光音響画像化装置、方法、及びプログラム
【課題】光音響イメージングにおいて、特別な操作を必要とせずに深部を適切な観察状態で観察可能とする。
【解決手段】照明手段１３は、光源１２からの光を被検体内に照射する。超音波探触子１１は、被検体内で生じた光音響信号を検出する。増幅手段１５は、光音響信号を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。選択情報取得手段１７は、光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する。ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶している。ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを増幅手段１５に設定する。
【解決手段】照明手段１３は、光源１２からの光を被検体内に照射する。超音波探触子１１は、被検体内で生じた光音響信号を検出する。増幅手段１５は、光音響信号を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。選択情報取得手段１７は、光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する。ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶している。ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを増幅手段１５に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像化装置、方法、及びプログラムに関し、被検体内に照射した光により生じた音響信号を受信して画像を生成する光音響画像化装置、方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体に超音波を送信させると、その超音波は被検体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。
【０００４】
ここで、超音波画像診断装置には、深部からの信号の減衰を補正するためのＳＴＣ（Sensitive Time Control）又はＴＧＣ（Time Gain Control）と呼ばれる機能が備わっている。ＳＴＣ処理に関し、特許文献１には、プローブから得られる信号を処理して超音波ビームに対応した受信ビーム信号を形成し、形成した受信ビーム信号に対してＳＴＣ処理を施すことが記載されている。また、特許文献１には、プローブの種類とプローブの用途とに応じて複数のＳＴＣデータを記憶しておき、そこからＳＴＣデータを読み出してＳＴＣ処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７８２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超音波検査法では、超音波探触子から出力した超音波に対する反射音波を検出しているのに対し、光音響イメージングでは、光照射部から照射された光により生じた光音響信号を検出しており、超音波探触子で検出する超音波（反射音波、光音響信号）の発生メカニズムは超音波検査法と光音響イメージングとでは大きく異なる。光音響イメージングでは、光の減衰に光音響信号の減衰が加わるため、超音波検査法と比べて深部での信号レベル低下が大きくなる。このため、光音響イメージングでは、常にあるレベルでＳＴＣを掛けておくことが望ましい。
【０００７】
特許文献１には、超音波画像において、プローブの種類や用途に応じてＳＴＣデータを使い分けることが記載されている。しかし、上記したように、超音波検査法と光音響イメージングとでは検出すべき超音波の発生メカニズムが大きく異なり、特許文献１に記載の技術をそのまま光音響イメージングに適用することはできない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、光音響イメージングにおいて、特別な操作を必要とせずに深部を適切な観察状態で観察可能な光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源からの光を被検体内に照射する照明手段と、前記照明手段から照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する超音波探触子と、前記光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段に入力される光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する増幅手段と、光音響画像の生成に際して、前記超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する選択情報取得手段と、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記選択情報取得手段が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、該読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを前記増幅手段に設定するゲイン制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像化装置を提供する。
【００１０】
本発明の光音響画像化装置では、前記照明手段が、切替え可能な照明範囲で光を照射するものであり、前記ゲイン選択情報が、前記照明手段が前記被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を含むものである構成を採用することができる。
【００１１】
また本発明の光音響画像化装置では、前記照明手段が、前記被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含み、前記光照射範囲情報が、前記複数の光照射部のうちのどの光照射部から前記被検体内に光が照射されたかを示す情報を含むものである構成を採用してもよい。
【００１２】
前記ゲイン選択情報が、前記光照射範囲情報に代えて、又はこれに加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報を含むものであってもよい。前記測定対象組織情報は、測定対象の組織の指定情報及び測定対象組織の状態情報の何れか一方又は双方を含むものとしてよい。
【００１３】
前記増幅手段が、前記深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰又は前記画素値の低下を補償するように、前記受信された光音響信号又は前記光音響画像における画素値を増幅する構成とすることができる。
【００１４】
前記ゲイン情報記憶手段は、前記ゲイン調整情報を、前記ゲイン選択情報ごとにＬＵＴ（Look Up Table）として記憶してもよい。これに代えて、前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲインを決定する際に用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータを前記ゲイン調整情報として記憶してもよい。
【００１５】
本発明は、また、被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出するステップと、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップと、前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得するステップと、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出すステップと、光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅するステップとを有することを特徴とする光音響画像化方法を提供する。
【００１６】
