JP2016083044A - Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic image construction method - Google Patents

Photoacoustic imaging apparatus and photoacoustic image construction method Download PDF

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俊孝 阿賀野
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俊孝 阿賀野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoacoustic imaging apparatus capable of acquiring a clear image by a reverse projection method.SOLUTION: A photoacoustic imaging apparatus 100 includes: a light source part 10; a detection part 20 for detecting a photoacoustic wave signal attributed to a photoacoustic wave AW generated from a detection object Q in a subject P that has absorbed light from the light source part 10; and a signal processing part 31 for correcting a decrease in the signal strength of the photoacoustic wave signal attributed to the attenuation of the photoacoustic wave AW, and generating an image by a reverse projection method based on the corrected photoacoustic wave signal.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

この発明は、光音響画像化装置および光音響画像構築方法に関し、特に、画像を生成する信号処理部を備える光音響画像化装置およびこの光音響画像構築方法に関する。   The present invention relates to a photoacoustic imaging apparatus and a photoacoustic image construction method, and more particularly to a photoacoustic imaging apparatus including a signal processing unit that generates an image and the photoacoustic image construction method.

従来、画像を生成する信号処理部を備える光音響画像化装置用の受信データ装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a reception data device for a photoacoustic imaging apparatus including a signal processing unit that generates an image is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、光を被検体に照射することにより発生し、受信アレイにより受信された光音響波の受信信号(光音響波信号)に基づいて、画像を生成する光音響トモグラフィ診断装置用(光音響画像化装置用)の受信データ処理装置が開示されている。この受信データ処理装置は、演算回路などの信号処理部により、光音響波信号を整相加算して、画像を生成するように構成されている。   In Patent Document 1, a photoacoustic tomography diagnosis that generates an image based on a received photoacoustic wave signal (photoacoustic wave signal) generated by irradiating a subject with light and received by a receiving array. A reception data processing device for a device (for a photoacoustic imaging device) is disclosed. This received data processing apparatus is configured to generate an image by phasing and adding photoacoustic wave signals by a signal processing unit such as an arithmetic circuit.

また、従来、放射線画像撮影装置の画像化処理の技術として、逆投影法(バックプロジェクション法:Back Projection法)が知られている。上記特許文献1に記載の光音響画像化装置用の受信データ処理装置および従来の放射線画像撮影装置において、整相加算や逆投影法などの画像化処理の技術は、鮮明な画像を得るために用いられている。   Conventionally, a back projection method (Back Projection method) is known as a technique of imaging processing of a radiographic imaging apparatus. In the received data processing device for the photoacoustic imaging device described in Patent Document 1 and the conventional radiographic imaging device, imaging processing techniques such as phasing addition and back projection are used to obtain a clear image. It is used.

特開2010−57730号公報JP 2010-57730 A

上記特許文献1に記載の受信データ処理装置において、画像化処理の技術として整相加算の代わりに従来の放射線画像撮影装置の画像化処理の技術である逆投影法を適用して、画像を得ることが考えられる。   In the received data processing apparatus described in Patent Document 1, an image is obtained by applying a back projection method, which is an imaging processing technique of a conventional radiographic imaging apparatus, instead of phasing addition as an imaging processing technique. It is possible.

しかしながら、一般的に、光の照射により発生する光音響波の強度は小さい。また、被検体内で発生してから検出されるまでの間に生じる光音響波の減衰に起因して、検出される光音響波信号の信号強度は、さらに小さくなる。このため、上記特許文献1に記載の受信データ処理装置に、画像化処理の技術として逆投影法を単に適用しただけでは、十分に鮮明な画像を得ることができないという問題点がある。   However, in general, the intensity of photoacoustic waves generated by light irradiation is small. In addition, the signal intensity of the detected photoacoustic wave signal is further reduced due to the attenuation of the photoacoustic wave that occurs between generation and detection in the subject. For this reason, there is a problem that a sufficiently clear image cannot be obtained by simply applying the back projection method to the received data processing apparatus described in Patent Document 1 as an imaging processing technique.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、逆投影法により鮮明な画像を得ることが可能な光音響画像化装置および光音響画像構築方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is a photoacoustic imaging apparatus and a photoacoustic image capable of obtaining a clear image by a back projection method. It is to provide a construction method.

この発明の第1の局面による光音響画像化装置は、光源部と、光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出する検出部と、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法により画像を生成する信号処理部と、を備える。   A photoacoustic imaging apparatus according to a first aspect of the present invention detects a photoacoustic wave signal caused by a photoacoustic wave generated from a light source unit and a detection target in a subject that has absorbed light from the light source unit. A detection unit, a signal processing unit that corrects a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and generates an image by back projection based on the corrected photoacoustic wave signal; Is provided.

この発明の第1の局面による光音響画像化装置では、上記のように、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法により画像を生成する信号処理部を設ける。これにより、被検体内で発生した光音響波が検出部に到達するまでに減衰したとしても、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、信号強度の減少が補正された光音響波信号により逆投影法による画像化処理を行うことができるので、逆投影法により鮮明な画像を得ることができる。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect of the present invention, as described above, the reduction in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave is corrected, and the corrected photoacoustic wave signal is converted into the corrected photoacoustic wave signal. Based on this, a signal processing unit for generating an image by back projection is provided. Thereby, even if the photoacoustic wave generated in the subject is attenuated before reaching the detection unit, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave can be corrected. As a result, imaging processing by the back projection method can be performed by the photoacoustic wave signal in which the decrease in signal intensity is corrected, and thus a clear image can be obtained by the back projection method.

上記第1の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、信号処理部は、光音響波信号が検出部により検出されるまでの検出時間、または、光音響波信号の有する信号周波数の少なくとも一方に基づいて、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。ここで、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)は、検出時間または信号周波数に応じて変化する。したがって、上記のように構成すれば、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に基づいて、確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the signal processing unit is at least one of a detection time until the photoacoustic wave signal is detected by the detection unit, or a signal frequency of the photoacoustic wave signal. Is configured to correct a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave. Here, the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave changes according to the detection time or the signal frequency. Therefore, if comprised as mentioned above, based on the reduction | decrease (decrease amount) of the signal strength of the photoacoustic wave signal resulting from attenuation | damping of a photoacoustic wave, the reduction | decrease in the signal strength of a photoacoustic wave signal is correct | amended reliably. be able to.

この場合、好ましくは、信号処理部は、検出時間、または、信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。このように構成すれば、検出時間または信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに従って大きくなる信号強度の減少(減少量)に応じて、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に応じて、より確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   In this case, the signal processing unit preferably attenuates the photoacoustic wave by increasing the signal intensity of the photoacoustic wave signal as the detection time or at least one of the signal frequencies increases. It is configured to correct a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by it. If comprised in this way, the signal of the photoacoustic wave signal resulting from attenuation of a photoacoustic wave according to the reduction | decrease (decrease amount) of the signal strength which becomes large as the value of at least one of detection time or a signal frequency becomes large. Strength can be increased. As a result, it is possible to more reliably correct the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal according to the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave.

上記光音響波信号の信号強度を増加させる構成において、好ましくは、信号処理部は、音速に関する定数をhとし、検出時間をtとし、信号周波数をfとし、検出時間および信号周波数に関する定数をk1とし、検出時間tの単位をμsとし、信号周波数fの単位をMHzとし、定数k1を0.002以上0.009以下とした場合に、以下の式(1)で表される補正係数Z1を、光音響波信号に乗じることによって、検出時間および信号周波数の値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている。
Z1=h×t×10k1×t×f ・・・(1)
In the configuration for increasing the signal intensity of the photoacoustic wave signal, preferably, the signal processing unit sets h as a constant relating to the sound speed, t as a detection time, f as a signal frequency, and k1 as a constant relating to the detection time and the signal frequency. When the unit of the detection time t is μs, the unit of the signal frequency f is MHz, and the constant k1 is 0.002 or more and 0.009 or less, the correction coefficient Z1 represented by the following formula (1) is By multiplying the photoacoustic wave signal, the signal intensity of the photoacoustic wave signal is increased as the detection time and the signal frequency increase.
Z1 = h × t × 10 k1 × t × f (1)

このように構成すれば、上記の式(1)を用いることにより、検出時間および信号周波数の両方に応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に応じて、より一層確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。また、定数k1を0.002以上0.009以下とすることによって、補正係数Z1を適切に取得することができる。また、上記の式(1)において、(h×t)の項を設けることによって、逆投影法の特性に合わせた画像化処理を適切に行うことができる。   If comprised in this way, the signal intensity | strength of a photoacoustic wave signal can be increased according to both detection time and a signal frequency by using said Formula (1). As a result, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be more reliably corrected according to the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave. Moreover, the correction coefficient Z1 can be appropriately acquired by setting the constant k1 to be not less than 0.002 and not more than 0.009. In addition, by providing the term (h × t) in the above formula (1), it is possible to appropriately perform an imaging process in accordance with the characteristics of the back projection method.

この場合、好ましくは、定数hは、単位を(cm/μs)とした場合に、0.1以上0.2以下であり、定数hと検出時間tとを乗算した値が所定値よりも小さい場合には、定数hと検出時間tとを乗算した値を所定値とする。このように構成すれば、定数hの値が適切に設定されるので、補正係数Z1をより適切に取得することができる。   In this case, preferably, the constant h is 0.1 or more and 0.2 or less when the unit is (cm / μs), and a value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is smaller than a predetermined value. In this case, a value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is set as a predetermined value. With this configuration, the value of the constant h is appropriately set, so that the correction coefficient Z1 can be acquired more appropriately.

上記定数hと検出時間tとを乗算した値を所定値とする構成において、好ましくは、所定値は、0.5以上1.5以下である。このように構成すれば、定数hの値がより適切に設定されるので、補正係数Z1をより一層適切に取得することができる。   In the configuration in which the value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is a predetermined value, the predetermined value is preferably 0.5 or more and 1.5 or less. With this configuration, the value of the constant h is set more appropriately, so that the correction coefficient Z1 can be acquired more appropriately.

上記第1の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部は、光音響波を受信して、光音響波に起因する光音響波信号を検出するための検出素子を含み、信号処理部は、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子に対する光音響波の入射方向に起因する感度を考慮して、逆投影法により画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、逆投影法により画像を生成する際に、光音響波の入射方向に起因する検出素子の感度の相違を考慮することができるので、被検体内の実態に近い画像を得ることができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することにより画像の鮮明度を向上させつつ、検出素子に対する光音響波の入射方向に起因する感度を考慮することにより、被検体内の実態に近い画像を得ることができる。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the detection unit includes a detection element that receives the photoacoustic wave and detects a photoacoustic wave signal caused by the photoacoustic wave, and performs signal processing. In addition to correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, the unit uses the back projection method in consideration of the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave with respect to the detection element. It is configured to generate an image. According to this configuration, when the image is generated by the back projection method, it is possible to consider the difference in the sensitivity of the detection element due to the incident direction of the photoacoustic wave. Can be obtained. As a result, the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave with respect to the detection element is considered while improving the sharpness of the image by correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave. Thus, an image close to the actual condition in the subject can be obtained.

上記第1の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、光源部は、光源として、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか1つを含む。このように構成すれば、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源の消費電力の低減および光源部の小型化などの利点を得ることができる。ここで、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子または有機発光ダイオード素子を光源として用いる場合には、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源から照射される光の出力が小さくなる。このため、検出部により検出される光音響波信号の信号強度がより一層小さくなる。したがって、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子または有機発光ダイオード素子を光源として用いる場合に、信号強度の減少を補正して、鮮明な画像を得ることができるという本発明は特に有効である。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the light source unit includes at least one of a light emitting diode element, a semiconductor laser element, and an organic light emitting diode element as a light source. With this configuration, it is possible to obtain advantages such as a reduction in power consumption of the light source and a reduction in size of the light source unit as compared with the case where a solid laser light source is used. Here, when a light-emitting diode element, a semiconductor laser element, or an organic light-emitting diode element is used as a light source, the output of light emitted from the light source is smaller than when a solid-state laser light source is used. For this reason, the signal intensity of the photoacoustic wave signal detected by the detector is further reduced. Therefore, when using a light emitting diode element, a semiconductor laser element, or an organic light emitting diode element as a light source, the present invention that a clear image can be obtained by correcting a decrease in signal intensity is particularly effective.

上記第1の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、信号処理部は、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、被検体に対する光源部による光の照射位置から被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。このように構成すれば、光源部からの光が被検体内の検出対象物に到達するまでに減衰したとしても、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少をも補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the signal processing unit corrects a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and further, a light source for the subject. Configured to correct a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by attenuation of light from the light source unit as the distance from the light irradiation position by the unit to a predetermined position in the subject increases Has been. With this configuration, even if the light from the light source unit attenuates before reaching the detection target in the subject, the signal intensity of the photoacoustic wave signal is reduced due to the attenuation of the light from the light source unit. It can be corrected. As a result, in addition to correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, the signal intensity decrease due to the attenuation of the light from the light source is also corrected. can do. Therefore, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be corrected more appropriately.

この場合、好ましくは、信号処理部は、照射位置に関する定数をk2とし、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離をdとした場合に、以下の式(2)で表される補正係数Z2を、光音響波信号に乗じることによって、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。
Z2=10k2×d ・・・(2)
In this case, preferably, the signal processing unit corrects the following expression (2) when the constant related to the irradiation position is k2 and the distance from the irradiation position to a predetermined position in the subject is d. By multiplying the photoacoustic wave signal by the coefficient Z2, the signal of the photoacoustic wave signal resulting from the attenuation of light from the light source unit as the distance from the irradiation position to the predetermined position in the subject increases. It is configured to compensate for the decrease in intensity.
Z2 = 10 k2 × d (2)

このように構成すれば、上記の式(2)を用いることにより、光源部からの光の減衰に起因する信号強度の減少(減少量)に応じて、確実に、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   If comprised in this way, attenuation | damping of the light from a light source part will be ensured according to the reduction | decrease (decrease amount) of the signal intensity resulting from attenuation | damping of the light from a light source part by using said Formula (2). It is possible to correct a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by.

上記照射位置に関する定数をk2とする構成において、好ましくは、定数k2は、光源部の照射位置が検出部側である場合には、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、0.2以上0.8以下であり、定数k2は、光源部の照射位置が検出部とは反対側である場合には、光源部の照射位置が検出部側である場合における照射位置から被検体内の所定の位置までの距離をdとし、かつ、照射位置から被検体内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、−0.8以上−0.2以下である。このように構成すれば、光源部による光の照射位置に応じて、補正係数Z2を適切に取得することができる。その結果、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を適切に増加させることができる。   In the configuration in which the constant related to the irradiation position is k2, preferably, the constant k2 is a unit of distance d from the irradiation position to a predetermined position in the subject when the irradiation position of the light source unit is on the detection unit side. , And the constant k2 is a constant k2 when the irradiation position of the light source unit is on the side opposite to the detection unit, and the irradiation position of the light source unit is on the detection unit side. -0.8 or more when the distance from the irradiation position to a predetermined position in the subject is d and the unit of the distance d from the irradiation position to the predetermined position in the subject is cm -0.2 or less. If comprised in this way, the correction coefficient Z2 can be appropriately acquired according to the irradiation position of the light by a light source part. As a result, it is possible to appropriately increase the signal intensity of the photoacoustic wave signal resulting from the attenuation of light from the light source unit.

