JP2018199002A - 情報処理装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】探触子と、光を照射された被検体から発生して探触子が受信した光音響波を用いて第一の画像を生成し、被検体に送信されて反射したのち探触子が受信した超音波を用いて第二の画像を生成する信号処理手段と、第一の画像および第二の画像を表示する表示手段と、第一の画像の輝度を探触子からの距離に応じて補正する第一の補正手段と、第一の補正手段とは独立に第二の画像の輝度を探触子からの距離に応じて補正する第二の補正手段とを有する被検体情報取得装置を用いる。
【選択図】図1
Description
光と超音波を使用して生体の機能情報を取得する、光音響トモグラフィーの技術(Photo Acoustic Tomography、以下PATと表記する)が、これまでに提案されている。PATは、特に皮膚がんや乳がんの診断での有用性が示されており、同診断で従来使用されてきた超音波撮像装置やX線装置、あるいはMRI装置などに代わる医療機器となることが期待されている。
Po=Γ・μa・Φ …(1)
ここで、Γはグルナイゼン係数であって、体積膨張係数βと音速cの二乗の積を定圧比熱Cpで除したものである。Γは被検体によってほぼ一定の値となることが知られており、μaは光吸収物質の光吸収係数、Φは被検体内部での光量、すなわち実際に光吸収物質に到達した光量(光フルエンス)である。
なお、初期音圧分布Poをグルナイゼン係数Γで除することでμaとΦの積の分布、すなわち光エネルギー吸収密度分布を算出できる。初期音圧分布Poは、被検体内部を伝播して探触子に到達する光音響波の音圧Pの時間変化を計測することで得られる。
Φ=Φ0・exp(−μeff・d) …(2)
ここで、μeffは被検体の平均的な有効光減衰係数、Φ0は被検体に照射されたパルス光の光量、すなわち被検体表面での光量である。また、dは被検体表面の光照射領域から光音響波を発した光吸収物質までの距離である。
超音波測定装置は、超音波探触子(以下、単に探触子と表記する場合もある)を用いて複数の超音波を合成して形成される超音波ビームを被検体に送信する。そして、被検体内部において反射された超音波エコーを受信することで被検体内の組織の情報を得る。また、被検体に対して超音波ビームを2次元走査しながら超音波測定を繰り返すことで被検体内の組織の形態情報を3次元的に測定、可視化することができる。
探触子と、
光を照射された被検体から発生して前記探触子が受信した光音響波を用いて第一の画像を生成し、前記被検体に送信され当該被検体で反射したのち前記探触子が受信した超音波を用いて第二の画像を生成する信号処理手段と、
前記第一の画像および前記第二の画像を表示する表示手段と、
前記第一の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第一の補正手段と、
前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第二の補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
探触子、信号処理手段、表示手段、第一の補正手段および第二の補正手段を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記探触子が、光を照射された被検体から発生した光音響波を受信するステップと、
前記信号処理手段が、前記光音響波を用いて第一の画像を生成するステップと、
前記探触子が、前記被検体に送信され当該被検体で反射した超音波を受信するステップと、
前記信号処理手段が、前記超音波を用いて第二の画像を生成するステップと、
前記表示手段が、前記第一の画像および前記第二の画像を表示するステップと、
前記第一の補正手段が、前記第一の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正するステップと、
前記第二の補正手段が、前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第二のステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明にかかる被検体情報取得装置は、光音響波と超音波により被検体情報を可視化して画像を生成する。本発明の被検体情報取得装置は、被検体に超音波を送信して超音波エコー信号を受信するための構成と、被検体に光を照射して発生した光音響波信号を受信するための構成を備える。本実施形態での被検体情報の補正は、生成された画像に対して、深さ方向における輝度レベルの補正手段を備えており、ユーザによる補正手段の操作に応じて画像の輝度値を補正するものである。以下、本発明を特徴づける部分を中心に説明する。
図1は、本実施形態における被検体情報取得装置の装置構成の概略図である。測定対象となる被検体101は、たとえば乳腺科における乳がん診断では乳房である。
