JP2016107069A - 光音響装置、被検体情報取得方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、Γはグリューナイセン(Gruneisen)係数であり、体積膨張係数βと音速cの二乗との積を定圧比熱Cpで除したものである。Φはある位置(局所的な領域)での光量(吸収体に到達した光量であり、光フルエンスとも言う)である。
先述のように、血液量が少ない領域で発生した光音響波の受信信号のS/Nは比較的小さくなる。そのため、光音響装置によって関心領域の被検体情報を取得するときに、血液量が少ない期間において取得される被検体情報の精度が低下してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、心電図信号に基づいて被検部の血液量を推定し、血液量が相対的に多い期間に発生した音響波に基づいて被検体情報を取得する例を説明する。
図1を参照しながら本実施形態に係る光音響装置の基本的構成を説明する。
光源111は、ナノ秒からマイクロ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源が好ましい。具体的なパルス幅としては、1〜100ナノ秒程度のパルス幅であることが好ましい。また、波長としては400nmから1600nm程度の範囲の波長であることが好ましい。特に、生体表面近傍の血管を高解像度でイメージングする際は可視光領域の波長(400nm以上、700nm以下)の光であることが好ましい。一方、生体の深部をイメージングする際には、生体の背景組織において吸収が少ない波長(700nm以上、1100nm以下)の光を用いることが好ましい。ただし、テラヘルツ波、マイクロ波、ラジオ波領域の使用も可能である。
光学系113は、光源111から被検体120までパルス光112を伝達させる。光学系113には、レンズ、ミラー、光ファイバ等の光学素子を用いることができる。また、本実施形態に係る光学系113は、パルス光112の進行方向を変更するための光学ミラー114、調光部115、拡散板116を備えている。
被検体120は本発明の光音響装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。よって、被検体120としては生体、具体的には人体や動物の乳房や頸部、腹部などの診断の対象部位が想定される。
音響波受信部130は、1つ以上の変換素子と筺体とを備える。変換素子は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電現象を用いた圧電素子、光の共振を用いた変換素子、CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)等の静電容量型の変換素子など、音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような変換素子を用いてもよい。複数の変換素子を備える場合は、1Dアレイ、1.5Dアレイ、1.75Dアレイ、2Dアレイ、と呼ばれるような平面又は曲面内に並ぶように配置されることが好ましい。
心電図取得部150は、被検体120の心電図信号を取得する。典型的に、心電図取得部150は、心電図信号を取り出す誘導電極、アンプ、A/D変換器などから構成される。例えば、心電図取得部150としては、特許文献2または特許文献3に記載された装置などを用いることができる。心電図取得部150によって得られる心電図信号によれば、被検体120の心臓の態様を推定することができる。また、心電図信号から推定される心臓の態様から血管内の血流を推定することもできる。
入力部170は、ユーザー(主に医療従事者などの検査者)からの各種入力を受け付け、入力された情報をシステムバスを介して処理部190などの構成に送信する。例えば、入力部170により、ユーザーが撮像に関するパラメータ設定や撮像開始の指示、そして関心領域の範囲や形状などの観察パラメータ設定など、その他、画像に関する画像処理操作を行うことができる。
表示部180は、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)、有機ELディスプレイ等のディスプレイを用いることができる。なお、表示部180は、本実施形態の光音響装置が備える構成とはせずに、別に用意して光音響装置に接続してもよい。
コンピュータとしての処理部190は、演算部191、記憶部192、および制御部193を備える。
次に、本実施形態に係る光音響装置が被検体情報を取得するフローを、図2を用いて説明する。制御部193が、記憶部192に保存された、被検体情報取得方法が記述されたプログラムを読み出し、光音響装置に以下の被検体情報取得方法を実行させている。
本ステップでは、光照射部110が被検体120にパルス光112に照射する。続いて、音響波受信部130が、パルス光112の照射によって発生した光音響波122を受信し、時系列のアナログ受信信号を出力する。演算部191は、音響波受信部130から出力された時系列のアナログ受信信号を収集し、受信信号の増幅処理や、アナログの受信信号のAD変換処理を行う。そして、演算部191は、デジタル化された受信信号を記憶部192に保存する。記憶部192に保存された時系列の受信信号データを、光音響データとも呼ぶ。本発明において、受信信号とは、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。
本ステップでは、心電図取得部150が被検体120の心電図信号を取得し、処理部190に送信する。なお、心電図取得部150が備える電極は、心臓に関する筋電図信号(心電図信号)を取得できるように適宜配置されている。
本ステップでは、被検体情報取得部としての演算部191が、S100で得られた複数回の光照射に対応する複数の時系列の受信信号から、S200で得られた心電図信号に基づいて、被検体情報の取得に用いる信号を抽出する。
本ステップでは、演算部191が、S300で抽出された受信信号に基づいて、関心領域における被検体情報を取得する。本実施形態では、演算部191は、関心領域内の各位置での光音響波の発生音圧情報、すなわち初期音圧分布を被検体情報として算出し、記憶部192に保存する。
次に、実施形態2について説明する。
本ステップでは、被検体情報取得部としての演算部191が、S100で得られた複数回の光照射に対応する複数の時系列の受信信号から、S200で得られた心電図信号に基づいて、被検体情報の取得に用いる信号を抽出する。
本ステップでは、演算部191が、S500で抽出された第1および第2の受信信号のそれぞれに基づいて、関心領域における被検体情報を取得する。本実施形態では、演算部191は、関心領域内の各位置での光音響波の発生音圧情報、すなわち初期音圧分布を被検体情報として算出し、記憶部192に保存する。
