JP5489624B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
前記第1の時間と、前記形状維持部材の前記被検体側の表面近傍に定められた仮想的な受信領域から前記素子の受信面に前記音響波が到達する第2の時間と、の差を用いて、前記第1の電気信号を前記仮想的な受信領域で受信したものとみなす第2の電気信号に変換する。
図1を用いて本発明の第1の実施形態を具体的に説明する。図1(a)は、本発明を適用可能な測定装置の一例を示した模式図であり、図1(b)は仮想的な受信領域を説明するため探触子と形状維持部材の構成を拡大した模式図である。本実施形態では、光のパルス照射により被検体内で発生した音響波を受信し、画像データを生成する光音響トモグラフィー技術を用いたPAT装置を例にして説明する。
t2=t3+t4 ・・・(104)
さらに言うと、t2は、図1(b)において、光吸収体14から仮想的な受信領域22までの距離L3を被検体の平均音速c2で割った時間と、仮想的な受信領域22から素子25の受信面までの距離L4を形状維持部材15の平均音速c1で割った時間と、の合計である。ここで、形状維持部材15と素子の界面は、形状維持部材と同じ音速を有するジェル、または形状維持部材そのもので隙間を埋めるため、仮想的な受信領域から素子の受信面に音響波が到達する時間はL4をc1で割った時間とみなすことができる。
t1=t3=t2−t4 ・・・(105)
本実施形態は、図4に示されるように、形状維持部材48は表面に開口51を有するフィルタ47を有し、この開口51を仮想的な受信領域とする点と、素子が複数の受信面に分割されている点が実施形態1と異なる。
第1及び第2の実施形態では光照射により被検体内で発生した音響波を受信する光音響波トモグラフィー技術を用いたPAT装置の場合について詳しく述べたが、探触子から音響波(典型的には超音波)を送信し、被検体内で反射した反射音響波を受信することで画像データを生成する測定装置(超音波装置)においても同じ原理を適用できる。このような場合、受信に関しては第1及び第2の実施形態と同様に仮想的な受信領域を利用することができるが、音響波の送信に関しても、仮想的な受信領域の場所を仮想的な送信領域として利用することができる。この場合、前述した仮想的な受信領域がそのまま、仮想的な送信領域となり、あたかもその仮想的な送信領域(仮想的な受信領域)から超音波を送信したものとみなすことができ、送信音響波に対しても形状維持部材の屈折効果による波面の乱れを低減可能となる。
そして、第2の電気信号を用いて画像データを生成する。
シミュレーションにより本発明を実施した結果を示す。構成としては図3(a)のような凹型の受信面を備えた素子を有する探触子を仮定した。本実施例に用いた計算条件は次の通りである。被検体としては4cm×4cm×4cmの立方体の中心に、底面の直径が0.05cm、高さが2cmの円柱形状の音響波の発生源を円柱の軸方向が形状維持部材に平行になるよう設置したものを考えた。また、被検体の平均音速を1500m/秒とした。形状維持部材は平板型で、厚さが1cm、大きさが4cm×4cmのポリメチルペンテンからなる形状維持部材の使用を想定し、平均音速は2200m/秒とした。この形状維持部材は図1(b)のように探触子と被検体との間に設置される。探触子は受信面(つまり素子)が一つのシングルエレメント型、直径0.6cm、中心周波数5MHzとした。受信面の形状は凹型円形のフォーカス型とし、フォーカス点を形状維持部材と被検体との界面にくるように、フォーカス距離を1cmと仮定した。この場合、式(102)から円形の仮想的な受信領域の直径は0.075cmとなる。また、4cm×4cm×4cmの領域を画像化するために、探触子は2mm間隔で移動し、X方向に20点、Y方向に20点操作され、各位置で音響波を計測すると仮定した。そのときの計測はサンプリング周波数20MHz、測定点数1280点とする。画像再構成方法としては公知技術のタイムドメイン法であるユニバーサルバックプロジェクションで行った。
図5はプレートによる音響波の屈折効果を説明する図である。図5において、14は音響波の発生源、15は形状維持部材である平板プレート、16は被検体、17は音源から発生した音響波、31は探触子、25は探触子内の素子を示している。また、ここでは被検体16の平均音速をc2、平板プレート15の平均音速をc1とし、c2<c1とする。素子25はフォーカス型ではない通常の平板型素子である。なお、平板型素子で音響波を受信できる領域は点線で示された26の領域である。このような構成においては、音響波の発生源14から発生した音響波17は被検体と平板プレート界面で音速の違いによる屈折が起こる。図5において、平板プレートの平均音速が被検体の平均音速と一致する場合では、屈折効果が起こらないため、音響波はポイントAで受信されることを示し、平板プレートと被検体の間に音速差がある場合は、屈折効果によりポイントBで音響波は受信されることを示す。
比較例2では、探触子の受信面は直径2mm円形平板と仮定し、平板プレートによる音響波の屈折効果を、従来技術である特許文献1に記載の方法を用いて補正して画像再構成を行った。具体的には、図5に示すように、距離L2とL1を式(101)に基づいて計算し、平板プレート及び被検体でのそれぞれの音速を考慮して遅延処理を行う。
上記2つの比較例と、実施例1の仮想的な受信領域を用いて画像再構成したものの3つを用意し、それぞれの方法で得られた画像を比較した。
