JP6545190B2 - 光音響装置、信号処理装置、信号処理方法、プログラム - Google Patents
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Description
第一の実施形態に係る光音響装置は、光音響波の受信信号に基づいて被検体情報を取得する。本実施形態に係る被検体情報とは、光音響効果により発生した光音響波の受信信号から得られる被検体に関する情報のことを指す。具体的に被検体情報は、発生音圧(初期音圧)、光エネルギー吸収密度、光吸収係数、および組織を構成する物質の濃度等である。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度等である。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。
<システム構成>
図1を参照しながら、第一の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。なお、説明の便宜上、水平方向のある軸をx軸、x軸に垂直な水平方向の軸をy軸、x軸・y軸に垂直な軸をz軸とする。
(保持カップ101)
保持カップ101は、被検体が撮影中動かないように固定するためのものであり、合成樹脂で作られた半球状のカップである。被検体が固定できれば、保持カップ101はラテックスゴムなどの薄膜で作られていてもよい。また、保持カップ101は、被検体に当てるパルス光の減衰を抑えるため、光の透過率が高い素材で作られてもよい。さらに、保持カップ101は、被検体との界面での音響波の反射を減らすため、被検体の音響インピーダンスと近い素材であってもよい。
(探触子102)
探触子102は、複数のトランスデューサ201と、複数のトランスデューサ201を支持する支持体202とから構成される。本実施形態に係る支持体202は、複数のトランスデューサ201が配置された半球状の筐体である。
(入力部103)
入力部103は、ユーザーが所望の情報を入力するために情報を指定できるように構成された部材である。入力部103としては、キーボード、マウス、タッチパネルディスプレイ、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103としてタッチパネルを用いる場合、ディスプレイ109が入力部103を兼ねるタッチパネルであってもよい。なお、入力部103は、本発明の本実施形態による光音響装置とは別に提供されていてもよい。
(信号処理部105)
信号処理部105は、トランスデューサ201と信号線でつながっており、トランスデューサ201から出力されたアナログ受信信号をAD変換し、変換された信号をメインコントローラ104に送る。信号処理部105は、例えば、光射出口108に取り付けられた光検出センサと接続されており、パルス光が射出するのに同期して信号を取得してもよい。
(光照射部106)
光照射部106は、光を発する光源と、光源から発せられた光を被検体まで導く光学系とを含む。
(駆動装置107)
駆動部としての駆動装置107は、被検体と支持体202との相対位置を変更する。本実施形態では、駆動装置107は、支持体202をxy方向に移動させる装置であり、ステッピングモータを搭載した電動のXYステージを備える。なお、駆動装置107は被検体と支持体202との相対位置を二次元的に変更させるものに限らず、相対位置を一次元または三次元的に変更させるものを用いてもよい。
(メインコントローラ104)
メインコントローラ104は、入力部103、信号処理部105、光照射部106、駆動装置107とそれぞれUSBなどのバスで接続されている。メインコントローラ104は、各装置を制御し、典型的には組み込みPCである。メインコントローラ104は、信号処理部105から受信した信号を用いて被検体から発生した初期音圧などの被検体情報を再構成する。メインコントローラ104は、制御部としてのCPUを備えている。また、メインコントローラ104は、CPU、GPUなどの演算素子やFPGA、ASICなどの演算回路を備えている。また、メインコントローラ104は、ROM、RAM、ハードディスクなどのメモリを備えている。
(ディスプレイ109)
表示部としてのディスプレイ109は、メインコントローラ104から出力される被検体情報を分布画像や数値データなどで表示する。典型的には液晶ディスプレイなどがディスプレイ109として利用されるが、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よい。ディスプレイ109は、本発明の実施形態に係る光音響装置とは別に提供されていてもよい。
<被検体情報取得処理>
次に、光音響装置が行う処理の詳細を図3に示すフローチャートを参照しながら説明する。この処理は、メインコントローラ104が光音響装置の各部を制御することにより行う。
<再構成処理>
メインコントローラ104がステップS305で行う再構成処理の具体例について図5のフローチャートを用いて説明する。
第二の実施形態に係る光音響装置のシステム構成、被検体情報取得処理は、第一の実施形態と同様である。本実施形態においては、第1のメモリに記憶された複数の受信信号群のデータから注目位置の再構成に用いる受信信号群を選択する。すなわち、複数の受信信号群の中から再構成に用いない信号群を選択する。このとき、再構成に用いない受信信号群に0の重みを加重してもよいし、その受信信号群を再構成時に読み出さなくてもよい。
上記の実施形態は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の実施形態を適宜変更または組み合わせて実施することができる。
本発明の実施形態は、記憶媒体(例えば、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体)に記録されて本発明の上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行するコンピュータ実行可能な指示を、読み出して実行するシステムまたは装置のコンピュータによって、及びそのシステムまたは装置のコンピュータにより実行される方法によって、例えば、上記実施形態のうち一またはそれ以上の機能を実行するコンピュータ実行可能な指示を記憶媒体から読み出して実行することによっても、実現可能である。コンピュータは、CPU、MPU、またはその他の回路のうち一またはそれ以上を含んでもよく、別々のコンピュータまたは別々のコンピュータプロセッサのネットワークを含んでもよい。コンピュータ実行可能な指示は、例えばネットワークまたは記憶媒体からコンピュータに与えられてもよい。記憶媒体は、例えば、ハードディスク、RAM、ROM、分散型コンピューティングシステムの記憶装置、光学ディスク(CD、DVD、ブルーレイディスク(登録商標)など)、フラッシュメモリ装置、メモリカード等のうち一またはそれ以上を含んでもよい。
Claims (23)
- 光照射部と、
前記光照射部からの光が被検体に照射されることにより生じた音響波を受信し、受信信号群を出力する複数のトランスデューサと、
前記複数のトランスデューサの少なくとも一部のトランスデューサの指向軸が集まるように、前記複数のトランスデューサを支持する支持体と、
