JP6289050B2

JP6289050B2 - 被検体情報取得装置、情報処理方法、およびプログラム

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Publication number: JP6289050B2
Application number: JP2013240120A
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Inventors: 隆一七海
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Description

被検体内で発生した弾性波を受信して被検体情報を取得する被検体情報取得装置に関する。

近赤外光を用いた生体内イメージング技術の一つとして、光音響イメージング（ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃＩｍａｇｉｎｇ：ＰＡＩ）がある。以下、光音響イメージングについて説明する。

光源から発生したパルス光を生体等の被検体に照射することにより、被検体内で伝播・拡散した光が光吸収体で吸収されて光音響波が発生する。この光音響波の発生の原理は光音響効果と呼ばれている。腫瘍は、その周辺組織に対して近赤外光の光エネルギーの吸収率が高いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張し光音響波を発生する。

光音響イメージングは、この光音響波をトランスデューサで受信して、その受信信号を信号処理（画像再構成）することで、被検体内で光エネルギーを吸収した際に発生した光音響波の初期音圧の空間分布等の情報を画像化するものである。発生した音圧の空間分布は光の吸収係数に関係したものであるため、この光の吸収係数に関連した空間分布を用いて被検体を診断することが研究されている。

光音響イメージングの一例として、非特許文献１は、タイムドメインの逆投影法による画像再構成により光音響波の初期音圧を算出する光音響イメージングを開示する。

ここで、図８を参照しつつ、非特許文献１が開示する画像再構成方法を説明する。図８は、被検体１１００内の関心領域１１１０で発生した光音響波をアレイトランスデューサ１３００が受信する様子を示している。なお、アレイトランスデューサ１３００は、トランスデューサ１３０１〜１３０ｎまでのｎ個のトランスデューサが１次元的に配列されている。

非特許文献１は、関心領域１１１０における初期音圧ｐ_０を、式（１）に示すタイムドメインの逆投影法により取得することを開示する。

ここで、ｄ_ｉはトランスデューサ１３０ｉの位置ベクトルである。ｒは関心領域１１１０の位置ベクトルである。ｖは被検体１１００の音速である。ｂは、微分処理を含む処理を施された受信信号を示す。和記号Σはトランスデューサ１３０１〜１３０ｎの和をとることを意味する。また、（｜ｄ_ｉ−ｒ｜／ｖ）は、関心領域１１１０で発生した光音響波がトランスデューサ１３０ｉに到達する時刻ｔを表す。

また、微分処理等を施された受信信号ｂは、式（２）で表される。

ここで、ｐ（ｄ_ｉ，ｔ）は、位置ｄ_ｉに位置するトランスデューサが出力した受信信号の時刻ｔにおける値である。

また、式（１）中のΔΩ_ｉは、式（３）により表される重みづけ係数である。

ここで、ｎ_０ｉ ^Ｓは、トランスデューサ１３０ｉの受信面の単位法線ベクトルである。θ_ｉは、ベクトルｒ−ｄ_ｉとベクトルｎ_０ｉ ^Ｓの成す角度である。ΔＳ_ｉは、ｉ番目のトランスデューサの受信面の面積である。すなわち、重みづけ係数ΔΩ_ｉは、関心領域１１１０を頂点としトランスデューサ１３０ｉの受信面を底面とする錐体の立体角である。

以上、非特許文献１は、関心領域とトランスデューサとがなす立体角に基づく重みづけ係数で受信信号を補正して、初期音圧を取得することを開示する。

また、特許文献１は、トランスデューサを機械的に走査して被検体の広い領域で光音響波を受信する光音響イメージングを開示する。ところが、被検体の広い領域で得られた多くの受信信号を用いて初期音圧を算出しようとすると、取り扱うデータ量が増えるため、初期音圧の算出に長い時間がかかる。

そこで、特許文献１は、走査の途中でそれまでに受信した信号を用いて、逐次初期音圧を取得する方法を開示する。そして、特許文献１は、逐次得られた複数の初期音圧を加算することを開示する。

特開２０１０−１０４８１６号公報米国特許５７１３３５６号公報

ＭｉｎｇｈｕａＸｕａｎｄＬｉｈｏｎｇＶ．Ｗａｎｇ，"Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ"，ＰＨＩＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＥ７１，０１６７０６（２００５）

しかしながら、特許文献１が開示するように初期音圧を加算する場合、最終的に得られる初期音圧の定量性が低下してしまう場合がある。

そこで、本発明は、初期音圧などの被検体情報を取得する時間を低減し、かつ、被検体情報の定量性の低下を抑制することのできる被検体情報取得装置を提供することを目的とする。

