JP5473761B2 - Biological information imaging apparatus and biological information imaging method - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報イメージング装置および生体情報イメージング方法に関する。 The present invention relates to a biological information imaging apparatus and a biological information imaging method.
一般に、エックス線、超音波、MRI(核磁気共鳴画像法)を用いたイメージング装置が医療分野で多く使われている。一方、レーザーなどの光源から照射した光を生体などの被検体内に伝播させ、その伝播光等を検知することで、生体内の情報を得る光イメージング装置の研究も医療分野で積極的に進められている。このような光イメージング技術の一つとして、Photoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィー)が提案されている(非特許文献1)。 In general, imaging devices using X-rays, ultrasound, and MRI (nuclear magnetic resonance imaging) are widely used in the medical field. On the other hand, research on optical imaging equipment that obtains in-vivo information by propagating light emitted from a light source such as a laser into a subject such as a living body and detecting the propagating light is actively promoted in the medical field. It has been. As one of such optical imaging techniques, Photoacoustic Tomography (PAT: Photoacoustic Tomography) has been proposed (Non-Patent Document 1).
PATの技術を用いた装置においては、まず、光源から被検体にパルス光を照射する。被検体内では、伝播・拡散した光のエネルギーを吸収した生体組織から音響波(典型的には超音波であり、以下、光音響波とよぶ)が発生する。そして、発生した光音響波を複数の個所で検出し、検出した信号を解析処理し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を可視化する。これにより、被検体内の光学特性値分布、特に光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。 In an apparatus using the PAT technique, first, pulse light is irradiated from a light source to a subject. In the subject, an acoustic wave (typically an ultrasonic wave, hereinafter referred to as a photoacoustic wave) is generated from a living tissue that has absorbed the energy of the propagated and diffused light. Then, the generated photoacoustic wave is detected at a plurality of locations, the detected signal is analyzed, and information related to the optical characteristic value inside the subject is visualized. Thereby, it is possible to obtain an optical characteristic value distribution in the subject, particularly a light energy absorption density distribution.
非特許文献1によれば、光音響トモグラフィーにおいて、光吸収により被検体内の吸収体から発生する光音響波の初期音圧(P0)は次式で表すことができる。
P0=Γ・μa・Φ … 式(1)
ここで、Γはグリューナイゼン係数であり、体積膨張係数(β)と音速(c)の二乗の積を定圧比熱(CP)で割ったものである。μaは吸収体の吸収係数、Φは局所的な領域での光量(吸収体に照射された光量で、光フルエンスとも言う)である。
非特許文献1によれば、光音響波の大きさである音圧Pの変化を複数の個所で測定および解析することにより、被検体の初期発生音圧分布(P0)を画像化することができる。なお、Γは組織が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られているので、式(1)の関係から、μaとΦの積、すなわち、光エネルギー吸収密度分布も得ることができる。
According to Non-Patent Document 1, in photoacoustic tomography, the initial sound pressure (P 0 ) of a photoacoustic wave generated from an absorber in a subject due to light absorption can be expressed by the following equation.
P 0 = Γ · μ a · Φ Equation (1)
Here, Γ is a Gruneisen coefficient, which is the product of the square of the volume expansion coefficient (β) and the speed of sound (c) divided by the constant pressure specific heat (C P ). μ a is the absorption coefficient of the absorber, and Φ is the amount of light in a local region (the amount of light irradiated to the absorber, also referred to as light fluence).
According to Non-Patent Document 1, an initial sound pressure distribution (P 0 ) of a subject is imaged by measuring and analyzing changes in sound pressure P, which is the magnitude of a photoacoustic wave, at a plurality of locations. Can do. Note that Γ is known to assume a substantially constant value once the structure is determined. Therefore, the product of μ a and Φ, that is, the optical energy absorption density distribution can be obtained from the relationship of the equation (1). .