信号受信部、光音響波信号処理部、超音波信号処理部、信号受信部および画像構成部は、音響波に各種処理を施して画像を生成する点で、本発明の信号処理手段に相当する。表示部は、本発明の表示手段に相当する。
探触子102は、複数の音響素子が配列して構成される。これらの音響素子が、被検体に光121が照射されたときに被検体内部で生じる光音響波を検出して電気信号に変換することで、光音響波信号が得られる。
また本実施形態においては、これらの音響素子は、被検体101に対して超音波を送信する機能も有している。そして、被検体内部で反射した超音波エコーを検出して電気信号に変換することで超音波信号を得ることができる。上述した光音響波信号は本発明の第一の電気信号に、超音波信号は第二の電気信号に相当する。
材を配置して強い音響的結合を得ることが好ましい。音響整合材として例えば、超音波測定用のジェルまたはジェルシートなどを使用できる。
光源103は、530〜1300nmの近赤外領域に中心波長を有するパルス光(幅100nsec以下)を発する。光源103は、一般的に、近赤外領域に中心波長を有するパルス発光が可能な固体レーザ(例えば、Yttrium−Aluminium−GarnetレーザやTitan−Sapphireレーザ)が使用される。ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなどのレーザも使用することができ、またレーザのかわりに発光ダイオードなどを光源103として使用することも可能である。
信号受信部105は、照射光学系104または超音波送信制御部107から送出される同期信号に従って、探触子102が生成した光音響波信号または超音波信号を増幅してデジタル信号に変換する。信号受信部105は、探触子102が生成したアナログ信号を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部から構成される。
表示部112は、画像構成部111により構成された光音響波画像と超音波画像、またはそれらの重畳画像、そして画像や装置を操作するためのUIを表示する。一般的には液晶ディスプレイが使用されるが、有機EL(Electro Luminescence)など、どの方式のディスプレイであってもよい。
音響波画像と超音波画像とを、1つの被検体情報の取得動作の中で一括に取得できる。また同一の光音響波画像と超音波画像とを並べて表示、もしくはその重畳画像を生成、表示することでユーザによる被検体情報の観察や解析、診断を支援することができる。さらに光音響波画像と超音波画像とで、各々独立した輝度補正手段を設けることで、それぞれの測定原理に基づく減衰特性に依存せずに、ユーザが観察しやすいように輝度補正を行うことができる。
続いて図2を参照して、実施形態1における被検体情報の取得の流れを示すフローを説明する。図2のフローチャートは、ユーザが操作部110を介して被検体情報の取得の開始を指示すると実施される。
波のデジタル信号に対して整相加算処理や対数圧縮、フィルタ処理などを行ってBモード画像(超音波画像)を生成する。
減衰特性はそれぞれ指数関数的な特性を示す。そのため、その組み合わせに対する補正値カーブ(コントロール点304A〜304Gの配置)はおおよそ対数関数に沿った配置となる。
ブが算出される。図4(b)の例では、コントロール点304Aより浅い領域や、304Gより深い領域に関しては最近傍補間を適用している。なお、離散的なコントロール点間の補間演算は、最近傍補間や二次補間や三時補間、多項式補間など既知の補間方法のどれを適用も良い。
補正値としてはまた、倍率を利用できる。例えば、補正値(倍率)のMin値を0.2、Max値を1.8、そしてその中間値を1.0に設定して、個々の画素輝度値に乗算して補正すれば良い。
た場合には光音響波画像の輝度値が、コントロール点308A〜308Gで起きた場合には超音波画像の輝度値が補正される。
上記各フローチャートにて説明したように、光音響波画像は、光音響波信号処理部あるいは画像構成部による初期補正や、操作部(操作手段)、光音響波補正手段を通じたユーザによる操作により補正される。本発明においては、これらの構成要素が第一の補正手段に相当する。同様に、超音波信号処理部あるいは画像構成部、操作部の超音波補正手段などが本発明の第二の補正手段に相当する。
本発明の実施形態2を図に従って説明する。
本実施形態では、たとえば既に記憶されている光音響波画像データを表示する際に、その輝度分布などの画像特性に基づいて初期補正を行う。以下、本実施形態に特徴的な部分を中心に説明する。
さらに、超音波画像に対しても同様に初期補正を適用することもできる。
本発明の実施形態3を図に従って説明する。本実施形態の被検体情報の補正は、補正手段による補正値を、信号の受信ゲイン制御、すなわち信号処理部105におけるTGC制御に対して反映するものである。以下、本実施形態に特徴的な部分を中心に説明する。
