JP6366367B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報取得装置の制御方法、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置に関する。

光を用いて、生体内部の情報を非侵襲で取得する試みが行われている。例えば、パルスレーザ光などの計測光を被検体である生体に照射すると、計測光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波が発生する。この音響波（典型的には超音波）を受信し、解析することにより、生体内部の情報を取得することができる。このような技術は、光音響イメージング（PhotoAcoustic Imaging）と呼ばれている。

光音響イメージングでは、被検体内部の吸収係数に関連した情報を画像化することができる。吸収係数とは、生体組織が光エネルギーを吸収する率であり、これを測定することで、生体組織を構成する成分の濃度を取得することができる。特に、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい波長の光を用いることで、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度比を取得することができ、生体組織の酸素飽和度を算出することができる。生体内に腫瘍組織がある場合、当該箇所において酸素飽和度が低下することが知られているため、吸収係数を測定することで、腫瘍の診断が可能になることが期待されている。

ここで、受信した音響波信号に基づいて生体内の吸収係数を算出する方法について説明する。まず、受信した音響波信号を再構成し、音源における初期音圧の分布を生成する。初期音圧は、対象の領域に到達した光の強度、光の吸収係数、グリューナイゼン定数を全て乗算したもので表すことができる。すなわち、初期音圧分布をグリューナイゼン定数と光強度分布で除算することで、吸収係数の分布を得ることができる。
被検体が生体である場合、グリューナイゼン定数は既知の一定値とみなせるため、吸収係数を得るためには、光強度分布を取得する必要がある。この光強度分布は、生体組織の光学特性から算出することができる。生体組織の光学特性とは、光が被検体に照射されてから光吸収体に到達するまでに通過する領域の、光に対する吸収特性（背景吸収係数と称する）と散乱特性（背景散乱係数と称する）の二つである。これら二つの係数をまとめて背景光学係数と呼ぶ。背景光学係数は、吸収係数の算出に大きく影響するため、正確な値を用いることが望ましい。

背景光学係数は、被検体に測定用の光を照射し、被検体内を伝搬した光を検出することで測定することができる。例えば、特許文献１および非特許文献１には、パルス光による時間分解計測法によって背景光学係数を測定する装置が記載されている。また特許文献２には、強度変調光による位相変調計測法によって背景光学係数を測定する装置が記載されている。

特開２００２−１３９４２０号公報 特開平０７−１５９２３９号公報

Kazunori Suzuki M.D.; Yutaka Yamashita; Kazuyoshi Ohta; Masao Kaneko; Masayuki Yoshida M.D.; Britton Chance，"Quantitative measurement of optical parameters in normal breasts using time-resolved spectroscopy: in vivo results of 30 Japanese women"，Journal of Biomedical Optics 1(03), pp.330-334

特定の被検体における背景光学係数を測定するためには、測定用の光を被検体に照射する必要がある。しかし、光音響イメージングに用いる光源と、背景光学係数の測定に用いる光源とでは、要求される特性が異なるために共通の光源を用いることが難しい。
例えば、通常の光音響イメージングに用いる光源は、数十〜数百ナノ秒のパルス幅を持ったパルス光であるが、特許文献１に記載されたような時間分解測定を行う場合、数十〜数百ピコ秒のパルス幅を持った光を照射しなければならない。また、特許文献２に記載されたような位相変調測定を行う場合、パルス光ではなく強度変調光を照射しなければならない。このため、光音響イメージング装置において背景光学係数を測定しようとした場合、それぞれ別の光源を設けなければならず、装置の複雑化を招くという問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、光音響測定と背景光学係数の測定を共通の光源で行うことが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。

上記課題を解決するために、本発明に係る被検体情報取得装置は、
第一のパルス光および第二のパルス光を発生する光源と、前記光源から発生した前記第一のパルス光および前記第二のパルス光を被検体に照射する光照射手段と、前記光照射手
段から照射された前記第一のパルス光に起因して前記被検体内で発生した音響波を音響波信号に変換する音響波探触子と、前記光照射手段から照射され、被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を光信号に変換する光検出手段と、前記光信号から所定の周波数成分を抽出し、抽出した前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて被検体内の背景光学係数を取得する周波数解析手段と、前記背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された前記第一のパルス光の前記被検体内の光強度分布を取得する光強度取得手段と、前記音響波信号と前記光強度分布とに基づいて、前記被検体内における被検体情報を取得する情報取得手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の別形態に係る被検体情報取得装置は、
被検体内を伝搬した第二のパルス光に起因する時間波形を有する光信号を周波数領域に変換し、前記周波数領域における前記光信号から抽出した所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて、前記被検体の背景光学係数を取得する周波数解析手段と、前記被検体の背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された第一のパルス光の前記被検体内における光強度分布を取得する光強度取得手段と、前記光強度分布と、前記第一のパルス光の照射によって前記被検体で発生した音響波に基づいた音響波信号と、に基づいて、被検体情報を取得する情報取得手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
被検体に対してパルス光を照射し、当該パルス光に起因して前記被検体内で発生した音響波を受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記被検体に第一のパルス光を照射するステップと、前記第一のパルス光に起因して前記被検体内で発生した音響波を音響波信号に変換するステップと、前記被検体に第二のパルス光を照射するステップと、前記被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を光信号に変換するステップと、前記光信号から所定の周波数成分を抽出し、抽出した前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて前記被検体内の背景光学係数を取得するステップと、前記背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された前記第一のパルス光の前記被検体内の光強度分布を取得するステップと、前記音響波信号と前記光強度分布とを用いて、前記被検体内における被検体情報を取得するステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明の別形態に係る被検体情報取得装置の制御方法は、
被検体内を伝搬した第二のパルス光に起因する時間波形を有する光信号を周波数領域に変換するステップと、前記周波数領域における前記光信号から抽出した所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて、前記被検体の背景光学係数を取得するステップと、前記被検体の背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された第一のパルス光の前記被検体内における光強度分布を取得するステップと、前記光強度分布と、前記第一のパルス光の照射によって前記被検体で発生した音響波に基づいた音響波信号と、に基づいて、被検体情報を取得するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、光音響測定と背景光学係数の測定を共通の光源で行うことができる被検体情報取得装置を提供することができる。

第一の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す図である。 第一の実施形態における測定ユニットの詳細な構成を示す図である。 第一の実施形態における測定ユニットの詳細な構成を示す図である。 第一の実施形態における測定ユニットの詳細な構成を示す図である。 時間分解計測法における時間波形を示す図である。 従来技術における、背景光学係数の演算結果を説明する図である。 光源で発生したパルス光の時間波形を示す図である。 第一の実施形態に係る被検体情報取得装置の処理フロー図である。 背景光学係数の演算結果を説明する図である。 第二の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す図である。 第二の実施形態に係る被検体情報取得装置の処理フロー図である。 第三の実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す図である。 第三の実施形態に係る被検体情報取得装置の処理フロー図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。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。また、実施形態の説明で用いる数値や材質等は、発明の範囲を限定するものではない。
また、本明細書における被検体情報とは、被検体内の吸収係数分布に基づく情報のことを指す。被検体情報としては、吸収係数分布、吸収係数から求められる酸素飽和度分布などの被検体を構成する物質の濃度分布などが挙げられる。

