JP2017029610A - 光音響装置、信頼度取得方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光音響装置により得られた酸素飽和度の信頼度（確からしさ）を取得することのできる技術を提供する。
【解決手段】光音響装置は、第一波長に対応する第一光吸収係数分布と、第二波長に対応する第二光吸収係数分布と、第三波長に対応する第三光吸収係数分布と、に基づいて信頼度分布を取得する信頼度取得部６６０を有し、第一波長および第二波長は、第一波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数および第二波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、第一波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数および第二波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、がほぼ等しい波長であり、第三の波長がオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しい波長である。
【選択図】図１

Description

光音響装置における酸素飽和度の信頼度を取得する技術に関する。

被検体の断層画像を非侵襲で撮像する技術として、光と超音波を用いて生体機能情報を取得する光音響装置がある。

光音響装置とは、光源で発生した光を被検体に照射し、光吸収により被検体内部で発生した光音響波（典型的には超音波）を受信および解析し、内部組織を画像化する技術である。受信信号の時間による変化を複数個所で検出し、受信信号を数学的に解析および再構成することで、被検体内部の情報などを可視化することができる。

特に、光音響装置を用いて、悪性腫瘍周辺に発生する新生血管の酸素飽和度を正確に求めることが期待されている（非特許文献１）。

"Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｂｌｏｏｄ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｌｏｏｄ ｖｏｌｕｍｅ ｉｎ ｒａｔ ｂｒａｉｎ ｉｎ ｖｉｖｏ"Ｘ．Ｗａｎｇ，Ｌ．Ｖ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５６９７（２００５）

ところが、光音響装置により得られる酸素飽和度には測定誤差が含まれる場合がある。そのため、ユーザーからは、酸素飽和度の真値に対する測定値の精度を把握できることが望まれている。

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものであり、その目的は、光音響装置により得られた酸素飽和度の信頼度（確からしさ）を取得することのできる技術を提供することにある。

本発明に係る光音響装置は、被検体に光を照射する光照射部と、光照射部からの光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより電気信号を出力する受信部と、光吸収係数分布を取得する光吸収係数取得部と、信頼度分布を取得する信頼度取得部と、を有し、光照射部は第一波長の光を被検体に照射し、受信部は第一波長の光が被検体に照射されることにより発生する第一波長に対応する光音響波を受信することにより、第一波長に対応する第一電気信号を出力し、光照射部は第二波長の光を被検体に照射し、受信部は第二波長の光が被検体に照射されることにより発生する第二波長に対応する光音響波を受信することにより、第二波長に対応する第二電気信号を出力し、光照射部は第三波長の光を被検体に照射し、受信部は第三波長の光が被検体に照射されることにより発生する第三波長に対応する光音響波を受信することにより第三波長に対応する第三電気信号を出力し、光吸収係数取得部は、第一波長に対応する電気信号に基づいて、第一波長に対応する第一光吸収係数分布を取得し、光吸収係数取得部は、第二波長に対応する電気信号に基づいて、第二波長に対応する第二光吸収係数分布を取得し、光吸収係数取得部は、第三波長に対応する電気信号に基づいて、第三波長に対応する第三光吸収係数分布を取得し、信頼度取得部は、第一光吸収係数分布と、第二光吸収係数分布と、第三光吸収係数分布と、に基づいて信頼度分布を取得し、第一波長および第二波長は、第一波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数および第二波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、第一波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数および第二波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、がほぼ等しい波長であり、第三の波長がオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しい波長である。

本発明によれば、光音響装置により得られた酸素飽和度の信頼度（確からしさ）を把握することができる。

本実施形態に係る光音響装置を示す概略図である。 本実施形態に係る信頼度分布の表示方法を示すフローチャート図である。 ヘモグロビンのモル吸収係数スペクトル図である。 本実施形態に係る表示方法の一例を示す図である。 本実施形態に係る表示方法の別例を示す図である。 本実施形態に係る信頼度分布による酸素飽和度分布の補正方法を示すフローチャート図である。 本実施形態に係る信頼度分布を利用したキャリブレーション方法を示すフローチャート図である。

光音響装置で得られる酸素飽和度の算出精度は、被検体に照射した光の伝搬、発生した光音響波の伝搬、画像再構成等に依存する。例えば、測定対象部位の深度が深い場合、被検体深部に到達する光の光量が少なくなるため発生する光音響波の音圧が小さくなり、測定誤差が増加して酸素飽和度値の精度も低下し易い。また、酸素飽和度は異なる波長を用いた複数回の光音響測定結果を用いて算出するため、各波長による測定間での測定状態の変化が酸素飽和度の精度に影響する。このように、酸素飽和度の算出精度は様々な要因により低下する可能性がある。

そこで、本発明は、光音響装置により得られた酸素飽和度の信頼度（確からしさ）を取得することのできる技術を提供することを目的とする。

以下、本発明に係る光音響装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は本実施形態に係る光音響装置を示す概略図である。光音響装置は、光照射部１００、保持部２００、受信部４００、信号データ収集部５００、コンピュータ６００、表示部８００、および入力部９００を備える。測定対象は、被検体３００である。

光源１１０から射出された光は、光学系１２０を介して光１３０として被検体３００に照射される。被検体３００の光吸収体が、被検体内部を伝搬した光エネルギーを吸収して光音響波を発生する。受信部４００は、光音響波を時系列の信号としての電気信号に変換する。

信号データ収集部５００は、受信部４００から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。コンピュータ６００は、デジタル信号としての時系列の信号に基づいて、光吸収係数分布、酸素飽和度分布、および信頼度分布を取得する。コンピュータ６００は、取得した情報に基づいて表示データを生成し、表示部８００に送信する。表示部８００は、コンピュータ６００から送信された表示データを表示する。

ここで、酸素飽和度の算出原理を説明する。オキシヘモグロビンのモル吸収係数をε_ＨｂＯ（ｃｍ^−１Ｍ^−１）とし、デオキシヘモグロビンのモル吸収係数をε_Ｈｂ（ｃｍ^−１Ｍ^−１）とする。ここで、モル吸収係数の単位は、単位モル濃度あたりの光吸収係数であり、モル吸収係数の値は波長によって一意的に決定される。

オキシヘモグロビンのモル濃度（Ｍ）をＣ_ＨｂＯ、デオキシヘモグロビンのモル濃度（Ｍ）をＣ_Ｈｂとする。このとき、第一波長λ_１と第二波長λ_２に対応する血液の吸収係数μ_ａは式１で表せる。

式１に示すように、血液の吸収係数μ_ａは、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯとオキシヘモグロビンのモル濃度Ｃ_ＨｂＯの積と、デオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂおよびデオキシヘモグロビンのモル濃度Ｃ_Ｈｂの積と、の和で示される。

