CN102858251B - 超声波观测装置及超声波观测方法 - Google Patents

超声波观测装置及超声波观测方法 Download PDF

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Abstract

超声波观测装置算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是在具有第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。

Description

超声波观测装置及超声波观测方法
技术领域
本发明涉及一种使用超声波来观测检体的组织的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
背景技术
以往，作为使用超声波进行的乳腺癌等的检查技术，已知一种超声波弹性成像技术(例如参照专利文献1)。超声波弹性成像是利用生物体内的癌、肿瘤组织的硬度由于疾病的发展状况、生物体不同而不同的技术。在该技术中，在从外部挤压检查部位的状态下，使用超声波对该检查部位的生物体组织的应变量、弹性率进行测量，将该测量结果转换为断层图像来进行图像显示。
专利文献1：国际公开第2005/122906号
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述超声波弹性成像中，存在按压的压力不容易传递到血管、淋巴管等脉管的下部这种问题。因此，在脉管附近形成有肿瘤的情况下，肿瘤的边界变得不清楚，也难以鉴别肿瘤向脉管内的浸润。这样，在超声波弹性成像中，有时无法高精度地进行组织性状鉴别等检体的测量。
另外，在超声波弹性成像中，在检查者挤压检查部位时的压力、挤压速度上容易产生个体差异，因此还存在测量结果的可靠性低这种问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种能够高精度地观测检体并且能够提高观测结果的可靠性的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而达到目的，本发明所涉及超声波观测装置对检体发送超声波，并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的特征在于，具备：频率分析部，其通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱；特征量提取部，其对上述频率分析部算出的频谱进行近似，由此提取上述频谱的多个特征量；以及显示参数附加部，其算出上述检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是在具有上述第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对上述多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述新坐标轴是代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和成为最大值的坐标轴。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备：图像处理部，其生成特征量图像数据，该特征量图像数据具有根据上述显示参数附加部对上述检体的特征量附加的显示参数而决定的像素值；以及显示部，其能够显示与上述图像处理部生成的特征量图像数据对应的图像。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述显示参数是构成颜色空间的变量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述构成颜色空间的变量是原色系的特定成分、补色系的特定成分、色调、彩度、明度中的任一个。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述图像处理部还使用与上述显示参数相独立地决定图像的显示方式的第二显示参数来生成特征量图像数据，该第二显示参数与上述检体的特征量在与上述新坐标轴正交的第二新坐标轴上的坐标值相对应。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述第二显示参数是构成颜色空间的变量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述构成颜色空间的变量是原色系的特定成分、补色系的特定成分、色调、彩度、明度中的任一个。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，分别具有属于同一组的特征量的多个检体的组织性状相互相同。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部具有：近似部，其对上述频率分析部算出的频谱进行上述近似处理，由此提取进行上述衰减校正处理前的校正前特征量；以及衰减校正部，其对上述近似部提取出的校正前特征量进行上述衰减校正处理，由此提取上述频谱的特征量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部具有：衰减校正部，其对上述频谱进行上述衰减校正处理；以及近似部，其对上述衰减校正部校正后的频谱进行上述近似处理，由此提取上述频谱的特征量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部通过回归分析以多项式来对上述频谱进行近似。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述近似部以一次式对上述频谱进行近似并提取多个特征量，上述多个特征量包含上述一次式的斜率、上述一次式的截距以及强度中的至少两个，该强度是使用上述斜率、上述截距以及包含在上述频谱的频带内的特定的频率而决定的。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，超声波的接收深度越大，则上述衰减校正部的校正越大。
