JP6366272B2 - 被検体情報取得装置、被検体情報取得装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、適当な光学特性情報同士を合成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。
そこで、本実施形態に係る被検体情報取得装置は、まず第1の期間に光音響波を受信して得られた光音響信号データから光学特性情報を取得する。さらに、本実施形態に係る被検体情報取得装置は、第1の期間に音響波を送受信することにより得られたエコー信号データから形態情報を取得する。ここで形態情報とは、音響波の送受信により得られたエコー信号データから得られる情報のことを指す。例えば、形態情報としては、送信された音響波のエコー強度を分布として表わしたBモード画像、被検体内の構造の速度分布を表すドップラー画像、被検体内の構造の弾性分布(ひずみ率、せん断波速度、ヤング率)を表すエラスト画像、被検体内での散乱に起因するスペックルパターンデータなどが挙げられる。
図1は、本実施形態に係る被検体情報取得装置を模式的に図示したものである。図1に示す被検体情報取得装置は、光源110、光学系120、トランスデューサ130、コンピュータとしての信号処理部150、表示部160を有する。
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。
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の光を発生可能であることが好ましい。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。
光源110から出射された光は、光学系120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ことができる。光学系120としては、例えば、光を反射するミラー、光を集光や拡大させることによりビーム形状を変化させるレンズ、光を拡散させる拡散板、光を伝播させる光ファイバなどの光学部品を採用することができる。このような光学部品は、光源110から発せられた光を被検体に所望の光として照射することができるのであれば、どのようなものを用いてもかまわない。
トランスデューサ130は、光音響波やエコーなどの音響波を受信し、アナログ信号である電気信号に変換するものである。また、トランスデューサ130は、音響波の送信を行うこともできる。トランスデューサ130は、圧電現象、光の共振、静電容量の変化等を用いたものなど、音響波の送受信をできるものであれば、どのような素子であってもよい。
入力部140は、ユーザーが信号処理部150に所望の情報を入力するために所望の情報を指定できるように構成された部材である。入力部140としては、キーボード、マウス、タッチパネル、ダイヤル、およびボタンなどを用いることができる。入力部140としてタッチパネルを採用する場合、ディスプレイ160が入力部140を兼ねるタッチパネルであってもよい。
信号処理部150は、図2に示すように演算部151、記憶部152、および制御部153を備えている。
表示部160は、信号処理部150から出力される光学特性情報または形態情報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が用いられる。なお、表示部160は、本発明に係る被検体情報取得装置とは別の装置として提供されてもよい。
次に、図1、図2に示す被検体情報取得装置を用いた本実施形態に係る被検体情報取得方法を図3、図4を用いて説明する。図3は、本実施形態に係る被検体情報取得方法のフローを示す。図4は、本実施形態に係る光音響信号データおよびエコー信号データの取得のシーケンスを示す。なお、図3に示すフローおよび図4に示すシーケンスは、制御部153によって実行される。
この工程では、測定パラメータが設定され、測定パラメータは記憶部152に保存される。ここで、測定パラメータとは、被検体情報の取得に係るすべての測定環境に関するパラメータを含む。
この工程では、まず、第1の期間T1において、光源110から出射された第1の光としての光121が、光学系120を介して被検体100に照射される。そして、照射された光121が光吸収体101に吸収され、光吸収体101が瞬間的に膨張することにより第1の光音響波としての光音響波103を発生させる。本実施形態においては、図4の発光シーケンス401に示すように、光音響波を発生させるために光源110がパルス幅50nsの光121を発するように、制御部153が光源110を制御している。
この工程では、第1の期間T1において、トランスデューサ130が、被検体100に対して第1の音響波としての超音波102aを送信する。そして、送信された超音波102aが被検体100内で反射することにより、第1のエコーとしてのエコー102bが発生する。
この工程では、第2の期間T2において、第2の光が被検体に照射されることにより発生した第2の光音響波を受信して、第2の光音響信号データを取得する。この工程においても、S110と同様の工程で第2の光音響信号データを取得する。
この工程では、第2の期間T2において、第2の音響波を送信し、被検体内で第2の音響波が反射されることによって発生した第2のエコーを受信して、第2のエコー信号データを取得する。この工程においても、S210と同様の工程で第2のエコー信号データを取得する。
この工程では、演算部151が、第1の光音響信号データに対して画像再構成を行うことにより、被検体100内の第1の光学特性情報としての第1の初期音圧分布を取得する。
