JP6929048B2 - 表示制御装置、表示方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
光照射部110は、光を発する光源111と、光源111から射出された光を被検体100へ導く光学系112とを含む。なお、光は、いわゆる矩形波、三角波などのパルス光を含む。
受信部120は、音響波を受信することにより電気信号を出力するトランスデューサ121と、トランスデューサ121を支持する支持体122とを含む。また、トランスデューサ121は、音響波を送信する送信手段としてもよい。受信手段としてのトランスデューサと送信手段としてのトランスデューサとは、単一(共通)のトランスデューサでもよいし、別々の構成であってもよい。
保持部200は、被検体100を保持できる硬度を有する材料であることが好ましい。保持部200は、測定に用いる光を透過する材料であってもよい。保持部200は、インピーダンスが被検体100と同程度の材料で構成されていてもよい。乳房等の曲面を有するものを被検体100とする場合、凹型に成型した保持部200であってもよい。この場合、保持部200の凹部分に被検体100を挿入することができる。
駆動部130は、被検体100と受信部120との相対位置を変更する部分である。本実施形態では、駆動部130は、支持体122をXY方向に移動させる装置であり、ステッピングモータを搭載した電動のXYステージある。駆動部130は、駆動力を発生させるステッピングモータなどのモータと、駆動力を伝達させる駆動機構と、受信部120の位置情報を検出する位置センサとを含む。駆動機構としては、リードスクリュー機構、リンク機構、ギア機構、油圧機構、などを用いることができる。また、位置センサとしては、エンコーダー、可変抵抗器、などを用いたポテンショメータなどを用いることができる。
信号収集部140は、トランスデューサ121から出力されたアナログ信号である電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含む。信号収集部140は、FPGA(Field Programmable Gate Array)チップなどで構成されてもよい。信号収集部140から出力されるデジタル信号は、コンピュータ150内の記憶部152に記憶される。信号収集部140は、Data Acquisition System(DAS)とも呼ばれる。本明細書において電気信号は、アナログ信号もデジタル信号も含む概念である。なお、信号収集部140は、光照射部110の光射出部に取り付けられた光検出センサと接続されており、光が光照射部110から射出されたことをトリガーに、同期して処理を開始してもよい。また、信号収集部140は、フリーズボタンなどを用いてなされる指示をトリガーに同期して、当該処理を開始してもよい。
表示制御装置としてのコンピュータ150は、演算部151、記憶部152、制御部153を含む。各構成の機能については処理フローの説明の際に説明する。
表示部160は、液晶ディスプレイや有機EL(Electro Luminescence)FED、メガネ型ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどのディスプレイである。コンピュータ150により得られた被検体情報等に基づく画像や特定位置の数値等を表示する装置である。表示部160は、画像や装置を操作するためのGUIを表示してもよい。なお、被検体情報の表示にあたっては、表示部160またはコンピュータ150において画像処理(輝度値の調整等)を行った上で表示することもできる。表示部160は、光音響装置とは別に提供されていてもよい。コンピュータ150は、光音響画像データを有線または無線で表示部160へ送信することができる。
入力部170としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成される操作コンソールを採用することができる。また、表示部160をタッチパネルで構成し、表示部160を入力部170として利用してもよい。
被検体100は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体100としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー(MB)、インドシニアングリーン(ICG)などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。
ユーザーが、被検体情報の取得のために必要な光照射部110の照射条件(繰り返し周波数や波長など)やプローブ180の位置などの制御パラメータを、入力部170を用いて指定する。コンピュータ150は、ユーザーの指示に基づいて決定された制御パラメータを設定する。
制御部153が、ステップS310で指定された制御パラメータに基づいて、駆動部130にプローブ180を指定の位置へ移動させる。ステップS310において複数位置での撮像が指定された場合には、駆動部130は、まずプローブ180を最初の指定位置へ移動させる。なお、駆動部130は、測定の開始指示がなされたときに、あらかじめプログラムされた位置にプローブ180を移動させてもよい。なお、ハンドヘルド型の場合、ユーザーがプローブ180を把持して所望の位置まで移動させてもよい。
光照射部110は、S310で指定された制御パラメータに基づいて、被検体100に光を照射する。
信号収集部140は、光照射部110から送信された同期信号を受信すると、信号収集の動作を開始する。すなわち、信号収集部140は、受信部120から出力された、音響波に由来するアナログ電気信号を、増幅・AD変換することにより、増幅されたデジタル電気信号を生成し、コンピュータ150へ出力する。コンピュータ150は、信号収集部140から送信された信号を記憶部152に保存する。ステップS301で複数の走査位置での撮像を指定した場合には、指定した走査位置において、S320−S340のステップを繰り返し実行し、パルス光の照射と音響波に由来するデジタル信号の生成を繰り返す。
