JP6776397B2 - Information acquisition device - Google Patents
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Description
本発明は音響波取得装置に関する。 The present invention relates to an acoustic wave acquisition device.
一般的な超音波診断装置は、超音波を送信し生体内部で反射してきた超音波を受信することによって、生体内部の情報を得ることができる。これによってガン等の疾患部位を発見できるが、さらに発見効率を向上させるために、生体の生理的情報、つまり機能情報のイメージングが注目されている。機能情報のイメージング手段として、光と超音波を用いるPhotoacoustic Tomography(PAT:光音響トモグラフィー)が提案されている。 A general ultrasonic diagnostic apparatus can obtain information on the inside of a living body by transmitting ultrasonic waves and receiving ultrasonic waves reflected inside the living body. This makes it possible to detect a diseased part such as cancer, but in order to further improve the detection efficiency, imaging of physiological information of a living body, that is, functional information is drawing attention. Photoacoustic Tomography (PAT) using light and ultrasonic waves has been proposed as a means for imaging functional information.
光音響トモグラフィーとは、光源から発生したパルス光を被検体に照射し、被検体内で伝播・拡散した光の吸収によって音響波(典型的には超音波)が発生するという光音響効果を用いて、音響波の発生源となる内部組織を画像化する技術である。受信された音響波の時間による変化を複数の個所で検出し、得られた信号を数学的に解析処理、すなわち再構成し、被検体内部の光学特性値に関連した情報を三次元で可視化する。 Photoacoustic tomography uses the photoacoustic effect of irradiating a subject with pulsed light generated from a light source and generating acoustic waves (typically ultrasonic waves) by absorbing the light propagated and diffused within the subject. This is a technique for imaging the internal structure that is the source of acoustic waves. The time-dependent change of the received acoustic wave is detected at multiple points, the obtained signal is mathematically analyzed, that is, reconstructed, and the information related to the optical characteristic value inside the subject is visualized in three dimensions. ..
光音響トモグラフィーで得られる三次元画像の分解能は音響検出素子の配置によって、以下のものに依存する。複数の音響検出素子が平面上に配置されている場合、その配置平面と平行な方向の分解能(横分解能)は、一つ一つの音響検出素子の受信部の寸法と、音響検出素子の検出できる周波数と、の両方に依存し、配置平面と垂直な方向(奥行き分解能)の分解能は、音響検出素子の検出できる周波数のみに依存する。一般的に、音響検出素子の検出できる周波数を高めることは受信部の寸法を小さくすることに比べて簡単なために、配置平面に垂直な方向の分解能の方が平行な方向の分解能に比べて良い。複数の音響検出素子が球面上に配置されている場合は、全ての音響検出素子の奥行き方向の情報を重ね合わせることになるので、横分解能も奥行分解能と同等になる。つまり、全ての方向の分解能は周波数のみに依存し、分解能が良い配置となる。複数の音響検出素子を、異なる角度で設けられた複数の平面上に並べたような、平面と球面の中間の配置では、平面から球面に近づいていくに従って、分解能は音響検出素子の受信部の寸法への依存が少なくなり、高分解能になる。 The resolution of the three-dimensional image obtained by photoacoustic tomography depends on the following depending on the arrangement of the acoustic detection elements. When a plurality of acoustic detection elements are arranged on a plane, the resolution (horizontal resolution) in the direction parallel to the arrangement plane can detect the dimensions of the receiving unit of each acoustic detection element and the acoustic detection element. It depends on both the frequency, and the resolution in the direction perpendicular to the arrangement plane (depth resolution) depends only on the frequency that can be detected by the acoustic detection element. In general, increasing the detectable frequency of the acoustic detection element is easier than reducing the size of the receiver, so the resolution in the direction perpendicular to the arrangement plane is higher than the resolution in the direction parallel to the arrangement plane. good. When a plurality of acoustic detection elements are arranged on a spherical surface, the information in the depth direction of all the acoustic detection elements is superimposed, so that the lateral resolution is equivalent to the depth resolution. That is, the resolution in all directions depends only on the frequency, and the arrangement has good resolution. In an arrangement between a plane and a spherical surface, such as arranging a plurality of acoustic detection elements on a plurality of planes provided at different angles, the resolution of the receiving part of the acoustic detection element increases as the plane approaches the spherical surface. It is less dependent on dimensions and has higher resolution.
