JP2014144109A - Subject information acquisition device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a subject information acquisition device capable of accurately aligning a photoacoustic image with the actual position of a subject in photoacoustic imaging without complicating the device.SOLUTION: A subject information acquisition device comprises: light emitting sections 18 and 19 which emit light from a light source; a member 11 which is disposed between a subject 10 and the light emitting sections 18 and 19 and transmits light; a light absorber disposed on the member; a probe 15 which receives acoustic waves generated by the subject 10 and the light absorber irradiated with the light from the light emitting sections 18 and 19 and converts the acoustic waves into electric signals; and a signal processing section 16 which generates image data on an interior of the subject and the light absorber using the electric signals.

Description

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

医療分野では、エックス線、超音波、MRI(核磁気共鳴法)を用いたイメージング装置が使われている。医療分野ではまた、レーザーなどの光源から照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで生体内の情報を得る光イメージング装置の研究が進められている。このような光イメージング技術の一つとして、光音響イメージング技術が提案されている。   In the medical field, imaging apparatuses using X-rays, ultrasound, and MRI (nuclear magnetic resonance method) are used. In the medical field, research on an optical imaging apparatus that obtains in-vivo information by propagating light irradiated from a light source such as a laser into a subject such as a living body and detecting the propagating light or the like has been advanced. As one of such optical imaging techniques, a photoacoustic imaging technique has been proposed.

光源からのパルス光が被検体に照射されると、光のエネルギーを吸収した生体組織から音響波が発生する現象は、光音響効果と呼ばれる。光音響イメージングとは、光音響効果により発生した音響波を複数の個所で検出し、それらの信号を解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する技術である。これにより、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。   When pulse light from a light source is irradiated on a subject, a phenomenon in which an acoustic wave is generated from a living tissue that has absorbed light energy is called a photoacoustic effect. Photoacoustic imaging is a technique that detects acoustic waves generated by the photoacoustic effect at a plurality of locations, analyzes the signals, and visualizes information related to optical characteristic values inside the subject. Thereby, it is possible to obtain an optical characteristic value distribution in the subject, particularly a light energy absorption density distribution.

また、生体内部にある乳がん等の病変部への光音響イメージング技術の適用も検討されている。この場合、光は生体中で強く散乱され、深さ方向で大きく減衰する。そこで非特許文献1では、測定時に乳房を圧迫して厚みを減らしている。   In addition, application of photoacoustic imaging technology to lesions such as breast cancer inside a living body is also being studied. In this case, light is strongly scattered in the living body and greatly attenuated in the depth direction. Therefore, in Non-Patent Document 1, the breast is pressed during measurement to reduce the thickness.

一方、音を収束させたりパルス光を集光させたりすることで、光音響イメージングの分解能を上げる、光音響顕微鏡の開発も進められている。非特許文献2では、フォーカストランスデューサを用いて超音波を収束させ、さらに超音波の焦点に光を集光させることで、超音波の焦点での収束スポット径程度の分解能が得られている。   On the other hand, the development of photoacoustic microscopes that increase the resolution of photoacoustic imaging by converging sound or condensing pulsed light is also underway. In Non-Patent Document 2, a resolution equivalent to the convergence spot diameter at the focal point of the ultrasonic wave is obtained by converging the ultrasonic wave using a focus transducer and condensing the light at the focal point of the ultrasonic wave.

S. Manohar et al., “Region-of-interest breast studies usingthe Twente Photoacoustic Mammoscope (PAM)”, Proc. Of SPIE Vol. 6437 643702-1S. Manohar et al., “Region-of-interest breast studies using the Twente Photoacoustic Mammoscope (PAM)”, Proc. Of SPIE Vol. 6437 643702-1 Nature Protocols vol.2 No.4 797-804(2007); H.F. Zang et al.Nature Protocols vol.2 No.4 797-804 (2007); H.F.Zang et al.

光音響イメージングにおいて、得られた光音響像の正確な位置合わせが必要な場合がある。たとえば、臨床において、光音響像を見ながら病変部の摘出を行う場合や、穿刺を行うときに、病変部の正確な位置を特定する場合である。また、被検体中での光音響用分子プローブなどの薬物動態をモニターする際においても、病変部の位置やプローブの集積位置などの正確な情報が必要となる。   In photoacoustic imaging, accurate alignment of the obtained photoacoustic image may be necessary. For example, in clinical practice, a lesion is extracted while viewing a photoacoustic image, or an accurate position of the lesion is specified when puncturing is performed. In addition, when monitoring the pharmacokinetics of a photoacoustic molecular probe or the like in a subject, accurate information such as the position of a lesioned part and the position of probe accumulation is required.

しかし、非特許文献1や非特許文献2において、そのような正確な位置合わせに関する記述はされていない。そのため、従来の光音響イメージング装置では、光音響像と実際の被検体イメージとの正確な位置合わせを行い、被検体の測定箇所や病変部等を正確に特定することは難しかった。   However, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 do not describe such exact alignment. For this reason, it has been difficult for the conventional photoacoustic imaging apparatus to accurately position the photoacoustic image and the actual subject image and to accurately specify the measurement location, the lesion, and the like of the subject.

このような正確な位置合わせを行うには、スキャン範囲と実際の被検体の位置との位置合わせが行えるようなマーカー(以降、アライメントマークと呼ぶ)が有効である。   In order to perform such accurate alignment, a marker (hereinafter referred to as an alignment mark) that can align the scan range with the actual subject position is effective.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光音響イメージングにおいて、装置を複雑化させることなく、光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to perform accurate alignment between a photoacoustic image and an actual subject position without complicating the apparatus in photoacoustic imaging. is there.

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
光源からの光を照射する光出射部と、
被検体と前記光出射部との間に配置された、光を透過する部材と、
前記部材に配置された光吸収体と、
前記光出射部から光を照射された前記被検体および前記光吸収体から生じる音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内および前記光吸収体の画像データを生成する信号処理部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
The present invention employs the following configuration. That is,
A light emitting unit that emits light from a light source;
A light transmitting member disposed between the subject and the light emitting unit;
A light absorber disposed on the member;
A probe that receives an acoustic wave generated from the subject and the light absorber irradiated with light from the light emitting unit and converts the acoustic wave into an electrical signal;
Using the electrical signal, a signal processing unit that generates image data of the subject and the light absorber;
A subject information acquisition apparatus characterized by comprising:

本発明によれば、光音響イメージングにおいて、装置を複雑化させることなく、光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことができる。   According to the present invention, in photoacoustic imaging, accurate alignment between a photoacoustic image and an actual subject position can be performed without complicating the apparatus.

