WO2014178257A1 - 音響波計測装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an acoustic wave measuring apparatus, and more specifically, an acoustic wave for detecting a photoacoustic wave generated in a subject by light emission after light emission to the subject and a reflected acoustic wave with respect to the transmitted acoustic wave. It relates to a measuring device.
- An ultrasonic inspection method is known as a kind of image inspection method that can inspect the state of a living body in a non-invasive manner.
- an ultrasonic probe capable of transmitting and receiving ultrasonic waves (acoustic waves) is used.
- ultrasonic waves When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe to the subject (living body), the ultrasonic waves travel inside the living body and are reflected at the tissue interface. The reflected ultrasonic wave is detected by an ultrasonic probe.
- the inside of the subject can be imaged.
- photoacoustic imaging in which the inside of a living body is imaged using the photoacoustic effect.
- a living body is irradiated with pulsed laser light. Inside the living body, the living tissue absorbs the energy of the pulsed laser light, and ultrasonic waves (photoacoustic signals) are generated by adiabatic expansion due to the energy. This photoacoustic signal is detected by an ultrasonic probe or the like.
- ultrasonic waves photoacoustic signals
- This photoacoustic signal is detected by an ultrasonic probe or the like.
- Patent Document 1 it is described in Patent Document 1 that both an ultrasonic image and a photoacoustic image are generated and displayed in a superimposed manner.
- a common electroacoustic conversion unit detection means
- Patent Document 1 discloses two imaging methods by maximizing the alignment between an ultrasonic image and a photoacoustic image by detecting reflected ultrasonic waves and photoacoustic waves using a common detector element. It is described that the change of the interface between the detector and the body can be minimized.
- the output signal (detection signal) of the detector element is small, and an amplifier (amplifier) for amplifying the detection signal is provided in the receiving circuit that receives the detection signal.
- an amplifier amplifier for amplifying the detection signal.
- the photoacoustic wave generated in the subject is weaker than the reflected ultrasonic wave.
- the detection signal is smaller than the detection signal of the reflected ultrasonic wave. In this case, if the amplification factor (gain) of the amplifier is optimized for one of the reflected ultrasonic wave and the photoacoustic wave, it is not optimal for the other.
- the gain of the amplifier when the gain of the amplifier is set in accordance with the amplitude of the detection signal of the photoacoustic wave, the detection signal of the large reflected ultrasonic wave reaches the saturation level and is clipped.
- the gain is set in accordance with the amplitude of the reflected ultrasonic detection signal, the amplitude of the amplified photoacoustic wave detection signal is not sufficiently large, and the ultrasonic image and the photoacoustic image are displayed in an overlapping manner. This makes it difficult to observe the photoacoustic image.
- an object of the present invention is to provide a photoacoustic measuring apparatus capable of amplifying a signal with an amplification factor matched to each of a photoacoustic wave and a reflected acoustic wave.
- the present invention detects a photoacoustic wave generated in a subject due to light emission to the subject and a reflected acoustic wave with respect to an acoustic wave transmitted to the subject.
- a probe including an acoustic wave detector element, an amplification means for amplifying a photoacoustic wave detection signal and a reflected acoustic wave detection signal output from the acoustic wave detector element, and an amplification factor of the amplification means for detecting the photoacoustic wave Gain control means for individually controlling the detection time and reflected acoustic wave detection time, and signal processing means for performing signal processing on the amplified photoacoustic wave detection signal and the reflected acoustic wave detection signal, respectively.
- An acoustic wave measuring device is provided.
- the photoacoustic wave and the reflected acoustic wave may be detected by a common acoustic wave detector element.
- the acoustic wave measuring apparatus is a transmission circuit that transmits an acoustic wave from an acoustic wave detector element toward a subject, and a transmission / reception that switches a connection destination of the acoustic wave detector element between the transmission circuit and the amplification means.
- a configuration that further includes a switching circuit can be employed.
- the amplification means may include a first amplifier provided in the probe and a second amplifier provided in a signal processing unit including the signal processing means connected to the probe via a cable. .
- the amplification factor control means refers to the gain setting information storage unit that stores the amplification factor of the amplification means used in each of the detection of the photoacoustic wave and the detection of the reflected ultrasonic wave, and determines the amplification factor of the amplification means. It is good also as controlling.
- the gain setting information storage unit may store the amplification factor and the data acquisition condition in association with each other.
- the data acquisition condition may include the imaging part of the subject.
- the amplification factor control means may read the amplification factor corresponding to the part of the subject that detects the photoacoustic wave and the reflected acoustic wave from the gain setting information storage unit and control the amplification factor of the amplification unit.
- the data acquisition condition may include a photoacoustic wave imaging target.
- the amplification factor control means may read the amplification factor corresponding to the photoacoustic wave imaging target from the gain setting information storage unit and control the amplification factor of the amplification unit.
- the data acquisition condition may include at least one of the intensity and wavelength of light emitted toward the subject.
- the amplification factor control means may read the amplification factor corresponding to at least one of the intensity and wavelength of the light emitted toward the subject from the gain setting information storage unit and control the amplification factor of the amplification unit. .
- the data acquisition condition may include identification information of the probe used.
- the amplification factor control means may read the amplification factor corresponding to the probe used for detection of the photoacoustic wave and the reflected acoustic wave from the gain setting information storage unit and control the amplification factor of the amplification means.
- the amplification factor control means controls the amplification factor of the amplification means to an amplification factor that matches the magnitude of the detection signal of the reflected acoustic wave in the first period corresponding to the detection of the reflected acoustic wave, and supports the detection of the photoacoustic wave. In the second period, it is preferable to control the amplification factor of the amplification means to an amplification factor that matches the magnitude of the photoacoustic wave detection signal.
- photoacoustic wave detection and reflected acoustic wave detection can be performed alternately.
- the first period may be started from the transmission of the acoustic wave to the subject until the detection of the reflected acoustic wave starts.
- the second period may be started between the end of detection of the reflected acoustic wave and the start of detection of the photoacoustic wave.
- the probe may further include a changing means for changing the amplification factor of the amplifying means when detecting at least one of the photoacoustic wave and the reflected acoustic wave.
- the signal processing unit generates an image generation unit that generates a photoacoustic image based on the detection signal of the photoacoustic wave and generates a reflection acoustic wave image based on the detection signal of the reflected acoustic wave.
- the acoustic wave measuring device further includes an image display control unit that superimposes, arranges, or switches the photoacoustic image and the reflected acoustic wave image on the image display device.
- the image generation means may generate the photoacoustic image and the reflected ultrasound image with reference to a display condition storage unit that stores a display condition that defines a relationship between the signal value and the pixel value of the pixel in the image.
- the display condition storage unit may store display conditions and data acquisition conditions in association with each other.
- the data acquisition condition may include the imaging part of the subject.
- the image generation means reads out display conditions corresponding to the part of the subject that has detected the photoacoustic wave and the reflected acoustic wave from the display condition storage unit, and generates a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image. Good.
- the data acquisition condition may include a photoacoustic wave imaging target.
- the image generation means may read out display conditions corresponding to the photoacoustic wave imaging target from the display condition storage unit and generate a photoacoustic image.
- the data acquisition condition may include at least one of the intensity and wavelength of light emitted toward the subject.
- the image generation means may read out display conditions corresponding to at least one of the intensity and wavelength of light emitted toward the subject from the display condition storage unit and generate a photoacoustic image.
- the probe may further include a changing unit for changing display conditions used for generating the photoacoustic image and the reflected acoustic wave image.
- the amplification factor of the amplification means for amplifying the photoacoustic wave detection signal and the reflected acoustic wave detection signal is individually controlled depending on whether the photoacoustic wave is detected or the reflected acoustic wave is detected.
- the detection signal of a photoacoustic wave and the detection signal of a reflected acoustic wave can be amplified with the amplification factor according to each magnitude
- the flowchart which shows the operation
- the block diagram which shows the connection of the probe and signal processing control part in the acoustic wave measuring device of 2nd Embodiment of this invention.
- the figure which shows the example of the gain setting information memorize
- the block diagram which shows the connection of the probe and signal processing control part in the acoustic wave measuring device of 3rd Embodiment of this invention.
- the graph which shows an example of display conditions.
- FIG. 1 shows an acoustic wave measurement device (photoacoustic image generation device) according to a first embodiment of the present invention.
- the photoacoustic image generation apparatus 10 includes a probe 11, a signal processing unit 12, and a light source 13.
- an ultrasonic wave is used as an acoustic wave.
- the ultrasonic wave is not limited to an ultrasonic wave, and is audible as long as an appropriate frequency is selected in accordance with an object to be examined and measurement conditions.
- An acoustic wave having a frequency may be used.
- the light source 13 is configured as a laser light source, for example.
- the light source 13 includes a solid-state laser using, for example, YAG (yttrium, aluminum, garnet), Nd: YAG (neodymium YAG), alexandrite, or the like.
- the probe 11 includes an acoustic wave detector 31 and a light emitting unit 32.
- the acoustic wave detector 31 detects a photoacoustic wave generated in the subject due to light emission to the subject.
- the reflected ultrasonic wave with respect to the ultrasonic wave transmitted with respect to the specimen is detected.
- the light emitting unit 32 emits light emitted from the light source 13 including, for example, a light guide plate in the direction of the subject. It should be noted that the light emission to the subject is not necessarily performed from the probe 11, and the light emission may be performed from a place other than the probe 11.
- the probe 11 is connected to the signal processing unit 12 and the light source 13 via a cable 33 that is a composite cable of electricity and light.
- the light emitted from the light source 13 is guided to the light emitting unit 32 through an optical wiring such as an optical fiber, and is emitted from the light emitting unit 32 toward the subject.
- the acoustic wave detector 31 outputs a photoacoustic wave detection signal (photoacoustic wave signal) and a reflected ultrasonic wave detection signal (reflected ultrasonic wave signal) to the signal processing unit 12 through an electrical wiring (signal line).
- the drive signal from the signal processing unit 12 is transmitted to the acoustic wave detector 31 through the signal line, and the acoustic wave detector 31 is driven.
- the signal processing unit 12 includes a signal processing control unit 21, a data processing unit 22, a transmission / reception control unit 23, and a display control unit 24.
- the signal processing control unit 21 receives the photoacoustic wave signal and the reflected ultrasonic signal output from the probe 11. In addition, a drive signal is sent to the probe 11 so that an ultrasonic wave is transmitted from the probe 11.
- the transmission / reception control unit 23 controls the signal processing control unit 21 to control transmission of ultrasonic waves and reception of photoacoustic signals or reflected ultrasonic signals. Further, the light source 13 is instructed to emit light.
- the data processing unit 22 is a signal processing unit, and performs signal processing on each of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal.
- the signal processing performed by the data processing unit 22 includes, for example, image generation processing. That is, the data processing unit 22 includes an image generation unit that generates a photoacoustic image based on the photoacoustic signal and generates a reflected ultrasonic image (reflected acoustic wave image) based on the reflected ultrasonic signal.
- the generation of the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image includes, for example, image reconstruction, detection / logarithmic conversion, and the like.
- the data processing unit 22 may use different image generation methods for generating the photoacoustic image and generating the reflected ultrasonic image.
- the display control unit (image display control means) 24 displays the generated photoacoustic image and reflected ultrasound image on a display unit (image display device) 14 such as a display.
- the display control unit 24 displays, for example, the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image in a superimposed manner, side by side, or switching.
- FIG. 2 shows the connection between the probe 11 and the signal processing control unit 21.
- the signal processing control unit 21 includes a pulsar (transmission circuit) 41, an amplifier 42, an AD converter 43, and a transmission / reception switching circuit 44.
- the acoustic wave detector 31 of the probe 11 has, for example, a plurality of detector elements 34 arranged one-dimensionally.
- the signal processing control unit 21 includes the same number of amplifiers 42 and AD converters 43 as the number of detector elements 34 of the probe 11.
- the cable 33 has at least as many signal lines as the number of amplifiers 42.
- a transmission / reception switching circuit 44 is provided to transmit ultrasonic waves and receive photoacoustic signals and reflected ultrasonic signals using the same signal line.
- the transmission / reception switching circuit 44 is connected to each detector element 34 via a signal line, and switches the connection destination of each detector element 34 between the output of the pulser 41 and the input of the amplifier 42.
- the transmission / reception switching circuit 44 connects each detector element 34 of the acoustic wave detector 31 and the amplifier 42 when detecting photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves.
- the amplifier 42 is a reception amplifier and amplifies the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal output from the detector element 34.
- the amplifier 42 is configured as a variable gain amplifier.
- the amplification factor (gain) of the amplifier 42 is controlled by the transmission / reception control unit 23.
