JP2019097669A - Signal processing device and signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出部で検出した検出信号の処理を行う信号処理装置及び信号処理方法の技術に関する。 The present invention relates to a signal processing apparatus that processes a detection signal detected by a detection unit and a technique of a signal processing method.
血管の狭窄等の治療において、病変部の特定のために、X線透視による血管の全体的な撮像が行われている。しかし、被曝が生じるため好ましくないという課題がある。このような課題を解決する手法として、光や超音波を用いた血管内カテーテル撮像が行われている。血管内カテーテル撮像では、患者負担を小さくし、かつ、局所的な撮像を行うことができる。
また、血管の狭窄を治療するためのカテーテル治療は開胸手術と比較し、患者負担が少ない術式であるため増加の傾向にある。
In the treatment of stenosis and the like of the blood vessels, general imaging of the blood vessels by fluoroscopy is performed to identify a lesion. However, there is a problem that it is not preferable because exposure occurs. As a method of solving such a subject, intravascular catheter imaging using light or an ultrasonic wave is performed. In intravascular catheter imaging, patient burden can be reduced and local imaging can be performed.
In addition, catheter treatment for treating stenosis of blood vessels tends to increase as the procedure is less burdensome on patients than open surgery.
このような血管内カテーテルイメージングのための技術として、特許文献1には「プローブの先端側と後方側との間で光を伝達する光ファイバーは先端側に集光レンズを備え、前記集光レンズの近傍の前記光ファイバーに軸線に対して角度を与える圧電素子または電歪素子を有し、前記集光レンズの先端には光路変換手段を同一線上に配置し、集光レンズから放射される光線が前記光路変換手段により放射角度を変化させて放射させることで、光線を立体的に放射でき、三次元走査を可能にした」光イメージング用プローブが開示されている(要約参照)。
As a technique for such an intravascular catheter imaging,
カテーテル治療のような、極めて小さい領域で手術を行う上で、(1)視認性と(2)操作性との両立が求められる。
特に慢性完全閉塞(CTO:Chronic Total Occlusion)のような症例の場合、リアルタイムに病変画像を撮像し、操作者(医師)が指定した場所を的確にデバイス治療することが求められる。
CTOのような血管の狭窄が生じている場合、カテーテル前方の視認性が重要となってくる。
When performing surgery in a very small area such as catheter treatment, it is required to have both (1) visibility and (2) operability.
In particular, in the case of a case such as chronic total occlusion (CTO), it is required to image a lesion image in real time and accurately perform device treatment at a place designated by the operator (doctor).
The visibility in front of the catheter becomes important when narrowing of a blood vessel such as CTO occurs.
そこで、レーザの照射方向を小型アクチュエータ(ファイバスキャン)によって制御することで三次元前方視野イメージングを行う光音響カテーテルの研究が行われている。 Therefore, research has been conducted on photoacoustic catheters that perform three-dimensional forward field imaging by controlling the irradiation direction of the laser with a small actuator (fiber scan).
光の伝播速度による画像の解像度の低下を防止する技術として特許文献2に記載の技術がある。特許文献2には、「被検体内の一部分に注目領域を設定し、各検出素子から注目領域までの距離と、仮定の速度とに基づいて各検出信号の位相を調整し、該位相が調整された複数の検出信号の強度のばらつきを算出する処理を、複数の仮定の速度に対して実行し、複数の仮定の速度のうち、強度のばらつきが最小となる速度を伝播速度に決定する決定手段を有することを特徴とする」画像生成装置、画像生成方法、及び、プログラムが開示されている(要約参照)。
There is a technology described in
しかし、光音響イメージングでは、レーザ照射の角度によって音響素子の受信感度が変化してしまう。つまり、レーザ照射の角度によって、音響素子への音波の入射角度に傾きが生じてしまう。この結果、この傾きに由来する画像のムラが生じるという課題がある。
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の技術は、レーザ照射の角度によって生じる音響素子の受信感度の変化が考慮されていない。
However, in photoacoustic imaging, the reception sensitivity of the acoustic element changes depending on the angle of laser irradiation. That is, the incident angle of the sound wave to the acoustic element is inclined depending on the angle of the laser irradiation. As a result, there is a problem that unevenness of the image resulting from this inclination occurs.
However, the techniques described in
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、精度の高い信号復元を行うことを課題とする。 The present invention has been made in view of such a background, and the object of the present invention is to perform signal restoration with high accuracy.
前記した課題を解決するため、本発明は、到来信号を検出する検出部で検出され、発生する検出信号の受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する逆フィルタ算出部と、前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタのフーリエ変換の結果とを畳み込み、さらに、当該畳み込みの結果を逆フーリエ変換する信号復元部と、を有し、前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きにに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有するものであり、前記逆フィルタ算出部は、前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が0より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定することを特徴とする。
その他の解決手段は、実施形態中に適宜記載する。
In order to solve the problems described above, according to the present invention, an inverse filter calculation unit that calculates an inverse filter based on a reception characteristic function of a detection signal that is detected and generated by a detection unit that detects an incoming signal; The signal processing apparatus further includes: a signal restoration unit configured to convolute a result of Fourier transform and a result of Fourier transform of the inverse filter and further inverse Fourier transform the result of the convolution; the reception characteristic function is a detection surface of the detection unit And based on the inclination of the incoming signal with respect to and having a wide-band frequency characteristic, and the inverse filter calculation unit is configured such that any frequency component in the inverse filter has a value larger than 0, The inverse filter is set.
Other solutions will be described as appropriate in the embodiment.
本発明によれば、精度の高い信号復元を行うことができる。 According to the present invention, highly accurate signal restoration can be performed.
次に、本発明を実施するための形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, modes for carrying out the present invention (referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<第1実施形態>
[カテーテル1の構造]
図1は、第1実施形態で用いられるカテーテル1の先端部の構成を示す図である。図2は、カテーテル1の先端部における光射出機構を示す模式図である。なお、本願では、光ファイバ13から撮像用レーザR1が発せられることを「射出」と記載し、観察対象に射出された撮像用レーザR1があたることを「照射」と記載することとする。
図1に示すように、光音響型のカテーテル1(以下、単にカテーテル1と称する)はカテーテル1自身の先端部に複数の音響素子(検出部)11がリング状に配置されている。ここで、音響素子11はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術で製作された圧電素子等で構成される。音響素子11は単一素子とすることもできるし、図1に示すように、複数の素子が実装されるアレイ型とすることもできる。音響素子11を複数の素子が実装されるアレイ型とすることで、Delay and Sumを行うことが可能となる。従って、Delay and Sumによる検出信号の増強が可能となるため、カテーテル撮像画像を鮮明化させることができる。
First Embodiment
[Structure of catheter 1]
FIG. 1 is a view showing the configuration of the distal end portion of the
As shown in FIG. 1, in the photoacoustic catheter 1 (hereinafter simply referred to as the catheter 1), a plurality of acoustic elements (detection units) 11 are arranged in a ring at the tip of the
リング状に配置された音響素子11の内側に形成されている中空部12は、光ファイバ13から射出された撮像用レーザR1が通過する。
カテーテル1の内部に備えられた光ファイバ13から射出された撮像用レーザR1が、中空部12を通過して生体である観察対象に照射されると、観察対象が熱を放出し、その結果、観察対象が体積膨張する。この体積膨張の結果、生じる音波を音響素子11が検出する。つまり、音響素子11は照射された撮像用レーザR1によって生じた音波を受信する。
The imaging laser R1 emitted from the
When the imaging laser R1 emitted from the
次に、第1実施形態で用いられるカテーテル1における光射出機構について、図1及び図2を参照して説明する。
カテーテル1において、撮像用レーザR1は光ファイバ13によって、撮像用レーザ発生装置2から伝達される。
駆動装置14は、図1及び図2に示すように、例えば円筒状の4極PZT素子(以下、単にPZT素子と称する)のような圧電素子が用いられるのが好ましい。図2に示すようにPZT素子において対向する電極間に、導線Dを介して電位差を与えることで、その方向にPZT素子が屈曲される。対向する2対の電極に与える電圧を正弦波とし、その位相をπ/2だけずらすことによって、PZT素子中に通した光ファイバ13の先端を図2ので示すように回転させることができる。
Next, the light emission mechanism in the
In the
As shown in FIGS. 1 and 2, it is preferable that the
なお、光ファイバ13の回転半径(図2で示される回転の半径)はPZT素子に与えられる正弦波電圧の振幅によって制御される。
従って、PZT素子に印加する電圧の振幅を変化させることによって、カテーテル1から射出される撮像用レーザR1は、図2に示す渦巻状の軌跡101を描く。このとき、撮像用レーザR1の回転周波数は、例えば8kHzである。
このようにして、駆動装置14は、カテーテル1の進行方向に対して、所定の方向に撮像用レーザR1を射出するように駆動する。
The radius of gyration (radius of gyration shown in FIG. 2) of the
Therefore, by changing the amplitude of the voltage applied to the PZT element, the imaging laser R1 emitted from the
In this manner, the driving
このように、カテーテル1の先端が回転することで、撮像用レーザR1が回転して射出されることはファイバスキャンと称される。
As described above, when the tip of the
光ファイバ13の先端から射出される撮像用レーザR1は、その光ファイバ13に固有の角度で発散する。そのため、図1及び図2に示すように、光ファイバ13の先端前方に観察対象への集光を行うレンズ16が設けられている。
The imaging laser R1 emitted from the tip of the
また、図1及び図2に示すように、これらの素子類はカテーテル1の機械的特性を担うカバー15で覆われている。
Also, as shown in FIGS. 1 and 2, these elements are covered with a
なお、図1では省略しているがカテーテル1にガイドワイヤや、フラッシング機構が備えられていてもよい。フラッシングとは、血液等を水で洗浄することである。また、ガイドワイヤが設けられることで、状況に応じて、撮像用レーザR1のみではなく、ガイドワイヤを用いた治療も可能となる。さらに、カテーテル1の内部に血液を一時的に除去する透明液体を注入するための図示しない管状構造が備えられることも可能である。このようにすることで、血管内の血液を一時的に除去することができ、良好なカテーテル撮像画像を得ることができる。
Although not shown in FIG. 1, the
[システムブロック図]
図3は、第1実施形態に係る光音響型カテーテルシステムCの構成を示す機能ブロック図である。
光音響型カテーテルシステムCは、カテーテル1、撮像用レーザ発生装置2を有している。また、光音響型カテーテルシステムCは、アドレス管理装置4、画像化処理装置5、インタフェース装置6を有する。
[System block diagram]
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the photoacoustic catheter system C according to the first embodiment.
