JP5777358B2

JP5777358B2 - 被検体情報取得装置及び信号処理方法

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Description

本発明は、光を被検体に照射することで被検体内から発生する音響波を検出して、被検出信号を処理することで被検体内部の情報を取得する被検体情報取得装置及び信号処理方法に関する。

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表示装置に表示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、ＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ（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（典型的には超音波である）を検出する。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、照射された光エネルギーを吸収した被検部位が瞬間的に膨張する際に発生する弾性波を音響波検出器（探触子やトランスデューサーとも言われる）で受信する。この検出信号を解析処理することにより生体内の光学特性値分布、特に初期音圧分布あるいは吸収係数分布を得ることができる。これらの情報は、様々な波長の光で計測することにより、被検体内の特定物質、例えば血液中に含まれるヘモグロビン濃度や血液の酸素飽和度などの定量的計測にも利用できる。

光音響トモグラフィー装置では、情報を取得する領域に対して音響波の測定領域が不十分な場合、例えば、被検体の全周囲方向からではなく、ある特定の方向からしか音響波を受信できない場合、装置固有の空間感度分布が生じるという問題が知られている（非特許文献２）。空間感度分布とは、測定対象内の場所（音源の位置）ごとの測定感度のばらつきを表す分布である。この場所による感度のばらつきは、全く同じ対象（初期音圧など）を測定する場合でも、音響波検出器と音源の位置するボクセルとの相対的な位置の違いによってボクセルごとに利用できる情報量が異なるために生じる。その結果、測定対象内の場所により異なったコントラストで検出結果が表示されることになり、得られる情報の定量性が低下することになる。また、装置ごとに音響波検出器と音源との相対位置も異なるため、空間感度分布のコントラストの違いも装置ごとに異なることになる。このような問題を解決するためには、被検体を取り囲む３６０°のすべての方向で音響波を検出することにより、十分な情報量を得ることが重要であることが知られている（非特許文献１）。

"Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｉｍａｇｉｎｇｉｎｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ"、Ｍ．Ｘｕ、Ｌ．Ｖ．Ｗａｎｇ、ＲＥＶＩＥＷＯＦＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ、７７、０４１１０１、２００６ "１２８−ｃｈａｎｎｅｌｌａｓｅｒｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｂｒｅａｓｔｃａｎｃｅｒｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ"、ＳｅｒｇｅｙＡ．Ｅｒｍｉｌｏｖ、ＡｎｄｒｅＣｏｎｊｕｓｔｅａｕ、ＫｅｔａｎＭｅｈｔａ、ＲｏｎＬａｃｅｗｅｌｌ、Ｐ．ＭａｒｋＨｅｒｉｃｈｓ、ＡｌｅｘａｎｄｅｒＡ．Ｏｒａｅｖｓｋｙ、ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．６０８６、６０８９０９、２００６

しかしながら、人間の乳房など大きな物体を対象とする場合は、被検体全体を取り囲む様々な位置で音響波を計測することは困難であり、十分な情報量で生体内の情報を取得することができない。つまり、このような物体を対象とする場合、非特許文献１の方法は得られる情報の定量性の低下を解消するという上で必ずしも実用的ではない。

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、被検体全体から発生した光音響波を十分な範囲で取得できない制限された測定条件においても、測定対象内の場所ごとの感度ばらつき（空間感度分布）を低減することが可能な表示データ取得装置を提供することである。

上記課題に鑑み、本発明の被検体情報取得装置は、パルス光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して第１の信号を取得する音響波検出部と、前記音響波検出部で取得された前記第１の信号に基づいて、前記被検体の光学特性値分布を示す第１のデータを生成する第１のデータ生成部と、装置に依存する空間感度分布データが格納されるメモリと、前記第１のデータを前記空間感度分布データで補正することにより、第２のデータを生成する第２のデータ生成部と、を有することを特徴とする。

本発明の表示データ取得装置は、被検体全体から発生した光音響波を十分な範囲で取得できない制限された測定条件においても、測定対象内の場所による感度ばらつき（空間感度分布）を低減することができる。

