光音響画像化方法および装置
【課題】高速で光音響画像を表示することができる光音響画像化方法を得る。
【解決手段】被検体を例えばレーザユニット１３が発した光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、投影画像生成部６０により音響波検出信号に基づいて、光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、また前記音響波検出信号に基づいて、光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、これらの光音響断層画像および光音響投影画像を画像表示手段１４に表示する。
【解決手段】被検体を例えばレーザユニット１３が発した光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、投影画像生成部６０により音響波検出信号に基づいて、光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、また前記音響波検出信号に基づいて、光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、これらの光音響断層画像および光音響投影画像を画像表示手段１４に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像化方法すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検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、光音響画像化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や非特許文献１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内に照射される。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】
光音響画像化方法は、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である。そこで光音響画像化方法は、人体の手術中等に血管を画像化、表示して、その位置を確認するために適用することも考えられている。このような用途に光音響画像化方法を適用する場合、従来は例えば特許文献２に示されているように、被検体の２次元領域を示す光音響信号から２次元領域を示すいわゆるボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて任意の断面についての断層画像を構築するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−５０４２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光音響画像化方法を上述したように血管位置確認用などに適用する場合は、医療診断の場合と異なって、スライス位置を何度も変えて何枚もの断層画素を観察するようなことは必要ではなく、とにかくプローブの移動に伴って迅速に光音響画像を表示することが望まれる。しかし従来の光音響画像化方法においては、前述の通りボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成、表示するようにしていたので、光音響画像を短い所要時間で表示することが困難になっていた。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高速で光音響画像を表示することができる光音響画像化方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また本発明は、そのような光音響画像化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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光音響画像化方法は、
被検体を光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、
この光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とするものである。
【００１１】
なお上記の「光の走査と併行して」とは、光音響投影画像を生成するタイミングと光走査のタイミングとが少なくとも一部期間において重なっていることを意味するものであり、そのようにすれば、光の走査といわゆるリアルタイムの感覚で光音響投影画像が生成、表示されるようになる。
【００１２】
なお本発明の光音響画像化方法においては、前記光音響信号の絶対値を前記光の照射深さ方向について積分し、この積分された光音響信号の値に基づいて前記光音響投影画像を生成することが望ましい。
【００１３】
そしてその場合は、上記積分を行う照射深さ方向を、任意に設定可能としておくことが望ましい。
【００１４】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、
この光音響断層画像を、前記光音響投影画像と共に前記表示手段に表示することが望ましい。
【００１５】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像を生成し、
この反射音響波投影画像と前記光音響投影画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することが望ましい。
【００１６】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像と前記光音響断層画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することが望ましい。
【００１７】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を表示手段に表示することが望ましい。
【００１８】
また本発明の光音響画像化方法は、前記光音響断層画像として、生物の血管を示す画像を生成することが望ましい。
【００１９】
一方、本発明による光音響画像化装置は、
被検体を光により走査する光走査手段と、
前記光の走査により被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得る音響波検出手段と、
前記音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する手段とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、
前記光音響投影画像を表示する表示手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００２０】
なお、本発明の光音響画像化装置においては、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像も生成可能に構成され、
この光音響断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２１】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像も生成可能に構成され、
この反射音響波投影画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２２】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２３】
さらに本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響断層画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２４】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記光を被検体に向けて発する光照射部および前記音響波検出手段の検出素子をそれぞれ複数、共通の一方向に並べて保持する保持部と、
この保持部を前記一方向と交わる方向に移動させる移動手段とを備えて前記光走査手段が構成されていることが望ましい。
【００２５】
光走査手段はその他に、光を被検体に向けて発する光照射部を複数、二次元マトリクス状に配置して構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による光音響画像化方法は、ボリュームデータを作成する前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、この光音響投影画像を表示手段に表示するようにしたので、音響波検出信号に基づいて一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像を生成、表示可能となる。
【００２７】
また、本発明の光音響画像化方法において特に、前記ボリュームデータを作成する前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、この光音響断層画像を前記光音響投影画像と共に表示手段に表示する場合は、光音響投影画像に加えて光音響投影画像もより高速に生成、表示可能となる。
【００２８】
また本発明の光音響画像化方法において特に、光音響断層画像を反射音響波断層画像と重畳表示したり、あるいは光音響投影画像を反射音響波投影画像と重畳表示する場合は、生体組織を示す反射音響波画像を参考にして、光音響画像に示された血管等の位置を正確に認識することが可能になる。
【００２９】
また本発明の光音響画像化方法において特に、光音響信号の絶対値を光の照射深さ方向について積分し、この積分された光音響信号の値に基づいて光音響投影画像を生成するようにし、その上で積分を行う光照射深さ方向を任意に設定可能としておけば、投影画像が形成される深さ方向の範囲を任意に変えることが可能になる。そこで、この場合の光音響投影画像を参照すれば、深さ方向に亘って存在し得る例えば血管等の組織が、所定深さよりも浅い位置に存在するのか、あるいは深い位置に存在するのかを正確に把握することが可能になる。
【００３０】
また本発明による光音響画像化装置は、ボリュームデータが作成される前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、光音響投影画像を表示する表示手段とを有するものであるので、上述した本発明の光音響画像化方法を実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の方法を実施す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の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図３】上記光音響画像化方法における処理の流れを示すフローチャート
【図４】図１の装置に用いられる走査機構を示す斜視図
