JP7118718B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報処理方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置、被検体情報処理方法、およびプログラムに関する。

生体内部の光学的特性情報を取得する方法として、光音響イメージング（ＰｈｏｔｏＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ； ＰＡＩ）が知られている。光音響イメージングでは、パルス光が照射された被検体から光音響効果により発生した音響波（以下、光音響波とも称する）に基づいて、被検体内の光学的特性情報を取得し、取得された光学的特性情報に基づく画像を生成することができる。

特許文献１には、光音響波を受信するための検出器と被検体との間の相対位置を変え、複数の相対位置で被検体からの光音響波を受信する音響波取得装置が記載されている。また、特許文献１には、検出器により被検体を走査して光音響波を取得しながら、リアルタイムに画像を表示することが記載されている。

特開２０１２－１７９３４８号公報

しかしながら、動画像の観察を行う上では、さらなる工夫が必要であることを本願発明者らは発見した。

本発明は、動画像の観察時における利便性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一つの実施形態に係る被検体情報取得装置は、被検体に複数回、光を照射する光照射部と、前記被検体から発生した音響波を受信することにより受信信号を出力する探触子と、前記複数回の光照射のタイミングにおいて取得された複数の前記受信信号に基づいて複数のフレーム画像を生成する画像生成部と、前記複数のフレーム画像を表示部に表示させる表示制御部と、前記複数回の光照射のタイミングにおいて、前記画像生成部により画像化可能な領域の一部が重なり残部が重ならないように前記探触子を周回移動させる移動部と、を有し、
前記画像生成部と前記表示制御部の少なくともいずれかにより、前記異なるタイミングに対応する複数のフレーム画像において、前記画像化可能な領域が重ねられた重複領域の一部はフレーム画像毎に更新され、前記重複領域の残部と前記画像化可能な領域が重ねられない領域が前記フレーム画像毎には更新されないことを特徴とする。
また、本発明の一つの実施形態に係る被検体情報取得方法は、被検体に複数回、光を照射しつつ、前記被検体から発生した音響波を受信することにより受信信号を出力するステップと、前記複数回の光照射のタイミングにおいて、前記画像生成部により画像化可能な領域の一部が重なり残部が重ならないように前記探触子を周回移動させるステップと、前記複数回の光照射のタイミングにおいて取得された複数の前記受信信号に基づいて複数のフレーム画像を生成するステップと、前記複数のフレーム画像を表示部に表示させるステップと、を有し、前記異なるタイミングに対応する複数のフレーム画像において、前記画像化可能な領域が重ねられた重複領域の一部はフレーム画像毎に更新され、前記重複領域の残部と前記画像化可能な領域が重ねられない領域が前記フレーム画像毎には更新されないように、前記複数のフレーム画像を生成するステップと前記複数のフレーム画像を表示部に表示させるステップの少なくともいずれかが実行されることを特徴とする。

本発明は、動画像の観察時における利便性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る被検体情報取得装置の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るプローブの構成例を示す図。 本発明の一実施形態に係る処理フローを示す図。 本発明の一実施形態に係るプローブの移動の様子を示す図。 本発明の一実施形態に係る表示画面を示す図。 本発明の一実施形態に係る光照射および信号の取得、生成のタイミングを示す図。 従来の音響波取得装置で生じうる問題を説明するための図。

まず、従来の音響波取得装置で生じうる問題を説明する。

図７（ａ）に示すように、探触子は円形の軌道に沿って移動し、Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３の３か所の測定位置にあるときに被検体からの光音響波を受信するものとする。つまり、探触子がＰｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３に位置するときに、光音響波を誘起する光が被検体に照射される。

図７（ｂ）～（ｄ）は、探触子がＰｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３の各測定位置で受信した光音響波に基づいて生成される画像Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３を示す。点線は、表示手段上の表示領域ＤＡを示している。探触子は、探触子が備える音響波検知素子の配置によって、光音響波を良好な感度で受信できる領域が決まっている。そのため、各測定位置で受信された光音響波に基づいて生成される画像Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３も、測定位置に連動して表示領域ＤＡ上の位置が変動する。ここで、特許文献１で説明されるように、動画像を表示させると、Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３とで画像化される位置が異なるため、表示領域ＤＡ上に画像が表示される範囲がフレームごとに変動することになる。したがって、連続するフレーム間で共通しない領域は、フレームごとに画像が表示されたり表示されなかったりする。これは観察者には動画像のちらつきとして認識され、観察者のストレスとなる。

