JP6315893B2 - 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情報を取得する被術に関する。

被検体情報取得装置である超音波診断装置において、パルスエコー法によって画像データを形成する場合の深さ方向の空間分解能は、超音波の波長をλ、送信波数をｎとすると、（ｎλ）／２で一般的に表すことが可能である。例えば、１２ＭＨｚの中心周波数の超音波を２波長分送信した場合は約０．１３ｍｍ程度となる。

パルスエコー法について説明する。まず超音波パルス（音響波パルス）を被検体に送信すると、被検体内での音響インピーダンス差に応じて超音波が反射されて戻ってくる。次に、この反射波を受信し、反射波の受信信号を用いて画像データを生成する。代表的には、受信信号の包絡線を取得し、この包絡線を輝度値に変換して画像データを生成する。被検体内の複数の方向もしくは位置に対して超音波の送受信を繰り返すことで、超音波を送受信した方向の複数の走査線上の輝度情報を取得できる。この複数の走査線上の輝度情報を並べることで被検体内の画像化が可能となる。

なお超音波診断装置においては、超音波を電気信号に変換する複数の変換素子を用い、それぞれの素子間の受信信号波形に時間的なずれを加えることで、送信受信ともに被検体内でフォーカスさせるのが一般的である。

上記のように、パルスエコー法を用いることで約０．１３ｍｍ程度の深さ方向の空間分解能は実現できるが、より高い空間分解能が要求されている。例えば頚動脈の血管壁の層構造をさらに詳細に観察することができれば、動脈硬化などの早期発見への寄与が考えられる。

非特許文献１には、周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）と、適応型信号処理であるＣａｐｏｎ法と、を行うことにより血管壁の層構造を画像化した結果が示されている。受信信号を用いてＦＤＩ法を適用したＣａｐｏｎ法を行うことで、さらに深さ方向（走査線方向）の空間分解能を向上させることができる。ただし、ＦＤＩの処理を行うために切り出した深さ方向の信号の範囲（処理レンジ内）には、複数の反射層が存在することが想定される。また、近接した反射層からの複数の反射波は、互いに高い相関性を有している可能性が高い。このような高い相関性を有する複数の反射波の受信信号に対してＣａｐｏｎ法などの適応型信号処理をそのまま適用すると、所望の信号を打ち消すなどの予期しない動作を行うことが知られている。このような相関性を有する信号（相関性干渉波）による影響を低減するため、周波数平均法（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を合わせて用いることで、反射波の受信信号に対してＦＤＩ法及びＣａｐｏｎ法が適用可能となる。

さらに、パルス波のように広い周波数帯域を有する音響波の受信信号に対して周波数平均法を用いる際には、参照信号によって受信信号のホワイトニングを行う。特許文献１では、参照信号を作るための複数の基準信号を、所定の内挿率で合成し、合成後の信号（演算用参照信号）を参照信号として用いた装置について記載されている。

特開２０１０−１８３９７９号公報

Ｈｉｒｏｆｕｍｉ Ｔａｋｉ，Ｋｏｕｓｕｋｅ Ｔａｋｉ，Ｔａｋｕｙａ Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｍａｋｏｔｏ Ｙａｍａｋａｗａ，Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｓｈｉｉｎａ ａｎｄ Ｔｏｒｕ Ｓａｔｏ：Ｃｏｎｆ Ｐｒｏｃ ＩＥＥＥ Ｅｎｇ Ｍｅｄ Ｂｉｏｌ Ｓｏｃ．２０１０；１：５２９８−５３０１．

前述したように、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理では、参照信号を用いる。この参照信号が、実際に取得される反射波形と近ければ近いほど、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理による高空間分解能化の効果が得られる。

しかしながら、実際は被検体内へ送信された音響波パルスは、その到達する位置（反射位置）により波形が変化する。特に、深さが異なる位置では、送信された音響波パルスの波形が異なってくることがある。そのため、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理による高空間分解能化の効果を十分得られない場合があった。

上記課題に鑑み、本発明は、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行う場合に、位置による空間分解能低下の影響を抑制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時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求める処理手段と、
を有し、
前記処理手段は、前記被検体内の複数の領域のそれぞれについて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求め、
前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする。

