JP6112861B2 - 被検体情報取得装置、信号処理装置および表示装置 - Google Patents
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Description
る場合があった。また、診断の際にある程度以上の規模の血管だけに注目している場合でも、規模の小さい血管像も重畳画像に表示されてしまう場合があった。
光を照射されたことに起因して被検体から発生した光音響波を受信する光音響波探触子と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波を受信する超音波探触子と、
前記光音響波に基づき前記被検体内の機能情報を反映する機能画像を生成し、前記超音波に基づき前記被検体内の形態情報を反映する形態画像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、前記機能画像を複数の閾値パラメータに基づいて分割された複数の領域に対して、前記被検体内の光吸収係数に関するパラメータが前記閾値パラメータに対して所定の条件を満たす領域の透過率を低下させる処理を施した後の前記機能画像と前記形態画像とを重ね合わせて表示部に表示させる
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、
光が照射されたことに起因して被検体から発生した光音響波を受信する光音響波探触子と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波を受信する超音波探触子と、
前記光音響波に基づき前記被検体内の機能情報を反映する機能画像を生成し、前記超音波に基づき前記被検体内の形態情報を反映する形態画像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、複数の領域に分割された前記機能画像の領域ごとに画像処理を施した後の前記機能画像と、前記形態画像とを重ね合わせて表示し、
前記機能画像の前記複数の領域ごとに、前記被検体内での光吸収係数または酸素飽和度に応じて色相を設定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、を処理し、前記機能情報と前記形態情報とが反映された画像を表示部に表示させる信号処理装置であって、
前記被検体内の光吸収係数に関するパラメータと複数の閾値パラメータとを用いて、前記光吸収係数に関するパラメータが前記閾値パラメータに対して所定の条件を満たす前記画像の領域における前記機能情報の寄与度を、前記条件を満たさない前記画像の領域における前記機能情報の寄与度よりも低くする
ことを特徴とする信号処理装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、を処理し、前記機能情報と前記形態情報とが反映された画像を表示部に表示させる信号処理装置であって、
前記被検体内での光吸収係数または酸素飽和度に応じて前記画像における色相を設定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、が反映された画像を表示する表示装置であって、
前記画像とともに、前記画像における前記機能情報および前記形態情報の少なくとも一方の寄与度を設定する設定手段を表示し、
ユーザが前記設定手段を介して入力した閾値パラメータに応じて、前記画像における前記一方の寄与度を変更した前記画像を表示する
ことを特徴とする表示装置である。
まず、図1を用いて本実施形態に係る被検体情報取得装置を説明する。図1に示す被検体情報取得装置は、主な構成物として光源110、光学系120、音響波検出器130、制御装置140、信号処理装置150、表示装置160、入力装置170を有する。
ても良い。以下、各構成について説明する。
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、被検体としては生体、具体的には人体や動物の***や頸部、腹部などの診断の対象部位が想定される。ただし、ファントムなども測定対象となり得る。
光源としては、数ナノから数マイクロ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。光源としてはレーザのかわりに発光ダイオードなども利用できる。レーザとしては、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レーザを使用できる。
光源から出射された光は、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。また、光ファイバなどの光導波路などを用いて光を伝搬させても良い。光学部品は、例えば、光を反射するミラーや、光を集めたり拡大させ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が被検体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。
音響波検出器は、検出素子により音響波を受信し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。圧電現象、光の共振、静電容量の変化等を用いたものなど、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。測定の効率化や精度向上の観点から、音響波検出器は、複数の検出素子がアレイ上に配列されたものが好ましい。
