光音響画像生成装置及び方法
【課題】光音響画像生成装置において、対象物を、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、できるだけ同じ大きさで表示する。
【解決手段】レーザユニット１３からの光を被検体に照射し、その照射後に、プローブ１１を用いて被検体内で発生した光音響信号を検出する。ピーク検出手段２５は、光音響信号から２以上のピーク位置を検出する。ピーク補正手段２６は、検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。光音響画像構築手段２８は、補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。
【解決手段】レーザユニット１３からの光を被検体に照射し、その照射後に、プローブ１１を用いて被検体内で発生した光音響信号を検出する。ピーク検出手段２５は、光音響信号から２以上のピーク位置を検出する。ピーク補正手段２６は、検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。光音響画像構築手段２８は、補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、被検体に照射されたレーザ光により被検体内で生じた光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法に関する。
【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（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生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、例えば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】
光音響イメージング装置は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１には、検出した超音波の検出信号に対してＳＴＣ（Sensitivity Time Control）処理を行うことも記載されている。ＳＴＣ処理では、被検体内を進行する超音波の減衰を補償するために、検出信号を増幅する増幅器のゲイン（感度）を、時間（深さ）に応じて変化させる。ＳＴＣは、ＴＧＣ（Time Gain Control）とも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６７１６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、光音響イメージングでは、被検体表面から照射された光は、被検体内部を進行する際に散乱などにより減衰し、深部ほど照射される光の量が減少する。このため、深部に行くほど、発生する音響波の強度（初期音圧）が低下する。これに起因して、光音響画像において、サイズ・形状・吸収係数が同じ光吸収体が、被検体内のどこに存在するかによって異なるコントラストで表示されることがあった。この問題に対し、特許文献２には、光音響信号に対するＴＧＣとして、検出信号を増幅する増幅器の利得を利得制御テーブルに従って時間的に変化させ、被検体内部での光量の減衰に起因する超音波の強度の低下を補償することが記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２のように利得制御テーブルに従って増幅器の利得を時間的に変化させても、対象物が、光音響画像において異なるサイズで表示されることがあった。例えば径がほぼ同じ血管が、光照射を行う被検体に表面から比較的浅い部分と深い部分との双方に存在する場合、浅い部分の血管は太く表示される一方、深い部分の血管が細く表示されることがあった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、対象物を、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、できるだけ同じ大きさで表示可能な光音響画像生成装置及び方法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、被検体に照射すべき光を出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射した光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、前記検出された光音響信号から２以上のピーク位置を検出するピーク検出手段と、前記検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するピーク補正手段と、前記補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００１０】
本発明では、前記ピーク検出手段が、前記光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する構成を採用できる。
【００１１】
前記ピーク補正手段が、前記検出されたピーク位置に対応する時刻を含む所定時間範囲の光音響信号を補正することが好ましい。
【００１２】
前記ピーク検出手段が、前記検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求め、前記ピーク補正手段が、前記求められた各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号を補正する構成としてもよい。
【００１３】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号が所定の大きさとなるように前記光音響信号を補正することとしてもよい。
【００１４】
前記ピーク補正手段は、各ピーク位置における光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと前記所定の大きさとの比に応じた係数を乗じることで前記光音響信号を補正してもよい。
【００１５】
前記所定の大きさは、各ピーク位置における光音響信号のうちの最大値と等しくてもよい。
【００１６】
前記ピーク補正手段は、前記検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を前記光音響信号に乗じることで前記光音響信号を補正してもよい。この場合、前記ピーク補正手段が、前記光音響信号に、前記包絡線の逆数に応じた係数を乗じることとしてもよい。
【００１７】
前記光音響画像生成手段が、補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の位置に対応する部分を画像化する構成を採用できる。
【００１８】
前記光音響画像生成手段は、前記補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分と、前記変化がしきい値よりも小さい部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成してもよい。
【００１９】
前記光音響画像生成手段は、少なくとも前記変化が所定のしきい値以上の部分について、前記ピーク補正手段による補正が行われていない光音響信号に基づいて光音響画像を生成し、前記補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、前記補正が行われていない光音響信号に基づく光音響画像とを重畳してもよい。
【００２０】
本発明の光音響画像生成装置が、前記超音波プローブが更に前記被検体に対して超音波の送信を行い、該送信した超音波に対する反射超音波を検出し、前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備える構成としてもよい。
【００２１】
前記画像合成手段は、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行ってもよい。
【００２２】
本発明は、また、光源ユニットからの光を被検体に照射するステップと、前記照射された光に起因して被検体内で発生し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から２以上のピークを検出するステップと、前記検出された２以上のピークの大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するステップと、前記補正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を有することを特徴とする光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光音響画像生成装置及び方法は、光音響信号からピークを検出し、検出したピークの大きさ（ピーク値）がほぼ同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。このようにすることで、複数の箇所に分布する対象物について、各対象物からの光音響信号の差を小さくすることができ、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、対象物をできるだけ同じ大きさで表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】ピーク補正前の光音響信号を示すグラフ。
【図３】ピーク補正後の光音響信号を示すグラフ。
