JP6526163B2 - 光音響トモグラフィの受信データ処理装置 - Google Patents
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Description
る。よって、光音響トモグラフィの受信データ処理装置をFPGAチップに実装しやすい状況となっている。しかし、FPGAチップに搭載されているロジック、高速メモリの容量にも限りがある。また大規模なFPGAチップは高価であり、可能な限り少ないロジック、メモリ容量で構成可能な光音響トモグラフィの受信データ処理装置が求められている。
装置構成は、N個のADコンバータ1−1〜1−Nと、N個の遅延記憶メモリ(遅延記憶M)2−1〜2−Nと、演算回路3、とを具備する。加えて、メモリ制御回路4、再構成メモリ5、窓関数重み係数計算回路6、遅延メモリアドレス計算回路7、信号処理ブロック8、画像構成部9、画像表示部10、とを具備している。
るものである。音響波受信アレイ52は受信手段を構成するもので、処理対象とする被検体領域由来の音響波をN個の音響波受信素子54−1〜54−Nによって受信してアナログの電気信号に変換する。
遅延記憶メモリ2−1〜2−Nは第一の記憶手段であり、ADコンバータ1−1〜1−Nによってデジタル化された受信デジタル信号を時系列に記憶する。
信デジタル信号を順次読み出し、ボクセルデータを合成する。このボクセルデータが最小構成単位毎の音響波のデータである。各ボクセル由来の受信デジタル信号の読み出しは、各ボクセルから音響波が各音響波受信素子54−1〜54−Nに到達するとした場合の音
響波の遅延情報に従ってなされ、読み出された受信デジタル信号を整相加算する。
演算回路3は、図2に示すように、N個の乗算器11−1〜11−Nと、一つの加算回路12と、を有している。
画像構成部9は画像構成手段であり、再構成メモリ5に保存されたボクセルデータに基づき被検体領域の画像を構成する。
遅延メモリアドレス計算回路7はアドレス演算手段であり、被検体領域の各最小構成単位座標であるボクセル座標より、各ボクセルから各音響波受信素子54−1〜54−Nに
到達する音響波の遅延時間を算出する。そして、各遅延メモリ2−1〜2−Nに対して、
遅延時間に対応する各ボクセル由来の受信デジタル信号が格納されているアドレスを供給する。
信号処理ブロック8は信号処理手段であり、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等のフィルタ処理、対数圧縮(log圧縮)処理、微分処理、包絡線検波処理、直交検波処理といった信号処理がなされる。
図示しない光源からレーザ光等の光が被検体に照射され、その結果、被検体が居部的に熱膨張・収縮を起こすことにより音響波が発生する。この音響波が音響波受信素子アレイ52のN個の受信素子54−1〜54−Nによって受信され、アナログ電気信号に変換される。このアナログ電気信号が、N個のADコンバータ1−1〜1−Nによりデジタル化され、N個の遅延記憶メモリ(遅延記憶M)2−1〜2−Nへ出力される。
遅延記憶メモリ(遅延記憶M)2−1〜2−Nは、ADコンバータ1−1〜1−Nより出力されたデジタル信号を記憶する。
音響波到達時間(遅延時間)と、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nにおけるデジタルデータ
記憶の規則を基に遅延記憶メモリアドレスを特定できる。この遅延メモリアドレスは、あるターゲットボクセル由来のデジタルデータが存在するメモリアドレスである。
画像構成部9は、信号処理を施されたボクセルデータに基づき、光音響トモグラフィ画像の構成を行い、画像表示部10に出力する。画像表示部10では、構成された光音響トモグラフィ画像を表示する。これが、実施例1の一連の動作である。
このような構成を取ると、すべての処理が終わった時点で加算平均され、S/Nが向上したターゲットボクセルデータが再構成メモリ5に保存されることとなる。
てもよいし、音響波受信素子の受信チャンネル毎に配置してもよいし、受信チャンネル毎に遅延記憶メモリ2−1〜2−Nの出力部に1つずつ配置してもよい(図示せず)。その場合、信号処理に必要なパラメータをチャンネル毎に独立して算出し、与えるようにしてもよい(図示せず)。
N個のADコンバータ1−1〜1−N以降の各回路の動作は、基本的に実施例1と同じである。しかし、スイッチング回路16により、音響波受信素子54−1〜54−LとA
Dコンバータ1−1〜1−Nとの接続状態を切り替えることができる点が実施例1と異なっている。
まず、L個ある音響波受信素子54−1〜54−Lの中からN個(a,a+1,a+2….a+N−1)を選び、光音響トモグラフィの受信データ処理装置のN個のチャンネルに接続する(S1参照)。
図5では、L個の音響波受信素子のうち、音響波受信素子(a+1,a+2….a+N)を新たに選択している例を示している(S8、S1参照)。次に、被検体のターゲット領域に光を照射し、それにより発生した音響波を、新たに選択したN個の音響波受信素子(a+1,a+2….a+N)を用いて受信する。そして、ターゲット領域のすべてのボクセルについて整相加算を行い、時分割にて順次得られる最小構成単位データとしてのボクセルデータを、再構成メモリ5中の同一ボクセルデータに累積加算する(S2〜S5参照)。
