JP2018143764A - 画像生成装置、画像生成方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、アーティファクトを抑制することのできる画像生成装置を提供することを目的とする。【解決手段】 本発明は、被検体への複数回の光照射により被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する画像生成装置であって、複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行う信号処理手段と、信号処理が行われた複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、複数の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくする重み付け処理を行う重み付け処理手段と、重み付け処理が行われた複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する合成手段と、を有する。【選択図】 図９

Description

本発明は、光照射により発生する光音響波に由来する画像データを生成する画像生成装置に関する。

音響波を受信することにより得られた受信信号に基づいて画像データを生成する装置として、光音響装置が知られている。光音響装置は、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝搬・拡散したパルス光のエネルギーを吸収した被検体組織から発生した音響波（典型的には超音波であり、光音響波とも呼ぶ）を受信する。そして、光音響装置は、受信信号に基づき被検体情報を画像化する。

非特許文献１は、光音響波の受信信号から初期音圧分布を画像化する方法として、逆投影法の一つであるユニバーサルバックプロジェクション（ＵＢＰ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を開示する。

"Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｐｈｏｔｏａｃｏｕ"ｓｔｉｃ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ"，Ｍｉｎｇｈｕａ Ｘｕ ａｎｄ Ｌｉｈｏｎｇ Ｖ．Ｗａｎｇ，ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｅ ７１，０１６７０６（２００５）

ところで、非特許文献１に記載の方法で音響波の受信信号を逆投影して画像データを生成する場合、音響波の発生位置以外にも受信信号が逆投影され、アーティファクトとして画像に現れる。このアーティファクトが再構成画像の画質（コントラスト等）を低下させる原因となる。

そこで、本発明は、アーティファクトを抑制することのできる画像生成装置を提供することを目的とする。

本発明は、被検体への複数回の光照射により被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する画像生成装置であって、複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行う信号処理手段と、信号処理が行われた複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、複数の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくする重み付け処理を行う重み付け処理手段と、重み付け処理が行われた複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する合成手段と、を有する。

本発明に係る画像生成装置によれば、アーティファクトを抑制することができる。

ＵＢＰによる時間微分処理及び正負反転処理を説明するための図 ＵＢＰによる逆投影処理を説明するための図 ＵＢＰによって得られた画像値の変動を示す図 比較例及び本発明に係る処理で得られた画像を示す図 第１の実施形態に係る光音響装置を示すブロック図 第１の実施形態に係るプローブを示す模式図 第１の実施形態に係るコンピュータとその周辺の構成を示すブロック図 第１の実施形態に係る画像生成方法のフロー図 第１の実施形態に係る光音響画像データを生成する工程のフロー図 重みと画像データのコントラストとの関係を示すグラフ 第３の実施形態に係る光照射毎の画像値の変動を示す図 第４の実施形態に係るビューワの表示画面を示す図

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施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、形状及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、光照射により発生した光音響波に由来する、二次元または三次元の空間分布を表す画像データの生成に関する発明である。光音響画像データは、光音響波の発生音圧（初期音圧）、光吸収エネルギー密度、及び光吸収係数、被検体を構成する物質の濃度（酸素飽和度など）などの少なくとも１つの被検体情報の空間分布を表す画像データである。

ところで、光音響イメージングの主な被検体である生体は、光を散乱及び吸収する特性を備える。そのため、光が生体の深部に進むにつれて、光強度が指数的に減衰する。その結果、典型的に、被検体表面付近では振幅の大きい光音響波が生じ、被検体深部では振幅の小さい光音響波が生じる傾向がある。特に被検体の表面付近に存在する血管から振幅の大きい光音響波が生じやすい。

非特許文献１に記載のＵＢＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ−Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる再構成法では、トランスデューサを中心とする円弧上に受信信号を逆投影する。その際、被検体の表面付近の振幅が大きい光音響波の受信信号が被検体深部に逆投影され、その結果被検体深部でのアーティファクトとなる。このため、被検体深部に存在する生体組織を画像化する際に、被検体表面から発生した光音響波に起因するアーティファクトにより画質（コントラスト等）が低下するおそれがある。

本発明は、アーティファクトによる光音響画像の画質低下を抑制することのできる発明である。以下、本発明に係る処理について説明する。

光音響波の受信信号は、一般的に図１（ａ）に示すようなＮ−Ｓｈａｐｅとよばれる波形を持つことが知られている。ＵＢＰでは図１（ａ）に示すＮ−Ｓｈａｐｅ信号に対して時間微分処理を行い、図１（ｂ）に示す時間微分信号を生成する。続いて、時間微分信号の信号レベルの正負を反転する正負反転処理を行い、図１（ｃ）に示す正負反転信号を生成する。なお、Ｎ−Ｓｈａｐｅ信号に時間微分処理及び正負反転処理を施して生成された信号（投影信号とも呼ぶ）には、図１（ｃ）の矢印Ａ，Ｃで示すような負の値を持つ部分と、図１（ｃ）の矢印Ｂに示すような正の値を持つ部分が現れる。

図２は、被検体内部の微小球形状の光吸収体であるターゲット１０から発生した光音響波をトランスデューサ２１及びトランスデューサ２２で受信する場合にＵＢＰを適用する例を示す。ターゲット１０に光を照射すると、光音響波が発生し、光音響波はトランスデューサ２１及びトランスデューサ２２にてＮ−Ｓｈａｐｅ信号としてサンプリングされる。図２（ａ）は、トランスデューサ２１によりサンプリングされたＮ−Ｓｈａｐｅ状の受信信号をターゲット１０に重畳して示した図である。なお、便宜上、トランスデューサ２１から出力された受信信号のみを示すが、トランスデューサ２２からも同様に受信信号が出力される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＮ−Ｓｈａｐｅ状の受信信号に時間微分処理及び正負反転処理を施した投影信号をターゲット１０に重畳して示した図である。

図２（ｃ）は、トランスデューサ２１を用いて得られた投影信号をＵＢＰで逆投影する様子を示す。ＵＢＰではトランスデューサ２１を中心とした円弧上に投影信号を投影する。この場合、トランスデューサ２１の指向角（例えば６０°）の範囲に投影信号を逆投影している。その結果、あたかも領域３１、３２、及び３３にわたってターゲット１０が存在するかのような画像となる。ここで、領域３１及び３３は負の値を持つ領域であり、領域３２は正の値を持つ領域である。図２（ｃ）において、負の値を持つ領域３１及び３３を灰色で塗りつぶした。

図２（ｄ）は、トランスデューサ２２を用いて得られた投影信号をＵＢＰで逆投影する場合を示す。その結果、あたかも領域４１、４２、及び４３にわたってターゲット１０が存在するかのような画像となる。ここで、領域４１、４３は負の値を持つ領域であり、領域４２は正の値を持つ領域である。図２（ｄ）において、負の値を持つ領域４１及び４３を灰色で塗りつぶした。

図２（ｅ）は、複数のトランスデューサ２１及び２２のそれぞれに対応する投影信号をＵＢＰで逆投影する場合の図を示す。このようにして逆投影された複数の投影信号を合成することにより、光音響画像データが生成される。

図２（ｅ）に示すように、ターゲット１０の内部の位置５１においては、トランスデューサ２１に対応する投影信号の正値の領域３２と、トランスデューサ２２に対応する投影信号の正値の領域４２が重なる。すなわち、典型的にターゲット１０の存在する領域（ターゲット領域とも呼ぶ）では、正値の領域同士が優位に重なる。そのため、ターゲット１０の領域では、典型的に光照射毎の画像データが正値となる傾向がある。

