(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2018116594
(43)【国際公開日】20180628
【発行日】20191024
(54)【発明の名称】光音響画像生成装置および方法並びにプログラム
(51)【国際特許分類】
   A61B 8/13 20060101AFI20190927BHJP
【FI】
   !A61B8/13
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】2018557563
(21)【国際出願番号】JP2017037097
(22)【国際出願日】20171013
(31)【優先権主張番号】2016249707
(32)【優先日】20161222
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】306037311
【氏名又は名称】富士フイルム株式会社
【住所又は居所】東京都港区西麻布2丁目26番30号
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】広田 和弘
【住所又は居所】神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地 富士フイルム株式会社内
【テーマコード(参考)】
4C601
【Fターム(参考)】
4C601DE16
4C601EE09
4C601EE11
4C601GA33
4C601GB03
4C601JC16
4C601KK34
(57)【要約】
プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる光音響画像生成装置および方法並びにプログラムを提供する。光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブと、
前記プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部と、
前記光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、
前記光音響画像生成部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成装置。
【請求項2】
前記プローブ識別部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、コンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよびラジアル走査プローブのうちの少なくとも1つを識別する請求項1記載の光音響画像生成装置。
【請求項3】
前記光音響画像生成部は、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記周波数ドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する請求項1または2記載の光音響画像生成装置。
【請求項4】
前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのいずれか一方の選択を受け付ける再構成処理選択受付部を備え、
前記光音響画像生成部は、前記再構成処理選択受付部によって受け付けられたいずれか一方の再構成処理を用いて前記光音響画像を生成する請求項1または2記載の光音響画像生成装置。
【請求項5】
前記プローブ識別部は、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、リニアプローブおよびセクタプローブのうちの少なくとも1つを識別する請求項1から4いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項6】
前記タイムドメイン再構成処理は、Delay and Sum法による再構成処理である請求項1から5いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項7】
前記タイムドメイン再構成処理は、Convolution Back Projection法による再構成処理である請求項1から5いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項8】
前記周波数ドメイン再構成処理は、Fourier Transform Algorithm法による再構成処理である請求項1から7いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項9】
前記プローブは、前記被検体に対して送信された音響波の反射波を検出して反射波検出信号を出力し、
前記反射波検出信号を用いて、Delay and Sum法による再構成処理を行って反射波画像を生成する反射波画像生成部を備えた請求項1から8いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項10】
前記反射波画像生成部は、前記反射波画像の生成処理をハードウェアによって実現し、前記光音響画像生成部は、前記光音響画像の生成処理をソフトウェアによって実現する請求項9記載の光音響画像生成装置。
【請求項11】
前記光音響画像生成部は、前記タイムドメイン再構成処理をハードウェアによって実現し、前記周波数ドメイン再構成処理をソフトウェアによって実現する請求項1から9いずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項12】
被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
前記光音響波を検出して前記光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、
前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成方法。
【請求項13】
コンピュータを、被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部と、
前記プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部として機能させる光音響画像生成プログラムであって、
前記光音響画像生成部が、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響画像生成装置および方法並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波(光音響波)が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。
【0003】
