JP6650908B2 - 被検体情報取得装置及び被検体情報取得装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体から伝搬する音響波を検知する装置および装置の制御方法に関する。

被検体内で発生した光音響波を検知する光音響波取得において、被検体に対して探触子を相対移動させながら光音響波を検知することが知られている。異なる位置で光音響波を検知することにより、光音響波に基づいて生成される画像に生じるアーティファクトを低減することができる。特許文献１には、スパイラル状あるいは円周状の軌跡を描くように探触子を移動させながら、光音響波を検知することが記載されている。この軌跡に沿って探触子を複数周回させて測定を繰り返すことにより、同一の関心領域を連続的に複数回測定できる。

特開２０１６−１３７０５３号公報

しかしながら、同じ軌道に沿って探触子を複数回周回させる場合に、連続する周回において同じ位置で音響波を検知すると、音響波を検知する位置が固定されるために、アーティファクトの低減が十分でない可能性がある。

本発明は、上記課題認識に基づき、画像に生じるアーティファクトを低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第一に係る被検体情報取得装置は、光源と、前記光源からの光を被検体に向けて照射する光照射部と、前記被検体から伝搬する音響波を受信する探触子と、所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる移動部と、前記光照射部と前記移動部とを制御する制御部と、前記探触子からの受信信号に基づいて被検体画像を形成する信号処理部と、を有する被検体情報取得装置であって、前記信号処理部は、前記周回移動の繰り返しに伴い前記被検体画像を更新し被検体動画像を形成し、前記制御部は、前記被検体動画像に含まれるアーティファクトが前記被検体画像の更新に伴い低減されるように、前記光照射部からの照射のタイミングにおける前記周回軌道上の前記相対位置を、周回ごとに異ならせることを特徴とする。
また、本発明の第二に係る被検体情報取得装置の制御方法は、光源と、前記光源からの光が照射された被検体から発生した音響波を受信する探触子と、円形軌道である所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる被検体情報取得装置の制御方法であって、前記周回軌道上の複数の位置で前記音響波を受信するステップを有し、周回ごとの前記周回軌道の半径は同一であって、前記被検体への前記光の照射のタイミングにおける探触子の位置が前記周回ごとに異なるように前記音響波を受信するステップが実行されることを特徴とする。
また、本発明の第三に係る被検体情報取得装置は、光源と、前記光源からの光を被検体に向けて照射する光照射部と、前記被検体から伝搬する音響波を受信して受信信号を出力する探触子と、所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる移動部と、前記光源と前記移動部とを制御する制御部と、前記受信信号に基づいて被検体画像を形成する信号処理部と、有する被検体情報取得装置であって、前記信号処理部は、前記周回移動に伴う前記受信信号の取得回数の増加に伴い前記被検体画像を更新し被検体動画像を形成し、前記制御部は、前記被検体動画像に含まれるアーティファクトが前記被検体画像の更新に伴い低減されるように、前記光照射部からの前記光の照射のタイミングにおける前記周回軌道上の前記相対位置を、周回ごとに異ならせることを特徴とする。

上記のように、本発明によれば、アーティファクトを低減した光音響画像を取得可能な被検体情報取得装置が提供できる。

本発明の実施例に係る被検体情報取得装置の構成を示すブロック図である。 実施例１に係る探触子の移動および動作のタイミングを示す図である。 実施例１に係る探触子の移動の様子を示す図である。 実施例１に係る探触子の移動の様子を示す図である。 実施例１に係る探触子の移動の様子を示す図である。 実施例１に係る探触子の移動の様子を示す図である。 実施例２に係る探触子の構成例を示す図である。 実施例２に係る探触子の移動の様子を示す図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳しく説明する。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。ただし、以下に記載されている詳細な計算式、計算手順などは、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り、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。

本発明の被検体情報取得装置には、被検体（例えば乳房、顔、手の平等）に近赤外線等の光（電磁波）を照射することにより被検体内で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光音響効果を利用した装置を含む。

光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度分布、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。

また、複数位置の被検体情報である特性情報を、２次元または３次元の特性分布として取得しても良い。特性分布は被検体内の特性情報を示す画像データとして生成され得る。本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響波検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生した音響波を受信する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の実施例１を示すブロック図である。実施例１の被検体情報取得装置は、複数の受信素子００１を有するセンサアレイ００２、照射光学系００３、光源００５、受信回路系００６、センサアレイ移動機構００７、画像生成ブロック００８、画像処理ブロック００９、画像表示系０１０、システム制御部０１１を有する。

図１は、本発明の実施の形態に係る被検体情報処理装置の実施例１を示すブロック図である。実施例１の被検体情報処理装置は、複数の音響波検知素子００１が設けられた支持部００２、照射光学系００３、伝送系００４、光源００５、受信回路系００６、センサアレイ移動機構００７、画像生成部００８、画像処理部００９、画像表示部０１０、システム制御部０１１、および被検体保持部材０１２を有する。

