JP2019187689A - Photoacoustic probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光音響プローブに関する。 The present invention relates to a photoacoustic probe.
近年、光を利用したイメージング技術として、光音響効果を利用して被検体の内部を画像化する光音響装置が研究・開発されている。光音響装置は、被検体に照射された光のエネルギーを吸収した光吸収体から光音響効果により発生する超音波(光音響波)に基づいて、吸収係数分布画像を形成する。そして、吸収係数分布画像から、被検体内の構造画像や機能画像を生成する装置である。 In recent years, as an imaging technique using light, a photoacoustic apparatus that images the inside of a subject using a photoacoustic effect has been researched and developed. The photoacoustic apparatus forms an absorption coefficient distribution image based on an ultrasonic wave (photoacoustic wave) generated by a photoacoustic effect from a light absorber that has absorbed the energy of light irradiated on the subject. And it is an apparatus which produces | generates the structure image and functional image in a subject from an absorption coefficient distribution image.
光音響装置においても超音波診断装置と同様に、ハンドヘルド型プローブの形状を成し、容易に観察部位にアクセスできる装置が研究・開発されている。
特許文献1には、超音波プローブと装置本体間の通信を、ケーブル通信と、操作性が向上する無線通信との間で切り替え可能な超音波診断装置が開示されている。
また、特許文献2には、データ圧縮回路を用いて送信帯域幅を低減する無線超音波プローブが開示されている。
In the photoacoustic apparatus, as in the case of the ultrasonic diagnostic apparatus, a device that has the shape of a handheld probe and can easily access the observation site has been researched and developed.
一般的に、光音響装置においては、観察部位に応じて好ましい光源が異なる。また、観察を行う通信環境に応じて好ましい通信インターフェースも異なる。そこで、複数の光源と複数の通信インターフェースを有し、それらを切り替え可能な光音響プローブが求められている。しかしながら、特許文献1および特許文献2は超音波診断装置を想定しており、光音響装置とした場合の光源の種類および、その光源の波長とプローブと装置本体間の通信速度による課題についての知見はなかった。
Generally, in a photoacoustic apparatus, a preferable light source varies depending on an observation site. Further, a preferable communication interface varies depending on a communication environment in which observation is performed. Therefore, a photoacoustic probe that has a plurality of light sources and a plurality of communication interfaces and is capable of switching them is desired. However,
本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、光音響装置本体と、複数の光源と複数の通信インターフェースを備える光音響プローブとの間で好適な通信を行う技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems. The objective of this invention is providing the technique which performs suitable communication between a photoacoustic apparatus main body and a photoacoustic probe provided with a some light source and a some communication interface.
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
複数の光源部からいずれかの光源部を選択する光源選択部と、
前記光源部から発せられた光が被検体に照射されることで発生する光音響波を受信して光音響信号を出力する受信部と、
前記光音響信号のデータ量の低減処理を行う低減処理部と、
第1の通信レートで通信が可能な第1の通信手段と、前記第1の通信レートよりも通信レートの高い第2の通信レートでの通信が可能な第2の通信手段を含み、光音響装置本体と通信を行って前記光音響信号を送信する通信部と、
前記第1の通信手段および前記第2の通信手段から通信手段を選択する通信手段選択部と、
を備え、
前記低減処理部は、前記光源選択部により選択された前記光源部と、前記通信手段選択部により選択された前記通信手段に応じて、前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする光音響プローブである。
The present invention employs the following configuration. That is,
A light source selection unit for selecting one of the light source units from a plurality of light source units;
A receiving unit that receives a photoacoustic wave generated by irradiating the subject with light emitted from the light source unit and outputs a photoacoustic signal;
A reduction processing unit for performing processing for reducing the data amount of the photoacoustic signal;
A first communication means capable of communication at a first communication rate and a second communication means capable of communication at a second communication rate higher than the first communication rate, A communication unit that communicates with the apparatus body and transmits the photoacoustic signal;
A communication means selector for selecting a communication means from the first communication means and the second communication means;
With
The reduction processing unit determines the content of the reduction processing according to the light source unit selected by the light source selection unit and the communication unit selected by the communication unit selection unit. It is a probe.
本発明によれば、光音響装置本体と、複数の光源と複数の通信インターフェースを備える光音響プローブとの間で好適な通信を行う技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which performs suitable communication between a photoacoustic apparatus main body and a photoacoustic probe provided with a some light source and a some communication interface can be provided.
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. Therefore, the scope of the present invention is not intended to be limited to the following description.
本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、被検体内部の特性情報を示す画像を生成し表示する表示方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をCPUやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。 The present invention relates to a technique for detecting acoustic waves propagating from a subject, generating characteristic information inside the subject, and acquiring the characteristic information. Therefore, the present invention can be understood as a subject information acquisition apparatus or a control method thereof, a subject information acquisition method, or a signal processing method. The present invention can also be understood as a display method for generating and displaying an image indicating characteristic information inside a subject. The present invention can also be understood as a program that causes an information processing apparatus including hardware resources such as a CPU and a memory to execute these methods, and a non-transitory storage medium that stores the program and is readable by a computer.
本発明の被検体情報取得装置には、被検体に光(電磁波)を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置を含む。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。 The subject information acquisition apparatus of the present invention receives an acoustic wave generated in a subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves), and acquires the subject's characteristic information as image data. Includes devices that use. In this case, the characteristic information is characteristic value information corresponding to each of a plurality of positions in the subject, which is generated using a reception signal obtained by receiving a photoacoustic wave.
本発明に係る光音響画像データは、光照射により発生した光音響波に由来するあらゆる画像データを含む概念である。例えば、光音響画像データは、光音響波の発生音圧(初期音圧)、吸収エネルギー密度、及び吸収係数、被検体を構成する物質の濃度(酸素飽和度など)などの少なくとも1つの被検体情報の空間分布を表す画像データである。なお、互いに異なる複数の波長の光照射により発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度などの、分光情報を示す光音響画像データが得られる。分光情報を示す光音響画像データは、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、分光情報を示す光音響画像データは、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。 The photoacoustic image data according to the present invention is a concept including all image data derived from photoacoustic waves generated by light irradiation. For example, the photoacoustic image data includes at least one subject such as a sound pressure generated by the photoacoustic wave (initial sound pressure), an absorption energy density, an absorption coefficient, and a concentration of a substance constituting the subject (such as oxygen saturation). It is image data representing the spatial distribution of information. Note that photoacoustic image data indicating spectral information such as the concentration of a substance constituting the subject is obtained based on photoacoustic waves generated by light irradiation with a plurality of different wavelengths. The photoacoustic image data indicating the spectral information may be oxygen saturation, a value obtained by weighting the oxygen saturation with an intensity such as an absorption coefficient, a total hemoglobin concentration, an oxyhemoglobin concentration, or a deoxyhemoglobin concentration. Further, the photoacoustic image data indicating the spectral information may be a glucose concentration, a collagen concentration, a melanin concentration, or a volume fraction of fat or water.
被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではな
く、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。
A two-dimensional or three-dimensional characteristic information distribution is obtained based on the characteristic information of each position in the subject. The distribution data can be generated as image data. The characteristic information may be obtained not as numerical data but as distribution information of each position in the subject. That is, distribution information such as initial sound pressure distribution, energy absorption density distribution, absorption coefficient distribution, and oxygen saturation distribution.
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。トランスデューサ等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。 The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. An electric signal converted from an acoustic wave by a transducer or the like is also called an acoustic signal. However, the description of ultrasonic waves or acoustic waves in this specification is not intended to limit the wavelength of those elastic waves. An acoustic wave generated by the photoacoustic effect is called a photoacoustic wave or an optical ultrasonic wave. An electrical signal derived from a photoacoustic wave is also called a photoacoustic signal. The distribution data is also called photoacoustic image data or reconstructed image data.
