JP5885437B2 - 光音響装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しつつ本実施形態をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1を参照しながら本実施形態にかかる被検体情報取得装置の構成を説明する。本実施形態の被検体情報取得装置は、被検体の内部の光学特性値情報を画像化する装置である。なお、光学特性値情報とは、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吸収係数分布のことを示す。
本実施形態では、光源からの光として、互いに異なる波長の光である第1の波長の光(第1の光)及び第2の波長の光(第2の光)を用いる。このとき、第1の光を照射する場合と第2の光を照射する場合とでは、被検体表面部に対応する検出信号の相対的な形状は変わらないとする。この場合、第1の光による検出信号と第2の光による検出信号との差を算出することにより、被検体表面部に対応する検出信号を低減することができる。このとき、光吸収体14に対応する検出信号の符号が反転する場合もあるが、例えば、得られた光学特性値において絶対値をとれば、被検体内部にある光吸収体をイメージングすることができる。
次に、信号処理部19が行う処理について説明する。ここでは、図2、3、4も参照しつつ説明する。以下の番号は図2における処理の番号と一致する。
まず、図1に示された光源11から第1の波長の光(第1の光)を被検体15に照射することで、第1のデータとして、音響波検出器17で検出される第1の検出信号P1(t)を取得し、信号処理部19内のメモリに保存する。
次に、第2の波長の光(第2の光)を被検体15に照射することで、第2のデータとして、音響波検出器17で検出される第2の検出信号P2(t)を取得し、信号処理部19内のメモリに保存する。
次に、S201及びS202で信号処理部19内に保存された第1の検出信号P1(t)と第2の検出信号P2(t)を用いて、第3のデータとして、第3の検出信号P3(t)を取得する。例えば、P2(t)からP1(t)を減算した差分信号を算出することにより、P3(t)を取得する。
ただし、条件によっては、第1の波長(λ1)と第2の波長(λ2)で得られる被検体表面部に対応する検出信号の強度が異なることがある。このような場合、第1の検出信号P1(t)と第2の検出信号P2(t)を規格化した後に、第1の検出信号と第2の検出信号との差を算出し、差分信号P3(t)を取得することが好ましい。このような規格化処理を行うことにより、第2の光による被検体表面部に対応する検出信号を大きく低減することができる。
次の式は、以上の規格化処理の一例を表す式である。
第1のデータ及び第2のデータが、第1の検出信号P1(t)及び第2の検出信号P2(t)である場合、S203で得られた第3のデータとしての第3の検出信号P3(t)を用いて画像再構成処理を行い、第3の画像情報T(r)を形成する。この処理では、図3(c)のような被検体表面部で発生した音響波の検出信号を低減した信号を用いるため、被検体内部にある光吸収体14を主に画像化でき、画像劣化の少ない画像を形成できる。このような処理の結果、得られる画像情報の一例を図4(c)に示す。図中のコントラストの高い領域(白い領域)は、被検体内部にある光吸収体14の画像Cであり、図4(c)では主に被検体内部にある光吸収体14が画像化されている。
光源11は、少なくとも異なる2波長以上の光を照射可能であるとする。また、本発明の光源は、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11から照射された光12は、典型的にはレンズやミラーなどの光学部品により、所望の光分布形状に加工されながら被検体に導かれるが、光ファイバなどの光導波路などを用いて伝搬させることも可能である。光学系13は、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板などである。このような光学部品は、光源から発せられた光12が被検体15に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が生体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。
これらは本発明の画像形成装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本発明の被検体情報取得装置は、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。また、被検体内部にある光吸収体14としては、被検体内部で相対的に吸収係数が高いものを示し、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あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍などである。
パルス光により被検体表面部及び被検体内部で発生する音響波を検出する検出器である音響波検出器17は、音響波を検出し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。以後、単に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出できるものであれば、どのようなトランスデューサを用いてもよい。本実施形態の音響波検出器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、検出時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。
本実施形態の画像形成装置は、音響波検出器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。音響波検出器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、音響波検出器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。そして、検出信号は「光音響信号」ともいう。
信号処理部19は、本発明の特徴的処理である被検体表面部で生じた音響波信号の低減処理を行う。そして、低減処理が行われた新たな信号を用いて、被検体内部の画像情報を取得する(画像再構成)。
表示装置20は信号処理部19で出力される画像情報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、本発明の画像診断装置とは別に提供されていても良い。
被検体表面部は、光吸収部材が被検体表面に設けられている場合と、被検体表面自体を光吸収部材とする場合の両方が含まれる。ここで、光吸収部材とは、ある特定領域の波長の光を吸収し、それ以外の波長の光をあまり吸収しない部材である。好ましくは、第1の波長(λ1)と第2の波長(λ2)の光を被検体に照射する場合、第1の波長(λ1)の光を強く吸収し、第2の波長の(λ2)の光をあまり吸収しないような部材のことである。つまり、第1の波長における吸収係数が第2の波長における吸収係数よりも大きい部材であることが好ましい。
図5は、本実施形態に係る被検体情報取得装置の例を示したものである。本実施形態に係る被検体情報取得装置は、光源11と被検体15との間に被検体表面部を平坦化する平坦化部材21が設けられていることが第1の実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態においては、光が平坦化部材21を通して被検体15に照射される。本実施形態の被検体情報取得装置では、平坦化部材21で発生した音響波が多重反射し、その多重反射信号と被検体内部にある光吸収体から発生した音響波信号とが重畳された信号が観測される場合を考える。図5においては、図1と同一の部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、信号処理部19は、図2に示した第1の実施形態における処理と同一の処理を行う。
