JP5865050B2 - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

超音波を用いて被検体内部の３次元構造を画像化する超音波イメージング装置は、安価かつ副作用の少ない超音波診断装置として、広く医療現場において活用されている。
超音波診断装置の性能は、超音波イメージング技術の向上により年々急速に向上している。この性能を更に向上させる技術の一つとして、ＤＣＭＰ法（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ：方向拘束付電力最小化法）を用いた画像再構成技術が研究されている。ここで述べるＤＣＭＰ法はＣＡＰＯＮ法とも呼ばれている。

ＤＣＭＰ法はアダプティブアンテナ技術の一つとして開発された適応型信号処理技術である。ＤＣＭＰ法は、所望方向からの到来電波の受信ゲインを一定にするという拘束条件のもとに受信の指向性を適応的に調整し、常時妨害波を含む全受信信号の電力を最小にする受信方法である。この方法によれば、信号電力に対する妨害波電力の比率を最小に出来るので、ＳＮの良い信号の受信が可能になる。

ＤＣＭＰ法の具体的計算は、例えば概略次のステップで実行することができる。
（１）複数（ｎ）個の受信素子で受信した超音波受信信号を整相遅延して、同一目標位置から発生したｎ個の超音波受信信号が同一時刻に揃うように位相を一致させる。
（２）位相の一致したｎ個の受信信号を複素信号化する。以降の説明のために時刻ｔにおけるｎ個の複素信号をｎ個の要素からなる受信複素ベクトルＸ［ｔ］とおく。
（３）受信複素ベクトルＸ［ｔ］を基に一定の時間周期Ｔクロックで複素相関行列Ａ［ｋ］を計算する。ｋは周期Ｔで区切られた時間区間の番号であり、その計算式は、式（１）である。

ここで、Ｘ［ｔ］の右肩の記号Ｈはベクトルの転置、複素共役を示す。

（４）行列Ａ［ｋ］と既知の拘束ベクトルＣを用いて最適重みベクトルＷ［ｋ］を計算する。計算式は、式（２）である。

ここで、Ａ［ｋ］の右肩の−１はＡ［ｋ］の逆行列を示す。また、拘束ベクトルＣは信号の到来方向を指定する既知のベクトルであり、整相遅延の出力信号に対しては通常全ての要素を１とするベクトルである。

（５）最適重みベクトルＷ［ｋ］と受信複素ベクトルＸ［ｔ］とから、式（３）により拘束付最小電力Ｐｏｗ［ｋ］を計算する。

（６）電力Ｐｏｗ［ｋ］の対数を計算し、出力ライン画像のｋ番目画素の濃淡値ｑとする。計算式は、式（４）である。
ｑ＝Ｌｏｇ［Ｐｏｗ［ｋ］］ …（４）
この対数変換は必ずしも必要な処理ではないが、通常出力画像を見やすくするために実施する。

なお、実際の計算においては、これらのステップに加えて行列Ａに対する空間平均化処理や対角要素への微小正数加算処理なども併用されるが、説明を分かりやすくするためにここでは省略している。また、前記の計算式はＤＣＭＰ法の性能向上のためにいろいろと改良されることがある。前記の計算式はＤＣＭＰ法の一例であり、本発明の範囲を制限するものではない。

以上の計算を行えばＤＣＭＰ法に基づく画像再構成が可能であり、通常の整相加算法による再構成画像に比べて分解能やコントラストの改善された画像が得られる。しかし、ＤＣＭＰ法を実用化するためには、式（１）〜式（３）に示す複雑で膨大な計算をリアルタイムで処理する小型低価格の信号処理装置が必要であり、現実にはその実現の困難さから実用化が難しかった。

この膨大な計算量を削減する一つの有力な方法としてビームスペース法を用いたＤＣＭＰ法が研究されており、非特許文献１にはＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いたビームスペース法が提案されている。ＤＦＴを用いたビームスペース法とは、整相遅延後の入力信号ベクトルＸ［ｔ］にＢｕｔｌｅｒ行列Ｂを掛けてフーリエ変換し、その低周波部分に対応するフーリエ係数を改めてＤＣＭＰ法の入力Ｘ［ｔ］とする方法である。

