JP7034625B2 - 光音響装置、制御方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、光源から射出された光に基づいた情報を取得する装置に関する。

近年、光を利用したイメージング技術として、光音響効果を利用して被検体の内部を画像化する光音響装置が研究・開発されている。光音響イメージング装置は、被検体に照射された光のエネルギーを吸収した光吸収体から光音響効果により発生する超音波（光音響波）を用いて、被検体内の画像を生成する装置である。

光音響装置においても超音波診断装置と同様にハンドヘルド型プローブの形状を成し、容易に観察部位にアクセスできる装置が研究・開発されている。特許文献１には、光源部と受信部とを内蔵するプローブを備える光音響画像化装置が記載されている。

特開２０１６－４７０７７号公報

ところで、発光のために光源に供給された電力の一部は熱に変換され、光源は発熱する。プローブに光源が内蔵されている場合（ハウジングの内部に光源が配置されている場合）、光源の発熱によりプローブの温度上昇が生じる可能性がある。このプローブの温度上昇により不都合が生じる場合がある。

そこで、本発明は、プローブに光源が内蔵されている装置において、光源の発熱によるプローブの温度上昇を抑制することのできる装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光音響装置は、光源及び光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部を備えるハンドヘルド型プローブと、光源で発生する単位時間当たりの発熱量が所定値を超えないように、光源に電力を供給する駆動部と、を有する。

本発明によれば、プローブに光源が内蔵されている装置において、光源の発熱によるプローブの温度上昇を抑制することができる。

第１の実施形態に係る光音響装置のブロック図 第１の実施形態に係るハンドヘルド型プローブの模式図 第１の実施形態に係るコンピュータと周辺構成を示すブロック図 第１の実施形態に係るタイミングチャート 第２の実施形態に係るタイミングチャート 第４の実施形態に係るタイミングチャート

本発明は、光照射により照射対象に関する情報を取得する装置に関する発明である。具体的に、本発明は、光照射により発生する光音響波に由来する光音響画像データを取得する装置に関する発明である。本発明に係る、光音響効果により発生する音響波は、典型的には超音波であり、音波、音響波、光音響波と呼ばれるものを含む。

本発明に係る光音響画像データは、光照射により発生した光音響波に由来するあらゆる画像データを含む概念である。例えば、光音響画像データは、光音響波の発生音圧（初期音圧）、光吸収エネルギー密度、及び光吸収係数、被検体を構成する物質の濃度（酸素飽和度など）などの少なくとも１つの被検体情報の空間分布を表す画像データである。なお、互いに異なる複数の波長の光照射により発生する光音響波に基づいて得られる被検体情報は、被検体を構成する物質の濃度などの分光情報である。分光情報は、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、分光情報は、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。

一般に、照射光の光量が大きいほど大きな光音響波を発生させることができ、光音響波の受信信号のＳ／Ｎが向上する。その結果、表示させたときの画質の高い光音響画像データが得られる。

ところで、光音響装置のハンドヘルド型プローブにおいて、プローブ筺体内に光源を配置する構成が考えられる。このような構成においても、高画質な光音響画像を表示させるために、照射光の光量を高くすることが望ましい。ところが、光源に供給される電力の一部が熱に変換されることにより、光源は発熱する。典型的に照射光の光量を高くするためには、光源に大きな電力を供給する必要があり、その場合光源の発熱量も高くなる。ここで、照射光の光量（以降、照射光量とも記す）とは、１パルスの光エネルギーの総量（単位はＪ（ジュール））で定義する。したがって、照射光量と１秒あたりの発光回数を乗算したものが照射光の平均パワー（単位はＷ（ワット））となる。例えば、光源としてレーザーダイオードを用いて、０．０１［Ｊ］の照射光量で、０．１秒間隔で発光する場合（１秒間に１０回発光する場合）、照射光の平均パワーは０．０１［Ｊ］×１０［回／ｓ］＝０．１［Ｗ］となる。ここで、供給電力に対する光変換効率を１０［％］と仮定すれば、平均パワーを０．１［Ｗ］とする場合、供給電力を１［Ｗ］とし、光源の単位時間当たりの発熱量は０．９［Ｗ］となる。ここでは、光源への供給電力のうち、光に変換されなかった電力は全て熱に変換されると仮定する。なお、１パルスの光とは、光強度の時間変化が矩形波である光の他に、三角波、正弦波などのあらゆる波形の光を含む。

ハンドヘルド型プローブは、強制風冷や水冷等の冷却機構を備えることは困難である。そのため、ハウジング内部に設けられた光源の発熱量が小さい場合であったとしても、ハウジング内部に温度上昇が生じる可能性がある。この温度上昇により、ハウジング内部のデバイスの不具合を生じる可能性がある。また、ハウジングの温度上昇により、プローブのユーザーや被検体である患者等に接触する接触面も温度上昇する可能性がある。

そこで、本発明者は、ハンドヘルド型プローブの放熱能力を鑑みて、光源の発熱量を許容できる発熱量に抑えるように、光源への供給電力を制御することを見出した。すなわち、本発明者は、ハンドヘルド型プローブの放熱能力を鑑みて、光源の発熱量を許容できる発熱量に抑えるような照射光量と発光タイミングで発光するように光源への供給電力を制御することを見出した。典型的には、照射光量と繰り返し周波数とを乗算した値に比例する発熱量が許容範囲に収まるように、光源への供給電力を制御する。

さらに、被検体が人体の皮膚等の場合、最大許容露光量（ＭＰＥ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）を守る必要がある。光源への供給電力については、単位時間当たりの発熱量を鑑みた制限に加え、照射光量がＭＰＥを超えないように制限してもよい。

なお、本発明の適用対象は、以下の実施形態で説明する光音響装置に限られない。本発明は、ハンドヘルド型プローブに光源を内蔵した装置であれば適用可能である。例えば、本発明は、光源と、光源から発した光の反射光や透過光を受光する受光素子とを内蔵するハンドヘルド型プローブに適用してもよい。すなわち、本発明は、光源が内蔵されたハンドヘルド型プローブと、照射対象を伝播した光の受信信号に基づいて、照射対象に関する情報を取得する情報取得部を有する装置に適用してもよい。

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。

＜第１の実施形態＞
（装置構成）
以下、図１を用いて本実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。図１は、光音響装置全体の概略ブロック図である。本実施形態に係る光音響装置は、プローブ１８０（光照射部１１０及び受信部１２０）、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０、及び電源部１９０を有する。

光照射部１１０が光を被検体１００に照射し、被検体１００から音響波が発生する。光に起因して光音響効果により発生する音響波を光音響波とも呼ぶ。電源部１９０は、光照射部１１０の光源を駆動するための電力を供給する。受信部１２０は、光音響波を受信することによりアナログ信号としての電気信号（光音響信号）を出力する。

信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は、信号収集部１４０から出力されたデジタル信号を、光音響波に由来する信号データとして記憶する。

コンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して後述する処理を行うことにより、画像データを生成する。また、コンピュータ１５０は、得られた画像データに対して表示のための画像処理を施した後に、画像データを表示部１６０に出力する。表示部１６０は、光音響画像を表示する。ユーザーとしての医師や技師等は、表示部１６０に表示された光音響画像を確認することにより、診断を行うことができる。表示画像は、ユーザーやコンピュータ１５０からの保存指示に基づいて、コンピュータ１５０内のメモリや、モダリティとネットワークで接続されたデータ管理システムなどに保存される。

