JP2013106822A - Photoacoustic image generating apparatus and photoacoustic image generating method - Google Patents

Photoacoustic image generating apparatus and photoacoustic image generating method Download PDF

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JP2013106822A JP2011254657A JP2011254657A JP2013106822A JP 2013106822 A JP2013106822 A JP 2013106822A JP 2011254657 A JP2011254657 A JP 2011254657A JP 2011254657 A JP2011254657 A JP 2011254657A JP 2013106822 A JP2013106822 A JP 2013106822A
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和弘 広田
Satoru Irisawa
覚 入澤
和宏 ▲辻▼田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire an image of a deep part in a subject in photoacoustic imaging.SOLUTION: This photoacoustic image generating apparatus includes: a light irradiation means 13 that irradiates the subject with a plurality of pulse lights with a mutually different pulse width; a probe 11 that has a plurality of acoustic wave detecting means 65, 66 and 67 having a mutually different detection band and composed to detect photoacoustic waves generated in the subject caused by the irradiation of pulse lights while separating them for each frequency band; and a photoacoustic image generation means 12 that generates a photoacoustic image based on a photoacoustic signal of each frequency band of photoacoustic waves detected by the plurality of acoustic wave detecting means 65, 66, and 67.

Description

本発明は、光の照射に起因して発生した光音響波に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成装置および光音響画像生成方法に関するものである。   The present invention relates to a photoacoustic image generation apparatus and a photoacoustic image generation method for generating a photoacoustic image based on a photoacoustic wave generated due to light irradiation.

従来、被検体の内部の断層画像を取得する方法としては、超音波が被検体内に照射されることにより被検体内で反射した超音波を検出して超音波画像を生成し、被検体内の形態的な断層画像を得る超音波イメージングが知られている。一方、被検体の検査においては形態的な断層画像だけでなく機能的な断層画像を表示する装置の開発も近年進められている。そして、このような装置の一つに光音響分析法を利用した装置がある(特許文献1)。この光音響分析法は、所定の波長(例えば、可視光、近赤外光又は中間赤外光の波長帯域)を有するパルス光を被検体に照射し、被検体内の特定物質がこのパルス光のエネルギーを吸収した結果生じる弾性波である光音響波を検出して、その特定物質の濃度を定量的に計測するものである。被検体内の特定物質とは、例えば血液中に含まれるグルコースやヘモグロビンなどである。このように光音響波を検出しその検出信号に基づいて光音響画像を生成する技術は、光音響イメージング(PAI:Photoacoustic Imaging)或いは光音響トモグラフィー(PAT:Photo Acoustic Tomography)と呼ばれる。   Conventionally, as a method for acquiring a tomographic image inside a subject, an ultrasonic image is generated by detecting ultrasonic waves reflected in the subject by irradiating the subject with ultrasonic waves. Ultrasonic imaging for obtaining a morphological tomographic image is known. On the other hand, in the examination of a subject, development of an apparatus that displays not only a morphological tomographic image but also a functional tomographic image has been advanced in recent years. One of such devices is a device using a photoacoustic analysis method (Patent Document 1). This photoacoustic analysis method irradiates a subject with pulsed light having a predetermined wavelength (for example, wavelength band of visible light, near-infrared light, or mid-infrared light), and a specific substance in the subject is irradiated with the pulsed light. The photoacoustic wave, which is an elastic wave generated as a result of absorption of the energy, is detected, and the concentration of the specific substance is quantitatively measured. The specific substance in the subject is, for example, glucose or hemoglobin contained in blood. Such a technique for detecting a photoacoustic wave and generating a photoacoustic image based on the detection signal is called photoacoustic imaging (PAI) or photoacoustic tomography (PAT).

特開2005−21380号公報JP 2005-21380 A

しかしながら、光音響イメージングでは、パルス光を使用することに起因する以下のような問題がある。   However, photoacoustic imaging has the following problems caused by using pulsed light.

光音響波の周波数スペクトル分布は照射されたパルス光のパルス幅に依存する。したがって、高分解能の光音響画像を取得するため一般的にはパルス幅の短いパルス光が使用される。しかしながら、パルス幅の短いパルス光の照射に起因して発生した光音響波は高周波数成分を多く含んでいるため、被検体の深部の情報が得られにくい。これは、被検体内において光音響波の高周波数成分は減衰しやすいためである。   The frequency spectrum distribution of the photoacoustic wave depends on the pulse width of the irradiated pulsed light. Accordingly, in order to obtain a high-resolution photoacoustic image, pulse light having a short pulse width is generally used. However, since the photoacoustic wave generated due to irradiation with pulsed light having a short pulse width contains many high-frequency components, it is difficult to obtain information on the deep part of the subject. This is because the high-frequency component of the photoacoustic wave is easily attenuated in the subject.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光音響イメージングにおいて、被検体内における深部の画像も取得することを可能とする光音響画像生成装置および光音響画像生成方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a photoacoustic image generation apparatus and a photoacoustic image generation method capable of acquiring an image of a deep portion in a subject in photoacoustic imaging. It is the purpose.

上記課題を解決するために、本発明に係る光音響画像生成装置は、
パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射する光照射手段と、
検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段であって、パルス光の照射に起因して被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出するように構成された複数の音響波検出手段を有するプローブと、
複数の音響波検出手段により検出された光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a photoacoustic image generation apparatus according to the present invention includes:
A light irradiation means for irradiating the subject with a plurality of pulse lights having different pulse widths;
A plurality of acoustic wave detection means having different detection bands, and a plurality of acoustic waves configured to detect and detect photoacoustic waves generated in a subject due to irradiation of pulsed light for each frequency band A probe having wave detection means;
And a photoacoustic image generation unit configured to generate a photoacoustic image based on a photoacoustic signal for each frequency band of the photoacoustic wave detected by the plurality of acoustic wave detection units.

「光音響画像を生成する」とは、光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号のそれぞれに基づいて、部分的な光音響画像(例えば深部の画像および表面近傍部の画像等)を別個に構築すること、および、部分的な光音響画像を適切につなぎ合わせて全体として1つの光音響画像を構築することを含む意味である。   “Generating a photoacoustic image” means that a partial photoacoustic image (for example, an image of a deep part and an image of a surface vicinity part) is separately obtained based on each photoacoustic signal for each frequency band of the photoacoustic wave. This includes constructing and constructing one photoacoustic image as a whole by appropriately joining partial photoacoustic images together.

そして、本発明に係る光音響画像生成装置において、
複数のパルス光は、パルス幅が1〜10nsecである短パルス光およびパルス幅が15〜100nsecである長パルス光であり、
複数の音響波検出手段は、高周波側に検出帯域を有する高周波検出手段およびこの高周波検出手段の検出帯域よりも低周波側に検出帯域を有する低周波検出手段であり、高周波検出手段によって短パルス光の照射に起因して発生した光音響波を検出し、低周波検出手段によって長パルス光の照射に起因して発生した光音響波を検出するように構成されたものであることが好ましい。
And in the photoacoustic image generation device according to the present invention,
The plurality of pulse lights are short pulse light having a pulse width of 1 to 10 nsec and long pulse light having a pulse width of 15 to 100 nsec,
The plurality of acoustic wave detection means are a high frequency detection means having a detection band on the high frequency side and a low frequency detection means having a detection band on a lower frequency side than the detection band of the high frequency detection means. It is preferable that the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the light is detected and the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the long pulse light is detected by the low frequency detection means.

この場合において、本発明に係る光音響画像生成装置は同期制御手段を更に備え、
光照射手段は、パルス光の照射ごとにパルス幅を切り替えるように構成されたものであり、
プローブは、高周波検出手段および低周波検出手段を切り換えながら駆動させるように構成されたものであり、
同期制御手段は、パルス幅の切り替えと音響波検出手段の切り替えとが同期するように、光照射手段および/またはプローブにトリガ信号を出力するものであることが好ましい。
In this case, the photoacoustic image generation apparatus according to the present invention further includes synchronization control means,
The light irradiation means is configured to switch the pulse width for each irradiation of the pulsed light,
The probe is configured to be driven while switching between the high frequency detection means and the low frequency detection means,
The synchronization control means preferably outputs a trigger signal to the light irradiation means and / or the probe so that the switching of the pulse width and the switching of the acoustic wave detection means are synchronized.

或いは、本発明に係る光音響画像生成装置において、光照射手段は、複数のパルス光を同時に照射するように構成されたものであり、
複数の音響波検出手段が、それぞれの検出帯域が互いに重複しないように構成されたものであり、
プローブは、高周波検出手段および低周波検出手段を同時に駆動させるように構成されたものであることが好ましい。
Alternatively, in the photoacoustic image generation apparatus according to the present invention, the light irradiation means is configured to irradiate a plurality of pulse lights simultaneously,
The plurality of acoustic wave detection means are configured such that the respective detection bands do not overlap each other,
The probe is preferably configured to drive the high frequency detection means and the low frequency detection means simultaneously.

また、本発明に係る光音響画像生成装置において、高周波検出手段は、広帯域検出素子と、低周波検出手段の検出帯域以下の周波数帯域の信号を除去するハイパスフィルタとから構成されるものとすることができる。   In the photoacoustic image generating apparatus according to the present invention, the high-frequency detection means includes a wide-band detection element and a high-pass filter that removes a signal in a frequency band equal to or lower than the detection band of the low-frequency detection means. Can do.

或いは、本発明に係る光音響画像生成装置において、高周波検出手段は、広帯域検出素子と、低周波検出手段の検出帯域よりも高周波側の一部の周波数帯域の信号のみを透過させるバンドパスフィルタとから構成されるものとすることができる。   Alternatively, in the photoacoustic image generation apparatus according to the present invention, the high-frequency detection means includes a wide-band detection element and a band-pass filter that transmits only a signal in a part of a frequency band higher than the detection band of the low-frequency detection means. It can consist of.

また、本発明に係る光音響画像生成装置において、低周波検出手段は、チタン酸ジルコン酸鉛から構成される低周波検出素子であり、
広帯域検出素子は、ポリフッ化ビニリデンから構成されるものとすることができる。
Moreover, in the photoacoustic image generating apparatus according to the present invention, the low frequency detection means is a low frequency detection element composed of lead zirconate titanate,
The broadband detection element can be composed of polyvinylidene fluoride.

また、本発明に係る光音響画像生成装置において、複数のパルス光のそれぞれの波長が互いに異なるものとすることができる。   Moreover, in the photoacoustic image generating apparatus which concerns on this invention, each wavelength of several pulsed light can mutually differ.

また、本発明に係る光音響画像生成装置において、光音響画像生成手段は、照射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を当該パルス光に基づく光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて光音響画像を生成するものであることが好ましい。   In the photoacoustic image generation device according to the present invention, the photoacoustic image generation means deconstructs a photodifferential waveform, which is a differential waveform of the time waveform of the light intensity of the irradiated pulsed light, from the photoacoustic signal based on the pulsed light. It is preferable to have a photodifferential waveform deconvolution means for convolution, and to generate a photoacoustic image based on the signal deconvolved by the photodifferential waveform deconvolution means.

この場合において、光微分波形逆畳込み手段は、
光音響信号をフーリエ変換する第1のフーリエ変換手段と、
光微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号をフーリエ変換する第2のフーリエ変換手段と、
フーリエ変換された光微分波形の逆数を逆フィルタとして求める逆フィルタ演算手段と、
フーリエ変換された光音響信号に逆フィルタを適用するフィルタ適用手段と、
逆フィルタが適用された光音響信号をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段とを有するものとすることができる。
In this case, the optical differential waveform deconvolution means is
First Fourier transform means for Fourier transforming the photoacoustic signal;
Second Fourier transform means for Fourier transforming a signal obtained by sampling the optical differential waveform at a predetermined sampling rate;
An inverse filter calculation means for obtaining an inverse filter of the inverse of the optical differential waveform subjected to Fourier transform;
Filter applying means for applying an inverse filter to the Fourier-transformed photoacoustic signal;
Inverse Fourier transform means for performing inverse Fourier transform on the photoacoustic signal to which the inverse filter is applied may be provided.

また、光音響信号は第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
光微分波形は第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
光微分波形逆畳込み手段は、第1のサンプリングレートでサンプリングされた光音響信号を、第2のサンプリングレートでリサンプルするリサンプル手段を更に備え、
第1のフーリエ変換手段は、リサンプル手段でリサンプルされた光音響信号をフーリエ変換するものであることが好ましい。
The photoacoustic signal is sampled at the first sampling rate,
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate,
The photodifferential waveform deconvolution means further comprises a resample means for resampling the photoacoustic signal sampled at the first sampling rate at the second sampling rate,
It is preferable that the first Fourier transform unit is a unit that performs Fourier transform on the photoacoustic signal resampled by the resample unit.

或いは、光音響信号は第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
光微分波形は第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
第1のフーリエ変換手段は第1のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
第2のフーリエ変換手段は第1のデータ点数よりも多い第2のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
光微分波形逆畳込み手段は、フーリエ変換された光音響信号に対して、第1のデータ点数と第2のデータ点数との差の分だけ中央に0を付加するゼロパディングを行うゼロパディング手段を更に備え、
フィルタ適用手段は、ゼロパディング手段でゼロパディングが行われた光音響信号に対して逆フィルタを適用するものであることが好ましい。
Alternatively, the photoacoustic signal is sampled at the first sampling rate,
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate,
The first Fourier transform means performs Fourier transform with the first number of data points,
The second Fourier transform means performs Fourier transform with a second number of data points greater than the first number of data points,
The photodifferential waveform deconvolution means performs zero padding on the Fourier-acoustic photoacoustic signal to add zero to the center by the difference between the first data point and the second data point. Further comprising
The filter application means preferably applies an inverse filter to the photoacoustic signal that has been zero-padded by the zero-padding means.

或いは、光音響信号は第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
光微分波形は第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
第1のフーリエ変換手段は第1のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
第2のフーリエ変換手段は第1のデータ点数よりも多い第2のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
光微分波形逆畳込み手段は、フーリエ変換された光微分波形から、第1のデータ点数と第2のデータ点数の差の分だけ高周波成分サンプル点を除去する高周波成分サンプル点除去手段を更に備え、
逆フィルタ演算手段は、フーリエ変換された光微分波形から高周波成分サンプル点を除去した波形の逆数を逆フィルタとして求めるものであることが好ましい。
Alternatively, the photoacoustic signal is sampled at the first sampling rate,
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate,
The first Fourier transform means performs Fourier transform with the first number of data points,
The second Fourier transform means performs Fourier transform with a second number of data points greater than the first number of data points,
The optical differential waveform deconvolution means further includes high-frequency component sample point removal means for removing the high-frequency component sample points from the Fourier-transformed optical differential waveform by the difference between the first data point and the second data point. ,
It is preferable that the inverse filter calculation means obtains the inverse of the waveform obtained by removing the high frequency component sample points from the Fourier-transformed optical differential waveform as an inverse filter.

また、本発明に係る光音響画像生成装置にいて、光微分波形逆畳込み手段は、デコンボリューションされた光音響信号から、光音響信号を検出する検出器の受信角度依存特性の影響を除去するように、デコンボリューションされた光音響信号を補正する補正手段を更に備えることが好ましい。   Further, in the photoacoustic image generation apparatus according to the present invention, the photodifferential waveform deconvolution means removes the influence of the reception angle dependence characteristic of the detector that detects the photoacoustic signal from the deconvolved photoacoustic signal. As described above, it is preferable to further include correction means for correcting the deconvolved photoacoustic signal.

また、本発明に係る光音響画像生成装置において、プローブは、被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、
光音響画像生成装置は、プローブによって検出された反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を更に備えるものとすることができる。
Further, in the photoacoustic image generating apparatus according to the present invention, the probe detects reflected ultrasonic waves with respect to ultrasonic waves transmitted to the subject,
The photoacoustic image generation apparatus may further include an ultrasonic image generation unit that generates an ultrasonic image based on an ultrasonic signal of a reflected ultrasonic wave detected by the probe.

本発明に係る光音響画像生成方法は、
パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射し、
検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段によって、パルス光の照射に起因して被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出し、
検出された光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成することを特徴とするものである。
A photoacoustic image generation method according to the present invention includes:
Irradiate the subject with multiple pulse lights with different pulse widths,
By detecting a plurality of acoustic wave detection means having different detection bands, the photoacoustic waves generated in the subject due to the irradiation of the pulsed light are separated and detected for each frequency band,
A photoacoustic image is generated based on a photoacoustic signal for each frequency band of the detected photoacoustic wave.

そして、本発明に係る光音響画像生成方法において、
複数のパルス光は、パルス幅が1〜10nsecである短パルス光およびパルス幅が15〜100nsecである長パルス光であり、
複数の音響波検出手段は、比較的高周波側に検出帯域を有する高周波検出手段およびこの高周波検出手段の検出帯域よりも低周波側に検出帯域を有する低周波検出手段であり、
高周波検出手段によって短パルス光の照射に起因して発生した光音響波を検出し、低周波検出手段によって長パルス光の照射に起因して発生した光音響波を検出することが好ましい。
And in the photoacoustic image generation method according to the present invention,
The plurality of pulse lights are short pulse light having a pulse width of 1 to 10 nsec and long pulse light having a pulse width of 15 to 100 nsec,
The plurality of acoustic wave detection means are a high frequency detection means having a detection band on a relatively high frequency side and a low frequency detection means having a detection band on a lower frequency side than the detection band of the high frequency detection means,
It is preferable that the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the short pulse light is detected by the high frequency detection means, and the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the long pulse light is detected by the low frequency detection means.

本発明に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法は、特に、パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射し、検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段によって、パルス光の照射に起因して被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出し、検出された光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成することを特徴とするものである。したがって、被検体の表面近傍部の光音響画像については、パルス幅の短いパルス光によって高分解能で取得することができ、被検体の深部の光音響画像については、パルス幅の長いパルス光によって取得することができる。この結果、光音響イメージングにおいて、被検体内における深部の画像も取得することが可能となる。   In particular, the photoacoustic image generation apparatus and the photoacoustic image generation method according to the present invention irradiate a subject with a plurality of pulse lights having different pulse widths, and use a plurality of acoustic wave detection units having different detection bands to generate pulsed light. The photoacoustic wave generated in the subject due to the irradiation of the light is separated and detected for each frequency band, and a photoacoustic image is generated based on the photoacoustic signal for each frequency band of the detected photoacoustic wave It is characterized by. Therefore, the photoacoustic image near the surface of the subject can be acquired with high resolution using pulsed light with a short pulse width, and the photoacoustic image at the deep part of the subject can be acquired with pulsed light with a long pulse width. can do. As a result, in the photoacoustic imaging, it is possible to acquire an image of a deep portion in the subject.

本発明の光音響画像生成装置の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 1st Embodiment of the photoacoustic image generating apparatus of this invention. 第1の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser unit in the photoacoustic image generating apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の光音響画像生成装置における超音波探触子の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic probe in the photoacoustic image generating apparatus of 1st Embodiment. 光音響波(PA)の信号波形のパルス幅依存性を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the pulse width dependence of the signal waveform of a photoacoustic wave (PA). 光音響波(PA)信号の周波数スペクトル分布のパルス幅依存性を示すスペクトル分布図である。It is a spectrum distribution figure which shows the pulse width dependence of the frequency spectrum distribution of a photoacoustic wave (PA) signal. 第1の実施形態の光音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical differential waveform reverse convolution means in the photoacoustic image generating apparatus of 1st Embodiment. 再構成後の光音響信号を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the photoacoustic signal after a reconstruction. FFT後の光音響信号FFTを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the photoacoustic signal FFT after FFT. 光パルス微分波形(h)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an optical pulse differential waveform (h). FFT後の光パルス微分波形FFT(fft_h)を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows optical pulse differential waveform FFT (fft_h) after FFT. 光パルス微分波形FFTフィルタを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an optical pulse differential waveform FFT filter. デコンボリューション後のFFT波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the FFT waveform after a deconvolution. 逆変換された光音響信号を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the photoacoustic signal reversely converted. 再構成後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像を示す図である。It is a figure which shows the photoacoustic image produced | generated based on the photoacoustic signal after a reconstruction. デコンボリューション後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像を示す図である。It is a figure which shows the photoacoustic image produced | generated based on the photoacoustic signal after a deconvolution. 光音響画像生成の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of photoacoustic image generation. 本発明の光音響画像生成装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of this invention. 第2の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser unit in the photoacoustic image generating apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光音響画像生成装置における波長選択手段の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the wavelength selection means in the photoacoustic image generating apparatus of 2nd Embodiment. 透過領域における波長と透過率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the wavelength and the transmittance | permeability in a transmissive area | region. レーザユニットの一部の具体的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a specific structure of a part of laser unit. フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the timing of flash lamp light emission, and the timing of a pulse laser beam. パルスレーザ光出射を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows pulse laser beam emission. 本発明の光音響画像生成装置の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 3rd Embodiment of the photoacoustic image generating apparatus of this invention. 第3の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser unit in the photoacoustic image generating apparatus of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の光音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical differential waveform reverse convolution means in the photoacoustic image generating apparatus of 4th Embodiment. 400MHzのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the optical pulse differential waveform sampled with the sampling rate of 400 MHz. 40MHzのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the optical pulse differential waveform sampled with the sampling rate of 40 MHz. 第5の実施形態の光音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical differential waveform reverse convolution means in the photoacoustic image generating apparatus of 5th Embodiment. 光音響信号(周波数領域)を示すグラフである。It is a graph which shows a photoacoustic signal (frequency domain). ゼロパディング後の光音響信号を示すグラフである。It is a graph which shows the photoacoustic signal after zero padding. 第6の実施形態の光音響画像生成装置における光微分波形逆畳込み手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical differential waveform reverse convolution means in the photoacoustic image generating apparatus of 6th Embodiment. 光パルス微分波形(周波数領域)を示すグラフである。It is a graph which shows an optical pulse differential waveform (frequency domain). 高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形を示すグラフである。It is a graph which shows the optical pulse differential waveform from which the high frequency component sample point was removed. 本発明の光音響画像生成装置の第7の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of 7th Embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described using a drawing, the present invention is not limited to this. In addition, for easy visual recognition, the scale of each component in the drawings is appropriately changed from the actual one.

