JP6645693B2 - 被検体情報取得装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。

光源から被検体に照射した光を被検体内に伝搬させ、被検体内の情報を得る光イメージング装置の研究が、医療分野を中心に進められている。その一つに、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴとは、光を被検体に照射し、被検体内を伝搬・拡散した光が光吸収体に吸収されて発生する光音響波を受信して解析することで、被検体内部の光学特性値に関連した特性情報を取得する技術である。

取得される情報には、光照射によって生じた初期音圧分布や、光エネルギー吸収密度分布などがある。これらの情報は、新生血管の増殖を伴う悪性腫瘍の位置の特定などに利用できる。このように、光学特性値に基づく３次元画像の再構成は生体組織の内部の把握に有用であり、医療分野への応用が期待されている。

ＰＡＴにおいて、被検体内における光吸収体から発生する音響波の初期音圧Ｐ_０は、次式（１）で表される。
Ｐ_０＝Γ・μａ・Φ …（１）
ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を定圧比熱ＣＰで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとる。μａは吸収体の光吸収係数である。Φは局所的な領域での光量（吸収体に照射された光量であり、光フルエンスともよばれる）である。

ＰＡＴ装置は、被検体中を伝搬してきた音響波の大きさである音圧Ｐを測定し、各時刻の音圧の測定結果から初期音圧分布を算出する。算出された初期音圧分布の各値をグルナイゼン係数Γで除することにより、μａとΦの積の分布、すなわち、被検体の光エネルギー吸収密度分布が得られる。

式（１）で示されるように、初期音圧Ｐ_０の分布から光吸収係数μａの分布を得るためには、被検体内の光量Φの分布が必要である。被検体の厚さに対して十分大きな領域に、一様な光量の光が照射された場合に、被検体内を光が平面波のように伝搬すると仮定すると、被検体内の光量の分布Φは次式（２）で示される。
Φ＝Φ_０・ｅｘｐ（−μｅｆｆ・ｄ） …（２）
ここで、μｅｆｆは被検体の平均的な等価減衰係数である。Φ_０は光源から被検体内に入射する光量（被検体の表面における光量）である。ｄは光源からの光が照射された被検体表面の領域（光照射領域）から、被検体内の光吸収体までの距離である。

特許文献１によれば、生体に均一な光を複数の条件で照射し、被検体の平均的な等価減衰係数μｅｆｆを算出する。そして、式（２）から被検体内の光量分布Φを算出し、その光量分布Φを用いて式（１）から被検体内の光吸収係数分布μａを取得できる。

特許文献１は、半球状に音響検出素子が配置された探触子を用いて光音響波を検出する光音響装置を開示する。この装置は、被検体に対する探触子の位置を移動させながら光音響波を受信して、得られたデータで再構成を行う。このように走査を行うことで、被検体内の同一位置に対し、異なる距離および角度で光音響波を計測できるので、高精細な再構成画像が得られる。走査方式としては、例えばラスタ走査やスパイラル走査などがある。

特開２０１２−１７９３４８号公報

光音響装置で高精度な画像を取得するためには、相応に長い測定時間が必要になる。そのため、走査の途中で何らかの事情で測定が中断される場合がある。しかし、中断からの測定再開後、再び長い時間をかけて光音響測定を行うことは、被検者の負担や装置の使用時間の観点から困難である。そこで、測定中断時までに取得されたデータの再利用や、中断によりデータを取得できなかった領域における情報の補完が必要とされている。

しかし、上記の測定時間の問題に加え、測定が中断した地点から単純に測定を再開すると、好適なデータが得られない可能性がある。例えば、被検体が液体のインピーダンスマッチング材に浸されている場合、走査によるインピーダンスマッチング材の液面の変動に応じて、光の照射経路や光音響波の伝搬経路も変動する。この液面変動条件や、人体に関する条件は、再現が比較的難しい。特に探触子を円形やスパイラル状に走査する場合、インピーダンスマッチング材が一定の回転方向に流れを作ることで、安定した光音響測定ができる。しかし、測定再開後すぐに測定条件を安定化することは難しかった。