（ａ）本発明の実施形態による表示データ取得装置の構成を模式的に示した図、（ｂ）本発明の信号処理部の構成例を模式的に示した図。本発明の実施形態において、検出信号（取得信号）の処理の一例を説明するフロー図。（ａ）本発明において、空間感度分布データを算出する方法の一例を示す模式図、（ｂ）本発明において、空間感度分布データを算出する方法の一例を示す模式図、（ｃ）本発明の演算手法で算出された空間感度分布の一例を示す図。（ａ）第１の実施例で用いられた測定対象を示す模式図、（ｂ）第１の実施例において得られる補正前の第１のデータを示す図、（ｃ）第１の実施例において得られる補正後の第２のデータを示す図。空間感度分布を定性的に説明する模式図。

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。

以下に、本発明の実施形態に係る表示データ取得装置について説明するが、本発明の対象は以下の構成を備える単一の装置に限定されることはない。本発明は、以下の機能を実現するための方法の使用及び、これらの機能を実現するソフトウェア（コンピュータプログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理によっても実現される。

（表示データ取得装置）
図１を参照しながら本実施形態にかかる表示データ取得装置の構成を説明する。本実施形態の表示データ取得装置は、被検体の内部の被検体情報（光学特性値分布情報）を取得する被検体情報取得装置であり、表示装置に表示させる装置である。

本実施形態の表示データ取得装置は、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（音響波取得部）、表示データ取得部１９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。音響波１６は音響波探触子１７により検出（取得）され、信号収集器１８及び表示データ取得部１９からなる信号処理部２０に転送される。信号処理部２０に転送された音響波１６の情報は、信号収集器１８で増幅やデジタル変換された後、表示データ取得部１９で被検体内の光学特性値分布情報についての表示データに変換される。よって、表示データ取得装置は、光学特性値分布情報についての表示データを取得する。そして、表示データに基づいた画像が表示装置２１によって表示される。なお、「表示データ」とは、表示装置２１に表示する形式に変換された光学特性値分布情報のデータを意味する。表示装置に表示する形式は特に限定されることはなく、二次元とするか三次元とするか等、測定の目的や装置の構成等により任意に定めることができる。また、例えば輝度情報などの測定の目的によっては必要ではない情報は、表示データに含めなくてもよい。

（光源１１）
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、本実施形態の表示データ取得装置と一体として設けられていてもよいし、光源を分離して別体として設けられていてもよい。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、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。なお、この光源制御部は、光源と一体化されていてもよい。本発明において、使用する光源の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、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。このとき、光路の全部又は一部に光ファイバなどの光導波路などを用いて伝搬させてもよい。光学系１３は、例えば、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、光ファイバなどからなる。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１５及び光吸収体１４）
これらは本発明の表示データ取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本発明の表示データ取得装置は、生体内のイメージング、特に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。動物においては、マウスやラットなどの小動物の場合には特定の部位だけではなく、小動物全体が対象となることもある。被検体内部の光吸収体１４は、被検体内で相対的に吸収係数が高いものであり、使用する光の波長にもよるが、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。本発明において「光学特性値分布情報」とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布である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、酸化・還元ヘモグロビンなどの物質の濃度分布から得られる酸素飽和度なども「光学特性値分布情報」に含まれる。

（音響波取得部（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など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（取得）し、アナログ信号である電気信号（取得信号）に変換するものである。以後、単に探触子あるいはトランスデューサということもある。圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなど、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、典型的には複数の受信素子が１次元あるいは２次元に配置されたものがよい。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、計測時間を短縮できる。その結果、被検体の振動などの影響を低減できる。
なお、本発明において音響波探触子１７は、被検体１５に対して、特定の方向のみの音響波を受信できるように設置されている。

（信号収集器１８）
本実施形態の表示データ取得装置は、信号処理部２０の一部として、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１８を有することが好ましい。信号収集器１８は、典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）チップなどで構成される。探触子から得られる検出信号（取得信号）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、情報を表示するまでの時間を短縮できる。
なお、本明細書において「取得信号」とは、探触子１７から取得されるアナログ信号及び、その後ＡＤ変換されたデジタル信号の双方を含む概念である。

