(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システムであって、
標本を照射し、前記標本内に光音響信号を生成するよう適合された照射システムと、
圧電素子アレイを有し、（ｉ）超音波を発信し、（ｉｉ）前記超音波から生成される超音波信号を受信し、（ｉｉｉ）前記照射システムから生成される光音響信号を受信するよう適合されたトランスデューサと、
前記照射システムから生成される光音響信号及び超音波に応じて生成される超音波信号を受信するよう結合された受信ビーム形成器であって、前記ビーム形成器は、超音波の往復時間を使用して算出される時間遅延を受信超音波信号に施し、前記標本から前記トランスデューサまでの片道伝搬時間に対応する時間遅延を光音響信号に施すよう適合された受信ビーム形成器と、
（ｉ）時間基準信号を生成するよう適合された少なくとも１つのクロック、（ｉｉ）前記照射システム、及び（ｉｉｉ）トランスデューサと通信するよう適合されたタイミング制御装置とを備え、
前記タイミング制御装置は、（ｉ）前記超音波が前記光音響信号間に発信され、超音波信号及び光音響信号が、別の時間遅延を使用して前記受信ビーム形成器によって処理されるように前記光音響信号のタイミング及び前記超音波のタイミングを制御し、（ｉｉ）前記超音波信号と前記光音響信号との間の信号干渉が阻止されるよう適合される撮像システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、前記照射システムはエネルギ・ビームによって特徴付けられるシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムであって、前記超音波信号及び前記光音響信号は、超音波画像及び光音響画像それぞれを生成するよう適合されたシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムであって、前記超音波画像及び前記光音響画像が合成され、表示システム上に表示されるシステム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムであって、前記タイミング制御装置は、（ｉ）前記照射システムと通信するよう適合された信号Ａ、（ｉｉ）発信ビーム形成器と通信するよう適合された信号Ｂ、及び（ｉｉｉ）受信ビーム形成器と通信するよう適合された信号Ｃによって特徴付けられる複数の通信信号を生成するよう適合されたシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムであって、前記トランスデューサは圧電素子アレイを有し、前記発信ビーム形成器は、前記圧電素子アレイと通信するよう適合されるシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムであって、前記トランスデューサ、前記発信ビーム形成器、及び前記受信ビーム形成器の間での通信を容易にするよう適合された多重化器（ＭＵＸ）を有するシステム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムであって、前記受信ビーム形成器は、前記圧電素子アレイそれぞれからの信号を記憶するよう適合され、前記信号がどのようにして生成されたかに応じて適切な処理を施すシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムであって、前記受信ビーム形成器は、前記超音波画像及び前記光音響画像それぞれを記憶するよう適合された超音波フレーム・バッファ及び光音響フレーム・バッファに前記信号を発信するよう適合され、フレーム・バッファは、合成画像を生成するよう適合された画像合成器に画像を発信するよう適合され、前記画像合成器は、合成画像を表示するよう適合された表示システムに前記合成画像を発信するよう適合されるシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムであって、前記システムは、複数のトランスデューサを備え、複数の測定値の組を有する前記超音波信号を生成するよう適合され、前記タイミング制御装置は、前記複数の測定値の組間の音響干渉を阻止するために使用するよう適合されるシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムであって、前記タイミング制御装置は、脈管構造、甲状腺、皮膚、胸、肢及びそれらの組合せを含む群のうちの構成要素の医療撮像に適用するよう適合されたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は、光音響撮像及び超音波撮像に関するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光音響（ＰＡ）トモグラフィは、新たな医療撮像モダリティである（例えば、Ｓ．  