コンピュータ150内の演算部151は、記憶部152に記憶された信号データに基づいて、3次元ボリュームデータとしての光音響画像データを生成し、記憶部152に保存する。信号データを3次元のボリュームデータに変換する再構成アルゴリズムとしては、タイムドメインでの逆投影法、フーリエドメインでの逆投影法、モデルベース法(繰り返し演算法)などのあらゆる手法を採用することができる。例えば、タイムドメインでの逆投影法として、Universal back−projection(UBP)、Filtered back−projection(FBP)、または整相加算(Delay−and−Sum)などが挙げられる。例えば、演算部151は、光音響画像データとして、音響波の発生音圧(初期音圧)の3次元空間分布を取得する再構成の手法として、式(1)で表されるUBP法を採用してもよい。
第1の手段としてのコンピュータ150は、被検体100の表面の位置情報を取得し、記憶部152に保存する。位置情報は、表面の座標そのものであってもよいし、表面の位置を関数で表現した情報であってもよい。
第2の手段としてのコンピュータ150は、S360で得られた被検体100の表面の位置情報に基づいて、到達する光フルエンスが高い領域を表示領域として設定する。表示領域を示す情報は、記憶部152に保存される。表示領域を示す情報は、表示領域に対応する座標群や表示領域を表す関数など、表示領域を表すことができる限り、いかなる表現であってもよい。
I=I0exp(−kr)・・・式(1)
第3の手段としてのコンピュータ150は、S370で設定された表示領域とその他の領域とを識別できるように、S350で得られた光音響画像データをレンダリングして、表示部160に表示させる。
160 表示部
Claims (12)
- 被検体への光照射により発生する光音響波を受信することによって得られた信号に基づいて生成された3次元ボリュームデータをレンダリングして表示手段に表示させる表示制御装置であって、
前記被検体の表面の位置情報を取得する第1の手段と、
前記被検体の表面の位置情報に基づいて、前記被検体の内部の、前記被検体の表面から第1の距離に位置する面と前記被検体の表面から第2の距離に位置する面との間の領域を表示領域として設定するとともに、前記被検体の表面から前記第1の距離に位置する面までの表面近傍領域と、前記被検体の表面から前記第2の距離に位置する面より離れた深部領域とを設定する第2の手段と、
前記表示領域が前記表面近傍領域及び前記深部領域よりも強調されるように前記3次元ボリュームデータをレンダリングして前記表示手段に表示させる第3の手段と、を有することを特徴とする表示制御装置。 - 前記第3の手段は、前記表示領域、前記表面近傍領域及び前記深部領域を互いに異なる透明度または不透明度でレンダリングすることを特徴とする請求項1に記載の表示制御装置。
- 前記表示領域における前記透明度または前記不透明度を設定する第一のGUIと、前記表面近傍領域における前記透明度または前記不透明度を設定する第二のGUIと、前記深部領域における前記透明度または前記不透明度を設定する第三のGUIとを前記表示手段に表示させる第4の手段を有することを特徴とする請求項2に記載の表示制御装置。
- 前記第3の手段は、
前記表面近傍領域及び前記深部領域の不透明度を前記表示領域の不透明度よりも低くしてレンダリングする、あるいは、前記表面近傍領域及び前記深部領域の透明度を前記表示領域の透明度よりも高くしてレンダリングすることを特徴とする請求項2に記載の表示制御装置。 - 前記第3の手段は、
前記表面近傍領域及び前記深部領域をレンダリングの対象とせずに、前記3次元ボリュームデータをレンダリングして前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の表示制御装置。 - 前記第1の距離は0ではなく、前記第2の距離は前記第1の距離よりも大きいことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示制御装置。
- 前記第1の手段は、
前記3次元ボリュームデータに基づいて、前記被検体の表面の位置情報を取得することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示制御装置。 - 前記第1の手段は、
前記3次元ボリュームデータに平滑化フィルタを適用し、平滑化された前記3次元ボリュームデータを生成し、
平滑化された前記3次元ボリュームデータの画像値のバラつきが所定の範囲内の面を前記被検体の表面として定義し、前記被検体の表面の位置情報を取得することを特徴とする請求項7に記載の表示制御装置。 - 前記第2の手段は、
ユーザーの指示に基づいて決定された前記第2の距離により定義された前記表示領域を設定することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の表示制御装置。 - 前記被検体に照射された光の、前記被検体の内部における光フルエンス分布情報を取得する第5の手段を有し、
前記第2の手段は、
前記光フルエンス分布情報に基づいて、前記被検体の表面から第1の距離に位置する面と前記被検体の表面から第2の距離に位置する面との間の領域、かつ、光フルエンスが所定の閾値よりも高い領域を前記表示領域として設定することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の表示制御装置。 - 被検体への光照射により発生する光音響波を受信することによって得られた信号に基づいて生成された3次元ボリュームデータをレンダリングして表示する表示方法であって、
前記被検体の表面の位置情報を取得し、
前記被検体の表面の位置情報に基づいて、前記被検体の内部の、前記被検体の表面から第1の距離に位置する面と前記被検体の表面から第2の距離に位置する面との間の領域を表示領域として設定するとともに、前記被検体の表面から前記第1の距離に位置する面までの表面近傍領域と、前記被検体の表面から前記第2の距離に位置する面より離れた深部領域とを設定し、
前記表示領域が前記表面近傍領域及び前記深部領域よりも強調されるように前記3次元ボリュームデータをレンダリングして表示することを特徴とする表示方法。 - 請求項11に記載された表示方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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