本発明の被検体情報取得方法は、音響波が被検体内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、被検体内の複数の位置の音響特性を求める被検体情報取得方法であって、
整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行うステップを有し、
前記周波数領域干渉計法を行うステップは、前記被検体内の複数の領域のそれぞれについて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、前記被検体内の複数の位置の音響特性を求めるステップを含み、
前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする。

本発明により、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行う場合に、位置による空間分解能低下の影響を抑制することができる。

反射波形を説明するための図である。 図１に示した反射波形を受信信号とした場合の電力強度を示す図である。 本発明が適用可能な被検体情報取得装置を示す模式図である。 ＦＤＩ適応処理ブロック内部での処理を説明するフローチャートである。 被検体内の撮像領域を示した模式図である。 第１の実施形態の効果を説明するための図である。 被検体内の撮像領域を示した模式図である。 被検体内の撮像領域を示した模式図である。

本発明者は、被検体からの反射波を受信してＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行う場合に、その被検体内の位置により、送信された音響波の波形が変化することに着目した。そして、その送信波形の変化により、反射波形と参照信号の波形との間で波形のずれが生じると、画像が劣化する可能性があることを見出した。

例えば、ＣＭＵＴやＰＺＴなどの変換素子が１次元方向に並べられた探触子から音響波を送信する場合について述べる。図１は複数の変換素子を１次元に並べたリニアアレイから１５ｍｍの深さにフォーカスが合うように送信された音響波パルスの、１１ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍでの波形を示したものである。ここで深さとは変換素子からの距離を意味する。本例では、１５ｍｍに送信フォーカスしているため、１５ｍｍの深さでの波形は送信波形とほぼ同等となる。しかしながら、図１より、それ以外の深さ（１１ｍｍ、１３ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍ）では波形が送信波形（つまり１５ｍｍでの波形）と異なることが分かる。特に浅い（変換素子からの距離が短い）位置の波形は、送信波形と大きく異なることが分かる。

図２は、図１に示した各波形を受信信号とし、送信波形（つまり深さ１５ｍｍの波形とほぼ同等の波形）を参照信号として用い、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行った場合の結果を示す。なお、図１の各深さにおける波形は、各深さにおける反射波形とほぼ同等と考えることができる。つまり、図１に示した各波形を夫々受信信号とすることは、それぞれの深さ（１１ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍ）の位置に存在する反射面からの反射波形を受信したこととほぼ同等と考えることが出来る。

図２に示した結果によると、参照信号の波形と受信信号とが同等である深さ１５ｍｍにおいて、高分解能化の効果が確認できる。しかしながら、深さ１１ｍｍの位置ではその処理結果である電力強度が２つのピークを有し、またピークの半値幅も広いことから、高空間分解能化の効果を十分に得られていないことが分かる。また、その他の１３ｍｍ、１７ｍｍ、１９ｍｍの深さにおいても１５ｍｍの深さで得られたほどの高空間分解能化の効果を得ることが出来ていない。そこで、以下の本実施形態では、ＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行う場合に、被検体内の深さに応じて、少なくとも１回は深さに応じて参照信号を切り替える。

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、被検体内の複数の位置の音響特性を、数値や画像データとして取得する装置を含む。取得される音響特性とは、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。また、本発明において走査線とは、探触子から送信される音響波の進行方向に形成される仮想的な線を示す。

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。

＜被検体情報取得装置の基本的な構成＞
図３は、本発明が適用できる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００５、送信回路００３、整相加算ブロック００６、ＦＤＩ適応処理ブロック００７、参照信号記録ブロック００９を備える。さらに、画像処理ブロック０１０、システム制御部００４を備える。

本実施形態において、整相加算ブロック００６は整相加算手段、ＦＤＩ適応処理ブロック００７はＦＤＩ適応処理手段、参照信号記録ブロック００９は記憶手段、画像処理ブロック０１０は画像処理手段、に夫々相当する。また、本実施形態においては、少なくとも、受信回路００５、送信回路００３、整相加算ブロック００６、ＦＤＩ適応処理ブロック００７、参照信号記録ブロック００９により処理手段が構成される。ただし、本実施形態の処理手段は、システム制御部００４や画像処理ブロック０１０を含んでいても良い。

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。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送信信号（パルス信号）を生成する。送信信号は複数の変換素子００２に夫々入力され、複数の変換素子００２から音響波がパルス波として被検体へ送信される。被検体０００内部の反射界面や反射体で反射された音響波（反射波）は、複数の変換素子００２によって受信され、それぞれ複数の受信信号に変換される。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００５に入力される。