Ｍａｎｏｈａｒ、  Ａ．  Ｋｈａｒｉｎｅ、  Ｊ．  Ｃ．  Ｇ．  ｖａｎ  Ｈｅｓｐｅｎ、  Ｗ．  Ｓｔｅｅｎｂｅｒｇｅｎ、及びＴ．  Ｇ．  ｖａｎ  Ｌｅｅｕｗｅｎによる「Ｔｈｅ  Ｔｗｅｎｔｅ  Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｍａｍｍｏｓｃｏｐｅ：  ｓｙｓｔｅｍ  ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ａｎｄ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，  Ｐｈｙｉｓｃｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，  ｖｏｌ．  ５０，  ｎｏ．  １１，  ｐｐ．  ２５４３−２５５７，  Ｊｕｎｅ  ２００５」、並びに、Ｍ．  Ｘｕ  及びＬ．  Ｗａｎｇによる「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ，  ｖｏｌ．  ７１，  ｎｏ．  １，  ｐｐ．  １６７０６，  ２００５」を参照されたい）。短いレーザ・パルスが、関心の物体（例えば、人間又は動物の組織）に発射される。レーザ・エネルギは、物体内の構造によって吸収され、急速な温度上昇及び熱膨張が生じる。超音波は、前述の熱膨張により、物体を通って伝搬し、物体では、物体の表面上に配置された超音波トランスデューサによって受信される。前述の信号は、レーザの波長において物体の吸収度の画像を生成するためにビーム形成することが可能である。レーザ放射は物体内に散乱しているので、照射は強く集束しておらず、画像を単一のレーザ・パルスから形成することが可能である。信号対雑音比を増加させるために、前述の画像のいくつかを平均化することができる。
【０００３】
超音波撮像は、確立された医療撮像モダリティである。画像は、超音波エネルギの集束パルスを体内に発信することにより、形成される。パルスは、体内の構造間の境界によって反射される。反射は、超音波トランスデューサにもう一度伝搬し、次いで、１本のＡ行を生成するようビーム形成される。各発信を使用して、一本の超音波画像行を形成する。超音波画像はしたがって、複数の発信によって形成される。
【０００４】
最近、光音響撮像を超音波撮像と合成することに対する関心が出てきている（例えば、Ｊ．  Ｎｉｅｄｅｒｈａｕｓｅｒ、Ｍ．  Ｊａｅｇｅｒ、  Ｒ．  Ｌｅｍｏｒ、  Ｐ．  Ｗｅｂｅｒ及びＭ．  Ｆｒｅｎｚによる「Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｈｉｇｈ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｖａｓｃｕｌａｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  Ｖｉｖｏ，  Ｉｅｅｅ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  ｖｏｌ．  ２４，  ｎｏ．  ４，  ４３６−  ４４０，  Ａｐｒｉｌ  ２００５」を参照されたい）。これまで、前述のシステムは２つのモード（すなわち、光音響画像の生成、又は超音波画像の生成）で動作してきた。ハードウェア及び処理の多くは、両方の撮像タイプに共通しているが、両方を同時に実現することができるシステムはない。
【０００５】
前述の撮像システムを同時に使用することに対して、当該業界において必要性が引き続き存在している。既存のシステムは、光音響撮像及び超音波撮像の別個のモードで動作する。前述のシステムを使用すれば、光音響モードで画像を取得し、次いで超音波モードに切り換えて、同じ物体の超音波画像を取得することが可能である。
【０００６】
