JP6661787B2 - 光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置 - Google Patents

光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置 Download PDF

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Description

本発明は、血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像に基づいて、血管再生指標を取得して表示する光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置に関する。
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信および受信が可能な超音波探触子が用いられる。超音波探触子から被検体（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面で反射する。その反射超音波を超音波探触子によって受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。
一方、近年、骨髄細胞を用いた血管の再生治療が注目されている。たとえば抹消動脈閉塞症によって血流の悪くなった下肢に、自らの骨髄から採取した細胞をそのまま直接注射することによって、骨髄細胞が血管に分化して血管新生が生じることが分かっている。
特開２０１３−３４８５２号公報 特開２０１３−１７７６０号公報
ここで、上述したように血管新生によって発生した再生血管は、従来は、造影法を用いた血管イメージング法（Ｘ線血管造影、血管造影ＣＴ（Computed Tomography）、および血管造影ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）など）によって確認されていた。
しかしながら、造影法を用いた血管イメージング法では、細かい再生血管を確認することが困難である。
そこで、上述した光音響イメージングによって取得された光音響画像によって再生血管を確認することが考えられるが、単に現在の光音響画像を確認しただけでは、再生治療による効果を確認することが困難である。
本発明は、上記事情に鑑み、血管の再生治療による効果を容易かつ高精度に確認することができる光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置を提供することを目的とするものである。
本発明の光音響画像評価装置は、血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部とを備える。
また、上記本発明の光音響画像評価装置においては、第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う位置合わせ処理部と、第１の光音響画像に含まれる第１の血管領域と第２の光音響画像に含まれる第２の血管領域を抽出する血管領域抽出部とを備えてもよい。また、血管再生指標取得部は、位置合わせ処理によって位置合わせされた第１の血管領域と第２の血管領域との差異に基づいて、血管再生指標を取得してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、光音響画像取得部は、第１の時点において連続して生成された一連の第１の光音響画像候補の群を取得してもよい。また、上記本発明の光音響画像評価装置は、第１の光音響画像候補の群の中から、第２の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる第１の光音響画像を選択する画像選択部を備えてもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、光音響画像取得部は、第２の時点において連続して生成された一連の第２の光音響画像候補の群を取得してもよい。また、上記本発明の光音響画像評価装置は、第２の光音響画像候補の群の中から、第１の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる第２の光音響画像を選択する画像選択部を備えてもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、光音響画像取得部は、第１の時点において連続して生成された一連の第１の光音響画像候補の群および第２の時点において連続して生成された一連の第２の光音響画像候補の群を取得することができ、第１の光音響画像候補の群の中から、第２の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる第１の光音響画像を選択し、第２の光音響画像候補の群の中から、第１の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる第２の光音響画像を選択する画像選択部を備えることができる。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、画像選択部は、第２の光音響画像候補の画像特徴量に基づいて、第２の光音響画像を選択してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、画像選択部は、再生治療を行う際に被検体内に挿入された挿入物の画像を含む第２の光音響画像候補を第２の光音響画像として選択してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置においては、第２の光音響画像を記憶する過去画像記憶部を備えてもよく、また、過去画像記憶部が、第２の光音響画像候補の群のうち、画像選択部によって選択された第２の光音響画像のみを記憶してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、位置合わせ処理部は、第１の光音響画像内および第２の光音響画像内に設定された一部の基準領域に基づいて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行ってもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置においては、被検体への超音波の照射によって被検体内で反射した反射超音波を検出して生成された超音波画像であって、第１の光音響画像に対応する第１の超音波画像および第２の光音響画像に対応する第２の超音波画像を取得する超音波画像取得部を備えてもよい。また、上記本発明の光音響画像評価装置において、位置合わせ処理部は、第１の超音波画像および第２の超音波画像に基づいて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行ってもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、位置合わせ処理部は、予め設定された太さ以上の血管に基づいて、位置合わせ処理を行ってもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、位置合わせ処理部は、第１の光音響画像および第２の光音響画像に対してローパスフィルタ処理を施し、そのローパスフィルタ処理後の第１の光音響画像および第２の光音響画像に位置合わせ処理を施してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管領域抽出部は、予め設定された太さ以下の血管の領域を第１の血管領域および第２の血管領域として抽出してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管領域抽出部は、３０μｍ以上３００μｍ以下の血管の領域を第１の血管領域および第２の血管領域として抽出してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、位置合わせ処理部は、ブロックマッチングおよび画像変形処理によって位置合わせ処理を行ってもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管領域抽出部は、第１の光音響画像および第２の光音響画像に対して、複数の血管径に応じた複数のヘシアンフィルタを用いた強調処理をそれぞれ施し、その複数の強調処理後の第１の光音響画像からそれぞれ抽出された血管領域を統合して第１の血管領域を抽出し、複数の強調処理後の第２の光音響画像からそれぞれ抽出された血管領域を統合して第２の血管領域を抽出してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管再生指標取得部は、第１の血管領域と第２の血管領域とに基づいて、再生血管領域を取得し、その再生血管領域の形状のパターンに基づいて、血管再生指標を取得してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管再生指標取得部は、再生血管領域の形状のパターンとして、予め設定された長さ以上連続して延伸するパターンを特定してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管再生指標取得部は、再生血管領域の形状のパターンとして、予め設定された長さ以下の複数の部分血管領域が断続的に分布するパターンを特定してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管再生指標取得部は、第２の血管領域の画素数に対する第１の血管領域の画素数の増加度を血管再生指標として算出してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、血管再生指標取得部は、第２の血管領域の面積に対する第１の血管領域の面積の増加度を血管再生指標として算出してもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、表示制御部は、第１の光音響画像と第２の光音響画像とを並べて表示部に表示させてもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、第１の光音響画像および第２の光音響画像は２次元画像としてもよい。
