JP2012531279A - 吸収マップを定量的に抽出するための熱音響撮像 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
1.概観
2.定量的熱音響トモグラフィのための半解析的モデルベース光音響反転
[式1]
[式2]
[式3]
[式4]
[式5]
[式6]
[式7]
[式8]
[式9]
[式10]
[式11]
[式12]
[式13]
[式14]
[式15]
3.スパース表現分解法
[式16]
1)関数log[μa(x,y)]は、{φn}nにおいてスパースに表現できるが、{ψn}nにおいてはスパースに表現できない。
2)関数log[U(x,y)]は、{ψn}nにおいてスパースに表現できるが、{φn}nにおいてはスパースに表現できない。
[式17]
[式18]
[式19]
[式20]
[式21]
4.正規化及びMSOTへの適用
[式22]
[式23]
[式24]
[式25]
5.システムの好ましい特長
10…信号収集装置
11…レーザー源
12…音響信号記録装置、検出装置、検出器アレイ
13…メンブレン
14…水槽
15…音響検出要素
20…画像処理装置
21…信号インターフェイス部
22…再構成装置、画像再構成装置
23…分解装置、吸収画像分解装置
24…インターフェイス
30…他の制御装置
100…撮像装置
221…第一入力装置
222…第二入力装置
223…第二入力装置
224…行列調整回路
225…光音響反転回路
226…画像データ出力部
227…開始モデル調整回路
228…伝播モデルシミュレーション回路
231…エネルギーデポジション画像データ入力部
232…対数回路
233…ライブラリー係数最適化回路
234…局所ライブラリー選択回路
235…全体ライブラリー選択回路
236…第一出力部
237…第二出力部
Claims (36)
- 撮像被写体内へ伝達された電磁エネルギーに対する機械的波動応答を表す熱音響信号を提供する工程と、
該熱音響信号に基づいて被写体の局部的エネルギー吸収を表現するエネルギーデポジション画像を再構成する工程と、
該エネルギーデポジション画像を被写体における局部的吸収係数の分布を表現する定量的吸収画像及び少なくとも一の別な画像成分に分解する工程と、
を含んでなることを特徴とする被写体の熱音響撮像法。 - 請求項1に記載の撮像法であって、
前記熱音響信号が光パルスの伝達に対する機械的波動応答を表すことを特徴とする撮像法。 - 請求項2に記載の撮像法であって、
熱音響信号が光パルスの伝達に対する機械的波動応答を表し、該光パルスは少なくとも一の照射波長及び少なくとも一の偏光状態を有してなることを特徴とする撮像法。 - 請求項3に記載の撮像法であって、
前記エネルギーデポジション画像は、前記少なくとも一の照射波長及び/又は前記少なくとも一の光偏光において取得された熱音響信号に基づいて再構成され、
複数のエネルギーデポジション画像が、異なる照射波長及び/又は異なる光偏光において取得された熱音響信号に基づいて個別に再構成され、又は
エネルギーデポジション画像は、異なる照射波長及び/又は異なる光偏光において取得された熱音響信号の組み合わせに基づいて再構成され、該組み合わせは、信号の線形又は非線形組み合わせを含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜4のいずれか一に記載の撮像法であって、さらに
アナログ又はデジタル信号を処理する操作により熱音響信号を前処理する工程を含んでなる撮像法。 - 請求項1〜5のいずれか一に記載の撮像法であって、前記エネルギーデポジション画像を再構成する工程は、
熱音響信号伝播の順モデル行列を提供する工程と、
反転されたモデル行列の手法を用いた熱音響信号を行列ベースで音響反転する工程と、
を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項6に記載の撮像法であって、
前記反転されたモデル行列の手法は、疑似逆又は特異値分解、最小2乗(LSQR)法、及び代数的再構成法(ART)のうち少なくとも一を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項7に記載の撮像法であって、
モデル行列は、熱音響信号を収集する検出装置の幾何学的形態に依存し、及び/又は
モデル行列は、被写体の音響的非均質性、撮像被写体内の伝達された電磁エネルギーの幾何学的形態、熱音響信号を収集するために使用された検出装置の周波数応答、分解工程の結果のうち少なくとも一に依存して調整されることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜8のいずれか一に記載の撮像法であって、エネルギーデポジション画像を再構成する工程は、
反復伝播モデルをベースにしたシミュレーションを含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜9のいずれか一に記載の撮像法であって、エネルギーデえポジション画像を分解する工程は、
エネルギーデポジション画像の対数表現を提供する工程と、
対数表現の加数として、定量的吸収画像及び少なくとも一の別な画像成分を計算する工程と、
を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜10のいずれか一に記載の撮像法であって、エネルギーデポジション画像を分解する工程は、
補完ライブラリーにおける拡張分として定量的吸収画像及び少なくとも一の別な画像成分を提供する工程と、
を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項11に記載の撮像法であって、
補完ライブラリーにおける膨張係数は最小化アルゴリズムを用いて得られることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜12のいずれか一に記載の撮像法であって、
前記少なくとも一の別な画像成分は、励起光フルエンスの分布、光学的散乱係数の分布、音速の分布、局部的偏光状態を表現する画像、電場又は磁場の分布、比誘電率の分布、熱弾性膨張係数の分布、及び熱容量の分布のうち少なくとも一を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜13のいずれか一に記載の撮像法であって、
前記少なくとも一の別な画像成分は、被写体の局部状態を表現する画像を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項14に記載の撮像法であって、
前記局部状態は、被写体の生理学的状態を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜15のいずれか一に記載の撮像法であって、