実施形態1での生体情報イメージング装置の構成を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration of a biological information imaging apparatus according to Embodiment 1. FIG. グリッド状の光吸収体を示す図。The figure which shows a grid-shaped light absorber. 光吸収体のパターンの例を示す図。The figure which shows the example of the pattern of a light absorber. 実施形態2での生体情報イメージング装置の構成を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a biological information imaging apparatus according to a second embodiment. 実施形態3での画像表示を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining image display in a third embodiment. 実施形態3での処理を示すフローチャート。10 is a flowchart showing processing in the third embodiment. 実施形態4での生体情報イメージング装置の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a biological information imaging apparatus according to a fourth embodiment. 実施形態4での画像表示を説明するための図。FIG. 9 is a diagram for explaining image display in a fourth embodiment. 実施形態4での具体的な処理を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining specific processing in the fourth embodiment.

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. It is not intended to limit the following description.

本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に光(電磁波)を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体内の特性情報を取得する光音響効果を利用した装置である。   In the present invention, the acoustic wave includes an elastic wave called a sound wave, an ultrasonic wave, a photoacoustic wave, and an optical ultrasonic wave. The subject information acquisition apparatus of the present invention utilizes a photoacoustic effect that receives acoustic waves generated in a subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves) and acquires characteristic information in the subject. Device.

被検体情報取得装置における被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧、あるいは、その初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、または、組織を構成する物質の濃度等を反映した特性情報である。物質の濃度とは、例えば酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度や、酸素飽和度などである。特性情報は、数値データではなく、被検体内の各位置の分布情報であっても良い。つまり、初期音圧分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などを画像データとして生成しても良い。   The object information in the object information acquisition apparatus is the initial sound pressure of the acoustic wave generated by the light irradiation, the light energy absorption density or absorption coefficient derived from the initial sound pressure, or the concentration of the substance constituting the tissue. This is characteristic information reflecting the above. The concentration of the substance is, for example, the concentration of oxyhemoglobin and reduced hemoglobin, oxygen saturation, or the like. The characteristic information may be distribution information of each position in the subject instead of numerical data. That is, an initial sound pressure distribution, an absorption coefficient distribution, an oxygen saturation distribution, and the like may be generated as image data.

以下の説明では、被検体情報取得装置の一例として、生体である被検体内の特性情報を画像化する生体情報イメージング装置について説明する。ただし本発明の測定対象は生体
に限定されるものではない。また、被検体情報取得装置は画像表示装置を有さず、画像データを生成して外部に送信する構成であっても良い。
In the following description, a biological information imaging apparatus for imaging characteristic information in a subject that is a living body will be described as an example of the subject information acquiring apparatus. However, the measurement object of the present invention is not limited to a living body. Further, the subject information acquisition apparatus may not have an image display apparatus, and may be configured to generate image data and transmit it to the outside.

<実施形態1>
図1に、本実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を示す。装置は、被検体である生体10を保持するための光透過性部材11と保持部材12を備える。装置はまた、生体10に照射光13を照射する、光出射部18および19を備える。装置はまた、音響波を検出し電気信号に変換する探触子15を備える。装置はまた、画像データを生成する信号処理部16を備える。また、画像表示部17は、信号処理部による処理結果を表示する画像表示装置である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a configuration example of a biological information imaging apparatus in the present embodiment. The apparatus includes a light transmissive member 11 and a holding member 12 for holding a living body 10 as a subject. The apparatus also includes light emitting units 18 and 19 that irradiate the living body 10 with the irradiation light 13. The apparatus also includes a probe 15 that detects acoustic waves and converts them into electrical signals. The apparatus also includes a signal processing unit 16 that generates image data. The image display unit 17 is an image display device that displays a processing result by the signal processing unit.

図2(a)は、被検体とは反対側から光透過性部材11を見た図である。光透過性部材11には、生体10と接しない側の面に、グリッド状に光吸収体21が備わっている。光吸収体21は照射光13を吸収して光音響波を生じるアライメントマークである。
光吸収体21の材料として、ここでは黒色のインクを用いている。しかし、光吸収体はこれに限られず、生体10に照射する照射光13を吸収し、光音響波を生じるものであれば使用できる。また、光透過性部材11に光吸収体21を配置する手段としては印刷が好適であるが、その他の固定手法を用いても良い。
FIG. 2A is a view of the light transmissive member 11 viewed from the side opposite to the subject. The light transmissive member 11 is provided with a light absorber 21 in a grid shape on the surface that does not contact the living body 10. The light absorber 21 is an alignment mark that absorbs the irradiation light 13 and generates a photoacoustic wave.
Here, black ink is used as the material of the light absorber 21. However, the light absorber is not limited to this, and any light absorber can be used as long as it absorbs the irradiation light 13 irradiated on the living body 10 and generates a photoacoustic wave. Further, printing is suitable as means for arranging the light absorber 21 on the light transmissive member 11, but other fixing methods may be used.

探触子15は、光吸収体21や生体内の光吸収体14(血液、腫瘍など)から生じた光音響波を検出し、電気信号に変換する。信号処理部は、光吸収体14,21に由来する電気信号を解析して画像再構成を行い、ユーザに画像を表示するための元データである画像データを生成する。
得られた画像データは画像表示部17に表示される。この際、投影線上の最大値を画素値とする最大値投影法(Maximum Intensity Projection:以降MIPと呼ぶ)が好適である。これにより、生体の光音響画像上にグリッドが重なった像が表示される。ただし、両方の光吸収体に由来する画像データを同時に重畳して表示可能となる方法であれば、MIP以外の方法でも構わない。
The probe 15 detects a photoacoustic wave generated from the light absorber 21 or the light absorber 14 (blood, tumor, etc.) in the living body and converts it into an electrical signal. The signal processing unit analyzes image signals derived from the light absorbers 14 and 21 to perform image reconstruction, and generates image data that is original data for displaying an image to the user.
The obtained image data is displayed on the image display unit 17. At this time, a maximum value projection method (Maximum Intensity Projection: hereinafter referred to as MIP) using the maximum value on the projection line as a pixel value is suitable. Thereby, the image which the grid overlapped on the photoacoustic image of a biological body is displayed. However, any method other than MIP may be used as long as image data derived from both light absorbers can be superimposed and displayed at the same time.

図2(b)は表示されるMIP画像である。モニター22には、光吸収体21を示すグリッド状の光音響像23と、生体内の光吸収体14を示す光音響像24が重ね合わさっている。このグリッドをアライメントマークとすることで、光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことが可能となる。   FIG. 2B is a displayed MIP image. On the monitor 22, a grid-like photoacoustic image 23 showing the light absorber 21 and a photoacoustic image 24 showing the light absorber 14 in the living body are superimposed. By using this grid as an alignment mark, accurate alignment between the photoacoustic image and the actual subject position can be performed.

また、画像表示部17は、画像データと、事前に取得した被検体と光吸収体のキャプチャー画像とを同時に表示することが好ましい。そのために光音響イメージング装置が撮像手段を備えても良いし、外部からキャプチャー画像を受信する構成としても良い。前者の場合は撮像手段が画像取得部となり、後者の場合は通信システムが画像取得部となる。   Moreover, it is preferable that the image display unit 17 simultaneously displays the image data and the captured image of the subject and the light absorber acquired in advance. Therefore, the photoacoustic imaging apparatus may include an imaging unit, or may be configured to receive a captured image from the outside. In the former case, the imaging means is an image acquisition unit, and in the latter case, the communication system is an image acquisition unit.