- the AD converter 43 samples the amplified photoacoustic signal and reflected ultrasonic signal, and converts them into digital data.
- the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal converted into digital data are processed in the data processing unit 22 including an image generating unit, and a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image are generated.
- the pulser 41 is a transmission circuit that transmits ultrasonic waves from the detector element 34 of the acoustic wave detector 31 toward the subject.
- the transmission / reception switching circuit 44 connects each detector element 34 and the pulser 41 when transmitting ultrasonic waves.
- the pulser 41 outputs a drive signal (transmission pulse) for driving the detector element 34.
- the transmission pulse output from the pulser 41 is supplied to each detector element 34 through the transmission / reception switching circuit 44, and ultrasonic transmission to the subject is performed.
- the transmission / reception switching circuit 44 switches the connection destination of each detector element 34 at the time of transmission and at the time of reception, whereby the drive signal at the time of ultrasonic transmission can be prevented from being input to the amplifier 42.
- the signal processing control unit 21 includes the same number of amplifiers 42 and AD converters 43 as the number of detector elements 34 of the acoustic wave detector 31, but is not limited thereto.
- the number of amplifiers 42 and AD converters 43 may be smaller than the number of detector elements 34, and a multiplexer is provided between the acoustic wave detector 31 and the amplifier 42, and one amplifier 42 includes a plurality of detector elements 34. You may comprise so that it may cover.
- the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave have been described as being detected by the common detector element 34.
- the acoustic wave detector 31 may be provided with a detector element for detecting the photoacoustic wave and a detector element for detecting the reflected ultrasonic wave, and these may be switched for use.
- the detection of the photoacoustic wave and the detection of the reflected ultrasonic wave are performed separately in time. For example, after transmitting ultrasonic waves and detecting reflected ultrasonic waves, light irradiation and photoacoustic waves are detected.
- the transmission / reception control unit 23 also functions as an amplification factor control unit, and individually controls the amplification factor of the amplifier 42 when detecting the photoacoustic wave and detecting the reflected ultrasonic wave. Amplifying the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal at respective amplification factors by individually controlling the amplification factor of the amplifier 42 when detecting the photoacoustic wave and detecting the reflected ultrasonic wave. Can do.
- the transmission / reception control unit 23 In addition to controlling the amplification factor, the transmission / reception control unit 23 also performs switching of the transmission / reception switching circuit 44, control of the sampling start timing of the AD converter 43, and the like. It is to be noted that a photoacoustic amplifier and a reflected ultrasonic amplifier having different amplification factors are provided, and the transmission / reception control unit 23 uses a switching means such as a switch to detect the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave. Thus, the amplifier connected to the signal line may be controlled to be switched between the photoacoustic amplifier and the reflected ultrasonic amplifier.
- the amplification factor of the amplifier 42 at the time of photoacoustic wave detection and reflected ultrasonic wave detection may be preset.
- the gain setting information storage unit 25 stores information related to the amplification factor of the amplifier 42 used in each of the photoacoustic wave detection time and the reflected ultrasonic wave detection time.
- the transmission / reception control unit 23 refers to the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- a photoacoustic wave generated in a subject is weaker than a reflected ultrasonic wave.
- the gain setting information storage unit 25 has an amplification factor of the amplifier 42 that matches the magnitude of the photoacoustic signal output from the detector element 34 of the acoustic wave detector 31 and an amplification factor that matches the magnitude of the reflected ultrasonic signal. And remember.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the detection of the photoacoustic wave and the amplification factor corresponding to the detection of the reflected ultrasonic wave from the gain setting information storage unit 25, and detects the photoacoustic wave and the detection of the reflected ultrasonic wave. By doing so, the amplification factor of the amplifier 42 is individually controlled.
- the gain setting information storage unit 25 stores 30 dB as the amplification factor (gain) of the amplifier 42 corresponding to the detection of the photoacoustic wave, and stores 20 dB as the amplification factor of the amplifier 42 corresponding to the detection of the reflected ultrasonic wave.
- the transmission / reception control unit 23 sets the amplification factor of the amplifier 42 to 20 dB in the first period corresponding to detection of reflected ultrasonic waves, and sets the amplification factor of the amplifier 42 to 30 dB in the second period corresponding to detection of photoacoustic waves.
- the amplification factor of the amplifier 42 is set for each of the photoacoustic signal and the reflection acoustic signal. Can be optimized.
- the amplification rate of the amplifier 42 may be controlled so as to increase as the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal from the deep part are combined with STC (sensitivityvtime control) that controls the amplification rate of the amplifier 42 over time.
- STC sensitivityvtime control
- the amplification factor of the amplifier 42 may be set to 20 dB immediately after the start of detection, and the amplification factor may be increased from 20 dB over time.
- the preset amplification factor may be associated with a data acquisition condition that is a condition for detecting photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves.
- the data acquisition conditions may include imaging parts such as arms, necks, and finger joints.
- imaging parts such as arms, necks, and finger joints.
- the depth position where the object of interest of the photoacoustic image such as a blood vessel exists may be different. The deeper the position of the object of interest, the more the photoacoustic wave and reflected ultrasonic wave attenuate. Therefore, it is preferable to increase the amplification factor of the amplifier 42 as the site of interest is deeper.
- the data acquisition condition may include an object of interest (imaging object) of photoacoustic waves such as blood vessels (arteries or veins), injection needles, drugs, and the like.
- object of interest imaging object
- the intensity of the photoacoustic wave generated in the object of interest may differ.
- the intensity of the photoacoustic wave changes depending on the relationship between the wavelength of light and the absorptance of the object. It is preferable to lower the amplification factor of the amplifier 42 as the intensity of the photoacoustic wave generated in the object of interest is higher.
- the vein has an absorption rate that is about three times higher than that of the artery.
- the amplification factor of the photoacoustic wave when the object of interest is a vein is preferably set lower than the amplification factor when the image of interest is an artery. Moreover, the intensity
- the data acquisition condition may include at least one of the intensity and wavelength of light emitted toward the subject.
- the wavelength of the light emitted toward the subject varies depending on the light source laser. For example, when a solid-state laser using alexandrite is used as the light source 13, laser light having a wavelength of 752 nm or laser light having a wavelength of 796 nm can be emitted. When a solid-state laser using Nd: YAG is used as the light source 13, the wavelength of the laser light is 1064 nm.
- the safe allowable light energy per unit area on the skin surface varies depending on the wavelength.
- the wavelength 1064 nm has a higher safety threshold of allowable light energy. Therefore, it is possible to irradiate the subject with stronger light.
- the intensity of the laser light can be changed by, for example, the intensity of the excitation light (flash lamp light). Since the intensity of the photoacoustic wave varies depending on the wavelength and intensity of the laser light, it is preferable to set the amplification factor according to the intensity of the generated photoacoustic wave.
- the data acquisition conditions may include a probe model used for detection of photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves.
- the signal processing unit 12 includes a plurality of types (models) in which the material of the acoustic wave detector element 34, the structure (size) of the acoustic wave detector, and the frequency characteristics of sensitivity (3 MHz,..., 8 MHz, 20 MHz) are different. Can be connected.
- the photoacoustic wave is detected and the magnitude of the photoacoustic signal and reflected ultrasonic signal when the signal processing is performed by the data processing unit 22 does not change even if the probe used is changed. It is preferable to control the amplification factor of the amplifier 42 when detecting reflected ultrasonic waves.
- the gain setting information storage unit 25 stores the data acquisition condition and the amplification factor in association with each other, for example.
- the user inputs data acquisition conditions using the input unit 26 or the like.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the input data acquisition condition from the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- the amplification factor at the time of photoacoustic wave detection stored in the gain setting information storage unit 25 and the amplification factor at the time of reflected ultrasonic wave detection can be individually set.
- FIG. 3 shows an example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25.
- the data acquisition condition is an imaging part of the subject, that is, a part of the subject from which photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves are detected.
- the gain setting information storage unit 25 is set when the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave are detected in the imaging part such as the neck, the arm, and the finger, and the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave are detected in each part.
- the gain of the amplifier 42 is stored in association with each other.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the part of the subject that detects the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave from the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- the user inputs that the imaging region is “neck” using the input unit 26 or the like. Thereafter, the probe 11 is moved to the subject's neck, and generation of a photoacoustic image and a reflected ultrasound image is started.
- the transmission / reception control unit 23 reads from the gain setting information storage unit 25 the amplification factor “40 dB” at the time of photoacoustic wave detection corresponding to the “neck” and the amplification factor “25 dB” at the time of reflected ultrasound detection.
- the transmission / reception control unit 22 controls the amplification factor of the amplifier 42 to 40 dB during the period in which the photoacoustic signal is output from the detector element 34, and in the period in which the reflected ultrasonic signal is output from the detector element 34.
- the amplification factor of the amplifier 42 is controlled to 25 dB.
- FIG. 4 shows another example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25.
- the data acquisition condition is a photoacoustic wave imaging target (an image of interest), that is, a target to be imaged by a photoacoustic image.
- the gain setting information storage unit 25 stores an image of interest such as a blood vessel, an artery of a blood vessel, a vein, a needle, a drug, and the like, and an amplification factor of the amplifier 42 when the image of interest in the photoacoustic image is those.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the image of interest of the photoacoustic wave from the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- the user inputs that the image of interest is “artery” using the input unit 26 or the like. Thereafter, the probe 11 is moved to a desired position, and generation of a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image is started.
- the transmission / reception control unit 23 reads the gain “30 dB” when detecting the photoacoustic wave corresponding to “artery” and the gain “20 dB” when detecting reflected ultrasound from the gain setting information storage unit 25.
- the transmission / reception control unit 23 controls the amplification factor of the amplifier 42 to 30 dB during the period in which the photoacoustic signal is output from the detector element 34, and in the period in which the reflected ultrasonic signal is output from the detector element 34, The amplification factor of the amplifier 42 is controlled to 20 dB.
- FIG. 5 shows still another example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25.
- the data acquisition condition is the intensity and wavelength of light emitted toward the subject.
- the gain setting information storage unit 25 stores the amplification factor of the amplifier 42 when the emitted light is associated with the combination of the intensity and the intensity of the light.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the combination of the wavelength and intensity of the light irradiated to the subject from the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- either one may be used as the data acquisition condition.
- the user uses the input unit 26 or the like to input that the laser wavelength is “752 nm” and the intensity is “20 mJ”.
- the laser wavelength and intensity may be acquired from the light source 13.
- the probe 11 is moved to a desired position, and generation of a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image is started.
- the transmission / reception control unit 23 receives an amplification factor “30 dB” at the time of photoacoustic wave detection corresponding to a laser wavelength “752 nm” and an intensity “20 mJ”, and an amplification factor “20 dB at the time of reflected ultrasound detection” Is read out.
- the transmission / reception control unit 23 controls the amplification factor of the amplifier 42 to 30 dB during the period in which the photoacoustic signal is output from the detector element 34, and in the period in which the reflected ultrasonic signal is output from the detector element 34, The amplification factor of the amplifier 42 is controlled to 20 dB.
- FIG. 6 shows still another example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25.
- the data acquisition condition is identification information of the probe used.
- the gain setting information storage unit 25 stores each probe in association with the amplification factor of the amplifier 42 when the probe used is the probe.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the probe to be used from the gain setting information storage unit 25 and controls the amplification factor of the amplifier 42.
- the user inputs that the probe to be used is “probe A” using the input unit 26 or the like.
- the identification information may be acquired from the probe 11 to determine the probe to be used. Thereafter, the probe 11 is moved to a desired position, and generation of a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image is started.
- the transmission / reception control unit 23 reads the gain “30 dB” when detecting the photoacoustic wave corresponding to the “probe A” and the gain “20 dB” when detecting the reflected ultrasound from the gain setting information storage unit 25.
- the transmission / reception control unit 23 controls the amplification factor of the amplifier 42 to 30 dB during the period in which the photoacoustic signal is output from the detector element 34, and in the period in which the reflected ultrasonic signal is output from the detector element 34, The amplification factor of the amplifier 42 is controlled to 20 dB.
- FIG. 7 shows still another example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25.
- the gain setting information storage unit 25 has an amplification factor at the time of photoacoustic wave detection and an amplification factor at the time of reflected ultrasound detection with respect to a combination of an imaging region, a target for imaging a photoacoustic image, a laser wavelength, a laser intensity, and a probe And remember. Names such as preset A and preset B are given to each combination. The user selects a preset suitable for image generation from the selectable presets.
- the user captures a “finger” of the imaging region, “blood vessel” as a target for imaging a photoacoustic image, a laser wavelength of “752 nm”, a laser intensity of “20 mJ”, and a probe to be used.
- “Probe A” is selected
- “Preset A” is selected.