（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係る光音響測定装置は、第一のパルス光としてのパルス光を被検体に照射し、当該パルス光に起因して被検体内で発生した光音響波を解析することで、被検体である生体内部の吸収係数の分布を画像化する装置である。また、吸収係数の算出に必要な光強度の分布を取得するため、第二のパルス光としてのパルス光を用いて被検体の背景光学係数を測定する機能を有している。まず、装置の構成要素について述べ、その後、処理方法を説明し、最後に効果について述べる。

<システム構成>
まず、図１を参照しながら、第一の実施形態に係る光音響測定装置の構成を説明する。本実施形態に係る光音響測定装置は、光源１０３、導光部１０４、測定ユニット１０５、再構成部１０８、周波数解析部１０９、光強度取得部１１０、情報取得部１１１、表示部１１２から構成される。また、測定ユニット１０５は、音響波探触子１０６および光検出器１０７を内蔵している。なお、図１中、符号１０１は被検体である生体を表し、符号１０２は光音響測定を行う対象の領域（以下、関心領域）を表す。

<<光源１０３>>
光源１０３は、パルス光を発生させる装置である。光音響信号の強度は光強度に比例するため、光源の出力は高いことが好ましい。例えば、チタンサファイアレーザやアレキサンドライトレーザ等の大出力パルスレーザ光源を好適に用いることができる。また、光源１０３には、発光ダイオードやフラッシュランプ等のインコヒーレント光源を使用してもよい。また、光源１０３で生成される光のパルス幅は、４００ピコ秒から６５０ナノ秒程度であることが好ましい。
また、光源１０３で生成される光のパルス幅は、光音響イメージングで一般的に用いられ、かつ時間分解測定に適していない１０ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲であってもよい。さらに、光源１０３で生成される光のパルス幅は、１００ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲であってもよい。
光源１０３は、光音響測定に用いる第一のパルス光と、背景光学係数の測定に用いる第二のパルス光を発生させる。同じ光源１０３で生成される、光音響測定用の第一のパルス光と、背景光学係数の測定用の第二のパルス光は、実質的に同じ波形である。パルス光の発光間隔は、それぞれにおいて異なる時間を設定できることが好ましい。
光音響測定を行う際のパルス光の発光間隔は、できるだけ短いことが好ましいが、少なくとも１回のパルス光照射で音響波探触子が音響波を検出する時間よりも長くする必要がある。また、背景光学係数を測定する際のパルス光の発光間隔は、同様にできるだけ短いことが好ましいが、少なくともパルス幅と被検体による時間波形の拡がりの合計よりも長くする必要がある。被検体１０１が生体である場合、時間波形の拡がりとして１０ナノ秒程度を想定すると良い。

<<導光部１０４>>
導光部１０４は、光源１０３で発生したパルス光を測定ユニット１０５に導く手段であり、光学素子や光ファイバ、ミラーやプリズムといった光学部材からなる。光ファイバを用いて導光する場合、大光強度の伝送と可撓性を両立できるバンドルファイバを用いることが好ましい。

<<測定ユニット１０５>>
測定ユニット１０５は、導光部１０４に接続され、音響波探触子と光検出器を内蔵したユニットである。測定ユニット１０５から照射されたパルス光によって、光音響測定、および被検体の背景光学係数の測定が行われる。測定ユニット１０５は、光音響測定を行う際は、音響波探触子１０６によって音響波を受信し、背景光学係数の測定を行う際は、光検出器１０７を用いて、被検体内を伝搬したパルス光を検出する。
なお、光照射部１０３、導光部１０４および測定ユニット１０５の一部が、本発明における光照射手段である。

また、測定ユニット１０５は、被検体に照射されるパルス光の照射面積を二段階に変更することができる。光音響測定を行う際は、被検体内の広い領域から光音響波を発生させるために大面積で光を照射し、背景光学係数の測定を行う際は、検出したパルス光の波形の鈍りを抑制するために小面積で光を照射する。

パルス光の照射面積を変更する具体的な方法について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、光学絞りによって照射面積を変更する例である。
図２中の符号２０１はビームエクスパンダであり、導光部１０４から出射した光を拡大する光学部材である。光音響測定を行う際は光学絞り２０２を開放し、背景光学係数の測定を行う際は光学絞り２０２を絞る。これにより、それぞれの測定に適した面積で被検体１０１にパルス光を照射することができる。なお、光学絞り２０２は、導光部１０４とビームエクスパンダ２０１の中間に配置してもよい。

図２（Ｃ）は、測定ユニット１０５と被検体１０１とが離れている場合を示した例である。光検出器２０３は、パルス光の照射を小面積で行うのと同じ理由により、小面積で光を検出することが好ましい。このため、測定ユニットと被検体が離れている場合、光検出器１０７と被検体１０１の表面とを光学的共役関係にするためのレンズ２０３を配置するとよい。このようにすることで、被検体１０１を保持するための保持部材などを配置する空間を設けることができる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、可変ビームエクスパンダ（符号３０１）によって照射面積を変更する例である。可変ビームエクスパンダ３０１は、光音響波を受信する際は図３（Ａ）のような配置をとり、伝搬光を検出する際は図３（Ｂ）のような配置をとることでパルス光の照射面積を切り替える。なお、図３（Ｂ）の例では、光が集束して面積当たりの強度が増すため、減光フィルタ３０２を挿入している。これにより、被検体１０１に照射されるパルス光の面積当たりの強度を抑えることができる。

図２および図３で示した例では、光軸を動かさずにパルス光の照射面積を切り替えるこ
とができる。このような構成をとることで、測定ユニット１０５を小型化することができる。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、二つの光学系を設け、それぞれを切り替えることでパルス光の照射面積を変更する例である。図４（Ａ）は、光音響測定を行う場合を、図４（Ｂ）は背景光学係数の測定を行う場合を表す。導光部１０４から出射したパルス光は、分岐部４０１で二つに分けられる。分岐部４０１には、光ファイバやビームスプリッタ等の光学素子を用いることができる。
分岐した光の一方は、第一照射部４０２を経由し、大面積で被検体１０１に照射される。もう一方の光は、第二照射部４０３を経由し、小面積で被検体１０１に照射される。第一照射部４０２と第二照射部４０３は、それぞれ第一遮光部４０４と第二遮光部４０５を有しており、一方が開放しているとき、もう一方が閉じる構成となっている。これにより、互いの照射光が互いの測定に影響することを防ぐことができる。