【図４】動作手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、光音響画像の一部を示す図。
【図７】光音響信号と包絡線とを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、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生成装置を示す。光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及び光源ユニット（レーザユニット）１３を備える。
【００２６】
レーザユニット１３は、被検体に照射するレーザ光を生成する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３が出射するレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される。プローブ１１は、レーザユニット１３から出射した光が被検体に照射された後に、被検体内の光吸収体がレーザ光を吸収することで生じた超音波（光音響信号）を検出する。プローブ１１は、例えば一次元配列された複数の超音波振動子を有する。
【００２７】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、ピーク検出手段２５、ピーク補正手段２６、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、トリガ制御回路２９、及び制御手段３０を有する。受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した光音響信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば、所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする。受信メモリ２３は、ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号を記憶する。
【００２８】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２４は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。光音響画像再構成手段２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００２９】
ピーク検出手段２５は、再構成された各ラインのデータ（光音響信号）からピークを検出する。ピーク検出手段２５は、例えば光音響信号の時間軸方向の変化をモニタし、時刻が進むに連れて光音響信号が増加し、その後減少していくときの信号の山の位置（光音響信号が極大値を取る時刻）をピーク位置として検出する。ピーク検出手段２５は、例えば光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する。
【００３０】
ピーク補正手段２６は、ピーク検出手段２５で検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさ（ピーク値）が同じ大きさとなるように、光音響信号を補正する。ここで、ピーク補正手段２６は、各ピーク位置における光音響信号の大きさがほぼ同じ大きさになるように補正すればよく、厳密に同じ大きさになるように補正することまでは要しない。ピーク補正手段２６は、例えば検出されたピーク位置に対応する時刻の近傍（ピーク位置に対応する時刻を含む前後の所定範囲）の光音響信号を補正する。ピーク補正手段２６は、例えば各ピーク位置における光音響信号が、所定の大きさ（信号強度）となるように光音響信号を補正する。
【００３１】
検波・対数変換手段２７は、ピークが補正された光音響信号（各ラインのデータ）の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段（光音響画像生成手段）２８は、対数変換が施された光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２８は、例えば光音響信号の大きさ（信号強度）が所定のしきい値以上となる部分を画像化する。例えば、光音響画像構築手段２８は、光音響信号の信号強度がしきい値よりも小さい部分は背景と同じ色（例えば黒）とし、しきい値以上の部分は所定の色（例えば白や赤）で、かつ、その階調値が光音響信号の大きさに従って変化するように、光音響画像における各画素の画素値を決定する。しきい値以上の部分について、信号強度と表示色とを関連付けるカラーマップを用意しておき、そのカラーマップを用いて、信号強度に応じて色を割り当てるようにしてもよい。
【００３２】
制御手段３０は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。トリガ制御回路２９は、光音響画像生成に際して、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。レーザユニット１３は、光トリガ信号を受けると、パルスレーザ光を出射する。トリガ制御回路２９は、被検体に対するレーザ光照射と同期して、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受け取ると、光音響信号のサンプリングを開始する。
【００３３】
図２は、ピーク補正前の光音響信号を示す。横軸は時間軸を表し、縦軸は信号強度を表す。ピーク検出手段２５は、例えば信号波形の時間微分が０で、かつ時間微分が正から負へと変化する境界の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を、ピーク位置として検出する。時刻ｔ１からｔ４は、例えば血管が存在する部分に対応する。４つのピークの大きさを比較すると、最も浅い（光照射位置に近い側）の位置に対応する時刻ｔ１におけるピークの大きさが最も大きく、最も深い（光照射位置から遠い側）位置に対応する時刻ｔ４におけるピークの大きさが最も小さい。
【００３４】
図２において、時刻ｔ１がピーク位置となるピーク（部分信号波形）をピーク１、時刻ｔ２がピーク位置となるピークをピーク２とする。同様に、時刻ｔ３がピーク位置となるピークをピーク３、時刻ｔ４がピーク位置となるピークをピーク４とする。また、ピーク１の信号波形に対応した期間（ピーク期間）をＴ１、ピーク２の信号波形に対応した期間をＴ２、ピーク３の信号波形に対応した期間をＴ３、ピーク４の信号波形に対応した期間をＴ４とする。各ピーク期間は、信号レベルがバックグランドレベル（基準レベル）から変化し、ピーク位置を通り、再びバックグランドレベルに戻るまでの間の時間として定義できる。
【００３５】
ピーク４の大きさ（基準レベルとの差）をＩｍｉｎと定義し、光音響画像構築手段２８において、基準レベルから０．５×Ｉｍｉｎだけ大きい信号強度をしきい値として光音響画像を生成する場合を考える。この場合、浅い位置に対応するピーク１では、そのピーク値が大きいことから全体的に信号レベルが高く、光音響信号がしきい値以上となる部分の幅が広くなる。このため、血管が大きく描画されることになる。一方、深い位置に対応するピーク３やピーク４では、ピーク値が小さいことから、光音響信号がしきい値以上となる部分の幅が狭く、血管が小さく描画されることになる。このように、ピーク補正なしの場合、対象物の大きさが、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存して大きく変化する。
【００３６】
図３は、ピーク補正後の光音響信号を示す。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークのピーク値が所定の信号強度（例えば１ａ．ｕ．）となるように光音響信号を補正する。所定の信号強度は、例えば補正前の各ピークのピーク値のうちの最大値とすることができる。ピーク補正手段２６は、例えば、ピーク１からピーク４に対応する光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと所定の信号強度との比に応じた係数を乗じることで、光音響信号のレベルをスケーリングする。このようにすることで、各ピークのピーク値を所定の信号強度（Ｉ）に揃えることができる。
【００３７】
光音響画像構築手段２８において、基準レベルから所定の信号強度（Ｉ）×０．５だけ大きい信号強度をしきい値として光音響画像を生成する場合を考える。この場合、補正後の光音響信号では各ピークの高さが揃っていることから、各ピークにおける光音響信号がしきい値以上となる部分の幅は、ピーク補正前（図２）に比して変動が少ない。このため、ピーク補正前に比して、各血管の大きさの違いを小さくすることができ、対象物を、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、ほぼ同じ大きさで表示することができる。
【００３８】
図４は、動作手順を示す。トリガ制御回路２９は、レーザユニット１３に対して光トリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、光トリガ信号を受けると、例えば図示しないフラッシュランプを点灯してレーザ励起を開始し、その後、ＱスイッチをＯＮにしてパルスレーザ光を出射する。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される（ステップＳ１）。
【００３９】
