JP5441795B2

JP5441795B2 - イメージング装置及びイメージング方法

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Publication number: JP5441795B2
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Inventors: 卓司大石
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Also published as: US20110245652A1; JP2011212254A

Description

本発明はイメージング装置及びイメージング方法に関する。特に、光音響イメージング技術や超音波エコーイメージング技術を用いたイメージング装置及びイメージング方法に関する。

一般に、エックス線、音響波を用いたイメージング装置が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。音響波（典型的には超音波）を用いて生成した画像データにはコントラストが低いという弱点が挙げられるが、その点を克服する非侵襲の生体情報イメージング方法として光イメージング技術の一つであるＰｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ（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・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織（光吸収体）から発生した音響波を画像化する技術である。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、すなわち再構成し、被検体内部の光学特性値に関連した特性分布情報を画像データ化するイメージング技術である。被検体内の初期音圧発生分布から光エネルギー吸収密度分布を求めることにより、生体の光吸収係数などの光学特性値の強度分布を得ることができ、悪性腫瘍の位置など被検体内部情報を得ることができる。

再構成は、複数信号の逆投影（バックプロジェクション）にて行われる。この処理を以下で簡単に説明する。再構成領域内のあるボクセルと検出器との位置関係から得られる伝播時間を計算し、複数の検出器で得られた信号を伝搬時間分だけ調整し、それを足し合わせる。この結果をそのボクセルの強度とし、これをすべてのボクセルについて行い、強度分布を作成する手法でなされる。

この強度分布のＳＮ比を向上させる手法として、非特許文献１に示されるように複数信号のばらつきを数値化した相関係数を用いる方法が知られている。相関係数は、上記の逆投影において、信号を足し合わせる計算を信号のばらつきを計算することに差し替えることによって得られる。大きい信号が出る像のボクセルはばらつきが少なく相関係数は大きい値になるのに対し、像が無いバックグラウンドのボクセルはばらつきが大きく相関係数は小さい値となる。よって、非特許文献１では、算出した相関係数分布と強度分布の積を取ることで、画像のＳＮ比の向上が実現されている。

音響波である超音波を送受信する超音波エコーイメージングの分野でも、再構成手法や相関係数の計算の仕方は違うものの、同様にして相関係数を用いることにより画質向上する手法が行われている。
関連する手法として、超音波エコーイメージング装置における相関係数を用いた画質向上に関する特許文献１には、あらかじめ取得した参照波形と生体など被検体に超音波を送受信したときの検出波形との間で相関係数を導出し、導出した相関係数に閾値処理を施し、これに基づき画像データを生成し、生成された画像データに基づいた強度分布を表示する手法が開示されている。

C.-K. Liao, M.-L. Li, and P.-C. Li, "Optoacoustic imaging with synthetic aperture focusing and coherence weighting", OPTICS LETTERS, Vol. 29, No. 21, (2004)

特開2002-272736号公報

しかしながら、非特許文献１のように相関係数分布と強度分布の積を取ることによって画質向上を図る方法には、相関係数との積を取ると強度分布の値を変化させてしまうという課題がある。最大値が１に規格化された相関係数であっても、信号ノイズに起因してある程度のばらつきが相関係数に生じてしまうため、積を取るとそのばらつきにより強度分布が変化し、さらにはその値が弱まってしまう。強度分布の値は、その絶対値が光音響イメージング装置においては光エネルギー吸収に伴う初期音圧情報を、超音波エコーイメージング装置においては音響インピーダンス情報（反射音響波の音圧情報に比例）をそれぞれ表す。そのため、音圧情報や音響インピーダンス情報を求める定量的評価を行う際には、強度分布の値が変化しないことが重要である。

この、相関係数分布の影響により強度分布が正しく求められないという問題を解決するには、特許文献１のように相関係数に閾値を設け、閾値以上の相関係数をもつボクセルのみの強度情報を表示することが有効と考えられる。

しかし、特許文献１の方法では参照波形と検出信号とから相関係数を求めているが、超音波の非線形伝搬特性のために参照波形は深さによって変化するので、被検体での検出信号と相関を取る際には、その深さごとにそれぞれ対応する参照波形を用いなければならない。そのため特許文献１の手法は深さごとの参照波形の取得という煩雑な作業を伴う。