本明細書の開示する被検体情報取得装置は、被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存するメモリと、前記第１受信信号群に基づいて前記被検体の関心領域における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、第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、前記関心領域に対応する重みづけされた第１受信信号群を取得し、前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和を前記メモリに保存し、前記第１重みづけ係数群の和である第２和を算出し、前記メモリから読み出した前記第１和、および、前記第２和を用いて、前記関心領域における前記被検体情報を取得する。

本発明に係る被検体情報取得装置によれば、被検体情報を取得する時間を低減し、かつ、被検体情報の定量性の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る被検体情報取得装置を示す図である。本実施形態に係るアレイトランスデューサが走査される様子を示す図である。本実施形態に係る被検体情報取得方法のフロー図である。本実施形態に係るアレイトランスデューサが第１の位置または第２の位置に位置するときに光音響波を受信する様子を示す図である。本実施形態で得られた初期音圧分布を示す図である。比較例で得られた初期音圧分布を示す図である。本実施形態に係る照射光学系を示す図である。従来技術に係る被検体情報取得装置を示す図である。

（装置構成）
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る被検体情報取得装置の装置構成を説明する。図１は、本実施形態に係る被検体情報取得装置を示す図である。

本実施形態に係る被検体情報取得装置は、光源２００、照射光学系２１０、弾性波受信部としてのアレイトランスデューサ３００、移動部としての走査機構４００、信号処理部としての信号処理装置５００、および表示部６００を有する。本実施形態に係るアレイトランスデューサ３００は、ｘ方向にトランスデューサが１つ、ｙ方向にトランスデューサが８つ配列されている。

照射光学系２１０は、光源２００が発生させた光を導いて、被検体１００に照射する。被検体１００内の光吸収体は、光エネルギーを吸収して弾性波としての光音響波を発生する。発生した光音響波は被検体１００内を伝播し、アレイトランスデューサ３００に到達する。アレイトランスデューサ３００は光音響波を受信して受信信号を信号処理装置５００に出力する。信号処理装置５００は、受信信号に基づいた画像再構成を行うことにより、被検体情報としての初期音圧分布を取得する。そして、信号処理装置５００は初期音圧分布から画像データを生成し、表示部６００に画像データを表示させる。

さらに本実施形態においては、測定時の測定パラメータを変えて異なる複数の測定状態で光音響波を受信して得られた複数の測定状態に対応する複数の受信信号から、被検体情報としての初期音圧分布を取得している。なお、被検体に光が照射されたときの測定状態を本明細書における測定状態とする。

ここで、本発明に係る測定パラメータとは、受信信号を補正する重みづけ係数に影響を与える測定状態のパラメータのことを指す。例えば、測定パラメータは、関心領域に対するトランスデューサの位置、トランスデューサの受信面と関心領域との角度、関心領域における被検体情報を取得する際に使用するトランスデューサなどである。ここで、使用するトランスデューサとは、後述する信号処理に用いられる受信信号に対応する。すなわち、使用するトランスデューサを選択することは、そのトランスデューサから出力された受信信号を選択することと等価である。なお、複数の測定パラメータを組み合わせて、測定状態における測定パラメータとしてもよい。

図２は、走査機構４００がアレイトランスデューサ３００を走査する様子を示す図である。走査機構４００は、主走査方向（ｘ方向）にアレイトランスデューサ３００を移動させる主走査機構４１０と、副走査方向（ｙ方向）にアレイトランスデューサ３００を移動させる副走査機構４２０から構成されている。

副走査機構４２０は、主走査ｉ回目の走査領域３１０と主走査ｉ＋１回目の走査領域３２０とが一部重畳する重畳領域３３０を形成するようにアレイトランスデューサ３００を副走査している。

本実施形態において、信号処理装置５００は、使用者が副走査の重畳幅を任意に設定できるように構成されている。また、信号処理装置５００は、使用者が走査領域についても任意に設定できるように構成されている。そして、信号処理装置５００は、このように設定された重畳幅や走査領域に対応する走査パターンで走査機構４００を制御する。

なお、信号処理装置５００は、信号処理装置５００内のメモリに格納された複数の所定の走査パターンに対応するルックアップテーブルを参照して、走査機構４００を制御してもよい。

（被検体情報取得方法）
次に、図３に示す被検体情報取得方法のフロー図を参照しつつ、本実施形態に係る被検体情報取得方法を説明する。信号処理装置５００は、信号処理装置５００内の記憶部に格納された被検体情報取得方法が記述されたプログラムを読み出し、被検体情報取得装置に読み出した被検体情報取得方法を実行させている。

