(57)【要約】  穿刺針等の挿入物の先端が、観察走査面上に存在するか否かを正確に示すことができる光音響画像生成方法および装置を得ることを課題とする。  一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、一つの走査面毎に被写体の反射音響波画像を生成する手段（２６）と、画像生成する観察走査面に関する複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出する手段（５０）と、観察走査面に関する複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出する手段（５０）と、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化に基づいて、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定する判定手段（５１）と、上記判定の結果を報知する報知手段（１４、５２）とを設ける。
2016042716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、  一つの走査面毎に前記被写体の反射音響波画像を生成し、  画像生成する観察走査面に関して、複数の光音響画像および複数の反射音響波画像を生成し、  前記複数の光音響画像から、前記観察走査面における光音響画像の変化を検出し、  前記複数の反射音響波画像から、前記観察走査面における反射音響波画像の変化を検出し、  前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化に基づいて、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定し、  前記判定の結果を報知することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項２】
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定する請求項１に記載の光音響画像生成方法。
【請求項３】
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定する請求項１に記載の光音響画像生成方法。
【請求項４】
前記基準値が変更可能である請求項３に記載の光音響画像生成方法。
【請求項５】
前記基準値を、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化それぞれに対して定める請求項３または４に記載の光音響画像生成方法。
【請求項６】
前記光音響画像の生成のフレームレートと、前記反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出し、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から反射音響波画像の変化を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響画像生成方法。
【請求項７】
一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、  一つの走査面毎に前記被写体の反射音響波画像を生成する手段と、  画像生成する観察走査面に関する複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出する手段と、  前記観察走査面に関する複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出する手段と、  前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化に基づいて、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定する判定手段と、  前記判定の結果を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記判定手段が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものである請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記判定手段が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものである請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記基準値を変更する手段を有する請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記基準値が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化それぞれに対して定められている請求項９または１０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記光音響画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出するものであり、  前記反射音響波画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から光音響画像の変化を検出するものである請求項７から１１のいずれか１項に記載の光音響画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は光音響画像生成方法すなわち、被写体に向けて光を出射し、光を受けた被写体の部分から発生する音響波に基づいて被写体を画像化する方法に関するものである。