- the transmission / reception control unit 23 reads, from the gain setting information storage unit 25, the amplification factor “30 dB” when detecting the photoacoustic wave corresponding to “preset A” and the amplification factor “20 dB” when detecting reflected ultrasound.
- the transmission / reception control unit 23 controls the amplification factor of the amplifier 42 to 30 dB during the period in which the photoacoustic signal is output from the detector element 34, and in the period in which the reflected ultrasonic signal is output from the detector element 34, The amplification factor of the amplifier 42 is controlled to 20 dB.
- both the amplification factor at the time of photoacoustic wave detection and the amplification factor at the time of reflected ultrasonic wave detection are stored in association with the data acquisition conditions.
- the amplification at the time of photoacoustic wave detection is not necessarily performed. It is not necessary for both the rate and the amplification rate at the time of reflected ultrasonic detection to be associated with the data acquisition condition. Only one of the amplification factor at the time of photoacoustic wave detection and the amplification factor at the time of reflected ultrasound detection may be associated with the data acquisition condition.
- the amplification factor at the time of photoacoustic wave detection is stored in association with the data acquisition condition.
- only one value may be stored for the amplification factor at the time of reflected ultrasound detection without being associated with the data acquisition condition.
- a PGA programmable gate array
- the PGA may be formed in multiple stages.
- FIG. 8 shows an amplifier 42 composed of a multistage PGA.
- the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal output from the detector element 34 are input to the AD converter 43 through a plurality of stages of PGA 45.
- Each PGA 45 is configured such that several gains can be selected by a register.
- the total amplification factor is represented by the sum of gains of the respective PGAs 45.
- the transmission / reception control unit 23 controls the total amplification factor of the amplifier 42 by writing an appropriate value to the register of each PGA 45. It is not necessary to perform signal amplification in all of the PGAs 45 configured in a plurality of stages, and some of the PGAs 45 in the plurality of stages may be without signal amplification.
- FIG. 9 shows an operation procedure for generating a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image.
- the transmission / reception switching circuit 44 selects the pulsar 41 and connects the pulsar 41 and the detector element 34 of the acoustic wave detector 31.
- the transmission pulse output from the pulser 41 is supplied from the transmission / reception switching circuit 44 to each detector element through the signal line of the cable 33, and an ultrasonic wave is transmitted from each detector element 34 into the subject (step S1). ).
- the transmission / reception switching circuit 44 selects the amplifier 42 and connects the detector element 34 and the amplifier 42.
- the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the detection of the reflected ultrasonic wave from the gain setting information storage unit 25, and controls the amplification factor of the amplifier 42 to the read value (step S2).
- the amplification factor is stored in association with the data acquisition condition, the amplification factor corresponding to the data acquisition condition may be read.
- the detector element 34 detects a reflected ultrasonic wave with respect to the transmitted ultrasonic wave and outputs a reflected ultrasonic signal (step S3).
- the reflected ultrasonic signal amplified by the amplifier 42 is converted into digital data by the AD converter 43 and sent to the data processing unit 22.
- the transmission / reception control unit 23 After detecting the reflected ultrasound, the transmission / reception control unit 23 reads the amplification factor corresponding to the detection of the photoacoustic wave from the gain setting information storage unit 25, and controls the amplification factor of the amplifier 42 (step S4). The transmission / reception control unit 23 instructs the light source 13 to emit light. The light source 13 emits pulsed laser light when receiving an instruction to emit light. The light emitted from the light source 13 is guided to the probe 11 through the optical wiring of the cable 33, and is emitted from the light emitting unit 32 of the probe 11 toward the subject (step S5).
- the detector element 34 of the acoustic wave detector 31 detects a photoacoustic wave generated in the subject due to light irradiation on the subject, and outputs a photoacoustic signal (step S6).
- the photoacoustic signal amplified by the amplifier 42 is converted into digital data by the AD converter and sent to the data processing unit 22.
- the data processing unit 22 generates a reflected ultrasound image based on the reflected ultrasound signal, and generates a photoacoustic image based on the photoacoustic signal (step S7).
- the display control unit 24 displays the generated reflected ultrasonic image and photoacoustic image on the display screen of the display unit 14 (step S8). Instead of displaying them in a superimposed manner, the reflected ultrasound image and the photoacoustic image may be displayed side by side or switched.
- FIG. 10 shows a timing chart for generating a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image.
- the detection of ultrasonic transmission and reflected ultrasonic waves and the detection of light emission and photoacoustic waves are performed alternately.
- One frame of the photoacoustic wave image and the reflected ultrasonic image includes an ultrasonic transmission period, a reflected ultrasonic detection period, a light emission period, and a photoacoustic wave detection period.
- the detector element 34 When the transmission pulse from the pulser 41 is supplied to the detector element 34, ultrasonic waves are transmitted into the subject (a). After transmitting the ultrasonic wave, the detector element 34 detects a reflected ultrasonic wave with respect to the transmitted ultrasonic wave and outputs a reflected ultrasonic signal.
- the reflected ultrasonic signal (US) is sampled by the AD converter 43 for a certain period (c).
- the transmission / reception control unit 23 controls the amplification factor of the amplifier 42 to the amplification factor (gain for US) at the time of detection of the reflected ultrasonic wave (d) between the ultrasonic transmission and the start of the detection of the reflected ultrasonic wave. In other words, the first period in which the amplification factor of the amplifier 42 is controlled to the US gain is started from the transmission of the ultrasonic wave to the subject until the detection of the reflected ultrasonic wave starts. .
- the subject is irradiated with pulsed laser light from the light source 13 (b).
- the detector element 34 detects a photoacoustic wave generated in the subject due to the light irradiation, and outputs a photoacoustic signal.
- the photoacoustic signal (PA) is sampled for a certain period by the AD converter 43 (c).
- the transmission / reception control unit 23 changes the amplification factor of the amplifier 42 to the amplification factor (PA gain) at the time of photoacoustic wave detection from the end of detection (sampling) of reflected ultrasound to the start of photoacoustic wave detection. Control.
- the second period in which the amplification factor of the amplifier 42 is controlled to an amplification factor corresponding to photoacoustic wave detection is from the end of detection of reflected ultrasound to the start of photoacoustic wave detection.
- the amplification factor of the amplifier 42 only needs to be controlled by the gain for PA until the detection of the photoacoustic wave is started. Therefore, the amplification factor of the amplifier 42 is from the light emission to the start of detection of the photoacoustic wave. May be controlled to gain for PA.
- the pulse time width of the pulsed laser light applied to the subject is about 1 ns to 100 ns, and the light irradiation period is short. Therefore, after the detection of the reflected ultrasonic wave is completed, the amplification factor of the amplifier 42 may be controlled to a gain for PA.
- the amplification factor of the amplifier 42 that amplifies the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal is individually controlled when the photoacoustic wave is detected and when the reflected ultrasonic wave is detected.
- the photoacoustic wave generated in the subject is weaker than the reflected ultrasonic wave, and the photoacoustic signal is smaller than the reflected ultrasonic signal.
- the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal are adjusted to the amplification factors that match the respective sizes. Can be amplified.
- the amplification factor of the photoacoustic signal and the amplification factor of the reflected ultrasonic signal are selected so that, for example, the signal level of the photoacoustic signal sampled in the AD converter 43 is approximately equal to the signal level of the reflected ultrasonic signal. It is preferable.
- the photoacoustic signal is smaller than the reflected ultrasonic signal, the photoacoustic image generated based on the photoacoustic signal has lower display luminance (display density) than the reflected ultrasonic image generated based on the reflected ultrasonic signal. Become.
- the display brightness of the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image can be reduced. It can be made comparable, and it can avoid that it becomes difficult to see a photoacoustic image when both images are displayed in piles.
- the amplification factor of the amplifier 42 at the time of photoacoustic wave detection and reflected ultrasonic wave detection is stored in association with the data acquisition condition.
- the magnitudes of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal output from the detector element 34 are not always constant, and may vary due to differences in the imaging region and the probe used. In particular, the magnitude of the photoacoustic signal varies depending on the wavelength and intensity of light emitted toward the subject.
- the data acquisition conditions such as the imaging region, the image of interest, the wavelength and intensity of the laser beam, the probe to be used, and the amplification factor of the amplifier 42 are stored in association with each other, and the data acquisition conditions for image generation are stored.
- the amplification factor for the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal can be changed. For this reason, even when the data acquisition conditions change and the magnitudes of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal output from the detector element 34 change, the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal are set to the respective magnitudes. Amplification can be performed with the combined amplification factor.
- FIG. 11 shows the connection between the probe and the signal processing control unit in the acoustic wave measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention.
- the overall configuration of the acoustic wave measuring device is the same as the configuration of the acoustic wave measuring device in the first embodiment shown in FIG.
- the probe 11 a includes an amplifier 35 and a transmission / reception switching circuit 36. Other points may be the same as in the first embodiment.
- the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal are provided in the amplifier 35 provided in the probe 11 a and the signal processing unit 12 (FIG. 1) connected to the probe 11 a via the cable 33.
- Amplified by the amplifier 42 is referred to as a pre-stage amplifier
- the amplifier 42 in the signal processing unit 12 (signal processing control unit 21) is referred to as a post-stage amplifier.
- the front-stage amplifier 35 constitutes a first amplifier
- the rear-stage amplifier 42 constitutes a second amplifier.
- the preamplifier 35 amplifies the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal output from the detector element 34 before being transmitted to the signal processing control unit 21 through the cable 33. In order to obtain a larger gain, the preamplifier 35 can be configured in a multistage configuration.
- the transmission / reception switching circuit 36 is provided when transmitting the ultrasonic wave and receiving the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal using the same signal line of the cable 33.
- the transmission / reception switching circuit 36 switches between transmission of ultrasonic waves and detection (reception) of photoacoustic waves and reflected ultrasonic waves.
- the transmission / reception switching circuit 44 is connected to the signal line of the cable 33 and switches the connection destination of the signal line between the detector element 34 and the output of the preamplifier 35.
- the transmission / reception switching circuit 36 connects the signal line to the detector element 34 and transmits the transmission pulse output from the pulser 41 to the detector element 34 when transmitting ultrasonic waves.
- the transmission / reception switching circuit 36 connects the signal line to the output of the pre-amplifier 35 and detects the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal from the detector element 34 when the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave are detected. Transmit to.
- the probe capacitance (capacitance of the detector element 34) is not sufficiently larger than the circuit additional capacitance (parasitic capacitance) up to the post-stage amplifier 42, the signal (voltage) output from the detector element 34 Signal) cannot be amplified by the post-amplifier 42.
- the probe capacitance is 100 pF
- the additional dose of the components constituting the signal transmission circuit up to the rear-stage amplifier 42 such as the cable 33 is several hundred pF.
- a buffer pre-stage amplifier 35 is disposed immediately after the detector element 34 in order to reduce signal loss due to the signal transmission circuit capacitance.
- the influence of noise mixed in the path from the detector element 34 to the post-amplifier 42 cannot be ignored.
- the pre-stage amplifier 35 in the front stage of the cable 33 the influence of noise mixed in the path from the detector element 34 to the post-stage amplifier 42 can be relatively reduced.
- the preamplifier 35 of the preamplifier 35 may be configured as a variable gain amplifier, and the amplification factor may be controlled by the transmission / reception controller 23. Alternatively, the amplification factor of the pre-stage amplifier 35 may be fixed. When the amplification factor of the front-stage amplifier 35 is constant, the amplification factor of the rear-stage amplifier 42 may be individually controlled when detecting the photoacoustic wave and when detecting the reflected ultrasonic wave. When the amplification factor of the front-stage amplifier 35 is variable, the amplification factors of the front-stage amplifier 35 and the rear-stage amplifier 42 may be individually controlled when detecting the photoacoustic wave and when detecting the reflected ultrasonic wave. Alternatively, the amplification factor of the rear-stage amplifier 42 may be made constant, and the amplification factor of the front-stage amplifier 35 may be individually controlled when detecting the photoacoustic wave and when detecting the reflected ultrasonic wave.
- the total amplification factor of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal is represented by the sum of the gain of the preamplifier 35 and the gain of the postamplifier 42.
- the balance between the amplification factor of the front-stage amplifier 35 and the amplification factor of the rear-stage amplifier 42 is as small as possible when the influence of noise mixed in the signal path from the detector element 34 to the rear-stage amplifier 42 is small. It is preferable. On the contrary, when the influence of noise mixed in the signal path from the detector element 34 to the post-stage amplifier 42 is large, it is preferable to increase the amplification factor of the pre-stage amplifier 35 as much as possible.
- FIG. 12 shows an example of gain setting information stored in the gain setting information storage unit 25 in the present embodiment.
