JP7077384B2

JP7077384B2 - 被検体情報取得装置

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Publication number: JP7077384B2
Application number: JP2020188128A
Authority: JP
Inventors: 賢司大山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2036-02-08
Also published as: JP2021035565A

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

被検体の特性情報を可視化する技術の１つに、光音響トモグラフィー（ＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴは、光と音響波を使用して被検体の機能情報を可視化する技術である。パルス光（可視光や近赤外光など）を生体組織に照射すると、生体内部の光吸収物質（例えば血液中のヘモグロビン）が、パルス光のエネルギーを吸収して瞬間的に膨張して、音響波（光音響波）を発生させる。この現象を光音響効果と呼ぶ。ＰＡＴは、光音響波を測定することで生体組織の情報を可視化する技術である。

ＰＡＴにより得られた、生体内のヘモグロビンに由来する光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布を可視化することで、血管を画像化できる。また、発生する音響波の光波長依存性を利用して、血液の酸素飽和度などの機能情報を取得できる。さらに、光と音響波を用いるＰＡＴは、低侵襲での画像診断を可能にするため、被検者の負担が低減される。

特許文献１には、略球面に沿って異なる位置に配置された複数の音響波受信素子を備える探触子を用いて、被検体情報を可視化する技術が開示されている。特許文献１によれば、複数の音響波受信素子の受信感度の高い方向を所定の領域に指向させることで、高感度領域を形成できるとともに、画像のノイズを低減できる。

米国特許第６２１６０２５号明細書

被検体情報は、複数の音響波受信素子が受信した音響波に由来する信号データに対して画像再構成を行うことで得られる特性情報である。画像再構成には、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、整相加算処理、繰り返し演算法が用いられる。これらの処理は一般的に演算量が大きい。特に、被検体情報を高精細化しようとすればするほど、演算量は増加する。そのため、できるだけ画質を維持しつつ、音響波の受信に追従して被検体情報を生成する場合、再構成処理に要する時間を短縮する必要がある。言い換えると、光音響測定と並行して画像を表示するような逐次表示を行う場合、被検体情報の取得速度を早めることが課題となる。

また、被検者の負担を軽減するために、検査時間を短縮したいという要請がある。検査時間短縮のためには、音響波を繰返し高速に受信することが有効である。しかし、音響波の取得間隔が短くなると、画像再構成に費やせる時間も短くなる。その結果、画像表示の音響波受信に対する追従性が低くなり、逐次表示が困難になる。以上のように、光音響測定と並行して行われる画像再構成の高速化が課題となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、被検体からの音響波を用いる被検体情報取得装置において、被検体情報の精度を可及的に保ちつつ、画像データ生成処理の音響波取得に対する追従性を高めることにある。

本発明の実施形態に係る被検体情報取得装置は、
波長を切り替えて複数のパルス光を発生させる光源に光学的に結合された光出射端と、
前記光出射端からの光が照射された被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む複数の素子グループと、
前記複数の素子グループを支持する支持体と、を有する探触子アレイと、
前記電気信号が出力された前記素子と対応させて前記電気信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記電気信号から、前記複数の素子グループから一部の素子グループを選択することで、前記選択した素子グループに対応する電気信号を前記記憶部から読み出す選択部と、
前記記憶部から読み出された前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を示す画像データを生成する情報生成部と、
前記被検体に対する前記探触子アレイの相対位置を変化させる位置制御部と、を有し、
前記選択部は、切り替えられた異なる波長の出射光に対応する画像データを前記情報生成部が生成する場合、前記異なる波長間で共通する前記素子グループを選択し、
前記選択部が選択する素子または素子グループに対応する電気信号の数において、前記相対位置が変化しているときより前記相対位置が変化していないときの方が多い。
本発明の実施形態に係る被検体情報取得装置は、
波長を切り替えて複数のパルス光を発生させる光源に光学的に結合された光出射端と、
前記光出射端からの光が照射された被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む複数の素子グループと、
前記複数の素子グループを支持する支持体と、を有する探触子アレイと、
前記電気信号が出力された前記素子と対応させて前記電気信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記電気信号から、前記複数の素子グループから一部の素子グループを選択することで、前記選択した素子グループに対応する電気信号を前記記憶部から読み出す選択部と、
前記記憶部から読み出された前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を示す画像データを生成する情報生成部と、を有し、
前記選択部は、切り替えられた異なる波長の出射光に対応する画像データを前記情報生成部が生成する場合、前記異なる波長間で共通する前記素子グループを選択し、
前記選択部が選択する素子または素子グループに対応する電気信号の数において、前記
複数のパルス光が順次照射される期間より前記複数のパルス光の照射が完了している期間の方が多い。

本発明の構成によれば、被検体からの音響波を用いる被検体情報取得装置において、被検体情報の精度を可及的に保ちつつ、画像データ生成処理の音響波取得に対する追従性を高めることができる。

