光音響イメージング装置、光音響イメージング方法及びプログラム
【課題】 ＰＡＴでの受信信号に含まれる界面音響波や反射界面音響波に起因する信号振幅を低減する。
【解決手段】 本発明の光音響イメージング装置の信号処理部は、音響波検出素子毎に取得される受信信号を加算し加算信号を取得する加算部と、前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の光音響イメージング装置の信号処理部は、音響波検出素子毎に取得される受信信号を加算し加算信号を取得する加算部と、前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響イメージング装置、光音響イメージング方法及びそのプログラムに関する。特に、光音響効果を利用して被検体内部の光学特性を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源からパルス光を発生して生体等の被検体に照射することにより、被検体内で伝播・拡散した光を光吸収体が吸収して音響波を発生させる。この音響波発生機序を光音響効果と呼ぶ。腫瘍などの光吸収体は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。光音響効果を利用した光音響イメージング装置では、この膨張の際に発生する音響波を音響波検出素子で受信し、受信信号を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内で発生した音響波の音圧分布等の情報を画像化することができる。このようにして得られる画像データを基にして、被検体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布を得ることができる。
【０００３】
ＰＡＴにおいては、被検体に照射された光により被検体表面（界面）で音響波（界面音響波）が発生する場合がある。詳細は後述するが、この界面音響波を音響波検出素子で受信した際、音響波検出素子の受信可能な周波数の帯域に起因して、出力される信号に過渡応答が生じる。この過渡応答は、イメージングによって得られた画像中にアーティファクトとして現れる。アーティファクトとは、実際には存在しないのにあたかもそこに何か存在するように現れてしまう像であり、ゴーストとも呼ばれる。このため、界面音響波の後に光吸収体起因の音響波が音響波検出素子に到達する場合、腫瘍などの光吸収体の像が前記アーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。また、音響波の測定の際に、被検体を固定又は保持するプレートのような保持部材を用いる場合、界面音響波が保持部材内部で多重反射し、この反射波（反射界面音響波）も音響波検出素子により受信される。この反射界面音響波によっても前述と同様の過渡応答が生じるため、光吸収体の像が過渡応答に起因するアーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。
【０００４】
光音響イメージング装置における上記反射界面音響波の課題に類似した課題として、超音波エコーを用いた超音波測定装置において、送信した超音波が音響波検出素子と被検体との間に設けられた介在物の内部で多重反射を繰り返し、多重エコー起因のアーティファクトとして画像中に現れるという課題がある。
【０００５】
この多重エコーアーティファクトを除去する手法が、特許文献１において開示されている。特許文献１では、複数の受信信号を平均化することにより取得した平均信号を、受信信号から減算することにより多重エコー起因の振幅を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０７１７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
照射される光は一般に空間強度分布を持ち、空間内で光の強度に差がある。光音響効果で生じる音響波の振幅は、光の強度分布に比例する。このため、上記界面音響波は、被検体の界面へ照射される光の空間強度分布に比例した空間音圧分布を持つ。同様に、反射界面音響波も空間音圧分布を持つ。空間音圧分布が均一でないという特徴は、光の空間強度分布が均一でないという特徴を持つ光音響イメージング装置に特有ものである。
【０００８】
また、光音響イメージング装置においては、複数の異なる位置で音響波を受信する。複数の異なる位置で同時に音響波を受信することにより測定時間を短縮できるので、複数の音響波検出素子を１次元又は２次元に配列した素子アレイを用いるのが一般的である。よって、複数の音響波検出素子は、空間音圧分布が均一でない界面音響波を受信するので、構成する素子ごとに受信される界面音響波の振幅が異なる。このため、特許文献１の手法を適用した場合、振幅が異なる複数の受信信号を平均化するため、平均化された多重エコー起因の振幅は受信信号中の多重エコーの振幅と必ずしも一致しない。このため、受信信号から平均化された平均信号を減算しても、多重エコー起因の振幅を十分に低減できない場合がある。すなわち特許文献１の手法は、受信される多重エコー起因の信号振幅が一定である超音波測定装置において効果があるのであって、空間音圧分布が均一でない光音響イメージング装置に適用しても十分な効果を得る事が難しいという課題を持つ。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、ＰＡＴでの受信信号に含まれる界面音響波や反射界面音響波に起因する信号振幅を低減した信号を得ることで、アーティファクトを低減した画像データを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光音響イメージング装置は、被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、前記信号処理部は、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算部と、前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の光音響イメージング装置は、光源から発生した光を被検体に照射するための照射手段と、前記光が前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とを走査する走査手段と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、各走査位置において、前記光は前記光源から発生し前記照射手段を介して被検体に照射され、前記信号処理部は、各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算部と、前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＡＴでの受信信号に含まれる界面音響波や反射界面音響波に起因する信号振幅を低減した信号を得ることにより、画像のアーティファクトを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アーティファクトが生じるメカニズムを説明するための模式図である。
【図２】保持部材を持つ光音響イメージング装置の概略図と生じるアーティファクトの模式図である。
【図３】第一の実施形態における光音響イメージング装置の概略図である。
【図４】第一の実施形態の信号処理部における信号フロー図である。
【図５】界面音響波及び反射界面音響波に起因する信号振幅を低減するメカニズムを示した模式図である。
【図６】第一の実施形態を適用した光音響イメージング装置の概略図である。
【図７】測定に用いたファントムの概略図である。
【図８】本発明を行わない場合に得られる画像である。
【図９】第一の実施形態を適用した場合の画像である。
【図１０】第二の実施形態における光音響イメージング装置の概略図である。
【図１１】第二の実施形態の信号処理部における信号フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射することで発生する弾性波のことを示す。また特に、被検体の表面や音響波検出素子の表面で発生する音響波のことを界面音響波と呼び、界面音響波が保持部材等で多重反射したものを反射界面音響波と呼ぶ。
【００１５】
まず、界面音響波と過渡応答について詳細に説明する。図１（ａ）はＰＡＴを用いて音響波を受信する様子を示す模式図である。図１（ｂ）は音響波検出素子に到達する音響波の音圧時間波形を示す。１１は、被検体１０１の表面を含む被検体１０１の光吸収により生じる音響波（界面音響波を含む）の音圧である。１２は、腫瘍など、被検体内部に局所的に存在する光吸収体１１４により生じる音響波の音圧である。また、光を照射する側に音響波検出素子がある場合には、被検体から反射してきた光が音響波検出素子表面に当たり、音響波検出素子表面からも音響波が発生する場合がある（不図示）。本発明において界面音響波とは、被検体表面だけでなく、音響波検出素子の表面で発生する音響波も含む。図１（ｃ）は、音響波検出素子１０４が出力する受信信号の時間波形を示す。１４は、被検体の界面位置において発生する界面音響波に起因する過渡応答（振幅）であり、音響波検出素子の受信可能な音響波の周波数帯域が有限帯域であるために生じる。図１（ｄ）は、受信信号より得られる画像の模式図を示す。過渡応答は図１（ｄ）中に示すようにアーティファクトとして現れる。このため、腫瘍などの光吸収体が図１の場合よりも音響波検出素子側にある場合、光吸収体起因の振幅１３が、過渡応答である界面音響波起因の振幅１４に埋もれ、光吸収体の像がアーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。
【００１６】
次に、反射界面音響波について詳細に説明する。光音響イメージング装置においては、図２（ａ）に示すように被検体を保持する保持板等の保持部材を備える場合がある。図２（ａ）のような保持板を備える場合、保持板内部で界面音響波が多重反射することにより、この反射波（反射界面音響波）も音響波検出素子により受信される。この反射界面音響波が、図２（ｂ）に示す受信信号中に反射界面音響波による振幅１５として表れる。すなわち、振幅１４は、被検体と保持板との界面で発生した界面音響波が保持板を伝播して音響波検出素子で受信された時に生じ、振幅１５は、界面音響波が保持板の光源側界面で反射した後、被検体側界面で再度反射し、音響波検出素子で受信された時に生じる。
【００１７】
図２（ｃ）に、受信信号より得られる画像の模式図を示す。反射界面音響波に起因する振幅を含む受信信号から画像を取得すると、界面音響波の場合と同様に、反射界面音響波によるアーティファクトに腫瘍などの像が埋もれてしまうという可能性があった。
【００１８】
以下の各実施形態では、界面音響波や反射界面音響波に起因する振幅によって生じるアーティファクトを低減するための装置構成及び方法について説明する。以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
（第一の実施形態）
第一の実施形態は、アレイ状に配列された複数の音響波検出素子から出力される受信信号を加算し、加算信号を音響波検出素子毎に規格化することを特徴とする。そして、規格化した規格化信号と受信信号とを用いて、界面音響波と反射界面音響波により生じる信号振幅を低減する。
【００２０】
（装置構成）