「光音響画像生成装置の第1の実施形態」
まず、本発明の光音響画像生成装置の第1の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の光音響画像生成装置の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。図2は、第1の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。図3は、第1の実施形態の光音響画像生成装置における超音波探触子の構成を示すブロック図である。
“First Embodiment of Photoacoustic Image Generation Device”
First, a first embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a laser unit in the photoacoustic image generation apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the ultrasonic probe in the photoacoustic image generation apparatus according to the first embodiment.

具体的には、本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   Specifically, the photoacoustic image generation apparatus 10 according to the present embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

<レーザユニット>
レーザユニット13は、被検体に照射すべきパルスレーザ光(レーザによるパルス光)を出射する。本実施形態では、レーザユニット13は、波長は同じであるがパルス幅が互いに異なる複数のパルスレーザ光を切り替えて交互に出射する。「パルス幅」とは光強度の波長分布におけるピークの半値幅である。レーザユニット13は、図2に示されるように、例えばレーザロッド51、フラッシュランプ52、共振器を構成するミラー53、54、Qスイッチ(Qsw)55、およびパルスレーザ光の出力を制御する発光制御部61を含む制御部59から構成される。
<Laser unit>
The laser unit 13 emits pulsed laser light (pulsed light from a laser) to be irradiated on the subject. In the present embodiment, the laser unit 13 switches and emits a plurality of pulsed laser beams having the same wavelength but different pulse widths. The “pulse width” is a half width of a peak in the wavelength distribution of light intensity. As shown in FIG. 2, the laser unit 13 includes, for example, a laser rod 51, a flash lamp 52, mirrors 53 and 54 constituting a resonator, a Q switch (Qsw) 55, and light emission control for controlling the output of pulsed laser light. The control unit 59 includes the unit 61.

レーザロッド51は、レーザ媒質である。レーザロッド51には、例えばアレキサンドライト結晶やCr:LiSAF(CrドープLiSrAlF6)結晶、Cr:LiCAF(CrドープLiCaAlF6)結晶、TiドープSapphire結晶を用いることができる。フラッシュランプ52は、励起光源であり、レーザロッド51に励起光を照射する。   The laser rod 51 is a laser medium. As the laser rod 51, for example, alexandrite crystal, Cr: LiSAF (Cr-doped LiSrAlF6) crystal, Cr: LiCAF (Cr-doped LiCaAlF6) crystal, or Ti-doped Sapphire crystal can be used. The flash lamp 52 is an excitation light source and irradiates the laser rod 51 with excitation light.

ミラー53、54は、レーザロッド51を挟んで対向しており、ミラー53、54により光共振器が構成される。ここではミラー54が、出力側ミラーであるものとする。   The mirrors 53 and 54 are opposed to each other with the laser rod 51 interposed therebetween, and the mirrors 53 and 54 constitute an optical resonator. Here, it is assumed that the mirror 54 is an output side mirror.

発光制御部61は、超音波ユニット12のトリガ制御回路29から光トリガ信号を受信すると、フラッシュランプ52を起動するように制御する。フラッシュランプ52が点灯すると、レーザロッド51が励起される。励起状態のレーザロッド51から出力された光は、ミラー53および54の間で共振しながら増強される。その後、発光制御部61は、超音波ユニット12のトリガ制御回路29からQswトリガ信号を受信すると、Qswを開放するように制御する。そして、例えばミラー54側からパルスレーザ光が出射される。パルスレーザ光のパルス幅は、例えばQswによって制御される。   When the light emission control unit 61 receives the light trigger signal from the trigger control circuit 29 of the ultrasonic unit 12, the light emission control unit 61 controls the flash lamp 52 to be activated. When the flash lamp 52 is lit, the laser rod 51 is excited. The light output from the excited laser rod 51 is enhanced while resonating between the mirrors 53 and 54. After that, when receiving the Qsw trigger signal from the trigger control circuit 29 of the ultrasonic unit 12, the light emission control unit 61 controls to open Qsw. Then, for example, pulsed laser light is emitted from the mirror 54 side. The pulse width of the pulse laser beam is controlled by, for example, Qsw.

パルスレーザ光のパルス幅は1〜100nsecであることが好ましい。さらに、光音響波を周波数帯域ごとに分離検出しやすくするため、複数のパルスレーザ光は、パルス幅が1〜10nsecである短パルスレーザ光とパルス幅が15〜100nsecである長パルスレーザ光を含むことが好ましい。例えば、短パルスレーザ光としてはパルス幅が4.2nsecのパルスレーザ光が使用され、長パルスレーザ光としてはパルス幅が45nsecのパルスレーザ光が使用される。   The pulse width of the pulse laser beam is preferably 1 to 100 nsec. Furthermore, in order to make it easy to separate and detect the photoacoustic wave for each frequency band, a plurality of pulse laser beams include a short pulse laser beam having a pulse width of 1 to 10 nsec and a long pulse laser beam having a pulse width of 15 to 100 nsec. It is preferable to include. For example, a pulse laser beam having a pulse width of 4.2 nsec is used as the short pulse laser beam, and a pulse laser beam having a pulse width of 45 nsec is used as the long pulse laser beam.

パルスレーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。生体内のヘモグロビンは、その状態(酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メトヘモグロビン、炭酸ガスヘモグロビン等)により光学的な吸収特性が異なるが、一般的には600nmから1000nmの光を吸収する。したがって、例えば計測対象が生体内のヘモグロビンである場合(つまり、血管を撮像する場合)には、一般的には600〜1000nm程度とすることが好ましい。さらに、被検体の深部まで届くという観点から、パルスレーザ光の波長は700〜1000nmであることが好ましい。   The wavelength of the pulse laser beam is appropriately determined depending on the light absorption characteristics of the substance in the subject to be measured. Although hemoglobin in a living body has different optical absorption characteristics depending on its state (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, methemoglobin, carbon dioxide hemoglobin, etc.), it generally absorbs light of 600 nm to 1000 nm. Therefore, for example, when the measurement target is hemoglobin in a living body (that is, when a blood vessel is imaged), it is generally preferable to set the thickness to about 600 to 1000 nm. Furthermore, from the viewpoint of reaching the deep part of the subject, the wavelength of the pulsed laser light is preferably 700 to 1000 nm.

なお、レーザユニット13としては、特定の波長成分又はその成分を含む単色光を発生する半導体レーザ(LD)、固体レーザ、ガスレーザ等の発光素子を用いることもできる。   The laser unit 13 may be a light emitting element such as a semiconductor laser (LD), a solid-state laser, or a gas laser that generates a specific wavelength component or monochromatic light including the component.

<プローブ(超音波探触子)>
プローブ11は、レーザユニット13から出射されたパルスレーザ光が被検体に照射された後に、被検体内の光吸収体がパルスレーザ光を吸収することで生じた光音響波(光音響信号)を検出する。プローブ11は、検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段であって、パルス光の照射に起因して被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出するように構成された複数の音響波検出手段を有する。「検出帯域」とは、周波数分布において感度が最も高いピーク周波数を含み、その感度が当該最高感度の50%以上である周波数帯域を意味し、いわゆる周波数分布におけるピークの半値幅に対応する周波数帯域に相当する。また、「検出帯域が互いに異なる」とは、検出帯域の帯域幅がそれぞれ異なることを意味し、一部重複している場合も含む意味である。1つの音響波検出手段が複数の要素(例えば、検出素子およびこれに直列して接続された信号処理回路等)から構成される場合には、検出帯域はすべての要素を考慮してその感度が当該最高感度の50%以上である周波数帯域となる。
<Probe (Ultrasonic probe)>
The probe 11 emits a photoacoustic wave (photoacoustic signal) generated when the light absorber in the subject absorbs the pulsed laser light after the subject is irradiated with the pulsed laser light emitted from the laser unit 13. To detect. The probe 11 is a plurality of acoustic wave detection means having different detection bands, and is configured to separate and detect photoacoustic waves generated in the subject due to irradiation of pulsed light for each frequency band. A plurality of acoustic wave detecting means. “Detection band” means a frequency band that includes a peak frequency having the highest sensitivity in the frequency distribution and whose sensitivity is 50% or more of the maximum sensitivity, and corresponds to a half-width of a peak in the so-called frequency distribution. It corresponds to. Further, “the detection bands are different from each other” means that the bandwidths of the detection bands are different from each other, and includes a case where some of the detection bands overlap. When one acoustic wave detection means is composed of a plurality of elements (for example, a detection element and a signal processing circuit connected in series with the detection element), the detection band takes into account all the elements and the sensitivity is high. The frequency band is 50% or more of the maximum sensitivity.

プローブ11は、例えば本実施形態では図3に示されるように、広い周波数帯域(例えば1〜40MHz程度)に感度を有する広帯域検出素子66と、広帯域検出素子によって検出した光音響信号から低周波数成分(例えば20MHz以下の成分)を除去するハイパスフィルタ67と、比較的低周波側の狭い範囲(例えば5〜12MHz)に検出帯域を有する低周波検出素子65と、切替制御部68を有する。低周波検出素子65および広帯域検出素子66は、どちらも電気音響変換機能を有する超音波振動子(検出素子)であるが、それぞれの超音波の検出帯域が異なる。   For example, as shown in FIG. 3 in this embodiment, the probe 11 includes a wideband detection element 66 having sensitivity in a wide frequency band (for example, about 1 to 40 MHz), and a low-frequency component from a photoacoustic signal detected by the wideband detection element. A high-pass filter 67 that removes (for example, a component of 20 MHz or less), a low-frequency detection element 65 having a detection band in a relatively narrow range (for example, 5 to 12 MHz) on the relatively low frequency side, and a switching control unit 68 are included. Both the low-frequency detection element 65 and the broadband detection element 66 are ultrasonic transducers (detection elements) having an electroacoustic conversion function, but the detection bands of the respective ultrasonic waves are different.

本実施形態において、広帯域検出素子66およびハイパスフィルタ67が、高周波側に検出帯域を有する本発明の高周波検出手段として機能している。広帯域検出素子66としては、有機材料から構成された圧電素子が代表的であり、有機材料としては特にポリフッ化ビニリデン(PVDF)が好ましい。また、本実施形態において低周波検出素子65が本発明の低周波検出手段に相当する。低周波検出素子65としては、例えば無機材料から構成された圧電素子が代表的であり、無機材料としてはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が好ましい。   In the present embodiment, the wide band detection element 66 and the high pass filter 67 function as the high frequency detection means of the present invention having a detection band on the high frequency side. A typical example of the broadband detection element 66 is a piezoelectric element made of an organic material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) is particularly preferable as the organic material. In the present embodiment, the low frequency detection element 65 corresponds to the low frequency detection means of the present invention. As the low-frequency detection element 65, for example, a piezoelectric element made of an inorganic material is representative, and as the inorganic material, lead zirconate titanate (PZT) is preferable.

切替制御部68は、使用する検出素子として広帯域検出素子66および低周波検出素子65を切り換えるものである。具体的には、切替制御部68は、同期制御手段としてのトリガ制御回路29からの切替トリガ信号を受信して、パルスレーザ光の出射に同期して、広帯域検出素子66および低周波検出素子65の切り替えを行う。例えば、本実施形態では、パルス幅が相互に異なる複数のパルスレーザ光が切り替えられて交互に出射されるため、切替制御部68は、1つのパルスレーザ光の出射ごとに同期して2つの検出素子を切り替えることになる。   The switching control unit 68 switches the broadband detection element 66 and the low frequency detection element 65 as the detection elements to be used. Specifically, the switching control unit 68 receives the switching trigger signal from the trigger control circuit 29 serving as the synchronization control means, and synchronizes with the emission of the pulsed laser light, so that the broadband detection element 66 and the low frequency detection element 65 are synchronized. Switch. For example, in this embodiment, since a plurality of pulse laser beams having different pulse widths are switched and emitted alternately, the switching control unit 68 detects two detections in synchronization with each emission of one pulse laser beam. The element is switched.

図4は、光音響波(PA)の信号波形のパルス幅依存性を示す波形図である。また、図5は、光音響波(PA)信号の周波数スペクトル分布のパルス幅依存性を示すスペクトル分布図である。図4および図5から、パルス幅が短くなるに従って、光音響信号の波形が急峻になり、光音響信号の周波数スペクトルが高周波側にまで伸びて広帯域に変化する様子が分かる。したがって例えば、低周波検出素子65として、検出帯域の中心周波数が10MHzのPZT圧電素子を使用し、広帯域検出素子66として、検出帯域が広帯域なPVDF圧電素子を使用した場合には、パルス幅が45nsecのような長パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は上記PZT圧電素子によって感度良く検出可能であり、パルス幅が4.2nsecのような短パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は上記PVDF圧電素子によって広い周波数帯域で効率よく検出可能となる。そして、長パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は、主として被検体の深部の光音響画像を生成する際の信号として使用され、短パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は、主として被検体の表面近傍部の光音響画像を生成する際の信号として使用される。   FIG. 4 is a waveform diagram showing the pulse width dependency of the signal waveform of the photoacoustic wave (PA). FIG. 5 is a spectrum distribution diagram showing the pulse width dependence of the frequency spectrum distribution of the photoacoustic wave (PA) signal. 4 and 5, it can be seen that as the pulse width becomes shorter, the waveform of the photoacoustic signal becomes steep, and the frequency spectrum of the photoacoustic signal extends to the high frequency side and changes to a wide band. Therefore, for example, when a PZT piezoelectric element having a center frequency in the detection band of 10 MHz is used as the low-frequency detection element 65 and a PVDF piezoelectric element having a wide detection band is used as the wideband detection element 66, the pulse width is 45 nsec. The photoacoustic signal generated due to the long pulse laser beam such as can be detected with high sensitivity by the PZT piezoelectric element, and the photoacoustic signal generated due to the short pulse laser beam having a pulse width of 4.2 nsec. The signal can be efficiently detected in a wide frequency band by the PVDF piezoelectric element. The photoacoustic signal generated due to the long pulse laser beam is mainly used as a signal when generating a photoacoustic image of the deep part of the subject, and the photoacoustic signal generated due to the short pulse laser beam is It is mainly used as a signal when generating a photoacoustic image of the vicinity of the surface of the subject.

これにより、パルス幅が相互に異なる複数のパルスレーザ光のそれぞれに起因して発生した光音響信号を周波数ごとに分離して検出することができる。このように、複数の音響波検出手段のそれぞれの特性(検出感度の強さや検出帯域の広さ等)を活かすことにより、効率よく光音響信号を検出することが可能となる。   Thereby, the photoacoustic signal generated due to each of a plurality of pulse laser beams having different pulse widths can be detected separately for each frequency. As described above, it is possible to efficiently detect the photoacoustic signal by making use of the characteristics (intensity of detection sensitivity, width of detection band, etc.) of each of the plurality of acoustic wave detection means.

なお、本実施形態では、パルス幅が相互に異なる複数のパルスレーザ光が切り替えられて交互に出射されるため、その出射間の時間間隔によっては、あるパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号を検出する際に、他のパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号がノイズとならない場合もある。したがってこのような場合には、ハイパスフィルタ67は必ずしも必要ない。また、ハイパスフィルタに代えて、低周波検出手段の検出帯域よりも高周波側の一部の周波数帯域の信号のみを透過させるバンドパスフィルタを使用することも可能である。また、広帯域検出素子66およびハイパスフィルタ67の組み合わせに代えて、低周波検出素子65の検出帯域と重複せずかつ高周波側にある検出帯域を有する高周波検出素子(例えば、40MHz以上の高周波側に検出帯域があるPZT圧電素子)を使用することも可能である。   In the present embodiment, a plurality of pulse laser beams having different pulse widths are switched and emitted alternately, so that depending on the time interval between the emission, photoacoustic generated due to a certain pulse laser beam When detecting a signal, a photoacoustic signal generated due to another pulse laser beam may not be noise. Therefore, in such a case, the high-pass filter 67 is not always necessary. Further, instead of the high pass filter, it is also possible to use a band pass filter that transmits only signals in a part of the frequency band on the higher frequency side than the detection band of the low frequency detecting means. Further, instead of the combination of the wide band detection element 66 and the high pass filter 67, a high frequency detection element having a detection band on the high frequency side that does not overlap with the detection band of the low frequency detection element 65 (for example, detection on the high frequency side of 40 MHz or higher) It is also possible to use a PZT piezoelectric element having a band.

<超音波ユニット>
超音波ユニット12は、光音響画像生成手段に相当する。超音波ユニット12は、受信回路21、AD変換手段22、受信メモリ23、光音響画像再構成手段24、光微分波形逆畳込み手段25、補正手段26、検波・対数変換手段27、光音響画像構築手段28、トリガ制御回路29、制御手段30及び画像合成手段38を有する。
<Ultrasonic unit>
The ultrasonic unit 12 corresponds to a photoacoustic image generation unit. The ultrasonic unit 12 includes a reception circuit 21, an AD conversion unit 22, a reception memory 23, a photoacoustic image reconstruction unit 24, a photodifferential waveform deconvolution unit 25, a correction unit 26, a detection / logarithmic conversion unit 27, and a photoacoustic image. It has a construction means 28, a trigger control circuit 29, a control means 30, and an image composition means 38.

受信回路21は、プローブ11で検出された光音響信号を受信する。AD変換手段22は、サンプリング手段であり、受信回路21が受信した光音響信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。AD変換手段22は、例えば、外部から入力する所定周波数のADクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響信号をサンプリングする。受信メモリ23は、AD変換手段22でサンプリングされた光音響信号を記憶する。そして、本実施形態では、受信メモリ23は、低周波検出素子65によって検出された低周波側の光音響信号と広帯域検出素子66によって検出された高周波側の光音響信号とを、2つの経路のそれぞれの光音響画像再構成手段24に分けて出力する。なお、2つの経路でそれぞれ行う信号処理は同じものである。したがって、信号処理系の経路を1つにして、低周波側の光音響信号と高周波側の光音響信号とを交互に出力するようにしてもよい。   The receiving circuit 21 receives the photoacoustic signal detected by the probe 11. The AD conversion means 22 is a sampling means, which samples the photoacoustic signal received by the receiving circuit 21 and converts it into a digital signal. The AD conversion means 22 samples a photoacoustic signal with a predetermined sampling period based on, for example, an AD clock signal with a predetermined frequency input from the outside. The reception memory 23 stores the photoacoustic signal sampled by the AD conversion means 22. In the present embodiment, the reception memory 23 transmits the low-frequency side photoacoustic signal detected by the low-frequency detection element 65 and the high-frequency side photoacoustic signal detected by the broadband detection element 66 in two paths. The output is divided into each photoacoustic image reconstruction means 24. The signal processing performed in each of the two paths is the same. Therefore, a single signal processing system path may be used to alternately output the low frequency side photoacoustic signal and the high frequency side photoacoustic signal.