また、上記本発明の光音響画像評価装置において、第１の光音響画像および第２の光音響画像は３次元画像としてもよい。
本発明の光音響画像生成装置は、血管の再生治療を施した被検体に対して光を出射する光出射部と、被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出部を有するプローブと、音響波検出部によって検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部と、光音響波画像生成部によって生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部とを備える。
また、上記本発明の光音響画像生成装置において、光出射部から出射される光の波長は、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、上記本発明の光音響画像生成装置において、プローブの中心周波数は、９ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。
また、上記本発明の光音響画像生成装置において、音響波検出部は、複数の振動子が配列された振動子アレイを有し、振動子アレイにおける振動子のピッチは、０．０５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
本発明の光音響画像評価方法は、血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって被検体内で発生した音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得し、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得し、血管再生指標を表示部に表示させる。
本発明の光音響画像評価プログラムは、コンピュータを、血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部として機能させる。
本発明の光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置によれば、血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する。そして、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得し、その血管再生指標を表示部に表示させるようにしたので、血管の再生治療による効果を容易かつ高精度に確認することができる。
本発明の光音響画像評価装置の一実施形態を用いた光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図 超音波探触子の正面断面図 超音波探触子の側断面図 光音響画像評価部の概略構成を示すブロック図 画像選択部におけるマッチング処理の一例を説明するためのフローチャート 位置合わせ処理部における位置合わせ処理の一例を説明するためのフローチャート 血管再生指標の表示例を示す図 血管再生指標のその他の表示例を示す図 予め設定された長さ以上連続して延伸する第１の血管パターンの一例を示す図 予め設定された長さ以下の複数の部分血管領域が断続的に分布する第２の血管パターンの一例を示す図 ガン化組織の血管パターンの一例を示す図 再生治療による血管の増加量と疾患の危険度とを対応付けたテーブルの一例を示す図 本発明の光音響画像評価装置の一実施形態を用いた光音響画像生成装置の作用を説明するためのフローチャート 光音響画像評価部のその他の実施形態を示すブロック図
以下、本発明の光音響画像評価装置の一実施形態を用いた光音響画像生成装置１０について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示す図である。
本実施形態の光音響画像生成装置１０は、図１に示すように、超音波探触子１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示部１４および入力部１５を備えている。
本実施形態の光音響画像生成装置１０は、血管の再生治療を施した被検体Ｍに対してレーザ光を照射し、被検体Ｍ内の吸収体（たとえばヘモグロビン）が発生した光音響波を検出することによって被検体Ｍ内における血管を検出し、これにより再生治療による効果を確認することができるものである。以下、光音響画像生成装置１０の具体的な構成について説明する。
超音波探触子１１は、被検体Ｍ内において発生した光音響波Ｕを検出し、光音響波信号を出力するものである。また、超音波探触子１１は、被検体に対して超音波を送信し、その送信した超音波に対する被検体からの反射超音波を検出し、反射波信号を出力するものである。
ここで、「超音波」とは、超音波探触子１１から送信された弾性波およびその反射波を意味し、「光音響波」とは、測定光（たとえばレーザ光）の照射による光音響効果により被検体Ｍ内に発生した弾性波を意味する。また、超音波の送受信は分離して行ってもよい。たとえば超音波探触子１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波を超音波探触子１１で受信してもよい。
超音波探触子１１（本発明のプローブに相当する）は、ケーブル４０を介して超音波ユニット１２に接続されている。図２Ａおよび図２Ｂは超音波探触子１１の概略構成図である。図２Ａは、超音波探触子１１の正面断面図であり、図２Ｂは、超音波探触子１１の側断面図である。
超音波探触子１１は、図１並びに図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、振動子アレイ２０、複数の光ファイバ４１ａが束ねられたバンドルファイバ４１、振動子アレイ２０を挟むように配置された２つの光出射部４２およびこれらを収容する筺体１１ａを備える。
振動子アレイ２０は、たとえば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子２０ａ（或いは音響波検出素子）から構成される。本実施形態においては、超音波振動子２０ａが本発明の振動子に相当し、振動子アレイ２０が、本発明の音響波検出部に相当する。超音波振動子２０ａは、たとえば圧電セラミクスまたはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。超音波振動子２０ａは、光音響波Ｕまたは反射超音波を受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有し、超音波振動子で発生した電気信号は後述する受信回路２１に出力される。超音波探触子１１は、セクタ型、リニア型、およびコンベックス型等の中から撮像部位に応じて選択される。
また、本実施形態においては、再生治療によって再生した細かい血管を検出するため、振動子アレイ２０における超音波振動子２０ａのピッチは、０．０５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。また、超音波探触子１１の中心周波数は、９ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下であることが好ましい。
バンドルファイバ４１は、レーザユニット１３からのレーザ光を光出射部４２まで導光するものである。バンドルファイバ４１は、特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。バンドルファイバ４１は、出射側において光ファイバ４１ａごとに分岐し、光出射部４２に接続される。