なお、以下の実施形態における被検体情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。よって、被検体としては生体の一部、具体的には人や動物の一部位(乳房、臓器、循環器、消化器、骨、筋肉、脂肪等)の検査対象が想定される。また、検査対象の物質としては、ヘモグロビン、グルコース、また、体内に存在する水、メラニン、コラーゲン、脂質などを含む。さらには、体内に投与されたICG(インドシアニン・グリーン)等の造影剤等、光の吸収スペクトルが特徴的な物質であればよい。また、ファントムなどの無生物を被検体としても良い。 In addition, the object information acquisition apparatus in the following embodiments is mainly intended for diagnosis of human or animal malignant tumors, vascular diseases, etc., follow-up of chemical treatment, and the like. Therefore, a subject to be examined is a part of a living body, specifically, an examination target of one part of a human or animal (such as breast, organ, circulatory organ, digestive organ, bone, muscle, and fat). The substance to be examined includes hemoglobin, glucose, and water, melanin, collagen, lipid, etc. present in the body. Furthermore, any substance having a characteristic light absorption spectrum, such as a contrast medium such as ICG (Indocyanine Green) administered into the body, may be used. An inanimate object such as a phantom may be used as the subject.
以下の実施形態では、被検体情報取得装置として、被検体にパルス光を照射し、被検体からの光音響波を受信し、被検体内の血管画像(構造画像)を生成する光音響装置を取り上げる。以下の実施形態ではまた、ハンドヘルド型の光音響プローブを有する光音響装置を取り上げているが、本発明は、ステージにプローブを設けて機械的にスキャンする光音響装置にも適用できる。 In the following embodiments, a photoacoustic apparatus that irradiates a subject with pulsed light, receives a photoacoustic wave from the subject, and generates a blood vessel image (structure image) in the subject as the subject information acquisition apparatus. take up. In the following embodiments, a photoacoustic apparatus having a handheld photoacoustic probe is taken up, but the present invention can also be applied to a photoacoustic apparatus that mechanically scans by providing a probe on a stage.
<光源と通信インターフェースに関する検討>
一般的に、光音響測定に必要となる光量は、観察部位の深度に応じて異なる。例えば観察部位が皮膚など表層から浅い深度の部位である場合、光量は比較的少なくても良い。このような場合、光源としては半導体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED)等の半導体発光素子を利用すると良い。また、通信インターフェースとしては、電源とともにプローブ内部に配置された無線通信インターフェースを用いると良い。これによりケーブルレス構成を実現し、プローブの操作性を向上させられる。
<Examination of light source and communication interface>
In general, the amount of light required for photoacoustic measurement varies depending on the depth of the observation site. For example, when the observation site is a site at a shallow depth from the surface layer such as skin, the amount of light may be relatively small. In such a case, a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) may be used as the light source. Moreover, as a communication interface, it is good to use the radio | wireless communication interface arrange | positioned inside a probe with a power supply. As a result, a cableless configuration can be realized and the operability of the probe can be improved.
ここで、半導体レーザや半導体発光素子のような光源は、固体レーザなどと比べて発光周期を短くできる。したがって、半導体発光素子を比較的短い発光間隔で発光させ、光音響プローブで光音響波を受信した場合、固体レーザ等と比べて光音響信号のデータ量が大きくなり、光音響装置本体との通信量も増大する。一方で、無線通信の通信速度は一般的に有線通信よりも遅い(通信レートが低い)。そのため、半導体発光素子を光源として得られた光音響信号すべてを装置本体に送ることが困難な場合がある。そのような場合、得られた光音響信号に対してデータ量低減処理を施したり、発生する光音響信号のデータ量自体を低減したりといった、通信量の低減処理が必要になる。 Here, a light source such as a semiconductor laser or a semiconductor light emitting element can shorten the light emission period as compared with a solid laser or the like. Therefore, when the semiconductor light emitting element emits light at a relatively short light emission interval and a photoacoustic wave is received by the photoacoustic probe, the amount of photoacoustic signal data is larger than that of a solid-state laser or the like, and communication with the photoacoustic apparatus body is performed. The amount also increases. On the other hand, the communication speed of wireless communication is generally slower than that of wired communication (communication rate is low). For this reason, it may be difficult to send all the photoacoustic signals obtained using the semiconductor light emitting element as the light source to the apparatus main body. In such a case, it is necessary to perform a communication amount reduction process such as performing a data amount reduction process on the obtained photoacoustic signal or reducing the data amount itself of the generated photoacoustic signal.
また、乳房や太腿など表層から深い深度の部位が対象の場合、光源としては光量が比較的多い固体レーザが望ましい。ここで、固体レーザは一般的に、半導体発光素子等と較べて発光間隔を長くする必要がある。これは、比較的光量が大きい固体レーザから皮膚への照射光量が、最大露光許容量(MPE:Maximum Permissible Exposure)を超えないようにするためである。その結果、固体レーザの発光周期は長くなり、時間当たりに発生する光音響信号は少なくなるため、半導体発光素子などと比較して通信量を少なくできる。従って固体レーザに由来する光音響信号を送信する場合、半導体発光素子に由来する光音響信号を送信する場合に比べて、送信データの低減率は少なくても良い。 In addition, when a region deep from the surface layer such as a breast or thigh is a target, a solid-state laser having a relatively large amount of light is desirable as a light source. Here, it is generally necessary for the solid laser to have a longer light emission interval than a semiconductor light emitting element or the like. This is to prevent the irradiation light amount from the solid laser having a relatively large light amount from exceeding the maximum permissible exposure (MPE: Maximum Permissible Exposure). As a result, the light emission period of the solid-state laser becomes longer and the photoacoustic signal generated per time is reduced, so that the communication amount can be reduced as compared with a semiconductor light emitting element or the like. Therefore, when transmitting a photoacoustic signal derived from a solid-state laser, the transmission data reduction rate may be smaller than when transmitting a photoacoustic signal derived from a semiconductor light emitting element.
また、光源が同じでも、通信インターフェースを無線通信から通信速度が速い(通信レートが高い)有線通信(例えば光通信)に変えた場合は、通信量の低減率を少なくすることができる。以上のように、光源の発光周期と通信インターフェースの組み合わせに応じて、通信量の低減率を最適化する必要がある。 Even when the light source is the same, when the communication interface is changed from wireless communication to wired communication (for example, optical communication) with a high communication speed (high communication rate), the reduction rate of the communication amount can be reduced. As described above, it is necessary to optimize the reduction rate of the communication amount according to the combination of the light emission period and the communication interface.
[実施例1]
<装置構成>
以下、図1のブロック図を用いて、本実施例に係る光音響装置の構成を説明する。光音響装置1は、光音響装置本体100と、光音響プローブ200を有する。本実施例では、被検体2は被検者の手の皮膚と乳房の2種類であり、手を測定する際には半導体レーザを、乳房を測定する際には固体レーザを用いるものとする。なお、第1の光源部3は、光音響装置1に含まれてもよいし、光音響装置1とは別に提供されてもよい。
[Example 1]
<Device configuration>
Hereinafter, the configuration of the photoacoustic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. The
(光音響装置本体)
光音響装置本体100は、本体側コンピュータ110、本体側インターフェース群、入力部180、表示部190を備える。本体側インターフェース群には、本体側無線インターフェース131、本体側LAN(Local Area Network)インターフェース132、本体側光インターフェース133が含まれ、本体側の通信部を構成する。本体側コンピュータは、演算部111,記憶部112,本体制御部113を含んで構成される。
(Photoacoustic device body)
The photoacoustic apparatus
(本体側コンピュータ)
本体側コンピュータ110は、プロセッサや処理回路、メモリなどで構成できる。コンピュータ内部の各ブロックは、物理的な実体を持った処理回路で構成されても良いし、プログラムモジュール等により機能的なブロックとして実現されても良い。
(Main computer)
The
本体制御部113は、光音響装置本体の各ブロックの制御を行う。本体制御部113は、入力部180を介してユーザーから設定された情報に基づいて装置の制御条件を決定して、通信インターフェースを介してプローブ側に送信する。入力される情報の種類および制御条件には様々な方式があり得る。例えば、本体側では被検体の種類と所望の画質だけを設定する方式でもよい。この場合、プローブ側コンピュータは、被検体の種類に応じて光源を選択し、指定された画質を実現するためのデータ送信能力を持つ通信手段を選択する。画質としては解像度だけでなく、動画像のフレームレートや色数などを指定しても良い。
The main
本体制御部113はまた、入力部180からの入力の受け付けや、表示部190への表示制御、各通信インターフェースの制御なども行う。
記憶部112は、通信インターフェースを介して受信した光音響信号を保存する。演算部111は、その光音響信号を利用して画像再構成を行う。光音響信号から再構成された画像データは、表示部にリアルタイム表示されてもよいし、記憶部に記憶されても良い。
The main
The memory |
(光照射から表示までの処理周期)
ここで、光音響プローブでの光照射の周期(照射間隔)、光音響プローブから光音響装置本体への光音響信号送信の周期(送信間隔)、画像再構成の周期、および、表示部への画像表示の周期の関係について述べる。
(Processing cycle from light irradiation to display)
Here, the period of light irradiation (irradiation interval) at the photoacoustic probe, the period of transmission of photoacoustic signals from the photoacoustic probe to the photoacoustic apparatus body (transmission interval), the period of image reconstruction, and the display unit The relationship between image display cycles will be described.