Control)制御を実行できる。一般的に、TGC制御を行うための回路として、電圧制御により増幅利得を制御する可変利得増幅器が使用される。音響波の検出信号の増
幅器を可変利得増幅器で構成することで、音響波の受信時間とともに可変利得制御用の信号を制御するTGC制御が可能となる。
TGC制御は、超音波診断装置で一般的に利用されている技術であり、その目的は被検体内での超音波の減衰を補正することである。具体的には、超音波の指数関数的な減衰特性に対して単調増加の利得制御を行う。
ステップS205では、画像構成部111が、TGC制御が行われた信号に基づいて光音響波画像を生成する。
、光音響波画像の補正手段303と超音波画像の補正手段307に対して、信号受信時の受信ゲイン制御の機能を与えられる。その結果、TGC制御が行われた光音響波画像と超音波画像を一括に取得できる。本実施形態においては、本発明の第一の補正手段には、光音響信号にTGC処理を制御する制御プロセッサや、それを実行する信号受信部が含まれる。同様に第二の補正手段にも、超音波信号に対する制御プロセッサによるTGC制御機能や信号受信部による増幅機能が含まれる。
本発明の実施形態4を図に従って説明する。本実施形態の被検体情報の補正方法は、上記各実施例で行った、光音響画像と超音波画像の深さ方向に対する輝度値の補正または受信ゲインの補正設定を初期値に戻すものである。
のハードウェアにより機能が提供されてもよい。
この状態からユーザがリセットボタン801を押下すると、制御プロセッサ109に対してリセットボタンイベントが通知される。通知を受けた制御プロセッサ109は、記憶部113に保持されている補正デフォルト値を読み出して、補正手段303に反映させる。
また、ユーザは、超音波の補正手段307とリセットボタン811を使用して同様の操作を行うことにより、超音波画像に対してリセットボタン811による補正の適用を行うことができる。
また、本発明の目的は、以下の手段によっても達成される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを格納した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(CPUなど)が、記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成することになる。
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
光を照射された被検体から発生した光音響波に基づく第一の画像と、前記被検体に送信され当該被検体で反射した超音波に基づく第二の画像を表示する表示手段に表示させる表示制御手段と、
前記第一の画像の画像値を補正する第一の補正手段と、
前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の画像値を補正する第二の補正手段と、を有し、
前記第一の補正手段は、前記第一の画像の深さ方向に沿って、複数の位置で前記第一の画像の画像値の補正量を設定可能に構成され、
前記第二の補正手段は、前記第二の画像の深さ方向に沿って、複数の位置で前記第二の画像の画像値の補正量を設定可能に構成され、
前記表示制御手段は、前記第一の補正手段および前記第二の補正手段による補正量の設定に応じて、前記表示手段に表示された前記第一の画像および前記第二の画像の画像値を更新する
ことを特徴とする情報処理装置である。
表示制御手段、第一の補正手段および第二の補正手段を有する情報処理装置の制御方法であって、
前記表示制御手段が、光を照射された被検体から発生した光音響波に基づく第一の画像と、
前記被検体に送信され当該被検体で反射した超音波に基づく第二の画像を表示手段に表示するステップと、
前記第一の補正手段が、前記第一の画像の画像値を補正するステップと、
前記第二の補正手段が、前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の画像値を補正するステップと、
を有し、
前記第一の補正手段は、前記第一の画像の深さ方向に沿って、複数の位置で前記第一の画像の画像値の補正量を設定可能に構成され、
前記第二の補正手段は、前記第二の画像の深さ方向に沿って、複数の位置で前記第二の画像の画像値の補正量を設定可能に構成され、
前記表示制御手段は、前記第一の補正手段および前記第二の補正手段による補正量の設定に応じて、前記表示手段に表示された前記第一の画像および前記第二の画像の画像値を更新する
ことを特徴とする情報処理装置の制御方法である。
Claims (11)
- 探触子と、
光を照射された被検体から発生して前記探触子が受信した光音響波を用いて第一の画像を生成し、前記被検体に送信され当該被検体で反射したのち前記探触子が受信した超音波を用いて第二の画像を生成する信号処理手段と、
前記第一の画像および前記第二の画像を表示する表示手段と、
前記第一の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第一の補正手段と、