また、式１を変形すると式２と表せる。

酸素飽和度ＳｔＯ_２は、全ヘモグロビンのモル濃度（Ｃｔｏｔａｌ）に対するオキシヘモグロビン割合であり、以下の式４で表すことができる。

すなわち、光音響装置により第一波長λ_１に対応する吸収係数μ_ａ（λ１）および第二波長λ_２に対応する吸収係数μ_ａ（λ２）を取得すれば、他の値は既知であるため、式３より酸素飽和度を算出することができる。

以下、各構成を詳細に概説する。

（光照射部１００）
光照射部１００は、光１３０を発する光源１１０と、光源１１０から射出された光１３０を被検体３００へ導く光学系１２０とを含む。

光源１１０は、ナノ秒からマイクロ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源であることが好ましい。光のパルス幅としては、１〜１００ナノ秒程度のパルス幅であってもよい。また、光の波長としては４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。生体表面近傍の血管を高解像度でイメージングする場合は、血管での吸収が大きい波長（４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）としてもよい。一方、生体の深部をイメージングする場合には、生体の背景組織（水や脂肪など）において典型的に吸収が少ない波長（７００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）の光を用いてもよい。

光源１１０としては、レーザーや発光ダイオードを用いることができる。また、複数波長の光を用いて測定する際には、波長の変換が可能な光源であってもよい。なお、複数波長を被検体に照射する場合、互いに異なる波長の光を発生する複数台の光源を用意し、それぞれの光源から交互に照射することも可能である。複数台の光源を用いた場合もそれらをまとめて光源として表現する。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやアレキサンドライトレーザーなどのパルスレーザーが好ましい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザーやＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザーを用いてもよい。

光学系１２０には、レンズ、ミラー等の光学素子を用いることができる。また、光学系１２０には、反射鏡やプリズムを用いた多関節アームなどを利用する空間伝搬やファイバーまたはバンドルファイバーを用いた光伝搬手段を用いてもよい。また、光１３０の照射エネルギーや照射分布計測などの入射光の情報を収集する目的でビームスプリッターなどを用いて光１３０の一部を分岐させてもよい。

***等を被検体３００とする場合、パルス光のビーム径を広げて照射することが好ましいため、光学系１２０の光出射部は光を拡散させる拡散板等で構成されていてもよい。一方、光音響顕微鏡においては、解像度を上げるために、光学系１２０の光出射部はレンズ等で構成し、ビームをフォーカスして照射してもよい。

被検体３００上での光１３０の照射位置は移動可能としてもよい。この場合、多関節アームやファイバーを直接被検体３００に対して移動させるだけでなく、可動式ミラー等を用いる方法や光源自体を機械的に移動させる方法などを採用することもできる。

なお、光照射部１００が光学系１２０を備えずに、光源１１０から直接被検体３００に光１３０を照射してもよい。

（保持部２００）
保持部２００は被検体の形状を測定中に保持するために使用される。保持部２００により被検体３００を保持することによって、被検体の動きの抑制および被検体３００の位置を保持部２００内に留めることができる。保持部２００の材料には、ＰＥＴ−Ｇ等を用いることができる。

保持部２００は、被検体３００を保持できる硬度を有する材料であることが好ましい。保持部２００は、測定に用いる光を透過する材料であってもよい。保持部２００は、インピーダンスが被検体３００と同程度の材料で構成されていてもよい。***等の曲面を有するものを被検体３００とする場合、凹型に成型した保持部２００であってもよい。この場合、保持部２００の凹部分に被検体３００を挿入することができる。

（受信部４００）
受信部４００は、音響波を受信することにより電気信号を出力する受信素子４１１−４１４からなる受信素子群４１０と、受信素子群４１０を支持する支持体４２０とを含む。

各受信素子４１１−４１４を構成する部材としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック材料や、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電膜材料などを用いることができる。また、圧電素子以外の素子を用いてもよい。例えば、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）、ファブリペロー干渉計を用いたトランスデューサなどを用いることができる。なお、音響波を受信することにより電気信号を出力できる限り、いかなるトランスデューサを受信素子として採用してもよい。

支持体４２０は、機械的強度が高い金属材料などから構成されていてもよい。本実施形態において支持体４２０は半球殻形状であり、半球殻上に受信素子群４１０を支持できるように構成されている。この場合、各受信素子の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、これらの受信素子から出力された電気信号群を用いて画像化したときに曲率中心付近の画質が高くなる。なお、支持体４２０は受信素子群４１０を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。

（信号データ収集部５００）
信号データ収集部５００は、各受信素子４１１−４１４から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを含む。信号データ収集部５００から出力されるデジタル信号は、コンピュータ６００内のメモリ６１０に記憶される。信号データ収集部５００は、Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＡＳ）とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。

（コンピュータ６００）
コンピュータ６００は、メモリ６１０、初期音圧取得部６２０、光フルエンス取得部６３０、光吸収係数取得部６４０、酸素飽和度取得部６５０、信頼度取得部６６０、および制御部６７０を含む。

メモリ６１０は、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体で構成することができる。また、メモリ６１０は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。

初期音圧取得部６２０、光フルエンス取得部６３０、光吸収係数取得部６４０、酸素飽和度取得部６５０、または信頼度取得部６６０等の演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップ等の演算回路で構成されることができる。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。

制御部６７０は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部６７０は、入力部９００からの撮像開始などの各種操作による信号を受けて、光音響装置の各構成を制御する。また、制御部６７０は、メモリ６１０に格納されたプログラムコードを読み出し、光音響装置の各構成の作動を制御する。

コンピュータ６００は、信号データ収集部５００から出力されたデジタル信号を記憶し、記憶されたデジタル信号に基づいて被検体３００の画像データを取得する装置である。コンピュータ６００の行う処理の詳細については後述する。

なお、コンピュータ６００の各機能は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、受信部４００、信号データ収集部５００、およびコンピュータ６００は、１つのハードウェアによって構成されてもよい。また、各構成の少なくとも一部が１つのハードウェアによって構成されてもよい。例えば、受信部４００と信号データ収集部５００とが１つのハードウェアによって構成されてもよい。コンピュータ６００は専用に設計されたワークステーションであってもよい。

（表示部８００）
表示部８００は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などのディスプレイである。コンピュータ６００により得られた酸素飽和度分布や信頼度分布等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部８００は、画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。

（入力部９００）
入力部９００は、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成されることができる。また、表示部８００をタッチパネルで構成し、表示部８００を入力部９００としてもよい。

なお、光音響装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、光音響装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。

（音響整合材１１００）
音響整合材１１００は光音響装置の構成ではないが説明する。音響整合材１１００には、水、超音波ジェルなどが用いられる。音響整合材１１００は、保持部２００と受信素子４１１−４１４との間を音響波伝搬させるためのものである。音響整合材１１００は音響波減衰が少ないものであってもよい。照射光が音響整合材を透過する場合、照射光に対して透明であってもよい。

