JP6292836B2 - 被検体情報取得装置、表示方法、プログラム、処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置、表示方法、プログラム、処理装置に関する。特に、光によって発生する音響波を受信して特性情報を取得する技術に関する。

光源から被検体に光を照射し、入射した光に基づいて得られる被検体内の特性情報を画像化する光イメージング技術の一つとして、光音響イメージング（Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）がある。光音響イメージングでは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した部位から発生した音響波（典型的には超音波）を受信する。そして、その受信信号を用いて被検体内の特性情報を画像化する。

すなわち、光音響イメージングは、腫瘍などの被検部位とそれ以外の部位との光エネルギーの吸収率の差を利用することにより、被検体内の各位置の光の吸収に関する特性情報の分布（特性分布）を得ることができる。得られる特性分布としては、初期音圧分布、光吸収係数分布、物質の濃度分布等がある。

非特許文献１では、光音響顕微鏡により被検体内のトータルヘモグロビン濃度分布を取得することで血管を画像化している。非特許文献１の光音響顕微鏡は、被検体表面の一点一点（位置毎）に順番に光をフォーカスさせて、その一点一点から発生する音響波を順次取得するものである。そして、各位置からの音響波に基づく特性情報を一点一点並べていく。この非特許文献１では、光音響顕微鏡を用いて取得された、血液中の酸素飽和度の経時変化等の酸素代謝データが示されており、このような酸素代謝が診断の指標として有用であるとの認識が記載されている。

Ｌａｂｅｌ−ｆｒｅｅ ｏｘｙｇｅｎ−ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｉｎ ｖｉｖｏ，Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ １６（７） ０７６００３（２０１１）

腫瘍等の診断においては、非特許文献１に記載されているように、特性情報の時間変動が診断指標として有用となる可能性がある。しかしながら、非特許文献１に記載の光音響顕微鏡の場合、特性情報の時間変動を、操作者（ユーザー）にどのように提示すべきかが言及されていない。診断に用いるこのような装置の場合、ユーザへのデータの提示方法や使い勝手を向上することは重要である。

また非特許文献１の光音響顕微鏡は、光を被検体表面の一点一点にフォーカスさせながら順次スキャンして、得られる特性情報を一点一点並べていく方式である。このような方式とは異なる方式として、複数位置に一度に光を照射し、複数位置から発生した音響波に基づく複数の受信信号を用いて画像再構成する方式がある。非特許文献１の光音響顕微鏡の方式は、前記した画像再構成を行う方式に比べ、高解像度であるという利点はあるが、時間がかかってしまう。特に、乳房等の比較的広範囲の被検体を検査する場合、長時間かかり使い勝手に課題がある。

そこで、本発明は、使い勝手のよく、診断に有用な提示を行うことのできる被検体情報取得装置、表示方法、プログラム及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明の処理装置は、被検体への光照射により発生する音響波に基づいて生成された前記被検体の特性情報を取得する処理部を有し、前記処理部は、前記特性情報として、第１の特性情報と、前記第１の特性情報とは異なる第２の特性情報とを取得し、前記被検体内の複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報に関する分布画像と、前記分布画像内の関心領域における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示部に表示させる。

本発明の表示方法は、被検体で発生する音響波に基づいて生成された前記被検体の特性情報に基づいた画像を表示する表示方法であって、前記特性情報として、第１の特性情報と、前記第１の特性情報とは異なる第２の特性情報とを取得するステップと、前記被検体内の複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報に関する分布画像と、前記分布画像内の関心領域における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示するステップと、を有する。

本発明により、ユーザの使い勝手よく、診断に有用な提示を行うことが可能となる。

第１の実施形態に係る被検体情報取得装置の模式図である。 第１の実施形態に係る音響波の受信タイミングを示すタイミングチャートである。 第１の実施形態に係る処理装置の模式図である。 第１の実施形態の表示方法のフローを示すフローチャートである。 第１の実施形態により表示部に表示される画面の一例を示す模式図である。 第１の実施形態により表示部に表示される画面の一例を示す模式図である。 第２の実施形態により表示部に表示される画面の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する。

なお、以下の説明において、音響波とは、光音響波、光超音波、音波、超音波と呼ばれる弾性波を含み、光照射により発生する音響波を、特に「光音響波」と呼ぶ。以下の実施形態の被検体情報取得装置は、少なくとも、被検体に光（可視光線や赤外線を含む電磁波）を照射することにより被検体内の複数の位置（部位）で発生した光音響波を受信し、被検体内の複数の位置に夫々対応する特性情報の分布を示す特性分布を取得する。

光音響波により取得される特性情報とは、光の吸収に関わる特性情報を示し、光照射によって生じた光音響波の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や、吸収係数、組織を構成する物質の濃度、等を反映した特性情報を含む。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やトータルヘモグロビン濃度や、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビン濃度などである。

また、音響波のうち、プローブから送信される音響波を「超音波」と呼び、送信された超音波が被検体内で反射したものを特に「反射波」と呼ぶ場合もある。このように、以下の実施形態の被検体情報取得装置は、光音響波の受信だけでなく、超音波エコーによる反射波を受信することにより、被検体内の音響特性に関する分布を取得してもよい。この音響特性に関する分布は、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した分布を含む。ただし、本発明において超音波の送受信や音響特性に関する分布を取得することは必須ではない。

さらに、以下の実施形態の被検体情報取得装置は、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、被検体としては生体、具体的には人や動物の乳房、頸部、腹部などの診断対象が想定される。

