JP6296759B2 - 被検体情報取得装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、被検体情報を取得するまでの時間を短縮することのできる被検体情報取得装置を提供することを目的とする。
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得
られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得手段と、前記光強度分布を用いて、前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定手段と、前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の第二の形態に係る被検体情報取得装置は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定手段と、前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成手段と、を有し、前記設定手段は、前記光強度が前記所定の閾値より大きく、かつ、前記受信手段の指向角によって決まる指向性範囲領域に含まれる構成単位を前記第一の構成単位として設定することを特徴とする。
また、本発明の第三の形態に係る被検体情報取得装置は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に対応した領域を構成する複数の構成単位のうち、前記被検体に照射された光の前記被検体内における光強度に基づいて定まる構成単位の被検体情報を、前記受信信号を用いて、選択的に生成する生成手段を有することを特徴とする。
また、本発明の第四の形態に係る被検体情報取得装置は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、前記被検体に照射された光の、前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、前記光強度分布に基づいて、再構成対象である第一の構成単位、および、再構成対象でない第二の構成単位を設定する設定手段と、前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、前記第二の構成単位における前記被検体情報を生成しない生成手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の第一の形態に係る被検体情報取得方法は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取得方法であって、前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得ステップと、前記光強度分布を用いて、前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定ステップと、前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成ステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明の第二の形態に係る被検体情報取得方法は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取得方法であって、前記被検体に照射された光の、前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得ステップと、前記光強度分布に基づいて、再構成対象である第一の構成単位、および、再構成対象でない第二の構成単位を設定する設定ステップと、前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、前記第二の構成単位における前記被検体情報を生成しない生成ステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明の第三の形態に係る被検体情報取得方法は、
光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取
得方法であって、前記被検体に対応した領域を構成する複数の構成単位のうち、前記被検体に照射された光の前記被検体内における光強度に基づいて定まる構成単位の被検体情報を、前記受信信号を用いて、選択的に生成することを特徴とする。
ュナイゼン係数である。Φは光吸収体の位置の光強度[J/mm2]である。グリュナイゼン係数Γは体積膨張係数に音速の2乗をかけた値を定圧比熱で除した値であって、生体では略一定値をとる。
式(1)からわかるように、発生する音圧は光強度に比例する。生体のような強い光散乱体が被検体である場合、光強度Φは、光が照射された位置からの距離に応じて指数的に減衰する。そのため、減衰によって光強度が低下してしまい、発生する弾性波の音圧を検出することが困難な領域が生じる。このような、光強度が低い領域に対して再構成を行っても、精度良く被検体情報を取得することは難しいので、再構成を行う意義は小さいことを本発明者は見出した。
第一の実施形態では、被検体の光学特性値を装置に入力し、その光学特性値から計算された光強度分布に基づいて被検体情報を取得する領域を限定することにより、被検体情報
の取得に要する時間を短縮する。光学特性値としては、吸収特性値である吸収係数と、散乱特性値である等価散乱係数とを用いる。
図1は、本実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。以下、被検体の情報を取得するための構成を説明する。
式(2)は、後述する減衰補償雑音等価音圧値pNEP_c(r)を表す。位置ベクトルrの最小構成単位の光強度の閾値Φth(r)は、式(1)から変形された式(3)で表わされる。
Aは、被検体100の減衰係数[/mm]と、i番のトランスデューサ102と最小構成単位との距離|di−r|の内、最も大きいmax|di−r|とによって決まる。音圧の減衰は、減衰係数αによる距離依存の減衰と、球面波伝播、円筒波伝播等によるエネルギー散逸による距離依存の減衰を含む。
