JP2014004488A - Measuring apparatus - Google Patents

Measuring apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2014004488A
JP2014004488A JP2013216086A JP2013216086A JP2014004488A JP 2014004488 A JP2014004488 A JP 2014004488A JP 2013216086 A JP2013216086 A JP 2013216086A JP 2013216086 A JP2013216086 A JP 2013216086A JP 2014004488 A JP2014004488 A JP 2014004488A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
acoustic transducer
acoustic
receiving unit
photoacoustic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2013216086A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5619254B2 (en
Inventor
Jiro Tateyama
二郎 立山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2013216086A priority Critical patent/JP5619254B2/en
Publication of JP2014004488A publication Critical patent/JP2014004488A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5619254B2 publication Critical patent/JP5619254B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for suppressing inflowing system noise in a measuring apparatus when switching a probe in receiving a photoacoustic wave and an ultrasound wave.SOLUTION: A measuring apparatus to be used comprises: a first probe that includes a first acoustic conversion element 1 for transmitting an ultrasound wave, receiving the ultrasound wave reflected by a subject and converting the received ultrasound wave into an electric signal; a second probe that includes a second acoustic conversion element for receiving a photoacoustic wave generated when the subject absorbs light emitted from a light emission part, and converting the received photoacoustic wave into an electric signal; a receiving part that receives the electric signals converted by the first and second acoustic conversion elements and converts the received signals into digital signals; and switching means switching the acoustic conversion elements so that the receiving part receives either one of the electric signals.

Description

本発明は、生体情報を測定する測定装置に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus that measures biological information.

レーザーなどの光源を使って生体に照射した光を生体内に伝播させることで、生体内の情報を得る光イメージング技術を用いた測定装置の研究が医療分野で積極的に進められている。この光イメージングの一つとして、光音響イメージングと呼ばれているPAT(Photo Acoustic Tomography)という技術がある。この手法では、光源から発生したパルス
光を生体に照射し、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを生体組織が吸収したことで発生する光音響波(典型的には超音波)を検出する。この検出信号を解析処理することにより、生体内の光学特性分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
Research on measuring devices using optical imaging technology that obtains in-vivo information by propagating light irradiated on a living body using a light source such as a laser has been actively promoted in the medical field. As one of the optical imaging, there is a technique called PAT (Photo Acoustic Tomography) called photoacoustic imaging. In this method, a living body is irradiated with pulsed light generated from a light source, and photoacoustic waves (typically ultrasonic waves) generated by the absorption of pulsed light energy propagated and diffused in the living body are detected. To do. By analyzing this detection signal, an optical characteristic distribution in the living body, in particular, a light energy absorption density distribution can be obtained.

光音響イメージング装置では、解像度の高い光学特性値分布が得られることから生体内の物質濃度を測定するために利用される。一方、一般的な超音波測定装置は、生体内の形態的特徴の存在を判定する場合に広く利用されている。そこで、生体組織の物質分布を表す機能イメージングと、形態的特徴を表す形態イメージングの2つを組み合わせることにより、組織をより細かく特徴付けられると共に、悪性腫瘍等をより正確に診断することが可能となってきた。   A photoacoustic imaging apparatus is used to measure a substance concentration in a living body because an optical characteristic value distribution with high resolution can be obtained. On the other hand, a general ultrasonic measurement apparatus is widely used for determining the presence of morphological features in a living body. Therefore, by combining functional imaging that expresses material distribution in living tissue and morphological imaging that expresses morphological features, it is possible to characterize the tissue more precisely and to diagnose malignant tumors more accurately. It has become.

特許文献1の測定装置は、超音波エコーに加え、被検体内部に照射された光エネルギーに基づいて発生する光音響波を検出して被検体の生体情報を画像化するよう構成されていた。
図3(a)を用いて従来例を説明する。装置が備える光照射部310は生体に光を照射する。プローブ305は光音響波を検出する音響変換素子を1次元(1D)に256素子配置した1Dプローブである。この音響変換素子は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電素子であり、光照射部により照射された光エネルギーの一部を吸収した生体内の光吸収体から発生する光音響波を受信し検出することができる。音響変換素子はそれと同時に、高電圧の送信パルサ回路(64CHの送信部303)の制御により超音波を出力する機能も有する。そのため、従来例においては超音波の送受信を行う音響変換素子としても用いられている。
The measuring device of Patent Document 1 is configured to detect photoacoustic waves generated based on light energy irradiated inside a subject in addition to ultrasonic echoes and to image biological information of the subject.
A conventional example will be described with reference to FIG. The light irradiation unit 310 included in the apparatus irradiates light to the living body. The probe 305 is a 1D probe in which 256 acoustic transducers that detect photoacoustic waves are arranged one-dimensionally (1D). This acoustic conversion element is a piezoelectric element such as PZT (lead zirconate titanate), for example, and photoacoustic waves generated from an in-vivo light absorber that absorbs part of the light energy irradiated by the light irradiation unit. Can be received and detected. At the same time, the acoustic transducer has a function of outputting an ultrasonic wave under the control of a high-voltage transmission pulser circuit (64-CH transmission unit 303). Therefore, in the conventional example, it is also used as an acoustic transducer that transmits and receives ultrasonic waves.