またこのような課題は、半球状の探触子や、スパイラル状走査に限らず発生する。さらにこの課題は、超音波エコー測定のように探触子を走査して音響波を受信する測定に共通する。したがって、探触子走査が中断した場合でも取得済のデータを有効に利用することが求められる。さらに、測定できなかった領域で何らかの情報を得ることが好ましい。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、音響検出器を走査して被検体から伝搬する音響波を受信する測定が中断した場合に、取得されたデータを有効に利用することにある。

本発明の第一の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有し、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波に由来する領域と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波に由来する領域とが判別できるように、前記画像を生成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明の第二の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有し、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記測定中断位置から前記所定の位置まで復帰させる間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも高速な移動を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明の第三の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有し、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
前記音響検出器は、前記測定中断位置から前記所定の位置までの復帰の間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも疎らに前記音響波を受信する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明の第四の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成するステップと、
を有し、
前記画像を生成するステップでは、前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波に由来する領域と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波に由来する領域とが判別できるように、前記画像を生成する
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明の第五の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画
像を生成するステップと、
を有し、
前記復帰させるステップでは、前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記測定中断位置から前記所定の位置まで復帰させる間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも高速な移動を行う
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明の第六の態様は、
被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成するステップと、
を有し、
前記復帰させるステップの前記測定中断位置から前記所定の位置までの復帰の間は、前記音響検出器は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも疎らに前記音響波を受信する
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。

本発明によれば、音響検出器を走査して被検体から伝搬する音響波を受信する測定が中断した場合に、取得されたデータを有効に利用することができる。

本発明の実施形態における光音響装置の機能ブロックを示す図 本発明の実施形態における情報処理部の構成例を示す図 本発明の実施形態における光音響測定部の構成例を示す図 実施例の光音響装置の測定手順を示すフローチャート 実施例における情報処理部の処理手順を示すフローチャート 本発明の制御方法による中断後の撮影と画像の関係を示す図

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。また、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。

本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置は、光（電磁波）を照射された被検体内で光音響効果により発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する装置を含む。このような装置は、光音響装置、光音響イメージング装置などとも呼べる。特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性情報である。

本発明により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収量や吸収率を反映している。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、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に関する情報が含まれる。物質の濃度に関する情報とは、例えば、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、それらから導かれるトータルヘモグロビン濃度や酸素飽和度などである。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率などでもよい。また、被検体内の各位置の特性情報に基づいて、２次元または３次元の被検体情報分布が得られる。分布データは、表示装置に表示するための画像データとして生成さ
れ得る。

本発明の被検体情報取得装置には、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、特性情報を画像データ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。この場合に取得される特性情報とは、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情報である。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。

＜実施形態＞
本実施形態では、被検体情報取得装置の代表例として、被検体をお椀型の探触子が走査する光音響装置について説明する。光音響装置は、半球状の探触子をスパイラル状に移動させながら複数の位置で光音響波を測定し、得られた光音響波を用いて画像再構成を行う。そして光音響装置は、技師の指示などにより測定が中断した後も、画質の粗い短時間の撮影を行ってから、お椀型探触子を停止させる。

光音響装置は、スパイラル状の探触子走査を複数回繰り返す際に、インピーダンスマッチング材の乱れを抑制するように、音響検出器の移動を制御する。具体的には、音響検出器の急な速度変化や、移動方向の急激な変更を抑制する。一方、測定中断時には、通常よりも粗い画質で、高速に未撮影領域の撮影を行う。そのため、急な速度変化や移動方向の変更による音響インピーダンス材の乱れも生じる。しかし、未測定の領域についても何らかの光音響信号が得られるという利点がある。測定の中断原因は様々である。例えば技師の指示による場合もあるし、体動や装置トラブル等の場合もある。

（（装置構成））
図１は、本実施形態に係る光音響装置の機能構成を示す機能ブロック図である。光音響装置は、情報処理部１０００と光音響測定部１１００によって構成される。図２は、情報処理部１０００の機器構成の一例である。図３は、光音響測定部１１００の機器構成の一例である。

（（情報処理部））
情報処理部１０００は、主な機能として、ユーザーの指示取得、測定対象領域の再構成画像のアーチファクトを考慮した光音響測定方法の決定、測定により得られた光音響信号を用いた３次元画像再構成、画像表示、保存等を行う。情報処理部１０００は、指示取得部１００１、測定方法決定部１００２、再構成部１００５、表示情報生成部１００７、表示部１００８によって構成される。

