JP5642910B1 - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム Download PDF

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Abstract

超音波観測装置は、送受信部が受信した時間ドメイン信号である超音波信号を周波数ドメイン信号に変換する第１の変換部と、第１の変換部が変換した周波数ドメイン信号に対する回帰式を算出する回帰分析部と、受信深度が異なる２点以上の回帰式における１次の係数に基づいて減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出部と、減衰補正係数算出部が算出した減衰補正係数に基づいて周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理部と、減衰補正処理部が減衰補正処理を行った周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換部と、第２の時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成部と、を備える。

Description

本発明は、超音波を用いて検体の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムに関する。
超音波を用いた乳癌等の検査技術として、超音波エラストグラフィという技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。超音波エラストグラフィは、生体内の癌や腫瘍組織の硬さが病気の進行状況や生体によって異なることを利用する技術である。この技術では、外部から検査箇所を圧迫した状態で、超音波を用いてその検査箇所における生体組織の歪量や弾性率を計測し、この計測結果を断層像として画像表示している。
超音波は生体内で減衰するため、この減衰量または減衰補正係数を知ることは検査を行う上でも重要である。超音波の伝搬に伴う減衰を補正する技術として、伝搬距離に応じて増幅率を変化させるＳＴＣ（Sensitivity Time Control）補正が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この技術は、信号の増幅率を受信深度に応じて変更するものであり、周波数に依存した減衰を補正することはできない。このため、超音波振動子から離れた受信深度の大きい領域では高周波成分が減衰してしまい、空間分解能が低下するという問題があった。
これに対して、信号の周波数に依存した補正を行う技術も知られている（例えば、特許文献３を参照）。この技術では、受信した信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施した後、所定の周波数スペクトルと合うように減衰補正を行い、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）を施している。
また、ＦＦＴを施した信号に対して、周波数ごとに逆数を求めて測定信号と逆のパターンで増減するスペクトルを補正係数のスペクトルとして求め、この補正係数を測定した信号の周波数スペクトルに乗算した後、ＩＦＦＴを施す技術も知られている（例えば、特許文献４を参照）。
特開２００４−１３５９２９号公報 特開平８−１３１４３５号公報 特開平９−１７３３３４号公報 特開平１０−３３５２９号公報
しかしながら、特許文献３に記載の技術では、所定の周波数スペクトルに合わせる減衰補正を行っているだけであり、受信した信号自身が受けた減衰がリアルタイムに反映されているわけではなく、そのスペクトルが測定結果に応じた適切なものであるとは限らなかった。
また、特許文献４に記載の技術は、あくまでも超音波探触子の往復分散性を補正するためのものであり、信号の周波数に依存した減衰を補正しているわけではなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定結果に基づいてリアルタイムに適切な減衰補正を行うことができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、検体に対して時間ドメイン信号である超音波信号を送信するとともに前記検体によって反射された前記超音波信号を受信する送受信部と、前記送受信部が受信した前記超音波信号を周波数ドメイン信号に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部が変換した前記周波数ドメイン信号に対する回帰式を算出する回帰分析部と、受信深度が異なる２点以上の前記回帰式における１次の係数に基づいて減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出部と、前記減衰補正係数算出部が算出した前記減衰補正係数に基づいて前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理部と、前記減衰補正処理部が減衰補正処理を行った前記周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換部と、前記第２の時