JP6272448B2 - 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、弾性波を受信して、被検体の被検体情報を取得する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。本明細書において、弾性波は、音波、超音波、音響波、光音響波、光超音波を含む概念である。

がんに起因して発生する血管新生を特異的に画像化する方法として、光音響イメージング（ＰＡＩ；Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）が注目されている。光音響イメージングは、照明光（近赤外線など）を生体等に照明し、生体等の内部から発せられる光音響波を探触子で受信して画像化する方式である。非特許文献１には、光音響イメージングの原理を用いて生体内の画像を取得する方法として、被検体を乳房とする光音響マンモグラフィ（ＰＡＭ；Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ）が開示されている。

図４（ａ）は、非特許文献１の測定方式を模式的に側面から図示したものである。

図４（ａ）において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１０７ａは、被検体（乳房）を照明するための光源である。照明系１０７は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ１０７ａから発せられたレーザ光を被検体に導いて照明するためのものである。照明系走査機構１０８は、照明系１０７を搭載し、上下（図４（ａ）の矢印方向）、左右（図４（ａ）の紙面垂直方向）に照明系１０７を走査させる。

探触子１０２は、被検体から発せられた光音響波を受信するためのものである。不図示の信号処理装置は、照明系走査機構１０８で設定される照明位置から、画像化のために用いる信号を得る探触子１０２の受信素子を選択し、その信号の増幅・ディジタル変換を行い、画像を再構成する。

ガラス製の保持プレート１０５は、照明系１０７からの照明光を透過し、かつ探触子１０２との間で被検体を圧迫保持する。被検者は、不図示のベッドに伏臥位になり、被検体である乳房をベッドの挿入穴に入れる。

そして、探触子１０２と保持プレート１０５とで、被検体は圧迫保持される。非特許文献１の装置では、図４（ａ）に示す測定方式で光音響信号から生体内の画像データを取得している。

そして、特許文献１には、図４（ｂ）に示すようなＸ線マンモグラフィと超音波装置との複合機が開示されている。

図４（ｂ）に記載の装置は、第１の保持プレート１０１を移動させることによって、第１の保持プレート１０１と第２の保持プレート１０５との間に不図示の被検体を圧迫保持する。

また、第１のプレート１０１の被検体の反対側には、第１のプレート１０１の面内方向に移動可能な小型の探触子１０２が設けられている。探触子１０２は、ガイドとなるガントリ１０３に保持されている。そして、探触子１０２は、第１の保持プレート１０１越しに被検体に向かって超音波を送信する。そして、図４（ｂ）に記載の装置は、被検体からの反射波を探触子１０２が受信することにより取得した信号を用いて、被検体内の超音波画像を取得している。

米国特許第６，６０７，４８９号明細書

Ｓｒｉｒａｎｇ Ｍａｎｏｈａｒ，ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：ｓｙｓｔｅｍ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ ５０（２００５）２５４３−２５５７

しかしながら、特許文献１および非特許文献１に開示されたように、プレートで被検体を保持した状態で、弾性波を受信し、受信信号から被検体情報を取得する弾性波イメージングにおいては、さらなる画質の向上が望まれていた。

そこで、本発明は、被検体をプレートで保持して、被検体情報を取得する弾性波イメージングにおいて、より画質のよい被検体情報取得装置および被検体情報取得方法を提供することを目的とする。

本発明に係る装置は、被検体を保持する保持手段と、被検体に光が照射されることにより被検体の注目点で発生した光音響波としての弾性波を受信することにより信号を出力する探触子と、被検体の保持によって変形した保持手段と被検体との界面の位置情報を取得し、被検体の保持によって変形した保持手段と被検体との界面の位置情報に基づいて、注目点で発生した弾性波が探触子に到達するまでの伝搬時間を決定し、伝搬時間と信号とに基づいて、注目点における被検体情報を取得する処理手段と、を有する。

本発明によれば、被検体をプレートで保持して、被検体情報を取得する弾性波イメージングにおいて、より画質のよい被検体情報取得装置および被検体情報取得方法を提供することができる。

本発明の実施例１における装置構成と処理方法を説明する図。 本発明の実施例２における装置構成と処理方法を説明する図。 本発明の実施例３における画像再構成時の弾性波の屈折補正を説明する図。 背景技術を説明する図。 本発明者らが検討している再構成領域の作成方法を説明する図。

弾性波イメージングにおいて、弾性波を探触子が受信することにより出力された信号を用いて被検体情報の画像を生成するためには、被検体情報を生成するための領域（再構成領域）を作成することが必要である。

