JP6942847B2 - Subject information acquisition device and signal processing method - Google Patents

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本発明は、被検体情報取得装置および信号処理方法に関する。 The present invention relates to a subject information acquisition device and a signal processing method.

光を用いた光イメージング技術の一つとして、光音響イメージングがある。光音響イメージングでは、パルス光を被検体である生体に照射し、パルス光のエネルギー吸収により腫瘍等の被検部位で発生した音響波をトランスデューサで受信する。そしてトランスデューサから出力される受信信号を解析処理することにより、生体内の光学特性分布を画像データとして取得する。 Photoacoustic imaging is one of the optical imaging techniques using light. In photoacoustic imaging, pulsed light is irradiated to a living body as a subject, and acoustic waves generated at a test site such as a tumor due to energy absorption of the pulsed light are received by a transducer. Then, by analyzing the received signal output from the transducer, the optical characteristic distribution in the living body is acquired as image data.

特許文献1では、保持部材で両側から乳房を保持し、保持部材上をトランスデューサが二次元的に走査しながら音響波を受信する装置について開示されている。トランスデューサを二次元的に走査することで、被検体内の複数位置の特性情報を取得できる。 Patent Document 1 discloses a device in which a holding member holds a breast from both sides and a transducer two-dimensionally scans the holding member to receive an acoustic wave. By scanning the transducer two-dimensionally, it is possible to acquire characteristic information of a plurality of positions in the subject.

特開2010−022812号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-022812

被検体情報は、複数の音響波受信素子が受信した音響波の信号データに対して、画像再構成処理を行うことで得られる。画像再構成処理は、例えば、トモグラフィー技術で一般に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などのデータ処理である。これらの処理は一般的に演算量が大きい。そのため、音響波の受信に追従して被検体情報を生成する場合に、画像の高精細化や光照射の高周波数化の要求に対して、音響波の受信に追従して被検体情報の可視化することが困難であった。 The subject information is obtained by performing image reconstruction processing on the signal data of the acoustic waves received by the plurality of acoustic wave receiving elements. The image reconstruction process is, for example, data processing such as back projection in the time domain or Fourier domain generally used in tomography technology, or phasing addition processing. These processes generally require a large amount of calculation. Therefore, when the subject information is generated following the reception of the acoustic wave, the subject information is visualized following the reception of the acoustic wave in response to the demand for higher definition of the image and higher frequency of light irradiation. It was difficult to do.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響測定において、被検体情報を可視化する際の信号データ取得に対する追従性を向上させることにある。 The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to improve the followability to signal data acquisition when visualizing subject information in photoacoustic measurement.

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、被検体の関心領域に関する情報の入力を受け付ける入力部と、前記情報に基づき前記被検体に対する複数回の光照射と並行して前記被検体の異なる測定位置からの複数の光音響波を受信することにより得られた複数の信号に基づいて前記関心領域に関する特性情報を示す画像データを再構成単位で生成する処理部と、前記画像データに基づく画像を表示部に表示させる表示制御部と、を有し、記処理部は、前記光音響波の受信と並行して行う画像再構成処理においては前記情報に基づき設定した第1の再構成単位で第1の画像データを生成し前記測定位置の変更に伴い前記第1の画像データを更新し、前記関心領域における前記光音響波の受信が完了した後に行う画像再構成処理においては前記第1の再構成単位よりも小さなサイズとなるように設定した第2の再構成単位で第2の画像データを生成する被検体情報取得装置である。

The present invention adopts the following configuration. That is, an input unit that accepts input of information regarding the region of interest of the subject, and a plurality of photoacoustic waves from different measurement positions of the subject are received in parallel with a plurality of light irradiations of the subject based on the information. based on the plurality of signals obtained by, said processing unit for generating a unit reconstructs image data representing the characteristic information about the region of interest, a display control unit for displaying on the display unit an image based on the image data has, before Symbol processor, the image reconstruction processing performed in parallel with reception of the photoacoustic wave generates a first image data in the first reconstruction unit that is set based on the information the In the image reconstruction process performed after the reception of the photoacoustic wave in the region of interest is completed by updating the first image data with the change of the measurement position, the size is smaller than that of the first reconstruction unit. This is a subject information acquisition device that generates a second image data in the second reconstruction unit set as described above.

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、被検体の関心領域に関する情報の入力を受け付けるステップと、前記情報に基づいて再構成単位を設定するステップと、前記被検体への複数回の光照射と並行して前記関心領域内の異なる測定位置からの複数の光音響波を受信するステップと、前記受信するステップにより得られた信号に基づいて前記関心領域に関する特性情報を示す画像データを生成するステップと、前記画像データに基づく画像を表示部に表示するステップと、を有する信号処理方法であって、前記表示するステップは、設定された第1の再構成単位で第1の画像データを生成し前記測定位置の変更に応じて前記第1の画像データを更新するように前記光音響波の受信と並行して画像再構成処理を行い、前記関心領域に対応する前記光音響波の受信が完了した後で前記第1の再構成単位よりもサイズが小さく設定された第2の再構成単位で第2の画像データを生成するように画像再構成処理を行い、前記表示するステップは、前記第1の画像データに基づき第1の表示を行い前記測定位置の変更に伴い前記第1の表示を更新するように前記光音響波の受信と並行して表示制御を行い、前記関心領域に対応する前記光音響波の受信が完了した後で前記第2の画像データに基づき第2の表示を行うように表示制御を行う信号処理方法である。 The present invention also employs the following configuration. That is, the step of accepting the input of information regarding the region of interest of the subject, the step of setting the reconstruction unit based on the information, and the step of irradiating the subject with a plurality of times of light are different in the region of interest. A step of receiving a plurality of photoacoustic waves from the measurement position, a step of generating image data showing characteristic information regarding the region of interest based on the signal obtained by the receiving step, and an image based on the image data. A signal processing method including a step of displaying on a display unit , wherein the display step generates first image data in a set first reconstruction unit and responds to a change in the measurement position. The image reconstruction process is performed in parallel with the reception of the photoacoustic wave so as to update the first image data, and the first reconstruction is performed after the reception of the photoacoustic wave corresponding to the region of interest is completed. The image reconstruction process is performed so as to generate the second image data in the second reconstruction unit set to be smaller in size than the unit, and the display step is the first step based on the first image data. Display control was performed in parallel with the reception of the photoacoustic wave so as to display and update the first display with the change of the measurement position, and the reception of the photoacoustic wave corresponding to the region of interest was completed. This is a signal processing method that controls the display so that the second display is performed later based on the second image data.

本発明によれば、光音響測定において、被検体情報を可視化する際の信号データ取得に対する追従性を向上させることができる。 According to the present invention, in photoacoustic measurement, it is possible to improve the followability to signal data acquisition when visualizing subject information.

被検体情報取得装置のブロック図Block diagram of the subject information acquisition device 逐次表示における画像データ生成の基礎となる領域を示すイメージ図Image diagram showing the area that is the basis of image data generation in sequential display 複数の波長毎に再構成領域を分ける例を示すフローチャートA flowchart showing an example of dividing the reconstruction region for each of a plurality of wavelengths. トランスデューサと光の出射端の駆動制御パターンのイメージ図Image of drive control pattern of transducer and light emission end ボクセルのサイズを変更する例を示すフローチャートFlowchart showing an example of resizing a voxel

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. Therefore, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following description.

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をCPUやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。 The present invention relates to a technique for detecting an acoustic wave propagating from a subject and generating and acquiring characteristic information inside the subject. Therefore, the present invention can be regarded as a subject information acquisition device or a control method thereof, or a subject information acquisition method or a signal processing method. The present invention can also be regarded as a program for executing these methods in an information processing device having hardware resources such as a CPU and a memory, and a storage medium for storing the program.

本発明の被検体情報取得装置には、被検体に光(電磁波)を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。 The subject information acquisition device of the present invention has a photoacoustic effect of receiving acoustic waves generated in a subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves) and acquiring characteristic information of the subject as image data. Includes devices that utilize. In this case, the characteristic information is information on characteristic values corresponding to each of a plurality of positions in the subject, which is generated by using the received signal obtained by receiving the photoacoustic wave.

光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。また、物質濃度として酸化ヘモグロビン濃度と還元ヘモグロビン濃度を求めることにより、酸素飽和度分布を算出できる。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、脂肪や水の体積分率なども求められる。 The characteristic information acquired by the photoacoustic measurement is a value that reflects the absorption rate of light energy. For example, it includes the source of the acoustic wave generated by light irradiation, the initial sound pressure in the subject, or the light energy absorption density and absorption coefficient derived from the initial sound pressure, and the concentration of substances constituting the tissue. In addition, the oxygen saturation distribution can be calculated by obtaining the oxidized hemoglobin concentration and the reduced hemoglobin concentration as the substance concentration. In addition, glucose concentration, collagen concentration, melanin concentration, volume fraction of fat and water, etc. are also required.