図３は、本発明を適用できる第一の実施形態の光音響イメージング装置を示す概略図である。光音響イメージング装置では、光源から光（パルス光）を発生させ、照射手段１０３を介して被検体１０１に光１１５を照射する。被検体１０１内の光吸収体（腫瘍等の検出対象）は光エネルギーを吸収して音響波を発生する。発生した音響波は被検体内を伝播し保持手段である保持板を介して音響波検出素子１０４に到達する。また、被検体表面や音響波検出器表面においても界面音響波を発生し、音響波検出素子１０４に到達する。音響波検出素子１０４は音響波や界面音響波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、信号処理部３０６に出力する。信号処理部３０６では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部３０８（加算部）等に送られる。加算演算部３０８から出力された信号は規格化演算部３０９（規格化部）に送信され、規格化演算部３０９で規格化された信号が減算演算部３１０（低減部）に送信される。加算演算部３０８と規格化演算部３０９と減算演算部とで界面音響波低減処理部３０７を構成し、この界面音響波低減処理部３０７で受信信号から界面音響波や反射界面音響波に起因する信号の振幅を低減する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部３０７から出力された信号は画像化部３１１に入力され、画像化部３１１は入力された信号を用いて画像データを生成（画像再構成）する。生成された画像データは画像表示装置３１２に出力され画像として表示される。
【００２１】
本発明の光源は、コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数１００ナノ秒以下が好ましく、５ナノから５０ナノ秒がより好ましい。また、乳がん等を測定する場合は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を発生する。光源としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。
【００２２】
また、音響波の音圧は光の強度に比例するので、受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の側面からだけでなく、複数の面から光を照射することが好ましい。特に、図３のように、保持板で被検体を挟持する場合、保持板の両面（音響波検出素子側及びその反対側）から被検体に光を照射することが好ましい。
【００２３】
照射手段１０３は、光源で発生した光を被検体に導き照射するための光学部品であり、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーなどがある。このような光学部品は、上記以外にも、光源から発せられた光を被検体に所望の形状で照射することができればどのようなものを用いてもよい。また、光が被検体に照射される領域は被検体上を移動可能であることが好ましい。言い換えると、光源から発生した光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域（被検体に照射される光）は、音響波検出素子と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、照射手段を音響波検出素子と同期して機械的に移動させる方法がある。また、光源が小さい場合は光源自体を機械的に移動させてもよい。
【００２４】
保持板１０２は、被検体の少なくとも一部の形状を一定に保つための保持手段である。図３示すように保持板１０２で被検体の少なくとも一方から挟むようにすると、被検体は測定中での位置が固定され、体動等による位置誤差を低減することができる。また、両側から圧迫することにより、被検体の深部まで光を効率良く到達させることができる。保持手段としては、光の透過率が高く、かつ、被検体１０１や音響波検出素子１０４との音響整合性が高い部材を用いることが好ましい。音響整合性を高めることを目的として、保持板１０２と被検体１０１との間や、保持板１０２と音響波検出素子１０４との間にジェル等の音響整合材を介在させてもよい。
【００２５】
音響波検出素子１０４は音響波を電気信号である受信信号に変換する素子であり、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなどで構成される。音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような音響波検出素子を用いてもよい。本発明では、複数の音響波検出素子が１次元又は２次元に配列された素子アレイ１０５を用いる。音響波は、複数の音響波検出素子で受信され、音響波検出素子毎に受信信号が出力され、各受信信号は信号処理部３０６へ入力される。
【００２６】
信号処理部３０６は、界面音響波低減処理部３０７と画像化部３１１とを有する。信号処理部３０６は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。画像化部３１１はトモグラフィー技術で通常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などを用いて画像データを生成（画像再構成）する。本発明における画像データは、２次元または３次元を問わず、被検体内部の情報（生体内の初期音圧分布や光吸収係数分布等の生体情報）を示すデータのことを示す。画像データは、２次元の場合はピクセルデータを複数並べて構成され、３次元の場合はボクセルデータを複数並べて構成される。
【００２７】
界面音響波低減処理部３０７中の各部の処理内容や処理手順について、以下に述べる。
【００２８】
（処理方法）
図３の信号処理部３０６における処理を、図４と図５を用いて説明する。
【００２９】
まず、図４において、ｎ個の音響波検出素子１０４が音響波を受信し、受信信号４０２を取得する。受信信号は音響波検出素子毎に出力される時系列の信号であり、ｉ番目の音響波検出素子１０４で取得される受信信号をｐｉ（ｔ）と示す。
【００３０】
ここで、図５（ａ）（ｂ）を用いて各音響波検出素子で得られる受信信号について説明する。図５（ａ）に、断面Ａ−Ａにおける光の空間強度分布を示し、図５（ａ）のような光の空間強度分布を持つ場合に得られる各受信信号の時間波形を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の上図は素子１（図５（ａ）において中心に位置する音響波検出素子）で取得される受信信号の時間波形であり、下図は素子２（図５（ａ）において一番上端の音響波検出素子）で取得される時間波形である。図５（ｂ）に示すように、光吸収体で生じる音響波に起因する振幅１６が表れる時刻（つまり光吸収体から発生する音響波の受信時刻）は２つの素子で異なっている。これは、光吸収体で生じる音響波は球面波であり、光吸収体から素子１、素子２までの距離（つまり音響波の到達時間）が異なるためである。一方、界面音響波に起因する信号の振幅１４及び反射界面音響波に起因する振幅１５が表れる時刻（つまり界面音響波及び反射界面音響波の受信時刻）は、素子１、素子２ともに同じである。ここで、光の速度は音速に比べて桁違いに速いため、照射された光は距離に関わらず全ての位置に同一時刻に到達するとみなすことができる。つまり、被検体表面において界面音響波の発生する時刻は同じであるため界面音響波が平面波となり、被検体の界面から素子１、素子２までの距離が同じであるため、界面音響波及び反射界面音響波の受信時刻は素子１、２ともに同じとなる。
【００３１】
しかしながら、図５（ｂ）に示されるように、素子１と素子２で取得される界面音響波及び反射界面音響波に起因する信号の振幅１４、１５の大きさ（振幅値）は異なっている。すなわち素子１の受信信号において界面音響波に起因する振幅値をＡ１とし、素子２の受信信号において界面音響波に起因する振幅値Ａ２とすると、Ａ１≠Ａ２である。これは、図５（ａ）に示されるように被検体に照射される光は空間強度分布が均一でないことに起因する。つまり、素子１の前面は光強度が強いので振幅値Ａ１が大きくなり、素子２の前面は光強度が弱いので振幅値Ａ２が小さくなる。また、反射界面音響波は、界面音響波に対して一定の比率で減衰する。そのため、素子１における界面音響波起因の振幅１４と反射界面音響波起因の振幅１５との比と、素子２の界面音響波起因の振幅１４と反射界面音響波起因の振幅１５との比は同じとみなせる。
【００３２】
次に加算演算部３０８における処理（加算ステップ）について説明する。加算演算部３０８では、上述した音響波検出素子毎の受信信号を時刻を揃えて（同じ時刻毎）加算する。つまり、受信信号の各時刻における振幅値が加算される。図４において、ｐｓｕｍ（ｔ）は、加算演算部３０８で各受信信号が加算されることにより得られた加算信号である。図５（ｃ）には簡単のため、素子１の受信信号と素子２の受信信号とを足した場合の加算信号の時間波形を示す。加算信号においては、受信時刻が同じ界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅同士は加算される（つまり、界面音響波の受信時刻の振幅値はＡ１＋Ａ２となる）が、受信時刻が異なる光吸収体からの音響波に起因する振幅同士は加算されない。
【００３３】
次に、規格化演算部３０９（規格化ステップ）で、上述の加算信号を音響波検出素子毎に規格化する。図４において、Ａｓｕｍは加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）に含まれる最大振幅値を示し、ＡｉはＡｓｕｍが得られた時刻における受信信号ｐｉ（ｔ）の振幅値を示す。規格化演算部３０９では、加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）において最大振幅値Ａｓｕｍとなる時刻における受信信号ｐｉ（ｔ）中の振幅値Ａｉを基準として、音響波検出素子毎に加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）を規格化し、規格化信号ｐｓｕｍ＿ｉ（ｔ）を取得する。具体的には、素子ｉにおいて、最大振幅値Ａｓｕｍに対する振幅値Ａｉの比率を、加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）に乗算するとよい。図５（ｄ）を用いて、より詳細に説明する。図５（ｄ）は素子１の規格化信号の時間波形を示す。図５（ｃ）により、加算信号の最大振幅値はＡ１＋Ａ２となるため、最大振幅値Ａ１＋Ａ２が得られる時刻（仮にｔ１とする）における受信信号の振幅値はＡ１である。つまり、Ａ１／（Ａ１＋Ａ２）を加算信号にかけることにより、加算信号が規格化され規格化信号が得られる。規格化信号のｔ１における振幅値はＡ１となり、受信信号のｔ１における振幅値と一致する。また、反射界面音響波に起因する振幅に関しても、規格化信号における振幅値と受信信号における振幅値は一致する（反射界面音響波は界面音響波に対して一定の比率で減衰するため）。一方、光吸収体からの音響波に起因する振幅は、受信信号中の同時刻における振幅に比べて大きく減少している（略０となる）ことが分かる。また、素子２に対応する規格化信号を得るには、Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）を加算信号にかければよい。このようにして界面音響波及び反射界面音響波を抽出することができる。