光出射部４２は、バンドルファイバ４１によって導光されたレーザ光を被検体Ｍに照射する部分である。図１および図２Ｂに示されるように、本実施形態では、２つの光出射部４２が、振動子アレイ２０を挟んで対向するように、振動子アレイ２０の両側に配置されている。光出射部４２としては、たとえば導光板を使用することができる。導光板は、たとえばアクリル板または石英板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面から入れた光を他方の端面から均一に面発光させる板である。振動子アレイ２０に対して両側に配置された被検体表面を均一に照明するため、振動子アレイ２０のアレイ方向の幅と導光板の幅は同程度の長さであることが好ましい。また、導光板の入射端あるいは出射端に拡散板を設けてもよい。
レーザユニット１３は、たとえばレーザ光を発するＱスイッチによる固体レーザ光源を有し、被検体Ｍに照射する測定光Ｌとしてレーザ光を出力する。レーザユニット１３は、たとえば超音波ユニット１２の制御部３１からのトリガ信号を受けてレーザ光を出力するように構成されている。レーザユニット１３は、レーザ光として１ｎｓ〜１００ｎｓのパルス幅を有するパルス光を出力することが好ましい。本実施形態では、レーザユニット１３の光源は、たとえばＱスイッチを使用したアレキサンドライトレーザである。
レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の吸収体の光吸収特性によって適宜決定される。本実施形態においては、上述したように血管を検出するので、すなわち計測対象が生体内のヘモグロビンであるので、近赤外波長域近傍の波長であることが好ましい。より好ましくは、５００ｎｍ〜１２００ｎｍである。しかしながら、レーザ光の波長はこれに限られるものではない。また、レーザ光は、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光が複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット１３は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧ−ＯＰＯレーザおよびＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、並びに可視波長領域のレーザ光を出力可能なＳＨＧ−Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いることもできる。
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部（Analog to Digital convertor）２２、受信メモリ２３、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５、画像記憶部２６、過去画像記憶部２７、光音響画像評価部２８、表示制御部２９、送信制御回路３０および制御部３１を有する。本実施形態においては、超音波ユニット１２における光音響画像評価部２８および表示制御部２９が、本発明の光音響画像評価装置に相当するものである。
超音波ユニット１２は、たとえばコンピュータから構成されるものであり、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット１２には、光音響画像生成および超音波画像生成に関するプログラム並びに本発明の光音響画像評価プログラムの一実施形態がメモリにインストールされている。プロセッサによって構成される制御部３１によってこれらのプログラムが動作することで、光音響画像生成部２４、超音波画像生成部２５、光音響画像評価部２８、および表示制御部２９の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。
なお、超音波ユニット１２のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、プロセッサ、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、メモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。
受信回路２１は、超音波探触子１１から出力された光音響波信号および反射波信号を受信する。受信回路２１は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、およびローパスフィルタを含む。超音波探触子１１から出力された光音響波信号および反射波信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされる。
ＡＤ変換部２２は、受信回路２１が受信した光音響波信号および反射波信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２は、たとえば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波信号および反射波信号をサンプリングする。ＡＤ変換部２２は、サンプリングした光音響波信号および反射波信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信回路２１とＡＤ変換部２２とは、例えば１つのＩＣとして構成されていてもよし、個別のＩＣとして構成されていてもよい。
光音響画像生成部２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、例えば、ＦＴＡ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｌｇｏｒｉｓｍ）法もしくは遅延加算（位相整合加算）法などの画像再構成、検波、および対数変換などを含む。
超音波画像生成部２５は、受信メモリ２３に格納された反射波信号に基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像の生成も、位相整合加算などの画像再構成、検波、および対数変換などを含む。
制御部３１は、光音響画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路（図示省略）を備える。トリガ制御回路は、たとえば光音響画像生成装置１０の起動の際に、レーザユニット１３に発光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。
そして、制御部３１は、光音響画像の生成の際には、トリガ制御回路からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御部３１は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御する。また、本実施形態では、制御部３１は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換部２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換部２２における光音響波信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響波信号をサンプリングすることが可能となる。
また、制御部３１は、超音波画像の生成の際には、送信制御回路３０に超音波送信を指示する超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３０は、このトリガ信号を受けると、超音波探触子１１から超音波を送信させる。超音波探触子１１は、超音波の送信後、被検体Ｍからの反射超音波を検出し、反射波信号を出力する。
超音波探触子１１から出力された反射波信号は、受信回路２１を介してＡＤ変換部２２に入力される。制御部３１は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換部２２にサンプリングトリガ信号を送り、反射波信号のサンプリングを開始させる。
そして、本実施形態においては、制御部３１は、光音響画像と超音波画像とが同じタイミングで取得されるように各部を制御する。なお、ここでいう同じタイミングとは、完全に同時ではなく、所定のタイミングの短い時間内において光音響画像と超音波画像とが順次取得されることを意味する。すなわち、光音響画像と超音波画像とは、同じフレームレートで順次取得される。
表示制御部２９は、例えば、光音響画像と超音波画像とを別々に、またはこれらの合成画像を表示部１４に表示させる。表示制御部２９は、たとえば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。
また、本実施形態の表示制御部２９は、上述した再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を表示部１４に表示させるものである。血管再生指標は、光音響画像評価部２８において取得されるものである。光音響画像評価部２８の構成および血管再生指標については、後で詳述する。
画像記憶部２６は、光音響画像生成部２４によって生成された光音響画像および超音波画像生成部２５によって生成された超音波画像を一時記憶するものであり、たとえば半導体メモリまたはハードディスクなどの記憶媒体から構成されるものである。光音響画像および超音波画像は、画像記憶部２６に一時記憶された後に、過去画像記憶部２７に過去の光音響画像および超音波画像として順次記憶される。