一方、ターゲット１０の外部の位置５２においては、トランスデューサ２１に対応する投影信号の正値の領域３２と、トランスデューサ２２に対応する投影信号の負値の領域４３とが重なる。また、ターゲット１０の外部の位置５３においては、トランスデューサ２１に対応する投影信号の負値の領域３１と、トランスデューサ２２に対応する投影信号の正値の領域４１とが重なる。このようにターゲット１０以外の領域では、正値の領域と負値の領域とが複雑に重なる傾向がある。すなわち、ターゲット１０以外の領域では、光照射毎に画像データが正値にも負値にもなる傾向がある。このような傾向となる理由としては、トランスデューサ２２とターゲット１０との相対位置が光照射毎に変わることなどが考えられる。

次に、光照射の度に光音響波の受信位置の組み合わせを変えて光照射を行ったときの、光照射毎の画像データの値（画像値）の変動について説明する。図３（ａ）は、ターゲット１０の領域を非特許文献１に記載のＵＢＰで再構成したときの画像データの値（画像値）の変動を示す。横軸は光照射の番号を示し、縦軸は画像値を示す。一方、図３（ｂ）は、ターゲット１０以外の領域を非特許文献１に記載のＵＢＰで再構成したときの画像データの値（画像値）の変動を示す。横軸は光照射の番号を示し、縦軸は画像値を示す。

図３（ａ）によれば、ターゲット１０の領域の画像値は、光照射毎に変動があるものの、常に正値となっていることが分かる。一方、図３（ｂ）によれば、ターゲット１０以外の領域の画像値は、光照射毎に正値にも負値にもなることが分かる。

ここで、全ての光照射に対応する画像データを合成することにより画像データを生成すると、ターゲット１０の領域では正値の合成となるので最終的な画像値が大きくなる。一方で、ターゲット１０以外の領域では、画像データの正値と負値とが相殺して、最終的な画像値がターゲット１０の領域よりも小さくなる。その結果、光音響画像データに基づいた画像上でターゲット１０の存在を視認することができる。

ところが、ターゲット１０以外の領域では、ターゲットが存在しないにもかかわらず画像値が０とはならず、最終的な画像値が正値となる場合がある。この場合、ターゲット１０以外の位置にアーティファクトが発生し、ターゲットの視認性を低下させることとなる。

そこで、本発明者は、上記課題を解決するために、ターゲットの領域では、典型的に光照射毎の画像データが正値となり、ターゲット以外の領域では、光照射毎の画像データが正値と負値のいずれかとなる傾向があることを利用することを着想した。すなわち、本発明者は、複数の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくして合成する処理を着想した。この処理によれば、ターゲット以外の領域の最終的な画像値をより小さくし、アーティファクトを抑制することができることを着想した。本発明に係る処理の詳細については第１の実施形態で後述する。

ここで、シミュレーションにおいて本発明に係る処理を適用したときの効果を説明する。図４（ａ）は、シミュレーションで用いた被検体モデル１０００を示す。被検体モデル１０００としては、表面付近に血管１０１０が存在し、表面から２０［ｍｍ］の深さの箇所にＹ軸方向に走行する０．２［ｍｍ］の血管１０１１が存在するモデルを作成した。そして、複数回光照射したときに被検体モデル１０００内の血管１０１０及び１０１１から発生した光音響波を、被検体モデル１０００の紙面下側に設けられた受信部が受信するときの受信信号をシミュレーションにより作成した。なお、光照射毎に光音響波の受信部の位置を変更して受信信号を作成した。続いて、シミュレーションにより得られた受信信号を用いて再構成処理を行い、複数回の光照射のそれぞれに対応する画像データを作成した。

図４（ｂ）は、非特許文献１に記載のＵＢＰで再構成して得られた光照射毎の画像データを、合成することにより得られた比較例に係る画像である。一方、図４（ｃ）は、ＵＢＰで得られた光照射毎の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくする重み付け処理を行い、重み付けされた画像データを合成して得られた本発明に係る画像である。図４（ｂ）も図４（ｃ）も、２［ｍｍ］の厚さの投影領域１０２０（血管１０１１を含む）の画像データをＺ軸方向に最大値投影（ＭＩＰ：Ｍａｘｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）して得られたＭＩＰ画像である。また、図４（ｂ）も図４（ｃ）も、画像値が０以下となる位置の輝度を０として表示している。また、投影領域の画像データには、表面付近の血管１０１０に由来する受信信号に基づいたアーティファクトも含まれている。

図４によれば、本発明に係る図４（ｃ）の画像における血管１０１１の視認性は、比較例に係る図４（ｂ）の画像における血管１０１１に比べ高いことが理解される。これは、本発明に係る処理によって、負値の成分の重みを相対的に高くすることにより、アーティファクトの原因となる正値の成分を相殺したためであると考えられる。その結果、本発明に係る処理によれば、アーティファクトを抑制することができ、画像中の血管（ターゲット）の視認性が向上する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、光音響装置により光音響画像データを生成する例を説明する。以下、本実施形態の光音響装置の構成及び情報処理方法について説明する。

図５を用いて本実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。図３は、光音響装置全体の概略ブロック図である。本実施形態に係る光音響装置は、光照射部１１０及び受信部１２０を含むプローブ１８０、駆動部１３０、信号収集部１４０、コンピュータ１５０、表示部１６０、及び入力部１７０を有する。

図５は、本実施形態に係るプローブ１８０の模式図を示す。測定対象は、被検体１００である。駆動部１３０は、光照射部１１０と受信部１２０を駆動し、機械的な走査を行う。光照射部１１０が光を被検体１００に照射し、被検体１００内で音響波が発生する。光に起因して光音響効果により発生する音響波を光音響波とも呼ぶ。受信部１２０は、光音響波を受信することによりアナログ信号としての電気信号（光音響信号）を出力する。

信号収集部１４０は、受信部１２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、コンピュータ１５０に出力する。コンピュータ１５０は、信号収集部１４０から出力されたデジタル信号を、超音波または光音響波に由来する信号データとして記憶する。

コンピュータ１５０は、記憶されたデジタル信号に対して信号処理を行うことにより、被検体１００に関する情報（被検体情報）の二次元または三次元の空間分布を表す光音響画像データを生成する。また、コンピュータ１５０は、得られた画像データに基づいた画像を表示部１６０に表示させる。ユーザーとしての医師は、表示部１６０に表示された画像を確認することにより、診断を行うことができる。表示画像は、ユーザーやコンピュータ１５０からの保存指示に基づいて、コンピュータ１５０内のメモリや、モダリティとネットワークで接続されたデータ管理システムなどのメモリに保存される。

また、コンピュータ１５０は、光音響装置に含まれる構成の駆動制御も行う。また、表示部１６０は、コンピュータ１５０で生成された画像の他にＧＵＩなどを表示してもよい。入力部１７０は、ユーザーが情報を入力できるように構成されている。ユーザーは、入力部１７０を用いて測定開始や終了、作成画像の保存指示などの操作を行うことができる。

以下、本実施形態に係る光音響装置の各構成の詳細を説明する。

（光照射部１１０）
光照射部１１０は、光を発する光源１１１と、光源１１１から射出された光を被検体１００へ導く光学系１１２とを含む。なお、光は、いわゆる矩形波、三角波などのパルス光を含む。

光源１１１が発する光のパルス幅としては、１ｎｓ以上、１００ｎｓ以下のパルス幅であってもよい。また、光の波長として４００ｎｍから１６００ｎｍ程度の範囲の波長であってもよい。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）を用いてもよい。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１１１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、波長の変更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。例えば、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を光源として用いてもよい。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）レーザーを光源として用いてもよい。また、光源１１１としてフラッシュランプや発光ダイオードを用いてもよい。また、光源１１１としてマイクロウェーブ源を用いてもよい。