球面上に音響検出素子を複数配置した装置として、特許文献1が挙げられる。特許文献1では、半球面にらせん状に音響検出素子を配置し、半球面の極と球の中心を結ぶ線を軸として回転させながら光照射と音響検出素子による音響波受信とを行う。音響波の受信により、音響受信素子から出力される信号を用いて画像再構成を行い、画像データを得る。
しかしながら、特許文献1に示されている音響検出素子の球面配置の場合、分解能は球の中心で最もよく、周囲に行くに従って分解能は低下してしまい、位置によって、分解能がばらついてしまう。つまり、中心部分では全ての音響検出素子に対して垂直に音響波が入射し、同位相の信号が同時に入射するので、信号は鈍らない。しかしながら、中心以外の部分では一部の音響検出素子に対して斜めに音響波が入射することによって、同位相の信号が時間ずれして入射する。よって、中心部以外の部分の信号が鈍ってしまうことが原因の一つである。
However, in the case of the spherical arrangement of the acoustic detection element shown in
さらに、音響検出素子の指向性がもう一つの原因である。中心以外の部分では音響波の進行方向は音響検出素子に対し角度がつくが、音響検出素子は指向性を持つので、角度がつくと感度が低下し、信号がノイズ以下になると失われてしまう。そのため、情報量が少なくなることによって分解能が低下する。平面型は、音響検出素子を測定範囲に対し十分広い平面に配置すると、測定範囲において分解能は均一となる。複数の平面を並べたような平面と球面の中間の配置では、平面から球面に遷移するに従って、分解能が均一な範囲が徐々に狭くなる。以上のように、高分解能と分解能の均一性とはトレードオフの関係にある。 Further, the directivity of the acoustic detection element is another cause. In the part other than the center, the traveling direction of the acoustic wave is angled with respect to the sound detection element, but since the sound detection element has directivity, the sensitivity decreases when the angle is set, and it is lost when the signal becomes noise or less. .. Therefore, the resolution is lowered by reducing the amount of information. In the planar type, when the acoustic detection element is arranged on a plane sufficiently wider than the measurement range, the resolution becomes uniform in the measurement range. In an arrangement between a plane and a sphere, such as arranging a plurality of planes, the range of uniform resolution gradually narrows as the transition from the plane to the sphere occurs. As described above, there is a trade-off relationship between high resolution and resolution uniformity.
本発明はこのような課題認識に基づいてなされたものであり、本発明は、位置による分解能のばらつきを低減することを目的とする。 The present invention has been made based on such problem recognition, and an object of the present invention is to reduce variations in resolution depending on the position.
本発明の第一に係る情報取得装置は、光が照射された被検体から発生する音響波に基づいて該被検体に関する情報を取得する情報取得装置であって、
マッチング材を介して音響波を受信し受信信号を出力する検出器と、前記被検体に対する前記検出器の相対位置を変化させる走査部と、
前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する信号処理部と、
前記被検体で発生した前記音響波が前記被検体内を伝搬する第1の伝搬距離と前記マッチング材を伝播する第2の伝搬距離に関する情報に基づいて前記受信信号を補正する信号補正部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の第二に係る情報取得方法は、光が照射された被検体から発生する音響波に基づいて該被検体に関する情報を取得する情報取得方法であって、
被検体に対する検出器の相対位置を変化させる走査工程と、前記被検体からマッチング材を介して伝搬する前記音響波を前記検出器を用いて受信し受信信号を出力する検出工程と、前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する信号処理工程と、を有し、
前記被検体で発生した前記音響波が前記被検体内を伝搬する第1の伝搬距離と前記マッチング材を伝播する第2の伝搬距離に関する情報に基づいて前記受信信号を補正することを特徴とする情報取得方法。
Information acquiring apparatus according to the first aspect of the present invention is an information acquiring device you get information about the object based on the acoustic wave generated from a subject irradiated with light,
A scanning unit for changing the detector you output the received signal to receive an acoustic wave, the pre SL relative position of the detector relative to the subject through the matching member,
A signal processing unit for obtaining information about pre-Symbol object using the received signal,
A signal correction unit that corrects the received signal based on information on a first propagation distance in which the acoustic wave generated in the subject propagates in the subject and a second propagation distance propagating in the matching material. characterized in that it comprises a.
Further, the information acquisition method according to the second aspect of the present invention is an information acquisition method for acquiring information about the subject based on an acoustic wave generated from the subject irradiated with light.
A scanning step of changing the relative position of the detector with respect to the subject, a detection step of receiving the acoustic wave propagating from the subject through the matching material using the detector and outputting a received signal, and the received signal. Has a signal processing step of acquiring information about the subject using the
It is characterized in that the received signal is corrected based on information on a first propagation distance in which the acoustic wave generated in the subject propagates in the subject and a second propagation distance in which the matching material propagates. Information acquisition method.
本発明によれば、従来に比べて、位置による分解能のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the variation in resolution depending on the position as compared with the conventional case.
本発明は、被検体と、複数の音響検出素子を配列した音響アレイ検出器と、のうち少なくとも一方を移動させることにより、分解能のばらつきを低減することを特徴とする。以下では、図面を用いて本発明の各実施形態について説明する。 The present invention is characterized in that variations in resolution are reduced by moving at least one of a subject and an acoustic array detector in which a plurality of acoustic detection elements are arranged. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施形態1]
本実施形態は、本発明における基本的な実施形態である。まず、本実施形態の構成要素の説明を行い、次に本発明の特徴となる音響検出素子の配置方法及び走査方法について説明する。その後、本実施形態の実施方法を説明し、最後に考えられるバリエーションについて述べる。
[Embodiment 1]
This embodiment is a basic embodiment of the present invention. First, the components of the present embodiment will be described, and then the arrangement method and scanning method of the acoustic detection element, which are the features of the present invention, will be described. Then, the embodiment of this embodiment will be described, and finally, a possible variation will be described.
