KR102054382B1 - 피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 피검체 정보 취득장치는, 제1 및 제2 파장의 광을 발생시키는 광원과, 피검체로부터 광음향파를 수신해서 제1 및 제2 수신 신호를 출력하는 변환 소자와, 제1 및 제2 특성정보 분포를 취득하고, 피검체내부의 물질농도 분포를 취득하는 특성정보 취득부와, 제1 특성정보 분포와 제2 특성정보 분포간의 위치 어긋남을 취득하는 위치 어긋남 취득부와, 물질농도 분포와 위치 어긋남에 근거하여 화상을 표시하는 표시 제어부를 구비한다.

Description

피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법{OBJECT INFORMATION ACQUIRING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은, 피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
광을 사용한 이미징 기술의 하나로서, 광음향 이미징(ＰＡＩ:Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ)이 이용 가능하다. 광음향 이미징에서는, 우선, 광원으로부터 발생한 펄스 광이 피검체에 조사된다. 조사 광이 피검체내에서 전파 및 확산한 뒤, 피검체내의 광흡수체가 이 광의 에너지를 흡수하면, 음향파(이후, 광음향파라고 부른다)가 발생된다. 이 광음향파를 초음파탐촉자(트랜스듀서)로 수신하고, 처리 장치내에서 수신 신호를 해석함으로써, 피검체내부의 광학특성값에 관한 정보가 화상 데이터로서 취득된다. 이에 따라, 피검체내의 광학특성값 분포가 가시화된다.
최근, 미세한 광흡수체의 정보를 얻기 위해서, 광음향 이미징의 분해능의 향상이 요구되고 있다. 이를 해결하기 위해서, 소리를 집속시키고 조사 광을 집광함으로써, 피검체 표면 부근의 미세혈관 등의 흡수체를 고해상도로 촬상하는, 광음향 현미경의 개발이 진척되고 있다. PCT 출원의 일본어 번역문 제2011-519281호에서는, 조사 광을 렌즈로 집광하고, 피검체를 광의 초점위치에 배치함으로써, 분해능을 향상시키고 있다.
또한, 피검체내부의 광흡수체의 흡수 특성은, 파장에 따라 다르다. 이에 따라, 서로 다른 파장을 가지는 광빔을 피검체에 조사하고, 파장마다의 광음향파의 신호 강도에 근거하는 연산을 행함으로써, 피검체내의 물질농도에 관한 분포를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 파장마다 구한 피검체내의 광의 흡수 계수값과, 대상 물질에 고유한 광흡수의 파장 의존성을 사용하여서, 물질의 농도에 관한 분포가 가시화된다. 게다가, 옥시헤모글로빈ＨｂＯ의 농도와, 디옥시헤모글로빈Ｈｂ의 농도에 의거하여, 혈액의 산소 포화도를 취득할 수 있다.
특허문헌 1: PCT 출원의 일본어 번역문 제2011-519281호
피검체가 생체일 때, 박동, 호흡 또는 그 밖의 몸 움직임으로 인한 광음향 측정중에 피검체가 움직이는 경우들이 있다. 그 결과, 피검체와, 초음파 탐촉자 및 광조사부간의 상대적인 위치 관계가 어긋난다. 또한, 탐촉자를 시술자가 파지하는 핸드 헬드형의 광음향장치의 경우와, 초음파 탐촉자를 이동(주사)시켜서 넓은 범위를 영상화하는 광음향장치의 경우, 피검체가 움직이지 않을 때에도, 초음파 탐촉자가 이상적인 위치로부터 움직이면, 상술한 상대 위치 관계가 벗어난다. 또한, 몸 움직임에 의해 생긴 피검체의 변형으로 인해, 피검체내부의 각 부위간의 위치 관계가 변화되는 경우들이 있다.
산소 포화도 등의 측정중, 제1 파장으로의 측정과 제2 파장으로의 측정 사이의 기간에, 상술한 몸 움직임이나 초음파 탐촉자의 이동이 발생하면, 각 파장들에 유래한 광음향 화상들간에 어긋남이나 변형이 일어난다. 이후, 이러한 어긋남과 변형을 총칭해서 "위치 어긋남"이라고 부른다. 이러한 파장간의 위치 어긋남이 발생하는 경우에는, 물질농도를 산출할 때에, 피검체내에서 다른 위치에 있는 광흡수체끼리가 비교된다. 그 결과, 농도산출의 정밀도가 저하할 가능성이 있다.
특히, 대상 광흡수체가 혈액일 경우에, 측정 파장간에 위치 관계가 어긋나면, 각 파장에 있어서의 혈관의 위치가 어긋나버린다. 이에 따라, 각 혈관위치에 있어서의 파장간의 흡수 계수의 비율이 잘못된 값을 갖기 때문에, 잘못된 산소 포화도를 구해버리게 된다.
또한, 본 명세서에 있어서의 위치 어긋남은, 피검체 위치, 초음파 탐촉자 위치, 및 양자의 상대적 위치 관계가, 장치의 설계 값과, 주사를 위한 설정 값으로부터 어긋난 것을 의미한다. 예를 들면, 초음파 탐촉자로 주사를 행할 경우, 주사 궤적상의 각 위치에서 광음향파의 검출이 행해지고, 측정 위치는 검출을 행할 때마다 변화된다. 그러나, 이러한 위치 변화는, 기지의 정보이기 때문에, 화상 재구성에 반영가능해서, 위치 어긋남이라고는 부르지 않는다.
종래의 광음향 장치에 있어서, 시술자는, 위치 어긋남에 의해 생긴 산소 포화도 등의 특성정보의 오차에 관한 정보를 얻을 수 없다. 산소 포화도 등의 특성정보의 정량값의 신뢰성에 관한 정보가 없이 시술자가 상기 얻어진 광음향화상의 독영(interpretation)을 행하면, 진단의 정확성이 저하할 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 과제를 감안해서 이루어진다. 본 발명의 목적은, 광음향 이미징에 있어서, 피검체의 위치 어긋남에 기인하는 특성정보의 오차에 관한 정보를 제공하는 데에 있다.
본 발명은,
제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 발생시키는 광원;
상기 제1 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제1 수신 신호를 출력하고, 상기 제2 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제2 수신 신호를 출력하는 변환 소자;
상기 제1 수신 신호에 근거하여 제1 특성정보 분포를 취득하고, 상기 제2 수신 신호에 근거하여 제2 특성정보 분포를 취득하고, 상기 제1 및 제2 특성정보 분포에 근거하여 상기 피검체내부의 물질농도 분포를 취득하는 특성정보 취득부;
상기 제1 특성정보 분포와 상기 제2 특성정보 분포의 사이의 위치 어긋남을 취득하는 위치 어긋남 취득부; 및
상기 물질농도 분포와 상기 위치 어긋남에 근거한 화상을 표시부에 출력하는 표시 제어부를 구비하는, 피검체 정보 취득장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
광원과, 변환 소자와, 특성정보 취득부와, 위치 어긋남 취득부와, 표시 제어부를 구비하는 피검체 정보 취득장치의 제어 방법이며,
상기 광원이, 제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 발생하게 하는 단계;
상기 변환 소자가, 상기 제1 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제1 수신 신호를 출력하게 하고, 상기 제2 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제2 수신 신호를 출력하게 하는 단계;
상기 특성정보 취득부가, 상기 제1 수신 신호에 근거하여 제1 특성정보 분포를 취득하게 하고, 상기 제2 수신 신호에 근거하여 제2 특성정보 분포를 취득하게 하고, 상기 제1 및 제2 특성정보 분포에 근거하여 상기 피검체내부의 물질농도 분포를 취득하게 하는 단계;
상기 위치 어긋남 취득부가, 상기 제1 특성정보 분포와 상기 제2 특성정보 분포의 사이의 위치 어긋남을 취득하게 하는 단계; 및
상기 표시 제어부가, 상기 물질농도 분포와 상기 위치 어긋남에 근거한 화상을 표시부에 출력하게 하는 단계를 포함하는, 피검체 정보 취득장치의 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 광음향 이미징에 있어서, 피검체의 위치 어긋남에 기인하는 특성정보의 오차에 관한 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은, 실시예 1의 광음향장치의 전체구성을 나타내는 모식도;
도 2는, 실시예 1의 피검체 정보 취득 플로우의 일례를 나타내는 흐름도;
도 3은, 실시예 1의 피검체 정보 취득 플로우의 다른 일례를 나타내는 흐름도;
도 4는, 실시예 2의 피검체 정보 취득 플로우의 일례를 나타내는 흐름도;
도 5는, 실시예 3의 피검체 정보 취득 플로우의 일례를 나타내는 흐름도;
도 6a 및 6b는, 실시예 1의 표시 방법의 예들을 나타내는 모식도;
도 7a 및 7b는, 실시예 2의 표시 방법의 예들을 나타내는 모식도;
도 8은, 실시예 4의 피검체 정보 취득 플로우의 일례를 나타내는 흐름도다.