非特許文献１には、元々の入力信号のチャネル数が例えば１２８チャネルのように多い場合でも、フーリエ変換係数を高々３個使用すればほぼ同等の性能の得られることが示されている。前述の計算ステップの中で、式（２）の計算量は入力チャネル数のほぼ３乗に比例し、特に計算量の多い計算となっているが、１２８チャネルの入力を３チャネルに減らすことが出来れば、その計算量は１／７７６７２となり劇的に削減される。このため、ビームスペース法を用いたＤＣＭＰ法は、実用化のための一つの有効な方法と考えられている。

また、特許文献１には、適応型信号処理を高速化する別の手段として、適応型信号処理手段の前段にデータ量を削減するデータ間引き手段を持たせ、入力データ量を削減することによって適応型信号処理の計算量を減らす構成が開示されている。

特開２０１１−００５２３７号公報

IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol.56, no.10, pp.2187-2197, (Oct. 2009)

ＤＦＴを用いたビームスペース法は、前述のようにＤＣＭＰ法のステップ（３）以降の膨大な計算を大幅に削減することができ、ＤＣＭＰ法を実用化するために極めて有効な方法である。しかし、この方法によれば確かにステップ（３）以降の処理は大幅に削減されるが、ステップ（２）と（３）の間に、新たに次に示すステップ（２’）が必要になるという問題がある。
（２’） ｎ個の要素からなる受信複素ベクトルＸ［ｔ］をフーリエ変換してｎｂ個の係数を求め、ｎｂ個の係数を要素とする新たな複素ベクトルを改めてＸ［ｔ］とする。

複素ベクトルのフーリエ変換は複素数同士の乗算を多数回必要とし、計算回路の規模的にも大きな回路となる。更に、実際のＤＣＭＰ法においては、相関性干渉波の影響を最小限にするため空間平均化処理を併用することが必要である。空間平均化処理は、受信複素ベクトルＸ［ｔ］の部分ベクトルに対してステップ（２’）と（３）を繰り返し、得られた複素相関行列を加算平均する処理である。例えば、空間平均化処理ではｎ／２個の要素のフーリエ変換をｎ／２回行うことを必要とする。そのため、実用装置における実際のフーリエ変換処理の計算量は入力チャネル数の２乗に比例して急激に大きくなることとなり、後段のＤＣＭＰ処理の回路規模は小さくなったとしても、全体としての回路規模の削減量は不十分であった。

特許文献１には、適応型信号処理手段の前段にデータ量を削減するデータ間引き手段を持たせる構成が開示されているが、空間的フーリエ変換等を用いたビームスペース法については全く触れていない。更に、空間的フーリエ変換等の低周波係数が影響を受けない範囲でチャネル信号を間引く手段についても何も記載していない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体から伝播する音響波にＤＣＭＰ法を適用してイメージングする被検体情報取得装置の規模を小型化することにある。

本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
被検体から伝播する音響波を受信して電気信号に変換する複数の受信素子と、
前記複数の受信素子から出力されるＭチャネルの電気信号の位相を揃える整相手段と、
前記電気信号をＭチャネルからＬチャネルに削減する削減手段と、
前記削減手段から出力された電気信号に基づく複素信号の低周波成分に相当するＮｂ個の出力信号を計算する計算手段と、
前記計算手段から出力された出力信号を用いた適応型信号処理によりビーム形成を行う信号処理手段と、
を有し、
正の整数であるＭ、Ｌ、Ｎｂは、Ｍ＞Ｌ≧２（Ｎｂ−１）を満たすものである
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、被検体から伝播する音響波にＤＣＭＰ法を適用してイメージングする被検体情報取得装置の規模を小型化することができる。