另外，在本发明所涉及的超声波观测装置的动作方法中，超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该动作方法的特征在于，具有以下步骤：频率分析步骤，由频率分析部通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱；特征量提取步骤，由特征量提取部对在上述频率分析步骤中算出的频谱进行近似来提取上述频谱的多个特征量；以及显示参数附加步骤，由显示参数附加部算出上述检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是在具有上述第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对上述多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。
另外，在本发明所涉及的超声波观测装置的动作程序中，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该动作程序的特征在于，使该超声波观测装置执行以下步骤：频率分析步骤，由频率分析部通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱；特征量提取步骤，由特征量提取部对在上述频率分析步骤中算出的频谱进行近似来提取上述频谱的多个特征量；以及显示参数附加步骤，由显示参数附加部算出上述检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是在具有上述第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对上述多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。
发明的效果
根据本发明，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，该第二坐标系的一个坐标轴是在具有第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴，因此能够严加区别组的不同。因而，能够高精度地观测检体，并且能够提高观测结果的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的特征量空间信息存储部所存储的特征量空间信息的概要的图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的显示部中的B模式图像的显示例的图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的频率分析部所进行的处理的概要的流程图。
图6是示意性地表示一个声线的数据排列的图。
图7是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的频率分析部所算出的频谱的例子(第一例)的图。
图8是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的频率分析部所算出的频谱的例子(第二例)的图。
图9是表示根据对与图7示出的直线有关的特征量进行衰减校正之后的特征量而决定的新的直线的图。
图10是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的显示参数附加部所进行的坐标值计算处理的概要的图。
图11是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的显示部所显示的特征量图像的显示例的图。
图12是以黑白方式示意性地表示图11示出的图像的图。
图13是说明本发明的实施方式1中的衰减校正的效果的图。
图14是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置根据特征量进行组织性状的判断时所显示的判断结果显示图像的显示例的图。
图15是以黑白方式示意性地表示图14示出的图像的图。
图16是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程图。
图17是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置所进行的衰减校正处理的概要的图。
图18是示意性地表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所进行的γ校正处理的概要的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波诊断装置的结构的框图。该图示出的超声波诊断装置1是使用超声波来观测检体的装置。
超声波观测装置1具备：超声波探头2，其向外部输出超声波脉冲，并且接收在外部反射的超声波回波；发送和接收部3，其与超声波探头2之间进行电信号的发送和接收；运算部4，其对变换超声波回波而得到的电回波信号实施规定的运算；图像处理部5，其生成与变换超声波回波而得到的电回波信号对应的图像数据；输入部6，其使用键盘、鼠标、触摸面板等接口来实现，接受各种信息的输入；显示部7，其使用由液晶或者有机EL等构成的显示面板来实现，显示包括由图像处理部5生成的图像的各种信息；存储部8，其存储与多个已知检体有关的信息，并且将多个已知检体分为多个组来存储；以及控制部9，其对超声波观测装置1进行动作控制。
