JP2019025247A - 超音波撮像装置、および、画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像時間が短く、サイドローブによるアーチファクトを低減した超音波画像を得る。
【解決手段】撮像領域に対して超音波を送信した後、撮像領域から戻った超音波を受信した信号を受け取って、撮像領域の画像を生成する。撮像領域に対する超音波の入射角度に応じた所定の方向について、画像の画素値分布を求め、画素値分布の高周波成分に含まれるノイズ成分を除去することによりサイドローブアーチファクトを除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波を用いて被検体内の画像を撮像する超音波撮像技術に関する。

超音波撮像技術とは、一般的には20kHz以上の高周波の音波を用いて人体をはじめとする被検体の内部を非侵襲的に画像化する技術である。一つの例として、医用超音波診断装置について簡単に説明する。超音波探触子は、超音波を患者の体内に向けて送信し、患者体内から反射されるエコー信号を受信する。受信信号は、超音波探触子および超音波診断装置本体の一方またはその双方において信号処理を施された後、画像表示部に受け渡され、超音波画像が表示される。具体的には、例えば超音波診断装置本体に配置された送信ビームフォーマにおいて、所定の送信焦点に焦点を結ぶように遅延させた送信信号が生成され、送受信分離回路（T/R）を経た後に、超音波探触子の複数の素子に送られる。超音波探触子の複数の素子は、受け取った送信信号を超音波に変換することにより、所定の送信焦点に焦点を結ぶ集束した送信ビームを被検体に送信する。超音波探触子は、被検体体内からのエコー信号を受信し、受信信号を本体に伝達する。本体中で、受信信号は送受信分離回路を経て、受信ビームフォーマに受け渡され、受信ビームフォーマにおいて整相処理が施された後、画像処理部に伝達される。画像処理部では、各種フィルタ、スキャンコンバートなど様々な画像処理が実行され、超音波画像が生成される。最終的に画像表示部に超音波画像が表示される。

受信ビームフォーマは、超音波探触子を構成する複数素子の各受信信号（受信データ）に対して、受信焦点位置と素子の位置との関係に応じて凹面型に遅延量が分布する遅延時間を与えることにより、仮想的に空間のある一点（受信焦点）に焦点をあわせた後、受信信号データを加算する。この整相加算後データにより、撮像領域の受信焦点の位置の画素の値が生成される。この方法は、遅延加算方式による整相と呼ばれている。この遅延加算方式では、超音波診断装置の複数素子で受信された受信データと診断装置に蓄えられた固定の重みベクトルとを乗算し、重み付けしてから加算する場合もある。なお、遅延加算処理は、撮像領域に設定された受信走査線上の複数の受信焦点についてそれぞれ行われる。

集束する送信ビームを送信する撮像方法は、送信ビームが照射された撮像領域の範囲内に１本または数本の受信走査線を設定し、受信走査線上の複数の受信焦点に対して遅延加算後データが取得される。そのため、撮像領域の全体について遅延加算後データを得るためには、位置をずらしながら複数回送信ビームを送信する必要があり、撮像に時間がかかるという問題がある。

この問題に対し、超音波探触子の複数の素子から平面波の超音波を送信し、撮像領域全体に1回の送信で超音波を照射し、撮像領域全体に複数の受信走査線を設定して、それぞれの受信走査線上の受信焦点について遅延加算後データを得て画像を生成することにより、撮像時間を短縮する撮像方法がある。しかしながら、平面波の超音波を送信する撮像方法は、送信する超音波が焦点を結ばないためサイドローブが発生しやすく、サイドローブにより生じたエコー信号が、実際の被検体内の反射体（実像）の周辺にアーチファクトを生じさせる。この欠点を補うための技術として、平面波の送信角度を変えて複数回の送信を行い、それぞれの送信ごとに画像を生成し、生成した画像を加算することで、実像の信号強度を大きくし、アーチファクトに対するコントラストを高める手法が特許文献１に記載されている。

米国特許第6,551,246号明細書

特許文献１の手法は、サイドローブによるアーチファクトに対する実像の画像上のコントラストを相対的に高めるものであるため、十分なコントラストを得るためには多くの超音波画像を加算する必要がある。そのため、複数の超音波画像を平面波の送信角度を変更しながら撮像する必要があり、撮像時間の低減効果が十分に得られないという課題があった。

本発明の目的は、撮像時間が短く、サイドローブによるアーチファクトを低減した超音波画像を得ることにある。

上記課題を解決するために、本発明の超音波撮像装置は、撮像領域に対して超音波を送信した後、撮像領域から戻った超音波を受信した信号を受け取って、撮像領域の画像を生成する画像生成部と、撮像領域に対する超音波の入射角度に応じた所定の方向について、画像の画素値分布を求め、画素値分布の高周波成分に含まれるノイズ成分を除去することによりサイドローブアーチファクトを除去する画像処理部とを有する。