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。 A two-dimensional or three-dimensional characteristic information distribution can be obtained based on the characteristic information of each position in the subject. Distribution data can be generated as image data. The characteristic information may be obtained not as numerical data but as distribution information of each position in the subject. That is, it is distribution information such as initial sound pressure distribution, energy absorption density distribution, absorption coefficient distribution, and oxygen saturation distribution.

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。トランスデューサ等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。た
だし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。
The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave, and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. An electric signal converted from an acoustic wave by a transducer or the like is also called an acoustic signal. However, the description of ultrasonic waves or acoustic waves in the present specification is not intended to limit the wavelengths of these elastic waves. The acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave or an optical ultrasonic wave. An electric signal derived from a photoacoustic wave is also called a photoacoustic signal.

詳細は各実施形態において説明するが、本発明は音響波の信号データ取得に追従して被検体情報を可視化する被検体情報取得装置において、可視化の追従性を向上させることを特徴とする。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する。 Although the details will be described in each embodiment, the present invention is characterized in that the subject information acquisition device that visualizes the subject information by following the acquisition of the signal data of the acoustic wave improves the followability of the visualization. In principle, the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

<実施形態1>
本実施形態では、光音響効果を利用した装置において、音響波の信号データ取得に追従して、被検体情報可視化の追従性を向上させる方法について説明する。
<Embodiment 1>
In the present embodiment, a method of improving the followability of subject information visualization by following the acquisition of signal data of acoustic waves in a device using a photoacoustic effect will be described.

(装置の基本的な構成)
図1は、実施形態1における被検体情報取得装置の構成を示すブロック図である。装置は、被検体である生体101を保持する被検体保持手段102、光を照射する照射ユニット103、音響波を受信し受信信号に変換するトランスデューサ104を有する。装置はまた、受信信号を増幅してデジタル信号に変換する信号処理手段105、複数のトランスデューサ104の少なくとも一部をそれぞれの受信指向性の最も感度の高い方向が交わるように指示する支持体106を有する。装置はまた、照射ユニット103および支持体106を走査制御する走査制御手段107、信号処理手段105からの信号を用いて照射ユニット103から照射された光の波長毎に違う領域の画像データを生成する画像再構成手段108を有する。装置はまた、生成した画像を合算して表示する画像表示手段109、撮影の条件などを設定し撮影を開始する入力手段110を備える。以下、各構成の詳細を述べ、最後に追従性を向上させるステップを述べる。
(Basic configuration of the device)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a subject information acquisition device according to the first embodiment. The device includes a subject holding means 102 that holds a living body 101 that is a subject, an irradiation unit 103 that irradiates light, and a transducer 104 that receives an acoustic wave and converts it into a received signal. The device also provides a signal processing means 105 that amplifies the received signal and converts it into a digital signal, a support 106 that directs at least a portion of the plurality of transducers 104 to intersect the most sensitive directions of their respective receive directivities. Have. The apparatus also generates image data of a region different for each wavelength of the light emitted from the irradiation unit 103 by using the signals from the scanning control means 107 and the signal processing means 105 that scan and control the irradiation unit 103 and the support 106. It has an image reconstruction means 108. The apparatus also includes an image display means 109 for displaying the generated images in total, and an input means 110 for setting shooting conditions and the like to start shooting. Hereinafter, the details of each configuration will be described, and finally, the steps for improving the followability will be described.

(被検体保持手段)
生体101としては、例えば乳房が考えられる。被検体保持手段102は、光の光路上に位置するため、ポリメチルペンテン等、使用する光に対して高い透過率を有する材料が好ましい。また、超音波の透過性を高めるためや、有害なノイズを低減するために、被検体保持手段102の厚みを薄くすることが好ましい。従って被検体保持手段102には、薄くても被検体の体重に耐えうる強度を有する部材を用いるとよい。また、トランスデューサ104との音響整合性が高い部材であることが好ましい。具体的には、PETを用いた、お椀状や皿状の部材が利用できる。あるいは、伸縮性がある膜状の部材を用いてもよい。
(Subject holding means)
As the living body 101, for example, a breast can be considered. Since the subject holding means 102 is located on the optical path of light, a material having a high transmittance for the light to be used, such as polymethylpentene, is preferable. Further, it is preferable to reduce the thickness of the subject holding means 102 in order to increase the transparency of ultrasonic waves and reduce harmful noise. Therefore, as the subject holding means 102, it is preferable to use a member having strength enough to withstand the weight of the subject even if it is thin. Further, it is preferable that the member has high acoustic consistency with the transducer 104. Specifically, a bowl-shaped or dish-shaped member using PET can be used. Alternatively, a stretchable film-like member may be used.

被検体保持手段102と被検体の間には、音響インピーダンスを整合させるために、マッチング液を満たすことが好ましい。マッチング液としては、人体の音響インピーダンスと近く、超音波の減衰が小さいものが好ましい。例えば水、ジェル、ひまし油などを利用できる。 It is preferable to fill a matching liquid between the subject holding means 102 and the subject in order to match the acoustic impedance. The matching liquid is preferably one that is close to the acoustic impedance of the human body and has a small ultrasonic attenuation. For example, water, gel, castor oil, etc. can be used.

(照射ユニット)
生体101に対して光を照射する照射ユニット103は、光を発生する光源と、光源からの光を被検体へ導き照射する照射部から構成される。光源としては、530〜1300nmの近赤外領域に中心波長を有するパルス光(パルス幅100nsec以下)を発生可能な固体レーザが好ましい。例えば、Yttrium−Aluminium−Garnetレーザ、Titan−Sapphireレーザが使用される。なお、計測光の波長は、計測対象とする生体内の光吸収物質(例えばヘモグロビンやグルコース、コレステロールなど)に応じて530nmから1300nmの間で選択される。
(Irradiation unit)
The irradiation unit 103 that irradiates the living body 101 with light is composed of a light source that generates light and an irradiation unit that guides the light from the light source to the subject and irradiates the subject. As the light source, a solid-state laser capable of generating pulsed light (pulse width 100 nsec or less) having a central wavelength in the near infrared region of 530 to 1300 nm is preferable. For example, Yttrium-Aluminium-Garnet lasers and Titan-Sapphire lasers are used. The wavelength of the measurement light is selected from 530 nm to 1300 nm depending on the light absorbing substance (for example, hemoglobin, glucose, cholesterol, etc.) in the living body to be measured.

本実施形態では、2台のTitan−Sapphireレーザを用いて、短波長の756nmと長波長の797nmの光を10Hzで交互照射する構成にした。より好ましくは、パルス光の波長は、生体の窓と呼ばれる近赤外領域である700nm〜1200nm程度とする。この領域の光は、比較的生体深部まで到達するので、生体深部の情報を取得できる。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、観測対象による吸収係数が高いことが望ましい。 In this embodiment, two Titan-Sapphire lasers are used to alternately irradiate light having a short wavelength of 756 nm and a long wavelength of 797 nm at 10 Hz. More preferably, the wavelength of the pulsed light is about 700 nm to 1200 nm, which is a near-infrared region called a window of a living body. Since the light in this region reaches a relatively deep part of the living body, information on the deep part of the living body can be acquired. 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 depending on the observation target.

照射部としては、例えば、光を反射するミラーや、光を集光したり拡大したり形状を変化させるレンズ、光を分散・屈折・反射するプリズム、光を伝搬させる光ファイバ、拡散板等が挙げられる。照射部は、光源から発せられた光が被検体の所望の領域に所望の形状で照射されれば、どのようなものを用いてもかまわない。なお、本実施形態では、照射部からの光の出射端は後述の支持体106の底部に位置し、走査制御手段107により支持体106を移動制御することで移動する。ただし、出射端の位置は、生体101に光を照射できれば、これに限られない。 Examples of the irradiation unit include a mirror that reflects light, a lens that collects, magnifies, and changes the shape of light, a prism that disperses, refracts, and reflects light, an optical fiber that propagates light, and a diffuser plate. Can be mentioned. Any type of irradiation unit may be used as long as the light emitted from the light source irradiates the desired region of the subject with a desired shape. In the present embodiment, the emission end of the light from the irradiation unit is located at the bottom of the support 106, which will be described later, and the support 106 is moved by movement control by the scanning control means 107. However, the position of the exit end is not limited to this as long as the living body 101 can be irradiated with light.

(トランスデューサ)
トランスデューサ104は、音響波を受信して電気信号(受信信号)に変換する素子である。一つのトランスデューサ104が複数の素子を備えても良い。トランスデューサ104が備える素子としては、圧電現象を用いた変換素子、光の共振を用いた変換素子、静電容量の変化を用いた変換素子などが考えられる。ただし、音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのような素子を用いてもよい。
(Transducer)
The transducer 104 is an element that receives an acoustic wave and converts it into an electric signal (received signal). One transducer 104 may include a plurality of elements. As the element included in the transducer 104, a conversion element using a piezoelectric phenomenon, a conversion element using light resonance, a conversion element using a change in capacitance, and the like can be considered. However, any element may be used as long as it can receive the acoustic wave and convert it into an electric signal.

