JP5761935B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法および被検体情報取得プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像情報取得装置、画像情報取得方法および画像情報取得プログラムに関する。

レーザーなどの光源から照射した光を用いて生体などの被検体内の情報を得る光画像化装置の研究が医療分野で積極的に進められている。このような光画像化技術の一つとして、Photoacoustic Tomography（ＰＡＴ：光音響トモグラフィー）がある。光音響トモグラフィーとは、光音響効果により被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波に基づき、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する技術である。光学特性値に関連した情報は、音響波を、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ることで得られる。

この技術で得られる、光照射によって生じた初期音圧分布あるいは光エネルギー吸収密度分布などの情報は、新生血管の増殖を伴う悪性腫瘍場所の特定などに利用できる。ここで、光音響効果とは、物体にパルス光を照射すると、被測定物内の吸収係数が高い領域で体積膨張により超音波（疎密波）が発生する現象である。以下、パルス光を照射することによる体積膨張によって発生した音響波を「光音響波」とも記載する。

一般に、光音響トモグラフィーでは、被検体に対して、被検体全体を取り囲む、閉じられた空間表面、特に球面状測定表面の様々な点において、音響波の時間変化を測定する。このとき、理想的な音響検出器（広帯域・点検出）を用いて測定できれば、理論的には光照射により生じた初期音圧分布を完全に可視化できる。また、閉じられた空間でなくとも、被検体に対して円柱状あるいは平板状に測定可能であれば、光照射により生じた初期音圧分布をほぼ再現できることが数学的に知られている（非特許文献１を参照）。

下記式（１）は、ＰＡＴの基本となる偏微分方程式であり、「光音響波動方程式」と言われる。この式を解けば、初期音圧分布からの音波伝播を記述でき、どの場所で音響波がどのように検出できるかを理論的に求めることができる。ここで、rは位置、tは時間であり、p(r,t)は音圧の時間変化、p₀(r)は初期音圧分布、cは音速である。δ(t)は光パルス
の形状をあらわすデルタ関数である。

一方、ＰＡＴの画像再構成とは、検出点で得られた音圧p_d(r_d,t)から初期音圧分布p₀(r)等の画像データを導き出すことであり、数学的には逆問題と呼ばれる。以下にＰＡＴの
画像再構成手法で代表的に使われているUniversal Back Projection（ＵＢＰ）法に関し
て説明する。式（１）の光音響波動方程式を周波数空間上で解析することで、p₀(r)を求
める逆問題を正確に解くことができる。その結果を時間空間上で表したのがＵＢＰである。最終的には以下の式（２）が導かれる。

ここで、Ω₀は任意の再構成ボクセル（あるいはフォーカス点）に対する全体の測定エ
リアS₀の立体角である。

さらに、式を分かりやすく変形すると、以下の式（３）のようになる。

ここで、b(r₀,t)は投影データ、dΩ₀は任意の観測点Pに対する検出器dS₀の立体角であ
る。この投影データを式（３）の積分に従って逆投影することで初期音圧分布p₀(r)を得
ることができる。

なお、b(r₀,t)とdΩ₀は、以下の式（４）と式（５）である。

ここで、θは検出器と任意の観測点Pとがなす角度である。

音源の大きさに比べて、音源と測定位置の距離が十分大きい場合（遠距離音場近似）、p(r₀,t)は式（６）となり、b(r₀,t)は式（７）のようになる。

このようにＰＡＴの画像再構成では、検出器で得られた検出信号p(r₀,t)を時間微分す
ることで投影データb(r₀,t)を得て、式（３）に従って逆投影することで、初期音圧分布p₀(r)が求まることが知られている（非特許文献１、非特許文献２）。

ただし、式（３）を求めるために利用した光音響波動方程式である式（１）は、「音速一定」、「全方位からの測定」、「インパルス的光励起」、「広帯域での音響波検出」、「ポイントでの音響波検出」、「連続的な音響波のサンプリング」を仮定している。現実的には、これらの仮定を満たす装置の実現は容易ではない。

例えば、現実の被検体では、被検体全体を囲む、閉じた空間表面全体で、音響波検出情報を得ることは困難である。また、音響波の測定領域を大きくするには、音響検出器のサイズや素子数、および各素子の信号処理、制御の量を増大させる必要があり、製造コストを増加させる。このような事情から、ＰＡＴの技術を用いた実用的な測定装置は、被検体の特定の方向から、限られた大きさの音響波検出器を用いて音響波を検出する装置として
構成されることが多い。

このような装置の一例として、特許文献１で開示されているように、平板型測定系の光音響トモグラフィーが考案されている。この光音響トモグラフィーでは、平板で挟まれた被検体に光を照射し、平板上に配置された音響波検出器で音響波を検出するものである。ここで、光の照射数と音響波受信の回数は、複数回を行われる場合もある。複数回の光の照射と音響波受信を元に、音響波信号、または、音響波信号に基づいて算出された各値を平均化した値を算出して用いることもある。

なお、このような装置にはいくつかの利点がある。すなわち、被検体と音響波検出器を平板に密着させた音響波の検出では、ノイズの少ない音響波の検出ができる点や、検出を繰り返す間、被検体や音響波検出器の位置を固定できる点や、音響波検出器の移動の制御等が容易になる点である。

米国特許第５８４００２３号明細書

PHYSICAL REVIEW E 71, 016706(2005) REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 77, 042201(2006)

