JP2016077640A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光音響トモグラフィーを用いて被検体の情報を取得する装置において、探触子の音響検出素子に関するキャリブレーションを容易にする。【解決手段】光を照射された被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数の検出素子と、高分解能領域が形成されるように複数の検出素子を支持する探触子と、電気信号を用いて被検体の特性情報を取得する処理部と、複数の検出素子のそれぞれが出力した電気信号を補正するための、複数の検出素子の位置に基づく情報および感度に基づく情報を含む補正データを格納する記憶部とを有し、処理部は、装置のキャリブレーションの際に、被検体として所定の位置にキャリブレーション用吸収体が用いられたときに出力される電気信号に基づいて補正データを修正する被検体情報取得装置を用いる。【選択図】図８

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

一般的な超音波診断装置は、複数の音響検出素子で構成された探触子（プローブ）を用いて超音波を送信し、被検体内部の組織境界から反射してきたエコーを受信することによって、被検体内部の形態情報を得る。これによって腫瘍等の疾患部位を発見できる。
近年、さらに疾患部位の発見効率を向上させるために、被検体の生理的情報、つまり機能情報のイメージングが注目されている。機能情報のイメージング手段として、パルス光と光音響波を用いたＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）が提案されている。

光音響トモグラフィーとは、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・拡散した光の吸収によって光音響波（典型的には超音波）が発生するという光音響効果を用いて、光音響波の発生源となる内部組織を画像化する技術である。光音響トモグラフィーにおいては、音響検出素子で受信された光音響波の時間変化を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る。この解析処理を再構成処理とも呼び、この結果、被検体内部の光学特性値に関連した情報が三次元で可視化できる。

特許文献１に開示の装置は、被検体からの光音響波を受信する複数の音響検出素子の受信面が、それぞれ異なる角度となるように設けられた半球型探触子を備えている。装置はさらに、被検体と半球型探触子の配置により定まる高分解能領域の相対位置を移動させるため、半球型探触子をＸＹＺ方向に移動させる走査機構を備えている。

特開２０１２−１７９３４８号公報

特許文献１のように複数の音響検出素子を半球型の受信面に配置した探触子において、素子の半球面への取り付け精度や半球面自体の曲率精度などが不十分な場合、各素子が受信した信号の感度や位相にバラつきが発生する可能性がある。そのため、半球型探触子を装置に取り付けた際には、感度や位相のバラつきを補正するための補正値（補正データ）を算出するための、初期のキャリブレーションが必要となっていた。

すなわち、半球面に取り付けられた各素子から半球面の中心位置への角度と距離が均等であれば、半球面の中心位置に点音源を設置した時に各素子が受信する信号の位相や感度は同一になる。そこで初期のキャリブレーションを実施する際には、点音源となる、光吸収係数の高い吸収体である黒点を、半球面の中心位置に設置する。そして、黒点にパルス光を照射した時の光音響波を利用して、各素子が受信した信号の感度と位相のバラつきを算出して補正データを作成していた。

また、半球型探触子では、各素子の受信感度の高い方向が集中する中心点近傍に、高分解能領域が形成される。そこで、半球型探触子をＸＹＺ方向に移動させる走査機構を設けることで、高分解能領域を被検体内部で移動させ、被検体の撮像エリア全体を網羅することが可能となる。

ここで、音響検出素子に一般的に用いられるＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)では、繰り返し電界を付加した時に生じる圧電特性の劣化があるため、経時劣化により感度が変動する。さらに、半球面に取り付けられた各素子の位置についても、経時劣化により精度が変動する。そのため、装置の立ち上げ確認として毎回実施しているメンテナンス作業の中で、音響検出素子の経時劣化具合を測定することで、半球面の中心位置を示した初期の（例えば、工場出荷時の）補正データに対するずれ量（オフセット量）を算出する必要があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光音響トモグラフィーを用いて被検体の情報を取得する装置において、探触子の音響検出素子に関するキャリブレーションを容易にすることにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光を照射された被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数の検出素子と、
前記複数の検出素子の少なくとも一部の検出素子の指向軸が集まる高分解能領域が形成されるように前記複数の検出素子を支持する探触子と、
前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を取得する処理部と、
前記処理部が前記特性情報を取得するときに用いられる、前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記電気信号に対する補正データであって、前記複数の検出素子の位置に基づく情報および感度に基づく情報を含む補正データを格納する記憶部と、
を有する被検体情報取得装置であって、
前記処理部は、前記被検体情報取得装置のキャリブレーションの際に、前記被検体として前記探触子に対して所定の位置に配置されたキャリブレーション用吸収体を用いたときに前記複数の検出素子が出力する前記電気信号に基づいて、前記補正データを修正する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、光音響トモグラフィーを用いて被検体の情報を取得する装置において、探触子の音響検出素子に関するキャリブレーションを容易にすることができる。