本発明によれば、撮像時間が短く、サイドローブによるアーチファクトを低減した超音波画像を得ることができる。

（ａ）〜（ｃ）は、撮像領域への超音波の入射角度と、得られる超音波画像のサイドローブアーチファクトの方向とを示す説明図。 実施形態１の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 実施形態２の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 実施形態２にかかる信号変換部の構成を示すブロック図。 （ａ）実施形態２にかかる多重解像度解析部の機能を示すブロック図、（ｂ）多重解像度解析部が抽出した低周波成分画像および高周波成分画像を並べた解像度（周波数成分）解析画像を示す図。 実施形態２の多重解像度解析部が多重に抽出した低周波成分画像および高周波成分画像を並べた解像度（周波数成分）解析画像を示す図。 （ａ）実施形態２にかかる、超音波入射角が０度の場合の、解像度解析画像と、ＬＨ成分画像のノイズを除去した解像度解析画像と、サイドローブアーチファクト除去画像を示す図、（ｂ）超音波入射角が０度〜９０度の場合の、解像度解析画像と、ＨＨ成分画像のノイズを除去した解像度解析画像と、サイドローブアーチファクト除去画像を示す図。 実施形態３の超音波撮像装置の構成を示すブロック図。 実施形態３にかかる撮像領域内の小領域における超音波の入射角を示す図。 実施形態４にかかる信号変換部の構成を示すブロック図。 実施形態４にかかる解像度解析画像のノイズ除去処理と加算処理を示す説明図。 実施形態５にかかる信号変換部の構成を示すブロック図。 実施形態６にかかる信号変換部の構成を示すブロック図。 実施形態７にかかる信号変換部の構成を示すブロック図。 実施形態７にかかるサイドローブ推定部の処理の流れを示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

＜＜実施形態１＞＞
本実施形態では、送信した超音波１０のサイドローブにより超音波画像にアーチファクト１１が発生する方向が、超音波１０の撮像領域への入射方向に依存することを利用して、サイドローブによるアーチファクトを除去する。すなわち、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、超音波画像における撮像領域内の反射体１２のサイドローブアーチファクトは、反射体１２に入射する超音波１０の波面に沿った方向に表れることに本実施形態では着目し、超音波画像の超音波の入射角度に応じた所定の方向について、画像の画素値分布を求め、画素値分布からノイズ成分を除去することによりサイドローブアーチファクトを除去する。より具体的には、超音波画像の画素値分布を少なくとも２方向について求め、高周波成分と低周波成分にそれぞれ分離し、超音波の入射方向に対応した所定方向の高周波成分に含まれるサイドローブによるノイズを除去することにより、サイドローブアーチファクト除去画像を生成する。

図２を用いて本実施形態の超音波画像撮像装置について説明する。

本実施形態の超音波画像撮像装置は、画像生成部３と、画像処理部２１とを有し、画像処理部２１は、成分抽出部４と、サイドローブノイズ除去部５と、サイドローブ除去画像生成部７とを少なくとも備えている。このとき、超音波画像撮像装置は、超音波探触子１０１等を必ずしも備えていなくてもよく、別の装置が被検体に超音波を送信し、そのエコー等を受信した受信信号を、その装置から受け取る構成であってもよい。ここでは図２のように、超音波画像撮像装置は、超音波探触子１０１、送信部２、および、送受信分離回路１０２を備える構成である場合について説明する。

撮像領域２０に対して、超音波探触子１０１の複数の音響変換素子から超音波１０を送信すると、撮像領域２０からエコー等の超音波が超音波探触子１０１に戻って複数の音響変換素子によって受信される。画像生成部３は、音響変換素子の受信信号を受け取って、撮像領域２０の画像を生成する。画像の生成方法としては、どのような方法を用いてもよい。例えば、撮像領域２０に複数の受信走査線を設定し、受信走査線上の受信焦点に受信信号の焦点を合わせるように各受信信号をそれぞれ遅延させた後加算し、各受信走査線上の受信焦点の遅延加算後信号を画素値とする画素を、画像空間に配置することにより超音波画像を生成する方法を用いることができる。

成分抽出部４は、画像生成部３が生成した画像の少なくとも２方向について画素値分布を求め、２方向のそれぞれの画素値分布（信号）を構成する高周波成分と低周波成分を抽出する。２方向は、どのような方向であってもよいが、一例としては、画像の水平方向と垂直方向のように直交する２方向とする。撮像領域２０の反射体１３の周辺には、超音波の波面に沿う方向にサイドローブアーチファクトが生じているため、撮像領域２０に対する超音波１０の入射角度に応じて、上記２方向の画素値分布の一方、または両方には、超音波１０のサイドローブによって生じたノイズが含まれている。例えば、図１（ｂ）のように、撮像領域２０の水平方向に平行な平面波の超音波１０を送信した場合、画像の反射体１２の実像１３の水平方向に沿ってサイドローブアーチファクト１１が生じる。よって、画像の垂直方向の画素値分布のノイズ（高周波成分の一部）を除去する必要がある。そこで、サイドローブノイズ除去部５は、撮像領域２０に対する超音波１０の入射角度に応じて、２方向の少なくとも一方を選択して、選択した方向の高周波成分に含まれるノイズ成分（以下、サイドローブノイズとも呼ぶ）を除去する。例えば、高周波成分に含まれる絶対値が所定値以下の成分をノイズ成分として除去する。

サイドローブ除去画像生成部７は、サイドローブノイズ除去部５が選択した方向の、ノイズ成分を除去した高周波成分を少なくとも用いて、撮像領域２０のサイドローブアーチファクト除去画像を生成する。具体的には、サイドローブ除去画像生成部７は、サイドローブノイズ除去部５が選択した方向の、ノイズ成分を除去した高周波成分と低周波成分、および、サイドローブノイズ除去部５が選択しなかった方向の高周波成分と低周波成分、を用いて撮像領域のサイドローブアーチファクト除去画像を生成する。例えば、高周波成分と低周波成分を抽出した際の方法の逆の処理を行うことにより画像を再び生成する。これにより、ノイズ成分のみが画素値分布から除去され、他の成分は維持されるため、実像の画素値低減を抑制しながらサイドローブアーチファクト１１を除去することができる。