プローブ１１は、レーザ光の照射後、レーザ光の照射により被検体内で発生した光音響信号を検出する（ステップＳ２）。超音波ユニット１２の受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路２９は、被検体に対する光照射のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて光音響信号のサンプリングを開始し、光音響信号のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。
【００４０】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号のサンプリングデータを読み出し、読み出した光音響信号のサンプリングデータに基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。ピーク検出手段２５は、光音響信号の各ラインのデータから２以上のピーク位置を検出する（ステップＳ３）。ピーク補正手段２６は、検出された２以上のピーク位置における光音響信号の信号強度がほぼ同じ値となるように、光音響信号の補正を行う（ステップＳ４）。
【００４１】
ピーク検出手段２５は、ステップＳ３において、検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求めてもよい。ピーク検出手段２５は、例えば図２に示したピーク１からピーク４について、各ピークの信号波形に対応した期間Ｔ１からＴ４を求める。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号に対して補正を行う。例えば、各ピークの信号強度を、検出されたピークのうちの最大値であるピーク１のピーク値に合わせるように補正を行う場合、ピーク補正手段２６は、ピーク１のピーク値とピーク２のピーク値との比を期間Ｔ２内の光音響信号に乗じることで、ピーク２の光音響信号の補正を行う。同様に、ピーク１のピーク値とピーク３のピーク値との比を期間Ｔ３内の光音響信号に乗じることでピーク３の補正を行い、ピーク１のピーク値とピーク４のピーク値との比を期間Ｔ４内の光音響信号に乗じることでピーク４の補正を行う。ピーク１は補正なしでよい。
【００４２】
検波・対数変換手段２７は、ピークが補正された光音響信号の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段２８は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＳ５）。光音響画像構築手段２８は、例えば補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の部分を、光音響画像で画像化する。画像表示手段１４は、表示画面上に、生成された光音響画像を表示する（ステップＳ６）。
【００４３】
本実施形態では、ピーク検出手段２５が光音響信号からピーク位置を検出し、ピーク補正手段２６が検出されたピーク位置における光音響信号がほぼ同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。ピーク補正を行うことで、複数の箇所に分布する複数の対象物について、各対象物で発生した光音響信号の初期音圧が相互に異なるときでも、各対象物からの光音響信号の差を小さくすることができる。そのようなピーク補正した光音響信号に基づいて光音響画像を生成することで、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、対象物をできるだけ同じ大きさで表示することができる。
【００４４】
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０ａは、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０の構成に加えて、送信制御回路３３、データ分離手段３４、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、超音波画像構築手段３７、及び画像合成手段３８を備える。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、光音響画像に加えて、超音波画像の生成を行う点で、第１実施形態の光音響画像生成装置１０と相違する。
【００４５】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路２９は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００４６】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路２９は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。光音響信号の検出（サンプリング）と、反射超音波の検出（サンプリング）とは、どちらを先に行ってもよい。
【００４７】
データ分離手段３４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号のサンプリングデータと反射超音波のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段３４は、分離した光音響信号のサンプリングデータを光音響画像再構成手段２４に入力する。光音響信号のピーク検出／補正を含む光音響画像の生成は、第１実施形態と同様である。データ分離手段３４は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３５に入力する。
【００４８】
超音波画像再構成手段３５は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、遅延加算法を用いることができる。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
【００４９】
超音波画像構築手段３７は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、及び超音波画像構築手段３７は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。画像合成手段３８は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００５０】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
なお、上記各実施形態では、光音響画像再構成手段２４で再構成された光音響信号に対してピーク検出／補正を行う例を説明したが、ピークの検出／補正を行う対象となる光音響信号は、再構成された光音響信号には限定されない。例えば、検波・対数変換手段２７で対数変換が施された光音響信号に対してピークの検出／補正を行ってもよい。
【００５２】
光音響画像構築手段２８は、ピーク補正がされた部分とピーク補正がされていない部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成してもよい。光音響画像構築手段２８は、例えば補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以下であるか否かを判断し、変化がしきい値よりも小さければ、その部分は補正なし或いは補正なしとみなせる部分であると判断する。一方、補正前後の変化がしきい値以上のときは、その部分は補正ありの部分であると判断する。補正前後の光音響信号の変化は、例えば補正前後の光音響信号の差や比で定義できる。例えば補正前後の光音響信号の比が０．８よりも小さいか又は１．２よりも大きいとき、その部分は補正ありの部分であると判断する。
【００５３】
光音響画像構築手段２８は、例えば補正ありの部分と補正なしの部分とで表示色を変えることで、光音響画像において両者を区別可能にする。例えば、補正なしの部分は赤色で表示されるようにし、補正ありの部分については青色で表示されるようにしてもよい。色で区別するのに代えて、補正ありの部分を矩形などの所定の図形で囲んでもよいし、補正ありの部分に対して所定形状のマーカを添付してもよい。そのようにすることで、ユーザは、光音響画像が表示されたモニタ画像上で、どの部分が補正された部分であるかを容易に認識できる。
【００５４】
また、光音響画像構築手段２８は、ピーク補正後の光音響信号に基づく光音響画像に加えて、ピーク補正前の光音響信号に基づく光音響画像を生成してもよい。光音響画像構築手段２８は、例えばピーク補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、ピーク補正前の光音響信号に基づく光音響画像とを重畳する。或いは、光音響画像構築手段２８から２つの光音響画像を画像表示手段１４に出力し、画像表示手段１４に、補正後と補正前の光音響画像を並べて、或いは切り替えて表示させるようにしてもよい。なお、補正なし又は補正なしとみなせる部分は、ピーク補正前後の光音響画像で変化が少ないため、補正前の光音響信号に基づく光音響画像は、少なくとも補正ありの部分、すなわち補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分について生成すればよい。
【００５５】
