JP2019005560A - 情報処理装置およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】交換可能な光学部材を介して照射された光に起因して発生した光音響信号を処理する装置において、高精度な被検体情報を取得する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る情報処理装置は、音響波探触子との位置関係が規定された光照射部を介して被検体に光が照射されることにより発生する音響波に基づいた、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを処理する情報処理装置であって、前記画像データを取得する画像データ取得手段と、前記音響波探触子の種類を識別する識別情報を取得する情報取得手段と、前記音響波探触子の種類を識別する前記識別情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、音響波を利用して被検体の情報を取得する装置に関する。

被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための技術として、光音響イメージング（Photoacoustic Imaging）が知られている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。光音響イメージング（ＰＡＩ）では、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。

一方、被検体内の構造情報を取得する方法として、超音波イメージングが知られている。超音波イメージングにおいては、プローブに配置された複数の音響素子（トランスデューサ）から被検体に超音波を送信する。そして、被検体内において音響インピーダンスが異なる界面で生じる反射波を受信し、画像データを生成する。

これに関連する技術として、例えば、特許文献１には、光音響イメージングによる画像と超音波イメージングによる画像とを、同一のハンドヘルドプローブを使用して取得する技術が記載されている。

特開２０１７−０００６６０号公報

特許文献１には、被検体に光を照射する部材（光照射部）をプローブに対して脱着および交換可能とする構成が記載されている。しかし、光照射部とプローブとの組み合わせを変更すると、音響素子と光照射部との位置関係や、被検体に照射される光の特性が変化する。また、これに起因して、被検体内における光量の分布が変化し、被検体情報を画像化した際の視認性が変化するといった課題があった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、交換可能な光学部材を介して照射された光に起因して発生した光音響信号を処理する装置において、高精度な被検体情報を取得することを目的とする。

本発明に係る情報処理装置は、音響波探触子との位置関係が規定された光照射部を介して被検体に光が照射されることにより発生する音響波に基づいた、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを処理する情報処理装置であって、前記画像データを取得する画像データ取得手段と、前記音響波探触子の種類を識別する識別情報を取得する情報取得手段と、前記音響波探触子の種類を識別する前記識別情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、を有する。

また、本発明に係るシステムは、被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体への光照射により発生する音響波を電気信号に変換する音響波探触子と、前記光照射部と前記音響波探触子との位置関係を規定するように、前記光照射部および前記音響波探触子の少なくとも一方を取り付ける取り付け部と、前記電気信号に基づいて、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを生成する情報処理装置と、を有し、前記情報処理装置は、前記音響波探触子の種類を識別する識別情報を取得する情報取得手段と、前記音響波探触子の種類を識別する識別情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、を含む。

また、本発明の第二の形態に係る情報処理装置は、音響波探触子との位置関係が規定された光照射部を介して被検体に光が照射されることにより発生する音響波に基づいた、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを処理する情報処理装置であって、前記画像データを取得する画像データ取得手段と、前記光照射部に関する情報である照射部情報を取得する情報取得手段と、前記照射部情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、を有する。

また、本発明の第二の形態に係る情報処理方法は、被検体に光を照射する光照射部と、前記被検体への光照射により発生する音響波を電気信号に変換する音響波探触子と、前記光照射部と前記音響波探触子との位置関係を規定するように、前記光照射部および前記音響波探触子の少なくとも一方を取り付ける取り付け部と、前記電気信号に基づいて、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを生成する情報処理装置と、を有し、前記情報処理装置は、前記光照射部に関する情報である照射部情報を取得する情報取得手段と、前記照射部情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、を含む。

本発明によれば、交換可能な光学部材を介して照射された光に起因して発生した光音響信号を処理する装置において、高精度な被検体情報を取得することができる。

実施形態に係る光音響装置の構成図。 実施形態に係るプローブを示した斜視図。 実施形態に係る光音響装置が行う処理フロー図。 実施形態の効果を模式的に示した図。 表示装置を介して出力される表示画面の例。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法として捉えることもできる。また、本発明は、音響波に基づいて被検体情報を生成する情報処理装置またはその制御方法、あるいは情報処理方法として捉えることもできる。
本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。

本発明に係る情報処理装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して得られる信号を処理し、被検体の特性情報を画像データとして取得する装置である。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。

光音響イメージングにより取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。
また、物質濃度として酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。さらには、体内に投与された造影剤等、光の吸収スペクトルが特徴的な物質も対象として挙げられる。

本発明に係る情報処理装置は、被検体の内部で反射した超音波（超音波エコー）を受信して得られる信号を処理し、被検体の特性情報を画像データとして取得する装置を含む。この場合、取得される特性情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。画像データは、被検体内の複数位置における特性情報を示すデータである。

