JP2010088496A - Biological information acquisition apparatus - Google Patents

Biological information acquisition apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2010088496A
JP2010088496A JP2008258568A JP2008258568A JP2010088496A JP 2010088496 A JP2010088496 A JP 2010088496A JP 2008258568 A JP2008258568 A JP 2008258568A JP 2008258568 A JP2008258568 A JP 2008258568A JP 2010088496 A JP2010088496 A JP 2010088496A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acoustic wave
biological information
wave detector
information acquisition
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008258568A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5279435B2 (en
Inventor
Kazuhiko Fukutani
和彦 福谷
Takao Nakajima
隆夫 中嶌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2008258568A priority Critical patent/JP5279435B2/en
Publication of JP2010088496A publication Critical patent/JP2010088496A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5279435B2 publication Critical patent/JP5279435B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological information acquisition apparatus highly accurately imaging the position and size of an absorbent body. <P>SOLUTION: The biological information acquisition apparatus includes an acoustic wave detector wherein a plurality of elements for detecting acoustic waves generated by irradiating an object with light and converting them to electric signals are arrayed, a movement control means for moving the acoustic wave detector, and a signal processor for reconfiguring a biological information image on the basis of the electric signals. The acoustic wave detector detects the acoustic waves at a first position, and the acoustic wave detector is moved to a second position having a region overlapping with the first position by the movement control means and detects the acoustic waves at the second position. By the signal processor, the electric signals obtained at the first and second positions are utilized in the overlapping region and the biological information image is reconfigured. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体情報取得装置に関する。   The present invention relates to a biological information acquisition apparatus.

一般に、エックス線、超音波、MRI(核磁気共鳴法)を用いたイメージング装置が医療分野で多く使われている。一方、レーザーなどの光源から生体に照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Photoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィー)がある。   In general, imaging apparatuses using X-rays, ultrasound, and MRI (nuclear magnetic resonance method) are widely used in the medical field. On the other hand, research on optical imaging devices that obtain in-vivo information by propagating light irradiated on a living body from a light source such as a laser into a subject such as a living body and detecting the propagating light is also active in the medical field. It is advanced to. One such optical imaging technique is Photoacoustic Tomography (PAT: Photoacoustic Tomography).

光音響トモグラフィーとは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から発生した音響波の時間による変化を、被検体を取り囲む複数の個所で検出する。そして、得られた信号を数学的に解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する技術である。これにより、被検体内の光照射によって生じた初期圧力発生分布あるいは光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布などを得ることができ、悪性腫瘍場所の特定などに利用できる。   Photoacoustic tomography surrounds the subject with time-dependent changes in the acoustic wave generated from the living tissue that has absorbed the energy of the light propagated and diffused within the subject by irradiating the subject with pulsed light generated from the light source. Detect at multiple locations. Then, the obtained signal is subjected to mathematical analysis processing to visualize information related to the optical characteristic value inside the subject. As a result, an initial pressure generation distribution or optical characteristic value distribution generated by light irradiation in the subject, particularly a light energy absorption density distribution, and the like can be obtained, and can be used for specifying a malignant tumor location.

この光音響トモグラフィーの例として、特許文献1では、光の照射領域及び音響波検出器を移動して画像を再構成する方法が開示されている。
USP5840023
As an example of this photoacoustic tomography, Patent Document 1 discloses a method of reconstructing an image by moving a light irradiation region and an acoustic wave detector.
USP 5840023

一般に、光音響トモグラフィーでは、被検体に対して、被検体全体を取り囲む閉じられた空間表面、特に球状測定表面の様々な点において、音響波の時間変化を理想的な音響波検出器(広帯域・点検出)を用いて測定できれば、理論的には光照射により生じた初期音圧分布を完全に可視化できる。しかしながら、現実の被検体では、被検体全体を囲む閉じた空間表面全体で、音響波検出情報を得ることは不可能である。そのため、図1のような平板型測定系などが用いられる場合がある。図1において、1は音響波検出器、2は光吸収体あるいは音響波発生源、3は被検体、4は画像再構成領域、5は音響波である。このような平板型測定系においても、初期圧力分布を可視化する領域4に対して十分に大きな領域(理想的には無限表面)で、音響波を測定できれば、音響波の発生源分布をほぼ再現できることが数学的に知られている。しかしながら、音響波の測定領域を大きくするために、音響波検出器1のサイズ及び、その中に含まれる検出器の素子数を大きくすると、それを制御する電子制御システムが大規模になり、結果として非常に高価なシステムとなる。そのため、特許文献1のように、音響波検出器を移動して、見かけ上、大きな領域で音響波を検知する方法などが提案されている。しかしながら、このような方法は、光を照射できる領域の制限、移動機械の精度により、得られる画像に位置ズレが生じるという課題があった。   In general, in photoacoustic tomography, an acoustic wave is measured with respect to a subject at various points on a closed space surface surrounding the whole subject, particularly a spherical measurement surface. If it can be measured using (point detection), theoretically, the initial sound pressure distribution generated by light irradiation can be completely visualized. However, in an actual subject, it is impossible to obtain acoustic wave detection information over the entire closed space surface surrounding the subject. For this reason, a flat type measurement system as shown in FIG. 1 may be used. In FIG. 1, 1 is an acoustic wave detector, 2 is a light absorber or acoustic wave generation source, 3 is a subject, 4 is an image reconstruction area, and 5 is an acoustic wave. Even in such a flat type measurement system, if an acoustic wave can be measured in a sufficiently large region (ideally an infinite surface) with respect to the region 4 for visualizing the initial pressure distribution, the distribution of the acoustic wave source is almost reproduced. It is mathematically known that it can be done. However, if the size of the acoustic wave detector 1 and the number of detector elements included in the acoustic wave detector 1 are increased in order to increase the measurement area of the acoustic wave, the electronic control system for controlling the size of the detector becomes large. As a very expensive system. Therefore, as in Patent Document 1, a method of detecting an acoustic wave in an apparently large area by moving an acoustic wave detector has been proposed. However, such a method has a problem that a positional deviation occurs in an obtained image due to a limitation of a region where light can be irradiated and accuracy of a moving machine.

