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。 Patent Document 1 is mentioned as an apparatus in which a plurality of acoustic detection elements are arranged on a spherical surface. In Patent Document 1, acoustic detection elements are spirally arranged on a hemisphere, and light irradiation and acoustic wave reception by the acoustic detection element are performed while rotating around a line connecting the poles of the hemisphere and the center of the sphere. By receiving the acoustic wave, the image is reconstructed using the signal output from the acoustic receiving element, and the image data is obtained.

米国特許第5713356号明細書U.S. Pat. No. 5,713,356

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 Patent Document 1, the resolution is best at the center of the sphere, the resolution decreases toward the periphery, and the resolution varies depending on the position. That is, in the central portion, the acoustic wave is vertically incident on all the acoustic detection elements, and the signals having the same phase are simultaneously incident, so that the signal is not dull. However, since the acoustic wave is obliquely incident on some acoustic detection elements in the portion other than the center, the signals having the same phase are incident with a time lag. Therefore, one of the causes is that the signal in the portion other than the central portion becomes dull.

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.

本発明の実施形態1に係る装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る走査方法を説明する図である。It is a figure explaining the scanning method which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 分解能の勾配と走査による効果を示した概念図である。It is a conceptual diagram which showed the gradient of resolution and the effect by scanning. 本発明の実施形態1に係る装置の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る装置の処理方法を説明する図である。It is a figure explaining the processing method of the apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

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 light source 1, a light irradiation device 2, an acoustic array detector 5, a scanning device 6, an electric signal processing device 7, a data processing device 8, and a display device 9. Hereinafter, each configuration and the subject will be described.

(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 light source 1 is a device that generates pulsed light. A laser is desirable as a light source in order to obtain a large output, but a light emitting diode or the like may also be used. In order to effectively generate a photoacoustic wave, it is necessary to irradiate the light for a sufficiently short time according to the thermal characteristics of the subject. When the subject is a living body, it is desirable that the pulse width of the pulsed light generated from the light source 1 is several tens of nanoseconds or less. The wavelength of the pulsed light is in the near-infrared region called the window of the living body, and is preferably about 700 nm to 1200 nm. Light in this region can reach a relatively deep part of the living body, and information on the deep part can be obtained. If it is limited to the measurement of the surface portion of the living body, a visible light to near infrared region of about 500 to 700 nm may also be used. Further, it is desirable that the wavelength of the pulsed light has a high absorption coefficient with respect to the observation target.

(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 light irradiation device 2 is a device that guides the pulsed light generated by the light source 1 to the subject 3. Specifically, it is an optical device such as an optical fiber, a lens, a mirror, and a diffuser. In addition, these optical instruments may be used to change the shape and light density when guiding. The optical device is not limited to the ones listed here, and any optical device may be used as long as it satisfies such a function.

(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)
Subject 3 is the object of measurement. Specific examples include a living body such as a breast, and a phantom that simulates the acoustic and optical characteristics of a living body in adjusting a device. The acoustic characteristics are specifically the propagation velocity and the attenuation rate of the acoustic waves, and the optical characteristics are specifically the light absorption coefficient and the scattering coefficient. A light absorber having a large light absorption coefficient needs to be present inside the subject, and in a living body, hemoglobin, water, melanin, collagen, lipid, and the like serve as the light absorber. In the phantom, a substance simulating optical characteristics is enclosed inside as a light absorber. Further, in the present invention, the information distribution inside the subject generated by receiving the acoustic wave is the initial sound pressure distribution of the acoustic wave generated by light irradiation, or the light energy absorption density distribution derived from the initial sound pressure distribution. It also shows the absorption coefficient distribution and the concentration distribution of the substances that make up the structure. The concentration distribution of the substance is, for example, an oxygen saturation distribution or an oxidation / reduction hemoglobin concentration distribution.

(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 matching layer 4 is an impedance matching material for filling the space between the subject 3 and the acoustic array detector 5 and acoustically coupling the subject 3 and the acoustic array detector 5. The material is preferably a liquid having an acoustic impedance close to that of the subject 3 and the acoustic detection element and transmitting pulsed light. Specifically, water, castor oil, gel and the like are used. As will be described later, since the relative positions of the subject 3 and the acoustic array detector 5 change, it is preferable to place both the subject 3 and the acoustic array detector 5 in the solution forming the matching layer 4.