【００３４】
次に、減算演算部３１０における処理（低減ステップ）について説明する。図４において、ｐｉ’（ｔ）は、光吸収体起因の振幅に対する界面音響波及び反射界面音響波起因の振幅の比率が、受信信号に比べて低減した低減信号である。減算演算部３１０では、規格化ステップで得られた音響波検出素子毎の規格化信号を用いて、音響波検出素子毎の受信信号から界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減する。具体的には、音響波検出素子毎に、受信信号から規格化信号を減算する。つまり、受信信号の各時刻における振幅値から同じ時刻の規格化信号の振幅値を引く。界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅は、規格化信号における振幅値と受信信号における振幅値が一致しているため、受信信号から規格化信号を引くことにより、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。逆に、規格化信号における光吸収体に起因する振幅は略０となっているため、受信信号から規格化信号を引いても光吸収体に起因する振幅はほとんど低減しない。図５（ｅ）は素子１の低減信号の信号波形を示しており、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅は消され、光吸収体に起因する振幅が表れている様子がわかる。素子２に対応する低減信号に関しても、素子２の受信信号から素子２の規格化信号を引けばよい。
【００３５】
次に、低減信号を画像化部３１１に出力することにより、画像化部３１１では低減信号を用いて画像データを生成する。このように、低減信号を用いて画像データを生成した場合、画像中における界面音響波や反射界面音響波に起因する像は、受信信号から直接画像データを生成した場合（本発明を適用しない場合）に比べ低減される。
【００３６】
本実施形態では、図５を用いて説明する際、簡単のため、音響波検出素子が２つと仮定して説明したが、実際にはより多くの受信信号を用いることで、界面音響波及び反射界面音響波起因の振幅の低減効果を高くすることができる。また、本発明において、音響波検出素子毎に規格化信号や低減信号を取得する方法は上述の演算方法に限られない。例えば、その他の規格化の仕方として、最大振幅値Ａｓｕｍとなる時刻における受信信号の振幅Ａｉで加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）を割ってもよい。受信信号が２つの場合で説明すると、素子１の場合は加算信号をＡ１で割る。つまり、時刻ｔ１において規格化信号の振幅は（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１である。この場合、低減ステップにおいては、受信信号に、（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２を掛けた後、規格化信号を引くことで、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。本発明においては、受信信号に（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２をかけた後も、便宜的に受信信号と呼ぶ。つまり、時刻ｔ１において受信信号から規格化信号を引く演算を示すと、Ａ１×（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２−（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１＝０となる。また、得られた低減信号にはその後、Ａ１２／（Ａ１＋Ａ２）を掛けるとよい。
【００３７】
このように、規格化信号を取得する方法は、最大振幅値となる時刻における受信信号の振幅を基準として、音響波検出素子毎に加算信号を規格化するのであればどのような演算方法を用いても良い。そして、受信信号を取得する方法も、規格化の演算方法を考慮して受信信号を処理した後、最大振幅値となる時刻の受信信号の振幅値が低減する方法であればどのような演算方法を用いても良い。
【００３８】
また、本実施形態の図４では、全ての音響波検出素子の受信信号を加算して加算信号を得ているが、必ずしも全ての受信信号を加算する必要は無い。界面音響波、及び、反射界面音響波を低減する効果が十分に得られるような受信信号を選択して加算信号を得ても良い。
【００３９】
（実施例１）
次に、第一の実施形態を適用して実際に画像データを生成した例を示す。用いた光音響イメージング装置の概略図を図６に示す。光源は、約１０ナノ秒のパルス光を発生する波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた。保持板６０２は、厚さ１０ｍｍのプラスチック製の平板である。素子アレイ６０３は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の２次元に素子を配列した素子アレイであり、素子数は１８×１８、正方形型、素子ピッチは２ｍｍである。信号処理部６０４は、界面音響波低減処理部６０５と画像化部６０６とを有し、プログラムとしてコンピュータに実装されている。信号処理部６０４における信号の流れとしては、フローＡとフローＢがある。フローＡは、素子アレイ６０３から界面音響波低減処理部６０５に受信信号が入力され、界面音響波低減処理部６０５から低減信号が画像化部６０６に入力される。フローＢでは、素子アレイ６０３から受信信号が直接、画像化部６０６に入力される。界面音響波低減処理部６０５は図３の界面音響波低減処理部３０７と同じものであり、画像化部６０６は図３の画像化部３１１と同じものである。また、画像表示装置６０７は、信号処理部により生成される画像データを画像として表示するディスプレイである。本実施例では、被検体としてウレタン製の生体模擬体であるファントム６０８を用いた。ファントム６０８は、生体に近い光学的特性と音響的特性を持つ。ファントム６０８の構成を図７に示す。図７の座標系は、図６の座標系と一致している。
【００４０】
図７に示すように、ファントム６０８には、ファントムよりも光吸収係数が大きい棒上の光吸収体が複数埋設されている。光吸収体は、互いに異なった光吸収係数を持つ。ファントムに光が照射されると、光吸収体から音響波が発生する。伝播した音響波を素子アレイで検出して得た受信信号を用いて、信号処理部６０４によりファントム６０８内部の光吸収体を画像データ化し、画像表示装置６０７に画像を表示する。
【００４１】
図８は、図６のフローＢにより得られたファントム６０８の画像（比較例）である。図８は、図６の座標系において、ある座標軸方向の最も音響波の音圧が高い値を、座標軸に直交する平面に投影したＭＩＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）像である。図９は、図６のフローＡにより得られたファントム６０８の画像である。図９は、図６の座標系での、ＭＩＰ像である。
【００４２】
図８と図９のＭＩＰ像を比較すると、図８の円内に見られる反射界面音響波が、図９では低減されていることがわかる。反射界面音響波が低減されることで相対的に光吸収体の像がより明確に現れるため、図８では、四角内の光吸収体が画像化されていないのに対し、図９では四角内の光吸収体が画像化されていることがわかる。
【００４３】
このように、第一の実施形態を適用した光音響イメージング装置により、界面音響波を低減し、アーティファクトを低減することができる。
【００４４】
（第二の実施形態）
本実施形態では、被検体に対して音響波検出素子と光の照射領域（照明手段）とを走査させる走査手段を有する。そして、加算ステップでは、各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号同士を加算して加算信号を取得する。規格化ステップでは、走査位置毎に前記加算信号を規格化して、走査位置毎に音響波検出素子毎の規格化信号を取得する。低減ステップでは、受信信号と規格化信号とを用いて各走査位置における音響波検出素子毎の低減信号を取得する。このような処理を行うことにより、光の空間強度分布が大きな強度差を持つ場合であっても、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を効果的に低減することができる。
【００４５】
以下、図１０と図１１を用いて詳細に説明する。
【００４６】
（装置構成）
図１０は、本実施形態の光音響イメージング装置の構成図である。第二の実施形態の光音響イメージング装置は、光源から光を発生させ、照射手段１００３を介して被検体１００１に光を照射する。発生した音響波は、保持板１００２を介して音響波検出素子１００４に到達する。音響波検出素子１００４は音響波を受信して受信信号に変換し、信号処理部１００６に出力する。信号処理部１００６では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部１００８（加算部）等に送られる。加算演算部１００８から出力された信号は規格化演算部１００９（規格化部）に送信され、規格化演算部１００９で規格化された信号が減算演算部１０１０（低減部）に送信される。加算演算部１００８と規格化演算部１００９と減算演算部１０１０とで界面音響波低減処理部１００７を構成する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部１００７から出力された信号は画像化部１０１１に入力され、画像化部１０１１は入力された信号を用いて画像データを生成（画像再構成）する。生成された画像データは画像表示装置３１２に出力され画像として表示される。また、本実施形態では、音響波検出素子に同期して光の照射領域を走査する走査手段として、音響波検出素子と照射手段とを被検体に対して走査する走査機構１０１３を有する。走査機構１０１３は、保持板１００２の面内で走査することができ、照射手段１００３と複数の音響波検出素子１００４（つまり素子アレイ１００５）とは同時に走査される。すなわち、素子アレイ１００５が図１０に示される走査１、走査Ｉ、走査Ｎのいずれの位置にあっても、素子アレイ１００５から見た被検体表面での光強度分布は、光強度の最大値を１に規格化すると、略同一となる。
【００４７】
なお、本実施形態において、界面音響波低減処理部における処理内容と走査手段は第一の実施形態と異なるが、それ以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。
【００４８】
（処理方法）
図１０の信号処理部１００６における処理を、図１１を用いて説明する。図１１は、ｎ個の音響波検出素子１００４が走査位置を変えてＮ回測定を行った場合（つまり走査位置はＮ箇所の場合）の信号の流れを説明するフロー図である。ｐｉＩ（ｔ）は、Ｉ番目の走査位置においてｉ番目の音響波検出素子が取得した時系列の受信信号１１０２を示す。
【００４９】
加算演算部１００８の加算ステップでは、各走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号同士を時間を揃えて（光照射時点を基準として光照射時点からの経過時間が同じ時点毎に）加算する。すなわち、同じ音響波検出素子から取得される受信信号の各時点における振幅値が加算される。図１１において、ｐｉＳＵＭ（ｔ）は、Ｎ個の異なる走査位置ごとにｉ番目の音響波検出素子から出力される受信信号を加算した加算信号を示す。
