JP6132895B2 - 音響波取得装置 - Google Patents
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Description
また近年では、生体にレーザ光を照射することで、生体内部からレーザ照射に起因する音響波(光音響波)を発生させ、この光音響波を解析することで、生体表面および内部の構造・状況を解析する技術が考案されている(特許文献1参照)。この技術は光音響波計測とも呼ばれ、非侵襲で検査が行えるため、人体内部の検査のために医療転用する動きもある。
現在の音響波探触子は、生産歩留まりやコストの関係で、X線撮影装置のような大開口のセンサを製作することは困難である。そのため、必要な検査対象領域よりも小さなサイズの音響波探触子を用い、自動または手動によって走査させることで検査対象領域をカバーする使い方が一般的である。
心領域が、測定される領域に含まれるように音響波探触子を移動させることを意識する必要があり、設定操作が煩雑となっていた。
領域の位置に関する情報に基づいて決定され、前記軌道は、前記複数の測定領域の位置に関する情報および前記探触子の動作に基づいて決定される、ことを特徴とする音響波取得装置である。
(光音響装置の構成と機能)
まず、図1を参照しながら本実施例にかかる光音響装置の構成を説明する。光音響装置は、被検体の内部の情報を取得する装置である。さらに取得した被検体内部の情報を画像化する光音響イメージング装置として構成される場合もある。被検体が生体の場合、光音
響装置は、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を目的として、被検体情報の画像化を可能とする。本実施例のような光音響効果を利用した装置において「被検体情報」とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布であり、生体内の初期音圧分布あるいはそれから導かれる光エネルギー吸収密度分布を示す。また、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布のような物質濃度分布を含まれる。一方、超音波エコーを利用した超音波測定装置における被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。
光音響システム操作装置200の領域指定部201は、カメラ108による撮影画像を見たユーザによる関心領域指定を受け付ける手段である。
(レーザ光源101)
被検体が生体の場合、光源から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。光源として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が好ましい。光源としてはレーザが好ましいが、レーザ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。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なレーザを使用することができる。
なお、本実施の形態においては、単一の光源の例を示しているが、複数の光源を用いても良い。複数光源の場合は、生体に照射する光の照射強度を上げるため、同じ波長を発振する光源を複数用いても良いし、光学特性値分布の波長による違いを測定するために、発振波長の異なる光源を複数個用いても良い。なお、光源として、発振する波長の変換可能な色素やOPO(Optical Parametric Oscillators)を用いることができれば、光学特性値分布の波長による違いを測定することも可能になる。
また、レーザ光源は、通常、照射周波数が決まっている。これは、所望の強度のパルス光を継続的に照射するために、設計値として定められるが、照射周波数は、単位時間に行える光音響測定の回数に影響するため、照射周波数が高いものほど、好ましい。本実施例においては、レーザ光源の照射周波数は10Hzとする。
音響波探触子は、音響波を検知し、電気信号に変換する検出器である。被検体から発生する光音響波は、100KHzから100MHzの超音波である。そのため音響波探触子104には、上記の周波数帯を受信できる検出器が用いられる。圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなど音響波信号を検知できるものであれば、どのような検出器を用いてもよい。本実施形態の音響波探触子104は、複数の受信素子が2次元的に配列されたものが好ましい。このような2次元配列素子を用いることで、同時に複数の場所で音響波を検出することができるので、検出時間を短縮できると共に、被検体の振動などの影響を低減できる。本実施例では、受信素子ピッチは2mm間隔、受信素子配列は主走査方向に5素子、副走査方向に5素子が配列されているものとする。なお主走査方向とは音響波探触子が被検体からの音響波を受信しながら移動する方向であり、副走査方向とは主走査方向に直交する、音響波探触子を移動させる方向である。ただし後述する移動領域のように音響波を受信する必要のない領域も存在する。
本実施例の光音響装置では、光音響測定を行う関心領域を指定する際に参照する画像を提供するために、カメラが設置されている。カメラは、被検体を圧迫保持する保持板に対して略直交する視線方向で設置されており、撮影された画像が光音響システム操作装置に送信されている。カメラの視野は、光音響測定可能範囲が一覧できる視野角で設置されていることが好ましい。圧迫保持されている被検体を観察できるように設置されており、ユーザは圧迫保持されている被検体を観察しながら関心領域の指定ができるようになっている。ただし、装置の制約によりカメラの撮影方向が保持板に対して略直交する方向でない場合でも、画像補正等により被検体全体をユーザが観察できるように表示することは可能
