JP5441781B2 - 光音響イメージング装置、光音響イメージング方法及びプログラム - Google Patents
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Description
第一の実施形態は、アレイ状に配列された複数の音響波検出素子から出力される受信信号を加算し、加算信号を音響波検出素子毎に規格化することを特徴とする。そして、規格化した規格化信号と受信信号とを用いて、界面音響波と反射界面音響波により生じる信号振幅を低減する。
図3は、本発明を適用できる第一の実施形態の光音響イメージング装置を示す概略図である。光音響イメージング装置では、光源から光(パルス光)を発生させ、照射手段103を介して被検体101に光115を照射する。被検体101内の光吸収体(腫瘍等の検出対象)は光エネルギーを吸収して音響波を発生する。発生した音響波は被検体内を伝播し保持手段である保持板を介して音響波検出素子104に到達する。また、被検体表面や音響波検出器表面においても界面音響波を発生し、音響波検出素子104に到達する。音響波検出素子104は音響波や界面音響波を受信して電気信号(受信信号)に変換し、信号処理部306に出力する。信号処理部306では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部308(加算部)等に送られる。加算演算部308から出力された信号は規格化演算部309(規格化部)に送信され、規格化演算部309で規格化された信号が減算演算部310(低減部)に送信される。加算演算部308と規格化演算部309と減算演算部とで界面音響波低減処理部307を構成し、この界面音響波低減処理部307で受信信号から界面音響波や反射界面音響波に起因する信号の振幅を低減する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部307から出力された信号は画像化部311に入力され、画像化部311は入力された信号を用いて画像データを生成(画像再構成)する。生成された画像データは画像表示装置312に出力され画像として表示される。
図3の信号処理部306における処理を、図4と図5を用いて説明する。
次に、第一の実施形態を適用して実際に画像データを生成した例を示す。用いた光音響イメージング装置の概略図を図6に示す。光源は、約10ナノ秒のパルス光を発生する波長1064nmのNd:YAGレーザを用いた。保持板602は、厚さ10mmのプラスチック製の平板である。素子アレイ603は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)の2次元に素子を配列した素子アレイであり、素子数は18×18、正方形型、素子ピッチは2mmである。信号処理部604は、界面音響波低減処理部605と画像化部606とを有し、プログラムとしてコンピュータに実装されている。信号処理部604における信号の流れとしては、フローAとフローBがある。フローAは、素子アレイ603から界面音響波低減処理部605に受信信号が入力され、界面音響波低減処理部605から低減信号が画像化部606に入力される。フローBでは、素子アレイ603から受信信号が直接、画像化部606に入力される。界面音響波低減処理部605は図3の界面音響波低減処理部307と同じものであり、画像化部606は図3の画像化部311と同じものである。また、画像表示装置607は、信号処理部により生成される画像データを画像として表示するディスプレイである。本実施例では、被検体としてウレタン製の生体模擬体であるファントム608を用いた。ファントム608は、生体に近い光学的特性と音響的特性を持つ。ファントム608の構成を図7に示す。図7の座標系は、図6の座標系と一致している。
本実施形態では、被検体に対して音響波検出素子と光の照射領域(照明手段)とを走査させる走査手段を有する。そして、加算ステップでは、各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号同士を加算して加算信号を取得する。規格化ステップでは、走査位置毎に前記加算信号を規格化して、走査位置毎に音響波検出素子毎の規格化信号を取得する。低減ステップでは、受信信号と規格化信号とを用いて各走査位置における音響波検出素子毎の低減信号を取得する。このような処理を行うことにより、光の空間強度分布が大きな強度差を持つ場合であっても、界面音響波及び反射界面音響波に起因する振幅を効果的に低減することができる。
図10は、本実施形態の光音響イメージング装置の構成図である。第二の実施形態の光音響イメージング装置は、光源から光を発生させ、照射手段1003を介して被検体1001に光を照射する。発生した音響波は、保持板1002を介して音響波検出素子1004に到達する。音響波検出素子1004は音響波を受信して受信信号に変換し、信号処理部1006に出力する。信号処理部1006では、前記受信信号の増幅やデジタル変換等が行なわれた後、デジタル変換された受信信号が、加算演算部1008(加算部)等に送られる。加算演算部1008から出力された信号は規格化演算部1009(規格化部)に送信され、規格化演算部1009で規格化された信号が減算演算部1010(低減部)に送信される。加算演算部1008と規格化演算部1009と減算演算部1010とで界面音響波低減処理部1007を構成する。詳細な処理内容については後述する。界面音響波低減処理部1007から出力された信号は画像化部1011に入力され、画像化部1011は入力された信号を用いて画像データを生成(画像再構成)する。生成された画像データは画像表示装置312に出力され画像として表示される。また、本実施形態では、音響波検出素子に同期して光の照射領域を走査する走査手段として、音響波検出素子と照射手段とを被検体に対して走査する走査機構1013を有する。走査機構1013は、保持板1002の面内で走査することができ、照射手段1003と複数の音響波検出素子1004(つまり素子アレイ1005)とは同時に走査される。すなわち、素子アレイ1005が図10に示される走査1、走査I、走査Nのいずれの位置にあっても、素子アレイ1005から見た被検体表面での光強度分布は、光強度の最大値を1に規格化すると、略同一となる。
図10の信号処理部1006における処理を、図11を用いて説明する。図11は、n個の音響波検出素子1004が走査位置を変えてN回測定を行った場合(つまり走査位置はN箇所の場合)の信号の流れを説明するフロー図である。pi I(t)は、I番目の走査位置においてi番目の音響波検出素子が取得した時系列の受信信号1102を示す。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した第一、第二の実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