【００５０】
ここで、本実施形態のように、異なる走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号を加算する理由を説明する。被検体に照射される光の空間強度分布が大きな強度差を持つ場合、界面音響波は伝搬に伴う回折により波面が乱れる（つまり平面波ではなくなってくる）。保持板の内部で多重反射すると伝搬距離が増加するため、より波面の乱れが大きくなる。このため、反射回数が多い反射界面音響波ほど波面の乱れが大きくなり、同じ反射界面音響波であっても音響波検出素子毎に受信される時間の差が大きくなっていく。この場合、第一の実施形態のように、複数の音響波検出素子からの受信信号を加算しても多重反射の反射界面音響波に起因する振幅同士が加算されない可能性がある。そこで、音響波検出素子と照射領域とを走査することにより、異なる走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号同士を加算する。走査位置が異なっていても、素子アレイ１００５前面の被検体表面での光強度分布は、光強度の最大値を１に規格化すると略同一となる。このため、素子アレイ１００５に到達する界面音響波及び反射界面音響波は、略同一の波面形状を持つ。つまり、同じ音響波検出素子であれば、位置が変わっても界面音響波及び反射界面音響波の受信時間（光照射から受信されるまでの時間）は略一致する。よって、同じ音響波検出素子の受信信号同士を加算することで、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が加算される。また、光吸収体からの音響波は、走査位置ごとに光吸収体と各音響波検出素子１００４との相対的位置関係が変化するので、同じ音響波検出素子１００４において光吸収体からの音響波の受信時間は走査位置により異なる。よって、同じ音響波検出素子の受信信号同士を加算しても、光吸収体に起因する振幅は加算されない。
【００５１】
次に、規格化演算部１００９の規格化ステップについて説明する。本ステップでは、上述の音響波検出素子毎の加算信号を走査位置毎に規格化する。図１１において、Ａｉｓｕｍはｉ番目の音響波検出素子の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）に含まれる最大振幅値を示す。ＡｉＩは最大振幅値Ａｉｓｕｍとなる時点における、受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値を示す。規格化演算部１００９では、ｉ番目の音響波検出素子の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）において最大振幅値Ａｉｓｕｍとなる時点における、Ｉ番目の走査位置でｉ番目の音響波検出素子が取得した受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値ＡｉＩを基準として、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）を規格化し、規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）を取得する。具体的には、音響波検出素子ごとの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）に、最大振幅値Ａｉｓｕｍに対する振幅値ＡｉＩの比率（つまりＡｉＩ／Ａｉｓｕｍ）を乗算するとよい。
【００５２】
ここで、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号を規格化する理由を説明する。光音響イメージング装置の光源手段は、被検体深部まで光を照射できるような光強度を持ち、かつ、数１００ナノ秒以下のパルス光を発生させる必要がある。このため、一般にパルスレーザが用いられる。しかしながら、このようなパルスレーザは一般に大型であるため、被検体に対してパルスレーザ本体を走査することは難しい。このため、レーザを空間伝播させる光学系や光ファイバ等の導光手段（照射手段を兼ねる場合もある）を用いて、パルスレーザから出力される光を被検体近傍まで導光し、各走査位置で照射手段により被検体に光照射する場合が多い。このような導光手段や照射手段を用いる場合、走査により音響波検出素子の位置が変化すると、走査位置に光を導光するために、前記光学系の配置を能動的に変化させたり、ファイバ形状が受動的に変化したりする。これら変化が生じると、被検体に照射される光の強度が変動する場合がある。つまり、ある音響波検出素子を考えた場合、位置が変わっても界面音響波及び反射界面音響波の受信時間（光照射から受信されるまでの時間）は略一致するが、走査に伴う光強度の変動のため、受信信号中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅値は異なる。
【００５３】
このため、音響波検出素子毎の加算信号を平均化しても、加算信号中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、受信信号中の振幅と、を一致させることは難しい。よって、後ステップの低減ステップにおいて、平均化した加算信号を受信信号から減算しても、十分に界面音響波、及び、多重反射界面音響波を低減することは難しいということになる。そこで、本実施形態では、規格化演算部１００９において、音響波検出素子ｉの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）にＡｉＩ／Ａｉｓｕｍを乗算して、界面音響波及び反射界面音響波の振幅を、Ｉ番目の走査位置でｉ番目の音響波検出素子が取得した受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値ＡｉＩと一致させる。
【００５４】
次に、減算演算部１０１０における低減ステップについて説明する。図１１においてｐｉＩ’（ｔ）は、受信信号ｐｉＩ（ｔ）と、規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）とを用いて取得された低減信号であり、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が低減されている。具体的には、受信信号ｐｉＩ（ｔ）から規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）を減算する。規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、受信信号ｐｉＩ（ｔ）中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、は振幅値が一致している。よって、上記演算を行うことにより界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。逆に、規格化信号における光吸収体に起因する振幅は略０となっているため、受信信号から規格化信号を引いても光吸収体に起因する振幅はほとんど低減しない。
【００５５】
また、規格化信号や低減信号を取得する方法は上述の演算方法に限られず、第一の実施形態に記載したその他の規格化の仕方を応用して、音響波検出素子ごとの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）を、振幅値ＡｉＩで割って規格化してもよい。つまり、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号を規格化できるのであればどのような演算方法を用いても良い。また、低減処理においても、規格化信号と受信信号とを用いて、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が低減されていればどのような演算方法を用いても良い。
【００５６】
最後に、低減信号を画像化部１０１１に出力することにより、画像化部１０１１では低減信号を用いて画像データを生成する。このように、低減信号を用いて画像データを生成した場合、画像中における界面音響波や反射界面音響波に起因する像は、受信信号から直接画像データを生成した場合（本発明を適用しない場合）に比べ低減される。
【００５７】
（第三の実施形態）
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、上述した第一、第二の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。
【符号の説明】
【００５８】
１０２ 保持板
１０３ 照射手段
１０４ 音響波検出素子
１０５ 素子アレイ
３０８ 加算演算部
３０９ 規格化演算部
３１０ 減算演算部
３１１ 画像化部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響イメージング装置、光音響イメージング方法及びそのプログラムに関する。特に、光音響効果を利用して被検体内部の光学特性を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響イメージング技術の一つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＡＴ）がある。ＰＡＴでは、光源からパルス光を発生して生体等の被検体に照射することにより、被検体内で伝播・拡散した光を光吸収体が吸収して音響波を発生させる。この音響波発生機序を光音響効果と呼ぶ。腫瘍などの光吸収体は、その周辺組織に対して光エネルギーの吸収率が高いことが多いため、周辺組織よりも多くの光を吸収して瞬間的に膨張する。光音響効果を利用した光音響イメージング装置では、この膨張の際に発生する音響波を音響波検出素子で受信し、受信信号を得る。この受信信号を数学的に解析処理することにより、被検体内で発生した音響波の音圧分布等の情報を画像化することができる。このようにして得られる画像データを基にして、被検体内の光学特性分布、特に、吸収係数分布を得ることができる。
【０００３】
ＰＡＴにおいては、被検体に照射された光により被検体表面（界面）で音響波（界面音響波）が発生する場合がある。詳細は後述するが、この界面音響波を音響波検出素子で受信した際、音響波検出素子の受信可能な周波数の帯域に起因して、出力される信号に過渡応答が生じる。この過渡応答は、イメージングによって得られた画像中にアーティファクトとして現れる。アーティファクトとは、実際には存在しないのにあたかもそこに何か存在するように現れてしまう像であり、ゴーストとも呼ばれる。このため、界面音響波の後に光吸収体起因の音響波が音響波検出素子に到達する場合、腫瘍などの光吸収体の像が前記アーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。また、音響波の測定の際に、被検体を固定又は保持するプレートのような保持部材を用いる場合、界面音響波が保持部材内部で多重反射し、この反射波（反射界面音響波）も音響波検出素子により受信される。この反射界面音響波によっても前述と同様の過渡応答が生じるため、光吸収体の像が過渡応答に起因するアーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。
【０００４】
