JP6272427B2 - 光音響イメージング装置、光音響イメージング方法および光音響イメージング方法を実行するためのプログラム - Google Patents
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これにより、被検体内の光学特性値分布等の生体情報、特に、光エネルギー吸収密度分布を得ることができる。
P0=Γ・μa・Φ・・・式1
ここで、Γはグル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。Γは被検体が決まれば、ほぼ一定の値をとることが知られており、μaは吸収体の光吸収係数、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。
Φ=Φ0・exp(−μeff・d)・・・式2
ここで、μeffは被検体の平均的な有効減衰係数、Φ0は光源から被検体内に入射する光量(被検体の表面における光量)である。また、dは光源からの光が照射された被検体表面の領域(光照射領域)から被検体内における光吸収体までの距離である。
図1(a)は、本実施形態に係る光音響イメージング装置の構成を示したものである。
本実施形態の光音響イメージング装置は、音響波変換部1と、処理部2とを有している。
さらに、本実施形態では、被検体6の表面に、被検体6の形状に沿って音響波発生部材10が配置されている。音響波発生部材10は、被検体6とは異なる吸収係数を有するものであり、厚さ・光吸収係数・グルナイゼン係数を予め測定しておいたものを使用する。光源3から発せられた光4は例えばレンズ、ミラー、光ファイバなどの光学系5を介して、生体などの被検体6に照射される。被検体6の内部を伝播した光のエネルギーの一部が血管内又は血液内などの光吸収体7(結果的に音源となる)に吸収されると、その光吸収体7の熱膨張により音響波81(典型的には超音波)が発生する。また、光源3から発せられた光4を受け、音響波発生部材10から音響波82が発生される。音響波81,82は、音響波変換部1により受信され、電気信号に変換される。そして、処理部2によって、この電気信号と光源3により照射された光の被検体6の表面における光量分布(以下、表面光量分布という)とに基づいて、被検体6の光学特性値分布などの画像データが生成される。より具体的には、処理部によって、表面光量分布に基づいて被検体6内の光量分布(以下、内部光量分布という)が決定され、電気信号と、内部光量分布に基づいて画像データが生成される。そして、この画像データは液晶ディスプレイなどの表示装置9に画像として表示される。なお、光音響イメージング装置が被検体6を固定するために、図1(b)のように固定部材11を備えるようにしてもよい。固定部材とは被検体の一部の形状を規定するためのものである。なお、他の実施形態においても、特に言及しないが固定部材を備えるようにしてもよい。
また、光源3の光自体あるいは光学系5を介して被検体6に照射される光4も有限な広がりを持ち、この広がり方向において光強度分布が一様でない場合には、光照射領域(領域C)内でも位置によっては照度が異なる。式2では、一様な照射される光量(表面光量分布)の場合には適用できるが、上述したような照度される光量が一様でない場合には適用できない。本発明は、光源により照射された光の被検体の表面光量分布を用いて、被検体内の光量分布の補正を行うことにより、最終的に得られる画像において、同じ形状・サイズ・吸収係数が同じ吸収体をほぼ同じ輝度又は色で表示できる。
本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態1に係る光音響イメージング装置において音響波発生部材を配置しない構成である。本実施形態は、被検体6とその周囲(例えば、空気や固定部材)との光学特性(例えば、吸収係数)が不連続であることにより発生する音響波を使って表面形状を算出する。そして、表面形状の算出結果と光源から照射される光の強度分布とに基づいて被検体の表面における照度分布(以下、表面照度分布という)を算出する形態である。以下では、被検体の周囲に空気がある例で説明するがこれに限られない。
その部分が被検体6と空気との境界線、つまり被検体6の表面に対応する。より具体的には、ある閾値よりも大きい初期音圧の部分を結んだ線が被検体6と空気との境界線となる。
図7は、本発明に係る実施形態3に係る光音響イメージング装置の構成を示した図である。本実施形態は、実施形態2に対して、測定部30を有している点が異なる。その他の構成は実施形態2と同様である。この測定部30は、被検体の形状を測定するためのものである。
図1を用いて本実施形態に係る光音響イメージング装置を説明する。本実施形態に係る光音響イメージング装置は、実施形態1に係る光音響イメージング装置における音響波発生部材10の代わりに、被検体6の形状を規定する容器40を使用する。その他の構成は実施形態1の構成と同じである。
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、上述した実施形態1乃至4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。
2 処理部
3 光源
4 光源から発せられる光
6 被検体
81,82 音響波
Claims (18)
- 容器により形状が規定された被検体に光が照射されることにより発生する音響波に由来する信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得する装置であって、
前記被検体の表面における複数の照度分布に関する情報を保持する保持手段、
前記複数の照度分布に関する情報のうち、前記容器に対応する前記照度分布に関する情報を、前記保持手段から読み出す読出手段、及び、
