測定装置
【課題】 感度を保ちながら高い分解能を場所依存なく得られる測定装置を提供する。
【解決手段】 光を照射された被検体から発生する音響波を受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、音響検出手段が第１および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて被検体の画像データを生成する処理装置を有し、第１および第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように音響検出手段が配置される測定装置を用いる。
【解決手段】 光を照射された被検体から発生する音響波を受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、音響検出手段が第１および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて被検体の画像データを生成する処理装置を有し、第１および第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように音響検出手段が配置される測定装置を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エックス線、超音波エコーを用いたイメージング装置は医療分野を中心に非破壊検査を必要とする多くの分野で使われている。医療分野におけるイメージング装置については、生体の生理的情報、つまり機能情報がガン等の疾患部位の発見に有効なことから、近年機能情報のイメージングの研究が行われてきた。機能情報を用いた診断方法の一つとして光イメージング技術の一つであるＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。エックス線診断や超音波エコーを用いた診断では生体内の形態情報しか得られないのに対し、光音響トモグラフィーでは非侵襲で形態、機能情報を得られることが特徴である。
【０００３】
光音響トモグラフィーは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を画像化する技術である。つまり受信された音響波の時間による変化を、被検体を取り囲む複数の個所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理、すなわちバックプロジェクションすることで、被検体内部の光学特性値に関連した情報を三次元で可視化する。
【０００４】
バックプロジェクションとは、被検体中の音響波の伝播速度を考慮し、各受信信号を逆に伝搬させ、重ね合わせることにより信号源を特定する計算手法である。本技術により被検体内の初期圧力発生分布より生体の光吸収係数分布などの光学特性値分布を得ることができ、被検体内部情報を得ることができる。特に近赤外光は生体の大部分を構成する水を透過しやすく、血液中のヘモグロビンで吸収されやすい性質を持つため、血管像をイメージングすることが可能である。
【０００５】
光音響トモグラフィーには、音響検出器の位置の違いによって平面型、円周型と呼ばれるものがある。すなわち、音響検出器が、一平面上に位置しているものが平面型（非特許文献１）、被検体を取り囲むような円周上に位置しているものが円周型（特許文献１）である。それぞれ特徴を持つが、人体のような大型のものを測定する場合、平面型の方が装置を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２３８９５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｒｉｒａｎｇ Ｍａｎｏｈａｒ，ｅｔ ａｌ．“Ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｂｒｅａｓｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ （ＰＡＭ）”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６４３７（２００７）６４３７０２−９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
分解能に関しては平面型、円周型それぞれに下記に述べるような課題がある。
【０００９】
被検体中を音響波の伝播速度を用いてバックプロジェクションを行う場合、非特許文献１のような平面型は、横分解能と感度がトレードオフの関係になる。平面型では音響検出器面と平行な方向の分解能（横分解能）は主に音響検出器の素子幅で決まり、音響検出器面と垂直な方向の分解能（奥行分解能）は、素子の周波数で決まる。横分解能を向上させるために素子幅を小さくすると音響波の受信面積が減少して感度が低下してしまうというように、横分解能と感度にはトレードオフの関係がある。このように横分解能の向上に限界があるため、一般的に奥行分解能の方が横分解能より良い。
【００１０】
一方、特許文献１のような円周型は被検体からの信号を全角度から受信することができるので平面型より分解能が良いが、分解能に場所依存性があり、円の中心から外側に行くに従って分解能は悪くなる。音響検出器は正面の受信感度が高く、円周型では全ての音響検出器は円の中心を向いているため、中心付近から発生した音響波は全ての音響検出器で検出される。バックプロジェクションによって各検出器の受信信号を重ね合わせる際、検出器は周りを囲むように配置してあり、全ての検出器の奥行き方向の情報を重ね合わせることになるので、横分解能も奥行分解能と同等になる。一方で、円の中心から外れた外側では一部の音響検出器にしか感度が無く、バックプロジェクションに一部の検出器の受信信号しか用いることができない。さらに、その検出器同士の角度は近いので、平面型に近くなってくる。したがって、円の外側に近づくにしたがって、横分解能が平面型の横分解能と近くなり、中心付近と比べて分解能が悪化する。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、感度を保ちながら高い分解能を場所依存なく得られる測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、被検体を保持する保持部材と、光を照射された被検体から発生する音響波を前記保持部材を介して受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、前記音響検出手段が、第１の測定位置および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて、被検体の画像データを生成する処理装置と、を有し、第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲と第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように、前記音響検出手段が配置される測定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、感度を保ちながら高い分解能を場所依存なく得られる測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図４】Ａ、Ｂは本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図５】本発明の配置の説明に用いる定義を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図７】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図８】Ａ、Ｂは本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図９】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図１０】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図１１】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図１２】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図１３】実施例を説明するための音圧分布の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態１＞