光音響画像再構成手段24は、受信メモリ23から光音響信号を読み出し、プローブ11の複数の超音波振動子で検出された光音響信号に基づいて、光音響画像の各ラインのデータを生成する。光音響画像再構成手段24は、例えばプローブ11の64個の超音波振動子からのデータを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、1ライン分のデータを生成する(遅延加算法)。光音響画像再構成手段24は、遅延加算法に代えて、BP法(Back Projection)により再構成を行ってもよい。あるいは光音響画像再構成手段24は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行ってもよい。   The photoacoustic image reconstruction unit 24 reads out the photoacoustic signal from the reception memory 23 and generates data of each line of the photoacoustic image based on the photoacoustic signals detected by the plurality of ultrasonic transducers of the probe 11. . The photoacoustic image reconstruction means 24 adds, for example, data from 64 ultrasonic transducers of the probe 11 with a delay time corresponding to the position of the ultrasonic transducer, and generates data for one line (delay). Addition method). The photoacoustic image reconstruction means 24 may perform reconstruction by the BP method (Back Projection) instead of the delay addition method. Alternatively, the photoacoustic image reconstruction unit 24 may perform reconstruction using the Hough transform method or the Fourier transform method.

光微分波形逆畳込み手段25は、再構成された光音響信号から被検体に照射された光の光強度の時間波形の微分波形である光パルス微分波形(パルスレーザ光についての光微分波形)をデコンボリューションした信号を生成する。光パルス微分波形をデコンボリューションすることで、t≠0に再構成した圧力分布から、t=0に再構成した圧力分布、すなわち吸収分布を求めることができる。光微分波形逆畳込み手段25は、再構成前の光音響信号に対してデコンボリューションを行ってもよい。デコンボリューションの詳細な説明は後述する。   The optical differential waveform deconvolution means 25 is an optical pulse differential waveform (optical differential waveform for pulsed laser light) that is a differential waveform of the time waveform of the light intensity of light irradiated on the subject from the reconstructed photoacoustic signal. To generate a deconvoluted signal. By deconvolution of the optical pulse differential waveform, the pressure distribution reconstructed at t = 0, that is, the absorption distribution can be obtained from the pressure distribution reconstructed at t ≠ 0. The optical differential waveform deconvolution means 25 may perform deconvolution on the photoacoustic signal before reconstruction. A detailed description of the deconvolution will be given later.

補正手段26は、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号を補正し、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号から、プローブ11における超音波振動子の受信角度依存特性の影響を除去する。また、補正手段26は、受信角度依存特性に加えて、又はこれに代えて、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号から被検体における光の入射光分布の影響を除去する。補正手段26を省き、これらの補正を行わずに、光音響画像の生成を行ってもよい。   The correction unit 26 corrects the signal with the optical pulse differential waveform deconvoluted, and removes the influence of the reception angle dependent characteristic of the ultrasonic transducer in the probe 11 from the signal with the optical pulse differential waveform deconvoluted. Further, the correction unit 26 removes the influence of the incident light distribution of the light on the subject from the signal obtained by deconvolution of the optical pulse differential waveform in addition to or instead of the reception angle dependency characteristic. The photoacoustic image may be generated without the correction means 26 and without performing these corrections.

検波・対数変換手段27は、補正後の各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。包絡線を求める検波手段としては、ヒルベルト変換や直交検波など従来から用いられている手法を用いることができる。これにより、超音波振動子の固有振動による帯域の影響が除去できる。光音響画像構築手段28は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像構築手段28は、例えば光音響信号(ピーク部分)の時間軸方向の位置を光音響画像における深さ方向の位置に変換して光音響画像を生成する。   The detection / logarithm conversion means 27 obtains the envelope of the corrected data of each line, and logarithmically transforms the obtained envelope. Conventional detection methods such as Hilbert transform and quadrature detection can be used as detection means for obtaining the envelope. Thereby, the influence of the zone | band by the natural vibration of an ultrasonic transducer | vibrator can be removed. The photoacoustic image construction means 28 generates a photoacoustic image based on the data of each line subjected to logarithmic transformation. The photoacoustic image construction unit 28 generates a photoacoustic image by converting, for example, a position in the time axis direction of the photoacoustic signal (peak portion) into a position in the depth direction of the photoacoustic image.

画像合成手段38は、例えば2つの光音響画像構築手段28でそれぞれ構築された2つの光音響画像の合成画像を生成する。本実施形態では、例えば被検体の深部を示す画像領域には低周波側の光音響信号を使用し、一方被検体の表面近傍部を示す画像領域には高周波側の光音響信号を使用する。これにより、より深部まで写しかつ表面では高分解能な画像が得られる。さらに、画像合成手段38は、合成されて得られた画像に必要な処理(例えばスケールの補正等)を施して画像表示手段14に表示するための最終的な画像(表示画像)を生成する。   The image synthesis unit 38 generates a composite image of two photoacoustic images constructed by the two photoacoustic image construction units 28, for example. In the present embodiment, for example, a low-frequency photoacoustic signal is used for an image region showing a deep part of the subject, while a high-frequency photoacoustic signal is used for an image region showing a surface vicinity of the subject. As a result, a deeper image and a high resolution image can be obtained on the surface. Further, the image synthesizing unit 38 performs a necessary process (for example, scale correction) on the synthesized image and generates a final image (display image) to be displayed on the image display unit 14.

制御手段30は、超音波ユニット12内の各部を制御する。トリガ制御回路29は、光音響画像生成に際して、レーザユニット13に光トリガ信号を送る。また、光トリガ信号の出力後に、Qswトリガ信号を送る。レーザユニット13は、光トリガ信号を受けてフラッシュランプ52を点灯し、レーザ励起を開始する。レーザユニット13は、Qswトリガ信号が入力されるとQswをONにし、パルスレーザ光を出射する。トリガ制御回路29は、被検体に対するレーザ光照射と同期してAD変換手段22にサンプリングトリガ信号を送り、AD変換手段22における光音響信号のサンプリング開始タイミングを制御する。また、トリガ制御回路29は、パルス幅の切り替えと音響波検出手段の切り替えとが同期するように、Qswトリガ信号とともに切替トリガ信号を切替制御部68に送信する。   The control means 30 controls each part in the ultrasonic unit 12. The trigger control circuit 29 sends a light trigger signal to the laser unit 13 when generating the photoacoustic image. Further, after outputting the optical trigger signal, the Qsw trigger signal is sent. Upon receiving the optical trigger signal, the laser unit 13 turns on the flash lamp 52 and starts laser excitation. When the Qsw trigger signal is input, the laser unit 13 turns on Qsw and emits pulsed laser light. The trigger control circuit 29 sends a sampling trigger signal to the AD conversion means 22 in synchronization with laser light irradiation on the subject, and controls the sampling start timing of the photoacoustic signal in the AD conversion means 22. In addition, the trigger control circuit 29 transmits a switching trigger signal to the switching control unit 68 together with the Qsw trigger signal so that the switching of the pulse width and the switching of the acoustic wave detection means are synchronized.

図6に、光微分波形逆畳込み手段25の詳細な構成を示す。光微分波形逆畳込み手段25は、フーリエ変換手段41、42と、逆フィルタ演算手段43と、フィルタ適用手段44と、フーリエ逆変換手段45とを有する。フーリエ変換手段(第1のフーリエ変換手段)41は、離散フーリエ変換により、再構成された光音響信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換手段(第2のフーリエ変換手段)42は、離散フーリエ変換により、光パルス微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号を時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換のアルゴリズムにはFFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)を用いることができる。   FIG. 6 shows a detailed configuration of the optical differential waveform deconvolution means 25. The optical differential waveform deconvolution means 25 includes Fourier transform means 41 and 42, an inverse filter calculation means 43, a filter application means 44, and a Fourier inverse transform means 45. The Fourier transform means (first Fourier transform means) 41 converts the reconstructed photoacoustic signal from a time domain signal to a frequency domain signal by discrete Fourier transform. The Fourier transform means (second Fourier transform means) 42 converts a signal obtained by sampling the optical pulse differential waveform at a predetermined sampling rate from a time domain signal to a frequency domain signal by discrete Fourier transform. FFT (Fast Fourier Transform) can be used as the Fourier transform algorithm.

ここで、光パルス微分波形のデコンボリューションの基本アルゴリズムについて説明する。   Here, a basic algorithm for deconvolution of the optical pulse differential waveform will be described.

まず、再構成後の光音響信号を入力し、再構成後の光音響信号をフーリエ変換手段41においてFFTによりフーリエ変換する。図7Aに再構成後の光音響信号を示し、図7BにFFT後の光音響信号FFTを示す。フーリエ変換することで、図7Aに示す時間領域の信号が、図7Bに示すような周波数領域の信号に変換される。なお、図7Bでは、光音響信号FFTの絶対値を示しているが、実際の処理では複素数のまま処理される。   First, the reconstructed photoacoustic signal is input, and the reconstructed photoacoustic signal is Fourier-transformed by FFT in the Fourier transform means 41. FIG. 7A shows the photoacoustic signal after reconstruction, and FIG. 7B shows the photoacoustic signal FFT after FFT. By performing the Fourier transform, the time domain signal shown in FIG. 7A is converted into a frequency domain signal as shown in FIG. 7B. In FIG. 7B, the absolute value of the photoacoustic signal FFT is shown, but in an actual process, it is processed as a complex number.

そして、光パルス微分波形hをフーリエ変換手段42においてFFTによりフーリエ変換する。図7Cに光パルス微分波形(h)を示し、図7DにFFT後の光パルス微分波形FFT(fft_h)を示す。フーリエ変換することで、図7Cに示す時間領域の信号(波形)が、図7Dに示す周波数領域の信号に変換される。なお、図7Cにおける黒丸は、光パルス微分波形におけるサンプリング点を表している。また、図7Dでは、光パルス微分波形FFTの絶対値を示しているが、実際の処理では複素数のまま処理される。   The optical pulse differential waveform h is Fourier-transformed by FFT in the Fourier transform means 42. FIG. 7C shows an optical pulse differential waveform (h), and FIG. 7D shows an optical pulse differential waveform FFT (fft_h) after FFT. By performing Fourier transform, the time-domain signal (waveform) shown in FIG. 7C is converted into the frequency-domain signal shown in FIG. 7D. Note that black circles in FIG. 7C represent sampling points in the optical pulse differential waveform. In FIG. 7D, the absolute value of the optical pulse differential waveform FFT is shown, but in an actual process, it is processed as a complex number.

そして、逆フィルタ演算手段43によって、上記で得られたFFT後の光パルス微分波形FFT(fft_h)の逆数を、光パルス微分波形FFTフィルタ(逆フィルタ)として求める。光パルス微分波形FFTフィルタは、具体的にはconj(fft_h)/abs(fft_h)2で求めることができる。ここで、conj(fft_h)はfft_hの共役複素数、abs(fft_h)はfft_hの絶対値を表す。図7Eに、光パルス微分波形FFTフィルタを示す。図7Dに示す光パルス微分波形FFTの逆数を求めることで、図7Eに示すような光パルス微分波形FFTフィルタを得ることができる。 Then, the inverse filter calculation means 43 obtains the inverse of the post-FFT optical pulse differential waveform FFT (fft_h) obtained above as an optical pulse differential waveform FFT filter (inverse filter). Specifically, the optical pulse differential waveform FFT filter can be obtained by conj (fft_h) / abs (fft_h) 2 . Here, conj (fft_h) represents the conjugate complex number of fft_h, and abs (fft_h) represents the absolute value of fft_h. FIG. 7E shows an optical pulse differential waveform FFT filter. By obtaining the reciprocal of the optical pulse differential waveform FFT shown in FIG. 7D, an optical pulse differential waveform FFT filter as shown in FIG. 7E can be obtained.

上記のようにして求めた光パルス微分FFTフィルタと、再構成後の光音響信号FFTとをフィルタ適用手段44によって要素ごとに乗算し、光音響信号FFTから光パルス微分波形をデコンボリューションする。図7Fに、デコンボリューション後のFFT波形を示す。図7Bに示す光音響信号FFTと図7Eに示す光パルス微分波形FFTフィルタとの乗算を行うことで、図7Fに示すFFT波形が得られる。   The optical pulse differential FFT filter obtained as described above and the reconstructed photoacoustic signal FFT are multiplied for each element by the filter applying means 44, and the optical pulse differential waveform is deconvolved from the photoacoustic signal FFT. FIG. 7F shows the FFT waveform after deconvolution. By multiplying the photoacoustic signal FFT shown in FIG. 7B by the optical pulse differential waveform FFT filter shown in FIG. 7E, the FFT waveform shown in FIG. 7F is obtained.

そして、光パルス微分波形をデコンボリューションしたFFT波形を、フーリエ逆変換手段45において逆FFTによりフーリエ逆変換し、周波数領域の信号を時間領域の信号に戻す。図7Gは、逆変換された光音響信号を示す。図7Fに示すFFT波形(周波数領域の信号)を逆FFTすることで、図7Gに示すデコンボリューション後の光音響信号(時間領域の信号)が得られる。このデコンボリューション後の光音響信号は、光吸収分布に光パルス微分波形(図7C)がコンボリューションされた再構成後の光音響信号(図7A)から、光パルス微分波形をデコンボリューションした吸収分布に相当する。   Then, the FFT waveform obtained by deconvolution of the optical pulse differential waveform is subjected to Fourier inverse transform by inverse FFT in the Fourier inverse transform means 45 to return the frequency domain signal to the time domain signal. FIG. 7G shows the inversely converted photoacoustic signal. By performing inverse FFT on the FFT waveform (frequency domain signal) shown in FIG. 7F, the deconvolution photoacoustic signal (time domain signal) shown in FIG. 7G is obtained. This deconvolved photoacoustic signal is an absorption distribution obtained by deconvolution of the optical pulse differential waveform from the reconstructed photoacoustic signal (FIG. 7A) in which the optical pulse differential waveform (FIG. 7C) is convolved with the optical absorption distribution. It corresponds to.

図8Aに、再構成後の光音響信号(図7A)に基づいて生成した光音響画像を示し、図8Bに、デコンボリューション後の光音響信号(図7G)に基づいて生成した光音響画像を示す。図8Aに示す、再構成後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像は、実質的に圧力分布を画像化したものであり、1本の血管が二重に表示されるなど、画像判定上、血管の位置が確認しづらい。これに対し、図8Bに示すデコンボリューション後の光音響信号に基づいて生成した光音響画像は、光パルス微分波形をデコンボリューションしていることで吸収体の分布を画像化できており、血管の位置を確認しやすくなっている。   8A shows a photoacoustic image generated based on the reconstructed photoacoustic signal (FIG. 7A), and FIG. 8B shows a photoacoustic image generated based on the deconvolved photoacoustic signal (FIG. 7G). Show. The photoacoustic image generated based on the reconstructed photoacoustic signal shown in FIG. 8A is substantially an image of the pressure distribution, and image determination such that one blood vessel is displayed in duplicate. The blood vessel position is difficult to confirm. On the other hand, the photoacoustic image generated based on the deconvolved photoacoustic signal shown in FIG. 8B can visualize the distribution of the absorber by deconvolution of the optical pulse differential waveform, It is easy to confirm the position.

本実施形態においては、光音響信号のサンプリングレートと光パルス微分波形のサンプリングレートとは等しいものとする。例えば光音響信号はFs=40MHzのサンプリングクロックに同期してサンプリングされており、光微分パルスも、Fs_h=40MHzのサンプリングレートでサンプリングされている。フーリエ変換手段41は、40MHzでサンプリングされた光音響信号を、例えば1024点のフーリエ変換でフーリエ変換する。また、フーリエ変換手段42は、40MHzでサンプリングされた光パルス微分波形を1024点のフーリエ変換でフーリエ変換する。   In the present embodiment, it is assumed that the sampling rate of the photoacoustic signal is equal to the sampling rate of the optical pulse differential waveform. For example, the photoacoustic signal is sampled in synchronization with a sampling clock of Fs = 40 MHz, and the photodifferential pulse is also sampled at a sampling rate of Fs_h = 40 MHz. The Fourier transform means 41 performs a Fourier transform on the photoacoustic signal sampled at 40 MHz by, for example, a 1024-point Fourier transform. Further, the Fourier transform means 42 performs Fourier transform on the optical pulse differential waveform sampled at 40 MHz by 1024 points of Fourier transform.

図9は、本実施形態における光音響画像生成方法における動作手順を示す。   FIG. 9 shows an operation procedure in the photoacoustic image generation method according to this embodiment.

トリガ制御回路29は、レーザユニット13に対して光トリガ信号を出力する。レーザユニット13は、光トリガ信号を受けてフラッシュランプ52を点灯する。トリガ制御回路29は、所定のタイミングでQswトリガ信号を出力する。レーザユニット13は、Qswトリガ信号が入力されると、Qsw55をONにし、パルスレーザ光を出射する。出射したパルスレーザ光は、例えばプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体に照射される(ステップS1)。   The trigger control circuit 29 outputs an optical trigger signal to the laser unit 13. The laser unit 13 turns on the flash lamp 52 in response to the light trigger signal. The trigger control circuit 29 outputs a Qsw trigger signal at a predetermined timing. When a Qsw trigger signal is input, the laser unit 13 turns on Qsw55 and emits a pulsed laser beam. The emitted pulsed laser light is guided to the probe 11, for example, and irradiated from the probe 11 to the subject (step S1).

プローブ11は、レーザ光の照射後、レーザ光の照射により被検体内で発生した光音響信号を検出する(ステップS2)。超音波ユニット12の受信回路21は、プローブ11で検出された光音響信号を受信する。トリガ制御回路29は、被検体に対する光照射のタイミングに合わせてAD変換手段22にサンプリングトリガ信号を送る。AD変換手段22は、サンプリングトリガ信号を受けて光音響信号のサンプリングを開始し、光音響信号のサンプリングデータを受信メモリ23に格納する。   The probe 11 detects the photoacoustic signal generated in the subject by the laser beam irradiation after the laser beam irradiation (step S2). The receiving circuit 21 of the ultrasonic unit 12 receives the photoacoustic signal detected by the probe 11. The trigger control circuit 29 sends a sampling trigger signal to the AD conversion means 22 in accordance with the timing of light irradiation on the subject. The AD conversion means 22 receives the sampling trigger signal, starts sampling of the photoacoustic signal, and stores the sampling data of the photoacoustic signal in the reception memory 23.

光音響画像再構成手段24は、受信メモリ23から光音響信号のサンプリングデータを読み出し、読み出した光音響信号のサンプリングデータに基づいて、光音響信号を再構成する(ステップS3)。光微分波形逆畳込み手段25は、再構成された光音響信号から、被検体に照射されたパルスレーザ光の光強度の時間波形を微分した光パルス微分波形をデコンボリューションする(ステップS4)。このデコンボリューションにより、吸収分布を示す光音響信号が得られる。   The photoacoustic image reconstruction means 24 reads the photoacoustic signal sampling data from the reception memory 23, and reconstructs the photoacoustic signal based on the read photoacoustic signal sampling data (step S3). The optical differential waveform deconvolution means 25 deconvolutes the optical pulse differential waveform obtained by differentiating the time waveform of the light intensity of the pulsed laser light applied to the subject from the reconstructed photoacoustic signal (step S4). By this deconvolution, a photoacoustic signal indicating an absorption distribution is obtained.

補正手段26は、光パルス微分波形がデコンボリューションされた信号を、検出素子受信角度依存性や被検体における光の入射分布で補正する。検波・対数変換手段27は、補正手段26で補正された光音響信号の包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。光音響画像構築手段28は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響画像を生成する(ステップS5)。この光音響信号は、吸収分布を画像化した吸収分布画像である。上記のステップ3から5までの信号処理を低周波側の光音響信号と高周波側の光音響信号とに対して実施した後、これらの光音響画像が画像合成手段38で合成される。画像表示手段14は、表示画面上に、吸収分布画像である合成された光音響画像を表示する(ステップS6)。   The correction unit 26 corrects the signal obtained by deconvoluting the optical pulse differential waveform with the detection element reception angle dependency and the light incident distribution on the subject. The detection / logarithm conversion means 27 obtains the envelope of the photoacoustic signal corrected by the correction means 26 and logarithmically converts the obtained envelope. The photoacoustic image construction means 28 generates a photoacoustic image based on the data of each line subjected to logarithmic transformation (step S5). This photoacoustic signal is an absorption distribution image obtained by imaging the absorption distribution. After the signal processing from step 3 to step 5 described above is performed on the low-frequency side photoacoustic signal and the high-frequency side photoacoustic signal, these photoacoustic images are synthesized by the image synthesis unit 38. The image display means 14 displays the synthesized photoacoustic image that is an absorption distribution image on the display screen (step S6).

