JP5197217B2 - Biological information imaging apparatus and image construction method - Google Patents
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Description
本発明は、光吸収によって発生する超音波を受信して画像化する生体情報イメージング装置、およびその画像構成方法に関する。 The present invention relates to a biological information imaging apparatus that receives and images ultrasonic waves generated by light absorption, and an image construction method thereof.
従来、乳癌などの診断では、エックス線(マンモグラフィー)、超音波、MRI(核磁気共鳴法)を用いたイメージング装置が多く使われている。近年、パルス光を生体内に伝播させ、その伝播光の吸収によって発生した光音響波を生体表面で検知し、生体内の初期発生圧力分布あるいは光吸収係数値分布をイメージングする光音響波イメージング装置が注目を浴びている(特許文献1)。 Conventionally, imaging apparatuses using X-rays (mammography), ultrasound, and MRI (nuclear magnetic resonance method) are often used for diagnosis of breast cancer and the like. In recent years, a photoacoustic wave imaging device that propagates pulsed light into a living body, detects photoacoustic waves generated by absorption of the propagating light on the surface of the living body, and images the initially generated pressure distribution or light absorption coefficient value distribution in the living body Has attracted attention (Patent Document 1).
一般的に、光音響波イメージング(光音響波トモグラフィー)の利点としては、以下のようなものが挙げられる。 In general, the advantages of photoacoustic wave imaging (photoacoustic wave tomography) include the following.
第一に、エックス線、超音波、MRIのような体内の形態のイメージングではなく、酸素代謝や脳の活性のような機能イメージングが可能であることが挙げられる。例えば、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンでは光の吸収スペクトルが異なっているため、吸収スペクトルを測定することで、血液内の酸素飽和度を求めることができ、酸素代謝測定などを行うことができる。なお、酸素代謝がイメージングできれば、そこから癌の腫瘍や脳の活性部位を調べることができるなどの利点がある。 First, it is possible to perform functional imaging such as oxygen metabolism and brain activity, instead of imaging internal forms such as X-rays, ultrasound, and MRI. For example, oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin have different light absorption spectra. Therefore, by measuring the absorption spectrum, oxygen saturation in the blood can be obtained, and oxygen metabolism measurement can be performed. . If oxygen metabolism can be imaged, there are advantages such as the ability to examine cancerous tumors and brain active sites.
第二に、光はガンマ線などの放射線やエックス線などと比べ被曝がないため、非侵襲で繰り返し連続して診断が可能であることが挙げられる。 Secondly, since light is not exposed compared to radiation such as gamma rays or X-rays, it can be diagnosed repeatedly and continuously without being invasive.
第三に、MRIやPET(ポジトロン放射断層撮影)などと比較し、医療機器の小型化・低価格化が可能であることが挙げられる。 Thirdly, it is possible to reduce the size and price of medical devices as compared with MRI and PET (positron emission tomography).
第四に、光拡散を検知し、生体内のイメージングを行う光拡散イメージング装置と比較すると、光音響波の生体内での散乱が小さいため、比較的、解像度を上げることが可能であるという利点がある。 Fourth, compared with a light diffusion imaging device that detects light diffusion and performs in vivo imaging, the photoacoustic wave is less scattered in the living body, so that the resolution can be increased relatively. There is.
生体内の光吸収体の画像を取得するためには、受信した光音響波信号から、画像を再構成する必要があり、この画像再構成の手法としては、タイムドメイン法とフーリエドメイン法といった各種手法が提案されている(非特許文献1)。
光音響波イメージングにおいては、生体内での光拡散のために、生体内深部に到達するフォトンの数が大きく減少する。よって、光吸収体が生体内深部に存在する場合は、生体表面に配置した音波検出器で光音響波信号を観測するのが困難になる。そのため、たとえ人体に対して360度の全方位に音波検出器が設置されていても、信号を取得可能な部位は限定されることになり、取得される情報の不確実性が増すことになる。 In photoacoustic wave imaging, the number of photons reaching the deep part of the living body is greatly reduced due to light diffusion in the living body. Therefore, when the light absorber exists in the deep part of the living body, it becomes difficult to observe the photoacoustic wave signal with the sound wave detector disposed on the surface of the living body. Therefore, even if the sound wave detector is installed in all directions of 360 degrees with respect to the human body, the part where the signal can be acquired is limited, and the uncertainty of the acquired information is increased. .