本発明の装置の全体構成を示す図。 半球型探触子の構成を示す図。 半球型探触子の走査方法を示す図。 本発明における測定方法を示すフロー図。 半球型探触子の校正方法を示す図。 光音響波の受信信号を示すタイミング図。 黒点の固定方法を示す図。 実施例１の半球型探触子の制御方法を示すフロー図。 実施例２の高分解能領域の検出方法を示すフロー図。 実施例３の補正データの算出方法を示すフロー図。 記憶部に格納された補正データの一例を示す図。

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。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を
以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。本発明はまた、音響波測定装置やその制御方法としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体に光（電磁波）を照射し、光音響効果に従って被検体内または被検体表面で発生して伝播した音響波を受信（検出）する、光音響トモグラフィー技術を利用した装置を含む。このような被検体情報取得装置は、光音響測定に基づき被検体内部の特性情報を画像データ等の形式で得ることから、光音響撮像装置や、光音響トモグラフィー装置と呼べる。

光音響装置における特性情報は、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは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を示す。具体的には、酸化・還元ヘモグロビン濃度分布や、それらから求められる酸素飽和度分布などの血液成分分布、あるいは脂肪、コラーゲン、水分の分布などである。また、特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報を被検体情報としてもよい。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。探触子により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼び、光音響波に由来する音響信号を特に光音響信号と呼ぶ。
本発明における被検体としては、生体の***が想定できる。ただし被検体はこれに限られず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。

［実施例１］
図１は、本発明の特徴を最もよく表す被検体情報取得装置の全体構成を示した図である。符号１は装置のコントローラとなる主制御部、符号２は探触子７を所定の位置に走査する走査制御部、符号３は走査制御部２の制御に従って探触子の機械的な移動走査を行う走査機構部である。また、符号４は被検体に光を照射する光照射部、符号５は光照射部を制御する光源部である。走査機構部と走査制御部をあわせて走査部と呼んでも良い。

また、符号６は光音響波を検出する音響検出素子、符号７は半球型の支持体に複数の音響検出素子が取り付けられた半球型探触子、符号８は音響検出素子で検出した受信信号を取り込む受信部である。また、符号９は光音響波の受信信号を用いて画像データを算出する画像処理部、符号１０は画像のスキャンコンバートや重畳表示を制御する表示制御部、符号１１は画像データを表示するディスプレイである。符号１２は不揮発性メモリや磁気媒体などで構成され、キャリブレーション用の補正データを記憶する記憶部である。記憶部としては、格納された補正データを書き換えたり、補正データへの変更情報をさらに格納したりできる書き換え可能なものが好ましい。

被検体の特性情報を取得して画像再構成する際には、まず光源部５が光照射部４を用いてパルス光を被検体に照射する。そして音響検出素子６が、被検体内に伝播・拡散したパルス光のエネルギーを生体組織が吸収したことで発生する光音響波を検出する。次いで画像処理部９が、この光音響波に由来する電気信号（検出信号）を画像データとして再構成
することで、被検体内の光学特性分布、特に光エネルギー吸収密度分布が取得できる。すなわち、生体組織の物質分布を表す「機能イメージ」の画像化が可能となる。

図２は、半球型探触子７の構成について説明する図である。複数の音響検出素子６は、内壁（被検体側）が半球形状となった半球型探触子７に固定され、各素子の受信面は半球面の中心に向いている。図２のような配置の場合、ユニバーサルバックプロジェクションを行い得られる画像では、半球の中心で最も分解能が高く、中心からの距離に応じて分解能は低下する。複数の音響検出素子６が球面に配置されていない場合でも、高分解能領域は複数の音響検出素子６の配置により一意に形成される。

