JP2015057245A - Photoacoustic imaging device, photoacoustic imaging method, and program for executing photoacoustic imaging method - Google Patents

Photoacoustic imaging device, photoacoustic imaging method, and program for executing photoacoustic imaging method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical characteristic value distribution, such as an absorption coefficient in an analyte, with high accuracy.SOLUTION: A photoacoustic imaging device includes: an acoustic wave conversion section 1 that receives acoustic waves 81 and 82 generated upon irradiation of light 4 onto an analyte 6 and converts the acoustic waves 81 and 82 into electrical signals; and a processing section 2 that determines a light quantity distribution in the analyte 6 on the basis of a light quantity distribution or illuminance distribution of the irradiated light 4 on the surface of the analyte 6, and creates image data on the basis of the electrical signals and the light quantity distribution in the analyte 6.

Description

本発明は、光音響イメージング装置、光音響イメージング方法および光音響イメージング方法を実行するためのプログラムに関するものである。   The present invention relates to a photoacoustic imaging apparatus, a photoacoustic imaging method, and a program for executing the photoacoustic imaging method.

レーザーなどの光源から被検体に照射した光を被検体内に伝播させ、被検体内の情報を得る光音響イメージング装置の研究が医療分野を中心に積極的に進められている。このような光音響イメージング技術の一つとして、特許文献1では、Photoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィー)が提案されている。   Research on a photoacoustic imaging apparatus that obtains information in a subject by propagating light irradiated on the subject from a light source such as a laser is actively advanced mainly in the medical field. As one of such photoacoustic imaging techniques, Patent Document 1 proposes Photoacoustic Tomography (PAT: Photoacoustic Tomography).

PATとは、光源から発生したパルス光を生体(被検体)に照射し、被検体内を伝播・拡散した光が生体組織で吸収されて発生する音響波を受信し、受信した音響波を解析処理することで、被検体である生体内部の光学特性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等の生体情報、特に、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
PAT irradiates a living body (subject) with pulsed light generated from a light source, receives acoustic waves generated by absorption and propagation of light propagated and diffused in the subject, and analyzes the received acoustic waves This is a technique for visualizing information related to optical characteristics inside the living body, which is the subject, by processing.
Thereby, biological information such as optical characteristic value distribution in the subject, in particular, light energy absorption density distribution can be obtained.

PATでは、被検体内における光吸収体から発生する音響波の初期音圧P0は次式で表すことができる。
P0=Γ・μa・Φ・・・式1
ここで、Γはグルナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速cの二乗の積を定圧比熱CPで割ったものである。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られており、μaは吸収体の光吸収係数、Φは局所的な領域での光量(吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う)である。
In the PAT, the initial sound pressure P0 of the acoustic wave generated from the light absorber in the subject can be expressed by the following equation.
P0 = Γ · μa · Φ ・ ・ ・ Equation 1
Here, Γ is the Gruneisen coefficient, which is the product of the square of the volume expansion coefficient β and the speed of sound c divided by the constant pressure specific heat CP. Γ is known to take a substantially constant value when the subject is determined, μa is the light absorption coefficient of the absorber, Φ is the amount of light in the local area (the amount of light irradiated to the absorber, light Also called fluence).

被検体中を伝搬してきた音響波の大きさである音圧Pの時間変化を測定し、その測定結果から初期音圧分布を算出する。算出された初期音圧分布をグルナイゼン係数Γで除することにより、μaとΦの積の分布、つまり光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。   A time change of the sound pressure P that is the magnitude of the acoustic wave propagating through the subject is measured, and an initial sound pressure distribution is calculated from the measurement result. By dividing the calculated initial sound pressure distribution by the Gruneisen coefficient Γ, a product distribution of μa and Φ, that is, a light energy absorption density distribution can be obtained.

式1で示されるように、初期音圧P0の分布から光吸収係数μaの分布を得るためには、被検体内の光量Φの分布を求めることが必要である。被検体の厚さに対して十分大きな領域に、一様な照射光量が照射された時、被検体内を光が平面波のように伝播すると仮定すると被検体内の光量の分布Φは次式であらわすことができる。
Φ=Φ0・exp(−μeff・d)・・・式2
ここで、μeffは被検体の平均的な有効減衰係数、Φ0は光源から被検体内に入射する光量(被検体の表面における光量)である。また、dは光源からの光が照射された被検体表面の領域(光照射領域)から被検体内における光吸収体までの距離である。
As shown in Expression 1, in order to obtain the distribution of the light absorption coefficient μa from the distribution of the initial sound pressure P0, it is necessary to obtain the distribution of the light quantity Φ in the subject. Assuming that light is propagated in the subject like a plane wave when a uniform amount of light is irradiated to a sufficiently large area with respect to the thickness of the subject, the distribution Φ of the amount of light in the subject is given by It can be shown.
Φ = Φ0 · exp (−μeff · d) Equation 2
Here, μeff is the average effective attenuation coefficient of the subject, and Φ0 is the amount of light incident on the subject from the light source (the amount of light on the surface of the subject). Further, d is a distance from the region of the subject surface (light irradiation region) irradiated with light from the light source to the light absorber in the subject.

式2に示される光量分布Φを用いて、式1の光エネルギー吸収密度分布(μaΦ)から光吸収係数分布(μa)を算出することができる。   The light absorption coefficient distribution (μa) can be calculated from the light energy absorption density distribution (μaΦ) of Expression 1 using the light quantity distribution Φ shown in Expression 2.

米国特許第5713356号明細書US Pat. No. 5,713,356

しかしながら、被検体の形状が単純な形状でない場合や光源から被検体に照射される光量が一様でない場合には、被検体表面での光照射領域の面積、照射光量分布が均一でなくなる。このため、被検体内の光量分布は照射面に対して面内方向に不均一となり、式2を用いることができなくなる。このため、被検体内の光学特性値分布を精度よく求めるためには、この不均一性を考慮することが求められる。   However, when the shape of the subject is not a simple shape or when the amount of light irradiated from the light source to the subject is not uniform, the area of the light irradiation region and the amount of irradiated light distribution on the surface of the subject are not uniform. For this reason, the light quantity distribution in the subject is not uniform in the in-plane direction with respect to the irradiation surface, and Formula 2 cannot be used. For this reason, in order to accurately obtain the optical characteristic value distribution in the subject, it is necessary to consider this non-uniformity.

本発明は、被検体内の吸収係数などの光学特性値分布を高精度に得ることを目的とする。   An object of the present invention is to obtain an optical characteristic value distribution such as an absorption coefficient in a subject with high accuracy.

本発明は、被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記照射された光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布に基づいて前記被検体の内部の光量分布を決定し、前記電気信号と、前記被検体の内部の光量分布と、に基づいて画像データを生成する処理部と、を有することを特徴とする光音響イメージング装置である。   The present invention relates to an acoustic wave conversion unit that receives an acoustic wave generated by irradiating light on a subject and converts it into an electrical signal, and a light amount distribution or an illuminance distribution of the irradiated light on the surface of the subject. A photoacoustic comprising: a processing unit that determines a light amount distribution inside the subject based on the electrical signal and generates image data based on the light amount distribution inside the subject. An imaging device.

