JP2012196308A - 光音響画像生成装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数回の測定の間に超音波プローブと測定対象物との間に位置ずれが生じたときでも、正しく加算平均を行うことを可能とする。
【解決手段】レーザユニット１３から出射したレーザ光を被検体に照射し、被検体内部で生じた光音響信号を検出する。また、被検体に対する超音波送信を行い、反射超音波を検出する。フレーム間移動量検出手段３１は、超音波画像再構成手段３０で再構成された超音波画像に基づいて、フレーム間の移動量を算出する。光音響画像生成手段２５は、フレーム加算平均手段２８を含み、フレーム加算平均手段２８は、算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、複数フレームの光音響画像を加算平均する。
【選択図】図１

Description

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、被検体にレーザ光を照射し、レーザ光照射により被検体内で生じた超音波を検出し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。

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。

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、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。

ここで、光音響イメージングでは、被検体に光を照射して得られる光音響信号の信号対雑音比（ＳＮ比）が低いことがある。そのような低いＳＮ比の光音響信号に基づいて画像化を行っても、良好な画像が得られない。この問題に対し、特許文献１には、光音響信号のＳＮ比が低い場合は、複数回の光音響信号に対して加算平均処理を行い、ＳＮ比を向上させることが記載されている。

特開２０１０−５７７３０号公報

ところで、光音響画像の生成に際して、特に手持ちタイプの超音波プローブを用いる場合に、複数回の光音響信号の検出の間に、手ぶれなどにより、超音波プローブと測定対象物との間の相対的な位置がずれるという問題が生じる。位置ずれが発生すると、同じ位置からの光音響信号を加算平均することができず、ＳＮ比を向上させることができなくなる。特許文献１には、この位置ずれに対する対策は一切記載されていない。

本発明は、上記に鑑み、複数回の測定の間に超音波プローブと測定対象物との間に位置ずれが生じたときでも、正しく加算平均を行うことができる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。

上記目的を達成するために、本発明は、被検体に対して照射すべきレーザ光を出射する光源ユニットと、少なくとも前記レーザ光の照射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光音響画像生成手段と、被検体に対する前記レーザ光の照射を複数回行わせて前記超音波探触子に光音響信号を検出させると共に、前記光音響画像生成手段に、前記複数回のレーザ光照射に対応する光音響信号に基づいて複数フレームの光音響画像を生成させる制御手段と、前記複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を算出する移動量検出手段と、前記算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、前記複数フレームの光音響画像を加算平均するフレーム加算平均手段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。

ここで、加算平均される光音響画像は、必ずしも光音響画像の生成の最終段階で得られる表示用の光音響画像である必要はなく、光音響画像生成の際の任意の段階の光音響画像（光音響信号）であってもよい。加算平均処理には、例えば単純加算平均や、重み付け加算平均を用いることができる。あるいは、加算平均処理を、循環フレーム相関処理としてもよい。

本発明では、前記超音波探触子が、更に、前記被検体に対して超音波の送信を行うと共に、該送信された超音波に対する反射音響信号を検出し、前記制御手段が、前記超音波探触子に、前記複数回のレーザ光照射に対応して前記被検体に対する超音波の送信を複数回行わせ、該送信された超音波に対する反射音響信号を検出させ、前記移動量検出手段が、前記検出された反射音響信号に基づいて前記フレーム間の移動量を算出する構成を採用することができる。

本発明の光音響画像生成装置は、前記検出された反射音響信号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更に備え、前記制御手段が、前記超音波画像生成手段に、複数回の超音波送信に対応する反射音響信号に基づいて複数フレームの超音波画像を生成させ、前記移動量検出手段が、前記複数フレームの超音波画像のフレーム間の移動量を、前記光音響画像のフレーム間の移動量として算出する構成としてもよい。この場合、前記移動量検出手段は、隣接するフレーム間の超音波画像を比較し、隣接するフレーム間での対応点の位置の差に基づいてフレーム間の移動量を算出してもよい。

本発明の光音響画像生成装置は、前記光音響画像と超音波画像とを合成する画像合成手段を更に備えていてもよい。

前記フレーム加算平均手段は、新規フレームの光音響画像に対し、該新規フレームよりも所定フレーム数までの１以上のフレームの光音響画像を加算することで、加算平均処理を行ってもよい。この場合に、前記フレーム加算平均手段が、複数フレームの光音響画像を重み付け加算するものとしてもよい。