超声波探头2具有信号变换部21，该信号变换部21将从发送和接收部3接收到的电脉冲信号变换为超声波脉冲(声脉冲信号)，并且将由外部的检体反射而得到的超声波回波变换为电回波信号。超声波探头2可以是以机械方式使超声波振子进行扫描的探头，也可以是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头。
发送和接收部3与超声波探头2电连接，将脉冲信号发送给超声波探头2，并且从超声波探头2接收作为接收信号的回波信号。具体地说，发送和接收部3根据预先设定的波形和发送定时来生成脉冲信号，将所生成的该脉冲信号发送给超声波探头2。
发送和接收部3与超声波探头2电连接，将脉冲信号发送给超声波探头2，并且从超声波探头2接收回波信号。具体地说，发送和接收部3根据预先设定的波形和发送定时来生成脉冲信号，将所生成的该脉冲信号发送给超声波探头2。另外，发送和接收部3在对接收到的回波信号实施放大、过滤等处理之后，通过进行A/D变换来生成数字RF信号而输出。此外，在超声波探头2是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头的情况下，发送和接收部3具有与多个超声波振子对应的束合成用的多通道电路。
运算部4具有：频率分析部41，其通过对由发送和接收部3输出的数字RF信号实施高速傅里叶变换(FFT)来对回波信号进行频率分析；特征量提取部42，其对由频率分析部41算出的频谱(功率谱)进行衰减校正处理以及近似处理，由此提取检体的特征量，其中，在该衰减校正处理中削减在超声波传播时产生的衰减的贡献，该衰减与该超声波的接收深度和频率相应；以及显示参数附加部43，其对检体的特征量附加图像显示时的显示参数。
频率分析部41针对各声线(行数据)，对由规定的数据量构成的FFT数据群进行高速傅里叶变换，由此算出频谱。频谱示出根据检体的组织性状不同而不同的趋势。这是由于，频谱与作为使超声波散射的散射体的检体的大小、密度、声阻抗等具有相关性。
特征量提取部42具有：近似部421，其对由频率分析部41算出的频谱进行近似处理，由此算出进行衰减校正处理前的校正前特征量；以及衰减校正部422，其对由近似部421进行近似而得到的校正前特征量进行衰减校正处理，由此提取特征量。
近似部421通过回归分析以一次式对频谱进行近似，由此提取使该近似的一次式具有特征的特征量。具体地说，近似部421通过回归分析来算出一次式的斜率a0和截距b0，并且算出频谱中的频带内的特定频率处的强度作为校正前特征量。在本实施方式1中，近似部421算出中心频率fMID＝(fLOW+fHIGH)/2处的强度(Mid-band fit)c0＝a0fMID+b0，但是这严格说来仅是一例。在此所指的“强度”是指电压、电力、声压、声能等参数中的任一个。
三个特征量中的斜率a0与超声波散射体的大小具有相关性，通常认为散射体越大则斜率具有越小的值。另外，截距b0与散射体的大小、声阻抗的差、散射体的密度(浓度)等具有相关性。具体地说，认为对于截距b0，散射体越大则具有越大的值，声阻抗越大则具有越大的值，散射体的密度(浓度)越大则具有越大的值。中心频率fMID处的强度(以下简单称为“强度”)c0是根据斜率a0和截距b0导出的间接的参数，提供有效频带内的中心处的频谱强度。因此，认为强度c0除了与散射体的大小、声阻抗的差、散射体的密度相关以外，还与B模式图像的明度具有某种程度的相关性。此外，由特征量提取部42算出的近似多项式并不限定于一次式，还能够使用二次以上的近似多项式。
说明由衰减校正部422进行的校正。超声波的衰减量A能够表示为如下。
A＝2αzf···(1)
在此，α是衰减率，z是超声波的接收深度，f是频率。根据式(1)可知，衰减量A与频率f成比例。对于衰减率α的具体的值，在生物体的情况下为0～1.0(dB/cm/MHz)，更优选为0.3～0.7(dB/cm/MHz)，根据作为观察对象的脏器的种类来决定。例如，在作为观察对象的脏器为胰腺的情况下，决定为α＝0.6(dB/cm/MHz)。此外，在本实施方式1中，还能够设为以下结构：能够根据来自输入部6的输入来变更衰减率α的值。
衰减校正部422如下那样对由近似部421提取出的校正前特征量(斜率a0、截距b0、强度c0)进行校正。
a＝a0+2αz···(2)
b＝b0···(3)
c＝c0+2αzfMID(＝afMID+b)···(4)
根据式(2)、(4)可知，衰减校正部422进行如下校正：超声波的接收深度z越大则校正量越大。另外，根据式(3)，与截距相关的校正是恒等变换。这是由于，截距是与频率0(Hz)对应的频率成分而没有被衰减。
显示参数附加部43在以由特征量提取部42提取出并由衰减校正部422校正后的特征量为坐标成分的特征量空间上，算出特征量在以满足规定条件的方式设定的第二坐标系中的坐标值来反映检体的组织性状，根据算出的坐标值来附加用于决定图像的显示方式的显示参数。在此所指的“组织性状”例如是指癌症、内分泌肿瘤、粘液性肿瘤、正常组织、脉管等中的任一个，在检体为胰腺的情况下，作为组织性状还包含慢性胰腺炎、自身免疫性胰腺炎等。后述的存储部8存储包含第二坐标系的特征量空间的信息。
图像处理部5具有：B模式图像数据生成部51，其根据回波信号来生成B模式图像数据；以及特征量图像数据生成部52，其生成特征量图像数据，该特征量图像数据具有由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据以及根据显示参数附加部43对检体的特征量附加的显示参数而决定的像素值。
B模式图像数据生成部51对数字信号进行带通滤波、对数变换、增益处理、对比度处理等使用公知技术的信号处理，并且进行数据的间隔剔除等，由此生成B模式图像数据，其中，与根据显示部7中的图像的显示范围而决定的数据步长相应地进行数据的间隔剔除。