過去画像記憶部２７は、過去に撮像された光音響画像および超音波画像を記憶するものであり、たとえば大容量の半導体メモリまたはハードディスクなどの記憶媒体から構成されるものである。過去画像記憶部２７は、被検体Ｍを識別可能な識別情報と光音響画像および超音波画像とを対応付けて記憶するものである。識別情報としては、患者を識別可能な情報でもよいし、患者およびその撮像部位を識別可能な情報でもよい。なお、本実施形態においては、過去画像記憶部２７を超音波ユニット１２内に設けるようにしたが、過去の光音響画像および超音波画像を記憶する場所としてはこれに限らず、たとえば本実施形態の光音響画像生成装置１０とは別に設けられた外部の画像保存サーバなどに過去の光音響画像および超音波画像を記憶するようにしてもよい。
光音響画像評価部２８は、現在の光音響画像（第１の光音響画像に相当する）に含まれる血管と過去の光音響画像（第２の光音響画像に相当する）に含まれる血管との差異に基づいて、上述した血管再生指標を取得するものである。光音響画像評価部２８によって取得された血管再生指標は表示制御部２９に出力され、上述したように表示制御部２９によって表示部１４に表示される。
図３は、光音響画像評価部２８の内部構成を示す図である。光音響画像評価部２８は、図３に示すように、光音響画像取得部３２、画像選択部３３、位置合わせ処理部３４、血管領域抽出部３５および血管再生指標取得部３６を備えている。これらの各部は、上述したようにメモリにインストールされた光音響画像評価プログラムを制御部３１が実行することによって機能する。
光音響画像取得部３２は、画像記憶部２６に一時記憶された現在の光音響画像を読み出して取得し、かつ過去画像記憶部２７に記憶された過去の光音響画像を読み出して取得するものである。具体的には、光音響画像取得部３２は、画像記憶部２６から現在の光音響画像を取得し、かつその現在の光音響画像の撮像対象である被検体Ｍの識別情報を取得する。被検体Ｍの識別情報については、たとえば入力部１５を用いてユーザによって設定入力される。そして、光音響画像取得部３２は、取得した識別情報に基づいて、同一患者の同一部位を撮像した光音響画像および超音波画像を過去画像記憶部２７から読み出して取得する。なお、光音響画像取得部３２は、過去画像記憶部２７からではなく、上述した外部に設けられた画像保管サーバなどから過去の光音響画像および超音波画像を取得するようにしてもよい。
また、本実施形態においては、上述したように画像記憶部２６に現在の光音響画像が記憶されるが、この際、１枚の光音響画像だけではなく、連続して撮像された一連の光音響画像の群が記憶される。そして、過去画像記憶部２７にも、この一連の光音響画像の群が記憶される。この光音響画像の群は、たとえば５０フレーム以上１００フレーム以下の光音響画像であることが望ましい。なお、この一連の光音響画像の群は、後述する位置合わせ処理の対象となる得る光音響画像の群であり、以降、現在の光音響画像の群を第１の光音響画像候補の群といい、過去の光音響画像の群を第２の光音響画像候補の群という。また、超音波画像についても、光音響画像に対応して連続して撮像された一連の超音波画像が記憶される。
そして、光音響画像取得部３２は、第１の光音響画像候補の群を画像記憶部２６から読み出して取得し、画像選択部３３に出力し、第２の光音響画像候補の群を過去画像記憶部２７から読み出して取得し、画像選択部３３に出力する。
画像選択部３３は、入力された第１の光音響画像候補の群の中から、後述する位置合わせ処理の対象となる１枚の第１の光音響画像を選択し、入力された第２の光音響画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象となる１枚の第２の光音響画像を選択する。すなわち、画像選択部３３は、第１の光音響画像候補および第２の光音響画像候補のそれぞれの群の中から、位置合わせ処理をより簡易に行うことができる第１の光音響画像と第２の光音響画像との組み合わせを決定するものである。
具体的には、画像選択部３３は、たとえばＭ枚の第１の光音響画像候補と、Ｎ枚の第２の光音響画像候補がある場合には、Ｍ×Ｎ回のマッチング処理を行う。すなわち、第１の光音響画像候補と第２の光音響画像候補との全ての組み合わせについて、それぞれマッチング処理を行う。図４は、このマッチング処理の一例を説明するためのフローチャートである。マッチング処理としては、画像変形に対してロバストな特徴ベースマッチングを行うことが望ましい。特徴ベースマッチングは、図４に示すように、まず、画像からエッジやコーナーなどの特徴点を検出する（Ｓ３０）。次いで、その特徴点の周囲の局所領域から特徴量（局所記述子）を算出する（Ｓ３２）。そして、その特徴量の距離に基づいて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との間のマッチングを行い、全ての組み合わせについてマッチングの程度を表すマッチング指標を算出する（Ｓ３４）。そして、画像選択部３３は、マッチング指標が最も高い第１の光音響画像と第２の光音響画像との組み合わせを最適な組み合わせとして選択する（Ｓ３６）。
なお、特徴点の抽出としては、Harris point、DoG(Difference of Gaussian) region、Harris-Affine region、およびMSER(Maximally Stable Extermal Regions)などの手法を用いることができる。また、特徴量としては、SIFT(Scale Invariant Feature Transform)、GLOH(Gradient Location-Orientation Histgram)などを用いることができる。
また、本実施形態では、上述したように第１の光音響画像候補と第２の光音響画像候補との全ての組み合わせについてマッチング処理を行うようにしたが、これに限らず、過去の第２の光音響画像については、Ｎ枚の第２の光音響画像候補の中から１枚の第２の光音響画像をユーザが選択し、その選択された第２の光音響画像とＭ枚の第１の光音響画像候補とのマッチングを行うようにしてもよい。これによりマッチング処理の時間を短縮することができる。また、逆に、現在の第１の光音響画像については、Ｍ枚の第１の光音響画像候補の中から１枚の第１の光音響画像をユーザが選択し、その選択された第１の光音響画像とＮ枚の第２の光音響画像候補とのマッチング処理を行うようにしてもよい。
第１の光音響画像または第２の光音響画像のユーザによる選択については、たとえば表示制御部２９が、Ｍ枚の第１の光音響画像候補またはＮ枚の第２の光音響画像候補を表示部１４に表示させ、ユーザが、その表示された第１の光音響画像候補または第２の光音響画像候補の中から入力部１５を用いて１枚の第１の光音響画像または第２の光音響画像を選択するようにすればよい。
また、本実施形態においては、上述したようにマッチング指標が最も高い第１の光音響画像と第２の光音響画像との組み合わせを最適な組み合わせとして選択するようにしたが、これに限らず、マッチング指標が最も高い組み合わせから順に予め設定された数の組み合わせを選択し、その複数の組み合わせを表示制御部２９が表示部１４に表示させるようにしてもよい。そして、ユーザが、入力部１５を用いて複数の組み合わせ中から１つの組み合わせを選択するようにしてもよい。
また、最も高いマッチング指標が、予め設定された閾値以下である場合には、第１の光音響画像候補の群を再度撮像するように、表示部１４にメッセージなどを表示するなどしてユーザに促すようにしてもよい。
位置合わせ処理部３４は、画像選択部３３によって選択された第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行うものである。図５は、本実施形態の位置合わせ処理部３４における位置合わせ処理の一例を説明するためのフローチャートである。本実施形態においては、位置合わせを高精度に行うため、第１の光音響画像と第２の光音響画像に含まれる血管のうち、相対的に太い血管を中心とした位置合わせ処理を行う。具体的には、第１の光音響画像および第２の光音響画像に対してローパスフィルタ処理を施すことによって、３００μｍ以上の太さの血管の画像成分を抽出する（Ｓ４０）。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、３００μｍ以上の太さの血管の画像成分が抽出されるように設定されている。
そして、ローパスフィルタ処理後の第１の光音響画像および第２の光音響画像との間でブロッキングマッチングを行って動きベクトルを推定する（Ｓ４２）。そして、その動きベクトルに基づいて、画像変形処理を行う（Ｓ４４）。なお、画像変形処理は、過去の第２の光音響画像を基準として現在の第１の光音響画像を変形するようにしてもよいし、現在の第１の光音響画像を基準として過去の第２の光音響画像を変形するようにしてもよい。また、位置合わせ処理としては、上述したようなブロッキングマッチングに限らず、その他の公知な手法を用いることができる。