また、特許文献１は得られた相関係数の閾値以上の部分を抽出する閾値処理について言及しているが、閾値決定手法については言及していない。そのため、実用化の際に通常の方法で閾値を求めようとすると、複数の強度分布と相関係数との関係から実行閾値を算出する必要がある。このとき、実行閾値を算出するための複数の強度分布を得るには条件を変えた信号の取得が必要となるため、処理に時間がかかるという問題がある。

以上の点に鑑み、本発明では、参照波形を必要とせず、実行閾値決定手法を備えた閾値処理を用いることで、強度分布の値を変化させることなく画像のＳＮ比を向上させるイメージング方法の提供を目的とする。

上記課題に鑑み、本発明に係る光音響イメージング装置は、被検体にパルス光を入射させ、前記入射したパルス光により励起される音響波を音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング装置であって、前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算して相関係数分布を取得する相関係数分布算出部と、前記相関係数分布に対して、実行閾値を決定する閾値算出部と、前記相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記閾値算出部で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する閾値判定部と、前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記閾値判定部による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であった各ボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する閾値処理部と、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る超音波エコーイメージング装置は、被検体に音響波を入射させ、前記入射音響波が反射されて得られる反射音響波を複数の音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング装置であって、前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算して相関係数分布を取得する相関係数分布算出部と、前記相関係数分布に対して、実行閾値を決定する閾値算出部と、前記相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記閾値算出部で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する閾値判定部と、前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記閾値判定部による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であった各ボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する閾値処理部と、を具備することを特徴とする。

また、本発明に係る光音響トモグラフィーによるイメージング方法は、被検体にパルス光を入射させ、前記入射したパルス光により励起される音響波を音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング方法であって、前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算する第1の工程と、前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、実行閾値を決定する第２の工程と、前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記第２の工程で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する第３の工程と、前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記第３の工程による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であったボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する第４の工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る超音波を用いたイメージング方法は、被検体に音響波を入射させ、前記入射音響波が反射されて得られる反射音響波を複数の音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング方法であって、前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算する第１の工程と、前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、実行閾値を決定する第２の工程と、前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記第２の工程で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する第３の工程と、前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記第３の工程による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であったボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する第４の工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係るイメージング装置によれば、強度分布の値を変化させずに効果的に画像のＳＮ比を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る装置のデータ処理の流れを示す模式図である。実行閾値を算出する際に用いる関数の一例である。実行閾値を算出する際に用いる関数の一例である。本発明の一実施形態に係る装置の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る装置のデータ処理の流れを示す模式図である。

[基本的な実施形態]
本発明の基本的な実施形態について、光音響イメージング装置（ここでは光音響トモグラフィー）に適用した例を用いて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の生体情報イメージングの第一の実施形態について示したものである。また、図５はそのフローチャートである。ここでは、図１または図５に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本実施形態におけるイメージング装置は、光２を被検体３に照射する光源１と、光源１から照射された光２を被検体３に導くレンズなどの光学部品４と、光吸収体５が光のエネルギーを吸収して発生する音響波６を検出し電気信号に変換する音響検出器７と、音響検出器７を走査させる制御装置８と、前記電気信号を増幅やデジタル変換などを行う電気信号処理回路９、被検体内部の特性分布情報である光学特性値の強度情報の分布に関する画像データを構築するデータ処理装置１０及び、その画像を表示する表示装置１１から構成される。

次に実施方法について述べる。光２をパルス化して被検体に照射することにより、被検体内部にある光吸収体５からは音響波６が発生する。これは、入射したパルス光の吸収により、吸収体の温度が上昇し、その温度上昇により体積膨張が起こり、音響波が励起されるためである。発生した音響波６は音響検出器７により検出される。なお、音響検出器７は被検体に音響的に結合されており、制御装置８で機械的に移動しながら音響波６を様々な場所で測定できるように構成されている。検出された電気信号はアンプ、アナログデジタルコンバータなどの電気信号処理回路９によりデジタル信号へ変換される。さらに、ＰＣなどのデータ処理装置１０により画像データが生成され、ディスプレイなどの画像表示装置１１に画像として表示される。本発明において、生成される画像データは２次元または３次元を問わず、被検体内部の情報（生体内の光吸収係数分布等の特性分布情報）を示すデータのことを示す。画像データは、２次元の場合はピクセルデータを複数並べて構成され、３次元の場合はボクセルデータを複数並べて構成される。本実施形態を含めた以下の実施形態において、３次元画像データ（ボクセルデータ）を生成する場合を説明するが、２次元画像データ（ピクセルデータ）を生成する場合にもそれぞれ同様に適用できる。