実施例１に係る装置の構成を示す図。 ビームスペース法の説明図。 ＤＣＴ係数計算の重み波形の例。 ＤＦＴ係数計算の重み波形の例。 信号削減回路の第１の構成例。 信号削減回路の第２の構成例。 実施例２に係る装置の構成を示す図。 空間平均化処理の詳細な実施例。 実施例３に係る装置の構成を示す図。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明の被検体情報取得装置には、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射し伝播した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した超音波イメージング装置を含む。また、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生し伝播した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した光音響イメージング装置を含む。

前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、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。後者の光音響効果を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布、被検体内の初期音圧分布、あるいは初期音圧分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。

本発明でいう音響波とは、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。光音響効果により発生した音響波のことを、光音響波または光超音波と呼ぶ。音響検出器（例えば探触子）は、被検体内で発生又は反射して伝播した音響波を受信する。

本発明の課題解決手段の概略について述べる。本発明は、ビームスペース法がフーリエ変換の低周波係数のみを使用していることに着目し、低周波係数に影響が少ない範囲で入力チャネル数を間引く手段を設ける。

従来から、ビームフォーミングの計算量を削減するために入力数を削減する方法は公知の手段である。特許文献１には適応型信号処理手段の前段にデータ量を削減するデータ間引き手段を持たせる構成が開示されている。しかし、従来のビームフォーミング法においては、入力チャネル数を間引くと再構成画像の精度が大きく劣化するという問題を避けることはできなかった。

それに対して本発明のビームスペース法は、空間的な低周波成分のみを抽出して再構成処理を行うものである。そのため、入力信号チャネル数をある限度内で間引いても再構成に対する影響は少なく抑えることが出来る。その結果、本発明は従来方法に比べて再構成画像の精度を劣化させることなく、大幅な計算量の削減をすることが出来る。

ＤＦＴ係数の計算は超音波信号を入力するクロックごとに実行する必要があり、単位時間当たりの処理回数が非常に多いので、このような計算規模削減は装置の小型低価格化に極めて効果が大きい。

なお、低周波成分の計算に用いるのはＤＦＴ法の他、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＫＬ展開（Ｋａｒｈｕｎｅｎ Ｌｏｅｖｅ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）などの直交変換、更にはこれらの一次結合を用いても良い。また、空間的低周波成分を抽出する効果のある一般の線形計算（重み付け加算）であっても同様の効果が得られる。

＜実施例１＞
図１に本発明に関わる被検体情報取得装置である、超音波イメージング装置の構成例を示す。図において、送信信号処理回路２はＣＰＵ１５の指示により送信信号３を発生し、送受信制御回路４を介して超音波探触子１の超音波送受信素子群５を駆動し、パルス状の超音波ビーム６を送信する。

超音波ビーム６の反射によって発生した超音波エコー波７は、再び超音波送受信素子群５によってＭチャネルの電気信号（Ｍは正の整数）に変換され、送受信制御回路４を通って整相遅延回路８に送られる。送られた電気信号は図にはないＡＤ変換回路によってディジタル信号に変換される。整相遅延回路８は超音波ビーム６上の任意の点Ｐからのエコー信号の到着時刻が揃うように各信号の遅延時間を調整する。これにより、同一目標位置から発生した受信信号が同一時刻に揃い、位相が一致する。

信号削減回路９は到着時間の揃えられたＭチャネルの信号を空間的に平滑化し、間引くことによりＭより少ないＬチャネルの信号へと変換する（Ｌは正の整数であり、Ｍ＞Ｌ）。整相遅延回路は本発明の整相手段に、信号削減回路は本発明の削減手段に相当する。

複素変換回路１０は間引かれたＬチャネルの信号をそれぞれ複素信号に変換する回路である。複素変換回路１０における複素変換処理は、実数値列からなる入力信号を元に、各周波数成分の位相が９０°ずれた信号を生成し、その９０°位相のずれた信号を虚数部として付加することにより複素信号へと変換する。９０°位相のずれた信号は、奇数タップ、奇対称係数のＦＩＲフィルタを用いることにより計算できるので、複素変換回路１０は容易に実現可能である。

