KR20180034273A - 광음향 장치, 정보처리방법, 및 프로그램 - Google Patents

광음향 장치, 정보처리방법, 및 프로그램 Download PDF

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코타로 우메자와
류이치 나나우미
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 광음향 장치는, 제1 파장의 빛, 및 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 빛이 피검체에 조사 됨으로써 발생하는 음향파에 근거한 화상 데이터를 취득하는 광음향 장치로서, 상기 광음향 장치는, 상기 제1 파장의 빛이 여러 번 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파 에 의거하여 생성된 제1 화상 데이터군을 취득하고, 상기 제1 화상 데이터군에 의거하여 상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제1 위치 어긋남 정보를 취득하고, 상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제2 위치 어긋남 정보를 취득하도록 구성된 처리유닛을 구비한다.

Description

광음향 장치, 정보처리방법, 및 프로그램{PHOTOACOUSTIC APPARATUS, INFORMATION PROCESSING METHOD, AND PROGRAM}
본 발명은, 광음향 장치에 관한 것이다.
의료분야에 있어서 생체의 생리적 정보인 기능 정보의 이미징의 연구가 최근 행해지고 있다. 기능 정보의 이미징 기술의 하나로서 광음향 이미징(PhotoAcoustic Imaging:PAI)이 있다.
광음향 이미징에서는, 빛이 피검체에 조사된다. 조사광은 피검체를 전파·확산하고, 그 에너지는 피검체 내에서 흡수된다. 그 결과, 광음향 효과에 의해 음향파(이후, 광음향파라고 부른다)가 발생한다. 이 광음향파의 수신 신호가 해석 처리됨으로써, 피검체 내부의 광학 특성값의 공간 분포가 화상 데이터로서 취득된다.
여러 번 빛을 피검체에 조사하고, 여러 번의 광조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여 화상 데이터를 생성할 경우, 여러 번의 광조사 중에 피검체와 프로브와의 상대 위치가 변동하면, 화상 데이터의 해상도가 저하한다.
일본국 공개특허공보 특개 2014-140716호에는, 여러 번의 광조사에 의해 취득할 수 있는 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남(deviation)량을 산출함으로써, 피검체와 프로브와의 상대 위치의 변동량을 추정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본국 공개특허공보 특개 2014-140716호에는, 추정된 상대 위치의 변동량에 의거하여 복수의 화상 데이터를 위치 맞춤하는 기술이 개시되어 있다.
광음향 이미징에 있어서는, 서로 다른 복수의 파장의 빛을 피검체에 조사함으로써 기능 정보를 취득할 수 있다.
그렇지만, 복수의 파장의 각각의 빛의 조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여 복수의 화상 데이터를 생성할 경우, 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남이 생기는 경우가 있다.
본 발명은, 복수의 파장의 광조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여 화상 데이터군(복수의 화상 데이터)을 생성할 경우에, 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남 정보를 고정밀하게 추정하는 것이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은, 복수의 파장의 광조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여 화상 데이터군을 생성할 경우에도, 피검체와 프로브와의 상대 위치의 변동량을 고정밀하게 추정하는 것이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광음향 장치는, 제1 파장의 빛, 및 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파에 근거한 화상 데이터를 취득하는 광음향 장치로서, 상기 광음향 장치는, 상기 제1 파장의 빛이 여러 번 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파에 의거하여 생성된 제1 화상 데이터군을 취득하고, 상기 제1 화상 데이터군에 의거하여 상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제1 위치 어긋남 정보를 취득하고, 상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제2 위치 어긋남 정보를 취득하도록 구성된 처리유닛을 구비한다.
본 발명의 추가 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 광음향 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 프로브의 모식도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 컴퓨터 및 그 주변기기의 구성도이다.
도 4는 제1 실시 예에 따른 광음향 장치의 동작의 흐름도이다.
도 5는 제1 실시 예에 따른 광음향 장치의 측정 위치를 나타내는 모식도이다.
도 6은 제1 실시 예에 따른 펄스 볼륨 데이터를 나타내는 모식도이다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 화상 간의 위치 어긋남량을 나타내는 모식도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 위치 어긋남량의 시간적인 보간을 설명하기 위한 시퀸스도이다.
도 9는 제1 실시 예에 따른 광음향 장치의 측정 위치를 나타내는 별도의 모식도이다.
도 10은 제1 실시 예에 따른 광음향 장치의 측정 위치를 나타내는 별도의 모식도이다.
도 11a 내지 11e는 제1 실시 예에 따른 위치 어긋남 보정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 제2 실시 예에 따른 광음향 장치의 동작의 흐름도이다.
도 13은 제2 실시 예에 따른 GUI(Graphical User Interface)를 나타내는 모식도이다.
도 14는 제3 실시 예에 따른 광음향 장치의 동작의 흐름도이다.
도 15는 제4 실시 예에 따른 GUI를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 사용하여 설명한다. 동일한 구성요소에는 원칙으로서 동일한 부호를 부착하고, 설명을 생략한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예의 각각은 필요에 따라 단독으로 또는 복수의 실시 예 또는 이들의 특징의 조합으로서 구현될 수 있거나 단일 실시 예에서의 개별 실시 예들로부터의 구성요소 또는 특징들의 조합이 유익한 경우에 구현될 수 있다.
이하, 제1 예시적인 실시 예에 대해서 설명한다. 본 명세서에 있어서는, 촬상대상과 프로브와의 상대 위치가 변동하는 사상을 "위치 어긋남(positional deviation)"이라고 부른다. 또한, 촬상대상과 프로브와의 상대 위치의 변동량을 "위치 어긋남량"이라고 부른다. 또한, 위치 어긋남에 기인한다, 화상 데이터군(복수의 화상 데이터)에 드러나는 촬상대상의 위치의 변화량을, "복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남량"이라고 부른다. 병진량, 회전량, 또는 변형량 등의 위치 어긋남을 표현하는 파라미터를 "위치 어긋남 정보"라고 부른다.
위치 어긋남은, 여러 번의 광조사 중에 피검체가 움직이는 것과 프로브가 움직이는 것에 의해 발생한다. 예를 들면, 유저가 핸드헬드(handheld)형의 프로브를 파지(grip)하고 주사하는 것이나 주사유닛이 프로브를 기계적으로 주사하는 것 등에 의해 프로브가 움직인다. 이들의 위치 어긋남에 기인하여, 여러 번의 광조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여 화상 데이터를 생성할 때에 해상도의 저하가 생긴다.
광조사에 의해 발생하는 광음향파의 강도는, 촬상 대상의 흡수 계수에 비례해서 결정된다. 또한, 흡수 계수는 파장 의존성을 가지고 있기 때문에, 파장마다 광 플루엔스(light fluence)가 동일해도, 파장에 의해 발생한 광음향파의 강도는 변화된다.
한편, 일본국 공개특허공보 특개 2014-140716호에 기재된 것과 같이, 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남을 추정할 경우, 복수의 화상 데이터 사이에서 같은 촬상 대상의 화상 강도가 다르면, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, 서로 다른 복수의 파장의 각각의 광 조사에 의해 취득되는 화상 데이터군을 사용해서 위치 어긋남량을 추정하려고 하면, 파장 사이에서 화상 강도와 해상도가 다른 등의 이유로, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 저하하는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치는, 서로 다른 파장의 일부의 파장에 대응하는 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남 정보를 취득하고, 해당 위치 어긋남 정보를 그 밖의 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보의 취득에 사용한다. 이에 따라, 특정한 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보에 근거하여 복수의 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를 추정하기 때문에, 파장 간의 화상 강도의 차이에 의한 위치 어긋남 정보의 취득 정밀도에 주는 영향을 억제할 수 있다. 또한, 특정한 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를 취득하고, 그 밖의 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를 보간에 의해 취득함으로써, 그 밖의 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보의 취득에 필요로 하는 처리량을 저감할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치에 있어서는, 서로 다른 제1 파장 및 제2 파장의 각각의 빛이 여러 번 피검체에 조사된다. 그리고, 제1 파장에 대응하는 제1 화상 데이터군이 생성되고, 제1 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남 정보가 취득된다. 여기에서 취득된 위치 어긋남 정보가, 제1 파장의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 피검체와 프로브와의 상대 위치의 변동량 (위치 어긋남량)에 해당한다. 그리고, 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여, 제2 파장의 광조사 타이밍에 있어서의 피검체와 프로브와의 변동량(위치 어긋남량)이 추정된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치는, 상기한 바와 같이 추정된 복수 파장의 광조사에 대응하는 위치 어긋남 정보와, 복수 파장의 광조사에 의해 발생한 광음향파에 기인하는 수신 데이터(신호군 또는 화상 데이터)에 의거하여 기능 정보가 취득된다. 기능 정보로서는, 옥시헤모글로빈 농도, 디옥시헤모글로빈 농도, 총 헤모글로빈량,또는 산소 포화도 등의 물질의 농도를 나타내는 정보를 들 수 있다. 총 헤모글로빈량은, 옥시헤모글로빈 및 디옥시헤모글로빈의 합의 총량이다. 산소 포화도는, 총 헤모글로빈에 대한 옥시헤모글로빈의 비율이다.
또한, 기능 정보는, 공간 분포를 의미하는 화상 데이터에 한정하지 않고, 수치나 문자를 나타내는 정보여도 된다. 예를 들면, 기능 정보는, 피검체를 구성하는 물질의 평균적인 농도, 물질 농도의 공간 분포의 특정 위치의 값, 물질농도의 공간분포의 화소값의 통계 값(평균값, 중앙값 등) 등의 정보를 포함하는 개념이다. 예를 들면, 기능 정보를 나타내는 화상으로서, 피검체를 구성하는 물질의 평균적인 농도의 수치가, 표시부(160)에 표시되어도 된다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서는, 옥시헤모글로빈의 몰러(molar) 흡수계수와 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수가 같은 파장의 빛을 이용해서 취득되는 화상 데이터군에 의거하여, 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 혈관을 측정 대상으로 할 경우, 이러한 파장의 빛을 사용해서 혈관으로부터 발생하는 광음향파의 강도는, 산소 포화도에 의존하지 않기 때문에, 혈관마다의 화상 강도의 변동이 작아진다. 그 때문에, 이러한 파장의 빛을 사용함으로써, 위치 어긋남 정보의 추정 정밀도가 증가하는 경향이 있다. 또한, 옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수와 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수가 완전히 같은 파장(등흡광점(isosbestic point)을 갖는 파장)에 한정하지 않는다는 점에 유념한다. 이들 계수가 대략 같은 파장이어도, 위치 어긋남 정보의 추정 정밀도는 증가하는 경향이 있다. 예를 들면, 등흡광점의 파장의 ±10nm 이내의 파장을, 대략 같은 파장으로서 채용해도 된다. 또한, 예를 들면, 옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수과 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수의 파장이, 등흡광점의 ±10% 내에 있으면, 그러한 파장을 대략 같은 파장으로서 채용해도 된다. 즉, 위치 어긋남 정보의 취득에 적합한 파장의 빛을 이용해서 취득된 위치 어긋남 정보에 의거하여 다른 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를 취득하는 것이 바람직하다.
이하, 제1 실시 예의 광음향 장치의 구성의 구성 및 처리에 관하여 설명한다.
본 실시 예에 있어서, 광음향 장치를 사용한 예를 설명한다. 도 1을 참조해서 본 실시 예에 따른 광음향 장치의 구성을 설명한다. 도 1은, 광음향 장치 전체의 개략 블럭도다. 본 실시 예에 따른 광음향 장치는, 구동부(130), 신호 수집부(140), 컴퓨터(150), 표시부(160), 입력부(170),및 프로브(180)를 포함한다.
도 2는, 본 실시 예에 따른 프로브(180)의 모식도다. 프로브(180)는, 광조사부(110), 및 수신부(120)을 갖는다. 측정 대상은, 피검체(100)이다.
구동부(130)는, 광조사부(110)와 수신부(120)를 구동하여, 기계적인 주사를 행한다. 광조사부(110)가 펄스광(113)을 피검체(100)에 조사하고, 피검체(100) 내에서 음향파가 발생한다. 빛에 기인해서 광음향 효과에 의해 발생하는 음향파를 광음향파라고도 부른다. 수신부(120)는, 광음향파를 수신하면 아날로그 신호로서의 전기신호(광음향신호)를 출력한다.
신호 수집부(140)는, 수신부(120)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 그 디지털 신호를 컴퓨터(150)에 출력한다. 컴퓨터(150)는, 신호 수집부(140)로부터 출력된 디지털 신호를, 초음파 또는 광음향파에 유래하는 신호 데이터로서 기억한다.
컴퓨터(150)는, 기억된 디지털 신호에 대하여 신호 처리를 행함으로써, 광음향 화상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다. 또한, 컴퓨터(150)는, 취득된 화상 데이터에 대하여 화상 처리를 실행한 후에, 화상 데이터를 표시부(160)에 출력한다. 표시부(160)는, 광음향 화상을 표시한다. 조작자로서의 의사나 기사 등은, 표시부(160)에 표시된 광음향 화상을 확인함으로써 진단을 행할 수 있다. 표시 화상은, 조작자나 컴퓨터(150)로부터의 보존 지시에 의거하여 컴퓨터(150) 내의 메모리, 모댈리티에 네트워크로 접속된 데이터 관리 시스템 등에 보존된다.
또한, 컴퓨터(150)는, 광음향 장치에 포함되는 구성의 구동 제어도 행한다. 또한, 표시부(160)는, 컴퓨터(150)로 생성된 화상 이외에 GUI(Graphical User Interface) 등을 표시해도 된다. 입력부(170)는, 조작자가 정보를 입력할 수 있게 구성되어 있다. 조작자는, 입력부(170)를 사용해서 측정 시작과 종료, 작성 화상의 보존 지시 등의 조작을 행할 수 있다.
본 실시 예에 따른 광음향 장치에 의해 취득된 광음향 화상은, 광조사에 의해 발생된 광음향파에 유래하는 모든 화상을 포함하는 개념이다. 광음향 화상은, 광음향파의 발생 음압(초기 음압), 광흡수 에너지 밀도, 및 광흡수계수, 등의 적어도 1개의 공간 분포를 나타내는 화상 데이터다.
이하, 본 실시 예에 따른 광음향 장치의 각 구성의 상세를 설명한다.
(광 조사부(110))
광조사부(110)는, 펄스광을 발사하는 광원과, 광원으로부터 발사된 펄스광을 피검체(100)로 안내하는 광학계를 포함한다. 또한, 펄스광은, 소위 구형파, 삼각파 등의 빛을 포함한다.
광원이 발사하는 빛의 펄스폭으로서는, 1ns이상, 100ns 이하의 펄스폭이어도 된다. 또한, 빛의 파장으로서 400nm으로부터 1600nm 정도의 범위의 파장이어도 된다. 혈관을 고해상도로 이미징하는 경우에는, 혈관에서의 흡수가 큰 파장(400nm이상, 700nm이하)을 사용해도 된다. 생체의 심부를 이미징할 경우에는, 생체의 배경조직(물이나 지방 등)에 있어서 전형적으로 흡수가 적은 파장 (700nm이상, 1100nm이하)의 빛을 사용해도 된다.