光音響トモグラフィーでは、上記の光音響波を超音波検知器で検知して電気信号に変換し、その電気信号を増幅器で増幅する。そして、増幅された信号をAD変換器によってデジタル化して、信号処理を行うことで被検体内の生体情報を画像化することが可能となる。このような光音響を用いた生体情報イメージング装置においては、被検体から発生する光音響波を、できるだけノイズを少なくして取得することが、良い画像を得るための条件となる。しかしながら、被検体から発生する光音響波の強弱は、被検体内部の状況に左右され、実際に計測してみるまで信号の強弱は判別できない。 In photoacoustic tomography, the photoacoustic wave is detected by an ultrasonic detector and converted into an electric signal, and the electric signal is amplified by an amplifier. Then, the amplified signal is digitized by an AD converter, and signal processing is performed to image biological information in the subject. In such a biological information imaging apparatus using photoacoustics, obtaining a photoacoustic wave generated from a subject with as little noise as possible is a condition for obtaining a good image. However, the strength of the photoacoustic wave generated from the subject depends on the situation inside the subject, and the strength of the signal cannot be determined until actual measurement is performed.
そのため、信号を増幅する増幅器のゲインを最大まで上げておくと、被検体からの信号が強かった場合に、増幅器やその後段のAD変換器が飽和してしまい正しい信号データが得られない。逆に、増幅器のゲインを小さめにしておくと、被検体からの信号が弱かった
場合に、得られた信号がノイズに隠れてしまい信号・ノイズ比(SN比)の低い画像しか得られなくなってしまう。つまり、光音響トモグラフィーを用いた生体情報イメージング装置においては、信号を増幅する増幅器のゲインをあらかじめ適切に決めておくことが困難であるという課題があった。
Therefore, if the gain of the amplifier that amplifies the signal is increased to the maximum, when the signal from the subject is strong, the amplifier and the AD converter at the subsequent stage are saturated and correct signal data cannot be obtained. On the other hand, if the gain of the amplifier is made small, when the signal from the subject is weak, the obtained signal is hidden by noise and only an image with a low signal-to-noise ratio (SN ratio) can be obtained. End up. That is, the biological information imaging apparatus using photoacoustic tomography has a problem that it is difficult to appropriately determine the gain of an amplifier that amplifies a signal in advance.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光音響トモグラフィーにおいて、増幅器のゲインを被検体の状況に応じて適切に調整しつつ、信号・ノイズ比を高くするための技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a technique for increasing the signal-to-noise ratio while appropriately adjusting the gain of the amplifier according to the condition of the subject in photoacoustic tomography. With the goal.
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。すなわち、光源から照射された光を吸収した被検体内部の光吸収体から発生する音響波を検出し、検出信号に変換する検出器と、前記検出信号の信号強度に応じて増幅器の利得を決定する利得制御部と、前記利得制御部が決定した利得により前記検出信号を増幅する増幅器と、前記増幅された検出信号を加算する回数である加算回数を決定する回数決定部と、前記増幅された検出信号の前記加算回数の分の加算平均を行い、画像データを生成する信号処理部とを有する生体情報イメージング装置であって、前記回数決定部は、前記利得制御部により決定された利得により増幅を行った場合のSN比に基づいて、加算平均の後の信号のSN比があらかじめ設定された値以上になるように前記加算回数を決定することを特徴とする生体情報イメージング装置である。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is, a detector that detects an acoustic wave generated from a light absorber inside the subject that has absorbed light emitted from a light source and converts it into a detection signal, and a gain of the amplifier is determined according to the signal strength of the detection signal A gain control unit that performs amplification, an amplifier that amplifies the detection signal according to the gain determined by the gain control unit, a number determination unit that determines the number of additions that is the number of times to add the amplified detection signal, and the amplified A biological information imaging apparatus including a signal processing unit that performs an average of the number of additions of the detection signal and generates image data, wherein the number determination unit is amplified by a gain determined by the gain control unit The biometric information image is characterized in that the number of additions is determined so that the SN ratio of the signal after the averaging is equal to or greater than a preset value based on the SN ratio when It is a packaging apparatus.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、光源から照射された光を吸収した被検体内部の光吸収体から発生する音響波を検出し、検出信号に変換するステップと、前記検出信号の信号強度に応じて増幅器の利得を決定し、決定した利得により前記検出信号を増幅するステップと、前記増幅された検出信号を加算する回数である加算回数を決定するステップと、前記増幅された検出信号の前記加算回数の分の加算平均を行い、画像データを生成するステップとを有する生体情報イメージング方法であって、前記決定するステップでは、前記決定した利得により増幅を行った場合のSN比に基づいて、加算平均の後の信号のSN比があらかじめ設定された値以上になるように前記加算回数を決定することを特徴とする生体情報イメージング方法である。 The present invention also employs the following configuration. That is, a step of detecting an acoustic wave generated from a light absorber inside the subject that has absorbed light emitted from a light source and converting it to a detection signal, and a gain of the amplifier is determined according to the signal intensity of the detection signal. Amplifying the detection signal with the determined gain; determining an addition count that is the number of additions of the amplified detection signal; and adding an average of the addition counts of the amplified detection signal And generating image data, wherein in the determining step, the SN of the signal after addition averaging is based on the SN ratio when amplification is performed with the determined gain. In the biological information imaging method, the number of additions is determined so that the ratio is equal to or greater than a preset value.