そこで、本発明は上記課題に鑑み、位置ズレを補正することにより、音響波検出器を移動しても、最終的に得られる生体情報画像が、より実際の生体情報に近い画像を再現できる生体情報取得装置の提供を目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems, the present invention corrects a positional shift so that a biological information image finally obtained can reproduce an image closer to actual biological information even when the acoustic wave detector is moved. An object is to provide an information acquisition device.

本発明の生体情報取得装置は、被検体から発生した音響波を検出し電気信号に変換する素子を複数配列した音響波検出器と、前記音響波検出器を移動させる移動制御手段と、前記電気信号に基づき生体情報画像を再構成する信号処理装置と、を有する生体情報取得装置であって、前記音響波検出器は、第1の位置で音響波を検出し、前記移動制御手段により前記第1の位置の一部の領域と重複する領域を有する第2の位置に移動した後に、前記第2の位置で前記音響波を検出し、前記信号処理装置は、前記第1及び第2の位置で得た電気信号を利用して前記重複する領域における生体情報画像を再構成することを特徴とする。   The biological information acquisition apparatus of the present invention includes an acoustic wave detector in which a plurality of elements that detect an acoustic wave generated from a subject and convert it into an electrical signal, a movement control unit that moves the acoustic wave detector, and the electrical A biological information acquisition device having a signal processing device for reconstructing a biological information image based on a signal, wherein the acoustic wave detector detects an acoustic wave at a first position, and the movement control means detects the first wave. The acoustic wave is detected at the second position after moving to a second position having an area overlapping with a partial area of the first position, and the signal processing device detects the first and second positions. The biological information image in the overlapping area is reconstructed using the electrical signal obtained in step (b).

移動前後での音響波検出器の検出領域に重複する領域を持たせることで、位置ズレを補正し、より実際の生体情報に近い画像を再構成する生体情報取得装置を提供できる。   By providing an overlapping area in the detection area of the acoustic wave detector before and after the movement, it is possible to provide a biological information acquisition apparatus that corrects positional deviation and reconstructs an image closer to actual biological information.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図2は、本発明の生体情報取得の実施形態について示したものである。ここでは、図2に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施の形態で説明する生体情報取得装置は悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として、生体情報の画像化を可能とするものである。本発明において生体情報とは、音響波の発生源分布であり、生体内の初期圧力分布、あるいはそれから導かれる光学特性値分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布を示す。例えば、物質の濃度分布とは酸素飽和度などである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows an embodiment of biometric information acquisition according to the present invention. Here, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. The biological information acquisition apparatus described in the present embodiment enables imaging of biological information for the purpose of diagnosis of malignant tumors, vascular diseases, and the like, and follow-up of chemical treatment. In the present invention, biological information is the distribution of acoustic wave sources, including the initial pressure distribution in the living body, or the optical characteristic value distribution derived therefrom, and the concentration distribution of substances constituting the living tissue obtained from the information. Show. For example, the substance concentration distribution is oxygen saturation.

本実施形態における生体情報取得装置は、光12を被検体13に照射する光源11と、光源11から照射された光12を被検体13に導くレンズなどの光学装置14と、血管などの光吸収体15が光のエネルギーの一部を吸収して発生した音響波16を検出し電気信号に変換する音響波検出器17と、前記電気信号を増幅やデジタル変換などを行う電子制御システム18、生体情報に関する画像を構築する信号処理装置19及び、その画像を表示する表示装置20、音響波検出器17を移動制御するシステム21から構成される。   The biological information acquisition apparatus according to this embodiment includes a light source 11 that irradiates a subject 13 with light 12, an optical device 14 such as a lens that guides the light 12 emitted from the light source 11 to the subject 13, and light absorption such as blood vessels. An acoustic wave detector 17 that detects and converts an acoustic wave 16 generated when the body 15 absorbs a part of light energy into an electrical signal, an electronic control system 18 that amplifies or digitally converts the electrical signal, and a living body It comprises a signal processing device 19 that constructs an image relating to information, a display device 20 that displays the image, and a system 21 that controls movement of the acoustic wave detector 17.