광원으로서는, 레이저나 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 또한, 복수 파장의 빛을 사용해서 측정할 때는, 파장의 변환이 가능한 광원을 사용해도 된다. 또한, 복수 파장의 광 빔을 피검체에 조사할 경우, 서로 다른 파장의 광 빔을 발생하는 복수대의 광원을 준비하고, 각각의 광원으로부터 교대로 조사하는 것도 가능하다. 복수대의 광원을 사용했을 경우에도, 그들을 총괄하여 광원으로서 표현한다. 레이저로서는, 고체 레이저, 가스 레이저, 색소 레이저, 반도체 레이저 등 다양한 레이저를 사용할 수 있다. 예를 들면, Nd: YAG(yttrium aluminum garnet) 레이저나 알렉산드라이트(alexandrite) 레이자 등의 펄스 레이저를 광원으로서 사용해도 된다. 또한, Nd:YAG 레이저광을 여기광으로서 사용하는 Ti:sa 레이저나 OPO(Optical Parametric Oscillators) 레이저를 광원으로서 사용해도 된다. 또한, 광원으로서 마이크로웨이브원을 사용해도 된다.
광학계에는, 렌즈, 미러, 광파이버 등의 광학 소자를 사용할 수 있다. 유방 등을 피검체(100)라고 할 경우, 펄스광의 빔 지름을 넓혀서 조사하기 위해서, 광학계의 광출사부는 빛을 확산시키는 확산판 등으로 구성되어 있어도 된다. 한편, 광음향 현미경에 있어서는, 해상도를 상승시키기 위해서, 광학계의 광출사부는 렌즈 등으로 구성하고, 빔을 포커스해서 조사해도 된다.
또한, 광조사부(110)가 광학계를 구비하지 않고, 광원으로부터 직접 피검체(100)에 펄스광을 조사해도 된다.
(수신부(120))
수신부(120)는, 음향파를 수신함으로써 전기신호를 출력하는 트랜스듀서(121)와, 트랜스듀서(121)를 지지하는 지지체(122)를 포함한다. 또한, 트랜스듀서(121)는, 음향파를 송신할 수도 있다. 편의상, 도 2에 있어서는, 트랜스듀서(121)를 1개밖에 도면에 나타내지 않았지만, 수신부(120)는 복수의 트랜스듀서를 포함하고 있어도 된다.
트랜스듀서(121)를 구성하는 부재로서는, PZT(piezoelectric zirconate titanate)에 대표되는 압전 세라믹 재료와, PVDF(polyvinylidene defluoride)에 대표되는 고분자 압전막 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 압전소자 이외의 소자를 사용해도 된다. 예를 들면, CMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer), Fabry-Perot 간섭계를 사용한 트랜스듀서 등을 사용할 수 있다. 또한, 음향파를 수신하면 트랜스듀서가 전기신호를 출력 가능한 한, 어떠한 트랜스듀서를 채용해도 된다. 또한, 트랜스듀서에 의해 취득된 신호는 시간 분해 신호다. 즉, 트랜스듀서에 의해 취득된 신호의 진폭은, 각 시간에 트랜스듀서에 의해 수신되는 음압에 근거하는 값(예를 들면, 음압에 비례한 값)을 나타낸 것이다.
광음향파를 구성하는 주파수 성분은, 전형적으로는 100kHz로부터 100MHz이며, 트랜스듀서(121)로서, 이들의 주파수를 검출하는 것이 가능한 것을 채용할 수 있다.
지지체(122)는, 기계적 강도가 높은 금속재료 등으로 구성되어 있어도 된다. 조사광을 피검체에 많이 입사시키기 위해서, 지지체(122)의 피검체(100)측의 표면에 경면 혹은 광 산란시키는 가공이 행해져도 된다. 본 실시 예에 있어서, 지지체(122)는 반구 쉘(shell) 형상이며, 반구 쉘 위에 복수의 트랜스듀서(121)를 지지할 수 있게 구성되어 있다. 이 경우, 지지체(122)에 배치된 트랜스듀서(121)의 방향 축은 반구의 곡률 중심 부근에 모인다. 복수의 트랜스듀서(121)로부터 출력된 신호를 사용해서 영상화했을 때에, 곡률 중심 부근의 화질이 높아진다. 또한, 지지체(122)는 트랜스듀서(121)를 지지 가능한 한, 어떠한 구성이든 괜찮다. 지지체(122)는, 1D 어레이, 1.5D 어레이, 1.75D 어레이, 2D 어레이라고 불리는 평면 또는 곡면 내에, 복수의 트랜스듀서를 병치해서 배치해도 된다.
또한, 지지체(122)는 음향 매칭재를 저장하는 용기로서 기능해도 된다. 즉, 지지체(122)를 트랜스듀서(121)와 피검체(100)와의 사이에 음향 매칭재를 배치하기 위한 용기로 해도 된다.
또한, 수신부(120)는, 트랜스듀서(121)로부터 출력되는 시계열의 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기를 구비해도 된다. 또한, 수신부(120)가, 트랜스듀서(121)로부터 출력되는 시계열의 아날로그 신호를 시계열의 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기를 구비해도 된다. 즉, 수신부(120)가 후술하는 신호 수집부(140)를 구비해도 된다.
또한, 음향파를 다양한 각도로 검출할 수 있게 하기 위해서, 이상적으로는 피검체(100)를 전주위에서 둘러싸도록 트랜스듀서(121)를 배치해도 된다. 다만, 피검체(100)가 전주위를 둘러싸도록 트랜스듀서를 배치할 수 없는 경우에는, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 반구형의 지지체(122) 위에 트랜스듀서를 배치해서 거의 전주위를 둘러싸도록 해도 된다. 도 2에 있어서는, 트랜스듀서(121)를 1개밖에 도면에 나타내지 않았지만, 복수의 트랜스듀서를 반구 위의 지지체(122) 위에 배치해도 된다.
또한, 트랜스듀서의 배치 및 수와 지지체의 형상은 피검체에 따라 최적화하면 되고, 본 발명에 관해서는 모든 수신부(120)를 채용할 수 있다.
수신부(120)와 피검체(100)와의 사이의 공간은, 광음향파가 전파할 수 있는 매질로 채워져 있다. 이 매질로서는, 음향파를 전파할 수 있고, 피검체(100)와 트랜스듀서(121)와의 계면에 있어서 음향특성이 정합하고, 가능한 한 광음향파의 투과율이 높은 재료를 채용한다. 예를 들면, 이 매질로서는, 물, 초음파 젤 등을 채용할 수 있다.
(구동부(130))
구동부(130)는, 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대 위치를 변경하는 부분이다. 본 실시예에서는, 구동부(130)는, 지지체(122)를 XY 방향으로 이동시키는 장치이며, 스텝핑 모터(stepping motor)를 탑재한 전동의 XY 스테이지이다. 구동부(130)는, 구동력을 발생시키는 스텝핑 모터 등의 모터와, 구동력을 전달시키는 구동기구와, 수신부(120)의 위치 정보를 검출하는 위치센서를 포함한다. 구동기구로서는, 리드 스크루(lead screw) 기구, 링크 기구, 기어 기구, 유압 기구 등을 사용할 수 있다. 또한, 위치 센서로서는, 인코더, 가변 저항기 등을 사용한 전위차계(potentiometer) 등을 사용할 수 있다.
또한, 구동부(130)는 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대 위치를 XY 방향(2차원)으로 변경시키는 것에 한정하지 않고, 1차원 또는 3차원으로 구동하는 형태로 변경시켜도 된다.
또한, 구동부(130)는, 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대적인 위치를 변경하기 위해서, 수신부(120)를 고정하고, 피검체(100)를 이동시켜도 된다. 피검체(100)를 이동시키는 경우에는, 피검체(100)를 지지하는 피검체 지지부(도면에 나타내지 않는다)를 이동시키는 것으로 피검체(100)를 이동시키는 구성 등이 생각된다. 또한, 피검체(100)와 수신부(120)의 양쪽을 이동시켜도 된다.
또, 구동부(130)는, 상대 위치를 연속적으로 이동시켜도 되고, 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat) 동작에 의해 이동시켜도 된다. 구동부(130)는, 전동 스테이지나 수동 스테이지여도 된다.
또한, 본 실시예에서는 구동부(130)는 광조사부(110)와 수신부(120)를 동시에 구동해서 주사를 행하고 있지만, 구동부(130)는 광조사부(110)만을 구동하거나, 수신부(120)만을 구동하거나 해도 된다.
(신호 수집부(140))
신호 수집부(140)는, 트랜스듀서(121)로부터 출력된 아날로그 신호인 전기신호를 증폭하는 앰프와, 앰프로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 Ａ/D 변환기를 포함한다. 신호 수집부(140)는, FPGA(Field Programmable Gate Array) 칩 등으로 구성되어도 된다. 신호 수집부(140)로부터 출력되는 디지털 신호는, 컴퓨터(150) 내의 기억부(152)에 기억된다. 신호 수집부(140)는, DAS(Data Acquisition System)이라고도 불린다. 본 명세서에 있어서, 전기신호는, 아날로그 신호도 디지털 신호도 포함하는 개념이다. 또한, 신호 수집부(140)는, 광조사부(110)의 광출사부에 부착된 광검출 센서와 접속되고, 트리거로서 광조사부(110)로부터 출사된 펄스광에 동기해서 처리를 시작해도 된다. 또한, 신호 수집부(140)는, 트리거로서 프리즈(freeze) 버튼 등을 사용해서 이루어진 지시에 동기하고, 해당 처리를 시작해도 된다.
(컴퓨터(150))
컴퓨터(150)는, 연산부(151), 기억부(152), 및 제어부(153)를 포함한다. 각구성의 기능에 관해서는 처리 플로우의 설명 시에 설명한다.
연산부(151)로서의 연산 기능을 갖는 유닛은, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graph Processing Unit) 등의 프로세서, FPGA(Field Programmable Gate Array) 칩 등의 연산 회로로 구성될 수 있다. 이들 유닛은, 단일 프로세서나 연산 회로로 구성될 뿐만 아니라, 복수의 프로세서나 연산 회로로 구성되어 있어도 된다. 연산부(151)는, 입력부(170)로부터, 피검체 음속과 홀딩 컵의 구성 등의 각종 파라미터를 수신하여, 수신 신호를 처리해도 된다.
기억부(152)는, ROM(Read Only Memory), 자기 디스크나 플래시 메모리 등의 비일시 기억매체로 구성될 수 있다. 또한, 기억부(152)는, RAM(Random Access Memory) 등의 휘발성의 매체여도 된다. 또한, 프로그램이 기억되는 기억매체는, 비일시기억(memory) 매체다. 또한, 기억부(152)는, 1개의 기억매체로 구성될 뿐만 아니라, 복수의 기억매체로 구성되어 있어도 된다.
기억부(152)는, 후술하는 방법으로 연산부(151)에 의해 생성되는 광음향 화상을 나타내는 화상 데이터를 보존할 수 있다.
제어부(153)는, CPU 등의 연산 소자로 구성된다. 제어부(153)는, 광음향 장치의 각 구성의 동작을 제어한다. 제어부(153)는, 입력부(170)로부터의 측정 시작 등의 각종 조작에 의한 지시 신호에 응답하여 광음향 장치의 각 구성을 제어해도 된다. 또한, 제어부(153)는, 기억부(152)에 기억된 프로그램 코드를 판독하고, 광음향 장치의 각 구성의 동작을 제어한다.
컴퓨터(150)는 전용으로 설계된 워크스테이션이어도 된다. 또한, 컴퓨터(150)의 각 구성은 서로 다른 하드웨어로 구성되어도 된다. 또한, 컴퓨터(150)의 적어도 일부의 구성은 단일 하드웨어 디바이스로 구성되어도 된다.
도 3은, 본 실시 예에 따른 컴퓨터(150)의 구체적인 구성 예를 나타낸다. 본 실시 예에 따른 컴퓨터(150)는, CPU(154), GPU(155), RAM(156), ROM(157), 및 외부 기억장치(158)로 구성된다. 또한, 컴퓨터(150)에는, 표시부(160)로서의 액정 모니터(161), 입력부(170)로서의 마우스(171), 및 키보드(172)가 접속되어 있다.
또한, 컴퓨터(150) 및 복수의 트랜스듀서(121)는, 공통의 하우징에 설치되어 있어도 된다. 다만, 하우징에 설치된 컴퓨터로 일부의 신호 처리를 행하고, 나머지의 신호 처리를 하우징의 외부에 설치된 컴퓨터로 행해도 된다. 이 경우, 하우징의 내부 및 외부에 설치된 컴퓨터를 총칭하여 본 실시 예에 따른 컴퓨터라고 할 수 있다. 즉, 컴퓨터를 구성하는 하드웨어가 하나의 하우징에 설치되어 있지 않아도 된다.
(표시부(160))
표시부(160)는, 액정 모니터나 유기 EL(ElectroLuminescence) 등의 디스플레이다. 표시부(160)는 컴퓨터(150)에 의해 취득된 피검체 정보 등에 근거하는 화상이나 특정 위치의 수치 등을 표시하는 장치다. 표시부(160)는, 화상이나 장치를 조작하기 위한 GUI를 표시해도 된다. 또한, 피검체에 관한 정보가 표시되면, 표시부(160) 또는 컴퓨터(150)에 있어서 화상 처리(휘도값의 조정 등)를 행한 후에 피검체 정보를 표시할 수도 있다.
(입력부(170))
입력부(170)로서는, 유저가 조작 가능한, 마우스나 키보드 등으로 구성되는 조작 콘솔을 채용할 수 있다. 입력할 수 있는 것으로서는, 화상 재구성의 조건의 선택이거나, 위치 어긋남 보정의 방법의 선택이거나, 보간 방법의 선택이거나 해도 된다. 또한, 슬라이더 바로, 합성된 화상을 확인하면서, 위치 어긋남량에 더해진 가중치 등을 변경해도 된다. 또한, 표시부(160)를 터치 패널로 구성하고, 표시부(160)를 입력부(170)로서 이용해도 된다.
광음향 장치의 각 구성은 서로 분리되어서 구성되어도 되고, 일체가 된 1개의 장치로서 구성되어도 된다. 또한, 광음향 장치의 적어도 일부의 구성이 일체가 된 1개의 장치로서 구성되어도 된다.
(피검체(100))
피검체(100)는 광음향 장치를 구성하지 않지만, 이하에 설명한다. 본 실시 예에 따른 광음향 장치는, 사람이나 동물의 악성 종양 및 혈관질환 등의 진단이나 화학치료의 경과 관찰 등을 목적으로 사용될 수 있다. 따라서, 피검체(100)로서는, 생체를 상정한다. 구체적으로는, 인체나 동물의 유방, 각 장기, 혈관망, 머리 부분, 경부, 복부, 손가락 및 발가락을 포함하는 사지 등의 진단의 대상 부위가 상정된다. 예를 들면, 인체가 측정 대상이면, 산소 옥시헤모글로빈 혹은 디옥시헤모글로빈은 그들을 많이 포함하는 혈관 혹은 종양의 근방에 형성되는 신생 혈관 등을 광흡수체의 대상으로 해도 된다. 또한, 경동맥(carotid artery)의 플라크(plaque) 등을 광흡수체의 대상으로 해도 된다. 또한, MB(methylene blue), ICG(indocyanine green) 등의 색소, 골드 미립자, 또는 외부에서 도입한 이들 물질 중의 축적하거나 화학적으로 수정한 물질을, 광흡수체로 사용해도 된다.
이하, 도 4에 나타내는 흐름도에 따라, 본 실시 예에 따른 정보 처리를 포함하는 광음향 장치의 동작을 설명한다.