理由から、超音波測定で受信する超音波の帯域と、光音響波測定で受信する光音響波の帯域は必ずしも一致しないものの、双方の帯域をカバーするワイドレンジの検出器を採用することも好ましい。
制御装置は、音響波検出器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。制御装置は、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。音響波検出器から得られる電気信号が複数の場合は、画像形成の時間を短縮するため、同時に複数の信号を処理できることが望ましい。
信号処理装置にはワークステーションなどが用いられる。補正処理や画像再構成処理などは、あらかじめプログラミングされたソフトウェアにより行われる。例えば、ワークステーションで使われるソフトウェアは、本発明の特徴的な処理である重畳処理を行う重畳画像生成モジュール151を含んでいる。また、他のソフトウェアとして、画像再構成モジュール152や、閾値管理モジュール153などのモジュールを含んでいる。なお、それぞれのモジュールを、信号処理装置150とは別の装置として設けることもできる。また信号処理装置150は2D空間、3D空間のいずれにも信号処理を適用することができる。信号処理装置は、本発明の信号処理部に相当する。
画像再構成モジュール152は、音響波信号を用いて画像再構成を行い、被検体の音響インピーダンスなどの特性分布や、光学特性値分布を形成する。画像再構成アルゴリズムとしては、例えば、トモグラフィ技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、整相加算(Delay and Sum)などが用いられる。なお、再構成に多くの時間を掛けても良い場合は、繰り返し処理による逆問題解析法も利用できる。
また、制御装置、信号処理装置は一体化する場合もある。この場合、ワークステーション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音響インピーダンスなどの特性分布や、光学特性値分布を生成しても良い。
表示装置は、信号処理装置から出力される画像を表示する装置である。典型的には液晶ディスプレイなどが利用されるがプラズマディスプレイや有機ELディスプレイ、FED
など他の方式のディスプレイでも良い。表示部は、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。表示装置は、本発明の表示部に相当する。
入力装置は、ユーザによる所定の閾値パラメータの設定指示や、表示を見ながらの設定変更を受け付ける機構である。ディスプレイ上の表示と対応してユーザが数値等を設定できれば、ボタン、マウス、音声その他、どのようなものでも良い。入力装置は、本発明の入力部に相当する。
図2のフローチャートを用いて、上記構成の装置による被検体情報取得の典型的な手順を説明する。
ステップS201にて、光源110が、第一の波長の光を照射する。照射光は光学系120を介して被検体100の表面に導かれる。このとき光学系120ではビーム成形が行われ、照射光の照明範囲や光強度分布などが整えられる。照射光は被検体100内部を伝搬し、光吸収体101から第一の波長による光音響波が発生する。
なお、超音波測定による形態画像は取得済であるので、ここでは必ずしも超音波測定を行う必要はない。
それぞれの領域に異なる透過画像処理が施される。また、色相設定の場合は、機能画像のそれぞれの領域に異なる色変換処理が施され、不要部分が目立たないよう画像処理される。
なお、上記フローでは二つの波長にそれぞれ対応する光音響画像を超音波画像に重畳しているが、実際はこれに限られない。重畳用の機能画像を作成する元の画像として、単一の波長に基づく光音響画像を用いても良いし、二つの波長での測定結果から作成した酸素飽和度を示す画像を用いても良い。
ユーザが操作するUIの一例を図3に示す。
ボタン350は、画像取得トリガボタン(キャプチャーボタン)である。これを押下すると、光音響波測定および超音波測定が行われ、重畳画像360が表示される。カラーバー330は、機能画像の測定値の各レンジにおける表示の色相を確認するためのものである。
次に、図1に示す被検体情報取得装置を用いた被検体情報取得方法の好適な実施形態を説明する。
図1に示す被検体情報取得装置において、光音響波測定によって生成する機能画像は、光吸収係数分布を示す。本実施例においては、照射光の波長を、ヘモグロビンにおいて光音響効果が起きるように調整してある。そのため、取得される光音響信号は、主にヘモグロビンによって発生した光音響波であって、強い信号は規模の大きい血管から、弱めの信号は毛細血管などの規模の小さい血管から得られる。これを画像化したものは、光吸収率を示す光吸収係数の分布画像である。
域(本実施例では平面領域)における光吸収係数分布を示すデータ列である。また、超音波画像は、光音響測定を行う領域と同領域における超音波断層像である。
以降、重畳画像生成モジュール151で行う重畳画像処理について、図4を参照しつつ説明する。まず、重畳画像生成モジュール151が閾値管理モジュール153から閾値パラメータを取得することでフローが開始する。
(酸素飽和度に適用する場合)
本実施例において生成する機能画像は、複数の波長での光音響波測定により得られる酸素飽和度分布画像である。
