JP6184146B2 - 被検体情報取得装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。

近年、医療分野において、生体内部を非侵襲的にイメージングする装置の一つとして、光音響効果を用いて生体機能情報を取得する光音響診断装置の研究が進められている。光音響効果とは、パルス光を被検体に照射すると、被検体内で伝播・拡散した光の吸収によって音響波が発生することを言う。光音響診断装置は、発生した音響波の時間による変化を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情報を三次元で可視化する。これにより、発生した音響波の発生源となる内部組織が画像化される。再構成手法の一つにバックプロジェクションがある。これは、被検体中の音の伝播速度を考慮し、各受信信号を逆に伝搬させ、重ね合わせることで信号源を特定する計算手法である。パルス光に近赤外光を用いた場合、近赤外光は生体の大部分を構成する水を透過しやすく、血液中のヘモグロビンで吸収されやすい性質を持つため、血管像をイメージングすることができる。さらに、異なる波長のパルス光による血管像を比較することによって、機能情報である血液中の酸素飽和度を測定することができる。悪性腫瘍周辺の血液は良性腫瘍周辺の血液より酸素飽和度が低くなっていると考えられているので、酸素飽和度を知ることによって腫瘍の良悪鑑別を行えるようになると期待されている。

光音響波の強度ｐは式（１）の関係で表わされるように、光吸収体に到達する光の強度φに依存する。
ｐ＝Γ・φ・μ_ａ …（１）
ここでΓはグリューナイゼン定数、μ_ａは光吸収係数である。この式で表わされるように、光吸収体の光吸収係数が大きな値だったとしても、光吸収体に到達する光が少なければ発生する音響波は小さい。逆に、光吸収係数がそれほど大きくない場合でも、光吸収体に到達する光が多ければ発生する音響波は大きくなる。

この原理を応用した構成が提案されている。特許文献１は、反射部材を音響波検出器の表面に設置する構成である。非特許文献１は、被検体に対して複数の方向から光照射を行う構成である。

米国特許出願公開第２０１０／００５３６１８号公報

Fukutani et al., Proc.IEEE Ultrason. Symp., P5-M2-5 (2010)

光音響診断装置において、パルス光源、被検体および音響波検出器の間の位置関係が、「パルス光源−被検体−音響波検出器」の順となっている場合、以下の課題が生じる。
診断装置は様々な大きさの被検体を診断することを想定して、大きめのサイズで作られる。そして、想定される最大サイズよりも小さい被検体を診断する場合、上記の位置関係が、「パルス光源−（ブランク）−音響波検出器」の順になる場合（場所）がある。つまり被検体がない場所では、音響波検出器の表面に直接光が照射される。また、その他の配
置であっても、反射などによってパルス光が音響波検出器に照射される場合がある。このように直接音響波検出器にパルス光が照射されると、音響波検出器自身による光吸収によって光音響波を生じる。以下の記載では、このような、本来測定すべき被検体以外からの信号を、ノイズと呼ぶ。

このノイズを減少させるために、音響波検出器の光吸収量を減らすことが必要である。そこで特許文献１は、反射部材を音響波検出器の表面に設置し、音響波検出器の表面で吸収される光を少なくしている。これにより、音響波検出器による光吸収量を減少させ、ノイズを減らす効果を得ることができる。なお、特許文献１では、光源から音響波検出器に直接照射されたパルス光を反射させる構成ではなく、生体に照射された光が生体中を拡散し、生体から放射される光を、音響波検出器前面にて反射させる構成が想定されている。

特許文献１の手法は一定の効果が得られるものの、上記のように、「パルス光源−被検体−音響波検出器」という位置関係の場合、被検体がない場所では、音響波検出器の表面に直接光が照射される。こうして音響波検出器への直接の光照射によるノイズの影響は、音響波検出器の光吸収係数が小さい場合においても、問題になり得る。特に、被検体が数センチメートル以上の厚みを有するとき、深い領域の測定を行うためには、強い光量のパルス光を使わざるを得ない。このような場合、ノイズの影響が顕著に現れる。