(스텝 S100: 파장 λ1의 빛 및 파장 λ2의 빛을 각각 여러 번 조사하고, 광음향파를 수신하는 스텝)
광조사부(110)는, 서로 다른 파장 λ1 및 파장 λ2의 빛의 각각을 여러 번 조사하고, 수신부(120)는, 광조사에 의해 발생하는 광음향파를 수신한다. 제어부(153)는, 주사 정보와 광조사를 나타내는 정보(제어신호)를 프로브(180)에 송신한다. 구동부(130)가 수신부(120)를 이동시키면서, 광조사부(110)는 여러 번에 걸쳐 복수의 파장의 펄스 광을 피검체(100)에 조사한다. 즉, 여러 번의 광조사가 이루어지는 기간에, 구동부(130)는 수신부(120)를 이동시킨다. 그 결과, 구동부(130)는, 수신부(120)가 각 광 조사시에 서로 다른 위치에 위치하도록 수신부(120)를 이동시킬 수 있다. 트랜스듀서(121)는, 광조사부(110)가 여러 번 펄스광을 조사함으로써 발생한 광음향파를 수신하면, 광조사 횟수에 해당하는 신호를 출력한다. 이하, 복수 파장의 빛에 의한 여러 번의 광조사 횟수분 출력된 신호를 총칭하여 복수 파장에 대응하는 신호군이라고 부른다.
이하, N회의 광조사를 행할 경우를 설명한다. 또한, 파장 λ1에서, i회의 광조사에 의해 취득된 신호를 아래의 식으로 나타낸다.
Sλ1,i (1 ≤ i ≤ N) ....식 1
아래 첨자 "i"가 붙은 아이템은, i번째의 광조사에 대응하는 아이템인 것을 의미한다. "i"는 정(positive)의 정수이며, 펄스 인덱스라고도 부른다.
예를 들면, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 프로브(180)를 이동시키면서 광조사 및 광음향파의 수신을 행할 수 있다. 참조부호 501로 표시된 원은, 파장 λ1의 빛을 조사했을 때의 프로브(180)의 위치(측정 위치)를 의미한다. 참조부호 502로 표시된 삼각형은, 파장 λ2의 빛을 조사했을 때의 프로브(180)의 위치(측정 위치)를 나타낸다. 참조부호 503으로 표시된 실선은, 프로브(180)의 궤적을 나타낸다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 본 실시 예에서는, 광조사부(110)가 복수의 파장의 빛을 교대로 조사하면서, 구동부(130)가 프로브(180)를 움직여도 된다. 도 5에 나타내는 예에서는, 가장 바깥 둘레의 궤적으로부터 내측을 향해서 나선형으로 프로브(180)를 주사하고 있다. 도 5에서는, 편의상 XY 평면으로 묘사하고 있지만, 평면에 한정하지 않고 입체적으로 프로브를 주사해도 된다.
신호 수집부(140)는, 트랜스듀서(121)로부터 출력된 아날로그 신호군인 복수파장에 대응하는 신호군에 대하여 AD(analog-digital) 변환 처리 등을 행하고, 처리 후의 광음향 신호를 컴퓨터(150)에 송신한다. 디지털 신호군으로서의 광음향 신호는, 기억부(152)에 기억된다.
(스텝 S200: 파장 λ1에 대응하는 화상 데이터군을 취득하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S100에서 취득된 신호군에 의거하여 제1 파장의 광조사에 대응하는 화상 데이터군을 취득한다. 연산부(151)는, 광조사의 신호의 각각으로부터 화상 데이터를 생성하여, 생성한 화상 데이터 중에서 파장 λ1의 광조사에 의해 취득된 화상 데이터를 취득해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 신호군으로부터 파장 λ1의 광조사에 대응하는 신호를 선택적으로 사용하여, 파장 λ1의 광조사에 의해 취득된 화상 데이터를 취득해도 된다.
연산부(151)는, 광음향 신호에 대하여 UBP(Universal Back-Projection) 등의 재구성 처리를 함으로써, 광음향 화상을 생성한다. 또한, 광음향 화상을 생성한 경우에는, 기억부(152)에 보존된 광음향 신호를 삭제해도 된다. 1회의 펄스광의 조사에 의해 취득된 화상 데이터를 펄스 볼륨 데이터라고도 부른다. 펄스 볼륨 데이터는, 2차원 또는 3차원으로 배열된 복셀(voxels)(2차원의 경우에는 픽셀이라고도 부른다)의 각각에 해당 위치에 있어서의 값을 저장하는 볼륨 데이터의 형식으로 취득된다. 볼륨 데이터는, 2차원 또는 3차원 볼륨, 2차원 또는 3차원 화상, 및 2차원 또는 3차원 단층상이라고도 부를 수 있다.
재구성 방법에 대해서는, 타임 도메인 재구성 방법, 푸리에 도메인 재구성 방법, 모델 베이스 재구성 방법(반복 재구성 방법) 등의 공지의 재구성 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, PHYSICAL REVIEW E71,016706(2005)에 기재된 것과 같은 UBP(Universal Back-Projection)이라고 불리는 타임 도메인 재구성 방법을 채용할 수 있다.
연산부(151)는, 초기 음압 분포 데이터를 취득해도 된다.
Pλa,i (1 ≤ a ≤ L, 1 ≤ i ≤ N) ... 식 2
"a"는, "a"가 파장 λa의 광조사에 대응하는 아이템인 것을 나타내는 파장 인덱스다. 연산부(151)는, 신호군에 더해, 광조사 시의 트랜스듀서의 위치 정보에 의거하여 초기 음압 분포 데이터를 취득해도 된다. 연산부(151)는, 각 광조사 시의 트랜스듀서의 위치 정보를 판독하는 것에 의해 위치 정보를 취득할 수 있다. 위치 정보는 기억부(152)에 미리 기억되어 있다. 또한, 연산부(151)는, 광조사를 트리거로 해서, 구동부(130)에 구비된 위치 센서로부터의 수신부(120)의 위치 정보를 수신하는 것에 의해, 트랜스듀서의 위치 정보를 취득해도 된다.
도 6은, 본 실시 예에 따른 파장 λ1에서의 펄스 볼륨 데이터의 일부(Pλ1 ,1∼Pλ1,10)를 나타낸다. 본 실시 예에 있어서의 펄스 볼륨 데이터는 3차원 공간 중의 볼륨 데이터이지만, 공간의 설명을 위해서 펄스 볼륨 데이터를 XY 면으로 표현한다. 본 실시 예에 있어서는, 시간적으로 인접하는 초기 음압 분포 데이터의 적어도 일부의 영역이 중첩하도록, 재구성 영역이 설정된다. 본 실시예에서는, 반구형의 지지체(122)의 곡률 중심을 중심으로 한 60mm 정사각형의 입방체 영역을, 1회의 광조사, 즉 1개의 전기 신호군에 의거하여 재구성되는 재구성 영역이라고 한다. 이 경우, 1회의 광조사에 의한 재구성 영역의 크기(60mm)는, 광조사 중에 수신부(120)의 이동량보다 크다. 그 때문에, 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 시간적으로 계속 광조사에 대응하는 2개 이상의 펄스 볼륨 데이터가 중첩된다. 재구성 영역의 크기와 형상은, 미리 설정되어 있어도 된다. 또한, 유저가 입력부(170)를 사용해서 재구성 영역의 크기와 형상을 지정해도 된다. 기준 위치에 대한 각 펄스 볼륨 데이터의 중심 위치를, 각 펄스 볼륨 데이터의 위치로서 설정한다. 도 6은, 일례로서 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,10의 위치 PosPλ1 ,10을 나타낸다. 이 도 6의 예에서는, 광조사마다 수신부(120)의 위치가 다르기 때문에, 도 6에 나타낸 본 실시 예에서 취득된 각 펄스 볼륨 데이터는, 기준 위치에 대하여 서로 다른 위치에 위치된다.
이 스텝에 있어서, 연산부(151)는, 피검체 내에서의 광 플루엔스 분포 데이터 Φ[Pa·m3/J]을 취득해도 된다. 그리고, 연산부(151)는, 초기 음압 분포 데이터를, 광 플루엔스 분포 데이터와 Grueneisen 계수 분포 데이터로 제산함으로써, 피검체 내의 광흡수 계수 분포 데이터 μa[1/m]를 취득해도 된다. 이 경우, 광흡수 계수 분포 데이터를 펄스 볼륨 데이터로서 사용해도 된다.
예를 들면, 연산부(151)는, Proc. of SPIE Vol. 7561 756117-1에 기재된 것과 같이, 광확산 방정식을 푸는 것에 의해 광 플루엔스 분포 데이터를 취득해도 된다.
또한, 예를 들면, Grueneisen 계수는 피검체의 종류가 결정되면 거의 일의적으로 결정되는 것이 알려져 있기 때문에, 피검체에 대응하는 Grueneisen 계수 분포 데이터 Γ을 미리 기억부(152)에 기억해 둘 수 있다. 그리고, 연산부(151)는, 미리 기억부(152)에 기억된 Grueneisen 계수 분포 데이터 Γ을 판독하는 것에 의해, Grueneisen 계수 분포 데이터 Γ을 취득해도 된다.
또한, 유저가, 파지(grip)부를 갖는 프로브(180)를 파지하고, 프로브(180)를 이동시켜도 된다. 또한, 여러 번의 광조사를 행하고 있는 기간에 프로브(180)를 이동시키지 않아도 된다. 또한 연산부(151)는, 1회의 광조사에 의해 취득된 전기신호군에 의거하여 전체 영상화 영역의 화상 데이터를 취득하고, 그 취득을 여러 번의 광조사 시에 반복해도 된다.
(스텝 S300: 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S200에서 취득된 파장 λ1에 대응하는 화상 데이터군에 의거하여, 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득한다. 예를 들면, 이하에 설명한 바와 같이, 펄스 볼륨 데이터 간의 위치 어긋남량을 산출하는 것이나, 펄스 볼륨 데이터가 합성된 볼륨 데이터의 위치 어긋남량을 산출함으로써, 해당 위치 어긋남 정보를 취득할 수 있다.
우선, 연산부(151)는, 파장 λ1의 광조사 중에 있어서의, 대상물과 수신부와의 상대적인 위치 관계의 변동에 의한, 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량을 추정한다. 그때, 취득한 펄스 볼륨 데이터로부터, 임의의 펄스 볼륨 데이터의 페어를 선택한다. k번째의 페어를 R_k로 표기한다. 또한, 페어 R_k을 구성하는 파장 λ1의 펄스 볼륨 데이터 중의 하나를 Pλ1 , k1로 표시하고, 다른 하나를 Pλ1,k2로 표기한다. 이하, 본 실시 예에서는, K개의 페어가 선택되었을 경우에 관하여 설명한다. 또한, 오버랩 영역을 갖는 2개의 펄스 볼륨 데이터를 페어라고 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 공통의 특징이 없는 펄스 볼륨 데이터를 비교하는 것을 피할 수 있기 때문에, 장황한 계산을 줄일 수 있다. 한층 더, 오버랩 영역이 큰 펄스 볼륨 데이터를 페어라고 하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면, 연산부(151)는, 펄스 볼륨 데이터 간의 오버랩 영역의 체적의 비율이 소정의 값 이상의 페어를 선택해도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 위치 어긋남 보정에 합성 볼륨 데이터를 사용할 경우에는, 펄스 볼륨 데이터의 중첩 수가 많은 영역들이 서로 겹치는 페어를 선택해도 된다.
또한, 어떤 펄스 볼륨 데이터에 대하여, 해당 펄스 볼륨 데이터의 인덱스로부터, 인덱스가 소정의 범위 내에 포함되는 펄스 볼륨 데이터를 페어의 대상으로 삼아서 선택해도 된다. 또한, 연속하는 인덱스를 갖는 펄스 볼륨 데이터, 즉 시간적으로 연속하는 펄스 볼륨 데이터를 페어 대상으로 삼아서 선택해도 된다. 예를 들면, 본 실시 예에서는, 연산부(151)는, 오버랩 영역이 50% 이상이 되는 펄스 볼륨 데이터에 대해서 페어를 선택한다.
이하, 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량을 추정하는 방법의 예를 설명한다.
연산부(151)는, 식 3에 나타나 있는 바와 같이, Pλ1,k1과 Pλ1,k2과의 사이의 유사도 함수 F_k을 취득한다.
F_k(x, y, z) = fsimil(P_k, x, y, z) ···식 3
여기에서, 유사도 함수 F_k는, 페어 R_k을 구성하는 다른 펄스 볼륨 데이터 Pλ1,k1에 대한, 하나의 펄스 볼륨 데이터 Pλ1,k2의 상대 위치를 (x, y, z)만큼 병진시켰을 경우의 유사도를 산출하는 함수다. 여기에서, 함수 fsimil은, 화상 간의 유사도가 높은 경우에는 함수값으로서 높은 값을 되돌린다. 유사도 함수 F의 취득은, 각 함수의 인수인 병진량(x, y, z), 즉 화상 데이터 간의 상대 위치를 소정의 범위 내에서 이산적으로 변화시켰을 경우의 함수값의 취득을 의미한다. 예를 들면, x, y, z의 각각의 값을 -L로부터 +L까지의 정수값으로서 변화시켰을 경우의 각각에 대해서 F가 돌려준 (2L + 1)×(2L + 1)×(2L + 1)개의 값의 집합의 취득을 의미한다. 보다 발전적으로는, (2L + 1)×(2L + 1)×(2L + 1)개의 값의 집합으로부터, 추가로 바이리니어(bilinear)법이나 바이큐빅(bicubic)법 등을 사용하여 연속 함수에 더 가까운 정보로서 유사도 함수 F를 도출하고, 이것을 취득해도 된다.
또한, Pλ1,k1에 대한 Pλ1,k2의 상대 위치(광조사 중의 수신부(120)의 이동량)만큼 병진시킨 위치를 기준으로서, Pλ1 , k2의 위치를 소정의 범위 내에서 이산적으로 변화시켰을 경우의 함수값을 취득해도 된다.
예를 들면, 유사도를 산출하는 함수로서는, SSD(Sum of Squared Difference)나 SAD(Sum of Absolute Difference), 상호 정보량, 상호 상관 등, 임의의 유사도 척도를 적용할 수 있다. 또한, 예를 들면, 펄스 볼륨 데이터로부터 특징적인 형태를 추출하고, 그들의 위치와의 일치도를 측정함으로써 유사도 함수를 취득할 수 있다. 추출하는 특징으로서는, 혈관 등의 해부학적인 특징, 에지 검출 및 코너 검출 등의 화상처리분야에서 일반적으로 사용되는 공지의 기술에 의해 추출된 특징을 사용해도 된다. 또한, 추출하는 특징으로서는, 컴퓨터 비전 등의 기술분야에서 일반적으로 사용되는 SIFT(scale-invariant feature transform) 특징이나 SURF(Speeded up robust feature) 특징 등의 보다 높은 차원인 국소 화상 특징을 사용해도 된다. 이들의 방법에 의하면, 펄스 볼륨 데이터 간의 휘도 분포의 차이와 노이즈의 혼합에 의해, 보다 강건한 유사도 함수를 취득할 수 있다고 생각된다.
또한, 연산부(151)는, 유사도 계산의 결과에, 가중치를 곱하는 처리를 함으로써 유사도 함수를 취득해도 된다.