【０００２】  また本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】  従来、例えば特許文献１、２に示されているように、光音響効果を利用して生体の内部を画像化する光音響画像化装置が知られている。この光音響画像化装置においては、例えばパルスレーザ光等のパルス光が生体に照射される。このパルス光の照射を受けた生体内部では、パルス光のエネルギーを吸収した生体組織が熱によって体積膨張し、音響波を発生する。そこで、この音響波を超音波プローブなどの検出手段で検出し、それにより得られた電気的信号（光音響信号）に基づいて生体内部を可視像化することが可能となっている。【０００４】  この光音響画像化装置は、特定の吸光体から放射される音響波のみに基づいて画像を構築するようにしているので、生体における特定の組織、例えば血管等を画像化するのに好適となっている。【０００５】  他方、例えば特許文献３、４に示されているように、生体の内部に刺した穿刺針を利用して組織採取や薬物注入等を行う穿刺術が公知となっている。この穿刺術を実施する際には、穿刺針の先端で生体内部の臓器、組織等を傷付けることが無いように、施術中に穿刺針の位置、特に先端位置を画像化して把握可能としておくことが求められる。【０００６】  その要求に応える方法として、従来、上記特許文献３、４にも示されるように、穿刺針を含む生体の部分を超音波画像に表示し、その画像において穿刺針の位置を確認できるようにした方法が知られている。しかしその種の方法においては、穿刺針を観察している走査面（走査断面）から穿刺針がずれてしまった場合、そのことを確認するのが難しいという問題が認められている。【０００７】  そこで特許文献３には、複数の走査断面について超音波画像の生成を行い、最も反射の輝度が高い走査断面を穿刺針の先端が通る断面とみなす方法が提案されている。また、特許文献４には、超音波画像のフレーム間における穿刺針の先端の移動量と、穿刺針の移動量との差に基づいて、走査断面からの穿刺針のずれを判断する方法が提案されている。さらに特許文献５には、光音響画像に穿刺針を表示させて、光音響画像上で穿刺針の位置を確認可能とした方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１７７６７号公報
【特許文献３】特開２００５−３４２１２８号公報
【特許文献４】特開２００６−０５５４０７号公報
【特許文献５】特開２０１３−０２７５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  しかし超音波画像の生成においては、穿刺針の先端で反射する反射超音波の反射方向が、穿刺針とそこに照射される超音波との角度に応じて変わってしまう。そのため、特許文献３に開示された方法においては、超音波が反射する角度によっては、輝度が高くても必ずしも走査断面とは限らないことから、穿刺針の先端位置が誤って検出される可能性がある。【００１０】  また特許文献４に開示された方法においては、穿刺針に対して垂直に超音波が当たらない場合は、反射超音波の検出信号が弱いことから、穿刺針の先端や穿刺針自身の移動量を正確に求めることが難しいという問題が認められる。【００１１】  また特許文献５に開示された方法においては、被検体中の穿刺針に向けて出射された光が、被検体中で拡散する等により、比較的広い範囲に亘って穿刺針等に照射されることになる。そこで、穿刺針先端が走査断面から外れた位置に存在していても、該先端が走査断面上に存在するように光音響画像が描画され、その結果、穿刺針の先端位置が誤って検出される可能性がある。【００１２】  本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、被写体に挿入される穿刺針等の挿入物の先端が、画像生成する観察走査面上に存在するか否かを正確に示すことができる光音響画像生成方法を提供することを目的とする。【００１３】  さらに本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施することができる光音響画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明による光音響画像生成方法は、  一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、  一つの走査面毎に被写体の反射音響波画像を生成し、  画像生成する観察走査面に関して、複数の光音響画像および複数の反射音響波画像を生成し、  複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出し、  複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出し、  光音響画像の変化および反射音響波画像の変化に基づいて、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定し、  判定の結果を報知することを特徴とするものである。