【図５】上記光音響画像化方法において表示される画像を示す概略図
【図６】光音響投影画像の生成を説明する図
【図７】本発明の第２実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図８】図７の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図９】本発明の第３実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第４実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図１１】図１０の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図１２】図９の装置において表示される画像を示す概略図
【図１３】図１０の装置において表示される画像を示す概略図
【図１４】本発明の第５実施形態の方法において用いられる二次元プローブを示す斜視図
【図１５】本発明の第５実施形態の方法を実施す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】
【００３２】
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実施形態の方法を実施する光音響画像化装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、およびレーザ光源（レーザユニット）１３を備えている。なおこの光音響画像化装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に形成されている。レーザユニット１３は、被検体に照射すべきレーザ光を出射する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、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から被検体に照射される。
【００３３】
プローブ１１はさらに、被検体に対して音響波の一つである超音波の出力（送信）を行うと共に、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、被検体内の観察対象物がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた超音波（音響波）を、上記複数の超音波振動子によって検出する。そしてこのプローブ１１においては、上記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照射される。
【００３４】
なお被検体の光音響画像あるいは超音波画像を取得する際、プローブ１１は上記超音波振動子および導光手段の端部が延びる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いが、例えば図４に示す走査機構を用いれば、より精密な二次元走査が実現される。この図４に示す走査機構は、プローブ１１に連結された螺合部８０と、保持板８１と、この保持板８１に回転自在に保持されて螺合部８０に螺合したボールねじ８２と、保持板８１に固定されて螺合部８０の貫通孔に通されたガイドロッド８３と、上記ボールねじ８２を正逆回転させるモータ８４とから構成されたものである。この走査機構において、モータ８４が駆動されると、回転するボールねじ８２に螺合している螺合部８０が螺進退し、プローブ１１が図中のＷ方向に移動して上記の通りの二次元走査がなされる。
【００３５】
図１に戻って、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、光音響画像再構成手段２５、この光音響画像再構成手段２５の出力を受ける投影画像生成部６０、超音波画像再構成手段２６、この超音波画像再構成手段２６並びに上記光音響画像再構成手段２５の出力を受ける断層画像生成部７０、この断層画像生成部７０並びに上記投影画像生成部６０の出力を受ける画像合成手段２７を有している。さらに超音波ユニット１２は、トリガ制御回路２８、送信制御回路３０、および制御手段３１を有している。制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。
【００３６】
プローブ１１は、前記音響波を検出して音響波検出信号を出力し、また前記反射超音波を検出して超音波検出信号を出力する。受信回路２１は、それらの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デジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で上記各信号をサンプリングする。
【００３７】
トリガ制御回路２８は、レーザユニット１３に対して光出射を指示する光トリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、ＹＡＧやチタン−サファイアなどのＱスイッチパルスレーザの励起光源であるフラッシュランプ３２と、レーザ発振を制御するＱスイッチ３３とを含む。レーザユニット１３は、トリガ制御回路２８が光トリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３２を点灯させてＱスイッチパルスレーザを励起する。トリガ制御回路２８は、例えばフラッシュランプ３２がＱスイッチパルスレーザを十分に励起させると、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチ３３は、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとオンし、Ｑスイッチパルスレーザからレーザ光を出射させる。フラッシュランプ３２の点灯からＱスイッチパルスレーザが十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザの特性などから見積もることができる。
【００３８】
なお、上述のようにトリガ制御回路２８からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザを十分に励起させた後にＱスイッチ３３をオンにしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３３をオンにしたことを示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。
【００３９】
またトリガ制御回路２８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、上記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。トリガ制御回路２８は、先に光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。つまりトリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力に後続して、超音波トリガ信号を出力する。光トリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射、および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。
【００４０】
トリガ制御回路２８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、前記光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実際にレーザ光が照射され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、例えばトリガ制御回路２８がＱスイッチ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にて検出された超音波（光音響信号）のサンプリングを開始する。
【００４１】
トリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力後、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は超音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、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２が超音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、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、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。
【００４２】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした音響波検出信号および超音波検出信号を、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、ある時点までは音響波検出信号のデータであり、ある時点からは超音波検出信号のデータとなる。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された音響波検出信号と超音波検出信号とを分離する。データ分離手段２４は、分離した音響波検出信号を光音響画像再構成手段２５に入力し、超音波検出信号を超音波画像再構成手段２６に入力する。
【００４３】
光音響画像再構成手段２５および超音波画像再構成手段２６は、被検体の３次元領域を示すボリュームデータも作成可能なものであるが、本実施形態の方法では、そのボリュームデータの作成に先行して、後述する投影画像および断層画像が生成される。以下、その点の機能について説明する。
【００４４】
光音響画像再構成手段２５は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この光音響画像再構成手段２５は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。超音波画像再構成手段２６も、超音波検出信号に基づいて作成された上記データから、断層画像である超音波画像の１ライン毎のデータを生成する。
【００４５】
図２は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される投影画像生成部６０および、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データ並びに超音波画像再構成手段２６が生成した再構成画像データが入力される断層画像生成部７０の構成を詳しく示すものである。
【００４６】
