WO2018116594A1 - 光音響画像生成装置および方法並びにプログラム - Google Patents

光音響画像生成装置および方法並びにプログラム Download PDF

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photoacoustic image
image generation
photoacoustic
coordinate system
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PCT/JP2017/037097
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和弘 広田
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富士フイルム株式会社
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    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
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    • G01N2021/1706—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in solids

Definitions

  • the present invention relates to a photoacoustic image generation apparatus, method, and program for generating a photoacoustic image by detecting a photoacoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light.
  • photoacoustic imaging for imaging the inside of a living body using a photoacoustic effect.
  • a living body is irradiated with pulsed laser light. Inside the living body, the living tissue absorbs the energy of the pulsed laser light, and ultrasonic waves (photoacoustic waves) are generated by adiabatic expansion due to the energy.
  • ultrasonic waves photoacoustic waves
  • a reconstruction process is performed on the detection signal detected by the ultrasonic probe.
  • frequency domain reconstruction processing such as reconstruction processing using the FTA (Fourier Transform Algorithm) method and time domain reconstruction processing such as reconstruction processing using the DnS (Delay and Sum method) have been proposed.
  • FTA Fastier Transform Algorithm
  • DnS Delay and Sum method
  • the reconstruction process using the FTA method can easily link the temporal frequency space and the spatial frequency space by utilizing the dispersion relation of the photoacoustic wave in the frequency space, and can be realized from the detected space-time information. Conversion to spatial information can be performed by simple arithmetic processing.
  • the calculation process of the reconstruction process by the FTA method is a calculation process performed on a detection signal of a probe in which detection elements are arranged by an orthogonal coordinate system such as a linear probe.
  • the computation processing is used as it is for the detection signal of the probe in which the detection elements are arranged in a coordinate system other than the orthogonal coordinate system, such as a convex probe. Can not. Even if the calculation process is changed, the calculation process becomes very complicated and the amount of calculation increases, so that a high-speed reconstruction process cannot be performed.
  • the present invention provides a photoacoustic image generation apparatus, method, and program capable of performing a more appropriate reconstruction process without causing a decrease in calculation processing speed regardless of the type of probe. It is intended.
  • a photoacoustic image generation apparatus includes a probe that detects a photoacoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light, and outputs a photoacoustic wave detection signal.
  • a probe identification unit for identifying whether the probe is a probe in which the detection elements are arranged in a coordinate system using a coordinate system or a probe in which the detection elements are arranged in an orthogonal coordinate system, and a time domain using a photoacoustic wave detection signal
  • a photoacoustic image generation unit that generates a photoacoustic image by performing reconstruction processing or frequency domain reconstruction processing, and the photoacoustic image generation unit is a probe in which detection elements are arranged in a coordinate system using polar coordinates Is identified, a time domain reconstruction process is selected to generate a photoacoustic image.
  • the probe identification unit includes a convex probe, a micro convex probe, and a radial scanning probe as a probe in which detection elements are arranged in a coordinate system using polar coordinates. At least one of may be identified.
  • a frequency domain reconstruction process is performed. May be selected to generate a photoacoustic image.
  • the photoacoustic image generation unit may include a photoacoustic image using any one of the reconstruction processes received by the reconstruction process selection receiving unit. May be generated.
  • the probe identification unit identifies at least one of a linear probe and a sector probe as a probe in which detection elements are arranged in an orthogonal coordinate system. Also good.
  • the time domain reconstruction process may be a reconstruction process using a DnS (Delay and Sum) method.
  • the time domain reconstruction process may be a reconstruction process using a CBP (Convolution Back Projection) method.
  • CBP Convolution Back Projection
  • the frequency domain reconstruction process may be a reconstruction process using an FTA (Fourier-Transform-Algorithm) method.
  • FTA Frier-Transform-Algorithm
  • the probe may detect a reflected wave of the acoustic wave transmitted to the subject and output a reflected wave detection signal.
  • a reflected wave image generation unit that generates a reflected wave image by performing a reconstruction process using a DnS (Delay and Sum) method.
  • the reflected wave image generation unit realizes a reflected wave image generation process by hardware, and the photoacoustic image generation unit generates a photoacoustic image generation process. May be realized by software.
  • the photoacoustic image generation unit may realize the time domain reconstruction process with hardware and the frequency domain reconstruction process with software.
  • a photoacoustic image generation method uses a photoacoustic wave detection signal obtained by detecting a photoacoustic wave generated in a subject due to light irradiation on the subject, and performs time domain reconstruction processing or frequency
  • a probe that detects a photoacoustic wave and outputs a photoacoustic wave detection signal is arranged with detection elements arranged in a coordinate system using polar coordinates. If the detection element is a probe in which detection elements are arranged by a coordinate system using polar coordinates, the time domain A reconstruction process is selected to generate a photoacoustic image.
  • a photoacoustic image generation program uses a photoacoustic wave detection signal obtained by detecting a photoacoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light.
  • a photoacoustic image generation unit that generates a photoacoustic image by performing processing or frequency domain reconstruction processing, and the probe is a probe in which detection elements are arranged by a coordinate system using polar coordinates, or a detection element by an orthogonal coordinate system
  • the probe that detects a photoacoustic wave and outputs a photoacoustic wave detection signal is a probe in which detection elements are arranged in a coordinate system using polar coordinates. Or if the detection element is arranged in a rectangular coordinate system, and if the detection element is identified in the coordinate system using polar coordinates, the time domain reconstruction process is performed. Since the photoacoustic image is generated by selection, more appropriate reconstruction processing can be performed without causing a decrease in the calculation processing speed regardless of the type of probe.
  • the block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the photoacoustic image generation apparatus of this invention The block diagram which shows the concrete structure of a photoacoustic image generation part.
  • Flowchart for explaining an example of a selection method for reconstruction processing Flow chart for explaining another example of the selection method of the reconstruction process
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a photoacoustic image generation apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the photoacoustic image generation apparatus 10 of this embodiment includes a probe 11, an ultrasonic unit 12, a laser unit 13, a display unit 14, and an input unit 15 as shown in FIG.
  • the probe 11 is an ultrasonic probe, detects a photoacoustic wave U generated in the subject M, and outputs a photoacoustic wave detection signal.
  • the probe 11 is connected to the ultrasonic unit 12 via the cable 40 and is detachable from the ultrasonic unit 12.
  • the probe 11 includes a transducer array 20, a bundle fiber 41 in which a plurality of optical fibers are bundled, and two light emitting units 42 arranged so as to sandwich the transducer array 20.