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記減衰補正係数は、１つの組を構成する２点における前記１次の係数の差を該２点における受信深度の差で除した量であることを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記減衰補正処理部は、前記減衰補正係数の算出に使用する２点の受信深度のうち大きい方の受信深度における前記周波数ドメイン信号に対し、前記２点の受信深度に基づいて算出した前記減衰補正係数を適用して減衰補正処理を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記減衰補正処理部による補正後であって前記第２の変換部による変換前または前記第２の変換部による変換後に所定の周波数帯域に制限して該周波数帯域以外の周波数成分の寄与を削減する補正を行う帯域制限補正部をさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記画像データ生成部は、前記第２の時間ドメイン信号の振幅情報に基づいて前記超音波画像データを生成することを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、検体に対して超音波を送信するとともに前記検体によって反射された超音波を受信する超音波観測装置の作動方法であって、受信した前記超音波信号を第１の変換部が周波数ドメイン信号に変換する第１の変換ステップと、前記周波数ドメイン信号に対して回帰分析部が回帰式を算出する回帰分析ステップと、受信深度が異なる２点以上の前記回帰式における１次の係数に基づいて減衰補正係数算出部が減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出ステップと、前記減衰補正係数に基づいて減衰補正処理部が前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理ステップと、前記減衰補正ステップで減衰補正された前記周波数ドメイン信号を第２の変換部が第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換ステップと、前記第２の時間ドメイン信号に基づいて画像データ生成部が超音波画像データを生成する画像データ生成ステップと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、検体に対して超音波を送信するとともに前記検体によって反射された超音波を受信する超音波観測装置に、受信した前記超音波信号を第１の変換部が周波数ドメイン信号に変換する第１の変換ステップと、前記周波数ドメイン信号に対して回帰分析部が回帰式を算出する回帰分析ステップと、受信深度が異なる２点以上の前記回帰式における１次の係数に基づいて減衰補正係数算出部が減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出ステップと、前記減衰補正係数に基づいて減衰補正処理部が前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理ステップと、前記減衰補正ステップで減衰補正された前記周波数ドメイン信号を第２の変換部が第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換ステップと、前記第２の時間ドメイン信号に基づいて画像データ生成部が超音波画像データを生成する画像データ生成ステップと、を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、測定結果に基づいてリアルタイムに適切な減衰補正を行うことができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の信号増幅部が行う増幅処理におけるエコー信号の受信深度と増幅率との関係を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の増幅補正部が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の処理の概要を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置のＦＦＴ処理部が行うＦＦＴ処理の概要を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が処理対象とする１つの音線のデータ配列を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置のＦＦＴ処理部が算出した周波数スペクトルの例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の減衰補正係数算出部が行う減衰補正係数算出処理を模式的に示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の減衰補正処理部が行う減衰補正処理の概要を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の別な実施の形態に係る超音波観測装置が算出する周波数スペクトル曲線およびその近似曲線を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。同図に示す超音波観測装置１は、超音波を用いて診断対象である検体を観測するための装置である。
