JP6000728B2 - 被検体情報取得装置および被検体情報取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置および被検体情報取得方法に関する。

レーザーなどの光源から被検体に照射した光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得る光イメージング装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ（ＰＡＩ：光音響イメージング）がある。以下、ＰＡＩについて説明する。

ＰＡＩとは、光源から生体（被検体）にパルス光を照射し、生体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する光音響波を検出し、検出した音響波を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性に関連した情報を可視化する技術である。これにより、生体内の光学特性値分布、特に、初期音圧分布、光エネルギー吸収密度、吸収係数分布、酸素飽和度分布を得ることができる。

ＰＡＩでは、被検体内における光吸収体から発生する光音響波の初期音圧Ｐ_０は、次式（１）で表すことができる。
Ｐ_０＝Γ・μ_ａ・Φ・・・（１）
ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を定圧比熱Ｃ_Ｐで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られている。μ_ａは光吸収体の吸収係数、Φは局所的な領域での光量（光吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う）である。

被検体中を伝搬してきた光音響波の音圧Ｐの時間変化を音響波検出器で検出し、その検出結果から初期音圧分布を算出する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１によると、算出された初期音圧分布をグルナイゼン係数Γで除することにより、μ_ａとΦの積、つまり光エネルギー吸収密度を得ることができる。そして、式（１）で示されるように、初期音圧Ｐ_０の分布から吸収係数μ_ａを得るためには、被検体内の光量Φを求めることが必要である。つまり、初期音圧を光量で除することにより吸収係数を得ることができる。

特許文献２には、音響波検出器が複数の素子からなり、音響波検出器を素子の配列方向に移動させながら、光音響波を検出し、被検体に対して同じ位置で取得した検出信号を加算する光音響イメージング装置が記載されている。このように、特許文献２では、広範囲を測定するにあたって、音響波検出器の受信信号を処理する受信システムが大規模化してコストが増大することを抑え、さらに信号のＳ／Ｎを改善する事ができる。

特開２０１０−８８６２７号公報 特開２０１０−１０４８１６号公報

しかしながら、光音響イメージングにおいて、特許文献２のように、被検体に対して同じ位置の検出信号を積算した信号を使って得た初期音圧分布を用いて、特許文献１に示す方法で吸収係数分布を算出すると、正確な吸収係数分布を取得する事ができなかった。そ
レに伴い、被検体内の正確な酸素飽和度分布を取得することができなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、光音響イメージングにおいて、吸収係数を算出する際の正確さを向上させることにある。

本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に光を照射する照射部と、
光を照射された前記被検体から発生する音響波を取得して検出信号に変換する複数の素子を含む検出部と、
前記検出部を前記被検体上で移動させる検出部走査機構と、
前記検出部が移動した各位置で前記複数の素子が取得した音響波から変換された検出信号のうち、被検体上の同じ位置で取得された音響波から変換された検出信号を積算して積算信号を出力する積算部と、
前記被検体内の関心領域における初期音圧を、前記積算信号から算出する初期音圧算出部と、
前記関心領域における光量を算出する光量算出部と、
前記初期音圧と前記光量を用いて被検体情報を算出する被検体情報算出部と、
を有し、
前記光量算出部は、前記積算部の処理と前記初期音圧算出部の算出処理に応じて光量を重みづけして、重み付け光量を算出する
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、
照射部が、被検体に光を照射する工程と、
検出部に含まれる複数の素子が、光を照射された前記被検体から発生する音響波を取得して検出信号に変換する工程と、
検出部走査機構が、前記検出部を前記被検体上で移動させる工程と、
積算部が、前記検出部が移動した各位置で前記複数の素子が取得した音響波から変換された検出信号のうち、被検体上の同じ位置で取得された音響波から変換された検出信号を積算して積算信号を出力する工程と、
初期音圧算出部が、前記被検体内の関心領域における初期音圧を、前記積算信号から算出する工程と、
光量算出部が、前記関心領域における光量を算出する工程と、
被検体情報算出部が、前記初期音圧と前記光量を用いて被検体情報を算出する工程と、を有し、
前記光量算出部は、前記積算部の処理と前記初期音圧算出部の算出処理に応じて光量を重み付けして前記光量を算出する
ことを特徴とする被検体情報取得方法である。