- the gain setting information storage unit 25 stores, for example, probes and gains (gains) set in the front-stage amplifier 35 and the rear-stage amplifier 42 in association with detection of photoacoustic waves and detection of reflected ultrasonic waves.
- the model of the probe is considered as the data acquisition condition, the present invention is not limited to this, and can be stored in association with other data acquisition conditions.
- the amplification factors of the front-stage amplifier 35 and the rear-stage amplifier 42 are set as described in the first embodiment.
- the imaging region, the object of imaging of the photoacoustic image, the laser wavelength, the laser intensity, or a combination of two or more thereof may be stored in association with each other.
- the gain setting information storage unit 25 stores, for example, the probe A, the amplification factor 2 dB of the front-stage amplifier 35 at the time of reflected ultrasonic detection, and the amplification factor 18 dB of the rear-stage amplifier 42.
- the probe B the amplification factor 5 dB of the front-stage amplifier 35 at the time of reflected ultrasonic wave detection is stored, and the amplification factor 15 dB of the rear-stage amplifier 42 is stored.
- the total gain for the reflected ultrasonic signal is 20 dB in both cases, but the balance between the amplification factor of the front-stage amplifier 35 and the amplification factor of the rear-stage amplifier 42 is different.
- the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal are amplified by the pre-stage amplifier 35 before being transmitted through the cable 33.
- the gain setting information storage unit 25 stores the data acquisition condition, the amplification factor of the front-stage amplifier 35, and the amplification factor of the rear-stage amplifier 42 in association with each other.
- the total amplification factor and the balance between the amplification factor of the pre-stage amplifier 35 and the amplification factor of the post-stage amplifier 42 can be arbitrarily controlled according to the data acquisition conditions. Other effects are the same as those of the first embodiment.
- FIG. 13 shows the connection between the probe and the signal processing control unit in the acoustic wave measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
- the overall configuration of the acoustic wave measuring device is the same as the configuration of the acoustic wave measuring device in the first embodiment shown in FIG.
- the present embodiment further includes a display condition storage unit 27 in addition to the configuration shown in FIG. Other points may be the same as in the first embodiment. Also in this embodiment, it is good also as a structure which has the front
- the display condition storage unit 27 stores display conditions that define the relationship between signal values and pixel values in an image.
- the display condition storage unit 27 stores display conditions corresponding to the generation of the photoacoustic image and the generation of the reflected ultrasound image.
- the display condition storage unit 27 stores, for example, display conditions in which the signal values of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal and the display density (pixel display gradation and pixel value) are expressed by an LUT (lookup table). .
- the data processing unit 22 refers to the display condition storage unit 27 and generates a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image, respectively.
- the data processing unit 22 can generate an image using different display conditions for generating a photoacoustic image and generating a reflected ultrasound image.
- FIG. 14 shows an example of display conditions.
- the display condition is expressed by a look-up table that defines the relationship between the signal value and the display density.
- FIG. 14 is a graph showing the relationship between the signal values defined by the four look-up tables from LUTA to LUTD and the display density.
- the display range is from the signal value at which the display density rises from the minimum (for example, black) to the signal value at which the display density reaches the maximum (for example, white).
- the display range of LUTA and LUTD is wider than that of LUTB and LUTC.
- the display range of LUTA is the same as that of LUTB, the display range is shifted (offset) to the side where the signal value is lower than that of LUTD.
- the width of the display range is the same as that of LUTC, but the display range is shifted to a lower signal value compared to LUTC.
- the display condition storage unit 27 may store display conditions and data acquisition conditions in association with each other.
- the data acquisition conditions for example, an imaging region, a target for imaging a photoacoustic image, a laser wavelength, a laser intensity, a probe model, or a combination of two or more thereof can be considered.
- image generation using display conditions having different display luminances with respect to the display range and the same signal value in accordance with the data acquisition conditions, it is possible to generate images that match the data acquisition conditions.
- by generating an image under different display conditions for generating a photoacoustic image and for generating a reflected ultrasound image it is possible to generate an image with a display range and display brightness adapted to each.
- the generated photoacoustic image and the reflected ultrasonic image are displayed on the display unit 14 (FIG. 1) in a superimposed manner, side by side, or switched.
- FIG. 15 shows an example of display conditions stored in the display condition storage unit 27.
- the display condition storage unit 27 stores a plurality of combinations of LUTs used for generating a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image. Presets 1 to 3 in FIG. 15 may be any data acquisition condition or a combination thereof.
- the user inputs data acquisition conditions using the input unit 26.
- the data processing unit 22 reads the display conditions corresponding to the data acquisition conditions input from the display condition storage unit 27, and generates a photoacoustic image and a reflected ultrasound image.
- the user selects preset 1 using the input unit 26, for example.
- the data processing unit 22 in the generation of the reflected ultrasound image, the data processing unit 22 generates a reflected ultrasound image from the reflected ultrasound signal using the LUTD.
- a photoacoustic image is generated from the photoacoustic signal using LUTA.
- the display condition used when generating the photoacoustic image and the display condition used when generating the reflected ultrasound image can be individually adjusted. For example, it is desirable that the look-up table can be edited and the relationship between the signal value and the pixel value can be arbitrarily changed. Or it is good to be able to change the combination of the look-up table used at the time of photoacoustic image generation and reflection ultrasonic image generation.
- both the display condition used when generating the photoacoustic image and the display condition used when generating the reflected ultrasound image are stored in association with the data acquisition condition. It is not necessary that both the display condition at the time and the display condition at the time of generating the reflected ultrasound image are associated with the data acquisition condition. Only one of the display condition when generating the photoacoustic image and the display condition when generating the reflected ultrasound image may be associated with the data acquisition condition. For example, the display conditions used when generating the photoacoustic image are stored in association with the data acquisition conditions. On the other hand, only one display condition may be stored without being associated with the data acquisition condition for the display condition used when the reflected ultrasound image is generated.
- display conditions to be used can be properly used for photoacoustic image generation and reflected ultrasound image generation.
- display conditions for photoacoustic image generation and reflected ultrasound image generation light that cannot be absorbed simply by individually controlling the amplification factor of the photoacoustic signal and the amplification factor of the reflected ultrasound signal A difference in display density between the acoustic image and the reflected ultrasonic image can be suppressed.
- Other effects are the same as those of the first embodiment.
- the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image are required to have real-time properties.
- the probe 11 is provided with a changing means for changing display conditions used for generating the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image.
- a configuration can also be adopted.
- FIG. 16 shows a probe having changing means.
- the probe 11 includes slide-type potentiometers 37 and 38 that constitute changing means.
- the potentiometer 37 corresponds to the reflected ultrasonic image
- the potentiometer 37 corresponds to the photoacoustic image.
- Potentiometers 37 and 38 detect the position of each knob.
- the knobs of the potentiometers 37 and 38 can be moved in the left-right direction on the paper. It is assumed that the right side is the direction in which the display density is lowered and the left side is the direction in which the display density is increased.
- the display condition is changed, for example, by shifting (offset) the relationship between the signal value defined in the lookup table and the display density to a higher or lower signal value.
- the data processing unit 22 generates an image after shifting the relationship between the signal value defined in the lookup table and the display density to a higher or lower signal value according to the position of the knob.
- the display condition may be changed by expanding the display range.
- the data processing unit 22 generates a photoacoustic image using LUTA and a reflected ultrasound image using LUTD (preset 1 in FIG. 15).
- the data processing unit 22 uses the LUTA as it is for photoacoustics. Generate an image.
- the data processing unit 22 shifts the LUTA to the lower signal value side by an amount corresponding to the amount of displacement from the center of the knob. To generate a photoacoustic image. By doing so, the photoacoustic image is displayed at a higher display density with a lower signal value than before the knob change.
- the display condition is changed according to the positions of the knobs of the potentiometers 37 and 38.
- the amplification factor during photoacoustic wave detection and reflected ultrasonic wave detection is changed. May be. That is, the changing unit may change the amplification factor when detecting the photoacoustic wave and the reflected ultrasonic wave. In that case, the gain of the amplifier 42 or at least one of the amplifier 35 (FIG. 11) and the amplifier 42 may be increased or decreased from the initial value in accordance with the position of the knob. Even in that case, the display density of the photoacoustic image and the reflected ultrasonic image can be changed.
- the present invention is not limited to this. In the third embodiment, it is not always necessary to individually control the amplification factor for amplifying the photoacoustic signal and the amplification factor for amplifying the reflected ultrasonic signal.
- the amplification factor may be constant at the time of detection.
- the probe 11 is provided with a changeover switch between a photoacoustic image and a reflected ultrasonic image and one slide-type potentiometer, and the display condition or photoacoustic signal and reflected ultrasonic signal used to generate one of the images One of the amplification factors may be changed.
- the changing means is not limited to a slide type potentiometer.
- the probe 11 may be provided with a + push button and a ⁇ push button, and the display condition used for image generation or the amplification factor of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal may be changed each time the button is pressed.
- a dial or a wheel type input device may be used as the changing means, and the display conditions used for image generation or the amplification factor of the photoacoustic signal and the reflected ultrasonic signal may be changed according to the rotation direction of the wheel.
- the acoustic wave measuring device of this invention is not limited only to the said embodiment, A various correction and change are carried out from the structure of the said embodiment. Those applied are also included in the scope of the present invention.