또한, 유사도 산출의 대상이 되는 펄스 볼륨 데이터 사이에서 정확하게 유사도를 산출할 수 없는 경우, 그 결과를 이후의 처리에는 사용하지 않아도 된다. 정확하게 유사도를 산출할 수 없는 경우로서는, 어디로든 병진시켜도 유사도가 실질적으로 작거나, 또는 바뀌지 않는 경우 등이 고려된다. 이 처리에 의하면, 동일한 특징이 충분하게 나타나 있는 펄스 볼륨 데이터 간의 비교 결과(유사도 함수)를 선택적으로, 이후의 처리에 사용할 수 있다.
계속해서, 연산부(151)는, 식 4에 나타나 있는 바와 같이, 유사도 함수 F_k의 함수값이 최대가 되는 병진량 M_k를 취득한다.
M_k = arg max(F_k (x, y, z)) ···식 4
연산부(151)는, 각 페어에 대해서 유사도 함수 F_k의 함수값이 최대가 되는 병진량 M_k을 취득한다.
펄스 볼륨 데이터의 위치를 추정할 경우에, 페어 R_k에 대한 개별 최적값인 병진량 M_k을 될 수 있는 한 유지하는 평가 함수를 정의한다. 즉, Pλ1,k1에 대한 Pλ 1,k2의 위치가 병진량 M_k으로부터 멀어질수록, 값이 저하하는 평가함수를 정의한다. 식 5는, 이 경우의 평가 함수 E_k의 예를 나타낸다.
E_k = (M_k - (PosPλ1,k1 - PosPλ1,k2)2) = (M_k(x) - (PosPλ1,k1(x) - PosPλ1,k2(x))2)
+ (M_k(y) - (PosPλ1,k1(y) - PosPλ1,k2(y))2)
+ (M_k(z) - (PosPλ1,k1(z) - PosPλ1,k2 (z))2) ···식 5
PosPλ1,k1은, 기준위치에 대한 Pλ1,k1의 위치를 나타낸다. PosPλ1,k2은, 기준 위치에 대한 Pλ1,k2의 위치를 나타낸다. 또한, 평가함수를 정의할 때에, 유사도 함수 F_k을, 해당 유사도 함수 F_k에 피트하는 이차함수에 근사해도 된다. 또한, 유사도 함수 F_k가, 병진량 M_k의 주변에 있어서, 이차함수에 따라 저하하는 것으로 유사도 함수 F_k을 근사할 수 있을 경우에는, 식 3은 Pλ1,k1과 Pλ1,k2의 위치 관계로부터 유사도 함수 F_k의 값을 병진량 M_k의 주변에서 근사하는 함수가 된다.
계속해서, 연산부(151)는, 식 6과 같이 정의된 비용 함수 E를 최소화했을 때의, 기준위치에 대한 모든 펄스 볼륨 데이터의 위치 PosP'λ1,j를 취득한다. 여기에서, "j"는 특정 펄스에 대한 펄스 인덱스다.
Figure pat00001
...식 6
비용 함수를 최소화했을 때의, 기준 위치에 대한펄스 볼륨 데이터의 위치는, 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대적인 위치 관계의 변동에 의한 위치 어긋남 후의 펄스 볼륨 데이터의 위치 정보를 나타낸다.
예를 들면, 연산부(151)는, 식 4에 나타낸 비용 함수 E를 최소화하는(0에 가장 근접하는) 해를 선형 최소 제곱법을 푸는 것에 의해 취득한다. 이에 따라, 특유의 형태로 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 PosP'λ1,j를 결정할 수 있기 때문에, 계산 비용이 작다.
상기에서 설명한 선형 최적화에 의한 비용 함수의 최적화 대신에, 비용 함수를 최적화는 공지의 어떠한 방법이든 사용해도 된다. 예를 들면, 최급강하법, 뉴턴법과 같은 반복 계산에 의한 비선형 최적화의 방법 등에 의해 비용 함수를 최적화해도 된다. 즉, 연산부(151)는, 비용 함수가 최소화하도록 각 펄스 볼륨 데이터의 위치를 탐색함으로써, 기준 위치에 대한 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 후의 위치 정보를 취득한다.
또한, 비용 함수는, 상정되는 각 펄스 볼륨 데이터의 위치의 광조사 간의 변동(움직임)에 대하여 정규화를 행하는 식으로 정의되어도 된다. 피검체로서 유방을 생각했을 경우, 호흡에 의한 움직임이 지배적이다고 상정된다. 이 경우, 피검체의 움직임은 최대로 몇 mm 정도의 움직임이며, 그 움직임은 시간적으로 연속적이고 원활한 것이 상정된다. 또한, 그 움직임은 주기적인 것이 상정된다. 상기한 바와 같이 상정되는 피검체의 움직임으로부터 일탈하는 움직임이 산출되는 것을 방지하기 위한 억제를 시킬 수 있는 식으로 정규화를 행할 수 있다.
정규화는 어떠한 방법으로든 행해질 수 있다. 예를 들면, 도출 과정의 피검체의 변동량(이동 거리)의 총 합계에 소정의 가중치 계수를 곱하고 그 결과의 값을 비용 함수에 가산함으로써 정규화를 행할 수 있다. 또한, 피검체의 변동의 주파수 성분값에 의거하여 산출된 값을 비용 함수에 가산해도 된다. 또한, 피검체의 전형적인 변동의 방법을 모델로서 준비해도 되고, 그 모델에 있어서의 변동과의 차이를 비용으로서 비용 함수에 가산해도 된다.
또한 "비용 함수를 최소화시키는 "이란, 비용 함수가 엄밀히 최소가 되는 경우뿐만 아니라, 해의 후보를 변화시켰을 때에 비용 함수의 값이 소정의 값 이하가 되는 경우나 비용 함수의 변화량이 소정의 값 이하가 되는 경우도 포함한다. 즉, 연산부(151)는, 비용 함수가 소정의 조건을 충족시킬 때, 비용 함수가 최소화되었다고 판단해도 된다. 또한, 유저가 입력부(170)를 사용하여, 비용 함수가 최소화된 것을 지시해도 된다. 이 경우, 연산부(151)는, 입력부(170)로부터의 지시에 응답하여 비용 함수가 최소화되었다고 판단한다.
계속해서, 연산부(151)는, 각 펄스 볼륨 데이터에 대한, 비용 함수가 최소화되었을 때의 위치 어긋남량 Moptλ1,j를 취득한다. 이 위치 어긋남량 Moptλ1,j는, 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대적인 위치 관계의 변동에 의한, 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량을 나타낸다.
도 7은, 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,2의 위치 PosPλ1 ,2과, 상기의 방법으로 비용 함수가 최소화되었을 때의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1 ,2의 위치 PosP'λ1 ,2를 나타낸다. 도 7에 있어서, 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 , 2을 실선으로 나타내고, 비용 함수가 최소화되었을 때의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1,2을 파선으로 나타낸다.
이 스텝에 있어서는, 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대 위치의 변동에 의한, 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보를 취득할 수 있는 한, 어떠한 방법이든 사용해도 된다.
또한, 연산부(151)는, 2개 이상의 펄스 볼륨 데이터를 합성하는 것으로 취득된 파장 λ1에서의 ｋ번째의 합성 볼륨 데이터 Gλ1,k을 사용해서 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 그때, 합성한 펄스 볼륨 데이터를 모두 포함하고, 또한, 최소의 값을 갖는 직사각형의 영역을 합성 볼륨 데이터로서 사용해도 되고, 또는 적어도 2개 이상의 펄스 볼륨 데이터가 중첩한 영역을 포함하는 임의의 영역을 합성 볼륨 데이터로서 사용해도 된다. 즉, 합성 볼륨 데이터의 영역은, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터를 모두 포함하지 않아도 된다.
합성 볼륨 데이터는, 선택된 펄스 볼륨 데이터를 위치에 따라 가산함으로써 취득된다. 그 외, 선택된 펄스 볼륨 데이터를 가산하고, 겹치는 펄스 볼륨의 수로 제산함으로써 펄스 볼륨 데이터를 평균화해도 되고, 또는 피검체의 특징을 더 정확하게 재현한 볼륨 데이터를 취득할 수 있는 한, 어떤 방법이든 사용할 수 있다. 다만, 광조사 중에 피검체(100)와 수신부(120)와의 상대 위치의 변동을 보정하는 처리(예를 들면, 펄스 볼륨의 위치를 변경하는 처리)에 대해서는, 본 명세서에 따른 "합성"에 포함되지 않는다.
예를 들면, 연산부(151)는, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터의 각각을 가중한 후에 가산함으로써 합성해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 특이치(outlier) 제거법 등에 의해 노이즈를 많이 포함하는 값을 제외한 펄스 볼륨 데이터에 대하여 가산 값이나 평균값을 산출해도 된다.
이들의 합성 처리에 의해, 각 펄스 볼륨 데이터에 포함되는 노이즈가 저감되어, 피검체의 특징을 더 정확하게 재현한 합성 볼륨 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 펄스 볼륨 데이터의 수보다도 합성 볼륨 데이터의 수가 적은 경우에는, 펄스 볼륨 데이터를 비교함으로써 전체 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남을 추정하는 방법에 비하여, 계산량과 계산 비용을 적게 할 수도 있다.
다만, 이렇게 합성해서 취득된 합성 볼륨 데이터에는, 여러 번의 광조사 간의 피검체와 광음향파의 수신부와의 상대적인 위치 관계의 변동에 의한 영향이 포함되어 있다. 그 때문에, 합성 볼륨 데이터에는 해당 변동에 의한 품질의 저하가 생길 가능성이 있다. 이하, 이 품질의 저하를 억제하기 위해서, 합성 볼륨 데이터의 추정 위치로부터 펄스 볼륨 데이터의 위치를 추정하는 처리를 설명한다.
연산부(151)는, 파장 λ1에서의 각 합성 볼륨 데이터의 위치 어긋남량 MGoptλ1,j에 의거하여 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량 Moptλ1,i를 추정한다.
연산부(151)는, 합성 볼륨 데이터와 관련된 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량에 대해서는, 추정된 합성 볼륨 데이터의 위치 어긋남량을 할당할 수 있다. 그 밖의 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량에 대해서는, 연산부(151)가, 할당된 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량에 대하여 보간 처리를 함으로써 추정할 수 있다. 보간 처리의 방법으로서는, 선형 보간과 스플라인 보간 등의 공지의 방법을 채용할 수 있다. 또한, 상정되는 피검체의 움직임으로부터 일탈하는 위치를 산출하지 않는 제약을 행하여 보간 처리를 행해도 된다.
합성의 대상이 되는 펄스 볼륨 데이터 중, 임의의 펄스 볼륨 데이터를, 합성 볼륨 데이터와 관련된 펄스 볼륨 데이터로 해도 된다. 예를 들면, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터가 홀수개일 경우, 시간적으로 중심에 위치하는 펄스 볼륨 데이터를 합성 볼륨 데이터와 관련지어도 된다.
또한, 예를 들면, 본 실시 예와 같이 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터가 짝수개일 경우, 시간적으로 중심 부근에 위치하는 펄스 볼륨 데이터 중의 어느 하나를 합성 볼륨 데이터와 대응시켜도 된다. 예를 들면, 본 실시 예와 같이 10개의 펄스 볼륨 데이터를 합성 대상으로 할 경우, 파장 λ1에서의 합성 볼륨 데이터 Gλ1,j의 위치 어긋남량 MGoptλ1,j를, 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,5j의 위치 어긋남량 MGoptλ1 ,5j로서 할당해도 된다.
또한, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터가 짝수개일 경우, 시간적으로 중심에 위치하는 가상의 펄스 볼륨 데이터를 합성 볼륨 데이터와 대응시켜도 된다. 예를 들면, 본 실시 예와 같이 10개의 펄스 볼륨 데이터를 합성 대상으로 할 경우, 파장 λ1에서의 합성 볼륨 데이터 Gλ1,j의 위치 어긋남량을, 펄스 인덱스가 5.5j인 가상펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남량에 할당해도 된다.
또한, 가중과 함께 합성될 경우, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터 중, 가장 높은 가중치 계수로 가중될 수 있었던 펄스 볼륨 데이터를, 합성 볼륨 데이터와 대응시켜도 된다. 또한, 합성 대상의 펄스 볼륨 데이터 중, 가중치 계수가 중앙값이 되는 펄스 볼륨 데이터를, 합성 볼륨 데이터에 대응시켜도 된다.
이상의 처리에 의해, 파장 λ1에 대응하는 합성 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보에 의거하여, 파장 λ1에 대응하는 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보를 취득할 수 있다. 이렇게 하여, 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다.
또한, 펄스 볼륨 데이터나 합성 볼륨 데이터의 MIP(Maximum Intensity Projection) 등의 2차원의 투영 데이터를 사용해서 상기와 같이 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 이하, 그 처리의 일례를 설명한다.
연산부(151)는, 파장 λ1에서의 합성된 초기 음압 분포 데이터 Gλ1,j에 대해서, X방향, Y방향, Z방향의 각각의 방향에 투영한 투영 데이터로서 MIP 데이터를 취득한다. X 방향으로 투영한 MIP 데이터는 Y축과 Z축에 의해 표현되는 2차원의 공간정보이며, IGλ1,j(y, z)이라고 표기된다. Y방향으로 투영한 MIP 데이터는 Z축과 X축에 의해 표현되는 2차원의 공간 분포 정보이며, IGλ1,j(z, x)라고 표기된다. Z 방향으로 투영한 MIP 데이터는 X축과 Y축으로 나타낸 2차원의 공간 분포 정보이며, IGλ1,j(x, y)이라고 표기한다.
또한, 3차원의 화상 데이터를 2차원의 화상 데이터로 변환할 수 있는 한, MIP 화상 이외의 투영 방법을 채용해도 된다. 예를 들면, MIP 화상 대신에 MINP(Minimum Intensity Projection) 화상을 생성해서 사용해도 된다. 또한, 투영 방향의 복수의 슬라이드를 가산함으로써, 투영 데이터를 취득해도 된다.
계속해서, XY면, YZ면, ZX면의 각각에 대해서, 페어를 구성하는 한 쪽의 MIP데이터에 대한 이미 일방의 MIP 데이터의 상대 위치를 병진시켜, 유사도를 산출한다. 유사도 산출의 방법에 대해서는, 전술한 방법을 사용할 수 있다. 그리고, XY면, YZ면, ZX면의 각각에 대해서, Pλ1,k1에 대한 Pλ1,k2의 유사도가 최대가 되는 병진량 MX_k, MY_k, MZ_k과, 각각의 병진량의 각 좌표축의 성분의 평균값을, 유사도가 최대가 되는 3차원의 병진량 M의 각 성분값으로서 산출한다.
Figure pat00002
...식 7
계속해서, 연산부(151)는, 식 5에 나타낸 병진량 M_k을 사용하여, 식 4에 나타낸 비용 함수가 최소화되었을 때의 각 합성 볼륨 데이터의 위치를 추정할 수 있다.
이상의 처리에 의해, 3차원의 화상 데이터로부터 변환된 2차원의 화상 데이터에 의거하여 기준 위치에 대한 합성 볼륨 데이터의 위치를 취득할 수 있다. 3차원 화상 데이터를 2차원 화상 데이터로 변환함으로써, 3차원 화상 데이터 그대로 처리를 행할 경우와 비교해서 적은 계산 비용으로, 위치 어긋남 후의 볼륨 데이터의 위치를 취득할 수 있다.
또한, 펄스 볼륨으로서의 3차원 화상 데이터를 2차원의 화상 데이터로 변환함으로써, 상기의 방법으로 파장 λ1에 대응하는 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 이렇게 하여, 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다.