また、本発明は、被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、前記光源により照射された光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布を決定する工程と、前記被検体の表面における光量分布又は照度分布に基づいて前記被検体の内部の光量分布を決定する工程と、前記電気信号と、前記被検体の内部の光量分布と、に基づいて画像データを生成する工程と、を有することを特徴とする光音響イメージング方法である。   The present invention is also a photoacoustic imaging method for receiving an acoustic wave generated by irradiating a subject with light, converting the acoustic wave into an electrical signal, and generating image data from the electrical signal, the illumination being performed by the light source Determining a light amount distribution or illuminance distribution on the surface of the subject of the emitted light, determining a light amount distribution inside the subject based on the light amount distribution or illuminance distribution on the surface of the subject, and A photoacoustic imaging method comprising a step of generating image data based on an electrical signal and a light amount distribution inside the subject.

本発明により、被検体内の光量分布を精度よく得ることができ、被検体内の吸収係数などの光学特性値分布を高精度に得ることができる。   According to the present invention, the light quantity distribution in the subject can be obtained with high accuracy, and the optical characteristic value distribution such as the absorption coefficient in the subject can be obtained with high accuracy.

本発明の実施形態1及び4に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of the configuration of the photoacoustic imaging apparatus according to Embodiments 1 and 4 of the present invention 本発明の課題を説明する模式図Schematic diagram illustrating the problem of the present invention 本発明の実施形態1に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the process of the photoacoustic imaging apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る光音響イメージング装置に用いられる音響波発生部材の上面模式図Schematic top view of an acoustic wave generating member used in the photoacoustic imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the process of the photoacoustic imaging apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図5のS14における表面における照度分布を決定する処理の一例を示す模式図The schematic diagram which shows an example of the process which determines the illumination intensity distribution in the surface in S14 of FIG. 本発明の実施形態3に係る光音響イメージング装置の構成の一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of the configuration of a photoacoustic imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施形態3に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャートA flowchart which shows an example of processing of a photoacoustic imaging device concerning Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施形態4に係る光音響イメージング装置の処理の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of the process of the photoacoustic imaging apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention.

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光(電磁波)を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の光音響イメージング装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とし、被検体の内部の生体情報を取得して画像データを生成する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物の乳房や指、手足などの診断の対象部位が想定される。被検体内部の光吸収体としては、被検体内で相対的に吸収係数が高いものを示し、例えば、人体が測定対象であれば酸化あるいは還元ヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは新生血管を多く含む悪性腫瘍が該当する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, the acoustic wave includes an acoustic wave including an acoustic wave, an ultrasonic wave, and a photoacoustic wave, and is an elastic wave generated inside the subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves) such as near infrared rays. Indicates. In addition, the photoacoustic imaging apparatus of the present invention is mainly intended for diagnosis of human or animal malignant tumors or vascular diseases, follow-up of chemical treatment, etc., and acquires biometric information inside the subject to obtain image data. It is a device to generate. Therefore, the subject is assumed to be a living body, specifically, a target site for diagnosis such as breasts, fingers, and limbs of a human body or an animal. The light absorber inside the subject has a relatively high absorption coefficient in the subject. For example, if the human body is a measurement target, there are many blood vessels or new blood vessels containing oxidized or reduced hemoglobin and a large amount thereof containing them. Includes malignant tumors.

(実施形態1)
図1(a)は、本実施形態に係る光音響イメージング装置の構成を示したものである。
本実施形態の光音響イメージング装置は、音響波変換部1と、処理部2とを有している。
さらに、本実施形態では、被検体6の表面に、被検体6の形状に沿って音響波発生部材10が配置されている。音響波発生部材10は、被検体6とは異なる吸収係数を有するものであり、厚さ・光吸収係数・グルナイゼン係数を予め測定しておいたものを使用する。光源3から発せられた光4は例えばレンズ、ミラー、光ファイバなどの光学系5を介して、生体などの被検体6に照射される。被検体6の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管内又は血液内などの光吸収体7(結果的に音源となる)に吸収されると、その光吸収体7の熱膨張により音響波81(典型的には超音波)が発生する。また、光源3から発せられた光4を受け、音響波発生部材10から音響波82が発生される。音響波81,82は、音響波変換部1により受信され、電気信号に変換される。そして、処理部2によって、この電気信号と光源3により照射された光の被検体6の表面における光量分布(以下、表面光量分布という)とに基づいて、被検体6の光学特性値分布などの画像データが生成される。より具体的には、処理部によって、表面光量分布に基づいて被検体6内の光量分布(以下、内部光量分布という)が決定され、電気信号と、内部光量分布に基づいて画像データが生成される。そして、この画像データは液晶ディスプレイなどの表示装置9に画像として表示される。なお、光音響イメージング装置が被検体6を固定するために、図1(b)のように固定部材11を備えるようにしてもよい。固定部材とは被検体の一部の形状を規定するためのものである。なお、他の実施形態においても、特に言及しないが固定部材を備えるようにしてもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1A shows a configuration of a photoacoustic imaging apparatus according to the present embodiment.
The photoacoustic imaging apparatus according to the present embodiment includes an acoustic wave conversion unit 1 and a processing unit 2.
Furthermore, in the present embodiment, the acoustic wave generating member 10 is disposed on the surface of the subject 6 along the shape of the subject 6. The acoustic wave generating member 10 has an absorption coefficient different from that of the subject 6, and a member whose thickness, light absorption coefficient, and Gruneisen coefficient are measured in advance is used. Light 4 emitted from the light source 3 is irradiated onto a subject 6 such as a living body via an optical system 5 such as a lens, a mirror, or an optical fiber. When a part of the energy of light propagating through the inside of the subject 6 is absorbed by a light absorber 7 (resulting in a sound source) in a blood vessel or blood, the sound is absorbed by thermal expansion of the light absorber 7. A wave 81 (typically an ultrasonic wave) is generated. In addition, the acoustic wave 82 is generated from the acoustic wave generating member 10 in response to the light 4 emitted from the light source 3. The acoustic waves 81 and 82 are received by the acoustic wave converter 1 and converted into electrical signals. Then, based on the electrical signal and the light amount distribution on the surface of the subject 6 (hereinafter referred to as the surface light amount distribution) of the light irradiated by the light source 3 by the processing unit 2, the optical characteristic value distribution of the subject 6 and the like. Image data is generated. More specifically, the processing unit determines a light amount distribution in the subject 6 (hereinafter referred to as an internal light amount distribution) based on the surface light amount distribution, and generates image data based on the electrical signal and the internal light amount distribution. The The image data is displayed as an image on a display device 9 such as a liquid crystal display. In order to fix the subject 6 by the photoacoustic imaging apparatus, a fixing member 11 may be provided as shown in FIG. The fixing member is for defining the shape of a part of the subject. In other embodiments, a fixing member may be provided, although not particularly mentioned.