しかしながら、従来の技術のように、平板上に配置された音響波検出器で音響波を検出する場合、音響波検出器の被検体に対する方位は限定される。そして画像再構成では、そのような音響波検出器の受信平面上の素子で検出した音響波に基づいた信号を使用する。

被検体内の画像再構成を行う空間上の一点が光音響波の音源である場合、その音源と音響波を受信する音響波検出器の受信面上における素子群との位置関係は限定される。そのため、音響波の検出において、その音源に対して対称な位置の素子で同時に受信した音響波が揃うような音源の位置は限られている。音響波検出器の受信面における中心付近の直上（受信面の中心を通る法線上）に存在する光音響波の音源に関する再構成に限り、その音源に対し対称な位置の素子で同時に受信した音響波信号を用いた画像再構成処理を行うことができる。

しかし、音源が音響波検出器の受信面の中心付近からずれると、非対称な位置の素子で受信した音響波信号群を用いた画像再構成処理となる。すると、光音響波動方程式の仮定との相違が大きくなる。そのため、従来の技術を適用したＰＡＴの画像再構成では、光音響波の音源が、音響波検出器の受信面の中心付近から外れた位置から上方（法線上）にある場合、再構成画像にアーチファクト（音源が存在しないにも関わらず現れてしまう像）が生じる。音響波検出器の受信面の外縁部付近や受信面の外側の上方にある光音響波の音源の再構成画像については、さらに大きなアーチファクトが生じる。

さらに、音響波検出器を移動し、移動した音響波検出器の素子の各位置での信号を平均化して、見掛け上、大きな音響波検出器の音響波信号であるように扱う場合であっても、同様の非対称な位置の素子の音響波信号を用いると同様のアーチファクトを生じる。また、移動した音響波検出器の信号を大きな音響波検出器の信号とみなす場合の受信面の外縁部については、同様の大きなアーチファクトを生じていた。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、平板上に配置された音響波検出器で音響波を検出する際に、アーチファクトを低減した再構成画像データを得るための技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、光源と、前記光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を検出する複数の素子を受信面上に配置した音響波検出手段と、前記音響波検出手段が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する音響波信号生成手段と、前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する素子選択手段と、前記素子選択手段が選択した素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う再構成手段とを有し、前記素子選択手段は、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合には他方の位置にある前記素子を選択しないことを特徴とする被検体情報取得装置である。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を、複数の素子を受信面上に配置した音響波検出器により検出する工程と、前記音響波検出器が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する工程と、前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する工程と、前記選択する工程にて選択された素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う工程とを有し、前記選択する工程では、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合に
は他方の位置にある前記素子を選択しないことを特徴とする被検体情報取得方法である。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を、複数の素子を受信面上に配置した音響波検出器により検出する工程と、前記音響波検出器が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する工程と、前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する工程と、前記選択する工程にて選択された素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う工程とを有する画像情報取得方法を情報処理装置に実行させる画像情報取得プログラムであって、前記選択する工程では、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合には他方の位置にある前記素子を選択しないことを特徴とする被検体情報取得プログラム。

本発明によれば、平板上に配置された音響波検出器で音響波を検出する際に、アーチファクトを低減した再構成画像データを得ることができる。

実施例１における画像情報取得装置の構成を示すブロック図。 実施例１における情報処理部をソフトウェアで実現する際の構成を示す図。 実施例１における音響波信号計測部の構成を示す図。 実施例１における処理手順を示すフローチャート。 実施例１における有効素子の選択範囲を示す図。 実施例１における対称な位置の素子を示す図。 実施例２における対称な位置の素子を示す図。

以下、添付図面に従って本発明に係る画像情報取得装置及び方法の好ましい実施の形態について詳説する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
本実施例に係る画像情報取得装置は、光を照射して発生させた音響波を検出し、検出した音響波に関する情報に基づき３次元再構成画像データを生成する光音響波診断装置である。

（装置の構成）
図１は、本実施例に係る光音響波診断装置の機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例に係る光音響波診断装置は、情報処理部１０００、音響波信号計測部１１００によって構成されている。詳細は後述するが、音響波信号計測部１１００は、音響波検出器１１０５（図３参照）の受信面上における素子の位置に関する情報と音響波信号情報を情報処理部１０００に送信する。音響波検出器１１０５は、例えば、超音波等の音響波を検出する探触子である。ここで、素子の位置に関する情報とは、音響波検出器１１０５の受信面における素子の位置情報であってもよいし、別の位置情報と関連付けるための素子の識別子であってもよい。

なお、以下の記載において「音響波信号」とは、被検体から発生した光音響波を音響波検出器が受信して電気信号に変換し、制御部１１０２が増幅やデジタル変換を施して画像再構成（画像データの生成）に使用できるようにした信号を指す。音響波信号計測部１１００は、音響波検出器の素子を識別する情報とともに、音響波信号そのものを音響波信号情報として送信してもよいし、素子の感度補正、ゲイン補正等の補正を施した情報を音響波信号情報として送信してもよい。特に、光音響波診断装置の場合は、被検体に光を照射して発生した光音響波を音響波検出器で受信して得られる音響波信号情報について、複数回の光照射と光音響波信号取得を行い、平均化した情報を送信してもよい。制御部は、本発明における音響波信号生成手段に相当する。