光は瞬間的に音響波検出器および被検体に到達し、ほぼ同時に音響波を発生させる。一方、音響波は、媒体の音速と伝達距離に応じて定まる伝達時間がかかる。そのため、パルス光照射後、音響波検出器は、最初に大きな信号（音響波検出器自身の光音響効果に由来するノイズ）を受信し、この信号の応答が終わらないうちに、被検体内部からの信号（本来画像化したい情報）を受信する。したがって、これら２つの信号を時間的に分離することは難しい。さらに、この信号を用いて再構成した画像にも、被検体外からの強い信号に由来するアーティファクトが重畳されてしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光音響診断において、被検体以外から生じる音響波によるノイズを抑制し、高画質の画像が得られる技術を提供することである。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、
前記光源から光を照射された被検体から生じる音響波を受信する検出手段と、
前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成する処理手段と、
前記被検体の形状を取得する取得手段と、
前記制御手段からの光が照射される範囲である光照射範囲を走査する走査手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御し、前記光照射範囲内の走査位置に応じて前記照射領域の形状を変化させる
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、検出手段と、処理手段と、取得手段と、走査手段と、
を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記取得手段が、被検体の形状を取得するステップと、
前記走査手段が、前記光源からの光を光照射範囲において走査するステップと、
前記制御手段が、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御するステップと、
前記検出手段が、前記光源から光を照射された前記被検体から生じる音響波を受信するステップと、
前記処理手段が、前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成するステップと、
を有し、
前記照射領域を制御するステップにおいて、前記制御手段は、前記光照射範囲内の走査位置に応じて前記照射領域の形状を変化させる
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
光源と、
前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、
前記光源から光を照射された被検体から生じる音響波を受信する検出手段と、
前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成する処理手段と、
前記被検体の形状を取得する取得手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御するものであり、かつ、デジタルミラーデバイスと、反射型液晶素子と、透過型液晶素子と、λ／２板と、の少なくともいずれかを有する制御部材を用いて、前記光源から前記検出手段への光の照射を抑制する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、光音響診断において、被検体以外から生じる音響波によるノイズを抑制し、高画質の画像が得られる技術を提供する。

装置構成と光照射制御について説明する図。 被検体への光照射領域を示す図。 光照射における走査の様子を示す図。 装置の構成要素を示すブロック図。 装置の動作を説明するためのフロー図。 実施形態３に係る装置構成と光照射制御について説明する図。 実施形態４に係るλ／２板の配置を示す図。 表示される画像を示す図。

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。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体への光（電磁波）の照射に起因する被検体内で発生し伝播した音響波を受信して、被検体の特性情報である被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布などを示す特性情報である。組織を構成する物質とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などの血液成分、あるいは脂肪、コラーゲン、水分などである。

本発明でいう音響波とは、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。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。本発明の装置は、探触子等の音響波検出器によって被検体内で発生又は反射して伝播した音響波を受信する。

本発明は、光音響波を解析して画像データを生成し、その画像に基づく診断を可能にする光音響診断装置に適用できる。以下の記載では、被検体情報取得装置の代表例として、このような光音響診断装置について説明する。また本発明は、被検体情報取得装置の制御方法や、情報処理装置に制御方法を実行させるためのプログラムとして捉えることもできる。

＜基本的な実施形態＞
本発明の基本的な実施形態について説明する。本発明の特徴である光照射位置の制御について図１を用いて説明する。図１ではＺ軸方向を紙面左右方向とし、Ｙ軸方向を紙面垂直方向、Ｘ軸方向を紙面上下方向とする。
図１の装置は、制御部材１０２、保持板Ａ（１０４）および保持板Ｂ（１０３）、音響波検出器１０６、パルス光１０５を照射する光源１０７、カメラ１０８、制御装置１０９を備える。装置の測定対象は、保持板Ａ（１０４）および保持板Ｂ（１０３）と直接的もしくは間接的に接している被検体１０１である。
光１０５

光源１０７から射出されたパルス光１０５は、ミラーや光ファイバー等の光学系（図示せず）を介して光照射領域を制御するための制御部材１０２に到達する。制御部材１０２として、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、透過型液晶素子、または反射型液晶素子を使用できる。反射型液晶素子のうち、特に半導体基板を用いるものはＬｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ（ＬＣＯＳ）と称される。これらに例示したように、制御部材１０２の材料としては、一般的なデータプロジェクターに利用される素子が好適に用いられる。制御部材１０２は、上述したノイズ発生という課題を解決するために、被検体以外に照射される光を遮る役割を果たしている。