이하에 도면들을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시예들에 대해서 설명한다. 단, 이하에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상 및 그것들의 상대 배치는, 본 발명이 적용되는 장치의 구성이나 각종 조건에 따라 적절하게 변경되어야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 이하의 기재에 한정되지 않는다. 또한, 동일한 구성 요소에는 원칙적으로 동일한 참조부호로 지정되고, 그에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은, 피검체로부터 전파하는 음향파를 검출하고, 피검체내부의 특성정보를 생성하는 기술에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은, 피검체 정보 취득장치 또는 그 제어 방법, 혹은 피검체 정보 취득 방법이나 신호 처리 방법이라고 간주한다. 또한, 본 발명은, 이것들의 방법을 ＣＰＵ와 메모리 등의 하드웨어 자원을 구비하는 정보처리장치에 실행시키는 프로그램이나, 그 프로그램을 기억하는 기억 매체라고 간주한다.
본 발명의 피검체 정보 취득장치는, 광(전자파)이 조사된 피검체내에 있어서 광음향 효과에 의해 발생한 음향파를 수신하고, 피검체 정보를 화상 데이터로서 취득하는 장치를 구비한다. 이러한 장치는, 광음향 장치 또는 광음향 이미징 장치등이라고도 부를 수 있다. 특성정보는, 광음향파를 수신함에 의해 얻어진 수신 신호를 사용해서 생성된, 피검체내의 복수의 위치의 각각 대응하는 특성정보다.
본 발명에 의해 취득된 특성정보는, 광 에너지의 흡수량과 흡수율을 반영하고 있다. 예를 들면, 상기 특성정보는, 광조사에 의해 생긴 음향파의 발생원, 피검체내의 초기 음압(발생된 음압), 초기 음압으로부터 얻어진 광 에너지 흡수 밀도와 광 에너지 흡수 계수, 조직(tissue)을 구성하는 물질의 농도에 관한 정보를 포함한다. 물질의 농도에 관한 정보의 예들은, 옥시헤모글로빈 혹은 디옥시헤모글로빈의 농도, 그것들로부터 얻어진 토털 헤모글로빈 농도, 및 산소 포화도가 있다. 또한, 상기 물질의 농도에 관한 정보는, 글루코오스 농도, 콜라겐 농도, 멜라닌 농도, 지방이나 물의 체적 분률을 포함하여도 된다. 또한, 피검체내의 각 위치의 특성정보에 근거하여, 2차원 또는 3차원의 피검체 정보 분포가 얻어진다. 분포 데이터는, 표시장치에 표시되는 화상 데이터로서 생성될 수 있다.
본 발명에서의 음향파는, 전형적으로는 초음파이며, 음파나 음향파라고 불리는 탄성파를 포함한다. 탐촉자 등에 의해 음향파로부터 변환된 전기신호를 음향신호라고도 부른다. 단, 본 명세서에 있어서의 초음파 또는 음향파의 기재는, 그 탄성파의 파장을 한정하는 의도가 아니다. 광음향 효과에 의해 발생한 음향파는, 광음향파 또는 광초음파라고 불린다. 광음향파에 유래하는 전기신호를 광음향신호라고도 부른다.
본 발명의 피검체 정보 취득장치는, 사람이나 동물의 생체나, 생체이외의 샘플, 팬텀 등의 교정 시료를 측정할 수 있다. 피검체가 생체일 경우, 혈관질환이나 악성 종양의 진단에 상기 피검체 정보 취득장치가 사용되기를 기대한다.
<실시예 1>
실시예 1의 피검체 정보 취득장치(광음향 장치)의 구성 및 처리에 대해서 설명한다.
(장치구성)
도 1은 본 실시예의 광음향 장치의 구성을 나타내는 모식도다. 이 장치는, 기본적인 구성 요소로서, 광원(100), 탐촉자(200), 광도파부(300), 광조사부(400), 주사 기구(500), 제어부(600), 처리부(700), 표시부(800), 및 수조(900)를 구비한다. 처리부(700)는, 신호 수집부(710), 특성정보 취득부(720), 및 위치 어긋남 취득부(730)를 구비한다. 탐촉자(200)는, 변환 소자(210)를 구비한다.
광원(100)으로부터 출사된 펄스 광은, 광도파부(300)를 통해서 광조사부(400)로부터 조사 광(1000)으로서 피검체(1100)에 조사되어, 피검체(1100)내의 광흡수체(1110)에 도달한다. 광흡수체(1110)의 예들로서는, 전형적으로는 생체내에 있어서의 헤모글로빈, 많은 양의 헤모글로빈을 포함하는 혈관, 및 신생 혈관을 수반하는 종상이 있다. 광흡수체(1110)는, 광의 에너지를 흡수하고, 광음향파를 발생한다. 발생된 광음향파는, 피검체내에서 전파하고 그 변환 소자(210)에 도달한다.
변환 소자(210)는, 광음향파를 수신함에 의해 시계열의 수신 신호를 출력한다. 처리부(700)에는, 변환 소자(210)로부터 출력된 그 수신 신호가 순차로 입력된다. 또한, 본 실시예에 있어서, 탐촉자(200)의 변환 소자(210)(수신면)는, 수조(900)안의 음향정합재로서의 물(910)에 담겨져 있다. 이에 따라, 피검체(1100)와 변환 소자(210)의 음향 정합이 이루어진다.
주사 기구(500)는, 탐촉자(200)와 광조사부(400)를 구비하는 측정부(1200)를 이동시키고, 피검체(1100)에 대한 상대적인 위치 관계를 변화시킨다. 제어부(600)는, 광음향 장치내의 개개의 구성 블록을 제어한다.
처리부(700)는, 변환 소자(210)로부터 입력된 신호를 사용하여서 광의 흡수율에 관련된 특성정보를 생성한다. 또한, 처리부(700)는, 측정 파장마다 얻어진 광의 흡수율에 관련된 특성정보에 근거하여, 산소 포화도 등의 농도에 관한 특성정보, 및 측정 파장간의 피검체의 위치 어긋남을 산출한다. 처리부(700)는, 생성된 특성정보의 데이터 및 그 위치 어긋남을 표시 제어부(850)에 송신한다. 표시 제어부(850)는, 표시부(800)에 특성정보의 화상 및 위치 어긋남에 관한 정보를 표시시킨다.
이하, 본 실시예에 따른 광음향 장치의 각 구성 블록의 상세를 설명한다.
(광원 100)
광원(100)은, 나노 초 내지 마이크로 초정도의 펄스 광을 발생 가능한 펄스 광원이 바람직하다. 구체적인 펄스 폭으로서는, 1∼100나노 초정도의 펄스 폭이 바람직하다. 또한, 파장으로서는, 400ｎｍ 내지 1600ｎｍ정도의 파장이 바람직하다. 특히, 생체표면 근방의 혈관을 고해상도로 이미징할 때, 가시 광 영역의 파장(400ｎｍ이상 700ｎｍ이하)이 바람직하다. 한편, 생체의 심(deep)부를 이미징할 때, 생체의 배경조직에 있어서 흡수량이 적은 파장(700ｎｍ이상 1100ｎｍ이하)이 바람직하다. 단, 테라헤르츠파, 마이크로파, 및 라디오파의 영역을 사용하는 것도 가능하다.