情報処理部１０００は、音響波信号計測部１１００から得られた素子の位置に関する情報と音響波信号情報から、再構成領域内の各位置について対称な位置とみなせる素子の音響波信号情報を選択して３次元画像再構成処理を行う。また、情報処理部１０００は、生成された３次元再構成画像データから表示用画像データを生成して表示する。

情報処理部１０００は、音響波情報取得部１００１、音響波情報選択部１００２、画像再構成部１００３、表示情報生成部１００４、表示部１００５によって構成される。音響波情報取得部１００１は、音響波信号計測部１１００から送信された音響波信号情報を取得し、音響波情報選択部１００２に送る。音響波情報選択部１００２は、画像再構成を行う領域の各点について、画像再構成に用いる音響波信号情報を選択し、画像再構成部１００３に送る。

画像再構成部１００３は、画像再構成を行う領域内の各点ごとに、選択された音響波信号情報のみを用いて３次元画像再構成を行い、音響波信号情報に基づく３次元画像データ（ボリュームデータ）を生成する。特に光音響波診断装置の場合は、照射する光の波長を変えることにより、それぞれの波長に関する被検体内の吸収係数分布を算出した値で再構成された３次元画像データを生成することができる。そして、生成された３次元再構成画像データを表示情報生成部１００４に送る。再構成処理で用いる、ボリュームデータに関する情報、音響波検出器のサイズ、素子のピッチ、指向性に関する情報などは、音響波信号計測部１１００から送信される情報に含めてもよいし、あらかじめ記憶媒体等に格納されている情報を使用してもよい。

ここで、本実施例では、音響波信号情報は、選択が終わった後に、画像再構成部１００３に送られ、画像再構成処理が始められるものとして説明する。しかし、音響波情報選択部１００２は、画像再構成を行う領域内の点ごとに選択済みの音響波信号情報を画像再構成部１００３に送り、画像再構成処理を並列に実行しながら、次の点の音響波信号情報を選択するようにしてもよい。

表示情報生成部１００４は、生成された３次元再構成画像データから、表示部１００５で表示する情報を生成する。表示情報は、３次元画像情報（３次元再構成画像データ）に基づいて生成される表示情報であれば、どのような表示情報でもよい。例としては、ボリュームレンダリング、多断面変換表示法、最大値投影法などで得られる２次元画像データがある。また、３次元画像情報から得られる情報から統計情報などの別の表示情報を生成することもできる。光音響波診断装置で異なる波長の照射光を用いると波長に応じた被検体内の吸収係数分布の値に基づく３次元画像情報を得ることができる。これらの値と、生体組織を構成する物質固有の波長依存性とを比較することによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することや、各値の統計情報を数値、グラフやヒストグラム等で表示することもできる。生体組織を構成する物質の例としては、グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなどがある。

表示部１００５は、表示情報生成部１００４で生成した表示情報を表示するためのグラフィックカード、および、液晶やＣＲＴディスプレイのような表示装置である。

上述した情報処理部１０００が行う処理は、各部に対応する回路や装置を用いてハードウェア的に実現することもできるし、コンピュータ等で動作するソフトウェアとしても実現できる。図２は、情報処理部１０００の各部の機能をソフトウェアで実現するためのコンピュータの基本構成の一例を示す図である。

ＣＰＵ１０１は、主として情報処理部１０００の各構成要素の動作を制御する。主メモリ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する制御プログラムを格納したり、ＣＰＵ１０１によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。磁気ディスク１０３は、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライバ、後述するフローチャートの処理等を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等を格納する。表示メモリ１０４は、モニタ１０５のための表示用データを一時記憶する。モニタ１０５は、例えばＣＲＴディスプレイや液晶モニタ等であり、表示メモリ１０４からのデータに基づいて画像を表示する。

入力部１０６は、マウス、キーボードなどのオペレータによるポインティング入力及び文字等の入力を行う。本発明の実施例におけるオペレータの操作は入力部１０６より行われる。Ｉ／Ｆ１０７は、情報処理部１０００と外部との間で各種データのやりとりを行うためのものであり、ＩＥＥＥ１３９４やＵＳＢ、イーサネットポート（登録商標）等によって構成される。Ｉ／Ｆ１０７を介して取得したデータは、主メモリ１０２に取り込まれる。音響波信号計測部１１００の機能は、Ｉ／Ｆ１０７を介して実現される。なお、上記各構成要素は共通バス１０８により互いに通信可能に接続されている。

図３は、音響波信号計測部１１００が光音響波診断装置である場合の構成の一例を示す図である。光源１１０１は、レーザーや発光ダイオード等のような被検体に照射する照射光の光源である。照射光は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光である。

制御部１１０２は、光源１１０１、光学装置１１０４、音響波検出器１１０５および位置制御手段１１０６を制御する。制御部１１０２はまた、音響波検出器１１０５で得られ
た光音響波の電気信号を増幅し、アナログ信号からデジタル信号に変換する。制御部１１０２はまた、必要に応じて各種信号処理、各種補正処理を行う。また、不図示のインターフェースを介して、音響波信号計測部１１００から、例えば情報処理部１０００のような外部機器に音響波信号情報を送信する。