特征量图像数据生成部52使用由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据、由特征量提取部42算出之后由衰减校正部422校正后的特征量以及由显示参数附加部43对特征量附加的显示参数，来生成特征量图像数据。
存储部8具有：已知检体信息存储部81，其存储包含已知检体的信息的已知检体信息；窗函数存储部82，其存储在频率分析部41进行频率分析处理时使用的窗函数；校正信息存储部83，其存储衰减校正部422进行处理时参照的校正信息；特征量空间信息存储部84，其存储与根据已知检体信息存储部81所存储的已知检体的特征量而设定的特征量空间有关信息；以及显示参数信息存储部85，其存储显示参数附加部43所算出的显示参数信息，该参数信息包含新坐标轴的坐标值与显示参数之间的关系。
已知检体信息存储部81将针对已知检体提取出的频谱的特征量与已知检体的组织性状相关联地进行存储。在此，已知检体的特征量是通过与本实施方式1相同的处理而提取出的特征量。但是，不需要通过超声波观测装置1来进行已知检体的特征量提取处理。另外，已知检体信息存储部81针对与已知检体相关联的频谱的特征量，将针对根据包含已知检体的组织性状的信息进行分类而得到的每个组算出的平均和标准偏差与已知检体的特征量的全部数据一起进行存储。在本实施方式1中，超声波接收信号的频谱的特征量的平均和标准偏差反应了检体中的核肿大、异形等细胞水平的变化、间质中的纤维增生、实质组织被纤维替换等组织变化，鉴于与组织性状相应地呈现特有的值，使用已知检体的频谱的特征量的平均和标准偏差来进行组织性状的分类。
窗函数存储部82存储Hamming、Hanning、Blackman等窗函数中的至少一个窗函数。校正信息存储部83存储与式(2)～(4)的变换有关的信息。
特征量空间信息存储部84存储与根据已知检体信息存储部81存储的已知检体信息而设定的特征量空间有关的信息，作为该信息，存储与第二坐标系有关的信息，该第二坐标系的一个坐标轴是在将分别代表根据特征量对多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、与代表点间的沿坐标轴邻接的距离之和相比、代表点间的沿自身延伸的方向邻接的距离之和大的新坐标轴。
图2是表示特征量空间信息存储部84所存储的特征量空间信息的概要的图。在图2示出的特征量空间内，横轴为截距b、纵轴为强度c(参照式(3)、(4))。另外，图2示出的区域Gμ、Gν、Gρ表示由已知检体信息存储部81存储的已知检体的组织性状分别为μ、ν、ρ的组。在图2示出的情况下，三个组Gμ、Gν、Gρ在特征量空间上存在于与其它组相互不交叉的区域内。这样，在本实施方式1中，以通过频率分析得到的频谱的特征量为指标来进行分组，因此能够严加区别相互不同的组。特别是，在本实施方式1中，对超声波的回波信号进行衰减校正，因此与不进行衰减校正的情况相比，还能够以更清楚地分离的状态得到特征量空间内的各组的区域。此外，在特征量空间内的b轴成分与c轴成分的刻度大不相同的情况下，期望适当地进行加权以使各距离的贡献大致均等。
在图2中，还记载了与第一坐标系(b、c)不同的第二坐标系(h、v)。该第二坐标系的坐标轴h是在投影点μ0、ν0、ρ0(以下将这些点称为“代表点”)时沿其投影方向邻接的代表点之间的距离之和最大的轴(新坐标轴)，其中，点μ0、ν0、ρ0以分别包含于组Gμ、Gν、Gρ的FFT数据群的频谱的截距b和强度c的各平均为特征量空间的坐标。即，h轴被决定为将代表点μ0、ν0、ρ0的h轴方向的成分设为μ0h、ν0h、ρ0h时沿|μ0-ν0|+|ν0-ρ0|最大的方向的轴。此外，还可以不设定与h轴正交的v轴(第二新坐标轴)。
显示参数信息存储部85将特征量空间信息存储部84存储的特征量空间中上述新坐标轴的坐标值和决定图像的显示方式的显示参数对应地存储。在本实施方式1中，例如将h轴上的坐标值与作为光的三个属性之一的色调对应地存储。另外，在本实施方式1中，针对v轴的坐标值，与光的三个属性中独立于色调而决定的明度对应地存储。此外，显示参数并不限定于上述参数。例如，可以将作为光的三个属性的剩余一个的彩度设为显示参数，也可以更一般地将构成颜色空间的变量(例如RGB表色系、补色系的变量)设为显示参数。另外，也可以将图案设为显示参数。在将图案设为显示参数的情况下，只要使图案按坐标值的每个带发生变化来进行设定即可。
通过预先存储了本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序、启动规定的OS的程序等的ROM以及存储各处理的运算参数、数据等的RAM等来实现存储部8。
具有上述功能结构的超声波观测装置1的超声波探头2以外的结构要素通过使用具备CPU的计算机来实现，该CPU具有运算和控制功能。超声波观测装置1所具备的CPU从存储部8读出存储部8存储、保存的信息以及包含上述超声波观测装置的动作程序的各种程序，由此执行与本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作方法相关联的运算处理。
此外，也能够将本实施方式1所涉及的超声波观测装置的动作程序记录到硬盘、快闪存储器、CD-ROM、DVD-ROM、软盘等计算机可读取的记录介质而广泛流通。
图3是表示具有以上结构的超声波观测装置1的处理的概要的流程图。在图3中，超声波观测装置1首先通过超声波探头2进行新检体的测量(步骤S1)。
之后，B模式图像数据生成部51使用从发送和接收部3输出的B模式图像用回波信号来生成B模式图像数据(步骤S2)。
接着，控制部9进行控制，使显示部7显示与由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据对应的B模式图像(步骤S3)。图4是表示显示部7中的B模式图像的显示例的图。该图示出的B模式图像100是使采用RGB表色系作为颜色空间的情况下的变量即R(红)、G(绿)、B(蓝)的值一致的灰度等级图像。