図1は本実施形態の構成要素を示すブロック図である。本実施形態の音響波取得装置は、光源1、光照射装置2、音響アレイ検出器5、走査装置6、電気信号処理装置7、データ処理装置8、表示装置9を備える。以下、各構成及び被検体について説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing components of the present embodiment. The acoustic wave acquisition device of the present embodiment includes a
(光源)
光源1はパルス光を発生させる装置である。光源としては大出力を得るため、レーザーが望ましいが、発光ダイオードなどでもよい。光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。被検体が生体の場合、光源1から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下にすることが望ましい。また、パルス光の波長は生体の窓と呼ばれる近赤外領域であり、700nm〜1200nm程度が望ましい。この領域の光は比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。生体表面部の測定に限定すれば、500〜700nm程度の可視光から近赤外領域も使用してもよい。さらに、パルス光の波長は観測対象に対して吸収係数が高いことが望ましい。
(light source)
The
(光照射装置)
光照射装置2は、光源1で発生させたパルス光を被検体3へ導く装置である。具体的には光ファイバーやレンズ、ミラー、拡散板などの光学機器である。また導く際に、これらの光学機器を用いて、形状や光密度を変更することもある。光学機器はここにあげたものだけに限定されず、このような機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
(Light irradiation device)
The
(被検体)
被検体3は測定の対象となるものである。具体例としては、乳房等の生体や、装置の調整などにおいては生体の音響特性と光学特性を模擬したファントムが挙げられる。音響特性とは具体的には音響波の伝搬速度および減衰率であり、光学特性とは具体的には光の吸収係数および散乱係数である。被検体の内部には、光吸収係数の大きい光吸収体が存在する必要があり、生体では、ヘモグロビン、水、メラニン、コラーゲン、脂質などが光吸収体となる。ファントムでは、光学特性を模擬した物質を光吸収体として内部に封入する。また、本発明において、音響波を受信することにより生成する被検体内部の情報分布とは、光照射によって生じた音響波の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
(Subject)
(整合層)
整合層4は、被検体3と音響アレイ検出器5との間の空間を満たし、被検体3と音響アレイ検出器5を音響的に結合させるためインピーダンスマッチング材である。材料は、被検体3と音響検出素子に音響インピーダンスが近く、パルス光を透過する液体が望ましい。具体的には水、ひまし油、ジェルなどが用いられる。後で述べるように被検体3と音響アレイ検出器5の相対位置が変化するため、被検体3、音響アレイ検出器5ともに整合層4をなす溶液中に設置すると良い。
(Matching layer)
The
(音響アレイ検出器)
音響アレイ検出器5は音響波を電気信号に変換する音響検出素子が複数集まった検出器である。音響アレイ検出器5は整合層4をなす溶液と接する面に、被検体3を取り囲むように設置される。被検体からの音響波を受信する音響検出素子は感度が高く、周波数帯域が広いものが望ましいが、具体的にはPZT、PVDF、cMUT、ファブリペロー干渉計を用いた音響検出素子などが挙げられる。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。
(Acoustic array detector)
The
(走査装置)
走査装置6は、音響アレイ検出器5を3次元的に走査(移動)させる装置である。本実施形態では、被検体3は固定であり、走査装置6としてXYZステージを用いることで、音響アレイ検出器を移動(走査)させ、被検体3と音響アレイ検出器5の相対的な位置を変える。ただし、本発明においては、被検体3と音響アレイ検出器5の相対的な位置が変わればよく、音響アレイ検出器を固定し、被検体を走査してもよい。被検体を走査する場合は、被検体を支持する支持部(不図示)を動かすことで被検体を走査する構成が考えられる。さらに、被検体3と音響アレイ検出器5の両方を走査してもよい。また、走査は連続的に行うのが望ましいが、一定のステップで繰り返しても良い。走査装置はステッピングモーターなどを搭載した電動ステージであることが望ましいが、手動ステージでも良い。ただし、ここに挙げたものだけに限定されず、被検体3と音響アレイ検出器5のうち少なくとも一方を移動可能に構成させているものであれば、どのようなものであってもよい。
(Scanning device)
The
(走査制御装置)
走査制御装置601は、走査装置の制御を行い、被検体3と音響アレイ検出器5とを相対的に移動させる。具体的には、走査制御装置601は、走査装置6の移動速度や方向を決定し、走査装置6に指示する。また、走査装置6の移動速度や方向に関する情報をデータ処理装置8に出力する。
(Scanning control device)
The
(電気信号処理装置)
電気信号処理装置7は音響アレイ検出器5から出力されたアナログの電気信号(受信信号)を増幅し、デジタル信号(デジタルの受信信号)へと変換する機能を備える。効率的にデータを取得するため、音響アレイ検出器に設けられた検出素子数と同じだけAnalog−digital Converter(ADC)があることが望ましいが、一つのADCを順々につなぎ換えて使用してもよい。