The photoacoustic catheter system C includes a
撮像用レーザ発生装置2は、撮像用の低出力パルスレーザである撮像用レーザR1を発生する。
撮像用レーザR1は光ファイバ13内を進む。なお、図3において、破線矢印は撮像用レーザR1(図1、図2参照)を示している。
The
The imaging laser R1 travels in the
カテーテル1は、光学素子部17、駆動部19、音響素子部(検出部)18を有している。
光学素子部17は、光ファイバ13の先端や、レンズ16であり、撮像用レーザR1が射出される。
駆動部19は、図1及び図2における駆動装置14であり、図1及び図2で説明済みあるため、ここでの説明を省略する。また、音響素子部18は、図1及び図2の音響素子11であるため、ここでの説明を省略する。
The
The
The drive unit 19 is the
アドレス管理装置4は、撮像用レーザR1が射出されたタイミングをアドレスとして管理する。アドレスとは、撮像用レーザR1が射出された位置(射出位置)を示すものであり、例えば、座標等で表わされる。
アドレス管理装置4は、タイミングラッチ部41、タイミング制御部42、駆動波形設定部43、駆動制御部44を有する。
タイミングラッチ部41は、撮像用レーザ発生装置2からの情報を基に撮像用レーザR1の射出タイミングを記録する。
The
The
The
タイミング制御部42は、タイミングラッチ部41で記録された射出タイミングや、駆動波形設定部43で設定された駆動電圧波形を基に、撮像用レーザR1が射出されたアドレスを算出する。また、タイミング制御部42は、手入力等で予め入力されている校正情報8等を基に、算出されたアドレスを補正する。これによって、タイミング制御部42は補正アドレスを生成する。タイミング制御部42が行う処理については後記して説明する。
駆動波形設定部43は駆動電圧波形を設定する。
駆動制御部44は、駆動波形設定部43が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部19へ印加する。
The
The drive
The
画像化処理装置5は、音響素子部18から送信された検出信号や、補正アドレス等を基に、カテーテル撮像画像を再構成する。
画像化処理装置5は、信号受信部51、情報記憶部(記憶部)52、画像構成部(画像生成部)53を有する。
信号受信部51は、音響素子部18から送信された検出信号を受信する。
情報記憶部52は、信号受信部51が受信した検出信号、タイミング制御部42から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、タイミング制御部42で算出された補正アドレス等を記憶する。
画像構成部53は、情報記憶部52に記憶されている情報等を基にカテーテル撮像画像を再構成する。なお、本実施形態では、信号受信部51が受信した検出信号、タイミング制御部42から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等がいったん情報記憶部52に記憶される。その後、画像構成部53がこれらの情報を読み出している。しかし、信号受信部51が受信した検出信号、タイミング制御部42から送られた撮像用レーザ射出タイミングのアドレス、補正アドレス等が、情報記憶部52に格納されずに画像構成部53に直接入力されてもよい。また、画像構成部53は再構成されたカテーテル撮像画像を情報記憶部52に記憶する。
The imaging processing device 5 reconstructs a catheter imaging image based on the detection signal transmitted from the
The imaging processing device 5 includes a
The
The
The
インタフェース装置6は入出力を行うものである。
インタフェース装置6は、表示部61を有している。
表示部61は、画像構成部53によって再構成されたカテーテル撮像画像が表示される。
The interface device 6 performs input and output.
The interface device 6 has a
The
なお、アドレス管理装置4、画像化処理装置5、インタフェース装置6は、画像生成システム(信号処理装置)Zを構成している。
The
(画像構成部53)
図4は、本実施形態で用いられる画像構成部53の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
画像構成部53は、角度補正処理部(強度処理部)530を有している。
そして、角度補正処理部530は、到来方向特定部531、受信特性関数算出部532、逆フィルタ算出部533、信号復元部534を有する。なお、角度補正処理部530が行う処理の詳細は後記する。
到来方向特定部531は、撮像用レーザR1が照射されることによって生じる音波が、音響素子部18に対して、どの方向から到来したかを特定する。
受信特性関数算出部532は、到来方向特定部531によって特定された音波の到来方向に基づいて受信特性関数を算出する。
逆フィルタ算出部533は、算出された受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する。
信号復元部534は、算出された逆フィルタを用いて、受信した検出信号の復元を行う。
(Image configuration unit 53)
FIG. 4 is a functional block diagram showing a detailed configuration of the
The
The angle
The arrival
The reception characteristic
The inverse
The
(アドレス管理装置4のハードウェア構成図)
図5は、本実施形態で用いられるアドレス管理装置4のハードウェア構成図を示す図である。
アドレス管理装置4は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)4Aと、入力装置4Bと、出力装置4C、電圧出力装置4Dとを有する。
FPGA4Aで実行されるプログラムによって、図3のタイミングラッチ部41、タイミング制御部42、駆動波形設定部43等が具現化している。
入力装置4Bは、撮像用レーザ発生装置2から撮像用レーザR1の射出タイミングに関する情報が入力されたり、校正情報8が入力されたりする。
出力装置4Cは、タイミング制御部42で行われる処理の結果を画像化処理装置5へ出力する。
電圧出力装置4Dは、図3の駆動制御部44であり、駆動波形設定部43が設定した駆動電圧波形に従って駆動電圧を駆動部19へ印加する。
(Hardware configuration of address management device 4)
FIG. 5 is a diagram showing a hardware configuration of the
The
The program executed by the FPGA 4A embodies the
In the input device 4B, information on the emission timing of the imaging laser R1 is input from the imaging
The
The
(画像化処理装置5のハードウェア構成図)
図6は、本実施形態で用いられる画像化処理装置5のハードウェア構成図を示す図である。
画像化処理装置5は、CPU(Central Processing Unit)5A、メモリ5B、HD(Hard Disk)等の記憶装置(記憶部)5C、入力装置5D、出力装置5Eを有する。
ここで、記憶装置5Cに格納されているプログラムがメモリ5Bにロードされる。そして、ロードされたプログラムをCPU5Aが実行することで、図4に示す画像構成部53、画像構成部53を構成する各部530〜534が具現化する。
なお、記憶装置5Cは図3の情報記憶部52に相当する。また、入力装置5Dは信号受信部51に相当する。
(Hardware configuration of the imaging processor 5)
FIG. 6 is a diagram showing a hardware configuration of the imaging processing apparatus 5 used in the present embodiment.
The imaging processing device 5 includes a CPU (Central Processing Unit) 5A, a
Here, the program stored in the storage device 5C is loaded into the
The storage device 5C corresponds to the
[フローチャート]
(全体処理)
図7は、第1実施形態で行われる光音響型カテーテルシステムCの処理手順を示すフローチャートである。なお、図7において破線で示されている処理は光音響型カテーテルシステムC以外のものにおける処理である。以降の各フローチャートでは、図3を適宜参照する。
まず、操作者がインタフェース装置6を介して光音響型カテーテルシステムCの各部を起動する(S1)。
次に、撮像用レーザR1が射出される撮像用レーザ射出処理が行われる(S2)。撮像用レーザ射出処理の詳細は後記する。
射出された撮像用レーザR1は対象物に照射される。該対象物は撮像用レーザR1を吸収することで、瞬間的に熱膨張し、音波が発生する(S3)。
[flowchart]
(Overall processing)
FIG. 7 is a flow chart showing the processing procedure of the photoacoustic catheter system C performed in the first embodiment. The process shown by the broken line in FIG. 7 is a process other than the photoacoustic catheter system C. In each of the subsequent flowcharts, FIG. 3 is referred to as appropriate.
First, the operator activates each part of the photoacoustic catheter system C via the interface device 6 (S1).
Next, an imaging laser emission process is performed in which the imaging laser R1 is emitted (S2). Details of the imaging laser emission process will be described later.
