被検体情報取得装置
【課題】複数の波長の光を用いて光音響信号を取得する被検体情報取得装置において、被検体の動きによる誤差の影響を抑制することを可能とする技術を提供する。
【解決手段】複数の波長のパルス光を照射する光源部と、パルス光の波長を切り替える波長制御部と、パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、走査範囲のうちの各受信位置において探触子から出力される、複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部を有し、波長制御部は、探触子が、複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を各受信位置で受信しながら走査範囲の全体を走査する前に、パルス光の波長を切り替える被検体情報取得装置を用いる。
【解決手段】複数の波長のパルス光を照射する光源部と、パルス光の波長を切り替える波長制御部と、パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、走査範囲のうちの各受信位置において探触子から出力される、複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部を有し、波長制御部は、探触子が、複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を各受信位置で受信しながら走査範囲の全体を走査する前に、パルス光の波長を切り替える被検体情報取得装置を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、乳がんの発見、診断のための有力な画像診断装置としてＸ線マンモグラフィー装置が知られている。また近年、光エネルギーを被検体内に送信し、光エネルギーの吸収によって熱膨張した結果生じた光音響信号を受信し、その光音響信号に基づいて被検体内を画像化する手法が注目されている。光音響信号は超音波等の音響波であり、特に光音響波とも呼ばれる。
光音響信号を受信し処理するためには、光音響信号を受信し、電気信号に変換することが望ましい。そのため圧電素子や半導体技術を用いて作製されたＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの変換素子を用い、光音響信号を電気信号に変換するのが一般的である。実際にはこのような変換素子を複数配置した探触子を用いることが多い。
【０００３】
しかしながら、乳房全体の光音響信号を同時に取得できるだけのサイズを有する探触子を製造することはそのコストや歩留まりの点において困難である。このため、例えば特許文献１では、光音響信号を受信するための超音波探触子を機械的に自動走査して広い検査領域の３次元画像を再構成する超音波診断装置が記載されている。
【０００４】
一方、複数の波長の光を照射し得られた光音響信号を用いて、光吸収スペクトルが異なる物質の存在比率を算出する技術が研究されている。
【０００５】
例えば非特許文献１では、血液中に存在する酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで光吸収スペクトルが異なる点に注目し、複数の波長を用いることで血液中の酸素飽和度などを算出する手法が記載されている。
ある位置における、波長λ１、λ２に対する吸収係数（μａλ１、μａλ２）を用いると、酸素飽和度（ＳＯ２）は以下の式（１）により算出できる。
【数１】
ここで、［ＨｂＯ２］は酸化ヘモグロビン濃度、［Ｈｂ］は還元ヘモグロビン濃度である。εＨｂλ１、εＨｂλ２はそれぞれ波長λ１、λ２における還元ヘモグロビンのモル吸収係数、ΔεＨｂλ１、ΔεＨｂλ２はそれぞれ波長λ１、λ２における酸化ヘモグロビンのモル吸収係数から還元ヘモグロビンのモル吸収係数を引いた値である。
【０００６】
また、特許文献２では、２種類の波長を照射することで血液中のグルコース濃度などを測定する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４４８１８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９５１０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Journal of Biomedical Optics 14(5), 054007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、探触子を機械的に走査し、ある被検体の観察領域に複数の波長を照射して、それぞれに対応する光音響信号を取得する場合、走査中に生じる被検体の動きが課題となる。
一般的なマンモグラフィーで用いられるパネルと同等の広さ（２４０ｍｍ×１８０ｍｍ）で光音響信号を取得する場合の撮像時間（音響波の受信時間）を考える。例として、素子サイズが２ｍｍ平方、受信ＣＨ数を５００ＣＨ、光照射の繰り返し周波数を１０Ｈｚとし、受信信号のＳＮ比を向上させるために２５６回の測定から平均を算出するものとする。このとき、単純計算で１波長分の光音響信号を取得するのに（２４０×１８０×２５６）÷（２×２×５００×１０）＝５５２．９６（秒）、すなわち、約９分の撮像時間が必要となる。
【００１０】
先ほど述べたように、例えば酸素飽和度を算出する際には、注目した点における複数の波長に対する吸収係数を用いる。しかしながら、波長λ１で注目点の光音響信号を取得した時点と波長λ２で注目点の光音響信号を取得した時点とで、約９分の時間差が存在する場合、被検体、特に生体などは位置のずれが生じる可能性が高い。
ある注目点における酸素飽和度などを算出する際は、その注目点における波長λ１、波長λ２の吸収係数を用いる必要がある。前述したように波長λ１のデータ取得時点（音響波の受信時点）と波長λ２のデータ取得時点（音響波の受信時点）との間の時間差によって位置ずれが生じていた場合、結果的に違う位置における吸収係数を用いて酸素飽和度を算出することになってしまう。すると、算出結果に誤差が生じ、信頼性や精度が損なわれる可能性がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の波長の光を用いて光音響信号を取得する被検体情報取得装置において、被検体の動きによる誤差の影響を抑制することを可能とする技術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】
【００１２】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、複数の波長のパルス光を照射する光源部と、前記パルス光の波長を切り替える波長制御部と、前記パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、前記探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、前記走査範囲のうちの各受信位置において前記探触子から出力される、前記複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部と、を有し、前記波長制御部は、前記探触子が、前記複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を前記各受信位置で受信しながら前記走査範囲の全体を走査する前に、前記パルス光の波長を切り替えることを特徴とする被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の波長の光を用いて光音響信号を取得する被検体情報取得装置において、被検体の動きによる誤差の影響を抑制することを可能とする技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の波長によるデータ取得に関する概念を模式的に示した図。
【図２】本発明を適用しない探触子の移動を模式的に示した図。
【図３】本発明を適用しないデータ取得のタイムチャート。
【図４】本発明の探触子の移動を模式的に示した図。
【図５】本発明のデータ取得のタイムチャート。
【図６】第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図７】第１の実施形態にかかるシステム概略図。
【図８】第２の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図９】第２の実施形態にかかる探触子の移動を模式的に示した図。
【図１０】第２の実施形態にかかるデータ取得のタイムチャート。
【図１１】第３の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図１２】第３の実施形態にかかる探触子の移動を模式的に示した図。
【図１３】第３の実施形態にかかるデータ取得のタイムチャート。
【図１４】本発明のデータ取得の範囲を模式的に示した図。
【図１５】本発明のデータ取得のタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生し、被検体内を伝播した音響波（典型的には超音波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。光音響効果により発生した音響波は光音響波とも呼ばれる。被検体情報としては、音響波の受信信号から導かれる、音響波の初期音圧、光エネルギー吸収密度、吸収係数、被検体内の組織を構成する物質の濃度等を反映した情報等が挙げられる。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やオキシ・デオキシヘモグロビン濃度、グルコース濃度などである。また、被検体情報は、数値データとして取得してもよく、被検体内の各位置（各注目点）の分布情報を示す画像データとして取得しても良い。つまり、被検体内の酸素飽和度分布等を反映した分布情報を示す画像データとして取得しても良い。
【００１６】
本発明の光音響信号取得動作に関する概要を図１４と図１５とを用いて説明する。