また、本実施形態においては、第１の光音響画像および第２の光音響画像の全体について、太い血管を中心とした位置合わせ処理を行うようにしたが、これに限らず、第１の光音響画像および第２の光音響画像において、それぞれ一部の基準領域を設定し、その基準領域同士の位置合わせの精度が高くなるように位置合わせ処理を行うようにしてもよい。一部の基準領域については、たとえば表示制御部２９が、第１の光音響画像および第２の光音響画像を表示部１４に表示させ、ユーザが、入力部１５を用いて、第１の光音響画像内および第２の光音響画像内の一部の領域を指定することによって設定される。
基準領域としては、たとえば再生治療によって血管が再生していると推定される領域を中心として、上述したような３００μｍ以上の太さの血管を含む領域を指定するようにすればよい。
また、上述した動きベクトルの推定方法としては、たとえばブロック毎に正規化相互関数などの類似度を評価して行う方法、および画像全体からキーポイント（たとえばコーナーなどの特異パターン）を抽出し、これを元に行う方法などがある。ただし、これらの手法に限られず、その他の公知な手法を用いるようにしてもよい。
次に、血管領域抽出部３５は、位置合わせ処理部３４において位置合わせ処理の施された第１の光音響画像および第２の光音響画像からそれぞれ血管領域を抽出するものである。なお、本明細書では、第１の光音響画像から抽出された血管領域を第１の血管領域といい、第２の光音響画像から抽出された血管領域を第２の血管領域という。
血管領域抽出処理としては、まず、ヘシアンフィルタを用いて線構造の強調処理を行う。具体的には、第１の光音響画像および第２の光音響画像の局所領域にヘシアンオペレータを適用し、局所領域の二次微分成分からなるヘッセ行列を取得した後、行列対角化により固有値を算出する。なお、固有値は、画像が２次元画像である場合には、２つの固有値λ１およびλ２が算出され、画像が３次元画像である場合には、３つの固有値λ１〜λ３が算出される。そして、算出した固有値の大きさの関係を表現する判別式により、局所領域に含まれる線構造または塊構造を抽出することができる。具体的には、たとえばλ１＞＞０かつλ２≒０である場合には、局所領域は線構造であり、λ１＞＞０かつλ２＞＞０である場合には、塊構造である。
そして、第１の光音響画像および第２の光音響画像に対して、ヘシアンフィルタを用いた線構造の強調処理を施した後、２値化処理を施し、閾値判定することによって血管領域を抽出することができる。
また、上述したようなヘシアンフィルタを用いた強調処理に限らず、第１の光音響画像および第２の光音響画像が２次元画像である場合には、ガボールフィルタを用いた強調処理を採用してもよい。ガボールフィルタは、フィルタ形状と線構造の太さが一致したときに最大出力となるものである。第１の光音響画像および第２の光音響画像の解像度［pixel/μｍ］と抽出したい血管径[μｍ]からフィルタ特性を決定する。そして、そのフィルタ特性を用いて第１の光音響画像および第２の光音響画像に強調処理を施した後、２値化処理を施し、閾値判定することによって所望の径の血管領域を抽出することができる。なお、ガボールフィルタによる強調処理は、線構造の角度θを変更しながら行われるが、血管が延びる方向が予め分かっている場合には、角度θの変更範囲を限定するようにしてもよい。角度θの変更範囲については、ユーザが入力部１５を用いて設定入力するようにしてもよい。
また、血管領域抽出処理によって抽出する血管としては、３０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。したがって、たとえば複数の血管の径を設定し、各径について上述した血管抽出処理を行い、各径の血管を統合して１つの第１の血管領域および第２の血管領域を取得するようにしてもよい。
具体的には、たとえば上述したヘシアンフィルタを用いた強調処理を行う場合には、微分フィルタ×ガウシアンフィルタで表されるヘシアンオペレータのガウシアンフィルタのσを所望の血管の径に合わせて調整することによって、その所望の径の血管に相当する信号を特異的に抽出することができる。上述したように３０μｍ以上３００μｍ以下の径の血管を抽出する場合には、σ１＝３０μｍ〜１００μｍ、σ２＝１００μｍ〜２００μｍおよびσ３＝２００μｍ〜３００μｍなど血管径に応じた複数のσを設定し、複数回に分けて血管抽出処理を行うようにすればよい。または、σは固定し、第１の光音響画像および第２の光音響画像を多重解像度化することによって、σを変更するのと同等の処理を行うようにしてもよい。
また、上述したガボールフィルタを用いた強調処理を行う場合には、複数の血管の径に対応するフィルタ特性をそれぞれ設定するようにすればよい。
また、上記説明では、血管領域として線構造を抽出するようにしたが、超音波探触子１１の方位方向（超音波振動子２０ａの配列方向）と血管が延びる方向とが平行でなく、たとえば直交して交差するような場合には、血管領域は線構造ではなく、点状の塊構造として第１の光音響画像および第２の光音響画像に現れることになる。したがって、このような点状の塊構造も血管領域として抽出するようにしてもよい。
点状の塊構造については、たとえば上述したヘシアンフィルタを用いた強調処理によって抽出するようにすればよい。また、これに限らず、血管領域の輝度および塊構造の形状がある程度揃っている場合には、テンプレートマッチングを用いて点状の塊構造を抽出するようにしてもよい。また、血管領域の輝度および塊構造の形状に多少ばらつきがある場合には、輝度や形状を抽象化した特徴量を用いて、Adaboost等の機械学習を用いて特徴ベクトルを学習して判別器を生成し、その判別器を用いて点状の塊構造を抽出するようにしてもよい。または、第１の光音響画像および第２の光音響画像を２値化した後、モフォロジフィルタを用いて点状の塊構造を抽出するようにしてもよい。
次に、血管再生指標取得部３６は、血管領域抽出部３５によって抽出された第１の血管領域と第２の血管領域との差異に基づいて、血管再生指標を取得するものである。血管再生指標は、上述したように再生治療による血管の状態を表すものである。
血管再生指標の具体例としては、たとえば血管の増加度がある。血管の増加度（％）は、たとえば第１の血管領域に含まれる画素数を第２の血管領域に含まれる画素数で除算して１００を乗算することによって算出することができる。または、第１の血管領域の面積を第２の血管領域の面積で除算して１００を乗算することによって血管の増加度（％）を算出するようにしてもよい。また、血管再生指標としては、上述したような増加度に限らず、たとえば第１の血管領域の長さと第２の血管領域の長さとを算出し、第１の血管領域の長さから第２の血管領域の長さを減算することによって、再生治療によって増加した血管の長さを血管再生指標として算出するようにしてもよい。または、第１の血管領域の面積から第２の血管領域の面積を減算することによって、再生治療によって増加した血管の面積を血管再生指標として算出するようにしてもよい。
そして、血管再生指標取得部３６によって取得された血管再生指標は表示制御部２９に出力され、表示制御部２９は、血管再生指標を表示部１４に表示させる。図６は、血管再生指標として血管の増加度を表示した例を示す図である。図６においては、第１の光音響画像（現在の光音響画像）とその第１の光音響画像と同じタイミングで撮像された超音波画像との合成画像Ｇ１と、合成画像Ｇ内のＲＯＩ（関心領域）の範囲と、ＲＯＩの面積と、ＲＯＩ内における血管の増加度とを表示した例を示している。図６に示す「Ｖ」は、第１の光音響画像における第１の血管領域である。
なお、ＲＯＩについては、たとえばユーザが入力部１５を用いて設定入力するようにすればよい。また、上述した位置合わせ処理の際に指定された基準領域をＲＯＩとして設定するようにしてもよい。
また、図６においては、第１の光音響画像（現在の光音響画像）とその第１の光音響画像と同じタイミングで撮像された超音波画像との合成画像Ｇ１を表示するようにしたが、これに限らず、図７に示すように、第２の光音響画像（過去の光音響画像）とその第２の光音響画像と同じタイミングで撮像された超音波画像との合成画像Ｇ２と、第１の光音響画像（現在の光音響画像）とその第１の光音響画像と同じタイミングで撮像された超音波画像との合成画像Ｇ３とを並べて表示するようにしてもよい。
また、再生治療によって再生する血管領域Ｖの形状のパターンとしては、図８に示すように、予め設定された長さ以上連続して延伸する第１の血管パターンと、図９に示すように、予め設定された長さ以下の複数の部分血管領域が断続的に分布する第２の血管パターンとが考えられる。したがって、たとえば第１の血管領域から第２の血管領域を除いた領域、すなわち再生治療によって再生した血管領域の形状のパターンが、第１の血管パターンであるのか第２の血管パターンであるかを判別して、その判別結果を血管再生指標として表示部１４に表示させるようにしてもよい。第１の血管パターンと第２の血管パターンとを判別する方法としては、たとえば第１の血管領域から第２の血管領域を除いた領域だけでなく、ヘモグロビンＨの領域も抽出し、これらの領域に属する画素の群を１つの塊の再生血管領域として特定する。図９に示す第２の血管パターンの場合、部分血管領域が断続的に再生しているので、ヘモグロビンが周囲の組織に滲み出していると推定される。すなわち、図９に示す第２の血管パターンの場合、再生血管領域は、線状に延びるのではなく、２次元状に広がる領域となる。そこで、再生血管領域の伸長度を算出し、その伸長度に基づいて、第１の血管パターンと第２の血管パターンとを判別するようにすればよい。伸長度については、たとえば再生血管領域の重心二次モーメントから長軸と短軸とを求め、短軸に対する長軸の比率を伸長度として算出するようにすればよい。伸長度が、予め設定された閾値以上である場合には第１の血管パターンとして判別し、閾値未満である場合には第２の血管パターンであるとして判別するようにすればよい。また、第１の血管領域から第２の血管領域を除いた領域の総画素数に基づいて、第１の血管パターンと第２の血管パターンとを判別するようにしてもよい。具体的には、上記総画素数が予め設定された閾値以上である場合には第１の血管パターンであると判別し、閾値未満である場合には第２の血管パターンであるとして判別するようにしてもよい。