(Electrical signal processing device)
The electric
(データ処理装置)
データ処理装置8は電気信号処理装置7によって得られたデジタル信号を処理することによって、画像データを生成(画像再構成)するものである。データ処理装置として、具体的にはコンピュータ、電気回路などが挙げられる。画像再構成手法としては、例えば、フーリエ変換法、ユニバーサルバックプロジェクション法やフィルタードバックプロジェクション法、逐次再構成法(iterative method)などがある。本発明においてはどのような画像再構成手法を用いても構わない。
(Data processing device)
The
(表示装置)
表示装置9はデータ処理装置8で生成された画像データを画像として表示するものである。具体的には液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等が挙げられる。なお、表示装置は、本発明の音響波取得装置とは別に提供されていても良い。
(Display device)
The
次に本発明の特徴となる音響検出素子501の配置方法及び、音響アレイ検出器5の走査方法について述べる。本発明を実施するときの配置方法について図2を用いて説明する。複数の音響検出素子501は、内壁(被検体側)が半球面の容器に固定され、受信面は半球の中心に向いている。図2のような配置の場合、ユニバーサルバックプロジェクションを行い得られる画像では、半球の中心点が最高分解能を持ち、中心からの距離に応じて分解能は低下する。複数の音響検出素子501が球面に配置されていない場合でも、最高分解能領域は、複数の音響検出素子501の配置により一意に定まる。
Next, a method of arranging the
ここで、本発明では、最高分解能領域となる中心点近傍の高分解能の領域を高分解能領域301として定義する。高分解能領域301の範囲としては、最高分解能に対しどの程度の違いまで許容するかによって決定される。例えば音響検出素子の配置が球面状である場合、高分解能領域301の直径rは、下記式(1)で表わされる。
Here, in the present invention, a high-resolution region near the center point, which is the highest resolution region, is defined as a high-
ここで、Rは許容できる分解能、RHは最高分解能、r0は音響検出素子を配置する球の直径、Φdは音響検出素子501の直径である。この高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させ、再構成を行うことによって分解能の均一化を図る。本発明では、最高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させることにより、結果的に、高分解能領域と被検体との相対的な位置を変化させる。
Here, R is an acceptable resolution, RH is the maximum resolution, r0 is the diameter of the sphere on which the acoustic detection element is arranged, and Φd is the diameter of the
また、本発明において、球とは、完全な真球だけでなく、下記式(2)で表される楕円体(楕円を三次元へ拡張した形であり、表面が二次曲面からなる形)も含む。 Further, in the present invention, the sphere is not only a perfect true sphere but also an ellipsoid represented by the following equation (2) (a shape obtained by expanding the ellipse into three dimensions and having a quadric surface). Also includes.
ここでa,b,cはそれぞれx軸、y軸、z軸方向の径の半分の長さに相当する。なおa=b=cである楕円体は真球である。またa,b,cのうちいずれか2つが等しい楕円体は楕円の軸を中心に楕円を回転して得られる回転楕円体であり、本発明の球は、回転楕円体も含む。楕円体は球と同様にxy平面、yz平面、zx平面に関して対称である。 Here, a, b, and c correspond to half the diameters in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, respectively. The ellipsoid with a = b = c is a true sphere. An ellipse in which any two of a, b, and c are equal is a spheroid obtained by rotating the ellipse around the axis of the ellipse, and the sphere of the present invention also includes a spheroid. The ellipsoid, like the sphere, is symmetric with respect to the xy, yz, and zx planes.