  • the transducer array 20 is composed of, for example, a plurality of ultrasonic transducers arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the ultrasonic vibrator corresponds to the detection element of the present invention, and is a piezoelectric element composed of a polymer film such as piezoelectric ceramics or polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the ultrasonic transducer has a function of converting the received signal into an electrical signal when the photoacoustic wave U is received, and the electrical signal generated by the ultrasonic transducer is output to a receiving circuit 21 described later.
  • the bundle fiber 41 guides the laser beam from the laser unit 13 to the light emitting unit 42.
  • the bundle fiber 41 is not particularly limited, and a known fiber such as a quartz fiber can be used.
  • the bundle fiber 41 is branched for each optical fiber on the emission side and connected to the light emission unit 42.
  • the light emitting part 42 is a part for irradiating the subject M with the laser light guided by the bundle fiber 41. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the two light emitting portions 42 are arranged on both sides of the transducer array 20 so as to face each other with the transducer array 20 interposed therebetween.
  • a light guide plate can be used as the light emitting unit 42.
  • the light guide plate is a plate that performs special processing on the surface of an acrylic plate or a quartz plate, for example, and uniformly emits light from one end face from the other end face.
  • the width of the transducer array 20 in the array direction and the width of the light guide plate are approximately the same.
  • a diffusion plate may be provided at the incident end or the emission end of the light guide plate.
  • the probe 11 includes a probe information storage unit 11a.
  • the probe information storage unit 11a stores identification information of the probe 11.
  • the identification information of the probe 11 means that the probe 11 is an array of ultrasonic transducers (detection elements) in an orthogonal coordinate system, or the ultrasonic transducer (detection element) is in a coordinate system using polar coordinates. This is information that can be identified as being arranged.
  • the arrangement of the ultrasonic vibration elements by the orthogonal coordinate system means that the ultrasonic vibration elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a coordinate plane defined by the orthogonal X-axis and Y-axis.
  • Examples of probes in which ultrasonic transducers are arranged in an orthogonal coordinate system include a linear probe and a sector probe in which ultrasonic vibration elements are arranged on a straight line or a two-dimensional plane.
  • a probe in which ultrasonic transducers are arranged in an orthogonal coordinate system is simply referred to as an orthogonal coordinate system probe.
  • a coordinate system using polar coordinates is a coordinate system represented by an angle between a distance from the origin and a straight line connecting the origin and a point on the coordinate space and a coordinate axis.
  • the distance R and the angle ⁇ A polar coordinate system such as a circular coordinate (R, ⁇ ) consisting of and a spherical coordinate (R, ⁇ , ⁇ ) consisting of a distance R and two angles ⁇ , ⁇ , and a distance R, an angle ⁇ and coordinates in the Z-axis direction Including cylindrical coordinates (R, ⁇ , z).
  • Examples of probes in which ultrasonic transducers are arranged in a coordinate system using polar coordinates include convex probes in which ultrasonic transducers are arranged on an arc, microconvex probes, and ultrasonic transducers on the circumference. There is a radial scanning probe or the like.
  • a probe in which ultrasonic transducers are arranged in a coordinate system using polar coordinates is simply referred to as a coordinate system probe using polar coordinates.
  • the probe information storage unit 11a for example, a semiconductor memory and an IC (Integrated Circuit) tag can be used.
  • the identification information stored in the probe information storage unit 11a is read according to a request signal from the ultrasonic unit 12 when the probe 11 is connected to the ultrasonic unit 12.
  • the identification information of the probe 11 is not limited to this.
  • a barcode or the like may be provided in the probe 11 and the ultrasonic unit 12 may acquire a signal obtained by reading the barcode.
  • a mechanical structure such as a concavo-convex part is provided in the probe 11, and when the probe 11 is connected to the ultrasonic unit 12, the ultrasonic unit 12 recognizes the structure to acquire identification information. Good.
  • the identification information of the probe 11 may be set and input by the user using the input unit 15.
  • the identification information of the probe 11 is acquired by the probe identification unit 26 of the ultrasonic unit 12, and the probe identification unit 26 identifies the type of the probe 11 based on the input identification information.
  • the laser unit 13 has, for example, a solid-state laser light source by a Q switch that emits laser light, and outputs laser light as measurement light L irradiated to the subject M.
  • the laser unit 13 is configured to receive a trigger signal from the control unit 27 of the ultrasonic unit 12 and output laser light, for example.
  • the laser unit 13 preferably outputs pulsed light having a pulse width of 1 ns to 100 ns as laser light.
  • the light source of the laser unit 13 is, for example, an alexandrite laser using a Q switch.
  • the wavelength of the laser light is appropriately determined depending on the light absorption characteristics of the absorber in the subject to be measured, but is preferably near the near-infrared wavelength region, for example, 700 nm to 1200 nm.
  • the wavelength of the laser beam is not limited to this.
  • visible light of 500 nm to 700 nm may be used.
  • the laser light may be a single wavelength or may include a plurality of wavelengths (for example, 750 nm and 800 nm). Further, when the laser light includes a plurality of wavelengths, the light of these wavelengths may be irradiated to the subject M at the same time or may be irradiated while being switched alternately.
  • the laser unit 13 outputs an Nd: YAG laser, a YAG-SHG-OPO laser, a Ti-Sapphire laser, and a laser beam in the visible wavelength region, which can output laser light in the near-infrared wavelength region in addition to the alexandrite laser.
  • Nd YAG laser
  • YAG-SHG-OPO laser a Ti-Sapphire laser
  • Ti-Sapphire laser a laser beam in the visible wavelength region, which can output laser light in the near-infrared wavelength region in addition to the alexandrite laser.
  • Possible SHG-Nd: YAG lasers can also be used.
  • the ultrasonic unit 12 includes a receiving circuit 21, an AD converter (Analog-to-Digital converter) 22, a reception memory 23, a photoacoustic image generator 24, a display controller 25, a probe identification unit 26, and a controller 27.
  • AD converter Analog-to-Digital converter
  • the ultrasonic unit 12 is constituted by a computer, for example, and typically includes a processor, a memory, a bus, and the like.
  • one embodiment of the photoacoustic image generation program of the present invention is installed in a memory.
  • Functions of the photoacoustic image generation unit 24, the display control unit 25, and the probe identification unit 26 are realized by the operation of the photoacoustic image generation program by the control unit 27 configured by a processor. That is, each of these units is configured by a memory and a processor in which a program is incorporated.
  • the hardware configuration of the ultrasonic unit 12 is not particularly limited. A plurality of integrated circuits (ICs), processors, ASICs (application specific integrated circuits), FPGAs (field-programmable gate arrays), memories, etc. It can implement
  • ICs integrated circuits
  • processors processors
  • ASICs application specific integrated circuits
  • FPGAs field-programmable gate arrays
  • memories etc. It can implement
  • the receiving circuit 21 receives the photoacoustic wave detection signal output from the probe 11.