光学系１１２には、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバー、拡散板、シャッターなどの等の光学素子を用いることができる。

生体組織に照射することが許される光の強度は、以下に示す安全規格によって最大許容露光量（ＭＰＥ：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｅｒｍｉｓｓｉｂｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）が定められている。（ＩＥＣ ６０８２５−１：Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ＪＩＳ Ｃ ６８０２：レーザー製品の安全基準、ＦＤＡ：２１ＣＦＲ Ｐａｒｔ １０４０．１０、ＡＮＳＩ Ｚ１３６．１：Ｌａｓｅｒ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、など）。最大許容露光量は、単位面積あたりに照射することができる光の強度を規定している。このため被検体Ｅの表面を広い面積で一括して光を照射することにより、多くの光を被検体Ｅに導くことができるので、光音響波を高いＳＮ比で受信することができる。乳房等の生体組織を被検体１００とする場合、高エネルギーの光のビーム径を広げて照射するために、光学系１１２の射出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１１２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。

なお、光照射部１１０が光学系１１２を備えずに、光源１１１から直接被検体１００に光を照射してもよい。

（受信部１２０）
受信部１２０は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサ１２１と、トランスデューサ１２１を支持する支持体１２２とを含む。また、トランスデューサ１２１は、音響波を送信する送信手段としてもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサとは、単一（共通）のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。

トランスデューサ１２１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採用してもよい。また、トランスデューサにより得られる信号は時間分解信号である。つまり、トランスデューサにより得られる信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値（例えば、音圧に比例した値）を表したものである。

光音響波を構成する周波数成分は、典型的には１００ＫＨｚから１００ＭＨｚであり、トランスデューサ１２１として、これらの周波数を検出することのできるものを採用することができる。

支持体１２２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。照射光を被検体に多く入射させるために、支持体１２２の被検体１００側の表面に鏡面もしくは光散乱させる加工が行われていてもよい。本実施形態において支持体１２２は半球殻形状であり、半球殻上に複数のトランスデューサ１２１を支持できるように構成されている。この場合、支持体１２２に配置されたトランスデューサ１２１の指向軸は半球の曲率中心付近に集まる。そして、複数のトランスデューサ１２１から出力された信号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１２２はトランスデューサ１２１を支持できる限り、いかなる構成であってもよい。支持体１２２は、１Ｄアレイ、１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイ、２Ｄアレイと呼ばれるような平面又は曲面内に、複数のトランスデューサを並べて配置してもよい。複数のトランスデューサ１２１が複数の受信手段に相当する。

また、支持体１２２は音響マッチング材２１０を貯留する容器として機能してもよい。すなわち、支持体１２２をトランスデューサ１２１と被検体１００との間に音響マッチング材２１０を配置するための容器としてもよい。

また、受信部１２０が、トランスデューサ１２１から出力される時系列のアナログ信号を増幅する増幅器を備えてもよい。また、受信部１２０が、トランスデューサ１２１から出力される時系列のアナログ信号を時系列のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えてもよい。すなわち、受信部１２０が後述する信号収集部１４０を備えてもよい。

なお、音響波を様々な角度で検出できるようにするために、理想的には被検体１００を全周囲から囲むようにトランスデューサ１２１を配置してもよい。ただし、被検体１００が大きく全周囲を囲むようにトランスデューサを配置できない場合は、半球状の支持体１２２上にトランスデューサを配置して全周囲を囲む状態に近づけてもよい。

なお、トランスデューサの配置や数及び支持体の形状は被検体に応じて最適化すればよく、本発明に関してはあらゆる受信部１２０を採用することができる。

受信部１２０と被検体１００との間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質で満たす。この媒質には、音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサ１２１との界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材料を採用する。例えば、この媒質には、水、超音波ジェルなどを採用することができる。

図６（ａ）は、プローブ１８０の側面図を示し、図６（ｂ）は、プローブ１８０の上面図（図６（ａ）の紙面上方向から見た図）を示す。図６に示された本実施形態に係るプローブ１８０は、開口を有する半球状の支持体１２２に複数のトランスデューサ１２１が三次元に配置された受信部１２０を有する。また、図６に示されたプローブ１８０は、支持体１２２の底部に光学系１１２の光射出部が配置されている。

本実施形態においては、図６に示すように被検体１００は、保持部２００に接触することにより、その形状が保持される。本実施形態では、被検体１００が乳房の場合に、伏臥位の被検者を支持する寝台に乳房を挿入するための開口を設けて、開口から鉛直方向に垂らされた乳房を測定する形態を想定している。

受信部１２０と保持部２００の間の空間は、光音響波が伝播することができる媒質（音響マッチング材２１０）で満たされる。この媒質には、光音響波が伝搬でき、被検体１００やトランスデューサ１２１との界面において音響特性が整合し、できるだけ光音響波の透過率が高い材料を採用する。例えば、この媒質には、水、ひまし油、超音波ジェルなどを採用することができる。

保持手段としての保持部２００は被検体１００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１００を保持することによって、被検体１００の動きの抑制および被検体１００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、ポリカーボネートやポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等、樹脂材料を用いることができる。

保持部２００は、被検体１００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１００と同程度の材料で構成されていてもよい。乳房等の曲面を有するものを被検体１００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１００を挿入することができる。

保持部２００は、取り付け部２０１に取り付けられている。取り付け部２０１は、被検体の大きさに合わせて複数種類の保持部２００を交換可能に構成されていてもよい。例えば、取り付け部２０１は、曲率半径や曲率中心などの異なる保持部に交換できるように構成されていてもよい。

また、保持部２００には保持部２００の情報が登録されたタグ２０２が設置されていてもよい。例えば、タグ２０２には、保持部２００の曲率半径、曲率中心、音速、識別ＩＤ等の情報を登録することができる。タグ２０２に登録された情報は、読み取り部２０３により読み出され、コンピュータ１５０に転送される。保持部２００が取り付け部２０１に取り付けられたときに容易にタグ２０２を読み取るために、読み取り部２０３は取り付け部２０１に設置されていてもよい。例えば、タグ２０２はバーコードであり、読み取り部２０３はバーコードリーダである。

（駆動部１３０）
駆動部１３０は、被検体１００と受信部１２０との相対位置を変更する部分である。本実施形態では、駆動部１３０は、支持体１２２をＸＹ方向に移動させる装置であり、ステッピングモーターを搭載した電動のＸＹステージある。駆動部１３０は、駆動力を発生させるステッピングモーターなどのモーターと、駆動力を伝達させる駆動機構と、受信部１２０の位置情報を検出する位置センサとを含む。駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。また、位置センサとしては、エンコーダー、可変抵抗器、リニアスケール、磁気センサ、赤外線センサ、超音波センサなどを用いたポテンショメータなどを用いることができる。

なお、駆動部１３０は被検体１００と受信部１２０との相対位置をＸＹ方向（二次元）に変更させるものに限らず、一次元または三次元に変更させてもよい。移動経路は平面的にスパイラル状やライン＆スペースで走査してもよいし、さらに三次元的に体表に沿うように傾けてもよい。また、被検体１００の表面からの距離を一定に保つようにしてプローブ１８０を移動させてもよい。このとき駆動部１３０は、モーターの回転数をモニターするなどしてプローブの移動量を計測してもよい。

なお、駆動部１３０は、被検体１００と受信部１２０との相対的な位置を変更できれば、受信部１２０を固定し、被検体１００を移動させてもよい。被検体１００を移動させる場合は、被検体１００を保持する保持部を動かすことで被検体１００を移動させる構成などが考えられる。また、被検体１００と受信部１２０の両方を移動させてもよい。