測定では、音響アレイ検出器5の半球面上の内側に整合層4となる溶液を満たし、被検体を溶液中に設置する。レーザー光201は、半球容器の下部(極)から被検体に当たるように照射する。音響アレイ検出器5は走査装置6であるXYZステージで走査され、被検体との位置が相対的に変化する。これにより、高分解能領域301が被検体中を走査することとなる。この時、分解能を均一にするためには、分解能が均一でない方向、つまり分解能に勾配がある方向に向かって走査することが望ましい。この効果については後述する。
In the measurement, the inside of the hemisphere of the
図3に具体的な走査方法を示す。図3(a)が初期位置であり、XYZステージを用いて音響アレイ検出器5全体を矢印の方向(紙面左)へ走査しながら受信信号を取得する。図3(b)の位置まで来たら、音響アレイ検出器5全体を紙面下へ走査し、図3(c)の状態になる。続いて、走査と信号取得を図3(d)の位置関係になるまで行う。これを一つの平面内(XZ平面内)全域で行った後、紙面奥行き方向(Y方向)に音響アレイ検出器5の位置をずらし、同様に走査と信号取得を行う。
FIG. 3 shows a specific scanning method. FIG. 3A is the initial position, and the received signal is acquired while scanning the entire
次に、本実施形態における測定方法について図4を用いて説明する。最初に、光照射装置2によりパルス光を被検体に照射する(S1)。照射されたパルス光により、被検体内の光吸収体で励起された音響波を、音響検出素子501によって受信して受信信号に変換する。そして、電気信号処理装置7により、デジタル信号へ変換する(S2)。同時に、データ処理装置8は、得られたデジタル信号に対応する走査位置情報を走査制御装置601から取得する(S3)。
Next, the measurement method in this embodiment will be described with reference to FIG. First, the
次に、走査制御装置601は、高分解能領域301が全測定領域を走査し終わっているかどうかを判断する(S4)。なお、全測定領域とは被検体3全体のことではなく、測定の対象領域は任意に指定してよい。走査が終わっていない場合、音響検出素子501同士の位置関係を固定したまま音響アレイ検出器を走査させ(S5)、パルス光の照射と音響波の信号取得を繰り返す。「音響検出素子同士の位置関係を固定」とは、音響アレイ検出器5上における複数の音響検出素子501の配置位置を動かさないことを意味する。
Next, the
S5においては、走査と受信信号の取得は一定の時間間隔で行われることが好ましい。特に、高分解能領域301と被検体3との相対位置が、高分解能領域の大きさ(直径)と等しい距離分だけ変化する間に、少なくとも一回はパルス光が照射されるよう、音響アレイ検出器5を移動させることが好ましい。これは、高分解能領域が、高分解能領域の大きさと等しい距離を移動する間に、少なくとも1回は受信信号を取得することを意味する。
In S5, it is preferable that the scanning and the acquisition of the received signal are performed at regular time intervals. In particular, the acoustic array detection so that the pulsed light is irradiated at least once while the relative position between the
ある1回の光照射から次の光照射までの時間に走査する距離が小さいほど、分解能は均一にすることができるが、走査距離が小さい(つまり走査速度が遅い)と、測定に時間がかかる。よって、走査速度と受信信号の取得時間間隔に関しては、所望の分解能と測定時間を加味して、適宜設定すると良い。 The shorter the scanning distance from one light irradiation to the next light irradiation, the more uniform the resolution can be, but the smaller the scanning distance (that is, the slower scanning speed), the longer the measurement takes. .. Therefore, the scanning speed and the acquisition time interval of the received signal may be appropriately set in consideration of the desired resolution and the measurement time.
また、走査は3次元的に、且つ、分解能の勾配がある方向に行われる。走査を測定領域全体で行い、走査が終了すると、データ処理装置8は、得られたデジタル信号と走査位置情報を元に画像再構成を実行する(S6)。画像再構成に用いるユニバーサルバックプロジェクションは、得られたデジタル信号に対し微分やノイズフィルタなどの前処理を行い、これを音響検出素子501の位置から逆方向に伝播させる逆投影を行う。これを、すべての走査位置の音響アレイ検出器について行い、伝播させた処理信号を重ね合わせるものである。この処理により、吸収係数分布等の被検体内情報分布を画像データとして取得する。最後に、データ処理装置8は、得られた画像データを表示装置9に出力し、表示装置9は画像を表示する(S7)。
Further, the scanning is performed three-dimensionally and in a direction having a resolution gradient. Scanning is performed over the entire measurement area, and when scanning is completed, the
図5は走査方向による分解能均一化の効果を示した模式図である。色の濃淡はその位置で得られる分解能を表わしており、濃い方が高い分解能、薄い方が低い分解能を示している。図5(a)では横方向に分解能の勾配がある。分解能に勾配がある方向に走査を行うと、図5(b)のように横方向の分解能は、走査の終了地点で、ある右端の領域を除いて高い分解能で均一化される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the effect of uniform resolution depending on the scanning direction. The shade of color represents the resolution obtained at that position. The darker the color, the higher the resolution, and the lighter the color, the lower the resolution. In FIG. 5A, there is a resolution gradient in the lateral direction. When scanning is performed in a direction in which the resolution has a gradient, the lateral resolution is made uniform with high resolution except for a certain rightmost region at the end point of scanning as shown in FIG. 5 (b).
一方で、図5(c)は縦方向に分解能の勾配があるが、分解能に勾配がない方向に走査を行うと、図5(d)のように縦方向の分解能は均一化されない。本実施形態では音響検出素子501が球面に配置されているので、分解能の勾配は球の中心から全ての方向にあり、走査の方向はどの方向でも良い。
On the other hand, FIG. 5C has a resolution gradient in the vertical direction, but when scanning is performed in a direction in which there is no gradient in the resolution, the resolution in the vertical direction is not uniform as in FIG. 5D. In the present embodiment, since the
次に、本発明の、考えられるバリエーション(本実施形態における変形例)について述べる。走査装置6は3次元的な走査が行えるものであればよく、直線走査だけでなく、回転を含めてもよい。具体的には、図2に示すレーザー光の光軸を中心に音響アレイ検出器5を回転させる運動と、直線走査を組み合わせてもよい。また、走査は経路が短くなるように行うことが望ましい。
Next, a possible variation of the present invention (a modification of the present embodiment) will be described. The
被検体全体の分解能を均一化するためには、被検体全体を高分解能領域が走査できるように、音響アレイ検出器5としての半球容器の大きさは、被検体の大きさの二倍以上であることが望ましい。つまり、被検体を保持する保持部材(後述の図8に示す被検体保持具10)を用いた際、音響アレイ検出器5の内側の直径(音響検出素子が設けられた半球面の直径)が、保持部材の外側の直径の2倍以上であることが好ましい。
In order to make the resolution of the entire subject uniform, the size of the hemispherical container as the
さらに、3次元的な走査を行った際、整合層である溶液中の被検体の体積が変化するため、整合層溶液の液面を一定に保つように、溶液を注入する注入口と、溶液を排出する排出口を設け、溶液の量を調整することが望ましい。 Furthermore, since the volume of the subject in the solution, which is the matching layer, changes when three-dimensional scanning is performed, the injection port for injecting the solution and the solution so as to keep the liquid level of the matching layer solution constant. It is desirable to provide an outlet for discharging the solution and adjust the amount of the solution.