第１の実施形態における装置構成の概略図第１の実施形態における探触子の構成の概念図第１の実施形態における被検体情報の取得の流れを示すフロー図第１の実施形態における受信信号のデータ構造の概略図第１の実施形態における受信信号のデータ構造の別の概略図

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。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。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には、被検体に光（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、被検体の特性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。この場合、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値の情報である。

光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。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を含む。また、物質濃度として酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。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も求められる。

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネル
ギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。

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。トランスデューサ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。

本発明は、音響波を被検体に送信して、被検体内部で反射したエコー波を受信する装置にも適用できる。この場合、被検体内部の音響インピーダンスの変化を反映した、被検体の構造情報を画像化できる。

＜第１の実施形態＞
（装置構成）
図１は、第１の実施形態における被検体情報取得装置の構成の概略図である。装置は、被検体１０１から伝播する光音響波の受信を行う探触子１０２、探触子１０２の位置制御を行う位置制御機構１０４、光源１０５、被検体１０１に対して光を照射する光学系１０６、探触子１０２が生成した受信信号を処理する信号受信部１０７を備える。

装置はさらに、ユーザが装置を操作するための入力部１１１、受信信号に基づいて被検体情報を生成する情報生成部１１２、生成された被検体情報や装置を操作するためのユーザインターフェース（ＵＩ）を表示する表示部１１３を備える。情報生成部は、本発明の情報生成部および表示制御部として機能する。

装置はさらに、入力部１１１を介したユーザの各種操作を受け付け、目的とする被検体情報を生成するのに必要な制御情報を生成し、システムバス１１０を介して各機能を制御する制御プロセッサ１０９を備える。装置は更に、取得した光音響波信号や生成した画像、その他動作に関する情報を記憶する記憶部１１４、被検体１０１を可視光領域で撮像する撮像素子１１５を備える。

被検体１０１は測定対象である。測定対象は例えば、人の乳房、手、足などや、ヒト以外の生物、装置調整に用いる生体の特性情報を模擬したファントム等である。

（探触子における素子配置）
探触子１０２は、図２で示すように、半球面形状の支持体１２３に複数の音響波受信素子２１１が配列して構成される。図２（ａ）は探触子１０２を側面から見た図、図２（ｂ）は探触子１０２をｚ軸方向上部から見た図である。複数の音響波受信素子２１１はそれぞれ、被検体１０１に光１３１を照射することにより被検体内部から伝播する光音響波を検出して電気信号に変換する。支持体１２３は、ある程度の強度を持つ材質、例えば金属や樹脂で構成することが好ましい。また支持体１２３の内部に音響伝達媒体を満たす場合、それをこぼさないような容器を用いる。

図２（ａ）の点２０１は、半球状の支持体１２３の機械設計点である曲率中心点を示している。一般に、複数の音響波受信素子２１１のそれぞれはその受信面（表面）の法線方向に最も高い受信感度を持ち、この方向を指向軸とも呼ぶ。そして、音響波受信素子２１１は、指向軸の方向を中心とした所定角度範囲において有効な受信感度を持つ。そこで、各素子の指向軸を曲率中心点２０１付近へ集めることで、曲率中心点２０１を中心とした高感度領域２０２を形成できる。高感度領域２０２に位置する被検体１０１は、高感度かつ高精度に画像化できる。高感度領域２０２は、例えば、曲率中心点２０１における解像度と比べて５０％以上の解像度で画像化が可能な範囲として定義できる。

なお、本発明における複数の音響波受信素子２１１の配置方法は、図２の例に限定されない。機械設計上の点を中心とした所定の領域に一部または全ての音響波受信素子の指向軸が集まり、所定の高感度領域が形成されていてもよい。複数の音響波受信素子２１１の配置面の形状として例えば、真球形状、半球形状、球冠形状や球帯形状などの開口がある球面形状、球面と見なせる程度の表面上の凹凸がある面、球面と見なせる程度の楕円体などがある。球を任意の断面で切った球冠形状または球帯形状の支持体に沿って複数の音響波受信素子を配置する場合、その支持体の形状の曲率中心点に指向軸が集まる。

好ましくは、複数の音響波受信素子２１１は、支持体１２３が形成する球表面上に広く略均一に分散して配置される。すなわち、高感度領域２０２に対してできるだけ等方的に素子を配置する。これにより、測定点の偏りに起因する虚像（アーティファクト）が抑制される。

各音響波受信素子２１１の配置位置は、図２で示すように、支持体１２３の点２０１を原点とした半径ｒ、極角θ、方位角φを用いた球座標系で指定される。それらの位置情報は素子配置データとして記憶部１１４にあらかじめ記録されている。情報生成部１１２は、個々の音響波受信素子２１１の受信信号と位置情報とを対応付けて画像再構成を行うことで被検体情報を生成する。高精細表示におけるアーティファクト低減のために、音響波受信素子２１１の全体が、支持体の曲率中心点から見て等方的に配置されていることが好ましい。また、逐次表示における画質を維持するために、各グループ内においても、そのグループに含まれる音響波受信素子２１１が、支持体の曲率中心点から見て等方的に配置されていることが好ましい。