そこで、以下に説明する本発明の各実施形態では、連続するフレームで共通する領域の画像を選択的に表示することにより、動画像のちらつきを低減する。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。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。

下記で説明する装置により得られる光音響画像データは、光エネルギーの吸収量や吸収率を反映している。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、光吸収係数および被検体組織を構成する物質の濃度などの少なくとも１つの被検体情報の空間分布を表す画像データである。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度分布、トータルヘモグロビン濃度、酸化還元ヘモグロビン濃度などである。光音響画像データは、２次元の空間分布を表す画像データであってもよいし、３次元の空間分布を表す画像データであってもよい。

（実施形態１）
本実施形態では、被検体と探触子の相対位置を変更して取得した光音響信号から光音響画像データを生成する被検体における領域と、光音響画像の表示領域が同一であるものとする。光音響画像データを生成する領域を表示領域として表示を更新し、動画像として表示することで一定の観察範囲を継続的に観察することができる。

以下、本実施形態に係る被検体情報取得装置の構成及び情報処理方法について説明する。

図１は、本実施形態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。図２は、本実施形態に係るプローブ１８０の構成例を示す図である。本実施形態に係る被検体情報取得装置は、移動部１３０、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、入力部１７０、及びプローブ１８０を有する。プローブ１８０は、光照射部１１０、及び受信部１２０を含んで構成され、以下では探触子とも称する。移動部１３０は、光照射部１１０と受信部１２０を駆動し、被検体に対するそれぞれの相対位置を変えるように機械的な走査を行う。光照射部１１０が被検体１００に光を照射し、被検体１００内で音響波が発生する。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。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、被検体情報取得装置を制御する制御部としての機能と、画像データを生成する画像生成部としての機能を担う。コンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して信号処理を行うことにより、光音響画像を表す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、画像データに基づいて光音響画像を表示する。装置のユーザーとなる医師や技師等は、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。表示部１６０に表示される画像は、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内のメモリや記憶部、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。

また、コンピュータ１５０は、被検体情報取得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。

以下、本実施形態に係る被検体情報取得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、光を発する光源１１１と、光源１１１から射出された光を被検体１００へ導く光学系１１２とを含む。なお、光は、矩形波、三角波などのパルス光を含む。

光源１１１が発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１００ｎｓ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としては、レーザーや発光ダイオードを用いることができる。また、複数波長の光を用いて測定する際には、波長の変更が可能な光源であってもよい。なお、複数波長を被検体に照射する場合、互いに異なる波長の光を発生する複数台の光源を用意し、それぞれの光源から交互に照射することも可能である。複数台の光源を用いた場合もそれらをまとめて光源として表現する。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやアレキサンドライトレーザーなどのパルスレーザーを光源として用いてもよい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザーやＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザーを光源として用いてもよい。また、光源１１１としてフラッシュランプや発光ダイオードを用いてもよい。また、光源１１１としてマイクロウェーブ源を用いてもよい。

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の光出射部はレンズ等で構成し、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。

（受信部１２０）
受信部１２０は、音響波を受信することにより信号、典型的には電気信号、を出力するトランスデューサ１２１と、トランスデューサ１２１を支持する支持体１２２とを含む。トランスデューサ１２１は、音響波を受信するだけでなく、音響波を送信する送信手段としても利用できる。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、別々に設けられてもよい。

トランスデューサ１２１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て構成することができる。また、圧電材料を利用した素子以外の素子であってもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ－ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）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、音響波の受信に応じて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１２１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１２２は、複数のトランスデューサ１２１の相対位置を規定するため、機械的強度が高い金属材料などから構成されていてもよい。照射光を被検体に多く入射させるために、支持体１２２の被検体１００側の表面に鏡面もしくは光散乱させる加工を施してもよい。本実施形態において支持体１２２は半球殻形状であり、半球殻上に複数のトランスデューサ１２１を支持できるように構成されている。この場合、支持体１２２に配置されたトランスデューサ１２１の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、複数のトランスデューサ１２１から出力された信号を用いて画像化したときに曲率中心付近の画質が高くなる。この領域を高分解能領域と呼ぶこととする。高分解能領域は、複数のトランスデューサ１２１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以上の感度が得られる領域を指すものとする。本実施形態の構成においては、半球の曲率中心が最高受信感度となる領域であり、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。移動部１３０によりプローブ１８０を高分解能領域の大きさ以下の距離だけ移動させる間に光が被検体に照射されるように移動部１３０および光照射部を制御することが好ましい。このようにすることで、取得されるデータは高分解能領域の領域を重複させることができる。なお、支持体１２２はトランスデューサ１２１を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。支持体１２２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。複数のトランスデューサ１２１が複数の音響波検知手段に相当する。１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ等でも、トランスデューサの配置により定まる高分解能領域が存在する。