以下に、本実施形態に係る、光音響装置を用いた酸素飽和度分布と酸素飽和度の信頼度分布とを表示する方法を、図２のフロー図を用いて説明する。

（Ｓ１００：波長を設定する工程）
制御部６７０は、以下の工程で酸素飽和度の取得に利用される第一波長λ１および第二波長λ２と、以下の工程で信頼度の取得に利用される第三波長λ３と、を決定する。そして、制御部６７０は、光源１１０が本工程で決定されたλ１、λ２、およびλ３のいずれかの波長の光を発するように光源１１０の装置パラメータを設定し、Ｓ２００の工程に進む。本実施形態では、まず第１波長λ１が設定され、Ｓ２００の工程に進む例を説明する。

［第一波長λ１および第二波長λ２］
制御部６７０は、第一波長λ１と第二波長λ２として、それぞれの波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂの和と、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯの和がほぼ等しいλ１およびλ２を決定する。すなわち、制御部６７０は、｜ε_Ｈｂ（λ１）＋εＨｂ（λ２）＝ε_ＨｂＯ（λ１）＋ε_ＨｂＯ（λ２）｜を満たすλ１およびλ２を決定する。

図３において、実線はオキシヘモグロビンのモル吸収係数のスペクトルを表し、破線はデオキシヘモグロビンのモル吸収係数のスペクトルを表す。各ヘモグロビンのモル吸収係数の値は波長に対して一意に決定される値である。例えば、制御部６７０は、λ１、λ２としてλ１＝７７８ｎｍとλ２＝８６６ｎｍを選択する場合を考える。この場合、ε_Ｈｂ（λ１：７７８ｎｍ）＝１１１４．８（ｃｍ^−１Ｍ^−１）、ε_ＨｂＯ（λ１：７７８ｎｍ）＝６９９．６（ｃｍ^−１Ｍ^−１）、ε_Ｈｂ（λ）２：８６６ｎｍ）＝６９９．９（ｃｍ^−１Ｍ^−１）、ε_ＨｂＯ（λ２：８６６ｎｍ）＝１１１８．４（ｃｍ^−１Ｍ^−１）であり、ε_Ｈｂ（λ１：７７８ｎｍ）＋ε_Ｈｂ（λ２：８６６ｎｍ）−ε_ＨｂＯ（λ１：７７８ｎｍ）−ε_ＨｂＯ（λ２：８６６ｎｍ）＝−３．３（ｃｍ^−１Ｍ^−１）である。

また、μａ（λ１）／μａ（λ２）の変化が酸素飽和度の変化に対して大きい場合、測定誤差や測定ノイズに対して堅固となる。このため、λ１とλ２の組み合わせとして、｜（ε_ＨｂＯ（λ１）−ε_ＨｂＯ（λ１））−（ε_ＨｂＯ（λ２）−ε_Ｈｂ（λ２））｜が大きくなる波長を選択してもよい。

なお、第一波長λ１と第二波長λ２において、ε_Ｈｂの和とε_ＨｂＯの和がほぼ等しいとは、完全に等しい場合に限らない。第一波長λ１及び第二波長λ２の許容範囲については後述する。

［第三波長λ３］
制御部６７０は、第三波長λ３として、デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しい、ヘモグロビンの等モル吸収点となる波長λ３を選択する。

例えば、λ３の一例として、λ３＝７９７ｎｍが挙げられ、この場合のモル吸収係数は７９４．６（ｃｍ^−１Ｍ^−１）である。

なお、第三波長λ３において、デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しいとは、完全に等しい場合に限らない。第三波長λ３の許容範囲については後述する。

なお、ε_Ｈｂおよびε_ＨｂＯのスペクトルは既知であるため、λ１が決定されると、λ２の候補は一意に決定される。そこで、ユーザーが入力部９００を用いてλ１を入力すると、制御部６７０が自動で波長λ２を設定するようにしてもよい。すなわち、制御部６７０は入力部９００からの波長λ１の情報を受け取って、波長λ１に対応する各ヘモグロビンのモル吸収係数をメモリ６１０から読み出す。そして、制御部６７０は、波長λ１に対応する各ヘモグロビンのモル吸収係数と、メモリ６１０に保存されたε_Ｈｂおよびε_ＨｂＯのスペクトルとに基づいて、ε_Ｈｂ（λ１）＋ε_Ｈｂ（λ２）−ε_ＨｂＯ（λ１）−ε_ＨｂＯ（λ２）の値が所定の範囲に収まる波長λ２を決定してもよい。

また、λ１及びλ２の複数の組み合わせが予めメモリ６１０に保存されており、制御部６７０が入力部９００からのλ１の情報を受け取って、λ１に組み合わせられたλ２の情報を読み出してもよい。

また、複数の組み合わせの中から、ユーザーが入力部９００を用いて所望の組み合わせを指定することにより、制御部６７０が波長を設定してもよい。

また、入力部９００が測定部位や測定深度などの測定オーダーを入力できるように構成され、各測定オーダーに対応した波長の組み合わせがメモリ６１０に保存されていてもよい。そして、制御部６７０は、入力部９００から入力された測定オーダーに対応する波長の組み合わせをメモリ６１０から読みだすことにより、波長を設定してもよい。なお、測定深度等の測定オーダーは値を直接入力できるように構成されていてもよいし、深い領域モードと浅い領域モードなどのように段階的に入力できるように構成されていてもよい。例えば、深い領域モードに対応する波長の方を、浅い領域モードに対応する波長よりも長い波長としてもよい。

（Ｓ２００：光音響波に基づく信号データを取得する工程）
本実施形態では、まず光源１１０が第一波長λ１の光を発する。光源１１０が発した光は、光学系１２０により被検体３００に導かれる。光学系１２０は、光を保持部２００越しに被検体３００に照射する。被検体３００内の光吸収体は、照射された光を吸収し、体積膨張することにより光音響波を発生する。この光音響波は、被検体３００および音響整合材１１００を伝搬し、受信素子群４１０に到達する。各受信素子４１１−４１４がこの光音響波を受信することによって第一波長λ１に対応する第一電気信号を出力することにより、受信素子群４１０は第一波長λ１に対応する第一電気信号群を出力する。受信素子から出力される電気信号は、受信素子に到達した光音響波の圧力の時間変動を表す時系列の信号である。

信号データ収集部５００は、受信素子群４１０から出力されたアナログ信号群である電気信号群をデジタル信号群に変換する。このデジタル信号群は、メモリ６１０に記憶させる。すなわち、光音響波に基づく信号データがメモリ６１０に記憶される。