次に本発明を実施するデータ処理装置１０の内部処理について図２を用いて説明する。電気信号処理回路９により変換されたデジタル信号はデータ処理装置１０へ送られ、その内部で強度分布算出部１０１と相関係数分布算出部１０２へ送られる。強度分布算出部１０１では複数の位置で得られた音響波を基に変換された複数のデジタル信号にフィルタ処理を施し、その後逆投影して、被検体内部測定領域の全てのボクセルにおける強度、つまり強度分布を作成する。一方、相関係数分布算出部１０２では、複数の位置で得られた音響波による複数のデジタル信号同士のばらつきをそれぞれのボクセルについて式（１）で数値化することによって、全てのボクセルにおける相関係数、つまり相関係数の空間的分布を得る。ここで、Signal(i,t)はi番目の検出器素子における時刻tの信号、Nは検出器素子の総数を表している。時刻tはそれぞれの検出位置とボクセルの位置関係から計算した遅延時間を考慮したものである。また、算出された相関係数はばらつきを数値化できていればよいため、標準偏差や分散などを用いて算出してもよい。

算出された相関係数分布は閾値算出部１０３へ渡され、実行閾値を算出する。実行閾値の算出方法については後述する。次に、閾値判定部１０４において、相関係数分布のボクセルごとに当該ボクセルの相関係数が実行閾値を超えているかどうかを判定する。この判定結果および相関係数を用いて、閾値処理部１０５において、被検体内部の特性分布情報について、相関係数分布において相関係数が閾値を超えているかどうかを判定したボクセルと空間的に対応するボクセルの強度情報に対し処理を行う。相関係数判定部においてボクセルの相関係数が実行閾値以上の場合は、対応するボクセルの強度情報には何の処理も加えない。相関係数判定部においてボクセルの相関係数が実行閾値を下回っている場合（閾値以下の場合）は、対応するボクセルの強度情報をゼロにする。また、相関係数が実行閾値を下回っている場合に、対応するボクセルの強度情報と相関係数との積を取るなどの方法により、対応するボクセルの強度情報を低減させてもよい。

次に実行閾値の算出方法について述べる。本発明においては実行閾値以下のボクセルの強度情報をゼロにするかもしくは低減するので、なるべく多くのバックグラウンド部分を閾値以下とし、一方で像の部分を閾値以下としないように実行閾値を設定することが望まれる。以下にこのような実行閾値の算出方法の例を挙げるが、本発明は以下の方法に限定されることはなく、上記のような実行閾値を算出することができる限りいかなる方法で実行閾値を算出してもよい。図３は実際の光音響イメージング装置で取得された信号を処理し、得られた相関係数分布に対して設定した閾値を横軸とし、その閾値以上の相関係数の値を持つボクセルの総数の対数を縦軸として片対数で表したグラフである。ここで、横軸では、相関係数＝１を１００％とし、相関係数＝０を０％としたときの閾値とした相関係数の値を、パーセントで表している。閾値をゼロから徐々に上げていったとき、相関係数の低いボクセル、つまり、全体として低い相関係数を持つバックグラウンド部分のボクセルから閾値を下回っていく。ただし、バックグラウンド部分の相関係数は一定ではなく、信号ノイズの影響のために幅を持っているので、閾値をある程度上げないとバックグラウンド部分をすべて閾値以下にすることはできない。一方で、像の部分は強い音響波が発生しているため、その信号のばらつきは少なく、式（１）で算出される相関係数は１に近づく。しかし、像の部分においても同様に、信号ノイズの影響があるために完全に１であることはなく、ある程度の幅を持つ。このため、閾値をある程度上げると像の部分が閾値を下回り始める。この、像の部分が閾値を下回り始める点を実行閾値とすることが望ましい。この閾値は図３のグラフにおいて、複数の曲率変化点の中で、最も閾値が低い点（最も相関係数の低い点）によって与えられる。これは、多くの場合、バックグランド部分では相関係数のばらつきが大きいが、像の部分では１に近い相関係数でばらつきが少なく、それぞれの占めるボクセル数と相関係数の幅の比（図３のグラフにおける傾き）に差があるため、図３の関数において傾きが異なるということに起因する。ここで曲率変化点とは、関数の曲率がある程度大きく変化する点のことであり、どの程度変化した場合に曲率変化点であると定義するかは、測定の目的や対象によって任意に設定することができる。また、実行閾値の算出に用いることができるのは図３の関数だけに限らない。例えば、相関係数に設定する閾値を横軸とし、その閾値の相関係数を持つボクセル数を縦軸としたグラフにおけるボクセル数が大きく変化する点のうち最も閾値の低い点を実行閾値としてもよい。この場合においても、どの程度ボクセル数が変化した点を実行閾値の候補とするかは任意に定めることができる。また、図３の関数の導関数や高次導関数（一次以上の導関数）を用いてもよい。さらに、その際に対数をとる処理を行ってもよい。図４は図３の関数の二次導関数である。図４によると、図３の曲率変化点がピークとして現れており、高次導関数を用いることで、容易に曲率変化点を認識することができる。図４において、実行閾値となる曲率変化点は最も閾値の小さい正のピークとして表される。図４を用いて実行閾値を算出する場合においても、図３を用いる場合と同様に、どの程度の大きさをもつピークを曲率変化点であると定義するかは、測定の目的や対象によって任意に設定することができる。なお、２次元の画像データを作成する場合は、ボクセル数ではなくピクセル数を用いたグラフによって同様に実行閾値を判定することができる。

