JP2013052074A - 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法、及びプログラム - Google Patents

被検体情報取得装置、被検体情報取得方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を用いて処理した場合、走査線の隣接間で連続性が乏しい部分が生じる可能性がある。
【解決手段】 本発明の被検体情報取得装置は、被検体からの弾性波を受信し複数の受信信号に変換するための複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて整相加算処理を行い、複数の走査線信号を出力する整相加算手段と、前記複数の走査線信号を隣接する走査線間で加算して複数の合成走査線信号を出力する走査線信号合成手段と、前記複数の合成走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行い、電力強度分布を取得するＦＤＩ適応処理手段と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置、被検体情報取得方法、及びプログラムに関する。特に、被検体に弾性波を送信し、被検体内で反射した反射波を受信して被検体情報を取得する被術に関する。
被検体情報取得装置である超音波診断装置において、パルスエコー法によって画像データを形成する場合の深さ方向の空間分解能は、超音波の波長をλ、送信波数をｎとすると、（ｎλ）／２で一般的に表すことが可能である。例えば、１２ＭＨｚの中心周波数の超音波を２波長分送信した場合は約０．１３ｍｍ程度となる。
パルスエコー法について説明する。まず超音波パルス（弾性波）を被検体に送信すると、被検体内での音響インピーダンス差に応じて超音波が反射されて戻ってくる。次に、この反射波を受信し、反射波の受信信号を用いて画像データを生成する。代表的には、受信信号の包絡線を取得し、この包絡線を輝度値に変換して画像データを生成する。被検体内の複数の方向もしくは位置に対して超音波の送受信を繰り返すことで、超音波を送受信した方向の複数の走査線上の輝度情報を取得できる。この複数の走査線上の輝度情報を並べることで被検体内の画像化が可能となる。
なお超音波診断装置においては、超音波を電気信号に変換する複数の変換素子を用い、それぞれの素子間の受信信号波形に時間的なずれを加えることで、送信受信ともに被検体内でフォーカスさせるのが一般的である。
上記のように、パルスエコー法を用いることで約０．１３ｍｍ程度の深さ方向の空間分解能は実現できるが、より高い空間分解能が要求されている。例えば頚動脈の血管壁の層構造をさらに詳細に観察することができれば、動脈硬化などの早期発見への寄与が考えられる。
このような深さ方向の空間分解能を向上する技術として、非特許文献１では周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）と、適応型信号処理であるＣａｐｏｎ法と、を適用し、血管壁の層構造を画像化した結果が示されている。受信波形にＦＤＩ法及びＣａｐｏｎ法を適用することで、さらに深さ方向（走査線方向）の空間分解能を向上させることができる。ただし、ＦＤＩの処理を行うために切り出した深さ方向の信号の範囲（処理レンジ内）には、複数の反射層が存在することが想定される。また、近接した反射層からの複数の反射波は、互いに高い相関性を有している可能性が高い。このような高い相関性を有する複数の反射波の受信信号に対してＣａｐｏｎ法などの適応型信号処理をそのまま適用すると、所望の信号を打ち消すなどの予期しない動作を行うことが知られている。このような相関性を有する信号（相関性干渉波）による影響を低減（抑圧）するため、周波数平均法（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を合わせて用いることで、反射波の受信信号に対してＦＤＩ法ならびにＣａｐｏｎ法が適用可能となる。
Ｈｉｒｏｆｕｍｉ Ｔａｋｉ，Ｋｏｕｓｕｋｅ Ｔａｋｉ，Ｔａｋｕｙａ Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ Ｙａｍａｋａｗａ，Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｓｈｉｉｎａ ａｎｄ Ｔｏｒｕ Ｓａｔｏ：Ｃｏｎｆ Ｐｒｏｃ ＩＥＥＥ Ｅｎｇ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ Ｓｏｃ．２０１０；１：５２９８−５３０１．
しかしながら、非特許文献１のように反射波の受信信号にＦＤＩ法及び適応型信号処理を適用する場合、１走査線ごとに処理を実施するため、隣接する走査線同士で相関性干渉波の抑圧の程度は一致しない。この結果、得られた画像データにおいて走査線と交差する方向の連続性が乏しくなる部分が生じる可能性があることが分かった。
一方で、走査線と交差する方向の空間分解能は、弾性波の送信及び受信の際の収束条件によって変化する。被検体内の観察領域に存在する微小な反射体などを見落とすことなく画像化するために、一般的なパルスエコー法では、走査線間の距離（走査線間隔）は、走査線と交差する方向の空間分解能よりも短く設定される。そのため、ＦＤＩ法及び適応型信号処理を用いない場合、隣接する走査線間の連続性が乏しくなることはないと考えられる。