本発明によれば、光音響イメージングにおいて、吸収係数を算出する際の正確さを向上させることができる。

本実施形態に係る被検体情報取得装置の模式図。 本実施形態に係る光音響イメージングを説明するための模式図。 被検体情報取得方法のフローチャート。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響波検出部は、被検体内で発生した音響波を受信する。

＜装置の構成の概要＞
図１は、本実施形態に係る被検体情報取得装置の模式図である。本実施形態における被検体情報取得装置は、光源２、光照射部３、音響波検出部４、信号積算処理部５、計算処理部６、光照射部走査機構１１、音響波検出部走査機構１２、表示装置１８から構成される。音響波検出部４は音響波検出素子１０を含む。計算処理部６は、初期音圧取得モジュール１５、光量値取得モジュール１６および被検体情報取得モジュール１７を含む。測定対象は被検体１であり、その内部には周囲より吸収係数の高い光吸収体７がある。

光源２はパルス光を発する。発せられたパルス光は光照射部３に導かれ、照射光８として被検体１に照射される。被検体内部へ入った照射光８は、被検体内（被検体が生体の場合、生体組織）での拡散、吸収により減衰し、照射位置からの距離などに応じた光量分布９を形成する。照射光８が光吸収体７まで到達すると、光音響効果により光音響波１３が発生する。光照射部は、本発明の照射部に相当する。

発生した光音響波１３は、被検体内を伝播し、音響波検出部４で検出される。より具体的には、音響波検出部４が備える音響波検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより光音響波が受信され、アナログの電気信号に変換され出力される。本実施形態での音響波検出部４は複数の音響波検出素子を備えているので、複数の位置で光音響波を検出可能である。信号積算処理部５は、電気信号を増幅、デジタル変換する。さらに信号積算処理部５は、複数回の検出において、被検体１に対して同じ位置で検出された信号を積算平均し、検出信号として計算処理部６のメモリ（不図示）に格納する。音響波検出部は、本発明の検出部に相当する。

計算処理部６に備えられた初期音圧取得手段としての初期音圧取得モジュール１５は、被検体１内の関心領域１４における初期音圧を取得する。また、計算処理部６に備えられた光量値取得手段としての光量値取得モジュール１６は、照射光８のプロファイルと被検体１の平均光学係数を用いて、関心領域１４における光量値を取得する。そして、計算処理部１５に備えられた被検体情報取得手段としての被検体情報取得モジュール４６は、関心領域１４における初期音圧及び光量値を用いて、関心領域１４における光学特性値を取得する。そして、取得した光学特性値を表示手段としての表示装置１８に表示可能な画像データに変換する。

なお、計算処理部６が、被検体１の全領域にわたって関心領域を設定し、被検体の全領域にわたる関心領域について初期音圧取得モジュール１５が初期音圧を取得することによ
り、被検体内の初期音圧分布を取得することができる。同様に、被検体の全領域にわたる関心領域について、光量値取得モジュール１６および被検体情報取得モジュール１７が光量値および吸収係数を取得することにより、光量値分布および被検体情報分布を取得することができる。関心領域は、２次元の画像再構成においてはピクセル、３次元の画像再構成においてはボクセルと呼ぶことができる。初期音圧取得モジュールは本発明の初期音圧算出部に、光量値取得モジュールは本発明の光量算出部に、被検体情報取得モジュールは本発明の被検体情報算出部に相当する。

音響波検出部走査機構１２は、被検体１と音響波検出部４とを相対的に移動させる。音響波検出部走査機構１２が、３つの音響波検出素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えた音響波検出部４を被検体上で走査することにより、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、複数の位置で、また各位置で複数回、光音響波を検出可能となる。音響波検出部走査機構は、本発明の検出部走査機構に相当する。

光照射部走査機構１３は、光照射部３を走査することにより、被検体に対する照射光８の位置を移動させる。ここで、音響波検出部４と照射光８とを同期して走査することによって、音響波検出部４が常に光量の強い領域の信号を取得可能となり、Ｓ／Ｎの高い光音響波信号を取得できる。光照射部走査機構は、本発明の照射部走査機構に相当する。