【００１５】  なお、この光音響画像生成方法においては、例えば、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定すればよい。ここで、「変化が・・・存在する」とは、僅かでも存在する場合と、予め定められた僅かな一定値以上となった場合の双方を含むものとする。【００１６】  あるいは、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するようにしてもよい。【００１７】  なお、上に述べた基準値は、変更可能であることが望ましい。【００１８】  また、上に述べた基準値は、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化それぞれに対して定めるのが望ましい。【００１９】  また、本発明の光音響画像生成方法においては、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出し、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から反射音響波画像の変化を検出することが好ましい。【００２０】  一方、本発明による光音響画像生成装置は、  一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、  一つの走査面毎に被写体の反射音響波画像を生成する手段と、  画像生成する観察走査面に関する複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出する手段と、  観察走査面に関する複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出する手段と、  光音響画像の変化および反射音響波画像の変化に基づいて、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定する判定手段と、  判定の結果を報知する報知手段とを備えたことを特徴とするものである。【００２１】  なお、上記の判定手段は、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものであることが望ましい。【００２２】  あるいは、判定手段は、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものであってもよい。【００２３】  また本発明の光音響画像生成装置は、上に述べた基準値を変更する手段を有していることが望ましい。【００２４】  また、上に述べた基準値は、光音響画像の変化および反射音響波画像の変化それぞれに対して定められていることが望ましい。【００２５】  さらに、本発明の光音響画像生成装置においては、  光音響画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出するものであり、  反射音響波画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から光音響画像の変化を検出するものであることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】  本発明の光音響画像生成方法によれば、  一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、  一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像および反射音響波画像を生成し、  画像生成する観察走査面に関して、複数の光音響画像および複数の反射音響波画像を生成し、  複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出し、  複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出し、  光音響画像の変化および反射音響波画像の変化に基づいて、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定し、  判定の結果を報知するようにしたので、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを正確に判定して、穿刺術の術者に示すことが可能になる。なお、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを正確に判定できる詳しい理由は、後に実施形態の説明に即して詳しく説明する。【００２７】  一方、本発明による光音響画像生成装置は、一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、  一つの走査面毎に被写体の反射音響波画像を生成する手段と、  画像生成する観察走査面に関する複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出する手段と、  観察走査面に関する複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出する手段と、  光音響画像の変化および反射音響波画像の変化に基づいて、観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定する判定手段と、  判定の結果を報知する報知手段とを備えたものであるので、上に説明した本発明の光音響画像生成方法を実施できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の装置においてなされる、穿刺針の位置を示すための処理を示すフローチャート