この図２に示されるように投影画像生成部６０は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される絶対値化手段６１と、それに順次接続された深度方向データ積分手段６２、対数変換手段６３および投影画像構築手段６４を有しており、前記レーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する。なお、この光音響投影画像の生成については、後に詳しく説明する。
【００４７】
また図２に示されるように断層画像生成部７０は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される検波手段７１と、それに順次接続された対数変換手段７２、光音響断層画像構築手段７３を有するとともに、超音波画像再構成手段２６が生成した再構成画像データが入力される検波手段７５と、それに順次接続された対数変換手段７６、超音波断層画像構築手段７７を有している。そして光音響断層画像構築手段７３および超音波断層画像構築手段７７は、超音波／光音響画像合成手段７４に接続されている。
【００４８】
上記検波手段７１は光音響画像再構成手段２５が出力する各ラインのデータの包絡線を生成し、対数変換手段７２はその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして光音響断層画像構築手段７３は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響断層画像を生成する。より詳しくは、この光音響断層画像構築手段７３は、例えば音響波検出信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して光音響断層画像を生成する。
【００４９】
検波手段７５、対数変換手段７６および超音波断層画像構築手段７７も、基本的に上記と検波手段７１、対数変換手段７２および光音響断層画像構築手段７３とそれぞれ同様に機能して、超音波断層画像を生成する。以上述べた超音波断層画像および光音響断層画像の生成並びに、光音響投影画像の生成は、前記レーザ光の走査と併行してなされる。
【００５０】
超音波／光音響画像合成手段７４は、以上の通りにして生成された光音響断層画像を示すデータと超音波断層画像を示すデータを受けて、それら両画像を、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する。このようにして合成された合成断層画像と、投影画像生成部６０が生成した光音響投影画像とは、次に図１の画像合成手段２７によって、互いに別の位置に表示されるように合成され、最終的にそれらの画像が画像表示手段１４に表示される。
【００５１】
以上説明した処理の流れをまとめると、図３に示す通りとなる。すなわち、先ず光トリガ信号が出力され（Ａ１）、それによりレーザの励起が開始され（Ａ２）、パルスレーザ光が出射される（Ａ３）。次にサンプリングトリガ信号が出力され（Ａ４）、音響波検出信号のサンプリングが開始され（Ａ５）、音響波検出信号が受信メモリに格納される（Ａ６）。次いで超音波トリガ信号が出力され（Ａ７）、それにより超音波が送信され（Ａ８）、反射超音波が受信されて超音波検出信号がサンプリングされ（Ａ９）、超音波検出信号が受信メモリに格納される（Ａ１０）。次に音響波検出信号と超音波検出信号が分離され（Ａ１１）、光音響投影画像および断層画像（光音響断層画像と超音波断層画像との重畳画像）が生成され（Ａ１２）、次に光音響投影画像および断層画像が別個に表示されるように合成され（Ａ１３）、それらの画像が画像表示手段１４に表示される（Ａ１４）。
【００５２】
図５は、上述のようにして画像表示手段１４に表示される画像の一例を概略的に示すものである。図中の右側に示すように、光音響投影画像においては、例えば血管分布が画像化して示される。ここに、レーザ光の走査を水平な矢印で示すが、この走査が進むにつれて走査範囲の投影画像が逐次表示される。そしてここに破線の水平線で示す一つの断面に関する光音響断層画像が、図中左側に示すように、血管位置を断面方向から見た状態を示すものとして表示される。本実施形態においては特に、この光音響断層画像と、被検体の組織を示す超音波断層画像（図中粗いハッチングを付して示す部分）とが位置合わせした上で重畳表示されるので、組織内の血管位置を明確に確認可能となる。
【００５３】
ここで、前述した光音響投影画像の生成について、図２および図６を参照して説明する。図６の左側に示すように、断層画像内でレーザ光照射深さ方向に延びる１本のラインＬについて考えると、光吸収して体積膨張、収縮する部分（例えば血管）に関する光音響信号（これは超音波信号の場合も同様）がプラス、マイナスに変化する。そこで図２の絶対値化手段６１によりこの信号の絶対値を取った上で、それを深度方向データ積分手段６２により光照射深さ方向について積分すると、その積分値は上記ラインＬに沿った部分の光吸収の積算値に対応するものとなる。したがってこの積分値を、光走査する全域について求めて、図２に示す投影画像構築手段６４によりその積分値に基づいて画像化を行えば、光吸収が有る部分を示す投影画像を得ることができる。なお、図２に示す対数変換手段６３は基本的に同図に示す対数変換手段７２と同じものである。
【００５４】
以上述べたように本実施形態では、ボリュームデータを作成する前にレーザ光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいてレーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像並びに、レーザ光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、それらの画像を画像表示手段１４に表示するようにしているので、一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像並びに光音響断層画像を生成、表示可能となる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態による光音響画像化方法について説明する。図７および８は、この第２実施形態の方法を実施する光音響画像化装置１１０を示すものであり、図７はその基本構成を示し、図８はこの光音響画像化装置１１０の投影画像生成部６０および断層画像生成部１７０を詳しく示すものである。なお図７および８において、図１および２中の要素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ない限り省略する（以下、同様）。
【００５６】
本実施形態の方法は、超音波画像は生成しないものである。そこでこの光音響画像化装置１１０は図１に示した光音響画像化装置１０と対比すると、データ分離手段２４および超音波画像再構成手段２６が省かれ、また断層画像生成部７０に代えて図８に詳細を示す断層画像生成部１７０が適用されたものとなっている。なお投影画像生成部６０としては、図１の光音響画像化装置１０におけるのと同じものが用いられている。
【００５７】
ここで適用されている断層画像生成部１７０は基本的に、図２に示された検波手段７１、対数変換手段７２および光音響断層画像構築手段７３から構成されており、光音響断層画像のみを生成する。つまり、超音波断層画像は生成されないので、それと光音響断層画像とが重畳表示されることもない。断層画像生成部１７０により生成された光音響断層画像と、投影画像生成部６０により生成された光音響投影画像は、共に画像表示手段１４において表示される。
【００５８】
本実施形態でも、ボリュームデータを作成する前にレーザ光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいてレーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像並びに、レーザ光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、それらの画像を画像表示手段１４に表示するようにしているので、一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像並びに光音響断層画像を生成、表示可能となる。
【００５９】
本発明の光音響画像化方法においては、以上述べた投影画像並びに断層画像の表示形態に限らず、その他の形態でそれら両画像を表示することも可能である。下の表１は、そのような表示形態の例を示すものである。なお「光音響＋超音波」は、両画像の重畳表示を意味する。
【表１】
【００６０】
先に説明した第１の実施形態は上記No.３の表示形態を採用したものであり、また第２の実施形態は上記No.１の表示形態を採用したものである。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態による光音響画像化方法について説明する。図９は、この第３実施形態の方法を実施する光音響画像化装置２１０の基本構成を示すものであり、本装置２１０は図１に示した第１実施形態の光音響画像化装置１０と比べると、画像合成手段２７に代えて表示画像生成手段２２７が設けられる一方、積分深さ設定手段２２０が追加された点で異なる。
【００６２】
積分深さ設定手段２２０は、先に説明したように投影画像生成部６０の深度方向データ積分手段６２（図２参照）が行う積分処理を、例えば被検体の表面からどの程度の深さまで行うかを設定するものであり、一例としてその深さを数値で入力するキーボードや、あるいは画像表示手段１４に表示される深さ位置を示すカーソルを移動させるマウス等から構成される。この積分深さ設定手段２２０が設定する積分深さの情報は、制御手段３１に入力される。制御手段３１は、上記深度方向データ積分手段６２が行う積分処理において、入力された上記情報が示す深さの位置までデータを積分するように、この積分処理を制御する。
【００６３】
表示画像生成手段２２７は、上述のように積分深さが設定された上で投影画像生成部６０が生成した光音響投影画像と、断層画像生成部７０が生成した超音波断層画像とを、例えばプローブ１１の走査と併行していわゆるリアルタイムで画像表示手段１４に表示させる。なお先に述べた通り、この「併行して」とは、光音響投影画像を表示するタイミングと光走査のタイミングとが少なくとも一部期間において重なっていることを意味する。
【００６４】
以上のようにして表示される超音波断層画像と光音響投影画像の一例を、図１２に示す。なおここでは、同図左側に示す超音波断層画像において、上に述べたようなカーソルＣＳが表示される例を示している。
【００６５】
この例では、もし上記積分深さ設定を行わない、つまり積分深さを限定しないとすると、同図右側に示す光音響投影画像において領域ＲＧには、その図中上方から血管分布が延びて示されることになる。それに対して上記の積分深さ設定を行うと、この設定深さよりも深い所に存在する血管は、図示のように非表示になる。したがって、この設定深さを、例えば手術においてメスで切ることができる最大深さとすれば、光音響投影画像に表示されている血管は全てメスで切る可能性が有ると認識するこができる。そうであれば、手術において、ここに表示されている血管だけを避けていれば、血管をメスで切ってしまうことを確実に防止可能となる。
【００６６】