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明は上記特定の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で実施形態の修正をすることができる。
120 被検体
130 音響波受信部
150 心電図取得部
190 処理部
Claims (19)
- 被検体にパルス光を複数回、照射する光照射部と、
前記光照射部からのパルス光が前記被検体に照射されることにより発生した光音響波を受信し、複数回の光照射に対応する複数の信号を出力する受信部と、
前記被検体の血液量に関する情報を取得する血液情報取得部と、
前記複数の信号に基づいて、前記被検体内の関心領域における被検体情報を取得する被検体情報取得部と、
を有し、
前記被検体情報取得部は、
複数回繰り返される前記血液量の変動周期の、各変動周期内の共通する期間に取得された複数の信号に基づいて、前記被検体情報を取得すること
を特徴とする光音響装置。 - 前記被検体情報取得部は、前記被検体情報を表示部に表示させることを特徴とする請求項1に記載の光音響装置。
- 前記被検体情報取得部は、前記各変動周期内の第1の期間に取得された複数の信号に基づく第1の被検体情報を取得するとともに、前記各変動周期内の前記第1の期間とは異なる第2の期間に取得された複数の信号に基づく第2の被検体情報を取得すること
を特徴とする請求項1または2に記載の光音響装置。 - 前記被検体情報取得部は、前記第1の被検体情報と前記第2の被検体情報とを並べて表示部に表示させることを特徴とする請求項3に記載の光音響装置。
- 前記被検体情報取得部は、前記第1の被検体情報と前記第2の被検体情報とを重畳して前記表示部に表示させることを特徴とする請求項4に記載の光音響装置。
- 前記被検体情報取得部は、前記各変動周期内の共通する期間を示す情報を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の光音響装置。
- 前記血液情報取得部は、前記被検体の心電図信号を取得する心電図取得部を有し、
前記被検体情報取得部は、前記心電図信号を前記表示部に表示させること
を特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記血液情報取得部は、前記被検体の心電図信号を取得する心電図取得部を有し、
前記被検体情報取得部は、
前記心電図信号のR波の発生タイミングに基づいて決定される開始タイミングから、前記心電図信号のR波の発生タイミングから前記心電図信号のT波の発生タイミングまでの第一の時間が経過するまでの期間に発生した光音響波に対応する信号の少なくとも一部を使用し、前記開始タイミングから前記第一の時間が経過するまでの期間以外に発生した光音響波に対応する信号を使用せずに、前記被検体情報を取得すること
を特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記被検体情報取得部は、前記心電図信号に基づいて、前記心電図信号のR波の発生タイミングおよびT波の発生タイミングを決定すること
を特徴とする請求項8に記載の光音響装置。 - 前記被検体情報取得部は、前記心電図信号のR波の発生タイミングに基づいて決定される開始タイミングから、0.3秒間以上、0.45秒間以下の時間が経過するまでの期間に発生した光音響波に対応する信号の少なくとも一部を使用して前記被検体情報を取得すること
を特徴とする請求項8または9に記載の光音響装置。 - 前記関心領域の部位の種類を入力できるように構成された入力部と、
前記関心領域の部位の種類と、R波の発生タイミングから前記開始タイミングまでの第二の時間との関係テーブルが保存された記憶部と、を更に有し、
前記被検体情報取得部は、前記入力部により入力された前記関心領域の部位の種類に対応する前記第二の時間を、前記関係テーブルから読み出し、
前記心電図信号のR波の発生タイミングと、前記関係テーブルから読み出された前記第二の時間とに基づいて、前記開始タイミングを設定すること
を特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記被検体情報取得部は、前記心電図信号のR波の発生タイミング、前記被検体の心臓と前記関心領域との距離の情報、および血流速の情報に基づいて、前記開始タイミングを設定すること
を特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記光照射部は、一定の繰り返し周波数でパルス光を複数回、前記被検体に照射すること
を特徴とする請求項8から12のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記光照射部は、互いに異なる複数の波長のそれぞれのパルス光を発することのできる光源を有し、
前記光源は、前記開始タイミングから前記第一の時間が経過するまでの期間以外に、前記複数の波長を切り替えること
を特徴とする請求項8から13のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 前記複数の信号を保存する記憶部を更に有し、
前記被検体情報取得部は、前記記憶部に保存された前記複数の信号の中から、前記開始タイミングから前記第一の時間が経過するまでの期間に発生した光音響波に対応する信号の少なくとも一部を抽出し、抽出された信号に基づいて前記被検体情報を取得すること
を特徴とする請求項8から14のいずれか1項に記載の光音響装置。 - 被検体にパルス光が複数回照射されることにより発生した光音響波を受信して得られた、複数の光照射に対応する複数の信号に基づいて、被検体情報を取得する被検体情報取得方法であって、
複数回繰り返される血液量の変動周期の、各変動周期内の共通する期間に取得された複数の信号に基づいて、前記被検体情報を取得すること
を特徴とする被検体情報取得方法。 - 前記各変動周期内の第1の期間に取得された複数の信号に基づく第1の被検体情報を取得するとともに、前記各変動周期内の前記第1の期間とは異なる第2の期間に取得された複数の信号に基づく第2の被検体情報を取得すること
を特徴とする請求項16に記載の被検体情報取得方法。 - 被検体から取得した心電図信号のR波の発生タイミングに基づいて決定される開始タイミングから、前記心電図信号のR波の発生タイミングから前記心電図信号のT波の発生タイミングまでの第一の時間が経過するまでの期間に発生した光音響波に対応する信号の少なくとも一部を、前記複数の信号の中から選択的に使用して、前記被検体情報を取得する工程を有すること
を特徴とする請求項16または17に記載の被検体情報取得方法。 - 請求項16から18のいずれか1項に記載の被検体情報取得方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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