駆動部１３０は、相対位置を連続的に移動させてもよいし、ステップアンドリピートによって移動させてもよい。駆動部１３０は、プログラムされた軌跡で移動させる電動ステージであってもよいし、手動ステージであってもよい。すなわち、光音響装置は、駆動部１３０を有さずに、ユーザーがプローブ１８０を把持して操作するハンドヘルドタイプであってもよい。

また、本実施形態では、駆動部１３０は光照射部１１０と受信部１２０を同時に駆動して走査を行っているが、光照射部１１０だけを駆動したり、受信部１２０だけを駆動したりしてもよい。

（信号収集部１４０）
信号収集部１４０は、トランスデューサ１２１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。信号収集部１４０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップなどで構成されてもよい。信号収集部１４０から出力されるデジタル信号は、コンピュータ１５０内の記憶部１５２に記憶される。信号収集部１４０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。なお、フォトダイオードなどの光検出センサが、光照射部１１０から光射出を検出し、信号収集部１４０がこの検出結果をトリガーに同期して上記処理を開始してもよい。また、信号収集部１４０は、フリーズボタンなどを用いてなされる指示をトリガーに同期して、当該処理を開始してもよい。

（コンピュータ１５０）
表示制御装置としてのコンピュータ１５０は、演算部１５１、記憶部１５２、制御部１５３を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。

演算部１５１として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。演算部１５１は、入力部１７０から、被検体音速や保持部の構成などの各種パラメータを受けて、受信信号を処理してもよい。

記憶部１５２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、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、記憶部１５２は、ＲＡＭ（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。なお、記憶部１５２は、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。

記憶部１５２は、後述する方法で演算部１５１により生成される光音響画像を示す画像データを保存することができる。

制御部１５３は、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。制御部１５３は、光音響装置の各構成の動作を制御する。制御部１５３は、入力部１７０からの測定開始などの各種操作による指示信号を受けて、光音響装置の各構成を制御してもよい。また、制御部１５３は、記憶部１５２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。例えば、制御部１５３が制御線を介して、光源１１１の発光タイミングを制御してもよい。また、光学系１１２がシャッターを含む場合、制御部１５３が制御線を介して、シャッターの開閉を制御してもよい。

コンピュータ１５０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。また、コンピュータ１５０の各構成は異なるハードウェアによって構成されてもよい。また、コンピュータ１５０の少なくとも一部の構成は単一のハードウェアで構成されてもよい。

図７は、本実施形態に係るコンピュータ１５０の具体的な構成例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１５０は、ＣＰＵ１５４、ＧＰＵ１５５、ＲＡＭ１５６、ＲＯＭ１５７、外部記憶装置１５８から構成される。また、コンピュータ１５０には、表示部１６０としての液晶ディスプレイ１６１、入力部１７０としてのマウス１７１、キーボード１７２が接続されている。

また、コンピュータ１５０および複数のトランスデューサ１２１は、共通の筺体に収められた構成で提供されてもよい。ただし、筺体に収められたコンピュータで一部の信号処理を行い、残りの信号処理を筺体の外部に設けられたコンピュータで行ってもよい。この場合、筺体の内部および外部に設けられたコンピュータを総称して、本実施形態に係るコンピュータとすることができる。すなわち、コンピュータを構成するハードウェアが一つの筺体に収められていなくてもよい。

（表示部１６０）
表示部１６０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ＦＥＤ、メガネ型ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどのディスプレイである。コンピュータ１５０により得られたボリュームデータに基づいた画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部１６０は、ボリュームデータに基づいた画像や装置を操作するためのＧＵＩを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部１６０またはコンピュータ１５０において画像処理（輝度値の調整等）を行った上で表示することもできる。表示部１６０は、光音響装置とは別に提供されていてもよい。コンピュータ１５０は、光音響画像データを有線または無線で表示部１６０へ送信することができる。

（入力部１７０）
入力部１７０としては、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操作コンソールを採用することができる。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０として利用してもよい。

入力部１７０は、観察したい位置や深さの情報などを入力できるように構成されていてもよい。入力方法としては、数値を入力してもよいし、スライダーバーを操作することにより入力ができてもよい。また、入力された情報に応じて表示部１６０に表示される画像が更新されていってもよい。これにより、ユーザーは自身の操作によって決定されたパラメータにより生成された画像を確認しながら、適切なパラメータに設定できる。

また、ユーザーが光音響装置の遠隔に設けられた入力部１７０を操作し、入力部１７０を用いて入力された情報を、ネットワークを介して光音響装置に送信してもよい。

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。

また、光音響装置の各構成間で送受信される情報は、有線または無線でやりとりがなされる。

（被検体１００）
被検体１００は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体１００としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管や腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、皮膚等に含まれるメラニン、コラーゲン、脂質などを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー（ＭＢ）、インドシニアングリーン（ＩＣＧ）などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。また、生体を模したファントムを被検体１００としてもよい。

次に、本実施形態に係る情報処理を含む画像表示方法を、図８を参照して説明する。なお、各工程は、コンピュータ１５０が光音響装置の構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ１００：制御パラメータを設定する工程）
ユーザーが、被検体情報の取得のために必要な光照射部１１０の照射条件（繰り返し周波数や波長など）やプローブ１８０の位置などの制御パラメータを、入力部１７０を用いて指定する。コンピュータ１５０は、ユーザーの指示に基づいて決定された制御パラメータを設定する。

（Ｓ２００：プローブを指定位置に移動させる工程）
制御部１５３が、ステップＳ１００で指定された制御パラメータに基づいて、駆動部１３０にプローブ１８０を指定の位置へ移動させる。ステップＳ１００において複数位置での撮像が指定された場合には、駆動部１３０は、まずプローブ１８０を最初の指定位置へ移動させる。なお、駆動部１３０は、測定の開始指示がなされたときに、あらかじめプログラムされた位置にプローブ１８０を移動させてもよい。なお、ハンドヘルド型の場合、ユーザーがプローブ１８０を把持して所望の位置まで移動させてもよい。

（Ｓ３００：光を照射する工程）
光照射部１１０は、Ｓ１００で指定された制御パラメータに基づいて、被検体１００に光を照射する。

光源１１１から発生した光は、光学系１１２を介してパルス光として被検体１００に照射される。そして、被検体１００内部でパルス光が吸収され、光音響効果により光音響波が生じる。光照射部１１０はパルス光の伝送と併せて信号収集部１４０へ同期信号を送信する。

（Ｓ４００：光音響波を受信する工程）
信号収集部１４０は、光照射部１１０から送信された同期信号を受信すると、信号収集の動作を開始する。すなわち、信号収集部１４０は、受信部１２０から出力された、音響波に由来するアナログ電気信号を、増幅・ＡＤ変換することにより、増幅されたデジタル電気信号を生成し、コンピュータ１５０へ出力する。コンピュータ１５０は、信号収集部１４０から送信された信号を記憶部１５２に保存する。ステップＳ１００で複数の走査位置での撮像を指定した場合には、指定した走査位置において、Ｓ２００−Ｓ４００のステップを繰り返し実行し、パルス光の照射と音響波に由来するデジタル信号の生成を繰り返す。なお、コンピュータ１５０は、発光をトリガーとして、発光時の受信部１２０の位置情報を駆動部１３０の位置センサからの出力に基づいて取得し、記憶してもよい。

（Ｓ５００：光音響画像データを生成する工程）
画像データ生成手段としてのコンピュータ１５０の演算部１５１は、記憶部１５２に記憶された信号データに基づいて、光音響画像データを生成し、記憶部１５２に保存する。