구체적인 광원(100)으로서는, 레이저가 바람직하다. 또한, 제1 파장과 제2 파장을 적어도 포함하는, 복수의 파장의 광빔을 출력하기 위해서, 발진 파장의 변경이 가능한 가변 파장 레이저가 보다 바람직하다. 상기 레이저로서는, 고체 레이저, 가스 레이저, 색소 레이저, 및 반도체 레이저를 사용할 수 있다. 특히, Ｎｄ:ＹＡＧ레이저나 알렉산드라이트 레이저등의 펄스 레이저가 바람직하다. 또한, Ｎｄ:ＹＡＧ레이저광을 여기 광으로서 사용하는 Ｔｉ:ｓａ레이저나 광학 파라미터 발진기(ＯＰＯ) 레이저, 또는 색소 레이저를 사용해도 좋다. 파장이 다른 복수의 광원을 사용해도 좋다. 또한, 상기 레이저 대신에 발광 다이오드나 플래시 램프를 이용하는 것도 가능하다.
(탐촉자 200)
탐촉자(200)는, 1개이상의 변환 소자(210)와, 그 변환 소자(210)를 지지하는 케이싱을 구비한다. 변환 소자(210)로서는, 음향파를 수신해서 전기신호로 변환하는 소자를 이용할 수 있다. 그 변환 소자(210)의 예들로서는, 티탄산 지르콘산연(ＰＺＴ)의 압전기를 사용한 압전 소자, 광의 공진을 사용한 변환 소자, 및 ＣＭＵＴ등의 정전용량형의 변환 소자가 있다.
광음향 장치가 광음향 토모그래피 장치일 경우는, 탐촉자(200)에는 복수의 변환 소자(210)를 설치하는 것이 바람직하다. 복수의 변환 소자(210)는, 1D어레이, 1.5D어레이, 1.75D어레이, 2D어레이라고 불리는 평면내, 혹은 아크 형상이나 공기(bowl)형 형상과 같은 곡면 내에 배열되도록 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 광음향 장치가 광음향 현미경일 경우, 탐촉자(200)는 포커스형 탐촉자인 것이 바람직하다. 그 경우, 변환 소자(210)의 수신면에 음향 렌즈를 설치한다.
또한, 피검체의 형상을 안정시키기 위해서, 도시되지 않은 보유 부재를 설치하는 것이 바람직하다. 공기형의 탐촉자일 경우, 접시형이나 컵 형의 보유 부재가 바람직하다. 또한, 2매의 판형부재 사이에 피검체를 보유하는 구성을 사용하는 것도 가능하다. 보유 부재의 재질로서, 광 및 음향파를 투과시키는 재질이 바람직하다. 그 보유 부재를 사용하면, 후술하는 광량분포의 계산을 간략화할 수 있는 이점도 얻어진다.
주사 기구(500)가, 탐촉자(200)를 피검체(1100)에 대하여 기계적으로 이동시키는 것으로, 넓은 범위의 피검체 정보를 취득할 수 있다. 광조사부(400)와 탐촉자(200)는 서로 동기해서 이동하는 것이 바람직하다. 주사 방식으로서는, 탐촉자나 피검체의 형상에 따라, 래스터(raster) 스캔, 스네이크 스캔, 및 나선형 스캔을 사용할 수 있다. 탐촉자(200)가 핸드 헬드형 프로브일 경우는, 탐촉자(200)는, 시술자가 탐촉자(200)를 파지하기 위해 사용하는 파지부를 가진다.
(광도파부 300)
광도파부(300)는, 광원(100)으로부터 광조사부(400)까지 광을 전달시킨다. 광도파부(300)로서는, 광파이버, 렌즈, 미러, 프리즘, 및 확산판 등의 광학소자를 이용할 수 있다.
(광조사부 400)
광조사부(400)는 광도파부(300)에 의해 전달된 광을, 조사 광(1000)으로서 피검체(1100)에 조사한다. 여기에서, 광음향 토모그래피 장치에 있어서는, 광조사부(400)는 렌즈 등을 사용한 빔의 지름을 넓히고 조사하는 것이 바람직하다. 한편, 광음향 현미경에 있어서는, 해상도를 상승시키기 위해서, 광도파부(300)의 광조사부는 렌즈 등으로 구성되고, 조사 광(1000)은 포커싱되어 조사되는 것이 바람직하다.
또한, 광조사부(400)를 피검체(1100)에 대하여 이동해도 좋다. 게다가, 광조사부(400)를 탐촉자(200)와 연동해서 이동시켜도 좋다. 이것에 의해 보다 넓은 범위를 영상화할 수 있다. 공기형 탐촉자의 경우, 공기의 중심에서 광조사부(400)를 배치해도 좋다. 또한, 광도파부(300) 및 광조사부(400)를 사용하지 않고, 광원(100)으로부터 직접 피검체(1100)에 광을 조사하는 것도 가능하다.
(처리부 700)
본 실시예의 처리부(700)는, 신호 수집부(710), 특성정보 취득부(720), 위치 어긋남 취득부(730)를 구비한다.
신호 수집부(710)는, 변환 소자(210)로부터 출력된 시계열의 아날로그 수신 신호(광음향신호라고 부른다)를 수집한다. 신호 수집부(710)는, 수신 신호의 증폭, 아날로그의 수신 신호의 ＡＤ변환, 디지털화된 수신 신호의 기억 등의 신호 처리를 행한다. 추가로, 신호 수집부(710)는, 조사 광(1000)의 일부가 입사하는 광검출기(도시되지 않음)로부터 출력된, 광량에 관한 신호(광량신호라고 부른다)를, 조사 펄스마다 수집한다. 신호 수집부(710)로서는, 데이터 취득 시스템(ＤＡＳ)이라고 불리는 회로를 이용할 수 있다. 예를 들면, 신호 수집부(710)는, 수신 신호를 증폭하는 증폭기나, ＡＤ변환기 등으로 구성된다. 또한, 그 증폭기는, 탐촉자(200)내에 설치되어도 좋다. 본 발명에 있어서, 제1 파장의 광은 제1 수신 신호로 변환되고, 제2 파장의 광은 제2 수신 신호로 변환된다.
특성정보 취득부(720)는, 신호 수집부(710)에 의해 수집된 광음향신호 및 광량신호를 사용해서, 피검체내의 광의 흡수율에 관한 특성정보를 위치마다 취득한다. 예를 들면, 발생된 음압분포, 광 에너지 흡수 밀도분포, 및 광의 흡수 계수분포가 취득된다. 또한, 특성정보 취득부(720)는 각 파장의 광의 흡수율에 관한 특성정보를 사용해서, 피검체내에 존재하는 물질의 농도에 관한 특성정보(특히, 혈액의 산소 포화도 분포)를 구한다. 특성정보 취득시의 화상재구성 방법으로서, 범용 역투영(ＵＢＰ), 필터링된 역투영(ＦＢＰ), 및 지연 및 가산(Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍ)등의 공지의 방법을 이용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 제1 수신 신호로부터는 제1 특성정보 분포가 취득되고, 제2 수신 신호로부터는 제2 특성정보 분포가 취득된다. 또한, 제1 특성정보 분포와 제2 특성정보 분포로부터는 물질농도 분포가 취득된다. 물질농도 분포의 취득에는, 위치 어긋남의 분포가 이용되는 경우도 있다.
위치 어긋남 취득부(730)는, 특성정보 취득부(720)에 있어서 산출된 측정 파장마다의 광의 흡수율에 관한 특성정보를 사용하여서, 측정 파장간의 위치 어긋남을 산출한다.