【図３】穿刺針と観察走査面との関係の一例を示す概略図
【図４】穿刺針と観察走査面との関係の別の例を示す概略図
【図５】光音響画像と超音波画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図６】超音波画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図７】光音響画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２９】  以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光音響画像生成装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像生成装置１０は、光音響画像と超音波画像の双方を生成可能とされたもので、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、レーザユニット１３、および画像表示手段１４を備えている。
【００３０】  上記レーザユニット１３としては、例えば中心波長７５６ｎｍのレーザ光を発するものが適用されている。レーザユニット１３からは、被検体に向けてパルスレーザ光（以下、単にレーザ光という）が出射される。このレーザ光は、図１中ではその経路を概略的に示してあるが、例えば複数の光ファイバなどの導光手段を用いてプローブ１１まで導光され、プローブ１１の部分から被検体に向けて照射されるのが望ましい。
【００３１】  プローブ１１は、被検体に対する超音波の出力（送信）、および被検体から反射して戻って来る反射超音波の検出（受信）を行う。そのためにプローブ１１は、例えば一次元に配列された複数の超音波振動子を有する。またプローブ１１は、被検体内の観察部位がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた光音響波を、複数の超音波振動子によって検出する。プローブ１１は、上記光音響波を検出して光音響波検出信号を出力し、また上記反射超音波（反射音響波）を検出して超音波検出信号を出力する。
【００３２】  なお、このプローブ１１に上述した導光手段が結合される場合は、その導光手段の端部つまり複数の光ファイバの先端部等が、上記複数の超音波振動子の並び方向に沿って配置され、そこから被検体に向けてレーザ光が出射する。以下では、このように導光手段がプローブ１１に結合される場合を例に取って説明する。
【００３３】  被検体の光音響画像あるいは超音波画像（反射音響波画像）を生成する際、プローブ１１は複数の超音波振動子が並ぶ一次元方向に対してほぼ直角な方向に移動され、それにより被検体がレーザ光および超音波によって二次元走査される。この走査は、検査者が手操作でプローブ１１を動かして行ってもよく、あるいは、走査機構を用いてより精密な二次元走査を実現するようにしてもよい。
【００３４】  また、上述のような超音波に代えて、可聴域の周波数を持つ音響波を用い、その反射音響波による画像を生成するようにしてもよい。
【００３５】  超音波ユニット１２は、受信回路２１、ＡＤ変換手段２２、受信メモリ２３、データ分離手段２４、光音響画像生成手段２５、および超音波画像生成手段２６を有している。光音響画像生成手段２５の出力は、後述する画像合成手段５２を経由して、例えばＣＲＴや液晶表示装置等からなる画像表示手段１４に入力される。さらに超音波ユニット１２は、送信制御回路３０、超音波ユニット１２内の各部等の動作を制御する制御手段３１、画像変化検出手段５０、および判定手段５１を有している。
【００３６】  上記受信回路２１は、プローブ１１が出力した光音響波検出信号および超音波検出信号を受信する。ＡＤ変換手段２２はサンプリング手段であり、受信回路２１が受信した光音響波検出信号および超音波検出信号をサンプリングして、それぞれデジタル信号である光音響データおよび超音波データに変換する。このサンプリングは、ＡＤクロック信号に同期して、予め定められたサンプリング周期でなされる。なお受信回路２１は、ＡＤ変換手段２２を含むような形態として構成されてもよい。
【００３７】  レーザユニット１３は、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザや、ＹＡＧレーザの第２高調波励起によるＯＰＯ（光パラメトリック発振）レーザや、アレキサンドライトレーザ等からなるＱスイッチパルスレーザなどから構成されている。このレーザユニット１３には、前記制御手段３１から、光出射を指示するレーザ発振トリガ信号が入力される。レーザユニット１３はこのレーザ発振トリガ信号を受けると、波長７５６ｎｍのパルスレーザ光を出射させる。なおレーザユニット１３は、その他の例えば半導体レーザ等から構成されてもよい。