（表示データ取得部１９）
表示データ取得部１９は、主な役割として、後述の処理を行い、信号収集器１８から得られたデジタル受信信号を被検体の内部の光学特性値分布に関連する表示データ（第１のデータ）に変換する。また、本発明の表示データ取得部１９は、信号収集器１８からの受信信号から得られる第１のデータに対して、本発明の特徴的処理である装置固有の空間感度分布に応じた補正処理を行う。その結果、測定領域が制限された場合においても、表示する情報の定量性劣化を抑えることができる。なお、ここでいう測定領域が制限された場合とは、被検体を取り囲むすべての方向からではなく、図１（ａ）のようにある特定の方向のみからしか音響波を受信できない状態を示している。

表示データ取得部１９にはワークステーションなどのコンピュータを用い、表示データの作成や作成された表示データの補正などを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うことができる。本発明において、ワークステーションで使われるソフトウェアは、表示データの作成を行う表示データ作成モジュール１９ａ（第１のデータ作成部）と得られた表示データの補正を行う補正処理モジュール１９ｂ（第２のデータ作成部）の２つのモジュールからなる。また、これらに装置固有の空間感度分布データを保存するメモリ１９ｃをあわせて一つのプログラムとして、図１のように一つの表示データ取得部１９として扱う。なお、光音響トモグラフィーにおいては、通常、表示装置に表示するデータを作成する前処理として、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、本発明においてそれらは表示データ作成モジュール１９ａで行ってもよい。ノイズ低減処理や被検体の構造や物性の分布による感度分布についての補正は、本発明の空間感度分布の補正とは独立に行うことができる。

表示データ作成モジュール１９ａでは、基本機能として、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による第１のデータの作成が行われる。なお、この段階で多くの時間をかけることが可能な場合は、繰り返し処理を行う逐次再構成法（ｉｔｅｒａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ）なども利用することができる。ＰＡＴで用いられる手法には、非特許文献１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、逐次再構成法などがあるが、本発明においてはどのような手法を用いても構わない。

補正処理モジュール１９ｂでは、表示データ作成モジュール１９ａで生成された第１のデータに対して、様々な補正を行う。本発明では、特に、メモリ１９ｃに保存された装置固有の空間感度分布データに基づいて、第１のデータの各ボクセルデータに対してある係数を除算又は乗算する処理を行い、第２のデータを作成する。つまり、装置固有の空間感度分布を低減する処理が行われる。なお、この装置固有の空間感度分布データは、予め計算しておいてもよいし、第１のデータの作成時に装置仕様に応じて算出してもよい。また、図１（ｂ）のように空間感度分布データを演算する演算モジュール１９ｄ（演算処理部）を表示データ取得部１９内に設置することで、いつでも空間感度分布データを計算できるようになる。ただし、演算モジュール１９ｄを表示データ取得部１９に設置せず、この空間感度分布データを本発明の表示データ取得装置によらずに計算しても問題はない。

また、場合によっては、信号収集器１８、表示データ取得部１９は一体化されてもよい。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表示データを生成することもできる。

（表示装置２１）
表示装置２１は表示データ取得部１９から出力される表示データ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、本発明の表示データ取得装置とは別に提供されてもよい。

次に、本発明の特徴である空間感度分布補正処理の工程について、図２と図３も参照しつつ説明する。下記の番号は図２における処理の番号と一致する。

（音響波の検出）
処理０（Ｓ１０１、Ｓ１０２）：被検体へのパルス光の照射により被検体内部で発生した音響波を音響波探触子１７で検出して信号を取得する工程
光源１１から被検体１５に光１２が照射される（Ｓ１０１）。光音響効果により被検体１５内の光吸収体１４から発生した音響波１６を音響波探触子１７が受信する（Ｓ１０２）。受信した音響波は音響波探触子１７で電気信号に変換される。

（取得信号の処理）
次に、本発明の特徴である表示データ取得部１９で行う空間感度分布補正処理の一例について、図２と図３も参照しつつ説明する。下記の番号は図２における処理の番号と一致する。