また、支持体１２２は音響マッチング材を貯留する容器として機能してもよい。すなわち、支持体１２２をトランスデューサ１２１と被検体１００との間に音響マッチング材を配置するための容器としてもよい。

また、受信部１２０が、トランスデューサ１２１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。さらに、受信部１２０が、トランスデューサ１２１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を備える構成としてもよい。

受信部１２０と被検体１００との間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質で満たす。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１２１との界面において音響特性が整合し、光音響波の透過率が高い材料を採用することが好ましい。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。

図２は、プローブ１８０の断面図を示す。本実施形態に係るプローブ１８０は、開口を有する半球状の支持体１２２に複数のトランスデューサ１２１が支持体１２２の球面に沿って配置された受信部１２０を有する。また、支持体１２２のｚ軸方向における底部に、光学系１１２の光射出部が配置されている。

本実施形態においては、図２に示すように被検体１００は、保持部材２００に接触することにより、その形状が保持される。

受信部１２０と保持部材２００の間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質で満たされる。この媒質には、光音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサ１２１との界面において音響特性が整合し、光音響波の透過率が高い材料を採用することが好ましい。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。

保持手段としての保持部材２００は、被検体１００の形状を測定中に保持するために使用される。保持部２００により被検体１００を保持することによって、被検体１００の動きの抑制および被検体１００の位置を保持部材２００内に留めることができる。保持部材２００の材料には、ポリカーボネートやポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等、樹脂材料を用いることができる。

保持部材２００は、取り付け部２０１に取り付けられている。取り付け部２０１は、被検体の大きさに合わせて複数種類の保持部２００を交換可能に構成されていてもよい。例えば、取り付け部２０１は、曲率半径や曲率中心などの異なる保持部に交換できるように構成されていてもよい。取り付け部２０１は、たとえば寝台に設けられた開口部に配置することができる。これにより、被検者は寝台の上で着座、伏臥、仰臥等の姿勢で被検部位を開口部に挿入することができる。

（移動部１３０）
移動部１３０は、被検体１００と受信部１２０との相対位置を変更するための構成を含んで成る。移動部１３０は、駆動力を発生させるステッピングモータなどのモータと、駆動力を伝達させる駆動機構と、受信部１２０の位置情報を検出する位置センサとを含む。駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。また、位置センサとしては、エンコーダー、可変抵抗器、リニアスケール、磁気センサ、赤外線センサ、超音波センサなどを用いたポテンショメータなどを用いることができる。

なお、移動部１３０は被検体１００と受信部１２０との相対位置をＸＹ方向（二次元）に変更させるものに限らず、一次元または三次元に変更させてもよい。

なお、移動部１３０は、被検体１００と受信部１２０との相対的な位置を変更できれば、受信部１２０を固定し、被検体１００を移動させてもよい。被検体１００を移動させる場合は、被検体１００を保持する保持部を動かすことで被検体１００を移動させる構成などが考えられる。また、被検体１００と受信部１２０の両方を移動させてもよい。

移動部１３０は、相対位置を連続的に変化させてもよいし、ステップアンドリピートによって変化させてもよい。移動部１３０は、プログラムされた軌跡で相対位置を変化させる電動ステージであってもよいし、手動ステージであってもよい。

また、本実施形態では、移動部１３０は光照射部１１０と受信部１２０を同時に駆動して走査を行っているが、光照射部１１０だけを駆動したり、受信部１２０だけを駆動したりしてもよい。つまり、図２では、光照射部１１０が支持部材１２２と一体的に構成された場合を示しているが、光照射部１１０を指示部材１２２とは独立して設けてもよい。