  • the reception circuit 21 typically includes a low noise amplifier, a variable gain amplifier, and a low pass filter.
  • the photoacoustic wave detection signal output from the probe 11 is amplified by a low noise amplifier, and then the gain is adjusted according to the depth by a variable gain amplifier, and a high frequency component is cut by a low pass filter.
  • the AD converter 22 converts the photoacoustic wave detection signal received by the receiving circuit 21 into a digital signal.
  • the AD converter 22 samples the photoacoustic wave detection signal at a predetermined sampling period based on, for example, a sampling clock signal having a predetermined period.
  • the AD converter 22 stores the sampled photoacoustic wave detection signal (sampling data) in the reception memory 23.
  • the reception circuit 21 and the AD conversion unit 22 may be configured as, for example, one IC or may be configured as individual ICs.
  • the photoacoustic image generation unit 24 generates a photoacoustic image based on the photoacoustic wave detection signal stored in the reception memory 23.
  • the generation of the photoacoustic image includes reconstruction processing, detection, logarithmic transformation, and the like.
  • the photoacoustic image generation unit 24 of the present embodiment includes an FTA reconstruction processing unit 24a and a DnS reconstruction processing unit 24b.
  • the FTA reconstruction processing unit 24a performs reconstruction processing by the FTA method as frequency domain reconstruction processing on the photoacoustic wave detection signal.
  • reconstruction processing by the FTA method for example, a method known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-35806 and “Photoacoustic Image Reconstruction A-Quantitative A Analysis”, Jonathan I I. Sperl et al. It is.
  • the reconstruction process using the FTA method is used as the frequency domain reconstruction process.
  • Other reconstruction processes may be used as long as the reconstruction process is to convert information into real space information.
  • the DnS reconstruction processing unit 24b performs a reconstruction process by the DnS method as a time domain reconstruction process on the photoacoustic wave detection signal.
  • the reconstruction process by the DnS method takes into account the difference in time until the sound wave emitted from the sound source reaches each ultrasonic vibration element of the probe 11, for each ultrasonic vibration element, In this method, detection signals are added while being delayed.
  • the DnS method is used as the time domain reconfiguration process.
  • the present invention is not limited to this, and the CBP (Convolution Back Projection) method may be used. Good.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a selection method of reconstruction processing in the photoacoustic image generation unit 24.
  • the identification information recorded in the probe information storage unit 11a is read and acquired by the probe identification unit 26 of the ultrasonic unit 12 (S10). Based on the input identification information, the probe identification unit 26 determines whether the probe 11 connected to the ultrasound unit 12 is an orthogonal coordinate system probe or a coordinate system probe using polar coordinates. Identify
  • a control signal is output to the photoacoustic image generation part 24 from the control part 27, and the photoacoustic image generation part 24 is based on the input control signal by FTA method. Either a reconstruction process or a reconstruction process using the DnS method is selected.
  • the photoacoustic image generation unit 24 when the probe 11 connected to the ultrasound unit 12 is a probe in a coordinate system using polar coordinates (S12, coordinate system using polar coordinates), FTA.
  • the reconstruction processing by the DnS method is selected to generate a photoacoustic image (S14). That is, when the probe 11 connected to the ultrasonic unit 12 is, for example, a convex probe, a micro convex probe, or a radial scanning probe, the photoacoustic image generation unit 24 uses the reconstruction processing by the DnS method to perform photoacoustics. Generate an image.
  • the photoacoustic image generation unit 24 performs reconstruction processing by the FTA method and DnS method.
  • a reconstruction process based on the FTA method is selected to generate a photoacoustic image (S16). That is, when the probe 11 connected to the ultrasonic unit 12 is, for example, a linear probe or a sector probe, a photoacoustic image is generated using reconstruction processing by the FTA method.
  • the reconstruction process time domain reconstruction process
  • the DnS method in the DnS reconstruction process part 24b not by software (program) but by hardware structures, such as a logic circuit.
  • the reconfiguration processing (frequency domain reconfiguration processing) by the FTA method in the FTA reconfiguration processing unit 24a is realized by a CPU (Central Processing Unit) or CPU loaded with software (program) rather than being realized by a hardware configuration. It is preferable to implement the processing by software using a memory storing software.
  • the reconstruction processing by the DnS method can be speeded up more if it is realized by the hardware configuration, and the reconstruction processing by the FTA method is simple enough for the arithmetic processing, so it is sufficient even if it is realized by software. This is because the speed can be increased.
  • the control unit 27 controls each unit of the photoacoustic image generation apparatus 10, and includes a trigger control circuit (not shown) in this embodiment.
  • the trigger control circuit sends a light emission trigger signal to the laser unit 13 when the photoacoustic image generation apparatus 10 is activated, for example.
  • the flash lamp is turned on in the laser unit 13 and the excitation of the laser rod is started. And the excitation state of a laser rod is maintained and the laser unit 13 will be in the state which can output a pulse laser beam.
  • control part 27 transmits a Qsw trigger signal to the laser unit 13 from a trigger control circuit in the case of the production
  • the control unit 27 transmits the sampling trigger signal to the AD conversion unit 22 simultaneously with the transmission of the Qsw trigger signal.
  • the sampling trigger signal serves as a cue for the sampling start timing of the photoacoustic wave detection signal in the AD converter 22.
  • the display control unit 25 displays the photoacoustic image generated by the photoacoustic image generation unit 24 on the display unit 14.
  • the display unit 14 displays a photoacoustic image or the like, and includes, for example, a liquid crystal display.
  • the input unit 15 receives various setting inputs by the user, and includes, for example, a keyboard and a mouse.
  • the probe 11 is identified as a coordinate system probe using polar coordinates or an orthogonal coordinate system probe, and a coordinate system probe using polar coordinates.
  • the time domain reconstruction process is selected from the time domain reconstruction process and the frequency domain reconstruction process to generate a photoacoustic image
  • the probe is identified as a Cartesian coordinate system probe.
  • the photoacoustic image is generated by selecting the frequency domain reconstruction process, a more appropriate reconstruction process is performed without causing a decrease in the calculation processing speed regardless of the type of the probe. be able to.
  • the photoacoustic image generation unit 24 performs reconstruction by the FTA method.
  • the process is automatically selected to generate the photoacoustic image.
  • the present invention is not limited to this.
  • the reconstruction process using the FTA method and the reconstruction process using the DnS method The user may select either one (S18). That is, when the probe 11 connected to the ultrasonic unit 12 is, for example, a linear probe or a sector probe, the user may select the reconstruction process as described above.
  • a photoacoustic image may be generated using a reconstruction process selected by the user (S20).
  • a selection screen for accepting selection of the reconstruction process may be displayed on the display unit 14 and the user may select the reconstruction process using the input unit 15.