ここで、本発明では高分解能箇所となる中心点近傍の高分解能なエリアを高分解能領域２２として定義する。高分解能領域２２の範囲は、最高分解能に対してどの程度の違いまで許容するかによって決定される。したがって、求める画像精度や装置の性能に応じて範囲が決定される。言い換えると、各素子の感度の高い方向（指向軸）が集まる方向に高分解能領域が形成される。

実際の測定では、好ましくは、半球型探触子７の内側に整合層となる音響マッチング溶液２３を満たし、被検体２１を溶液中に設置する。光照射部４から出力されたパルス光２４は、半球型探触子７の下部（極）から被検体に当たるように照射される。半球型探触子７は走査機構部３であるＸＹＺ軸のステージで走査される。これにより、探触子と被検体の相対位置が変化可能である。これにより、高分解能領域２２が被検体の全体を走査することとなる。この時、分解能を均一にするためには、分解能が均一でない方向、つまり分解能に勾配がある方向に向かって走査することが望ましい。

図３に半球型探触子７の具体的な走査方法を示す。図３（ａ）は初期位置を示していて、走査ステージ３を用いて半球型探触子７をＸ１方向へ走査しながら受信信号を取得する。図３（ｂ）の位置まで来たら、半球型探触子７をＺ１方向へ走査して図３（ｃ）の位置にする。続いて、Ｘ２方向に走査を行って受信信号の取得を図３（ｄ）の位置まで行う。これを一つの平面内（ＸＺ平面内）全域で行った後、奥行き方向（Ｙ方向）に半球型探触子７の位置をずらし、同様の走査と信号取得を繰り返すことで、高分解能領域２２が被検体２１の全領域を網羅させるような走査が可能である。

次に、本実施例における測定方法について図４を用いて説明する。
初めに、光照射部４によりパルス光２４を被検体２１に照射する（Ｓ４０１）。照射されたパルス光により被検体内の光吸収体で励起された光音響波を、音響検出素子６で受信して電気信号に変換し、電気信号を受信部７に取り込む（Ｓ４０２）。

同時に主制御部１は、得られた受信信号に対応する走査位置情報を走査制御部２から取得して走査範囲を確認して、高分解能領域２２が全測定領域を走査し終わっているかどうかを判断する（Ｓ４０３）。なお、全測定領域とは被検体２１全体のこととは限らない。すなわち測定の対象領域は、ユーザインタフェースを用いたユーザからの入力に応じて任意に設定したり、装置設計上の所定の範囲に設定したりしても良い。走査が終わっていない場合、半球型探触子を走査して（Ｓ４０４）、パルス光の照射と光音響波の信号取得を繰り返す。

全測定範囲の走査が完了すると、画像処理部９は得られた受信信号と走査位置情報を元に、ユニバーサルバックプロジェクション手法による画像再構成を実行する（Ｓ４０５）。このとき画像処理部９は、得られた受信信号に対して微分やノイズフィルタなどの前処理を行い、これを音響検出素子６の位置から逆方向に伝播させる逆投影を行う。画像処理部９は、この逆投影をすべての走査位置の半球型探触子について行い、伝播させた処理信
号を重ね合わせる。この処理により、吸収係数分布等の被検体内情報分布が画像データとして取得される。最後に画像処理部９は、得られた画像データを表示制御部１０に出力し、ディスプレイ１１に画像を表示する（Ｓ４０６）。

図５は、半球型探触子７に組込まれた複数の音響検出素子６の校正方法を示した図である。まず初めに、任意の座標位置に物体を固定できる固定治具５１を用いて、半球型探触子６の中心位置に、キャリブレーション用吸収体として黒点５２を設置する。この黒点５２にパルス光２４を照射すると、黒点５２からは光音響波ＰＡが球面状に発生する。このとき、黒点５２が半球面の中心位置に正しく設置されていれば、各々の音響検出素子６には同じ信号強度、同じ位相時間で光音響波ＰＡが到達して、受信信号として受信部に取り込まれる。