また、被検体内部にある光吸収体としては、被検体内部で相対的に吸収係数が高い組織を示す。例えば、人体の一部が被検体であれば、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多く含む血管、あるいは新生血管を多く含む腫瘍、頸動脈壁のプラークなどがある。さらには、金粒子やグラファイトなどを利用して、悪性腫瘍などと特異的に結合する分子プローブや、薬剤を伝達するカプセルなども光吸収体となる。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態について図面を用いて説明する。以下では、まず被検体情報処理装置の構成について説明し、その後、表示方法について説明する。

（全体構成）
まず、図１を用いて、本実施形態の被検体情報取得装置の全体構成について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の被検体情報取得装置の模式図であり、図１（ｂ）は、プローブ１３０の模式図である。本実施形態の被検体情報取得装置は、少なくとも、光源１１０、複数の変換素子１３１を備えたプローブ１３０、処理部としての処理装置１４０を備える。また、本実施形態のプローブ１３０は、光音響波の受信と、超音波の送信及び受信と、をどちらも行うことができるよう構成されている。そして、処理装置１４０は、光音響波に基づく特性分布と、超音波エコーによる反射波に基づく音響特性に関する分布と、のどちらも取得することができる。

図１（ａ）において、光源１１０により発生した光は、バンドルファイバ等の光学部材を介してプローブ１３０内へ引きこまれ、プローブ１３０内の出射端１２０から被検体１００へ光が照射される。被検体１００へ照明された光は被検体内部で拡散し、被検体内部の光吸収体１０１に吸収されることで光音響波が発生する。プローブ１３０が有する複数の変換素子１３１は、被検体１００から発生した光音響波を受信して夫々電気信号（受信信号）に変換する。プローブ１３０から出力される複数の受信信号は処理装置１４０へ送られる。

本実施形態の装置は、光音響顕微鏡のように被検体表面の１位置（１点）に光を集束させるのではなく、１照射分の光が被検体内の複数の位置に到達する構成である。また、プローブ１３０は複数の変換素子１３１を備えている。よって、少なくとも１回の光照射により、被検体内の複数の位置から発生する光音響波を受信することができる。つまり、複数の位置（複数点）からなる所定の領域内における特性情報群（位置毎の特性情報の分布を示す特性分布に相当）を取得することができる。

また、上記した光音響波の受信とタイミングをずらして、複数の変換素子１３１は、被検体１００に超音波を送信する。送信された超音波は被検体内で反射され、複数の変換素子１３１は返ってきた反射波を受信して夫々アナログ電気信号（受信信号）に変換する。複数の変換素子１３１から出力される複数の受信信号は、処理装置１４０へ送られる。

ここで、光源１１０からの発光、光音響波の受信、超音波の送信、及び、反射波の受信、の各タイミング制御について説明する。

（発光及び送受信のタイミング）
図２は各タイミングを示すタイミングチャートを示している。図２において、発光トリガは、光の照射タイミングを示しており、光源１１０からの光を検出するフォトダイオード等の光センサからの検出信号や、処理装置１４０からの発光指示信号を、発光のトリガとして用いることができる。光の伝搬速度は音響波の伝搬速度に比べて十分高速であるため、光源による発光タイミングと光が被検体に照射されるタイミングとは同じ時刻として扱うことができる。

図２（ａ）において、処理装置１４０は、光源からの発光後、送受信部６に光音響波を受信させる。発光から光音響波の受信開始までは、できる限り短いほうが好ましい。次に、処理装置１４０は光音響波の受信後、変換素子１３１から超音波を送信させるための送信信号を変換素子１３１に送る。なお、図２（ａ）での超音波送受信は、発光と発光との間で一回だけだが、これに限定されず、図２（ｂ）のように発光と発光との間で複数回超音波を送受信してもよい。図２（ｂ）は超音波送受信を３回行っているが、その回数も任意である。

さらに、発光と発光との間では超音波の送受信を行わずに発光と光音響波の受信を所定回数繰り返した後、その最後の（所定回数目の）発光と光音響波受信後に、超音波送受信を行っても良い。あるいは、超音波の送信と受信を所定回数繰り返した後、その最後の（所定回数目の）超音波の送信と受信後に、発光と光音響波の受信を行っても良い。

次に、本実施形態の被検体情報取得装置の各構成について詳細に説明する。

（光源１１０）
光源１１０としては、ナノ秒からマイクロ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。また、波長としては５００ｎｍから１２００ｎｍ程度の波長が好ましい。具体的な光源としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやアレクサンドライトレーザなどパルスレーザが好ましい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザやＯＰＯレーザを用いても良い。このほか固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなども使用可能である。また、光源１１０からプローブ１３０までの光伝送には、バンドルファイバやミラー、プリズムなどの光学部材を用いるとよい。

（プローブ１３０）
プローブ１３０は、図１（ｂ）に示すように、複数の変換素子１３１を備える変換器と、照射部としての出射端１２０と、を備える。プローブ１３０は、ハウジング１３２により覆われていることが好ましい。出射端１２０は、ファイバやレンズ、拡散板等から構成され、被検体に所望な形状の光を照射する。複数の変換素子１３１は光音響波を受信して、夫々受信信号（第１の受信信号）に変換する。

また、本実施形態の変換素子１３１は、処理装置１４０からの送信信号に基づいて、被検体に超音波を送信することもできる。送信された超音波は、被検体内の音響インピーダンスの差に基づき反射する。複数の変換素子１３１は被検体から返ってきた反射波を受信して夫々受信信号（第２の受信信号）に変換する。