また、従来例においては、1Dプローブを用いたリニア走査を行う場合に、必要な開口部だけを送受信回路に接続して動作させるリニア走査用の高耐圧のアナログスイッチ回路(高耐圧SW回路314)を用いていた。このスイッチ回路は、図4で示したように、256素子の1Dプローブと64チャンネルの送受信回路とを接続し、1素子ずつ右シフトするようにON・OFFを切替えることでリニア走査を行う。
次に、音響変換素子で検出された微弱な電気信号を64CHの受信部304で信号処理する。すなわち、受信アンプ回路で増幅した後にA/Dコンバータでデジタルサンプリングする。デジタル信号は、生体の光学特性値分布情報等を算出する画像処理部311に送られる。
Further, in the conventional example, when performing linear scanning using a 1D probe, a high-voltage analog switch circuit (high-voltage SW circuit 314) for linear scanning that operates by connecting only a necessary opening to a transmission / reception circuit. Was used. As shown in FIG. 4, this switch circuit connects a 256-element 1D probe and a 64-channel transmission / reception circuit, and performs linear scanning by switching ON / OFF so that each element is shifted to the right.
Next, the weak electrical signal detected by the acoustic transducer is subjected to signal processing by the 64CH receiver 304. That is, after being amplified by the reception amplifier circuit, digital sampling is performed by the A / D converter. The digital signal is sent to an image processing unit 311 that calculates optical characteristic value distribution information of a living body.

従来例の装置は、この光照射部と音響変換素子を一体型にした1Dプローブを用いることで、検査を受ける組織とほぼ同じ領域の光音響画像と超音波画像を同時に取得できるよう構成されていた。すなわち、検査を受ける被検者に照射した光エネルギーから生成した光音響画像と、検査を受ける被写体に照射した超音波から生成した超音波画像を重ねることにより、被検者の組織中の形態的な特徴に対する物質濃度の分布を知ることができた。   The apparatus of the conventional example is configured to simultaneously acquire a photoacoustic image and an ultrasonic image of almost the same region as the tissue to be examined by using a 1D probe in which the light irradiation unit and the acoustic conversion element are integrated. It was. That is, by superimposing the photoacoustic image generated from the light energy irradiated on the subject to be inspected and the ultrasonic image generated from the ultrasonic wave irradiated on the subject to be inspected, the morphology of the subject's tissue It was possible to know the distribution of substance concentration for various characteristics.

一方、特許文献2に記載されたように、基板上に音響変換素子を二次元(2D)アレイ状に配置する従来例もあった。すなわち、図3(b)に示すように、音響変換素子を2次元アレイ状に構成した2Dプローブ306を用いることで、一回の光照射によって3次元の領域に相当する光音響波を検出することが出来る。それにより、3D構造の光音響画像を一回の光照射で生成できるよう構成されていた。   On the other hand, as described in Patent Document 2, there is a conventional example in which acoustic transducer elements are arranged in a two-dimensional (2D) array on a substrate. That is, as shown in FIG. 3B, by using a 2D probe 306 having acoustic conversion elements configured in a two-dimensional array, a photoacoustic wave corresponding to a three-dimensional region is detected by a single light irradiation. I can do it. Thereby, it was comprised so that the photoacoustic image of 3D structure could be produced | generated by one light irradiation.

特開2005−021380号公報JP 2005-021380 A 特開2009−031268号公報JP 2009-031268 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例では、一体型のプローブを用いたことで、音響変換素子の特性を光音響波の受信用と超音波の送受信用で使い分けることが出来ないといった問題があった。例えば、従来例のプローブの場合、光音響波の受信用には広い面積の音響波を一度に取得するために1.0〜2.0mm程度の粗い素子ピッチの2Dセクタプローブを用いている。一方、超音波の送受信用には浅い領域の音響波を高解像で取得するために0.2〜0.3mm程度の細かい素子ピッチの1Dリニアプローブを用いるので、双方で最適な特性を持ったプローブを選択することが出来なかった。   However, the conventional example described in Patent Document 1 has a problem in that the characteristics of the acoustic transducer cannot be used separately for photoacoustic wave reception and ultrasonic wave transmission / reception by using an integrated probe. there were. For example, in the case of the conventional probe, a 2D sector probe having a rough element pitch of about 1.0 to 2.0 mm is used for receiving a photoacoustic wave in order to acquire an acoustic wave of a wide area at a time. On the other hand, a 1D linear probe with a fine element pitch of about 0.2 to 0.3 mm is used for ultrasonic wave transmission and reception in order to acquire acoustic waves in a shallow region with high resolution. Could not select the probe.

また、一体型プローブでは光音響波と超音波の受信を共通の回路で利用することになるが、一般的に超音波の送信部は高電圧駆動のパルサ回路で構成されているため、パルサ回路の待機状態で発生するシステムノイズが受信部に流入する場合が有った。その結果、被検体内で反射された超音波(超音波エコー)よりも微弱な光音響波を検出する際にはこのシステムノイズの流入が問題となっていた。   In the integrated probe, photoacoustic waves and ultrasonic waves are received by a common circuit. However, since the ultrasonic wave transmitter is generally composed of a high-voltage-driven pulser circuit, the pulser circuit In some cases, system noise generated in the standby state flows into the receiver. As a result, the inflow of this system noise has been a problem when detecting a photoacoustic wave that is weaker than the ultrasonic wave (ultrasonic echo) reflected in the subject.

更に、光音響波の受信用に2Dプローブを使う場合は、プローブの素子数と同じチャンネル数を持った送受信回路が必要となってくるため、回路規模が増大してしまい装置のコストやサイズを抑制することが難しいといった問題もあった。さらに、プローブが別であっても送信部を共有する場合はシステムノイズの流入を避けられなかった。   Furthermore, when a 2D probe is used for receiving photoacoustic waves, a transmission / reception circuit having the same number of channels as the number of elements of the probe is required, which increases the circuit scale and reduces the cost and size of the apparatus. There was also a problem that it was difficult to suppress. Furthermore, even if the probes are different, inflow of system noise is unavoidable when the transmitter is shared.