本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。

（実施形態の説明）
<装置構成>
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る光音響装置（システム）の構成を説明する図である。本実施形態に係る光音響装置（システム）は、音響素子１７を含んだ音響波探触子２１、光源１１、光学系１３、音響波探触子２１に脱着可能な光照射部１８、情報処理部２３、表示制御部２４を有して構成される。情報処理部２３と表示制御部２４とを総称して情報処理装置としてもよい。すなわち、本発明に係る情報処理装置は、情報処理部２３と表示制御部２４を備えているともいえる。

ここで、被検体に対する光音響イメージングの概要について説明する。
光源１１から発せられた光は、光ファイバなどの光伝送路を含む光学系１３を介して光
照射部１８まで導かれ、光照射部１８に組み込まれたレンズや拡散版などの光学系によって所望の特性に加工され、最終的に被検体１５に照射される。
被検体１５の内部を伝播した光１２のエネルギーの一部が、血管などの光吸収体１４に吸収されると、熱膨張により音響波１６（典型的には超音波）が発生する。音響波１６は音響波探触子内の音響素子１７によって検出され、信号取得部２０で増幅およびデジタル変換される。変換された信号は、情報処理部２３や表示制御部２４で、被検体の特性を表す光音響画像データに変換され、表示装置２５上で画像として表示される。

続いて、各構成要素の詳細について説明する。
<<光源１１>>
光源１１は、被検体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためレーザ光源であってもよいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプ、マイクロ波源等を用いることもできる。なお、マイクロ波やラジオ波など光とは異なる波長の電磁波を利用する場合は、光源を電磁波源と呼ぶこともできる。
光源としてレーザを用いる場合、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやアレキサンドライトレーザなどのパルスレーザを光源として用いてもよい。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光を励起光とするＴｉ：ｓａレーザや、ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ）レーザを光源として用いてもよい。

また、パルス光の波長は、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であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であってもよい。具体的には、被検体が生体である場合、５００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であってもよい。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体が生体である場合、光源から発生するパルス光のパルス幅は１ナノから１０００ナノ秒を採用することができる。

<<光学系１３>>
光源１１から出射した光は、光学系１３を介して伝搬し、被検体表面に照射される。光学系１３には、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。パルス光の照射パターンを所望の形状とするため、拡散板やレンズ等を用いて光学系１３を構成してもよい。なお、光学系１３は、後述する光照射部１８内に組み込まれていてもよい。

<<被検体１５（光吸収体１４）>>
被検体１５は、本発明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１５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、人体が計測対象であれば、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あるいは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、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。

<<音響素子１７>>
音響素子１７は、音響波を検出してアナログの電気信号に変換する手段である。音響波探触子は、探触子、音響素子、音響波検出素子、音響波検出器、音響波受信器、トランスデューサとも呼ばれる。生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響素子１７には、上記の周波数帯を受信できる素子を用いる。具体的
には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化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、本実施形態に係る光音響装置が、超音波イメージングを行う機能を有している場合、音響素子１７が、任意の波面に形成された音響波を送信する機能を有していてもよい。

音響素子には、感度が高く、周波数帯域が広いものを用いてもよい。具体的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの高分子圧電膜材料、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。

音響素子１７は、音響波を送受信する複数の素子がアレイ状に配列されたものであってもよいし、単一の素子を採用してもよい。なお、配置の形状は、いかなる構成であってもよい。特に、平面状、円柱状、球状、あるいはその一部に配置することが画像再構成の原理上好ましい。図１の例では、複数の音響素子１７が１次元あるいは２次次元状に配置された例を示している。
このような多次元に配列した音響波検出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、計測時間を短縮できる。その結果、被検体の揺動などの影響を低減できる。ただし、音響素子が走査可能である場合、必ずしもアレイ状の配置としなくてもよい。また、ある特定箇所における音響波信号の変化のみを観測する場合、つまりイメージングを必要としない場合は、音響素子は一つで、かつ、走査も不要である。
なお、多次元配列である音響素子をさらに走査して、より様々な位置で音響波を検出してもよい。

<<音響波探触子２１>>
音響波探触子２１は、操作者が把持するための把持部を有し、音響素子１７を収納するプローブである。把持部は、プローブの構成部品を保持する筐体としても機能する。把持部の形状は、円筒形状、楕円柱形状や、矩形柱形状などであってもよい。また、操作者が把持しやすいように凹凸を設けてもよい。音響波探触子２１内には音響波の検出面があり、検出面上に、少なくとも１つ以上の音響素子１７（トランスデューサ）が設けられる。また、音響波探触子２１は、後述する信号取得部２０と脱着および交換可能であり、計測目的に応じて、複数種類の中から様々な特性（素子数や周波数）および形状（リニア、セクタ、３次元など）のものを選択可能であってもよい。基本的に、通常の超音波装置で利用できる特性、形状のものは本発明においても利用できる。