変換素子１３１は、圧電現象を用いた圧電素子等の変換素子、光の共振を用いた変換素子、ＣＭＵＴ等の静電容量の変化を用いた変換素子など、音響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ものを用いてもよい。なお、本実施形態では、光音響波を受信する変換素子と、超音波を送信して反射波を受信する変換素子と、が共通の変換素子１３１により行われる。ただし、本発明のプローブとしては、光音響波を受信する複数の変換素子を備えた変換器と、超音波を送受信する複数の変換素子を備えた変換器と、が別々に構成されていてもよい。また、本実施形態のプローブ１３０は、ユーザが手で持って操作するタイプだけでなく、プローブ１３０を機械的に移動させるタイプでもよい。

また、複数の変換素子１３１は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイ、と呼ばれるような平面内に並ぶように配置されうる。また、アーク状に並ぶように配置してもよい。

さらに、複数の変換素子１３１は、ボウル状の支持体に配置してもよい。具体的には、国際公開第２０１０／０３０８１７号に記載されているように、支持体のボウル状の内側表面に、複数の変換素子１３１の受信面が３次元スパイラル状に並ぶように配置される構成でもよい。このような配置は、広い角度で光音響波を受信することができるため好ましい。また、このような配置は、複数の変換素子１３１のうち少なくとも一部の変換素子のそれぞれの指向軸（受信感度の最も高い方向に沿った軸）が特定の領域に集まるような配置である。

そして、このような配置により、その特定の領域から発生した音響波をより高感度に受信することができる。このように配置された変換素子１３１から得られる受信信号を用いることで、血管などの検査対象のつながりが良く、分解能の高い分布画像が得られる。

ボウルの内側に配置された複数の変換素子１３１の受信面と被検体との間には、液体やゲル等の音響インピーダンスが被検体に近い音響媒体（例えば水でも可）を設けることが好ましい。

（処理装置１４０）
処理装置１４０は、プローブ１３０から出力される、光音響波起因の受信信号（光音響波を受信することにより得られる受信信号）や超音波起因の受信信号（反射波を受信することにより得られる受信信号）の増幅やデジタル変換処理、フィルタ処理等を行う。そして、信号処理された夫々の受信信号を用いて、光音響画像データや、超音波画像データを作成することができる。以下、処理装置１４０の詳細な構成について図３を用いて説明する。

図３（ａ）は、本実施形態に係る処理装置１４０の構成を示す模式図である。図３（ａ）における、処理装置１４０は、プローブ１３０と処理装置１４０の接続状態を切り替える接続切替え部７０１、送信制御部７０２、信号受信部７０３、情報処理部７０４、制御部としての制御用ＣＰＵ７０５、を備える。

制御用ＣＰＵ７０５は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータや制御信号を供給する。具体的には制御用ＣＰＵ７０５は、光源１１０へ発光を指示する発光指示信号や、送信制御部７０２が変換素子１３１に送る送信信号の制御を行う。また、制御用ＣＰＵ７０５は、接続切替え部７０１へ、複数の変換素子１３１の接続先を切り替えるための信号を送り、信号受信部７０３には信号受信制御に必要となる制御信号やパラメータを供給する。さらに、制御用ＣＰＵ７０５は、情報処理部７０４に対して、信号受信部７０３から情報処理部７０４に転送されたデジタル信号が、光音響由来か超音波由来かを情報処理部７０４が判別するためのパラメータや制御信号等を供給する。

送信制御部７０２は、制御用ＣＰＵ７０５の制御に従って、送信信号を出力する。信号受信部７０３は、複数の変換素子１３１から出力された複数の受信信号をデジタル信号へと変換する。信号受信部７０３は、Ａ／Ｄ変換部、データメモリ、マルチプレクサなどで構成される。光音響波由来の受信信号と超音波由来の受信信号とはチャネルごとに用意された共通のＡ／Ｄ変換部やデータメモリ等を用いて処理されてもよく、光音響波由来の受信信号用と超音波由来の受信信号用とで、夫々別のＡ／Ｄ変換部やデータメモリ等を用意してもよい。信号受信部７０３において生成されたデジタル信号は、情報処理部７０４に転送される。

接続切替え部７０１は、複数の変換素子１３１の接続先を切り替える。接続切替え部７０１により、複数の変換素子１３１が、送信制御部７０２と接続されたり、信号受信部７０３と接続されたりする。

情報処理部７０４は、信号受信部７０３から転送された、光音響波起因のデジタル信号と超音波起因のデジタル信号とから、それぞれ光音響画像データと超音波画像データとを作成する。情報処理部７０４は、受信信号が光音響波に起因する信号か、反射波に起因する信号か、に応じて適切な信号処理や画像処理を施すことができる。典型的には、超音波画像データを生成する際には、各素子からの受信信号に、反射波の到達時間に応じた遅延時間を与えて位相を調整した後、加算する整相加算（Ｄｅｌａｙ ＆ Ｓｕｍ）が行われる。光音響画像データを生成する際には、整相加算とは別のアルゴリズムを適用した画像再構成を行ってもよい。例えば、光音響画像を生成する画像再構成方法としては、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法などがある。このような構成とすることにより、受信信号に基づき光音響画像データや超音波画像データを取得することができる。また、情報処理部７０４で作成される画像は、２Ｄ画像、３Ｄ画像のいずれでもよい。