また、測定対象部位によっては360度の全方位に音波検出器を設置できないこともあ
る。このような制約がある場合には、例えば人体の片側に音波検出器を配置し、信号を測定することになる。しかし、光吸収体と音波検出器との間の距離が大きくなるほど、音波検出器と光吸収体とがなす立体角は小さくなることになり、この場合も取得する情報の不確実性が増すことになる。
In addition, depending on the measurement target part, the sound wave detector may not be installed in all directions of 360 degrees. When there is such a restriction, for example, a sound wave detector is arranged on one side of the human body and a signal is measured. However, the greater the distance between the light absorber and the sound wave detector, the smaller the solid angle formed by the sound wave detector and the light absorber, which also increases the uncertainty of the information to be acquired. become.
このように、取得する情報の不確実性が増加すると、画像再構成処理において実際には存在していない虚像(アーティファクト)が発生してしまい、診断精度が低下するという課題がある。 Thus, when the uncertainty of the information to be acquired increases, a virtual image (artifact) that does not actually exist is generated in the image reconstruction process, and there is a problem that the diagnostic accuracy is lowered.
そこで、本発明は、取得する情報の不確実性が増大しても、アーティファクトの発生を可及的に抑制することのできる生体情報イメージング装置および画像構成方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a biological information imaging apparatus and an image construction method that can suppress the occurrence of artifacts as much as possible even when the uncertainty of information to be acquired increases.
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
本発明の第1態様は、生体に光を照射する光源と、光吸収によって発生する超音波を受信し信号を出力する超音波検出器と、前記超音波検出器から出力される信号からタイムドメイン法により第1の画像を再構成するタイムドメイン処理部と、前記超音波検出器から出力される信号からフーリエドメイン法により第2の画像を再構成するフーリエドメイン処理部と、前記第1の画像と前記第2の画像とから診断画像を生成する画像演算部と、を備える生体情報イメージング装置である。 A first aspect of the present invention includes a light source that irradiates light to a living body, an ultrasonic detector that receives an ultrasonic wave generated by light absorption and outputs a signal, and a time domain from a signal output from the ultrasonic detector A time domain processing unit for reconstructing a first image by a method, a Fourier domain processing unit for reconstructing a second image by a Fourier domain method from a signal output from the ultrasonic detector, and the first image And an image calculation unit that generates a diagnostic image from the second image.
本発明の第2態様は、生体に光を照射し、光吸収によって発生する超音波を受信し、画像化する生体情報イメージング装置における、画像構成方法であって、前記超音波を受信して得られる信号からタイムドメイン法により第1の画像を再構成する工程と、前記超音波を受信して得られる信号からフーリエドメイン法により第2の画像を再構成する工程と、前記第1の画像と前記第2の画像とから診断画像を生成する工程と、を備える画像構成方法である。 A second aspect of the present invention is an image construction method in a biological information imaging apparatus that irradiates a living body with light, receives ultrasonic waves generated by light absorption, and images them, and obtains the ultrasonic waves. Reconstructing a first image from a signal obtained by a time domain method, reconstructing a second image from a signal obtained by receiving the ultrasonic wave by a Fourier domain method, and the first image And a step of generating a diagnostic image from the second image.
本発明によれば、人体に対して360度の全方位から音波を検出できない場合など、取得する情報の不確実性が増した場合であっても、アーティファクトの発生を可及的に抑制できる。 According to the present invention, the occurrence of artifacts can be suppressed as much as possible even when the uncertainty of information to be acquired increases, such as when sound waves cannot be detected from all directions of 360 degrees with respect to the human body.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず最初に、本発明の実施形態で使用する画像再構成手法について説明する。以下、説明を容易にするために2次元の場合で概要を説明する(3次元の場合も同様に考えることができる)。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an image reconstruction method used in the embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, in order to facilitate the description, the outline will be described in the case of two dimensions (the case of three dimensions can be considered similarly).
画像再構成手法は、大まかにはタイムドメイン法とフーリエドメイン法とに分類することができる。 The image reconstruction method can be roughly classified into a time domain method and a Fourier domain method.