このように、本実施形態の撮像方法によれば、撮像した超音波画像からサイドローブアーチファクトを除去することができるため、撮像時間が短く、かつ、サイドローブによるアーチファクトが低減された画像を得ることができる。

以下、実施形態２以降により、より具体的な実施形態について説明する。

＜＜実施形態２＞＞
図３は、実施形態２の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。図３において、実施形態１の装置と同じ構成には同じ符号を付している。

図３のように、超音波診断装置は、所定の方向に沿って複数の超音波素子（超音波振動子）を配列した超音波探触子（以下、超音波素子アレイと呼ぶ）１０１と、超音波素子アレイ１０１を介して送受信する信号を分離する送受信分離回路１０２と、送受信分離回路１０２を介して送信信号を超音波素子アレイ１０１の各超音波素子に受け渡す送信部２とを有する。送信部２は、ここでは、平面波を所定の方向から撮像領域２０に照射するよう、超音波素子ごとに遅延させた送信信号を生成する。

また、実施形態２の超音波撮像装置は、画像生成部３として、超音波素子アレイ１０１の各超音波素子が受信した信号の位相を、受信焦点の位置に応じて整相（遅延）させ、合成（加算）し、整相加算後信号を得る整相処理部１０３が配置されている。整相処理部１０３は、撮像領域２０全体に複数の受信走査線を設定し、各受信走査線上の複数の受信焦点についてそれぞれ整相加算後信号を得て、整相加算後信号を、それぞれの受信焦点の位置に対応する画素の画素値とすることにより、超音波画像を生成する。これにより、一度の平面波の送信によって、１枚の超音波画像を得ることができる。この超音波画像は、一度の平面波の送信によって得た画像であるため、サイドローブによるアーチファクト等を含み、低解像度である。

また、実施形態２の超音波撮像装置は、成分抽出部４として、ウエーブレット変換により高周波成分および低周波成分を抽出する多重解像度解析部１０４を備え、さらに、サイドローブノイズ除去部５と、サイドローブ除去画像生成部７とを備えている。実施形態２では、サイドローブノイズ除去部５とサイドローブ除去画像生成部７は、図４のように、信号変換部１０５を構成している。また、サイドローブ除去画像生成部７は、ここではウエーブレット逆変換によりサイドローブを除去した画像を生成するため、逆変換部４０４と呼ぶ。

信号変換部１０５には、制御部１０８と画像表示部１０６が接続されている。また、制御部１０８と画像表示部１０６には、コンソール１０９が接続されている。コンソール１０９は、タッチパネル、キーボード、トラックボールなどによって構成され、ユーザの入力を受け付ける。制御部１０８は、コンソール１０９が受け付けたユーザの入力に基づいて、送信部２、整相処理部１０３および信号処理部１０５に撮像領域２０への平面波である超音波の入射方向等を指示する。画像表示部１０６は、ディスプレイなどによって構成され、信号変換部１０５によって生成された画像などをユーザに対して表示する。

以下、多重解像度解析部１０４および信号変換部１０５の処理について説明する。

多重解像度解析部１０４は、整相処理部１０３が生成した超音波画像の２方向について、画素値分布（信号）を求め、それぞれ高周波成分と低周波成分を抽出する。ここでは、ウエーブレット変換により、複数の異なる周波数帯域を抽出する。抽出する２方向は、ここでは超音波画像の水平方向と垂直方向とする。

多重解像度解析部１０４の処理を、図５（ａ）を用いて具体的に説明する。多重解像度解析部１０４は、水平方向解析部４１と垂直方向解析部４２とを備えている。水平方向解析部４１は、低域通過フィルタ２０１ａ、高域通過フィルタ２０１ｂ、ダウンサンプリング部２０２ａおよびダウンサンプリング部２０２ｂを含む。一方、垂直方向解析部４２は、低域通過フィルタ２０３ａ、２０３ｃと、高域通過フィルタ２０３ｂ、２０３ｄと、ダウンサンプリング部２０４ａ〜２０４ｄとを備えている。

多重解像度解析部１０４の水平方向解析部４１は、整相処理部１０３が生成した超音波画像４３の画素値をまず水平方向に並んだ画素について順次サンプリングして水平方向の画素値分布を示す水平方向信号４３ａを生成する。水平方向信号４３ａは、垂直方向の各位置（画素）についてそれぞれ生成する。そして、水平方向信号４３ａを、低域通過フィルタ２０１ａを通過させることにより、所定の帯域以下の低周波成分を抽出した後、２：１ダウンサンプリング部２０２により、水平方向に隣り合う２画素分の信号値の平均等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の低周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の画素値分布の全成分を含み、かつ、水平方向のサイズが超音波画像４３の１／２で、垂直方向のサイズが超音波画像４３と変わらない水平方向低周波画像４４が生成される。

同様に、水平方向信号４３ａを高域通過フィルタ２０１ｂを通過させることにより、所定の帯域より高周波の成分を抽出した後、２:１ダウンサンプリング部２０２ｂにより、水平方向に隣り合う２画素分の信号値の平均値等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の高周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の画素値分布の全成分を含み、かつ、水平方向のサイズが超音波画像４３の１／２のサイズで、垂直方向のサイズは超音波画像４３と変わらない水平方向高周波画像４５が生成される。