処理１（Ｓ２０１）：光音響トモグラフィー装置の仕様に対応した空間感度分布データを算出する工程
光音響波トモグラフィー装置のハードウェア構成や表示データの作成手法に対応した装置固有の空間感度分布データを算出する。ここでいう光音響波トモグラフィー装置のハードウェア構成とは、特に表示データに影響を与える音響波探触子１７の素子数や走査範囲、検出素子サイズや帯域などのことである。本発明では、それぞれの装置仕様に適した空間感度分布データを算出する必要がある。算出方法としては様々な方法を用いることができるが、ここでは一例をあげて説明する。図３は空間感度分布データの計算方法の一例を模式的に示したものである。まず、図３（ａ）のように、測定対象３１を複数のボクセル３２に分割する。なお、ここでは３次元でのボクセル分割の例を示しているが、１次元あるいは２次元においても同様の方法を利用できる。次に、複数のボクセルの中で任意に定めた一つのボクセルを初期音源としたときの音響波の伝搬を考え、装置で利用している音響波探触子１７で受信（取得）されるべきそのボクセルからの音響波信号を演算する。例えば、各ボクセルを光が均一に吸収された球状音源と仮定し、解析解を用いることで、簡便に受信（取得）信号を計算できる。なお、このときに受信する探触子の特性、例えば、検出素子サイズ３３や受信帯域などを考慮することが望ましい。

次に、図３（ｂ）に示されているように、その演算された音響波受信信号（取得信号）を用いて、音波を発生させた音源の位置に対応するボクセルの測定感度を計算する。例えば、タイムドメイン法の一つであるユニバーサルバックプロジェクション法（非特許文献１参照）を用いて表示データを作成する装置の場合、ここでも同様の方法を用いて、音源の位置に対応するボクセルの測定感度の値を演算することが好ましい。このような処理をすべての空間のボクセルに対して演算することで、装置固有の空間感度分布データが算出される。

図３（ｃ）は算出された空間感度分布データのうちのある２次元断面像（図３（ｂ）の網掛け部分）を切り出したものである。この図から、場所により感度が異なることが分かる。

図５は、場所により感度が異なることを説明する図であり、図３（ｃ）（図３（ｂ）の網掛け部分）に対応し、分割されたボクセルを表している。そして、図５の網掛け部分は、音響波探触子アレイに対応している。Ａ，Ｂ，Ｃはボクセルを表している。また、ａ１，ａ２，ａ３はボクセルＡからの方向を表している。ｂ１，ｂ２，ｂ３はボクセルＢからの方向を表し、それぞれａ１，ａ２，ａ３と同じ方向のものである。

ボクセルＡとボクセルＢでは、図３（ｃ）で示されているように感度が異なっている。これは以下の理由による。図５で示すボクセルＡから発生する音響波のうちａ１，ａ２，ａ３それぞれの方向に伝搬する音響波はすべて、音響波探触子１７が配置された方向に伝搬し、いずれかの音響波探触子１７で検出される。一方、ボクセルＢから発生する音響波のうちｂ１，ｂ２の方向に伝搬する音響波は音響波探触子１７が配置された方向に伝搬するが、ｂ３の方向に伝搬する音響波は音響波探触子１７のない方向に伝搬し、音響波探触子１７に取得されない。このため、ボクセルＡとボクセルＢとでは、表示データ取得部１９での画像再構成した際に使用する、音響波の受信範囲が異なる。言い換えると、ボクセルＡとボクセルＢとでは、表示データ取得部１９での画像再構成した際に使用する、音響波探触子１７の数が異なっている。よって、Ｘ方向においてはボクセルの空間感度が異なる。なお、これは音響波探触子アレイがＸ方向に走査される場合であっても、走査領域の端部では、走査領域の中心部分と異なる空間感度となる。

また、ボクセルＡとボクセルＣでも、図３（ｃ）で示されているように感度が異なっている。これも、ボクセルＡとボクセルＣとでは、表示データ取得部１９での画像再構成した際に使用する、音響波探触子１７の数が異なるためである。これは、音響波探触子１７のサイズは有限であり、検出感度に関して指向性を有しているからである。具体的には、音響波探触子１７は、図５の破線間の矢印内の範囲の方向から伝搬した音響波は良好に検出できるが、それ以外の範囲の方向から伝搬した音響波は検出しにくいという性質を有している。このため、音響波探触子１７ａでは、ボクセルＡから発生する音響波に関しては検出感度がよいが、ボクセルＣから発生する音響波に関しては検出感度が悪い。このため、音響波探触子１７ａはボクセルＡの画像再構成の際には使用できるが、ボクセルＣの画像再構成の際には使用できない。よって、ボクセルＡとボクセルＣとでは、画像再構成した際に使用する、音響波探触子１７の数が異なる。そして、Ｚ方向においてはボクセルの空間感度が異なってしまう。