それに対して積分深さを限定しない場合は、メスで切ることが無い深い所に存在する血管も全て光音響投影画像に表示されるので、避ける必要の無い箇所までメスを入れるべきではないと認識されてしまうことがある。さらには、メスで血管を切ってしまったと思っても実際には血管が深い所に有って切れていなかった、ということも当然起こり得るので、光音響投影画像に表示されている血管の画像を、メスを入ることを避けるべき領域として把握してよいかどうかあやふやになるという問題も生じる。積分深さを上記の通りに設定すれば、このような問題を招くことを防止できる。
【００６７】
次に、本発明の第４実施形態による光音響画像化方法について説明する。図１０は、この第４実施形態の方法を実施する光音響画像化装置３１０の基本構成を示すものであり、本装置３１０は図９に示した第３実施形態の光音響画像化装置２１０と比べると、投影画像生成部６０に代えて、図１１に詳細構成を示す投影画像生成部３６０が設けられたで異なる。
【００６８】
図１１に示す投影画像生成部３６０は、図２に示す投影画像生成部６０と比べると、投影画像構築手段６４の前段に配置された浅部データ選別手段３００と、この浅部データ選別手段３００から入力を受ける浅部投影画像構築手段３０１とが設けられると共に、投影画像構築手段６４並びに浅部投影画像構築手段３０１から入力を受ける全投影画像／浅部投影画像合成手段３０２が設けられた点で相違している。
【００６９】
この投影画像生成部３６０においては、深度方向データ積分手段６２が行う積分処理は、積分深さを設定しないで、つまり積分深さを限定しないでなされる。したがって投影画像構築手段６４では、図１に示した第１実施形態の光音響画像化装置１０と同様に、積分深さを限定しない光音響投影画像（全投影画像）が構築される。
【００７０】
それと共に、対数変換手段６３が出力したデータは浅部データ選別手段３００に入力され、そこで、所定の深さまでのデータが選別、抽出される。こうして選別、抽出されたデータは、浅部投影画像構築手段３０１に送られる。なお、どの深さまでのデータを選別するかは、図１０の積分深さ設定手段２２０により設定される。そこで浅部投影画像構築手段３０１では、選別された浅部に関するデータのみを用いて光音響投影画像（浅部投影画像）が構築される。こうして構築される浅部投影画像は、結局、深度方向データ積分手段６２が行う積分処理を、積分深さを限定して行ない、その後に構築された投影画像と同様のものとなる。
【００７１】
以上のようにして投影画像構築手段６４が構築した全投影画像と、浅部投影画像構築手段３０１が構築した浅部投影画像は、全投影画像／浅部投影画像合成手段３０２において合成され、その合成された投影画像が図１０の画像表示手段１４において表示される。図１３は、以上のようにして合成、表示される光音響投影画像の一例を、超音波断層画像と共に示すものである。ここでは、図１２に示した表示例と同様の投影画像（浅部投影画像）が表示されると共に、図１２の例では何も表示されない領域ＲＧに、全投影画像ＶＧが表示されることになる。この全投影画像ＶＧは、その他の浅部投影画像に対して、濃度を低くしたり、あるいは表示色を変えたりすることにより、区別して表示される。そこで本実施形態では、画像表示手段１４における表示画像から、図１２に表示例を示した第３実施形態におけるのと同様に、所定の深さまでには何が存在するかを知ることができ、それに加えて、それよりも深い領域に何が存在するかを知ることも可能になる。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態による光音響画像化方法について説明する。図１４は、この第５実施形態の方法において用いられる二次元超音波探触子（プローブ）４１１を示すものであり、また図１５はこの方法を実施する光音響画像化装置４１０の基本構成を示すものである。本装置４１０は図９に示した第３実施形態の光音響画像化装置２１０と比べると、プローブ１１に代えて上記の二次元プローブ４１１が用いられ、それに伴ってプローブ走査機構１５が省かれた点で異なっている。
【００７３】
二次元プローブ４１１は図１４に示すように、例えば前述した光ファイバの出射端部などの光出射部４００が二次元マトリクス状に複数配置された構造を有する。なお、光照射により生じた音響波を検出する超音波振動子は図示を省略してあるが、それらは各出射端部と対にして配置したり、あるいは二次元マトリクス状に複数配置された光出射部４００を取り囲む状態に配置すればよい。この二次元プローブ４１１によれば、図中に２点鎖線で概略的に示すように、被検体に対して１断面毎にパルスレーザ光を照射することができる。そしてこのように光照射する位置を、その照射面と直交する方向に順次変えて行くことができる。
【００７４】
すなわちこの二次元プローブ４１１によれば、図４に例示したような走査機構を用いることなく、パルスレーザ光により被検体を走査することが可能になる。こうして被検体を走査して得られた１断面毎のデータに基づいて、既述の実施形態におけるのと同様に投影画像生成部６０において光音響投影画像が生成され、その投影画像が画像表示手段１４においてリアルタイムで表示される。
【００７５】
なお、上述のようにして被検体の１断面毎に光を照射する他、二次元マトリクス状に複数配置された光出射部４００の全部から同時に光を照射した上で、データの取得は１断面毎に行うようにしても構わない。
【００７６】
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化装置および方法は、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およ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】
【００７７】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０ 光音響画像化装置
１１ プローブ
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 画像表示手段
２１ 受信回路
２２ ＡＤ変換手段
２３ 受信メモリ
２４ データ分離手段
２５ 光音響画像再構成手段
２６ 超音波画像再構成手段
２７ 画像合成手段
２８ トリガ制御回路
２９ サンプリング制御回路
３０ 送信制御回路
３１ 制御手段
３２ フラッシュランプ
３３ Ｑスイッチ
６０、３６０ 投影画像生成部
７０、１７０ 断層画像生成部
８０ 螺合部
８１ 保持板
８２ ボールねじ
８３ ガイドロッド
８４ モータ
２２０ 積分深さ設定手段
２２７ 表示画像生成手段
３００ 浅部データ選別手段
３０１ 浅部投影画像構築手段
３０２ 全投影画像／浅部投影画像合成手段
４１１ 二次元プローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は光音響画像化方法すなわち、生体組織等の被検体に光を照射し、光照射に伴って発生する音響波に基づいて被検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、光音響画像化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や非特許文献１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内に照射される。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】
光音響画像化方法は、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である。そこで光音響画像化方法は、人体の手術中等に血管を画像化、表示して、その位置を確認するために適用することも考えられている。このような用途に光音響画像化方法を適用する場合、従来は例えば特許文献２に示されているように、被検体の２次元領域を示す光音響信号から２次元領域を示すいわゆるボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて任意の断面についての断層画像を構築するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３８０号公報
【特許文献２】特開２０１１−５０４２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A High-Speed Photoacoustic Tomography System based on a Commercial Ultrasound and a Custom Transducer Array, Xueding Wang, Jonathan Cannata, Derek DeBusschere, Changhong Hu, J. Brian Fowlkes, and Paul Carson, Proc. SPIE Vol. 7564, 756424 (Feb.23, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光音響画像化方法を上述したように血管位置確認用などに適用する場合は、医療診断の場合と異なって、スライス位置を何度も変えて何枚もの断層画素を観察するようなことは必要ではなく、とにかくプローブの移動に伴って迅速に光音響画像を表示することが望まれる。しかし従来の光音響画像化方法においては、前述の通りボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成、表示するようにしていたので、光音響画像を短い所要時間で表示することが困難になっていた。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、高速で光音響画像を表示することができる光音響画像化方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また本発明は、そのような光音響画像化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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による光音響画像化方法は、
被検体を光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、
この光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とするものである。
【００１１】
なお上記の「光の走査と併行して」とは、光音響投影画像を生成するタイミングと光走査のタイミングとが少なくとも一部期間において重なっていることを意味するものであり、そのようにすれば、光の走査といわゆるリアルタイムの感覚で光音響投影画像が生成、表示されるようになる。
【００１２】
なお本発明の光音響画像化方法においては、前記光音響信号の絶対値を前記光の照射深さ方向について積分し、この積分された光音響信号の値に基づいて前記光音響投影画像を生成することが望ましい。
【００１３】
そしてその場合は、上記積分を行う照射深さ方向を、任意に設定可能としておくことが望ましい。
【００１４】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、