（信号収集部１４０）
信号収集部１４０は、トランスデューサ１２１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、フォトダイオードなどの光検出センサが、光照射部１１０から光射出を検出し、信号収集部１４０がこの検出結果をトリガーに同期して上記処理を開始してもよい。光検出センサは、光学系１１２の出射端から出た光を検知してもよいし、光源１１１から光学系１１２までの光路上の光を検知してもよい。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に同期して、当該処理を開始してもよい。

（コンピュータ１５０）
コンピュータ１５０は、演算部１５１、制御部１５２を含む。本実施形態において、コンピュータ１５０は、画像データ生成部としての機能と表示制御部としての機能を兼ねる。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、被検体の音速や保持部材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。

制御部１５２は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５２は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御部１５２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１５２は、記憶部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。

演算部１５１と制御部１５２とは、共通のハードウェアにより実現されてもよい。

また、目的が達成できる限りにおいて、記憶部は揮発性のメモリ、不揮発性メモリを問わず利用できる。

（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。また、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。

（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としても利用してもよい。

（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、手指または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造影の対象として、ヘモグロビンによる吸収係数の高い波長の光を照射するようにしてもよい。また、皮膚等に含まれるメラニン、コラーゲン、脂質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、生体を模したファントムを被検体１００としてもよい。

なお、被検体情報取得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、被検体情報取得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。

本実施形態に係るシステムを構成する各装置は、それぞれが別々のハードウェアで構成されていてもよいし、全ての装置が１つのハードウェアで構成されていてもよい。本実施形態に係るシステムの機能は、いかなるハードウェアで構成されていてもよい。

（被検体情報を動画像で観察するためのフロー）
図３は被検体情報を動画像で観察するためのフローを示す。

（Ｓ３１０：制御パラメータを指定する工程）
ユーザーが、被検体情報の取得のために必要な光照射部１１０の照射条件（発光の繰り返し周波数、波長、光の強度など）、測定範囲（ＲＯＩ；Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）などの制御パラメータを、入力部１７０を用いて指定する。コンピュータ１５０は、入力部１７０を介して行われるユーザーの指示に基づいて決定された制御パラメータを設定する。また、被検体情報の動画像を取得する時間を設定しておいてもよい。この際に、動画像のフレームレートや分解能などもユーザーが指示できるようにしてもよい。

（Ｓ３２０：プローブを複数位置に移動し、各位置で光音響波を受信する工程）
図４は、本実施例におけるプローブ１８０の移動を模式的に表した図である。ここでは、制御部１３０がプローブ１８０をｘｙ平面内で移動させた場合の、プローブ１８０の中心が描く軌跡４０１をｘｙ平面に投影した図を示している。特に、図２に示した構成で言えば、光照射部の中心あるいは高分解能領域をｘｙ平面に投影した際の中心が描く軌跡とも換言できる。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、プローブ１８０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光が照射されている被検体上の領域もしくは高分解能領域の広がりを模式的に示している。ここでは、説明を容易にするために、光が照射されている領域と高分解能領域とが一致する場合を説明するが、両者の領域が完全に一致しなくてもよい。たとえば一方が他方を包含する関係でもよいし、両者の領域の一部のみが重なる関係としてもよい。

光照射部１１０は、Ｓ３１０で指定された制御パラメータに基づいて、図４の位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３において、被検体１００に光を照射する。このとき、光照射部１１０はパルス光の伝送と併せて信号収集部１４０へ同期信号を送信する。信号収集部１４０は、図４の位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３のそれぞれにおいて、光照射部１１０による発光を検知した光検出センサから送信された同期信号を受信すると、信号収集の動作を開始する。すなわち、信号収集部１４０は、受信部１２０から出力された、音響波に由来するアナログ電気信号を、増幅・ＡＤ変換することにより、増幅されたデジタル電気信号を生成し、コンピュータ１５０へ出力する。コンピュータ１５０は、デジタル電気信号とともに、プローブ１８０が音響波を受信したときの位置情報をデジタル電気信号と対応付けて記憶する。

（Ｓ３３０：光音響画像データを取得する工程）
画像取得手段としてのコンピュータ１５０の演算部１５１は、信号取得部１４０がＳ３２０において出力した信号データに基づいて、光音響画像データを生成する。