信号データを空間分布としてのボリュームデータに変換する再構成アルゴリズムとしては、タイムドメインでの逆投影法やフーリエドメインでの逆投影法などの解析的な再構成法やモデルベース法（繰り返し演算法）を採用することができる。例えば、タイムドメインでの逆投影法として、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＵＢＰ）、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ）、または整相加算（Ｄｅｌａｙ−ａｎｄ−Ｓｕｍ）などが挙げられる。

また、演算部１５１は、被検体１００に照射された光の被検体１００の内部での光フルエンス分布を計算し、初期音圧分布を光フルエンス分布で除算することにより、吸収係数分布情報を取得してもよい。この場合、吸収係数分布情報を光音響画像データとして取得してもよい。コンピュータ１５０は、光を吸収、散乱する媒質における光エネルギーの挙動を示す輸送方程式や拡散方程式を数値的に解く方法により、被検体１００の内部における光フルエンスの空間分布を算出することができる。数値的に解く方法としては、有限要素法、差分法、モンテカルロ法等を採用することができる。例えば、コンピュータ１５０は、式（１）に示す光拡散方程式を解くことにより、被検体１００の内部における光フルエンスの空間分布を算出してもよい。

ここで、Ｄは拡散係数、μａは吸収係数、Ｓは照射光の入射強度、φは到達する光フルエンス、ｒは位置、ｔは時間を示す。

また、複数の波長の光を用いて、Ｓ３００、Ｓ４００の工程を実行し、演算部１５１は、複数の波長の光のそれぞれに対応する吸収係数分布情報を取得してもよい。そして、演算部１５１は、複数の波長の光のそれぞれに対応する吸収係数分布情報に基づいて、分光情報として被検体１００を構成する物質の濃度の空間分布情報を、光音響画像データとして取得してもよい。すなわち、演算部１５１は、複数の波長の光に対応する信号データを用いて、分光情報を取得してもよい。

（Ｓ６００：光音響画像データに基づいた画像を生成・表示する工程）
表示制御手段としてのコンピュータ１５０は、Ｓ５００で得られた光音響画像データに基づいて画像を生成し、表示部１６０に表示させる。画像データの画像値は、そのまま表示画像の輝度値としてもよい。また、画像データの画像値に所定の処理を加えて、表示画像の輝度を決定してもよい。例えば、画像値が正値の場合は画像値を輝度に割り当てとし、画像値が負値の場合は輝度を０とする表示画像を生成してもよい。

次に、Ｓ５００における本発明の特徴的な画像生成方法を、図９に示す画像生成方法のフローチャートを用いて説明する。

（Ｓ５１０：受信信号に対して時間微分信号及び反転処理を行う工程）
信号処理手段としてのコンピュータ１５０は、記憶部１５２に記憶された受信信号に対して、時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行う。これらの信号処理が行われた受信信号を投影信号とも呼ぶ。本工程では、記憶部１５２に記憶された各受信信号に対して、これらの信号処理を実行する。その結果、複数回の光照射及び複数のトランスデューサ１２１のそれぞれに対応する投影信号が生成される。

例えば、コンピュータ１５０は、式（２）に示すように、受信信号ｐ（ｒ，ｔ）に対して時間微分処理及び反転処理（時間微分信号にマイナスを付与）を行い、投影信号ｂ（ｒ，ｔ）を生成し、投影信号ｂ（ｒ，ｔ）を記憶部１５２に記憶する。

ここで、ｒは受信位置、ｔは光照射からの経過時間、ｐ（ｒ，ｔ）は受信位置ｒで経過時間ｔに受信された音響波の音圧を示す受信信号、ｂ（ｒ，ｔ）は投影信号である。なお、時間微分処理及び反転処理に加えてその他の信号処理を行ってもよい。例えば、その他の信号処理は、周波数フィルタリング（ローパス、ハイパス、バンドパス等）、デコンボリューション、包絡線検波、ウェーブレットフィルタリングの少なくとも一つである。

なお、本工程で反転処理については実行しなくてもよい。この場合、後述するＳ５４０での負成分強調処理を正成分強調処理に置き換えることで本実施形態の効果は損なわれない。

（Ｓ５２０：信号処理後の受信信号に基づいて画像データを生成する工程）
画像データ生成手段としてのコンピュータ１５０は、Ｓ５１０で生成された複数回の光照射及び複数のトランスデューサ１２１のそれぞれに対応する受信信号（投影信号）に基づいて、複数の光音響画像データを生成する。複数の光音響画像データを生成できる限り、光照射毎に光音響画像データを生成してもよいし、複数回の光照射に由来する投影信号から１つの光音響画像データを生成してもよい。

例えば、コンピュータ１５０は、式（３）に示すように、投影信号ｂ（ｒ_ｉ，ｔ）に基づいて、光照射毎の初期音圧ｐ_０の空間分布を示す画像データを生成する。その結果、複数回の光照射のそれぞれに対応する画像データが生成され、複数の画像データを取得することができる。

ここで、ｒ_０は再構成する位置（再構成位置、注目位置とも呼ぶ）を示す位置ベクトル、ｐ_０（ｒ_０）は再構成する位置での初期音圧、ｃは伝搬経路の音速を示す。また、ΔΩ_ｉは再構成する位置からｉ番目のトランスデューサ１２１を見込む立体角、Ｎは再構成に用いるトランスデューサ１２１の個数を示す。式（３）は、投影信号に立体角の加重をかけて整相加算すること（逆投影）を示している。

なお、本実施形態では、前述したように解析的な再構成法やモデルベース再構成法により、画像データを生成することができる。特に、解析的な再構成法を採用する場合に、本発明を好適に適用することができる。解析的な再構成法においては、Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｖｉｅｗの条件で音響波を受信した場合、音源を正確に再現できないため、ターゲット以外の領域が負値で再構成される場合がある。

（Ｓ５３０：複数の画像データに対して負成分強調処理を行う工程）
重み付け手段としてのコンピュータ１５０は、Ｓ５２０で取得された複数の画像データの負値に対する重みを正値に対する重みよりも大きくする負成分強調処理（重み付け処理）を行う。

ここで、Ｓ５２０で４つの画像データが生成され、ターゲット以外の領域のある位置における各画像データの画像値がＤ１、−Ｄ２、Ｄ３、−Ｄ４である場合を考える。

例えば、コンピュータ１５０は、正値であるＤ１及びＤ３に対して、１の重みを乗算し、負値である−Ｄ２及び−Ｄ４に対して、１より大きい重みを乗算する重み付け処理を行うことにより負成分を強調してもよい。なお、Ｄ１及びＤ３には何も処理を行わないことにより、１の重みを乗算する重み付け処理を行ったとみなしてもよい。

また、コンピュータ１５０は、正値であるＤ１及びＤ３に対して、１より小さい重みを乗算し、負値である−Ｄ２及び−Ｄ４に対して、１より大きい重みを乗算する重み付け処理を行うことにより負成分を強調してもよい。

この他、複数の画像データの負値に対する重みを正値に対する重みよりも大きくする限り、いかなる重みを適用した重み付け処理を行ってもよい。

本工程の重み付け処理を適用する画像データは、１回の光照射により得られた画像データであってもよいし、２回以上の光照射により得られたデータ（信号データまたは画像データ）に基づいた画像データであってもよい。

コンピュータ１５０は、予め記憶部１５２に格納された正値及び負値の少なくとも一方の重みに関する情報を読み出し、当該情報に基づいて重みを設定してもよい。また、ユーザーが入力部１７０を用いて正値及び負値の少なくとも一方の重みに関する情報を指示し、コンピュータ１５０が入力部１７０から受け取った重みに関する情報に基づいて重みを設定してもよい。