図１４は本発明のデータ取得の範囲について模式的に示した図である。本発明において、「データ取得範囲」とは、探触子が音響波を受信する複数の受信位置を含み、探触子が複数の音響波を受信するために走査する所定の走査範囲を示す。この所定のデータ取得範囲は、あらかじめ決まった範囲でもよく、ユーザによって毎回指定された範囲でもよい。探触子がこのデータ取得範囲内を走査しながら音響波を受信することで、被検体内の酸素飽和度分布等の３次元の被検体情報を画像データとして取得することができる。データ取得範囲１０５の中を探触子１０１が移動し光音響波を受信してゆく。なお、以下の記載では、探触子が検出するかかる光音響波のことを、光音響信号と呼ぶ。
【００１７】
ここで例えば２つの異なる波長λ１、λ２を有するパルス光に対する光音響信号を、データ取得範囲１０５に渡って取得する場合を考える。本発明を適用しない場合、まず波長λ１のパルス光に対する光音響信号をデータ取得範囲１０５全域で取得し、波長を切り替えた後、波長λ２のパルス光に対する光音響信号をデータ取得範囲１０５全域に渡って取得する動作を想定する。その動作は図１５（ａ）で示したように、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する時間５０１と、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する時間５０２で構成される。探触子１０１をデータ取得範囲１０５全域に渡って走査するのに必要な時間をＴとすると、全体では２Ｔの時間が必要となる。また、異なる波長に対する光音響信号を取得した時間差を見ると、平均でＴだけの時間差があることが分かる。
【００１８】
次に本発明を適用した場合のデータ取得を説明する。データ取得範囲１０５を部分領域である部分データ取得範囲４００Ａ、部分データ取得範囲４００Ｂに分割する。データ取得の順は、図１５（ｂ）に示した通りである。すなわち、まず、波長λ１（第一の波長）のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０１Ａ）、波長
を切り替え、波長λ２（第二の波長）のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０２Ａ）する。次いで、波長を再度切り替え、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０１Ｂ）、波長を切り替え、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０２Ｂ）と進める。探触子１０１をデータ取得範囲１０５全域に渡って走査するのに必要な時間をＴとすると、先ほどと同様、全体では２Ｔの時間が必要となる。しかし、異なる波長に対する光音響信号を取得した時間差を見ると、平均でＴ／２だけの時間差になることが分かる。
つまり、ふたつの波長のうち、一つの波長のパルス光の照射によって得られる光音響信号をデータ取得範囲１０５全域に渡って取得する前に、波長を切り替え、その波長による光音響信号を取得する。これは、一つの波長のパルス光に対応する音響波を各受信位置で受信しながらデータ取得範囲（走査範囲）の全体を走査し終える前に、パルス光の波長を切り替えることを意味する。これにより、異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。なお、この場合は３回波長切り替えを実施している。
【００１９】
また、図１５（ｃ）に示すような場合もある。すなわち、まず、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０１Ａ）、波長を切り替え、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０２Ａ）する。次いで、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０２Ｂ）、波長を切り替え、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０１Ｂ）と進めた場合である。この場合も、同様に異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。なお、この場合は２回波長切り替えを実施している。
【００２０】
本発明を適用してＮ種類の異なる波長で光音響信号を取得する場合、データ取得領域全域をＭ個の部分データ取得範囲（部分領域）に分割すると（Ｍ≧２）、波長切り替えの回数の最小値は（Ｎ−１）×Ｍ回となる。先ほどの例では２種類の波長を用いて、２つの部分データ取得範囲に分割したので（２−１）×２＝２が最小の回数となる。
なお、本発明を適用せず、データ取得範囲全域を一つの波長で走査してから波長を切り替える場合の波長切り替え回数（Ｎ−１）回となる。
つまり、Ｎ種類の異なる波長のパルス光の照射によって、データ取得範囲内の全受信位置でデータ（音響波）を全て取得する前に、波長を（Ｎ−1）×Ｍ回切り替えることで、
異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差を抑えることができる。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、図面を用いて本発明による生体情報処理装置の実施形態を詳細に説明する。
まず、本実施形態におけるシステムの概略と動作とを説明し、その後、データ取得動作について述べる。
【００２２】
図６は本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は被検体が圧迫される方向に対して垂直な方向から装置を見た断面図であり、図６（ｃ）は被検体が圧迫される方向から保持板を見た平面図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を２枚の保持板１０３（１０３ａ、１０３ｂ）で挟み保持する。保持板１０３ａの乳房１０４とは反対側の面には、探触子１０１が設置される。保持板１０３ｂの乳房１０４とは反対側の面には、光照射ユニット１０２が設置される。図６（ａ）から図６（ｂ）への変化に示すように、これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲１０５内を移動する。
【００２３】
なお、被検体は本発明の被検体情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。人や動物の悪性腫瘍や血管疾患、血糖値などの診断や化学治療の経過観察などを目的とする被検体情報取得装置であれば、被検体としては乳房の他に、人体や動物の指、手足などの部位が想定される。
【００２４】
図７は本実施形態のシステム概略を示す図である。レーザー光源部２０４は、システム制御部２０１からのタイミング制御信号とレーザー波長制御部２１０からの波長制御信号とに従って、近赤外に近い波長（典型的には７００ｎｍから１１００ｎｍ程度）のパルス光（典型的には１００ｎｓｅｃ以下）を発生させる。このパルス光は光伝送路によって伝送された後、光照射ユニット１０２から、保持板１０３を透過して被検体（不図示）に照射される。すると、被検体内の光吸収体がパルス光を吸収して音響波が発生する。本発明において光とは、可視光線や赤外線を含む電磁波を示す。測定対象とする成分により特定の波長を選択すると良い。レーザー波長制御部は本発明の波長制御部であり、レーザー光源部は本発明の光源部である。
【００２５】
探触子１０１は、複数の変換素子を有しており、この変換素子で保持板１０３を通過した音響波を受信し、電気信号（受信信号）に変換する。受信回路系２０５は、探触子１０１から出力された受信信号にサンプリング処理や増幅処理を施し、デジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する。
走査制御部２１１は、システム制御部２０１から指示されたデータ取得範囲情報を用いて、探触子走査機構２０２および照射系走査機構２０３を制御し、探触子１０１と光照射ユニット１０２を移動させる。そして、上述の光照射と光音響信号の受信とを繰り返し行わせる。
【００２６】
再構成ブロック２０６は、システム制御部２０１から入力される探触子位置などの情報と、受信回路系２０５から入力されたデジタル信号とを用いて、画像再構成処理をする。この画像再構成とは、たとえば下の式（２）で表されるＦＢＰ（Filtered Back Projection）などを用いて被検体内部の光音響波の初期音圧分布ｐ（ｒ）を算出する処理である。
【数２】
ここで、ｄＳｏは検出器のサイズ、Ｓｏは再構成に用いた開口のサイズ、ｐｄ（ｒｏ，ｔ）はそれぞれの変換素子で受信された信号、ｒｏはそれぞれの変換素子の位置を、ｔは受信時間を示す。
【００２７】
再構成データ保持部２０７は、異なる波長によって再構成された初期音圧分布を波長ごとに保持する。
多波長合成部２０８は、再構成データ保持部２０７から異なる波長によって再構成された初期音圧分布データを受け取り、演算することでたとえば酸素飽和度などの被検体情報を算出する。異なる複数の波長を適切に制御することで、グルコース濃度も算出し得る。画像表示部２０９は、システム制御部２０１からの制御によって画像を表示する。表示される画像には例えば、１波長で取得された光音響信号から算出された初期音圧分布や吸収係数分布を示す画像や、多波長合成部２０８で算出された酸素飽和度などがある。
再構成ブロックから多波長合成部までが行う処理は、本発明の情報処理部の行う処理に相当するものである。
【００２８】
次に複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
まず、データ取得に関する概念を模式的に示したのが図１である。この図を用いて複数の波長による光音響信号を取得する動作について説明する。