信号データを３次元のボリュームデータに変換する再構成アルゴリズムとしては、タイムドメインでの逆投影法、フーリエドメインでの逆投影法、モデルベース法（繰り返し演算法）などのあらゆる手法を採用することができる。例えば、タイムドメインでの逆投影法として、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｂａｃｋ－ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ－ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）、または整相加算（Ｄｅｌａｙ－ａｎｄ－Ｓｕｍ）などが挙げられる。

また、コンピュータ１５０は、光音響装置に含まれる構成の駆動制御も行う。また、表示部１６０は、コンピュータ１５０で生成された画像の他にＧＵＩなどを表示してもよい。入力部１７０は、ユーザーが情報を入力できるように構成されている。ユーザーは、入力部１７０を用いて測定開始や終了、作成画像の保存指示などの操作を行うことができる。

図２は、本実施形態に係るハンドヘルド型プローブ１８０の模式図を示す。プローブ１８０は、光照射部１１０、受信部１２０、及びハウジング１８１を含む。ハウジング１８１は、光照射部１１０及び受信部１２０を囲う筺体である。ユーザーは、ハウジング１８１を把持することにより、プローブ１８０をハンドヘルド型プローブとして用いることができる。光照射部１１０は、光源１１１、光源１１１から発生した光を伝搬させる光学系１１２、及び光源１１１を駆動させるドライバ回路１１４を含む。光照射部１１０の光学系１１２の射出端１１３から光が射出される。図２に示す光学系１１２は、ＬＥＤやＬＤ等の光源１１１から発生するプローブ１８０は、ケーブル１８２を介して信号収集部１４０、コンピュータ１５０、及び電源部１９０と繋がっている。ケーブル１８２は、電源部１９０からドライバ回路１１４へ電力を供給する配線、制御部１５３からドライバ回路１１４へ照射光量や発光タイミング等を制御する制御信号を送る配線、受信部１２０の出力であるアナログ信号を信号収集部１４０に出力する配線を含む。ケーブル１８２にコネクタを設け、プローブ１８０と光音響装置のその他の構成とを分離できる構成としてもよい。本実施形態において、ドライバ回路１１４と電源部１９０とを合わせた構成が、光源１１１に電力を供給する駆動部に相当する。すなわち、本実施形態に係る駆動部は、ドライバ回路１１４と電源部１９０とを含む。

なお、本実施形態に係るプローブ１８０は、ケーブル１８２を排したワイヤレスのハンドヘルド型プローブ１８０であってもよい。この場合、電源部１９０をプローブ１８０に内蔵し、プローブ１８０とその他の構成との各種信号の送受信を無線で行ってもよい。ただし、電源部１９０をプローブ１８０に内蔵すると、電源部１９０での消費電力に起因して発生する熱により、ハウジング１８１内部での発熱量は増加する。そのため、ハウジング１８１内部の温度上昇を抑制するために、電源部１９０をハウジング１８１の外部に配置してもよい。さらに、ドライバ回路１１４のうち、消費電力が大きく、発熱量の大きい一部の構成をハウジング１８１の外部に配置してもよい。

以下、本実施形態に係る光音響装置の各構成の詳細を説明する。

（光照射部１１０）
光照射部１１０は、光源１１１、光学系１１２、ドライバ回路１１４を含む。

光源１１１は、レーザーダイオード（ＬＤ）及び発光ダイオード（ＬＥＤ）の少なくとも一方を含み構成してもよい。また、光源１１１は、波長の変更が可能な光源であってもよい。

光源１１１が発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１０００ｎｓ以下のパルス幅であってもよい。また、光の波長として４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。血管を高解像度でイメージングする場合は、血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）を用いてもよい。生体の深部をイメージングする場合には、生体の背景組織（水や脂肪など）において典型的に吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。

光源１１１は、１ＭＨｚ以上の鋸波状の駆動波形（駆動電流）に追随して光を発することのできるＬＤもしくはＬＥＤを採用してもよい。

光学系１１２には、レンズ、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。乳房等を被検体１００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射するために、光学系の光出射部は光を拡散させる拡散板等で構成されていてもよい。一方、光音響顕微鏡においては、解像度を上げるために、光学系１１２の射出端１１３をレンズ等で構成し、ビームをフォーカスして照射してもよい。なお、光照射部１１０が光学系１１２を備えずに、光源１１１から直接被検体１００に光を照射してもよい。

ドライバ回路１１４は、電源部１９０からの電力を用いて、光源１１１を駆動する駆動電流を生成する回路である。

（受信部１２０）
受信部１２０は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサと、トランスデューサを支持する支持体とを含む。

トランスデューサを構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ－ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、トランスデューサにより得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。

光音響波を構成する周波数成分は、典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであり、トランスデューサとして、これらの周波数を検出することのできるものを採用することができる。

支持体は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイと呼ばれるような平面又は曲面内に、複数のトランスデューサを並べて配置してもよい。

また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、受信部１２０が、トランスデューサから出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、受信部１２０が後述する信号収集部１４０を備えてもよい。

なお、音響波を様々な角度で検出できるようにするために、理想的には被検体１００を全周囲から囲むようにトランスデューサを配置してもよい。ただし、被検体１００が大きく全周囲を囲むようにトランスデューサを配置できない場合は、半球状の支持体上にトランスデューサを配置して全周囲を囲む状態に近づけてもよい。なお、トランスデューサの配置や数及び支持体の形状は被検体に応じて最適化すればよく、本発明に関してはあらゆる受信部１２０を採用することができる。

受信部１２０と被検体１００との間の空間は、光音響波が伝搬することができる媒質で満たしてもよい。この媒質には、音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサとの界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材料を採用する。例えば、この媒質には、水、超音波ジェルなどを採用することができる。

また、本実施形態に係る装置が、光音響画像に加えて、音響波の送受信により超音波画像も生成する場合、トランスデューサは、音響波を送信する送信手段として機能してもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサとは、単一（共通）のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。

（信号収集部１４０）
信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号収集部１４０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。信号収集部１４０から出力されるデジタル信号は、コンピュータ１５０内の記憶部１５２に記憶される。信号収集部１４０は、Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、信号収集部１４０は、光照射部１１０の光射出部に取り付けられた光検出センサと接続されており、光が光照射部１１０から射出されたことをトリガーに、同期して処理を開始してもよい。また、信号収集部１４０は、フリーズボタンなどを用いてなされる指示をトリガーとして同期して、当該処理を開始してもよい。

なお、プローブ１８０が、増幅器とＡＤＣ等から構成される信号収集部１４０を含んでいてもよい。すなわち、ハウジング１８１の内部に信号収集部１４０が配置されていてもよい。このような構成であれば、ハンドヘルド型プローブ１８０とコンピュータ１５０との間の情報をデジタル信号で伝搬できるため、耐ノイズ性を向上できる。また、アナログ信号を伝送する場合に比べ、高速デジタル信号を用いることによって、配線数を少なくすることが可能となり、ハンドヘルド型プローブ１８０の操作性が向上する。

（コンピュータ１５０）
情報処理部としてのコンピュータ１５０は、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。

演算部１５１としての演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。演算部１５１は、入力部１７０から、被検体音速や保持部の構成などの各種パラメータを受けて、受信信号を処理してもよい。

記憶部１５２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体で構成することができる。また、記憶部１５２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。なお、記憶部１５２は、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。

記憶部１５２は、演算部１５１により生成される光音響画像データを保存することができる。また、記憶部１５２は、光音響画像データに基づいた表示画像を保存することもできる。

制御部１５３は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５３は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御部１５３は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。また、制御部１５３は、記憶部１５２に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。