更に本発明は、コンピュータに、被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する手順と、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する手順と、前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する手順と、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す手順と、前記光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する手順とを実行させるためのプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光音響画像化装置、方法、及びプログラムでは、ゲイン情報記憶手段に、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを記憶しておき、光音響画像の生成に際してゲイン選択情報を取得し、取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す。読み出したゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響画像生成の際の光音響信号又は光音響画像における画素値を増幅することで、ユーザは、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００１８】
特に、ゲイン選択情報に光の光照射範囲情報を用いる場合は、照明範囲が狭く超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向に対する減衰が大きいときでも、例えば深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰を補償するように増幅手段で光音響信号を増幅することで、深部を適切な観察状態で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像化装置を示すブロック図。
【図２】照明手段と超音波探触子とを示す斜視図。
【図３】光音響信号の減衰特性を示すグラフ。
【図４】照明範囲とμｅｆｆとの関係を示すグラフ。
【図５】動作手順を示すフローチャート。
【図６】測定対象組織ごとの照明範囲とμｅｆｆとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像化装置を示す。光音響画像化装置１０は、超音波探触子１１、光源１２、照明手段１３、信号処理手段１４、及び表示手段２０を備える。光源１２は、例えば所定波長のパルスレーザ光を生成する。照明手段１３は、光源１２からのレーザ光を被検体内に照射する。照明手段１３が被検体内に照射する光の範囲（照明範囲）は、複数の照明範囲の中で切り替え可能である。
【００２１】
超音波探触子１１は、被検体内にレーザ光が照射された後、その光照射により生じた音響信号（以下、光音響信号とも呼ぶ）を検出する。超音波探触子１１は、それぞれが、光音響信号を検出して電気信号に変換する複数の超音波振動子を含む。複数の超音波振動子は、例えば所定の方向に沿って一列に配列される。超音波探触子１１で検出された光音響信号は、図示しないＡＤ変換器などでデジタル信号に変換された後に、信号処理手段１４に入力される。
【００２２】
信号処理手段１４は、増幅手段１５、画像生成手段１６、選択情報取得手段１７、ゲイン制御手段１８、及びゲイン情報記憶手段１９を有する。信号処理手段１４内の各部の機能は、コンピュータが所定のプログラムに従って処理を実行することで実現可能である。なお、ゲイン情報記憶手段１７は、信号処理手段１４から参照可能であればよく、信号処理手段１４内に設けられている必要はない。
【００２３】
増幅手段１５は、ＳＴＣ処理を行う手段である。増幅手段１５は、超音波探触子１１で検出された光音響信号を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。言い換えれば、増幅手段１５は、光音響信号を、光音響信号検出開始（サンプリング開始）からの経過時間、すなわち光音響信号の発生源の深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。増幅手段１５は、例えば深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰を補償するように、光音響信号を増幅する。
【００２４】
画像生成手段１６は、増幅手段１５で深さ方向の位置に応じて増幅された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。表示手段２０は、例えば液晶表示装置などの画像表示が可能な表示装置である。表示手段２０は、表示画面上に、画像生成手段１６が生成した光音響画像を表示する。
【００２５】
選択情報取得手段１７は、光音響画像の生成に際して、超音波探触子１１で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する。本実施形態では、照明手段１３が被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を、ゲイン選択情報として取得する。照明手段１３は、被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含んでいる。選択情報取得手段１７は、複数の光照射部のうちのどの光照射部から被検体内に光が照射されたかを示す情報を光照射範囲情報として取得する。
【００２６】
図２は、照明手段１３と超音波探触子１１とを示す。照明手段１３は、例えば６つの光照射部２１ａ〜２１ｆを有する。超音波探触子１１は、ｘ方向に一列に並ぶ複数の超音波振動子を有する。光照射部２１ａと光照射部２１ｄとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光照射部２１ｂと光照射部２１ｅとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光照射部２１ｃと光照射部２１ｆとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光源１２（図１）からの光は、光ファイバ２２を用いて各光照射部２１ａ〜２１ｆまで導かれる。各光照射部２１ａ〜２１ｆが被検体内に照射する光のパワーは同一であるとする。
【００２７】
光音響画像の生成に際して、照明手段１３が有する６つの光照射部２１ａ〜２１ｆは、所望のパターン（組み合わせ）で被検体内に光を照射する。例えばある局面において、照明手段１３は、光照射部２１ａと光照射部２１ｄとのペアを用いて被検体内に光を照射する。別の局面では、光照射部２１ａと光照射部２１ｄとのペアに加えて、光照射部２１ｂと光照射部２１ｅとのペアを用いて被検体内に光を照射することができる。更に別の局面では、光照射部２１ａ〜２１ｆの全てを用いて、被検体内に光を照射してもよい。被検体内に光を照射する際に用いられた光照射部の組み合わせに応じて、被検体内に照射される光の範囲（照明範囲）が変化する。
【００２８】
図３は、光音響信号の深さ方向の減衰特性を示す。シミュレーションにより、直径８ｃｍ（Φ８）から直径０．３ｃｍ（Φ０．３）までの計５つの大きさで同一のエネルギー密度の光を被検体内に照射したときの音源の深さ方向の位置と光音響信号の強度との関係を求めた。シミュレーションでは、光吸収係数μａを０．１とし、光散乱係数μｓを１０とした。また、レーザ光の波長は５３２ｎｍとした。図３のグラフにおいて、縦軸は光音響信号の強度を表し、横軸は深さ方向の位置を表す。縦軸は対数目盛で示している。
【００２９】
図３に示すグラフを参照すると、光音響信号の信号強度は、深さ方向の位置が深くなるほど弱くなることがわかる。すなわち、光音響信号の減衰は、深さ方向の位置が深くなるほど大きくなることがわかる。また、光音響信号の強度は、照射された光の直径に依存し、直径が大きいほど（光の照射面積が広いほど）、光信号の信号強度が高くなることがわかる。各光の直径に対して、図３のグラフに示す減衰特性を補償し、信号強度が深さ方向の位置によらず一定となるように光音響信号を増幅することで、深部の観察が可能になる。
【００３０】
図１に戻り、ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶する。例えば照明手段１３が６つの光照射部２１ａ〜２１ｆ（図２）を有し、そのうちの２つ、４つ、６つの何れかを用いて被検体内に光を照射する場合、ゲイン情報記憶手段１９は、３つの光照射範囲のそれぞれに対応してゲイン調整情報を記憶する。ここで、ゲイン調整情報とは、増幅手段１５において深さ方向の位置応じたゲインで光音響信号を増幅する際に、どのようにゲインを調整するかに関係する情報である。
【００３１】
例えば、２つの光照射部２１から光が照射されたときに対応するゲイン選択情報に対応付けて記憶されるゲイン調整情報は、シミュレーションなどを用いて、２つ光照射部２１から光が照射されたときの光音響信号の深さ方向に対する減衰特性を求めておくことで決定できる。４つの光照射部２１から光が照射されたとき、及び６つの光照射部２１から光が照射されたときに対応するゲイン選択情報に対応付けて記憶されるゲイン調整情報も、同様に、例えばシミュレーションなどを用いて光音響信号の深さ方向に対する減衰特性を求めておくことで決定できる