（Ｓ１１０：第１の測定状態において弾性波を受信して第１の受信信号を取得する工程）
本工程では、まず走査機構４００がアレイトランスデューサ３００を第１の位置３１１に走査する。そして、アレイトランスデューサ３００が第１の位置３１１に位置するときに、光源２００が発した光を照射光学系２１０が導き、照射光２１１を被検体１００に照射する。そして、アレイトランスデューサ３００のうち、トランスデューサ３０２〜３０６は選択的に使用され、第１の弾性波としての光音響波を検出して第１の受信信号Ｐ_ｄ ^１を出力する。そして、アレイトランスデューサ３００から出力された第１の受信信号は信号処理装置５００内のメモリに格納される。ここで、第１の位置３１１は、図２に示すｉ回目の主走査領域３１０の特定の位置を指す。また、第１の位置３１１に関する値には上付き文字で「１」と記す。また、後述する第２の位置に関する値には上付き文字で「２」と記す。

本実施形態においては、アレイトランスデューサ３００が第１の位置３１１で光音響波を受信可能な測定状態、および、トランスデューサ３０２〜３０６が使用される測定状態を第１の測定状態としている。

このとき、信号処理装置５００は、アレイトランスデューサ３００が第１の位置３１１に位置するときに光源２００が光を被検体１００に照射して光音響波を受信できるように、光源２００および走査機構４００を同期して制御している。

図４Ａは、第１の位置３１１に位置するアレイトランスデューサ３００が関心領域１１０で発生した光音響波を受信する様子を示す。ここで、関心領域１１０は、図２に示す重畳領域３３０の特定の位置に設定されている。また、図４Ａのｄ_３ ^１は、アレイトランスデューサ３００が第１の位置３１１に位置するときのトランスデューサ３０３の位置ベクトルを示している。

本工程においては、第１の位置３１１に位置するトランスデューサ３０２〜３０６が使用されている。ここでは、それぞれのトランスデューサの指向角を考慮して使用するトランスデューサが決定されている。例えば、本工程においては、トランスデューサ３０１の指向角１２１、および、トランスデューサ３０７〜３０８の指向角１２２に関心領域１１０が含まれない。そのため、本工程においては、トランスデューサ３０１，３０７，３０８が使用されず、トランスデューサ３０２〜３０６が使用される。ここで、トランスデューサが使用されないとは、トランスデューサから出力された受信信号をメモリに格納しないことも、メモリに格納した受信信号を後述する信号処理に用いないことも含む。

なお、使用するトランスデューサは、指向角の他に音響波の減衰も考慮して決定されてもよい。すなわち、関心領域とトランスデューサとの距離に基づき、使用するトランスデューサを決定してもよい。

また、特許文献１に記載されているように、同じ位置で複数回受信して得られた複数の受信信号を加算して、加算された受信信号をその位置における受信信号としてもよい。

また、信号処理装置５００は、受信信号に対して乗算処理、除算処理、フィルタ処理、微分処理、包絡線検波処理、対数圧縮処理、直交検波処理などの処理を施した後に、処理後の受信信号をメモリに格納してもよい。または、受信信号をメモリに格納した後に、上記信号処理を施してもよい。本発明に係る受信信号は上記信号処理を施された後の受信信号も含む。

なお、被検体情報取得装置として光音響イメージング装置を採用する場合、式（２）に示すように受信信号に対して微分処理を含む処理を施すことが好ましい。

（Ｓ１２０：第１の受信信号を第１の重みづけ係数で補正する工程）
本工程では、信号処理装置５００が、Ｓ１１０で取得した第１の測定状態に対応する第１の受信信号を、第１の重みづけ係数で補正する。そして、第１の重みづけ係数により補正された第１の受信信号は、信号処理装置５００内のメモリに格納される。

関心領域１１０に対応する第１の受信信号は、時系列に取得した受信信号のうち、関心領域１１０で発生した光音響波を第１の位置３１１でトランスデューサが受信した時刻に得られた受信信号である。すなわち、本実施形態おいて、関心領域１１０に対応する受信信号は、光を照射した時刻ｔ_０＝０としたとき、トランスデューサと関心領域１１０との距離（ｄ_ｉ−ｒ）を音速ｖで割った値の時刻ｔに得られた受信信号である。

また、重みづけ係数は、測定状態の測定パラメータと関心領域の位置とに基づき決定された値が採用される。本実施形態において、重みづけ係数は、非特許文献１が開示するように、関心領域１１０を頂点としアレイトランスデューサ３００の受信面を底面とする錐体の立体角ΔΩが用いられている。