カメラ１０８は被検体を観察（撮像）するビデオキャプチャカメラである。制御装置１０９はカメラ画像を取得する機能と、制御部材１０２を制御する機能を兼ね備える。これらにより、被検体１０１の形状を制御装置１０９が認識し、所定の領域のみを照射されるように制御されたパルス光１０５が被検体１０１に照射される。

音響波検出器１０６は、パルス光１０５を照射された被検体１０１の内部にある光吸収体から発生した音響波を受信する。ここで、音響波検出器１０６として小型のものを用いる場合、言い換えると、音響波検出器１０６の受信面の面積が被検体１０１の保持板Ｂ（１０４）への投影面積よりも小さい場合、音響波検出器１０６をＸＹ方向に走査し、各位置で光音響波を受信すると良い。
同様に光源１０７による光照射範囲が狭い場合、光学系（特に、光の出射端）をＸＹ方向に走査することによって、パルス光１０５を被検体１０１全体に照射可能になる。
この走査の際に、音響波検出器１０６もしくはパルス光１０５が、被検体１０１の保持板Ｂ（１０４）への正射影領域よりも外側にまで移動すると、光学系と音響波検出器１０６の間に被検体１０１が存在しない状態となる。この状態では、音響波検出器１０６に直接光が照射され、ノイズを発生させる。

しかし本発明では、制御部材１０２によって光照射領域が制御されるため、光源１０７から照射されるパルス光が音響波検出器１０６に直接照射されることはない。そのためノイズの影響を排除することが可能となる。
以下、本実施形態および後述の実施形態において、光照射領域を制御する具体的な方法について説明する。本実施形態では基本的な概念を説明するために、照射制御を自動的に行う方法について記載する。

図２は紙面の手前から奥に向かうＺ軸方向にパルス光が照射され、紙面の奥に音響波検出器があるときの図である。保持板２０３によって保持された被検体（実線で輪郭２０２を示す）は、図１に記載のカメラ１０８によって、図２のように撮像される。ここで、被検体が存在する領域は、エッジ抽出などの公知の方法によって自動的に被検体の輪郭を抽出することが可能である。制御装置は、ここで得られた被検体輪郭の内側のみを光照射するように制御する。特に、光学系（出射端）を走査する場合には、光照射位置に応じて光照射の形状を変化させるように制御する。
なお制御の際は、光が直接音響波検出器に到達するのを防ぐため、多少のマージンを設定することが好ましい。具体的には、図２の点線２０１で示すように、抽出した輪郭２０２のやや内側を照射するように制御する。

図３はパルス光の出射端と音響波検出器を走査しながら光を照射する様子を、時系列に沿って示したものである。ここではパルス光の照射位置と音響波検出器とが対向した位置を常に維持したまま走査することを想定する。図３（ａ）〜図３（ｊ）に示すように、光照射領域３０１はＸ軸方向に走査されている。光照射領域３０１と対向して配置される音響波検出器も同様に走査される。

図３（ａ）では、光照射領域３０１が保持板３０３によって保持された被検体３０２の正射影領域の外側に位置している。そのため制御装置は、制御部材１０２を用いて、全面を光照射オフ状態とする制御を行う。これにより、パルス光が音響波検出器に直接照射されるのを防がれる。
次いで図３（ｂ）では、被検体が存在する一部の領域のみに光を照射し、残る被検体が存在しない領域においては光を照射しないように制御する。図３（ｃ）に移動しても一部の領域は被検体の外側に位置しているので、その部分で光が照射されないように制御する。
図３（ｄ）〜図３（ｇ）では光照射領域が被検体の内側に入っているので、直接パルス光が音響波検出器に照射されることはない。そのため、全面で光を被検体に照射するように制御する。

図３（ｈ）と図３（ｉ）では、再び一部の領域が被検体の外側になるため、当該領域で光が照射されないように制御する。
図３（ｊ）では、すべての光照射領域が被検体の外側に位置している。そのためパルス光が音響波検出器に直接照射されるのを防ぐために、制御部材１０２の素子の全面を光照射オフ状態とする制御を行う。
以上のように制御することで、被検体のみに光照射し、被検体以外には光照射しないで済むため、音響波検出器に直接光を照射されることがなくなる。