複数の音響検出素子501の配置は球面状であることが望ましいが、球面状に限定されず、複数の音響検出素子の配置が、分解能(空間分解能)にばらつきを有する配置の検出器であれば適用できる。具体的には、複数の音響検出素子は被検体側に受信面が向くように配置され、所定の最高分解能領域が得られるように曲面又は平面上に配置されていれば良い。つまり、本発明では、複数の音響検出素子のうち少なくとも一部の音響検出素子の受信面がそれぞれ異なる角度となるよう配置されていればよい。言い換えると、複数の音響検出素子501のうち一部の音響検出素子の配置は、被検体に対し凹面状であり、受信面同士が異なる角度となるよう配置されているとよい。もちろん、複数の音響検出素子の配置が球面に近づいていくに従って、分解能は音響検出素子の受信部の寸法への依存が少なくなり、高分解能になる。
It is desirable that the arrangement of the plurality of
図6に、本発明に適用可能な音響検出素子の配置として、いくつかの例を示す。図6(a)、(b)では、複数の音響検出素子501は球面の一部の曲面に沿うように配置されている。ここで、本発明において曲面とは、完全に滑らかな曲面だけでなく、一部に凹凸が含まれているものも含む。図6(a)(b)のような構成により、光照射装置2などの設置を柔軟に行うことができる。図6(c)では、複数の音響検出素子501は球面ではない曲面に沿うように配置されている。このような例の場合、分解能と分解能の均一性のトレードオフを調整することができる。図6(d)では、複数の音響検出素子501は2つの直線状(平面状)に配置されている。このような例の場合、被検体を囲うように、異なる2つの角度の直線状に音響波検出素子が配置されていることにより、分解能が均一な領域が広く、走査のステップを大きくすることができる。
FIG. 6 shows some examples of arrangements of acoustic detection elements applicable to the present invention. In FIGS. 6A and 6B, the plurality of
また、図6(b)(d)では、音響検出素子が配置されている曲面もしくは平面の数が2つの例を示したが、本発明はそれ以上の数の面上に配置してもよく、もちろん、1つの連続した面としても良い。音響検出素子の数も所望の数だけ設ければよい。 Further, in FIGS. 6 (b) and 6 (d), two examples are shown in which the number of curved surfaces or planes on which the acoustic detection elements are arranged is two, but the present invention may be arranged on a larger number of surfaces. Of course, it may be one continuous surface. A desired number of acoustic detection elements may be provided.
本実施形態では、以上の構成及び処理方法によって、測定領域全域で得られる画像の分解能は高分解能以上、最高分解能以下となるが、その分解能のバラツキの範囲を狭くすることができる。つまり分解能が均一な領域を増やすことができる。 In the present embodiment, the resolution of the image obtained in the entire measurement region is higher than the high resolution and lower than the maximum resolution by the above configuration and processing method, but the range of variation in the resolution can be narrowed. That is, it is possible to increase the region where the resolution is uniform.