図６は、パルス光２４の照射と、受信される光音響波の遅延時間および信号強度を示すタイミングチャートである。パルス光２４の照射タイミングはＴＧである。ＰＡ１，ＰＡ２はそれぞれ、黒点から発生し、異なる音響検出素子６−１，６−２に到達した光音響信号を示す。図６によれば、ＰＡ１の到達時間Ｔ１よりも、ＰＡ２の到達時間Ｔ２の方が短い。したがって、音響検出素子６−１よりも、音響検出素子６−２の方が、黒点５２に近いことが解る。また、信号強度については、ＰＡ１の振幅値Ｌ１よりＰＡ２の振幅値Ｌ２の方が大きい。

このような受信時間のずれ（すなわち半球中心からの位置のずれ）や、信号強度の相違が生じる原因について検討する。信号強度が相違する原因としては、まず、吸収体から各素子への距離が異なるため、減衰の度合いも異なるためだと考えられる。さらに、音響検出素子６として一般的に用いられるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子の、製造時のバラつきも考えられる。すなわち製造時バラつきによって信号の変換強度が素子ごとに異なるため、感度バラつきが発生してしまう。さらに、音響検出素子６の取付け角度のずれ等が原因で信号強度がバラつく場合も考えられる。

また位置ずれの原因としては、音響検出素子６の半球状受信面への取り付け精度や、半球面自体の曲率精度などが不十分であることが考えられる。また、装置を運用していくうちに、変形や接続部の緩みが生じることが考えられる。
上記のような各素子の位置ずれや感度のバラつきに起因する、受信信号の遅延（位相時間の想定値からのずれ）や信号強度の変化を考慮せずに画像再構成を行うと、画質の低下やアーティファクトの発生を招きかねない。

そのため、半球型探触子７を装置に設置した初期状態の時に、固定治具と黒点５２を用いた校正（キャリブレーション）を行って各素子の位相時間と信号強度を予め測定し、素子ごとのバラつき補正データを作成しておく必要がある。具体的には、探触子の各素子が光音響波を受信して出力した電気信号のピーク位置および振幅と、音響マッチング溶液の音速に基づいて、黒点から各素子への距離や、各素子の受信感度を算出する。そしてこれらの値が、装置設計時の想定値とどの程度ずれているかを算出する。すなわち補正データには、各素子の半球中心からの距離に基づく情報と、各素子の受信感度に基づく情報が含まれる。前者は、各素子の位置に基づく情報とも言い換えられ、典型的には高分解能領域と素子の相対位置情報や、そこから求められる音響波の到達時間情報である。

この補正データは半球型探触子７の個体ごとに用意される。そして、装置の探触子を交換した際には補正データを再度取り直して更新する。これにより、装置間でバラつきの無い安定した受信信号を取得可能となる。このような、装置立ち上げ時に行う補正データの作成を初期キャリブレーションと呼ぶ。図１１に、ある探触子に対して用意された補正データの一例を示す。この補正データは、各素子についての遅延時間（装置の設計値からの
ずれ）とゲインが格納されたテーブル形式である。各素子が取得した信号をこのテーブルにしたがって補正することで、信号強度および受信タイミングが素子間で一致する。

ただし格納される値はこれに限定されない。例えば遅延時間の代わりに距離を格納しても良い。また、ここでは初期補正データ（イニシャル値）とは別に、補正データに対する修正データを格納することを前提としているが、補正データそのものを書き換えても良い。またキャリブレーションのタイミングは、装置の立ち上げ時でなくとも良い。例えば定期的なメンテナンスの時に行っても良いし、利用者が指定した任意のタイミングで行っても良い。また、電気信号をどのように補正するかという情報の代わりに、そのような情報を算出する元となるデータを格納しても良い。

ここで、音響検出素子６に用いるＰＺＴなどを用いた圧電素子は、繰り返し電界を付加した時に生じる圧電特性の劣化があり、経時劣化による感度の変動が生じてしまう。さらに、半球面に取り付けられた各素子についても、経時劣化により取付け位置が変動してしまう。そこで、装置のメンテナンス作業の中で、音響検出素子６の経時劣化具合を測定する必要がある。このようなメンテナンス作業は、装置起動時に毎回実施される場合や、定期点検時に行われる場合がある。そして、測定した経時劣化情報に基づいて、補正データの更新や、補正データに対する更なる補正データが記録されたりする。