受信回路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、複数のデジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する回路であり、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等から構成される。なお、以降の説明では、１回の音響波パルス送信に基づく反射波を受信した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う。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。また、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００５から出力された複数のデジタル信号は整相加算ブロック００６に入力される。

整相加算ブロック００６は、音響波を送信した方向や位置に応じて、複数のデジタル信号に対する遅延処理（整相処理）を行いさらに加算する。つまり整相加算処理を実行する。このように整相加算後の信号（走査線信号）がＦＤＩ適応処理ブロック００７に入力される。走査線信号は、送信ビームフォーミングされた音響波の進行方向上（音響波ビーム上）の信号を示しており、一本の走査線信号には、その走査線上に存在する複数の位置からの反射波の強度（強度信号）が時系列に並べられる。一般的な超音波装置で表示されるＢ−ｍｏｄｅ画像はこの走査線信号の包絡線を複数の走査線分並べたものである。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７には、整相加算ブロック００６から出力された複数の走査線信号と、参照信号記録ブロック００９から出力された参照信号と、を用いて、ＦＤＩ処理を適用した適応型信号処理（以下、「ＦＤＩ適応処理」と称する）を行う。

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。本実施形態では、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。

周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法）は、受信信号を周波数ごとに分解し、分解された信号の位相を注目位置に応じて変化させることで、注目位置における受信電力を推定する方法である。なお、位相の変化量は、ある基準位置から注目位置までの距離と周波数に対応した波数の積とから、あらかじめ決定できる。

つまり、ＦＤＩ法に適応型信号処理を組み合わせることは、各周波数成分に分解された受信信号に対して、あらかじめ決定された位相変化量・重みではなく、受信信号に応じて算出された位相変化量・重みを用いて、注目位置における電力強度を算出することになる。ＦＤＩ適応処理ブロック００７内での処理の詳細は、図４を用いて後述する。本実施形態においてＦＤＩ適応処理により算出される電力強度は、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音響特性に対応する。また、後段の画像処理ブロック０１０は、複数の電力強度からなる電力強度分布を画像データとして出力する。

参照信号記録ブロック００９は、被検体内の位置に対応して波形が異なる参照信号を複数記憶するメモリである。具体的には、被検体内の深さ方向における位置に対応して波形が夫々異なる複数の参照信号や、音響波の送信方向に応じて波形が夫々異なる複数の参照信号を記憶している。また、深さと送信方向との両方に応じて変化する複数の参照信号を記憶していてもよい。参照信号記録ブロック００９から出力される複数の参照信号は、参照信号記録ブロック００９に記憶されている全ての参照信号である必要はない。

ここで、システム制御部００４は、参照信号記録ブロック００９に対して、ＦＤＩ適応処理ブロック００７がＦＤＩ適応処理を行う工程中に、夫々異なる２つ以上の参照信号を出力するよう、指示する。つまり、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、被検体内の位置に応じて少なくとも１回は参照信号を切替えて、ＦＤＩ適応処理を行う。特に、深さ（つまり、反射波の受信時間）、及び、音響波の送信方向、のうち少なくともいずれかに応じて、少なくとも１回は参照信号を切替える。

特に、深さに応じて参照信号を切替える形態では、一本の走査線信号を用いてＦＤＩ適応処理を行う工程中に、少なくとも１回は参照信号を切替える。つまり、一本の走査線信号上における第１の位置の強度信号と、同じ走査線信号上における第２の位置（第１の位置とは異なる）の強度信号と、で異なる参照信号を用いてＦＤＩ適応処理を行う。ただし、位置毎に毎回参照信号を切り替える必要はない。一本の走査線信号を処理する場合に、被検体内の浅い領域では毎回第１の参照信号を用いてＦＤＩ適応処理を行い、深い領域では毎回第２の参照信号を用いてＦＤＩ適応処理を行うなど、位置に応じて少なくとも１回参照信号を切り替えればよい。また参照信号も位置毎に用意しておく必要はない。所定の範囲の領域毎に用意しておけばよい。このようにして取得された複数の電力強度は、画像処理ブロック０１０へ出力される。