表示された光音響画像上からグリッドのみを消したい場合は、画像再構成によって得られた画像データにおいて、グリッド位置の画像データを消去してからMIP表示すればよい。もしくは、光吸収体21から生じる光音響波は、生体10から生じる光音響波より時間的に遅れて探触子15に到達するため、前記電気信号において時間的に遅い信号をカットしてから画像再構成を行えばよい。   If only the grid is to be erased from the displayed photoacoustic image, the image data at the grid position may be erased from the image data obtained by the image reconstruction and displayed in MIP. Alternatively, the photoacoustic wave generated from the light absorber 21 arrives at the probe 15 later than the photoacoustic wave generated from the living body 10, and therefore, after the signal that is later in time is cut from the electrical signal, the image is displayed. Reconfiguration may be performed.

アライメントマークである光吸収体21の配置パターンはグリッド状に限られない。図3に、配置パターンの例を示す。
図3(a)は光透過性部材11上に点状の光吸収体31が等間隔に配置されている例である。点状の光音響像と生体内の光吸収体14を示す光音響像の位置関係から、簡易に被検体中の光吸収体14の位置を特定することができる。
図3(b)は光透過性部材11上にグリッド状の光吸収体32が配置され、さらにグリッドの交差点には各々の位置に対応する数字(符号33)が配置された例である。これらは印刷により配置することができる。このように数字を配置することにより、スキャン範囲が広い場合でも、位置の特定が容易になる。
図3(c)は、想定される生体の輪郭に対応するように、あらかじめ光透過性部材11上に光吸収体34が印刷された例である。これにより、生体保持位置とスキャン範囲との位置関係を光音響画像上で対比できる。
The arrangement pattern of the light absorbers 21 that are alignment marks is not limited to a grid. FIG. 3 shows an example of the arrangement pattern.
FIG. 3A shows an example in which dot-like light absorbers 31 are arranged at equal intervals on the light transmissive member 11. From the positional relationship between the point-like photoacoustic image and the photoacoustic image showing the light absorber 14 in the living body, the position of the light absorber 14 in the subject can be easily specified.
FIG. 3B shows an example in which a grid-shaped light absorber 32 is disposed on the light transmissive member 11, and numbers (reference numeral 33) corresponding to the respective positions are disposed at intersections of the grid. These can be arranged by printing. By arranging numbers in this way, the position can be easily identified even when the scan range is wide.
FIG. 3C is an example in which the light absorber 34 is printed on the light transmissive member 11 in advance so as to correspond to the assumed contour of the living body. Thereby, the positional relationship between the living body holding position and the scan range can be compared on the photoacoustic image.

これらのパターン以外にも、各々の被検体に対応した光吸収体21のパターンを使用することが可能である。また、スケール表示などを印刷した光吸収体21を用いることも可能である。また、光吸収体21は、必ずしも光透過性部材11の全体に渡って配置されずとも良い。光吸収体21を、光透過性部材11のうち、被検体の測定領域に対応する範囲内のみに配置したり、被検体を光透過性部材に正射影した範囲内のみに配置したりすれば足りる。   In addition to these patterns, it is possible to use a pattern of the light absorber 21 corresponding to each subject. It is also possible to use a light absorber 21 on which a scale display or the like is printed. Further, the light absorber 21 is not necessarily arranged over the entire light transmissive member 11. If the light absorber 21 is disposed only within the range corresponding to the measurement region of the subject in the light transmissive member 11 or only within the range in which the subject is orthogonally projected onto the light transmissive member. It ’s enough.

光吸収体21は、光透過性部材11の両面のうち、被検体とは反対の面に備わっていることが好ましい。ただし、被検体と同じ面や、光透過性部材11内に備わっていても構わない。光透過性部材11と被検体とが接する面上に光吸収体21を配置する場合、光吸収体21としては水に難溶性を示すものが好ましい。   The light absorber 21 is preferably provided on the opposite surface of the light transmissive member 11 from the subject. However, it may be provided on the same surface as the subject or in the light transmissive member 11. When the light absorber 21 is disposed on the surface where the light transmissive member 11 and the subject are in contact with each other, the light absorber 21 is preferably one that is sparingly soluble in water.

光透過性部材11は光の透過性が高く、光に対する耐久性が高いものが好ましい。このような材料として例えばガラスやアクリルを使用することが可能である。光透過性部材として平板状の部材を利用すれば、被検体表面の形状を安定させ、画像再構成を容易にすることができる。   The light transmissive member 11 preferably has high light transmittance and high durability against light. For example, glass or acrylic can be used as such a material. If a flat member is used as the light transmissive member, the shape of the subject surface can be stabilized and image reconstruction can be facilitated.

保持部材12は、光の透過性が高く、光に対する耐久性が高いものが好ましい。さらに音響波の減衰が小さく、音響インピーダンスが生体に近いものが好ましい。このような材料として例えばポリメチルペンテンを使用することが可能である。
また保持部材12と生体10の間や、保持部材12と探触子15の間には、音響波の反射を抑えるための音響結合媒体を使うことが望ましい。例えばインピーダンスマッチングジェルなどを用いることが可能である。
The holding member 12 preferably has high light transmittance and high durability against light. Furthermore, it is preferable that the acoustic wave has a small attenuation and has an acoustic impedance close to that of a living body. For example, polymethylpentene can be used as such a material.
Further, it is desirable to use an acoustic coupling medium for suppressing reflection of acoustic waves between the holding member 12 and the living body 10 and between the holding member 12 and the probe 15. For example, an impedance matching gel can be used.

以降、装置構成を詳細に説明する。説明中、生体10に関して、探触子15が配置された保持部材12側を探触子側と呼び、光透過性部材11側を非探触子側と呼ぶことにする。   Hereinafter, the apparatus configuration will be described in detail. In the description, with respect to the living body 10, the holding member 12 side on which the probe 15 is disposed is referred to as a probe side, and the light transmissive member 11 side is referred to as a non-probe side.

照射光13は、生体10を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特性の波長の光を用いる。本実施形態において、照射光13は探触子側の光出射部19と非探触子側の光出射部18の両側から照射しているが、光出射部18からのみ照射することも可能である。また、光出射部19からの照射において探触子の両側から照射しているが、探触子15の前面に位置する生体10の表面に光が照射されればよく、例えば探触子の片側から照射しても良い。   As the irradiation light 13, light having a wavelength with a characteristic that is absorbed by a specific component among components constituting the living body 10 is used. In this embodiment, the irradiation light 13 is irradiated from both sides of the light emitting unit 19 on the probe side and the light emitting unit 18 on the non-probe side, but it is also possible to irradiate only from the light emitting unit 18. is there. In addition, although irradiation is performed from both sides of the probe in the irradiation from the light emitting unit 19, it is sufficient that light is irradiated on the surface of the living body 10 positioned in front of the probe 15, for example, one side of the probe You may irradiate from.