(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 acoustic array detector 5 is a detector in which a plurality of acoustic detection elements that convert acoustic waves into electrical signals are assembled. The acoustic array detector 5 is installed on the surface of the matching layer 4 in contact with the solution so as to surround the subject 3. It is desirable that the acoustic detection element that receives the acoustic wave from the subject has high sensitivity and a wide frequency band, and specific examples thereof include an acoustic detection element using PZT, PVDF, cMUT, and a Fabry-Perot interferometer. .. However, it is not limited to those listed here, and any one that satisfies the function may be used.

(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 scanning device 6 is a device that scans (moves) the acoustic array detector 5 three-dimensionally. In the present embodiment, the subject 3 is fixed, and by using the XYZ stage as the scanning device 6, the acoustic array detector is moved (scanned), and the relative positions of the subject 3 and the acoustic array detector 5 are determined. Change. However, in the present invention, the relative positions of the subject 3 and the acoustic array detector 5 may change, and the acoustic array detector may be fixed and the subject may be scanned. When scanning a subject, it is conceivable that the subject is scanned by moving a support portion (not shown) that supports the subject. Further, both the subject 3 and the acoustic array detector 5 may be scanned. Further, although it is desirable that the scanning is performed continuously, it may be repeated in a fixed step. The scanning device is preferably an electric stage equipped with a stepping motor or the like, but a manual stage may also be used. However, the present invention is not limited to the ones listed here, and any one may be used as long as at least one of the subject 3 and the acoustic array detector 5 is configured to be movable.

(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 scanning control device 601 controls the scanning device and relatively moves the subject 3 and the acoustic array detector 5. Specifically, the scanning control device 601 determines the moving speed and direction of the scanning device 6 and instructs the scanning device 6. Further, information on the moving speed and direction of the scanning device 6 is output to the data processing device 8.

(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 signal processing device 7 has a function of amplifying an analog electric signal (received signal) output from the acoustic array detector 5 and converting it into a digital signal (digital received signal). In order to acquire data efficiently, it is desirable to have as many analog-digital converters (ADCs) as the number of detection elements provided in the acoustic array detector, but one ADC should be connected and used one after another. May be good.

(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 data processing device 8 generates image data (image reconstruction) by processing the digital signal obtained by the electric signal processing device 7. Specific examples of the data processing device include a computer and an electric circuit. Examples of the image reconstruction method include a Fourier transform method, a universal back projection method, a filtered back projection method, and an iterative method. In the present invention, any image reconstruction method may be used.

(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 display device 9 displays the image data generated by the data processing device 8 as an image. Specific examples thereof include a liquid crystal display and an organic EL display. The display device may be provided separately from the acoustic wave acquisition device of the present invention.

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 acoustic detection element 501 and a scanning method of the acoustic array detector 5, which are the features of the present invention, will be described. The arrangement method when carrying out the present invention will be described with reference to FIG. The inner wall (subject side) of the plurality of acoustic detection elements 501 is fixed to a hemispherical container, and the receiving surface faces the center of the hemisphere. In the case of the arrangement as shown in FIG. 2, in the image obtained by performing universal back projection, the center point of the hemisphere has the highest resolution, and the resolution decreases according to the distance from the center. Even when the plurality of acoustic detection elements 501 are not arranged on the spherical surface, the maximum resolution region is uniquely determined by the arrangement of the plurality of acoustic detection elements 501.

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-resolution region 301. The range of the high resolution region 301 is determined by how much difference is allowed with respect to the maximum resolution. For example, when the arrangement of the acoustic detection elements is spherical, the diameter r of the high resolution region 301 is represented by the following equation (1).

Figure 0006776397
Figure 0006776397

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 acoustic detection element 501. The relative position between this high-resolution region and the subject is changed, and reconstruction is performed to make the resolution uniform. In the present invention, by changing the relative position between the highest resolution region and the subject, as a result, the relative position between the high resolution region and the subject is changed.

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.