タイムドメイン法は、音波が球面波であるという性質を利用して、実空間において音波源の候補を描画していく方法である。代表的な手法として、DnS(Delay and Sum)法
やCBP(Circular Back Projection)法、HTA(Hough Transform Algorithm)法と
いった手法がある。
The time domain method is a method of drawing sound wave source candidates in real space by utilizing the property that a sound wave is a spherical wave. Typical techniques include DnS (Delay and Sum) method, CBP (Circular Back Projection) method, and HTA (Hough Transform Algorithm) method.
DnS法による画像再構成においては、球面波をある一辺で観測した場合に、その時系列データの軌跡が、2次曲線をなすということを利用する。例えば、図4Aの様に、横軸
に信号を観測する辺の座標を、縦軸に時間をとった時空間内においては、点音源の信号は符号101の様な2次曲線を描くことになる。
In the image reconstruction by the DnS method, the fact that the trajectory of the time series data forms a quadratic curve when a spherical wave is observed on one side is used. For example, as shown in FIG. 4A, the point sound source signal draws a quadratic curve as indicated by
従って、その時空間内において、その2次曲線と相似な曲線上のデータを2次曲線の頂点に足し合わせていけば、音波源の候補が描画されることになる。 Therefore, if the data on a curve similar to the quadratic curve is added to the vertex of the quadratic curve in the space-time, a sound wave source candidate is drawn.
最後に、音速を用いて、時空間を実空間に変換すれば(z=ct、c:音速)、図4Bの様に音波源102が描画される。
Finally, if the time space is converted into the real space using the sound speed (z = ct, c: sound speed), the
実際にDnS法を用いた画像再構成の例を示したのが、図4C、図4Dである。図4Cには、二つの円状音波源があるが、それを再構成すると図4Dの様な再構成画像が得られる。 Examples of image reconstruction using the DnS method are shown in FIGS. 4C and 4D. In FIG. 4C, there are two circular sound wave sources. When they are reconstructed, a reconstructed image as shown in FIG. 4D is obtained.
このように、DnS法は、2次曲線上の信号を足し合わせるという特性上、測定辺の近傍で測定辺に垂直なアーティファクト103が生じる傾向がある。
Thus, the DnS method tends to generate an
また、タイムドメイン法のひとつであるCBP法による画像再構成においては、図5Aの様に、音波源の候補を実空間内において、信号の測定点を中心とする半径ct(c:音速、t:光を照射してからの経過時間)の円として足し合わせていく。この結果、音波源としての可能性の高い部分が描画されることになる。 Further, in image reconstruction by the CBP method, which is one of the time domain methods, as shown in FIG. 5A, a radius ct (c: sound speed, t : Elapsed time after light irradiation). As a result, a portion having a high possibility as a sound wave source is drawn.
実際にCBP法を用いた画像再構成の例を示したのが図5Bである。音波源としては、前記DnS法の場合と同じ図4Cのデータを用いている。このCBP法を用いた場合には、円弧を描画するという手法の特性上、図5Bに示す様に、DnS法と同様に信号を測定する辺に対し垂直方向のアーティファクト103が発生する傾向がある。
FIG. 5B shows an example of image reconstruction using the CBP method. As the sound wave source, the same data of FIG. 4C as in the case of the DnS method is used. In the case of using this CBP method, due to the characteristic of the method of drawing an arc, as shown in FIG. 5B, there is a tendency that an
さらに、タイムドメイン法のひとつであるHTA法による画像再構成は、音波源を最初に描画する空間が時空間であるという点以外は、本質的にCBP法と同様である。そのため、CBP法と同様に、信号を測定する辺に対し垂直方向のアーティファクトが発生する傾向がある。 Furthermore, image reconstruction by the HTA method, which is one of the time domain methods, is essentially the same as the CBP method except that the space in which the sound wave source is first drawn is a time space. Therefore, as in the CBP method, there is a tendency that artifacts in the direction perpendicular to the side where the signal is measured are generated.