本発明によれば、光音響トモグラフィーにおいて、増幅器のゲインを被検体の状況に応じて適切に調整しつつ、信号・ノイズ比を高くすることが可能になる。 According to the present invention, in photoacoustic tomography, it is possible to increase the signal / noise ratio while appropriately adjusting the gain of the amplifier according to the condition of the subject.
本発明の生体情報イメージング装置は、光音響トモグラフィー(PAT)を利用したイメージング装置である。以下の実施例で説明する生体情報イメージング装置は、生体内の情報(光学特性値分布)および、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の画像化を可能とするものである。これにより、悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などの目的を達成することができる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
The biological information imaging apparatus of the present invention is an imaging apparatus using photoacoustic tomography (PAT). The biological information imaging apparatus described in the following embodiments enables imaging of in-vivo information (optical characteristic value distribution) and a concentration distribution of substances constituting the biological tissue obtained from the information. . Thereby, objectives such as diagnosis of malignant tumor and vascular disease and follow-up of chemotherapy can be achieved.
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
<実施例1>
図1は、本実施例に係る生体情報イメージング装置の構成を示したものである。
生体情報イメージング装置は、光源101と、光音響波検出器(探触子ともいう)106と、増幅器107と、信号処理装置108と、加算回数決定部109と、利得制御部110と、表示装置111から構成される。
光源101は、光102を発する装置である。発せられた光102は、生体などの被検体103に照射される。図では、被検体103に対して両側から照射可能な形態になっているが、片側からの照射や別方向からの照射でもかまわない。また、複数の光源を同期させて利用することも可能である。
<Example 1>
FIG. 1 shows a configuration of a biological information imaging apparatus according to the present embodiment.
The biological information imaging apparatus includes a
The
被検体103の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管などの光吸収体104に吸収されると、その光吸収体104から光音響波(例えば超音波)105が発生する。光音響波検出器106は、光吸収体104から発生した光音響波105を検出し、その光音響波信号を電気信号に変換して検出信号とする。増幅器107は、光音響波検出器106から出力される検出信号の増幅を行う。この増幅処理のとき、増幅器107は、予め定められたゲインテーブルに従って増幅を行う。ゲイン時の増幅率は、ゲインテーブルを変更(再生成)することによって変更される。信号処理装置108は、増幅器107にて増幅後の検出信号をデジタル信号に変換し、信号処理を行い、被検体内部の画像(生体情報画像)データを生成(画像再構成)する装置である。信号処理装置は例えばAD変換器とパーソナル・コンピュータ(PC)で構成される。表示装置111は生成された画像データに基づき画像として表示する装置である。加算回数決定部109と、利得制御部110での処理については後述する。なお、光音響波検出器は本発明の検出器に、信号処理装置は本発明の信号処理部に、加算回数決定部は本発明の回数決定部に、それぞれ相当する。
When a part of the energy of the light propagated inside the
光吸収体104から発生した光音響波105は微弱な信号であるため、光音響波検出器106に通常の超音波探触子などを用いた場合、出力される電気信号も微弱な信号となる。そのため増幅器107の増幅率は高めに設定される。しかし、増幅器107の増幅率を高くすると、測定される信号には機器内部のノイズや機器外部からのノイズが混入する。その結果、光音響波の信号は信号・ノイズ比(SN比)の低いものとなってしまう。光音響トモグラフィー装置においては、通常このようなノイズを低減するために、複数回の測定を行い取得された信号データを加算して平均化している。例えば検出回数を100回として計測を行い、加算平均を取った場合、ノイズが白色雑音であれば、SN比は10分の1に低減される。
そこで、本実施例においては、実際の取得信号のデータに基づいて、増幅器107の増幅率と、探触子による検出回数の両方を自動調整する。これにより、取得信号のSN比を一定の値以上に保つよう制御する。
Since the
Therefore, in this embodiment, both the amplification factor of the
図2の流れ図を参照し、具体的な増幅率と加算回数の自動調整の手順を説明する。ステップS201〜S203は、信号処理装置108が行う処理である。
ステップS201では、信号処理装置が、このステップ以前に取得していた信号データから、被検体内の信号を取り出す。以前に取得していた信号としては、自動調整用に試行して計測した信号データを用いてもよいし、実際にイメージングのために計測した信号データを用いてもよい。ただし、今回測定する被検体内の部位と同じ部位を計測したデータを用いる必要がある。また、この信号データは一回の測定によるデータであっても、複数回の測定データを平均化したものであってもよい。