制御部１１０２が行う処理において、光源や光学装置の制御の一例としては、レーザー照射のタイミング、波形、強度などの制御がある。音響波検出器の位置制御手段１１０６については、音響波検出器１１０５の位置を適切な位置に移動するような制御を行わせる。制御部１１０２はまた、音響波検出器１１０５が検出した音響波信号をレーザー照射のタイミングと同期をとって計測するための制御を行う。制御部１１０２はさらに、複数回のレーザーを照射して得られる素子ごとの音響波信号を加算平均して素子ごとの音響波信号の平均値を算出するような信号処理も行う。

光学装置１１０４は、例えば光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズなどである。このような光学部品は、光源から発せられた光１１０３が被検体１１０７に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。なお、光源１１０１から照射された光１１０３は、光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。光導波路としては、光ファイバが好ましい。光ファイバを用いる場合は、それぞれの光源に対して複数の光ファイバを使用して、生体表面に光を導くことも可能であるし、複数の光源からの光を一本の光ファイバに導き、一本の光ファイバのみを用いて、すべての光を生体に導いても良い。さらに、光源１１０１、光学装置１１０４は、複数用いることも可能である。

このような構成で制御部１１０２の制御の元、光源１１０１で発生させた光１１０３を、光学装置１１０４を介して被検体１１０７に照射すると、被検体内の光吸収体（音源）１１０８が光を吸収し、光音響波１１０９が発生する。

音響波検出器１１０５は、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなどで構成される。音響波を検知できるものであれば、どのような音響波検出器を用いてもよい。音響波検出器１１０５は、被検体１１０７に直に接触して音響波を検出してもよいし、平板１１１０のような板で被検体を圧迫し、平板越しに圧迫された被検体の光音響波１１０９を検出してもよい。

本実施例の音響波検出器は、複数の素子（検出エレメント）が２次元的に配置されたものを前提に説明する。このような２次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができ、検出時間を短縮できるとともに、被検体の振動などの影響を低減できる。また、音響波検出器１１０５と被検体との間には、音響波の反射を抑えるための不図示のジェルや水などの音響インピーダンスマッチング剤を使うことが望ましい。

ここで、光を被検体に照射する領域や音響波検出器１１０５は移動可能であってよい。光源から発生した光が被検体上を移動可能となるように光学装置１１０４を構成することができる。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。さらに、音響波検出器１１０５の位置を移動する位置制御手段１１０６で音響波検出器を移動できるように構成する。位置制御手段１１０６の一例としては、位置センサの情報に基づき平板１１１０上をモーターで移動するような方法がある。

光の照射する領域や音響波検出器１１０５の位置の制御は制御部１１０２が行う。また、制御部１１０２は、光を被検体１１０７に照射する領域（被検体に照射される光）と、
音響波検出器１１０５とを同期して移動するように制御することもできる。光の照射領域が移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、音響波検出器が移動することにより、照射領域に対して適切な位置で光音響波を検出することができるようになる。

（実施手順）
次に、図４のフローチャート、および、図５と図６を用いて、本実施例における光音響波診断装置が実行する具体的な処理の手順を説明する。

図４のフローチャートを用いて、音響波信号情報を選択して画像再構成を行う手順について説明する。図４のフローチャートの開始は、光音響波診断装置が起動され、音響波信号計測部１１００が被検体の計測を始めた状態である。

ステップＳ４０１において、音響波信号計測部１１００は計測処理を開始し、被検体にレーザー光を複数回照射し、被検体から発生した光音響波を音響波検出器で受信する。制御部１１０２は、受信した光音響波からレーザーの照射と同期をとって光音響波信号を解析し、素子ごとにレーザー照射回数で加算平均をとった値を算出する。

ステップＳ４０２において、音響波情報取得部１００１は、音響波信号計測部１１００から音響波信号情報を取得する。情報処理部１０００が図２のように構成されている場合、Ｉ／Ｆ１０７を介して情報を取得することになる。取得した音響波信号情報は、記憶媒体等に格納されるとともに、音響波情報選択部１００２に送られる。情報処理部１０００が図２のように構成されている場合、主メモリ１０２や磁気ディスク１０３に格納されることになる。

この音響波信号の取得方法は、情報処理部１０００からＩ／Ｆ１０７を介してコマンドを送信して取得してもよいし、音響波情報取得部１００１から順次送られるような方法でもよい。また、あらかじめ、情報処理部１０００から、音響は信号計測部１１００に被検体の計測を指示して、音響波音響波情報を取得するような手順であってもよい。この例では、音響波情報取得部１００１が取得する音響波信号情報は、加算平均された素子ごとの光音響波信号である。

また、音響波検出器に関する情報を同時に音響波計測部１１００から取得するようにしてもよい。あるいは、音響波検出器を識別するＩＤのみ取得し、あらかじめ情報処理部１０００の内部（図２の構成であれば、磁気ディスク１０３）に格納された音響波検出器に関する情報を利用してもよい。なお、音響波検出器に関する情報とは、音響波検出器のサイズ、素子のピッチ、素子数、素子の配列、素子の指向性などのような、音響波検出器の音響波受信性能に係る情報、および素子の位置情報などである。

ステップＳ４０３において、音響波情報選択部１００２は、画像再構成処理が未処理である１点を再構成対象領域内の注目点として抽出する。ここで、再構成対象領域とは、被検体内の３次元画像再構成処理を行う領域であり、音響波信号計測部１１００の計測領域である。ただし、音響波信号計測部１１００の計測領域の一部のみを再構成対象領域とする場合であっても本発明の実施例を適用することはできる。