之后，频率分析部41通过FFT运算进行频率分析，由此算出频谱(步骤S4)。在此，参照图5示出的流程图来详细说明频率分析部41进行的处理(步骤S4)。首先，频率分析部41将最初成为分析对象的声线的声线编号L设为初始值L0(步骤S21)。例如可以对发送和接收部3最初接收到的声线附加初始值L0，也可以对与通过输入部6设定的关心区域的左右一侧的边界位置对应的声线附加初始值L0。
接着，频率分析部41算出设定于一个声线上的多个数据位置的全部位置的频谱。首先，频率分析部41设定代表用于进行FFT运算而获取的一系列数据群(FFT数据群)的数据位置Z(相当于接收深度)的初始值Z0(步骤S22)。图6是示意性地表示一个声线的数据排列的图。在该图示出的声线LD中，白色或者黑色的长方形意味着一个数据。以与发送和接收部3进行的A/D变换中的采样频率(例如50MHz)对应的时间间隔使声线LD离散化。在图6中，示出将声线LD的第一个数据设定为数据位置Z的初始值Z0的情况。此外，图6严格说来仅是一例，能够任意地设定初始值Z0的位置。例如，也可以将与关心区域的上端位置对应的数据位置Z设定为初始值Z0。
之后，频率分析部41获取数据位置Z的FFT数据群(步骤S23)，使由窗函数存储部82存储的窗函数作用于获取到的FFT数据群(步骤S24)。这样使窗函数作用于FFT数据群，由此避免FFT数据群在边界处不连续，从而能够防止产生伪像。
接着，频率分析部41判断数据位置Z的FFT数据群是否为正常的数据群(步骤S25)。在此，FFT数据群需要具有2的乘方个数据数。以下，将FFT数据群的数据数设为2n(n为正整数)。FFT数据群为正常是指数据位置Z在FFT数据群中位于从前方起第2n-1的位置。换言之，FFT数据群正常是指在数据位置Z的前方存在2n-1-1(设为＝N)个数据而在数据位置Z的后方存在2n-1(设为＝M)个数据。在图6示出的情况下，FFT数据群F2、F3、FK-1正常，另一方面FFT数据群F1、FK异常。其中，在图6中，设为n＝4(N＝7、M＝8)。
在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z的FFT数据群正常的情况下(步骤S25：“是”)，频率分析部41转移到后述的步骤S27。
在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z的FFT数据群不正常的情况下(步骤S25：“否”)，频率分析部41对不足部分插入零数据，由此来生成正常的FFT数据群(步骤S26)。在追加零数据之前使窗函数作用于在步骤S25中判断为不正常的FFT数据群。因此，即使对FFT数据群插入零数据，也不产生数据的不连续。在步骤S26之后，频率分析部41转移到后述的步骤S27。
在步骤S27中，频率分析部41使用FFT数据群来进行FFT运算，由此得到频谱(步骤S27)。图7和图8是表示由频率分析部41算出的频谱例的图。在图7和图8中，横轴f是频率，纵轴I为强度。在图7和图8分别示出的频谱曲线C1和C2中，频谱的下限频率fLOW和上限频率fHIGH是根据超声波探头2的频带、由发送和接收部3发送的脉冲信号的频带等来决定的参数，例如是fLOW＝3MHz、fHIGH＝10MHz。此外，通过后述的特征量提取处理来说明图7示出的直线L1和图8示出的直线L2。另外，在本实施方式1中，曲线和直线由离散的点的集合构成。这一点在后述的实施方式中也相同。
接着，频率分析部41对数据位置Z加上规定的数据步长D而算出下一个分析对象的FFT数据群的数据位置Z(步骤S28)。期望此处的数据步长D与由B模式图像数据生成部51生成B模式图像数据时利用的数据步长一致，但是在想要削减频率分析部41中的运算量的情况下，也可以设定比B模式图像数据生成部51所利用的数据步长大的值。在图6中，示出D＝15的情况。
之后，频率分析部41判断数据位置Z是否大于最终数据位置Zmax(步骤S29)。在此，最终数据位置Zmax可以是声线LD的数据长度，也可以是与关心区域的下端对应的数据位置。在判断的结果是数据位置Z大于最终数据位置Zmax的情况下(步骤S29：“是”)，频率分析部41使声线编号L增加1(步骤S30)。另一方面，在数据位置Z为最终数据位置Zmax以下的情况下(步骤S29：“否”)，频率分析部41返回到步骤S23。这样，频率分析部41针对一个声线LD，对[{(Zmax-Z0)/D}+1](＝K)个FFT数据群进行FFT运算。在此，[X]表示不超过X的最大整数。
在通过步骤S30增加之后的声线编号L大于最终声线编号Lmax的情况下(步骤S31：“是”)，频率分析部41返回到图3示出的主例程。另一方面，在通过步骤S30增加之后的声线编号L为最终声线编号Lmax以下的情况下(步骤S31：“否”)，频率分析部41返回到步骤S22。
这样，频率分析部41对(Lmax-L0+1)个声线各自进行K次的FFT运算。此外，例如可以对由发送和接收部3接收到的最终的声线附加最终声线编号Lmax，也可以对与关心区域左右的任一个边界对应的声线附加最终声线编号Lmax。以下，将频率分析部41对全部声线进行的FFT运算的总数(Lmax-L0+1)×K设为P。
接在上述说明的步骤S4的频率分析处理之后，作为近似处理，近似部421对频率分析部41算出的P个频谱进行回归分析，由此提取校正前特征量(步骤S5)。具体地说，近似部421通过回归分析来算出对频带fLOW<f<fHIGH的频谱进行近似的一次式，由此作为校正前特征量而提取出使该一次式具有特征的斜率a0、截距b0、强度c0。图7示出的直线L1和图8示出的直线L2是在该步骤S5中对频谱曲线C1和C2分别进行回归分析而得到的回归直线。
