JP5709399B2 - 被検体情報取得装置およびその制御方法、ならびにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法、ならびにプログラムに関する。

レーザーなどの光源から生体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる生体内の情報を画像データとして生成する光イメージング装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージング技術の一つとして、PhotoAcoustic Tomography（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）がある。光音響トモグラフィーでは、光源から発生したパルス光を生体に照射し、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波（弾性波であり、典型的には超音波）を複数の位置で検出する。すなわち、腫瘍などの被検部位とそれ以外の組織との光エネルギーの吸収率の差を利用し、被検部位が照射された光エネルギーを吸収して瞬間的に膨張する際に発生する音響波を探触子で受信する。この検出信号を数学的に解析処理することにより、生体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布を得ることができる。これらの情報は、被検体内の特定物質、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどの定量的計測にも利用できる。近年、この光音響トモグラフィーを用いて、小動物の血管像をイメージングする前臨床研究や、この原理を乳がんなどの診断に応用する臨床研究が積極的に進められている（非特許文献１）。

光音響トモグラフィーでは、音響波を検出する音響波探触子の検出面と光照射を行う領域が被検体の同面にある場合、反射測定（あるいは反射モード）と呼ばれる。反射測定では、被検体深部まで効率よく光のエネルギーを伝播させるために探触子の計測面直下に光を照射させると、探触子の計測面直下の被検体表面での光吸収による光音響波に起因する大きな信号が探触子からの出力信号中に観測される。その場合、その信号と被検体内部にある光吸収体から発生する光音響信号とが重畳された信号が観測され、その結果、光吸収体の光学特性画像が劣化する課題があった。

このような課題を解決する方法として非特許文献２がある。非特許文献２では探触子検出面直下の被検体表面で発生する光音響波を避けるために、探触子直下には光を照射しないで、探触子の横方向から光を照射する暗視野（ｄａｒｋ−ｆｉｅlｄ）照明法を採用し
ている。この方法では、探触子検出面直下の被検体表面からは大きな光音響波が発生しないため、被検体内部にある光吸収体から発生した光音響波を精度よく計測でき、その結果、被検体内部の光吸収体の光学特性を劣化することなく画像データ化できるとしている。

"Photoacoustic imaging in biomedicine" M.Xu, L.V.Wang, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTURUMENT、77、041101、2006 "In vivo dark-field reflection-mode photoacoustic microscopy" K.Maslov, G.Stoica, L.V.Wang, Optics Letters、Vol.30、No.6、625、2005

しかしながら、非特許文献２においては光を探触子検出面直下に照射しないため、探触子検出面直下に光を照射する場合に比べて、効率的に光を生体内部に伝播させることが困難であった。そのため、画像化できる領域（特に深さ方向の領域）が制限されるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光音響トモグラフィーによる光音響イメージング装置において、被検体表面から発生する光音響波の影響を軽減するための技術を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、被検体に光を照射して音響波を発生させる光源と、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出し検出信号に変換する複数の検出素子と、前記複数の検出素子による検出信号に基づいて前記被検体内部の光学特性を示す被検体情報を取得する信号処理部と、を有し、前記信号処理部は、同一受信時間における前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得するフーリエ変換部と、ＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行い前記第二の信号を用いて前記被検体情報を取得する逆フーリエ変換部を含むことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、情報処理装置が、光源に、被検体に光を照射させて音響波を発生させる工程と、情報処理装置が、複数の検出素子に、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出させて検出信号に変換させる工程と、情報処理装置が、前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得する工程と、ＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って被検体情報を取得する工程と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、光源に、被検体に光を照射させて音響波が発生したのち、複数の検出素子に、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出させて検出信号に変換させる工程と、同一受信時間における前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得する工程と、ＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って被検体情報を取得する工程と、を情報処理装置に行わせることを特徴とするプログラムである。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、被検体に光を照射して音響波を発生させる光源と、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出し検出信号に変換する複数の検出素子と、前記複数の検出素子による検出信号に基づいて前記被検体内部の光学特性を示す被検体情報を取得する信号処理部と、を有し、前記信号処理部は、前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得するフーリエ変換部と、前記空間周波数信号のうち前記被検体の表面で発生した音響波に由来する周波数成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って前記被検体情報を取得する逆フーリエ変換部を含むことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、光音響トモグラフィーによる光音響イメージング装置において、被検体表面から発生する光音響波の影響を軽減することが可能になる。