上記に代えて、前記フレーム加算平均手段が、新規フレームの光音響画像と、加算平均処理された光音響画像とを所定の割合で合成することで加算平均処理を行うこととしてもよい。

本発明は、また、被検体に対してレーザ光を照射するステップと、前記レーザ光の照射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、前記レーザ光の照射と前記光音響信号の検出とを複数回行い、各回のレーザ光照射に対して検出された光音響信号に基づいて複数フレームの光音響画像を生成するステップと、前記複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を算出するステップと、前記算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、前記複数フレームの光音響画像を加算平均するステップとを有する光音響画像生成方法を提供する。

本発明の光音響画像生成方法は、前記複数回のレーザ光照射に対応して、被検体に対する超音波の送信を複数回行うステップと、前記送信された超音波に対する反射音響信号を検出するステップとを更に有し、前記移動量を算出するステップでは、前記検出された反射音響信号に基づいて前記フレーム間の移動量を算出するものとすることができる。

本発明の光音響画像生成装置及び方法では、複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を求め、加算平均処理において、求められた移動量だけ位置補正を行いつつ、複数フレームの光音響信号を加算平均する。このようにすることで、超音波探触子と測定対象物との相対的な位置関係がフレーム間で変化したときでも、正しく加算平均を行うことができ、光音響画像のＳＮ比を向上できる。特に、光照射及び光音響信号の検出に付随して超音波の送受信を行い、反射超音波を利用してフレーム間の移動量の算出する構成とする場合には、１回の光照射で得られる光音響信号のＳＮ比が低く光音響信号単独ではフレーム間の移動量を求めることが困難な場合でも、フレーム間の移動量を正しく求めることができる効果が得られる。

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。 （ａ）及び（ｂ）は、隣接するフレームの光音響画像を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は、隣接するフレームの超音波画像を示す フレーム加算平均手段の構成例を示すブロック図。 フレーム加算平均手段の別の構成例を示すブロック図。 光音響画像生成時の動作手順を示すフローチャート。 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。 第２実施形態における光音響画像生成時の動作手順を示すフローチャート。

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１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、及びレーザ光源（レーザユニット）１３を備える。レーザユニット１３は、被検体に照射すべきレーザ光を出射する。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から出射したレーザ光は、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、被検体に対する超音波の出力（送信）、及び被検体からの超音波の検出（受信）を行う。プローブ１１は、例えば一次元的に配列された複数の超音波振動子を有する。プローブ１１は、被検体に対するレーザ光の照射後に、被検体内の測定対象物がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた超音波（以下、光音響信号とも呼ぶ）を検出する。また、プローブ１１は、被検体に対する超音波送信を行った後に、被検体に出力された超音波に対する反射超音波（以下、反射音響信号とも呼ぶ）を検出する。

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、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、超音波画像再構成手段３０、フレーム間移動量検出手段３１、トリガ制御回路３２、送信制御回路３３、及び制御手段３４を備える。受信回路２１は、プローブ１１が検出した超音波信号（光音響信号又は反射音響信号）を受信する。ＡＤ変換手段２２は、超音波信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力するＡＤクロック信号に基づいて超音波信号をサンプリングする。

受信メモリ２３は、サンプリングされた光音響信号及び反射音響信号を格納する。データ分離手段２４は、光音響信号と反射音響信号とを分離する。データ分離手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、光音響画像生成手段２５に与える。一方、データ分離手段２４は、受信メモリ２３から反射音響信号を読み出し、超音波画像再構成手段３０に与える。

制御手段３４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３２は、レーザユニット１３にフラッシュランプトリガ信号及びＱスイッチトリガ信号を出力し、レーザユニット１３からレーザ光を出射させる。また、トリガ制御回路３２は、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を出力させる。更に、トリガ制御回路３２は、レーザ光の照射又は超音波送信と同期してＡＤ変換手段２２に対してＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。