超音波観測装置１は、外部へ超音波パルスを出力するとともに、外部で反射された超音波エコーを受信する超音波探触子２と、超音波探触子２との間で電気信号の送受信を行う送受信部３と、超音波エコーを変換した電気的なエコー信号に対して所定の演算を施す演算部４と、超音波エコーを変換した電気的なエコー信号に対応する画像データの生成を行う画像データ生成部５と、キーボード、マウス、タッチパネル等のインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける入力部６と、液晶または有機ＥＬ等からなる表示パネルを用いて実現され、画像データ生成部５が生成した画像を含む各種情報を表示する表示部７と、周波数解析の際に使用する窓関数を含む各種情報を記憶する記憶部８と、超音波観測装置１の動作制御を行う制御部９と、を備える。
超音波探触子２は、送受信部３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス信号）に変換するとともに、外部の検体で反射された超音波エコーを電気的なエコー信号に変換する信号変換部２１を有する。超音波探触子２は、超音波振動子をメカ的に走査させるものであってもよいし、複数の超音波振動子を電子的に走査させるものであってもよい。
送受信部３は、超音波探触子２と電気的に接続され、パルス信号を超音波探触子２へ送信するとともに、超音波探触子２から受信信号であるエコー信号を受信する。具体的には、送受信部３は、予め設定された波形および送信タイミングに基づいてパルス信号を生成し、この生成したパルス信号を超音波探触子２へ送信する。
送受信部３は、エコー信号を増幅する信号増幅部３１を有する。具体的には、信号増幅部３１は、受信深度が大きいエコー信号ほど高い増幅率で増幅するＳＴＣ補正を行う。図２は、エコー信号の受信深度と増幅率との関係を示す図である。図２に示す受信深度ｚは、超音波の受信開始時点からの経過時間に基づいて算出される量である。図２に示すように、増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚが閾値ｚthより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴ってβ０からβth（＞β0）へ線型に増加する。また、増幅率βは、受信深度ｚが閾値ｚth以上である場合、一定値βthをとる。閾値ｚthの値は、検体から受信する超音波信号がほとんど減衰してしまい、ノイズが支配的になるような値である。より一般に、増幅率βは、受信深度ｚが閾値ｚthより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴って単調増加すればよい。
送受信部３は、信号増幅部３１によって増幅されたエコー信号に対してフィルタリング等の処理を施した後、Ａ／Ｄ変換することによって時間ドメインのデジタルＲＦ信号を生成して出力する。なお、超音波探触子２が複数の超音波振動子を電子的に走査させるものである場合、送受信部３は、複数の超音波振動子に対応したビーム合成用の多チャンネル回路を有する。
演算部４は、送受信部３が出力したデジタルＲＦ信号に対して受信深度によらず増幅率を一定とする増幅補正を行う増幅補正部４１と、増幅補正を行ったデジタルＲＦ信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を施すことによって周波数ドメインの信号（周波数スペクトル）を得るＦＦＴ処理部４２と、ＦＦＴ処理部４２がＦＦＴを施した信号に対して回帰分析を行う回帰分析部４３と、回帰分析部４３が回帰分析を行った結果に基づいて減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出部４４と、減衰補正係数算出部４４が算出した減衰補正係数を用いてＦＦＴが施された信号の減衰補正を行う減衰補正処理部４５と、減衰補正処理部４５が減衰補正を行った信号に高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）を施すことによって時間ドメインの信号を得るＩＦＦＴ処理部４６と、を有する。
図３は、増幅補正部４１が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。図３に示すように、増幅補正部４１が行う増幅処理における増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚがゼロのとき最大値βth−β0であり、受信深度ｚがゼロから閾値ｚthに達するまで線型に減少し、受信深度ｚが閾値ｚth以上のときゼロである。このように定められる増幅率によって増幅補正部４１がデジタルＲＦ信号を増幅補正することにより、信号増幅部３１におけるＳＴＣ補正の影響を相殺し、一定の増幅率βthの信号を出力することができる。なお、増幅補正部４１が行う受信深度ｚと増幅率βの関係は、信号増幅部３１における受信深度と増幅率の関係に応じて異なることは勿論である。