本発明の基本的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態においては、測定装置として光音響トモグラフィーの技術を用いたイメージング装置について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のイメージング装置の第一の実施形態について示したものである。イメージング装置の測定対象は被検体３である。
【００１７】
本実施形態におけるイメージング装置は、パルス光を発生する光源１と、光源１で発生させたパルス光を被検体３に導く光照射装置２と、パルス光に励起された音響波を電気信号に変換する複数の音響検出器４とを含む。イメージング装置はさらに、光照射装置２と複数の音響検出器４を対応させて移動させる走査制御装置５と、音響検出器からの電気信号を増幅しアナログデジタル変換して保存する電気信号処理装置７とを含む。イメージング装置はさらに、デジタル信号を用いてバックプロジェクションなどを行い被検体内部情報に関する画像データを生成するデータ処理装置８と、結果を表示する表示装置９から構成される。
【００１８】
なお、音響検出器４は、音響波を検出する素子が平面内方向に複数並べてあり、一度に複数位置の信号を得ることができる。また、複数の音響検出器４は検出ユニット６を構成し、複数の音響検出器４の相対位置が固定されている。本実施形態の場合、複数の音響検出器４で音響検出手段を構成する。
【００１９】
図１、図２を参照して実施方法について述べる。
【００２０】
図２は本発明の実施方法を示したフロー図である。
【００２１】
最初に、被検体３の測定対象領域が測定できるように走査制御装置５により光照射装置２と音響検出器４を移動させる（ステップＳ１）。音響検出器４の移動は、後に述べる各音響検出器の相対的配置を変えないように、検出ユニット６ごと移動する。このとき、光照射装置２も同期させて走査させることが望ましい。
【００２２】
続いて、光照射装置２からパルス光を照射する（ステップＳ２）。光音響効果によって被検体から発生した音響波を複数の音響検出器４（平面アレイ型音響検出器）で受信し電気信号に変換する。電気信号処理装置７によって電気信号を増幅し、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータを音響信号とする。
【００２３】
続いて、デジタルデータをメモリ等に保存する（ステップＳ３）。その際、測定した位置を同時に保存しておく。なお、一度に測定できる領域は平面アレイ型音響検出器４の大きさや後述する設置方法によって決定される。
【００２４】
続いて、被検体３中で測定の済んだ測定領域が、所望の範囲に達しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。測定領域が所望の範囲に達していなければ（Ｓ４＝ＮＯ）、測定した領域が所望の範囲に達するまでＳ１からＳ３を繰り返す。
【００２５】
測定した領域が所望の大きさに達した場合（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存したデジタルデータとそれぞれの測定位置の情報をもとにバックプロジェクションを行い、音響波が発生したときの音圧分布（初期音圧分布）を作成する（ステップＳ５）。ここで、本発明において画像データとして作成される被検体内部の分布は、被検体内の初期音圧分布だけでなく、初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布でも良い。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
最後に、この分布を表示装置９に表示させる（ステップＳ６）。
【００２６】
次に、本発明による平面アレイ型音響検出器の設置方法について図３から図７を参照して説明する。
【００２７】
図３は音響検出器と被検体の配置を示した図である。音響検出器４は複数の素子１４が一平面内に配置された平面アレイ型音響検出器であり、その受信面、つまり素子の並んだ面は音響波伝播媒体１３を介して被検体保持板１５と接触している。被検体保持板１５は被検体３を保持する保持部材である。２つの音響検出器４は、それぞれ第１の測定位置に配置される第１の検出器、第２の測定位置に配置される第２の検出器と言える。
【００２８】
音響波伝播媒体１３、被検体保持板１５は被検体３と音響検出器４との音響インピーダンスマッチングがとれ、光１０に対して透明なものが望ましい。被検体３が生体の場合、音響波伝播媒体１３としては水など、被検体保持板１５としては樹脂材料などが考えられる。
【００２９】
光照射装置２により出射された光１０は測定領域に近い部位から照射するのが望ましい。ここでは、被検体界面で発生する音響波が、被検体内部で発生した音響波に重畳しないように、被検体を挟んで音響検出器の反対側から光を照射している。ただし、測定領域に十分な光が届くようであれば、光１０はどこから照射してもよい。本発明の光照射装置２は、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、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。光源が半導体レーザー等の小型の場合、光源自体を光照射装置とし、直接光源から被検体に光を照射してもよい。
【００３０】
音響検出器４は指向性を持っており、正面方向（受信面に垂直な方向）から角度がつくに従い感度が低下する。ここでは、音響検出器４の有効受信範囲を、音響検出器正面の最大受信感度に対し、５０％の感度がある角度内の領域であると定義する。指向性は音響検出器の中心周波数や大きさによって決定される。図中では、有効受信範囲１１を、複数の素子１４が並んだ受信面の両端から垂直に伸ばした点線の範囲内の領域であるものとする。ただし、測定によっては５０％未満の感度であっても十分な感度である場合もある。その場合、有効受信範囲は測定に対して十分な感度を有する範囲とする。
【００３１】
音響検出器４を走査させた場合、図４Ａに示すように各走査位置（走査位置１、走査位置２）における有効受信範囲１１を合計した領域が、その音響検出器の有効受信範囲となる。音響検出器４は、図３に示したように、２機設けられ、その有効受信範囲１１が被検体３の内部で重なるように設置する。全ての音響検出器で測定された範囲、つまり全ての音響検出器の有効受信範囲が重なって形成された領域を重畳領域として定義する。
【００３２】
図３において、重畳領域１２は、有効受信範囲１１のうち、太い一点鎖線で囲まれている部分である。さらに、分解能の場所依存性をなくすために、重畳領域は被検体の奥行き（図３における上下方向）より大きな奥行きを持つように形成される。重畳領域がそのような奥行きを持つように、音響検出器の角度、大きさ、走査幅、音響検出器の被検体からの距離、音響検出器間の距離を調整する。このとき、音響検出器は互いに交差する角度で設置する必要がある。
【００３３】
このことを、図５を参照しつつ式で表す。図５にあるように、被検体と被検体保持板の界面を奥行き方向のゼロ点として、被検体厚さをｔ、被検体と被検体保持板の界面の法線に対する音響検出器１の角度をφ１、同じく音響検出器２の角度をφ２とする。また、被検体と被検体保持板の界面からの音響検出器１の受信面中心部の奥行き方向の距離をｙ１、同じく音響検出器１の受信面中心部の奥行き方向の距離をｙ２とする。また、音響検出器１と音響検出器２の受信面中心部の横方向距離をｘ、音響検出器１、音響検出器２の幅をａとする。このとき、音響検出器１、２は、以下の式（１）、式（２）を満たすように設置する。
【００３４】
【数１】
【００３５】
音響検出器（の検出ユニット）を走査した場合は、重畳領域は図４Ｂのようになる。このとき、走査によって音響検出器の幅ａがａ’になったと考えて、音響検出器１、２が式（１）、式（２）を満たすように設置する。
【００３６】
音響検出器４は被検体保持板１５の法線に対して、有効受信範囲の中心軸が線対称に設置されることが望ましいが、図６のように非対称であってもよい。音響検出器が素子を平面に配列した２次元アレイの場合、概ねその平面の法線方向が有効受信範囲の中心軸となる。
【００３７】
さらに、図７のように被検体保持板１５として２つの部材を被検体の両側に設け、両側に角度の異なる音響検出器４を設けてもよい。音響整合性を高めることを目的として、被検体保持板と被検体との間にジェル等の音響波伝播媒体を介在させてもよい。