図６（ａ）〜（ｃ）は、光音響画像の一部を示す。図６（ａ）は、ピーク補正なしの光音響信号に基づく光音響画像の一部を示している。深部側で光音響信号のレベルが低下することに起因して（図２参照）、深さ方向にならぶ２つの血管のうち深部側の血管が浅い側の血管に比して細く描画されている。図６（ｂ）は、ピーク補正後の光音響信号に基づく光音響画像の一部を示している。ピーク補正（図３参照）を行うことで、図６（ａ）では細い血管として表示されていた深部側の血管が、浅い側の血管とほぼ同じ太さで描画できている。このとき、浅い側の血管（ピーク補正なし）と、深部側の血管（ピーク補正あり）とで色を変えるなどして、両者を区別可能にすることで、どの部分が補正された部分であるのかが容易に判別できる。更に、図６（ｃ）に示すように、ピーク補正なしの光音響信号に基づく光音響画像（図６（ａ））とピーク補正ありの光音響信号に基づく光音響画像（図６（ｂ））とを重ねて表示することで、どの部分が補正された箇所であるのかだけでなく、どのように補正されたかを容易に認識することができるようになる。
【００５６】
上記各実施形態では、ピーク補正手段２６により光音響信号の補正を行って光音響画像の生成を行う例について示したが、ピーク補正手段２６を用いずに、光音響画像構築手段２８においてピークごとに異なるしきい値を用いて画像化を行うことも可能である。光音響画像構築手段２８は、各ピークに対し、例えば各ピークにおける信号波形のピーク強度（ピーク値）に応じたしきい値を用いる。例えば図２におけるピーク１についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク２についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク３についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク４についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、光音響信号がピークごとのしきい値を超える部分を画像化してもよい。このようにした場合も、各ピークにおける光音響信号がしきい値以上となる部分の幅の変動を、全てのピークに対して共通のしきい値（例えば０．５×Ｉｍｉｎ）を用いる場合に比して抑えることができ、対象物を、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、ほぼ同じ大きさで表示することができるという効果が得られる。
【００５７】
ピーク補正手段２６は、ピーク検出手段２５で検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を光音響信号に乗じることで光音響信号を補正してもよい。図７に、光音響信号と包絡線を示す。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークのピーク値が１ａ．ｕ．となるように光音響信号を補正する場合、各時刻における包絡線の値の逆数（バックグランドレベルとの差の逆数）を各時刻の補正係数として、各時刻の光音響信号に対応する時刻の補正係数を乗じることで光音響信号を補正する。例えば一度求めた包絡線を記憶しておき、同じ場所で次に光音響画像の生成を行うときはピーク検出を省略して、記憶しておいた包絡線に基づいて光音響信号の補正を行うようにしてもよい。
【００５８】
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生成装置及び方法は、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】
【００５９】
１０：光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：画像再構成手段
２５：ピーク検出手段
２６：ピーク補正手段
２５：検波・対数変換手段
２８：画像構築手段
２９：トリガ制御回路
３０：制御手段
３３：送信制御回路
３４：データ分離手段
３５：超音波画像再構成手段
３６：検波・対数変換手段
３７：超音波画像構築手段
３８：画像合成手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光音響画像生成装置及び方法に関し、更に詳しくは、被検体に照射されたレーザ光により被検体内で生じた光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置及び方法に関する。
【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（生体）に超音波を送信させると、その超音波は生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、例えば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】
光音響イメージング装置は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１には、検出した超音波の検出信号に対してＳＴＣ（Sensitivity Time Control）処理を行うことも記載されている。ＳＴＣ処理では、被検体内を進行する超音波の減衰を補償するために、検出信号を増幅する増幅器のゲイン（感度）を、時間（深さ）に応じて変化させる。ＳＴＣは、ＴＧＣ（Time Gain Control）とも呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６７１６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、光音響イメージングでは、被検体表面から照射された光は、被検体内部を進行する際に散乱などにより減衰し、深部ほど照射される光の量が減少する。このため、深部に行くほど、発生する音響波の強度（初期音圧）が低下する。これに起因して、光音響画像において、サイズ・形状・吸収係数が同じ光吸収体が、被検体内のどこに存在するかによって異なるコントラストで表示されることがあった。この問題に対し、特許文献２には、光音響信号に対するＴＧＣとして、検出信号を増幅する増幅器の利得を利得制御テーブルに従って時間的に変化させ、被検体内部での光量の減衰に起因する超音波の強度の低下を補償することが記載されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２のように利得制御テーブルに従って増幅器の利得を時間的に変化させても、対象物が、光音響画像において異なるサイズで表示されることがあった。例えば径がほぼ同じ血管が、光照射を行う被検体に表面から比較的浅い部分と深い部分との双方に存在する場合、浅い部分の血管は太く表示される一方、深い部分の血管が細く表示されることがあった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑み、対象物を、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、できるだけ同じ大きさで表示可能な光音響画像生成装置及び方法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、被検体に照射すべき光を出射する光源ユニットと、前記光源ユニットから出射した光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、前記検出された光音響信号から２以上のピーク位置を検出するピーク検出手段と、前記検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するピーク補正手段と、前記補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置を提供する。
【００１０】
本発明では、前記ピーク検出手段が、前記光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する構成を採用できる。
【００１１】
前記ピーク補正手段が、前記検出されたピーク位置に対応する時刻を含む所定時間範囲の光音響信号を補正することが好ましい。
【００１２】
前記ピーク検出手段が、前記検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求め、前記ピーク補正手段が、前記求められた各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号を補正する構成としてもよい。
【００１３】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号が所定の大きさとなるように前記光音響信号を補正することとしてもよい。
【００１４】
前記ピーク補正手段は、各ピーク位置における光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと前記所定の大きさとの比に応じた係数を乗じることで前記光音響信号を補正してもよい。
【００１５】
前記所定の大きさは、各ピーク位置における光音響信号のうちの最大値と等しくてもよい。
【００１６】
前記ピーク補正手段は、前記検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を前記光音響信号に乗じることで前記光音響信号を補正してもよい。この場合、前記ピーク補正手段が、前記光音響信号に、前記包絡線の逆数に応じた係数を乗じることとしてもよい。
【００１７】
前記光音響画像生成手段が、補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の位置に対応する部分を画像化する構成を採用できる。
【００１８】
前記光音響画像生成手段は、前記補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分と、前記変化がしきい値よりも小さい部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成してもよい。