光音響イメージング装置における上記反射界面音響波の課題に類似した課題として、超音波エコーを用いた超音波測定装置において、送信した超音波が音響波検出素子と被検体との間に設けられた介在物の内部で多重反射を繰り返し、多重エコー起因のアーティファクトとして画像中に現れるという課題がある。
【０００５】
この多重エコーアーティファクトを除去する手法が、特許文献１において開示されている。特許文献１では、複数の受信信号を平均化することにより取得した平均信号を、受信信号から減算することにより多重エコー起因の振幅を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０７１７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
照射される光は一般に空間強度分布を持ち、空間内で光の強度に差がある。光音響効果で生じる音響波の振幅は、光の強度分布に比例する。このため、上記界面音響波は、被検体の界面へ照射される光の空間強度分布に比例した空間音圧分布を持つ。同様に、反射界面音響波も空間音圧分布を持つ。空間音圧分布が均一でないという特徴は、光の空間強度分布が均一でないという特徴を持つ光音響イメージング装置に特有ものである。
【０００８】
また、光音響イメージング装置においては、複数の異なる位置で音響波を受信する。複数の異なる位置で同時に音響波を受信することにより測定時間を短縮できるので、複数の音響波検出素子を１次元又は２次元に配列した素子アレイを用いるのが一般的である。よって、複数の音響波検出素子は、空間音圧分布が均一でない界面音響波を受信するので、構成する素子ごとに受信される界面音響波の振幅が異なる。このため、特許文献１の手法を適用した場合、振幅が異なる複数の受信信号を平均化するため、平均化された多重エコー起因の振幅は受信信号中の多重エコーの振幅と必ずしも一致しない。このため、受信信号から平均化された平均信号を減算しても、多重エコー起因の振幅を十分に低減できない場合がある。すなわち特許文献１の手法は、受信される多重エコー起因の信号振幅が一定である超音波測定装置において効果があるのであって、空間音圧分布が均一でない光音響イメージング装置に適用しても十分な効果を得る事が難しいという課題を持つ。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、ＰＡＴでの受信信号に含まれる界面音響波や反射界面音響波に起因する信号振幅を低減した信号を得ることで、アーティファクトを低減した画像データを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光音響イメージング装置は、被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、前記信号処理部は、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算部と、前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の光音響イメージング装置は、光源から発生した光を被検体に照射するための照射手段と、前記光が前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とを走査する走査手段と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、各走査位置において、前記光は前記光源から発生し前記照射手段を介して被検体に照射され、前記信号処理部は、各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算部と、前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＡＴでの受信信号に含まれる界面音響波や反射界面音響波に起因する信号振幅を低減した信号を得ることにより、画像のアーティファクトを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アーティファクトが生じるメカニズムを説明するための模式図である。
【図２】保持部材を持つ光音響イメージング装置の概略図と生じるアーティファクトの模式図である。
【図３】第一の実施形態における光音響イメージング装置の概略図である。
【図４】第一の実施形態の信号処理部における信号フロー図である。
【図５】界面音響波及び反射界面音響波に起因する信号振幅を低減するメカニズムを示した模式図である。
【図６】第一の実施形態を適用した光音響イメージング装置の概略図である。
【図７】測定に用いたファントムの概略図である。
【図８】本発明を行わない場合に得られる画像である。
【図９】第一の実施形態を適用した場合の画像である。
【図１０】第二の実施形態における光音響イメージング装置の概略図である。
【図１１】第二の実施形態の信号処理部における信号フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射することで発生する弾性波のことを示す。また特に、被検体の表面や音響波検出素子の表面で発生する音響波のことを界面音響波と呼び、界面音響波が保持部材等で多重反射したものを反射界面音響波と呼ぶ。
【００１５】
まず、界面音響波と過渡応答について詳細に説明する。図１（ａ）はＰＡＴを用いて音響波を受信する様子を示す模式図である。図１（ｂ）は音響波検出素子に到達する音響波の音圧時間波形を示す。１１は、被検体１０１の表面を含む被検体１０１の光吸収により生じる音響波（界面音響波を含む）の音圧である。１２は、腫瘍など、被検体内部に局所的に存在する光吸収体１１４により生じる音響波の音圧である。また、光を照射する側に音響波検出素子がある場合には、被検体から反射してきた光が音響波検出素子表面に当たり、音響波検出素子表面からも音響波が発生する場合がある（不図示）。本発明において界面音響波とは、被検体表面だけでなく、音響波検出素子の表面で発生する音響波も含む。図１（ｃ）は、音響波検出素子１０４が出力する受信信号の時間波形を示す。１４は、被検体の界面位置において発生する界面音響波に起因する過渡応答（振幅）であり、音響波検出素子の受信可能な音響波の周波数帯域が有限帯域であるために生じる。図１（ｄ）は、受信信号より得られる画像の模式図を示す。過渡応答は図１（ｄ）中に示すようにアーティファクトとして現れる。このため、腫瘍などの光吸収体が図１の場合よりも音響波検出素子側にある場合、光吸収体起因の振幅１３が、過渡応答である界面音響波起因の振幅１４に埋もれ、光吸収体の像がアーティファクト中に埋もれてしまう可能性があった。
【００１６】
次に、反射界面音響波について詳細に説明する。光音響イメージング装置においては、図２（ａ）に示すように被検体を保持する保持板等の保持部材を備える場合がある。図２（ａ）のような保持板を備える場合、保持板内部で界面音響波が多重反射することにより、この反射波（反射界面音響波）も音響波検出素子により受信される。この反射界面音響波が、図２（ｂ）に示す受信信号中に反射界面音響波による振幅１５として表れる。すなわち、振幅１４は、被検体と保持板との界面で発生した界面音響波が保持板を伝播して音響波検出素子で受信された時に生じ、振幅１５は、界面音響波が保持板の光源側界面で反射した後、被検体側界面で再度反射し、音響波検出素子で受信された時に生じる。
【００１７】
図２（ｃ）に、受信信号より得られる画像の模式図を示す。反射界面音響波に起因する振幅を含む受信信号から画像を取得すると、界面音響波の場合と同様に、反射界面音響波によるアーティファクトに腫瘍などの像が埋もれてしまうという可能性があった。
【００１８】
以下の各実施形態では、界面音響波や反射界面音響波に起因する振幅によって生じるアーティファクトを低減するための装置構成及び方法について説明する。以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００１９】
（第一の実施形態）
第一の実施形態は、アレイ状に配列された複数の音響波検出素子から出力される受信信号を加算し、加算信号を音響波検出素子毎に規格化することを特徴とする。そして、規格化した規格化信号と受信信号とを用いて、界面音響波と反射界面音響波により生じる信号振幅を低減する。
【００２０】
（装置構成）
図３は、本発明を適用できる第一の実施形態の光音響イメージング装置を示す概略図である。光音響イメージング装置では、光源から光（パルス光）を発生させ、照射手段１０３を介して被検体１０１に光１１５を照射する。被検体１０１内の光吸収体（腫瘍等の検出対象）は光エネルギーを吸収して音響波を発生する。発生した音響波は被検体内を伝播し保持手段である保持板を介して音響波検出素子１０４に到達する。また、被検体表面や音響波検出器表面においても界面音響波を発生し、音響波検出素子１０４に到達する。音響波検出素子１０４は音響波や界面音響波を受信して電気信号（受信信号）に変換し、信号処理部３０６に出力する。信号処理部３０６では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部３０８（加算部）等に送られる。加算演算部３０８から出力された信号は規格化演算部３０９（規格化部）に送信され、規格化演算部３０９で規格化された信号が減算演算部３１０（低減部）に送信される。加算演算部３０８と規格化演算部３０９と減算演算部とで界面音響波低減処理部３０７を構成し、この界面音響波低減処理部３０７で受信信号から界面音響波や反射界面音響波に起因する信号の振幅を低減する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部３０７から出力された信号は画像化部３１１に入力され、画像化部３１１は入力された信号を用いて画像データを生成（画像再構成）する。生成された画像データは画像表示装置３１２に出力され画像として表示される。
【００２１】
本発明の光源は、コヒーレント、または、インコヒーレントのパルス光源を少なくとも一つは備える。光音響効果を発生させるため、パルス幅は数１００ナノ秒以下が好ましく、５ナノから５０ナノ秒がより好ましい。また、乳がん等を測定する場合は、生体を構成する成分のうち特定の成分（例えばヘモグロビン）に吸収される特定の波長の光を発生する。光源としては大きな出力が得られるレーザが好ましいが、レーザのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザー、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。
【００２２】
また、音響波の音圧は光の強度に比例するので、受信信号のＳＮ比を高くするために、被検体の一部の側面からだけでなく、複数の面から光を照射することが好ましい。特に、図３のように、保持板で被検体を挟持する場合、保持板の両面（音響波検出素子側及びその反対側）から被検体に光を照射することが好ましい。
【００２３】
照射手段１０３は、光源で発生した光を被検体に導き照射するための光学部品であり、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、又は、光を分散・屈折・反射するプリズムや、光ファイバーなどがある。このような光学部品は、上記以外にも、光源から発せられた光を被検体に所望の形状で照射することができればどのようなものを用いてもよい。また、光が被検体に照射される領域は被検体上を移動可能であることが好ましい。言い換えると、光源から発生した光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域（被検体に照射される光）は、音響波検出素子と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、照射手段を音響波検出素子と同期して機械的に移動させる方法がある。また、光源が小さい場合は光源自体を機械的に移動させてもよい。