つぎに、垂直方向解析部４２は、水平方向低周波画像４４の画素値を垂直方向に並んだ画素について順次サンプリングして垂直方向の画素値分布を示す垂直方向信号４４ａを生成する。垂直方向信号４４ａは、水平方向の各位置（画素）についてそれぞれ生成する。そして、垂直方向解析部４２は、垂直方向信号４４ａを、低域通過フィルタ２０３ａを通過させることにより、所定の帯域以下の低周波成分を抽出した後、２：１ダウンサンプリング部２０４ａにより、垂直方向に隣り合う２画素分の信号値の平均等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の低周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の垂直方向の画素値分布の低周波成分により構成され、かつ、水平方向および垂直方向のサイズが超音波画像４３のいずれも１／２である「水平方向低周波成分・垂直方向低周波成分（以下ＬＬ成分と呼ぶ）画像４６」が生成される。

同様に、垂直方向解析部４２は、垂直方向信号４４ａを、高域通過フィルタ２０３ｂを通過させることにより、所定の帯域より大きい高周波成分を抽出した後、２：１ダウンサンプリング部２０４ｂにより、垂直方向に隣り合う２画素分の信号値の平均等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の低周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の垂直方向の画素値分布の高周波成分により構成され、かつ、水平方向および垂直方向のサイズが超音波画像４３のいずれも１／２である「水平方向低周波成分・垂直方向高周波成分（以下ＬＨ成分と呼ぶ）画像４７が生成される。

さらに、垂直方向解析部４２は、水平方向高周波画像４５の画素値を垂直方向に並ぶ画素について順次サンプリングして垂直方向信号４５ａを生成する。そして、垂直方向解析部４２は、垂直方向信号４５ａを、低域通過フィルタ２０３ｃを通過させることにより、所定の帯域以下の低周波成分を抽出した後、２：１ダウンサンプリング部２０４ｃにより、垂直方向に隣り合う２画素分の信号値の平均等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の高周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の垂直方向の画素値分布の低周波成分により構成され、かつ、水平方向および垂直方向のサイズが超音波画像４３のいずれも１／２である「水平方向高周波成分・垂直方向低周波成分（以下ＨＬ成分と呼ぶ）画像４８」が生成される。

同様に、垂直方向解析部４２は、垂直方向信号４５ａを、高域通過フィルタ２０３ｄを通過させることにより、所定の帯域より大きい高周波成分を抽出した後、２：１ダウンサンプリング部２０４ｄにより、垂直方向に隣り合う２画素分の信号値の平均等を求めて１画素分の信号値を生成する。これにより、水平方向は、超音波画像４３の水平方向の画素値分布の高周波成分により構成され、垂直方向は、超音波画像４３の垂直方向の画素値分布の高周波成分により構成され、かつ、水平方向および垂直方向のサイズが超音波画像４３のいずれも１／２である「水平方向高周波成分・垂直方向高周波成分（以下ＨＨ成分と呼ぶ）画像４７」が生成される。

得られたＬＬ成分画像４６、ＬＨ成分画像４７、ＨＬ成分画像４８、ＨＨ成分画像４９を、高周波成分から低周波成分の順に並べると図５（ｂ）のような解像度（周波数成分）解析画像２０５が得られる。

また、ＬＬ成分画像４６について、さらに水平方向解析部、垂直方向解析部４２によって上記と同様に処理して、ＬＬ成分画像５０、ＬＨ成分画像５１、ＨＬ成分画像５２、ＨＨ成分画像５３を得てもよい。さらにもう一度、ＬＬ成分画像５０について処理して、ＬＬ成分画像５４、ＬＨ成分画像５５、ＨＬ成分画像５６、ＨＨ成分画像５７を得てもよい。得られた画像を、高周波成分と低周波成分の順に並べると、図６のような配置になる。これにより、超音波の画素値分布が、多段階に低周波成分と高周波成分とに分離された多重解像度解析画像２０５が得られる。

サイドローブノイズ除去部５は、多重解像度解析部１０４が生成した解像度解析画像４６〜４９のうち高周波成分を含む画像４７〜４９から、超音波の入射方向に応じて予め定めた１以上の画像を選択し、サイドローブノイズ成分を除去する。すなわち、サイドローブアーチファクトは超音波進行方向に直交する方向（超音波の波面に平行な方向）に沿って発生するため、サイドローブノイズ除去部５は、これを除去する。サイドローブノイズ除去部５は、超音波の入射方向を制御部１０８から受け取る。

例えば、超音波入射角が０度の場合（図１（ｂ）参照）には、サイドローブアーチファクトが、超音波画像の水平方向に沿って発生すると推定されるため、サイドローブノイズ除去部５は、水平方向は低周波成分で垂直方向は高周波成分のＬＨ成分画像４７を選択する。そして、サイドローブノイズ除去部５は、強度がある閾値以下の画素についてその強度を０に置換する。これにより、絶対値が小さい高周波成分を０に置き換えることができるため、サイドローブノイズ成分を除去することができる。

同様に、例えば、超音波入射角の絶対値が０度より大きく９０度より小さい値の場合（図１（ａ）、（ｃ）参照）には、サイドローブアーチファクトが、水平方向から入射角と同じだけ傾きをもった方向に発生すると推定されるため、サイドローブノイズ除去部５は、水平方向および垂直方向ともに高周波成分であるＨＨ成分画像４９を選択する。そして、サイドローブノイズ除去部５は、強度がある閾値以下の画素についてその強度を０に置換する。これにより、絶対値が小さい高周波成分を０に置き換えることができるため、サイドローブノイズ成分を除去することができる。