情報処理部７０４は、光音響画像データとして、少なくとも１回の光照射により、被検体内の複数の位置に夫々対応した特性情報の分布を示す特性分布を取得することができる。複数の位置に夫々対応した特性情報とは、作成される画像内の複数のピクセル又はボクセルに対応した値であり、各ピクセル値やボクセル値が、初期音圧値や、吸収係数値、物質の濃度値、等を反映している。

また、図２（ｃ）のように複数の光照射を繰り返す場合、複数の光照射により得られる複数の特性分布を合成（コンパウンド）した合成分布を、光音響画像データとして生成することもできる。なお、合成とは、複数の画像や、各画像間の変位量に対して変位補正をした複数の画像に対して相加平均処理、相乗平均処理、調和平均処理などの画像間の重ね合わせ処理が行われることを指す。

情報処理部７０４は、作成した光音響画像データに対して、輝度の調整や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、表示のための分布画像を作成する。さらに、光音響画像データと超音波画像データとを重畳し、図５に示すような重畳画像を分布画像として作成し表示させることもできる。なお、得られる超音波画像データとしては、被検体内の音響特性に関する分布がある。

さらに、複数の光照射により時系列に得られる複数の特性分布を、一定の時間間隔で時系列に切替えて（更新して）表示してもよい。一定の時間間隔とは、例えば発光と同じ周期（１０Ｈｚの発光の場合０．１ｓｅｃ間隔）でも良いし、目視可能なように１ｓｅｃ間隔でもよい。また、特性分布だけでなく、上述した合成分布においても、合成分布が得られる度に更新してもよい。

さらに、本実施形態の情報処理部７０４は、作成した分布画像のうちの所定領域内における特性情報の時間変動を示すデータを作成することもできる。特性情報の時間変動とは、所定の位置の特性情報の時間変動でもよいし、所定領域内の複数の位置に夫々対応する特性情報（つまり複数の特性情報）の統計量の時間変動でもよい。統計量とは、平均値、中央値、最頻値、最大値や、標準偏差、二乗平均誤差などの統計解析結果を指す。つまり、指定領域内の複数の特性情報の統計量とは、指定領域内の複数のピクセル値やボクセル値の平均等を示す。情報処理部７０４が作成する特性情報の時間変動を示すデータとしては、図５で示すような折れ線グラフのように経時変化が分かるものであればどのようなデータでもよい。

本実施形態の情報処理部７０４は、特性分布を用いて作成された分布画像と、時間変動を示すデータと、を同じ画面内に表示するための画像情報を作成し、表示装置１６０に出力することができる。表示方法のフローや表示画面の例については、図４、５を用いて後述することとし、以下ではまず情報処理部７０４の具体的な構成について説明する。

（情報処理部７０４の具体的構成）
図３（ｂ）は、本実施形態に係る情報処理部７０４とその周辺の構成を示す図である。情報処理部７０４は、典型的にはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＣＰＵを搭載したワークステーションなどから構成される。

記憶部７２２は、信号受信部７０３から転送されたデジタル信号や測定動作に関する設定情報を記憶する。信号受信部７０３から転送された光音響由来、もしくは超音波由来のデジタル信号は、まず記憶部７２２に記憶される。

ＣＰＵ７２４は、操作部７２３を介してユーザからの各種操作に関する指示を受け付けて、必要な制御情報を生成し、システムバス７２５を介して各機能を制御する。また、ＣＰＵ７２４は、記憶部７２２に記憶された光音響波由来のデジタル信号に対して積算処理などを行うことができる。積算処理は、被検体に対して同じ位置（走査位置）において光照射と光音響波の受信を繰り返し行うことにより、得られた複数の受信信号同士を積算する（積算平均を含む）処理である。この積算処理により、システムノイズが低減し受信信号のＳ／Ｎ比が向上する。また、造影剤などの時間とともに光音響波の発生源が移動する対象物を検査対象とする場合は、積算した時間分の移動経路を把握することができる。なお、同様の処理は、制御用ＣＰＵ７０５やＧＰＵ７２１等でも可能である。

ＣＰＵ７２４は積算処理後のデジタル信号を記憶部７２２に再度書き込む。ＧＰＵ７２１による光音響画像データの生成に供される。また、ＣＰＵ７２４は、ユーザにより指定された指定領域の情報を受け付けて、その指定領域内の複数の位置に夫々対応する特性情報の統計量を算出することができる。

ＦＰＧＡ７２６は、記憶部７２２に書き込まれた超音波起因のデジタル信号を用いて整相加算を行い超音波画像データを作成する。ＦＰＧＡ７２６は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップにより構成される。

ＧＰＵ７２１は、ＣＰＵ７２４により積算処理され記憶部７２２に書き込まれたデジタル信号を用いて光音響画像データを作成する。また、ＧＰＵ７２１は、作成された光音響画像データや超音波画像データに対して、輝度の調整や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、分布画像を作成することができる。さらに、ＧＰＵ７２１は、光音響画像データと超音波画像データとを重畳した重畳画像を分布画像として作成する処理や、特性情報の時間変動を示すデータと分布画像とを並べて表示するための画像情報を生成することができる。同様の処理は、ＣＰＵ７２４等でも可能である。また、本実施形態では、光音響画像データはＧＰＵ７２１により作成され、超音波画像データはＦＰＧＡ７２６により作成されているが、光音響画像データも超音波画像データも共通のＧＰＵやＦＰＧＡ、ＣＰＵ等で作成することも可能である。