光音響イメージング装置の構成を示す模式図。 検出信号の処理を説明するフローチャート。 検出信号の処理を説明する模式図。 実施例１のフーリエ変換の処理を説明する模式図。 実施例１の光音響イメージング装置の構成及び取得画像を説明する模式図。 実施例２の光音響イメージング装置の構成及び取得画像を説明する模式図。

以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。

（光音響イメージング装置）
図１を参照しながら本実施形態の光音響イメージング装置の構成を説明する。本実施形態の光音響イメージング装置は、被検体の内部の光学特性値情報を画像データとして生成
する装置である。なお、光学特性値情報とは、一般的には光吸収エネルギー密度分布あるいは吸収係数分布を指す。

本実施形態の光音響イメージング装置は、基本的なハード構成として、光源１１、音響波の検出器としての音響波探触子１７、信号処理部２０を有する。光源１１から発せられたパルス光１２は例えばレンズ、ミラー、光ファイバ、拡散板などの光学系１３により所望の光分布形状に加工されながら導かれ、生体などの被検体１５に照射される。被検体１５の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管などの光吸収体（結果的に音源となる）１４に吸収されると、その光吸収体１４の熱膨張により音響波（典型的には超音波）１６が発生する。これは「光音響波」と呼ばれることもある。音響波１６は音響波探触子１７により検出され、信号収集器１９で増幅やデジタル変換された後、信号処理器２０で被検体の画像データに変換される。

（光源１１）
光源１１は被検体に照射光を発生させる。被検体が生体の場合、光源１１からは生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を照射する。光源は、本実施形態の光音響イメージング装置と一体として設けられていても良いし、光源を分離して別体として設けられていても良い。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を照射光として発生可能なパルス光源が好ましい。具体的には効率的に光音響波を発生させるため、１０ナノ秒程度のパルス幅が使われる。光源としては大出力が得られるためレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、ファイバーレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。照射のタイミング、波形、強度などは不図示の光源制御部によって制御される。
本発明において、使用する光源の波長は、被検体が生体の場合、被検体内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である。

（光学系１３）
光源１１から照射された光１２は、典型的にはレンズやミラーなどの光学部品により、所望の光分布形状に加工されながら被検体に導かれるが、光ファイバなどの光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。光学系１３は、例えば、照射光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板などである。このような光学部品は、光源から発せられた光１２が被検体１５に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が生体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。

被検体に効率よく光エネルギーを伝播させるために、音響波探触子１７の検出面直下にある被検体表面２２に光照射を行うことが可能な光学系１３を用いることが好ましい。また、図示してはいないが、被検体により多くの光エネルギーを伝播させるために、音響波探触子１７と対向側の被検体表面方向から被検体に光照射することが可能な光学系１３を用いることが好ましい。さらに、光を被検体に照射する領域は移動可能であることが好ましい。言い換えると、光音響イメージング装置は、光源から発生した光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域（被検体に照射される光）は、音響波探触子１７と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。

（被検体１５及び光吸収体１４）
これらは光音響イメージング装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。光音響イメージング装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。よって、被検体１５としては生体、具体的には人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体１４としては、被検体内で相対的に吸収係数が高いものを示し、例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。あるいは、特定部位の造影のために生体内に導入されたインドシニアン・グリーン（ＩＣＧ）やメチレンブルー（ＭＢ）などの造影剤もこれに該当する。また、被検体表面２２の光吸収体としては皮膚表面付近にあるメラニンなどである。以下、「生体情報」とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布のことを指す。すなわち、生体内の初期音圧分布、あるいはそれから導かれる光エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質（特に酸化・還元ヘモグロビン）の濃度分布を示す。例えば、物質の濃度分布とは酸素飽和度などである。これらの生体情報が「画像データ」として生成される。