ＦＦＴ処理部４２は、処理対象の各音線（ラインデータ）に対し、所定のデータ量からなるＦＦＴデータ群にＦＦＴを施すことによって周波数ドメインの信号すなわち周波数スペクトルを算出する。ＦＦＴ処理部４２は、送受信部３が受信した超音波信号を周波数ドメイン信号に変換する第１の変換部に相当する。ＦＦＴの算出結果は複素数で得られ、記憶部８に記憶される。周波数スペクトルは、検体の組織性状によって異なる傾向を示す。これは、周波数スペクトルが、超音波を散乱する散乱体としての検体の大きさ、密度、音響インピーダンス等と相関を有しているためである。
回帰分析部４３は、ＦＦＴ処理部４２が算出した２点以上の受信深度ｚ（超音波探触子２が有する超音波振動子からの距離）の周波数スペクトルを強度Ｉ（ｆ，ｚ）と位相φ（ｆ，ｚ）によって表現（ｆは周波数）したときの強度Ｉ（ｆ）のスペクトルに対してそれぞれ回帰分析を行うことによって１次式からなる回帰式を算出する。回帰式の１次の係数（以下、傾きという）は、超音波の減衰補正係数の大きさと相関を有しており、減衰補正係数が大きいほど超音波の伝搬距離に対する傾きの変化は大きくなる。
減衰補正係数算出部４４は、回帰分析部４３が抽出した回帰式の傾きと回帰式を算出した２点以上の異なる受信深度とを用いて超音波の減衰補正係数を算出する。具体的には、減衰補正係数算出部４４は、受信深度ｚ1における周波数スペクトルの回帰式の傾きをａ1、受信深度ｚ2における周波数スペクトルの回帰式の傾きをａ2とするとき、２点ｚ1、ｚ2（＞ｚ1）間の減衰補正係数αを、次の式（１）によって算出する。
α＝（ａ1−ａ2）／（ｚ2−ｚ1） ・・・（１）
式（１）からも明らかなように、減衰補正係数αは、２点間の平均減衰補正係数に相当している。ここで、式（１）における受信深度ｚ1、ｚ2は、エコー信号の受信タイミングに基づいて算出することができる。なお、２つの点の受信深度の差ｚ2−ｚ1は、超音波探触子２が出力する超音波の波長と略等しい程度（例えば数ｍｍ程度）であればより好ましい。
減衰補正処理部４５は、減衰補正係数算出部４４が算出した減衰補正係数に基づいて周波数スペクトルの減衰補正処理を行う。具体的には、減衰補正処理部４５は、受信深度ｚ1の周波数スペクトルの位相成分を除いた強度Ｉ（ｆ，ｚ1）を次のように補正する。
Ｉ’（ｆ，ｚ1）＝Ｉ（ｆ，ｚ1）＋２α（ｚ1）ｚ1ｆ ・・・（２）
ここで、右辺のα（ｚ1）は、例えば式（１）のαで与えられる。
ＩＦＦＴ処理部４６は、減衰補正処理部４５が補正した周波数スペクトルに対してＩＦＦＴ処理を施すことにより、時間ドメインの信号（第２の時間ドメイン信号）を得る。ＩＦＦＴ処理部４６は、減衰補正処理部４５が減衰補正した周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換部に相当する。この第２の時間ドメイン信号は、受信深度および周波数に応じた減衰補正がなされた超音波信号である。したがって、従来技術のように、信号の増幅率を上げるだけの処理とは異なり、高周波成分も復元された超音波信号が得られることとなる。
画像データ生成部５は、演算部４が減衰補正を施した第２の時間ドメイン信号の実数部に対してフィルタ処理、対数圧縮、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示部７における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによって超音波画像データを生成する。この超音波画像データは、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像であるＢモード画像データに周波数依存の減衰補正が施されたものに相当する。
記憶部８は、信号増幅部３１および増幅補正部４１が増幅処理を行う際に参照する増幅率の情報を記憶する増幅率情報記憶部８１と、ＦＦＴ処理部４２が行うＦＦＴ処理の際に使用する窓関数として、Hamming, Hanning, Blackmanなどの窓関数のうち少なくともいずれか１つの窓関数を記憶する窓関数記憶部８２と、減衰補正係数算出部４４が算出した減衰補正係数αを、上記式（１）における傾きａ1、ａ2、受信深度ｚ1、ｚ2とともに記憶する減衰補正情報記憶部８３と、を有する。
記憶部８は、本実施の形態１に係る超音波観測装置の作動プログラムや所定のＯＳを起動するプログラム等が予め記憶されたＲＯＭ、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ等を用いて実現される。
制御部９は、ＣＰＵ等を用いて実現され、超音波観測装置１の動作を統括して制御する。制御部９は、記憶部８が記憶、格納する情報および上述した超音波観測装置の作動プログラムを含む各種プログラムを記憶部８から読み出すことにより、本実施の形態１に係る超音波観測装置の作動方法に関連した演算処理を実行する。
なお、本実施の形態１に係る超音波観測装置の作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
図４は、以上の構成を有する超音波観測装置１の処理の概要を示すフローチャートである。図４において、超音波観測装置１は、まず超音波探触子２によって新規の検体の測定を行う（ステップＳ１）。