(信号処理手段)
信号処理手段105は、トランスデューサ104から入力されるアナログ信号(アナログの受信信号)を増幅する信号増幅部と、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換部から構成される。信号増幅部では、生体内の深度によらずに均一なコントラストをもつ画像データを得るために、光の照射から音響波がトランスデューサの素子に到達するまでの時間に応じて増幅利得を増減する制御などを行う。また、デジタルの受信信号に対して素子の感度ばらつき補正や、物理的または電気的に欠損した素子の補完処理、記録媒体(不図示)への記録動作も行う。信号処理手段105は、FPGAなどを用いた処理回路等により構成できる。
(Signal processing means)
The signal processing means 105 includes a signal amplification unit that amplifies an analog signal (analog reception signal) input from the transducer 104, and an A / D conversion unit that converts an analog signal into a digital signal. The signal amplification unit controls to increase or decrease the amplification gain according to the time from light irradiation to the arrival of the acoustic wave at the transducer element in order to obtain image data with uniform contrast regardless of the depth in the living body. And so on. In addition, it also corrects the sensitivity variation of the element with respect to the digital received signal, complements the physically or electrically missing element, and performs the recording operation on a recording medium (not shown). The signal processing means 105 can be configured by a processing circuit or the like using FPGA or the like.

(支持体)
支持体106は、トランスデューサ104を支持する容器状の部材である。トランスデューサは、容器内面にスパイラル状に配置することが好ましい。トランスデューサ支持面を曲面状にすることで、各トランスデューサの受信感度の高い方向(指向軸)が集まるような高分解能領域を形成できる。高分解能領域は例えば、分解能が最も高い場所を中心として、最高分解能の50%以上の分解能を持つ範囲として定義できる。容器は例えば、半球状、球冠状、楕円体の一部、お椀状、複数の平面または曲面を合わせた形状などにできる。
(Support)
The support 106 is a container-shaped member that supports the transducer 104. The transducer is preferably arranged in a spiral shape on the inner surface of the container. By forming the transducer support surface into a curved surface, it is possible to form a high resolution region in which the directions (direction axes) of each transducer with high reception sensitivity are gathered. The high resolution region can be defined, for example, as a range having a resolution of 50% or more of the maximum resolution, centering on the place where the resolution is the highest. The container can be, for example, hemispherical, spherically crowned, part of an ellipsoid, bowl-shaped, or a combination of multiple planes or curved surfaces.

支持体106内と被検体保持手段102との間には、音響インピーダンスを整合させるためにマッチング液を満たすことが好ましい。マッチング液としては、被検体保持手段102内に使用するものと同じ材料を利用してもよいし、別の材料を用いてもよい。例えば、被検体には超音波ジェルを塗布し、支持体内部には水を満たしてもよい。 It is preferable to fill a matching liquid between the inside of the support 106 and the subject holding means 102 in order to match the acoustic impedance. As the matching liquid, the same material as that used in the subject holding means 102 may be used, or another material may be used. For example, the subject may be coated with ultrasonic gel and the inside of the support may be filled with water.

(走査制御手段)
走査制御手段107は、光の出射端および支持体106の、被検体に対する相対位置を変化させる。例えば、ステッピングモータやボールねじなどを搭載し、XY方向に水平走
査可能なステージを利用できる。ステージの制御には、専用の処理回路を用いてもよいし、後述する情報処理装置で行ってもよい。XY方向の水平走査に加えて、Z方向にも走査できると好ましい。走査制御により、被検体の広い範囲から情報を取得できる。特に、高分解能領域を形成する半球状支持体を用いる場合、走査制御によって被検体全体の高精細な画像データを取得できる。ただし、関心領域が狭い場合など、走査制御は必ずしも必要ない。なお、走査制御は本発明に必須ではない。本発明は、光音響測定中に画像をリアルタイム表示する必要のある全ての場合に適用できる。
(Scanning control means)
The scanning control means 107 changes the relative positions of the light emitting end and the support 106 with respect to the subject. For example, a stage equipped with a stepping motor, a ball screw, or the like and capable of horizontal scanning in the XY direction can be used. A dedicated processing circuit may be used for controlling the stage, or an information processing device described later may be used for controlling the stage. In addition to horizontal scanning in the XY direction, it is preferable to be able to scan in the Z direction as well. Information can be acquired from a wide range of subjects by scanning control. In particular, when a hemispherical support that forms a high-resolution region is used, high-definition image data of the entire subject can be acquired by scanning control. However, scanning control is not always necessary when the region of interest is narrow. Scanning control is not essential to the present invention. The present invention is applicable in all cases where an image needs to be displayed in real time during a photoacoustic measurement.

本実施形態では、光を照射するタイミングにおける支持体106の中心位置を測定位置としている。通常、走査制御手段107が支持体106を移動させる速度に比べて、音響波の伝播速度の方が速い。そのため、光照射時のトランスデューサ104の位置で音響波は受信される、とみなしても良い。そこで本実施形態では、光を照射するタイミングが音響波を測定するタイミングとなる。また、支持体106上の複数のトランスデューサ104の位置は既知である。よって、支持体106の位置と光照射タイミングに基づいて、任意の領域の画像再構成が可能となる。なお、走査制御と光照射および音響波受信の関係については、連続走査でもステップアンドリピートでも構わない。走査制御手段は、本発明の走査制御部に相当する。 In the present embodiment, the center position of the support 106 at the timing of irradiating light is set as the measurement position. Generally, the propagation speed of the acoustic wave is faster than the speed at which the scanning control means 107 moves the support 106. Therefore, it may be considered that the acoustic wave is received at the position of the transducer 104 at the time of light irradiation. Therefore, in the present embodiment, the timing of irradiating the light is the timing of measuring the acoustic wave. Also, the positions of the plurality of transducers 104 on the support 106 are known. Therefore, it is possible to reconstruct an image of an arbitrary region based on the position of the support 106 and the light irradiation timing. Regarding the relationship between scanning control, light irradiation, and acoustic wave reception, continuous scanning or step-and-repeat may be used. The scanning control means corresponds to the scanning control unit of the present invention.

(画像再構成手段)
画像再構成手段108は、信号処理手段105から出力された信号を用いて、生体101内の各位置の光学的な特性情報を取得する。特性情報分布(吸収係数分布や酸素飽和度分布等)は画像データとして生成できる。また、生成した画像データに対して、輝度の調整や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、診断に好ましい画像データを生成してもよい。画像再構成手段108としては、CPU、メモリ、通信装置等の資源を備え、プログラムに従って動作する情報処理装置(PCやワークステーションなど)を利用できる。画像再構成手段108は、本発明の処理部および表示制御部として機能する。
(Image reconstruction means)
The image reconstructing means 108 acquires optical characteristic information of each position in the living body 101 by using the signal output from the signal processing means 105. The characteristic information distribution (absorption coefficient distribution, oxygen saturation distribution, etc.) can be generated as image data. Further, various correction processes such as brightness adjustment, distortion correction, and cutting out of a region of interest may be applied to the generated image data to generate image data preferable for diagnosis. As the image reconstructing means 108, an information processing device (PC, workstation, etc.) that includes resources such as a CPU, a memory, and a communication device and operates according to a program can be used. The image reconstructing means 108 functions as a processing unit and a display control unit of the present invention.

画像再構成は、既知の任意のアルゴリズム(整相加算法、フーリエ変換法、繰り返し演算法など)により実施できる。より詳細には、画像再構成において画像再構成手段108は、デジタルの電気信号に基づく画像再構成を行うことで、被検体内部の複数の再構成単位ごとに特性情報を取得する。再構成単位は、被検体内部の画像化対象となる関心領域を任意のサイズに区切った領域である。再構成単位は、三次元画像データを生成する際にはボクセル、二次元画像データを生成する際にはピクセルと呼ばれる。三次元(または二次元)画像データは三次元(二次元)空間に配置された再構成単位の特性情報の分布を表す。後述する逐次表示では、高精細表示よりもサイズの大きい再構成単位を設定することで、計算量を削減してもよい。また、逐次表示では計算量の少ない方法を利用し、高精細表示では比較的計算量の多い繰り返し演算を利用してもよい。本明細書において、逐次表示のことを第1の表示、高精細表示のことを第2の表示とも呼ぶ。 Image reconstruction can be performed by any known algorithm (phase-aligned addition method, Fourier transform method, iterative calculation method, etc.). More specifically, in image reconstruction, the image reconstruction means 108 acquires characteristic information for each of a plurality of reconstruction units inside the subject by performing image reconstruction based on a digital electrical signal. The reconstruction unit is a region in which the region of interest to be imaged inside the subject is divided into arbitrary sizes. The reconstruction unit is called a voxel when generating 3D image data, and a pixel when generating 2D image data. Three-dimensional (or two-dimensional) image data represents the distribution of characteristic information of reconstruction units arranged in a three-dimensional (two-dimensional) space. In the sequential display described later, the amount of calculation may be reduced by setting a reconstruction unit having a size larger than that of the high-definition display. Further, in the sequential display, a method with a small amount of calculation may be used, and in the high-definition display, a repetitive calculation with a relatively large amount of calculation may be used. In the present specification, the sequential display is also referred to as a first display, and the high-definition display is also referred to as a second display.