光出射部18や19として、光源から発する光を生体に導く、光バンドルファイバーやミラーのようなライトガイドを利用できる。あるいは光出射部18に光源を配置しても良い。照射光13はパルス光が好ましく、パルス幅が数ナノから数百ナノ秒オーダーのものが特に好ましい。
照射光13を発生する光源としてはレーザーが好ましい。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用できる。また、レーザーの代わりに発光ダイオードなどを用いても良い。発振する波長を変換可能
な色素やOPO(Optical Parametric Oscillators)もしくはチタンサファイヤレーザーを用いれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。
A light guide such as an optical bundle fiber or a mirror that guides light emitted from the light source to the living body can be used as the light emitting units 18 and 19. Alternatively, a light source may be arranged in the light emitting unit 18. The irradiation light 13 is preferably pulsed light, particularly preferably having a pulse width on the order of several nanometers to several hundred nanoseconds.
As a light source for generating the irradiation light 13, a laser is preferable. As the laser, various lasers such as a solid laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used. Further, a light emitting diode or the like may be used instead of the laser. If a dye capable of converting the oscillation wavelength, OPO (Optical Parametric Oscillators), or titanium sapphire laser is used, it is possible to measure the difference in the optical characteristic value distribution depending on the wavelength.

使用する光源の波長に関しては、生体内において吸収が少ない700nmから1100nmの領域が好ましい。しかし上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば400nmから1600nmの波長領域、さらにはテラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
また、照射光13の光源は生体10の表面に沿って走査することも可能である。
Regarding the wavelength of the light source to be used, a region of 700 nm to 1100 nm, which is less absorbed in the living body, is preferable. However, it is also possible to use a wavelength range wider than the above wavelength range, for example, a wavelength range of 400 nm to 1600 nm, and a terahertz wave, microwave, and radio wave range.
In addition, the light source of the irradiation light 13 can be scanned along the surface of the living body 10.

探触子15としては、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような音波検出器を用いてもよい。なお、探触子15は、光源13と同様に被検体10の表面に沿って走査するような構成であってもよい。両者が同期して被検体上を走査することで、広い範囲を測定できる。   As the probe 15, any acoustic wave detector can be used as long as it can detect an acoustic wave signal, such as a transducer using a piezoelectric phenomenon, a transducer using optical resonance, or a transducer using a change in capacitance. May be used. The probe 15 may be configured to scan along the surface of the subject 10 like the light source 13. A wide range can be measured by scanning the subject synchronously.

また、本実施形態では、受信素子が2次元アレイ状に配置されたアレイ型の探触子15を配置させた場合を示しているが、このような配置に限らず、複数の個所で音響波が検知可能に構成されていればよい。すなわち、複数の個所で音響波を検知できれば同じ効果が得られるため、1個の受信素子を持つ探触子(シングルトランスデューサー)を保持部材12の表面上で走査しても良い。
なお、探触子15から得られた電気信号が小さい場合は増幅器を用いて、信号強度を増幅することが好ましい。
In the present embodiment, the array type probe 15 in which the receiving elements are arranged in a two-dimensional array is shown. However, the present invention is not limited to such an arrangement, and acoustic waves are generated at a plurality of locations. Should just be comprised so that detection is possible. That is, since the same effect can be obtained if acoustic waves can be detected at a plurality of locations, a probe (single transducer) having one receiving element may be scanned on the surface of the holding member 12.
When the electrical signal obtained from the probe 15 is small, it is preferable to amplify the signal intensity using an amplifier.

信号処理部16は、探触子15より得られた電気信号に基づいて、生体内の光吸収体14の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などの光学特性値分布と、光透過性部材11上の光吸収体22の光学特性値分布を計算する。
得られた複数位置での電気信号から光学特性値分布を得るための再構成アルゴリズムとしては、ユニバーサルバックプロジェクションや整相加算などが考えられる。これらのアルゴリズムを用いる際に、本実施形態では、生体10と探触子15の間に位置する保持部材12による音響波の屈折や音速の変化を考慮する必要がある。
Based on the electrical signal obtained from the probe 15, the signal processing unit 16 determines the position and size of the light absorber 14 in the living body, or an optical characteristic value distribution such as a light absorption coefficient or a light energy deposition amount distribution. The optical characteristic value distribution of the light absorber 22 on the light transmissive member 11 is calculated.
As a reconstruction algorithm for obtaining an optical characteristic value distribution from the obtained electrical signals at a plurality of positions, universal back projection, phasing addition, and the like are conceivable. When using these algorithms, in this embodiment, it is necessary to consider the refraction of acoustic waves and the change in sound speed caused by the holding member 12 positioned between the living body 10 and the probe 15.

なお、信号処理部16は音響波の強さとその時間変化を記憶し、それを演算手段により、光学特性値分布のデータに変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。
なお、複数の波長の光を用いた場合は、それぞれの波長に関して、生体内の光学係数を算出し、それらの値を、生体組織を構成する物質(グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど)固有の波長依存性と比較する。これによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。
The signal processing unit 16 may store any intensity of the acoustic wave and its temporal change, and any signal can be used as long as it can be converted into optical characteristic value distribution data by the calculation means.
In addition, when multiple wavelengths of light are used, the optical coefficients in the living body are calculated for each wavelength, and those values are specific to the substances that make up the living tissue (glucose, collagen, oxidized / reduced hemoglobin, etc.) Compare with the wavelength dependence of. Thereby, it is also possible to image the concentration distribution of the substance constituting the living body.

画像表示部17は、画像データと、事前に取得した被検体と光吸収体のキャプチャー画像とを同時に表示することが好ましい。また、キャプチャー画像は画像データを算出したのちに取得しても良い。画像表示部17は装置の構成要素であっても良いし、装置と接続された外部の構成要素であっても良い。   It is preferable that the image display unit 17 simultaneously displays the image data and the captured image of the subject and the light absorber acquired in advance. The captured image may be acquired after calculating the image data. The image display unit 17 may be a component of the device or an external component connected to the device.

このような生体情報イメージング装置を用いることで、装置を複雑化させることなく、簡易に光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことが可能となる。   By using such a biological information imaging apparatus, accurate alignment between the photoacoustic image and the actual subject position can be easily performed without complicating the apparatus.

<実施形態2>
図4に、本実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を示す。実施形態1との相違点は、装置が光透過性部材11と保持部材12の代わりに容器状の保持部50、5
1を備え、保持部51内部に探触子15を具備している点である。図1に示した装置と共通する構成要素には同一の符号を付して、異なる部分のみを以下に説明する。
<Embodiment 2>
FIG. 4 shows a configuration example of the biological information imaging apparatus in the present embodiment. The difference from the first embodiment is that the apparatus is a container-shaped holding portion 50, 5 instead of the light transmissive member 11 and the holding member 12.
1 and the probe 15 is provided inside the holding portion 51. Constituent elements common to the apparatus shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only different portions will be described below.