（操作部７２３）
操作部７２３は、ユーザが、特性情報の取得動作に関するパラメータの指定や各種入力を行うための入力装置である。操作部７２３により、後述する並列表示の入力や、指定領域としてのＲＯＩ（関心領域）の設定も行われる。なお、分布画像として３Ｄ画像を表示する場合は、ＲＯＩも３Ｄで指定することができる。ＲＯＩのサイズや座標系は任意に変更することができ、ＲＯＩの範囲は分布画像に重畳表示されることで、ユーザが確認しながら指定することができる。操作部７２３は、一般的に、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成される。なお、操作部７２３は、被検体情報処理装置が有する構成とはせずに、別に用意して被検体情報取得装置に接続しても良い。

（表示装置１６０）
表示部である表示装置１６０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、有機ＥＬディスプレイ等で構成される。なお、表示装置１６０は、被検体情報処理装置が有する構成とはせずに、別に用意して被検体情報取得装置に接続しても良い。

次に、本実施形態の表示方法や表示画面の例について説明する。

（表示方法及び表示画面）
図４、図５を用いて本実施形態の表示フローについて説明する。図４は本実施形態の表示フローを示すフローチャートであり、図５は本実施形態の表示画面の例を示す模式図である。

本実施形態の表示フローは、光音響画像データとしての合成分布と、超音波画像データと、が作成された状態をスタートして説明する。具体的には、被検体に光が複数回照射（例えば３０回程度の所定回数照射）された場合に、処理装置１４０は、複数の変換素子から出力される複数の受信信号を、発光タイミング毎（例えば１０Ｈｚの周波数の発光タイミング毎）に、所定回数分受信する。そして処理装置１４０は、所定回数分の特性分布を作成して相加平均し、合成分布を作成する。

図４のＳ１０１では、処理装置１４０は、合成分布と超音波画像とを重畳し、表示装置１６０に分布画像として重畳画像を表示させる。図５の上図に、その際の表示画面を示す。図５の分布画像２０２は重畳画像であるため、超音波画像により被検体内部の音響インピーダンスの差が示され、癌の境界などの形態情報が示される。また、光音響波画像からはヘモグロビンなどの特定の物質の濃度等の機能情報が示される。重畳画像を表示する際は、超音波画像はグレースケールで表示し、光音響画像はカラースケールで表示し、かつ透明度を設定することにより、夫々の画像を視認しやすくなる。このような重畳表示により、音響インピーダンスの差が大きな領域である癌患部等と思われる領域２１０や、光の吸収が大きい領域である血管と思われる領域２００を表示することができる。

次に、分布画像２０２が表示されている状態で、ユーザが操作部７２３であるマウスを用いて画面上のＲＯＩ設定アイコン２３０をクリックすると、分布画像上に矩形のＲＯＩ２２０が表示される。マウス操作により矩形のＲＯＩ２２０を移動して確定すると、Ｓ１０２で、処理装置１４０は、ユーザからの指定領域の情報としてＲＯＩの設定情報を受け付ける。

そして、ユーザが並列表示アイコン２０１をクリックすると、Ｓ１０３で、処理装置１４０は、並列表示モードの入力を受け付ける。

処理装置１４０は、並列表示モードの入力を受けると、Ｓ１０４で、ＲＯＩ内の複数の特性情報の統計量として、ＲＯＩ内の複数の特性情報の平均値を算出する。つまり、ＲＯＩ内の複数のピクセル値やボクセル値の平均値を算出する。この際、合成分布を作成する際に用いている複数の特性分布毎に、この平均値を算出する。

次に、Ｓ１０５において、処理装置１４０は、分布画像２０２の隣に、算出した統計量の時間変動を示すデータ２４０として、算出された複数の特性情報の平均値の光照射毎の時間変動を示すデータ２４０を並べて表示させる（図５下図参照）。なお、本明細書において「並列表示」とは、図５のように画面内の左右に並べる場合だけでなく、上下に並べたり、不規則に配置してもよく、１つの画面内にそれらが表示されていればよい。
また、本実施形態としては、並列表示だけでなく、分布画像２０２と時間変動を示すデータ２４０とが重なっていてもよい。

つまり、処置装置１４０は、分布画像２０２と時間変動を示すデータ２４０とがあるタイミングにおいて共に表示されている状態となるよう制御することが好ましい。共に表示されている状態とは、分布画像２０２と時間変動を示すデータ２４０とが同時に表示される（表示開始タイミングが同じ）場合だけでない。分布画像２０２０と時間変動を示すデータ２０４とが別々のタイミングで表示開始されたとしても、あるタイミングにおいてはどちらも表示されている状態を有していればよい。

このように処理装置１４０は、分布画像２０２と時間変動を示すデータ２４０とを、同じ画面内に表示するための画像情報を表示装置１６０に出力する。これにより分布画像と時間変動に関するデータとを対比しやすく、且つ、ユーザはどの位置の時間変動か把握しやすいため使い勝手が向上する。