画像処理ブロック０１０では、入力された複数の電力強度からなる電力強度分布に対してスムージングやエッジ強調などの各種画像処理を必要に応じて行い、画像表示手段０１１に輝度データ（画像データ）を出力する。画像表示手段０１１では入力された輝度データを表示する。

なお、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、ＣＰＵ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。システム制御部００４、画像処理ブロック０１０も同様に、ＣＰＵやＧＰＵ、ＦＰＧＡ等の処理装置により構成される。画像表示手段０１１は、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、画像表示手段０１１は、本発明の被検体情報取得装置とは別に提供されてもよい。

＜ＦＤＩ適応処理のフロー＞
ここで、図４を用いて、ＦＤＩ適応処理ブロック００７内部での処理を説明する。図４は、ＦＤＩ適応処理の各ステップを説明するフローチャートである。ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、整相加算ブロック００６から出力された走査線信号を入力信号として受け取る（Ｓ２００）。そして、走査線信号から、１回で処理する時間分、つまり処理レンジ分の強度信号を抽出する（Ｓ２０１）。ここで、ＦＤＩ適応処理ブロック００７での処理は、１つの走査線上の複数の強度信号から処理レンジ分の信号を抽出するだけでなく、各強度信号に重みづけ等の処理を行ってもよい。

次に、抽出した信号をフーリエ変換し周波数ごとの成分（Ｘｓ１、Ｘｓ２、Ｘｓ３、・・・、ＸｓＮ）に分割する（Ｓ２０２）。一方で、システム制御部００４から指示された参照信号記録ブロック００９から出力された参照信号はＦＤＩ適応処理ブロック００７に入力される（Ｓ２０３）。

そして、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、参照信号のフーリエ変換を行い、参照信号を周波数ごとの成分（Ｘｒ１、Ｘｒ２、Ｘｒ３、・・・、ＸｒＮ）に分割する（Ｓ２０４）。ただし、参照信号に関して、処理に必要な周波数ごとの成分の状態で保持されていてもよく、その場合フーリエ変換は必要ない。

次に、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、式（１）に示すようにホワイトニング処理を行う（Ｓ２０５）。

（１）

ここでＸｗｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）はホワイトニング処理後の周波数ごとの成分、ηは安定化のための微小量、＊は複素共役を意味する。ホワイトニング処理された各周波数成分からなるベクトルＸを用いて、相関行列Ｒを算出する（Ｓ２０６）。
Ｘ＝［Ｘ_Ｗ１，Ｘ_Ｗ２，・・・，Ｘ_ＷＮ］^Ｔ （２）
Ｒ＝ＸＸ^Ｔ＊ （３）

なおＴは転置を意味する。ここで相関行列ＲはＮ×Ｎのサイズを有する行列となる。次に相関行列Ｒから部分行列を抽出し、それらを平均化する周波数平均法を適用する（Ｓ２０７）。

（４）

Ｒ_ｍｉｊ＝Ｘ_{Ｗ（ｉ＋ｍ−１）}Ｘ_{Ｗ（ｊ＋ｍ−１）＊} （５）

Ｒ’は周波数平均相関行列、ＲｍはＲｍｉｊを要素に持つ相関行列Ｒの部分行列である。このようにして周波数平均相関行列Ｒ’が算出される（Ｓ２０８）。

なお、ここでＭは加算される部分行列Ｒｍの数であり、部分行列ＲｍのサイズはＮ＋１−Ｍとなる。この加算される部分行列の数ＭはＭ＝Ｎ／２の関係になるように設定しても良い。また、超音波の受信信号の帯域に合わせて相関行列を作成した場合、その中心付近の帯域に対応する周波数成分のＳＮ比が高い、つまり相関行列Ｒの中央付近の要素のＳＮ比が高くなる。そのため、Ｍ≧（Ｎ＋１−Ｍ）となるように設定することによって、そのＳＮ比が高い相関行列Ｒの中央付近の要素をより多く含んだ周波数平均相関行列を作成することができる。このようなＭを設定した場合は、周波数平均相関行列の成分にＳＮ比の高い要素が多く含まれるため、ＦＤＩ適応処理を実施した際に、その分解能向上の効果をさらに安定的に得ることが出来る。