一方、フーリエドメイン法(FTA法)による画像再構成においては、フーリエ変換と音波の分散関係を用いて、測定された時空間の情報(図6A)を、実空間の情報(図6B)に変換できることを利用する。すなわち、測定された音波の時系列に対し、まず順方向フーリエ変換を行い、時間スケールでのスペクトルを獲得する。その後、音波の分散関係(ω=ck、ω:時間周波数、k:空間周波数)から時間・空間スケールを変換した後に、逆方向フーリエ変換を行うことによって音波源の空間分布を画像として得る。実際にFTA法を用いた画像再構成の例を示したのが図6Cである。音波源としては、前記DnS法の場合と同じ図4Cのデータを用いている。このFTA法を用いた場合に得られる画像には、図6Cに示す様な平行方向のアーティファクト104が発生する傾向がある。
On the other hand, in the image reconstruction by the Fourier domain method (FTA method), the measured spatio-temporal information (FIG. 6A) is converted into real space information (FIG. 6B) using the Fourier transform and the dispersion relation of sound waves. Take advantage of what you can do. That is, a forward Fourier transform is first performed on the time series of measured sound waves to obtain a spectrum on a time scale. Then, after converting the time / space scale from the sound wave dispersion relationship (ω = ck, ω: time frequency, k: spatial frequency), the spatial distribution of the sound source is obtained as an image by performing the inverse Fourier transform. FIG. 6C shows an example of image reconstruction using the FTA method. As the sound wave source, the same data of FIG. 4C as in the case of the DnS method is used. In an image obtained when this FTA method is used, there is a tendency that
前述した様に、タイムドメイン法は信号を測定する面に対し、垂直方向のアーティファクトを生じる傾向があるのに対し、フーリエドメイン法は平行方向のアーティファクトも生じる傾向がある。本発明者らはこのような傾向の違いに着目し、2つの画像再構成手法で得られた結果を組み合わせることでアーティファクトを減少させるという着想を得た。すなわち、フーリエドメイン法のみならずタイムドメイン法も併せて用いることにより、フーリエドメイン法のみを用いた画像よりもアーティファクトを減少させた画像が得られるということに至った。具体的には、本発明の生体情報イメージング装置では、タイムドメイン法により再構成された第1の画像とフーリエドメイン法により再構成された第2の画像とを演算処理(合成)することにより、アーティファクトの少ない診断画像を取得す
る。
As described above, the time domain method tends to produce artifacts in the vertical direction with respect to the signal measurement surface, whereas the Fourier domain method tends to produce artifacts in the parallel direction. The present inventors paid attention to such a difference in tendency and obtained the idea of reducing artifacts by combining the results obtained by the two image reconstruction methods. That is, by using not only the Fourier domain method but also the time domain method, an image with fewer artifacts than an image using only the Fourier domain method can be obtained. Specifically, in the biological information imaging apparatus of the present invention, the first image reconstructed by the time domain method and the second image reconstructed by the Fourier domain method are arithmetically processed (synthesized), Acquire diagnostic images with few artifacts.
一般に、タイムドメイン法による画像再構成処理は、フーリエドメイン法による画像再構成処理に比べて処理時間がかかる。そこで、タイムドメイン法による処理に用いる信号のデータ点数を(フーリエドメイン法による処理に用いるデータ点数よりも)少なくするとよい。これによりタイムドメイン法の処理速度を向上することができる。なお、タイムドメイン法により得られる画像は、主としてフーリエドメイン法で得られた画像のアーティファクトを減少させる目的で利用される。 In general, the image reconstruction processing by the time domain method takes longer processing time than the image reconstruction processing by the Fourier domain method. Therefore, it is preferable to reduce the number of data points of a signal used for processing by the time domain method (than the number of data points used for processing by the Fourier domain method). Thereby, the processing speed of the time domain method can be improved. The image obtained by the time domain method is mainly used for the purpose of reducing artifacts of the image obtained by the Fourier domain method.
[実施形態]
図1を参照して、本発明の実施形態に係る生体情報イメージング装置の概要について説明する。図1は、本実施形態に係る生体情報イメージング装置の構成例を示す図である。
[Embodiment]
An overview of a biological information imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a biological information imaging apparatus according to the present embodiment.
本実施形態の生体情報イメージング装置は、生体内の光学特性値分布、特に光吸収係数値分布に関する情報、及び、それらの情報から得られる生体組織を構成する物質の濃度分布に関する情報の画像化を可能とするものである。この装置は、例えば、悪性腫瘍や血管疾患などの診断、化学治療の経過観察などに利用される。特に、この装置は、乳癌などの診断画像を得るための装置に好ましく適用することができる。 The biological information imaging apparatus according to the present embodiment images information on the distribution of optical characteristic values in a living body, in particular information on the light absorption coefficient value distribution, and information on the concentration distribution of substances constituting the biological tissue obtained from the information. It is possible. This apparatus is used, for example, for diagnosis of malignant tumors, vascular diseases, etc., and for follow-up of chemotherapy. In particular, this apparatus can be preferably applied to an apparatus for obtaining a diagnostic image of breast cancer or the like.