そこで、本発明者らが検討している再構成領域の作成方法を、図５に示す被検体情報取得装置を用いて説明する。

図５（ａ）に示す被検体情報取得装置は、２枚のプレート（第１の保持プレート１および第２の保持プレート５）により被検体を挟持した状態で、被検体情報を取得している。ここで、探触子２は、探触子２と第１の保持プレート１との間にマッチング剤１４を充填させた状態で、弾性波を受信している。

このとき、処理部９は、圧迫機構６が測定したプレート間の距離を用いて、そのプレート間の距離を再構成領域２０の紙面横方向の幅として設定している。そして、処理部９は、探触子２の受信範囲（走査範囲）を再構成領域２０の紙面縦方向の幅として設定している。

ところが、２枚のプレートにより被検体を挟持したときには、図５（ｂ）に示すように、プレートが面外方向に変形してしまう場合がある。

このような場合、再構成領域２０の紙面横方向の幅をプレート間の距離で設定していたので、再構成領域２０の形状と被検体の形状とが異なってしまう。そのため、再構成領域２０に対応する被検体情報取得領域２１の位置における被検体の被検体情報しか画像化されない。すなわち、被検体が存在するにもかかわらず、画像情報が生成されないブラインド領域２２が存在していたため、被検体全体を画像化することができなない。

また、図５（ｂ）に示す被検体情報取得装置のように、探触子２が第１の保持プレート１越しに弾性波を受信する場合を考える。この場合、第１の保持プレート１付近の再構成領域２０の形状が被検体の形状とは異なっているため、弾性波が被検体内を伝搬する距離を正しく見積もることができなかった。その結果、被検体情報の画像の解像度が低下している。

具体的には、プレートの変形を考慮していない再構成領域２０においては、弾性波が被検体内を伝搬する距離をｒとして、弾性波が注目点２３から探触子２まで伝搬する時間を算出している。しかしながら、第１の保持プレート１が変形すると、実際に弾性波が被検体内を伝搬する距離はｒ＋Δｒとなる。それにより、実際に弾性波が被検体内を伝搬した時間と、算出された伝搬時間とが異なってしまうため、探触子２が出力した信号から、注目点２３に対応する時間の信号強度を精度よく抽出できない。そのため、各注目点における被検体情報の定量性が低減し、その結果、被検体情報の画像の解像度が低下してしまっている。

そこで、これらの課題に鑑み、本発明者は、プレートの変形量を考慮して、被検体情報を生成するための領域を作成することを見出した。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体に超音波を送信し、被検体内で反射した超音波を受信して、被検体情報を画像データ（画像情報）などとして取得する超音波エコー技術を利用した装置を含む。また、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弾性波（典型的には超音波）を受信して、被検体情報を取得する光音響効果を利用した装置も含む。

前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内の組織等の音響インピーダンスの違いを反映した情報などである。後者の光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射で生じた弾性波の発生源分布や、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、組織等を構成する物質の濃度分布等である。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布やオキシヘモグロビン・デオキシヘモグロビン濃度分布などである。

本発明において、後述の実施例で説明する各構成要素は、以下に示すようなものを用いることができる。

（探触子）
探触子は、被検体内で発生または反射した弾性波を受信するものである。探触子の受信器は、弾性波を受信して電気信号に変換する１つ以上の変換素子を有し、圧電現象を用いた変換素子、光の共振を用いた変換素子、容量の変化を用いた変換素子などで構成される。探触子の受信器は、弾性波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような受信器を用いてもよい。

弾性波を受信する変換素子は、１次元または２次元に複数配列することにより、同時に複数の場所で弾性波を受信することができるため、受信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。

また、探触子走査機構が、１つの変換素子を走査させることで、変換素子を２次元あるいは１次元に配置したものと同様な信号を得ることも可能である。また、被検体の全面に変換素子を設けても良い。

なお、探触子は、後述する第１の保持部材越しに弾性波を受信する。

（光源）
光音響効果を利用する装置における光源は、被検体（生体など）を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を照射する手段などである。

光源は、例えば、５ナノから５０ナノ秒のパルス光を発生可能なパルス光源を少なくとも一つは備える。光源としては、大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザ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。レーザは、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。

また、光は探触子側から照射されてもよいし、探触子と反対側から照射されてもよい。さらに、光は被検体の両側から照射されてもよい。

ここで、光とは、可視光線や赤外線を含む電磁波を示し、具体的には、例えば、波長が５００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲の光のことを指す。この範囲内の光のうち、測定対象とする成分により特定の波長を選択すると良い。