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Abstract
音響波計測装置において、光音響波と反射音響波のそれぞれに合わせた増幅率による信号を増幅可能とする。音響波検出器31は、被検体に対する光出射に起因して被検体内で発生した光音響波、及び、被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出する。増幅器42は、音響波検出器31が出力する光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号を増幅する。送受信制御部23は、増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射音響波の検出時とで個別に制御する。データ処理部22は、増幅された光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号に対してそれぞれ信号処理を行う。
Description
本発明は、音響波計測装置に関し、更に詳しくは、被検体への光出射後に光出射により被検体内において生じた光音響波と、送信された音響波に対する反射音響波とを検出する音響波計測装置に関する。
生体内部の状態を非侵襲にて検査できる画像検査法の一種として、超音波検査法が知られている。超音波検査では、超音波(音響波)の送信及び受信が可能な超音波探触子を用いる。超音波探触子から被検体(生体)に超音波を送信させると、その超音波は生体内部を進んでいき、組織界面において反射する。その反射超音波を超音波探触子により検出する。次いで、検出された検出信号に基づいて超音波画像を生成することにより、被検体の内部を画像化することができる。
また、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波(光音響信号)が発生する。この光音響信号を超音波探触子などにより検出する。次いで、検出された信号に基づいて光音響画像を生成することにより、光音響信号に基づく生体内の可視化が可能となる。
ここで、超音波画像と光音響画像との双方を生成し、両者を重畳して表示することが、特許文献1に記載されている。特許文献1では、反射超音波と光音響波との検出に、共通の電気音響変換部(検出手段)を用いる。特許文献1には、共通の検出器素子を用いて反射超音波と光音響波とを検出することにより、超音波画像と光音響画像との間の位置合わせを最大限とし、二つの撮像方法の間の検出器と体との間の境界面の変化を最低限に抑えることができると記載されている。
一般に、検出器素子の出力信号(検出信号)は小さく、検出信号を受信する受信回路には、検出信号を増幅するための増幅器(アンプ)が設けられる。反射超音波と光音響波とを共通の検出器素子を用いて検出する場合、被検体内において発生する光音響波は反射超音波よりも弱いため、検出器素子から出力される光音響波の検出信号は反射超音波の検出信号よりも小さくなる。この場合、増幅器の増幅率(ゲイン)を反射超音波と光音響波のうちの一方に対して最適化すると、他方に対して最適ではなくなる。例えば、光音響波の検出信号の振幅に合わせて増幅器のゲインを設定すると、大きな反射超音波の検出信号が飽和レベルに達してクリップされる。また、反射超音波の検出信号の振幅に合わせてゲインを設定すると、増幅後の光音響波の検出信号の振幅が十分に大きくなく、超音波画像と光音響画像とを重ねて表示するときに、光音響画像が観察しにくくなる。
本発明は、上記に鑑み、光音響波と反射音響波のそれぞれに合わせた増幅率により信号を増幅できる光音響計測装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、被検体に対する光出射に起因して被検体内において発生した光音響波、及び、被検体に対して送信された音響波に対する反射音響波を検出する音響波検出器素子を含むプローブと、音響波検出器素子が出力する光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号を増幅する増幅手段と、増幅手段の増幅率を、光音響波の検出時と反射音響波の検出時とで個別に制御する増幅率制御手段と、増幅された光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号に対してそれぞれ信号処理を行う信号処理手段とを備えたことを特徴とする音響波計測装置を提供する。
本発明の音響波計測装置では、光音響波及び反射音響波は、共通の音響波検出器素子によって検出されてもよい。
本発明の音響波計測装置は、音響波検出器素子から被検体に向けて音響波を送信させる送信回路と、音響波検出器素子の接続先を、送信回路と増幅手段との間で切り替える送受信切替回路とを更に有する構成を採用できる。
増幅手段は、プローブ内に設けられた第1の増幅器と、プローブとケーブルを介して接続される、信号処理手段を含む信号処理ユニット内に設けられた第2の増幅器とを含んでいてもよい。
増幅率制御手段は、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とのそれぞれにおいて使用される増幅手段の増幅率を記憶するゲイン設定情報記憶部を参照して、増幅手段の増幅率を制御することとしてもよい。
上記のゲイン設定情報記憶部は、増幅率とデータ取得条件とを対応付けて記憶していてもよい。
データ取得条件は被検体の撮影部位を含んでいてもよい。その場合、増幅率制御手段は、ゲイン設定情報記憶部から、光音響波及び反射音響波の検出を行う被検体の部位に対応する増幅率を読み出して増幅手段の増幅率を制御すればよい。
データ取得条件は光音響波の撮影対象を含んでいてもよい。その場合、増幅率制御手段は、ゲイン設定情報記憶部から、光音響波の撮影対象に対応する増幅率を読み出し、増幅手段の増幅率を制御すればよい。
データ取得条件は被検体に向けて出射される光の強度及び波長の少なくとも一方を含んでいてもよい。その場合、増幅率制御手段は、ゲイン設定情報記憶部から、被検体に向けて出射された光の強度及び波長の少なくとも一方に対応する増幅率を読み出し、増幅手段の増幅率を制御すればよい。
データ取得条件は使用されるプローブの識別情報を含んでいてもよい。その場合、増幅率制御手段は、ゲイン設定情報記憶部から、光音響波及び反射音響波の検出に用いられるプローブに対応する増幅率を読み出して増幅手段の増幅率を制御すればよい。
増幅率制御手段は、反射音響波の検出に対応した第1の期間では増幅手段の増幅率を反射音響波の検出信号の大きさに合わせた増幅率に制御し、光音響波の検出に対応した第2の期間では増幅手段の増幅率を光音響波の検出信号の大きさに合わせた増幅率に制御することが好ましい。
本発明の音響波計測装置において、光音響波の検出と反射音響波の検出とを交互に行うことができる。第1の期間は、被検体に対する音響波の送信から反射音響波の検出が開始するまでの間に開始されればよい。第2の期間は、反射音響波の検出終了から光音響波の検出が開始するまでの間に開始されればよい。
プローブは、光音響波及び反射音響波の少なくとも一方の検出時の増幅手段の増幅率を変更するための変更手段を更に含んでいてもよい。
本発明の音響波計測装置では、信号処理手段が、光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成し、反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する画像生成手段を含む構成を採用できる。この場合、音響波計測装置が、光音響画像と反射音響波画像とを重ねて、並べて、又は切り替えて画像表示装置に表示する画像表示制御手段を更に備える構成とすることが好ましい。
画像生成手段が、信号値と画像における画素の画素値との関係を定める表示条件を記憶する表示条件記憶部を参照して光音響画像及び反射超音波画像を生成することとしてもよい。
表示条件記憶部は、表示条件とデータ取得条件とを対応付けて記憶していてもよい。
データ取得条件は被検体の撮影部位を含んでいてもよい。その場合、画像生成手段は、表示条件記憶部から、光音響波及び反射音響波の検出を行った被検体の部位に対応する表示条件を読み出して光音響画像及び反射超音波画像を生成すればよい。
データ取得条件は光音響波の撮影対象を含んでいてもよい。その場合、画像生成手段は、表示条件記憶部から、光音響波の撮影対象に対応する表示条件を読み出し、光音響画像を生成すればよい。
データ取得条件は被検体に向けて出射される光の強度及び波長の少なくとも一方を含んでいてもよい。その場合、画像生成手段は、表示条件記憶部から、被検体に向けて出射された光の強度及び波長の少なくとも一方に対応する表示条件を読み出し、光音響画像を生成すればよい。
プローブが、光音響画像及び反射音響波画像の生成に使用される表示条件を変更するための変更手段を更に含んでいてもよい。
本発明では、光音響波の検出信号と反射音響波の検出信号とを増幅する増幅手段の増幅率を、光音響波の検出時と反射音響波の検出時とで、個別に制御する。このようにすることにより、光音響波と反射音響波の大きさのそれぞれに合わせた増幅率にて光音響波の検出信号と反射音響波の検出信号とを増幅することができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態の音響波計測装置(光音響画像生成装置)を示す。光音響画像生成装置10は、プローブ11、信号処理ユニット12、及び光源13を備える。なお、本発明の実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。
光源13は、例えばレーザ光源として構成される。光源13は、例えばYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)や、Nd:YAG(ネオジウムYAG)、アレキサンドライトなどを用いた固体レーザを含む。プローブ11は、音響波検出器31と光出射部32とを有する。音響波検出器31は、被検体に対する光出射に起因して被検体内において発生した光音響波を検出する。また、検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出する。光出射部32は、例えば導光板などを含む、光源13から出射した光を被検体方向に出射する。なお、被検体に対する光出射は、必ずしもプローブ11から行う必要はなく、プローブ11以外の場所から光出射を行うこととしてもよい。
プローブ11は、電気と光の複合ケーブルであるケーブル33を介して信号処理ユニット12及び光源13と接続される。光源13から出射した光は、光ファイバなどの光配線を通して光出射部32まで導光され、光出射部32から被検体に向けて出射される。音響波検出器31は、電気配線(信号線)を通じて光音響波の検出信号(光音響波信号)及び反射超音波の検出信号(反射超音波信号)を信号処理ユニット12に出力する。また、超音波の送信時は、信号処理ユニット12からの駆動信号が信号線を通して音響波検出器31に伝送され、音響波検出器31が駆動される。
信号処理ユニット12は、信号処理制御部21、データ処理部22、送受信制御部23、及び表示制御部24を有する。信号処理制御部21は、プローブ11が出力する光音響波信号及び反射超音波信号を受信する。また、プローブ11に対して駆動信号を送り、プローブ11から超音波を送信させる。送受信制御部23は、信号処理制御部21を制御し、超音波の送信、及び、光音響信号又は反射超音波信号の受信を制御する。また、光源13に対して光出射を指示する。
データ処理部22は、信号処理手段であり、光音響信号及び反射超音信号に対してそれぞれ信号処理を行う。データ処理部22が行う信号処理は例えば画像生成処理が含まれる。すなわち、データ処理部22は、光音響信号に基づいて光音響画像を生成し、反射超音波信号に基づいて反射超音波画像(反射音響波画像)を生成する画像生成手段を含む。光音響画像及び反射超音波画像の生成は、例えば画像再構成や、検波・対数変換などを含む。データ処理部22は、光音響画像の生成と反射超音波画像の生成とで、異なる画像生成手法を用いてもよい。表示制御部(画像表示制御手段)24は、生成された光音響画像と反射超音波画像とを、ディスプレイなどの表示部(画像表示装置)14に表示する。表示制御部24は、例えば光音響画像と反射超音波画像とを、重ねて、並べて、又は切り替えて表示する。
図2は、プローブ11と信号処理制御部21との接続を示す。信号処理制御部21は、パルサー(送信回路)41、増幅器42、AD変換器43、及び送受信切替回路44を有する。プローブ11の音響波検出器31は、例えば1次元的に配列された複数の検出器素子34を有する。信号処理制御部21は、プローブ11の検出器素子34の個数と同数の増幅器42及びAD変換器43を有している。ケーブル33は、少なくとも増幅器42の数と同数の信号線を有している。同一の信号線を用いて超音波の送信と光音響信号及び反射超音波信号の受信を行うために、送受信切替回路44が設けられる。送受信切替回路44は、信号線を介して各検出器素子34に接続されており、各検出器素子34の接続先を、パルサー41の出力と増幅器42の入力との間で切り替える。
送受信切替回路44は、光音響波及び反射超音波の検出時は、音響波検出器31の各検出器素子34と増幅器42とを接続する。増幅器42は、受信アンプであり、検出器素子34から出力される光音響信号及び反射超音波信号を増幅する。増幅器42は、可変ゲインアンプとして構成される。増幅器42の増幅率(ゲイン)は、送受信制御部23によって制御される。AD変換器43は、増幅された光音響信号及び反射超音波信号をサンプリングし、デジタルデータに変換する。デジタルデータに変換された光音響信号及び反射超音波信号は、画像生成手段を含むデータ処理部22において処理され、光音響画像及び反射超音波画像が生成される。
パルサー41は、音響波検出器31の検出器素子34から被検体に向けて超音波を送信させる送信回路である。送受信切替回路44は、超音波の送信時は、各検出器素子34とパルサー41とを接続する。パルサー41は、検出器素子34を駆動するための駆動信号(送信パルス)を出力する。パルサー41から出力された送信パルスは、送受信切替回路44を通して各検出器素子34に供給され、被検体に対する超音波送信が行われる。送信時と受信時とで、送受信切替回路44が各検出器素子34の接続先を切り替えることにより、超音波送信時の駆動信号が増幅器42に入力されることを防ぐことができる。
なお、上記では、信号処理制御部21が、音響波検出器31の検出器素子34の数と同数の増幅器42及びAD変換器43を有することとしたが、これには限定されない。増幅器42及びAD変換器43の数は検出器素子34の数よりも少なくてもよく、音響波検出器31と増幅器42との間にマルチプレクサを設け、1つの増幅器42が複数の検出器素子34をカバーするように構成してもよい。また、上記では、光音響波及び反射超音波が共通の検出器素子34において検出されることとして説明したが、これには限定されない。音響波検出器31に、光音響波を検出するための検出器素子と反射超音波を検出するための検出器素子を設け、それらを切り替えて使用することとしてもよい。
