JP6253360B2 - 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

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、被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した反射波を受信して、被検体内の対象物の移動情報を取得する技術に関する。

医療等の現場において被検体情報取得装置である超音波診断装置は広く用いられている。超音波診断装置は生体内の音響インピーダンスの差を反映した形態情報だけでなく、血流の速度情報などの対象物の移動情報も取得可能である。パルスドップラ法では、対象物からの反射波形の位相変化を検出し、移動速度を算出する。例えば対象物の移動情報として血液の流速を測定する際には、血管内の血球から反射してくる反射波の受信信号の位相変化を検出する。この際、血球からの反射波と、周囲に存在する血管壁などの測定対象物以外からの反射波（クラッタ成分）と、を分離する必要がある。

特許文献１では、パルスドップラ法を用いて血流速度を算出する際に、ＭＴＩフィルタを用いて、血流と、クラッタ成分となる血管や心臓壁などの壁の動きと、を分離している。また、超音波パルスの送信間隔を３種類設け、３パルス目の受信信号と１パルス目の受信信号との差（第１差分信号）、４パルス目の受信信号と２パルス目の受信信号との差（第２差分信号）、５パルス目の受信信号と３パルス目の受信信号との差（第３差分信号）、を夫々求める。そして、第１と第２の差分信号同士の位相差、及び、第２と第３の差分信号同士の位相差、を求め、さらに、２つの位相差同士の差を求めている。

特開平１−１５３１４４号公報

上述したように、血流速度を測定する際には、血球からの反射波の信号の位相変化を検出するが、血球からの反射波の強度は周囲に存在する血管壁などからの反射波と比較して微弱である。このように測定対象物以外の反射体からの不要なクラッタ成分の信号（クラッタ信号）を含む状態で受信信号の位相変化を検出すると、誤差が生じやすい。特許文献１のようにＭＴＩフィルタを用いる方法もあるが、クラッタ信号によっては、このようなフィルタではクラッタ信号の除去が不十分である可能性がある。特に、クラッタ信号が大きい場合や、血管近傍組織の拍動や術者の手ぶれ等により測定対象物以外の反射体が変動（移動）している場合、血流速度を精度よく算出することが困難となる。

本発明は、上記の課題に鑑み、対象物からの反射波だけでなく不要な反射波が存在する場合でも、対象物の移動情報をより高精度に取得することを目的とする。

本発明の被検体情報取得装置は、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得装置であって、被検体に音響波パルスを送信し、被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信して時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、複数の変換素子から出力される複数の前記受信信号を用いて、前記対象物の移動情報を取得する処理部と、を有し前記処理部は、前記複数の受信信号を用いて、移動成分を示す信号を複数抽出し、前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行い、前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報を取得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、被検体に音響波パルスを送信することにより被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する複数の変換素子から出力される時系列の受信信号を複数用いて、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得方法であって、前記複数の受信信号を用いて、移動成分を示す信号を複数抽出するステップと、前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行うステップと、前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報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、不要な反射波が存在する場合でも、対象物の移動情報をより高精度に取得することが可能となる。

第１の実施形態の被検体情報取得装置の概要を示す模式図。 第１の実施形態の処理フローを示すフローチャート。 第１の実施形態の被検体情報取得装置のフィルタの例を示す模式図。 第１の実施形態の被検体情報取得装置の表示の例を示す模式図。 第１の実施形態による効果検証のモデルを説明するための模式図。 第１の実施形態の効果を示すための図。 第２の実施形態の被検体情報取得装置の概要を示す模式図。 差分フィルタの補償について説明する図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。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。

なお、本発明において、音響波とは、典型的には超音波であり、音波、超音波、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、被検体に音響波を送信し、被検体内部で反射した反射波（反射した音響波）を受信して、被検体内の情報を数値や画像データとして取得する装置を含む。取得される被検体内の情報とは、対象物の移動情報や、組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報等を含む。被検体内の対象物の「移動情報」とは、「速度」や「変位」に関する情報を示す。具体的には、血流速度（赤血球で形成される散乱体群等の移動速度）や組織の変位等が挙げられる。速度や変位は、速度分布や変位分布として取得しても良い。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態の装置構成及び処理フローについて説明する。

（被検体情報取得装置の構成）
図１は本実施形態の被検体情報取得装置の構成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、受信回路系００５、送信回路系００３、差分処理ブロック００６、適応型信号処理ブロック００７、流速算出ブロック００８、を備える。さらに、システム制御部００４、表示処理ブロック００９、表示系０１０を備える。