（照明系）
照明系の光学部材としては、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たりするレンズ、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。光源から照射された光は、レンズやミラーなどの光学部材を用いて被検体に導かれたり、光ファイバなどの光学部材を用いて伝搬させられたりすることが可能である。このような光学部材は、光源から発せられた光が被検体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構わない。一般的に、光はレンズで集光させるより、或る程度の面積に広げる方が、生体への安全性並びに診断領域を広げられるという観点で好ましい。

また、光が被検体に照射される領域（照射領域）は移動可能であることが好ましい。照射領域が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、照射領域は、探触子と同期して移動するとさらに好ましい。照射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や、光源や光学部材自体を機械的に移動させる方法などがある。

（第１および第２の保持部材）
第１および第２の保持部材は、被検体の少なくとも一部の形状を保持するための部材である。第１のおよび第２の保持部材で被検体を狭持すると、測定中の被検体の位置が固定され、体動等による位置誤差を低減することができるため好ましい。また、圧迫することにより、被検体の深部まで光や超音波を効率良く到達させることができる。

第１および第２の保持部材としては、光や超音波の透過率が高く、かつ、被検体や探触子との音響整合性が高い部材を用いることが好ましい。第１および第２の保持プレートの材質は、被検体と音響インピーダンスが近いポリメチルペンテンが好適である。

なお、第１の保持部材は、被検体と探触子との間に設けられ、探触子が第１の保持部材越しに弾性波を受信可能とする。

また、音響整合性を高めることを目的として、ジェル等の音響整合剤（マッチング剤）が、保持部材と被検体との間や、保持部材と探触子との間に設けられていてもよい。

（被検体および光吸収体）
光音響効果を利用する装置が特に対象とする被検体について説明する。光音響効果を利用する被検体情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患、血糖値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。

被検体内の光吸収体は、被検体内で相対的に吸収係数が高いものである。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む血管、あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。また、被検体表面の光吸収体としては皮膚表面付近にあるメラニンなどが該当する。

以下、具体的な実施例を説明する。

（実施例１）
実施例１について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、被検体（乳房など）を第１の保持プレート１および第２のプレート５の間に挿入して挟み込み、弾性波を用いて被検体情報を測定する光音響装置を模式的に図示する。

第１の保持部材である第１の保持プレート１は、被検体を保持するためのものである。

探触子２は、被検体から発せられた超音波を第１の保持プレート１越しに受信できるものであり、トランスデューサ素子のアレイで構成されている。また、探触子２が受信した受信信号は、ＡＤＣ１２でディジタル変換され、ディジタル変換された受信信号がメモリ１３に格納される。

探触子走査機構３は、探触子２を搭載し、探触子２を第１の保持プレート１の面内方向に走査する。また、音響マッチングのためのマッチング剤１４が、第１の保持プレート１と探触子２の受信面との間には充填されている。

また、探触子走査機構３は、第１の保持部材変形量測定手段である変位計４ａを搭載する。そして、変位計４ａは、第１の保持プレート１の面外方向の変形量（変位情報）を測定する。また、処理部９は、探触子走査機構３の走査位置に基づき、変位計４ａおよび探触子２の位置情報を取得する。

変位計４ａは、電気マイクロメータのようなものを用いる接触式でもよいし、光学式センサのようなものを用いる非接触式でもよい。また、変位計４ａは、例えば、探触子２から第１の保持プレート１に向けて超音波を送受信し、送信から受信までの時間に音響マッチング剤の音速を掛けて第１の保持プレート１の各走査位置での変形量を測定する方法を用いる手段でも有効である。

第２の保持部材である第２の保持プレート５は、第１の保持プレート１と共に被検体を挟持して１０Ｎから３００Ｎ程度で圧迫保持する。第２の保持プレート５の圧迫保持および圧迫解除の動作は、第２の保持プレート５を駆動する圧迫機構６によって実行する。

照明系７は、波長６００から１１００ｎｍ程度の近赤外線を第２のプレート５越しに被検体へ照射するための光学系であり、照明系走査機構８に搭載されている。図１（ａ）では、光源および光源から照明系７までの光学系は不図示とした。

また、照明系走査機構８は、第２の部材変形量測定手段である変位計４ｂを搭載する。そして、変位計４ｂは、第２の保持プレート５の面外方向の変形量（変位情報）を測定する。また、処理部９は、照明系走査機構８の走査位置に基づき、変位計４ｂおよび照明系７の位置情報を取得する。