また、再構成対象領域内の注目点とは、再構成領域の３次元空間上の１点である。再構成対象領域について、所望の分解能で定義したボリュームデータを算出するように画像再構成処理を行う場合には、生成された３次元再構成画像データ（ボリュームデータ）の個々のボクセルに相当する。本実施例では、再構成領域内の注目点として、画像再構成で生成するボリュームデータ内の１ボクセルを抽出するものとして説明する。

ステップＳ４０４において、音響波情報選択部１００２は、ステップＳ４０３で抽出された注目点における音響波検出器の受信面の素子群から、注目点に対する有効なレベルの光音響波信号を検出しうる素子群を有効素子として選択する。

例えば、被検体から発生した光音響波は被検体内を伝搬した後、受信面のどの素子にも到達しうる。しかし、音響波検出器の素子の指向性との関係から、すべての素子で有効なレベルの光音響波信号を検出できるわけではない。そのため、注目点に対応する被検体の位置に光音響波の音源がある場合、注目点を素子の指向性の範囲に収める位置にある素子が、有効なレベルの光音響波信号を検出しうる素子といえる。これを、注目点に対する有効素子の範囲として、注目点から音響波検出器の受信面に対して垂直に素子の指向性の範囲を重ねると、指向性の範囲内に存在する素子と捉えることと等価である。すなわち、１つの注目点に対して、素子の指向性の範囲を算出し、この範囲内に存在する素子群を有効素子として選択してもよい。

図５に、注目点から指向性の範囲内にある音響波検出器の受信面上の素子を選択する例を示す。図５の音響波検出器５０１は、本実施例に係る音響波検出器１１０５の一例である。

音響波検出器５０１には音響波を受信する素子が受信面上に２５個配置されている。注目点（ボクセル）５０２から素子の指向性の範囲に収まる領域を算出すると、音響波検出器５０１の受信面に下ろした垂線５０３の足を中心とした所定の半径の円形の領域が有効素子領域５０４となる。すなわち、有効素子領域５０４は、注目点５０２を指向性の範囲に含みうる素子の存在範囲を示している。有効素子領域５０４上に配置されている素子が、音響波検出器５０１の受信面上における有効素子５０５として選択される。

さらに、有効なレベルの光音響波信号を検出しうる素子群の抽出方法としては、感度の異なる素子が配置されている音響波検出器においては、検出目的に応じて素子を選択することが考えられる。また、何らかの障害により、性能に支障のある素子を省くような条件を加えた素子の選択方法も併用できる。

ここで、抽出された有効素子群の情報の形式や保存方法によらず本実施例を適用できるが、一例としては、素子を識別するＩＤを注目点ごとの情報として、主メモリ１０２に一時的に記憶する方法がある。また、例えば、素子の指向性や識別子ごとの素子の位置のような音響波検出器に関する情報は、あらかじめ主メモリ１０２や磁気ディスク１０３に格納されている情報を用いてもよいし、音響波信号情報とともに、音響波計測部１１００から取得してよい。

ステップＳ４０５において、音響波情報選択部１００２は、ステップＳ４０４で抽出した有効素子のうち、対称性のある位置の素子を選択する。音響波情報選択部１００２は、本発明における素子選択手段に相当する。ここで、対称性のある位置の素子とは、前述の有効素子群のうち、注目点から受信面に下ろした垂線の足を中心として同心円状に存在し、等分角の位置にある素子群である。これは、音響波検出器の受信面上に正方格子状に配置された素子においては、ほぼ点対称の位置にある２素子となる。しかし、受信面上において、注目点からの垂線の足の位置が重心となるような正多角形の各頂点にあたる位置に素子がある場合は、２素子に限らず対称な位置の素子群とみなせる。

この素子群は、注目点と受信面上の素子とを結ぶ直線について、２点間の距離がほぼ同じ位置にあり、注目点から音響波検出器の受信面に下ろした垂線との傾きもほぼ同じとなる。また、受信面上においては垂線の足を中心として等分角な位置にあるため、受信面上
の素子の音響波信号を利用する上では、注目点に対して対称性のある音響波信号情報を検出できる素子群である。

さらに、垂線の足の位置にある素子も、注目点に光音響波の音源が存在する場合に、対称性を損なう音響波信号とはならないため、本ステップの対称性のある位置の素子として含めてもよい。

対称性のある位置の素子の選択を示す一例を図６に示す。図６の音響波検出器５０１は、本実施例に係る音響波検出器１１０５の一例である。注目点（ボクセル）５０２、垂線５０３、有効素子領域５０４は、図５と同様なので説明を省略する。図５の有効素子５０５のうち、対称性のある位置の素子６０１（色を付けて示す）には、すべて、注目点５０２からの垂線の足の位置を中心として対称な位置に有効素子が存在する。一方、対称性のない位置の素子６０２は、垂線の足の位置を中心として対称な位置の素子が、有効素子領域５０４上には存在しない。

なお、垂線の足付近の素子６０３は、対称な位置の素子を自身とみなせる位置にある。注目点５０２における画像再構成処理においては、垂線の足付近にある素子６０３の音響波信号情報は、対称性を損なう音響波信号情報とならないため、対称性のある位置の素子として選択することができる。