上記第1の局面による光音響画像化装置において、好ましくは、検出部には、光音響波を受信して、光音響波に起因する光音響波信号を検出するための複数の検出素子が配列されており、複数の検出素子が配列される配列方向の光源部の幅は、複数の検出素子の配列方向の幅よりも大きい。このように構成すれば、複数の検出素子の配列方向の全域にわたって、光源部からの光を確実に照射することができる。その結果、複数の検出素子により検出可能な範囲内における光の照射量が少ないことに起因して、複数の検出素子により検出可能な範囲内における検出対象物から光音響波を十分に発生させることができないのを抑制することができる。これにより、複数の検出素子により検出可能な範囲内における検出対象物の検出が複数の検出素子により適切に行われないのを抑制することができる。   In the photoacoustic imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the detection unit includes a plurality of detection elements that receive the photoacoustic wave and detect a photoacoustic wave signal caused by the photoacoustic wave. The width of the light source unit in the arrangement direction in which the plurality of detection elements are arranged is larger than the width in the arrangement direction of the plurality of detection elements. If comprised in this way, the light from a light source part can be reliably irradiated over the whole region of the sequence direction of a some detection element. As a result, sufficient photoacoustic waves are generated from the detection object within the range detectable by the plurality of detection elements due to the small amount of light irradiation within the range detectable by the plurality of detection elements. Can not be suppressed. Thereby, it can suppress that detection of the detection target object within the range which can be detected with a plurality of detection elements is not appropriately performed by the plurality of detection elements.

この発明の第2の局面による光音響画像構築方法は、光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出部により検出するステップと、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法による画像を信号処理部により生成するステップと、を備える。   In the photoacoustic image construction method according to the second aspect of the present invention, the detection unit detects a photoacoustic wave signal caused by a photoacoustic wave generated from a detection target in the subject that has absorbed light from the light source unit. And a step of correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave by the signal processing unit, and an image by the back projection method based on the corrected photoacoustic wave signal by the signal processing unit. Generating.

この発明の第2の局面による光音響画像構築方法では、上記のように、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法による画像を信号処理部により生成するステップとを行う。これにより、第2の局面の光音響画像構築方法においても、逆投影法により鮮明な画像を得ることができる。   In the photoacoustic image construction method according to the second aspect of the present invention, as described above, the signal processing unit corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and the correction is performed. Based on the photoacoustic wave signal, a step of generating an image by a back projection method by a signal processing unit is performed. Thereby, also in the photoacoustic image construction method of the second aspect, a clear image can be obtained by the back projection method.

本発明によれば、上記のように、逆投影法により鮮明な画像を得ることが可能な光音響画像化装置および光音響画像構築方法を提供することができる。   According to the present invention, as described above, it is possible to provide a photoacoustic imaging apparatus and a photoacoustic image construction method capable of obtaining a clear image by back projection.

本発明の第1〜第3実施形態の光音響画像化装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the photoacoustic imaging device of the 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置による光音響波信号の取得を説明するための図である。It is a figure for demonstrating acquisition of the photoacoustic wave signal by the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置による光の発光周期と発光周期に対応する光音響波信号の取得を説明するための図である。It is a figure for demonstrating acquisition of the photoacoustic wave signal corresponding to the light emission period and light emission period by the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置における補正前のNM座標データを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the NM coordinate data before correction | amendment in the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置における補正後のNM座標データを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the NM coordinate data after correction | amendment in the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置における逆投影法による画像化処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the imaging process by the back projection method in the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置における逆投影法による画像化領域の信号値の決定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination method of the signal value of the imaging area | region by the back projection method in the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the photoacoustic wave image construction process by the photoacoustic imaging device of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の光音響画像化装置における検出素子の入射方向に起因する感度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sensitivity resulting from the incident direction of the detection element in the photoacoustic imaging device of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の光音響画像化装置における検出素子の入射方向に起因する感度を考慮した逆投影法による画像化処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the imaging process by the back projection method in consideration of the sensitivity resulting from the incident direction of the detection element in the photoacoustic imaging device of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the photoacoustic wave image construction process by the photoacoustic imaging device of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の光音響画像化装置における光源部による光の照射位置が検出部側である場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the irradiation position of the light by the light source part in the photoacoustic imaging device of 3rd Embodiment of this invention is a detection part side. 本発明の第3実施形態の光音響画像化装置における補正後のNM座標データを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the NM coordinate data after correction | amendment in the photoacoustic imaging device of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の光音響画像化装置における光源部による光の照射位置が検出部とは反対側である場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the irradiation position of the light by the light source part in the photoacoustic imaging device of 3rd Embodiment of this invention is the other side of a detection part. 本発明の第3実施形態の光音響画像化装置による光の減衰について説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating attenuation | damping of the light by the photoacoustic imaging device of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の光音響画像化装置による光音響波画像構築処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the photoacoustic wave image construction process by the photoacoustic imaging device of 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
まず、図1〜図7を参照して、本発明の第1実施形態による光音響画像化装置100の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の第1実施形態による光音響画像化装置100は、図1に示すように、光源部10と、検出部20と、光音響画像化装置本体(以下、装置本体という)30とを備えている。光源部10および検出部20は、装置本体30の外部に設けられ、図示しない配線により装置本体30と接続されている。この配線を介して、光音響画像化装置100は、装置本体30から光源部10への制御信号の出力や、検出部20により検出された光音響波信号の検出部20から装置本体30への出力などの信号の伝達を行うことが可能に構成されている。   As shown in FIG. 1, the photoacoustic imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention includes a light source unit 10, a detection unit 20, and a photoacoustic imaging apparatus main body (hereinafter referred to as an apparatus main body) 30. ing. The light source unit 10 and the detection unit 20 are provided outside the apparatus main body 30 and are connected to the apparatus main body 30 by wiring (not shown). Through this wiring, the photoacoustic imaging apparatus 100 outputs a control signal from the apparatus main body 30 to the light source unit 10, and detects a photoacoustic wave signal detected by the detection unit 20 from the detection unit 20 to the apparatus main body 30. A signal such as an output can be transmitted.

図1に示すように、光源部10は、被検体P(図2参照)に光を照射するための光源ユニットである。光音響波AW(図2参照)の測定時には、光源部10は、被検体Pの表面に当接させた状態で用いられる。   As shown in FIG. 1, the light source unit 10 is a light source unit for irradiating a subject P (see FIG. 2) with light. When measuring the photoacoustic wave AW (see FIG. 2), the light source unit 10 is used in a state of being in contact with the surface of the subject P.

また、光源部10は、光源11を含み、光源11から被検体Pに向けて測定のための光を照射するように構成されている。また、光源部10の光源11は、装置本体30の後述する光源駆動部33の制御信号に基づいて、パルス幅ta(図3参照)のパルス光を、発光周期Ta(図3参照)で繰り返し発光させるように構成されている。そして、パルス光の発光後で、次のパルス光の発光前の所定期間の光音響波信号が装置本体30により繰り返し取得される。   The light source unit 10 includes a light source 11 and is configured to emit light for measurement from the light source 11 toward the subject P. The light source 11 of the light source unit 10 repeats pulsed light having a pulse width ta (see FIG. 3) with a light emission period Ta (see FIG. 3) based on a control signal of a light source driving unit 33 described later of the apparatus main body 30. It is configured to emit light. Then, after the emission of the pulsed light, the photoacoustic wave signal for a predetermined period before the emission of the next pulsed light is repeatedly acquired by the apparatus main body 30.

光源11は、人体などの被検体P(図2参照)の測定に適した赤外領域の測定波長の光(たとえば、約700nm〜約1000nmに中心波長を有する光)を発生するように構成されている。このような光源11としては、たとえば、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子、または、有機発光ダイオード素子を用いることが可能である。この場合、光源部10を小型化することができるので、光源11が設けられた光源部10を被検体Pに直接的に当接させて、光音響波AWの測定を行うことが可能である。なお、光源11の測定波長は、検出を所望する検出対象物Qに応じて適宜決定されればよい。   The light source 11 is configured to generate light having a measurement wavelength in the infrared region suitable for measurement of a subject P such as a human body (see FIG. 2) (for example, light having a center wavelength of about 700 nm to about 1000 nm). ing. As such a light source 11, it is possible to use a light emitting diode element, a semiconductor laser element, or an organic light emitting diode element, for example. In this case, since the light source unit 10 can be reduced in size, the photoacoustic wave AW can be measured by bringing the light source unit 10 provided with the light source 11 into direct contact with the subject P. . Note that the measurement wavelength of the light source 11 may be appropriately determined according to the detection target Q desired to be detected.

図1に示すように、検出部20は、光音響波AW(図2参照)の受信を行うためのプローブである。また、検出部20は、光音響波AWの受信に加えて、超音波の送受信を行うように構成することが可能である。光音響波AWの測定時には、検出部20は、被検体Pの表面に当接させた状態で用いられる。   As shown in FIG. 1, the detection unit 20 is a probe for receiving a photoacoustic wave AW (see FIG. 2). In addition to receiving the photoacoustic wave AW, the detecting unit 20 can be configured to transmit and receive ultrasonic waves. When measuring the photoacoustic wave AW, the detection unit 20 is used in a state of being in contact with the surface of the subject P.

また、検出部20は、複数の検出素子21を含んでいる。複数の検出素子21は、圧電素子を含み、図示しない筐体の内部の先端近傍において、アレイ状に配列されている。この第1実施形態では、複数の検出素子21は、N個(Nch(チャンネル)ともいう)設けられている。検出素子21の数Nとしては、たとえば、64個、128個、192個または256個を用いることが可能である。   The detection unit 20 includes a plurality of detection elements 21. The plurality of detection elements 21 include piezoelectric elements, and are arranged in an array in the vicinity of the tip inside the housing (not shown). In the first embodiment, N (also referred to as Nch (channel)) detection elements 21 are provided. As the number N of the detection elements 21, for example, 64, 128, 192, or 256 can be used.

また、検出部20は、光源部10から照射された光を吸収した被検体P(図2参照)内の検出対象物Q(図2参照)から発生する光音響波AWによって検出素子21が振動されることにより、光音響波AWを受信して、光音響波信号を検出するように構成されている。また、検出部20は、検出された光音響波信号を、装置本体30に出力するように構成されている。   Further, the detection unit 20 vibrates the detection element 21 by the photoacoustic wave AW generated from the detection object Q (see FIG. 2) in the subject P (see FIG. 2) that has absorbed the light emitted from the light source unit 10. Thus, the photoacoustic wave AW is received and the photoacoustic wave signal is detected. The detection unit 20 is configured to output the detected photoacoustic wave signal to the apparatus main body 30.

ここで、第1実施形態では、装置本体30には、信号処理部31が設けられている。信号処理部31は、検出部20から出力された光音響波信号を補正して、逆投影することにより、光音響波信号に基づく光音響波画像を生成するように構成されている。具体的には、信号処理部31は、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法(バックプロジェクション法:Back Projection法)により光音響波画像を生成するように構成されている。   Here, in the first embodiment, the apparatus main body 30 is provided with a signal processing unit 31. The signal processing unit 31 is configured to generate a photoacoustic wave image based on the photoacoustic wave signal by correcting and backprojecting the photoacoustic wave signal output from the detection unit 20. Specifically, the signal processing unit 31 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, and based on the corrected photoacoustic wave signal, the back projection method (back The photoacoustic wave image is generated by a projection method (Back Projection method).

信号処理部31は、概略的には、光音響波信号の取得、取得された光音響波信号の補正、補正された光音響波信号の逆投影、逆投影された光音響波信号に基づく光音響波画像の生成に係る信号処理を行うように構成されている。以下、信号処理部31の構成について、詳細に説明する。   In general, the signal processing unit 31 acquires a photoacoustic wave signal, corrects the acquired photoacoustic wave signal, backprojects the corrected photoacoustic wave signal, and light based on the backprojected photoacoustic wave signal. It is configured to perform signal processing related to generation of an acoustic wave image. Hereinafter, the configuration of the signal processing unit 31 will be described in detail.

図1に示すように、信号処理部31は、受信部41と、第1メモリ42と、平均化処理部43と、補正処理部44と、第2メモリ45と、逆投影部46と、第3メモリ47とを含んでいる。この信号処理部31の機能は、たとえば、専用回路や、汎用CPU、FPGA(Field Programmable Gate Array)、不揮発性メモリ、揮発性メモリなどのハードウェア、および、各種プログラムなどのソフトウェアの組み合わせにより実現することができる。   As shown in FIG. 1, the signal processing unit 31 includes a receiving unit 41, a first memory 42, an averaging processing unit 43, a correction processing unit 44, a second memory 45, a back projection unit 46, 3 memory 47. The function of the signal processing unit 31 is realized by, for example, a combination of a dedicated circuit, a general-purpose CPU, a hardware such as a field programmable gate array (FPGA), a nonvolatile memory, a volatile memory, and software such as various programs. be able to.

受信部41には、検出部20の複数(N個)の検出素子21にそれぞれ対応する複数(N個)の増幅部51と、複数(N個)のアナログデジタル変換部(以下、A/D変換部という)52とが設けられている。   The receiving unit 41 includes a plurality (N) of amplifying units 51 corresponding to a plurality (N) of detection elements 21 of the detection unit 20 and a plurality (N) of analog-digital conversion units (hereinafter referred to as A / D). 52) (referred to as a conversion unit).

ここで、図2を参照して、検出部20による光音響波信号の検出から、受信部41による光音響波信号の受信までについて説明する。光源部10(図1参照)により被検体Pに向けてパルス光が照射されると、図2に示すように、被検体P内の検出対象物Qから光音響波AWが発生する。この際、光の照射により一度に広範囲から光音響波AWが発生する。なお、図2では、理解の容易のため、1つの検出対象物Qのみを示している。   Here, with reference to FIG. 2, the process from the detection of the photoacoustic wave signal by the detection unit 20 to the reception of the photoacoustic wave signal by the reception unit 41 will be described. When pulsed light is irradiated toward the subject P by the light source unit 10 (see FIG. 1), a photoacoustic wave AW is generated from the detection target Q in the subject P as shown in FIG. At this time, a photoacoustic wave AW is generated from a wide range at a time by light irradiation. In FIG. 2, only one detection object Q is shown for easy understanding.

そして、検出部20(図1参照)は、N個の検出素子21のそれぞれにより、検出対象物Qから発生した光音響波AWを受信して、光音響波信号を検出する。図2では、各検出素子21により検出される光音響波信号を、光音響波信号L1〜LNとして示している。検出素子21により検出された光音響波信号L1〜LNは、検出部20から装置本体30に出力され、装置本体30の受信部41により受信される。以下では、光音響波信号のことを適宜光音響波信号L1〜LNと記載する。   And the detection part 20 (refer FIG. 1) receives the photoacoustic wave AW generate | occur | produced from the detection target object Q by each of the N detection elements 21, and detects a photoacoustic wave signal. In FIG. 2, the photoacoustic wave signals detected by the respective detection elements 21 are shown as photoacoustic wave signals L1 to LN. The photoacoustic wave signals L <b> 1 to LN detected by the detection element 21 are output from the detection unit 20 to the apparatus main body 30 and received by the reception unit 41 of the apparatus main body 30. Hereinafter, the photoacoustic wave signals are appropriately referred to as photoacoustic wave signals L1 to LN.

そして、受信部41は、n(1≦n≦N)番目の増幅部51とこれに対応するn番目のA/D変換部52とにより、n番目の検出素子21により検出された光音響波信号Ln(L1〜LN)を受信するように構成されている。   The receiving unit 41 includes the photoacoustic wave detected by the nth detection element 21 by the nth (1 ≦ n ≦ N) th amplification unit 51 and the nth A / D conversion unit 52 corresponding thereto. The signal Ln (L1 to LN) is configured to be received.

また、各増幅部51は、受信された光音響波信号L1〜LNをそれぞれ増幅(たとえば、約300倍〜約30000倍)し、各A/D変換部52に出力するように構成されている。   Each amplification unit 51 is configured to amplify the received photoacoustic wave signals L <b> 1 to LN (for example, about 300 times to about 30000 times) and output the signals to each A / D conversion unit 52. .