（指示取得部）
指示取得部１００１は、ユーザーにより入力部１０６を介して入力された測定に関する指示（測定指示情報）を取得する。測定指示情報には、光音響測定部１１００の装置内の測定対象領域の指定、測定機能に関する設定などがある。また、連続測定における走査制御の切り替え指示も含まれる。なお、ユーザーによる測定指示情報の入力がない場合、予め記憶された測定指示情報を読みだしてもよい。

測定対象領域の指示には、例えば、光音響装置内の３次元領域を示す座標値を入力する方法、あらかじめプリセットされている領域を選択する方法、探触子の移動範囲を指定す
る方法がある。探触子の移動範囲を指定する場合、探触子の音響検出素子が有効に光音響波を受信できる位置の集合が、測定対象領域となる。測定領域は、被検体１１０７の全体を包含してもよいし、一部の領域だけでもよい。

本発明では、測定指示情報に、測定が中断された後の処理に関する指示を含めてもよい。例えば、測定中断後に再開された測定においては、再構成画像の画質よりも、測定の高速化を重視するような指示が考えられる。また、中断指示後の測定において、未測定領域を判定して高速に測定する旨の指示や、あらかじめ指定された領域が測定済かどうかを判定し、未測定であれば高速に測定するような指示も考えられる。
指示取得部１００１は、測定指示情報を、測定方法決定部１００２に送信する。

（測定方法決定部）
測定方法決定部１００２は、測定指示情報に基づいて光音響測定方法を決定し、光音響測定部１１００に対する指示情報をまとめた光音響測定情報を生成し、測定方法指示部１００３に送信する。

光音響測定情報には、測定指示情報で指定された測定対象領域の再構成画像を生成するための走査制御情報が含まれる。この走査制御情報は、再構成画像生成に必要な光音響信号を取得し得る各位置に探触子を移動させるための情報を含む。探触子がホームポジションを有する場合、走査制御情報には、測定開始時のホームポジションからの移動情報や、測定終了後のホームポジションへの復帰情報も含まれる。測定中断の前および後において、探触子走査の領域および手順を複数用意しておき、測定指示情報やユーザー入力に応じて切り替えても良い。

続いて測定方法決定部１００２は、生成した光音響測定情報に基づいて、光音響測定部１１００に光音響測定開始を指示する。また、再構成部１００５にも光音響測定情報を送信する。

（再構成部）
再構成部１００４は、測定方法決定部１００２からの光音響測定情報と、光音響測定部１１００からの光音響信号情報を取得する。そして、測定対象領域内の各点（ボクセルまたはピクセル）ごとに、選択された光音響信号のみを用いて３次元画像再構成を行い、光音響信号情報に基づくボリュームデータを生成する。画像再構成には、フーリエ変換法、整相加算法、ＵＢＰ（ユニバーサルバックプロジェクション）法、ＦＢＰ（フィルタードバックプロジェクション）法、逐次再構成法など、既知の手法を利用できる。

続いて、測定中断を反映した画像再構成の一例について説明する。再構成部１００５は、ボクセルごとに、中断前に得られた光音響信号に基づく再構成と、中断後に得られた光音響信号に基づく再構成処理とを行う。そして、双方の画像を合計して再構成画像を取得する。あるいは再構成部１００５は、中断前および後の光音響信号を併用して再構成処理を行う。さらに再構成部１００５は、光音響信号が得られたボクセルに、未測定領域のボクセルを合わせて画像を取得してもよい。

このとき、ボクセルごとに、そのボクセル値がどのようなデータに基づいて求められたかを示す情報を付加してもよい。例えば、中断前のデータ、中断後のデータ、両者の併用データ、無効値が入った未撮影ボクセル、をそれぞれ区分するフラグである。また、ボクセルの位置や、測定対象領域などの範囲も記録される。

再構成部１００５は、再構成画像を記録データファイル１２００として、記憶装置に格納する。記憶する情報には、測定指示情報や光音響信号情報を含めてもよい。また、再構
成画像を直ちに表示情報生成部１００７に送信してもよい。データ形式として例えば、医用画像の標準的な規格であるＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）のフォーマットが好適である。また、本発明に固有の情報、例えば、通常の光音響測定と本発明の測定方法を識別するための識別子や、測定時の探触子制御に関する情報を同時に格納してもよい。記録データファイル１２００を格納する記憶媒体としては、磁気ディスク１０３の他にも、ハードディスク、メモリ、ネットワークで接続された外部記憶装置などを利用できる。