【００３２】
ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン調整情報を、ゲイン選択情報ごとのＬＵＴ（Look Up Table）として記憶することができる。例えばゲイン情報記憶手段１９は、３つの光照射範囲情報のそれぞれに対応して、深さ方向の位置から、その位置での光音響信号を増幅する際のゲインを決定するためのＬＵＴを記憶する。あるいはゲイン情報記憶手段１９は、増幅手段１５において光音響信号を増幅する際のゲインを決定するときに用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータをゲイン調整情報として記憶してもよい。関数のパラメータとしては、光音響信号の信号強度特性（図３）を指数関数を用いて近似したときの、指数部における深さ方向の位置の係数などが考えられる。
【００３３】
例えば図３に示す各光照射範囲の光音響信号の信号強度特性を、指数部における係数をμｅｆｆとして、
Ｉ（Ｚ）＝ｅ−μｅｆｆ×Ｚ
で近似する。図３に示す減衰特性を用いて、例えば深さ方向の位置２ｃｍまでの近似で各光照射範囲についてμｅｆｆを計算すると、下記表１が得られる。
【表１】
例えばΦ０．３の光が照射されたときの光音響信号の深さ方向の位置Ｚに対する信号強度Ｉ（Ｚ）は、
Ｉ（Ｚ）＝ｅ−２．７９×Ｚ
で求めることができる。ゲイン情報記憶手段１９は、上記表１の各光照射範囲に対応するμｅｆｆをゲイン調整情報として記憶する。この場合、ゲインは、例えば１／Ｉ（Ｚ）とすることができる。
【００３４】
上記では、光照射範囲とゲイン調整に関するパラメータとを対応付けて記憶することとしたが、各光照射範囲に対するパラメータを求めるための計算式をゲイン情報記憶手段１９に記憶しておいてもよい。図４は、光照射範囲とμｅｆｆとの関係を示す。図４に示すように、表１に示される各光照射範囲におけるμｅｆｆをグラフ上にプロットし、そのプロット点を通る曲線で、光照射範囲とμｅｆｆとの関係を近似する。例えば図４では、近似曲線はｙ＝１．２６６ｘ−０．７９５６と求まる。ゲイン情報記憶手段１９は、この近似曲線（そのパラメータ）を、ゲイン調整情報として記憶してもよい。
【００３５】
ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、選択情報取得手段１７が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す。ゲイン制御手段１８は、読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを増幅手段１５に設定する。増幅手段１５は、ゲイン制御手段１８が設定した、ゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３６】
例えばゲイン調整情報がＬＵＴで表わされるときは、ゲイン制御手段１８は、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に対応付けて記憶されるＬＵＴをゲイン情報記憶手段１９から読み出し、読み出したＬＵＴを増幅手段１５に設定する。増幅手段１５は設定されたＬＵＴを用いて、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３７】
ゲイン調整情報がゲイン調整に関するパラメータで表わされる場合、ゲイン制御手段１８は、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に対応付けて記憶されるパラメータ（μｅｆｆ）をゲイン情報記憶手段１９から読み出す。ゲイン情報記憶手段１９に、パラメータを求めるための計算式が記憶されているときは、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報を用いて計算式を計算し、パラメータを求めればよい。増幅手段１５は、例えばゲイン情報記憶手段１９から読み出されたパラメータに基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３８】
増幅手段１５は、例えば光音響信号が深さ方向の位置によらず一定となるように、光音響信号を増幅する。あるいは増幅手段１５は、どの光照射範囲で被検体に対する光照射が行われたときでも、増幅後の光音響信号の減衰特性が所定の減衰を示すように光音響信号を増幅してもよい。例えば何れの光照射範囲についても図３におけるΦ８の光音響信号の減衰特性と同等な減衰特性となるように、すなわち、何れの光照射範囲についてもΦ８の場合の光音響信号の信号強度と同等な信号強度が得られるように、光音響信号を増幅してもよい。
【００３９】
図５は、動作手順を示す。光源１２は、図示しない制御部からのトリガを受けてパルスレーザ光を生成する。照明手段１３は、例えば複数の光照射部のうちのいくつかから、被検体内にパルスレーザ光を照射する（ステップＳ１）。超音波探触子１１は、パルスレーザ光の照射により被検体内で生じた光音響信号を検出する（ステップＳ２）。検出された光音響信号は、図示しないＡＤ変換器などを経て、信号処理手段１４に入力される。
【００４０】
選択情報取得手段１７は、照明手段１３における光照射範囲情報を取得する（ステップＳ３）。ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、ステップＳ３で取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す（ステップＳ４）。ゲイン制御手段１８は、読み出したゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲイン調整値を増幅手段１５に設定する。ゲイン制御手段１８は、例えばゲイン情報記憶手段１９がＬＵＴをゲイン調整情報として記憶する場合は、取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたＬＵＴを、増幅手段１５に設定する。
【００４１】
増幅手段１５は、ゲイン制御手段１８から設定されたゲインで光音響信号を増幅する（ステップＳ５）。画像生成手段１６は、増幅手段１５で深さ方向の位置に応じたゲインで増幅された光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する（ステップＳ６）。表示手段２０は、生成された光音響画像を表示モニタなどの表示画面上に表示する（ステップＳ７）。
【００４２】
本実施形態では、ゲイン情報記憶手段１９に、光照射範囲情報（ゲイン選択情報）とゲイン調整情報とを記憶しておく。選択情報取得手段１７は、例えば光音響画像の生成に際して光照射範囲情報を取得し、ゲイン制御手段１８は、取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報をゲイン情報記憶手段１９から読み出す。増幅手段１５は、読み出されたゲイン調整値に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響画像生成に用いられる光音響信号を増幅する。本実施形態では、光照射範囲に応じてＳＴＣにおけるゲイン調整がなされるため、ユーザは、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４３】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態の光音響画像化装置の構成は、図１に示す第１実施形態の光音響画像化装置と同様な構成である。光音響イメージングにおいては、被検体内に照射された光が深さ方向に進行する際の光拡散や、生体組織における光吸収が、測定対象の組織やその状態に応じて変化すると考えられる。また、光吸収体で生じた光音響信号が超音波探触子１１方向に進行する際の減衰特性などは、測定対象の生体組織やその状態に応じて変化すると考えられる。本実施形態では、第１実施形態で用いた光照射範囲情報に加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報をゲイン選択情報として用いる。
【００４４】
ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン調整情報を、光照射範囲情報と測定対象組織情報とに対応付けて記憶する。測定対象組織情報には、測定対象の部位（組織）の指定情報、及び部位の状態情報の何れか一方又は双方を用いることができる。測定対象の組織の指定情報には、例えば皮膚、乳房、内蔵などの情報が考えられる。内蔵は、更に食道、胃、大腸などに細分化されていてもよい。部位の状態情報としては、例えばメラノーシス有無を示す情報などが考えられる。例えば測定対象の部位に応じて使用する超音波探触子１１が異なる場合などでは、選択情報取得手段１７は、使用される超音波探触子１１の種別情報などを超音波探触子１１から読み出し、読み出した種別情報を測定対象組織情報として用いてもよい。