各A/D変換部52は、各増幅部51により増幅された状態の光音響波信号L1〜LNのそれぞれを、所定のサンプリング周波数および所定のビット分解能で、アナログ信号からデジタル信号に変換するように構成されている。また、各A/D変換部52は、デジタル信号としての光音響波信号L1〜LNをそれぞれ、第1メモリ42に出力するように構成されている。   Each A / D converter 52 converts each of the photoacoustic wave signals L1 to LN in a state amplified by each amplifier 51 from an analog signal to a digital signal with a predetermined sampling frequency and a predetermined bit resolution. It is configured. Each A / D converter 52 is configured to output the photoacoustic wave signals L <b> 1 to LN as digital signals to the first memory 42.

第1メモリ42は、各A/D変換部52から出力された光音響波信号L1〜LNを格納するように構成されている。また、図4に示すように、第1メモリ42には、光音響波信号L1〜LNがNM座標データとして格納される。   The first memory 42 is configured to store the photoacoustic wave signals L <b> 1 to LN output from each A / D conversion unit 52. Further, as shown in FIG. 4, the first memory 42 stores the photoacoustic wave signals L1 to LN as NM coordinate data.

ここで、NM座標データとは、検出部20の幅方向に関する情報と、被検体Pの表面からの深さ方向に関する情報とをマトリクス状に構成したデータである。具体的には、NM座標データは、検出素子21の数(検出素子数)Nと、サンプリング数Mとのマトリクスにより構成されている。ここで、サンプリング数Mは、各光音響波信号L1〜LNにおける、画像化を所望する深さまでの信号のサンプリング数である。たとえば、画像化を所望する深さを被検体Pの表面から6cm(0.06m)とし、人体内の音速を1530(m/s)とし、A/D変換部52の所定のサンプリング周波数を20×10Hzとする場合には、サンプリング数Mは、M=(0.06/1530)×20×10=約800となる。このサンプリング数Mは、深さ方向の画素数を示しており、たとえば、上記の計算例の場合には、深さ方向に約800個の画素数を有することとなる。 Here, the NM coordinate data is data in which information related to the width direction of the detection unit 20 and information related to the depth direction from the surface of the subject P are configured in a matrix. Specifically, the NM coordinate data is composed of a matrix of the number of detection elements 21 (number of detection elements) N and the number of samplings M. Here, the sampling number M is the number of samplings of the signals up to the depth at which imaging is desired in each of the photoacoustic wave signals L1 to LN. For example, the depth desired to be imaged is 6 cm (0.06 m) from the surface of the subject P, the sound velocity in the human body is 1530 (m / s), and the predetermined sampling frequency of the A / D converter 52 is 20 In the case of × 10 6 Hz, the sampling number M is M = (0.06 / 1530) × 20 × 10 6 = about 800. The sampling number M indicates the number of pixels in the depth direction. For example, in the case of the above calculation example, the number of samplings M has about 800 pixels in the depth direction.

また、NM座標データでは、M座標の各点は、サンプリング時間pに対応する時間間隔で配列されている。サンプリング時間pは、A/D変換部52の所定のサンプリング周波数の1周期に対応する時間である。たとえば、A/D変換部52の所定のサンプリング周波数を20×10Hzとする場合には、サンプリング時間pは、0.05μsとなる。つまり、NM座標データでは、M座標は、検出された光音響波信号L1〜LNにおける検出時間tに対応する。たとえば、M座標がm(1≦m≦M)である場合には、検出時間tは、t=m×pで求められる。したがって、このNM座標データは、各検出素子21により検出された光音響波信号L1〜LNの各検出時間tにおける情報を有するデータであるといえる。具体的には、NM座標データの座標点(n,m)は、光音響波信号Lnの検出時間t(=m×p)における信号値Xnmの情報を有する。このNM座標データは、光源部10の光源11による1回のパルス発光につき、1つ得られる。そして、このパルス発光が、発光周期Ta毎に行われ、各々のパルス光に基づく光音響波信号L1〜LNが第1メモリ42にそれぞれ格納される。 In the NM coordinate data, each point of the M coordinate is arranged at a time interval corresponding to the sampling time p. The sampling time p is a time corresponding to one cycle of a predetermined sampling frequency of the A / D conversion unit 52. For example, when the predetermined sampling frequency of the A / D converter 52 is 20 × 10 6 Hz, the sampling time p is 0.05 μs. That is, in the NM coordinate data, the M coordinate corresponds to the detection time t in the detected photoacoustic wave signals L1 to LN. For example, when the M coordinate is m (1 ≦ m ≦ M), the detection time t is obtained by t = m × p. Therefore, this NM coordinate data can be said to be data having information at each detection time t of the photoacoustic wave signals L1 to LN detected by the respective detection elements 21. Specifically, the coordinate point (n, m) of the NM coordinate data has information on the signal value X nm at the detection time t (= m × p) of the photoacoustic wave signal Ln. One NM coordinate data is obtained for one pulse emission by the light source 11 of the light source unit 10. And this pulse light emission is performed for every light emission period Ta, and the photoacoustic wave signals L1-LN based on each pulse light are stored in the 1st memory 42, respectively.

平均化処理部43(図1参照)は、図3に示すように、複数(P回)のパルス光に基づき受信された複数(P組)の光音響波信号L1〜LNのそれぞれに対応する、複数(P個)のNM座標データを平均化処理するように構成されている。これにより、平均化処理により光音響波信号L1〜LNのS/N比(シグナル/ノイズ比)を向上させた状態で、光音響波画像(画像データ)を生成することができるので、被検体P内の状態が正確に反映された光音響波画像を生成することが可能である。そして、平均化処理部43は、平均化処理されたNM座標データを第1メモリ42に格納するように構成されている。また、第1メモリ42は、格納されたNM座標データを補正処理部44に出力可能に構成されている。   As shown in FIG. 3, the averaging processing unit 43 (see FIG. 1) corresponds to each of a plurality (P sets) of photoacoustic wave signals L1 to LN received based on a plurality (P times) of pulsed light. A plurality (P pieces) of NM coordinate data is averaged. As a result, a photoacoustic wave image (image data) can be generated in a state in which the S / N ratio (signal / noise ratio) of the photoacoustic wave signals L1 to LN is improved by the averaging process. It is possible to generate a photoacoustic wave image in which the state in P is accurately reflected. The averaging processing unit 43 is configured to store the averaged NM coordinate data in the first memory 42. The first memory 42 is configured to be able to output the stored NM coordinate data to the correction processing unit 44.

ここで、第1実施形態では、補正処理部44は、検出時間tおよび信号周波数fに基づいて、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号L1〜LNの信号強度の減少を補正するように構成されている。検出時間tは、光源部10によるパルス光の照射時点から、光音響波信号L1〜LNが検出部20により検出される検出時点までの間の時間である。なお、検出時間tの始点は、厳密に光源部10によるパルス光の照射時点である必要はない。たとえば、図3に示すように、光源部10によるパルス光の照射時点後、光音響波信号L1〜LNのサンプリング開始時点であってもよい。この第1実施形態では、検出時間tは、上記のように、NM座標データのM座標mとサンプリング時間pとを乗算した値が用いられる。また、信号周波数fは、光音響波信号L1〜LNの有する信号周波数である。この第1実施形態では、信号周波数fは、NM座標データにおける所定の座標点の信号周波数が用いられる。このような信号周波数fは、たとえば、光音響波信号L1〜LNをフーリエ変換法などにより解析することにより、求めることが可能である。   Here, in the first embodiment, the correction processing unit 44 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signals L1 to LN due to the attenuation of the photoacoustic wave AW based on the detection time t and the signal frequency f. It is configured as follows. The detection time t is the time from the time of pulse light irradiation by the light source unit 10 to the time of detection when the photoacoustic wave signals L1 to LN are detected by the detection unit 20. Note that the start point of the detection time t does not have to be strictly the time of pulse light irradiation by the light source unit 10. For example, as shown in FIG. 3, it may be the sampling start time of the photoacoustic wave signals L1 to LN after the irradiation time of the pulsed light from the light source unit 10. In the first embodiment, the detection time t is a value obtained by multiplying the M coordinate m of the NM coordinate data and the sampling time p as described above. The signal frequency f is a signal frequency that the photoacoustic wave signals L1 to LN have. In the first embodiment, the signal frequency f is a signal frequency at a predetermined coordinate point in the NM coordinate data. Such a signal frequency f can be obtained, for example, by analyzing the photoacoustic wave signals L1 to LN by a Fourier transform method or the like.

また、第1実施形態では、補正処理部44は、音速に関する定数をhとし、検出時間t(μs:マイクロ秒)および信号周波数f(MHz:メガヘルツ)に関する定数をk1とした場合に、以下の式(1)で表される補正係数Z1を、光音響波信号L1〜LNに乗じることによって、検出時間tおよび信号周波数fの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている。
Z1=h×t×10k1×t×f ・・・(1)
ここで、定数k1は、検出時間tおよび信号周波数fに関して被検体P内で生じた光音響波AWの減衰(信号強度の減少)を補正するための定数であり、被検体P(人体またはその他の動物など)や被検体Pの測定部位などの測定条件に応じて適宜決定することが可能である。この点に鑑みると、定数k1としては、0.002以上0.009以下であることが好ましい。
In the first embodiment, the correction processing unit 44 has the following constants regarding the sound speed as h, and constants regarding the detection time t (μs: microseconds) and the signal frequency f (MHz: megahertz) as k1. By multiplying the photoacoustic wave signals L1 to LN by the correction coefficient Z1 expressed by the equation (1), the signal intensity of the photoacoustic wave signal is increased as the values of the detection time t and the signal frequency f increase. It is configured to increase.
Z1 = h × t × 10 k1 × t × f (1)
Here, the constant k1 is a constant for correcting the attenuation (reduction in signal intensity) of the photoacoustic wave AW generated in the subject P with respect to the detection time t and the signal frequency f, and the subject P (human body or other) And the like, and the measurement site of the subject P can be appropriately determined. In view of this point, the constant k1 is preferably 0.002 or more and 0.009 or less.

たとえば、生体(人体)軟部を測定する場合の定数k1は、一例として次のように求められる。まず、生体軟部における減衰を−0.6dB/(cm×MHz)とし、生体軟部内で1cmの距離を音(光音響波AW)が進む時間を6.536μs(=0.01m/1530(m/s)=1cm/音速)とした場合に、生体軟部における減衰は、10−0.00459×t×f(=10^((−0.6/20)/6.536)×t×f))で表すことができる。そして、この式と対応して、定数k1は、k1=((0.6/20)/6.536)=0.00459((μs×MHz)−1)として求められる。つまり、定数k1は、検出時間tおよび信号周波数fあたりに生じた光音響波AWの減衰(信号強度の減少)を補正するための定数であるといえる。そして、上記の式(1)による補正係数Z1は、被検体P内で生じた光音響波AWの減衰(信号強度の減少)分を増加させることが可能な補正係数であるといえる。したがって、光音響波信号に補正係数Z1を乗じることによって、被検体P(図2参照)内で発生した光音響波AW(図2参照)が検出部20の検出素子21に到達するまでに減衰したとしても、この光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号L1〜LNの信号強度の減少を補正することが可能である。 For example, the constant k1 for measuring a living body (human body) soft part is obtained as follows as an example. First, the attenuation in the soft body of the living body is set to −0.6 dB / (cm × MHz), and the time for the sound (photoacoustic wave AW) to travel through the distance of 1 cm in the soft body of the living body is 6.536 μs (= 0.01 m / 1530 (m / S) = 1 cm / sound velocity), the attenuation in the soft body part is 10 −0.00459 × t × f (= 10 ^ ((− 0.6 / 20) /6.536) × t × f )). Corresponding to this equation, the constant k1 is obtained as k1 = ((0.6 / 20) /6.536) = 0.00459 ((μs × MHz) −1 ). That is, the constant k1 can be said to be a constant for correcting the attenuation (decrease in signal intensity) of the photoacoustic wave AW generated around the detection time t and the signal frequency f. The correction coefficient Z1 according to the above equation (1) can be said to be a correction coefficient that can increase the attenuation (decrease in signal intensity) of the photoacoustic wave AW generated in the subject P. Accordingly, by multiplying the photoacoustic wave signal by the correction coefficient Z1, the photoacoustic wave AW (see FIG. 2) generated in the subject P (see FIG. 2) is attenuated until it reaches the detection element 21 of the detection unit 20. Even if it does, it is possible to correct | amend the reduction | decrease of the signal intensity of the photoacoustic wave signals L1-LN resulting from attenuation | damping of this photoacoustic wave AW.

また、定数hは、被検体P内の音速から決定される値であり、被検体P(人体またはその他の動物など)や被検体Pの測定部位などの測定条件に応じて適宜決定することが可能である。この点に鑑みると、定数hとしては、0.1以上0.2以下であることが好ましい。たとえば、生体(人体)軟部を測定する場合の定数hとしては、生体軟部における音速1530(m/s)を単位換算して、h=約0.15(cm/μs)を用いることが可能である。   The constant h is a value determined from the speed of sound in the subject P, and can be appropriately determined according to measurement conditions such as the subject P (human body or other animals) and the measurement site of the subject P. Is possible. In view of this point, the constant h is preferably 0.1 or more and 0.2 or less. For example, as a constant h when measuring a living body (human body) soft part, h = about 0.15 (cm / μs) can be used by converting sound velocity 1530 (m / s) in the soft body part as a unit. is there.

ここで、補正係数Z1において、(h×t)の項は、音速に関する定数h(cm/μs)と検出時間t(μs)とを乗算することから、検出素子21に対する被検体P内の深さ方向の距離(cm)を表している。そして、この(h×t)の項を設けることにより、後述する逆投影法による画像化処理を適切に行うことが可能になる。   Here, in the correction coefficient Z1, the term (h × t) multiplies the constant h (cm / μs) relating to the sound speed and the detection time t (μs), so that the depth in the subject P with respect to the detection element 21 is increased. It represents the distance (cm) in the vertical direction. Then, by providing this (h × t) term, it becomes possible to appropriately perform imaging processing by a back projection method to be described later.

具体的な光音響波信号L1〜LNの光音響波AWの減衰に起因する補正処理としては、補正処理部44は、第1メモリ42に格納されたNM座標データを取得するとともに、取得されたNM座標データにおける各座標点の信号値(信号強度)に対して、補正係数Z1を乗じるように構成されている。これにより、補正処理部44は、検出時間tおよび信号周波数fの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号L1〜LNの信号強度を増加させるように構成されている。たとえば、図4および図5に示すように、NM座標データにおける座標点(n,m)の信号値Xnmに対して、座標点(n,m)における補正係数Z1を乗じることによって、座標点(n,m)における補正後の信号値Ynm(=Z1×Xnm)が得られる。同様に、座標点(1,1)から座標点(N,M)までのNM座標データの全ての座標点において、各座標点における信号値に対して、各座標点における補正係数Z1が乗算されて、図5に示す補正後のNM座標データが補正処理部44により取得される。そして、図1に示すように、補正処理部44は、取得された補正後のNM座標データを第2メモリ45に出力するように構成されている。 As a correction process caused by the attenuation of the photoacoustic wave AW of the specific photoacoustic wave signals L1 to LN, the correction processing unit 44 acquires the NM coordinate data stored in the first memory 42 and has been acquired. The signal value (signal intensity) at each coordinate point in the NM coordinate data is configured to be multiplied by a correction coefficient Z1. Thereby, the correction | amendment process part 44 is comprised so that the signal strength of the photoacoustic wave signals L1-LN may be increased according to the value of the detection time t and the signal frequency f becoming large. For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the signal value X nm of the coordinate point (n, m) in the NM coordinate data is multiplied by the correction coefficient Z1 at the coordinate point (n, m) to obtain the coordinate point. A corrected signal value Y nm (= Z1 × X nm ) at (n, m) is obtained. Similarly, at all coordinate points of the NM coordinate data from the coordinate point (1, 1) to the coordinate point (N, M), the signal value at each coordinate point is multiplied by the correction coefficient Z1 at each coordinate point. Thus, the corrected NM coordinate data shown in FIG. As shown in FIG. 1, the correction processing unit 44 is configured to output the acquired corrected NM coordinate data to the second memory 45.