（音響波探触子１７）
パルス光により被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出する検出器である音響波探触子１７は、音響波を検知し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。以後、単に探触子ということもある。圧電現象を用いた検出器、光の共振を用いた検出器、容量の変化を用いた検出器など音響波信号を検知できるものであれば、どのような音響波検出器を用いてもよい。本実施形態の探触子１７は、典型的には複数の検出素子が１次元状あるいは２次元状に配置されたものが良い。このような多次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができ、検出時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。

（被検体表面平坦化部材１８）
本実施形態において被検体１５は、被検体表面平坦化部材１８を配置することにより光照射領域の被検体表面形状が平坦化されることが望ましい。ただし、被検体の光照射領域がすでに平坦化されている場合は、被検体表面平坦化部材１８は不要である。なお、被検体表面平坦化部材１８が配置されていない場合においては、音響波探触子１７と被検体１５は音響波を効率よく受信するために、水などの液体あるいはジェルなどを介して音響波探触子１７と被検体１５は接触することが好ましい。被検体表面平坦化部材１８は被検体の表面形状を平坦化する機能を有すれば、どのようなものを用いてもかまわない。ただし、音響波探触子と被検体の間に設置される場合は、探触子と被検体を音響的にカップリングする。さらに、音響波探触子直下の被検体表面に光照射を行うため、光を通過させるために光学的に透明な素材で、かつ、被検体と音響インピーダンスが近い素材が使われる。典型的には、被検体が生体の場合、透明で生体と音響インピーダンスが近いポリメチルペンテンなどが使われる。なお、探触子と対向側の被検体表面に光を照射する場合は、音響インピーダンスは考慮しなくても良いので、光を通過させるために光学的に透明な素材であれば良く、典型的にはアクリルなどのプラスチックプレートあるいはガラスプレートなどが用いられる。

（信号収集器１９）
本実施形態のイメージング装置は、探触子１７より得られた電気信号を増幅し、その電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する信号収集器１９を有することが好ましい。信号収集器１９は、典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）チップなどで構成される。探触子から得られる検出信号が複数の場合は
、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。それにより、画像を形成するまでの時間を短縮できる。なお、本明細書において「検出信号」とは、探触子１７から取得されるアナログ信号も、その後ＡＤ変換されたデジタル信号も含む概念である。そして、検出信
号は「光音響信号」ともいう。

（信号処理部２０）
信号処理部２０は、本発明の特徴的処理である、被検体表面で生じた光音響波信号の低減処理を行う。そして、低減処理を行われた検出信号を用いて、被検体内部の画像データを生成し取得する（画像再構成）。詳細は後述するが、光体表面で生じる光音響波信号と被検体内部にある光吸収体から発生する光音響波の特性の違いを利用して、被検体表面で生じた光音響波信号の低減処理を行なわれる点が本発明の特徴である。

信号処理部２０には典型的にはワークステーションなどが用いられ、被検体表面で生じた光音響波信号の低減処理や画像再構成処理などがあらかじめプログラミングされたソフトウェアにより行われる。例えば、ワークステーションで使われるソフトウェアは被検体表面で生じた光音響波信号の低減処理やノイズ低減処理を行う信号処理モジュールと、画像再構成を行う画像再構成モジュールとの２つのモジュールからなる。なお、光音響トモグラフィーにおいては、通常、画像再構成前の前処理として、ノイズ低減処理などが各位置で受信された信号に対して行われるが、それらは信号処理モジュールで行われることが好ましい。また、画像再構成モジュールでは、画像再構成による画像データの形成が行われ、画像再構成アルゴリズムとして、例えば、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などが使われる。なお、再構成の時間に多くを有することが可能な場合は、繰り返し処理による逆問題解析法などの画像再構成手法も利用することができる。ＰＡＴの画像再構成手法には、非特許文献２に記載されているように、代表的なものとして、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法やフィルタードバックプロジェクション法などがある。画像再構成時間を短縮するために信号処理部２０であるワークステーションに搭載したＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を使うことが好ましい。