(再構成モード切り替え)
本実施形態では、画像再構成を逐次表示と高精細表示のどちらのモードで行うかを選択し、決定できる。逐次表示では、光の照射および音響波の受信と並行して画像が表示される。逐次表示は光音響測定と並行して行われるリアルタイム表示に適している。逐次表示では、比較的少ない数の電気信号に基づいて高速に画像データが生成される反面、画像品質の低さや、画像が被検体の全体構成を反映していないという問題がある。一方、高精細表示では、逐次表示よりも多くの数の電気信号に基づいて画像データが生成されるので、広い領域の画像を高品質に生成できる。すなわち、高精細表示においては、逐次表示の場合と比べて、画像生成に用いる電気信号のデータ総量を増やして画像データを生成する。逐次表示で使用した電気信号と同一の電気信号を繰り返し使用した場合も、逐次表示の場
合よりも多くの数の電気信号に基づいた画像を生成したといえる。
(Switching reconstruction mode)
In the present embodiment, it is possible to select and determine whether the image reconstruction is performed in the sequential display mode or the high-definition display mode. In the sequential display, the image is displayed in parallel with the irradiation of light and the reception of acoustic waves. Sequential display is suitable for real-time display performed in parallel with photoacoustic measurement. In the sequential display, image data is generated at high speed based on a relatively small number of electric signals, but there are problems that the image quality is low and the image does not reflect the overall composition of the subject. On the other hand, in the high-definition display, image data is generated based on a larger number of electric signals than in the sequential display, so that an image in a wide area can be generated with high quality. That is, in high-definition display, image data is generated by increasing the total amount of electrical signal data used for image generation as compared with the case of sequential display. It can be said that even when the same electric signal as the electric signal used in the sequential display is repeatedly used, an image based on a larger number of electric signals is generated than in the case of the sequential display.

高精細表示のときは被検体の広い範囲(例えば、関心領域全体)における再構成単位の特性情報が取得され、三次元画像データが再構成される。一方、逐次表示のときは、より少ない範囲(例えば、関心領域のうち、ユーザに指定された一部の領域)の特性情報が取得される。また、逐次表示のときに、三次元画像データを所定の手法で投影して二次元画像として表示してもよい。例えば、再構成された特性情報に最大値投影法(MIP:Maximum Intensity Projection)を適用して、MIP画像を生成してもよい。投影方向は任意であり、例えば支持体をXY方向に走査する場合、走査方向と直交するZ方向への投影により二次元画像を生成できる。なお、高精細表示においても三次元画像データを所定の手法で投影することにより二次元画像として表示してもよい。 In the case of high-definition display, the characteristic information of the reconstruction unit in a wide range of the subject (for example, the entire region of interest) is acquired, and the three-dimensional image data is reconstructed. On the other hand, in the case of sequential display, characteristic information in a smaller range (for example, a part of the region of interest specified by the user) is acquired. Further, at the time of sequential display, the three-dimensional image data may be projected by a predetermined method and displayed as a two-dimensional image. For example, a maximum value projection method (MIP) may be applied to the reconstructed characteristic information to generate a MIP image. The projection direction is arbitrary. For example, when scanning the support in the XY direction, a two-dimensional image can be generated by projecting in the Z direction orthogonal to the scanning direction. Even in the high-definition display, the three-dimensional image data may be displayed as a two-dimensional image by projecting it by a predetermined method.

また、逐次表示と高精細表示で、特性情報の種類を切り替えてもよい。この場合、逐次表示のときは、単純な再構成により取得できる初期音圧分布や、被検体ごとに所定の値を取るグルナイゼン係数を用いて取得できる光エネルギー吸収密度分布を表示する。一方、高精細表示のときは、光量分布に基づく演算を必要とする吸収係数分布を表示できる。また高精細表示のときは、酸素飽和度分布を表示するのに必要な演算資源も容易に確保できる。 Further, the type of characteristic information may be switched between sequential display and high-definition display. In this case, in the case of sequential display, the initial sound pressure distribution that can be obtained by simple reconstruction and the light energy absorption density distribution that can be obtained by using the Grunaisen coefficient that takes a predetermined value for each subject are displayed. On the other hand, in the case of high-definition display, it is possible to display an absorption coefficient distribution that requires an operation based on the light amount distribution. Further, in the case of high-definition display, the computational resources required to display the oxygen saturation distribution can be easily secured.

また、逐次表示においては、複数の波長の光に由来する電気信号を、それぞれ異なる深さの画像再構成に利用できる。ここで、光源が、第1の波長の光と、第1の波長とは異なる第2の波長の光を照射可能だとする。すると、被検体内部での光透過率は波長に応じて異なるため、第1の波長の光に由来する電気信号を用いて被検体内部の第1の領域を画像化し、第2の波長の光に由来する電気信号を用いて前記第1の領域とは異なる第2の領域を画像化できる。典型的には、光の波長が長いほど被検体の深部に到達するため、第2の波長を第1の波長よりも長く設定することで、第1の領域と、第1の領域よりも深い(光源からの距離が長い)第2の領域を好適に画像化できる。 Further, in the sequential display, electric signals derived from light having a plurality of wavelengths can be used for image reconstruction having different depths. Here, it is assumed that the light source can irradiate light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength. Then, since the light transmittance inside the subject differs depending on the wavelength, the first region inside the subject is imaged by using the electric signal derived from the light of the first wavelength, and the light of the second wavelength is used. A second region different from the first region can be imaged by using the electric signal derived from. Typically, the longer the wavelength of light, the deeper it reaches the subject, so by setting the second wavelength longer than the first wavelength, it is deeper than the first region and the first region. The second region (long distance from the light source) can be suitably imaged.

なお、逐次表示における計算量は、走査速度によって定まる計算時間、再構成単位のサイズ、特性情報を取得する基礎となる被検体領域の広さなどの条件に応じて異なる。したがって、これらの条件が許せば、逐次表示において初期音圧に対して光量分布に基づく規格化を行い、吸収係数や酸素飽和度を求めても構わない。初期音圧の値は、光源からの距離の長さ(言い換えると、照射後の光減衰量)に応じた変動が大きい。そのため、MIP画像を生成するために最大値を抽出する場合や、複数の波長の光に由来する電気信号を、それぞれ異なる深さの画像再構成に利用する場合に、算出値の正しさが低下する問題がある。そこで上記の規格化を行うことで、この問題を解決できる。ただし規格化は計算量の増大を伴うので、特に走査速度との関係に鑑みて、規格化を行うかどうかを決定すべきである。 The amount of calculation in the sequential display differs depending on conditions such as the calculation time determined by the scanning speed, the size of the reconstruction unit, and the size of the subject area which is the basis for acquiring the characteristic information. Therefore, if these conditions permit, the initial sound pressure may be standardized based on the light amount distribution in the sequential display, and the absorption coefficient and oxygen saturation may be obtained. The value of the initial sound pressure varies greatly depending on the length of the distance from the light source (in other words, the amount of light attenuation after irradiation). Therefore, when the maximum value is extracted to generate a MIP image, or when electric signals derived from light of a plurality of wavelengths are used for image reconstruction of different depths, the correctness of the calculated value is lowered. There is a problem to do. Therefore, this problem can be solved by performing the above standardization. However, since standardization involves an increase in the amount of calculation, it should be decided whether or not to perform standardization, especially in consideration of the relationship with the scanning speed.

本実施形態の画像再構成手段108は、照射ユニット103から出射される波長ごとに、それぞれ異なる領域の特性情報を取得する。すなわち、第1の波長の光を被検体に照射したときに得られた光音響波に由来する電気信号に基づいて第1の領域の特性情報を取得し、第2の波長の光を被検体に照射したときに得られた光音響波に由来する電気信号に基づいて第2の領域の特性情報を取得する。 The image reconstructing means 108 of the present embodiment acquires characteristic information of different regions for each wavelength emitted from the irradiation unit 103. That is, the characteristic information of the first region is acquired based on the electric signal derived from the photoacoustic wave obtained when the subject is irradiated with the light of the first wavelength, and the light of the second wavelength is used as the subject. The characteristic information of the second region is acquired based on the electric signal derived from the photoacoustic wave obtained when the light is irradiated.