＜構成要素の詳細＞
続いて、上述した被検体情報取得装置の各構成要素について、それぞれの詳細な材料、構造や機能を説明する。

（光源）
光源２は、５ナノ秒乃至５０ナノ秒のパルス光を発生可能な光源を備えている。光源としては大きな出力が得られる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。理想的には、出力が強く連続的に波長を変えられる、Ｎｄ：ＹＡＧ励起のＴｉ:ｓａレーザーや、アレキ
サンドライトレーザーがよい。異なる波長の単波長レーザーを複数保有していてもよい。

（光照射部）
光源２から出射されたパルス光は、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。光照射部３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などである。このような光学部品は、光源から発せられたパルス光が被検体１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被検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。なお、照射光１２を走査するために、図１に示すように、光照射部に光照射部走査機構１１を設けることもできる。

（音響波検出部）
被検体表面及び被検体内部で発生する光音響波を検出する（探触子あるいはトランスデューサとも呼ばれる）である音響波検出部４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。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。なお、複数の位置で音響波を検出するため、図１に示すように音響波検出素子１０が１次元、または２次元に並べて複数配列されており、音響波検出部走査機構１２によって機械的に走査可能に構成されていることが好ましい
。

（信号積算処理部）
信号積算処理部５は、音響波検出部４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。信号積算処理部は、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。音響波検出部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。さらに、本特許においては、被検体に対して同じ位置で検出した音響波信号は積算されて、一つの信号になる。積算の方法は、信号同士を足し合わせるだけでも良いし、信号同士を足し合わして足し合わせた数で割る方法でも良いし、信号にそれぞれ重みを付けて足しわせても良い。なお、本明細書において「検出信号」とは、音響波検出部から出力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。信号積算処理部は、本発明の積算部に相当する。

（計算処理部）
計算処理部６は、画像再構成などを行うことにより被検体内部の光学特性値を取得する。計算処理部６には、典型的にはワークステーションなどが用いられ、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。計算処理部は、様々な算出処理を実行できる。例えば、ワークステーションで使われるソフトウェアとしては、設定モジュールや、初期音圧取得モジュール１５、光量値取得モジュール１６、被検体情報取得モジュール１７などがある。なお、それぞれのモジュールを、別々のハードウェアとして設けてもよい。この場合、それぞれのハードウェアを総じて計算処理部６とすることができる。また、場合によっては、信号積算処理部５と、計算処理部６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光学特性値を生成することもできる。

＜信号検出と積算処理＞
続いて、本実施形態における、光照射から信号検出、および、検出された信号について光量の重み付けがなされた積算処理と被検体情報取得方法を、本発明を適用しない場合と対比しつつ説明する。

ここで、図２（ａ）〜（ｅ）のように走査制御された場合における、被検体１および光吸収体７と、音響波検出部４および音響波検出素子１０ａ〜１０ｃの相対的な位置関係を、「状態」と呼ぶこととする。図２（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、状態（１）〜状態（５）に対応する。以下の説明において各状態を区別するとき、状態の番号１ないし５を添字として用いる。また、各音響波検出素子を区別するとき、音響波検出素子１０ａ〜１０ｃのそれぞれについて、Ａ〜Ｃの添字を用いる。

以下の説明では、関心領域１４を光吸収体７の位置ｒ_Ｔに設定している。光吸収体７は周囲の組織よりも照射光の波長に対する吸収係数が大きく、照射光を受けると光音響波を発生させる。

状態（１）〜状態（５）での光量分布はそれぞれ、Φ^１（ｒ）、Φ^２（ｒ）、Φ^３（ｒ）、Φ^４（ｒ）、Φ^５（ｒ）とする。光量分布は、音響波検出部と同期して光照射部が移動するのに応じて変化し、図２（ａ）から図２（ｅ）にかけて、光量の多い部位が、紙面上、左から右へと移動する。