通信手段が十分なデータ送信能力を有する場合、照射間隔と送信間隔を一致させることができる。一方、単位時間あたりの通信手段のデータ送信能力が、同じ時間内に出力される光音響信号のデータ量よりも小さい場合、低減処理部がデータ量を低減する。
また、本体側コンピュータが十分な演算能力を有する場合、画像再構成の周期を光音響信号送信の周期と一致させることができる。一方、本体側コンピュータの演算能力が不十分である場合、リアルタイム画像表示をせずに記憶部に再構成された画像データを保存したり、再構成において後述する合成を行ったりするなどの対応が必要になる。
When the communication means has a sufficient data transmission capability, the irradiation interval and the transmission interval can be matched. On the other hand, when the data transmission capability of the communication means per unit time is smaller than the data amount of the photoacoustic signal output within the same time, the reduction processing unit reduces the data amount.
Further, when the computer on the main body side has sufficient computing capability, the period of image reconstruction can be made to coincide with the period of photoacoustic signal transmission. On the other hand, when the computing power of the computer on the main body side is insufficient, it is possible to store the reconstructed image data in the storage unit without displaying the real-time image, or to perform synthesis described later in the reconstruction. I need it.
さらに、表示部の表示フレームレートと画像再構成の周期が一致している場合、再構成された画像データをそのまま表示すれば良い。そうでない場合は、本体側コンピュータが、光音響画像データを表示部での表示フレームレートに変換する。
あるいは、画像再構成の際に合成処理を行い、再構成データの周期を表示フレームレートに合わせても良い。合成とは、単純な加算に限らず、重みづけ加算、加算平均、移動平均などを含む。
Furthermore, when the display frame rate of the display unit and the image reconstruction period match, the reconstructed image data may be displayed as it is. Otherwise, the main body computer converts the photoacoustic image data into a display frame rate on the display unit.
Alternatively, composition processing may be performed at the time of image reconstruction, and the period of the reconstruction data may be matched with the display frame rate. The composition is not limited to simple addition, but includes weighted addition, addition average, moving average, and the like.
なお、光照射、データ送信、画像再構成および画像表示における「周期」、「間隔」および「フレームレート」という文言は、必ずしも、繰り返す時間が完全に一定であることを意味しない。すなわち、一定でない時間間隔で繰り返す場合であっても、「周期」等の文言を用いる場合がある。例えば、ある周期の中に休止期間がある場合や、実用上問題のない範囲で時間間隔が変化する場合でも、これらの文言を用いる。 Note that the terms “period”, “interval”, and “frame rate” in light irradiation, data transmission, image reconstruction, and image display do not necessarily mean that the repetition time is completely constant. That is, even when repeating at non-constant time intervals, a term such as “period” may be used. For example, even when there is a rest period in a certain cycle, or when the time interval changes within a range where there is no practical problem, these words are used.
(本体側インターフェース群)
本体側インターフェース群に含まれるそれぞれのインターフェースは、対応するプローブ側のインターフェースから光音響信号を受信する。プローブ側と本体側の双方向の通信を可能にすることが好ましい。
(Main body side interface group)
Each interface included in the main body side interface group receives the photoacoustic signal from the corresponding probe side interface. It is preferable to enable bidirectional communication between the probe side and the main body side.
本体側無線インターフェース131は、プローブ側無線インターフェース231との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、Wi−Fi(Wireless Fidelity)等の無線LAN規格に準拠した無線インターフェースが好適である。
The main body
本体側LANインターフェース132は、プローブ側LANインターフェース232との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、LANケーブルを挿入するためのコネクタや、LAN経由で送受信される信号の変換回路などを含むLANインターフェースが好適である。また、工業用LANの規格に準拠するLANインターフェースを用いてもよい。本体側LANインターフェース132は、LANケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
The main body
本体側光インターフェース133は、プローブ側光インターフェース233との通信を確立し、光音響信号を受信する。例えば、光ファイバを挿入するためのコネクタや、光ケーブル経由で送受信される信号の変換回路などを含む光通信インターフェースが好適である。本体側光インターフェース133は、光ケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
The main body side
(入力部)
入力部180は、ユーザーからの指示入力を受け付ける。本体制御部は、ユーザーからの指示や光音響装置本体からの設定値を、無線インターフェースを介してプローブに送出する。設定値には、発光周期、繰り返し回数、光源の光量、A/D変換レート等、プローブ側の制御に必要なあらゆるデータを含めて良い。
(Input section)
The
(表示部)
表示部190は、本体制御部113の制御に従い再構成された光音響画像を表示する。必要に応じて、得られた光音響画像データに対して表示画像化処理や、GUIグラフィックの合成処理を行っても良い。表示部としては液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ
などを利用できる。表示部は、光音響装置本体に一体でもよく、別に提供されてもよい。医師や技師などのユーザーは、表示部上で光音響画像を確認する。表示部に表示される画像は、ユーザーやコンピュータからの保存指示に基づいて、コンピュータ内のメモリや、光音響装置と通信ネットワークで接続されたデータ管理システムなどに保存されても良い。
(Display section)
The
((光音響プローブ))
光音響プローブ200は、受信部210,信号処理部220、プローブ側インターフェース群、プローブ側コンピュータ250、電源部260、第1の光照射部に関する構成、第2の光照射部に関する構成を備える。プローブ側インターフェース群には、プローブ側無線インターフェース231,プローブ側LANインターフェース232、プローブ側光インターフェース233が含まれ、プローブ側の通信部を構成する。プローブ側コンピュータ250は、通信手段選択部251、光源選択部252,プローブ制御部253、低減処理部254を含んで構成される。第1の光照射部に関する構成として、第1の光源部インターフェース281,第1の光照射部282がある。第2の光照射部に関する構成として、第2の光源部ドライバ291,第2の光源部292、第2の光照射部293がある。
((Photoacoustic probe))
The
(受信部)
受信部210は、光を照射された被検体から発生する光音響波を受信して電気信号を出力するトランスデューサと、トランスデューサを支持する支持体とを含む。支持体に複数のトランスデューサを並べて配置しても良い。支持体は平面でも良いし、半球状でも良い。ただし、ハンドヘルド型の光音響プローブを用いる場合は、光音響プローブの取り回しやすさをそこなわないような構成とする。また、光音響顕微鏡のように、単一のトランスデューサを用いる構成でも良い。トランスデューサとして、圧電材料を用いたトランスデューサや静電容量型トランスデューサなどを使用できる。圧電材料として例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電セラミック材料や、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電膜材料がある。
(Receiver)
The receiving
受信部210と被検体の間の空間には、界面における音響インピーダンスを整合させるために、光音響波を伝搬させる媒質を配置すると良い。媒質として例えば、水、油、超音波ジェルなどがある。
光音響装置1は、被検体を保持して形状を安定させる保持部材を備えていても良い。保持部材としては光透過性と音響波透過性がともに高い材料(例えば、ポリメチルペンテンやポリエチレンテレフタレート、アクリルなど)が好ましい。