つまりＦＤＩ法及び適応型信号処理を用いることによって、走査線と交差する方向の連続性が、一般的な画像（受信信号の包絡線を取得して生成した画像）よりも低くなる可能性が生じ、その結果、視認性が低下するという特有の課題が生じる。本発明は、上記課題に鑑み、ＦＤＩ法及び適応型信号処理を適用する場合において、走査線ごとの相関性干渉波の抑圧の程度の差による画像の視認性低下の影響を低減することを目的とする。
本発明の被検体情報取得装置は、被検体からの弾性波を受信して被検体の情報を取得する被検体情報取得装置であって、弾性波を受信し複数の受信信号に変換するための複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて整相加算処理を行い、複数の走査線信号を出力する整相加算手段と、前記複数の走査線信号を隣接する走査線間で加算して複数の合成走査線信号を出力する走査線信号合成手段と、前記複数の合成走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行い、電力強度分布を取得するＦＤＩ適応処理手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の被検体情報取得方法は、被検体からの弾性波を受信して被検体の情報を取得する被検体情報取得方法であって、弾性波を受信した複数の変換素子から出力される複数の受信信号を用いて整相加算処理を行い、複数の走査線信号を出力するステップと、前記複数の走査線信号を隣接する走査線間で加算して複数の合成走査線信号を出力するステップと、前記複数の合成走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行い、電力強度分布を取得するステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、走査線ごとの相関性干渉波の抑圧の程度の差による画像の視認性低下の影響を低減することができる。
本発明の適用可能な被検体情報取得装置のシステム概要を示す模式図である。 ＦＤＩ適応処理ブロック内部での処理を説明するフローチャートである。 複数の走査線信号を模式的に示した図である。 第１の実施形態のシステム概要を示す模式図である。 Ｈｏｕｇｈ変換によって抽出された位置と方向とを示す図である。 走査線信号合成ブロックの動作を説明する模式図である。 第１の実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態の処理結果を示す図である。 第２の実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。 部分行列サイズの変化に伴う電力強度分布の変化を示す図である。 部分行列サイズの変化に伴う空間分解能と処理規模との変化を示す図である。
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。本発明において、弾性波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、音響波、と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に弾性波を送信し、被検体内部で反射した反射波（反射した弾性波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する装置を含む。取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。また、本発明において走査線とは、探触子から送信される弾性波の進行方向に形成される仮想的な線を意味する。
（被検体情報取得装置の基本的な構成）
本発明が適用できる被検体情報取得装置の構成と、ＦＤＩ法及び適応型信号処理を用いた際の処理内容について図１と図２とを用いて説明する。図１は本発明による被検体情報取得装置のシステム概要を示す模式図である。本実施形態の被検体情報取得装置は、複数の変換素子００２を有する探触子００１、受信回路００５、送信回路００３、整相加算ブロック００６、走査線信号加算ブロック００７、ＦＤＩ適応処理ブロック００８、画像処理ブロック０１０、システム制御部００４を備える。
本発明において、整相加算ブロック００６は整相加算手段、走査線信号加算ブロック００７は走査線信号合成手段、ＦＤＩ適応処理ブロック００８はＦＤＩ適応処理手段、画像処理ブロック０１０は画像処理手段に、夫々相当する。また、少なくとも、整相加算ブロック００６と走査線信号加算ブロック００７とＦＤＩ適応処理ブロック００８とで処理装置を構成する。処理装置は、必要に応じて、シフト量算出手段としての走査線間ずれ量推定ブロック００９（第１の実施形態の図４参照）等を更に備えると良い。
送信回路００３は、システム制御部００４からの制御信号に従って、注目位置や注目方向に応じた遅延時間や振幅を有する送信信号を生成する。この送信信号は複数の変換素子００２によって弾性波に変換され、探触子００１から被検体へと送信される。被検体０００内部で反射された弾性波（反射波）は、複数の変換素子００２によって受信され複数の受信信号に変換される。受信信号は受信回路００５に入力される。受信回路００５では複数の受信信号を増幅し、複数のデジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する。ここで、本発明では、変換素子００２が出力したアナログの受信信号だけでなく、増幅やデジタル変換等の処理を行った信号も受信信号と表現する。