【００１９】
前記光音響画像生成手段は、少なくとも前記変化が所定のしきい値以上の部分について、前記ピーク補正手段による補正が行われていない光音響信号に基づいて光音響画像を生成し、前記補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、前記補正が行われていない光音響信号に基づく光音響画像とを重畳してもよい。
【００２０】
本発明の光音響画像生成装置が、前記超音波プローブが更に前記被検体に対して超音波の送信を行い、該送信した超音波に対する反射超音波を検出し、前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備える構成としてもよい。
【００２１】
前記画像合成手段は、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行ってもよい。
【００２２】
本発明は、また、光源ユニットからの光を被検体に照射するステップと、前記照射された光に起因して被検体内で発生し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から２以上のピークを検出するステップと、前記検出された２以上のピークの大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するステップと、前記補正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を有することを特徴とする光音響画像生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光音響画像生成装置及び方法は、光音響信号からピークを検出し、検出したピークの大きさ（ピーク値）がほぼ同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。このようにすることで、複数の箇所に分布する対象物について、各対象物からの光音響信号の差を小さくすることができ、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、対象物をできるだけ同じ大きさで表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図２】ピーク補正前の光音響信号を示すグラフ。
【図３】ピーク補正後の光音響信号を示すグラフ。
【図４】動作手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示すブロック図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、光音響画像の一部を示す図。
【図７】光音響信号と包絡線とを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、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生成装置を示す。光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及び光源ユニット（レーザユニット）１３を備える。
【００２６】
レーザユニット１３は、被検体に照射するレーザ光を生成する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３が出射するレーザ光は、例えば光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される。プローブ１１は、レーザユニット１３から出射した光が被検体に照射された後に、被検体内の光吸収体がレーザ光を吸収することで生じた超音波（光音響信号）を検出する。プローブ１１は、例えば一次元配列された複数の超音波振動子を有する。
【００２７】
超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、光音響画像再構成手段２４、ピーク検出手段２５、ピーク補正手段２６、検波・対数変換手段２７、光音響画像構築手段２８、トリガ制御回路２９、及び制御手段３０を有する。受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。ＡＤ変換手段２２は、受信回路２１が受信した光音響信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば、所定周波数のＡＤクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする。受信メモリ２３は、ＡＤ変換手段２２でサンプリングされた光音響信号を記憶する。
【００２８】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段２４は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。光音響画像再構成手段２４は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段２４は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。
【００２９】
ピーク検出手段２５は、再構成された各ラインのデータ（光音響信号）からピークを検出する。ピーク検出手段２５は、例えば光音響信号の時間軸方向の変化をモニタし、時刻が進むに連れて光音響信号が増加し、その後減少していくときの信号の山の位置（光音響信号が極大値を取る時刻）をピーク位置として検出する。ピーク検出手段２５は、例えば光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する。
【００３０】
ピーク補正手段２６は、ピーク検出手段２５で検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさ（ピーク値）が同じ大きさとなるように、光音響信号を補正する。ここで、ピーク補正手段２６は、各ピーク位置における光音響信号の大きさがほぼ同じ大きさになるように補正すればよく、厳密に同じ大きさになるように補正することまでは要しない。ピーク補正手段２６は、例えば検出されたピーク位置に対応する時刻の近傍（ピーク位置に対応する時刻を含む前後の所定範囲）の光音響信号を補正する。ピーク補正手段２６は、例えば各ピーク位置における光音響信号が、所定の大きさ（信号強度）となるように光音響信号を補正する。
【００３１】
検波・対数変換手段２７は、ピークが補正された光音響信号（各ラインのデータ）の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段（光音響画像生成手段）２８は、対数変換が施された光音響信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像構築手段２８は、例えば光音響信号の大きさ（信号強度）が所定のしきい値以上となる部分を画像化する。例えば、光音響画像構築手段２８は、光音響信号の信号強度がしきい値よりも小さい部分は背景と同じ色（例えば黒）とし、しきい値以上の部分は所定の色（例えば白や赤）で、かつ、その階調値が光音響信号の大きさに従って変化するように、光音響画像における各画素の画素値を決定する。しきい値以上の部分について、信号強度と表示色とを関連付けるカラーマップを用意しておき、そのカラーマップを用いて、信号強度に応じて色を割り当てるようにしてもよい。
【００３２】
制御手段３０は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。トリガ制御回路２９は、光音響画像生成に際して、レーザユニット１３に光トリガ信号を送る。レーザユニット１３は、光トリガ信号を受けると、パルスレーザ光を出射する。トリガ制御回路２９は、被検体に対するレーザ光照射と同期して、ＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受け取ると、光音響信号のサンプリングを開始する。
【００３３】
図２は、ピーク補正前の光音響信号を示す。横軸は時間軸を表し、縦軸は信号強度を表す。ピーク検出手段２５は、例えば信号波形の時間微分が０で、かつ時間微分が正から負へと変化する境界の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を、ピーク位置として検出する。時刻ｔ１からｔ４は、例えば血管が存在する部分に対応する。４つのピークの大きさを比較すると、最も浅い（光照射位置に近い側）の位置に対応する時刻ｔ１におけるピークの大きさが最も大きく、最も深い（光照射位置から遠い側）位置に対応する時刻ｔ４におけるピークの大きさが最も小さい。
【００３４】
図２において、時刻ｔ１がピーク位置となるピーク（部分信号波形）をピーク１、時刻ｔ２がピーク位置となるピークをピーク２とする。同様に、時刻ｔ３がピーク位置となるピークをピーク３、時刻ｔ４がピーク位置となるピークをピーク４とする。また、ピーク１の信号波形に対応した期間（ピーク期間）をＴ１、ピーク２の信号波形に対応した期間をＴ２、ピーク３の信号波形に対応した期間をＴ３、ピーク４の信号波形に対応した期間をＴ４とする。各ピーク期間は、信号レベルがバックグランドレベル（基準レベル）から変化し、ピーク位置を通り、再びバックグランドレベルに戻るまでの間の時間として定義できる。
【００３５】
