JP6388360B2 - 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の制御方法 - 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。

近年、光音響効果を利用して被検体内の情報を画像化する光イメージング装置の研究が、医療分野で積極的に進められている。
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。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。この光音響波を受信し、受信信号を解析することにより、被検体内で発生した光音響波の音圧分布を取得することができ、当該音圧分布に基づいて、被検体内の情報を表す画像を生成することができる。

具体的には、生体組織から発生した光音響波を、音響波探触子（トランスデューサ）を用いてアナログの電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換する。そして、変換されたデジタルデータを処理することによって、画像を再構成する。
光音響効果を利用した測定装置として、例えば特許文献１には、測定対象領域を複数の領域に分割して複数回の測定を行い、それぞれ取得したデータを結合して一枚の画像を再構成する装置が記載されている。

特開２０１２−００５６２２号公報

光音響効果を利用して被検体の測定を行う場合、パルス光の発光タイミングにばらつきがあると、データの発生タイミングにずれが生じ、再構成された画像がずれるおそれがある。パルス光の発光タイミングのばらつきは、例えばレーザ装置のジッタによって発生する。特許文献１に記載の発明では、この問題を解決するために、パルス光の発光タイミングを検出し、検出したタイミングに基づいて取得したデータを補正することで、ずれの無い画像生成を可能にしている。

しかし、既存の光音響測定装置には、以下のような別の課題がある。
すなわち、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング開始時刻とパルス光の発光時刻との差が一定ではないため、再構成された画像がずれてしまうという課題である。当該ばらつきは、特許文献１に記載されているような、パルス光のジッタに起因するばらつきよりも小さい。具体的には、装置のサンプリングクロック周期以下のずれである。従って、画像上に生じるずれも微小なものとなる。しかし、このような微小なずれに起因するアーチファクトは、アーチファクトであることを認識しづらいため、医用の光音響イメージング装置においては誤診につながるおそれがある。
すなわち、当該課題により発生するずれの量は、特許文献１に記載の装置が対応可能なずれよりも小さいが、その影響はむしろ大きいと言える。

また、Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング開始時刻とパルス光の発光時刻との差にばらつきがあると、取得したデータを平均化した場合に、高周波成分が減衰してしまう。光音響測
定装置においては、信号のＳＮ比を向上させるため、複数回のパルス光を照射し、得られたデータを平均化する手法が多くとられる。しかし、サンプリング開始時刻とパルス光の発光時刻との差にばらつきがある、すなわち、データの先頭がずれている複数のデータに対して平均化処理を行うと、高周波成分が減衰してしまい、測定の精度が低下してしまう。

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、光音響測定装置において、計測光の発光時刻と計測データのサンプリング開始時刻との差がばらつくことによる、測定の精度低下を防ぐ技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る被検体情報取得装置は、
発光トリガに従って被検体にパルス光を照射する光照射手段と、前記パルス光の照射によって被検体内で発生した音響波を受信し、アナログ信号に変換する音響波探触子と、前記アナログ信号をデジタルデータに変換する変換手段と、前記デジタルデータへの変換を
開始するタイミングを規定するためのサンプリングクロックを生成するクロック生成手段と、前記サンプリングクロックと、前記光照射手段に入力する発光トリガを同期させる同期手段と、前記サンプリングクロックと前記発光トリガとの間の遅延時間が、前記サンプリングクロックの周期の整数倍とは異なるように、前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガの少なくともいずれかを遅延させる遅延手段と、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、
発光トリガに従って被検体にパルス光を照射する光照射手段と、前記パルス光の照射によって被検体内で発生した音響波を受信し、アナログ信号に変換する音響波探触子と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、前記光照射手段に発光トリガを入力する光照射ステップと、前記アナログ信号を、サンプリングクロックを用いてデジタルデータに変換する変換ステップと、前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガを同期させる同期ステップと、前記サンプリングクロックと前記発光トリガとの間の遅延時間が、前記サンプリングクロックの周期の整数倍とは異なるように、前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガの少なくともいずれかを遅延させる遅延ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、光音響測定装置において、計測光の発光時刻と計測データのサンプリング開始時刻との差がばらつくことによる、測定の精度低下を防ぐことができる。