受信回路００５から出力された複数のデジタル信号は整相加算ブロック００６に入力される。整相加算ブロック００６では、弾性波を送信した方向や位置に応じて、複数のデジタル信号に対する遅延処理を行いさらに加算する、つまり整相加算処理を実行する。このように整相加算された信号（走査線信号）が走査線信号加算ブロック００７に複数入力される。１本の走査線上には複数の走査線信号が並べられる。一般的な超音波診断装置で表示されるＢ−ｍｏｄｅ画像はこの走査線信号の包絡線を複数の走査線分並べたものである。
走査線信号加算ブロック００７では、隣接する走査線上にある走査線信号同士（複数の連続して隣接する走査線信号を含む）を加算して合成走査線信号を出力する。この走査線信号加算ブロック００７に入力される走査線信号は包絡線を取得していないため、受信信号波形の位相情報を保持している。また、走査線信号加算ブロック００７から出力される合成走査線信号も位相情報を保持している。
このような合成走査線信号がＦＤＩ適応処理ブロック００８に入力される。周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法）は、受信信号を周波数ごとに分解し、分解された信号の位相を注目位置に応じて変化させることで、注目位置における受信電力を推定する方法である。なお、位相の変化量はある基準位置から注目位置までの距離と周波数に対応した波数の積とからあらかじめ決定できる。
また、適応型信号処理は、受信信号に応じて、その処理パラメータを適応的に変化させる。適応型信号処理の一つであるＣａｐｏｎ法は、複数の入力信号に対して、注目位置に関する感度を固定した状態で電力を最小化するように処理する方法である。つまり、ＦＤＩ法と適応型信号処理とを組み合わせることは、各周波数成分に分解された受信信号に対して、あらかじめ決定された位相変化量・重みではなく、適応型信号処理によって信号に応じて算出された位相変化量・重みを用いて、注目位置における受信電力を推定することになる。
（本発明の適用可能なＦＤＩ適応処理のフロー）
以下、図２を用いて、ＦＤＩ適応処理ブロック００８内部での処理を説明する。ＦＤＩ適応処理ブロック００８は、走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号を入力信号として受け取る（Ｓ２００）。そして複数の合成走査線信号から１回で処理する時間分、つまり処理レンジ分の信号を抽出する（Ｓ２０１）。ここで、ＦＤＩ適応処理ブロック００８での処理は、複数の合成走査線信号から処理レンジ分の信号を抽出するだけでなく、各合成走査線信号に重みづけ等の処理を行ってもよい。このような場合であっても、本発明においては、合成走査線信号に対してＦＤＩ法を適用すると表現する。
次に、抽出した信号をフーリエ変換し周波数ごとの成分（Ｘｓ１、Ｘｓ２、Ｘｓ３、・・・、ＸｓＮ）に分割する（Ｓ２０２）。
一方で、ＦＤＩ適応処理ブロック００８には、システム制御部から参照信号が入力され（Ｓ２０３）、参照信号のフーリエ変換を行って周波数ごとの成分（Ｘｒ１、Ｘｒ２、Ｘｒ３、・・・、ＸｒＮ）に分割する（Ｓ２０４）。参照信号とは、被検体内に存在する界面（例えば血管壁等）から返ってくると仮定される反射波の信号波形であり、システム制御部００４に記憶されている。
次に、ＦＤＩ適応処理ブロック００８は下記式で示されるホワイトニング処理を行う（Ｓ２０５）。
ここでＸｗｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）はホワイトニング処理後の周波数ごとの成分、ηは安定化のための微小量、＊は複素共役を意味する。ホワイトニング処理された各周波数成分からなるベクトルＸを用いて、相関行列Ｒを算出する（Ｓ２０６）。
Ｘ＝［ＸＷ１，ＸＷ２，・・・，ＸＷＮ］Ｔ
Ｒ＝ＸＸＴ＊
なおＴは転置を意味する。ここで相関行列ＲはＮ×Ｎのサイズを有する行列となる。次に相関行列Ｒから部分行列を抽出し、それらを平均化する周波数平均法を適用する（Ｓ２０７）。
Ｒｍｉｊ＝ＸＷ（ｉ＋ｍ−１）ＸＷ（ｊ＋ｍ−１）＊
Ｒ’は周波数平均相関行列、ＲｍはＲｍｉｊを要素に持つ相関行列Ｒの部分行列である。このようにして周波数平均相関行列Ｒ’が算出される（Ｓ２０８）。
ここで、周波数平均法における部分行列Ｒｍのサイズについて述べる。図１０は、部分行列のサイズの変化に伴うＦＤＩ法およびＣＡＰＯＮ法による電力強度分布の変化を示した図である。図１０の横軸は弾性波の進行方向（つまり走査線方向）の位置を示し、縦軸は電力強度分布を示している。０．０５ｍｍ間隔で設置された２層の反射面からの反射波の受信信号に対してＦＤＩ法およびＣＡＰＯＮ法を適用し、その際の部分行列サイズを変化させた結果が複数のプロットで示されている。
なお、２層の反射面は図１０中の矢印で示した２箇所に存在する。また図１０中の複数のプロットは、相関行列のサイズＮ＝１３４に対して、部分行列のサイズを、１７（点線）、１３１（破線）、５１（二点鎖線）、１１９（一点鎖線）、８５（実線）にした場合の電力強度分布を示している。この図１０から、部分行列のサイズを変化させるに従って、空間分解能が変化していることが分かる。