The imaging laser R1 emitted is emitted to the object. The object thermally expands instantaneously by absorbing the imaging laser R1, and a sound wave is generated (S3).
そして、音響素子部18は、対象物から到来した音波を検出する(S4)。音波を受信すると、音響素子部18は検出した音波に応じた大きさの電圧を発生する。発生した電圧は、図示しないアンプやADC(Analogue-Digital Converter)を搭載した信号受信部51によって、所定の大きさのデジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号は情報記憶部52に記憶される。
なお、音響素子部18が複数チャネルを用いてアレイ化されている場合、チャネルごとにデータが保存されてもよい。
Then, the
When the
音響素子部18は音波を受信すると、その音波の強度(空気の疎密)に応じた電圧で電圧信号(検出信号)を送信する。送信された検出信号は、画像化処理装置5によって受信される。
その後、アドレス管理装置4が、アドレス補正処理を行う(S5)。アドレス補正処理の詳細は後記する。
次に、画像化処理装置5が、アドレス補正処理の結果(補正アドレス)を用いて角度補正処理を行う(S6)。角度補正処理の詳細は後記する。
そして、画像化処理装置5が、角度補正処理の結果を用いて画像処理を行う(S7)。画像処理の詳細は後記する。
そして、表示部61に画像処理の結果、出力されるカテーテル撮像画像が表示される(S8)。
When the
Thereafter, the
Next, the imaging processing device 5 performs angle correction processing using the result of the address correction processing (correction address) (S6). Details of the angle correction process will be described later.
Then, the imaging processing device 5 performs image processing using the result of the angle correction processing (S7). Details of the image processing will be described later.
Then, as a result of the image processing, the catheter imaging image to be output is displayed on the display unit 61 (S8).
(撮像用レーザ射出処理)
図8は、第1実施形態で行われる撮像用レーザ射出処理(図7のステップS2)の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
駆動波形設定部43は光ファイバ13の回転の角速度に応じた駆動電圧波形を設定する(S201)。
そして、駆動制御部44が、ステップS201で設定された駆動電圧を生成する(S202)。
続いて、駆動制御部44は、生成した駆動電圧を駆動部19に印加する(S203)。その結果、駆動部19による光ファイバ13の回転が開始される。
(Laser emission processing for imaging)
FIG. 8 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the imaging laser emission process (step S2 in FIG. 7) performed in the first embodiment.
The drive
Then, the
Subsequently, the
その後、タイミングラッチ部41は、撮像用レーザR1の射出タイミングを記録する(S204)。射出タイミングは、具体的には撮像用レーザR1の射出時刻等である。
射出タイミングは、フォトデテクタを用いて、撮像用レーザR1の射出時刻が記憶されてもよいし、撮像用レーザR1の出力時に出力される同期信号の出力時刻が記憶されてもよい。
タイミング制御部42は、撮像用レーザR1の射出タイミングに関する情報をアドレスとして算出する。そして、タイミング制御部42は撮像用レーザR1の射出タイミングに関する情報をアドレスとして情報記憶部52に記憶する(S205)。なお、タイミング制御部42は駆動波形設定部43で設定された駆動電圧波形と、射出タイミングとを基にアドレスを算出する。
Thereafter, the
As the emission timing, the emission time of the imaging laser R1 may be stored using a photo detector, or the output time of the synchronization signal output when the imaging laser R1 is output may be stored.
The
図9は、駆動部19に印加される駆動電圧の波形例を示す図である。また、図10は、駆動部19(駆動装置14)を正面(カテーテル1軸方向)からみた図である。
図10に示すように、駆動部19は、π/2ずつに導線D1〜D4(D)が接続されている。
ここで、図9における波形V1は、図10における導線D1及び導線D3に印加される駆動電圧波形である。また、図10における波形V2は、図10における導線D2及び導線D4に印加される駆動電圧波形である。ここで、波形V1と、波形V2とは、互いに位相がπ/2ずれている。
このような波形V1,V2の電圧が駆動部19に印加されることで、光ファイバ13の先端部は図2に示すように渦巻状の軌跡101を描く。
ここで、図9のΔTLは渦巻状の軌跡101(図2参照)で、光ファイバ13の先端が中心から軌跡101の半径を広げていき、また中心に戻ってくるまでの周期である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the waveform of the drive voltage applied to the drive unit 19. FIG. 10 is a view of the drive unit 19 (drive device 14) viewed from the front (
As shown in FIG. 10, in the drive unit 19, the conductors D1 to D4 (D) are connected to each other by π / 2.
Here, the waveform V1 in FIG. 9 is a drive voltage waveform applied to the conductor D1 and the conductor D3 in FIG. A waveform V2 in FIG. 10 is a drive voltage waveform applied to the conductor D2 and the conductor D4 in FIG. Here, the waveform V1 and the waveform V2 are out of phase with each other by π / 2.
By applying the voltages of such waveforms V1 and V2 to the drive unit 19, the tip of the
Here, ΔTL in FIG. 9 is a spiral trajectory 101 (see FIG. 2), and is a cycle until the tip of the
(アドレス算出)
次に、図11〜図13を参照してアドレス算出について説明する。
図11は、駆動部19に印加される電圧波形と、撮像用レーザ射出タイミングを示す図である。なお、図11の波形V11は図9における波形V1の時刻0付近を拡大したものである。同様に、波形V12は図9における波形V2の時刻付近を拡大したものである。さらに、タイミングP1は、撮像用レーザR1の射出タイミングを示すものである。
ここで、電圧波形の周期をΔTFとする。そして、時刻0から最初の撮像用レーザ射出タイミングt1までの時間をδtL1とする。また、時刻ΔTFから2番目の撮像用レーザ射出タイミングt2までの時間をδtL2とする。さらに、時刻2ΔTFから3番目の撮像用レーザ射出タイミングt3までの時間をδtL3とする。
(Address calculation)
Next, the address calculation will be described with reference to FIGS.
FIG. 11 is a diagram showing a voltage waveform applied to the drive unit 19 and an imaging laser emission timing. The waveform V11 in FIG. 11 is an enlarged view of the vicinity of
Here, the period of the voltage waveform is ΔTF. Then, the time from
図12は、図11に示す印加電圧による撮像用レーザR1の射出軌跡を示す図であり、図13は、図12の原点近傍部分を拡大した図である。
ここで、図13の符号201は撮像用レーザR1の射出開始から最初に射出された撮像用レーザR1の位置を示している。すなわち、符号201は、図11のタイミングP1における符号t1のタイミングで射出された撮像用レーザR1の射出位置(アドレス)となる。図12及び図13に示すように、射出軌跡に対してx軸、y軸を設定すると、符号201と、x軸との角度φ1は以下の式(1)となる。
FIG. 12 is a view showing an emission locus of the imaging laser R1 by the applied voltage shown in FIG. 11, and FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of the origin in FIG.
Here, the code |
φ1=2π・δtL1/ΔTF ・・・(1) φ1 = 2π · δt L1 / ΔTF (1)
つまり、画像構成部53は、図11における撮像用レーザ射出タイミングt1で射出された撮像用レーザR1によって撮像される位置は、x軸との角度がφ1となる符号201の位置と判定する。
That is, the
同様に、図11のt2,t3のタイミングで射出された撮像用レーザR1の射出位置202,203がx軸となす角度φ2、φ3は以下の式(2)、(3)となる。
Similarly, angles φ2 and φ3 formed by the
φ2=2π・δtL2/ΔTF ・・・(2)
φ3=2π・δtL3/ΔTF ・・・(3)
このようにして、図11のタイミングP1に示す各撮像用レーザ射出タイミングが、どの射出位置(アドレス)に相当するかを画像構成部53が算出することにより、アドレスが算出される。
Thus, the address is calculated by the
(アドレス補正処理)
図14は、第1実施形態で行われるアドレス補正処理(図7のステップS5)の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
まず、タイミング制御部42が校正情報8を取得する(S501)。校正情報8は画像の歪みを校正する情報(撮像用レーザR1の射出位置の歪みに関する情報)である。校正情報8は、インタフェース装置6を介して予め入力されている情報である。具体的には、光音響型カテーテルシステムCの試験運用時に取得される光ファイバ13の回転のずれに関する情報である。
校正情報8は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)や、サーバや、USB(Universal Serial Bus)メモリ等に保存されていてもよい。また、校正情報8の取得方法としては、例えば、以下の手法が用いられる。まず、校正点(目盛り)を付属させた校正キットがカテーテル1の先端部に装着される。そして、図7のステップS2〜S4の処理が行われることで生成されるカテーテル撮像画像が取得される。そして、取得されたカテーテル撮像画像に写っている校正点のずれを基に校正情報8が作成されてもよい。
(Address correction process)
FIG. 14 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the address correction process (step S5 of FIG. 7) performed in the first embodiment.