複数の変換素子を有する探触子１０１が移動することで、データ取得範囲１０５内の各位置でデータ（音響波）を取得する。この際に探触子は、複数回の主走査方向の移動と副走査方向の移動をすることで、データ取得範囲の中を移動する。探触子の移動をラスタースキャンと見た場合、主走査方向とは走査線に沿った移動方向であり、探触子が、音響波を各受信位置で受信しながら移動する方向である。副走査方向とは走査線間の移動方向であり、主走査方向と交差（典型的には直交）する方向である。１回の主走査方向の移動によって取得される部分データ取得範囲をそれぞれ、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄとする。本実施形態においては、複数の部分データ取得範囲は、走査範囲であるデータ取得範囲が、副走査方向に複数に分割された領域を示す。また、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄは、それぞれ、探触子をデータ取得範囲において主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応する領域である。
【００２９】
異なる２つの波長を有するパルス光の照射による光音響信号を、データ取得範囲１０５に渡ってそれぞれ取得することを考える。例えば２つの波長それぞれ（λ１、λ２とする）で照射された光音響信号を取得する場合、４つの部分データ取得範囲それぞれに対して２種類の波長で照射した光音響信号を取得する必要がある。
【００３０】
比較対象として、本発明を適用しない場合の動作を、図２を参照して説明する。
最初に、波長λ１のパルス光を照射しながらデータ取得範囲１０５内を移動してデータ（音響波）を取得する（実線の矢印）。そこでパルス光の波長をλ２に切り替え、再度データ取得範囲１０５を移動する（破線の矢印）。
【００３１】
このような移動を実施した場合の部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートが図３である。図中λ１の記載がある軸上にある、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（３０１）の表記はそれぞれ波長λ１のパルス光で照射した、部分データ取得範囲（１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の光音響信号を取得したタイミングを示している。また、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（３０２）の表記はそれぞれ波長λ２のパルス光で照射した、部分データ取得範囲（１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の光音響信号を取得したタイミングを示している。上述した移動方法は、異なる２種の波長のうちひとつの波長のパルス光による照射によって、データ取得範囲１０５内から光音響信号を全て取得している。
このような探触子走査を行った場合、同じ部分データ取得範囲（例えば１１０Ａ）に関する、波長λ１と波長λ２に関する光音響信号の取得間隔はｔ１で示される長さとなる。
【００３２】
図４は、本発明を適用した場合のデータ取得動作である。
まず、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源２０４に波長制御信号を送り、波長をλ１に設定する。システム制御部２０１からレーザー照射のタイミング制御信号を送信することで、レーザー光源部２０４は波長λ１のパルス光を発生する。走査制御部２１１からの制御信号により探触子１０１、光照射ユニット１０２を主走査方向に移動する。このようにして、波長λ１のパルス光に対する部分データ取得範囲１１０Ａの光音響信号を取得してゆく（１１０Ａの実線の矢印）。続いて、探触子１０１、光照射ユニット１０２を副走査方向に移動して部分データ取得範囲１１０Ｂに移動させる。そして部分データ取得範囲１１０Ｂの中で主走査方向に移動させつつ、光照射とデータ取得を行う（１１０Ｂの実線の矢印）。こうして、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂのデータが取得される。
【００３３】
続いて、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源２０４に波長制御信号を送り、波長をλ２に設定する。その後、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１
０Ｄの波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する（１１０Ａ〜１１０Ｄにおける破線の矢印）。
続いて、再度、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源部２０４に波長制御信号を送り、波長をλ１に設定する。その後部分データ取得範囲１１０Ｃ，１１０Ｄの波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する。
【００３４】
このような移動を実施した場合の部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートが図５である。λ１の軸とλ２の軸との間の２本の点線において波長切り替えを実施している、つまり２回の波長切り替えを行っていることになる。つまり、走査範囲のうちの各受信位置において、探触子からは、複数の波長のパルス光にそれぞれ対応する複数の電気信号が出力される。
本実施形態における探触子走査は、異なる２種の波長のうちひとつの波長（例えばλ１）のパルス光による照射によって、データ取得範囲１０５内から光音響信号を全て取得する前に、パルス光の波長を切り替えている。また、複数回の主走査方向の移動（８回）のうち２回目の主走査方向の移動、ならびに６回目の主走査方向の移動が終了した時点で、レーザー光源部２０４から発生するパルス光の波長を切り替えている。
【００３５】
本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１と波長λ２に関する光音響信号の取得間隔はｔ２で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、前述したように、データ取得範囲１０５全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて短い。本実施形態ではｔ２はｔ１の半分の長さとなる。
そのため、本実施形態によれば、時間経過に伴う被検体の動きによる誤差を抑えることができる。そのため２つの波長（λ１、λ２）に夫々対応する受信信号を用いて酸素飽和度などを算出した際に、位置ずれによる誤差を抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。なお、本実施形態では、２つの波長に対応する２つの初期音圧分布をあらかじめ求めた後、酸素飽和度分布を求めたが、初期音圧分布を求めずに、音響波を受信した際に探触子から出力される電気信号（受信信号）を用いて酸素飽和度等を求めることもできる。
【００３６】
また、本実施形態では１回の主走査方向の移動で部分データ取得範囲のデータ取得を終了したが、必要な信号ＳＮ比を得るために、同じ波長のパルス光を照射したまま主走査方向に複数回移動をしても構わない。例えば主走査方向に１往復してから副走査方向に移動する制御をおこなっても、本発明の効果は同様に得られる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図８（ａ）は被検体が圧迫される方向に対して垂直な方向から装置を見た断面図であり、図８（ｂ）は被検体が圧迫される方向から保持板を見た平面図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を２枚の保持板１０３（１０３ａ、１０３ｂ）で挟み保持する。保持板１０３ａの乳房１０４とは反対側の面には、探触子１０１が設置される。保持板１０３ｂの乳房１０４と反対側の面には、光照射ユニット１０２が設置される。これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲１０５のデータを取得するように移動する。
【００３８】
探触子１０１は被検体内の仮想的な軸８０３を中心とした円周方向８０１を主走査方向、主走査方向に略垂直な方向８０２を副走査方向として移動する。
また保持板１０３を透過する音響波を受信するため、探触子１０１と保持板１０３との間は超音波を伝達する媒質（例えば水やひまし油など）を充てんする。
【００３９】
システム概略ならびにデータ処理の流れは第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
図９は本実施形態で行うデータ取得動作である。先ほど述べたように主走査方向は仮想的な軸８０３を中心とした円周方向であるが、ここでは説明のため、円周方向を平面に展開した２次元的な図面で説明を行う。
【００４０】
本実施形態では異なる３つの波長を用いた場合について述べる。
まず波長をλ１に設定し、探触子１０１を主走査方向に移動することで部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する（実線の矢印）。次に波長λ２に切り替えた後、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する（破線の矢印）。さらに、波長λ３に切り替えた後、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ３のパルス光に対する光音響信号を取得する（一点鎖線の矢印）。この後副走査方向に移動し、部分データ取得範囲１１０Ｂのデータを取得する。この動作を繰り返し部分データ取得範囲１１０Ｄまでのデータを取得する。
このように、副走査方向に移動する前に複数回（少なくとも２回、本実施形態の場合は３回）の主走査方向の移動を行い、その中のいずれか一つの主走査方向の移動が終了した時点で波長を変更する制御を行う。
【００４１】