なお、以上のような処理は、装置構成及び第１のデータの作成に用いる手法が決まれば算出することができるため、全体の処理時間を低減するために、測定前にあらかじめ計算しておくこともできる。この場合、図１（ａ）の信号処理部２０に示すように、空間感度分布データを演算する演算モジュールを装置に組み込む必要はない。ただし、装置構成や第１のデータの作成に用いる方法が随時変更される場合は、信号収集器１８で信号が受信された後に算出することなども可能である。その場合、図１（ｂ）に示すように、空間感度分布データを演算する演算モジュール１９ｄを必要とする。

ここでは計算により空間感度分布データを計算により算出する例を示したが、空間感度分布の算出法はこれに限定されることはない。例えば、それぞれのボクセルに対応する位置に実際に微小音源を設置し、そこから発生する音響波を受信し、その受信信号を用いて音源の位置の感度データを求め、それを様々な位置で繰り返すことにより、実験的に空間感度分布データを算出してもよい。

処理２（Ｓ２０２）：処理１で算出された空間感度分布データをメモリに格納する工程例えば、信号処理部２０がワークステーションなどのコンピュータである場合、上記の処理で算出された空間感度分布データをハードディスク内のファイルに保存し、使用するときにそのデータをワークステーション内のメモリ１９ｃに格納する。あるいは、算出と同時に、その結果をメモリ１９ｃに格納する。この工程は、空間分布データをメモリ１９ｃに格納できれば、どのような方法を用いても構わない。

処理３（Ｓ２０３）：信号収集器１８で得られた受信信号を用いて、被検体の光学特性値分布に関連した第１のデータを作成する工程
この工程では、例えば、信号収集器１８から得られるデジタル信号から、被検体１５への光照射で発生した音響波の初期音圧分布等の光学特性値分布情報に関連した第１のデータを作成する。この光学特性値分布の作成に関しては、通常の光音響トモグラフィーで用いられるどのような処理手法を用いてもよい。例えば、初期音圧分布の作成にはタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影を用いることが可能である。ただし、空間感度分布データの算出で使用されたものと同じ手法であることが望ましい。同じ手法を用いることで、後述する処理４において正確に感度分布を補正できる。例えば、上記の計算例で説明したように、空間感度分布データの演算にタイムドメイン法の一つであるユニバーサルバックプロジェクション法を利用した場合、下記の式に従って初期音圧分布の作成を行う。
ここでｐ_０（ｒ）は初期音圧分布、ｂ（ｒ_０，ｔ）は投影データ、ｄΩ_０は任意の観測点Ｐに対する検出器ｄＳ_０の立体角である。この投影データを式（１）の積分に従って逆投影することで初期音圧分布ｐ_０（ｒ）を得ることができる。
なお、ｂ（ｒ_０，ｔ）とｄΩ_０は
及び、
である。ここで、θは検出器と任意の観測点Ｐとがなす角度である。
さらにその後、得られた初期音圧分布から、吸収係数分布や酸素飽和度などを求めてもよい。
以上のような工程で得られた光学特性値分布情報を第１のデータとする。

処理４（Ｓ２０４）：処理３で得られた第１のデータと、処理２でメモリに保存された空間感度分布データと、を用いて第２のデータを作成する工程
例えば、処理３で得られた第１のデータの各ボクセルデータに対して、空間感度分布データを乗算や除算することで、各ボクセルの値を補正し、光学特性値分布を示す第２のデータを作成する。これにより、装置に依存した空間感度分布の効果を低減でき、定量性を向上させることができる。なお、処理３で得られた第１のデータのボクセル数と空間感度分布データのボクセル数とが異なる場合は、データ補間などにより、数や位置などを修正する。また、この補正はすべてのボクセルに行う必要はなく、例えば、予め音源の位置が特定できていれば、音源位置にあるボクセルのみに補正を行えばよい。これにより演算時間の低減を行うことができる。