図２（ｂ）は、支持体１２３が形成する球表面上に、螺旋経路に沿ってθとｃｏｓ（φ）が略等間隔になるように複数の音響波受信素子を分散配置した状態を示す。図２（ｃ）と図２（ｄ）はそれぞれ、図２（ａ）で示した１つの螺旋状の素子配置を、原点を中心に１２０°または９０°回転させて追加配置した様子を示す。このように音響波受信素子の数が増加することで、より高精細な被検体情報を生成できる。図中の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、１つの螺旋に属する音響波受信素子群を１つのグループとしたときに、各素子グループを識別するための符号である。複数の素子グループを形成する際には、素子グループ同士の間で、素子配置の偏りが生じないように、素子を均等に分ける。

なお、音響波受信素子の配置方法は上記に限られない。他にも、各素子を母点とするＶｏｒｏｎｏｉ領域が略均一になるような配置、近接する互いの素子間の距離が略均一になる配置、Ｄｅｌａｕｎａｙ三角形やＦｉｂｏｎａｃｃｉ格子に基づく配置、などを利用できる。このように音響波受信素子２１１を略均一に分散配置することで、可視化対象とする受信信号を選択制御により間引いても、被検体情報の精度を可及的に維持できる。

本発明は、超音波エコー装置にも適用できる。超音波エコー装置においては、それぞれの音響波送受信素子２１１が音響波送信機能を備えてもよいし、音響波送信用の素子を別に設置してもよい。その場合、被検体情報取得装置は、音響波送信回路を備え、制御プロセッサ１０９の制御情報に従って駆動電圧を各素子２１１に印加する。超音波エコー装置においては、複数の素子が、複数回音響波を被検体に送受信する。

なお、探触子１０２の底面には、光学系１０６により光源１０５から導光された光１３１を被検体１０１へ照射するための照射口２３１が設けられている。ただし、照射口２３１は、探触子１０２とは別の場所にあってもよい。

音響波受信素子２１１としては、受信感度が高く、受信周波数帯域が広いものが好まし
い。例えば、圧電セラミックス（ＰＺＴ）を用いる素子や、静電容量型のＣＭＵＴ（ＣａｐａｃｉｔｉｖｅＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を利用できる。また、磁性膜を用いるＭＭＵＴ（ＭａｇｎｅｔｉｃＭＵＴ）、圧電薄膜を用いるＰＭＵＴ（ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭＵＴ）も利用できる。

（各構成要素の詳細）
光源１０５は、近赤外領域に中心波長を有するパルス光を発する。光源１０５として一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光が可能な固体レーザ（例えば、Ｙｔｔｒｉｕｍ－Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ－ＧａｒｎｅｔレーザやＴｉｔａｎ－Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ）が使用される。ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザも使用できる。またレーザのかわりに発光ダイオードやフラッシュランプも使用できる。光源は、複数回パルス光を被検体に照射できる。

光の波長を光吸収物質に応じて選択するために、波長可変レーザを用いることが好ましい。例えばヘモグロビンは６００～１０００ｎｍの光を吸収する。一方、生体を構成する水の光吸収は８３０ｎｍ付近でほぼ極小となる。そのため、７５０～８５０ｎｍでヘモグロビンによる光吸収が相対的に大きくなる。また、ヘモグロビンの状態（酸素飽和度）により光波長ごとに光の吸収率が変化する。この光波長依存性を利用することで生体の機能的な変化も測定できる。ヘモグロビンは血管に多く含まれるので、ヘモグロビンを画像化することで新生血管を多く含む悪性腫瘍の可視化が期待されている。

光学系１０６は、光源１０５が発したパルス光を被検体１０１に向けて導き、信号取得に好適な光１３１を形成して出射する。光学系１０６としては、レンズ、プリズム、ミラー、拡散板、光ファイバなどの光学部品を利用できる。なお、皮膚や目に対するレーザ光などの照射に関する基準として、光の波長や露光持続時間、複数回パルス光を照射する際の繰り返しなどの条件により最大許容露光量（ＭａｘｉｍｕｍＰｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ
Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。光学系１０６は、同基準を満たす光１３１を生成する。

また光学系１０６は、光１３１の被検体１０１への出射を検知し、それと同期して光音響波の受信および記憶を制御するための同期信号を生成する検出機構（不図示）を備える。例えば、光源１０５が生成したパルス光の一部をハーフミラーなどの光学系により分割して光センサへ導光し、光センサが生成する検出信号を使用することで、光１３１の出射を検知できる。パルス光の導光にバンドルファイバを使用する場合には、ファイバの一部を分岐させて光センサに導光してもよい。生成された同期信号は信号受信部１０７と位置制御機構１０４へ入力される。