ここで、再構成領域を限定してもよい。すなわち、音響波検出器の受信面外縁部の直上に位置する注目点（ボクセル）については、条件の揃う注目点がない。そこで、受信面外縁部から少なくとも素子一列分内側の領域の上方にあたる注目点のみを画像再構成するようにして、再構成領域を限定することもできる。これにより、アーチファクトの少ない領域のみの再構成画像データを生成するようにしてもよい。

また、ステップＳ４０５の対称性のある位置の素子の選択には、制約条件を加えてもよい。例えば、垂線の足に対して対称な位置に別の素子があるという条件に加えて、選択した素子群が略円形や、略正方形の範囲に収まるような制約条件を課しても良い。言い換えると、素子群のうち外側にある素子が、垂線の足から見て略同じ距離にあるように選択を行っても良い。あるいは、選択される素子は、上下左右の素子の数を一致させられる素子のみを選択するようにしてもよい。このように再構成領域を限定すると、さらに領域が小さくなるが、より対称性のあるアーチファクトの少ない３次元再構成画像を得ることができる。制約条件に関する情報は、ユーザーが再構成のたびに指示してもよいし、あらかじめ装置内部に格納された所定の値を用いるようにしてもよい。情報処理部が図２の構成を取る場合、ユーザーからの指示は入力部１０６を介して行われ、所定値は磁気ディスク１０３に格納される。

ステップＳ４０６において、音響波情報選択部１００２は、ステップＳ４０２で取得した音響波信号情報のうち、ステップＳ４０５で選択された対称性のある位置の素子で検出されたものを、注目点の画像再構成に利用する音響波信号情報として抽出する。

ステップＳ４０７において、ステップＳ４０６で抽出された音響波信号情報に基づいて、画像再構成部１００３は、３次元画像再構成処理を行う。本ステップで注目点（ボクセル）における光の吸収係数を算出しボクセル値として、メモリ（主メモリ１０２等）に格納する。

このような手順で選択された音響波信号情報を用いることで、アーチファクトの原因となる、個々の音響波信号情報が持つ非対称性の影響を画像再構成処理から減らすことが可能となる。その結果、従来技術と同様のＵＢＰ法等の再構成手法を用いる画像再構成処理
であっても、アーチファクトの少ない再構成画像を得ることができる。

ステップＳ４０８において、再構成領域において、３次元画像再構成が未処理である注目点（ボクセル）の有無を判定する。未処理の注目点があれば、それがなくなるまでＳ４０３〜Ｓ４０８の処理を繰り返す。一方、未処理の注目点がなくなり、再構成領域を示すボリュームデータのすべてのボクセルについて画像再構成処理が終了すると、画像再構成部１００３は、表示情報生成部１００４にボリュームデータを送る。この送信されるボリュームデータは、計測された音響波信号に基づいて算出された値をボクセル値として格納したボリュームデータ（３次元再構成画像データ）である。例えば、光音響波信号に基づく光の吸収係数分布をボクセル値として格納する。

ステップＳ４０９において、表示情報生成部１００４は、画像再構成された光の吸収係数分布を表すボリュームデータを表示する表示情報を生成し、表示部１００５に表示情報を送る。ここで、表示情報とは、３次元画像再構成により生成されたボリュームデータやボクセル値に基づく表示可能な情報であれば、どのようなものでもよい。例えば、ボリュームデータから様々な方法で生成した２次元の表示画像データを表示情報としてよい。方法としては、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ＭＰＲ（Multi Planner Reconstruction）ボリュームレンダリング、サーフェスレンダリング等が挙げられる。また、ボリュームデータのボクセル値が示す光の吸収係数分布を統計情報として、数値やグラフ、ヒストグラムを生成して表示情報としてもよい。

ステップＳ４１０において、表示装置１００５は、表示情報生成部１００４から送られた表示情報を表示する。

以上のような手順を実施することにより、光音響波診断装置により計測された光吸収係数分布を示す、アーチファクトの少ないボリュームデータを生成して表示することができるようになる。

なお、本実施例の音響波検出器１１０５の素子は平面上に配置された例として説明したが、例えば、お椀型状のような曲面に素子が配置された音響波検出器であっても、本実施例と同様に処理を行うことは可能である。

＜実施例２＞
実施例１に係る画像情報取得装置では、音響波検出器の受信面上の素子から選択された素子の音響波信号情報を用いて、音響波検出器の受信面の上方領域を再構成領域として３次元画像再構成処理を行う例について説明した。本実施例では、実施例１とは異なり、音響波検出器を移動し、各位置の受信面を合わせて受信領域とする。そして、その受信領域内の各位置の素子から選択された素子の音響波信号情報を用いて、受信領域の上方の領域を再構成領域として３次元画像再構成処理を行う。

具体的には、音響波検出器の受信面上の素子と音響波信号情報と同等に扱える、受信領域上の素子と音響波信号情報を生成し、この受信領域上の素子と音響波信号情報に本発明の素子、および、音響波信号情報を選択する。以下、本実施例に係る画像情報取得装置について、実施例１との相違部分を中心として説明する。

（装置の構成）
本実施例に係る画像診断装置の構成は、実施例１で図１を用いて示したものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。また音響波信号計測部１１００の構成自体も、図３を用いて示したものと同様であるが、機能の一部が実施例１とは異なっている。また、情報処理部１０００の音響波情報選択部１００２における素子の選択範囲と音響波信号情報
が異なっている。