本実施形態の生体情報イメージング装置は、概略、光源4、超音波検出器8、信号処理装置6、及び、画像表示装置5を備える。
The biological information imaging apparatus of the present embodiment generally includes a
光源4は、被検体である生体1に照射するためのパルス光2を発生する手段である。なお、ここでいう生体とは乳房・指・足や首など人体の任意の場所を意味している。通常は、光源4から発生したパルス光は光ファイバや液体ライトガイドなどの光伝播装置3を通して、生体表面に照射される。ただし、パルス光のエネルギーが光ファイバなど光伝播路の限界を超える場合などは、ミラーやレンズを用いて、パルス光を生体に照射することも可能である。なお、生体表面での単位面積あたりの照射エネルギーを下げるために、パルス光は集光させるよりも広げる方が好ましい。典型的には数cm2程度であるが、その面積は、パルス光のエネルギーと人体への光照射限界により最適な値に設計される。
The
超音波検出器8は、生体内の光吸収体9が光のエネルギーの一部を吸収して発生した超音波7を検出し電気信号に変換する手段である。光吸収体9は、例えば、腫瘍、血管、またはこれらに類する組織である。複数の超音波受信エレメントを有する超音波検出器8を用いることが好ましい。その場合は、2次元アレイ状に超音波受信エレメントを配列するとよい。信号処理装置6は、超音波検出器8で得られた電気信号を解析し、画像再構成処理を行う手段である。信号処理装置6は、タイムドメイン処理部61とフーリエドメイン処理部62と画像演算部63とを備えている。画像表示装置5は、信号処理装置6の処理信号に基づいた画像を表示するための手段である。
The
(光源)
光源4は、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長の光を照射する。また、光源4は、数ナノから数百ナノ秒オーダーのパルス光を発生可能なパルス光源であることが望ましい。光源としてはレーザーが好ましいが、レーザーのかわりに発光ダイオードなどを用いることも可能である。レーザーとしては、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーなど様々なレーザーを使用することができる。光学特性値分布、特に、光吸収係数値分布の波長による違いを測定するために、単一波長の光のみ発振するものではなく、異なる波長の光を発振できる光源を用いても良い。そのときの光源としては、発振する波長を変更可能な色素、OPO(Optical Parametric Oscillators)、チタンサファイヤ、アレキサンドライトなどの光学結晶を用いたレーザーなどが使
用できる。使用する波長に関しては、生体内において吸収が少ない700nmから1100nmの領域が好ましい。比較的生体表面付近の生体組織の光学特性値分布を求める場合は、上記の波長領域よりも範囲の広い、例えば400nmから1600nmの波長領域を使用することも可能である。
(light source)
The
(超音波検出器)
超音波検出器8は、生体内を伝播した光のエネルギーの一部を吸収した光吸収体9が発生する超音波7を検出し、電気信号に変換する必要がある。そのため、超音波検出器8の受信可能な周波数帯は、生体内にある光吸収体9の大きさに応じて最適化されることが望ましい。超音波検出器8としては、圧電現象を用いたトランスデューサー、光の共振を用いたトランスデューサー、容量の変化を用いたトランスデューサーなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような音波検出器を用いてもよい。様々な大きさの光吸収体から発生した超音波を受信する場合には、検出周波数帯の広い、容量の変化を用いたトランスデューサーが好ましい。
(Ultrasonic detector)
The
本実施形態では、一つの超音波検出器8を生体表面近傍に配置した例を示しているが、このような配置に限らず、複数の個所で超音波が検知可能に構成されていればよい。すなわち、複数の個所で音波を検知できれば同じ効果が得られるため、1個の音波検出器を生体表面上で2次元に走査しても良いし、1次元や2次元に超音波受信エレメントが配列したアレイ型を複数の場所に配置しても良い。2次元アレイ状の超音波検出器は、複数の位置で同時に超音波信号を検出できるため、スキャン方式の検出器よりも測定時間を短くできる利点がある。
In the present embodiment, an example is shown in which one
なお、超音波検出器8から得られた電気信号が小さい場合は増幅器を用いて、信号強度を増幅することが好ましい。また、超音波検出器と測定対象である生体物質との間には、超音波の反射を抑えるための音響インピーダンスマッチング剤を使うことが望ましい。
When the electrical signal obtained from the
(信号処理装置)
信号処理装置6は、超音波検出器8から出力される電気信号から画像構成を行い、これにより生体の光学特性値分布に関する情報(特に光吸収特性値分布に関する情報)を導くことができる。