信号受信部１０７は、典型的には、探触子１０２が受信したアナログ信号を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部、そしてそれらを制御するＦＰＧＡやＡＳＩＣなどの電気回路から構成される。信号受信部１０７は、光学系１０６から入力される同期信号に従って、所定のサンプリングレートで所定のサンプル数で探触子１０２からの受信信号を時系列に収集し、デジタルの信号データへ変換する。

制御プロセッサ１０９は、プログラム動作における基本的なリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステム（ＯＳ）を稼働させるとともに、記憶部１１４に格納されたプログラムコードを読み出し、以後記述する実施形態の機能を実行する。また入力部１１１を介したユーザからの測定開始などの各種操作により発生するイベント通知を受けて被検体情報の取得動作を管理する。また、システムバス１１０を介して各ハードウェアを制御する。

位置制御機構１０４は、探触子１０２と被検体１０１の相対位置を変化させる。これにより、高感度領域２０２が被検体内部を移動するので、広い範囲で高精細な被検体情報を取得できる。位置制御機構１０４は、モータなどの駆動部とその駆動力を伝達するリードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構などの駆動機構から構成される。位置制御機構１０４は、制御プロセッサ１０９からの走査制御情報に従って、パルス光１３１と探触子１０２の位置を制御する。位置制御機構１０４はまた、位置制御情報を取得する光学式や磁気式のエンコーダなどを備え、光学系１０６から入力されるパルス光１３１照射の同期信号に従って、信号受信時の位置制御情報を取得する。位置制御機構は、本発明の位置制御部に相当する。

入力部１１１は、生成する被検体情報に関するパラメータ設定、測定開始の指示、生成した被検体情報の観察パラメータ設定、画像に関する画像処理操作、などを行うための入力装置である。一般的に、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成され、ユーザの操作に従って制御プロセッサ１０９上で動作しているＯＳなどのソフトウェアに対するイベント通知を行う。入力部１１１にタッチパネルを使用する場合には、表示部１１３がその機能を有する。

情報生成部１１２は、複数の音響波受信素子２１１が出力した電気信号に由来する信号データに画像再構成を行い、被検体内の組織情報を示す画像データを生成する。画像再構成には、既知の手法（例えば、タイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、整相加算処理繰り返し処理による逆問題解析法）を使用できる。情報生成部１１２は、一般的に高性能な演算処理機能、グラフィック表示機能を有するＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などで構成される。情報生成部１１２の性能を高くすることで、画像データ生成に掛かる時間を短縮できる。

情報生成部１１２はさらに、記憶部１１４に記憶された信号データのうち、被検体情報生成の対象とする信号データを選択する選択部１２５を内部に備える。選択部１２５は、実体を持つ回路等であってもよいし、プログラムモジュールとして構成されてもよい。選択部１２５が、画像再構成に用いられる受信信号を選択制御することで、生成する被検体情報の精度を可及的に維持しながら、被検体情報生成の追従性能が向上する。その結果、装置の信号取得を繰返す場合の１周期や、動画像表示におけるリフレッシュレートの１周期の間に画像データを生成できる。なお、受信信号を、音響波受信素子を単位として間引いた場合、１ボクセルあたりの演算量をその素子の分だけ省略できるため、処理時間短縮効果が大きい。

信号受信部１０７は、受信信号のデータを記憶部１１４の揮発性メモリの連続した記憶領域に保持することが好ましい。これにより、画像再構成において情報生成部１１２がシーケンシャルにデータにアクセスできる。また、情報生成部１１２にとって処理対象のデータサイズが２のべき乗であることが有利な場合がある。そこで、全受信信号データのサイズが２のべき乗となるように、複数の音響波受信素子２１１の数またはサンプリング数などを設定することが好ましい。

表示部１１３は、情報生成部１１２により生成された被検体情報の画像や数値データを表示する。表示部１１３は、画像や装置を操作するためのＵＩを表示してもよい。表示部１１３として例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイなどを利用できる。

情報生成部１１２は、動画像表示、積算表示、比較表示などの表示形態に応じた被検体情報を生成する。動画像表示では、次々に取得される複数の受信信号に基づいて、表示する被検体情報も次々に更新する。動画像表示で被検体１０１の時間的変化を観察する場合
には、信号取得から被検体情報の表示までの処理が信号取得の繰返し周期または動画像表示のリフレッシュレートに追従できることが好ましい。さらにはその時間制約に対してリアルタイム性を実現できることが好ましい。