この工程では、演算部151が、記憶部152に格納された第2の光音響信号データ対して画像再構成を行うことにより、被検体100内の第2の光学特性情報としての第2の初期音圧分布を取得する。
この工程では、演算部151が、記憶部に格納された第1のエコー信号データに対して画像再構成を行うことにより、被検体100内の第1の形態情報としての第1のBモード画像を取得する。
この工程では、演算部151が、記憶部に格納された第2のエコー信号データに対して画像再構成を行うことにより、被検体100内の第2の形態情報としての第2のBモード画像を取得する。
この工程では、演算部151が、後述する手法により、S410で取得した第1の形態情報とS420で取得した第2の形態情報との類似度を取得する。取得された類似度は記憶部152に格納される。なお、本実施形態においては、第1の形態情報を基準フレームとして、類似度を算出する。
この工程では、まず、演算部151は、S500で取得した類似度が、S000で設定されたしきい値以上であるかどうかを判断する。そして、類似度がしきい値以上である場合、演算部151は、S310で取得した第1の光学特性情報とS320で取得した第2の光学特性情報とを合成する。そして、合成された光学特性情報は記憶部152に保存される。
次に、第2の実施形態に係る被検体情報取得方法を、図5に示すフローを用いて説明する。なお、図5に示す工程のうち、図2に示す工程と同一の工程については同じ符号を付して、説明を省略する。また、本実施形態においても、第1の実施形態で用いた図1、2に示す被検体情報取得装置を用いる。また、図5に示すフローは、制御部153によって実行される。本実施形態において、制御部153は、第1の実施形態と同様にS000〜S500までのフローを実行する。
この工程では、演算部151は、S500で取得した類似度がしきい値以上であるかどうかを判断する。続いて、類似度がしきい値以上である場合、演算部151は、S410で取得した第1の形態情報とS420で取得した第2の形態情報との変位量を取得する。そして、取得された変位量は記憶部152に保存される。
この工程では、演算部151は、S310で取得した第1の光学特性情報の座標、または、S320で取得した第2の光学特性情報の座標をS700で取得した変位量だけ移動させる。このとき、座標を移動させる方向は、S700で取得した変位量の変位方向に基づいて決定される。
この工程では、演算部151が、S800で補正された後の第1の光学特性情報と第2の光学特性情報とを合成する。なお、本工程においてもS600と同様に、演算部151は、相加平均処理、相乗平均処理、および調和平均処理などの処理により複数の光学特性情報を合成することができる。
110 光源
130 トランスデューサ
150 信号処理部
Claims (16)
- 光が被検体に照射されることにより発生する光音響波に基づいた光学特性情報に関する複数フレームと、前記被検体に送信された音響波のエコーに基づいた形態情報に関する複数フレームとを用いた信号処理を行う信号処理部を有する被検体情報取得装置であって、
前記光学特性情報に関する複数フレームは、第1の期間及び第2の期間にそれぞれ対応した光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを含み、
前記形態情報に関する複数フレームは、前記第1の期間及び第2の期間にそれぞれ対応した形態情報に関する第1及び第2のフレームを含み、
前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームは、互いに異なる波長の光がそれぞれ前記被検体に照射されることにより発生する光音響波に基づいて取得され、
前記信号処理部は、
1フレーム内の互いに異なる複数の領域のそれぞれについて、前記形態情報に関する第1及び第2のフレーム間の類似度を算出し、
前記複数の領域のうち、前記類似度が所定の値より大きい領域に対応する箇所について、前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを選択的に合成することにより前記被検体を構成する物質の濃度を取得する
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、前記複数の領域のうち、前記類似度が所定の値より小さい領域に対応する前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを合成しない
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。 - 前記信号処理部は、前記複数の領域のそれぞれについて、合成された前記光学特性情報の数に関する情報を表示部に表示させる
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。 - 前記信号処理部は、前記光学特性情報の合成数の設定値と、合成された前記光学特性情報の数との差または割合を前記表示部に表示させる
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。 - 前記複数の光学特性情報を保存する記憶部を有し、
前記信号処理部は、前記複数の領域のうち、前記類似度が所定の値より小さい領域に対応する前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを前記記憶部から削除する
