JP2015020062A - 超音波画像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像の復元に必要な点拡散関数を正確で迅速に推定できる超音波画像装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】対象体の目標部位に超音波を照射し、反射された超音波エコーを受信して超音波信号を出力するプローブ２３０と、超音波信号をビームフォーミングし、ビームフォーミングされた超音波信号を出力する受信ビームフォーマ２６０と、ビームフォーミングされた超音波信号に対して状況変数別に予め取得された点拡散関数及び状況変数別に予め設定された位相パラメータを含む点拡散関数データベース２８０と、ビームフォーミングされた超音波信号に基づいて点拡散データベースから点拡散関数及び位相パラメータを選択し、選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて推定された点拡散関数を用いてデコンボリューションを行って画像を生成する画像生成部２７０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波画像装置及びその制御方法に関し、より詳細には、超音波画像の復元に必要な点拡散関数を正確で迅速に推定できる超音波画像装置及びその制御方法に関する。

医療画像装置としては、Ｘ−線撮影装置、Ｘ−線透視撮影装置、ＣＴスキャナー（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）、磁気共鳴画像装置（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ：ＭＲＩ）、陽電子放出断層撮影装置（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）、超音波画像装置などが挙げられる。

超音波画像装置とは、対象体の内部に超音波を照射し、対象体の内部で反射された超音波エコーに基づいて対象体の内部組織に対する断層画像や血流に対する画像を非侵襲的に得ることができる装置のことをいう。

超音波画像装置は、他の医療画像装置に比べて、小型で、安価で、リアルタイム表示が可能であるという長所がある。また、患者がＸ−線などの放射線に晒される危険がなく、安全性が高いという長所もある。このことから、超音波画像装置は、心臓、乳房、腹部、泌尿器、及び産婦人科の診断に広く使われている。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、超音波画像の復元に必要な点拡散関数を正確で迅速に推定できる超音波画像装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による超音波画像装置は、対象体の目標部位に超音波を照射した後、該目標部位で反射された超音波エコーを受信し、該受信した超音波エコーを電気的信号に変換して超音波信号を出力するプローブと、前記超音波信号をビームフォーミングし、ビームフォーミングされた超音波信号を出力する受信ビームフォーマと、前記ビームフォーミングされた超音波信号に対して、状況変数別に予め取得された点拡散関数、及び前記状況変数別に予め設定された位相パラメータを含む点拡散関数データベースと、前記ビームフォーミングされた超音波信号に基づいて前記点拡散データベースから点拡散関数及び位相パラメータを選択し、該選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて推定された点拡散関数を用いてデコンボリューションを行って画像を生成する画像生成部と、を備える。

前記位相パラメータは、前記ビームフォーミングされた超音波信号の大きさ情報に基づいて推定された点拡散関数の形状と、前記予め取得された点拡散関数の形状とを比較した結果によって決定され得る。
前記状況変数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速のうちの少なくとも一つであり得る。
前記点拡散関数データベースに含まれる点拡散関数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速別に予め取得され得る。
前記点拡散関数データベースに含まれる位相パラメータは、前記プローブの種類及び前記目標部位の深さ別に予め設定され得る。
前記点拡散関数データベースは、前記状況変数別に予め取得された２次元点拡散関数を含み得る。
前記画像生成部は、前記ビームフォーミングされた超音波信号に関連する状況変数に基づいて前記点拡散関数データベースから２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択する点拡散関数選択部と、前記選択された２次元点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定する点拡散関数推定部と、前記推定された２次元点拡散関数を用いて、前記ビームフォーミングされた超音波信号をデコンボリューションするデコンボリューション部と、備え得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による超音波画像装置の制御方法は、少なくともプローブ、受信ビームフォーマ、点拡散関数データベース、及び画像生成部を備える超音波画像装置の制御方法であって、状況変数別に予め取得された点拡散関数、及び前記状況変数別に予め設定された位相パラメータを含む点拡散関数データベースを生成するステップと、前記プローブにより、対象体の目標部位に超音波を照射した後、該目標部位で反射された超音波エコーを受信し、該受信した超音波エコーを電気的信号に変換して超音波信号を出力するステップと、前記受信ビームフォーマにより、前記超音波信号をビームフォーミングし、ビームフォーミングされた超音波信号を出力するステップと、前記画像生成部により、前記ビームフォーミングされた超音波信号に基づいて前記点拡散データベースから点拡散関数及び位相パラメータを選択し、該選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて推定された点拡散関数を用いてデコンボリューションを行って画像を生成するステップと、を有する。

本発明によれば、入力信号に対して状況変数別に点拡散関数を予め取得し位相パラメータを予め設定してデータベースを作り、超音波画像装置で点拡散関数を推定する際に、データベースから選択された点拡散関数及び位相パラメータを用いて、点拡散関数を速かに推定することができる。また、入力信号の大きさ情報及び位相情報を用いて点拡散関数を推定することによって、推定された点拡散関数の正確度を向上させることができる。