表示情報生成部１００７は、再構成画像の表示情報生成と、表示部への表示制御を行う。例えば３次元画像に対するボリュームレンダリング、多断面変換表示法、最大値投影法などがある。また、通常の光音響測定との差異に関する注釈を付加してもよい。

表示部１００８は、生成した表示情報を表示する表示装置である。例えば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを利用できる。表示部１００８は、本発明の光音響装置と一体化していてもよいし、光音響装置と別に提供されてもよい。本明細書では、計測装置である光音響測定部１１００と、ＰＣのような情報処理装置である情報処理部１０００を分けて説明している。しかし、両者を一体化しても構わない。

図２は、情報処理部１０００の各部の機能をソフトウェアで実現するためのコンピュータの構成例である。ＣＰＵ１０１は、情報処理部１０００の各構成要素の動作制御や、演算処理を行う。主メモリ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する制御プログラムを格納したり、ＣＰＵ１０１によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。磁気ディスク１０３は、オペレーティングシステム、周辺機器のデバイスドライバ、後述するフローチャートの処理等を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等を格納する。

表示メモリ１０４は、モニタ１０５のための表示用データを一時記憶する。モニタ１０５は、表示メモリ１０４からのデータに基づいて画像を表示する。入力部１０６は、マウスやキーボードなどのＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）であり、オペレータによる指示を受け付ける。Ｉ／Ｆ１０７は、情報処理部１０００と外部との間で各種データのやりとりを行う。上記各構成要素は、共通バス１０８により互いに通信可能である。

（（光音響測定部））
図３は、光音響測定部１１００の構成の一例を示す。光音響測定部１１００は、光音響波の検出と光音響信号の出力を行うブロックである。光音響測定部１１００の制御部１１０１は、情報処理部１０００から指示された光音響測定方法に基づいて各ブロックを制御する。

（制御部）
すなわち、制御部１１０１は、位置制御部１１０２を介して、音響検出器１１０３を走査する。制御部１１０１はまた、光源１１０４と光学装置１１０５を制御して、光１１０６を被検体１１０７に照射する。制御部１１０１はまた、音響検出器１１０３上に配置された音響検出素子１１０８が検出した光音響波に由来する電気信号に対して、増幅、デジタル変換、各種補正処理などを行う。処理後の光音響信号は、不図示のインターフェースを介して、情報処理部１０００に送信される。

（位置制御部）
位置制御部１１０２は、音響検出器１１０３の被検体１１０７に対する相対的な位置関係を変更する。走査方法として例えば、スパイラル走査やラスタ走査がある。位置制御部１１０２として例えば、３軸ステージを利用できる。

（音響検出器）
音響検出器１１０３は、お椀型の球面上に、音響波を電気信号に変換する複数の音響検出素子１１０８が配置された構造である。このような素子配置によって、高感度領域１１１０が形成される。ＵＢＰ法で得られる再構成画像では、半球の中心点からの距離に応じて分解能は低下する。高感度領域の範囲としては、例えば、中心点に対して相対的に分解能が半分まで低下する範囲などで決定できる。好ましくは、音響検出器１１０３は、被検体１１０７が浸される整合層１１０９を保持する。

音響検出素子として例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ｃＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計等を利用できる。本発明の被検体情報取得装置が超音波エコー装置の場合、音響検出素子が音響波（超音波）を送信する機能を持つことが好ましい。ただし、音響波を受信する素子とは別に、送信用の素子を音響検出器に配置してもよい。

（光源）
光源１１０４としては、十分なパワーと、波長可変性を有し、被検体の熱特性に応じて短い時間のパルス光を照射可能なものが好ましい。例えばレーザー装置、発光ダイオード、フラッシュランプを利用できる。光学装置１１０５は、光源１１０４で発光した光１１０６を被検体１１０７まで導く。光学装置１１０５としては、ミラー、光ファイバー、レンズ、フィルタ、プリズム、拡散板などの光学機器を利用できる。