コンピュータ１５０は専用に設計されたワークステーションであってもよい。また、コンピュータ１５０の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。

図３は、本実施形態に係るコンピュータ１５０の具体的な構成例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５４、ＧＰＵ１５５、ＲＡＭ１５６、ＲＯＭ１５７、外部記憶装置１５８から構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。

また、コンピュータ１５０および受信部１２０は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。また、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。すなわち、コンピュータを構成するハードウェアが一つの筺体に収められていなくてもよい。

（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行った上で表示することもできる。

（入力部１７０）
入力部１７０としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成される操作コンソールを採用することができる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０として利用してもよい。

なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。

（電源部１９０）
電源部１９０は、電力を発生する電源である。電源部１９０は、光照射部１１０のドライバ回路１１４に電力を供給する。電源部１９０から供給された電力は、ドライバ回路１１４及び光源１１１等で消費され、発光と共に熱が発生する。電源部１９０には、ＤＣ電源を用いることができる。また、電源部１９０は、一次電池や二次電池などあらゆる電池で構成されていてもよい。電源部１９０が電池で構成されることにより、プローブ１８０に電源部１９０を省スペースに収めることができる。なお、ドライバ回路１１４及び電源部１９０は、コンピュータ１５０内の制御部１５３により制御されてもよい。また、プローブ１８０が、電源部１９０及びドライバ回路１１４を制御する制御部を有していてもよい。

（被検体１００）
被検体１００は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体１００としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー（ＭＢ）、インドシニアングリーン（ＩＣＧ）などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。また、穿刺針や穿刺針に付された光吸収体を観察対象としてもよい。

図４は、本実施形態に係る光源の照射光量の制御方法を説明するためのタイミングチャートである。図４は、照射光の発光、光音響波の受信、画像データの生成、及び画像データの表示の各タイミングを示す図である。発光のタイミングチャートにおける縦軸は照射光量を示す。なお、図４において照射光量は、光源１１１に供給される電力に比例した値を仮定している。

まず、ユーザーは入力部１７０を用いて、表示モードを指定する。例えば、図４（ａ）は「リアルタイムモード」が指定された場合のタイミングチャートを示す。「リアルタイムモード」における画像表示のリフレッシュ周波数は、ハンドヘルド型プローブの通常の動きに対して追従した表示が可能である１０［Ｈｚ］である。図４（ａ）の「リアルタイムモード」においては、画像表示のリフレッシュ周波数と光照射の繰り返し周波数は一致している。

図４（ａ）の「発光」に示すタイミングで、制御部１５３は、指定された表示モードに従い、光量設定値０．０１［Ｊ］をドライバ回路１１４に設定し、かつ、０．１秒間隔でドライバ回路１１４に発光タイミング信号を出力する。制御部１５３からの発光タイミング信号と光量設定値の情報に従ってドライバ回路１１４は、光源１１１を駆動する。

そして、受信部１２０は、図４（ａ）の「受信」に示すタイミングで、光源１１１からの光に起因して生じる光音響波を受信する。演算部１５１は、図４（ａ）の「画像生成」に示すタイミングで、受信部１２０が出力した信号を基に再構成処理を行い、画像データを生成する。そして、制御部１５３は、表示部１６０に画像データを送信し、表示部１６０に画像データに基づいた画像を表示させる。表示部１６０は、図４（ａ）の「画像表示」に示す期間、画像データに基づいた画像を表示する。

図４（ａ）に示す「リアルタイムモード」においては、まず画像１を０．１秒間表示し、次に画像２を０．１秒表示している。以上の工程を繰り返し、０．１秒毎に新しい画像データに基づいた画像の表示を更新する。

前述したように、ハンドヘルド型プローブは単位時間当たりの発熱量の制限から許容できる光の照射光量と１秒あたりの発光回数（光照射の繰り返し周波数）が決定されている。本実施形態では、制御部１５３が、光源１１１の単位時間当たりの発熱量が１［Ｗ］より小さくなるように、光源１１１への供給電力を制御している。すなわち、制御部１５３が、光源１１１の単位時間当たりの発熱量が所定値（１［Ｗ］）を超えないように、光源１１１への供給電力を制御している。供給電力に対する光の変換効率を１０［％］と仮定した場合、光源１１１の単位時間当たりの発熱量を１［Ｗ］より小さくするためには、照射光の平均パワーを０．１１［Ｗ］より小さくしなければならない。以下、供給電力に対する光の変換効率は１０［％］と仮定して計算する。

本実施形態に係る「リアルタイムモード」では、繰り返し周波数１０［Ｈｚ］、１パルスの光量を０．０１［Ｊ］とすることにより、平均パワーを０．１［Ｗ］に制限することとした。これにより、発熱量を０．９［Ｗ］とすることができ、発光による発熱量を所定値（１Ｗ）よりも小さくすることができる。なお、発熱量を無視して最大許容露光量を超えないことを考慮すれば、所定値（０．１１［Ｗ］）を超える平均パワーとしてもよい。ただし、光源の発熱による不都合を考慮すると、ＭＰＥより大幅に小さい光照射を行う必要がある場合が想定される。なお、プローブの温度を把持できる程度に抑えるために、許容できる単位時間当たりの発熱量を５［Ｗ］より小さい値としてもよい。さらにプローブの温度上昇を抑制するために、許容できる単位時間当たりの発熱量を、３［Ｗ］より小さい値としてもよい。また、プローブの温度上昇を抑制するために、許容できる単位時間当たりの発熱量を、１［Ｗ］より小さい値としてもよい。

次に、ユーザーが入力部１７０を用いて「高速リアルタイムモード」を指定した場合のタイミングチャートを、図４（ｂ）を用いて説明する。「高速リアルタイムモード」は、「リアルタイムモード」の１０［Ｈｚ］のリフレッシュ周波数に対してより高速な３０［Ｈｚ］のリフレッシュ周波数の表示モードである。この表示モードによれば、より早い動きを観察することができる。図４（ｂ）の「高速リアルタイムモード」においては、画像表示のリフレッシュ周波数と光照射の繰り返し周波数は一致している。

リフレッシュ周波数に合わせて３０［Ｈｚ］の繰り返し周波数で発光する場合に、「リアルタイムモード」と同様に０．０１［Ｊ］の光量で発光すると、単位時間当たりの発熱量が２．７［Ｗ］となり、所定の許容値（１［Ｗ］）を超えてしまう。そこで、制御部１５３は、図４（ｂ）の「発光」で示すように、「高速リアルタイムモード」においては、「リアルタイムモード」の照射光量の１／３である０．００３３［Ｊ］で発光するように、光源１１１への供給電力を制御する。このような供給電力の制御により、単位時間当たりの発熱量を「リアルタイムモード」と同様の０．９［Ｗ］に抑えることができる。

受信部１２０は、図４（ｂ）の「受信」に示すタイミングで、光源１１１からの光に起因して生じる光音響波を受信する。演算部１５１は、図４（ｂ）の「画像生成」に示すタイミングで、受信部１２０が出力した信号を基に再構成処理を行い、画像データを生成する。そして、制御部１５３は、表示部１６０に画像データを送信し、表示部１６０に画像データに基づいた画像を表示させる。表示部１６０は、図４（ｂ）の「画像表示」に示す期間、画像データに基づいた画像を表示する。

図４（ｂ）に示す「高速リアルタイムモード」においては、まず画像１を０．０３３秒間表示し、次に画像２を０．０３３秒表示している。同様に、画像３、画像４、画像５についても順番に０．０３３秒間ずつ表示する。以上の工程を繰り返し、０．０３３秒毎に新しい画像データに基づいた画像の表示を更新する。