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、測定装置において、光音響波と超音波の受信でプローブを切替える場合に、システムノイズ流入を抑制するための技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique for suppressing inflow of system noise when a probe is switched by receiving a photoacoustic wave and an ultrasonic wave in a measurement apparatus. There is.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、超音波を送信するタイミングを決定する送信部と、前記送信部の指示により超音波を送信し、被検体で反射した超音波を受信して電気信号に変換する第1の音響変換素子を含む第1のプローブと、光照射部と、前記光照射部から照射された光が被検体に吸収されて発生する光音響波を受信して電気信号に変換する第2の音響変換素子を含む第2のプローブと、
前記第1および第2の音響変換素子で変換された電気信号を受信してデジタル信号に変換する受信部と、前記受信部が前記第1の音響変換素子または第2の音響変換素子の一方から電気信号を受信するように切替えを行い、受信部が一方の音響変換素子から受信を行っている期間は、他方の音響変換素子からの電気信号を受信しないようにする切替え手段とを有することを特徴とする測定装置である。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is, a transmission unit that determines the timing of transmitting an ultrasonic wave, and a first acoustic conversion element that transmits an ultrasonic wave according to an instruction from the transmission unit, receives an ultrasonic wave reflected by a subject, and converts the ultrasonic wave into an electrical signal. A first probe including a light irradiator, and a second acoustic conversion element that receives a photoacoustic wave generated by absorption of light irradiated from the light irradiator and is converted into an electrical signal. A second probe;
A receiving unit that receives the electrical signals converted by the first and second acoustic transducers and converts them into digital signals, and the receiving unit is one of the first acoustic transducer or the second acoustic transducer. Switching is performed so as to receive an electrical signal, and during the period in which the receiving unit is receiving from one acoustic transducer, there is a switching means for preventing the electrical signal from the other acoustic transducer from being received. This is a characteristic measuring device.

本発明によれば、測定装置において、光音響波と超音波の受信でプローブを切替える場合に、システムノイズ流入を抑制することができるようになる。   According to the present invention, in the measurement apparatus, when the probe is switched by receiving a photoacoustic wave and an ultrasonic wave, inflow of system noise can be suppressed.

測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a measuring apparatus. 実施例1における装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the apparatus in Example 1. FIG. 従来例における受信データの処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the reception data in a prior art example. スイッチ回路を使ったリニア走査を示す図である。It is a figure which shows the linear scanning using a switch circuit. 実施例2における装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the apparatus in Example 2. FIG. 時分割制御のタイミングチャートである。It is a timing chart of time division control. 時分割制御の切替えパターンを示す図である。It is a figure which shows the switching pattern of time division control.

本発明は、超音波の送信により被検体内で反射された超音波エコーを受信する測定装置と、光の照射により被検体内で発生した光音響波を受信する測定装置を組み合わせた、測定装置に適用されるものである。受信した超音波または光音響波は、被検体内の画像化に使用できる。また、本発明において、光照射により発生する音響波(弾性波)のことを「光音響波」と呼び、音響変換素子から送信する音響波や、その送信された音響波が被検体内で反射した反射波を「超音波」や「超音波エコー」と呼ぶ。
以下、図面を参照しつつ、各実施例について詳細に説明する。
The present invention relates to a measurement device that combines a measurement device that receives an ultrasonic echo reflected in a subject by transmission of ultrasonic waves and a measurement device that receives a photoacoustic wave generated in the subject by light irradiation. Applies to The received ultrasound or photoacoustic wave can be used for imaging within the subject. In the present invention, an acoustic wave (elastic wave) generated by light irradiation is referred to as a “photoacoustic wave”, and the acoustic wave transmitted from the acoustic transducer or the transmitted acoustic wave is reflected within the subject. The reflected wave is called “ultrasonic wave” or “ultrasonic echo”.
Hereinafter, each example will be described in detail with reference to the drawings.

<実施例1>   <Example 1>

図1は、実施例1の測定装置のブロック図である。CPU1は測定装置の主制御を司る。送受信制御部2は超音波の送受信に関わるビームフォーミング制御を行う。送信部3はプローブに指示を与えて駆動し、超音波を発生させる。受信部4はプローブで検出した受信データを処理する。超音波用1Dプローブ(第1のプローブ)5は超音波を発生させ反射波である超音波エコーを検出する仕組みを持つ。超音波用1Dプローブが備える複数の音響変換素子(第1の音響変換素子)は、1次元配列された、超音波の検出に適した素子である。光音響用2Dプローブ(第2のプローブ)6は光音響用の信号検出専用に使われる。光音響用2Dプローブが備える複数の音響変換素子(第2の音響変換素子)は、2次元配列された、光音響波の検出に適した素子である。ブリッジ回路(T/R)7は送信部から出力される高電圧信号にリミッタをかけて受信部の検出可能電圧値に収める。切替えスイッチ回路(SW)8は超音波用1Dプローブ5と光音響用2Dプローブ6を切替える。光照射部9は生体に光照射を行う。光源部10は光照射部を駆動制御する。画像処理部11は光音響波からの濃度情報や超音波エコーからの形態情報を算出し、画像データを生成する。表示制御部12はスキャンコンバートする。表示器13は画像を表示する。   FIG. 1 is a block diagram of the measuring apparatus according to the first embodiment. The CPU 1 manages the main control of the measuring device. The transmission / reception control unit 2 performs beam forming control related to transmission / reception of ultrasonic waves. The transmitter 3 is driven by giving an instruction to the probe to generate ultrasonic waves. The receiving unit 4 processes received data detected by the probe. The ultrasonic 1D probe (first probe) 5 has a mechanism for generating ultrasonic waves and detecting ultrasonic echoes as reflected waves. A plurality of acoustic transducer elements (first acoustic transducer elements) included in the ultrasonic 1D probe are elements that are arranged one-dimensionally and are suitable for detecting ultrasonic waves. The photoacoustic 2D probe (second probe) 6 is used exclusively for photoacoustic signal detection. A plurality of acoustic transducers (second acoustic transducers) included in the photoacoustic 2D probe are two-dimensionally arranged elements suitable for detecting photoacoustic waves. The bridge circuit (T / R) 7 limits the high voltage signal output from the transmitter to a voltage value that can be detected by the receiver. A changeover switch circuit (SW) 8 switches between the ultrasonic 1D probe 5 and the photoacoustic 2D probe 6. The light irradiation unit 9 performs light irradiation on the living body. The light source unit 10 drives and controls the light irradiation unit. The image processing unit 11 calculates density information from photoacoustic waves and morphological information from ultrasonic echoes, and generates image data. The display control unit 12 performs scan conversion. The display 13 displays an image.