<<音響波探触子１０６>>
音響波探触子１０６は、被検体の内部で発生した音響波をアナログの電気信号に変換する手段である。以降、音響波探触子によって変換されたアナログの電気信号を音響波信号と呼ぶ。音響波探触子は、単に探触子あるいは音響波検出器、トランスデューサとも呼ばれる。なお、本発明における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。音響波探触子１０６は、単一の音響波探触子からなってもよいし、複数の音響波探触子からなってもよい。また、音響波探触子１０６は、測定ユニット１０５の内部にあっても良いし、図２（Ｃ）のようにユニットの外部にあっても良い。
また、音響波探触子１０６は、感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。具体的にはＰＺＴ（圧電セラミックス）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン樹脂）、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
また、音響波探触子１０６は、複数の受信素子が一次元、或いは二次元に配置されたものであってもよい。多次元配列素子を用いると、同時に複数の場所で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮することができ、被検体の振動などの影響を低減することができる。なお、探触子が被検体よりも小さい場合は、探触子を走査させて複数の位置で音響波を受信するようにしても良い。

<<光検出器１０７>>
光検出器１０７は、測定ユニット１０５から照射され、被検体１０１内を伝搬したパルス光を検出（受光）し、光信号を生成する手段である。光信号とは、検出した光の強度の推移を時系列で表す電気信号である。以降、取得した信号そのものを光信号と称し、光信号が表す光の波形を時間波形と称する。
光検出器１０７には、フォトマルチプライヤチューブ（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等を用いることができる。生成した光信号は、周波数解析部１０９に出力される。

<<再構成部１０８>>
再構成部１０８は、音響波探触子１０６が生成した音響波信号に基づいて画像再構成処理を行い、関心領域１０２における初期音圧分布を生成する手段である。
具体的には、音響波探触子１０６が生成した音響波信号を増幅し、デジタル信号に変換したのちに、画像再構成処理を行う。画像再構成処理には、タイムドメインでの逆投影法、タイムリバーサルによる再構成法、フーリエドメインでの再構成法、モデルベース再構成法など、既知の処理方法を採用することができる。生成された初期音圧分布は、情報取
得部１１１に出力される。

<<周波数解析部１０９>>
周波数解析部１０９は、光検出器１０７が生成した光信号を所定の周波数成分に変換し、当該周波数成分の振幅減衰と位相差を用いて、被検体の背景光学係数、すなわち背景吸収係数と背景散乱係数を演算する手段である。
具体的には、フーリエ変換を用いて光信号を周波数領域に変換し、所定の周波数成分を抽出する。なお、所定の周波数は、光源１０３で生成される光の時間波形をフーリエ変換した際に、振幅値またはパワーが極大値をとなるような周波数であることが望ましい。例えば、光源１０３で生成される光のパルス幅を基準とする周波数をとることができる。
例として、パルスの半値幅を半周期や４分の１周期とするような周波数や、その近傍の周波数、またはその高調波周波数を用いることができる。これらの周波数に限らず、十分なＳＮ比を確保できる周波数であれば、いかなる周波数を用いても良い。また、背景光学係数の算出には、位相変調計測法における逆問題計算を用いる。詳細な方法については後述する。算出の結果は、光強度取得部１１０に出力される。

<<光強度取得部１１０>>
光強度取得部１１０は、算出した背景光学係数を用いて、光音響測定時の関心領域１０２における光強度の分布（光強度分布）を演算する手段である。光強度の算出には、光エネルギーの挙動を記述した方程式（例えば、拡散方程式や輸送方程式）を有限要素法や差分法等で解く方法や、光エネルギーの挙動を光子の統計的な挙動とみなして計算を行うモンテカルロ法等を用いることができる。詳細な方法については後述する。算出された光強度分布は、情報取得部１１１に出力される。

<<情報取得部１１１>>
情報取得部１１１は、関心領域１０２における初期音圧分布と光強度分布から、当該関心領域における吸収係数分布を取得する手段である。詳細な方法については後述する。
再構成部１０８、周波数解析部１０９、光強度取得部１１０、情報取得部１１１には、典型的にはワークステーションなどを用いることができるが、専用に設計されたハードウェアを用いて実現してもよい。ワークステーションなどのコンピュータを用いる場合、前述した手段は、それぞれの処理があらかじめプログラムされたソフトウェアによって実行される。

<<表示部１１２>>
表示部１１２は、吸収係数分布を測定者に対して提示する手段である。例えば、吸収係数を直接数値で表示しても良いし、二次元画像やボリュームレンダリング画像で表示しても良い。さらに、吸収係数に基づいて組織の成分比率や濃度などを演算し、それらを表示しても良い。例えば、酸素飽和度などを表示させてもよい。

<<被検体１０１>>
被検体１０１は、本発明を構成するものではないが、ここで説明する。
被検体１０１は、測定を行う対象物である。被検体１０１は、典型的には生体であるが、生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムであってもよい。光音響測定装置では、被検体１０１の内部に存在する光吸収係数の大きい光吸収体をイメージングできる。被検体が生体である場合、イメージングの対象はヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などである。

<吸収係数分布の算出方法>
次に、関心領域の吸収係数分布を求める方法について説明する。被検体内の吸収係数は、数式１によって表すことができる。Ｐ_０は被検体内で発生した音響波の初期音圧であり
、Γはグリューナイゼン定数である。また、Φは被検体内の対象領域に到達する光の強度であり、μ_ａ＿ｉは吸収係数である。
グリューナイゼン定数は、被検体の体積膨張係数と音速の二乗の積を定圧比熱で割ったものであり、前述したように、被検体が生体である場合は一定値とみなすことができる。すなわち、関心領域における初期音圧分布と、光強度分布が取得できれば、目的の吸収係数分布を得ることができる。

次に、関心領域における光強度分布を取得する方法について説明する。関心領域における光強度分布は、例えば数式２のような、時間に依存しない拡散方程式で表すことができる。
数式２において、ｒは被検体内での位置を表す位置ベクトルであり、φ（ｒ）はｒにおける光強度である。また、μ_ｓ’＿ｂ（ｒ）は被検体の背景散乱係数であり、μ_ａ＿ｂ（ｒ）は被検体の背景吸収係数である。q（ｒ）は光源項である。関心領域に到達する光の
強度を得るためには、被検体の背景散乱係数および背景吸収係数を得る必要がある。数式２は、μ_ｓ’＿ｂのみを含む第一項、μ_ａ＿ｂのみを含む第二項、いずれも含まない第三項の和で記述されているため、数式２を解くためには、背景散乱係数μ_ｓ’＿ｂおよび背景吸収係数μ_ａ＿ｂをそれぞれ取得する必要がある。