A specific procedure for automatically adjusting the amplification factor and the number of additions will be described with reference to the flowchart of FIG. Steps S201 to S203 are processes performed by the
In step S201, the signal processing apparatus extracts a signal in the subject from the signal data acquired before this step. As the previously acquired signal, signal data measured by trial for automatic adjustment may be used, or signal data actually measured for imaging may be used. However, it is necessary to use data obtained by measuring the same part as the part in the subject to be measured this time. The signal data may be data obtained by a single measurement, or may be data obtained by averaging a plurality of measurement data.
なお、このステップS201では、探触子への信号の到達時間を考慮した信号取り出しが行われる。その理由は、信号は時間軸に沿ってデータが並んでいるため、探触子表面に被検体からの光音響波信号が到達する時間を考慮する必要があるからである。具体的には、探触子表面から被検体表面までの距離と、探触子と被検体間に挟まれた物体の音速とから到達時間が計算できる。そこで、測定データのうち、この時間分の信号は取り除く。さらに、被検体の音速と厚みが分かれば、実際の被検体からの信号部分を取り出すことが可
能となる。本実施例では、被検体の厚みは計測できているものとする。あるいは、被検体表面から発生する強度の高い光音響波信号を判別することによって被検体からの信号を判別することも可能である。
In step S201, signal extraction is performed in consideration of the arrival time of the signal on the probe. The reason is that since the data is arranged along the time axis, it is necessary to consider the time for the photoacoustic wave signal from the subject to reach the probe surface. Specifically, the arrival time can be calculated from the distance from the probe surface to the subject surface and the sound speed of the object sandwiched between the probe and the subject. Therefore, the signal for this time is removed from the measurement data. Furthermore, if the sound speed and thickness of the subject are known, it is possible to extract the signal portion from the actual subject. In this embodiment, it is assumed that the thickness of the subject can be measured. Alternatively, it is also possible to discriminate a signal from the subject by discriminating a high-intensity photoacoustic wave signal generated from the subject surface.
ステップS202では、信号処理装置が、ゲインを最適化する対象となる光音響波の最大値を取り出す。まずステップS201で得られた光音響波信号のうち、どの部分に注目して最適化するかを判別する。この時、単純に信号強度が最大の部分を取り出す方法、信号を包絡線検波した後に最大部分を取り出す方法、光音響波の特徴であるNシェイプ信号をパターン認識手法にて取り出す方法などのいずれを用いてもよい。いずれかの方法で注目する部分を取り出した後、その部分の信号強度(絶対値)の最大値を取り出す。 In step S202, the signal processing device extracts the maximum value of the photoacoustic wave that is the target for gain optimization. First, it is determined which part of the photoacoustic wave signal obtained in step S201 is to be focused and optimized. At this time, any one of a method of simply extracting a portion having the maximum signal intensity, a method of extracting the maximum portion after detecting the envelope of the signal, and a method of extracting the N shape signal, which is a characteristic of the photoacoustic wave, by a pattern recognition method, etc. It may be used. After extracting the part of interest by any method, the maximum value of the signal intensity (absolute value) of that part is extracted.