【００２４】
保持板１０２は、被検体の少なくとも一部の形状を一定に保つための保持手段である。図３示すように保持板１０２で被検体の少なくとも一方から挟むようにすると、被検体は測定中での位置が固定され、体動等による位置誤差を低減することができる。また、両側から圧迫することにより、被検体の深部まで光を効率良く到達させることができる。保持手段としては、光の透過率が高く、かつ、被検体１０１や音響波検出素子１０４との音響整合性が高い部材を用いることが好ましい。音響整合性を高めることを目的として、保持板１０２と被検体１０１との間や、保持板１０２と音響波検出素子１０４との間にジェル等の音響整合材を介在させてもよい。
【００２５】
音響波検出素子１０４は音響波を電気信号である受信信号に変換する素子であり、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなどで構成される。音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような音響波検出素子を用いてもよい。本発明では、複数の音響波検出素子が１次元又は２次元に配列された素子アレイ１０５を用いる。音響波は、複数の音響波検出素子で受信され、音響波検出素子毎に受信信号が出力され、各受信信号は信号処理部３０６へ入力される。
【００２６】
信号処理部３０６は、界面音響波低減処理部３０７と画像化部３１１とを有する。信号処理部３０６は、コンピュータに実装されるプログラムであってもよいし、電子回路であってもよい。画像化部３１１はトモグラフィー技術で通常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などを用いて画像データを生成（画像再構成）する。本発明における画像データは、２次元または３次元を問わず、被検体内部の情報（生体内の初期音圧分布や光吸収係数分布等の生体情報）を示すデータのことを示す。画像データは、２次元の場合はピクセルデータを複数並べて構成され、３次元の場合はボクセルデータを複数並べて構成される。
【００２７】
界面音響波低減処理部３０７中の各部の処理内容や処理手順について、以下に述べる。
【００２８】
（処理方法）
図３の信号処理部３０６における処理を、図４と図５を用いて説明する。
【００２９】
まず、図４において、ｎ個の音響波検出素子１０４が音響波を受信し、受信信号４０２を取得する。受信信号は音響波検出素子毎に出力される時系列の信号であり、ｉ番目の音響波検出素子１０４で取得される受信信号をｐｉ（ｔ）と示す。
【００３０】
ここで、図５（ａ）（ｂ）を用いて各音響波検出素子で得られる受信信号について説明する。図５（ａ）に、断面Ａ−Ａにおける光の空間強度分布を示し、図５（ａ）のような光の空間強度分布を持つ場合に得られる各受信信号の時間波形を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の上図は素子１（図５（ａ）において中心に位置する音響波検出素子）で取得される受信信号の時間波形であり、下図は素子２（図５（ａ）において一番上端の音響波検出素子）で取得される時間波形である。図５（ｂ）に示すように、光吸収体で生じる音響波に起因する振幅１６が表れる時刻（つまり光吸収体から発生する音響波の受信時刻）は２つの素子で異なっている。これは、光吸収体で生じる音響波は球面波であり、光吸収体から素子１、素子２までの距離（つまり音響波の到達時間）が異なるためである。一方、界面音響波に起因する信号の振幅１４及び反射界面音響波に起因する振幅１５が表れる時刻（つまり界面音響波及び反射界面音響波の受信時刻）は、素子１、素子２ともに同じである。ここで、光の速度は音速に比べて桁違いに速いため、照射された光は距離に関わらず全ての位置に同一時刻に到達するとみなすことができる。つまり、被検体表面において界面音響波の発生する時刻は同じであるため界面音響波が平面波となり、被検体の界面から素子１、素子２までの距離が同じであるため、界面音響波及び反射界面音響波の受信時刻は素子１、２ともに同じとなる。
【００３１】
しかしながら、図５（ｂ）に示されるように、素子１と素子２で取得される界面音響波及び反射界面音響波に起因する信号の振幅１４、１５の大きさ（振幅値）は異なっている。すなわち素子１の受信信号において界面音響波に起因する振幅値をＡ１とし、素子２の受信信号において界面音響波に起因する振幅値Ａ２とすると、Ａ１≠Ａ２である。これは、図５（ａ）に示されるように被検体に照射される光は空間強度分布が均一でないことに起因する。つまり、素子１の前面は光強度が強いので振幅値Ａ１が大きくなり、素子２の前面は光強度が弱いので振幅値Ａ２が小さくなる。また、反射界面音響波は、界面音響波に対して一定の比率で減衰する。そのため、素子１における界面音響波起因の振幅１４と反射界面音響波起因の振幅１５との比と、素子２の界面音響波起因の振幅１４と反射界面音響波起因の振幅１５との比は同じとみなせる。
【００３２】
次に加算演算部３０８における処理（加算ステップ）について説明する。加算演算部３０８では、上述した音響波検出素子毎の受信信号を時刻を揃えて（同じ時刻毎）加算する。つまり、受信信号の各時刻における振幅値が加算される。図４において、ｐｓｕｍ（ｔ）は、加算演算部３０８で各受信信号が加算されることにより得られた加算信号である。図５（ｃ）には簡単のため、素子１の受信信号と素子２の受信信号とを足した場合の加算信号の時間波形を示す。加算信号においては、受信時刻が同じ界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅同士は加算される（つまり、界面音響波の受信時刻の振幅値はＡ１＋Ａ２となる）が、受信時刻が異なる光吸収体からの音響波に起因する振幅同士は加算されない。
【００３３】
次に、規格化演算部３０９（規格化ステップ）で、上述の加算信号を音響波検出素子毎に規格化する。図４において、Ａｓｕｍは加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）に含まれる最大振幅値を示し、ＡｉはＡｓｕｍが得られた時刻における受信信号ｐｉ（ｔ）の振幅値を示す。規格化演算部３０９では、加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）において最大振幅値Ａｓｕｍとなる時刻における受信信号ｐｉ（ｔ）中の振幅値Ａｉを基準として、音響波検出素子毎に加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）を規格化し、規格化信号ｐｓｕｍ＿ｉ（ｔ）を取得する。具体的には、素子ｉにおいて、最大振幅値Ａｓｕｍに対する振幅値Ａｉの比率を、加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）に乗算するとよい。図５（ｄ）を用いて、より詳細に説明する。図５（ｄ）は素子１の規格化信号の時間波形を示す。図５（ｃ）により、加算信号の最大振幅値はＡ１＋Ａ２となるため、最大振幅値Ａ１＋Ａ２が得られる時刻（仮にｔ１とする）における受信信号の振幅値はＡ１である。つまり、Ａ１／（Ａ１＋Ａ２）を加算信号にかけることにより、加算信号が規格化され規格化信号が得られる。規格化信号のｔ１における振幅値はＡ１となり、受信信号のｔ１における振幅値と一致する。また、反射界面音響波に起因する振幅に関しても、規格化信号における振幅値と受信信号における振幅値は一致する（反射界面音響波は界面音響波に対して一定の比率で減衰するため）。一方、光吸収体からの音響波に起因する振幅は、受信信号中の同時刻における振幅に比べて大きく減少している（略０となる）ことが分かる。また、素子２に対応する規格化信号を得るには、Ａ２／（Ａ１＋Ａ２）を加算信号にかければよい。このようにして界面音響波及び反射界面音響波を抽出することができる。
【００３４】
次に、減算演算部３１０における処理（低減ステップ）について説明する。図４において、ｐｉ’（ｔ）は、光吸収体起因の振幅に対する界面音響波及び反射界面音響波起因の振幅の比率が、受信信号に比べて低減した低減信号である。減算演算部３１０では、規格化ステップで得られた音響波検出素子毎の規格化信号を用いて、音響波検出素子毎の受信信号から界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減する。具体的には、音響波検出素子毎に、受信信号から規格化信号を減算する。つまり、受信信号の各時刻における振幅値から同じ時刻の規格化信号の振幅値を引く。界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅は、規格化信号における振幅値と受信信号における振幅値が一致しているため、受信信号から規格化信号を引くことにより、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。逆に、規格化信号における光吸収体に起因する振幅は略０となっているため、受信信号から規格化信号を引いても光吸収体に起因する振幅はほとんど低減しない。図５（ｅ）は素子１の低減信号の信号波形を示しており、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅は消され、光吸収体に起因する振幅が表れている様子がわかる。素子２に対応する低減信号に関しても、素子２の受信信号から素子２の規格化信号を引けばよい。
【００３５】
次に、低減信号を画像化部３１１に出力することにより、画像化部３１１では低減信号を用いて画像データを生成する。このように、低減信号を用いて画像データを生成した場合、画像中における界面音響波や反射界面音響波に起因する像は、受信信号から直接画像データを生成した場合（本発明を適用しない場合）に比べ低減される。
【００３６】
本実施形態では、図５を用いて説明する際、簡単のため、音響波検出素子が２つと仮定して説明したが、実際にはより多くの受信信号を用いることで、界面音響波及び反射界面音響波起因の振幅の低減効果を高くすることができる。また、本発明において、音響波検出素子毎に規格化信号や低減信号を取得する方法は上述の演算方法に限られない。例えば、その他の規格化の仕方として、最大振幅値Ａｓｕｍとなる時刻における受信信号の振幅Ａｉで加算信号ｐｓｕｍ（ｔ）を割ってもよい。受信信号が２つの場合で説明すると、素子１の場合は加算信号をＡ１で割る。つまり、時刻ｔ１において規格化信号の振幅は（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１である。この場合、低減ステップにおいては、受信信号に、（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２を掛けた後、規格化信号を引くことで、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。本発明においては、受信信号に（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２をかけた後も、便宜的に受信信号と呼ぶ。つまり、時刻ｔ１において受信信号から規格化信号を引く演算を示すと、Ａ１×（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１２−（Ａ１＋Ａ２）／Ａ１＝０となる。また、得られた低減信号にはその後、Ａ１２／（Ａ１＋Ａ２）を掛けるとよい。