[実施形態2]
(信号減衰補正)
本実施形態では、受信信号を補正する形態について説明する。音響波が被検体中や整合層中を伝播する場合、音響波の強度が減衰する。また、音響アレイ検出器5の走査位置によって、発生した音響波の発生位置から音響検出素子501までの経路中における被検体中を伝搬する距離と整合層中を伝搬する距離が異なる。被検体と整合層とが、生体と水とから夫々構成される場合など、夫々の減衰率が異なる場合、コントラストが正しく算出されないことがある。よって、本実施形態では、異なる強度減衰を補正する手法について述べる。
[Embodiment 2]
(Signal attenuation correction)
In this embodiment, a mode for correcting a received signal will be described. When the acoustic wave propagates in the subject or in the matching layer, the intensity of the acoustic wave is attenuated. Further, the distance propagating in the subject and the distance propagating in the matching layer in the path from the generated position of the generated acoustic wave to the
本実施形態の音響波取得装置の各構成を図7に示す。実施形態1で示した各構成とは、被検体を保持する保持部材として被検体保持具10が加わった点が異なる。また、データ処理装置8中での処置方法が異なる。それ以外の構成は実施形態1と同じであるため説明を省略する。被検体保持具10は図8に示すように、被検体3を保持し、被検体の形状を規定するものである。保持部材としては、薄くて硬く、音響インピーダンスが被検体か整合層4に近いものが望ましい。音響インピーダンスが被検体と整合層との間の値であるとより良い。具体的には、ポリメチルペンテンなどが考えられる。保持部材の厚みとしては、0.1mm以上5mm以下が好ましい。
Each configuration of the acoustic wave acquisition device of this embodiment is shown in FIG. It differs from each configuration shown in the first embodiment in that a
本実施形態の測定方法は、データ処理装置8での画像再構成の処理(図4のS6)が実施形態1と異なる。本実施形態では、被検体保持具10の形状から被検体3と整合層4の境界を知ることができ、距離を時間に換算して、取得した信号においても被検体領域と整合層領域を知ることができる。ここでは、被検体保持具10は十分に薄いため、被検体保持具10中における音響波の伝搬は無視できるものとする。
In the measurement method of the present embodiment, the image reconstruction process (S6 in FIG. 4) in the
通常、一つの音響検出素子501に注目した場合、領域ごとに対応する信号を、領域毎の音響減衰率で除算すれば、減衰が正しく補正できる。しかしながら、図9に示したように、一つの音響検出素子501で得られる信号は複数ボクセルからの信号の重ね合わせである。注目するボクセルによって境界の時刻が異なり、信号では境界の位置が一意に定まらない。よって、注目ボクセル1を再構成する場合、そのボクセルと音響検出素子501の位置関係から導出される境界1を設定し、それに基づいて信号をそれぞれの領域に対応する減衰率で除算し補正する。他の音響検出素子の信号も同様に補正を行い、それらを微分などの前処理を行い、重ね合わせを行って注目ボクセル1のボクセルデータを生成する。注目ボクセル2の場合も同様に境界2を設定し、それに基づいて補正を行う。
Normally, when paying attention to one
本実施形態により、同じ受信信号に対して、異なる境界が設定される場合であっても、複数の音響検出素子501の受信信号の重ね合わせを行うことによって、正しく補正される。よって、被検体と整合層の音響減衰率が異なる場合でも、コントラストを正しく算出することができる。
According to the present embodiment, even if different boundaries are set for the same received signal, it is correctly corrected by superimposing the received signals of the plurality of
また、本実施形態では、被検体保持具10の形状から、被検体3と整合層4の境界を把握したが、代わりに図10に示すように被検体の外形を形状測定装置11で測定して、境界位置を取得し、コントラストを補正する方法も考えられる。この方法では、被検体保持具10による被検体への接触がないので、被検者への負担が少なくなる。
Further, in the present embodiment, the boundary between the subject 3 and the
[実施形態3]
(屈折補正)
本実施形態では、界面での音響波の屈折を考慮して信号を補正することを特徴とする。整合層4は被検体3と近い音響インピーダンスを持つことが望ましいが、実際には完全に一致させることは難しい。よって、音響インピーダンスは音響波の伝播速度と密度との積であるために、整合層4と被検体3は音響波の伝搬速度が異なることがある。その場合、音響波の屈折が起こり、分解能を低下させてしまう。ここでは、屈折を補正し分解能を向上させる方法について述べる。
[Embodiment 3]
(Refraction correction)
The present embodiment is characterized in that the signal is corrected in consideration of the refraction of the acoustic wave at the interface. It is desirable that the
本実施形態の構成は図7に示した実施形態2の構成と同様であり、被検体を保持する保持部材として被検体保持具10が設けられる。また、実施形態1、2とは、データ処理装置8中での処置方法が異なる。それ以外の構成は実施形態1、2と同じであるため説明を省略する。
The configuration of this embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 7, and the
本実施形態の測定方法は、データ処理装置8での画像再構成の処理(図4のS6)が異なる。画像再構成処理における、前処理を行った信号を検出素子から逆方向に伝播させて重ね合わせを行う逆投影が、逆投影の際に被検体と整合層との界面での起こる屈折を考慮した補正を行う。本屈折の補正には、被検体と整合層の音速が必要なので、あらかじめ測定しておくと良い。
The measurement method of the present embodiment differs from the image reconstruction process (S6 in FIG. 4) in the
実施形態2と同様に、被検体保持具10の形状から被検体と整合層の境界(界面)が分かり、そこから入射角が分かる。さらに、被検体と整合層の音速が既知であるので、音速比から屈折率が導出される。屈折率と入射角が分かっているので、スネルの法則から屈折角が分かる。よって、処理信号を逆投影させる際に、直進ではなく、境界で計算された屈折角で伝播させ、重ね合わせを行って画像データを生成する。本実施形態においても、被検体保持具10は十分に薄いため、被検体保持具10中における音響波の伝搬は無視できるものとする。
Similar to the second embodiment, the boundary (interface) between the subject and the matching layer can be known from the shape of the
本実施形態により、音速の違いによって生じる屈折による分解能低下を補正することができる。また、実施形態2と同様に被検体保持具10の代わりに形状測定装置11を用いて被検体3と整合層4の境界を測定することもできる。
According to this embodiment, it is possible to correct the resolution decrease due to refraction caused by the difference in sound velocity. Further, as in the second embodiment, the boundary between the subject 3 and the
[実施形態4]
(リアルタイムに表示)
実施形態1で示した再構成は全信号を取得した後にまとめて再構成を行うものであったが、測定時間が長いと測定結果は最後になるまで確認できない。また、測定を失敗している場合には時間を無用に消費してしまう。そこで、本実施形態では、リアルタイムに結果を表示させる手法について述べる。
[Embodiment 4]
(Displayed in real time)
The reconstruction shown in the first embodiment is to perform the reconstruction collectively after acquiring all the signals, but if the measurement time is long, the measurement result cannot be confirmed until the end. Moreover, if the measurement fails, time is wasted. Therefore, in the present embodiment, a method of displaying the result in real time will be described.