Figure 0006776397
Figure 0006776397

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 acoustic array detector 5 is filled with the solution to be the matching layer 4, and the subject is placed in the solution. The laser beam 201 is irradiated from the lower part (pole) of the hemispherical container so as to hit the subject. The acoustic array detector 5 is scanned by the XYZ stage, which is a scanning device 6, and its position with respect to the subject changes relatively. As a result, the high resolution region 301 scans in the subject. At this time, in order to make the resolution uniform, it is desirable to scan in a direction in which the resolution is not uniform, that is, in a direction in which the resolution has a gradient. This effect will be described later.

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 acoustic array detector 5 in the direction of the arrow (left side of the paper) using the XYZ stage. When the position shown in FIG. 3B is reached, the entire acoustic array detector 5 is scanned under the paper to reach the state shown in FIG. 3C. Subsequently, scanning and signal acquisition are performed until the positional relationship shown in FIG. 3D is reached. After performing this in the entire area in one plane (in the XZ plane), the position of the acoustic array detector 5 is shifted in the depth direction (Y direction) of the paper surface, and scanning and signal acquisition are performed in the same manner.

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 light irradiation device 2 irradiates the subject with pulsed light (S1). The acoustic wave excited by the light absorber in the subject by the irradiated pulsed light is received by the acoustic detection element 501 and converted into a received signal. Then, it is converted into a digital signal by the electric signal processing device 7 (S2). At the same time, the data processing device 8 acquires the scanning position information corresponding to the obtained digital signal from the scanning control device 601 (S3).

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 scanning control device 601 determines whether or not the high resolution region 301 has finished scanning the entire measurement region (S4). The entire measurement area does not mean the entire subject 3, but the measurement target area may be arbitrarily specified. When the scanning is not completed, the acoustic array detector is scanned while the positional relationship between the acoustic detection elements 501 is fixed (S5), and the irradiation of the pulsed light and the signal acquisition of the acoustic wave are repeated. “Fixing the positional relationship between the acoustic detection elements” means that the arrangement positions of the plurality of acoustic detection elements 501 on the acoustic array detector 5 are not moved.

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 high resolution region 301 and the subject 3 changes by a distance equal to the size (diameter) of the high resolution region. It is preferable to move the vessel 5. This means that the received signal is acquired at least once while the high resolution region travels a distance equal to the size of the high resolution region.

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 data processing device 8 executes image reconstruction based on the obtained digital signal and scanning position information (S6). The universal back projection used for image reconstruction performs preprocessing such as differentiation and noise filter on the obtained digital signal, and performs back projection in which this is propagated in the reverse direction from the position of the acoustic detection element 501. This is done for the acoustic array detectors at all scanning positions and the propagated processing signals are superimposed. By this process, the information distribution in the subject such as the absorption coefficient distribution is acquired as image data. Finally, the data processing device 8 outputs the obtained image data to the display device 9, and the display device 9 displays the image (S7).

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 acoustic detection element 501 is arranged on a spherical surface, the resolution gradient is in all directions from the center of the sphere, and the scanning direction may be any direction.

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 scanning device 6 may include rotation as well as linear scanning as long as it can perform three-dimensional scanning. Specifically, the motion of rotating the acoustic array detector 5 around the optical axis of the laser beam shown in FIG. 2 may be combined with linear scanning. Further, it is desirable that the scanning is performed so that the path is short.

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 acoustic array detector 5 should be at least twice the size of the subject so that the high resolution region can scan the entire subject. It is desirable to have. That is, when the holding member for holding the subject (subject holder 10 shown in FIG. 8 described later) is used, the inner diameter of the acoustic array detector 5 (the diameter of the hemisphere provided with the acoustic detection element) becomes , It is preferable that the diameter is twice or more the outer diameter of the holding member.

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 acoustic detection elements 501 is spherical, but the arrangement is not limited to the spherical shape, and if the arrangement of the plurality of acoustic detection elements is a detector having variations in resolution (spatial resolution). Applicable. Specifically, the plurality of acoustic detection elements may be arranged so that the receiving surface faces the subject side, and may be arranged on a curved surface or a plane so that a predetermined maximum resolution region can be obtained. That is, in the present invention, the receiving surfaces of at least some of the plurality of acoustic detection elements may be arranged so as to have different angles. In other words, it is preferable that some of the acoustic detection elements 501 out of the plurality of acoustic detection elements 501 are arranged in a concave shape with respect to the subject so that the receiving surfaces are arranged at different angles. Of course, as the arrangement of the plurality of acoustic detection elements approaches the spherical surface, the resolution becomes less dependent on the dimensions of the receiving portion of the acoustic detection elements, and the resolution becomes higher.