なお、補正処理部44により補正される光音響波信号L1〜LNは、RF(Radio Frequency)信号(高周波信号)または元のRF信号を検波することにより得られたRF信号のいずれでもよい。つまり、補正処理部44による補正処理は、RF信号または検波されたRF信号のいずれに対して行われてもよい。また、検波されたRF信号に対して補正処理する場合には、補正処理部44よりも前段に検波処理部を設けることにより、検波されたRF信号に対して補正処理を行うことが可能である。   Note that the photoacoustic wave signals L1 to LN corrected by the correction processing unit 44 may be either RF (Radio Frequency) signals (high frequency signals) or RF signals obtained by detecting the original RF signals. That is, the correction processing by the correction processing unit 44 may be performed on either the RF signal or the detected RF signal. In addition, in the case where correction processing is performed on the detected RF signal, it is possible to perform correction processing on the detected RF signal by providing a detection processing unit before the correction processing unit 44. .

第2メモリ45は、補正処理部44から出力された補正後のNM座標データ(図5参照)を格納するように構成されている。また、第2メモリ45は、格納されたNM座標データを逆投影部46に出力可能に構成されている。   The second memory 45 is configured to store the corrected NM coordinate data (see FIG. 5) output from the correction processing unit 44. The second memory 45 is configured to be able to output the stored NM coordinate data to the back projection unit 46.

逆投影部46は、補正後のNM座標データに基づいて逆投影を行うように構成されている。以下、図6および図7を参照して、逆投影部46による逆投影について説明する。   The back projection unit 46 is configured to perform back projection based on the corrected NM coordinate data. Hereinafter, back projection by the back projection unit 46 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6に示すように、逆投影部46は、補正後のNM座標データ(図5参照)に基づいて逆投影を行うことにより、被検体P内と対応する画像化領域ARにおける信号値の分布を決定するように構成されている。概略的には、逆投影部46は、検出素子21を中心とする半円環状の複数の分散データDの仮想的な設定と、設定された分散データD同士の重なり状態に基づく画像化領域ARにおける信号値の分布の決定とを行う。まず、逆投影部46による検出素子21を中心とする半円環状の複数の分散データDの仮想的な設定について説明する。   As shown in FIG. 6, the back projection unit 46 performs back projection based on the corrected NM coordinate data (see FIG. 5), thereby distributing the signal value in the imaging region AR corresponding to the inside of the subject P. Is configured to determine. Schematically, the back projection unit 46 has an imaging region AR based on a virtual setting of a plurality of semicircular distributed data D centered on the detection element 21 and an overlapping state of the set distributed data D. And the distribution of signal values at. First, virtual setting of a plurality of semicircular distributed data D centered on the detection element 21 by the back projection unit 46 will be described.

ここで、逆投影法では、検出時間tにおける光音響波信号の信号強度は、音速をcとして、検出素子21に対して距離(c×t)の位置における音場の積分値で表される。詳細には、逆投影法では、検出時間tにおける光音響波信号の信号強度は、検出素子21に対して半径r=(c×t)の半円弧上の音場の積分値で表される。この第1実施形態では、逆投影部46は、半円弧上の音場を半円環状(帯状)の領域を有する分散データDとして取り扱う。   Here, in the back projection method, the signal intensity of the photoacoustic wave signal at the detection time t is represented by an integrated value of the sound field at a distance (c × t) with respect to the detection element 21 where c is the speed of sound. . Specifically, in the back projection method, the signal intensity of the photoacoustic wave signal at the detection time t is expressed by an integral value of a sound field on a semicircular arc having a radius r = (c × t) with respect to the detection element 21. . In the first embodiment, the back projection unit 46 treats a sound field on a semicircular arc as distributed data D having a semicircular (band) region.

図6に示すように、逆投影部46は、まず、検出素子21を中心とする半円環状の領域を有する複数の分散データDを仮想的に設定する。複数の分散データDは、各検出素子21のそれぞれにおいて、仮想的に設定される。図6では、n番目の検出素子21の複数(M個)の分散データDn1〜DnMを示している。 As shown in FIG. 6, the back projection unit 46 first virtually sets a plurality of distributed data D having a semi-annular region centered on the detection element 21. The plurality of distributed data D is virtually set in each detection element 21. In FIG. 6, a plurality (M pieces) of distributed data D n1 to D nM of the n-th detection element 21 are shown.

ここで、複数の分散データDは、それぞれ、NM座標データにおける座標点に対応した信号値(信号強度)を有している。具体的には、複数の分散データDは、それぞれ、対応する座標点の信号値Ynmをその分散データDの面積で除算した信号値を有している。つまり、複数の分散データDの半円環状(帯状)の領域には、それぞれ、対応する座標点の信号値Ynmが均等(一様)に分散されているともいえる。また、分散データDは、たとえば、複数の単位画素により構成することが可能である。この場合、その分散データDが含む単位画素の数で信号値Ynmを除算した値を、各単位画素に割り当てることにより、複数の分散データDの半円環状(帯状)の領域において、対応する座標点の信号値Ynmを均等(一様)に分散させることが可能である。 Here, each of the plurality of distributed data D has a signal value (signal intensity) corresponding to a coordinate point in the NM coordinate data. Specifically, each of the plurality of distributed data D has a signal value obtained by dividing the signal value Y nm of the corresponding coordinate point by the area of the distributed data D. That is, it can be said that the signal values Y nm of the corresponding coordinate points are evenly (uniformly) distributed in the semicircular (band-like) regions of the plurality of distributed data D. Further, the distributed data D can be composed of a plurality of unit pixels, for example. In this case, by assigning a value obtained by dividing the signal value Y nm by the number of unit pixels included in the distributed data D to each unit pixel, it is possible to correspond in a semicircular (band) region of the plurality of distributed data D. It is possible to uniformly (uniformly) distribute the signal value Y nm of the coordinate points.

図6を参照して、分散データDについて具体的に説明する。たとえば、n番目の検出素子21における1番目の分散データDn1は、NM座標データにおける座標点(n,1)の信号値Yn1を分散データDn1の面積で除算した信号値を有している。つまり、分散データDn1の半円環状の領域には、座標点(n,1)における信号値Yn1が均等(一様)に分散されている。同様に、n番目の検出素子21における2〜M番目の分散データDn2〜DnMは、NM座標データにおける座標点(n,2)〜(n,M)の信号値Yn2〜YnMをそれぞれ分散データDn2〜DnMの面積で除算した信号値を有している。 The distributed data D will be specifically described with reference to FIG. For example, the first distributed data D n1 in the nth detection element 21 has a signal value obtained by dividing the signal value Y n1 of the coordinate point (n, 1) in the NM coordinate data by the area of the distributed data D n1. Yes. That is, the signal value Y n1 at the coordinate point (n, 1) is uniformly (uniformly) distributed in the semicircular region of the distributed data D n1 . Similarly, 2 to M-th distributed data D n2 to D nM in the n-th detector element 21, the coordinate point in NM coordinate data signal values Y n2 to Y nM of (n, 2) ~ (n , M) Each has a signal value divided by the area of the distributed data D n2 to D nM .

また、n番目の検出素子21における1番目の分散データDn1は、被検体P内において、n番目の検出素子21から被検体P内の深さ方向に向けて検出時間1×pに対応する距離の位置に仮想的に配置されている。また、2番目の分散データDn2は、被検体P内において、n番目の検出素子21から被検体P内の深さ方向に向けて検出時間2×pに対応する距離の位置に仮想的に配置されている。つまり、n番目の検出素子21における各分散データDn1〜DnMは、n番目の検出素子21から被検体P内の深さ方向に向けて、サンプリング時間pに対応する距離(=p×c)で等間隔に配列されている。 The first dispersion data D n1 in the nth detection element 21 corresponds to a detection time of 1 × p from the nth detection element 21 in the depth direction in the subject P in the subject P. It is virtually arranged at a distance. In addition, the second dispersion data D n2 is virtually located in the subject P at a position corresponding to the detection time 2 × p from the nth detection element 21 in the depth direction in the subject P. Has been placed. That is, each of the distributed data D n1 to D nM in the nth detection element 21 is a distance (= p × c) corresponding to the sampling time p from the nth detection element 21 toward the depth direction in the subject P. ) At equal intervals.

そして、逆投影部46は、1〜N番目までの各検出素子21のそれぞれにおいて、n番目の検出素子21の場合と同様に、半円環状の複数の分散データDを仮想的に設定するように構成されている。   The back projection unit 46 virtually sets a plurality of semicircular distributed data D in each of the first to Nth detection elements 21 as in the case of the nth detection element 21. It is configured.

この際、深さ方向の距離が大きくなるのに応じて、分散データDの面積が大きくなる。この結果、対応する座標点の信号値Ynmをその分散データDの面積で除算する際、深さ方向の距離が大きくなるにつき、除算後の信号値が大きく減少してしまう。そこで、第1実施形態では、上記の式(1)の補正係数Z1において、被検体P内の深さ方向の距離を表す(h×t)の項を設け、深さ方向の距離が大きくなるのに応じて、NM座標データにおける各座標点の信号値が大きくなるように予め補正を行っている。この結果、深さ方向の距離が大きくなるにつき、除算後の信号値が大きく減少してしまうのを抑制することが可能である。その結果、逆投影法による画像化処理を適切に行うことが可能になる。 At this time, the area of the distributed data D increases as the distance in the depth direction increases. As a result, when the signal value Y nm of the corresponding coordinate point is divided by the area of the dispersion data D, the signal value after the division greatly decreases as the distance in the depth direction increases. Therefore, in the first embodiment, in the correction coefficient Z1 of the above equation (1), a term (h × t) representing the distance in the depth direction in the subject P is provided, and the distance in the depth direction is increased. Accordingly, correction is performed in advance so that the signal value of each coordinate point in the NM coordinate data becomes large. As a result, it is possible to suppress the signal value after division from being greatly reduced as the distance in the depth direction increases. As a result, it is possible to appropriately perform the imaging process by the back projection method.

また、第1実施形態では、補正処理部44は、(h×t)の項において、定数h(cm/μs)と検出時間t(μs)とを乗算した値が所定値よりも小さい場合(言い換えると、深さ方向の距離が所定の距離(cm)未満の場合)には、定数hと検出時間tとを乗算した値を所定値とするように構成されている。ここで、光源部10が検出部20に隣接して配置される場合には、検出部20の検出素子21の直下の近傍には、光源部10による光が届きにくい。この結果、深さ方向の距離が所定の距離未満の位置からは、比較的信号強度の小さい光音響波信号が得られ易いと考えられる。この点に鑑みると、所定値は、0.5以上1.5以下(所定の距離が0.5cm以上1.5cm以下)とすることが可能である。この第1実施形態では、上記のように、深さ方向の距離が所定の距離未満の場合(所定値よりも小さい場合)には、定数hと検出時間tとを乗算した値を所定値とする。これにより、通常(h×tの値)よりも大きな値の補正係数Z1を乗じることができる。その結果、光源部10による光が届きにくい所定の距離未満の場合を考慮して、適切に補正係数Z1を取得することが可能である。   In the first embodiment, the correction processing unit 44, when the value obtained by multiplying the constant h (cm / μs) and the detection time t (μs) in the term (h × t) is smaller than a predetermined value ( In other words, when the distance in the depth direction is less than a predetermined distance (cm), a value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is set as the predetermined value. Here, when the light source unit 10 is disposed adjacent to the detection unit 20, the light from the light source unit 10 does not easily reach the vicinity of the detection element 21 of the detection unit 20. As a result, it is considered that a photoacoustic wave signal having a relatively small signal intensity can be easily obtained from a position where the distance in the depth direction is less than the predetermined distance. In view of this point, the predetermined value can be 0.5 or more and 1.5 or less (the predetermined distance is 0.5 cm or more and 1.5 cm or less). In the first embodiment, as described above, when the distance in the depth direction is less than the predetermined distance (when smaller than the predetermined value), a value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is set as the predetermined value. To do. Thereby, it is possible to multiply the correction coefficient Z1 having a larger value than normal (value of h × t). As a result, it is possible to appropriately acquire the correction coefficient Z1 in consideration of a case where the light from the light source unit 10 is less than a predetermined distance that is difficult to reach.

次に、図7を参照して、逆投影部46による設定された分散データD同士の重なり状態に基づく画像化領域ARにおける信号値の分布の決定について説明する。   Next, with reference to FIG. 7, determination of the distribution of signal values in the imaging region AR based on the overlap state of the distributed data D set by the back projection unit 46 will be described.

図7に示すように、逆投影部46は、設定された各分散データD同士の重なり状態に基づいて、画像化領域ARの各領域の信号値を決定することによって、画像化領域ARにおける信号値の分布を決定する。以下、図7を参照して、具体例に基づいて説明する。   As shown in FIG. 7, the back projection unit 46 determines the signal value of each area of the imaging area AR based on the set overlapping state of the respective pieces of distributed data D, and thereby the signal in the imaging area AR. Determine the distribution of values. Hereinafter, with reference to FIG. 7, it demonstrates based on a specific example.

図7では、1番目の検出素子21の分散データD1ma(座標点(1,ma)の信号値に対応するデータ)と、2番目の検出素子21の分散データD2mb(座標点(2,mb)の信号値に対応するデータ)と、n番目の検出素子21の分散データDnmc(座標点(n,mc)の信号値に対応するデータ)と、N番目の検出素子21の分散データDNmd(座標点(N,md)の信号値に対応するデータ)とについて示している。なお、M座標の座標点ma〜mdは、それぞれ、同じ座標点であってもよいし、互いに異なる座標であってもよい。図7に示すように、分散データD1ma、D2mb、DnmcおよびDNmdが互いに重なる部分(領域)では、重なり合う分散データD1ma、D2mb、DnmcおよびDNmdの各信号値が加算されることにより、その部分の画像化領域ARの信号値が決定される。また、重ならない部分では、単一の分散データD1ma、D2mb、DnmcまたはDNmdの値により、その部分の画像化領域ARの信号値が決定される。図7では、より多くの分散データDが重なる部分(言い換えると、信号値が大きい部分)の色が濃く見えるように図示している。そして、以上の処理を、各検出素子21の各分散データD全ての重なり状態に基づいて行うことにより、画像化領域ARにおける信号値の分布が決定される。これにより、画像化領域ARにおける信号値の分布データ(信号分布データ)が逆投影部46により生成される。そして、生成された信号分布データに基づいて、光音響波画像が構築(生成)される。つまり、構築された光音響波画像は、補正処理部44により補正された信号値を逆投影することにより得られた画像である。そして、図1に示すように、逆投影部46は、第3メモリ47に信号分布データに基づく光音響波画像(画像データ)を出力するように構成されている。 In FIG. 7, the dispersion data D 1ma of the first detection element 21 (data corresponding to the signal value of the coordinate point (1, ma)) and the dispersion data D 2mb of the second detection element 21 (coordinate point (2, mb) (data corresponding to the signal value), the dispersion data D nmc of the nth detection element 21 (data corresponding to the signal value of the coordinate point (n, mc)), and the dispersion data of the Nth detection element 21 D Nmd (data corresponding to the signal value of the coordinate point (N, md)). Note that the coordinate points ma to md of the M coordinate may be the same coordinate point or may be different from each other. As shown in FIG. 7, distributed data D 1ma, D 2mb, the portion D nmc and D Nmd overlap each other (regions), overlapping distributed data D 1ma, D 2mb, the signal values of D nmc and D Nmd are added As a result, the signal value of the imaging area AR of that portion is determined. In the non-overlapping portion, the signal value of the imaging area AR of the portion is determined by the value of the single distributed data D 1ma , D 2mb , D nmc or D Nmd . In FIG. 7, a portion where more distributed data D overlaps (in other words, a portion where the signal value is large) is illustrated so as to appear dark. Then, the distribution of signal values in the imaging area AR is determined by performing the above processing based on the overlapping state of all the distributed data D of each detection element 21. As a result, signal value distribution data (signal distribution data) in the imaging region AR is generated by the back projection unit 46. Then, a photoacoustic wave image is constructed (generated) based on the generated signal distribution data. That is, the constructed photoacoustic wave image is an image obtained by back projecting the signal value corrected by the correction processing unit 44. As shown in FIG. 1, the back projection unit 46 is configured to output a photoacoustic wave image (image data) based on the signal distribution data to the third memory 47.