制御手段３４は、トリガ制御回路３２を介して被検体に対するレーザ光の照射を複数回行わせ、複数回の光照射のそれぞれで、プローブ１１おいて光音響信号を検出させる。また、制御手段３４は、トリガ制御回路３２及び送信制御回路３３を介して、複数回のレーザ光照射に対応してプローブ１１から被検体に対して超音波を送信させ、送信された超音波に対する反射音響信号を検出させる。制御手段３４は、例えばレーザユニット１３からのレーザ光出射とプローブ１１からの超音波送信とを交互に行わせ、プローブ１１において光音響信号の検出と反射音響信号の検出とを交互に行わせる。

レーザユニット１３は、Ｑスイッチパルスレーザの励起光源であるフラッシュランプ３５と、レーザ発振を制御するＱスイッチ３６とを含む。レーザユニット１３は、トリガ制御回路３２がフラッシュランプトリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３５を点灯し、Ｑスイッチパルスレーザを励起する。トリガ制御回路３２は、例えばフラッシュランプ３５がＱスイッチパルスレーザを十分に励起させると、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチ３５は、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとオンし、Ｑスイッチパルスレーザからレーザ光を出射させる。フラッシュランプ３５の点灯からＱスイッチパルスレーザが十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザの特性などから見積もることができる。トリガ制御回路３２からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザを十分に励起させた後にＱスイッチ３６をオンにしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３６をオンにした旨を示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。

光音響画像生成手段２５は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する。制御手段３４は、光音響画像生成手段２５に、複数回のレーザ光照射に対応する光音響信号に基づいて複数フレームの光音響画像を生成させる。光音響画像生成手段２５は、光音響画像再構成手段２６、検波・対数変換手段２７、フレーム加算平均手段２８、及び光音響画像構築手段２９を含む。光音響画像生成手段２５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動作することで実現できる。

光音響画像再構成手段２６は、受信メモリ２３から読み出された光音響信号に基づいて、断層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２６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２６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２６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。

検波・対数変換手段２７は、光音響画像再構成手段２６が出力する各ラインのデータの包絡線を生成し、その包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。フレーム加算平均手段２８は、複数回分の、対数変換が施された各ラインのデータに対して加算平均処理を施す。光音響画像構築手段２９は、例えば光音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を生成する。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を、表示モニタなどに表示する。

超音波画像再構成手段３０は、受信メモリ２３から読み出された反射音響信号に基づいて、断層画像の各ラインのデータを生成する。超音波画像再構成手段３０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。超音波画像再構成手段３０における画像再構成は、対象となる信号が反射音響信号である点を除けば、光音響画像再構成手段２６における画像再構成と同様でよい。

フレーム間移動量検出手段３１は、複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を算出する。本実施形態では、フレーム間移動量検出手段３１は、反射音響信号を利用してフレーム間の移動量を算出する。より詳細には、超音波画像再構成手段３０で再構成された反射音響信号に基づいて、フレーム間の移動量を算出する。なお、超音波画像再構成手段３０で再構成された反射音響信号は、表示用の画像ではないものの、超音波画像とみなすことができる。フレーム間移動量検出手段３１は、例えば複数フレームの超音波画像のフレーム間の移動量を、光音響画像のフレーム間の移動量として算出する。フレーム間移動量検出手段３１は、例えば連続する時刻のフレーム間の超音波画像を比較し、隣接するフレーム間での対応点の位置の差に基づいてフレーム間の移動量を算出する。

フレーム間移動量検出手段３１は、算出したフレーム間の移動量をフレーム加算平均手段２８に与える。フレーム加算平均手段２８は、フレーム間移動量検出手段３１で算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、複数フレームの光音響画像を加算平均する。フレーム加算平均手段２８が、複数枚の光音響画像（検波・対数変換手段２７の出力信号）を加算平均する際に、フレーム間移動量検出手段３１で算出された移動量だけ位置を補正して加算平均することで、同じ位置からの光音響信号を加算平均することができる。

図２（ａ）及び（ｂ）は、隣接するフレームの光音響画像を示す。図２（ａ）は時刻ｔに対応するフレームの光音響画像を示し、（ｂ）は時刻ｔ＋１に対応するフレームの光音響画像を示す。図２において、紙面横方向はプローブ１１において超音波振動子が一次元的に配列された方向に対応し、縦方向は被検体の深さ方向に対応する。時刻ｔと時刻ｔ＋１とでは、フレーム間で、プローブ１１と測定対象物との相対的な位置関係が一定となっていることが好ましい。しかしながら、術者の手ぶれや患者の体動などの影響で、プローブ１１と測定対象物との相対的な位置関係がフレーム間で変化することがある。

