JP2012061202A - 音響波信号処理装置ならびにその制御方法および制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の素子を持つ音響波検出器が検出した音響波に基づく音響波信号から、一部または全部の素子の音響波信号を選択して音響波信号群を設定する選択部と、音響波信号群を用いて注目点の音響波の音圧に関連する情報を求める算出部と、判定部を有し、選択部は、素子の組み合わせ又は素子の位置の少なくとも一方が異なる複数の音響波信号群を設定し、判定部は、注目点に対して音響波信号群ごとに算出された音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものかを判定し、少なくとも一つの音響波信号群において音源の存在に基づくものではないと判定された注目点は音源が存在しないと判定する音響波信号処理装置を用いる。
【選択図】図1
Description
このような光画像化技術の一つとして、Photoacoustic Tomography(PAT:光音響トモ
グラフィー)がある。光音響トモグラフィーとは、光音響効果により被検体内で伝播・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に基づき、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。光学特性値に関連した情報取得の一例としては、音響波を、被検体を取り囲む複数の個所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理する方法がある。
ここで、rは位置、tは時間であり、p(r,t)は音圧の時間変化、p0(r)は初期音圧分布、cは音速である。δ(t)は光パルスの形状をあらわすデルタ関数である。
的に使われているUniversal Back Projection(UBP)法に関して説明する。式(1)の光音響
波動方程式を周波数空間上で解析することで、p0(r)を求める逆問題を正確に解くことが
できる。その結果を時間空間上で表したのがUBPである。最終的に以下のような式(2)が導かれる。
ここで、Ω0は任意の再構成ボクセル(あるいはフォーカス点)に対する全体の測定エ
リアS0の立体角である。
ここでb(r0,t)は投影データ、dΩ0は任意の観測点Pに対する検出器dS0の立体角である
。この投影データを式(3)の積分に従って逆投影することで初期音圧分布p0(r)を得ることができる。
求まることが知られている(非特許文献1及び2参照)。
の特定の方向から、限られた大きさの探触子を用いて音響波を検出する装置として構成されることが多い。
報を用いて、解析解による画像再構成処理を行うと、再構成画像には計算上、多数のアーチファクトが生じてしまう問題がある。
ある。
た半球面上にあたる位置に音源の存在を推定するような規則的な計算処理が繰り返される。そのため、再構成画像に残るアーチファクトも規則的な位置に生じる傾向があり、ランダムなノイズよりも、判別しづらいアーチファクトとなりやすい。
を選択して音響波信号群を設定する選択部と、前記音響波信号群を用いて、注目点の音響波の音圧に関連する情報を求める算出部と、判定部と、を有し、前記選択部は、素子の組み合わせ又は素子の位置の少なくとも一方が互いに異なる複数の音響波信号群を設定するものであり、前記判定部は、同じ注目点に対して前記複数の音響波信号群ごとに前記算出部が算出した前記音圧に関連する情報のそれぞれについて、音源の存在に基づくものかどうかを判定する第一の判定、および、前記第一の判定の結果により、少なくとも一つの音響波信号群による前記音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものではないと判定された注目点は音源が存在しないと判定する第二の判定を行うことを特徴とする音響波信号処理装置である。
本実施形態では、検出した音響波から初期音圧分布を求めて3次元再構成画像を生成する画像再構成方法について説明する。本実施形態の画像再構成方法を実施する画像情報取得装置は、光音響波診断装置である。ここで、画像再構成に必要な情報は、音響波信号を処理して得られる初期音圧分布などの音圧に関連する情報であるため、本発明を音響波信号処理装置として捉えることもできる。その場合、音響波信号処理により得られた情報を制御装置等で別途画像化して、診断に用いることになる。本発明はまた、音響波信号処理装置の制御方法または制御プログラムとして捉えることもできる。
図1は、本実施形態に係る光音響波診断装置の機能構成を示している。図1に示すように、本実施形態に係る光音響波診断装置は、情報処理部1000、音響波信号計測部1100によって構成されている。各機能ブロックを実施するための機器構成の例を図2、図3に示している。図2は、本実施形態に係る光音響波診断装置の情報処理部1000を実施する機器構成の一例である。また、図3は、音響波信号計測部1100を実施する機器構成の一例である。