従来技術に係る光音響測定装置の構成を示す図。 従来技術における測定タイムチャート。 従来技術に係る光音響測定装置の構成を示す第二の図。 従来技術において、高周波領域に発生する減衰を説明する図。 第一の実施形態に係る光音響測定装置の構成を示す図。 第一の実施形態における測定タイムチャート。 第二の実施形態に係る光音響測定装置の構成を示す図。 第三の実施形態に係る光音響測定装置の構成を示す図。 第四の実施形態に係る光音響測定装置の構成を示す図。 第四の実施形態の変形例に係る光音響測定装置の構成を示す図。

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。

（課題の説明）
最初に、前述した課題について、従来技術に係る光音響測定装置のシステム構成図である図１を参照しながら説明する。
光音響測定装置１００は、従来の光音響測定装置であり、レーザパルス送信部１、光音響受信部３、システム制御部４からなる。なお、符号２は被検体であり、符号５は画像データの出力端子である。
レーザパルス送信部１は、被検体に対してレーザパルス光を照射する光照射手段であり、送信基準クロック回路１１、レーザ発光制御回路１２、Ｑスイッチ１３、レーザ装置１４からなる。
送信基準クロック回路１１は、レーザ発光制御回路１２に周期的なクロック信号を供給する手段であり、レーザ発光制御回路１２は、Ｑスイッチ１３に対して、パルス光を発光させる発光トリガ（以下、発振開始信号）を送信する回路である。
符号２１は、被検体表面にレーザ光を導く光ファイバであり、符号２２は、光音響受信部３にレーザの発光時刻を通知するための光ファイバである。

光音響受信部３は、光音響波をアナログの電気信号（以下、光音響信号）に変換する超音波変換器３１、ＡＤ変換器３２、受信基準クロック回路３３、光検出器３４、信号処理部３５からなる。また、ＡＤ変換器３２は、増幅器３２１とＡＤ変換回路３２２からなる。
超音波変換器３１は、受信した音響波をアナログ電気信号（光音響信号）に変換する手段である。超音波変換器は、超音波探触子（音響波探触子）とも呼ばれ、例えばＣＭＵＴと呼ばれる静電容量型のセンサ等であるが、音響波を電気信号に変換することができれば、どのようなものを用いてもよい。例えば、圧電セラミックス（ＰＺＴ）を利用した変換素子や、磁性膜を用いるＭＭＵＴ（Magnetic MUT）、圧電薄膜を用いるＰＭＵＴ（Piezoelectric MUT）などを用いることができる。
受信基準クロック回路３３は、ＡＤ変換回路３２２を駆動するためのクロック信号（以下、サンプリングクロック）を生成するクロック生成手段である。また、光検出器３４は、レーザパルスの発光タイミングを検出するための手段である。また、信号処理部３５は、ＡＤ変換器３２で変換されたデジタルデータ（以下、光音響データ）を処理し、画像に変換する画像生成手段である。信号処理部３５は、書き込み制御回路３５１、メモリ３５２、信号処理回路３５３からなる。

当該装置において、システム制御部４から、レーザ発光指示がレーザパルス送信部１に送信されると、送信基準クロック回路１１が生成したクロックと同期したタイミングで、レーザ発光制御回路１２が、発振開始信号Ｓ１をＱスイッチ１３に出力する。そして、レーザ装置１４が、当該信号に応答してレーザパルス光を出射させる。
なお、本例ではレーザの発振にＱスイッチを用いる例を示すが、他の発振制御手段を用いてもよい。例えば、半導体レーザを用いる場合は、直接変調で十分に高速な応答が可能なため、Ｑスイッチではなく変調ドライバを使用することもできる。

出射したパルス光は、光ファイバ２１によって被検体の表面に導かれ、被検体２に照射される。被検体にパルス光が照射されると、光音響効果によって被検体内の組織から音響波が発生する。この音響波は、超音波変換器３１によって受信され、光音響信号に変換される。変換された光音響信号は、所望の振幅になるよう増幅器３２１で増幅され、ＡＤ変換回路３２２で光音響データＳ４に変換される。

ＡＤ変換回路３２２に入力されるサンプリングクロックＳ３は、受信基準クロック回路３３で作られた、ジッタの少ない安定した基準クロックである。
ＡＤ変換回路３２２からは、光音響データが順次出力されるため、光検出器３４から出力される受光トリガ信号Ｓ２を用いてタイミングをとり、所望の数のデータをメモリ３５２に格納する。すなわち、書き込み制御回路３５１は、受光トリガ信号を検知した時刻を
起点として、サンプリングクロックごとに、ＡＤ変換回路３２２が変換した光音響データを、所定の数だけ連続してメモリ３５２に格納する。
このようにして、メモリ３５２には、レーザパルス光の発光に対応する光音響データが格納される。
そして、信号処理回路３５３が、メモリ３５２に記憶された光音響データを読み出し、信号処理（画像再構成）を行い、画像データを生成する。生成された画像データは、出力端子５から出力される。
なお、図１では、わかりやすく説明するために、超音波変換器３１が一つである場合の構成を図示しているが、特許文献１にあるように、複数の超音波変換器を用いて同時に複数の光音響データを取得するようにしてもよい。この場合、超音波変換器３１からメモリ３５２までの構成が、複数個並列に設けられる。