First, the
The calibration information 8 may be stored in an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), a server, a Universal Serial Bus (USB) memory, or the like. Further, as a method of acquiring the calibration information 8, for example, the following method is used. First, a calibration kit attached with calibration points (scales) is attached to the tip of the
そして、タイミング制御部42は、校正情報8、アドレスを基に補正された撮像用レーザ射出位置(補正アドレス)を算出する(S502)。
Then, the
(校正情報8)
次に、図15及び図16を参照して校正情報8について説明する。
図15は正常な状態(歪みのない状態)における射出位置を示す模式図である。このような撮像用レーザR1の射出位置がアドレスである。
図15に示すように、理想的な射出位置(アドレス)は半径Aの円形になっているものとする。なお、図2に示すように、本来、射出位置は渦巻状(螺旋状)となるのであるが、ここでは、説明を簡単にするため円形としている。
図15に示す任意の射出位置(xt,yt)は以下の式(11)のようになる。なお、ω=dθ/dtである。
(Calibration information 8)
Next, the calibration information 8 will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
FIG. 15 is a schematic view showing an injection position in a normal state (state without distortion). The emission position of such an imaging laser R1 is an address.
As shown in FIG. 15, it is assumed that the ideal injection position (address) is a circle of radius A. As shown in FIG. 2, the injection position is originally in a spiral shape (helical shape), but here, in order to simplify the description, it is circular.
The arbitrary injection position (xt, yt) shown in FIG. 15 is expressed by the following equation (11). Here, ω = dθ / dt.
図16は射出位置に歪みが生じている射出位置を示す模式図である。
図16に示すように、計測された射出位置は、図15に示す射出位置に対して、位相のずれφ、角度依存性の振幅歪みB(θ)が生じているものとする。ここで、図16に示すAB(θ)はAにB(θ)が乗算されたものである。φは撮像用レーザR1の信号遅れに由来するものである。また、B(θ)は駆動部19に印加される電圧波形のずれに由来するものである。なお、φや、B(θ)は、前記したように予め計測されているものである。なお、AB(θ)は周平均(積分でも可)をとるとAとなる制約が課されている。このとき、射出位置(アドレス)(xm(θ),ym(θ))は以下の式(12)となる。このアドレスが、タイミング制御部42で算出されたアドレスである。
FIG. 16 is a schematic view showing an injection position where distortion occurs in the injection position.
As shown in FIG. 16, it is assumed that the measured injection position has a phase shift φ and an angular distortion B (θ) with respect to the injection position shown in FIG. Here, AB (θ) shown in FIG. 16 is obtained by multiplying A by B (θ). φ is derived from the signal delay of the imaging laser R1. Further, B (θ) is derived from the deviation of the voltage waveform applied to the drive unit 19. In addition, (phi) and B ((theta)) are measured previously as mentioned above. A restriction is imposed that AB (θ) becomes A when taking a circumferential average (or integration). At this time, the injection position (address) (xm (θ), ym (θ)) is expressed by the following equation (12). This address is the address calculated by the
式(12)を式(13)、式(14)に変形する。 Equation (12) is transformed into equation (13) and equation (14).
式(14)における逆行列の部分が校正情報8となる。なお、校正情報8を特定するためには、複数点において計算を行う必要がある。
このようにすることで、撮像用レーザR1の信号遅れを是正することができる。さらに、図16に示すような射出位置(xm(θ),ym(θ))(つまり、照射位置)のまま表示部61にカテーテル撮像画像を表示すると、歪んだ形状で表示されてしまい、操作者が見にくくなってしまう。そこで、式(14)に示す校正情報8が用いられることにより、表示部61の形状にあった形状で表示を行うことができる。つまり、撮像用レーザR1の照射位置の校正を行うことができる。なお、式(14)に示す校正情報8が用いられると、実際の射出位置(つまり、照射位置)と表示部61に表示されているカテーテル撮像画像の画像位置とにずれが生じてしまうが、一般的にB(θ)は小さいため問題とはならない。なお、図16では、わかりやすくするため、B(θ)を大きく示している。
The part of the inverse matrix in equation (14) is the calibration information 8. In addition, in order to specify the calibration information 8, it is necessary to perform calculation at a plurality of points.
By doing this, it is possible to correct the signal delay of the imaging laser R1. Furthermore, when a catheter imaging image is displayed on the
(角度補正処理)
図17は、第1実施形態で行われる角度補正処理(図7のステップS6)の詳細な処理手順を示すフローチャートである。適宜、図3及び図4を参照する。
まず、到来方向特定部531は、音響素子部18において音波を検出した時刻と、タイミング制御部42から送られた射出タイミングに関するアドレスとを基に、音波の到来方向を特定する(S601)。音波の到来方向については後記する。
次に、受信特性関数算出部532は、ステップS601で特定した音波の到来方向と、音響素子部18の形状とを基に、受信特性関数を算出する(S602)。受信特性関数については後記する。
そして、逆フィルタ算出部533は、受信特性関数を基に逆フィルタを算出する(S603)。逆フィルタについては後記する。
次に、信号復元部534が、算出した逆フィルタと、検出信号とを基に検出信号の復元を行う(S604)。検出信号の復元については後記する。
(Angle correction process)
FIG. 17 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the angle correction process (step S6 in FIG. 7) performed in the first embodiment. Refer to FIG. 3 and FIG. 4 as appropriate.
First, the arrival
Next, the reception characteristic
Then, the inverse
Next, the
(到来方向について)
図18Aは、音波の到来方向を示す図である。
図18Aに示す方向に撮像用レーザR1が射出されるものとする。そして、撮像用レーザR1の進行方向に対象物F1が存在するものとする。
撮像用レーザR1が照射されることにより対象物F1から発した音波は、経路301を通って音響素子11(音響素子部18)に到達する。なお、図15Aは、音響素子11を側面からみた図を示している。なお、実際の音響素子11は、図1に示すような形状を有している。しかし、説明を簡単にするため、以降の説明では、音響素子11が図18B及び図18Cに示すような単純な形状を有しているものとする。図1に示すような形状を有していても、図18B及び図18Cに示すような形状を有していても、本実施形態の原理は同じだからである。
この音波が通る経路301は、音響素子11に対して垂直な線302に対してγ傾いている。
(About the direction of arrival)
FIG. 18A is a diagram showing the arrival direction of a sound wave.
It is assumed that the imaging laser R1 is emitted in the direction shown in FIG. 18A. Then, it is assumed that the object F1 exists in the traveling direction of the imaging laser R1.
The sound wave emitted from the object F <b> 1 by the irradiation of the imaging laser R <b> 1 reaches the acoustic element 11 (acoustic element unit 18) through the
The
図18Bは、到来方向のうち、水平角αを示す図である。
図18Bは、音響素子11(音響素子部18)を上方からみた図を示している。
このようなとき、対象物F1が図18Bに示すような位置にあるものとする。対象物F1で発した音波は、経路311を通って音響素子11に到達する。
この経路311は、音響素子11の軸方向の線312に対して角度αの位置にある。このような角度αを水平角αと称する。ここで、0°≦水平角α<360°である。
なお、音波の到来方向は、図11〜図13を参照して説明した撮像用レーザR1の射出位置(アドレス)から容易に推定可能である。
FIG. 18B is a diagram showing the horizontal angle α in the arrival direction.
FIG. 18B shows the acoustic element 11 (acoustic element unit 18) as viewed from above.
In such a case, it is assumed that the object F1 is in the position as shown in FIG. 18B. The sound wave emitted from the object F1 reaches the
This
The arrival direction of the sound wave can be easily estimated from the emission position (address) of the imaging laser R1 described with reference to FIGS.
図18Cは、到来方向のうち、あおり角βを示す図である。
図18Cは、音響素子11(音響素子部18)を側方からみた図を示している。
このようなとき、対象物F1が図18Cに示すような位置にあるものとする。対象物F1で発した音波は、経路321を通って音響素子11に到達する。
この経路321は、音響素子11の法線322に対して角度βの位置にある。このような角度βをあおり角βと称する。
FIG. 18C is a view showing a tilt angle β in the arrival direction.
FIG. 18C shows a side view of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18).
In such a case, it is assumed that the object F1 is in the position as shown in FIG. 18C. The sound wave emitted from the object F1 reaches the
This
音波の到来方向は、図18B及び図18Cで示した水平角αと、あおり角βとで表わされる。 The arrival direction of the sound wave is represented by the horizontal angle α and the swing angle β shown in FIGS. 18B and 18C.
(到来方向がずれることによる影響)
次に、図19A〜図19Dを参照して音波の到来方向がずれることによる影響を説明する。なお、図19A〜図19Dでは、サイン波のような音波が到来していることを想定している。
図19A〜図19Dでは、音響素子11(音響素子部18)を側方からみた図を示している。そして、図19A〜図19Dにおいて、実線は音波の山を示し、破線は音波の谷を示している。なお、音波は疎密波であるので、音波の山は空気が密である部分を示し、谷は空気が疎となっている部分を示す。さらに、図19A〜図19Dにおいて、矢印は音波の進行方向を示している。
なお、以降の図では、音響素子11の検出面は音響素子11の上面であるものとする。
(Influence by deviation of arrival direction)
Next, the influence of the deviation of the arrival direction of the sound wave will be described with reference to FIGS. 19A to 19D. In FIGS. 19A to 19D, it is assumed that sound waves such as sine waves have arrived.
19A to 19D show lateral views of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18). And in Drawing 19A-Drawing 19D, a solid line shows a peak of a sound wave, and a dashed line shows a valley of a sound wave. Note that since the sound wave is a compression wave, the peak of the sound wave indicates a portion where air is dense, and the valley indicates a portion where air is sparse. Further, in FIGS. 19A to 19D, arrows indicate the traveling direction of the sound wave.