２つのモード（光音響及び超音波）は、異なるフレーム・レートで動作する。光音響の場合、フレーム・レートは通常、レーザの繰返しレートによって制限される。通常のレーザ・システムの場合、繰返しレートは、１０Ｈｚであり、よって、１０Ｈｚのフレーム・レートを可能にし得る。特定のアプリケーションの場合、レーザの発射レートは、安全性の考慮点によっても制限され得る。超音波の場合、通常、フレーム・レートは、超音波パルスが、関心の組織の最も深い所まで伝搬し、もう一度、トランスデューサに戻ってくるために要する時間に依存する。更に、先行する発信からの反射干渉を阻止するための「デッドタイム」が、連続した発信間で存在し得る。撮像深度が１０ｃｍであり、画像行が１２８本の場合、超音波フレーム・レートは通常、６０Ｈｚである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在、２モードのシステムはいくつかの欠点を有する。システムのユーザは、２つのモード間で切り換えることを必要し、遅延を生じ、労力を非効率的に消耗させることがあり得る。更に、物体の動きは、２つの画像間で切り換えるために必要な時間中に生じ得る。よって、物体は、両方の画像において同じ位置になく、望ましくない結果がもたらされる。更なる欠点は、モダリティ毎の平均フレーム・レートが減少することである。撮像器が他方のモードにある間は動作していないからである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の開示は、光音響画像及び超音波画像をリアルタイムで生成するシステム及び方法を提供する。好ましい実施例では、標本内に光音響信号を生成するよう適合された照射システムと、超音波を発信し、超音波信号を受信し、光音響信号を受信するよう適合された少なくとも第１のトランスデューサと、照射システム及びトランスデューサと通信するよう適合されたタイミング制御装置とを有する撮像システムを記載している。タイミング制御装置は、超音波が出力光音響信号間に発信されるように照射システムのタイミング及びトランスデューサのタイミングを制御するよう適合される。照射システムは、レーザ、パルス・マイクロ波周波数放射源、又はそれらの組合せであり得る。発信される超音波は、集束ビーム、誘導された平面波、有限回折ビーム、合成開口ビーム、又はそれらの組合せであり得る。超音波は、標本を通って伝搬すると、標本によって反射され、散乱され、吸収され、回折される。単一のトランスデューサは、超音波の発信及び超音波信号の受信に使用することが可能である。この場合、受信超音波信号は、パルスエコー信号と呼ばれる。あるいは、別個の発信トランスデューサ及び受信トランスデューサを標本の両側に配置して、透過超音波信号を生成することが可能である。
【０００９】
好ましい実施例では、照射システムは、レーザ・パルス信号を生成するよう適合されたレーザである。レーザ・エネルギは、標本によって吸収され、光音響信号が生成される。通常、超音波信号及び光音響信号は、超音波画像及び光音響画像それぞれを生成するよう処理される。前述の画像を次いで、合成し、表示システム上に表示することが可能である。
【００１０】
タイミング制御装置は、（ｉ）照射システムと通信するよう適合された信号Ａ、（ｉｉ）発信ビーム形成器と通信するよう適合された信号Ｂ、及び（ｉｉｉ）受信ビーム形成器と通信するよう適合された信号Ｃによって特徴付けられる複数の通信信号を生成するよう適合される。照射システムは、エネルギ・ビームであって、標本を照射するよう適合された光発出システムに結合されるエネルギ・ビームによって特徴付けられ、光発出システムは、ビームの領域を増加させて標本を更に照射するよう適合されたミラー及び発散レンズを含む。エネルギ源が、パルス・マイクロ波周波数放射源である場合、光発出システムではなく、導波管が使用される。発信ビーム形成器は、トランスデューサと通信するよう適合される。例示的なシステムは、トランスデューサ、発信ビーム形成器、及び受信ビーム形成器の間での通信を容易にするよう適合された多重化器（ＭＵＸ）を有する。
【００１１】
受信ビーム形成器は、トランスデューサからの信号を記憶し、上記信号がどのようにして生成されたかに応じて適切な処理を施すよう適合される。受信ビーム形成器は、超音波画像及び光音響画像を超音波フレーム・バッファ及び光音響フレーム・バッファそれぞれに記憶し、次いで、記憶された超音波画像及び光音響画像を画像合成器において合成し、合成された画像を表示システム上に表示するよう適合される。
【００１２】