특성정보 취득부(720) 및 위치 어긋남 취득부(730) 각각으로서, ＣＰＵ나 ＧＰＵ등의 프로세서, 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(ＦＰＧＡ) 칩 등의 연산 회로를 사용할 수 있다. 또한, 특성정보 취득부(720) 및 위치 어긋남 취득부(730) 각각은, 1개의 프로세서나 1개의 연산 회로로 구성되어도 되고, 또한 복수의 프로세서나 복수의 연산 회로로 구성되어도 된다. 또한, 특성정보 취득부(720) 및 위치 어긋남 취득부(730) 각각은, 수신 신호, 생성된 분포 데이터, 표시 화상 데이터, 각종 측정 파라미터를 기억하는 메모리를 구비하여도 된다. 이 메모리는, 전형적으로는 1개이상의 ＲＯＭ, ＲＡＭ, 및 하드 디스크 등의 기억 매체로 구성된다.
(표시부 800)
표시부(800)는, 특성정보 취득부(720)에 있어서 산출된 산소 포화도 등의 물질의 농도에 관한 특성정보와, 위치 어긋남 취득부(730)에 있어서 산출된 측정 파장간의 위치 어긋남 분포를 표시한다. 표시부(800)로서, 액정 디스플레이(ＬＣＤ), 음극선관(ＣＲＴ), 유기ＥＬ디스플레이도 사용할 수 있다. 표시부(800)는, 광음향 장치와 따로따로 제공되어도 된다. 표시 제어부(850)로서는, 정보처리장치와 제어 회로를 이용할 수 있다. 혹은, 그 표시부에 배치된 제어 회로를 이용해도 된다.
(수조 900)
수조(900)는, 음향정합재로서의 물(910)을 보유 가능한 그릇이다. 탐촉자(200)에 설치된 변환 소자(210)를 물(910)에 담금으로써, 피검체(1100)와 변환 소자(210)를 음향적으로 정합시키는 것이 가능하다. 수조(900)가 피검체(1100)에 접하는 면은, 광음향파가 그 면을 쉽게 통과하도록, 광음향파의 파장보다도 얇은 필름으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 음향정합재와 접촉면은, 조사 광(1000)을 흡수하기 어려운 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 음향정합재로서는, 물, 초음파 젤 혹은 기름이 적합하다. 또한, 접촉면의 재료로서는, 폴리에틸렌, 우레탄 고무, 및 ＰＥＴ를 사용할 수 있다. 피검체(1100)와 접촉면의 사이에는, 초음파 젤이나 물 등의 음향정합재를 설치하는 것이 바람직하기도 하다.
(주사 기구 500)
주사 기구(500)로서, 스테핑 모터나 서보모터를 구비하는 자동 스테이지를 사용할 수 있다. 또한, 주사 기구(500)는, ＸＹ스테이지, 샤프트, 및 스크류 기구등의 기계 부품과, 탐촉자나 광조사부의 위치 검출 기구 및 위치 제어 기구를 조합해서 구성될 수 있다. 도 1은, 주사 기구(500)가 측정부(1200)를 이동시켜서 피검체(1100) 위의 측정 점들을 주사하는 구성을 나타낸다. 그러나, 피검체(1100) 위의 측정 점들을 주사하면서 측정을 행할 수 있으면, 어떤 구성도 채용되어도 된다. 예를 들면, 조사 광(1000)은 피검체(1100)의 넓은 범위에 조사하고, 주사 기구(500)는 탐촉자(200)만을 이동시키는 구성을 채용하여도 된다.
반대로, 탐촉자(200)로서 광범위에서 광음향파를 수신 가능한 탐촉자(예를 들면, 포커스 범위가 넓은 싱글 트랜스듀서나 어레이형 트랜스듀서)가 사용되고, 주사 기구(500)가 광조사부만을 이동시키는 구성도, 채용되어도 된다. 이 경우, 조사 광(1000)은 집광시키는 것이 바람직하다. 또한, 탐촉자(200)를 고정할 경우, 음향정합재가 액체일 필요는 없다. 예를 들면, 수조(900) 및 물(910) 대신에, 겔 부재(폴리우레탄계의 겔 등)를 사용할 수 있다.
또한, 주사 기구(500)가 탐촉자(210)나 광조사부(400)의 각도를 변경하면서 주사를 행할 수 있다. 또한, 주사 기구(500)는, 탐촉자(200)나 광조사부(400)를 직접 이동시키지 않고, 피검체(1100) 위의 측정 점들 주사할 수 있다. 예를 들면, 광음향파와 조사 광(1000)을 반사하는 미러를 제어(각도 변경 또는 이동)함으로써, 조사 광(1000)의 조사 위치와 광음향파의 검출 위치를 주사할 수 있다. 이 경우도, 광조사 위치, 광음향파의 검출 위치, 및 그들의 양쪽은 이동 대상의 역할을 하여도 된다. 이러한 미러로서는, 갈바노 미러와 ＭＥＭＳ미러가 적합하다.
(제어부 600)
제어부(600)는 개개의 구성 블록에 필요한 제어 신호와 데이터를 공급한다. 구체적으로는, 제어부(600)는 광원(100)에 발광을 지시하는 신호, 변환 소자(200)의 수신 제어 신호 및 주사 기구(500)의 제어 신호를 공급한다. 또한, 제어부(600)는 신호 증폭 제어, ＡＤ변환 타이밍 제어, 및 수신 신호의 기억 제어를 행한다. 제어부(600)도, 처리부(700)와 마찬가지로, ＣＰＵ나 ＧＰＵ등의 프로세서, ＦＰＧＡ칩 등의 회로를 1개 또는 복수 조합해서 구성될 수 있다. 또한, 제어부(600)는 각종 측정 파라미터를 기억하는 메모리를 구비하여도 된다. 그 메모리는, 전형적으로는 1개이상의 ＲＯＭ, ＲＡＭ 또는 하드 디스크등의 기억 매체로 구성된다. 상기 메모리는, 처리부(700)와 공유될 수 있다.
(피검체 1100)
피검체(1100)가 본 발명의 광음향 장치의 일부를 구성하는 것이 아니지만, 피검체(1100)는 이하에 설명한다. 본 실시예에 따른 광음향 장치의 주 목적은, 사람이나 동물의 혈관질환이나 악성 종양의 진단이나, 화학치료의 경과 관찰이다. 따라서, 피검체(1100)는 생체, 구체적으로는 인체나 동물의 유방, 경부, 복부, 얼굴, 및 피부 등의 진단의 대상부위를 포함한다. 생체에서는, 호흡이나 박동으로 인한 몸 움직임이 발생하기 때문에, 설치 위치로부터의 어긋남이나 변형이 발생하기 쉽다. 단, 무생물의 경우라도 그 위치 어긋남이나 변형은 발생할 수 있다. 또한, 주사 기구가 피검체를 이동시킬 경우가 있지만, 이 이동은 본 발명의 위치 어긋남에 해당하지 않는다. 본 발명에 있어서의 위치 어긋남은, 복수의 파장에 유래하는 광음향신호로부터 화상재구성을 할 경우에, 피검체의 타겟이 추정된 위치로부터 이동한 상태를 가리킨다.
피검체(1100)의 내부에 있는 광흡수체(1110)로서는, 피검체(1100)의 내부에서 상대적으로 광흡수계수가 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 인체가 측정 대상이면, 대량의 옥시헤모글로빈 혹은 디옥시헤모글로빈을 포함하는 혈관, 혹은 신생 혈관을 많이 포함하는 악성 종양이 광흡수체(1110)의 대상이 된다. 추가로, 흑색종이나 경동맥벽의 플라크도 그 광흡수체(1110)의 대상이 된다.
(핸드 헬드형)
또한, 본 발명을 핸드 헬드형의 광음향 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 점선(1300)으로 둘러싸여진 부재는, 시술자가 파지 가능한 하나의 케이싱에 적절하게 보관되어도 된다.
(피검체 정보 취득 방법)
본 실시예에 따른 광음향 장치에 있어서, 처리부(700)가 측정 데이터를 수집하고, 피검체의 특성정보 및 위치 어긋남을 산출하여, 표시부(800)에 표시하는 플로우의 일례를, 도 2를 사용해서 설명한다. 여기에서는, 농도에 관한 특성정보의 예로서 산소 포화도를 들지만, 그 밖의 특성정보도 같은 플로우로 취득할 수 있다. 본 플로우는, 피검체가 측정 가능영역에 설치되어, 장치의 기동과 아이들링 등의 준비 처리가 완료한 시점에서 개시된다.