図２は、前述した光音響測定装置１００において、信号またはデータが発生するタイミングを説明する図である。図２中、Ｓ１は発振開始信号、Ｓ２は受光トリガ信号、Ｓ３はサンプリングクロック、Ｓ４は光音響データである。
Ｓ１は、Ｑスイッチ１３に対して入力される発振開始信号であり、当該信号に応答してパルス光が照射される。Ｓ２は、光検出器３４が出力する受光トリガ信号であり、パルス光の発光を検出すると立ち上がる。受光トリガ信号Ｓ２を検出すると、書き込み制御回路３５１が、ＡＤ変換回路３２２で変換された光音響データを所定の数だけメモリ３５２に書き込む。以降の説明において、光音響データとは、サンプリングされたデジタルデータもしくは当該データの集合（ビット列）のことを指す。

図２（Ａ）の例では、発振開始信号Ｓ１の生成から時間Ｔ１が経過した後に受光トリガ信号Ｓ２が発生する。すなわち、時間Ｔ１は、レーザ装置１４が発光開始信号Ｓ１を取得してからレーザパルスを発光させるまでの時間と、光ファイバ２２をパルス光が伝搬する時間と、光検出器３４のディレイの合計時間である。
また、時間Ｔ２は、受光トリガ信号Ｓ２が発生してから、直後のサンプリングクロックの立ち上がり（すなわちサンプリング開始時刻）までの時間である。
メモリ３５２に書き込むデータの数は、測定すべき被検体の奥行き方向（Ｚ方向）の距離の仕様から決定する。奥行き方向の距離と被検体内の音速から、被検体内で発生した音響波が超音波変換器３１に到達するまでの時間がわかる。また、サンプリングクロックの周期と前記時間から、書き込むデータ数が決定できる。

以上のような構成を持つ光音響測定装置の課題について、図２（Ｂ）を参照しながら説明する。図２（Ａ）との違いは、受光トリガ信号Ｓ２が発生してから、サンプリングクロックＳ３が立ち上がるまでの時間が異なっている点である。
すなわち、図２（Ａ）では、受光トリガ信号Ｓ２から時間Ｔ２後に光音響データのサンプリングが始まるが、図２（Ｂ）では、時間Ｔ３後までサンプリングが始まらない。この時間の違い（ばらつき）は、サンプリングクロックＳ３の周期より短い時間である。このばらつきは、発振開始信号Ｓ１を生成するためのクロックと、サンプリングクロックＳ３を生成するためのクロックとが互いに同期していないために発生し、その時間は、パルス光の発光ごとに異なる値となる。

このため、複数回のパルス光を照射すると、パルス光が照射されてから光音響データのサンプリングが開始されるまでの時間が毎回異なるため、生成した光音響データに時間的なずれが生じる。すなわち、複数回のパルス光の照射に対応する複数の光音響データに基づいて画像データを生成すると、画像にずれが生じてしまう。

次に、取得した信号の高周波成分の減衰について説明する。
一般に、人体に対して障害を起こさないようにするため、人体に入射を許容できる単位
面積当たりの光エネルギーの上限は決まっている。この値はＭＰＥ（Maximum Permissible Exposure）と呼ばれている。すなわち、被検体が人体である場合、発生させる光音響波のレベルを大きくすることには上限がある。

このような状況の中で光音響信号のＳＮ比を向上させるため、被検体に対して複数回のパルス光を照射し、取得した光音響データを平均化する手法が知られている。具体的には、得られる光音響データが同じ波形となるように、超音波変換器３１の位置を制御しながら、複数回のパルス光の発光を行い、複数の光音響データを取得する。
平均化は、例えば取得した光音響データを加算し、発光回数で除算してもよいし、単純に加算のみを行ってもよい。得られる光音響信号は相対的なものであるため、加算のみを行っても信号処理上の問題は生じない。本明細書では、以降、平均または平均化という言葉を使用して実施形態を説明するが、平均化は加算処理のみによって行ってもよい。