タイミング制御装置は、（ａ）クロックと通信し、（ｂ）第１の出力パルスを生成するＤ１／Ｔｃの値までカウントする第１の周波数分割器であり、第１の出力パルスの第１の部分は、遅延期間Ｄ３だけ遅延させ、遅延させた出力パルスの第１の部分は信号Ａであり、遅延させた出力パルスの第２の部分は、信号Ｃを生成するモノステーブル２期間Ｄ５だけ、更に遅延させ、（ｃ）モノステーブル１期間Ｄ２だけ、遅延させた、第１の出力パルスの第２の部分を発信するよう適合されたカウンタ１を含む。タイミング制御装置は、（ａ）クロックと通信し、（ｂ）モノステーブル１から、遅延出力パルスの第１の部分を受信し、（ｃ）第２の周波数分割器であり、第２の出力パルスを生成するＤ３／Ｔｃの値までカウントするよう適合されたカウンタ２を更に含む。タイミング制御装置は、（ａ）カウンタ２出力パルス、及び（ｂ）信号Ｂを生成するモノステーブル１遅延出力パルスの第２の部分を受信するよう適合されたＡＮＤゲートを更に含む。
【００１３】
トランスデューサは、単一の集束エレメント、エレメントのアレイ、マイクロビーム形成アレイ、合成開口アレイ、又はそれらの組合せであり得る。トランスデューサは、合成開口アレイの場合、標本上の別々の位置に合成開口アレイを移動させ、各位置で測定を行うことにより、超音波信号を形成するよう適合させるべきである。
【００１４】
例示的な実施例では、超音波信号の一部分を受信するよう少なくとも１つが適合され、超音波を発信するよう少なくとも別の１つが適合され、光音響信号を受信するよう少なくとも別の１つが適合される複数のトランスデューサが使用され、複数の測定値の組を生成する撮像システムを記載しており、タイミング制御装置は、複数の組の測定値間の音響干渉を阻止するよう使用されるよう適合される。タイミング制御装置は、信号干渉が阻止されるような複数の遅延時間を生成するようプログラムされるよう適合される。タイミング制御装置は、脈管構造、甲状腺、皮膚、胸、肢や何れかの他の表面的な部位、又はそれらの組合せの医療撮像に適用するよう適合される。
【００１５】
本願の開示は、標本の光音響画像及び超音波画像を合成した画像を生成する方法も記載している。上記方法は、（ｉ）光音響信号を生成するよう適合された照射システム、（ｉｉ）超音波を生成するよう適合された超音波撮像手段、及び（ｉｉｉ）受信ビーム形成器と通信するよう適合されたタイミング制御装置をプログラムする工程と、照射システムにより、標本を照射して光音響信号を生成する工程と、トランスデューサなどの信号受信手段により、出力光音響信号を受信し、次いで、超音波を標本に発信する工程と、信号受信手段により、出力超音波信号を受信する工程であって、受信手段は、光音響画像及び超音波画像それぞれを生成する信号を処理する受信ビーム形成器と通信する工程と、合成画像を生成するよう適合された画像合成器に画像を発信する工程と、合成画像を表示システムに発信する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本願に記載したシステム及び方法の更なる構成、機能、及び利点は、特に、以下の説明から、特に添付図面とともに読むと明らかになる。
【００１７】
当業者が本願記載のシステム及び方法を実現し、使用することを支援するために、添付図面を参照する。
【実施例】
【００１８】
本願の開示により、標本内に光音響（ＰＡ）信号を生成するよう適合された照射システム信号、及び超音波が媒体に発射される時間を制御する、タイミング制御装置のシステム及び方法を説明する。タイミング制御装置は、別々の音響信号間の信号干渉を阻止するよう適合される。本願のシステムは、合成撮像モードを可能にする。これにより、光音響信号手段（通常、レーザ）はその最大繰返しレート（例えば、１０Ｈｚ）で発射することができ、超音波が、照射システムの発信間に発信される。
【００１９】
タイミング制御装置は、別個の撮像モード間の切り換えを必要とせず、取得間の時間を最小にし（、よって、物体の動きによる中断を最小にし）、信号干渉を阻止し、最大、その最適なフレーム・レートで各モダリティが動作することを可能にすることにより、現在の２つのモード・システムの欠点の少なくとも１つを解消することができる。
【００２０】
合成撮像システムの好ましい実施例の概略図を図１に示す。標本内に光音響信号を生成するよう適合された照射システム（通常、レーザ）は、Ｑｕａｎｔｅｌ社によって製造されているＢｒｉｌｌｉａｎｔ  ＢなどのＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザであり得る。安定した動作のために、好ましいレーザは、固定のパルス繰返しレート（例えば、１０Ｈｚ又は２０Ｈｚ）で動作することができる。上記レートは公称値の一定の割合だけ変えることが可能である。しかし、パルス繰り返しは任意にセットすべきでない。レーザのＱスイッチは、少なくとも１つのタイミング制御装置によって生成された信号Ａと通信し、よって、よって、レーザ発射の時間を制御する。例示的な実施例では、信号Ａはレーザのフラッシュ・ランプと通信することができる。タイミング制御装置は更に、発信ビーム形成器と通信して信号Ｂを生成し、受信ビーム形成器と通信して信号Ｃを生成することができる。