【００３８】
また、図８Ａのように重畳領域が被検体の厚みに足りていない場合でも、図８Ｂのように音響検出器を走査させることによって重畳領域の大きさを被検体の厚みより大きくして測定できる。
【００３９】
音響検出器の交差角度、つまりφ１−φ２が９０度のとき、各素子の信号を各素子の位置から逆投影、つまりバックプロジェクションすると、重畳領域１２では音響検出器の互いの奥行分解能で見ることになるので横分解能も奥行分解能と同等になる。同じ素子サイズの平面型と比べると、感度を保ったまま高分解能を実現できる。さらに、音響検出器の素子は平面に並んでいるので、素子の正面である有効受信範囲１１における奥行分解能は場所依存性が無く均一であり、重畳領域１２においても場所依存性のない奥行分解能が重なったものなので、同じく均一である。
【００４０】
また、光音響トモグラフィーでは光吸収体の形状によって音波の進む方向が異なるため、一方向だけに設置された音響検出器だけでは、光吸収体の形状を再現できないことがある。しかし本発明では複数の音響検出器は互いに異なる方向を向いているので、相補的に光吸収体の形状を再現できるという副次的効果もある。
【００４１】
加えて、平面型のバックプロジェクションで得られた分布には、情報不足によりアーチファクトやゴーストと呼ばれる虚像が現れることがある。しかし本発明では、この虚像についても、複数方向からの情報を得ることで低減することができる。
【００４２】
＜実施形態２＞
実施形態２では、重畳領域の初期音圧を簡便に得る方法について述べる。本実施形態の装置の構成および配置は実施形態１と同様であり、方法のみが異なる。以下、図９のフローを参照しつつ、実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
ステップＳ１からＳ３では、実施形態１と同様に走査、光の照射、音響信号と位置の保存を行う。
【００４４】
その後、データ処理装置８において、片方の音響検出器の信号と位置を用いてバックプロジェクションを行い、有効受信範囲の初期音圧分布を求め、結果を保存する（第１の画像データ）。その後、もう片方の音響検出器についても同様に、有効受信範囲の初期音圧分布を求め、結果を保存する（ステップＳ７、第２の画像データ）。
【００４５】
次に、それぞれの音響検出器について得られた初期音圧分布が所望する範囲に達しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。達していない場合（Ｓ４＝ＮＯ）、所望の範囲に達するまでＳ１からＳ３及びＳ７を繰り返す。
【００４６】
達している場合（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存されている初期音圧分布を合成する（ステップＳ８）。初期音圧分布はそれぞれの音響検出器ごとに作成されているので、重畳領域を作成する際、重ね合わせ処理を行う。各初期音圧分布の重ね合わせ処理には、値が近い時に重ね合わせ効果が強調される積の平方根を取る方法が好ましいが、平均や二乗平均平方根を取る方法であってもよい。これにより被検体の画像データが生成される。
最後に、結果を表示装置９に表示させる（ステップＳ６）。
【００４７】
本実施形態では、バックプロジェクションを簡便にすることで、計算時間や計算装置などのリソースを減らすことができる。
【００４８】
＜実施形態３＞
実施形態１を三次元に拡張した例について図１０を用いて述べる。
【００４９】
装置の構成および測定の方法は実施形態１または実施形態２と同様であり、配置のみが異なるため、配置について説明する。
【００５０】
図１０は本実施形態における音響検出器４の配置を示した図である。平面１７は被検体保持板界面を表しており、紙面の手前側が被検体保持板および被検体の存在する領域である。ここでは図面の都合上、平面１７は音響検出器４の角を結ぶ範囲しか描いていないが、同じ平面上で範囲を広げることも可能である。音響検出器４は複数の素子が一平面内に配置された平面アレイ型音響検出器であり、その受信面は図示されていない音響波伝播媒体を通して被検体保持板界面１７と接触している。
【００５１】
光照射装置２（不図示）により輸送された光は、測定領域に測定に足る量が届くように照射される。音響検出器４は３機設けられ、それぞれが、点線で囲まれる直方体で示される、有効受信範囲１１を持つ。そして、有効受信範囲１１が被検体の内部で重なるように設置される。３機それぞれに対応する有効受信範囲１１が重なった領域が、重畳領域１２である。さらに、音響検出器は互いに交差するように設置され、互いに９０度の交差角度になることが望ましい。交差角度が９０度のとき、各素子の信号を各素子の位置からバックプロジェクションすると、重畳領域１２では平面型の感度を保ったまま、場所依存性なく高分解能を実現できる。
【００５２】
本実施形態では、三次元の全ての方向に対して、場所依存なく高分解能を実現できる。
【００５３】
＜実施形態４＞
実施形態１において二つある音響検出器を一つの音響検出器で行う方法について述べる。
【００５４】
本実施形態の装置の構成は実施形態１において二つある音響検出器のうちの一つを取り払ったものである。また、実施形態１における二つの音響検出器の配置をそれぞれ測定位置１、測定位置２とする。例えば図３における２機の音響検出器４のうち１機を取り除き、残った音響検出器が左側にあるとき測定位置１（第１の測定位置）とし、右側にあるとき測定位置２（第２の測定位置）とする。本実施形態の場合、一つの音響検出器４で音響検出手段を構成する。
【００５５】
実施方法について図１１のフローを用いて述べる。
本実施形態では、最初に測定位置１に音響検出器を移動させる（ステップＳ９）。
そしてパルス光を照射し（ステップＳ２）、音響信号を受信して測定位置とともに保存する（ステップＳ３）。
【００５６】
次に、測定位置２に音響検出器を移動させる（ステップＳ１０）。
そして同様にパルス光を照射し（ステップＳ１１）、音響信号を受信して測定位置とともに保存する（ステップＳ１２）。この際の音響検出器の移動は機械を用いて動かすことが望ましいが、手動であってもよい。
【００５７】
次に、測定領域が所望する大きさに達しているかどうかを判断する（ステップＳ４）。達していない場合（Ｓ４＝ＮＯ）、被検体の異なる領域を測定できるように測定位置１、測定位置２を設定し、測定領域が所望の大きさになるまでＳ９、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２を繰り返す。
測定領域が所望の大きさになったら（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存している信号と測定位置の情報を用いてバックプロジェクションを行い（ステップＳ５）、結果を表示する（ステップＳ６）。
【００５８】
本実施形態では、一つの音響検出器で本発明を実施することができ、コストを抑えることができる。
【００５９】
＜実施形態５＞
ここでは、音響検出器の配置について、図１２を用いて述べる。
【００６０】
図１２に示すように、通常、音響検出器４の有効受信範囲１１は、音響検出器４の正面だけでなく、音響検出器４の正面の外側まで広がる。そして、音響検出器４の角度は、この広がり分を含めた有効受信領域からの音響波を全反射しないように配置することが望ましい。
【００６１】
したがって、図１４のように、音響検出器の検出面と被検体保持板のなす角度をθ１、音響検出器の指向角をθ２、被検体３の内部で発生した音響波が被検体３と被検体保持板１５との界面で全反射する角度をθ３、音響検出器同士の交差角度θ４とすると式（３）を満たすことが望ましい。
【００６２】
【数２】
【００６３】
さらに、音響検出器同士の交差角度は９０度に近い方が分解能が向上するので、式（４）のように音響検出器４の角度を決定することが、より望ましい。
θ１＝θ３−θ２ ・・・（４）
さらに、音響検出器４は、被検体保持板１５の法線に対して線対称に置くことが望ましく、そのとき式（５）の関係が成り立つ。
θ４＝２θ１ ・・・（５）
したがって、式（６）のように音響検出器４の角度を決めることが望ましい。
θ４＝２θ１＝２（θ３−θ２） ・・・（６）
なお、本実施形態では、被検体３と音響検出器４との間に被検体保持板１５が設けられた場合で説明したが、被検体３と音響検出器４との間に音響波伝播媒体を設けている場合にも、被検体と音響波伝播媒質との界面での音響波の全反射を考慮して音響検出器４を配置することが好ましい。また、被検体保持板１５と音響波伝播媒体との界面での音響波の全反射についても考慮することが好ましい。