対象体の目標部位に対する原画像、目標部位に対する超音波画像、及び超音波画像から復元された復元画像間の関係を説明するための図である。 原画像と超音波画像間の関係を説明するための図である。 超音波画像装置の一実施形態を示す斜視図である。 超音波画像装置の一実施形態を示す構成図である。 点拡散関数データベースの一実施形態を説明するための図である。 超音波画像装置の送信ビームフォーマを示す構成図である。 超音波画像装置の受信ビームフォーマを示す構成図である。 画像生成部の一実施形態を示す構成図である。 状況変数によって実測された１次元点拡散関数及び実測された２次元点拡散関数を例示する図である。 推定された１次元点拡散関数及び推定された２次元点拡散関数を例示する図である。 推定された１次元点拡散関数及び推定された２次元点拡散関数を例示する図である。 大きさ情報に基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。 大きさ情報及び基本値に設定された位相情報に基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。 大きさ情報及び予め設定された位相パラメータに基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。 超音波画像装置の制御方法の一実施形態を示すフローチャートである。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、図面を参照しながら詳細に後述する実施形態から明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、他の様々な形態に実施され得る。これらの実施形態は、単に本発明の開示を完全にするため、且つ本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものである。

以下、本発明の超音波画像装置及びその制御方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一の図面符号は同一の構成要素を表す。

一般に、超音波画像装置はプローブを用いて目標部位に対する超音波画像を獲得する。そして、獲得された超音波画像から点拡散関数（Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＳＦ）を推定する。その後、推定された点拡散関数と超音波画像とをデコンボリューションし、目標部位の原画像に近い復元画像を獲得する。原画像、超音波画像、及び復元画像間の関係について、図１を参照してより詳しく説明する。

図１は、対象体の目標部位に対する原画像、目標部位に対する超音波画像、及び超音波画像から復元された復元画像間の関係を説明するための図である。

図１には、最も左側から順に、原画像ｆ_Ｒ、超音波画像ｇ_Ｒ、及び復元画像ｈ_Ｒを示す。原画像ｆ_Ｒは、対象体の目標部位に対する理想的な画像（ｉｄｅａｌ ｉｍａｇｅ）を指す。超音波画像ｇ_Ｒは、超音波画像装置のプローブを用いて獲得された画像を指す。即ち、超音波画像ｇ_Ｒは、ビームフォーミングされた超音波信号を意味する。ビームフォーミングされた超音波信号は、対象体の目標部位に超音波を照射し、目標部位で反射された超音波（以下、「超音波エコー」という）を電気的信号に変換した超音波信号をビームフォーミングして獲得する。復元画像ｈ_Ｒは、超音波画像ｇ_Ｒから原画像ｆ_Ｒに近く復元された画像を指す。

図１を参照すると、プローブを用いて獲得された超音波画像ｇ_Ｒは、原画像ｆ_Ｒに比べて、境界がぼやけており、雑音が混入していることがわかる。このように超音波画像ｇ_Ｒが原画像ｆ_Ｒと異なる理由は、プローブを用いて超音波画像を獲得する過程で、プローブの物理的特性により原画像ｆ_Ｒの画質が低下（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）し、そこに雑音（ｎｏｉｓｅ）が加えられるためである。図２（ａ）及び（ｂ）を参照して、原画像ｆ_Ｒと超音波画像ｇ_Ｒとの間の関係をより具体的に説明すると、下記の通りである。

図２（ａ）の左側及び右側には、目標部位に対する原画像及び超音波画像をそれぞれ例示する。図２（ａ）に示すように、原画像において目標部位が点で表示される場合、超音波画像では目標部位が上下及び左右に伸びた形状で表示される。このような差、即ち原画像と超音波画像との差は、目標部位の深さが深くなるほど増加する。

図２（ｂ）の左側及び右側には、それぞれ異なる深さに位置する目標部位に対する原画像及び超音波画像をそれぞれ例示する。図２（ｂ）に示すように、プローブから近くに位置する目標部位は超音波画像において原画像の部位と類似の形態で表示される。しかし、プローブから遠くに位置する目標部位は超音波画像において原画像の部位とかなり異なる形態で表示されることがわかる。

上述した通り、プローブの物理的な特性の他、プローブと目標部位間の距離及びノイズによっても原画像の画質が低下する。このように画質の低下した超音波画像をそのまま出力すると、目標部位に対する正確な診断ができなくなる。そこで、正確な診断のために、超音波画像を原画像に略近く復元する必要がある。

原画像の品質を低下させる品質低下モデル（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ）を点拡散関数ｈ_Ｒとすると、超音波画像ｇ_Ｒは、原画像ｆ_Ｒと点拡散関数ｈ_Ｒとをコンボリューションした結果といえる。