ＤＣＴ係数計算回路１１は入力信号のクロックごとにＬチャネルの複素信号を空間方向（チャネル方向）にＤＣＴ変換し、低周波側からＮｂ個のＤＣＴ係数を出力する。本実施例では線形変換（重み付け加算）手段としてＤＣＴを使用している。これにより、超音波送受信素子群５から入力されたＭチャネルの超音波受信信号は、Ｎｂチャネルの複素信号に変換されることになる。複素変換回路およびＤＣＴ係数計算回路は、本発明の計算手段に相当する。

適応型信号処理回路１２は重みベクトル計算回路１３と電力計算回路１４から構成され、Ｎｂチャネルの信号からＤＣＭＰ法に基づく最適重みベクトルを計算し、その重みベクトルとＮｂチャネルの入力信号とから拘束付最小電力値を計算してＣＰＵ１５に転送する。
これにより、ＣＰＵ１５は、送信ビーム経路上の高精度なエコー強度信号を入手することが出来る。ＣＰＵ１５は送信信号処理回路２によって超音波ビームの発信位置と方向を順次走査して各超音波ビーム経路上のエコー画像信号を収集し、それを元にエコー画像を作成して表示装置１６に表示する。適応型信号処理回路は本発明の信号処理手段に相当する。

実施例１の構成に従えば、信号削減回路９によってチャネル数がＭからＬに削減されているので、後続の複素変換回路１０とＤＣＴ係数計算回路１１の規模はそれぞれおよそＬ／Ｍの規模へと削減される。例えばＭ＝１２８、Ｌ＝３２なら、複素変換回路１０とＤＣ
Ｔ係数計算回路１１の規模はそれぞれおよそ４分の１へと削減される。

このように、本発明によれば最も回路規模の大きな適応型信号処理回路部分だけでなく、前段の複素信号処理回路やＤＣＴ係数計算回路の回路規模も大幅に削減されるので、高性能な超音波イメージング装置を小型低価格な装置として提供することが可能になる。なお、実施例１のような、適応型信号処理を用いた超音波装置の基本構成に加えて、実用装置においては空間平均化処理を含む構成を取ることができる。その場合、実施例２で後述するように、さらに回路量削減効果が大きくなる。

次に、本発明が装置としての性能を損なうことなく小型化可能である理由を説明する。図２は超音波装置におけるビームスペース法の原理図である。ビームスペース法では、図のように、Ｌチャネルの入力信号２１ａ，２１ｂ，…，２１Ｌを、整相遅延手段２２ａ，２２ｂ，…，２２Ｌによって整相遅延する。そして、整相遅延された入力信号ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｌ）を、いったん重み付け加算手段２３ａ，２３ｂ，…，２３Ｌによって複数のビーム信号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，…へと変換する。そして、ビーム信号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，…をビーム形成手段２５の入力信号として再びビーム形成処理を行う。

本発明に係わる直交変換を用いたビームスペース法は、この最初の重み付け加算手段２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…，２３Ｌとして、式（６）のＤＦＴや式（７）のＤＣＴなどの直交変換処理を行う方法である。式（６）、式（７）において、入力信号ｘ（１），ｘ（２），…，ｘ（Ｌ）はそれぞれ時間とともに変化する信号なので、その出力係数値も時間とともに変化する信号である。各出力係数が、図のビーム信号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，…に相当している。

通常、超音波イメージング装置における超音波受信波の信号成分は、超音波送信手段によって収束されたビーム位置近辺からの反射信号である。そのため、収束ビーム位置からの反射超音波信号にフォーカスした整相遅延処理後の受信信号は各チャネル間でほぼ位相が揃っており、空間的にみれば直流成分かそれに近い低周波成分となっている。

したがって、重み付け加算手段としてＤＦＴやＤＣＴの直交変換を行うと受信波の信号成分は低周波係数に集中し、後段のビーム形成処理は低周波係数成分２４ａ，２４ｂ，２４ｃのみを使用すれば十分となる。この場合、フォーカス点以外から到来する妨害波成分は高周波係数成分２４ｄ，…，２４ｚに強く反映されるので、むしろ省略する方が望ましい。すなわち、直交変換を用いたビームスペース法を用いれば入力信号チャネル数を大幅に削減できるので、ビームフォーミングの質を大きく損なうことなく適応型信号処理回路の規模を大幅に削減できる。