光エネルギー吸収密度分布や光吸収係数分布の画像では、形状・サイズ・吸収係数が同じ光吸収体7であっても、被検体6内の異なる位置に存在すると、互いに異なる輝度又は色で表示されてしまう。これは、ぞれぞれの光吸収体に到達するフォトン数、すなわち被検体6内の局所的な光量が異なるためである。被検体6内の局所的な光量が異なる理由としては、被検体6の表面光量分布が影響していると考えられる。図2には、被検体6の2つの同じ面積の領域(A,B)に、光量が同じ大きさの光源3から光が照射される様子が示されている。図2から分かるように、光源3が発する光量は同じであっても、被検体表面における光照射領域の面積が異なるので、領域Aと領域Bでは照度が異なってしまう。
また、光源3の光自体あるいは光学系5を介して被検体6に照射される光4も有限な広がりを持ち、この広がり方向において光強度分布が一様でない場合には、光照射領域(領域C)内でも位置によっては照度が異なる。式2では、一様な照射される光量(表面光量分布)の場合には適用できるが、上述したような照度される光量が一様でない場合には適用できない。本発明は、光源により照射された光の被検体の表面光量分布を用いて、被検体内の光量分布の補正を行うことにより、最終的に得られる画像において、同じ形状・サイズ・吸収係数が同じ吸収体をほぼ同じ輝度又は色で表示できる。
In the image of the light energy absorption density distribution and the light absorption coefficient distribution, even if the light absorber 7 has the same shape, size, and absorption coefficient, if it exists at different positions in the subject 6, it is displayed with different brightness or color. End up. This is because the number of photons reaching each light absorber, that is, the local amount of light in the subject 6 is different. The reason why the local light amount in the subject 6 is different is considered that the surface light amount distribution of the subject 6 has an influence. FIG. 2 shows a state in which light is emitted from the light source 3 having the same amount of light to two regions (A, B) of the same area of the subject 6. As can be seen from FIG. 2, even if the amount of light emitted from the light source 3 is the same, the area of the light irradiation region on the surface of the subject is different, so that the illuminance differs between the region A and the region B.
Further, the light 4 emitted to the subject 6 via the light itself 3 or the optical system 5 also has a finite spread, and if the light intensity distribution is not uniform in this spreading direction, the light irradiation region (region) Even within C), the illuminance varies depending on the position. Equation 2 can be applied in the case of a uniform light amount (surface light amount distribution), but cannot be applied in the case where the light amount as described above is not uniform. The present invention corrects the light amount distribution in the subject using the surface light amount distribution of the subject irradiated with the light source, so that the same shape, size, and absorption coefficient are obtained in the finally obtained image. The same absorber can be displayed with approximately the same brightness or color.

次に、図1と図3を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。   Next, the operation of the photoacoustic imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3.

光源3から被検体6に光4を照射し、被検体6内の光吸収体7で発生した音響波81及び、被検体6の表面に配置された音響波発生部材10で発生した音響波82を音響波変換部1によって受信する(S10)。受信された音響波は音響波変換部1によって電気信号に変換され(S11)、処理部2に取り込まれる。処理部2は、電気信号に対して、増幅、A/D変換、フィルター処理などを行った後に(S12)、光吸収体7の位置や大きさ、あるいは初期音圧分布などの生体情報を計算し、第1の画像データを生成する(S13)。   The object 6 is irradiated with light 4 from the light source 3, the acoustic wave 81 generated by the light absorber 7 in the object 6, and the acoustic wave 82 generated by the acoustic wave generating member 10 disposed on the surface of the object 6. Is received by the acoustic wave converter 1 (S10). The received acoustic wave is converted into an electrical signal by the acoustic wave conversion unit 1 (S11) and taken into the processing unit 2. The processing unit 2 performs amplification, A / D conversion, filter processing, and the like on the electrical signal (S12), and then calculates biological information such as the position and size of the light absorber 7 or the initial sound pressure distribution. Then, first image data is generated (S13).

一方、処理部2は、電気信号より得られた第1の画像データから、光源3により照射された光の被検体6の表面光量分布を決定する(S14)。具体的には、以下のとおりである。   On the other hand, the processing unit 2 determines the surface light amount distribution of the subject 6 of the light irradiated by the light source 3 from the first image data obtained from the electrical signal (S14). Specifically, it is as follows.

音響波81は被検体6内を伝播して減衰した光を受けて発生するのに対し、音響波82はほとんど減衰していない光を受けて被検体6の表面で発生する。また、音響波発生部材10は被検体よりも吸収係数が高いものを使用する。このため被検体6の表面で発生する音響波82は、光吸収体7で発生される音響波81よりも大きくなる。よって、S13で得た第1の画像データ(初期音圧分布P0)から他よりも初期音圧が大きい部分を抽出することができる。その部分が被検体6と音響波発生部材10との境界線、つまり被検体6の表面に対応する。より具体的には、ある閾値よりも大きい初期音圧の部分を結んだ線が被検体6と音響波発生部材10との境界線となる。被検体6の表面が決定されるとともに、その境界線に沿った初期音圧分布(ΓbμbΦ0)を得ることができる。なお、Γb及びμbはそれぞれ音響波発生部材10のグルナイゼン係数及び吸収係数である。その境界線に沿った初期音圧分布(ΓbμbΦ0)から、音響波発生部材10の吸収係数Γbとμbを除して、光源3により照射された光の被検体6の表面光量分布Φ0を算出することができる。   The acoustic wave 81 is generated by receiving light attenuated by propagating through the subject 6, whereas the acoustic wave 82 is generated on the surface of the subject 6 by receiving light that is hardly attenuated. In addition, the acoustic wave generating member 10 has a higher absorption coefficient than the subject. For this reason, the acoustic wave 82 generated on the surface of the subject 6 is larger than the acoustic wave 81 generated by the light absorber 7. Therefore, it is possible to extract a portion having a higher initial sound pressure than the other from the first image data (initial sound pressure distribution P0) obtained in S13. This portion corresponds to the boundary line between the subject 6 and the acoustic wave generating member 10, that is, the surface of the subject 6. More specifically, a line connecting portions of the initial sound pressure larger than a certain threshold value is a boundary line between the subject 6 and the acoustic wave generating member 10. While the surface of the subject 6 is determined, an initial sound pressure distribution (ΓbμbΦ0) along the boundary line can be obtained. Note that Γb and μb are the Gruneisen coefficient and the absorption coefficient of the acoustic wave generating member 10, respectively. By dividing the absorption coefficient Γb and μb of the acoustic wave generating member 10 from the initial sound pressure distribution (ΓbμbΦ0) along the boundary line, the surface light amount distribution Φ0 of the subject 6 of the light irradiated by the light source 3 is calculated. be able to.

そして、この被検体6の表面光量分布を基に被検体6内の内部光量分布Φを決定する(S15)。具体的には、上述したS14で得られた被検体6の表面の形状と被検体6の表面光量分布を用い、計算空間内の被検体6の表面上に、表面光量分布Φ0と同じ光量分布を持つ仮想の光源を配置して、被検体6内の内部光量分布Φを算出して決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式等を用いて内部光量分布を算出する。   Then, the internal light quantity distribution Φ in the subject 6 is determined based on the surface light quantity distribution of the subject 6 (S15). Specifically, using the shape of the surface of the subject 6 and the surface light amount distribution of the subject 6 obtained in S14 described above, the same light amount distribution as the surface light amount distribution Φ0 is formed on the surface of the subject 6 in the calculation space. Is arranged to calculate and determine the internal light quantity distribution Φ in the subject 6. At this time, the internal light quantity distribution is calculated using a light diffusion equation, a transport equation, and the like.