この光音響断層画像を、前記光音響投影画像と共に前記表示手段に表示することが望ましい。
【００１５】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像を生成し、
この反射音響波投影画像と前記光音響投影画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することが望ましい。
【００１６】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像と前記光音響断層画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することが望ましい。
【００１７】
また本発明の光音響画像化方法においては、
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を表示手段に表示することが望ましい。
【００１８】
また本発明の光音響画像化方法は、前記光音響断層画像として、生物の血管を示す画像を生成することが望ましい。
【００１９】
一方、本発明による光音響画像化装置は、
被検体を光により走査する光走査手段と、
前記光の走査により被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得る音響波検出手段と、
前記音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する手段とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、
前記光音響投影画像を表示する表示手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００２０】
なお、本発明の光音響画像化装置においては、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像も生成可能に構成され、
この光音響断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２１】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像も生成可能に構成され、
この反射音響波投影画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２２】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２３】
さらに本発明の光音響画像化装置においては、
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響断層画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられていることが望ましい。
【００２４】
また本発明の光音響画像化装置においては、
前記光を被検体に向けて発する光照射部および前記音響波検出手段の検出素子をそれぞれ複数、共通の一方向に並べて保持する保持部と、
この保持部を前記一方向と交わる方向に移動させる移動手段とを備えて前記光走査手段が構成されていることが望ましい。
【００２５】
光走査手段はその他に、光を被検体に向けて発する光照射部を複数、二次元マトリクス状に配置して構成されてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による光音響画像化方法は、ボリュームデータを作成する前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、この光音響投影画像を表示手段に表示するようにしたので、音響波検出信号に基づいて一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像を生成、表示可能となる。
【００２７】
また、本発明の光音響画像化方法において特に、前記ボリュームデータを作成する前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、この光音響断層画像を前記光音響投影画像と共に表示手段に表示する場合は、光音響投影画像に加えて光音響投影画像もより高速に生成、表示可能となる。
【００２８】
また本発明の光音響画像化方法において特に、光音響断層画像を反射音響波断層画像と重畳表示したり、あるいは光音響投影画像を反射音響波投影画像と重畳表示する場合は、生体組織を示す反射音響波画像を参考にして、光音響画像に示された血管等の位置を正確に認識することが可能になる。
【００２９】
また本発明の光音響画像化方法において特に、光音響信号の絶対値を光の照射深さ方向について積分し、この積分された光音響信号の値に基づいて光音響投影画像を生成するようにし、その上で積分を行う光照射深さ方向を任意に設定可能としておけば、投影画像が形成される深さ方向の範囲を任意に変えることが可能になる。そこで、この場合の光音響投影画像を参照すれば、深さ方向に亘って存在し得る例えば血管等の組織が、所定深さよりも浅い位置に存在するのか、あるいは深い位置に存在するのかを正確に把握することが可能になる。
【００３０】
また本発明による光音響画像化装置は、ボリュームデータが作成される前に光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいて、走査する光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、光音響投影画像を表示する表示手段とを有するものであるので、上述した本発明の光音響画像化方法を実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の方法を実施す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の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図３】上記光音響画像化方法における処理の流れを示すフローチャート
【図４】図１の装置に用いられる走査機構を示す斜視図
【図５】上記光音響画像化方法において表示される画像を示す概略図
【図６】光音響投影画像の生成を説明する図
【図７】本発明の第２実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図８】図７の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図９】本発明の第３実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第４実施形態の方法を実施する光音響画像化装置の概略構成を示すブロック図
【図１１】図１０の構成の一部を詳しく示すブロック図
【図１２】図９の装置において表示される画像を示す概略図
【図１３】図１０の装置において表示される画像を示す概略図
【図１４】本発明の第５実施形態の方法において用いられる二次元プローブを示す斜視図
【図１５】本発明の第５実施形態の方法を実施す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】
【００３２】
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実施形態の方法を実施する光音響画像化装置１０の基本構成を示すブロック図である。この光音響画像化装置１０は、超音波探触子（プローブ）１１、超音波ユニット１２、およびレーザ光源（レーザユニット）１３を備えている。なおこの光音響画像化装置１０は、超音波画像と光音響画像との双方を生成可能に形成されている。レーザユニット１３は、被検体に照射すべきレーザ光を出射する。レーザ光の波長は、観察対象物に応じて適宜設定すればよい。レーザユニット１３から出射したレーザ光は、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から被検体に照射される。
【００３３】
プローブ１１はさらに、被検体に対して音響波の一つである超音波の出力（送信）を行うと共に、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、被検体内の観察対象物がレーザユニット１３からのレーザ光を吸収することで生じた超音波（音響波）を、上記複数の超音波振動子によって検出する。そしてこのプローブ１１においては、上記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照射される。
【００３４】
なお被検体の光音響画像あるいは超音波画像を取得する際、プローブ１１は上記超音波振動子および導光手段の端部が延びる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いが、例えば図４に示す走査機構を用いれば、より精密な二次元走査が実現される。この図４に示す走査機構は、プローブ１１に連結された螺合部８０と、保持板８１と、この保持板８１に回転自在に保持されて螺合部８０に螺合したボールねじ８２と、保持板８１に固定されて螺合部８０の貫通孔に通されたガイドロッド８３と、上記ボールねじ８２を正逆回転させるモータ８４とから構成されたものである。この走査機構において、モータ８４が駆動されると、回転するボールねじ８２に螺合している螺合部８０が螺進退し、プローブ１１が図中のＷ方向に移動して上記の通りの二次元走査がなされる。
【００３５】
図１に戻って、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、光音響画像再構成手段２５、この光音響画像再構成手段２５の出力を受ける投影画像生成部６０、超音波画像再構成手段２６、この超音波画像再構成手段２６並びに上記光音響画像再構成手段２５の出力を受ける断層画像生成部７０、この断層画像生成部７０並びに上記投影画像生成部６０の出力を受ける画像合成手段２７を有している。さらに超音波ユニット１２は、トリガ制御回路２８、送信制御回路３０、および制御手段３１を有している。制御手段３１は、超音波ユニット１２内の各部を制御する。
【００３６】
プローブ１１は、前記音響波を検出して音響波検出信号を出力し、また前記反射超音波を検出して超音波検出信号を出力する。受信回路２１は、それらの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デジタル信号に変換する。ＡＤ変換手段２２は、例えば外部から入力されるＡＤクロック信号に同期して、所定のサンプリング周期で上記各信号をサンプリングする。
【００３７】
トリガ制御回路２８は、レーザユニット１３に対して光出射を指示する光トリガ信号を出力する。レーザユニット１３は、ＹＡＧやチタン−サファイアなどのＱスイッチパルスレーザの励起光源であるフラッシュランプ３２と、レーザ発振を制御するＱスイッチ３３とを含む。レーザユニット１３は、トリガ制御回路２８が光トリガ信号を出力すると、フラッシュランプ３２を点灯させてＱスイッチパルスレーザを励起する。トリガ制御回路２８は、例えばフラッシュランプ３２がＱスイッチパルスレーザを十分に励起させると、Ｑスイッチトリガ信号を出力する。Ｑスイッチ３３は、Ｑスイッチトリガ信号を受けるとオンし、Ｑスイッチパルスレーザからレーザ光を出射させる。フラッシュランプ３２の点灯からＱスイッチパルスレーザが十分な励起状態となるまでに要する時間は、Ｑスイッチパルスレーザの特性などから見積もることができる。