次に、本実施形態の構成要素について説明する。図４は本実施形態の構成要素を示すブロック図である。光音響診断装置は、光源４０１、光学系４０２、制御部材４０３、カメラ４０５、画像処理装置４０６、制御装置４０７、保持板４０８、音響波検出器４０９、電気信号処理装置４１０、データ処理装置４１１、表示装置４１２からなる。装置の測定対象は被検体４０４である。

（光源）
光源４０１はパルス光を発生させる装置である。光源としては大出力を得るため、レーザーが望ましいが、発光ダイオードやキセノンランプなどのパルス光源を用いてもよい。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。被検体が生体の場合、光源４０１から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域であり、７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。生体表面部の測定に限定すれば、５００〜７００ｎｍ程度の可視光から近赤外領域も使用してもよい。さらに、パルス光の波長は観測対象に応じて、測定すべき被検体の吸収係数が背景の吸収係数よりも高いこと、など様々な要件を勘案し、適切に設定する。

（光学系）
光学系４０２は、光源４０１で発生させたパルス光を制御部材４０３ならびに被検体４０４へ導く装置である。具体的には光ファイバーやレンズ、ミラー、拡散板などの光学機器である。また、これらの光学機器を用いて、パルス光の照射形状や光密度を変更することもある。光学機器はここにあげたものだけに限定されない。被検体に光を所望の形状や密度で照射できれば、どのようなものでもよい。
上述した通り、制御部材は一般的なデータプロジェクターに用いられる素子が利用可能であるので、ここで用いる光学系にもプロジェクター用のものを利用できる。

（制御部材）
制御部材４０３は後述のビデオキャプチャ画像に基づいて光照射領域を制御する。原理はデータプロジェクターに用いるライトバルブと同様であり、所望の領域を設定すればその領域だけに光を照射して、それ以外の領域には光を照射しないようにする。制御部材４０３として例えば、ＤＭＤ、透過型液晶素子、あるいはＬＣＯＳなどの反射型液晶素子を使用できる。

（被検体）
被検体４０４は測定の対象である。被検体として、生体または、生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムを用いる。光音響診断装置では被検体の内部に存在する光吸収係数の大きい光吸収体をイメージングできる。被検体が生体の場合、イメージング対象としてはヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが挙げられる。被検体がファントムの場合、上記のイメージング対象の光学特性を模擬した物質を光吸収体として内部に封入する。また、生体は形状、特性に個人差、個体差がある。

（カメラ）
カメラ４０５は被検体の外形を観察し計測する。光照射領域を正確に求めるため、光照射方向とカメラの撮影方向をなるべく一致させることが好ましい。これらを一致させることができない場合には、カメラの設置角度、画角などを考慮して、計算によって光照射領域を導出しても良い。

（画像処理装置）
画像処理装置４０６は、カメラ４０５によって得られた画像から被検体の輪郭を抽出して、光を照射すべき領域を導出するための装置である。輪郭抽出は公知のエッジ抽出技術を利用できる。
上述した通り、カメラの撮像方向とパルス光の照射方向とにずれが生じていると、正しく光照射領域を制御することができない。そのため、ずれを補正するための計算アルゴリズムもこの装置に含まれる。また、計算による誤差、あるいは光学系から被検体に照射する光の拡散を考慮してマージンを設定する、すなわち抽出した輪郭とは異なる領域に光照射領域を設定するためのアルゴリズムもこの装置に含まれる。アルゴリズムは、記憶装置に格納されＣＰＵ等によって実行されるプログラムとして含まれても良い。

（制御装置）
制御装置４０７は画像処理装置４０６の演算結果に基づいて、制御部材４０３の状態を制御する装置である。制御部材４０３として、ＤＭＤやＬＣＯＳなどのプロジェクターに用いられるディスプレイデバイスを利用する場合、制御装置４０７として、一般のディスプレイドライバと同等のものを使用できる。