本実施形態では、ひとまず、光音響画像再構成手段24にて、通常の再構成法により発光時刻(t=0)の圧力分布として光音響信号(光音響画像)を再構成する。つぎに、実際は、光の発光時間は有限の長さであることから、再構成時にt=0としていた時刻を、有限の時間と考え、光微分波形逆畳込み手段25にて、再構成後の光音響画像から光パルス微分波形をデコンボリューションする。光パルス微分波形をデコンボリューションすることで、吸収分布を得ることができ、吸収分布画像を生成することができる。このような手法を採用することで、実用的な光パルス幅と実用的な超音波システム、或いは実際の生体を観測した場合でも、吸収分布を画像化することができる。これは、現状システムの検出器の帯域やADサンプリングを使用できる利点がある。また、本実施形態においては光音響画像の再構成で圧力分布を一度出しているため、既存の超音波アルゴリズム、装置との親和性が高い。   In the present embodiment, the photoacoustic image (photoacoustic image) is first reconstructed by the photoacoustic image reconstruction means 24 as the pressure distribution at the light emission time (t = 0) by the normal reconstruction method. Next, since the light emission time is actually a finite length, the time when t = 0 at the time of reconstruction is regarded as a finite time, and the optical differential waveform deconvolution means 25 performs reconstruction after the reconstruction. The photopulse differential waveform is deconvolved from the photoacoustic image. By deconvolution of the optical pulse differential waveform, an absorption distribution can be obtained and an absorption distribution image can be generated. By adopting such a method, the absorption distribution can be imaged even when a practical light pulse width and a practical ultrasonic system or an actual living body is observed. This has the advantage that the current system detector bandwidth and AD sampling can be used. Further, in this embodiment, since the pressure distribution is once obtained by reconstructing the photoacoustic image, the compatibility with the existing ultrasonic algorithm and apparatus is high.

以上のように、本発明に係る光音響画像生成装置および光音響画像生成方法は、特に、パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射し、検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段によって、パルス光の照射に起因して被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出し、検出された光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成することを特徴とするものである。したがって、被検体の表面近傍部の光音響画像については、パルス幅の短いパルス光によって高分解能で取得することができ、被検体の深部の光音響画像については、パルス幅の長いパルス光によって取得することができる。この結果、光音響イメージングにおいて、被検体内における深部の画像も取得することが可能となる。   As described above, the photoacoustic image generation apparatus and the photoacoustic image generation method according to the present invention particularly irradiate a subject with a plurality of pulse lights having different pulse widths, and detect a plurality of acoustic waves having different detection bands. By means of means, photoacoustic waves generated in the subject due to irradiation of pulsed light are separated and detected for each frequency band, and photoacoustic is based on the photoacoustic signal for each frequency band of the detected photoacoustic wave. An image is generated. Therefore, the photoacoustic image near the surface of the subject can be acquired with high resolution using pulsed light with a short pulse width, and the photoacoustic image at the deep part of the subject can be acquired with pulsed light with a long pulse width. can do. As a result, in the photoacoustic imaging, it is possible to acquire an image of a deep portion in the subject.

「光音響画像生成装置の第2の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第2の実施形態を詳細に説明する。図10は、本発明の光音響画像生成装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。図11は、第2の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。本実施形態は、レーザユニット13がパルス幅および波長が互いに異なる複数のパルスレーザ光を切り替えて交互に出射する点で、第1の実施形態と異なる。したがって、第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Second Embodiment of Photoacoustic Image Generation Device”
Next, a second embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of a laser unit in the photoacoustic image generation apparatus according to the second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the laser unit 13 switches a plurality of pulsed laser beams having different pulse widths and wavelengths and emits them alternately. Therefore, a detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly necessary.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

<レーザユニット>
レーザユニット13は、パルス幅および波長が互いに異なる複数のパルスレーザ光を切り替えて交互に出射するものである。これにより、吸収特性が異なる複数の組織からの光音響信号を周波数帯域ごとに分離して検出することが可能となる。「波長が互いに異なる」とは、波長分布において光強度が最も高いピーク波長が互いに異なることを意味する。パルスレーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば、パルス幅が4.2nsecかつ波長が800nmのパルスレーザ光と、パルス幅が45nsecかつ波長が750nmのパルスレーザ光とを使用して、取得した各波長の光音響信号の強度比に基づいて、生体内部の動脈と静脈を分離して画像化することが可能である。
<Laser unit>
The laser unit 13 switches a plurality of pulsed laser beams having different pulse widths and wavelengths and emits them alternately. Thereby, it becomes possible to separate and detect photoacoustic signals from a plurality of tissues having different absorption characteristics for each frequency band. “The wavelengths are different from each other” means that the peak wavelengths having the highest light intensity in the wavelength distribution are different from each other. The wavelength of the pulse laser beam is appropriately determined depending on the light absorption characteristics of the substance in the subject to be measured. For example, using a pulse laser beam having a pulse width of 4.2 nsec and a wavelength of 800 nm and a pulse laser beam having a pulse width of 45 nsec and a wavelength of 750 nm, and based on the intensity ratio of the acquired photoacoustic signal of each wavelength It is possible to separate and image the artery and vein inside the living body.

上記のようなレーザユニット13は、例えば下記のようにして構成することができる。レーザユニット13は、図11に示されるように、レーザロッド51、フラッシュランプ52、ミラー53、54、集光レンズ55、波長選択手段56、駆動手段57、駆動状態検出手段58、及び制御部59を有する。   The laser unit 13 as described above can be configured as follows, for example. As shown in FIG. 11, the laser unit 13 includes a laser rod 51, a flash lamp 52, mirrors 53 and 54, a condenser lens 55, a wavelength selection unit 56, a drive unit 57, a drive state detection unit 58, and a control unit 59. Have

ミラー53、54から構成される光共振器内には、集光レンズ55と波長選択手段56とが配置される。波長選択手段56は、光共振器内で共振する光の波長を、出射すべき複数の波長のうちの何れかに制御する。集光レンズ55は、レーザロッド51と波長選択手段56との間に配置され、レーザロッド51側から入射した光を収束して波長選択手段56側に出射する。つまり、集光レンズ55は、光共振器内を波長選択手段56に向けて進行する光のビーム径を縮小させる。   A condensing lens 55 and a wavelength selection unit 56 are disposed in the optical resonator composed of the mirrors 53 and 54. The wavelength selection unit 56 controls the wavelength of light resonating in the optical resonator to any one of a plurality of wavelengths to be emitted. The condenser lens 55 is disposed between the laser rod 51 and the wavelength selection unit 56, converges the light incident from the laser rod 51 side, and emits the light to the wavelength selection unit 56 side. That is, the condensing lens 55 reduces the beam diameter of the light traveling toward the wavelength selection unit 56 in the optical resonator.

波長選択手段56は、例えば、円周方向に沿って交互に配置された複数の透過領域と不透過領域とを有する。複数の透過領域は、複数の波長に対応した所定の波長の光を選択的に透過させる。波長選択手段56は、例えば2つの透過領域と2つの不透過領域とを有する。透過領域のうちの1つには、例えば波長750nm(中心波長)の光を透過させる第1のバンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)が設けられ、もう1つには波長800nm(中心波長)の光を透過させる第2のバンドパスフィルタが設けられる。   The wavelength selection unit 56 includes, for example, a plurality of transmission regions and non-transmission regions that are alternately arranged along the circumferential direction. The plurality of transmission regions selectively transmit light having predetermined wavelengths corresponding to the plurality of wavelengths. The wavelength selection means 56 has, for example, two transmission regions and two non-transmission regions. For example, a first band pass filter (BPF) that transmits light having a wavelength of 750 nm (center wavelength) is provided in one of the transmission regions, and a wavelength of 800 nm (center wavelength) is provided in the other. A second band-pass filter that transmits the light is provided.

上記構成の波長選択手段56は、回転に伴って、複数のバンドパスフィルタの何れかを光共振器の光路上に選択的に挿入する。例えば波長選択手段56は、光共振器の光路上に、不透過領域→第1のバンドパスフィルタ→不透過領域→第2のバンドパスフィルタを順次に挿入する。光共振器の光路上に第1のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を750nmとすることができ、光共振器の光路上に第2のバンドパスフィルタを挿入することで、光発振器の発振波長を800nmとすることができる。   The wavelength selection means 56 having the above configuration selectively inserts any one of a plurality of band pass filters on the optical path of the optical resonator as it rotates. For example, the wavelength selection unit 56 sequentially inserts a non-transmission region → a first bandpass filter → a non-transmission region → a second bandpass filter on the optical path of the optical resonator. By inserting the first bandpass filter on the optical path of the optical resonator, the oscillation wavelength of the optical oscillator can be set to 750 nm, and by inserting the second bandpass filter on the optical path of the optical resonator. The oscillation wavelength of the optical oscillator can be 800 nm.

波長選択手段56は、回転駆動に伴って、光共振器内の挿入損失を損失大(第1の損失)から損失小(第2の損失)に変化させるように構成されている。第1又は第2のバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失小(高Q)となり、光路上に不透過領域が挿入されるとき、光共振器の挿入損失は損失大(低Q)となる。波長選択手段56はQswを兼ねており、回転駆動に伴って、波長選択手段56が光共振器内の挿入損失を損失大(低Q)から損失小(高Q)へと急速に変化させることで、パルスレーザ光を得ることができる。   The wavelength selection means 56 is configured to change the insertion loss in the optical resonator from a large loss (first loss) to a small loss (second loss) in accordance with the rotational drive. When the first or second bandpass filter is inserted on the optical path of the optical resonator, the insertion loss of the optical resonator is small (high Q), and when an opaque region is inserted on the optical path, The insertion loss of the resonator is large (low Q). The wavelength selection unit 56 also serves as Qsw, and the wavelength selection unit 56 rapidly changes the insertion loss in the optical resonator from a large loss (low Q) to a small loss (high Q) with rotation driving. Thus, a pulsed laser beam can be obtained.

駆動手段57は、波長選択手段56を、光共振器がQswパルス発振するように駆動する。つまり、駆動手段57は、波長選択手段56が光共振器内の挿入損失を損失大(低Q)から損失小(高Q)へと急速に変化させるように、波長選択手段56を駆動する。例えば波長選択手段56が円周方向に沿って透過領域(バンドパスフィルタ)と不透過領域とが交互に配置されたフィルタ回転体で構成される場合、駆動手段57は、光共振器の光路上に不透過領域及び透過領域が交互に挿入されるようにフィルタ回転体を連続的に回転させる。波長選択手段56の駆動に伴う、光共振器内の挿入損失が損失高から損失小へと切り替わる際の切り替え時間は、Qswパルスの発生遅延時間よりも短いことが好ましい。光共振器の光路上に挿入される領域を不透過領域から透過領域(第1又は第2のバンドパスフィルタ)へと切り替えることで、光路上に挿入された透過領域(バンドパスフィルタ)が透過させる光の波長に対応した波長で、光共振器をQswパルス発振させることができる。   The driving unit 57 drives the wavelength selecting unit 56 so that the optical resonator oscillates in a Qsw pulse. That is, the drive unit 57 drives the wavelength selection unit 56 so that the wavelength selection unit 56 rapidly changes the insertion loss in the optical resonator from a large loss (low Q) to a small loss (high Q). For example, when the wavelength selection unit 56 is configured by a filter rotating body in which transmission regions (bandpass filters) and non-transmission regions are alternately arranged along the circumferential direction, the driving unit 57 is on the optical path of the optical resonator. The filter rotator is continuously rotated so that the opaque regions and the transparent regions are alternately inserted into the filter. The switching time when the insertion loss in the optical resonator is switched from high loss to low loss due to the driving of the wavelength selection unit 56 is preferably shorter than the Qsw pulse generation delay time. By switching the region inserted on the optical path of the optical resonator from the non-transmissive region to the transmissive region (first or second bandpass filter), the transmissive region (bandpass filter) inserted on the optical path is transmitted. The optical resonator can be subjected to Qsw pulse oscillation at a wavelength corresponding to the wavelength of the light to be generated.

駆動状態検出手段58は、波長選択手段56の駆動状態を検出する。駆動状態検出手段58は、例えばフィルタ回転体である波長選択手段56の回転変位を検出する。駆動状態検出手段58は、フィルタ回転体の回転変位を示すBPF状態情報をBPF状態信号として制御部59に出力する。   The drive state detection unit 58 detects the drive state of the wavelength selection unit 56. The drive state detection means 58 detects the rotational displacement of the wavelength selection means 56 that is a filter rotator, for example. The drive state detection means 58 outputs BPF state information indicating the rotational displacement of the filter rotator to the control unit 59 as a BPF state signal.

制御部59は、回転制御部60と発光制御部61とを含む。回転制御部60は、波長選択手段56が所定の回転速度で回転するように駆動手段58を制御する。波長選択手段56の回転速度は、例えばレーザユニット13から出射すべきパルスレーザ光の波長の数(フィルタ回転体におけるバンドパスフィルタの数)と、単位時間当たりのパルスレーザ光の個数とに基づいて決定できる。回転制御部59は、駆動状態検出手段58が検出する回転位置の所定時間あたりの変化量が一定となるように駆動手段57を制御する。回転制御部59は、例えば所定時間の間におけるBPF状態情報の変化の量が所定のバンドパスフィルタの切替え速度(フィルタ回転体の回転速度)に応じた変化量となるように、駆動手段57を制御する。   The control unit 59 includes a rotation control unit 60 and a light emission control unit 61. The rotation control unit 60 controls the driving unit 58 so that the wavelength selection unit 56 rotates at a predetermined rotation speed. The rotational speed of the wavelength selection unit 56 is based on, for example, the number of wavelengths of pulsed laser light to be emitted from the laser unit 13 (number of bandpass filters in the filter rotating body) and the number of pulsed laser light per unit time. Can be determined. The rotation control unit 59 controls the drive unit 57 so that the amount of change per predetermined time of the rotation position detected by the drive state detection unit 58 is constant. For example, the rotation control unit 59 controls the driving unit 57 so that the amount of change in the BPF state information during a predetermined time becomes a change amount according to a predetermined band-pass filter switching speed (rotational speed of the filter rotating body). Control.

発光制御部61は、フラッシュランプ52を制御する。発光制御部61は、フラッシュランプ(FL)制御信号をフラッシュランプ52に出力し、フラッシュランプ52からレーザロッド51に励起光を照射させる。発光制御部61は、波長選択手段56が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える時刻よりも所定時間だけ前の時刻でフラッシュランプ52にFL制御信号を出力し、励起光を照射させる。つまり、発光制御部61は、駆動状態検出手段58が検出した回転位置が、波長選択手段56が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置よりも所定の量だけ前の位置になると、フラッシュランプ52にFL制御信号を送り、励起光を照射させる。   The light emission control unit 61 controls the flash lamp 52. The light emission control unit 61 outputs a flash lamp (FL) control signal to the flash lamp 52 and irradiates the laser rod 51 with excitation light from the flash lamp 52. The light emission control unit 61 outputs the FL control signal to the flash lamp 52 at a time that is a predetermined time before the time when the wavelength selection unit 56 switches the insertion loss of the optical resonator from the large loss to the small loss. Irradiate. In other words, the light emission control unit 61 detects that the rotational position detected by the drive state detection unit 58 is a predetermined amount before the rotational position where the wavelength selection unit 56 switches the insertion loss of the optical resonator from the large loss to the small loss. When the position is reached, an FL control signal is sent to the flash lamp 52 to irradiate the excitation light.

例えば発光制御部61は、BPF状態信号が表す情報が、出射すべきパルスレーザ光の波長に対応したバンドパスフィルタが光共振器の光路上に挿入される波長選択手段56の駆動位置から、レーザロッド51の励起に要する時間の間に波長選択手段56が変位する量を差し引いた位置を示す情報になるとFL制御信号を出力し、フラッシュランプ52からレーザロッド51に励起光を照射させる。発光制御部61は、FL制御信号の出力後、駆動状態検出手段58が検出した回転位置が、波長選択手段56が光共振器の挿入損失を損失大から損失小へと切り替える回転位置になると、Qswがオンになるタイミングを示すQsw同期信号を生成し、超音波ユニット12に出力する。   For example, the light emission control unit 61 determines that the information represented by the BPF state signal indicates that the laser beam from the driving position of the wavelength selection unit 56 in which a bandpass filter corresponding to the wavelength of the pulsed laser beam to be emitted is inserted on the optical path of the optical resonator When information indicating the position obtained by subtracting the amount of displacement of the wavelength selection means 56 during the time required for excitation of the rod 51 is output, an FL control signal is output, and the laser lamp 51 is irradiated with excitation light from the flash lamp 52. After the output of the FL control signal, the light emission control unit 61 detects that the rotation position detected by the drive state detection unit 58 is a rotation position where the wavelength selection unit 56 switches the insertion loss of the optical resonator from a large loss to a small loss. A Qsw synchronization signal indicating the timing when Qsw is turned on is generated and output to the ultrasound unit 12.

図10に戻り、制御手段30は、超音波ユニット12内の各部の制御を行う。トリガ制御回路29は、レーザユニット13に対して、波長選択手段56の回転速度を制御するためのBPF制御信号を出力する。また、トリガ制御回路29は、レーザユニット13に、フラッシュランプ52の発光を制御するためのFLスタンバイ信号を出力する。トリガ制御回路29は、例えばレーザユニット13の回転制御部60からフィルタ回転体の現在の回転変位位置を受け取っており、受け取った回転変位位置に基づくタイミングでFLスタンバイ信号を出力する。   Returning to FIG. 10, the control means 30 controls each part in the ultrasonic unit 12. The trigger control circuit 29 outputs a BPF control signal for controlling the rotation speed of the wavelength selection unit 56 to the laser unit 13. The trigger control circuit 29 outputs an FL standby signal for controlling the light emission of the flash lamp 52 to the laser unit 13. For example, the trigger control circuit 29 receives the current rotational displacement position of the filter rotating body from the rotation control unit 60 of the laser unit 13 and outputs an FL standby signal at a timing based on the received rotational displacement position.

トリガ制御回路29は、レーザユニット13から、Qswがオンになるタイミング、すなわちレーザ発光タイミングを示すQsw同期信号を入力する。トリガ制御回路29は、Qsw同期信号を受け取ると、AD変換手段22にサンプリングトリガ信号を出力する。AD変換手段22は、サンプリングトリガ信号にと基づいて光音響信号のサンプリングを開始する。   The trigger control circuit 29 receives from the laser unit 13 a Qsw synchronization signal indicating the timing at which Qsw is turned on, that is, the laser emission timing. When receiving the Qsw synchronization signal, the trigger control circuit 29 outputs a sampling trigger signal to the AD conversion means 22. The AD conversion unit 22 starts sampling of the photoacoustic signal based on the sampling trigger signal.

図12は、波長選択手段56の構成例を示す。波長選択手段56は、例えば図12に示すような、透過波長が相互に異なる複数の透過領域(バンドパスフィルタ)を含むフィルタ回転体70として構成される。フィルタ回転体70は、波長750nmの光を選択的に透過させる第1の透過領域71と、波長800nmの光を選択的に透過させる第2の透過領域72と、光を透過しない不透過領域73、74とを有する。なお、不透過領域は、完全に光を遮光するまでの能力は要求されない。不要なレーザ発振が生じない程度に、わずかに光が透過してもよい。   FIG. 12 shows a configuration example of the wavelength selection unit 56. The wavelength selection unit 56 is configured as a filter rotating body 70 including a plurality of transmission regions (bandpass filters) having different transmission wavelengths as shown in FIG. 12, for example. The filter rotating body 70 includes a first transmission region 71 that selectively transmits light having a wavelength of 750 nm, a second transmission region 72 that selectively transmits light having a wavelength of 800 nm, and a non-transmission region 73 that does not transmit light. , 74. The non-transparent area is not required to have the ability to completely block light. The light may be slightly transmitted to such an extent that unnecessary laser oscillation does not occur.

第1の透過領域71及び第2の透過領域72は、例えばそれぞれ中心角θ1およびθ2の扇型に形成される。中心角θ1およびθ2の大小は、それぞれの波長のパルスレーザ光におけるパルス幅の長短に応じて適宜設定される。集光レンズ55で集光された光は、図12に示されるように、フィルタ回転体70の周縁部に照射される。フィルタ回転体70を時計回りに回転させると、光共振器の光路上に、第1の透過領域71、不透過領域73、第2の透過領域72、及び不透過領域74をこの順に挿入できる。上記のように、第1の透過領域71と第2の透過領域72とで、各領域を透過する光の波長を変える、すなわち各透過領域に設けるバンドパスフィルタの透過波長を変えることで、パルスごとに波長が異なるパルスレーザ光を得ることができる。   The first transmissive region 71 and the second transmissive region 72 are formed, for example, in fan shapes with central angles θ1 and θ2, respectively. The magnitudes of the central angles θ1 and θ2 are appropriately set according to the length of the pulse width of the pulse laser beam having each wavelength. The light condensed by the condensing lens 55 is irradiated to the peripheral portion of the filter rotating body 70 as shown in FIG. When the filter rotating body 70 is rotated clockwise, the first transmission region 71, the non-transmission region 73, the second transmission region 72, and the non-transmission region 74 can be inserted in this order on the optical path of the optical resonator. As described above, the first transmission region 71 and the second transmission region 72 change the wavelength of light transmitted through each region, that is, by changing the transmission wavelength of the bandpass filter provided in each transmission region, It is possible to obtain pulsed laser beams having different wavelengths.