<<光照射部１８>>
光照射部１８は、音響波探触子２１に装着および脱着可能であり、光学系１３を介して伝搬した光を被検体１５に照射する手段である。光照射部１８は、伝送された光を所望の形に加工する拡散板、レンズ、プリズムなどの光学系を含んでいてもよい。また、光源１１が、半導体レーザやＬＥＤなど小型のものである場合、光源１１を光照射部１８内に組み込んでもよい。
本実施形態では、光照射部１８は、様々な形状の音響波探触子２１に装着および脱着することができる。

図２は、音響波探触子２１に装着および脱着可能な光照射部１８の一例を示した概略図である。例えば、図２（Ａ）に示したように、光照射部をクリップと一体化することで、異なる形状の音響波探触子２１に取り付けることが可能になる。また、図２（Ｂ）に示したように、音響波探触子２１ごとに専用の取り付け部２２を設け、当該取り付け部に光照射部１８を取り付けるようにしてもよい。なお、音響波探触子２１への装着および脱着方
法は図２に示した方法に限らず、ネジやピンでの固定、留め具の利用など、どのような方法を採用してもよい。取り付け部２２に光照射部１８および音響波探触子２１の少なくとも一方が取り付けられることにより、光照射部１８と音響波探触子２１との位置関係が規定される。図２（Ａ）におけるクリップも取り付け部に相当する。光照射部と音響波探触子との位置関係を規定するための取り付け部は、光照射部に設けてもよいし、音響波探触子に設けてもよい。また、取り付け部は、光照射部および音響波探触子とは独立に構成されていてもよい。すなわち、取り付け部は、光照射部と音響波探触子との位置関係を規定することができる限り、光照射部および音響波探触子の少なくとも一方を取り付けることができればよい。また、取り付け部は、複数種類の光照射部を交換可能に取り付けることができてもよい。また、取り付け部は、複数種類の音響波探触子を交換可能に取り付けることができてもよい。

<<信号取得部２０>>
信号取得部２０は、音響素子１７によって得られたアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号に変換する手段である。信号取得部２０は、典型的には増幅器、Ａ／Ｄ変換器、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップなどで構成される。音響波探触子から得られる信号が複数である場合は、同時に複数の信号を処理してもよい。それにより、画像を形成するまでの時間を短縮できる。なお、本明細書における光音響信号とは、音響素子１７から取得されるアナログ信号も、その後Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号も含む概念である。なお、音響素子１７が被検体に超音波を送信する機能を有している場合、音響素子を介して超音波を送信する電気回路を、信号取得部２０に内蔵させてもよい。

<<情報処理部２３>>
情報処理部２３は、信号取得部２０によって得られたデジタル信号を、被検体の特性情報を表す画像データ（光音響画像データ）に変換する手段である。被検体の特性情報とは、一般的には初期音圧分布、光吸収エネルギー密度分布、あるいは、それらに関連した情報などである。情報処理部２３は、本発明における画像データ取得手段の一例である。

情報処理部２３は、信号取得部２０が取得したデジタル信号に対して、光音響イメージングで一般的に使われている画像再構成アルゴリズムを適用し、被検体内部の光学特性に関する情報（光音響画像データ）を取得する。画像再構成アルゴリズムとしては、タイムドメイン法での逆投影が一般的に使われるが、繰り返し処理による逆問題解析法などの手法も利用することができる。他の代表的な画像再構成手法として、ユニバーサルバックプロジェクション法や、フィルタードバックプロジェクション法など、タイムドメインによる再構成法がある。

一方、超音波イメージングを併用する場合は、被検体で反射した反射波（超音波エコー）を受信した信号に対して、超音波イメージング装置で一般的に使われているビームフォーミング技術（整相加算処理）を適用し、被検体情報を画像データとして取得する。
なお、光音響イメージングを行う場合、フォーカスした音響波探触子を用いることで、画像再構成なしに被検体情報を形成することができる。そのような場合には、画像再構成アルゴリズムを用いた信号処理を行う必要はない。

情報処理部２３には、汎用のコンピュータや専用の電子回路基板などが用いられる。なお、信号取得部２０、情報処理部２３は一体化されていてもよい。この場合、コンピュータで行うようなソフトウェア処理ではなく、ハードウェア処理により被検体の画像データを生成することもできる。

<<表示制御部２４>>
情報取得手段としての表示制御部２４は、光照射部１８に関する情報を取得する。そして、補正手段としての表示制御部２４は、光照射部１８に関する情報に基づいて、情報処理部２３が生成した光音響画像データ（以下、第一の光音響画像データ）を補正して、ユーザ（操作者）に提供する画像データ（以下、第二の光音響画像データ）を生成する。
具体的には、情報処理部２３により生成された光音響画像データと、音響波探触子に装着された光照射部１８に関する情報に基づいて画像処理を行い、第二の光音響画像データを生成する。画像処理は、例えば、被検体内の光量分布に応じた輝度変換、注目領域の切り出し、血管の抽出処理、動脈および静脈の分離処理、対数圧縮処理などが含まれるが、これらに限られない。