以下、曲率変化点が得られない場合について述べる。バックグランド部分と像の部分において、それぞれの占めるボクセル数と相関係数の幅の比が全く同じ場合、傾きが同じになるため、この手法は使用できないが、このような場合は極めて稀であり特異例と言える。また、信号のＳＮ比が悪く、相関係数の算出精度が悪い場合、バックグランド部分と像の部分の相関係数の差が少なくなるため、同様に明瞭な曲率変化点ができず、本発明の手法を使用することができない。これらの場合は、相関係数による画像のＳＮ比向上が不可能であるため、特別な処理を行わず強度分布をそのまま表示すればよい。

以上説明した実施形態によれば、光音響イメージング装置において、実行閾値の設定によって、像の部分の強度分布の値を変化させることなく、バックグラウンド部分の強度分布の値のみをゼロもしくは低減させることが可能となる。また、相関係数はばらつきを表しており、強度が変化しても影響を受けにくいので、強い強度と弱い強度の像が並んでいる場合でも、相関係数に同じ閾値を設けることによって、同程度のＳＮ比で像の強度分布を抽出することができる。

[超音波エコーイメージング装置に適用した実施形態]
リニアアレイ型の超音波プローブ（音響検出器）を用いた超音波エコーイメージング装置における実施形態について図６を用いて説明する。本実施形態はリニアアレイ型に限定されることはなく、コンベックスアレイ型、セクタ型等いかなる超音波プローブにも適用できるが、走査線間隔が狭く、より高分解能での測定が可能であるため、リニアアレイ型の超音波プローブを用いるのが好ましい。

プローブ２１は音響マッチング材を介して生体など被検体２２に接触するように設置し、プローブ２１から音響波２４を入射する。生体内の臓器など、被検体内部の音響インピーダンスが異なる界面２３で、送信された入射音響波２４は反射され、プローブ２１で反射音響波２５を受信する。プローブ２１は制御装置２６により制御され、リニアアレイ型のプローブでは走査線ごとに信号が得られる。得られた反射音響波は電気信号処理回路２７において、増幅、包絡線検波、アナログデジタル変換などの処理が行われ、デジタル信号に変換される。データ処理装置２８において、強度分布、および相関係数分布が算出、処理され、表示装置２９に表示される。データ処理装置２８の内部処理について図２を用いて説明すると、受信素子と各ボクセルの位置関係から得られる遅延時間を用いて各走査線の信号を時間調整したのち、足し合わせる処理をすべてのボクセルについて行うことによって、強度分布が得られる（強度分布算出部１０１）。さらに、各走査線の信号を時間調整したのちに、ばらつきを数値化する処理をすべてのボクセルについて行うことによって、相関係数分布が得られる（相関係数分布算出部１０２）。この後の処理は基本的な実施形態と同様である。