演算部１５１は、１回の光照射に伴って得られた信号データに基づく複数の光音響画像データＶ１～Ｖ３を生成し、それら複数の光音響画像データＶ１～Ｖ３を合成することで、アーティファクトを抑制した合成光音響画像データＶ’１を算出する。光音響画像データＶ１～Ｖ３は、それぞれプローブ１８０が位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３にあるときに受信した音響波に基づいて生成された光音響画像データである。１回の光照射ごとに１フレームの画像として動画像を生成する場合には、光音響画像データＶ１～Ｖ３は、連続した３フレームに対応する。

図４中で示す表示領域４０２は、表示部１６０に、光音響画像として被検体情報を表示する、被検体１００とプローブ１８０を含む空間座標系における領域の範囲を表す。表示領域４０２は、３次元の空間分布を表す領域であってもよいし、２次元の空間分布を表す領域であってもよい。３次元の空間分布である場合は、特定の方向からのＭＩＰ（最大輝度投影）や特定位置を基準とする断面画像など、表示領域４０２の光音響画像に基づいた２次元の空間分布を表示部１６０に表示してもよい。

本実施形態においては、図４中の表示領域４０２と、演算部１５１が生成する各光音響画像データの領域を同一であるとする。つまり、たとえばＰｏｓ１にプローブ１８０が位置しているときの高分解能領域は、図中Ｐｏｓ１を中心とした点線で示された円の範囲に対応するが、演算部１５１は、実線で示された表示領域４０２の範囲についてのみ光音響データを生成する。これは、高分解能領域の空間中心と光音響画像データを生成する領域の空間中心を異ならせて、光音響画像データを生成しているとも言うことができる。このように、実際には高分解能領域に相当する領域は表示領域４０２よりも広いにも関わらず、光音響画像データを生成する範囲を高分解能領域よりも狭くすることで、演算部１５１の処理負荷を低減することができる。これは、測定中にリアルタイムに動画像を表示する場合に有効である。

図５は、本実施形態における表示部１６０に表示される表示画面の例を示している。図５のように、システムが被検体１００の全体もしくは一部を撮像する撮像部であるカメラを有する場合は、カメラ画像（以下、光学像とも称す）に基づいて、表示領域４０２の被検体１００に対する位置や範囲を指定してもよい。カメラ画像上に示された表示領域４０２をユーザーがマウス等でドラッグしてその位置を設定できるようにしてもよい。表示領域４０２の範囲は、ユーザーが入力部１７０を用いて数値で入力してもよいし、図５に示すように、表示領域４０２の範囲を指定可能なスライドバーを操作することで指定してもよい。また、入力部１７０がタッチパネルの場合には、画面上でピンチイン／アウトすることで表示領域４０２の大きさを設定してもよい。また、表示領域４０２の位置や範囲は、システム内のたとえばコンピュータ１５０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。

このようにプローブ１８０の位置によらず表示領域４０２の光音響画像データを選択的に生成、表示することで、画像生成の演算負荷を減少できるため、動画像表示を行うのに好適な実施形態である。

また、演算部１５１は、位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３のそれぞれで取得された音響波に基づいて、表示領域４０２の範囲について光音響画像データＶ１～Ｖ３を生成し、それらを合成することで、合成光音響画像データＶ’１を算出してもよい。表示領域４０２は、各位置での光が照射されている領域が重複しているため、画像データＶ１～Ｖ３を合成することにより、アーティファクトを抑制した合成光音響画像データを得ることができる。合成によるアーティファクトを抑制する効果をさらに得るには、表示領域４０２において高分解能領域が重複していることが望ましい。

また、光音響画像データから合成光音響画像データを算出する際に、光音響画像データＶ１～Ｖ３の合成の比率に重みをかけてもよい。

さらに、各光音響画像データの平面内もしくは空間内の画像値について重みをかけてもよい。例えば、光が照射される領域と高分解能領域が同一ではない場合に、光が照射されている領域ではあるが高分解能領域ではない領域が表示領域４０２に含まれた領域が生じうる。この場合に、高分解能領域と高分解能領域以外の領域で画像値に異なる重みをかけて合成することで、ＳＮ比の高い合成光音響画像データが得られる。具体的には、高分解能領域の画素に対する重みづけを、高分解能領域以外の画素に対する重み付けよりも大きくする。