なお、ここで述べた「光照射部に関する情報」とは、被検体内における光量分布を算出するための情報であり、典型的には光照射部の個体や種類を識別するための識別子を示す識別情報であるが、他の情報を用いてもよい。例えば、光照射部が取り付けられた探触子の種類、光照射部と探触子とを接続する取り付け部の種類や形状、被検体上において光が照射される領域（以下、光照射領域）の形状、光照射部の装着有無を識別する情報などであってもよい。
以降、光照射部に関する情報のことを、照射部情報と称する。照射部情報を利用することで、光照射部の種類ごとに生じる光量分布の差異を補正することができる。

さらに、表示制御手段としての表示制御部２４は、被検体情報に付随する情報を生成し、被検体情報を表す画像と同時に出力する。例えば、光照射部の着脱状態、使用している光照射部の種類、レーザ光の波長、光照射位置などを表す画像や表示を、第一ないし第二の光音響画像データとともに出力する。
なお、表示制御部２４は、第一の光音響画像データと照射部情報を一時的に記録し、第二の光音響画像データを後処理で生成してもよい。
また、表示制御部２４は、光音響画像データ以外の画像データ（例えば超音波画像データ等）を出力してもよい。またこの場合、追加の画像処理を行ってもよい。

<<表示装置２５>>
表示装置２５は、表示制御部２４が出力した画像を表示する装置であり、典型的には液晶ディスプレイなどが利用される。なお、表示装置２５は、本実施形態に係る光音響装置とは別に提供されていてもよい。

<処理フローチャート>
次に、本実施形態に係る光音響装置が行う処理について説明する。以下の処理は、表示制御部２４が、照射部情報を取得し、当該情報に基づいて、情報処理部２３により生成された第一の光音響画像データに対して補正を行うことを特徴とする。
なお、以下に示した処理は、被検体に照射された光に起因する光音響信号が、装置内のメモリ（不図示）に記憶された状態で開始され、情報処理部２３または表示制御部２４によって実行されるものとする。

まず、ステップＳ３０１で、情報処理部２３が、信号取得部２０によってデジタル変換された光音響信号を取得し、一時的に記憶する。

次に、ステップＳ３０２で、情報処理部２３が、記憶された光音響信号を用いて、被検体内の光学特性値の分布を表す第一の光音響画像データを生成する。例えば、第一の光音響画像データとして、初期音圧分布、光吸収エネルギー密度分布、あるいは、それらに関連する分布を表す画像データを生成する。当該画像データは、光照射の方法に依存するデータである。

次に、ステップＳ３０３で、表示制御部２４が、照射部情報を取得する。
照射部情報とは、典型的には、光照射部の個体や種類を識別するための識別子を示す識別情報であるが、他の情報を用いてもよい。例えば、光照射部が取り付けられた探触子の種類、光照射部と探触子とを接続する取り付け部の種類や形状、光照射領域の形状、光照射部の装着有無を識別する情報、光の波長や強度に関する情報などであってもよい。

照射部情報は、被検体内の複数位置に到達する光の光量分布を算出するために必要な情報である。これらの情報は、例えば、音響波探触子２１に電気的に記録された情報を、信号取得部２０を介して取得してもよい。また、光照射部１８に電気的に記録された情報を、光源１１内の制御回路を介して取得してもよい。また、光照射部１８に電気的に記録された情報を、無線を介して、情報処理部２３や表示制御部２４が取得してもよい。このように、当該情報は、有線、無線に関わらず、どのような方法で取得してもよい。

次に、ステップＳ３０４で、表示制御部２４が、取得した照射部情報に基づいて、第一の光音響画像データに対する画像処理を行う。
前述したように、第一の光音響画像データは、被検体内の初期音圧分布や、光吸収エネルギー密度分布などを表すデータである。なお、ここでは光吸収エネルギー密度分布を例示して説明する。
光吸収エネルギー密度分布Ｈ（ｒ）は、式（１）で表されるように、被検体内の吸収係数分布μ_a（ｒ）と、被検体内に到達する光量Φ（ｒ）に比例する。

式（１）から分かるように、Ｈ（ｒ）は、被検体内に到達する光量Φ（ｒ）に大きく影響される。生体である被検体に照射した光は、拡散および吸収され、光の伝搬距離が長くなるにつれて大きく減衰する。一般的な生体の等価減衰係数である１．７４ｃｍ^-1は、光が生体内で１．７４ｃｍ伝搬すると、エネルギーが少なくとも３７％以下になることを表している。すなわち、光照射部からの距離に応じて、光量が指数関数的に減少するため、第一の光音響画像データは、場所によって大きく輝度が変化する。つまり、表示すべきダイナミックレンジが広くなる。一方、ダイナミックレンジが広くなると、視認性が著しく低下し、輝度の小さい光吸収体を見落としやすくなる。