ステップS203では、信号処理装置が、最適なゲインの割り出しを行う。ステップS202にて取り出した信号強度の最大値と、AD変換器の能力から見た最適値との関係から、現在の増幅器に与えているゲインの値をどのように変えるべきかを判別する。AD変換器の能力からみた最適値は、例えば、AD変換器の出力値の最大値の70〜80パーセントの値である。このようにAD変換器の出力値の最大値に達しないようにする理由は、AD変換器の出力値の最大値を超えてしまうと、信号は飽和し歪むことになるからである。また、アナログ回路で飽和するようであれば、その分を見込んで最適値を抑えて設定する必要がある。 In step S203, the signal processing device calculates an optimum gain. Based on the relationship between the maximum value of the signal intensity extracted in step S202 and the optimum value viewed from the AD converter capability, it is determined how to change the gain value applied to the current amplifier. The optimum value viewed from the capability of the AD converter is, for example, 70 to 80 percent of the maximum value of the output value of the AD converter. The reason why the maximum value of the output value of the AD converter is not reached in this way is that if the maximum value of the output value of the AD converter is exceeded, the signal is saturated and distorted. Further, if saturation occurs in an analog circuit, it is necessary to set the value while suppressing the optimum value.
そして、この最適値と現在の信号強度の最大値との割合から、最適なゲインを割り出す。例えば、現在の信号強度の最大値がAD変換器の能力から見た最適値の半分であった場合には、最適なゲインは現在のゲインの倍であると決定できる。ただし、ゲインには上限があるため、もしその上限を超えていた場合にはゲインは最適化されずにその上限値までとなる。しかしその上限のゲイン値でもこの装置の能力としては最適であるため、以下ではゲインの最適値としてあつかう。信号処理装置は、このゲインの最適値と、ゲインを最適化したときに得られる信号強度の予測値を、利得制御部と加算回数決定部に通知する。 Then, an optimum gain is determined from the ratio between the optimum value and the current maximum signal strength. For example, when the maximum value of the current signal strength is half of the optimum value viewed from the capability of the AD converter, the optimum gain can be determined to be twice the current gain. However, since the gain has an upper limit, if the upper limit is exceeded, the gain is not optimized and reaches the upper limit. However, even the gain value at the upper limit is optimal as the capability of this apparatus, and will be treated as an optimum value of gain below. The signal processing apparatus notifies the gain control unit and the addition number determination unit of the optimum value of the gain and the predicted value of the signal strength obtained when the gain is optimized.
ステップS204,S205は、利得制御部の処理である。
ステップS204では、利得制御部が、通知されたゲインの最適値と、以前に設定されているゲイン曲線から、ゲインテーブルの再生成を行う。ゲイン曲線の中間部分がどのようにカーブするかは、被検体内での光の減衰を補正することや光音響波の減衰を補正する目的などによって決まるが、ゲインの絶対値は、上記の最適なゲイン値によって決定される。
ステップS205では、利得制御部が、増幅器へのゲインテーブルの設定を行う。ゲインテーブルの設定においては、増幅器に直接設定できる場合や、増幅器への設定するための補助装置が設置されている場合もあるが、どのような方法であってもよい。
Steps S204 and S205 are processing of the gain control unit.
In step S204, the gain control unit regenerates the gain table from the notified optimum value of the gain and the previously set gain curve. How the middle part of the gain curve curves depends on the purpose of correcting the attenuation of light in the subject and the attenuation of the photoacoustic wave, but the absolute value of the gain is Is determined by an appropriate gain value.
In step S205, the gain control unit sets a gain table for the amplifier. The gain table can be set directly in the amplifier or an auxiliary device for setting in the amplifier may be installed, but any method may be used.
ステップS206〜S208は、加算回数決定部がSN比の予測値から加算回数を決定する処理である。
ステップS206では、加算回数決定部が、1回の計測におけるSN比の予測を行う。加算回数決定部にはあらかじめ、増幅器に与えるゲインの大きさと、回路から発生する白色雑音のレベルとの関係が、表や式によって記憶されている。したがって、信号処理装置内で決定された最適なゲイン値を参照して、回路から発生する白色雑音を推定できる。また、信号処理装置によって、最適なゲイン値のときに得られる信号強度の予測値が通知されているので、1回の計測に関してはこの時点でSN比の予測ができる。
Steps S206 to S208 are processes in which the addition number determination unit determines the number of additions from the predicted value of the SN ratio.
In step S206, the addition number determination unit predicts the SN ratio in one measurement. The number-of-addition determination unit stores in advance the relationship between the magnitude of the gain given to the amplifier and the level of white noise generated from the circuit, using tables and expressions. Therefore, white noise generated from the circuit can be estimated with reference to the optimum gain value determined in the signal processing apparatus. In addition, since the signal processing apparatus notifies the predicted value of the signal strength obtained at the optimum gain value, the SN ratio can be predicted at this point in time for one measurement.