従来の超音波画像装置は、超音波画像ｇ_Ｒから点拡散関数を推定し、推定された点拡散関数を超音波画像ｇ_Ｒとデコンボリューションする。その結果、原画像に近い復元画像（ｒｅｓｔｏｒｅｄ ｉｍａｇｅ）が得られる。即ち、点拡散関数を正確に推定するほど原画像に近い復元画像が得られる。

現在、点拡散関数推定方式は、１次元点拡散関数推定方式と２次元点拡散関数推定方式とに分類される。

１次元点拡散関数推定方式としては、ＡＲＭＡ（Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ）が挙げられる。１次元点拡散関数推定は、短時間で行われるという利点があるが、推定された点拡散関数の正確度が劣るという短所がある。そのため、推定された１次元点拡散関数と超音波画像とをデコンボリューションして復元画像を得た場合、復元画像の軸方向（ａｘｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の解像度は向上するが、側方向（ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の解像度は劣るという問題がある。

２次元点拡散関数推定方式としては、ケプストラム（Ｃｅｐｓｔｒｕｍ）方式が挙げられる。ケプストラム方式は、時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）での入力信号を周波数領域（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ）に変換した後、周波数領域で２次元点拡散関数を推定する。

ケプストラム方式は、超音波画像の大きさ情報のみを用いて２次元点拡散関数を推定する方式と、超音波画像の大きさ情報及び位相情報の両方を用いて２次元点拡散関数を推定する方式とに分類される。

大きさ情報のみに基づいて推定された２次元点拡散関数は、大きさ及び位相情報の両方に基づいて推定された２次元点拡散関数に比べて正確度が劣る。

大きさ及び位相情報の両方に基づいて２次元点拡散関数を推定すると、推定された２次元点拡散関数の正確度が高くなる。しかし、大きさ及び位相情報の両方を考慮しなければならず、複雑度（ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）及び計算量が増加する。そのため、短時間で２次元点拡散関数を推定するには無理があり、リアルタイムで復元画像を提供しなければならない超音波画像装置に適用するには無理がある。

高速２次元点拡散推定方式では、複雑度を低減するために位相情報を除去することもある（Ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｈａｓｅ）。しかし、位相情報を除去すると、それ故に推定された２次元点拡散関数の正確度が低下する。

以下、超音波画像の大きさ及び位相情報の両方を用いて２次元点拡散関数を推定するが、既存のケプストラム方式に比べてより迅速で正確に２次元点拡散関数を推定できる本発明の一実施形態による超音波画像装置について説明する。

図３は、超音波画像装置２０の一実施形態を示す斜視図である。

図３に示すように、超音波画像装置２０は、本体２００、入力部２１０、ディスプレイ部２２０、及びプローブ２３０を備える。

本体２００には超音波画像装置２０の主要構成要素が収納される。例えば、図４に示す制御部２４０、送信ビームフォーマ２５０、受信ビームフォーマ２６０、画像生成部２７０、及び点拡散関数（ＰＳＦ）データベース２８０などが収納される。これらの構成要素に関する具体的な説明は、図４を参照して後述する。

入力部２１０は、操作者が超音波画像装置２０を操作するための指示又は命令を入力する部分である。例えば、操作者は、入力部２１０を介して診断開始、診断部位選択、診断種類選択、最終的に出力される超音波画像に対するモード選択などを行うための命令を入力する。入力部は、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、タッチスクリーン、フットスイッチ（ｆｏｏｔ ｓｗｉｔｃｈ）、及びフットペダル（ｆｏｏｔ ｐｅｄａｌ）のうちの少なくとも一つを備える。

一例として、キーボードは、ハードウェアで具現され、本体２００の上部に配置される。キーボードは、スイッチ、キー、ホイール、ジョイスチック、トラックボール、及びノブ（ｋｎｏｂ）のうちの少なくとも一つを備える。フットスイッチやフットペダルは、本体２００の下部に設けられ、操作者はフットペダルを用いて超音波画像装置２０の一部機能を遂行する。

他の例として、キーボードは、グラフィックユーザーインターフェースのようにソフトウェアで具現される。ソフトウェアで具現されたキーボードは、ディスプレイ部２２０に表示される。

ディスプレイ部２２０は復元画像を表示する。ディスプレイ部２２０は複数個備えられ得る。少なくとも一つのディスプレイ部２２０は、ディスプレイ機能のみを有するか、又はディスプレイ及び入力機能の両方を有する。例えば、ディスプレイ部２２０がタッチスクリーンで具現された場合、ディスプレイ部２２０はディスプレイ機能及び入力機能の両方を有する。

プローブ２３０は、対象体１０の体表に接触する部分である。プローブ２３０の末端には少なくとも一つの超音波素子Ｔが設けられる。少なくとも一つの超音波素子Ｔは、対象体１０の内部に超音波を照射し、対象体１０の内部で反射された超音波エコーを受信して電気的信号に変換する。一例として、超音波素子Ｔは、超音波を発生させる超音波発生素子、及び超音波エコーを受信して電気的信号に変換する超音波受信素子を備える。他の例として、一つの超音波素子Ｔで超音波発生及び超音波エコー受信の両方が行われる。