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 acoustic detection elements 501 are arranged along a curved surface of a part of a spherical surface. Here, in the present invention, the curved surface includes not only a completely smooth curved surface but also a curved surface having irregularities in a part thereof. With the configuration shown in FIGS. 6A and 6B, the light irradiation device 2 and the like can be flexibly installed. In FIG. 6C, the plurality of acoustic detection elements 501 are arranged along a curved surface that is not a spherical surface. In such cases, the trade-off between resolution and resolution uniformity can be adjusted. In FIG. 6D, the plurality of acoustic detection elements 501 are arranged in two linear shapes (planar shapes). In the case of such an example, since the acoustic wave detection elements are arranged linearly at two different angles so as to surround the subject, a region having uniform resolution can be widened and the scanning step can be increased. it can.

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 acoustic detection element 501 differ depending on the scanning position of the acoustic array detector 5. If the subject and the matching layer are each composed of a living body and water, or if the attenuation rates are different from each other, the contrast may not be calculated correctly. Therefore, in the present embodiment, a method for correcting different intensity attenuation will be described.

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 subject holder 10 is added as a holding member for holding the subject. Further, the treatment method in the data processing device 8 is different. Since the other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 8, the subject holder 10 holds the subject 3 and defines the shape of the subject. It is desirable that the holding member is thin and hard, and has an acoustic impedance close to that of the subject or the matching layer 4. It is better if the acoustic impedance is a value between the subject and the matching layer. Specifically, polymethylpentene and the like can be considered. The thickness of the holding member is preferably 0.1 mm or more and 5 mm or less.

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 data processing device 8 is different from that of the first embodiment. In the present embodiment, the boundary between the subject 3 and the matching layer 4 can be known from the shape of the subject holder 10, and the distance is converted into time to know the subject region and the matching layer region even in the acquired signal. be able to. Here, since the subject holder 10 is sufficiently thin, it is assumed that the propagation of the acoustic wave in the subject holder 10 can be ignored.

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 acoustic detection element 501, the attenuation can be corrected correctly by dividing the signal corresponding to each region by the acoustic attenuation factor for each region. However, as shown in FIG. 9, the signal obtained by one acoustic detection element 501 is a superposition of signals from a plurality of voxels. The time of the boundary differs depending on the voxel of interest, and the position of the boundary is not uniquely determined in the signal. Therefore, when the voxel 1 of interest is reconstructed, the boundary 1 derived from the positional relationship between the voxel and the acoustic detection element 501 is set, and the signal is divided and corrected by the attenuation factor corresponding to each region based on the boundary 1. The signals of the other acoustic detection elements are also corrected in the same manner, and they are subjected to preprocessing such as differentiation and superimposition to generate voxel data of the voxel 1 of interest. In the case of the attention voxel 2, the boundary 2 is set in the same manner, and the correction is performed based on the boundary 2.

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 acoustic detection elements 501. Therefore, the contrast can be calculated correctly even when the acoustic attenuation factor of the subject and the matching layer are different.

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 matching layer 4 is grasped from the shape of the subject holder 10, but instead, the outer shape of the subject is measured by the shape measuring device 11 as shown in FIG. A method of acquiring the boundary position and correcting the contrast is also conceivable. In this method, since there is no contact with the subject by the subject holder 10, the burden on the subject is reduced.

[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 matching layer 4 has an acoustic impedance close to that of the subject 3, but in reality it is difficult to make a perfect match. Therefore, since the acoustic impedance is the product of the propagation speed of the acoustic wave and the density, the matching layer 4 and the subject 3 may have different propagation speeds of the acoustic wave. In that case, refraction of the acoustic wave occurs, and the resolution is lowered. Here, a method of correcting refraction and improving the resolution will be described.

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 subject holder 10 is provided as a holding member for holding the subject. Further, the treatment method in the data processing device 8 is different from that of the first and second embodiments. Since the other configurations are the same as those of the first and second embodiments, the description thereof will be omitted.