図１０は本実施形態における、部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートである。本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１と波長λ３に関する光音響信号の取得間隔はｔ３で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、データ取得範囲１０５全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２、波長λ３のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて大幅に短縮される。本実施形態においては、本発明を適用しない場合に比べて時間差が1/4に短縮される。
【００４２】
本実施形態によれば、副走査方向に移動する前に波長切り替えと主走査方向の移動を複数回行うため、同じ部分データ取得範囲の異なる波長に対する光音響信号の取得間隔をさらに短くできる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差をさらに抑えることができる。
そのため複数の波長（λ１、λ２、λ３）によって取得された光音響信号から再構成されたデータを用い、さらに酸素飽和度などを多波長合成部において算出した際に、位置ずれによる誤差をより抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態では仮想的な軸を中心とした円周方向に主走査方向を規定したが、第１の実施形態の空間配置のように２次元的に探触子を走査した場合にも本発明の効果を得ることが出来る。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図１１（ａ）は下垂する被検体を上から見た図であり、図１１（ｂ）は下垂する被験体を横から見た図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を下垂する。被検体１０４をはさんで対向する位置に、探触子１０１、光照射ユニット１０２を設置する。これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲のデータを取得するように移動する。
【００４５】
探触子１０１は被検体内の仮想的な軸８０３を中心とした円周方向８０１を主走査方向、主走査方向に略垂直な方向８０２を副走査方向として移動する。本実施形態ではデータ取得範囲は仮想的な軸８０３に対して探触子１０１が３６０度回転した面を副走査方向に移動させた範囲となる。
また被検体１０４内で発生する光音響波を受信するため、探触子１０１と被検体１０４との間は超音波を伝達する媒質（例えば水やひまし油など）を充てんする。
【００４６】
システム概略ならびにデータ処理の流れは第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
図１２は本実施形態で行うデータ取得動作である。先ほど述べたように主走査方向は仮想的な軸８０３を中心とした円周方向であるが、ここでは説明のため、円周方向を平面に展開した２次元的な図面で説明を行う。つまり図１２のデータ取得範囲１０５の右端と左端とは空間的につながっている。
【００４７】
まず、探触子１０１を仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転させる（中抜き矢印１５０Ａ）。この主走査方向の移動を行う間に、波長を切り替える。本実施形態では波長の切り替えを１パルスごとに行う。つまり、λ１、λ２、λ１、λ２…と切り替える。高速でレーザー光源部で発生するパルス光の波長を変更するため、２台のレーザーを交互に用いても構わない。
このような動作を行うことで、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光と波長λ２のパルス光とに対する光音響信号を取得できる。探触子１０１が仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転した時点で副走査方向に移動させ、再度仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転する（中抜き矢印１５０Ｂ）ことで部分データ取得範囲１１０Ｂのデータを取得する。部分データ取得範囲１１０Ｃ、１１０Ｄについても同様にデータ取得を行う。
このように主走査方向の移動を行う間に、レーザー光源部から発生するパルス光の波長を切り替える制御を行い、データ取得範囲のデータを取得する。
【００４８】
図１３は本実施形態における、照射波長のタイムチャートである。１パルスごとの波長切り替えを行い、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光と波長２のパルス光とに対する光音響信号を取得している期間を模式的に表したのが１６０Ａの範囲である。また部分データ取得範囲１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄにはそれぞれ１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄの範囲が対応する。
【００４９】
本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲の波長λ１と波長λ２とに対する光音響信号の取得間隔はｔ４で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、データ取得範囲全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて大幅に短縮される。
【００５０】
本実施形態によれば、主走査方向の移動を行う間に波長切り替えを行うため、同じ部分データ取得範囲の異なる波長に対する光音響信号の取得間隔をさらに短くできる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差をさらに抑えることができる。
そのため複数の波長（λ１、λ２）によって取得された光音響信号から再構成されたデータを用い、さらに酸素飽和度などを多波長合成部において算出した際に、位置ずれによる誤差をより抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。
【００５１】
なお、本実施形態では、探触子を連続的に主走査方向に移動させつつ波長の切り替えと光音響信号の取得を行っている。つまり主走査方向の移動においては、探触子は各受信位置で停止せず、ほぼ等速移動している。そのため、図１３に見られるように、波長λ１の光を照射したときの光音響信号の取得位置（受信位置）と、波長λ２の光を照射したときの取得位置とは、厳密には一致しない。しかし、パルス光の周波数が十分高ければ、取得位置の位置ずれはほとんど無いものと考えて処理を進めることができる。また、個々のパルス光に対応する光音響信号取得位置にずれがあっても、再構成ブロック２０６においては部分データ取得範囲内の一定の領域の画像データを算出するので、同じ位置に対する画像再構成を行うことができる。
あるいは、探触子を被検体上の位置でいったん停止して波長λ１およびλ２の光を用いた光音響信号の受信を行ってから、次の位置に移動するようにしても良い。この場合、被検体に対して同じ受信位置で、ほとんど時間のずれが無い光音響信号を取得することができる。
【００５２】
また、本実施形態では仮想的な軸を中心とした円周方向に主走査方向を規定したが、第１の実施形態の空間配置のように２次元的に探触子を走査した場合にも本発明の効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００５３】
１０１：探触子、１０２：光照射ユニット、１０５：データ取得範囲、１１０Ａ〜１１０Ｄ：部分データ取得範囲、２０１：システム制御部、２０２：探触子走査機構、２０４：レーザー光源部、２０５：受信回路系、２０６：再構成ブロック、２０７：再構成データ保持部、２０８：多波長合成部、２１０：レーザー波長制御部、２１１：走査制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、乳がんの発見、診断のための有力な画像診断装置としてＸ線マンモグラフィー装置が知られている。また近年、光エネルギーを被検体内に送信し、光エネルギーの吸収によって熱膨張した結果生じた光音響信号を受信し、その光音響信号に基づいて被検体内を画像化する手法が注目されている。光音響信号は超音波等の音響波であり、特に光音響波とも呼ばれる。
光音響信号を受信し処理するためには、光音響信号を受信し、電気信号に変換することが望ましい。そのため圧電素子や半導体技術を用いて作製されたＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）などの変換素子を用い、光音響信号を電気信号に変換するのが一般的である。実際にはこのような変換素子を複数配置した探触子を用いることが多い。
【０００３】
しかしながら、乳房全体の光音響信号を同時に取得できるだけのサイズを有する探触子を製造することはそのコストや歩留まりの点において困難である。このため、例えば特許文献１では、光音響信号を受信するための超音波探触子を機械的に自動走査して広い検査領域の３次元画像を再構成する超音波診断装置が記載されている。
【０００４】
一方、複数の波長の光を照射し得られた光音響信号を用いて、光吸収スペクトルが異なる物質の存在比率を算出する技術が研究されている。
【０００５】
例えば非特許文献１では、血液中に存在する酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで光吸収スペクトルが異なる点に注目し、複数の波長を用いることで血液中の酸素飽和度などを算出する手法が記載されている。
ある位置における、波長λ１、λ２に対する吸収係数（μａλ１、μａλ２）を用いると、酸素飽和度（ＳＯ２）は以下の式（１）により算出できる。
【数１】
ここで、［ＨｂＯ２］は酸化ヘモグロビン濃度、［Ｈｂ］は還元ヘモグロビン濃度である。εＨｂλ１、εＨｂλ２はそれぞれ波長λ１、λ２における還元ヘモグロビンのモル吸収係数、ΔεＨｂλ１、ΔεＨｂλ２はそれぞれ波長λ１、λ２における酸化ヘモグロビンのモル吸収係数から還元ヘモグロビンのモル吸収係数を引いた値である。