図３に、従来技術に係る光音響測定装置であって、取得した光音響データの平均化を行う機能を有する光音響測定装置３００の構成図を示す。当該装置は、図１に示した光音響測定装置１００に、光音響データの平均化を行う回路である平均回路３５４を追加した形態である。他の構成要素は同一である。
平均回路３５４は、メモリ３５２に記憶された光音響データ（すなわち、パルス光の発光毎に対応する光音響データ）を平均化する手段である。ここで行う平均化とは、発光毎にそれぞれ得られた光音響データのデータ列同士の平均をとることを意味している。すなわち、パルス光の発光毎にＡＤ変換回路３２２で変換された光音響データの列を、先頭から順に所定の数だけ平均化する。
そして、当該平均化したデータを用いて、信号処理回路３５３が画像データを生成する。

ここで、光音響データを平均化することによって発生する問題について説明する。すなわち、レーザパルスの発光毎に得られた光音響データＳ４を平均化した結果、光音響データの高周波成分が減衰するという問題である。光音響データの高周波成分とは、得られた光音響データを得られた順に時間軸上に並べた場合、周波数の高い変動成分を指す。

レーザパルスを複数回発光させる場合、前述したように、光音響データが同じ波形となるように、超音波変換器３１の位置が制御される。よって、複数回のレーザパルスに対応する光音響信号は、レーザパルス発光時刻を基準とすれば全て同じ波形となる。もちろん、この波形そのものを平均化した場合は、ノイズ以外に起因する波形の変化は起きないため、信号成分の減衰は基本的に発生しない。

しかし、前述したように、複数回パルス光を発光し、その都度光音響データを取得すると、レーザパルスの発光時刻とサンプリング開始時刻にばらつきが発生する。すなわち、取得した光音響データの先頭がずれてしまうため、当該光音響データ同士を平均すると、当該ばらつきに起因したローパスフィルタが形成され、高周波成分が減衰してしまう。

図４を参照しながら具体的に説明する。ここでは、レーザパルスの発光時刻とサンプリング開始時刻とのばらつきがランダムである場合を例に説明を行う。図４（Ａ）〜（Ｈ）は、信号の時間波形と周波数特性を模式的に示した図である。

レーザパルスの発光回数が多い場合、サンプリング時刻のばらつきがランダムだと仮定すれば、平均化した光音響データは、レーザパルスの発光毎に−Ｔ／２から＋Ｔ／２だけ時刻がずれた光音響データを加算し、発光回数で除算したものとなる。（Ｔはサンプリングクロックの周期である）
すなわち、図４（Ａ）に示した入力波形を、図４（Ｂ）で示した波形で畳み込み積分し
た結果得られる、図４（Ｃ）に示した波形を時間Ｔおきにサンプリングして得られたデータ（図４（Ｄ））と等しい。
もちろん、発光回数は有限であるので、図４（Ｂ）の波形は連続関数では無い。しかし、発光回数が多い場合、図４（Ｂ）に近い形となり、畳み込み積分した結果も、図４（Ｃ）に示した波形に近い形状となる。
図４（Ｅ）、図４（Ｆ）、図４（Ｇ）、図４（Ｈ）は、それぞれ、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）をフーリエ変換した結果である。図４（Ａ）と図４（Ｂ）の波形を畳み込み積分して、図４（Ｃ）の波形を計算するため、周波数軸上では、図４（Ｅ）の周波数特性と、図４（Ｆ）の周波数特性を乗算することによって、図４（Ｇ）の周波数特性が計算できる。このようにすると、図４（Ｇ）において、（１）で示した灰色部分が減衰していることがわかる。
そして、図４（Ｇ）の周波数特性の波形を時間Ｔの間隔でサンプリングすると、図４（Ｈ）のような周波数特性が得られる。このように、レーザパルス発光回数が多い場合、サンプリング時刻のばらつきがランダムだと仮定すれば、平均化された光音響データの周波数特性は、図４（Ｈ）に示したように、高い周波数領域が減衰することがわかる。

実際には、レーザパルス発光回数は多くない場合もあり、サンプリング時刻のばらつきがランダムに生じない場合もある。しかし、実施する平均処理が、レーザパルス発光毎にサンプリング時刻のばらついたデータを加算するフィルタと等価であることを考えれば、周波数特性のカーブの形状はさまざまではあるが、少なくとも高周波成分が減衰することは明らかである。もちろん、サンプリング時刻のばらつきが無いデータを加算する場合は、フィルタ効果が生じないので高周波成分は減衰することは無い。