そして、処理部2は、S15で決定した内部光量分布Φと、S13で得られた第1の画像データ(初期音圧分布P0)とに基づいて、吸収係数分布などの第2の画像データを生成する(S16)。つまり、式1においてS15で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第2の画像データで表される画像が、表示装置9に表示される(S17)。   Then, the processing unit 2 obtains second image data such as an absorption coefficient distribution based on the internal light quantity distribution Φ determined in S15 and the first image data (initial sound pressure distribution P0) obtained in S13. Generate (S16). That is, the absorption coefficient distribution can be calculated by using the internal light quantity distribution determined in S15 in Equation 1. The image represented by the second image data obtained in this way is displayed on the display device 9 (S17).

次に、本実施形態の光音響イメージング装置の構成をより具体的に説明する。   Next, the configuration of the photoacoustic imaging apparatus of this embodiment will be described more specifically.

音響波変換部は、音響波を受信して電気信号に変換する1つ以上の素子を有し、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で構成される。音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような素子を用いてもよい。音響波を受信する素子は1次元又は2次元に複数配列することにより、同時に複数の場所で音響波を受信することができ、受信時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。なお、1つの素子を移動させることで、複数の素子を2次元あるいは1次元に配置したものと同様の信号を得ることも可能である。また、音響波変換部と被検体との間には、音響マッチングを図るためにジェルなどの音響マッチング材を塗布することが好ましい。   The acoustic wave conversion unit has one or more elements that receive an acoustic wave and convert it into an electrical signal. The transducer uses a piezoelectric phenomenon, the transducer uses light resonance, and the transformer uses a change in capacitance. Consists of a duer, etc. Any element that can receive an acoustic wave and convert it into an electrical signal may be used. By arranging a plurality of acoustic wave receiving elements in one or two dimensions, it is possible to simultaneously receive acoustic waves at a plurality of locations, shorten the reception time, and reduce the influence of vibration of the subject. . By moving one element, it is possible to obtain a signal similar to that obtained by arranging a plurality of elements in two dimensions or one dimension. Further, it is preferable to apply an acoustic matching material such as a gel between the acoustic wave conversion unit and the subject in order to achieve acoustic matching.

処理部には典型的にはワークステーションなどが用いられ、画像再構成(画像データを生成する)処理などがあらかじめプログラミングされたソフトウェアにより行われる。例えば、ワークステーションで使われるソフトウェアは、光音響イメージング装置内部又は外部からの電気信号により被検体の表面における光量分布又は照度分布を求める処理やノイズ低減処理を行う信号処理モジュールを有している。さらにワークステーションで使われるソフトウェアは、画像再構成を行う画像再構成モジュールを有している。なお、PATにおいては、通常、画像再構成前の前処理として、ノイズ低減処理などが各位置で受信された信号に対して行われるが、それらは信号処理モジュールで行われることが好ましい。また、画像再構成モジュールでは、画像再構成による画像データの形成が行われ、画像再構成アルゴリズムとして、例えば、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影などが適応される。なお、画像データとは2次元、3次元を問わず生体情報を示すデータのことであり、2次元の場合は、ピクセルデータを複数並べて構成され、3次元の場合は、ボクセルデータを複数並べて構成される。ピクセルデータ及びボクセルデータは複数の位置で取得した音響波を画像再構成することで得られる。以下の説明においては、3次元の画像データについて説明するが、本発明は2次元の画像データにも適用できる。   Typically, a workstation or the like is used as the processing unit, and image reconstruction (image data generation) processing or the like is performed by software programmed in advance. For example, software used in a workstation has a signal processing module that performs processing for obtaining a light amount distribution or illuminance distribution on the surface of an object and noise reduction processing using an electrical signal from inside or outside the photoacoustic imaging apparatus. Furthermore, the software used in the workstation has an image reconstruction module that performs image reconstruction. In PAT, noise reduction processing or the like is normally performed on signals received at each position as pre-processing before image reconstruction. In the image reconstruction module, image data is formed by image reconstruction, and as an image reconstruction algorithm, for example, back projection in the time domain or Fourier domain normally used in tomography technology is applied. The image data is data indicating biological information regardless of whether it is two-dimensional or three-dimensional. In the case of two-dimensional data, a plurality of pixel data are arranged. In the case of three-dimensional data, a plurality of voxel data are arranged. Is done. Pixel data and voxel data are obtained by image reconstruction of acoustic waves acquired at a plurality of positions. In the following description, three-dimensional image data will be described, but the present invention can also be applied to two-dimensional image data.

光源は、生体を構成する成分のうち特定の成分(例えばヘモグロビン)に吸収される特定の波長の光を照射するものである。具体的に、光の波長は500nm以上1200nm以下が好ましい。この場合、後述する処理において、被検体表面(例えば、皮膚)で発生した音響波と被検体内部の光吸収体(例えば、ヘモグロビン)で発生した音響波を区別しやすくなるためである。光源としては5ナノ秒乃至50ナノ秒のパルス光を発生可能な光源を少なくとも一つは備えている。光源としては大きな出力が得られるレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。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することができる。また、光は音響波変換部側から照射してもよく、音響波変換部とは反対側から照射してもよい。さらに被検体の両側から照射してもよい。   The light source irradiates light having a specific wavelength that is absorbed by a specific component (for example, hemoglobin) among components constituting the living body. Specifically, the wavelength of light is preferably 500 nm or more and 1200 nm or less. In this case, it is easy to distinguish between an acoustic wave generated on the surface of the subject (for example, skin) and an acoustic wave generated on a light absorber (for example, hemoglobin) inside the subject in the processing described later. As the light source, at least one light source capable of generating pulse light of 5 to 50 nanoseconds is provided. Although a laser capable of obtaining a large output is preferable as the light source, a light emitting diode or the like can be used instead of the laser. As the laser, various lasers such as a solid laser, a gas laser, a dye laser, and a semiconductor laser can be used. Moreover, light may be irradiated from the acoustic wave conversion part side, and may be irradiated from the opposite side to an acoustic wave conversion part. Further, irradiation may be performed from both sides of the subject.

光学系は、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズなどである。このような光学系は、ミラーやレンズ以外にも、光導波路などが挙げられ、光源から発せられる光を被検体に所望の形状で照射することができればどのようなものでもよい。なお、光はレンズで拡散させることにより、ある程度の面積に広げる方が好ましい。また、光を被検体に照射する領域は被検体上を移動可能であることが好ましい。言い換えると、光源から発せられる光が被検体上を移動可能となるように構成されていることが好ましい。移動可能であることにより、より広範囲に光を照射することができる。また、光を被検体に照射する領域は、音響波変換部と同期して移動するとさらに好ましい。光を被検体に照射する領域を移動させる方法としては、可動式ミラー等を用いる方法や、光源自体を機械的に移動させる方法などがある。   The optical system is, for example, a mirror that reflects light, a lens that collects or enlarges light, or changes its shape. Such an optical system may be an optical waveguide or the like in addition to a mirror and a lens, and any optical system can be used as long as it can irradiate a subject with a light having a desired shape. Note that it is preferable to spread the light to a certain area by diffusing light with a lens. Moreover, it is preferable that the region where the subject is irradiated with light is movable on the subject. In other words, it is preferable that the light emitted from the light source is configured to be movable on the subject. By being movable, it is possible to irradiate light over a wider range. Further, it is more preferable that the region where the subject is irradiated with light moves in synchronization with the acoustic wave conversion unit. As a method of moving the region where light is irradiated to the subject, there are a method using a movable mirror and the like, a method of mechanically moving the light source itself, and the like.