【００３８】  また制御手段３１は、送信制御回路３０に、超音波送信を指示する超音波トリガ信号を入力する。送信制御回路３０はこの超音波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。制御手段３１は、先に前記レーザ発振トリガ信号を出力し、その後、超音波トリガ信号を出力する。レーザ発振トリガ信号が出力されることで被検体に向けたレーザ光の出射、および光音響波の検出が行われ、その後、超音波トリガ信号が出力されることで被検体に対する超音波の送信、および反射超音波の検出が行われる。
【００３９】  制御手段３１はさらに、ＡＤ変換手段２２に対して、サンプリング開始を指示するサンプリングトリガ信号を出力する。このサンプリングトリガ信号は、前記レーザ発振トリガ信号が出力された後で、かつ超音波トリガ信号が出力される前、より好ましくは被検体に向けて実際にレーザ光が出射するタイミングで出力される。そのためにサンプリングトリガ信号は、例えば制御手段３１がレーザ発振トリガ信号を出力するタイミングに同期して出力される。ＡＤ変換手段２２は上記サンプリングトリガ信号を受けると、プローブ１１が出力して受信回路２１が受信した光音響波検出信号のサンプリングを開始する。
【００４０】  制御手段３１は、レーザ発振トリガ信号を出力した後、光音響波の検出を終了するタイミングで超音波トリガ信号を出力する。このとき、ＡＤ変換手段２２は光音響波検出信号のサンプリングを中断せず、サンプリングを継続して実施する。言い換えれば、制御手段３１は、ＡＤ変換手段２２が光音響波検出信号のサンプリングを継続している状態で、超音波トリガ信号を出力する。超音波トリガ信号に応答してプローブ１１が超音波送信を行うことで、プローブ１１の検出対象は、光音響波から反射超音波に変わる。ＡＤ変換手段２２は、検出された超音波検出信号のサンプリングを継続することで、光音響波検出信号と超音波検出信号とを、連続的にサンプリングする。なお、ＡＤ変換手段２２が光音響波検出信号のサンプリングを中止してから、超音波トリガ信号が出力されるようにしてもよい。
【００４１】  ＡＤ変換手段２２は、サンプリングして得られた光音響データおよび超音波データを、共通の受信メモリ２３に格納する。受信メモリ２３に格納されたサンプリングデータは、ある時点までは光音響データであり、ある時点からは超音波データとなる。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された光音響データと超音波データとを分離する。
【００４２】  以下、光音響画像の生成および表示について説明する。図１のデータ分離手段２４には、受信メモリ２３から読み出された超音波データおよび光音響データが入力される。データ分離手段２４は、光音響画像の生成時には光音響データのみを後段の光音響画像生成手段２５に入力する。光音響画像生成手段２５はこの光音響データに基づいて、レーザ光により走査された走査面（走査断面）に関する光音響画像を生成し、その光音響画像を示すデータを、後述する画像合成手段５２を通して画像表示手段１４に入力する。それにより画像表示手段１４には、上記走査面に関する光音響画像が表示される。ここで光音響画像の生成は、例えば位相整合加算等の画像再構築や、検波、対数変換等を含む処理によってなされる。
【００４３】  またデータ分離手段２４は、超音波画像の生成時には超音波データのみを後段の超音波画像生成手段２６に入力する。超音波画像生成手段２６はこの超音波データに基づいて、超音波により走査された走査面に関する超音波画像を生成する。この超音波画像の生成も、例えば位相整合加算等の画像再構築や、検波、対数変換等を含む処理によってなされる。
【００４４】  本実施形態において光音響画像は、被検体の例えば血管等の組織を表示するために生成されるが、さらに、被検体中に挿入された穿刺針１５を表示して該穿刺針１５の位置、特に先端位置を術者が確認可能とするためにも利用される。そして、穿刺針１５の先端が走査面から外れていると判定された場合は、画像合成手段５２において、その旨の判定結果を示す表示が光音響画像に合成され、その合成画像が画像表示手段１４に表示される。一方、穿刺針１５の先端が走査面上に存在すると判定された場合、上記の画像合成はなされず、光音響画像を示すデータは画像合成手段５２を素通りさせて画像表示手段１４に入力される。なお、上記の判定および判定結果の表示については後に詳しく説明する。
【００４５】  なお、前述したようにプローブ１１を移動して被検体をレーザ光によって二次元走査し、その走査に伴って得られた複数の断面に関する画像データに基づいて、被検体の所望部位例えば血管等を三次元表示する光音響画像を生成、表示することも可能である。
【００４６】  次に、穿刺針１５の先端が走査面上に存在するか否かを判定する処理について、図２〜図７を参照して説明する。図２は、この判定を行うために例えば図１の制御手段３１によって制御される処理の流れを示すものである。また図３および図４は、走査面（走査断面）Ｐｓと穿刺針１５との関係を概略的に示すものである。走査面Ｐｓは、画像生成して観察に供される面であり、以下、これを観察走査面Ｐｓと称することとする。
【００４７】  プローブ１１の一次元配置された複数の超音波振動子から発せられる超音波は、音響レンズ等によって絞られた上で、ある幅を持って被検体に照射され、また反射超音波の検出もある幅を持つ超音波振動子によってなされる。そこで１つの観察走査面Ｐｓは、ある幅Ｄｓ（スライス幅）の断面についての情報を示すものとなる。したがって、この幅Ｄｓ内に穿刺針１５が存在する場合は、光音響画像や超音波画像において、観察走査面Ｐｓに穿刺針１５が有るように描画がなされる。