In the space between the receiving
The
(信号処理部)
信号処理部220は、受信部が取得した受信信号(時間分解信号)を処理する。受信信号の振幅は、各時刻にトランスデューサで受信される音圧に基づく値を表している。信号処理部220は、受信部210から出力されたアナログ電気信号を増幅するアンプと、アンプから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器とを含む。アンプはゲイン可変アンプであってもよい、信号処理部は、FPGAチップなどで構成されてもよい。受信部210が複数のトランスデューサを含む場合、信号処理部220も、各トランスデューサに対応する複数のアンプを備えると良い。
(Signal processing part)
The
(プローブ側コンピュータ)
プローブ側コンピュータ250は、プロセッサや処理回路、メモリなどで構成できる。コンピュータ内部の各ブロックは、物理的な実体を持った処理回路で構成されても良いし、プログラムモジュール等により機能的なブロックとして実現されても良い。
(Probe computer)
The probe-
通信手段選択部251は、光音響装置本体と光音響プローブ間の適切な通信手段を選択
する。通信手段はそれぞれ中心となる通信レートが異なる。例えば光通信、LAN通信、無線通信の3つを比べると、光通信は通信レートが最も高い(第1の通信レート)であり、LAN通信は中程度(第2の通信レート)であり、無線通信は最も低い(第3の通信レート)である。通信手段選択部251は、単位時間当たりに送信すべき情報量や、周囲の通信環境に応じて通信レートを決定し、その通信レートを実現可能な通信手段を選択する。通信環境として例えば、周辺の電子機器からのノイズや電波干渉、屋外使用時の天候、プローブや装置本体の部品の劣化状態、プローブと装置の距離などがある。周囲の通信環境は、例えば、予めメモリの保存されたテストデータを対応するインターフェース同士で送受信して、遅延量、データ再現率、誤り比率などを算出することで求められる。
The communication means
光源選択部252は、適切な光源を選択する。本実施例では乳房測定時には第1の光源部(固体レーザ)を、皮膚測定時には第2の光源部(半導体レーザ)を選択する。
The light
プローブ制御部253は、第1の光源部3および第1の光照射部282を用いた発光タイミングや、第2の光源部292および第2の光照射部293を用いた発光タイミングを制御する。プローブ制御部253はまた、A/D変換の変換レートや変換タイミング等を制御し、第1および第2の光源部の発光ごとに光音響信号を取得する。プローブ制御部253はまた、プローブ側インターフェース群を介して光音響装置本体に光音響信号を送信する。プローブ制御部253はまた、メモリコントローラの機能も有し、第1および第2の光源部の発光ごとに取得したメモリ270に光音響信号を書き込む。なお、プローブがハンドヘルド型でなく、XYステージ等の走査機構を用いた機械走査式の場合、プローブ制御部253は所定の経路に従ってプローブを移動させる。
The
低減処理部254は、光音響信号のデータ量の低減処理を行う。低減処理部254は、光源および通信手段の種類に応じて低減処理の内容を決定する。
The
(電源部)
電源部260は、光音響プローブのハウジング(筐体)の内部に実装され、プローブ内の各ブロックに電力を供給する。光源を発光させる際の大きな電力を供給するために、エネルギー密度の高いニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池を用いるとよい。特に、充電可能な電池を用いると好ましい。ただし、光音響プローブと、光音響装置本体または電源装置との間を不図示の電源ケーブルで接続しても良い。この場合、プローブ操作の自由度は低下するものの、電力不足による測定中止を回避できる。また、電源ケーブルと電池を併用しても良い。
(Power supply part)
The
光音響プローブは、現在の通信品質や、選択中の通信手段と光源の組み合わせをユーザーに通知する通知手段(不図示)を備えてもよい。特に、通信品質が悪化している場合や、選択中の通信手段や通信レートを満たすようなデータ送信が不可能となる可能性がある場合に通知を行うと良い。通知には、音声スピーカーやLEDなど任意の手段を利用できる。 The photoacoustic probe may include notification means (not shown) for notifying the user of the current communication quality and the combination of the currently selected communication means and light source. In particular, the notification may be performed when the communication quality is deteriorated or when there is a possibility that data transmission that satisfies the selected communication means and communication rate may be impossible. For the notification, any means such as an audio speaker or LED can be used.
(プローブ側インターフェース群)
プローブ側インターフェース群に含まれるそれぞれのインターフェースは、対応する本体側のインターフェースに光音響信号を送信する。なお、プローブ側と本体側の双方向の通信を可能にすることが好ましい。これにより、光音響装置本体からの設定データ等をプローブ側コンピュータに入力できる。なお、以下の実施例では、平均化、圧縮、間引きなど各種のデータ量低減処理を経たデータが、プローブ側インターフェース群から送信されている。しかし、可能であれば信号処理部から出力されたRAWデータを送信しても構わない。その場合、データ量が等倍の低減処理が施されたとも言える。
(Probe side interface group)
Each interface included in the probe side interface group transmits a photoacoustic signal to a corresponding main body side interface. In addition, it is preferable to enable bidirectional communication between the probe side and the main body side. Thereby, setting data and the like from the photoacoustic apparatus main body can be input to the probe-side computer. In the following embodiments, data that has undergone various data amount reduction processes such as averaging, compression, and thinning is transmitted from the probe-side interface group. However, if possible, the RAW data output from the signal processing unit may be transmitted. In that case, it can be said that the reduction processing of the same amount of data was performed.
プローブ側無線インターフェース231は、本体側無線インターフェース131との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、Wi−Fi等の無線LAN規格に準拠した無線インターフェースが好適である。
The probe-
プローブ側LANインターフェース232は、本体側LANインターフェース132との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、LANケーブルを挿入するためのコネクタや、LAN経由で送受信される信号の変換回路などを含むLANインターフェースが好適である。また、工業用LANの規格に準拠するLANインターフェースを用いてもよい。プローブ側LANインターフェース232は、LANケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
The probe-
プローブ側光インターフェース233は、本体側光インターフェース133との通信を確立し、光音響信号を送信する。例えば、光ファイバを挿入するためのコネクタや、光ケーブル経由で送受信される信号の変換回路などを含む光通信インターフェースが好適である。プローブ側光インターフェース233は、光ケーブルが挿入されていない等の理由で通信が不可能であれば、その旨を通知する。
The probe side
(光源部・光照射部に関する構成)
第1の光源部3は、固体レーザ装置である。例えば、Nd:YAGレーザ、アレキサンドライトレーザ、Nd:YAGレーザを励起源としたチタンサファイアレーザ、OPO(Optical Parametric Oscillators)レーザなどを利用できる。また、特性情報として酸素飽和度などの物質濃度を取得するために、波長可変レーザを用いるとよい。第1の光源部と光音響プローブの間は、光ファイバ、ミラー、プリズム、レンズなどの光学部材で接続されている。また、照射光は、典型的にはパルス幅が10ns〜1μsのパルス光である。
(Configuration of light source and light irradiation unit)
The first light source unit 3 is a solid-state laser device. For example, a Nd: YAG laser, an alexandrite laser, a titanium sapphire laser using an Nd: YAG laser as an excitation source, an OPO (Optical Parametric Oscillators) laser, or the like can be used. In addition, a wavelength tunable laser may be used to acquire a substance concentration such as oxygen saturation as characteristic information. The first light source unit and the photoacoustic probe are connected by an optical member such as an optical fiber, a mirror, a prism, or a lens. The irradiation light is typically pulsed light having a pulse width of 10 ns to 1 μs.