音響波発生部材は、吸収係数を有するものであり、被検体の表面に配置され、厚さ・光吸収係数・グルナイゼン係数が既知のものを使用する。音響波発生部材は、光源から照射された光を吸収して音響波を発生するもので、被検体の表面形状および被検体の表面光量分布を算出することを可能にする。音響波発生部材は、音響波が発生する光の吸収係数が被検体の平均吸収係数よりも大きい材料でできている。具体的に光吸収係数の大きさは0.005mm−1以上0.100mm−1以下ものが好ましい。吸収係数が0.100mm−1より大きいと被検体6内部に侵入する光が少なくなり、被検体内部で発生する音響波が小さくなる。また、吸収係数が0.005mm−1より小さいと被検体の内部の平均的な吸収係数よりも小さくなるので、被検体の内部と表面から得られる音響波が区別しにくくなり、被検体の表面の形状が算出されにくくなる。好ましくは、光吸収係数の大きさは0.010mm−1以上0.080mm−1以下ものがよい。また、グルナイゼン係数は0.8以上1.5以下の材料を用いるのが好ましい。なお、被検体の平均的なグルナイゼン係数は0.5程度である。音響波発生部材は、図4(a)のように膜状に吸収係数が既知の吸収体の粒子が斑点状に配置されたものでもいいし、図4(b)のように吸収体が格子状に配置されたものであってもよい。また、音響波発生部材は膜状に吸収体の微粒子が一様に配置されたものでもいい。なお、音響波発生部材は、吸収係数が既知であるジェルなどの音響マッチング材を用いることも可能である。   The acoustic wave generating member has an absorption coefficient, is disposed on the surface of the subject, and has a known thickness, light absorption coefficient, and Gruneisen coefficient. The acoustic wave generating member generates an acoustic wave by absorbing light emitted from the light source, and enables calculation of the surface shape of the subject and the surface light amount distribution of the subject. The acoustic wave generating member is made of a material having an absorption coefficient of light generated by the acoustic wave larger than the average absorption coefficient of the subject. Specifically, the size of the light absorption coefficient is preferably 0.005 mm −1 or more and 0.100 mm −1 or less. When the absorption coefficient is larger than 0.100 mm-1, light that enters the subject 6 is reduced, and acoustic waves generated inside the subject are reduced. Further, if the absorption coefficient is smaller than 0.005 mm-1, it becomes smaller than the average absorption coefficient inside the subject, so that it becomes difficult to distinguish the acoustic wave obtained from the inside and the surface of the subject, and the surface of the subject. It becomes difficult to calculate the shape of. Preferably, the magnitude of the light absorption coefficient is 0.010 mm-1 or more and 0.080 mm-1 or less. Further, it is preferable to use a material having a Gruneisen coefficient of 0.8 or more and 1.5 or less. The average Gruneisen coefficient of the subject is about 0.5. The acoustic wave generating member may be a member in which particles of an absorber having a known absorption coefficient are arranged in a spot shape as shown in FIG. 4 (a), and the absorber is a lattice as shown in FIG. 4 (b). It may be arranged in a shape. The acoustic wave generating member may be a member in which fine particles of the absorber are uniformly arranged in a film shape. The acoustic wave generating member may be an acoustic matching material such as a gel having a known absorption coefficient.

(実施形態2)
本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態1に係る光音響イメージング装置において音響波発生部材を配置しない構成である。本実施形態は、被検体6とその周囲(例えば、空気や固定部材)との光学特性(例えば、吸収係数)が不連続であることにより発生する音響波を使って表面形状を算出する。そして、表面形状の算出結果と光源から照射される光の強度分布とに基づいて被検体の表面における照度分布(以下、表面照度分布という)を算出する形態である。以下では、被検体の周囲に空気がある例で説明するがこれに限られない。
(Embodiment 2)
The photoacoustic imaging apparatus according to the present embodiment has a configuration in which no acoustic wave generating member is disposed in the photoacoustic imaging apparatus according to the first embodiment. In the present embodiment, the surface shape is calculated using acoustic waves generated due to discontinuous optical characteristics (for example, absorption coefficient) between the subject 6 and its surroundings (for example, air or a fixed member). Then, the illuminance distribution on the surface of the subject (hereinafter referred to as the surface illuminance distribution) is calculated based on the calculation result of the surface shape and the intensity distribution of the light emitted from the light source. Hereinafter, an example in which air is present around the subject will be described.

空気と被検体6では、吸収係数、グルナイゼン係数が不連続である。そのため、それらの境界面、つまり被検体の表面で光が吸収されるために、被検体6の表面から音響波82が発生する。音響波変換部1は、光吸収体7から発生した音響波81と、音響波82を受信し、その音響波を電気信号に変換する。   In the air and the subject 6, the absorption coefficient and the Gruneisen coefficient are discontinuous. For this reason, since light is absorbed at the boundary surface between them, that is, the surface of the subject, an acoustic wave 82 is generated from the surface of the subject 6. The acoustic wave converter 1 receives the acoustic wave 81 generated from the light absorber 7 and the acoustic wave 82 and converts the acoustic wave into an electrical signal.

次に、図5を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。   Next, the operation of the photoacoustic imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.

光源3から被検体6に光4を照射し、被検体6内の光吸収体7で発生した音響波81及び、被検体6の表面で発生した音響波82を音響波変換部1によって受信する(S10)。受信された音響波81は音響波変換部1によって電気信号に変換され(S11)、処理部2に取り込まれる。処理部2は、電気信号にフィルター処理などを行った後に(S12)、光吸収体7の位置や大きさ、あるいは光エネルギー吸収密度分布や初期音圧分布などの生体情報を計算し、第1の画像データを生成する(S13)。   The subject 6 is irradiated with light 4 from the light source 3, and the acoustic wave 81 generated by the light absorber 7 in the subject 6 and the acoustic wave 82 generated on the surface of the subject 6 are received by the acoustic wave conversion unit 1. (S10). The received acoustic wave 81 is converted into an electrical signal by the acoustic wave conversion unit 1 (S11) and taken into the processing unit 2. After performing the filtering process on the electrical signal (S12), the processing unit 2 calculates biological information such as the position and size of the light absorber 7, or the light energy absorption density distribution and the initial sound pressure distribution, and the first Image data is generated (S13).

一方、処理部2は、電気信号より得られた第1の画像データから、被検体6の形状を決定する(S20)。具体的には、以下のとおりである。   On the other hand, the processing unit 2 determines the shape of the subject 6 from the first image data obtained from the electrical signal (S20). Specifically, it is as follows.

被検体6の表面で発生する音響波82は、ほとんど減衰していない光を受けて発生するため、光吸収体7で発生される音響波81よりも大きい。よって、S13で得た第1の画像データ(初期音圧分布)から他よりも初期音圧が大きい部分を抽出することができる。
その部分が被検体6と空気との境界線、つまり被検体6の表面に対応する。より具体的には、ある閾値よりも大きい初期音圧の部分を結んだ線が被検体6と空気との境界線となる。
The acoustic wave 82 generated on the surface of the subject 6 is generated in response to light that is hardly attenuated, and therefore is larger than the acoustic wave 81 generated by the light absorber 7. Therefore, it is possible to extract from the first image data (initial sound pressure distribution) obtained in S13 a portion where the initial sound pressure is higher than others.
This portion corresponds to the boundary line between the subject 6 and air, that is, the surface of the subject 6. More specifically, a line connecting portions of the initial sound pressure larger than a certain threshold value is a boundary line between the subject 6 and air.