積算表示では、複数回の信号取得に基づいた被検体情報を積算することでＳ／Ｎが向上する。また複数の位置で取得される信号に基づいて被検体情報を生成、積算表示することで、走査の過程も視認できるとともに広範囲に渡る被検体情報を形成、表示できる。また比較表示では、複数の異なる条件で測定した受信信号に基づいて生成した被検体情報を、同じ面内に並べて表示する。これによりユーザの比較観察を支援できる。例えば、光波長を切り替えながら信号取得を繰り返した場合に、光波長ごとに被検体情報を並べて表示することで被検体１０１の光波長依存性を観察し易くできる。光音響画像の表示方法は任意であり、例えば、任意の１断面画像、任意の視方向および任意のスラブ厚での最大値投影画像、立体ボリューム画像などを利用できる。

記憶部１１４は、制御プロセッサ１０９が動作するのに必要な揮発性または不揮発性メモリから構成される。揮発性メモリは一時的なデータ保持に用いられる。ハードディスク等の不揮発性メモリは、取得した信号データおよび生成された画像データ、音響波受信素子２１１の配置データ、関連する数値データ、診断情報、ソフトウェアのプログラムコードなどを記憶保持する。

撮像素子１１５は、被検体１０１を撮像してその画像信号を出力する。撮像部１１５には、典型的にはＣＣＤセンサ、またはＣＭＯＳセンサなどの光学撮像素子が使用される。ユーザは、目的とする被検体情報の生成に必要な信号取得位置やその範囲などを、撮像素子１１５による撮像画像上で指定できる。

なお、被検体１０１とその保持部１２１の間には、音響インピーダンスを整合させるため、水、油、超音波測定用ジェルなどの音響伝達媒体１２４を配置して空隙を生じないようにすることが好ましい。また、保持部１２１と探触子１０２の支持体１２３との間も、光音響波の伝播経路であるため、音響波の伝播効率の高い媒体で充填されることが好ましい。さらに光１３１の伝播経路でもあるため、光１３１に対して透明な媒質であることが好ましい。保持部１２１は必ずしも必須ではないが、被検体１０１の形状を維持して測定を安定化させるとともに、光量計算を容易にするという効果をもたらす。保持部１２１としては、光および音響波の透過性が高いものが好ましい。

（処理フロー）
続いて図３を参照して、第１の実施形態における被検体情報の取得の流れを説明する。ステップＳ３０１では、制御プロセッサ１０９が、入力部１１１を介したユーザからの指定に従って信号取得条件を設定する。ユーザは信号取得の位置や広範囲の信号取得を行う場合にはその走査領域、測定に使用する光波長、信号取得の繰返し周波数などを指定する。信号取得の繰返し周波数は、本実施形態においては光源１０５による光照射の繰返し周波数に相当し、光ではなく超音波の送信を行う場合には超音波送信の繰返し周波数に相当する。なお、記憶部１１４にあらかじめ複数の信号取得設定を既定値として保存しておき、ユーザが所望の設定を選択してもよい。

ステップＳ３０２では、制御プロセッサ１０９が、入力部１１１を介したユーザからの指定に従って被検体情報生成条件を設定する。ユーザは、生成する被検体情報のサイズや解像度などを指定する。また、被検体情報の表示形態も指定できる。表示形態としては、被検体情報を次々に更新する動画像表示、または次々に生成される被検体情報の積算表示、複数の光波長での比較表示などがある。また、信号取得の繰返し周波数とは別に、表示のリフレッシュレートを設定できる。

なお、必要とするサイズや解像度などの設定から、被検体情報の生成に要する画像再構成の時間を算出できる。また、信号取得の繰返し周波数または表示のリフレッシュレートからは、被検体情報の生成に対する時間制約を算出できる。そして、信号取得の繰返し周波数または表示のリフレッシュレートに追従するために必要な受信信号の選択量も推算できる。

ステップＳ３０３では、制御プロセッサ１０９が、これまでのステップで設定された条件に応じて光や走査の制御情報を生成する。具体的には、信号取得位置、走査経路、走査速度、走査密度、走査時の加減速プロファイル、光の照射回数、光照射の繰返し周波数などである。また複数の光波長を用いる場合、光波長の切り替えに関する制御情報も生成する。制御プロセッサ１０９は生成された制御情報を位置制御機構１０４、光源１０５、信号受信部１０７へ出力する。

制御プロセッサ１０９はまた、前述の可視化対象とする受信信号の選択量推算に基づいて、選択部１２５が可視化対象とする受信信号に関する選択制御設定を行う。なお、前述の各条件が取り得る値の範囲は、装置の構成により限定される。そこで予め、可視化対象とする受信信号の選択のための制御テーブルを記憶部１１４に保存しておいてもよい。この場合、ユーザは入力部１１１を使って選択を行う。

ステップＳ３０４では、位置制御機構１０４が、位置制御情報に従って、探触子１０２を次の光音響波信号の取得位置へ移動させる。

ステップＳ３０５では、光源１０５が光波長や光照射の繰返し周波数などの制御情報に従ってパルス光を発生させる。光源１０５から発光されたパルス光は光学系１０６を介して光１３１に成形され、被検体１０１に照射される。複数の光波長を使用する場合、光波長の切換え制御も行う。光学系１０６は、光１３１の照射を検知すると同期信号を生成して、位置制御機構１０４と信号受信部１０７へ送出する。超音波エコー装置の場合、本ステップでは超音波を送信する。