단계S101에서는, 다파장 광음향 데이터 및 광량 데이터가 취득된다. 우선, 광조사부(400)가 피검체에 광을 조사한다. 변환 소자(210)는, 광 펄스마다 발생된 광음향파를 수신한다. 신호 수집부(710)는, 변환 소자(210)로부터 출력된 시계열의 아날로그 수신 신호를 채널마다 수집하고, 각종의 신호 처리를 시계열의 아날로그 수신 신호에 관해서 행하고, 그 신호를 보존한다. 또한, 신호 수집부(710)는 광검출기로부터 출력된 펄스마다의 광량신호를 수집한다. 이때, 광범위에서 화상을 얻기 위해서, 주사 기구(500)에 의해, 탐촉자(200)와 광조사부(400)를 피검체에 대하여 상대 이동시키고, 복수의 주사 위치에서 광음향파를 수신한다.
상기한 처리를 복수의 파장에 대해서 행하는 것으로, 단계S101이 완료된다. 또한, 본 플로우에서는, 제1 파장에서의 광음향 데이터와 광량 데이터를 취득한 뒤, 제2 파장에서의 측정을 행한다. 그러나, 주사 기구(500)에 의해 탐촉자(200)가 이동하는 동안에, 교대로 제1 파장과 제2 파장에 의한 측정을 행해도 된다. 이 경우에서도, 복수의 파장에 의한 측정중에 몸 움직임이 발생할 수 있으므로, 본 발명이 효과를 발휘한다. 또한, 광량에 관해서는, 실제로 광량을 측정하는 대신에, 미리 메모리에 기억된 추정 광량값을 취득해도 된다. 추정 광량값은, 장치구성, 광원 제어값, 피검체와 광조사부간의 위치 관계, 및 피검체내에서의 타겟 복셀의 깊이에 근거하여 산출될 수 있다.
단계S102에서는, 특성정보 취득부(720)는, 단계S101에서 얻어진 광음향신호 및 광량신호를 사용해서 해석에 의해, 피검체내의 광흡수 분포 데이터를 측정 파장마다 산출한다. 즉, 특성정보 취득부(720)는, 화상재구성에 의해 광음향신호로부터 발생된 상기 발생 음압을, 광량신호에 근거하여 보정함으로써, 각 측정 위치에서의 광흡수 분포 데이터를 취득한다.
보정방법의 일례를 설명한다. 우선, 특성정보 취득부(720)는 광량신호로부터 피검체(1100)에 조사된 조사 광(1000)의 광량을 산출한다. 이때, 사전에 측정된, 광량신호와 조사 광량과의 관계를 사용해서 조사 광량을 산출한다. 광량신호와 조사 광량간의 관계를 그 광량신호와 조사 광량의 관계 테이블 혹은 관계식으로서 두는 것이 바람직하다. 그 후, 특성정보 취득부(720)는 조사 광량과 피검체 형상에 근거하여, 피검체내의 광량분포 데이터를 산출한다. 이때, 광수송 방정식이나 광확산 방정식에 근거하여, 유한요소법이나 몬테 카를로법을 사용한 산출을 행하는 것이 가능하다. 조사 광의 조사 분포를 사전에 측정함으로써, 보다 정확한 광량분포 데이터를 취득할 수 있다.
그 후, 발생 음압분포 데이터를 광량분포 데이터로 제산함에 의해, 피검체내의 광흡수 분포 데이터 혹은 피검체내의 광흡수 분포 데이터에 비례하는 데이터를 취득한다. 또한, 광음향 토모그래피 장치에 있어서 주사하면서 측정할 경우는, 각 주사 위치에 있어서 신호 수집부(710)로부터 출력된 광음향신호 및 광량신호를 사용하여서, 각 주사 위치에 있어서의 발생 음압분포 데이터와 광량분포 데이터를 산출한다. 그 후, 각 주사 위치 정보에 근거하여, 개개의 주사 위치에 있어서의 발생 음압분포 데이터를 합하여 얻어진 총 발생 음압분포 데이터를, 각 주사 위치에 있어서의 광량분포 데이터를 합하여 얻어진 총 광량분포 데이터로 제산함에 의해, 피검체내의 광흡수 분포 데이터를 취득할 수 있다.
한편, 광음향 장치가 광음향 현미경일 경우에는, 특성정보 취득부(720)는, 신호 수집부(710)로부터 출력된 광음향신호를 시간변화에 대하여 포락선 검파한다. 계속해서, 특성정보 취득부(720)는, 광펄스마다의 신호에 있어서의 시간축 방향을 깊이 방향으로 변환하고, 공간좌표위에 플로트 한다. 이 처리를 측정 위치(주사 위치)마다 행하는 것에 의해, 음압분포 데이터를 취득한다.
또한, 특성정보 취득부(720)는, 신호 수집부(710)로부터 출력된 광량신호를 사용하여서 각 측정 위치에서의 음압분포 데이터를 보정하여, 피검체내의 광흡수 분포 데이터를 취득한다. 예를 들면, 광검출기가 포토다이오드일 경우는, 각 측정 점에 있어서 포토다이오드로부터 출력된 수신 신호의 피크 값을 취득한다. 계속해서, 상기 음압분포 데이터를 피크 값으로 제산함에 의해, 피검체내의 광흡수 분포 데이터 혹은 그것에 비례한 데이터를 취득한다.
단계S103에서는, 특성정보 취득부(720)는, S102에서 구한 각 파장의 광흡수 분포 데이터를 사용해서 혈액의 산소 포화도 분포(물질농도 분포)를 구한다.
한편, 단계S104에서는, 위치 어긋남 취득부(730)가, S102에서 구한 측정 파장마다의 광흡수 분포 데이터를 사용해서 측정 파장간의 위치 어긋남을 산출한다. 이하, 위치 어긋남 산출법의 일례를 설명한다. S102에 있어서 구한 2파장의 광흡수 분포 데이터 세트 중 한쪽을 기준화상으로서 사용한다. 다른 쪽의 파장의 광흡수 분포(변형 화상이라고 부른다)는, 기준화상에 일치하도록 변형 가능한 위치 맞춤이 실행된다. 구체적으로는, 광흡수 분포의 볼륨 데이터내의 랜덤하게 추출한 점에서, 화상끼리의 상관을 계산한다. 계속해서, 상관이 증가되도록 화상을 변형해 최적화한다. 이때, 정규화 상호상관 등, 기준화상과 변형 화상간의 일치도를 나타내는 지표를 사용하는 것이 가능하다.
변형에는 자유 형태 변형(free form deformation) 등의 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 다단계적으로 변형 가능한 위치 맞춤이 행해도 된다. 예를 들면, 아핀(affine) 변환에 의해 회전, 확대 축소, 전단 및 평행 이동을 행해서 대략 위치 맞춤한 후에, 상기 자유 형태 변형을 사용한다. 또한, 본 실시예에서는, 위치 어긋남 보정에 광흡수 분포를 그대로를 사용했지만, 불필요부를 제거하고, 또한, 광흡수 분포가 광흡수 분포의 대수화상으로 변환되는 처리를 미리 행해도 된다.
이렇게 하여 변형 가능한 위치 맞춤을 행한 변형 화상에 있어서, 볼륨 데이터내의 각 점이, 변형 가능한 위치 맞춤 전의 위치로부터 변형 가능한 위치 맞춤 후의 위치로 이동한 양을 위치 어긋남이라고 한다. 위치 어긋남으로서는, 변형 전 위치로부터 변형 후 위치로의 각 점의 직선이동 거리, 어떤 특정 방향(예를 들면, 변환 소자(210)의 수신면에 대하여 수직방향)의 이동량, 방향성분들을 갖는 벡터량을 이용할 수 있다. 또한, 3파장이상의 측정에 있어서도, 어떤 측정 파장의 광흡수 분포를 기준화상으로 사용하여서 같은 변형 가능한 위치 맞춤을 행할 수 있다.