本実施形態では容器状の保持部40、41を用いることにより、生体10をフィルムによって保持することができる。生体10と探触子15の間の部材をフィルム状にすることで、保持部による音響波の多重反射が抑制されるため、高精細なイメージングが可能となる。
また、多重反射が起こりにくいため、探触子側にアライメントマークとなる光吸収体を配置することが可能となる。図1の探触子側の保持部材12にアライメントマークとなる光吸収体を配置することも可能である。ただしその場合、光吸収体から生じる光音響波が保持部材12中で多重反射し、生体内の画像を劣化させてしまう。
In the present embodiment, the living body 10 can be held by a film by using the container-like holding portions 40 and 41. Since the member between the living body 10 and the probe 15 is formed into a film shape, multiple reflection of acoustic waves by the holding unit is suppressed, so that high-definition imaging is possible.
In addition, since multiple reflections are unlikely to occur, it is possible to arrange a light absorber serving as an alignment mark on the probe side. It is also possible to arrange a light absorber serving as an alignment mark on the holding member 12 on the probe side in FIG. However, in that case, the photoacoustic wave generated from the light absorber is multiple-reflected in the holding member 12 to deteriorate the in-vivo image.

保持部40と41は生体10を挟み込むように保持する。保持部40の底面(生体と接する面)は、光透過性のフィルム42である。本実施形態では、このフィルム42が、本発明の光を透過する部材と考えられる。保持部41の底面(生体と接する面)も、光透過性のフィルム43である。光透過性のフィルム43は音を透過するものが好ましく、例えばポリエチレンフィルムなどを使用できる。保持部41の容器の中は、水やひまし油などの音響結合媒体44で満たされている。   The holding parts 40 and 41 hold the living body 10 so as to sandwich the living body 10. The bottom surface of the holding unit 40 (the surface in contact with the living body) is a light transmissive film 42. In the present embodiment, the film 42 is considered as a member that transmits light of the present invention. The bottom surface of the holding unit 41 (the surface in contact with the living body) is also a light transmissive film 43. The light-transmitting film 43 is preferably one that transmits sound, and for example, a polyethylene film can be used. The container of the holding part 41 is filled with an acoustic coupling medium 44 such as water or castor oil.

光透過性のフィルム43には、図2や図3に示したような、アライメントマークとなる光吸収体21が備わっている。光吸収体21は照射光13を吸収し、光音響波を生じる。光吸収体21は、黒色のインクなどの材料を、印刷などの手法でフィルムに固定して作製できる。   The light transmissive film 43 is provided with a light absorber 21 as an alignment mark as shown in FIGS. The light absorber 21 absorbs the irradiation light 13 and generates a photoacoustic wave. The light absorber 21 can be manufactured by fixing a material such as black ink to a film by a technique such as printing.

照射光、探触子、信号処理部や画像表示部、信号処理方法や画像表示方法については、実施形態1と同様のものを使用することができるので、詳しい説明を省略する。また、本実施形態において、保持部40は光透過性の板状部材を用いることも可能である。
さらに、本実施形態では光透過性のフィルム43上に光吸収体が備わっているが、光透過性のフィルム42上に光吸収体を備えることによっても同様の効果が得られる。
このような実施形態に示された生体情報イメージング装置を用いることで、装置を複雑化させることなく、簡易に光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことが可能となる。
Since irradiation light, a probe, a signal processing unit and an image display unit, a signal processing method and an image display method can be the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. In the present embodiment, the holding unit 40 may be a light transmissive plate member.
Furthermore, although the light absorber is provided on the light transmissive film 43 in the present embodiment, the same effect can be obtained by providing the light absorber on the light transmissive film 42.
By using the biological information imaging apparatus shown in such an embodiment, accurate alignment between the photoacoustic image and the actual subject position can be easily performed without complicating the apparatus. .

<実施形態3>
実施形態3における生体情報イメージング装置の全体的な構成や、照射光、探触子、信号処理部や画像表示部については、上記の各実施形態と同様のものを使用できるので、詳しい説明は省略する。以後、図1を用いて説明する。
<Embodiment 3>
The overall configuration of the biological information imaging apparatus according to the third embodiment, the irradiation light, the probe, the signal processing unit, and the image display unit can be the same as those in each of the above embodiments, and detailed description thereof is omitted. To do. Hereinafter, description will be made with reference to FIG.

図5(a)は、被検体とは反対側から光透過性部材11を見た図である。グリッド状の光吸収体51が配置されている。図2に示したものと共通する構成要素には同一の符号を付して、詳しい説明を省略する。   FIG. 5A is a view of the light transmissive member 11 viewed from the side opposite to the subject. A grid-shaped light absorber 51 is arranged. Components that are the same as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.

光源は、波長可変のものを用いる。例えばチタンサファイヤレーザーやOPOレーザーを使用できる。また、波長を切り替えるための制御手段を備える。異なる波長の光を発する複数のレーザーを切り替えて使用しても良い。生体内の光吸収体14によって吸収される光波長域と、光吸収体51において吸収される光波長域とが異なるように、光吸収体51の材質や照射光の波長を設定する。   A light source having a variable wavelength is used. For example, a titanium sapphire laser or an OPO laser can be used. Moreover, the control means for switching a wavelength is provided. A plurality of lasers that emit light of different wavelengths may be switched and used. The material of the light absorber 51 and the wavelength of the irradiation light are set so that the light wavelength region absorbed by the light absorber 14 in the living body and the light wavelength region absorbed by the light absorber 51 are different.

本実施形態のフローチャートを図6に示す。
ステップS601において、光源が、保持された生体10に、生体内の光吸収体14が
吸収する第1の波長(λ1)の照射光13を照射する。
ステップS602において、探触子15が、光吸収体14から生じる光音響波を検出し電気信号に変換する。
ステップS603において、信号処理部16が、電気信号から、光学特性値分布情報などの第1の画像データを生成する。この第1の画像データを表示すると、図5(b)のように、生体内の光吸収体の光音響像52が画像化される。
A flowchart of the present embodiment is shown in FIG.
In step S601, the light source irradiates the held living body 10 with the irradiation light 13 having the first wavelength (λ1) absorbed by the light absorber 14 in the living body.
In step S602, the probe 15 detects the photoacoustic wave generated from the light absorber 14 and converts it into an electrical signal.
In step S603, the signal processing unit 16 generates first image data such as optical characteristic value distribution information from the electrical signal. When the first image data is displayed, a photoacoustic image 52 of the light absorber in the living body is imaged as shown in FIG.

ステップS604において、照射光13の波長を、光透過性部材11上の光吸収体51が吸収する第2の波長(λ2)に切り替えて、照射光13を照射する。
ステップS605において、探触子15が、光吸収体51から生じる光音響波を検出し電気信号に変換する。
ステップS606において、信号処理部16が、電気信号から、光学特性値分布情報などの第2の画像データを生成する。この第2の画像データを表示すると、図5(c)に示すように、透過性部材11上の光吸収体の光音響像53が画像化される。
In step S604, the wavelength of the irradiation light 13 is switched to the second wavelength (λ2) absorbed by the light absorber 51 on the light transmissive member 11, and the irradiation light 13 is irradiated.
In step S605, the probe 15 detects the photoacoustic wave generated from the light absorber 51 and converts it into an electrical signal.
In step S606, the signal processing unit 16 generates second image data such as optical characteristic value distribution information from the electrical signal. When the second image data is displayed, a photoacoustic image 53 of the light absorber on the transmissive member 11 is imaged as shown in FIG.