ステップＳ３０６では、探触子１０２が被検体１０１から発生する光音響波を検出し、信号受信部１０７が光学系１０６から入力される同期信号に同期して光音響波信号の受信を開始する。受信信号データはシステムバスを介して記憶部１１４に保持される。また、位置制御機構１０４が光学系１０６から入力される同期信号に同期して光１３１の照射時の位置制御情報を取得する。記憶部１１４は、受信信号データと位置制御情報とを対応づけて保持する。

（受信信号データの保存と選択）
ステップＳ３０７では、選択部１２５が可視化対象とする受信信号を選択する。図４を使用して、本実施形態における受信信号の選択制御を説明する。図４は、図２（ｄ）の音響波受信素子２１１の配置に基づいて信号受信部１０７が出力する受信信号データの概略構造を示している。

図４（ａ）は、ｎ個の音響波受信素子群（Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｎ）のうちの１つである、素子Ａ１が生成した受信信号のデータフォーマットを示す。データは、記憶領域の動作上指定されるアドレスを起点とする連続した領域に記憶される。信号データ群（Ｓ０，Ｓ１，…，Ｓｎ，…，Ｓｍ，…，Ｓｍａｘ）は１つの素子により時系列に収集されたデータ群を示しており、データ群に含まれる各データがそれぞれ１サンプルに相当する。

図４（ｂ）は、音響波受信素子２１１の受信データを一体化して１つの直方体で模式的
に表す。図４（ａ）で示した音響波受信素子Ａ１の信号データに続いて、素子Ａ２～素子Ａｎの信号データが連続して記憶領域に配置されている。さらに、素子Ａｎ＋１以降のデータを続けても構わない。

図４（ｃ）は、本実施形態における、１回の信号取得により得られる受信信号のデータ構造を示す。このようなデータが、記憶部１１４の連続した記憶領域に記憶される。ここでは、１つの螺旋に属する受信信号データを１つのデータブロックとなる。グループＡのデータブロックに続いて、グループＣ、グループＢ、そしてグループＤの信号データが連続した領域に記憶される。

このようにグループごとに信号データを記憶することで、選択部１２５が、可視化対象とする受信信号をグループ単位で選択可能となる。例えば、１つのグループのみの選択、２つのグループの選択、３つのグループの選択が可能となる。なお、グループを選択する際は、可視化対象とする受信信号の測定点が偏らないようにすることで、アーティファクトを抑制できる。例えばこの例で２つのグループを選択する場合、「ＡとＣ」または「ＢとＤ」の組合せを選択する。図４（ｃ）においてグループＡ、Ｃ、Ｂ、Ｄという順にデータ群が保持されているのは、上記のように「ＡとＣ」または「ＢとＤ」という選択方法を採用したときに、シーケンシャルなデータアクセスを可能にして処理時間を短縮するためである。ただし記憶領域内でのデータ群の配置は、これに限られない。

選択部１２５は、グループ単位で可視化対象とする受信信号を選択する。好ましくは、選択部１２５は、表示の形態が更新表示または積算表示の場合には、第一の信号取得と続く信号取得とで可視化対象とするグループを変更する。例えば可視化対象として１グループのみを選択する場合、更新のたびにＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄという順序で選択する。また２グループを選択する場合、「ＡとＣ」→「ＢとＤ」という選択パターンを交互に繰り返す。これにより、画像データ生成時の音響波受信素子が特定の方向に偏らないようになり、等方性が高まる。すなわち、選択部１２５は、逐次表示のために、複数の音響波受信素子の一部の素子から出力された信号を選択する。

一方、複数の光波長による被検体情報を比較表示する場合、第１の波長と第２の波長で同様に被検体情報を生成することが好ましい。そのために選択部１２５は、例えば、第１の波長でグループＡを選択した場合は、第２の波長でもグループＡを選択する。その次の第１の波長でグループＣに選択変更した場合は、続く第２の波長でもグループＣを選択する。

図５は別のデータ構造の例を示している。図４では螺旋ごとにグループ化したデータ構造としたが、図５では複数の螺旋配置を越えて、一定間隔おきにグループ化した。このデータ構造においても、図４と同様に、可視化対象とする受信信号を好適に選択できる。さらに、グループに属する素子配置が等方的になる。選択部１２５は、α、β、γ、δのグループ単位で可視化対象とする受信信号の選択を行う。