図13は、透過領域における波長と透過率との関係を示す。第1の透過領域(第1のバンドパスフィルタ)71における中心波長750nmの光に対する透過率は90%以上あるとする。その帯域幅はおよそ10nmである。第2の透過領域(第2のバンドパスフィルタ)72における中心波長800nmの光に対する透過率は90%以上である。その帯域幅はおよそ10nmである。   FIG. 13 shows the relationship between wavelength and transmittance in the transmission region. It is assumed that the transmittance of the first transmission region (first bandpass filter) 71 with respect to light having a center wavelength of 750 nm is 90% or more. Its bandwidth is approximately 10 nm. In the second transmission region (second bandpass filter) 72, the transmittance with respect to light having a central wavelength of 800 nm is 90% or more. Its bandwidth is approximately 10 nm.

ここで、フィルタ回転体70の回転周波数が100Hz(回転速度6000rpm)であるとする。その場合、1回転あたり2つの透過領域を通過することから、レーザユニット13が出射するパルスレーザ光の個数は1秒あたり200個となる(200Hz動作)。例えば、フィルタ回転体70として半径2インチ(50.4mm)のフィルタ回転体を考える。また、ビーム径は100μmとする。角速度はω=2πf=628.3[rad/sec]となり、線速度はv=rω=628.8[rad/sec]×50.4[mm]=31.7[m/s]となる。ビームを横切る時間(スイッチング時間)は3.15μsecとなる。   Here, it is assumed that the rotation frequency of the filter rotating body 70 is 100 Hz (rotational speed 6000 rpm). In this case, since the laser beam passes through two transmission regions per rotation, the number of pulsed laser beams emitted from the laser unit 13 is 200 per second (200 Hz operation). For example, a filter rotating body having a radius of 2 inches (50.4 mm) is considered as the filter rotating body 70. The beam diameter is 100 μm. The angular velocity is ω = 2πf = 628.3 [rad / sec], and the linear velocity is v = rω = 628.8 [rad / sec] × 50.4 [mm] = 31.7 [m / s]. The time for crossing the beam (switching time) is 3.15 μsec.

Qswの特性として、スイッチング時間(例えば不透過領域から第1又は第2の透過領域への切替時間)はおおよそ数μ秒以下であること(Qswパルスの発生遅延時間よりも小さいこと)が、シングルパルスを得るための条件である。透過領域の中心角θは、ビームを横切る時間+Qsw遅延時間の間、ビームを妨げない条件で選ばれる。上記数値例では、3.15μsec+数μsec=おおよそ10μsecの間、透過領域が続けばよい。したがって、31.7[m/s]×10μsec=317μmが横幅の長さであり、角度にすると0.35°である。製作のことを考えると、中心角θは1°から数度あればよい。   As a characteristic of Qsw, the switching time (for example, the switching time from the non-transmissive region to the first or second transmissive region) is approximately several microseconds or less (smaller than the generation delay time of the Qsw pulse). This is a condition for obtaining a pulse. The central angle θ of the transmission region is selected on the condition that the beam is not disturbed during the time of traversing the beam + Qsw delay time. In the above numerical example, the transmissive region may be continued for 3.15 μsec + several μsec = approximately 10 μsec. Therefore, 31.7 [m / s] × 10 μsec = 317 μm is the width of the width, and 0.35 ° in angle. Considering the production, the central angle θ should be 1 ° to several degrees.

図14は、レーザユニット13の一部を示している。波長選択手段56は、例えば図12に示すような、2つのバンドパスフィルタ(透過する光の波長が異なる2つの透過領域)を含むフィルタ回転体70として構成される。フィルタ回転体70上でのビーム径は小さい方がよい。そこで、本実施形態では集光レンズ55を用いてビームを収束させている。フィルタ回転体70上でのビーム径は望ましくは100μm以下である。下限は回折限界で決まり、数μmである。なお、フィルタ回転体70は、光共振器の光軸に対して所定の角度で傾いた面内で回転するように、光軸に対して例えば0.5°から1°程度だけ傾けられることが好ましい。このように光共振器の光軸に対してわずかに斜めに配置することで、不要な反射成分が寄生発振を起こすことを防止できる。   FIG. 14 shows a part of the laser unit 13. The wavelength selection unit 56 is configured as a filter rotating body 70 including two band-pass filters (two transmission regions having different wavelengths of transmitted light) as shown in FIG. 12, for example. The beam diameter on the filter rotator 70 should be small. Therefore, in the present embodiment, the beam is converged using the condenser lens 55. The beam diameter on the filter rotating body 70 is desirably 100 μm or less. The lower limit is determined by the diffraction limit and is several μm. The filter rotator 70 may be tilted by, for example, about 0.5 ° to 1 ° with respect to the optical axis so as to rotate in a plane inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of the optical resonator. preferable. In this way, by arranging it slightly oblique to the optical axis of the optical resonator, it is possible to prevent unnecessary reflection components from causing parasitic oscillation.

駆動手段57は例えばサーボモータであり、波長選択手段56(フィルタ回転体70)を回転軸に沿って回転させる。フィルタ回転体70の回転周波数は高い方がよい。機械的には1kHz程度まで可能である。駆動状態検出手段58は、例えばロータリーエンコーダーで構成される。ロータリーエンコーダーは、サーボモータの出力軸に取り付けられたスリット入りの回転板と透過型フォトインタラプタとでフィルタ回転体の回転変位を検出し、フィルタ回転体70の回転を電気信号(BPF状態信号)に変換する。このBPF状態信号をマスタークロックとし、発光制御部61に同期信号として送る。発光制御部61は、高精度に回転しているフィルタ回転体70の回転に合わせて、フラッシュランプ発光のタイミングを決定する。   The drive unit 57 is, for example, a servo motor, and rotates the wavelength selection unit 56 (filter rotating body 70) along the rotation axis. The rotation frequency of the filter rotating body 70 is preferably higher. Mechanically, it can be up to about 1 kHz. The drive state detection means 58 is composed of, for example, a rotary encoder. The rotary encoder detects the rotational displacement of the filter rotator with a slit-type rotating plate attached to the output shaft of the servo motor and a transmission type photo interrupter, and the rotation of the filter rotator 70 is converted into an electrical signal (BPF state signal). Convert. This BPF state signal is used as a master clock and sent to the light emission control unit 61 as a synchronization signal. The light emission control unit 61 determines the flash lamp light emission timing in accordance with the rotation of the filter rotating body 70 rotating with high accuracy.

図15は、フラッシュランプ発光のタイミングとパルスレーザ光のタイミングとを示す。時刻t2は、回転しているフィルタ回転体70(波長選択手段56)が不透過領域から透過領域へと切り替わる回転位置に対応した時刻であるとする。時刻t1は、時刻t2から、レーザロッド51の励起に必要な時間を差し引いた時刻である。発光制御部61は、フィルタ回転体70の回転位置が時刻t1に対応した位置になると、フラッシュランプ52を発光させる(図15の(a))。フラッシュランプ52が発光することで、レーザロッド51が励起される。   FIG. 15 shows the timing of flash lamp light emission and the timing of pulsed laser light. The time t2 is assumed to be a time corresponding to a rotational position at which the rotating filter rotating body 70 (wavelength selection means 56) switches from the non-transmissive region to the transmissive region. Time t1 is the time obtained by subtracting the time required for excitation of the laser rod 51 from time t2. The light emission control unit 61 causes the flash lamp 52 to emit light when the rotation position of the filter rotator 70 reaches a position corresponding to time t1 ((a) of FIG. 15). When the flash lamp 52 emits light, the laser rod 51 is excited.

フラッシュランプ発光後、時刻t2で、フラッシュランプが消灯するのとほぼ同じ時刻に、フィルタ回転体70が不透過領域から透過領域(第1の透過領域71又は第2の透過領域72)へと切り替わっていく(図15の(b))。この不透過領域から透過領域への替わりに要する時間(スイッチング時間)はできるだけ短い方がよく、数μ秒以下、より望ましくは0.5μ秒以下である。光共振器の光路上に750nmの光を透過する透過領域が挿入されると、時刻t3で、波長750nmの光がQswパルス発振し、波長750nmのパルスレーザ光が得られる(図15の(c))。一方、光共振器の光路上に挿入された透過領域が800nmの光を透過する透過領域であった場合、波長800nmの光がQswパルス発振し、波長800nmのパルスレーザ光が得られる。フィルタ回転体70の透過領域部分がおよそ10μ秒程度続いた後、時刻t4で、再び不透過領域へと切り替わる。   After the flash lamp emission, at time t2, the filter rotator 70 is switched from the non-transmissive area to the transmissive area (the first transmissive area 71 or the second transmissive area 72) at approximately the same time that the flash lamp is extinguished. (FIG. 15B). The time required for switching from the non-transmissive region to the transmissive region (switching time) is preferably as short as possible, and is several μsec or less, more desirably 0.5 μsec or less. When a transmission region that transmits light of 750 nm is inserted on the optical path of the optical resonator, light having a wavelength of 750 nm oscillates at time t3 and pulse laser light having a wavelength of 750 nm is obtained ((c in FIG. 15). )). On the other hand, when the transmissive region inserted on the optical path of the optical resonator is a transmissive region that transmits light having a wavelength of 800 nm, light having a wavelength of 800 nm oscillates in a Qsw pulse, and pulse laser light having a wavelength of 800 nm is obtained. After the transmission region portion of the filter rotator 70 continues for about 10 μsec, the filter rotator 70 switches to the non-transmission region again at time t4.

図16は、パルスレーザ光出射を示す。図12に示すような、不透過領域73、74の間に第1の透過領域71と第2の透過領域72とが設けられているフィルタ回転体70を用いた場合、図16に示すように、パルス幅の広い波長750nmのパルスレーザとパルス幅の狭い波長800nmのパルスレーザ光とをパルスごとに切り替えることが可能となる。フィルタ回転体の回転周波数を100Hzとすれば、パルス幅と波長を交互に切り替えつつ、1秒間に200個のパルスレーザ光を得ることができる。   FIG. 16 shows pulsed laser beam emission. As shown in FIG. 16, when the filter rotating body 70 in which the first transmission region 71 and the second transmission region 72 are provided between the non-transmission regions 73 and 74 as shown in FIG. It is possible to switch between a pulse laser having a wide pulse width of 750 nm and a pulse laser beam having a narrow pulse width of 800 nm for each pulse. If the rotation frequency of the filter rotator is 100 Hz, 200 pulsed laser beams can be obtained per second while alternately switching the pulse width and wavelength.

光音響画像生成装置10の動作手順について説明する。トリガ制御回路29は、被検体に対するパルスレーザ光照射に先立って、所定の回転速度でレーザユニット13内の波長選択手段56を回転させる旨のBPF制御信号をレーザユニット13に出力する。   An operation procedure of the photoacoustic image generation apparatus 10 will be described. The trigger control circuit 29 outputs to the laser unit 13 a BPF control signal for rotating the wavelength selection means 56 in the laser unit 13 at a predetermined rotation speed prior to the irradiation of the pulse laser beam on the subject.

トリガ制御回路29は、光音響信号の受信準備が整うと、1つ目の波長(例えば750nm)のパルスレーザ光を出射させるべく、所定のタイミングでレーザユニット13にFLスタンバイ信号を出力する。レーザユニット13の発光制御部61は、FLスタンバイ信号を受け取った後、フラッシュランプ52にFL制御信号を送り、フラッシュランプ52を点灯させる。発光制御部61は、BPF状態信号に基づいて、例えば波長選択手段56の回転変位位置が不透過領域74から波長750nmの光を透過させる第1の透過領域71へと切り替わるタイミングから逆算されたタイミングで、FL制御信号を出力する。フラッシュランプ52が点灯することで、レーザロッド51の励起が開始される。   When the trigger control circuit 29 is ready to receive the photoacoustic signal, the trigger control circuit 29 outputs an FL standby signal to the laser unit 13 at a predetermined timing so as to emit a pulse laser beam having the first wavelength (for example, 750 nm). After receiving the FL standby signal, the light emission control unit 61 of the laser unit 13 sends the FL control signal to the flash lamp 52 to turn on the flash lamp 52. Based on the BPF state signal, the light emission control unit 61, for example, a timing calculated backward from the timing at which the rotational displacement position of the wavelength selection unit 56 is switched from the non-transmissive region 74 to the first transmissive region 71 that transmits light having a wavelength of 750 nm. Then, the FL control signal is output. When the flash lamp 52 is turned on, excitation of the laser rod 51 is started.

フラッシュランプの点灯後、波長選択手段56が回転を続け、光共振器の光路上に挿入される部分が不透過領域74から第1の透過領域71へと切り替わると、光共振器内の挿入損失が損失大(低Q)から損失小(高Q)へと急速に変化し、Qswパルス発振が起こる。このとき第1の透過領域71は波長750nmの光を選択的に透過させるため、レーザユニット13は、波長750nmのパルスレーザ光を出射する。発光制御部61は、Qswがオンになるタイミング、言い換えるとパルスレーザ光が出射するタイミングを示すQsw同期信号を超音波ユニット12に出力する。   After the flash lamp is turned on, the wavelength selection means 56 continues to rotate, and when the portion inserted on the optical path of the optical resonator is switched from the non-transmissive region 74 to the first transmissive region 71, the insertion loss in the optical resonator is increased. Changes rapidly from a large loss (low Q) to a small loss (high Q), and Qsw pulse oscillation occurs. At this time, since the first transmission region 71 selectively transmits light having a wavelength of 750 nm, the laser unit 13 emits pulsed laser light having a wavelength of 750 nm. The light emission control unit 61 outputs to the ultrasound unit 12 a Qsw synchronization signal indicating the timing when Qsw is turned on, in other words, the timing when the pulse laser beam is emitted.

レーザユニット13から出射した波長750nmのパルスレーザ光は、例えばプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体に照射される。そして、プローブ11の低周波検出素子65によって、パルス幅の長い波長750nmのパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号が検出される。プローブ11で検出された光音響信号は、受信回路21にて受信される。   A pulse laser beam having a wavelength of 750 nm emitted from the laser unit 13 is guided to, for example, the probe 11 and irradiated from the probe 11 to the subject. Then, the low-frequency detection element 65 of the probe 11 detects a photoacoustic signal generated due to a pulse laser beam having a long pulse width and a wavelength of 750 nm. The photoacoustic signal detected by the probe 11 is received by the receiving circuit 21.

そして、次の波長800nmのパルスレーザ光を出射させるために、トリガ制御回路29からレーザユニット13にFLスタンバイ信号が出力される。発光制御部61は、フラッシュランプ52にFL制御信号を送り、フラッシュランプ52を点灯させる。フラッシュランプの点灯後、光共振器の光路上に挿入される部分が、不透過領域73から波長800nmに対応した第2の透過領域72へと切り替わり、Qswパルス発振が起こる。これにより、波長800nmのパルスレーザ光が出射する。発光制御部61は、Qsw同期信号を超音波ユニット12に出力する。   Then, an FL standby signal is output from the trigger control circuit 29 to the laser unit 13 in order to emit the next pulsed laser light having a wavelength of 800 nm. The light emission control unit 61 sends an FL control signal to the flash lamp 52 to turn on the flash lamp 52. After the flash lamp is turned on, the portion inserted on the optical path of the optical resonator is switched from the non-transmissive region 73 to the second transmissive region 72 corresponding to the wavelength of 800 nm, and Qsw pulse oscillation occurs. Thereby, pulsed laser light with a wavelength of 800 nm is emitted. The light emission control unit 61 outputs a Qsw synchronization signal to the ultrasonic unit 12.

レーザユニット13から出射した波長800nmのパルスレーザ光は、例えばプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体に照射される。そして、プローブ11の広帯域検出素子66によって、パルス幅の短い波長800nmのパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号が検出される。   The pulsed laser light having a wavelength of 800 nm emitted from the laser unit 13 is guided to, for example, the probe 11 and irradiated from the probe 11 to the subject. The broadband detection element 66 of the probe 11 detects a photoacoustic signal generated due to a pulse laser beam having a short pulse width and a wavelength of 800 nm.

画像合成手段38は、例えば2つの光音響画像構築手段28でそれぞれ構築された2つの光音響画像の合成画像を生成する。そして本実施形態では、取得した各波長の光音響信号の強度比に基づいて、動脈を表す領域と静脈を表す領域が色分けされる。これにより、動脈および静脈の識別が可能となる。さらに、画像合成手段38は、合成されて得られた画像に必要な処理(例えばスケールの補正等)を施して画像表示手段14に表示するための最終的な画像(表示画像)を生成する。   The image synthesis unit 38 generates a composite image of two photoacoustic images constructed by the two photoacoustic image construction units 28, for example. In the present embodiment, the region representing the artery and the region representing the vein are color-coded based on the acquired intensity ratio of the photoacoustic signal of each wavelength. Thereby, the arteries and veins can be identified. Further, the image synthesizing unit 38 performs a necessary process (for example, scale correction) on the synthesized image and generates a final image (display image) to be displayed on the image display unit 14.

「光音響画像生成装置の第3の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第3の実施形態を詳細に説明する。図17は、本発明の光音響画像生成装置の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。図18は、第3の実施形態の光音響画像生成装置におけるレーザユニットの構成を示すブロック図である。本実施形態は、パルス幅および波長が互いに異なるパルスレーザ光を出射する複数の光源からレーザユニット13が構成される点で、第1の実施形態と異なる。したがって、第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Third Embodiment of Photoacoustic Image Generating Device”
Next, a third embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention. FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of a laser unit in the photoacoustic image generation apparatus according to the third embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that the laser unit 13 is composed of a plurality of light sources that emit pulsed laser beams having different pulse widths and wavelengths. Therefore, a detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly necessary.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

<レーザユニット>
レーザユニット13は、パルス幅および波長が互いに異なる複数のパルスレーザ光を同時に出射するものである。これにより、吸収特性が異なる複数の組織からの光音響信号を周波数帯域ごとに分離して検出することが可能となる。パルスレーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の物質の光吸収特性によって適宜決定される。例えば、パルス幅が4.2nsecかつ波長が800nmのパルスレーザ光と、パルス幅が45nsecかつ波長が750nmのパルスレーザ光とを使用して、取得した各波長の光音響信号の強度比に基づいて、生体内部の動脈と静脈を分離して画像化することが可能である。
<Laser unit>
The laser unit 13 simultaneously emits a plurality of pulsed laser beams having different pulse widths and wavelengths. Thereby, it becomes possible to separate and detect photoacoustic signals from a plurality of tissues having different absorption characteristics for each frequency band. The wavelength of the pulse laser beam is appropriately determined depending on the light absorption characteristics of the substance in the subject to be measured. For example, using a pulse laser beam having a pulse width of 4.2 nsec and a wavelength of 800 nm and a pulse laser beam having a pulse width of 45 nsec and a wavelength of 750 nm, and based on the intensity ratio of the acquired photoacoustic signal of each wavelength It is possible to separate and image the artery and vein inside the living body.

上記のようなレーザユニット13は、例えば下記のようにして構成することができる。レーザユニット13は、図18に示されるように、パルス幅が4.2nsecかつ波長が800nmのパルスレーザ光を出射する光源13aおよびパルス幅が45nsecかつ波長が750nmのパルスレーザ光を出射する光源13bから構成される。光源13aおよび13bのそれぞれの構成は、第1の実施形態と同様である。光源13aおよび13bはそれぞれ、トリガ制御回路29からの光トリガ信号を受信して、フラッシュランプ52aおよび52bを点灯させる。そしてフラッシュランプ52aおよび52bの点灯後、Qswトリガ信号が入力されると、光源13aおよび13bはそれぞれQsw55aおよび55bをONにし、パルスレーザ光をそれぞれ出射する。   The laser unit 13 as described above can be configured as follows, for example. As shown in FIG. 18, the laser unit 13 includes a light source 13a that emits a pulse laser beam having a pulse width of 4.2 nsec and a wavelength of 800 nm, and a light source 13b that emits a pulse laser beam having a pulse width of 45 nsec and a wavelength of 750 nm. Consists of The configurations of the light sources 13a and 13b are the same as those in the first embodiment. The light sources 13a and 13b receive the light trigger signal from the trigger control circuit 29, and turn on the flash lamps 52a and 52b. When the Qsw trigger signal is input after the flash lamps 52a and 52b are turned on, the light sources 13a and 13b turn on Qsw 55a and 55b, respectively, and emit pulsed laser beams.