【００４５】
図６は、測定対象組織ごとの照明範囲とμｅｆｆとの関係を示す。μｅｆｆの求め方は第１実施形態と同様である。測定対象組織に応じて光散乱係数や光吸収係数を変更してシミュレーションを行い、測定対象組織ごとに、複数の光照射範囲におけるμｅｆｆを求める。図６には、「食道」、「皮膚・胃」、「乳房」の３つのケースについて、求めたμｅｆｆに基づいて光照射範囲とμｅｆｆとの関係を近似した近似曲線を示している。ゲイン情報記憶手段１９には、「食道」、「皮膚・胃」、「乳房」のそれぞれに対して求めた近似曲線を記憶することができる。その場合、例えば選択情報取得手段１７が取得した測定対象組織情報が「胃」を示すときは、「皮膚・胃」に対応付けて記憶された近似曲線を読み出し、その近似曲線を用いて、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に該当する光照射範囲に対するμｅｆｆを計算し、ゲイン調整値を決定すればよい。
【００４６】
本実施形態では、ゲイン選択情報に測定対象組織情報を用いる。ゲイン情報記憶手段１９に、測定対象組織情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶しておき、光音響画像生成の際に取得された測定対象組織情報に対応づけて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、読み出されたゲイン調整値に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅することで、測定対象の組織に応じたＳＴＣ処理を実現できる。このため、ユーザは、各測定対象の組織について、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４７】
なお、上記各実施形態では、増幅手段１５が光音響画像生成に用いる光音響信号を増幅することでＳＴＣ処理を実現する例を説明したが、これには限定されない。例えば画像生成手段１６がＳＴＣなしの状態で光音響画像を生成し、増幅手段１５が、生成された光音響画像が表示手段２０に表示される際に、光音響画像の画素値を深さ方向の位置に応じて増幅してもよい。この場合でも、例えば暗く表示される深部の部分の画素値を深さ方向の位置に応じたゲインで増幅することで明るくすることができ、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４８】
第１実施形態では、１つの光照射範囲について１つのパラメータ（μｅｆｆ）を求める例について説明したが、これには限定されない。例えば光音響信号の減衰特性のグラフ（図３）において、深さ方向の位置を複数の範囲に分割し、分割した範囲ごとにμｅｆｆを求めてもよい。具体的には、各照明範囲について、深さ方向の位置０ｃｍから２ｃｍまでの範囲におけるμｅｆｆと、深さ方向の位置２ｃｍから８ｃｍまでの範囲におけるμｅｆｆとを求め、それらを光照射範囲に対応付けてゲイン情報記憶手段１９に記憶してもよい。また、第２実施形態では、光照射範囲情報に加えて測定対象組織情報を用いることとしたが、光照射範囲情報に代えて測定対象組織情報を用いることとしてもよい。
【００４９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像化装置、方法、及びプログラムは、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：光音響画像化装置
１１：超音波探触子
１２：光源
１３：照明手段
１４：信号処理手段
１５：増幅手段
１６：画像生成手段
１７：選択情報取得手段
１８：ゲイン制御手段
１９：ゲイン情報記憶手段
２０：表示手段
２１：光照射部
２２：光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像化装置、方法、及びプログラムに関し、被検体内に照射した光により生じた音響信号を受信して画像を生成する光音響画像化装置、方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の状態を非侵襲で検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体に超音波を送信させると、その超音波は被検体内部を進んでいき、組織界面で反射する。超音波探触子でその反射音波を受信し、反射超音波が超音波探触子に戻ってくるまでの時間に基づいて距離を計算することで、内部の様子を画像化することができる。
【０００３】
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、レーザパルスなどのパルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響信号）が発生する。この光音響信号を超音波プローブなどで検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することで、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能である。
【０００４】
ここで、超音波画像診断装置には、深部からの信号の減衰を補正するためのＳＴＣ（Sensitive Time Control）又はＴＧＣ（Time Gain Control）と呼ばれる機能が備わっている。ＳＴＣ処理に関し、特許文献１には、プローブから得られる信号を処理して超音波ビームに対応した受信ビーム信号を形成し、形成した受信ビーム信号に対してＳＴＣ処理を施すことが記載されている。また、特許文献１には、プローブの種類とプローブの用途とに応じて複数のＳＴＣデータを記憶しておき、そこからＳＴＣデータを読み出してＳＴＣ処理を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７８２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超音波検査法では、超音波探触子から出力した超音波に対する反射音波を検出しているのに対し、光音響イメージングでは、光照射部から照射された光により生じた光音響信号を検出しており、超音波探触子で検出する超音波（反射音波、光音響信号）の発生メカニズムは超音波検査法と光音響イメージングとでは大きく異なる。光音響イメージングでは、光の減衰に光音響信号の減衰が加わるため、超音波検査法と比べて深部での信号レベル低下が大きくなる。このため、光音響イメージングでは、常にあるレベルでＳＴＣを掛けておくことが望ましい。
【０００７】
特許文献１には、超音波画像において、プローブの種類や用途に応じてＳＴＣデータを使い分けることが記載されている。しかし、上記したように、超音波検査法と光音響イメージングとでは検出すべき超音波の発生メカニズムが大きく異なり、特許文献１に記載の技術をそのまま光音響イメージングに適用することはできない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、光音響イメージングにおいて、特別な操作を必要とせずに深部を適切な観察状態で観察可能な光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源からの光を被検体内に照射する照明手段と、前記照明手段から照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する超音波探触子と、前記光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段に入力される光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する増幅手段と、光音響画像の生成に際して、前記超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する選択情報取得手段と、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記選択情報取得手段が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、該読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを前記増幅手段に設定するゲイン制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像化装置を提供する。
【００１０】
本発明の光音響画像化装置では、前記照明手段が、切替え可能な照明範囲で光を照射するものであり、前記ゲイン選択情報が、前記照明手段が前記被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を含むものである構成を採用することができる。