具体例を図４に示す。図４は、２つの光照射部が、音響波探触子２１の両側に装着されている様子を示した図である。図示したように、２つの光照射部の間隔ｄは、音響波探触子２１の形状によって異なる。
符号４１は、図４（Ａ）に示した音響波探触子を用いて得られる第一の光音響画像データの例であり、符号４２は、図４（Ｂ）に示した音響波探触子を用いて得られる第一の光音響画像データの例である。
第一の光音響画像データにおいては、光照射領域から離れるにつれて画素の輝度が小さくなる。本例では、図４（Ａ）のほうが、図４（Ｂ）よりも光照射部の間隔が狭いため、図４（Ｂ）の場合において、被検体の深部に到達する光量が小さくなり、画像上における輝度が小さくなる。図４（Ｂ）では深さに応じて光量分布が変わるように記載しているが、同一深さであっても水平位置が異なると光量に差が生じる。
このように、光照射部の配置や種類によっては、被検体の内部に到達する光の分布が変わってしまうため、光吸収体の視認性が変わってしまう。本実施形態では、この問題を解決するため、照射部情報を用いて、第一の光音響画像データを補正する。

一般的に、被検体内における光量分布（被検体内の複数位置における光量のばらつき）は、以下の光拡散方程式（あるいは輸送方程式）を解くことで計算できる。

ここで、Ｄ（ｒ）は拡散係数分布、φ（ｒ）は被検体内における光量分布、νは光速、μ_a（ｒ）は吸収係数分布、Ｓ（ｒ）は照射光の分布、ｒは被検体内の３次元位置を表す
。被検体の計測部位が決まると、平均的な拡散係数と吸収係数は求まるため、Ｓ（ｒ）である照射光の分布が分かれば、被検体内の光量分布が算出できる。

図４から分かるように、照射光の光量分布は、光照射部が取り付けられたプローブの種類（形状）や、光照射部が取り付けられた位置に基づいて推定することができる。すなわち、音響波探触子と光照射部との相対的な位置関係がわかれば、被検体内における光量分布を推定でき、第一の光音響画像データに対する補正が可能になる。
音響波探触子と光照射部の相対的な位置関係は、上述した照射部情報を取得することで知ることができる。
例えば、音響波探触子の種類と光照射部の種類を取得することにより、被検体に対して光が照射される位置を特定することができ、その結果、前述したように、被検体内の光量分布を算出できる。なお、光量分布は、照射部情報と関連付いて記憶されていてもよいし、その都度算出するようにしてもよい。すなわち、表示制御部２４は、複数の照射部情報（識別情報等）と被検体内の複数位置における光量のばらつきを示す情報とが関連付けられた記憶手段としてのメモリを備えていてもよい。また、表示制御部２４は、ステップ３０３で取得した照射部情報に対応する被検体内の複数位置における光量のばらつきを示す情報をメモリから読み出し、光量のばらつきを補正する補正処理に用いてもよい。

その結果、例えば、符号４１および符号４２で示した第一の光音響画像データを、算出した光量分布で割ることで、符号４３のような、光量分布の影響を軽減した、補正後の光音響画像データ（第二の光音響画像データ）を得ることができる。すなわち、本補正処理によって、被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する、第一の光音響画像データの画像値のばらつきを補正することができる。これにより、どのような形状の音響波探触子に対して光照射部を装着した場合においても、ユーザに対して、視認性の高い画像データを提供できるようになる。

なお、本例では、同一の光照射部を、異なる形状の音響波探触子に装着する例を挙げたが、異なる特性を有する光照射部を、同一形状の音響波探触子に装着する場合であっても、同様の効果が得られる。前者の場合、音響波探触子の識別情報を照射部情報とすればよく、後者の場合、光照射部の識別情報を照射部情報とすればよい。もちろん、両者が共に交換可能である場合、光照射部の識別情報と、音響波探触子の識別情報の双方を照射部情報とすればよい。

次に、ステップＳ３０５で、表示制御部２４が、図５に示したように、照射部情報に関する各種表示アイテムを、第一のあるいは第二の光音響画像データと並べて表示装置２５である液晶ディスプレイ上に表示させる。本例の場合、光照射部の種類と、音響波探触子の種類を、補正後の光音響画像データ（第二の光音響画像データ）と共に表示させている。

なお、表示する情報は、光照射部に関する情報であればこれらに限られない。例えば、光照射部の種類や形状、光照射部が取り付けられた音響波探触子の種類や形状、取り付け部の種類や形状、光照射領域の形状、光照射部の装着有無、被検体に対する光照射位置などを表示してもよい。また、光照射部が光源を有している場合、光の波長、照射光量などを表示してもよい。なお、照射部情報に関する表示は、必ずしも行わなくてよい。