  • the selection screen and the input unit 15 correspond to a reconstruction process selection receiving unit of the present invention.
  • an acoustic wave is transmitted from the probe 11 to the subject, and the reflected acoustic wave from the subject with respect to the transmitted acoustic wave is transmitted to each ultrasonic transducer of the probe 11. And an ultrasonic image (reflected wave image) may be generated based on the reflected wave detection signal.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the photoacoustic image generation apparatus 10 including generation of an ultrasonic image.
  • an ultrasonic wave is used as an acoustic wave.
  • the ultrasonic wave is not limited to an ultrasonic wave. If an appropriate frequency is selected according to an object to be examined or a measurement condition, an audible frequency is not limited.
  • An acoustic wave may be used.
  • transmission / reception of ultrasonic waves may be performed separately. For example, ultrasonic waves may be transmitted from a position different from the probe 11, and reflected ultrasonic waves with respect to the transmitted ultrasonic waves may be received by the probe 11.
  • the control unit 27 of the photoacoustic image generation apparatus 10 shown in FIG. 4 sends an ultrasonic transmission trigger signal for instructing ultrasonic transmission to the transmission control circuit 28 when generating an ultrasonic image.
  • the transmission control circuit 28 transmits an ultrasonic wave from the probe 11.
  • the probe 11 detects the reflected ultrasonic wave from the subject M after transmitting the ultrasonic wave, and outputs a reflected wave detection signal.
  • the reflected wave detection signal output from the probe 11 is input to the AD conversion unit 22 via the reception circuit 21.
  • the control unit 27 sends a sampling trigger signal to the AD conversion unit 22 in synchronization with the timing of ultrasonic transmission to start sampling the reflected wave detection signal. Then, the AD conversion unit 22 stores the sampled reflected wave detection signal in the reception memory 23.
  • the ultrasonic image generation unit 29 generates an ultrasonic image based on the reflected wave detection signal stored in the reception memory 23.
  • the generation of an ultrasound image includes reconstruction processing, detection, logarithmic transformation, and the like.
  • the reconstruction process in the ultrasonic image generation unit 29 is preferably a reconstruction process by the DnS method.
  • the ultrasonic image generation processing in the ultrasonic image generation unit 29 is realized not by software (program) but by a hardware configuration such as a logic circuit.
  • the ultrasonic image generation unit 29 corresponds to the reflected wave image generation unit of the present invention.
  • the photoacoustic image generation process in the photoacoustic image generation unit 24 realizes the reconstruction process by the FTA method by the process by software and the reconstruction process by the DnS method in the description of the embodiment.
  • the reconfiguration processing by the DnS method may also be realized by software processing. That is, the photoacoustic image generation process in the photoacoustic image generation unit 24 is realized by a process by software using a CPU (Central Processing Unit) loaded with software (program) or a memory storing the CPU and software. It may be.
  • a CPU Central Processing Unit
  • photoacoustic image generation processing is realized by software processing, for example, photoacoustic image generation is also performed by adding software to an existing ultrasonic image generation device that performs only ultrasonic image generation. Therefore, an improved design can be easily performed without a large change in the configuration of the apparatus.
  • the ultrasonic image generated by the ultrasonic image generation unit 29 is output to the display control unit 25, and the display control unit 25 causes the display unit 14 to display the input ultrasonic image.
  • the photoacoustic image and the ultrasonic image may be displayed separately, or a composite image in which these are superimposed may be generated and displayed.
  • the photoacoustic image generation apparatus of this invention is not limited only to the said embodiment, Various correction and change are possible from the structure of the said embodiment. Those subjected to are also included in the scope of the present invention.