（保持板）
保持板４０８は被検体を安定に保持するための部材である。同時に、光音響診断の際に生体内の深部領域を測定するために、被検体に圧力を加えて厚みを減少させる目的で用いても良い。本実施形態では２枚の保持板を用いて被検体を保持する構成を想定しているが、３枚以上の板を用いて保持しても良い。また、被検体を乗せる台座として１枚のみの板を用いることも可能であり、その台座に用いる板も本発明の保持板に含まれる。
２枚の保持板を用いる場合、音響波検出器と被検体の間に保持板（保持板Ｂと称する）がある場合には、被検体から生じる音響波がなるべく減衰しないような材質を用いることが好ましい。アクリル、ＰＥＴなどの樹脂を用いることが可能であり、ポリメチルペンテ
ン（商品名：ティーピーエックス）を好適に用いることができる。
もう一方の保持板（保持板Ａと称する）については音響波を伝搬させる機能が不要であるので、ガラスや樹脂など、どの様な素材を用いても良い。ただしこの保持板Ａを介して光学系から射出される光を被検体に照射する場合には、光透過性の高い素材を用いることが好ましい。

（音響波検出器）
音響波検出器４０９は音響波を電気信号に変換する装置である。単一の音響波検出器を走査させ複数の場所に移動させるか、複数の音響波検出器を別々の場所に設置して使用する。音響波とアナログ電気信号を変換する受信素子を複数個、一次元または二次元に配置したものであれば、測定時間の短縮やＳＮ比の向上が期待できる。
被検体４０４内部から発生した音響波を音響波検出器４０９で受信する際、発生した音響波の反射や減衰を抑制するために、音響波検出器４０９は、被検体４０４と音響的に結合されるように設置される必要がある。そのために、音響波検出器４０９と被検体４０４の間には音響マッチングＧＥＬや水、オイルなどの音響整合材を設けることが望ましい。音響波検出器４０９が保持板Ｂを介して被検体に接する場合、保持板との間に音響整合材を配置する。
音響波検出器４０９は感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましい。例えば、ＰＺＴ、ＰＶＤＦ、ｃＭＵＴ、ファブリペロー干渉計を用いた音響波検出器４０９などが挙げられる。

（電気信号処理装置）
電気信号処理装置４１０は音響波検出器４０９で得られたアナログの電気信号を増幅し、デジタル信号へと変換する装置である。効率的にデータを取得するため、音響波検出器４０９の受信素子数と同じだけＡｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＡＤＣ）があることが望ましい。しかし、一つのＡＤＣを時分割で切り替えて使用してもよい。

（データ処理装置）
データ処理装置４１１は電気信号処理装置４１０によって得られたデジタル信号を処理して、画像データを再構成する装置である。データ処理装置４１１として、具体的にはコンピュータ、電気回路などが挙げられる。この時の処理方法は、微分処理した信号を重ね合わせるユニバーサルバックプロジェクション法をはじめとして、画像を再構成できる方法どのような方法でも利用できる。

（表示装置）
表示装置４１２はデータ処理装置４１１で生成された画像データを表示するものである。具体的にはコンピュータやテレビなどのディスプレイが挙げられる。

次に図５を用いて本装置の動作フローについて述べる。本装置を動作させる前に、被検体を装置に設置し、次いで制御部材等を適切な位置に設置する。こうして被検体の測定準備が完了すれば、本装置を動作させる。
まず、ステップＳ５０１にて、カメラにより被検体を撮影する。
ステップＳ５０２にて、このキャプチャ画像を画像処理装置によって処理して輪郭を抽出し、パルス光の照射範囲を決定する。
ステップＳ５０３にて、この情報に基づいて、あらかじめ制御部材を制御しておく。
制御が完了すると、ステップＳ５０４にて、光源からパルス光を照射する。
ステップＳ５０５にて、光音響効果により発生した音響波を音響波検出器が取得する。このとき、ステップＳ５０３での制御によって被検体にのみ光が照射されるため、音響波検出器から光音響波が発生することはない。
ステップＳ５０６にて、データ処理装置が、得られた音響波に由来するデジタル信号を処理し、被検体内部の特性情報に基づく画像データを生成する。
ステップＳ５０７にて、表示装置が画像データに基づき被検体内部の画像を表示する。
以上の処理フローによれば、音響波検出器表面で音響波を発生しないので、信号上においてノイズを除去でき、画像の画質を向上することができる。

＜実施形態２＞
上記の基本的な実施形態では、光を照射する範囲を、画像処理装置におけるカメラ画像の処理結果に基づいて決定した。本実施形態では、手動で光照射範囲を設定する。