<プローブ(超音波探触子)>
プローブ11は、レーザユニット13から出射された2つのパルスレーザ光が被検体に照射された後に、それぞれのパルスレーザ光に起因して生じた2つの光音響信号を同時に検出する。このようなプローブ11は、例えば、広い周波数帯域(例えば1〜40MHz程度)に感度を有する広帯域検出素子と、広帯域検出素子によって検出した光音響信号から低周波数成分(例えば20MHz以下の成分)を除去するハイパスフィルタと、比較的低周波側の狭い範囲(例えば5〜12MHz)に検出帯域を有する低周波検出素子とから構成される。つまり、本実施形態におけるプローブ11は、図3に示されるようなプローブから切替制御部68が除かれたような構成を有する。このような構成にすることにより、パルス幅が45nsecのような長パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は上記低周波検出素子によって感度良く検出可能であり、パルス幅が4.2nsecのような短パルスレーザ光に起因して発生した光音響信号は広帯域検出素子によって効率よく広い周波数帯域で検出可能となる。なお、本実施形態においては、広帯域検出素子によって検出された光音響信号から低周波成分を除去することが必要となるから、広帯域検出素子を使用する場合にはハイパスフィルタは必須となる。ただし、第1の実施形態と同様に、低周波検出素子の検出帯域と重複せずかつ高周波側にある検出帯域を有する高周波検出素子を使用する場合にはハイパスフィルタは不要となる。
<Probe (Ultrasonic probe)>
The probe 11 simultaneously detects two photoacoustic signals generated due to the respective pulsed laser beams after the subject is irradiated with the two pulsed laser beams emitted from the laser unit 13. Such a probe 11 removes a low-frequency component (for example, a component of 20 MHz or less) from a photoacoustic signal detected by, for example, a broadband detection element having sensitivity in a wide frequency band (for example, about 1 to 40 MHz) and the broadband detection element. And a low-frequency detection element having a detection band in a narrow range (for example, 5 to 12 MHz) on the relatively low frequency side. That is, the probe 11 in this embodiment has a configuration in which the switching control unit 68 is removed from the probe as shown in FIG. With such a configuration, a photoacoustic signal generated due to a long pulse laser beam having a pulse width of 45 nsec can be detected with high sensitivity by the low-frequency detection element, and a pulse width of 4.2 nsec is detected. A photoacoustic signal generated due to such a short pulse laser beam can be efficiently detected in a wide frequency band by the broadband detection element. In the present embodiment, it is necessary to remove a low-frequency component from the photoacoustic signal detected by the wideband detection element. Therefore, when using the wideband detection element, a high-pass filter is essential. However, as in the first embodiment, when a high-frequency detection element having a detection band on the high frequency side that does not overlap with the detection band of the low-frequency detection element is used, a high-pass filter is not necessary.

光源13aおよび13bからそれぞれ出射した波長800nmおよび750nmのパルスレーザ光は、例えばプローブ11まで導光され、プローブ11から被検体に照射される。そして、プローブ11の広帯域検出素子によってパルス幅の短い波長800nmのパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号が検出され、低周波検出素子によってパルス幅の長い波長800nmのパルスレーザ光に起因して発生した光音響信号が検出される。このように本実施形態では、複数のパルスレーザ光の照射のそれぞれに起因して発生した光音響波を同時に検出することができるため、画像構築速度を向上させることが可能である。   Pulse laser beams with wavelengths of 800 nm and 750 nm respectively emitted from the light sources 13a and 13b are guided to the probe 11, for example, and are irradiated from the probe 11 to the subject. Then, the photoacoustic signal generated due to the pulse laser beam having a short pulse width of 800 nm is detected by the broadband detection element of the probe 11, and the low frequency detection element is caused by the pulse laser beam having a long pulse width of wavelength 800nm. The photoacoustic signal generated is detected. As described above, in this embodiment, the photoacoustic wave generated due to each of the irradiations of the plurality of pulsed laser beams can be detected at the same time, so that the image construction speed can be improved.

画像合成手段38は、例えば2つの光音響画像構築手段28でそれぞれ構築された2つの光音響画像の合成画像を生成する。そして本実施形態では、取得した各波長の光音響信号の強度比に基づいて、動脈を表す領域と静脈を表す領域が色分けされる。これにより、動脈および静脈の識別が可能となる。さらに、画像合成手段38は、合成されて得られた画像に必要な処理(例えばスケールの補正等)を施して画像表示手段14に表示するための最終的な画像(表示画像)を生成する。   The image synthesis unit 38 generates a composite image of two photoacoustic images constructed by the two photoacoustic image construction units 28, for example. In the present embodiment, the region representing the artery and the region representing the vein are color-coded based on the acquired intensity ratio of the photoacoustic signal of each wavelength. Thereby, the arteries and veins can be identified. Further, the image synthesizing unit 38 performs a necessary process (for example, scale correction) on the synthesized image and generates a final image (display image) to be displayed on the image display unit 14.

「光音響画像生成装置の第4の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第4の実施形態を詳細に説明する。第1の実施形態では、光音響信号のサンプリングレートと光パルス微分波形のサンプリングレートとが一致しており、双方の信号を同じデータ点数でフーリエ変換した。本実施形態では、光音響信号を低速サンプリングする一方で、光パルス微分波形を高速サンプリングする。つまり、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。例えば光音響信号のサンプリング間隔(サンプリングレートの逆数)は、被検体に照射される光のパルス時間幅よりも長く設定される。フーリエ変換に際しては、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号を、光パルス微分波形のサンプリングレートと同じサンプリングレートでリサンプル(アップサンプル)した上で、フーリエ変換を行う。したがって、光音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第1の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図1に示された符号を援用している。第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Fourth Embodiment of Photoacoustic Image Generating Device”
Next, a fourth embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. In the first embodiment, the sampling rate of the photoacoustic signal coincides with the sampling rate of the optical pulse differential waveform, and both signals are Fourier-transformed with the same number of data points. In this embodiment, the photoacoustic signal is sampled at low speed, while the optical pulse differential waveform is sampled at high speed. That is, the sampling rate of the optical pulse differential waveform is set higher than the sampling rate of the photoacoustic signal. For example, the sampling interval of the photoacoustic signal (the reciprocal of the sampling rate) is set longer than the pulse time width of the light irradiated to the subject. In the Fourier transform, the photoacoustic signal sampled at the low sampling rate is resampled (upsampled) at the same sampling rate as the sampling rate of the optical pulse differential waveform, and then the Fourier transform is performed. Therefore, the configuration itself of the photoacoustic image generation apparatus is the same as that of the first embodiment except for the optical differential waveform deconvolution means. In description of this embodiment, the code | symbol shown by FIG. 1 is used about elements other than an optical differential waveform deconvolution means. A detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly required.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

図19は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25aを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25aは、図6に示す第1実施形態における光微分波形逆畳込み手段25の構成に加えて、リサンプル手段46及び47を有する。リサンプル手段46は、アップサンプル手段であり、低いサンプリングレートでサンプリングされた光音響信号のサンプリングデータを、光パルス微分波形のサンプリングレートと同じサンプリングレートでリサンプルする(アップサンプル)。リサンプル手段46は、例えば、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号のサンプル点間にゼロを付加し、アップサンプル前のナイキスト周波数でカットするローパスフィルタをかけることでアップサンプルを行う。   FIG. 19 shows the optical differential waveform deconvolution means 25a in this embodiment. The optical differential waveform deconvolution means 25a in the present embodiment has resample means 46 and 47 in addition to the configuration of the optical differential waveform deconvolution means 25 in the first embodiment shown in FIG. The resample means 46 is an upsample means and resamples the sampling data of the photoacoustic signal sampled at a low sampling rate at the same sampling rate as the sampling rate of the optical pulse differential waveform (upsample). The resampling means 46 performs upsampling, for example, by adding zero between sample points of the photoacoustic signal sampled at a low sampling rate and applying a low-pass filter that cuts at the Nyquist frequency before upsampling.

例えば、AD変換手段22における光音響信号のサンプリングレート(第1のサンプリングレート)が40MHzであり、光パルス微分波形のサンプリングレート(第2のサンプリングレート)が400MHzであったとする。この場合、リサンプル手段46は、40MHzの光音響信号を400MHzの信号にアップサンプルする。フーリエ変換手段41は、リサンプル手段46でアップサンプルされた光音響信号をフーリエ変換する。光音響信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段41と、光パルス微分波形をフーリエ変換するフーリエ変換手段42とは、同じデータ点数でフーリエ変換を行う。例えばフーリエ変換手段41は光音響信号を8192点の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段42は光パルス微分波形を8192点の周波数領域の信号に変換する。   For example, it is assumed that the photoacoustic signal sampling rate (first sampling rate) in the AD conversion means 22 is 40 MHz and the optical pulse differential waveform sampling rate (second sampling rate) is 400 MHz. In this case, the resampling means 46 upsamples the 40 MHz photoacoustic signal to a 400 MHz signal. The Fourier transform unit 41 performs a Fourier transform on the photoacoustic signal upsampled by the resample unit 46. The Fourier transform means 41 for Fourier transforming the photoacoustic signal and the Fourier transform means 42 for Fourier transforming the optical pulse differential waveform perform Fourier transform with the same number of data points. For example, the Fourier transform unit 41 converts the photoacoustic signal into a signal in the frequency region of 8192 points, and the Fourier transform unit 42 converts the optical pulse differential waveform into a signal in the frequency region of 8192 points.

フィルタ適用手段44は、アップサンプルされた光音響信号をフーリエ変換した信号に対して逆フィルタを適用する。フーリエ逆変換手段45は、逆フィルタが適用された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号(吸収分布)へと変換する。時間領域の信号に戻された吸収分布信号は、例えば400MHzにアップサンプルされた状態の信号となっている。リサンプル手段47は、吸収分布信号が、光音響信号の元のサンプルリングレートに、吸収信号をダウンサンプルする。リサンプル手段47は、例えば400MHzの吸収信号を40MHzの吸収信号にダウンサンプルする。ダウンサンプリングは、例えばダウンサンプル後のナイキスト周波数でカットするローパスフィルタをかけた後に、サンプル点を間引くことで行う。   The filter application unit 44 applies an inverse filter to a signal obtained by Fourier transforming the upsampled photoacoustic signal. The Fourier inverse transform means 45 transforms the signal to which the inverse filter is applied from a frequency domain signal into a time domain signal (absorption distribution). The absorption distribution signal returned to the time domain signal is a signal in a state of being upsampled to, for example, 400 MHz. The resampling means 47 downsamples the absorption signal to the original sampling rate of the photoacoustic signal. The resampling unit 47 downsamples, for example, a 400 MHz absorption signal into a 40 MHz absorption signal. Downsampling is performed, for example, by thinning sample points after applying a low-pass filter that cuts at the Nyquist frequency after downsampling.

図20Aに、400MHzのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示し、図20Bに、40MHzのサンプリングレートでサンプリングした光パルス微分波形を示す。サンプリングレート400MHzでは、図20Aに示すように、光パルス微分波形を正確に再現できる。一方、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートに合わせ、40MHzでサンプリングすると、図20Bに示すように、光パルス微分波形を正確に再現できなくなる。   FIG. 20A shows an optical pulse differential waveform sampled at a sampling rate of 400 MHz, and FIG. 20B shows an optical pulse differential waveform sampled at a sampling rate of 40 MHz. At a sampling rate of 400 MHz, the optical pulse differential waveform can be accurately reproduced as shown in FIG. 20A. On the other hand, if the sampling rate of the optical pulse differential waveform is matched with the sampling rate of the photoacoustic signal and sampling is performed at 40 MHz, the optical pulse differential waveform cannot be accurately reproduced as shown in FIG. 20B.

フィルタ適用手段44にて光音響信号をフーリエ変換した信号に逆フィルタを適用する際には、双方のデータ点数が揃っている必要がある。光音響信号のサンプリングレートに合わせて光パルス微分波形のサンプリングレートを設定すると、図20Bに示したように、波形変化に対してサンプリング周波数が低すぎ、光パルス微分波形が正確に再現できない。このような光パルス微分波形から求めた逆フィルタを適用した場合、光パルス微分項を正確にデコンボリューションできずに、吸収分布を正しく求められないこともある。   When the inverse filter is applied to the signal obtained by Fourier transforming the photoacoustic signal by the filter applying means 44, it is necessary to have both data points. When the sampling rate of the optical pulse differential waveform is set in accordance with the sampling rate of the photoacoustic signal, as shown in FIG. 20B, the sampling frequency is too low for the waveform change, and the optical pulse differential waveform cannot be accurately reproduced. When an inverse filter obtained from such an optical pulse differential waveform is applied, the optical pulse differential term may not be accurately deconvolved, and the absorption distribution may not be obtained correctly.

一方、光パルス微分波形を正確に再現するために光パルス微分波形のサンプリングレートを例えば400MHzに設定し、光音響信号のサンプリングレートを400MHzに合わせるとした場合は、光パルス微分項を正確にデコンボリューションでき、吸収分布を正しく求めることができる。しかしながら、その場合、AD変換手段22には高速なAD変換器が要求され、また、サンプリングデータの総数が増えることから、受信メモリ23に要求されるメモリ容量が増大する。更に、光音響画像再構成手段24で取り扱うデータが増えるため、再構成に要する時間も長くなる。   On the other hand, if the sampling rate of the optical pulse differential waveform is set to 400 MHz, for example, and the photoacoustic signal sampling rate is set to 400 MHz in order to accurately reproduce the optical pulse differential waveform, the optical pulse differential term is accurately Volume can be obtained, and absorption distribution can be obtained correctly. However, in that case, a high-speed AD converter is required for the AD conversion means 22, and the total number of sampling data increases, so that the memory capacity required for the reception memory 23 increases. Furthermore, since the data handled by the photoacoustic image reconstruction means 24 increases, the time required for reconstruction also increases.

本実施形態では、リサンプル手段46で、事後的に光音響信号のサンプリングデータをリサンプルする。本実施形態では、検出後の光音響信号を信号処理でアップサンプルしているため、光音響の検出から再構成までは低速サンプリングしつつも、光パルス微分項を正確にデコンボリューションすることができる。本実施形態では、AD変換手段22に高速なAD変換器は不要であり、受信メモリ23に必要なメモリ容量も増大しない。また、光音響信号の再構成に要する時間も増大せず、光音響信号の検出時に高いサンプリングレートでサンプリングする場合に比して、処理時間を短縮することができる。   In the present embodiment, the resampler 46 resamples the sampling data of the photoacoustic signal afterwards. In this embodiment, since the photoacoustic signal after detection is upsampled by signal processing, the optical pulse differential term can be accurately deconvolved while performing low-speed sampling from photoacoustic detection to reconstruction. . In the present embodiment, a high-speed AD converter is not necessary for the AD conversion means 22 and the memory capacity required for the reception memory 23 does not increase. Further, the time required for reconstructing the photoacoustic signal does not increase, and the processing time can be shortened as compared with the case of sampling at a high sampling rate when detecting the photoacoustic signal.

「光音響画像生成装置の第5の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第5の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、第4の実施形態と同様に、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。第4の実施形態では、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号をアップサンプルし、双方の信号を同じデータ点数でフーリエ変換した。本実施形態では、光パルス微分波形のフーリエ変換を、光音響信号のフーリエ変換のデータ点数よりも多いデータ点数で行い、フーリエ変換された光音響信号に対して、データ点数の差の分だけ中央(高周波成分領域)にゼロ点を付加する。したがって、光音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第1の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図1に示された符号を援用している。第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Fifth Embodiment of Photoacoustic Image Generating Device”
Next, a fifth embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. In the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the sampling rate of the optical pulse differential waveform is set higher than the sampling rate of the photoacoustic signal. In the fourth embodiment, a photoacoustic signal sampled at a low sampling rate is upsampled, and both signals are Fourier transformed with the same number of data points. In the present embodiment, the Fourier transform of the optical pulse differential waveform is performed with more data points than the Fourier transform data points of the photoacoustic signal, and the Fourier transform photoacoustic signal is centered by the difference in the data points. A zero point is added to (high frequency component region). Therefore, the configuration itself of the photoacoustic image generation apparatus is the same as that of the first embodiment except for the optical differential waveform deconvolution means. In description of this embodiment, the code | symbol shown by FIG. 1 is used about elements other than an optical differential waveform deconvolution means. A detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly required.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

図21は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25bを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25bは、図6に示す第1の実施形態における光微分波形逆畳込み手段25の構成に加えて、ゼロパディング手段48とゼロ点除去手段49とを有する。例えば、光音響信号のサンプリングレート(第1のサンプリングレート)は40MHzであり、光パルス微分波形のサンプリングレート(第2のサンプリングレート)は320MHzであるとする。フーリエ変換手段41は、例えば40MHzの光音響信号を1024点(第1のデータ点数)の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段42は、320MHzの光パルス微分波形を8192点(第2のデータ点数)の周波数領域の信号に変換する。第2のデータ点数は、第1のデータ点数に、第2のサンプリングレートと第1のサンプリングレートとの比を乗じたデータ点数と等しいか、又はそれよりも多い。   FIG. 21 shows the optical differential waveform deconvolution means 25b in this embodiment. The optical differential waveform deconvolution means 25b in this embodiment includes a zero padding means 48 and a zero point removal means 49 in addition to the configuration of the optical differential waveform deconvolution means 25 in the first embodiment shown in FIG. Have. For example, it is assumed that the sampling rate of the photoacoustic signal (first sampling rate) is 40 MHz, and the sampling rate of the optical pulse differential waveform (second sampling rate) is 320 MHz. For example, the Fourier transform means 41 converts a photoacoustic signal of 40 MHz into a signal in the frequency domain of 1024 points (first data point), and the Fourier transform means 42 converts the optical pulse differential waveform of 320 MHz to 8192 points (second Converted to a frequency domain signal. The second data score is equal to or greater than the data score obtained by multiplying the first data score by the ratio of the second sampling rate and the first sampling rate.

ゼロパディング手段48は、フーリエ変換手段41から周波数領域の信号に変換された光音響信号を入力する。ゼロパディング手段48は、フーリエ変換された光音響信号に対して、フーリエ変換後の光音響信号と光パルス微分波形のデータ点数の差の分だけ中央にゼロ点(信号値ゼロの点)を付加する。ゼロパディング手段48は、例えば周波数領域で表されたデータ点数1024点の光音響信号を、ナイキスト周波数(サンプリング周波数の1/2)で2つに分割し、分割した2つの周波数領域の間にデータ点数の差の分だけゼロ点を付加し、周波数領域で表された光パルス微分波形のデータ点数と同じデータ点数8192点の光音響信号を生成する。ゼロ点の付加は、周波数領域におけるアップサンプリングに相当する。   The zero padding means 48 inputs the photoacoustic signal converted from the Fourier transform means 41 into a frequency domain signal. Zero padding means 48 adds a zero point (point of zero signal value) to the center by the difference between the number of data points of the photoacoustic signal after Fourier transform and the optical pulse differential waveform to the photoacoustic signal subjected to Fourier transform. To do. The zero padding means 48 divides, for example, a photoacoustic signal having 1024 data points expressed in the frequency domain into two at the Nyquist frequency (1/2 of the sampling frequency), and data between the divided two frequency domains. A zero point is added by the difference in the number of points, and a photoacoustic signal having the same number of data points 8192 as the number of data points of the optical pulse differential waveform expressed in the frequency domain is generated. The addition of the zero point corresponds to upsampling in the frequency domain.

フィルタ適用手段44は、ゼロパディング手段48でゼロパディングが施された信号に対して逆フィルタを適用する。ゼロ点除去手段49は、逆フィルタが適用された信号からゼロパディング手段48で“0”が付加された周波数帯域を除去する。例えばゼロパディング手段48にてデータ点数1024点の光音響信号(周波数領域)がデータ点数8192点の信号に変換されていたとき、ゼロ点除去手段49は、フィルタ適用後の信号(データ点数8192点)をデータ点数1024点の信号に戻す。ゼロ点の除去は、周波数領域におけるダウンサンプリングに相当する。フーリエ逆変換手段45は、データ点数1024点に戻された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。   The filter applying unit 44 applies an inverse filter to the signal that has been subjected to zero padding by the zero padding unit 48. The zero point removing unit 49 removes the frequency band to which “0” is added by the zero padding unit 48 from the signal to which the inverse filter is applied. For example, when the photoacoustic signal (frequency domain) having 1024 data points is converted into a signal having 8192 data points by the zero padding unit 48, the zero point removing unit 49 uses the signal after applying the filter (data points 8192 points). ) To a signal having 1024 data points. Zero point removal corresponds to downsampling in the frequency domain. The inverse Fourier transform means 45 converts the signal returned to the number of data points of 1024 from a frequency domain signal to a time domain signal.