前記支持体及び前記被検体の少なくとも一方を移動させる駆動部と、
前記複数のトランスデューサから出力された前記受信信号群を記憶する第1のメモリと、
前記被検体内の注目位置の被検体情報を取得する処理部と、
を有し、
前記光照射部は、複数回の光照射を前記被検体に行い、
前記駆動部は、前記複数回の光照射のそれぞれにおいて前記支持体と前記被検体との相対位置が異なるように前記支持体を移動させ、
前記複数のトランスデューサは、前記複数回の光照射のそれぞれによって生じた音響波を受信し、前記複数回の光照射に対応する複数の受信信号群を出力し、
前記第1のメモリは、前記複数の受信信号群を記憶し、
前記処理部は、前記第1のメモリに記憶された前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記指向軸が集まる位置と前記注目位置との距離に応じた一律の重みで重み付けして前記注目位置の被検体情報を取得する
ことを特徴とする光音響装置。 - 前記支持体は、球に基づく形状であり、
前記複数のトランスデューサの少なくとも一部の指向軸が集まる位置は、前記球に基づく形状の曲率中心である
ことを特徴とする請求項1に記載の光音響装置。 - 前記支持体は、半球状である
ことを特徴とする請求項2に記載の光音響装置。 - 前記光照射部は、前記指向軸が集まる位置に向けて光を照射する
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。 - 複数の相対位置のそれぞれにおける、前記被検体の位置の情報を測定する第1の測定部と、
前記複数の相対位置のそれぞれにおける、前記支持体の位置の情報を測定する第2の測定部と、を更に有し、
前記処理部は、前記第1の測定部により測定された前記被検体の位置の情報と、前記第2の測定部により測定された前記支持体の位置の情報と、に基づいて前記重みを決定する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 複数の相対位置のそれぞれに対応する重みが記憶された第2のメモリを更に有し、
前記処理部は、前記第2のメモリから前記相対位置に対応する重みを読み出すことにより前記重みを決定する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理部は、前記第1のメモリに記憶された前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記距離が小さくなるにつれて大きな重みで重み付けをする
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記処理部は、前記第1のメモリに記憶された前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記距離を指数とする指数関数を重みとして重み付けを行う
ことを特徴する請求項7に記載の光音響装置。 - 前記重みは、全方位において前記注目位置が前記指向軸が集まる位置に近づくにつれて大きくなる
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記重みは、前記注目位置が前記指向軸が集まる位置に近づくにつれて等方的に大きくなる
ことを特徴とする請求項9に記載の光音響装置。 - 前記処理部は、前記第1のメモリに記憶された前記複数の受信信号群のうち、前記距離が閾値よりも大きい場合に前記複数のトランスデューサから出力された受信信号群を用いずに前記注目位置の被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記閾値は、前記指向軸が集まる位置から前記注目位置に向かう方向によって異なる
ことを特徴とする請求項11に記載の光音響装置。 - 前記処理部は、前記指向軸が集まる位置から、当該位置の分解能から分解能が半分となるまでの距離を、前記閾値として設定する
ことを特徴とする請求項11または12に記載の光音響装置。 - 複数のトランスデューサの少なくとも一部の素子の指向軸が集まるように支持体上に配置された前記複数のトランスデューサにより、前記支持体と被検体との相対位置が互い異なる複数の状態のときに、前記被検体から生じた音響波を受信して記憶された前記複数の状態に対応する複数の受信信号群に基づいて、前記被検体内の注目位置の被検体情報を取得する信号処理装置であって、
前記記憶された前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記指向軸の集まる位置と前記注目位置との距離に応じた一律の重みで重み付けして前記注目位置の被検体情報を取得することを特徴とする信号処理装置。 - 前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記距離が小さくなるにつれて大きな重みで重み付けをする
ことを特徴とする請求項14に記載の信号処理装置。 - 前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記距離を指数とする指数関数を重みとして重み付けを行う
ことを特徴する請求項15に記載の信号処理装置。 - 前記重みは、全方位において前記注目位置が前記指向軸が集まる位置に近づくにつれて大きくなる
ことを特徴とする請求項14から16のいずれか1項に記載の信号処理装置。 - 前記重みは、前記注目位置が前記指向軸が集まる位置に近づくにつれて等方的に大きくなる
ことを特徴とする請求項17に記載の信号処理装置。 - 前記複数の受信信号群のうち、前記距離が閾値よりも大きい場合に前記複数のトランスデューサから出力された受信信号群を用いずに前記注目位置の被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項14から18のいずれか1項に記載の信号処理装置。 - 前記閾値は、前記指向軸が集まる位置から前記注目位置に向かう方向によって異なる
ことを特徴とする請求項19に記載の信号処理装置。 - 前記指向軸が集まる位置から、当該位置の分解能から分解能が半分となるまでの距離を、前記閾値として設定する
ことを特徴とする請求項19または20に記載の信号処理装置。 - 複数のトランスデューサの少なくとも一部の素子の指向軸が集まるように支持体上に配置された前記複数のトランスデューサにより、前記支持体と被検体との相対位置が互い異なる複数の状態のときに、前記被検体から生じた音響波を受信して記憶された前記複数の状態に対応する複数の受信信号群に基づいて、前記被検体内の注目位置の被検体情報を取得する信号処理方法であって、
前記記憶された前記複数の受信信号群のそれぞれの受信信号群に対して、前記指向軸の集まる位置と前記注目位置との距離に応じた一律の重みで重み付けして前記注目位置の被検体情報を取得する工程を有する
ことを特徴とする信号処理方法。 - 請求項22に記載の信号処理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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