103 照射手段
104 音響波検出素子
105 素子アレイ
308 加算演算部
309 規格化演算部
310 減算演算部
311 画像化部
Claims (9)
- 被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
前記信号処理部は、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算部と、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。 - 前記規格化部は、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項1に記載の光音響イメージング装置。 - 光源から発生した光を被検体に照射するための照射手段と、前記光が前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を受信して受信信号に変換する複数の音響波検出素子と、前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とを走査する走査手段と、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する信号処理部と、を有する光音響イメージング装置であって、
各走査位置において、前記光は前記光源から発生し前記照射手段を介して被検体に照射され、
前記信号処理部は、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算部と、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化部と、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減部と、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化部と、
を有することを特徴とする光音響イメージング装置。 - 前記規格化部は、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減部は、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項3に記載の光音響イメージング装置。 - 被検体に光を照射することにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号の各時刻における振幅値を加算し加算信号を取得する加算ステップと、
前記加算信号において振幅値が最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値を基準として、前記音響波検出素子毎に前記加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記音響波検出素子毎に、前記受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時刻の前記受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。 - 前記規格化ステップでは、前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時刻における前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記加算信号に乗算して、前記音響波検出素子毎に前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記受信信号から前記規格化信号を減算して前記低減信号を取得することを特徴とする請求項5に記載の光音響イメージング方法。 - 光源から発生した光が照射手段を介して前記被検体に照射されることにより前記被検体内で発生する音響波を複数の音響波検出素子で受信して受信信号に変換し、前記音響波検出素子毎に取得される前記受信信号を用いて画像データを生成する光音響イメージング方法であって、
前記複数の音響波検出素子と前記照射手段とは走査され、各走査位置において前記光は前記照射手段を介して被検体に照射されており、
各走査位置で同じ音響波検出素子から取得される受信信号の振幅値を、前記各走査位置における前記光の照射時点からの経過時間が同じ時点毎に加算し、前記音響波検出素子毎に加算信号を取得する加算ステップと、
前記音響波検出素子毎の加算信号において振幅値が最大振幅値となる時点における、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅を基準として、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の加算信号を規格化して規格化信号を取得する規格化ステップと、
前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から前記規格化信号を減算して、前記最大振幅値となる時点の前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値が低減した低減信号を取得する低減ステップと、
前記低減信号を用いて画像データを生成する画像化ステップと、
を有することを特徴とする光音響イメージング方法。 - 前記規格化ステップでは、前記音響波検出素子毎の前記最大振幅値に対する、前記最大振幅値となる時点における前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号の振幅値の比率を、前記音響波検出素子毎の加算信号に乗算して、前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記規格化信号を取得し、
前記低減ステップでは、前記各走査位置の前記音響波検出素子毎の受信信号から、前記規格化信号を夫々減算して前記走査位置毎に前記音響波検出素子毎の前記低減信号を取得することを特徴とする請求項7に記載の光音響イメージング方法。 - 請求項5乃至8のいずれか1項に記載の光音響イメージング方法の各ステップ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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