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Abstract

プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる光音響画像生成装置および方法並びにプログラムを提供する。光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。

Description

光音響画像生成装置および方法並びにプログラム
　本発明は、被検体への光の照射によって被検体内で発生した光音響波を検出して光音響画像を生成する光音響画像生成装置および方法並びにプログラムに関する。
　従来、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響イメージングが知られている。一般に光音響イメージングでは、パルスレーザ光を生体内に照射する。生体内部では、生体組織がパルスレーザ光のエネルギーを吸収し、そのエネルギーによる断熱膨張により超音波（光音響波）が発生する。この光音響波を超音波探触子などによって検出し、検出信号に基づいて光音響画像を構成することにより、光音響波に基づく生体内の可視化が可能である。
　ここで、光音響イメージングにおいて光音響画像を生成する際、超音波探触子によって検出された検出信号に対して再構成処理が施される。再構成処理としては、ＦＴＡ（Fourier Transform Algorithm）法による再構成処理のような周波数ドメイン再構成処理や、ＤｎＳ（Delay and Sum）法による再構成処理のようなタイムドメイン再構成処理が提案されている（たとえば特許文献１参照）。そして、ＦＴＡ法による再構成処理とＤｎＳ法による再構成処理とを比較すると、ＦＴＡ法による再構成処理の方が計算量が少なく、光音響画像の画質も良くなることが知られている。ＦＴＡ法による再構成処理は、周波数空間における光音響波の分散関係を利用することによって、時間周波数空間と空間周波数空間とを簡単に結び付けることができ、これにより検出された時空間の情報から実空間の情報への変換を簡易な演算処理によって行うことができる。
特開２０１０－３５８０６号公報
　しかしながら、ＦＴＡ法による再構成処理の演算処理は、たとえばリニアプローブのように直交座標系によって検出素子が配列されているプローブの検出信号に対して行われる演算処理である。そのため、ＦＴＡ法による再構成処理の演算処理は、コンベックスプローブのように、直交座標系以外の座標系によって検出素子が配列されているプローブの検出信号に対しては、演算処理をそのまま用いることができない。仮に演算処理を変更したとしても非常に複雑な演算処理となって計算量が増大し、高速な再構成処理を行うことができない。
　本発明は、上記事情に鑑み、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる光音響画像生成装置および方法並びにプログラムを提供することを目的とするものである。
　本発明の一態様に係る光音響画像生成装置は、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブと、プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部と、光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、光音響画像生成部が、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブ識別部は、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、コンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよびラジアル走査プローブのうちの少なくとも１つを識別してもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、光音響画像生成部は、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、周波数ドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成してもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置においては、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのいずれか一方の選択を受け付ける再構成処理選択受付部を備えてもよく、光音響画像生成部は、再構成処理選択受付部によって受け付けられたいずれか一方の再構成処理を用いて光音響画像を生成してもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブ識別部は、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、リニアプローブおよびセクタプローブのうちの少なくとも１つを識別してもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、タイムドメイン再構成処理は、ＤｎＳ（Delay and Sum）法による再構成処理としてもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、タイムドメイン再構成処理は、ＣＢＰ（Convolution Back Projection）法による再構成処理としてもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、周波数ドメイン再構成処理は、ＦＴＡ(Fourier Transform Algorithm)法による再構成処理としてもよい。
　上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、プローブは、被検体に対して送信された音響波の反射波を検出して反射波検出信号を出力してもよく、反射波検出信号を用いて、ＤｎＳ（Delay and Sum）法による再構成処理を行って反射波画像を生成する反射波画像生成部を備えてもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、反射波画像生成部は、反射波画像の生成処理をハードウェアによって実現し、光音響画像生成部は、光音響画像の生成処理をソフトウェアによって実現してもよい。
　また、上記本発明の一態様に係る光音響画像生成装置において、光音響画像生成部は、タイムドメイン再構成処理をハードウェアによって実現し、周波数ドメイン再構成処理をソフトウェアによって実現してもよい。
　本発明の一態様に係る光音響画像生成方法は、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
　本発明の一態様に係る光音響画像生成プログラムは、コンピュータを、被検体への光の照射によって被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部と、プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部として機能させる光音響画像生成プログラムであって、光音響画像生成部が、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成する。
　本発明の光音響画像生成装置および方法並びにプログラムによれば、光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成するようにしたので、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる。
本発明の光音響画像生成装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図 光音響画像生成部の具体的な構成を示すブロック図 再構成処理の選択方法の一例を説明するためのフローチャート 再構成処理の選択方法のその他の例を説明するためのフローチャート 本発明の光音響画像生成装置のその他の実施形態の概略構成を示すブロック図
　以下、本発明の光音響画像生成装置の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の光音響画像生成装置１０の概略構成を示す図である。
　本実施形態の光音響画像生成装置１０は、図１に示すように、プローブ１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、表示部１４および入力部１５を備えている。
　プローブ１１は、超音波探触子であって、被検体Ｍ内において発生した光音響波Ｕを検出し、光音響波検出信号を出力するものである。プローブ１１は、ケーブル４０を介して超音波ユニット１２に接続されるものであり、超音波ユニット１２に対して着脱可能なものである。
　プローブ１１は、図１に示されるように、振動子アレイ２０、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバ４１、振動子アレイ２０を挟むように配置された２つの光出射部４２を備える。
　振動子アレイ２０は、たとえば一次元または二次元に配列された複数の超音波振動子から構成される。超音波振動子は、本発明の検出素子に相当するものであり、たとえば圧電セラミクスまたはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のような高分子フィルムから構成される圧電素子である。超音波振動子は、光音響波Ｕを受信した場合にその受信信号を電気信号に変換する機能を有し、超音波振動子で発生した電気信号は後述する受信回路２１に出力される。