である。
本実施例の光音響装置は、ユーザが関心領域を指定する手段を有する。ユーザは、表示装置に表示される圧迫保持された被検体の観察画像を参照しながら、マウスなどの入力手段によって、関心領域を指定する。入力手段はマウスやキーボードに限らず、ペンタブレットタイプのものや表示装置表面に取り付けたタッチパッドでもよい。本実施例では、複数の関心領域を指定することが可能である。
ユーザによる指示を受けた光音響装置は、測定指示領域に基づき、カメラの撮影画像の画像座標系から装置座標系に変換する。そして探触子駆動部105と光源駆動部106の制御により、実際の被検体上で探触子とレーザ光源(測定系)を移動させる。探触子駆動部は、本発明の走査手段に相当する。
以下、実際の測定について図3のフローチャートに沿って説明する。本フローは、ユーザによる測定指示領域の指定がなされたことを前提としており、光音響測定開始の指示をトリガとして開始される。
まず指定された測定指示領域について図4を参照して説明する。図4中、401、402、403は、ユーザによって領域指定部201を介して指定された測定指示領域である。またこのとき、光音響測定の測定条件設定も可能である。本実施例では、一画素あたりの光音響データの取得回数(積算回数)は10回積算が設定されているものとする。積算
回数に応じて、取得される被検体情報のSN比を向上させるなどの効果が得られる。
測定指示領域の設定後、ユーザからの測定開始指示をトリガとして、光音響測定システム制御装置200のシステム制御部204から、光音響測定装置100の装置制御部107への通信が行われ、光音響測定開始が依頼される。
装置制御部107は測定開始依頼メッセージを受信すると、まず、測定のための走査速度を算出する(図3のステップS1)。ここで、音響波探触子の主走査方向の素子数をEnx個、素子ピッチをEp(mm)、光音響測定の積算回数をMn回、レーザ光源の発光周波数をLHz(Hz)と置く。説明を簡便にするため、積算回数Mnが素子数Enxの倍数であるものとする。このとき、測定系(音響波探触子とレーザ光源)の主走査方向の走査速度Vx(mm/sec)は式(1)により、走査回数Snは式(2)により、それぞれ算出される。
Vx=Ep×LHz …(1)
Sn=Mn/Enx …(2)
上記のようにして求めた走査速度Vxや走査回数Snは、以降で説明する走査領域の算出や、測定順序の決定で使用される。このときの装置制御部は、本発明の速度算出手段に相当する。
本実施例における走査速度算出機能は、測定のための探触子移動速度を求めることが目的であるので、参照パラメータやアルゴリズムは本件で記述している方式に限らない。
続いて装置制御部107は、指定された複数の測定指示領域をすべて包含する包含領域を算出する(ステップS2)。複数の測定指示領域のうち、最外殻に位置する測定指示領域を特定し、前記最外殻の測定指示領域に外接する矩形を包含領域として求める。
図5に包含領域のイメージを示す。図5中、矩形504が測定指示領域401、402、403から算出された、包含領域である。このように、測定指示領域が矩形である場合、全ての測定指示領域の各辺を延長し、上下左右それぞれにおいて最も外側にある辺を選択して矩形としたものが、包含領域になる。
次に、装置制御部107は、包含領域をストライプ単位で領域分割する(ステップS3)。ここで、ストライプとは、音響波探触子およびレーザ光源(合わせて測定系とも呼ぶ)を、主走査方向に移動させて光音響測定される領域を差す。本実施例では、一度のレーザ発光によって光音響信号が取得できるサイズが、音響波探触子の全素子領域のサイズである。実際には、光音響測定が行われる領域は奥行き方向を含む三次元領域であるが、特に断りがない限りは、光音響測定が行われる領域を測定系の走査と平行な面で切り出した平面をストライプと表記する。
図6にストライプサイズによる領域分割の一例を示す。601a、601bは、それぞれ、包含領域504のストライプ単位の分割領域となる。
さらにこのとき、注目ストライプと測定指示領域の接触している部分が、ストライプの副走査方向の全幅分の領域(ストライプ高さ)に関して一部分であったとしても、ストライプ高さ分の領域を指定測定領域と判定する。例えば図6において、ストライプ601aと測定指示領域401が重なっているのは、測定指示領域401の高さ分だけであり、ストライプ601aの高さよりも低い。しかしこの場合でも、指定測定領域の高さはストライプ601aの高さである。またストライプ601bの下部のように、包含領域には含まれない範囲が指定測定領域に入ることもあり得る。
(1)一つ目は、測定系を連続走査させながら光音響測定を行う連続走査領域。
(2)二つ目は、測定系を移動するだけの移動領域。
(3)三つ目は、測定系を停止させて測定する固定測定領域。
う連続走査領域705とする。ここで、固定測定を繰り返す場合には、設定された積算回数に対応する光音響測定の時間に加えて、固定測定領域間の移動時間も必要となる。また、固定測定領域の幅が一定であることから、指定測定領域に含まれない部分(例えば移動領域)を測定してしまうこともある点に注意を要する。
一方、右側の測定指示領域704を含む指定測定領域は、固定測定領域706とする。図示したように、音響波探触子の幅に基づき、領域704の主走査方向の幅は、固定測定領域706の幅(言い換えると、音響波探触子の素子面の幅)に含まれているので連続走査の必要がない。