【００３７】
このように、規格化信号を取得する方法は、最大振幅値となる時刻における受信信号の振幅を基準として、音響波検出素子毎に加算信号を規格化するのであればどのような演算方法を用いても良い。そして、受信信号を取得する方法も、規格化の演算方法を考慮して受信信号を処理した後、最大振幅値となる時刻の受信信号の振幅値が低減する方法であればどのような演算方法を用いても良い。
【００３８】
また、本実施形態の図４では、全ての音響波検出素子の受信信号を加算して加算信号を得ているが、必ずしも全ての受信信号を加算する必要は無い。界面音響波、及び、反射界面音響波を低減する効果が十分に得られるような受信信号を選択して加算信号を得ても良い。
【００３９】
（実施例１）
次に、第一の実施形態を適用して実際に画像データを生成した例を示す。用いた光音響イメージング装置の概略図を図６に示す。光源は、約１０ナノ秒のパルス光を発生する波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いた。保持板６０２は、厚さ１０ｍｍのプラスチック製の平板である。素子アレイ６０３は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の２次元に素子を配列した素子アレイであり、素子数は１８×１８、正方形型、素子ピッチは２ｍｍである。信号処理部６０４は、界面音響波低減処理部６０５と画像化部６０６とを有し、プログラムとしてコンピュータに実装されている。信号処理部６０４における信号の流れとしては、フローＡとフローＢがある。フローＡは、素子アレイ６０３から界面音響波低減処理部６０５に受信信号が入力され、界面音響波低減処理部６０５から低減信号が画像化部６０６に入力される。フローＢでは、素子アレイ６０３から受信信号が直接、画像化部６０６に入力される。界面音響波低減処理部６０５は図３の界面音響波低減処理部３０７と同じものであり、画像化部６０６は図３の画像化部３１１と同じものである。また、画像表示装置６０７は、信号処理部により生成される画像データを画像として表示するディスプレイである。本実施例では、被検体としてウレタン製の生体模擬体であるファントム６０８を用いた。ファントム６０８は、生体に近い光学的特性と音響的特性を持つ。ファントム６０８の構成を図７に示す。図７の座標系は、図６の座標系と一致している。
【００４０】
図７に示すように、ファントム６０８には、ファントムよりも光吸収係数が大きい棒上の光吸収体が複数埋設されている。光吸収体は、互いに異なった光吸収係数を持つ。ファントムに光が照射されると、光吸収体から音響波が発生する。伝播した音響波を素子アレイで検出して得た受信信号を用いて、信号処理部６０４によりファントム６０８内部の光吸収体を画像データ化し、画像表示装置６０７に画像を表示する。
【００４１】
図８は、図６のフローＢにより得られたファントム６０８の画像（比較例）である。図８は、図６の座標系において、ある座標軸方向の最も音響波の音圧が高い値を、座標軸に直交する平面に投影したＭＩＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）像である。図９は、図６のフローＡにより得られたファントム６０８の画像である。図９は、図６の座標系での、ＭＩＰ像である。
【００４２】
図８と図９のＭＩＰ像を比較すると、図８の円内に見られる反射界面音響波が、図９では低減されていることがわかる。反射界面音響波が低減されることで相対的に光吸収体の像がより明確に現れるため、図８では、四角内の光吸収体が画像化されていないのに対し、図９では四角内の光吸収体が画像化されていることがわかる。
【００４３】
このように、第一の実施形態を適用した光音響イメージング装置により、界面音響波を低減し、アーティファクトを低減することができる。
【００４４】
（第二の実施形態）
本実施形態では、被検体に対して音響波検出素子と光の照射領域（照明手段）とを走査させる走査手段を有する。そして、加算ステップでは、各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号同士を加算して加算信号を取得する。規格化ステップでは、走査位置毎に前記加算信号を規格化して、走査位置毎に音響波検出素子毎の規格化信号を取得する。低減ステップでは、受信信号と規格化信号とを用いて各走査位置における音響波検出素子毎の低減信号を取得する。このような処理を行うことにより、光の空間強度分布が大きな強度差を持つ場合であっても、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を効果的に低減することができる。
【００４５】
以下、図１０と図１１を用いて詳細に説明する。
【００４６】
（装置構成）
図１０は、本実施形態の光音響イメージング装置の構成図である。第二の実施形態の光音響イメージング装置は、光源から光を発生させ、照射手段１００３を介して被検体１００１に光を照射する。発生した音響波は、保持板１００２を介して音響波検出素子１００４に到達する。音響波検出素子１００４は音響波を受信して受信信号に変換し、信号処理部１００６に出力する。信号処理部１００６では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部１００８（加算部）等に送られる。加算演算部１００８から出力された信号は規格化演算部１００９（規格化部）に送信され、規格化演算部１００９で規格化された信号が減算演算部１０１０（低減部）に送信される。加算演算部１００８と規格化演算部１００９と減算演算部１０１０とで界面音響波低減処理部１００７を構成する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部１００７から出力された信号は画像化部１０１１に入力され、画像化部１０１１は入力された信号を用いて画像データを生成（画像再構成）する。生成された画像データは画像表示装置３１２に出力され画像として表示される。また、本実施形態では、音響波検出素子に同期して光の照射領域を走査する走査手段として、音響波検出素子と照射手段とを被検体に対して走査する走査機構１０１３を有する。走査機構１０１３は、保持板１００２の面内で走査することができ、照射手段１００３と複数の音響波検出素子１００４（つまり素子アレイ１００５）とは同時に走査される。すなわち、素子アレイ１００５が図１０に示される走査１、走査Ｉ、走査Ｎのいずれの位置にあっても、素子アレイ１００５から見た被検体表面での光強度分布は、光強度の最大値を１に規格化すると、略同一となる。
【００４７】
なお、本実施形態において、界面音響波低減処理部における処理内容と走査手段は第一の実施形態と異なるが、それ以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。
【００４８】
（処理方法）
図１０の信号処理部１００６における処理を、図１１を用いて説明する。図１１は、ｎ個の音響波検出素子１００４が走査位置を変えてＮ回測定を行った場合（つまり走査位置はＮ箇所の場合）の信号の流れを説明するフロー図である。ｐｉＩ（ｔ）は、Ｉ番目の走査位置においてｉ番目の音響波検出素子が取得した時系列の受信信号１１０２を示す。
【００４９】
加算演算部１００８の加算ステップでは、各走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号同士を時間を揃えて（光照射時点を基準として光照射時点からの経過時間が同じ時点毎に）加算する。すなわち、同じ音響波検出素子から取得される受信信号の各時点における振幅値が加算される。図１１において、ｐｉＳＵＭ（ｔ）は、Ｎ個の異なる走査位置ごとにｉ番目の音響波検出素子から出力される受信信号を加算した加算信号を示す。
【００５０】
ここで、本実施形態のように、異なる走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号を加算する理由を説明する。被検体に照射される光の空間強度分布が大きな強度差を持つ場合、界面音響波は伝搬に伴う回折により波面が乱れる（つまり平面波ではなくなってくる）。保持板の内部で多重反射すると伝搬距離が増加するため、より波面の乱れが大きくなる。このため、反射回数が多い反射界面音響波ほど波面の乱れが大きくなり、同じ反射界面音響波であっても音響波検出素子毎に受信される時間の差が大きくなっていく。この場合、第一の実施形態のように、複数の音響波検出素子からの受信信号を加算しても多重反射の反射界面音響波に起因する振幅同士が加算されない可能性がある。そこで、音響波検出素子と照射領域とを走査することにより、異なる走査位置において同じ音響波検出素子からの受信信号同士を加算する。走査位置が異なっていても、素子アレイ１００５前面の被検体表面での光強度分布は、光強度の最大値を１に規格化すると略同一となる。このため、素子アレイ１００５に到達する界面音響波及び反射界面音響波は、略同一の波面形状を持つ。つまり、同じ音響波検出素子であれば、位置が変わっても界面音響波及び反射界面音響波の受信時間（光照射から受信されるまでの時間）は略一致する。よって、同じ音響波検出素子の受信信号同士を加算することで、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が加算される。また、光吸収体からの音響波は、走査位置ごとに光吸収体と各音響波検出素子１００４との相対的位置関係が変化するので、同じ音響波検出素子１００４において光吸収体からの音響波の受信時間は走査位置により異なる。よって、同じ音響波検出素子の受信信号同士を加算しても、光吸収体に起因する振幅は加算されない。
【００５１】
次に、規格化演算部１００９の規格化ステップについて説明する。本ステップでは、上述の音響波検出素子毎の加算信号を走査位置毎に規格化する。図１１において、Ａｉｓｕｍはｉ番目の音響波検出素子の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）に含まれる最大振幅値を示す。ＡｉＩは最大振幅値Ａｉｓｕｍとなる時点における、受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値を示す。規格化演算部１００９では、ｉ番目の音響波検出素子の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）において最大振幅値Ａｉｓｕｍとなる時点における、Ｉ番目の走査位置でｉ番目の音響波検出素子が取得した受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値ＡｉＩを基準として、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）を規格化し、規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）を取得する。具体的には、音響波検出素子ごとの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）に、最大振幅値Ａｉｓｕｍに対する振幅値ＡｉＩの比率（つまりＡｉＩ／Ａｉｓｕｍ）を乗算するとよい。