探触子は、支持部００２と、支持部００２に複数配列された音響波検知素子００１を含んで構成される。音響波検知素子００１は、被検体０１３から伝搬してくる光音響波を検知して、その光音響波を電気信号（以下では、光音響信号とも称する）に変換する。音響波検知素子００１は、圧電現象を用いたもの、光の共振を用いたもの、静電容量の変化を用いたものなど、どのような素子を用いて実現しても良い。また、これに限られず、音響波を受信できるものであれば、どのようなものを用いても良い。本実施例において、支持部００２は、半球状の内面形状をしており、その内面に沿って複数の音響波検知素子００１の音響波検出面が配置される。これにより、半球の中心付近に、各音響波検知素子００１の最も受信感度の高い方向、言いかえれば指向軸、が集中する。複数の音響波検知素子００１の受信感度の高い方向が集中している領域からは、その他の領域よりも精度がよい被検体情報を取得することができる。支持部００２は半球状に限らず、楕円体を任意の断面で切り取った形状や、多面体で構成されていても、複数の音響複数検知素子００１の受信感度の高い方向が所定の領域に集中するような構成であればよい。さらに、支持部００２は、複数の音響波検知素子００１を１次元的あるいは２次元的に支持するものであっても良い。このように、複数の音響波検知素子００１を多次元的に配置して構成される探触子を用いることで、同時に複数の位置で音響波を受信することができるため、測定時間を短縮できる。

ここで、高分解能領域とは、音響波検知素子００１の配置により規定される最高受信感度となる位置における受信感度の１／２以上の受信感度が得られる領域を指すものとする。本実施例の構成においては、半球状の支持部００２の中心が最高受信感度となる位置であり、高分解能領域は、半球の中心から等方的に広がる球状の領域である。

光源００５は、システム制御部０１１からの制御信号に基づいて光を発する。光源００５から発せられた光は、射出される光の形状が照射光学系００３によって変形された上で被検体０１３に照射される。光源００５が発生する光は、パルス幅が１０〜１００ｎｓｅｃ程度のパルス光としても良い。このようにすることで、効率的に光音響波を発生させることができる。光源００５は、被検体０１３の深部まで光を到達するように大出力が得られるレーザーが好ましいが、これに限られず、レーザーの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ等を用いるようにしても良い。光源００５に用いるレーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザ、色素レーザー、半導体レーザーなど種々のレーザーが適用できる。光源００５で発生する光の波長は、被検体０１３内部まで光が伝搬する波長であることが好ましく、例えば、被検体０１３が生体の場合、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下としても良い。また、光源００５に用いるレーザーは、出力が強く連続的に波長を変えられるものであって、例えばＮｄ：ＹＡＧ励起のＴｉ：ｓａレーザーや、アレキサンドライトレーザーでも良い。また、光源００５を、異なる波長の単波長レーザーを複数含んで構成しても良い。

光源００５から発せられた光は、光照射部である照射光学系００３まで伝送系００４を介して伝送される。被検体０１３内の光吸収体（被検体が生体であれば新生血管、癌等）は、上記のように被検体０１３に照射された光のエネルギーを吸収することで光音響波を発生する。伝送系００４は、例えば、複数の中空の導波管を、ミラーを内包した関節によって接続して構成され、この導波管内を光が伝搬可能に構成される多関節アームや、ミラーやレンズなどの光学素子により空間中を伝搬させて導光するものを用いるようにしても良い。また、伝送系００４は、バンドルファイバから構成されても良い。

受信回路系００６は、複数の音響波検知素子００１から出力された受信信号にサンプリング処理や増幅処理を施し、デジタル信号に変換して画像生成部００８に送出する。受信回路系００６は、例えば、オペアンプ等の信号増幅器や、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含んで構成される。

画像生成部００８は、受信回路系００６から送出されたデジタル信号を用いて、画像再構成処理をする。この画像再構成とは、たとえばＦｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）などを用いて被検体１３内部の光音響波の初期音圧分布ｐ（ｒ）を算出する処理である。Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）は、例えば、以下の式（１）で表わされるものを用いた画像再構成方法である。

上記式１は、検出器のサイズｄＳ_０、再構成に用いた開口のサイズＳ_０、それぞれ音響波検知素子で受信された信号ｐｄ（ｒ、ｔ）、受信時間ｔ、およびそれぞれの音響波検知素子の位置ｒ０からなるものである。

画像生成部００８は、上記画像再構成処理を行うことにより生成した再構成データを、画像処理部００９へと送出する。画像生成部００８は、例えば、ＣＰＵ（マルチコアＣＰＵを含む）やＦＰＧＡ、ワークステーション、またはハードウェアにより構成されても良い。

画像処理部００９は、画像生成部００８にて生成された再構成データに対して、たとえばゲイン補正処理を行ったり、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタによってノイズ成分を抑制した後、特定の方向からのＭＩＰ（最大輝度投影）画像を生成したり、特定の方向での位置や特定点・面からの距離によって色付けや彩度、明度を変化させた投影像などを生成し、それを画像データとして出力する。このほか、操作者によって指定された領域に対して強調処理を施すなど、各種の画像処理を行い、画像表示用データを画像表示部０１０に送出する。画像処理部００９は、システム制御部０１１とともに表示制御部としての機能も担う。