（Ｓ３００：初期音圧分布を取得する工程）
本実施形態において、まず初期音圧取得部６２０は、メモリ６１０に記憶された第一波長λ１に対応する電気信号群に基づいて、第一波長λ１に対応する、被検体３００内の第一初期音圧分布Ｐ_０（λ１）を取得する。初期音圧分布を再構成する手法については、タイムドメイン再構成手法、フーリエドメイン再構成手法、モデルベース再構成手法（繰り返し再構成手法）などの公知の再構成手法を採用することができる。例えば、ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｅ ７１，０１６７０６（２００５）に記載されたようなＵｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）と呼ばれるタイムドメイン再構成手法を採用することができる。

（Ｓ４００：光フルエンス分布を取得する工程）
本実施形態において、まず光フルエンス取得部６３０は、被検体３００に照射された第一波長λ１の光の被検体３００内での第一光フルエンス分布Φ（λ１）を取得する。すなわち、光フルエンス取得部６３０は、被検体内の各位置に照射された光フルエンスの値を取得する。

光フルエンス取得部６３０は、公知の手法により光フルエンス分布を取得することができる。例えば、光フルエンス取得部６３０は、被検体の光学係数情報（光吸収係数、等価散乱係数、または有効減衰係数等）、光照射部１００から射出された光の面内強度分布、被検体の形状などのパラメータに基づいて光フルエンス分布を取得してもよい。測定毎に強度分布取得部（不図示）が光の面内強度分布を取得し、形状取得部（不図示）が被検体の形状を取得してもよい。また、不図示の光量計（パワーメータ）が照射光の総光量を計測してもよい。また、光フルエンスの計算手法には有限要素法、モンテカルロ法などを用いてもよい。例えば、特開２０１１−２０６１９２に記載された方法により光フルエンス分布を取得してもよい。

（Ｓ５００：光吸収係数分布を取得する工程）
本実施形態において、まず光吸収係数取得部６４０は、Ｓ３００で取得された第一初期音圧分布Ｐ_０（λ１）とＳ４００で取得された第一光フルエンス分布Φ（λ１）とに基づいて、第一波長λ１に対応する第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）を取得する。

ところで、式４は、光音響波が発生したときの初期音圧Ｐ_０を表す。
Ｐ_０（ｒ）＝Γ（ｒ）・μ_ａ（ｒ）・Φ（ｒ） ・・・式４
ｒは被検体内の位置を表す。Ｐ_０は初期音圧であり、光音響波の受信信号に基づいて取得される。Γはグリューナイゼン係数であり、組織が決定すると一意に決定される既知のパラメータである。μ_ａは光吸収係数を表す。Φは光フルエンスを表す。

光吸収係数取得部６４０は、式４にしたがって、関心領域の各位置における初期音圧Ｐ_０を光フルエンスΦで除算することにより、光吸収係数μ_ａを取得することができる。なお、グリューナイゼン係数Γについては既知であるとして、光吸収係数取得部６４０は、予めメモリ６１０に格納されたグリューナイゼン係数を読み出すことにより計算に用いてもよい。

（Ｓ６００：全波長の測定が完了したか否かを判定する工程）
制御部６７０は、全ての波長（λ１、λ２、λ３）における測定が完了したか否かを判断する。全ての波長における測定が完了していない場合は、制御部６７０が、Ｓ１００に戻り、光照射部１００の発する光の波長を変更し、変更後の波長におけるＳ２００〜Ｓ５００の工程を実行させる。本実施形態では、第一波長λ１における測定のみが完了した場合、第二波長λ２または第三波長λ３におけるＳ２００〜Ｓ５００の工程を行い、第二波長または第三波長に対応する光吸収係数分布を取得する。これにより、第一電気信号に基づいた第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）、第二電気信号に基づいた第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）、および第三電気信号に基づいた第三光吸収係数分布μ_ａ（λ３）の取得が完了する。

また、測定間隔が長くなると被検体の体動が起こる可能性が高くなるため、異なる波長による光音響波の測定との間隔を短くしてもよい。体動が起こると波長間の画像にずれが生じ、濃度に関する情報の取得精度が低くなる場合がある。そこで、ある波長の光でＳ２００の工程を行った後に、その他の工程を行う前に、異なる波長の光でＳ２００の工程を行ってもよい。あるいは、Ｓ２００が完了した波長におけるＳ３００〜Ｓ５００の工程と、残りの波長におけるＳ２００の工程とを並行して実行してもよい。

また、第三波長における測定より先に、第一波長及び第二波長における測定をおこなってもよい。そして、第一波長に対応する第一光吸収係数分布および第二波長に対応する第一光吸収係数分布が取得されたところで、後述するＳ７００の工程に進んでもよい。

（Ｓ７００：酸素飽和度分布を取得する工程）
酸素飽和度取得部６５０は、Ｓ５００で取得した第一波長に対応する第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）と、第二波長に対応する第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）と、を用いて、式３にしたがって酸素飽和度分布ＳｔＯ_２を算出する。

（Ｓ８００：信頼度分布を取得する工程）
信頼度取得部６６０は、Ｓ５００で取得した第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）と、第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）と、第三光吸収係数分布μ_ａ（λ３）と、に基づいて、酸素飽和度の信頼度分布を取得する。本実施形態で得られる信頼度は、第一波長λ１および第二波長λ２の光を利用して得られた酸素飽和度の信頼度を表す情報である。

以下、信頼度を取得する方法を説明する。

第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）および第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）の和は式５で表される。
μ_ａ（λ１）＋μ_ａ（λ２）＝（ε_Ｈｂ（λ１）・Ｃ_Ｈｂ＋ε_ＨｂＯ（λ１）・Ｃ_ＨｂＯ）＋（ε_Ｈｂ（λ２）・Ｃ_Ｈｂ＋ε_ＨｂＯ（λ２）・Ｃ_ＨｂＯ）
＝（ε_Ｈｂ（λ１）＋ε_Ｈｂ（λ２））・Ｃ_Ｈｂ＋（ε_ＨｂＯ（λ１）＋ε_ＨｂＯ（λ２））・Ｃ_ＨｂＯ ・・・式５
また、前述したように、各波長におけるオキシヘモグロビンの和とデオキシヘモグロビンの和がほぼ等しくなるような第一波長λ１および第二波長λ２が設定されている。すなわち、式６に示す関係となっている。

Ａｃｏｎｓｔ．は、既知のモル吸収係数から導出される定数である。式５に式６を代入すると式７となる。
μ_ａ（λ１）＋μ_ａ（λ２）＝Ａｃｏｎｓｔ．・Ｃ_Ｈｂ＋Ａｃｏｎｓｔ．・Ｃ_ＨｂＯ
＝Ａｃｏｎｓｔ．・（Ｃ_Ｈｂ＋Ｃ_ＨｂＯ） ・・・式７
＝Ａｃｏｎｓｔ．・Ｃ_{ｔｏｔａｌ}
Ｃ_{ｔｏｔａｌ}は、全ヘモグロビンのモル濃度である。式７から理解されるように、第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）および第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）の和は、定数Ａｃｏｎｓｔ．と全ヘモグロビンのモル濃度との積で表される。