以上の工程を行うことで、図１（ａ）の例のように音響波の受信範囲が制限されても、空間感度分布を低減でき、定量性の劣化が少ない表示データを提供できる。

（画像の表示）
処理５（Ｓ３０１）：処理４で得られた第２のデータを表示装置が表示する工程
信号処理部２０は、第２のデータに基づき画像を表示装置２１に表示させる。

（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表示データ取得装置の一例について説明する。図１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。このレーザーから発せられる光パルスのエネルギーは０．６Ｊであり、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系１３を用いて、半径約２ｃｍ程度まで広げたあと、光を探触子１７とは反対側の被検体に照射できるように光学系１３をセッティングした。被検体１５としては生体を模擬した図４（ａ）のような長方形ファントムを用いた。ファントムは、水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：５ｃｍ、高さ：５ｃｍ、奥行き：４ｃｍとした。また、このファントム内には図４（ａ）に示されているように、直径１ｍｍの球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個、図のように埋め込まれている。なお、それぞれの光吸収体１４の吸収係数値はどれも同じとなるように調整した。図４（ａ）に示されているプロットはそれぞれの位置での吸収係数値を示している。

また、ファントムや音響波探触子は音響マッチングのため、脱気された水で充たされた水槽の中に置かれている。このようにセッティングされたファントムに対して、図１（ａ）のように探触子１７とは反対側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）で作られた超音波トランスデューサを用いた。このトランスデューサは２次元アレイ型で、素子数は３４５（１５×２３）の素子、素子ピッチは２ｍｍである。また、素子の幅は約２ｍｍである。

図１（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、光が球状の光吸収体１４で吸収されることにより生じる光音響波が発生する。それらの光音響波を超音波トランスデューサ１７で、３４５チャンネル同時に受信（取得）し、その検出信号（取得信号）をアンプ、ＡＤコンバーター、ＦＰＧＡからなる信号収集器１８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（取得信号）を平均化した。その後、得られたデジタルデータを信号処理部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。さらに、このデータを用いて表示データ作成モジュール１９ａにて、吸収係数分布を示す第１のデータの作成を行った。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作成した。このとき使用したボクセル間隔は０．０５ｃｍとした。表示データを作成する範囲は３．０ｃｍ×４．６ｃｍ×４．０ｃｍとした。このようにして得られた第１のデータの一例を図４（ｂ）に示す。なお、この図は、３次元で構成された第１のデータからすべての吸収体が含まれる２次元断面像を切り出したものである。また、図中のプロットは各位置における光吸収体のコントラストを模式的にあらわしたものを示している。

次に、上記で採用されたユニバーサルバックプロジェクション法を用いて、上記と同じ範囲である３．０ｃｍ×４．６ｃｍ×４．０ｃｍの空間感度分布データを、図１（ｂ）のように信号処理部２０に内蔵された演算モジュール１９ｄで算出し、その結果、図３（ｃ）に示す空間感度分布データを得た。このとき、データは空間感度分布補正でのゼロ割を避けるために、空間感度分布データの最大値でデータを規格化し、かつ、０．５以下の値を持つデータは１とした。その後、この空間感度分布データを信号処理部２０であるワークステーションのメモリ１９ｃに保存した。さらに、図４（ｂ）の第１のデータに対して、補正処理モジュール１９ｂにて、第１のデータのそれぞれのボクセルに対応する位置の空間感度分布データを除算し、空間感度分布補正を行った。このようにして得られた吸収係数分布を示す第２のデータの一例を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）も、３次元に構成された第２のデータからすべての吸収体が含まれる２次元断面像を切り出したものである。また、図中のプロットは各位置における光吸収体のコントラストを模式的にあらわしたものを示している。

図４（ｂ）と（ｃ）を比較する。図４（ｂ）では図１のようにファントムのある１面のみしか音響波を受信できていないため、各光吸収体の吸収係数が同じにもかかわらず、違うコントラストで表示されている。一方、図４（ｃ）においては、空間感度分布データで補正した結果、ほぼ同じようなコントラストで吸収体が表示されていることが分かる。つまり、定量性が大きく改善されていることが分かる。このように、音響波の計測領域が制限された場合において、空間感度分布データを用いて、第１のデータを補正することで、被検体内部にある光吸収体の情報を定量性よく表示できる。