단계S105에서는, S103에서 산출된 산소 포화도 분포와 S104에서 산출된 측정 파장간의 위치 어긋남 분포를, 표시부(800)에 표시한다. 양쪽 화상의 표시 방법으로서는, 도 1에 도시된 것처럼 나란히 화상들이 배치되는 표시의 이외, 중첩 표시, 교대표시, 문자나 부호를 사용한 주석 첨부 표시를 사용하여도 된다. 또한, 마우스나 키보드 등의 입력장치를 사용한 시술자의 지시에 따라, 표시 방법을 바꾸어도 된다.
위치 어긋남 분포의 표시 방법의 일례로서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 위치 어긋남을 직접 표시하는 방법이 있다. 직접 표시 방법에 있어서는, 위치 어긋남을 밝기, 채도 또는 색상에 대응시키는 것이 바람직하다. 이것들 모두의 표시 방법들은, 겸용해도 된다. 또한, 도 6a에 도시한 바와 같이, 위치 어긋남에 관한 주어진 역치를 설정하고, 특성정보(810)와 함께, 위치 어긋남이 역치이상인지 이하인지에 따라서 이치화된 위치 어긋남(820)을 표시해도 된다. 또한, 도 6b에 도시한 바와 같이, 구해진 위치 어긋남에 근거하여, 위치 어긋남에 의해 생긴 농도에 관한 특성정보의 오차(820)를 계산하고, 특성정보(810)와 함께 표시해도 된다.
광음향 현미경의 경우는, 깊이 방향(변환 소자(210)의 수신면에 대하여 수직방향)의 위치 어긋남 분포를 표시하는 것이 바람직하다. 이것은, 깊이 방향에서의 위치 어긋남에 의해 생긴 초음파의 포커스 위치의 어긋남이, 수신 음압을 크게 변화시키고, 나아가서는 특성정보의 오차를 증대하기 때문이다.
단계S105까지의 광음향 장치에 의한 처리가 종료한 후, 시술자는 S105에 있어서 표시된, 산소 포화도 등의 물질의 농도에 관한 특성정보 및 측정 파장간의 위치 어긋남 분포에 근거하여 독영을 행한다. 이때, 위치 어긋남을 신뢰도의 지표로서 산소 포화도 분포 화상을 적절하게 독영하여도 된다.
<변형 예>
본 실시예에서는, S104에 있어서 측정 파장마다의 광흡수 분포 데이터를 사용해서, 측정 파장간에 있어서의 위치 어긋남을 산출했다. 그러나, 다른 특성정보도 사용해도 된다. 예를 들면, 위치 어긋남 취득부(730)가 발생 음압분포 데이터를 사용해서 위치 어긋남을 산출할 때의 플로우를 도 3에 나타낸다.
S202에 있어서, 특성정보 취득부(720)는 발생 음압분포 데이터를 산출한다. S205에 있어서, 위치 어긋남 취득부(730)는 발생 음압분포 데이터를 사용해서 위치 어긋남을 산출한다. 위치 어긋남의 산출 방법은, 광흡수 분포 데이터를 사용했을 때와 같다. 한편, S203∼S204에서는, 복수의 파장의 광빔에 유래하는 광흡수 분포에 근거하여, 산소 포화도 분포(물질농도 분포)가 구해진다. 그 밖의 단계에서는 도 2와 같은 처리를 행한다.
광흡수율에 관한 특성정보를 사용하지 않고, 예를 들면, 각 파장에 있어서의 측정시에 카메라 등에 의해 피검체(1100)를 촬영하고, 카메라 화상에 근거하여 측정 파장간의 피검체의 위치 어긋남을 산출해도 된다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 피검체의 위치 어긋남에 기인하는 특성정보의 오차에 관한 정보를 제공할 수 있다. 특히, 위치 어긋남에 기인하는 특성정보의 신뢰도에 관한 정보를, 재구성 화상과 대비시켜서 표시할 수 있으므로, 본 실시예는 시술자의 독영에 유용하다.
<실시예 2>
본 실시예의 광음향 장치의 구성은, 실시예 1과 같다. 이하, 본 실시예의 처리 상세는, 실시예 1과 다른 처리 상세의 일부를 중심으로 하여, 도 4의 플로우를 참조하여 설명한다. 단계S301∼S304의 처리는, 실시예 1의 단계S101∼S104와 같다.
단계S305에서는, 특성정보 취득부(720)는, 단계 S303에서 얻어진 산소 포화도 분포와 단계 S304에서 얻어진 측정 파장간의 위치 어긋남 분포를 사용하여서, 위치 어긋남 분포를 반영한 물질의 농도에 관한 특성정보를 작성한다.
예를 들면, 위치 어긋남의 주어진 역치를 제공하고, 위치 어긋남이 역치이상의 개소에 관해서는 물질의 농도에 관한 특성정보를 0 또는 널(null)(정보 없음)로 한다. 이에 따라, 다음 S306에 있어서, 위치 어긋남이 크고 특성정보의 오차가 큰 개소에 관해서는, 물질의 농도에 관한 특성정보는 표시되지 않는다. 따라서, 오차가 작고 신뢰도가 높은 위치의 특성정보만 표시된다. 위치 어긋남의 역치는 광음향 장치의 해상도에 따라 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 해상도가 50μm인 광음향 현미경의 경우는, 그 역치를 50μm에 설정하는 것이 바람직하다.
다른 예로서, 물질의 농도에 관한 특성정보에 대하여, 위치 어긋남 분포에 따라 가중을 행하는 방법도 있다. 예를 들면, 물질의 농도에 관한 특성정보는 색상 데이터로 하고, 그 위치 어긋남은 명도 데이터로서 할당한다. 이때, 위치 어긋남이 작을수록 명도는 높고, 위치 어긋남이 클수록 명도가 낮아지도록, 명도 데이터를 작성한다. 이에 따라, 다음 S306에 있어서, 위치 어긋남이 작은 개소, 다시 말해, 값의 오차가 작고 신뢰도가 높은 개소가 강조된다.
광음향 현미경의 경우는, 깊이 방향(변환 소자(210)의 수신면에 대하여 수직방향)의 위치 어긋남 분포를 사용하여서, 위치 어긋남 분포를 반영한 물질의 농도에 관한 특성정보를 작성하는 것이 바람직하다.
단계S306에서는, 위치 어긋남 분포를 반영한 단계S305에서 작성된 특성정보가 표시부(800)에 표시된다. 예를 들면, 도 7a에서는, 위치 어긋남이 소정의 역치이하의 개소만의 특성정보가 표시되어 있다. 도 7b에서는, 위치 어긋남에 따라 명도를 조정하고, 농도에 관한 특성정보 데이터를 색상 데이터로서 표시하고 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 위치 어긋남에 기인한 산소 포화도 등의 특성정보의 정량값의 오차에 관한 정보를 시술자에 주어진다. 특히, 본 실시예에서는, 화상의 신뢰도의 지표가 피검체 내부의 재구성 화상에 중첩되도록 표시되고, 부위마다의 신뢰성을 보자마자 이해할 수 있다.
<실시예 3>
(위치 어긋남 보정 후에 산소 포화도를 산출)
본 실시예의 광음향 장치의 구성은, 상기 각 실시예와 같다. 이하, 본 실시예의 처리 상세는, 상기 각 실시예와 다른 처리 상세의 일부를 중심으로 하여, 도 5의 플로우를 참조하여 설명한다. 단계S401∼S402의 처리는, 실시예 1의 단계S101∼S102와 같다.
단계S403에서는, 특성정보 취득부(720)는, 단계S402에서 구한 측정 파장마다의 광흡수 분포 데이터의 위치 어긋남에 대하여 변형 및 위치 맞춤을 행한다. 금후, 이 측정 파장간의 변형 및 위치 맞춤을, 위치 어긋남 보정이라고 부른다. 위치 어긋남 보정에 있어서, 위치 어긋남을 검출할 때는, 실시예 1에서 설명한 변형 가능한 위치 맞춤의 방법을 사용할 수 있다. 특성정보 취득부(720)는, 검출된 위치 어긋남에 근거하여, 기준화상이 아닌 화상의 화소의 위치를 수정한다.