制御部１１０１は、光源１１０４と光学装置１１０５によるレーザー照射のタイミング、波形、強度などを制御する。制御部１１０１はまた、位置制御部１１０６を制御して、音響検出器１１０３を移動させる。光照射位置と音響検出器１１０３を同期して移動させることも好ましい。図３では、音響検出器１１０３の底部中央に光射出端が配置される。また、制御部１１０１は、光音響測定における光音響波の受信や光音響信号の保管と、レーザー照射タイミングの同期制御を行う。さらに、複数回のレーザー照射により得られる光音響信号を素子ごとに加算平均して平均値を算出する。

制御部１１０１は、光音響信号情報を情報処理部１０００に送信する。光音響信号情報とは、音響検出素子１１０８が検出した光音響信号と、各素子の位置、感度および指向性に関する情報などが含まれる。また、光音響測定パラメータや、光音響測定部の制御情報を含んでもよい。また、走査中の音響波検出素子１１０８の各素子の位置と、光音響信号とを紐付ける情報を含んでもよい。

信号の積算処理や加算平均処理について説明する。走査の過程で同一の音響波検出素子１１０８が同一位置で音響波を検出した場合、加算平均処理によりＳＮ比向上などの効果が得られる。一方、走査の過程で異なる音響波検出素子１１０８が同一位置で音響波を検出した場合、素子の指向性や、素子の取り付け角度の観点から、単純な積算処理は行わない。

（整合層）
整合層１１０９は、被検体１１０７と音響検出器１１０３を音響的に結合させる。整合層１１０９としては、両者に音響インピーダンスが近く、パルス光を透過する液体が望ましい。例えば水、ひまし油、ジェルなどが用いられる。

（（処理手順））
フローチャートを用いて、光音響装置の処理手順を説明する。
（中断処理フロー）
はじめに光音響測定における測定中断時の動作を説明する。図４は、医師や検査技師などの測定者が、被検者の乳房を測定する際の概略処理フローである。本フローは、光音響装置の撮影位置に被検者の乳房をセットした時点から開始される。ステップＳ４０１において、測定者は、入力部１０６を介して測定対象領域を設定する。設定方法として例えば、プリセットされた複数の３次元領域から選択する方法、領域の中心点と半径を入力する方法、座標を指定する方法、カメラ（不図示）により撮影された画像を見ながらマウスやタッチペン等で範囲を指定する方法、などがある。

ステップＳ４０２において、測定者は、入力部１０６を介して制御に関する各種パラメータを設定する。光音響測定パラメータとして、走査方法（例えばスパイラル走査）、走査ピッチ、測定点の数などが指定できる。また、光音響測定後の再構成処理やデータ保存に関する設定も可能である。また、連続測定の設定や、連続測定時の探触子の走査制御方法も設定できる。ただし、連続測定の場合に、測定対象領域の位置やサイズに応じて探触子の走査制御方法を自動的に決定してもよい。

ステップＳ４０３において、測定者が入力部１０６から測定開始を指示することで、光照射から音響信号取得に至る処理が実行される。本実施形態では、１回の光音響測定は、所定の軌跡上での音響検出器１１０３の走査、光音響波の検出、および再構成画像の生成までを含む。ただし、再構成画像の生成は測定と並行して行ってもよいし、全測定終了後に行ってもよい。

スパイラル走査の場合の１回の光音響測定における音響検出器１１０３の中心位置の軌跡は、図６（ａ）のようになる。通常、測定対象領域の再構成画像には、この軌跡上の各位置で得られた光音響波に由来する光音響測定信号を用いる。図６（ａ）を１周期とすると、計測位置をずらして複数周期の光音響測定を行ってもよい。これにより、再構成画像のＳＮ比向上やアーチファクトを低減が期待できる。本発明において光音響測定の中断とは、以下に説明する１回のスパイラル走査の途中での中断に加え、複数周期の途中での中断を含む。

ステップＳ４０４において、情報処理部１０００は再構成画像を生成し、表示部１００８への出力と記録データファイル１２００への保存を行う。表示方法としては、断層表示や３次元表示、時系列な３次元画像を表示する方式などがある。

続いてステップＳ４０５において、測定中断の判定を行う。例えば測定者の中断指示が入力部から入力された場合の他、装置が所定の基準に基づいて判断した場合に、中断するとの決定がなされる。後者の例としては、装置内の著しい熱上昇などの緊急性の高いエラーや、光照射機構や探触子の制御上のエラーや、被検者の体動などのエラーがある。測定中断のトリガには、通常の単純な中断指示と、光音響測定が継続されるような中断指示の２種類がある。２種類の中断指示は、測定者による入力内容の違いにより判別できる。