また、状態（１）で音響波検出素子１０（ａ）〜１０（ｃ）が取得した関心領域１４での検出信号をそれぞれ、Ｓ_Ａ ^１（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｂ ^１（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｃ ^１（ｒ_Ｔ）と表記する。
すなわち、検出信号Ｓ_Ａ ^１（ｒ_Ｔ）とは、光吸収体（関心領域）の位置がｒ_Ｔ、音響波検出部の位置が状態（１）のときに、音響波検出素子１０ａが検出した信号である。なお、音響波検出素子１０ａは、その指向性の範囲内において、様々な方向からの音響波を検出している。そこで、当該素子から関心領域までの距離と、被検体（生体）内の音速に基づき、光を照射された関心領域からの音響波が当該素子に到達したと考えられる時間を算出し、その時間に検出された信号を関心領域での検出信号とする。

以下同様に、状態（２）で音響波検出素子１０（ａ）〜１０（ｃ）が取得した関心領域１４（光吸収体７）の位置ｒ_Ｔでの検出信号（光音響波から変換された電気信号）をＳ_Ａ ^２（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｂ ^２（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｃ ^２（ｒ_Ｔ）とする。状態（３）ではＳ_Ａ ^３（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｂ ^３（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｃ ^３（ｒ_Ｔ）、状態（４）ではＳ_Ａ ^４（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｂ ^４（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｃ ^４（ｒ_Ｔ）、状態（５）ではＳ_Ａ ^５（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｂ ^５（ｒ_Ｔ）、Ｓ_Ｃ ^５（ｒ_Ｔ）である。

信号積算処理部５は、被検体上の同じ位置で検出した音圧を積算して積算信号を算出する。ここで、音響波検出素子が被検体上で音響波を検出し得る複数の位置を、図２に示すように、位置ｒ_（ｉ）、位置ｒ_（ｉｉ）、位置ｒ_{（ｉｉｉ）}、位置ｒ_（ｉｖ）、位置ｒ_（ｖ）、位置ｒ_（ｖｉ）、位置ｒ_{（ｖｉｉ）}とする。すると、位置ｒ_（ｉ）については状態（１）のときに音響波検出素子１０（ａ）が信号Ｓ_Ａ ^１（ｒ_Ｔ）を検出しているだけなので、これがそのまま積算信号となる。また、位置ｒ_（ｉｉ）については、状態（１）のときに音響波検出素子１０（ｂ）が信号Ｓ_Ｂ ^２（ｒ_Ｔ）を、状態（２）のときに音響波検出素子１０（ａ）が信号Ｓ_Ａ ^２（ｒ_Ｔ）を検出しているので、この２つが積算される。

信号積算処理部５は、続いて、積算平均信号を算出する。すなわち、上で算出した積算信号を積算数で除算して、積算平均を求める。被検体上の各位置での積算平均信号は、Ｓ_（ｉ）、Ｓ_（ｉｉ）、Ｓ_{（ｉｉｉ）}、Ｓ_（ｉｖ）、Ｓ_（ｖ）、Ｓ_（ｖｉ）、Ｓ_{（ｖｉｉ）}とする。したがって、それぞれの位置で積算平均された関心領域１４での積算平均信号は、次の式（２）〜式（８）のようになる。

Ｓ_（ｉ）（ｒ_Ｔ）＝Ｓ_Ａ ^１（ｒ_Ｔ） …（２）
Ｓ_（ｉｉ）（ｒ_Ｔ）＝（Ｓ_Ｂ ^１（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ａ ^２（ｒ_Ｔ））／２ …（３）
Ｓ_{（ｉｉｉ）}（ｒ_Ｔ）＝（Ｓ_Ｃ ^１（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ｂ ^２（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ａ ^３（ｒ_Ｔ））／３
…（４）
Ｓ_（ｉｖ）（ｒ_Ｔ）＝（Ｓ_Ｃ ^２（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ｂ ^３（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ａ ^４（ｒ_Ｔ））／３
…（５）
Ｓ_（ｖ）（ｒ_Ｔ）＝（Ｓ_Ｃ ^３（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ｂ ^４（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ａ ^５（ｒ_Ｔ））／３ …（６）
Ｓ_（ｖｉ）（ｒ_Ｔ）＝（Ｓ_Ｃ ^４（ｒ_Ｔ）＋Ｓ_Ｂ ^５（ｒ_Ｔ））／２ …（７）
Ｓ_{（ｖｉｉ）}（ｒ_Ｔ）＝Ｓ_Ｃ ^５（ｒ_Ｔ） …（８）