【０００６】
また、特許文献２では、２種類の波長を照射することで血液中のグルコース濃度などを測定する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４４８１８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９５１０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Journal of Biomedical Optics 14(5), 054007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、探触子を機械的に走査し、ある被検体の観察領域に複数の波長を照射して、それぞれに対応する光音響信号を取得する場合、走査中に生じる被検体の動きが課題となる。
一般的なマンモグラフィーで用いられるパネルと同等の広さ（２４０ｍｍ×１８０ｍｍ）で光音響信号を取得する場合の撮像時間（音響波の受信時間）を考える。例として、素子サイズが２ｍｍ平方、受信ＣＨ数を５００ＣＨ、光照射の繰り返し周波数を１０Ｈｚとし、受信信号のＳＮ比を向上させるために２５６回の測定から平均を算出するものとする。このとき、単純計算で１波長分の光音響信号を取得するのに（２４０×１８０×２５６）÷（２×２×５００×１０）＝５５２．９６（秒）、すなわち、約９分の撮像時間が必要となる。
【００１０】
先ほど述べたように、例えば酸素飽和度を算出する際には、注目した点における複数の波長に対する吸収係数を用いる。しかしながら、波長λ１で注目点の光音響信号を取得した時点と波長λ２で注目点の光音響信号を取得した時点とで、約９分の時間差が存在する場合、被検体、特に生体などは位置のずれが生じる可能性が高い。
ある注目点における酸素飽和度などを算出する際は、その注目点における波長λ１、波長λ２の吸収係数を用いる必要がある。前述したように波長λ１のデータ取得時点（音響波の受信時点）と波長λ２のデータ取得時点（音響波の受信時点）との間の時間差によって位置ずれが生じていた場合、結果的に違う位置における吸収係数を用いて酸素飽和度を算出することになってしまう。すると、算出結果に誤差が生じ、信頼性や精度が損なわれる可能性がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の波長の光を用いて光音響信号を取得する被検体情報取得装置において、被検体の動きによる誤差の影響を抑制することを可能とする技術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】
【００１２】
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、複数の波長のパルス光を照射する光源部と、前記パルス光の波長を切り替える波長制御部と、前記パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、前記探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、前記走査範囲のうちの各受信位置において前記探触子から出力される、前記複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部と、を有し、前記波長制御部は、前記探触子が、前記複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を前記各受信位置で受信しながら前記走査範囲の全体を走査する前に、前記パルス光の波長を切り替えることを特徴とする被検体情報取得装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の波長の光を用いて光音響信号を取得する被検体情報取得装置において、被検体の動きによる誤差の影響を抑制することを可能とする技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の波長によるデータ取得に関する概念を模式的に示した図。
【図２】本発明を適用しない探触子の移動を模式的に示した図。
【図３】本発明を適用しないデータ取得のタイムチャート。
【図４】本発明の探触子の移動を模式的に示した図。
【図５】本発明のデータ取得のタイムチャート。
【図６】第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図７】第１の実施形態にかかるシステム概略図。
【図８】第２の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図９】第２の実施形態にかかる探触子の移動を模式的に示した図。
【図１０】第２の実施形態にかかるデータ取得のタイムチャート。
【図１１】第３の実施形態にかかる超音波診断装置の構成を示した図。
【図１２】第３の実施形態にかかる探触子の移動を模式的に示した図。
【図１３】第３の実施形態にかかるデータ取得のタイムチャート。
【図１４】本発明のデータ取得の範囲を模式的に示した図。
【図１５】本発明のデータ取得のタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。
本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生し、被検体内を伝播した音響波（典型的には超音波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。光音響効果により発生した音響波は光音響波とも呼ばれる。被検体情報としては、音響波の受信信号から導かれる、音響波の初期音圧、光エネルギー吸収密度、吸収係数、被検体内の組織を構成する物質の濃度等を反映した情報等が挙げられる。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やオキシ・デオキシヘモグロビン濃度、グルコース濃度などである。また、被検体情報は、数値データとして取得してもよく、被検体内の各位置（各注目点）の分布情報を示す画像データとして取得しても良い。つまり、被検体内の酸素飽和度分布等を反映した分布情報を示す画像データとして取得しても良い。
【００１６】
本発明の光音響信号取得動作に関する概要を図１４と図１５とを用いて説明する。
図１４は本発明のデータ取得の範囲について模式的に示した図である。本発明において、「データ取得範囲」とは、探触子が音響波を受信する複数の受信位置を含み、探触子が複数の音響波を受信するために走査する所定の走査範囲を示す。この所定のデータ取得範囲は、あらかじめ決まった範囲でもよく、ユーザによって毎回指定された範囲でもよい。探触子がこのデータ取得範囲内を走査しながら音響波を受信することで、被検体内の酸素飽和度分布等の３次元の被検体情報を画像データとして取得することができる。データ取得範囲１０５の中を探触子１０１が移動し光音響波を受信してゆく。なお、以下の記載では、探触子が検出するかかる光音響波のことを、光音響信号と呼ぶ。
【００１７】
ここで例えば２つの異なる波長λ１、λ２を有するパルス光に対する光音響信号を、データ取得範囲１０５に渡って取得する場合を考える。本発明を適用しない場合、まず波長λ１のパルス光に対する光音響信号をデータ取得範囲１０５全域で取得し、波長を切り替えた後、波長λ２のパルス光に対する光音響信号をデータ取得範囲１０５全域に渡って取得する動作を想定する。その動作は図１５（ａ）で示したように、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する時間５０１と、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する時間５０２で構成される。探触子１０１をデータ取得範囲１０５全域に渡って走査するのに必要な時間をＴとすると、全体では２Ｔの時間が必要となる。また、異なる波長に対する光音響信号を取得した時間差を見ると、平均でＴだけの時間差があることが分かる。
【００１８】
次に本発明を適用した場合のデータ取得を説明する。データ取得範囲１０５を部分領域である部分データ取得範囲４００Ａ、部分データ取得範囲４００Ｂに分割する。データ取得の順は、図１５（ｂ）に示した通りである。すなわち、まず、波長λ１（第一の波長）のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０１Ａ）、波長
を切り替え、波長λ２（第二の波長）のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０２Ａ）する。次いで、波長を再度切り替え、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０１Ｂ）、波長を切り替え、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０２Ｂ）と進める。探触子１０１をデータ取得範囲１０５全域に渡って走査するのに必要な時間をＴとすると、先ほどと同様、全体では２Ｔの時間が必要となる。しかし、異なる波長に対する光音響信号を取得した時間差を見ると、平均でＴ／２だけの時間差になることが分かる。
つまり、ふたつの波長のうち、一つの波長のパルス光の照射によって得られる光音響信号をデータ取得範囲１０５全域に渡って取得する前に、波長を切り替え、その波長による光音響信号を取得する。これは、一つの波長のパルス光に対応する音響波を各受信位置で受信しながらデータ取得範囲（走査範囲）の全体を走査し終える前に、パルス光の波長を切り替えることを意味する。これにより、異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。なお、この場合は３回波長切り替えを実施している。
【００１９】
