JP6594515B2 - 被検体情報取得装置及びその制御方法 - Google Patents
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一方、超音波診断装置の分野では、音響波の受信時刻に応じて増幅部のゲインを変えて音響波の減衰を補正する処理が一般的に行われている。この処理をTGC(Time−Gain−Control)と呼び、時刻とゲインの関係を示す曲線をゲインカーブと呼ぶ。
複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持する探触子であって、前記複数の受信素子のそれぞれは、光源から被検体への光の照射により発生した音響波を受信して電気信号を出力するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて配置される、探触子と、
前記複数の受信素子から出力される複数の前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させる走査部と、
前記複数の受信素子が前記音響波を受信して出力される前記複数の電気信号に対して前記増幅部によって適用される複数の時間依存のゲインを決定する制御部と、
前記増幅部によって増幅された前記複数の電気信号を用いて前記被検体の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記制御部は、前記探触子の前記被検体に対する複数の相対的な位置において、前記複数の受信素子と前記被検体の間の複数の距離に基づいて、前記複数の電気信号に適用される前記複数の時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持する探触子であって、前記複数の受信素子のそれぞれは、光の導入により被検体から発生した音響波を受信して電気信号を出力するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて
配置される、探触子と、
前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させる走査部と、
前記複数の受信素子から出力される複数の電気信号に複数の時間依存のゲインを適用することで時間依存のゲイン制御を行う増幅部であって、前記複数の時間依存のゲインは、前記複数の受信素子が複数の前記音響波を受信するときの、前記探触子と前記被検体の間の距離に基づいて決定されるものである、増幅部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明は、また、以下の構成を採用する。すなわち、
探触子と、走査部と、増幅部とを有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記探触子は、複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて配置されるものであり、
前記複数の受信素子のそれぞれが、光の導入により被検体から発生した音響波を受信して電気信号を出力するステップと、
前記走査部が、前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させるステップと、
前記増幅部が、前記複数の受信素子から出力される複数の電気信号に複数の時間依存のゲインを適用することで時間依存のゲイン制御を行うステップと、
を含み、
前記複数の時間依存のゲインは、前記複数の受信素子が複数の前記音響波を受信するときの、前記探触子と前記被検体の間の距離に基づいて決定されるものである、
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
本発明における被検体としては、生体の乳房が想定できる。ただし被検体はこれに限ら
れず、生体の他の部位や、非生体材料の測定も可能である。
本発明の第一実施例に係る装置は、光音響信号を取得したタイミングでの探触子の位置に応じて光音響信号のゲインを変更する。
図1は、第一の実施例の装置構成を示す。図1において、符号101は測定対象となる被検体であり、被検者の体の一部である。この例での被検体は乳房とする。符号102は被検体を保持し形状を規定する被検体保持部材である。被検体保持部材102としては、光と音響波を透過する材質が好ましく、カップ状に成形されたポリメチルペンテンなどの薄膜が好適に用いられる。被検体情報取得装置は、カップ状の被検体保持部材102を取り付ける取付部を有することが好ましい。被検体保持部材を用いれば、各受信素子と被検体保持部材上の点との位置関係が、探触子の走査位置ごとに予め定められるので、増幅に用いるゲインを予め求めておいてメモリに保管しておける点で好ましい。
これらの場合、上述したような、探触子の走査位置、各受信素子の位置、および保持部材上の点の位置から定まるゲインカーブを、保持部材の種類に応じてメモリに保管しておくことが好ましい。制御部が取付部に設置された保持部材の種類を読み取る方法は任意である。例えば、保持部材にICタグやバーコードなどを配置しておき、対応する読み取り手段を用いることが好適である。また、ユーザが保持部材を設置した時に手動で保持部材の種類(または必要情報そのもの)を入力しても良い。そして、制御部は、読み取った保持部材の種類に応じたゲインをメモリから読み出して、増幅処理に用いるゲインとして決定する。
らに付随する処理の少なくともいずれかを行うことを、ゲインの制御と呼ぶ。
測定座標を読み出す。この測定座標は、画像化回路124で画像再構成を行う際の探触子103の位置補正に使用される。これにより、XYステージの駆動精度の限界により目標座標と測定座標のずれがあった場合でも、診断画像への影響を低減できる。
制御部125は、被検体のサイズを予め見積もっておき、もっとも遠い位置からの信号が含まれるように所定の時間を決定する。これを信号受信時間Tsと呼ぶ。