<<時間分解計測法および位相変調計測法の概要>>
二つの背景光学係数をそれぞれ取得するためには、被検体内を透過した光の強度を測定し、時間分解計測法または位相変調計測法を用いて推定する必要がある。
まず、時間分解計測法について説明する。時間分解計測法では、数１００ピコ秒以下といった短いパルス幅の光を照射して、被検体内を伝搬した光を検出し、光強度の時間波形を取得する。そして、取得した時間波形に対して、光散乱体での光強度を示す解析解（拡散方程式の解析解等）や数値計算（拡散方程式数値解法やモンテカルロ法）で計算した時間波形を、背景光学係数μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを変数としてフィッティングする。最終的に、両者の波形が十分一致した際の背景光学係数を、被検体の背景光学係数とする。すなわち逆問題の求解である。

時間波形の概要を、図５（Ａ）に示す。被検体内を伝搬した光は、様々な散乱経路を経るため、時間的に拡がった波形として観測される。一般的な生体の背景光学係数では、時間波形の拡がりは数ナノ秒程度である。この拡がりに対して光源のパルス幅が十分に短ければ、検出した時間波形初期の起ち上がり部分は主に背景散乱係数μ_ｓ’＿ｂに関する情報を有し、時間波形後期の緩和部分は主に背景吸収係数μ_ａ＿ｂに関する情報を持つ。
このため、数１００ピコ秒以下といった短いパルス幅の光源を用いて時間分解計測法を実施すると、測定した時間波形からμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂとが一意に定まり、二つの背景光学係数を高い精度でそれぞれ取得することができる。

もし、照射光のパルス幅が長くなると、背景光学係数に特有な時間波形の拡がりが、光源のパルス幅に埋もれていく。パルス幅が極限まで長くなった定常光では、時間波形の拡がりは完全に失われ、光の強度に関する情報しか得られなくなる。すなわち、二つの変数
μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂに対して一つの情報（光の強度）しか得られないため、検出した光の強度を満たすμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂの組み合わせは無数に存在することになり、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを特定することが困難となる。

非特許文献１には、１４０ピコ秒以下のパルス幅の光源を用い、３０人の健常乳房の背景光学係数を測定する実施例が記載されている。
ここで、非特許文献１に記載の実施例を参照して、３０個のμ_ａ＿ｂおよびμ_ｓ’＿ｂのうち、最も生体による時間波形の拡がりが短くなる光学係数の組み合わせを用いて、パルス幅０の理想パルス光源に対する検出時間波形を計算した。
ここで用いた背景光学係数は、μ_ａ＿ｂの最大値である０．００７８［／ｍｍ］と、μ_ｓ’＿ｂの最小値である０．６３［／ｍｍ］である。時間波形の遅い時間に検出される光は、多く散乱された光であるため光路長が長く、より多くの吸収を受け強度が減衰している。背景吸収係数が大きい程、時間波形前半の光に対する後半の光の減衰が大きいため、時間波形の拡がりは短くなる。また、散乱係数が小さい程、光が様々な散乱経路をとる確率が低下するので、光路長の違いによって生じている時間波形の拡がりは短くなる。

前述した背景光学係数を用いて時間波形の拡がりを算出した結果が、図５（Ｂ）である。算出した時間波形の拡がりは４００ピコ秒となり、光源のパルス幅である１４０ピコ秒のほうが短いことがわかる。
このように、時間分解計測では、被検体による時間波形の拡がりよりも短いパルス幅の光源を用いることで、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを独立かつ高精度に測定することができる。

次に、位相変調計測法について説明する。位相変調計測法は、メガヘルツからギガヘルツの周波数で変調した光（強度変調光）を被検体に照射し、被検体を伝搬した光の振幅減衰と位相差を測定する方法である。振幅減衰とは、光源で生じた光の振幅に対する、検出した光の振幅比であり、位相差とは、光源で生じた光の位相に対する、検出した光の位相の遅れである。
位相変調計測法では、測定した振幅減衰と位相差に対し、解析解や数値計算で計算した振幅減衰と位相差が一致するようにμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを変数として最適化する。そして、一致した時の背景光学係数を被検体の背景光学係数とする。この方法も、時間分解計測法と同様の逆問題計算である。

次に、時間分解計測法による背景光学係数の測定において、短パルス光源ではなく、通常の光音響イメージングに用いるパルス光源を用いるとどうなるかについて説明する。
光音響イメージングで用いられる光のパルス幅は、関心領域にある光吸収体から音響波を効率的に生じさせる条件（応力閉じ込め条件）を満足する必要がある。応力閉じ込め条件は、数式３で表わされる。

ここで、ｔ_{ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ}は光の照射時間、τ_ｓは応力緩和時間、ｄ_ｃは関心領域内の光吸収体の大きさ、ｖ_ｓは被検体内の音速である。数式３は、応力緩和時間より光の照射時間が十分に短ければ、光を照射している間の弾性波の伝搬を無視でき、光音響波を発生させられることを表している。ここで、関心領域内の光吸収体の大きさを１［ｍｍ］、被検体内の音速を１５４０［ｍ／ｓ］とすると、τ_ｓは約６５０［ｎｓ］となる。光音響イメージング装置では、パルス幅をτ_ｓ以下にする必要があるため、一般的には、数ナノ秒から数１００ナノ秒のパルス幅を持った光源が使用される。

当該パルス幅は、前述した時間分解計測法に適したパルス幅よりもはるかに長い。
光音響イメージングに用いる光のパルス幅は、上述した時間分解計測法に適したパルス幅（数１００ピコ秒以下）と定常光との中間であるため、測定時間波形と計算時間波形が複数のμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂの組み合わせをとってしまい、一意に定まらない。これは、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂの組み合わせが、一般的な時間分解計測法では一意、定常光では無数に存在することからも類推される。すなわち、ナノ秒オーダーのパルス光を用いて時間分解計測を行うと、背景光学係数が特定できず、測定の精度が低下してしまう。

図６は、μ_ａ＿ｂを０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂを０．９９５［／ｍｍ］として、モンテカルロ法を用いて計算した検出時間波形と、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂとを変えて、拡散方程式の解析解を用いて計算した検出時間波形との二乗平均残差を表した図である。光源の波形は、図７に示したような、半値全幅が１００ナノ秒の波形である。
図６の二つの横軸はそれぞれμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを、縦軸は二乗平均残差を示す。図６では、破線矢印で示した、μ_ａ＿ｂ＝０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９９５［／ｍｍ］以外にも、実線矢印で示したような残差の極小値が複数存在する。すなわち、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂの組み合わせが複数あることが分かる。
ここで試しに、μ_ａ＿ｂを０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂを０．９９５［／ｍｍ］として、計算した時間波形を目標として逆問題計算を行ったところ、μ_ａ＿ｂ＝０．０１１［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．６３９［／ｍｍ］となり、大きな誤差が発生した。なお、当該逆問題の計算は図６の領域全体を大域探索する方法を用いているので、局所解に陥ることはない。
以上より、光音響イメージングに用いる光源を用いて被検体の背景光学係数を測定すると、実際の背景光学係数とは異なるμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂの組み合わせが選択される場合があり、測定の精度が低下してしまうことがわかる。