前記容器に対応する前記照度分布に関する情報、及び、前記信号に基づいて、被検体情報を取得する取得手段、
を有する
ことを特徴とする処理装置。 - 前記取得手段は、
前記容器に対応する前記照度分布に関する情報に基づいて、前記被検体の内部における光量分布に関する情報を取得し、
前記被検体の内部における前記光量分布に関する情報、及び、前記信号に基づいて、前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の処理装置。 - 前記取得手段は、
前記容器に対応する前記照度分布に関する情報に基づいて、計算空間上に当該照度分布に対応する仮想の光源を配置し、前記仮想の光源からの光の前記被検体の内部での伝播を計算することにより、前記被検体の内部における光量分布に関する情報を取得する
ことを特徴とする請求項2に記載の処理装置。 - 前記取得手段は、
前記仮想の光源からの光の前記被検体の内部での伝播を光拡散方程式、輸送方程式、またはモンテカル・伝播シミュレーションにより計算することにより、前記被検体の内部における前記光量分布に関する情報を取得する
ことを特徴とする請求項3に記載の処理装置。 - 前記取得手段は、
前記信号に基づいて、前記被検体の内部における光エネルギー吸収密度分布または初期音圧分布に関する情報を取得し、
前記光エネルギー吸収密度分布または前記初期音圧分布に関する情報、及び、前記容器に対応する前記光量分布に関する情報に基づいて、前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の処理装置。 - 前記被検体情報は、吸収係数分布に関する情報である
ことを特徴とする請求項5に記載の処理装置。 - 前記保持手段は、複数の前記容器に対応する前記複数の照度分布に関する情報を保持する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の処理装置。 - 前記読出手段は、前記容器の容量の大きさまたは形状に対応する前記照度分布に関する情報を読み出す
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の処理装置。 - 前記被検体情報に基づいた画像を表示手段に表示させる表示制御手段を有する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の処理装置。 - 容器により形状が規定された被検体に光が照射されることにより発生する音響波に由来する信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得する装置であって、
前記被検体の内部における複数の光量分布に関する情報を保持する保持手段、
前記複数の光量分布に関する情報のうち、前記容器に対応する前記光量分布に関する情報を、前記保持手段から読み出す読出手段、及び、
前記容器に対応する前記光量分布に関する情報、及び、前記信号に基づいて、被検体情報を取得する取得手段、
を有する
ことを特徴とする処理装置。 - 前記取得手段は、
前記信号に基づいて、前記被検体の内部における光エネルギー吸収密度分布または初期音圧分布に関する情報を取得し、
前記光エネルギー吸収密度分布または前記初期音圧分布に関する情報、及び、前記容器に対応する前記光量分布に関する情報に基づいて、前記被検体情報を取得する
ことを特徴とする請求項10に記載の処理装置。 - 前記被検体情報は、吸収係数分布に関する情報である
ことを特徴とする請求項11に記載の処理装置。 - 前記保持手段は、複数の容器に対応する前記複数の光量分布に関する情報を保持する
ことを特徴とする請求項10から12のいずれか1項に記載の処理装置。 - 前記読出手段は、前記容器の容量の大きさまたは形状に対応する前記光量分布に関する情報を読み出す
ことを特徴とする請求項10から13のいずれか1項に記載の処理装置。 - 容器により形状が規定された被検体に光が照射されることにより発生する音響波に由来する信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得する処理方法であって、
前記被検体の表面における複数の照度分布に関する情報が保持された保持手段から、前記容器に対応する前記照度分布に関する情報を読み出し、
前記容器に対応する前記照度分布に関する情報、及び、前記信号に基づいて、被検体情報を取得する
ことを特徴とする処理方法。 - 容器により形状が規定された被検体に光が照射されることにより発生する音響波に由来する信号を用いて、前記被検体に関する情報を取得する処理方法であって、
前記被検体の内部における複数の光量分布に関する情報が保持された保持手段から、前記容器に対応する前記光量分布に関する情報を読み出し、
前記容器に対応する前記光量分布に関する情報、及び、前記信号に基づいて、被検体情報を取得する
ことを特徴とする処理方法。 - 被検体に光が照射されることにより発生する音響波に由来する信号に基づく画像データを取得し、
前記画像データに基づいて、前記被検体の形状に関する情報を取得し、
前記被検体の形状に関する情報と、前記被検体を照射する光の強度分布とに基づいて、前記被検体に照射された光の前記被検体の表面における照度分布に関する情報を取得し、
前記被検体の表面における前記照度分布に関する情報と、前記信号とに基づいて、被検体情報を取得する
ことを特徴とする処理方法。 - 請求項15から17のいずれか1項に記載の処理方法の各工程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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