【００４８】  図３に示す例では、穿刺針１５の画像化される範囲は、先端１５ａも含めて全てが観察走査面Ｐｓ内に収まっている。穿刺針１５を用いる例えば組織採取や薬物注入等の穿刺術が施される際には、図３中で左下方に、つまり先端１５ａを前方に進める方向に穿刺針１５が押し込まれる。そうした場合、図４に示す例のように、穿刺針１５の先端１５ａを含む先端部が、観察走査面Ｐｓから外れることも有り得る。
【００４９】  図５〜図７は、穿刺針１５と観察走査面Ｐｓとの関係が図３や図４のような状態にあるとき、光音響画像および超音波画像において、穿刺針１５がどのように示されるかを説明するものである。図３に示す状態の場合は、図５に示す通り、超音波画像においてもまた光音響画像においても、穿刺針１５の先端１５ａを含む部分が観察走査面Ｐｓに存在するように描画される。なお図５には、後述するようにして穿刺針１５が観察走査面Ｐｓから外れることになる位置をＱで示してある。
【００５０】  また図４に示す状態の場合、超音波画像においては図６に示すように、観察走査面Ｐｓに収まっている範囲の部分だけ穿刺針１５が描画される。それに対して光音響画像においては図７に示すように、観察走査面Ｐｓから外れた位置に有る先端部（先端１５ａおよびその近傍部分）も含めて穿刺針１５が描画されることがある。つまり光音響画像の生成においては、被検体に向けて出射されたレーザ光が拡散等によって拡がるため、超音波画像生成時の超音波よりも照射範囲が広くなる。そこで、観察走査面Ｐｓから外れた位置に有る穿刺針１５の先端部にもレーザ光が照射され、それによりこの先端部から生じた光音響波がプローブ１１に検出されて、あたかも穿刺針１５の先端部が観察走査面Ｐｓ上に存在するような光音響画像が生成されてしまうのである。なお、通常金属からなる穿刺針１５の先端部からは、レーザ光を受けたとき、被検体の組織等と比べてより強い光音響波が発生するので、この先端部が特に画像化されやすくなっている。
【００５１】  または、穿刺針１５の先端部からの光音響波を強くする他の例として、光ファイバ等を利用して、穿刺針内部に光を導入し、先端部や先端部の組織、あるいは後述する先端部の光吸収部材に直接光を照射して光音響波を発生させることもできる。もう１つの例として、穿刺針１５の先端部に音波を発生させる部材を取り付けることで、光を使わなくても、先端部から音波を発生させることもできる。
【００５２】  穿刺術の術者が、そのような光音響画像を観察して穿刺針１５の先端を把握していると、穿刺針１５の先に血管等の臓器や組織等は認められないから、穿刺針１５をさらに押し込んでも問題は無い、と判断することもあり得る。なお穿刺針１５の先端１５ａに近い部分には、レーザ光の吸収効率を高めて、音響波の発生を促進させる光吸収部材が、埋め込みやコーティング等によって配されていることが望ましい。その種の光吸収部材としては、例えば黒色のフッ素樹脂等が挙げられる。
【００５３】  本実施形態では、図２に流れを示す処理を行うことにより、そのような事態を招くことを防止可能としている。以下、この図２に示す処理について説明する。この処理がステップＰ１で開始すると、次にステップＰ２、Ｐ３、Ｐ４およびＰ５においてそれぞれ、共通の１つの観察走査面Ｐｓに関して、光音響画像の生成、超音波画像の生成、光音響画像の生成および超音波画像の生成がなされる。こうして得られた複数の光音響画像および複数の超音波画像を示すデータは、例えば図１の制御手段３１が備える記憶手段に一時的に記憶される。
【００５４】  なお光音響画像および超音波画像の生成は、各々が複数回なされればよく、各画像の生成回数や順序は上述したものに限られない。例えば、光音響画像の生成を３回続けて行ってから、次いで超音波画像の生成を１回行う、という処理を複数回繰り返しても構わない。
【００５５】  次にステップＰ６において画像変化検出手段５０により、上記記憶手段から読み出されたデータに基づいて、観察走査面Ｐｓにおける光音響画像の変化および超音波画像の変化が検出される。この画像変化の検出は、生成順が直近の２つの光音響画像同士間、同じく生成順が直近の２つの超音波画像同士間で変化を算出することによってなされる。前述したように光音響画像の生成を３回続けて行ってから超音波画像の生成を１回行う、というように両画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合も、生成順が直近の２つの光音響画像同士間、同じく生成順が直近の２つの超音波画像同士間で変化を算出するのが望ましい。
【００５６】  具体的に画像変化の算出は、ブロックマッチングやテンプレートマッチングなどを利用してフレーム間の画像の相関性を見るなど、一般的に知られている手法を利用して行うことができる。また、穿刺針１５の挿入による画像の変化と、被検体の脈動による画像の変化とを区別できるように、予め、穿刺針１５の挿入前の脈動による画像の変化量を算出しておき、穿刺針１５の挿入後の画像変化量から脈動による画像の変化量を差し引いてもよい。あるいは、脈動による画像の変化が、被検体のある一定方向への動きから生じることが分かっていれば、その方向の動きを考慮して画像の変化量を算出することで、脈動が画像の変化に影響することを避けるようにしてもよい。