加算回数決定部にはあらかじめ、ユーザーの設定等により、SN比の目標値が定められている。ステップS207では、そのSN比の目標値が得られるように、加算回数決定部が加算回数の自動調整を行う。このとき、前ステップで予測されたSN比に基づき、設定
されたSN比の目標値に到達するためには加算回数を何回にすればよいかが計算される。例えば目標とするSN比が、予測される1回の計測でのSN比の10分の1である場合には、加算回数を100回に設定する。
ステップS208では、加算回数決定部が、計算した加算回数を信号処理装置に通知し、信号処理回路は繰り返し回数を設定する。
A target value of the S / N ratio is determined in advance in the addition count determination unit by a user setting or the like. In step S207, the addition number determination unit automatically adjusts the addition number so that the target value of the SN ratio is obtained. At this time, based on the S / N ratio predicted in the previous step, it is calculated how many additions should be made to reach the set S / N ratio target value. For example, when the target SN ratio is 1/10 of the predicted SN ratio in one measurement, the number of additions is set to 100.
In step S208, the addition number determination unit notifies the calculated number of additions to the signal processing device, and the signal processing circuit sets the number of repetitions.
本実施例の処理手順によれば、被検体内の信号から得られた光音響波の最大値と増幅器の性能から、ゲインの最適値を割り出すことができる。この最適値を用いることにより、利得制御部において増幅器のゲインを適切に設定することが可能になる。また、ゲイン値とゲインを最適化したときの信号強度から1回の測定でのSN比を予測することができるので、目標のSN比を達成するための測定加算回数を決定できるようになる。 According to the processing procedure of the present embodiment, the optimum value of the gain can be determined from the maximum value of the photoacoustic wave obtained from the signal in the subject and the performance of the amplifier. By using this optimum value, it becomes possible to appropriately set the gain of the amplifier in the gain control unit. In addition, since the SN ratio in one measurement can be predicted from the gain value and the signal strength when the gain is optimized, the number of measurement additions for achieving the target SN ratio can be determined.
以上の説明においては、先に計測した信号データを加算回数には含めなかったが、先に計測した信号データも加算することも可能である。この場合は、計測回数の合計が本実施例で計算された加算回数になるように制御する。つまり、先に計測した信号データが1回分の場合、残りの繰り返し回数は、計算された加算回数から1回を引いた回数となる。
ただし、このような場合には、先に計測したデータの設定ゲインが、それ以降の最適化されたゲインとは異なっている。したがって、先に計測した信号データと、ゲインを変更して計測した信号データを加算する場合には、加算時にゲインの補正を行うことが好ましい。そのために、例えば先に計測した信号データに対してゲイン補正分の係数の乗算を行って補正することができる。
In the above description, the previously measured signal data is not included in the number of additions, but the previously measured signal data can also be added. In this case, control is performed so that the total number of times of measurement becomes the number of additions calculated in the present embodiment. That is, when the previously measured signal data is one time, the remaining number of repetitions is the number obtained by subtracting one from the calculated number of additions.
However, in such a case, the set gain of the data measured previously is different from the subsequent optimized gain. Therefore, when adding the signal data measured previously and the signal data measured by changing the gain, it is preferable to correct the gain at the time of addition. Therefore, for example, the signal data measured previously can be corrected by multiplying the gain correction coefficient.
また、本実施例においては最適化しようとする信号強度が弱いときには加算回数が大きくなってしまう。特に、被検体内に光吸収体がない場合には、光音響波信号が出てこないため、信号はノイズのみになってしまう。このような場合に本実施例を適用すると、加算回数が非常に大きくなり、計測時間が延びてしまう。この現象を防止するために、加算回数に上限を設定しておくことも好ましい。この上限値の設定により計測時間にも一定の上限が設定されるので、被検体内に光吸収体がない場合にも一定時間内で計測が終了する。 In this embodiment, the number of additions increases when the signal strength to be optimized is weak. In particular, when there is no light absorber in the subject, the photoacoustic wave signal does not come out, so the signal is only noise. If this embodiment is applied to such a case, the number of additions becomes very large, and the measurement time is extended. In order to prevent this phenomenon, it is also preferable to set an upper limit for the number of additions. By setting the upper limit value, a fixed upper limit is set for the measurement time, so that the measurement is completed within the fixed time even when there is no light absorber in the subject.