（第一の実施形態）
第一の実施形態に係る光音響測定装置は、レーザ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受信および解析することで、被検体内の光学特性に関連した機能情報を可視化、すなわち画像化する装置である。
また、前述した課題を解決するために、ＡＤ変換を行うためのサンプリングクロックと、パルス光を発光させるためのクロックを同期させる機能を有する。

<システム構成>
まず、図５を参照しながら、第一の実施形態に係る光音響測定装置５００の構成を説明する。本実施形態に係る光音響測定装置５００は、レーザ発光制御回路１２がレーザ発光同期制御回路１５に置き換わるという点と、光検出器３４を有さないという点において、従来技術に係る光音響測定装置１００と相違する。

レーザ発光同期制御回路１５は、受信基準クロック回路３３が生成するクロック、すなわちＡＤ変換に用いるサンプリングクロックを取得し、当該サンプリングクロックに同期したタイミングで発振開始信号Ｓ１を生成し、Ｑスイッチ１３に出力する手段である。
すなわち、サンプリングクロックＳ３と、発振開始信号Ｓ１が同期するため、サンプリング開始時刻と、レーザパルス光の発光タイミングが同期する。また、書き込み制御回路３５１は、発振開始信号Ｓ１を取得することで、データの取得を開始すべきタイミングを判断する構成となっている。書き込み制御回路３５１は、発振開始信号Ｓ１を取得した直後から、ＡＤ変換回路３２２で変換された光音響データを取得し、所定の数だけメモリ３５２に順次書き込む。

図６に、第一の実施形態におけるタイミングチャートを示す。図６において、Ｓ３はＡＤ変換回路３２２に入力されるサンプリングクロックである。すなわち、サンプリングクロックの立ち上がり時刻に、光音響信号から光音響データへの変換が開始される。
一方、レーザ発光同期制御回路１５は、システム制御部４から取得したレーザ発光指示
に従い、サンプリングクロックＳ３と同期したタイミングで発振開始信号Ｓ１を生成し、Ｑスイッチ１３に出力する。すなわち、サンプリングクロックの立ち上がり時刻と、発振開始信号Ｓ１が立ち上がる時刻との間隔が常に一定（時間Ｔ４）になる。

発振開始信号Ｓ１がＱスイッチ１３に入力されると、一定時間後にレーザパルスが照射される。一方、書き込み制御回路３５１は、発振開始信号Ｓ１を検知すると、当該時刻以降に取得した光音響データＳ４をメモリ３５２へ格納する。光音響データの格納は、サンプリングクロックの次の立ち上がり時刻から開始されるため、図６に示した時間Ｔ４と時間Ｔ５の比率が常に同じになる。
そして、信号処理回路３５３が、メモリ３５２に記憶された光音響データを読み出し、断層画像を再構成して、出力端子５より出力する。

以上述べたように、第一の実施形態によれば、レーザパルスの発光毎に発生する、レーザパルスの発光時刻と、サンプリング開始時刻とのずれを一定にすることができる。
その結果、光音響データを複数回に分けて取得する場合であっても、レーザパルスの発光時刻と光音響データのサンプリング開始時刻との差が同じ値となるため、精度の高い断層画像を取得することができる。また、測定対象領域を複数領域に分割して測定を行い、得られた複数の画像を合成する場合、接続部分に生じるずれを防止することができる。
本発明は、測定対象領域を分割して複数回の測定を行い、複数の画像データを合成する場合に特に効果が得られる。しかし、領域分割をしない場合であっても、再構成された画像データのＺ方向が測定ごとにずれることが無いため、別々の測定で得られた画像データが比較しやすくなるという効果を得ることができる。

なお、第一の実施形態では、書き込み制御回路３５１に発振開始信号Ｓ１を直接入力する回路構成を示したが、サンプリングクロックＳ３に同期して作られた別の信号を、発振開始信号Ｓ１の代わりとしても良い。すなわち、発振開始信号Ｓ１とサンプリングクロックＳ３とのタイミングを同期させることができればよい。

また、レーザ発光同期制御回路１５は、サンプリングクロックＳ３に同期して生成された、より高周波のクロックに同期するようにしてもよい。この場合、サンプリングクロックＳ３の周期内の決まった時刻（位相）で発振開始信号Ｓ１を生成すればよい。
このように、本発明における同期とは、サンプリングクロックＳ３の立ち上がりエッジ（あるいは立下りエッジ）と、発振開始信号Ｓ１との時間関係が一定であればよい。例えば、サンプリングクロックＳ３に同期して作られた、より高周波のクロックに同期するようにしてもよいし、サンプリングクロックＳ３に対して固定の遅延を付けるようにしてもよい。