なお、図３の例では、ステップＳ３０４で第二の光音響画像データを生成し、ステップＳ３０５で表示したが、第一の光音響画像データとともに照射部情報を保存し、後処理によって第二の光音響画像データを生成してもよい。
この場合、計測に関する情報を画像と別に保持できるフォーマット（例えばＤＩＣＯＭ形式）を利用して画像データを保存するとよい。例えば、ヘッダに照射部情報を格納した状態で画像を保存することができる。
また、これにより、別のコンピュータなどにインストールされた画像処理ソフトウェアなどを用いて、画像データの補正処理を実施することが可能になる。もちろん、情報を保存した後で、ステップＳ３０４およびＳ３０５の処理を行ってもよい。

（実施例１）
次に、前述した実施形態を適用した光音響装置の一例について説明する。
本実施例においては、光源１１として、２倍波のＹＡＧレーザ励起のＴｉ：ｓａレーザシステムを用いる。Ｔｉ：ｓａレーザは７００−９００ｎｍの間の波長の光を被検体へ照射することができる。なお、レーザ光は、光伝送路である光ファイバを用いて、拡大光学系を組み込んだ光照射部１８まで導かれる。また、レーザ光は、光照射部において５×２０ｍｍまで拡大される。また、光照射部は、通常の超音波診断装置で使われる音響波探触子（１５ｍｍ×５０ｍｍ）に装着される。当該音響波探触子は、中心周波数７．５ＭＨｚのリニアプローブである。

光照射部は、図２（Ａ）のようにクリップが装着されており、どのような形状のプローブにも取り付けられるようになっている。また、音響波探触子は信号取得部２０に接続されており、光照射と同期してデータを受信できるようになっている。
被検体１５は、生体を模擬した直方体状のファントムであり、散乱体として酸化チタン、吸収体としてインクが混ぜられたウレタンゴムを含んでいる。また、この直方体形状のウレタンファントム内に、光吸収体１４として、光を強く吸収するワイヤが埋め込まれている。

このファントムに、Ｔｉ：ｓａレーザから波長７５６ｎｍの光を照射し、得られたアナログ検出信号を、情報処理部２３であるコンピュータ内のメモリにデジタル信号として保存する。次に、当該デジタル検出信号を用いて、情報処理部２３に相当するソフトウェアで画像再構成を行う。なお、画像再構成の手法には、タイムドメインでのＵＢＰ法を用いる。これにより、光吸収エネルギー密度分布である第一の光音響画像データが得られる。
なお、この第一の光音響画像データは、ファントム内の光減衰により、光照射領域から離れたワイヤターゲットの輝度が、光照射領域に近いワイヤターゲットよりも著しく小さくなったものである。

次に、情報処理部２３と同じコンピュータ内に設置された、表示制御部２４に相当するソフトウェアで、第一の光音響画像データに対して画像処理を行い、より視認性の高い画像に補正する。

まず、コンピュータが、信号取得部２０を通じて、音響波探触子のＩＤ（識別情報）を取得する。
実施例１では、光照射部は共通であり、光照射部を取り付ける音響波探触子の種類によって、被検体内における光量分布が変化する。よって、音響波探触子のＩＤを照射部情報として利用する。本実施例では、当該ＩＤと、光照射位置と、検出素子との位置関係が、コンピュータ内のメモリに予めテーブル（ＬＵＴ）形式で記録されており、当該ＬＵＴデータを用いて、被検体内の大まかな光量分布を推定する。
そして、推定した光量分布で第一の光音響画像を除算し、補正後の第二の光音響画像デ
ータを生成する。その結果、符号４３で示されたような、ターゲットの輝度変化が低減された視認性の高い第二の光音響画像データが得られた。

また、音響波探触子を、形状の異なるコンベックス型に変更しても、音響波探触子のＩＤ（識別情報）に基づいて同様の処理が行われ、同様の視認性の高い画像を得ることができた。
以上述べたように、実施例１によると、脱着可能な光照射部を、形状の異なる様々なハンドヘルド型プローブに装着した場合においても、視認性の高い光音響画像を生成できることが確認できた。

（実施例２）
実施例２では、光源１１として、固体レーザである７５５ｎｍの光を発生するアレキサンドライトレーザを用いる。また、ファントムとして、乳房形状を模擬したウレタンファントムを利用する。ファントムの内部には、実施例１と同様の光吸収体が配置されている。
また、本実施例では、音響波探触子２１として、３次元画像用のリニアプローブ（外形５０ｍｍ×５０ｍｍ）を用いる。発振したレーザ光は、バンドル型の光ファイバを通して、音響波探触子に接続可能な光照射部に導かれる。光照射部は、複数のファイバを分岐させ、複数の箇所から光の照射が可能な構成になっている。
光照射部は、図１に示したように、３次元画像用のリニアプローブに対して二方向から光を照射できるようにネジで接続されている。