In the following figures, the detection surface of the
図19Aは、音響素子11の真上(あおり角0°)から音波が到来している場合を示す図である。
図19Aに示すように、音響素子11の真上から音波が到来すると、音波の山のみ、谷のみが音響素子11に到達するため、精度の高い検出が可能となる。
FIG. 19A is a view showing a case where a sound wave arrives from directly above the acoustic element 11 (a tilt angle of 0 °).
As shown in FIG. 19A, when the sound wave arrives from directly above the
図19B〜図19Dは、音響素子11に対し、水平角90°、あおり角βで音波が到来している例を示す図である。
時間は図19B→図19C→図19Dの順に進んでいるものとする。
図19Bの時刻では、音波の谷331と、音波の山332とが音響素子11に同時に検出されている。
そして、図19Cの時刻では、音波の谷331、音波の山332がそれぞれ進行方向に進むにつれ、次の音波の谷333が音響素子11に到達している。すなわち、図19Cでは、音波の谷331,333、山332が当時に検出されている。
19B to FIG. 19D are diagrams showing an example in which a sound wave arrives at the horizontal angle 90 ° and the pivot angle β with respect to the
It is assumed that the time advances in the order of FIG. 19B → FIG. 19C → FIG. 19D.
At the time shown in FIG. 19B, the
Then, at the time shown in FIG. 19C, the
次に、図19Dの時刻では、図19B、図19Cに示される音波の谷331は、過ぎ去っており、代わりに新たな音波の山334が音響素子11に到達している。
つまり、図19Dでは、音波の山332,334、谷333が同時検出されている。
このように、音波の到来方向がずれると音波の山と、谷とが音響素子11で同時に検出されてしまう。
Next, at the time shown in FIG. 19D, the
That is, in FIG. 19D, the
As described above, when the arrival direction of the sound wave deviates, the peak and the valley of the sound wave are simultaneously detected by the
図20は、音響素子11に対して音波を入射した際に音響素子11で検出された検出信号の時間変化の例を示す図である。
図20において、符号401は水平角0°、あおり角0°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号401は図19Aに示す方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。ちなみに、入射された音波は符号401に示すような時間変化を示す音波である。
また、符号402は水平角0°、あおり角15°のときの検出信号の時間変化を示す。すなわち、符号402は図19B〜図19Dに示すような方向から音波が到来したときの検出信号の時間変化を示している。
FIG. 20 is a view showing an example of a time change of a detection signal detected by the
In FIG. 20,
In addition,
図20に示すように、水平角0°、あおり角0°のとき、明確な検出(検出信号401)が可能となっている。
これに対し、水平角0°、あおり角15°のときの検出信号(検出信号402)は、全体的になまった状態となっている。これは、図19B〜図19Dで説明したように、音波の到来方向に角度がつくと、音波の山と、谷とが同時に検出されてしまい、信号強度を打ち消してしまうためである。
本実施形態では、このような音波の到来方向に角度がつくことで、なまってしまう検出信号402を検出信号401に近くなるように復元することを目的とする。
As shown in FIG. 20, when the horizontal angle is 0 ° and the swing angle is 0 °, clear detection (detection signal 401) is possible.
On the other hand, the detection signal (detection signal 402) when the horizontal angle is 0 ° and the swing angle is 15 ° is in a state of being totally broken. This is because, as described with reference to FIGS. 19B to 19D, when an angle is made in the direction of arrival of the sound wave, the peak and the valley of the sound wave are simultaneously detected, and the signal strength is canceled.
In the present embodiment, it is an object of the present invention to restore the
(受信特性関数)
次に、図21A及び図21Bを参照して、受信特性関数について説明する。
図21Aでは、音響素子11(音響素子部18)を上方からみた図を示している。
矢印412の方向が水平角0°の方向である。これに対し、水平角及びあおり角が所定の角度である矢印411の方向から音波が到来したとする。
ここで、音響素子11上に描かれている実線、破線、一点鎖線は、到来した音波における山(谷としてもよい)が音響素子11と重なっている部分を示している。音響素子11上に描かれている実線、破線、一点鎖線の長さが、音響素子11が音波の山を検出したときの検出強度となる。
(Reception characteristic function)
Next, the reception characteristic function will be described with reference to FIGS. 21A and 21B.
FIG. 21A shows the acoustic element 11 (acoustic element unit 18) as viewed from above.
The direction of arrow 412 is the direction of the
Here, a solid line, a broken line, and an alternate long and short dash line drawn on the
図21Aの音響素子11上に描かれている破線、実線、一点鎖線によって検出される検出強度の時間変化を図21Bに示す。
なお、時間変化は、図21Aの音響素子11上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さに比例する。そのため、図21Bの縦軸を音響素子11上に描かれている破線、実線、一点鎖線の長さとしてもよい。
The time change of the detection intensity detected by the broken line, the solid line, and the alternate long and short dash line drawn on the
The time change is proportional to the lengths of the broken line, solid line, and dashed dotted line drawn on the
まず、図21Bの符号431に示すように、検出強度が上昇していく。これは、図21Aの音響素子11上に描かれている破線部分に相当する。
次に、符号432に示すように、検出強度が一定となる。これは、図21Aの音響素子11上に描かれている実線部分に相当する。つまり、図21Aの音響素子11上に描かれている実線が一定の長さとなっていることに由来する。
そして、符号432に示すように、検出強度が下降していく。これは、図21Aの音響素子11上に描かれている一点鎖線部分に相当する。
First, as indicated by
Next, as indicated by
Then, as indicated by
図21Bに示す検出強度の時間変化が受信特性関数となる。
そして、実際に検出される検出強度は、検出信号s(t)と、受信特性関数との畳み込みとなる。
なお、図21Bに示すように、受信特性関数は長方形または台形の形状を有する。
The temporal change in detection intensity shown in FIG. 21B is a reception characteristic function.
The detection strength actually detected is a convolution of the detection signal s (t) and the reception characteristic function.
As shown in FIG. 21B, the reception characteristic function has a rectangular or trapezoidal shape.
ここで、図22Aに示すような受信特性関数をHとする。また、図22Bは、図22Aに示す受信特性関数Hをフーリエ変換し、さらに、各周波数の振幅の絶対値を示したものである。
図22Aに示す受信特性関数は、例えば、水平角0°、90°または、270°、あおり角90°で音波が到来したときの受信特性関数である。しかし、図22Aに示す受信特性関数を、図21に示す受信特性関数に置き換えることで、任意の水平角、あおり角の方向から到来した音波に適用可能である。
Here, the reception characteristic function as shown in FIG. FIG. 22B Fourier-transforms the reception characteristic function H shown in FIG. 22A and further shows the absolute value of the amplitude of each frequency.
The reception characteristic function shown in FIG. 22A is, for example, a reception characteristic function when a sound wave arrives at a horizontal angle of 0 °, 90 °, or 270 °, and an elevation angle of 90 °. However, by replacing the reception characteristic function shown in FIG. 22A with the reception characteristic function shown in FIG. 21, it is possible to apply to sound waves coming from any horizontal angle or direction of the elevation angle.
図22Aに示す受信特性関数をフーリエ変換すると、図22Bに示すように広帯域周波数特性を有することがわかる。これは、図21Bのような受信特性関数をフーリエ変換しても同様である。つまり、長方形または台形の形状を有する受信特性関数は、広帯域周波数特性を有する。なお、ここでの広帯域とは80MHz程度の帯域である。 When Fourier transform is performed on the reception characteristic function shown in FIG. 22A, it can be seen that it has wide band frequency characteristics as shown in FIG. 22B. The same applies to the Fourier transform of the reception characteristic function as shown in FIG. 21B. That is, the reception characteristic function having a rectangular or trapezoidal shape has wide band frequency characteristics. Here, the wide band is a band of about 80 MHz.
このとき、逆フィルタを1/H(ω)とすることで、理論的には元の検出信号S0(t)を復元可能である。ここで、ωは周波数を示す。
しかし、H(ω)は、図22Bに示すように、所々で値0を有している。そのため、このようなところでは、いわゆるゼロ割が生じ、逆フィルタが発散してしまう。
本実施形態では、このようなゼロ割を生じない逆フィルタを提案する。
At this time, by making the
However, H (ω) has the
In the present embodiment, an inverse filter that does not generate such zero division is proposed.
(ウィナーフィルタM)
まず、このようなゼロ割を生じない逆フィルタとしてウィナーフィルタMがある。
ウィナーフィルタMは、以下の式(21)で示される逆フィルタである。
(Winner filter M)
First, there is a Wiener filter M as an inverse filter which does not generate such a zero division.
The Wiener filter M is an inverse filter represented by the following equation (21).
M=H*/(|H|2+Γ) ・・・(21) M = H * / (| H | 2 + Γ) (21)
そして、信号復元部534が、式(21)の逆フィルタ(ウィナーフィルタM)を使用した以下の式(22)を計算することで、検出された検出信号(復元信号)S0が得られる。ただし、式(21)でのHはH(ω)である。また、H*はHの複素共役である。なお、Γは式(21)の分母がゼロ割しないようのするための定数である。
ウィナーフィルタMを用いることで、ゼロ割を避けることができ、復元信号の発散を防ぐことができる。
Then, the
By using the Wiener filter M, zero division can be avoided, and divergence of the restored signal can be prevented.