なお、光12をパルス化して被検体に照射することにより、生体内部にある光吸収体15からは音響波16が発生する。これは、パルス光の吸収により、吸収体の温度が上昇し、その温度上昇により体積膨張が起こり、音響波が発生するためである。また、このときの光パルスの時間幅は光吸収体15に吸収エネルギーを効率に閉じ込めるために、熱・ストレス閉じ込め条件が当てはまる程度に知ることが好ましい。典型的には数から数十ナノ秒程度である。発生した音響波16は音響波検出器17により検出され、検出された電気信号は制御システムにより処理される。また、音響波検出器17は移動制御システム21で機械的に移動しながら音響波16を様々な場所で測定できるように構成されている。さらに、PCなどの信号処理装置19により、その電気信号は生体情報画像へと変換され、ディスプレイなどの画像表示装置20に表示される。   Note that an acoustic wave 16 is generated from the light absorber 15 in the living body by irradiating the subject with the pulsed light 12. This is because the temperature of the absorber rises due to the absorption of the pulsed light, the volume rises due to the temperature rise, and an acoustic wave is generated. Further, it is preferable to know the time width of the light pulse at this time to such an extent that the heat / stress confinement condition is satisfied in order to efficiently confine the absorbed energy in the light absorber 15. Typically, it is several to several tens of nanoseconds. The generated acoustic wave 16 is detected by the acoustic wave detector 17, and the detected electrical signal is processed by the control system. The acoustic wave detector 17 is configured to measure the acoustic wave 16 at various places while moving mechanically by the movement control system 21. Further, the electrical signal is converted into a biological information image by a signal processing device 19 such as a PC and displayed on an image display device 20 such as a display.

次に、本発明の生体情報取得における音響波検出器の移動制御方法に関する説明を行う。図3は、図2の音響波検出器17の一例であり、被検体13と接する面側から見た模式図である。音響波検出器31は、音響波を検出し、電気信号に変換する素子(エレメント)32が複数配列して構成されている。ここではM×N個の素子が2次元的に配列して音響波検出器を構成している例を示している。なお、音響波検出器31は、図2の移動制御システム21により静止→測定→移動の繰り返しを行い、ステップアンドリピート式に位置決めをして移動する。具体的な移動方法としては、図4(a)のように、音響波検出器を1つの方向(X方向)に移動して、1つのストライプ領域の検出を完了させ、次に、前記X方向と直交した方向(Y方向)に移動して再び隣接ストライプ領域の検出を行う方法が考えられる。また、(b)に示すように、X方向、Y方向、順番に検出していき、外側から中側もしくは中側から外側に渦巻き状に移動する方法でもよい。つまり、素子が2次元で配列している場合、音響波検出器は、素子の配列方向(X方向又はY方向)に移動する。   Next, the movement control method of the acoustic wave detector in the biological information acquisition of the present invention will be described. FIG. 3 is an example of the acoustic wave detector 17 of FIG. 2, and is a schematic view seen from the surface side in contact with the subject 13. The acoustic wave detector 31 is configured by arranging a plurality of elements 32 that detect acoustic waves and convert them into electric signals. Here, an example is shown in which an acoustic wave detector is configured by two-dimensionally arranging M × N elements. The acoustic wave detector 31 repeats stationary → measurement → movement by the movement control system 21 in FIG. 2, and moves by positioning in a step-and-repeat manner. As a specific moving method, as shown in FIG. 4A, the acoustic wave detector is moved in one direction (X direction) to complete the detection of one stripe region, and then the X direction. A method of moving to a direction orthogonal to the direction (Y direction) and detecting the adjacent stripe region again can be considered. Alternatively, as shown in (b), a method of detecting in the X direction and the Y direction in order and moving in a spiral shape from the outside to the inside or from the inside to the outside may be used. That is, when the elements are arranged in two dimensions, the acoustic wave detector moves in the element arrangement direction (X direction or Y direction).

本発明における生体情報取得装置では、図5で示したように、移動前後での音響波検出器の検出領域が重複する領域をもつことが特徴である。なお、図5において、33は移動前(第1の位置)の音響波検出器の検出領域、34は移動後(第2の位置)の音響波検出器の検出領域、35は移動前後での音響波検出器の検出領域の重複する領域である。このような重複する領域を持つことで、位置ズレの補正を行うことができる。例えば、第1の位置で測定したデータを用いて重複領域直上の画像を構成する。同様に、第2の位置で測定したデータを用いて重複領域直上の画像を構成する。原理的にはこの画像は同じにならなければいけないが、被検体の振動あるいは移動機構の機械的精度などにより、測定位置がずれた場合、画像ズレが生じる。その結果、その2つの画像の差を取ると、移動ズレがある場合、そのズレ量に対応した画像が生成される。その画像を解析すると測定位置のズレを計算できる。そして、そのズレ量を考慮して第2の位置でのデータで画像再構成を行えば、画像ズレを低減することができる。   As shown in FIG. 5, the biological information acquisition apparatus according to the present invention is characterized in that the detection area of the acoustic wave detector before and after the movement has an overlapping area. In FIG. 5, 33 is the detection area of the acoustic wave detector before the movement (first position), 34 is the detection area of the acoustic wave detector after the movement (second position), and 35 is the area before and after the movement. This is an area where the detection areas of the acoustic wave detector overlap. By having such overlapping regions, it is possible to correct the positional deviation. For example, an image immediately above the overlapping area is formed using data measured at the first position. Similarly, an image immediately above the overlapping area is constructed using data measured at the second position. In principle, the images must be the same, but if the measurement position is shifted due to the vibration of the subject or the mechanical accuracy of the moving mechanism, an image shift occurs. As a result, when the difference between the two images is taken, if there is a movement shift, an image corresponding to the shift amount is generated. By analyzing the image, the deviation of the measurement position can be calculated. Then, if the image reconstruction is performed with the data at the second position in consideration of the shift amount, the image shift can be reduced.