なお、信号収集器１９、信号処理部２０は一体化される場合もある。この場合、ワークステーションで行うようなソフトウェア処理ではなく、ハードウェア処理により被検体の画像データを生成することもできる。
信号処理部２０は、フーリエ変換を行うフーリエ変換部と、所定の周波数以下の成分を低減または除去し逆フーリエ変換を行って時間信号（本発明の第二の信号に相当）に戻す逆フーリエ変換部を合わせたものとも言える。信号処理部２０をソフトウェアとして実現する場合、フーリエ変換部および逆フーリエ変換部はモジュールの各機能に対応するものと見ることができる。

（表示装置２１）
表示装置２１は信号処理部２０で出力される画像データに基づき画像を表示する装置であり、典型的には液晶ディスプレイなどが利用される。なお、光音響画像診断装置とは別に提供されていても良い。

（検出信号の処理）
次に、本発明の特徴である信号処理部２０で行う被検体表面で生じた光音響波信号の低減処理について、図２、３、４も参照しつつ説明する。以下の記載におけるステップ番号は、図２のフローチャートのステップ番号に対応する。

処理［１］（ステップＳ２０１）：検出信号データを空間方向（検出素子配列方向）にフーリエ変換する工程。

図１に示された信号収集器１９から得られるデジタル信号を同検出時刻において、空間方向、すなわち、音響波検出素子の配列方向にフーリエ変換する。ここでは、図３（ａ）
のような１次元アレイ探触子の場合を例にとり説明する。最初に、各検出（受信）素子３１で得られた各検出信号データを、横軸に検出素子番号（例えば、１からＮ）、縦軸に受信時間（たとえば、０秒からｔ秒）をとり、大きさを受信音圧値とする２次元配列データを生成する。図３（ｂ）はその２次元配列データを画像化したもので、輝度は受信音圧値の大きさを示している（黒が受信音圧の高いところを示す）。なお、ここでの受信時間とは、光照射の時間を受信開始時間として、被検体内部から発生した光音響波が検出素子で受信が終了するまでの時間のことを示している。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）における点線の場所での、ある検出素子（ｉ番目）の検出信号の例を示している。この図において、横軸は受信時間で縦軸は受信音圧である。通常、被検体１５にパルス光照射を行うと、図３（ｃ）に示されたように、検出信号として複数のＮ型形状の音圧信号が観測される。ただし、受信時間ゼロの点はパルス光照射時間とする。それらのＮ型信号は、主に被検体内部にある光吸収体１４（例えば生体の場合は血液など）及び、被検体表面（例えば生体の場合は皮膚表面の色素など）から発生した光音響波による検出信号である。また、一般的に被検体表面で発生する光音響波の音圧は、被検体内部にある光吸収体から発生する光音響波の音圧よりも大きい。このように光照射された被検体表面で比較的大きな光音響波が発生する原因は、被検体表面自体の光吸収係数が被検体内の光吸収体よりも小さくても、そこに照射される光強度は被検体内部に比べると大きいためである。

なお、図３（ｃ）の例においては、Ａが探触子検出面直下の被検体表面２２で発生した光音響波に起因する検出信号領域で、Ｂが被検体内部にある光吸収体１４から発生した光音響波による検出信号領域を表している。なお、図１においてもＡは被検体表面から発生した光音響波、Ｂは被検体内部にある光吸収体から発生した光音響波を示している。図３（ｃ）に示されているように、光音響波Ａを受信している間に、被検体内部にある光吸収体からの光音響波Ｂが受信されると、お互いに区別することが困難になる。その結果、所望の画像を得られにくくなる。これに関しては実施例１及び２にて、画像を用いて説明する。

前述の図３（ｂ）においても、Ａの時間領域が被検体表面で発生した光音響波による検出信号の受信時間で、Ｂの時間領域が被検体内部にある光吸収体１４から発生した光音響波による検出信号の受信時間を示している。図３（ｂ）の光音響波Ａの検出信号はどの検出素子においてもほぼ同時刻に検出されているのに対して、光音響波Ｂの検出信号の検出時間は検出素子ごとに時間差がある。この理由を述べる。図１のように、被検体表面平坦化部材１８の配置などによって被検体表面を探触子の受信面に対して平行にし、均一に光照射すると、図１のＡに示されているように被検体表面から発生する光音響波は平面波的に伝播しながら、探触子１７で受信される。一方、被検体内部の光吸収体は光照射領域に比べて十分に小さいため、多くの場合、図１のＢのように光音響波１６は球面波的に伝播しながら、探触子１７で受信される。このような伝播特性の違いにより、図３（ｂ）のような特徴的な光音響信号が得られる。