中断の指示が無い場合は、ステップＳ４０６に進み、測定終了かどうかが判定される。測定指示情報で定められた終了条件が満たされていれば測定終了となる。終了条件としては例えば、測定回数、スパイラル周期の数、測定時間、測定精度がある。

一方、中断の指示がある場合は、ステップＳ４０７に進む。通常の単純な中断指示の場合は、Ｓ４０６に進む。あるいは、直ちに測定を中断し装置を待機状態にしてもよい。一方、光音響測定を伴う中断の場合は、Ｓ４０８に進む。

なお中断指示があると判定した場合に、情報処理部は、既に画像生成に必要な音響波を受信済みの領域と、画像生成に必要な音響波が受信できていない未受信領域とを判別して
記録することが好ましい。制御部と位置制御部は、未受信領域の位置・大きさ・範囲と、中断位置の座標と、ホームポジションの座標と、測定対象領域中の関心領域などに基づいて、音響検出器の復帰ルートや走査制御方法を決定する。その結果、例えば中断位置からホームポジションまでの軌跡が、未受信領域や関心領域を通過する曲線になる場合もある。

ステップＳ４０８において、中断時用光音響測定を行う。例えば、中断前よりも高速な光音響測定による、未測定領域からの光音響波取得である。続いてステップＳ４０９に進み、再構成部１００５が、中断時測定により得られた光音響信号を再構成する。そして、中断前に取得したデータに基づく再構成画像と合成し、保存や表示を行う。なお、Ｓ４０４、Ｓ４０７における再構成画像出力は、全体の処理が終了してから行ってもよい。

（測定指示）
次に、光音響装置の動作の詳細を説明する。図５のフローは、図４のステップＳ４０１〜Ｓ４０３の付近に相当する。ステップＳ５０１において、指示取得部１００１は、測定者の指示内容から測定指示情報を生成する。測定指示情報には、光音響装置の測定機能に関する設定や、酸素飽和度値算出のように測定後の情報処理に関する設定が含まれる。本実施形態では、連続的に光音響測定を行い、続けて再構成画像の出力を行うような設定がなされる。

ステップＳ５０２において、測定方法決定部１００２は測定指示情報に基づいて、光音響測定部１１００に指示する光音響測定に関する情報を生成する。例えば、光源や光路に関する制御パラメータ、音響検出器１１０３の走査制御パラメータ、光音響波の受信に関する設定などがある。また、信号処理や画像再構成におけるパラメータを含めてもよい。ステップＳ５０３において、測定方法決定部１００２は、音響検出器１１０３を移動させて光音響波を受信するための制御パラメータ（例えば、音響検出器１１０３の測定回数、測定位置、移動速度）を測定指示情報に基づいて設定する。

ここで図６を用いて、光音響測定における走査軌跡と、走査の中断について説明する。図６（ａ）は、スパイラル走査時の音響検出器１１０３の中心位置の軌跡である。この例では、スパイラル状の軌跡の外側に測定開始位置６０１が、内側の中心に測定終了位置６０３がある。なお、内側と外側は逆でもよいし、内と外を往復してもよい。また共通の中心点を持つ同心円状の軌跡間で、音響検出器１１０３を移動させてもよい。また、測定開始時に、音響検出器１１０３をホームポジション（不図示）から測定開始位置６０１に移動させ、測定終了時に、音響検出器１１０３を測定終了位置６０３からホームポジションに復帰させてもよい。測定が中断した場合、測定中断位置からホームポジションへの移動も可能である。

図６（ｂ）は、スパイラル走査中の各位置で検出された光音響波を用いてリアルタイムに生成された、部分領域の再構成画像の一例である。これは、スパイラル軌跡の最外周の途中までの走査が完了した時点での再構成画像に相当する。このまま走査が正常に終了すると、図６（ｃ）のようなボリュームデータが生成される。なお、図６（ｃ）では、スパイラルの外側の余白領域も再構成した。しかし、画質に鑑みて、再構成範囲をスパイラルから所定の距離までに限定してもよい。