本工程においては、信号処理装置５００は、第１の位置３１１の位置と関心領域１１０の位置とに基づき、トランスデューサ３０２〜３０６に対応する第１の重みづけ係数ΔΩ^１を式（３）から算出する。そして、信号処理装置５００は、関心領域１１０に対応する第１の受信信号を第１の重みづけ係数で補正する。次の式（４）は、関心領域１１０に対応する補正された第１の受信信号Ｐ_Ｃ ^１（ｒ）を表す。

本工程においては、信号処理装置５００が、それぞれのトランスデューサが取得した関心領域１１０に対応する第１の受信信号に第１の重みづけ係数を乗算して、式（４）に示す補正された第１の受信信号を算出している。

なお、ルックアップテーブルに基づいて走査パターンが設定される場合、信号処理装置５００は、選択されたルックアップテーブルに対応する所定の走査パターンに基づき重みづけ係数を取得してもよい。また、信号処理装置５００は、設定された走査パターンに対応する重みづけ係数が格納されたルックアップテーブルを参照することにより、重みづけ係数を取得してもよい。

また、本実施形態のようにアレイトランスデューサ３００が光音響波を受信するような場合、第１の位置３１１に位置するアレイトランスデューサ３００のそれぞれのトランスデューサが取得した複数の受信信号を総称して「第１の受信信号」としてもよい。

また、単一または複数のトランスデューサが複数の位置で取得した複数の受信信号についても総称して「第１の受信信号」としてもよい。この場合、光音響波を受信した複数の位置を総称して「第１の位置」とする。

例えば、ｉ回目の主走査によってアレイトランスデューサ３００が取得したすべての受信信号を総称して「第１の受信信号」とする場合を考える。この場合、ｉ回目の主走査で走査した走査領域３１０を総称して「第１の位置」とする。

（Ｓ２１０：第２の測定状態において弾性波を受信して第２の受信信号を取得する工程）
本工程では、まず走査機構４００がアレイトランスデューサ３００を第２の位置３２１に走査する。そして、アレイトランスデューサ３００が第２の位置３２１に位置するときに、光源２００が発した光を照射光学系２１０が導き、照射光２１１を被検体１００に照射する。そして、アレイトランスデューサ３００のうち、トランスデューサ３０１〜３０４は選択的に使用され、第２の弾性波としての光音響波を検出して第２の受信信号Ｐ_ｄ ^２を出力する。そして、アレイトランスデューサ３００から出力された第２の受信信号は信号処理装置５００内のメモリに格納される。

ここで、第２の位置３２１は、図２に示すｉ＋１回目の走査領域３２０の特定の位置を指す。

このとき、信号処理装置５００は、アレイトランスデューサ３００が第２の位置３２１に位置するときに光源２００が光を被検体１００に照射して光音響波を受信できるように、光源２００および走査機構４００を同期して制御している。

図４Ｂは、第２の位置３２１に位置するアレイトランスデューサ３００が関心領域１１０で発生した光音響波を受信する様子を示す。図４Ｂのｄ_３ ^２は、アレイトランスデューサ３００が第２の位置３２１に位置するときのトランスデューサ３０３の位置ベクトルを示す。

本工程でもＳ１１０と同様に、信号処理装置５００がトランスデューサの指向角に基づき使用するトランスデューサを決定している。本工程では、トランスデューサ３０５〜３０８の指向角１２３に関心領域１１０が含まれないため、トランスデューサ３０１〜３０４が使用されている。

（Ｓ２２０：第２の受信信号を第２の重みづけ係数で補正する工程）
本工程では、信号処理装置５００が、Ｓ２１０で取得した関心領域１１０に対応する第２の受信信号を第２の重みづけ係数で補正する。そして、第２の重みづけ係数により補正された第２の受信信号は、信号処理装置５００内のメモリに格納される。

本本実施形態においては、信号処理装置５００が、アレイトランスデューサ３００が第２の位置３２１と関心領域１１０の位置とに基づき、トランスデューサ３０１〜３０４に対応する第２の重みづけ係数ΔΩ^２を式（３）から取得する。そして、信号処理装置５００が、Ｓ２１０で取得した関心領域１１０に対応する第２の受信信号に第２の重みづけ係数を乗算して、補正された第２の受信信号を算出する。

そして、信号処理装置５００は、関心領域１１０における第２の受信信号に第２の重みづけ係数を乗算して、関心領域１１０における補正された第２の受信信号を算出する。次の式（５）は、関心領域１１０における補正された第２の受信信号Ｐ_Ｃ ^２（ｒ）を表す。

なお、信号処理装置５００は、式（６）に示すように、第１の受信信号と第２の受信信号とを重みづけ係数で補正して、補正されたそれぞれの受信信号の和を関心領域１１０における補正された第２の受信信号を取得してもよい。