なお、通常の光音響トモグラフィーでは、図３（ｂ）の光音響波Ａの強度（輝度）は、被検体表面に照射した光照射分布に依存する。つまり、Ａの検出信号の大きさ自体は同じ受信時刻において一定ではなく、光照射分布強度に比例した大きさの音圧が検出される。そのため、図３（ｂ）のＡの同一受信時刻の受信強度をそろえるために、被検体に照射した光照射強度分布で各検出素子での検出信号を規格化することが好ましい。つまり、光強度分布の逆数を各検出信号に対して乗算する処理などを行うことが望ましい。

本発明においては、そのような各受信データを同一受信時間に対して検出素子配列方向にフーリエ変換を行い、２次元の空間周波数データを生成する。図３（ｄ）はその２次元
の空間周波数データを、横軸に空間周波数、縦軸に受信時間を取り、輝度を周波数成分の強度として画像化したものである。なお、探触子の検出素子が２次元アレイ状の場合は、各方向の配列に対してフーリエ変換（２次元フーリエ変換）しても良いし、２次元アレイを１次元に並べて、その配列方向にフーリエ変換しても良い。図３（ｄ）において、Ａ´は被検体表面から発生する光音響波の特徴的な周波数成分であり、Ｂ´は被検体内部にある光吸収体から発生した光音響波の特徴的な周波数成分である。

図３（ｅ）は図３（ｄ）の破線の領域に当たり、同一受信時間のデータをプロットしたものである。図３（ｅ）の縦軸は各周波数成分の強度、横軸は空間周波数である。図３（ｅ）においても、Ａ´は被検体表面から発生する光音響波の特徴的な周波数成分、Ｂ´は被検体内部にある光吸収体から発生した光音響波の特徴的な周波数成分を示している。図３（ｄ）及び図３（ｅ）の例に示されているように、被検体表面から発生する光音響波の検出信号は、各検出器において同時刻で検出される。すなわち、同じ受信時刻では同じ大きさの信号が受信されるため、検出素子配列方向の空間周波数信号においては、ＤＣ成分を主成分とした低周波成分の信号を大きく含む。一方、被検体内部にある光吸収体から発生した光音響波の検出信号は、素子ごとに受信時間が異なるため、前者に比べて、高周波成分を多く含む。つまり、検出信号に対して、空間方向にフーリエ変換を行えば、被検体表面から発生した光音響波の受信時間領域Ａと被検体内部で発生した光音響波の受信時間領域Ｂを明確に区別できるようになる。

処理［２］（ステップＳ２０２）：空間周波数信号において、被検体表面から発生する光音響波の検出信号に由来する周波数成分（所定の周波数成分）を低減する工程。

この処理では、例えば、上記の処理で得られた空間周波数信号において、図３（ｄ）のＡ´を削除し、図４（ａ）のような信号を生成する。ここでＡ´の信号領域の値はＢ´の信号領域の大きさに比べて十分に小さくなればよく、ゼロにしても良いし、値を小さくするだけでも良い。なお、被検体表面から発生する光音響波の検出信号に由来する周波数成分の主成分はＤＣ成分である。そのため、本発明の低減すべき所定の周波数成分とはＤＣ成分のことを示す。ただし、実際の検出信号では、光照射分布などの影響のため、図３（ｅ）のようにＤＣ成分だけなく、低周波成分を含む。そのため、本発明の低減すべき所定の周波数とは、図３（ｅ）の矢印の場所以下の周波数成分を示す。従ってこの矢印以下の部分が、本発明の所定の周波数以下の周波数となる。例えば、検出器の検出素子配列方向の長さ（探触子幅）をｄ、基本波の空間周波数ｆをｆ＝１／ｄ、ｎｆを第ｎ高調波の周波数（ｎは整数）と定義すると、ＤＣ成分から第ｎ高調波の周波数成分のことである。なお、このｎの値に関しては、光照射分布など装置構成に依存するため、定義することはできない。つまり、装置に固有のパラメータである。そのため、装置から得られる信号を解析して、経験的に決めることが望ましい。