第1の光源部インターフェース281は、コンピュータからの指令に従って第1の光源部に制御信号を送信し、第1の光源部から光学部材を介して光を受信して第1の光照射部282に出力する。第1の光照射部282は出射端であり、レーザ光を所望の形状に加工して被検体に照射する。上述したように、固体レーザは出力が大きいため、被検体深部まで光を到達させてS/N比の高い画像を得られる反面、パルス光のパルス同士の照射間隔を比較的長くする必要がある(典型的には数十Hz程度)。第1の光照射部からの発光間隔を第1の照射間隔と呼ぶ。
The first light
光音響プローブの筐体内に配置される第2の光源部292は、半導体レーザである。なお、発光ダイオードを用いても構わない。半導体レーザに関しても、複数の波長の光を照射できる構成が好ましい。第2の光源部ドライバ291は、プローブ制御部254からの指令にしたがって第2の光源部292に制御信号を送信し、第2の光照射部293から被検体にレーザ光を照射させる。第2の光照射部293は、所望の形状で光を被検体に照射するための出射端である。半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子は、光量が比較的小さいため、光の照射間隔(発光間隔)を比較的短くできる(典型的には数百MHz)。なお、光量不足を補償してS/N比を向上させるために、加算平均処理を行っても良い。この加算平均処理はデータ量低減処理を兼ねても良い。第2の光照射部からの発光間隔を第2の照射間隔と呼ぶ。第2の照射間隔は、第1の照射間隔よりも短い。
The 2nd
なお、第1の光照射部は、第2の光照射部を兼ねていてもよい。また、第1の光源部インターフェースは、第2の光源部ドライバを兼ねていてもよい。第1の光源部インターフェース281は、第1の光源部がプローブに接続されているかどうかを検出する。光源選択部は、第1の光源部がプローブに接続されている場合、光音響装置本体側からの測定指示を表す制御信号に基づき、第1の光源部と第2の光源部のどちらを用いるか選択する。
もし第1の光源部が未接続であれば、そのことを光音響装置本体に通知するか、通知部を介してユーザーに通知する。
In addition, the 1st light irradiation part may serve as the 2nd light irradiation part. The first light source unit interface may also serve as the second light source unit driver. The first light
If the first light source unit is not connected, this is notified to the photoacoustic apparatus main body or to the user via the notification unit.
(被検体)
被検体2は光音響装置を構成するものではないが、以下に説明する。光音響装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的として使用できる。よって、被検体2としては、生体、具体的には人体や動物の乳房や各臓器、血管網、頭部、頸部、腹部、手指および足指を含む四肢などの診断の対象部位が想定される。例えば、人体が測定対象であれば、オキシヘモグロビンあるいはデオキシヘモグロビンやそれらを含む多く含む血管あるいは腫瘍の近傍に形成される新生血管などを光吸収体の対象としてもよい。また、頸動脈壁のプラークなどを光吸収体の対象としてもよい。また、メチレンブルー(MB)、インドシニアングリーン(ICG)などの色素、金微粒子、またはそれらを集積あるいは化学的に修飾した外部から導入した物質を光吸収体としてもよい。また、穿刺針や穿刺針に付された光吸収体を観察対象としてもよい。被検体は、ファントムや試験対象物などの無生物であっても良い。上述したように、ここでは乳房と手の皮膚を被検体とする。
(Subject)
The
<光音響プローブの構成例>
図2(a)は、光音響プローブの構成の一例を示す模式断面図であり、特に、光照射と光音響波受信に関する主な構成要素を記載している。光音響プローブ200の筐体201の内部には概略、受信部210、第1の光源部インターフェース281、第1の光照射部282、第2の光源部292、第2の光照射部293が配置されている。なお、簡略化のためそのたの構成要素、例えば第2の光源部ドライバやプローブ側コンピュータなどは省略している。ユーザーは、筐体を把持することにより、光音響プローブをハンドヘルド型光音響プローブとして利用できる。
<Configuration example of photoacoustic probe>
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the photoacoustic probe, and particularly describes main components related to light irradiation and photoacoustic wave reception. In the inside of the
図2(b)は、筐体201の先端側(被検体に接する側)の受信面における、光出射端および受信部210の配置の一例である。受信面において、受信部210は二次元アレイ構造である。受信部の周囲には、半導体レーザからなる第2の光源部292からの光を分岐させて被検体に導く第2の光照射部の、複数の出射端が配置されている。さらに第2の光照射部の周囲には、光源部からの光を分岐させて被検体に導く第1の光照射部の、複数の出射端が配置されている。この構成によれば、広範囲に光を照射できる。また、出射端ごとに照射光の波長を変えてもよい。なお、共通の光照射部に書く光源からの光を導く構成でも良い。
FIG. 2B is an example of the arrangement of the light emitting end and the receiving
<コンピュータの構成例>
図3(a)は、本体側コンピュータの具体的な構成例を示す。図3(a)には、コンピュータおよびそれに関連する主な構成要素のみを示す。本体側コンピュータ110は、CPU1101、GPU1102、RAM1103、ROM1104を含む。本体側コンピュータには、表示部190として機能する液晶ディスプレイ1901、ならびに、入力部180として機能するマウス1801およびキーボード1802が接続されている。本体側コンピュータにはさらに、本体側無線インターフェース131として機能する無線LANインターフェース1311、本体側LANインターフェース132として機能する有線LANインターフェース1321、本体側光インターフェース133として機能する光通信インターフェース1331、が接続されている。また、複数の情報処理装置を連携させて本体側コンピュータを実現してもよい。また、クラウドコンピューティングサービスなどで提供される遠隔地に設置された情報処理装置を用いても構わない。
<Computer configuration example>
FIG. 3A shows a specific configuration example of the main body computer. FIG. 3 (a) shows only the computer and main components related thereto. The
図3(b)は、プローブ側コンピュータの具体的な構成例を示す。プローブ側コンピュータ250は、CPU2501、RAM2502、ROM2503を含む。プローブ側コ
ンピュータには、プローブ側無線インターフェース231として機能する無線LANインターフェース2311、プローブ側LANインターフェース232として機能する有線LANインターフェース2321、プローブ側光インターフェース233として機能する光通信インターフェース2331、が接続されている。
FIG. 3B shows a specific configuration example of the probe-side computer. The
<全体的な処理の流れ>
図4を参照しながら、全体的な処理フローを説明する。ステップS101において、光音響装置本体は、入力部を介してユーザーから光音響測定の指示入力を受け付ける。ここでは被検体の種類(乳房または皮膚)と、所望の画質が指定されるものとする。本体側コンピュータは、入力された情報を、通信が確立済みの任意の通信インターフェースを用いて光音響プローブに送信する。なお、プローブ側にユーザーからの指示を受け付ける機能を持たせても良い。
<Overall processing flow>
The overall process flow will be described with reference to FIG. In step S101, the photoacoustic apparatus main body receives a photoacoustic measurement instruction input from the user via the input unit. Here, it is assumed that the type of subject (breast or skin) and the desired image quality are specified. The main body computer transmits the input information to the photoacoustic probe using any communication interface for which communication has been established. Note that the probe may have a function of accepting an instruction from the user.
プローブに指示が受信されたのち、ステップS102において、通信手段選択部は、通信品質や、各通信手段の接続状態を確認する。また光源選択部は、各光源の接続状態を確認する。もし通信が確立していない通信手段や利用できない光源部があれば、その情報をメモリに記憶する。 After the instruction is received by the probe, in step S102, the communication means selection unit confirms the communication quality and the connection state of each communication means. The light source selection unit checks the connection state of each light source. If there is a communication means for which communication has not been established or a light source unit that cannot be used, the information is stored in the memory.
ステップS103において、プローブ側コンピュータが光源と通信手段を選択する。また、低減処理部が低減処理の有無や内容を決定する。この処理については後に詳述する。
ステップS104において、選択された光源部が光を被検体に照射する。
ステップS105において、受信部が被検体から発生した光音響波を受信して光音響信号を出力する。続いて信号処理部が増幅処理やデジタル変換処理を行う。
In step S103, the probe-side computer selects a light source and communication means. In addition, the reduction processing unit determines the presence / absence and contents of reduction processing. This process will be described in detail later.
In step S104, the selected light source unit irradiates the subject with light.
In step S105, the receiving unit receives a photoacoustic wave generated from the subject and outputs a photoacoustic signal. Subsequently, the signal processing unit performs amplification processing and digital conversion processing.
ステップS106において、S103の結果に基づいてプローブ側コンピュータがデータ量低減処理の必要かどうかを判定する。必要であればステップS107に進み、低減処理部が処理を実行する。
ステップS108において、S103で選択された通信手段に対応するプローブ側の通信インターフェースが、本体側に光音響信号を送信する。
ステップS109において、本体側コンピュータの演算部が、受信した光音響信号を再構成して特性情報を示す光音響画像を生成する。そして、表示部が、所定のフレームレートで被検体内部の光音響画像を表示する。
In step S106, the probe-side computer determines whether data amount reduction processing is necessary based on the result of S103. If necessary, the process proceeds to step S107, and the reduction processing unit executes the process.
In step S108, the probe-side communication interface corresponding to the communication means selected in S103 transmits a photoacoustic signal to the main body side.