また、Ｓ１２０は、本工程の以前に行われることが好ましい。このように、信号処理装置５００がＳ１２０を予め終了させてからＳ２２０を行うことにより、Ｓ１２０とＳ２２０とを同時に行うときと比較して、両工程が終了する時刻を早くすることができる。すなわち、被検体情報の取得に要する時間を低減することができる。

（Ｓ３００：補正された第１の受信信号および補正された第２の受信信号の和と、第１の重みづけ係数および第２の重みづけ係数の和とに基づき、関心領域における被検体情報を取得する工程）
本工程では、信号処理装置５００が、Ｓ１２０で取得した補正された第１の受信信号およびＳ２２０で取得した補正された第２の受信信号の和と、第１の重み付け係数および第２の重み付け係数の和とに基づき、関心領域における被検体情報としての初期音圧を取得する。

本工程においては、信号処理装置５００が、式（７）に示すように、補正された第１の受信信号および補正された第２の受信信号の和を、第１の重みづけ係数および第２の重みづけ係数の和で除算することにより、関心領域における初期音圧ｐ_０を算出する。

式（７）の分子は、式（４）に示す補正された第１の受信信号と式（５）に示す補正された第２の受信信号との和である。また、式（７）の分母は、第１の重みづけ係数と第２の重みづけ係数との和である。

このように、補正された第１の受信信号および補正された第２の受信信号が同一の値（第１の重みづけ係数と第２の重みづけ係数との和）で除算されることにより、各点で得られる初期音圧の定量性が高くなる。

なお、例えば、被検体情報として初期音圧の逆数を取得する場合、信号処理装置５００は、第１の重みづけ係数および第２の重みづけ係数の和を、補正された第１の受信信号および補正された第２の受信信号の和で除算すればよい。

すなわち、初期音圧を取得する場合も、初期音圧の逆数を取得する場合も、信号処理装置５００は、第１の重みづけ係数および第２の重みづけ係数の和と、補正された第１の受信信号および補正された第２の受信信号の和との比を取得すればよい。

また、信号処理装置５００は、各測定状態における被検体内の光量分布を取得してもよい。また、例えば、信号処理装置５００は、本工程で取得した関心領域における初期音圧値を関心領域における光量値で除することにより関心領域における吸収係数を取得することができる。このとき、信号処理装置５００は、各測定状態に対応する複数の光量値を平均化した後に吸収係数の取得に用いてもよい。また、信号処理装置５００は、複数の波長の光によってそれぞれ取得された関心領域における吸収係数に基づいて、酸素飽和度などの物質の濃度分布を取得することもできる。

なお、本発明は３つ以上の位置で取得した補正された受信信号から被検体情報を取得する形態にも適用することができる。

また、本実施形態においては、光音響波を受信することにより被検体情報を取得する光音響イメージング装置を説明したが、本発明は超音波の送受信により被検体情報を取得する超音波診断装置にも適用できる。本発明は、弾性波を受信しその受信信号を重みづけ係数で補正して被検体情報を取得する種々の装置に適用することができる。すなわち、本発明に係る弾性波は、光音響効果により発生した光音響波も、送信された超音波の反射波も含む。

例えば、本発明に係る超音波診断装置においては、まず超音波送信部としてのアレイトランスデューサが超音波を被検体に送信し、被検体内部で反射した超音波を超音波受信部としてのアレイトランスデューサが受信して受信信号を出力する。このとき、アレイトランスデューサは、複数の測定状態のそれぞれにおいて測定パラメータを変えて、超音波の送受信を行う。なお、超音波診断装置において測定パラメータとは、超音波受信部の位置、使用するトランスデューサの数、超音波の送信方向などである。ここで、使用するトランスデューサとは、後の信号処理に用いられる受信信号に対応するトランスデューサのことを指す。また、超音波診断装置においては、アレイトランスデューサが送信フォーカスおよび受信フォーカスを行い、受信信号を出力することが好ましい。あるいは、アレイトランスデューサは、平面波の超音波を送信し、その反射波を受信してもよい。

そして、信号処理装置が、それぞれの測定状態における受信信号を、それぞれの測定状態における測定パラメータと関心領域の位置とに基づく重みづけ係数で補正する。そして、信号処理装置が、補正された受信信号の和と重みづけ係数の和とに基づき被検体情報としての被検体の構造情報を取得する。

なお、構造情報とは、被検体内の音響インピーダンス分布に基づく情報である。例えば、構造情報とは、公知の超音波診断装置で取得することのできるＢモード画像やドップラー画像、エラスト画像などである。

