JP5783779B2 - 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明では、吸収体に照射された光量分布(Φ)の影響を低減した光学特性値分布を取得することができる被検体情報取得装置および被検体情報取得方法を提供することを目的とする。
本実施形態の被検体情報取得装置は、基本的なハード構成として、光源11、検出器17、信号処理装置19を有する。光源11から発せられたパルス光12は例えばレンズ、ミラー、光ファイバ、拡散板などの光学系により所望の形状に加工されながら導かれ、生体などの被検体15に照射される。
次に、本発明の特徴である信号処理装置19で行う被検体情報取得方法の一例について、図面を参照しつつ説明する。下記の番号は図2における処理の番号と一致する。
この工程では、受信信号を用いて、画像再構成を行い、被検体の光学特性値分布(第1の光学特性値分布)を形成する。ここで、被検体の光学特性値分布とは、例えば、式(1)で表現される、初期音圧分布、あるいは、吸収係数分布と光量分布の積である光吸収エネルギー密度分布である。この第1の光学特性値分布は、光量分布に依存したデータとなっている。
この工程では、S201で形成された第1の光学特性値分布から、既知の吸収係数を有する2以上の領域を抽出する。2以上の領域における吸収係数は既知であればよく、各領域における吸収係数は同一であっても、異なっていてもよい。また、抽出する領域は、何らかの数量的なデータを有していればよく、必ずしも画像データである必要はない。
この工程では、S202で抽出された2以上の領域の光学特性値(初期音圧、光吸収エネルギー密度など)と、予め設定された被検体背景の光学定数を用いて、被検体背景の光学定数を推定する。
この工程では、S203で推定された被検体背景の光学定数を用いて、光量分布を算出し、この光量分布の値を用いて、被検体の光学特性値分布(第2の光学特性値分布)を生成する。ここで、第2の光学特性値分布とは、例えば、光量分布の影響を低減した吸収係数分布などである。
被検体が生体の場合、光源11からは生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を照射する。光源は、本実施形態の被検体情報取得装置と一体として設けられていても良いし、光源を分離して別体として設けられていても良い。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源が好ましい。具体的には効率的に光音響波を発生させるため、10ナノ秒程度のパルス幅が使われる。光源としては大出力が得られるためレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。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。照射のタイミング、光強度などは不図示の光源制御部によって制御される。なお、この光源制御部は通常、光源と一体化されている。使用する光源の波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長を使うことが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、500nm以上1200nm以下である。
これらは本発明の被検体情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本発明の光音響を用いた被検体情報取得装置は、血管の造影、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主な目的とする。よって、被検体15としては生体、具体的には人体や動物の***や指、手足などの診断の対象部位が想定される。動物では、ねずみなど小動物の場合は特定の部位だけではなく、小動物全体が対象となることもある。被検体内部の光吸収体14としては、被検体内で相対的に吸収係数が高いものを示し、使用する光の波長にもよるが、例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。
パルス光により被検体表面及び被検体内部などで発生する光音響波を検出する検出器である検出器17は、音響波を検知し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。この検出器は、探触子あるいはトランスデューサということもある。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音響波信号を検知できるものであれば、どのような検出器を用いてもよい。本実施形態の検出器17は、典型的には複数の検出素子が1次元あるいは2次元に配置されたものが良い。このような多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、計測時間を短縮できる。その結果、被検体の振動などの影響を低減できる。ただし、1つの検出器のみを有するシングル検出器を走査して、複数の位置を検出できれば、1次元あるいは2次元アレイの検出器を用いなくても良い。なお、図1のように、検出器17は被検体15を囲む領域で走査し、あるいは、アレイ型のように複数用意して、様々な角度で音響波16を検出できることが好ましい。
本実施形態の装置は、検出器17より得られた電気信号を増幅し、その電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する信号収集器18を有することが好ましい。信号収集器18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。検出器17から得られる検出信号が複数の場合は、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。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、本明細書において「検出信号」とは、検出器17から取得されるアナログ信号も、その後AD変換されたデジタル信号も含む概念である。
信号処理装置19は、信号収集器18から得られたデジタル受信信号を用いて画像再構成や演算処理を行い、被検体内の光量分布の影響を低減した画像を得る。特に、本発明の信号処理装置19は、上記した演算処理を行う。
表示装置20は信号処理装置19で出力される画像データ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、本発明の被検体情報取得装置とは別に提供されていても良い。
19a 第1の生成部
19b 領域抽出部
19c 光学定数推定部
19d 第2の生成部
Claims (14)
- 被検体に光を照射する光源と、
前記光が照射されることによって前記被検体で発生した音響波を検出することにより信号を出力する検出手段と、
前記信号に基づいて前記被検体の光学特性値の分布を生成する第1の生成手段と、
既知の吸収係数を有する2以上の領域を抽出する領域抽出手段と、
前記第1の生成部により生成された、前記2以上の領域における前記光学特性値と、前記2以上の領域における前記既知の吸収係数と、に基づいて前記被検体の平均的な光学定数を推定する光学定数推定手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記光学特性値の分布とは、初期音圧分布または光吸収エネルギー密度分布であ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。
- 前記光学定数は、吸収係数、散乱係数、異方性パラメータ、等価散乱係数、等価減衰係数のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光学定数は、吸収係数および等価散乱係数であることを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。
- 前記領域抽出手段は、吸収係数が既知である血管の前記2以上の領域を抽出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光源は、前記被検体と、前記被検体の外部に設けられた光吸収体と、に光を照射し、
前記光吸収体は、前記検出手段と音響的に接触し、吸収係数が既知であり、
前記検出手段は、前記被検体および前記光吸収体に光が照射されることによって発生した音響波を検出することにより前記信号を出力し、
前記領域抽出手段は、前記光吸収体の前記2以上の領域を抽出する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記領域抽出手段は、吸収係数が既知である、前記被検体の内部に設けられた造影剤の前記2以上の領域を抽出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光学定数推定手段は、前記2以上の領域における光学特性値、前記平均的な光学定数に基づいて得られる、前記2以上の領域における光量、および前記2以上の領域における前記既知の吸収係数の関係式を満たす前記平均的な光学定数を推定することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光学定数推定手段は、前記平均的な光学定数を変数としたときに、前記2以上の領域において、前記第1の生成部により生成された光学特性値と、前記平均的な光学定数に基づいて得られる光量および前記既知の吸収係数の積と、の差を最小化することにより、前記平均的な光学定数を推定することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光学定数推定部により推定された前記平均的な光学定数に基づく前記被検体の内部の光量分布を取得し、前記光学特性値の分布と、前記光量分布に基づいて第2の光学特性値の分布を生成する第2の生成手段を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 前記第2の光学特性値の分布は、吸収係数分布であることを特徴とする請求項10に記載の被検体情報取得装置。
- 前記領域抽出手段は、前記第1の光学特性値の分布から、前記2以上の領域を抽出することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
- 光が被検体に照射されることによって前記被検体で発生した音響波を検出することにより取得される信号に基づいて、前記被検体の第1の光学特性値の分布を生成する工程と、
既知の吸収係数を有する2以上の領域を抽出する工程と、
前記2以上の領域における第1の光学特性値と、前記2以上の領域における前記既知の吸収係数と、に基づいて、前記被検体の平均的な光学定数を推定する工程と、を有することを特徴とする被検体情報取得方法。 - 請求項13に記載の被検体情報取得方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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