また、コンピュータ１５０は、画像データの位置毎に重みを設定してもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、画像データを複数の領域に分割し、分割された領域毎に独立して重みを設定してもよい。

また、コンピュータ１５０は、画像データの画像値に応じて重みを変更してもよい。例えば、コンピュータ１５０は、画像データの負値の大きさ（絶対値）が大きくなるにつれて、負値の重みを小さくしてもよい。また、コンピュータ１５０は、画像データの負値の大きさ（絶対値）が閾値よりも大きい場合の重みを、画像データの負値の大きさ（絶対値）が閾値よりも小さい場合の重みより小さくしてもよい。このような重みの制御を行うことにより、負成分の強調度合いを調整することができる。特に負成分を強調しすぎることにより、ターゲットの画像値が相殺されてしまうことを抑制することができる。

また、コンピュータ１５０は、光照射毎または２つ以上の光照射からなるグループ毎に重みを変更してもよい。

（Ｓ５４０：負成分強調処理が行われた複数の画像データを合成する工程）
合成手段としてのコンピュータ１５０は、Ｓ５３０で取得された負成分強調処理が行われた複数の画像データを合成することにより、新たな画像データ（第１の画像データに相当）を生成し、記憶部１５２に記憶する。コンピュータ１５０は、複数の画像データを単純加算や加算平均する加算処理により合成してもよい。

ターゲットの領域の画像データは正値が支配的であるのに対し、ターゲット以外の領域の画像データは負値を含むため、Ｓ５３０の負成分強調処理ではターゲット以外の領域の画像データの負値が優位に強調される。そのため、Ｓ５４０の合成処理により、ターゲット以外の領域では、アーティファクトの原因となる画像データの正値を、強調された負値で相殺することができる。一方、ターゲットの領域では、画像データは正値が支配的であるため、負成分強調処理の影響が限定的である。このように本実施形態に係る画像生成方法によれば、ターゲット領域とそれ以外の領域との画像コントラストが高くなる。

負成分強調の結果得られた画像データに基づいた画像は、単独で表示してもよいし、負成分強調を施さずに得られた画像データに基づいた画像と並べて表示してもよい。なお、並べて表示する場合に、各画像の表示色を異ならせてもよい。また、並べて表示する場合には、負成分強調の有無の区別ができるよう、文字や記号でラベルをつける、もしくは表示ウインドウの形状、大きさを異ならせるような表示としてもよい。

また、負成分強調の結果得られた画像データに基づいた画像と、負成分強調を施さずに得られた画像データに基づいた画像を重畳表示してもよい。その際、各画像の色を異ならせて表示してもよい。すなわち、一方の画像の彩度をもう一方の画像の彩度よりも低くすることにより、表示色を区別してもよい。また、互いに異なる色相で複数の画像を表示することにより、表示色を区別してもよい。例えば、一方の画像をグレースケール（無彩色）で表示し、もう一方の画像をカラー（有彩色）で表示してもよい。また、画像間で差分のある領域をカラーで表示させてもよい。

また、負成分強調の結果得られた画像データに基づいた画像と、負成分強調を施さずに得られた画像データに基づいた画像とを、同じ表示位置で切り替えて表示してもよい。

なお、負成分強調の結果得られた画像データに基づいた画像と、負成分強調を施さずに得られた画像データに基づいた画像とを区別できる限り、並列、重畳、切り換えに限らず、いかなる表示態様であってもよい。

また、所定の重みまたはユーザーの指示に基づいて設定された重みで負成分強調が行われたときの第１の画像が表示されているときに、ユーザーからの新たな指示に基づいて新たな重みが設定されてもよい。この場合、第１の画像から、新たな重みが適用された第２の画像に表示画像を更新してもよい。また、第１の画像と第２の画像とを並列または重畳して表示させてもよい。

なお、異なる重みが適用された画像を、重みの大きさ順（昇順または降順）に並列、重畳、または切り換えで表示させてもよい。

なお、本実施形態では、光音響波の受信信号に対して時間微分処理を行った後に、信号レベルの正負の反転処理を行う例を説明したが、反転処理を行わなくてもよい。反転処理を行わない場合、負成分強調処理の代わりに、複数の画像データの正値の重みを負値の重みよりも大きくする正成分強調処理（重み付け処理）を行えばよい。負成分強調処理の代わりに正成分強調処理を行う場合も、前述した負成分強調処理で負成分を強調する手法と同様の手法で正成分を強調させることができる。

［第２の実施形態］
本実施形態は、互いに異なる複数の重みを適用して得られた画像データに基づいて、最適な重みを決定する点で第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態においても、第１の実施形態で説明した光音響装置と同様の装置を用いる。既に説明した構成には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０は、図４に示すモデルを用いたシミュレーションにより作成された受信信号に対して、互いに異なる複数の重みをそれぞれ適用して得られた画像データのコントラストの変動の例を示す。図１０に示すグラフは、図４に示す投影領域１０２０のＭＩＰ画像中の血管１０１１とその周囲の領域とのコントラストの変動を表す。ここで、コントラストは、血管１０１１の画像値の平均値と血管１０１１の周囲の画像値の平均値との差であると定義した。また、重みとしては、光照射毎の画像データの正値の重みを１とし、画像データの負値の重みを変化させたものを採用した。すなわち、図１０に示すグラフの横軸は、画像データの負値に対する重みを表す。

図１０に示すように、重みを変更したときにコントラストが極大点を持つ場合がある。これは、負成分強調処理によるアーティファクトの抑制効果が、ターゲットの画像値（正値）を相殺してしまう効果よりも優位である場合とそうではない場合とが存在するからである。そこで、コンピュータ１５０は、互いに異なる複数の重みを適用して複数の画像データを生成し、それぞれの画像データのコントラストを算出する。そして、コンピュータ１５０は、コントラストが最大となった画像データに適用した重みを重みの最適値として決定してもよい。また、コンピュータ１５０は、複数の画像データのうち、コントラストが最大となった画像データを最適な画像データとして決定し、表示させてもよい。また、コンピュータ１５０は、重みを引数として最適化問題を解くことにより、コントラストが最適となる重み、すなわち最適化された画像データを決定してもよい。

また、コンピュータ１５０は、画像データ内の各位置で重みの最適値を求めてもよい。すなわち、コンピュータ１５０は、画像データを複数の領域に分割し、分割された各領域で最適な重み（最適な画像データ）を決定してもよい。また、コンピュータ１５０は、光照射毎または２つ以上の光照射からなるグループ毎に最適な重みを求めてもよい。

本実施形態に係る画像生成方法によれば、最適な重みが不明な場合であっても、適応的に最適な重み、または、最適な重みを適用した画像データを決定することができる。

［第３の実施形態］
本実施形態では、重み付け手段としてのコンピュータ１５０が、第１または第２の実施形態に示す方法で取得された複数の画像データに対して、負値の画像値に対して重み付け係数Ｍで重み付け処理を行う場合の画像生成方法を説明する。本実施形態は、重み付け処理の前に、同一の領域における画像値の負値を累積加算したデータを生成、保存し、累積加算された負値の画像値を重み付け処理に用いる点が、第１または第２の実施形態と異なる。以下、本実施形態の内容について具体的に説明する。

まず、演算部１５１は、複数の画像データを参照し、ある領域の画像値の変動を調べる際に、画像値の負値を判別し、すべての負の画像値の累積値Ｄｎを示す情報を生成し、記憶部１５２に保存する。また、演算部１５１は、複数の画像データを参照した場合に、ある領域に関する有効な画像値が存在する数、言い換えると、ある領域に関する画像値の加算回数Ｎを示す情報を生成し、記憶部１５２に保存する。