音響波信号計測部１１００の制御部１１０２は、光学装置１１０４を制御して光の照射位置を適切に変更する。それとともに、位置制御手段１１０６に音響波検出器１１０５の位置を制御して、計測する被検体上の領域を移動させる。音響波検出器１１０５の受信面を合わせた領域が、有効な音響波信号を受信しうる受信領域となる。また、受信領域上の各位置に仮想的な素子があるものと考え、各位置における素子で受信した音響波信号情報を、仮想的な素子の音響波信号情報として扱う。また、情報処理部１０００に対しては、実施例１とは異なり、受信領域上の仮想的な素子の位置に関する情報が送られる。

ここで、音響波検出器１１０５の各位置の受信面が重なる場合は、仮想的な素子の音響波信号情報が複数得られる場合がある。このときは、重なった各位置での音響波信号情報を平均化してもよい。この場合は、音響波信号情報の平均値が情報処理部１０００に送られる。

また、受信領域の指定方法は、音響波検出器１１０５の移動中に受信面が占める領域を合わせた領域となる方法であれば、どのような方法でも構わない。例えば、受信領域が所定の再構成領域を再構成するのに必要な領域となるように、音響波検出器１１０５を移動してもよい。あるいは、音響波検出器１１０５の移動した範囲から定まる受信領域の上方領域を画像再構成領域としてもよい。

また、各領域の指定方法としては、あらかじめ情報処理部１０００の入力部１０６よりユーザーに指定された値を用いても良い。あるいは、情報処理部１０００の記憶媒体等に記憶されている情報を適用する方法や、他の計測方法を用いて定められた被検体内の特定の領域を再構成領域として扱うような方法でもよい。

なお、情報処理部１０００の各部の機能をコンピュータで動作するソフトウェアにより実現することもできる。その際のコンピュータの基本構成は図２と同様であるので、詳細な説明は省略する。

（実施手順）
本実施例における画像診断装置が実行する具体的な処理の手順自体は、図４に示した実施例１における処理の手順と同様である。ただし、各ステップにおいて、次に示す内容が異なる。すなわち、選択する素子は、音響波検出器の受信面上の素子ではなく、受信領域上に配置された仮想的な素子である。素子ごとの音響波信号情報は、仮想的な素子ごとの音響波信号情報である。これらの相違点を中心として、図４のフローチャートと図７を用いて実施手順を説明する。

なお、本実施例では、音響波信号計測部の音響波検出器の矩形の移動範囲をすべて移動し、受信領域としては音響波検出器の移動範囲全体と一致する矩形領域とし、再構成領域は、受信領域上の直方体であるとして説明する。

ステップＳ４０１において、音響波信号計測部１１００は音響波の計測を行う。特に本実施例においては、光の照射位置と音響波検出器をともに移動させながら計測を行う。具体的には、制御部１１０２が光学装置１１０４を制御して、光の照射位置を適切に変更する。また、位置制御手段１１０６が音響波検出器の位置を制御し、被検体を圧迫している平板１１１０上を移動させて、光音響波を計測する。

このとき、音響波検出器が移動する各位置において光照射が行われ、光音響波がすべての素子で受信される。これらを、各位置の素子の音響波信号として制御部１１０２が一時
的に記憶し、受信領域全体の仮想的な素子の位置ごとに割り当てし直す。同じ位置の仮想的な素子に対して複数の音響波信号がある場合は、加算平均を行うなどの方法で音響波信号情報を算出することもできる。

なお、光音響波の場合は、音響波検出器や音響波検出器上の素子の位置が合っていたとしても、音響波信号を同等に扱えない場合がありうる。例えば、被検体の再構成領域全体に対して、常には同様の光を照射できない場合である。このような場合、ある位置の光吸収体１１０８からの光音響波が音響波の測定ごとに同じ条件にはならないこともありうる。本実施例では、説明を簡単にするため、被検体のうち、音響波検出器の位置に応じた光音響波を計測し得る領域には、常に十分な光が照射された状況で計測がなされるものとする。

音響波信号計測部はまた、情報処理部１０００に、受信領域上の仮想的な素子の位置に関する情報と、仮想的な素子の位置ごとの音響波信号情報を送る。

ステップＳ４０２において、音響波情報取得部１００１は、受信面上の素子の位置に関する情報と音響波信号情報の代わりに、受信領域上の仮想的な素子の位置に関する情報と、仮想的な素子の位置ごとの音響波信号情報を取得する。そして、これらの情報を音響波情報選択部１００２に送る。

ステップＳ４０３において、音響波情報選択部１００２は、受信領域の上方領域として再構成領域を決定する。他の処理は実施例１と同様である。
ステップＳ４０４において、音響波情報選択部１００２は、受信面上の素子ではなく、受信領域上の仮想的な素子から有効素子を選択する。他の処理は実施例１と同様である。

ステップＳ４０５において、音響波情報選択部１００２は、受信面上の素子ではなく、受信領域上の仮想的な素子から選択された有効素子から、注目点に対して対称性のある仮想的な素子を選択する。他の処理は実施例１と同様である。対称性のある仮想的な素子の選択の状況を図７に示す。

図７には、受信領域７０１上の仮想的な素子のうち、注目点（ボクセル）５０２に対して対称性のある位置の仮想的な素子７０２と、垂線の足付近の仮想的な素子７０４および、有効素子には含まれるものの、対称性のない位置の仮想的な素子７０３が示されている。垂線の足付近の仮想的な素子７０４は、対称性のある位置の仮想的な素子として扱うこともできる。