次に、信号削減手段９によっても、ビームフォーミングの質を損なうことなく回路規模が削減できることを説明する。図３は式（７）で示したＤＣＴを計算する時の重みの値を具体的に波形で示したものである。図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ低周波係数から順に第０次係数、第１次係数、第２次係数、第３次係数を計算するときの重み波
形を示しており、横軸が入力信号のチャネル番号に相当している。すなわち、各チャネルの入力信号は各時点で図の対応する重みと乗算され、乗算結果が総加算される。

図４は同様に式（６）で示したＤＦＴを計算するときの重みの値を周波数の低い方から順に具体的に示したものである。図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれｋ＝０，１，−１，２の場合の重み波形に相当する。また、ＤＦＴの重みは複素数なので、それぞれその実部と虚部を２本の線で表示している。

図３、図４をみると、重み波形はいずれも正弦波の形をしている。その波数は係数によって異なっているが、低周波からＮｂ個の係数を選択したとすると、その波数は最大でも（Ｎｂ−１）／２個以下となっている。
ＤＣＴ係数を計算するとき、各チャネル信号に対してそれぞれ対応する重みを掛けて総和するが、その重み波形は図３、図４に示すようにゆっくりと変化する低周波数の正弦波である。そのため、近傍の信号同士を予め加算して一つの信号へと統合し、その後で重みづけ加算しても、重み付け加算の結果は大きく違わない。すなわち、Ｍ個のチャネル信号を（Ｍ／Ｌ）個ずつ加算してＬ個の信号に間引いたとしても、係数計算の結果が大きく異なることはない。

単純な加算でなく、チャネル間の信号を適切に平滑化処理してから間引くようにすれば、係数計算の結果は更に良い近似となる。もし、重みの波形が図３、図４のように低周波成分のみではなく高周波の成分を多く含んでいれば、このような間引きによって精度の良い近似計算処理を行うことは困難である。通常、入力信号を間引いてビームフォーミングを行うと再構成画像の品質は急激に劣化するが、本発明では直交変換によって空間的低周波成分のみを使用するため、このように多少間引いたとしても再構成画像の品質が大きく損なわれることはない。

間引きの程度は大きければ大きいほど処理回路の規模を小さく出来るが、ある程度以上に大きくなると再構成画像の品質は急激に劣化する。直交変換計算時の重み波形が正弦波であることを考慮すると、係数計算の結果を意味あるものにするためには正弦波の１波長の間に少なくとも４点の重み付け加算が必要である。この場合、出力係数の数がＮｂ個ならば最大波数は前述のように（Ｎｂ−１）／２だから、間引き後の数Ｌは、式（８）を満たすものでなければならない。
Ｍ＞Ｌ≧２（Ｎｂ−１） …（８）
すなわち、本発明を有効にするためには、この範囲の信号数Ｌであって、かつ回路規模の許す限り大きい値であることが望ましい。また、出力係数の数Ｎｂは実験によって決定されるべきものであるが、Ｎｂが３以上であれば大きな効果があるという評価結果が知られているので、３〜５程度が好適である。

なお、上記の説明ではＤＣＴやＤＦＴなどの直交変換を前提として説明したが、一般の線形変換で表わされる非直交変換であっても、空間的な低周波成分を抽出する変換であれば全く同様な理由により本発明は適用可能であり、本発明に含まれる。

図５は信号削減回路９の詳細な例である。Ｍチャネルの入力信号は、加算回路４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…により４チャネルずつ加算され、Ｌ＝Ｍ／４本のチャネル信号として後段に転送される。