In step S109, the calculation unit of the main body computer reconstructs the received photoacoustic signal to generate a photoacoustic image indicating the characteristic information. Then, the display unit displays the photoacoustic image inside the subject at a predetermined frame rate.
上記フローにおいて、S101〜S103は光音響測定開始前に実行される事前処理セットである。通信環境や装置の状況の変換に対応するために、かかる事前処理を定期的に実行しても良い。 In the above flow, S101 to S103 are pre-processing sets executed before the start of photoacoustic measurement. In order to cope with the conversion of the communication environment and the status of the apparatus, such pre-processing may be executed periodically.
また、S104〜S108は光音響測定に関する測定処理セット、S109は情報生成と提示に関する生成処理セットである。図4では、測定処理セットと生成処理セットを一連の処理として実行している。このような一連の処理は、1回または所定回数の光照射に対応する所定の単位時間内に行われる。さらに、このような一連の処理を連続的に行うことで、ハンドヘルド型光音響プローブを用いてリアルタイムに被検体内を観察できる。ただし、測定処理セットのみを先に行う場合でも、本発明による効果は得られる。 S104 to S108 are measurement processing sets related to photoacoustic measurement, and S109 is a generation processing set related to information generation and presentation. In FIG. 4, the measurement process set and the generation process set are executed as a series of processes. Such a series of processes is performed within a predetermined unit time corresponding to one or a predetermined number of times of light irradiation. Furthermore, by continuously performing such a series of processes, the inside of the subject can be observed in real time using a handheld photoacoustic probe. However, even when only the measurement processing set is performed first, the effect of the present invention can be obtained.
<選択・低減処理の流れ>
図5を参照しながら、S103における処理の内容を説明する。なお、これらの処理は一例に過ぎず、通信手段、光源および低減率を求められるのであれば処理の内容は限定されない。再構成処理は演算能力の高いハードウェアを必要とするため、通常は光音響装置本体側で行われる。したがって、光音響プローブは、光照射間隔によって規定される単位時間内に、光音響信号を光音響装置本体に送信する。このときプローブ側コンピュータは
、選択された光源と通信手段の組み合わせに応じて最適なデータ量低減処理を行う。低減処理としては平均化、圧縮、間引きなどがある。
<Flow of selection / reduction processing>
The contents of the process in S103 will be described with reference to FIG. Note that these processes are merely examples, and the contents of the processes are not limited as long as the communication means, the light source, and the reduction rate are obtained. Since the reconfiguration process requires hardware with high computing power, it is normally performed on the photoacoustic apparatus main body side. Therefore, the photoacoustic probe transmits a photoacoustic signal to the photoacoustic apparatus body within a unit time defined by the light irradiation interval. At this time, the probe-side computer performs an optimum data amount reduction process according to the selected combination of the light source and the communication means. Examples of the reduction process include averaging, compression, and thinning.
本フローでの光源と通信手段の組み合わせと、データ量低減率との関係について説明する。本フローの例では、光源として、照射の周波数が数百MHz程度の半導体発光素子(第2の光源部に相当)と、周波数が数十Hz程度の固体レーザ(第1の光源部に相当)とを用いる。説明を簡略化するために、通信手段は、LANと無線通信の2種類とする。この例では、無線通信は第1の通信手段に相当し、その通信レートは第1の通信レートに相当する。また、LANは第2の通信手段に相当し、その通信レートは第2の通信レートに相当する。第2の通信レートの単位時間当たりの通信量(通信レート)は、第1の通信レートより多い。なお、通信部がさらに光通信機能を有する場合、光通信を第3の通信手段と呼べる。光通信の第3の通信レートは、第2の通信レートよりもさらに通信量が多い。 The relationship between the combination of the light source and communication means and the data amount reduction rate in this flow will be described. In the example of this flow, as a light source, a semiconductor light emitting element (corresponding to the second light source unit) with an irradiation frequency of about several hundred MHz and a solid state laser (corresponding to the first light source unit) with a frequency of about several tens Hz. And are used. In order to simplify the description, there are two types of communication means: LAN and wireless communication. In this example, the wireless communication corresponds to the first communication means, and the communication rate corresponds to the first communication rate. The LAN corresponds to the second communication means, and the communication rate corresponds to the second communication rate. The communication amount (communication rate) per unit time of the second communication rate is larger than the first communication rate. When the communication unit further has an optical communication function, the optical communication can be called a third communication means. The third communication rate of optical communication has a larger communication volume than the second communication rate.
図5のステップS201において、光源選択部は、本体側から受信した指示内容に基づいて光源を選択する。ここでは被検体が乳房であれば固体レーザを選択し、被検体が皮膚であれば半導体発光素子を選択する。
ステップS202において、通信手段選択部は、図4のS102の結果を参照して、本体とプローブの間のLAN接続が確立されているかどうかを確認する。LAN接続されていなければ、ステップS203に進み、通信手段として無線通信が選択される。
In step S201 in FIG. 5, the light source selection unit selects a light source based on the instruction content received from the main body side. Here, if the subject is a breast, a solid-state laser is selected, and if the subject is skin, a semiconductor light emitting element is selected.
In step S202, the communication means selection unit confirms whether or not the LAN connection between the main body and the probe is established with reference to the result of S102 in FIG. If the LAN connection is not established, the process proceeds to step S203, and wireless communication is selected as the communication means.
ステップS204において、通信手段選択部は、本体側から受信した指示内容に基づいて、単位時間当たりの基本通信量を算出する。単位時間当たりの基本通信量は、S201で選択された光源による光照射周期と、1回の光照射によって発生する光音響波を信号処理部が処理して生成された光音響信号のデータ量と、に基づいて決定される。 In step S204, the communication means selection unit calculates a basic communication amount per unit time based on the instruction content received from the main body side. The basic communication amount per unit time is the light irradiation period by the light source selected in S201, and the data amount of the photoacoustic signal generated by processing the photoacoustic wave generated by one light irradiation by the signal processing unit. , Based on.
ステップS205において、通信手段選択部は、基本通信量を閾値Th1と比較する。ここで閾値Th1は、無線通信が単位時間当たりに送信可能な通信量の最大値とする。もし基本通信量が閾値Th1以下であれば、無線通信のデータ送信能力で十分であるため、S206に進んで無線通信を選択する。これにより、プローブ操作中に誤ってLANケーブルが外れたとしても、データ送信を途切れさせずに測定を続行できる。一方、基本通信量が閾値Th1より大きければ、S207に進んでLAN通信を選択する。 In step S205, the communication means selection unit compares the basic communication amount with a threshold value Th1. Here, the threshold value Th1 is the maximum value of the communication amount that can be transmitted by wireless communication per unit time. If the basic communication amount is equal to or less than the threshold value Th1, the data transmission capability of wireless communication is sufficient, and the process proceeds to S206 and wireless communication is selected. Thereby, even if the LAN cable is accidentally disconnected during the probe operation, the measurement can be continued without interrupting the data transmission. On the other hand, if the basic communication amount is larger than the threshold Th1, the process proceeds to S207 to select LAN communication.
ステップS203およびS207の後は、ステップS208に進み、低減処理部がデータ通信量の低減が必要かどうかを判断する。S203の後続処理の場合は、S205の場合と同様に、単位時間当たりの基本通信量と閾値Th1を比較する。一方、S207の後続処理の場合は、単位時間あたりの基本通信量を閾値Th2と比較する。ここで閾値Th2は、LAN通信が単位時間当たりに送信可能な通信量の最大値とする。各閾値は、メモリに保存しておいても良い。低減処理部は、生成された全ての光音響信号を選択された通信手段が送信しきれない場合にデータ低減が必要だと判断し、S209に進む。 After steps S203 and S207, the process proceeds to step S208, and the reduction processing unit determines whether it is necessary to reduce the amount of data communication. In the subsequent process of S203, the basic communication amount per unit time is compared with the threshold value Th1, as in the case of S205. On the other hand, in the subsequent process of S207, the basic communication amount per unit time is compared with the threshold Th2. Here, the threshold Th2 is the maximum value of the traffic that can be transmitted per unit time by LAN communication. Each threshold value may be stored in a memory. The reduction processing unit determines that data reduction is necessary when the selected communication means cannot transmit all the generated photoacoustic signals, and proceeds to S209.