図2はコントロールユニット118で実行される被検体情報取得装置の動作フローを示す。
ステップS201において、制御部125は使用者がユーザインタフェース119を介して指定した設定情報を読み込み、内部のメモリ126へ記録する。設定情報としては同じ測定位置での繰り返し照射回数や測定範囲、パルス光の波長などがある。
続いてステップS202において、制御部125はモータードライバ127を介してモーター106を駆動し、XYステージ105上の探触子103および投光部110を目標座標まで移動させる。
ゲインの更新時刻ごとに各チャネルのゲイン設定値を連続するメモリアドレスに配置することにより、更新時刻ごとに各チャネルのゲイン設定値を連続して高速に読み出すことができる。また、ゲインを更新する時間を予め決定しておき、その時間のゲイン設定値のみを保存する。この時間をゲイン更新時間と呼ぶ。これによりゲイン更新に必要な情報だけがメモリに保存されるので、メモリ126の容量を小さくできる。ゲイン更新は一定周期で繰り返してもよいし、ゲインカーブの変化率の大きな時刻では更新頻度を高くし、変化率の小さい時刻では更新頻度を低くしてもよい。ゲインカーブの算出方法については後述する。
定を変更する。
続いてステップS207において、制御部125は内部のタイマ回路によりゲインを更新する時刻に到達しているかを判定する。到達している場合にはステップ208へ進む。到達していない場合にはステップS206へ進み、光音響信号をこれまでと同じゲインで増幅し、デジタル化および信号処理を継続する。
続いてステップS209において、トリガ信号が入力されてから信号受信時間Tsが経過したか否かを判定する。経過している場合にはステップS210へ進む。経過していない場合にはステップS206へ進み、引き続き光音響信号の受信を行う。
続いてステップS211において、制御部125はメモリ126から光音響信号データを読み出し、画像化回路124へ転送して画像再構成処理を行う。これにより診断画像が作成され、メモリ126へ保存される。
続いてステップS212において、制御部125は診断画像をメモリ126から読み出し、ディスプレイ120へ表示させる。
ゲインの算出および設定について図3、図4、図5を用いて説明する。
図3は探触子103上の受信素子113および受信素子114に対応するゲインカーブおよびゲイン設定値の時間変化の一例を示す図である。
示す図である。図4(a)では、探触子がX軸上でマイナス側に移動し、被検体101の左端付近を照射している。これは、図5(a)において目標座標503付近に照射をしている状態である。図4(b)では、探触子がX軸上でプラス側に移動し、被検体101の右端付近を照射している。図5(a)において目標座標502付近に照射をしている状態である。
また、図4(b)において、符号406は点401から最も近い被検体保持部材102上の点、符号407は点403から最も近い被検体保持部材102上の点である。また符号408は照射位置であり、符号408付近に投光部110からパルス光が照射される。このように、受信素子から保持部材上の点までの最短距離が求められる。
図3(b)は、探触子103と被検体101の位置関係が図4(a)の場合の、受信素子114のゲインカーブG63(t)と、増幅器121の受信素子114に対応するプログラマブルゲインアンプに設定されるゲインの設定値の時間変化C63(t)を示す。
図3(d)は、探触子103と被検体101の位置関係が図4(b)の場合の、受信素子114のゲインカーブG63(t)と、増幅器121の受信素子114に対応するプログラマブルゲインアンプに設定されるゲイン設定値の時間変化C63(t)を示す。
ステップS203では、制御部125は、測定座標から、探触子103と被検体保持部材102の位置関係を割り出し、113、114をはじめとする各受信素子から被検体保持部材102までの距離を求める。受信素子の番号をN(N=0,1,2,…,127)とする。
説明のため受信素子113の素子番号を0、受信素子114の素子番号を63とする。測定座標を(X,Y)とし、素子番号Nの素子と被検体保持部材表面までの距離をLnとすると、Lnは探触子103および被検体保持部材102の形状と、取り付け位置および測定座標X,Yと素子番号Nによってきまる関数である。これは、以下の式(1)で示される。
Ln = Function(X,Y,N) …(1)
Gn(t) = A* Exp (Dm * t) …(2)
(0 <= t <= Ln/Vm)
Gn(t) = A* (Exp (Ds * (t-Ln/Vm)) - 1 ) + A * Exp (Dm * Ln/Vm) …(3)
(Ln/Vm <= t)
ここで、Aは増幅器のプログラマブルゲインアンプが飽和しないよう予め定められた定数である。なお、位置により光の照射強度が変わる場合には、Aは素子番号や探触子の位置に応じて異なる値を用いてもよい。例えば光の照射点405ないし408に近い受信素子に対してはAの値を大きくし、光の照射点から遠い受信素子に対してはAの値を小さくしてもよい。また、測定座標ごとの光の照射強度を予めシミュレーションなどで算出しておき、XY座標ごとにAの値を変更してもよい。
一方、探触子103と被検体101の位置関係が図4(b)のときは、受信素子113と被検体101の距離と、受信素子114と被検体101の距離はほぼ同じなので、図3(c)のL0/Vmは図3(d)のL63/Vmと近い値になる。以上のように、増幅部は受信素子が音響波の受信を開始する時刻を素子と被検体の位置関係に基づいて取得し、少なくとも受信開始後からゲインをかける処理を行う。
制御部は、プログラマブルゲインアンプが設定可能な範囲内で、上記ゲインカーブGn(t)に基づき、定期的に増幅器121にアクセスしゲインを更新する。増幅器121内の受信素子番号Nの受信素子に対応するチャネルのプログラマブルゲインアンプのゲインをCn(t)とする。Cn(t)はゲイン更新時間ごとにその時のGn(t)の値で更新される。