そして、処理部９は、図１（ｂ）に示すように、探触子走査機構３の走査位置から取得した第１の保持プレート１の位置情報と、変位計４ａが取得した第１の保持プレート１の変形量と、を用いて、第１の保持プレート１の変形量の分布情報を求める。

なお、変形量の分布情報とは、元の形状からの変形度合いであって、１次元または２次元的な変形に関する情報を指す。例えば、第１の保持プレート１の元の形状が平板形状であれば、平面度情報である。

同様に、処理部９は、照明系走査機構８の走査位置から取得した第２のプレート５の位置情報と、変位計４ｂが取得した第２のプレート５の変形量とを用いて、第２の保持プレート５の変形量の分布情報を求める。

そして、処理部９は、第１の保持プレート１の変形量の分布情報と、第２の保持プレート５の変形量の分布情報と、圧迫機構６に備えられた部材間距離測定手段（例えばリニアスケール）が測定したプレート間距離情報とから、第１の保持プレート１と、第２の保持プレート５との各対向位置での圧迫距離を求める工程を実行する。

次に、処理部９は、プレートの変形量の分布情報に基づき求められた各対抗位置での圧迫距離から、再構成領域（被検体情報を生成するための領域）を作成する。

そして、メモリ１３に格納した受信信号を参照して、再構成領域の各注目点において画像再構成を行い、画像情報を生成する。そして、その画像情報をモニタ１０へ表示させる。

このように、プレートの変形量の分布情報を用いることで、第１の保持プレート１と第２の保持プレート５との各対向位置での正確な圧迫距離を求めることができる。そのため、処理部９は、再構成領域を高精度に作成することができる。

このように、プレートの変形を考慮して高精度に再構成領域を作成することにより、被検体全体にわたって被検体情報を取得することができる。すなわち、図５（ｂ）に示されたブラインド領域２２となって画像化されなかった領域も、画像化することができる。

また、弾性波が被検体内を伝搬する距離を正しく見積もることができるため、探触子が出力した信号から、注目点に対応する時間の信号強度を精度よく抽出することができる。そのため、取得した画像の解像度を向上させることができる。

また、第１の保持プレート１と第２の保持プレート５によって圧迫保持すると、被検体の音速が変化する。被検体の音速を測定するために、例えば図１（ｃ）のように、探触子２から超音波を発し、第１の保持プレート１と被検体を通って第２の保持プレート５で反射した超音波を探触子２で受信する。そして、（超音波の往復時間ｔ）／２＝（第１の保持プレート１の厚さｔ_Ｐ）／（第１の保持プレート１の音速ｃ_Ｐ）＋（圧迫距離ｄ）／（被検体の音速ｃ_Ｂ）なので、被検体の音速ｃ_Ｂ＝ｄ／（ｔ／２−ｔ_Ｐ／ｃ_Ｐ）を算出できる。このとき、超音波の往復時間を得るためにメモリ１３に格納された受信信号を参照する。

つまり、処理部９が行う被検体情報を生成する工程は、探触子から第１の保持部材越しに被検体へ弾性波を送信し、第１の保持部材を介して反射弾性波を受信して、第１の保持部材と第２の保持部材の各対向位置での両部材間の距離を用いて被検体の音速を得る工程を含むことができる。

このように、被検体を保持した状態での被検体の音速を高精度に測定できるため、音速算出の誤差によって生じる解像度低下を低減することができる。

なお、圧迫機構６は、第１の保持プレート１を駆動させることにより、被検体を圧迫してもよい。

（実施例２）
実施例２の光音響装置は、被検体を圧迫保持して測定する実施例１の光音響装置とは異なり、被検体を第１の保持プレートに押し付ける構成の光音響装置である。

図２（ａ）は、本実施例の光音響装置の構成を示す。本実施例に係る光音響装置では、第１の保持プレート１に被検体を押し付けて保持し、被検体に向けて照明系７で近赤外線を照明する。そして、被検体から発せられた弾性波を探触子２で受信する。第１の保持プレート１の変形量を測定するための変位計４ａと、探触子２と、照明系７とは、探触子走査機構３に搭載されている。

処理部９は、図２（ｂ）に示すように、第１の保持プレート１により被検体を保持したときの、探触子走査機構３の走査位置から得られる変位計４ａの位置情報と、変位計４ａが取得した第１の保持プレート１の変形量とから、第１の保持プレート１の変形量の分布情報を求める。