また、図４ではプローブ１８０の位置をＰｏｓ３までしか示していないが、測定をさらに続けて位置Ｐｏｓ４、Ｐｏｓ５・・・ＰｏｓＮでも光音響波を受信することで、光音響画像データＶ４、Ｖ５・・・ＶＮを生成できる。さらに光音響画像データＶ４、Ｖ５・・・ＶＮから、合成光音響画像データＶ’２、Ｖ’３・・・Ｖ’（Ｎ－２）を生成することができる。このとき、プローブ１８０の位置は、光が照射されている領域もしくは高分解能領域が表示領域４０２に含まれるように移動することが望ましい。さらに、プローブ１８０の各位置ＰｏｓＮが重複しないように移動することで、よりアーティファクトを抑制した合成光音響画像データを得ることができる。本実施形態のようにプローブ１８０に周回運動させる場合には、少なくとも連続する２つの周回において、光照射が行われるタイミングにおけるプローブ１８０の位置が重複しないようにすればよい。なお、本実施形態における周回運動とは、図４に示す円形の軌跡に限らず、楕円あるいは多角形状の軌跡に沿った運動および、直線状の往復運動も含む概念である。

光音響画像データの生成に利用する、信号データを空間分布として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やフーリエドメインでの逆投影法などの解析的な再構成法やモデルベース法（繰り返し演算法）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、演算部１５１は、被検体１００に照射された光の被検体１００の内部での光フルエンス分布を計算し、初期音圧分布を光フルエンス分布で除算することにより、吸収係数分布情報を取得してもよい。この場合、吸収係数分布情報を光音響画像データとして取得してもよい。コンピュータ１５０は、光を吸収、散乱する媒質における光エネルギーの挙動を示す輸送方程式や拡散方程式を数値的に解く方法により、被検体１００の内部における光フルエンスの空間分布を算出することができる。

また、複数の波長の光を用いて、Ｓ３２０、Ｓ３３０の工程を実行し、本工程で演算部１５１は、複数の波長の光のそれぞれに対応する吸収係数分布情報を取得してもよい。そして、演算部１５１は、複数の波長の光のそれぞれに対応する吸収係数分布情報に基づいて、分光情報として被検体１００を構成する物質の濃度の空間分布情報を、光音響画像データとして取得してもよい。すなわち、演算部１５１は、複数の波長の光に対応する信号データを用いて、分光情報を取得してもよい。具体的な光照射の方法の一例としては、被検体に光を照射するごとに光の波長を切り替える方法が考えられる。

（Ｓ３４０：光音響画像データを表示（更新）する工程）
図５に示すように、表示部１６０は、Ｓ３３０で作成した表示領域４０２に対応する合成光音響画像データを表示する。このとき、表示は３次元のボリューム画像でもよいし、特定の方向からのＭＩＰ（最大輝度投影）や特定位置を基準とした断面画像などの２次元画像でもよい。また、Ｓ３３０で記載したように、合成光音響画像データを複数作成した場合は、それぞれの合成光音響画像データに応じた画像で表示を随時更新することで、一定位置の被検体情報を動画像で観察し続けることができる。

図６は、図３のフローをタイムチャートで示したものである。光照射のタイミングと演算部１５１および表示部１６０によって行われる処理の時間的な関係を示す。

被検体１００への光照射が行われるタイミングＴｅ１、Ｔｅ２、Ｔｅ３、・・・ＴｅＮと、各光照射に応じて取得される光音響信号の取得時間を示す。各タイミングで光音響信号が信号収集部１４０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、演算部１５１が光音響画像データＶ１、Ｖ２、・・・、ＶＮを生成する。さらに、演算部１５１は、光音響画像データＶ１～Ｖ３の３個の光音響画像データを用いて合成光音響画像データＶ’１を算出する。本例では、合成光音響画像データＶ’ｎは、光音響画像データ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光音響画像データに応じた画像Ｉｍ１、Ｉｍ２、Ｉｍ３・・・を、表示部１６０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。合成される光音響画像データは、光が照射されている領域もしく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光音響画像データであるため、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。さらに、プローブ１８０の位置によらず表示領域を同一としているので、一定位置の被検体情報を動画像で観察し続けることができる。