探触子００１は、音響波を被検体０００に送信し、被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する送受信器であり、音響波を電気信号（時系列の受信信号）に変換する変換素子００２を複数備える。なお被検体０００には図示されていないが、被検体内には、移動情報を測定する対象物（例えば血液に含まれる血球や移動する組織）が含まれており、その対象物からの反射波が複数の変換素子００２で受信される。変換素子は、圧電現象を用いた圧電素子等の変換素子、光の共振を用いた変換素子、ＣＭＵＴ等の静電容量の変化を用いた変換素子など、音響波を受信して電気信号に変換できるものであればどのようなものを用いてもよい。また、複数の変換素子は、１Ｄアレイや２Ｄアレイのようにアレイ状に配置することが好ましい。

送信回路系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電圧波形の送信信号（パルス信号）を生成する送信信号生成器である。送信信号は複数の変換素子００２へ夫々入力されて音響波に変換され、音響波パルス（パルス波）として送信される。被検体からの反射波は、複数の変換素子００２によって受信され、複数の変換素子００２から出力される複数の受信信号は受信回路系００５に入力される。

受信回路系００５は、各変換素子から時系列に出力された受信信号を増幅し、デジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する受信信号処理器であり、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等から構成される。なお、１回の音響波パルス送信によって１つの変換素子から出力される時系列の受信信号を１つの受信信号として扱い、変換素子の出力チャネルがＭ個ある場合は、１回の音響波パルス送信によって出力チャネル分のＭ個の受信信号が得られるものとする。また、ある１つの変換素子に着目した場合、Ｎ回の音響波パルス送信を行うと、１つの変換素子につきＮ回分の受信信号（つまり、Ｎ個の時系列の受信信号）が得られる。Ｎ、Ｍは、正の整数を示す。

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。受信回路系００５から出力チャネル毎に出力された受信信号は、差分処理ブロック００６に入力される。なお、受信回路系００５からの出力チャネルと変換素子の出力チャネルとは対応している。ただし、変換素子の数と出力チャネル数とは必ずしも同じ数とは限らず、変換素子の数より出力チャネル数のほうが少なくても良い。

差分処理ブロック００６は、差分信号を取得する差分処理部であり、ＭＴＩフィルタ等の差分フィルタにより構成される。差分処理ブロック００６は、出力チャネル毎に、複数回の音響波パルスの送信により得られる複数の受信信号を用いて受信信号同士の差を差分信号として複数算出する。差分処理ブロック００６の詳細な処理内容については、図２のＳ１０２のステップ及び図４を用いて後述する。

適応型信号処理ブロック００７は、差分処理ブロック００６から出力された複数の差分信号を用いて適応型信号処理を行う適応型信号処理部である。適応型信号処理は、適応型ビームフォーミングに相当する。つまり、適応型信号処理は、受信信号に応じて、位相や重み等の処理パラメータを適応的に変化させ、ターゲットとする注目方向や注目位置から到来する所望波の受信信号を選択的に抽出し、それ以外の不要波の受信信号を抑圧する処理を示す。特に、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、注目方向や注目位置に関する感度を固定した状態で出力（電力強度）を最小化するように処理する方法である。方向拘束付電力最小化規範（ＤＣＭＰ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ）や、Ｍｉｎｉｍｕｍ ｖａｒｉａｎｃｅ法ともいう。このような適応型信号処理は、空間解像度を向上させる効果がある。図２のＳ１０３では、適応型信号処理としてＣａｐｏｎ法を用いた例を詳細に説明する。また、本実施形態ではＣａｐｏｎ法を用いたが、他の適応型信号処理（ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法）を用いても構わない。

流速算出ブロック００８は、適応型信号処理ブロック００７から出力された出力信号を用いて、血流速度等の対象物の移動情報を算出する移動情報取得部である。例えば血流速度を求める場合、被検体内の１点（１つの位置）における速度だけでなく、深さ方向における複数の位置の速度を求めても良い。また、所定の深さ範囲における平均速度や最高速度を求めても良い。さらに、速度の時間変化が表示できるように時系列に複数の時点の速度を求めても良い。

なお、本実施形態においては、少なくとも、受信回路系００５、差分処理ブロック００６、適応型信号処理ブロック００７、流速算出ブロック００８、により処理部が構成される。ただし、本実施形態の処理部は、整相加算ブロックや包絡線検波処理ブロック（どちらも図１には不図示）を有していてもよい。整相加算ブロックと包絡線検波処理ブロックにより、移動情報とは別にＢモード画像等の音響インピーダンスの違いを反映した分布（音響特性分布）を取得することができる。