第3メモリ47は、逆投影部46から出力された光音響波画像(画像データ)を格納するように構成されている。また、第3メモリ47は、格納された光音響波画像をモニタ32に出力可能に構成されている。この結果、モニタ32では、信号強度の減少が補正された光音響波信号に基づいて逆投影法により生成された鮮明な光音響波画像が表示される。なお、第3メモリ47とモニタ32との間には、さらに階調調整などの画像処理を行う画像処理部を設けることが可能である。   The third memory 47 is configured to store the photoacoustic wave image (image data) output from the back projection unit 46. The third memory 47 is configured to output the stored photoacoustic wave image to the monitor 32. As a result, the monitor 32 displays a clear photoacoustic wave image generated by the back projection method based on the photoacoustic wave signal in which the decrease in signal intensity is corrected. An image processing unit that performs image processing such as gradation adjustment can be further provided between the third memory 47 and the monitor 32.

装置本体30には、一般的な液晶モニタを含む、モニタ32が設けられている。モニタ32は、光音響波画像や、各種操作画面などを表示可能に構成されている。   The apparatus main body 30 is provided with a monitor 32 including a general liquid crystal monitor. The monitor 32 is configured to display a photoacoustic wave image, various operation screens, and the like.

また、装置本体30には、光源駆動部33が設けられている。光源駆動部33は、装置本体30の外部に設けられる光源部10の光源11をパルス発光させる制御を行うように構成されている。具体的には、光源駆動部33は、光源部10の光源11により、パルス幅taのパルス光を、発光周期Taで繰り返し発光させる制御を行うように構成されている。また、光源駆動部33は、装置本体30の制御部34による制御信号に基づいて、パルス幅ta、発光周期Taおよび光源11を駆動する電流値を調整可能に構成されている。つまり、この光音響画像化装置100は、光源駆動部33の設定を変更することにより、光源部10による光の照射条件を変更することが可能に構成されている。   The apparatus main body 30 is provided with a light source driving unit 33. The light source driving unit 33 is configured to perform control to cause the light source 11 of the light source unit 10 provided outside the apparatus main body 30 to emit light in pulses. Specifically, the light source driving unit 33 is configured to perform control so that the light source 11 of the light source unit 10 repeatedly emits pulsed light having a pulse width ta with a light emission period Ta. The light source driving unit 33 is configured to be able to adjust the pulse width ta, the light emission period Ta, and the current value for driving the light source 11 based on a control signal from the control unit 34 of the apparatus main body 30. That is, the photoacoustic imaging apparatus 100 is configured to be able to change the light irradiation condition by the light source unit 10 by changing the setting of the light source driving unit 33.

また、装置本体30には、制御部34が設けられている。制御部34は、CPUを含み、装置本体30の各構成要素を制御するように構成されている。制御部34は、たとえば、光源駆動部33による光源部10の照射条件や、信号処理部31による信号処理の条件を制御するように構成されている。   The apparatus main body 30 is provided with a control unit 34. The control unit 34 includes a CPU and is configured to control each component of the apparatus main body 30. The control unit 34 is configured to control, for example, irradiation conditions of the light source unit 10 by the light source driving unit 33 and signal processing conditions by the signal processing unit 31.

次に、図8を参照して、装置本体30の信号処理部31による光音響波画像構築処理についてフローチャートに基づいて説明する。   Next, with reference to FIG. 8, the photoacoustic wave image construction processing by the signal processing unit 31 of the apparatus main body 30 will be described based on a flowchart.

まず、ステップS1において、光音響波信号が取得される。具体的には、受信部41(図1参照)により受信され、第1メモリ42(図1参照)に格納されることにより、光音響波信号L1〜LN(図4参照)が信号処理部31により取得される。この際、第1メモリ42には、光音響波信号L1〜LNが補正前のNM座標データ(図4参照)として格納される。   First, in step S1, a photoacoustic wave signal is acquired. Specifically, the photoacoustic wave signals L1 to LN (see FIG. 4) are received by the receiving unit 41 (see FIG. 1) and stored in the first memory 42 (see FIG. 1), so that the signal processing unit 31. Obtained by At this time, the photoacoustic wave signals L1 to LN are stored in the first memory 42 as NM coordinate data before correction (see FIG. 4).

そして、ステップS2において、複数(P組)の光音響波信号の平均化処理が行われる。具体的には、第1メモリ42に格納される複数(P組)の光音響波信号L1〜LNのそれぞれに対応する、複数(P個)のNM座標データが平均化処理部43により平均化処理される。   In step S2, averaging processing of a plurality (P sets) of photoacoustic wave signals is performed. Specifically, a plurality (P pieces) of NM coordinate data corresponding to each of a plurality (P sets) of photoacoustic wave signals L1 to LN stored in the first memory 42 are averaged by the averaging processing unit 43. It is processed.

そして、ステップS3において、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。具体的には、第1メモリ42に格納されたNM座標データの取得と、取得されたNM座標データにおける各座標点の信号値(信号強度)Xnmに対して、補正係数Z1を乗じる補正が補正処理部44により行われる。これにより、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正されたNM座標データ(図5参照)が得られる。 In step S3, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is corrected. Specifically, the acquisition of the NM coordinate data stored in the first memory 42 and the correction by multiplying the signal value (signal intensity) X nm of each coordinate point in the acquired NM coordinate data by the correction coefficient Z1. This is performed by the correction processing unit 44. Thereby, the NM coordinate data (refer FIG. 5) by which the reduction | decrease of the signal strength of the photoacoustic wave signal resulting from attenuation | damping of the photoacoustic wave AW was correct | amended is obtained.

そして、ステップS4において、補正された光音響波信号が逆投影される。つまり、ステップS4では、ステップS3の処理により得られた補正後のNM座標データに基づいて、逆投影部46により逆投影が行われる。この結果、図7に示すような各検出素子21の各分散データDの重なり状態に基づいて、画像化領域AR内の信号分布データが生成されるとともに、信号分布データに基づく光音響波画像が構築される。   In step S4, the corrected photoacoustic wave signal is backprojected. That is, in step S4, the back projection unit 46 performs back projection based on the corrected NM coordinate data obtained by the process of step S3. As a result, the signal distribution data in the imaging region AR is generated based on the overlapping state of the respective dispersion data D of each detection element 21 as shown in FIG. 7, and the photoacoustic wave image based on the signal distribution data is generated. Built.

そして、ステップS5において、逆投影により構築された光音響波画像が第3メモリ47からモニタ32に出力される。この結果、補正処理により得られる鮮明な光音響波画像がモニタ32に表示される。そして、ステップS1に戻り、次の光音響波信号の取得が行われる。   In step S 5, the photoacoustic wave image constructed by back projection is output from the third memory 47 to the monitor 32. As a result, a clear photoacoustic wave image obtained by the correction process is displayed on the monitor 32. And it returns to step S1 and acquisition of the following photoacoustic wave signal is performed.

第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。   In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された光音響波信号に基づいて、逆投影法により光音響波画像を生成する信号処理部31を設ける。これにより、被検体内で発生した光音響波AWが検出部20に到達するまでに減衰したとしても、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、信号強度の減少が補正された光音響波信号により逆投影法による画像化処理を行うことができるので、逆投影法により鮮明な光音響波画像を得ることができる。   In the first embodiment, as described above, the reduction in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is corrected, and light is projected by back projection based on the corrected photoacoustic wave signal. A signal processing unit 31 that generates an acoustic wave image is provided. Thereby, even if the photoacoustic wave AW generated in the subject is attenuated before reaching the detection unit 20, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW can be corrected. it can. As a result, since the imaging process by the back projection method can be performed by the photoacoustic wave signal in which the decrease in signal intensity is corrected, a clear photoacoustic wave image can be obtained by the back projection method.

また、第1実施形態では、上記のように、光音響波信号が検出部20により検出されるまでの検出時間t、および、光音響波信号の有する信号周波数fの両方に基づいて、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部31を構成する。これにより、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に基づいて、確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   In the first embodiment, as described above, the photoacoustic wave is based on both the detection time t until the photoacoustic wave signal is detected by the detection unit 20 and the signal frequency f of the photoacoustic wave signal. The signal processing unit 31 is configured to correct a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the wave AW. Thereby, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be reliably corrected based on the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW.

また、第1実施形態では、上記のように、検出時間t、および、信号周波数fの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部31を構成する。これにより、検出時間tおよび信号周波数fの値が大きくなるのに従って大きくなる信号強度の減少(減少量)に応じて、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に応じて、より確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   In the first embodiment, as described above, the signal intensity of the photoacoustic wave signal is increased by increasing the value of the detection time t and the signal frequency f, so that the photoacoustic wave AW is increased. The signal processing unit 31 is configured to correct a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal due to attenuation. Thereby, the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is increased in accordance with the decrease (decrease amount) of the signal intensity that increases as the values of the detection time t and the signal frequency f increase. be able to. As a result, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be more reliably corrected in accordance with the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW.

また、第1実施形態では、上記のように、検出時間tの単位をμsとし、信号周波数fの単位をMHzとし、定数k1を0.002以上0.009以下とした場合に、上記の式(1)で表される補正係数Z1を、光音響波信号に乗じることによって、検出時間tおよび信号周波数fの値が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させるように信号処理部31を構成する。これにより、上記の式(1)を用いることにより、検出時間tおよび信号周波数fの両方に応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることができる。その結果、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少(減少量)に応じて、より一層確実に、光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。また、定数k1を0.002以上0.009以下とすることによって、補正係数Z1を適切に取得することができる。また、上記の式(1)において、(h×t)の項を設けることによって、逆投影法の特性に合わせた画像化処理を適切に行うことができる。   In the first embodiment, as described above, when the unit of the detection time t is μs, the unit of the signal frequency f is MHz, and the constant k1 is 0.002 or more and 0.009 or less, the above formula is used. By multiplying the photoacoustic wave signal by the correction coefficient Z1 represented by (1), the signal intensity of the photoacoustic wave signal is increased as the values of the detection time t and the signal frequency f increase. The signal processing unit 31 is configured. Thereby, by using said Formula (1), the signal strength of a photoacoustic wave signal can be increased according to both detection time t and signal frequency f. As a result, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be corrected more reliably according to the decrease (decrease amount) in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW. Moreover, the correction coefficient Z1 can be appropriately acquired by setting the constant k1 to be not less than 0.002 and not more than 0.009. In addition, by providing the term (h × t) in the above formula (1), it is possible to appropriately perform an imaging process in accordance with the characteristics of the back projection method.

また、第1実施形態では、上記のように、単位を(cm/μs)とし、検出時間tの単位をμsとした場合に、定数hを0.1以上0.2以下とする。また、定数hと検出時間tとを乗算した値が所定値よりも小さい場合には、定数hと検出時間tとを乗算した値を所定値とする。これにより、定数hの値が適切に設定されるので、補正係数Z1をより適切に取得することができる。   In the first embodiment, as described above, when the unit is (cm / μs) and the unit of the detection time t is μs, the constant h is set to 0.1 or more and 0.2 or less. If the value obtained by multiplying the constant h by the detection time t is smaller than the predetermined value, the value obtained by multiplying the constant h by the detection time t is set as the predetermined value. Thereby, since the value of the constant h is appropriately set, the correction coefficient Z1 can be acquired more appropriately.

また、第1実施形態では、上記のように、所定値を、0.5以上1.5以下とする。これにより、定数hの値がより適切に設定されるので、補正係数Z1をより一層適切に取得することができる。   In the first embodiment, as described above, the predetermined value is 0.5 or more and 1.5 or less. Thereby, since the value of the constant h is set more appropriately, the correction coefficient Z1 can be acquired more appropriately.

また、第1実施形態では、上記のように、光源部10の光源11を、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか1つにより構成する。これにより、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源11の消費電力の低減および光源部10の小型化などの利点を得ることができる。ここで、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子または有機発光ダイオード素子を光源11として用いる場合には、固体レーザ光源を用いる場合と比べて、光源11から照射される光の出力が小さくなる。このため、検出部20により検出される光音響波信号の信号強度がより一層小さくなる。したがって、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子または有機発光ダイオード素子を光源11として用いる場合に、信号強度の減少を補正して、鮮明な光音響波画像を得ることができるという本発明は特に有効である。   In the first embodiment, as described above, the light source 11 of the light source unit 10 is configured by at least one of a light emitting diode element, a semiconductor laser element, and an organic light emitting diode element. Thereby, compared with the case where a solid-state laser light source is used, advantages, such as reduction of the power consumption of the light source 11, and size reduction of the light source part 10, can be acquired. Here, when a light-emitting diode element, a semiconductor laser element, or an organic light-emitting diode element is used as the light source 11, the output of light emitted from the light source 11 is smaller than when a solid laser light source is used. For this reason, the signal intensity of the photoacoustic wave signal detected by the detection unit 20 is further reduced. Therefore, when a light emitting diode element, a semiconductor laser element or an organic light emitting diode element is used as the light source 11, the present invention that a clear photoacoustic wave image can be obtained by correcting a decrease in signal intensity is particularly effective. .

(第2実施形態)
次に、図1、図2、図5、図6および図9〜図11を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態の構成に加えて、さらに検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して逆投影法により光音響波画像を生成する例について説明する。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5, 6 and 9 to 11. In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, an example in which a photoacoustic wave image is generated by a back projection method in consideration of sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21. Will be described. In addition, about the structure same as the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本発明の第2実施形態による光音響画像化装置200は、図1に示すように、光源部10と、検出部20と、光音響画像化装置本体(以下、装置本体という)130とを備えている。装置本体130には、信号処理部131が設けられている。信号処理部131は、逆投影部146が設けられていることを除いて、上記第1実施形態の信号処理部31と同様の構成である。   As shown in FIG. 1, the photoacoustic imaging apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention includes a light source unit 10, a detection unit 20, and a photoacoustic imaging apparatus main body (hereinafter referred to as an apparatus main body) 130. ing. The apparatus main body 130 is provided with a signal processing unit 131. The signal processing unit 131 has the same configuration as the signal processing unit 31 of the first embodiment except that a back projection unit 146 is provided.