実施例２は、光照射部と音響波探触子の双方が交換可能な形態である。よって、光照射部のＩＤと音響波探触子のＩＤの双方を照射部情報として利用する。
光照射部には無線ＩＣタグが内蔵されており、情報処理部および表示制御部であるコンピュータに、光照射部のＩＤを無線伝送できるようになっている。また、信号取得部が、情報処理部および表示制御部であるコンピュータに、音響波探触子のＩＤを伝送できるようになっている。

実施例２では、ファントムに、アレキサンドライトレーザから波長７５５ｎｍの光を照射し、得られた光音響信号を、情報処理部２３であるコンピュータ内のメモリに保存する。次に、当該光音響信号を用いて、情報処理部２３に相当するソフトウェアで画像再構成を行う。なお、画像再構成の手法には、モデルベース再構成法を用いる。これにより、初期音圧分布である第一の光音響画像データが得られる。

次に、実施例１と同様に、第一の光音響画像データに対して画像処理を行い、より視認性の高い画像に補正する。
本実施例では、表示制御部であるコンピュータが、光照射部のＩＤ（識別情報）を光照射部から取得し、音響波探触子のＩＤ（識別情報）を信号取得部から取得する。そして、各識別情報に基づいて取得した、音響素子と光照射部の位置関係に基づいて、第一の光音響画像データである初期音圧分布を補正する。その結果、符号４３で示されたような、ターゲットの輝度変化が低減された視認性の高い第二の光音響画像データが得られた。

また、音響波探触子を、形状の異なるコンベックス型に変更しても、音響波探触子のＩＤ（識別情報）に基づいて同様の処理が行われ、同様の視認性の高い画像を得ることができた。
本実施例では、どのような光照射部が取り付けられているかを操作者に認識させるために、補正後の第二の光音響画像データと共に、光照射部の脱着状態、および、使用している光照射部の種類を出力した。
以上述べたように、実施例２によると、交換が可能な光照射部を、形状の異なる様々な
ハンドヘルド型プローブに装着した場合においても、視認性の高い光音響画像を生成できることが確認できた。

（実施例３）
実施例３における装置の構成は、実施例２とほぼ同様であるが、光照射部が、電気ケーブルを通じて表示制御部であるコンピュータと接続されており、光照射部と音響波探触子が、図２（Ｂ）に示したような専用の取り付け部で接続されているという点で相違する。

実施例３は、光照射部が取り付け部ごと交換可能な形態である。よって、光照射部のＩＤを照射部情報として利用する。
実施例３では、実施例２と同様の方法で、光音響信号に基づいて画像再構成を行い、第一の光音響画像データである光エネルギー吸収密度分布を算出する。また、光照射部から、電気ケーブルを通じて、取り付け部に関する情報を取得する。
次に、情報処理部あるいは表示制御部であるコンピュータが、第一の光音響画像データと、取り付け部に関する情報を同時に記録したＤＩＣＯＭ画像を生成し、保存する。

次に、表示制御部であるコンピュータが、保存されたＤＩＣＯＭ画像から、取り付け部に関する情報を読み出し、第一の光音響画像データを、実施例２と同様の方法で補正する。その結果、符号４３で示されたような、ターゲットの輝度変化が低減された視認性の高い第二の光音響画像データが得られた。

また、光照射部の種類を変更しても、取り付け部のＩＤ（識別情報）に基づいて同様の処理が行われ、同様の視認性の高い画像を得ることができた。
本実施例では、どのような光照射部が取り付けられているかをユーザに認識させるために、補正後の第二の光音響画像データと共に、被検体に対する大まかな光の照射位置を表示した。
以上述べたように、実施例３によると、同一のプローブに、特性の異なる様々な光照射部を装着した場合においても、視認性の高い光音響画像を生成できることが確認できた。

（その他の実施形態）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、上記処理の少なくとも一部を実施する情報処理装置として実施することもできる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む情報処理方法として実施することもできる。また、上記情報処理装置を含んだシステム（被検体情報取得装置）、上記情報処理方法を実行する被検体情報取得方法として実行することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

例えば、実施形態の説明では、表示制御部２４が画像の補正を行ったが、画像の補正は情報処理部２３が行ってもよい。
また、実施形態の説明では、光照射部や音響波探触子の識別子を示す情報を電気的に読み取る形態を挙げたが、例えば、識別子をエンコードした画像情報を光学的に読み取るようにしてもよい。これらの電気的／光学的情報は、光照射部や音響波探触子に持たせてもよいし、当該光照射部や音響波探触子と一体をなす取り付け部等に持たせてもよい。また、操作者が行った入力操作によって識別子を示す情報を取得するようにしてもよい。

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、前述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、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における一つ以上のプ
ロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１１：光源、２０：信号取得部、２１：音響波探触子、２３：信号処理部、２４：表示制御部