出することができる。
なお、光強度領域設定部108は、被検体内の光量分布を用いることなく、照射光の光強度分布に基づき再構成部109により被検体情報が取得される領域を幾何学的に設定することもできる。すなわち、照射光の光強度分布から被検体内の光強度が高くなる領域を推定し、その領域について被検体情報を取得することができる。例えば、光強度領域設定部108は、被検体100の表面における照射光の照射領域から被検体100の表面の法線方向に向かう領域を被検体情報が取得される領域と設定することができる。
また、例えば、光強度領域設定部108は、被検体100の表面における照射光の照射領域から照射光の入射方向に向かう領域を被検体情報が取得される領域と設定することが
できる。このとき、光強度領域設定部108が、複数の照射光より推定される複数の幾何学的な領域が記憶された記憶部から実際の照射光に対応する幾何学的な領域を読み出してもよい。また、記憶部は実際の照射光に対応する幾何学的な領域のみを記憶していてもよい。
ステップS301では、測定を開始する。
ステップS308では、測定を終了する。
第二の実施形態では、被検体の光学特性値を実際に測定して取得し、その光学特性から計算された光強度分布に基づいて被検体情報を取得する領域を限定することにより、被検体情報の取得に要する時間を短縮する。光学特性値としては、吸収特性値である吸収係数と、散乱特性値である等価散乱係数とを測定する。
図4は、本発明の第二の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。第二の実施形態では、第一の実施形態と比較して、光学特性値入力部が、光学特性値測定部403に置き換わり、光源401と光検出部402が追加されている。これら以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。以下、第一の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
光源401には、パルス光、または、強度変調光のいずれかを発生する光源を用いることができる。例えば、レーザダイオードを用いることができる。パルス光である場合、パルス幅は数〜数百ps(ピコセカンド)であることが望ましい。強度変調光である場合、強度変調の周波数は数〜数百MHzであることが望ましい。
ステップS501は、第一の実施形態におけるステップS301と同じである。
ステップS503では、被検体100を伝搬した光学特性値測定光を、光学特性値測定光検出器402で検出し、検出光信号を得る。
ステップS504では、ステップS503で得た検出光信号を用いて、光学特性値測定部403において被検体100の吸収係数と等価散乱係数とを算出する。
係数と等価散乱係数とを用いて、光強度分布計算部107において被検体100内部の光強度分布を計算する。
設定ステップであるステップS507では、ステップS503で測定して得た吸収係数とステップS506で得た光強度分布を用いて光強度領域設定部108で光強度領域を算出し、光強度領域内部の最小構成単位を抽出する。抽出した最小構成単位は再構成部109に設定される。
第三の実施形態では、予め用意された被検体内部の光強度分布に基づいて画像化する領域を限定する。これにより、他の実施形態と比較して光強度分布を取得する時間を短縮することができるため、被検体情報の取得に要する時間をより短縮することができる。
また、設定される光学特性値は、生体の一般値、被検体100の特徴に応じた統計値、被検体100を測定して得た測定値等を用いることができる。本実施形態では光強度分布記憶部601に光強度分布を記憶したが、光強度領域設定部108を光強度分布記憶部601に内包し、光強度領域を記憶してもよい。
特性設定ステップであるステップS702では、操作者が光学特性値入力部105から被検体100の光学特性値(吸収係数と等価散乱係数)を入力する特性入力ステップを実行する。入力された吸収係数と等価散乱係数は、光強度分布記憶部601と光強度領域設定部108に設定される。または、被検体100を測定して得た光学特性値を光強度分布記憶部601と光強度領域設定部107に設定する。
ステップS705からS708はそれぞれ、ステップS305からステップS308と同じである。
第四の実施形態では、トランスデューサの指向性範囲の領域と十分な光強度を有する領域との両方に含まれる最小構成単位を選択的に再構成することにより、他の実施形態と比べて再構成する最小構成単位の数をより減らすことができる。また、被検体情報を取得するまでの時間をより短縮することができる。
図8は、本発明の第四の実施形態における光音響イメージング装置の概要を示す図である。第四の実施形態では、第一の実施形態と比較して、指向性範囲領域設定部801が追加され、また、再構成部109の動作が異なる。これら以外の構成要素は第一の実施形態と同じであるため、同一の用語に関しては、説明を省略する。以下、第一の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
再構成部109は、被検体100を構成する最小構成単位の内、設定手段である光強度領域設定部108と、指向性設定手段である指向性範囲領域設定部801との両方で設定された最小構成単位を選択的に再構成する。以下で詳細を説明する。
指向性設定ステップであるステップS1206では、トランスデューサ102の指向性範囲内の領域に含まれる最小構成単位を抽出する。抽出した最小構成単位は、再構成部109に設定される。
生成ステップであるステップS1207では、ステップS1205とステップS1206との両方で抽出、設定された最小構成単位をステップS1203で得た受信信号を用いて再構成部109において再構成する。これにより被検体内部の画像データを得る。
ステップS1208とステップS1209はそれぞれ、ステップS307とステップS308と同じである。
Claims (43)
- 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得手段と、
前記光強度分布を用いて、前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定手段と、