之后，衰减校正部422对由近似部421提取出的校正前特征量进行衰减校正处理(步骤S6)。例如在数据的采样频率为50MHz的情况下，数据采样的时间间隔为20(nsec)。在此，当将声速设为1530(m/sec)时，数据采样距离间隔成为1530(m/sec)×20(nsec)/2＝0.0153(mm)。当将从声线LD的第一个数据起到处理对象的FFT数据群的数据位置为止的数据步长数设为k时，该数据位置Z成为0.0153k(mm)。衰减校正部422将这样求得的数据位置Z的值代入到上述式(2)～(4)的接收深度z，由此算出作为频谱的特征量的斜率a、截距b、强度c。图9是表示根据对与图7示出的直线L1相关联的特征量进行衰减校正之后的特征量而决定的直线的图。表示图9示出的直线L1’的式如下。
I＝af+b＝(a0+2αZ)f+b0···(5)
根据该式(5)也可知，与直线L1相比，直线L1’的斜率大且截距的值相同。
之后，显示参数附加部43根据由特征量提取部42提取且由衰减校正部422校正的特征量、由已知检体信息存储部81存储的已知检体信息以及由特征量空间信息存储部84存储的特征量空间信息，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值(步骤S7)。图10是表示该情况下的坐标值计算处理的概要的图。具体地说，图10示出在图2所示的特征量空间中表示对观测对象检体提取出的特征量的点(以下称为检体点)Sp在第二坐标系中的坐标值(hS、vS)的状况。
接着，显示参数附加部43附加与通过步骤S7算出的第二坐标系的坐标值相应的显示参数(步骤S8)。此时，显示参数附加部43参照由显示参数信息存储部85分别存储的信息来附加显示参数。
在上述说明的步骤S8之后，特征量图像数据生成部52使用由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据以及由显示参数附加部43针对每个像素附加的显示参数来生成特征量图像数据(步骤S9)。
接着，显示部7显示由特征量图像数据生成部52生成的特征量图像(步骤S10)。图11是表示由显示部7显示的特征量图像的显示例的图。图12是以黑白方式示意性地表示图11示出的图像的图。这些图示的特征量图像200与B模式图像100相比，图像彩色化，与组相应的颜色差异变得清晰。特征量图像200大致由绿色系区域200g和红色系区域200r构成，用黄色系的颜色显示两个区域的边界部(在图12中未图示)。如图11所示，各区域并非由单一颜色构成。例如，绿色系区域200g是由接近绿色的颜色构成的像素聚集的区域。同样地，红色系区域200r是由接近红色的颜色构成的像素聚集的区域。观察这种特征量图像200的观测者能够明确地识别组的差异即组织性状的差异。
图13是说明本实施方式1中的衰减校正的效果的图。图13示出的图像300是不进行衰减校正的情况下的特征量图像。该情况下的特征量图像是针对由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像将截距b均等地分配给R(红)、G(绿)、B(蓝)的灰度等级图像。对于特征量图像300，在接收深度大的区域(图的下方区域)由于衰减的影响而信号强度下降，图像变暗。与此相对，可知在使用相同B模式图像进行了衰减校正的特征量图像400中，得到画面整体明度均匀的图像。
根据上述说明的本发明的实施方式1，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，因此能够明确地严加区别组的差异，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，该第二坐标系的一个坐标轴是在具有第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。因而，能够高精度地观测检体，并且能够提高观测结果的可靠性。
另外，根据本实施方式1，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与坐标值相应的显示参数，生成具有根据所附加的显示参数而决定的像素值的特征量图像数据并显示，因此使用者能够明确地识别图像中的组差异。
另外，根据本实施方式1，对从频谱提取出的校正前特征量实施衰减校正，因此能够消除伴随超声波传播的衰减的影响，能够进行更高精度的观测。
此外，在本实施方式1中，也可以在图3的步骤S6中衰减校正部422进行特征量的衰减校正之后转移到步骤S7之前，根据特征量来判断检体的组织性状。其中，在该情况下，需要已知检体信息存储部81将已知检体的特征量与组织性状相关联地存储。
在此，说明超声波观测装置1进行组织性状判断时的具体处理。超声波观测装置1的运算部4算出特征量空间内的检体点Sp与各组的代表点μ0、ν0、ρ0之间的距离，判断为检体点Sp属于该距离最小的组。
此外，在坐标值与代表点之间的距离极端分离的情况下，即使求出最小值，组织性状的判断结果的可靠度也低。因此，也可以在检体点Sp与代表点之间的距离大于规定阈值的情况下，超声波观测装置1输出错误信号。另外，在检体点Sp与代表点之间的距离的最小值存在两个以上的情况下，超声波观测装置1可以选择与最小值对应的全部组织性状作为候选，也可以按照规定的规则来选择某一个组织性状。在后者的情况下，例如能够举出以下方法：将癌症等恶性高的组织性状的优先级设定得高。另外，在检体点Sp与代表点之间的距离的最小值存在两个以上的情况下，超声波观测装置1也可以输出错误信号。
图14是表示在超声波观测装置1根据特征量进行组织性状的判断时由显示部7显示的判断结果显示图像的显示例的图。图15是以黑白方式示意性地表示图14示出的图像的图。这些图示的判断结果显示图像500具有：信息显示部501，其显示包含组织性状的判断结果的各种关联信息；以及图像显示部502，其显示特征量图像。在图14以及图15中，示出图像显示部502显示图11以及图12示出的特征量图像200的情况。