しかしながら、黒点５２を正確な中心位置に固定するには、図５に示す専用の固定治具５１が必要であった。その結果、頻繁に行われるメンテナンス作業の中で固定治具５１を毎回設置する必要が生じるため、作業の煩雑化を招いていた。

図７に、固定治具５１に代わる固定部材として、円錐形状のカップ７１を使って黒点５２の位置を固定する方法の一例を示す。カップの形状は黒点の位置が固定できれば円錐形状に限定されない。例えば、半球面の下端にくぼみを設けた形状などでもよい。カップの素材については、音響マッチング溶液２３を介してレーザのパルス光２４や光音響波２４、２５を減衰、屈折させない素材が適している。
黒点５２を簡単に位置固定できれば、固定部材はカップに限定されない。例えば、カップ７１の代わりにワイヤーなどを使って黒点５２を固定する方法や、音響マッチング素材のファントムの中に黒点５２を埋め込んで固定した構造でも良い。

図８は、黒点５２を半球型探触子７の中心位置に設置して走査する制御方法を示したフロー図である。すなわち、メンテナンス作業の中で簡易に設置した黒点５２は、半球型探触子７の中心位置からは毎回外れてしまうので、半球型探触子７に対する黒点５２の相対位置を検索する制御が必要となる。

Ｓ８０１で、黒点５２をカップ７１の下部に設置して位置を固定する。Ｓ８０２で、光照射部４からパルス光２４を照射する。Ｓ８０３で、黒点５２から発生する光音響波ＰＡを全ての音響検出素子６で検出して受信信号を取得する。
Ｓ８０４は、各素子の受信信号の位相時間を検出し、黒点５２と半球型探触子７の中心との相対位置を算出する判定フローである。判定方法の例を挙げる。まず、受信信号から光音響波に由来する可能性が高いＮ字スパイク等の形状パターンを抽出したり、信号強度を所定の閾値と比較したりして、黒点から素子への到達時間を求める。そして音響マッチング溶液の音速を用いて素子と黒点の距離を算出する。この処理を各素子について行うことで、黒点と探触子の相対位置が得られる。また、探触子に含まれるいずれかの素子の位置が経時劣化によってずれている場合も、各素子の受信信号を比較することで、ずれの程度（ずれた方向や距離）が求められる。

Ｓ８０４の判定フローでは、黒点５２が中心位置に無ければ、Ｓ８０５で、半球型探触
子７を走査して位置補正を行い、再度Ｓ８０１のステップからの処理を繰り返す。黒点５２が中心位置に合致すれば、Ｓ８０６で初期キャリブレーション時の補正データとの差異のずれ量（オフセット量）を算出して、新たな補正データとして記憶部に格納する。このとき、補正データ自体を更新してもよいし、既に記憶されている補正データを修正するためのデータとして格納してもよい。

記憶部に格納された補正データは、図４のステップＳ４０５で示した画像再構成に利用される。すなわち画像処理部９は、各素子が受信した電気信号を記憶部から読み出す際に半球中心からの距離に応じた遅延を与えたり、電気信号を加算する際に受信感度に応じたゲインをかけたりする。これにより、探触子の個体差に応じた補正が可能になり、画像の精度が向上する。さらに本実施例では、更新済み補正データ（または補正データに対する修正データ）を利用するので、経時劣化による素子感度の変化や素子の位置ずれを反映した画像再構成が可である。

以上のように本実施例では、新たな補正データを各素子からの信号（素子間の位相差）で算出することにより、画像再構成時に受信信号に補正をかける方法について説明した。なお、受信信号自体に遅延やゲインを与えるほか、画像再構成における素子毎の重みに補正データを反映したり、画像に対する情報処理に補正データを反映してもよい。

［実施例２］
実施例２では、装置の立ち上げ時に毎回実施するメンテナンス作業の中で、任意位置に設置された黒点に対して半球型探触子を移動させることで高分解能箇所を探索し、初期の高分解能箇所（初期設定位置）に対するずれ量を算出する方法を説明する。なお、実施例２における装置構成は上記説明に用いたものと同様とする。

実施例２では、補正のずれ量は半球型探触子の位置に関するものを示している。そして補正データは、半球型探触子の走査位置を補正するために使用される。さらに、補正のずれ量の検出は、実際に半球型探触子を走査して黒点の画像再構成を実施し、画像解像度を判定して高分解能領域の範囲を検出する方法で行われる。