（第二の実施形態）
第二の実施形態は、被検体内の同一の位置に対して複数回の測定を行い、得られた光音響データを平均化することでＳＮ比を向上させる実施形態である。

図７に、第二の実施形態に係る光音響測定装置７００の構成図を示す。当該装置は、第一の実施形態に係る光音響測定装置５００に、光音響データの平均化を行う回路である平均回路３５４を追加した形態である。他の構成要素は第一の実施形態と同一である。
第二の実施形態も第一の実施形態と同様に、レーザパルスの発光時刻と、サンプリング開始時刻との差のばらつきを防止することができる。また、前述したように、当該差にばらつきが存在する場合、光音響データの高周波成分が減衰するという問題が生じるが、本実施形態では、当該減衰を防止することができる。
また、その結果、高周波成分の減衰の無いデータ（すなわち劣化の無いデータ）をもとに、精度の良い解析を行うことができる。また、画像を再構成する場合、画像の劣化を防
止することができる。
このように、本発明は、レーザパルスの発光を複数回行い、発光毎に得られた光音響データを収集し平均化処理することでＳＮ比を向上する光音響イメージング装置に好適に適用することができる。

（第三の実施形態）
第一の実施形態では、受信基準クロック回路３３が生成したサンプリングクロックに基づいて、レーザパルス光を発光させるための発振開始信号Ｓ１を生成した。これに対して、第三の実施形態は、レーザパルス光を発光させるための基準クロックである送信基準クロックに基づいてサンプリングクロックＳ３を生成する実施形態である。

図８は、第三の実施形態に係る光音響測定装置のシステム構成図である。
第三の実施形態に係る光音響測定装置では、第一の実施形態のレーザ発光同期制御回路１５が、光音響測定装置１００と同様の送信基準クロック回路１１およびレーザ発光制御回路１２に置き換わる。また、受信基準クロック回路３３が、送信基準クロック回路１１が生成したクロックに基づいてサンプリングクロックを生成する回路であるサンプリングクロック生成回路３３１に置き換わる。他の手段については第一の実施形態と同様である。

第三の実施形態では、送信基準クロック回路１１が生成したクロック（送信基準クロック）を用いて、レーザ発光制御回路１２が発振開始信号Ｓ１を生成する。また、当該送信基準クロックをサンプリングクロック生成回路３３１に入力し、分周や逓倍を行ったうえでサンプリングクロックＳ３を生成する。
このような方法を用いても、発振開始信号Ｓ１とサンプリングクロックＳ３を同期させることができる。なお、クロックの分周や逓倍には、ジッタの少ないＰＬＬ回路を用いると好適である。

なお、第一ないし第三の実施形態では、受信基準クロック回路３３や送信基準クロック回路１１を用いてクロックを生成したが、各クロックは他の方法を用いて生成するようにしてもよい。例えば、共通のクロック回路にて共通クロックを生成し、当該共通クロックに基づいて発振開始信号Ｓ１とサンプリングクロックＳ３をそれぞれ生成するようにしてもよい。

本発明における同期手段は、サンプリングクロックＳ３と発振開始信号Ｓ１を同期させることができれば、どのような構成の回路によって実現されてもよいが、最も好適な回路構成は、第一および第二の実施形態で説明した回路構成である。当該構成では、ＡＤ変換器３２２のサンプリングクロックＳ３が、光音響受信部３内の受信基準クロック回路３３で生成される。
この構成では、ＡＤ変換回路３２２に供給するサンプリングクロックが内部で生成され、供給される。そのため、バッファ回路の使用を少なくすることができ、さらにクロック配線の引き回しを短くできるため、ノイズの影響を少なくすることができる。
また、この結果、サンプリングクロックＳ３のジッタを少なく維持することができる。サンプリングクロックＳ３のジッタが少ないと、ＡＤ変換の速度が上がった場合であってもＳＮ比を高く維持することができるため、高品質な光音響データを得ることが可能となる。