以上説明した実施形態によれば、超音波エコーイメージング装置において、実行閾値の設定によって、像の部分の強度分布の値を変化させることなく、バックグラウンド部分の強度分布のみをゼロもしくは低減させることが可能となる。

[相関係数の精度向上のための実施形態]
相関係数の精度を向上させることができれば、基本的な実施形態の実行閾値の決定においても明瞭な曲率変化点が得られ、バックグラウンド部分と像の部分を実行閾値で明確に分離することができ、結果として画質を向上させることができる。

相関係数の精度を高める方法として、光音響トモグラフィーにおいて、被検体を挟んで音響検出器と対向する位置に平面の音響反射板を設置し、音響反射板によって反射してきた音響波も音響検出器で検出する方法がある。図７を用いてその実施形態について説明する。光源３１からの光３２がレンズなどの光学部品３４によって被検体３３に照射され、照射された光を吸収した光吸収体３５からは球状に音響波３６が発生する。そのため、音響検出器３８と反対側にも音響波が伝播していき、音響反射板３７で反射されて、制御装置３９で制御される音響検出器３８のほうへ伝播していく。なお、音響反射板はポリカーボネートなど、被検体と音響インピーダンスの異なるものを用いることが望ましい。この音響波を電気信号回路４０で増幅、アナログデジタル変換を行い、データ処理装置４１で後述する処理を行い、表示装置４２でその結果を表示する。

データ処理装置４１での処理内容を説明する。光吸収体３５から発生し、直接音響検出器へ伝播してくる音響波を直接波、一旦反射板にて反射されたあと音響検出器へ伝播してくる音響波を反射波と呼ぶことにする。このとき、反射波も含めた相関係数分布を作成し、反射板の界面にて折り返して重ね合わせることによって、相関係数分布において像の部分が強め合い、バックグラウンドと像の強度比、つまり分布のＳＮ比が向上する。よって、直接波による強度分布及び相関係数分布、並びに反射波による強度分布及び相関係数分布をそれぞれ作成する。ただし、反射波による分布は反射によって反転しているので、得られた分布を反転させる。この反射波による分布と直接波による分布の積を取ることにより、高精度の強度分布と相関係数分布を得ることができる。この手法にて強度分布と相関係数分布を算出した後の処理は、基本的な実施形態と同様である。

この実施形態によれば、強度分布及び相関係数分布の精度を向上させることができ、その結果としてＳＮ比を向上させることができる。

[複数の波長を用いる実施形態]
光音響トモグラフィーにおいて、同じ被検体に複数の異なる波長の入射光を用いた際の実施形態について述べる。ここでは２種類の波長を用いる実施形態について述べるが、３波長以上であってもよい。

図１において電気信号処理回路９を用いてデジタル信号を生成するまでは基本的な実施形態と同様である。その際に異なる波長の入射光、つまり波長Ａと波長Ｂの入射光を用いて、それぞれの入射光ごとに計測を行い、デジタル信号を得る。

次にデータ処理装置１０の内部処理について図８を用いて説明する。波長Ａを用いて得られたデジタル信号Ａは強度分布算出部１０１と相関係数分布算出部１０２へ送られる。強度分布算出部１０１では複数の位置で得られたデジタル信号Ａにフィルタ処理を施し、逆投影して、強度分布Ａを作成する。こうして得られた強度分布ＡをいったんメモリＡ１０６に保存する。次に、同様にして波長Ｂを用いて得られたデジタル信号を基に、強度分布Ｂを算出し、メモリＢ１０７に保存する。次に、メモリＡ１０６とメモリＢ１０７に保存された強度分布Ａと強度分布Ｂは強度分布処理部１０８で、両者の比をとる演算が行われ、分光強度分布が得られる。３種類以上の波長を用いる場合は、同様にメモリＣ、メモリＤ・・・に保存し、それぞれのメモリに保存された強度分布の比をとる演算により分光強度分布を求める。