プローブ１１と測定対象物との相対的な位置関係がフレーム間で変化すると、光音響画像において測定対象物の位置がずれるため、複数フレームの光音響画像をそのまま加算平均すると、同じ位置からの光音響信号を加算平均することができない。本実施形態では、フレーム間移動量検出手段３１を用いて光音響画像のフレーム間の移動量を求め、求めた移動量で位置補正を行った上で加算平均処理を行う。しかしながら、光音響信号のＳＮが低い場合には、光音響画像において測定対象物がぼんやりとしか現れない。このため、加算平均を行う前の光音響画像からフレーム間の移動量を求めることは容易ではない。そこで、本実施形態では、各フレームにおいて光音響信号に付随して反射音響信号を取得し、取得した反射音響信号に基づいてフレーム間の移動量を求める。

図３（ａ）及び（ｂ）は、隣接するフレームの超音波画像を示す。図３（ａ）は時刻ｔに対応するフレームの超音波画像を示し、（ｂ）は時刻ｔ＋１に対応するフレームの超音波画像を示す。図３において、紙面横方向はプローブ１１において超音波振動子が一次元的に配列された方向に対応し、縦方向は被検体の深さ方向に対応する。図３（ａ）に示す超音波画像は、図２（ａ）に示す光音響画像に付随する超音波画像であり、図３（ｂ）に示す超音波画像は、図２（ｂ）に示す光音響画像に付随する超音波画像である。光音響画像の生成（光音響画像の取得）に付随して、ほぼ同じ時刻で超音波の送受信を行ってその反射音響信号を検出することで、超音波画像における測定対象物の位置のフレーム間の変化と、光音響画像における測定対象物の位置のフレーム間の変化とは、ほぼ同じ向きで、同じ大きさになると考えられる。

図３（ｂ）には、時刻ｔ＋１における超音波画像に併せて、時刻ｔにおける超音波画像を点線で示している。フレーム間移動量検出手段３１は、例えば図３（ａ）に示す超音波画像と、図３（ｂ）に示す超音波画像とを比較し、フレーム間の移動量を求める。フレーム間移動量検出手段３１は、例えば時刻ｔにおける超音波画像と時刻ｔ＋１における超音波画像とで対応点を求め、対応点の座標の差をフレーム間の移動量として求める。フレーム間移動量検出手段３１における移動量の算出手法は上記したものに限定されるわけではなく、移動量の算出手法は特に問わない。

フレーム加算平均手段２８は、時刻ｔのフレームの光音響画像（図２（ａ））と、時刻ｔ＋１のフレームの光音響画像（図２（ｂ））とを、超音波画像（図３（ａ）、（ｂ））を用いて求めたフレーム間の移動量だけ位置補正した上で、加算平均する。フレーム加算平均手段２８は、例えば時刻ｔ＋１のフレームにおける光音響画像の各画素を、フレーム間の移動量とは逆向きに移動させる。フレーム加算平均手段２８は、少なくとも一方の光音響画像を位置補正し、双方の光音響画像における測定対象物の位置を一致させた上で、２つのフレームの光音響画像を加算平均する。超音波画像を利用することで、光音響画像のみでは求めることが難しい移動量を正しく求めることができ、加算平均処理に際し、複数のフレーム間で測定対象物の位置を一致させることができる。

図４は、フレーム加算平均手段２８の構成の一例を示す。フレーム加算平均手段２８は、例えば新規フレーム（最新のフレーム）の光音響画像に対し、最新フレームよりも所定フレーム数までの１以上のフレームの光音響画像を加算することで、加算平均処理を行う。例えばフレーム加算平均手段２８は、図４に示すように、光音響画像を遅延する４つの遅延器５１と、各遅延器で遅延された光音響画像と今回のフレームの光音響画像とを加算する計５つの加算器５２とを含む。フレーム加算平均手段２８は、最新のフレームを時刻ｔとすれば、時刻ｔの光音響画像と、時刻ｔ−１からｔ−５までの４つの光音響画像とを加算する。その際、フレーム加算平均手段２８は、複数フレームの光音響画像を重み付け加算してもよい。