本実施形態における光音響診断装置は、図４の構成に加え、測定者（医療従事者やオペレーターなど）が表示装置に表示された画像を見ながら所望の範囲を設定するための入力装置を有する。入力装置としては、マウスやペンタブレット、タッチパネル等を使用できる。あるいは、画像とともに座標を表示し、測定者が数値を入力しても良い。本実施形態では、カメラで撮影したキャプチャ画像を表示装置に表示させる。測定者は、画像を参照しながら、入力装置を用いて所望の光照射範囲を指定する。
この指定された領域に基づいて光を照射することにより、音響波検出器に直接光を照射することなく、ノイズの少ない良好な画像を得ることが可能となる。

＜実施形態３＞
上記各実施形態では、照射領域を制御するための構成、すなわち制御部材や光学系に、データプロジェクターに類似した構成を採用した。本実施形態では直視型ＬＣＤ技術を応用した手法について述べる。

図６は装置の構成を示している。本実施形態に特徴的な構成要素である液晶ディスプレイ６０６は、パーソナルコンピュータや薄型テレビなどに用いられる液晶ディスプレイのうち、偏光板を含まないパネルそのものである。符号６０４は偏光板であり、吸収軸はＹ軸方向を向いている。符号６０５も同様に偏光板であり、吸収軸はＸ軸方向を向いている。

その他の構成要素は、基本的な実施形態と同様である。すなわち、保持板Ａ（６０２）および保持板Ｂ（６０３）は、被検体６０１を安定に保持する。画像処理装置６１０は、カメラ６０９による被検体６０１の撮影画像に基づき、光源６０７からパルス光６１１が照射されるべき所定の光照射領域を演算して、液晶ディスプレイ６０６に伝達する。これにより、音響波検出器６０８にパルス光６１１が直接照射されないように制御できる。

なお、本実施形態において、例えば偏光板６０４，６０５にて液晶ディスプレイ６０６をサンドイッチ構造とした通常の液晶ディスプレイの構成をそのまま用いても照射領域制御は実現できる。しかし、本実施形態のように偏光板を分離する方が、以下の理由によってより好適である。
まず一つ目の理由は、通常構成では光利用効率の点で若干暗くなるということである。
二つ目の理由は、照射領域を決定し、液晶ディスプレイ６０６を制御すると、被検体６０１の輪郭の外側は完全に遮光された状態となり、カメラ６０９でも観察することができなくなる。そのため、被検体周辺部の僅かな異状をモニタリングできなくなる。一方、本実施形態のように、偏光板を分離することによって、パルス光６１１を照射しない領域に関してもカメラ６０９にて測定状態をモニタリングすることが可能となる。
以上、本実施形態の構成によっても、ノイズの少ない良好な画像を得ることが可能となる。

＜実施形態４＞
上記各実施形態は、データプロジェクター技術の応用や液晶テレビ等の直視型ディスプレイを応用したものであるため、簡便で精度が高い反面、若干コストがかかる。また、マトリクス基板を用いるため、開口率が必ずしも１００％にはならないことから、パルス光の有効利用に関しては不十分である。
そこで本実施形態では、より低コストで光利用効率の高い構成を記載する。本実施形態を図６に示した実施形態３と比較すると、構成は概ね同一であるが、液晶ディスプレイの代わりに短冊状にカットしたλ／２板を被検体の両側から挿入する点が異なる。

図７は、図６のＺ軸方向から本実施形態の構成を観察した図である。紙面奥側から手前にかけて、保持板Ｂ（図示せず）、被検体７０１、保持板Ａ（図示せず）、偏光板（図示せず）、λ／２板７０２の順で配設されている。
図６と同様に偏光板の吸収軸をＸ軸およびＹ軸にとる場合、λ／２板の光軸は、符号７０３に示すように、Ｘ軸から４５度方向に設定することが好ましい。これにより、実施形態３と同様に音響波検出器への光照射を抑制できる。また、カメラによる被検体のモニタリングも可能である。
以上、本実施形態の構成によっても、ノイズの少ない良好な画像を得ることが可能となる。