なお、「高速リアルタイムモード」では、リフレッシュ周波数が高くなるので、再構成処理に要する時間を短くする必要がある。コンピュータ１５０の処理能力を単に向上したハードウェアを用いることも可能である。また、「高速リアルタイムモード」においては、再構成の計算量を減らすことにより、再構成処理に要する時間を減らしてもよい。例えば、再構成ボクセルのピッチを粗くしたり、アナログ－デジタル変換する階調数を少なくしたり、アナログ－デジタル変換する周波数を下げたりすることによりデータ量を少なくすることにより、計算量を減らしてもよい。

また、「高速リアルタイムモード」では照射光量が小さくなるので、被検体内部の深層部に光が届きにくくなる。すなわち、受信部１２０に到達する光音響波のうち、光照射から遅いタイミングに到達する光音響波の有用性は低くなる。そこで、制御部１５３は、アナログ－デジタル変換する時間（光音響波の受信時間）を短く設定し、アナログ－デジタル変換するデータ数すなわちデータ量を少なくし、計算量を少なくしてもよい。このとき、「リアルタイムモード」に比べて狭い領域（光が十分に到達した領域）を再構成してもよい。この場合、光音響波の受信時間（図４の「受信」に相当）と画像生成に要する時間（図４の「画像生成」に相当）の両方の時間を短縮できる。

「リアルタイムモード」と「高速リアルタイムモード」では照射光量が異なるそのため光音響波の発生音圧が変化し、受信信号の大きさが変化する。結果として、表示画像の明るさが変化することになる。このように再構成画像を表示した場合、ユーザーによる再構成画像の観察の妨げになる。

モードに応じて光量設定値が決定されるため、モード間で発生する光音響波の音圧の比は予めわかる。そこで、コンピュータ１５０は、光源１１１からの光の光量が変化した場合であっても、光量設定値に基づいて画像データの表示画像の明るさが変化しないように補正してもよい。補正対象は、受信信号、画像データ、または表示画像のいずれであってもよい。例えば、「リアルタイムモード」から「高速リアルタイムモード」に切り替えたときに照射光量が１／３になる場合を考える。この場合、受信信号は１／３倍になることが予測できる。そこで、制御部１５３が、受信部１２０のアナログ出力（光音響信号）を増幅する増幅度を３倍にしたり、ＡＤＣの変換する電圧範囲を１／３にしたり、ＡＤＣにより変換されたデジタル信号に３を乗算してもよい。これら処理のうちの少なくとも１つの処理を行い、設定された光量値によらずに、表示される画像の明るさが変わらないような処理を行ってもよい。

「高速リアルタイムモード」において設定された照射光量で「リアルタイムモード」でも発光すれば、単位時間当たりの発熱量は所定の値を下回り、モード間で照射光量を設定し直す手間もなくなる。ところが、このように設計すると、「リアルタイムモード」において光照射部１１０からの光の単位時間当たりの光量が少なくなり、「リアルタイムモード」での表示画像の画質が低下する。そのため、モード間で単位時間当たりの発熱量が所定値を下回り、かつ、単位時間当たりの光量の差が小さくなるように供給電力を制御することが好ましい。

図４に示す表示モードにおいては、コンピュータ１５０が１パルスの光照射毎に画像データを生成し、表示している。なお、コンピュータ１５０は、複数のパルスの光照射に起因する光音響波の受信信号を用いて、画像データを生成し、表示してもよい。すなわち、光源１１１の発光の繰り返し周波数と画像表示のリフレッシュ周波数が一致していなくてもよい。光源１１１の発光の繰り返し周波数よりも画像表示のリフレッシュ周波数は低くてもよい。また、１フレームの画像を生成する際に、他のフレームの画像を生成するときに使用した受信信号を使用してもよい。この場合、複数の受信信号を平均してもよいし、移動平均してもよい。

以上、本実施形態では、光照射の繰り返し周波数が１０［Ｈｚ］（第１の繰り返し周波数）である「リアルタイムモード」（第１のモード）を選択することができる。また、光照射の繰り返し周波数が１０Ｈｚよりも高い３０［Ｈｚ］（第２の繰り返し周波数）である「高速リアルタイムモード」（第２のモード）を選択することができる。また、「リアルタイムモード」と「高速リアルタイムモード」とを切り換えることができる。また、第１の繰り返し周波数（１０［Ｈｚ］）で、被検体に光を照射する場合には、第１の光量（０．０１［Ｊ］）で光源１１１から光が射出されるように光源１１１への供給電力を制御する。また、第２の繰り返し周波数（３０［Ｈｚ］）で、被検体に光を照射する場合には、第１の光量よりも小さな第２の光量（０．００３３［Ｊ］）で光源１１１から光が射出されるように光源１１１への供給電力を制御する。

なお、光照射部１１０が複数個の光源を有し、モードによって光源１１１を切り替えてもよい。例えば、光量の高い「リアルタイムモード」では、光源１１１としてＬＤを用いてもよい。一方、光量の低い「高速リアルタイムモード」では、光源１１１としてＬＥＤを用いてもよい。このように各モードの光量を効率的に発生することのできる光源を切り替えて使用することにより、供給電力を効率的に利用することができ、発熱の抑制につながる。また、このようにモードによって光源を切り換えることにより、局所的に熱が集中することを避けることができる。

また、光照射部１１０は、光の照射エリアを、「高速リアルタイムモード」では広く、「リアルタイムモード」では狭くしてもよい。すなわち、光量が多く必要なモードの時に照射エリアを狭くすることによって、被検体に照射される光エネルギー密度を上げてもよい。結果として、「リアルタイムモード」において、光音響の発生音圧を大きくすることができるので、表示画像の画質をより良好にすることができる。また、モード間で画質を揃える場合、「リアルタイムモード」で光量を下げ、発熱を抑えてもよい。

また、本実施形態に係るプローブ１８０を用いて、超音波を送信し、反射する超音波を受信して画像化する表示モード（「ＵＳモード」）に切り替えてもよい。この場合、プローブ１８０の受信部１２０を超音波の送信手段として用いてもよいし、別のトランスデューサを送信手段として備えてもよい。また、プローブ１８０が、光音響波を受信する受信手段である受信部１２０とは別のトランスデューサを備え、このトランスデューサを用いて超音波の送受信を行ってもよい。以下の実施形態においても、同様にＵＳモードに切り替えることができる。

また、本実施形態のように発熱を抑制する供給電力の制御に加え、プローブ１８０が温度センサを備え、制御部１５３が温度センサの出力に基づいてプローブ１８０の温度情報を通知手段に通知させてもよい。例えば、制御部１５３は、温度センサからの出力に基づいてプローブ１８０の温度（例えばハウジング１８１内部の温度）が４３℃以上となったと判断した場合に警告を通知手段に通知させてもよい。また、制御部１５３は、プローブ１８０の温度が４３度より低い温度（例えば４１℃）となったと判断した場合にも、警告を通知してもよい。このように、温度センサの出力から推定されるプローブ１８０の温度に対して多段階に通知を行ってもよい。例えば、通知手段としては、表示部１６０にプローブ１８０の温度情報を表示する手段の他、表示灯や音声等により通知する手段を採用してもよい。また、制御部１５３は、温度センサの出力に基づいて、プローブの温度が所定値より大きいと判断した場合、光源１１１への電力の供給を中止するように、電源部１９０及びドライバ回路１１４を制御してもよい。以下の実施形態でも同様に温度センサを利用した通知または制御を行ってもよい。

＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第１の実施形態は指定された表示モードに応じて、光照射の繰り返し周波数を設定し、設定された光照射の繰り返し周波数であってもプローブの発熱を抑制できる照射光の光量を設定する実施形態である。第２の実施形態は、リフレッシュ周波数を直接指定し、指定されたリフレッシュ周波数に応じた繰り返し周波数及び照射光量に制御する実施形態である。本実施形態において、繰り返し周波数はリフレッシュ周波数に一致する例を説明するが、繰り返し周波数よりもリフレッシュ周波数が低くてもよい。

本実施形態に係る装置構成は、図１及び図２に示した第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

ユーザーは、まず入力部１７０を用いてリフレッシュ周波数を指定する。例えば、ユーザーは、入力部１７０を用いて、リフレッシュ周波数を１０［Ｈｚ］に指定する。この場合、図４（ａ）に示すタイミングで、１０［Ｈｚ］のリフレッシュ周波数で更新される画像を動画的に観察することができる。なお、光音響測定を開始する指示を行ったときに、リフレッシュ周波数を指定しない場合であっても、デフォルトのリフレッシュ周波数が設定されてもよい。

また、より早い動きを観察したい場合、ユーザーは、入力部１７０を用いて、より高いリフレッシュ周波数（例えば、３０［Ｈｚ］）を指定してもよい。この場合、図４（ｂ）に示すタイミングで、３０［Ｈｚ］のリフレッシュ周波数で更新される画像を動画的に観察することができる。

また、ユーザーは、より低いリフレッシュ周波数（例えば、５［Ｈｚ］）を指定してもよい。この場合も、制御部１５３が、単位時間当たりの発熱量が所定値（１［Ｗ］）より小さくなるように、光源１１１への供給電力を制御する。繰り返し周波数が５［Ｈｚ］の場合、１パルスの光量を０．０２２［Ｊ］よりも小さくする必要がある。そこで、本実施形態では、リフレッシュ周波数が５［Ｈｚ］と設定された場合、制御部１５３は、繰り返し周波数５［Ｈｚ］、１パルスの光量を０．０２［Ｊ］とするように、光源１１１への供給電力を制御する。これにより、単位時間当たりの発熱量を所定値より小さくすることができ、さらにリフレッシュ周波数を１０［Ｈｚ］と指定した場合よりも高い照射光量で光パルスを発光することができる。その結果、リフレッシュ周波数が高い場合よりも、表示画像の画質を高くすることができる。

第２の実施形態では、リフレッシュ周波数として極端に小さな値を指定すると、照射光量として非常に大きな値を設定してしまう可能性がある。ところが、ＭＰＥの光量の制限値や、レーザーダイオードやＬＥＤ等の光源には発光できる上限の光量（デバイス仕様による上限の光量）がある。そこで、制御部１５３は、光源から射出される光量がそれらの上限より小さくなるように光源に供給する電力を制御してもよい。

以上、ユーザーが入力部１７０を用いて直接リフレッシュ周波数を指定する実施形態について説明した。第２の実施形態の他の実施形態として、リフレッシュ周波数の指定を自動的に行う実施形態について説明する。この実施形態の場合も、リフレッシュ周波数に応じて発光の繰り返し周波数が決定されるものとして説明する。

この実施形態ではハンドヘルド型プローブが加速度センサやジャイロセンサなどのプローブの姿勢を検知するセンサを備える。コンピュータ１５０は、これらのセンサからの出力に基づいて、ハンドヘルド型プローブの移動速度を推定できる。そして推定された移動速度を基に制御部１５３は、後述するようにリフレッシュ周波数を決定する。そして制御部１５３は、前述したように、リフレッシュ周波数に応じて発光の繰り返し周波数及び照射光量を制御する。

ところで、ハンドヘルド型プローブの移動によって、表示画像に映る対象物の位置は変化する。さらに、ハンドヘルド型プローブの移動速度の大きさ（速さ）が大きい場合、表示画像に映る対象物の位置の変化も大きくなる。そして、ハンドヘルド型プローブの速さが大きいときに、リフレッシュ周波数が低いと、表示画像が更新されたときに表示画像に映る対象物が変わってしまい、診断の妨げとなる可能性がある。そこで、制御部１５３は、プローブの姿勢の検知結果に基づいて、ハンドヘルド型プローブの速さが大きい場合には、リフレッシュ周波数を高く設定する。一方、制御部１５３は、ハンドヘルド型プローブの速さが小さい場合には、リフレッシュ周波数を低く設定する。そして、制御部１５３は、プローブの速さに応じて設定されたリフレッシュ周波数に応じて、前述したように、発光の繰り返し周波数及び照射光量を決定する。ハンドヘルド型プローブの速さが極端に大きい場合であっても、人間の認知能力やコンピュータ１５０の信号処理能力を鑑みて、リフレッシュ周波数の上限を設けてもよい。例えば、リフレッシュ周波数の上限を２４０［Ｈｚ］としてもよい。このように、ハンドヘルド型プローブの速さが大きい場合、リフレッシュ周波数が高くなり、繰り返し周波数が高くなる一方で照射光量が小さくなる。その結果、再構成画像の画質が低下する。ところが、人間の視覚は速く動くものに関しては詳細部分の判別が難しく、ゆっくり動くものや静止したものを見る場合は詳細部分の判別が良好になる特性がある。そのため、ハンドヘルド型プローブの速さが大きい場合の再構成画像の画質低下は、ユーザーにとって妨害感は少ない。一方、再構成画像の詳細を見たい場合には、ユーザーはハンドヘルド型プローブの速さを遅くして観察するので、制御部１５３は照射光量の設定値を大きくするので、高い画質の表示画像を提供することができる。

なお、光照射部１１０が複数個の光源を有し、リフレッシュ周波数に応じて決定される発光の繰り返し周波数または照射光量によって光源１１１を切り替えてもよい。例えば、リフレッシュ周波数が所定値よりも小さく、照射光量が高くなる場合には、光源１１１としてＬＤを用いてもよい。一方、リフレッシュ周波数が所定値よりも大きく、照射光量が低くなる場合には、光源１１１としてＬＥＤを用いてもよい。このようにリフレッシュ周波数に応じた照射光量を効率的に発生することのできる光源を切り替えて使用することにより、供給電力を効率的に利用することができ、発熱の抑制につながる。また、このようにリフレッシュ周波数によって光源を切り換えることにより、局所的に熱が集中することを避けることができる。

また、光照射部１１０は、光の照射エリアを、リフレッシュ周波数が高い場合には広く、リフレッシュ周波数が低い場合には狭くしてもよい。すなわち、照射光量が多く必要なリフレッシュ周波数の時に照射エリアを狭くすることによって、被検体に照射される光エネルギー密度を上げてもよい。結果として、リフレッシュ周波数が低い場合において、光音響の発生音圧を大きくすることができるので、表示画像の画質をより良好にすることができる。また、リフレッシュ周波数にかからず画質を揃える場合、リフレッシュ周波数が低い場合の照射光量を下げ、発熱を抑えてもよい。

＜第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、周期的に繰り返し光照射を行い、表示画像を更新する「リアルタイムモード」と、ユーザーの指示したタイミングに光照射し、画像データを生成・表示する「フリーズモード」とを切り換え可能な光音響装置を説明する。