図22Aに、フーリエ変換された光音響信号を示し、図22Bに、ゼロパディング後の光音響信号を示す。例えば、AD変換手段22における光音響信号のサンプリングレートが40MHzであるとき、その光音響信号をフーリエ変換した信号は、図22Aに示すように、0MHzから40MHzまでの周波数帯域の信号となる。この信号を、中心周波数である20MHzを境に2つの領域A、Bに2分割する。ゼロパディング手段48は、図22Bに示すように、2つの領域の間にゼロ点を8192−1024=7168個挿入する。ゼロ点が付加された結果、領域Bの信号は、300MHzから320MHzの周波数領域に対応した信号となる。   FIG. 22A shows a photoacoustic signal subjected to Fourier transform, and FIG. 22B shows a photoacoustic signal after zero padding. For example, when the sampling rate of the photoacoustic signal in the AD conversion means 22 is 40 MHz, a signal obtained by Fourier transforming the photoacoustic signal becomes a signal in a frequency band from 0 MHz to 40 MHz as shown in FIG. 22A. This signal is divided into two regions A and B with a center frequency of 20 MHz as a boundary. As shown in FIG. 22B, the zero padding means 48 inserts 8192-1024 = 7168 zero points between two regions. As a result of adding the zero point, the signal in the region B becomes a signal corresponding to the frequency region from 300 MHz to 320 MHz.

本実施形態では、低サンプリングレートでサンプリングされた光音響信号を周波数領域の信号に変換し、変換された周波数領域の信号の高周波成分の領域のゼロ点を付加する。本実施形態と第2の実施形態との相違点は、第2の実施形態では、光音響信号をアップサンプルするのに対し、本実施形態では、光音響信号を周波数領域でアップサンプルする点である。時間領域に代え、周波数領域において、双方の信号の帯域差を埋めるようにリサンプル(アップサンプル)を行う場合も、第2の実施形態と同様に、光音響の検出から再構成までは低速サンプリングしつつも、光パルス微分項を正確にデコンボリューションすることができる。   In the present embodiment, a photoacoustic signal sampled at a low sampling rate is converted into a frequency domain signal, and a zero point in the high frequency component area of the converted frequency domain signal is added. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that the photoacoustic signal is upsampled in the second embodiment, whereas the photoacoustic signal is upsampled in the frequency domain in the present embodiment. is there. Even when resampling (up-sampling) is performed so as to fill the band difference between both signals in the frequency domain instead of the time domain, low-speed sampling is performed from photoacoustic detection to reconstruction as in the second embodiment. However, the optical pulse differential term can be accurately deconvolved.

「光音響画像生成装置の第6の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第6の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においても、第4及び第5の実施形態と同様に、光パルス微分波形のサンプリングレートを光音響信号のサンプリングレートよりも高く設定する。本実施形態では、光パルス微分波形を、光音響信号のフーリエ変換のデータ点数よりも多いデータ点数で行い、フーリエ変換された光微分波形から高周波成分サンプル点を除去し、その逆数を逆フィルタとして求める。したがって、光音響画像生成装置の構成自体は、光微分波形逆畳込み手段を除き、第1の実施形態と同様である。本実施形態の説明では、光微分波形逆畳込み手段以外の要素については、図1に示された符号を援用している。第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Sixth Embodiment of Photoacoustic Image Generation Device”
Next, a sixth embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. Also in this embodiment, the sampling rate of the optical pulse differential waveform is set higher than the sampling rate of the photoacoustic signal, as in the fourth and fifth embodiments. In the present embodiment, the optical pulse differential waveform is performed with more data points than the Fourier transform data points of the photoacoustic signal, the high frequency component sample points are removed from the Fourier transformed optical differential waveform, and the inverse is used as an inverse filter. Ask. Therefore, the configuration itself of the photoacoustic image generation apparatus is the same as that of the first embodiment except for the optical differential waveform deconvolution means. In description of this embodiment, the code | symbol shown by FIG. 1 is used about elements other than an optical differential waveform deconvolution means. A detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly required.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

図23は、本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25cを示す。本実施形態における光微分波形逆畳込み手段25cは、図6に示す第1の実施形態における光微分波形逆畳込み手段25の構成に加えて、高周波成分サンプル点除去手段50を有する。例えば、光音響信号のサンプリングレート(第1のサンプリングレート)は40MHzであり、光パルス微分波形のサンプリングレート(第2のサンプリングレート)は320MHzであるとする。フーリエ変換手段41は、例えば40MHzの光音響信号を1024点(第1のデータ点数)の周波数領域の信号に変換し、フーリエ変換手段42は、320MHzの光パルス微分波形を8192点(第2のデータ点数)の周波数領域の信号に変換する。第2のデータ点数は、第1のデータ点数に、第2のサンプリングレートと第1のサンプリングレートとの比を乗じたデータ点数と等しいか、又はそれよりも多い。   FIG. 23 shows the optical differential waveform deconvolution means 25c in this embodiment. The optical differential waveform deconvolution means 25c in this embodiment has a high frequency component sample point removal means 50 in addition to the configuration of the optical differential waveform deconvolution means 25 in the first embodiment shown in FIG. For example, it is assumed that the sampling rate of the photoacoustic signal (first sampling rate) is 40 MHz, and the sampling rate of the optical pulse differential waveform (second sampling rate) is 320 MHz. For example, the Fourier transform means 41 converts a photoacoustic signal of 40 MHz into a signal in the frequency domain of 1024 points (first data point), and the Fourier transform means 42 converts the optical pulse differential waveform of 320 MHz to 8192 points (second Converted to a frequency domain signal. The second data score is equal to or greater than the data score obtained by multiplying the first data score by the ratio of the second sampling rate and the first sampling rate.

高周波成分サンプル点除去手段50は、フーリエ変換手段42から周波数領域の信号に変換された光パルス微分波形を入力する。高周波成分サンプル点除去手段50は、フーリエ変換された光パルス微分波形から、フーリエ変換後の光音響信号と光パルス微分波形のデータ点数の差の分だけ高周波成分サンプル点を除去する。高周波成分サンプル点除去手段50は、例えば周波数領域で表されたデータ点数8192点の光パルス微分波形から高周波成分に相当する中央のデータ点を削除し、周波数領域で表された光音響信号のデータ点数と同じデータ点数1024点の光パルス微分波形を生成する。高周波成分サンプル点の除去は、周波数領域における光パルス微分波形のダウンサンプリングに相当する。   The high frequency component sample point removing means 50 receives the optical pulse differential waveform converted from the Fourier transform means 42 into a frequency domain signal. The high frequency component sample point removing means 50 removes the high frequency component sample points from the Fourier transformed optical pulse differential waveform by the difference between the number of data points of the photoacoustic signal after Fourier transformation and the optical pulse differential waveform. The high frequency component sample point removing means 50 deletes the central data point corresponding to the high frequency component from, for example, the optical pulse differential waveform having 8192 data points represented in the frequency domain, and the photoacoustic signal data represented in the frequency domain. An optical pulse differential waveform having the same number of data points as 1024 points is generated. The removal of the high frequency component sample points corresponds to downsampling of the optical pulse differential waveform in the frequency domain.

図24Aに、フーリエ変換された光パルス微分波形を示し、図24Bに、高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形を示す。例えば、光パルス微分波形のサンプリングレートが320MHzであるとき、その光パルス微分波形をフーリエ変換した信号(データ点数8192点)は、図24Aに示すように、0MHzから320MHzまでの周波数帯域の信号となる。この信号を、1番目のデータ点から512番目までの領域(領域A)、513番目のデータ点から7680番目のデータ点までの領域(領域B)、及び、7681番目のデータ点から8192番目のデータ点までの領域(領域C)の3つの領域に分け、領域Bのデータ点を除去する。図24Bに示すように、領域Aと領域Cとをつなげることで、0MHzから40MHzまでの周波数帯域に対応したデータ点数1024点の光パルス微分波形が得られる。   FIG. 24A shows an optical pulse differential waveform obtained by Fourier transform, and FIG. 24B shows an optical pulse differential waveform from which high-frequency component sample points are removed. For example, when the sampling rate of the optical pulse differential waveform is 320 MHz, a signal obtained by Fourier transforming the optical pulse differential waveform (8192 data points) is a signal in a frequency band from 0 MHz to 320 MHz as shown in FIG. 24A. Become. This signal is divided into the region from the first data point to the 512th region (region A), the region from the 513th data point to the 7680th data point (region B), and the 8192nd from the 7681st data point. The area is divided into three areas up to the data point (area C), and the data points in area B are removed. As shown in FIG. 24B, by connecting region A and region C, an optical pulse differential waveform having 1024 data points corresponding to the frequency band from 0 MHz to 40 MHz can be obtained.

逆フィルタ演算手段43は、周波数領域で表されかつ高周波成分サンプル点が除去された光パルス微分波形の逆数を逆フィルタとして求める。逆フィルタ演算手段43は、例えばデータ点が8192点から1024点に削減された光パルス微分波形の逆数を逆フィルタとして求める。フィルタ適用手段44は、例えば周波数領域で表されたデータ点数1024点の光音響信号と逆フィルタとを要素ごとに乗算する。フーリエ逆変換手段45は、逆フィルタが適用された信号を、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。   The inverse filter calculation means 43 obtains the inverse of the optical pulse differential waveform expressed in the frequency domain and from which the high frequency component sample points are removed as an inverse filter. The inverse filter calculation unit 43 obtains, as an inverse filter, the inverse of the optical pulse differential waveform in which the data points are reduced from 8192 points to 1024 points, for example. The filter application unit 44 multiplies, for each element, a photoacoustic signal having 1024 data points represented in the frequency domain and an inverse filter, for example. The Fourier inverse transform means 45 transforms the signal to which the inverse filter is applied from a frequency domain signal to a time domain signal.

ここで、第6の実施形態では、フィルタ適用手段44は、図22Bに示す高周波成分の領域にゼロ点が付加された光音響信号と、図24Aに示す光パルス微分波形の逆数とを乗算する。光音響信号の高周波成分領域の値は“0”であるため、光パルス微分波形の高周波成分(図24Aの領域B)は、逆フィルタ適用後の光音響信号に影響を与えない。従って、本実施形態のように、光パルス微分波形の周波数領域の信号から高周波成分サンプル点を除去し、高周波成分を除去した光パルス微分波形から逆フィルタを求め、求めた逆フィルタを周波数領域で表された光音響信号に適用しても、得られる結果は第5の実施形態と同じ結果となる。つまり、本実施形態においても、第5の実施形態と同様な効果が得られる。   Here, in the sixth embodiment, the filter application unit 44 multiplies the photoacoustic signal in which the zero point is added to the high-frequency component region shown in FIG. 22B and the inverse of the optical pulse differential waveform shown in FIG. 24A. . Since the value of the high-frequency component region of the photoacoustic signal is “0”, the high-frequency component of the optical pulse differential waveform (region B in FIG. 24A) does not affect the photoacoustic signal after application of the inverse filter. Therefore, as in this embodiment, the high frequency component sampling points are removed from the frequency domain signal of the optical pulse differential waveform, the inverse filter is obtained from the optical pulse differential waveform from which the high frequency component has been removed, and the obtained inverse filter is obtained in the frequency domain. Even when applied to the represented photoacoustic signal, the obtained result is the same as that of the fifth embodiment. That is, also in this embodiment, the same effect as the fifth embodiment can be obtained.

「光音響画像生成装置の第7の実施形態」
次に、本発明の光音響画像生成装置の第7の実施形態を詳細に説明する。図25は、光音響画像生成装置の第7の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、光音響画像に加えて超音波画像も生成する点で、第1の実施形態と異なる。したがって、第1の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は、特に必要がない限り省略する。
“Seventh Embodiment of Photoacoustic Image Generation Device”
Next, a seventh embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of the present invention will be described in detail. FIG. 25 is a block diagram showing a configuration of the seventh embodiment of the photoacoustic image generation apparatus. This embodiment is different from the first embodiment in that an ultrasonic image is generated in addition to the photoacoustic image. Therefore, a detailed description of the same components as those in the first embodiment will be omitted unless particularly necessary.

本実施形態の光音響画像生成装置10は、超音波探触子(プローブ)11、超音波ユニット12、レーザユニット13および画像表示手段14を備える。   The photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes an ultrasonic probe (probe) 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, and an image display unit 14.

<超音波ユニット>
本実施形態の超音波ユニットは、図1に示す光音響画像生成装置の構成に加えて、送信制御回路33、データ分離手段34、超音波画像再構成手段35、検波・対数変換手段36、および超音波画像構築手段37を備える。
<Ultrasonic unit>
In addition to the configuration of the photoacoustic image generation apparatus shown in FIG. 1, the ultrasound unit of the present embodiment includes a transmission control circuit 33, a data separation unit 34, an ultrasound image reconstruction unit 35, a detection / logarithm conversion unit 36, and Ultrasonic image construction means 37 is provided.

本実施形態では、プローブ11は、光音響信号の検出に加えて、被検体に対する超音波の出力(送信)、及び送信した超音波に対する被検体からの反射超音波の検出(受信)を行う。超音波の送受信を行う超音波振動子としては、本発明における音響波検出手段に含まれる超音波振動子を使用してもよいし、超音波の送受信用に別途プローブ11中に設けられた新たな超音波振動子を使用してもよい。また、超音波の送受信は分離してもよい。例えばプローブ11とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ11で受信してもよい。   In the present embodiment, in addition to detecting a photoacoustic signal, the probe 11 performs output (transmission) of ultrasonic waves to the subject and detection (reception) of reflected ultrasonic waves from the subject with respect to the transmitted ultrasonic waves. As the ultrasonic transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, the ultrasonic transducer included in the acoustic wave detecting means of the present invention may be used, or a new probe 11 provided in the probe 11 for transmitting and receiving ultrasonic waves. A simple ultrasonic transducer may be used. In addition, transmission and reception of ultrasonic waves may be separated. For example, ultrasonic waves may be transmitted from a position different from the probe 11, and reflected ultrasonic waves with respect to the transmitted ultrasonic waves may be received by the probe 11.

トリガ制御回路29は、超音波画像の生成時は、送信制御回路33に超音波送信を指示する旨の超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路33は、トリガ信号を受けると、プローブ11から超音波を送信させる。プローブ11は、超音波の送信後、被検体からの反射超音波を検出する。   When generating an ultrasonic image, the trigger control circuit 29 sends an ultrasonic transmission trigger signal to the transmission control circuit 33 to instruct ultrasonic transmission. When receiving the trigger signal, the transmission control circuit 33 transmits an ultrasonic wave from the probe 11. The probe 11 detects the reflected ultrasonic wave from the subject after transmitting the ultrasonic wave.

プローブ11が検出した反射超音波は、受信回路21を介してAD変換手段22に入力される。トリガ制御回路29は、超音波送信のタイミングに合わせてAD変換手段22にサンプリグトリガ信号を送り、反射超音波のサンプリングを開始させる。ここで、反射超音波はプローブ11と超音波反射位置との間を往復するのに対し、光音響信号はその発生位置からプローブ11までの片道である。反射超音波の検出には、同じ深さ位置で生じた光音響信号の検出に比して2倍の時間がかかるため、AD変換手段22のサンプリングクロックは、光音響信号サンプリング時の半分、例えば20MHzとしてもよい。AD変換手段22は、反射超音波のサンプリングデータを受信メモリ23に格納する。光音響信号の検出(サンプリング)と、反射超音波の検出(サンプリング)とは、どちらを先に行ってもよい。   The reflected ultrasonic wave detected by the probe 11 is input to the AD conversion means 22 via the receiving circuit 21. The trigger control circuit 29 sends a sampling trigger signal to the AD conversion means 22 in synchronization with the timing of ultrasonic transmission to start sampling of reflected ultrasonic waves. Here, the reflected ultrasonic waves reciprocate between the probe 11 and the ultrasonic reflection position, whereas the photoacoustic signal is one way from the generation position to the probe 11. Since the detection of the reflected ultrasonic wave takes twice as long as the detection of the photoacoustic signal generated at the same depth position, the sampling clock of the AD conversion means 22 is half the time when the photoacoustic signal is sampled, for example, It may be 20 MHz. The AD conversion means 22 stores the reflected ultrasound sampling data in the reception memory 23. Either detection (sampling) of the photoacoustic signal or detection (sampling) of the reflected ultrasonic wave may be performed first.

データ分離手段34は、受信メモリ23に格納された光音響信号のサンプリングデータと反射超音波のサンプリングデータとを分離する。データ分離手段34は、分離した光音響信号のサンプリングデータを光音響画像再構成手段24に入力する。パルスレーザ光のパルス幅に応じて信号処理の経路を変えてもよいことと、光パルス微分波形のデコンボリューションを含む光音響画像(吸収分布画像)の生成は、第1の実施形態と同様である。データ分離手段34は、分離した反射超音波のサンプリングデータを、超音波画像再構成手段35に入力する。   The data separation unit 34 separates the photoacoustic signal sampling data and the reflected ultrasound sampling data stored in the reception memory 23. The data separation unit 34 inputs the sampling data of the separated photoacoustic signal to the photoacoustic image reconstruction unit 24. The signal processing path may be changed according to the pulse width of the pulsed laser beam, and the generation of the photoacoustic image (absorption distribution image) including the deconvolution of the optical pulse differential waveform is the same as in the first embodiment. is there. The data separation unit 34 inputs the separated reflected ultrasound sampling data to the ultrasound image reconstruction unit 35.

超音波画像再構成手段35は、プローブ11の複数の超音波振動子で検出された反射超音波(そのサンプリングデータ)に基づいて、超音波画像の各ラインのデータを生成する。各ラインのデータの生成には、光音響画像再構成手段24における各ラインのデータの生成と同様に、遅延加算法などを用いることができる。検波・対数変換手段36は、超音波画像再構成手段35が出力する各ラインのデータの包絡線を求め、求めた包絡線を対数変換する。   The ultrasonic image reconstruction unit 35 generates data of each line of the ultrasonic image based on the reflected ultrasonic waves (its sampling data) detected by the plural ultrasonic transducers of the probe 11. For the generation of the data of each line, a delay addition method or the like can be used as in the generation of the data of each line in the photoacoustic image reconstruction means 24. The detection / logarithm conversion means 36 obtains the envelope of the data of each line output from the ultrasonic image reconstruction means 35 and logarithmically transforms the obtained envelope.

超音波画像構築手段37は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像再構成手段35、検波・対数変換手段36、及び超音波画像構築手段37は、反射超音波に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成する。   The ultrasonic image construction unit 37 generates an ultrasonic image based on the data of each line subjected to logarithmic transformation. The ultrasonic image reconstruction unit 35, the detection / logarithm conversion unit 36, and the ultrasonic image construction unit 37 constitute an ultrasonic image generation unit that generates an ultrasonic image based on the reflected ultrasonic waves.

画像合成手段38は、光音響画像と超音波画像とを合成する。画像合成手段38は、例えば光音響画像と超音波画像とを重畳することで画像合成を行う。合成された画像は、画像表示手段14に表示される。画像合成を行わずに、画像表示手段14に、光音響画像と超音波画像とを並べて表示し、或いは光音響画像と超音波画像とを切り替えて表示することも可能である。   The image synthesizing unit 38 synthesizes the photoacoustic image and the ultrasonic image. The image composition unit 38 performs image composition by superimposing a photoacoustic image and an ultrasonic image, for example. The synthesized image is displayed on the image display means 14. It is also possible to display the photoacoustic image and the ultrasonic image side by side on the image display means 14 without performing image synthesis, or to switch between the photoacoustic image and the ultrasonic image.

本実施形態では、光音響画像生成装置は、光音響画像に加えて超音波画像を生成する。超音波画像を参照することで、光音響画像では画像化することができない部分を観察することができる。光パルス微分波形をデコンボリューションすることで吸収分布を画像化できる点は、第1実施形態と同様である。また、超音波画像の生成と光音響画像の生成とで、画像再構成や検波・対数変換などのアルゴリズムの大部分を共通化でき、FPGA回路構成やソフトの簡略化が可能であるなどの実用上のメリットを有する。   In the present embodiment, the photoacoustic image generation apparatus generates an ultrasonic image in addition to the photoacoustic image. By referring to the ultrasonic image, a portion that cannot be imaged in the photoacoustic image can be observed. Similar to the first embodiment, the absorption distribution can be imaged by deconvolution of the optical pulse differential waveform. In addition, the generation of ultrasonic images and the generation of photoacoustic images can share most of the algorithms such as image reconstruction, detection and logarithmic conversion, and the FPGA circuit configuration and software can be simplified. Has the above advantages.