光吸収体７の位置をｒ_Ｔ、音響波検出素子の位置ｒ_（ｉ）、ｒ_（ｉｉ）、ｒ_{（ｉｉｉ）}、ｒ_（ｉｖ）、ｒ_（ｖ）、ｒ_（ｖｉ）、ｒ_{（ｖｉｉ）}をとする。このとき、各信号と音響波検出素子の位置関係での信号への補正係数をα（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉ））、α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｉ））、α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｉｉｉ）}）、α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｖ））、α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖ））、α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖｉ））、α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｖｉｉ）}）とする。

＜本実施形態の適用がない場合＞
ここで、信号積算処理部５の処理（例えばいくつの信号が積算されたか）を考慮に入れずに初期音圧を算出すると、光吸収体７での初期音圧Ｐ_０（ｒ_Ｔ）は、式（９）となる。
Ｐ_０ ^ｎ（ｒ_Ｔ）
＝｛α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉ））Ｓ_（ｉ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｉ））Ｓ_（ｉｉ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｉｉｉ）}）Ｓ_{（ｉｉｉ）}（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｖ））Ｓ_（ｉｖ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖ））Ｓ_（ｖ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖｉ））Ｓ_（ｖｉ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｖｉｉ）}）Ｓ_{（ｖｉｉ）}（ｒ_Ｔ）｝／７ …（９）

この式（９）に、α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉ））Ｓ_Ａ ^１（ｒ_Ｔ）＝μ_ａ（ｒ_Ｔ）・Φ（ｒ_Ｔ）であることを考慮の上で、式（２）〜式（８）を代入すると、以下の式（１０）となる。

ここで、信号積算処理５の処理を考慮に入れず光量値を算出すると、光吸収体７での光量値Φ（ｒ_Ｔ）は、以下の式（１１）となる。

そのため、式（１０)を式（１１）で割っても正確な吸収係数が算出されない。

ここで、光吸収体７の吸収係数μ_ａ（ｒ_Ｔ）＝０．０２／ｍｍとする。状態（１）〜状態（５）での光吸収体７の位置での光量をそれぞれ、Φ^１（ｒ_Ｔ）＝１０（Ｊ／ｍ^２）、Φ^２（ｒ_Ｔ）＝５（Ｊ／ｍ^２）、Φ^３（ｒ_Ｔ）＝１（Ｊ／ｍ^２）、Φ^４（ｒ_Ｔ）＝０．３（Ｊ／ｍ^２）、Φ^５（ｒ_Ｔ）＝０．０５（Ｊ／ｍ^２）とする。

式（１０）を用いて光吸収体７の位置ｒ_Ｔでの初期音圧を求めると、Ｐ_０ ^ｎ（ｒ^Ｔ）＝０．０７３２Ｐａとなる。しかし、この初期音圧Ｐ_０ ^ｎ（ｒ_Ｔ）＝０．０７３２Ｐａと、式（１１）の光量Φｄ（ｒ_Ｔ）＝３．２７（Ｊ／ｍ^２）とを用いて吸収係数を算出すると、０．０２２４／ｍｍとなり、正確な吸収係数が算出されない。

＜本実施形態の適用がある場合＞
そこで本実施形態では、位置ごとの積算平均信号Ｓ_（ｉ）、Ｓ_（ｉｉ）、Ｓ_{（ｉｉｉ）}、Ｓ_（ｉｖ）、Ｓ_（ｖ）、Ｓ_（ｖｉ）、Ｓ_{（ｖｉｉ）}に重みを付けて初期音圧を算出し、それに合わせて光量を算出し、両者から吸収係数を算出する。