前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定手段と、
前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成手段と、を有し、
前記設定手段は、前記光強度が前記所定の閾値より大きく、かつ、前記受信手段の指向角によって決まる指向性範囲領域に含まれる構成単位を前記第一の構成単位として設定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得手段をさらに有し、
前記設定手段は、前記光強度分布を用いて、前記第一の構成単位および前記第二の構成単位を設定する
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。 - 前記被検体の光学特性値を設定する特性設定手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記特性設定手段により設定された前記光学特性値を用いて、前記光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項1または3に記載の被検体情報取得装置。 - 前記光学特性値は、前記被検体の吸収特性を示す吸収特性値と、散乱特性を示す散乱特性値である
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。 - 前記設定手段は、前記受信信号の雑音等価音圧を前記吸収特性値と前記被検体のグリュナイゼン係数とで除算した値を、前記所定の閾値とする
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。 - 前記設定手段は、構成単位ごとに前記所定の閾値を算出する際に、当該構成単位と前記受信手段との間を前記弾性波が伝播する際の音圧の減衰比で前記雑音等価音圧を補正する
ことを特徴とする、請求項6に記載の被検体情報取得装置。 - 前記設定手段は、前記吸収特性値が前記被検体の平均的な値よりも大きな値の構成単位から発生した弾性波を受信できるように、前記所定の閾値を設定する
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。 - 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に対応した領域を構成する複数の構成単位のうち、前記被検体に照射された光の前記被検体内における光強度に基づいて定まる構成単位の被検体情報を、前記受信信号を用いて、選択的に生成する生成手段を有する
ことを特徴とする、被検体情報取得装置。 - 前記受信手段をさらに有する
ことを特徴とする、請求項9に記載の被検体情報取得装置。 - 前記光を照射する光照射手段をさらに有する
ことを特徴とする、請求項9または10に記載の被検体情報取得装置。 - 前記被検体に対応した領域は2次元領域であり、前記構成単位がピクセルである
ことを特徴とする、請求項9から11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記被検体に対応した領域は3次元領域であり、前記構成単位がボクセルである
ことを特徴とする、請求項9から11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得手段と、
前記光強度分布を用いて、前記被検体情報が選択的に生成される構成単位を設定する設定手段をさらに有する
ことを特徴とする、請求項9に記載の被検体情報取得装置。 - 前記設定手段は、前記光強度に加えて、前記受信手段の指向角によって決まる指向性範囲領域に基づいて、前記被検体情報が選択的に生成される構成単位を設定する
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。 - 前記被検体の光学特性値を設定する特性設定手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記特性設定手段により設定された前記光学特性値を用いて、前記光強度分布を取得する
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。 - 前記光学特性値は、前記被検体の吸収特性を示す吸収特性値と、散乱特性を示す散乱特性値である
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。 - 前記設定手段は、前記受信信号の雑音等価音圧を前記吸収特性値と前記被検体のグリュナイゼン係数とで除算した値に基づいて、前記被検体情報を生成する構成単位を定める
ことを特徴とする、請求項17に記載の被検体情報取得装置。 - 前記設定手段は、前記構成単位と前記受信手段との間を前記弾性波が伝播する際の音圧の減衰比で前記雑音等価音圧を補正する
ことを特徴とする、請求項18に記載の被検体情報取得装置。 - 前記設定手段は、前記吸収特性値が前記被検体の平均的な値よりも大きな値の構成単位から発生した弾性波を受信できるように、前記構成単位を設定する
ことを特徴とする、請求項17に記載の被検体情報取得装置。 - 前記特性設定手段は、前記光学特性値を入力する特性入力手段を含む
ことを特徴とする、請求項4または16に記載の被検体情報取得装置。 - 前記特性入力手段は、操作者による前記光学特性値の入力を受け付ける
ことを特徴とする、請求項21に記載の被検体情報取得装置。 - 前記特性設定手段は、前記光学特性値を測定する特性測定手段を含む
ことを特徴とする、請求項4または16に記載の被検体情報取得装置。 - 前記特性測定手段は、前記光学特性値を測定するための光学特性値測定光を前記被検体に照射する手段と、前記被検体を伝播した前記光学特性値測定光を検出する手段と、前記光学特性値測定光の検出結果に基づいて前記光学特性値を取得する手段と、を含む
ことを特徴とする、請求項23に記載の被検体情報取得装置。 - 予め取得された光強度分布を記憶する分布記憶手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記分布記憶手段から光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項3または14に記載の被検体情報取得装置。 - 前記被検体の光学特性値を設定する特性設定手段を更に有し、