여기까지는, 피검체와 수신부와의 상대적인 위치 관계의 변동으로서 병진이 생기는 경우의 예를 설명했다. 다만, 해당 변동으로서 회전이나 변형이 생길 경우에 관해서도 마찬가지로 회전이나 변형에 의한 위치 어긋남량을 추정할 수 있다.
예를 들면, 회전을 고려할 경우, 연산부(151)는, 병진량에 더해서 회전량을 인수로서 사용하여, 각 펄스 볼륨 데이터의 위치 및 회전량(위치 어긋남량)을 추정할 수 있다. 계속해서, 연산부(151)는, 추정된 위치 및 회전량에 의거하여 각 펄스 볼륨 데이터를 강체(rigid body) 변환 처리(위치 어긋남 보정 처리)한 후에 합성함으로써, 합성 볼륨 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 회전량만을 위치 어긋남량으로 해도 되고, 산출한 2차원 혹은 3차원의 병진/회전 행렬 등의 변환 행렬이나 변환을 위한 각종 파라미터를 위치 어긋남량으로 해도 된다.
또한, 예를 들면, 변형을 고려할 때, 연산부(151)는, 펄스 볼륨 데이터에서 설정된 각 점에서의 변위량(병진 및 회전량 중의 적어도 하나)을 인수로서 사용하여, 변위량을 추정할 수 있다. 계속해서, 연산부(151)는, 추정된 변위량에 근거하여 각 펄스 볼륨 데이터를 변형 처리(위치 어긋남 보정 처리)한 후에 합성함으로써, 합성 볼륨 데이터를 취득할 수 있다. 예를 들면, FFD(Free Form Deformation)이나 Thin Plate Spline 등의 변형을 표현하는 방법에 의해, 펄스 볼륨 데이터 간의 변위량을 산출할 수 있다. 이들의 처리에 의해, 변형을 포함하는 높은 차원의 변동을 고려하여, 품질이 높은 합성 볼륨 데이터를 취득할 수 있다.
본 실시 예에서는, 모든 광조사에 의한 광음향파의 측정이 완료한 후에 펄스 볼륨 데이터의 취득을 시작한다. 그렇지만, 광조사를 행할 때마다 연속해서 펄스 볼륨 데이터를 취득해도 된다. 후자의 경우, 취득된 펄스 볼륨 데이터를 연속해 표시부(160)에 표시시켜도 된다. 이에 따라, 유저는 모든 측정이 완료하기 전에 취득한 펄스 볼륨 데이터를 확인할 수 있다. 이때, 펄스 볼륨 데이터가 중첩한 영역에 대해서는, 전술의 방법으로 합성해도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 모든 펄스 볼륨 데이터를 취득한 후에 위치 어긋남량을 산출한다. 그렇지만, 광조사를 할 때마다 취득된 펄스 볼륨 데이터를 사용해서 연속해서 위치 어긋남량을 산출해도 된다. 또한, 연속해서 취득된 펄스 볼륨 데이터로부터 일정한 수의 펄스 볼륨 데이터를 합성해 합성 볼륨 데이터를 작성해 연속적으로 위치 어긋남량을 산출해도 된다.
또한, 위치 어긋남량을 산출하기 위한 볼륨 데이터는, 부(－)의 값을 제거하거나, 화상 강도를 정규화하는 등 사전 처리를 행하고 나서 사용되어도 된다.
(스텝 S400: 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보에 의거하여 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S300에서 취득된 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보에 의거하여 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득한다. 즉, 스텝 S300에 기재된 방법으로 산출된 특정한 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보로부터, 그 밖의 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를 산출한다. 예를 들면, 빛의 조사 타이밍이 알려져 있는 경우, λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 시간적으로 보간해도 된다. 또한, 빛의 조사 타이밍에 있어서의 프로브(180)의 위치, 즉 수신부(120)의 위치가 알려져 있는 경우, 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 공간적으로 보간 해도 된다. 연산부(151)는, 이들의 보간에 의해, 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다.
시간적으로 보간해서 산출할 경우에 관해서, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 시간 t에 있어서의 복수의 파장의 펄스광의 조사 타이밍을 나타내는 시퀸스 도를 포함한다. 또한, 도 8은, 파장 λ1에서의 각 펄스광에 대응하는 위치 어긋남량(병진량)을 나타내는 그래프를 포함한다. 참조부호 801의 역삼각형은, 펄스광의 조사 타이밍을 모식적으로 나타낸 것이다. 파장 λ1의 펄스광은, T11, T21, T31, T41, 및 T51의 시간에 각각 조사되는 것이 이해된다. 또한, 파장 λ2의 펄스광은, T12, T22, T32, T42, 및 T52의 시간에 각각 조사되는 것이 이해된다. 또한, 스텝 S300에 있어서 파장 λ1의 펄스광의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남량이 산출되기 때문에, 그 위치 어긋남량이 도 8에서의 원 802로 플롯(plot)되어 있다. 따라서, 연산부(151)는, 파장 λ2에 대응하는 위치 어긋남량을 파장 λ1에서의 위치 어긋남량으로부터, 시간적으로 보간해서 산출한다. 도 8에 있어서, 십자 표시 803은, 시간적으로 보간해서 산출된 파장 λ2 의 펄스광의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남량을 나타낸다. 보간 방법으로서 Lanczos 보간을 사용하는 것이 이상적으로 옳지만, 선형 보간, 큐빅 보간, 및 스플라인 보간 등, 어떤 보간 방법이든 사용해도 된다. 여기에서는, 예로서, 선형 보간 및 Lanczos 보간을 사용하는 경우에서 설명한다. 예를 들면, 파장 λ2에서의 Ｔ12의 타이밍에서의 위치 어긋남량은, 관측하고 있는 피검체의 움직임이 파장 λ1의 펄스 조사 시간(샘플링 시간)보다도 느릴 경우, 파장 λ1에 대응하는 Ｔ11과 T21에서의 위치 어긋남량으로부터 산출될 수 있다. T11 및 T21에서의 위치 어긋남량을 각각 M11, M21이라고 했을 경우, T12에서의 위치 어긋남량 M12은, 하기 식 8로 산출해도 된다.
Figure pat00003
...식 8
파장 λ2의 시간 T12에서의 펄스의 위치 어긋남량 M12을 산출하는데도, M11과 M21을 사용해서 산출을 행했다. 그러나, 보간 방법에 따라, 시간적으로 떨어진 펄스의 위치 어긋남량을 사용해도 된다. 예를 들면, Lanczos 보간은 다변수 보간의 일종으로, 디지털 신호의 샘플링 레이트(sampling rate)를 향상하는데도 사용되며, Lanczos 보간이 가장 보간을 잘 행할 수 있는 것으로 알려져 있다. 1차원의 신호에 대한 Lanczos 보간은, 식 9의 Lanczos kernel L(t)을 사용하여, 식 10에 의해 행해진다.
Figure pat00004
...식 9
Figure pat00005
...식 10
여기에서 "t"는 시간, "a"는 커널 사이즈를 결정하는 정(positive)의 정수, "si"는 정의 정수 i에 대한 1차원 신호의 샘플, "S(t)"는 보간된 값, []은 플로어(floor) 함수다. 선형 보간의 경우와 달리, 가장 근방의 2개의 인접 펄스의 위치 어긋남량뿐만 아니라, 근방에 있는 복수의 펄스의 위치 어긋남량도 사용해서 보간을 행하고 있다는 것을 알 수 있다.
이렇게 함으로써, 1개의 파장의 시간적으로 근방에 있는 펄스의 위치 어긋남량으로부터, 다른 파장의 펄스의 위치 어긋남량을 산출할 수 있다. 또한, 그 처리 과정에서, 복수의 파장의 위치 어긋남 보정을 행할 필요가 없기 때문에, 계산 시간을 단축할 수 있다.
시간적으로 보간을 행하는 방법의 예로서, 2개의 2차원의 Affine 변환 행렬로부터 보간해서 1개의 2차원의 Affine 변환 행렬을 산출하는 방법을 설명한다.
취득한 복수 파장의 펄스광에 의한 신호군 중, 파장 λ1의 펄스광을 조사해서 취득한 신호로부터, 대응하는 펄스 볼륨 데이터를 취득한다. 취득된 파장 λ1의 펄스 볼륨 데이터로부터, Affine 변환에 근거한 위치 어긋남 보정을 행하여, 파장 λ2에서의 위치 어긋남량을 산출한다. 파장 λ2에서의 위치 어긋남량은, 펄스 볼륨 데이터에 대하여 Affine 변환 행렬로서 산출된다.
우선, 2 개의 2차원의 Affine 변환 행렬 A1과 A2이 있다고 가정한다. 여기에서, A1은, t1의 시간에 파장 λ1의 펄스광을 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ 1,0과, t1+Δ의 시간에 파장 λ1의 펄스광을 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,1 사이에서의 위치 어긋남량(Affine 변환 행렬)이다. 또한, A2은, t1+Δ의 시간에 파장 λ1의 펄스광을 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,1과, t1+2Δ의 시간에 파장 λ1의 펄스광을 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,2 사이에서의 위치 어긋남량이다.
이때, 원하는 Affine 변환 행렬 B는, t1+Δ/2의 시간에 파장 λ2의 펄스를 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ2 ,1/2와, t1+3Δ/2의 시간에 파장의 펄스광을 조사해서 취득된 펄스 볼륨 데이터 Pλ2,3/2 사이에서의 위치 어긋남량이다.
A1는 A1R이라고 하는 회전 성분과 A1S라고 하는 확대/축소 성분으로 분해될 수 있고, A2도 마찬가지로 A2R이라고 하는 회전 성분과 A2S라고 하는 확대 축소 성분으로 분해될 수 있다. 따라서, B의 회전 성분 BR는 A1R와 A2R의 행렬의 각 요소를 시간적으로 보간함으로써 B의 확대 축소 성분 BS는 A1S와 A2S의 행렬의 각 요소를 시간적으로 보간함으로써 취득된다. 이렇게 하여 취득된 BR와 BS를 적산함으로써, 위치 어긋남량 B을 산출할 수 있다.
또한, 공간적으로 보간을 행하여, 공간적으로 근방에 있는 펄스의 위치 어긋남량을 산출해도 된다. 도 9는, 도 5와 마찬가지로 공간적으로 주사하면서 복수의 파장의 펄스를 조사할 때의 프로브(180)의 위치(측정 위치)를 나타내는 모식도다. 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보를 공간적으로 보간함으로써, 파장 λ2의 광조사의 타이밍에 있어서의 측정 위치 502A에 대응하는 위치 어긋남 정보를 취득할 경우를 설명한다. 연산부(151)는, 측정 위치 502A의 근방의 측정 위치에 대응하는 파장 λ1의 측정 위치를 결정한다. 예를 들면, 파장 λ2의 측정 위치 502A로부터 소정의 거리에 포함되는 파장 λ1의 측정 위치를 결정한다. 일점쇄선 901은, 측정 위치 502A로부터 소정의 거리의 범위를 나타낸다. 파장 λ1의 측정 위치 501A, 501B, 501C, 501D, 및 501E는, 파장 λ2의 측정 위치 502A로부터 소정의 거리에 포함되는 파장 λ1의 측정 위치를 나타낸다. 따라서, 연산부(151)는, 파장 λ1의 측정 위치 501A, 501B, 501C, 501D, 및 501E에 대응하는 위치 어긋남 정보를 공간적으로 보간함으로써, 파장 λ2의 측정 위치 502A에 대응하는 위치 어긋남 정보를 취득한다. 또한, 공간적으로 보간하는 방법으로서는, 이미 산출되어 있는 위치 어긋남 정보에 대하여 함수의 피팅(fitting)을 행하고, 원하는 위치에서의 위치 어긋남 정보를 함수로부터 취득해도 된다. 공간적으로 보간하는 방법으로서는, 거리에 따라 가중치를 주어도 되고, 원하는 위치에서의 위치 어긋남 정보를 산출해도 된다. 이하에서는, 위치 어긋남 정보를 취득하고 싶은 측정 위치부터 소정의 거리 내에 있는 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보에 대하여 거리에 따라 가중치를 줌으로써 원하는 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보를 산출하는 방법에 관하여 설명한다.
여기에서는, 펄스를 조사한 위치를 펄스 볼륨 데이터의 중심의 좌표라고 한다. 또한, 위치 어긋남 정보를 산출하고 싶은 파장 λ2의 펄스 볼륨 데이터 Presult의 중심좌표 POSresult로부터, 반경 Rmm의 범위에 포함되는 파장 λ1의 펄스 볼륨 데이터의 위치 어긋남 정보의 펄스 수를 N이라고 한다. 또한, 위치 어긋남 정보로서의 위치 어긋남량(병진량)은 아래의 식으로 산출될 수 있고,
Mi(1 ≤ i ≤ N) .... 식 11
중심좌표는 아래의 식으로 산출될 수 있으며,
POSi(1 ≤ i ≤ N) ...식 12
Presult의 위치 어긋남량 Mresult는, 아래의 식으로 산출될 수 있다.
Figure pat00006
...식 13
예를 들면, 도 9에 있어서는, 참조부호 502A는, 위치 어긋남 정보를 산출하고 싶은 파장 λ2의 펄스 볼륨 데이터 Presult의 중심좌표 POSresult에 대응하는 측정 위치를 나타낸다. 또한, 참조부호 901은, 측정 위치 502A로부터 반경 Rmm의 범위를 나타낸다. 참조부호 501A∼501E는, 범위 901에 포함되는 펄스 볼륨 데이터의 중심좌표에 대응하는 측정 위치를 나타낸다.
이 경우, ωi는, 거리로부터 계산되는 가중치이며, POSi와 POSresult의 사이의 공간적인 거리는
Figure pat00007
...식 14
상기 식을 이용해서 아래의 식으로 산출될 수 있다.
Figure pat00008
, 다만
Figure pat00009
...식 15
공간적으로 보간할 경우, 상기 방법에 한정하지 않고, 모든 펄스 볼륨을 사용해서 공간적으로 보간해도 된다. 예를 들면, 가장 근방의 펄스를 사용하거나, 나선형의 주사가 복수회 행해지는 경우에는, 각 주위에서 근방 2개의 펄스를 사용하거나, 모든 펄스를 사용하거나 해도 된다.
이렇게 함으로써, 특정한 파장의 측정 위치의 공간적으로 근방에 있는 측정 위치에 대응하는 위치 어긋남 정보로부터, 다른 파장의 펄스의 위치 어긋남 정보를 산출할 수 있다.
3개 이상의 파장의 빛을 조사할 경우에, 본 실시 예에 따른 위치 어긋남 정보의 취득 방법을 적용해도 된다. 이 경우, 특정한 파장에서 취득된 위치 어긋남 정보를, 그 밖의 복수 파장의 위치 어긋남 정보의 취득에 사용해도 된다. 또한, 위치 어긋남 정보의 취득에 적합한 파장을 포함하는 복수의 파장에서 취득된 위치 어긋남 정보를 사용하여, 그 밖의 파장의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 즉, 적어도 하나의 파장에 의해 취득된 위치 어긋남 정보를 사용하여, 그 밖의 파장의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다.
또한, FFD 등의 변형 얼라인먼트 기술을 사용하여, 변형을 가한 위치 어긋남 정보를 취득할 경우, 그 위치 어긋남 정보는 변형 필드(deformation field)여도 된다. 변형 필드는, 변형용 화상으로부터 기준화상으로의 변형의 필드다.