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。 - 前記信号処理部は、前記複数の領域のそれぞれについて、前記形態情報に関する第1及び第2のフレーム間の相関係数を算出し、該相関係数に基づいて前記類似度を算出する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記信号処理部は、SAD、SSD、CC、NCC、およびZNCCのいずれか1つの処理により前記相関係数を算出する
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。 - 前記信号処理部は、前記複数の領域のうち、前記類似度が所定の値より大きい領域について、前記形態情報に関する第1及び第2のフレーム間の変位量を算出し、該変位量に基づいて、前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを補正する
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。 - 前記信号処理部は、前記形態情報に関する第1及び第2のフレーム間の前記類似度を算出する処理において、前記変位量を算出する
ことを特徴とする請求項8に記載の被検体情報取得装置。 - 光を発する光源と、
光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信することにより光音響信号を出力する光音響波受信部と、
前記被検体に音響波を送信する音響波送信部と、
前記音響波のエコーを受信してエコー信号を出力するエコー受信部と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記光音響信号に基づいて、前記光学特性情報に関する複数フレームを生成し、
前記エコー信号に基づいて、前記形態情報に関する複数フレームを生成する
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。 - 前記光源による光照射の繰り返し周波数は、前記音響波送信部による音響波の送信の繰り返し周波数よりも小さく、
前記形態情報に関する複数フレームのそれぞれを生成するための音響波の送信回数は、前記光学特性情報に関する複数フレームのそれぞれを生成するための光照射回数よりも多い
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。 - 前記音響波送信部、および、前記エコー受信部は共通のトランスデューサで構成されていることを特徴とする請求項10または11に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光音響波受信部、前記音響波送信部、および前記エコー受信部は共通のトランスデューサで構成されていることを特徴とする請求項10または11に記載の被検体情報取得装置。
- 前記光源は、前記第1の期間に第1の波長を発し、前記第1の期間とは異なる前記第2の期間に前記第1の波長とは異なる第2の波長の光を発し、
前記光音響波受信部は、前記第1の期間に前記第1の波長の光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して第1の光音響信号を出力し、前記第2の期間に前記第2の波長の光が前記被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して第2の光音響信号を出力し、
前記音響波送信部は、前記第1の期間及び前記第2の期間に、前記被検体に音響波を送信し、
前記エコー受信部は、前記第1の期間に送信された音響波のエコーを受信して第1のエコー信号を出力し、前記第2の期間に送信された音響波のエコーを受信して第2のエコー信号を出力し、
前記信号処理部は、前記第1の光音響信号に基づいて光学特性情報に関する前記第1のフレームを生成し、前記第2の光音響信号に基づいて光学特性情報に関する前記第2のフレームを生成し、前記第1のエコー信号に基づいて形態情報に関する前記第1のフレームを生成し、前記第2のエコー信号に基づいて形態情報に関する前記第2のフレームを生成する
ことを特徴とする請求項10から13のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 被検体への光照射により発生する光音響波に基づいた光学特性情報に関する複数フレームを取得する工程と、
前記被検体に送信された音響波のエコーに基づいた形態情報に関する複数フレームを取得する工程と、
を有し、
前記光学特性情報に関する複数フレームは、第1の期間及び第2の期間にそれぞれ対応した光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを含み、
前記形態情報に関する複数フレームは、前記第1の期間及び第2の期間にそれぞれ対応した形態情報に関する第1及び第2のフレームを含み、
前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームは、互いに異なる波長の光がそれぞれ前記被検体に照射されることにより発生する光音響波に基づいて取得され、
1フレーム内の互いに異なる複数の領域のそれぞれについて、前記形態情報に関する第1及び第2のフレーム間の類似度を算出する工程と、
前記複数の領域のうち、前記類似度が所定の値より大きい領域に対応する箇所について、前記光学特性情報に関する第1及び第2のフレームを選択的に合成することにより前記被検体を構成する物質の濃度を取得する工程と、
を更に有する
ことを特徴とする被検体情報取得方法。 - 請求項15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ためのプログラム。
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