図９は、高分解能領域の検出方法を示すフロー図である。本フローでは、メンテナンス作業で設置した黒点５２が半球型探触子７の中心位置から外れている場合を想定し、半球型探触子７に対する黒点５２の相対位置を、黒点の再構成画像の分解能で判別している。
Ｓ９０１で、黒点５２をカップ７１の下部に設置して位置を固定する。このときの相対位置を、第一の関係とする。Ｓ９０２で、光照射部４からパルス光２４を照射する。Ｓ９０３で、黒点５２から発生する光音響波ＰＡを全ての音響検出素子６で検出して受信信号を取得する。

Ｓ９０４は、各素子の受信信号から黒点の画像再構成を実施し、黒点５２が半球型探触子７の高分解能領域の範囲内にあるかの相対位置を算出する判定フローである。具体例としては、画像処理部が既知の画像処理アルゴリズムを用いて、再構成画像から黒点に由来する領域を抽出する。続いて画像処理部は、当該領域の大きさ、形状、信号強度などを示す指標値が、黒点が高分解能領域にあるときに得られる所定の範囲に含まれるかどうかを判定する。このとき、高分解能領域と黒点位置が、どの方向にどの程度ずれているかを検出することがより好ましい。例えば、実際の黒点が直径０．５ｍｍの球形であり、再構成画像中の黒点が直径１ｍｍとして表示された場合、この値が所定の許容範囲か否かを判定することで、高分解能領域に黒点があるかどうかが判断できる。

Ｓ９０４で黒点５２が高分解能領域に無いと判定されれば、Ｓ９０５で、走査制御部および走査機構部が半球型探触子７を走査して位置補正を行う。これにより、相対位置が第
一の関係から第二の関係に移行する。そして再度、Ｓ９０１のステップから処理を繰り返す。このときの移動量（距離および方向）は、予め定められた単位量に基づき決めてもよいし、黒点位置の高分解能領域とのずれ量に基づいて決めてもよい。
一方、黒点５２が高分解能領域に含まれる場合（または、合致する場合）、Ｓ９０６で画像処理部が、初期キャリブレーション時の走査位置との差異を示すずれ量（オフセット量）を算出する。記憶部は、このずれ量に基づき更新された補正データ、または補正データに対する修正データを格納する。

以上のように本実施例では、実際の高分解能箇所を特定するために、黒点を所定の設定位置（任意位置）に配置して光音響測定と画像再構成を行う。そして得られた黒点画像の分解能を参考にして、必要に応じて探触子を移動させることで、高分解能箇所を探索する。これにより、装置の構成や、個々の探触子の特徴から定まる高分解能箇所（初期設定値）に対するずれ量を算出し、補正値として利用できる。

［変形例］
上記の処理フローでは、再構成画像の分解能を示す指標値が所定の閾値内に収まるまで、探触子を移動させていた。この方法にかえて、所定の回数（または所定の時間）の間だけ、黒点に対する探触子の相対位置を少しずつ変えながら光音響測定と画像再構成を繰り返す方法も採用できる。この場合画像処理部は、得られた複数の再構成画像を比較して最も良好な画像が得られたときの探触子の位置を決定し、その位置に基づいてキャリブレーション用補正データを更新する。この補正データを用いて受信信号に遅延やゲインを与えることで、実際の素子位置や受信感度を反映した画像が生成できる。

実施例１および２では、走査機構部と走査制御部による探触子の走査に伴い、複数箇所で光音響測定が行われていた。しかし本発明の実施にあたって必ずしも走査系が必要とは限らない。例えば、黒点の位置を手動または自動で少しずつ移動させながら各位置で光音響測定を行い、各位置で得られた再構成画像を比較してもよい。その場合、カップ７１を少しずつ移動できるようなステージ機構を設けることが好ましい。

さらに、装置出荷時の高分解能箇所に確実に黒点を設置できれば、必ずしも複数回の光音響測定は必要ない。すなわち、黒点が高分解能箇所にあるときに実際に各素子が取得した受信信号の遅延時間および強度を、装置の設計上のイニシャル値と比較できれば、本発明による補正データの更新は実施可能である。なおこの場合、精度の高い黒点設置用機材が必要になる。