画像表示部０１０は、ユーザーインターフェースとしての役割を担い、入力された画像表示用データを視認可能な画像として表示する。画像表示部０１０は、画像を表示する表示部を含んで構成される。画像表示部０１０は、タッチパネルを備えた構成として、ユーザからの指示を受け付ける入力部を兼用させても良いし、表示部と入力部とを別のハードウェアとして構成されても良い。

上記で説明した構成要素は、共通のハードウェアで実現されてもよい。たとえば、画像生成部００８と画像処理部００９の機能を担う信号処理部として一体に構成することもできる。

移動部であるセンサアレイ移動機構００７は、支持部００２と音響波検知素子００１を含む探触子を、被検体０１３に対して相対的に移動する。なお、探触子と被検体０１３との相対位置が変われば本発明の効果が得られるため、探触子の位置を固定して被検体０１３を移動させても良いし、探触子と被検体０１３の両者をともに移動させることにより探触子と被検体０１３との相対位置を変化させても良い。センサ移動機構００７は、支持部００２を被検体０１３に対して相対移動させる可動ステージで構成され、図中ｘ−ｙ平面内で２次元的な相対移動を行ったり、さらにｚ方向も含む３次元的な相対移動を行ったりすることができる。

図２（ａ）は、本実施例におけるセンサアレイ００２の移動を模式的に表した図である。ここでは、センサアレイ移動機構００７が探触子をｘ−ｙ平面内で移動させた場合に、探触子の高分解能領域の中心が描く軌跡を２０１で示している。図中、位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３は、それぞれ被検体に対する光照射が行われるタイミングＴｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３における高分解能領域の中心の位置を示す。位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３の各点を中心とした点線で示される円は、それぞれの位置での高分解能領域の広がりを模式的に示している。

このように高分解能領域が重複する複数の位置で光照射し、取得された光音響信号を用いて画像再構成を行う。高分解能領域では多くの受信素子００１の指向性の高い領域が重複するため、その領域から発生した光音響信号を高いＳＮ比で取得することが可能である。また被検体０１３に対するセンサアレイ００２の相対位置が異なる場所で取得した光音響信号を用いて画像再構成を行うことで、画像再構成によって得られた画像上のアーティファクトを抑制することが可能となる。

次に、画像生成部００８ならびに画像処理部００９の動作を説明する。画像生成部００８は、受信回路系００６から出力された光音響信号を用いて画像再構成を実行し、ボリュームデータとして出力する。この画像再構成は光照射ごとに、得られた光音響信号に対して個別に実施する。画像処理部００９は、複数の光音響ボリュームを合成することで、アーティファクトを抑制した合成ボリュームデータを算出する。以下では、ボリュームデータおよび合成ボリュームデータをそれぞれ画像データおよび合成画像データとも称する。図２に示す例では、高分解能領域の中心が位置Ｐｏｓ１にあるタイミングで光照射し、それによって取得した光音響信号を用いて位置Ｐｏｓ１を中心とする点線で示された高分解能領域を含む空間に関して画像再構成し、ボリュームデータ１を得る。次に、高分解能領域の中心が位置Ｐｏｓ２にあるタイミングで光照射し、取得した光音響信号を用いて位置Ｐｏｓ２を中心とする点線で示された高分解能領域を含む空間に関して画像再構成し、ボリュームデータ２を得る。高分解能領域の中心が位置Ｐｏｓ３にある場合にも同様にしてボリュームデータ３を得る。

画像処理部００９は、これら３つのボリュームデータの相対的な位置関係を保持したまま合成することで、合成ボリュームデータ１を算出する。これにより、各ボリュームデータのうち、重複が生じる領域ではアーティファクトが抑制された光音響画像を得ることが出来る。このような効果を得るためには、高分解能領域を模式的に空間的に配置された球状もしくは円柱状の領域とし、その半径をＲとすると、光照射を行う時点での高分解能領域の中心のうち少なくとも２ヶ所の位置の間の距離Ｌとの関係が、Ｌ＜Ｒであることが望ましい。

また、軌道２０１のどの位置にセンサアレイ００２が存在した場合であっても高分解能領域同士が重複するように探触子の動きを制御することで、より多くの光音響信号を用いて画像再構成することが可能となり、さらにアーティファクトを抑制した光音響画像を得ることが可能となる。例えば円形軌道２０１の半径をＲｒｏｔとして、Ｒｒｏｔ＜Ｒとなる関係性で制御することで、この効果を得ることができる。またさらにＲｒｏｔ＜Ｒ／２となる関係性で制御することで、周回軌道の内部の全ての領域において高分解能領域同士が重複するので、より広い範囲でアーティファクトを抑制した光音響画像を得ることが可能となる。

図２（ｂ）は、光照射のタイミングを示すタイミング図である。図２（ｂ）に示すように、時間的に等間隔に光の照射を行いつつ、センサアレイ００２の位置がＰｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３、・・・、ＰｏｓＮと変わる。各タイミングで光音響信号が受信回路系によって取得されると、取得された光音響信号を用いた画像再構成により、画像生成部００８がボリュームデータＶ１、Ｖ２、・・・、ＶＮを生成する。さらに、画像処理部００９は、ボリュームデータＶ１〜Ｖ３の３個のボリュームデータを用いて合成光音響ボリュームＶ’１を算出する。本例では、合成ボリュームデータＶ’ｎは、ボリュームデータＶｎ〜Ｖ（ｎ＋２）を合成することにより生成される。