S209において低減処理部は、閾値と基本通信量の比率に基づいて、なるべく多くの情報を送信できるように低減率を決定する。ただし、測定中に通信環境が悪化する可能性を考慮して、ある程度余裕のある低減率としてもよい。また、ユーザーの指示内容に応じて低減方法を決定する。例えばユーザーがフレームレートを優先している場合は、それぞれの光照射ごとにデータ量を圧縮する。一方、ユーザーが画質を優先している場合は、間引き処理や平均化処理を行う。 In S209, the reduction processing unit determines the reduction rate based on the ratio between the threshold and the basic traffic so that as much information as possible can be transmitted. However, considering the possibility that the communication environment will deteriorate during measurement, a reduction rate with some margin may be used. Further, the reduction method is determined according to the content of the user instruction. For example, when the user gives priority to the frame rate, the data amount is compressed for each light irradiation. On the other hand, when the user gives priority to image quality, thinning processing and averaging processing are performed.
上記フローでは通信手段が2種類の場合について説明したが、例えば光通信が追加された場合であっても同様である。すなわち、光源の種類、装置状態、指示内容等に基づいて通信手段を選択し、低減処理の有無や低減率を決定すれば良い。 Although the case where there are two types of communication means has been described in the above flow, for example, the same applies to the case where optical communication is added. That is, the communication means may be selected based on the type of light source, apparatus state, instruction content, and the like, and the presence / absence of reduction processing and the reduction rate may be determined.
<低減処理>
図7は、本実施例のデータ量低減方法の例を示すタイミング図である。
<Reduction processing>
FIG. 7 is a timing chart showing an example of the data amount reduction method of this embodiment.
図7(a)は、データ量を低減する必要がない場合のチャートであり、図5のS206の場合や、S208=Noの場合に当たる。選択された光源からの光を光照射部が照射する都度、受信部が受信した光音響波から、信号処理部が光音響信号を生成する。そして、選択された通信手段が光音響信号を送信する。 FIG. 7A is a chart when there is no need to reduce the amount of data, and corresponds to the case of S206 in FIG. 5 or the case of S208 = No. Each time the light irradiation unit emits light from the selected light source, the signal processing unit generates a photoacoustic signal from the photoacoustic wave received by the reception unit. And the selected communication means transmits a photoacoustic signal.
図7(b)は、送信データを間引きすることでデータ量を低減する場合を示す。すなわち、偶数回の照射(tb2,tb4,…)に由来する光音響信号は本体側に送信されない。図7(b)の場合の低減率は50%であり、間引きのタイミングを変えることで低減率を変化させられる。また、光音響装置本体と光音響プローブの間で、あらかじめ間引きのパターンを共有しておくことが好ましい。これにより、プローブ側で等間隔ではない間引き処理を行った場合でも、本体側で表示タイミングを調整して、スムーズなリアルタイム表示を実現できる。 FIG. 7B shows a case where the amount of data is reduced by thinning out transmission data. That is, the photoacoustic signal derived from the even number of irradiations (tb2, tb4,...) Is not transmitted to the main body side. The reduction rate in the case of FIG. 7B is 50%, and the reduction rate can be changed by changing the thinning timing. Moreover, it is preferable to share a thinning pattern in advance between the photoacoustic apparatus main body and the photoacoustic probe. Thereby, even when thinning processing that is not equally spaced is performed on the probe side, the display timing can be adjusted on the main body side to realize smooth real-time display.
図7(c)は、そもそも光照射の回数を間引くことにより、送信データの量を低減する場合を示す。すなわち、偶数回の光照射を行わないことにより、50%の低減率を実現している。この方法によってもデータ通信量を通信手段の能力の範囲に収めることができる。 FIG. 7C shows a case where the amount of transmission data is reduced by thinning out the number of times of light irradiation in the first place. That is, a reduction rate of 50% is realized by not performing even-numbered light irradiation. Also by this method, the amount of data communication can be kept within the capability range of the communication means.
(圧縮)
図7(d)は、送信データを圧縮する場合を示す。この方法においては、各光照射のデータ量が圧縮されるため、フレームレートを低下させずにデータ量を低減できる。圧縮を行う構成として、例えば、光音響プローブが信号処理部からの出力に対して加算処理を行う加算回路を備える構成を採用できる。加算回路は、複数の近接するトランスデューサ(素子)から出力された信号を加算したり、A/D変換器から所定のサンプリング間隔で出力されたデジタル信号を加算したりすることで、データ量を削減する。あるいは、単にトランスデューサを間引いても良い。トランスデューサの加算数や間引き率を変化させることにより、データ低減率を調整できる。
(compression)
FIG. 7D shows a case where transmission data is compressed. In this method, since the data amount of each light irradiation is compressed, the data amount can be reduced without lowering the frame rate. As a configuration for performing compression, for example, a configuration in which the photoacoustic probe includes an addition circuit that performs addition processing on the output from the signal processing unit can be employed. Adder circuit reduces the amount of data by adding signals output from multiple adjacent transducers (elements) or adding digital signals output from the A / D converter at a predetermined sampling interval To do. Alternatively, the transducer may simply be thinned out. The data reduction rate can be adjusted by changing the number of transducers added and the thinning rate.
また、各トランスデューサの出力である光音響信号は、時間軸方向で相関が高い。この関係を利用して、例えばDPCM(差分パルス符号変調)等を行うことによっても、圧縮処理を実行できる。また、発光周期ごとに送る同時刻のデータ間でDPCMを行い、データを圧縮しても良い。このとき、非可逆的な圧縮を行っても良い。また、撮像フレームレートの周期ごとに送る同時刻のデータ間でDPCMを行い、データを圧縮してもよい。このときも、非可逆的な圧縮を行っても良い。その他、任意の既知のデータ圧縮方法を利用できる。 Moreover, the photoacoustic signal that is the output of each transducer has a high correlation in the time axis direction. Using this relationship, the compression process can also be executed by performing, for example, DPCM (differential pulse code modulation). Further, DPCM may be performed between data of the same time sent for each light emission cycle to compress the data. At this time, irreversible compression may be performed. Further, DPCM may be performed between data at the same time sent for each cycle of the imaging frame rate to compress the data. Also at this time, irreversible compression may be performed. In addition, any known data compression method can be used.
(平均化)
図7(e)は、送信データを平均化する場合を示す。ここでは、3回の光照射(te1〜te3)により得られたデータを加算平均している。これにより、データ通信量を1/3に低減できる。加算データ数は、必要な低減率に応じて決定する。加算の対象としては、同じトランスデューサに由来する信号を用いるとよい。
(Averaging)
FIG. 7E shows a case where transmission data is averaged. Here, the data obtained by three times of light irradiation (te1 to te3) are averaged. Thereby, the amount of data communication can be reduced to 1/3. The number of added data is determined according to the required reduction rate. As an addition target, signals derived from the same transducer may be used.
以上述べたように、本実施例の処理を行うことで、ハンドヘルド型の光音響プローブと光音響装置本体が通信を行ってデータを送受信する場合に、通信手段と光源の種類を適切に決定し、必要に応じてデータ通信量を低減することが可能になる。 As described above, by performing the processing of the present embodiment, when the handheld photoacoustic probe and the photoacoustic apparatus main body communicate to transmit and receive data, the types of the communication means and the light source are appropriately determined. The amount of data communication can be reduced as necessary.
(変形例1)
上の説明では、基本通信量と閾値に基づいて通信手段を選択し、低減の有無および低減率を決定していた。しかし、より簡便に、装置固有の情報に基づいて低減処理の内容を決定してもよい。図6(a)は、図5のフローと同じ構成に対して本変形例を適用した時の低減処理の内容を示している。すなわち本変形例では、光源と通信手段の組み合わせ、言い換えると、光源の発光周期と通信手段の通信レートに応じて、機械的に低減率を決定する。例えば、発光間隔が短い半導体発光素子と、通信レートが遅い無線通信の組み合わせの場合、低減率を大きくする。具体的な低減率については、装置固有の構成に基づいて予め決定し、メモリに保存しておくとよい。
(Modification 1)
In the above description, the communication means is selected based on the basic communication amount and the threshold value, and the presence / absence of reduction and the reduction rate are determined. However, the content of the reduction process may be determined more simply based on information unique to the apparatus. FIG. 6A shows the content of the reduction process when the present modification is applied to the same configuration as the flow of FIG. That is, in this modification, the reduction rate is mechanically determined according to the combination of the light source and the communication unit, in other words, according to the light emission cycle of the light source and the communication rate of the communication unit. For example, in the case of a combination of a semiconductor light emitting element having a short light emission interval and wireless communication having a low communication rate, the reduction rate is increased. A specific reduction rate may be determined in advance based on the configuration unique to the apparatus and stored in the memory.