［実施例３］
実施例１では、黒点５２の位置情報を受信信号の位相時間から算出し、実施例２では再構成画像に基づき黒点の設置位置と高分解能位置とのずれ量を算出た。実施例３では、音響検出素子６の個々の経年劣化による感度バラつきに関連する、受信信号の振幅値のバラつきを算出し補正する方法に関して説明する。

実施例３の処理フローを表す図１０において、Ｓ１００１からＳ１００５までは図８と同様の処理である。そして実施例３では、Ｓ１００４の判定フローにおいて黒点５２が中心位置に含まれる場合（合致した場合）に、Ｓ１００６において受信信号の振幅値のバラつきを算出して、Ｓ１００７で新たな補正データを格納する。
以下、バラつき算出について詳細に説明する。黒点５２が半球型探触子７の中心位置にあれば、Ｓ１００３で得られる受信信号（あるいは、補正データを適用した後の受信信号）の振幅値は、全素子で同程度である。ところが、圧電素子の経年劣化により素子感度が低下した場合、その素子の受信信号の強度が低下し、素子間に振幅値のバラつきが生じる。

そこで実施例３では、Ｓ１００６で初期キャリブレーション時の補正データとの差異のずれ量（オフセット量）を、位相時間だけでなく振幅値のずれ量についても算出する。記憶部はＳ１００７で、このデータを新たな補正データとして格納する。画像処理部は、高分解能領域を画像再構成する際に記憶部を参照し、振幅値のバラつきを補正するように、各素子の受信信号強度に適切なゲインをかける。

以上のように本実施例では、新たな補正データを各素子からの信号強度（振幅）で算出することにより、画像再構成時に受信信号に補正をかける方法について説明した。

以上各実施例で説明したように、本発明の被検体情報取得装置では、メンテナンス作業時にキャリブレーションを実施する際に、簡易固定した黒点に対する半球型探触子の相対位置を、任意に調整可能である。そして、光音響測定により黒点から得られた受信信号や、再構成画像に基づく演算を行うことで、装置の実態に沿った補正データを取得して画像再構成に利用できる。

［好ましい形態］
続いて、本発明の被検体情報取得装置の好ましい形態について説明する。図２においては、被検体２１は音響マッチング溶液２３に設置されている。ここで、被検体を保持する保持部材を設けることは、被検体の形状を固定して変動を抑制する点で好ましい。保持部材の材料としては、カップ状やお椀状の、光および音響波を透過するものが好適である。保持部材の内側と被検体の間に音響マッチング材を設けることも好ましい。

探触子の支持体として、半球以外の形状を採用することも考えられる。例えば球冠状や球帯状のような、球体の一部を平面で切り取った形状の場合、半球の場合とほぼ同じように本発明を適用できる。すなわち、球冠や球帯を包含する球の中心に高分解能領域を設定すれば、各素子の補正データは半球の場合と同様に取り扱える。

また、支持体の形状が球体の一部ではない場合でも、少なくとも一部の素子の感度の高い方向（指向軸）が集まるように複数の素子を保持できる形状であれば、本発明を適用可能である。この場合、複数の素子の指向軸が交わる領域を高分解能領域として設定する。そして、高分解能領域から各素子までの距離は装置の設計上定まる値なので、高分解能領域から各素子までの経路の音速に基づき、黒点から素子までの音響波到達時間は計算により取得できる。また、音響波の減衰についても計算により取得可能である。したがって、高分解能領域から各素子までの距離の違いを考慮した上で、距離に基づく情報と受信感度に基づく情報を含んだキャリブレーション用補正データを作成できる。そして、上記各実施例の手法を適用し、補正データの更新、または補正データ用修正データの作成を行うことが可能である。支持体の形状としては例えば、皿状などの曲面、箱型、楕円体の一部を切り取った形状、複数の平面や曲面を組み合わせた形状などが考えられる。

キャリブレーション用吸収体である黒点としては、吸収係数の高い材料が好ましい。例えばカーボンを球形や立方体に固めた部材が好適に使用できる。黒点のサイズは装置の解像度等に応じて任意に設定可能であり、例えば直径または一辺が０．５ｍｍ〜１ｍｍなどとする。また、測定対象となる光吸収体を模した材料や、測定に用いる光の波長に応じて好適な吸収係数を持つ材料も利用できる。また、計算が複雑になるものの、必要に応じて複数の吸収体を配置できる。
音響検出素子としては、上述した圧電素子が好適であるが、これに限られない。その他の変換素子であっても、程度の差こそあるものの設置精度や受信感度低下の問題は共通するので、本発明の適用は可能である。