図６は信号削減回路の、より工夫された別の例である。Ｍチャネルの入力信号は図６（ａ）のように７本ずつ範囲を重複して重み付け加算回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，…に入力される。ここでは、同時に処理される対象として選択される入力信号の所定の数は７本とする。入力された７チャネルの信号は、図６（ｂ）のようにそれぞれ重みｗ［１］，ｗ
［２］，ｗ［３］，…が乗じられ、総加算回路４３ａで総和されて出力される。それぞれの重み付け加算は７チャネルごとであるが、入力が重複しているので、全体の出力チャネル数は図５の実施例と同じＬ＝Ｍ／４チャネルである。

７個の重みｗ［１］，ｗ［２］，ｗ［３］，…は例えば｛１，２，３，４，３，２，１｝の割合で設定すればよい。一般には、単に加算平均（等しい重みの平滑化）するよりも、このように位置に応じた重みを付けた平滑化処理を含む間引き処理の方が、直交変換後の係数値の近似度は良好となる。

以上に述べたように、本発明によれば適応型信号処理の品質を損なうことなく入力データのチャネル数を間引くことが出来る。それにより、後段の適応型信号処理回路だけでなく、前段のＤＣＴ回路なども小型化できるので、高精度の超音波イメージング装置を小型で低価格な実用装置として提供できる。

＜実施例２＞
図７を用いて、空間平均化処理を取り入れた実施例について説明する。前述の実施例１はビームスペース法を用いた適応型信号処理に基づく超音波イメージング装置の基本的構成ではあるが、超音波イメージング装置としては相関性干渉波の影響を受けやすく、再構成画像の精度に問題の生じることがある。空間平均法はその有力な対策方法として一般的に知られており、図７ではその空間平均化法を第１の実施例に追加している。

空間平均化法は、図のごとく、先ず複素信号化回路１０からの入力信号を元に、複数個のＤＣＴ係数計算回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，…と、複数の複素相関行列計算回路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，…によって複数の複素相関行列を計算する。次に、その計算された複数の複素相関行列を加算回路５３によって総和し、その結果を次段の適応型信号処理回路１２の入力とする。その他の構成要素は、基本的に実施例１と同様である。

図８は空間平均化法の信号の流れをより詳細に説明した図である。この実施例では、複素信号化回路１０のＬチャネルの出力信号について、１チャネルずつずらしながらＬ／２チャネルずつの信号群を全部で（Ｌ／２＋１）個選択し、それぞれＬ／２チャネルの信号を独立に直交変換して複素相関行列を計算する。次に計算された各複素相関行列を加算回路２３によって総和し後段への出力信号とする。空間平均化法は、このように空間的に位置のずれた入力信号の複素相関行列を加算平均し、これにより相関性干渉波の影響を少なくした画像再構成を可能にするという効果がある。

しかし、空間平均化を実施すると、ＤＣＴ変換回路および複素相関行列計算回路の数が飛躍的に増加し、それに従って回路量が増大する。そのため、本発明の前段での信号削減手段の効果は実効的に更に大きいものとなる。空間平均化法の場合、特に計算量の多いＤＣＴ変換に必要な積和演算回数は入力信号チャネル数のほぼ２乗に比例するから、Ｌ＝Ｍ／４の信号削減の場合、回路規模は１６分の１となって、その実施効果は非常に大きくなる。

＜実施例３＞
図９を用いて、光音響信号を処理する光音響イメージング装置の実施例を説明する。図において、光源１０１はＣＰＵ１５からの指示により被検体内部に電磁波を照射する。被検体内部に存在する検査対象物質はそれぞれ照射された電磁波を吸収し、熱膨張によって一斉に光音響波を発生する。超音波受信素子群１０６は到達した音響波を電気信号に変換し、選択回路１０５を通して整相遅延回路８へと送信する。

このとき、被検体内部に任意の走査線１０４を定義し、走査線１０４上で発生する光音
響波のみに注目すると、超音波受信素子群１０６で受信される光音響波１０２の発生位置Ｐは時間とともに走査線１０４上の近い位置から遠くの位置へと移動する。そこで整相遅延回路８の遅延時間を受信時刻にあわせて適切に変化させると、整相遅延回路８は１本の走査線１０４上の全ての点で発生した光音響波信号を位相の揃った信号として出力することが出来る。