【００２１】
例示的な実施例では、照射システムは、標本が照射されるように光発出システムに結合されたエネルギ・ビームを生成する。ミラー及び発散レンズを備えた単純な光発出システムを図１に示す。発散レンズは、ビームの領域を拡大し、よって、標本の照射の領域を拡大することができる。標本を照射すると、光音響信号が標本内に生成される。
【００２２】
図１のタイミング制御装置は、タイミング基準信号を供給する少なくとも１つのクロックに接続される。発信ビーム形成器は、トランスデューサに印加される電気インパルスを生成する。例示的な実施例では、トランスデューサは、通常、超音波を発信し、超音波信号を受信し、ＰＡ信号を受信することができる圧電素子アレイを有する。発信ビーム形成器がタイミング制御装置からの信号Ｂによって起動されると、高電圧パルスが生成される。例示的な実施例では、高電圧パルス信号は、多重化器を介して、トランスデューサの圧電素子と通信し、よって、トランスデューサの超音波発信を制御する。超音波を集束させるために、発信ビーム形成器は、別々のトランスデューサ素子に対する別々の量の時間だけ、パルスを遅延させる。
【００２３】
図１の多重化器（ＭＵＸ）は通常、トランスデューサを、発信ビーム形成器又は受信ビーム形成器に接続する。これにより、受信ビーム形成器の高感度受信回路に高発信電圧が印加されないことを確実にし得る。受信ビーム形成器は、トランスデューサの各素子からの信号を記憶し、上記信号がどのようにして生成されたかに応じて適切な処理を施す。例示的な実施例では、超音波信号は、パルスエコー超音波信号であり得る。パルスエコー超音波信号の場合、時間遅延が、素子毎の信号に施され、それらは次いで合計され、単一のＡ行が形成される。遅延は、超音波が媒体内に伝搬し、もう一度外に出るため（往復）に要する時間を使用して算出される。光音響信号の場合、同様な遅延及び合計演算を、別の時間遅延を使用してではあるが行うことが可能である。光速は音速よりもずっと大きいので、レーザ照射は、標本を透過するためにかなりの量の時間を要する訳でなく、ＰＡ信号が標本にわたって同じ時点で生成される。光音響信号の時間遅延はしたがって、標本からトランスデューサへの一方向の伝搬に対応する。あるいは、フーリエ領域再構成を行うことが可能である（例えば、Ｍ．  Ｓｏｕｍｅｋｈによる「Ｄｅｐｔｈ−Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｅｃｈｏ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  ｖｏｌ．  ８，  ｎｏ．  １１，  ｐｐ  １６０８−１６１８，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １９９９」を参照されたい）。
【００２４】
タイミング制御装置からの信号Ｃは受信ビーム形成器と通信する。受信ビーム形成器の動作は信号Ｃを使用して制御することが可能である。超音波信号及び光音響信号は、画像コントローラによって合成され、表示システム上に表示される前にフレーム・バッファに記憶される。
【００２５】
本願のシステム及び方法に関連した使用法及び利点を更に示すために、以下の例を参照する。しかし、前述の例は本願開示の範囲を限定するものでなく、例示的な実現形態及び／又はその効用を示すに過ぎない。
【００２６】
例１
タイミング制御装置の動作：
この例では、１つのタイミング制御装置を使用する。タイミング制御装置によって生成される信号のタイミングは図２に略示する。信号Ａはレーザ・トリガ制御信号であり、信号Ｂは超音波発信を制御し、信号Ｃは受信ビーム形成器制御信号である。信号Ａは、特定の周波数（例えば、１０Ｈｚ：Ｄ１＝１００ｍｓ）で生じる。Ｄ２は、レーザのトリガと、次の超音波発信との間の遅延である。Ｄ２＝（レーザ・トリガと、標本の照射との間の時間）＋（超音波が標本からトランスデューサに伝搬するために必要な時間）＋（光音響（ＰＡ）デッドタイム）である。
【００２７】