【００６４】
＜実施例＞
二次元のシミュレーションを用いて、本発明を実施した結果を示す。まず比較例として一平面型の音響検出器で実施した結果について示し、次に本発明の実施結果を示す。ここでは円状の音源から検出器位置での信号をシミュレーションし、さらにその信号を用いてバックプロジェクションを行い、結果を得た。図１３はバックプロジェクションによって得られた結果の上に、シミュレーション体系を重ね合わせて表示させたものである。
【００６５】
比較例の平面型について図１３（ａ）を参照して説明する。音響検出器は一平面であり、２ｍｍ幅の素子を３０個並べ６０ｍｍ幅とした。音響検出器と被検体の間には１０ｍｍの被検体保持板を音響検出器と平行に設置し、それより音響検出器から遠い側を被検体とした。音源は直径１ｍｍの円であり、音響検出器からみて中央に２０ｍｍ離れた場所、つまり被検体保持板と被検体の界面から１０ｍｍ離れた場所に設置した。音波の伝播速度は被検体保持板中において２２００（ｍ／ｓ）、被検体中において１５００（ｍ／ｓ）とし、密度は被検体保持板を０．８３（ｇ／ｃｍ３）、被検体を１（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００６６】
以上の体系においてシミュレーションを行い、得られた音圧分布を図１３（ａ）に示す。音響波伝播媒質の中に音響の干渉による像が現れているが、実際には被検体のみに注目し、被検体の中だけを結果として得る。被検体中央に示された濃い部分が、バックプロジェクションによって得られた音源である。
【００６７】
次に、本発明を実施した例について図１３（ｂ）を参照して説明する。音響検出器は２ｍｍ幅の素子を１５個並べた３０ｍｍ幅のものを二つ用意し、互いの中心部で５７ｍｍ離し、交差角度φ１−φ２が６０度になるように設置した。次に、比較例と同様に１０ｍｍ厚の被検体保持板を設置し、さらに遠い側を被検体とする。被検体保持板の法線と音響検出器受信面の法線の交差角度、つまりφ１、φ２がφ１＝３０度、φ２＝−３０度となるように被検体保持板を設置した。
【００６８】
分解能のことのみを考えると、音響検出器同士の交差角度は９０度とすることが望ましい。しかし、そのときφ１、φ２の絶対値は４５度となり、後に述べる被検体保持板と被検体の物性によって、音源からの音波が被検体保持板と被検体の間で全反射し、音響検出器まで伝播しない。そこで、音響検出器同士の交差角度φ１−φ２を６０度とした。音響検出器と被検体保持板の間には音響波伝播媒質を設置する。音源は、音源は直径１ｍｍの円であり、両方の音響検出器から等しい距離で被検体保持板と被検体の界面から１０ｍｍ離れた場所に設置した。音波の伝播速度は音響波伝播媒質において１５００（ｍ／ｓ）、被検体保持板中において２２００（ｍ／ｓ）、被検体中において１５００（ｍ／ｓ）とした。密度は音響波伝播媒質を１（ｇ／ｃｍ３）、被検体保持板を０．８３（ｇ／ｃｍ３）、被検体を１（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００６９】
以上の体系においてシミュレーションを行い、得られた音圧分布を図１３（ｂ）に示す。比較例と同様に音響波伝播媒質の中に音響の干渉による像が現れているが、実際には被検体のみに注目し、被検体の中だけを結果として得る。被検体中央に示された濃い部分が、バックプロジェクションによって得られた音源である。
【００７０】
音源はどちらも直径１ｍｍの円であるが、音源の像の横向きの大きさについて比較すると、平面型では約２ｍｍあるのに対し、本発明では横分解能が向上し約１ｍｍで見えていることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
４ 音響検出器
７ 電気信号処理装置
８ データ処理装置
１１ 有効受信範囲
１２ 重畳領域
１５ 被検体保持板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エックス線、超音波エコーを用いたイメージング装置は医療分野を中心に非破壊検査を必要とする多くの分野で使われている。医療分野におけるイメージング装置については、生体の生理的情報、つまり機能情報がガン等の疾患部位の発見に有効なことから、近年機能情報のイメージングの研究が行われてきた。機能情報を用いた診断方法の一つとして光イメージング技術の一つであるＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。エックス線診断や超音波エコーを用いた診断では生体内の形態情報しか得られないのに対し、光音響トモグラフィーでは非侵襲で形態、機能情報を得られることが特徴である。
【０００３】
光音響トモグラフィーは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波を画像化する技術である。つまり受信された音響波の時間による変化を、被検体を取り囲む複数の個所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理、すなわちバックプロジェクションすることで、被検体内部の光学特性値に関連した情報を三次元で可視化する。
【０００４】
バックプロジェクションとは、被検体中の音響波の伝播速度を考慮し、各受信信号を逆に伝搬させ、重ね合わせることにより信号源を特定する計算手法である。本技術により被検体内の初期圧力発生分布より生体の光吸収係数分布などの光学特性値分布を得ることができ、被検体内部情報を得ることができる。特に近赤外光は生体の大部分を構成する水を透過しやすく、血液中のヘモグロビンで吸収されやすい性質を持つため、血管像をイメージングすることが可能である。
【０００５】
光音響トモグラフィーには、音響検出器の位置の違いによって平面型、円周型と呼ばれるものがある。すなわち、音響検出器が、一平面上に位置しているものが平面型（非特許文献１）、被検体を取り囲むような円周上に位置しているものが円周型（特許文献１）である。それぞれ特徴を持つが、人体のような大型のものを測定する場合、平面型の方が装置を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２３８９５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｒｉｒａｎｇ Ｍａｎｏｈａｒ，ｅｔ ａｌ．“Ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｂｒｅａｓｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｗｅｎｔｅ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ （ＰＡＭ）”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６４３７（２００７）６４３７０２−９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
分解能に関しては平面型、円周型それぞれに下記に述べるような課題がある。
【０００９】
被検体中を音響波の伝播速度を用いてバックプロジェクションを行う場合、非特許文献１のような平面型は、横分解能と感度がトレードオフの関係になる。平面型では音響検出器面と平行な方向の分解能（横分解能）は主に音響検出器の素子幅で決まり、音響検出器面と垂直な方向の分解能（奥行分解能）は、素子の周波数で決まる。横分解能を向上させるために素子幅を小さくすると音響波の受信面積が減少して感度が低下してしまうというように、横分解能と感度にはトレードオフの関係がある。このように横分解能の向上に限界があるため、一般的に奥行分解能の方が横分解能より良い。
【００１０】