また、再生治療によって再生した血管領域が、第１の血管パターンであるか第２の血管パターンであるかを判別し、かつその第１の血管パターンおよび第２の血管パターンが第１の光音響画像（現在の光音響画像）に含まれる割合をそれぞれ算出し、割合が多い方の血管パターンを第１の光音響画像全体としての血管パターンとして判別するようにしてもよい。
また、再生治療によって再生した血管が、正常な再生血管であるか、もしくはガン化組織の血管であるかを判別し、その判別結果を血管再生指標として取得するようにしてもよい。正常な再生血管であるか、もしくはガン化組織の再生血管であるかの判別方法については、たとえば再生治療によって再生した血管領域の形状のパターンに基づいて判別するようにすればよい。具体的には、正常な再生血管である場合、図８に示すような、ある程度直線状に延びた形状パターンとなるが、ガン化組織の再生血管である場合、図１０に示すように、血管領域Ｖは、ガン化組織Ｃを囲むような形状のパターンとなる。したがって、この血管領域Ｖの形状のパターンの違いを判別するようにすればよい。または、図８に示すような正常な再生血管の形状のパターンからのずれ量を算出し、そのずれ量に基づいて、正常な再生血管であるか、もしくはガン化組織の再生血管であるかを判別するようにしてもよい。
また、再生治療により再生した血管の増加量に基づいて、現在の被検体（患者）の疾患の危険度を取得し、その疾患の危険度を血管再生指標として表示するようにしてもよい。疾患の危険度としては、たとえば糖尿病による手または脚の切断の危険度がある。疾患の危険度を取得する方法としては、たとえば図１１に示すように、再生治療により再生した血管の増加量（％）と疾患の危険度とを対応づけたテーブルを予め設定しておくようにすればよい。なお、図１１に示すテーブルの場合、危険度の数値が大きいほど切断の危険性が増していることを意味する。
図１に戻り、表示部１４は、たとえば液晶ディスプレイなどの表示デバイスを備えたものである。また、入力部１５は、キーボードおよびマウスなどの入力デバイスを備えたものである。なお、タッチパネルを用いることによって、表示部１４と入力部１５とを兼用するようにしてもよい。
次に、本実施形態の光音響画像生成装置１０の作用について、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態の光音響画像生成装置１０は、光音響画像評価部２８に特徴を有するものであるので、光音響画像評価部２８の作用を中心に説明する。
まず、光音響画像取得部３２によって、第１の光音響画像候補の群が画像記憶部２６から読み出されて取得される（Ｓ１０）。
さらに、光音響画像取得部３２によって、第２の光音響画像候補の群が過去画像記憶部２７から読み出されて取得される（Ｓ１２）。
そして、光音響画像取得部３２によって取得された第１の光音響画像候補の群と第２の光音響画像候補の群は画像選択部３３に出力され、画像選択部３３は、第１の光音響画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象の１枚の第１の光音響画像を選択し、第２の光音響画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象の１枚の第２の光音響画像を選択する（Ｓ１４）。
画像選択部３３によって選択された第１の光音響画像と第２の光音響画像は、位置合わせ処理部３４に出力され、位置合わせ処理部３４によって第１の光音響画像と第２の光音響画像とに位置合わせ処理が施される（Ｓ１６）。
そして、位置合わせ処理後の第１の光音響画像と第２の光音響画像とが血管領域抽出部３５に出力され、血管領域抽出部３５によって、第１の光音響画像から第１の血管領域が抽出され、第２の光音響画像から第２の血管領域が抽出される（Ｓ１８）。
そして、第１の血管領域と第２の血管領域の光音響画像の情報が血管再生指標取得部３６に出力され、血管再生指標取得部３６によって、第１の血管領域と第２の血管領域の光音響画像の情報に基づいて、上述した血管再生指標が取得される（Ｓ２０）。
血管再生指標取得部３６によって取得された血管再生指標は表示制御部２９に出力され、表示制御部２９は、入力された血管再生指標を表示部１４に表示させる（Ｓ２２）。
上記実施形態の光音響画像生成装置１０によれば、第１の時点に生成された第１の光音響画像および第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得し、第１の光音響画像に含まれる血管と第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得し、その血管再生指標を表示部１４に表示させるようにしたので、血管の再生治療による効果を容易かつ高精度に確認することができる。
なお、上記説明では、位置合わせ処理後の第１の光音響画像および第２の光音響画像からそれぞれ第１の血管領域および第２の血管領域を抽出するようにしたが、処理の手順としてはこれに限らず、たとえば第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理と、第１の血管領域および第２の血管領域の血管抽出処理とを並行して行うようにしてもよい。具体的には、１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理によって動きベクトルの情報を取得し、かつこれと並行して第１の血管領域および第２の血管領域の血管抽出処理を行い、上述した動きベクトルの情報を用いて第１の血管領域と第２の血管領域の画像変形処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、第１の光音響画像および第２の光音響画像から動きベクトルを推定して位置合わせ処理を行うようにしたが、これに限らず、超音波画像生成部２５において生成された超音波画像を用いて動きベクトルを推定し、その動きベクトルを用いて第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行うようにしてもよい。図１３は、超音波画像を用いて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う具体的な構成を示す図である。
超音波画像取得部３７は、画像記憶部２６に記憶された現在の超音波画像の群を取得し、かつ過去画像記憶部２７に記憶された過去の超音波画像の群を取得するものである。なお、現在の超音波画像の群（以下、第１の超音波画像候補の群という）は、上述した第１の光音響画像候補の群と同じ走査時に検出されたものであり、過去の超音波画像の群（以下、第２の超音波画像候補の群という）は、上述した第２の光音響画像候補の群と同じ走査時に検出されたものである。
そして、第１の超音波画像候補の群と第２の超音波画像候補の群は、画像選択部３３に出力される。画像選択部３３は、上記実施形態と同様のマッチング処理を第１の超音波画像候補の群と第２の超音波画像候補の群とに施すことによって、第１の超音波画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象となる第１の超音波画像を選択し、第２の超音波画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象となる第２の超音波画像を選択し、第１の超音波画像と第２の超音波画像とを位置合わせ処理部３４に出力する。また、画像選択部３３は、第１の超音波画像と同じタイミングで検出された第１の光音響画像と、第２の超音波画像と同じタイミングで検出された第２の光音響画像とを選択し、位置合わせ処理部３４に出力する。
そして、位置合わせ処理部３４は、第１の超音波画像と第２の超音波画像との位置合わせ処理を行って動きベクトルの情報を取得し、この動きベクトルの情報を用いて、第１の光音響画像と第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う。
超音波画像には、光音響画像には現れにくい骨および臓器などの構造物が含まれる。したがって、変形の少ない骨および移動量の少ない臓器などの構造物も用いて位置合わせ処理を行うことによって、より高精度な位置合わせを行うことができる。