本実施形態の装置構成は、図１及び図２に示した第１の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

本実施形態の「フリーズモード」はユーザーの指示（フリーズスイッチＯＮ）に同期して発光するモードであり、連続的に光照射を行う「リアルタイムモード」と比べて単位時間当たりの発光回数は小さくなる傾向がある。そのため、「フリーズモード」は、「リアルタイムモード」と比べて１パルスの光量を高くしても、単位時間当たりの発熱量を大きく増加しない傾向がある。そこで、本実施形態では、「リアルタイムモード」における照射光量に比べて、「フリーズモード」の場合には、照射光量を高くする。

例えば、図５（ａ）に示すタイミングチャートのように、各モードを切り替え、光照射を実行することができる。図５（ａ）は、第１の実施形態で説明した「高速リアルタイムモード」の間に、ユーザーが入力部１７０を用いて、フリーズの指示を行った場合を示す。図５（ａ）の「フリーズ」に示すタイミング（ユーザーによる指示のタイミング）に、制御部１５３は、入力部１７０からのユーザーの指示に基づく情報を受け取る。制御部１５３は、指示情報に基づいて、「フリーズモード」に対応する光照射の制御信号をドライバ回路１１４に送信する。ドライバ回路１１４は、光照射の制御信号に基づいて、「フリーズモード」に対応する電力を光源１１１に供給し、光源１１１は発光する（図５（ａ）の「発光」）。本実施形態に係る「フリーズモード」では、光源１１１は、照射光量が０．１［Ｊ］の光を発光する。例えば、１秒に１回フリーズボタンが押されたとするとの仮定と、「フリーズモード」では、平均パワーが０．１［Ｗ］であり、発熱量が０．９［Ｗ］である。このように、「フリーズモード」においては、「高速リアルタイムモード」に比べて照射光量を高くしても、単位時間当たりの発熱量は所定値より小さくすることができる。また、「フリーズモード」においては照射光量を高くしているため、「高速リアルタイムモード」に比べて表示画像の画質が向上する。

受信部１２０は、図５（ａ）の「受信」に示すタイミングで、光源１１１からの光に起因して生じる光音響波を受信する。演算部１５１は、図５（ａ）の「画像生成」に示すタイミングで、受信部１２０が出力した信号を基に再構成処理を行い、画像データを生成する。そして、制御部１５３は、表示部１６０に画像データを送信し、表示部１６０に画像データに基づいた画像を表示させる。表示部１６０は、図５（ａ）の「画像表示」に示す期間、画像データに基づいた画像を表示する。

すなわち、図５（ａ）に示すタイミングチャートでは、まず０．３３秒毎に表示画像（画像１～３）が更新され、動画像が表示されている間にユーザーがフリーズの指示を行う。そして、ユーザーによるフリーズ指示に基づいた光照射により得られたフリーズ画像（画像４）が指示の後に表示される。すなわち、動画像（画像１～３）が表示された後に、ユーザーの指示に基づいた光照射に起因する静止画像としてのフリーズ画像（画像４）が表示される。制御部１５３は、フリーズ指示に基づいて得られた画像データや当該画像データに基づいた表示画像を記憶部１５２やＰＡＣＳに転送し、記憶してもよい。

ところで、ユーザーがフリーズの指示を行うタイミングは任意であるため、十分な放熱が完了する前にフリーズ解除の指示がなされる可能性がある。このような場合、ハウジング１８１内部の温度上昇が顕著となってしまう可能性がある。

そこで、図５（ｂ）に示すように、ユーザーによるフリーズの指示がなされてから時間Ｔ１を空けた後に、「フリーズモード」に対応する光照射を行ってもよい。この場合、制御部１５３は、ユーザーの指示に基づいた情報を受け取ってから時間Ｔ１後に「フリーズモード」に対応する電力を光源１１１に供給するようにドライバ回路１１４を制御する。このような制御を行うことにより、十分な放熱が完了する前にフリーズ指示がなされた場合であっても、放熱に要する時間を確保することができる。例えば、ユーザーがフリーズ指示を行ってからリアルタイムにフリーズ画像が表示されると感じることができるように、時間Ｔ１は０．１秒より短くしてもよい。さらに、放熱に十分な時間を確保するために、時間Ｔ１は１秒より短い時間であってもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、「フリーズモード」に対応する光照射を行った後に、十分な放熱が完了したところで、再び「リアルタイムモード」に移行してもよい。すなわち、制御部１５３は、「フリーズモード」に対応する光照射を行った後に、時間Ｔ２の期間を空けて「フリーズモード」を解除し、「リアルタイムモード」に移行するように制御してもよい。このモードの移行により表示部１６０の表示は、静止画像である画像４から、画像５から始まる動画像に切り替わる。例えば、ユーザーがフリーズ指示を行うときは、フリーズ画像を詳細に確認したい場合であるため、時間Ｔ２は５秒より長い時間であってもよい。また、放熱に十分な時間を確保するためであれば、時間Ｔ２は１秒より短い時間であってもよい。なお、制御部１５３は、「フリーズモード」から「リアルタイムモード」への移行を、ユーザーの指示に基づいて実行してもよい。

ところで、ユーザーが頻繁にフリーズ指示を行った場合は、単位時間当たりの発熱量が高くなってしまう可能性がある。そこで、制御部１５３は、単位時間当たりのフリーズ指示に基づいた発光回数に制限を行ってもよい。「フリーズモード」におけるＴ１、Ｔ２の時間は、「フリーズモード」で定められた照射光量と、（Ｔ１＋Ｔ２）で決まる周期で発光した時の単位時間当たりの発熱量が、所定値（例えば１［Ｗ］）より小さくなるように設定される。また、（Ｔ１＋Ｔ２）時間内にフリーズ指示に基づいた発光回数を１回に制限してもよい。例えば、単位時間当たりのフリーズ指示が所定の回数を超えた場合、ユーザーによる指示を無視するようなファームウエアを用いて実現してもよい。また、ハードウェアによる方法で、フリーズ指示に基づいた発光の制限を実現してもよい。例えば、フリーズ指示の繰り返し周波数の上限値のクロック信号とユーザーによるフリーズスイッチの信号との論理ＡＮＤにより生成された信号を用いて発光を制限してもよい。また、フリーズスイッチの信号をアナログあるいはデジタル回路で実現したローパスフィルタで高い周波数成分を除去してもよい。

単位時間当たりのフリーズ指示の回数が所定値に達した場合に、制御部１５３は、表示部１６０等にフリーズ指示の制限を促す通知を行ってもよい。例えば、通知手段としては、表示部１６０にフリーズ指示の制限を促す表示を行う手段の他、表示灯や音声等により通知する手段を採用してもよい。

なお、図５においては、ユーザーによるフリーズ指示に基づいて１パルスの光照射が行われる例を説明した。ただし、本実施形態においては、「フリーズモード」として、ユーザーによるフリーズ指示に基づいて複数パルスの光照射が行われ、複数パルスの光照射により得られた信号データを用いて、フリーズ画像を生成してもよい。この場合も、１パルスあたりの照射光量を周期的な光照射を行う「リアルタイムモード」よりも大きくすることができる。

なお、光照射部１１０が複数個の光源を有し、モードによって光源１１１を切り替えてもよい。例えば、照射光量の高い「フリーズモード」では、光源１１１としてＬＤを用いてもよい。一方、照射光量の低い「高速リアルタイムモード」では、光源１１１としてＬＥＤを用いてもよい。このように各モードの照射光量を効率的に発生することのできる光源を切り替えて使用することにより、供給電力を効率的に利用することができ、発熱の抑制につながる。また、このようにモードによって光源を切り換えることにより、局所的に熱が集中することを避けることができる。