図6(a)は、音響波検出器上に分布した初期音圧分布の一例を表したものであり、36が音響波発生源を示している。この図6(a)は3次元的に分布した音響波発生源を音響波検出器方向に投影したものを示している。このような初期圧力分布を検出領域に重複する領域を持たせない、従来の方法で画像を再構成した場合に得られる画像の概念図をあらわしたものが図6(b)である。図6(b)に示したように、被検体の振動あるいは移動機構の機械的精度などにより、画像再構成領域の境界に画像ズレが生じる場合がある。   FIG. 6A shows an example of an initial sound pressure distribution distributed on the acoustic wave detector, and 36 indicates an acoustic wave generation source. FIG. 6A shows a three-dimensionally distributed acoustic wave source projected onto the acoustic wave detector. FIG. 6B shows a conceptual diagram of an image obtained when an image is reconstructed by a conventional method that does not have a region where the initial pressure distribution overlaps the detection region. As shown in FIG. 6B, image misalignment may occur at the boundary of the image reconstruction area due to the vibration of the subject or the mechanical accuracy of the moving mechanism.

一方、移動前後で検出領域に重複する領域を持たせた場合に得られる画像の概念図を表したものが図6(c)である。図6(c)のように、移動前後で検出領域に重複する領域を持たせた場合には、重複する領域35で、移動前後での音響波検出信号を利用できるために、前述した方法で画像再構成を行うことで画像の位置ズレを補正でき、より実際の初期圧力分布に近い画像が得られる。なお、位置ズレの補正方法としては、前述した方法とは別に、第1及び第2の位置で得た別々の電気信号から夫々画像を再構成し、その夫々の画像を平均化する方法や、第1及び第2の位置で得た別々の電気信号を平均化してから画像を再構成する方法が考えられる。画像の平均化方法は重複測定領域上の各ボクセル値を足し合わせ、2で割ればよい。電気信号の平均化も同様に、重複測定領域にある素子で得られた信号を単純に平均化すればよい。このような信号あるいは画像を平均化する方法では、位置ズレの量も平均化されるので、そのデータを用いた再構成により得られる画像においても画像ズレが低減される。   On the other hand, FIG. 6C shows a conceptual diagram of an image obtained when an overlapping area is provided in the detection area before and after movement. As shown in FIG. 6C, in the case where the detection region overlaps with the detection region before and after the movement, the acoustic wave detection signal before and after the movement can be used in the overlapping region 35. By performing image reconstruction, it is possible to correct the positional deviation of the image, and an image closer to the actual initial pressure distribution can be obtained. In addition to the above-described method, the positional deviation correction method includes a method of reconstructing images from separate electrical signals obtained at the first and second positions, and averaging the images. A method of reconstructing the image after averaging the separate electrical signals obtained at the first and second positions is conceivable. As an image averaging method, each voxel value on the overlap measurement region may be added and divided by two. Similarly, the averaging of the electrical signals may be performed simply by averaging the signals obtained from the elements in the overlapping measurement region. In such a method of averaging signals or images, the amount of positional deviation is also averaged, so image deviation is reduced even in an image obtained by reconstruction using the data.

このように、音響波検出器で音響波を検出する領域を重ねることで、位置ズレを補正し、より実際の生体情報に近い画像を再構成することができる。   As described above, by overlapping the areas where the acoustic wave detector detects acoustic waves, it is possible to correct the positional deviation and reconstruct an image closer to actual biological information.

次に、本実施形態を具体的に説明する。   Next, this embodiment will be specifically described.

図2において、光源11は生体を構成する成分のうち特性の成分に吸収される特定の波長の光を照射することを目的とする。ただし、光源は本発明の生体情報取得装置と一体として設けられていても良いし、光源を分離して別体として設けられていても良い。光源としては数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源を少なくとも一つは備える。なお、検出する音響波の音圧が小さくてよい場合は、上記で記述したオーダーのパルス光ではなく、サイン波など時間的に強度が変化する光であればよい。光源としては大きな出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。   In FIG. 2, the light source 11 is intended to irradiate light of a specific wavelength that is absorbed by a characteristic component among the components constituting the living body. However, the light source may be provided integrally with the biological information acquisition apparatus of the present invention, or may be provided separately from the light source. As the light source, at least one pulse light source capable of generating pulsed light on the order of several nanometers to several hundred nanoseconds is provided. In the case where the sound pressure of the acoustic wave to be detected may be small, it is not limited to the pulse light of the order described above, but may be light having a temporally changing intensity such as a sine wave. Although a laser capable of obtaining a large output is preferable as the light source, a light emitting diode or the like can be used instead of the laser. As the laser, various lasers such as a solid laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used.