15 被検体
17 音響波検出器
19 信号処理部
Claims (39)
- 光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して信号を出力する検出手段と、
前記信号を処理する処理手段と、を有し、
前記検出手段は、
第1の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第1の信号を出力し、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第2の信号を出力し、
前記処理手段は、前記第1の信号と前記第2の信号との差分信号を取得する
ことを特徴とする光音響装置。 - 前記処理手段は、前記差分信号を用いて、画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、前記差分信号を用いて、画像再構成アルゴリズムにより画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の信号と前記第2の信号とを規格化した後に、前記第1の信号と前記第2の信号との差分信号を取得する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の信号および前記第2の信号の少なくとも一方を補正することにより、前記第1の信号と前記第2の信号とを規格化する
ことを特徴とする請求項4に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の信号の最大振幅と前記第2の信号の最大振幅の差が小さくなる補正を行うことにより、前記第1の信号と前記第2の信号とを規格化する
ことを特徴とする請求項4または5に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記被検体の表面部に対応する前記第1の信号の振幅と前記第2の信号の振幅との差が小さくなる補正を行うことにより、前記第1の信号と前記第2の信号とを規格化する
ことを特徴とする請求項4または5に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、前記差分信号の絶対値を取得する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第2の信号から前記第1の信号を減算することにより前記差分信号を取得する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項の記載の光音響装置。 - 光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して信号を出力する検出手段と、
前記信号を処理する処理手段と、を有し、
前記検出手段は、
波長が400nm以上、700nm以下である第1の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第1の信号を出力し、
前記第1の光とは波長が異なり、かつ、波長が500nm以上、1200nm以下である第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第2の信号を出力し、
前記処理手段は、
前記第1の信号を用いて第1の画像情報を取得し、
前記第2の信号を用いて第2の画像情報を取得し、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する
ことを特徴とする光音響装置。 - 光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して信号を出力する検出手段と、
前記信号を処理する処理手段と、を有し、
前記検出手段は、
第1の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第1の信号を出力し、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第2の信号を出力し、
前記処理手段は、
前記第1の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第1の信号を用いて第1の画像情報を取得し、
前記第2の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第2の信号を用いて第2の画像情報を取得し、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する
ことを特徴とする光音響装置。 - 光が被検体に照射されることにより発生する音響波を検出して信号を出力する検出手段と、
前記信号を処理する処理手段と、を有し、
前記検出手段は、
第1の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第1の信号を出力し、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波を検出して第2の信号を出力し、
前記処理手段は、
前記第1の信号を用いて第1の画像情報を取得し、
前記第2の信号を用いて第2の画像情報を取得し、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化した後に、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する
ことを特徴とする光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化した後に、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項10または11に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の画像情報および前記第2の画像情報の少なくとも一方を補正することにより、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化する
ことを特徴とする請求項13に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の画像情報の最大値と前記第2の画像情報の最大値の差が小さくなる補正を行うことにより、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化する
ことを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記被検体の表面部に対応する前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差が小さくなる補正を行うことにより、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化する
ことを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、前記第1の信号を用いて、画像再構成アルゴリズムにより前記第1の画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項10から16のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、前記第2の信号を用いて、画像再構成アルゴリズムにより前記第2の画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項10から17のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、前記差分画像情報の絶対値を取得する