また、図１５（ｃ）に示すような場合もある。すなわち、まず、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０１Ａ）、波長を切り替え、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ａで取得（５０２Ａ）する。次いで、波長λ２のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０２Ｂ）、波長を切り替え、波長λ１のパルス光に対する光音響信号を部分データ取得範囲４００Ｂで取得（５０１Ｂ）と進めた場合である。この場合も、同様に異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。なお、この場合は２回波長切り替えを実施している。
【００２０】
本発明を適用してＮ種類の異なる波長で光音響信号を取得する場合、データ取得領域全域をＭ個の部分データ取得範囲（部分領域）に分割すると（Ｍ≧２）、波長切り替えの回数の最小値は（Ｎ−１）×Ｍ回となる。先ほどの例では２種類の波長を用いて、２つの部分データ取得範囲に分割したので（２−１）×２＝２が最小の回数となる。
なお、本発明を適用せず、データ取得範囲全域を一つの波長で走査してから波長を切り替える場合の波長切り替え回数（Ｎ−１）回となる。
つまり、Ｎ種類の異なる波長のパルス光の照射によって、データ取得範囲内の全受信位置でデータ（音響波）を全て取得する前に、波長を（Ｎ−1）×Ｍ回切り替えることで、
異なる波長に対する光音響信号を取得する時間差を短縮することができる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差を抑えることができる。
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、図面を用いて本発明による生体情報処理装置の実施形態を詳細に説明する。
まず、本実施形態におけるシステムの概略と動作とを説明し、その後、データ取得動作について述べる。
【００２２】
図６は本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は被検体が圧迫される方向に対して垂直な方向から装置を見た断面図であり、図６（ｃ）は被検体が圧迫される方向から保持板を見た平面図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を２枚の保持板１０３（１０３ａ、１０３ｂ）で挟み保持する。保持板１０３ａの乳房１０４とは反対側の面には、探触子１０１が設置される。保持板１０３ｂの乳房１０４とは反対側の面には、光照射ユニット１０２が設置される。図６（ａ）から図６（ｂ）への変化に示すように、これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲１０５内を移動する。
【００２３】
なお、被検体は本発明の被検体情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。人や動物の悪性腫瘍や血管疾患、血糖値などの診断や化学治療の経過観察などを目的とする被検体情報取得装置であれば、被検体としては乳房の他に、人体や動物の指、手足などの部位が想定される。
【００２４】
図７は本実施形態のシステム概略を示す図である。レーザー光源部２０４は、システム制御部２０１からのタイミング制御信号とレーザー波長制御部２１０からの波長制御信号とに従って、近赤外に近い波長（典型的には７００ｎｍから１１００ｎｍ程度）のパルス光（典型的には１００ｎｓｅｃ以下）を発生させる。このパルス光は光伝送路によって伝送された後、光照射ユニット１０２から、保持板１０３を透過して被検体（不図示）に照射される。すると、被検体内の光吸収体がパルス光を吸収して音響波が発生する。本発明において光とは、可視光線や赤外線を含む電磁波を示す。測定対象とする成分により特定の波長を選択すると良い。レーザー波長制御部は本発明の波長制御部であり、レーザー光源部は本発明の光源部である。
【００２５】
探触子１０１は、複数の変換素子を有しており、この変換素子で保持板１０３を通過した音響波を受信し、電気信号（受信信号）に変換する。受信回路系２０５は、探触子１０１から出力された受信信号にサンプリング処理や増幅処理を施し、デジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する。
走査制御部２１１は、システム制御部２０１から指示されたデータ取得範囲情報を用いて、探触子走査機構２０２および照射系走査機構２０３を制御し、探触子１０１と光照射ユニット１０２を移動させる。そして、上述の光照射と光音響信号の受信とを繰り返し行わせる。
【００２６】
再構成ブロック２０６は、システム制御部２０１から入力される探触子位置などの情報と、受信回路系２０５から入力されたデジタル信号とを用いて、画像再構成処理をする。この画像再構成とは、たとえば下の式（２）で表されるＦＢＰ（Filtered Back Projection）などを用いて被検体内部の光音響波の初期音圧分布ｐ（ｒ）を算出する処理である。
【数２】
ここで、ｄＳｏは検出器のサイズ、Ｓｏは再構成に用いた開口のサイズ、ｐｄ（ｒｏ，ｔ）はそれぞれの変換素子で受信された信号、ｒｏはそれぞれの変換素子の位置を、ｔは受信時間を示す。
【００２７】
再構成データ保持部２０７は、異なる波長によって再構成された初期音圧分布を波長ごとに保持する。
多波長合成部２０８は、再構成データ保持部２０７から異なる波長によって再構成された初期音圧分布データを受け取り、演算することでたとえば酸素飽和度などの被検体情報を算出する。異なる複数の波長を適切に制御することで、グルコース濃度も算出し得る。画像表示部２０９は、システム制御部２０１からの制御によって画像を表示する。表示される画像には例えば、１波長で取得された光音響信号から算出された初期音圧分布や吸収係数分布を示す画像や、多波長合成部２０８で算出された酸素飽和度などがある。
再構成ブロックから多波長合成部までが行う処理は、本発明の情報処理部の行う処理に相当するものである。
【００２８】
次に複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
まず、データ取得に関する概念を模式的に示したのが図１である。この図を用いて複数の波長による光音響信号を取得する動作について説明する。
複数の変換素子を有する探触子１０１が移動することで、データ取得範囲１０５内の各位置でデータ（音響波）を取得する。この際に探触子は、複数回の主走査方向の移動と副走査方向の移動をすることで、データ取得範囲の中を移動する。探触子の移動をラスタースキャンと見た場合、主走査方向とは走査線に沿った移動方向であり、探触子が、音響波を各受信位置で受信しながら移動する方向である。副走査方向とは走査線間の移動方向であり、主走査方向と交差（典型的には直交）する方向である。１回の主走査方向の移動によって取得される部分データ取得範囲をそれぞれ、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄとする。本実施形態においては、複数の部分データ取得範囲は、走査範囲であるデータ取得範囲が、副走査方向に複数に分割された領域を示す。また、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄは、それぞれ、探触子をデータ取得範囲において主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応する領域である。
【００２９】
異なる２つの波長を有するパルス光の照射による光音響信号を、データ取得範囲１０５に渡ってそれぞれ取得することを考える。例えば２つの波長それぞれ（λ１、λ２とする）で照射された光音響信号を取得する場合、４つの部分データ取得範囲それぞれに対して２種類の波長で照射した光音響信号を取得する必要がある。
【００３０】
比較対象として、本発明を適用しない場合の動作を、図２を参照して説明する。
最初に、波長λ１のパルス光を照射しながらデータ取得範囲１０５内を移動してデータ（音響波）を取得する（実線の矢印）。そこでパルス光の波長をλ２に切り替え、再度データ取得範囲１０５を移動する（破線の矢印）。
【００３１】
このような移動を実施した場合の部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートが図３である。図中λ１の記載がある軸上にある、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（３０１）の表記はそれぞれ波長λ１のパルス光で照射した、部分データ取得範囲（１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の光音響信号を取得したタイミングを示している。また、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（３０２）の表記はそれぞれ波長λ２のパルス光で照射した、部分データ取得範囲（１１０Ａ，１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ）の光音響信号を取得したタイミングを示している。上述した移動方法は、異なる２種の波長のうちひとつの波長のパルス光による照射によって、データ取得範囲１０５内から光音響信号を全て取得している。
このような探触子走査を行った場合、同じ部分データ取得範囲（例えば１１０Ａ）に関する、波長λ１と波長λ２に関する光音響信号の取得間隔はｔ１で示される長さとなる。
【００３２】
図４は、本発明を適用した場合のデータ取得動作である。
まず、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源２０４に波長制御信号を送り、波長をλ１に設定する。システム制御部２０１からレーザー照射のタイミング制御信号を送信することで、レーザー光源部２０４は波長λ１のパルス光を発生する。走査制御部２１１からの制御信号により探触子１０１、光照射ユニット１０２を主走査方向に移動する。このようにして、波長λ１のパルス光に対する部分データ取得範囲１１０Ａの光音響信号を取得してゆく（１１０Ａの実線の矢印）。続いて、探触子１０１、光照射ユニット１０２を副走査方向に移動して部分データ取得範囲１１０Ｂに移動させる。そして部分データ取得範囲１１０Ｂの中で主走査方向に移動させつつ、光照射とデータ取得を行う（１１０Ｂの実線の矢印）。こうして、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂのデータが取得される。