Claims (17)

1. 音響波探触子との位置関係が規定された光照射部を介して被検体に光が照射されることにより発生する音響波に基づいた、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを処理する情報処理装置であって、
   前記画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記音響波探触子の種類を識別する識別情報を取得する情報取得手段と、
   前記音響波探触子の種類を識別する前記識別情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、
   ことを特徴とする、情報処理装置。
2. 前記音響波探触子の種類を識別する前記識別情報と、当該音響波探触子と位置関係が規定された前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の前記複数位置における前記光量のばらつきを示す情報と、を関連付けて記憶する記憶手段をさらに有し、
   前記補正手段は、前記識別情報に基づいて、当該識別情報に対応する前記光量のばらつきを示す情報を前記記憶手段から読み出し、当該光量のばらつきを示す情報を用いて、前記画像データに対する補正処理を行う
   ことを特徴とする、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記識別情報と、前記画像データを画像によって出力する表示制御手段をさらに有することを特徴とする、請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記情報取得手段は、前記音響波探触子に電気的に記憶された前記識別情報を取得することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
5. 前記情報取得手段は、前記音響波探触子に付された画像情報を光学的に読み取ることで前記識別情報を取得することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
6. 前記情報取得手段は、ユーザが行った入力操作に基づいて前記識別情報を取得する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
7. 前記画像データ取得手段は、前記音響波探触子により前記音響波から変換された電気信号に基づいて、前記画像データを生成することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
8. 被検体に光を照射する光照射部と、
   前記被検体への光照射により発生する音響波を電気信号に変換する音響波探触子と、
   前記光照射部と前記音響波探触子との位置関係を規定するように、前記光照射部および前記音響波探触子の少なくとも一方を取り付ける取り付け部と、
   前記電気信号に基づいて、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを生成する情報処理装置と、
   を有し、
   前記情報処理装置は、
   前記音響波探触子の種類を識別する識別情報を取得する情報取得手段と、
   前記音響波探触子の種類を識別する識別情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、
   を含む
   ことを特徴とするシステム。
9. 音響波探触子との位置関係が規定された光照射部を介して被検体に光が照射されることにより発生する音響波に基づいた、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを処理する情報処理装置であって、
   前記画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記光照射部に関する情報である照射部情報を取得する情報取得手段と、
   前記照射部情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする、情報処理装置。
10. 前記照射部情報は、前記音響波探触子と前記光照射部との相対的な位置に関する情報を含み、
    前記補正手段は、前記音響波探触子と前記光照射部との相対的な位置に関する情報に基づいて、前記光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する
    ことを特徴とする、請求項９に記載の情報処理装置。
11. 前記照射部情報は、前記光照射部の種類を識別する識別情報を含み、
    前記識別情報と、当該光照射部を介して前記被検体に照射された光の、前記被検体内の前記複数位置における前記光量のばらつきを示す情報とを関連付けて記憶する記憶手段をさらに有し、
    前記補正手段は、前記識別情報に基づいて、当該識別情報に対応する前記光量のばらつきを示す情報を前記記憶手段から読み出し、当該光量のばらつきを示す情報を用いて、前記画像データに対する補正処理を行う
    ことを特徴とする、請求項９に記載の情報処理装置。
12. 前記情報取得手段は、ユーザが行った入力操作に基づいて前記識別情報を取得する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の情報処理装置。
13. 前記照射部情報と、前記画像データを画像によって出力する表示制御手段をさらに有することを特徴とする、請求項９から１２のいずれか１項に記載の情報処理装置。
14. 前記情報取得手段は、前記光照射部に電気的に記憶された前記照射部情報を取得する
    ことを特徴とする、請求項９から１３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
15. 前記情報取得手段は、前記光照射部に付された画像情報を光学的に読み取ることで前記照射部情報を取得する
    ことを特徴とする、請求項９から１３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
16. 前記画像データ取得手段は、前記音響波探触子により前記音響波から変換された電気信号に基づいて、前記画像データを生成する
    ことを特徴とする、請求項９から１５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
17. 被検体に光を照射する光照射部と、
    前記被検体への光照射により発生する音響波を電気信号に変換する音響波探触子と、
    前記光照射部と前記音響波探触子との位置関係を規定するように、前記光照射部および前記音響波探触子の少なくとも一方を取り付ける取り付け部と、
    前記電気信号に基づいて、前記被検体内の複数位置における特性情報を示す画像データを生成する情報処理装置と、
    を有し、
    前記情報処理装置は、
    前記光照射部に関する情報である照射部情報を取得する情報取得手段と、
    前記照射部情報に基づいて、前記光照射部を介して照射された光の、前記被検体内の複数位置における光量のばらつきに起因する前記画像データの画像値への影響を補正する補正手段と、
    を含む
    ことを特徴とするシステム。

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