ここで、光音響イメージングにおいて光音響画像を生成する際、超音波探触子によって検出された検出信号に対して再構成処理が施される。再構成処理としては、FTA(Fourier Transform Algorithm)法による再構成処理のような周波数ドメイン再構成処理や、DnS(Delay and Sum)法による再構成処理のようなタイムドメイン再構成処理が提案されている(たとえば特許文献1参照)。そして、FTA法による再構成処理とDnS法による再構成処理とを比較すると、FTA法による再構成処理の方が計算量が少なく、光音響画像の画質も良くなることが知られている。FTA法による再構成処理は、周波数空間における光音響波の分散関係を利用することによって、時間周波数空間と空間周波数空間とを簡単に結び付けることができ、これにより検出された時空間の情報から実空間の情報への変換を簡易な演算処理によって行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−35806号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、FTA法による再構成処理の演算処理は、たとえばリニアプローブのように直交座標系によって検出素子が配列されているプローブの検出信号に対して行われる演算処理である。そのため、FTA法による再構成処理の演算処理は、コンベックスプローブのように、直交座標系以外の座標系によって検出素子が配列されているプローブの検出信号に対しては、演算処理をそのまま用いることができない。仮に演算処理を変更したとしても非常に複雑な演算処理となって計算量が増大し、高速な再構成処理を行うことができない。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑み、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる光音響画像生成装置および方法並びにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る光音響画像生成装置は、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブと、プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部と、光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、光音響画像生成部が、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
【0008】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブ識別部は、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、コンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよびラジアル走査プローブのうちの少なくとも1つを識別してもよい。
【0009】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、光音響画像生成部は、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、周波数ドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成してもよい。
【0010】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置においては、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのいずれか一方の選択を受け付ける再構成処理選択受付部を備えてもよく、光音響画像生成部は、再構成処理選択受付部によって受け付けられたいずれか一方の再構成処理を用いて光音響画像を生成してもよい。
【0011】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブ識別部は、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、リニアプローブおよびセクタプローブのうちの少なくとも1つを識別してもよい。
【0012】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、タイムドメイン再構成処理は、DnS(Delay and Sum)法による再構成処理としてもよい。
【0013】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、タイムドメイン再構成処理は、CBP(Convolution Back Projection)法による再構成処理としてもよい。
【0014】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、周波数ドメイン再構成処理は、FTA(Fourier Transform Algorithm)法による再構成処理としてもよい。
【0015】
上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブは、被検体に対して送信された音響波の反射波を検出して反射波検出信号を出力してもよく、反射波検出信号を用いて、DnS(Delay and Sum)法による再構成処理を行って反射波画像を生成する反射波画像生成部を備えてもよい。
【0016】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、反射波画像生成部は、反射波画像の生成処理をハードウェアによって実現し、光音響画像生成部は、光音響画像の生成処理をソフトウェアによって実現してもよい。
【0017】
また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、光音響画像生成部は、タイムドメイン再構成処理をハードウェアによって実現し、周波数ドメイン再構成処理をソフトウェアによって実現してもよい。
【0018】
本発明の一態様に係る光音響画像生成方法は、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
【0019】
本発明の一態様に係る光音響画像生成プログラムは、コンピュータを、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部と、プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部として機能させる光音響画像生成プログラムであって、光音響画像生成部が、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
【発明の効果】
【0020】
本発明の光音響画像生成装置および方法並びにプログラムによれば、光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成するようにしたので、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の光音響画像生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図
【図2】光音響画像生成部の具体的な構成を示すブロック図
【図3】再構成処理の選択方法の一例を説明するためのフローチャート
【図4】再構成処理の選択方法のその他の例を説明するためのフローチャート