S0=FT−1[FT[S]*FT[M]] ・・・(22) S0 = FT- 1 [FT [S] * FT [M]] ... (22)
ここで、Sは検出信号、S0は復元信号、FT[・]はフーリエ変換、FT−1[・]は逆フーリエ変換、*は畳み込みを示す。
Here, S represents a detection signal,
式(21)に示すような逆フィルタ(ウィナーフィルタM)では、分母に所定の定数Γが配されることで、ゼロ割を防ぎ、逆フィルタが発散することを防ぐことができる。 In the inverse filter (Winner filter M) as shown in Expression (21), zero division can be prevented and divergence of the inverse filter can be prevented by arranging a predetermined constant Γ in the denominator.
(提案逆フィルタM1)
次に、発明者が考案した逆フィルタ(提案逆フィルタM1と称する)を、図23A〜図23Cを参照して説明する。
図23Aは、図22Aの受信特性関数Hをフーリエ変換した際の実部の挙動を示す図である。また、図23Bは、図22Aの受信特性関数Hをフーリエ変換した際の虚部の挙動を示す図である。
図23A及び図23Bを比較すると、実部の方が虚部よりも値が大きい。つまり、実部の方が、虚部よりも影響が大きいことがわかる。
ここで、図23Bに示すような虚部の包絡線421を考える。
図23Cは、図23Bの包絡線421のみを示す図である。
(Proposed reverse filter M1)
Next, an inverse filter (referred to as a proposed inverse filter M1) devised by the inventor will be described with reference to FIGS. 23A to 23C.
FIG. 23A is a diagram showing the behavior of the real part when the reception characteristic function H of FIG. 22A is Fourier transformed. FIG. 23B is a diagram showing the behavior of an imaginary part when Fourier transforming the reception characteristic function H of FIG. 22A.
When FIG. 23A and FIG. 23B are compared, the value of the real part is larger than that of the imaginary part. That is, it can be seen that the real part is more influential than the imaginary part.
Here, consider an
FIG. 23C is a diagram showing only the
このような、虚部の包絡線を用いて、受信特性関数算出部532は、以下の式(23)に示される受信特性関数H1を算出する。
Using such an envelope of the imaginary part, the reception characteristic
H1=Re{H}+i Env(Im{H}) ・・・(23) H1 = Re {H} + i Env (Im {H}) (23)
ここで、Re{H}はHの実部(図23A)を示し、Im{H}はHの虚部(図23B)を示す。また、Env(Im{H})は、Hの虚部の包絡線421(図23B、図23C参照)を示す。ただし、式(23)でのHはH(ω)である。
次に、逆フィルタ算出部533は、式(23)のH1を用いて、以下の式(24)に示す提案逆フィルタM1を算出する。
Here, Re {H} indicates the real part of H (FIG. 23A), and Im {H} indicates the imaginary part of H (FIG. 23B). Also, Env (Im {H}) indicates the
Next, the inverse
M1=H1*/|H1|2 ・・・(24) M1 = H1 * / | H1 | 2 (24)
そして、信号復元部534は、以下の式(25)を用いて復元信号S0を算出する。
Then, the
S0=FT−1[FT[S]*FT[M1]] ・・・(25) S0 = FT- 1 [FT [S] * FT [M1]] (25)
なお、図23Cに示すように、Hの虚部の包絡線421は、60MHzのところで値が0となっているが、逆フィルタ算出部533は60MHzの手前で計算を止めればよい。
なお、受信特性関数H1は、受信特性関数Hとは形が変わる。しかし、図23A及び図23Bで説明したように、虚部よりも実部の方が受信特性関数の形状に与える影響が大きいため、受信特性関数H1における形状の変化は小さい。
提案逆フィルタM1によれば、式(21)に示すウィナーフィルタMの定数Γの恣意性をなくすことができる。
As shown in FIG. 23C, the
The reception characteristic function H1 is different in form from the reception characteristic function H. However, as described in FIGS. 23A and 23B, the real part has a greater influence on the shape of the reception characteristic function than the imaginary part, so the change in the shape of the reception characteristic function H1 is small.
According to the proposed inverse filter M1, the arbitraryness of the constant 恣 of the Wiener filter M shown in the equation (21) can be eliminated.
(シミュレーション結果)
次に、ウィナーフィルタMと、提案逆フィルタM1を用いた復元のシミュレーションについて、図24A〜図25Cに示す。
図24Cは、図24A及び図24Bに示す方向から音波が到来したときの、シミュレーション結果を示す図である。
ここで、図24Aは、音響素子11(音響素子部18)を上面からみた図であり、図24Bは、音響素子11(音響素子部18)を側面からみた図である。ここで音響素子11に入射される音波は図20の符号401のような時間変化を有する音波である。
図24A及び図25Bに示すように、水平角0°、あおり角10°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図24Cに示す。
図24Cにおいて、符号601は、あおり角0°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号601は検出面(音響素子11の上面)に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。なお、以降において、検出信号とは、検出信号の時間変化を示すものとする。
そして、符号602は、水平角0°、あおり角10°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号603は、符号602の検出信号に対し、ウィナーフィルタMを用いた信号復元を行った結果(復元信号)を示す。
また、符号604は、符号602の検出信号に対し、提案逆フィルタM1を用いた信号復元を行った結果(復元信号)を示す。
(simulation result)
Next, simulations of restoration using the winner filter M and the proposed inverse filter M1 are shown in FIGS. 24A to 25C.
FIG. 24C is a diagram showing a simulation result when a sound wave arrives from the direction shown in FIGS. 24A and 24B.
Here, FIG. 24A is a top view of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18), and FIG. 24B is a side view of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18). Here, the sound wave incident on the
As shown in FIGS. 24A and 25B, a simulation result in the case where a sound wave arrives from the direction of the
In FIG. 24C,
Further,
符号603及び符号604は、符号601に近ければ近いほど復元度合いがよいことになる。
ここで、符号603と、符号604とを比較すると、正負のピーク付近ではウィナーフィルタMの方が、提案逆フィルタM1よりも復元度合いがよい。
しかしながら、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタM1の方が、ウィナーフィルタMよりも復元度合いがよい。
図24Cに示す時間窓全体でSN比を比較したところ、提案逆フィルタM1の方がウィナーフィルタMよりも1.9倍、SN比が向上した。
As the
Here, comparing the
However, in the portion other than the peak, the proposed inverse filter M1 has a better restoration degree than the winner filter M.
When the SN ratio was compared over the entire time window shown in FIG. 24C, the SN ratio of the proposed reverse filter M1 was improved 1.9 times that of the winner filter M.
図25Cは、図25A及び図25Bに示す方向から音波が到来したときの、シミュレーション結果を示す図である。ここで音響素子11に入射される音波は図20の符号401のような時間変化を有する音波である。
ここで、図25Aは、音響素子11(音響素子部18)を上面からみた図であり、図25Bは、音響素子11(音響素子部18)を側面からみた図である。
図25A及び図25Bに示すように、水平角45°、あおり角10°の方向から音波が到来した場合のシミュレーション結果を図25Cに示す。
図25Cにおいて、符号611は、あおり角0°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。つまり、符号611は、は検出面(音響素子11の上面)に対し、真上方向から音波が到来した場合の検出信号を示している。
そして、符号612は、水平角45°、あおり角10°の方向から音波が到来した場合の検出信号を示す。
そして、符号613は、符号612の検出信号に対し、ウィナーフィルタMを用いた信号復元を行った結果(復元信号)を示す。
また、符号614は、符号612の検出信号に対し、提案逆フィルタM1を用いた信号の復元を行った結果(復元信号)を示す。
ここで、符号613と、符号614とを比較すると、図24Cと同様、正負のピーク付近ではウィナーフィルタMの方が、提案逆フィルタM1よりも復元度合いがよい。
しかしながら、図24Cと同様、ピーク以外の部分では、提案逆フィルタM1の方が、ウィナーフィルタMよりも復元度合いがよい。
図25Cに示す時間窓全体でSN比を比較したところ、提案逆フィルタM1の方がウィナーフィルタMよりも1.5倍、SN比が向上した。
FIG. 25C is a diagram showing a simulation result when a sound wave arrives from the direction shown in FIGS. 25A and 25B. Here, the sound wave incident on the
Here, FIG. 25A is a top view of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18), and FIG. 25B is a side view of the acoustic element 11 (acoustic element unit 18).
As shown in FIG. 25A and FIG. 25B, FIG. 25C shows a simulation result in the case where a sound wave arrives from the direction of the horizontal angle 45 ° and the elevation angle 10 °.
In FIG. 25C,
Further,
Here, comparing the
However, as in FIG. 24C, in the portion other than the peak, the proposed inverse filter M1 has a better restoration degree than the winner filter M.
When the SN ratio was compared over the time window shown in FIG. 25C, the proposed inverse filter M1 was improved by 1.5 times and the SN ratio was improved compared to the winner filter M.