本発明における走査制御部と走査機構部によるスキャンの際には、ＸＹ方向の２次元走査、Ｚ方向を加えた３次元走査、スパイラル走査など様々な方法を採用できる。探触子自体が、Ｚ方向を中心とした回転をするように制御してもよい。また、探触子を連続的に移動させながら光音響波を取得しても良いし、情報取得と走査を交互に繰り返すステップアンドリピート方式でも良い。画像再構成には、バックプロジェクションのほか、フーリエ変換法や整相加算法など、既知の様々な手法を採用できる。受信部においては、アナログ電気信号からデジタル電気信号への変換処理、信号強度の増幅処理、各種の補正処理が行われる。本発明の補正データを用いた強度補正は、この増幅処理とともに行われても良いし、画像処理部によって別途行われてもよい。

１：主制御部，４：光照射部，５：光源部，６：音響検出素子，７：半球型探触子，８：受信部，９：画像処理部，２４：パルス光，５２：黒点

Claims (14)

1. 光を照射された被検体から伝播する音響波を受信して電気信号を出力する複数の検出素子と、
   前記複数の検出素子の少なくとも一部の検出素子の指向軸が集まる高分解能領域が形成されるように前記複数の検出素子を支持する探触子と、
   前記電気信号を用いて前記被検体の特性情報を取得する処理部と、
   前記処理部が前記特性情報を取得するときに用いられる、前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記電気信号に対する補正データであって、前記複数の検出素子の位置に基づく情報および感度に基づく情報を含む補正データを格納する記憶部と、
   を有する被検体情報取得装置であって、
   前記処理部は、前記被検体情報取得装置のキャリブレーションの際に、前記被検体として前記探触子に対して所定の位置に配置されたキャリブレーション用吸収体を用いたときに前記複数の検出素子が出力する前記電気信号に基づいて、前記補正データを修正する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記キャリブレーション用吸収体が配置される所定の位置とは、前記被検体情報取得装置および前記探触子の設計上、前記高分解能領域として設定されている位置である
   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。
3. 前記補正データは、前記複数の検出素子から出力された前記電気信号が、前記キャリブレーション用吸収体が前記高分解能領域に配置されているときに出力されるべき位相および強度となるように補正するデータである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記補正データに含まれる前記位置に基づく情報とは、前記複数の検出素子のそれぞれと前記高分解能領域の距離である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記補正データに含まれる前記位置に基づく情報とは、前記高分解能領域から前記複数の検出素子のそれぞれへの前記音響波の到達時間である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記補正データに含まれる前記感度に基づく情報とは、前記検出素子が受信した前記音響波の強度に対する前記電気信号の強度を表す情報である
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記補正データに含まれる前記感度に基づく情報とは、前記複数の検出素子のそれぞれが出力した前記電気信号に与えるゲインを表す情報である
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記キャリブレーション用吸収体と前記探触子の相対位置は変化可能であり、
   前記処理部は、前記相対位置が第一の関係にあるときに取得された前記特性情報が、前記キャリブレーション用吸収体が前記高分解能領域に含まれることを示す所定の範囲にない場合、前記相対位置を第二の関係に変化させる
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記キャリブレーション用吸収体と前記探触子の相対位置は変化可能であり、
   前記複数の検出素子は、複数の位置で前記キャリブレーション用吸収体に由来する前記電気信号を取得し、
   前記処理部は、前記複数の位置で取得された前記電気信号に基づいて、前記キャリブレーション用吸収体が前記高分解能領域に含まれるような前記相対位置を求める
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記探触子を移動させる走査部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記キャリブレーション用吸収体を前記高分解能領域に配置するための固定部材をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記固定部材は、カップである
    ことを特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記記憶部は、前記キャリブレーションの際に前記補正データを書き換えることにより前記補正データを修正する
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
14. 前記記憶部は、前記キャリブレーションの際に前記補正データに対する修正データを格納する
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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