表示処理ブロック００９は、入力された移動情報を用いて表示データを生成し、表示系０１０へ出力する。具体的には、入力された移動情報を処理して、速度を示す数値や、速度の時間変化が分かるグラフ、複数の位置の速度を示す速度分布等を提示するための画像データを生成する。また、処理部が音響特性分布も取得可能な場合、移動情報と音響特性分布とを同じ表示画面上に並べて表示するための画像データや、移動情報として取得した速度分布と音響特性分布とを重畳表示するための画像データを生成してもよい。表示形態は、術者であるユーザーからの入力を受けたシステム制御部００４からの指示によって変更可能である。

なお、本実施形態において、差分処理ブロック００６、適応型信号処理ブロック００７、流速算出ブロック００８、表示処理ブロック００９、システム制御部００４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、（ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）チップ等の処理装置より構成される。

表示系０１０は、表示処理ブロック００９から出力された表示データをもとに画像を表示する表示装置である。ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、有機ＥＬディスプレイ等で構成される。なお、表示系０１０は、本発明の被検体情報処理装置が有する構成とはせずに、別に用意してから被検体情報取得装置に接続しても良い。

（処理部における処理フロー）
次に、図２を用いて、処理部の処理フローについて説明する。図２は、本実施形態の処理フローを示すフローチャートである。

まず、Ｓ１０１において、受信回路系００５から時系列の受信信号が出力チャネル毎に差分処理ブロック００６に入力される。差分処理ブロック００６に入力される信号ｘ_ｋ，ｌ［ｓ］は、受信回路系００５のｋ番目（ｋ＝１，２，…，Ｍ）の出力チャネルから出力された、ｌ回目の音響波パルス送信により得られるｌ番目の受信信号を示す。なお、ｓは１つの時系列の受信信号におけるｓサンプル目（つまり、時系列中の一点）を意味する。

次にＳ１０３において、差分処理ブロック００６は、出力チャネル毎に、入力された２つの受信信号間の差（例えば１パルス目と２パルス目の音響波パルスにより得られる受信信号同士の差）を式（１）により算出し、差分信号ｄ_ｋ，ｌ［ｓ］を出力する。
ｄ_ｋ，ｌ［ｓ］＝ｘ_{ｋ，ｌ＋１}［ｓ］−ｘ_ｋ，ｌ［ｓ］ ・・・・式（１）

図３（ａ）は、この差分処理を差分フィルタにて行う場合の差分フィルタの例を示す模式図である。ＤｅｌａｙＴとして、音響波パルスの送信間隔（ｌ＋１番目の送信とｌ番目の送信との時間間隔）に相当する時間を設定することにより、ｘ_{ｋ，ｌ＋１}［ｓ］とｘ_ｋ，ｌ［ｓ］の差分が出力される。差分処理ブロック００６は、上記処理により差分信号を出力チャネル毎に複数抽出し、適応型信号処理ブロック００７に入力する。図３（ａ）の構成においては、出力チャネル毎に、少なくとも２つの差分信号を用いる必要がある。なお、本実施形態においては、図３（ａ）に示す差分フィルタのように、２つの受信信号の間での差分を算出する差分フィルタだけでなく、図３（ｂ）に示す構成の差分フィルタを用いてもよい。

Ｓ１０４では、適応型信号処理ブロック００７が、入力された、出力チャネル分の複数の差分信号を用いて適応型信号処理を行う。本実施形態では、適応型信号処理として、ＣＡＰＯＮ法を用いた処理を説明する。

適応型信号処理ブロック００７は、まず、システム制御部００４から指示される注目位置（被検体内の所定位置）の情報を用いて、注目位置に対応する受信信号の位相が揃うように遅延処理、いわゆる整相処理を実施する。このようにして整相処理された信号を、さらにヒルベルト変換し、複素表現された信号をｘ’_ｋ，ｌ［ｓ’］とする。この信号を用いてｓ’サンプル目の入力ベクトルＸ_ｌ［ｓ’］を以下のように定義する。

適応型信号処理ブロック００７は、この入力ベクトルＸ_ｌ［ｓ’］を用いて相関マトリクスＲ_ｘｘ，ｌを算出する。

式（３）中の右肩のＨは複素共役転置を表し、右肩の＊は複素共役を表す。Ｅ［・］は時間平均を算出する処理であり、サンプルの番号（ここではｓ’）を変化させ、その平均を算出することを意味する。つまり、この処理は、入力ベクトルを用いて算出した相関マトリクスを深さ方向へ平均することを示す。なお、深さ方向とは、探触子から送信される音響波（超音波ビーム）の進行方向に相当する。なお、この時間平均幅は、所定の深さにおける分解能以下にすることが望ましく、観察深度ごとに変化する。なお、本実施形態では空間平均法を行わないＣａｐｏｎ法を用いたが、空間平均法を用いたＣａｐｏｎ法を適用してもよい。