一方、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯ（λ３）とデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂ（λ３）とがほぼ等しい第三波長λ３に対応する第三光吸収係数分布μ_ａ（λ３）は、式８で表すことができる。
μ_ａ（λ３）＝ε_Ｈｂ（λ３）・Ｃ_Ｈｂ＋ε_ＨｂＯ（λ３）・Ｃ_ＨｂＯ
＝ε_{Ｈｂ，ＨｂＯ}（λ３）・（Ｃ_Ｈｂ＋Ｃ_ＨｂＯ） ・・・式８
＝ε_{Ｈｂ，ＨｂＯ}（λ３）・Ｃ_{ｔｏｔａｌ}
式８から理解されるように、第三光吸収係数分布μ_ａ（λ３）は、オキシヘモグロビンまたはデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_{Ｈｂ，ＨｂＯ}と、全ヘモグロビンのモル濃度と、の積で表される。

ここで、第一光吸収係数分布μ_ａ（λ１）および第二光吸収係数分布μ_ａ（λ２）の和と、第三光吸収係数分布μ_ａ（λ３）と、の比（第一比）を式９で示す。

理想的なμ_ａ（λ１）、μ_ａ（λ２）、μ_ａ（λ３）を取得することができた場合、式９に示す比の値は、λ１、λ２、およびλ３のモル吸収係数（既知）のみから一意に定まり、常に一定である。理想的なμ_ａ（λ１）、μ_ａ（λ２）、μ_ａ（λ３）を仮定した場合に得られる、μ_ａ（λ１）および第μ_ａ（λ２）の和とμ_ａ（λ３）との比を、信頼度基準値αと称する。

しかしながら、実際の測定により得られる光吸収係数分布には測定誤差が含まれるため、μ_ａ（λ１）および第μ_ａ（λ２）の和とμ_ａ（λ３）との比（第二比）は、信頼度基準値αとは異なる。本実施形態において、実際の測定により得られたμ_ａ（λ１）、μ_ａ（λ２）、μ_ａ（λ３）を用いて得られる、μ_ａ（λ１）および第μ_ａ（λ２）の和とμ_ａ（λ３）との比を、信頼度評価値βと称する。

ここで、信頼度評価値βが信頼度基準値αに近い領域ほど、酸素飽和度が精度良く取得され、データの信頼性が高い領域であることが理解される。

信頼度評価値βにはヘモグロビン濃度の情報が含まれていないため、信頼度評価値βによれば、ヘモグロビン量や酸化度等の血液状態や血管形状に依存せずに酸素飽和度の信頼性を評価することができる。

信頼度取得部６６０は、信頼度評価βそのものを酸素飽和度の信頼度として取得してもよい。この場合、信頼度の値のバラつきから酸素飽和度分布の信頼性のバラつきを評価することができる。

また、信頼度取得部６６０は、信頼度基準値αと信頼度評価値βとを用いて信頼度を取得してもよい。例えば、信頼度取得部６６０は、信頼度評価値βと信頼度基準値αとの差や、信頼度評価値βと信頼度基準値αとの比を信頼度として取得してもよい。信頼度評価値βと信頼度基準値αとの差を信頼度とした場合、差が大きい程酸素飽和度の確からしさが低いことを示す。また、信頼度評価値βと信頼度基準値αとの差は正負の値をとる。信頼度評価値βにランダムなバラツキがある場合は正負の情報は意味を持たないが、酸素飽和度の測定値に一定のオフセット情報が加味されている場合は、信頼度評価値βも一定の方向にズレ易くなるため、測定精度に関する指針となりうる。

信頼度評価値βと信頼度基準値αとの比を信頼度とした場合、信頼度の値が１に近いほど酸素飽和度の精度が高いと評価できる。また、信頼度評価値βと信頼度基準値αとの比は、信頼度基準値αで規格化した相対値であるため分かりやすい指標である。

ここで選択すべき波長の許容範囲について説明する。生体内での典型的な酸素飽和度の範囲は５０〜１００％と考えられる。血管位置での酸素飽和度の値であるのか、ノイズによる得られた酸素飽和度の値であるのかを区別するためには、±２５％の精度で得られた酸素飽和度であるのかどうかを区別できればよい。そこで、信頼度基準値αについても±２５％の精度で得られる波長を選択する必要がある。

例えば、式１０に示すように、第一波長λ１と第二波長λ２のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂの和と、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯの和とが、１００×ｎ％の異なる場合を考える。この場合、Ａｃｏｎｓｔ＝ε_Ｈｂ（λ１）＋ε_Ｈｂ（λ２）とおくと、ε_ＨｂＯ（λ１）＋ε_ＨｂＯ（λ２）＝（１＋ｎ）Ａｃｏｎｓｔとなる。また、酸素飽和度が１００×ｍ％の場合、Ｃ_ＨｂＯ＝ｍ×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}，Ｃ_Ｈｂ＝（１−ｍ）×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}となる。

これらの関係を式５に代入すると、式１１が得られる。
μ_ａ（λ１）＋μ_ａ（λ２）
＝｛ε_Ｈｂ（λ１）＋ε_Ｈｂ（λ２）}×Ｃ_Ｈｂ＋｛ε_ＨｂＯ（λ１）＋ε_ＨｂＯ（λ２）｝×Ｃ_ＨｂＯ
＝Ａｃｏｎｓｔ×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}×（１−ｍ）×Ｃｔｏｔａｌ＋（１＋ｎ）×Ａ×ｍ×Ｃｔｏｔａｌ
＝Ａｃｏｎｓｔ×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}×{１−ｍ＋（１＋ｎ）×ｍ}
＝Ａｃｏｎｓｔ×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}×（１＋ｎ×ｍ） ・・・式１１
式１１を基に信頼度基準値αを求めると式１２が得られる。
α＝｛μ_ａ（λ１）＋μ_ａ（λ２）｝／μ_ａ（λ３）
＝Ａｃｏｎｓｔ×Ｃ_{ｔｏｔａｌ}×（１＋ｎ×ｍ）／ε_{Ｈｂ，ＨｂＯ}（λ３）・Ｃ_{ｔｏｔａｌ}
＝（１＋ｎ×ｍ）・［Ａ／ε_{Ｈｂ，ＨｂＯ}（λ３）］ ・・・式１２
この場合、酸素飽和度が１００％のときに信頼度基準値αの誤差が最も大きくなることが理解される。そこで、ｍ＝１とすると、信頼度基準値αの誤差は１００×ｎ％となることが理解される。すなわち、血管の区別を目的として信頼度基準値αの誤差を２５％以下とする場合、第一波長λ１と第二波長λ２のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂの和と、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯの和との誤差が２５％以下となる第一波長λ１と第二波長λ２を選択する。ここでは、第三波長λ３については、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯ（λ３）とデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂ（λ３）とが等しい波長を選択した場合を想定している。