【図5】本発明の光音響画像生成装置のその他の実施形態の概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の光音響画像生成装置の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態の光音響画像生成装置10の概略構成を示す図である。
【0023】
本実施形態の光音響画像生成装置10は、図1に示すように、プローブ11、超音波ユニット12、レーザユニット13、表示部14および入力部15を備えている。
【0024】
プローブ11は、超音波探触子であって、被検体M内において発生した光音響波Uを検出し、光音響波検出信号を出力するものである。プローブ11は、ケーブル40を介して超音波ユニット12に接続されるものであり、超音波ユニット12に対して着脱可能なものである。
【0025】
プローブ11は、図1に示されるように、振動子アレイ20、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバ41、振動子アレイ20を挟むように配置された2つの光出射部42を備える。
【0026】
振動子アレイ20は、たとえば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子から構成される。超音波振動子は、本発明の検出素子に相当するものであり、たとえば圧電セラミクスまたはポリフッ化ビニリデン(PVDF)のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。超音波振動子は、光音響波Uを受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有し、超音波振動子で発生した電気信号は後述する受信回路21に出力される。
【0027】
バンドルファイバ41は、レーザユニット13からのレーザ光を光出射部42まで導光するものである。バンドルファイバ41は、特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。バンドルファイバ41は、出射側において光ファイバごとに分岐し、光出射部42に接続される。
【0028】
光出射部42は、バンドルファイバ41によって導光されたレーザ光を被検体Mに照射する部分である。図1に示されるように、本実施形態では、2つの光出射部42が、振動子アレイ20を挟んで対向するように、振動子アレイ20の両側に配置されている。光出射部42としては、たとえば導光板を使用することができる。導光板は、たとえばアクリル板または石英板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面から入れた光を他方の端面から均一に面発光させる板である。振動子アレイ20に対して両側に配置された被検体表面を均一に照明するため、振動子アレイ20のアレイ方向の幅と導光板の幅は同程度の長さであることが好ましい。また、導光板の入射端あるいは出射端に拡散板を設けてもよい。
【0029】
また、プローブ11は、プローブ情報記憶部11aを備えている。プローブ情報記憶部11aは、プローブ11の識別情報を記憶するものである。プローブ11の識別情報とは、プローブ11が、直交座標系によって超音波振動子(検出素子)が配列されたものであるか、または極座標を用いた座標系によって超音波振動子(検出素子)が配列されたものであるかを識別可能な情報である。
【0030】
直交座標系によって超音波振動素子が配列されているとは、直交するX軸およびY軸によって規定される座標平面上において超音波振動素子が1次元または2次元に配列されていることを意味する。直交座標系によって超音波振動子が配列されたプローブとしては、たとえば超音波振動素子が直線上もしくは2次元平面上に配置されたリニアプローブおよびセクタプローブなどがある。なお、以下、直交座標系によって超音波振動子が配列されたプローブのことを、単に、直交座標系のプローブという。
【0031】
また、極座標を用いた座標系とは、原点からの距離および原点と座標空間上の点とを結ぶ直線と座標軸とがなす角によって表される座標系のことであり、たとえば距離Rと角θとからなる円座標(R,θ)および距離Rと2つの角θ、φとからなる球座標(R,θ,φ)などの極座標系、並びに距離Rと角θとZ軸方向の座標とからなる円柱座標(R,θ,z)などを含む。極座標を用いた座標系によって超音波振動子が配列されているプローブとしては、たとえば超音波振動子が円弧上に配置されているコンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよび超音波振動子が円周上に配置されているラジアル走査プローブなどがある。なお、以下、極座標を用いた座標系によって超音波振動子が配列されているプローブのことを、単に、極座標を用いた座標系のプローブという。
【0032】
プローブ情報記憶部11aとしては、たとえば半導体メモリおよびIC(Integrated Circuit)タグなどを用いることができる。プローブ情報記憶部11aに記憶された識別情報は、プローブ11が超音波ユニット12に接続された際に、超音波ユニット12からの要求信号に応じて読み出される。
【0033】
なお、プローブ11の識別情報を記憶するものとしては、これに限らず、たとえばバーコードなどをプローブ11に設け、バーコードを読み取った信号を超音波ユニット12が取得するようにしてもよいし、凹凸部のような機械的な構造をプローブ11に設け、プローブ11が超音波ユニット12に接続された際に、超音波ユニット12がその構造を認識することによって識別情報を取得するようにしてもよい。また、プローブ11の識別情報は、ユーザが入力部15を用いて設定入力するようにしてもよい。
【0034】
プローブ11の識別情報は、超音波ユニット12のプローブ識別部26によって取得され、プローブ識別部26は、入力された識別情報に基づいて、プローブ11の種類を識別する。
【0035】
レーザユニット13は、たとえばレーザ光を発するQスイッチによる固体レーザ光源を有し、被検体Mに照射する測定光Lとしてレーザ光を出力する。レーザユニット13は、たとえば超音波ユニット12の制御部27からのトリガ信号を受けてレーザ光を出力するように構成されている。レーザユニット13は、レーザ光として1ns〜100nsのパルス幅を有するパルス光を出力することが好ましい。本実施形態では、レーザユニット13の光源は、たとえばQスイッチを使用したアレキサンドライトレーザである。
【0036】
レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の吸収体の光吸収特性によって適宜決定されるが、近赤外波長域近傍の波長であることが好ましく、たとえば700nm〜1200nmである。しかしながら、レーザ光の波長はこれに限られるものではない。たとえば500nm〜700nmの可視光でもよい。また、レーザ光は、単波長でもよいし、複数の波長(例えば750nmおよび800nm)を含んでもよい。さらに、レーザ光が複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Mに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット13は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なNd:YAGレーザ、YAG−SHG−OPOレーザおよびTi−Sapphireレーザ、並びに可視波長領域のレーザ光を出力可能なSHG−Nd:YAGレーザを用いることもできる。