ステップS607において、第1の画像データと第2の画像データが重ね合わせ表示される。これにより、図6(d)に示すように、モニター54に、光透過性部材11上の光吸収体51を示すグリッド状の光音響像53と、生体内の光吸収体14を示す光音響像52が重ね合わさったMIP画像として表示される。   In step S607, the first image data and the second image data are superimposed and displayed. As a result, as shown in FIG. 6D, a grid-like photoacoustic image 53 showing the light absorber 51 on the light transmissive member 11 and a photoacoustic showing the light absorber 14 in the living body are displayed on the monitor 54. The image 52 is displayed as a superimposed MIP image.

また、画像表示部17は、画像データと、事前に取得した被検体と光吸収体のキャプチャー画像とを同時に表示することが好ましい。このとき表示されるグリッドをアライメントマークとすることで、光音響画像と実際の被検体とを正確に位置合わせできるようになる(S608)。
また本実施形態では、生体内の画像を生成する際に、1つの波長(λ1)のみを用いた。しかし、複数の波長を用いることで、生体内の物質の濃度分布や酸素飽和度を画像化できる。逆に、光透過性部材上の光吸収体として、生体内の光吸収体が吸収する波長と同程度の波長領域の光を吸収するものを用いても良い。
Moreover, it is preferable that the image display unit 17 simultaneously displays the image data and the captured image of the subject and the light absorber acquired in advance. By using the grid displayed at this time as an alignment mark, the photoacoustic image and the actual subject can be accurately aligned (S608).
In this embodiment, only one wavelength (λ1) is used when generating an in-vivo image. However, by using a plurality of wavelengths, it is possible to image the concentration distribution and oxygen saturation of the substance in the living body. Conversely, as the light absorber on the light transmissive member, one that absorbs light in a wavelength region similar to the wavelength absorbed by the light absorber in the living body may be used.

このような生体情報イメージング装置を用いることで、装置を複雑化させることなく、簡易に光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせを行うことが可能となる。   By using such a biological information imaging apparatus, accurate alignment between the photoacoustic image and the actual subject position can be easily performed without complicating the apparatus.

<実施形態4>
図7に、本実施形態における生体情報イメージング装置の構成例を示す。この装置は、腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値や、生体組織を構成する物質の濃度分布を、高分解能に画像化できる。
<Embodiment 4>
FIG. 7 shows a configuration example of the biological information imaging apparatus in the present embodiment. This apparatus can image the optical characteristic values in the living body and the concentration distribution of substances constituting the living tissue with high resolution for the diagnosis of tumors, vascular diseases and the like, and the follow-up of chemical treatment.

測定対象である被検体は、生体70である。生体70を配置する被検体保持台701を備えることが好ましい。装置は、光出射部71、水槽72を備える。光出射部71からは照射光74が照射される。装置は、照射光を生体内に集光する光学部品75を備えることが好ましい。水槽72内には音響結合媒体79が配置されている。また、水槽72の底面は光透過性のフィルム73である。光透過性のフィルム73はアライメントマークとなる光吸収体を備える。   The subject to be measured is the living body 70. It is preferable to include a subject holding base 701 on which the living body 70 is arranged. The apparatus includes a light emitting unit 71 and a water tank 72. Irradiation light 74 is emitted from the light emitting portion 71. The apparatus preferably includes an optical component 75 that collects the irradiation light in the living body. An acoustic coupling medium 79 is disposed in the water tank 72. The bottom surface of the water tank 72 is a light transmissive film 73. The light transmissive film 73 includes a light absorber that serves as an alignment mark.

装置はまた、生体内や生体外の光吸収体に光が照射されたときに発生する光音響波を検出し電気信号に変換する、フォーカス型超音波探触子76を備える。照射光の集光位置とフォーカス型超音波探触子76の焦点位置は合うように配置する。
また、上記実施形態と同様に、信号処理部77と画像表示部78を備える。
The apparatus also includes a focus type ultrasonic probe 76 that detects a photoacoustic wave generated when light is irradiated on a light absorber inside or outside the living body and converts it into an electric signal. The focusing position of the irradiation light and the focus position of the focus type ultrasonic probe 76 are arranged so as to match.
Moreover, the signal processing part 77 and the image display part 78 are provided similarly to the said embodiment.

図8(a)は、光透過性部材であるフィルム81(図7の符号73に相当)を、生体8
0(図7の符号70に相当)と接する面とは反対側から、すなわち上面から見た図である。光透過性フィルム81には、グリッド状にアライメントマークとなる光吸収体82が備わっている。光吸収体82は照射光13を吸収して光音響波を生じるものであり、例えば印刷により固定された黒色インクが利用できる。
FIG. 8A shows a film 81 (corresponding to reference numeral 73 in FIG.
It is the figure seen from the opposite side to the surface which contacts 0 (equivalent to the code | symbol 70 of FIG. 7), ie, the upper surface. The light transmissive film 81 is provided with a light absorber 82 serving as an alignment mark in a grid shape. The light absorber 82 absorbs the irradiation light 13 and generates a photoacoustic wave. For example, black ink fixed by printing can be used.

フォーカス型探触子76は、超音波を収束させるように設計された1個の受信素子を持つ探触子(シングルトランスデューサー)であり、光吸収体82と血液などの生体内の光吸収体83から生じた光音響波を検出し、電気信号に変換する。フォーカス型探触子76と、照射光74の照射位置とを同期させてスキャンすることで、生体を2次元的に測定できる。図8(a)では、実線で囲まれた範囲84を2次元スキャンしている。   The focus type probe 76 is a probe (single transducer) having one receiving element designed to converge an ultrasonic wave, and a light absorber 82 and a light absorber in a living body such as blood. The photoacoustic wave generated from 83 is detected and converted into an electric signal. By scanning the focus type probe 76 and the irradiation position of the irradiation light 74 in synchronization, the living body can be measured two-dimensionally. In FIG. 8A, a range 84 surrounded by a solid line is two-dimensionally scanned.