少なくとも一の別な画像成分は、被写体内の組織バイオマーカーの空間的分布を表現する画像を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 請求項16に記載の撮像法であって、
前記バイオマーカーは、外因的に投与された分子剤、蛍光タンパク質、及びクロモジェニックアッセイのうち一又は複数を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 撮像被写体へ伝達された電磁エネルギーに対する機械的波動応答を表す熱音響信号を提供する工程と、
熱音響信号に基づいて被写体内の局部的エネルギーデポジションを表現するエネルギーデポジション画像を再構成する工程であって、反転されたモデル行列を用いた熱音響信号の行列ベースの音響反転を含む再構成工程と、
を含んでなることを特徴とする熱音響撮像法。 - 請求項18に記載の撮像法であって、
モデル行列は、熱音響信号を収集する幾何学的形態に依存し、及び/又は
モデル行列は、被写体の音響的非均質性、撮像被写体に対する光パルス照射に関する幾何学的プロファイル、熱音響信号を収集するために用いた検出装置の周波数応答、及び分解工程の結果のうち少なくとも一に依存して調整されることを特徴とする撮像法。 - 請求項1〜19のいずれか一に記載の撮像法であって、さらに
撮像被写体に電磁エネルギーを照射する工程と、
該照射に応答して生成される熱音響信号を記録する工程と、
を含んでなることを特徴とする撮像法。 - 被写体を熱音響撮像するための撮像装置であって、
撮像被写体内へ伝え達される電磁エネルギーに対する機械的波動応答を表す熱音響信号を収集するように構成された信号収集装置と、
収集された熱音響信号に基づいて被写体内の局部的エネルギーデポジションを表現するエネルギーデポジション画像を再構成するようになされたエネルギーデポジション画像を再構成する装置と、
エネルギーデポジション画像を、被写体内の局部的吸収係数の分布を表現する定量的吸収画像内と少なくとも一の別な画像成分に分解するよう構成された吸収画像分解装置と、
を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21に記載の撮像装置であって、前記信号収集装置は、
電磁エネルギー源と、
少なくとも一の音響検出要素を含む音響信号記録装置と、
を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21又は22に記載の撮像装置であって、信号収集装置は,
撮像被写体を液状媒体から分離するメンブレンを備え、少なくとも一の音響検出要素が配置されてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項23に記載の撮像装置であって、
前記メンブレンは、前記液状媒体に音響的にマッチした光学的透明材料で作製されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜24のいずれか一に記載の撮像装置であって、エネルギーデポジション画像の再構成装置は、
反転されたモデル行列を用いて熱音響信号に行列ベースの音響反転を受けさせるように構成された反転回路を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項25に記載の撮像装置であって、前記反転回路は、
モデル行列及び/又はその反転を記憶する行列記憶装置、及び/又は
被写体の音響的非均質性、撮像被写体に対する光パルス照射に関する幾何学的プロファイル、熱音響信号を収集するために用いた検出装置の周波数応答、及び分解装置の出力のうち少なくとも一に依存してモデル行列を調整するよう構成された調整装置と、
を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項26に記載の撮像装置であって、反転回路は、
反復伝播モデルをベースにしたシミュレーションを実行するようになされた反復回路を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜27のいずれか一に記載の撮像装置であって、前記吸収画像分解装置は、
エネルギーデポジション画像の対数表現を提供し、
該対数表現の加数として、定量的吸収画像及び少なくとも一の別な画像成分を計算するように構成されてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜28のいずれか一に記載の撮像装置であって、
吸収画像分解装置は、補完ライブラリーにおける拡張分として定量的吸収画像及び少なくとも一の別な画像成分を提供することを特徴とする撮像装置。 - 被写体を光音響撮像するための撮像装置であって、
熱音響信号に基づいて被写体内における局部的エネルギーデポジションを表現するエネルギーデポジション画像を再構成するようなされたエネルギーデポジション画像再構成装置を備え、該エネルギーデポジション画像再構成装置は、反転されたモデル行列を用いて熱音響信号に行列ベースの音響反転を受けさせるようになされた反転回路を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項30に記載の撮像装置であって、前記反転回路は、
反転されたモデル行列を記憶する行列記憶装置、及び/又は
被写体の音響的非均質性、撮像被写体に対する光パルス照射、熱音響信号を収集するために用いた検出装置の周波数応答、及び分解装置の出力のうち少なくとも一に依存してモデル行列を調整するように構成された調整装置を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜31のいずれか一に記載の撮像装置であって、前記電磁エネルギー源は、
撮像被写体に電磁パルスを照射するように構成された照射装置を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜32のいずれか一に記載の撮像装置であって、前記音響信号記録装置は、
検出器アレイ及び/又は単一の検出器を備えてなることを特徴とする撮像装置。 - 請求項21〜33のいずれか一に記載の撮像装置であって、
音響信号記録装置及び被写体は互いに対して可動であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜20の少なくとも一に係る方法を実施するプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体に含まれるコンピュータプログラム。
- 請求項1〜20の少なくとも一に係る方法を実施するためのプログラム命令を格納したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を備える装置。
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