また、光照射部１１０は、光の照射エリアを、「高速リアルタイムモード」では広く、「フリーズモード」では狭くしてもよい。すなわち、照射光量が多く必要なモードの時に照射エリアを狭くすることによって、被検体に照射される光エネルギー密度を上げてもよい。結果として、「フリーズモード」において、光音響の発生音圧を大きくすることができるので、表示画像の画質をより良好にすることができる。また、モード間で画質を揃える場合、「フリーズモード」で照射光量を下げ、発熱を抑えてもよい。

＜第４の実施形態＞
次に本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、光源１１１としてＬＤやＬＥＤ等を用い、１パルスの照射による光音響信号のＳ／Ｎが十分ではない場合に特に好適な実施形態である。１パルスの発光では光量が不足している場合、複数回パルス発光し、得られた各々の光音響信号を加算平均してＳ／Ｎを向上させ、加算平均した光音響信号を基に、光音響画像を生成する構成が考えられる。ここで加算平均としては、単純平均や移動平均や重み付け平均等の加算平均処理を採用することができる。

第４の実施形態は１つの再構成画像を得るために複数回パルス発光し、得られた光音響信号を加算平均する実施形態である。第４の実施形態では１つの再構成画像を得るための複数回パルス発光した合計の光量を、前述した照射光量と同等に扱うこととする。このように照射光を扱うことによって、前述した第１～第３の実施形態に係る光照射条件を適用することができる。また、この場合は、光照射の繰り返し周波数は、加算平均するために多数回パルス発光する間隔から定義される周波数ではなく、再構成画像を取得する周期を基にした周波数（リフレッシュ周波数）に対応する。

図６は、第４の実施形態に係る光源１１１の制御方法と単位時間当たりの発熱量を説明するためのタイミングチャートである。図６のうち、図４と同様の部分については説明を省略する。

図６は、図４と同様に、照射光の発光、光音響波の受信、画像データの生成、及び画像データの表示の各タイミングを示している。「発光」のタイミングチャートにおける縦軸は、複数回のパルス発光における各々のパルス光の光量を示す。また、複数回のパルス発光による合計の光量（照射光量）も合わせ記した。

なお、図４との違いは、パルス発光を複数回行い、得られた光音響信号を加算平均し、加算平均した光音響信号を基に、画像再構成を行っている点である。このように複数回、パルス発光する場合、複数回のパルス発光における各々のパルス発光の光量自体を制御することは回路が複雑になる。そのため第４の実施形態では、複数回のパルス発光における各々のパルス発光の光量は固定とし、複数回のパルス発光における発光回数を制御して光量（照射光量）を制御する方式とした。

また、上記光量（照射光量）の制御によれば、複数回のパルス発光における各々のパルス発光の光量自体が固定であるため、複数回のパルス発光における各々のパルス発光に伴う被検体内部の光量分布（光量の強度）の変化は少ない。そのため、複数回のパルス発光に対応して、パルス光毎に信号収集部１４０によるアンプのゲインの制御等を行わなくてもよい。このように、上記の照射光量の制御により、ゲイン制御等の煩雑な制御を行う手間を省くこともできる。

図６（ａ）において、ハンドヘルド型プローブの通常の動きに対して追従した表示が可能である「リアルタイムモード」を示しており、画像表示のリフレッシュ周波数は、１０［Ｈｚ］としている。

図６（ａ）の「発光」に示すタイミングで、制御部１５３は、光量設定値を０．０１［Ｊ］をドライバ回路１１４に設定する。ドライバ回路は制御部１５３からの０．１秒毎の発光タイミング信号に基づいて、光量設定値に対応するパルス発光回数（たとえば、２［ｍＳｅｃ］間隔で０．０１／６［Ｊ］を６回パルス発光）でＬＤやＬＥＤ等の光源１１１を発光させる。

そして、受信部１２０は、図６（ａ）の「受信」に示すタイミングで、光源１１１からの複数回のパルス発光に起因して生じる光音響波を各々受信し、加算平均する。

演算部１５１は、図６（ａ）の「画像生成」に示すタイミングで、受信部１２０が出力する加算平均した光音響信号を基に再構成処理を行い、画像データを生成する。そして、制御部１５３は、表示部１６０に画像データを送信し、表示部１６０に画像データに基づいた画像を表示させる。表示部１６０は、図６（ａ）の「画像表示」に示す期間、画像データに基づいた画像を表示する。

図６（ａ）に示すタイミングチャートにおいては、まず画像１を０．１秒間表示し、次に画像２を０．１秒表示している。以上の工程を繰り返し、０．１秒毎に新しい画像データに基づいた画像の表示を更新する。

前述したように、ハンドヘルド型プローブの単位時間当たりの発熱量は、照射光量（１つの再構成画像を得るための複数回のパルス発光による合計の光量）と光照射の繰り返し周波数（再構成画像を取得する周期を基にした周波数）で決定される。図６（ａ）の場合は、供給電力に対する光の変換効率を１０［％］と仮定する。この場合、照射光量を０．０１［Ｊ］（１回のパルス発光の光量０．０１／６［Ｊ］×６回）とすると、光源１１１の単位時間当たりの発熱量は、０．０９／６［Ｊ］×６×（１／０．１）＝０．９［Ｗ］となる。

図６（ｂ）は、「高速リアルタイムモード」のタイミングチャートである。図６（ａ）と比較して、光照射の繰り返し周波数が３倍であり、照射光量（発光回数）が異なる。図６（ｂ）の繰り返し周波数は図６（ａ）の３倍の３０［Ｈｚ］であり、０．０３３秒周期毎に、光源１１１は２［ｍＳｅｃ］間隔で２回パルス発光する。表示画像の更新は、０．０３３秒毎に行えるため、追従性も図６（ａ）に比べ向上している。一方、図６（ｂ）における照射光量は、０．０１／３［Ｊ］（１回のパルス発光の光量０．０１／６［Ｊ］×２回）、すなわち図１５（ａ）の半分に設定されている。このような設定により、光源１１１の単位時間当たりの発熱量は、０．９［Ｗ］となる。

以上、第４の実施形態は、光照射の繰り返し周波数が１０［Ｈｚ］（第１の繰り返し周波数）である「リアルタイムモード」（第１のモード）を選択することができる。また、光照射の繰り返し周波数が１０Ｈｚよりも高い３０［Ｈｚ］（第２の繰り返し周波数）である「高速リアルタイムモード」（第２のモード）を選択することができる。また、「リアルタイムモード」と「高速リアルタイムモード」とを切り換えることができる。また、第１の繰り返し周波数（１０［Ｈｚ］）で、被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量（１回のパルス発光の光量０．０１／６［Ｊ］を６回）で光源１１１から光が射出されるように制御する。また、第２の繰り返し周波数（３０［Ｈｚ］）で、被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量よりも小さな第２の光量（１回のパルス発光の光量０．０１／６［Ｊ］×２回）、で光源１１１から光が射出されるように制御する。

以上説明したように、光源１１１の単位時間当たりの発熱量は、光照射の繰り返し周波数と照射光量により制御できることがわかる。ここで、光照射の繰り返し周波数は、再構成画像を取得する周期を基にした周波数に相当し、照射光量は、発光回数に比例した値（１つの再構成画像を得るための１回のパルス発光の光量×発光回数）に相当する。