なお、以上の被検体情報取得方法をコンピュータとしての信号処理装置５００に実行させるプログラムとして構成してもよい。

（本実施形態の効果）
図５は、本実施形態に係る被検体情報取得方法により取得された被検体内の初期音圧分布を示す。

本実施形態においては、アレイトランスデューサをｘ方向に主走査し、ｙ方向に副走査して受信信号を取得した。なお、矢印で指し示した領域において走査領域が重畳するようにアレイトランスデューサを副走査した。

また、１回の主走査毎に走査領域のｚ方向の領域（アレイトランスデューサの正面の領域）における補正された受信信号を取得した。

そして、重畳した走査領域のｚ方向の領域において、式（７）と同様に、補正された受信信号の和を重畳した走査領域に対応する重みづけ係数の和で除算して初期音圧を取得した。一方、その他の領域については、式（４）および式（５）と同様に初期音圧を取得した。

このように、重畳した走査領域のｚ方向の領域においては、本実施形態に係る被検体情報取得方法によって得られた初期音圧であるため、定量性が高くなっている。その結果、図５に示す本実施形態における初期音圧分布の連続性は、後述する図６に示す比較例における初期音圧分布の連続性と比べて高くなっている。

（比較例）
一方、比較例として、非特許文献１が開示する初期音圧の取得方法を用いて、特許文献１が開示するように逐次初期音圧を取得し、それぞれの初期音圧を加算平均する場合を考える。

例えば、信号処理装置が、第１の位置３１１で取得した受信信号に基づく初期音圧ｐ_０ ^１と第２の位置３２１で取得した受信信号に基づく初期音圧ｐ_０ ^２とを加算平均して関心領域における初期音圧Ｐ_０（ｒ）を取得する場合を考える。

このとき、比較例において得られる初期音圧は、式（１）を参照して式（８）で表わされる。なお、比較例においても、受信信号は本実施形態と同様に取得されたものとする。

式（８）に示すように、分子のそれぞれの項に示された初期音圧は、補正された受信信号がそれぞれ異なる重みづけ係数で除算されることにより求められたものである。そのため、異なる重みづけ係数で求められた初期音圧を加算平均して得られた初期音圧の定量性は低下してしまう場合がある。

図６は、上記比較例に係る被検体の初期音圧分布を示す。矢印で指し示した領域において走査領域が重畳するようにアレイトランスデューサを副走査した。ここで、図６における矢印の位置は、図５における矢印の位置と同じである。

ところで、比較例においては、１回の主走査毎に走査領域のｚ方向における初期音圧を、式（１）を用いて取得した。そして、重畳した走査領域のｚ方向の領域においては、式（８）と同様に、それぞれの主走査毎に得られた初期音圧を加算平均して初期音圧分布を取得した。

このように主走査毎に異なる重みづけ係数により取得した初期音圧を加算平均した場合、初期音圧の定量性は低下する場合がある。そのため、矢印で示した位置においては、図５に示す初期音圧分布と比較して、初期音圧分布のつながりが低下している。

（基本的な構成）
以下、本実施形態に係る被検体情報取得装置の主要な構成について説明する。

（光源２００）
光源２００が発生させる光のパルス幅は、光音響効果を発生させるために数１００ナノ秒以下が好ましい。また、乳がん等を測定する場合、光源２００は生体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発生することが好ましい。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。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、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。

（照射光学系２１０）
照射光学系２１０は、光源２００が発生させた光を導き、光音響測定に適した方法で被検体１００に照射光２１１を照射する。

なお、照射光学系２１０は、図７のように光学走査機構２２０により移動されることができるように構成されていてもよい。これにより、照射光２１１の照射領域が狭い場合にも照射光学系２１０を移動させることによって被検体１００の広い領域に照射光２１１を照射することができる。また、照射光学系２１０は、被検体１００を含む測定領域全体を一度に照射してもよい。

また、光音響波の強度は光の強度に比例するので、照射光学系２１０は照射光２１１の光エネルギーを集中させることが好ましい。

また、照射光学系２１０は、受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体１００の一部の面からだけでなく複数の面から光を照射してもよい。例えば、照射光学系２１０は、アレイトランスデューサ３００が接する面とアレイトランスデューサ３００と対向する面との両面から光を照射できるように構成されていてもよい。

照射光学系２１０は、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、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーを含む。このような光学部品は、上記以外にも光源から発せられた光を被検体１００に所望の方法（照射方向、形状等）で照射することができればどのようなものを用いてもよい。

（アレイトランスデューサ３００）
アレイトランスデューサ３００は、弾性波を受信して電気信号に変換する。アレイトランスデューサ３００を構成するトランスデューサは、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を用いることができる。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トランスデューサを用いてもよい。

なお、複数のトランスデューサからなるアレイトランスデューサを用いることで、一度の受信動作で複数の位置で弾性波を受信することができる。そのため、単一のトランスデューサを採用する場合と比べて測定の時間を短縮することができる。