本実施形態によれば、音響素子11に対して斜め方向から到来した音波に由来する検出信号の復元が可能となる。この結果、精度の高い画像を再構成することができる。
特許文献1に記載の技術では、被検体内を伝播する音響波の伝播速度のばらつきを抑制することを目的としている。従って、本実施形態の目的とは異なっているが、特許文献1に記載の技術では、中心周波数といった代表的な1つの周波数に絞り込むことで画像の再構成が行われている。このため、本実施形態のように音響素子11に対する音波の到来方向の補正に、特許文献1に記載の技術を適用すると画像情報の欠落が生じてしまう。
これに対し、本実施形態では、広帯域周波数成分(いうなれば、すべての周波数成分)が一度に補正される。このため、本実施形態では、画像情報を損なうことがない。従って、本実施形態では、精度の高い画像生成が可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to restore a detection signal derived from a sound wave that has arrived in an oblique direction with respect to the
The technique described in
On the other hand, in the present embodiment, the wide band frequency components (in other words, all frequency components) are corrected at one time. Therefore, in the present embodiment, the image information is not lost. Therefore, in the present embodiment, it is possible to generate an image with high accuracy.
また、本実施形態による角度補正処理が光音響型のカテーテル1に適用されることで、精度の高いカテーテル画像を再構成することができる。特に、ファイバスキャンを行うカテーテル1に適用されることで、撮像用レーザR1が回転して射出されることによる音響素子11への音波の傾きを補正することができる。
Further, by applying the angle correction processing according to the present embodiment to the
(画像処理)
図26は、第1実施形態で行われる画像処理(図7のステップS7)の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
画像構成部53は、情報記憶部52に記憶されている検出信号を画像信号に変換する(S701)。画像信号への変換は、ヒルベルト変換、直交検波、バックプロジェクション、絶対値演算のいずれでもよい。
(Image processing)
FIG. 26 is a flowchart showing a detailed processing procedure of the image processing (step S7 of FIG. 7) performed in the first embodiment.
The
次に、画像構成部53はタイミング制御部42が算出した補正アドレス等を基に、撮像用レーザR1が照射される対象物から音響素子部18までの距離及び方向を算出する(S702)。なお、このときの方向は、角度補正処理で算出された方向(到来方向)が用いられてもよい。
Next, based on the correction address and the like calculated by the
次に、画像構成部53が、画像信号と、情報記憶部52に記憶されている、補正された撮像用レーザR1の射出位置(補正アドレス)を基にカテーテル撮像画像を生成する(S703)。画像は1D(Dimension)でもよいし、2D、3Dでもよい。
補正アドレスを基にカテーテル撮像画像が生成されることで、光音響型カテーテルシステムCは、校正情報8に従って撮像用レーザR1で撮像されたカテーテル撮像画像を校正する。
画像構成部53は、生成したカテーテル撮像画像を情報記憶部52に記憶する。
Next, the
By generating a catheter imaging image based on the correction address, the photoacoustic catheter system C calibrates the catheter imaging image captured by the imaging laser R1 according to the calibration information 8.
The
ここで、図27及び図28を参照して、対象物から音響素子11(音響素子部18)までの距離及び方向の算出方法について説明する。
図27に示す方向に撮像用レーザR1が射出されるものとする。そして、撮像用レーザR1の進行方向に対象物F1と、対象物F2とが存在する場合を考える。
撮像用レーザR1は光速で進むため、撮像用レーザR1が射出されてから対象物F1に到達する時間と、対象物F2に到達する時間とは同じであると考えることができる。つまり、撮像用レーザR1が射出されてから対象物F1に到達する時間と、対象物F2に到達する時間とは、それぞれ0と考えることができる。
従って、音響素子11(音響素子部18)と、対象物F1までの距離L1及び対象物F2までの距離L2は以下の式で示すことができる。
Here, with reference to FIGS. 27 and 28, a method of calculating the distance and direction from the object to the acoustic element 11 (acoustic element unit 18) will be described.
It is assumed that the imaging laser R1 is emitted in the direction shown in FIG. Then, consider the case where the object F1 and the object F2 exist in the traveling direction of the imaging laser R1.
Since the imaging laser R1 travels at the speed of light, it can be considered that the time to reach the object F1 after the imaging laser R1 is emitted and the time to reach the object F2 are the same. That is, it can be considered that the time for reaching the object F1 after the emission of the imaging laser R1 and the time for reaching the object F2 are both zero.
Accordingly, the distance L1 to the object F1 and the distance L2 to the object F2 can be expressed by the following equation.
L1=Vs×T1
L2=Vs×T2
L1 = Vs × T1
L2 = Vs × T2
ここで、Vsは音の速さである。また、T1は撮像用レーザR1が射出されてから音響素子11で音波を検出するまでの時間である。同様に、T2は撮像用レーザR1が射出されてから音響素子11で音波を検出するまでの時間である。
Here, Vs is the speed of sound. T1 is the time from when the imaging laser R1 is emitted to when the
図28は、図27に示す音響素子11で検出される信号強度の時間変化を示す図である。
図28において、横軸は時間を示し、縦軸は信号強度(音波強度)である。また、図28において、時刻0は撮像用レーザR1の射出時刻である。
そして、時刻T1及び時刻T2は、それぞれ図27における対象物F1,F2で発せられた音波が音響素子11に届く時刻である。
すなわち、時刻T1における信号強度I1は図27の距離L1にある対象物F1(図27参照)の情報である。同様に、時刻T2における信号強度I2は図27の距離L2にある対象物F2(図27参照)の情報である。
なお、検出された対象物F1や、対象物F2が、音響素子11に対してどの方向に存在するかは、撮像用レーザR1の射出方向(つまり、アドレス)から容易に算出できる。
このようにして画像データが再構成される。
なお、音響素子11が複数配置されている場合、前記したように、画像構成部53は、Delay and Sumを行うことで、検出信号を増強させてもよい。
FIG. 28 is a diagram showing a time change of signal intensity detected by the
In FIG. 28, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis is signal intensity (sound intensity). Further, in FIG. 28,
Time T1 and time T2 are times when the sound waves emitted from the objects F1 and F2 in FIG. 27 reach the
That is, the signal strength I1 at time T1 is information of the object F1 (see FIG. 27) at the distance L1 of FIG. Similarly, the signal strength I2 at time T2 is information of the object F2 (see FIG. 27) at the distance L2 in FIG.
The direction in which the detected object F1 or the object F2 is present with respect to the
Thus, image data is reconstructed.
In addition, when multiple
画像処理が行われた後、操作者は、生成された画像を参照しつつ、図示しない治療用レーザの射出を行う。 After the image processing is performed, the operator emits a treatment laser (not shown) while referring to the generated image.
(角度ゲイン補正レバー701)
図29は、本実施形態で用いられる画像化処理装置5aの変形例を示す図である。
図29における画像化処理装置5aは、図3におけるインタフェース装置6を含んで備えている。
そして、画像化処理装置5aには、複数の角度ゲイン補正レバー(操作部)701が備えられている。
角度ゲイン補正レバー701は、図18Cに示すあおり角に対応している。例えば、角度ゲイン補正レバー701aはあおり角10°に対応し、角度ゲイン補正レバー701bはあおり角20°に対応する等である。
(Angle gain correction lever 701)
FIG. 29 is a view showing a modified example of the
The
The
The angle
そして、角度ゲイン補正レバー701が操作されると、角度補正処理部530は、そのあおり角に対応する方向から到来した復元信号の信号強度を増幅する。
例えば、あおり角10°に対応する角度ゲイン補正レバー701aが増幅方向に動かされると、角度補正処理部530は、あおり角10°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を増幅する。逆に、あおり角10°に対応する角度ゲイン補正レバー701aが減少方向に動かされると、角度補正処理部530は、あおり角10°の方向から音波が到来したと判定された復元信号すべての信号強度を減少する。
Then, when the angle
For example, when the angle
図24Cや、図25Cに示すように、復元信号は、本来検出されるべき信号とは一致しない。そこで、角度ゲイン補正レバー701によって、復元信号の信号強度が調整されることで、復元信号を本来検出されるべき信号に近づけることができる。
このようにすることで、信号復元の精度を向上させることができる。
As shown in FIG. 24C and FIG. 25C, the restored signal does not match the signal to be originally detected. Therefore, by adjusting the signal strength of the restoration signal by the angle
By doing this, the accuracy of signal restoration can be improved.
(受信特性関数テーブル)
図30は、本実施形態で用いられる受信特性関数テーブル710の例を示す図である。
本実施形態では、受信特性関数算出部532が、その都度、受信特性関数を算出している。しかし、これに限らず、図30に示すように各到来方向に対応する受信特性関数が受信特性関数テーブル710として情報記憶部52(図3参照)に予め格納されていてもよい。
図30の例では、最上段が水平角90°、あおり角90°、上から2番目が水平角80°、あおり角90°、最下段が水平角45°、あおり角90°の受信特性関数である。
受信特性関数テーブル710では、図30に示すように、水平角、あおり角ごとに受信特性関数が格納されている。
このようにすることで、受信特性関数の算出処理を省くことができ、計算負荷が軽減される。
なお、図30に示す受信特定関数テーブル710における各受信特性関数は、予め実験等によって計測されたものでもよい。
(Receive characteristic function table)
FIG. 30 is a diagram showing an example of the reception characteristic function table 710 used in the present embodiment.