【００５７】  次にステップＰ７において判定手段５１により、上述のようにして求められた光音響画像および超音波画像の変化に基づいて、穿刺針１５の先端１５ａが観察走査面Ｐｓ上に有るか否かが判定される。この判定は、光音響画像と超音波画像の双方に変化が検出された場合には、観察走査面Ｐｓ上に穿刺針１５の先端１５ａが有ると判定し、それ以外では観察走査面Ｐｓ上に穿刺針１５の先端１５ａが無いと判定するものである。
【００５８】  つまり、穿刺針１５と観察走査面Ｐｓとの関係が図３に示す状態の場合は、前述したように超音波画像および光音響画像が共に図５のように描画されるので、穿刺針１５が先端１５ａの方に押されて動けば、超音波画像および光音響画像の双方に変化が生じる。それに対して、穿刺針１５と観察走査面Ｐｓとの関係が図４に示す状態の場合は、前述した通り光音響画像が図７のように描画され、先端１５ａも含む穿刺針１５の動きに伴って光音響画像に変化が生じるが、図６のように先端部が表示されない超音波画像においては、穿刺針１５が動いてもその描画される部分が変わるだけであって、画像に変化は生じない。
【００５９】  なお、脈動による組織の動きの影響も考慮して、画像の変化量が予め決めた、脈動による一定値以内の変化であれば、それは画像の変化が無いとみなすようにしてもよい。また、前述したように、穿刺針１５の挿入後の画像変化量から脈動による画像の変化量を差し引くようにした場合は、その差し引き後の画像変化量は穿刺針１５の動きだけによるものであると判断することができる。ここで上記の一定値は、光音響画像と超音波画像に対して同じ値とされてもよいし、あるいは、光音響画像と超音波画像に対して互いに異なる値とされてもよい。
【００６０】  次にステップＰ８において、上記判定の結果が表示される。この判定結果を示す情報は画像合成手段５２に入力され、この情報に基づく表示が光音響画像に合成されて、その合成画像が画像表示手段１４に示される。以上の一連の処理は、次のステップＰ９において終了する。本実施形態における上記表示は、例えば、穿刺針１５の先端１５ａが観察走査面Ｐｓ上に有るか否かを示すものとされるが、穿刺針１５の先端１５ａが観察走査面Ｐｓから外れたときだけ、その旨を示す表示をするようにしてもよい。以上説明の通り本実施形態においては、画像合成手段５２と画像表示手段１４とによって報知手段が構成されている。
【００６１】  なお、穿刺針１５の先端１５ａが観察走査面Ｐｓから外れたことを示す表示を出すとき、同時に警告音を鳴らすようにしてもよいし、表示は出さずに警告音だけ鳴らすようにしてもよい。
【００６２】  次に図８を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る光音響画像生成装置１００の基本構成を示すブロック図である。なおこの図８において、先に説明した図１中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する。この光音響画像生成装置１００は、図１に示した光音響画像生成装置１０と比べると、判定手段１５１の構成が判定手段５１と異なり、そして基準値設定手段５３が付加された点が基本的に異なるものである。
【００６３】  上記基準値設定手段５３は、画像の変化量について、想定される基準値を設定するものであり、その基準値を示す情報が判定手段１５１に入力される。判定手段１５１は、画像変化検出手段５０が求めた、観察走査面Ｐｓにおける光音響画像の変化および超音波画像の変化をそれぞれ上記基準値と比較し、双方の画像の変化が共に基準値以上である場合は、観察走査面Ｐｓ上に穿刺針１５の先端１５ａが有ると判定し、それ以外では観察走査面Ｐｓ上に穿刺針１５の先端１５ａが無いと判定する。次いで、この判定結果が表示や警告音によって報知されるのは、第１の実施形態におけるのと同じである。
【００６４】  なお、上記の基準値は、光音響画像と超音波画像に対して同じ値とされてもよいし、あるいは、光音響画像と超音波画像に対して互いに異なる値とされてもよい。また、基準値の値を変更可能としておくことが望ましい。
【００６５】  以上、挿入物が穿刺針１５である場合の実施形態について説明したが、本発明は、被検体に挿入される挿入物が穿刺針以外の場合にも同様に適用可能であり、その場合にも上に説明した効果と同じ効果を奏するものである。穿刺針以外の挿入物は、例えば血管内に挿入されるカテーテルであってもよいし、血管内に挿入されるカテーテルのガイドワイヤであってもよい。さらには、ラジオ波焼灼に用いられる電極を内部に収容するラジオ波焼灼用針や、レーザ治療用の光ファイバ等であってもよい。
【００６６】  また、生成された超音波画像は、観察走査面Ｐｓ上に穿刺針１５の先端１５ａが有るか否かを判定するために利用する他、被検体の観察走査面Ｐｓを示すために単独で、あるいは光音響画像と合成して画像表示手段１４に表示させることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月17日(2017.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成方法において、
一つの走査面毎に前記被写体の反射音響波画像を生成し、
画像生成する観察走査面に関して、複数の光音響画像および複数の反射音響波画像を生成し、
前記複数の光音響画像から、前記観察走査面における光音響画像の変化を検出し、