また、上記実施形態においては、連続して生成された一連の光音響画像候補の群を取得し、これを過去画像記憶部２７に記憶するようにしたが、この際、超音波探触子１１の被検体Ｍに対する位置および姿勢の情報も取得し、光音響画像候補の群に対応付けて記憶するようにしてもよい。そして、現在の第１の光音響画像候補群を取得する際、過去の第２の光音響画像候補に対応付けて記憶された超音波探触子１１の位置および姿勢の情報を取得する。そして、これらの情報によって特定される撮像範囲と同等の範囲もしくは広めの範囲を撮像可能な超音波探触子１１の位置および姿勢の情報を、表示部１４に表示するなどしてユーザに知らせるようにしてもよい。なお、超音波探触子１１の位置および姿勢の情報については、超音波探触子１１に加速度センサまたは磁気センサなどを設けることによって取得するようにすればよい。
また、過去画像記憶部２７に対して一連の光音響画像候補の群を一旦記憶した後、不要な光音響画像候補は削除するようにしてもよい。
具体的には、画像選択部３３において、一連の光音響画像候補の群のうち、信号強度が予め設定された閾値以下の光音響画像候補を選択し、その選択された光音響画像候補を過去画像記憶部２７から削除するようにしてもよい。また、各光音響画像候補のブレを検出するブレ検出部（図示省略）を設け、画像選択部３３が、ブレ量が予め設定された閾値以上である光音響画像候補を選択し、その選択した光音響画像候補を過去画像記憶部２７から削除するようにしてもよい。または、画像選択部３３において、過去画像記憶部２７に記憶された一連の光音響画像候補の群に含まれる光音響画像候補同士でマッチング処理を行い、マッチング指標が予め設定された閾値よりも高い光音響画像候補の組み合わせについては、いずれか一方の光音響画像候補を過去画像記憶部２７から削除するようにしてもよい。
上述したように一部の光音響画像候補を選択的に削除して過去画像記憶部２７に記憶しないようにすることによって、過去画像記憶部２７の記憶容量を削減することができ、また、画像選択部３３における第１の光音響画像候補と第２の光音響画像候補とのマッチング処理に要する時間を短縮することができる。
また、画像選択部３３が、第２の光音響画像候補の群と同じ走査時に取得された超音波画像の群を取得し、その超音波画像の群の中から、たとえば骨または臓器などの特徴的なパターンを含む超音波画像を特定し、その特定した超音波画像と同じタイミングで取得された第２の光音響画像候補のみを選択して過去画像記憶部２７に記憶するようにしてもよい。
また、現在の第１の光音響画像を撮像する際、上述したように選択的に過去画像記憶部２７に記憶された第２の光音響画像候補を表示部１４に表示させ、同じ部位または断面を撮像するようにユーザに促すようにしてもよい。
また、画像選択部３３において、第１の光音響画像と第２の光音響画像とが一度選択された後については、すなわち３回目以降の光音響画像の撮像の際には、選択された第１の光音響画像と第２の光音響画像とを表示部１４に表示させることによって、同じ部位または断面を撮像するようにユーザに促すようにしてもよい。
また、画像選択部３３において、第２の光音響画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象となる第２の光音響画像を選択する際、より高精度な位置合わせ処理が可能な第２の光音響画像を選択するようにしてもよい。たとえば血管の走行が明瞭な第２の光音響画像候補を、位置合わせ処理の対象となる第２の光音響画像として選択するようにしてもよい。この場合、たとえば第２の光音響画像候補の群に含まれる各光音響画像候補について、鮮鋭度を取得し、鮮鋭度が最も高い光音響画像候補を、位置合わせ処理の対象となる第２の光音響画像として選択するようにすればよい。また、鮮鋭度が予め設定された閾値以上の第２の光音響画像候補のみを過去画像記憶部２７に記憶するようにしてもよい。
また、画像選択部３３において、第２の光音響画像候補の群の中から、位置合わせ処理の対象の第２の光音響画像を選択する際、再生治療を行う際に被検体Ｍ内に挿入された挿入物の画像を含む第２の光音響画像候補を、位置合わせ処理の対象の第２の光音響画像として選択するようにしてもよい。なお、上記挿入物としては、血管の再生治療を行う際に、たとえば骨髄細胞を被検体Ｍに注入するために用いられた注射針などの針およびその他カテーテルなどがある。
また、上記実施形態のようにＲＯＩ内の血管再生指標を取得する場合には、上述した第２の光音響画像に含まれる針の画像の位置に基づいて、ＲＯＩを設定するようにしてもよい。具体的には、針の先端から予め設定された距離を空けた位置にＲＯＩを設定するようにすればよい。
また、上記実施形態において、血管再生指標を時系列に取得し、その数値を表示部１４に同時に表示したり、数値をグラフ化して表示部１４に表示したりしてもよい。
また、上記実施形態において、光音響画像取得部３２によって取得される第１の光音響画像および第２の光音響画像は、２次元画像でもよいし、３次元画像でもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像評価装置および光音響画像生成装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
１０ 光音響画像生成装置
１１ 超音波探触子
１１ａ 筺体
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 表示部
１５ 入力部
２０ 振動子アレイ
２０ａ 超音波振動子
２１ 受信回路
２２ ＡＤ変換部
２３ 受信メモリ
２４ 光音響画像生成部
２５ 超音波画像生成部
２６ 画像記憶部
２７ 過去画像記憶部
２８ 光音響画像評価部
２９ 表示制御部
３０ 送信制御回路
３１ 制御部
３２ 光音響画像取得部
３３ 画像選択部
３４ 位置合わせ処理部
３５ 血管領域抽出部
３６ 血管再生指標取得部
３７ 超音波画像取得部
４０ ケーブル
４１ バンドルファイバ
４１ａ 光ファイバ
４２ 光出射部
Ｃ ガン化組織
Ｇ 合成画像
Ｇ１ 合成画像
Ｇ２ 合成画像
Ｈ ヘモグロビン
Ｌ 測定光
Ｍ 被検体
Ｕ 光音響波
Ｖ 血管領域

Claims (30)

  1. 血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって前記被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および前記第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、
    前記第１の光音響画像に含まれる血管と前記第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、前記再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、
    前記血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部とを備えた光音響画像評価装置。
  2. 前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う位置合わせ処理部と、
    前記第１の光音響画像に含まれる第１の血管領域と前記第２の光音響画像に含まれる第２の血管領域を抽出する血管領域抽出部とを備え、
    前記血管再生指標取得部が、前記位置合わせ処理によって位置合わせされた前記第１の血管領域と前記第２の血管領域との差異に基づいて、前記血管再生指標を取得する請求項１記載の光音響画像評価装置。
  3. 前記光音響画像取得部が、前記第１の時点において連続して生成された一連の第１の光音響画像候補の群を取得し、
    前記第１の光音響画像候補の群の中から、前記第２の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる前記第１の光音響画像を選択する画像選択部を備えた請求項２記載の光音響画像評価装置。
  4. 前記光音響画像取得部が、前記第２の時点において連続して生成された一連の第２の光音響画像候補の群を取得し、
    前記第２の光音響画像候補の群の中から、前記第１の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる前記第２の光音響画像を選択する画像選択部を備えた請求項２記載の光音響画像評価装置。
  5. 前記光音響画像取得部が、前記第１の時点において連続して生成された一連の第１の光音響画像候補の群および前記第２の時点において連続して生成された一連の第２の光音響画像候補の群を取得し、
    前記第１の光音響画像候補の群の中から、前記第２の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる前記第１の光音響画像を選択し、前記第２の光音響画像候補の群の中から、前記第１の光音響画像との位置合わせ処理の対象となる前記第２の光音響画像を選択する画像選択部を備えた請求項２記載の光音響画像評価装置。
  6. 前記画像選択部が、前記第２の光音響画像候補の画像特徴量に基づいて、前記第２の光音響画像を選択する請求項４または５記載の光音響画像評価装置。