ピーク４の大きさ（基準レベルとの差）をＩｍｉｎと定義し、光音響画像構築手段２８において、基準レベルから０．５×Ｉｍｉｎだけ大きい信号強度をしきい値として光音響画像を生成する場合を考える。この場合、浅い位置に対応するピーク１では、そのピーク値が大きいことから全体的に信号レベルが高く、光音響信号がしきい値以上となる部分の幅が広くなる。このため、血管が大きく描画されることになる。一方、深い位置に対応するピーク３やピーク４では、ピーク値が小さいことから、光音響信号がしきい値以上となる部分の幅が狭く、血管が小さく描画されることになる。このように、ピーク補正なしの場合、対象物の大きさが、光音響信号の信号強度や対象物の光照射位置側からの距離に依存して大きく変化する。
【００３６】
図３は、ピーク補正後の光音響信号を示す。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークのピーク値が所定の信号強度（例えば１ａ．ｕ．）となるように光音響信号を補正する。所定の信号強度は、例えば補正前の各ピークのピーク値のうちの最大値とすることができる。ピーク補正手段２６は、例えば、ピーク１からピーク４に対応する光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと所定の信号強度との比に応じた係数を乗じることで、光音響信号のレベルをスケーリングする。このようにすることで、各ピークのピーク値を所定の信号強度（Ｉ）に揃えることができる。
【００３７】
光音響画像構築手段２８において、基準レベルから所定の信号強度（Ｉ）×０．５だけ大きい信号強度をしきい値として光音響画像を生成する場合を考える。この場合、補正後の光音響信号では各ピークの高さが揃っていることから、各ピークにおける光音響信号がしきい値以上となる部分の幅は、ピーク補正前（図２）に比して変動が少ない。このため、ピーク補正前に比して、各血管の大きさの違いを小さくすることができ、対象物を、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、ほぼ同じ大きさで表示することができる。
【００３８】
図４は、動作手順を示す。トリガ制御回路２９は、レーザユニット１３に対して光トリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、光トリガ信号を受けると、例えば図示しないフラッシュランプを点灯してレーザ励起を開始し、その後、ＱスイッチをＯＮにしてパルスレーザ光を出射する。レーザユニット１３から出射したパルスレーザ光は、例えばプローブ１１まで導光され、プローブ１１から被検体に照射される（ステップＳ１）。
【００３９】
プローブ１１は、レーザ光の照射後、レーザ光の照射により被検体内で発生した光音響信号を検出する（ステップＳ２）。超音波ユニット１２の受信回路２１は、プローブ１１で検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路２９は、被検体に対する光照射のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリングトリガ信号を送る。ＡＤ変換手段２２は、サンプリングトリガ信号を受けて光音響信号のサンプリングを開始し、光音響信号のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。
【００４０】
光音響画像再構成手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号のサンプリングデータを読み出し、読み出した光音響信号のサンプリングデータに基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。ピーク検出手段２５は、光音響信号の各ラインのデータから２以上のピーク位置を検出する（ステップＳ３）。ピーク補正手段２６は、検出された２以上のピーク位置における光音響信号の信号強度がほぼ同じ値となるように、光音響信号の補正を行う（ステップＳ４）。
【００４１】
ピーク検出手段２５は、ステップＳ３において、検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求めてもよい。ピーク検出手段２５は、例えば図２に示したピーク１からピーク４について、各ピークの信号波形に対応した期間Ｔ１からＴ４を求める。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号に対して補正を行う。例えば、各ピークの信号強度を、検出されたピークのうちの最大値であるピーク１のピーク値に合わせるように補正を行う場合、ピーク補正手段２６は、ピーク１のピーク値とピーク２のピーク値との比を期間Ｔ２内の光音響信号に乗じることで、ピーク２の光音響信号の補正を行う。同様に、ピーク１のピーク値とピーク３のピーク値との比を期間Ｔ３内の光音響信号に乗じることでピーク３の補正を行い、ピーク１のピーク値とピーク４のピーク値との比を期間Ｔ４内の光音響信号に乗じることでピーク４の補正を行う。ピーク１は補正なしでよい。
【００４２】
検波・対数変換手段２７は、ピークが補正された光音響信号の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段２８は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する（ステップＳ５）。光音響画像構築手段２８は、例えば補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の部分を、光音響画像で画像化する。画像表示手段１４は、表示画面上に、生成された光音響画像を表示する（ステップＳ６）。
【００４３】
本実施形態では、ピーク検出手段２５が光音響信号からピーク位置を検出し、ピーク補正手段２６が検出されたピーク位置における光音響信号がほぼ同じ大きさとなるように光音響信号を補正する。ピーク補正を行うことで、複数の箇所に分布する複数の対象物について、各対象物で発生した光音響信号の初期音圧が相互に異なるときでも、各対象物からの光音響信号の差を小さくすることができる。そのようなピーク補正した光音響信号に基づいて光音響画像を生成することで、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、対象物をできるだけ同じ大きさで表示することができる。
【００４４】
続いて、本発明の第２実施形態を説明する。図５は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。光音響画像生成装置１０ａは、図１に示す第１実施形態の光音響画像生成装置１０の構成に加えて、送信制御回路３３、データ分離手段３４、超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、超音波画像構築手段３７、及び画像合成手段３８を備える。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、光音響画像に加えて、超音波画像の生成を行う点で、第１実施形態の光音響画像生成装置１０と相違する。
【００４５】
本実施形態では、プローブ１１は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出（受信）を行う。トリガ制御回路２９は、超音波画像の生成時は、送信制御回路３３に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路３３は、トリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。
【００４６】
プローブ１１が検出した反射超音波は、受信回路２１を介してＡＤ変換手段２２に入力される。トリガ制御回路２９は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換手段２２にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ２３に格納する。光音響信号の検出（サンプリング）と、反射超音波の検出（サンプリング）とは、どちらを先に行ってもよい。
【００４７】
データ分離手段３４は、受信メモリ２３に格納された光音響信号のサンプリングデータと反射超音波のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段３４は、分離した光音響信号のサンプリングデータを光音響画像再構成手段２４に入力する。光音響信号のピーク検出／補正を含む光音響画像の生成は、第１実施形態と同様である。データ分離手段３４は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段３５に入力する。
【００４８】
超音波画像再構成手段３５は、プローブ１１の複数の超音波振動子で検出された反射超音波（そのサンプリングデータ）に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、遅延加算法を用いることができる。検波・対数変換手段３６は、超音波画像再構成手段３５が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。
【００４９】