【００３８】
なお、上述のようにトリガ制御回路２８からＱスイッチを制御するのに代えて、レーザユニット１３内において、Ｑスイッチパルスレーザを十分に励起させた後にＱスイッチ３３をオンにしてもよい。その場合は、Ｑスイッチ３３をオンにしたことを示す信号を超音波ユニット１２側に通知してもよい。
【００３９】
またトリガ制御回路２８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、上記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。トリガ制御回路２８は、先に光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。つまりトリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力に後続して、超音波トリガ信号を出力する。光トリガ信号が出力されることで被検体に対するレーザ光の照射、および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。
【００４０】
トリガ制御回路２８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、前記光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実際にレーザ光が照射され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、例えばトリガ制御回路２８がＱスイッチ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にて検出された超音波（光音響信号）のサンプリングを開始する。
【００４１】
トリガ制御回路２８は、光トリガ信号の出力後、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は超音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、トリガ制御回路２８は、ＡＤ変換手段２２が超音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、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、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。
【００４２】
ＡＤ変換手段２２は、サンプリングした音響波検出信号および超音波検出信号を、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、ある時点までは音響波検出信号のデータであり、ある時点からは超音波検出信号のデータとなる。データ分離手段２４は、受信メモリ２３に格納された音響波検出信号と超音波検出信号とを分離する。データ分離手段２４は、分離した音響波検出信号を光音響画像再構成手段２５に入力し、超音波検出信号を超音波画像再構成手段２６に入力する。
【００４３】
光音響画像再構成手段２５および超音波画像再構成手段２６は、被検体の３次元領域を示すボリュームデータも作成可能なものであるが、本実施形態の方法では、そのボリュームデータの作成に先行して、後述する投影画像および断層画像が生成される。以下、その点の機能について説明する。
【００４４】
光音響画像再構成手段２５は、例えばプローブ１１の６４個の超音波振動子の各出力信号から得られた上記データを、超音波振動子の位置に応じた遅延時間で加算し、１ライン分のデータを生成する（遅延加算法）。なお、この光音響画像再構成手段２５は、遅延加算法に代えて、ＣＢＰ法（Circular Back Projection）により再構成を行うものでもよい。あるいは光音響画像再構成手段２５は、ハフ変換法又はフーリエ変換法を用いて再構成を行うものでもよい。超音波画像再構成手段２６も、超音波検出信号に基づいて作成された上記データから、断層画像である超音波画像の１ライン毎のデータを生成する。
【００４５】
図２は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される投影画像生成部６０および、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データ並びに超音波画像再構成手段２６が生成した再構成画像データが入力される断層画像生成部７０の構成を詳しく示すものである。
【００４６】
この図２に示されるように投影画像生成部６０は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される絶対値化手段６１と、それに順次接続された深度方向データ積分手段６２、対数変換手段６３および投影画像構築手段６４を有しており、前記レーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する。なお、この光音響投影画像の生成については、後に詳しく説明する。
【００４７】
また図２に示されるように断層画像生成部７０は、光音響画像再構成手段２５が生成した再構成画像データが入力される検波手段７１と、それに順次接続された対数変換手段７２、光音響断層画像構築手段７３を有するとともに、超音波画像再構成手段２６が生成した再構成画像データが入力される検波手段７５と、それに順次接続された対数変換手段７６、超音波断層画像構築手段７７を有している。そして光音響断層画像構築手段７３および超音波断層画像構築手段７７は、超音波／光音響画像合成手段７４に接続されている。
【００４８】
上記検波手段７１は光音響画像再構成手段２５が出力する各ラインのデータの包絡線を生成し、対数変換手段７２はその包絡線を対数変換してダイナミックレンジを広げる。そして光音響断層画像構築手段７３は、対数変換が施された各ラインのデータに基づいて、光音響断層画像を生成する。より詳しくは、この光音響断層画像構築手段７３は、例えば音響波検出信号（ピーク部分）の時間軸方向の位置を、断層画像における深さ方向の位置に変換して光音響断層画像を生成する。
【００４９】
検波手段７５、対数変換手段７６および超音波断層画像構築手段７７も、基本的に上記と検波手段７１、対数変換手段７２および光音響断層画像構築手段７３とそれぞれ同様に機能して、超音波断層画像を生成する。以上述べた超音波断層画像および光音響断層画像の生成並びに、光音響投影画像の生成は、前記レーザ光の走査と併行してなされる。
【００５０】
超音波／光音響画像合成手段７４は、以上の通りにして生成された光音響断層画像を示すデータと超音波断層画像を示すデータを受けて、それら両画像を、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する。このようにして合成された合成断層画像と、投影画像生成部６０が生成した光音響投影画像とは、次に図１の画像合成手段２７によって、互いに別の位置に表示されるように合成され、最終的にそれらの画像が画像表示手段１４に表示される。
【００５１】
以上説明した処理の流れをまとめると、図３に示す通りとなる。すなわち、先ず光トリガ信号が出力され（Ａ１）、それによりレーザの励起が開始され（Ａ２）、パルスレーザ光が出射される（Ａ３）。次にサンプリングトリガ信号が出力され（Ａ４）、音響波検出信号のサンプリングが開始され（Ａ５）、音響波検出信号が受信メモリに格納される（Ａ６）。次いで超音波トリガ信号が出力され（Ａ７）、それにより超音波が送信され（Ａ８）、反射超音波が受信されて超音波検出信号がサンプリングされ（Ａ９）、超音波検出信号が受信メモリに格納される（Ａ１０）。次に音響波検出信号と超音波検出信号が分離され（Ａ１１）、光音響投影画像および断層画像（光音響断層画像と超音波断層画像との重畳画像）が生成され（Ａ１２）、次に光音響投影画像および断層画像が別個に表示されるように合成され（Ａ１３）、それらの画像が画像表示手段１４に表示される（Ａ１４）。
【００５２】
図５は、上述のようにして画像表示手段１４に表示される画像の一例を概略的に示すものである。図中の右側に示すように、光音響投影画像においては、例えば血管分布が画像化して示される。ここに、レーザ光の走査を水平な矢印で示すが、この走査が進むにつれて走査範囲の投影画像が逐次表示される。そしてここに破線の水平線で示す一つの断面に関する光音響断層画像が、図中左側に示すように、血管位置を断面方向から見た状態を示すものとして表示される。本実施形態においては特に、この光音響断層画像と、被検体の組織を示す超音波断層画像（図中粗いハッチングを付して示す部分）とが位置合わせした上で重畳表示されるので、組織内の血管位置を明確に確認可能となる。
【００５３】
ここで、前述した光音響投影画像の生成について、図２および図６を参照して説明する。図６の左側に示すように、断層画像内でレーザ光照射深さ方向に延びる１本のラインＬについて考えると、光吸収して体積膨張、収縮する部分（例えば血管）に関する光音響信号（これは超音波信号の場合も同様）がプラス、マイナスに変化する。そこで図２の絶対値化手段６１によりこの信号の絶対値を取った上で、それを深度方向データ積分手段６２により光照射深さ方向について積分すると、その積分値は上記ラインＬに沿った部分の光吸収の積算値に対応するものとなる。したがってこの積分値を、光走査する全域について求めて、図２に示す投影画像構築手段６４によりその積分値に基づいて画像化を行えば、光吸収が有る部分を示す投影画像を得ることができる。なお、図２に示す対数変換手段６３は基本的に同図に示す対数変換手段７２と同じものである。
【００５４】
以上述べたように本実施形態では、ボリュームデータを作成する前にレーザ光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいてレーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像並びに、レーザ光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、それらの画像を画像表示手段１４に表示するようにしているので、一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像並びに光音響断層画像を生成、表示可能となる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態による光音響画像化方法について説明する。図７および８は、この第２実施形態の方法を実施する光音響画像化装置１１０を示すものであり、図７はその基本構成を示し、図８はこの光音響画像化装置１１０の投影画像生成部６０および断層画像生成部１７０を詳しく示すものである。なお図７および８において、図１および２中の要素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ない限り省略する（以下、同様）。