こうして得られた合成ボリュームデータに応じた画像を、画像表示部０１０に順次表示することで、リアルタイムに更新される光音響画像を提示することができる。しかも、合成されるボリュームデータは、高分解能領域が互いに重複する位置において光音響波を受信したことにより生成されたボリュームデータであるため、この重複の生じている位置については特にアーティファクトが抑制された画像を生成することができる。

合成ボリュームデータは、光照射３回分の時間で得られた光音響信号を合成していることとなる。被検体０１３が生体である場合には、体動、例えば呼吸などによって撮像対象が移動することがある。体動の前後で得られた光音響信号を使って合成ボリュームデータを生成すると、画像には体動によるぼけが生じる。そこで、画像処理部００９において合成に用いる光音響ボリュームの数を、ぼけが画像にあまり影響を及ぼさない程度の数に制限することが好ましい。例えば、呼吸による体動が約０．３Ｈｚ（周期約３．３３秒）である場合には、この周期よりも短い時間の間に取得された光音響信号を用いることで、体動の影響が低減された画像を得ることが可能となる。仮に、光照射の周期が１０Ｈｚであるとすると、合成に用いるボリュームデータの数を１６以下に制限すれば、合成に用いる光音響信号を１．６秒以内に取得できるので、体動周期の約半分以下での合成が可能になる。さらに、合成に用いるボリュームデータの数を８以下に制限すれば、合成に用いる光音響信号を０．８秒以内に取得できるので、体動周期の約１／４程度の周期で得られた光音響信号を用いて合成ボリュームデータを得ることができる。合成ボリュームデータの生成に用いるボリュームデータの数が少ないほど時間分解能の高い画像が得られ、逆に合成ボリュームデータの生成に用いるボリュームデータの数が多いほどＳＮ比の高い画像が得られる。この数は、操作者が不図示の入力部によって任意に設定できるようにしても良い。また、合成に用いるボリュームデータの数を表示することで、操作者への利便性を向上させることができる。さらにまた、合成に用いている光音響信号の取得時間幅や取得時間幅から算出できる周期（Ｈｚ）を表示することで、得られる画像の時間分解能を操作者に認識させることができる。これにより、操作者は、合成に用いるボリュームデータの数や、時間分解能の指定がしやすくなる。

上述の動作によれば、位置Ｐｏｓ２で取得された受信データは画像Ｉｍ１およびＩｍ２には含まれるがＩｍ３には含まれず、位置Ｐｏｓ３で取得された光音響信号は画像Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３には含まれるが画像Ｉｍ４には含まれない。つまり、ある位置で取得された光音響信号、言い換えればその光音響信号を用いたボリュームデータの、画像表示部０１０に表示される画像に対する寄与度が、時間の経過とともに低下することとなる。結果、ボリュームデータの合成によりアーティファクトを抑制するとともに、時間的に古い光音響データによる画像への寄与を抑制しながら画像を更新することが可能となる。

上記で説明した動作を一般化して説明すると、本実施例においては、被検体に対する相対位置の異なるＮ箇所（Ｎは３以上の整数）のそれぞれで光音響信号を取得し、これによってＮ個のボリュームデータを得る。そして、第ｉ〜第（ｉ＋ｍ）のボリュームデータ（ｉ＋ｍ＜Ｎ；ｉ，ｍはともに自然数）のうちの少なくとも２つのボリュームデータを合成することで第１の合成ボリュームデータが生成され、第（ｉ＋ｎ）〜第（ｉ＋ｎ＋ｍ）のボリュームデータ（ｎは自然数）のうちの少なくとも２つのボリュームデータを合成することで第２の合成ボリュームデータが生成される。その後、第１の合成ボリュームデータに基づく画像を第２の合成ボリュームデータに基づく画像で更新することにより、第１の合成画像と第２の合成画像が順次表示される。

図２（ａ）に示すように、所定の領域（本例では軌道２０１の中心）の周囲を繰り返し周回しながら光音響信号の受信を行い、複数のボリュームデータを合成して得られる画像を順次表示することにより、操作者は、所定の領域の動画像を見ることができる。この動画像は、画像処理部００９や不図示の記憶部に記録してもよい。

また、ボリュームデータから合成ボリュームデータを作成する際に、合成の比率に重みを付けても良く、例えばボリュームデータＶ（ｉ）からＶ（ｉ＋ｍ）を用いて合成ボリュームデータを作成する際のそれぞれのボリュームに対する比率をα（ｉ）からα（ｉ＋ｍ）とした場合、
α（ｉ）≦α（ｉ＋１）≦α（ｉ＋２）≦α（ｉ＋３）…≦α（ｉ＋ｍ）
となるようにすることで、合成ボリュームデータに対する古い受信データの寄与をさらに低減することが可能となる。

また画像表示部には、合成画像データを生成するのに用いたボリュームデータを取得するのに要した時間幅（例えば位置Ｐｏｓ１において光音響信号を得たタイミングから位置Ｐｏｓ３で受信信号を得たタイミングまでの期間）を示しても良い。これにより現在表示されている合成画像データがどの程度の時間分解能を有しているのかを操作者が把握することが出来る。