−N、演算回路3、とを具備する。加えて、メモリ制御回路4、再構成メモリ5、窓関数重み係数計算回路6、遅延メモリアドレス計算回路7、信号処理ブロック8、画像構成部9、画像表示部10、とを具備する。
この実施例3では、加算平均手段としての加算平均回路15−1〜15−Nを有する点で実施例1、2と相違している。
N個のADコンバータ1−1〜1−Nの動作、演算回路3以降の各回路の動作は基本的に実施例1、実施例2と同じである。しかし、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nが加算平均回路15−1〜15−Nと協働し、受信デジタル信号の加算平均処理が可能である点が実施例1、2と異なっている。
いる。加えて、メモリ制御回路4、再構成メモリ5、窓関数重み係数計算回路6、遅延メモリアドレス計算回路7、信号処理ブロック8、画像構成部9、画像表示部10、とを具備している。
この実施例4では、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nと演算回路3の間にメモリ選択スイッチ27−1〜27−(N/M)が配置されている。そして、M個の遅延記憶メモリがグループ化されて、メモリ選択スイッチ27−1〜27−(N/M)に接続され、メモリ選択スイッチ27−1〜27−(N/M)がチャンネル選択回路32によって選択される構成となっている。
N個のADコンバータ1−1〜1−Nの動作は基本的に他の実施例と同じである。しかし、メモリ選択スイッチ27−1〜27−(N/M)により、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nと演算回路3との接続状態を順次切り替えることができる点が、実施例1乃至3と異なっている。
まず、被検体のターゲット領域に光を照射し、それにより発生した音響波を受信し、ADコンバータ1−1〜1−Nによってデジタル化する。デジタル化された受信データは、N個の遅延記憶メモリ2−1〜2−Nに記憶される(S41参照)。次に、N個ある遅延記憶メモリ2−1〜2−Nの中から(N/M)個(a,a+M,a+2M….a+N−M)を選び、演算回路3の乗算器に接続する(S42参照)。
図9では、N個の遅延記憶メモリ26−1〜26−Nのうち、遅延記憶メモリ(a+1,a+M+1,a+2M+1…,a+N−M+1)を新たに選択している例を示している。遅延記憶メモリを選択した後、ターゲット領域のすべてのボクセルについて整相加算を行う(S43〜S46参照)。
こうして、ターゲット領域のすべてのボクセルデータが生成される。
ここで、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nの選択方式は、図7に示したものと必ず同一である必要はなく、適宜必要に応じて選択方式は決定すればよい。
さらに、この実施例5では、実施例3と同様に、ADコンバータ1−1〜1−Nと遅延記憶メモリ(遅延記憶M)2−1〜2−Nの間に、加算平均手段としての加算平均回路38−1〜38−Nを有している。この点が実施例4と相違する。
ADコンバータ1−1〜1−Nの動作は基本的に実施例4と同様である。しかし、遅延記憶メモリ2−1〜2−Nが加算平均回路38−1〜38−Nと協働し、受信データの加算平均処理が可能である点が実施例4と異なっている。
2−1〜2−N:遅延調整メモリ(第一の記憶手段)
3:演算回路(最小構成単位データ合成手段)
4:メモリ制御回路(制御手段)
5:再構成メモリ(第二の記憶手段)
6:窓関数重み係数計算回路(窓関数重み係数演算手段)
7:遅延メモリアドレス計算回路(遅延メモリアドレス演算手段)
8:信号処理ブロック(信号処理手段)
9:画像構成部(画像構成手段)
10:画像表示部
11:乗算器
12:加算回路
15−1〜15−N:加算平均回路
16:スイッチング回路(接続切り替え手段)
27−1〜27−(N/M):メモリ選択スイッチ(接続切り替え手段)
28:演算回路(最小構成単位データ合成手段)
32:チャンネル選択回路
38:加算平均回路(加算平均手段)
50:乗算器
51:加算回路
52:音響波受信素子アレイ(受信手段)
53:被検体領域内のターゲットボクセル(最小構成単位)
54−1〜54−N:音響波受信素子
Claims (13)
- 光を被検体に照射することにより発生する音響波を受信して得られる電気信号から画像を構成する光音響トモグラフィの受信データ処理装置において、
処理対象とする被検体の処理対象領域由来の音響波を受信する複数の音響波受信素子からの受信信号をデジタル化する複数の電気信号変換手段と、
前記電気信号変換手段によってデジタル化された受信デジタル信号を記憶する複数の第一の記憶手段と、