次に、拘束ベクトルＣが、ＦＤＩ適応処理ブロック００７に入力される（Ｓ２０９）。拘束ベクトルＣは、処理レンジ内での位置ｒに応じて変化するベクトルであり、以下の式（６）で定義される。
Ｃ＝［ｅｘｐ（ｊｋ_１ｒ），ｅｘｐ（ｊｋ_２ｒ），・・・，ｅｘｐ（ｊｋ_{（Ｎ−Ｍ＋１）}ｒ）］ （６）

これらの周波数平均相関行列Ｒ’ならびに拘束ベクトルＣを用いて、処理レンジ内の電力強度分布Ｐ（ｒ）を算出する（Ｓ２１０）。

（７）

η’Ｅ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。

次に、入力された信号の中で未処理の信号があれば信号抽出（Ｓ２０１）へ戻り、処理を継続する（Ｓ２１１）。

このように、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、整相加算ブロック００６から出力された複数の走査線信号と、システム制御部００４から指示され参照信号記録ブロック００９から出力された参照信号と、を入力信号としてＦＤＩ法を適用した適応型信号処理を行う。その結果、電力強度分布を出力する。

ここで、システム制御部００４が、参照信号記録ブロック００９に対して指示する参照信号について述べる。図１などで説明したように、深さごとに送信したパルスの波形は変化してゆく。その結果として参照信号と受信信号との波形のずれが生じ、図２に示したように高空間分解能化の効果の低下や、電力値の変化などをもたらす。

本実施形態では、送信した音響波パルスの波形変化をあらかじめ把握、もしくはその場で算出する。そして、上記ＦＤＩ適応処理中に、被検体内の位置に応じて少なくとも１回は参照信号を切替えるステップを有している。特に、深さ方向（つまり、反射波の受信時間）、及び、音響波の送信方向、のうち少なくともいずれかに応じて、少なくとも１回は参照信号同士を切替える。このように参照信号を切り替えることにより、被検体内の様々な位置での波形変化に応じた処理が可能となる。その結果、被検体内部で高分解能化の効果を安定して得ることができる。

以下、図面を用いて被検体情報取得装置の一実施形態について詳細に説明する。なお、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。

＜＜第１の実施形態＞＞
本実施形態の被検体情報取得装置は、図１で示した装置と同様の構成の装置を用いる。本実施形態では、システム制御部００４から参照信号記録ブロック００９への指示について詳細を述べ、その他の処理フローは図４を用いて説明した処理と同様であるため、省略する。

本実施形態の参照信号記録ブロック００９は送信した音響波パルスが深さ毎にどのように変化するかを考慮し、あらかじめ計算した結果である複数の参照信号を記録している。システム制御部００４は、ＦＤＩ適応処理ブロック００７へ入力される走査線信号中の強度信号の、被検体内での位置や深さの変化に合わせて、参照信号記録ブロック００９がＦＤＩ適応処理ブロック００７へ出力する参照信号を変化するように指示する。そのため、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、被検体内の深さ方向の位置（つまり受信信号の受信時間）に応じて少なくとも１回は参照信号を切替えてＦＤＩ適応処理を行う。

図５を用いてシステム制御部００４が指定する参照信号の選択について説明する。図５は、変換素子００２と、複数の領域（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）に分割された被検体内の撮像領域（電力強度分布を取得する領域）と、を示す模式的図である。領域Ｄ１から領域Ｄ３は夫々、変換素子からの距離が異なる。つまり、深さ方向における位置が異なる領域である。

領域Ｄ１内の位置からの反射波に対応する強度信号に対してＦＤＩ適応処理を行う場合は、領域Ｄ１内の位置における送信波形変化を考慮した参照信号を出力するように、システム制御部００４は参照信号記録ブロック００９へと指示する。領域Ｄ２内の位置からの反射波に対応する強度信号に対してＦＤＩ適応処理を行う場合は、領域Ｄ２内の位置における送信波形変化を考慮した参照信号を出力するように、システム制御部００４は参照信号記録ブロック００９へ指示する。領域Ｄ３内の位置からの反射波に対応する強度信号に対してＦＤＩ適応処理を行う場合は、領域Ｄ３内の位置における送信波形変化を考慮した参照信号を出力するように、システム制御部００４は参照信号記録ブロック００９へ指示する。このように動作することで、深さ方向における距離が異なる領域では、異なる参照信号を用いてＦＤＩ適応処理を実施することができる。