超音波画像構築手段３７は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段３５、検波・対数変換手段３６、及び超音波画像構築手段３７は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。画像合成手段３８は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段３８は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、画像表示手段１４に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段１４に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えてすることも可能である。
【００５０】
本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。その他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００５１】
なお、上記各実施形態では、光音響画像再構成手段２４で再構成された光音響信号に対してピーク検出／補正を行う例を説明したが、ピークの検出／補正を行う対象となる光音響信号は、再構成された光音響信号には限定されない。例えば、検波・対数変換手段２７で対数変換が施された光音響信号に対してピークの検出／補正を行ってもよい。
【００５２】
光音響画像構築手段２８は、ピーク補正がされた部分とピーク補正がされていない部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成してもよい。光音響画像構築手段２８は、例えば補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以下であるか否かを判断し、変化がしきい値よりも小さければ、その部分は補正なし或いは補正なしとみなせる部分であると判断する。一方、補正前後の変化がしきい値以上のときは、その部分は補正ありの部分であると判断する。補正前後の光音響信号の変化は、例えば補正前後の光音響信号の差や比で定義できる。例えば補正前後の光音響信号の比が０．８よりも小さいか又は１．２よりも大きいとき、その部分は補正ありの部分であると判断する。
【００５３】
光音響画像構築手段２８は、例えば補正ありの部分と補正なしの部分とで表示色を変えることで、光音響画像において両者を区別可能にする。例えば、補正なしの部分は赤色で表示されるようにし、補正ありの部分については青色で表示されるようにしてもよい。色で区別するのに代えて、補正ありの部分を矩形などの所定の図形で囲んでもよいし、補正ありの部分に対して所定形状のマーカを添付してもよい。そのようにすることで、ユーザは、光音響画像が表示されたモニタ画像上で、どの部分が補正された部分であるかを容易に認識できる。
【００５４】
また、光音響画像構築手段２８は、ピーク補正後の光音響信号に基づく光音響画像に加えて、ピーク補正前の光音響信号に基づく光音響画像を生成してもよい。光音響画像構築手段２８は、例えばピーク補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、ピーク補正前の光音響信号に基づく光音響画像とを重畳する。或いは、光音響画像構築手段２８から２つの光音響画像を画像表示手段１４に出力し、画像表示手段１４に、補正後と補正前の光音響画像を並べて、或いは切り替えて表示させるようにしてもよい。なお、補正なし又は補正なしとみなせる部分は、ピーク補正前後の光音響画像で変化が少ないため、補正前の光音響信号に基づく光音響画像は、少なくとも補正ありの部分、すなわち補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分について生成すればよい。
【００５５】
図６（ａ）〜（ｃ）は、光音響画像の一部を示す。図６（ａ）は、ピーク補正なしの光音響信号に基づく光音響画像の一部を示している。深部側で光音響信号のレベルが低下することに起因して（図２参照）、深さ方向にならぶ２つの血管のうち深部側の血管が浅い側の血管に比して細く描画されている。図６（ｂ）は、ピーク補正後の光音響信号に基づく光音響画像の一部を示している。ピーク補正（図３参照）を行うことで、図６（ａ）では細い血管として表示されていた深部側の血管が、浅い側の血管とほぼ同じ太さで描画できている。このとき、浅い側の血管（ピーク補正なし）と、深部側の血管（ピーク補正あり）とで色を変えるなどして、両者を区別可能にすることで、どの部分が補正された部分であるのかが容易に判別できる。更に、図６（ｃ）に示すように、ピーク補正なしの光音響信号に基づく光音響画像（図６（ａ））とピーク補正ありの光音響信号に基づく光音響画像（図６（ｂ））とを重ねて表示することで、どの部分が補正された箇所であるのかだけでなく、どのように補正されたかを容易に認識することができるようになる。
【００５６】
上記各実施形態では、ピーク補正手段２６により光音響信号の補正を行って光音響画像の生成を行う例について示したが、ピーク補正手段２６を用いずに、光音響画像構築手段２８においてピークごとに異なるしきい値を用いて画像化を行うことも可能である。光音響画像構築手段２８は、各ピークに対し、例えば各ピークにおける信号波形のピーク強度（ピーク値）に応じたしきい値を用いる。例えば図２におけるピーク１についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク２についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク３についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、ピーク４についてはそのピーク値の半分をしきい値とし、光音響信号がピークごとのしきい値を超える部分を画像化してもよい。このようにした場合も、各ピークにおける光音響信号がしきい値以上となる部分の幅の変動を、全てのピークに対して共通のしきい値（例えば０．５×Ｉｍｉｎ）を用いる場合に比して抑えることができ、対象物を、光音響信号の信号強度（初期音圧）や対象物の光照射位置側からの距離に依存せずに、ほぼ同じ大きさで表示することができるという効果が得られる。
【００５７】
ピーク補正手段２６は、ピーク検出手段２５で検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を光音響信号に乗じることで光音響信号を補正してもよい。図７に、光音響信号と包絡線を示す。ピーク補正手段２６は、例えば各ピークのピーク値が１ａ．ｕ．となるように光音響信号を補正する場合、各時刻における包絡線の値の逆数（バックグランドレベルとの差の逆数）を各時刻の補正係数として、各時刻の光音響信号に対応する時刻の補正係数を乗じることで光音響信号を補正する。例えば一度求めた包絡線を記憶しておき、同じ場所で次に光音響画像の生成を行うときはピーク検出を省略して、記憶しておいた包絡線に基づいて光音響信号の補正を行うようにしてもよい。
【００５８】
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生成装置及び方法は、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】
【００５９】
１０：光音響画像生成装置（光音響画像診断装置）
１１：プローブ
１２：超音波ユニット
１３：レーザユニット
１４：画像表示手段
２１：受信回路
２２：ＡＤ変換手段
２３：受信メモリ
２４：画像再構成手段
２５：ピーク検出手段
２６：ピーク補正手段
２５：検波・対数変換手段
２８：画像構築手段
２９：トリガ制御回路
３０：制御手段
３３：送信制御回路
３４：データ分離手段
３５：超音波画像再構成手段
３６：検波・対数変換手段
３７：超音波画像構築手段
３８：画像合成手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射すべき光を出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットから出射した光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、
前記検出された光音響信号から２以上のピーク位置を検出するピーク検出手段と、
前記検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するピーク補正手段と、
前記補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記ピーク検出手段が、前記光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する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生成装置。
【請求項３】