本実施形態の構成は図1に示した実施形態1の構成と同じであるが、データ処理装置8中での処理が異なる。
The configuration of the present embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, but the processing in the
本実施形態の測定方法について、図11を用いて説明する。最初にパルス光を被検体に照射する(S1)。パルス光により励起された音響波を音響検出素子501により受信してアナログの受信信号に変換し、電気信号処理装置7によりデジタル信号へ変換する(S2)。また、データ処理装置8は、得られたデジタル信号に対応する走査位置情報を走査制御装置601から取得する(S3)。データ処理装置8は、得られた信号を用いて、高分解能領域の再構成を行う(S8)。また、データ処理装置8は、その時点での高分解能領域に該当する位置に再構成された画像データを表示装置に出力し、表示装置は画像を表示する(S9)。
The measuring method of this embodiment will be described with reference to FIG. First, the subject is irradiated with pulsed light (S1). The acoustic wave excited by the pulsed light is received by the
次に、走査制御装置601は、高分解能領域が全測定領域を走査し終わっているかどうかを判断する(S4)。終わっていない場合は、音響アレイ検出器5を走査する(S5)。その後は、S1、S2、S3、S8、S9を繰り返す。走査ステップが高分解能領域より小さいので一度目の測定と二度目の測定では画像の表示領域が重なる。よって、重畳した領域は平均値を取って画像データを生成することが望ましい。これを繰り返すことで、リアルタイムに画像を表示させることができる。ただし、再構成に用いる信号が少なく、情報量が少ないので、画質は実施形態1より劣る。よって、走査を完了した後、データ処理装置8は、全信号を用いて再構成を行い(S6)、画像データを上書きして、表示させる(S7)。
Next, the
本実施形態により、リアルタイムで結果を確認しながら測定することができる。 According to this embodiment, measurement can be performed while confirming the result in real time.
1 光源
2 光照射装置
3 被検体
4 整合層
5 音響アレイ検出器
6 走査装置
7 電気信号処理装置
8 データ処理装置
9 表示装置
10 被検体保持具
11 形状取得装置
1
Claims (17)
マッチング材を介して音響波を受信し受信信号を出力する検出器と、前記被検体に対する前記検出器の相対位置を変化させる走査部と、
前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する信号処理部と、
前記被検体で発生した前記音響波が前記被検体内を伝搬する第1の伝搬距離と前記マッチング材を伝播する第2の伝搬距離に関する情報に基づいて前記受信信号を補正する信号補正部と、を備えることを特徴とする情報取得装置。 An information acquisition device that acquires information about a subject based on an acoustic wave generated from the subject irradiated with light.
A detector that receives an acoustic wave via a matching material and outputs a received signal, and a scanning unit that changes the relative position of the detector with respect to the subject.
A signal processing unit that acquires information about the subject using the received signal, and
A signal correction unit that corrects the received signal based on information on a first propagation distance in which the acoustic wave generated in the subject propagates in the subject and a second propagation distance propagating in the matching material. An information acquisition device characterized by being equipped with.
被検体に対する検出器の相対位置を変化させる走査工程と、前記被検体からマッチング材を介して伝搬する音響波を前記検出器を用いて受信し受信信号を出力する検出工程と、前記受信信号を用いて前記被検体に関する情報を取得する信号処理工程と、を有し、前記被検体で発生した前記音響波が前記被検体内を伝搬する第1の伝搬距離と前記マッチング材を伝播する第2の伝搬距離に関する情報に基づいて前記受信信号を補正することを特徴とする情報取得方法。 An information acquisition method for acquiring information about a subject based on an acoustic wave generated from the subject irradiated with light.
A scanning step of changing the relative position of the detector with respect to the subject, a detection step of receiving an acoustic wave propagating from the subject through the matching material using the detector and outputting a received signal, and the received signal. It has a signal processing step of acquiring information about the subject by using it, and has a first propagation distance in which the acoustic wave generated in the subject propagates in the subject and a second propagation in the matching material. An information acquisition method, characterized in that the received signal is corrected based on the information regarding the propagation distance of the signal.
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