【００１１】
また本発明の光音響画像化装置では、前記照明手段が、前記被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含み、前記光照射範囲情報が、前記複数の光照射部のうちのどの光照射部から前記被検体内に光が照射されたかを示す情報を含むものである構成を採用してもよい。
【００１２】
前記ゲイン選択情報が、前記光照射範囲情報に代えて、又はこれに加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報を含むものであってもよい。前記測定対象組織情報は、測定対象の組織の指定情報及び測定対象組織の状態情報の何れか一方又は双方を含むものとしてよい。
【００１３】
前記増幅手段が、前記深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰又は前記画素値の低下を補償するように、前記受信された光音響信号又は前記光音響画像における画素値を増幅する構成とすることができる。
【００１４】
前記ゲイン情報記憶手段は、前記ゲイン調整情報を、前記ゲイン選択情報ごとにＬＵＴ（Look Up Table）として記憶してもよい。これに代えて、前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲインを決定する際に用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータを前記ゲイン調整情報として記憶してもよい。
【００１５】
本発明は、また、被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出するステップと、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップと、前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得するステップと、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出すステップと、光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅するステップとを有することを特徴とする光音響画像化方法を提供する。
【００１６】
更に本発明は、コンピュータに、被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する手順と、前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する手順と、前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する手順と、前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す手順と、前記光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する手順とを実行させるためのプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光音響画像化装置、方法、及びプログラムでは、ゲイン情報記憶手段に、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを記憶しておき、光音響画像の生成に際してゲイン選択情報を取得し、取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す。読み出したゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響画像生成の際の光音響信号又は光音響画像における画素値を増幅することで、ユーザは、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００１８】
特に、ゲイン選択情報に光の光照射範囲情報を用いる場合は、照明範囲が狭く超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向に対する減衰が大きいときでも、例えば深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰を補償するように増幅手段で光音響信号を増幅することで、深部を適切な観察状態で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像化装置を示すブロック図。
【図２】照明手段と超音波探触子とを示す斜視図。
【図３】光音響信号の減衰特性を示すグラフ。
【図４】照明範囲とμｅｆｆとの関係を示すグラフ。
【図５】動作手順を示すフローチャート。
【図６】測定対象組織ごとの照明範囲とμｅｆｆとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態の光音響画像化装置を示す。光音響画像化装置１０は、超音波探触子１１、光源１２、照明手段１３、信号処理手段１４、及び表示手段２０を備える。光源１２は、例えば所定波長のパルスレーザ光を生成する。照明手段１３は、光源１２からのレーザ光を被検体内に照射する。照明手段１３が被検体内に照射する光の範囲（照明範囲）は、複数の照明範囲の中で切り替え可能である。
【００２１】
超音波探触子１１は、被検体内にレーザ光が照射された後、その光照射により生じた音響信号（以下、光音響信号とも呼ぶ）を検出する。超音波探触子１１は、それぞれが、光音響信号を検出して電気信号に変換する複数の超音波振動子を含む。複数の超音波振動子は、例えば所定の方向に沿って一列に配列される。超音波探触子１１で検出された光音響信号は、図示しないＡＤ変換器などでデジタル信号に変換された後に、信号処理手段１４に入力される。
【００２２】
信号処理手段１４は、増幅手段１５、画像生成手段１６、選択情報取得手段１７、ゲイン制御手段１８、及びゲイン情報記憶手段１９を有する。信号処理手段１４内の各部の機能は、コンピュータが所定のプログラムに従って処理を実行することで実現可能である。なお、ゲイン情報記憶手段１７は、信号処理手段１４から参照可能であればよく、信号処理手段１４内に設けられている必要はない。
【００２３】
増幅手段１５は、ＳＴＣ処理を行う手段である。増幅手段１５は、超音波探触子１１で検出された光音響信号を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。言い換えれば、増幅手段１５は、光音響信号を、光音響信号検出開始（サンプリング開始）からの経過時間、すなわち光音響信号の発生源の深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する。増幅手段１５は、例えば深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰を補償するように、光音響信号を増幅する。
【００２４】
画像生成手段１６は、増幅手段１５で深さ方向の位置に応じて増幅された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。表示手段２０は、例えば液晶表示装置などの画像表示が可能な表示装置である。表示手段２０は、表示画面上に、画像生成手段１６が生成した光音響画像を表示する。
【００２５】
選択情報取得手段１７は、光音響画像の生成に際して、超音波探触子１１で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する。本実施形態では、照明手段１３が被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を、ゲイン選択情報として取得する。照明手段１３は、被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含んでいる。選択情報取得手段１７は、複数の光照射部のうちのどの光照射部から被検体内に光が照射されたかを示す情報を光照射範囲情報として取得する。
【００２６】
図２は、照明手段１３と超音波探触子１１とを示す。照明手段１３は、例えば６つの光照射部２１ａ〜２１ｆを有する。超音波探触子１１は、ｘ方向に一列に並ぶ複数の超音波振動子を有する。光照射部２１ａと光照射部２１ｄとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光照射部２１ｂと光照射部２１ｅとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光照射部２１ｃと光照射部２１ｆとは、超音波探触子１１をｙ方向に挟んで対向する位置に配置される。光源１２（図１）からの光は、光ファイバ２２を用いて各光照射部２１ａ〜２１ｆまで導かれる。各光照射部２１ａ〜２１ｆが被検体内に照射する光のパワーは同一であるとする。