実施例2として、図3(c)で示したように凸型の音響レンズを受信面に設けた探触子を用いたシミュレーション結果について示す。本実施例に用いた計算条件は次の通りである。被検体と形状維持部材は実施例1と同様なものを用いた。探触子は素子が一つで、直径0.6cm、中心周波数5MHzとした。素子の受信面の形状は円形平板であり、素子だけでは音響波をフォーカスすることはない。次に、形状維持部材である平板プレートと探触子の間に凸型の音響レンズを設置した。音響レンズは音速1000m/秒のシリコンゴムで作られると仮定し、そのフォーカス点をプレートと被検体との界面にくるようにした。この場合、式(103)から円形の仮想的な受信領域の直径は0.075cmとなる。また、実施例1と同様に、4cm×4cm×4cmの領域を画像化するために、探触子は2mm間隔で移動し、X方向に20点、Y方向に20点操作され、各位置で音響波を計測すると仮定した。そのときの計測はサンプリング周波数20MHz、測定点数1280点とした。画像再構成方法としては公知技術のタイムドメイン法であるユニバーサルバックプロジェクションで行った。実施例1と同様な比較を行った。
次に、音響波の送信と受信が可能な測定装置を用いて、測定装置から音響波(典型的には超音波)を送信し、被検体内で反射した反射音響波(超音波)を受信することで、前記反射音響波から画像データを生成する超音波診断技術を用いた測定装置の例について説明する。
12 光
13 光学部品
14 光吸収体
15、48、62 形状維持部材
16 被検体
17 音響波
18、63 探触子
19 信号処理回路
20 画像再構成処理部
70 処理部
21 表示部
22、41、43、46 仮想受信領域
25 素子
26 音響波受信可能領域
31、45、49、32、42 探触子
44 音響レンズ
47 フィルタ
50 受信信号
51 開口
61 注目ボクセル
Claims (7)
- 被検体の少なくとも一部の形状を保つ形状維持部材と、前記被検体に光が照射されることにより前記被検体内部で発生した音響波を前記形状維持部材を介して受信し第1の電気信号に変換する素子と、前記第1の電気信号を用いて画像データを生成する処理部と、を有する測定装置であって、
前記処理部は、前記被検体内部で前記音響波が発生してから前記素子の受信面に到達するまでの第1の時間を、前記第1の電気信号から取得し、
前記第1の時間と、前記形状維持部材の前記被検体側の表面近傍に定められた前記素子の受信面から音響的に等距離とみなせる領域である仮想的な受信領域から前記素子の受信面に前記音響波が到達する第2の時間と、の差を用いて、前記第1の電気信号を前記仮想的な受信領域で受信したものとみなす第2の電気信号に変換することを特徴とする測定装置。 - 前記形状維持部材は、前記被検体側の表面近傍に前記仮想的な受信領域としての開口が形成されたフィルタを有し、
前記素子は、複数の受信面に分割されており、
前記複数の受信面のうちいずれか1つを基準受信面として、前記複数の受信面で前記音響波を受信して変換された複数の電気信号を、前記基準受信面の電気信号を基準として遅延処理して加算することにより前記第1の電気信号とし、
前記仮想的な受信領域から前記基準受信面に前記音響波が到達するまでの時間を第2の時間とすることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 被検体の少なくとも一部の形状を保つ形状維持部材と、前記被検体に送信音響波を送信することにより前記被検体内部で反射された反射音響波を前記形状維持部材を介して受信し第1の電気信号に変換する素子と、前記第1の電気信号を用いて画像データを生成する処理部と、を有する測定装置であって、
前記処理部は、前記素子が前記送信音響波を送信してから前記反射音響波を受信するまでの時間の1/2の時間を第1の時間として前記第1の電気信号から取得し、
前記第1の時間と、前記形状維持部材の前記被検体側の表面近傍に定められた前記素子の受信面から音響的に等距離とみなせる領域である仮想的な受信領域から前記素子の受信面に前記反射音響波が到達する第2の時間と、の差を用いて、前記第1の電気信号を前記仮想的な受信領域で受信したものとみなす第2の電気信号に変換することを特徴とする測定装置。 - 前記形状維持部材は、前記被検体側の表面近傍に前記仮想的な受信領域としての開口が形成されたフィルタを有し、
前記素子は、複数の受信面に分割されており、
前記複数の受信面のうちいずれか1つを基準受信面として、前記複数の受信面で前記反射音響波を受信して変換された複数の電気信号を、前記基準受信面の電気信号を基準として遅延処理して加算することにより前記第1の電気信号とし、
前記仮想的な受信領域から前記基準受信面に前記反射音響波が到達するまでの時間を第2の時間とすることを特徴とする請求項3に記載の測定装置。 - 前記測定装置は、前記素子を複数有し、
前記仮想的な受信領域は、前記素子毎に夫々定められ、
前記処理部は、前記複数の第2の電気信号から画像データを生成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記素子は、前記受信面に音響レンズを備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記素子は、前記受信面が凹型に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5に記載の測定装置。
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