前記分布取得手段は、前記分布記憶手段に記憶された複数の前記光強度分布から、前記特性設定手段により設定された前記光学特性値に対応する光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項25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り発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置であって、
前記被検体に照射された光の、前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得手段と、
前記光強度分布に基づいて、再構成対象である第一の構成単位、および、再構成対象でない第二の構成単位を設定する設定手段と、
前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、前記第二の構成単位における前記被検体情報を生成しない生成手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取得方法であって、
前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得ステップと、
前記光強度分布を用いて、前記被検体に照射された光の光強度が所定の閾値より大きい第一の構成単位、および、前記光強度が前記所定の閾値より小さい第二の構成単位を設定する設定ステップと、
前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、かつ、前記第二の構成単位における被検体情報を生成しない生成ステップと、
を含むことを特徴とする被検体情報取得方法。 - 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取得方法であって、
前記被検体に照射された光の、前記被検体内の光強度分布を取得する分布取得ステップと、
前記光強度分布に基づいて、再構成対象である第一の構成単位、および、再構成対象でない第二の構成単位を設定する設定ステップと、
前記受信信号を用いて、前記第一の構成単位における被検体情報を生成し、前記第二の構成単位における前記被検体情報を生成しない生成ステップと、
を含むことを特徴とする被検体情報取得方法。 - 光が被検体に照射されることにより発生する弾性波を受信手段が受信することにより得られる受信信号に基づいて被検体情報を取得する被検体情報取得装置が行う被検体情報取得方法であって、
前記被検体に対応した領域を構成する複数の構成単位のうち、前記被検体に照射された光の前記被検体内における光強度に基づいて定まる構成単位の被検体情報を、前記受信信号を用いて、選択的に生成する
ことを特徴とする、被検体情報取得方法。 - 前記被検体に照射された光の、前記被検体内における光強度分布を取得する分布取得ステップと、
前記光強度分布を用いて、前記被検体情報が選択的に生成される構成単位を設定する設定ステップをさらに含む
ことを特徴とする、請求項30に記載の被検体情報取得方法。 - 前記被検体の光学特性値を設定する特性設定ステップを更に含み、
前記分布取得ステップでは、前記特性設定ステップにより設定された前記光学特性値を用いて、前記光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項31に記載の被検体情報取得方法。 - 前記光学特性値は、前記被検体の吸収特性を示す吸収特性値と、散乱特性を示す散乱特性値である
ことを特徴とする、請求項32に記載の被検体情報取得方法。 - 前記設定ステップでは、前記受信信号の雑音等価音圧を前記吸収特性値と前記被検体のグリュナイゼン係数とで除算した値に基づいて、前記被検体情報を生成する構成単位を定
める
ことを特徴とする、請求項33に記載の被検体情報取得方法。 - 前記設定ステップでは、前記構成単位と前記受信手段との間を前記弾性波が伝播する際の音圧の減衰比で前記雑音等価音圧を補正する
ことを特徴とする、請求項34に記載の被検体情報取得方法。 - 前記設定ステップでは、前記吸収特性値が前記被検体の平均的な値よりも大きな値の構成単位から発生した弾性波を受信できるように、前記構成単位を設定する
ことを特徴とする、請求項33に記載の被検体情報取得方法。 - 前記特性設定ステップは、前記光学特性値を入力する特性入力ステップを含む
ことを特徴とする、請求項32に記載の被検体情報取得方法。 - 前記特性入力ステップでは、操作者による前記光学特性値の入力を受け付ける
ことを特徴とする、請求項37に記載の被検体情報取得方法。 - 前記特性設定ステップは、前記光学特性値を測定する特性測定ステップを含む
ことを特徴とする、請求項32に記載の被検体情報取得方法。 - 前記特性測定ステップは、
前記光学特性値を測定するための光学特性値測定光を前記被検体に照射するステップと、
前記被検体を伝播した前記光学特性値測定光を検出するステップと、
前記光学特性値測定光の検出結果に基づいて前記光学特性値を取得するステップと、を含む
ことを特徴とする、請求項39に記載の被検体情報取得方法。 - 前記分布取得ステップでは、予め取得された光強度分布を記憶する分布記憶手段から光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項31に記載の被検体情報取得方法。 - 前記被検体の光学特性値を設定する特性設定ステップを更に含み、
前記分布取得ステップでは、前記分布記憶手段に記憶された複数の前記光強度分布から、前記特性設定ステップにより設定された前記光学特性値に対応する光強度分布を取得する
ことを特徴とする、請求項41に記載の被検体情報取得方法。 - 前記設定ステップでは、前記光強度に加えて、前記受信手段の指向角によって決まる指向性範囲領域に基づいて、前記被検体情報が選択的に生成される構成単位を設定する
ことを特徴とする、請求項30から42のいずれか1項に記載の被検体情報取得方法。
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