　バンドルファイバ４１は、レーザユニット１３からのレーザ光を光出射部４２まで導光するものである。バンドルファイバ４１は、特に限定されず、石英ファイバ等の公知のものを使用することができる。バンドルファイバ４１は、出射側において光ファイバごとに分岐し、光出射部４２に接続される。
　光出射部４２は、バンドルファイバ４１によって導光されたレーザ光を被検体Ｍに照射する部分である。図１に示されるように、本実施形態では、２つの光出射部４２が、振動子アレイ２０を挟んで対向するように、振動子アレイ２０の両側に配置されている。光出射部４２としては、たとえば導光板を使用することができる。導光板は、たとえばアクリル板または石英板の表面に特殊な加工を施して、一方の端面から入れた光を他方の端面から均一に面発光させる板である。振動子アレイ２０に対して両側に配置された被検体表面を均一に照明するため、振動子アレイ２０のアレイ方向の幅と導光板の幅は同程度の長さであることが好ましい。また、導光板の入射端あるいは出射端に拡散板を設けてもよい。
　また、プローブ１１は、プローブ情報記憶部１１ａを備えている。プローブ情報記憶部１１ａは、プローブ１１の識別情報を記憶するものである。プローブ１１の識別情報とは、プローブ１１が、直交座標系によって超音波振動子（検出素子）が配列されたものであるか、または極座標を用いた座標系によって超音波振動子（検出素子）が配列されたものであるかを識別可能な情報である。
　直交座標系によって超音波振動素子が配列されているとは、直交するＸ軸およびＹ軸によって規定される座標平面上において超音波振動素子が１次元または２次元に配列されていることを意味する。直交座標系によって超音波振動子が配列されたプローブとしては、たとえば超音波振動素子が直線上もしくは２次元平面上に配置されたリニアプローブおよびセクタプローブなどがある。なお、以下、直交座標系によって超音波振動子が配列されたプローブのことを、単に、直交座標系のプローブという。
　また、極座標を用いた座標系とは、原点からの距離および原点と座標空間上の点とを結ぶ直線と座標軸とがなす角によって表される座標系のことであり、たとえば距離Ｒと角θとからなる円座標（Ｒ，θ）および距離Ｒと２つの角θ、φとからなる球座標（Ｒ，θ，φ）などの極座標系、並びに距離Ｒと角θとＺ軸方向の座標とからなる円柱座標（Ｒ，θ，ｚ）などを含む。極座標を用いた座標系によって超音波振動子が配列されているプローブとしては、たとえば超音波振動子が円弧上に配置されているコンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよび超音波振動子が円周上に配置されているラジアル走査プローブなどがある。なお、以下、極座標を用いた座標系によって超音波振動子が配列されているプローブのことを、単に、極座標を用いた座標系のプローブという。
　プローブ情報記憶部１１ａとしては、たとえば半導体メモリおよびＩＣ（Integrated Circuit）タグなどを用いることができる。プローブ情報記憶部１１ａに記憶された識別情報は、プローブ１１が超音波ユニット１２に接続された際に、超音波ユニット１２からの要求信号に応じて読み出される。
　なお、プローブ１１の識別情報を記憶するものとしては、これに限らず、たとえばバーコードなどをプローブ１１に設け、バーコードを読み取った信号を超音波ユニット１２が取得するようにしてもよいし、凹凸部のような機械的な構造をプローブ１１に設け、プローブ１１が超音波ユニット１２に接続された際に、超音波ユニット１２がその構造を認識することによって識別情報を取得するようにしてもよい。また、プローブ１１の識別情報は、ユーザが入力部１５を用いて設定入力するようにしてもよい。
　プローブ１１の識別情報は、超音波ユニット１２のプローブ識別部２６によって取得され、プローブ識別部２６は、入力された識別情報に基づいて、プローブ１１の種類を識別する。
　レーザユニット１３は、たとえばレーザ光を発するＱスイッチによる固体レーザ光源を有し、被検体Ｍに照射する測定光Ｌとしてレーザ光を出力する。レーザユニット１３は、たとえば超音波ユニット１２の制御部２７からのトリガ信号を受けてレーザ光を出力するように構成されている。レーザユニット１３は、レーザ光として１ｎｓ～１００ｎｓのパルス幅を有するパルス光を出力することが好ましい。本実施形態では、レーザユニット１３の光源は、たとえばＱスイッチを使用したアレキサンドライトレーザである。
　レーザ光の波長は、計測の対象となる被検体内の吸収体の光吸収特性によって適宜決定されるが、近赤外波長域近傍の波長であることが好ましく、たとえば７００ｎｍ～１２００ｎｍである。しかしながら、レーザ光の波長はこれに限られるものではない。たとえば５００ｎｍ～７００ｎｍの可視光でもよい。また、レーザ光は、単波長でもよいし、複数の波長（例えば７５０ｎｍおよび８００ｎｍ）を含んでもよい。さらに、レーザ光が複数の波長を含む場合には、これらの波長の光は、同時に被検体Ｍに照射されてもよいし、交互に切り替えられながら照射されてもよい。レーザユニット１３は、アレキサンドライトレーザの他、同様に近赤外波長域のレーザ光を出力可能なＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＹＡＧ－ＳＨＧ－ＯＰＯレーザおよびＴｉ－Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、並びに可視波長領域のレーザ光を出力可能なＳＨＧ－Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いることもできる。
　超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換部（Analog to Digital convertor）２２、受信メモリ２３、光音響画像生成部２４、表示制御部２５、プローブ識別部２６および制御部２７を備えている。
　超音波ユニット１２は、たとえばコンピュータから構成されるものであり、典型的にはプロセッサ、メモリ、およびバスなどを有する。超音波ユニット１２には、本発明の光音響画像生成プログラムの一実施形態がメモリにインストールされている。プロセッサによって構成される制御部２７によって光音響画像生成プログラムが動作することによって、光音響画像生成部２４、表示制御部２５およびプローブ識別部２６の機能が実現する。すなわち、これらの各部は、プログラムが組み込まれたメモリとプロセッサにより構成されている。
　なお、超音波ユニット１２のハードウェアの構成は特に限定されるものではなく、複数のＩＣ（Integrated Circuit）、プロセッサ、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、メモリなどを適宜組み合わせることによって実現することができる。
　受信回路２１は、プローブ１１から出力された光音響波検出信号を受信する。受信回路２１は、典型的には、低ノイズアンプ、可変ゲインアンプ、およびローパスフィルタを含む。プローブ１１から出力された光音響波検出信号は、低ノイズアンプで増幅された後に、可変ゲインアンプで深度に応じたゲイン調整がなされ、ローパスフィルタで高周波成分がカットされる。
　ＡＤ変換部２２は、受信回路２１が受信した光音響波検出信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部２２は、たとえば所定の周期のサンプリングクロック信号に基づいて、所定のサンプリング周期で光音響波検出信号をサンプリングする。ＡＤ変換部２２は、サンプリングした光音響波検出信号（サンプリングデータ）を受信メモリ２３に格納する。受信回路２１とＡＤ変換部２２とは、例えば１つのＩＣとして構成されていてもよし、個別のＩＣとして構成されていてもよい。
　光音響画像生成部２４は、受信メモリ２３に格納された光音響波検出信号に基づいて、光音響画像を生成する。光音響画像の生成は、再構成処理、検波および対数変換などを含む。本実施形態の光音響画像生成部２４は、図２に示すように、ＦＴＡ再構成処理部２４ａとＤｎＳ再構成処理部２４ｂとを備えている。
　ＦＴＡ再構成処理部２４ａは、光音響波検出信号に対して、周波数ドメイン再構成処理としてＦＴＡ法による再構成処理を施すものである。ＦＴＡ法による再構成処理は、周波数空間における音波の分散関係を用いて、測定された時空間の情報を実空間の情報に変換できることを利用した再構成処理方法である。すなわち、測定された音波の時系列に対し、まず２次元順方向フーリエ変換を行い、時間スペクトルを獲得する。その後、音波の分散関係（ω＝ｃｋ、ω：時間周波数、ｋ：空間周波数）から空間スペクトルに変換した後に、２次元逆方向フーリエ変換を行うことによって音波源の空間分布を画像として得る再構成処理方法である。なお、ＦＴＡ法による再構成処理については、たとえば特許２０１０－３５８０６号公報および「“Photoacoustic Image Reconstruction - A Quantitative Analysis”, Jonathan I. Sperl et al, SPIE-OSA Vol.6631 663103」などから公知な手法である。なお、本実施形態においては、周波数ドメイン再構成処理としてＦＴＡ法による再構成処理を用いるようにしたが、これに限らず、周波数空間における音波の分散関係を用いて、測定された時空間の情報を実空間の情報に変換する再構成処理であればその他の再構成処理を用いてもよい。
　ＤｎＳ再構成処理部２４ｂは、光音響波検出信号に対して、タイムドメイン再構成処理としてＤｎＳ法による再構成処理を施すものである。ＤｎＳ法による再構成処理は、音源から発せられた音波がプローブ１１の各超音波振動素子に到達するまでの時間の差を考慮して、各超音波振動素子について、周囲の超音波振動素子の検出信号を遅延させながら加算する方法である。なお、本実施形態においては、タイムドメイン再構成処理として、ＤｎＳ法による再構成処理を用いるようにしたが、これに限らず、ＣＢＰ（Convolution Back Projection）法による再構成処理を用いるようにしてもよい。