なお、本実施形態では時間的に連続する複数の光音響画像データから合成光音響画像データを生成したが、必ずしも連続する光音響画像データを全て用いる必要はない。例えば、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、連続する複数の光音響画像データをすべて使うと膨大なデータ量になってしまうので、一部の光音響画像データを間引いて合成光音響画像データを生成することにより記憶部の容量や演算部１５１の負荷を低減できる。

なお、図５に示すように、合成光音響画像データの生成に用いる光音響画像データの数や光音響画像データから合成光音響画像データを生成する際のそれぞれの光音響画像データに対する合成比率は、表示領域４０２のデータ数や比率を指定可能なスライドバーを操作することで指定してもよいし、システム内のたとえばコンピュータ１５０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、コンピュータ１５０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、表示領域４０２の範囲（大きさ）もスライドバー等の手段によりユーザーが設定できるようにしてもよい。これにより、ユーザーは、関心のある範囲に絞って観察を行うことが容易になる。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として表示したり、コンピュータ１５０が自動的に初期値として設定したりしても良い。

以上で説明した本実施形態によれば、複数のフレーム画像のうちの連続するフレームで共通する領域の画像を選択的に表示することにより、当該共通する領域以外の部分のちらつきが抑制される。したがって、観察者が動画像の観察時に感じ得るストレスを軽減できる。

（実施形態２）
図４を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。実施形態１では光音響画像データの生成する領域と表示領域４０２が等しいのに対して、実施形態２では光音響画像データを生成する領域が表示領域４０２よりも大きく、表示領域４０２を包含する関係にある場合を説明する。特に説明しない限りは、実施形態１と共通の装置、駆動方法、処理方法が本実施形態にも適用されるものとする。

演算部１５１は、光音響画像データを生成する領域を、光が照射されている領域として位置Ｐｏｓ１、Ｐｏｓ２、Ｐｏｓ３のそれぞれにおいて、光音響画像データＶ１～Ｖ３を生成する。演算部１５１は、これら３つの光音響画像データＶ１～Ｖ３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光音響画像データＶ’１を生成する。表示部１６０は、合成光音響画像データＶ’１のうち、表示領域４０２に含まれる領域のみを表示画像Ｉｍ１として表示する。この処理を、合成光音響画像データＶ’２、Ｖ’３・・・Ｖ’（Ｎ－２）についても、行うことで実施形態１と同様に一定位置の被検体情報を動画像で観察し続けることができる。つまり、各光照射に対応して演算部１５１が生成する各光音響画像データの領域を高分解能領域と同一あるいはそれ以上の大きさとし、表示部１６０には表示領域４０２の部分のみの画像を表示することにより、表示領域４０２の範囲を観察できる。

また、光音響画像データＶ１～Ｖ３を生成した後に合成光音響画像データＶ’１を生成する際に、表示領域４０２に含まれる領域のみを合成し、合成光音響画像データＶ’１としてもよい。さらに、演算部１５１が合成光音響画像データＶ’１を生成した後に、表示領域４０２に含まれる領域のみを保持し、表示部１６０に出力してもよい。

なお、表示領域４０２の外側であって高分解能領域に含まれる範囲は、まったく表示させないだけでなく、表示領域よりも視認性を低下させて表示することもできる。具体的には、表示領域４０２の外側の領域は、表示領域４０２に対して輝度を低下させる、コントラストを下げる、透過率を上げる、マスキング処理を施すことなどが考えられる。上記のいずれの場合にも、複数回の光照射のそれぞれで生成される光音響画像データのうち、連続するフレームで共通する領域の画像を選択的に表示するため、当該共通する領域以外の部分のちらつきが軽減される。

以上で説明した本実施形態によっても、実施形態１と同様に、複数のフレーム画像のうちの連続するフレームで共通する領域の画像を選択的に表示することにより、当該共通する領域以外の部分のちらつきが抑制される。したがって、観察者が動画像の観察時に感じ得るストレスを軽減できる。