위치 어긋남 정보가 변형 필드인 경우의 예를, 도 10을 사용하여 설명한다. 여기에서는, 간편을 위해서, 3차원 화상 데이터 영역을, XY의 2차원 평면으로 해서 설명한다. 참조부호 1011 및 1031은 파장 λ1에서의 펄스 조사 위치, 참조부호 1012 및 1032는 펄스의 화상 데이터 영역, 참조부호 1050의 점선의 영역은 참조부호 1012 및 부호 1032의 화상의 중첩 영역이다. 참조부호 1021은 파장 λ2에서의 펄스 조사 위치, 참조부호 1022는 펄스 1021에 대응하는 화상 데이터 영역이다. 여기에서, 참조부호 1011, 1031, 1021은 각각, 시간 t1, t2, (t1+t2)/2의 시간에 조사되었다고 가정한다.
여기에서, 참조부호 1012와 참조부호 1032의 중첩 영역 1050에 있어서, 화상 1032을 기준으로 해서 화상 1012의 변형 얼라인먼트를 행하는 것을 고려한다. 그러면, 중첩 영역 1050의 사이즈의, 3차원 변형 필드를 산출할 수 있다.
화상 데이터 영역 1022 내에서 영역 1050의 변형 필드를, 화상 1032에 근거한 화상 1012의 변형 필드로부터 산출할 수 있다. 산출 방법으로서는, 화상 1032를 기준으로 해서 화상 1012의 변형이, t2-t1의 시간에서 시간의 경과에 따라 선형으로 발생한 것이라고 상정하고, 변형 필드를 시간으로 보간함으로써 영역 1050의 변형 필드를 취득할 수 있다. 더 구체적으로는, (t2 - (t1 + t2)/2)/(t2 - t1)을 적산하면 된다.
이 예에서는, 2화상 간의 변형 필드로부터, 그 중간의 시간에서의 화상 중의 한 화상으로부터의 변형 필드를 산출했다. 이것에 의하면, 복수 파장으로 교대로 조사된 펄스의 화상 데이터 각각에 대하여, 1개의 파장 내에서 중첩 영역이 있는 2개의 화상의 촬상 시간 사이에 촬상한 다른 파장의 화상의 변형 필드를 산출할 수 있다. 이것을 복수 파장의 모든 촬상 펄스에 적용함으로써, 모든 파장에서 어느 것인가의 펄스의 화상 데이터에 근거한 각 펄스에의 변형 필드를 산출할 수 있다.
그 밖의 예로서는, 복수의 펄스의 화상 데이터 중에서 복수의 변형 필드가 이미 취득되었을 때에, 복수의 변형 필드로부터 시간적으로 보간함으로써 보간 시간 근방의 시간에서 조사한 펄스의 변형 필드를 산출할 수 있다. 변형 필드를 산출하기 위해서, 화상 데이터에 있어서 어떤 복셀의 변형 필드에서의 변위량에 착안하여, 이산적인 시간에서 촬상한 화상 데이터 간의 복수의 변형 필드에 있어서, 변형 필드의 각 복셀이 어떻게 변위되는지를 추적한다. 시간에 따른 변위량으로부터, 어떤 시간에서 변형 필드를 산출해도 된다.
위치 어긋남 정보를 취득하기 위한 파장 λ1로서의 기준은, 위치 어긋남 정보의 취득 정밀도가 높은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면, 연산부(151)는, 복수 파장의 각각을 사용해서 생성된 펄스 볼륨 데이터와 합성 볼륨 데이터, MIP 화상 등의 해상도, 또는 SN(Siganl-to-Noise)비 등의 화질을 나타내는 평가 지표를 산출한다. 그리고, 연산부(151)는, 산출된 화질을 나타내는 평가 지표가 양호했던 파장을 파장 λ1로 해서, 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다.
또한, 시간적으로 보간해서 위치 어긋남 정보를 취득할 경우, 연산부(151)는, 소정의 기간 내에 많은 횟수 조사된 빛의 파장을 판정하고, 그 파장을 파장 λ1로서 설정해도 된다. 예를 들면, 연산부(151)는, 소정의 기간 내에 가장 많은 횟수 조사된 빛의 파장을, 해당 소정의 기간 내에 있어서는 파장 λ1로서 설정해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 소정의 기간 내에 소정의 횟수보다 많이 조사된 빛의 파장을, 해당 소정의 기간 내에 있어서는 파장 λ1로서 설정해도 된다. 또한, 파장 λ1로서 복수의 파장이 설정되어도 된다.
또한, 파장 간의 조사 타이밍이 실질적으로 같다고 간주할 수 있을 경우에는, 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를, 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보로서 취득해도 된다. 예를 들면, 스텝 S300에서 취득된 위치 어긋남량을 그 밖의 파장의 펄스에 그대로 사용할 수 있다.
예를 들면, 복수의 파장 간에서의 펄스광의 조사 간격이 피검체의 움직임에 대하여 무시할 수 있을 만큼 짧을 경우에는, 파장 간의 조사 타이밍이 실질적으로 같다고 간주할 수 있다. 예를 들면, 생체의 호흡에 의한 몸 움직임의 경우에, 파장 간의 조사 간격은 실질적으로 같을 수 있다. 주기가 3초, 최대 변위량이 3mm인 호흡에 의해 생체가 선형으로 변위한다고 가정한다. 광음향 화상의 해상도의 허용 오차를 0.25mm라고 설정했을 경우, 조사 간격이 125ms 이내이면, 파장 간의 조사 타이밍이 실질적으로 동일하다고 간주해도 된다. 이때, 생체의 변위량이 광음향 화상의 해상도의 오차에 그대로 반영된다고 가정한다. 또한, 광음향 화상의 해상도의 허용 오차를 0.1mm로 설정하면, 조사 간격이 50ms 이내이면, 파장 간의 조사 타이밍이 실질적으로 동일하다고 간주해도 된다.
또한, 연산부(151)는, 스텝 S300 또는 S400에서 취득된 위치 어긋남 정보를, 시간적 또는 공간적으로 보간함으로써, 보간된 위치 어긋남 정보를 그 밖의 모댈리티(modalities)에 의해 취득된 화상의 위치 어긋남 정보로서 사용해도 된다.
(스텝 S500: 파장 λ1 및 파장 λ2의 광조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보 에 의거하여 위치 어긋남 보정을 행하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S300에서 취득된 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보와, 스텝 S400에서 취득된 파장 λ2에 대응하는 위치 어긋남 정보에 의거하여 위치 어긋남 보정을 행한다.
예를 들면, 연산부(151)는, 스텝 S300에서 취득된 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보에 의거하여 스텝 S200에서 취득된 파장 λ1의 펄스 볼륨 데이터의 위치 정보에 대하여 위치 어긋남 보정 처리를 행해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 스텝 S100에서 취득된 신호군에 의거하여 파장 λ2에 대응하는 펄스 볼륨 데이터를 생성해도 된다. 그리고, 연산부(151)는, 스텝 S400에서 취득된 파장 λ2에 대응하는 위치 어긋남 정보에 의거하여, 파장 λ2의 펄스 볼륨 데이터의 위치를 위치 어긋남량만큼 보정하는 처리를 행해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 위치 어긋남이 보정된 파장 λ1의 펄스 볼륨 데이터 및 파장 λ2의 펄스 볼륨 데이터를 합성함으로써 위치 맞춤하여, 합성 볼륨 데이터를 생성해도 된다.
이하, 파장 λ1을 갖는 펄스 볼륨의 위치 어긋남을 보정하는 예를 설명한다. 도 11a 내지 11e는, 이 스텝에 있어서의 위치 어긋남 보정 처리(병렬 처리)의 일례를 나타낸다.
도 11a는, 본 실시 예에 있어서의 병렬 처리 전의 펄스 볼륨 데이터의 일부(Pλ1,23∼Pλ1,25)를 나타낸다. 파선은, Pλ1 ,25의 외주 및 Pλ1 ,25 내의 특징 601을 나타낸다. 실선은, Pλ1 ,24의 외주 및 Pλ1 ,24 내부의 특징 602 나타낸다. 점선은, Pλ1 ,23의 외주 및 Pλ1 ,23 내부의 특징 603을 나타낸다. 또한, 특징 601, 602, 603은 모두 동일한 특징을 나타낸다. 도 11a에서는, 각 펄스 볼륨 데이터 내의 특징은 다른 위치에 위치하고 있다.
도 11b는, 병진 전의 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 , 25을, 전술의 방법으로 추정된 위치 어긋남량 Moptλ1 ,25만큼 병진시킨 후의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1 , 25을 나타낸다. 도 11c는, 병진 전의 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 , 24을, 전술의 방법으로 추정된 위치 어긋남량 Moptλ1 ,24만큼 병진시킨 후의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1 , 24을 나타낸다.
도 11d는, 병진 전의 펄스 볼륨 데이터 Pλ1 ,23을, 전술의 방법으로 추정된 위치 어긋남량 Moptλ1 ,23만큼 병진시킨 후의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1 ,23을 나타낸다.
도 11e는, 병진 후의 펄스 볼륨 데이터 P'λ1 ,23, Pλ1 ,24, 및 P'λ1 , 25을 겹친 것을 나타낸다. 도 11e에 있어서는, 각 펄스 볼륨 데이터 내의 특징 601, 602, 및 603은 거의 같은 위치에서 겹치고 있다. 연산부(151)는, 도 11e에 나타나 있는 바와 같이, 병진 처리된 각 펄스 볼륨 데이터를 합성함으로써, 정렬된 볼륨 데이터를 취득할 수 있다. 정렬된 볼륨 데이터는, 합성된 볼륨 데이터에 해당한다. "정렬(alignment)"이란, 위치 어긋남 보정 처리와 합성 처리의 양쪽 처리를 행하는 것을 의미한다.
또한, 예를 들면, 연산부(151)는, 재구성 처리에 있어서, 스텝 S300에서 취득된 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보에 의거하여, 파장 λ1의 조사 타이밍에 있어서의 수신부(120)의 위치 정보를 위치 어긋남량만큼만 보정해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 재구성 처리에 있어서, 스텝 S400에서 취득된 파장 λ2에 대응하는 위치 어긋남 정보에 의거하여, 파장 λ2의 조사 타이밍에 있어서의 수신부(120)의 위치 정보를 위치 어긋남량만큼만 보정해도 된다. 그리고, 연산부(151)는, 스텝 S100에서 취득된 신호군, 및 파장 λ1 및 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남이 보정된 수신부(120)의 위치 정보에 의거하여, 재구성 처리를 행하여, 합성 볼륨 데이터를 생성해도 된다.
여기에서, 수신부(120)의 위치 정보의 위치 어긋남 보정을 행하는 방법의 예를 설명한다. 우선, 연산부(151)는, 위치 어긋남을 고려하지 않을 때의 수신부(120)의 위치 정보를 취득한다. 예를 들면, 연산부(151)는, 기억부(152)에 미리 기억된 광조사 시의 수신부(120)의 위치 정보를 판독하는 것에 의해, 위치 어긋남을 고려하지 않을 때의 위치 정보를 취득해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 트리거로서 광조사에 응답하여 구동부(130)에 구비된 위치 센서로부터 수신부(120)의 위치 정보를 수신하는 것에 의해, 위치 어긋남을 고려하지 않을 때의 수신부(120)의 위치 정보를 취득해도 된다.
계속해서, 연산부(151)는, 광조사 시에 있어서의 위치 어긋남을 고려하지 않을 때의 수신부(120)의 위치 정보를, 스텝 S300 또는 스텝 S400에서 취득된 위치 어긋남 정보가 나타내는 위치 어긋남량만큼 보정(예를 들면, 병진 처리)한다. 이에 따라, 연산부(151)는, 광조사 시에 있어서의 위치 어긋남이 보정된 수신부(120)의 위치 정보를 취득할 수 있다. 즉, 연산부(151)는, 스텝 S300 또는 스텝 S400에서 취득된 위치 어긋남 정보에 의거하여, 위치 어긋남이 보정된 수신부(120)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
연산부(151)는, 스텝 S100에서 취득된 신호군과, 위치 어긋남이 보정된 수신부(120)의 위치 정보에 의거하여 합성 화상 데이터를 취득한다. 이 스텝에 있어서, 연산부(151)는, 1회의 광조사에 대응하는 신호로부터, 전체 영상화 영역보다도 작은 영역을 재구성한다. 이 재구성을, 복수의 광조사에 대해서 반복하는 것에 의해 1개의 볼륨 데이터를 생성해도 된다. 이 경우, 이 스텝에 있어서, 연산부(151)는, 복수의 광조사에 대응하는 복수의 펄스 볼륨 데이터를 취득하고, 해당 화상 데이터군을 합성한다. 또한, 연산부(151)는, 복수의 광조사에 대응하는 신호군으로부터 전체 영상화 영역을 재구성함으로써, 1개의 볼륨 데이터를 생성해도 된다.
또한, 복수의 파장에 대응하는 데이터의 합성 처리를 행하는 경우에도, 상기와 같은 처리를 행할 수 있다. 본 실시 예서에서는, 복수의 파장에 대응하는 데이터의 가산 처리 및 평균화 처리 이외에, 복수의 파장에 대응하는 데이터를 비교 연산함으로써 산소 포화도 등의 기능 정보를 취득하는 처리도 포함된다. 이하, 복수의 파장에 대응하는 데이터를 사용해서 기능 정보로서의 산소 포화도를 취득하는 방법을 설명한다.
파장 λ1과 파장 λ2에서는, 헤모글로빈 이외의 광흡수는 무시할 수 있을 만큼 낮다고 가정하면, 파장 λ1과 파장 λ2의 흡수 계수는 각각 옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수와 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수를 사용해서 식 16 및 식 17로 나타낸다.
μa(λ1) = εox(λ1)Cox + εde(λ1)Cde ···식 16
μa(λ2) = εox(λ2)Cox + εde(λ2)Cde ···식 17
여기에서, μa(λ1)는, 위치(i, j, k)에 있어서의 파장 λ1의 빛의 흡수계수, μa(λ2)는 위치(i, j, k)에 있어서의 파장 λ2의 빛의 흡수계수를 나타내고, 단위는 [mm- 1]로 나타낼 수 있다. Cox는 옥시헤모글로빈의 양[mol], Cde는 디옥시헤모글로빈의 양[mol]이다. 양쪽 값은 위치(i, j, k)에 있어서의 값을 나타낸다.
εox(λ1)과 εde(λ1)은 각각 파장 λ1에 있어서의 옥시헤모글로빈 및 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수[mm-1mol-1]을 나타낸다. εox(λ2)과 εde(λ2)은 각각 파장 λ2에 있어서의 옥시헤모글로빈 및 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수[mm-1mol-1]을 나타낸다. εox(λ1), εde(λ1), εox(λ2), εde(λ2)은 미리 측정이나 문헌 값에 의해 취득될 수 있다.
따라서, Cox와 Cde는 각각, 몰러 흡광계수(molar extinction coefficient)와, μa(λ1) 및 μa(λ2)를 사용해서 식 16 및 17의 연립 방정식을 푸는 것에 의해 취득된다. 사용하는 파장의 수가 많은 경우에는, 최소 제곱법을 사용하면 된다. 또한, 산소 포화도 SO2는 식 18에 나타나 있는 바와 같이 전체 헤모글로빈 중의 옥시헤모글로빈의 비율로 정의된다. 따라서, 산소 포화도 SO2은, 식 16, 식 17, 식 18에 근거하여 식 19로 나타낼 수 있다.