超音波による画像化の基本動作を説明する。使用者がプローブを被検体(生体)に接触させ動作を開始すると、送信部3は超音波送信のタイミングを決定し、超音波用1Dプローブ5が駆動するように指示を与える。プローブは生体に超音波を発生させる。超音波は短い時間で生体の中を進んでいき、固いものに当たると超音波エコーが返ってくる。プローブでその超音波エコーを検出し、超音波を送信してから超音波エコーが返ってくるまでの時間から距離を計算、内部の様子を可視化する。すなわち、生体組織の物質分布を表す形態イメージを画像化することが可能となる。   The basic operation of imaging with ultrasound will be described. When the user contacts the subject (living body) with the probe and starts the operation, the transmission unit 3 determines the timing of ultrasonic transmission and gives an instruction to drive the ultrasonic 1D probe 5. The probe generates ultrasonic waves in the living body. The ultrasonic wave travels through the living body in a short time, and an ultrasonic echo returns when it hits a hard object. The probe detects the ultrasonic echo, calculates the distance from the time it takes the ultrasonic echo to return, and visualizes the internal state. That is, it is possible to form a morphological image representing the substance distribution of the living tissue.

光音響波による画像化の基本動作を説明する。まず光照射部9がパルス光を生体に照射する。続いて光音響用2Dプローブ6が、生体内で伝播・拡散したパルス光のエネルギーを生体組織が吸収したことで発生する音響波を検出する。この検出信号を画像処理部11で解析処理することにより、生体内の光学特性分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得
ることができる。画像処理部はこのデータに基づいて画像データの生成を行う。すなわち、生体組織の物質分布を表す機能イメージを画像化することが可能となる。
The basic operation of imaging with photoacoustic waves will be described. First, the light irradiation unit 9 irradiates the living body with pulsed light. Subsequently, the photoacoustic 2D probe 6 detects an acoustic wave generated by the living tissue absorbing the energy of the pulsed light that has propagated and diffused in the living body. By analyzing this detection signal by the image processing unit 11, an optical characteristic distribution in the living body, in particular, a light energy absorption density distribution can be obtained. The image processing unit generates image data based on this data. That is, it is possible to image a functional image representing the substance distribution of the living tissue.

図2は、実施例1における装置の動作を説明する図である。送信部3は、HV−CMOSで構成された高電圧駆動のパルサ回路となっている。送信部3はパルスに基づいて超音波用1Dプローブを駆動するタイミングを決定して指示を出し、超音波を発生させる。また受信部4は、プローブで検出した超音波エコーや光音響波の微弱信号をプリアンプ回路(Amp)で増幅し、A/Dコンバータ回路(ADC)でクロックCLKに同期してデジタルサンプリングし、デジタル信号を生成している。
送信部からプローブへ出力される高電圧信号100は、受信部に入力される検出信号101の許容電圧値を超えているためリミッタをかける必要が生じるが、本実施例ではダイオードブリッジ回路(T/R)を用いて±5V以内の電圧値に収めている。この時、送信部は高電圧駆動の回路となっているので、±100Vレベルで動作するCMOS回路を常に動作可能な状態にしておくためには保持電流を流しつづける必要がある。その結果、動作保持時のシステムノイズ102が微小ながら発生してしまう。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the apparatus according to the first embodiment. The transmission unit 3 is a high-voltage driven pulsar circuit composed of HV-CMOS. The transmitting unit 3 determines the timing for driving the ultrasonic 1D probe based on the pulse, issues an instruction, and generates an ultrasonic wave. The receiving unit 4 amplifies the ultrasonic echo detected by the probe and the weak signal of the photoacoustic wave by the preamplifier circuit (Amp), performs digital sampling in synchronization with the clock CLK by the A / D converter circuit (ADC), and performs digital sampling. The signal is generated.
Since the high voltage signal 100 output from the transmission unit to the probe exceeds the allowable voltage value of the detection signal 101 input to the reception unit, it is necessary to apply a limiter. In this embodiment, a diode bridge circuit (T / R) and the voltage value is within ± 5V. At this time, since the transmitter is a high-voltage drive circuit, it is necessary to keep a holding current flowing in order to keep the CMOS circuit operating at the ± 100 V level always operable. As a result, the system noise 102 at the time of holding the operation is generated while being minute.

本実施例では特に、受信部4を超音波と光音響の信号検出に共通で利用するので、光音響波の検出においても、送信部で発生しているシステムノイズ102が光音響用プローブからの検出信号101に混入してしまう可能性がある。光音響波は超音波エコーよりも微弱なので、システムノイズ混入の影響は大きくなってしまう。   Particularly in this embodiment, since the receiving unit 4 is commonly used for ultrasonic and photoacoustic signal detection, even in the detection of photoacoustic waves, the system noise 102 generated in the transmitting unit is detected from the photoacoustic probe. The detection signal 101 may be mixed. Since the photoacoustic wave is weaker than the ultrasonic echo, the influence of the system noise is increased.