光音響イメージング装置では、応力閉じ込め条件を満足する数ナノ秒〜数１００ナノ秒のパルス幅を持った光源を一般的に使用するが、時間分解計測を行うためには、ピコ秒オーダーのパルス幅を持った光源を用いなければならない。このため、時間分解計測用の光源を別に用意しなければならず、コストの増大を招いてしまう。
これに対し本発明では、光音響イメージングで一般的に用いられる光源を用いて背景光学係数を測定できる方法を提案する。

<<背景光学係数の測定方法>>
以下、背景光学係数の具体的な測定方法について説明する。
時間分解計測法における時間波形をフーリエ変換した結果の振幅減衰と位相差は、位相変調計測法における振幅減衰と位相差と一致する。すなわち、位相変調計測法と時間分解計測法は等価な関係にある。このため、位相変調計測法で測定した振幅減衰と位相差があれば、時間分解計測法と同様に（すなわち等価に）μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂとを一意に特定することができる。

ところで、光源１０３で発生する光は、数ナノ秒から数１００ナノ秒のパルス幅を有する光である。このパルス幅の逆数をとると、数メガヘルツから数１００メガヘルツとなる。すなわち、光源１０３で発生するパルス光は、メガヘルツオーダーの周波数成分を有している。この周波数成分を取得するためには、光信号を周波数領域に変換し、対応する周波数の成分を取得すればよい。従って、取得した光信号を周波数成分に変換すれば、照射光のパルス幅を変更することなく、位相変調計測法を実施することができる。
照射光のパルス幅は、例えば、光音響イメージングで一般的に用いられ、かつ時間分解測定に適していない１０ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲とすることができる。さらに、照射光のパルス幅は、１００ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲とすることができる。
計測においては、周波数解析部１０９が、取得した周波数成分の振幅減衰と位相差を取得して、位相変調計測における逆問題計算を行い、被検体のμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂとを独立に取得する。時間分解計測と位相変調計測は等価性を有するため、取得したμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂは一意な値となる。

なお、周波数成分を取得する対象の周波数は、光源１０３で生成される光の時間波形をフーリエ変換した際に、振幅値またはパワーが極大値となるような周波数であることが望ましい。例えば、パルス光の半値幅を半周期とした周波数（１／（半値パルス幅［ｓ］×２）［Ｈｚ］）や、パルス光の半値幅を４分の１周期とした周波数（１／（半値パルス幅［ｓ］×４）［Ｈｚ］）を用いることができる。これらの周波数に限らず、十分なＳＮ比を確保できれば他の周波数を用いても良い。また、他の複数の周波数の成分を求めることで、計算の精度を高めても良い。

<<処理フローチャート>>
次に、図８を参照しながら、本実施形態に係る被検体情報取得装置の処理方法を説明する。
ステップＳ１０１は、光音響測定に用いるパルス光を被検体に照射する工程である。光音響測定に用いるパルス光を、以降、第一のパルス光と称する。
本工程では、まず、測定ユニット１０５を、関心領域１０２の測定に適した位置に移動させ、被検体１０１に対するパルス光の照射面積が大きくなるように光学系を設定する。また、パルス光の発光間隔を、光音響波の受信に適した時間に設定する。これらの設定は装置により自動で行われることが望ましいが、測定者が行っても良い。
次に、光源１０３からパルス光を発生させ、測定ユニット１０５を介して被検体１０１にパルス光を照射する。

ステップＳ１０２は、被検体内で発生した光音響波を受信する工程である。
本工程では、第一のパルス光照射によって関心領域１０２で発生した光音響波を、音響波探触子１０６で受信し、音響波信号に変換する。ここでは、信号のＳＮ比が十分な値となるまで、音響波を繰り返し受信して信号を積算する（ステップＳ１０２Ａ）。

ステップＳ１０３は、関心領域における初期音圧分布を取得する工程である。
本工程では、ステップＳ１０２で取得した信号を、再構成部１０８で再構成することで、関心領域１０２における初期音圧分布を取得する。

ステップＳ１０４は、背景光学係数の測定に用いるパルス光を被検体に照射する工程である。背景光学係数の測定に用いるパルス光を、以降、第二のパルス光と称する。
本工程では、被検体１０１に対するパルス光の照射面積が小さくなるように光学系を設定する。また、パルス光の発光間隔を、伝搬光の検出に適した時間に設定する。これらの設定は装置により自動で行われることが望ましいが、測定者が行っても良い。
次に、光源１０３からパルス光を発生させ、測定ユニット１０５を介して被検体１０１にパルス光を照射する。

ステップＳ１０５は、背景光学係数の測定に用いるパルス光を検出する工程である。
本工程では、被検体１０１に照射され、被検体の内部を伝搬した光を、光検出器１０７が検出し、検出光の強度推移を表す光信号を生成する。ここでは、光信号のＳＮ比が十分な値となるまで、パルス光を繰り返し検出して光信号を積算する（ステップＳ１０５Ａ）。

ステップＳ１０６は、生成した光信号を所定の周波数成分に変換する工程である。
本工程では、周波数解析部１０９が光信号を周波数領域に変換し、所定の周波数成分を
取得する。そして、取得した周波数成分における振幅と、予め取得したパルス光の周波数成分の振幅とを用いて振幅減衰を取得する。また、取得した周波数成分における位相と、パルス光の周波数成分の位相とを用いて位相差を取得する。

ステップＳ１０７は、被検体の背景光学係数を算出する工程である。
本工程では、周波数解析部１０９が、ステップＳ１０６で取得した振幅減衰と位相差を用いて、位相変調計測法によって被検体１０１の背景光学係数を算出する。

ステップＳ１０８は、関心領域における光強度分布を取得する工程である。
本工程では、光強度取得部１１０が、ステップＳ１０７で取得した背景光学係数を用いて、関心領域１０２内における光強度分布を取得する。

ステップＳ１０９は、関心領域の吸収係数分布を取得する工程である。
本工程では、情報取得部１１１が、ステップＳ１０３で取得した初期音圧分布と、ステップＳ１０９で取得した光強度分布とを用いて、関心領域における吸収係数分布を取得する。取得した吸収係数分布は、表示部１１２を通して測定者に提示される。
なお、ステップＳ１０３と、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８は、並列に実行することが望ましい。時間のかかる画像再構成処理（ステップＳ１０３）を行っている間に、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の工程を行うことで、これらを逐次に行う場合よりも全体の測定時間を短縮することができる。