そして、第１の保持プレート１の変形量の分布情報から、第１の保持プレート１と被検体が接する界面を含む再構成領域を作成する。

このように、本実施例は、被検体を圧迫保持しない形態であって、被検体を保持する第１の保持プレートの変形量の分布情報を用いて、画像情報を生成する領域（再構成領域）を作成する。

このように保持プレートの変形量の分布情報を考慮して得られた再構成領域は、少なくとも保持プレート側の再構成領域が高精度であるため、弾性波が被検体内を伝搬した距離を正しく見積もることができる。

そのため、探触子が出力した信号から、再構成領域の各注目点に対応する時間の信号強度を精度よく抽出できるので、注目点における被検体情報の定量性が高い。すなわち、本実施例によれば、被検体情報の画像の解像度が向上させることができる。

実施例１と実施例２では光音響装置の装置構成について説明したが、上述したように、本発明は光音響装置に限定されない。第１の保持プレート１越しに探触子２で受信する装置であれば、超音波装置にも適用できる。また、リアルタイムに画像情報を生成してモニタ１０へ表示する方式を採用してもよい。

また、変位計の方式として、接触式、非接触式の測定方式について説明したが、これに限定されない。図２（ｃ）のように、第１の保持プレート１あるいは第１の保持プレート１を固定する第１のプレート保持部材１１の複数箇所に歪ゲージ４ｃを貼り付け、荷重がかかったときの歪ゲージ４ｃの出力から、処理部９が第１の保持プレート１の変形量の分布情報を求めても良い。この場合、第１の保持部材変形量測定手段としての歪ゲージ４ｃを、探触子走査機構３に搭載することなく、第１の保持プレート１の変形量の分布情報が得られる。

また、歪ゲージ４ｃ以外には圧電素子、特に圧電フィルムのような、第１の保持プレート１および／または第１のプレート保持部材１１に直接貼付するセンサを用いても良い。

このように、第１の保持部材変形量測定手段は、保持部材および／または保持部材を固定する固定部材の複数個所に直接貼付されるものであってもよい。これは、実施例１における第２の保持プレート５の変形量の分布情報を取得する測定手段にも適用できる。この場合、保持部材変形量測定手段を第２の保持プレート５および／または第２の保持プレート５を固定する第２のプレート保持部材に直接貼付してもよい。

さらに、実施例１および実施例２では、第１の保持プレート１は、被検体を保持していない状態で平面（平板形状）として説明したが、平面に限定されない。例えば第１の保持プレート１が椀型であっても良い。このような場合、被検体を保持していない状態での平面度や曲率が既知であれば、変位計４ａが取得した変形量と、変位計４ａの位置情報とから、被検体を保持した状態での第１の保持プレート１の変形量の分布情報を求めることができる。

（実施例３）
特許文献１は、図４（ｃ）に示す超音波イメージングにおいて、プレートと被検体との音速差によって生じる弾性波の屈折の補正を行う技術を開示している。具体的には、被検体の或る点から探触子の素子に到達する弾性波の屈折補正のため、以下の４つの式から遅延時間Ｔを算出し、探触子の各素子からの信号を加算することが記載されている（ｃ_１、ｃ_２は音速）。
Ｔ＝Ｌ_１／ｃ_１＋Ｌ_２／ｃ_２
β_１＝ｓｉｎ^−１（ｃ_１／ｃ_２×ｓｉｎβ_２）Ｔ＝Ｒ_１／（ｃ_１ｃｏｓβ_１）＋Ｒ_２／（ｃ_２ｃｏｓβ_２）Ｄ＝Ｒ_１ｔａｎβ_１＋Ｒ_２ｔａｎβ_２

そして、本発明者は、特許文献１に記載の屈折補正の技術を、画像再構成を行う弾性波イメージングに適用した。

ところが、図５（ｂ）に示す被検体情報取得装置においては、再構成領域２０の形状が被検体の形状と異なっているため、再構成領域２０に基づいて被検体と保持プレート１との界面の形状を正確に把握することができない。そのような場合、処理部９は、弾性波の第１の保持プレート１への入射位置および入射角度を正確に把握できないため、これまで本発明者らが検討してきた方法で作成した再構成領域２０を用いて屈折補正を行うと、被検体情報の画像の解像度が低下してしまう。

そこで、本発明者は、上記課題に鑑み、実施例１または実施例２で作成した高精度の再構成領域を用いて、変形した第１の保持プレート１での弾性波の屈折を補正して画像情報を生成する方法を見出した。