測定開始時ならびに、測定終了位置６０３から測定開始位置６０１への移動軌跡６０２における移動の開始時および終了時は、移動の方向や速度が大きく変化する。また、ホームポジションがある場合の、ホームポジションから測定開始位置への移動時と、測定終了位置（または、測定が中断した場合は測定中断位置）からホームポジションへの移動時も同様に、移動方向・速度が大きく変化する。これらの急な加速、減速や急な方向転換は、
液体の流れを乱し、光音響測定の精度を落とす要因となる。一方、本発明のように、中断指示後も簡易な光音響測定を継続する場合には、中断指示後の測定の設定に基づき、音響検出器の移動を制御する。

図５に戻る。ステップＳ５０４において、測定方法決定部１００２は、ステップＳ５０２で生成した光音響測定に関する情報に、ステップＳ５０３で決定した音響検出器の制御パラメータを格納して光音響測定方法を決定する。決定された光音響測定方法は、光音響測定指示情報として光音響測定部１１００に送信される。なお、情報処理部１０００から、光音響測定部１１００に測定中断指示を送信する場合も、同様の手順で実施される。

（中断後の測定）
ここで、中断後の光音響測定には様々な実施方法がある。例えば、未測定領域や、所望の画像を得るために必要な走査領域のうち、未走査の領域について、通常の測定時よりも低画質な測定方法で測定する。低画質な測定方法としては、音響検出器の移動速度が高速な走査を行う方法、測定位置の間隔が広い測定方法がある。

また、音響検出器が、測定中断位置からホームポジションに戻るまでの間に測定を行う方法がある。また、ホームポジションへの復帰中に、未測定領域をなるべく通過するような移動方法もある。また、測定対象領域中の特定の位置を経由させてもよい。また、中断後の測定用に、所定の測定位置間隔や、移動手順、特定の測定位置などをあらかじめ設定することも好ましい。また、あらかじめ、測定対象領域内で特に重要な関心領域を設定しておいてもよい。

（画像再構成）
再構成部１００５における処理について述べる。光音響波に基づく再構成により例えば、測定対象領域内の各ボクセルの光音響波の初期音圧分布が算出される。また、背景光学係数を考慮し、初期音圧分布のボクセル値から、光吸収係数分布を算出できる。また、複数波長の吸収係数分布に基づいて、酸素飽和度分布を算出できる。

特に、中断後の光音響測定では、限定的なデータが得られる。そのため画像再構成処理の内容や、出力画像の精度も、データの品質に応じたものになる。具体的には、再構成部１００５は、ボクセルごとに、中断前の中断後のどちらの領域かを判定する。また、中断後の光音響測定が、すべての未測定領域のデータを取得できるとは限らない。そこで、再構成をせずに、ボクセル値としてヌルやゼロを設定することもある。再構成部１００５は、再構成画像とともに、各ボクセルがどのようなデータに基づいて再構成されたかに関する情報を生成する。

再構成部１００５は、画像生成において、対象ボクセルが中断前と中断後の何れのデータに由来するかに応じて表示の仕方を変えてもよい。このような表示の例を図６（ｄ）に示す。ホームポジション６１０から出発した音響検出器は、測定開始位置６０１に到達すると、右回りのスパイラル軌跡で円中心の測定終了位置に向かって測定を開始する。この例では、音響検出器がスパイラルを２周した後、測定中断位置６０４にあるときに測定が中断されたものとする。

再構成部は、中断前の光音響信号に基づいて、領域６１２の画像を精度よく生成できる。この例ではまた、ユーザーが特に注目する領域６１１を設定したものとする。そこで音響検出器は、測定中断位置からホームポジション６１０に復帰する際に、領域６１１の近傍を通過するような軌跡を設定する。そして、高速に、または疎らに光音響測定を行う。これにより、領域６１３について、低精度ではあるものの、画像が取得できる。なお、各領域を判別するための表示方法は任意である。例えば、境界線、色分け、明度、彩度、注
釈などを領域ごとに変えることで、判別が可能になる。

以上のような手順により、被検体を音響検出器で走査するときに測定が中断した場合でも、取得済みの測定データの有効活用が可能になる。さらに、未測定の領域についてある程度の情報を取得して画像を生成できる。