【0037】
超音波ユニット12は、受信回路21、AD変換部(Analog to Digital convertor)22、受信メモリ23、光音響画像生成部24、表示制御部25、プローブ識別部26および制御部27を備えている。
【0038】
超音波ユニット12は、たとえばコンピュータから構成されるものであり、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット12には、本発明の光音響画像生成プログラムの一実施形態がメモリにインストールされている。プロセッサによって構成される制御部27によって光音響画像生成プログラムが動作することによって、光音響画像生成部24、表示制御部25およびプローブ識別部26の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。
【0039】
なお、超音波ユニット12のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のIC(Integrated Circuit)、プロセッサ、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)、メモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。
【0040】
受信回路21は、プローブ11から出力された光音響波検出信号を受信する。受信回路21は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、およびローパスフィルタを含む。プローブ11から出力された光音響波検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされる。
【0041】
AD変換部22は、受信回路21が受信した光音響波検出信号をデジタル信号に変換する。AD変換部22は、たとえば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波検出信号をサンプリングする。AD変換部22は、サンプリングした光音響波検出信号(サンプリングデータ)を受信メモリ23に格納する。受信回路21とAD変換部22とは、例えば1つのICとして構成されていてもよし、個別のICとして構成されていてもよい。
【0042】
光音響画像生成部24は、受信メモリ23に格納された光音響波検出信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、再構成処理、検波および対数変換などを含む。本実施形態の光音響画像生成部24は、図2に示すように、FTA再構成処理部24aとDnS再構成処理部24bとを備えている。
【0043】
FTA再構成処理部24aは、光音響波検出信号に対して、周波数ドメイン再構成処理としてFTA法による再構成処理を施すものである。FTA法による再構成処理は、周波数空間における音波の分散関係を用いて、測定された時空間の情報を実空間の情報に変換できることを利用した再構成処理方法である。すなわち、測定された音波の時系列に対し、まず2次元順方向フーリエ変換を行い、時間スペクトルを獲得する。その後、音波の分散関係(ω=ck、ω:時間周波数、k:空間周波数)から空間スペクトルに変換した後に、2次元逆方向フーリエ変換を行うことによって音波源の空間分布を画像として得る再構成処理方法である。なお、FTA法による再構成処理については、たとえば特許2010−35806号公報および「“Photoacoustic Image Reconstruction - A Quantitative Analysis”, Jonathan I. Sperl et al, SPIE-OSA Vol.6631 663103」などから公知な手法である。なお、本実施形態においては、周波数ドメイン再構成処理としてFTA法による再構成処理を用いるようにしたが、これに限らず、周波数空間における音波の分散関係を用いて、測定された時空間の情報を実空間の情報に変換する再構成処理であればその他の再構成処理を用いてもよい。
【0044】
DnS再構成処理部24bは、光音響波検出信号に対して、タイムドメイン再構成処理としてDnS法による再構成処理を施すものである。DnS法による再構成処理は、音源から発せられた音波がプローブ11の各超音波振動素子に到達するまでの時間の差を考慮して、各超音波振動素子について、周囲の超音波振動素子の検出信号を遅延させながら加算する方法である。なお、本実施形態においては、タイムドメイン再構成処理として、DnS法による再構成処理を用いるようにしたが、これに限らず、CBP(Convolution Back Projection)法による再構成処理を用いるようにしてもよい。
【0045】
そして、本実施形態の光音響画像生成部24は、プローブ識別部26によって識別されたプローブ11に応じて、FTA法による再構成処理およびDnS法による再構成処理のうちのいずれかを選択し、その選択された再構成処理を用いて光音響画像を生成するものである。図3は、光音響画像生成部24における再構成処理の選択方法を説明するためのフローチャートである。
【0046】
図3に示すように、まず、超音波ユニット12のプローブ識別部26によって、プローブ情報記憶部11aに記録された識別情報が読み出されて取得される(S10)。そして、プローブ識別部26は、入力された識別情報に基づいて、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、直交座標系のプローブであるのか、または極座標を用いた座標系のプローブであるのかを識別する。
【0047】
そして、プローブ識別部26による識別結果に基づいて、制御部27から光音響画像生成部24に制御信号が出力され、光音響画像生成部24は、入力された制御信号に基づいて、FTA法による再構成処理およびDnS法による再構成処理のうちのいずれかを選択する。
【0048】
具体的には、光音響画像生成部24は、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、極座標を用いた座標系のプローブである場合には(S12,極座標を用いた座標系)、FTA法による再構成処理およびDnS法による再構成処理のうち、DnS法による再構成処理を選択して光音響画像を生成する(S14)。すなわち、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、たとえばコンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブまたはラジアル走査プローブである場合には、光音響画像生成部24は、DnS法による再構成処理を用いて光音響画像を生成する。
【0049】
一方、光音響画像生成部24は、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、直交座標系のプローブである場合には(S12,直交座標系)、FTA法による再構成処理およびDnS法による再構成処理のうち、FTA法による再構成処理を選択して光音響画像を生成する(S16)。すなわち、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、たとえばリニアプローブおよびセクタプローブである場合には、FTA法による再構成処理を用いて光音響画像を生成する。