なお、上記各実施形態では、光音響信号及び光パルス微分波形を周波数領域の信号に変換し、周波数領域でデコンボリューション後に時間領域の信号に戻しているが、これには限定されない。光パルス微分波形のデコンボリューションを時間領域で行うことも可能である。また、光微分波形逆畳込み手段25は、デコンボリューション時に、光音響信号に対して何らかのフィルタをかける処理をおこなってもよい。例えば光微分波形逆畳込み手段25が、デコンボリューション時に、ノイズ増幅周波数帯をフィルタリングするようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the photoacoustic signal and the optical pulse differential waveform are converted into a frequency domain signal and returned to a time domain signal after deconvolution in the frequency domain. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to perform deconvolution of the optical pulse differential waveform in the time domain. Further, the optical differential waveform deconvolution means 25 may perform a process of applying some filter to the photoacoustic signal at the time of deconvolution. For example, the optical differential waveform deconvolution means 25 may filter the noise amplification frequency band at the time of deconvolution.

上記各実施形態では、光音響信号から光微分波形をデコンボリューションした後に光音響画像(吸収分布画像)を生成することとしているが、これに加えて、又はこれに代えて、光微分波形をデコンボリューションせずに光音響画像(圧力分布画像)を生成してもよい。例えば、ユーザが、スイッチや表示モニタ上で操作を行うことで、デコンボリューション処理の有無を選択できるようにしておき、ユーザがデコンボリューション処理の実施を選択したときには光微分波形のデコンボリューションを行った上で光音響画像を生成し、ユーザがデコンボリューション処理の不実施を選択したときは光微分波形のデコンボリューションを行わずに光音響画像を生成してもよい。例えば、光微分波形のデコンボリューションを行ったときは、光音響信号を赤・黒の色に対応付けて表示し、デコンボリューションなしのときは、光音響信号を青・黒の色に対応付けて表示してもよい。   In each of the above embodiments, the photoacoustic image (absorption distribution image) is generated after deconvolution of the photodifferential waveform from the photoacoustic signal, but in addition to or instead of this, the photodifferential waveform is deconvolved. A photoacoustic image (pressure distribution image) may be generated without the volume. For example, the user can select whether or not to perform the deconvolution process by performing an operation on the switch or the display monitor, and when the user selects to perform the deconvolution process, the photodifferential waveform is deconvolved. When the photoacoustic image is generated above and the user selects not to perform the deconvolution process, the photoacoustic image may be generated without performing the deconvolution of the photodifferential waveform. For example, when deconvolution of the photodifferential waveform is performed, the photoacoustic signal is displayed in association with red and black colors. When there is no deconvolution, the photoacoustic signal is associated with blue and black colors. It may be displayed.

また、デコンボリューションなしの場合の光音響画像を生成し、コンピュータがその光音響画像を解析することで、血管部分が2本に分かれているか否かを判定し、血管が2本に分かれていると判定されたときに、その血管部分のみを対象に光微分波形のデコンボリューション処理を行うようにしてもよい。その際、デコンボリューション処理を実施した血管部分の表示色を、他の未処理の血管部分の表示色とは異なる色とし、デコンボリューション処理が行われた血管と、他の未処理の血管とが容易に判別可能になるようにしてもよい。   Further, a photoacoustic image without deconvolution is generated, and the computer analyzes the photoacoustic image to determine whether or not the blood vessel portion is divided into two, and the blood vessel is divided into two. When it is determined that, the deconvolution processing of the optical differential waveform may be performed only on the blood vessel portion. At that time, the display color of the blood vessel part that has undergone the deconvolution process is different from the display color of the other unprocessed blood vessel part, and the blood vessel that has undergone the deconvolution process and the other unprocessed blood vessel It may be possible to easily discriminate.

10:光音響画像生成装置
11:プローブ
12:超音波ユニット
13:レーザユニット
14:画像表示手段
21:受信回路
22:AD変換手段
23:受信メモリ
24:光音響画像再構成手段
25、25a、25b、25c:光微分波形逆畳込み手段
26:補正手段
27:検波・対数変換手段
28:光音響画像構築手段
29:トリガ制御回路
30:制御手段
33:送信制御回路
34:データ分離手段
35:超音波画像再構成手段
36:検波・対数変換手段
37:超音波画像構築手段
38:画像合成手段
41、42:フーリエ変換手段
43:逆フィルタ演算手段
44:フィルタ適用手段
45:フーリエ逆変換手段
46、47:リサンプル手段
48:ゼロパディング手段
49:ゼロ点除去手段
50:高周波成分サンプル点除去手段
51:レーザロッド
52:フラッシュランプ
53、54:ミラー
55:集光レンズ
56:波長選択手段
57:駆動手段
58:駆動状態検出手段
59:制御部
60:回転制御部
61;発光制御部
70:フィルタ回転体
71、72:透過領域
73、74:不透過領域
10: Photoacoustic image generation device 11: Probe 12: Ultrasonic unit 13: Laser unit 14: Image display means 21: Reception circuit 22: AD conversion means 23: Reception memory 24: Photoacoustic image reconstruction means 25, 25a, 25b 25c: optical differential waveform deconvolution means 26: correction means 27: detection / logarithmic conversion means 28: photoacoustic image construction means 29: trigger control circuit 30: control means 33: transmission control circuit 34: data separation means 35: super Sound image reconstruction means 36: detection / logarithm conversion means 37: ultrasonic image construction means 38: image synthesis means 41, 42: Fourier transform means 43: inverse filter calculation means 44: filter application means 45: Fourier inverse transform means 46, 47: Resample means 48: Zero padding means 49: Zero point removing means 50: High frequency component sample point removing means 51: Laser lock 52: flash lamp 53, 54: mirror 55: condenser lens 56: wavelength selection means 57: drive means 58: drive state detection means 59: controller 60: rotation controller 61; light emission controller 70: filter rotator 71 72: Transmission region 73, 74: Non-transmission region

Claims (17)

パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射する光照射手段と、
検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段であって、パルス光の照射に起因して前記被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出するように構成された前記複数の音響波検出手段を有するプローブと、
前記複数の音響波検出手段により検出された前記光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成する光音響画像生成手段とを備えることを特徴とする光音響画像生成装置。
A light irradiation means for irradiating the subject with a plurality of pulse lights having different pulse widths;
A plurality of acoustic wave detection means having different detection bands, wherein the plurality of acoustic wave detection means are configured to separate and detect photoacoustic waves generated in the subject due to irradiation of pulsed light for each frequency band. A probe having the acoustic wave detecting means of
A photoacoustic image generation device comprising: a photoacoustic image generation unit configured to generate a photoacoustic image based on a photoacoustic signal for each frequency band of the photoacoustic wave detected by the plurality of acoustic wave detection units. .
前記複数のパルス光が、パルス幅が1〜10nsecである短パルス光およびパルス幅が15〜100nsecである長パルス光であり、
前記複数の音響波検出手段が、高周波側に検出帯域を有する高周波検出手段および該高周波検出手段の検出帯域よりも低周波側に検出帯域を有する低周波検出手段であり、前記高周波検出手段によって前記短パルス光の照射に起因して発生した前記光音響波を検出し、前記低周波検出手段によって前記長パルス光の照射に起因して発生した前記光音響波を検出するように構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の光音響画像生成装置。
The plurality of pulse lights are short pulse light having a pulse width of 1 to 10 nsec and long pulse light having a pulse width of 15 to 100 nsec,
The plurality of acoustic wave detection means are a high frequency detection means having a detection band on a high frequency side and a low frequency detection means having a detection band on a lower frequency side than the detection band of the high frequency detection means, and the high frequency detection means The photoacoustic wave generated due to the irradiation of the short pulse light is detected, and the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the long pulse light is detected by the low frequency detecting means. The photoacoustic image generating apparatus according to claim 1, wherein:
同期制御手段を更に備え、
前記光照射手段が、パルス光の照射ごとにパルス幅を切り替えるように構成されたものであり、
前記プローブが、前記高周波検出手段および前記低周波検出手段を切り替えながら駆動させるように構成されたものであり、
前記同期制御手段が、前記パルス幅の切り替えと前記音響波検出手段の切り替えとが同期するように、前記光照射手段および/または前記プローブにトリガ信号を出力するものであることを特徴とする請求項2に記載の光音響画像生成装置。
A synchronization control means;
The light irradiation means is configured to switch the pulse width for each irradiation of pulsed light,
The probe is configured to be driven while switching the high frequency detection means and the low frequency detection means,
The synchronization control means outputs a trigger signal to the light irradiation means and / or the probe so that switching of the pulse width and switching of the acoustic wave detection means are synchronized. Item 3. The photoacoustic image generation apparatus according to Item 2.
前記光照射手段が、前記複数のパルス光を同時に照射するように構成されたものであり、
前記複数の音響波検出手段が、それぞれの前記検出帯域が互いに重複しないように構成されたものであり、
前記プローブが、前記高周波検出手段および前記低周波検出手段を同時に駆動させるように構成されたものであることを特徴とする請求項2に記載の光音響画像生成装置。
The light irradiation means is configured to irradiate the plurality of pulse lights simultaneously,
The plurality of acoustic wave detection means are configured such that the detection bands do not overlap each other,
3. The photoacoustic image generation apparatus according to claim 2, wherein the probe is configured to drive the high-frequency detection unit and the low-frequency detection unit simultaneously.
前記高周波検出手段が、広帯域検出素子と、前記低周波検出手段の検出帯域以下の周波数帯域の信号を除去するハイパスフィルタとから構成されるものであることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の光音響画像生成装置。   5. The high-frequency detection unit includes a wide-band detection element and a high-pass filter that removes a signal in a frequency band equal to or lower than a detection band of the low-frequency detection unit. The photoacoustic image generating apparatus described in 1. 前記高周波検出手段が、広帯域検出素子と、前記低周波検出手段の検出帯域よりも高周波側の一部の周波数帯域の信号のみを透過させるバンドパスフィルタとから構成されるものであることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の光音響画像生成装置。   The high-frequency detection means includes a wide-band detection element and a band-pass filter that transmits only signals in a part of the frequency band on the high-frequency side with respect to the detection band of the low-frequency detection means. The photoacoustic image generating apparatus in any one of Claim 1 to 4. 前記低周波検出手段が、チタン酸ジルコン酸鉛から構成される低周波検出素子であり、
前記広帯域検出素子が、ポリフッ化ビニリデンから構成されるものであることを特徴とする請求項5または6に記載の光音響画像生成装置。
The low frequency detection means is a low frequency detection element composed of lead zirconate titanate,
The photoacoustic image generation apparatus according to claim 5 or 6, wherein the broadband detection element is made of polyvinylidene fluoride.
前記複数のパルス光のそれぞれの波長が互いに異なることを特徴とする請求項1から7いずれかに記載の光音響画像生成装置。   The photoacoustic image generating apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein wavelengths of the plurality of pulse lights are different from each other. 前記光音響画像生成手段が、照射されたパルス光の光強度の時間波形の微分波形である光微分波形を該パルス光に基づく前記光音響信号からデコンボリューションする光微分波形逆畳込み手段を有し、該光微分波形逆畳込み手段によってデコンボリューションされた信号に基づいて前記光音響画像を生成するものであることを特徴とする請求項1から8いずれかに記載の光音響画像生成装置。   The photoacoustic image generating means has a photodifferential waveform deconvolution means for deconvoluting a photodifferential waveform, which is a differential waveform of the time waveform of the light intensity of the irradiated pulsed light, from the photoacoustic signal based on the pulsed light. 9. The photoacoustic image generation apparatus according to claim 1, wherein the photoacoustic image is generated based on a signal deconvolved by the photodifferential waveform deconvolution means. 前記光微分波形逆畳込み手段が、
前記光音響信号をフーリエ変換する第1のフーリエ変換手段と、
前記光微分波形を所定のサンプリングレートでサンプリングした信号をフーリエ変換する第2のフーリエ変換手段と、
フーリエ変換された前記光微分波形の逆数を逆フィルタとして求める逆フィルタ演算手段と、
フーリエ変換された前記光音響信号に前記逆フィルタを適用するフィルタ適用手段と、
前記逆フィルタが適用された前記光音響信号をフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段とを有するものであることを特徴とする請求項9に記載の光音響画像生成装置。
The optical differential waveform deconvolution means comprises:
First Fourier transform means for Fourier transforming the photoacoustic signal;
Second Fourier transform means for Fourier transforming a signal obtained by sampling the optical differential waveform at a predetermined sampling rate;
An inverse filter calculating means for obtaining an inverse filter of the inverse of the optical differential waveform that has undergone Fourier transform;
Filter applying means for applying the inverse filter to the photoacoustic signal that has undergone Fourier transform;
The photoacoustic image generating apparatus according to claim 9, further comprising a Fourier inverse transform unit that performs Fourier inverse transform on the photoacoustic signal to which the inverse filter is applied.
前記光音響信号が第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記光微分波形が前記第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記光微分波形逆畳込み手段が、前記第1のサンプリングレートでサンプリングされた前記光音響信号を、前記第2のサンプリングレートでリサンプルするリサンプル手段を更に備え、
前記第1のフーリエ変換手段が、前記リサンプル手段でリサンプルされた前記光音響信号をフーリエ変換するものであることを特徴とする請求項10に記載の光音響画像生成装置。
The photoacoustic signal is sampled at a first sampling rate;
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate;
The optical differential waveform deconvolution means further comprises resample means for resampling the photoacoustic signal sampled at the first sampling rate at the second sampling rate,
11. The photoacoustic image generation apparatus according to claim 10, wherein the first Fourier transform means performs Fourier transform on the photoacoustic signal resampled by the resample means.
前記光音響信号が第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記光微分波形が前記第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記第1のフーリエ変換手段が第1のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
前記第2のフーリエ変換手段が前記第1のデータ点数よりも多い第2のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
前記光微分波形逆畳込み手段が、フーリエ変換された前記光音響信号に対して、前記第1のデータ点数と前記第2のデータ点数との差の分だけ中央に0を付加するゼロパディングを行うゼロパディング手段を更に備え、
前記フィルタ適用手段が、前記ゼロパディング手段でゼロパディングが行われた前記光音響信号に対して前記逆フィルタを適用するものであることを特徴とする請求項10に記載の光音響画像生成装置。
The photoacoustic signal is sampled at a first sampling rate;
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate;
The first Fourier transform means performs Fourier transform with a first number of data points;
The second Fourier transform means performs Fourier transform with a second number of data points greater than the first number of data points;
The optical differential waveform deconvolution means performs zero padding for adding 0 to the center by the difference between the first data point and the second data point for the Fourier-transformed photoacoustic signal. Further comprising zero padding means to perform,
The photoacoustic image generation apparatus according to claim 10, wherein the filter applying unit applies the inverse filter to the photoacoustic signal that has been subjected to zero padding by the zero padding unit.
前記光音響信号が第1のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記光微分波形が前記第1のサンプリングレートよりも高い第2のサンプリングレートでサンプリングされたものであり、
前記第1のフーリエ変換手段が第1のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
前記第2のフーリエ変換手段が前記第1のデータ点数よりも多い第2のデータ点数でフーリエ変換を行うものであり、
前記光微分波形逆畳込み手段が、フーリエ変換された前記光微分波形から、前記第1のデータ点数と前記第2のデータ点数の差の分だけ高周波成分サンプル点を除去する高周波成分サンプル点除去手段を更に備え、
前記逆フィルタ演算手段が、フーリエ変換された前記光微分波形から高周波成分サンプル点を除去した波形の逆数を前記逆フィルタとして求めるものであることを特徴とする請求項10に記載の光音響画像生成装置。
The photoacoustic signal is sampled at a first sampling rate;
The optical differential waveform is sampled at a second sampling rate higher than the first sampling rate;
The first Fourier transform means performs Fourier transform with a first number of data points;
The second Fourier transform means performs Fourier transform with a second number of data points greater than the first number of data points;
The optical differential waveform deconvolution means removes a high frequency component sample point from the Fourier-transformed optical differential waveform by the difference between the first data point and the second data point. Further comprising means,
11. The photoacoustic image generation according to claim 10, wherein the inverse filter calculation means obtains an inverse of a waveform obtained by removing high-frequency component sampling points from the Fourier-differentiated optical differential waveform as the inverse filter. apparatus.
前記光音響画像生成手段が、デコンボリューションされた前記光音響信号から、前記光音響信号を検出する検出器の受信角度依存特性の影響を除去するように、デコンボリューションされた前記光音響信号を補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項9から13いずれかに記載の光音響画像生成装置。   The photoacoustic image generation means corrects the deconvolved photoacoustic signal so as to remove the influence of the reception angle dependent characteristic of the detector that detects the photoacoustic signal from the deconvolved photoacoustic signal. The photoacoustic image generating apparatus according to claim 9, further comprising a correcting unit that performs the correction. 前記プローブが、前記被検体に対して送信された超音波に対する反射超音波を検出するものであり、
前記プローブによって検出された前記反射超音波の超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を更に備えることを特徴とする請求項1から14いずれかに記載の光音響画像生成装置。
The probe detects reflected ultrasonic waves with respect to ultrasonic waves transmitted to the subject;
The photoacoustic image generation according to claim 1, further comprising an ultrasonic image generation unit that generates an ultrasonic image based on an ultrasonic signal of the reflected ultrasonic wave detected by the probe. apparatus.
パルス幅が互いに異なる複数のパルス光を被検体に照射し、
検出帯域が互いに異なる複数の音響波検出手段によって、パルス光の照射に起因して前記被検体内で発生した光音響波を周波数帯域ごとに分離して検出し、
検出された前記光音響波の周波数帯域ごとの光音響信号に基づいて光音響画像を生成することを特徴とする光音響画像生成方法。
Irradiate the subject with multiple pulse lights with different pulse widths,
By detecting a plurality of acoustic wave detection means having different detection bands, the photoacoustic waves generated in the subject due to irradiation of pulsed light are separated and detected for each frequency band,
A photoacoustic image generation method characterized by generating a photoacoustic image based on a photoacoustic signal for every frequency band of the photoacoustic wave detected.
前記複数のパルス光が、パルス幅が1〜10nsecである短パルス光およびパルス幅が15〜100nsecである長パルス光であり、
前記複数の音響波検出手段が、比較的高周波側に検出帯域を有する高周波検出手段および該高周波検出手段の検出帯域よりも低周波側に検出帯域を有する低周波検出手段であり、
前記高周波検出手段によって前記短パルス光の照射に起因して発生した前記光音響波を検出し、前記低周波検出手段によって前記長パルス光の照射に起因して発生した前記光音響波を検出することを特徴とする請求項16に記載の光音響画像生成方法。
The plurality of pulse lights are short pulse light having a pulse width of 1 to 10 nsec and long pulse light having a pulse width of 15 to 100 nsec,
The plurality of acoustic wave detection means are a high frequency detection means having a detection band on a relatively high frequency side and a low frequency detection means having a detection band on a lower frequency side than the detection band of the high frequency detection means,
The photoacoustic wave generated due to the irradiation of the short pulse light is detected by the high frequency detection means, and the photoacoustic wave generated due to the irradiation of the long pulse light is detected by the low frequency detection means. The photoacoustic image generation method according to claim 16.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016047232A (en) * 2014-08-27 2016-04-07 プレキシオン株式会社 Photoacoustic imaging apparatus
JP2017063956A (en) * 2015-09-29 2017-04-06 キヤノン株式会社 Subject information acquisition apparatus
US20170164930A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasound apparatus, controlling method thereof and telemedicine system
JP2018511356A (en) * 2015-02-09 2018-04-26 エラスムス・ユニヴァーシティ・メディカル・センター・ロッテルダム Intravascular photoacoustic imaging
US10365251B2 (en) 2015-06-30 2019-07-30 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus with laser controlling unit which decreases a time difference between subsequently pulsed lasers

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016047232A (en) * 2014-08-27 2016-04-07 プレキシオン株式会社 Photoacoustic imaging apparatus
JP2018511356A (en) * 2015-02-09 2018-04-26 エラスムス・ユニヴァーシティ・メディカル・センター・ロッテルダム Intravascular photoacoustic imaging
US11793405B2 (en) 2015-02-09 2023-10-24 Erasmus University Medical Center Rotterdam Intravascular photoacoustic imaging
US10365251B2 (en) 2015-06-30 2019-07-30 Canon Kabushiki Kaisha Apparatus with laser controlling unit which decreases a time difference between subsequently pulsed lasers
JP2017063956A (en) * 2015-09-29 2017-04-06 キヤノン株式会社 Subject information acquisition apparatus
US20170164930A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasound apparatus, controlling method thereof and telemedicine system
WO2017104998A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultrasound apparatus, controlling method thereof and telemedicine system

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