そこで、本実施例では、超音波用プローブ5と光音響用プローブ6のいずれかを選択して切替えを行う切替えスイッチ回路(SW)8を受信部の入力端に設けている。切替えスイッチ回路8は、受信部に入力する検出信号101の検出元を、光音響波を検出する期間と、超音波の超音波エコーを検出する期間とで切替える。すなわち、光音響波を検出する期間は、光音響用2Dプローブ6が検知した信号のみを検出信号とし、超音波用1Dプローブ5が検知した信号は入力しないようにする。この結果、超音波と光音響波に由来する電気信号のうち一方が受信部に受信されている間は、他方は受信されなくなる。   Therefore, in this embodiment, a changeover switch circuit (SW) 8 that selects and switches between the ultrasonic probe 5 and the photoacoustic probe 6 is provided at the input end of the receiving unit. The changeover switch circuit 8 switches the detection source of the detection signal 101 input to the receiving unit between a period for detecting the photoacoustic wave and a period for detecting the ultrasonic echo of the ultrasonic wave. That is, during the period for detecting the photoacoustic wave, only the signal detected by the photoacoustic 2D probe 6 is used as a detection signal, and the signal detected by the ultrasonic 1D probe 5 is not input. As a result, while one of the electrical signals derived from the ultrasonic wave and the photoacoustic wave is received by the receiving unit, the other is not received.

このように、切替えスイッチ回路を設けて光音響波と超音波エコーの検出信号を分離する構成を取ることにより、光音響波を検出する期間において、超音波の送信部からの信号が受信部に流入することがなくなる。その結果、送信部の動作に起因するシステムノイズを抑制し、測定の精度を向上させることが可能になる。   In this way, by providing a changeover switch circuit to separate the detection signal of the photoacoustic wave and the ultrasonic echo, the signal from the ultrasonic transmission unit is transmitted to the reception unit during the period of detecting the photoacoustic wave. It will not flow in. As a result, it is possible to suppress system noise caused by the operation of the transmission unit and improve measurement accuracy.

<実施例2>   <Example 2>

実施例1の装置構成では、プローブの素子数と送信部・受信部の回路数を同じにする必要があった。しかし、多素子の1Dリニアプローブや2Dアレイプローブを用いる近年の装置ではプローブ素子数が膨大になってくるため、装置のサイズやコストの増大が問題となっており、送受信部の回路数を削減するための工夫が必要とされていた。   In the apparatus configuration of the first embodiment, the number of probe elements and the number of transmitter / receiver circuits must be the same. However, recent devices using multi-element 1D linear probes and 2D array probes have a large number of probe elements, which increases the size and cost of the device, and reduces the number of transmitter / receiver circuits. There was a need to devise to do this.

1Dリニアプローブであれば、図4を参照して上述したように、リニア走査用の高耐圧スイッチ回路を用いる手法により、回路数を例えば256チャンネルから64チャンネルへ1/4に削減することが可能である。しかし、2Dアレイプローブでは同様の手法をとる事ができない。
そこで本実施例では、システムノイズを抑制することに加えて、回路規模を削減できるように構成された測定装置について説明する。
With a 1D linear probe, as described above with reference to FIG. 4, the number of circuits can be reduced from 1/4 to 256 channels, for example, by a method using a high-voltage switch circuit for linear scanning. It is. However, a 2D array probe cannot take the same method.
In this embodiment, therefore, a measurement apparatus configured to reduce the circuit scale in addition to suppressing system noise will be described.

図5は、実施例2の測定装置について説明するための図である。図2に示した実施例1の装置と異なる点を中心に装置構成を説明する。送信部3と受信部4は、64CHの送受
信を行うように構成されている。超音波用1Dプローブ5には、256素子の音響変換素子が1次元配列されている。光音響用2Dプローブ6には、256素子の音響変換素子が2次元配列されている。ブリッジ回路(T/R)7と超音波用1Dプローブ5の間には高耐圧スイッチ回路(高耐圧SW回路)14が配置されている。切替えスイッチ回路(SW)8と光音響用2Dプローブ6の間には高速スイッチ回路(高速SW回路)15が配置されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining the measurement apparatus according to the second embodiment. The apparatus configuration will be described focusing on the differences from the apparatus of the first embodiment shown in FIG. The transmission unit 3 and the reception unit 4 are configured to perform 64 CH transmission / reception. On the ultrasonic 1D probe 5, 256 acoustic transducer elements are arranged one-dimensionally. In the 2D probe 6 for photoacoustics, 256 acoustic transducer elements are two-dimensionally arranged. A high voltage switch circuit (high voltage SW circuit) 14 is arranged between the bridge circuit (T / R) 7 and the ultrasonic 1D probe 5. A high-speed switch circuit (high-speed SW circuit) 15 is disposed between the changeover switch circuit (SW) 8 and the photoacoustic 2D probe 6.

ここで、図3を参照して上述したように、双方のプローブ特性を比較すると、超音波の送受信用の1Dリニアプローブでは、浅い領域の音響波を高解像で取得するために0.25mm程度の細かい素子ピッチとなっている。そのためプローブの周波数特性として中心周波数が8MHzとなっている。一方、光音響波の受信用の2Dアレイプローブでは、広い面積の音響波を一度に取得できるように1.0mm程度の粗い素子ピッチとなっており、プローブの周波数特性として中心周波数が2MHzとなっている。
受信部の最適なサンプリング周波数は、プローブの中心周波数に対して8〜10倍程度と言われている。ここでは中心周波数の10倍として、1DプローブではCLK1に80MHzのサンプリングクロックが入力され、2DプローブではCLK2として20MHzのサンプリングクロックが入力されている。
Here, as described above with reference to FIG. 3, when both probe characteristics are compared, a 1D linear probe for transmitting and receiving ultrasonic waves is 0.25 mm in order to acquire an acoustic wave in a shallow region with high resolution. The element pitch is fine. Therefore, the center frequency is 8 MHz as the frequency characteristic of the probe. On the other hand, a 2D array probe for receiving photoacoustic waves has a rough element pitch of about 1.0 mm so that a large area of acoustic waves can be acquired at one time, and the center frequency is 2 MHz as the frequency characteristics of the probe. ing.
The optimum sampling frequency of the receiving unit is said to be about 8 to 10 times the center frequency of the probe. Here, the sampling frequency of 80 MHz is input to CLK1 in the 1D probe and the sampling clock of 20 MHz is input to CLK2 in the 2D probe as 10 times the center frequency.