단계S404에서는, 특성정보 취득부(720)는, 단계S403에서 행해진 위치 어긋남 보정후의 각 파장의 광흡수 분포 데이터를 사용하여서, 혈액의 산소 포화도 분포등의 물질농도 분포를 구한다.
단계S405에서는, 위치 어긋남 취득부(730)는, 단계S402에서 구한 파장마다의 광흡수 분포 데이터를 사용하여서, 측정 파장간의 위치 어긋남을 산출한다. 위치 어긋남의 산출 방법은 실시예 1의 단계S104와 같다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 단계S403에 있어서 측정 파장간의 위치 어긋남 보정을 행하므로, 이 위치 어긋남 보정전의 데이터와 위치 어긋남 보정후의 데이터를 비교함에 의해 위치 어긋남 분포를 구해도 된다.
단계S406에서는, 산소 포화도 분포 등의 물질농도 분포를 표시부(800)에 표시한다. 또한, 본 실시예에서는 위치 어긋남이 이미 보정되기 때문에, 그 표시를 간략화하기 위해서, 산소 포화도 분포만을 표시해도 된다. 그렇지만, 참고를 위해 위치 어긋남 분포를 표시해도 된다. 양쪽 화상의 표시 방법으로서, 상술한 나란히 표시, 중첩 표시, 또는 교대 표시등의 어떤 방법을 사용하여도 된다. 표시 방법은, 유저의 조작에 의해 전환되어도 된다. 또한, 교대 표시에서는, 자동적으로 화상을 전환하고 표시시켜도 되거나, 유저의 조작에 의해 표시 화상을 전환하여도 된다. 또한, 실시예 2와 같이, 위치 어긋남과 산소 포화도(특성정보값)를 색채등에 반영시켜서 표시해도 된다.
단계S406까지의 광음향 장치에 의한 처리가 종료한 후에, 시술자가 산소 포화도 분포 화상을 독영한다. 이때, 위치 어긋남은 이미 보정되기 때문에, 시술자는 표시된 화상을 힐끗 보는 것만으로 정밀도가 높은 피검체 내부 정보를 취득할 수 있다. 산소 포화도 분포와 함께 위치 어긋남 분포가 표시되어 있을 경우, 그 위치 어긋남 분포를 신뢰도의 지표로서 사용함으로써 진단의 정밀도가 더욱 향상된다. 또한, 본 실시예에 있어서도, 위치 어긋남의 산출과 보정을 위해, 각종의 특성정보값과 카메라 화상을 이용해도 된다.
본 실시예에서는, 위치 어긋남 보정을 행한 후에, 농도에 관한 특성정보를 계산하고 있으므로, 위치 어긋남에 의해 생긴 값의 오차는 작다. 이 효과는 광음향 토모그래피의 경우에 현저하다. 한편, 광음향 현미경의 경우, 깊이 방향(소자의 지향 축방향)의 위치 어긋남에 의해 생긴 초음파 포커스 위치 어긋남이, 수신 음압과 특성정보값에 민감하게 반영된다. 또한, 위치 맞춤을 행한 후에 농도에 관한 특성정보를 계산했을 경우, 그 위치 어긋남은 보정될 수 있지만 음압의 절대값은 보정될 수 없기 때문에, 위치 어긋남에 따라 값의 오차가 일어난다. 이상의 이유에 의해, 본 실시예는 광음향 현미경에 특히 적합하다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 광음향 장치에 의하면, 위치 어긋남에 기인한 산소 포화도 등의 특성정보의 정량값의 오차에 관한 정보를 제공할 수 있다. 특히, 위치 어긋남이 이미 보정된 화상을 제시할 수 있으므로, 시술자는 그 화상을 쉽게 볼 수 있고 직관적으로 이해할 수 있다.
<실시예 4>
이하, 실시예 4의 처리 플로우의 일례를, 도 8을 사용해서 설명한다. 본 실시예에서는, 광원(100)으로서 Ｔｉ:ｓａ레이저를 사용한다. 레이저광은 광도파부(300)인 광파이버를 사용해서 피검체(1100)의 표면에 조사된다. 탐촉자(200)로서는, 변환 소자(210)인 피에조 소자를, 반구형의 지지체 위에 512개 나선형으로 배치한 탐촉자를 사용한다. 이 반구형의 지지체는 X축 및 Y축을 따라 이동하는 스캐너(주사 기구 500)에 의해 ＸＹ평면상에서 주사된다.
본 실시예의 신호 수집부(710)는, 512채널의 음향파 검출 소자로부터의 전체 데이터를 동시에 수신하고, 데이터의 증폭 및 디지털 변환을 행하고, 특성정보 취득부(720)인 컴퓨터에 그 데이터를 전송하는 기능을 가진다. 신호 수집부(710)의 샘플링 주파수는, 20MHz이며, 광조사의 타이밍을 수신 시작 타이밍으로서 사용한다.
피검체(1100)는, 생체를 모의한 반구형의 우레탄 고무로 이루어진 팬텀(phantom)이다. 그 팬텀내에는, 산란체로서의 산화 티타늄과, 흡수체로서의 혈액의 흡수 스펙트럼을 모의한 2종류의 잉크가 섞어져 있다. 또한, 팬텀내의 중심에서는 직경 0.5mm의 구형의 흑색 고무가, 광흡수체(1110)로서 매립되어 있다. 팬텀의 사이즈는 직경 80mm이다. 그 팬텀은, 투명한 플라스틱 컵(보유 부재)으로 고정되고, 음향 정합 부재인 물을 통해 탐촉자(200)와 접촉하고 있다.
단계S801에서는, 반구형 탐촉자를 원주형 혹은 나선형의 트랙을 따라 주사하면서, 2대의 Ｔｉ:ｓａ레이저를 사용하여 팬텀에 파장 756ｎｍ과 797ｎｍ의 펄스 광빔을 10Hz로 교대로 조사한다. 그 후에, 탐촉자(200)가 각 측정 위치에서의 광음향 신호를 취득한다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로, 각 측정 위치에서의 광량 데이터를 취득한다. 또한, 주사 기구의 정밀도에 따라, 지정한 측정 위치에 대하여 ±200μｍ정도 오차가 생길 수 있다. 다음에, 단계S802에서는, 특성정보 취득부(720)가, 실시예 1과 같은 방법으로, 파장마다 각 측정 위치에서의 광흡수 분포를 산출한다.
단계S803에서는, 위치 어긋남 취득부(730)가 파장간의 위치 어긋남을 산출한다. 여기에서는, 각 측정 위치에서 파장마다 산출된 광흡수 분포에 있어서, 파장 797ｎｍ로 측정된 광흡수 분포를 기준화상으로서 설정한다. 그 후에, 기준화상과 파장 756ｎｍ의 광흡수 분포 데이터의 상관 값이 최대가 되는 이동량을, 어긋남으로서 정의한다. 이에 따라, 각 측정 위치에서의 각 X, Y, 및 Z방향의 어긋남(혹은 어긋남 벡터)이 산출된다.
또한, 이 기술은, 주사 기구(500)가 탐촉자의 정지와 이동을 반복하고, 정지 위치마다 각 파장에서의 광음향 측정이 행해진, 스텝 앤 리피트 방식의 경우에 해당한다. 그러나, 본 실시예는, 적절한 보간계산을 행하는 것에 의해, 탐촉자가 연속적으로 이동하면서 광음향 측정을 행하는 경우에도 적용할 수 있다.