いくつかのアプリケーションの場合、レーザのトリガと、標本の照射との間の時間は、その他のタイミング期間と比較して少なくなり、以下の説明では無視している。例示的な実施例では、寸法１０ｃｍの標本、及び推定音速１５４０ｍ／ｓを使用すれば、光音響超音波パルスがトランスデューサに伝搬するために要する時間＝０．１ｍ／１５４０ｍ／ｓ＝６５μｓになる。標本内の超音波光音響反響が消えることを可能にするためのＰＡデッドタイムが必要であり得る。デッドタイムがない場合、前述の反響は、後続するパルスエコー信号間にトランスデューサによって受信され、パルスエコー信号の一部として誤解され得る。
【００２８】
信号Ｂは超音波発信信号を制御する。例示的な実施例では、超音波発信信号はパルスエコー発信信号である。図２に示すように、超音波パルスは、レーザによる照射から生成されるＰＡ信号がトランスデューサによって受信される（Ｄ２完了）と、レーザ発射間に発信される。連続したパルスエコー発信間の時間はＤ３であり、
Ｄ３＝（パルスエコー発信間の時間）＝２ｄ／ｃ＋（パルスエコー・デッドタイム）
になる。ここで、ｄは最大撮像深度であり、ｃは標本内の音速である。例えば、ｄ＝１０ｃｍ、ｃ＝１５４０ｍ／ｓの場合、２ｄ／ｃ＝１３０μｓになる。パルスエコー・デッドタイムにより、規定された撮像領域よりも深い、標本の部分からの反響又は反射が、パルスエコー信号の出力内にあいまいに表されないことが確実になる。
【００２９】
レーザ・パルス間のパルスエコー信号の発信の数は、Ｎ＿ＰＥ＿ｔｒａｎｓｍｉｔｓ＝ｆｌｏｏｒ（（Ｄｌ−Ｄ２）／Ｄ３）で求められる（例えば、Ｎ＿ＰＥ＿ｔｒａｎｓｍｉｔｓ  ＝  ｆｌｏｏｒ（（１００ｍｓ  −  ６５μｓ）／１３０μｓ）  ＝  ７６８である）。受信超音波信号によって生成された超音波画像は、一定数（通常、１００と２００との間）のパルスエコー信号発信を含む。したがって、いくつかのパルスエコー・フレームをレーザ・パルス間に取得することが可能である。図２中のパルスエコー・フレーム１６に示すように、一部のパルスエコー・フレームはレーザ・パルスに中断され得る。図２は、フレーム毎にわずかな超音波発信しかない例示的な概略図を示す。
【００３０】
信号Ｃは受信ビーム形成器制御信号である。信号Ｃが低の場合、ビーム形成器は、受信超音波信号に対してＰＡ処理を行う。信号Ｃが高の場合、ビーム形成器は、受信信号に対してパルスエコー処理を行う。タイミング制御装置によって制御される信号Ｃは、ＰＡであるか、パルスエコー信号であるかに応じて、正しいタイプの処理が受信信号に施されるように生成される。例えば、往復ビーム形成の遅延が使用されるか、片道ビーム形成の遅延が使用されるかが制御される。低信号の持続時間は、Ｄ５＝（超音波が標本からトランスデューサに伝搬するための時間）＋（ＰＡデッドタイム）で求められる（例えば、Ｄ５＝６５μｓ）。高信号の持続時間は、Ｄ４＝Ｄ１−Ｄ５の式で求められる。
【００３１】
例２
タイミング制御装置の構成を図３に示す。図４は、タイミング制御装置のハードウェア実現形態の遅延時間を示す。例示的な実施例では、クロックは約４０ＭＨｚの周期（クロック時間（Ｔｃ）＝２５ｎｓ）を有する。カウンタ１は、周波数分割器として機能し、Ｄ１／Ｔｃの値までカウントし、次いでその出力でパルスを生成する。したがって、出力はＤ１の周期を有する。出力信号は、Ｄ３の値を有する遅延素子によって遅延させる。この遅延信号は、信号Ａ（レーザ・トリガ信号）である。
【００３２】
カウンタ２も周波数分割器として機能する。カウンタ２は、Ｄ３／Ｔｃの値にカウントし、次いでその出力でパルスを生成し、よって、周期Ｄ３を有する。動作中の時間のほとんどの間、モノステーブル１の出力は高である。この例示的な実施例では、カウンタ２の出力は、ＡＮＤゲートを通過し、信号Ｂを形成し、よって、周期Ｄ３を有するパルスエコー発信をトリガする。
【００３３】
カウンタ１の出力がパルスを生成すると、モノステーブル１の出力は、ＡＮＤゲートに対する一入力を生成する持続時間Ｄ２の間、低になる。その結果、信号Ｂは低になり、超音波パルスは発射されない。遅延Ｄ３（パルスエコー・サイクルが終了するには十分な時間である）後、信号Ａはアクティブなり、レーザがトリガされる。時間Ｄ２後、モノステーブル１の出力がもう一度、高になる。この遷移により、カウンタ２がリセットされる。上記変遷の時間Ｄ３経過後、信号Ｂはもう一度、発射し、パルスエコー系列が続く。モノステーブル２を使用して、信号Ｃを生成し、各レーザ・トリガ後の時間Ｄ５の間を除き、高である出力を生成する。
【００３４】
例示的な実施例を以下に記載して、本開示をより正確に示す。しかし、前述の例は、本願開示の範囲を限定するものでなく、例示的な実現形態及び／又はその効用を示すに過ぎず、本願の開示の範囲を限定することを意図するものでない。
【００３５】