図５は、フレーム加算平均手段２８の別の構成例を示す。加算平均処理は、単純加算平均や重み付け加算平均だけではなく、循環型フレーム相関処理でもよい。より詳細には、フレーム加算平均手段２８が、新規フレームの光音響画像と、加算平均処理された光音響画像とを所定の割合で合成することで加算平均処理を行う構成としてもよい。例えばフレーム加算平均手段２７は、２つの乗算器６１、６２と、１つの加算器６３とを含む。乗算器６１は、最新のフレームの光音響画像に係数α（０＜α＜１）を乗じる。乗算器６２は、フレーム加算平均手段２８の出力に係数（１−α）を乗じる。加算器６３は、乗算器６１の出力と乗算器６２の出力とを加算する。加算器６３の加算結果は、光音響画像構築手段２９（図１）に出力されると共に、乗算器６１に戻される。加算平均処理を、循環型フレーム相関処理とする場合は、１フレーム分のフレームメモリを確保することで加算平均処理を実現できるため、図４に示す構成とする場合に比して、加算平均処理を少ないメモリ量で実現できるメリットがある。

続いて動作手順を説明する。図６に、光音響画像生成時の動作手順を示す。制御手段３４は、トリガ制御回路３２に光音響信号の取得を指示する。トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３に対してフラッシュランプトリガ信号を出力する。レーザユニット１３では、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプ３５が点灯し、レーザ励起が開始される。トリガ制御回路３２は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。レーザユニット１３では、Ｑスイッチ３６がＱスイッチトリガ信号に応答してＯＮし、Ｑスイッチレーザがレーザ光を出射して、被検体にレーザ光が照射される（ステップＡ１）。

プローブ１１は、レーザ光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Ａ２）。受信回路２１は、プローブ１１にて検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路３２は、被検体に対する光照射タイミングに合わせたタイミングでＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤトリガ信号を受け取ると、例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期して光音響信号をサンプリングし、サンプリングした光音響信号をデジタル信号に変換して受信メモリ２３に格納する。

トリガ制御回路３２は、被検体に対する光照射に付随して、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を送信させる（ステップＡ３）。プローブ１１は、超音波送信により被検体内で生じた反射音響信号を検出する（ステップＡ４）。受信回路２１は、プローブ１１にて検出された反射音響信号を受信する。トリガ制御回路３２は、被検体に対する超音波送信タイミングに合わせたタイミングでＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号をサンプリングし、サンプリングした反射音響信号をデジタル信号に変換して受信メモリ２３に格納する。ステップＡ２の光音響信号の検出からステップＡ４の反射音響信号の検出までの間の時間は短いことが好ましい。

データ分離手段２４は、受信メモリ２３から反射音響信号を読み出し、超音波画像再構成手段３０に与える。超音波画像再構成手段３０は、反射音響信号に対して例えば位相整合加算を行い、反射音響信号の再構成を行う（ステップＡ５）。再構成された反射音響信号は、超音波画像とみなすことができる。フレーム間移動量検出手段３１は、前回の超音波送信に対して検出された、再構成された反射音響信号（超音波画像）と、ステップＡ５で再構成された超音波画像とを比較し、前回と今回の間での超音波画像の移動量を求める（ステップＡ６）。

データ分離手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、光音響画像生成手段２５に与える。光音響画像生成手段２５の光音響画像再構成手段２６は、光音響信号に対して例えば位相整合加算を行い、光音響信号の再構成を行う（ステップＡ７）。検波・対数変換手段２７は、再構成された光音響信号に対して、検波・対数変換を実施する（ステップＡ８）。ステップＡ７及びＡ８は、ステップＡ５及びステップＡ６と並行して行ってもよい。

フレーム加算平均手段２８は、ステップＡ６で求められた移動量を用いて、複数のフレーム間で光音響画像の位置補正を行いつつ、複数のフレームの光音響画像を加算平均する（ステップＡ９）。加算平均を行うことで、光音響信号（光音響画像）のＳＮ比を向上できる。光音響画像構築手段２９は、加算平均された光音響信号に基づいて、表示用の光音響画像を生成する（ステップＡ１０）。画像表示手段１４は、光音響画像構築手段２９が生成した光音響画像を表示画面上に表示する。光音響画像生成装置１０は、ステップＡ１からステップＡ９を繰り返し実行し、複数フレームの光音響画像を生成する。