超音波素子Ｔは超音波トランスデューサー（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）である。トランスデューサーとは、所定形態のエネルギーを別の形態のエネルギーに変換する装置のことをいう。例えば、超音波トランスデューサーは、電気エネルギーを波動エネルギーに変換し、波動エネルギーを電気エネルギーに変換する。換言すると、超音波トランスデューサーは、超音波発生素子の機能及び超音波受信素子の機能の両方を果たす。

超音波トランスデューサーは、圧電物質や圧電薄膜を備える。バッテリーなどの内部蓄電装置や外部の電源供給装置を通して所定周波数の交流電流が圧電物質や圧電薄膜に印加されると、圧電物質や圧電薄膜は所定周波数で振動し、振動周波数によって所定周波数の超音波が生成される。これと逆に、所定周波数の超音波エコーが圧電物質や圧電薄膜に到達すると、圧電物質や圧電薄膜は、到達した超音波エコーの周波数によって振動する。この時、圧電物質や圧電薄膜は、振動周波数に対応する周波数の交流電流を出力する。

超音波トランスデューサーとしては、磁性体の磁歪効果を用いる磁歪超音波トランスデューサー（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、圧電物質の圧電効果を用いる圧電超音波トランスデューサー（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、微細加工された数百又は数千個の薄膜の振動を用いて超音波を送受信する静電容量型微細加工超音波トランスデューサー（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ｃＭＵＴ）などを含む種々の超音波トランスデューサーを使用可能である。その他にも、電気的信号によって超音波を生成するか、又は超音波によって電気的信号を生成する他の種類のトランスデューサーも超音波トランスデューサーとして使用可能である。

少なくとも一つの超音波トランスデューサーは、プローブ２３０の末端に直線的に配列（Ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｒｙ）されるか、又は曲線的に配列（Ｃｏｎｖｅｘ ａｒｒａｙ）される。この場合、少なくとも一つの超音波トランスデューサーは、一列に配列されるか、又はマトリクス状に配列される。少なくとも一つの超音波トランスデューサーが一列に配列された場合には、プローブ２３０を走査方向（ｓｃａｎｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に移動させることで複数の超音波画像を獲得する。少なくとも一つの超音波トランスデューサーがマトリクス状に配列された場合には、一度の超音波送信で複数の超音波画像が獲得される。

図示していないが、超音波トランスデューサーの上部には、超音波トランスデューサーを覆う蓋が設けられる。

図４は、超音波画像装置２０の一実施形態を示す構成図である。

図４を参照すると、超音波画像装置２０は、入力部２１０、ディスプレイ部２２０、制御部２４０、送信ビームフォーマ２５０、プローブ２３０、受信ビームフォーマ２６０、画像生成部２７０、及び点拡散関数（ＰＳＦ）データベース２８０を備える。

入力部２１０、ディスプレイ部２２０、及びプローブ２３０については図３を参照して説明したため、重複する説明を省略する。

制御部２４０は、超音波画像装置２０の全般的な動作を制御する。具体的に、制御部２４０は、入力部２１０から入力された指示や命令に対応して、送信ビームフォーマ２５０、受信ビームフォーマ２６０、画像生成部２７０、及びディスプレイ部２２０のうちの少なくとも一つを制御するための制御信号を生成する。場合によって、制御部２４０は、有線通信又は無線通信を通じて外部装置から受信した指示や命令に対応して、各構成要素を制御するための制御信号を生成する。

点拡散関数（ＰＳＦ）データベース２８０は、少なくとも一つの点拡散関数を有する。ここで、少なくとも一つの点拡散関数は、少なくとも一つの状況変数によって予め実測されて取得された２次元点拡散関数である。状況変数は、プローブの種類、プローブと目標部位間の距離（即ち、目標部位の深さ）、超音波の速度（音速）のうちの少なくとも一つである。

図５は、点拡散関数データベース２８０の一実施形態を示す図である。図５は、点拡散関数データベース２８０が、プローブの種類、目標部位の深さ、及び音速という状況変数によって実測された２次元点拡散関数を含む場合を示す。

本実施形態によると、点拡散関数データベース２８０は、状況変数によって予め実測されて取得された２次元点拡散関数の他、状況変数によって予め設定された位相パラメータを含む。位相パラメータは、点拡散関数データベース２８０から選択された２次元点拡散関数に基づいて、新しい２次元点拡散関数を推定するために必要な位相情報をパラメータ化したものである。