なお、本実施形態においては、光源11が一つである例を示しているが、複数の光源を用いても良い。その場合は、生体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長を発振する光源を複数用いても良いし、光学特性値分布の波長による違いを測定するために、発振波長の異なる光源を複数個用いても良い。なお、光源11として、発振する波長の変換可能な色素やOPO(Optical Parametric Oscillators)やチタンサファイヤ及びアレキサンドライトの結晶を用いることができれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。使用する光源の波長に関しては、生体内において吸収が少ない700nmから1100nmの領域が好ましい。ただし、比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば400nmから1600nmの波長領域を使用することも可能である。   In the present embodiment, an example in which there is one light source 11 is shown, but a plurality of light sources may be used. In that case, a plurality of light sources that oscillate the same wavelength may be used in order to increase the irradiation intensity of the light that irradiates the living body. A plurality may be used. In addition, if the light source 11 can use a oscillating wavelength-convertible dye, OPO (Optical Parametric Oscillators), titanium sapphire, or alexandrite crystals, it is possible to measure the difference in optical characteristic value distribution depending on the wavelength. . Regarding the wavelength of the light source to be used, a region of 700 nm to 1100 nm that absorbs less in the living body is preferable. However, when obtaining the optical characteristic value distribution of the living tissue relatively near the surface of the living body, it is also possible to use a wavelength region having a wider range than the above wavelength region, for example, a wavelength region of 400 nm to 1600 nm.

図2の12は光源から照射された光であり、光導波路などを用いて、伝搬させることも可能である。図で示してはいないが光導波路としては、光ファイバが好ましい。光ファイバを用いる場合は、それぞれの光源に対して複数の光ファイバを使用して、生体表面に光を導くことも可能であるし、複数の光源からの光を一本の光ファイバに導き、一本の光ファイバのみを用いて、すべての光を生体に導いても良い。図2の14は光学部品であり、主に光を反射されるミラーや光を集光したり拡大したり、形状を変化させるレンズなどを意味している。このような光学部品は、所望の形状で光源から発せられた光12が被検体13に照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。なお、一般的に光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が好ましい。また、光を被検体に照射する領域は移動可能であることが好ましい。言い換えると、本発明の生体情報取得装置は、光源から発生した光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域(被検体に照射される光)は、音響波検出器と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、上記可動式ミラー等を用いて移動させてもよいが、光源自体を機械的に移動させてもよい。   Reference numeral 12 in FIG. 2 denotes light emitted from a light source, which can be propagated using an optical waveguide or the like. Although not shown in the drawing, an optical fiber is preferable as the optical waveguide. When using an optical fiber, it is possible to use a plurality of optical fibers for each light source to guide light to the surface of the living body, or to guide light from a plurality of light sources to a single optical fiber, All light may be guided to the living body using only one optical fiber. Reference numeral 14 in FIG. 2 denotes an optical component, which mainly means a mirror that reflects light, a lens that collects or enlarges light, or changes its shape. Any optical component may be used as long as the subject 13 is irradiated with the light 12 emitted from the light source in a desired shape. In general, it is preferable to spread light over a certain area rather than condensing light with a lens. In addition, it is preferable that the region where the subject is irradiated with light is movable. In other words, the biological information acquisition apparatus of the present invention is preferably configured so that light generated from the light source can move on the subject. By being movable, it is possible to irradiate light over a wider range. Further, it is more preferable that the region where the subject is irradiated with light (light irradiated to the subject) moves in synchronization with the acoustic wave detector. As a method of moving the region irradiated with light to the subject, the light source itself may be mechanically moved, although the moving mirror or the like may be used.

被検体13としては、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的としているため、人体や動物の乳房や指・手足など診断の対象ならばそのようなものを被検体として用いることができる。被検体13の光吸収体としては、被検体内で吸収係数が高いものを示し、例えば、人体が測定対象であればヘモグロビンやそれを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍である。   The subject 13 is intended for diagnosis of human or animal malignant tumors or vascular diseases, or for the follow-up of chemical treatment, and so on if it is the subject of diagnosis such as breasts, fingers or limbs of the human body or animals. Can be used as a subject. The light absorber of the subject 13 indicates a substance having a high absorption coefficient in the subject. For example, if the human body is a measurement target, it is a malignant tumor containing hemoglobin, a blood vessel containing a lot of it, or a lot of new blood vessels.

図2の音響波検出器17は被検体内を伝播した光のエネルギーの一部を吸収した物体から発生した音響波を検知し、電気信号に変換するものである。圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波を検知できるものであれば、どのような音響波検出器を用いてもよい。   The acoustic wave detector 17 shown in FIG. 2 detects an acoustic wave generated from an object that has absorbed a part of the energy of light propagated in the subject and converts it into an electrical signal. Any acoustic wave detector may be used as long as it can detect acoustic waves, such as a transducer using a piezoelectric phenomenon, a transducer using optical resonance, and a transducer using a change in capacitance.