また、複数のトランスデューサの少なくとも一部の素子のそれぞれの受信感度の高い方向が特定の領域に向くように配置してもよい。通常、トランスデューサの受信面の法線方向が受信感度の高い方向となる。例えば、特許文献２に記載されたように、複数のトランスデューサを半球状の支持体にスパイラル状に配置してもよい。

ただし、本発明においては、複数のトランスデューサではなく、単一のトランスデューサを用いて弾性波を受信してもよい。

（走査機構４００）
走査機構４００は、アレイトランスデューサ３００を移動させる機構である。走査機構４００により、アレイトランスデューサ３００は異なる位置で弾性波を受信することができる。

なお、光学走査機構２２０により照射光学系２１０を走査する場合、照射光学系２１０の走査とアレイトランスデューサ３００の走査とを同期させることが好ましい。このとき、照射光２１１の照射タイミングとアレイトランスデューサ３００の光音響波の受信タイミングとを同期させることがさらに好ましい。

また、走査機構４００は、アレイトランスデューサ３００を２次元的に走査することに限らず、被検体の周回するように３次元的に走査してもよい。

なお、本発明に係る移動部は、本実施形態に係る走査機構４００のような機械的な移動部の他に、使用者が把持してアレイトランスデューサ３００を移動可能にさせる把持部であってもよい。

（信号処理装置５００）
信号処理装置５００は、アレイトランスデューサ３００から出力された受信信号を増幅し、その受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換することが好ましい。なお、本明細書において「受信信号」とは、アレイトランスデューサ３００から出力されるアナログ信号も、信号処理装置５００によりＡＤ変換されたデジタル信号も含む概念である。

信号処理装置５００は、画像再構成などを行うことにより被検体情報としての被検体内部の光学特性値を取得する。信号処理装置５００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。画像再構成処理としては、例えば、タイムドメインでの逆投影法が用いられる。

ここで、本発明における被検体情報は、２次元または３次元を問わず、被検体内部の情報を示すデータのことを指す。光音響効果を利用した被検体情報取得装置においては、被検体情報は被検体内部の初期音圧分布や光吸収係数分布や酸素飽和度分布などである。また、超音波の反射波を利用した被検体情報取得装置においては、被検体情報は被検体内部の音響インピーダンス分布や弾性係数分布などである。

また、被検体情報は、２次元の場合は最小構成単位であるピクセルを複数並べたものとして構成され、３次元の場合は最小構成単位であるボクセルを複数並べたものとして構成される。

また、信号処理装置５００は、取得した被検体情報に対して輝度値変換などの処理を施すことにより画像データ生成して、画像データを表示部６００に出力する。また、信号処理装置５００は、特定の位置や領域の被検体情報の値を表示部６００に出力し、表示部６００に特定の位置や領域の被検体情報の値を表示部６００に表示させてもよい。

なお、本実施形態に係る信号処理装置５００が備えている各機能を、それぞれ独立した装置として設けてもよい。

また、モジュールをハードウェアとして構成する場合、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等として構成することができる。また、それぞれのモジュールは、それぞれの処理をコンピュータに実行させるプログラムとして構成されてもよい。

（表示部６００）
表示部６００は、信号処理装置５００で生成された被検体情報の画像情報や数値情報を表示する。例えば、表示部６００には液晶ディスプレイなどを採用することができる。なお、表示部６００は、本実施形態に係る被検体情報取得装置とは別に提供されてもよい。

以上、好適な実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限らず、特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、種々の変形例、応用例も包含するものである。