また、例えば動脈と静脈を区別したい場合、７０％と９０％の酸素飽和度を区別できればよいと考えられる。この場合、±１０％の精度で得られた酸素飽和度を区別する必要があるため、±１０％の精度で信頼度基準値αを得ることのできる波長を選択する必要がある。式１２によれば、この場合９０％のときに信頼度基準値αの誤差が最も大きくなることが理解される。そこで、ｍ＝０．９とすると、信頼度基準値αの誤差は９０×ｎ％となることが理解される。すなわち、動脈と静脈の区別を目的として信頼度基準値αの誤差を１０％以下とする場合、第一波長λ１と第二波長λ２のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_Ｈｂの和と、オキシヘモグロビンのモル吸収係数ε_ＨｂＯの和との誤差が１１％以下となる第一波長λ１及び第二波長λ２を選択する。なお、動脈の酸素飽和度を１００％と想定し、±１５％の精度で信頼度基準値αを得ることのできる波長を選択してもよい。

なお、波長の選択指針は上記に限らず、求められる信頼度基準値αの精度に応じて、適宜波長λ１、λ２、及びλ３は選択されてもよい。また、求められる信頼度基準値αの精度と対象物の想定される酸素飽和度の最大値とに応じて波長λ１、λ２、及びλ３は選択されてもよい。例えば血管の区別を目的として信頼度基準値αの精度が±２５％以下となる波長λ１、λ２、及びλ３を選択してもよい。また、例えば、動脈と静脈の区別を目的として信頼度基準値αの精度が±１５％、あるいは±１０％以下となる波長λ１、λ２、及びλ３を選択してもよい。また、例えば酸素飽和度の過渡変化を区別したいような場合、信頼度基準値αの精度が５％以下、あるいは２．５％以下となる波長λ１、λ２、及びλ３を選択してもよい。

例えば、動脈と静脈の区別を目的として信頼度基準値αの精度として１０％が求められた場合、第一波長λ１として７７８ｎｍを選択したときには、第二波長は８６０ｎｍ以上、８７２ｎｍ以下の範囲から選択されればよい。ここでは、第三波長λ３として、オキシヘモグロビンのモル吸収係数εＨｂＯ（λ３）とデオキシヘモグロビンのモル吸収係数εＨｂ（λ３）とが等しい波長を選択した場合を想定している。

（Ｓ９００：酸素飽和度分布および信頼度分布を表示する工程）
制御部６７０は、Ｓ７００で取得した被検体３００の酸素飽和度分布のデータを表示部８００に送信し、酸素飽和度分布の画像や酸素飽和度分布中の特定位置の数値等を表示部８００に表示させる。また、制御部６７０は、Ｓ８００で取得した酸素飽和度の信頼度分布のデータを表示部８００に送信し、酸素飽和度分布の画像と比較できるように、信頼度分布の画像を表示させる。例えば、制御部６７０は、酸素飽和度分布の画像と信頼度分布の画像とを、並列表示、重畳表示、交互表示のいずれかの表示方法により比較できるように表示する。

なお、信頼度評価値βそのものを信頼度として取得した場合、信頼度分布の画像とともに信頼度基準値αの値を表示してもよい。これにより、信頼度評価値βの分布の各位置の値と、信頼度基準値αの値とを比較して各位置の信頼性を容易に評価することができる。

なお、ユーザーが信頼度に対する数値範囲を入力部９００を用いて指定し、制御部６７０が指定の数値範囲の内部と外部とを区別できるように信頼度分布を第二の表示領域８０２に表示させてもよい。例えば、制御部６７０は、指定の数値範囲の外部を非表示にしたり、指定の数値範囲の内部と外部とで明度を変えるようにして、信頼度分布を第二の表示領域８０２に表示させてもよい。制御部６７０は、指定の数値範囲の内部と外部とで色を変えるようにして信頼度分布を第二の表示領域８０２に表示させてもよい。制御部６７０は、指定の数値範囲の内部をカラー表示、指定の数値範囲の外部をモノクロ表示としてもよい。この表示方法により、ユーザーが関心のある信頼度に対応する領域とそうではない領域とを判別することができる。

また、臓器や腫瘍を画像化するために、金ナノ粒子、ＳＷＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、単層カーボンナノチューブ）、ＩＣＧ（ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ ｇｒｅｅｎ、インドシアニングリーン）、ＭＢ（ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｂｌｕｅ、メチレンブルー）などのコントラスト剤を被検体に投与してもよい。分子プローブの投与前後の血液状態、並び投与後の血液状態の経時変化に関し、信頼度の評価を実施することで、分子プローブによる血液状態への影響を調べることができる。すなわち、Ｓ１００〜Ｓ８００の工程を繰り返し実行し、Ｓ９００において制御部６７０は信頼度分布の経時変化を表示部８００に表示してもよい。なお、この場合、酸素飽和度分布の取得および表示については行わなくてもよい。

分布データが３次元の場合、制御部６７０は、任意の断面で切断した断層画像、最大値投影（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ：ＭＩＰ）画像、またはボリュームレンダリングした画像などを表示させることができる。例えば、３Ｄ画像を異なる複数の方向から表示してもよい。また、表示画像の傾きや表示領域、ウインドウレベルやウインドウ幅を、利用者が表示部８００の表示を確認しながら入力部９００を用いて変更するようにしてもよい。制御部６７０は、Ｓ２００で得られた信号データ、Ｓ３００で得られた初期音圧分布、Ｓ４００で得られた光フルエンス分布、またはＳ５００で得られた光吸収係数分布を、表示部８００に表示させてもよい。入力部９００は、それぞれの情報の表示のＯＮ／ＯＦＦを切り替えられるように構成されていてもよい。これらの情報についても、重畳表示、並列表示、交互表示のいずれかの表示方法により表示させてもよい。

酸素飽和度分布と信頼度分布とを表示部８００に並列表示する例を図４に示す。制御部６７０は、酸素飽和度分布を表示部８００の第一の表示領域８０１に、信頼度分布としての信頼度評価値βの分布を表示部８００の第二の表示領域８０２に表示させる。図４の例においては、信頼度基準値αは１．４であり、信頼度評価値βの値が１．２〜１．６までの信頼度評価値βの分布を表示させている。