本実施形態では、フレーム間移動量検出手段３１を用いて、光音響画像のフレーム間の移動量を求め、フレーム加算平均手段２８において複数フレームの光音響画像を加算平均する際に、求められた移動量だけ位置補正して加算平均を行う。このようにすることで、術者の手ぶれや患者の体動により、プローブ１１と測定対象物との相対的な位置関係がフレーム間で変化したときでも、同じ位置からの信号を正しく加算平均することができ、生成される光音響画像のＳＮ比を向上できる。

特に、本実施形態では、フレーム間移動量検出手段３１は、超音波を用いてフレーム間の移動量を求める。１回の光照射に対応する音響信号が十分なＳＮ比で検出できない場合は、光音響信号を用いて移動量を求めることは容易ではない。光照射及び光音響信号の検出に付随して被検体に対して超音波の送受信を行い、検出された反射超音波を利用することで、光音響信号単独では求めることが困難な移動量の算出が可能になる。特に、低エネルギー高繰り返しタイプ、具体的にはレーザパワー２ｍＪ以下で、１ｋＨｚ以上の繰り返しの場合には、１フレームの光音響信号が十分なＳＮ比で取得できないため、超音波を利用した移動量の算出が有利である。

次いで、本発明の第２実施形態を説明する。図７は、本発明の第２実施形態の光音響画像生成装置を示す。本実施形態の光音響画像生成装置１０ａは、超音波ユニット１２ａ内の構成が、図１に示す第１実施形態における光音響画像生成装置１０と相違する。超音波ユニット１２ａは、第１実施形態の光音響画像生成装置１０における超音波ユニット１２ａの構成に加えて、検波・対数変換手段３８、超音波画像構築手段３９、及び画像合成手段４０を有する。本実施形態では、反射音響信号はフレーム間の移動量の算出だけでなく、表示用の超音波画像の生成にも用いられる。

超音波画像再構成手段３０、検波・対数変換手段３８、及び超音波画像構築手段３９は、超音波画像生成手段３７を構成する。検波・対数変換手段３８は、超音波画像再構成手段３０により再構成された各ラインのデータの包絡線を生成し、その包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。超音波画像構築手段３９は、例えば反射音響信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して超音波画像を生成する。検波・対数変換手段３８及び超音波画像構築手段３９は、対象となる信号が反射音響信号である点を除けば、光音響画像生成手段２５の検波・対数変換手段２７、及び超音波画像構築手段２９と同様でよい。

画像合成手段４０は、光音響画像生成手段２５により生成された光音響画像と、超音波画像生成手段３７により生成された超音波画像とを合成する。画像表示手段１４は、光音響画像と超音波画像とを合成した合成画像を、表示モニタなどに表示する。画像表示手段１４は、光音響画像と超音波画像とを並べて表示してもよく、或いは光音響画像と超音波画像とを交互に表示してもよい。

図８は、第２実施形態における光音響画像生成の動作手順を示している。制御手段３４は、トリガ制御回路３２に光音響信号の取得を指示する。トリガ制御回路３２は、レーザユニット１３に対してフラッシュランプトリガ信号を出力する。レーザユニット１３では、フラッシュランプトリガ信号に応答してフラッシュランプ３５が点灯し、レーザ励起が開始される。トリガ制御回路３２は、所定のタイミングでＱスイッチトリガ信号を出力する。レーザユニット１３では、Ｑスイッチ３６がＱスイッチトリガ信号に応答してＯＮし、Ｑスイッチレーザがレーザ光を出射して、被検体にレーザ光が照射される（ステップＢ１）。

プローブ１１は、レーザ光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Ｂ２）。受信回路２１は、プローブ１１にて検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路３２は、被検体に対する光照射タイミングに合わせたタイミングでＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、ＡＤトリガ信号を受け取ると、例えばクロック周波数４０ＭＨｚのＡＤクロック信号に同期して光音響信号をサンプリングし、サンプリングした光音響信号をデジタル信号に変換して受信メモリ２３に格納する。