なお、図６のように、多重の解像度でＬＨ成分画像５１、ＨＬ成分画像５２、ＨＨ成分画像５３等を求めている場合、サイドローブノイズ除去部５は、異なる解像度の対応する成分画像のノイズ成分も除去する。例えば、超音波入射角が０度の場合（図１（ｂ）参照）には、サイドローブノイズ除去部５は、ＬＨ成分画像４７のみならず、他の解像度のＬＨ成分画像５１等についてもサイドローブノイズ成分を除去する。他の超音波入射角の場合についても同様である。

逆変換部４０４は、サイドローブノイズ除去部５が選択してサイドローブノイズ成分を除去した高周波成分画像と、選択しなかった残りの成分画像とをウエーブレット逆変換し、元の画像と同じ解像度の画像を生成する。例えば、図７（ａ−１）のように、超音波の入射角が０度の場合に、多重解像度解析部１０４が抽出した低周波成分画像４６および高周波成分画像４７〜４９からなる解像度解析画像４０１のうち、サイドローブノイズ除去部５が、ＬＨ成分画像４７を選択して、ノイズ成分を除去することによりＬＨ’成分画像４７ａを得て、ＬＨ成分画像４７と置き換え、ノイズ除去後の解像度解析画像５０１を得る（図７（ａ−２））。逆変換部４０４は、ノイズ除去後の解像度解析画像５０１（ＬＨ’成分画像４７ａと、他の低周波および高周波成分画像４６，４８，４９）をウエーブレット逆変換することにより、サイドローブアーチファクト除去画像５０２を生成する（図７（ａ−３））。

また、図７（ｂ−１）のように、超音波の入射角の絶対値が０度より大きく９０度より小さい値の場合、多重解像度解析部１０４が抽出した低周波成分画像４６および高周波成分画像４７〜４９からなる解像度解析画像４０２のうち、サイドローブノイズ除去部５が、ＨＨ成分画像４９を選択して、ノイズ成分を除去することによりＨＨ’成分画像４９ａを得て、ＨＨ成分画像４９と置き換え、ノイズ除去後の解像度解析画像５０３を得る（図７（ｂ−２））。逆変換部４０４は、ノイズ除去後の解像度解析画像５０３（ＨＨ’成分画像４９ａと、他の低周波および高周波成分画像４６〜４８）をウエーブレット逆変換することにより、サイドローブアーチファクト除去画像５０４を生成する（図７（ｂ−３））。

生成した画像は、画像表示部１０６に表示される。

以上のように、本実施形態によれば、撮像領域２０への超音波の入射角に応じて、超音波画像のサイドローブアーチファクト成分を選択的に除去することが可能になる。

なお、多重解像度解析部１０４、信号変換部１０５および制御部１０８は、演算処理部である中央処理部（ＣＰＵ）とメモリとを備えるコンピュータにより構成し、メモリ内のプログラムをＣＰＵが実行することにより、これらの機能をソフトウエアにより実現することが可能である。また、多重解像度解析部１０４、信号変換部１０５および制御部１０８は、その一部または全部をハードウエアによって実現することも可能である。例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用いて多重解像度解析部１０４、信号変換部１０５および制御部１０８の一部または全部を構成し、これらの機能を実現するように回路設計を行えばよい。

なお、本実施形態は受信した超音波信号を整相加算して得られた画像についてサイドローブアーチファクトを除去する処理について説明したが、整相処理部１０３が整相加算前のＲＦ（高周波）信号（受信信号）に対して、多重解像度解析部１０４および信号変換部１０５の処理を適用することも可能である。

また、本実施形態では入射角が０度の場合と、０度より大きく９０度より小さな任意の値の場合に、高周波成分画像４７〜４９のうちそれぞれ特定の一つについてサイドローブノイズ除去処理を施す例について説明したが、任意の入射角に対して適切なサイドローブノイズ除去を行うために、高周波成分画像４７〜４９の２以上に対してノイズ除去処理を施してもよい。

さらには、本実施形態では、サイドローブノイズ除去部５は、高周波成分画像４７〜４９の画素値のうち所定の閾値よりも小さい画素値をサイドローブノイズ成分と判定して０に置き換える構成について説明したが、閾値は、コンソール１０９を通じてユーザから受け付けてもよい。また、閾値は、人体の心臓や肝臓など撮像対象に応じてあらかじめ設定された値を用いてもよい。さらに、サイドローブノイズ成分を除去する方法としては、高周波成分画像４７〜４９等の閾値よりも小さい信号強度の画素値を０に置き換える方法に限られるものではなく、ノイズ成分を低減できる方法であればどのような処理方法を用いてもよい。

図５(ａ)の水平方向解析部４１および垂直方向解析部４２が画素値分布から高周波成分と低周波成分を抽出するフィルタの閾値についても、固定の閾値ではなく、ユーザから受け付けた値や、撮像対象に応じて予め設定された値を用いることも可能である。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態３の超音波撮像装置について図８、図９を用いて説明する。

実施形態１、２では、撮像領域２０に送信する超音波が平面波の場合について説明したが、必ずしも平面波でなくてもよく、撮像領域２０の内側または外側に位置する送信焦点で焦点を結ぶ球面波であってもよい。送信する超音波が球面波である場合、撮像領域２０内の複数の領域ごとに、超音波の入射角が異なる。よって、実施形態３では、撮像領域２０内の複数の領域ごとに超音波の入射角度を求める入射角算出部１０７をさらに有する。サイドローブノイズ除去部５は、入射角算出部１０７が算出した超音波の入射角に応じて、複数の領域ごとに、ノイズを除去する高周波成分を選択する。