続いて、超音波探触子２からエコー信号を受信した信号増幅部３１は、そのエコー信号の増幅を行う（ステップＳ２）。ここで、信号増幅部３１は、図２に示す増幅率と受信深度との関係に基づいて増幅（ＳＴＣ補正）を行う。
この後、増幅補正部４１は、送受信部３から出力された信号に対して受信深度によらず増幅率が一定となる補正を行う（ステップＳ３）。ここで、増幅補正部４１は、例えば図３に示す増幅率と受信深度との関係に基づいて増幅補正を行う。
続いて、ＦＦＴ処理部４２は、増幅補正された信号に対してＦＦＴ処理を施す（ステップＳ４）。図５は、ＦＦＴ処理部４２が行うＦＦＴ処理の概要を示すフローチャートである。以下、図５を参照して、ＦＦＴ処理部４２が行うＦＦＴ処理を詳細に説明する。
まず、ＦＦＴ処理部４２は、解析対象の音線を識別するカウンタｋをｋ0とする（ステップＳ２１）。
続いて、ＦＦＴ処理部４２は、ＦＦＴ演算用に取得する一連のデータ群（ＦＦＴデータ群）を代表するデータ位置（受信深度に相当）Ｚ(k)の初期値Ｚ(k) 0を設定する（ステップＳ２２）。図６は、１つの音線のデータ配列を模式的に示す図である。同図に示す音線ＳＲkにおいて、白または黒の長方形は、１つのデータを意味している。音線ＳＲkは、送受信部３が行うＡ／Ｄ変換におけるサンプリング周波数（例えば５０ＭＨｚ）に対応した時間間隔で離散化されている。図６では、音線ＳＲkの１番目のデータ位置を初期値Ｚ(k) 0として設定した場合を示しているが、初期値の位置は任意に設定することができる。
その後、ＦＦＴ処理部４２は、データ位置Ｚ(k)のＦＦＴデータ群を取得し（ステップＳ２３）、取得したＦＦＴデータ群に対し、窓関数記憶部８２が記憶する窓関数を作用させる（ステップＳ２４）。このようにＦＦＴデータ群に対して窓関数を作用させることにより、ＦＦＴデータ群が境界で不連続になることを回避し、アーチファクトが発生するのを防止することができる。
続いて、ＦＦＴ処理部４２は、データ位置Ｚ(k)のＦＦＴデータ群が正常なデータ群であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ＦＦＴデータ群は、２のべき乗のデータ数を有している必要がある。以下、ＦＦＴデータ群のデータ数を２n（ｎは正の整数）とする。ＦＦＴデータ群が正常であるとは、データ位置Ｚ(k)がＦＦＴデータ群で前から２n-1番目の位置であることを意味する。換言すると、ＦＦＴデータ群が正常であるとは、データ位置Ｚ(k)の前方に２n-1−１（＝Ｎとする）個のデータがあり、データ位置Ｚ(k)の後方に２n-1（＝Ｍとする）個のデータがあることを意味する。図６に示す場合、ＦＦＴデータ群Ｆ2、Ｆ3はともに正常である。ただし、図６ではｎ＝４（Ｎ＝７，Ｍ＝８）としている。
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ(k)のＦＦＴデータ群が正常である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ＦＦＴ処理部４２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ(k)のＦＦＴデータ群が正常でない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ＦＦＴ処理部４２は、不足分だけゼロデータを挿入することによって正常なＦＦＴデータ群を生成する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５において正常でないと判定されたＦＦＴデータ群は、ゼロデータを追加する前に窓関数が作用されている。このため、ＦＦＴデータ群にゼロデータを挿入してもデータの不連続は生じない。ステップＳ２６の後、ＦＦＴ処理部４２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
ステップＳ２７において、ＦＦＴ処理部４２は、ＦＦＴデータ群を用いてＦＦＴ演算を行うことにより、複素数からなる周波数スペクトルを得る（ステップＳ２７）。
続いて、ＦＦＴ処理部４２は、データ位置Ｚ(k)をステップ幅Ｄで変化させる（ステップＳ２８）。ステップ幅Ｄは、記憶部８が予め記憶しているものとする。図６では、Ｄ＝１５の場合を例示している。ステップ幅Ｄは、画像データ生成部５がＢモード画像データを生成する際に利用するデータステップ幅と一致させることが望ましいが、ＦＦＴ処理部４２における演算量を削減したい場合には、画像データ生成部５が利用するデータステップ幅より大きい値を設定してもよい。
その後、ＦＦＴ処理部４２は、データ位置Ｚ(k)が音線ＳＲkにおける最大値Ｚ(k) maxより大きいか否かを判定する（ステップＳ２９）。データ位置Ｚ(k)が最大値Ｚ(k) maxより大きい場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、ＦＦＴ処理部４２はカウンタｋを１増加させる（ステップＳ３０）。一方、データ位置Ｚ(k)が最大値Ｚ(k) max以下である場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）、ＦＦＴ処理部４２はステップＳ２３へ戻る。このようにして、ＦＦＴ処理部４２は、音線ＳＲkに対して、［｛（Ｚ(k) max−Ｚ(k) 0）／Ｄ｝＋１］個のＦＦＴデータ群に対するＦＦＴ演算を行う。ここで、［Ｘ］は、Ｘを超えない最大の整数を表す。
