JP4909131B2 - Optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus and optically assisted ultrasonic velocity change image display method - Google Patents

Optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus and optically assisted ultrasonic velocity change image display method Download PDF

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Description

本発明は、被検体内部へ光照射したときの照射前後の内部の音速変化を、超音波を利用して計測することにより、物体内部の超音波速度変化の分布に関する断層画像(光断層画像)を取得する光アシスト超音波速度変化イメージング装置および光アシスト超音波速度変化画像表示方法に関する。   In the present invention, a tomographic image (optical tomographic image) relating to a distribution of an ultrasonic velocity change inside an object is measured by using an ultrasonic wave to measure a change in sound velocity before and after irradiation when the inside of a subject is irradiated with light. The present invention relates to a light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus and a light-assisted ultrasonic velocity change image display method.

医療分野で利用される超音波診断装置は、超音波振動子から発振される超音波信号(超音波ビーム)を生体内に送波し、生体内からの超音波エコー信号を受波検知して、これを断層画像化している。これらの超音波診断装置では、いわゆるBモードやMモードなどのように受波した超音波エコー信号の強さを輝度変調などで画像化する機能があり、リアルタイム画像の画質向上や、画像からの血流量の算出、その他の応用ソフトウエアの開発など、様々な工夫がなされている。最近は、アレイ型探触子による電子走査の採用などにより、断層画像をリアルタイム表示する装置が広く普及しており、体内の非侵襲的な診断に大きな威力を発揮している。   Ultrasound diagnostic devices used in the medical field transmit ultrasonic signals (ultrasound beams) oscillated from ultrasonic transducers into the living body and receive and detect ultrasonic echo signals from the living body. This is tomographic image. These ultrasonic diagnostic apparatuses have a function of imaging the intensity of the received ultrasonic echo signal by luminance modulation or the like, as in the so-called B mode or M mode. Various ideas have been made, such as calculation of blood flow and development of other application software. Recently, an apparatus for displaying a tomographic image in real time by adopting electronic scanning by an array type probe or the like has been widely used, and it exerts great power for noninvasive diagnosis in the body.

このような超音波診断装置を利用して行う新たな診断手法のひとつとして、観察領域に対して光を照射する機構を設け、光を照射していない時と光照射後との受信信号(超音波エコー信号)の変化から、光照射による観察領域の超音波速度変化の分布を求めて断層画像(光アシスト超音波速度変化画像)を得ることが提案されている(特許文献1参照)。   As one of the new diagnostic methods using such an ultrasonic diagnostic apparatus, a mechanism for irradiating light to the observation area is provided, and the received signals (super It has been proposed to obtain a tomographic image (light-assisted ultrasonic velocity change image) by obtaining the distribution of the ultrasonic velocity change in the observation region due to light irradiation from the change of the sound echo signal) (see Patent Document 1).

この光断層画像は、照射された光の吸収による観察領域の温度変化の断層画像を現している。つまり、生体内に光を照射したときに、生体内の各部位ごとで光吸収特性が異なると、それぞれの部位の光吸収特性に応じて生体内に温度分布が生じる。生体内を伝播する超音波の音速は、温度に依存して変化することから、光照射前と光照射後の超音波エコー信号の音速変化を各部位ごとに求めて断層画像化することにより、超音波速度変化分布、あるいは温度変化分布、光吸収分布の断層画像として表示させることができる。したがって、以下の説明では、超音波速度変化分布に関する断層画像という場合は、超音波速度変化分布、温度変化分布、光吸収分布の断層画像を含むものとする。   This optical tomographic image shows a tomographic image of a temperature change in the observation region due to absorption of the irradiated light. In other words, when light is irradiated into the living body, if the light absorption characteristics are different for each part in the living body, a temperature distribution is generated in the living body according to the light absorption characteristic of each part. Since the sound velocity of the ultrasonic wave propagating in the living body changes depending on the temperature, by calculating the sound velocity change of the ultrasonic echo signal before and after the light irradiation for each part and tomographic imaging, It can be displayed as a tomographic image of ultrasonic velocity change distribution, temperature change distribution, or light absorption distribution. Therefore, in the following description, the tomographic image related to the ultrasonic velocity change distribution includes tomographic images of the ultrasonic velocity change distribution, the temperature change distribution, and the light absorption distribution.

図7は、特許文献1に記載された光断層画像を表示するための装置構成を示す図である。被検体100は、赤外線レーザからなる光源40により光照射を受ける。光源40の出射側には、被検体100への光照射を断続するシャッタ42が設けられている。このシャッタ42は、光吸収解析部60により開閉制御される。
超音波の送受は、リニアアレイ探触子50により行われる。リニアアレイ探触子50は、送受信部52からの駆動信号により励振されて超音波信号を発し、この超音波信号に対する被検体内からの受信信号(超音波エコー信号)を送受信部52に返す。走査制御部54は、送受波を行う振動子を順に切り換えることにより、複数の超音波信号を走査する。
リニアアレイ探触子50の受信信号は、Bモード信号処理回路56及び光吸収解析部60に入力される。Bモード信号処理回路56は、その受信信号に対して周知のBモード断層画像形成処理を行ってビーム走査範囲の断層画像を形成し、DSC(デジタルスキャンコンバータ)58に書き込む。また、光吸収解析部60は、受信信号を解析してビーム走査範囲の光吸収分布(すなわち超音波速度変化分布)の画像を形成する。この光吸収分布は、光照射前と光照射後の受信信号の位相変化を計算することにより求められる。
FIG. 7 is a diagram showing a device configuration for displaying an optical tomographic image described in Patent Document 1. As shown in FIG. The subject 100 is irradiated with light by a light source 40 composed of an infrared laser. On the emission side of the light source 40, a shutter 42 for intermittently irradiating the subject 100 with light is provided. The shutter 42 is controlled to be opened and closed by the light absorption analysis unit 60.
Transmission / reception of ultrasonic waves is performed by the linear array probe 50. The linear array probe 50 is excited by a drive signal from the transmission / reception unit 52 to generate an ultrasonic signal, and returns a reception signal (ultrasonic echo signal) from the inside of the subject with respect to the ultrasonic signal to the transmission / reception unit 52. The scanning control unit 54 scans a plurality of ultrasonic signals by sequentially switching transducers that transmit and receive waves.
The reception signal of the linear array probe 50 is input to the B-mode signal processing circuit 56 and the light absorption analysis unit 60. The B-mode signal processing circuit 56 performs a well-known B-mode tomographic image forming process on the received signal to form a tomographic image in the beam scanning range, and writes it in a DSC (digital scan converter) 58. Further, the light absorption analysis unit 60 analyzes the received signal and forms an image of the light absorption distribution (that is, the ultrasonic velocity change distribution) in the beam scanning range. This light absorption distribution is obtained by calculating the phase change of the received signal before and after the light irradiation.