実施例2において光音響信号を受信するとき、高速スイッチ回路15は、光音響用2Dプローブ6の20MHzに対して4倍の80MHzのクロックで動作する。また、受信部4のA/Dコンバータも80MHzで動作させる。これにより、光音響用2Dプローブ6の20MHzのタイミングで、4素子分の光音響波の信号を検出することが可能となる。また、超音波用1Dプローブ5を用いて超音波エコーの送受信をする際には、リニア走査用の高耐圧スイッチ回路14を設ければ、図4で説明したように回路数を削減することができる。   When receiving a photoacoustic signal in the second embodiment, the high-speed switch circuit 15 operates with a clock of 80 MHz that is four times as high as 20 MHz of the 2D probe 6 for photoacoustics. The A / D converter of the receiving unit 4 is also operated at 80 MHz. Accordingly, it is possible to detect the photoacoustic wave signals for four elements at the timing of 20 MHz of the photoacoustic 2D probe 6. Further, when transmitting and receiving ultrasonic echoes using the ultrasonic 1D probe 5, if the high-voltage switch circuit 14 for linear scanning is provided, the number of circuits can be reduced as described with reference to FIG. 4. it can.

なお、高耐圧スイッチ回路14としては、送信部から出力される信号の動作電圧が高いので、高耐圧スイッチの一般仕様として数MHzまでしか動作周波数を高めることができないスイッチデバイスが用いられる。一方、高速スイッチ回路15としては、ブリッジ回路7によって動作電圧にリミットが掛かっているので、数GHzまでの高速動作が可能なスイッチデバイスを選択することができる。また、プローブの素子数、送受信時のチャンネル数や動作クロックについては、本実施例に限られず必要に応じて選択することができる。   As the high withstand voltage switch circuit 14, since the operating voltage of the signal output from the transmitter is high, a switch device that can increase the operating frequency only to several MHz is used as a general specification of the high withstand voltage switch. On the other hand, as the high-speed switch circuit 15, since the operating voltage is limited by the bridge circuit 7, a switch device capable of high-speed operation up to several GHz can be selected. Further, the number of probe elements, the number of channels at the time of transmission / reception, and the operation clock can be selected as necessary without being limited to the present embodiment.

図6は時分割制御のタイミングチャートを示したものである。図6(a)は高速スイッチ回路を用いずに20MHzでサンプリングした例であり、出力データが1素子分となっている。一方、図6(b)に示す高速スイッチ回路を用いた例では、80MHzでサンプリングしており、出力データが4素子分になっている。すなわち、高速スイッチ回路15の切替えクロックと、受信部4のA/Dコンバータ回路のサンプリングクロックを、同じCLK1の80MHzで駆動させ、時分割制御を行っている。これにより、受信部の回路数を256チャンネルから64チャンネルへ1/4に削減することが可能となった。   FIG. 6 shows a timing chart of time division control. FIG. 6A shows an example of sampling at 20 MHz without using a high-speed switch circuit, and output data is for one element. On the other hand, in the example using the high-speed switch circuit shown in FIG. 6B, sampling is performed at 80 MHz, and the output data is for four elements. That is, the switching clock of the high-speed switch circuit 15 and the sampling clock of the A / D converter circuit of the receiving unit 4 are driven at 80 MHz of the same CLK1 to perform time division control. As a result, the number of circuits in the receiving unit can be reduced to 1/4 from 256 channels to 64 channels.

このときの、2Dアレイプローブに対するスイッチの接続パターンについて以下に説明する。なお、図6で示したように時分割制御で取得した4素子の検出信号は、各々位相がずれた状態でサンプリングされているので、画像処理部11に送る前に位相を合わせるための補間処理が必要となってくる。補間処理には線形補間などが用いられるが、プローブ素子数が多い場合には処理時間を短縮するため補間処理の簡略化が必要となってくる。   The connection pattern of the switch to the 2D array probe at this time will be described below. As shown in FIG. 6, the detection signals of the four elements acquired by the time division control are sampled in a state where the phases are shifted from each other, so that an interpolation process for matching the phases before sending them to the image processing unit 11 Will be needed. Linear interpolation or the like is used for the interpolation processing. However, when the number of probe elements is large, the interpolation processing needs to be simplified in order to shorten the processing time.

図7は、時分割制御の切替えパターンを示す図である。図7(a)は4素子1組のスイ
ッチ回路を近接グループで構成するように千鳥状に配置したパターン図であり、図7(b
)では放射状にレイアウトした場合のパターン図である。
図7(a)は4素子分のスイッチ回路が近接グループで分けられていることから、4素子1組のグループ毎に共通の補間式を使った演算処理をすることで簡略化を可能としている。図7(b)は放射状のレイアウトとなっているので、1素子目、2素子目、3素子目、4素子目のグループ単位で分割し、グループ毎に共通の補間式を使った演算処理をすることで簡略化を可能としている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a switching pattern of time division control. FIG. 7 (a) is a pattern diagram in which a switch circuit of one set of four elements is arranged in a staggered manner so as to constitute a proximity group, and FIG.
) Is a pattern diagram in the case of radial layout.
In FIG. 7A, the switch circuit for four elements is divided into adjacent groups, so that simplification is possible by performing arithmetic processing using a common interpolation formula for each group of four elements. . Since FIG. 7B has a radial layout, the first element, the second element, the third element, and the fourth element are divided into groups, and arithmetic processing using a common interpolation formula is performed for each group. By doing so, simplification is possible.