2次元スキャン結果を表示する際、投影線上の最大値を画素値とする最大値投影法(Maximum Intensity Projection:以降MIPと呼ぶ)を利用できる。これにより、生体の光音響画像上にグリッドが重なった像が表示される。なお、生体内の光吸収体をアラインメントマークと同時に表示できる方法であれば、MIP以外の方法でも構わない。
図8(b)は表示されるMIP画像である。モニター85には光吸収体82を示すグリッド状の光音響像86と、生体内の光吸収体83を示す光音響像87が重ね合わさって表示される。
画像表示部17は、画像データと、事前に取得した被検体と光吸収体のキャプチャー画像とを同時に表示することが好ましい。
When displaying a two-dimensional scan result, a maximum value projection method (Maximum Intensity Projection: hereinafter referred to as MIP) using a maximum value on a projection line as a pixel value can be used. Thereby, the image which the grid overlapped on the photoacoustic image of a biological body is displayed. Any method other than MIP may be used as long as the light absorber in the living body can be displayed simultaneously with the alignment mark.
FIG. 8B is a displayed MIP image. On the monitor 85, a grid-like photoacoustic image 86 showing the light absorber 82 and a photoacoustic image 87 showing the light absorber 83 in the living body are superimposed and displayed.
It is preferable that the image display unit 17 simultaneously displays the image data and the captured image of the subject and the light absorber acquired in advance.

図8(c)は、光透過性フィルム81にアライメントマークとなる光吸収体が存在しない、従来の光音響顕微鏡装置である。この装置を用いて光音響イメージングを行うと、図8(d)のような光音響画像が得られる。しかし、生体において血管のような光吸収体83は皮下にあり目視しにくいため、アラインメントマークなしでは、正確な位置合わせやスキャン範囲の同定が困難である。   FIG. 8C shows a conventional photoacoustic microscope apparatus in which the light transmissive film 81 does not have a light absorber serving as an alignment mark. When photoacoustic imaging is performed using this apparatus, a photoacoustic image as shown in FIG. 8D is obtained. However, since the light absorber 83 such as a blood vessel in the living body is under the skin and is difficult to see, accurate alignment and scan range identification are difficult without the alignment mark.

一方、本実施形態では、グリッド状の光音響像86をアライメントマークとすることで、光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせが可能となる。
表示された光音響画像上からグリッドのみを消したい場合は、得られた画像データにおいて、グリッド位置のデータを入れずにMIP表示すればよい。もしくは、光吸収体82から生じる光音響波は、生体から生じる光音響波より時間的に先にフォーカス型探触子76に到達するため、前記電気信号において時間的に早い信号をカットしてから画像データに変換すればよい。
On the other hand, in the present embodiment, by using the grid-like photoacoustic image 86 as an alignment mark, it is possible to accurately align the photoacoustic image and the actual subject position.
When only the grid is to be erased from the displayed photoacoustic image, the obtained image data may be displayed in MIP without including the data of the grid position. Alternatively, since the photoacoustic wave generated from the light absorber 82 reaches the focus type probe 76 earlier in time than the photoacoustic wave generated from the living body, a signal earlier in time is cut from the electrical signal. What is necessary is just to convert into image data.

光吸収体82の形状はグリッド状に限られず、アライメントマークとして働くものであればよい。また、光吸収体82は水に不溶なものが好ましい。
光透過性フィルム81は光の透過性が高く、光に対する耐久性が高いものが好ましい。このような材料として例えばポリエチレンフィルムを使用することが可能である。
The shape of the light absorber 82 is not limited to a grid shape, and any shape that functions as an alignment mark may be used. The light absorber 82 is preferably insoluble in water.
The light transmissive film 81 preferably has high light transmittance and high durability against light. For example, a polyethylene film can be used as such a material.

光出射部71として、光源から発するパルス光を導くライトガイド(例えば光ファイバー)を使用できる。また光出射部71に光源を配置しても良い。
また水槽72中の音響結合媒体79は、生体とフォーカス型探触子76を音響的にマッチングさせるものであれば良く、例えば水を利用できる。
As the light emitting unit 71, a light guide (for example, an optical fiber) that guides pulsed light emitted from a light source can be used. Further, a light source may be arranged in the light emitting part 71.
The acoustic coupling medium 79 in the water tank 72 may be anything that acoustically matches the living body and the focus type probe 76, and water can be used, for example.

フォーカス型探触子76は音を収束するための音響レンズを備えることが好ましい。しかし、音が収束できるものであれば良く、例えば受信面が凹面型に形成された探触子を用いることもできる。
探触子としては、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデ
ューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような音波検出器を用いてもよい。また、探触子は高周波数の超音波を受信できるものが好ましい。さらに、広帯域であることが好ましい。
The focus type probe 76 preferably includes an acoustic lens for converging sound. However, any probe that can converge the sound may be used. For example, a probe having a concave receiving surface may be used.
As a probe, any acoustic wave detector can be used as long as it can detect an acoustic wave signal, such as a transducer using a piezoelectric phenomenon, a transducer using optical resonance, or a transducer using a change in capacitance. It may be used. The probe is preferably capable of receiving high-frequency ultrasonic waves. Furthermore, a broadband is preferable.

フォーカス型探触子76として、シングルトランスデューサーではなく、受信素子がアレイ状に配置された探触子を用いても良い。この場合、各々の受信素子に収音レンズ等を備える必要がある。
なお、フォーカス型探触子76から得られた電気信号が小さい場合は増幅器を用いて、信号強度を増幅することが好ましい。
As the focus type probe 76, a probe in which receiving elements are arranged in an array may be used instead of a single transducer. In this case, it is necessary to provide a sound collection lens or the like for each receiving element.
When the electric signal obtained from the focus type probe 76 is small, it is preferable to amplify the signal intensity using an amplifier.

信号処理部77は、フォーカス型探触子76より得られた電気信号に基づいて、生体内の吸収体の位置や大きさ、あるいは光吸収係数あるいは光エネルギー堆積量分布などの光学特性値分布を計算する。また、光透過性フィルム81上の光吸収体82の光学特性値分布を計算する。
複数位置での電気信号から光学特性値分布を得るための画像処理としては、ヒルベルト変換を用いた包絡線検波を行った後に、音の到達時間の時間軸を音のフォーカス方向の空間軸に変換して、三次元位置データすることが考えられる。
Based on the electrical signal obtained from the focus type probe 76, the signal processing unit 77 calculates the position and size of the absorber in the living body, or the optical characteristic value distribution such as the light absorption coefficient or the light energy deposition amount distribution. calculate. Further, the optical characteristic value distribution of the light absorber 82 on the light transmissive film 81 is calculated.
For image processing to obtain optical characteristic value distribution from electrical signals at multiple positions, after performing envelope detection using Hilbert transform, the time axis of sound arrival time is converted to the spatial axis in the sound focus direction Thus, it is conceivable to perform three-dimensional position data.

図9を用いて、本実施形態における具体的な処理を説明する。
生体としては、ヌードマウスを用いた。
フォーカス型探触子はPZTから成る、中心周波数50MHzのものを用い、レンズ面から8mmの位置に音の焦点が結ばれるように設計した音響レンズをPZTの全面に配置する。また、水槽内には音響マッチングのために水を満たす。
Specific processing in the present embodiment will be described with reference to FIG.
As a living body, a nude mouse was used.
The focus type probe is made of PZT and has a center frequency of 50 MHz, and an acoustic lens designed so that the sound is focused at a position of 8 mm from the lens surface is disposed on the entire surface of the PZT. The water tank is filled with water for acoustic matching.