一方、相関係数分布算出部１０２では複数の位置で得られたデジタル信号Ａもしくはデジタル信号Ｂのいずれかのばらつきを数値化して相関係数分布を得る。ここで、相関係数分布の算出にはデジタル信号Ａとデジタル信号Ｂの両者の積を用いてもよい。３種類以上の波長を用いる場合は、そのうちのいずれか１つのデジタル信号のばらつきを用いてもよいし、獲得したデジタル信号のうち任意に選択した２種類以上のデジタル信号による積を用いてもよい。算出された相関係数分布は閾値算出部１０３へ渡され、基本的な実施形態と同様にして実行閾値を算出し、閾値判定部において、ボクセルごとに当該ボクセルの相関係数が実行閾値を超えているかどうかを判定する。ボクセルの相関係数が実行閾値以上の場合は、対応するボクセルの分光強度情報には何の処理も加えない。相関係数判定部においてボクセルの相関係数が実行閾値を下回っている場合は、対応するボクセルの分光強度情報の値をゼロにするか又は分光強度情報の値と相関係数との積を取る。この結果を表示装置１１で表示する。また、曲率変化点が得られない場合についても、基本的な実施形態と同様に特別な処理を行わず強度分布をそのまま表示する。

この実施形態によれば、分光強度分布という基本的な実施形態では得られない情報を得ることができ、さらに、分光強度分布など、強度分布に何らかの処理を行う場合でも、相関係数分布を用いた閾値処理によって、画質の向上を図ることができる。

[他の実施形態]
本発明の対象は上記した構成を備える単一の装置に限定されることはない。本発明は、上記した機能を実現するための方法の使用及び、これらの機能を実現するソフトウェア（コンピュータプログラム）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によっても実現される。

基本的な実施形態を実施した例について説明する。被検体の母材はダイズ油注射液イントラリピッドと水を人体の光散乱係数および光吸収係数に近くなるように混ぜたものであり、寒天を用いて直方体になるように成形した。被検体内部にはダイズ油注射液イントラリピッド、水及び墨汁を０．０８％の割合で混ぜ合わせ、寒天で球状に成型した光吸収体を設置した。被検体は空気中に置かれ、片側からＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて波長１０６４ｎｍのナノ秒オーダーのパルス光を被検体の全面に当たるように広げて繰り返し入射させた。また、図１には図示していないが、パルス光を入射させた面と反対側の面に生体と音響インピーダンスの近いメチルペンテンポリマーで作成された音響波透過板を設置し、被検体と接着させ、音響波透過板を挟んで２Ｄアレイ音響検出器を接着させた。なお、音響透過板と音響検出器の間には音響マッチング材が施された。使用された２Ｄアレイ音響検出器の各々の素子は１ＭＨｚ±４０％の周波数帯域を持っている。この２Ｄアレイ音響検出器を機械的に移動させ、各測定点において光の照射及び音響波の検出を行った。その際の各測定点の間隔は６ｍｍであり、各測定点では３回の光照射、音響波検出を行ってそれぞれの電気信号を得た。電気信号は増幅されたのち、デジタルアナログ変換されてデジタル信号にしたが、このとき用いられたアナログデジタルコンバータは、サンプリング周波数２０ＭＨｚ、分解能１２ｂｉｔだった。それぞれの測定点のデジタル信号を平均化し、さらにその平均化信号に微分および低周波通過フィルタ処理を施し、処理信号を得た。処理信号をそれぞれのボクセルまでの伝播時間を調整し足し合わせる逆投影を行うことで、強度分布を得た。同様に、処理信号をそれぞれのボクセルまでの伝搬時間の調整を行い、式（１）を適用することによって相関係数分布を得た。得られた相関係数分布に対し、閾値以上の相関係数を持つボクセルの総数と閾値の関係を調べ、図３のグラフを作成した。この関数の対数を取ったのち、二回微分を行い図４のグラフを得た。図４の横軸が約８０〜８５％のところに現れているピークは図３の同位置における不連続点によるものである。よって、図４中に矢印で示したピークを形成する閾値を実行閾値と決定した。次に、相関係数分布において実行閾値以上の相関係数を持つボクセルを判定し、当該ボクセルにタグを付けた。タグがつけられたボクセルは強度分布に変更を加えず、タグがつけられていないボクセルは強度分布をゼロにし、最終的な強度分布を得た。

このとき、像の部分における最大強度ボクセルの強度値とバックグラウンドの平均強度値の比は、実行閾値以下の相関係数を有するボクセルの強度分布をゼロにしなかった場合は１４０だったのに対して、本発明を用いることで２４００まで向上させることができた。さらに、像の部分の強度分布は、実行閾値以下の相関係数を有するボクセルの強度分布をゼロにしなかったときは元の強度分布と異なっていたのに対して、本発明では元の強度分布と一致した。