以上のように、本実施例の測定装置においては、リニア走査用の高耐圧スイッチ回路14と時分割制御用の高速スイッチ回路15を設けることにより、チャンネル数を削減し回路規模を抑制することが可能になる。したがって、装置の規模やコストを削減することが可能になる。またこの際、切替えスイッチ回路8を実施例1と同様に動作している。これにより、超音波と光音響波に由来する電気信号のいずれか一方が受信部に受信されている間は、他方は受信されない。すなわち、光音響波を受信している間は送信部3と受信部は接続されていないので、送信部からのシステムノイズの流入を防ぐことができる。   As described above, in the measuring apparatus according to the present embodiment, by providing the high-voltage switch circuit 14 for linear scanning and the high-speed switch circuit 15 for time division control, the number of channels can be reduced and the circuit scale can be suppressed. It becomes possible. Therefore, the scale and cost of the apparatus can be reduced. At this time, the changeover switch circuit 8 operates in the same manner as in the first embodiment. Thereby, while one of the electrical signals derived from the ultrasonic wave and the photoacoustic wave is received by the receiving unit, the other is not received. That is, while the photoacoustic wave is received, the transmission unit 3 and the reception unit are not connected, so that inflow of system noise from the transmission unit can be prevented.

3:送信部,4:受信部,5:超音波用1Dプローブ,6:光音響用2Dプローブ,8:切替えスイッチ回路,10:光照射部   3: Transmitter, 4: Receiver, 5: Ultrasonic 1D probe, 6: Photoacoustic 2D probe, 8: Changeover switch circuit, 10: Light irradiation unit

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、超音波を送信するための信号を出力する送信部と、前記送信部からの信号に基づいて超音波を送信し、被検体内で反射した超音波を受信して第1の信号に変換する第1の音響変換素子と、光照射部と、前記光照射部から照射された光により被検体内で発生する光音響波を受信して第2の信号に変換する第2の音響変換素子と、前記第1および第2の信号を信号処理する受信部と、切替え手段と、を有し、前記切替え手段は、前記受信部が前記第1の信号の受信を行っている期間は前記第2の音響変換素子からの出力を受信しないようにし、前記受信部が前記第2の信号の受信を行っている期間は前記第1の音響変換素子からの出力および前記送信部からの出力を受信しないようにすることを特徴とする測定装置である。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is, a transmission unit that outputs a signal for transmitting an ultrasonic wave, and an ultrasonic wave is transmitted based on the signal from the transmission unit, and the ultrasonic wave reflected in the subject is received and converted into a first signal. A first acoustic transducer, a light irradiator, and a second acoustic transducer that receives a photoacoustic wave generated in the subject by the light emitted from the light irradiator and converts it into a second signal And a receiving unit that performs signal processing on the first and second signals, and a switching unit, wherein the switching unit is configured to receive the first signal during a period in which the receiving unit is receiving the first signal. The output from the second acoustic transducer is not received, and the output from the first acoustic transducer and the output from the transmitter are received during the period in which the receiver receives the second signal. It is a measuring device characterized by not doing .

Claims (4)

超音波を送信するタイミングを決定する送信部と、
前記送信部の指示により超音波を送信し、被検体で反射した超音波を受信して電気信号に変換する第1の音響変換素子を含む第1のプローブと、
光照射部と、
前記光照射部から照射された光が被検体に吸収されて発生する光音響波を受信して電気信号に変換する第2の音響変換素子を含む第2のプローブと、
前記第1および第2の音響変換素子で変換された電気信号を受信してデジタル信号に変換する受信部と、
前記受信部が前記第1の音響変換素子または第2の音響変換素子の一方から電気信号を受信するように切替えを行い、受信部が一方の音響変換素子から受信を行っている期間は、他方の音響変換素子からの電気信号を受信しないようにする切替え手段と、
を有することを特徴とする測定装置。
A transmission unit for determining the timing of transmitting an ultrasonic wave;
A first probe including a first acoustic transducer that transmits an ultrasonic wave according to an instruction of the transmission unit, receives an ultrasonic wave reflected by a subject, and converts the ultrasonic wave into an electrical signal;
A light irradiation unit;
A second probe including a second acoustic transducer that receives a photoacoustic wave generated when the light irradiated from the light irradiation unit is absorbed by the subject and converts the photoacoustic wave into an electrical signal;
A receiving unit that receives the electrical signals converted by the first and second acoustic transducers and converts them into digital signals;
The receiving unit performs switching so as to receive an electrical signal from one of the first acoustic transducer or the second acoustic transducer, and the period during which the receiver is receiving from one acoustic transducer is the other Switching means for preventing the electrical signal from the acoustic transducer from being received,
A measuring apparatus comprising:
前記第1のプローブは、複数の前記第1の音響変換素子を1次元配列したものであり、
前記第2のプローブは、複数の前記第2の音響変換素子を2次元配列したものである
ことを特徴とする請求項1に記載の測定装置。
The first probe is a one-dimensional array of a plurality of the first acoustic transducer elements,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the second probe is a two-dimensional array of a plurality of the second acoustic transducer elements.
前記受信部が電気信号を受信できるチャンネル数は、前記第1の音響変換素子の素子数よりも少なく、
前記第1の音響変換素子と前記受信部のチャンネルを接続して当該チャンネルによる
電気信号の受信を可能にするスイッチ回路であって、前記受信部のチャンネルに接続される前記第1の音響変換素子を順に切替えるスイッチ回路をさらに有する
ことを特徴とする請求項2に記載の測定装置。
The number of channels through which the receiving unit can receive electrical signals is less than the number of elements of the first acoustic transducer element,
A switch circuit that connects a channel of the first acoustic conversion element and the receiving unit and enables reception of an electrical signal through the channel, the first acoustic conversion element connected to the channel of the receiving unit The measuring apparatus according to claim 2, further comprising a switch circuit that sequentially switches the two.
前記受信部が電気信号を受信できるチャンネル数は、前記第2の音響変換素子の素子数よりも少なく、
前記第2の音響変換素子と前記受信部のチャンネルを接続して当該チャンネルによる電気信号の受信を可能にするスイッチ回路であって、前記受信部のチャンネルに信号を送る前記第2の音響変換素子を時分割により切替えるスイッチ回路をさらに有する
ことを特徴とする請求項2に記載の測定装置。
The number of channels through which the receiving unit can receive an electrical signal is less than the number of elements of the second acoustic conversion element,
A switch circuit that connects a channel of the second acoustic transducer and the receiving unit and enables reception of an electrical signal by the channel, and the second acoustic transducer that sends a signal to the channel of the receiving unit The measuring apparatus according to claim 2, further comprising a switch circuit that switches between the two in a time division manner.
JP2013216086A 2013-10-17 2013-10-17 measuring device Active JP5619254B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013216086A JP5619254B2 (en) 2013-10-17 2013-10-17 measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013216086A JP5619254B2 (en) 2013-10-17 2013-10-17 measuring device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010063645A Division JP5393552B2 (en) 2010-03-19 2010-03-19 measuring device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014190305A Division JP5925267B2 (en) 2014-09-18 2014-09-18 measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014004488A true JP2014004488A (en) 2014-01-16
JP5619254B2 JP5619254B2 (en) 2014-11-05