　そして、本実施形態の光音響画像生成部２４は、プローブ識別部２６によって識別されたプローブ１１に応じて、ＦＴＡ法による再構成処理およびＤｎＳ法による再構成処理のうちのいずれかを選択し、その選択された再構成処理を用いて光音響画像を生成するものである。図３は、光音響画像生成部２４における再構成処理の選択方法を説明するためのフローチャートである。
　図３に示すように、まず、超音波ユニット１２のプローブ識別部２６によって、プローブ情報記憶部１１ａに記録された識別情報が読み出されて取得される（Ｓ１０）。そして、プローブ識別部２６は、入力された識別情報に基づいて、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、直交座標系のプローブであるのか、または極座標を用いた座標系のプローブであるのかを識別する。
　そして、プローブ識別部２６による識別結果に基づいて、制御部２７から光音響画像生成部２４に制御信号が出力され、光音響画像生成部２４は、入力された制御信号に基づいて、ＦＴＡ法による再構成処理およびＤｎＳ法による再構成処理のうちのいずれかを選択する。
　具体的には、光音響画像生成部２４は、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、極座標を用いた座標系のプローブである場合には（Ｓ１２，極座標を用いた座標系）、ＦＴＡ法による再構成処理およびＤｎＳ法による再構成処理のうち、ＤｎＳ法による再構成処理を選択して光音響画像を生成する（Ｓ１４）。すなわち、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、たとえばコンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブまたはラジアル走査プローブである場合には、光音響画像生成部２４は、ＤｎＳ法による再構成処理を用いて光音響画像を生成する。
　一方、光音響画像生成部２４は、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、直交座標系のプローブである場合には（Ｓ１２，直交座標系）、ＦＴＡ法による再構成処理およびＤｎＳ法による再構成処理のうち、ＦＴＡ法による再構成処理を選択して光音響画像を生成する（Ｓ１６）。すなわち、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、たとえばリニアプローブおよびセクタプローブである場合には、ＦＴＡ法による再構成処理を用いて光音響画像を生成する。
　なお、ＤｎＳ再構成処理部２４ｂにおけるＤｎＳ法による再構成処理（タイムドメイン再構成処理）は、ソフトウェア（プログラム）ではなく、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現することが好ましい。一方、ＦＴＡ再構成処理部２４ａにおけるＦＴＡ法による再構成処理（周波数ドメイン再構成処理）は、ハードウェアの構成によって実現するよりも、ソフトウェア（プログラム）が読み込まれたＣＰＵ（Central Processing Unit）もしくはＣＰＵとソフトウェアが格納されているメモリを用いたソフトウェアによる処理によって実現することが好ましい。
　ＤｎＳ法による再構成処理は、ハードウェアの構成によって実現した方がより高速化を図ることができ、ＦＴＡ法による再構成処理は、演算処理が簡易であるため、ソフトウェアによって実現しても十分に高速化を図ることができるからである。
　図１に戻り、制御部２７は、光音響画像生成装置１０の各部を制御するものであり、本実施形態ではトリガ制御回路（図示省略）を備える。トリガ制御回路は、たとえば光音響画像生成装置１０の起動の際に、レーザユニット１３に発光トリガ信号を送る。これによりレーザユニット１３で、フラッシュランプが点灯し、レーザロッドの励起が開始される。そして、レーザロッドの励起状態は維持され、レーザユニット１３はパルスレーザ光を出力可能な状態となる。
　そして、制御部２７は、光音響画像の生成の際には、トリガ制御回路からレーザユニット１３へＱｓｗトリガ信号を送信する。つまり、制御部２７は、このＱｓｗトリガ信号によってレーザユニット１３からのパルスレーザ光の出力タイミングを制御する。また、本実施形態では、制御部２７は、Ｑｓｗトリガ信号の送信と同時にサンプリングトリガ信号をＡＤ変換部２２に送信する。サンプリングトリガ信号は、ＡＤ変換部２２における光音響波検出信号のサンプリングの開始タイミングの合図となる。このように、サンプリングトリガ信号を使用することにより、レーザ光の出力と同期して光音響波検出信号をサンプリングすることが可能となる。
　表示制御部２５は、光音響画像生成部２４によって生成された光音響画像を表示部１４に表示させるものである。また、表示部１４は、光音響画像などを表示するものであり、たとえば液晶ディスプレイを備えたものである。また、入力部１５は、ユーザによる種々の設定入力を受け付けるものであり、たとえばキーボードおよびマウスなどを備えたものである。
　上記実施形態の光音響画像生成装置１０によれば、プローブ１１が、極座標を用いた座標系のプローブであるか、直交座標系のプローブであるかを識別し、極座標を用いた座標系のプローブであると識別された場合には、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのタイムドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成し、直交座標系のプローブであると識別された場合には、周波数ドメイン再構成処理を選択して光音響画像を生成するようにしたので、プローブの種類に関わらず、演算処理速度の低下を招くことなく、より適切な再構成処理を行うことができる。
　なお、上記実施形態の光音響画像生成装置１０においては、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が直交座標系のプローブである場合には、光音響画像生成部２４が、ＦＴＡ法による再構成処理を自動的に選択して光音響画像を生成するようにしたが、これに限らず、たとえば図４に示すフローチャートのように、ＦＴＡ法による再構成処理およびＤｎＳ法による再構成処理のうちのいずれかをユーザが選択するようにしてもよい（Ｓ１８）。すなわち、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が、たとえばリニアプローブおよびセクタプローブである場合には、上述したようにユーザに再構成処理を選択させるようにしてもよい。
　そして、超音波ユニット１２に接続されたプローブ１１が直交座標系のプローブである場合には、ユーザによって選択された再構成処理を用いて光音響画像を生成するようにしてもよい（Ｓ２０）。ユーザによる選択は、たとえば表示部１４に再構成処理の選択を受け付ける選択画面を表示させ、ユーザが入力部１５を用いて再構成処理を選択するようにすればよい。この場合、上記選択画面および入力部１５が、本発明の再構成処理選択受付部に相当するものである。
　また、上記実施形態の光音響画像生成装置１０において、プローブ１１から被検体に対して音響波を送信し、その送信した音響波に対する被検体からの反射音響波をプローブ１１の各超音波振動子によって検出し、その反射波検出信号に基づいて、超音波画像（反射波画像）を生成するようにしてもよい。
　図５は、超音波画像の生成を含む光音響画像生成装置１０の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、音響波として超音波を用いるが、超音波に限定されるものでは無く、被検対象や測定条件等に応じて適切な周波数を選択してさえいれば、可聴周波数の音響波を用いても良い。また、超音波の送受信は分離して行ってもよい。たとえばプローブ１１とは異なる位置から超音波の送信を行い、その送信された超音波に対する反射超音波をプローブ１１で受信してもよい。
　図４に示す光音響画像生成装置１０の制御部２７は、超音波画像の生成の際には、送信制御回路２８に超音波送信を指示する超音波送信トリガ信号を送る。送信制御回路２８は、このトリガ信号を受けると、プローブ１１から超音波を送信させる。プローブ１１は、超音波の送信後、被検体Ｍからの反射超音波を検出し、反射波検出信号を出力する。
　プローブ１１から出力された反射波検出信号は、受信回路２１を介してＡＤ変換部２２に入力される。制御部２７は、超音波送信のタイミングに合わせてＡＤ変換部２２にサンプリングトリガ信号を送り、反射波検出信号のサンプリングを開始させる。そして、ＡＤ変換部２２は、サンプリングした反射波検出信号を受信メモリ２３に格納する。
　超音波画像生成部２９は、受信メモリ２３に格納された反射波検出信号に基づいて、超音波画像を生成する。超音波画像の生成は、再構成処理、検波、および対数変換などを含む。超音波画像生成部２９における再構成処理は、ＤｎＳ法による再構成処理であることが好ましい。また、超音波画像生成部２９における超音波画像生成処理は、ソフトウェア（プログラム）ではなく、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現することが好ましい。超音波画像生成部２９は、本発明の反射波画像生成部に相当する。
　一方、光音響画像生成部２４における光音響画像生成処理は、上記実施形態の説明においては、ＦＴＡ法による再構成処理を、ソフトウェアによる処理によって実現し、ＤｎＳ法による再構成処理を、ロジック回路などのハードウェアの構成によって実現するようにしたが、ＤｎＳ法による再構成処理もソフトウェアによる処理によって実現するようにしてもよい。すなわち、光音響画像生成部２４における光音響画像生成処理は、ソフトウェア（プログラム）が読み込まれたＣＰＵ（Central Processing Unit）もしくはＣＰＵとソフトウェアが格納されているメモリを用いたソフトウェアによる処理によって実現するようにしてもよい。このように、光音響画像生成処理をソフトウェア処理によって実現するようにした場合、たとえば超音波画像生成のみを行う既存の超音波画像生成装置に対してソフトウェアを追加することによって光音響画像生成も行うことができるので、大がかりな装置の構成の変更をともなうことなく、簡単に改良設計が可能である。