（実施例１）
本発明の効果を、図９を参照して説明する。まず、図７に示したような、光源１０３の波形を周波数領域に変換し、パルス光の半値幅である１００［ｎｓ］を半周期とみなして、１／（１００［ｎｓ］×２）＝５［ＭＨｚ］の周波数成分の振幅と位相を取得した。次に、背景光学係数がμ_ａ＿ｂ＝０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９９５［／ｍｍ］である被検体を用意し、図７に示した波形の光を入射させた際に検出される光信号を取得した。そして、当該光信号を周波数領域に変換し、５［ＭＨｚ］成分の振幅と位相を算出した。
このようにして求めた、光源に対する光信号の振幅の比を振幅減衰とし、光源に対する光信号の位相遅れを位相差とした。以上の計算を、μ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを変えながら行い、μ_ａ＿ｂ＝０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９９５［／ｍｍ］での振幅減衰と位相遅れに対する二乗平均残差を計算した。図９は、二つの横軸がそれぞれμ_ａ＿ｂとμ_ｓ’＿ｂを示し、縦軸が二乗平均残差を示す。

図９を見ると、矢印で示した点、すなわちμ_ａ＿ｂ＝０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９９５［／ｍｍ］である点において、二乗平均残差が唯一の最小値を取っていることがわかる。そして、μ_ａ＿ｂ＝０．００５［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９９５［／ｍｍ］の振幅減衰と位相差を目標として逆問題計算を行ったところ、μ_ａ＿ｂ＝０．００５１［／ｍｍ］、μ_ｓ’＿ｂ＝０．９８０［／ｍｍ］という、実際の値に近い値が算出された。
前述したように、光源１０３で発生したパルス光をそのまま用いて時間分解計測法を行った場合、図６のように逆問題の解が一意に定まらない。これに対して、本実施形態に係る光音響測定装置では、逆問題の解が一意に定まり、被検体の背景光学係数を高い精度で取得できることが確認できた。

なお、第一の実施形態では、被検体内の背景光学係数を均一な値として扱っている。背景光学係数が均一値である場合、数式２中の、μ_ｓ’＿ｂ（ｒ）とμ_ａ＿ｂ（ｒ）を、位置ｒによらない定数として記述できるため、数式２を数式４のように記述することができる。例えば乳房等の被検体では、光吸収体である腫瘍以外の領域は略均質な成分構成であ
り、また、被検体全体に対して腫瘍は十分小さいので、被検体全体の光学特性を均一であるとみなしても問題ない。
また、光源１０３のパルス幅は前述した時間波形の拡がりより十分大きいため、拡散方程式ではＣＷ（連続発振）光として扱うことができる。このため、時間に依存しない拡散方程式を用いることができる。

（第二の実施形態）
第一の実施形態では、測定ユニット内の光学系を個別に切り替えることで、被検体に対するパルス光の照射面積を切り替えた。これに対し、第二の実施形態は、複数の測定ユニットを設け、光音響測定と背景光学係数の測定を並行して行う実施形態である。

図１０を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置の装置構成を説明する。第一の実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、実施形態の説明と直接関係のない構成要素は図示を省略する。
本実施形態では、光音響測定に用いる第一の測定ユニット１００１と、背景光学係数の測定を行う第二の測定ユニット１００２とを設ける。互いの測定ユニットは独立しており、一方の照射光がもう一方の測定に影響しない位置に配置されている。例えば、図１０のように被検体を挟んで互いに反対の面に配置される。
このような配置にすると、一方の測定ユニットから照射されたパルス光が、被検体内での光の吸収および散乱によって大きく減衰した後に他方の測定ユニットに到達するため、互いの測定への影響を低減することができる。

第二の実施形態に係る光音響測定装置は、第一の実施形態と同様に、光源１０３、導光部１０４、音響波探触子１０６、光検出器１０７、再構成部１０８、周波数解析部１０９、光強度取得部１１０、情報取得部１１１、表示部１１２を有している。また、第二の実施形態特有の構成として、第一の測定ユニット１００１、第二の測定ユニット１００２、ビームスプリッタ１００３、第二の導光部１００４を有している。

ビームスプリッタ１００３は、光源１０３で発生したパルス光を二つの経路に分割する手段である。分割されたパルス光は、導光部１０４および第二の導光部１００４にそれぞれ入射する。ビームスプリッタには、光を透過光と反射光に分割する誘電体膜スプリッタや偏光スプリッタ、ビームスポット形状を分割するプリズム等を用いることができる。
第二の導光部１００４は、ビームスプリッタ１００３で分割されたパルス光の一部を、測定ユニット１００１に導く手段である。第二の導光部１００４は、導光部１０４と同様に、ミラーやプリズム等の光学部材や、光ファイバ等を用いることができる。光ファイバを用いる場合、光を効率的に伝達するため、ビームスプリッタ１００３と第二の導光部１００４との間に結合光学系を配置するとよい。

第一の測定ユニット１００１は、導光部１０４から出射したパルス光を被検体１０１に照射し、光音響波の受信を行う手段である。第一の測定ユニット１００１はビームエクスパンダ２０１を内蔵しており、パルス光は大面積で被検体に照射される。
また、第二の測定ユニット１００２は、第二の導光部１００４から出射したパルス光を被検体１０１に照射し、被検体内を伝搬した光を検出する手段である。第二の測定ユニット１００２を経由したパルス光は、小面積で被検体に照射される。例えば、第二の導光部１００４が光ファイバである場合、光ファイバの射出端を被検体に接触させるようにして
もよい。また、第二の導光部１００４と被検体１０１の間に適当な光学系を設けてもよい。

次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る被検体情報取得装置の処理フローを説明する。図１１におけるステップＳ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７、Ｓ２０８はそれぞれ、第一の実施形態におけるステップＳ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９と同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ２０１は、光音響測定に用いるパルス光（第一のパルス光）を照射する工程である。
本工程では、まず、第一の測定ユニット１００１を、関心領域１０２の測定に適した位置に移動させ、第二の測定ユニット１００２を、第一の測定ユニット１００１から照射されるパルス光が十分減衰する位置に配置する。好ましくは、第二の測定ユニット１００２に内蔵された光検出器を、第一の測定ユニット１００１が光を照射する位置から直線距離で７ｃｍ以上離れた位置に配置するとよい。
次に、光源１０３で生成されるパルス光の発光間隔を、光音響波の受信に適した時間と、伝搬光の検出に適した時間のうち長い方に設定する。これらの設定は装置により自動で行われることが望ましいが、測定者が行っても良い。そして、光源１０３からパルス光を発生させ、各測定ユニットから被検体１０１にパルス光を照射する。

ステップＳ２０２は、被検体内で発生した光音響波を受信する工程である。
本工程では、第一のパルス光照射によって関心領域１０２で発生した光音響波を、音響波探触子１０６で受信し、音響波信号に変換する。ここでは、信号のＳＮ比が十分な値となるまで、音響波を繰り返し受信して信号を積算する（ステップＳ２０２Ａ）。