なお、本発明の生体情報取得装置における音響波検出器は、図3で示されたような2次元的に素子が配置したものがよい。このような2次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができ、検出時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。また、音響波検出器17と被検体との間には、図示してはしないが音響波の反射を抑えるためのジェルや水などの音響インピーダンスマッチング剤を使うことが望ましい。   The acoustic wave detector in the biological information acquisition apparatus of the present invention is preferably one in which elements are two-dimensionally arranged as shown in FIG. By using such a two-dimensional array element, acoustic waves can be detected simultaneously at a plurality of locations, the detection time can be shortened, and influences such as vibration of the subject can be reduced. In addition, although not shown, it is desirable to use an acoustic impedance matching agent such as gel or water for suppressing reflection of acoustic waves between the acoustic wave detector 17 and the subject.

図2の音響波検出器の移動制御システム21は、通常のモーターなどを用いた駆動ステージとステージコントローラーが使われるが、音響波検出器17を2次元的(X方向もしくはY方向)に操作できればどのようなものを用いてもかまわない。上述したように、音響波検出器17の移動後の音響波検出領域が移動前の音響波検出領域と重複する領域をもたせる制御機構を含むことが必要であり、そのような制御ができればどのようなコントローラーを用いることも可能である。なお、重複する領域としてはX方向、Y方向の少なくとも一方に有するように音響波検出器を移動するが、X方向Y方向のどちらにも重複する領域を有するように移動することが好ましい。   The movement control system 21 of the acoustic wave detector of FIG. 2 uses a drive stage and a stage controller using a normal motor or the like. However, if the acoustic wave detector 17 can be operated two-dimensionally (X direction or Y direction). Anything can be used. As described above, it is necessary to include a control mechanism in which the acoustic wave detection area after the acoustic wave detector 17 moves has an area that overlaps the acoustic wave detection area before the movement. It is also possible to use a simple controller. The acoustic wave detector is moved so as to have at least one of the X direction and the Y direction as the overlapping region, but it is preferable to move so as to have an overlapping region in both the X direction and the Y direction.

また、音響波検出器17の一回の移動幅は、移動方向における1素子の幅の整数倍であることが好ましい。つまり、図3のように、素子がM×N個の2次元アレイとし、1素子の面積をSとすると、音響波検出器がX方向に移動する場合の重複する領域は、S×N×i(iは1以上M−1以下の整数)で表される。同様に、Y方向に移動する場合は、S×M×j(jは1以上N−1以下の整数)で表される。このように移動することで、位置ズレの補正がより正確となる。   Moreover, it is preferable that the single movement width of the acoustic wave detector 17 is an integral multiple of the width of one element in the movement direction. That is, as shown in FIG. 3, when an element is M × N two-dimensional array and the area of one element is S, the overlapping area when the acoustic wave detector moves in the X direction is S × N × i (i is an integer from 1 to M-1). Similarly, when moving in the Y direction, it is represented by S × M × j (j is an integer from 1 to N−1). By moving in this way, the positional deviation can be corrected more accurately.

本発明の音響波検出器は、静止→移動を繰り返すステップアンドリピート式に位置決めをして移動し、停止状態で音響波を検出する。この1つの位置での停止状態で音響波の受信は複数回行うことが好ましい。複数の信号の平均値を利用することにより、ノイズの少ない画像を再構成することができる。   The acoustic wave detector of the present invention is positioned and moved in a step-and-repeat manner that repeats stationary → moving, and detects an acoustic wave in a stopped state. It is preferable to receive the acoustic wave a plurality of times in a stopped state at this one position. By using the average value of a plurality of signals, an image with less noise can be reconstructed.

図2の電子制御システム18は音響波検出器17より得られた電気信号を増幅し、それをアナログからデジタルに変換する。図2の信号処理装置19は電子制御システムから得られたデータを記憶し、それを演算手段により、光学特性値分布の画像データに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。例えば、様々なデータを解析できるコンピューターなどが使用できる。なお、データ解析手法(画像再構成手法)としては通常の光音響トモグラフィーで使われているフィルタ補正逆投影法、フーリエ変換法、球状ラドン変換法、合成開口法などを用いることができる。次に、図2の画像表示装置は信号処理装置で作られた画像データを表示できれば、どのようなものでも用いることができる。たとえば、液晶ディスプレイなどを利用できる。   The electronic control system 18 of FIG. 2 amplifies the electrical signal obtained from the acoustic wave detector 17 and converts it from analog to digital. 2 may store any data obtained from the electronic control system, and any data can be used as long as it can be converted into image data of an optical characteristic value distribution by a calculation means. For example, a computer that can analyze various data can be used. As a data analysis method (image reconstruction method), a filter-corrected back projection method, a Fourier transform method, a spherical radon transform method, a synthetic aperture method, or the like used in normal photoacoustic tomography can be used. Next, the image display apparatus shown in FIG. 2 can be used as long as it can display image data generated by the signal processing apparatus. For example, a liquid crystal display can be used.

なお、複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長に関して、上記のシステムにより被検体内の吸収係数分布を算出する。そして、それらの値と生体組織を構成する物質(グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど)固有の波長依存性とを比較することによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。   When light having a plurality of wavelengths is used, the absorption coefficient distribution in the subject is calculated by the above system for each wavelength. It is also possible to image the concentration distribution of the substances that make up the living body by comparing these values with the wavelength dependence of the substances that make up the living tissue (glucose, collagen, oxidized / reduced hemoglobin, etc.) It is.