トリガ制御回路３２は、被検体に対する光照射に付随して、送信制御回路３３に超音波送信トリガ信号を出力し、プローブ１１から超音波を送信させる（ステップＢ３）。プローブ１１は、超音波送信により被検体内で生じた反射音響信号を検出する（ステップＢ４）。受信回路２１は、プローブ１１にて検出された反射音響信号を受信する。トリガ制御回路３２は、被検体に対する超音波送信タイミングに合わせたタイミングでＡＤトリガ信号を出力し、ＡＤ変換手段２２におけるサンプリングを開始させる。ＡＤ変換手段２２は、反射音響信号をサンプリングし、サンプリングした反射音響信号をデジタル信号に変換して受信メモリ２３に格納する。

データ分離手段２４は、受信メモリ２３から反射音響信号を読み出し、超音波画像再構成手段３０に与える。超音波画像再構成手段３０は、反射音響信号に対して例えば位相整合加算を行い、反射音響信号の再構成を行う（ステップＢ５）。再構成された反射音響信号は、超音波画像とみなすことができる。フレーム間移動量検出手段３１は、前回の超音波送信に対して検出された、再構成された反射音響信号（超音波画像）と、ステップＢ５で再構成された超音波画像とを比較し、前回と今回との間での超音波画像の移動量を求める（ステップＢ６）。ここまでのステップは、第１実施形態で説明した図６のステップＡ１〜Ａ６と同様でよい。

検波・対数変換手段３８は、ステップＢ５で再構成された反射音響信号に対して、検波・対数変換を実施する（ステップＢ７）。超音波画像構築手段３９は、検波・対数変換が施された反射音響信号に基づいて、表示用の超音波画像を生成する（ステップＢ８）

データ分離手段２４は、受信メモリ２３から光音響信号を読み出し、光音響画像生成手段２５に与える。光音響画像生成手段２５の光音響画像再構成手段２６は、光音響信号に対して例えば位相整合加算を行い、光音響信号の再構成を行う（ステップＢ９）。検波・対数変換手段２７は、再構成された光音響信号に対して、検波・対数変換を実施する（ステップＢ１０）。

フレーム加算平均手段２８は、ステップＢ６で求められた移動量を用いて複数のフレーム間で光音響画像の位置補正を行いつつ、複数のフレームの光音響画像を加算平均する（ステップＢ１１）。光音響画像構築手段２９は、加算平均された光音響信号に基づいて、表示用の光音響画像を生成する（ステップＢ１２）。画像合成手段４０は、ステップＢ８で生成された超音波画像と、ステップＢ１２で生成された光音響画像とを合成する（ステップＢ１３）。画像表示手段１４は、画像合成手段４０で合成された合成画像を表示画面上に表示する。

本実施形態では、光照射に付随して送信された超音波に対する反射音響信号に基づいてフレーム間の移動量を算出すると共に、超音波画像を生成する。また、生成された超音波画像と光音響画像とを合成して画像表示手段１４に表示する。このようにすることで、ユーザは、光音響画像と超音波画像とを重畳した画像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。

なお、上記各実施形態では、フレーム加算平均手段２８にて、検波・対数変換処理後の光音響画像を加算平均するものとして説明したが、加算平均の対象は、光音響画像生成の任意の段階の信号（データ）でよい。例えば光音響画像再構成手段２６により再構成された光音響信号（光音響画像）を加算平均してもよいし、光音響画像構築手段２９により生成された光音響画像を加算平均してもよい。また、第２実施形態では、再構成された超音波信号（超音波画像）に基づいてフレーム間の移動量を求めることとしたが、これには限定されない。例えば検波・対数変換手段３８により検波・対数変換が施された超音波信号に基づいてフレーム間の移動量を求めることとしてもよいし、超音波画像構築手段３９が生成した超音波画像に基づいてフレーム間の移動量を求めてもよい。