なお、第一実施例ではゲインの算出に用いる探触子の座標として探触子移動後に位置センサで測定した値を用いていた。しかし、光を照射する目標座標を予め決定してメモリ126に保存しておき、ゲインの算出にはメモリに保存された目標座標を用いてもよい。また、探触子を移動させながらゲインの算出を行うのではなく、目標座標とゲイン設定値の
対応を予め算出してメモリに保存しておき、ステップS203ではメモリからゲイン設定値を読み出すだけにしてもよい。このように一部の処理を事前に行っておくことにより、撮影中の制御部の処理負荷を軽減できる。
また、時刻0から時刻Ln/Vmまでの間はゲインを0とし、時刻Ln/Vm以降はゲインを一定の値とすることも考えられる。このようにすれば、各受信素子のゲイン更新が時刻Ln/Vmの1度だけに限定されるので、ゲイン算出および更新処理負荷をさらに軽減できる。
また、ゲインの更新をステップS202で探触子103の位置が変わったときに行い、時刻0からTsの間のゲインは受信素子ごとに一定値にすることで、さらにゲイン更新処理の負荷をさらに低減してもよい。
また、これらのゲイン領域は固定的なものではなく、使用者の設定や測定領域の大きさにより変更することも可能である。
路が増幅部にあたる。これらの方法では、プログラマブルゲインアンプのゲインの更新時間によりゲイン設定値が階段状になる制約が減り、よりきめ細かくゲインを変更できる。
Claims (23)
- 複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持する探触子であって、前記複数の受信素子のそれぞれは、光源から被検体への光の照射により発生した音響波を受信して電気信号を出力するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて配置される、探触子と、
前記複数の受信素子から出力される複数の前記電気信号を増幅する増幅部と、
前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させる走査部と、
前記複数の受信素子が前記音響波を受信して出力される前記複数の電気信号に対して前記増幅部によって適用される複数の時間依存のゲインを決定する制御部と、
前記増幅部によって増幅された前記複数の電気信号を用いて前記被検体の特性情報を取得する処理部と、
を有し、
前記制御部は、前記探触子の前記被検体に対する複数の相対的な位置において、前記複数の受信素子と前記被検体の間の複数の距離に基づいて、前記複数の電気信号に適用される前記複数の時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記被検体を保持する保持部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記保持部材が交換可能に配置される開口と、
それぞれが異なる種類の前記保持部材に対応するような前記複数の時間依存のゲインを記録したメモリと、
をさらに有し、
前記制御部は、前記被検体の保持に用いられる前記保持部材の種類の情報を取得し、前記保持部材の種類の情報に基づいて前記被検体を保持する前記保持部材に対応する前記複数の時間依存のゲインを前記メモリから読み出し、前記音響波の減衰を補償させるために前記増幅部の前記複数の時間依存のゲインとして決定する
ことを特徴とする請求項2に記載の被検体情報取得装置。 - 前記保持部材は、前記被検体を保持するカップ状の保持部材である
ことを特徴とする請求項2または3に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記受信素子から最も近い前記保持部材上の点までの距離に応じて前記増幅部の前記複数の時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記受信素子から最も近い前記保持部材上の点までの距離に基づいて決定される、当該受信素子が受信する前記音響波の減衰の程度に応じて、前記増幅部が前記複数の電気信号にかける前記複数の時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項5に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記複数の受信素子から最も近い前記保持部材上の点までの距離に基づいて決定される、前記複数の受信素子が前記被検体に由来する前記音響波の受信を開始する時刻の前と後で、前記増幅部が前記複数の電気信号にかける前記複数の時間依存のゲインを変更するように前記複数の時間依存のゲインを決定することを特徴とする請求項5または6に記載の被検体情報取得装置。
- 前記制御部は、前記複数の受信素子から最も近い前記保持部材上の点までの距離に基づいて決定される、前記複数の受信素子が前記被検体に由来する前記音響波の受信を開始する時刻から、前記増幅部が前記複数の電気信号に前記複数の時間依存のゲインをかけるように前記複数の時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項5または6に記載の被検体情報取得装置。 - 前記探触子と前記被検体の複数の位置関係に対応する複数のゲインを記録したメモリをさらに有し、
前記制御部は、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じたゲインを前記メモリから読み出し、前記増幅部の前記時間依存のゲインとして決定する
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記時間依存のゲインを、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて計算する