さらにまた、合成ボリュームデータを作成する際のそれぞれのボリュームに対する比率α（ｉ）からα（ｉ＋ｍ）の値を表示しても良く、さらにその値を操作者が変更できるようにすることで、操作者の要望する時間分解能やアーティファクトの抑制レベルに応じた調整が可能となる。

また、画像処理部００９は、画像表示部０１０に表示される画像のうち、高分解能領域に対応する領域をそれ以外の領域に対して強調して表示させてもよい。

また、互いに異なる波長の光を発せられる複数の光源を有している場合や、単一の光源でも波長が可変な光源を光源００５として用いる場合にも、本実施例を適用できる。たとえば、被検体に照射される光の波長を１回のパルス光照射ごとに切り替える場合には、異なる波長の光を照射することで得られた光音響信号同士を用いて画像再構成しても良いし、波長が同じ光を照射したことで得られた光音響信号同士を用いて画像再構成しても良い。どちらの場合にも、光音響信号を取得した複数のタイミングにおける高分解能領域のうち、少なくとも２つが重複していることが好ましい。同じ波長の光を照射することで得られた光音響信号のみを用いることにより、アーティファクトを低減した、その波長に特有の光音響画像を得ることが出来る。また、光照射の波長が同じである光音響信号を用いる場合にも、それぞれの光音響信号を取得したタイミングが近いものを採用することで、時間分解能の高い光音響画像の提供が可能である。

なお、本実施例では時間的に連続する複数のボリュームデータから合成ボリュームデータを生成したが、必ずしも連続するボリュームデータを全て用いる必要はない。たとえば、発光ダイオードのように高い繰り返し周波数で発光できる光源を使う場合には、連続する複数のボリュームをすべて使うと膨大なデータ量になってしまうので、一部のボリュームデータを間引いて合成ボリュームデータを生成することにより記憶部の容量や処理部の負荷を低減できる。

なお、合成ボリュームデータの生成に用いるボリュームデータの数やボリュームデータから合成ボリュームデータを作成する際のそれぞれのボリュームに対する比率はシステム内のたとえばシステム制御部が有する記憶部にプリセット値として記憶されていても良い。そして、例えば診療科や観察部位などの情報に応じて、システム制御部０１１がプリセット値の中から適切なものを設定するようにしても良い。また、入力された患者ＩＤなどの患者情報を参照し、同じ患者を再度撮像する時には前回と同様の設定を候補表示したり、システム制御部０１１が自動選択したりしても良い。

図３は、光照射の繰り返し周波数が１０Ｈｚ、周回軌道（本実施の形態では円状軌跡２０１）をセンサアレイ００２が周回する繰り返し周波数が３Ｈｚの場合の光照射を行うタイミングでの高分解能領域の中心位置を模式的に示した図である。センサアレイ００２は、図中時計回りに円状軌跡２０１に沿って移動するものとする。図３（ａ）のように、センサアレイ００２が通過する位置Ｐｏｓ１、位置Ｐｏｓ２、位置Ｐｏｓ３、位置Ｐｏｓ４において光照射が行われた後、センサアレイ００２は位置Ｐｏｓ１であった場所を通過し、円状軌跡２０１の２回目の周回に入る。２回目の周回においては図３（ｂ）に示したように位置Ｐｏｓ５、位置Ｐｏｓ６、位置Ｐｏｓ７で次の光照射が行われる。さらに、その後位置Ｐｏｓ１であった場所を通過し、３回目の周回に入る。３回目の周回においては、図３（ｃ）に示したように位置Ｐｏｓ８、位置Ｐｏｓ９、位置Ｐｏｓ１０で光照射が行われる。図３（ｄ）は位置Ｐｏｓ１から位置Ｐｏｓ１０までを重ねて表示したものである。このように、３回の周回において、被検体０１２に対して光が照射される時の被検体０１２に対するセンサアレイ００２のそれぞれの周回での相対位置がそれぞれの周回間で異なっている。このように、少なくとも連続する２回の周回における照射位置が互いに異なるように制御することで、１回目の周回の複数の位置（位置Ｐｏｓ１、位置Ｐｏｓ２、位置Ｐｏｓ３、位置Ｐｏｓ４）で取得した光音響信号だけでなく、２回目の周回の複数の位置（位置Ｐｏｓ５、位置Ｐｏｓ６、位置Ｐｏｓ７）で取得した光音響信号も用いて画像再構成することによるアーティファクト抑制の効果を得ることが出来る。

なお、図３に示した例では、１１回目の光照射で位置Ｐｏｓ１に戻る。そのため被検体０１２に対するセンサアレイ００２の相対位置は連続した１０回の光照射までは異なることになる。この連続した１０回の光音響信号を用いて画像再構成することによりアーティファクトの抑制された光音響画像を得ることが出来る。