このような実施形態に示された生体情報取得装置を用いることで、より実際の生体情報に近い画像を再構成できる。   By using the biological information acquisition device shown in such an embodiment, an image closer to actual biological information can be reconstructed.

従来の生体情報取得装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the conventional biometric information acquisition apparatus. 本発明を適用できる生体情報取得装置の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the biometric information acquisition apparatus which can apply this invention. 本発明を適用できる生体情報取得装置の音響波検出器の構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the acoustic wave detector of the biological information acquisition apparatus which can apply this invention. 本発明を適用できる生体情報取得装置の音響波検出器の移動方法の一例である。It is an example of the moving method of the acoustic wave detector of the biological information acquisition apparatus which can apply this invention. 本発明を適用できる生体情報取得装置の音響波検出器の移動前後の重複する領域を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the area | region which overlaps before and behind the movement of the acoustic wave detector of the biological information acquisition apparatus which can apply this invention. (a)は音響波発生源の一例であり、(b)は従来の生体情報取得装置で得られる画像の一例であり、(c)は本発明の生体情報取得装置で得られる画像の一例である。(A) is an example of an acoustic wave generation source, (b) is an example of an image obtained by a conventional biological information acquisition device, and (c) is an example of an image obtained by the biological information acquisition device of the present invention. is there.

符号の説明Explanation of symbols

11 光源
12 光
3、13、43 被検体
14 光学部品
2、15、36 光吸収体あるいは初期圧力分布
5、16 音響波
1、17、31 音響波検出器
18 電子制御システム
19 信号処理装置
20 画像表示装置
21 移動制御システム
4 画像化領域
32 素子
33 音響波検出器移動前の検出領域
34 音響波検出器移動後の検出領域
35 移動前後での音響波検出器検出領域の重複する領域
37 画像化された初期圧力分布
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light source 12 Light 3, 13, 43 Subject 14 Optical component 2, 15, 36 Light absorber or initial pressure distribution 5, 16 Acoustic wave 1, 17, 31 Acoustic wave detector 18 Electronic control system 19 Signal processing apparatus 20 Image Display device 21 Movement control system 4 Imaging area 32 Element 33 Detection area before moving acoustic wave detector 34 Detection area after moving acoustic wave detector 35 Area where acoustic wave detector detection areas overlap before and after movement 37 Imaging Initial pressure distribution

Claims (8)

被検体から発生した音響波を検出し電気信号に変換する素子を複数配列した音響波検出器と、前記音響波検出器を移動させる移動制御手段と、前記電気信号に基づき生体情報画像を再構成する信号処理装置と、を有する生体情報取得装置であって、
前記音響波検出器は、第1の位置で前記音響波を検出し、前記移動制御手段により前記第1の位置の一部の領域と重複する領域を有する第2の位置に移動した後に、前記第2の位置で前記音響波を検出し、
前記信号処理装置は、前記第1及び第2の位置で得た電気信号を利用して前記重複する領域における生体情報画像を再構成することを特徴とする生体情報取得装置。
An acoustic wave detector in which a plurality of elements that detect acoustic waves generated from the subject and convert them into electrical signals are arranged, movement control means for moving the acoustic wave detectors, and reconstructing a biological information image based on the electrical signals A biological information acquisition device having a signal processing device,
The acoustic wave detector detects the acoustic wave at a first position, and moves to a second position having an area overlapping with a partial area of the first position by the movement control unit. Detecting the acoustic wave at a second position;
The biometric information acquisition apparatus, wherein the signal processing apparatus reconstructs a biometric information image in the overlapping region using electrical signals obtained at the first and second positions.
前記音響波検出器の、前記第1の位置から前記第2の位置への移動幅は、移動方向における前記1素子の幅の整数倍であることを特徴とする請求項1に記載の生体情報取得装置。   2. The biological information according to claim 1, wherein a moving width of the acoustic wave detector from the first position to the second position is an integral multiple of a width of the one element in a moving direction. Acquisition device. 前記音響波は、光源から発生した光を被検体に照射することにより発生することを特徴とする請求項1又は2に記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the acoustic wave is generated by irradiating a subject with light generated from a light source. 前記光源から発生した光が被検体上を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to claim 3, wherein the light generated from the light source is configured to be movable on the subject. 前記光源から発生した光が被検体に照射される領域に同期して前記音響波検出器が移動することを特徴とする請求項4に記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to claim 4, wherein the acoustic wave detector moves in synchronization with a region in which light generated from the light source is irradiated on a subject. 前記音響波検出器は、前記素子を2次元的に配列してなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の生体情報取得装置。   The biological information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the acoustic wave detector is formed by two-dimensionally arranging the elements. 前記信号処理装置は、前記第1及び第2の位置で得た別々の電気信号から夫々生体情報画像を再構成し、前記夫々の生体情報画像を平均化することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の生体情報取得装置。   2. The signal processing device according to claim 1, wherein each of the biometric information images is reconstructed from separate electrical signals obtained at the first and second positions, and the biometric information images are averaged. The biological information acquisition apparatus according to any one of 6. 前記信号処理装置は、前記第1及び第2の位置で得た別々の電気信号を平均化して生体情報画像を再構成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の生体情報取得装置。   The biological information according to claim 1, wherein the signal processing device reconstructs a biological information image by averaging separate electrical signals obtained at the first and second positions. Acquisition device.
JP2008258568A 2008-10-03 2008-10-03 SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE Active JP5279435B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008258568A JP5279435B2 (en) 2008-10-03 2008-10-03 SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008258568A JP5279435B2 (en) 2008-10-03 2008-10-03 SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013109144A Division JP5680141B2 (en) 2013-05-23 2013-05-23 SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010088496A true JP2010088496A (en) 2010-04-22
JP5279435B2 JP5279435B2 (en) 2013-09-04