【００２７】
光音響画像の生成に際して、照明手段１３が有する６つの光照射部２１ａ〜２１ｆは、所望のパターン（組み合わせ）で被検体内に光を照射する。例えばある局面において、照明手段１３は、光照射部２１ａと光照射部２１ｄとのペアを用いて被検体内に光を照射する。別の局面では、光照射部２１ａと光照射部２１ｄとのペアに加えて、光照射部２１ｂと光照射部２１ｅとのペアを用いて被検体内に光を照射することができる。更に別の局面では、光照射部２１ａ〜２１ｆの全てを用いて、被検体内に光を照射してもよい。被検体内に光を照射する際に用いられた光照射部の組み合わせに応じて、被検体内に照射される光の範囲（照明範囲）が変化する。
【００２８】
図３は、光音響信号の深さ方向の減衰特性を示す。シミュレーションにより、直径８ｃｍ（Φ８）から直径０．３ｃｍ（Φ０．３）までの計５つの大きさで同一のエネルギー密度の光を被検体内に照射したときの音源の深さ方向の位置と光音響信号の強度との関係を求めた。シミュレーションでは、光吸収係数μａを０．１とし、光散乱係数μｓを１０とした。また、レーザ光の波長は５３２ｎｍとした。図３のグラフにおいて、縦軸は光音響信号の強度を表し、横軸は深さ方向の位置を表す。縦軸は対数目盛で示している。
【００２９】
図３に示すグラフを参照すると、光音響信号の信号強度は、深さ方向の位置が深くなるほど弱くなることがわかる。すなわち、光音響信号の減衰は、深さ方向の位置が深くなるほど大きくなることがわかる。また、光音響信号の強度は、照射された光の直径に依存し、直径が大きいほど（光の照射面積が広いほど）、光信号の信号強度が高くなることがわかる。各光の直径に対して、図３のグラフに示す減衰特性を補償し、信号強度が深さ方向の位置によらず一定となるように光音響信号を増幅することで、深部の観察が可能になる。
【００３０】
図１に戻り、ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶する。例えば照明手段１３が６つの光照射部２１ａ〜２１ｆ（図２）を有し、そのうちの２つ、４つ、６つの何れかを用いて被検体内に光を照射する場合、ゲイン情報記憶手段１９は、３つの光照射範囲のそれぞれに対応してゲイン調整情報を記憶する。ここで、ゲイン調整情報とは、増幅手段１５において深さ方向の位置応じたゲインで光音響信号を増幅する際に、どのようにゲインを調整するかに関係する情報である。
【００３１】
例えば、２つの光照射部２１から光が照射されたときに対応するゲイン選択情報に対応付けて記憶されるゲイン調整情報は、シミュレーションなどを用いて、２つ光照射部２１から光が照射されたときの光音響信号の深さ方向に対する減衰特性を求めておくことで決定できる。４つの光照射部２１から光が照射されたとき、及び６つの光照射部２１から光が照射されたときに対応するゲイン選択情報に対応付けて記憶されるゲイン調整情報も、同様に、例えばシミュレーションなどを用いて光音響信号の深さ方向に対する減衰特性を求めておくことで決定できる
【００３２】
ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン調整情報を、ゲイン選択情報ごとのＬＵＴ（Look Up Table）として記憶することができる。例えばゲイン情報記憶手段１９は、３つの光照射範囲情報のそれぞれに対応して、深さ方向の位置から、その位置での光音響信号を増幅する際のゲインを決定するためのＬＵＴを記憶する。あるいはゲイン情報記憶手段１９は、増幅手段１５において光音響信号を増幅する際のゲインを決定するときに用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータをゲイン調整情報として記憶してもよい。関数のパラメータとしては、光音響信号の信号強度特性（図３）を指数関数を用いて近似したときの、指数部における深さ方向の位置の係数などが考えられる。
【００３３】
例えば図３に示す各光照射範囲の光音響信号の信号強度特性を、指数部における係数をμｅｆｆとして、
Ｉ（Ｚ）＝ｅ−μｅｆｆ×Ｚ
で近似する。図３に示す減衰特性を用いて、例えば深さ方向の位置２ｃｍまでの近似で各光照射範囲についてμｅｆｆを計算すると、下記表１が得られる。
【表１】
例えばΦ０．３の光が照射されたときの光音響信号の深さ方向の位置Ｚに対する信号強度Ｉ（Ｚ）は、
Ｉ（Ｚ）＝ｅ−２．７９×Ｚ
で求めることができる。ゲイン情報記憶手段１９は、上記表１の各光照射範囲に対応するμｅｆｆをゲイン調整情報として記憶する。この場合、ゲインは、例えば１／Ｉ（Ｚ）とすることができる。
【００３４】
上記では、光照射範囲とゲイン調整に関するパラメータとを対応付けて記憶することとしたが、各光照射範囲に対するパラメータを求めるための計算式をゲイン情報記憶手段１９に記憶しておいてもよい。図４は、光照射範囲とμｅｆｆとの関係を示す。図４に示すように、表１に示される各光照射範囲におけるμｅｆｆをグラフ上にプロットし、そのプロット点を通る曲線で、光照射範囲とμｅｆｆとの関係を近似する。例えば図４では、近似曲線はｙ＝１．２６６ｘ−０．７９５６と求まる。ゲイン情報記憶手段１９は、この近似曲線（そのパラメータ）を、ゲイン調整情報として記憶してもよい。
【００３５】
ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、選択情報取得手段１７が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す。ゲイン制御手段１８は、読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを増幅手段１５に設定する。増幅手段１５は、ゲイン制御手段１８が設定した、ゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３６】
例えばゲイン調整情報がＬＵＴで表わされるときは、ゲイン制御手段１８は、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に対応付けて記憶されるＬＵＴをゲイン情報記憶手段１９から読み出し、読み出したＬＵＴを増幅手段１５に設定する。増幅手段１５は設定されたＬＵＴを用いて、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３７】
ゲイン調整情報がゲイン調整に関するパラメータで表わされる場合、ゲイン制御手段１８は、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に対応付けて記憶されるパラメータ（μｅｆｆ）をゲイン情報記憶手段１９から読み出す。ゲイン情報記憶手段１９に、パラメータを求めるための計算式が記憶されているときは、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報を用いて計算式を計算し、パラメータを求めればよい。増幅手段１５は、例えばゲイン情報記憶手段１９から読み出されたパラメータに基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅する。
【００３８】
増幅手段１５は、例えば光音響信号が深さ方向の位置によらず一定となるように、光音響信号を増幅する。あるいは増幅手段１５は、どの光照射範囲で被検体に対する光照射が行われたときでも、増幅後の光音響信号の減衰特性が所定の減衰を示すように光音響信号を増幅してもよい。例えば何れの光照射範囲についても図３におけるΦ８の光音響信号の減衰特性と同等な減衰特性となるように、すなわち、何れの光照射範囲についてもΦ８の場合の光音響信号の信号強度と同等な信号強度が得られるように、光音響信号を増幅してもよい。
【００３９】
図５は、動作手順を示す。光源１２は、図示しない制御部からのトリガを受けてパルスレーザ光を生成する。照明手段１３は、例えば複数の光照射部のうちのいくつかから、被検体内にパルスレーザ光を照射する（ステップＳ１）。超音波探触子１１は、パルスレーザ光の照射により被検体内で生じた光音響信号を検出する（ステップＳ２）。検出された光音響信号は、図示しないＡＤ変換器などを経て、信号処理手段１４に入力される。
【００４０】
選択情報取得手段１７は、照明手段１３における光照射範囲情報を取得する（ステップＳ３）。ゲイン制御手段１８は、ゲイン情報記憶手段１９から、ステップＳ３で取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す（ステップＳ４）。ゲイン制御手段１８は、読み出したゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲイン調整値を増幅手段１５に設定する。ゲイン制御手段１８は、例えばゲイン情報記憶手段１９がＬＵＴをゲイン調整情報として記憶する場合は、取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたＬＵＴを、増幅手段１５に設定する。