図１１は、部分行列サイズの変化に伴う空間分解能と処理規模との変化を示す図である。横軸は、相関行列のサイズを１として規格化した部分行列のサイズを示し、縦軸は、それぞれの部分行列サイズにおける空間分解能の変化（実線）と、処理計算規模（破線）とを示している。なお、処理計算規模は部分行列サイズが０．５の時に１となるように規格化してある。
図１１より、部分行列サイズが０．５から０．９の辺りで最も高い空間分解能を得られることが分かる。一方で、部分行列サイズが大きくなるに従って処理規模が急激に増大しており、特に、部分行列サイズが０．８を超えたあたりでは処理規模が増大するにも関わらず、空間分解能が劣化していることが分かる。また、部分行列サイズが０．３以下の領域では急激に空間分解能が劣化していく。これらのことから、部分行列のサイズは、０．３以上であることが好ましく、計算規模の増大を抑制するためにはさらに０．８以下を選択することが好ましい。またさらに、適切な処理規模で高い空間分解能を得るためには、部分行列サイズは０．５より大きく０．８以下の範囲であることが好ましく、空間分解能と処理規模のどちらを重視するかによって部分行列のサイズを決定すれば良い。
次に、拘束ベクトルＣが、ＦＤＩ適応処理ブロック００８に入力される（Ｓ２０９）。拘束ベクトルＣは、処理レンジ内での位置ｒに応じて変化するベクトルであり、以下の式で定義される。
Ｃ＝［ｅｘｐ（ｊｋ１ｒ），ｅｘｐ（ｊｋ２ｒ），・・・，ｅｘｐ（ｊｋ（Ｎ−Ｍ＋１）ｒ）］
これらの周波数平均相関行列Ｒ’ならびに拘束ベクトルＣを用いて、処理レンジ内の電力強度分布Ｐ（ｒ）を算出する（Ｓ２１０）。
η’Ｅは逆行列算出を安定させるために加算した対角行列である。
さらに、入力された信号の中で未処理の信号がなければ処理を終了し、未処理の信号があれば信号抽出（Ｓ２０１）へ戻り、処理を継続する（Ｓ２１１）。
このように、ＦＤＩ適応処理ブロック００８では、走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号を入力信号としてＦＤＩ法及び適応型信号処理（ここではＣａｐｏｎ法を用いた）を行い、電力強度分布を出力する。本発明において、取得される電力強度分布は、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報を示す。
画像処理ブロック０１０は、ＦＤＩ適応処理ブロック００８から出力された電力強度分布を入力情報とし、システム制御部００４からの指示に従って、エッジ強調やコントラスト調整などの各種画像処理を行い、輝度データ（画像データ）を出力する。画像表示手段０１１では入力された輝度データを画像として表示する。なお、画像表示手段０１１は、本発明の被検体情報取得装置とは別に提供されていてもよい。
（走査線信号加算ブロックの処理）
ここで、ＦＤＩ適応処理ブロック００８の前段で行われる走査線信号加算ブロック００７における動作の概念について図３を用いて説明する。
図３は、走査線上の走査線信号３０１Ａ〜３０１Ｆを模式的に示した図である。先述したように、一般的な超音波診断装置で生成されるＢ−ｍｏｄｅ画像（走査線信号の包絡線を取得して生成した画像）は、走査線と交差する方向（図３中の横方向）の空間分解能は走査線間距離よりも大きい（長い）。つまり、走査線と交差する方向の走査線信号の変化（例えば符号３０２で示す部分）はなだらかな変化となる。走査線信号の包絡線を取得した際の走査線と交差する方向の強度変化もなだらかな変化となる。
しかしながら、ＦＤＩ及び適応型信号処理を用いた場合、相関性干渉波の抑圧の程度が走査線ごとに異なるため、走査線と交差する方向の電力強度の連続性が低くなる可能性がある。そこで、走査線信号加算ブロック００７は、隣接する複数の走査線上の走査線信号（例えば３０１Ｂ、３０１Ｃ、３０１Ｄ）を加算し、新たな合成走査線信号として出力する。これにより、走査線と交差する方向の連続性を増加させることができる。また、この加算によって信号のＳＮ比が向上するため、ＦＤＩ法及び適応型信号処理による分解能向上の効果を高めることが出来る。
上記の処理を行うことで、ＦＤＩ法及び適応型信号処理を用いることによる走査線方向の空間分解能向上の効果が得られるだけでなく、相関性干渉波の抑圧の程度の走査線ごとの差による画像の連続性低下の影響を抑制することができる。よって、より安定した視認性の高い画像データを得ることが出来る。
なおここでは適応型信号処理の例としてＣａｐｏｎ法の処理について述べたが、相関性干渉波の影響を抑制するために周波数平均法が必要となる他の適応型信号処理、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法などにおいても本発明の効果が同様に得られる。
以下、図面を用いて本発明による被検体情報取得装置の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の符号を付して、説明を省略する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図４〜図８を用いて説明する。図４は本実施形態で用いる被検体情報取得装置のシステム概略図である。