本実施形態では、短波長の756nmと長波長の797nmの光が、10Hzで交互照射される。図2(A)は、本実施形態の画像形成領域の模式図である。画像再構成領域201は、光音響測定の対象領域(関心領域)の全体に相当する。光は、Z軸に沿って紙面上方から照射される。画像再構成領域201は、所望のピッチでボクセルに分けられてい
る(不図示)。短波長再構成領域202は、短波長(第1の波長)の光に由来する受信信号を用いて再構成する領域(第1の領域)である。長波長再構成領域203は、より深部まで到達可能な長波長の光(第2の波長)に由来する受信信号を用いて再構成する領域(第2の領域)である。リアルタイム表示においては、再構成された第1の領域および第2の領域全体の画像を表示してもよいし、それぞれの領域に最大値投影法を適用してもよい。
In this embodiment, light having a short wavelength of 756 nm and light having a long wavelength of 797 nm are alternately irradiated at 10 Hz. FIG. 2A is a schematic view of an image forming region of the present embodiment. The image reconstruction area 201 corresponds to the entire target area (area of interest) for photoacoustic measurement. The light is emitted from above the paper surface along the Z axis. The image reconstruction region 201 is divided into voxels at a desired pitch (not shown). The short wavelength reconstruction region 202 is a region (first region) that is reconstructed using a received signal derived from light having a short wavelength (first wavelength). The long wavelength reconstruction region 203 is a region (second region) that is reconstructed using a received signal derived from long wavelength light (second wavelength) that can reach a deeper part. In the real-time display, the images of the entire reconstructed first region and the second region may be displayed, or the maximum value projection method may be applied to each region.

ここで、好ましい信号処理方法として、高精細表示においては、第1の波長に対応する短波長再構成領域と第2の波長に対応する長波長再構成領域とが重なった部分については、酸素飽和度を算出し、表示する手法がある。これは、高精細表示では比較的長い処理時間を取れることによる。一方、逐次表示においては、波長間で重畳する領域が少ない(または存在しない)。そのため、2つの波長を用いた酸素飽和度取得は難しいため、初期音圧分布、光エネルギー吸収密度、または吸収係数分布などの、単一波長でも取得できる情報を表示するとよい。 Here, as a preferable signal processing method, in high-definition display, oxygen saturation is performed in a portion where the short wavelength reconstruction region corresponding to the first wavelength and the long wavelength reconstruction region corresponding to the second wavelength overlap. There is a method to calculate and display the degree. This is because a relatively long processing time can be taken in a high-definition display. On the other hand, in the sequential display, there are few (or no) overlapping regions between wavelengths. Therefore, since it is difficult to acquire oxygen saturation using two wavelengths, it is preferable to display information that can be acquired even with a single wavelength, such as initial sound pressure distribution, light energy absorption density, or absorption coefficient distribution.

本実施形態の画像再構成手段108が波長ごとに再構成領域を限定することで、1回の光照射ごとの再構成における計算量が低減される。その結果、計算時間を短縮できるので、画像表示の音響波の信号データ取得への追従性が向上する。したがって、光音響測定や探触子走査を行いながら画像を生成するリアルタイム表示を好適に実施できる。このとき、短波長再構成領域202と、長波長再構成領域203を狭めることで、より高速に画像を表示できる。 By limiting the reconstruction region for each wavelength by the image reconstruction means 108 of the present embodiment, the amount of calculation in the reconstruction for each light irradiation is reduced. As a result, the calculation time can be shortened, and the followability of the acoustic wave of the image display to the signal data acquisition is improved. Therefore, real-time display that generates an image while performing photoacoustic measurement and probe scanning can be preferably performed. At this time, by narrowing the short wavelength reconstruction area 202 and the long wavelength reconstruction area 203, an image can be displayed at a higher speed.

一般的に生体に対しては、長波長の光が深い位置まで到達するといわれる。そのため、波長毎に再構成する領域を測定深度に応じて割り振ることで、後述の画像表示手段109で表示する画像の画質の向上につながる。ここでの設定は、音響波の信号データ取得に追従して画像化する際の、追従性を高速化するための設定値である。従って、走査終了後には、被検体の全領域について画像再構成を行うことが好ましい。少なくとも、リアルタイム表示よりは多くの数の再構成単位についての特性情報が取得される。 Generally, it is said that long-wavelength light reaches a deep position for a living body. Therefore, by allocating the region to be reconstructed for each wavelength according to the measurement depth, the image quality of the image displayed by the image display means 109 described later can be improved. The setting here is a setting value for speeding up the tracking property when the signal data acquisition of the acoustic wave is followed and imaged. Therefore, after the scanning is completed, it is preferable to perform image reconstruction on the entire region of the subject. At the very least, characteristic information is acquired for a larger number of reconstruction units than the real-time display.

第1の領域および第2の領域の体表からの深度(言い換えると、光源からの距離の長さ)は任意に設定できる。典型的には、被検体が乳房の場合、乳がんが発生しやすい深度を設定するとよい。乳がんの深度は、乳がんの種類や進行度、乳房のサイズ、脂肪の厚さなどに応じて変化するが、例えば体表から数cm下(典型的には2〜3cm下)に領域を設定するとよい。 The depth from the body surface of the first region and the second region (in other words, the length of the distance from the light source) can be arbitrarily set. Typically, if the subject is the breast, it is advisable to set the depth at which breast cancer is likely to occur. The depth of breast cancer varies depending on the type and degree of breast cancer, breast size, fat thickness, etc., but for example, if the area is set a few cm below the body surface (typically 2-3 cm below), good.

本実施形態では2つの波長の光に対して、それぞれ異なる領域の画像を再構成する構成にしたが、3波長以上の光を扱う場合にも、それぞれ異なる領域を再構成できる。 In the present embodiment, images in different regions are reconstructed for light of two wavelengths, but different regions can be reconstructed even when light of three or more wavelengths is handled.

(画像表示手段)
画像表示手段109は、画像再構成手段108から入力された画像データに基づき画像を表示する。画像表示手段109は、本発明の表示部に相当する。なお、逐次表示のときに、短波長再構成領域202と長波長再構成領域203を合算して画像データを表示することで、逐次表示における情報量を増加させられる。ここで画像データの合算とは、各波長に基づき生成された異なる領域の画像に基づき広範囲の画像を表示させるような画像データを生成することである。領域同士が一部分重なる場合の重畳部分については、重みづけ平均値処理などによりユーザに違和感を与えないようにすることが好ましい。
(Image display means)
The image display means 109 displays an image based on the image data input from the image reconstruction means 108. The image display means 109 corresponds to the display unit of the present invention. At the time of sequential display, the amount of information in the sequential display can be increased by displaying the image data by adding up the short wavelength reconstruction area 202 and the long wavelength reconstruction area 203. Here, the summing of image data means generating image data that displays a wide range of images based on images of different regions generated based on each wavelength. When the regions partially overlap each other, it is preferable to perform weighting average value processing or the like so as not to give a sense of discomfort to the user.

(入力手段)
入力手段110は、ユーザが装置に対して与える指示を受け付ける。入力される指示としては、撮影開始命令や、関心領域の指定、逐次表示における再構成範囲または再構成画
質、走査制御における走査領域、光の波長、などがある。入力手段110としては、マウスやキーボードといったポインティングデバイス、ペンタブレット、キーボード、音声入力装置などを利用できる。また、画像表示手段109がタッチ入力機能を備えていれば、指示入力を受け付ける入力手段110としても利用できる。入力手段は、本発明の入力部に相当する。
(Input means)
The input means 110 receives an instruction given by the user to the device. The input instructions include a shooting start command, designation of a region of interest, a reconstructed range or reconstructed image quality in sequential display, a scanning region in scanning control, a wavelength of light, and the like. As the input means 110, a pointing device such as a mouse or a keyboard, a pen tablet, a keyboard, a voice input device, or the like can be used. Further, if the image display means 109 has a touch input function, it can also be used as an input means 110 for receiving an instruction input. The input means corresponds to the input unit of the present invention.

また、ユーザは入力手段110を用いて、生体101を参照しながら光音響測定の関心領域を指定できる。その場合、走査制御手段107は、その関心領域の音響波を取得できるように、支持体106の走査位置を制御する。 In addition, the user can specify the region of interest for photoacoustic measurement by using the input means 110 with reference to the living body 101. In that case, the scanning control means 107 controls the scanning position of the support 106 so that the acoustic wave in the region of interest can be acquired.