以下、実施形態２と異なる構成について詳しく説明する。入射角算出部１０７は、超音波の送信条件に応じて撮像領域２０内の所定の小領域ごとに超音波入射角を算出する。小領域は、撮像領域２０全体を所定の十分小さい大きさに分割した領域である。図９は、ある小領域３０３における超音波の入射角３０５を示す図である。図９において、水平方向は、超音波素子アレイ１０１の超音波素子が並ぶ方向３０１に平行であり、垂直方向は、撮像領域２０の深さ方向３０２である。十分に小さなある小領域３０３において、深さ方向３０２に対して、超音波の進行方向３０４がなす角を入射角３０５とする。入射角算出部１０７は、超音波の送信条件（送信焦点の位置等）を制御部１０８から受け取って、受け取った送信条件に応じて、小領域ごとに入射角３０５の値を算出する。入射角算出部１０７が算出した入射角３０５は、入射角算出部１０７が内蔵するメモリに、小領域の位置に対応させてテーブル等の形式で保存される。

サイドローブノイズ除去部５は、多重解像度解析部１０４が生成した解像度解析画像４０１のノイズを除去するために、高周波成分画像４７〜４９のいずれかを選択する際に、小領域３０３ごとに、その小領域３０３の超音波入射角３０５をテーブルから読み出して、入射角３０５に対応する高周波成分画像４７〜４９のいずれかまたは２以上を選択し、選択した高周波成分画像のその小領域に対応する領域について、ノイズ成分を除去する。

例えば、入射角が０度の小領域については、サイドローブアーチファクトが水平方向に沿って発生すると推定されるため、ＬＨ成分画像４７を選択し、その小領域に対応する領域の画素に対して、サイドローブノイズの除去処理を行う。ノイズの除去処理は、実施形態２と同様に、ＬＨ成分画像４７の小領域３０３に対応する領域内の画素の画素値がある閾値以下の画素ついてその画素値を０に置換することでサイドローブ成分を除去する。同様に、例えば入射角が０度より大きく９０度より小さな小領域については、サイドローブ成分が水平から入射角と同じだけ傾きをもった方向に発生すると推定されるため、ＨＨ成分画像４９を選択し、その小領域に対応する領域内の画素に対して、サイドローブノイズの除去処理を行う。

逆変換部４０４は、サイドローブ成分を除去した解像度解析画像５０１を逆変換することにより、サイドローブアーチファクトが除去された、元の超音波画像と同じ解像度の画像を生成する。

以上の構成により、撮像領域内の小領域に応じて発生するサイドローブアーチファクト成分を除去したサイドローブアーチファクト除去画像を生成することができる。

＜＜実施形態４＞＞
図１０を用いて、実施形態４の超音波撮像装置について説明する。

実施形態４では、撮像領域２０に対する超音波の入射角度が異なる複数の送信を行い、入射角度が異なる送信ごとに、高周波成分と低周波成分を生成し、さらにサイドローブノイズを除去した後、対応する成分ごとに加算する画像加算部（以下、合成部と呼ぶ）６０７を有する。加算後の高周波成分と低周波成分を逆変換して、サイドローブアーチファクト除去画像を合成する。これにより、コントラストの高い画像を得ることができる。

図１０を参照し、実施形態２から変更があるブロックのみ以下に説明し、実施形態２と同様の構成については説明を省略する。図１０は、本実施形態における信号変換部１０５のブロック構成である。本実施形態の信号変換部１０５は、２つのサイドローブノイズ除去部６０５、６０６を備えている。２つのサイドローブノイズ除去部６０５，６０６は、異なる入射角度となるように撮像領域２０に対して平面波の超音波を送信して、撮像領域２０から得たエコー等の受信信号から生成される画像について、その画素値分布からサイドローブノイズを除去する。ここで、平面波の撮像領域２０への入射角は、超音波素子アレイ１０１の超音波素子配列方向と波面がなす角（すなわち、深さ方向に対して超音波の進行方向がなす角）で定義される。

例えば、第１送信において、入射角０度で撮像領域２０に対して平面波の超音波を超音波素子アレイ１０１から送信する（図１（ｂ）参照）。エコー等を受信した超音波素子アレイ１０１の出力する受信信号は、整相処理部１０３により処理されて超音波画像が生成され、多重解像度解析部１０４において、図７（ａ−１）のように高周波成分画像４７〜４９と低周波成分画像４６が抽出される。サイドローブノイズ除去部６０５は、実施形態２と同様の手法によりＬＨ成分画像４７を選択して、サイドローブノイズ成分を除去することによりＬＨ’成分画像４７ａを得る（図７（ａ−２））。

つぎに、第２送信において、サイドローブノイズ除去部６０６は、入射角度が０度より大きく９０度より小さな値の平面波の超音波を超音波素子アレイ１０１から送信する（図１（ｃ）参照）。エコー等を受信した超音波素子アレイ１０１の出力する受信信号は、整相処理部１０３により処理されて超音波画像が生成され、多重解像度解析部１０４において、図７（ｂ−１）のように高周波成分画像４７〜４９と低周波成分画像４６が抽出される。サイドローブノイズ除去部６０６は、実施形態２と同様の手法によりＨＨ成分画像４９を選択して、サイドローブノイズ成分を除去することによりＨＨ’成分画像４９ａを得る。これにより、解像度解析画像５０３が得られる（図７（ｂ−２））。

図１１は加算合成処理の流れを示した図である。図１１のように、合成部６０７は、サイドローブノイズ除去部６０５およびサイドローブノイズ除去部６０６によりサイドローブノイズ成分が除去された解像度解析画像５０１および解像度解析画像５０３を、成分ごとに加算合成し、合成後の解像度解析画像７０３を得る。逆変換部４０４は、合成後の解像度解析画像７０３を逆変換し、元の超音波画像と同じ解像度で、サイドローブアーチファクトが除去された画像を生成する。