（第１の実施形態の基本的な装置構成）
本実施形態の被検体情報取得装置は、図１で示した各構成要素に加えて、走査線間ずれ量推定ブロック００９を備える。本実施形態において、整相加算ブロック００６は整相加算手段、走査線間ずれ量推定ブロック００９はシフト量算出手段、走査線信号加算ブロック００７は走査線信号合成手段に、夫々相当する。また、ＦＤＩ適応処理ブロック００８はＦＤＩ適応処理手段、画像処理ブロック０１０は画像処理手段に、夫々相当する。なお、本実施形態では、整相加算ブロック００６と走査線間ずれ量推定ブロック００９と走査線信号加算ブロック００７とＦＤＩ適応処理ブロック００８とで処理装置を構成する。
送信回路００３は、システム制御部００４からの制御信号に従って、注目位置や注目方向に応じた遅延時間や振幅を有する送信信号を生成する。この送信信号は複数の変換素子００２によって弾性波に変換され、探触子００１から被検体内部へと送信される。被検体０００内部で反射された弾性波（反射波）は、複数の変換素子００２によって複数の受信信号に変換される。受信信号は受信回路００５に入力される。
受信回路００５は、複数の受信信号を増幅し、複数のデジタル信号に変換する。受信回路００５から出力された複数のデジタル信号は整相加算ブロック００６に入力される。
整相加算ブロック００６では、弾性波を送信した方向や位置に応じて、複数のデジタル信号に対する遅延処理を行ってから加算する、つまり整相加算処理を実行する。このように整相加算された信号が走査線信号として走査線間ずれ量推定ブロック００９に入力される。一般的な超音波診断装置で表示されるＢ−ｍｏｄｅ画像はこの走査線信号の包絡線を並べたものである。
走査線間ずれ量推定ブロック００９は、入力された走査線信号に対してＦＤＩ法ならびに適応型信号処理により各走査線の電力強度分布を算出し、目標位置の走査線毎のずれ量（シフト量）を算出する。詳細は図５〜７を用いて後述するが、走査線間ずれ量推定ブロック００９は、被検体内の領域ごとに走査線間の目標位置のシフト量を算出し、当該シフト量の情報をシステム制御部００４に出力する。
走査線信号加算ブロック００７は、整相加算ブロック００６から入力される走査線信号とシステム制御部００４から入力される走査線ごとの目標位置のシフト量とに基づいて、入力された走査線信号をずらして加算する走査線信号の合成処理を行う。走査線信号加算ブロック００７から出力される合成走査線信号は、ＦＤＩ適応処理ブロック００８に入力される。
ＦＤＩ適応処理ブロック００８は、走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号を入力信号としてＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を行い、電力強度分布を出力する。
画像処理ブロック０１０は、ＦＤＩ適応処理ブロック００８から出力された電力強度分布を入力とし、システム制御部００４からの指示に従って、エッジ強調やコントラスト調整などの各種画像処理を行い、輝度データを出力する。画像表示手段０１１は、入力された輝度データを表示する。
（第１の実施形態の基本的な処理フロー）
本実施形態の被検体情報取得方法のフローについて、図７を用いて説明する。図７のフローは、デジタル化された受信信号（デジタル信号）が入力されたステップから開始する。
Ｓ７０１では、整相加算ブロック００６が、弾性波を送信した方向や位置に応じて、複数のデジタル信号に対する遅延処理を行いさらに加算する、つまり整相加算処理を実行する。
Ｓ７０２では、走査線間ずれ量推定ブロック００９が、入力された整相加算後の信号（走査線信号）に対してＦＤＩ法ならびに適応型信号処理により各走査線の電力強度分布を算出する処理を行う。この電力強度分布を並べることで、一般的な超音波装置におけるＢ−ｍｏｄｅ像と比較し高分解能な輝度値データ群を構築する。
さらにＳ７０３では、走査線間ずれ量推定ブロック００９が、この輝度値データ群に不要エコー除去フィルタを適用する。このフィルタ処理は、走査線の電力強度分布をＩ（ｚ）とした時に、不要エコー除去後の電力強度分布ＩＢ（ｚ）を下記のように求める処理である。
ここで、ｚ０は注目範囲の始点、ｚｍは任意に設定できるパラメータであり、深さ分解能程度にｚｍを設定するのが好ましい。
この不要エコー除去フィルタ処理は、注目位置に存在する輝度値が注目位置の深さよりも浅い位置（探触子に近い位置）に存在する高輝度値部分よりも高い輝度値を有する場合に、注目位置の輝度値を残し、それ以外の部分を０にするフィルタ処理である。例えば血管の後壁部分の電力強度分布に対してこのフィルタ処理を適用した場合、血管内腔と内中膜複合体の境界、内中膜複合体と外膜の境界の２層のみが存在する輝度値データ群を得ることが出来る。
次にＳ７０４で、走査線間ずれ量推定ブロック００９は、この不要エコー除去フィルタが適用された輝度値データ群を複数の領域に分割し、分割された領域ごとにＨｏｕｇｈ変換を行う。この複数の領域は、ある深さ範囲における複数本の走査線分の領域である。このＨｏｕｇｈ変換により、輝度値がある一定値以上高い部分の方向と位置とが抽出される。この際用いられる一定値（閾値）は、走査線毎に変化させてもよいし、処理を簡便にするために領域全体に１つの閾値を用いてもよい。