<実施例2>
実施例1においては、最適なゲインの決定も、加算回数の決定も、一連の計測の最初に一度だけ行っていた。一方、本実施例においては、毎回の信号計測において最適なゲインの再設定と加算回数の決定(加算を終了するかの判定)を行う。
<Example 2>
In the first embodiment, the optimum gain and the number of additions are determined only once at the beginning of a series of measurements. On the other hand, in this embodiment, the optimum gain resetting and the determination of the number of additions (determination of whether to end addition) are performed in each signal measurement.
図3の流れ図を参照し、本実施例の最適なゲインの設定方法と、加算回数の決定方法について、実施例1と異なる点を中心に説明する。
本実施例では、最適なゲインを決定するプロセス(信号処理装置の処理であるステップS301〜S303)において、今回の計測より前に計測した信号の加算平均を用いる(ステップS301)。これにより、これまでの計測信号の全てを反映した最適ゲインを、毎回設定することが可能になる。
利得処理部の処理(ステップS304,305)は、実施例1と同様に行う。
With reference to the flowchart of FIG. 3, the optimum gain setting method and the number of additions determination method of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
In the present embodiment, in the process of determining the optimum gain (steps S301 to S303, which are the processes of the signal processing apparatus), an average of signals measured before the current measurement is used (step S301). Thereby, it is possible to set the optimum gain reflecting all the measurement signals so far every time.
The processing of the gain processing unit (Steps S304 and S305) is performed in the same manner as in the first embodiment.
加算回数の決定方法においては、実施例1のように加算回数を最初に決定してしまうのではなく、それまでに計測した信号を用いてSN比が十分であるかを判別することで加算回数を決定する。
具体的には、まずステップS306において、それまでに計測した信号の加算平均信号から、信号のSN比を計算する。続いてステップS307において、計算した値が設定されたSN比を超えていたら、その計測は終了とする(S307=YES)。もし超えていなければ、計測を繰り返す(S307=NO)。このようにすると、加算回数は実際のSN比を計算しながら決定されるので、確実に設定されたSN比を超えた信号が計測される
。
In the method of determining the number of additions, the number of additions is not determined first as in the first embodiment, but by determining whether the SN ratio is sufficient using the signals measured so far, the number of additions is determined. To decide.
Specifically, first, in step S306, the signal-to-noise ratio of the signal is calculated from the addition average signal of the signals measured so far. Subsequently, in step S307, if the calculated value exceeds the set S / N ratio, the measurement is terminated (S307 = YES). If not, the measurement is repeated (S307 = NO). In this way, since the number of additions is determined while calculating the actual SN ratio, a signal exceeding the set SN ratio is reliably measured.
本実施例の処理手順によれば、それまでに計測した信号の加算平均を反映して、ゲインの最適値を割り出し、増幅器のゲインを適切に設定することが可能になる。また、計測ごとにSN比を算出して計測を継続するかどうかを判定するので、確実に目標のSN比を達成することが可能になる。 According to the processing procedure of the present embodiment, it is possible to determine the optimum gain value by reflecting the addition average of the signals measured so far, and to appropriately set the gain of the amplifier. In addition, since the SN ratio is calculated for each measurement and it is determined whether or not to continue the measurement, it is possible to reliably achieve the target SN ratio.
なお、被検体内に光吸収体がない場合に加算回数の上限を設けなければならない点は、実施例1と同様である。本実施例の場合は、計測を繰り返す回数に上限を設けておくことにより、対応可能である。 Note that the upper limit of the number of additions must be provided when there is no light absorber in the subject, similar to the first embodiment. In the case of the present embodiment, this can be dealt with by setting an upper limit on the number of times the measurement is repeated.