(Signal processing device)
The
本実施形態の信号処理装置6は、図1に示すように、タイムドメイン法による画像再構成処理を実行するタイムドメイン処理部61と、フーリエドメイン法による画像再構成処理を実行するフーリエドメイン処理部62とを備える。信号処理装置6は、超音波検出器8より得られた電気信号を元に、タイムドメイン処理部61とフーリエドメイン処理部62のそれぞれで画像を構成する。そして、画像演算部63が、両処理部61、62から得られた画像を演算し、その結果を画像表示装置5に出力する。
As shown in FIG. 1, the
信号処理装置6は、少なくとも、超音波の強さとその時間変化を記憶する記憶部と、この記憶部を参照して、超音波検出器8から得られた信号を光学特性値に関連したデータに変換する演算部とを具備する装置により実現可能である。例えば、データを解析できるコンピュータとソフトウエア、データを解析できるハードウエア、或いはその両方により、信号処理装置6を構成可能である。
The
(画像表示装置)
画像表示装置5としては、超音波信号を解析して得られた画像を表示できればよく、液晶ディスプレイなど様々なものを使用することができる。
(Image display device)
The
なお、複数の波長の光を生体に照射する場合は、それぞれの波長に関して、生体内の光
学特性値分布、例えば、光吸収係数値分布に関係する情報を算出できる。それらの値と生体組織を構成する物質(グルコース、コラーゲン、酸化・還元ヘモグロビンなど)固有の波長依存性とを比較することによって、生体を構成する物質の濃度分布を画像化することも可能である。
In addition, when irradiating a living body with light of a plurality of wavelengths, information related to the optical characteristic value distribution in the living body, for example, the light absorption coefficient value distribution can be calculated for each wavelength. It is also possible to image the concentration distribution of substances constituting the living body by comparing these values with the wavelength dependence inherent in the substances constituting the living tissue (glucose, collagen, oxidized / reduced hemoglobin, etc.). .
このような実施形態に示された生体情報イメージング装置を用いることで、従来技術よりも、よりアーティファクトの少ない診断画像を獲得することが可能になり、信頼性の高い診断を行うことが可能となる。 By using the biological information imaging apparatus shown in such an embodiment, it is possible to obtain a diagnostic image with fewer artifacts than in the prior art, and to perform a highly reliable diagnosis. .
(画像構成方法)
次に、図3を用いて、本実施形態の生体情報イメージング装置による画像構成方法について説明する。図3は、生体内の光学特性値分布である光吸収係数値分布に関係する情報を画像化する処理のフローチャートである。以下の(S1)から(S5)は、図3に示されたフローチャートの各処理S1〜S5にそれぞれ対応させたものである。この番号順に各処理を説明する。
(Image construction method)
Next, an image construction method by the biological information imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart of a process for imaging information related to a light absorption coefficient value distribution that is an optical characteristic value distribution in a living body. The following (S1) to (S5) correspond to the processes S1 to S5 of the flowchart shown in FIG. Each process will be described in the order of this number.