Family

ID=42251839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008258568A Active JP5279435B2 (en) 2008-10-03 2008-10-03 SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5279435B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102293667A (en) * 2010-06-24 2011-12-28 富士胶片株式会社 Method and apparatus for imaging biological data
JP2012005622A (en) * 2010-06-24 2012-01-12 Fujifilm Corp Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
JP2012061202A (en) * 2010-09-17 2012-03-29 Canon Inc Acoustic wave signal processor, method for controlling the same, and control program
JP2017018285A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 キヤノン株式会社 Photoacoustic apparatus, image processing method, and program
US10445897B2 (en) 2015-07-09 2019-10-15 Canon Kabushiki Kaisha Device for acquiring information relating to position displacement of multiple image data sets, method, and program

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11318892A (en) * 1998-05-08 1999-11-24 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd Ultrasonography and ultrasonograph
JPH11514549A (en) * 1996-01-31 1999-12-14 ザ ボード オブ リージェント オブ ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム Laser optical acoustic imaging equipment
JP2004507298A (en) * 2000-08-22 2004-03-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Ultrasound diagnostic system with spatially synthesized panoramic images
JP2008506477A (en) * 2004-07-20 2008-03-06 アッパー・オーストリアン・リサーチ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Thermoacoustic tomography method and thermoacoustic tomograph
JP2008191160A (en) * 2008-02-13 2008-08-21 Toshiba Corp Biological information measurement instrument

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11514549A (en) * 1996-01-31 1999-12-14 ザ ボード オブ リージェント オブ ザ ユニバーシティ オブ テキサス システム Laser optical acoustic imaging equipment
JPH11318892A (en) * 1998-05-08 1999-11-24 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd Ultrasonography and ultrasonograph
JP2004507298A (en) * 2000-08-22 2004-03-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Ultrasound diagnostic system with spatially synthesized panoramic images
JP2008506477A (en) * 2004-07-20 2008-03-06 アッパー・オーストリアン・リサーチ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Thermoacoustic tomography method and thermoacoustic tomograph
JP2008191160A (en) * 2008-02-13 2008-08-21 Toshiba Corp Biological information measurement instrument

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102293667A (en) * 2010-06-24 2011-12-28 富士胶片株式会社 Method and apparatus for imaging biological data
JP2012005622A (en) * 2010-06-24 2012-01-12 Fujifilm Corp Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
JP2012061202A (en) * 2010-09-17 2012-03-29 Canon Inc Acoustic wave signal processor, method for controlling the same, and control program
JP2017018285A (en) * 2015-07-09 2017-01-26 キヤノン株式会社 Photoacoustic apparatus, image processing method, and program
US10445897B2 (en) 2015-07-09 2019-10-15 Canon Kabushiki Kaisha Device for acquiring information relating to position displacement of multiple image data sets, method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP5279435B2 (en) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2553425B1 (en) Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
JP5541662B2 (en) Subject information acquisition apparatus and control method thereof
JP5305818B2 (en) Biological information acquisition device
JP5661451B2 (en) Subject information acquisition apparatus and subject information acquisition method
JP5586977B2 (en) Subject information acquisition apparatus and subject information acquisition method
JP5847490B2 (en) Subject information acquisition device
JP6174656B2 (en) Hand-held device and method for stereoscopic real-time photoacoustic imaging of an object
US8942058B2 (en) Display data obtaining apparatus and display data obtaining method
JP5675390B2 (en) measuring device
JP2011005042A (en) Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic imaging method
JP2010088627A (en) Apparatus and method for processing biological information
JP5773578B2 (en) SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE, CONTROL METHOD AND PROGRAM FOR SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE
JP5279435B2 (en) SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE
JP6656229B2 (en) Photoacoustic device
JP6324456B2 (en) Biological information acquisition device
JP6012776B2 (en) SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE
JP5680141B2 (en) SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SUBJECT INFORMATION ACQUISITION DEVICE
JP5669889B2 (en) Biological information acquisition device
US20200305727A1 (en) Image processing device, image processing method, and program
US20150374239A1 (en) Object information acquiring apparatus and control method of object information acquiring apparatus
JP6362122B2 (en) Subject information acquisition apparatus and subject information acquisition method
Ai Photoacoustic tomography for prostate imaging by transurethral illumination
JP2020162745A (en) Image processing device, image processing method, and program

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100201

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20100630

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110412

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130205

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130408

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130521

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5279435

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151