101:光源,106:光音響波検出器(検出器),107:増幅器,108:信号処理装置(信号処理部),109:加算回数決定部(回数決定部),110:利得制御部 101: light source, 106: photoacoustic wave detector (detector), 107: amplifier, 108: signal processing device (signal processing unit), 109: number of additions determination unit (number of times determination unit), 110: gain control unit
Claims (7)
前記検出信号の信号強度に応じて増幅器の利得を決定する利得制御部と、
前記利得制御部が決定した利得により前記検出信号を増幅する増幅器と、
前記増幅された検出信号を加算する回数である加算回数を決定する回数決定部と、
前記増幅された検出信号の前記加算回数の分の加算平均を行い、画像データを生成する信号処理部と
を有する生体情報イメージング装置であって、
前記回数決定部は、前記利得制御部により決定された利得により増幅を行った場合のSN比に基づいて、加算平均の後の信号のSN比があらかじめ設定された値以上になるように前記加算回数を決定する
ことを特徴とする生体情報イメージング装置。 A detector that detects an acoustic wave generated from a light absorber inside the subject that has absorbed light emitted from a light source, and converts the detected acoustic wave into a detection signal;
A gain control unit that determines the gain of the amplifier according to the signal strength of the detection signal;
An amplifier that amplifies the detection signal according to the gain determined by the gain control unit;
A number-of-times determining unit that determines the number of times of addition that is the number of times of adding the amplified detection signals;
A biological information imaging apparatus including a signal processing unit that performs addition averaging for the number of additions of the amplified detection signal and generates image data;
The number-of-times determining unit is configured to add the signal so that the signal-to-noise ratio after the averaging is equal to or greater than a preset value based on the signal-to-noise ratio when amplification is performed with the gain determined by the gain control unit. A biological information imaging apparatus characterized by determining the number of times.
ことを特徴とする請求項1に記載の生体情報イメージング装置。 The number determination unit estimates an SN ratio in one detection from the gain determined by the gain control unit and a relationship between gain and noise stored in advance, and based on the estimated SN ratio The biological information imaging apparatus according to claim 1, wherein the number of additions is determined.
前記利得制御部は、前記試行により得られた検出信号の信号強度に応じて利得を決定し、
前記回数決定部は、前記試行により得られた検出信号の信号強度に応じて決定された利得に基づいて前記加算回数を決定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の生体情報イメージング装置。 The detector tries to detect an acoustic wave at least once and converts it into a detection signal before detecting the acoustic wave for generating image data,
The gain control unit determines a gain according to the signal strength of the detection signal obtained by the trial,
The biological information imaging apparatus according to claim 1, wherein the number determination unit determines the number of additions based on a gain determined according to a signal strength of a detection signal obtained by the trial. .
ことを特徴とする請求項1または2に記載の生体情報イメージング装置。 The biological information imaging apparatus according to claim 1, wherein the gain control unit determines a gain according to an intensity of a signal obtained by adding and averaging detection signals already acquired.
前記検出器は、当該SN比があらかじめ設定された値以上であれば、音響波の検出を終了する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の生体情報イメージング装置。 The number-of-times determining unit obtains the SN ratio from the addition average of the signal strengths of the already acquired detection signals,
The biological information imaging apparatus according to claim 1, wherein the detector ends detection of acoustic waves when the SN ratio is equal to or greater than a preset value.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の生体情報イメージング装置。 The biological information imaging apparatus according to claim 1, wherein the number determination unit sets an upper limit value in advance for the number of additions.
前記検出信号の信号強度に応じて増幅器の利得を決定し、決定した利得により前記検出信号を増幅するステップと、
前記増幅された検出信号を加算する回数である加算回数を決定するステップと、
前記増幅された検出信号の前記加算回数の分の加算平均を行い、画像データを生成するステップと
を有する生体情報イメージング方法であって、
前記決定するステップでは、前記決定した利得により増幅を行った場合のSN比に基づ
いて、加算平均の後の信号のSN比があらかじめ設定された値以上になるように前記加算回数を決定する
ことを特徴とする生体情報イメージング方法。 Detecting an acoustic wave generated from a light absorber inside the subject that has absorbed light emitted from a light source, and converting the detected acoustic wave into a detection signal;
Determining a gain of an amplifier according to the signal strength of the detection signal, and amplifying the detection signal by the determined gain;
Determining the number of additions, which is the number of additions of the amplified detection signals;
A biological information imaging method comprising: performing an averaging of the number of times of addition of the amplified detection signal and generating image data,
In the determining step, the number of times of addition is determined based on an SN ratio when amplification is performed with the determined gain, so that an SN ratio of a signal after the averaging is equal to or greater than a preset value. A biological information imaging method characterized by the above.
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