【0050】
なお、DnS再構成処理部24bにおけるDnS法による再構成処理(タイムドメイン再構成処理)は、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現することが好ましい。一方、FTA再構成処理部24aにおけるFTA法による再構成処理(周波数ドメイン再構成処理)は、ハードウェアの構成によって実現するよりも、ソフトウェア(プログラム)が読み込まれたCPU(Central Processing Unit)もしくはCPUとソフトウェアが格納されているメモリを用いたソフトウェアによる処理によって実現することが好ましい。
【0051】
DnS法による再構成処理は、ハードウェアの構成によって実現した方がより高速化を図ることができ、FTA法による再構成処理は、演算処理が簡易であるため、ソフトウェアによって実現しても十分に高速化を図ることができるからである。
【0052】
図1に戻り、制御部27は、光音響画像生成装置10の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路(図示省略)を備える。トリガ制御回路は、たとえば光音響画像生成装置10の起動の際に、レーザユニット13に発光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット13で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット13はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。
【0053】
そして、制御部27は、光音響画像の生成の際には、トリガ制御回路からレーザユニット13へQswトリガ信号を送信する。つまり、制御部27は、このQswトリガ信号によってレーザユニット13からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御する。また、本実施形態では、制御部27は、Qswトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をAD変換部22に送信する。サンプリングトリガ信号は、AD変換部22における光音響波検出信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響波検出信号をサンプリングすることが可能となる。
【0054】
表示制御部25は、光音響画像生成部24によって生成された光音響画像を表示部14に表示させるものである。また、表示部14は、光音響画像などを表示するものであり、たとえば液晶ディスプレイを備えたものである。また、入力部15は、ユーザによる種々の設定入力を受け付けるものであり、たとえばキーボードおよびマウスなどを備えたものである。
【0055】
上記実施形態の光音響画像生成装置10によれば、プローブ11が、極座標を用いた座標系のプローブであるか、直交座標系のプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系のプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのタイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成し、直交座標系のプローブであると識別された場合には、周波数ドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成するようにしたので、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる。
【0056】
なお、上記実施形態の光音響画像生成装置10においては、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が直交座標系のプローブである場合には、光音響画像生成部24が、FTA法による再構成処理を自動的に選択して光音響画像を生成するようにしたが、これに限らず、たとえば図4に示すフローチャートのように、FTA法による再構成処理およびDnS法による再構成処理のうちのいずれかをユーザが選択するようにしてもよい(S18)。すなわち、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が、たとえばリニアプローブおよびセクタプローブである場合には、上述したようにユーザに再構成処理を選択させるようにしてもよい。
【0057】
そして、超音波ユニット12に接続されたプローブ11が直交座標系のプローブである場合には、ユーザによって選択された再構成処理を用いて光音響画像を生成するようにしてもよい(S20)。ユーザによる選択は、たとえば表示部14に再構成処理の選択を受け付ける選択画面を表示させ、ユーザが入力部15を用いて再構成処理を選択するようにすればよい。この場合、上記選択画面および入力部15が、本発明の再構成処理選択受付部に相当するものである。
【0058】
また、上記実施形態の光音響画像生成装置10において、プローブ11から被検体に対して音響波を送信し、その送信した音響波に対する被検体からの反射音響波をプローブ11の各超音波振動子によって検出し、その反射波検出信号に基づいて、超音波画像(反射波画像)を生成するようにしてもよい。
【0059】
図5は、超音波画像の生成を含む光音響画像生成装置10の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。また、超音波の送受信は分離して行ってもよい。たとえばプローブ11とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ11で受信してもよい。
【0060】
図4に示す光音響画像生成装置10の制御部27は、超音波画像の生成の際には、送信制御回路28に超音波送信を指示する超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路28は、このトリガ信号を受けると、プローブ11から超音波を送信させる。プローブ11は、超音波の送信後、被検体Mからの反射超音波を検出し、反射波検出信号を出力する。
【0061】
プローブ11から出力された反射波検出信号は、受信回路21を介してAD変換部22に入力される。制御部27は、超音波送信のタイミングに合わせてAD変換部22にサンプリングトリガ信号を送り、反射波検出信号のサンプリングを開始させる。そして、AD変換部22は、サンプリングした反射波検出信号を受信メモリ23に格納する。
【0062】
超音波画像生成部29は、受信メモリ23に格納された反射波検出信号に基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像の生成は、再構成処理、検波、および対数変換などを含む。超音波画像生成部29における再構成処理は、DnS法による再構成処理であることが好ましい。また、超音波画像生成部29における超音波画像生成処理は、ソフトウェア(プログラム)ではなく、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現することが好ましい。超音波画像生成部29は、本発明の反射波画像生成部に相当する。