なお、レーザパルス送信部１へサンプリングクロックＳ３を送信する際には、ある程度のジッタが加わる可能性がある。しかしながら、発振開始信号Ｓ１をＱスイッチ１３に入力してからレーザパルスが発光するまでの時間にも多少のばらつきがあるため、サンプリングクロックＳ３を送信する際のジッタはそれほど問題にならない。このばらつきは、前
述したように、レーザパルス発光毎にレーザパルスの発光と光音響データの時間的なずれや、平均した場合の高周波特性の減少に関係する。

（第四の実施形態）
第一ないし第三の実施形態では、サンプリングクロックＳ３と発振開始信号Ｓ１を同期させる構成を採用した。しかし、実際の光音響測定装置では、レーザパルス送信部１と光音響受信部３が互いに離れた場所に設置されることが多いため、電気信号の伝搬時間に起因して、同期が不安定になるおそれがある。第四の実施形態は、これに対応するため、遅延回路を用いて同期の安定化を図る実施形態である。

図６を参照して説明したように、発振開始信号Ｓ１は、サンプリングクロックＳ３と同期して生成される。このとき、サンプリングクロックＳ３と発振開始信号Ｓ１間の時間を遅延時間Ｔ４とすると、Ｔ４は以下のように計算できる。すなわち、サンプリングクロックＳ３が光音響受信部３からレーザパルス送信部１まで伝搬する時間と、レーザ発光同期制御回路１５の遅延時間、発振開始信号Ｓ１がレーザ発光同期制御回路１５と書き込み制御回路３５１間を伝搬する時間を加えた時間となる。

ここで、遅延時間Ｔ４が、サンプリングクロック周期と異なる（すなわちＴ５≒０でない）値であれば問題は発生しない。しかし、遅延時間Ｔ４が、サンプリングクロック周期とほぼ等しい（すなわちＴ５≒０である）場合、書き込み制御回路３５１は、取得した光音響データを、サンプリングクロック１周期分だけずれてメモリ３５２に記憶してしまう可能性がある。この場合、レーザパルスの発光毎に取得した光音響データがずれてしまう。
もちろん、時間Ｔ４がサンプリングクロックの周期より長い場合であっても、時間Ｔ４がサンプリング周期の整数倍に近ければこのような問題が生じる。これを解決するために、第四の実施形態では、遅延回路を用いて各信号のタイミングを調整する。

図９に、第四の実施形態に係る光音響測定装置９００の構成図を示す。当該装置は、第一の実施形態に係る光音響測定装置５００に、遅延回路３６を追加した形態である。他の構成要素は第一の実施形態と同一である。
遅延回路３６は、入力された電気信号を所定の時間だけ遅延させる回路であり、遅延量を調整可能な回路である。図６で示したタイミング図において、遅延時間Ｔ４がサンプリングクロック周期とほぼ等しい場合（すなわち時間Ｔ５≒０である場合）、遅延量を例えばサンプリングクロック周期の半分に設定する。
このように設定すると、サンプリングクロック周期単位のずれを起こすことなく、光音響データを取得することができるようになる。この場合、メモリ３５２に記憶される光音響データは、サンプリングクロック一周期分だけ遅れたデータとなるが、画像上にＺ方向のオフセットが生じるだけであるため、再構成された画像そのものに問題は生じない。

なお、図９では、発振開始信号Ｓ１を遅延させるようにしたが、図１０のように、サンプリングクロックＳ３を遅延させるようにしてもよい。

以上の説明は、遅延時間Ｔ４がサンプリングクロック周期とほぼ等しい場合であるが、サンプリングクロックＳ３の立ち上がり時刻と発振開始信号Ｓ１が同時刻である場合も、同様の方法によってどちらかを遅延させればよい。

なお、図９は、第一の実施形態に遅延回路３６を追加した例であり、図１０は、第二の実施形態に遅延回路３６を追加した例であるが、遅延回路は、どちらの実施形態に追加してもよい。また、双方の信号を共に遅延可能とする構成としてもよい。すなわち、サンプリングクロックＳ３と発振開始信号Ｓ１のいずれか一方、または両方を遅延させることが
できればよい。

また、本実施形態の説明では、サンプリングクロックの半分の時間だけ信号を遅延させたが、遅延時間は他の値であってもよい。例えば、サンプリングクロックの１／３であってもよいし、２／３であってもよい。遅延時間は、装置の動作を安定させることができれば、どのように設定してもよい。

以上説明したように、本発明の第四の実施形態によれば、サンプリングクロックＳ３または発振開始信号Ｓ１の少なくともいずれか一方を遅延させることにより、光音響データがサンプリングクロック周期単位でずれてしまうという問題を解決することができる。
また、遅延量は調整可能であるため、レーザパルス送信部１と光音響受信部３との距離が変更された場合であっても、遅延量の調整を行うのみで対応することができる。すなわち、装置の設置場所にかかわらず、同一のハードウェアを利用することができる。