以下に、本実施例に係る屈折補正の方法を説明する。図３（ａ）は、ｃｉｒｃｕｌａｒｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ方式による画像再構成方法の概略を示している。ｃｉｒｃｕｌａｒ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ方式とは、次のようなものである。被検体の或る点が発した弾性波が探触子２のトランスデューサアレイの一素子２ａまで到達する時間τを取得し、その素子からτに対応する距離に仮想波面を描く。時間τは、光照射時から素子２ａでの信号取得時までの時間である。

各素子について同様に仮想波面を描くと、弾性波の発生源は仮想波面の重なり個所として特定することができる。そして、発生源からの弾性波の信号に基づく吸収係数や酸素飽和度等の情報値を、再構成領域内の各注目点にプロットすることで、吸収係数分布等の被検体情報を画像として生成することができる。

以下、仮想波面の描き方の詳細を説明する。図３（ａ）において、第１の保持プレート１と探触子２の表面（各素子２ａ）との間には、マッチング剤１４が満たされている。マッチング剤１４としては、水またはひまし油やホホバ油などの植物由来の油が好適である。

以下、記号文字は、ｃを音速、ｚを深さ方向の距離、ｘを探触子２の走査面方向の距離、θを屈折角として説明する。さらに下付添字は、Ｍがマッチング剤１４、Ｐが第１の保持プレート１、Ｂが被検体を意味する。

まず、時間τから、破線で図示したｃｉｒｃｕｌａｒ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎにおける仮想波面Ｒ（α）を描く描画方法について説明する。ここで、αは描画する方向を示すパラメータである。

そして、被検体を保持した状態での第１の保持プレート１の変形量の分布情報を用いて取得した高精度の再構成領域から、局所的な第１の保持プレート１の位置と、その位置における探触子２の走査面の法線方向となす角度β_１、β_２を算出することができる（図３（ｂ）参照）。そして、以下のように画像再構成を行う。
図３（ａ）より、
ｘ_Ｍ＝ｃ_Ｍτ_Ｍｃｏｓα
と表すことができる。ここでｃ_Ｍτ_Ｍは、探触子２の走査面と第１の保持プレート１の間隔並びに第１の保持プレート１の平面度情報から、αによって幾何学的に算出できる。また、
ｘ_Ｍ＝ｃ_Ｍτ_Ｍｓｉｎ（θ_Ｍ−β_１）である。よって、マッチング剤１４での屈折角θ_Ｍは
θ_Ｍ＝ｓｉｎ^−１（ｃｏｓα）＋β_１
として求めることができる。第１の保持プレート１での屈折角θ_Ｐと被検体での屈折角θ_Ｂはそれぞれスネルの法則から算出する。すなわち、
θ_Ｐ＝ｓｉｎ^−１（ｃ_Ｐｓｉｎθ_Ｍ／ｃ_Ｍ）θ_Ｂ＝ｓｉｎ^−１（ｃ_Ｂｓｉｎθ_Ｐ／ｃ_Ｐ）となる。次に、第１の保持プレート１の厚さをｔ_Ｐとしたとき、
ｃ_Ｐτ_Ｐ＝ｔ_Ｐ／ｃｏｓθ_Ｐ
である。これより、ｔ_Ｐ／ｃ_Ｐτ_Ｐ＝ｃｏｓθ_Ｐであるから、ｘ_Ｐ＝ｃ_Ｐτ_Ｐｓｉｎ（θ_Ｐ−β_２）＝ｔ_Ｐｓｉｎ（θ_Ｐ−β_２）／ｃｏｓθ_Ｐを求めることができる。そして、τ＝τ_Ｂ＋τ_Ｐ＋τ_Ｍより、τ_Ｂ＝τ−（τ_Ｐ＋τ_Ｍ）であるため、次のようになる。ｘ_Ｂ＝ｃ_Ｂτ_Ｂｓｉｎ（θ_Ｂ−β_２）＝ｃ_Ｂ｛τ−（τ_Ｐ＋τ_Ｍ）｝ｓｉｎ（θ_Ｂ−β_２）同様に、深さ方向についても、次の式を求めることができる。
ｚ_Ｍ＝ｃ_Ｍτ_Ｍｃｏｓ（θ_Ｍ−β_１）ｚ_Ｐ＝ｃ_Ｐτ_Ｐｃｏｓ（θ_Ｐ−β_２）ｚ_Ｂ＝ｃ_Ｂτ_Ｂｃｏｓ（θ_Ｂ−β_２）