(S1)光源4がパルス光2を生体1の表面へ照射する。
(S1) The
(S2)生体内の光吸収体9が、パルス光のエネルギーの一部を吸収し、超音波を発生する。この超音波信号を超音波検出器8で検出する。通常、球状の光吸収体により発生した超音波信号は、横軸に時間、縦軸に超音波の強度をとると、図2に示すようなN字型の波形を示す。
(S2) The
(S3)タイムドメイン処理部61が、(S2)で得られた信号から、上記説明したタイムドメイン法により画像を再構成する。タイムドメイン法としては、上記説明した、DnS法、CBP法、HTA法等が選択可能である。
(S3) The time
(S4)同様にフーリエドメイン処理部62が、(S2)で得られた信号から、上記説明したフーリエドメイン法により画像を再構成する。
(S4) Similarly, the Fourier
(S5)次に、画像演算部63が、タイムドメイン法によって得られた画像とフーリエドメイン法によって得られた画像の両者を演算することにより、最終的な診断画像を出力する。画像の演算としては、例えば、和(SUM)、積(PRODUCT)などが考えられる。
(S5) Next, the
図7A〜図7Eは、画像の一例を示す図である。図7Aは、生体内に存在する2つの円状音波源(光吸収体)を模式的に示す図である。図7Bは、タイムドメイン法としてDnS法を用いて構成された画像であり、図7Cは、フーリエドメイン法を用いて構成された画像である。図7B、図7Cから分かるように、タイムドメイン法で得られる画像とフーリエドメイン法で得られる画像とでは、発生するアーティファクトが異なる傾向がある。そこで、2つの画像を演算する(組み合わせる)ことにより効果的にアーティファクトを消去あるいは低減することができる。図7Dは、2つの画像の和演算の結果を示している。音波源に比べて、アーティファクトが目立たなくなっていることが分かる。また図7Eは、2つの画像の積演算の結果を示している。音波源の輪郭が明確になり、効果的にアーティファクトが消去されていることが分かる。なお、タイムドメイン法としてCBP法もしくはHTA法を用いた場合でも、同様の効果が得られる。CBP法およびHTA法で発生するアーティファクトの性質はDnS法のものと類似しているからである。 7A to 7E are diagrams illustrating examples of images. FIG. 7A is a diagram schematically showing two circular sound wave sources (light absorbers) existing in a living body. FIG. 7B is an image configured using the DnS method as the time domain method, and FIG. 7C is an image configured using the Fourier domain method. As can be seen from FIG. 7B and FIG. 7C, there is a tendency that generated artifacts are different between an image obtained by the time domain method and an image obtained by the Fourier domain method. Thus, artifacts can be effectively eliminated or reduced by calculating (combining) two images. FIG. 7D shows the result of the sum operation of two images. It can be seen that the artifacts are less noticeable than the sound source. FIG. 7E shows the result of product operation of two images. It can be seen that the outline of the acoustic wave source is clear and the artifacts are effectively eliminated. The same effect can be obtained even when the CBP method or the HTA method is used as the time domain method. This is because the properties of artifacts generated by the CBP method and the HTA method are similar to those of the DnS method.
本実施形態では、図3のフローチャートに基づいて、生体内の光エネルギー吸収密度分布、あるいは光吸収係数値に関連した特性値分布を求める例を説明したが、本発明はこの
フローチャートの処理に限定されるものではない。本発明の本質は、アーティファクトの性質の異なる複数の画像再構成手法を用いて超音波信号から複数の画像を生成し、その複数の画像を組み合わせることによりアーティファクトを低減することにある。すなわち、本実施形態では2つの画像から最終的な診断画像を構成したが、3つ以上の画像から診断画像を構成してもよい。また画像の演算としては、和と積に限らず、他の演算処理を適用してもよい。
In the present embodiment, the example of obtaining the light energy absorption density distribution in the living body or the characteristic value distribution related to the light absorption coefficient value based on the flowchart of FIG. 3 has been described, but the present invention is limited to the processing of this flowchart. Is not to be done. The essence of the present invention is to generate a plurality of images from an ultrasonic signal using a plurality of image reconstruction methods having different artifact properties, and to reduce the artifacts by combining the plurality of images. That is, in this embodiment, the final diagnostic image is composed of two images, but the diagnostic image may be composed of three or more images. Further, the calculation of the image is not limited to the sum and product, and other calculation processing may be applied.
(実施例)
本発明の一実施例を説明する。生体中の光吸収係数値の分布に関する情報を表す画像を求めることを目的とした生体情報イメージング装置の例について説明する。なお、ここでは生体を模擬したファントムをイメージングした実験例を示す。
(Example)
An embodiment of the present invention will be described. An example of a biological information imaging apparatus for the purpose of obtaining an image representing information related to the distribution of light absorption coefficient values in a living body will be described. Here, an experimental example in which a phantom simulating a living body is imaged is shown.