本実施の形態においては、光照射の繰り返し周波数が１０Ｈｚ、センサアレイの周回の繰り返し周波数を３Ｈｚとして説明したが、例えば光照射の繰り返し周波数が１０Ｈｚ、センサアレイの周回の繰り返し周波数を４Ｈｚなどであっても、少なくとも２回の連続する周回における光照射時の被検体とセンサアレイとの相対位置が異なるため、同様の効果を得ることが出来る。このように、周回ごとの光照射の時の被検体とセンサアレイとの相対位置を異なるものにするためには、光照射の繰り返し周波数と周回の繰り返し周波数との関係が整数倍でなければ良い。また、どちらも整数で制御可能な場合は互いに素な関係であればよい。所定回数の周回を繰り返した時に、センサアレイが同じ位置に戻るように制御した場合は、センサアレイの制御位置制御の記憶ポジション数を少なくすることが可能である。

また、例えば光照射ごとに円状軌跡において３６０／（（１＋√５）／２）＝約２２２．５度や、１３７．５度（３６０−２２２．５）ごとに光照射位置がなるように制御した場合、周回を繰り返しても光照射の時の被検体とセンサアレイとの相対位置は異なるようにすることができ、多くの周回の光音響信号を用いて画像再構成した際のアーティファクト抑制効果を得ることが可能となる。図４（ａ）は１３７．５度ごとに光照射位置が来るように、光照射の繰り返し周波数１０Ｈｚ、センサアレイの周回の繰り返し周波数を３．８２Ｈｚとして設定した場合の、第９周回目までの周回ごとの光照射位置である。図４（ｂ）は５秒間光照射を継続した場合の光照射位置を全て図示したものである。全ての光照射位置が異なっていることが分かる。理論上は、連続する２回の光照射の間に光照射の位置が進む角度を、３６０度を割りきれない、すなわち無理数とすることで、多くの周回を繰り返しても光照射位置を異ならせることが可能となる。ただし、実際の設計上は、少なくとも連続する２回の周回における光照射時の被検体とセンサアレイとの相対位置が異なってさえいれば、何週回目までの光照射位置が一致しないようにするかは、適宜設計者が決定すればよい。

また、周回軌道が円状軌跡であり、その半径をＲｒｏｔ、光照射の繰り返し周波数をＦＬ、周回軌道をセンサアレイ００２が周回する繰り返し周波数をＦｒｏｔとした場合には、
２×Ｒｒｏｔ×ｓｉｎ（Ｆｒｏｔ／ＦＬ×π）＜Ｒ
となる関係性でＲｒｏｔ、Ｆｒｏｔ、ＦＬが設定されるのが好ましい。

また、ここまでの説明では、周回軌道を円状として説明したが、周回ごとの光照射時の被検体に対するセンサアレイの相対位置が異なっていれば本発明の効果を得ることが可能である。たとえば、図５に示すように、各照射位置の間を直線的に移動（図５（ａ））しても、曲線的に移動（図５（ｂ））しても構わない。図５（ａ）のように直線的に移動することで光照射位置の間を最短距離で移動することが可能となり、より高速な周回移動を実現できることで上記制御パラメータの実現範囲を拡大することが出来る。また、図５（ｂ）のように、光照射位置を通過する曲線的な軌道でもよく、円状の周回軌道よりも光照射位置ごとの移動距離を短くし、かつ移動方向の変化時の加速度変化を図５（ａ）の移動パターンよりも低減した制御が可能となる。このように周回軌道が直線や曲線によって構成されていても良く、周回移動が多角形や円形、楕円形などであっても本発明の効果を同様に得ることが出来る。言い換えると、ある点を中心としてセンサアレイ００２を７２０度以上運動させた際に、先の３６０度分の運動時に光照射を行った時のセンサアレイの位置と、後の３６０度分の運動時に光照射を行った時のセンサアレイの位置とが異なるようにセンサアレイの運動と光照射のタイミングを制御すればよい。この際に、前述の中心点に対するセンサアレイ００２の距離が一定であれば円状の軌跡となり、中心点に対するセンサアレイ００２の距離を変えることにより、楕円形の軌跡や渦巻き状の軌跡、あるいは同心円状の軌跡などとすることができる。図６に連続する２回の３６０度分の運動において、先の３６０度分の運動と後の３６０度分の運動とで、中心点に対する距離を変えた場合の例を示す。

図６は、それぞれ半径が異なる円状の周回軌道を鎖線で表したものであり、例えば実際の周回においては位置７Ａ、位置７Ｂ、位置７Ｃ、位置７Ｄ、位置７Ｅ、位置７Ｆ、位置７Ｈまでの１回目の周回を終了した後、周回の半径が異なる位置７ａ、位置７ｂ、位置７ｃ、位置７ｄ、位置７ｅ、位置７ｆ、位置７ｇ、位置７ｈの位置で光照射を行っても良く、このように周回ごとに周回軌道の半径を変化するように制御することで周回ごとの被検体に対するセンサアレイの相対位置を異なるものとすることが出来る。また図６で位置７Ａ、位置７Ｄ、位置７Ｇで１回目の周回を終了した後、２回目の周回として位置７Ｂ、位置７Ｅ、位置７Ｈ、３回目の周回として位置７Ｃ、位置７Ｆ、位置７ａ、４回目の周回として位置７ｄ、位置７ｇ、５回目の周回として位置７ｂ、位置７ｅ、位置７ｈ、６回目の周回として位置７ｃ、位置７ｆ、位置７Ａというように、より頻繁に周回ごとに周回軌道の半径を変化し、さらに周回軌道の中心付近（高分解能領域の重複する領域）に対するセンサアレイの相対的な方向が光照射ごとに大きく変化するように制御することで、少ない平均化回数であってもアーティファクトをより抑制することができることが期待できる。