図9に示すように、検出素子21は、光音響波AW(図2参照)がいずれの方向から入射されたか(入射方向)により、感度(検出感度)が異なる。たとえば、図9に示す矩形状の検出素子21は、検出素子21の検出面に対して垂直方向から光音響波AWが入射した場合に、最も感度が大きい。そして、検出面に対する垂直方向と光音響波AWの入射方向との成す角度である入射角θが大きくなるに従い、感度が小さくなる。図9では、1番目の検出素子21の入射角θに対する感度の大きさを概念的に矢印の長さで表している。   As shown in FIG. 9, the detection element 21 has different sensitivity (detection sensitivity) depending on from which direction (incident direction) the photoacoustic wave AW (see FIG. 2) is incident. For example, the rectangular detection element 21 shown in FIG. 9 has the highest sensitivity when the photoacoustic wave AW is incident on the detection surface of the detection element 21 from the vertical direction. The sensitivity decreases as the incident angle θ, which is an angle formed between the direction perpendicular to the detection surface and the incident direction of the photoacoustic wave AW, increases. In FIG. 9, the magnitude of the sensitivity of the first detection element 21 with respect to the incident angle θ is conceptually represented by the length of the arrow.

第2実施形態では、図1に示すように、逆投影部146は、補正後のNM座標データ(図5参照)に基づいて逆投影を行う際、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して、画像化領域AR(図6参照)内の信号分布データを生成するように構成されている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 1, the back projection unit 146 performs the back projection based on the corrected NM coordinate data (see FIG. 5), and the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21. The signal distribution data in the imaging area AR (see FIG. 6) is generated in consideration of the sensitivity due to the above.

具体的には、図10に示すように、逆投影部146は、まず、検出素子21を中心とする半円環状の複数の分散データDを仮想的に設定する際、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して、複数の分散データDの信号値を設定するように構成されている。たとえば、図10に示すように、n番目の検出素子21における分散データDnmにおいて、NM座標データにおける座標点に対応した信号値Ynmを均等に分散させた場合の信号値(対応する座標点の信号値Ynmをその分散データDの面積で除算した信号値)をaとし、検出素子21の入射角θ=0における感度を1とし、入射角θ=θ(0<θ)における感度を0.7とし、入射角θ=θ(θ<θ)における感度を0.5とする。この場合、図10に示すように、分散データDnmの半円環状の領域のうち、入射角θ=0の入射方向に対応する領域では、信号値をa×1に設定する。同様に、入射角θ=θの入射方向に対応する領域では、信号値をa×0.7に設定し、入射角θ=θの入射方向に対応する領域では、信号値をa×0.5に設定する。このようにして、逆投影部146は、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して、複数の分散データDにおいて入射角θの入射方向に対応する領域の信号値を設定する。 Specifically, as shown in FIG. 10, when the back projection unit 146 first sets a plurality of semicircular distributed data D centering on the detection element 21, the photoacoustic for the detection element 21 is set. In consideration of the sensitivity due to the incident direction of the wave AW, the signal values of the plurality of dispersion data D are set. For example, as shown in FIG. 10, in the dispersion data D nm in the nth detection element 21, the signal value (corresponding coordinate point) when the signal value Y nm corresponding to the coordinate point in the NM coordinate data is evenly dispersed. in signal value the signal value obtained by dividing the Y nm in the area of the distributed data D) a is a, the sensitivity at an incident angle theta = 0 of the detecting element 21 is 1, the incident angle θ = θ 1 (0 <θ 1) The sensitivity is 0.7, and the sensitivity at an incident angle θ = θ 212 ) is 0.5. In this case, as shown in FIG. 10, the signal value is set to a × 1 in the region corresponding to the incident direction of the incident angle θ = 0 in the semicircular region of the dispersion data D nm . Similarly, in the region corresponding to the incident direction of the incident angle theta = theta 1, sets the signal value to a × 0.7, in the region corresponding to the incident direction of the incident angle theta = theta 2 is a signal value a × Set to 0.5. In this way, the back projection unit 146 considers the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21, and the signal value of the region corresponding to the incident direction of the incident angle θ in the plurality of dispersion data D. Set.

そして、第2実施形態では、逆投影部146は、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して設定された分散データD同士の重なり状態に基づいて、画像化領域ARにおける信号値の分布を決定するように構成されている。この信号値の分布の決定による信号分布データの生成方法は、上記第1実施形態と同様である。以降は、上記第1実施形態と同様に、信号分布データに基づく光音響波画像が第3メモリ47に格納される。   And in 2nd Embodiment, the back projection part 146 is based on the overlapping state of the dispersion data D set in consideration of the sensitivity resulting from the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21. The signal value distribution in the AR is determined. The method for generating signal distribution data by determining the distribution of signal values is the same as in the first embodiment. Thereafter, the photoacoustic wave image based on the signal distribution data is stored in the third memory 47 as in the first embodiment.

つまり、第2実施形態では、式(1)による補正係数Z1を用いて、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正処理部44により補正されるのに加えて、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して画像化領域AR内の信号分布データが逆投影部146により生成されるとともに、この信号分布データに基づいて光音響波画像が構築(生成)される。   That is, in the second embodiment, the correction processing unit 44 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW using the correction coefficient Z1 according to the equation (1). In consideration of the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21, signal distribution data in the imaging region AR is generated by the back projection unit 146, and photoacoustics are generated based on the signal distribution data. A wave image is constructed (generated).

次に、図11を参照して、第2実施形態の装置本体130の信号処理部131による光音響波画像構築処理についてフローチャートに基づいて説明する。   Next, with reference to FIG. 11, the photoacoustic wave image construction process by the signal processing unit 131 of the apparatus main body 130 of the second embodiment will be described based on a flowchart.

まず、ステップS1において、光音響波信号が取得され、次に、ステップS2において、複数(P組)の光音響波信号の平均化処理が行われる。そして、ステップS3において、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正が補正処理部44により行われる。ステップS1〜S3の処理は、上記第1実施形態と同様である。   First, in step S1, a photoacoustic wave signal is acquired, and then in step S2, a plurality (P sets) of photoacoustic wave signals are averaged. In step S3, the correction processing unit 44 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW. The processing in steps S1 to S3 is the same as that in the first embodiment.

そして、ステップS4aにおいて、検出素子21に対する入射方向に起因する感度を考慮した逆投影が逆投影部146により行われる。具体的には、第2メモリ45に格納された補正処理部44による補正後のNM座標データの取得と、取得されたNM座標データに基づく分散データDの仮想的な設定と、設定された分散データDの重なり状態に基づく画像化領域AR内の信号分布データの生成とが逆投影部146により行われる。また、取得されたNM座標データに基づく分散データDの仮想的な設定の際、検出素子21に対する入射方向に起因する感度を考慮して、分散データDの仮想的な設定が行われる。ステップS3およびS4aの処理の結果、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正され、かつ、検出素子21に対する入射方向に起因する感度が考慮された画像化領域AR内の信号分布データが得られる。また、ステップS4aでは、この信号分布データに基づく光音響波画像が構築される。   In step S4a, the back projection unit 146 performs back projection in consideration of the sensitivity due to the incident direction with respect to the detection element 21. Specifically, acquisition of NM coordinate data after correction by the correction processing unit 44 stored in the second memory 45, virtual setting of the distributed data D based on the acquired NM coordinate data, and the set variance The back projection unit 146 generates the signal distribution data in the imaging area AR based on the overlapping state of the data D. In addition, when the dispersion data D is virtually set based on the acquired NM coordinate data, the dispersion data D is virtually set in consideration of the sensitivity due to the incident direction with respect to the detection element 21. As a result of the processing of steps S3 and S4a, an imaging region in which a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is corrected and the sensitivity due to the incident direction with respect to the detection element 21 is considered Signal distribution data in the AR is obtained. In step S4a, a photoacoustic wave image based on the signal distribution data is constructed.

その後、上記第1実施形態と同様に、ステップS5の処理が行われる。この結果、第2実施形態においても、鮮明な光音響波画像がモニタ32に表示される。そして、ステップS1に戻り、次の光音響波信号の取得が行われる。   Thereafter, the process of step S5 is performed as in the first embodiment. As a result, also in the second embodiment, a clear photoacoustic wave image is displayed on the monitor 32. And it returns to step S1 and acquisition of the following photoacoustic wave signal is performed.

なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment.

第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。   In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮して、逆投影法により光音響波画像を生成するように信号処理部131を構成する。これにより、逆投影法により光音響波画像を生成する際に、光音響波AWの入射方向に起因する検出素子21の感度の相違を考慮することができるので、被検体P(図2参照)内の実態に近い光音響波画像を得ることができる。その結果、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することにより光音響波画像の鮮明度を向上させつつ、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮することにより、被検体P内の実態に近い光音響波画像を得ることができる。したがって、この第2実施形態においては、逆投影法によって鮮明でかつ被検体P内の実態に近い光音響波画像を得ることができる。   In the second embodiment, as described above, in addition to correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, it is caused by the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21. In consideration of the sensitivity, the signal processing unit 131 is configured to generate a photoacoustic wave image by the back projection method. Thereby, when generating a photoacoustic wave image by the back projection method, the difference in sensitivity of the detection element 21 due to the incident direction of the photoacoustic wave AW can be taken into consideration, so that the subject P (see FIG. 2). A photoacoustic wave image close to the actual condition can be obtained. As a result, the sharpness of the photoacoustic wave image is improved by correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, and in the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21. By taking into account the resulting sensitivity, a photoacoustic wave image close to the actual condition in the subject P can be obtained. Therefore, in the second embodiment, a photoacoustic wave image that is clear and close to the actual condition in the subject P can be obtained by the back projection method.

なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

(第3実施形態)
次に、図1および図12〜図16を参照して、第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態の構成に加えて、さらに光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正する例について説明する。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 12 to 16. In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, an example in which a decrease in signal intensity of a photoacoustic wave signal due to attenuation of light from the light source unit 10 is corrected will be described. In addition, about the structure same as the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本発明の第3実施形態による光音響画像化装置300は、図1に示すように、光源部10と、検出部20と、光音響画像化装置本体(以下、装置本体という)230とを備えている。装置本体230には、信号処理部231が設けられている。信号処理部231は、補正処理部244が設けられていることを除いて、上記第1実施形態の信号処理部31と同様の構成である。   As shown in FIG. 1, the photoacoustic imaging apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention includes a light source unit 10, a detection unit 20, and a photoacoustic imaging apparatus main body (hereinafter referred to as apparatus main body) 230. ing. The apparatus main body 230 is provided with a signal processing unit 231. The signal processing unit 231 has the same configuration as the signal processing unit 31 of the first embodiment except that the correction processing unit 244 is provided.

第3実施形態では、補正処理部244は、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。つまり、第3実施形態では、被検体P(図12参照)内で発生し、検出部20の検出素子21に到達するまでの間の光音響波AWの減衰と、光源部10から照射され、被検体P内の検出対象物Q(図12参照)に到達するまでの光の減衰との両方を考慮して、補正処理部244による補正処理が行われる。   In the third embodiment, the correction processing unit 244 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, and in addition, corrects the light due to the attenuation of the light from the light source unit 10. It is configured to correct a decrease in the signal intensity of the acoustic wave signal. That is, in the third embodiment, the attenuation of the photoacoustic wave AW that occurs in the subject P (see FIG. 12) and reaches the detection element 21 of the detection unit 20 and the light source unit 10 are irradiated. The correction processing by the correction processing unit 244 is performed in consideration of both the attenuation of light until reaching the detection target Q (see FIG. 12) in the subject P.

具体的には、補正処理部244は、上記第1実施形態と同様に、式(1)による補正係数Z1により、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。そして、第3実施形態では、補正処理部244は、さらに、被検体Pに対する光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dに基づいて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の減少を補正するように構成されている。この第3実施形態では、距離dは、NM座標データに対応して求められる。たとえば、図12に示す被検体P内の所定の位置Poまでの距離dは、図13に示すように、NM座標データにおける座標点(1,m)の検出時間t=m×pに対して、音速cを乗算することにより、d=m×p×cとして求められる。つまり、光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dは、検出素子21から被検体P内の所定の位置までの距離に置き換えて求められる。その他の座標点についても、同様の計算により距離dを求めることが可能である。   Specifically, the correction processing unit 244 corrects the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW by the correction coefficient Z1 according to the equation (1), as in the first embodiment. Is configured to do. In the third embodiment, the correction processing unit 244 is further configured based on the distance d from the light irradiation position of the light source unit 10 to the subject P to a predetermined position in the subject P from the light source unit 10. The photoacoustic wave signal due to light attenuation is corrected for reduction. In the third embodiment, the distance d is obtained corresponding to the NM coordinate data. For example, the distance d to the predetermined position Po in the subject P shown in FIG. 12 is as shown in FIG. 13 with respect to the detection time t = m × p of the coordinate point (1, m) in the NM coordinate data. , By multiplying by the sound speed c, d = m × p × c. That is, the distance d from the light irradiation position by the light source unit 10 to a predetermined position in the subject P is obtained by replacing the distance d from the detection element 21 to the predetermined position in the subject P. For other coordinate points, the distance d can be obtained by the same calculation.

また、このように距離dを求める構成において、図12および図14に示すように、複数の検出素子21が配列される配列方向の光源部10の光源11の幅W1は、複数の検出素子21全体の配列方向の幅W2よりも大きくなるように構成されている。これにより、光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dを、検出素子21から被検体P内の所定の位置までの距離に置き換えて求めたとしても、光源11の幅W1が複数の検出素子21の配列方向の幅W2よりも大きいので、光源部10による光の照射位置と検出素子21との位置関係を確実に対応させることが可能である。   In the configuration for obtaining the distance d in this way, as shown in FIGS. 12 and 14, the width W1 of the light source 11 of the light source unit 10 in the arrangement direction in which the plurality of detection elements 21 are arranged is equal to the plurality of detection elements 21. It is configured to be larger than the overall width W2 in the arrangement direction. Thus, even if the distance d from the light irradiation position by the light source unit 10 to a predetermined position in the subject P is replaced with the distance from the detection element 21 to the predetermined position in the subject P, the light source 11 is larger than the width W2 in the arrangement direction of the plurality of detection elements 21, it is possible to reliably correspond the positional relationship between the light irradiation position by the light source unit 10 and the detection elements 21.

また、第3実施形態では、補正処理部244は、光源部10による光の照射位置に関する定数をk2とした場合に、以下の式(2)で表される補正係数Z2を、光音響波信号に乗じることによって、光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dが大きくなるのに応じて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。
Z2=10k2×d ・・・(2)
In the third embodiment, the correction processing unit 244 uses the correction coefficient Z2 expressed by the following equation (2) as the photoacoustic wave signal when the constant related to the light irradiation position by the light source unit 10 is k2. , The photoacoustic wave signal resulting from the attenuation of the light from the light source unit 10 as the distance d from the light irradiation position by the light source unit 10 to the predetermined position in the subject P increases. It is configured to correct for a decrease in signal strength.
Z2 = 10 k2 × d (2)

具体的には、補正処理部244は、上記第1実施形態の補正係数Z1の場合と同様に、第1メモリ42に格納されたNM座標データにおける各座標点の信号値(信号強度)に対して、Z2を乗じることによって、光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dが大きくなるのに応じて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている。つまり、第3実施形態では、補正係数Z1およびZ2の両方が、第1メモリ42に格納されたNM座標データにおける各座標点の信号値(信号強度)に対して乗算される。たとえば、図13に示すように、NM座標データにおける座標点(n,m)の信号値Xnmに対して、座標点(n,m)における補正係数Z1およびZ2の両方を乗じることによって、座標点(n,m)における補正後の信号値Ynm(=Z1×Z2×Xnm)が得られる。同様に、座標点(1,1)から座標点(N,M)までのNM座標データの全ての座標点において、各座標点における信号値に対して、各座標点における補正係数Z1およびZ2の両方が乗算されて、図13に示す補正後のNM座標データが補正処理部244により取得される。そして、補正後のNM座標データが補正処理部244から第2メモリ45に出力される。以降は、上記第1実施形態と同様に、逆投影部46により逆投影が行われて、光音響波画像が構築(生成)される。 Specifically, the correction processing unit 244 applies the signal value (signal intensity) of each coordinate point in the NM coordinate data stored in the first memory 42 as in the case of the correction coefficient Z1 of the first embodiment. Thus, by multiplying by Z2, the photoacoustic attributed to the attenuation of light from the light source unit 10 as the distance d from the light irradiation position by the light source unit 10 to a predetermined position in the subject P increases. It is configured to correct a decrease in signal strength of the wave signal. That is, in the third embodiment, both the correction coefficients Z1 and Z2 are multiplied by the signal value (signal intensity) of each coordinate point in the NM coordinate data stored in the first memory 42. For example, as shown in FIG. 13, by multiplying the signal value X nm of the coordinate point (n, m) in the NM coordinate data by both the correction coefficients Z1 and Z2 at the coordinate point (n, m), the coordinates A corrected signal value Y nm (= Z1 × Z2 × X nm ) at the point (n, m) is obtained. Similarly, at all the coordinate points of the NM coordinate data from the coordinate point (1, 1) to the coordinate point (N, M), the correction coefficients Z1 and Z2 at each coordinate point with respect to the signal value at each coordinate point. Both are multiplied, and the corrected NM coordinate data shown in FIG. 13 is acquired by the correction processing unit 244. Then, the corrected NM coordinate data is output from the correction processing unit 244 to the second memory 45. Thereafter, as in the first embodiment, back projection is performed by the back projection unit 46, and a photoacoustic wave image is constructed (generated).