在信息显示部501中例如显示检体的识别信息(ID编号、姓名、性别等)、组织性状判断结果、与进行组织性状判断时的特征量有关的信息、增益、对比度等超声波画质信息。在此，作为与特征量有关的信息，能够利用位于关心区域内部的Q组FFT数据群的频谱的特征量的平均、标准偏差进行显示。具体地说，在信息显示部501中，例如能够显示为斜率＝1.5±0.3(dB/MHz)、截距＝-60±2(dB)、强度＝-50±1.5(dB)。
显示部7显示具有以上结构的判断结果显示图像500，由此操作者能够更正确地掌握关心区域的组织性状。此外，判断结果显示图像并不限定于上述结构。例如，作为判断结果显示图像，也可以排列显示组织性状强调图像和B模式图像。由此，能够在一个画面上识别两个图像的差异。
(实施方式2)
在本发明的实施方式2中，特征量提取部进行的特征量提取处理与实施方式1不同。本实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构与在实施方式1中说明的超声波观测装置1的结构相同。因此，在以下说明中，对与超声波观测装置1的结构要素对应的结构要素附加相同的附图标记。
在本实施方式2的特征量提取处理中，首先衰减校正部422对由频率分析部41算出的频谱进行衰减校正处理。之后，近似部421对由衰减校正部422进行衰减校正后的频谱进行近似处理，由此提取频谱的特征量。
图16是表示本实施方式2所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程图。在图16中，步骤S41～S44的处理与图3的步骤S1～S4的处理依次对应。
在步骤S45中，衰减校正部422对频率分析部41通过FFT运算而算出的频谱进行衰减校正(步骤S45)。图17是示意性地表示该步骤S45的处理的概要的图。如图17所示，衰减校正部422针对频谱曲线C3，对全部频率f进行将上述式(1)的衰减量A加到强度I的校正，由此得到新频谱曲线C3’。由此，能够得到削减了伴随超声波传播的衰减的贡献的频谱。
之后，近似部421对由衰减校正部422进行衰减校正后的全部频谱进行回归分析，由此提取频谱的特征量(步骤S46)。具体地说，近似部421通过回归分析来算出一次式的斜率a、截距b以及中心频率fMID处的强度c。图17示出的直线L3是在该步骤S46中对频谱曲线C3进行特征量提取处理而得到的回归直线(截距b3)。
步骤S47～S50的处理与图3的步骤S7～S10的处理依次对应。
根据上述说明的本发明的实施方式2，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，因此能够明确地严加区别组的差异，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，该第二坐标系的一个坐标轴是在具有第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到规定的轴时、代表点间的沿第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和变大的新坐标轴。因而，能够高精度地观测检体，并且能够提高观测结果的可靠性。
另外，根据本实施方式2，算出检体的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与坐标值相应的显示参数，生成具有根据所附加的显示参数而决定的像素值的特征量图像数据并显示，因此使用者能够明确地识别图像中的组差异。
另外，根据本实施方式2，在对频谱实施衰减校正之后提取特征量，因此能够消除伴随超声波传播的衰减的影响，能够进行更高精度的观测。
到此为止，说明了用于实施本发明的方式，但是本发明并不仅限定于上述实施方式1、2。
例如，在特征量空间上代表点的分布不均匀的情况下，也可以实施γ校正。图18是示意性地表示本发明的其它实施方式所涉及的超声波观测装置所进行的γ校正处理的概要的图。在图18中，点Sp1是检体点，点μ1、ν1、ρ1是在特征量空间上将多个已知检体进行分组时的各组的代表点。如图18的上侧的图所示那样，各组的代表点μ1、ν1、ρ1中的、代表点μ1与代表点ν1之间的h轴方向的距离小于代表点ν1与代表点ρ1之间的h轴方向的距离。因此，在图18示出的情况下，超声波观测装置对特征量空间上的点实施使特征量h小的区域的分布分散的γ校正(正γ校正)。由此，如图18的下侧的图所示那样，代表点μ’1与代表点ν’1之间的h轴方向的距离变大，另一方面，代表点ν’1与代表点ρ’1之间的h轴方向的距离变小，得到三个代表点沿h轴方向大致均匀地分散的分布。
这样，超声波观测装置进行适当的γ校正处理，由此即使在特征量空间内的多个组的分布不均匀的情况下，也能够明确地严加区别组差异。
此外，在此说明了对特征量实施γ校正的情况，但是也可以预先对h轴实施γ校正。另外，还可以不仅对h轴方向的成分施γ校正，也对v轴方向的成分实施γ校正。
附图标记说明
1：超声波观测装置；2：超声波探头；3：发送和接收部；4：运算部；5：图像处理部；6：输入部；7：显示部；8：存储部；9：控制部；21：信号变换部；41：频率分析部；42：特征量提取部；43：显示参数附加部；51：B模式图像数据生成部；52：特征量图像数据生成部；81：已知检体信息存储部；82：窗函数存储部；83：校正信息存储部；84：特征量空间信息存储部；85：显示参数信息存储部；100：B模式图像；200、300、400：特征量图像；200g：绿色系区域；200r：红色系区域；421：近似部；422：衰减校正部；500：判断结果显示图像；501：信息显示部；502：图像显示部。

Claims (15)

1.一种超声波观测装置，对检体发送超声波，并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的特征在于，具备：