（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、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。

例えば、実施形態の説明では、再構成された画像データを出力する出力端子５を例示したが、ネットワーク入出力端子や、単に画像を記憶するための不揮発性メモリ等を出力手段として設けてもよい。また、分割した領域に対して複数回の測定を行い、領域毎に生成した画像データを結合する場合は、出力端子５の外部に、生成された画像データを結合する手段を設けてもよい。
また、実施形態の説明では、信号処理回路としてハードウェアで処理を行う構成を例示したが、信号処理はソフトウェアを用いて行ってもよい。また、再構成された画像データを合成する手段を用いる場合も、同様にソフトウェアで処理するようにしてもよい。特に、近年マルチコア化されたＣＰＵを用いることによって、比較的短時間で画像再構成を行うことができる。

１・・・レーザパルス送信部、１５・・・レーザ発光同期制御回路、３・・・光音響受信部、４・・・システム制御部

Claims (12)

1. 発光トリガに従って被検体にパルス光を照射する光照射手段と、
   前記パルス光の照射によって被検体内で発生した音響波を受信し、アナログ信号に変換する音響波探触子と、
   前記アナログ信号をデジタルデータに変換する変換手段と、
   前記デジタルデータへの変換を開始するタイミングを規定するためのサンプリングクロックを生成するクロック生成手段と、
   前記サンプリングクロックと、前記光照射手段に入力する発光トリガを同期させる同期手段と、
   前記サンプリングクロックと前記発光トリガとの間の遅延時間が、前記サンプリングクロックの周期の整数倍とは異なるように、前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガの少なくともいずれかを遅延させる遅延手段と、
   を有することを特徴とする、被検体情報取得装置。
2. 前記光照射手段は、被検体に対するパルス光の照射を複数回行い、
   複数回のパルス光の照射によって、被検体内の同一の位置から発生した音響波に対応するデジタルデータを収集し、当該デジタルデータを平均化する平均化手段をさらに有する
   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. 前記同期手段は、前記クロック生成手段が生成したクロックに同期したタイミングで、前記発光トリガを生成する
   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. 前記発光トリガの生成よりも後のタイミングで、前記変換手段による変換を開始する
   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. 前記デジタルデータに基づいて、前記被検体内の情報を表す画像を生成する画像生成手段をさらに備える
   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. 前記光照射手段は、被検体に対するパルス光の照射を複数回行い、
   前記画像生成手段は、複数回のパルス光の照射によって、被検体内の異なる位置から発生した音響波に対応するデジタルデータを合成して画像を生成する
   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。
7. 発光トリガに従って被検体にパルス光を照射する光照射手段と、
   前記パルス光の照射によって被検体内で発生した音響波を受信し、アナログ信号に変換する音響波探触子と、
   を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
   前記光照射手段に発光トリガを入力する光照射ステップと、
   前記アナログ信号を、サンプリングクロックを用いてデジタルデータに変換する変換ステップと、
   前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガを同期させる同期ステップと、
   前記サンプリングクロックと前記発光トリガとの間の遅延時間が、前記サンプリングクロックの周期の整数倍とは異なるように、前記サンプリングクロックおよび前記発光トリガの少なくともいずれかを遅延させる遅延ステップと、
   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。
8. 前記光照射ステップでは、パルス光の照射を複数回行い、
   複数回のパルス光の照射によって、被検体内の同一の位置から発生した音響波に対応するデジタルデータを収集し、当該デジタルデータを平均化する平均化ステップをさらに含む
   ことを特徴とする、請求項７に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
9. 前記光照射ステップでは、前記サンプリングクロックに同期したタイミングで前記発光トリガを生成する
   ことを特徴とする、請求項７または８に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
10. 前記発光トリガの生成よりも後のタイミングで、前記変換ステップが開始される
    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の制御方法。
11. 前記デジタルデータに基づいて、前記被検体内の情報を表す画像を生成する画像生成ステップをさらに含む
    ことを特徴とする、請求項７から１０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。
12. 前記光照射ステップでは、パルス光の照射を複数回行い、
    前記画像生成ステップでは、複数回のパルス光の照射によって、被検体内の異なる位置から発生した音響波に対応するデジタルデータを合成して画像を生成する
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の被検体情報取得装置の制御方法。

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