前記ピーク補正手段が、前記検出されたピーク位置に対応する時刻を含む所定時間範囲の光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記ピーク検出手段が、前記検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求めるものであり、前記ピーク補正手段が、前記求められた各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号が所定の大きさとなるように前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１から４何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと前記所定の大きさとの比に応じた係数を乗じることで前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記所定の大きさが、各ピーク位置における光音響信号のうちの最大値と等しいことを特徴とする請求項５又は６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記ピーク補正手段が、前記検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を前記光音響信号に乗じることで前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記ピーク補正手段が、各時刻における光音響信号に、前記包絡線の逆数に応じた係数を乗じるものであることを特徴とする請求項８に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記光音響画像生成手段が、補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の位置に対応する部分を画像化するものであることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記光音響画像生成手段が、前記補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分と、前記変化がしきい値よりも小さい部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記光音響画像生成手段が、少なくとも前記変化が所定のしきい値以上の部分について、前記ピーク補正手段による補正が行われていない光音響信号に基づいて光音響画像を更に生成し、前記補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、前記補正が行われていない光音響信号に基づく光音響画像とを重畳するものであることを特徴とする請求項１から１１何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
前記超音波プローブが更に前記被検体に対して超音波の送信を行い、該送信した超音波に対する反射超音波を検出し、
前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備えることを特徴とする請求項１から１２何れかに光音響画像生成装置。
【請求項１４】
前記画像合成手段が、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行うものであることを特徴とする請求項１３に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１５】
光源ユニットからの光を被検体に照射するステップと、
前記照射された光に起因して被検体内で発生し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から２以上のピークを検出するステップと、
前記検出された２以上のピークの大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するステップと、
前記補正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を有することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項１】
被検体に照射すべき光を出射する光源ユニットと、
前記光源ユニットから出射した光が被検体に照射された後に、被検体内で発生した光音響信号を検出する超音波プローブと、
前記検出された光音響信号から２以上のピーク位置を検出するピーク検出手段と、
前記検出された２以上のピーク位置における光音響信号の大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するピーク補正手段と、
前記補正された光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項２】
前記ピーク検出手段が、前記光音響信号の時間微分が０になる時刻をピーク位置として検出する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生成装置。
【請求項３】
前記ピーク補正手段が、前記検出されたピーク位置に対応する時刻を含む所定時間範囲の光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
前記ピーク検出手段が、前記検出したピーク位置の前後で、各ピークの信号波形に対応した期間を求めるものであり、前記ピーク補正手段が、前記求められた各ピークの信号波形に対応した期間内の光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号が所定の大きさとなるように前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１から４何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
前記ピーク補正手段が、各ピーク位置における光音響信号に、各ピーク位置における光音響信号の大きさと前記所定の大きさとの比に応じた係数を乗じることで前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項５に記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
前記所定の大きさが、各ピーク位置における光音響信号のうちの最大値と等しいことを特徴とする請求項５又は６に記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記ピーク補正手段が、前記検出された２以上のピーク位置を結ぶ光音響信号の包絡線に基づく係数を前記光音響信号に乗じることで前記光音響信号を補正するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記ピーク補正手段が、各時刻における光音響信号に、前記包絡線の逆数に応じた係数を乗じるものであることを特徴とする請求項８に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記光音響画像生成手段が、補正後の光音響信号が所定のしきい値以上の位置に対応する部分を画像化するものであることを特徴とする請求項１から９何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記光音響画像生成手段が、前記補正前後の光音響信号の変化が所定のしきい値以上の部分と、前記変化がしきい値よりも小さい部分とが区別可能な態様で光音響画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から１０何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記光音響画像生成手段が、少なくとも前記変化が所定のしきい値以上の部分について、前記ピーク補正手段による補正が行われていない光音響信号に基づいて光音響画像を更に生成し、前記補正が行われた光音響信号に基づく光音響画像と、前記補正が行われていない光音響信号に基づく光音響画像とを重畳するものであることを特徴とする請求項１から１１何れかに記載の光音響画像生成装置。
【請求項１３】
前記超音波プローブが更に前記被検体に対して超音波の送信を行い、該送信した超音波に対する反射超音波を検出し、
前記検出された反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
前記光音響画像と前記超音波画像とを合成する画像合成手段とを更に備えることを特徴とする請求項１から１２何れかに光音響画像生成装置。
【請求項１４】
前記画像合成手段が、前記光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行うものであることを特徴とする請求項１３に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１５】
光源ユニットからの光を被検体に照射するステップと、
前記照射された光に起因して被検体内で発生し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から２以上のピークを検出するステップと、
前記検出された２以上のピークの大きさが同じ大きさとなるように前記光音響信号を補正するステップと、
前記補正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を有することを特徴とする光音響画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５２１１５（Ｐ２０１３−５２１１５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２３６５（Ｐ２０１１−１９２３６５）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【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２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【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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