また、図５の下図において、表示されている時間変動を示すデータ２４０は、光の照射毎の特性情報の平均値の時間変動（つまり、光の照射周期と同じ周期の時間変動）を示しており、例えば１０Ｈｚの発光周波数であれば０．１ｓｅｃ刻みの特性情報の変化が表示される。これにより、例えば、血管の脈動に起因した収縮の違いによる、特性情報のＲＯＩ内平均強度の時間推移を確認することができる。その結果、局所的な血液不足状況の確認や、がん患部への血管を通じた薬の伝搬の判断などが可能となり、診断確度が向上する可能性がある。ただし、時間変動を示す周期としては、光照射毎の時間変動だけでなく、所定回数の光照射毎の時間変動でもよい。また、光照射とは関係なく所定の周期（好ましくは１ｓｅｃ以下の周期）の時間変動を表示するようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、Ｓ１０２とＳ１０３のステップは逆でもよい。また、並列表示アイコン２０１を省略し、Ｓ１０２においてＲＯＩの設定を受けると、Ｓ１０３とＳ１０４のステップが自動で行われるようにしてもよい。また、ＲＯＩの設定の際、マウスのクリックアンドドラッグによって画面上で閉曲線を作成し、自由な形状のＲＯＩを設定してもよい。自由な形状のＲＯＩを設定できると、アーティファクトと呼ばれるノイズや、意図的に排除したい領域を避けることができるため、診断に必要な領域のみ抽出することができ、使い勝手が向上する。

また、図５の例では、ユーザにより指定されたＲＯＩ内の特性情報の時間変動を表示しているが、ユーザにより指定されたＲＯＩだけでなく、処理装置１４０が分布画像をもとに抽出した領域内の特性情報の時間変動を表示してもよい。具体的には、処理装置１４０が、分布画像における特性情報の値が所定値よりも大きな領域をＲＯＩとして自動抽出することが考えられる。

また、分布画像としては、合成分布（光音響画像である特性分布の合成画像）と音響特性に関する分布（超音波画像）との重畳画像だけでなく、特性分布だけや合成分布だけの分布画像でも良い。

さらに、時系列に得られる分布画像が、一定の時間間隔で時系列に切替えて（更新して）表示されてもよい。一定の時間間隔とは、分布画像が取得される周期等の所定の時間間隔であり、例えば発光と同じ周期（１０Ｈｚの発光の場合０．１ｓｅｃ間隔）でも良いし、目視可能なように１ｓｅｃ間隔でもよい。さらに、分布画像の表示として、合成分布の表示と、時系列の画像の切替え表示と、が選択可能になっていてもよい。

また、一定の時間間隔で分布画像を更新して表示する場合、特性情報の時間変動を示すデータも更新表示されることが好ましい。さらに、並列表示されている分布画像に対応するプロット点の色や大きさなどが、分布画像の更新にあわせて変更されることが好ましい。また、取得された分布画像や時間変動を示すデータが全て更新表示された場合、再表示や１回目の取得表示に戻ってもよい。

さらに、分布画像と時間変動を示すデータとで夫々異なる特性情報を示していても良い。つまり、分布画像として吸収係数（第１の特性情報）の分布を示し、時間変動を示すデータとして酸素飽和度（第２の特性情報）の時間変動を示すデータを表示してもよい。

また、上記例ではユーザからの並列表示モードの入力を受けて、特性情報の時間変動を示すデータ２４０を並べて表示している（つまり、並列表示モードの入力が無い場合は分布画像２０２のみ表示）。しかしながら、分布画像を表示する場合は、自動的に（デフォルトで）所定領域の特性情報の時間変動を示すデータを表示するようにしてもよい。さらに、処理装置１４０は、並列表示モードと単独表示モードとを選択的に実行可能にしてもよい。つまり、ユーザにより単独表示モードの入力があった場合は、分布画像と特性情報の時間変動を示すデータとを並べて表示せず、分布画像と特性情報の時間変動を示すデータとのうち、どちらか一方のみを表示するようにしてもよい。

さらに、本実施形態においては、光照射や音響波の受信等の測定が続き、分布画像が更新されている場合でも、一度ＲＯＩが設定されると、分布画像の更新にあわせて、設定されたＲＯＩ内の特性情報の時間変動も更新されることが好ましい。具体的には、Ｓ１０４とＳ１０５とを繰り返すことで、指定されたＲＯＩ内の特性情報の算出と、その特性情報の値のプロットと、が繰り返される。そこ結果、特性情報の値が更新されたデータ２４０が表示される。

以下、本実施形態における応用例について説明する。

（応用例１）
本応用例では、処理装置１４０がＲＯＩ内の複数の特性情報の統計量を求める場合に、ＲＯＩ内の全ての特性情報を用いず、ＲＯＩ内の一部の特性情報のみを用いる。具体的には、特性情報の値（信号強度）に閾値を設け、その閾値を満たす特性情報のみを用いて平均値等の算出を行う。典型的には、特性情報の値（信号強度）が、ノイズ程度の強度に相当する特性情報は除き、所定の閾値よりも大きい値の特性情報を用いると良い。ノイズ程度の８０ｄＢを閾値とした場合、８０ｄＢ以下の信号強度の特性情報を外し、８０ｄＢより大きい信号強度の特性情報を用いて平均を行うとよい。

また、下限の閾値だけでなく、上限の閾値（例えば１５０ｄＢ）を設け、突発的に信号強度が大きくなった特性情報を除き、１５０ｄＢより小さい信号強度の特性情報を用いて平均することもできる。さらに、下限と上限の両方の閾値を設けても良い。

このように、平均だけでなくその他の統計量の場合においても、統計量を求める場合に、下限の閾値及び上限の閾値のうち少なくともいずれかを設けることにより、ノイズや突発的な変動値をもつ特性情報を除くことができる。よって、より有効な領域部分の特性情報の時間変動を抽出することができ、より特性情報の時間変動が確認しやすくなる。