位相パラメータを設定するために、先ず超音波画像の大きさ情報に基づいて２次元点拡散関数を推定する。続いて、推定された２次元点拡散関数の位相情報を表す因子の値を変更させながら、推定された２次元点拡散関数の形状と実測された２次元点拡散関数の形状とを比較する。続いて、推定された２次元点拡散関数の形状が実測された２次元点拡散関数の形状に最も近似した時の因子の値を位相パラメータに設定する。

位相パラメータの設定方法をより詳しく説明すると、次の通りである。例えば、「プローブＡ」を使って、深さが５ｃｍである目標部位の超音波画像を獲得する。続いて、超音波画像から２次元点拡散関数を推定する。そして、推定された２次元点拡散関数の位相情報を表す因子の値を変更させながら、推定された２次元点拡散関数の形状と実測された２次元点拡散関数の形状とを比較する。続いて、推定された２次元点拡散関数の形状が実測された２次元点拡散関数の形状に最も近似した時の因子の値を、状況変数がプローブＡ、目標部位の深さ５ｃｍである場合の位相パラメータに設定する。

全ての状況変数によって上述の方法を反復し、状況変数別に位相パラメータを設定する。例えば、プローブの種類及び目標部位の深さによって位相パラメータを設定する。設定された位相パラメータは点拡散関数データベース２８０に保存される。

再び図４を参照すると、送信ビームフォーマ２５０は、送信ビームフォーミング（ｔｒａｎｓｍｉｔ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行う。送信ビームフォーミングとは、少なくとも一つの超音波素子Ｔから発生した超音波を焦点（ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ）に集束させることをいう。即ち、少なくとも一つの超音波素子Ｔから発生した超音波が焦点に到達する時間差を克服するべく、適宜その順序を定めて超音波素子Ｔで超音波を発生させることをいう。送信ビームフォーミングについて、図６を参照してより詳しく説明する。

図６は、送信ビームフォーマ２５０の構成図である。図６を参照すると、送信ビームフォーマ２５０は、送信信号生成部２５１及び時間遅延部２５２を備える。

送信信号生成部２５１は、制御部２４０の制御信号によって、少なくとも一つの超音波素子Ｔに印加する送信信号（高周波交流電流）を発生する。送信信号生成部２５１で発生した送信信号は時間遅延部２５２に提供される。

時間遅延部２５２は、送信信号生成部２５１で生成された送信信号毎に時間遅延を加え、各送信信号が各超音波素子Ｔに到達する時間を調節する。時間遅延部２５２により時間遅延された送信信号が超音波素子Ｔに印加されると、超音波素子Ｔは、送信信号の周波数に対応する超音波を発生させる。各超音波素子Ｔで発生した超音波は、焦点（ｆｏｃａｌ ｐｏｉｎｔ）に集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）する。超音波素子Ｔで発生した超音波が集束する焦点の位置は、送信信号に適用される遅延パターンの形態によって異なる。

より具体的に、図６には、５個の超音波素子ｔ１〜ｔ５を例示する。また、送信信号に適用可能な３つの遅延パターンを太い実線、中間太さの実線、細い実線で例示する。

送信信号生成部２５１で生成された送信信号に対して太い実線の形態の遅延パターンを適用すると、各超音波素子ｔ１〜ｔ５から発生した超音波は第１焦点Ｆ１に集束する。

送信信号生成部２５１で生成された各送信信号に対して中間太さの実線の形態の遅延パターンを適用すると、各超音波素子ｔ１〜ｔ５から発生した超音波は、第１焦点Ｆ_１よりも遠い第２焦点Ｆ_２に集束する。

送信信号生成部２５１で生成された各送信信号に対して細い実線の形態の遅延パターンを適用すると、各超音波素子ｔ１〜ｔ５から発生した超音波は、第２焦点Ｆ_２よりも遠い第３焦点Ｆ_３に集束する。

上述した通り、送信信号生成部２５１で生成された送信信号に適用される遅延パターンによって焦点の位置が異なる。そのため、一つの遅延パターンのみを適用する場合、対象体１０に照射される超音波は、固定した焦点に集束する（ｆｉｘｅｄ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ）。それぞれ異なる遅延パターンを適用する場合、対象体１０に照射される超音波は、複数の焦点に集束する（ｍｕｌｔｉ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ）。

このように、各超音波素子Ｔから発生した超音波は、一つの地点にのみ固定集束するか、又は複数の地点に多重集束する。集束した超音波は対象体１０の内部に照射される。対象体１０の内部に照射された超音波は、対象体１０内の目標部位で反射される。目標部位で反射された超音波エコーは超音波素子Ｔで受信される。すると、超音波素子Ｔは、受信した超音波エコーを電気信号に変換する。以下、変換された電気信号を超音波信号という。超音波素子Ｔから出力された超音波信号は増幅及びフィルタリングされた後にデジタル信号に変換されて受信ビームフォーマ２６０に提供される。