光音響波の検出と反射超音波の検出とは、時間的に分離して行われる。例えば超音波の送信及び反射超音波の検出を行った後に、光照射及び光音響波の検出を行う。送受信制御部23は、増幅率制御手段としても働き、増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで個別に制御する。増幅器42の増幅率を光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで個別に制御することにより、光音響信号と反射超音波信号とを、それぞれに合わせた増幅率にて増幅することができる。送受信制御部23は、増幅率の制御の他に、送受信切替回路44の切り替えや、AD変換器43のサンプリング開始タイミングの制御なども行う。なお、増幅率が異なる光音響用の増幅器と反射超音波用の増幅器とを設け、スイッチなどの切替手段を用いて、送受信制御部23が、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで、信号ラインに接続される増幅器を、光音響用の増幅器と反射超音波用の増幅器との間で切り替えるように制御してもよい。
光音響波検出時及び反射超音波検出時の増幅器42の増幅率はプリセットされていてもよい。ゲイン設定情報記憶部25は、光音響波検出時と反射超音波検出時とのそれぞれにおいて使用される増幅器42の増幅率に関する情報を記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25を参照して増幅器42の増幅率を制御する。一般に、被検体内において発生する光音響波は反射超音波よりも弱い。ゲイン設定情報記憶部25は、音響波検出器31の検出器素子34から出力される光音響信号の大きさに合わせた増幅器42の増幅率と、反射超音波信号の大きさに合わせた増幅率とを記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、光音響波の検出に対応した増幅率と反射超音波の検出に対応した増幅率とを読み出し、光音響波の検出と反射超音波の検出することにより、個別に増幅器42の増幅率を制御する。
例えば、ゲイン設定情報記憶部25は、光音響波の検出に対応した増幅器42の増幅率(利得)として30dBを記憶し、反射超音波の検出に対応した増幅器42の増幅率として20dBを記憶する。送受信制御部23は、例えば反射超音波の検出に対応した第1の期間では増幅器42の増幅率を20dBとし、光音響波の検出に対応した第2の期間では、増幅器42の増幅率を30dBとする。光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで、それぞれの検出信号に合わせた増幅率を設定することにより、光音響信号と反射音響信号のそれぞれに対して、増幅器42の増幅率を最適化できる。
なお、増幅器42の増幅率を時間経過と共に制御するSTC(sensitivity time control)と組み合わせ、深部からの光音響信号及び反射超音波信号ほど、増幅器42の増幅率が大きくなるように制御してもよい。例えば、光音響波の検出開始直後(t=0)における増幅器42の増幅率を30dBとし、時間経過と共に増幅率を30dBから増加させていってもよい。反射超音波についても同様に、検出開始直後では増幅器42の増幅率を20dBとし、時間経過と共に増幅率を20dBから増加させていってもよい。
増幅率のプリセットは、光音響波及び反射超音波を検出する際の条件であるデータ取得条件に関連付けられていてもよい。データ取得条件は、腕、頚部、手指関節などの撮影部位を含んでいてもよい。撮影部位に応じて、例えば血管などの光音響画像の関心対象が存在する深さ位置が異なることがあり、関心対象の位置が深いほど、光音響波及び反射超音波が減衰する。従って、関心対象の位置が深い部位ほど、増幅器42の増幅率を大きくすることが好ましい。
データ取得条件は、血管(動脈又は静脈)、注射針、薬剤などの光音響波の関心対象(撮影対象)を含んでいてもよい。関心対象に応じて、関心対象において発生する光音響波の強度が異なる場合がある。光音響波の強度は、光の波長と対象物の吸収率との関係により変化する。関心対象において発生する光音響波の強度が高いほど、増幅器42の増幅率を下げることが好ましい。例えば、波長752nmの光に対して、静脈は、動脈に比べて3倍ほど吸収率が高い。従って、関心対象が静脈のときの光音響波の増幅率は、関心像が動脈のときの増幅率に比べて、低く設定することが好ましい。また、血管は、その太さに応じて発生する光音響波の強度が変化する。細い血管を対象とする場合は、増幅率を上げることが好ましい。
データ取得条件は、被検体に向けて出射される光の強度及び波長の少なくとも一方を含んでいてもよい。被検体に向けて出射される光の波長は、光源レーザによって変わる。例えば光源13に、アレキサンドライトを用いた固体レーザを用いた場合は、波長752nmのレーザ光や、波長796nmのレーザ光が出射可能である。光源13に、Nd:YAGを用いた固体レーザを用いた場合は、レーザ光の波長は1064nmとなる。皮膚表面における単位面積あたりの安全上の許容光エネルギー(mJ/cm2)は、波長に依存して変化する。例えば、波長752nmと波長1064nmとでは、波長1064nmの方が許容光エネルギーの安全しきい値が高い。従って、より強い光を被検体に照射可能である。レーザ光の強度は、例えば励起光(フラッシュランプ光)の強度により変えることができる。レーザ光の波長と強度とによって光音響波の強度が変化するため、発生する光音響波の強度に応じて増幅率を設定することが好ましい。
データ取得条件は、光音響波及び反射超音波の検出に用いられるプローブの機種を含んでいてもよい。信号処理ユニット12には、音響波検出器素子34の材料や、音響波検出器の構造(大きさ)、感度の周波数特性(3MHz、・・・、8MHz、20MHz)が異なる複数種類(機種)のプローブが接続可能である。使用するプローブが変わっても、データ処理部22により信号処理を行うときの光音響信号及び反射超音波信号の大きさが変わらないように、使用されたプローブに応じて、光音響波検出時及び反射超音波検出時の増幅器42の増幅率をそれぞれ制御することが好ましい。
ゲイン設定情報記憶部25は、例えば上記したようなデータ取得条件と増幅率とを対応付けて記憶する。ユーザは、入力部26などを用いてデータ取得条件を入力する。送受信制御部23は、入力されたデータ取得条件に対応する増幅率をゲイン設定情報記憶部25から読み出し、増幅器42の増幅率を制御する。ゲイン設定情報記憶部25に記憶された光音響波検出時の増幅率と、反射超音波検出時の増幅率とは、個別に設定可能である。
図3に、ゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の一例を示す。この例では、データ取得条件は、被検体の撮影部位、すなわち光音響波及び反射超音波が検出される被検体の部位である。ゲイン設定情報記憶部25は、光音響波と反射超音波とのそれぞれに対し、頚部、腕、手指などの撮像部位と、それら部位において光音響波及び反射超音波が検出されるときに設定される増幅器42の増幅率とを対応付けて記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、光音響波及び反射超音波の検出を行う被検体の部位に対応する増幅率を読み出して増幅器42の増幅率を制御する。
例えば、ユーザは、入力部26などを用いて撮像部位が「頚部」であることを入力する。その後、プローブ11を被検者の頚部に移動し、光音響画像及び反射超音波画像の生成を開始する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、「頚部」に対応した光音響波検出時の増幅率「40dB」と、反射超音波検出時の増幅率「25dB」を読み出す。送受信制御部22は、検出器素子34から光音響信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を40dBに制御し、検出器素子34から反射超音波信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を25dBに制御する。
図4に、ゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の別の例を示す。この例では、データ取得条件は、光音響波の撮影対象(関心像)、すなわち光音響画像により画像化する対象である。ゲイン設定情報記憶部25は、血管、血管のうちの動脈、静脈、針、薬剤などの関心像と、光音響画像における関心像がそれらのときの増幅器42の増幅率とを対応付けて記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、光音響波の関心像に対応する増幅率を読み出して増幅器42の増幅率を制御する。
例えば、ユーザは、入力部26などを用いて関心像が「動脈」であることを入力する。その後、プローブ11を所望の位置に移動し、光音響画像及び反射超音波画像の生成を開始する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、「動脈」に対応した光音響波検出時の増幅率「30dB」と、反射超音波検出時の増幅率「20dB」を読み出す。送受信制御部23は、検出器素子34から光音響信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を30dBに制御し、検出器素子34から反射超音波信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を20dBに制御する。
図5に、ゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の更に別の例を示す。この例では、データ取得条件は被検体に向けて出射される光の強度及び波長である。ゲイン設定情報記憶部25は、光の強度と強度の組み合わせに対して、出射した光がそれらのときの増幅器42の増幅率を対応付けて記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、被検体に照射された光の波長及び強度の組み合わせに対応する増幅率を読み出して増幅器42の増幅率を制御する。光強度及び波長の双方をデータ取得条件にするのに代えて、どちらか一方をデータ取得条件としてもよい。
例えば、ユーザは、入力部26などを用いてレーザ波長が「752nm」であって、強度が「20mJ」であることを入力する。レーザ波長や強度は、光源13から取得してもよい。その後、プローブ11を所望の位置に移動し、光音響画像及び反射超音波画像の生成を開始する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、レーザ波長「752nm」、強度「20mJ」に対応した光音響波検出時の増幅率「30dB」と、反射超音波検出時の増幅率「20dB」とを読み出す。送受信制御部23は、検出器素子34から光音響信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を30dBに制御し、検出器素子34から反射超音波信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を20dBに制御する。
図6に、ゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の更に別の例を示す。この例では、データ取得条件は使用されるプローブの識別情報である。ゲイン設定情報記憶部25は、各プローブに対して、使用されるプローブがそれらのときの増幅器42の増幅率を対応付けて記憶する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、使用されるプローブに対応する増幅率を読み出して増幅器42の増幅率を制御する。
例えば、ユーザは、入力部26などを用いて使用するプローブが「プローブA」であることを入力する。プローブ11から識別情報を取得し、使用されるプローブを判別することとしてもよい。その後、プローブ11を所望の位置に移動し、光音響画像及び反射超音波画像の生成を開始する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、「プローブA」に対応した光音響波検出時の増幅率「30dB」と、反射超音波検出時の増幅率「20dB」とを読み出す。送受信制御部23は、検出器素子34から光音響信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を30dBに制御し、検出器素子34から反射超音波信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を20dBに制御する。
上記で例示したデータ取得条件は組み合わせて使用することも可能である。図7に、ゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の更に別の例を示す。ゲイン設定情報記憶部25は、撮影部位、光音響画像の画像化の対象、レーザ波長、レーザ強度、及びプローブの組み合わせに対し、光音響波検出時の増幅率と反射超音波検出時の増幅率とを記憶する。各組み合わせに対して、プリセットA、プリセットBなどの名前を付けておく。ユーザは、選択可能なプリセットの中から、画像生成に適合したプリセットを選択する。
例えばユーザは、撮影部位が「手指」であり、光音響画像の画像化の対象が「血管」であり、レーザ波長が「752nm」であり、レーザ強度が「20mJ」であり、使用するプローブが「プローブA」であるときは、「プリセットA」を選択する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から、「プリセットA」に対応した光音響波検出時の増幅率「30dB」と、反射超音波検出時の増幅率「20dB」とを読み出す。送受信制御部23は、検出器素子34から光音響信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を30dBに制御し、検出器素子34から反射超音波信号が出力されている期間では、増幅器42の増幅率を20dBに制御する。
なお、上記では、光音響波検出時の増幅率と反射超音波検出時の増幅率との双方をデータ取得条件と対応付けて記憶する例について説明したが、必ずしも、光音響波検出時の増幅率と反射超音波検出時の増幅率との双方についてデータ取得条件と対応付けられている必要はない。光音響波検出時の増幅率と反射超音波検出時の増幅率とのうちの何れか一方のみが、データ取得条件と対応付けられていてもよい。例えば、光音響波検出時の増幅率はデータ取得条件と対応させて記憶する。一方、反射超音波検出時の増幅率については、データ取得条件と対応付けずに、1つの値のみを記憶することとしてもよい。