ステップＳ４０６において、前ステップで選択された対称性のある素子の情報に基づいて、受信領域上の仮想的な素子の音響波信号、または、音響波信号の平均値である音響波信号情報を抽出する。他の処理は実施例１と同様である。

ステップＳ４０７は、実施例１と同様の処理であるため、説明を省略する。
ステップＳ４０８において、受信面の上方の領域ではなく、受信領域の上方の領域を再構成領域として、未処理の注目点の有無を判定する。他の処理は実施例１と同様である。
ステップＳ４０９、ステップＳ４１０は、実施例１と同様の処理であるため、説明を省略する。

以上の手順で、音響波検出器を移動させて音響波検出器の受信面よりも広い領域である受信領域で検出される音響波信号に基づく画像再構成処理であっても、アーチファクトを低減した３次元再構成画像を得ることができる。

以上の各実施例で述べた画像情報取得装置は、その各構成要素が行う処理を各工程とする画像情報取得方法としてとらえることができる。また、かかる画像情報取得方法の各工程を情報処理装置で動作するプログラムが行う制御により実行させることで、本発明を画像情報取得プログラムとして実現することもできる。また、かかる画像情報取得プログラムを記憶した、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体も、本発明の範囲に含まれる。

１０００：情報処理部，１００１：音響波情報取得部，１００２：音響波情報選択部，１００３：画像再構成部，１１００：音響波信号計測部，１１０２：制御部，１１０５：音響波検出器，１１０６：位置制御手段

Claims (11)

1. 光源と、
   前記光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を検出する複数の素子を受信面上に配置した音響波検出手段と、
   前記音響波検出手段が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する音響波信号生成手段と、
   前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する素子選択手段と、
   前記素子選択手段が選択した素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う再構成手段と
   を有し、
   前記素子選択手段は、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合には他方の位置にある前記素子を選択しない
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記素子選択手段は、画像再構成に用いる素子として、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる位置にある素子をも選択する
   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。
3. 前記素子選択手段は、前記注目点と素子の位置、および、素子の指向性に基づき、前記注目点に対応する前記被検体の位置から発生する音響波を所定の有効なレベルで検出できる素子を選択する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像情報取得装置。
4. 前記範囲内の最も外側に位置する前記素子の最も受信感度の高い方向と前記最も外側に位置する前記素子から前記注目点に至る方向との間の角度は前記最も外側に位置する前記
   素子が前記注目点に対応する前記被検体の位置から発生する音響波を前記所定の有効なレベルで検出できる角度である
   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。
5. 前記素子選択手段は、選択された素子のうち前記範囲内の最も外側に位置する素子が、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点を中心として略同じ距離にあるように選択を行う
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記音響波検出手段の位置を移動させる位置制御手段をさらに有し、
   前記素子選択手段は、移動した各位置での前記音響波検出手段の受信面を合わせた仮想的な受信領域における、前記受信面が各位置にあるときの素子の位置を合わせた仮想的な素子群の中から素子を選択し、
   前記再構成手段は、前記受信面の素子が各位置で検出した音響波に基づく音響波信号を前記仮想的な受信領域上の素子の音響波信号として、画像再構成を行う
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記位置制御手段は、移動した位置での前記音響波検出手段の受信面の一部が、別の位置における受信面の一部と重なるように前記音響波検出手段を移動させるものであり、
   前記素子選択手段が選択した素子が前記受信面の重なる部分に含まれる場合、前記音響波信号生成手段は、前記音響波検出手段が各位置にあるときに前記選択した素子により検出された音響波に基づく音響波信号の平均を求めて、前記選択した素子の音響波信号とする
   ことを特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記再構成手段はユニバーサルバックプロジェクション法を用いて前記画像再構成を行う
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を、複数の素子を受信面上に配置した音響波検出器により検出する工程と、
   前記音響波検出器が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する工程と、
   前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する工程と、
   前記選択する工程にて選択された素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う工程と
   を有し、
   前記選択する工程では、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合には他方の位置にある前記素子を選択しない
   ことを特徴とする被検体情報取得方法。
10. 光源から光が照射されることにより、画像再構成する領域である再構成領域に対応する被検体から発生する音響波を、複数の素子を受信面上に配置した音響波検出器により検出する工程と、
    前記音響波検出器が検出した音響波から画像再構成に用いる音響波信号を生成する工程と、
    前記複数の素子から画像再構成に用いる素子を選択する工程と、
    前記選択する工程にて選択された素子が検出した音響波に基づく音響波信号を用いて前記再構成領域内の注目点の画像再構成を行う工程と
    を有する画像情報取得方法を情報処理装置に実行させる画像情報取得プログラムであって、
    前記選択する工程では、前記注目点から前記受信面に下ろした垂線が当該受信面に交わる点に関して互いに対称な位置にある一対の前記素子を前記垂線が当該受信面に交わる点および前記複数の素子の少なくとも一部を含む範囲内から選択するとともに、前記範囲内で前記互いに対称な位置の一方に前記素子がない場合には他方の位置にある前記素子を選択しない
    ことを特徴とする被検体情報取得プログラム。
11. 請求項１０に記載のプログラムを記憶したコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。

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