【００４１】
増幅手段１５は、ゲイン制御手段１８から設定されたゲインで光音響信号を増幅する（ステップＳ５）。画像生成手段１６は、増幅手段１５で深さ方向の位置に応じたゲインで増幅された光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する（ステップＳ６）。表示手段２０は、生成された光音響画像を表示モニタなどの表示画面上に表示する（ステップＳ７）。
【００４２】
本実施形態では、ゲイン情報記憶手段１９に、光照射範囲情報（ゲイン選択情報）とゲイン調整情報とを記憶しておく。選択情報取得手段１７は、例えば光音響画像の生成に際して光照射範囲情報を取得し、ゲイン制御手段１８は、取得された光照射範囲情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報をゲイン情報記憶手段１９から読み出す。増幅手段１５は、読み出されたゲイン調整値に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響画像生成に用いられる光音響信号を増幅する。本実施形態では、光照射範囲に応じてＳＴＣにおけるゲイン調整がなされるため、ユーザは、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４３】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態の光音響画像化装置の構成は、図１に示す第１実施形態の光音響画像化装置と同様な構成である。光音響イメージングにおいては、被検体内に照射された光が深さ方向に進行する際の光拡散や、生体組織における光吸収が、測定対象の組織やその状態に応じて変化すると考えられる。また、光吸収体で生じた光音響信号が超音波探触子１１方向に進行する際の減衰特性などは、測定対象の生体組織やその状態に応じて変化すると考えられる。本実施形態では、第１実施形態で用いた光照射範囲情報に加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報をゲイン選択情報として用いる。
【００４４】
ゲイン情報記憶手段１９は、ゲイン調整情報を、光照射範囲情報と測定対象組織情報とに対応付けて記憶する。測定対象組織情報には、測定対象の部位（組織）の指定情報、及び部位の状態情報の何れか一方又は双方を用いることができる。測定対象の組織の指定情報には、例えば皮膚、乳房、内蔵などの情報が考えられる。内蔵は、更に食道、胃、大腸などに細分化されていてもよい。部位の状態情報としては、例えばメラノーシス有無を示す情報などが考えられる。例えば測定対象の部位に応じて使用する超音波探触子１１が異なる場合などでは、選択情報取得手段１７は、使用される超音波探触子１１の種別情報などを超音波探触子１１から読み出し、読み出した種別情報を測定対象組織情報として用いてもよい。
【００４５】
図６は、測定対象組織ごとの照明範囲とμｅｆｆとの関係を示す。μｅｆｆの求め方は第１実施形態と同様である。測定対象組織に応じて光散乱係数や光吸収係数を変更してシミュレーションを行い、測定対象組織ごとに、複数の光照射範囲におけるμｅｆｆを求める。図６には、「食道」、「皮膚・胃」、「乳房」の３つのケースについて、求めたμｅｆｆに基づいて光照射範囲とμｅｆｆとの関係を近似した近似曲線を示している。ゲイン情報記憶手段１９には、「食道」、「皮膚・胃」、「乳房」のそれぞれに対して求めた近似曲線を記憶することができる。その場合、例えば選択情報取得手段１７が取得した測定対象組織情報が「胃」を示すときは、「皮膚・胃」に対応付けて記憶された近似曲線を読み出し、その近似曲線を用いて、選択情報取得手段１７が取得した光照射範囲情報に該当する光照射範囲に対するμｅｆｆを計算し、ゲイン調整値を決定すればよい。
【００４６】
本実施形態では、ゲイン選択情報に測定対象組織情報を用いる。ゲイン情報記憶手段１９に、測定対象組織情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶しておき、光音響画像生成の際に取得された測定対象組織情報に対応づけて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、読み出されたゲイン調整値に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで光音響信号を増幅することで、測定対象の組織に応じたＳＴＣ処理を実現できる。このため、ユーザは、各測定対象の組織について、特別な操作を行わなくても、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４７】
なお、上記各実施形態では、増幅手段１５が光音響画像生成に用いる光音響信号を増幅することでＳＴＣ処理を実現する例を説明したが、これには限定されない。例えば画像生成手段１６がＳＴＣなしの状態で光音響画像を生成し、増幅手段１５が、生成された光音響画像が表示手段２０に表示される際に、光音響画像の画素値を深さ方向の位置に応じて増幅してもよい。この場合でも、例えば暗く表示される深部の部分の画素値を深さ方向の位置に応じたゲインで増幅することで明るくすることができ、光音響画像において深部を適切な観察状態で観察することができる。
【００４８】
第１実施形態では、１つの光照射範囲について１つのパラメータ（μｅｆｆ）を求める例について説明したが、これには限定されない。例えば光音響信号の減衰特性のグラフ（図３）において、深さ方向の位置を複数の範囲に分割し、分割した範囲ごとにμｅｆｆを求めてもよい。具体的には、各照明範囲について、深さ方向の位置０ｃｍから２ｃｍまでの範囲におけるμｅｆｆと、深さ方向の位置２ｃｍから８ｃｍまでの範囲におけるμｅｆｆとを求め、それらを光照射範囲に対応付けてゲイン情報記憶手段１９に記憶してもよい。また、第２実施形態では、光照射範囲情報に加えて測定対象組織情報を用いることとしたが、光照射範囲情報に代えて測定対象組織情報を用いることとしてもよい。
【００４９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像化装置、方法、及びプログラムは、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：光音響画像化装置
１１：超音波探触子
１２：光源
１３：照明手段
１４：信号処理手段
１５：増幅手段
１６：画像生成手段
１７：選択情報取得手段
１８：ゲイン制御手段
１９：ゲイン情報記憶手段
２０：表示手段
２１：光照射部
２２：光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を被検体内に照射する照明手段と、
前記光照射手段から照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する超音波探触子と、
前記光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段に入力される光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する増幅手段と、
光音響画像の生成に際して、前記超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する選択情報取得手段と、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記選択情報取得手段が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、該読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを前記増幅手段に設定するゲイン制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項２】