入力手段110はまた、どの波長でどの領域を再構成するかに関する情報や、各波長による再構成の範囲の入力を受け付ける。画像再構成手段108はそれらの情報に基づき、各波長の光により発生した光音響波に由来する電気信号を再構成する。ただし、どの波長でどの領域を再構成するか、また再構成の範囲に関しては、設定値として、画像再構成手段108が記憶しておいてもよい。ユーザからの撮影指示を受け付けると、走査制御手段107が走査制御を開始し、照射ユニット103がレーザ照射を開始する。また、逐次表示の際の再構成領域を指定された場合、画像再構成手段が、当該再構成領域の深さに応じた波長を決定してもよい。 The input means 110 also receives information on which region is to be reconstructed at which wavelength and input of a range of reconstruction by each wavelength. The image reconstructing means 108 reconstructs an electric signal derived from a photoacoustic wave generated by light of each wavelength based on the information. However, the image reconstructing means 108 may store the reconstructed region at which wavelength and the reconstructed range as a set value. Upon receiving a photographing instruction from the user, the scanning control means 107 starts scanning control, and the irradiation unit 103 starts laser irradiation. Further, when the reconstruction region at the time of sequential display is specified, the image reconstruction means may determine the wavelength according to the depth of the reconstruction region.

(本実施形態のフロー)
本実施形態は図3に示すフローで行われる。このフローは生体101を被検体保持手段102で保持したところから開始される。
(Flow of this embodiment)
This embodiment is performed according to the flow shown in FIG. This flow starts from the place where the living body 101 is held by the subject holding means 102.

ステップS301で、測定の条件を設定する。例えば、入力手段を用いて、ユーザが、被検部の情報、被検体保持手段102の種類、撮像領域、撮像領域の内、画像再構成手段108で再構成する波長毎の領域などを入力する。あるいは、メモリから諸条件を読みだしてもよい。 In step S301, the measurement conditions are set. For example, using the input means, the user inputs information on the test portion, the type of the subject holding means 102, the imaging region, the region for each wavelength reconstructed by the image reconstructing means 108, and the like among the imaging regions. .. Alternatively, the conditions may be read from the memory.

ステップS302で、走査制御手段107が、ステップ301で入力された測定の条件をもとに、支持体106の駆動条件を算出する。トランスデューサ104の受信指向性が交わる高分解能の領域が撮像領域をすべて包含するように支持体106を移動させることが望ましい。本実施形態では、図4に示すように、関心領域に対して、XY方向にスパイラル状に水平走査を行う構成にした。図4において、符号402は支持体の中心部の軌跡を示し、符号401は、光照射および音響波受信開始を行う各位置を示す。 In step S302, the scanning control means 107 calculates the driving conditions of the support 106 based on the measurement conditions input in step 301. It is desirable to move the support 106 so that the high resolution region where the reception directivity of the transducer 104 intersects covers the entire imaging region. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the region of interest is spirally horizontally scanned in the XY directions. In FIG. 4, reference numeral 402 indicates a locus of a central portion of the support, and reference numeral 401 indicates a position at which light irradiation and acoustic wave reception start are performed.

このような駆動により、マッチング液の液面の揺れを低減できる。また、関心領域が変更された場合でも、スパイラル状に駆動する際の円の大きさを変更することで対応可能である。なお、支持体106と被検体の相対位置を変化させることができれば、上記の走査制御方法には限定されない。例えば被検体の側を移動させてもよいし、被検体と支持体の両方を移動させてもよい。 By such driving, the fluctuation of the liquid level of the matching liquid can be reduced. Moreover, even if the region of interest is changed, it can be dealt with by changing the size of the circle when driving in a spiral shape. If the relative positions of the support 106 and the subject can be changed, the scanning control method is not limited to the above. For example, the side of the subject may be moved, or both the subject and the support may be moved.

本実施形態では連続的に支持体106を移動させているが、支持体106の移動と停止を繰り返し、停止位置で光照射と音響波受信を行うステップアンドリピート方式でもよい。また、スパイラル状の駆動には限定されない。高分解能領域が関心領域をすべて包含するように支持体106を駆動させることができれば、どのような経路の駆動でもよい。例えば主走査と副走査を繰り返すラスタスキャン方式でもよい。 In the present embodiment, the support 106 is continuously moved, but a step-and-repeat method may be used in which the support 106 is repeatedly moved and stopped to irradiate light and receive acoustic waves at the stop position. Moreover, it is not limited to the spiral drive. Any path may be driven as long as the support 106 can be driven so that the high resolution region covers the entire region of interest. For example, a raster scan method in which the main scan and the sub scan are repeated may be used.

ステップS303で、入力手段110から撮像開始の指令を受け付ける。これにより、S302で設定されたスキャンが開始される。また、走査に伴い、照射ユニット103からの複数の波長の光照射、トランスデューサ104による光音響波の受信、および、信号
処理手段105によるデジタル変換および増幅処理が行われる。これらの処理を同期させる方法は任意である。例えば、フォトディテクタを用いた光検出に応じてデジタル信号を記憶する方法や、光照射の制御信号に連動させてデジタル信号を記憶する方法がある。また、走査制御手段107の座標情報をXYステージの制御情報などに基づいて取得しておき、各デジタル信号を取得したときの位置を記憶することが好ましい。
In step S303, the input means 110 receives a command to start imaging. As a result, the scan set in S302 is started. Further, along with scanning, light irradiation of a plurality of wavelengths from the irradiation unit 103, reception of photoacoustic waves by the transducer 104, and digital conversion and amplification processing by the signal processing means 105 are performed. The method of synchronizing these processes is arbitrary. For example, there are a method of storing a digital signal in response to light detection using a photodetector and a method of storing a digital signal in conjunction with a control signal of light irradiation. Further, it is preferable that the coordinate information of the scanning control means 107 is acquired based on the control information of the XY stage and the like, and the position when each digital signal is acquired is stored.

ステップS304で、画像再構成手段108で各波長に応じた領域の再構成を行う。どの波長の信号かは、照射ユニット103による各波長の光の照射制御情報などに基づいて判別する。また、信号処理手段105から送られてくる信号に、波長を示すインデックス情報を付加してもよい。画像再構成手段108では、波長に応じて決められた領域の画像化を行い、画像表示手段109にデータを送信する。 In step S304, the image reconstructing means 108 reconstructs the region corresponding to each wavelength. The signal of which wavelength is determined based on the irradiation control information of the light of each wavelength by the irradiation unit 103. Further, index information indicating the wavelength may be added to the signal sent from the signal processing means 105. The image reconstructing means 108 images a region determined according to the wavelength, and transmits the data to the image displaying means 109.

ステップS305で、画像表示手段109が、画像再構成手段108から送られてくる波長毎の画像データを表示する。これにより支持体106の駆動に追従するように画像データを表示することが可能となる。本ステップでは、スキャンの進行に連れて徐々に高分解能領域に対応する画像が追加されて、画像が拡大していくことが好ましい。この場合、相対位置の変化に応じて、今までに表示済みの画像に、新たに生成された画像データに基づく画像が付加されていく。 In step S305, the image display means 109 displays the image data for each wavelength sent from the image reconstruction means 108. This makes it possible to display the image data so as to follow the drive of the support 106. In this step, it is preferable that an image corresponding to the high resolution region is gradually added as the scan progresses, and the image is enlarged. In this case, an image based on the newly generated image data is added to the images that have been displayed so far according to the change in the relative position.

ステップS306で、関心領域のすべての測定位置で信号が取得できたかが判定される。信号の取得が終わっていない場合、ステップS303からの処理を繰り返す。すべての信号の取得が完了した場合、ステップS307へ進み、走査を終了する。これにより光音響測定が完了する。以上で逐次表示モードは終わり、これ以降は高精細表示モードが始まる。 In step S306, it is determined whether the signal can be acquired at all the measurement positions in the region of interest. If the signal acquisition is not completed, the process from step S303 is repeated. When the acquisition of all the signals is completed, the process proceeds to step S307 and the scanning is completed. This completes the photoacoustic measurement. This completes the sequential display mode, and thereafter the high-definition display mode starts.

ステップS308では画像再構成手段108において、全関心領域に対して画像再構成を行う。ただし、必ずしも走査終了の直後に全関心領域の再構成を行う必要はなく、HDDやフラッシュメモリなどの外部記憶装置やサーバに取得した全データを転送し、ユーザ任意の時間、場所において再構成してもよい。本ステップでは、少なくとも逐次表示より多くの情報が得られればよい。 In step S308, the image reconstruction means 108 performs image reconstruction for the entire region of interest. However, it is not always necessary to reconfigure the entire area of interest immediately after the end of scanning, and all the acquired data is transferred to an external storage device such as an HDD or flash memory or a server, and reconfigured at any time and place of the user. You may. In this step, it is sufficient to obtain at least more information than the sequential display.