ユーザーが入力部９００を用いて第一のポインタ８２１を動かし、第一のポインタ８２１が第一の表示領域８０１内の酸素飽和度分布の特定位置を指示する。それに伴い、第二の表示領域８０２内の第一のポインタ８２１に対応する位置に第二のポインタ８２２が表示される。さらに、第一のポインタ８２１で指示された位置の座標、その位置の酸素飽和度の値、および第二のポインタ８２２で指示された信頼度評価値βの値が第三の表示領域８０３に表示される。また、信頼度基準値αも第三の表示領域８０３に表示される。この表示方法により、酸素飽和度分布と信頼度分布とを独立して確認しながらも、注目点の酸素飽和度の確からしさを容易に判断する事が可能である。

次に、酸素飽和度分布と信頼度を重畳表示する例を図５に示す。制御部６７０は、酸素飽和度分布と信頼度評価値βの分布を表示部８００の第四の表示領域８０４に重畳して表示させる。図５の例においては、信頼度基準値αは１．４であり、信頼度評価値βの値が１．２〜１．６までの信頼度評価値βの分布をハッチングで表示させている。すなわち、図５の例においては、信頼度評価値βを二値化して表示させている。

ユーザーが入力部９００を用いて第三のポインタ８２３を動かし、第一のポインタ８２１が第四の表示領域８０４内の特定位置を指示する。第三のポインタ８２３で指示された位置の座標、その位置の酸素飽和度の値および信頼度評価値βの値が第五の表示領域８０５に表示される。また、信頼度基準値αも第五の表示領域８０５に表示される。

重畳表示する場合には、各画像データの透過度を変更して表示し、複数の画像データが重なった場合でもそれぞれの画像データを視認できるようにしてもよい。また、画像データごとに色を割り振り、画像データの強度をその色の濃淡で表示してもよい。または、画像データごとに濃淡を割り振って、色で画像データの強度を表してもよい。また、透過度、色、濃淡などの設定を、作業者がインタラクティブに行えるように、表示部８００に備えられた入力部９００で行われてもよい。

以下、信頼度分布に基づいて補正された酸素飽和度分布の表示を行う例を説明する。図６は、信頼度に基づいた酸素飽和度分布を表示する工程を含む、信頼度分布を利用して酸素飽和度分布を補正する方法に関するフローチャートである。既に説明した工程には同一の符号を付し、説明を省略する。

（Ｓ１０００：信頼度分布に基づいた酸素飽和度分布の表示）
制御部６７０は、Ｓ８００で取得された信頼度分布に基づいて、Ｓ９００で取得された酸素飽和度を補正して表示してもよい。なお、本工程では、信頼度分布そのものは表示させなくてもよい。

例えば、ユーザーが信頼度に対する数値範囲を、入力部９００を用いて指定する。そして、制御部６７０は、指定の数値範囲の内部と外部の信頼度の領域に対応する酸素飽和度を区別できるように、酸素飽和度分布を表示部８００に表示させる。すなわち、制御部６７０は、数値範囲に含まれる信頼度分布の一部の領域に対応する、酸素飽和度分布の一部の領域と、酸素飽和度分布の残りの領域と、を区別できるように表示部８００に表示させる
なお、信頼度に対する数値範囲については、ユーザーが指定することなく、制御部６７０が予めメモリ６１０に記憶されていたものを読み出してもよい。

例えば、制御部６７０は、指定の数値範囲の外部に対応する酸素飽和度分布を非表示にすることや、指定の数値範囲の内部と外部とで明度を変えるようにして、酸素飽和度分布を表示部８００に表示させてもよい。

また、制御部６７０は、指定の数値範囲の内部と外部とで色を変えるようにして酸素飽和度分布を表示部８００に表示させてもよい。制御部６７０は、指定の数値範囲の内部をカラー表示、指定の数値範囲の外部をモノクロ表示として酸素飽和度分布を表示部８００に表示させてもよい。

また、Ｓ９００において信頼度評価値βと信頼度基準値αとの比を信頼度として取得した場合、制御部６７０は、信頼度分布と酸素飽和度分布との比を表示部８００に表示させてもよい。

これらの表示方法により、ユーザーが関心のある信頼度に対応する領域とそうではない領域に対応する酸素飽和分布を判別することができる。

被検体３００は、生体の場合だけでなく、生体疑似模型（ファントム）であってもよい。ファントムは生体の光伝搬特性と音響特性が一致するように母材にウレタンや添加物に酸化チタンや色材であるカーボンブラック（ＣＢ）等を用い、血液部に実験用血液を用いて酸素及び窒素を送入して酸素飽和度を一定に維持する。実験用血液に対して、酸素を封入してオキシヘモグロビンを作成し、窒素を封入してデオキシヘモグロビンを作り、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸収スペクトルを測定してもよい。疑似血液で得られた吸収スペクトルから、疑似血液のデオキシヘモグロビンに対するλ１およびλ２のモル吸収係数の和と、疑似血液のオキシヘモグロビンに対するλ１およびλ２のモル吸収係数の和が等しくなるλ１とλ２を選択してもよい。また、疑似血液で得られた吸収スペクトルから、ヘモグロビンの等モル吸収係数となる波長λ３を選択してもよい。色材は紫外線等の影響で退色する可能性があり、ファントムを校正用に作成した場合は経時変化等に留意する必要がある。校正用ファントムを繰り返し利用する場合、ファントムに対して信頼度分布を取得し、表示させることで、ファントムの局所的な状態変化を把握し易い。

一方、制御部６７０は、既知のファントムを利用して得られた信頼度が所定の数値範囲に収まるように、光音響装置の装置パラメータを変更してもよい。図７は信頼度を利用した光音響装置のキャリブレーション方法のフローチャートを示す。既に説明した工程には同一の符号を付し、説明を省略する。

制御部６７０は、Ｓ８００で得られた信頼度が所定の数値範囲に収まっているかを判定する（Ｓ１１００）。信頼度が所定の数値範囲に収まっていない場合、Ｓ１２００の公邸に進む。一方、信頼度が所定の数値範囲に収まっている場合は、本キャリブレーションを終了とする。なお、所定の数値範囲は、予めメモリ６１０に記憶された数値範囲を読み出してもよいし、ユーザーが入力部９００を用いて指定してもよい。また、所定の数値範囲と比較される対象の領域は、信頼度分布の全領域であってもよいし、一部の領域であってもよい。また、位置によって所定の数値範囲が異なっていてもよい。すなわち、Ｓ１１００において、制御部６７０は、信頼度分布の少なくとも一部の信頼度が所定の数値範囲に収まっているか否かを判定する。

信頼度が所定の数値範囲に収まっていないと判定された場合、制御部６７０は、光音響装置の装置パラメータを変更する（Ｓ１２００）。例えば、装置パラメータとしては、受信部４００の特性に関する、受信素子の感度、位置、または向き等や、光照射部１００の特性に関する、光の強度、光の波長、または光の照射方向等が挙げられる。すなわち、Ｓ１２００において、制御部６７０は、信頼度分布の少なくとも一部の信頼度が所定の数値範囲に収まっていない場合、光照射部１００および受信部４００の少なくとも一つの装置パラメータを変更する。