次に、適応型信号処理ブロック００７は、以下の式（４）の条件におけるウェイトベクトルＷを求める。

これらの条件は、所望方向（注目方向）の感度を１に拘束した状態で、出力（電力強度）を最小化することを意味する。なおａはステアリングベクトルであり、所望方向つまり観察方向を規定している。このような条件から最適ウェイトＷｏｐｔを算出すると、

と求まる。なお、ηＥは逆行列算出を安定させるために加算しており、ηは定数もしくはＲ_ｘｘ，ｌの値などに応じて変化する値、Ｅは単位行列である。この最適ウェイトを用いることで、所望方向の感度を１にした状態で、出力電力を最小化することが出来る。この最適ウェイトを使用することにより、所望方向の感度が１で、ノイズ成分の到来方向に対して感度が低いという指向性を有する受信パターンが形成される。適応型信号処理ブロック００７は、この最適ウェイトＷｏｐｔに入力ベクトルＸｌ［ｓ’］を乗ずることで、出力信号ｙ_ｌ［ｓ’］を得る。

Ｓ１０４では、適応型信号処理ブロック００７から出力されたｙ_ｌ［ｓ’］を用いて、流速算出ブロック００８は、移動情報である流速ｖ_ｃを式（７）により算出する。

ここで、Ｓ_ｏｂｓは、観察深度（深さ方向における所定位置）に対応するサンブル番号であり、Ｓ_ａｖｅは時間平均幅、Ｔは音響波パルスの送信の繰り返し周期（ｌ＋１番目の送信とｌ番目の送信との時間間隔）を示す。また、λ_ｃは送信周波数の波長、θ_ｃは、ｙ_ｌとｙ_ｌ＋１との位相差である。このように、繰り返し送受信することで得られた差分信号同士の位相差（位相変化）を算出し用いることで、測定対象の移動速度を求めることができる。なお、この移動速度に繰り返し周期を乗ずることで変位を算出することも可能である。

なお、このようにして算出された流速ｖ_ｃは、表示処理ブロック００９に入力される。表示処理ブロック００９では、上述したように、入力された流速を用いて画像データを構築し、表示系０１０へ出力する。

ここでさらに差分フィルタの補償を行う処理について述べる。図８は差分フィルタの補償について説明する図である。差分フィルタは低周波成分を抑制するため、低速の信号を抑制する。例えばグラフ８０１は差分フィルタが速度に対して有する影響の一例を模式的に示したものである。また、図中の破線８０３は前述した処理によって速度を複数回算出した際の速度分布を模式的に表したものである。この場合、この速度分布から算出した平均速度はＶｏとなる。しかしながら、この速度分布８０３は差分フィルタ８０１の影響を受けた分布であり、真の速度分布は実線８０２で模式的に示したものである。つまり実際の平均速度はＶｔであるにも関わらず、差分フィルタの影響によってその速度がより早く（Ｖｏ）算出される可能性がある。

本実施形態では複数回の測定によって得られた速度分布に対して、差分フィルタの影響を取り除く逆フィルタを適用することで新たに速度分布を算出する。その速度分布の平均値や中央値を用いることで修正された流速を推定し、この値を算出された流速ｖｃとして表示処理ブロック００９へ入力しても構わない。

このように差分フィルタの補償を行うことでより正確な流速を推定可能な装置を提供することができる。

ここで、表示系０１０に表示される画像の一例を図４を用いて説明する。図４では、３種類の深さ範囲（５−１５ｍｍ、１５−２５ｍｍ、２５−３５ｍｍ）における流速の時間変化が表示されている様子を示している。また、各深さ範囲における平均流速と最高流速が数値として示される。

（本実施形態の効果）
次に、図５、図６を用いて本実施形態の効果について述べる。図５は、簡易的な生体を模したモデルである。このモデルでは、領域４０１の中を血液が矢印の方向に流れ、その周囲には周辺組織４０２が設けられている。また、音響波である超音波を送受信する経路には頭蓋骨等を仮定した強反射体４０３を設置している。このシミュレーションでは、４つの変換素子４０４を用いて超音波を送信し、領域４０１付近からの反射波を取得する。さらに取得した受信信号に時間的に変化する揺らぎを与えたものを入力信号として、本実施形態の処理を実施した。揺らぎは、拍動等の体動や、探触子を操作するユーザーの手ぶれを仮定している。シミュレーションの結果を図５に示す。