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 data processing device 8. In the image reconstruction process, the back projection in which the preprocessed signal is propagated in the reverse direction from the detection element and superposed is considered in consideration of the refraction that occurs at the interface between the subject and the matching layer during the back projection. Make corrections. Since the speed of sound of the subject and the matching layer is required to correct this refraction, it is advisable to measure it in advance.

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 subject holder 10, and the angle of incidence can be known from that. Further, since the sound velocity of the subject and the matching layer is known, the refractive index is derived from the sound velocity ratio. Since the index of refraction and the angle of incidence are known, the angle of refraction can be known from Snell's law. Therefore, when the processed signal is back-projected, it is propagated at the refraction angle calculated at the boundary instead of going straight, and superimposition is performed to generate image data. Also in this embodiment, since the subject holder 10 is sufficiently thin, the propagation of the acoustic wave in the subject holder 10 can be ignored.

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 matching layer 4 can be measured by using the shape measuring device 11 instead of the subject holder 10.

[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 data processing device 8 is different.

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 acoustic detection element 501, converted into an analog received signal, and converted into a digital signal by the electric signal processing device 7 (S2). Further, the data processing device 8 acquires the scanning position information corresponding to the obtained digital signal from the scanning control device 601 (S3). The data processing device 8 uses the obtained signal to reconstruct the high resolution region (S8). Further, the data processing device 8 outputs the image data reconstructed at a position corresponding to the high resolution region at that time to the display device, and the display device displays the image (S9).

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 scanning control device 601 determines whether or not the high resolution region has finished scanning the entire measurement region (S4). If it is not finished, the acoustic array detector 5 is scanned (S5). After that, S1, S2, S3, S8, and S9 are repeated. Since the scanning step is smaller than the high resolution area, the image display areas overlap in the first measurement and the second measurement. Therefore, it is desirable to take the average value of the superimposed region to generate image data. By repeating this, the image can be displayed in real time. However, since the number of signals used for reconstruction is small and the amount of information is small, the image quality is inferior to that of the first embodiment. Therefore, after the scanning is completed, the data processing device 8 reconstructs using all the signals (S6), overwrites the image data, and displays the image data (S7).

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 Light source 2 Light irradiation device 3 Subject 4 Matching layer 5 Acoustic array detector 6 Scanning device 7 Electrical signal processing device 8 Data processing device 9 Display device 10 Subject holder 11 Shape acquisition device

Claims (17)