上記装置による光吸収分布画像を得るための制御の手順を以下に説明する。まず、光吸収解析部60は、シャッタ42を閉じ、被検体100に光吸収による温度上昇がない状態での探触子50の受信信号(Bモード画像用の受信信号)を1走査分記憶する。このとき、光吸収解析部60は、走査制御部54からの走査情報に基づき、受信信号を各走査線(ビーム)ごとに区別して記憶する。次に光吸収解析部60は、シャッタ42を開いて被検体100に光照射を行い、被検体各部に検出可能な温度上昇が起こる程度の時間(これは予め実験で求めて設定しておく)の経過後、再び探触子50の受信信号を1走査分取得する。そして、光吸収解析部60は、1走査線ずつ、光吸収前と光吸収後の受信信号について比較し、位相変化から超音波の音速変化を解析する。この解析結果はDSC58に書き込まれる。DSC58は、この光吸収解析部60の解析結果である光吸収分布画像(すなわち超音波速度変化分布)を表示装置62に表示する。このときBモード画像に重畳して光吸収分布画像をカラー表示するようにしてもよい。例えば、光吸収分布は、被検体各部の温度上昇に対応しているので、暖色系の色を用い、吸収率が高い(照射前後の位相差が大きい)ほど明度の高い色になるようにするなどの形態をとれば、診断者に直感的に把握しやすい画像が得られる。   A control procedure for obtaining a light absorption distribution image by the above apparatus will be described below. First, the light absorption analysis unit 60 closes the shutter 42 and stores the reception signal (the reception signal for the B-mode image) of the probe 50 in a state where the temperature of the subject 100 is not increased due to light absorption for one scan. . At this time, the light absorption analysis unit 60 distinguishes and stores the received signal for each scanning line (beam) based on the scanning information from the scanning control unit 54. Next, the light absorption analysis unit 60 opens the shutter 42 to irradiate the subject 100 with light, and a time during which a detectable temperature rise occurs in each part of the subject (this is obtained and set in advance by experiments). After the elapse of time, the reception signal of the probe 50 is again acquired for one scan. Then, the light absorption analysis unit 60 compares the received signals before and after the light absorption for each scanning line, and analyzes the change in the sound velocity of the ultrasonic wave from the phase change. The analysis result is written in the DSC 58. The DSC 58 displays a light absorption distribution image (that is, an ultrasonic velocity change distribution) that is an analysis result of the light absorption analysis unit 60 on the display device 62. At this time, the light absorption distribution image may be displayed in color by being superimposed on the B-mode image. For example, since the light absorption distribution corresponds to the temperature rise of each part of the subject, a warm color is used so that the higher the absorption rate (the greater the phase difference before and after irradiation), the higher the lightness. If an image such as this is taken, an image that can be easily grasped intuitively by a diagnostician can be obtained.

このようにして、超音波エコー信号強度(反射強度)(Bモード画像)とは別に、光吸収特性の分布(すなわち超音波速度変化分布)という異なる物理量の分布を表示することができ、被検体組織の多面的な把握が可能になる。
特開2001−145628号公報
In this way, different from the ultrasonic echo signal intensity (reflection intensity) (B-mode image), it is possible to display a distribution of different physical quantities called a distribution of light absorption characteristics (that is, an ultrasonic velocity change distribution). A multifaceted understanding of the organization is possible.
JP 2001-145628 A

図8は、アレイ型探触子により観察された超音波エコー信号に基づいて作成されたBモード画像の一例である。このBモード画像は、345ラインの超音波エコー信号を輝度変調して画像化したものである。図9は、この345ラインの中の1ラインの超音波エコー信号の一例である。超音波は、音響インピーダンスが異なる組織間の境界面で反射される。したがって、生体内にパルス状の超音波信号を送波したときの受信信号(超音波エコー信号)として、各組織同士の境界で反射したエコーが、探触子に近い順に反射パルスとして現れる。
Bモード画像は、この反射パルスの振幅を輝度情報として変調したものであり、振幅が大きいほど黒く表示される。345ラインすべての受信信号が表示され、画像化されることにより、図8のようなBモード画像が得られる。
FIG. 8 is an example of a B-mode image created based on the ultrasonic echo signal observed by the array-type probe. This B-mode image is an image obtained by luminance-modulating 345 lines of ultrasonic echo signals. FIG. 9 shows an example of an ultrasonic echo signal for one line of the 345 lines. Ultrasound is reflected at the interface between tissues with different acoustic impedances. Therefore, as a reception signal (ultrasonic echo signal) when a pulsed ultrasonic signal is transmitted into the living body, echoes reflected at the boundary between the tissues appear as reflected pulses in the order closer to the probe.
The B-mode image is obtained by modulating the amplitude of the reflected pulse as luminance information, and is displayed in black as the amplitude increases. The received signals of all 345 lines are displayed and imaged, whereby a B-mode image as shown in FIG. 8 is obtained.

このBモード画像とは別に、上述した光吸収分布(超音波速度変化分布)を現す光断層画像を表示しようとする場合には、光照射前後の各ラインの超音波エコー信号が取得され、各ラインごとに光照射前と光照射後の信号解析が行われる。   Separately from this B-mode image, when an optical tomographic image showing the above-described light absorption distribution (ultrasonic velocity change distribution) is to be displayed, ultrasonic echo signals of each line before and after the light irradiation are acquired, Signal analysis before and after light irradiation is performed for each line.

このときの信号解析について説明すると、図10に示すように、超音波エコー信号の各ラインについて、ライン上の波形を1波長程度ごとに等間隔に区間分割し、各区間において光照射前後の波形の相互相関を計算し、差分検出を行う。検出された差分に基づいて、各区間の超音波の音速変化を算出し、全ラインについて同様の音速変化を算出する。算出された音速変化の分布は、超音波速度変化画像または温度分布画像(あるいは光吸収分布画像)として表示される。   The signal analysis at this time will be described. As shown in FIG. 10, for each line of the ultrasonic echo signal, the waveform on the line is divided into equal intervals for about one wavelength, and the waveform before and after light irradiation in each interval. The cross correlation is calculated and the difference is detected. Based on the detected difference, the change in the sound speed of the ultrasonic wave in each section is calculated, and the same change in the sound speed is calculated for all lines. The calculated distribution of sound speed changes is displayed as an ultrasonic speed change image or a temperature distribution image (or a light absorption distribution image).

しかしながら、1ライン上の波形データを等間隔に区間分割して各区間の相互相関を計算した場合に、一部の区間では、算出された音速変化の値に大きな誤差を生じることがあった。
一般に、大きな振幅の超音波エコー信号が含まれる区間(Bモード画像が黒い区間)では、信号とアーチファクトとを区別できるので、相互相関を計算すれば、誤差の小さい差分検出を行うことができるのであるが、小さい振幅の信号しか含まれない区間(Bモード画像が白い区間)では、S/N比が小さいため、信号とアーチファクトとが区別されにくく混同されてしまい、相互相関を計算すると大きな誤差を含みやすい。
However, when the waveform data on one line is divided into equal intervals and the cross-correlation of each interval is calculated, a large error may occur in the calculated sound speed change value in some intervals.
In general, in a section including a large-amplitude ultrasonic echo signal (section in which the B-mode image is black), the signal and the artifact can be distinguished. Therefore, if the cross-correlation is calculated, a difference detection with a small error can be performed. However, in a section that includes only a signal having a small amplitude (a section in which the B-mode image is white), the S / N ratio is small, so that the signal and the artifact are difficult to be distinguished from each other. It is easy to include.