(変形例2)
図6(b)は、さらに通信レートの速い光通信が追加された場合の低減処理の内容を示している。高速な光通信を利用し、かつ発光間隔が長い固体レーザを利用する場合は、データ量を低減しない。この場合も、等倍の低減処理を行っていると考えても良い。また、発光間隔が短い半導体発光素子を用いる場合でも、低減処理を最小限にとどめられる。図6(b)の場合、「無線通信が第1の通信手段であり、LANが第2の通信手段である」と考えても良い。また、「無線通信が第1の通信手段であり、光通信が第2の通信手段である」と考えても良い。また、「LANが第1の通信手段であり、光通信が第2の通信手段である」と考えても良い。あるいは、「無線通信が第1の通信手段であり、LANが第2の通信手段であり、光通信が第3の通信手段である」と考えてもよい。
(Modification 2)
FIG. 6B shows the content of the reduction process when optical communication with a higher communication rate is added. When a high-speed optical communication is used and a solid-state laser having a long emission interval is used, the data amount is not reduced. In this case as well, it may be considered that the same reduction processing is performed. Further, even when a semiconductor light emitting element having a short light emission interval is used, the reduction process can be minimized. In the case of FIG. 6B, it may be considered that “wireless communication is the first communication means and LAN is the second communication means”. Further, it may be considered that “wireless communication is the first communication means and optical communication is the second communication means”. Further, it may be considered that “LAN is the first communication means and optical communication is the second communication means”. Alternatively, it may be considered that “wireless communication is the first communication means, LAN is the second communication means, and optical communication is the third communication means”.
このように、変形例1および2によれば、簡便にデータ送信時の処理を決定できる。なお、図6の低減処理の内容は一例であり、各光源の発光周期、各通信手段のデータ送信能力、ユーザーからの指示内容などのパラメータに応じて、低減方法や低減率を変更して構わない。また、各パラメータに対応する低減方法や低減率を、予めメモリ内に保存しておくことが好ましい。 As described above, according to the first and second modified examples, the processing at the time of data transmission can be easily determined. The content of the reduction process in FIG. 6 is an example, and the reduction method and the reduction rate may be changed according to parameters such as the light emission period of each light source, the data transmission capability of each communication means, and the content of instructions from the user. Absent. Further, it is preferable that the reduction method and the reduction rate corresponding to each parameter are stored in the memory in advance.
上記実施例では、光源として半導体発光素子と固体レーザを用いたが、発光周期が異なるものであれば光源の種類や組み合わせは問わず、本発明を適用できる。また上記実施例では、通信手段として光通信、LANおよび無線を用いたが、通信レートが異なるものであれば通信手段の種類や組み合わせは問わず、本発明を適用できる。以上のように、本発明によれば、光源の発光周期と通信インターフェースの組み合わせに応じて、光音響プローブから装置本体へ送る光音響の受信信号の量を最適化することができる。 In the above embodiment, the semiconductor light emitting element and the solid-state laser are used as the light source, but the present invention can be applied regardless of the type and combination of the light sources as long as the light emission periods are different. In the above embodiment, optical communication, LAN, and radio are used as communication means. However, the present invention can be applied to any communication means of any type and combination as long as the communication rates are different. As described above, according to the present invention, it is possible to optimize the amount of a photoacoustic reception signal sent from the photoacoustic probe to the apparatus main body according to the combination of the light emission period and the communication interface.
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
200:光音響プローブ、252:光源選択部、282:第1の光照射部、293:第2の光照射部、210:受信部、254:低減処理部、231:プローブ側無線インターフェース、232:プローブ側LANインターフェース、233:プローブ側光インターフェース 200: photoacoustic probe, 252: light source selection unit, 282: first light irradiation unit, 293: second light irradiation unit, 210: reception unit, 254: reduction processing unit, 231: probe-side wireless interface, 232: Probe side LAN interface, 233: Probe side optical interface
Claims (10)
前記光源部から発せられた光が被検体に照射されることで発生する光音響波を受信して光音響信号を出力する受信部と、
前記光音響信号のデータ量の低減処理を行う低減処理部と、
第1の通信レートで通信が可能な第1の通信手段と、前記第1の通信レートよりも通信レートの高い第2の通信レートでの通信が可能な第2の通信手段を含み、光音響装置本体と通信を行って前記光音響信号を送信する通信部と、
前記第1の通信手段および前記第2の通信手段から通信手段を選択する通信手段選択部と、
を備え、
前記低減処理部は、前記光源選択部により選択された前記光源部と、前記通信手段選択部により選択された前記通信手段に応じて、前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする光音響プローブ。 A light source selection unit for selecting one of the light source units from a plurality of light source units;
A receiving unit that receives a photoacoustic wave generated by irradiating the subject with light emitted from the light source unit and outputs a photoacoustic signal;
A reduction processing unit for performing processing for reducing the data amount of the photoacoustic signal;
A first communication means capable of communication at a first communication rate and a second communication means capable of communication at a second communication rate higher than the first communication rate, A communication unit that communicates with the apparatus body and transmits the photoacoustic signal;
A communication means selector for selecting a communication means from the first communication means and the second communication means;
With
The reduction processing unit determines the content of the reduction processing according to the light source unit selected by the light source selection unit and the communication unit selected by the communication unit selection unit. probe.
ことを特徴とする請求項1に記載の光音響プローブ。 The photoacoustic probe according to claim 1, wherein the reduction processing unit increases the reduction rate of the reduction processing as the communication rate of the communication unit is low.
前記低減処理部は、前記光の照射間隔が短いほど、前記低減処理の低減率を大きくすることを特徴とする請求項1または2に記載の光音響プローブ。 The light source unit includes a first light source unit that irradiates light at a first irradiation interval, and a second light source unit that irradiates light at a second irradiation interval shorter than the first irradiation interval,
The photoacoustic probe according to claim 1, wherein the reduction processing unit increases the reduction rate of the reduction processing as the light irradiation interval is shorter.
ことを特徴とする請求項3に記載の光音響プローブ。 The photoacoustic probe according to claim 3, wherein the first light source unit is a solid-state laser, and the second light source unit is a semiconductor light emitting element.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 The reduction processing unit is based on a communication amount per unit time of the first communication unit and a data amount of the photoacoustic signal generated in the unit time due to light irradiation from the selected light source unit. 5. The photoacoustic probe according to claim 1, wherein the content of the reduction process is determined.
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 The photoacoustic according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of the reduction processing includes at least one of averaging, compression, and thinning for the photoacoustic signal. probe.
前記低減処理部は、前記指示の内容に応じて前記低減処理の内容を決定する
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 The photoacoustic apparatus body includes an input unit for inputting an instruction from a user,
The photoacoustic probe according to claim 1, wherein the reduction processing unit determines the content of the reduction processing according to the content of the instruction.
ことを特徴とする請求項7に記載の光音響プローブ。 When the instruction gives priority to a frame rate, the reduction processing unit compresses the photoacoustic signal, and when the instruction gives priority to image quality, the reduction processing unit takes the photoacoustic signal. The photoacoustic probe according to claim 7, wherein averaging or thinning is performed on the optical signal.
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 9. The combination of the first communication unit and the second communication unit is any one of wireless communication and LAN, wireless communication and optical communication, and LAN and optical communication. The photoacoustic probe of any one of Claims.
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光音響プローブ。 9. The communication device according to claim 1, wherein the communication unit further includes third communication means capable of performing communication at a third communication rate that is higher than the second communication rate. The photoacoustic probe according to item.
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