この信号は、走査線１０４方向に超音波ビームを送信して得たエコー信号を整相遅延した信号と全く同等なので、エコー信号を受信する実施例１と全く同様な図９の回路構成によって、光音響信号強度波形を計算することが出来る。従って、走査線の位置を移動させながら電磁波の照射と光音響波の受信を繰り返せば、被検体内部全面の光音響画像を作成することが出来る。

また、図の様に受信信号を記憶する記憶回路１０３を持たせ、最初の電磁波照射による受信信号を記憶回路１０３に記憶し、２回目以降の受信信号は記憶回路１０３からの読み出した信号を使用するように構成することも出来る。電磁波照射による受信信号は光源１０１と超音波受信素子群１０６の位置を変えない限り毎回同じである。そのため、一回の電磁波照射で受信信号を記憶回路１０３に記憶し、記憶回路から信号を読み出して一本の走査線１０４上の再構成画像を計算する処理を、走査線位置を変えながら繰り返せば、電磁波照射の回数を削減し、効率の良い装置とすることが出来る。

以上のように、本発明は電磁波の照射によって発生する光超音波を受信して光超音波画像を再構成する光音響イメージング装置にも同様に適用することができ、高性能な小型装置として提供することが出来る。

以上述べたように、本発明の被検体情報取得装置においては、ＤＣＭＰ法を用いた超音波イメージング装置の規模を小型化するための技術を提供することができる。
例えば、入力信号チャネルＭ＝１２８、線形変換後の信号Ｎｂ＝３、削減後のチャネルＬ＝１６とする。ＤＦＴ係数の計算に通常はＭ＊Ｎｂ＝３８４回の積和が必要なのに対してＬ＊Ｎｂ＝４８回の積和で済むことになり、計算規模は１／８に削減される。さらに空間平均化が必要な実用装置の場合には、（Ｍ／２）＊Ｎｂ＊（Ｍ／２）＝１２２８８回が（Ｌ／２）＊Ｎｂ＊（Ｌ／２）＝１９２回で済むことになり、計算規模は１／６４に削減される。

１：超音波探触子，４：送受信制御回路，５：超音波送受信素子群，６：超音波ビーム，７：超音波エコー波，８：整相遅延回路，９：信号削減回路，１０：複素変換回路，１１：ＤＣＴ係数計算回路，１２：適応型信号処理回路

Claims (8)

1. 被検体から伝播する音響波を受信して電気信号に変換する複数の受信素子と、
   前記複数の受信素子から出力されるＭチャネルの電気信号の位相を揃える整相手段と、
   前記電気信号をＭチャネルからＬチャネルに削減する削減手段と、
   前記削減手段から出力された電気信号に基づく複素信号の低周波成分に相当するＮｂ個の出力信号を計算する計算手段と、
   前記計算手段から出力された出力信号を用いた適応型信号処理によりビーム形成を行う信号処理手段と、
   を有し、
   正の整数であるＭ、Ｌ、Ｎｂは、Ｍ＞Ｌ≧２（Ｎｂ−１）を満たすものである
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記削減手段は、前記Ｍチャネルの電気信号を（Ｍ／Ｌ）個ずつ加算平均するものである
   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. 前記削減手段は、前記Ｍチャネルの電気信号を所定の数ずつ選択し、チャネルの位置に応じて重みをつけた平滑化処理を行うものである
   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。
4. 前記信号処理手段は、ＤＣＭＰ法を用いて拘束付最小電力値を計算するものである
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記信号処理手段は、前記出力信号および、前記出力信号から計算された重みベクトルを用いてＤＣＭＰ法による計算を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記計算手段は、前記削減手段から出力された電気信号に対して空間平均化法による処理を行って出力信号を計算する
   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。
7. 被検体から伝播する音響波とは、前記複数の受信素子から送信された音響波が反射したものである
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 被検体から伝播する音響波とは、電磁波を照射された被検体から発生する音響波であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。

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