ここで、定数k2は、上記のように、光源部10による光の照射位置に関する定数である。詳細には、定数k2は、被検体Pに対する光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dに関する定数である。つまり、距離dに関して被検体P内で生じた光の減衰(光強度の減少)を補正するための定数である。そして、距離dに関して被検体P内で生じた光の減衰(光強度の減少)を補正することにより、光の減衰に起因して生じる光音響波信号の信号強度の減少を補正することが可能である。   Here, the constant k2 is a constant related to the light irradiation position by the light source unit 10 as described above. Specifically, the constant k2 is a constant related to the distance d from the irradiation position of the light from the light source unit 10 to the subject P to a predetermined position in the subject P. That is, it is a constant for correcting light attenuation (decrease in light intensity) generated in the subject P with respect to the distance d. Then, it is possible to correct the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by the attenuation of the light by correcting the attenuation (the decrease in the light intensity) of the light generated in the subject P with respect to the distance d. It is.

また、定数k2は、被検体P(人体またはその他の動物など)や被検体Pの測定部位などの測定条件に応じて適宜決定することが可能である。この点に鑑みると、図12に示すように、光源部10による光の照射位置が検出部20側である場合(言い換えると、光源部10が検出部20に隣接して配置され、光源部10による光の照射位置が検出部20に隣接している場合)で、距離d(=m×p×c)の単位をcmとした場合には、定数k2としては、0.2以上0.8以下であることが好ましい。なお、定数k2が正の値である場合には、補正係数Z2は、1よりも大きくなる。この場合、光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dが大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。つまり、この場合には、光音響波信号の信号強度を増加させることにより、光源部10からの光の減衰に起因して生じた光音響波信号の信号強度の減少によるNM座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正される。   The constant k2 can be appropriately determined according to measurement conditions such as the subject P (human body or other animals) and the measurement site of the subject P. In view of this point, as illustrated in FIG. 12, when the light irradiation position by the light source unit 10 is on the detection unit 20 side (in other words, the light source unit 10 is disposed adjacent to the detection unit 20, and the light source unit 10 When the unit of the distance d (= m × p × c) is cm, the constant k2 is 0.2 or more and 0.8. The following is preferable. When the constant k2 is a positive value, the correction coefficient Z2 is larger than 1. In this case, the signal intensity of the photoacoustic wave signal is increased from the light source unit 10 by increasing the signal intensity of the photoacoustic wave signal as the distance d from the light irradiation position by the light source unit 10 to the predetermined position in the subject P increases. A decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal due to light attenuation is corrected. That is, in this case, by increasing the signal intensity of the photoacoustic wave signal, each coordinate of the NM coordinate data due to a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by attenuation of light from the light source unit 10 is obtained. Corrections are made to reduce the relative signal strength differences at the points.

また、図14に示すように、光源部10による光の照射位置が検出部20とは反対側である場合(言い換えると、光源部10が検出部20に対向して配置され、光源部10による光の照射位置が検出部20に対向している場合)で、距離dの単位をcmとした場合には、定数k2としては、−0.8以上−0.2以下であることが好ましい。なお、光源部10の照射位置が検出部20とは反対側である場合にも、光源部10による光の照射位置が検出部20側である場合における仮想的な照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離をd(=m×p×c)とする。また、定数k2が負の値である場合には、補正係数Z2は、1未満になる。この場合、仮想的な光の照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dが大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。言い換えると、実際の光源部10による光の照射位置からの距離が大きくなるのに応じて、光音響波信号の信号強度の減少量が小さくなるように光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少が補正される。これにより、この場合には、光音響波信号の信号強度を減少させることにより、光源部10からの光の減衰に起因して生じた光音響波信号の信号強度の減少によるNM座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正される。   Further, as shown in FIG. 14, when the light irradiation position by the light source unit 10 is on the side opposite to the detection unit 20 (in other words, the light source unit 10 is arranged to face the detection unit 20, and the light source unit 10 When the unit of the distance d is cm when the light irradiation position faces the detection unit 20), the constant k2 is preferably −0.8 or more and −0.2 or less. Even when the irradiation position of the light source unit 10 is on the side opposite to the detection unit 20, the virtual irradiation position in the subject P from the virtual irradiation position when the light irradiation position by the light source unit 10 is on the detection unit 20 side is also used. The distance to the predetermined position is d (= m × p × c). When the constant k2 is a negative value, the correction coefficient Z2 is less than 1. In this case, the light from the light source unit 10 is reduced by reducing the signal intensity of the photoacoustic wave signal as the distance d from the virtual light irradiation position to a predetermined position in the subject P increases. The decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of is corrected. In other words, the signal intensity of the photoacoustic wave signal is decreased so that the amount of decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal decreases as the distance from the light irradiation position by the actual light source unit 10 increases. Thus, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of light from the light source unit 10 is corrected. Thereby, in this case, by reducing the signal intensity of the photoacoustic wave signal, each of the NM coordinate data due to the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal caused by the attenuation of the light from the light source unit 10 is obtained. Correction is made so that the relative signal intensity difference at the coordinate points is reduced.

これらの結果、光源部10による光の照射位置が検出部20側である場合と、光源部10による光の照射位置が検出部20とは反対側である場合とにおいて、同様の式により距離dを得る構成において、確実に、NM座標データの各座標点における相対的な信号強度の差が縮まるように補正することが可能である。   As a result, the distance d according to the same equation is used when the light irradiation position by the light source unit 10 is on the detection unit 20 side and when the light irradiation position by the light source unit 10 is on the side opposite to the detection unit 20. It is possible to correct so that the difference in relative signal intensity at each coordinate point of the NM coordinate data is reduced.

ここで、図15を参照して、定数k2を決定するために行った実験結果について説明する。図15には、横軸を厚さ(cm)とし、縦軸を光の透過率(%)として、縦軸を対数表示とした片対数グラフを示す。実験は、空気(空気層)、寒天、鶏肉および豚肉について行った。また、実験には、近赤外光(850nmの中心波長の光)の光を使用した。図15に示すように、空気の場合が最も透過率の減少(光の減衰)の度合いが小さく、豚肉の場合が最も透過率の減少(光の減衰)の度合いが大きい。豚肉の場合、厚さ3cmで、透過率は1.5%であった。したがって、定数k2は、豚肉の場合の1cmあたりの光の減衰に換算して、k2=−Log(1.5/100)/3=約0.6(cm−1)となる。また、空気の場合、厚さ3cmで、透過率は33%であった。したがって、定数k2は、空気の場合の1cmあたりの光の減衰に換算して、k2=−Log(33/100)/3=約0.2(cm−1)となる。人体などの被検体Pでの光の減衰を考慮した場合には、定数k2は、0.2以上0.6以下(図12に示す光源部10による光の照射位置が検出部20側である場合)、または、−0.6以上−0.2以下(図14に示す光源部10による光の照射位置が検出部20とは反対側である場合)であることがより好ましい。 Here, with reference to FIG. 15, the result of an experiment performed to determine the constant k2 will be described. FIG. 15 shows a semilogarithmic graph in which the horizontal axis is thickness (cm), the vertical axis is light transmittance (%), and the vertical axis is logarithmic. Experiments were performed on air (air layer), agar, chicken and pork. In the experiment, near infrared light (light having a center wavelength of 850 nm) was used. As shown in FIG. 15, the degree of decrease in transmittance (light attenuation) is the smallest in the case of air, and the degree of decrease in light transmittance (light attenuation) is the largest in the case of pork. In the case of pork, the thickness was 3 cm and the transmittance was 1.5%. Therefore, the constant k2 is k2 = −Log (1.5 / 100) / 3 = about 0.6 (cm −1 ) in terms of attenuation of light per 1 cm in the case of pork. In the case of air, the thickness was 3 cm and the transmittance was 33%. Therefore, the constant k2 becomes k2 = −Log (33/100) / 3 = about 0.2 (cm −1 ) in terms of attenuation of light per 1 cm in the case of air. In consideration of light attenuation in the subject P such as a human body, the constant k2 is 0.2 or more and 0.6 or less (the light irradiation position by the light source unit 10 shown in FIG. 12 is on the detection unit 20 side). ), Or -0.6 or more and -0.2 or less (when the light irradiation position by the light source unit 10 shown in FIG. 14 is opposite to the detection unit 20) is more preferable.

次に、図16を参照して、第3実施形態の装置本体230の信号処理部231による光音響波画像構築処理についてフローチャートに基づいて説明する。   Next, with reference to FIG. 16, the photoacoustic wave image construction process by the signal processing unit 231 of the apparatus main body 230 of the third embodiment will be described based on a flowchart.

まず、ステップS1において、光音響波信号が取得され、次に、ステップS2において、複数(P組)の光音響波信号の平均化処理が行われる。ステップS1およびS2の処理は、上記第1実施形態と同様である。   First, in step S1, a photoacoustic wave signal is acquired, and then in step S2, a plurality (P sets) of photoacoustic wave signals are averaged. Steps S1 and S2 are the same as those in the first embodiment.

そして、ステップS3aにおいて、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との両方が行われる。具体的には、第1メモリ42に格納されたNM座標データの取得と、取得されたNM座標データにおける各座標点の信号値(信号強度)に対して、補正係数Z1およびZ2の両方を乗じる補正が補正処理部244により行われる。これにより、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少と、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少との両方が補正されたNM座標データが得られる。   In step S3a, the correction of the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW and the correction of the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit 10 are performed. And both are done. Specifically, the acquisition of NM coordinate data stored in the first memory 42 and the signal value (signal intensity) of each coordinate point in the acquired NM coordinate data are multiplied by both of the correction coefficients Z1 and Z2. Correction is performed by the correction processing unit 244. Thereby, both the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW and the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit 10 were corrected. NM coordinate data is obtained.

そして、ステップS4において、2つの補正がなされた光音響波信号が逆投影される。その後、上記第1実施形態と同様に、ステップS5の処理が行われる。この結果、第3実施形態においても、鮮明な光音響波画像がモニタ32に表示される。そして、ステップS1に戻り、次の光音響波信号の取得が行われる。   In step S4, the photoacoustic wave signal subjected to the two corrections is back-projected. Thereafter, the process of step S5 is performed as in the first embodiment. As a result, also in the third embodiment, a clear photoacoustic wave image is displayed on the monitor 32. And it returns to step S1 and acquisition of the following photoacoustic wave signal is performed.

なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining configuration of the third embodiment is similar to that of the aforementioned first embodiment.

第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。   In the third embodiment, the following effects can be obtained.

第3実施形態では、上記のように、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、被検体Pに対する光源部10による光の照射位置から被検体P内の所定の位置(Po)までの距離dが大きくなるのに応じて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部231を構成する。これにより、光源部10からの光が被検体P内の検出対象物Qに到達するまでに減衰したとしても、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。その結果、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。したがって、光音響波信号の信号強度の減少をより適切に補正することができる。したがって、この第3実施形態においては、逆投影によってより鮮明な光音響波画像を得ることができる。   In the third embodiment, as described above, in addition to correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, the light emission position from the light source unit 10 with respect to the subject P is determined. As the distance d to the predetermined position (Po) in the subject P increases, the signal processing is performed so as to correct the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit 10. The unit 231 is configured. Thereby, even if the light from the light source unit 10 is attenuated before reaching the detection target Q in the subject P, the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit 10 is reduced. It can be corrected. As a result, in addition to correcting the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW, the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit 10 is reduced. It can be corrected. Therefore, the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal can be corrected more appropriately. Therefore, in the third embodiment, a clearer photoacoustic wave image can be obtained by back projection.

また、第3実施形態では、上記のように、上記の式(2)で表される補正係数Z2を、光音響波信号に乗じることによって、照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dが大きくなるのに応じて、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正するように信号処理部231を構成する。これにより、上記の式(2)を用いることにより、光源部10からの光の減衰に起因する信号強度の減少(減少量)に応じて、確実に、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少を補正することができる。   In the third embodiment, as described above, the photoacoustic wave signal is multiplied by the correction coefficient Z2 represented by the above equation (2), so that the position from the irradiation position to a predetermined position in the subject P is obtained. As the distance d increases, the signal processing unit 231 is configured to correct a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal due to attenuation of light from the light source unit 10. Thereby, by using the above formula (2), the light intensity from the light source unit 10 is surely caused by the light attenuation from the light source unit 10 according to the decrease (decrease amount) of the signal intensity due to the light attenuation from the light source unit 10. It is possible to correct a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal.

また、第3実施形態では、上記のように、光源部10の照射位置が検出部20側である場合には、照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、定数k2を0.2以上0.8以下とする。また、光源部10の照射位置が検出部20とは反対側である場合には、光源部10の照射位置が検出部20側である場合における照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離をdとし、かつ、照射位置から被検体P内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、定数k2を−0.8以上−0.2以下とする。これにより、光源部10による光の照射位置に応じて、補正係数Z2を適切に取得することができる。その結果、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度を適切に増加させることができる。   In the third embodiment, as described above, when the irradiation position of the light source unit 10 is on the detection unit 20 side, the unit of the distance d from the irradiation position to a predetermined position in the subject P is cm. In this case, the constant k2 is set to 0.2 or more and 0.8 or less. Further, when the irradiation position of the light source unit 10 is on the side opposite to the detection unit 20, from the irradiation position when the irradiation position of the light source unit 10 is on the detection unit 20 side to a predetermined position in the subject P. When the distance is d and the unit of the distance d from the irradiation position to the predetermined position in the subject P is cm, the constant k2 is set to −0.8 or more and −0.2 or less. Thereby, according to the irradiation position of the light by the light source part 10, the correction coefficient Z2 can be acquired appropriately. As a result, the signal intensity of the photoacoustic wave signal resulting from the attenuation of light from the light source unit 10 can be appropriately increased.