따라서, 연산부(151)는, 식 19에 따라 몰러 흡광계수와, μa(λ1) 및 μa(λ2)에 근거하여 위치(i, j, k)에 있어서의 산소 포화도 SO2을 취득할 수 있다.
Figure pat00010
...식 18
Figure pat00011
...식 19
이러한 처리를 복수의 위치에 대하여 행함으로써, 복수의 위치에서의 산소 포화도가 취득되고, 산소 포화도 분포를 취득할 수 있다. 산소 포화도 분포는, 흡수계수 분포의 비교 연산(예를 들면, 비를 산출하는 처리)으로 취득된다. 복수의 파장에서의 흡수계수의 값이 상대적으로 맞으면, 산소 포화도 분포가 적절히 결정될 수 있다. 따라서, 흡수계수 분포가 절대값으로서 정확하게 취득할 필요는 없다.
본 실시 예에서는, 위치 어긋남의 영향이 저감한 초기 음압 화상을 산출하고, 흡수계수 화상 및 거기에서 산소 포화도 화상을 산출했다. 그렇지만, 이들 실시 예는 이 방법에 한정하지 않는다. 복수의 파장에서의 펄스 볼륨 데이터를 흡수계수 분포 화상으로서 취득하고, 그 파장 중의 하나의 파장에서의 흡수계수 분포 화상으로 위치 어긋남량을 산출해도 된다. 또한, 그렇게 해서 산출된 위치 어긋남량을 그 밖의 파장에 적용함으로써, 위치 어긋남의 영향이 저감한 흡수계수 화상을 산출하고, 그들 흡수계수 화상으로부터 산소 포화도 화상을 산출해도 된다.
이 구성에 의해, 복수의 파장의 화상 중에서, 위치 어긋남의 영향이 저감한 흡수계수 화상을 취득하고, 위치 어긋남의 영향이 저감된 흡수계수 화상을 합성함으로써, 산소 포화도 화상을 산출하는 것이 가능해진다.
이 방법에 의해, 광조사 중의 피검체와 광음향파의 수신부와의 상대적인 위치 관계의 변동의 영향이 억제된 화상 데이터(위치 맞춤된 볼륨 데이터)를 취득할 수 있다.
광조사 사이에 수신부(120)가 이동하지 않는 경우에도 상기 처리를 적용할 수 있다. 즉, 광음향 장치가 구동부(130)를 구비하지 않는 경우에도, 상기 처리를 적용할 수 있다. 이 경우도, 여러 번의 광조사 사이의 피검체와 광음향파의 수신부와의 상대적인 위치 관계의 변동의 영향이 억제된 화상 데이터를 취득할 수 있다.
또한, 광음향 장치와는 다른 모댈리티(예를 들면, 초음파 진단장치 등)와 함께, 광음향 장치를 사용한 촬상을 행할 경우, 광음향 장치로 취득된 위치 어긋남 정보를, 또 다른 모댈리티에 있어서의 위치 어긋남 정보의 취득에 사용되어도 된다. 예를 들면, 연산부(151)는, 스텝 S300, 스텝 S400, 또는 스텝 S500에서 취득된 위치 어긋남 정보를 시간적 또는 공간적으로 보간함으로써, 또 다른 모댈리티로 취득된 화상 데이터의 위치 어긋남 정보를 취득해도 된다. 또한, 광음향 장치와 다른 모댈리티가 실질적으로 같은 시간에 실질적으로 같은 위치의 화상 데이터를 생성할 경우, 광음향 장치로 취득된 위치 어긋남 정보를, 또 다른 모댈리티에서의 위치 어긋남 정보로서 사용해도 된다.
예를 들면, 또 다른 모댈리티로서 초음파 진단장치를 상정할 경우, 광음향 장치를 포함하는 검사 시스템은, 초음파의 송수신부를 구비한다. 송수신부는, 피검체에 대하여 초음파를 송신하고, 송신된 초음파의 에코파를 수신함으로써 초음파 신호를 출력한다. 송수신부는, 음향파를 수신함으로써 전기신호를 출력하는 트랜스듀서를 포함한다. 송수신부는 복수의 트랜스듀서를 포함하고 있어도 된다. 또한, 송수신부는, 초음파를 송신하는 트랜스듀서와, 음향파를 수신하기 위한 트랜스듀서를 따로 준비해도 된다. 또한, 초음파를 송신하는 트랜스듀서와, 음향파를 수신하기 위한 트랜스듀서가, 같은 트랜스듀서로 구성되어 있어도 된다. 또한, 초음파를 송수신하기 위한 트랜스듀서와, 광음향파를 수신하기 위한 트랜스듀서를 따로 준비해도 된다. 또한, 초음파를 송수신하는 트랜스듀서와 광음향파를 수신하는 트랜스듀서가, 같은 트랜스듀서로 구성되어 있어도 된다.
이하, 제2 실시 예의 광음향 장치의 구성의 구성 및 처리에 관하여 설명한다. 제2 실시예에서는, 제1 실시 예의 광음향 장치와 같은 장치를 사용한다. 제2 실시 예에 있어서는, 제1 실시 예의 광음향 장치와 동일한 구성에 관해서는 동일한 참조부호를 부착하고, 상세한 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 복수의 파장의 빛을 사용할 경우, 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남의 추정 정밀도가 낮은 파장이 포함되어 있을 가능성이 있다. 이 경우, 피검체 파장에 의해 취득된 화상 데이터군만을 사용하면, 그 파장의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 정밀하게 취득하는 것이 어렵다. 즉, 복수의 파장의 빛을 사용할 경우, 파장 사이에서의 위치 어긋남의 추정 정밀도에 편차가 생긴다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치는, 서로 다른 복수의 파장의 각각에 대해서, 복수의 화상 데이터 간의 위치 어긋남 정보를 취득한다. 그리고, 복수의 파장의 각각에서 취득된 위치 어긋남 정보를 조합함으로써, 먼저 취득된 위치 어긋남 정보를 갱신한다. 그 결과, 낮은 추정 정밀도를 나타내는 파장이 포함되어 있을 경우에도, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 비교적 높은 파장에 의해 취득된 위치 어긋남 정보를 사용하여, 취득된 위치 어긋남 정보를 갱신해서, 위치 어긋남 정보를 정밀하게 취득할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치에 있어서는, 서로 다른 제1 파장 및 제2 파장의 각각의 빛이 여러 번 피검체에 조사된다. 그리고, 제1 파장에 대응하는 제1 화상 데이터군이 생성되고, 제1 화상 데이터군 간의 위치 어긋남 정보가 취득된다. 여기에서 취득된 위치 어긋남 정보가, 제1 파장의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 피검체와 프로브와의 상대 위치의 변동량(위치 어긋남량)에 해당한다. 또한, 제2 파장에 대응하는 제2 화상 데이터군이 생성되고, 제2 화상 데이터군 간의 위치 어긋남 정보가 취득된다. 그리고, 제1 위치 어긋남 정보와 제2 위치 어긋남 정보에 의거하여, 제1 및 제2 파장의 광조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보가 갱신된다. 이에 따라, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 낮은 파장의 위치 어긋남 정보의 취득 시에, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 높은 파장으로부터 취득된 위치 어긋남 정보를 사용하기 때문에, 파장 사이에서의 위치 어긋남의 추정 정밀도의 편차가 작아진다.
또한, 각각의 파장의 위치 어긋남 정보를 조합할 때의 위치 어긋남 정보에 대한 가중치를 변경함으로써, 추정 정밀도가 높은 파장의 추정 결과를 우선시킬 수도 있다.
본 경우에는, 신호군의 취득이나 각 파장의 광조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보의 취득에 대해서, 제1 실시 예에 기재된 방법을 적용할 수 있다.
이하, 도 12에 나타낸 흐름도에 따라, 본 실시 예에 따른 정보처리를 포함하는 광음향 장치의 동작을 설명한다. 도 4에 나타낸 스텝과 같은 스텝에는 동일한 부호를 부착하고, 상세한 설명은 생략한다.
(스텝 S210: 파장 λ2에 대응하는 화상 데이터군을 생성하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S200과 마찬가지로, 스텝 S100에서 취득된 신호군에 의거하여 제2 파장의 광조사에 대응하는 화상 데이터군을 취득한다. 또한, 본 실시예에서는, 제2 파장의 광조사에 대응하는 화상 데이터를 복수 취득하는 예를 설명한다. 그렇지만, 해당 화상 데이터를 하나 취득할 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
(스텝 S310: 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S300과 마찬가지로, 스텝 S210에서 취득된 파장 λ2에 대응하는 화상 데이터군에 의거하여, 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득한다.
(스텝 S600: 파장 λ1 및 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보에 의거하여 위치 어긋남 정보를 갱신하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S300에서 취득된 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보와, 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보에 의거하여 각각의 위치 어긋남 정보를 갱신한다.
예를 들면, 연산부(151)가 스텝 S300에 있어서 파장 λ1의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보로서 병진량 Mopt_stλ1을 산출하고, 스텝 S310에 있어서 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보로서 병진량 Mopt_stλ2을 산출했을 경우를 고려한다. 이때, 이 스텝에 있어서, 연산부(151)는, 식 20에 나타나 있는 바와 같이, 위치 어긋남 정보를 평균화함으로써, 각 파장의 위치 어긋남 정보 Mopt_stλ1 및 Mopt_stλ2을 갱신해도 된다.
Mopt_stλ1 = (Moptλ1 + Moptλ2)/2Mopt_stλ2 = (Moptλ1 + Moptλ2)/2 ...식 20
또한, 연산부(151)는, 각 파장의 위치 어긋남 정보를 사용하여, 제1 실시 예에서 설명한 바와 같이, 시간적 또는 공간적으로 보간함으로써, 각 파장의 위치 어긋남 정보를 갱신해도 된다.
또한, 연산부(151)는, 각 파장의 위치 어긋남 정보를 가중함으로써, 각 파장의 위치 어긋남 정보를 갱신해도 된다. 연산부(151)는, 소정의 가중치를 사용해서 각 파장의 위치 어긋남 정보를 가중함으로써, 각 파장의 위치 어긋남 정보를 갱신해도 된다. 또한, 연산부(151)는, 유저가 입력부(170)를 사용해 행한 지시에 의해 결정된 가중치를 사용해서 각 파장의 위치 어긋남 정보를 가중해도 된다.
(스텝 S700: 갱신된 위치 어긋남 정보에 의거하여 위치 어긋남 보정을 행하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S600에서 갱신된 파장 λ1 및 파장 λ2의 빛의 조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보에 의거하여, 스텝 S500에서 설명한 같은 방법으로, 위치 어긋남 보정을 행한다.
본 실시예에서는, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 낮은 파장에 의해 취득된 위치 어긋남 정보뿐만 아니라, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 높은 파장으로부터 취득된 위치 어긋남 정보도 이용해서 조합된 위치 어긋남 정보를 채용하기 때문에, 파장 사이에서의 위치 어긋남의 추정 정밀도의 편차가 작아진다.
도 13은, 각 파장의 위치 어긋남 정보에 대한 가중치를 결정하기 위한 슬라이더를 갖는 GUI의 모식도를 나타낸다. 예를 들면, 표시부(160)에 표시된 도 13에 나타나 있는 바와 같은 GUI를 사용해서 가중치를 결정할 수 있다.
GUI(1001)에는, 광음향 화상의 표시 영역(1002), 파장 λ1의 위치 어긋남량의 그래프 1003, 및 파장 λ2의 위치 어긋남량의 그래프 1004가 표시되어 있다. 그래프 1003 및 1004에 있어서, 종축은 위치 어긋남량, 횡축은 펄스 인덱스를 나타낸다. 즉, 그래프 1003 및 1004는, 파장 λ1 및 파장 λ2에서의 펄스 볼륨 데이터에 대한 위치 어긋남량을 플롯한 것이다. 슬라이더 바(1007)는, 복수의 파장의 위치 어긋남량의 가중치를 결정하기 위한 아이템이다. 슬라이더 바(1007)를 왼쪽으로 조작하면, 파장 λ1의 위치 어긋남량이 우세하게 더해진다. 슬라이더 바(1007)를 오른쪽으로 조작하면, 파장 λ2의 위치 어긋남량이 우세하게 더해진다. 즉, 슬라이더 바(1007)를 왼쪽으로 조작하면, 파장 λ1의 가중치가 커진다. 슬라이더 바(1007)를 오른쪽으로 조작하면, 파장 λ2의 가중치가 커지고, 가중된 최종적인 위치 어긋남량이 결정된다. 그리고, 가중된 최종적인 위치 어긋남량을 사용해서 취득된 광음향 화상이 표시 영역(1002)에 표시된다. 또, 유저가 슬라이더 바(1007)를 조작하면, 최종적인 위치 어긋남량이 재계산되어, 갱신된다. 그리고, 갱신된 위치 어긋남량을 사용해서, 다시 광음향 화상이 취득되고, 표시 영역(1002)에 표시되는 광음향 화상이 갱신된다. 도 13에 있어서는, 표시 영역(1002)에 발(foot)의 광음향 화상(1008)이 표시되고, 광음향 화상(1008)에는 혈관 화상(1009)이 포함되어 있다.
이러한 GUI를 사용함으로써, 복수의 파장에서의 위치 어긋남량에 대한 가중치를 슬라이더 바로 변화시켜서 결정함으로써, 표시 영역에 표시되는 광음향 화상의 화질(해상도 등)의 변화를 확인하면서 최종적인 위치 어긋남량을 결정할 수 있다.
이하, 제3 실시 예의 광음향 장치의 구성의 구성 및 처리에 관하여 설명한다. 제3 실시예에서는, 제1 또 제2 실시 예의 광음향 장치와 같은 장치를 사용한다. 제3 실시 예에 있어서는, 제1 또는 제2 실시 예의 광음향 장치와 동일한 구성 에 관해서는 동일한 참조부호를 부착하고, 상세한 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 서로 다른 복수의 파장의 광 빔을 사용할 경우, 파장 사이에서 화상 강도 등의 화상 특성이 다른 경우가 있다. 그 경우, 파장 사이에서 화상 강도가 다르기 때문에, 위치 어긋남의 추정 정밀도가 저하하는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치는, 서로 다른 복수의 파장의 각각의 광조사에 의해 발생하는 광음향파에 의거하여, 각 파장의 빛에 의한 화상 데이터를 생성한다. 그리고, 파장 간의 화상 특성의 차가 작아지도록 처리를 행한 후에, 복수의 파장의 화상 데이터군을 사용해서 위치 어긋남 정보를 취득한다. 이에 따라, 파장 간의 화상 특성의 차에 의해 발생하는 위치 어긋남의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광음향 장치에 있어서는, 서로 다른 제1 파장 및 제2 파장의 각각의 빛이 여러번 피검체에 조사된다. 그리고, 제1 파장에 대응하는 제1 화상 데이터군이 생성된다. 또한, 제2 파장에 대응하는 제2 화상 데이터군이 생성된다. 그리고, 제1 화상 데이터군과 제2 화상 데이터군과의 화상특성의 차가 작아지도록, 제1 화상 데이터군 및 제2 화상 데이터군 중의 적어도 하나에 화상 처리가 행해진다. 그리고, 화상 특성의 차를 줄이는 처리가 행해진 후의, 제1 화상 데이터군 및 제2 화상 데이터군을 사용하여, 제1 및 제2 파장의 광조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보가 취득된다.