频率分析部，其通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱；
特征量提取部，其对上述频率分析部算出的频谱进行近似，由此提取上述频谱的多个特征量；以及
显示参数附加部，其算出上述频谱的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是如下新坐标轴：在具有上述第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对上述多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到上述新坐标轴时，与代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和相比，代表点间的沿上述新坐标轴邻接的距离之和大。
2.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述新坐标轴是代表点间的沿上述新坐标轴邻接的距离之和成为最大值的坐标轴。
3.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，还具备：
图像处理部，其生成特征量图像数据，该特征量图像数据具有根据上述显示参数附加部对上述频谱的特征量附加的显示参数而决定的像素值；以及
显示部，其能够显示与上述图像处理部生成的特征量图像数据对应的图像。
4.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述显示参数是构成颜色空间的变量。
5.根据权利要求4所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述构成颜色空间的变量是原色系的特定成分、补色系的特定成分、色调、彩度、明度中的任一个。
6.根据权利要求3所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述图像处理部还使用与上述显示参数相独立地决定图像的显示方式的第二显示参数来生成特征量图像数据，该第二显示参数与上述频谱的特征量在与上述新坐标轴正交的第二新坐标轴上的坐标值相对应。
7.根据权利要求6所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述第二显示参数是构成颜色空间的变量。
8.根据权利要求7所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述构成颜色空间的变量是原色系的特定成分、补色系的特定成分、色调、彩度、明度中的任一个。
9.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
分别具有属于同一组的特征量的多个检体的组织性状相互相同。
10.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述特征量提取部具有：
近似部，其对上述频率分析部算出的频谱进行近似处理，由此提取对该频谱进行衰减校正处理前的校正前特征量，该衰减校正处理用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献；以及
衰减校正部，其对上述近似部提取出的校正前特征量进行上述衰减校正处理，由此提取上述频谱的特征量。
11.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述特征量提取部具有：
衰减校正部，其对上述频谱进行衰减校正处理，该衰减校正处理用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献；以及
近似部，其对上述衰减校正部校正后的频谱进行近似处理，由此提取上述频谱的特征量。
12.根据权利要求10所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述近似部通过回归分析以多项式来对上述频谱进行近似。
13.根据权利要求12所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述近似部以一次式对上述频谱进行近似并提取多个特征量，上述多个特征量包含上述一次式的斜率、上述一次式的截距以及强度中的至少两个，该强度是使用上述斜率、上述截距以及包含在上述频谱的频带内的特定的频率而决定的。
14.根据权利要求10所述的超声波观测装置，其特征在于，
超声波的接收深度越大，则上述衰减校正部的校正量越大。
15.一种超声波观测方法，该超声波观测方法使用超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测方法的特征在于，具有以下步骤：
频率分析步骤，由频率分析部通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱；
特征量提取步骤，由特征量提取部对在上述频率分析步骤中算出的频谱进行近似来提取上述频谱的多个特征量；以及
显示参数附加步骤，由显示参数附加部算出上述频谱的特征量在第二坐标系中的坐标值，附加与算出的坐标值相应的显示参数，其中，第一坐标系以针对多个已知检体分别提取出的多个特征量的至少一部分为坐标成分，上述第二坐标系的一个坐标轴是如下新坐标轴：在具有上述第一坐标系的特征量空间上将分别代表根据各已知检体的信息对上述多个已知检体进行分类而得到的多个组的多个代表点投影到上述新坐标轴时，与代表点间的沿上述第一坐标系的规定的坐标轴邻接的距离之和相比，代表点间的沿上述新坐标轴邻接的距离之和大。
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