一方、被検体6と空気(被検体6の周囲)との境界での吸収率(吸収係数)が既知である場合には、実施形態1と同様に、この境界線に沿った初期音圧分布から光源3により照射された光の被検体6の表面照度分布を算出することができる。   On the other hand, when the absorption rate (absorption coefficient) at the boundary between the subject 6 and air (around the subject 6) is known, the initial sound pressure distribution along this boundary line is the same as in the first embodiment. Thus, the surface illuminance distribution of the subject 6 of the light irradiated by the light source 3 can be calculated.

しかし、被検体6と空気との境界での吸収率(吸収係数)が既知でない場合には、境界線に沿った初期音圧分布から、照射された光の被検体6の表面照度分布を算出することができないので、次に示す処理を行う。   However, when the absorption rate (absorption coefficient) at the boundary between the subject 6 and air is not known, the surface illuminance distribution of the irradiated light on the subject 6 is calculated from the initial sound pressure distribution along the boundary line. Since this is not possible, the following processing is performed.

処理部2は、この被検体6の形状と光源3から照射される光4の強度分布とに基づき、光源3により照射された光4の被検体6の表面照度分布を決定する(S14)。具体的な例は、以下のとおりである。   The processing unit 2 determines the surface illuminance distribution of the subject 6 of the light 4 irradiated by the light source 3 based on the shape of the subject 6 and the intensity distribution of the light 4 irradiated from the light source 3 (S14). A specific example is as follows.

光源3から照射される光4の強度分布は、被検体6の深さ方向に垂直な面内方向の光強度分布であり、予め測定しておく。図6を用いて具体的に説明する。なお、図6において被検体6の形状は、被検体6の深さ方向の位置zと、被検体6の深さ方向に垂直な面内方向の位置xと、その面からの傾きθ(x)で表される。光4の被検体6の深さ方向に垂直な面内方向の光強度分布をA(x)とする。なお、被検体6の外部に関しては、光は直進するものと仮定する。光が照射された被検体6表面上の面における光4に対する傾き分布θ(x)は、被検体6の表面形状から算出される法線方向を基準として算出することができる。各位置(x,z)において、光強度分布A(x)にcosθ(x)をかけることで、被検体6の表面照度分布を算出することができる。   The intensity distribution of the light 4 emitted from the light source 3 is a light intensity distribution in the in-plane direction perpendicular to the depth direction of the subject 6 and is measured in advance. This will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 6, the shape of the subject 6 includes a position z in the depth direction of the subject 6, a position x in the in-plane direction perpendicular to the depth direction of the subject 6, and an inclination θ (x ). A light intensity distribution in the in-plane direction perpendicular to the depth direction of the subject 6 of light 4 is defined as A (x). It is assumed that the light travels straight with respect to the outside of the subject 6. The inclination distribution θ (x) with respect to the light 4 on the surface on the surface of the subject 6 irradiated with light can be calculated based on the normal direction calculated from the surface shape of the subject 6. The surface illuminance distribution of the subject 6 can be calculated by applying cos θ (x) to the light intensity distribution A (x) at each position (x, z).

上記の例では、被検体6の外部に関しては、光は直進するものと仮定したが、被検体6の外部領域において、光輸送方程式やモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて被検体6の表面までの光4の伝播を解いて表面照度分布を求めることもできる。   In the above example, it is assumed that the light travels straight with respect to the outside of the subject 6. However, in the external region of the subject 6, the surface of the subject 6 is reached using a light transport equation, Monte Carlo / light propagation simulation, or the like. The surface illuminance distribution can also be obtained by solving the propagation of the light 4.

そして、この表面照度分布を基に被検体6内の内部光量分布を決定する(S15)。具体的には、S20で得られた被検体6の形状とS14で得られた被検体6の表面照度分布を用い、計算空間内の被検体の表面上に、表面照度分布と同様の同じ光量分布を持つ仮想の光源を配置して、内部光量分布を算出し、決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式またはモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて内部光量分布を算出する。   Based on this surface illuminance distribution, the internal light quantity distribution in the subject 6 is determined (S15). Specifically, using the shape of the subject 6 obtained in S20 and the surface illuminance distribution of the subject 6 obtained in S14, the same amount of light as the surface illuminance distribution is formed on the surface of the subject in the calculation space. A virtual light source having a distribution is arranged to calculate and determine the internal light quantity distribution. At this time, the internal light quantity distribution is calculated using a light diffusion equation, a transport equation, a Monte Carlo / light propagation simulation, or the like.

そして、処理部2は、S15で決定した被検体6内の内部光量分布と、S13で得られた第1の画像データとに基づいて、吸収係数分布などの第2の画像データを生成する(S16)。つまり、式1においてS15で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第2の画像データで表される画像が、表示装置9に表示される(S17)。   Then, the processing unit 2 generates second image data such as an absorption coefficient distribution based on the internal light amount distribution in the subject 6 determined in S15 and the first image data obtained in S13 ( S16). That is, the absorption coefficient distribution can be calculated by using the internal light quantity distribution determined in S15 in Equation 1. The image represented by the second image data obtained in this way is displayed on the display device 9 (S17).

(実施形態3) 図7は、本発明に係る実施形態3に係る光音響イメージング装置の構成を示した図である。本実施形態は、実施形態2に対して、測定部30を有している点が異なる。その他の構成は実施形態2と同様である。この測定部30は、被検体の形状を測定するためのものである。   Embodiment 3 FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a photoacoustic imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. This embodiment is different from the second embodiment in that the measurement unit 30 is provided. Other configurations are the same as those of the second embodiment. The measuring unit 30 is for measuring the shape of the subject.

測定部30は、例えばCCDカメラなどの撮像装置を用いることができる。その場合、取り込まれた画像から処理部2が、被検体6の外形や厚みなどを算出し、被検体6の形状を決定する。また、測定部30は、音響波を送信し、音響波を受信する音響波変換部(いわゆる超音波エコー用音響変換部)であってもよい。なお、音響波変換部1がその機能を兼ねてもよいし、別個に設けるようにしてもよい。   The measurement unit 30 can use an imaging device such as a CCD camera, for example. In this case, the processing unit 2 calculates the outer shape and thickness of the subject 6 from the captured image, and determines the shape of the subject 6. Further, the measurement unit 30 may be an acoustic wave conversion unit (so-called ultrasonic echo acoustic conversion unit) that transmits an acoustic wave and receives an acoustic wave. Note that the acoustic wave conversion unit 1 may serve as the function or may be provided separately.

次に、図8を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。実施形態2では、電気信号(第1の画像データ)から、被検体6の形状を決定する(S20)のに対し、本実施形態の光音響イメージング装置の動作は、測定部で得られた被検体の画像から、被検体の形状を決定する(S30)点が異なる。その他の動作は実施形態2と同じである。   Next, the operation of the photoacoustic imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the shape of the subject 6 is determined from the electrical signal (first image data) (S20), whereas the operation of the photoacoustic imaging apparatus of the present embodiment is performed by the subject obtained by the measurement unit. A difference is that the shape of the subject is determined from the sample image (S30). Other operations are the same as those in the second embodiment.

