(57)【要約】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。
2018116594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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
【図２】光音響画像生成部の具体的な構成を示すブロック図
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【図１】
2018116594.tif 000003
【図２】
2018116594.tif 000004
【図３】
2018116594.tif 000005
【図４】
2018116594.tif 000006
【図５】
2018116594.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月20日(2019.6.20)
【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】
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し、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光音響画像生成装置。
【請求項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。
【請求項３】
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または２記載の光音響画像生成装置。
【請求項４】
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３いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項５】
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３いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項６】
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５いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項７】
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６いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項８】
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７記載の光音響画像生成装置。
【請求項９】
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７いずれか１項記載の光音響画像生成装置。
【請求項１０】
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し、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光音響画像生成方法。
【請求項１１】
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し、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光音響画像生成プログラム。
【国際調査報告】
2018116594.tif 000008
2018116594.tif 000009
2018116594.tif 000010
2018116594.tif 000011