次に、演算部１５１は、全ての光照射で得られた複数の画像データのある領域における画像値の平均値Ｄａを示す情報を生成し、記憶部１５２に保存する。図１１は、光照射を１０回行って１０個の画像データを得た場合における、ある領域に該当する画素値の変動をプロットしたものである。ここでは、光照射の１回目におけるある領域の画素値はＰ１、光照射の２回目におけるある領域の画素値はＰ２、といった具合に、画像値が光照射毎に変動することが示されている。この場合、ある領域に関する有効な画像値が存在する数、言い換えると、ある領域に関する画像値の加算回数Ｎは１０である。また、負の画像値の累積値は、Ｄｎ＝Ｐ３＋Ｐ５＋Ｐ６＋Ｐ８＋Ｐ１０となる。また、画像値の平均値Ｄａは、Ｄａ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋・・＋Ｐ１０）／Ｎ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋・・＋Ｐ１０）／１０となる。このように、予め負の画像値の累積値Ｄｎ、加算回数Ｎ、平均値Ｄａを示す情報を生成しておくことにより、これらの情報を利用して、負値を任意の重み付け係数で重み付けする負成分強調処理を行うことができる。以下、負成分の重み付け係数をＭとする場合の演算方法を説明する。なお、負成分の重み付け係数をＭとする場合の負成分部強調処理を、Ｍ倍負成分強調と呼ぶことにする。演算部１５１は、記憶部１５２から負の画像値の累積値Ｄｎ、加算回数Ｎ、平均値Ｄａを読み出し、Ｍ倍負成分強調時の画像値Ｄｍ＝｛Ｄａ＊Ｎ＋（Ｍ―１）＊Ｄｎ｝／Ｎを算出する。Ｍ倍負成分強調時の画像値Ｄｍは、重み付けされた画像データに相当する。このように予め算出された情報を利用してＭ倍負成分強調処理を行うことにより、複数の画像データを全て記憶しておく必要がないため、処理に必要なデータを保存しておくメモリ容量を低減することができる。

また、撮像を行った際に、一旦負の画像値の累積値Ｄｎ、加算回数Ｎ、平均値Ｄａの情報を生成しておけば、再度撮像を行って複数の画像データを再取得する必要なしに、Ｍ倍負成分強調の処理を行うことができ、余計な撮像の手間が省略できる。

ここまで、累積値Ｄｎについては、負の画像値の累積値と定義してきたが、正の画像値の累積値としてもよい。その場合においても、Ｄａ＊Ｎ−（正の画像値の累積値）によって、負の画像値の累積値Ｄｎを求めることができるため、Ｍ倍負成分強調の処理を行うことができる。すなわち、正の画像値の累積値、加算回数Ｎ、平均値Ｄａを用いて負成分強調を行うことは、負の画像値の累積値Ｄｎ、加算回数Ｎ、平均値Ｄａを用いて負成分強調を行うことと実質的に等価である。

以上、本実施形態に係る画像生成方法によれば、予め算出した画像値の累積値を示す情報を利用することにより、少ないデータ量で任意の重み係数による負成分強調処理を行うことができる。

なお、信号処理として正負反転処理を行わない場合、本実施形態の説明における負値と正値とを入れ替えることにより、アーティファクト成分を抑制した画像データを生成することができる。すなわち、Ｍ倍負成分強調処理と同様に、正成分の重み付け係数をＭとする場合のＭ倍正成分強調処理を行うことができる。

［第４の実施形態］
本実施形態においては、表示制御手段としてのコンピュータ１５０が行う負成分強調画像の表示の態様について述べる。図１２に、負成分強調画像を表示するビューワー３００の例を示す。ビューワー３００においては、画像表示領域３１０と、負成分強調のパラメータ設定領域３２０、さらには、画像特性情報表示領域３３０が存在する。

画像表示領域３１０においては、光音響画像を表示する。表示の態様については、一次元画像、二次元画像、三次元画像、動画など、診断にとって適当なものであれば、特定の態様に限定されない。さらに、画像処理手法も特定のものに限定されず、ボリュームレンダリング、サーフェスレンダリング、ＭＩＰ（ＭＡＸＩＭＵＭ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ）など、いかなる手法で生成された画像も表示可能なものとする。また、本実施形態においては、光音響画像をＸＹ断面画像３１１、ＸＺ断面画像３１２、ＹＺ断面画像３１３に分割して、画像表示領域３１０に３断面表示している。また、ユーザーが任意の平面を選択して表示することも可能である。

パラメータ設定領域３２０においては、負成分強調処理を行う場合に必要なパラメータを設定する。例えば、図１２に示すように、パラメータ設定省域３２０においては、負成分強調処理のＯＮ／ＯＦＦ、負値増幅率、画像値に加算するオフセット値をユーザーが入力できる。入力可能なパラメータは、負成分強調処理に関するパラメータであればいかなるものであってもよい。入力の態様は必ずしも図１２に示したものに限られない。負値増幅率、画像値に加算するオフセット値を数値で入力するかわりに、スライダーやダイヤルで入力値を指定できるようにしてもよく、特定の様式に限定されない。また、パラメータ値は、入力部１７０より、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操作コンソールから行われてもよい。また、パラメータ値は、入力部１７０の操作コンソールに設けられた、ユーザーが接触して調整可能なスライダーやダイヤルなどによって行われてもよい。また、表示部１６０をタッチパネルで構成し、表示部１６０を入力部１７０として利用してもよい。

画像特性情報表示領域３３０においては、生体の深さ方向に関する画像値の特性情報を表示する。光音響画像においては、生体組織における光の拡散や減衰の影響により、照射位置から生体深部になるほど照射される光の強度が低下するため、生体深部の血管等の画像値が低下する傾向がある。そこで、生体の深さ方向の画像値の変動特性を画像特性情報表示領域３３０に表示し、ユーザーが任意に画像値の補正をできるようにしてもよい。これにより、視認性の向上した光音響画像を表示できるようになる。

例えば、ユーザーが被検体画像３５０に関して、ＸＹ断面画像３１１上で、生体の深さ方向の画像値の変動特性を確認したい領域３３４−１（以下、「特性確認領域」と記載）を指定する。特性確認領域３３４−１が指定されると、ＸＺ断面画像３１２、ＹＺ断面画像３１３にも、特性確認領域３３４−１に対応する領域３３４−２、３３４−３が表示される。なお、ユーザーがＸＺ断面画像３１２における指定領域３３４−２、もしくはＹＺ断面画像３１３における指定領域３３４−３の範囲を調整することで、深さ方向、すなわちＺ方向においてユーザーが確認したい領域が指定されてもよい。ユーザーが数値で指定できるようにしてもよい。

ユーザー指定領域３３４は、一つである必要はなく、複数設定できるようにしてもよい。

複数設定した場合は、複数領域の画像値の特性情報を重畳して画像特性情報表示領域３３０に表示してもよいし、ユーザーが選択した領域の特性情報のみを画像特性情報表示領域３３０に表示してもよい。