前記被検体の前記処理対象領域を分割した各ピクセルあるいはボクセルから音響波が各音響波受信素子に到達するとした場合の音響波の遅延情報に従い、前記複数の第一の記憶手段より前記各ピクセルあるいはボクセル由来の受信デジタル信号を順次読み出し、整相加算することにより各ピクセルあるいはボクセル毎の音響波のデータの合成を行うデータ合成手段と、
前記被検体の前記処理対象領域に対応する複数のピクセルあるいはボクセルの音響波のデータを保存可能な第二の記憶手段と、
前記第二の記憶手段に保存された前記複数のピクセルあるいはボクセルの音響波のデータに基づき前記被検体の前記処理対象領域の画像を構成する画像構成手段と、
前記第二の記憶手段に記憶された前記被検体の前記処理対象領域に対応する前記複数のピクセルあるいはボクセルの音響波のデータを読み出して前記画像構成手段に送る制御手段と、
を具備してなることを特徴とする光音響トモグラフィの受信データ処理装置。 - 前記第一の記憶手段と前記データ合成手段との接続状態、前記電気信号変換手段と前記第一の記憶手段との接続状態、及び前記音響波受信素子と前記電気信号変換手段との接続状態のうち、少なくとも一つの接続状態が接続切り替え手段により切り替え可能であることを特徴とする請求項1記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 前記制御手段は、前記接続切り替え手段により、前記第一の記憶手段と前記データ合成手段との接続状態、前記電気信号変換手段と前記第一の記憶手段との接続状態、及び前記音響波受信素子と前記電気信号変換手段との接続状態のうち、少なくとも一つの接続状態
の切り替えを行うことで、前記データ合成手段により時分割にて順次得られるピクセルあるいはボクセルの音響波のデータを、前記第二の記憶手段に累積加算して記憶させることを特徴とする請求項2に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。 - 前記第一の記憶手段に、複数回の受信によって得られた前記被検体の前記処理対象領域由来の受信デジタル信号を加算平均して記憶させる加算平均手段を具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 前記第二の記憶手段に、複数回の受信によって得られたピクセルあるいはボクセルの音響波のデータを加算平均して記憶させる加算平均手段を具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 前記被検体の前記処理対象領域に対応する各ピクセルあるいはボクセルの座標より、各ピクセルあるいはボクセルから各音響波受信素子に到達する音響波の遅延時間を算出し、前記各第一の記憶手段に対して、遅延時間に対応する各ピクセルあるいはボクセル由来の受信デジタル信号が格納されているアドレスを供給するアドレス演算手段を具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 処理対象とする前記被検体の前記処理対象領域の各ピクセルあるいはボクセルの座標より、音響波の受信信号を伝送する受信チャンネル毎に窓関数重み係数を算出し、算出した窓関数重み係数を前記データ合成手段に与える窓関数重み係数演算手段を具備することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 音響波の受信信号を伝送する受信チャンネル毎に、フィルタ処理、対数圧縮処理、微分処理、包絡線検波処理、直交検波処理の少なくとも一つを含む信号処理が可能な信号処理手段を具備することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 受信チャンネル毎に独立したパラメータを計算し前記信号処理手段に与えるパラメータ演算手段を具備する請求項8に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 前記電気信号変換手段より後段の構成の動作周波数を変化させることにより、前記データ合成手段の処理速度を変化可能としたことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 前記電気信号変換手段より後段の構成を複数並列に配置したことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- 合成されたピクセルあるいはボクセルの音響波のデータに対するフィルタ処理、対数圧縮処理、微分処理、包絡線検波処理、直交検波処理の少なくとも一つを含む信号処理が可能な信号処理手段を具備することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかの項に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
- パラメータを計算し前記信号処理手段に与えるパラメータ演算手段を具備する請求項12に記載の光音響トモグラフィの受信データ処理装置。
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