ステップＳ３０の後、ＦＦＴ処理部４２は、カウンタｋが最大値ｋmaxより大きいか否かを判定する（ステップ３１）。カウンタｋがｋmaxより大きい場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、ＦＦＴ処理部４２は一連のＦＦＴ処理を終了する。一方、カウンタｋがｋmax以下である場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、ＦＦＴ処理部はステップＳ２２に戻る。
なお、ここでは、ＦＦＴ処理部４２が超音波信号を受信したすべての領域に対してＦＦＴ処理を行うことを前提としているが、あらかじめ入力部６によって特定の関心領域の設定入力を受け付けて、その関心領域内においてＦＦＴ処理を行うようにしてもよい。
図７は、ＦＦＴ処理部４２が算出した周波数スペクトルの例を示す図である。図７では、横軸ｆが周波数であり、縦軸Ｉが強度である。図７に示す周波数スペクトル曲線Ｃ1は、あるデータ位置（受信深度）Ｚ(k)において位相成分を除いた強度スペクトルを与えている。なお、本実施の形態１において、曲線および直線は、離散的な点の集合からなる。この点については、後述する実施の形態においても同様である。周波数帯域は、超音波探触子２の周波数帯域、送受信部３が送信するパルス信号の周波数帯域などをもとに決定される。図７に示す場合、周波数帯域は、下限周波数ｆLおよび上限周波数ｆHに挟まれた帯域である。このときの周波数スペクトルの下限周波数ｆLおよび上限周波数ｆHの具体的な値は、例えばｆL＝３ＭＨｚ、ｆH＝１０ＭＨｚである。なお、音線上の点のうち受信深度が所定の値よりも大きい点において、周波数帯域の上限値を上限周波数ｆHより小さい値に設定してもよい。また、図７に示す周波数帯域はあくまでも一例に過ぎず、下限値として下限周波数ｆLの近傍の別な値を設定する一方、上限値として上限周波数ｆHの近傍の別な値を設定してもよい。図７に示す直線Ｌ1については、後述する。
再び図４のフローチャートに戻って説明を続ける。上述したステップＳ４のＦＦＴ処理に続いて、回帰分析部４３は、ＦＦＴ処理部４２が算出した周波数スペクトルを回帰分析することによって回帰式のパラメータを抽出する（ステップＳ５）。具体的には、回帰分析部４３は、周波数帯域ｆL＜ｆ＜ｆHの周波数スペクトルの回帰式（１次式）を回帰分析によって算出することにより、傾きａを抽出する。図７に示す直線Ｌ1は、このステップＳ５において、回帰分析部４３が周波数スペクトル曲線Ｃ1に対して回帰分析処理を行うことによって得られる回帰直線である。
この後、減衰補正係数算出部４４は、上述した式（１）にしたがって減衰補正係数αを算出する（ステップＳ６）。図８は、減衰補正係数算出部４４が行う減衰補正係数算出処理を模式的に示す図である。図８に示す音線ＳＲでは、減衰補正係数が算出される１つの音線上の受信深度の方向に沿って隣接する３つの点Ｐ、Ｑ、Ｒを示している。点Ｐ、Ｑ、Ｒの受信深度をそれぞれｚP、ｚQ、ｚRとする（ｚP＜ｚQ＜ｚR）。また、点Ｐ、Ｑ、Ｒにおける周波数スペクトルの近似直線の傾きをそれぞれａP、ａQ、ａRとする。このとき、点Ｑの減衰補正係数α（ｚQ）は、自身の受信深度ｚQおよび傾きａQと、自身と隣り合う点であって自身よりも受信深度が小さい点Ｐの受信深度ｚPおよび傾きａPとを式（１）に代入することにより、
α（ｚQ）＝（ａP−ａQ）／（ｚQ−ｚP） ・・・（３）
と算出される。同様に、点Ｒの減衰補正係数α（ｚR）は、自身の受信深度ｚRおよび傾きａRと、自身に隣り合う点であって自身よりも受信深度が小さい点Ｑの受信深度ｚQおよび傾きａQとを式（１）に代入することにより、
α（ｚR）＝（ａQ−ａR）／（ｚR−ｚQ） ・・・（４）
と算出される。このようにして減衰補正係数算出部４４が算出した減衰補正係数は、減衰補正情報記憶部８３に記憶される。
続いて、減衰補正処理部４５は、減衰補正係数算出部４４が算出した減衰補正係数に基づいて減衰補正処理を行う（ステップＳ７）。図９は、減衰補正処理部４５が行う減衰補正処理の概要を示す図である。減衰補正処理部４５は、式（３）を用いて周波数スペクトルを減衰補正する。具体的には、強度スペクトルＩ（ｆ，ｚ）は、次式（５）によって補正される。
Ｉ’（ｆ，ｚ）＝Ｉ（ｆ，ｚ）＋２α（ｚ）ｚｆ ・・・（５）
これにより、減衰補正後の周波数スペクトル曲線Ｃ2が得られる。
なお、図８の点Ｑの減衰補正係数を算出する際、点Ｑと点Ｒのデータ位置および傾きを用いてもよい。このように、ある点の減衰補正係数を算出する際の自身以外の点の選び方は、上述したものに限られるわけではない。
この後、ＩＦＦＴ処理部４６は、減衰補正後の周波数スペクトルにＩＦＦＴ処理を施す（ステップＳ８）。具体的には、式（５）の強度スペクトルＩ’（ｆ，ｚ）に補正前の周波数スペクトルの位相成分を加えた複素数に対してＩＦＦＴ処理を施す。これにより、周波数依存の減衰補正が施された時間ドメインの超音波信号が得られる。
続いて、画像データ生成部５は、演算部４によって減衰補正された周波数ドメインの超音波信号をもとに画像データを生成する（ステップＳ９）。
表示部７は、画像データ生成部５が生成した画像データに対応する画像を表示する（ステップＳ１０）。