一方、特許文献１のような円周型は被検体からの信号を全角度から受信することができるので平面型より分解能が良いが、分解能に場所依存性があり、円の中心から外側に行くに従って分解能は悪くなる。音響検出器は正面の受信感度が高く、円周型では全ての音響検出器は円の中心を向いているため、中心付近から発生した音響波は全ての音響検出器で検出される。バックプロジェクションによって各検出器の受信信号を重ね合わせる際、検出器は周りを囲むように配置してあり、全ての検出器の奥行き方向の情報を重ね合わせることになるので、横分解能も奥行分解能と同等になる。一方で、円の中心から外れた外側では一部の音響検出器にしか感度が無く、バックプロジェクションに一部の検出器の受信信号しか用いることができない。さらに、その検出器同士の角度は近いので、平面型に近くなってくる。したがって、円の外側に近づくにしたがって、横分解能が平面型の横分解能と近くなり、中心付近と比べて分解能が悪化する。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、感度を保ちながら高い分解能を場所依存なく得られる測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、被検体を保持する保持部材と、光を照射された被検体から発生する音響波を前記保持部材を介して受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、前記音響検出手段が、第１の測定位置および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて、被検体の画像データを生成する処理装置と、を有し、第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲と第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように、前記音響検出手段が配置される測定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、感度を保ちながら高い分解能を場所依存なく得られる測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図４】Ａ、Ｂは本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図５】本発明の配置の説明に用いる定義を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図７】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図８】Ａ、Ｂは本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図９】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図１０】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図１１】本発明の一実施形態の実施方法を表すフロー図である。
【図１２】本発明の一実施形態の配置を表す図である。
【図１３】実施例を説明するための音圧分布の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態１＞
本発明の基本的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態においては、測定装置として光音響トモグラフィーの技術を用いたイメージング装置について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のイメージング装置の第一の実施形態について示したものである。イメージング装置の測定対象は被検体３である。
【００１７】
本実施形態におけるイメージング装置は、パルス光を発生する光源１と、光源１で発生させたパルス光を被検体３に導く光照射装置２と、パルス光に励起された音響波を電気信号に変換する複数の音響検出器４とを含む。イメージング装置はさらに、光照射装置２と複数の音響検出器４を対応させて移動させる走査制御装置５と、音響検出器からの電気信号を増幅しアナログデジタル変換して保存する電気信号処理装置７とを含む。イメージング装置はさらに、デジタル信号を用いてバックプロジェクションなどを行い被検体内部情報に関する画像データを生成するデータ処理装置８と、結果を表示する表示装置９から構成される。
【００１８】
なお、音響検出器４は、音響波を検出する素子が平面内方向に複数並べてあり、一度に複数位置の信号を得ることができる。また、複数の音響検出器４は検出ユニット６を構成し、複数の音響検出器４の相対位置が固定されている。本実施形態の場合、複数の音響検出器４で音響検出手段を構成する。
【００１９】
図１、図２を参照して実施方法について述べる。
【００２０】
図２は本発明の実施方法を示したフロー図である。
【００２１】
最初に、被検体３の測定対象領域が測定できるように走査制御装置５により光照射装置２と音響検出器４を移動させる（ステップＳ１）。音響検出器４の移動は、後に述べる各音響検出器の相対的配置を変えないように、検出ユニット６ごと移動する。このとき、光照射装置２も同期させて走査させることが望ましい。
【００２２】
続いて、光照射装置２からパルス光を照射する（ステップＳ２）。光音響効果によって被検体から発生した音響波を複数の音響検出器４（平面アレイ型音響検出器）で受信し電気信号に変換する。電気信号処理装置７によって電気信号を増幅し、アナログデジタル変換を行ってデジタルデータを音響信号とする。
【００２３】
続いて、デジタルデータをメモリ等に保存する（ステップＳ３）。その際、測定した位置を同時に保存しておく。なお、一度に測定できる領域は平面アレイ型音響検出器４の大きさや後述する設置方法によって決定される。
【００２４】
続いて、被検体３中で測定の済んだ測定領域が、所望の範囲に達しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。測定領域が所望の範囲に達していなければ（Ｓ４＝ＮＯ）、測定した領域が所望の範囲に達するまでＳ１からＳ３を繰り返す。
【００２５】
測定した領域が所望の大きさに達した場合（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存したデジタルデータとそれぞれの測定位置の情報をもとにバックプロジェクションを行い、音響波が発生したときの音圧分布（初期音圧分布）を作成する（ステップＳ５）。ここで、本発明において画像データとして作成される被検体内部の分布は、被検体内の初期音圧分布だけでなく、初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布でも良い。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
最後に、この分布を表示装置９に表示させる（ステップＳ６）。
【００２６】
次に、本発明による平面アレイ型音響検出器の設置方法について図３から図７を参照して説明する。
【００２７】
図３は音響検出器と被検体の配置を示した図である。音響検出器４は複数の素子１４が一平面内に配置された平面アレイ型音響検出器であり、その受信面、つまり素子の並んだ面は音響波伝播媒体１３を介して被検体保持板１５と接触している。被検体保持板１５は被検体３を保持する保持部材である。２つの音響検出器４は、それぞれ第１の測定位置に配置される第１の検出器、第２の測定位置に配置される第２の検出器と言える。
【００２８】
音響波伝播媒体１３、被検体保持板１５は被検体３と音響検出器４との音響インピーダンスマッチングがとれ、光１０に対して透明なものが望ましい。被検体３が生体の場合、音響波伝播媒体１３としては水など、被検体保持板１５としては樹脂材料などが考えられる。
【００２９】
光照射装置２により出射された光１０は測定領域に近い部位から照射するのが望ましい。ここでは、被検体界面で発生する音響波が、被検体内部で発生した音響波に重畳しないように、被検体を挟んで音響検出器の反対側から光を照射している。ただし、測定領域に十分な光が届くようであれば、光１０はどこから照射してもよい。本発明の光照射装置２は、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、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。光源が半導体レーザー等の小型の場合、光源自体を光照射装置とし、直接光源から被検体に光を照射してもよい。
【００３０】
音響検出器４は指向性を持っており、正面方向（受信面に垂直な方向）から角度がつくに従い感度が低下する。ここでは、音響検出器４の有効受信範囲を、音響検出器正面の最大受信感度に対し、５０％の感度がある角度内の領域であると定義する。指向性は音響検出器の中心周波数や大きさによって決定される。図中では、有効受信範囲１１を、複数の素子１４が並んだ受信面の両端から垂直に伸ばした点線の範囲内の領域であるものとする。ただし、測定によっては５０％未満の感度であっても十分な感度である場合もある。その場合、有効受信範囲は測定に対して十分な感度を有する範囲とする。