フローチャートに戻って説明を続ける。ステップＳ３０８では、情報生成部１１２が、ステップＳ３０７で選択された受信信号を使用して画像再構成する。画像再構成が信号取得の繰返し周期に遅れる場合には、次々と取得される信号データを待ち行列で管理する。ステップＳ３０９では、表示部１１３がステップＳ３０８で生成した被検体情報で表示を更新する。これにより、１回の光音響測定に追従した逐次表示が完了する。本明細書において、逐次表示のことを第１の表示とも呼ぶ。第１の表示は、複数回のパルス光の照射を完了する前の画像表示とも言える。上記の通り、第１の表示では選択された一部の素子に由来する電気信号が利用される。

ステップＳ３１０では、信号取得が全て完了したかどうかを判定する。例えば、被検体の走査が完了したかどうかや、所定の時間が経過したかどうかに基づいて判定がなされる。未完了の場合、ステップＳ３０４に戻って探触子は次の位置で光音響測定を行う。信号取得が完了した場合、ステップＳ３１１に移行する。

ステップＳ３１１では、情報生成部１１２がこれまでの逐次表示用の各ステップで使われなかった受信信号も使用して画像データを生成する。なお、この高精細表示に用いるデータ生成では、必ずしも全データを利用しなくてもよい。高精細表示に用いるデータ生成では、１つの逐次表示用のデータ生成に利用された複数の音響波受信素子の一部の素子よりも多くの素子から出力された受信信号を利用すればよい。ステップＳ３１２では、表示部１１３がステップＳ３１１で生成した被検体情報で表示を更新する。これにより、ステップＳ３０９と比べて多くの受信信号に基づく高精細表示が行われる。なお、ステップＳ３１１と３１２は検査の直後ではなく、別の機会に実施してもよい。

本明細書において、高精細表示のことを第２の表示とも呼ぶ。第２の表示は、複数回のパルス光の照射の完了後の画像表示である。本発明の制御では、第１の表示と第２の表示を切り替え可能である。第２の表示において、第１の表示で選択された一部の素子よりも多くの素子から出力された電気信号を利用することで、より高精細な画像化が可能である。

本実施形態によれば、探触子の曲面上の異なる配置位置に複数の音響波受信素子が等方性をもって配置され、さらに、素子が複数のグループに分けられる。また、それぞれの音響波受信素子群に含まれる素子は、可及的に均等に配置されている。そして、選択部が受信信号をグループ単位で選択する。これにより、どのグループが選択された場合でも、高感度領域に対して等方的に素子が選択される。その結果、被検体情報の精度を可及的に維持しつつ、光音響測定への追従性が高い逐次表示を実現できる。さらに、走査と光音響測定が終わった後には各逐次表示のときよりも多くの素子から出力されたデータを用いた画像再構成により、高精細表示に適した画像データが生成される。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、選択部１２５の機能を信号生成部１１２が有していた。本実施形態では、信号受信部１０７が選択部１１２の機能を有する。すなわち、信号受信部１０７が受信信号のうちの一部または全てをシステムバス１１０へ転送する選択制御を行う。また、転送の有無の制御ではなく、システムバス１１０へ転送する優先順位を制御してもよい。その場合、可視化対象とする受信信号を先行して転送する。

本実施形態によれば、信号受信部１０７からシステムバス１１０への伝送量が低減される。その結果、伝送時間を短縮させ、被検体情報表示の追従性能がさらに向上する。また、信号受信部１０７が、近接する複数の音響波受信素子同士の受信信号を合算することで１つの合成信号を生成して、受信信号の量を減らすことも好ましい。合算する音響波受信素子の数が多いほど、伝送量を低減する効果は大きい。その反面、合算対象とした音響波受信素子の個々の配置位置に基づく固有の情報が失われるため生成する被検体情報の精度低下は大きくなる。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、逐次表示における画質の向上に関連する構成について説明する。本実施形態の入力部１１１は、ユーザから画像再構成の対象となる関心領域の指定を受け付ける。関心領域は被検体１０１の内部に設定される、ユーザが特に可視化を希望する所定の範囲である。指定の受付方法として例えば、座標系における数値入力、マウスやタッチペンを用いた範囲入力、予め設定された複数の候補からの選択などがある。また、形状やサ
イズなどの被検体に関する条件、測定時間、他のモダリティにより得られた知見などに応じて、制御プロセッサ１０９が自動的に関心領域を設定してもよい。位置制御機構１０４は、走査範囲を関心領域に応じて制御してもよい。また、被検体１０１全体を画像化する場合と比べて、音響波取得位置の数を減らして測定時間を短縮できる。

本実施形態の選択部１２５は、設定済みの関心領域に応じて、逐次表示および高精細表示のそれぞれにおいて用いられる所定の電気信号を選択する。電気信号の選択基準は、その電気信号を出力した素子の配置位置と、関心領域との位置関係である。すなわち本実施形態では、関心領域の画像データを生成する際に、その関心領域に対して略均一に分散するような素子が選択される。言い換えると、素子グループに含まれる各素子は、関心領域に対して等方的に配置されている。