再び図４を参照すると、受信ビームフォーマ２６０は、デジタル信号に変換された超音波信号に対して受信ビームフォーミング（ｒｅｃｅｉｖｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行う。受信ビームフォーミングとは、各超音波素子Ｔから出力された超音波信号間に存在する時差を補正して集束させることをいう。受信ビームフォーミングについて、図７を参照してより詳しく説明する。

図７は、受信ビームフォーマ２６０の構成図である。図７を参照すると、受信ビームフォーマ２６０は、時差補正部２６２及び集束部２６１を備える。

時差補正部２６２は、各超音波素子Ｔから出力された超音波信号を一定時間遅延させ、これらの超音波信号を同時に集束部２６１に伝達する。

集束部２６１では、時差補正部２６２により時差補正された超音波信号が一つに集束される。集束部２６１は、入力された超音波信号毎に所定の加重値、例えばビームフォーミング係数を付加することで、所定の超音波信号を他の超音波信号に比べてより弱めるか又は強めて集束させる。集束した超音波信号は画像生成部２７０に提供される。

再び図４を参照すると、画像生成部２７０は、超音波信号に基づいて、点拡散関数データベース２８０から少なくとも一つの２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択し、選択された２次元点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定する。画像生成部２７０について、図８を参照してより詳しく説明する。

図８は、画像生成部の一実施形態を示す構成図である。図８を参照すると、画像生成部２７０は、点拡散関数選択部２７１、点拡散関数推定部２７３、及びデコンボリューション部２７５を備える。

点拡散関数選択部２７１は、ビームフォーミングされた超音波信号の状況変数に基づいて、点拡散関数データベース２８０から少なくとも一つの２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択する。例えば、ビームフォーミングされた超音波信号を分析した結果、ビームフォーミングされた超音波信号がプローブＡを用いて獲得した信号であり、目標部位が図２（ｂ）の「深さ１」に位置する場合、点拡散関数選択部２７１は、点拡散関数データベース２８０から「深さ１」に該当する２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択する。超音波画像を分析した結果、ビームフォーミングされた超音波信号がプローブＡを用いて獲得した信号であり、目標部位が図２（ｂ）の「深さ３」及び「深さ５」にそれぞれ位置する場合、点拡散関数選択部２７１は、点拡散関数データベース２８０から「深さ３」に該当する２次元点拡散関数及び位相パラメータ、及び「深さ５」に該当する２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択する。

点拡散関数推定部２７３は、点拡散関数選択部２７１により選択された少なくとも一つの２次元点拡散関数及び位相パラメータを用いて２次元点拡散関数を推定する。２次元点拡散関数を再び推定する理由は、実測された２次元点拡散関数の状況変数と、実際の診断過程で獲得された超音波信号の状況変数とが異なることがあるからである。

例えば、目標部位の深さが同一であっても、音速は対象体である人によって異なることがある。そのため、プローブの種類、目標部位の深さ、及び音速別に２次元点拡散関数を実測して点拡散関数データベース２８０を構築したとしても、実際の超音波診断過程では、状況変数の変動により、点拡散関数データベース２８０に含まれる点拡散関数をそのまま使用できなくなる場合が発生する。この場合、実際の診断状況に最も類似する状況変数による点拡散関数を選択し、選択された点拡散関数に基づいて２次元点拡散関数を推定すると、２次元点拡散関数をより速かに推定可能となる。また、予め設定された位相パラメータを用いて２次元点拡散関数を推定するため、推定された２次元点拡散関数の正確度を向上させることができる。

点拡散関数データベースから、実際の診断過程で獲得された超音波信号の状況変数と同一の状況変数を検索し、点拡散関数データベースから、獲得された超音波信号の状況変数に対応する予め実測されて取得された２次元点拡散関数を選択し、選択された２次元点拡散関数に基づいて、ビームフォーミングされた超音波信号をデコンボリューションする。

デコンボリューション部２７５は、推定された２次元点拡散関数を用いて、ビームフォーミングされた超音波信号をデコンボリューションする。その結果、原画像と略同一の画像信号が獲得される。獲得した画像信号は後処理されて、ディスプレイ部２２０に表示される。

図９は、状況変数によって実測された１次元点拡散関数４１及び実測された２次元点拡散関数４２を例示する図である。

図１０は、推定された１次元点拡散関数５１及び推定された２次元点拡散関数５２を例示する図である。ここで、２次元点拡散関数５２は、ケプストラム方式によって推定されたものであり、位相情報を除去し（Ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｈａｓｅ）、大きさ情報に基づいて推定したものである。図１０の２次元点拡散関数５２の形状は、図９の実測された２次元点拡散関数４２の形状から大きく変わることがわかる。

図１１も、推定された１次元点拡散関数６１及び推定された２次元点拡散関数６２を例示する図である。ここで、２次元点拡散関数６２は、ケプストラム方式によって推定されたものであり、大きさ情報及び予め設定された位相パラメータに基づいて推定したものである。図１１の２次元点拡散関数６２の形状は、図９の実測された２次元点拡散関数４２の形状に類似することがわかる。