【００３３】
続いて、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源２０４に波長制御信号を送り、波長をλ２に設定する。その後、部分データ取得範囲１１０Ａ、１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１
０Ｄの波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する（１１０Ａ〜１１０Ｄにおける破線の矢印）。
続いて、再度、レーザー波長制御部２１０からレーザー光源部２０４に波長制御信号を送り、波長をλ１に設定する。その後部分データ取得範囲１１０Ｃ，１１０Ｄの波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する。
【００３４】
このような移動を実施した場合の部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートが図５である。λ１の軸とλ２の軸との間の２本の点線において波長切り替えを実施している、つまり２回の波長切り替えを行っていることになる。つまり、走査範囲のうちの各受信位置において、探触子からは、複数の波長のパルス光にそれぞれ対応する複数の電気信号が出力される。
本実施形態における探触子走査は、異なる２種の波長のうちひとつの波長（例えばλ１）のパルス光による照射によって、データ取得範囲１０５内から光音響信号を全て取得する前に、パルス光の波長を切り替えている。また、複数回の主走査方向の移動（８回）のうち２回目の主走査方向の移動、ならびに６回目の主走査方向の移動が終了した時点で、レーザー光源部２０４から発生するパルス光の波長を切り替えている。
【００３５】
本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１と波長λ２に関する光音響信号の取得間隔はｔ２で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、前述したように、データ取得範囲１０５全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて短い。本実施形態ではｔ２はｔ１の半分の長さとなる。
そのため、本実施形態によれば、時間経過に伴う被検体の動きによる誤差を抑えることができる。そのため２つの波長（λ１、λ２）に夫々対応する受信信号を用いて酸素飽和度などを算出した際に、位置ずれによる誤差を抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。なお、本実施形態では、２つの波長に対応する２つの初期音圧分布をあらかじめ求めた後、酸素飽和度分布を求めたが、初期音圧分布を求めずに、音響波を受信した際に探触子から出力される電気信号（受信信号）を用いて酸素飽和度等を求めることもできる。
【００３６】
また、本実施形態では１回の主走査方向の移動で部分データ取得範囲のデータ取得を終了したが、必要な信号ＳＮ比を得るために、同じ波長のパルス光を照射したまま主走査方向に複数回移動をしても構わない。例えば主走査方向に１往復してから副走査方向に移動する制御をおこなっても、本発明の効果は同様に得られる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図８は本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図８（ａ）は被検体が圧迫される方向に対して垂直な方向から装置を見た断面図であり、図８（ｂ）は被検体が圧迫される方向から保持板を見た平面図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を２枚の保持板１０３（１０３ａ、１０３ｂ）で挟み保持する。保持板１０３ａの乳房１０４とは反対側の面には、探触子１０１が設置される。保持板１０３ｂの乳房１０４と反対側の面には、光照射ユニット１０２が設置される。これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲１０５のデータを取得するように移動する。
【００３８】
探触子１０１は被検体内の仮想的な軸８０３を中心とした円周方向８０１を主走査方向、主走査方向に略垂直な方向８０２を副走査方向として移動する。
また保持板１０３を透過する音響波を受信するため、探触子１０１と保持板１０３との間は超音波を伝達する媒質（例えば水やひまし油など）を充てんする。
【００３９】
システム概略ならびにデータ処理の流れは第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
図９は本実施形態で行うデータ取得動作である。先ほど述べたように主走査方向は仮想的な軸８０３を中心とした円周方向であるが、ここでは説明のため、円周方向を平面に展開した２次元的な図面で説明を行う。
【００４０】
本実施形態では異なる３つの波長を用いた場合について述べる。
まず波長をλ１に設定し、探触子１０１を主走査方向に移動することで部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光に対する光音響信号を取得する（実線の矢印）。次に波長λ２に切り替えた後、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ２のパルス光に対する光音響信号を取得する（破線の矢印）。さらに、波長λ３に切り替えた後、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ３のパルス光に対する光音響信号を取得する（一点鎖線の矢印）。この後副走査方向に移動し、部分データ取得範囲１１０Ｂのデータを取得する。この動作を繰り返し部分データ取得範囲１１０Ｄまでのデータを取得する。
このように、副走査方向に移動する前に複数回（少なくとも２回、本実施形態の場合は３回）の主走査方向の移動を行い、その中のいずれか一つの主走査方向の移動が終了した時点で波長を変更する制御を行う。
【００４１】
図１０は本実施形態における、部分データ取得範囲と照射波長のタイムチャートである。本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１と波長λ３に関する光音響信号の取得間隔はｔ３で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、データ取得範囲１０５全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２、波長λ３のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて大幅に短縮される。本実施形態においては、本発明を適用しない場合に比べて時間差が1/4に短縮される。
【００４２】
本実施形態によれば、副走査方向に移動する前に波長切り替えと主走査方向の移動を複数回行うため、同じ部分データ取得範囲の異なる波長に対する光音響信号の取得間隔をさらに短くできる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差をさらに抑えることができる。
そのため複数の波長（λ１、λ２、λ３）によって取得された光音響信号から再構成されたデータを用い、さらに酸素飽和度などを多波長合成部において算出した際に、位置ずれによる誤差をより抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態では仮想的な軸を中心とした円周方向に主走査方向を規定したが、第１の実施形態の空間配置のように２次元的に探触子を走査した場合にも本発明の効果を得ることが出来る。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１１は本発明の第３の実施形態にかかる超音波診断装置の、被検体周辺部分の構成を示す図である。図１１（ａ）は下垂する被検体を上から見た図であり、図１１（ｂ）は下垂する被験体を横から見た図である。
被検体（本実施形態では乳房とする）１０４を下垂する。被検体１０４をはさんで対向する位置に、探触子１０１、光照射ユニット１０２を設置する。これらの探触子１０１、光照射ユニット１０２がデータ取得範囲のデータを取得するように移動する。
【００４５】
探触子１０１は被検体内の仮想的な軸８０３を中心とした円周方向８０１を主走査方向、主走査方向に略垂直な方向８０２を副走査方向として移動する。本実施形態ではデータ取得範囲は仮想的な軸８０３に対して探触子１０１が３６０度回転した面を副走査方向に移動させた範囲となる。
また被検体１０４内で発生する光音響波を受信するため、探触子１０１と被検体１０４との間は超音波を伝達する媒質（例えば水やひまし油など）を充てんする。
【００４６】
システム概略ならびにデータ処理の流れは第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、複数の波長による光音響信号の取得について図面を用いて説明する。
図１２は本実施形態で行うデータ取得動作である。先ほど述べたように主走査方向は仮想的な軸８０３を中心とした円周方向であるが、ここでは説明のため、円周方向を平面に展開した２次元的な図面で説明を行う。つまり図１２のデータ取得範囲１０５の右端と左端とは空間的につながっている。
【００４７】
まず、探触子１０１を仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転させる（中抜き矢印１５０Ａ）。この主走査方向の移動を行う間に、波長を切り替える。本実施形態では波長の切り替えを１パルスごとに行う。つまり、λ１、λ２、λ１、λ２…と切り替える。高速でレーザー光源部で発生するパルス光の波長を変更するため、２台のレーザーを交互に用いても構わない。