このように、サイドローブノイズ成分を除去した複数の解像度解析画像を加算合成した後、逆変換することにより、サイドローブアーチファクトを除去しながら画像における反射体１２の実像１３のコントラストを向上させる効果が得られる。

なお、本実施形態では、２つの異なる入射角度の超音波を送信して得た受信信号から生成した二つのノイズ除去後解像度解析画像５０１，５０３を合成する例について説明したが、３種類以上の超音波の入射角度に対応する三つ以上のノイズ除去後の解像度解析画像を合成した後、逆変換してもよい。

＜＜実施形態５＞＞
図１２を用いて、実施形態５の超音波撮像装置について説明する。

実施形態５では、撮像領域２０に対する超音波の入射角度が異なる複数の送信を行い、入射角度が異なる送信ごとに、サイドローブアーチファクト除去画像を生成し、得られた複数の画像を加算する画像加算部（以下、合成部と呼ぶ）８０３を有する。超音波の入射角度が異なる複数のサイドローブアーチファクト除去画像を合成することでより、コントラストの高い画像を得るものである。

図１２を参照し、実施形態４と異なる構成のみ以下に示す。図１２は、本実施形態における信号変換部１０５のブロック図である。本実施形態の信号変換部１０５は、実施形態４と同様に２つのサイドローブノイズ除去部６０５，６０６を備えるが、実施形態４とは異なり、サイドローブノイズ除去部６０５、６０６と合成部８０３との間に、逆変換部８０１，８０２をそれぞれ配置している。逆変換部８０１は、サイドローブノイズ除去部６０５がノイズ成分を除去した解像度解析画像５０１を逆変換して、サイドローブアーチファクト除去画像５１１を生成する。逆変換部８０２は、サイドローブノイズ除去部６０６がノイズ成分を除去した解像度解析画像５０３を逆変換して、サイドローブアーチファクト除去画像５１３を生成する。合成部８０３は、逆変換部８０１，８０２が生成した画像５１１と画像５１３を合成する。

これにより、サイドローブアーチファクトを除去しながら画像における反射体１２の実像１３のコントラストを向上させた画像を得ることができる。

＜＜実施形態６＞＞
図１３を用いて、実施形態６の超音波撮像装置について説明する。

図１３のように本実施形態の信号処理部１０５は、実施形態４の図１０の信号処理部１０５と同様の構成であるが、本実施形態では、送信する超音波として球面波を用い、第１送信と第２送信とで、送信焦点の位置を異ならせる。

球面波を用いる場合、送信焦点の位置によって撮像領域の小領域ごとの入射角が異なるため、サイドローブノイズ除去部６０５，６０６は、小領域ごとに入射角算出部１０７から入射角を受け取り、受け取った入射角に応じた高周波成分画像４７〜４９の１以上を選択して、その小領域に対応する領域のノイズ除去処理を実施形態３と同様に行う。

合成部６０７は、ノイズ除去後の解像度解析画像５０１、５０３を対応する成分ごとに加算し、逆変換部４０４は、加算後の解像度解析画像を逆変換することにより、サイドローブアーチファクトが除去された画像を生成する。

以上の処理により、球面波を用いて、送信焦点の位置を異ならせて、複数回の送信を行って得た受信信号から、サイドローブを除去し、かつ、反射体の実像のコントラストを高めた画像を得ることができる。

なお、本実施形態では、サイドローブを除去した複数の解像度解析画像５０１，５０３を加算した後、逆変換する構成であったが、先に逆変換してから合成してもよい。

＜＜実施形態７＞＞
実施形態７では、実施形態４において複数の異なる入射角度で送信した平面波により生成した解像度解析画像４０１、４０２の高周波成分画像４７〜４９から、高周波成分画像４７〜４９におけるサイドローブノイズ成分の画素の範囲を推定する。そして、推定したサイドローブノイズ成分の画素の範囲内に含まれるノイズ成分を除去する。これにより、より適切にサイドローブ除去を行うものである。

図１４を参照し、本実施形態の信号変換部１０５について説明する。ただし、図１４において、実施形態４の図１０の信号変換部１０５と異なる構成のみ以下に説明する。図１４は、本実施形態における信号変換部１０５のブロック構成である。本実施形態の信号変換部１０５は、解像度解析画像４０１および４０２を用いてサイドローブノイズ成分の画素の範囲を推定するサイドローブ推定部９０１を有する。

サイドローブ推定部９０１の処理の流れを図１５に示す。推定に用いる解像度解析画像４０１は、実施形態４で述べたように、入射角０度の送信で得た受信信号から多重解像度解析部１０４が生成した高周波成分画像４７〜４９および低周波成分画像４６からなる。入射角０度の場合、サイドローブアーチファクトは水平方向に沿って発生するため、サイドローブ推定部９０１はサイドローブノイズ除去部６０５と同様にＬＨ成分画像４７を選択する。一方、解像度解析画像４０２は、入射角０度より大きく９０度より小さな送信で得た高周波成分画像４７〜４９および低周波成分画像４６からなる。この場合、サイドローブ推定部９０１は、サイドローブノイズ除去部６０６と同様にＨＨ成分画像４９を選択する。