ステップＳ２０３は、背景光学係数の測定に用いるパルス光を検出する工程である。
本工程では、被検体１０１に照射され、被検体の内部を伝搬した光を、光検出器１０７で検出し、検出光の強度推移を表す光信号を生成する。ここでは、光信号のＳＮ比が十分な値となるまで、パルス光を繰り返し検出して光信号を積算する（ステップＳ２０３Ａ）。
なお、ステップＳ２０２およびＳ２０３は同期して行われるが、必要な積算回数に先に達した工程は、他方が処理中であっても次の工程に進むことができる。
説明した工程以外の工程は、第一の実施形態と同様である。
第二の実施形態によると、このように、光音響測定と背景光学係数の測定を同時に行うことができ、測定にかかる時間を短縮することができる。

（第三の実施形態）
第一および第二の実施形態では、被検体の背景光学係数が略均一であるものとして、単一の値を算出した。これに対して第三の実施形態は、被検体上の複数の位置で背景光学係数を測定し、背景光学係数の分布を生成する実施形態である。

図１２を参照しながら、本実施形態に係る光音響測定装置の装置構成を説明する。第一の実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、実施形態の説明と直接関係のない構成要素は図示を省略する。
本実施形態では、被検体上の複数の位置でパルス光を検出して、取得した複数の光信号を用いて、背景光学係数の空間分布（背景光学係数分布）を算出する。背景光学係数の分布を用いて光強度分布を算出することで、関心領域における吸収係数分布を、より高い精度で取得することができる。

第三の実施形態に係る光音響測定装置は、第一の実施形態と同様に、光源１０３、導光
部１０４、測定ユニット１０５、情報取得部１１１、表示部１１２を有している。また、測定ユニット１０５は、音響波探触子１０６および光検出器１０７を内蔵している。
また、第三の実施形態特有の構成として、移動部１２０２、光検出器１２０１、周波数解析部１２０３、光強度取得部１２０４、再構成部１２０５を有している。

光検出器１２０１は、光検出器１０７と同じ機能を有するが、光検出器１０７とは異なる位置に設置されており、光検出器１０７が検出する光とは異なる散乱経路を通った光を検出することができる。
移動部１２０２は、測定ユニット１０５を移動させる手段である。図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、移動部１２０２によって測定ユニット１０５をそれぞれ三つの異なる位置に移動させた場合を示している。

再構成部１２０５は、それぞれ異なる位置で受信した複数の音響波に基づいて、画像再構成処理を行うという点において、第一の実施形態と相違する。複数の位置で受信した信号を合成して一つの画像を生成する再構成処理として、例えば、タイムドメインでの逆投影法、タイムリバーサルによる再構成法、フーリエドメインでの再構成法、モデルベース再構成法等がある。生成した初期音圧分布は、情報取得部１１１に出力される。

周波数解析部１２０３は、光検出器１０７および光検出器１２０１が取得した複数の光信号をそれぞれ所定の周波数成分に変換し、位置ごとの振幅減衰と位相差を算出する手段である。そして、背景吸収係数分布μ_ａ＿ｂ（ｒ）と背景散乱係数分布μ_ｓ’＿ｂ（ｒ）を算出する。背景光学係数分布の算出には、数式５に示した、周波数領域での拡散方程式を用いる。

数式５において、ωは角周波数［ｒａｄ］であり、Ｓ（ｒ）は、角周波数ωで強度変調される光源項である。また、Φ（ｒ）＝Ａ（ｒ）ｅｘｐ（ｉｋ｜ｒ｜）であり、Ａ（ｒ）は、位置ｒにおける光強度の振幅、ｅｘｐ（ｉｋ｜ｒ｜）は位相差を示す（なお、ｋは被検体１０１内を伝搬する強度変調された光の波数である）。
まず、図１２（Ａ）における光照射位置をＳ（ｒ）に設定し、光検出器１０７と光検出器１２０１それぞれのＡ（ｒ）とｅｘｐ（ｉｋ｜ｒ｜）を計算する。同様の計算を、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）の位置に対しても行い、全ての振幅減衰と位相差が、計算と測定とで一致するように、背景吸収係数分布μ_ａ＿ｂ（ｒ）および背景散乱係数分布μ_ｓ’＿ｂ（ｒ）を最適化する。
以上の計算により求めた背景吸収係数分布μ_ａ＿ｂ（ｒ）および背景散乱係数分布μ_ｓ’＿ｂ（ｒ）を、被検体１０１の背景光学係数分布とする。

光強度取得部１２０４は、周波数解析部１２０３が取得した背景光学係数分布を用いて、関心領域１０２における光強度分布を取得する手段である。光強度の算出は、第一の実施形態と同様の方法を用いることができる。例えば、拡散方程式を用いる場合、数式２のμ_ａ＿ｂ（ｒ）とμ_ｓ’＿ｂ（ｒ）の部分に、周波数解析部１２０３で求めた背景光学係数分布を代入し、当該方程式を解けばよい。

次に、図１３を参照しながら、本実施形態に係る被検体情報取得装置の処理フローを説明する。図１３におけるステップＳ３０１、Ｓ３０３はそれぞれ、第一の実施形態におけるステップＳ１０１、Ｓ１０４と同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ３０２は、被検体内で発生した光音響波を受信する工程である。
本工程では、第一のパルス光照射によって関心領域１０２で発生した光音響波を、音響波探触子１０６で受信し、音響波信号に変換する。ここでは、信号のＳＮ比が十分な値となるまで、音響波を繰り返し受信して信号を積算する（ステップＳ３０２Ａ）。
積算が完了した信号は、測定した位置と対応付けられて再構成部１２０５に送られる。

ステップＳ３０４は、背景光学係数の測定に用いるパルス光を検出する工程である。
本工程では、被検体１０１に照射され、被検体の内部を伝搬した光を、光検出器１０７および光検出器１２０１で検出し、検出光の強度推移を表す光信号を生成する。ここでは、光信号のＳＮ比が十分な値となるまで、パルス光を繰り返し検出して光信号を積算する（ステップＳ３０４Ａ）。
積算が完了した光信号は、測定した位置および光検出手段を識別する情報と対応付けられて周波数解析部１２０３に送られる。

ステップＳ３０５は、生成した光信号を所定の周波数成分に変換する工程である。
本工程では、周波数解析部１２０３が光信号を周波数領域に変換し、所定の周波数成分を取得する。そして、取得した周波数成分における振幅と、予め取得したパルス光の周波数成分の振幅とを用いて振幅減衰を取得する。また、取得した周波数成分における位相と、パルス光の周波数成分の位相とを用いて位相差を取得する。
また、周波数解析部は、取得した振幅減衰と位相差を、測定した位置および光検出手段を識別する情報と対応付けて保存する。振幅減衰と位相を保存することで、時間波形そのものを保存するよりも記憶容量を節約することができる。