そして、光音響装置は、信頼度が所定の範囲に収まるまで、Ｓ１００〜Ｓ１２００の工程を繰り返し実行する。この方法により、装置に起因する酸素飽和度の測定誤差については低減するようにキャリブレーションされた光音響装置を用いて、生体等を被検体３００とした場合の光音響測定を行うことができる。その結果、キャリブレーション後の光音響装置を用いて、酸素飽和度を精度良く取得することができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１００ 光照射部
４００ 受信部
６００ コンピュータ

Claims (20)

1. 被検体に光を照射する光照射部と、
   前記光照射部からの光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより電気信号を出力する受信部と、
   光吸収係数分布を取得する光吸収係数取得部と、
   信頼度分布を取得する信頼度取得部と、
   を有し、
   前記光照射部は第一波長の光を前記被検体に照射し、
   前記受信部は前記第一波長の光が前記被検体に照射されることにより発生する前記第一波長に対応する光音響波を受信することにより、前記第一波長に対応する第一電気信号を出力し、
   前記光照射部は第二波長の光を前記被検体に照射し、
   前記受信部は前記第二波長の光が前記被検体に照射されることにより発生する前記第二波長に対応する光音響波を受信することにより、前記第二波長に対応する第二電気信号を出力し、
   前記光照射部は第三波長の光を前記被検体に照射し、
   前記受信部は前記第三波長の光が前記被検体に照射されることにより発生する前記第三波長に対応する光音響波を受信することにより前記第三波長に対応する第三電気信号を出力し、
   前記光吸収係数取得部は、前記第一電気信号に基づいて、前記第一波長に対応する第一光吸収係数分布を取得し、
   前記光吸収係数取得部は、前記第二電気信号に基づいて、前記第二波長に対応する第二光吸収係数分布を取得し、
   前記光吸収係数取得部は、前記第三電気信号に基づいて、前記第三波長に対応する第三光吸収係数分布を取得し、
   前記信頼度取得部は、前記第一光吸収係数分布と、前記第二光吸収係数分布と、前記第三光吸収係数分布と、に基づいて前記信頼度分布を取得し、
   前記第一波長および前記第二波長は、前記第一波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、前記第一波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、がほぼ等しい波長であり、
   前記第三の波長がオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しい波長である
   ことを特徴とする光音響装置。
2. 前記第一波長、前記第二波長、及び前記第三の波長は、前記信頼度分布の精度が±２５％以下となる波長である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光音響装置。
3. 前記第一波長、前記第二波長、及び前記第三の波長は、前記信頼度分布の精度が±１５％以下となる波長である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光音響装置。
4. 前記第一波長、前記第二波長、及び前記第三の波長は、前記信頼度分布の精度が±２．５％以下となる波長である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光音響装置。
5. 前記信頼度取得部は、前記第一光吸収係数分布および前記第二光吸収係数分布の和と、前記第三光吸収係数分布と、の第一比を算出し、
   前記第一比に基づいて前記信頼度分布として取得する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響装置。
6. 前記信頼度取得部は、前記第一波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和または前記第一波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と前記第三の波長のオキシヘモグロビンまたはデオキシヘモグロビンのモル吸収係数との第二比と、前記第一比と、に基づいて前記信頼度分布を取得する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光音響装置。
7. 前記信頼度取得部は、前記第一比と前記第二比との差を前記信頼度分布として取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光音響装置。
8. 前記信頼度取得部は、前記第一比と前記第二比との比を前記信頼度分布として取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光音響装置。
9. 前記第一光吸収係数分布と前記第二光吸収係数分布とに基づいて、酸素飽和度分布を取得する酸素飽和度取得部と、
   前記酸素飽和度分布および前記信頼度分布を比較できるように表示部に表示させる制御部と、
   を更に有する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
10. 前記制御部は、前記酸素飽和度分布および前記信頼度分布を重畳表示、並列表示、および交互表示のいずれかの表示方法で前記表示部に表示させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の光音響装置。
11. 前記第一光吸収係数分布と前記第二光吸収係数分布とに基づいて酸素飽和度分布を取得する酸素飽和度取得部と、
    前記信頼度分布に基づいて補正された前記酸素飽和度分布を表示部に表示させる制御部と、を更に有する
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
12. 前記第一光吸収係数分布と前記第二光吸収係数分布とに基づいて酸素飽和度分布を取得する酸素飽和度取得部と、
    信頼度に対する数値範囲を入力できるように構成された入力部と、
    前記数値範囲に含まれる前記信頼度分布の一部の領域に対応する、前記酸素飽和度分布の一部の領域と、前記酸素飽和度分布の残りの領域と、を区別できるように表示部に表示させる制御部と、を更に有する
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
13. 前記信頼度分布の少なくとも一部の信頼度が所定の数値範囲に収まっているか否かを判定し、前記少なくとも一部の信頼度が前記所定の数値範囲に収まっていない場合、前記光照射部および前記受信部の少なくとも一つの装置パラメータを変更する制御部を更に有する
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光音響装置。
14. 第一波長に対応する第一光吸収係数分布を取得する工程と、
    第二波長に対応する第二光吸収係数分布を取得する工程と、
    第三波長に対応する第三光吸収係数分布を取得する工程と、
    前記第一光吸収係数分布と、前記第二光吸収係数分布と、前記第三光吸収係数分布と、に基づいて信頼度分布を取得する工程と、を有し、
    前記第一波長および前記第二波長は、前記第一波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、前記第一波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数および前記第二波長のデオキシヘモグロビンのモル吸収係数の和と、がほぼ等しい波長であり、
    前記第三の波長がオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンのモル吸収係数がほぼ等しい波長である
    ことを特徴とする信頼度取得方法。
15. 前記第一波長、前記第二波長、及び前記第三の波長は、前記信頼度分布の精度が±２５％以下となる波長である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光音響装置。
16. 前記第一波長、前記第二波長、及び前記第三の波長は、前記信頼度分布の精度が±２．５％以下となる波長である
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光音響装置。
17. 前記信頼度分布を表示する工程を更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の信頼度取得方法。
18. 前記第一光吸収係数分布と前記第二光吸収係数分布とに基づいて酸素飽和度分布を取得する工程と、
    前記信頼度分布に基づいて前記酸素飽和度分布を補正する工程と、を更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の信頼度取得方法。
19. 前記第一光吸収係数分布と前記第二光吸収係数分布とに基づいて酸素飽和度分布を取得する工程と、
    所定の数値範囲に含まれる前記信頼度分布の一部の領域に対応する、前記酸素飽和度分布の一部の領域と、前記酸素飽和度分布の残りの領域と、を区別できるように表示する工程と、を更に有する
    ことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の信頼度取得方法。
20. 請求項１４から１９のいずれか１項に記載の信頼度取得方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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