図６の横軸は、揺らぎを変化させたそれぞれの場合の処理結果を示し、縦軸は算出された流速を示している。なお、モデル上では血流が０．５ｍ／ｓｅｃの速度で探触子に近付くように設定しているため、＋０．５ｍ／ｓｅｃが真の値となる。図６において、点線で示された結果は、差分処理ブロック００６での差分処理のみを用いて算出された流速の結果である。つまり、差分処理ブロック００６により得られた差分信号がそのまま流速算出ブロック００８に入力されることにより得られた流速を示す。この結果を見て分かるように、血流の方向ならびにその速度の絶対値は、真の値と大きな誤差が生じていることが分かる。

図６において、実線で示されている結果は、本実施形態により得られた結果である。つまり、適応型信号処理ブロック００７からの出力を用いて流速算出ブロック００８にて算出された流速の結果を示す。この実線により示されている結果は、真の流速である０．５ｍ／ｓｅｃに対して誤差が少なく、高い精度で血流速度が求められていることが分かる。このように、本実施形態では、大きなクラッタ成分が存在し、且つ、クラッタ成分となる反射体が変動（移動）している場合であっても、精度良く速度が求められることが分かる。

次に、本実施形態の効果が得られる理由について説明する。まず、本実施形態の差分処理は、複数の時系列の受信信号を用いることにより、被検体内において移動している反射体からの反射波に基づく成分（移動成分）を示す信号として、受信信号間における時間変動成分を示す信号を抽出していることに相当する。言いかえると、パルスの送信間隔である繰り返し周期Ｔの間に移動していない反射体からの反射波による受信信号を低減する（理想的には除去する）働きを有している。しかしながら、差分処理によって、繰り返し周期Ｔの間に移動しない反射体からの信号は除去されるが、移動する反射体からのクラッタ成分の信号（クラッタ信号）は差分処理では除去しきれないことがある。図６において、点線で示した結果は、そのような除去しきれないクラッタ信号が残留し、流速推定に影響している場合を表している。

本実施形態では、このような差分処理で除去しきれなかったクラッタ信号を含んでいる場合であっても、適応型信号処理を用いることにより、注目方向（所望の方向）以外から到来するクラッタ成分をさらに抑制することができる。つまり、対象物以外の移動する反射体からの反射波によるクラッタ信号を低減でき、対象物からの反射波の信号を選択的に取得できるため、より精度の高い流速推定が可能となる。

また本実施形態において、差分処理を行うことにより、理想的には、受信信号間において時間変動していない成分（時間不変動成分）は全て除去され、受信信号間において時間変動している成分（時間変動成分）が主に抽出される。しかしながら、実際は、差分処理ブロック００６としてＭＴＩフィルタ等の差分フィルタを用いた場合、時間不変動成分を完全に除去できない場合がある。また、時間変動成分であっても時間変動が小さい成分（つまり、動きがゆっくりな低周波成分）が差分フィルタによって一部除去される場合もあり得る。

よって、本発明において、「時間変動成分を示す信号を抽出する」とは、全ての時間変動成分を抽出する場合だけでなく、少なくとも一部の時間変動成分が抽出されている場合を含む。また、時間変動成分以外に、一部の時間不変動成分が含まれていてもよい。差分処理を行うことで、全ての時間不変動成分が除去されていなくても、差分処理を行わない場合よりも時間不変動成分が低減されていれば効果はある。

同じように、本発明において、「移動成分を示す信号を抽出する」とは、移動している反射体からの反射波に基づく全ての信号を抽出する場合だけでなく、移動している反射体からの反射波に基づく少なくとも一部の信号が抽出されている場合も含む。また、移動成分を示す信号以外に、移動していない反射体からの反射波に基づく信号が一部含まれていても良い。第１−３の実施形態の処理を行うことにより、移動していない反射体からの反射波に基づく信号が低減されていれば効果はある。

このようにして抽出された「時間変動成分を示す信号」は、適応型信号処理にとって適した信号となっている。基本的に、適応型信号処理は、特定の方向から到来するクラッタ成分を抑圧することを基本動作としている。本実施形態において、抽出された「受信信号間における時間変動成分を示す信号」は、時間不変動成分が低減されているため、クラッタ成分による電力を予め抑圧していることになる。よって、このような「時間変動成分を示す信号」を用いて適応型信号処理を行うことにより、適応型信号処理が効果的に動作する。つまり、適応型信号処理により、抑圧しきれなかった方向のクラッタ成分による電力を抑圧することができ、対象物の時間変動成分を算出する（つまりクラッタ信号の時間変動成分を抑制する）ことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、時間変動成分を示す信号を抽出するために、受信信号に対して直交検波を行ってローパスフィルタ処理を行った後、ハイパスフィルタを適用することを特徴とする。また、本実施形態では、移動情報とは別にＢモード画像等の音響インピーダンスの違いを反映した分布（音響特性分布）を取得することができる。以下では、第１の実施形態とは異なる部分に絞って説明する。