図9(a)は、光音響測定前に、光透過性部材であるフィルム90を被検体とは反対側から撮影したキャプチャー画像である。図9(a)において、ポリエチレンフィルムである光透過性フィルム90上には、黒色のインクにより光吸収体91がグリッド状に印刷されている。   FIG. 9A is a captured image obtained by photographing the film 90 as a light transmissive member from the opposite side to the subject before the photoacoustic measurement. In FIG. 9A, a light absorber 91 is printed in a grid shape with black ink on a light transmissive film 90 which is a polyethylene film.

光源としてはYAGレーザーを用いる。出射するパルス光の繰り返し周波数は10Hz、パルス幅は10nsであり、波長は532nmとする。YAGレーザーで発するパルス光は、コア径550μmの光ファイバーを用いて生体へ出射する。
また、音の焦点位置に光を集めるための光学部品として、アルミニウムのミラーとアキシコンレンズを用いる。
A YAG laser is used as the light source. The repetition frequency of the emitted pulsed light is 10 Hz, the pulse width is 10 ns, and the wavelength is 532 nm. The pulsed light emitted by the YAG laser is emitted to the living body using an optical fiber having a core diameter of 550 μm.
In addition, an aluminum mirror and an axicon lens are used as optical components for collecting light at the focal point of the sound.

光音響測定は、ステッピグモーターを用いて探触子と光照射位置を走査しながら行われる。スキャンピッチはX方向とY方向共に50μmとし、それぞれ100ステップ走査することで、実線92で囲まれた5mm×5mmの範囲が測定される。   Photoacoustic measurement is performed while scanning the probe and the light irradiation position using a stepping motor. The scan pitch is 50 μm in both the X direction and the Y direction, and a range of 5 mm × 5 mm surrounded by the solid line 92 is measured by scanning 100 steps each.

図9(b)が、測定結果をMIP表示したものである。マウスの血管像93と光吸収体91のグリッド像94が重なって表示されている。
そして、事前にキャプチャーした図9(a)と図9(b)とを比較することにより、光音響像における血管位置と、実際の生体位置との正確な位置合わせを容易に行うことができる。
FIG. 9B is a MIP display of the measurement result. The blood vessel image 93 of the mouse and the grid image 94 of the light absorber 91 are displayed so as to overlap each other.
Then, by comparing FIG. 9A and FIG. 9B captured in advance, accurate alignment between the blood vessel position in the photoacoustic image and the actual living body position can be easily performed.

一方、図9(c)は光透過性フィルム上に光吸収体をもたない従来の装置におけるキャプチャー画像である。この装置による測定結果を画像化したものが図9(d)である。見て分かるように、音響像における血管位置と実際の生体位置との正確な位置合わせを行うことが困難である。   On the other hand, FIG. 9C is a captured image in a conventional apparatus having no light absorber on the light transmissive film. FIG. 9D shows an image of the measurement result obtained by this apparatus. As can be seen, it is difficult to accurately align the blood vessel position in the acoustic image with the actual living body position.

このように、本発明に係る生体情報イメージング装置によれば、装置を複雑化させることなく、簡易に光音響画像と実際の被検体位置との正確な位置合わせが可能となる。   As described above, according to the biological information imaging apparatus of the present invention, accurate alignment between the photoacoustic image and the actual subject position can be easily performed without complicating the apparatus.

以上述べたように、本発明によれば、腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などのため、生体内の光学特性値分布及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布の画像化が可能となる。本発明は医療用画像診断機器として利用可能である。
さらに、非生体物質を対象とした非破壊検査などへの応用も可能である。
As described above, according to the present invention, for the diagnosis of tumors and vascular diseases and the follow-up of chemical treatment, etc., the distribution of optical characteristic values in the living body and the substances constituting the living tissue obtained from the information It is possible to form an image of the density distribution. The present invention can be used as a medical diagnostic imaging apparatus.
Furthermore, application to non-destructive inspection for non-biological substances is also possible.

11:光透過性部材,21:光吸収体,16:探触子,16:信号処理部,18,19:光出射部   11: Light transmissive member, 21: Light absorber, 16: Probe, 16: Signal processing unit, 18, 19: Light emitting unit

Claims (15)

光源からの光を照射する光出射部と、
被検体と前記光出射部との間に配置された、光を透過する部材と、
前記部材に配置された光吸収体と、
前記光出射部から光を照射された前記被検体および前記光吸収体から生じる音響波を受信して電気信号に変換する探触子と、
前記電気信号を用いて、前記被検体内および前記光吸収体の画像データを生成する信号処理部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
A light emitting unit that emits light from a light source;
A light transmitting member disposed between the subject and the light emitting unit;
A light absorber disposed on the member;
A probe that receives an acoustic wave generated from the subject and the light absorber irradiated with light from the light emitting unit and converts the acoustic wave into an electrical signal;
Using the electrical signal, a signal processing unit that generates image data of the subject and the light absorber;
A subject information acquisition apparatus characterized by comprising:
前記信号処理部は、前記被検体内および前記光吸収体の画像データを、画像表示装置に最大値投影法により表示可能となるように生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。
2. The subject according to claim 1, wherein the signal processing unit generates image data of the subject and the light absorber so that the image data can be displayed on an image display device by a maximum value projection method. Information acquisition device.
前記光吸収体は、前記部材のうち、前記被検体の測定領域に対応する範囲内に配置される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is arranged in a range corresponding to a measurement region of the object among the members.
前記光吸収体は、前記部材のうち、前記被検体を前記部材に正射影した範囲内に配置される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。
3. The subject information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is disposed within a range of the member in which the subject is orthogonally projected onto the member. 4.
前記被検体および前記光吸収体のキャプチャー画像を取得する画像取得部をさらに有し、
前記信号処理部は、前記画像データとともに前記キャプチャー画像を画像表示装置に表示させる
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
An image acquisition unit for acquiring a captured image of the subject and the light absorber;
5. The object information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit displays the captured image together with the image data on an image display device. 6.
前記光源は、複数の波長の光を照射できるものである
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
6. The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light source is capable of irradiating light having a plurality of wavelengths.
前記光吸収体は、前記部材のうち前記被検体と接しない側に配置される
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is disposed on a side of the member that does not contact the object.
前記光吸収体は、水に難溶性である
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is hardly soluble in water.
前記光吸収体は、前記部材に印刷されたものである
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is printed on the member.
前記光吸収体は、前記部材上にグリッド状に配置される
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is arranged in a grid shape on the member.
前記光吸収体は、前記部材上に点状に等間隔に配置される
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorbers are arranged at regular intervals in a dot shape on the member.
前記光吸収体は、前記部材上に、想定される被検体の輪郭に対応するように配置されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。   10. The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the light absorber is disposed on the member so as to correspond to an assumed contour of the object. 11. 前記部材は、平板状である
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the member has a flat plate shape.
前記部材は、ガラスまたはアクリルで構成される
ことを特徴とする請求項13に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 13, wherein the member is made of glass or acrylic.
前記部材は、フィルム状である
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。
The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the member has a film shape.
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