ここで、音響波検出器1105は、例えば、音響波を検出する探触子である。また、音響波信号情報とは、音響波信号や、受信面上に配置された素子の位置や感度、指向性に関する情報のように受信素子の情報が該当する。さらに、音響波取得の撮影パラメータや他の計測情報のような音響波信号取得時の条件に関わる情報も含まれる。光音響波診断装置では、音響波を放出する光の光源の制御や、被検体を圧迫する場合の圧迫に関する情報も、音響波信号取得時の条件として取得する。なお、後述するように、音響波検出器は検出した音響波をアナログ電気信号に変換するものである。制御部1102(図3)がこのアナログ電気信号に少なくとも増幅、デジタル変換処理を加えて、情報処理部に送信する音響波信号となる。
、被検体の位置やサイズ、画像再構成を行う再構成領域の位置やサイズ、それぞれの相対的な位置関係などの情報である。
素子ごとに取得される情報は、音響波検出器1105の素子の識別子と関連付けられた情報として送信される。
例えば、音響波検出器1105の受信面上における素子の位置に関する情報は、素子の識別子が、音響波信号計測部1100から情報処理部1000に送信された後、あらかじめ情報処理部1000に記憶されている位置情報を参照しても良い。
生成された3次元再構成画像は、画像再構成部1002から表示情報生成部1003に送られる。
する情報を生成する。表示情報は、3次元画像情報に基づいて生成される表示情報であれば、どのような表示情報でも実施できる。表示情報の例としては、ボリュームレンダリング、多断面変換表示法、最大値投影法などで得られる2次元画像がある。また、3次元画像情報から得られる情報を統計情報などの別の表示情報を生成することもできる。
音響波信号計測部1100の機能は、I/F107を介して実現される。なお、上記各構成要素は共通バス108により互いに通信可能に接続されている。
光源1101は、レーザーや発光ダイオード等のような被検体に照射する照射光の光源である。照射光は、被検体を構成する成分のうち特定の成分で吸収の度合いが強いと予想される波長の照射光を用いる。
ができる。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。さらに、音響波検出器1105の位置を移動する位置制御手段1106を設けて、音響波検出器を移動できるように構成する。位置制御手段1106の一例としては、位置センサの情報に基づき平板1110上をモーターで移動する方法がある。
次に、図4及び図5のフローチャートを用いて、本実施形態における光音響波診断装置が実行する具体的な処理の手順を説明する。
図4のフローチャートは、本発明の画像再構成方法を実施する画像情報取得装置の撮影処理を始めた時点から開始される。
子領域704となる。すなわち、有効素子領域704は、注目点702を指向性の範囲に含みうる素子の存在範囲を示している。有効素子領域704上に配置されている素子が、音響波検出器の受信面701の受信面上における有効素子705として選択される。
憶できれば、どのような方法であってもよい。例えば、あらかじめ3次元座標の情報と関連づけられたボクセルであれば、ボクセルの識別子とボクセル値のみを配列で記憶するような方法でもよい。
一方、いずれの組み合わせの音響波信号情報群を用いても、光音響波の音源の位置については、常に光音響波に基づく値が算出されるため、いずれの再構成画像中からも消えることはない。
図5のフローチャートは、本実施形態における中間データである、3次元再構成画像のボリュームデータ群が生成済みの状況で開始する。
ステップS505において、未処理の注目点である他の位置のボクセルが残っているか判定する。他の位置のボクセルが未処理である場合には、ステップS501〜S504ま
での処理を繰り返す。そして、すべての注目点についてボクセル値を決定するとステップS506に進む。
以上のような手順により、アーチファクトの低減された3次元再構成画像をユーザーに提示する。
上記の実施形態1では、中間データとして3次元再構成画像を生成し、生成した3次元再構成画像群から、アーチファクトを低減した再構成画像を生成していた。
本実施形態に係る光音響波診断装置は、実施形態1と同じ構成であるため、説明を省略する。
図6は、本実施形態の処理の手順を示したフローチャートである。図6のフローチャートを用いて、本実施形態における光音響波診断装置が実行する具体的な処理の手順を説明する。図6のフローチャートは、本発明の画像再構成方法を実施する画像情報取得装置の撮影処理を始めた時点から開始される。
この判定処理は、実施形態1のステップS407の処理と同様の判定処理であるため、説明を省略する。
ステップS609において、画像再構成部1002は、算出された初期音圧値の候補値を保存する。この候補値の決定方法は、光音響波の音響波信号により算出されたとみなす値であれば、どのように決定しても本実施形態を実施することができる。一例としては、全有効素子で検出された音響波信号に基づく再構成処理の算出値を候補値とする方法がある。ステップS605の選択範囲の中で、光音響波の音源による再構成画像として最も望ましい値が算出できる音響波信号群を候補値として保存すればよい。
生成することができる。
Claims (8)
- 被検体から放出される音響波を検出する複数の素子を配置した音響波検出器と、