図11は、信号とアーチファクトとの区別が困難な小さな振幅の超音波エコー信号が得られる領域を含んだ生体擬似試料を作成し、これについて撮影したBモード画像と音速変化分布画像とを示した図である。この擬似試料は例えば寒天を用いて作成される。図11(a)は、中央部分に小さな振幅の超音波エコー信号領域を有する生体擬似試料のBモード画像である。この試料の中央部分は、照射光を吸収しない物質からなる。図11(b)は、この試料に対する光照射前と光照射後との超音波速度変化の分布を算出し、画像化した図である。小さな振幅の超音波エコー信号が生じる中央部分(Bモード画像が白い部分)では、信号とアーチファクトとの区別ができていないため、相互相関の計算が正確に行えない結果、誤差が生じてしまい、画像中央には、超音波速度の変化が生じていないにもかかわらず、あたかも音速変化があったかのようなゴースト画像が発生している。   FIG. 11 shows a B-mode image and a sound speed change distribution image obtained by creating a biological pseudo sample including a region where an ultrasonic echo signal with a small amplitude that makes it difficult to distinguish a signal from an artifact is obtained. FIG. This pseudo sample is prepared using agar, for example. FIG. 11A is a B-mode image of a biological pseudo sample having an ultrasonic echo signal area with a small amplitude at the center. The central part of the sample is made of a material that does not absorb the irradiation light. FIG. 11B is a diagram in which the distribution of changes in ultrasonic velocity before and after light irradiation is calculated and imaged. In the central part where the ultrasound echo signal with a small amplitude (the part where the B-mode image is white) cannot be distinguished from the signal and the artifact, the cross-correlation cannot be calculated accurately, resulting in an error. In the center of the image, a ghost image is generated as if there was a change in the sound speed despite no change in the ultrasonic velocity.

このように、各ラインの超音波エコー信号を等間隔ごとに区間分割し、各区間の相互相関を計算する従来の信号処理手法を採用して超音波速度変化分布の画像を作成した場合に、超音波エコー信号の振幅が小さい領域に、誤った超音波速度変化が現れた画像を表示してしまう問題があった。   In this way, when an ultrasonic velocity change distribution image is created by adopting a conventional signal processing method of dividing the ultrasonic echo signal of each line into equal intervals and calculating the cross-correlation of each interval, There has been a problem that an image in which an erroneous change in ultrasonic velocity appears is displayed in a region where the amplitude of the ultrasonic echo signal is small.

そこで、本発明者らは、光を照射していないとき観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および光照射後の観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線を抽出し、抽出された包絡線に基づいて関心信号区間を抽出することによりアーチファクトの影響を除去するようにした上で、超音波速度変化を確実に画像化するようにした光アシスト超音波速度変化イメージング装置(光トモグラフィ装置)を提案している(特願2006−230918号)。
これにより、図11(c)に示すようなゴースト画像が現れにくい超音波速度変化の分布画像(あるいは温度変化分布画像)を得ることができる。
Therefore, the inventors of the present invention have not yet performed signal waveforms of the non-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region and the post-light irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region after light irradiation. The optical assist is designed to remove the influence of artifacts by extracting the envelope of the signal and extracting the signal section of interest based on the extracted envelope, and to reliably image the ultrasonic velocity change. An ultrasonic velocity change imaging apparatus (optical tomography apparatus) has been proposed (Japanese Patent Application No. 2006-230918).
Accordingly, it is possible to obtain an ultrasonic velocity change distribution image (or temperature change distribution image) in which a ghost image hardly appears as shown in FIG.

ところで、この方法は、ゴースト画像をなくすには有効であるが、光照射に対する被検体の光吸収量は何も変化せず、影響を受けない。そのため、照射光(励起光)に対する光吸収量が観察領域内で変化していないと、超音波速度変化の分布画像において、ゴースト画像が生じないだけでなく、本来、画像化したい超音波速度変化の分布像自体も鮮明に表示されないか、あるいは超音波速度変化の分布像が表示される場合でも、励起光の照射を相当長い間持続させて十分に昇温させなければならない。   By the way, this method is effective for eliminating the ghost image, but the light absorption amount of the subject with respect to the light irradiation does not change and is not affected. Therefore, if the amount of light absorption with respect to irradiation light (excitation light) does not change in the observation region, not only does the ghost image not appear in the distribution image of the ultrasonic velocity change, but the ultrasonic velocity change that is originally intended to be imaged Even if the distribution image itself is not displayed clearly, or even if the distribution image of the ultrasonic velocity change is displayed, the irradiation of the excitation light must be continued for a considerable time to sufficiently raise the temperature.

超音波速度変化の分布画像を鮮明にするためのひとつの方法として、被検体中の注目組織の光吸収による温度上昇を促進するために、注入器により造影剤を注入することが、特許文献1において開示されている。すなわち、造影剤として光吸収率が高い物質(光熱変換物質)を注目組織の部位に注入した後、超音波速度変化の画像表示を行えば、注目組織の光吸収による温度上昇が他の部分より大きくなるので、注目組織を強調した断層画像を形成することができることが説明されている。   As one method for clarifying the distribution image of the ultrasonic velocity change, injecting a contrast agent with an injector in order to promote the temperature rise due to light absorption of the tissue of interest in the subject is disclosed in Patent Document 1. Is disclosed. That is, if a substance having a high light absorption rate (photothermal conversion substance) as a contrast agent is injected into a site of interest tissue and then an image display of ultrasonic velocity change is performed, the temperature rise due to light absorption of the tissue of interest is higher than that of other parts. It is explained that a tomographic image in which the tissue of interest is emphasized can be formed because it becomes large.

しかしながら、これまで、光アシスト超音波速度変化イメージング装置用の光熱変換物質として適切な物質は、具体的には得られていなかった。例えば、特許文献1においては、生体擬似試料として鶏肉を用い、その一部分を黒く着色することにより光吸収率が高い領域を形成していた。しかしながら、動物の一部分を標本として採取した場合には、採取した標本(被検体)を黒く着色することもできるが、生きた動物の生体そのものを被検体とする場合は、生体内部を黒く着色することはできない。   However, until now, a substance suitable as a photothermal conversion substance for a light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus has not been specifically obtained. For example, in Patent Document 1, chicken is used as a living body pseudo sample, and a region with a high light absorption rate is formed by coloring a part thereof black. However, when a part of an animal is collected as a specimen, the collected specimen (subject) can be colored black, but when a living animal itself is used as a specimen, the inside of the living body is colored black. It is not possible.