【0063】
一方、光音響画像生成部24における光音響画像生成処理は、上記実施形態の説明においては、FTA法による再構成処理を、ソフトウェアによる処理によって実現し、DnS法による再構成処理を、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現するようにしたが、DnS法による再構成処理もソフトウェアによる処理によって実現するようにしてもよい。すなわち、光音響画像生成部24における光音響画像生成処理は、ソフトウェア(プログラム)が読み込まれたCPU(Central Processing Unit)もしくはCPUとソフトウェアが格納されているメモリを用いたソフトウェアによる処理によって実現するようにしてもよい。このように、光音響画像生成処理をソフトウェア処理によって実現するようにした場合、たとえば超音波画像生成のみを行う既存の超音波画像生成装置に対してソフトウェアを追加することによって光音響画像生成も行うことができるので、大がかりな装置の構成の変更をともなうことなく、簡単に改良設計が可能である。
【0064】
超音波画像生成部29によって生成された超音波画像は表示制御部25に出力され、表示制御部25は、入力された超音波画像を表示部14に表示させる。なお、光音響画像と超音波画像とは別々に表示するようにしてもよいし、これらを重畳した合成画像を生成して表示させるようにしてもよい。
【0065】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像生成装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0066】
10 光音響画像生成装置
11 プローブ
11a プローブ情報記憶部
12 超音波ユニット
13 レーザユニット
14 表示部
15 入力部
20 振動子アレイ
21 受信回路
22 AD変換部
23 受信メモリ
24 光音響画像生成部
24a FTA再構成処理部
24b DnS再構成処理部
25 表示制御部
26 プローブ識別部
27 制御部
28 送信制御回路
29 超音波画像生成部
40 ケーブル
41 バンドルファイバ
42 光出射部
L 測定光
M 被検体
U 光音響波
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】

【手続補正書】
【提出日】20190620
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブと、
前記プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部と、
前記光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、
前記光音響画像生成部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成し、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記周波数ドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成装置。
【請求項2】
前記プローブ識別部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、コンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよびラジアル走査プローブのうちの少なくとも1つを識別する請求項1記載の光音響画像生成装置。
【請求項3】
前記プローブ識別部は、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、リニアプローブおよびセクタプローブのうちの少なくとも1つを識別する請求項1または2記載の光音響画像生成装置。
【請求項4】
前記タイムドメイン再構成処理は、Delay and Sum法による再構成処理である請求項1からいずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項5】
前記タイムドメイン再構成処理は、Convolution Back Projection法による再構成処理である請求項1からいずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項6】
前記周波数ドメイン再構成処理は、Fourier Transform Algorithm法による再構成処理である請求項1からいずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項7】
前記プローブは、前記被検体に対して送信された音響波の反射波を検出して反射波検出信号を出力し、
前記反射波検出信号を用いて、Delay and Sum法による再構成処理を行って反射波画像を生成する反射波画像生成部を備えた請求項1からいずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項8】
前記反射波画像生成部は、前記反射波画像の生成処理をハードウェアによって実現し、前記光音響画像生成部は、前記光音響画像の生成処理をソフトウェアによって実現する請求項記載の光音響画像生成装置。
【請求項9】
前記光音響画像生成部は、前記タイムドメイン再構成処理をハードウェアによって実現し、前記周波数ドメイン再構成処理をソフトウェアによって実現する請求項1からいずれか1項記載の光音響画像生成装置。
【請求項10】
被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
前記光音響波を検出して前記光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、
前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成し、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記周波数ドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成方法。
【請求項11】
コンピュータを、被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部と、
前記光音響波を検出して前記光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部として機能させる光音響画像生成プログラムであって、
前記光音響画像生成部が、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成し、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記周波数ドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成プログラム。
【国際調査報告】