また、第3実施形態では、上記のように、複数の検出素子21が配列される配列方向の光源部10の幅W1は、複数の検出素子21の配列方向の幅W2よりも大きい。これにより、複数の検出素子21の配列方向の全域にわたって、光源部10からの光を確実に照射することができる。その結果、複数の検出素子21により検出可能な範囲内における光の照射量が少ないことに起因して、複数の検出素子21により検出可能な範囲内における検出対象物Qから光音響波AWを十分に発生させることができないのを抑制することができる。これにより、複数の検出素子21により検出可能な範囲内における検出対象物Qの検出が複数の検出素子21により適切に行われないのを抑制することができる。   In the third embodiment, as described above, the width W1 of the light source unit 10 in the arrangement direction in which the plurality of detection elements 21 are arranged is larger than the width W2 in the arrangement direction of the plurality of detection elements 21. Thereby, the light from the light source part 10 can be reliably irradiated over the entire region in the arrangement direction of the plurality of detection elements 21. As a result, the photoacoustic wave AW is sufficiently generated from the detection object Q within the range detectable by the plurality of detection elements 21 due to the small amount of light irradiation within the range detectable by the plurality of detection elements 21. It is possible to suppress the failure to occur. Thereby, it is possible to suppress the detection of the detection target Q within the range detectable by the plurality of detection elements 21 from being appropriately performed by the plurality of detection elements 21.

なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining effects of the third embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第3実施形態では、信号処理部31(131、231)とは別個に制御部34を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、信号処理部の機能の一部を、制御部により行うように構成してもよい。   For example, in the first to third embodiments, the example in which the control unit 34 is provided separately from the signal processing unit 31 (131, 231) is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, a part of the function of the signal processing unit may be performed by the control unit.

また、上記第2実施形態では、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正を行うとともに、検出素子21に対する光音響波AWの入射方向に起因する感度を考慮した逆投影を行い、上記第3実施形態では、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部10からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との2つの補正を行うとともに、逆投影を行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正と、光源部からの光の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正との2つの補正を行うとともに、検出素子に対する光音響波の入射方向に起因する感度を考慮した逆投影を行ってもよい。これにより、より鮮明でかつ被検体内の実態に近い画像を逆投影により得ることができる。   In the second embodiment, the reduction in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is corrected, and the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave AW with respect to the detection element 21 is considered. In the third embodiment, the correction of the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW and the photoacoustic wave signal due to the attenuation of light from the light source unit 10 are performed. Although an example in which back-projection is performed while performing two corrections, i.e., correction of a decrease in signal intensity of the present invention, the present invention is not limited to this. In the present invention, there are two corrections: a correction of a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and a correction of a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the light from the light source unit. While performing correction, back projection may be performed in consideration of the sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave with respect to the detection element. Thereby, a clearer image close to the actual condition in the subject can be obtained by back projection.

また、上記第1〜第3実施形態では、光音響波AWの減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正を、検出時間tおよび信号周波数fの両方に基づいて行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光音響波の減衰に起因する光音響波信号の信号強度の減少の補正を、検出時間または信号周波数の少なくとも一方に基づいて行ってもよい。   In the first to third embodiments, the correction of the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave AW is performed based on both the detection time t and the signal frequency f. Although shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, the correction of the decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave may be performed based on at least one of the detection time and the signal frequency.

また、上記第1〜第3実施形態では、受信部41に、検出部20の複数(N個)の検出素子21に対応して、複数(N個)の増幅部51と、複数(N個)のA/D変換部52とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、受信部に、検出部の複数の検出素子よりも少ない数で、増幅部とA/D変換部とを設けてもよい。この場合、検出部の複数の検出素子により検出されたN個の光音響波信号を、複数回に分割して受信すればよい。これにより、受信部の構成を簡素にすることができるので、その分、光音響画像化装置の構成を簡素にすることができる。   In the first to third embodiments, the receiving unit 41 includes a plurality (N) of amplifying units 51 and a plurality (N) corresponding to the plurality (N) of detecting elements 21 of the detecting unit 20. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the receiving unit may be provided with an amplifying unit and an A / D conversion unit with a smaller number than the plurality of detecting elements of the detecting unit. In this case, the N photoacoustic wave signals detected by the plurality of detection elements of the detection unit may be divided and received multiple times. Thereby, since the structure of a receiving part can be simplified, the structure of a photoacoustic imaging device can be simplified correspondingly.

また、上記第1〜第3実施形態では、光源部10に1つの光源11を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源部に、複数の光源を設けるとともに、複数の光源それぞれを互いに異なる複数の波長の光を発光可能に構成してもよい。この場合、複数の波長の光によるそれぞれの光音響波信号、または、複数の波長の光によるそれぞれの光音響波信号を合成した合成後の光音響波信号を補正して、逆投影により光音響波画像を生成するように構成してもよい。これにより、複数の波長の光により複数の光音響波信号を得る構成においても、逆投影により鮮明な光音響波画像を得つつ、単一波長の光による光音響波信号に基づいて光音響波画像を得る場合と比べて、被検体内のより多様な情報を含む光音響波画像を得ることができる。   Moreover, although the example which provided the one light source 11 in the light source part 10 was shown in the said 1st-3rd embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, a plurality of light sources may be provided in the light source unit, and each of the plurality of light sources may be configured to emit light having a plurality of different wavelengths. In this case, the photoacoustic wave signal by a plurality of wavelengths or the synthesized photoacoustic wave signal obtained by synthesizing the respective photoacoustic wave signals by a plurality of wavelengths is corrected, and photoacoustic is performed by back projection. You may comprise so that a wave image may be produced | generated. As a result, even in a configuration in which a plurality of photoacoustic wave signals are obtained with light of a plurality of wavelengths, a photoacoustic wave is obtained based on a photoacoustic wave signal of a single wavelength light while obtaining a clear photoacoustic wave image by back projection. Compared to the case of obtaining an image, a photoacoustic wave image including more various information in the subject can be obtained.

また、上記第1実施形態では、式(1)により示す補正係数Z1を補正に用い、上記第3実施形態では、式(2)により示す補正係数Z2を補正に用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、補正係数Z1およびZ2の式を、簡略化して用いてもよい。たとえば、上記第1実施形態の場合には、補正係数Z1を、Z1=h×t×2.3×(1+(k1×t×f))に簡略化して用いてもよい。また、上記第2実施形態の場合には、補正係数Z1×Z2を、Z1×Z2=h×t×2.3×(1+(k1×t×f)+(k2×d))に簡略化して用いてもよい。これにより、補正係数を簡略化した分、補正処理に係る処理の時間を短縮することができる。   In the first embodiment, the correction coefficient Z1 expressed by the equation (1) is used for correction. In the third embodiment, the correction coefficient Z2 expressed by the equation (2) is used for correction. The present invention is not limited to this. In the present invention, the equations of the correction coefficients Z1 and Z2 may be used in a simplified manner. For example, in the case of the first embodiment, the correction coefficient Z1 may be simplified and used as Z1 = h × t × 2.3 × (1+ (k1 × t × f)). In the case of the second embodiment, the correction coefficient Z1 × Z2 is simplified to Z1 × Z2 = h × t × 2.3 × (1+ (k1 × t × f) + (k2 × d)). May be used. As a result, the processing time related to the correction processing can be shortened by the amount of simplification of the correction coefficient.

また、上記第1〜第3実施形態では、説明の便宜上、本発明の信号処理部31(131、231)の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、信号処理部31(131、231)の処理動作を、イベントごとに処理を実行するイベント駆動型(イベントドリブン型)の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。   Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, it demonstrates using the flow drive type flowchart which processes for the process of the signal processing part 31 (131,231) of this invention in order along a processing flow for convenience of explanation. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the processing operation of the signal processing unit 31 (131, 231) may be performed by event-driven (event-driven) processing that executes processing for each event. In this case, it may be performed by a complete event drive type or a combination of event drive and flow drive.

10 光源部
11 光源
20 検出部
21 検出素子
31、131、231 信号処理部
100、200、300 光音響画像化装置
L1〜LN 光音響波信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source part 11 Light source 20 Detection part 21 Detection element 31, 131, 231 Signal processing part 100, 200, 300 Photoacoustic imaging device L1-LN Photoacoustic wave signal

Claims (13)

光源部と、
前記光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出する検出部と、
前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するとともに、補正された前記光音響波信号に基づいて、逆投影法により画像を生成する信号処理部と、を備える、光音響画像化装置。
A light source unit;
A detection unit for detecting a photoacoustic wave signal caused by a photoacoustic wave generated from a detection target in a subject that has absorbed light from the light source unit;
A signal processing unit that corrects a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and generates an image by back projection based on the corrected photoacoustic wave signal; A photoacoustic imaging apparatus.
前記信号処理部は、前記光音響波信号が前記検出部により検出されるまでの検出時間、または、前記光音響波信号の有する信号周波数の少なくとも一方に基づいて、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項1に記載の光音響画像化装置。   The signal processing unit is caused by attenuation of the photoacoustic wave based on at least one of a detection time until the photoacoustic wave signal is detected by the detection unit or a signal frequency of the photoacoustic wave signal. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, configured to correct a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal. 前記信号処理部は、前記検出時間、または、前記信号周波数の少なくとも一方の値が大きくなるのに応じて、前記光音響波信号の信号強度を増加させることにより、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項2に記載の光音響画像化装置。   The signal processing unit is caused by attenuation of the photoacoustic wave by increasing the signal intensity of the photoacoustic wave signal in accordance with an increase in at least one value of the detection time or the signal frequency. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 2, wherein the photoacoustic imaging apparatus is configured to correct a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal. 前記信号処理部は、音速に関する定数をhとし、前記検出時間をtとし、前記信号周波数をfとし、前記検出時間および前記信号周波数に関する定数をk1とし、前記検出時間tの単位をμsとし、前記信号周波数fの単位をMHzとし、定数k1を0.002以上0.009以下とした場合に、以下の式(1)で表される補正係数Z1を、前記光音響波信号に乗じることによって、前記検出時間および前記信号周波数の値が大きくなるのに応じて、前記光音響波信号の信号強度を増加させるように構成されている、請求項3に記載の光音響画像化装置。
Z1=h×t×10k1×t×f ・・・(1)
The signal processing unit sets a constant related to sound speed as h, the detection time as t, the signal frequency as f, a constant as to the detection time and the signal frequency as k1, and a unit of the detection time t as μs, When the unit of the signal frequency f is MHz and the constant k1 is 0.002 or more and 0.009 or less, the photoacoustic wave signal is multiplied by the correction coefficient Z1 represented by the following formula (1). The photoacoustic imaging apparatus according to claim 3, configured to increase a signal intensity of the photoacoustic wave signal as the detection time and the signal frequency increase.
Z1 = h × t × 10 k1 × t × f (1)
定数hは、単位を(cm/μs)とした場合に、0.1以上0.2以下であり、
前記定数hと前記検出時間tとを乗算した値が所定値よりも小さい場合には、前記定数hと前記検出時間tとを乗算した値を前記所定値とする、請求項4に記載の光音響画像化装置。
The constant h is 0.1 or more and 0.2 or less when the unit is (cm / μs),
The light according to claim 4, wherein when the value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is smaller than a predetermined value, a value obtained by multiplying the constant h and the detection time t is set as the predetermined value. Acoustic imaging device.
前記所定値は、0.5以上1.5以下である、請求項5に記載の光音響画像化装置。   The photoacoustic imaging apparatus according to claim 5, wherein the predetermined value is not less than 0.5 and not more than 1.5. 前記検出部は、前記光音響波を受信して、前記光音響波に起因する前記光音響波信号を検出するための検出素子を含み、
前記信号処理部は、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、前記検出素子に対する前記光音響波の入射方向に起因する感度を考慮して、逆投影法により画像を生成するように構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。
The detection unit includes a detection element for receiving the photoacoustic wave and detecting the photoacoustic wave signal caused by the photoacoustic wave;
In addition to correcting a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal due to attenuation of the photoacoustic wave, the signal processing unit considers sensitivity due to the incident direction of the photoacoustic wave with respect to the detection element. And the photoacoustic imaging device of any one of Claims 1-6 comprised so that an image may be produced | generated by the back projection method.
前記光源部は、光源として、発光ダイオード素子、半導体レーザ素子および有機発光ダイオード素子のうち少なくともいずれか1つを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。   8. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 1, wherein the light source unit includes at least one of a light emitting diode element, a semiconductor laser element, and an organic light emitting diode element as a light source. 前記信号処理部は、前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するのに加えて、前記被検体に対する前記光源部による光の照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、前記光源部からの光の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。   The signal processing unit corrects a decrease in the signal intensity of the photoacoustic wave signal due to the attenuation of the photoacoustic wave, and in addition, from the irradiation position of the light by the light source unit to the subject, As the distance to the predetermined position increases, the signal intensity decrease of the photoacoustic wave signal due to attenuation of light from the light source unit is corrected. 9. The photoacoustic imaging apparatus according to any one of items 8. 前記信号処理部は、前記照射位置に関する定数をk2とし、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離をdとした場合に、以下の式(2)で表される補正係数Z2を、前記光音響波信号に乗じることによって、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離が大きくなるのに応じて、前記光源部からの光の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を補正するように構成されている、請求項9に記載の光音響画像化装置。
Z2=10k2×d ・・・(2)
The signal processing unit has a correction coefficient Z2 expressed by the following equation (2), where k2 is a constant related to the irradiation position and d is a distance from the irradiation position to a predetermined position in the subject. Is multiplied by the photoacoustic wave signal, and the photoacoustic wave resulting from attenuation of light from the light source unit as the distance from the irradiation position to a predetermined position in the subject increases. The photoacoustic imaging device according to claim 9, configured to correct a decrease in signal strength of the signal.
Z2 = 10 k2 × d (2)
定数k2は、前記光源部の前記照射位置が前記検出部側である場合には、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、0.2以上0.8以下であり、
定数k2は、前記光源部の前記照射位置が前記検出部とは反対側である場合には、前記光源部の前記照射位置が前記検出部側である場合における前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離をdとし、かつ、前記照射位置から前記被検体内の所定の位置までの距離dの単位をcmとした場合に、−0.8以上−0.2以下である、請求項10に記載の光音響画像化装置。
The constant k2 is 0.2 when the unit of the distance d from the irradiation position to a predetermined position in the subject is cm when the irradiation position of the light source unit is on the detection unit side. Is 0.8 or less,
When the irradiation position of the light source unit is on the side opposite to the detection unit, the constant k2 is calculated from the irradiation position in the case where the irradiation position of the light source unit is on the detection unit side. When the distance to the predetermined position is d and the unit of the distance d from the irradiation position to the predetermined position in the subject is cm, it is −0.8 or more and −0.2 or less. The photoacoustic imaging apparatus according to claim 10.
前記検出部には、前記光音響波を受信して、前記光音響波に起因する前記光音響波信号を検出するための複数の検出素子が配列されており、
前記複数の検出素子が配列される配列方向の前記光源部の幅は、前記複数の検出素子の前記配列方向の幅よりも大きい、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光音響画像化装置。
In the detection unit, a plurality of detection elements for receiving the photoacoustic wave and detecting the photoacoustic wave signal resulting from the photoacoustic wave are arranged,
The photoacoustic image according to any one of claims 1 to 11, wherein a width of the light source unit in an arrangement direction in which the plurality of detection elements are arranged is larger than a width in the arrangement direction of the plurality of detection elements. Device.
光源部からの光を吸収した被検体内の検出対象物から発生する光音響波に起因する光音響波信号を検出部により検出するステップと、
前記光音響波の減衰に起因する前記光音響波信号の信号強度の減少を信号処理部により補正するステップと、
補正された前記光音響波信号に基づいて、逆投影法による画像を前記信号処理部により生成するステップと、を備える、光音響画像構築方法。
A step of detecting a photoacoustic wave signal caused by a photoacoustic wave generated from a detection target in a subject that has absorbed light from the light source unit, by a detection unit;
Correcting a decrease in signal intensity of the photoacoustic wave signal due to attenuation of the photoacoustic wave by a signal processing unit;
Generating a back projection image based on the corrected photoacoustic wave signal by the signal processing unit, and a photoacoustic image construction method.
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