前記照明手段が、切替え可能な照明範囲で光を照射するものであり、前記ゲイン選択情報が、前記照明手段が前記被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記照明手段が、前記被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含み、前記光照射範囲情報が、前記複数の光照射部のうちのどの光照射部から前記被検体内に光が照射されたかを示す情報を含むものであることを特徴とする請求項２に記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記ゲイン選択情報が、前記光照射範囲情報に代えて、又はこれに加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報を含むものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記測定対象組織情報が、測定対象の組織の指定情報及び測定対象組織の状態情報の何れか一方又は双方を含むものであることを特徴とする請求項４に記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記増幅手段が、前記深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰又は前記画素値の低下を補償するように、前記受信された光音響信号又は前記光音響画像における画素値を増幅するものであることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲイン調整情報を、前記ゲイン選択情報ごとにＬＵＴ（Look Up Table）として記憶するものであることを特徴とする請求項１から６何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲインを決定する際に用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータを前記ゲイン調整情報として記憶するものであることを特徴とする請求項１から６何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出するステップと、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップと、
前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得するステップと、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出すステップと、
光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅するステップとを有することを特徴とする光音響画像化方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する手順と、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する手順と、
前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する手順と、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す手順と、
前記光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する手順とを実行させるためのプログラム。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を被検体内に照射する照明手段と、
前記光照射手段から照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する超音波探触子と、
前記光音響信号に基づいて光音響画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段に入力される光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する増幅手段と、
光音響画像の生成に際して、前記超音波探触子で検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する選択情報取得手段と、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記選択情報取得手段が取得したゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出し、該読み出したゲイン調整情報に基づくゲインを前記増幅手段に設定するゲイン制御手段とを備えたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項２】
前記照明手段が、切替え可能な照明範囲で光を照射するものであり、前記ゲイン選択情報が、前記照明手段が前記被検体内に照射した光の照明範囲に関係する光照射範囲情報を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の光音響画像化装置。
【請求項３】
前記照明手段が、前記被検体の画像化する部分を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれに対応した複数の光照射部を含み、前記光照射範囲情報が、前記複数の光照射部のうちのどの光照射部から前記被検体内に光が照射されたかを示す情報を含むものであることを特徴とする請求項２に記載の光音響画像化装置。
【請求項４】
前記ゲイン選択情報が、前記光照射範囲情報に代えて、又はこれに加えて、測定対象の組織に関係する測定対象組織情報を含むものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光音響画像化装置。
【請求項５】
前記測定対象組織情報が、測定対象の組織の指定情報及び測定対象組織の状態情報の何れか一方又は双方を含むものであることを特徴とする請求項４に記載の光音響画像化装置。
【請求項６】
前記増幅手段が、前記深さ方向の位置に応じた光音響信号の減衰又は前記画素値の低下を補償するように、前記受信された光音響信号又は前記光音響画像における画素値を増幅するものであることを特徴とする請求項１から５何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項７】
前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲイン調整情報を、前記ゲイン選択情報ごとにＬＵＴ（Look Up Table）として記憶するものであることを特徴とする請求項１から６何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項８】
前記ゲイン情報記憶手段が、前記ゲインを決定する際に用いられる、深さ方向の関数である所定の関数のパラメータを前記ゲイン調整情報として記憶するものであることを特徴とする請求項１から６何れかに記載の光音響画像化装置。
【請求項９】
被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出するステップと、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成するステップと、
前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得するステップと、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出すステップと、
光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅するステップとを有することを特徴とする光音響画像化方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
被検体内に照射された光により前記被検体内で生じた光音響信号を検出する手順と、
前記検出された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する手順と、
前記光音響画像の生成に際して、検出される光音響信号の深さ方向の減衰特性に影響を与える情報をゲイン選択情報として取得する手順と、
前記ゲイン選択情報とゲイン調整情報とを対応付けて記憶するゲイン情報記憶手段から、前記取得されたゲイン選択情報に対応付けて記憶されたゲイン調整情報を読み出す手順と、
前記光音響画像の生成の際に用いられる光音響信号又は前記光音響画像における画素値を、前記読み出されたゲイン調整情報に基づく、深さ方向の位置に応じたゲインで増幅する手順とを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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７０９４９（Ｐ２０１２−７０９４９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８１３４（Ｐ２０１０−２１８１３４）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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