サイドローブ推定部９０１は、選択した二つの成分画像４７と成分画像４９の差分を求める。サイドローブノイズは、二つの成分画像４７、４９においてそれぞれ異なる領域（画素）に発生するため、成分画像４７，４９の差分をとることで、成分画像４７，４９に含まれる実像１３が打ち消されるのに対し、サイドローブノイズの画素値は打ち消しあわず、差分画像１００３として抽出される。すなわち、差分画像１００３で値を持つ画素は、サイドローブノイズが発生する領域を示している。

サイドローブ推定部９０１は、差分画像１００３をサイドローブノイズ除去部６０５およびサイドローブノイズ除去部６０６にそれぞれ通知する。サイドローブノイズ除去部６０５、６０６は、実施形態４と同様に高周波成分画像４７〜４９から所定の高周波成分画像４７，４９をそれぞれ選択し、差分画像１００３が画素値を持つ画素の範囲、すなわち、サイドローブノイズが発生する領域に対応する高周波成分画像４７，４９の画素であって、かつ、画素値が閾値以下の画素値を０に置き換えることにより、ノイズを除去する。

合成部６０７、逆変換部４０４の処理は、実施形態４と同様の処理を行うことで、サイドローブアーチファクト除去画像を生成する。

このように、予めサイドローブノイズが発生する領域（画素）をサイドローブ推定部９０１が推定し、その領域（画素）内のノイズを除去することにより、画素値が閾値以下の画素値を０に置き換える実施形態４の構成よりも、サイドローブノイズだけを精度よく除去することができる。

なお、本発明は上述してきた各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備える実施形態に限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成と置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の構成を用いて追加、削除、置換することが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部またはすべてを例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１０１ 超音波素子アレイ
１０２ 送受信分離回路
１０３ 整相処理部
１０４ 多重解像度解析部
１０５ 信号変換部
１０６ 画像表示部
１０７ 入射角算出部
１０８ 制御部
１０９ コンソール

Claims (11)

1. 撮像領域に対して超音波を送信した後、前記撮像領域から戻った超音波を受信した信号を受け取って、前記撮像領域の画像を生成する画像生成部と、
   前記撮像領域に対する前記超音波の入射角度に応じた所定の方向について、前記画像の画素値分布を求め、前記画素値分布の高周波成分に含まれるノイズ成分を除去することによりサイドローブアーチファクトを除去する画像処理部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
2. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
   前記画像処理部は、
   前記画像の少なくとも２方向について画素値分布を求め、前記方向毎に前記画素値分布の高周波成分と低周波成分を抽出する成分抽出部と、
   前記撮像領域に対する前記超音波の入射角度に応じて、前記２方向の少なくとも一方を選択して、選択した方向の前記高周波成分に含まれるノイズ成分を除去するサイドローブノイズ除去部と、
   前記サイドローブノイズ除去部が選択した方向の、前記ノイズ成分を除去した前記高周波成分を少なくとも用いて、前記撮像領域のサイドローブアーチファクト除去画像を生成するサイドローブ除去画像生成部と、
   を有することを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記サイドローブ除去画像生成部は、前記サイドローブノイズ除去部が選択した方向の、前記ノイズ成分を除去した前記高周波成分と前記低周波成分、および、前記サイドローブノイズ除去部が選択しなかった方向の前記高周波成分と前記低周波成分、を用いて、前記撮像領域のサイドローブアーチファクト除去画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記画像処理部は、前記高周波成分に含まれる絶対値が所定値以下の成分をノイズ成分として除去することを特徴とする超音波撮像装置。
5. 請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記撮像領域に対する前記超音波の前記入射角度が異なる複数の送信についてそれぞれ、前記画像生成部、前記成分抽出部、前記サイドローブノイズ除去部および前記サイドローブ除去画像生成部の処理により得られた前記サイドローブアーチファクト除去画像を加算する画像加算部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記撮像領域に対する前記超音波の前記入射角度が異なる複数の送信についてそれぞれ、前記画像生成部、前記成分抽出部および前記サイドローブ低減部の処理によって得られた、ノイズ成分除去後の前記高周波成分と低周波成分を、対応する成分ごとに加算する加算部をさらに有し、
   前記サイドローブ除去画像生成部は、前記加算部が加算した高周波成分と低周波成分を用いて前記サイドローブアーチファクト除去画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
7. 請求項２に記載の超音波撮像装置であって、前記撮像領域内の複数の小領域ごとに前記超音波の入射角度を求める入射角算出部をさらに有し、前記サイドローブノイズ除去部は、前記入射角算出部が算出した前記超音波の入射角に応じて、前記複数の小領域ごとに前記２方向の少なくとも一方を選択することを特徴とする超音波撮像装置。
8. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記撮像領域に対して平面波の超音波を所定の入射角で送信した後、前記撮像領域からの超音波の受信する送受信部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
9. 請求項７に記載の超音波撮像装置であって、前記撮像領域に対して非平面波の超音波を送信した後、前記撮像領域からの超音波の受信する送受信部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
10. 請求項９に記載の超音波撮像装置であって、前記送受信部は、前記撮像領域に対して送信焦点の位置が異なる複数回の送信を行い、
    前記複数の送信についてそれぞれ、前記画像生成部、前記成分抽出部、前記サイドローブノイズ除去部および前記サイドローブ除去画像生成部の処理により前記サイドローブアーチファクト除去画像を得た後、加算する画像加算部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
11. 撮像領域の超音波画像を受け取って、前記撮像領域に対する超音波を照射した際の入射角度に応じた所定の方向について、前記画像の画素値分布を求め、前記画素値分布の高周波成分に含まれるノイズ成分を除去することによりサイドローブアーチファクトを除去することを特徴とする画像処理装置。

Images