図５に、走査線間ずれ量推定ブロック００９におけるＨｏｕｇｈ変換した結果を示す。図５（ａ）はＦＤＩ法ならびに適応型信号処理によって算出された電力強度分布を並べた輝度値データ群に対して、不要エコー除去フィルタを適用した画像である。この際用いた受信信号は、頸動脈を対象として得られた受信信号を用いている。図５（ｂ）は、図５（ａ）で示した輝度値データ群内に対してＨｏｕｇｈ変換を行った画像である。図５（ｂ）のライン５０１は、領域ごとに抽出された輝度値データ群によって形成される線の方向と位置とを示している。
このように、本実施形態では、Ｈｏｕｇｈ変換によって、輝度値データ群によって形成される線の方向と位置とを抽出したが、微分演算、テンプレートマッチングなど、他のアルゴリズムを用いても本発明の効果を得ることが出来る。
走査線間ずれ量推定ブロック００９の動作の説明に戻る。Ｓ７０５で、走査線間ずれ量推定ブロック００９は、抽出された輝度値データ群によって形成される線の方向と位置とから被検体内の構造が走査線ごとにどれだけずれているかを算出する。例えば、血管壁がどれだけ傾いているかを算出し、抽出された角度が３０度、走査線間の距離が０．１５ｍｍであれば、８６．６μｍのシフト量であると算出する。このようにして、走査線間ずれ量推定ブロック００９は、領域ごとに走査線ごとの目標位置のシフト量を算出し、当該シフト量の情報をシステム制御部００４に出力する。本実施形態において目標位置とは、不要エコー除去フィルタを適用して抽出された輝度値データ群によって形成される、領域毎の線を示す。これは、被検体内部の層状に近い構造体や音響インピーダンスが変化している境界等、被検体内部の測定対象物（反射界面）の位置候補を意味している。例えば、測定対象物が直線的な血管壁である場合、目標位置のシフト量は血管壁の傾きが反映されている。
Ｓ７０６では、走査線信号加算ブロック００７が、整相加算ブロック００６から入力される走査線信号と、システム制御部００４から入力される走査線ごとの目標位置のシフト量と、に基づいて、走査線信号を走査線方向にずらして加算する合成処理を行う。
図６に、走査線信号をずらして加算する合成処理の概念を示す。図６の左図が合成処理前の複数の走査線信号を示し、図６の右図が合成処理後の複数の合成走査線信号を示す。シフト量６０３Ａ〜６０３Ｅは、Ｓ７０２〜Ｓ７０５において、走査線信号が存在する領域で抽出された方向６０２から求められたシフト量である。
走査線信号加算ブロック００７は、入力された走査線上の走査線信号６０１Ａ〜６０１Ｆに対して、シフト量６０３Ａ〜６０３Ｅで補正する。そして、隣接する走査線信号を加算する。例えば、合成走査線信号６１１Ａ〜６１１Ｆのうち、合成走査線信号６１１Ｂについて説明する。合成走査線信号６１１Ｂは、走査線信号６０１Ａをシフト量６０３Ａだけ深い方向（図６の上方）にずらした信号と、走査線信号６０１Ｂと、走査線信号６０１Ｃをシフト量６０３Ｂだけ浅い方向（図６の下方）にずらした信号と、を加算して得られる。
上記例では、走査線信号６０１Ｂと隣接する２本の走査線信号（６０１Ａと６０１Ｃ）を用い、３本分の走査線信号をずらして加算することで合成走査線信号６１１Ｂを算出する例を示したが、本発明はこれに限定されない。合成する走査線信号が２本以上であれば本発明の効果を得ることが可能である。さらに加算の際に重みをつけても良い。
本発明において、走査線と交差する方向の空間分解能の劣化を抑制するためには、空間分解能の２倍以下に含まれる走査線の本数で加算を行うことが好ましい。また、より好適には、空間分解能以下の走査線本数が望ましい。なお、走査線と交差する方向の空間分解能は観察する深さや使用する周波数、探触子の寸法などによっても変化するため、それらの条件に合わせて加算する本数を変化させることが望ましい。
走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号は、ＦＤＩ適応処理ブロック００８に入力される。Ｓ７０７では、ＦＤＩ適応処理ブロック００８が、走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号を入力信号としてＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を行い、電力強度分布を出力する。
Ｓ７０８では、画像処理ブロック０１０が、ＦＤＩ適応処理ブロック００８から出力された電力強度分布を入力とし、システム制御部００４からの指示に従って、エッジ強調やコントラスト調整などの各種画像処理を行い、輝度データを出力する。画像表示手段０１１では入力された輝度データを表示する。
図８は、本実施形態の処理を適用した結果を示す画像である。図８（ａ）は本発明を適用せず、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を用いて処理を行った従来の画像である。図８（ｂ）は隣接する走査線３本を用い、各シフト量分ずらして加算した合成走査線信号に対して、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を用いて処理を行った画像。図８（ｃ）は隣接する走査線５本を用い、各シフト量分ずらして加算した合成走査線信号に対して、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を用いて処理を行った画像。図８（ｄ）は隣接する走査線７本を用い、各シフト量分ずらして加算した合成走査線信号に対して、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を用いて処理を行った画像である。本発明の適用によって走査線と交差する方向（図８の横方向）の連続性が向上し視認性が高まっていることが分かる。