そこで、本発明は、ゴースト画像が現れにくい超音波速度変化の分布画像を得ることができるだけでなく、適切な光熱変換物質を用いることにより、鮮明な超音波速度変化の分布画像を得ることができるようにした光アシスト超音波速度変化イメージング装置を提供することを目的とする。
また本発明は、観察領域への励起光の照射時間を短くしても、効率的に超音波速度変化の分布像を得ることができる光アシスト超音波速度変化イメージング装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can obtain not only a distribution image of an ultrasonic velocity change in which a ghost image hardly appears, but also a clear distribution image of an ultrasonic velocity change by using an appropriate photothermal conversion substance. An object of the present invention is to provide an optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus.
Another object of the present invention is to provide an optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus capable of efficiently obtaining a distribution image of ultrasonic velocity change even if the irradiation time of excitation light to the observation region is shortened. To do.

上記課題を解決するためになされた本発明の光アシスト超音波速度変化イメージング装置は、被検体の観察領域に超音波信号を送波するとともに観察領域からの超音波エコー信号を受波する超音波送受機構と、観察領域内の関心部位に分布させた金ナノロッドを含む光熱変換物質と、関心部位まで透過可能であり、かつ、前記光熱変換物質に照射されたときに光熱変換される波長の励起光を観察領域に向けて照射する光源と、前記励起光を照射していないとき観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および励起光照射後の観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線を抽出する包絡線データ抽出部と、抽出された包絡線に基づいて非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形における関心信号区間を抽出する関心信号区間抽出部と、非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号のそれぞれの関心信号区間内の信号に基づいて超音波速度変化を求めて超音波速度変化の分布に関する断層画像を表示する超音波速度解析部とを備えるようにしている。   The optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus of the present invention, which has been made to solve the above problems, transmits an ultrasonic signal to an observation region of a subject and receives an ultrasonic echo signal from the observation region. A photothermal conversion material including a gold nanorod distributed in a region of interest in an observation region, a transmission / reception mechanism, and a wavelength excitation that can be transmitted to the region of interest and is photothermally converted when irradiated to the photothermal conversion material. A light source that irradiates light toward the observation region, a non-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region when the excitation light is not irradiated, and a post-irradiation super-wave received from the observation region after excitation light irradiation Envelope data extraction unit that extracts the envelope of the signal waveform of each acoustic echo signal, and the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-irradiation ultrasonic echo signal based on the extracted envelope An interest signal interval extraction unit that extracts an interest signal interval in a signal waveform, and obtains an ultrasonic velocity change based on signals within each interest signal interval of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-irradiation ultrasonic echo signal. An ultrasonic velocity analysis unit that displays a tomographic image relating to the distribution of the ultrasonic velocity change.

ここで、金ナノロッドとは、700nm〜1000nmの波長範囲に大きな吸収を示す棒状の金ナノ粒子をいう。
この発明によれば、被検体の関心部位に、注入器等により、金ナノロッドを含む光熱変換物質を分布させておく。そして、関心部位まで透過可能であり、かつ、光熱変換物質に照射されたときに光熱変換される波長の励起光を照射するための光源を用いて、励起光を照射していない状態と励起光を照射した状態との2つの状態で、被検体の観察領域に超音波信号を送波するとともに観察領域からの超音波エコー信号を受波する。
そして、包絡線データ抽出部によって、励起光を照射していない状態で観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および励起光照射後の状態で観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線データを抽出する。包絡線データを抽出することにより、受信したエコー信号中に含まれる真のエコー信号とアーチファクトとを区別することができる。
さらに関心信号区間抽出部が、抽出した包絡線データに基づいて、エコー信号中の真のエコー信号である区間を関心信号区間として抽出する。そして、超音波速度解析部は、非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号の関心信号区間内の信号に基づいて、相互相関を計算し、観察領域の超音波速度変化を算出する。これにより、アーチファクトを含まない真のエコー信号のみに基づいて超音波速度の変化を求めて、断層画像(光アシスト超音波速度変化画像)を作成する。
Here, the gold nanorods refer to rod-shaped gold nanoparticles that exhibit large absorption in the wavelength range of 700 nm to 1000 nm.
According to this invention, the photothermal conversion substance including the gold nanorods is distributed to the region of interest of the subject by an injector or the like. The excitation light is not irradiated with the excitation light by using a light source that can transmit the excitation light having a wavelength that can be transmitted to the region of interest and is photothermally converted when the photothermal conversion substance is irradiated. The ultrasonic signal is transmitted to the observation region of the subject and the ultrasonic echo signal from the observation region is received in the two states of the irradiation state.
Then, the non-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region in the state where the excitation light is not irradiated and the post-irradiation ultrasonic wave received from the observation region in the state after the excitation light irradiation by the envelope data extraction unit The envelope data of the signal waveform of each echo signal is extracted. By extracting the envelope data, the true echo signal and the artifact included in the received echo signal can be distinguished.
Further, the interest signal section extraction unit extracts a section that is a true echo signal in the echo signal as the interest signal section based on the extracted envelope data. Then, the ultrasonic velocity analysis unit calculates the cross-correlation based on the signals in the interest signal section of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-irradiation ultrasonic echo signal, and calculates the ultrasonic velocity change in the observation region. To do. As a result, a change in ultrasonic velocity is obtained based only on a true echo signal that does not include artifacts, and a tomographic image (light-assisted ultrasonic velocity change image) is created.

本発明によれば、超音波エコー信号の振幅が小さい領域に、誤った超音波速度変化を示した画像を表示されることがなくなり、その上、金ナノロッドを含有する光熱変換物質により、関心部位での光吸収率を効果的に高めることができるので、本来の超音波速度分布については鮮明で、かつ、ゴースト画像が現れにくい正確な超音波速度変化画像を表示することができる。   According to the present invention, an image showing an erroneous ultrasonic velocity change is not displayed in a region where the amplitude of the ultrasonic echo signal is small, and furthermore, the region of interest can be obtained by the photothermal conversion material containing gold nanorods. Therefore, it is possible to effectively increase the optical absorptance of the image, so that it is possible to display an accurate ultrasonic velocity change image that is clear about the original ultrasonic velocity distribution and that hardly causes a ghost image to appear.

(その他の課題を解決するための手段および効果)
上記発明において、光熱変換物質は、ドラッグデリバリシステムにより関心部位に分布させた薬剤標識物質であってもよい。
これにより、ドラッグデリバリシステムにより薬剤を関心部位に届けて放出する際に、関心部位に薬剤が到達したかを観察することができ、例えばドラッグキャリアから薬剤を放出するタイミングを適確に把握することができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the photothermal conversion substance may be a drug labeling substance distributed to a site of interest by a drug delivery system.
As a result, when the drug is delivered to the site of interest and released by the drug delivery system, it is possible to observe whether the drug has reached the site of interest, for example, to accurately grasp the timing of releasing the drug from the drug carrier Can do.