ゲインが制御可能な増幅器42には、例えばPGA(programmable gate array)を用いることができる。PGAは、多段で形成してもよい。図8に、多段PGAにより構成した増幅器42を示す。検出器素子34から出力された光音響信号及び反射超音波信号は、複数段のPGA45を経て、AD変換器43に入力される。各PGA45は、いくつかの増幅率がレジスタにより選択可能に構成される。トータルの増幅率は、各PGA45のゲインの和により表わされる。送受信制御部23は、各PGA45のレジスタに適切な値を書き込むことによって、増幅器42のトータルの増幅率を制御する。複数段で構成されたPGA45の全てにおいて信号増幅を行う必要はなく、複数段のPGA45のうちのいくつかは信号増幅なしであってもよい。
次に、動作手順について説明する。図9は、光音響画像及び反射超音波画像生成の動作手順を示す。ここでは反射超音波信号の検出を行った後に光音響信号を検出する例を説目するが、どちらを先に行ってもよい。送受信切替回路44はパルサー41を選択し、パルサー41と音響波検出器31の検出器素子34とを接続する。パルサー41から出力された送信パルスは、送受信切替回路44からケーブル33の信号線を通って各検出器素子へ供給され、各検出器素子34から被検体内に超音波が送信される(ステップS1)。
超音波の送信後、送受信切替回路44は増幅器42を選択し、検出器素子34と増幅器42とを接続する。送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から反射超音波の検出に対応した増幅率を読み出し、増幅器42の増幅率を読み出した値に制御する(ステップS2)。増幅率がデータ取得条件と対応付けられて記憶されているときは、データ取得条件に対応する増幅率を読み出させばよい。検出器素子34は、送信された超音波に対する反射超音波を検出し、反射超音波信号を出力する(ステップS3)。増幅器42において増幅された反射超音波信号は、AD変換器43においてデジタルデータに変換され、データ処理部22に送られる。
反射超音波の検出後、送受信制御部23は、ゲイン設定情報記憶部25から光音響波の検出に対応した増幅率を読み出し、増幅器42の増幅率を制御する(ステップS4)。送受信制御部23は、光源13に対して光出射を指示する。光源13は、光出射の指示を受けるとパルスレーザ光を出射する。光源13から出射した光は、ケーブル33の光配線を通ってプローブ11まで導光され、プローブ11の光出射部32から被検体に向けて出射する(ステップS5)。音響波検出器31の検出器素子34は、被検体に対する光照射により被検体内において発生した光音響波を検出し、光音響信号を出力する(ステップS6)。増幅器42において増幅された光音響信号は、AD変換器においてデジタルデータに変換され、データ処理部22に送られる。
データ処理部22は、反射超音波信号に基づいて反射超音波画像を生成し、光音響信号に基づいて光音響画像を生成する(ステップS7)。表示制御部24は、生成された反射超音波画像及び光音響画像を、表示部14の表示画面上に重ねて表示する(ステップS8)。重ねて表示するのに代えて、反射超音波画像と光音響画像とを、並べて、或いは切り替えて表示してもよい。
図10は、光音響画像及び反射超音波画像の生成のタイミングチャートを示す。超音波送信及び反射超音波の検出と、光出射及び光音響波の検出とは、交互に行われる。光音響波画像及び反射超音波画像の1フレームは、超音波送信の期間、反射超音波検出の期間、光出射の期間、及び光音響波検出の期間を含む。
パルサー41からの送信パルスが検出器素子34に供給されることにより、被検体内に超音波が送信される(a)。超音波の送信後、検出器素子34は、送信された超音波に対する反射超音波を検出し、反射超音波信号を出力する。反射超音波信号(US)は、AD変換器43にて、一定期間サンプリングされる(c)。送受信制御部23は、超音波送信から反射超音波の検出開始までの間に、増幅器42の増幅率を、反射超音波検出時の増幅率(US用のゲイン)に制御する(d)。別の言い方をすれば、増幅器42の増幅率がUS用のゲインに制御される第1の期間は、被検体に対する超音波の送信から反射超音波の検出が開始するまでの間に開始される。
反射超音波の検出が完了した後に、光源13からのパルスレーザ光が被検体に照射される(b)。被検体に対する光照射後、検出器素子34は、光照射に起因して被検体内において発生した光音響波を検出し、光音響信号を出力する。光音響信号(PA)は、AD変換器43にて、一定期間サンプリングされる(c)。送受信制御部23は、反射超音波の検出(サンプリング)の終了から光音響波の検出開始までの間に、増幅器42の増幅率を、光音響波検出時の増幅率(PA用のゲイン)に制御する。別の言い方をすれば、増幅器42の増幅率が光音響波検出に対応した増幅率に制御される第2の期間は、反射超音波の検出終了から光音響波の検出が開始するまでの間に開始される。
なお、増幅器42の増幅率は、光音響波の検出を開始するまでにPA用のゲインに制御されればいいため、光出射から光音響波の検出開始までの間に、増幅器42の増幅率をPA用のゲインに制御してもよい。しかしながら、被検体に照射されるパルスレーザ光のパルス時間幅は1ns~100ns程度の時間であり、光照射の期間は短い。従って、反射超音波の検出終了後に、増幅器42の増幅率をPA用のゲインに制御するとよい。
本実施形態では、光音響信号及び反射超音波信号を増幅する増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで個別に制御する。一般に、被検体内において発生する光音響波は反射超音波よりも弱く、光音響信号は反射超音波信号よりも小さい。増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで個別に制御することにより、光音響信号と反射超音波信号とを、それぞれの大きさに合わせた増幅率にて増幅することができる。
光音響信号の増幅率及び反射超音波信号の増幅率は、例えばAD変換器43においてサンプリングされる光音響信号の信号レベルと反射超音波信号の信号レベルとが同程度となるように、選定することが好ましい。光音響信号が反射超音波信号よりも小さいと、光音響信号に基づいて生成される光音響画像は、反射超音波信号に基づいて生成さえる反射超音波画像よりも表示輝度(表示濃度)が低くなる。サンプリングされる光音響信号の信号レベルと反射超音波信号の信号レベルとが同程度となるよう増幅器42の増幅率を選定しておくことにより、光音響画像と反射超音波画像との表示輝度を同程度にすることができ、両画像を重ねて表示した際に光音響画像が見難くなることを避けることができる。
また、本実施形態では、光音響波検出時及び反射超音波検出時の増幅器42の増幅率をデータ取得条件と対応付けて記憶する。検出器素子34から出力される光音響信号及び反射超音波信号の大きさは常に一定ではなく、撮影部位や使用するプローブなどの相違に起因して変化することがある。特に光音響信号は、被検体に向けて出射される光の波長や強度に依存して、大きさが変化する。本実施形態では、撮影部位や関心像、レーザ光の波長、強度、使用するプローブなどのデータ取得条件と増幅器42の増幅率とを対応付けて記憶しており、画像生成の際のデータ取得条件に応じて、光音響信号及び反射超音波信号に対する増幅率をそれぞれ変化させることができる。このため、データ取得条件が変化し、検出器素子34から出力される光音響信号及び反射超音波信号の大きさが変化したときでも、光音響信号と反射超音波信号とをそれぞれの大きさに合わせた増幅率にて増幅することができる。
次いで、本発明の第2実施形態を説明する。図11は、本発明の第2実施形態の音響波計測装置におけるプローブと信号処理制御部との接続を示す。音響波計測装置の全体の構成は、図1に示す第1実施形態における音響波計測装置の構成と同様である。本実施形態では、プローブ11aが、増幅器35と送受信切替回路36とを有する。その他の点は、第1実施形態と同様でよい。
本実施形態では、光音響信号及び反射超音波信号は、プローブ11a内に設けられた増幅器35と、プローブ11aとケーブル33を介して接続される信号処理ユニット12(図1)内に設けられた増幅器42とで増幅される。以下、プローブ11a内の増幅器35を前段増幅器と呼び、信号処理ユニット12(信号処理制御部21)内の増幅器42を後段増幅器と呼ぶ。前段増幅器35は第1の増幅器を構成し、後段増幅器42は第2の増幅器を構成する。前段増幅器35は、検出器素子34が出力する光音響信号及び反射超音波信号を、ケーブル33を通して信号処理制御部21に伝送する前に増幅する。より大きなゲインを得るために、前段増幅器35を多段構成にすることも可能である。
送受信切替回路36は、ケーブル33の同一の信号線を用いて超音波の送信と光音響信号及び反射超音波信号の受信を行う場合に設けられる。送受信切替回路36は、プローブ11a内において、超音波の送信と、光音響波及び反射超音波の検出(受信)とを切り替える。送受信切替回路44は、ケーブル33の信号線に接続されており、信号線の接続先を検出器素子34と前段増幅器35の出力との間で切り替える。送受信切替回路36は、超音波の送信時は、信号線を検出器素子34に接続して、パルサー41から出力された送信パルスを検出器素子34へ供給する。送受信切替回路36は、光音響波及び反射超音波の検出時は、信号線を前段増幅器35の出力に接続し、検出器素子34からの光音響信号及び反射超音波信号を信号処理制御部21へ伝送する。
ここで、探触子容量(検出器素子34の容量)が、後段増幅器42までの回路付加容量(寄生容量)に比して十分に大きくないと、検出器素子34から出力された信号(電圧信号)を後段増幅器42において増幅することができない。一般的に、探触子容量は100pF、ケーブル33などの後段増幅器42までの信号伝達回路を構成する部品の付加用量は数100pFである。本実施形態では、信号伝達回路容量による信号損失を減少させるために、検出器素子34の直後にバッファ(前段増幅器35)を配置する。特に、光音響信号では、検出器素子34から後段増幅器42までの経路において混入するノイズの影響が無視できない。ケーブル33の前段に前段増幅器35を設けることにより、検出器素子34から後段増幅器42までの経路において混入するノイズの影響を相対的に小さくすることができる。
前段増幅器35の前段増幅器35を可変ゲインアンプとして構成し、その増幅率を、送受信制御部23により制御してもよい。あるいは、前段増幅器35の増幅率は固定であってもよい。前段増幅器35の増幅率が一定の場合には、後段増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで、個別に制御すればよい。前段増幅器35の増幅率が可変である場合は、前段増幅器35と後段増幅器42の増幅率を、光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで、それぞれ個別に制御すればよい。あるいは、後段増幅器42の増幅率を一定にして、前段増幅器35の増幅率を光音響波の検出時と反射超音波の検出時とで個別に制御してもよい。
光音響信号及び反射超音波信号のトータルの増幅率は、前段増幅器35のゲインと後段増幅器42のゲインの和により表わされる。前段増幅器35の増幅率と後段増幅器42の増幅率のバランスは、検出器素子34から後段増幅器42までの信号経路において混入するノイズの影響が小さい場合は、前段増幅器35の増幅率はできるだけ小さくすることが好ましい。これとは逆に、検出器素子34から後段増幅器42までの信号経路において混入するノイズの影響が大きい場合は、前段増幅器35の増幅率はできるだけ大きくすることが好ましい。
図12は、本実施形態においてゲイン設定情報記憶部25に記憶されるゲイン設定情報の例を示す。ゲイン設定情報記憶部25は、例えばプローブと、光音響波の検出時及び反射超音波の検出時に前段増幅器35及び後段増幅器42に設定する増幅率(ゲイン)とを対応付けて記憶する。ここでは、データ取得条件としてプローブの機種を考えるが、これには限定されず、他のデータ取得条件と対応付けて記憶することもできる。例えば、前段増幅器35及び後段増幅器42の増幅率を、第1実施形態において説明した、撮影部位、光音響画像の画像化の対象、レーザ波長、及びレーザ強度、又はそれらのうちの2以上の組み合わせと対応付けて記憶してもよい。
ゲイン設定情報記憶部25は、例えばプローブAに対して、反射超音波検出時の前段増幅器35の増幅率2dBを記憶し、後段増幅器42の増幅率18dBを記憶する。また、プローブBに対しては、反射超音波検出時の前段増幅器35の増幅率5dBを記憶し、後段増幅器42の増幅率15dBを記憶する。プローブAとプローブBとでは、反射超音波信号に対するトータルのゲインはどちらの場合も20dBであるが、前段増幅器35の増幅率と後段増幅器42の増幅率とのバランスが異なる。検出器素子34の感度が低いプローブを用いる場合は、光音響信号及び反射超音波信号がケーブル33を伝送する前に、信号レベルを上げておくことが好ましい。図12の例のように、プローブの機種に対応付けて前段増幅器35の増幅率と後段増幅器42の増幅率とを記憶することにより、使用するプローブの特性に合わせた信号伝送が可能となる。
本実施形態では、光音響信号及び反射超音波信号を、ケーブル33の伝送前に、前段増幅器35において増幅する。前段増幅器35による増幅後に信号伝送を行うことにより、信号伝達回路容量による信号損失を減少させることができる。また、本実施形態では、ゲイン設定情報記憶部25は、データ取得条件と、前段増幅器35の増幅率及び後段増幅器42の増幅率とを対応付けて記憶する。このようにする場合、データ取得条件に応じて、トータルの増幅率、及び、前段増幅器35の増幅率と後段増幅器42の増幅率とのバランスを任意に制御可能である。その他の効果は第1実施形態と同様である。
続いて、本発明の第3実施形態を説明する。図13は、本発明の第3実施形態の音響波計測装置におけるプローブと信号処理制御部との接続を示す。音響波計測装置の全体の構成は、図1に示す第1実施形態における音響波計測装置の構成と同様である。本実施形態は、図2に示す構成に加えて、表示条件記憶部27を更に有する。その他の点は、第1実施形態と同様でよい。本実施形態においても、第2実施形態と同様に、プローブ11内に前段増幅器35と送受信切替回路36を有する構成としてもよい。
表示条件記憶部27は、信号値と画像における画素値との関係を定める表示条件を記憶する。表示条件記憶部27は、光音響画像の生成と反射超音波画像の生成とのそれぞれに対応して表示条件を記憶する。表示条件記憶部27は、例えば、光音響信号及び反射超音波信号の信号値と、表示濃度(画素の表示階調、画素値)とをLUT(ルックアップテーブル)により表現した表示条件を記憶する。データ処理部22は、表示条件記憶部27を参照して、光音響画像及び反射超音波画像をそれぞれ生成する。データ処理部22は、光音響画像の生成と反射超音波画像の生成とで、異なる表示条件を用いて画像生成を行うことができる。