そして、連続走査領域705にも固定測定領域706にも含まれず残った部分は、移動領域とする。
上記のステップS4およびS5の処理を全ストライプで繰り返し、包含領域全体の領域分割を行う。
装置制御部107は、全てのストライプについての領域分割処理が済むと、分割されたそれぞれの走査領域について、測定の実行順序を決定する(ステップS6)。決定のための基準は、総測定時間の短縮である。具体的には測定系の移動距離、特に測定以外の移動距離が短くなるように実行順序を決定する。例えば、ステップS4で検出された指定測定領域相互の距離を求め、その移動距離が短い順に測定を行うようにしても良い。例えば実施例の包含領域において左上から測定を開始する場合、まず連続走査領域705から走査を開始し、705の終点に近い走査領域を次に測定するようにする。
光音響装置は、上記手順で確定した測定軌道リストを参照して、光源駆動部106と探触子駆動部105の制御により測定系を移動させつつ音響波取得を行い、測定を実行する(ステップS7)。
また、本実施例の光音響装置は、測定条件設定に基づいて連続走査速度を算出し、測定のためにかかる時間を判定条件として走査領域を分割し、測定以外の移動距離を判定条件とした走査軌道を算出する。このことにより、複数箇所指定された測定指示領域に基づき、効率的に走査できる軌道を算出でき、測定時間を短くすることができる。
Claims (14)
- 被検体から伝播する音響波を測定する探触子と、
前記探触子を前記被検体に対して移動させる移動手段と、
前記被検体における、前記音響波を受信する複数の測定領域の指定を受ける領域指定手段と、
前記移動手段により移動させられる前記探触子が辿る前記複数の測定領域を含む軌道、および前記軌道上での前記探触子の動作を決定する制御手段と、を有し、
前記探触子の動作は、前記複数の測定領域の位置に関する情報に基づいて決定され、
前記軌道は、前記複数の測定領域の位置に関する情報および前記探触子の動作に基づいて決定される、
ことを特徴とする音響波取得装置。 - 前記制御手段は、前記探触子による音響波の測定時間に基づいて前記探触子の動作の種類を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の音響波取得装置。 - 前記探触子の動作の種類は、前記探触子を前記移動手段により移動させながら前記音響波を測定する連続走査と、前記音響波を測定せずに前記探触子を移動させる移動走査と、前記探触子を停止させて前記音響波を測定する固定測定走査を含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載の音響波取得装置。 - 前記制御手段は、前記探触子の移動距離に基づいて前記軌道を決定する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の音響波取得装置。 - 前記探触子の移動距離が、前記探触子が音響波を測定していないときの移動距離であることを特徴とする請求項4に記載の音響波取得装置。
- 被検体から伝播する音響波とは、光を照射された被検体から発生する光音響波である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の音響波取得装置。 - 被検体から伝播する音響波とは、前記探触子が被検体に送信した音響波が反射したものである
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の音響波取得装置。 - 被検体から伝播する音響波を受信する探触子を被検体に対して移動させる音響波取得装置の制御方法であって、
前記被検体における複数の測定領域の指定に応じて、前記探触子の動作を決定し、
前記複数の測定領域の指定および前記探触子の動作に基づいて、前記被検体に対して移動する前記探触子が辿る軌道を決定し、
決定された前記軌道およびに前記軌道上での前記探触子の動作に従って前記探触子を制御する、
ことを特徴とする音響波取得装置の制御方法。 - 前記探触子の動作の種類は、前記探触子による音響波の測定時間に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項8に記載の音響波取得装置の制御方法。 - 前記探触子の動作の種類は、前記探触子を前記移動手段により移動させながら前記音響波を測定する連続走査と、前記音響波を測定せずに前記探触子を移動させる移動走査と、前記探触子を停止させて前記音響波を測定する固定測定走査を含む
ことを特徴とする請求項8または9に記載の音響波取得装置の制御方法。 - 前記軌道は、前記探触子の移動距離に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の音響波取得装置の制御方法。 - 前記探触子の移動距離が、前記探触子が音響波を測定していないときの移動距離である、
ことを特徴とする請求項11に記載の音響波取得装置の制御方法。 - 被検体から伝播する音響波とは、光を照射された被検体から発生する光音響波である、
ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の音響波取得装置の制御方法。 - 被検体から伝播する音響波とは、前記探触子が被検体に送信した音響波が反射したものである、
ことを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の音響波取得装置の制御方法。
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