処理［３］（ステップＳ２０３）：処理［２］で得られた信号を空間周波数方向に逆フーリエ変換し、時間信号に変換する工程。

処理［２］で得られた空間周波数信号の同一受信時刻に対して周波数方向に逆フーリエ変換する。例えば、図４（ａ）を周波数方向に逆フーリエ変換すると、図４（ｂ）のような第二の検出信号に変換される。本発明の処理前後である図３（ｂ）と図４（ｂ）と比較すると、被検体表面から発生する光音響波の検出信号が低減されていることが分かる。なお、処理［１］で検出信号を光照射強度で規格化した場合は、得られた第二の検出信号に対して、光強度を乗算し、元の検出信号の値領域に変換することが望ましい。

処理［４］（ステップＳ２０４）：処理された検出信号を用いて、被検体内部の画像データを形成する工程。

処理［３］で得られたデジタル検出信号データを用いて画像再構成処理を行い、被検体の光学特性値分布に関連した画像データを形成する。この際、図４（ｂ）のように被検体表面で発生した光音響波の検出信号を低減した信号を使えば、被検体内部にある光吸収体のみを画像データ化でき、画像劣化のない診断画像を形成できる。なお、どのような画像再構成方法を用いてもよいが、通常は、一般的な光音響トモグラフィーで利用されるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などが適応される（非特許文献２参照）。

以上の工程を行うことで、被検体表面から発生する光音響波の検出信号のみを低減でき、その低減処理された検出信号を画像再構成に用いることで、被検体内部にある光吸収体の光学特性値分布を劣化させること無く画像データとして生成できる。

＜実施例１＞
本実施形態を適用した光音響トモグラフィーを用いたイメージング装置の一例について説明する。図１と図５（ａ）の装置概略図を用いて説明する。本実施例においては、光源１１として波長１０６４ｎｍで約１０ナノ秒のパルス光を発生するＱスイッチＹＡＧレーザーを用いた。パルスレーザー光１２から発せられる光パルスのエネルギーは０．６Ｊである。そのパルス光をミラーとビームエキスパンダーなどの光学システム１３を用いて半径約１ｃｍ程度まで広げたあと、ビームスプリッターで２つに分離し、ミラーやプリズムを用いて光を探触子直下の被検体に照射できるよう、光学系１３をセットした。

被検体１５としては生体を模擬した図５（ａ）のような長方形ファントムを用いた。ファントムは１％のイントラリピッドを寒天で固めたものを利用した。ファントムの大きさは幅：６ｃｍ、高さ：６ｃｍ、奥行き：５ｃｍとした。また、このファントム内には図５（ａ）のように直径２ｍｍの円柱状に固めたインクで着色した物体が光吸収体１４として３本、中心付近に埋め込まれている。このファントムの光照射面２２を厚さ１ｃｍのプレート状のポリエチルペンテンで構成される部材１８で平坦化してから、プレート１８を介して探触子を接触させた。なお、プレート１８と探触子及び、ファントムとプレートの間には音響マッチングのため、ジェルを塗っている。このように設置されたファントムに対して、探触子１７の直下のファントム表面にパルス光１２を照射した。なお、音響波探触子１７としてはＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）で作られた探触子を用いた。この探触子は２次元アレイ型で、素子数は３２４（１８×１８）の素子、素子ピッチは各方向とも２ｍｍである。また、素子の大きさは約２×２ｍｍ^２である。

図１及び図５（ａ）のように、パルス光１２を探触子１７直下のファントム表面に照射すると、光照射側のファントム表面による光吸収による光音響波と、ファントム内に拡散した光が円柱状の光吸収体１４で吸収されることにより生じる光音響波が発生する。その光音響波を探触子１７で、３２４チャンネル同時に受信し、その検出信号をアンプ、ＡＤコンバーター、ＦＰＧＡからなる信号収集器１９を用いて、全チャンネルでの光音響信号のデジタルデータを取得した。なお、信号のＳ／Ｎ比を向上させるために、３０回レーザーを照射し、得られたすべての検出信号を時間平均化した。その後、得られたデジタルデータを信号処理器２０であるワークステーション（ＷＳ）へ転送し、ＷＳ内に保存した。
次に、この保存した受信データをＸＹ軸に探触子アレイ配列方向の素子番号、Ｚ軸に受信時間とした３次元配列信号を生成した。その３次元配列データを受信時間ごとに素子配列方向に２次元フーリエ変換し、３次元の空間周波数データを生成した。