図１２は、大きさ情報に基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。左側の原画像と右側のデコンボリューション結果とを比較すると、デコンボリューション結果は、原画像に比べて、軸方向はある程度画像画質を維持するが、側方向（ｌａｔｅｒａｌ ｄｅｒｅｃｔｉｏｎ）に伸びることがわかる。これは、実測された２次元点拡散関数と推定された２次元点拡散関数間の軸方向への形状はある程度類似するが、側方向への形状には大きな差があるためである。

図１３は、大きさ情報及び基本値に設定された位相情報に基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。左側の原画像と右側のデコンボリューション結果とを比較すると、デコンボリューション画像は、原画像に比べて、側方向はある程度画像画質を維持するが、軸方向に画像画質がやや低下することがわかる。これは、実測された２次元点拡散関数と推定された２次元点拡散関数間の側方向への形状は類似するが、軸方向への形状には差があるためである。

図１４は、大きさ情報及び予め設定された位相パラメータに基づいて推定された２次元点拡散関数を用いたデコンボリューション結果と原画像とを比較した図である。実測された２次元点拡散関数と推定された２次元点拡散関数の形状とを比較すると、側方向の形状及び軸方向の形状の両方において略類似することがわかる。その結果、原画像とデコンボリューション結果も互いに類似することがわかる。

図１５は、超音波画像装置の制御方法の一実施形態を示すフローチャートである。

入力信号が入力されると（ステップＳ７１０）、その入力信号を分析する（ステップＳ７２０）。ここで、入力信号は、ビームフォーミングされた超音波信号である。入力信号の分析は状況変数によって行われる。状況変数の例としては、プローブの種類、目標部位の深さ、及び音速が挙げられる。

入力信号が分析されると、分析結果に基づいて、点拡散関数データベース２８０から少なくとも一つの点拡散関数及び少なくとも一つの位相パラメータを選択する（ステップＳ７３０）。このとき、選択される点拡散関数は、２次元点拡散関数である。即ち、少なくとも一つの２次元点拡散関数を選択する。位相パラメータは、状況変数によって予め設定される。例えば、位相パラメータは、目標部位の深さによって決定される。

点拡散関数及び位相パラメータが選択されると、選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定する（ステップＳ７４０）。このように選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定すると、大きさ情報及び位相情報を活用することになるため、推定された２次元点拡散関数の正確度を向上させることができる。

２次元点拡散関数が推定されると、推定された２次元点拡散関数と入力信号とをデコンボリューションする（ステップＳ７５０）。

デコンボリューション結果により画像信号を獲得する（ステップＳ７６０）。獲得した画像信号は、復元画像であるといえる。復元画像は、後処理過程を経てディスプレイ部２２０に表示される。

上述した実施形態において、超音波画像装置２０を構成する一部の構成要素は、一種のモジュールで具現される。

ここで、「モジュール」は、ソフトウェア、若しくはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のようなハードウェアの構成要素を意味し、モジュールは所定の役割を担う。しかし、モジュールがソフトウェア又はハードウェアに限定されるものではない。モジュールは、アドレシング可能な記憶媒体に存在するように構成されて、一つ又はそれ以上のプロセッサを実行させるように構成され得る。

従って、一例として、モジュールは、ソフトウェア構成要素、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素、及びタスク構成要素のような構成要素、プロセス、関数、属性、プロシージャ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバー、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、並びに変数を含む。構成要素とモジュールで提供される機能は、より少ない数の構成要素及びモジュールに統合されるか、又は追加の構成要素とモジュールに更に分離される。また、これらの構成要素及びモジュールはデバイス内で一つ又はそれ以上のＣＰＵを含む。

上述した実施形態に加えて、本発明の実施形態は、上述した実施形態の少なくとも一つの処理要素を制御するためのコード／命令を含むコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され得る。記録媒体は、コードの記憶及び／又は伝送を可能にする全てのコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり得る。

コンピュータ読み取り可能なコードは、記録媒体に記録される他、インターネットを介して伝送され得る。記録媒体は、例えば、マグネチック記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）及び光学記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ）のような記録媒体、搬送波（ｃａｒｒｉｅｒ ｗａｖｅ）のような伝送媒体を介する記録媒体を含む。また、記録媒体は、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり得る。これらの記録媒体は分散ネットワークを介したものであり得、この場合、コンピュータ読み取り可能なコードは分散方式で記憶／伝送されて実行され得る。更に、一例として、処理要素は、プロセッサ又はコンピュータプロセッサを含み、一つのデバイス内に分散及び／又は含まれ得る。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１０ 対象体
２０ 超音波画像装置
４１、５１、６１ １次元点拡散関数
４２、５２、６２ ２次元点拡散関数
２００ 本体
２１０ 入力部
２２０ ディスプレイ部
２３０ プローブ
２４０ 制御部
２５０ 送信ビームフォーマ
２５１ 送信信号生成部
２５２ 時間遅延部
２６０ 受信ビームフォーマ
２６１ 集束部
２６２ 時差補正部
２７０ 画像生成部
２７１ 点拡散関数（ＰＳＦ）選択部
２７３ 点拡散関数（ＰＳＦ）推定部
２７５ デコンボリューション部
２８０ 点拡散関数（ＰＳＦ）データベース
Ｔ、ｔ１〜ｔ５ 超音波素子