（実施例２）
本実施形態を適用した光音響トモグラフィーを用いた表示データ取得装置の一例について説明する。本実施例においては、実施例１と同様のファントム及び測定系を用いた。ただし、第１のデータを作成する手法や装置構成が分かっているため、空間感度分布データは、装置とは別に用意された演算処理部であるワークステーションにて予め算出された。その後、データは、装置の表示データ取得部１９である別のワークステーション内のハードディスクに保存された。なお、この空間感度分布データは実施例１とほぼ同様の方法で求められた。

次に、実施例１と同様にファントムに光照射を行い、得られたデジタルデータを信号処理部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。このデジタルデータを用いて、実施例１と同様に図４（ｂ）のような吸収係数分布を示す第１のデータを得た。次に、ワークステーション内に保存された空間感度分布データをメモリ１９ｃに格納し、第１のデータに対して、空間感度分布補正を行った。ここでは、実施例１とはことなり、第１のデータのそれぞれのボクセルに対して、同じ位置の空間感度分布データを乗算することで、空間感度分布補正を行った。その結果、図４（ｃ）とほぼ同様の劣化のない吸収係数分布を示す第２のデータを得ることができた。

このように、予め空間感度分布データを算出したとしても、装置構成や第１のデータを作成する手法が決まっていれば、本発明により、第１のデータを補正することで、被検体内部にある光吸収体の情報を定量性よく表示できる。

（実施例３）
本実施形態を適用した光音響トモグラフィーを用いた表示データ取得装置の一例について説明する。本実施例においては、実施例１と同様のファントム及び測定系を用いた。まず、ファントムの計測前に、透明なガラスチューブの先端にインクを入れた微小光吸収体に対して光照射を行い、音響波を受信した。また、得られた受信信号からその微小音源と同じ位置のボクセル値を算出し、それを様々な位置で行うことで空間感度分布データを実験的に求めた。そのデータを信号処理部２０のメモリ１９ｃに保管した。次に、実施例１と同様にファントムに光照射を行い、得られたデジタルデータを信号処理部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。その後、実施例１と同様に吸収係数分布を示す第１のデータを作成し、さらに、実験的に得られた空間感度分布補正を利用して第１のデータの補正を行った。その結果、図４（ｃ）とほぼ同様の吸収係数分布を示す第２のデータを得ることができた。

このように、実験的に求めた空間感度分布データを用いても、本発明により、被検体内部にある光吸収体の画像を定量性よく表示できる。

１１光源
１７音響波探触子
１９表示データ取得部
１９ａ表示データ作成モジュール
１９ｂ補正処理モジュール
１９ｃメモリ
１９ｄ演算モジュール

Claims

パルス光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して第１の信号を取得する音響波検出部と、
前記音響波検出部で取得された前記第１の信号に基づいて、前記被検体の光学特性値分布を示す第１のデータを生成する第１のデータ生成部と、
装置に依存する空間感度分布データが格納されるメモリと、
前記第１のデータを前記空間感度分布データで補正することにより、第２のデータを生成する第２のデータ生成部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
前記空間感度分布データを算出し、前記メモリに格納する演算部を更に有する
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。
前記演算部が、
前記被検体を分割した複数のボクセルのそれぞれを音源としたときに、前記音響波検出部で取得されるべき信号を算出し、
さらに、前記算出された信号を用いて、前記複数のボクセルに対応する空間感度分布データを算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
前記音響波検出部が、前記被検体を分割した複数のボクセルのそれぞれに対応する位置に設置した音源から発せられた音響波を検出して第２の信号を取得し、
前記演算部が、前記第２の信号を用いて前記複数のボクセルに対応する空間感度分布データを算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
前記第２のデータ生成部は、前記第１のデータに前記空間感度分布データを乗算することにより、前記第２のデータを生成する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記第２のデータ生成部は、前記第１のデータを前記空間感度分布データで除算することにより、前記第２のデータを生成する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記メモリは、装置に依存する、測定対象領域内の位置毎の測定感度のばらつきを表す前記空間感度分布データが格納される
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記第２のデータに基づいた表示データを表示する表示部を更に有する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
パルス光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して取得された第１の信号に基づいて、前記被検体の光学特性値分布を示す第１のデータを生成する工程と、
前記第１のデータを装置に依存する空間感度分布データを用いて補正することにより、第２のデータを生成する工程と、
を有することを特徴とする信号処理方法。