光吸収体７の位置ｒ_Ｔでの初期音圧は、式（１２）となる。このときの重みは、信号積算処理部５での積算数に応じて定められる。
Ｐ_０ ^ｗ（ｒ_Ｔ）
＝｛α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉ））Ｓ_（ｉ）（ｒ_Ｔ）
＋２×α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｉ））Ｓ_（ｉｉ）（ｒ_Ｔ）
＋３×α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｉｉｉ）}）Ｓ_{（ｉｉｉ）}（ｒ_Ｔ）
＋３×α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｉｖ））Ｓ_（ｉｖ）（ｒ_Ｔ）
＋３×α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖ））Ｓ_（ｖ）（ｒ_Ｔ）
＋２×α（ｒ_Ｔ，ｒ_（ｖｉ））Ｓ_（ｖｉ）（ｒ_Ｔ）
＋α（ｒ_Ｔ，ｒ_{（ｖｉｉ）}）Ｓ_{（ｖｉｉ）}（ｒ_Ｔ）｝／７ …（１２）

この式を展開すると、以下の式（１３）のようになる。

正確な吸収係数を算出するための光量は、以下の式（１４）のようになる。

このように重み付けを行って初期音圧と光量を算出すると、
Ｐ_０ ^ｗ（ｒ_Ｔ）＝０．１４０１Ｐａ、Φ^ｗ（ｒ_Ｔ）＝７．００７（Ｊ／ｍ^２）となる。これらより吸収係数を算出すると、μ_ａ（ｒ_Ｔ）＝０．０２００／ｍｍとなり、吸収係数の算出に当たって正確さを向上させることができる。

＜処理手順＞
以下に、本実施形態に係る被検体情報取得方法を、図３のフローチャートを用いて説明する。以下の番号は、図３に示す各工程の番号と一致する。

（Ｓ１００：被検体にパルス光を照射する光照射工程）
この工程では、光照射部から被検体に対してパルス光を照射する。

（Ｓ２００：被検体に対して移動しながら音響波を検出する音響波検出工程）
Ｓ１００において被検体にパルス光が照射された結果、被検体から音響波が発生する。この工程では、その音響波を音響波検出素子が検出し、電気信号に変換してメモリ等に格納する。上述したように、複数の素子を用いて複数の位置で音響波を検出することが好ましい。

上記のＳ１００工程およびＳ２００工程は、音響波検出部と光照射部が同期しながら移動する各位置において行われる。すなわち、被検体情報取得の対象となる領域の全体から音響波を検出するまでの間、Ｓ１００工程とＳ２００工程が繰り返し実行される。そのために、音響波検出部及び光照射部の移動と、光の照射および音響波検出のタイミングが制御される必要がある。

ここで、図２に示したように複数の音響波検出素子が所定の素子ピッチで等間隔に並んでいる場合、音響波検出部が配列方向に１素子ずつ移動して、それぞれの位置で音響波を検出することが好ましい。さらに、音響波検出素子が２次元に、等間隔の格子状に並んでおり、配列方向に１素子分移動するたびにパルス光が照射されて、光音響波を検出することも好ましい。

(Ｓ３００：検出信号において、被検体に対して同じ位置で取得した信号を積算する積
算信号取得工程)
この工程では、上記のＳ２００工程において取得されメモリに格納された検出信号から、被検体上の同じ位置で取得されたものを選択して積算し、積算信号とする。なお、検出信号を全て格納するのではなく、検出の都度、実時間で演算を行なっても良い。

具体的には、音響波検出部を１素子のピッチずつ移動して各位置で光音響波を検出する
場合、被検体上の位置ｒ_（ｉ）にてある素子Ａが検出した信号と、次の照射時に同じ位置ｒ_（ｉ）に移動してきた素子Ｂ（素子Ａの隣の素子）が検出した信号を積算する。同様にして式（２）〜式（８）の様に、同じ位置で取得した信号を一つの積算信号として積算する。さらに、この段階で積算信号を積算数で割って平均値を求め、積算平均信号としておいても良い。

（Ｓ４００：積算信号を用いて、積算信号に重み付けして被検体の関心領域の初期音圧を取得する初期音圧取得工程）
この工程では、上記のＳ３００工程において信号を積算した積算方法に応じて、式（１３）の様に積算平均信号に重みを付け、初期音圧を算出する。積算に応じた方法とは例えば、積算平均信号に補正係数を乗じるだけでなく、被検体上の各位置での積算数に応じた重みをも乗じる方法である。