上記の説明では、１つの再構成画像を得るための複数回のパルス発光の光量は各々同じ（固定値：０．０１／６［Ｊ］）である構成について説明した。本発明は、複数回のパルス発光の光量が異なっている構成であってもよい。この場合も同様に、１つの再構成画像を得るための複数回のパルス発光による合計の光量を、前述した照射光量と同等に扱うこととすればよい。

図６に示した光照射の繰り返し周波数と照射光量は、一例であり、システムに最適化した他の値であってもよい。

また、「高速リアルタイムモード」を実現するために、図６（ｃ）に示したように、光照射の繰り返し周波数と、照射光量（発光回数）を制御してもよい。図６（ｂ）と同様に図６（ｃ）では、光照射の繰り返し周波数が図６（ａ）に示した「リアルタイムモード」に比べ３倍であり、発熱量を制御するために、光照射の繰り返し周波数の周期毎に照射光量を変更している。

具体的には、図６（ｃ）に示したように、光照射の繰り返し周期は０．０３３［ｓ］で、照射光量０．０４／６［Ｊ］（０．０１／６［Ｊ］を４回パルス発光）と、照射光量０．０１／６［Ｊ］（０．０１／６［Ｊ］を１回パルス発光）の照射を行う。

この場合は、照射光量に従って、あるフレームの再構成画像はＳ／Ｎが向上し、他のフレームの再構成画像はＳ／Ｎが低下する。このような制御を行うとリフレッシュ周波数の低下を抑制しつつ、Ｓ／Ｎの低下を抑えた再構成画像も得ることができる。そして、静止画として取得する場合、照射光量の多いフレームの画像を選択するようにすることができる。このような制御を行うことによって、リフレッシュ周波数を高くした「高速リアルタイムモード」であっても、再構成画像のＳ／Ｎの低下を押さえながら、プローブ１８０の昇温を抑制できる。

図６（ｃ）に示した実施形態では複数回のパルス発光の各々の光量は一定である。前述したように、複数回のパルス発光における各々のパルス発光に伴う被検体内部の光量分布（光量の強度）の変化は少ない。そのため、複数回のパルス発光各々に対応して信号収集部１４０のアンプのゲインの等は固定にしてもよい。また、このような光照射によれば、複数回のパルス発光各々における光音響信号を加算平均する場合、複数回のパルス発光数によらず、同じ条件で再構成を行うことができる利点がある。

前述した第１から第３の実施形態のように、光照射の繰り返し周波数の周期（再構成画像を取得する周期）毎に、一回のパルス発光を行う構成に適用してもよい。この場合は、パルス発光の光量を変更し、信号収集部１４０のアンプのゲインの等を可変し、パルス発光の光量の変更による光音響信号の変化を補正することによって実現してもよい。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１１０ 光照射部
１２０ 受信部
１５０ コンピュータ
１８０ プローブ
１９０ 電源部

Claims (12)

1. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部を備えるハンドヘルド型プローブと、
   前記光源に電力を供給する駆動部と、
   前記受信部が光音響波を受信することにより出力した受信信号を用いて、表示部に画像を表示させる情報処理部と、を有し、
   前記駆動部は、周期的に前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記光源から光が射出されるように前記光源に電力を供給し、
   ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングで前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記光源から光が射出されるように前記光源に電力を供給し、
   前記情報処理部は、前記第１の照射光量での周期的な前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、動画像を前記表示部に表示させ、
   前記ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングにおける前記第２の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、静止画像を前記表示部に表示させることを特徴とする光音響装置。
2. 前記光源は、発光ダイオード及びレーザーダイオードを含み構成され、
   前記駆動部は、
   周期的に前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量で前記発光ダイオードから光が射出されるように前記発光ダイオードに電力を供給し、
   前記ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングで前記被検体に光を照射する場合には、前記第２の照射光量で前記レーザーダイオードから光が射出されるように前記レーザーダイオードに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
3. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部を備えるハンドヘルド型プローブと、
   前記光源に電力を供給する駆動部と、を有し、
   前記光源は、発光ダイオード及びレーザーダイオードを含み構成され、
   前記駆動部は、周期的に前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記発光ダイオードから光が射出されるように前記発光ダイオードに電力を供給し、ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングで前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記レーザーダイオードから光が射出されるように前記レーザーダイオードに電力を供給することを特徴とする光音響装置。
4. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部を備えるハンドヘルド型プローブと、
   前記光源に電力を供給する駆動部と、
   前記受信部が光音響波を受信することにより出力した受信信号を用いて、表示部に画像を表示させる情報処理部と、を有し、
   前記駆動部は、
   第１の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記光源から光が射出されるように前記光源に電力を供給し、
   前記第１の繰り返し周波数よりも低い第２の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記光源から光が射出されるように前記光源に電力を供給し、
   前記情報処理部は、前記第１の繰り返し周波数、かつ、前記第１の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、第１のリフレッシュ周波数で動画像を前記表示部に表示させ、前記第２の繰り返し周波数、かつ、前記第２の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、前記第１のリフレッシュ周波数よりも低い第２のリフレッシュ周波数で動画像を前記表示部に表示させることを特徴とする光音響装置。
5. 前記光源は、発光ダイオード及びレーザーダイオードを含み構成され、
   前記駆動部は、前記第１の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量で前記発光ダイオードから光が射出されるように前記発光ダイオードに電力を供給し、
   前記第２の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、前記第２の照射光量で前記レーザーダイオードから光が射出されるように前記レーザーダイオードに電力を供給することを特徴とする請求項４に記載の光音響装置。
6. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部を備えるハンドヘルド型プローブと、
   前記光源に電力を供給する駆動部と、を有し、
   前記光源は、発光ダイオード及びレーザーダイオードを含み構成され、
   前記駆動部は、第１の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記発光ダイオードから光が射出されるように前記発光ダイオードに電力を供給し、前記第１の繰り返し周波数よりも低い第２の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記レーザーダイオードから光が射出されるように前記レーザーダイオードに電力を供給することを特徴とする光音響装置。
7. 前記光源は、発光ダイオード及びレーザーダイオードの少なくとも一方を含み構成されることを特徴とする請求項１又は４に記載の光音響装置。
8. 前記駆動部は、前記光源で発生する単位時間当たりの発熱量が所定値を超えないように、前記光源に電力を供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光音響装置。
9. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部と、を備えたハンドヘルド型プローブに適用される照射光量の制御方法であって、
   周期的に前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記光源は光を射出し、ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングで前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記光源は光を射出し、前記第１の照射光量での周期的な前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波に基づいて、動画像を表示し、前記ユーザーによる光照射の指示に基づいたタイミングにおける前記第２の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、静止画像を表示することを特徴とする制御方法。
10. 光源及び該光源から射出される光の被検体への光照射に起因して生じる光音響波を受信する受信部と、を備えたハンドヘルド型プローブに適用される照射光量の制御方法であって、
    第１の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、第１の照射光量で前記光源は光を射出し、前記第１の繰り返し周波数よりも低い第２の繰り返し周波数で前記被検体に光を照射する場合には、前記第１の照射光量よりも大きな第２の照射光量で前記光源は光を射出し、前記第１の繰り返し周波数、かつ、前記第１の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、第１のリフレッシュ周波数で動画像を表示し、前記第２の繰り返し周波数、かつ、前記第２の照射光量での前記被検体への光照射に起因して生じる光音響波の受信信号を用いて、前記第１のリフレッシュ周波数よりも低い第２のリフレッシュ周波数で動画像を表示することを特徴とする制御方法。
11. 前記光源で発生する単位時間当たりの発熱量が所定値を超えないように、前記光源への供給電力を制御する請求項９または１０に記載の制御方法。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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