＜実施例＞
本発明の効果を表す実施例について、上述の基本的な実施形態を採用した場合について図８を用いて説明する。

本実施例の被検体は半球状のファントムであり、ファントム母材の音響特性及び光学特性は生体に近づけたものを用いる。また、ファントム内部には光吸収体８０１が表面から５ｍｍ程度の位置に設置されている。光吸収体の光吸収係数はファントム母材に対して、約５倍とする。また、保持板として厚さ１０ｍｍのポリメチルペンテン二枚を被検体の両側に密着させ、さらに片側の保持板の向こう側に１ｍｍの油層を設け、その油層を通して音響波検出器を密着させている。油層に用いたのはひまし油である。音響波検出器の素子には受信部の直径が２ｍｍ、中心周波数１ＭＨｚで帯域８０％のＰＺＴを用いた。この素子を平面方向に１８×１８個並べて、一つの音響波検出器とする。また、音響波検出器はＸＹステージに接続されており、受信素子が並んだ受信面を被検体に向けつつ、被検体表面を走査できる。

被検体モニタリング用のカメラとしては、５００万画素のＣＣＤカメラを用いる。これにより、測定中の様子を観察できる。
光源として、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発生するパルス光源を用いる。光源は、音響波検出器と逆の面からＤＭＤを介して被検体にパルス光を照射する。ＤＭＤを専用のディスプレイドライバで制御することによって被検体への照射領域を調整できる。またこの光学系はＸＹステージに接続されており、音響波検出器と同期してＸＹ方向に走査することができるようにする。

画像処理装置によりＣＣＤカメラで撮影された画像に対してエッジ抽出を行い、エッジの５ｍｍ内側の領域を光照射領域と定める。こうすることで、音響波検出器への光照射を抑制できる。そして、制御装置は、この光照射領域の情報に基づいて、ＤＭＤ用のディスプレイドライバを制御するとともに、ＸＹ方向に走査する場所ごとにパルス光の照射領域を導出する。この制御情報に従って、被検体上の各位置で、光照射、音響波の受信、ＸＹ走査を繰り返すことにより、被検体全域に渡ってデータを得ることができる。なお、ＡＤＣとしては、サンプリング周波数２０ＭＨｚ、分解能１２ｂｉｔのものを用いる。そして、データ処理装置が、デジタル信号に対してバックプロジェクションによる再構成を行うことで、三次元画像データを取得できる。
なお本実施例では、比較のために、ＤＭＤ用ディスプレイドライバを適宜制御して、音響波検出器にも光が照射されるような状態で、同様の測定を行う。

図８（ａ）に、本発明が適用された画像、すなわち、ＤＭＤにより被検体以外への光照射を行われなかった場合に得られる画像を示す。一方、図８（ｂ）に、被検体以外（音響波検出器）にも光照射が行われた場合の画像を示す。画像は、三次元画像データのＭａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＭＩＰ）図である。
図８（ｂ）では、ファントム内部に設置された三本の光吸収体は見えているものの、被検体外形８０２の外側において、破線８０３に示すように、大きなノイズが発生している。このノイズは被検体内部の方まで浸食しており、診断には好ましくない。
図８（ａ）の場合は、被検体外形の外側のノイズは発生せず、光吸収体が浮かび上がっている。また、光吸収体の部分のシグナルノイズ比は、図８（ｂ）では２．８だったのに対し、図８（ａ）では４．２となり、画質の改善がみられる。

以上のように、本発明によって、ノイズの発生を抑制し、高い品位の画質を有する画像が得られる。
なお、実施形態２〜４にしたがって画像取得を行なっても、本実施例と同様に高い品位の画像が得られる。
また本発明の明細書中では直線偏光を用いて説明を行ったが、円偏光、楕円偏光のパルス光、ならびにそれに対応して適切に設計された偏光板を用いても同様の効果が得られる。

１０６：音響波検出器，１０７：光源，１０８：カメラ，１０９：制御装置

Claims (21)