【００３１】
音響検出器４を走査させた場合、図４Ａに示すように各走査位置（走査位置１、走査位置２）における有効受信範囲１１を合計した領域が、その音響検出器の有効受信範囲となる。音響検出器４は、図３に示したように、２機設けられ、その有効受信範囲１１が被検体３の内部で重なるように設置する。全ての音響検出器で測定された範囲、つまり全ての音響検出器の有効受信範囲が重なって形成された領域を重畳領域として定義する。
【００３２】
図３において、重畳領域１２は、有効受信範囲１１のうち、太い一点鎖線で囲まれている部分である。さらに、分解能の場所依存性をなくすために、重畳領域は被検体の奥行き（図３における上下方向）より大きな奥行きを持つように形成される。重畳領域がそのような奥行きを持つように、音響検出器の角度、大きさ、走査幅、音響検出器の被検体からの距離、音響検出器間の距離を調整する。このとき、音響検出器は互いに交差する角度で設置する必要がある。
【００３３】
このことを、図５を参照しつつ式で表す。図５にあるように、被検体と被検体保持板の界面を奥行き方向のゼロ点として、被検体厚さをｔ、被検体と被検体保持板の界面の法線に対する音響検出器１の角度をφ１、同じく音響検出器２の角度をφ２とする。また、被検体と被検体保持板の界面からの音響検出器１の受信面中心部の奥行き方向の距離をｙ１、同じく音響検出器１の受信面中心部の奥行き方向の距離をｙ２とする。また、音響検出器１と音響検出器２の受信面中心部の横方向距離をｘ、音響検出器１、音響検出器２の幅をａとする。このとき、音響検出器１、２は、以下の式（１）、式（２）を満たすように設置する。
【００３４】
【数１】
【００３５】
音響検出器（の検出ユニット）を走査した場合は、重畳領域は図４Ｂのようになる。このとき、走査によって音響検出器の幅ａがａ’になったと考えて、音響検出器１、２が式（１）、式（２）を満たすように設置する。
【００３６】
音響検出器４は被検体保持板１５の法線に対して、有効受信範囲の中心軸が線対称に設置されることが望ましいが、図６のように非対称であってもよい。音響検出器が素子を平面に配列した２次元アレイの場合、概ねその平面の法線方向が有効受信範囲の中心軸となる。
【００３７】
さらに、図７のように被検体保持板１５として２つの部材を被検体の両側に設け、両側に角度の異なる音響検出器４を設けてもよい。音響整合性を高めることを目的として、被検体保持板と被検体との間にジェル等の音響波伝播媒体を介在させてもよい。
【００３８】
また、図８Ａのように重畳領域が被検体の厚みに足りていない場合でも、図８Ｂのように音響検出器を走査させることによって重畳領域の大きさを被検体の厚みより大きくして測定できる。
【００３９】
音響検出器の交差角度、つまりφ１−φ２が９０度のとき、各素子の信号を各素子の位置から逆投影、つまりバックプロジェクションすると、重畳領域１２では音響検出器の互いの奥行分解能で見ることになるので横分解能も奥行分解能と同等になる。同じ素子サイズの平面型と比べると、感度を保ったまま高分解能を実現できる。さらに、音響検出器の素子は平面に並んでいるので、素子の正面である有効受信範囲１１における奥行分解能は場所依存性が無く均一であり、重畳領域１２においても場所依存性のない奥行分解能が重なったものなので、同じく均一である。
【００４０】
また、光音響トモグラフィーでは光吸収体の形状によって音波の進む方向が異なるため、一方向だけに設置された音響検出器だけでは、光吸収体の形状を再現できないことがある。しかし本発明では複数の音響検出器は互いに異なる方向を向いているので、相補的に光吸収体の形状を再現できるという副次的効果もある。
【００４１】
加えて、平面型のバックプロジェクションで得られた分布には、情報不足によりアーチファクトやゴーストと呼ばれる虚像が現れることがある。しかし本発明では、この虚像についても、複数方向からの情報を得ることで低減することができる。
【００４２】
＜実施形態２＞
実施形態２では、重畳領域の初期音圧を簡便に得る方法について述べる。本実施形態の装置の構成および配置は実施形態１と同様であり、方法のみが異なる。以下、図９のフローを参照しつつ、実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
ステップＳ１からＳ３では、実施形態１と同様に走査、光の照射、音響信号と位置の保存を行う。
【００４４】
その後、データ処理装置８において、片方の音響検出器の信号と位置を用いてバックプロジェクションを行い、有効受信範囲の初期音圧分布を求め、結果を保存する（第１の画像データ）。その後、もう片方の音響検出器についても同様に、有効受信範囲の初期音圧分布を求め、結果を保存する（ステップＳ７、第２の画像データ）。
【００４５】
次に、それぞれの音響検出器について得られた初期音圧分布が所望する範囲に達しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。達していない場合（Ｓ４＝ＮＯ）、所望の範囲に達するまでＳ１からＳ３及びＳ７を繰り返す。
【００４６】
達している場合（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存されている初期音圧分布を合成する（ステップＳ８）。初期音圧分布はそれぞれの音響検出器ごとに作成されているので、重畳領域を作成する際、重ね合わせ処理を行う。各初期音圧分布の重ね合わせ処理には、値が近い時に重ね合わせ効果が強調される積の平方根を取る方法が好ましいが、平均や二乗平均平方根を取る方法であってもよい。これにより被検体の画像データが生成される。
最後に、結果を表示装置９に表示させる（ステップＳ６）。
【００４７】
本実施形態では、バックプロジェクションを簡便にすることで、計算時間や計算装置などのリソースを減らすことができる。
【００４８】
＜実施形態３＞
実施形態１を三次元に拡張した例について図１０を用いて述べる。
【００４９】
装置の構成および測定の方法は実施形態１または実施形態２と同様であり、配置のみが異なるため、配置について説明する。
【００５０】
図１０は本実施形態における音響検出器４の配置を示した図である。平面１７は被検体保持板界面を表しており、紙面の手前側が被検体保持板および被検体の存在する領域である。ここでは図面の都合上、平面１７は音響検出器４の角を結ぶ範囲しか描いていないが、同じ平面上で範囲を広げることも可能である。音響検出器４は複数の素子が一平面内に配置された平面アレイ型音響検出器であり、その受信面は図示されていない音響波伝播媒体を通して被検体保持板界面１７と接触している。
【００５１】
光照射装置２（不図示）により輸送された光は、測定領域に測定に足る量が届くように照射される。音響検出器４は３機設けられ、それぞれが、点線で囲まれる直方体で示される、有効受信範囲１１を持つ。そして、有効受信範囲１１が被検体の内部で重なるように設置される。３機それぞれに対応する有効受信範囲１１が重なった領域が、重畳領域１２である。さらに、音響検出器は互いに交差するように設置され、互いに９０度の交差角度になることが望ましい。交差角度が９０度のとき、各素子の信号を各素子の位置からバックプロジェクションすると、重畳領域１２では平面型の感度を保ったまま、場所依存性なく高分解能を実現できる。
【００５２】
本実施形態では、三次元の全ての方向に対して、場所依存なく高分解能を実現できる。
【００５３】
＜実施形態４＞
実施形態１において二つある音響検出器を一つの音響検出器で行う方法について述べる。
【００５４】
本実施形態の装置の構成は実施形態１において二つある音響検出器のうちの一つを取り払ったものである。また、実施形態１における二つの音響検出器の配置をそれぞれ測定位置１、測定位置２とする。例えば図３における２機の音響検出器４のうち１機を取り除き、残った音響検出器が左側にあるとき測定位置１（第１の測定位置）とし、右側にあるとき測定位置２（第２の測定位置）とする。本実施形態の場合、一つの音響検出器４で音響検出手段を構成する。
【００５５】
実施方法について図１１のフローを用いて述べる。
本実施形態では、最初に測定位置１に音響検出器を移動させる（ステップＳ９）。
そしてパルス光を照射し（ステップＳ２）、音響信号を受信して測定位置とともに保存する（ステップＳ３）。
【００５６】
次に、測定位置２に音響検出器を移動させる（ステップＳ１０）。