　超音波画像生成部２９によって生成された超音波画像は表示制御部２５に出力され、表示制御部２５は、入力された超音波画像を表示部１４に表示させる。なお、光音響画像と超音波画像とは別々に表示するようにしてもよいし、これらを重畳した合成画像を生成して表示させるようにしてもよい。
　以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光音響画像生成装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
１０　 光音響画像生成装置
１１　 プローブ
１１ａ プローブ情報記憶部
１２　 超音波ユニット
１３　 レーザユニット
１４　 表示部
１５　 入力部
２０　 振動子アレイ
２１　 受信回路
２２　 ＡＤ変換部
２３　 受信メモリ
２４　 光音響画像生成部
２４ａ　ＦＴＡ再構成処理部
２４ｂ　ＤｎＳ再構成処理部
２５　 表示制御部
２６　 プローブ識別部
２７　 制御部
２８　 送信制御回路
２９　　超音波画像生成部
４０　 ケーブル
４１　 バンドルファイバ
４２　 光出射部
Ｌ　　 測定光
Ｍ　　 被検体
Ｕ　　 光音響波

Claims (13)

  1. 　被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出して光音響波検出信号を出力するプローブと、
    　前記プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部と、
    　前記光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部とを備え、
    　前記光音響画像生成部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成装置。
  2. 　前記プローブ識別部は、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、コンベックスプローブ、マイクロコンベックスプローブおよびラジアル走査プローブのうちの少なくとも１つを識別する請求項１記載の光音響画像生成装置。
  3. 　前記光音響画像生成部は、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記周波数ドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
  4. 　前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合、タイムドメイン再構成処理および周波数ドメイン再構成処理のうちのいずれか一方の選択を受け付ける再構成処理選択受付部を備え、
    　前記光音響画像生成部は、前記再構成処理選択受付部によって受け付けられたいずれか一方の再構成処理を用いて前記光音響画像を生成する請求項１または２記載の光音響画像生成装置。
  5. 　前記プローブ識別部は、前記直交座標系によって検出素子が配列されたプローブとして、リニアプローブおよびセクタプローブのうちの少なくとも１つを識別する請求項１から４いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  6. 　前記タイムドメイン再構成処理は、Delay and Sum法による再構成処理である請求項１から５いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  7. 　前記タイムドメイン再構成処理は、Convolution Back Projection法による再構成処理である請求項１から５いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  8. 　前記周波数ドメイン再構成処理は、Fourier Transform Algorithm法による再構成処理である請求項１から７いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  9. 　前記プローブは、前記被検体に対して送信された音響波の反射波を検出して反射波検出信号を出力し、
    　前記反射波検出信号を用いて、Delay and Sum法による再構成処理を行って反射波画像を生成する反射波画像生成部を備えた請求項１から８いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  10. 　前記反射波画像生成部は、前記反射波画像の生成処理をハードウェアによって実現し、前記光音響画像生成部は、前記光音響画像の生成処理をソフトウェアによって実現する請求項９記載の光音響画像生成装置。
  11. 　前記光音響画像生成部は、前記タイムドメイン再構成処理をハードウェアによって実現し、前記周波数ドメイン再構成処理をソフトウェアによって実現する請求項１から９いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
  12. 　被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
    　前記光音響波を検出して前記光音響波検出信号を出力するプローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別し、
    　前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成方法。
  13. 　コンピュータを、被検体への光の照射によって前記被検体内に発生した光音響波を検出した光音響波検出信号を用いて、タイムドメイン再構成処理または周波数ドメイン再構成処理を行って光音響画像を生成する光音響画像生成部と、
    　前記プローブが、極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであるか、直交座標系によって検出素子が配列されたプローブであるかを識別するプローブ識別部として機能させる光音響画像生成プログラムであって、
    　前記光音響画像生成部が、前記極座標を用いた座標系によって検出素子が配列されたプローブであると識別された場合には、前記タイムドメイン再構成処理を選択して前記光音響画像を生成する光音響画像生成プログラム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117158911A (zh) * 2023-10-25 2023-12-05 杭州励影光电成像有限责任公司 一种多声速自适应光声层析图像重建方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001104304A (ja) * 1999-10-05 2001-04-17 Shimadzu Corp 超音波診断装置
JP2010035806A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Canon Inc 生体情報イメージング装置、画像構成方法
JP2014140717A (ja) * 2012-12-28 2014-08-07 Canon Inc 被検体情報取得装置、表示方法、およびプログラム
WO2015198548A1 (ja) * 2014-06-26 2015-12-30 富士フイルム株式会社 光音響計測装置及び光音響計測用プローブ

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05253220A (ja) * 1992-03-13 1993-10-05 Toshiba Corp 超音波診断装置
JP3337657B2 (ja) * 1999-01-18 2002-10-21 アロカ株式会社 超音波診断装置
JP2007014485A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp 医療機器
JP6478572B2 (ja) * 2014-11-10 2019-03-06 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置および音響波装置の制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001104304A (ja) * 1999-10-05 2001-04-17 Shimadzu Corp 超音波診断装置
JP2010035806A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Canon Inc 生体情報イメージング装置、画像構成方法
JP2014140717A (ja) * 2012-12-28 2014-08-07 Canon Inc 被検体情報取得装置、表示方法、およびプログラム
WO2015198548A1 (ja) * 2014-06-26 2015-12-30 富士フイルム株式会社 光音響計測装置及び光音響計測用プローブ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117158911A (zh) * 2023-10-25 2023-12-05 杭州励影光电成像有限责任公司 一种多声速自适应光声层析图像重建方法
CN117158911B (zh) * 2023-10-25 2024-01-23 杭州励影光电成像有限责任公司 一种多声速自适应光声层析图像重建方法

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