【００５２】
ここで、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号を規格化する理由を説明する。光音響イメージング装置の光源手段は、被検体深部まで光を照射できるような光強度を持ち、かつ、数１００ナノ秒以下のパルス光を発生させる必要がある。このため、一般にパルスレーザが用いられる。しかしながら、このようなパルスレーザは一般に大型であるため、被検体に対してパルスレーザ本体を走査することは難しい。このため、レーザを空間伝播させる光学系や光ファイバ等の導光手段（照射手段を兼ねる場合もある）を用いて、パルスレーザから出力される光を被検体近傍まで導光し、各走査位置で照射手段により被検体に光照射する場合が多い。このような導光手段や照射手段を用いる場合、走査により音響波検出素子の位置が変化すると、走査位置に光を導光するために、前記光学系の配置を能動的に変化させたり、ファイバ形状が受動的に変化したりする。これら変化が生じると、被検体に照射される光の強度が変動する場合がある。つまり、ある音響波検出素子を考えた場合、位置が変わっても界面音響波及び反射界面音響波の受信時間（光照射から受信されるまでの時間）は略一致するが、走査に伴う光強度の変動のため、受信信号中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅値は異なる。
【００５３】
このため、音響波検出素子毎の加算信号を平均化しても、加算信号中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、受信信号中の振幅と、を一致させることは難しい。よって、後ステップの低減ステップにおいて、平均化した加算信号を受信信号から減算しても、十分に界面音響波、及び、多重反射界面音響波を低減することは難しいということになる。そこで、本実施形態では、規格化演算部１００９において、音響波検出素子ｉの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）にＡｉＩ／Ａｉｓｕｍを乗算して、界面音響波及び反射界面音響波の振幅を、Ｉ番目の走査位置でｉ番目の音響波検出素子が取得した受信信号ｐｉＩ（ｔ）の振幅値ＡｉＩと一致させる。
【００５４】
次に、減算演算部１０１０における低減ステップについて説明する。図１１においてｐｉＩ’（ｔ）は、受信信号ｐｉＩ（ｔ）と、規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）とを用いて取得された低減信号であり、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が低減されている。具体的には、受信信号ｐｉＩ（ｔ）から規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）を減算する。規格化信号ｐｉＩ＿ＳＵＭ’（ｔ）中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、受信信号ｐｉＩ（ｔ）中の界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅と、は振幅値が一致している。よって、上記演算を行うことにより界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を低減（理論的には０）することができる。逆に、規格化信号における光吸収体に起因する振幅は略０となっているため、受信信号から規格化信号を引いても光吸収体に起因する振幅はほとんど低減しない。
【００５５】
また、規格化信号や低減信号を取得する方法は上述の演算方法に限られず、第一の実施形態に記載したその他の規格化の仕方を応用して、音響波検出素子ごとの加算信号ｐｉＳＵＭ（ｔ）を、振幅値ＡｉＩで割って規格化してもよい。つまり、走査位置毎に音響波検出素子毎の加算信号を規格化できるのであればどのような演算方法を用いても良い。また、低減処理においても、規格化信号と受信信号とを用いて、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅が低減されていればどのような演算方法を用いても良い。
【００５６】
最後に、低減信号を画像化部１０１１に出力することにより、画像化部１０１１では低減信号を用いて画像データを生成する。このように、低減信号を用いて画像データを生成した場合、画像中における界面音響波や反射界面音響波に起因する像は、受信信号から直接画像データを生成した場合（本発明を適用しない場合）に比べ低減される。
【００５７】
（第三の実施形態）
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、上述した第一、第二の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。
【符号の説明】
【００５８】
１０２ 保持板
１０３ 照射手段
１０４ 音響波検出素子
１０５ 素子アレイ
３０８ 加算演算部
３０９ 規格化演算部
３１０ 減算演算部
３１１ 画像化部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
前記信号処理部は、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算部と、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項２】
前記規格化部は、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の光音響イメージング装置。
【請求項３】
光源から発生した光を被検体に照射するための照射手段と、前記光が前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とを走査する走査手段と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
各走査位置において、前記光は前記光源から発生し前記照射手段を介して被検体に照射され、
前記信号処理部は、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算部と、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項４】
前記規格化部は、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項３に記載の光音響イメージング装置。
【請求項５】
被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算ステップと、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項６】
前記規格化ステップでは、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の光音響イメージング方法。
【請求項７】
光源から発生した光が照射手段を介して前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とは走査され、各走査位置において前記光は前記照射手段を介して被検体に照射されており、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算ステップと、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項８】
前記規格化ステップでは、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項７に記載の光音響イメージング方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光音響イメージング方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１】
被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
前記信号処理部は、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算部と、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項２】
前記規格化部は、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の光音響イメージング装置。
【請求項３】
光源から発生した光を被検体に照射するための照射手段と、前記光が前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とを走査する走査手段と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
各走査位置において、前記光は前記光源から発生し前記照射手段を介して被検体に照射され、
前記信号処理部は、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算部と、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。
【請求項４】
前記規格化部は、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項３に記載の光音響イメージング装置。
【請求項５】
被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算ステップと、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項６】
前記規格化ステップでは、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の光音響イメージング方法。
【請求項７】
光源から発生した光が照射手段を介して前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とは走査され、各走査位置において前記光は前記照射手段を介して被検体に照射されており、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算ステップと、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
【請求項８】
前記規格化ステップでは、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項７に記載の光音響イメージング方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光音響イメージング方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２００４１４（Ｐ２０１１−２００４１４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７０３２６（Ｐ２０１０−７０３２６）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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