前記音響波検出器の複数の素子が検出した音響波に基づく音響波信号から、一部または全部の素子の音響波信号を選択して音響波信号群を設定する選択部と、
前記音響波信号群を用いて、注目点の音響波の音圧に関連する情報を求める算出部と、
判定部と、
を有し、
前記選択部は、素子の組み合わせ又は素子の位置の少なくとも一方が互いに異なる複数の音響波信号群を設定するものであり、
前記判定部は、同じ注目点に対して前記複数の音響波信号群ごとに前記算出部が算出した前記音圧に関連する情報のそれぞれについて、音源の存在に基づくものかどうかを判定する第一の判定、および、前記第一の判定の結果により、少なくとも一つの音響波信号群による前記音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものではないと判定された注目点は音源が存在しないと判定する第二の判定を行う
ことを特徴とする音響波信号処理装置。 - 前記音響波検出器の複数の素子のうち、前記注目点が指向性の範囲に収まるような素子である有効素子を決定する決定部をさらに有し、
前記選択部は、前記有効素子の音響波信号を選択して音響波信号群を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の音響波信号処理装置。 - 前記判定部は、前記第一の判定において、前記算出部が算出した前記音圧に関連する情報が所定の閾値より大きい場合に、当該音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものであると判定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の音響波信号処理装置。 - 前記判定部は、前記第一の判定での結果が、いずれの音響波信号群に対応する音圧に関連する情報も音源の存在に基づくものである場合に、前記第二の判定において、前記注目点の位置に音源が存在すると判定する
ことを特徴とする請求項3に記載の音響波信号処理装置。 - 前記選択部は、前記音響波信号群の一つとして、前記有効素子の音響波信号の全てを選択し、
前記判定部により前記注目点の位置に音源が存在すると判定された注目点については、前記算出部が、前記有効素子の音響波信号の全てを用いて算出した音圧をもって、被検体の画像データを生成する際に用いるデータとする
ことを特徴とする請求項2に記載の音響波信号処理装置。 - 被検体から放出される前記音響波は、光源からの光を受けた被検体の中の光吸収体が音源となって発生する光音響波である
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の音響波信号処理装置。 - 被検体から放出される音響波を検出する複数の素子を配置した音響波検出器を有する音響波信号処理装置の制御方法であって、
前記音響波検出器の複数の素子が検出した音響波に基づく音響波信号から、一部または全部の素子の音響波信号を選択して音響波信号群を設定する選択ステップと、
前記音響波信号群を用いて、注目点の音響波の音圧に関連する情報を求める算出ステップと、
判定ステップと、
を有し、
前記選択ステップは、素子の組み合わせ又は素子の位置の少なくとも一方が互いに異なる複数の音響波信号群を設定するものであり、
前記判定ステップは、同じ注目点に対して前記複数の音響波信号群ごとに前記算出ステップが算出した前記音圧に関連する情報のそれぞれについて、音源の存在に基づくものかどうかを判定する第一の判定ステップ、および、前記第一の判定ステップの結果、少なくとも一つの音響波信号群による前記音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものではないと判定された注目点は音源が存在しないと判定する第二の判定ステップを含む
ことを特徴とする音響波信号処理装置の制御方法。 - 被検体から放出される音響波を検出する複数の素子を配置した音響波検出器を有する音響波信号処理装置に、
前記音響波検出器の複数の素子が検出した音響波に基づく音響波信号から、一部または全部の素子の音響波信号を選択して音響波信号群を設定する選択ステップと、
前記音響波信号群を用いて、注目点の音響波の音圧に関連する情報を求める算出ステップと、
判定ステップと、
を実行させる、音響波信号処理装置の制御プログラムであって、
前記選択ステップは、素子の組み合わせ又は素子の位置の少なくとも一方が互いに異なる複数の音響波信号群を設定するものであり、
前記判定ステップは、同じ注目点に対して前記複数の音響波信号群ごとに前記算出ステップが算出した前記音圧に関連する情報のそれぞれについて、音源の存在に基づくものかどうかを判定する第一の判定ステップ、および、前記第一の判定ステップの結果、少なくとも一つの音響波信号群による前記音圧に関連する情報が音源の存在に基づくものではないと判定された注目点は音源が存在しないと判定する第二の判定ステップを含む
ことを特徴とする音響波信号処理装置の制御プログラム。
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