(実施形態4)
図1を用いて本実施形態に係る光音響イメージング装置を説明する。本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態1に係る光音響イメージング装置における音響波発生部材10の代わりに、被検体6の形状を規定する容器40を使用する。その他の構成は実施形態1の構成と同じである。
(Embodiment 4)
A photoacoustic imaging apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. The photoacoustic imaging apparatus according to the present embodiment uses a container 40 that defines the shape of the subject 6 instead of the acoustic wave generating member 10 in the photoacoustic imaging apparatus according to the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

本実施形態では、被検体6の形状が一意に決定されるので、被検体6の表面における光源3から照射される光4の被検体6の表面照度分布が一意に決定される。具体的には、異なる形状や大きさの複数の容器を用意して、被検体6に応じてその複数の容器の中から一つの容器40を選択して、被検体6をその容器40の中に入れて、PAT測定を行う。   In this embodiment, since the shape of the subject 6 is uniquely determined, the surface illuminance distribution of the subject 6 of the light 4 irradiated from the light source 3 on the surface of the subject 6 is uniquely determined. Specifically, a plurality of containers having different shapes and sizes are prepared, one container 40 is selected from the plurality of containers according to the subject 6, and the subject 6 is placed in the container 40. And perform PAT measurement.

一方、各容器において、その容器を用いた場合に被検体6の表面に照射される表面照度分布を予め求めておいて、各容器における被検体6の表面照度分布データからなる表面照度分布データテーブルとして処理部2に保持しておく。そして、容器の選択とともに、そのテーブルから該当する容器を用いた場合における被検体6の表面照度分布データを取り出せるようにしておく。なお、複数の容器を用意せずに、容器の容量の大きさや形状を変えられる容器であってもよい。この場合は、容量の大きさや形状を変えた場合での被検体6の表面に照射される表面照度分布を予め求めて、処理部が容量の大きさや形状を変えた場合における表面照度分布データからなる表面照度分布データテーブルを保持するようにしてもよい。   On the other hand, in each container, a surface illuminance distribution data table including surface illuminance distribution data to be irradiated on the surface of the subject 6 when the container is used is obtained in advance. Is stored in the processing unit 2. Then, along with the selection of the container, the surface illuminance distribution data of the subject 6 when the corresponding container is used can be extracted from the table. In addition, the container which can change the magnitude | size and shape of the capacity | capacitance of a container may be sufficient, without preparing several containers. In this case, the surface illuminance distribution irradiated on the surface of the subject 6 when the size or shape of the capacity is changed is obtained in advance, and the surface illuminance distribution data when the processing unit changes the size or shape of the capacity is used. A surface illuminance distribution data table may be held.

次に、図9を用いて本実施形態の光音響イメージング装置の動作を説明する。   Next, the operation of the photoacoustic imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.

まず、複数の容器の中から、被検体の大きさや形状に応じて一つの容器40を選択し、その容器40内に被検体6を入れる。   First, one container 40 is selected from a plurality of containers according to the size and shape of the subject, and the subject 6 is placed in the container 40.

次に、光源3から被検体6に光4を照射し、被検体6内の光吸収体7で発生した音響波81を音響波変換部1によって受信する(S10)。受信された音響波81の信号は音響波変換部1によって電気信号に変換され(S11)、処理部2に取り込まれる。処理部2は、電気信号にフィルター処理などを行った後に(S12)、光吸収体7の位置や大きさ、あるいは初期音圧分布などの生体情報を計算し、第1の画像データを生成する(画像再構成、S13)。   Next, the subject 4 is irradiated with the light 4 from the light source 3, and the acoustic wave 81 generated by the light absorber 7 in the subject 6 is received by the acoustic wave conversion unit 1 (S10). The received signal of the acoustic wave 81 is converted into an electric signal by the acoustic wave conversion unit 1 (S11) and taken into the processing unit 2. After performing the filtering process on the electrical signal (S12), the processing unit 2 calculates biological information such as the position and size of the light absorber 7 or the initial sound pressure distribution, and generates first image data. (Image reconstruction, S13).

一方、処理部2は、処理部2に保持されている表面照度分布データテーブルから選択された容器40における表面照度分布データを選択して読み込み(S40)、光源により照射された光の被検体の表面照度分布を決定する(S14)。   On the other hand, the processing unit 2 selects and reads the surface illuminance distribution data in the container 40 selected from the surface illuminance distribution data table held in the processing unit 2 (S40), and the subject of the light irradiated by the light source is selected. The surface illuminance distribution is determined (S14).

そして、この表面照度分布を基に被検体6内の内部光量分布を決定する(S15)。具体的には、容器により規定された被検体6の形状とS14で得られた被検体の表面照度分布を用い、計算空間内の被検体の表面上に、表面照度分布と同様の同じ照度分布を持つ仮想の光源を配置して、内部光量分布を算出し、決定する。この際、光拡散方程式、輸送方程式またはモンテカルロ・光伝播シミュレーション等を用いて内部光量分布を算出する。   Based on this surface illuminance distribution, the internal light quantity distribution in the subject 6 is determined (S15). Specifically, using the shape of the subject 6 defined by the container and the surface illuminance distribution of the subject obtained in S14, the same illuminance distribution as the surface illuminance distribution on the surface of the subject in the calculation space. An internal light quantity distribution is calculated and determined by arranging a virtual light source having At this time, the internal light quantity distribution is calculated using a light diffusion equation, a transport equation, a Monte Carlo / light propagation simulation, or the like.

そして、処理部2は、S16で決定した内部光量分布と、S13で得られた第1の画像データとに基づいて、吸収係数分布などの第2の画像データを生成する(S16)。つまり、式1においてS16で決定した内部光量分布を用いることで吸収係数分布が算出できる。このようにして得られた第2の画像データで表される画像が、表示装置9に表示される(S17)。   Then, the processing unit 2 generates second image data such as an absorption coefficient distribution based on the internal light quantity distribution determined in S16 and the first image data obtained in S13 (S16). That is, the absorption coefficient distribution can be calculated by using the internal light amount distribution determined in S16 in Equation 1. The image represented by the second image data obtained in this way is displayed on the display device 9 (S17).

なお、被検体6内の光の拡散などを予め予測できるのであれば、表面照度分布データテーブルの代わりに被検体6内の内部光量分布データテーブルを用意することも可能である。この場合には、S40は、表面照度分布データではなく内部光量分布データが読み込まれ、S40でS14の工程を兼ねることができる。   If the diffusion of light in the subject 6 can be predicted in advance, an internal light quantity distribution data table in the subject 6 can be prepared instead of the surface illuminance distribution data table. In this case, not the surface illuminance distribution data but the internal light amount distribution data is read in S40, and the process of S14 can be used in S40.

(実施形態5)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態1乃至4の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Embodiment 5)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, the software (program) that realizes the functions of the first to fourth embodiments described above is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus is programmed. Is read and executed.