このような動作を行うことで、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光と波長λ２のパルス光とに対する光音響信号を取得できる。探触子１０１が仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転した時点で副走査方向に移動させ、再度仮想的な軸８０３を軸に３６０度回転する（中抜き矢印１５０Ｂ）ことで部分データ取得範囲１１０Ｂのデータを取得する。部分データ取得範囲１１０Ｃ、１１０Ｄについても同様にデータ取得を行う。
このように主走査方向の移動を行う間に、レーザー光源部から発生するパルス光の波長を切り替える制御を行い、データ取得範囲のデータを取得する。
【００４８】
図１３は本実施形態における、照射波長のタイムチャートである。１パルスごとの波長切り替えを行い、部分データ取得範囲１１０Ａの波長λ１のパルス光と波長２のパルス光とに対する光音響信号を取得している期間を模式的に表したのが１６０Ａの範囲である。また部分データ取得範囲１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄにはそれぞれ１６０Ｂ、１６０Ｃ、１６０Ｄの範囲が対応する。
【００４９】
本実施形態における探触子走査では、同じ部分データ取得範囲の波長λ１と波長λ２とに対する光音響信号の取得間隔はｔ４で示される長さとなる。この取得間隔の長さは、データ取得範囲全体において波長λ１のパルス光照射に対する光音響信号を取得した後、波長λ２のパルス光照射に対する光音響信号を取得する場合と比べて大幅に短縮される。
【００５０】
本実施形態によれば、主走査方向の移動を行う間に波長切り替えを行うため、同じ部分データ取得範囲の異なる波長に対する光音響信号の取得間隔をさらに短くできる。つまり時間経過に伴う被検体の動きによる誤差をさらに抑えることができる。
そのため複数の波長（λ１、λ２）によって取得された光音響信号から再構成されたデータを用い、さらに酸素飽和度などを多波長合成部において算出した際に、位置ずれによる誤差をより抑制し、信頼性が高く高精度な画像を構築することが可能である。
【００５１】
なお、本実施形態では、探触子を連続的に主走査方向に移動させつつ波長の切り替えと光音響信号の取得を行っている。つまり主走査方向の移動においては、探触子は各受信位置で停止せず、ほぼ等速移動している。そのため、図１３に見られるように、波長λ１の光を照射したときの光音響信号の取得位置（受信位置）と、波長λ２の光を照射したときの取得位置とは、厳密には一致しない。しかし、パルス光の周波数が十分高ければ、取得位置の位置ずれはほとんど無いものと考えて処理を進めることができる。また、個々のパルス光に対応する光音響信号取得位置にずれがあっても、再構成ブロック２０６においては部分データ取得範囲内の一定の領域の画像データを算出するので、同じ位置に対する画像再構成を行うことができる。
あるいは、探触子を被検体上の位置でいったん停止して波長λ１およびλ２の光を用いた光音響信号の受信を行ってから、次の位置に移動するようにしても良い。この場合、被検体に対して同じ受信位置で、ほとんど時間のずれが無い光音響信号を取得することができる。
【００５２】
また、本実施形態では仮想的な軸を中心とした円周方向に主走査方向を規定したが、第１の実施形態の空間配置のように２次元的に探触子を走査した場合にも本発明の効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００５３】
１０１：探触子、１０２：光照射ユニット、１０５：データ取得範囲、１１０Ａ〜１１０Ｄ：部分データ取得範囲、２０１：システム制御部、２０２：探触子走査機構、２０４：レーザー光源部、２０５：受信回路系、２０６：再構成ブロック、２０７：再構成データ保持部、２０８：多波長合成部、２１０：レーザー波長制御部、２１１：走査制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長のパルス光を照射する光源部と、
前記パルス光の波長を切り替える波長制御部と、
前記パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、
前記探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、
前記走査範囲のうちの各受信位置において前記探触子から出力される、前記複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部と、
を有し、
前記波長制御部は、前記探触子が、前記複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を前記各受信位置で受信しながら前記走査範囲の全体を走査する前に、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記走査制御部は、前記探触子を、音響波を各受信位置で受信しながら移動する方向である主走査方向と、主走査方向と交差する副走査方向とに移動させることで、前記走査範囲における音響波の受信を可能にする
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記走査範囲は、前記副走査方向において複数の部分領域に分割されており、
前記波長制御部は、前記探触子が前記複数の部分領域のうち少なくとも１つの部分領域の各受信位置で第一の波長のパルス光に対応する音響波を受信した後、他の部分領域における音響波の受信を行う前に、前記パルス光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記部分領域は、前記探触子を前記走査範囲において前記主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応し、
前記走査制御部は、当該部分領域において前記探触子を複数回移動させるものであり、
前記波長制御部は、前記複数回の移動においてそれぞれ異なる波長のパルス光が照射されるように、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記部分領域は、前記探触子を前記走査範囲において前記主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応し、
前記波長制御部は、前記探触子が当該部分領域を主走査方向に移動している間に、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記波長制御部は、前記パルス光の照射ごとに、当該パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１】
複数の波長のパルス光を照射する光源部と、
前記パルス光の波長を切り替える波長制御部と、
前記パルス光を照射された被検体内で発生し伝播する音響波を受信する探触子と、
前記探触子を所定の走査範囲において移動させる走査制御部と、
前記走査範囲のうちの各受信位置において前記探触子から出力される、前記複数の波長のパルス光に対応する複数の電気信号を用いて、被検体情報を求める情報処理部と、
を有し、
前記波長制御部は、前記探触子が、前記複数の波長のうち少なくとも１つの波長のパルス光に対応する音響波を前記各受信位置で受信しながら前記走査範囲の全体を走査する前に、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記走査制御部は、前記探触子を、音響波を各受信位置で受信しながら移動する方向である主走査方向と、主走査方向と交差する副走査方向とに移動させることで、前記走査範囲における音響波の受信を可能にする
ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記走査範囲は、前記副走査方向において複数の部分領域に分割されており、
前記波長制御部は、前記探触子が前記複数の部分領域のうち少なくとも１つの部分領域の各受信位置で第一の波長のパルス光に対応する音響波を受信した後、他の部分領域における音響波の受信を行う前に、前記パルス光の波長を前記第一の波長とは異なる第二の波長に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記部分領域は、前記探触子を前記走査範囲において前記主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応し、
前記走査制御部は、当該部分領域において前記探触子を複数回移動させるものであり、
前記波長制御部は、前記複数回の移動においてそれぞれ異なる波長のパルス光が照射されるように、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記部分領域は、前記探触子を前記走査範囲において前記主走査方向に各受信位置で音響波を受信しながら移動させた時の走査軌道に対応し、
前記波長制御部は、前記探触子が当該部分領域を主走査方向に移動している間に、前記パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記波長制御部は、前記パルス光の照射ごとに、当該パルス光の波長を切り替える
ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−４２９９６（Ｐ２０１３−４２９９６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３５７４（Ｐ２０１１−１８３５７４）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【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２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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