（Ｓ５００：関心領域の光量を積算信号取得工程の信号の積算方法と初期音圧取得工程の重み付け方法を鑑みて、重み付けをした光量を取得する重み付け光量取得工程）
この工程では、上記のＳ１００工程で照射した各パルスにおける関心領域の光量を算出し、Ｓ３００工程での信号の積算方法とＳ４００工程での重み付け方法を考慮に入れて、式（１４）の様に重み付けした光量を算出する。例えば、初期音圧取得時の重み付けにより得られたゲインに応じて、光量にもゲインを掛ける方法である。本実施形態では素子数と光照射（音響波検出）回数の掛け合わせに応じて、初期音圧を算出する際の信号積算数が増加するため、積算に応じた本処理が必要となる。

（Ｓ６００：前記関心領域の前記重み付け初期音圧と前記重み付け光量を用いて、前記関心領域の被検体情報を取得する。）
この工程では、上記のＳ４００工程において得られた重み付け初期音圧から、Ｓ５００工程において得られた重み付け光量を除する事により、吸収係数を算出する。これにより、被検体情報分布が得られる。

本発明の被検体情報としては、酸化および還元ヘモグロビンの吸収係数のそれぞれに対応する複数の波長の光を用いて求めた吸収係数に基づいて算出した酸素飽和度を用いても良い。

３：光照射部，４：音響波検出部，５：信号積算処理部，６：計算処理部，１０：音響波検出素子，１２：音響波検出部走査機構，１５：初期音圧取得モジュール，１６：光量値取得モジュール，１７：被検体情報取得モジュール

Claims (7)

1. 被検体に光を照射する照射部と、
   光を照射された前記被検体から発生する音響波を取得して検出信号に変換する複数の素子を含む検出部と、
   前記検出部を前記被検体上で移動させる検出部走査機構と、
   前記検出部が移動した各位置で前記複数の素子が取得した音響波から変換された検出信号のうち、被検体上の同じ位置で取得された音響波から変換された検出信号を積算して積算信号を出力する積算部と、
   前記被検体内の関心領域における初期音圧を、前記積算信号から算出する初期音圧算出部と、
   前記関心領域における光量を算出する光量算出部と、
   前記初期音圧と前記光量を用いて被検体情報を算出する被検体情報算出部と、
   を有し、
   前記光量算出部は、前記積算部の処理と前記初期音圧算出部の算出処理に応じて光量を重みづけして、重み付け光量を算出する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記光量算出部は、前記検出部が前記音響波を取得するごとに前記光量を算出する
   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。
3. 前記初期音圧算出部は、前記積算部の処理に応じて前記積算信号に重み付けして、重み付け初期音圧を算出する
   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. 前記積算部は、前記被検体上の各位置における前記積算信号を、当該位置での積算数で除することで積算平均信号を算出し、
   前記初期音圧算出部は、前記初期音圧を算出するとき、前記被検体上の各位置における前記積算平均信号ごとに、当該位置での積算数に応じた重み付けを行う
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記積算部は、被検体上の同じ位置で取得された音響波から変換された検出信号を重み付け積算して、積算信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記照射部を前記被検体上で移動させる照射部走査機構をさらに有し、
   前記照射部走査機構と前記検出部走査機構は同期しながら移動する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 照射部が、被検体に光を照射する工程と、
   検出部に含まれる複数の素子が、光を照射された前記被検体から発生する音響波を取得して検出信号に変換する工程と、
   検出部走査機構が、前記検出部を前記被検体上で移動させる工程と、
   積算部が、前記検出部が移動した各位置で前記複数の素子が取得した音響波から変換された検出信号のうち、被検体上の同じ位置で取得された音響波から変換された検出信号を積算して積算信号を出力する工程と、
   初期音圧算出部が、前記被検体内の関心領域における初期音圧を、前記積算信号から算出する工程と、
   光量算出部が、前記関心領域における光量を算出する工程と、
   被検体情報算出部が、前記初期音圧と前記光量を用いて被検体情報を算出する工程と、
   を有し、
   前記光量算出部は、前記積算部の処理と前記初期音圧算出部の算出処理に応じて光量を重み付けして前記光量を算出する
   ことを特徴とする被検体情報取得方法。

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