1 光源
2 光
3 被検体
4 光学部品
5 光吸収体
6 音響波
7 音響検出器
8 制御装置
9 電気信号処理回路
10 データ処理装置
11 表示装置
101 強度分布算出部
102 相関係数算出部
103 閾値算出部
104 閾値判定部
105 閾値処理部

Claims

被検体にパルス光を入射させ、前記入射したパルス光により励起される音響波を音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング装置であって、
前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算して相関係数分布を取得する相関係数分布算出部と、
前記相関係数分布に対して、実行閾値を決定する閾値算出部と、
前記相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記閾値算出部で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する閾値判定部と、
前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記閾値判定部による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であった各ボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する閾値処理部と、
を具備することを特徴とするイメージング装置。
被検体に音響波を入射させ、前記入射音響波が反射されて得られる反射音響波を複数の音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング装置であって、
前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算して相関係数分布を取得する相関係数分布算出部と、
前記相関係数分布に対して、実行閾値を決定する閾値算出部と、
前記相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記閾値算出部で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する閾値判定部と、
前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記閾値判定部による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であった各ボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する閾値処理部と、
を具備することを特徴とするイメージング装置。
前記閾値算出部は、
前記相関係数分布に対して、相関係数に設定する閾値とその閾値以上の相関係数の値を持つボクセル数又はピクセル数との関係を表すグラフにおける最も閾値の低い曲率変化点を求めることにより、実行閾値を決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のイメージング装置。
前記閾値算出部は、
前記相関係数分布に対して、相関係数に設定する閾値とその閾値の相関係数を持つボクセル数又はピクセル数との関係を表すグラフにおけるボクセル数又はピクセル数が大きく変化する点のうち最も閾値の低い点を求めることにより、実行閾値を決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のイメージング装置。
前記閾値算出部は、相関係数に設定する閾値とその閾値以上の相関係数の値を持つボクセル数との関係を表す関数の一次以上の導関数から閾値を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージング装置。
前記相関係数分布算出部は、入射したパルス光により励起され、直接音響検出器に伝播してきた音響波と、被検体を挟んで音響検出器と対向する位置に設置した音響反射板により反射して音響検出器に伝播してきた音響波と、のそれぞれによって算出した相関係数分布を重ね合わせ処理し相関係数分布を算出することを特徴とする請求項１に記載のイメージング装置。
前記閾値処理部は、相関係数が実行閾値以下の場合には対応する特性分布情報をゼロにし、相関係数が閾値以上の場合には対応する特性分布情報に処理を加えないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のイメージング装置。
前記閾値処理部は、相関係数が実行閾値以下の場合には対応する特性分布情報の値と相関係数との積を取り、相関係数が閾値以上の場合には対応する特性分布情報に処理を加えないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のイメージング装置。
被検体にパルス光を入射させ、前記入射したパルス光により励起される音響波を音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング方法であって、
前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算する第１の工程と、
前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、実行閾値を決定する第２の工程と、
前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記第２の工程で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する第３の工程と、
前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記第３の工程による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であったボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する第４の工程と、
を有することを特徴とするイメージング方法。
被検体に音響波を入射させ、前記入射音響波が反射されて得られる反射音響波を複数の音響検出器で受信して得られた複数の信号から被検体内部の特性分布情報を取得するイメージング方法であって、
前記複数の信号から測定領域におけるボクセル又はピクセルごとの相関係数を計算する第１の工程と、
前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、実行閾値を決定する第２の工程と、
前記第１の工程で算出された相関係数分布に対して、各ボクセル又は各ピクセルの相関係数が前記第２の工程で決められた実行閾値を超えているかどうかを判定する第３の工程と、
前記相関係数分布と空間的に対応する被検体内部の特性分布情報に対して、前記第３の工程による判定の結果、相関係数が実行閾値以下であったボクセル又はピクセルの特性分布情報をゼロにするか又は低減する第４の工程と、
を有することを特徴とするイメージング方法。
コンピュータに、請求項９に記載のイメージング方法の各工程を実行させるためのプログラム。
コンピュータに、請求項１０に記載のイメージング方法の各工程を実行させるためのプログラム。