（応用例２）
本応用例では、処理装置１４０が、ユーザからの入力を受けて、複数のＲＯＩを設定することを特徴とする。図６は本応用例における表示画面の模式図である。まず、ユーザが、画面上に表示されたマウスカーソルでＲＯＩ設定アイコン３３０を確定すると、分布画像３０２上に矩形のＲＯＩ３２０が表示される。このＲＯＩ３２０をユーザが所望の位置に移動させて確定すると、処理装置１４０は、ＲＯＩ３２０の設定を受け、このＲＯＩ３２０内の特性情報の統計量の時間変動を示すデータ３４０を表示する。

さらに、ユーザによりＲＯＩ設定アイコン３３０が再度クリックされると、分布画像３０２上に別の矩形のＲＯＩ３２１が表示される。そして、このＲＯＩ３２１をユーザが所望の位置に移動させて確定すると、処理装置１４０は、このＲＯＩ３２１内の特性情報の統計量の時間変動を示すデータ３４１を表示する。

このように、複数のＲＯＩを設定することが可能であると、同一の分布画像内の複数個所のＲＯＩの特性情報の変化を同時に観察することができる。よって、異なる領域間での特性情報の信号の大小や振幅量の違いを容易に認識できるため、例えば血液や薬の伝達状況等の違いを確認することができ、さらに診断確度が向上する可能性がある。

＜第２の実施形態＞
本実施形態は、処理装置１４０の処理内容が第１の実施形態と異なる。本実施形態の被検体情報取得装置は、図１及び図３で示した装置と同様の構成の装置を用いる。また、表示方法の概略も図４で説明したフローと基本的に同じであるため、以下では、図７を用いて第１の実施形態とは異なる部分に絞って説明する。

本実施形態は、特性情報の時間変動を示すデータに基づいて、合成分布を再度作成することを特徴とする。図７は、本実施形態において表示される特性情報の時間変動を示すデータ４０１を説明するための模式図である。

図７に示す特性情報の時間変動を示すデータは、第１の実施形態に記載の方法を用いて作成されるデータである。具体的には、図４のフローで説明したように、処理装置１４０が、複数の光照射により得られる複数の特性分布を合成して合成分布を表示する。そして、合成分布内においてＲＯＩが設定されると、処理装置１４０は、ＲＯＩ内の特性情報の統計量を、合成分布に用いられている特性分布毎に算出し、特性情報の時間変動として表示する。つまり、図７のデータは、複数回の光照射により得られる特性分布分の特性情報が並べられているため、光の照射毎の特性情報の時間変動として示されることになる。

ここで、特性情報の時間変動を示すデータ４０１において、特異的に値が大きくなっている特異点４１０と、特異的に値が小さくなっている特異点４１１が確認できる。このような特異点４１０や特異点４１１は、測定時のプローブと被検体との相対位置ズレ等の影響が考えられる。しかしながら、表示している合成分布は、特異点４１０や特異点４１１に対応する時間の特性分布も用いて合成されているため、信頼性が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態では、ユーザが特異点４１０や特異点４１１を、マウスを用いて指定することにより、処理装置１４０は、その指定された特異点４１０や特異点４１１に対応する時間の特性分布を除いて、再度合成分布を作成することができる。よって、本実施形態により、より信頼度の高い分布画像を提示することができる。

＜第３の実施形態＞
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の機能を実現するソフトウェア（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或いは装置に供給し、そのシステム或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である。

以上、各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。

１１０ 光源
１２０ 出射端
１３０ プローブ
１３１ 変換素子
１４０ 処理装置
１６０ 表示装置

Claims (31)