상기에서는, 화상 데이터에 대한 화상 처리에 의해, 파장 간의 화상 특성의 차를 줄이는 예를 설명했다. 그렇지만, 화상 데이터로 변환되기 전의 신호에 대한 신호 처리에 의해 파장 간의 화상 특성의 차가 감소하게 된다.
이하, 도 14에 나타낸 흐름도에 따라, 본 실시 예에 따른 정보처리를 포함하는 광음향 장치의 동작을 설명한다. 도 4에 나타낸 스텝과 같은 스텝에는 동일한 참조부호를 부착하고, 상세한 설명을 생략한다.
(스텝 S800: 파장 λ1에 대응하는 화상 데이터군과 파장 λ2에 대응하는 화상 데이터군과의 화상 특성의 차를 작게 하는 처리를 행하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S200에서 취득된 파장 λ1의 화상 데이터군과, 스텝 S210에서 취득된 파장 λ2의 화상 데이터군과의 화상 특성의 차가 작아지도록, 파장 λ1의 화상 데이터군 및 파장 λ2의 화상 데이터군에 대하여 화상 처리를 행한다. 예를 들면, 파장 간의 화상특성의 차를 작게 하는 처리로서는, 화상 강도의 최대값 또는 최소값을 정규화하는 처리와 복수의 파장의 화상 강도의 화상 평균 및 분산이 거의 같게 되도록 처리를 행하는 것을 들 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 화상 데이터의 화상 특성의 차를 작게 하는 처리를 정규화 처리라고 부른다.
여기에서는, 화상 데이터의 화상 강도를 정규화하는 예를 설명한다. 우선, 스텝 S200 및 스텝 S300에서 취득된 전체 펄스 볼륨 데이터의 화상 강도의 최대값valmax(모든 펄스에 대하여 1개의 값)을 취득한다. 그리고, 펄스 볼륨 데이터의 화상 강도 중 0이하의 값을 0으로 반올림하고, 그 후에 펄스 볼륨 데이터의 복셀의 화상 강도 Px,y,z를, 취득된 화상 강도의 최대값 valmax가 소정값 val이 되도록 정규화한다. 즉, 연산부(151)는, 식 21에 나타나 있는 바와 같이 펄스 볼륨 데이터를 정규화한다.
P'x,y,z = Px,y,z ＊ val/valmax··· 식 21
여기에서, P'x,y,z는, 각 복셀의 정규화 후의 화상 강도의 값이다. 여기에서는, 복수의 파장의 펄스 볼륨 데이터의 최대값이 소정값이 되도록 펄스 볼륨 데이터를 정규화하지만, 각 파장에 대해서 최대값 valmax를 취득하고, 최대값 valmax가 소정값 val과 같게 되도록 정규화를 행해도 된다. 또한, 0 이하의 값을 0으로 반올림하지 않고, 펄스 볼륨 데이터의 최소값을 취득하고, 최소값과 최대값 사이의 강도를 0으로부터 val로 변환한다. 또한, 최소값과 최대값 사이의 강도를 val'로부터 val로 변환해도 된다. 즉, 화상 강도가 원하는 수치 범위 내에 포함되도록 정규화를 행해도 된다. 또한, 파장 간의 화상 강도의 차가 작아지는 한, 어떤 방법으로든 정규화를 행해도 된다.
또한, 또 다른 방법으로서는, 화상 강도의 평균값이 0이 되거나, 분산이 1 등의, 특정 값이 되도록 화상을 정규화해도 되고, 각각의 값이 0이나 1이 아닌 특정 값이 되도록 정규화해도 된다.
(스텝 S900: 화상 특성의 차를 작게 하는 처리 후의 화상 데이터에 의거하여 위치 어긋남 정보를 취득하는 스텝)
연산부(151)는, 스텝 S800에서 파장 간의 화상 특성의 차를 작게 하는 처리를 행한 후의, 파장 λ1 및 파장 λ2의 화상 데이터군에 의거하여, 제1 및 제2 파장의 광조사 타이밍에 있어서의 위치 어긋남 정보를 취득한다. 화상 데이터를 사용한 위치 어긋남 정보의 취득 방법에 대해서는, 스텝 S300에서 설명한 방법과 같은 방법을 채용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 파장 간의 화상 특성의 차가 저감된 화상 데이터군을 사용함으로써, 파장 간의 화상 특성의 차에 기인하는 위치 어긋남의 추정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 그리고, 스텝 S500에 있어서, 이렇게 하여 취득된 위치 어긋남 정보를 사용하여 고정밀하게 위치 어긋남 보정을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 각 파장에 있어서 화상 데이터군이 생성되는 예를 설명했다. 그렇지만, 1개의 파장에서는 1개의 화상 데이터가 생성되지 않는 경우에도, 화상 데이터군이 생성되는 한, 본 실시 예에서 설명한 위치 어긋남 정보의 취득 방법을 적용할 수 있다.
이하, 제4 실시 예의 광음향 장치의 구성의 구성 및 처리에 관하여 설명한다. 제4 실시예에서는, 제1, 제2, 또는 제3 실시 예의 광음향 장치와 같은 장치를 사용한다. 제4 실시 예에 있어서는, 제1, 제2, 또는 제3 실시 예의 광음향 장치와 동일한 구성에 관해서는 동일한 참조부호를 부착하고, 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 입력부(170)를 사용한 유저의 지시에 의거하여 제1, 제2,및 제3 실시예에서 설명한 위치 어긋남 정보의 취득 방법의 적어도 하나의 방법을 실행하는 예를 설명한다.
도 15는, 본 실시 예의 표시부(160)에 표시되는 GUI를 나타낸다. GUI(1501)에는, 광음향 화상의 표시 영역(1502), 파장 λ1의 위치 어긋남량의 그래프 1503, 및 파장 λ2의 위치 어긋남량의 그래프 1504가 표시되어 있다. 그래프 1503 및 1504에 있어서, 종축은 위치 어긋남량, 횡축은 펄스 인덱스를 나타낸다. 즉, 그래프 1503 및 1504는, 파장 λ1 및 파장 λ2에서의 펄스 볼륨 데이터에 대한 위치 어긋남량을 플롯한 것이다. 도 15에 있어서는, 표시 영역(1502)에 발의 광음향 화상(1508)이 표시되고, 광음향 화상(1508)에는 혈관 화상(1509)이 포함되어 있다.
유저는, 위치 어긋남 정보의 취득 방법의 선택 버튼 1511, 1512, 및 1513으로부터 입력부(170)를 사용해서 원하는 취득 방법을 선택한다.
선택 버튼 1511은, 제1 실시 예에서 설명한 특정한 파장에 대응하는 위치 어긋남 정보를, 그 밖에 대응하는 위치 어긋남 정보의 취득에 사용하는 버튼이다. 본 실시 예에 있어서는, 선택 버튼 1511이 선택되면, 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보를 보간함으로써, 파장 λ2에 대응하는 위치 어긋남 정보를 취득하는 모드가 취득된다. 또한, 보간 방법에 관해서도, 유저가 선택 버튼 1514를 선택함으로써, 연산부(151)가 시간적으로 보간할 것일지, 공간적으로 보간할 것인지를 결정할 수 있다.
또한, 선택 버튼 1512는, 제2 실시 예에서 설명한 복수의 파장의 각각에 대응하는 위치 어긋남 정보를 합성하고, 각 위치 어긋남 정보를 갱신하는 버튼이다. 본 실시 예에 있어서는, 선택 버튼 1512가 선택되면, 파장 λ1에 대응하는 위치 어긋남 정보와 파장 λ2에 의한 위치 어긋남 정보를 가중한 후에 합성하는 모드가 취득된다. 또한, 유저가 슬라이더 바 1515를 조작함으로써, 각 위치 어긋남 정보의 가중치를 변경할 수 있다. 슬라이더 바 1515의 기능은, 슬라이더 바 1007의 기능과 같다.
선택 버튼 1513은, 제3 실시 예에서 설명한 파장 간의 화상특성의 차가 작아지도록 정규화 처리된 후에 위치 어긋남 정보를 취득하는 버튼이다. 본 실시 예에 있어서는, 선택 버튼 1513이 선택되면, 파장 λ1의 빛에 근거해서 취득된 데이터 및 파장 λ2의 빛에 근거해서 취득된 데이터에 대하여 정규화 처리를 행하는 모드가 수행된다. 또한, 정규화 처리의 방법에 관해서도, 유저가 선택 버튼 1516을 선택함으로써, 연산부(151)가 화상 강도의 차를 작게 하는 정규화 처리를 행할 것인지, 해상도의 차를 작게 하는 정규화 처리를 행하는 것인지를 결정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유저가 원하는 위치 어긋남 정보의 취득 방법을 선택하고, 선택된 위치 어긋남 정보가 적용된 광음향 화상을 확인함으로써, 화상 데이터의 특성에 적합한 위치 어긋남 정보의 취득 방법으로 취득된 합성 화상 데이터를 확인할 수 있다.
[그 밖의 실시 예]
또한, 본 발명은, 이하의 처리를 실행함으로써도 실현된다. 다시 말해, 전술한 실시 예의 기능을 실현하는 소프트웨어(프로그램)를, 네트워크 또는 각종 기억매체를 통해서 시스템 또는 장치에 공급하고, 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU나 MPU 등)가 프로그램을 판독해서 실행하는 처리다.
그 외의 실시예
본 발명의 추가 실시 예(들)는, 상술한 실시 예(들) 중의 하나 또는 그 이상의 기능을 행하도록 기억매체(예를 들면, '비일시 컴퓨터 판독가능한 기억매체') 상에 기록된 컴퓨터 실행가능한 명령들(예를 들면, 1개 이상의 프로그램)을 판독 및 실행하고, 상술한 실시 예(들) 중의 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 1개 이상의 회로(예를 들면, ASIC(Application Specific Integrated Circuit))를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해서 실현될 수 있고, 또 예를 들면, 상술한 실시 예(들) 중의 하나 또는 그 이상의 기능을 행하도록 기억매체로부터 컴퓨터 실행가능한 명령들을 판독 및 실행함으로써 및/또는 상술한 실시 예(들) 중의 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 1개 이상의 회로를 제어함으로써 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 행해진 방법에 의해서도 실현될 수 있다. 이 컴퓨터는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processing Unit), 또는 다른 회로 중 하나 또는 그 이상을 구비할 수도 있고, 독립된 컴퓨터 또는 독립된 컴퓨터 프로세서의 네트워크를 포함할 수도 있다. 이 컴퓨터 실행가능한 명령들은 예를 들면, 네트워크 또는 기억매체로부터 컴퓨터에 제공될 수도 있다. 이 기억매체는 예를 들면, 하드 디스크, RAM(random-access memory), ROM(read only memory), 분산 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(컴팩트 디스크(CD), DVD(digital versatile disc), Blue-ray Disc(BD)TM 등), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함할 수도 있다.
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 파장의 빛 및 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 빛이 피검체에 조사 됨으로써 발생하는 음향파에 의거하여 화상 데이터를 취득하는 광음향 장치로서,
    상기 제1 파장의 빛이 여러 번 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파에 의거하여 생성된 제1 화상 데이터군을 취득하고,
    상기 제1 화상 데이터군에 의거하여 상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제1 위치 어긋남 정보를 취득하고,
    상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제2 위치 어긋남 정보를 취득하도록 구성된 처리 유닛을 구비하는, 광음향 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파를 수신 유닛이 수신함으로써 생성된 신호군을 취득하고, 상기 제1 위치 어긋남 정보, 상기 제2 위치 어긋남 정보, 및 상기 신호군에 의거하여 합성 화상 데이터를 생성하도록 구성되는, 광음향 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파를 수신 유닛이 수신함으로써 생성된 신호군을 취득하고,
    상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제1 화상 데이터군의 위치 어긋남을 보정하고,
    상기 신호군에 의거하여 상기 제2 파장에 의거한 제2 화상 데이터군을 생성하고,
    상기 제2 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 화상 데이터군의 위치 어긋남을 보정하고,
    위치 어긋남이 보정된 상기 제1 및 제2 화상 데이터군에 의거하여 합성 화상 데이터를 생성하도록 구성되는, 광음향 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파를 수신 유닛이 수신함으로써 생성된 신호군을 취득하고, 상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 수신 유닛의 제1 위치 정보를 취득하며, 상기 제1 위치 정보 및 상기 신호군에 의거하여 상기 제1 화상 데이터군을 생성하도록 구성되는, 광음향 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은,
    상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파를 수신 유닛이 수신함으로써 생성된 신호군을 취득하고,
    상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 수신 유닛의 제1 위치 정보를 취득하고,
    상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제1 위치 정보의 위치 어긋남을 보정하고,
    상기 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 수신 유닛의 제2 위치 정보를 취득하고,
    상기 제2 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 위치 정보의 위치 어긋남을 보정하고,
    위치 어긋남이 보정된 상기 제1 및 제2 위치 정보 및 상기 신호군에 의거하여 합성 화상 데이터를 취득하도록 구성되는, 광음향 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 상기 제1 위치 어긋남 정보를 시간적 또는 공간적으로 보간함으로써, 상기 제2 위치 어긋남 정보를 취득하도록 구성되는, 광음향 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 시간적으로 서로 인접한 상기 제1 및 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 상기 제1 위치 어긋남 정보를, 상기 제2 위치 어긋남 정보로서 취득하도록 구성되는, 광음향 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 공간적으로 서로 인접한 상기 제1 및 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 수신 유닛의 위치의 상기 제1 위치 어긋남 정보를, 상기 제2 위치 어긋남 정보로서 취득하도록 구성되는, 광음향 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 산소 포화도의 공간 분포를 나타내는 데이터를, 합성 화상 데이터로서 생성하는, 광음향 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파장은, 옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수와 디옥시헤모글로빈의 몰러 흡수계수가 같거나 실질적으로 같은 파장인, 광음향 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 여러 번의 광조사 중에 미리 정한 횟수보다 많이 조사된 빛의 파장을, 상기 제1 파장으로서 결정하도록 구성되는, 광음향 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은, 여러 번의 광조사 중에, 가장 많이 조사된 빛의 파장을 판정하고, 해당 파장을 상기 제1 파장으로서 결정하도록 구성되는, 광음향 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛을 피검체에 조사하도록 구성된 광조사 유닛과,
    상기 제1 파장의 빛 및 상기 제2 파장의 빛의 각각의 여러 번의 광조사에 의해 발생하는 광음향파를 수신함으로써 신호군을 출력하도록 구성된 수신 유닛을 더 구비하고,
    상기 처리 유닛은, 상기 신호군에 의거하여 상기 제1 화상 데이터군을 생성하고, 상기 신호군에 의거하여 상기 제2 화상 데이터군을 생성하는, 광음향 장치.
  14. 제1 파장의 빛 및 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 빛이 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파에 의거하여 화상 데이터를 취득하는 정보처리방법으로서,
    상기 제1 파장의 빛이 여러 번 피검체에 조사됨으로써 발생하는 음향파에 의거하여 생성된 제1 화상 데이터군을 취득하고,
    상기 제1 파장에 의거한 제1 화상 데이터군에 의거하여 상기 제1 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제1 위치 어긋남 정보를 취득하고,
    상기 제1 위치 어긋남 정보에 의거하여 상기 제2 파장의 빛의 조사 타이밍과 관련된 제2 위치 어긋남 정보를 취득하는 것을 포함하는, 정보처리방법.
  15. 청구항 14에 따른 정보처리방법을 컴퓨터에 실행시키기 위해 매체에 기억된 프로그램.
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