一旦ユーザーが特性確認領域３３４を設定すると、本発明の光音響装置が被検体画像３５０の表面のＺ座標値であるＺ１から、Ｚ方向の画像値の変動特性３３１を表示する。変動特性の算出手法は特定のものに限定されず、生体のＺ方向の画像値の変動特性が把握できる指標を用いればよい。例えば、あるＺ座標値におけるＸＹ平面において、特性確認領域３３４に含まれる領域の画像データの最大値を用いてもよい。そして、ユーザーが指定した減衰補正カーブ３３２、もしくは被検体画像３５０の表面の輝度値レベル３３３に合わせるように画像の輝度値を補正することができる。なお、線分３３５は被検体画像３５０の表面のＺ座標値を示す。パラメータ設定領域３２０において、減衰係数補正をＯＮ／ＯＦＦするかを選択することにより、当該減衰補正の実行の有無を設定してもよい。また、パラメータ設定領域３２０において、ユーザーが指定した減衰補正カーブ３３２、もしくは被検体３５０の表面の輝度値レベル３３３のいずれに合わせて補正を行うかを選択することができる。

負成分強調画像の表示態様においては、必ずしも画像表示領域３１０、負成分強調のパラメータ設定領域３２０、画像特性情報表示領域３３０のみを表示しなければならないというわけではない。従来の超音波診断装置、光音響診断装置のビューワにおいて表示されるいかなる項目も併せて表示できるものとし、かつ、ユーザーが表示したい項目を任意に選択して表示できるようにしてもよい。

また、負成分強調画像の表示態様においては、必ずしも画像表示領域３１０、負成分強調のパラメータ設定領域３２０、特性情報表示領域３３０の全てを表示しなければならないというわけではない。ユーザーが任意に表示したい領域を選択して表示できるようにしてもよい。すなわち、画像表示領域３１０、負成分強調のパラメータ設定領域３２０、画像特性情報表示領域３３０の少なくとも一つを表示してもよい。

なお、本発明の第４の実施形態において説明を行ったビューワにおいては、本発明の第１、第２の実施形態にて説明を行った態様にて画像表示を行ってもよい。また、図１２に示したビューワに表示される領域や項目のレイアウト、ビューワに表示されている文言や字体などは、必ずしも図１２に示したものに限定されない。

このように、本実施形態に係る画像生成方法によれば、ユーザーの所望する処理パラメータで負成分強調が行うことができる。

（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。

１５０ コンピュータ
１６０ 表示部

Claims (20)

1. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する画像生成装置であって、
   前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行う信号処理手段と、
   前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、
   前記複数の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくする重み付け処理を行う重み付け処理手段と、
   前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する合成手段と、
   を有することを特徴とする画像生成装置。
2. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する画像生成装置であって、
   前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理を含む信号処理を行う信号処理手段と、
   前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、
   前記複数の画像データの正値の重みを負値の重みよりも大きくする重み付け処理を行う重み付け処理手段と、
   前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する合成手段と、
   を有することを特徴とする画像生成装置。
3. 前記重み付け処理手段は、前記負値の重みを、前記負値の大きさに応じて変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
4. 前記重み付け処理手段は、前記負値の大きさが大きくなるにつれて、前記負値の重みを小さくする
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像生成装置。
5. 前記重み付け処理手段は、前記複数の画像データの前記正値の重みを、前記正値の大きさに応じて変更する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像生成装置。
6. 前記重み付け処理手段は、前記正値の大きさが大きくなるにつれて、前記正値の重みを小さくする
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像生成装置。
7. 前記重み付け処理手段は、ユーザーの指示に基づいて、前記正値及び前記負値の少なくとも一方の重みを決定し、当該重みにしたがって前記重み付け処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像生成装置。
8. 前記第１の画像データに基づいた第１の画像を表示手段に表示させる表示制御手段を有し、
   前記重み付け処理手段は、前記第１の画像が前記表示手段に表示されている間のユーザーの指示に基づいて、前記正値及び前記負値の少なくとも一方の重みを決定し、当該重みにしたがって前記重み付け処理を行い、
   前記合成手段は、ユーザーの指示に基づいて決定された前記重みにしたがって前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第２の画像データを生成し、
   前記表示制御手段は、前記表示手段に表示される画像を、前記第１の画像から前記第２の画像データに基づいた第２の画像に更新する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像生成装置。
9. 前記第１の画像データに基づいた第１の画像を表示手段に表示させる表示制御手段を有し、
   前記重み付け処理手段は、前記第１の画像が前記表示手段に表示されている間のユーザーの指示に基づいて、前記正値及び前記負値の少なくとも一方の重みを決定し、当該重みにしたがって前記重み付け処理を行い、
   前記合成手段は、ユーザーの指示に基づいて決定された前記重みにしたがって前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第２の画像データを生成し、
   前記表示制御手段は、前記第１の画像と、前記第２の画像データに基づいた第２の画像とを並列または重畳して前記表示手段に表示させる
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像生成装置。
10. 前記重み付け処理手段は、
    前記複数の画像データの複数の位置のそれぞれに対して互いに異なる重みを設定し、当該重みにしたがって前記複数の画像データに対する前記重み付け処理を行う
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像生成装置。
11. 前記重み付け処理手段は、前記正値及び前記負値の少なくとも一方の重みを１より大きくする前記重み付け処理を行う
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像生成装置。
12. 前記被検体に前記複数回の光照射を行う光照射手段と、
    前記複数回の光照射により発生した前記光音響波を受信することにより、前記複数の受信信号を出力する受信部と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の画像生成装置。
13. 前記複数回の光照射のそれぞれで前記被検体に対する前記受信部の位置が変更されるように、前記受信部を移動させる移動手段を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の画像生成装置。
14. 前記画像データ生成手段は、前記複数回の光照射のそれぞれに対応する画像データから構成される前記複数の画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の画像生成装置。
15. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する画像生成装置であって、
    前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行う信号処理手段と、
    前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、
    前記複数の画像データの加算回数を示す情報、前記複数の画像データの正値または負値の累積値を示す情報、および前記複数の画像データの画像値の平均値を示す情報生成し、
    前記加算回数を示す情報、前記累積値を示す情報、および前記平均値を示す情報を用いて、重み付けされた画像データを生成する重み付け手段と、
    ことを特徴とする画像生成装置。
16. 前記加算回数をＮ、前記累積値をＤｎ、前記平均値をＤａ、重み付け係数をＭ、前記重み付けされた画像データの画像値Ｄｍとした場合に、前記重み付け手段は、Ｄｍ＝｛Ｄａ＊Ｎ＋（Ｍ―１）＊Ｄｎ｝／Ｎにしたがって、前記重み付けされた画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の画像生成装置。
17. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する情報処理方法であって、
    前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行い、
    前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成し、
    前記複数の画像データの負値の重みを正値の重みよりも大きくする重み付け処理を行い、
    前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する
    ことを特徴とする画像生成方法。
18. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する情報処理方法であって、
    前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理を含む信号処理を行い、
    前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成し、
    前記複数の画像データの正値の重みを負値の重みよりも大きくする重み付け処理を行い、
    前記重み付け処理が行われた前記複数の画像データを合成することにより、第１の画像データを生成する
    ことを特徴とする画像生成方法。
19. 被検体への複数回の光照射により前記被検体から発生する光音響波を受信することにより得られた前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号に基づいて、画像データを生成する情報処理方法であって、
    前記複数の受信信号のそれぞれに対して時間微分処理及び信号レベルの正負を反転させる反転処理を含む信号処理を行い、
    前記信号処理が行われた前記複数の受信信号に基づいて、複数の画像データを生成し、
    前記複数の画像データの加算回数を示す情報、前記複数の画像データの正値または負値の累積値を示す情報、および前記複数の画像データの画像値の平均値を示す情報を生成し、
    前記加算回数を示す情報、前記累積値を示す情報、および前記平均値を示す情報を用いて、重み付けされた画像データを生成する
    ことを特徴とする画像生成方法。
20. 請求項１７から１９のいずれか１項に記載の画像生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。