Claims (14)

1. 対象体の目標部位に超音波を照射した後、該目標部位で反射された超音波エコーを受信し、該受信した超音波エコーを電気的信号に変換して超音波信号を出力するプローブと、
   前記超音波信号をビームフォーミングし、ビームフォーミングされた超音波信号を出力する受信ビームフォーマと、
   前記ビームフォーミングされた超音波信号に対して、状況変数別に予め取得された点拡散関数、及び前記状況変数別に予め設定された位相パラメータを含む点拡散関数データベースと、
   前記ビームフォーミングされた超音波信号に基づいて前記点拡散データベースから点拡散関数及び位相パラメータを選択し、該選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて推定された点拡散関数を用いてデコンボリューションを行って画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする超音波画像装置。
2. 前記位相パラメータは、前記ビームフォーミングされた超音波信号の大きさ情報に基づいて推定された点拡散関数の形状と、前記予め取得された点拡散関数の形状とを比較した結果によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像装置。
3. 前記状況変数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像装置。
4. 前記点拡散関数データベースに含まれる点拡散関数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速別に予め取得されることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像装置。
5. 前記点拡散関数データベースに含まれる位相パラメータは、前記プローブの種類及び前記目標部位の深さ別に予め設定されることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像装置。
6. 前記点拡散関数データベースは、前記状況変数別に予め取得された２次元点拡散関数を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波画像装置。
7. 前記画像生成部は、
   前記ビームフォーミングされた超音波信号に関連する状況変数に基づいて前記点拡散関数データベースから２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択する点拡散関数選択部と、
   前記選択された２次元点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定する点拡散関数推定部と、
   前記推定された２次元点拡散関数を用いて、前記ビームフォーミングされた超音波信号をデコンボリューションするデコンボリューション部と、備えることを特徴とする請求項６に記載の超音波画像装置。
8. 少なくともプローブ、受信ビームフォーマ、点拡散関数データベース、及び画像生成部を備える超音波画像装置の制御方法であって、
   状況変数別に予め取得された点拡散関数、及び前記状況変数別に予め設定された位相パラメータを含む点拡散関数データベースを生成するステップと、
   前記プローブにより、対象体の目標部位に超音波を照射した後、該目標部位で反射された超音波エコーを受信し、該受信した超音波エコーを電気的信号に変換して超音波信号を出力するステップと、
   前記受信ビームフォーマにより、前記超音波信号をビームフォーミングし、ビームフォーミングされた超音波信号を出力するステップと、
   前記画像生成部により、前記ビームフォーミングされた超音波信号に基づいて前記点拡散データベースから点拡散関数及び位相パラメータを選択し、該選択された点拡散関数及び位相パラメータに基づいて推定された点拡散関数を用いてデコンボリューションを行って画像を生成するステップと、を有することを特徴とする超音波画像装置の制御方法。
9. 前記位相パラメータは、前記ビームフォーミングされた超音波信号の大きさ情報に基づいて推定された点拡散関数の形状と、前記予め取得された点拡散関数の形状とを比較した結果によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の超音波画像装置の制御方法。
10. 前記状況変数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項８に記載の超音波画像装置の制御方法。
11. 前記点拡散関数データベースに含まれる点拡散関数は、前記プローブの種類、前記目標部位の深さ、及び前記超音波の音速別に予め取得されることを特徴とする請求項１０に記載の超音波画像装置の制御方法。
12. 前記点拡散関数データベースに含まれる位相パラメータは、前記プローブの種類及び前記目標部位の深さ別に予め設定されることを特徴とする請求項１０に記載の超音波画像装置の制御方法。
13. 前記点拡散関数データベースは、前記状況変数別に予め取得された２次元点拡散関数を含むことを特徴とする請求項８に記載の超音波画像装置の制御方法。
14. 前記画像を生成するステップは
    前記ビームフォーミングされた超音波信号に関連する状況変数に基づいて前記点拡散関数データベースから２次元点拡散関数及び位相パラメータを選択するステップと、
    前記選択された２次元点拡散関数及び位相パラメータに基づいて２次元点拡散関数を推定するステップと、
    前記推定された２次元点拡散関数を用いて、前記ビームフォーミングされた超音波信号をデコンボリューションするステップと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の超音波画像装置の制御方法。

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