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.
前記第1の伝搬距離と前記第2の伝搬距離が、前記相対位置の変化に伴い変化することを特徴とする請求項1に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to claim 1, wherein the first propagation distance and the second propagation distance change with a change in the relative position. 前記相対位置の変化に伴う前記受信信号の変化を低減するように前記受信信号を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to claim 1 or 2, wherein the received signal is corrected so as to reduce a change in the received signal due to a change in the relative position. 前記受信信号は、前記マッチング材と前記被検体との音響減衰率の差に依存して変化することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 3, wherein the received signal changes depending on the difference in the acoustic attenuation rate between the matching material and the subject. 前記信号処理部は、複数の相対位置において前記被検体に光を照射することで発生した音響波に基づいて、前記複数の相対位置のそれぞれにおける光照射に対応する複数の画像データを生成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The signal processing unit generates a plurality of image data corresponding to light irradiation at each of the plurality of relative positions based on an acoustic wave generated by irradiating the subject with light at a plurality of relative positions. The information acquisition device according to any one of claims 1 to 4, wherein the information acquisition device is characterized. 前記信号処理部が前記信号補正部を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 5, wherein the signal processing unit includes the signal correction unit. 前記被検体と前記マッチング材のそれぞれに対応する前記伝搬距離に関する情報を取得する伝搬距離取得部をさらに有することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a propagation distance acquisition unit that acquires information on the propagation distance corresponding to each of the subject and the matching material. 前記伝搬距離取得部は、前記被検体の形状または前記被検体を保持する保持部材の形状を取得する形状取得部を含むことを特徴とする請求項7に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to claim 7, wherein the propagation distance acquisition unit includes a shape acquisition unit that acquires the shape of the subject or the shape of a holding member that holds the subject. 前記マッチング材は前記被検体と前記検出器とを音響的に結合させることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 8, wherein the matching material acoustically couples the subject and the detector. 前記検出器は、それぞれの受信面の向く方向が集まるように複数の検出素子を備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 9, wherein the detector includes a plurality of detection elements so that the directions of the respective receiving surfaces are gathered. 前記走査部は、前記被検体と前記検出器のうち少なくとも一方を移動させることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の情報取得装置。 The information acquisition device according to any one of claims 1 to 10, wherein the scanning unit moves at least one of the subject and the detector. 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.
前記第1の伝搬距離と前記第2の伝搬距離が、前記相対位置の変化に伴い変化することを特徴とする請求項12に記載の情報取得方法。 The information acquisition method according to claim 12, wherein the first propagation distance and the second propagation distance change with a change in the relative position. 前記相対位置の変化に伴う前記受信信号の変化を低減するように前記受信信号を補正することを特徴とする請求項12または13に記載の情報取得方法。 The information acquisition method according to claim 12 or 13, wherein the received signal is corrected so as to reduce a change in the received signal due to a change in the relative position. 前記受信信号は、前記マッチング材と前記被検体との音響減衰率の差に依存して変化することを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の情報取得方法。 The information acquisition method according to any one of claims 12 to 14, wherein the received signal changes depending on the difference in the acoustic attenuation rate between the matching material and the subject. 前記信号処理工程が信号補正工程を含むことを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項に記載の情報取得方法Information acquisition method according to any one of claims 12 to 15 wherein the signal processing step is characterized in that it comprises a signal correction process. 前記信号処理工程は、複数の相対位置において前記被検体に光を照射することで発生した音響波に基づいて、前記複数の相対位置のそれぞれにおける光照射に対応する複数の画像データを生成することを特徴とする請求項12乃至16のいずれか1項に記載の情報取得方法。 In the signal processing step, a plurality of image data corresponding to light irradiation at each of the plurality of relative positions is generated based on an acoustic wave generated by irradiating the subject with light at a plurality of relative positions. The information acquisition method according to any one of claims 12 to 16, wherein the information acquisition method is characterized.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7134657B2 (en) * 2018-03-15 2022-09-12 株式会社日立ハイテク Photoacoustic measuring device

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233988A (en) * 1978-07-05 1980-11-18 Life Instruments Corporation High resolution rotating head ultrasonic scanner
JPS5729342A (en) * 1980-07-28 1982-02-17 Aloka Co Ltd Ultrasonic diagnostic device
US6216025B1 (en) * 1999-02-02 2001-04-10 Optosonics, Inc. Thermoacoustic computed tomography scanner
US20040068180A1 (en) * 2002-10-04 2004-04-08 Jeffrey Collins Rotary ultrasound scanner for soft tissue examination
US20080173093A1 (en) * 2007-01-18 2008-07-24 The Regents Of The University Of Michigan System and method for photoacoustic tomography of joints
JP2009219656A (en) * 2008-03-17 2009-10-01 Fujifilm Corp Medical imaging apparatus
JP2009225904A (en) * 2008-03-21 2009-10-08 Gifu Univ System for assisting mammographic diagnosis
JP5159803B2 (en) * 2008-06-18 2013-03-13 キヤノン株式会社 Subject information acquisition device
JP5189912B2 (en) * 2008-07-11 2013-04-24 キヤノン株式会社 Photoacoustic measuring device
EP2527815B1 (en) * 2008-07-25 2014-05-14 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH) Thermoacoustic imaging with quantitative extraction of an absorption image
JP4723006B2 (en) * 2009-03-18 2011-07-13 オリンパス株式会社 Photoacoustic signal detection head and detection apparatus provided with the same
EP2459987A1 (en) * 2009-07-27 2012-06-06 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH) Imaging device and method for optoacoustic imaging of small animals
JP2011045514A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Sadahisa Yamaoka Photoacoustic tomography apparatus
JP5484024B2 (en) * 2009-12-15 2014-05-07 キヤノン株式会社 Elastic wave receiving apparatus, elastic wave receiving method, photoacoustic apparatus, and program
JP5495882B2 (en) * 2010-03-25 2014-05-21 キヤノン株式会社 measuring device

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