そして同様にパルス光を照射し（ステップＳ１１）、音響信号を受信して測定位置とともに保存する（ステップＳ１２）。この際の音響検出器の移動は機械を用いて動かすことが望ましいが、手動であってもよい。
【００５７】
次に、測定領域が所望する大きさに達しているかどうかを判断する（ステップＳ４）。達していない場合（Ｓ４＝ＮＯ）、被検体の異なる領域を測定できるように測定位置１、測定位置２を設定し、測定領域が所望の大きさになるまでＳ９、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２を繰り返す。
測定領域が所望の大きさになったら（Ｓ４＝ＹＥＳ）、保存している信号と測定位置の情報を用いてバックプロジェクションを行い（ステップＳ５）、結果を表示する（ステップＳ６）。
【００５８】
本実施形態では、一つの音響検出器で本発明を実施することができ、コストを抑えることができる。
【００５９】
＜実施形態５＞
ここでは、音響検出器の配置について、図１２を用いて述べる。
【００６０】
図１２に示すように、通常、音響検出器４の有効受信範囲１１は、音響検出器４の正面だけでなく、音響検出器４の正面の外側まで広がる。そして、音響検出器４の角度は、この広がり分を含めた有効受信領域からの音響波を全反射しないように配置することが望ましい。
【００６１】
したがって、図１４のように、音響検出器の検出面と被検体保持板のなす角度をθ１、音響検出器の指向角をθ２、被検体３の内部で発生した音響波が被検体３と被検体保持板１５との界面で全反射する角度をθ３、音響検出器同士の交差角度θ４とすると式（３）を満たすことが望ましい。
【００６２】
【数２】
【００６３】
さらに、音響検出器同士の交差角度は９０度に近い方が分解能が向上するので、式（４）のように音響検出器４の角度を決定することが、より望ましい。
θ１＝θ３−θ２ ・・・（４）
さらに、音響検出器４は、被検体保持板１５の法線に対して線対称に置くことが望ましく、そのとき式（５）の関係が成り立つ。
θ４＝２θ１ ・・・（５）
したがって、式（６）のように音響検出器４の角度を決めることが望ましい。
θ４＝２θ１＝２（θ３−θ２） ・・・（６）
なお、本実施形態では、被検体３と音響検出器４との間に被検体保持板１５が設けられた場合で説明したが、被検体３と音響検出器４との間に音響波伝播媒体を設けている場合にも、被検体と音響波伝播媒質との界面での音響波の全反射を考慮して音響検出器４を配置することが好ましい。また、被検体保持板１５と音響波伝播媒体との界面での音響波の全反射についても考慮することが好ましい。
【００６４】
＜実施例＞
二次元のシミュレーションを用いて、本発明を実施した結果を示す。まず比較例として一平面型の音響検出器で実施した結果について示し、次に本発明の実施結果を示す。ここでは円状の音源から検出器位置での信号をシミュレーションし、さらにその信号を用いてバックプロジェクションを行い、結果を得た。図１３はバックプロジェクションによって得られた結果の上に、シミュレーション体系を重ね合わせて表示させたものである。
【００６５】
比較例の平面型について図１３（ａ）を参照して説明する。音響検出器は一平面であり、２ｍｍ幅の素子を３０個並べ６０ｍｍ幅とした。音響検出器と被検体の間には１０ｍｍの被検体保持板を音響検出器と平行に設置し、それより音響検出器から遠い側を被検体とした。音源は直径１ｍｍの円であり、音響検出器からみて中央に２０ｍｍ離れた場所、つまり被検体保持板と被検体の界面から１０ｍｍ離れた場所に設置した。音波の伝播速度は被検体保持板中において２２００（ｍ／ｓ）、被検体中において１５００（ｍ／ｓ）とし、密度は被検体保持板を０．８３（ｇ／ｃｍ３）、被検体を１（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００６６】
以上の体系においてシミュレーションを行い、得られた音圧分布を図１３（ａ）に示す。音響波伝播媒質の中に音響の干渉による像が現れているが、実際には被検体のみに注目し、被検体の中だけを結果として得る。被検体中央に示された濃い部分が、バックプロジェクションによって得られた音源である。
【００６７】
次に、本発明を実施した例について図１３（ｂ）を参照して説明する。音響検出器は２ｍｍ幅の素子を１５個並べた３０ｍｍ幅のものを二つ用意し、互いの中心部で５７ｍｍ離し、交差角度φ１−φ２が６０度になるように設置した。次に、比較例と同様に１０ｍｍ厚の被検体保持板を設置し、さらに遠い側を被検体とする。被検体保持板の法線と音響検出器受信面の法線の交差角度、つまりφ１、φ２がφ１＝３０度、φ２＝−３０度となるように被検体保持板を設置した。
【００６８】
分解能のことのみを考えると、音響検出器同士の交差角度は９０度とすることが望ましい。しかし、そのときφ１、φ２の絶対値は４５度となり、後に述べる被検体保持板と被検体の物性によって、音源からの音波が被検体保持板と被検体の間で全反射し、音響検出器まで伝播しない。そこで、音響検出器同士の交差角度φ１−φ２を６０度とした。音響検出器と被検体保持板の間には音響波伝播媒質を設置する。音源は、音源は直径１ｍｍの円であり、両方の音響検出器から等しい距離で被検体保持板と被検体の界面から１０ｍｍ離れた場所に設置した。音波の伝播速度は音響波伝播媒質において１５００（ｍ／ｓ）、被検体保持板中において２２００（ｍ／ｓ）、被検体中において１５００（ｍ／ｓ）とした。密度は音響波伝播媒質を１（ｇ／ｃｍ３）、被検体保持板を０．８３（ｇ／ｃｍ３）、被検体を１（ｇ／ｃｍ３）とした。
【００６９】
以上の体系においてシミュレーションを行い、得られた音圧分布を図１３（ｂ）に示す。比較例と同様に音響波伝播媒質の中に音響の干渉による像が現れているが、実際には被検体のみに注目し、被検体の中だけを結果として得る。被検体中央に示された濃い部分が、バックプロジェクションによって得られた音源である。
【００７０】
音源はどちらも直径１ｍｍの円であるが、音源の像の横向きの大きさについて比較すると、平面型では約２ｍｍあるのに対し、本発明では横分解能が向上し約１ｍｍで見えていることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
４ 音響検出器
７ 電気信号処理装置
８ データ処理装置
１１ 有効受信範囲
１２ 重畳領域
１５ 被検体保持板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射された被検体から発生する音響波を受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、
前記音響検出手段が、第１の測定位置および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて、被検体の画像データを生成する処理装置と、を有し、
第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲と第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように、前記音響検出手段が配置される測定装置。
【請求項２】
前記音響検出手段は、前記第１の測定位置に配置される第１の検出器および前記第２の測定位置に配置される第２の検出器を含んでいる
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記音響検出手段は検出器を１つ含んでおり、
前記検出器は、前記第１の測定位置および前記第２の測定位置において音響波を受信する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記被検体と前記音響波検出手段との間に部材を有し、
前記音響検出手段の検出面と前記部材のなす角度をθ１、前記音響検出手段の指向角をθ２、前記被検体の内部で発生した音響波が前記被検体と前記部材との界面で全反射する角度をθ３とした場合、次の式を満たす
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の測定装置。
【数１】
【請求項５】
前記被検体と前記音響波検出手段との間に、前記被検体を保持する保持部材を有する
請求項１ないし４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記被検体と前記音響検出手段との間に、音響整合を図るための音響波伝播媒体を有する
請求項１ないし５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第１の測定位置および前記第２の測定位置は、前記被検体に対して前記部材を介して同じ側に配置される