In the present embodiment, the reception characteristic
In the example of FIG. 30, the reception characteristic function of the top stage is 90 ° horizontal angle, 90 ° elevation angle, the second from the top is 80 ° horizontal angle, 90 ° elevation angle, 45 ° horizontal angle at the bottom stage, 90 ° elevation angle It is.
In the reception characteristic function table 710, as shown in FIG. 30, reception characteristic functions are stored for each horizontal angle and elevation angle.
By doing this, the calculation process of the reception characteristic function can be omitted, and the calculation load can be reduced.
Each reception characteristic function in reception specific function table 710 shown in FIG. 30 may be measured beforehand by an experiment or the like.
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for part of the configurations of the respective embodiments.
また、前記した各構成、機能、各部41〜44,51,53,530〜534、情報記憶部52等は、それらの一部またはすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図5及び図6に示すように、前記した各構成、機能等は、FPGA4Aや、CPU5A等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、HD(Hard Disk)に格納すること以外に、メモリや、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、IC(Integrated Circuit)カードや、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
In addition, the above-described configurations, functions,
Further, in each embodiment, the control lines and the information lines indicate what is considered necessary for the description, and not all the control lines and the information lines in the product are necessarily shown. In practice, almost all configurations can be considered to be connected to each other.
1 カテーテル(光音響型のカテーテル)
5C 記憶装置(記憶部)
11 音響素子(検出部)
13 光ファイバ
18 音響素子部(検出部)
52 情報記憶部(記憶部)
53 画像構成部(画像生成部)
530 角度補正処理部(強度処理部)
533 逆フィルタ算出部
534 信号復元部
701,701a,701b 角度ゲイン補正レバー(操作部)
710 受信特性関数テーブル
Z 画像生成システム(信号処理装置)
1 Catheter (photoacoustic catheter)
5C storage unit (storage unit)
11 Acoustic device (detection unit)
13
52 Information storage unit (storage unit)
53 Image configuration unit (image generation unit)
530 Angle correction processing unit (intensity processing unit)
533 Inverse
710 Reception Characteristic Function Table Z Image Generation System (Signal Processing Device)
Claims (11)
前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタのフーリエ変換の結果とを畳み込み、さらに、当該畳み込みの結果を逆フーリエ変換する信号復元部と、
を有し、
前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きにに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有するものであり、
前記逆フィルタ算出部は、
前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が0より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定する
ことを特徴とする信号処理装置。 An inverse filter calculation unit that calculates an inverse filter based on a reception characteristic function of a detection signal that is detected and generated by a detection unit that detects an incoming signal;
A signal restoration unit which convolves the result of the Fourier transform of the detection signal and the result of the Fourier transform of the inverse filter, and further inverse Fourier transforms the result of the convolution;
Have
The reception characteristic function is based on the inclination of the incoming signal with respect to the detection surface of the detection unit, and has wide-band frequency characteristics.
The inverse filter calculation unit
In the inverse filter, the inverse filter is set such that an arbitrary frequency component has a value larger than 0.
前記受信特性関数をHとすると、新たな受信特性関数として、以下の式(1)に示す受信特性関数H1を算出し、
新たに算出された受信特性関数H1を基に、以下の式(2)に示す逆フィルタMを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
H1=Re{H}+iEnv(Im{H}) ・・・(1)
M=H1*/|H1|2 ・・・(2)
ここで、Re{H}は、Hの実部を示し、Im{H}はHの虚部を示し、Env(Im{H})は、Hの虚部の包絡線を示し、H1*はH1の複素共役を示す。 The inverse filter calculation unit
Assuming that the reception characteristic function is H, a reception characteristic function H1 shown in the following equation (1) is calculated as a new reception characteristic function,
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein an inverse filter M represented by the following equation (2) is calculated based on the newly calculated reception characteristic function H1.
H1 = Re {H} + iEnv (Im {H}) (1)
M = H1 * / | H1 | 2 (2)
Here, Re {H} indicates the real part of H, Im {H} indicates the imaginary part of H, Env (Im {H}) indicates the envelope of the imaginary part of H, and H1 * indicates The complex conjugate of H1 is shown.
前記受信特性関数をHとすると、以下の式(3)で示されるウィナーフィルタを前記逆フィルタとする
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
M=H*/(|H|2+Γ) ・・・(3)
ここで、H*はHの複素共役であり、Γは所定の定数である。 The inverse filter calculation unit
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein a Wiener filter represented by the following equation (3) is used as the inverse filter, where H is the reception characteristic function.
M = H * / (| H | 2 + Γ) (3)
Here, H * is a complex conjugate of H, and Γ is a predetermined constant.
前記到来信号は、前記光音響型のカテーテルの光ファイバから射出されたレーザの照射対象物から発せられた音波を検出したものである
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 The detection unit is provided in a photoacoustic catheter.
The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the incoming signal is a detection of a sound wave emitted from an irradiation target of a laser emitted from an optical fiber of the photoacoustic catheter.
ことを特徴とする請求項4に記載の信号処理装置。 The signal processing apparatus according to claim 4, wherein the tip of the optical fiber emits the laser while rotating.
を有することを特徴とする請求項4に記載の信号処理装置。 The signal processing apparatus according to claim 4, further comprising: an image generation unit configured to generate an image based on the signal output from the signal restoration unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 The signal processing apparatus according to claim 1, wherein the reception characteristic function corresponding to each angle at which the detection signal arrives to the detection unit is stored in a storage unit.
前記検出信号の信号強度の増減を行う強度処理部と、
を有し、
所定の角度に対応する前記操作部が操作されると、前記強度処理部は、操作された前記操作部に対応する角度から到来したと判定された前記検出信号の強度を増減する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 An operation unit corresponding to each angle at which the detection signal arrives at the detection unit;
An intensity processing unit that increases or decreases the signal intensity of the detection signal;
Have
When the operation unit corresponding to a predetermined angle is operated, the intensity processing unit increases or decreases the intensity of the detection signal determined to have arrived from the angle corresponding to the operated operation unit. The signal processing apparatus according to claim 1.
前記検出信号の受信特性関数を基に、逆フィルタを算出する第1のステップと、
前記検出信号のフーリエ変換の結果と、前記逆フィルタのフーリエ変換の結果とを畳み込み、さらに、当該畳み込みの結果を逆フーリエ変換する信号復元部と、
を有し、
前記受信特性関数は、前記検出部の検出面に対する前記到来信号の傾きにに基づいたものであるとともに、広帯域の周波数特性を有するものであり、
前記信号処理装置は、
前記逆フィルタにおいて、任意の周波数成分が0より大きい値を有するよう、前記逆フィルタを設定する
ことを特徴とする信号処理方法。 A signal processing apparatus that processes a detection signal that is detected and generated by a detection unit that detects an incoming signal,
A first step of calculating an inverse filter based on a reception characteristic function of the detection signal;
A signal restoration unit which convolves the result of the Fourier transform of the detection signal and the result of the Fourier transform of the inverse filter, and further inverse Fourier transforms the result of the convolution;
Have
The reception characteristic function is based on the inclination of the incoming signal with respect to the detection surface of the detection unit, and has wide-band frequency characteristics.
The signal processing device
In the inverse filter, the inverse filter is set such that any frequency component has a value larger than 0.
前記受信特性関数をHとすると、新たな受信特性関数として、以下の式(1)に示す受信特性関数H1を算出し、
新たに算出された受信特性関数H1を基に、以下の式(2)に示す逆フィルタMを算出する
ことを特徴とする請求項9に記載の信号処理方法。
H1=Re{H}+iEnv(Im{H}) ・・・(1)
M=H1*/|H1|2 ・・・(2)
ここで、Re{H}は、Hの実部を示し、Im{H}はHの虚部を示し、Env(Im{H})は、Hの虚部の包絡線を示し、H1*はH1の複素共役を示す。 The signal processing device
Assuming that the reception characteristic function is H, a reception characteristic function H1 shown in the following equation (1) is calculated as a new reception characteristic function,
The signal processing method according to claim 9, wherein an inverse filter M represented by the following equation (2) is calculated based on the newly calculated reception characteristic function H1.
H1 = Re {H} + iEnv (Im {H}) (1)
M = H1 * / | H1 | 2 (2)
Here, Re {H} indicates the real part of H, Im {H} indicates the imaginary part of H, Env (Im {H}) indicates the envelope of the imaginary part of H, and H1 * indicates The complex conjugate of H1 is shown.
前記受信特性関数をHとすると、以下の式(3)で示されるウィナーフィルタを前記逆フィルタとする
ことを特徴とする請求項9に記載の信号処理方法。
M=H*/(|H|2+Γ) ・・・(3)
ここで、H*はHの複素共役であり、Γは所定の定数である。 The signal processing device
10. The signal processing method according to claim 9, wherein a Wiener filter represented by the following equation (3) is used as the inverse filter, where H is the reception characteristic function.
M = H * / (| H | 2 + Γ) (3)
Here, H * is a complex conjugate of H, and Γ is a predetermined constant.
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