1 音響波変換部
2 処理部
3 光源
4 光源から発せられる光
6 被検体
81,82 音響波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acoustic wave conversion part 2 Processing part 3 Light source 4 Light emitted from a light source 6 Subject 81,82 Acoustic wave

本発明は、被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、前記電気信号に基づいて画像データを取得し、前記画像データに基づいて前記被検体の形状の情報を取得し、前記被検体の形状の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布の情報とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得し、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 The present invention relates to an acoustic wave converter that receives an acoustic wave generated by irradiating a subject with light and converts it into an electrical signal, acquires image data based on the electrical signal, and based on the image data Information on the shape of the subject is obtained, and based on the information on the shape of the subject and the information on the intensity distribution of light irradiating the subject, the subject of the light irradiated on the subject is obtained. Information on the light amount distribution or illuminance distribution on the surface of the specimen is acquired, and the subject is based on the information on the light quantity distribution or illuminance distribution on the surface of the subject of the light irradiated on the subject and the electrical signal. And a processing unit that acquires information on an optical characteristic value distribution inside the subject information acquisition apparatus.

また、本発明は、被検体に光が照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する工程と、前記電気信号に基づいて画像データを取得する工程と、前記画像データに基づいて前記被検体の形状の情報を取得する工程と、前記被検体の形状の情報と、前記被検体を照射する光の強度分布とに基づいて、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報を取得する工程と、前記被検体に照射された前記光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布の情報と、前記電気信号とに基づいて、前記被検体の内部の光学特性値分布の情報を取得する工程と、を有することを特徴とする被検体情報取得方法。 The present invention also includes a step of receiving an acoustic wave generated by irradiating a subject with light and converting it to an electrical signal, a step of acquiring image data based on the electrical signal, Acquiring the information on the shape of the subject based on the information on the shape of the subject, and the intensity distribution of the light that irradiates the subject based on the information on the shape of the subject. Based on the step of obtaining information on the light amount distribution or illuminance distribution on the surface of the subject, the information on the light amount distribution or illuminance distribution on the surface of the subject of the light irradiated on the subject, and the electrical signal And a step of acquiring information on an optical characteristic value distribution inside the subject.

Claims (16)

被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換する音響波変換部と、
前記照射された光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布に基づいて前記被検体の内部の光量分布を決定し、前記電気信号と、前記被検体の内部の光量分布と、に基づいて画像データを生成する処理部と、を有することを特徴とする光音響イメージング装置。
An acoustic wave converter that receives an acoustic wave generated by irradiating the subject with light and converts it into an electrical signal;
A light amount distribution inside the subject is determined based on a light amount distribution or an illuminance distribution of the irradiated light on the surface of the subject, and based on the electrical signal and the light amount distribution inside the subject. And a processing unit that generates image data.
前記被検体の表面における光量分布は、前記電気信号から決定されることを特徴とする請求項1に記載の光音響イメージング装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the light amount distribution on the surface of the subject is determined from the electrical signal. 前記被検体の表面における照度分布は、前記被検体の形状に基づいて決定されることを特徴とする請求項1に記載の光音響イメージング装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein an illuminance distribution on the surface of the subject is determined based on a shape of the subject. 前記被検体の表面における照度分布は、前記被検体の形状と前記光源から照射された光の強度分布とによって決定されることを特徴とする請求項1に記載の光音響イメージング装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the illuminance distribution on the surface of the subject is determined by the shape of the subject and the intensity distribution of light emitted from the light source. 前記被検体の形状は、前記電気信号から決定されることを特徴とする請求項3又は4に記載の光音響イメージング装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 3 or 4, wherein the shape of the subject is determined from the electrical signal. 前記処理部は、前記被検体の表面における照度分布データを複数保持し、前記被検体の形状に基づいて、前記複数の前記被検体の表面における照度分布データから一つを選択し、前記被検体の表面における照度分布が決定されることを特徴とする請求項3又は4に記載の光音響イメージング装置。   The processing unit holds a plurality of illuminance distribution data on the surface of the subject, selects one from the illuminance distribution data on the surface of the subject based on the shape of the subject, and the subject The photoacoustic imaging apparatus according to claim 3, wherein an illuminance distribution on the surface of the light is determined. 前記被検体の形状を測定する測定部を有し、
前記被検体の形状は、前記測定部によって測定される被検体の形状であることを特徴とする請求項3又は4に記載の光音響イメージング装置。
A measurement unit for measuring the shape of the subject;
The photoacoustic imaging apparatus according to claim 3 or 4, wherein the shape of the subject is a shape of the subject measured by the measurement unit.
前記被検体の表面に前記被検体の形状に沿って配置される音響波発生部材を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光音響イメージング装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, further comprising an acoustic wave generating member disposed along a shape of the subject on a surface of the subject. 被検体に光を照射することにより発生する音響波を受信して電気信号に変換し、前記電気信号から画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記光源により照射された光の前記被検体の表面における光量分布又は照度分布を決定する工程と、
前記前記被検体の表面における光量分布又は照度分布に基づいて前記被検体の内部の光量分布を決定する工程と、
前記電気信号と、前記被検体の内部の光量分布と、に基づいて画像データを生成する工程と、を有することを特徴とする光音響イメージング方法。
A photoacoustic imaging method for receiving an acoustic wave generated by irradiating a subject with light and converting it into an electrical signal, and generating image data from the electrical signal,
Determining a light amount distribution or an illuminance distribution on the surface of the subject of light irradiated by the light source;
Determining a light amount distribution inside the subject based on a light amount distribution or an illuminance distribution on the surface of the subject;
A photoacoustic imaging method comprising: generating image data based on the electrical signal and a light amount distribution inside the subject.
前記被検体の表面における光量分布は、前記電気信号から決定されることを特徴とする請求項9に記載の光音響イメージング方法。   The photoacoustic imaging method according to claim 9, wherein the light amount distribution on the surface of the subject is determined from the electrical signal. 前記被検体の表面における照度分布は、前記被検体の形状に基づいて決定されることを特徴とする請求項9に記載の光音響イメージング方法。   The photoacoustic imaging method according to claim 9, wherein the illuminance distribution on the surface of the subject is determined based on the shape of the subject. 前記被検体の表面における照度分布は、前記被検体の形状と前記光源から照射された光の強度分布とによって決定されることを特徴とする請求項9に記載の光音響イメージング方法。   The photoacoustic imaging method according to claim 9, wherein the illuminance distribution on the surface of the subject is determined by the shape of the subject and the intensity distribution of light emitted from the light source. 前記被検体の形状は、前記電気信号から決定されることを特徴とする請求項11又は12に記載の光音響イメージング方法。   The photoacoustic imaging method according to claim 11 or 12, wherein the shape of the subject is determined from the electrical signal. 前記被検体の表面における照度分布は、予め保持されている複数の前記被検体の表面における照度分布のデータから選択されることを特徴とする請求項11又は12に記載の光音響イメージング方法。   The photoacoustic imaging method according to claim 11 or 12, wherein the illuminance distribution on the surface of the subject is selected from illuminance distribution data on the surfaces of the plurality of subjects that are held in advance. 前記被検体の形状を測定する工程を有し、
前記被検体の形状は、測定される被検体の形状であることを特徴とする請求項11又は12に記載の光音響イメージング方法。
Measuring the shape of the subject,
The photoacoustic imaging method according to claim 11 or 12, wherein the shape of the subject is a shape of the subject to be measured.
請求項9乃至15のいずれか1項に記載の光音響イメージング方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each process of the photoacoustic imaging method of any one of Claim 9 thru | or 15.
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