ステップＳ３０６は、測定位置を移動する工程である。
本工程では、移動部１２０２が、測定ユニット１０５を次の測定位置に移動させる。そして、全ての測定位置において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理を行う（ステップＳ３０６Ａ）。

ステップＳ３０７は、被検体の背景光学係数を算出する工程である。
本工程では、周波数解析部１２０３が、ステップＳ３０５で取得した各測定位置と、光検出手段ごとの振幅減衰と位相差を用いて、位相変調計測法によって被検体１０１の背景光学係数分布を取得する。

ステップＳ３０８は、関心領域における光強度分布を取得する工程である。
本工程では、光強度取得部１２０４が、ステップＳ３０７で取得した背景光学係数分布を用いて、関心領域１０２内における光強度分布を取得する。

ステップＳ３０９は、関心領域における初期音圧分布を取得する工程である。
本工程では、ステップＳ３０２で取得した、各測定位置での信号を、再構成部１２０５で再構成することで、関心領域１０２における初期音圧分布を取得する。
説明した工程以外の工程は、第一の実施形態と同様である。

第三の実施形態によると、被検体１０１の背景光学係数を分布として得ることで、平均値を用いる場合よりも高い精度で、関心領域１０２における光強度分布を取得することができ、吸収係数μ_ａ＿ｉの取得をより高精度に行うことができる。
なお、本実施形態では、光検出手段が二つ、測定位置が三箇所である場合を示したが、これらに限定する必要はなく、光検出手段を増やしたり、測定位置を増やしたりしてもよい。このようにすることで、背景光学係数分布を（特に空間分解能について）より高い精度で得ることができる。また、光検出器を増やして測定位置を一箇所としても良いし、光
検出器を一つにして測定位置を増やしてもよい。

（変形例）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、取得した光信号から所定の周波数成分を抽出することができれば、例示したフーリエ変換以外の方法を用いてもよい。
また本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置として実施することもできる。また、上記処理の少なくとも一部を含む被検体情報取得装置の制御方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

また、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。
この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。

１０３・・・光源、１０６・・・音響波探触子、１０７・・・光検出器、１０８・・・再構成部、１０９・・・周波数解析部、１１０・・・光強度取得部、１１１・・・情報取得部

Claims (20)

1. 第一のパルス光および第二のパルス光を発生する光源と、
   前記光源から発生した前記第一のパルス光および前記第二のパルス光を被検体に照射する光照射手段と、
   前記光照射手段から照射された前記第一のパルス光に起因して前記被検体内で発生した音響波を音響波信号に変換する音響波探触子と、
   前記光照射手段から照射され、被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を光信号に変換する光検出手段と、
   前記光信号から所定の周波数成分を抽出し、抽出した前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて被検体内の背景光学係数を取得する周波数解析手段と、
   前記背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された前記第一のパルス光の前記被検体内の光強度分布を取得する光強度取得手段と、
   前記音響波信号と前記光強度分布とに基づいて、前記被検体内における被検体情報を取得する情報取得手段と、
   を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。
2. 前記光検出手段は、前記被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を、前記被検体上の複数の異なる位置で受光し、複数の光信号に変換する
   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. 前記光照射手段は、前記第一のパルス光よりも照射面積が小さい前記第二のパルス光を前記被検体に照射する
   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. 前記光照射手段は複数の光学部材を有し、前記複数の光学部材を切り替えることにより、前記第一のパルス光および前記第二のパルス光を個別に前記被検体に照射する
   ことを特徴とする、請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記音響波探触子が受信した音響波に基づいて、前記音響波の初期音圧分布を取得する再構成手段を更に有し、
   前記情報取得手段は、前記初期音圧分布と前記光強度分布とを用いて、前記被検体内における被検体情報を取得する
   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。
6. 前記第一のパルス光と前記第二のパルス光は、単一の光源から発生した光である
   ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 被検体内を伝搬した第二のパルス光に起因する時間波形を有する光信号を周波数領域に変換し、前記周波数領域における前記光信号から抽出した所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて、前記被検体の背景光学係数を取得する周波数解析手段と、
   前記被検体の背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された第一のパルス光の前記被検体内における光強度分布を取得する光強度取得手段と、
   前記光強度分布と、前記第一のパルス光の照射によって前記被検体で発生した音響波に基づいた音響波信号と、に基づいて、被検体情報を取得する情報取得手段と、
   を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。
8. 前記所定の周波数成分は、前記第二のパルス光を構成する周波数成分の振幅またはパワーが最大となる周波数に基づいた周波数成分である
   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。
9. 前記所定の周波数成分は、前記第二のパルス光のパルス幅の逆数に対応する周波数に基づいた周波数成分である
   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。
10. 前記周波数解析手段は、前記被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を、前記被検体上の複数の異なる位置で受光して変換された複数の光信号に基づいて被検体の背景光学係数の空間分布を取得し、
    前記光強度取得手段は、前記背景光学係数の空間分布に基づいて前記光強度分布を取得する
    ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記第一のパルス光と前記第二のパルス光とは、単一のパルス光である
    ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において４００ピコ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    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。
13. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において１０ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    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。
14. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において１００ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    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。
15. 被検体に対してパルス光を照射し、当該パルス光に起因して前記被検体内で発生した音
    響波を受信し、解析することで、前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記被検体に第一のパルス光を照射するステップと、
    前記第一のパルス光に起因して前記被検体内で発生した音響波を音響波信号に変換するステップと、
    前記被検体に第二のパルス光を照射するステップと、
    前記被検体内を伝搬した前記第二のパルス光を光信号に変換するステップと、
    前記光信号から所定の周波数成分を抽出し、抽出した前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて前記被検体内の背景光学係数を取得するステップと、
    前記背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された前記第一のパルス光の前記被検体内の光強度分布を取得するステップと、
    前記音響波信号と前記光強度分布とを用いて、前記被検体内における被検体情報を取得するステップと、
    を含むことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。
16. 被検体内を伝搬した第二のパルス光に起因する時間波形を有する光信号を周波数領域に変換するステップと、
    前記周波数領域における前記光信号から抽出した所定の周波数成分と前記第二のパルス光との振幅比、および、前記所定の周波数成分と前記第二のパルス光との位相差に基づいて、前記被検体の背景光学係数を取得するステップと、
    前記被検体の背景光学係数に基づいて、前記被検体に照射された第一のパルス光の前記被検体内における光強度分布を取得するステップと、
    前記光強度分布と、前記第一のパルス光の照射によって前記被検体で発生した音響波に基づいた音響波信号と、に基づいて、被検体情報を取得するステップと、
    を含むことを特徴とする、被検体情報取得装置の制御方法。
17. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において４００ピコ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    ことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
18. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において１０ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    ことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
19. 前記第一のパルス光および前記第二のパルス光のパルス幅は、半値全幅において１００ナノ秒から６５０ナノ秒の範囲である
    ことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
20. 請求項１５から１９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置の制御方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。

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