Family

ID=50102738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013216086A Active JP5619254B2 (en) 2013-10-17 2013-10-17 measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5619254B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6362123B2 (en) * 2017-04-27 2018-07-25 キヤノン株式会社 apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0451915U (en) * 1990-09-10 1992-05-01
JP2000139907A (en) * 1998-11-09 2000-05-23 Toshiba Corp Ultrasonograph
JP2005021380A (en) * 2003-07-02 2005-01-27 Toshiba Corp Living body information imaging apparatus
JP2007068918A (en) * 2005-09-09 2007-03-22 Fujifilm Corp Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosis apparatus
WO2009154298A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Canon Kabushiki Kaisha Ultrasonic probe, and photoacoustic-ultrasonic system and inspection object imaging apparatus including the ultrasonic probe
JP2010057730A (en) * 2008-09-04 2010-03-18 Canon Inc Received data processor for photoacoustic tomography

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0451915U (en) * 1990-09-10 1992-05-01
JP2000139907A (en) * 1998-11-09 2000-05-23 Toshiba Corp Ultrasonograph
JP2005021380A (en) * 2003-07-02 2005-01-27 Toshiba Corp Living body information imaging apparatus
JP2007068918A (en) * 2005-09-09 2007-03-22 Fujifilm Corp Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosis apparatus
US20070073154A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus
WO2009154298A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Canon Kabushiki Kaisha Ultrasonic probe, and photoacoustic-ultrasonic system and inspection object imaging apparatus including the ultrasonic probe
JP2010022816A (en) * 2008-06-18 2010-02-04 Canon Inc Ultrasonic probe, and photoacoustic-ultrasonic system and specimen imaging apparatus with same ultrasonic probe
JP2010057730A (en) * 2008-09-04 2010-03-18 Canon Inc Received data processor for photoacoustic tomography

Also Published As

Publication number Publication date
JP5619254B2 (en) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5393552B2 (en) measuring device
Jensen et al. SARUS: A synthetic aperture real-time ultrasound system
US20110319743A1 (en) Ultrasonic photoacoustic imaging apparatus and operation method of the same
JP2009207883A (en) Biological information imaging apparatus and biological information analyzing method
JP5681141B2 (en) Tomographic image generating apparatus, method, and program
WO2013161289A1 (en) Acoustic wave diagnosis device and image display method
JP6177530B2 (en) Doppler measuring device and doppler measuring method
JP2016509925A (en) Ultrasonic diagnostic imaging apparatus and method for generating ultrasonic diagnostic image
US6973831B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method
JP5572023B2 (en) measuring device
JP2003230560A (en) Ultrasonograph
JP6138313B2 (en) apparatus
JP5925267B2 (en) measuring device
JP5619254B2 (en) measuring device
RU2486501C2 (en) Laser optical-acoustic tomography method and apparatus for realising said method (versions)
JP6362123B2 (en) apparatus
Bhuyan et al. Miniaturized, wearable, ultrasound probe for on-demand ultrasound screening
JP2015173922A (en) Ultrasonic diagnostic device and ultrasonic diagnostic device controlling method
Jonveaux et al. Review of Current Simple Ultrasound Hardware Considerations, Designs, and Processing Opportunities.
WO2016092730A1 (en) Sample information acquisition apparatus
JP2006192031A (en) Ultrasonic image diagnostic device
CN116942200B (en) Non-multiplexing ultrasonic multi-mode imaging system and method
JP5868458B2 (en) measuring device
US9924876B2 (en) Object information acquiring apparatus and method of controlling same
JP2004321647A (en) Ultrasonic diagnostic apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131107

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140527

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140728

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140819

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140916

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5619254

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151