（被検体情報取得装置の構成）
図７は本実施形態の被検体情報取得装置の構成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、受信回路系００５、送信回路系００３、直交検波ブロック６０６、ウォールフィルタブロック６１１、適応型信号処理ブロック６０７、流速算出ブロック６０８、を備える。さらに、システム制御部００４、表示処理ブロック６０９、整相加算ブロック６１２、包絡線検波ブロック６１３、表示系６１０を備える。

変換素子００２を備える探触子００１、送信回路系００３、受信回路系００５は、第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

直交検波ブロック６０６は、受信回路系００５から出力チャネル毎に入力された時系列の受信信号に対して直交検波処理を実施する直交検波部である。つまり、参照信号として、送信又は受信する音響波の中心周波数を有する波形の信号と、その信号の位相を９０度だけずらした波形の信号と、を用い、２つの参照信号を受信信号に夫々乗ずる。これにより直交検波が行われ、複素表現された直交検波信号を得る。そして、算出された直交検波信号に対して、送信又は受信する音響波の中心周波数と同程度のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを適用することで、不要な高調波成分が除去された直交検波信号を得る。このようにして、出力チャネル毎に得られた直交検波信号が、ウォールフィルタブロック６１１に入力される。

ウォールフィルタブロック６１１は、システム制御部００４からの指示により特性が設定された複数回の送受信によって得られた直交検波信号に対する高域通過特性のハイパスフィルタである。このハイパスフィルタによって、静止もしくは移動速度の遅い被検体からの反射波成分を抑制することができる。

適応型信号処理ブロック６０７は、ウォールフィルタブロック６１１から出力チャネル毎に出力された複数の信号が入力され、適応型信号処理を行う。適応型信号処理ブロック６０７から出力された信号は流速算出ブロック６０８に入力され、流速算出ブロック６０８は血流速度等の対象物の移動情報を算出する。なお、適応型信号処理ブロック６０７での処理は第１の実施形態における、適応型信号処理ブロック００７のヒルベルト変換を省略したものと同様である。また流速算出ブロック６０８での処理は第１の実施形態における流速算出ブロック００８での処理と同様であるため、説明を省略する。

ここで、直交検波ブロック６０６から出力された直交検波信号は、整相加算ブロック６１２にも入力される。整相加算ブロック６１２では、入力された出力チャネル毎の直交検波信号を用いて、注目位置に応じた整相加算処理を行う。整相加算処理は、各素子と注目位置との距離に応じた遅延処理（整相処理）を行った後、加算処理を行う処理である。整相加算後の信号は、必要に応じてフィルタ処理を行った後、包絡線検波ブロック６１３に入力される。包絡線検波ブロック６１３では、入力された整相加算後の信号に対して包絡線を取得し、Ｂモード画像等の音響インピーダンスの違いを反映した分布（音響特性分布）を取得する。

表示処理ブロック６０９は、流速算出ブロック６０８から入力された移動情報と、包絡線検波ブロック６１３から入力された音響特性分布と、を用いて表示データを生成する。具体的には、図４に示すような深さ毎の移動情報を示す画像と、音響特性分布を示すＢモード画像と、を同じ表示画面上に並列表示するための表示データを作成することができる。また、各位置の速度を示す速度分布等の移動情報分布の画像と、音響特性分布を示すＢモード画像と、を重畳表示するための表示データを生成してもよい。表示形態は、術者であるユーザーからの入力を受けたシステム制御部００４からの指示によって変更可能である。表示系６１０は、表示処理ブロック６０９から出力された表示データに基づいて画像を表示する。

なお、本実施形態の処理部における受信信号の入力から流速算出までの処理フローは、第１の実施形態の図２とＳ１０２以外は同じである。本実施形態では、Ｓ１０２の処理が、差分処理ではなく、直交検波とローパスフィルタ処理及びハイパスフィルタ処理となる。

具体的には、直交検波後のローパスフィルタ処理により、不要な高調波成分が除去される。そして、その後のハイパスフィルタ処理により、移動量が小さい反射体からの反射波に基づく周波数成分を低減（理想的には除去）し、相対的に移動量が大きい（所定の速度より速い速度で移動している）反射体からの反射波に基づく周波数成分を抽出している。ただし、この時点で抽出されている周波数成分には、対象物からの反射波に基づく周波数成分だけでなく、比較的速い速度で動いている対象物以外からのクラッタ成分に基づく周波数成分も含まれている。

そこで、適応型信号処理により、ハイパスフィルタ処理によって除去しきれなかったクラッタ成分の信号を抑制する。つまり、本実施形態においても、適応型信号処理の前段の処理により受信信号間における時間変動成分を示す信号を抽出し、適応型信号処理により、除去しきれなかったクラッタ成分の信号を抑制することができる。よって本実施形態においても、より精度の良い流速推定が可能となる。