【００５６】
本実施形態の方法は、超音波画像は生成しないものである。そこでこの光音響画像化装置１１０は図１に示した光音響画像化装置１０と対比すると、データ分離手段２４および超音波画像再構成手段２６が省かれ、また断層画像生成部７０に代えて図８に詳細を示す断層画像生成部１７０が適用されたものとなっている。なお投影画像生成部６０としては、図１の光音響画像化装置１０におけるのと同じものが用いられている。
【００５７】
ここで適用されている断層画像生成部１７０は基本的に、図２に示された検波手段７１、対数変換手段７２および光音響断層画像構築手段７３から構成されており、光音響断層画像のみを生成する。つまり、超音波断層画像は生成されないので、それと光音響断層画像とが重畳表示されることもない。断層画像生成部１７０により生成された光音響断層画像と、投影画像生成部６０により生成された光音響投影画像は、共に画像表示手段１４において表示される。
【００５８】
本実施形態でも、ボリュームデータを作成する前にレーザ光の走査と併行して、音響波検出信号に基づいてレーザ光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像並びに、レーザ光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、それらの画像を画像表示手段１４に表示するようにしているので、一旦ボリュームデータを作成し、そのボリュームデータに基づいて光音響画像を生成する場合と比べれば、より高速に光音響投影画像並びに光音響断層画像を生成、表示可能となる。
【００５９】
本発明の光音響画像化方法においては、以上述べた投影画像並びに断層画像の表示形態に限らず、その他の形態でそれら両画像を表示することも可能である。下の表１は、そのような表示形態の例を示すものである。なお「光音響＋超音波」は、両画像の重畳表示を意味する。
【表１】
【００６０】
先に説明した第１の実施形態は上記No.３の表示形態を採用したものであり、また第２の実施形態は上記No.１の表示形態を採用したものである。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態による光音響画像化方法について説明する。図９は、この第３実施形態の方法を実施する光音響画像化装置２１０の基本構成を示すものであり、本装置２１０は図１に示した第１実施形態の光音響画像化装置１０と比べると、画像合成手段２７に代えて表示画像生成手段２２７が設けられる一方、積分深さ設定手段２２０が追加された点で異なる。
【００６２】
積分深さ設定手段２２０は、先に説明したように投影画像生成部６０の深度方向データ積分手段６２（図２参照）が行う積分処理を、例えば被検体の表面からどの程度の深さまで行うかを設定するものであり、一例としてその深さを数値で入力するキーボードや、あるいは画像表示手段１４に表示される深さ位置を示すカーソルを移動させるマウス等から構成される。この積分深さ設定手段２２０が設定する積分深さの情報は、制御手段３１に入力される。制御手段３１は、上記深度方向データ積分手段６２が行う積分処理において、入力された上記情報が示す深さの位置までデータを積分するように、この積分処理を制御する。
【００６３】
表示画像生成手段２２７は、上述のように積分深さが設定された上で投影画像生成部６０が生成した光音響投影画像と、断層画像生成部７０が生成した超音波断層画像とを、例えばプローブ１１の走査と併行していわゆるリアルタイムで画像表示手段１４に表示させる。なお先に述べた通り、この「併行して」とは、光音響投影画像を表示するタイミングと光走査のタイミングとが少なくとも一部期間において重なっていることを意味する。
【００６４】
以上のようにして表示される超音波断層画像と光音響投影画像の一例を、図１２に示す。なおここでは、同図左側に示す超音波断層画像において、上に述べたようなカーソルＣＳが表示される例を示している。
【００６５】
この例では、もし上記積分深さ設定を行わない、つまり積分深さを限定しないとすると、同図右側に示す光音響投影画像において領域ＲＧには、その図中上方から血管分布が延びて示されることになる。それに対して上記の積分深さ設定を行うと、この設定深さよりも深い所に存在する血管は、図示のように非表示になる。したがって、この設定深さを、例えば手術においてメスで切ることができる最大深さとすれば、光音響投影画像に表示されている血管は全てメスで切る可能性が有ると認識するこができる。そうであれば、手術において、ここに表示されている血管だけを避けていれば、血管をメスで切ってしまうことを確実に防止可能となる。
【００６６】
それに対して積分深さを限定しない場合は、メスで切ることが無い深い所に存在する血管も全て光音響投影画像に表示されるので、避ける必要の無い箇所までメスを入れるべきではないと認識されてしまうことがある。さらには、メスで血管を切ってしまったと思っても実際には血管が深い所に有って切れていなかった、ということも当然起こり得るので、光音響投影画像に表示されている血管の画像を、メスを入ることを避けるべき領域として把握してよいかどうかあやふやになるという問題も生じる。積分深さを上記の通りに設定すれば、このような問題を招くことを防止できる。
【００６７】
次に、本発明の第４実施形態による光音響画像化方法について説明する。図１０は、この第４実施形態の方法を実施する光音響画像化装置３１０の基本構成を示すものであり、本装置３１０は図９に示した第３実施形態の光音響画像化装置２１０と比べると、投影画像生成部６０に代えて、図１１に詳細構成を示す投影画像生成部３６０が設けられたで異なる。
【００６８】
図１１に示す投影画像生成部３６０は、図２に示す投影画像生成部６０と比べると、投影画像構築手段６４の前段に配置された浅部データ選別手段３００と、この浅部データ選別手段３００から入力を受ける浅部投影画像構築手段３０１とが設けられると共に、投影画像構築手段６４並びに浅部投影画像構築手段３０１から入力を受ける全投影画像／浅部投影画像合成手段３０２が設けられた点で相違している。
【００６９】
この投影画像生成部３６０においては、深度方向データ積分手段６２が行う積分処理は、積分深さを設定しないで、つまり積分深さを限定しないでなされる。したがって投影画像構築手段６４では、図１に示した第１実施形態の光音響画像化装置１０と同様に、積分深さを限定しない光音響投影画像（全投影画像）が構築される。
【００７０】
それと共に、対数変換手段６３が出力したデータは浅部データ選別手段３００に入力され、そこで、所定の深さまでのデータが選別、抽出される。こうして選別、抽出されたデータは、浅部投影画像構築手段３０１に送られる。なお、どの深さまでのデータを選別するかは、図１０の積分深さ設定手段２２０により設定される。そこで浅部投影画像構築手段３０１では、選別された浅部に関するデータのみを用いて光音響投影画像（浅部投影画像）が構築される。こうして構築される浅部投影画像は、結局、深度方向データ積分手段６２が行う積分処理を、積分深さを限定して行ない、その後に構築された投影画像と同様のものとなる。
【００７１】
以上のようにして投影画像構築手段６４が構築した全投影画像と、浅部投影画像構築手段３０１が構築した浅部投影画像は、全投影画像／浅部投影画像合成手段３０２において合成され、その合成された投影画像が図１０の画像表示手段１４において表示される。図１３は、以上のようにして合成、表示される光音響投影画像の一例を、超音波断層画像と共に示すものである。ここでは、図１２に示した表示例と同様の投影画像（浅部投影画像）が表示されると共に、図１２の例では何も表示されない領域ＲＧに、全投影画像ＶＧが表示されることになる。この全投影画像ＶＧは、その他の浅部投影画像に対して、濃度を低くしたり、あるいは表示色を変えたりすることにより、区別して表示される。そこで本実施形態では、画像表示手段１４における表示画像から、図１２に表示例を示した第３実施形態におけるのと同様に、所定の深さまでには何が存在するかを知ることができ、それに加えて、それよりも深い領域に何が存在するかを知ることも可能になる。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態による光音響画像化方法について説明する。図１４は、この第５実施形態の方法において用いられる二次元超音波探触子（プローブ）４１１を示すものであり、また図１５はこの方法を実施する光音響画像化装置４１０の基本構成を示すものである。本装置４１０は図９に示した第３実施形態の光音響画像化装置２１０と比べると、プローブ１１に代えて上記の二次元プローブ４１１が用いられ、それに伴ってプローブ走査機構１５が省かれた点で異なっている。
【００７３】
二次元プローブ４１１は図１４に示すように、例えば前述した光ファイバの出射端部などの光出射部４００が二次元マトリクス状に複数配置された構造を有する。なお、光照射により生じた音響波を検出する超音波振動子は図示を省略してあるが、それらは各出射端部と対にして配置したり、あるいは二次元マトリクス状に複数配置された光出射部４００を取り囲む状態に配置すればよい。この二次元プローブ４１１によれば、図中に２点鎖線で概略的に示すように、被検体に対して１断面毎にパルスレーザ光を照射することができる。そしてこのように光照射する位置を、その照射面と直交する方向に順次変えて行くことができる。
【００７４】
すなわちこの二次元プローブ４１１によれば、図４に例示したような走査機構を用いることなく、パルスレーザ光により被検体を走査することが可能になる。こうして被検体を走査して得られた１断面毎のデータに基づいて、既述の実施形態におけるのと同様に投影画像生成部６０において光音響投影画像が生成され、その投影画像が画像表示手段１４においてリアルタイムで表示される。
【００７５】
なお、上述のようにして被検体の１断面毎に光を照射する他、二次元マトリクス状に複数配置された光出射部４００の全部から同時に光を照射した上で、データの取得は１断面毎に行うようにしても構わない。
【００７６】
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化装置および方法は、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およ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】
【００７７】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０ 光音響画像化装置
１１ プローブ
１２ 超音波ユニット
１３ レーザユニット
１４ 画像表示手段
２１ 受信回路
２２ ＡＤ変換手段
２３ 受信メモリ
２４ データ分離手段
２５ 光音響画像再構成手段
２６ 超音波画像再構成手段
２７ 画像合成手段
２８ トリガ制御回路
２９ サンプリング制御回路
３０ 送信制御回路
３１ 制御手段
３２ フラッシュランプ
３３ Ｑスイッチ
６０、３６０ 投影画像生成部
７０、１７０ 断層画像生成部
８０ 螺合部
８１ 保持板
８２ ボールねじ
８３ ガイドロッド
８４ モータ
２２０ 積分深さ設定手段