本実施形態では、走査線信号にＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を適用した輝度値データ群を用いて走査線間のシフト量を推定したが、走査線信号の包絡線を並べた輝度値データ群（Ｂ−ｍｏｄｅ画像）を用いても走査線間のシフト量を推定することができる。
また、本発明は、本実施形態のように走査線間のシフト量を推定し、シフト量分ずらしてから加算する形態に限定されない。図３を用いて説明したように、隣接する複数の走査線信号をずらさずに加算してもよい。これは、測定対象物によっては、ほとんど傾いていない場合（つまり走査線と直交する方向にほぼ平行な場合）もあるためである。よって、このような場合は、単に隣接する走査線信号を加算して得られる合成走査線信号に対してＦＤＩ法及び適応型信号処理を適用すると良い。
また、走査線間ずれ量推定ブロック００９において、輝度値がある一定以上高い部分の方向と位置とが求まらない、もしくはその精度が低いと考えられる領域においては、走査線信号をずらす処理を行わずそのまま走査線信号を加算する処理を行うことも可能である。つまり、領域毎に走査線信号をずらす処理を行う場合と行わない場合とを分けて処理し、１枚の画像を生成してもよい。このような処理を選択することで、輝度値が低い部分やランダムに反射体が存在する領域の走査線信号を不必要に移動させることを防止し、安定した画像を得ることが出来る。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、走査線毎の目標位置のシフト量を推定する方法が第１の実施形態と異なる。本実施形態の被検体情報取得装置は、図４を用いて説明した第１の実施形態と同様であるが、走査線間ずれ量推定ブロック００９の機能が異なる。よって、第１の実施形態と異なる処理フロー部分について主に説明する。
本実施形態の被検体情報取得方法のフローについて、図９を用いて説明する。図９のフローは、デジタル化された受信信号（デジタル信号）が入力されたステップから開始する。Ｓ９０１では、整相加算ブロック００６が、複数のデジタル信号を入力として整相加算処理を行う。このように整相加算処理された信号を走査線信号として走査線間ずれ量推定ブロック００９に入力する。
Ｓ９０２では、走査線間ずれ量推定ブロック００９が、隣接する走査線信号を一定の深さごとに切り出し、それらの相互相関係数ｒ（ｋ）を算出する。
ここで、ｘｉ、ｙｉはそれぞれの走査線信号から切り出された信号列（ｉ＝１，２，３，・・・，ｎ）を示している。ｋは走査線毎のシフト量を示している。
Ｓ９０３では、走査線間ずれ量推定ブロック００９は、算出された相互相関係数ｒ（ｋ）の最大値を取るｋの値から、それぞれ切り出された深さでの隣接する走査線毎の目標位置のシフト量を推定する。本実施形態では、実施形態１のように輝度値データ群から目標位置そのものを求めるのではなく、相互相関係数を用いることで走査線毎の目標位置のシフト量を求めている。この目標位置のシフト量は、被検体内部の測定対象物（複数の走査線に渡って連続的に存在する層状に近い構造体や音響インピーダンスの変化している境界等）の、走査線間の位置のずれを反映している。例えば、測定対象物が直線的な血管壁である場合、目標位置のシフト量は血管壁の傾きが反映されている。このようにして、査線間ずれ量推定ブロック００９は、領域ごとの走査線ごとのシフト量を算出し、システム制御部００４に出力する。
なお、ここでは隣接する走査線間の相互相関係数を用いたが、ひとつ置いて離れた走査線間（走査線同士）の相互相関係数を用いても良い。また複数の走査線同士の組み合わせから求められた複数のシフト量に対して平均値を用いても良い。さらに複数の走査線の組み合わせにわたって算出された複数のシフト量に対して、被検体内の走査線と直交する方向に関する空間周波数の低い部分を抽出してノイズなどの影響による急激なシフト量の変化を抑制するなどの手法を適用して、より安定したシフト量を求めてもよい。
Ｓ９０４では、走査線信号加算ブロック００７が、整相加算ブロック００６から入力される走査線信号と、システム制御部００４から入力される走査線ごとのシフト量の情報と、に基づいて、入力された走査線信号をずらして加算する走査線信号の合成処理を行う。走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号は、ＦＤＩ適応処理ブロック００８に入力される。
Ｓ９０５では、ＦＤＩ適応処理ブロック００８が、走査線信号加算ブロック００７から出力された合成走査線信号を入力信号として、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を行い、電力強度分布を出力する。
Ｓ９０６では、画像処理ブロック０１０が、ＦＤＩ適応処理ブロック００８から出力された電力強度分布を入力とし、システム制御部００４からの指示に従って、エッジ強調やコントラスト調整などの各種画像処理を行い、輝度データを出力する。画像表示手段０１１では入力された輝度データを表示する。