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、ＦＦＴ処理を行った信号に対して受信深度が異なる２点以上の回帰式における１次の係数に基づいて算出した減衰補正係数を用いて減衰補正処理を行った後、ＩＦＦＴ処理を施すことによって得られた時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成することにより、測定結果に基づいてリアルタイムに適切な減衰補正を行うことが可能となる。
また、本実施の形態１によれば、周波数に依存した減衰を補正することで、超音波探触子から離れた領域でも空間分解能のよい超音波画像を表示することが可能となる。
なお、本実施の形態１では、１つの音線上の２点を用いて減衰補正係数を算出したが、より一般には、１つの音線上の複数の点を用いて減衰補正係数を算出してもよい。例えば、３点を用いる場合には、その３点のうち２点の組み合わせは３通りある。この場合、減衰補正係数算出部４４は、隣接する２点間の減衰補正係数を式（１）に基づいて算出した後、算出した２つの減衰補正係数の平均値を最終的な減衰補正係数として算出すればよい。また、３点を用いる場合には、その３点から得られるすべての２点の組み合わせに対して減衰補正係数算出部４４が減衰補正係数を算出し、その平均値を最終的な減衰補正係数とすることも可能である。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。同図に示す超音波観測装置１０１は、超音波観測装置１と比較して、演算部１０２の構成が異なる。このため、超音波観測装置１の構成要素と同様の機能を有する構成要素に対しては、図１と同じ符号を付している。
演算部１０２は、超音波観測装置１の演算部４が有する構成（増幅補正部４１、ＦＦＴ処理部４２、回帰分析部４３、減衰補正係数算出部４４、減衰補正処理部４５、およびＩＦＦＴ処理部４６）に加えて帯域制限補正部１０３を有する。
帯域制限補正部１０３は、減衰補正処理部４５が補正を行った周波数スペクトルに対して、周波数帯域を制限して所定の周波数帯域以外の周波数成分の寄与を削減する補正を行う。このような補正として、帯域制限補正部１０３は、例えば所定の周波数帯域以外の周波数成分における不要なスペクトル強度をゼロに置換する処理を行う。この処理は、例えば周波数スペクトルに対して所定の窓関数を作用させることによって実行することができる。
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、上述した実施の形態１と同様の効果に加えて、減衰補正によって高周波成分のノイズが過度に強調されるのを防止することができる。
なお、本実施の形態２において、不要なスペクトル強度をゼロに置換する代わりに、所定の重みを乗じて減衰させてもよい。
また、本実施の形態２において、帯域制限補正部１０３は、ＩＦＦＴ処理部４６がＩＦＦＴ処理を施すことによって得られる時間ドメインの超音波信号に対して不要なスペクトル強度を減衰させるようにしてもよい。
（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した２つの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。図１１は、本発明の別な実施の形態に係る超音波観測装置が算出する周波数スペクトル曲線およびその周波数スペクトル曲線を回帰分析することによって得られる回帰曲線を示す図である。図１１において、曲線Ｃ31は周波数スペクトル曲線Ｃ3の回帰曲線（受信深度ｚ3とする）であり、曲線Ｃ41は周波数スペクトル曲線Ｃ4（受信深度ｚ4（＞ｚ3）とする）の回帰曲線である。
超音波の伝播に伴う減衰が受信深度および周波数にそれぞれ比例すると仮定すると、周波数スペクトル曲線Ｃ3の式Ｉ3（ｆ）＝ｃ30＋ｃ31ｆ＋ｃ32ｆ2＋・・・と、周波数スペクトル曲線Ｃ4の式Ｉ4（ｆ）＝ｃ40＋ｃ41ｆ＋ｃ42ｆ2＋・・・との差は、１次の項が支配的となる。
Ｉ3（ｆ）−Ｉ4（ｆ）〜（ｃ31−ｃ41）ｆ ・・・（６）
したがって、受信深度ｚ3と受信深度ｚ4との間の減衰補正係数αを、次のように定義することができる。
α＝（ｃ31−ｃ41）／（ｚ4−ｚ3） ・・・（７）
このように、本発明においては、周波数スペクトルを１次式で近似できない場合であっても、より一般的な多項式を用いた回帰分析を行うことによって減衰補正係数を正確かつ簡便に算出することができる。
また、本発明は、一般に振幅情報に基づいて生成される画像であれば、周波数依存の減衰補正を行うことによって上記同様の効果を得ることができる。このような画像としては、Ａモード画像、Ｃモード画像、３次元表示画像等の画像を挙げることができる。
また、本発明において、減衰補正係数算出部が算出した減衰補正係数を用いて生体組織の組織性状を判定するようにしてもよい。これは、観測対象が生体組織である場合、超音波の減衰補正係数は、その生体組織の組織性状と関連性を有することが知られているためである。
以上の説明からも明らかなように、本発明は、請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態等を含みうるものである。
１、１０１ 超音波観測装置
２ 超音波探触子
３ 送受信部
４、１０２ 演算部
５ 画像データ生成部
６ 入力部