２２７ 表示画像生成手段
３００ 浅部データ選別手段
３０１ 浅部投影画像構築手段
３０２ 全投影画像／浅部投影画像合成手段
４１１ 二次元プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、
この光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とする光音響画像化方法。
【請求項２】
前記光音響信号の絶対値を前記光の照射深さ方向について積分し、
この積分された光音響信号の値に基づいて前記光音響投影画像を生成することを特徴とする請求項１記載の光音響画像化方法。
【請求項３】
前記積分を行う照射深さ方向を、任意に設定可能とすることを特徴とする請求項１または２記載の光音響画像化方法。
【請求項４】
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、
この光音響断層画像を、前記光音響投影画像と共に前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項５】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像を生成し、
この反射音響波投影画像と前記光音響投影画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項６】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像と前記光音響断層画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することを特徴とする請求項４または５記載の光音響画像化方法。
【請求項７】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項８】
前記光音響断層画像として、生物の血管を示す画像を生成することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項９】
被検体を光により走査する光走査手段と、
前記光の走査により被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得る音響波検出手段と、
前記音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する手段とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、
前記光音響投影画像を表示する表示手段とが設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項１０】
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像も生成可能に構成され、
この光音響断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９記載の光音響画像化装置。
【請求項１１】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像も生成可能に構成され、
この反射音響波投影画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９または１０記載の光音響画像化装置。
【請求項１２】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９から１１いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１３】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響断層画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項１０または１１記載の光音響画像化装置。
【請求項１４】
前記光を被検体に向けて発する光照射部および前記音響波検出手段の検出素子をそれぞれ複数、共通の一方向に並べて保持する保持部と、
この保持部を前記一方向と交わる方向に移動させる移動手段とを備えて前記光走査手段が構成されていることを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１５】
前記光を被検体に向けて発する光照射部を複数、二次元マトリクス状に配置して前記光走査手段が構成されていることを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１】
被検体を光により走査し、それにより被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得、この音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する光音響画像化方法において、
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成し、
この光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とする光音響画像化方法。
【請求項２】
前記光音響信号の絶対値を前記光の照射深さ方向について積分し、
この積分された光音響信号の値に基づいて前記光音響投影画像を生成することを特徴とする請求項１記載の光音響画像化方法。
【請求項３】
前記積分を行う照射深さ方向を、任意に設定可能とすることを特徴とする請求項１または２記載の光音響画像化方法。
【請求項４】
前記ボリュームデータを作成する前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像を生成し、
この光音響断層画像を、前記光音響投影画像と共に前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項５】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像を生成し、
この反射音響波投影画像と前記光音響投影画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項６】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像と前記光音響断層画像とを、両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態にして重畳表示することを特徴とする請求項４または５記載の光音響画像化方法。
【請求項７】
前記光による走査と併行して前記被検体を音響波により走査し、
この走査に伴って被検体で反射した反射音響波を検出して反射音響波検出信号を得、
この反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像を生成し、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を表示手段に表示することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項８】
前記光音響断層画像として、生物の血管を示す画像を生成することを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光音響画像化方法。
【請求項９】
被検体を光により走査する光走査手段と、
前記光の走査により被検体から発せられた音響波を検出して音響波検出信号を得る音響波検出手段と、
前記音響波検出信号に基づいて前記被検体の３次元光音響画像を示すボリュームデータを作成する手段とを備えてなる光音響画像化装置において、
前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記照射深さ方向に投影された被検体の光音響投影画像を生成する画像構築手段と、
前記光音響投影画像を表示する表示手段とが設けられたことを特徴とする光音響画像化装置。
【請求項１０】
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記光の走査と併行して、前記音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の光音響断層画像も生成可能に構成され、
この光音響断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９記載の光音響画像化装置。
【請求項１１】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に投影された被検体の反射音響波投影画像も生成可能に構成され、
この反射音響波投影画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９または１０記載の光音響画像化装置。
【請求項１２】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響投影画像を、前記表示手段において両画像が別々に表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項９から１１いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１３】
前記被検体を音響波により走査する音響波走査手段と、
前記音響波の走査に伴って前記被検体で反射した音響波を検出して反射音響波検出信号を得る反射音響波検出手段とがさらに設けられ、
前記画像構築手段が、前記ボリュームデータが作成される前に前記音響波の走査と併行して、前記反射音響波検出信号に基づいて、前記光の照射深さ方向に延びる面内に関する被検体の反射音響波断層画像も生成可能に構成され、
この反射音響波断層画像および前記光音響断層画像を、前記表示手段において両画像における被検体の共通部位が互いに重なる状態で重畳表示されるように合成する画像合成手段が設けられたことを特徴とする請求項１０または１１記載の光音響画像化装置。
【請求項１４】
前記光を被検体に向けて発する光照射部および前記音響波検出手段の検出素子をそれぞれ複数、共通の一方向に並べて保持する保持部と、
この保持部を前記一方向と交わる方向に移動させる移動手段とを備えて前記光走査手段が構成されていることを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【請求項１５】
前記光を被検体に向けて発する光照射部を複数、二次元マトリクス状に配置して前記光走査手段が構成されていることを特徴とする請求項９から１３いずれか１項記載の光音響画像化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２１３６０９（Ｐ２０１２−２１３６０９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１１８９（Ｐ２０１２−５１１８９）
【出願日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]