図14は、表示条件の一例を示す。この例では、表示条件は信号値と表示濃度との関係を定めたルックアップテーブルにより表現されている。図14には、LUTAからLUTDまでの4つのルックアップテーブルにて定義される信号値と表示濃度との関係が、グラフにより示されている。これらグラフにおいて、表示濃度が最小(例えば黒)から立ち上がる信号値から、表示濃度が最大(例えば白)に達する信号値までの間が表示レンジを表す。例えばLUTA及びLUTDは、LUTB及びLUTCに比べて表示レンジが広くなっている。また、LUTAは、表示レンジの幅はLUTBと同等であるが、LUTDに比べて表示レンジが信号値が低い側にシフト(オフセット)している。LUTBは、表示レンジの幅はLUTCと同等であるが、LUTCに比べて表示レンジが信号値が低い側にシフトしている。
表示条件記憶部27は、表示条件とデータ取得条件とを対応付けて記憶していてもよい。データ取得条件としては、例えば撮影部位、光音響画像の画像化の対象、レーザ波長、レーザ強度、及びプローブの機種、又はそれらのうちの2以上の組み合わせが考えられる。データ取得条件に合わせて、表示レンジや同一信号値に対する表示輝度が異なる表示条件を用いて画像生成を行うことにより、データ取得条件に合わせた画像生成が可能となる。また、光音響画像の生成と反射超音波画像の生成とで異なる表示条件によって画像生成を行うことにより、それぞれに合わせた表示レンジや表示輝度にて画像を生成することができる。生成された光音響画像と反射超音波画像とは、表示部14(図1)に、重ねて、並べて、又は切り替えて表示される。
図15は、表示条件記憶部27に記憶される表示条件の例を示す。表示条件記憶部27は、光音響画像と反射超音波画像の生成に用いられるLUTの組み合わせを複数記憶する。図15におけるプリセット1~3は何れかのデータ取得条件又はそれらの組み合わせであってよい。ユーザは、入力部26を用いてデータ取得条件を入力する。データ処理部22は、データ処理部22は、表示条件記憶部27から入力されたデータ取得条件に対応する表示条件を読み出し、光音響画像及び反射超音波画像を生成する。
ユーザは、例えば入力部26を用いてプリセット1を選択する。この場合、データ処理部22は、反射超音波画像の生成では、LUTDを用いて反射超音波信号から反射超音波画像を生成する。また、光音響画像の生成では、LUTAを用いて光音響信号から光音響画像を生成する。光音響画像生成時に使用される表示条件と反射超音波画像生成時に使用される表示条件とは、個別に調整可能であることが好ましい。例えばルックアップテーブルを編集可能にしておき、信号値と画素値との関係を任意に変更できるとよい。あるいは、光音響画像生成時と反射超音波画像生成時とで使用するルックアップテーブルの組み合わせを変更できるとよい。
なお、上記では、光音響画像生成時に使用する表示条件と反射超音波画像生成時に使用する表示条件との双方をデータ取得条件と対応付けて記憶する例について説明したが、必ずしも、光音響画像生成時の表示条件と反射超音波画像生成時の表示条件との双方についてデータ取得条件と対応付けられている必要はない。光音響画像生成時の表示条件と反射超音波画像生成時の表示条件とのうちの何れか一方のみが、データ取得条件と対応付けられていてもよい。例えば、光音響画像生成時に使用する表示条件はデータ取得条件と対応させて記憶する。一方、反射超音波画像生成時に使用する表示条件については、データ取得条件と対応付けずに、1つのみを記憶することとしてもよい。
本実施形態では、光音響画像生成時と反射超音波画像生成時とで、使用する表示条件を使い分けることができる。光音響画像生成時と反射超音波画像生成時とで異なる表示条件を使用することにより、光音響信号の増幅率と反射超音波信号の増幅率とを個別に制御するだけでは吸収しきれない光音響画像と反射超音波画像との表示濃度の差を抑制できる。その他の効果は、第1実施形態と同様である。
ここで、光音響画像及び反射超音波画像は、その用途上、リアルタイム性が求められることが多い。光音響画像及び反射超音波画像の表示濃度を容易に変更可能とするために、プローブ11に、光音響画像及び反射超音波画像の生成に使用される表示条件を変更するための変更手段を設ける構成を採用することもできる。
図16は、変更手段を有するプローブを示す。この例では、プローブ11は、変更手段を構成するスライド式のポテンショメータ37及び38を有する。ポテンショメータ37は反射超音波画像に対応しており、ポテンショメータ37は光音響画像に対応している。ポテンショメータ37及び38は、それぞれのつまみの位置を検出する。ポテンショメータ37及び38のつまみは、紙面左右方向に動かすことができる。紙面向って右側が表示濃度を下げる方向であり、左側が表示濃度を上げる方向であるとする。
表示条件の変更は、例えば、ルックアップテーブルで定義される信号値と表示濃度との関係を、信号値が高い方又は低い方にシフトする(オフセットをさせる)ことにより行う。データ処理部22は、つまみの位置に応じて、ルックアップテーブルで定義される信号値と表示濃度との関係を、信号値が高い方又は低い方にシフトした上で、画像生成を行う。ルックアップテーブルをオフセットさせるのに代えて、表示レンジを拡大することにより、表示条件を変更してもよい。
例えば、データ処理部22が、LUTAを用いて光音響画像を生成し、LUTDを用いて反射超音波画像を生成するものとする(図15のプリセット1)。データ処理部22は、ポテンショメータ37のつまみが中央に位置するときは、LUTDをそのまま用いて反射超音波画像を生成し、ポテンショメータ38のつまみが中央に位置するときは、LUTAをそのまま用いて光音響画像を生成する。ユーザが光音響画像に対応したポテンショメータ38のつまみを紙面向って左側にずらすと、データ処理部22は、つまみの中央からの変位量に応じた量だけ、LUTAを信号値の低い側にシフトさせて光音響画像を生成する。このようにすることにより、光音響画像は、つまみ変更前に比べて、低い信号値が高い表示濃度にて表示されることになる。
上記では、ポテンショメータ37及び38のつまみの位置に応じて表示条件を変更することについて説明したが、これに代えて、又は加えて、光音響波検出時及び反射超音波検出時の増幅率を変更してもよい。すなわち、変更手段が、光音響波及び反射超音波の検出時の増幅率を変更するものであってもよい。その場合には、つまみの位置に応じて、増幅器42の増幅率、又は増幅器35(図11)と増幅器42の少なくとも一方の増幅率を、初期値から増減すればよい。その場合でも、光音響画像及び反射超音波画像の表示濃度を変更できる。
なお、第3実施形態では、光音響信号及び反射超音波信号をそれぞれに設定された増幅率にて増幅した後に、それぞれに設定された表示条件を用いて光音響画像及び反射超音波画像を生成することを説明したが、これには限定されない。第3実施形態においては、必ずしも、光音響信号を増幅する際の増幅率と反射超音波信号を増幅する際の増幅率とを個別に制御する必要はなく、光音響波検出時と反射超音波検出時とで増幅率は一定であってもよい。この場合でも、信号値と表示濃度との関係が異なる表示条件を用いて画像生成を行うことにより、検出器素子34から出力された光音響信号と反射超音波信号とに差がある場合でも、生成される光音響画像と反射超音波画像の表示濃度の違いを抑えることができる。
また、図16では、光音響画像(光音響波)と反射超音波画像(反射超音波)とのそれぞれに対応して2つの変更手段を設けることとしたがこれには限定されない。例えば、プローブ11に、光音響画像と反射超音波画像の切替スイッチと、スライド式のポテンショメータ1つとを設け、何れか一方の画像の生成に用いる表示条件又は光音響信号と反射超音波信号のうちの一方の増幅率を変更してもよい。また、変更手段はスライド式のポテンショメータには限定されない。例えば、プローブ11に+の押しボタンと-の押しボタンとを設け、ボタンを押すたびに画像生成に用いられる表示条件又は光音響信号及び反射超音波信号の増幅率を変更してもよい。また、ダイヤルやホイール式の入力装置を変更手段としてもよく、ホイールの回転方向に応じて、画像生成に用いられる表示条件又は光音響信号及び反射超音波信号の増幅率を変更してもよい。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の音響波計測装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
10:音響波計測装置
11:プローブ
12:信号処理ユニット
13:光源
14:表示部
21:信号処理制御部
22:データ処理部
23:送受信制御部
24:表示制御部
25:ゲイン設定情報記憶部
26:入力部
27:表示条件記憶部
31:音響波検出器
32:光出射部
33:ケーブル
34:検出器素子
35:増幅器
36:送受信切替回路
37、38:ポテンショメータ
41:パルサー
42:増幅器
43:AD変換器
44:送受信切替回路
45:PGA
11:プローブ
12:信号処理ユニット
13:光源
14:表示部
21:信号処理制御部
22:データ処理部
23:送受信制御部
24:表示制御部
25:ゲイン設定情報記憶部
26:入力部
27:表示条件記憶部
31:音響波検出器
32:光出射部
33:ケーブル
34:検出器素子
35:増幅器
36:送受信切替回路
37、38:ポテンショメータ
41:パルサー
42:増幅器
43:AD変換器
44:送受信切替回路
45:PGA
Claims (21)
- 被検体に対する光出射に起因して被検体内において発生した光音響波、及び、被検体に送信された音響波に対する反射音響波を検出する音響波検出器素子を含むプローブと、
前記音響波検出器素子が出力する光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の増幅率を、前記光音響波の検出時と前記反射音響波の検出時とで個別に制御する増幅率制御手段と、
前記増幅された光音響波の検出信号及び反射音響波の検出信号に対してそれぞれ信号処理を行う信号処理手段とを備えたことを特徴とする音響波計測装置。 - 前記光音響波及び前記反射音響波が共通の音響波検出器素子によって検出される請求項1に記載の音響波計測装置。
- 前記音響波検出器素子から前記被検体に向けて音響波を送信させる送信回路と、
前記音響波検出器素子の接続先を、前記送信回路と前記増幅手段との間で切り替える送受信切替回路とを更に有する請求項1又は2に記載の音響波検出装置。 - 前記増幅手段が、プローブ内に設けられた第1の増幅器と、前記プローブとケーブルを介して接続される、前記信号処理手段を含む信号処理ユニット内に設けられた第2の増幅器とを含む請求項1から3何れか1項に記載の音響波計測装置。
- 前記増幅率制御手段が、前記光音響波の検出時と前記反射超音波の検出時とのそれぞれにおいて使用される前記増幅手段の増幅率を記憶するゲイン設定情報記憶部を参照して、前記増幅手段の増幅率を制御する請求項1から4何れか1項に記載の音響波計測装置。
- 前記ゲイン設定情報記憶部が、前記増幅率とデータ取得条件とを対応付けて記憶する請求項5に記載の音響波計測装置。
- 前記データ取得条件が被検体の撮影部位を含み、前記増幅率制御手段が、前記ゲイン設定情報記憶部から、前記光音響波及び前記反射音響波の検出を行う被検体の部位に対応する増幅率を読み出して前記増幅手段の増幅率を制御する請求項6に記載の音響波測定装置。
- 前記データ取得条件が光音響波の撮影対象を含み、前記増幅率制御手段が、前記ゲイン設定情報記憶部から、光音響波の撮影対象に対応する増幅率を読み出し、前記増幅手段の増幅率を制御する請求項6又は7に記載の音響波計測装置。
- 前記データ取得条件が被検体に向けて出射される光の強度及び波長の少なくとも一方を含み、前記増幅率制御手段が、前記ゲイン設定情報記憶部から、被検体に向けて出射された光の強度及び波長の少なくとも一方に対応する増幅率を読み出し、前記増幅手段の増幅率を制御する請求項6から8何れか1項に記載の音響波測定装置。
- 前記データ取得条件が使用されるプローブの識別情報を含み、前記増幅率制御手段が、前記ゲイン設定情報記憶部から、前記光音響波及び前記反射音響波の検出に用いられるプローブに対応する増幅率を読み出して前記増幅手段の増幅率を制御する請求項6から9何れか1項に記載の音響波測定装置。
- 前記増幅率制御手段が、前記反射音響波の検出に対応した第1の期間では前記増幅手段の増幅率を前記反射音響波の検出信号の大きさに合わせた増幅率に制御し、前記光音響波の検出に対応した第2の期間では前記増幅手段の増幅率を前記光音響波の検出信号の大きさに合わせた増幅率に制御する請求項1か10何れか1項に記載の音響波計測装置。
- 前記光音響波の検出と前記反射音響波の検出とを交互に行い、前記第1の期間が、被検体に対する音響波の送信から前記反射音響波の検出が開始するまでの間に開始され、前記第2の期間が、前記反射音響波の検出終了から前記光音響波の検出が開始するまでの間に開始される請求項11に記載の音響波計測装置。
- 前記プローブが、前記光音響波及び前記反射音響波の少なくとも一方の検出時の前記増幅手段の増幅率を変更する変更手段を更に含む請求項1から12何れか1項に記載の音響波計測装置。
- 前記信号処理手段が、前記光音響波の検出信号に基づいて光音響画像を生成し、前記反射音響波の検出信号に基づいて反射音響波画像を生成する画像生成手段を含む請求項1から13何れか1項に記載の音響波計測装置。
- 前記光音響画像と前記反射音響波画像とを、重ねて、並べて、又は切り替えて画像表示装置に表示する画像表示制御手段を更に備える請求項14に記載の音響波計測装置。
- 前記画像生成手段が、信号値と画像における画素の画素値との関係を定める表示条件を記憶する表示条件記憶部を参照して前記光音響画像及び前記反射超音波画像を生成する請求項14又は15に記載の音響波計装置。
- 前記表示条件記憶部が、前記表示条件とデータ取得条件とを対応付けて記憶する請求項16に記載の音響波計測装置。
- 前記データ取得条件が被検体の撮影部位を含み、前記画像生成手段が、前記表示条件記憶部から、前記光音響波及び前記反射音響波の検出を行った被検体の部位に対応する表示条件を読み出して前記光音響画像及び反射超音波画像を生成する請求項17に記載の音響波測定装置。
- 前記データ取得条件が光音響波の撮影対象を含み、前記画像生成手段が、前記表示条件記憶部から、光音響波の撮影対象に対応する表示条件を読み出し、前記光音響画像を生成する請求項17又は18に記載の音響波計測装置。
- 前記データ取得条件が被検体に向けて出射される光の強度及び波長の少なくとも一方を含み、前記画像生成手段が、前記表示条件記憶部から、被検体に向けて出射された光の強度及び波長の少なくとも一方に対応する表示条件を読み出し、前記光音響画像を生成する請求項17から19何れか1項に記載の音響波測定装置。
- 前記プローブが、前記光音響画像及び前記反射音響波画像の生成に使用される表示条件を変更する変更手段を更に含む請求項16から20何れか1項に記載の音響波計測装置。
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