光源としては1064nmのナノ秒パルス光を発振できるQスイッチNd:YAGレーザーを用いた。パルスの幅は約5ナノ秒であり、繰り返し速度は10Hzである。例えば、1パルスのエネルギーは120mJである。このパルス光を誘電体反射ミラーを用いて、生体の表面まで導く。なお、ここで用いたファントムはイントラリピッドを寒天で固めたものの中に、光吸収体として1mm直径のゴムチューブを埋め込んだものである。 A Q-switched Nd: YAG laser capable of oscillating 1064 nm nanosecond pulsed light was used as the light source. The pulse width is about 5 nanoseconds and the repetition rate is 10 Hz. For example, the energy of one pulse is 120 mJ. This pulsed light is guided to the surface of the living body using a dielectric reflecting mirror. In addition, the phantom used here embeds a rubber tube having a diameter of 1 mm as a light absorber in an intralipid solidified with agar.
光照射後に超音波検出器で測定された超音波信号は、コンピュータで構成された信号処理装置に送られる。信号処理装置は、タイムドメイン法とフーリエドメイン法とを用いて2つの画像を再構成し、2つの画像の積を診断画像として出力する。ここで、タイムドメイン法としては、DnS法を用いた。 The ultrasonic signal measured by the ultrasonic detector after the light irradiation is sent to a signal processing device constituted by a computer. The signal processing apparatus reconstructs two images using a time domain method and a Fourier domain method, and outputs a product of the two images as a diagnostic image. Here, the DnS method was used as the time domain method.
このような装置を用いて、ファントム全体の光吸収エネルギー密度値分布を画像化したところ、フーリエドメイン法を単独で使用した場合に比べ、よりアーティファクトの少ない光吸収体の画像を獲得することが可能になった。 Using such a device, when the light absorption energy density distribution of the entire phantom is imaged, it is possible to obtain an image of a light absorber with fewer artifacts than when the Fourier domain method is used alone. Became.
1:生体
2:パルス光
3:光伝播装置
4:光源
5:画像表示装置
6:信号処理装置
7:光吸収体から発生した超音波
8:超音波検出器
9:光吸収体
61:タイムドメイン処理部
62:フーリエドメイン処理部
63:画像演算部
101:点音源の信号
102:音波源
103、104:アーティファクト
1: Living body 2: Pulse light 3: Light propagation device 4: Light source 5: Image display device 6: Signal processing device 7: Ultrasonic wave generated from light absorber 8: Ultrasonic detector 9: Light absorber 61: Time domain Processing unit 62: Fourier domain processing unit 63: Image calculation unit 101: Point sound source signal 102:
Claims (12)
光吸収によって発生する超音波を受信し信号を出力する超音波検出器と、
前記超音波検出器から出力される信号からタイムドメイン法により第1の画像を再構成するタイムドメイン処理部と、
前記超音波検出器から出力される信号からフーリエドメイン法により第2の画像を再構成するフーリエドメイン処理部と、
前記第1の画像と前記第2の画像とから診断画像を生成する画像演算部と、
を備えることを特徴とする生体情報イメージング装置。 A light source for irradiating a living body with light;
An ultrasonic detector that receives ultrasonic waves generated by light absorption and outputs signals;
A time domain processing unit for reconstructing a first image from a signal output from the ultrasonic detector by a time domain method;
A Fourier domain processing unit for reconstructing a second image from a signal output from the ultrasonic detector by a Fourier domain method;
An image calculation unit that generates a diagnostic image from the first image and the second image;
A biological information imaging apparatus comprising:
前記超音波を受信して得られる信号からタイムドメイン法により第1の画像を再構成する工程と、
前記超音波を受信して得られる信号からフーリエドメイン法により第2の画像を再構成する工程と、
前記第1の画像と前記第2の画像とから診断画像を生成する工程と、
を備えることを特徴とする画像構成方法。 An image construction method in a biological information imaging apparatus for irradiating a living body with light, receiving ultrasonic waves generated by light absorption, and imaging it,
Reconstructing a first image from a signal obtained by receiving the ultrasonic wave by a time domain method;
Reconstructing a second image from a signal obtained by receiving the ultrasonic wave by a Fourier domain method;
Generating a diagnostic image from the first image and the second image;
An image construction method comprising:
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