また、上記発明において、光源は700nm〜1000nmの波長範囲の少なくとも一部の波長光を励起光として照射する光源であることが望ましい。この波長範囲の光を励起光として照射することにより、金ナノロッドを含有する光熱変換物質は効果的に光を吸収して昇温させることができる。   Moreover, in the said invention, it is desirable that a light source is a light source which irradiates at least one part wavelength light of the wavelength range of 700 nm-1000 nm as excitation light. By irradiating light in this wavelength range as excitation light, the photothermal conversion substance containing gold nanorods can effectively absorb light and raise its temperature.

また、別の観点からなされた本発明の光アシスト超音波速度変化画像の表示方法は、(a)被検体(ヒトを除く)の観察領域内の関心部位に金ナノロッドを含む光熱変換物質を分布させ、(b)関心部位まで透過可能であり、かつ、前記光熱変換物質に照射されたときに光熱変換される波長の励起光を観察領域に向けて照射する光源を用い、励起光を照射していない状態と励起光を照射した状態との2つの状態で、被検体の観察領域に超音波信号を送波するとともに観察領域からの超音波エコー信号を受波し、(c)励起光を照射していない状態で観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および励起光照射後の状態で観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線を抽出し、(d)抽出された包絡線に基づいて非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形における関心信号区間を抽出し、(e)非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号のそれぞれの関心信号区間内の信号に基づいて超音波速度変化を求めて超音波速度変化の分布に関する断層画像を表示するようにしている。
この表示方法により、本来の超音波速度分布については鮮明で、かつ、ゴースト画像が現れにくい正確な超音波速度変化画像を表示することができる。
In addition, the display method of the light-assisted ultrasonic velocity change image of the present invention made from another viewpoint is as follows: (a) a photothermal conversion material including gold nanorods is distributed to a site of interest in an observation region of a subject (excluding a human). And (b) using a light source that is transmissive to the region of interest and that irradiates the observation region with excitation light having a wavelength that is photothermally converted when irradiated to the photothermal conversion substance. The ultrasonic signal is transmitted to the observation region of the subject and the ultrasonic echo signal is received from the observation region in two states, i.e., the non-existing state and the excitation light irradiation state. Extract the envelopes of the signal waveforms of the non-irradiated ultrasonic echo signal received from the observation region in the unirradiated state and the post-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region in the state after the excitation light irradiation. , (D) on the extracted envelope Then, the signal section of interest in the signal waveform of each of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-light irradiation ultrasonic echo signal is extracted, and (e) each of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-light irradiation ultrasonic echo signal. An ultrasonic velocity change is obtained based on the signal in the interest signal section, and a tomographic image relating to the distribution of the ultrasonic velocity change is displayed.
With this display method, it is possible to display an accurate ultrasonic velocity change image that is clear about the original ultrasonic velocity distribution and that is unlikely to have a ghost image.

(装置構成)
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態である光アシスト超音波速度変化イメージング装置の構成を示すブロック図である。
被検体100の関心部位110には、金ナノロッド110aを光熱変換物質として分布させてある。関心部位110に金ナノロッド110aを分布させる方法は、注入器により、直接、分布させてもよいし、動物の生体であれば、いわゆるドラッグデリバリシステム(DDS)の技術を用いて、薬剤標識物質として関心部位に分布させてもよい。
(Device configuration)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
Gold nanorods 110a are distributed as photothermal conversion substances in the region of interest 110 of the subject 100. As a method of distributing the gold nanorods 110a to the region of interest 110, the gold nanorods 110a may be distributed directly by an injector, or, if it is an animal body, using a drug delivery system (DDS) technique as a drug labeling substance. You may distribute to a region of interest.

光アシスト超音波速度変化イメージング装置1は、リニアアレイ探触子2、赤外線レーザ光源3からなるプローブ5と、送受信部6、走査制御部7、超音波速度解析部8(光吸収解析部)、包絡線データ抽出部14、関心信号区間抽出部15、Bモード信号処理部9、DSC10(デジタルスキャンコンバータ)からなる制御系11と、表示装置12とを備えている。   The optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus 1 includes a linear array probe 2, a probe 5 including an infrared laser light source 3, a transmission / reception unit 6, a scanning control unit 7, an ultrasonic velocity analysis unit 8 (light absorption analysis unit), A control system 11 including an envelope data extraction unit 14, a signal of interest extraction unit 15, a B-mode signal processing unit 9, a DSC 10 (digital scan converter), and a display device 12 are provided.

プローブ5は、被検体100に押し当てられた状態で、リニアアレイ探触子2から超音波信号が送波されるとともに、赤外線レーザ光源3から赤外光(波長809nm)が励起光として適宜照射される。赤外線レーザ光源3は、超音波速度解析部8により点灯制御される。なお、励起光の波長は、これに限らず、金ナノロッド110aが光吸収できるものであり、かつ、被検体を透過できる波長であればよい。具体的には700nm〜900nmの波長域の光を含む励起光が適している。   While the probe 5 is pressed against the subject 100, an ultrasonic signal is transmitted from the linear array probe 2, and infrared light (wavelength 809 nm) is appropriately irradiated as excitation light from the infrared laser light source 3. Is done. The infrared laser light source 3 is controlled to be turned on by the ultrasonic velocity analysis unit 8. The wavelength of the excitation light is not limited to this, and any wavelength may be used as long as the gold nanorod 110a can absorb light and can pass through the subject. Specifically, excitation light including light in the wavelength range of 700 nm to 900 nm is suitable.

リニアアレイ探触子2は、直線状に配列された複数の振動子を有しており、各振動子は、送受信部6からの駆動信号により励振されて超音波信号を発し、この超音波信号に対する被検体内からの超音波エコー信号を送受信部6に返す。走査制御部7は、送受波を行う振動子を順に切り換えることにより、複数(例えば345本)の超音波信号を走査する。
このような構造のリニアアレイ探触子2の受信信号(超音波エコー信号)は、Bモード信号処理回路9及び超音波速度解析部8に入力される。Bモード信号処理回路9は、その受信信号に対して周知のBモード断層画像形成処理を行ってビーム走査範囲の断層画像を形成し、DSC10に書き込む。
The linear array probe 2 has a plurality of transducers arranged in a straight line, and each transducer is excited by a drive signal from the transmission / reception unit 6 to generate an ultrasound signal. An ultrasonic echo signal from the inside of the subject is returned to the transmission / reception unit 6. The scanning control unit 7 scans a plurality of (for example, 345) ultrasonic signals by sequentially switching transducers that transmit and receive waves.
The reception signal (ultrasonic echo signal) of the linear array probe 2 having such a structure is input to the B-mode signal processing circuit 9 and the ultrasonic velocity analysis unit 8. The B-mode signal processing circuit 9 performs a well-known B-mode tomographic image forming process on the received signal to form a tomographic image in the beam scanning range and writes it in the DSC 10.

一方、超音波速度解析部8は、受信信号(超音波エコー信号)を解析してビーム走査範囲の超音波速度変化の分布の画像を形成する処理を行うが、そのとき、包絡線データ抽出部14、関心信号区間抽出部15を制御する。   On the other hand, the ultrasonic velocity analysis unit 8 analyzes the received signal (ultrasonic echo signal) and forms an image of the distribution of ultrasonic velocity changes in the beam scanning range. At that time, the envelope data extraction unit 14. Control the interest signal section extraction unit 15.