1. 被検体への光照射により発生する音響波に基づいて生成された前記被検体の特性情報を取得する処理部を有し、
   前記処理部は、
   前記特性情報として、第１の特性情報と、前記第１の特性情報とは異なる第２の特性情報とを取得し、
   前記被検体内の複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報に関する分布画像と、前記分布画像内の関心領域における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示部に表示させる
   ことを特徴とする処理装置。
2. 前記処理部は、
   前記関心領域内における複数の位置の前記第２の特性情報の統計量を算出し、
   前記第２の特性情報の時間変動を示すデータとして、前記統計量の時間変動を示すデータを表示させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
3. 前記処理部は、
   少なくとも並列表示モードと単独表示モードとを選択的に実行可能に構成されており、
   ユーザにより前記並列表示モードの入力を受けた場合は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を前記表示部に並べて表示させ、
   前記並列表示モードの入力がない場合、又は、ユーザにより前記単独表示モードの入力を受けた場合は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を前記表示部に合わせて表示しない
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の処理装置。
4. 前記処理部は、前記表示部に表示された前記分布画像に対してユーザにより指定された前記関心領域の情報を受け、前記関心領域の情報に基づいて、前記分布画像の前記関心領域を設定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の処理装置。
5. 前記処理部は、前記分布画像に基づいて前記関心領域を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の処理装置。
6. 前記処理部は、
   前記被検体への複数回の光照射により発生する音響波の受信信号を合成することにより生成された前記第１の特性情報を取得し、
   前記複数回の光照射のうち、所定回数の光照射毎の、前記関心領域における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータを取得する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の処理装置。
7. 前記処理部は、前記複数回の光照射の光照射毎の前記第２の特性情報の時間変動を示すデータを取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の処理装置。
8. 前記処理部は、前記特性情報として、前記光を吸収することにより発生する音響波の音圧、前記光の吸収係数、酸素飽和度、物質の濃度、のうちの少なくともいずれかを反映した情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の処理装置。
9. 前記処理部は、
   音響波を送信して、前記被検体内で反射された反射波に基づいて生成された前記被検体内の複数の位置に夫々対応した音響特性情報を取得し、
   前記第１の特性情報と前記音響特性情報とに関する重畳画像を前記分布画像として表示させる
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の処理装置。
10. 前記関心領域は、前記分布画像内の互いに異なる複数の関心領域を含み、
    前記処理部は、
    前記被検体への複数回の光照射の夫々について、前記音響波の受信信号に基づいて２次元または３次元の前記複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報を取得し、
    前記分布画像と、前記複数の関心領域のそれぞれにおける前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を前記表示部に表示させる
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の処理装置。
11. 前記処理部は、前記表示部に表示された前記第２の特性情報の時間変動を示すデータに対してユーザにより指定された時間の情報を受け、前記時間以外の時間に対応する前記音響波に基づいて前記第１の特性情報を生成する
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の処理装置。
12. 前記処理部は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を前記表示部の同じ画面内に表示させる
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の処理装置。
13. 前記処理部は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、があるタイミングにおいて共に表示されている状態となるよう制御する
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の処理装置。
14. 前記処理部は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を前記表示部に並列表示させる
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の処理装置。
15. 前記第１の特性情報は吸収係数であり、前記第２の特性情報は酸素飽和度である
    ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の処理装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の処理装置と、
    光を発生する光源と、
    前記光源からの光が照射されることにより前記被検体で発生した音響波を受信して受信信号に変換する変換素子と、
    を有し、
    前記処理部は、前記受信信号に基づいて前記分布画像および前記第２の特性情報の時間変動を示すデータを生成する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置。
17. 被検体への光照射により発生する音響波に基づいて生成された前記被検体の特性情報に関する画像を表示する表示方法であって、
    前記特性情報として、第１の特性情報と、前記第１の特性情報とは異なる第２の特性情報とを取得するステップと、
    前記被検体内の複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報に関する分布画像と、前記分布画像内の関心領域における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示するステップと、を有する
    ことを特徴とする表示方法。
18. 前記表示するステップでは、
    前記第２の特性情報の時間変動を示すデータとして、前記関心領域内における複数の位置の第２の特性情報の統計量の時間変動を示すデータを表示する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の表示方法。
19. 少なくとも並列表示モードと単独表示モードとを選択的に実行可能であり、
    ユーザにより前記並列表示モードの入力を受けた場合は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を並べて表示し、
    前記並列表示モードの入力がない場合、又は、ユーザにより前記単独表示モードの入力を受けた場合は、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を合わせて表示しない
    ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の表示方法。
20. ユーザにより指定された前記関心領域の情報を受けるステップと、
    前記関心領域の情報に基づいて、前記関心領域を設定するステップと、をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の表示方法。
21. 前記分布画像に基づいて、前記関心領域を設定するステップをさらに有する
    ことを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の表示方法。
22. 前記表示するステップでは、
    前記被検体への複数回の光照射により発生する音響波の受信信号を合成することにより生成された前記第１の特性情報に関する前記分布画像と、
    前記複数回の光照射のうち、所定回数の光照射毎の、前記関心領域内における前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか１項に記載の表示方法。
23. 前記表示するステップでは、
    前記第２の特性情報の時間変動を示すデータとして、前記複数回の光照射の光照射毎の前記第２の特性情報の時間変動を示すデータを表示する
    ことを特徴とする請求項２２に記載の表示方法。
24. 音響波を送信して前記被検体内で反射した反射波に基づいて生成された前記被検体内の複数の位置に夫々対応した音響特性情報を取得するステップをさらに有し、
    前記表示するステップでは、
    前記第１の特性情報と前記音響特性情報とに関する重畳画像を前記分布画像として表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２３のいずれか１項に記載の表示方法。
25. 前記関心領域は、前記分布画像内の互いに異なる複数の関心領域を含み、
    前記第１の特性情報を取得するステップでは、
    前記被検体への複数回の光照射の夫々について、前記音響波の受信信号に基づいて２次元または３次元の前記複数の位置に夫々対応した前記第１の特性情報を取得し、
    前記表示するステップでは、
    前記分布画像と、前記複数の関心領域のそれぞれにおける前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２４のいずれか１項に記載の表示方法。
26. 表示された前記第２の特性情報の時間変動を示すデータに対してユーザにより指定された時間の情報を受けるステップをさらに有し、
    前記第１の特性情報を取得するステップでは、前記時間以外の時間に対応する前記音響波に基づいて前記第１の特性情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１７から２５のいずれか１項に記載の表示方法。
27. 前記表示するステップでは、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を同じ画面内に表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２６のいずれか１項に記載の表示方法。
28. 前記表示するステップでは、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、をあるタイミングにおいて共に表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２７のいずれか１項に記載の表示方法。
29. 前記表示するステップでは、前記分布画像と、前記第２の特性情報の時間変動を示すデータと、を並列表示する
    ことを特徴とする請求項１７から２８のいずれか１項に記載の表示方法。
30. 前記第１の特性情報は吸収係数であり、前記第２の特性情報は酸素飽和度である
    ことを特徴とする請求項１７から２９のいずれか１項に記載の表示方法。
31. 請求項１７から３０のいずれか１項に記載の表示方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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