次に、各受信時間おける空間周波数信号の低周波側の、最初の３点の値をゼロにしてから、２次元逆フーリエ変換し、再び，ＸＹ軸にアレイ配列方向の素子番号、Ｚ軸に受信時間とした３次元配列の検出信号データに変換した。その後、このデータを用いて画像再構
成を行った。ここではタイムドメイン方式であるユニバーサルバックプロジェクション法を用いて３次元のボリュームデータを形成した。このとき使用したボクセル間隔は０．０５ｃｍとした。画像化範囲は３．６ｃｍ×３．６ｃｍ×４．０ｃｍである。そのときに得られた画像（断層像）の一例を図５（ｂ）に示す。

一方では、被検体表面から発生した光音響波の検出信号の低減を行わず、ＷＳに保存した検出信号データをそのまま用いて再び画像再構成を行った。そのときの得られた画像（断層像）の一例を図５（ｃ）に示す。なお、図５（ｂ）及び（ｃ）ともに、ファントム中心付近の２次元断面図を示している。

図５（ｂ）と（ｃ）を比較する。図５（ｃ）ではファントム表面で発生した光音響波の多重反射などにより複数の受信時間でその光音響波に起因する信号が検出され、その結果、奥行き方向（Ｚ方向）の様々な場所でライン状の画像が現れている。一方、図５（ｂ）においては、ファントム表面で発生した光音響波により受信された信号が低減されているため、その光音響信号に起因する画像は低減され、図５（ｃ）に比べて、ファントム内部にある光吸収体の画像がはっきりと表示されている。このように、検出信号に対して、被検体表面から発生する光音響信号に起因する受信データを低減することで、被検体内部にある光吸収体の画像を劣化させること無く画像化できた。

＜実施例２＞
実施例２として、光音響トモグラフィーを用いたイメージング装置において、被検体平坦化部材１８が必要ない場合の例について図６（ａ）を参照して説明する。本実施例にかかる装置の基本構成は実施例１と同じであるが、探触子１７と被検体１５の間には被検体平坦化部材１８がない。

被検体１５としては生体を模擬したファントムを用いた。ファントムは実施例１とほぼ同様なものを用いた。なお、ファントムは音響波探触子１７と音響的にマッチングさせるために、水を入れた水槽６１内に設置され、水を介して探触子１７と接触している。このようなファントムに対して、探触子１７の検出面直下のファントム表面にパルス光１２を照射した。音響波探触子１７は実施例１と同様の探触子を用いた。次に、ファントムに照射される光の強度分布を測定し、信号処理機であるＷＳに保存した。光照射により発生した光音響波を実施例１と同様に探触子で受信し、得られたデジタルデータをＷＳ内に保存した。この保存した受信データに対して、ファントムに照射した光照射分布を用いて規格化した。

その後、規格化したデータに対して実施例１と同様な処理を行い、被検体表面から発生する光音響波に起因する検出信号を低減した信号データを生成した。さらに、その信号データに対して、光照射分布を乗算した後に実施例１と同様に画像再構成を行い、ボリュームデータを生成した。そのときに得られた断層画像の一例を図６（ｂ）に示す。一方では、被検体表面から発生した光音響波の検出信号の低減を行わず、ＷＳに保存した検出信号データをそのまま用いて再び画像再構成を行った。そのときの得られた断層画像の一例を図６（ｃ）に示す。

図６（ｂ）と（ｃ）を比較する。図６（ｃ）ではファントム表面で発生した光音響波による検出信号によるライン状の画像がはっきりと表れている。一方、図６（ｂ）においては、ファントム表面で発生した光音響波により受信された信号が低減されているため、その信号に起因する画像は低減され、図５（ｂ）に比べて、ファントム内部にある光吸収体の画像がはっきりと表示されている。このように、光強度分布で規格化した検出信号に対して、被検体表面から発生する光音響信号に起因する受信データを低減することで、被検体内部にある光吸収体の画像を劣化させること無く画像化できた。