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲の中心軸と、前記第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲の中心軸は、前記法線に対して線対称となる
請求項４ないし７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記音響検出手段は、前記重畳領域が前記部材と前記被検体との界面の法線の方向において前記被検体より厚い重畳領域となるように、配置される
請求項４ないし８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記被検体を両側から保持する２つの保持部材を有し、
第１の測定位置および第２の測定位置は、前記２つの部材のそれぞれに配置される
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記音響検出手段を走査する走査制御装置をさらに有する
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記音響検出手段を走査する走査制御装置をさらに有し、
前記音響検出手段は、前記第１の測定位置に配置される第１の検出器および前記第２の測定位置に配置される第２の検出器を含み、
前記走査制御装置は、前記第１の検出器と前記第２の検出器との相対的配置を変えないように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を走査する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記処理装置は、第１の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号、および、第２の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号の両方を用いて、被検体の画像データを生成する
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記処理装置は、第１の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号を用いて第１の画像データを生成し、かつ、第２の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号を用いて第２の画像データを生成し、前記第１の画像データおよび前記第２の画像データを用いて被検体の画像データを生成する
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１】
光を照射された被検体から発生する音響波を受信し電気信号に変換する検出器を少なくとも１つ含む音響検出手段と、
前記音響検出手段が、第１の測定位置および第２の測定位置にて受信した音響波に基づく電気信号を用いて、被検体の画像データを生成する処理装置と、を有し、
第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲と第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲が被検体内で重なる重畳領域を形成するように、前記音響検出手段が配置される測定装置。
【請求項２】
前記音響検出手段は、前記第１の測定位置に配置される第１の検出器および前記第２の測定位置に配置される第２の検出器を含んでいる
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記音響検出手段は検出器を１つ含んでおり、
前記検出器は、前記第１の測定位置および前記第２の測定位置において音響波を受信する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記被検体と前記音響波検出手段との間に部材を有し、
前記音響検出手段の検出面と前記部材のなす角度をθ１、前記音響検出手段の指向角をθ２、前記被検体の内部で発生した音響波が前記被検体と前記部材との界面で全反射する角度をθ３とした場合、次の式を満たす
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の測定装置。
【数１】
【請求項５】
前記被検体と前記音響波検出手段との間に、前記被検体を保持する保持部材を有する
請求項１ないし４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記被検体と前記音響検出手段との間に、音響整合を図るための音響波伝播媒体を有する
請求項１ないし５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記第１の測定位置および前記第２の測定位置は、前記被検体に対して前記部材を介して同じ側に配置される
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記第１の測定位置における前記検出器の有効受信範囲の中心軸と、前記第２の測定位置における前記検出器の有効受信範囲の中心軸は、前記法線に対して線対称となる
請求項４ないし７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記音響検出手段は、前記重畳領域が前記部材と前記被検体との界面の法線の方向において前記被検体より厚い重畳領域となるように、配置される
請求項４ないし８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記被検体を両側から保持する２つの保持部材を有し、
第１の測定位置および第２の測定位置は、前記２つの部材のそれぞれに配置される
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記音響検出手段を走査する走査制御装置をさらに有する
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記音響検出手段を走査する走査制御装置をさらに有し、
前記音響検出手段は、前記第１の測定位置に配置される第１の検出器および前記第２の測定位置に配置される第２の検出器を含み、
前記走査制御装置は、前記第１の検出器と前記第２の検出器との相対的配置を変えないように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を走査する
請求項１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記処理装置は、第１の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号、および、第２の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号の両方を用いて、被検体の画像データを生成する
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記処理装置は、第１の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号を用いて第１の画像データを生成し、かつ、第２の測定位置で検出された音響波から変換された電気信号を用いて第２の画像データを生成し、前記第１の画像データおよび前記第２の画像データを用いて被検体の画像データを生成する
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２３５６７（Ｐ２０１２−２２３５６７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８８６６７（Ｐ２０１２−８８６６７）
【出願日】平成２４年４月９日（２０１２．４．９）
【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２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月９日（２０１２．４．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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