包絡線データ抽出部14は、受信信号である非照射時、光照射後の超音波エコー信号の1つ1つの波形についての包絡線を抽出する包絡線処理を実行する処理を行う。包絡線処理の演算自体は、周知のソフトを利用して行われる。図2(a)は包絡線データの一例であり、図2(b)に示した超音波エコー信号から抽出したものである。   The envelope data extraction unit 14 performs a process of executing an envelope process for extracting an envelope for each waveform of the ultrasonic echo signal after light irradiation when the received signal is not irradiated. The envelope processing calculation itself is performed using known software. FIG. 2A is an example of envelope data, which is extracted from the ultrasonic echo signal shown in FIG.

関心信号区間抽出部15は、抽出された包絡線データ全体から、超音波速度の変化を算出する関心信号区間を抽出する処理を行う。すなわち、包絡線データ上で信号のピークが含まれる区間を関心信号区間として抽出する。このとき、予め閾値を設定しておき、閾値以上の信号ピークのみを抽出するようにして、小さなピークをアーチファクトとして除くことにより、処理時間を短縮するようにしてもよい。   The interest signal section extraction unit 15 performs a process of extracting an interest signal section for calculating a change in ultrasonic velocity from the entire extracted envelope data. That is, a section including a signal peak on the envelope data is extracted as a signal section of interest. At this time, a processing time may be shortened by setting a threshold value in advance, extracting only signal peaks equal to or higher than the threshold value, and removing small peaks as artifacts.

包絡線データから関心信号区間を抽出する処理は、具体的には、次のようにして行う。図3(a)に示すように、包絡線データ上での1つの極大点jを中心として予め設定した所定区間M内の各データ(図3ではM=±160点と設定)について比較を行い、中心の極大点が所定区間Mにおける最大値である場合に、この極大点jを中心とする所定区間Mを関心信号区間のひとつとして抽出する。もし、中心の極大点j’が図3(b)に示すように、所定区間Mにおける最大値ではなかった場合は、その区間Mは関心信号区間ではないとして抽出を行わず、次の極大点が新たに中心となるように区間を移動して、同様の操作を繰り返す。例えば、図2の例においては、この方法により、4つの区間が抽出されている。関心信号区間以外については、アーチファクトとして処理されることになる。   Specifically, the process of extracting the interest signal section from the envelope data is performed as follows. As shown in FIG. 3 (a), comparison is made with respect to each data (set as M = ± 160 points in FIG. 3) within a predetermined section M centered on one maximum point j on the envelope data. When the central maximum point is the maximum value in the predetermined interval M, the predetermined interval M centering on the maximum point j is extracted as one of the interest signal intervals. If the central maximum point j ′ is not the maximum value in the predetermined section M as shown in FIG. 3B, the section M is not extracted as an interest signal section, and the next maximum point is not extracted. Move the section so that becomes a new center, and repeat the same operation. For example, in the example of FIG. 2, four sections are extracted by this method. Except for the interest signal section, it is processed as an artifact.

そして、超音波速度解析部8は、抽出された各関心信号区間に対応する超音波エコー信号の部分(図2(b)の着色部分)について、非照射時と光照射後との超音波エコー信号の相互相関ΔMの計算を行う。この相互相関の計算についても周知のソフトを利用して行うことができる。超音波速度解析部8は、計測した345本すべての超音波ビームの関心信号区間について同様の解析を行い、それぞれの相互相関のデータΔMを取得する。取得した相互相関のデータΔMは、超音波エコー信号の光照射前後での波形シフト量を表しており、ΔM/Mは、超音波速度の変化を表している。そして、算出されたΔM/Mに基づいて、断層画像(光断層画像)を作成し表示装置12に表示する。   Then, the ultrasonic velocity analysis unit 8 performs ultrasonic echoes at the time of non-irradiation and after light irradiation for the portion of the ultrasonic echo signal (colored portion in FIG. 2B) corresponding to each extracted interest signal section. The signal cross-correlation ΔM is calculated. This cross-correlation calculation can also be performed using known software. The ultrasonic velocity analysis unit 8 performs the same analysis on the signal sections of interest of all the 345 ultrasonic beams that have been measured, and acquires the cross correlation data ΔM. The acquired cross-correlation data ΔM represents the waveform shift amount before and after the light irradiation of the ultrasonic echo signal, and ΔM / M represents a change in the ultrasonic velocity. Then, based on the calculated ΔM / M, a tomographic image (optical tomographic image) is created and displayed on the display device 12.

なお、詳細な説明は省略するが、光照射前後の超音波速度変化の画像ではなく、温度変化(ΔT)の画像として表示する場合は、正確には次式(1)の温度補正項を加えたデータにより画像化する。

ΔT=(4.821-0.095124T+0.00040623T−1・(ν・ΔM/M) ・・・(1)
ここで、Tは温度(℃)、νは、音速(m/s)である。
Although detailed explanation is omitted, when displaying as an image of a temperature change (ΔT) rather than an image of an ultrasonic velocity change before and after the light irradiation, the temperature correction term of the following equation (1) is added accurately. It is converted into an image with the collected data.

ΔT = (4.821−0.095124T + 0.00040623T 2 ) −1 · (ν · ΔM / M) (1)
Here, T is temperature (° C.), and ν is sound velocity (m / s).

(動作例)
次に、光アシスト超音波速度変化イメージング装置1による動作例について、図4のフローチャートを用いて説明する。
金ナノロッドを含む光熱変換物質110aを被検体の関心部位に分布させ、標識化する(S101)。
プローブ5を被検体の観察領域に向けてセットし、観察を開始する。赤外線レーザ光源3に対して光照射を行う制御信号が送られる(S102)。これにより、赤外線レーザ光源3の赤外光が被検体100に照射される。
(Operation example)
Next, an operation example by the optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus 1 will be described using the flowchart of FIG.
The photothermal conversion substance 110a containing gold nanorods is distributed and labeled in the region of interest of the subject (S101).
The probe 5 is set toward the observation area of the subject and observation is started. A control signal for irradiating light to the infrared laser light source 3 is sent (S102). Thereby, the subject 100 is irradiated with infrared light from the infrared laser light source 3.

そして、照射開始から所定時間経過後に、走査制御部7が送受信部6に順次信号を送って、リニアアレイ探触子2を駆動し、パルス状の超音波信号を送波するとともに、被検体100からの受信信号である超音波エコー信号を受波する(S103)。ここで、光照射開始から超音波送受開始までの所定時間は、被検体100の金ナノロッドを分布させた関心部位110が十分な光エネルギーを吸収するのに要する時間であり、予め実験等で観察し制御系11の図示しない記憶部に設定しておく。走査制御部7はこれを参照して送受のタイミングを調整する。
そして、光照射状態で取得した超音波エコー信号(受信信号)の波形を、光照射後超音波エコー信号として記憶する(S104)。
Then, after a lapse of a predetermined time from the start of irradiation, the scanning control unit 7 sequentially sends a signal to the transmission / reception unit 6 to drive the linear array probe 2 to transmit a pulsed ultrasonic signal and to the subject 100. An ultrasonic echo signal that is a received signal from the receiver is received (S103). Here, the predetermined time from the start of light irradiation to the start of ultrasound transmission / reception is the time required for the region of interest 110 in which the gold nanorods of the subject 100 are distributed to absorb sufficient light energy, and is observed in advance through experiments or the like. And set in a storage unit (not shown) of the control system 11. The scanning control unit 7 refers to this and adjusts the transmission / reception timing.
And the waveform of the ultrasonic echo signal (reception signal) acquired in the light irradiation state is memorize | stored as an ultrasonic echo signal after light irradiation (S104).