以上のように、被検体の或る点が発した弾性波が探触子２の一素子２ａまで到達する時間τから、ｃｉｒｃｕｌａｒ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎにおける仮想波面Ｒ（α）を描くことができる。

なお、上述したように、被検体が発した弾性波が探触子２の一素子２ａまで到達する時間τは、照明系７の光源の発光時から一素子２ａが弾性波を受信するまでの時間である。他の素子についても、同様に仮想波面を描くと、弾性波の発生源において仮想波面が重なって発生源を特定できる。そして、発生源からの弾性波の信号に基づく吸収係数や酸素飽和度等の情報値を、再構成領域内にプロットすることで、被検体情報（吸収係数分布や酸素飽和度分布等）を画像情報として生成できる。発生源からの弾性波の信号は１つ以上の素子で受信されるので、その信号を適宜に処理（例えば、加算処理）することで信号に基づく情報値を得ることができる。

画像情報を生成する方法として、ｃｉｒｃｕｌａｒ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎによる画像再構成について説明したが、これに限定されない。スネルの法則と図３のような幾何学的な算出を行えば、他の画像情報算出方法も適用することができる。

なお、図３（ａ）は模式的に二次元で示したもので、これに基づき弾性波の屈折補正について説明したが、この方法は実際の図３（ａ）の紙面垂直方向を含めた三次元における屈折補正にも適用できる。

また、図３（ａ）ではマッチング剤１４と第１の保持プレート１と被検体の三層として説明したが、これに限定されない。例えば、マッチング剤を用いず保持プレートのみを弾性波の屈折層としてもよいし、さらに弾性波の屈折層が増えても上記方法は適用可能である。

以上に説明した通り、保持部材が面外変形しても、実施例１または２で作成した高精度な再構成領域を用いて、弾性波の屈折補正を行うことにより、解像度の低下を低減することができる。

以上の方法は、超音波発信源から超音波を発信し、被検体の或る個所で反射された超音波を受信する構成の場合にも、適用できる。この場合も、処理部は、被検体の或る個所からの超音波による信号を、基本的に同じ原理で処理する。

ここで、受信信号の時間の原点（発信源からの超音波が当該個所に届いた時点）は、再構成領域中の発信源の位置、発信源から当該個所までの超音波の経路、各部分での音速、発信源での発信時間などが分かっているので、算出できる。

よって、超音波エコー技術を利用した場合にも、処理部は、上記方法で、探触子での受信信号に基づいて、情報値を再構成領域内に正確にプロットし、被検体情報（音響インピーダンスの差を反映した分布等）を取得することができる。

１ 第１の保持プレート
２ 探触子
３ 探触子走査機構
４ａ、４ｂ 変位計（第１の保持部材変形量測定手段、第２の保持部材変形量測定手段）
５ 第２の保持プレート
９ 処理部

Claims (22)