S804에서는, 특성정보 취득부(720)가, S803에서 산출한 어긋남에 근거하여, 파장 756ｎｍ의 광흡수 분포 데이터를 X, Y, Z방향으로 어긋나게 하여, 그 어긋남을 보정한다. 그 후에, 특성정보 취득부(720)는, 기준화상과, 어긋남 보정이 완료된 파장 756ｎｍ의 광흡수 분포 데이터로부터, 산소 포화도 분포 화상을 산출한다. 이에 따라, 위치 어긋남 분포를 반영한 산소 포화도 분포 화상이 작성된다.
단계S805에서는, 작성된 산소 포화도 분포 화상을 표시부(800)에 표시한다. 그 표시 방법은 상기 각 실시예와 같아도 된다. 이에 따라, 시술자에 의해 독영을 행할 때에, 어긋남이 보정된 고정밀도의 산소 포화도 분포 화상이 표시된다. 또한, 위치 어긋남 취득부(730)에서 산출된 측정 파장간의 위치 어긋남 분포(벡터)를, 신뢰도에 관한 정보로서, 산소 포화도와 함께 표시해도 된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 피검체의 위치 어긋남에 기인한, 산소 포화도 등의 특성정보의 정량값의 오차에 관한 정보를 시술자에게 주는 것이 가능해진다. 시술자가 상기 정보를 화상의 신뢰도의 지표로서 사용해서 독영을 행할 수 있으므로, 보다 정확한 진단이 허가된다.
이와 같이, 특정한 실시예를 참조하여, 본 발명에 대해서 상세히 설명하였다. 그렇지만, 본 발명은 상기 특정한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상의 범위내에서 실시예들을 수정할 수 있다.
(기타 실시예)
또한, 본 발명의 실시예들은, 기억매체(예를 들면, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 기억매체)에 레코딩된 컴퓨터 실행가능한 명령어를 판독하고 실행하여 본 발명의 상술한 실시예(들)의 하나 이상의 기능을 수행하는 시스템 또는 장치를 갖는 컴퓨터에 의해 실현되고, 또 예를 들면 상기 기억매체로부터 상기 컴퓨터 실행가능한 명령어를 판독하고 실행하여 상기 실시예(들)의 하나 이상의 기능을 수행하여서 상기 시스템 또는 상기 장치를 갖는 상기 컴퓨터에 의해 행해진 방법에 의해 실현될 수 있다. 상기 컴퓨터는, 중앙처리장치(CPU), 마이크로처리장치(MPU) 또는 기타 회로소자 중 하나 이상을 구비하여도 되고, 별개의 컴퓨터나 별개의 컴퓨터 프로세서의 네트워크를 구비하여도 된다. 상기 컴퓨터 실행가능한 명령어를, 예를 들면 네트워크나 상기 기억매체로부터 상기 컴퓨터에 제공하여도 된다. 상기 기억매체는, 예를 들면, 하드 디스크, 랜덤액세스 메모리(RAM), 판독전용 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)TM등), 플래시 메모리 소자, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 구비하여도 된다.
본 발명을 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형예와, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 폭 넓게 해석해야 한다.
본 발명은, 상기 실시예의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실현 가능하다. 또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행 가능하다.

Claims (17)

  1. 제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 발생시키는 광원;
    상기 제1 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제1 수신 신호를 출력하고, 상기 제2 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제2 수신 신호를 출력하는 변환 소자;
    상기 제1 수신 신호에 근거하여 제1 특성정보 분포를 취득하고, 상기 제2 수신 신호에 근거하여 제2 특성정보 분포를 취득하고, 상기 제1 및 제2 특성정보 분포에 근거하여 상기 피검체내부의 물질농도 분포를 취득하는 특성정보 취득부;
    상기 제1 파장의 광의 조사와 상기 제2 파장의 광의 조사 사이의 기간에, 상기 피검체와 상기 변환 소자간의 상대 위치의 변화에 근거하여, 상기 제1 특성정보 분포와 상기 제2 특성정보 분포의 사이의 위치 어긋남을 취득하는 위치 어긋남 취득부; 및
    상기 물질농도 분포와 상기 위치 어긋남에 근거한 화상을 표시부에 출력하는 표시 제어부를 구비하는, 피검체 정보 취득장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특성정보 취득부는, 상기 위치 어긋남 취득부에 의해 취득된 위치 어긋남의 분포를 이용하여, 상기 위치 어긋남의 분포가 반영된 상기 피검체 내부의 물질농도 분포를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 상기 제1 파장의 광의 조사와 상기 제2 파장의 광의 조사 사이의 기간에, 상기 피검체의 몸 움직임에 의해 생긴 상기 위치 어긋남을 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 상기 제1 파장의 광의 조사와 상기 제2 파장의 광의 조사 사이의 기간에, 상기 피검체의 변형에 의해 생긴 상기 위치 어긋남을 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 물질농도 분포를 나타내는 화상과, 상기 위치 어긋남의 분포를 나타내는 화상을, 상기 표시부에 나란히 표시시키는, 피검체 정보 취득장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 물질농도 분포를 나타내는 화상과, 상기 위치 어긋남의 분포를 나타내는 화상을, 상기 표시부에 중첩해서 표시시키는, 피검체 정보 취득장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 위치 어긋남의 분포를, 명도, 채도 및 색상 중 적어도 어느 하나에 대응시킨 화상을 상기 표시부에 표시시키는, 피검체 정보 취득장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 이치화된 상기 위치 어긋남의 분포를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 상기 위치 어긋남의 분포에 근거하여, 상기 위치 어긋남에 의해 생긴 상기 물질농도 분포에 있어서의 오차를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 특성정보 취득부는, 상기 위치 어긋남에 근거하여 보정된 상기 물질농도 분포를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 특성정보 취득부는, 상기 제2 특성정보 분포가 상기 제1 특성정보 분포에 정합하도록 상기 위치 어긋남에 근거하여 상기 제2 특성정보 분포를 변형시키고, 변형시킨 제2 특성정보 분포와 상기 제1 특성정보 분포를 사용하여서 상기 물질농도 분포를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 물질농도 분포에 있어서 상기 위치 어긋남이 소정의 역치이하의 일부만을, 상기 표시부에 표시시키는, 피검체 정보 취득장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 위치 어긋남의 분포에 근거하여 가중을 한 상기 물질농도 분포를 상기 표시부에 표시시키는, 피검체 정보 취득장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 상기 제1 특성정보 분포 및 상기 제2 특성정보 분포간의 상관에 근거하여 상기 위치 어긋남을 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 어긋남 취득부는, 카메라 화상에 근거하여 상기 위치 어긋남을 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특성정보 취득부는, 상기 물질농도 분포로서 산소 포화도 분포를 취득하는, 피검체 정보 취득장치.
  17. 광원과, 변환 소자와, 특성정보 취득부와, 위치 어긋남 취득부와, 표시 제어부를 구비하는 피검체 정보 취득장치의 제어 방법으로서,
    상기 광원이, 제1 파장의 광과 제2 파장의 광을 발생하게 하는 단계;
    상기 변환 소자가, 상기 제1 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제1 수신 신호를 출력하게 하고, 상기 제2 파장의 광이 피검체에 조사되는 것에 따라 발생된 음향파를 수신해서 제2 수신 신호를 출력하게 하는 단계;
    상기 특성정보 취득부가, 상기 제1 수신 신호에 근거하여 제1 특성정보 분포를 취득하게 하고, 상기 제2 수신 신호에 근거하여 제2 특성정보 분포를 취득하게 하고, 상기 제1 및 제2 특성정보 분포에 근거하여 상기 피검체내부의 물질농도 분포를 취득하게 하는 단계;
    상기 위치 어긋남 취득부가, 상기 제1 파장의 광의 조사와 상기 제2 파장의 광의 조사 사이의 기간에, 상기 피검체와 상기 변환 소자간의 상대 위치의 변화에 근거하여, 상기 제1 특성정보 분포와 상기 제2 특성정보 분포의 사이의 위치 어긋남을 취득하게 하는 단계; 및
    상기 표시 제어부가, 상기 물질농도 분포와 상기 위치 어긋남에 근거한 화상을 표시부에 출력하게 하는 단계를 포함하는, 피검체 정보 취득장치의 제어 방법.
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