  7. 前記画像選択部が、前記再生治療を行う際に前記被検体内に挿入された挿入物の画像を含む前記第２の光音響画像候補を前記第２の光音響画像として選択する請求項６記載の光音響画像評価装置。
  8. 前記第２の光音響画像を記憶する過去画像記憶部を備え、
    前記過去画像記憶部が、前記第２の光音響画像候補の群のうち、前記画像選択部によって選択された前記第２の光音響画像のみを記憶する請求項６または７記載の光音響画像評価装置。
  9. 前記位置合わせ処理部が、前記第１の光音響画像内および前記第２の光音響画像内に設定された一部の基準領域に基づいて、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う請求項２から８いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  10. 前記被検体への超音波の照射によって前記被検体内で反射した反射超音波を検出して生成された超音波画像であって、前記第１の光音響画像に対応する第１の超音波画像および前記第２の光音響画像に対応する第２の超音波画像を取得する超音波画像取得部を備え、
    前記位置合わせ処理部が、前記第１の超音波画像および前記第２の超音波画像に基づいて、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像との位置合わせ処理を行う請求項２から９いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  11. 前記位置合わせ処理部が、予め設定された太さ以上の血管に基づいて、前記位置合わせ処理を行う請求項２から１０いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  12. 前記位置合わせ処理部が、前記第１の光音響画像および前記第２の光音響画像に対してローパスフィルタ処理を施し、該ローパスフィルタ処理後の前記第１の光音響画像および前記第２の光音響画像に前記位置合わせ処理を施す請求項１１記載の光音響画像評価装置。
  13. 前記血管領域抽出部が、前記予め設定された太さ以下の血管の領域を前記第１の血管領域および前記第２の血管領域として抽出する請求項１１または１２記載の光音響画像評価装置。
  14. 前記血管領域抽出部が、３０μｍ以上３００μｍ以下の血管の領域を前記第１の血管領域および前記第２の血管領域として抽出する請求項１３記載の光音響画像評価装置。
  15. 前記位置合わせ処理部が、ブロックマッチングおよび画像変形処理によって前記位置合わせ処理を行う請求項２から１４いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  16. 前記血管領域抽出部が、前記第１の光音響画像および前記第２の光音響画像に対して、複数の血管径に応じた複数のヘシアンフィルタを用いた強調処理をそれぞれ施し、該複数の強調処理後の前記第１の光音響画像からそれぞれ抽出された血管領域を統合して前記第１の血管領域を抽出し、前記複数の強調処理後の前記第２の光音響画像からそれぞれ抽出された血管領域を統合して前記第２の血管領域を抽出する請求項２から１５いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  17. 前記血管再生指標取得部が、前記第１の血管領域と前記第２の血管領域とに基づいて、再生血管領域を取得し、該再生血管領域の形状のパターンに基づいて、前記血管再生指標を取得する請求項２から１６いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  18. 前記血管再生指標取得部が、前記再生血管領域の形状のパターンとして、予め設定された長さ以上連続して延伸するパターンを特定する請求項１７記載の光音響画像評価装置。
  19. 前記血管再生指標取得部が、前記再生血管領域の形状のパターンとして、予め設定された長さ以下の複数の部分血管領域が断続的に分布するパターンを特定する請求項１７または１８記載の光音響画像評価装置。
  20. 前記血管再生指標取得部が、前記第２の血管領域の画素数に対する前記第１の血管領域の画素数の増加度を前記血管再生指標として算出する請求項２から１９いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  21. 前記血管再生指標取得部が、前記第２の血管領域の面積に対する前記第１の血管領域の面積の増加度を前記血管再生指標として算出する請求項２から２０いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  22. 前記表示制御部が、前記第１の光音響画像と前記第２の光音響画像とを並べて前記表示部に表示させる請求項１から２１いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  23. 前記第１の光音響画像および前記第２の光音響画像が２次元画像である請求項１から２２いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  24. 前記第１の光音響画像および前記第２の光音響画像が３次元画像である請求項１から２２いずれか１項記載の光音響画像評価装置。
  25. 血管の再生治療を施した被検体に対して光を出射する光出射部と、
    前記被検体への光の照射によって前記被検体内で発生した光音響波を検出する音響波検出部を有するプローブと、
    前記音響波検出部によって検出された光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成部と、
    前記光音響波画像生成部によって生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および前記第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、
    前記第１の光音響画像に含まれる血管と前記第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、前記再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、
    前記血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部とを備えた光音響画像生成装置。
  26. 前記光出射部から出射される光の波長が、５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下である請求項２５記載の光音響画像生成装置。
  27. 前記プローブの中心周波数が、９ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下である請求項２５または２６記載の光音響画像生成装置。
  28. 前記音響波検出部が、複数の振動子が配列された振動子アレイを有し、
    前記振動子アレイにおける前記振動子のピッチが、０．０５μｍ以上２００μｍ以下である請求項２５から２７いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  29. 血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって前記被検体内で発生した音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および前記第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得し、
    前記第１の光音響画像に含まれる血管と前記第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、前記再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得し、
    前記血管再生指標を表示部に表示させる光音響画像評価方法。
  30. コンピュータを、
    血管の再生治療を施した被検体への光の照射によって前記被検体内で発生した光音響波を検出して生成された光音響画像であって、第１の時点に生成された第１の光音響画像および前記第１の時点よりも過去の第２の時点に生成された第２の光音響画像を取得する光音響画像取得部と、
    前記第１の光音響画像に含まれる血管と前記第２の光音響画像に含まれる血管との差異に基づいて、前記再生治療による血管の状態を表す血管再生指標を取得する血管再生指標取得部と、
    前記血管再生指標を表示部に表示させる表示制御部として機能させる光音響画像評価プログラム。
JP2018550036A 2016-11-11 2017-08-24 光音響画像評価装置、方法およびプログラム並びに光音響画像生成装置 Active JP6661787B2 (ja)

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