また、直交検波ブロック６０６におけるローパスフィルタの高域側のカットオフ周波数や、ウォールフィルタブロック６１１の低域側のカットオフ周波数は、システム制御部００４により設定される。ただし、直交検波ブロック６０６におけるローパスフィルタのカットオフ周波数は、送信又は受信する音響波の中心周波数以下の周波数が好ましい。ウォールフィルタブロック６１１のカットオフ周波数は、測定対象物の移動速度に応じて適宜設定することが好ましい。

また、本実施形態においては、移動情報とは別に、Ｂモード画像等の音響インピーダンスの違いを反映した分布（音響特性分布）を取得することができる。このような音響特性分布を取得することにより、移動情報と音響特性分布とを並列表示したり重畳表示したりすることができ、ユーザーは被検体内の位置と血流速度との対応関係が分かりやすくなり、使い勝手が向上する。もちろん、音響特性分布の取得や表示は、第１の実施形態においても可能である。

＜第３の実施形態＞
第１及び第２の実施形態では、時間変動成分を示す信号を抽出してから適応型信号処理を行ったが、本実施形態では、適応型信号処理を行った後に、時間変動成分を示す信号を抽出する。

装置構成としては、図１及び図７の被検体情報取得装置と、適応型信号処理ブロック００７の位置が異なる。具体的には、図１においては、受信回路系００５と差分処理ブロック００６との間に適応型信号処理ブロック００７が入る。また、図７においては、直交検波ブロック６０６とウォールフィルタブロック６１１との間に適応型信号処理ブロック６０７が入る。

本実施形態において、適応型信号処理は、複数の出力チャネルから入力される複数の受信信号を用いて行う。次に、適応型信号処理後の出力信号から、時間変動成分を示す信号を抽出する。時間変動成分を示す信号の抽出方法は、第１及び第２の実施形態で示した方法と同様である。そして、時間変動成分を示す信号を複数用いて対象物の移動情報を取得する。

本実施形態のように、適応型信号処理を実施してから差分フィルタや、ウォールフィルタを通過した信号を用いても、従来よりも流速の推定精度の向上効果が得られる。ただし、第１の実施形態中で説明したように、適応型信号処理は入力された信号の中の、ある方向から到来するクラッタ成分を抑圧することをその基本動作としている。つまり、繰り返し周期Ｔの間に移動しない反射体からの信号を全て除去することは困難である。そのため、第１及び第２の実施形態のように、移動しない反射体からの信号を低減した後、さらに適応型信号処理を用いる構成の方がより好ましく、本発明の効果が大きく得られる。

＜第４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 超音波変換素子
００３ 送信回路系
００４ システム制御部
００５ 受信回路系
００６ 差分処理ブロック
００７ 適応型信号処理ブロック
００８ 流速算出ブロック
００９ 表示処理ブロック
０１０ 表示系
４０１ 領域
４０２ 周辺組織
４０３ 強反射体
４０４ 複数の変換素子
６０６ 直交検波ブロック
６０７ 適応型信号処理
６０８ 流速算出ブロック
６０９ 表示処理ブロック
６１０ 表示系
６１１ ウォールフィルタブロック

Claims (23)