（変形例）
上の記載では、３次元のボリュームデータを生成する例を説明した。しかし本発明は、測定領域をあらかじめ２次元の平面で指定した場合にも適用できる。ここで２次元平面として例えば、３次元領域内の任意の１断面を指定できる。また、装置が２次元画像を連続的に生成することにより、動画のような再構成画像や擬似的な３次元画像を生成できる。また上の記載では、光音響信号の受信が終了した後、再構成画像を生成した。しかし、測定対象領域の一部分の画像を生成可能になったら逐次リアルタイム的に再構成を行ってもよい。

以上述べたように、本発明によれば、光音響測定が中断した場合でも、取得済みのデータの有効活用や、未測定領域の簡易的な測定が可能になる。特にお椀状の音響検出器をスパイラル状に走査してインピーダンスマッチング材の液面の乱れを抑制する測定において、中断による画像への影響や、被検者への負荷の軽減が実現できる。また、上記の説明は光音響測定について行った。しかし本発明は、超音波を受信する音響検出器を有する装置に適用できる。例えば超音波エコー装置も本発明の適用対象に含まれる。

＜その他の実施形態＞
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。

１０００：情報処理部、１００５：再構成部、１００８：表示部、１１００：光音響測定部、位置制御部１１０２、音響検出器１１０３

Claims (13)

1. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
   前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
   前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
   を有し、
   前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
   前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
   前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
   前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波に由来する領域と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波に由来する領域とが判別できるように、前記画像を生成する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
   前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
   前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
   を有し、
   前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
   前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
   前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
   前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記測定中断位置から前記所定の位置まで復帰させる間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも高速な移動を行う
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
3. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
   前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
   前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
   を有し、
   前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
   前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させ、
   前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成し、
   前記音響検出器は、前記測定中断位置から前記所定の位置までの復帰の間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも疎らに前記音響波を受信する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
4. 前記情報処理部は、前記画像を生成するための前記音響波が受信できなかった領域が判別できるように、前記画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記情報処理部は、前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、前記画像を生成するための前記音響波が受信できなかった未受信領域を判別し、
   前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記測定中断位置から前記所定の位置まで復帰させる間は、前記未受信領域を通過させる
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記位置制御部は、前記音響検出器による前記音響波の受信が始まる前に、前記音響検出器をホームポジションから前記測定開始位置に移動させるものであり、
   前記音響検出器が復帰する前記所定の位置とは、前記ホームポジションである
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記音響検出器の移動の中断指示を入力される入力部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記入力部は、前記測定中断位置から前記所定の位置までの間における前記音響検出器による音響波の受信に関するパラメータを入力される
   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。
9. 前記音響検出器は、複数の音響検出素子が配置されたお椀型の探触子であり、
   前記位置制御部は、スパイラル状の軌跡で前記音響検出器を移動させる
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 光源をさらに有し、
    前記被検体から伝搬する音響波とは、前記光源から光を照射された前記被検体から発生する光音響波である
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
    前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
    前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
    を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
    前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
    前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成するステップと、
    を有し、
    前記画像を生成するステップでは、前記情報処理部は、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波に由来する領域と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波に由来する領域とが判別できるように、前記画像を生成する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
12. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
    前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
    前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
    を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
    前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
    前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成するステップと、
    を有し、
    前記復帰させるステップでは、前記位置制御部は、前記音響検出器を、前記測定中断位置から前記所定の位置まで復帰させる間は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも高速な移動を行う
    ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
13. 被検体から伝搬する音響波を受信する音響検出器と、
    前記音響波に基づいて前記被検体の特性情報を示す画像を生成して表示部に表示させる情報処理部と、
    前記音響検出器の前記被検体に対する位置を、測定開始位置から所定の軌跡にそって移動させる位置制御部と、
    を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記音響検出器の前記軌跡における移動が中断した場合に、
    前記位置制御部が、前記音響検出器を、前記移動が中断した測定中断位置から所定の位置まで復帰させるステップと、
    前記情報処理部が、前記測定開始位置から前記測定中断位置の間で受信された音響波と、前記測定中断位置から前記所定の位置の間で受信された音響波とに基づいて、前記画像を生成するステップと、
    を有し、
    前記復帰させるステップの前記測定中断位置から前記所定の位置までの復帰の間は、前記音響検出器は、前記測定開始位置から前記測定中断位置までの移動の間よりも疎らに前記音響波を受信する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。

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