１００被検体
１１０関心領域
３００アレイトランスデューサ
５００信号処理装置

Claims

被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存するメモリと、
前記第１受信信号群に基づいて前記被検体の関心領域における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、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、前記関心領域に対応する重みづけされた第１受信信号群を取得し、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和を前記メモリに保存し、
前記第１重みづけ係数群の和である第２和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第１和、および、前記第２和を用いて、前記関心領域における前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
被検体で発生した弾性波を受信することにより取得された受信信号を保存するメモリと、前記受信信号を処理する信号処理部とを有し、
前記メモリは、前記被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存し、
前記信号処理部は、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、前記被検体の関心領域に対応する重みづけされた第１受信信号群を取得し、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和を前記メモリに保存し、
前記メモリは、前記第１弾性波とは異なるタイミングに前記被検体で発生した第２弾性波を前記第１位置群とは異なる第２位置群で受信することにより取得された第２受信信号群を保存し、
前記信号処理部は、
第２重み係数群で前記第２受信信号群を重みづけして、前記関心領域に対応する重みづけされた第２受信信号群を取得し、
前記重みづけされた第２受信信号群の和である第２和を算出し、当該第２和を前記メモリに保存し、
前記第１重みづけ係数群と前記第２重みづけ係数群との和である第３和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第１和および前記第２和、ならびに前記第３和を用いて、前記関心領域における被検体情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報処理装置。
被検体で発生した弾性波を受信することにより取得された受信信号を保存するメモリと、前記受信信号を処理する信号処理部とを有し、
前記メモリは、前記被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存し、
前記信号処理部は、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、前記被検体の関心領域に対応する重みづけされた第１受信信号群を取得し、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和を前記メモリに保存し、
前記メモリは、
前記第１弾性波とは異なるタイミングに前記被検体で発生した第２弾性波を前記第１位置群とは異なる第２位置群で受信することにより取得された第２受信信号群を保存し、
前記信号処理部は、
第２重み係数群で前記第２受信信号群を重みづけして、前記関心領域に対応する重みづけされた第２受信信号群を取得し、
前記メモリから読み出した前記第１和と前記重みづけされた第２受信信号群との和である第２和を算出し、当該第２和を前記メモリに保存し、
前記第１重み係数群と前記第２重みづけ係数群との和である第３和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第２和、および、前記第３和を用いて、前記関心領域における被検体情報を取得する
ことを特徴とする被検体情報処理装置。
前記第１位置群および前記第２位置群は一部が重なっていることを特徴とする請求項２または３に記載の被検体情報取得装置。
前記第１位置群および前記第２位置群は同じ面上に配置されていることを特徴とする請求項２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１位置群および前記第２位置群は平面上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
前記信号処理部は、前記第１和と前記第２和との比を算出し、当該比を用いて、前記関心領域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に記載の被検体情報取得装置。
前記第１重み係数群のそれぞれは、前記関心領域を頂点とし弾性波受信部の受信面を底面とする錐体の立体角に基づく係数であ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。
前記弾性波受信部は複数のトランスデューサから構成されることを特徴とする請求項８に記載の被検体情報取得装置。
前記複数のトランスデューサの少なくとも一部の素子のそれぞれの受信感度の高い方向が特定の領域に向くように構成されることを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
前記信号処理部は、前記第１弾性波を受信することにより前記第１受信信号群を出力するトランスデューサ群の指向角に基づいて、前記トランスデューサ群のうち使用するトランスデューサを決定することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記第１弾性波は、光を前記被検体に照射することにより発生した光音響波であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記第１弾性波は、前記被検体に送信された超音波が前記被検体の内部で反射することにより発生した前記超音波の反射波であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存する工程と、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、重みづけされた第１受信信号群を算出する工程と、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和をメモリに保存する工程と、
前記第１重み係数群の和である第２和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第１和、および、前記第２和を用いて、前記被検体の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情報処理方法。
被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存する工程と、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、重みづけされた第１受信信号群を算出する工程と、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和をメモリに保存する工程と、
前記第１弾性波とは異なるタイミングに前記被検体で発生した第２弾性波を前記第１位置群とは異なる第２位置群で受信することにより取得された第２受信信号群を保存する工程と、
第２重み係数群で前記第２受信信号群を重みづけして、重みづけされた第２受信信号群を取得する工程と、
前記重みづけされた第２受信信号群の和である第２和を算出し、当該第２和を前記メモリに保存する工程と、
前記第１重みづけ係数群と前記第２重みづけ係数群との和である第３和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第１和および前記第２和、ならびに前記第３和を用いて、前記被検体の被検体情報を取得する
ことを特徴とする情報処理方法。
被検体で発生した第１弾性波を第１位置群で受信することにより取得された第１受信信号群を保存する工程と、
第１重み係数群で前記第１受信信号群を重みづけして、重みづけされた第１受信信号群を算出する工程と、
前記重みづけされた第１受信信号群の和である第１和を算出し、当該第１和をメモリに保存する工程と、
前記第１弾性波とは異なるタイミングに前記被検体で発生した第２弾性波を前記第１位置群とは異なる第２位置群で受信することにより取得された第２受信信号群を保存する工程と、
第２重み係数群で前記第２受信信号群を重みづけして、重みづけされた第２受信信号群を取得する工程と、
前記メモリから読み出した前記第１和と、前記重みづけされた第２受信信号群との和である第２和を算出し、当該第２和を前記メモリに保存する工程と、
前記第１重み係数群と前記第２重み係数群との和である第３和を算出し、
前記メモリから読み出した前記第２和、および、前記第３和を用いて、前記被検体の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情報処理方法。
請求項１４から１６のいずれか１項に記載の情報処理方法をコンピュータに実行させるプログラム。