光照射後超音波エコー信号の受信波形の記憶が終わると、光照射を停止する制御信号が送られる(S105)。これにより被検体100に対する光照射が停止される。
この照射停止から所定時間経過して被検体100が十分に温度低下したところで、走査制御部7が送受信部6に信号を送ってリニアアレイ探触子2を駆動し、超音波信号を送波するとともに、被検体100から超音波エコー信号を受波する(S106)。そして、光照射停止状態で取得した超音波エコー信号(受信信号)の波形を非照射時超音波エコー信号として記憶する(S107)。
When storage of the received waveform of the ultrasonic echo signal after light irradiation ends, a control signal for stopping light irradiation is sent (S105). Thereby, the light irradiation with respect to the subject 100 is stopped.
When the temperature of the subject 100 is sufficiently lowered after a lapse of a predetermined time from the stop of the irradiation, the scanning control unit 7 sends a signal to the transmission / reception unit 6 to drive the linear array probe 2 and transmit an ultrasonic signal. At the same time, an ultrasonic echo signal is received from the subject 100 (S106). Then, the waveform of the ultrasonic echo signal (reception signal) acquired in the light irradiation stop state is stored as a non-irradiation ultrasonic echo signal (S107).

続いて、光照射後と非照射時の超音波エコー信号に対して、包絡線データを抽出する(S108)。さらに包絡線データ上で所定の閾値以上の信号ピークを抽出し、これに基づいて関心信号区間を抽出する(S109)。続いて、光照射後と非照射時の超音波エコー信号について、関心信号区間の信号同士の相互相関を計算し、関心信号区間の光照射の有無による超音波速度の変化を解析する(S110)。解析結果の超音波速度変化の分布を画像化して表示装置に表示する(S111)。   Subsequently, envelope data is extracted with respect to the ultrasonic echo signals after light irradiation and during non-irradiation (S108). Further, a signal peak equal to or greater than a predetermined threshold is extracted from the envelope data, and an interest signal section is extracted based on the signal peak (S109). Subsequently, with respect to the ultrasonic echo signals after light irradiation and during non-irradiation, the cross-correlation between the signals in the interest signal section is calculated, and the change in the ultrasonic velocity due to the presence or absence of light irradiation in the signal section of interest is analyzed (S110). . The distribution of the ultrasonic velocity change of the analysis result is imaged and displayed on the display device (S111).

(観察例)
図5(a)は、動物試料(鶏肉)についてのBモード画像であり、図5(b)は同一試料についての同一部位における本発明による超音波速度分布像である。ただし、光源には、励起光波長が809nmの半導体レーザを用いており、照射時間を10秒〜50秒まで10秒間隔で変化させて観察している。この試料では、表面からの深さが20mm付近に金ナノロッドを分布させてある。
照射時間が最も短い10秒の画像では、まだ温度変化が小さいため不明瞭であるが、20秒以降の画像では温度変化が十分大きくなり、金ナノロッドを分布させた位置が黒くなり、周囲とは識別できるようになっている。また、ゴースト画像もほとんど現れていない。
(Observation example)
Fig.5 (a) is a B mode image about an animal sample (chicken), FIG.5 (b) is the ultrasonic velocity distribution image by this invention in the same site | part about the same sample. However, a semiconductor laser having an excitation light wavelength of 809 nm is used as the light source, and the irradiation time is observed at intervals of 10 seconds from 10 seconds to 50 seconds. In this sample, gold nanorods are distributed at a depth of about 20 mm from the surface.
The image with the shortest irradiation time of 10 seconds is still unclear because the temperature change is still small, but with the image after 20 seconds, the temperature change becomes sufficiently large, the positions where the gold nanorods are distributed become black, and the surroundings It can be identified. Also, almost no ghost image appears.

(比較例)
同様に、図6(a)は、動物試料(鶏肉)についてのBモード画像であり、図6(b)は同一試料についての同一部位における本発明による超音波速度分布像である。こちらの光源には、励起光波長が532nmの半導体レーザを用いており、照射時間を10秒〜50秒まで10秒間隔で変化させて観察している。この試料についても、表面からの深さが20mm付近に金ナノロッドを分布させてある。
本比較例では、10秒〜50秒のいずれの照射時間について、金ナノロッドが分布させてある位置に、信号が現れていない。これは、励起光波長532nmの光は、表面近傍で吸収され、金ナノロッドの位置まで励起光が届かないから励起されず、金ナノロッドの位置で温度変化が生じていないからである。
(Comparative example)
Similarly, FIG. 6A is a B-mode image for an animal sample (chicken), and FIG. 6B is an ultrasonic velocity distribution image according to the present invention at the same site for the same sample. As this light source, a semiconductor laser having an excitation light wavelength of 532 nm is used, and observation is performed by changing the irradiation time from 10 seconds to 50 seconds at intervals of 10 seconds. Also in this sample, gold nanorods are distributed in the vicinity of a depth of 20 mm from the surface.
In this comparative example, no signal appears at a position where gold nanorods are distributed for any irradiation time of 10 seconds to 50 seconds. This is because light with an excitation light wavelength of 532 nm is absorbed near the surface and is not excited because the excitation light does not reach the position of the gold nanorod, and no temperature change occurs at the position of the gold nanorod.

このように、金ナノロッドを光熱変換物質として用いる場合には、励起光波長は金ナノロッドが光吸収できる700nm〜1000nmの波長範囲を用いることにより、生体内において鮮明な超音波速度分布画像を得ることができる。   As described above, when gold nanorods are used as a photothermal conversion substance, the excitation light wavelength is a wavelength range of 700 nm to 1000 nm in which the gold nanorods can absorb light, thereby obtaining a clear ultrasonic velocity distribution image in the living body. Can do.

本発明は、光照射前後の被検体の変化の断層画像を表示する光アシスト超音波速度変化イメージング装置に利用することができる。   The present invention can be used in a light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus that displays a tomographic image of a change in a subject before and after light irradiation.