ステップS309ではS308で再構成した画像を、画像表示手段109に表示する。S309では、受信した全信号に対し画像再構成の処理を施しているため、S305よりも高精細な画像が得られる。また、吸収係数分布や酸素飽和度分布など、計算量の多い画像が得られる。 In step S309, the image reconstructed in S308 is displayed on the image display means 109. In S309, since the image reconstruction process is performed on all the received signals, a higher definition image than in S305 can be obtained. In addition, images with a large amount of calculation such as absorption coefficient distribution and oxygen saturation distribution can be obtained.

本発明の装置で上記のフローを実行することにより、走査と平行してリアルタイムに行われる逐次表示では追従性の高い画像表示が可能となり、走査終了後には高精細な画像表示が可能になる。したがって、光音響測定において、被検体情報の可視化における信号データ取得に対する追従性が向上する。 By executing the above flow in the apparatus of the present invention, it is possible to display an image with high followability in the sequential display performed in real time in parallel with the scanning, and it is possible to display a high-definition image after the scanning is completed. Therefore, in the photoacoustic measurement, the followability to the signal data acquisition in the visualization of the subject information is improved.

<変形例>
上記フローでは複数の波長の光を用いた。しかし、図2(B)に示すように、本発明は1波長の光を用いた画像化にも適用できる。この場合でも、逐次表示においては比較的狭い領域(符号204)について画像再構成を行うことで、リアルタイム画像表示における計算量を削減できる。一方、高精細表示においては関心領域全体(画像再構成領域201)について画像再構成を行う。その結果、信号データ取得への追従性が高まる。
<Modification example>
In the above flow, light having a plurality of wavelengths was used. However, as shown in FIG. 2B, the present invention can also be applied to imaging using light of one wavelength. Even in this case, the amount of calculation in the real-time image display can be reduced by reconstructing the image in a relatively narrow area (reference numeral 204) in the sequential display. On the other hand, in high-definition display, image reconstruction is performed on the entire region of interest (image reconstruction region 201). As a result, the followability to signal data acquisition is improved.

また、第1の領域および第2の領域は、図2(C)のように離れた位置に設定されていてもよい。光の波長や、ユーザが希望する画像化領域に応じて、各領域の位置は柔軟に設
定できる。
Further, the first region and the second region may be set at distant positions as shown in FIG. 2 (C). The position of each region can be flexibly set according to the wavelength of light and the imaging region desired by the user.

<実施形態2>
第2の実施形態では、波長毎に再構成する領域を区別し、さらに再構成する際のボクセルのサイズを変更することで、より短時間で画像表示を行う。本実施形態では、支持体106の駆動から画像表示までの時間をさらに短縮する。本実施形態の装置構成は実施形態1と同様であるが、画像再構成手段108と入力手段110の機能が異なる。よって実施形態1と同様の構成については説明を省略し、実施形態1と異なる部分のみを詳細に説明する。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, the image is displayed in a shorter time by distinguishing the region to be reconstructed for each wavelength and further changing the size of the voxel at the time of reconstructing. In the present embodiment, the time from driving the support 106 to displaying the image is further shortened. The apparatus configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the functions of the image reconstructing means 108 and the input means 110 are different. Therefore, the description of the configuration similar to that of the first embodiment will be omitted, and only the parts different from the first embodiment will be described in detail.

本実施形態では、入力手段110は、画像再構成を行う際のボクセルのサイズを波長ごとに受け付ける。画像再構成手段108は設定されたサイズで画像データを再構成する。これにより、画像表示手段109への画像データの送信時間をより短縮できる。 In the present embodiment, the input means 110 accepts the voxel size for image reconstruction for each wavelength. The image reconstructing means 108 reconstructs the image data with the set size. As a result, the transmission time of the image data to the image display means 109 can be further shortened.

図5が第2の実施形態における動作のフローチャートである。ステップS502〜ステップS509は、実施形態1のステップS302〜ステップS309と同様である。ステップS501において、入力手段110はユーザから再構成時のボクセルサイズの入力を受け付ける。この時、波長に応じてボクセルのサイズを変更できるようにしてもよい。また、逐次表示と高精細表示それぞれのボクセルサイズを設定してもよい。また、ユーザは画質を指定し、画像再構成手段108が指定された画質を実現するためのボクセルサイズを算出してもよい。 FIG. 5 is a flowchart of the operation in the second embodiment. Steps S502 to S509 are the same as steps S302 to S309 of the first embodiment. In step S501, the input means 110 receives input of the voxel size at the time of reconstruction from the user. At this time, the size of the voxel may be changed according to the wavelength. Further, the voxel size of each of the sequential display and the high-definition display may be set. Further, the user may specify the image quality, and the image reconstruction means 108 may calculate the voxel size for realizing the specified image quality.

本実施形態では、逐次表示では大きなボクセルサイズを設定できる。その結果、計算量が削減されるため、再構成画像表示のリアルタイム性を向上させられる。 In the present embodiment, a large voxel size can be set in the sequential display. As a result, the amount of calculation is reduced, and the real-time property of the reconstructed image display can be improved.

(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other Examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

103:照射ユニット、104:トランスデューサ、108:画像再構成手段、109:画像表示手段 103: Irradiation unit, 104: Transducer, 108: Image reconstruction means, 109: Image display means

Claims (28)