前記複数の反射音響波画像から、前記観察走査面における反射音響波画像の変化を検出し、
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化に基づいて、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定し、
前記判定の結果を報知することを特徴とする光音響画像生成方法。
【請求項２】
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定する請求項１に記載の光音響画像生成方法。
【請求項３】
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定する請求項１に記載の光音響画像生成方法。
【請求項４】
前記基準値が変更可能である請求項３に記載の光音響画像生成方法。
【請求項５】
前記基準値を、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化それぞれに対して定める請求項３または４に記載の光音響画像生成方法。
【請求項６】
前記光音響画像の生成のフレームレートと、前記反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出し、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から反射音響波画像の変化を検出する請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響画像生成方法。
【請求項７】
一つの走査面毎に、挿入物を含む被写体の光音響画像を生成する光音響画像生成装置において、
一つの走査面毎に前記被写体の反射音響波画像を生成する手段と、
画像生成する観察走査面に関する複数の光音響画像から、観察走査面における光音響画像の変化を検出する手段と、
前記観察走査面に関する複数の反射音響波画像から、観察走査面における反射音響波画像の変化を検出する手段と、
前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化に基づいて、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在するか否かを判定する判定手段と、
前記判定の結果を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする光音響画像生成装置。
【請求項８】
前記判定手段が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に存在する場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものである請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
前記判定手段が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化が共に、予め定められた基準値以上である場合に、前記観察走査面の上に挿入物の先端が存在すると判定するものである請求項７に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
前記基準値を変更する手段を有する請求項９に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１１】
前記基準値が、前記光音響画像の変化および前記反射音響波画像の変化それぞれに対して定められている請求項９または１０に記載の光音響画像生成装置。
【請求項１２】
前記光音響画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの光音響画像同士から光音響画像の変化を検出するものであり、
前記反射音響波画像の変化を検出する手段が、光音響画像の生成のフレームレートと、反射音響波画像の生成のフレームレートが互いに異なる場合、生成順が直近の２つの反射音響波画像同士から反射音響波画像の変化を検出するものである請求項７から１１のいずれか１項に記載の光音響画像生成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに本発明は、そのような光音響画像生成方法を実施することができる光音響画像生成装置を提供することを目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１の装置においてなされる、穿刺針の位置を示すための処理を示すフローチャート
【図３】穿刺針と観察走査面との関係の一例を示す概略図
【図４】穿刺針と観察走査面との関係の別の例を示す概略図
【図５】光音響画像と超音波画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図６】超音波画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図７】光音響画像における穿刺針の表示例を示す概略図
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光音響画像生成装置の概略構成を示すブロック図
【国際調査報告】
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