1. 光源と、
   前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、
   前記光源から光を照射された被検体から生じる音響波を受信する検出手段と、
   前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成する処理手段と、
   前記被検体の形状を取得する取得手段と、
   前記制御手段からの光が照射される範囲である光照射範囲を走査する走査手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御し、前記光照射範囲内の走査位置に応じて前記照射領域の形状を変化させる
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記制御手段の制御に応じて、前記検出手段への光の照射を抑制する制御部材をさらに有し、
   前記制御手段は、前記制御部材を用いて、前記光源から前記検出手段への光の照射を抑制する
   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. 前記被検体を保持する保持手段をさらに有し、
   前記検出手段は、前記保持手段を介して前記被検体からの音響波を受信するものであり、
   前記制御手段は、前記被検体の前記保持手段への正射影領域の外側において、前記検出手段への光の照射を抑制する
   ことを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記検出手段は、前記保持手段を介して前記被検体に接し、前記保持手段の上を走査しながら音響波を受信するものである
   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. 前記取得手段は、前記保持手段に接する前記被検体を撮像するカメラである
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記制御手段は、前記取得手段が撮像した画像を処理して前記被検体の輪郭を検出し、前記輪郭に基づいて前記照射領域を制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記取得手段が撮像した画像を表示する表示手段と、測定者からの入力を受ける入力手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記表示手段に表示された画像に基づき前記測定者が入力した情報に基づいて前記照射領域を制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記制御部材は、デジタルミラーデバイスと、反射型液晶素子と、透過型液晶素子と、λ／２板と、の少なくともいずれかを有する
   ことを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 前記制御手段は、前記制御手段と前記検出手段との間に配置された前記被検体に対して前記光源からの光を照射する
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記処理手段は、前記特性情報に基づく再構成により前記被検体の内部の画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
11. 光源と、前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、検出手段と、処理手段と、取得手段と、走査手段と、
    を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記取得手段が、被検体の形状を取得するステップと、
    前記走査手段が、前記光源からの光を光照射範囲において走査するステップと、
    前記制御手段が、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御するステップと、
    前記検出手段が、前記光源から光を照射された前記被検体から生じる音響波を受信するステップと、
    前記処理手段が、前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成するステップと、
    を有し、
    前記照射領域を制御するステップにおいて、前記制御手段は、前記光照射範囲内の走査位置に応じて前記照射領域の形状を変化させる
    ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
12. 光源と、
    前記光源からの光の照射を制御する制御手段と、
    前記光源から光を照射された被検体から生じる音響波を受信する検出手段と、
    前記検出手段が受信した前記音響波を用いて前記被検体の内部の特性情報を生成する処理手段と、
    前記被検体の形状を取得する取得手段と、
    を有し、
    前記制御手段は、前記取得手段が取得した前記被検体の形状に基づいて、前記光源から前記被検体に光を照射する際の照射領域を制御するものであり、かつ、デジタルミラーデバイスと、反射型液晶素子と、透過型液晶素子と、λ／２板と、の少なくともいずれかを有する制御部材を用いて、前記光源から前記検出手段への光の照射を抑制する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置。
13. 前記制御手段の制御に応じて、前記検出手段への光の照射を抑制する、前記制御部材をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
14. 前記被検体を保持する保持手段をさらに有し、
    前記検出手段は、前記保持手段を介して前記被検体からの音響波を受信するものであり、
    前記制御手段は、前記被検体の前記保持手段への正射影領域の外側において、前記検出手段への光の照射を抑制する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の被検体情報取得装置。
15. 前記検出手段は、前記保持手段を介して前記被検体に接し、前記保持手段の上を走査しながら音響波を受信するものである
    ことを特徴とする請求項１４に記載の被検体情報取得装置。
16. 前記取得手段は、前記保持手段に接する前記被検体を撮像するカメラである
    ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の被検体情報取得装置。
17. 前記制御手段は、前記取得手段が撮像した画像を処理して前記被検体の輪郭を検出し、前記輪郭に基づいて前記照射領域を制御する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
18. 前記取得手段が撮像した画像を表示する表示手段と、測定者からの入力を受ける入力手段をさらに有し、
    前記制御手段は、前記表示手段に表示された画像に基づき前記測定者が入力した情報に基づいて前記照射領域を制御する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の被検体情報取得装置。
19. 前記制御部材は、前記デジタルミラーデバイスである
    ことを特徴とする請求項１２に記載の被検体情報取得装置。
20. 前記制御手段は、前記制御手段と前記検出手段との間に配置された前記被検体に対して前記光源からの光を照射する
    ことを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
21. 前記処理手段は、前記特性情報に基づく再構成により前記被検体の内部の画像データを生成する
    ことを特徴とする請求項１２ないし２０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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