＜実施例２＞
次に、本発明の別の実施例を説明する。本実例では、実施例１で説明したセンサアレイ００２とは、受信素子が一次元的に配列されたリニアプローブである点において、実施例１とは相違する。

図７に示すように、本実施例に係るリニアプローブ８０２は、受信素子８０１がＸ軸方向に直線的に配列されている。センサアレイ移動機構００７は、リニアプローブ８０２を、Ｙ軸方向に直線的な周回軌道８０３に沿って往復運動させる。本明細書において、往復移動は直線的な周回軌道に沿った周回移動であるとして説明する。リニアプローブを用いた場合の高分解能領域は、リニアプローブ８０２の受信素子の配列に加えて、複数の受信素子８０１に設けられた音響レンズによって指向性が集まる領域となる。この場合にも、実施例１と同様に、最高受信感度となる位置における受信感度の１／２以上の受信感度が得られる領域を最高分解能領域とする。本実施例では、説明を簡単にするために、受信素子８０１が配列された直線を含み、リニアプローブ鉛直方向（図中Ｚ軸方向）に広がる、厚みを有する領域を高分解能領域８０４として説明する。なお、この高分解能領域８０４は、受信素子８０１の配列に隣接して設けられた光照射系８０５から出射された光の被検体内での光の広がりと、受信素子ならびに音響レンズの指向性によって算出される、光音響信号を感度良く取得できる領域として設定してもよい。

また、図７で示した光照射系８０５の位置は図示の位置に限られず、たとえばリニアプローブ８０２の図中Ｙ軸方向における両側に設けて、領域８０４に光が照射されるようにしてもよい。本実施例においても、光照射系８０５は、リニアプローブ８０２との相対位置を保ちながら、センサアレイ移動機構００７によって移動させられる。信号処理の方法については、実施例１と同様なので、説明を省略する。

図８は、Ｙ軸方向における光照射位置の時間変化を示す図である。図８に示す丸は、光照射を行った時刻における、高分解能領域の中心のＹ軸上の位置を示す。本実施例において、センサアレイ移動機構００７はリニアプローブ８０２と光照射系８０５をＹ軸方向に往復移動させる。つまり、直線的な周回軌道に沿って移動すると言い換えられる。図示のとおり、１度目の往復（つまり、１度目の周回）における光照射位置は、２度目の往復（つまり、２度目の周回）における光照射位置と異なっている。したがって、本実施例においても、実施例１と同様に、少なくとも連続する２回の周回において、光照射位置が異なるようにしているので、アーティファクトを低減した光音響画像を取得することができる。本実施例においても、連続する２回の光照射で高分解能領域が重複するようにすることで、高分解能領域の重複する部分については、高いＳＮ比の光音響信号を得ることができるので、アーティファクトが低減され、さらにＳＮ比も良好な画質の光音響画像を得ることができる。

＜実施例３＞
本発明のさらに別の実施例を説明する。本実施例では、受信素子が二次元的に配列された２Ｄアレイを備えたプローブを探触子として用いる。２Ｄアレイを用いた場合であっても、受信素子の配置で決まる最高受信感度となる位置における受信感度の１／２以上の受信感度が得られる領域を最高分解能領域として取り扱う。

２Ｄアレイを用いた場合にも、プローブを周回移動させ、少なくとも連続する２回の周回における照射位置が互いに異なるように制御することにより、アーティファクト抑制の効果が得られる。周回移動する際の軌道は実施例１で説明した円形の軌道でもよいし、実施例２で説明した直線的な軌道であってもよい。いずれの場合にも、連続する２回の光照射で高分解能領域が重複するようにすることで、高分解能領域の重複する部分については、高いＳＮ比の光音響信号を得ることができるので、アーティファクトが低減され、さらにＳＮ比も良好な画質の光音響画像を得ることができる。

（その他）
上記で説明した各実施例は、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、一部の要素を抜き出して組み合わせることができる。たとえば、実施例２で説明したようなリニアプローブ８０２を、実施例１に示したような円形の軌道に沿って周回移動させてもよい。

また、上記各実施例では、照射光学系００３とプローブとが一体的に移動する場合を説明したが、たとえば、出射される光の向きを可変とする照射光学系を用いることで、照射光学系の物理的な位置を固定とすることもできる。

Claims (17)