1. 被検体を保持する保持手段と、
   前記被検体に光が照射されることにより前記被検体の注目点で発生した光音響波としての弾性波を受信することにより信号を出力する探触子と、
   前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との界面の位置情報を取得し、
   前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定し、
   前記伝搬時間と前記信号とに基づいて、前記注目点における被検体情報を取得する処理手段と、
   を有することを特徴とする装置。
2. 被検体を保持する保持手段と、
   前記被検体に送信された超音波が前記被検体の注目点で反射することにより発生した超音波エコーとしての弾性波を受信することにより信号を出力する探触子と、
   前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との界面の位置情報を取得し、
   前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定し、
   前記伝搬時間と前記信号とに基づいて、前記注目点における被検体情報を取得する処理手段と、
   を有することを特徴とする装置。
3. 前記処理手段は、前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいたスネルの法則に従って、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記処理手段は、
   前記被検体及び前記保持手段の間に設けられた音響整合材と前記被検体との界面の位置情報、および、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との界面の位置情報を取得し、
   前記被検体と前記音響整合材との前記界面の位置情報、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との前記界面の位置情報、及び前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいたスネルの法則に従って、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記処理手段は、
   前記被検体及び前記保持手段の間に設けられた音響整合材と前記被検体との界面の位置情報、および、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との界面の位置情報を取得し、
   前記被検体と前記音響整合材との前記界面の位置情報、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との前記界面の位置情報、及び前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記処理手段は、
   前記注目点に対応する前記信号に基づいて、前記注目点における前記被検体情報を取得することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記保持手段の変形量の分布情報を取得する第１の変形量取得手段を有し、
   前記処理手段は、前記保持手段の変形量の分布情報に基づいて、前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記保持手段としての第１の保持手段の変形量の分布情報を取得する第１の変形量取得手段と、
   前記第１の保持手段と共に前記被検体を挟持する第２の保持手段と、
   前記第１の保持手段と前記第２の保持手段との間の部材間距離情報を取得する部材間距離取得手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、
   前記第１の保持手段の変形量の分布情報と前記部材間距離情報とに基づいて、前記被検体の保持により変形した前記第１の保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記第１の保持手段、または、前記第２の保持手段を駆動するための圧迫機構を更に有し、
   前記圧迫機構は、前記部材間距離取得手段を備える
   ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記第１の変形量取得手段は、歪ゲージまたは圧電材料からなるセンサを含む
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記保持手段は椀型である
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記被検体に光を照射する光照射手段を有する
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記処理手段は、
    前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の第１伝搬距離、および、前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の第２伝搬距離を算出し、
    前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の伝播経路における第１音速、および前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の伝播経路における第２音速を取得し、
    前記第１伝搬距離、前記第１音速、前記第２伝搬距離、および前記第２音速に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記処理手段は、
    前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の第１伝搬距離、前記保持手段内の前記弾性波の第２伝搬距離、および前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の第３伝搬距離を算出し、
    前記被検体での第１音速、前記保持手段での第２音速、および前記保持手段と前記探触子との間に配置された音響マッチング材での第３音速を取得し、
    前記第１伝搬距離、前記第２伝搬距離、前記第３伝搬距離、前記第１音速、前記第２音速、および前記第３音速に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
15. 保持手段により被検体が保持された状態で、前記被検体に光が照射されることにより前記被検体の注目点で発生した光音響波としての弾性波を探触子が受信することにより得られた信号に基づいて、前記注目位置における被検体情報を取得する方法であって、
    前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との界面の位置情報を取得する工程と、
    前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程と、
    前記信号及び前記伝搬時間に基づいて、前記注目点における前記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方法。
16. 保持手段により被検体が保持された状態で、前記被検体に送信された超音波が前記被検体の注目点で反射することにより発生した超音波エコーとしての弾性波を探触子が受信することにより得られた信号に基づいて、前記注目位置における被検体情報を取得する方法であって、
    前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との界面の位置情報を取得する工程と、
    前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程と、
    前記信号及び前記伝搬時間に基づいて、前記注目点における前記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方法。
17. 前記伝搬時間を決定する工程は、前記被検体の保持によって変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいたスネルの法則に従って、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
18. 前記被検体及び前記保持手段の間に設けられた音響整合材と前記被検体との界面の位置情報を取得する工程と、
    前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との界面の位置情報を取得する工程と、
    を有し、
    前記伝搬時間を決定する工程は、前記被検体と前記音響整合材との前記界面の位置情報、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との前記界面の位置情報、及び前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいたスネルの法則に従って、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
19. 前記被検体及び前記保持手段の間に設けられた音響整合材と前記被検体との界面の位置情報を取得する工程と、
    前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との界面の位置情報を取得する工程と、
    を有し、
    前記伝搬時間を決定する工程は、前記被検体と前記音響整合材との前記界面の位置情報、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記音響整合材との前記界面の位置情報、及び前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
20. 前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報を取得する工程は、前記保持手段の変形量の分布情報を取得する工程と、前記保持手段の変形量の分布情報に基づいて、前記被検体の保持により変形した前記保持手段と前記被検体との前記界面の位置情報を取得する工程とを含む
    ことを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の第１伝搬距離、および、前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の第２伝搬距離を算出する工程と、
    前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の伝播経路における第１音速、および前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の伝播経路における第２音速を取得する工程と、
    を有し、
    前記伝搬時間を決定する工程は、前記第１伝搬距離、前記第１音速、前記第２伝搬距離、および前記第２音速に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記界面の位置情報に基づいて、前記注目点から前記保持手段までの前記弾性波の第１伝搬距離、前記保持手段内の前記弾性波の第２伝搬距離、および前記保持手段から前記探触子までの前記弾性波の第３伝搬距離を算出する工程と、
    前記被検体での第１音速、前記保持手段での第２音速、および前記保持手段と前記探触子との間に配置された音響マッチング材での第３音速を取得する工程と、
    を有し、
    前記伝搬時間を決定する工程は、前記第１伝搬距離、前記第２伝搬距離、前記第３伝搬距離、前記第１音速、前記第２音速、および前記第３音速に基づいて、前記注目点で発生した前記弾性波が前記探触子に到達するまでの伝搬時間を決定する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項に記載の方法。

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