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記複数の受信素子が前記探触子における位置に応じて分けられた複数のグループごとに、
前記時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記被検体での前記光の照射点、および、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて、前記増幅部が前記電気信号にかけるゲインを決定する
ことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記探触子の内部表面は半球状であり、前記複数の受信素子は前記内部表面に配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持する探触子であって、前記複数の受信素子のそれぞれは、光の導入により被検体から発生した音響波を受信して電気信号を出力するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて配置される、探触子と、
前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させる走査部と、
前記複数の受信素子から出力される複数の電気信号に複数の時間依存のゲインを適用することで時間依存のゲイン制御を行う増幅部であって、前記複数の時間依存のゲインは、前記複数の受信素子が複数の前記音響波を受信するときの、前記探触子と前記被検体の間の距離に基づいて決定されるものである、増幅部と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記探触子と前記被検体の複数の位置関係に対応する複数のゲインを記録したメモリをさらに有し、
前記増幅部は、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じたゲインを前記メモリから読み出し、前記時間依存のゲインとして決定する
ことを特徴とする請求項14に記載の被検体情報取得装置。 - 前記増幅部は、前記時間依存のゲインを、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて計算する
ことを特徴とする請求項14または15に記載の被検体情報取得装置。 - 前記増幅部は、前記複数の受信素子が前記探触子における位置に応じて分けられた複数のグループごとに、前記時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項14ないし16のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記増幅部は、前記被検体での前記光の照射点、および、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて、前記電気信号にかけるゲインを決定する
ことを特徴とする請求項14ないし17のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 探触子と、走査部と、増幅部とを有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記探触子は、複数の受信素子を、前記複数の受信素子の指向軸が集まるように支持するものであり、前記探触子は測定時には前記被検体と距離を隔てて配置されるものであり、
前記複数の受信素子のそれぞれが、光の導入により被検体から発生した音響波を受信して電気信号を出力するステップと、
前記走査部が、前記探触子の前記被検体に対する相対的な位置を変化させるステップと、
前記増幅部が、前記複数の受信素子から出力される複数の電気信号に複数の時間依存のゲインを適用することで時間依存のゲイン制御を行うステップと、
を含み、
前記複数の時間依存のゲインは、前記複数の受信素子が複数の前記音響波を受信するときの、前記探触子と前記被検体の間の距離に基づいて決定されるものである、
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記被検体情報取得装置は、前記探触子と前記被検体の複数の位置関係に対応する複数のゲインを記録したメモリをさらに有し、
前記増幅部は、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じたゲインを前記メモリから読み出し、前記時間依存のゲインとして決定する
ことを特徴とする請求項19に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記増幅部は、前記時間依存のゲインを、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて計算する
ことを特徴とする請求項19または20に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記複数の受信素子は、前記探触子における位置に応じて複数のグループに分けられており、
前記増幅部は、前記複数のグループごとに、前記時間依存のゲインを決定する
ことを特徴とする請求項19ないし21のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。 - 前記増幅部は、前記被検体での前記光の照射点、および、前記探触子と前記被検体の位置関係に応じて、前記電気信号にかけるゲインを決定する
ことを特徴とする請求項19ないし22のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置の制御方法。
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