本発明を実施する際には、上記の実施例に限らず様々な形態を取ることが可能である。本発明は例えば、装置の各構成要素が光照射、信号検出を行い、情報処理装置（信号処理部）において画像データを生成する光音響イメージング方法としてとらえることができる。また、装置の各構成要素を制御し、情報処理装置に画像データを生成させる光音響イメージングプログラムとしてとらえることもできる。

１１：光源，１７：音響波探触子，２０：信号処理部

Claims (14)

1. 被検体に光を照射して音響波を発生させる光源と、
   前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出し検出信号に変換する複数の検出素子と、
   前記複数の検出素子による検出信号に基づいて前記被検体内部の光学特性を示す被検体情報を取得する信号処理部と、
   を有し、
   前記信号処理部は、
   前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得するフーリエ変換部と、
   前記空間周波数信号のうちＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って前記被検体情報を取得する逆フーリエ変換部を含む
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記信号処理部は、前記検出信号を被検体表面での照射光の強度分布に応じて規格化した後にフーリエ変換を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 前記複数の検出素子は２次元状に配列されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記信号処理部は、前記複数の検出素子の配列方向に、当該複数の検出素子による検出信号に対して２次元フーリエ変換を行って空間周波数信号を取得する
   ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記複数の検出素子と被検体の間に配置され、被検体の表面形状を平坦化する部材をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記信号処理部は、前記逆フーリエ変換により前記低周波成分が低減された信号を取得し
   、当該信号を用いて前記被検体情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記信号処理部は、前記検出素子配列方向の長さに基づいて決定された、基本波の第ｎ高調波成分より小さい周波数を示す前記低周波成分を前記空間周波数信号から低減することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記信号処理部は、前記空間周波数信号から周波数ｆ＝ｎ／ｄ（ｎは整数、ｄは前記複数の検出素子配列方向の長さ）より小さい周波数を示す前記低周波成分を低減する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記信号処理部は、前記複数の検出素子による検出信号を受信時間ごとに前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換を行って前記空間周波数信号を取得し、前記受信時間ごとに前記空間周波数信号から前記低周波成分を低減する
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記信号処理部は、前記逆フーリエ変換により前記低周波成分が低減された信号を取得し、当該信号を用いた画像再構成処理を行って前記被検体情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記信号処理部は、前記逆フーリエ変換により前記低周波成分が低減された信号を取得し、当該信号を用いたタイムドメインまたはフーリエドメインでの逆投影を行うことにより、前記被検体情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 情報処理装置が、光源に、被検体に光を照射させて音響波を発生させる工程と、
    情報処理装置が、複数の検出素子に、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出させて検出信号に変換させる工程と、
    情報処理装置が、前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得する工程と、
    情報処理装置が、前記空間周波数信号のうちＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って被検体情報を取得する工程と、
    を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
13. 光源に、被検体に光を照射させて音響波を発生させる工程と、
    複数の検出素子に、前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出させて検出信号に変換させる工程と、
    前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得する工程と、
    前記空間周波数信号のうち所定のＤＣ成分を含む低周波成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って被検体情報を取得する工程と、
    を情報処理装置に行わせることを特徴とするプログラム。
14. 被検体に光を照射して音響波を発生させる光源と、
    前記光源からの照射光を吸収した被検体表面及び被検体内部で発生する音響波を検出し検出信号に変換する複数の検出素子と、
    前記複数の検出素子による検出信号に基づいて前記被検体内部の光学特性を示す被検体情報を取得する信号処理部と、
    を有し、
    前記信号処理部は、
    前記複数の検出素子による検出信号を前記複数の検出素子の配列方向にフーリエ変換して空間周波数信号を取得するフーリエ変換部と、
    前記空間周波数信号のうち前記被検体の表面で発生した音響波に由来する周波数成分を低減した後に、逆フーリエ変換を行って前記被検体情報を取得する逆フーリエ変換部を含むことを特徴とする被検体情報取得装置。

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