本実施形態を用いることで、走査線と交差する方向（横方向）の連続性が向上し視認性が高まる。さらに、本実施形態においては、走査線信号の相互相関値を用いてシフト量を出すことで、精度良く走査線間のシフト量を推定し、走査線信号合成処理によるＳＮ比改善の効果を高めることが出来る。そのため、ＦＤＩ法ならびに適応型信号処理による解像度向上の効果をさらに高めることが期待できる。
また、走査線間ずれ量推定ブロック００９において、相互相関値がある一定以上の大きさにならない領域においては、走査線信号をずらす処理を行わずそのまま走査線信号を加算する処理を行うことも可能である。このような処理を選択することで、輝度値が低い部分やランダムに反射体が存在する領域の走査線信号を不必要に移動させることを防止し、より安定した画像を得ることが出来る。
（第３の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した各実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
０００ 被検体
００１ 探触子
００２ 変換素子
００３ 送信回路
００４ システム制御部
００５ 受信回路
００６ 整相加算ブロック
００７ 走査線信号加算ブロック
００８ ＦＤＩ適応処理ブロック
００９ 走査線間ずれ量推定ブロック
０１０ 画像処理ブロック
０１１ 画像表示手段
３０１Ａ〜３０１Ｆ 走査線信号
６０１Ａ〜６０１Ｆ 走査線信号
６１１Ａ〜６１１Ｆ 合成走査線信号

Claims (9)

  1. 被検体からの弾性波を受信して被検体の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
    弾性波を受信し複数の受信信号に変換するための複数の変換素子と、
    前記複数の受信信号を用いて整相加算処理を行い、複数の走査線信号を出力する整相加算手段と、
    前記複数の走査線信号を隣接する走査線間で加算して複数の合成走査線信号を出力する走査線信号合成手段と、
    前記複数の合成走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行い、電力強度分布を取得するＦＤＩ適応処理手段と、
    を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
  2. 前記走査線信号を用いて、走査線ごとの目標位置のシフト量を算出するシフト量算出手段をさらに有し、
    前記走査線信号合成手段は、前記シフト量を用いて、前記複数の走査線信号をずらして加算し前記合成走査線信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
  3. 前記シフト量算出手段は、前記複数の走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行うことにより取得される電力強度分布を用いて前記シフト量を算出することを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
  4. 前記シフト量算出手段は、前記複数の走査線信号を用いて走査線間の相互相関係数を求め、前記相互相関係数を用いて前記シフト量を算出することを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
  5. 被検体からの弾性波を受信して被検体の情報を取得する被検体情報取得方法であって、
    弾性波を受信した複数の変換素子から出力される複数の受信信号を用いて整相加算処理を行い、複数の走査線信号を出力するステップと、
    前記複数の走査線信号を隣接する走査線間で加算して複数の合成走査線信号を出力するステップと、
    前記複数の合成走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行い、電力強度分布を取得するステップと、
    を有することを特徴とする被検体情報取得方法。
  6. 前記走査線信号を用いて、走査線ごとの目標位置のシフト量を算出するステップをさらに有し、
    前記合成走査線信号を出力するステップでは、前記シフト量を用いて、前記複数の走査線信号をずらして加算し前記合成走査線信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の被検体情報取得方法。
  7. 前記シフト量を算出するステップでは、前記複数の走査線信号を用いて周波数領域干渉計法及び適応型信号処理を行うことにより取得される電力強度分布を用いて前記シフト量を算出することを特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得方法。
  8. 前記シフト量を算出するステップでは、前記複数の走査線信号を用いて走査線間の相互相関係数を求め、前記相互相関係数を用いて前記シフト量を算出することを特徴とする請求項６に記載の被検体情報取得方法。
  9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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