図４を用いて、現在フレームを含む直近の複数フレームの光音響画像を加算平均する例について説明したが、加算平均の対象は、現在フレームを含む直近の複数フレームの光音響画像に限定されるわけではない。例えば時刻ｔから時刻ｔ＋９までの１０枚の光音響画像があるときに、時刻ｔから時刻ｔ＋４までの５枚の光音響画像を加算平均して１つの表示用の光音響画像を生成し、時刻ｔ＋５から時刻ｔ＋９までの５枚の光音響画像を加算平均して表示用の光音響画像を生成するようにしてもよい。

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。

１０：光音響画像生成装置
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：データ分離手段
２５：光音響画像生成手段
２６：光音響画像再構成手段
２７：検波・対数変換手段
２８：フレーム加算平均手段
２９；光音響画像構築手段
３０：超音波画像再構成手段
３１：フレーム間移動量検出手段
３２：トリガ制御回路
３３：送信制御回路
３４：制御手段
３５：フラッシュランプ
３６：Ｑスイッチ
３７：超音波画像生成手段
３８：検波・対数変換手段
３９：超音波画像構築手段
４０：画像合成手段
５１：遅延器
５２：加算器
６１、６２：乗算器
６３：加算器

Claims (10)

1. 被検体に対して照射すべきレーザ光を出射する光源ユニットと、
   少なくとも前記レーザ光の照射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光音響画像生成手段と、
   被検体に対する前記レーザ光の照射を複数回行わせて前記超音波探触子に光音響信号を検出させると共に、前記光音響画像生成手段に、前記複数回のレーザ光照射に対応する光音響信号に基づいて複数フレームの光音響画像を生成させる制御手段と、
   前記複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を算出する移動量検出手段と、
   前記算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、前記複数フレームの光音響画像を加算平均するフレーム加算平均手段を備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
2. 前記超音波探触子が、更に、前記被検体に対して超音波の送信を行うと共に、該送信された超音波に対する反射音響信号を検出するものであり、
   前記制御手段が、前記超音波探触子に、前記複数回のレーザ光照射に対応して前記被検体に対する超音波の送信を複数回行わせ、該送信された超音波に対する反射音響信号を検出させるものであり、
   前記移動量検出手段が、前記検出された反射音響信号に基づいて前記フレーム間の移動量を算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。
3. 前記検出された反射音響信号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更に備え、
   前記制御手段が、前記超音波画像生成手段に、複数回の超音波送信に対応する反射音響信号に基づいて複数フレームの超音波画像を生成させるものであり、
   前記移動量検出手段が、前記複数フレームの超音波画像のフレーム間の移動量を、前記光音響画像のフレーム間の移動量として算出するものであることを特徴とする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生成装置。
4. 前記移動量検出手段が、隣接するフレーム間の超音波画像を比較し、隣接するフレーム間での対応点の位置の差に基づいてフレーム間の移動量を算出するものであることを特徴とする請求項３に記載の光音響画像生成装置。
5. 前記光音響画像と超音波画像とを合成する画像合成手段を更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の光音響画像生成装置。
6. 前記フレーム加算平均手段が、新規フレームの光音響画像に対し、該新規フレームよりも所定フレーム数までの１以上のフレームの光音響画像を加算することで、加算平均処理を行う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生成装置。
7. 前記フレーム加算平均手段が、複数フレームの光音響画像を重み付け加算するものであることを特徴とする請求項６に記載の光音響画像生成装置。
8. 前記フレーム加算平均手段が、新規フレームの光音響画像と、加算平均処理された光音響画像とを所定の割合で合成することで加算平均処理を行う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生成装置。
9. 被検体に対してレーザ光を照射するステップと、
   前記レーザ光の照射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、
   前記レーザ光の照射と前記光音響信号の検出とを複数回行い、各回のレーザ光照射に対して検出された光音響信号に基づいて複数フレームの光音響画像を生成するステップと、
   前記複数フレームの光音響画像のフレーム間の移動量を算出するステップと、
   前記算出された移動量だけ位置補正を行いつつ、前記複数フレームの光音響画像を加算平均するステップとを有する光音響画像生成方法。
10. 前記複数回のレーザ光照射に対応して、被検体に対する超音波の送信を複数回行うステップと、
    前記送信された超音波に対する反射音響信号を検出するステップとを更に有し、
    前記移動量を算出するステップでは、前記検出された反射音響信号に基づいて前記フレーム間の移動量を算出するものであることを特徴とする請求項９に記載の光音響画像生成方法。