７ 表示部
８ 記憶部
９ 制御部
２１ 信号変換部
３１ 信号増幅部
４１ 増幅補正部
４２ ＦＦＴ処理部
４３ 回帰分析部
４４ 減衰補正係数算出部
４５ 減衰補正処理部
４６ ＩＦＦＴ処理部
８１ 増幅率情報記憶部
８２ 窓関数記憶部
８３ 減衰補正情報記憶部
１０３ 帯域制限補正部

Claims (6)

  1. 検体に対して時間ドメイン信号である超音波信号を送信するとともに前記検体によって反射された前記超音波信号を受信する送受信部と、
    前記送受信部が受信した前記超音波信号を周波数ドメイン信号に変換する第１の変換部と、
    前記第１の変換部が変換した前記周波数ドメイン信号に対する回帰式を算出する回帰分析部と、
    受信深度が異なる２点の前記回帰式における１次の係数の差を該２点における受信深度の差で除した量である減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出部と、
    前記減衰補正係数算出部が算出した前記減衰補正係数に基づいて前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理部と、
    前記減衰補正処理部が減衰補正処理を行った前記周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換部と、
    前記第２の時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成部と、
    を備えたことを特徴とする超音波観測装置。
  2. 前記減衰補正処理部は、
    前記減衰補正係数の算出に使用する２点の受信深度のうち大きい方の受信深度における前記周波数ドメイン信号に対し、前記２点の受信深度に基づいて算出した前記減衰補正係数を適用して減衰補正処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  3. 前記減衰補正処理部による補正後であって前記第２の変換部による変換前または前記第２の変換部による変換後に所定の周波数帯域に制限して該周波数帯域以外の周波数成分の寄与を削減する補正を行う帯域制限補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  4. 前記画像データ生成部は、前記第２の時間ドメイン信号の振幅情報に基づいて前記超音波画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
  5. 検体に対して時間ドメイン信号である超音波信号を送信するとともに前記検体によって反射された前記超音波信号を受信する超音波観測装置の作動方法であって、
    受信した前記超音波信号を第１の変換部が周波数ドメイン信号に変換する第１の変換ステップと、
    回帰分析部が前記周波数ドメイン信号に対して回帰式を算出する回帰分析ステップと、
    減衰補正係数算出部が、受信深度が異なる２点の前記回帰式における１次の係数の差を該２点における受信深度の差で除した量である減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出ステップと、
    減衰補正処理部が前記減衰補正係数に基づいて前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理ステップと、
    第２の変換部が前記減衰補正ステップで減衰補正された前記周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換ステップと、
    画像データ生成部が前記第２の時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成ステップと、
    を有することを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
  6. 検体に対して時間ドメイン信号である超音波信号を送信するとともに前記検体によって反射された前記超音波信号を受信する超音波観測装置に、
    受信した前記超音波信号を第１の変換部が周波数ドメイン信号に変換する第１の変換ステップと、
    回帰分析部が前記周波数ドメイン信号に対して回帰式を算出する回帰分析ステップと、
    減衰補正係数算出部が、受信深度が異なる２点の前記回帰式における１次の係数の差を該２点における受信深度の差で除した量である減衰補正係数を算出する減衰補正係数算出ステップと、
    減衰補正処理部が前記減衰補正係数に基づいて前記周波数ドメイン信号の減衰補正処理を行う減衰補正処理ステップと、
    第２の変換部が前記減衰補正ステップで減衰補正された前記周波数ドメイン信号を第２の時間ドメイン信号に変換する第２の変換ステップと、
    画像データ生成部が前記第２の時間ドメイン信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成ステップと、
    を実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。
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