（その他）
上述の各実施形態は、生体を被検体とする場合を例にとって説明したが、本発明は生体以外の被検体を対象としても適用可能である。

また、各実施形態は被検体情報取得装置として説明したが、被検体に対する複数の相対位置で受信された音響波に基づく画像を生成するための信号処理装置や、画像の表示方法としても捉えられる。たとえば、プローブ１８０、移動部１３０、ならびに信号収集部１４０と、コンピュータ１５０とが異なる装置として構成されており、信号収集部１４０から出力されたデジタル信号を、ネットワークを介して遠隔地にあるコンピュータ１５０に伝送することもできる。この場合、コンピュータ１５０は被検体情報処理装置として、信号収集部１４０から伝送されたデジタル信号に基づいて、表示部１６０に表示させる画像を生成する。

１１０ 光照射部
１２０ 受信部
１５０ コンピュータ
１５１ 演算部
１５２ 制御部
１６０ 表示部
１７０ 入力部
１８０ プローブ（探触子）

Claims (17)

1. 被検体に複数回、光を照射する光照射部と、前記被検体から発生した音響波を受信することにより受信信号を出力する探触子と、前記複数回の光照射のタイミングにおいて取得された複数の前記受信信号に基づいて複数のフレーム画像を生成する画像生成部と、前記複数のフレーム画像を表示部に表示させる表示制御部と、前記複数回の光照射のタイミングにおいて、前記画像生成部により画像化可能な領域の一部が重なり残部が重ならないように前記探触子を周回移動させる移動部と、を有し、
   前記画像生成部と前記表示制御部の少なくともいずれかにより、前記異なるタイミングに対応する複数のフレーム画像において、前記画像化可能な領域が重ねられた重複領域の一部はフレーム画像毎に更新され、前記重複領域の残部と前記画像化可能な領域が重ねられない領域が前記フレーム画像毎には更新されないことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記画像生成部は、前記光照射のタイミングが異なる少なくとも２つの画像を合成して、前記フレーム画像を生成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. 前記表示制御部は、前記複数のフレーム画像を動画として前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記移動部は、前記探触子を前記被検体に対して移動させることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記移動部は、前記光照射部による連続する２回の光照射の間に、前記複数の音響波検知素子の配置によって定まる高分解能領域の大きさ以下の距離だけ前記探触子を移動させること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記周回移動は、円形の軌道に沿って行われ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。
7. 前記周回移動は、連続する周回において互いに異なる前記相対位置にて前記探触子が前記音響波を受信するように前記探触子が移動されることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記光照射部は、前記探触子と一体的に前記移動部により移動されることを特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記被検体の光学像を取得する撮像部をさらに備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記表示制御部は、前記フレーム画像および前記光学像を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記光学像上の位置を入力するための入力部を有し、
    前記入力された位置に基づいて、前記移動部は前記探触子を移動すること
    を特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記探触子は、
    各々が音響波を検知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支持する支持部材と、を有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
13. 被検体に複数回、光を照射しつつ、前記被検体から発生した音響波を受信することにより受信信号を出力するステップと、
    前記複数回の光照射のタイミングにおいて、前記画像生成部により画像化可能な領域の一部が重なり残部が重ならないように前記探触子を周回移動させるステップと、
    前記複数回の光照射のタイミングにおいて取得された複数の前記受信信号に基づいて複数のフレーム画像を生成するステップと、
    前記複数のフレーム画像を表示部に表示させるステップと、を有し、
    前記異なるタイミングに対応する複数のフレーム画像において、前記画像化可能な領域が重ねられた重複領域の一部はフレーム画像毎に更新され、前記重複領域の残部と前記画像化可能な領域が重ねられない領域が前記フレーム画像毎には更新されないように、前記複数のフレーム画像を生成するステップと前記複数のフレーム画像を表示部に表示させるステップの少なくともいずれかが実行されること
    を特徴とする被検体情報処理方法。
14. 前記複数のフレーム画像を生成するステップは、前記光照射のタイミングが異なる少なくとも２つの画像を合成して、前記フレーム画像を生成するように行われることを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報処理方法。
15. 前記複数のフレーム画像を表示させるステップは、前記複数のフレーム画像を動画として前記表示部に表示させるように行われることを特徴とする請求項１３または１４に記載の被検体情報処理方法。
16. 前記複数のフレーム画像を表示させるステップは、前記フレーム画像および前記被検体の光学像を前記表示部に表示させるように行われることを特徴とする請求項１３～１５のいずれか１項に記載の被検体情報処理方法。
17. 請求項１３～１６のいずれか１項に記載の前記被検体情報処理方法をコンピュータに実行させるプログラム。

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