本発明の一実施形態である光アシスト超音波速度変化イメージング装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus that is an embodiment of the present invention. 包絡線の一例を示す図。The figure which shows an example of an envelope. 関心信号区間の抽出例を説明する図。The figure explaining the example of extraction of an interest signal area. 本発明の一実施形態である光アシスト超音波速度変化イメージング装置による観察の動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement procedure of observation by the optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus which is one Embodiment of this invention. 動物試料によるBモード画像および超音波速度変化画像の例を示す図。The figure which shows the example of the B mode image by an animal sample, and an ultrasonic velocity change image. 動物試料によるBモード画像および超音波速度変化画像の例を示す図。The figure which shows the example of the B mode image by an animal sample, and an ultrasonic velocity change image. 従来からの光アシスト超音波速度変化イメージング装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the conventional optically-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus. Bモード画像の一例を示す図。The figure which shows an example of a B mode image. 超音波エコー信号の受信波形の一例を示す図。関心信号区間の抽出例を説明する図。The figure which shows an example of the received waveform of an ultrasonic echo signal. The figure explaining the example of extraction of an interest signal area. 従来の光アシスト超音波速度変化イメージング装置で実施されている信号処理を説明する図。The figure explaining the signal processing implemented with the conventional optical assist ultrasonic velocity change imaging apparatus. 生体擬似試料によるBモード画像および超音波速度変化画像の例を示す図。本発明による超音波速度変化画像例を示す図。The figure which shows the example of the B mode image and ultrasonic velocity change image by a biological pseudo sample. The figure which shows the example of an ultrasonic velocity change image by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1: 光アシスト超音波速度変化イメージング装置
2: リニアアレイ型探触子
3: 赤外線レーザ光源
5: プローブ
8: 超音波速度解析部
12: 表示装置
14: 包絡線データ抽出部
15: 関心信号区間抽出部
110a: 金ナノロッド(光熱変換物質)
1: Optically assisted ultrasonic velocity change imaging device 2: Linear array probe 3: Infrared laser light source 5: Probe 8: Ultrasonic velocity analysis unit 12: Display device 14: Envelope data extraction unit 15: Interest signal segment extraction Part 110a: Gold nanorod (photothermal conversion material)

Claims (4)

被検体の観察領域に超音波信号を送波するとともに観察領域からの超音波エコー信号を受波する超音波送受機構と、
観察領域内の関心部位に分布させた金ナノロッドを含む光熱変換物質と、
関心部位まで透過可能であり、かつ、前記光熱変換物質に照射されたときに光吸収される波長の励起光を観察領域に向けて照射する光源と、
前記励起光を照射していないとき観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および励起光照射後の観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線を抽出する包絡線データ抽出部と、
抽出された包絡線に基づいて非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形における関心信号区間を抽出する関心信号区間抽出部と、
非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号のそれぞれの関心信号区間内の信号に基づいて超音波速度変化を求めて超音波速度変化の分布に関する断層画像を表示する超音波速度解析部とを備えたことを特徴とする光アシスト超音波速度変化イメージング装置。
An ultrasonic transmission / reception mechanism for transmitting an ultrasonic signal to the observation region of the subject and receiving an ultrasonic echo signal from the observation region;
A photothermal conversion material containing gold nanorods distributed in a region of interest in the observation area;
A light source that is transmissive to the region of interest and that irradiates the observation region with excitation light having a wavelength that is absorbed when the light-to-heat conversion substance is irradiated;
Extracts the envelopes of the signal waveforms of the non-irradiated ultrasonic echo signal received from the observation region and the post-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region when the excitation light is not irradiated. An envelope data extraction unit,
An interest signal interval extraction unit that extracts an interest signal interval in the signal waveform of each of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the light irradiation ultrasonic echo signal based on the extracted envelope;
Ultrasonic velocity analysis that displays the tomographic image of the distribution of the ultrasonic velocity change by obtaining the ultrasonic velocity change based on the signals in the respective interest signal sections of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-irradiation ultrasonic echo signal. And an optically assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus.
前記光熱変換物質は、ドラッグデリバリシステムにより関心部位に分布させた薬剤標識物質であることを特徴とする請求項1に記載の光アシスト超音波速度変化イメージング装置。   The light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus according to claim 1, wherein the photothermal conversion substance is a drug labeling substance distributed to a site of interest by a drug delivery system. 光源は700nm〜1000nmの波長範囲の少なくとも一部の波長光を励起光として照射する光源であることを特徴とする請求項1に記載の光アシスト超音波速度変化イメージング装置。   The light-assisted ultrasonic velocity change imaging apparatus according to claim 1, wherein the light source is a light source that irradiates at least a part of wavelength light in a wavelength range of 700 nm to 1000 nm as excitation light. (a) 被検体(ヒトを除く)の観察領域内の関心部位に金ナノロッドを含む光熱変換物質を分布させ、
(b) 関心部位まで透過可能であり、かつ、前記光熱変換物質に照射されたときに光吸収される波長の励起光を観察領域に向けて照射する光源を用い、励起光を照射していない状態と励起光を照射した状態との2つの状態で、被検体の観察領域に超音波信号を送波するとともに観察領域からの超音波エコー信号を受波し、
(c) 励起光を照射していない状態で観察領域から受波した非照射時超音波エコー信号および励起光照射後の状態で観察領域から受波した光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形の包絡線を抽出し、
(d) 抽出された包絡線に基づいて非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号それぞれの信号波形における関心信号区間を抽出し、
(e) 非照射時超音波エコー信号および光照射後超音波エコー信号のそれぞれの関心信号区間内の信号に基づいて超音波速度変化を求めて超音波速度変化の分布に関する断層画像を表示する光アシスト超音波速度変化画像の表示方法。
(A) Distributing a photothermal conversion substance containing gold nanorods to a site of interest in an observation region of a subject (excluding a human),
(B) A light source that irradiates the observation region with excitation light having a wavelength that can be transmitted to the region of interest and that is absorbed when the light-to-heat conversion substance is irradiated is not irradiated with the excitation light. In two states, the state and the state irradiated with excitation light, an ultrasonic signal is transmitted to the observation region of the subject and an ultrasonic echo signal from the observation region is received,
(C) Signal waveforms of the non-irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region in the state where the excitation light is not irradiated and the post-light irradiation ultrasonic echo signal received from the observation region in the state after the excitation light irradiation Extract the envelope of
(D) extracting a signal section of interest in the signal waveform of each of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-light irradiation ultrasonic echo signal based on the extracted envelope;
(E) Light for obtaining a tomographic image relating to the distribution of the ultrasonic velocity change by obtaining the ultrasonic velocity change based on the signals in the respective interest signal sections of the non-irradiation ultrasonic echo signal and the post-irradiation ultrasonic echo signal. Display method of assist ultrasonic velocity change image.
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JP4334032B2 (en) * 1998-02-23 2009-09-16 株式会社東芝 Ultrasonic diagnostic equipment
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IL138073A0 (en) * 2000-08-24 2001-10-31 Glucon Inc Photoacoustic assay and imaging system
JP4406226B2 (en) * 2003-07-02 2010-01-27 株式会社東芝 Biological information video device
CN1980761B (en) * 2004-07-08 2011-01-26 三菱麻铁里亚尔株式会社 Metal fine particle, method for producing metal fine particle, composition containing same, optical absorbing material and application thereof

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