ことを特徴とする請求項10から18のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第2の画像情報から前記第1の画像情報を減算することにより前記差分画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項10から19のいずれか1項の記載の光音響装置。 - 前記処理手段は、
前記第1の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第1の信号を用いて第1の画像情報を取得し、
前記第2の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第2の信号を用いて第2の画像情報を取得する
ことを特徴とする請求項10から20のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光および前記第2の光の波長は、
前記第1の光の照射による、前記被検体の内部にある光吸収体に対応する信号の強度と、前記被検体の表面部に対応する信号の強度と、の比が、
前記第2の光の照射による、前記被検体の内部にある光吸収体に対応する信号の強度と、前記被検体の表面部に対応する信号の強度と、の比よりも小さくなる波長であることを特徴とする請求項1から21のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光の波長は、以下の(a)から(c)のいずれの条件も満たすことを特徴とする請求項1から22のいずれか1項に記載の光音響装置。
(a)前記第2の光の波長における前記被検体の表面部の吸収係数より、前記被検体の表面部の吸収係数が大きい波長
(b)前記第2の光の波長における前記被検体の内部にある光吸収体の吸収係数より、前記被検体の内部にある光吸収体の吸収係数が小さい波長
(c)前記第2の光の波長における前記被検体の有効減衰係数より、前記被検体の有効減衰係数が大きい波長 - 前記第1の光の波長は、前記第2の光の波長より短いことを特徴とする請求項1から23のいずれか1項に記載の光音響装置。
- 前記被検体の表面部に配置される、前記第1の光の波長における吸収係数が前記第2の光の波長における吸収係数よりも大きい光吸収部材を更に有する
ことを特徴とする請求項1から24のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光の波長は400nm以上、700nm以下であり、
前記第2の光の波長は500nm以上、1200nm以下であり、
ことを特徴とする請求項1から25のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光の波長は400nm以上、600nm以下であり、
前記第2の光の波長は600nm以上、1200nm以下である
ことを特徴とする請求項1から26のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光の波長は400nm以上、500nm以下であり、
前記第2の光の波長は700nm以上、1200nm以下である
ことを特徴とする請求項1から27のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記被検体の有効減衰係数スペクトルに基づいて前記第1の波長及び前記第2の波長の少なくとも一方を選択する波長選択手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1から28のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記被検体の有効減衰係数スペクトルを取得するスペクトル取得手段を更に有する
ことを特徴とする請求項25に記載の光音響装置。 - 前記検出手段は、前記第1の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波と、前記第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波と、を同じ位置で検出する
ことを特徴とする請求項1から30のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光及び前記第2の光を発する光源を更に有する
ことを特徴とする請求項1から31のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記第1の光及び前記第2の光の、前記被検体の表面部での光量は一定である
ことを特徴とする請求項1から32のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記被検体の形状を保持する保持手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1から33のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 第1の光が被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第1の信号を取得する工程と、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第2の信号を取得する工程と、
前記第1の信号と前記第2の信号との差分信号を取得する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。 - 波長が400nm以上、700nm以下である第1の光が被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第1の信号を用いて、第1の画像情報を取得する工程と、
前記第1の光とは波長が異なり、かつ、波長が500nm以上、1200nm以下である第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第2の信号を用いて、第2の画像情報を取得する工程と、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。 - 第1の光が被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第1の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第1の信号を用いて第1の画像情報を取得する工程と、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第2の信号に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減された前記第2の信号を用いて第2の画像情報を取得する工程と、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。 - 第1の光が被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第1の信号を用いて、第1の画像情報を取得する工程と、
前記第1の光とは波長の異なる第2の光が前記被検体に照射されることにより発生した音響波に起因した第2の信号を用いて、第2の画像情報を取得する工程と、
前記第1の画像情報と前記第2の画像情報とを規格化した後に、前記第1の画像情報と前記第2の画像情報との差分画像情報を取得する工程と、
を有することを特徴とする処理方法。 - コンピュータに、請求項35から38のいずれか1項に記載の処理方法を実行させるプログラム。
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