被検体の関心領域に関する情報の入力を受け付ける入力部と、前記情報に基づき前記被検体に対する複数回の光照射と並行して前記被検体の異なる測定位置からの複数の光音響波を受信することにより得られた複数の信号に基づいて前記関心領域に関する特性情報を示す画像データを再構成単位で生成する処理部と、前記画像データに基づく画像を表示部に表示させる表示制御部と、を有し、
記処理部は、前記光音響波の受信と並行して行う画像再構成処理においては前記情報に基づき設定した第1の再構成単位で第1の画像データを生成し前記測定位置の変更に伴い前記第1の画像データを更新し、前記関心領域における前記光音響波の受信が完了した後に行う画像再構成処理においては前記第1の再構成単位よりも小さなサイズとなるように設定した第2の再構成単位で第2の画像データを生成する
被検体情報取得装置。
Receiving an input unit for accepting input of information about the region of interest of the subject, a plurality of photoacoustic waves from different measurement positions of the subject in parallel with the light irradiation a plurality of times with respect to the subject on the basis of the information based on the plurality of signals obtained by, said processing unit for generating a unit reconstructs image data representing the characteristic information about the region of interest, a display control unit for displaying on the display unit an image based on the image data, the Have and
Pre Symbol processing unit, the first change of the first generation and the measurement position of image data in the reconstruction units set on the basis of the information in the image reconstruction process performed in parallel with reception of the photoacoustic wave Along with this, the first image data is updated, and in the image reconstruction process performed after the reception of the photoacoustic wave in the region of interest is completed, the size is set to be smaller than the first reconstruction unit. A subject information acquisition device that generates a second image data in two reconstruction units.
前記処理部は、三次元に配置された前記再構成単位に対応する前記特性情報を生成し、前記第1の再構成単位取得した前記特性情報を投影することにより前記第1の画像データを生成する請求項1に記載の被検体情報取得装置。 The processing unit generates the characteristic information corresponding to the reconstruction unit arranged three-dimensionally, and projects the characteristic information acquired in the first reconstruction unit to obtain the first image data. The subject information acquisition device according to claim 1 to be generated. 前記光音響波を受信することにより前記信号を出力するトランスデューサと、前記トランスデューサを所定の方向に走査する走査制御部をさらに有する請求項1または2に記載の被検体情報取得装置。 A transducer for outputting said signal by receiving the light acoustic Nami, subject information obtaining apparatus according to claim 1 or 2 further have a scan controller for scanning the said transducer in a predetermined direction. 前記処理部は、前記特性情報を前記所定の方向と直交する方向に投影することにより前記第1の画像データを生成する請求項3に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to claim 3, wherein the processing unit generates the first image data by projecting the characteristic information in a direction orthogonal to the predetermined direction. 前記トランスデューサを支持する支持体をさらに備える請求項3または4に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to claim 3 or 4, further comprising a support that supports the transducer. 前記被検体に光を照射する出射端をさらに備える請求項5に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to claim 5, further comprising an exit end for irradiating the subject with light. 前記走査制御部は、前記支持体を介して前記トランスデューサおよび前記出射端の前記被検体に対する相対位置を変更することで、前記測定位置を変更する請求項6に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to claim 6, wherein the scanning control unit changes the measurement position by changing the relative positions of the transducer and the exit end with respect to the subject via the support. 前記処理部は、前記特性情報に最大値投影法を適用することにより前記第1の画像データを生成する請求項2から7のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 Wherein the processing unit, before Symbol characteristic information object information acquiring apparatus according to any one of the first image data from the Motomeko 2 that generates a 7 by applying the maximum intensity projection method. 前記処理部は、前記特性情報として前記第1の再構成単位において初期音圧光エネルギー吸収密度および吸収係数の少なくともいずれかを示す前記第1の画像データを生成する請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 Wherein the processing unit, before Symbol Examples characteristic information first initial sound pressure in the reconstruction unit, claims 1 to generate the first image data indicative of at least one of the optical energy absorption density and the absorption coefficient 8 The subject information acquisition device according to any one of the items. 前記処理部は、前記特性情報として、前記第2の再構成単位において酸素飽和度を示す前記第2の画像データを生成する請求項1からのいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the processing unit generates the second image data indicating the oxygen saturation in the second reconstruction unit as the characteristic information. .. 前記出射端は、第1の波長の光と、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光を出射可能なように、光源に光学的に結合されている請求項6または7に記載の被検体情報取得装置。 The exit end, the light of the first wavelength, the so capable of emitting light of a second wavelength different from the first wavelength, according to claim 6 or 7 is optically coupled to a light source Subject information acquisition device. 前記処理部は、前記第1の波長の光に由来する前記信号を用いて前記被検体の第1の領域の前記第1の画像データを生成し、前記第2の波長の光に由来する前記信号を用いて前記第1の領域とは異なる第2の領域の前記第1の画像データを生成する請求項11に記載の被検体情報取得装置。 The processing unit uses the signal derived from the light of the first wavelength to generate the first image data of the first region of the subject, and the processing unit generates the first image data derived from the light of the second wavelength. The subject information acquisition device according to claim 11, wherein the first image data in a second region different from the first region is generated by using a signal. 前記第2の波長は前記第1の波長よりも長く、前記第2の領域は、前記第1の領域よりも前記被検体の体表からの深度深い請求項12に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition according to claim 12 , wherein the second wavelength is longer than the first wavelength, and the second region has a deeper depth from the body surface of the subject than the first region. Device. 前記処理部は、前記第1の波長および前記第2の波長の光それぞれに由来する前記信号に基づいて、前記第1の領域および前記第2の領域それぞれの初期音圧、光エネルギー吸収密度および吸収係数のうち少なくともいずれかを示す前記第1の画像データ生成る請求項12または13に記載の被検体情報取得装置。 Wherein the processing unit on the basis of the venlafaxine No. Before from each light before Symbol first wavelength and the second wavelength, the first region and the second region each first Kion pressure, light energy absorption density and subject information obtaining apparatus according toMotomeko 12 or 13 that generates the first image data indicative of at least one of the absorption coefficient. 前記処理部は、前記被検体の酸素飽和度を示す前記第2の画像データを生成する請求項11から14のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to any one of claims 11 to 14 , wherein the processing unit generates the second image data indicating the oxygen saturation of the subject. 前記処理部は、前記画像再構成処理を前記光音響波の受信と並行して行うか否かに応じて、前記再構成単位のサイズを設定する請求項11から15のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The processing unit according to any one of claims 11 to 15, which sets the size of the reconstruction unit depending on whether or not the image reconstruction processing is performed in parallel with the reception of the photoacoustic wave. Subject information acquisition device. 前記処理部は、前記画像再構成処理を前記光音響波の受信と並行して行うか否かに応じて、前記関心領域を分割した前記再構成単位の数を設定する請求項11から16のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The processing unit sets the number of the reconstruction units in which the region of interest is divided according to whether or not the image reconstruction processing is performed in parallel with the reception of the photoacoustic wave. The subject information acquisition device according to any one of the items. 前記処理部は、前記情報に基づいて、前記第1の画像データを生成する際に前記第1の波長または前記第2の波長のいずれに対応する前記信号を用いるかを設定する請求項16に記載の被検体情報取得装置。 16. The processing unit sets in claim 16 whether to use the signal corresponding to the first wavelength or the second wavelength when generating the first image data based on the information. Described subject information acquisition device. 前記トランスデューサは複数の変換素子を備えており互いの指向軸が集まるように前記複数の変換素子は前記支持体に支持されている請求項6または7に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to claim 6 or 7 , wherein the transducer includes a plurality of conversion elements, and the plurality of conversion elements are supported by the support so that the directivity axes of each of the transducers are gathered. 前記表示制御部は、前記光の照射および前記光音響波の受信と並行して行う表示制御においては前記第1の画像データに基づき第1の表示を行い前記測定位置の変更に伴い前記第1の表示を更新し、前記光の照射および前記光音響波の受信が完了した後に行う表示制御においては前記第2の画像データに基づき第2の表示を行う請求項1から19のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 In the display control performed in parallel with the irradiation of the light and the reception of the photoacoustic wave, the display control unit performs the first display based on the first image data, and the first display is performed with the change of the measurement position. In the display control performed after the light irradiation and the reception of the photoacoustic wave are completed, the second display is performed based on the second image data. Any one of claims 1 to 19. The subject information acquisition device described in. 前記表示制御部は、表示済みの前記第1の表示に、前記測定位置の変化に応じて新たに生成された前記第1の画像データに基づく表示が付加されていくことで、前記第1の表示を更新する請求項20に記載の被検体情報取得装置。 The display control unit adds a display based on the first image data newly generated in response to a change in the measurement position to the displayed first display , thereby causing the first display. The subject information acquisition device according to claim 20 , wherein the display is updated. 前記入力部は、前記第1の表示の画像の画質の入力を受け付ける請求項20または21に記載の被検体情報取得装置。 Wherein the input unit, subject information obtaining apparatus according to claim 20 or 21 receives an input of the image quality of the images of the first display. 記再構成単位の前記サイズは、前記入力部を介して受け付けられた入力に基づいて設定される請求項から22のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 Before Symbol wherein the size of the reconstruction unit, subject information obtaining apparatus according to any one of claims 1 to 22 which is set based on the input received via the input unit. 前記光源をさらに備える請求項11から18のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 The subject information acquisition device according to any one of claims 11 to 18, further comprising the light source. 前記処理部は、前記第1の再構成単位毎に前記第1の画像データを生成し、前記第2の再構成単位毎に前記第2の画像データを生成する請求項1から24のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 Any one of claims 1 to 24, wherein the processing unit generates the first image data for each of the first reconstruction units, and generates the second image data for each of the second reconstruction units. The subject information acquisition device according to item 1. 被検体の関心領域に関する情報の入力を受け付けるステップと、前記情報に基づいて再構成単位を設定するステップと、前記被検体への複数回の光照射と並行して前記関心領域内の異なる測定位置からの複数の光音響波を受信するステップと、前記受信するステップにより得られた信号に基づいて前記関心領域に関する特性情報を示す画像データを生成するステップと、前記画像データに基づく画像を表示部に表示するステップと、を有する信号処理方法であって、
前記表示するステップは、設定された第1の再構成単位で第1の画像データを生成し前記測定位置の変更に応じて前記第1の画像データを更新するように前記光音響波の受信と並行して画像再構成処理を行い、前記関心領域に対応する前記光音響波の受信が完了した後で前記第1の再構成単位よりもサイズが小さく設定された第2の再構成単位で第2の画像データを生成するように画像再構成処理を行い、
前記表示するステップは、前記第1の画像データに基づき第1の表示を行い前記測定位置の変更に伴い前記第1の表示を更新するように前記光音響波の受信と並行して表示制御を行い、前記関心領域に対応する前記光音響波の受信が完了した後で前記第2の画像データに基づき第2の表示を行うように表示制御を行う
信号処理方法。
A step of accepting input of information about the region of interest of the subject, a step of setting a reconstruction unit based on the information, and different measurement positions in the region of interest in parallel with a plurality of light irradiations of the subject. A step of receiving a plurality of photoacoustic waves from the above, a step of generating image data indicating characteristic information regarding the region of interest based on the signal obtained by the receiving step, and a display unit displaying an image based on the image data. It is a signal processing method having a step to be displayed in.
The display step is the reception of the photoacoustic wave so as to generate the first image data in the set first reconstruction unit and update the first image data in response to the change in the measurement position. The image reconstruction process is performed in parallel, and after the reception of the photoacoustic wave corresponding to the region of interest is completed, the second reconstruction unit set to be smaller in size than the first reconstruction unit is used. Perform image reconstruction processing so as to generate the image data of 2.
In the display step, display control is performed in parallel with reception of the photoacoustic wave so that the first display is performed based on the first image data and the first display is updated when the measurement position is changed. A signal processing method for performing display control so as to perform a second display based on the second image data after the reception of the photoacoustic wave corresponding to the region of interest is completed.
前記生成するステップは、前記第1の再構成単位毎に前記第1の画像データを生成し、前記第2の再構成単位毎に前記第2の画像データを生成する請求項26に記載の信号処理方法。 The signal according to claim 26, wherein the generation step generates the first image data for each of the first reconstruction units, and generates the second image data for each of the second reconstruction units. Processing method. 情報処理装置に請求項26または27に記載の信号処理方法の各ステップを実行させるプログラム。
A program that causes an information processing apparatus to execute each step of the signal processing method according to claim 26 or 27.
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