1. 光源と、前記光源からの光を被検体に向けて照射する光照射部と、前記被検体から伝搬する音響波を受信する探触子と、所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる移動部と、前記光照射部と前記移動部とを制御する制御部と、前記探触子からの受信信号に基づいて被検体画像を形成する信号処理部と、を有する被検体情報取得装置であって、
   前記信号処理部は、前記周回移動の繰り返しに伴い前記被検体画像を更新し被検体動画像を形成し、前記制御部は、前記被検体動画像に含まれるアーティファクトが前記被検体画像の更新に伴い低減されるように、前記光照射部からの照射のタイミングにおける前記周回軌道上の前記相対位置を、周回ごとに異ならせることを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記探触子は、それぞれが前記音響波を検知して電気信号を発生する複数の音響波検知素子と、前記複数の音響波検知素子の指向軸が集まるように前記複数の音響波検知素子を支持する支持部と、を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. 前記制御部は、前記周回軌道において、前記複数の音響波検知素子の指向軸が集まることで規定される高分解能領域が重なるように前記相対位置を変化させ、前記周回移動を複数回行ったときに形成される前記高分解能領域が重なる領域内において前記相対位置を変化させるように前記光源と前記移動部を制御することを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記周回軌道は、直線、多角形、円形、楕円形、および渦巻き形状のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置
5. 前記周回軌道が円形軌道であり、
   前記円形の周回軌道の半径をＲｒｏｔ、前記光の照射の繰返し周波数をＦＬ、高分解能領域の半径をＲとして、
   前記制御部は、下記式（１）を満たすように前記探触子を周回移動させることを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
   ２×Ｒｒｏｔ×ｓｉｎ（Ｆｒｏｔ／ＦＬ×π）＜Ｒ
6. 前記高分解能領域は、前記探触子の最高受信感度を呈する位置を含み前記最高受信感度の１／２以上の受信感度を呈する前記半径Ｒで規定される仮想球または仮想円柱に該当する領域に該当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. 前記周回軌道は円形軌道であり、周回毎の前記周回軌道の半径は同一であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記第１の周回移動における複数の位置で前記探触子により検知した音響波に基づく複数の信号と、前記第２の周回移動における複数の位置で前記探触子により検知した音響波に基づく複数の信号と、を用いて、前記被検体の画像データを生成する信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記画像データに基づく画像を表示部に表示させる表示制御部をさらに備え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。
10. 光源と、前記光源からの光が照射された被検体から発生した音響波を受信する探触子と、円形軌道である所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる被検体情報取得装置の制御方法であって、前記周回軌道上の複数の位置で前記音響波を受信するステップを有し、
    周回ごとの前記周回軌道の半径は同一であって、前記被検体への前記光の照射のタイミングにおける探触子の位置が前記周回ごとに異なるように前記音響波を受信するステップが実行されることを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
11. 前記周回軌道において、前記複数の音響波検知素子の指向軸が集まることで規定される高分解能領域が重なるように前記相対位置が変化され、前記周回移動を複数回行ったときに形成される前記高分解能領域が重なる領域内において前記相対位置が変化され、前記音響波を受信するステップが行われることを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
12. 前記円形の周回軌道の半径をＲｒｏｔ、前記光の照射の繰返し周波数をＦＬ、高分解能領域の半径をＲとして、
    前記制御部は、下記式（１）を満たすように前記探触子を周回移動させることを特徴とする請求項１０または１１に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
    ２×Ｒｒｏｔ×ｓｉｎ（Ｆｒｏｔ／ＦＬ×π）＜Ｒ
13. 前記高分解能領域は、前記探触子の最高受信感度を呈する位置を含み前記最高受信感度の１／２以上の受信感度を呈する前記半径Ｒで規定される仮想球または仮想円柱に該当する領域に該当することを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
14. 前記被検体情報取得装置がさらに信号処理部を有し、
    前記信号処理部に、
    前記第１の周回移動における複数の位置で前記探触子により検知した音響波に基づく複数の信号と、
    前記第２の周回移動における複数の位置で前記探触子により検知した音響波に基づく複数の信号と、を用いて、
    前記被検体の画像データを生成させるステップを有することを特徴とする請求項１０乃至１３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。
15. 前記画像データに基づく画像を表示部に表示させるステップを有することを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
16. 前記探触子からの受信信号に基づいて被検体画像を形成する信号処理を行う信号処理ステップをさらに有し、
    前記信号処理ステップは、前記周回移動の繰り返しに伴い前記被検体画像を更新し被検体動画像を形成し、
    前記音響波を受信するステップは、前記被検体動画像に含まれるアーティファクトが前記被検体画像の更新に伴い低減されるように、前記光照射部からの照射のタイミングにおける前記周回軌道上の前記相対位置を、周回ごとに異なって実行されることを特徴とする請求項１０乃至１５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。
17. 光源と、前記光源からの光を被検体に向けて照射する光照射部と、前記被検体から伝搬する音響波を受信して受信信号を出力する探触子と、所定の周回軌道上において前記探触子の前記被検体に対する相対位置を変化させて周回移動させる移動部と、前記光源と前記移動部とを制御する制御部と、前記受信信号に基づいて被検体画像を形成する信号処理部と、有する被検体情報取得装置であって、
    前記信号処理部は、前記周回移動に伴う前記受信信号の取得回数の増加に伴い前記被検体画像を更新し被検体動画像を形成し、
    前記制御部は、前記被検体動画像に含まれるアーティファクトが前記被検体画像の更新に伴い低減されるように、前記光照射部からの前記光の照射のタイミングにおける前記周回軌道上の前記相対位置を、周回ごとに異ならせることを特徴とする被検体情報取得装置。

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