1. 被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得装置であって、
   被検体に音響波パルスを送信し、被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信して時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
   複数の変換素子から出力される複数の前記受信信号を用いて、前記対象物の移動情報を取得する処理部と、
   を有し
   前記処理部は、
   前記複数の受信信号を用いて、移動成分を示す信号を複数抽出し、
   前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行い、
   前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記処理部は、
   前記変換素子の出力チャネル毎に、前記移動成分を示す信号を複数抽出し、
   複数の前記出力チャネルから夫々出力される前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行う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. 前記処理部は、
   複数回の音響波パルスの送信により得られる複数の受信信号を用い、前記移動成分を示す信号として、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を、前記出力チャネル毎に複数抽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. 前記処理部は、
   複数回の音響波パルスの送信により得られる前記複数の受信信号同士の差を求めることにより、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を、前記出力チャネル毎に複数抽出することを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記処理部は、
   複数回の音響波パルスの送信により得られる前記複数の受信信号に対して直交検波を行った後に、ローパフィルタ処理及びハイパスフィルタ処理を行うことにより、前記移動成分を示す信号を前記出力チャネル毎に複数抽出することを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記処理部は、前記移動成分を示す信号として、被検体内において所定の速度より速い速度で移動する反射体からの反射波に基づく信号を抽出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記処理部は、前記適応型信号処理として、前記複数の移動成分を示す信号を用いて、注目方向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ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 前記処理部は、前記被検体内の音響インピーダンスの違いを反映した音響特性分布をさらに取得し、前記移動情報と前記音響特性分布とを用いて、表示データを生成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
9. 被検体に音響波パルスを送信することにより被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する複数の変換素子から出力される時系列の受信信号を複数用いて、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得方法であって、
   前記複数の受信信号を用いて、移動成分を示す信号を複数抽出するステップと、
   前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行うステップと、
   前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報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。
10. 前記移動成分を示す信号を複数抽出するステップでは、前記変換素子の出力チャネル毎に、前記移動成分を示す信号を複数抽出し、
    前記適応型信号処理を行うステップでは、複数の前記出力チャネルから夫々出力される前記複数の移動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得方法。
11. 前記移動成分を示す信号を複数抽出するステップでは、複数回の音響波パルスの送信により得られる複数の受信信号を用い、前記移動成分を示す信号として、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を、前記出力チャネル毎に複数抽出することを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得方法。
12. 前記移動成分を示す信号を複数抽出するステップでは、複数回の音響波パルスの送信により得られる前記複数の受信信号同士の差を求めることにより、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を、前記出力チャネル毎に複数抽出することを特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得方法。
13. 前記移動成分を示す信号を複数抽出するステップでは、複数回の音響波パルスの送信により得られる前記複数の受信信号に対して直交検波を行った後に、ローパフィルタ処理及びハイパスフィルタ処理を行うことにより、前記受信信号内における移動成分を示す信号を前記出力チャネル毎に複数抽出することを特徴とする請求項１１に記載の被検体情報取得方法。
14. 前記移動成分を示す信号を複数抽出するステップでは、前記移動成分を示す信号として、被検体内において所定の速度より速い速度で移動する反射体からの反射波に基づく信号を抽出することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
15. 前記適応型信号処理として、前記複数の移動成分を示す信号を用いて、注目方向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ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
16. 前記被検体内の音響インピーダンスの違いを反映した音響特性分布を取得するステップと、
    前記移動情報と前記音響特性分布とを用いて、表示データを生成するステップと、
    をさらに有することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
17. 請求項９乃至１６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。
18. 被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得装置であって、
    被検体に音響波パルスを送信し、被検体内で反射した反射波を受信して時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
    複数の変換素子から出力される複数の前記受信信号を用いて、前記対象物の移動情報を取得する処理部と、
    を有し
    前記処理部は、
    前記受信信号を用いて、移動成分を示す信号を抽出する処理と適応型信号処理とを行った後、前記対象物の移動情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
19. 被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得装置であって、
    被検体に音響波パルスを送信し、被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信して時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
    複数の変換素子から出力される複数の前記受信信号を用いて、前記対象物の移動情報を取得する処理部と、
    を有し
    前記処理部は、
    複数回の音響波パルスの送信により得られる複数の受信信号を用い、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を複数抽出し、
    前記複数の時間変動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行い、
    前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
20. 被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得装置であって、
    被検体に音響波パルスを送信し、被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信して時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
    複数の変換素子から出力される複数の前記受信信号を用いて、前記対象物の移動情報を取得する処理部と、
    を有し
    前記処理部は、
    前記複数の前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い、
    前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて、移動成分を示す信号を複数抽出し、
    複数の前記移動成分を示す信号を用いて前記対象物の移動情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
21. 被検体に音響波パルスを送信することにより被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する複数の変換素子から出力される時系列の受信信号を複数用いて、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得方法であって、
    複数の前記受信信号を用いて、移動成分を示す信号を抽出する処理及び適応型信号処理を行った後、前記対象物の移動情報を取得することを特徴とする被検体情報取得方法。
22. 被検体に音響波パルスを送信することにより被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する複数の変換素子から出力される時系列の受信信号を複数用いて、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得方法であって、
    複数回の音響波パルスの送信により得られる複数の受信信号を用い、前記複数の受信信号間における時間変動成分を示す信号を複数抽出するステップと、
    前記複数の時間変動成分を示す信号を用いて適応型信号処理を行うステップと、
    前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて前記対象物の移動情報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。
23. 被検体に音響波パルスを送信することにより被検体内の複数の位置で反射した反射波を受信する複数の変換素子から出力される時系列の受信信号を複数用いて、被検体内の対象物の移動情報を取得する被検体情報取得方法であって、
    前記複数の前記受信信号を用いて適応型信号処理を行うステップと、
    前記適応型信号処理後の出力信号を複数用いて、移動成分を示す信号を複数抽出するステップと、
    複数の前記移動成分を示す信号を用いて前記対象物の移動情報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。