前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第二の補正手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記表示手段は、前記第一の画像および前記第二の画像を重畳して表示する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記表示手段は、前記第一の画像および前記第二の画像を並べて表示する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の補正手段および前記第二の補正手段は、前記表示手段に表示される前記探触子からの距離ごとの補正値を示す画像に基づいてユーザが前記補正値を操作するための操作手段を含む
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記表示手段は、前記探触子からの距離ごとの補正値を示す画像を、前記第一の画像および前記第二の画像に並べて表示する
ことを特徴とする請求項4に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の画像および前記第二の画像の少なくとも一方について、前記探触子からの距離ごとに輝度の分布を求める輝度分布算出手段をさらに有し、
前記第一の補正手段は、前記輝度分布算出手段により前記第一の画像の輝度の分布を示す第一の輝度分布が求められた場合、前記第一の輝度分布に基づいて補正を行い、
前記第二の補正手段は、前記輝度分布算出手段により前記第二の画像の輝度の分布を示す第二の輝度分布が求められた場合、前記第二の輝度分布に基づいて補正を行う
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の補正手段は、前記輝度分布算出手段により前記第一の輝度分布が求められた場合、前記第一の輝度分布に含まれる輝度である第一の基準を決定して、前記第一の画像の輝度を前記第一の基準に基づいて補正し、
前記第二の補正手段は、前記輝度分布算出手段により前記第二の輝度分布が求められた場合、前記第二の輝度分布に含まれる輝度である第二の基準を決定して、前記第二の画像の輝度を前記第二の基準に基づいて補正する
ことを特徴とする請求項6に記載の被検体情報取得装置。 - 前記信号処理手段は、前記探触子が前記光音響波を受信して得られた第一の電気信号と、前記探触子が前記超音波を受信して得られた第二の電気信号とを増幅するものであり、
前記第一の補正手段は、前記第一の電気信号の増幅利得を、前記光音響波が発生してから前記探触子に到達するまでの時間に応じて制御し、
前記第二の補正手段は、前記第二の電気信号の増幅利得を、前記超音波が反射してから前記探触子に到達するまでの時間に応じて制御する
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第一の補正手段は、前記被検体に照射された光の前記被検体内での減衰特性と、前記被検体内で発生した光音響波の減衰特性に応じて前記第一の電気信号の増幅利得を制御する
ことを特徴とする請求項8に記載の被検体情報取得装置。 - 前記第二の補正手段は、前記被検体内で反射した超音波の減衰特性に応じて前記第二の電気信号の増幅利得を制御する
ことを特徴とする請求項8または9に記載の被検体情報取得装置。 - 探触子、信号処理手段、表示手段、第一の補正手段および第二の補正手段を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記探触子が、光を照射された被検体から発生した光音響波を受信するステップと、
前記信号処理手段が、前記光音響波を用いて第一の画像を生成するステップと、
前記探触子が、前記被検体に送信され当該被検体で反射した超音波を受信するステップと、
前記信号処理手段が、前記超音波を用いて第二の画像を生成するステップと、
前記表示手段が、前記第一の画像および前記第二の画像を表示するステップと、
前記第一の補正手段が、前記第一の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正するステップと、
前記第二の補正手段が、前記第一の補正手段とは独立に前記第二の画像の輝度を前記探触子からの距離に応じて補正する第二のステップと、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
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JP2018179916A JP2018199002A (ja) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | 情報処理装置およびその制御方法 |
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