、注目部位における酸素飽和度と、形態情報の関連性の確認が容易になる。
本実施例では閾値パラメータおよび透過処理の一例を説明する。実施例1、2においては、閾値パラメータは1つの値として説明したが、本実施例では複数のパラメータを用いる。
Claims (14)
- 光を照射されたことに起因して被検体から発生した光音響波を受信する光音響波探触子と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波を受信する超音波探触子と、
前記光音響波に基づき前記被検体内の機能情報を反映する機能画像を生成し、前記超音波に基づき前記被検体内の形態情報を反映する形態画像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、前記機能画像を複数の閾値パラメータに基づいて分割された複数の領域に対して、前記被検体内の光吸収係数に関するパラメータが前記閾値パラメータに対して所定の条件を満たす領域の透過率を低下させる処理を施した後の前記機能画像と前記形態画像とを重ね合わせて表示部に表示させる
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記信号処理部は、前記機能画像を、前記閾値パラメータに応じて注目部位と非注目部位に分割する
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。 - 光が照射されたことに起因して被検体から発生した光音響波を受信する光音響波探触子と、
前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波を受信する超音波探触子と、
前記光音響波に基づき前記被検体内の機能情報を反映する機能画像を生成し、前記超音波に基づき前記被検体内の形態情報を反映する形態画像を生成する信号処理部と、
を有し、
前記信号処理部は、複数の領域に分割された前記機能画像の領域ごとに画像処理を施した後の前記機能画像と、前記形態画像とを重ね合わせて表示し、
前記機能画像の前記複数の領域ごとに、前記被検体内での光吸収係数または酸素飽和度に応じて色相を設定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記信号処理部は、前記機能情報として光吸収係数を用いて前記機能画像を生成し、前記機能情報の分割された領域のうち閾値パラメータに対して所定の条件を満たす前記領域の透過率を低くする
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。 - 前記信号処理部は、光吸収係数に関するパラメータを用いて前記機能画像を前記複数の領域に分割する
ことを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。 - 前記光音響波探触子は、前記超音波探触子を兼ねる
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記被検体に送信された超音波とは、前記超音波探触子から送信されたものである
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - ユーザが前記閾値パラメータを指示するための入力部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記光を前記被検体に照射する照射部をさらに備える
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。 - 被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、を処理し、前記機能情報と前記形態情報とが反映された画像を表示部に表示させる信号処理装置であって、
前記被検体内の光吸収係数に関するパラメータと複数の閾値パラメータとを用いて、前記光吸収係数に関するパラメータが前記閾値パラメータに対して所定の条件を満たす前記画像の領域における前記機能情報の寄与度を、前記条件を満たさない前記画像の領域における前記機能情報の寄与度よりも高くする
ことを特徴とする信号処理装置。 - 被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、を処理し、前記機能情報と前記形態情報とが反映された画像を表示部に表示させる信号処理装置であって、
前記被検体内での光吸収係数または酸素飽和度に応じて前記画像における色相を設定する
ことを特徴とする信号処理装置。 - 被検体から生じた光音響波に基づく前記被検体内の機能情報と、前記被検体に送信されたのち前記被検体内で反射した超音波に基づく形態情報と、が反映された画像を表示する表示装置であって、
前記画像とともに、前記画像における前記機能情報および前記形態情報の少なくとも一方の寄与度を設定する設定手段を表示し、
ユーザが前記設定手段を介して入力した閾値パラメータに応じて、前記画像における前記一方の寄与度を変更した前記画像を表示する
ことを特徴とする表示装置。 - 前記閾値パラメータは前記被検体内の光吸収係数に関するパラメータに対する閾値である
ことを特徴とする請求項12の表示装置。 - 前記設定手段は、前記閾値パラメータを複数設定可能に構成された
ことを特徴とする請求項12または13に記載の表示装置。
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