なお、予め関心領域の候補が設定されている場合、素子グループについても予め設定することができる。本実施形態によれば、特に逐次表示の際の関心領域における画質を維持しつつ、画像再構成の基礎となるデータ量を低減し、処理時間を短縮できる。

（その他の実施形態）
また、本発明の目的は、以下によっても達成される。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行う。その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれたとする。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。

上記各実施形態における様々な技術を適宜組み合わせて新たなシステムを構成することは当業者であれば容易に相当し得るものであるので、このような様々な組み合わせによるシステムもまた、本発明の範疇に属するものである。

１０２：探触子，１０５：光源，１０６：照射光学系，１０７：信号受信部，１０９：制御プロセッサ，１１２：情報生成部，１１３：表示部，１１４：記憶部，１２５：選択部

Claims

波長を切り替えて複数のパルス光を発生させる光源に光学的に結合された光出射端と、
前記光出射端からの光が照射された被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む複数の素子グループと、
前記複数の素子グループを支持する支持体と、を有する探触子アレイと、
前記電気信号が出力された前記素子と対応させて前記電気信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記電気信号から、前記複数の素子グループから一部の素子グループを選択することで、前記選択した素子グループに対応する電気信号を前記記憶部から読み出す選択部と、
前記記憶部から読み出された前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を示す画像データを生成する情報生成部と、
前記被検体に対する前記探触子アレイの相対位置を変化させる位置制御部と、を有し、
前記選択部は、切り替えられた異なる波長の出射光に対応する画像データを前記情報生成部が生成する場合、前記異なる波長間で共通する前記素子グループを選択し、
前記選択部が選択する素子または素子グループに対応する電気信号の数において、前記相対位置が変化しているときより前記相対位置が変化していないときの方が多い
被検体情報取得装置。
前記位置制御部は、前記被検体に対する関心領域に関する情報に基づいて、前記探触子アレイの走査範囲を設定する
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
前記走査範囲に対する前記探触子アレイの走査の履歴に応じて、前記相対位置を変化させるか否かが決定される
請求項２に記載の被検体情報取得装置。
前記走査範囲に対する前記探触子アレイの走査の履歴に応じて、前記複数のパルス光の照射を継続するか完了するかが決定される
請求項２に記載の被検体情報取得装置。
前記関心領域に関する情報の入力を受け付ける入力部をさらに有する
請求項２から４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
波長を切り替えて複数のパルス光を発生させる光源に光学的に結合された光出射端と、
前記光出射端からの光が照射された被検体から発生する音響波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む複数の素子グループと、
前記複数の素子グループを支持する支持体と、を有する探触子アレイと、
前記電気信号が出力された前記素子と対応させて前記電気信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記電気信号から、前記複数の素子グループから一部の素子グループを選択することで、前記選択した素子グループに対応する電気信号を前記記憶部から読み出す選択部と、
前記記憶部から読み出された前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を示す画像データを生成する情報生成部と、を有し、
前記選択部は、切り替えられた異なる波長の出射光に対応する画像データを前記情報生成部が生成する場合、前記異なる波長間で共通する前記素子グループを選択し、
前記選択部が選択する素子または素子グループに対応する電気信号の数において、前記複数のパルス光が順次照射される期間より前記複数のパルス光の照射が完了している期間の方が多い
被検体情報取得装置。
前記支持体は、前記複数の素子の指向軸が集まる曲率中心を有している請求項１から６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記探触子アレイは、前記複数の素子グループが互いに回転対称となる対称軸を有している
請求項７に記載の被検体情報取得装置。
前記対称軸は、前記曲率中心を通る
請求項８に記載の被検体情報取得装置。
前記複数の素子グループが前記対称軸に対して互いに回転対称の関係をとるように、前記複数の素子は前記複数の素子グループに分けられている
請求項８または９に記載の被検体情報取得装置。
前記支持体は、前記曲率中心を有する半球形状または球冠形状である
請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記記憶部は、前記複数の素子グループごとに、前記電気信号を前記記憶部の連続した記憶領域に記憶する
請求項１から１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記複数の素子グループに含まれる複数の素子は、前記支持体の内面に沿って螺旋に配列されている
請求項１から１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記光源をさらに有する
請求項１から１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記選択部は、前記切り替えられた波長に対応する前記電気信号の群が取得された後で、前記異なる波長に対応して選択した共通する素子グループとは異なる他の素子グループを選択する
請求項１から１４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記選択部は、異なる波長の出射光に対応する画像データを前記情報生成部が比較の為に生成する場合、前記異なる波長間で共通する前記素子グループを選択する
請求項１から１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記情報生成部は、前記複数のパルス光の照射ごとに前記画像データを更新する逐次再構成モードを有する
請求項１から１６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
前記画像データに基づいた画像を表示する表示部をさらに有する
請求項１から１７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。