上述のハードウェアは、標準的な集積回路、専用ハードウェア（ＡＳＩＣ）又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイを使用して実現することが可能である。上記タイミング信号は、ソフトウェア（例えば、ＶｘＷｏｒｋｓなどのリアルタイム・オペレーティング・システム）によっても生成することが可能である。遅延（Ｄ１乃至Ｄ５）の値は、プログラム可能にすることができる。これにより、撮像の深度、媒体内の音速、レーザのパラメータ等に応じて変更することが可能になる。更に、動的に適合させる（例えば、媒体内の音速の測定に応じて変える）ことが可能である。パルス・マイクロ波周波数照射源を、レーザの代わりに、又は、前述の両方の組合せの代わりに使用することが可能である。超音波画像は、別のタイプのパルス発信、又は、例えば、誘導された平面波、有限回折ビーム、若しくは合成開口ビームの組合せを使用して形成することが可能である。超音波のみの画像は透過発信によっても形成することが可能である。本願の開示では、複数のトランスデューサを使用することが可能である。例示的な実施例では、第１のトランスデューサを使用して超音波を発信することが可能であり、第２のトランスデューサを使用して超音波信号を受信することが可能である。
【００３６】
超音波トランスデューサは、単一の集束エレメント、マイクロビーム形成アレイ、又はエレメントのアレイであり得る。超音波トランスデューサは、種々の位置にトランスデューサを移動させ、それぞれの位置で測定することによって形成される合成開口アレイであってもよい。例示的なトランスデューサは、圧電素子のアレイを有し得るか、又はマイクロマシニングされた静電容量性超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）であり得る。信号Ｃを使用して、受信ビーム形成器に加えて他の処理段を制御することが可能である。よって、別々の処理を、照射システム励起及び超音波パルスから受信された信号に施すことが可能である。例えば、別々のソースからの信号は、別々の帯域フィルタによってフィルタリングすることができる。
【００３７】
ＰＡ及びパルスエコーの測定は、複数のトランスデューサによって行うことが可能である。例示的な実施例では、第１のトランスデューサを使用して光音響信号を受信し、第２のトランスデューサを使用して超音波信号を受信する。複数のトランスデューサを使用した例示的な実施例では、タイミング制御装置を更に使用して、複数の測定値の組間の音響干渉を阻止する。超音波信号及び光音響信号は、標本内で、同じ時点又は近い時点で生成してはならない。
【００３８】
本願の開示は医療撮像に適用することが可能である。本願の開示は、超音波撮像及び光音響撮像を合成した装置に組み入れることが可能である。これは、既存の、超音波のみの撮像装置（Ｐｈｉｌｉｐｓ社のｉＵ２２又はｉＥ３３など）と形態が類似していることがあり得る。これは、例えば、脈管構造、甲状腺、皮膚、胸、他の表面的な部位、又はそれらの組合せの撮像に使用することが可能である。これは、介入処置中に使用することも可能である。光音響信号を使用して、血液、又は造影剤（金ナノロッドなど）の画像を生成することが可能である。
【００３９】
要するに、本願の開示のシステム及び方法は、光音響撮像及び超音波撮像を合成したシステム及び方法のかなり拡充された手法を提供する。
【００４０】
本願の開示は、例示的な実施例、及びその実現形態を参照して説明しているが、本願開示のシステム及び方法は前述の例示的な実施例／実現形態に限定されない。むしろ、本明細書及び特許請求の範囲の記載から当業者が容易に分かるように、本願開示のシステム及び方法は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱しない限り、修正、改変及び拡充することができる。よって、明らかに、本願は、本明細書及び特許請求の範囲記載の範囲内の前述の修正、改変及び拡張を包含している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】合成撮像システムを示す概略図である。
【図２】タイミング制御装置によって生成される信号のタイミングを示す概略図である。
【図３】タイミング制御装置のハードウェア実現形態を示す概略図である。
【図４】タイミング制御装置のハードウェア実現形態の遅延時間を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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