次に、本実施形態による効果を説明する。図６は、図２で示した電力強度分布（図中の鎖線）と本実施形態の処理を行った電力強度分布（図中の実線）とをプロットした図である。領域ＤＡは領域Ｄ１に対応し、領域ＤＢは領域Ｄ２に対応し、領域ＤＣは領域Ｄ３に対応している。領域ＤＡでは１２ｍｍ深さにおける波形変化を考慮した参照信号、領域ＤＢでは深さ１５ｍｍ深さにおける波形変化を考慮した参照信号、領域ＤＣでは１８ｍｍ深さにおける波形変化を考慮した参照信号を用いて、ＦＤＩ適応処理を実施している。図６より、本実施形態の場合、各深さにおける電力強度分布の深さ方向の空間分解能が向上していることが分かる。

このように、被検体内の異なる領域において異なる参照信号を用いることで、高空間分解能の効果を安定して得ることができる。なお、本実施形態では領域を等間隔で分割した例を示したが、図７に示すように、撮像領域を、領域Ｄ１０、領域Ｄ１１、領域Ｄ１２、領域Ｄ１３のように分割してもよい。つまり、変換素子からの距離が近い部分（浅い領域）に関しては、より狭い範囲で参照信号を切り替えるようにしても良い。これは、変換素子からの距離が近い領域の方が、送信した音響波パルスの波形変化が大きいためである。よって、変換素子からの距離が近い領域では、狭い範囲で使用する参照信号を切り替えることにより、さらに高空間分解能の効果を得ることが出来る。

なお、上記撮像領域同士の境界部分での連続性を向上するために、撮像領域は互いに各領域が重なるように設定しても良い。その場合、重なった領域においては、それぞれ異なる参照信号で算出された電力強度分布に重みを付け加算することで新たな電力強度分布を求める。

また、本実施形態では、同じ領域内では、同じ反射波形が返ってくるとして同じ参照信号を用いたが、同じ領域内（典型的には同じ深さ）であっても、反射面の硬さや傾きによって、反射波形が異なる可能性がある。この場合、参照信号記録ブロック００９は、被検体内の深さ方向の位置だけでなく、反射面の硬さや傾きを考慮した参照波形を用意しておくと良い。処理フローとしては、図４のＳ２１１でＹＥＳが選択されて処理が終了した後（つまり撮像領域の電力強度分布を示す１枚の画像が得られた後）、前の処理フローで用いた複数の参照信号とは異なる参照信号を用いて、再度Ｓ２０３に戻り処理を繰り返す。この２回目の処理で用いる参照信号は、１回目の処理で用いた参照信号とは、硬さや傾きに対応して波形が異なる。この２回目の処理により、１回目の処理で得られた撮像領域と同じ撮像領域の電力強度を示す画像がまた得られる。そして、画像処理ブロック０１０は、１回目の処理で得られた画像と２回目の処理で得られた画像とを合成し、合成画像を出力する。このような処理により、送信波形が深さによって変化する場合だけでなく、反射面の硬さや傾きによって反射波形が異なる場合にも、対応することができる。

また、本実施形態では、同じ位置に対して複数の方向から音響波パルスを送信し、得られる信号同士または画像同士を重ね合わせる空間コンパウンドや、被検体内の深さに対して複数の送信フォーカス位置を設定して複数回送信を行う多段フォーカスなどを行う場合にも適用できる。つまり、それぞれの送信に合わせて、さらに参照信号をあらかじめ準備し、その参照信号を用いて上述のＦＤＩ適応処理を行うことで同様の効果が得られる。

＜＜第２の実施形態＞＞
本実施形態の被検体情報取得措置は、図１で示した装置と同様の構成の装置を用いる。本実施形態においては、システム制御部００４から参照信号記録ブロック００９への指示について詳細を述べる。その他の処理フローは図４に示したものと同様であるため、省略する。

本実施形態では、図８に示したように、変換素子００２を用いて異なる角度に音響波を送信する、いわゆるセクタスキャンを行う。複数の変換素子００２から音響波パルスを送信する場合、その送信角度（送信方向）によって送信波形が変化する可能性がある。よって、本実施形態では、少なくとも送信方向に対応して波形が夫々異なる参照信号を複数用意する。つまり、送信方向に応じて参照信号は少なくとも１回切り替える。ただし、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、深さ方向においても送信波形が変化する可能性がある。よって、以下の説明では、変換素子００２からの距離（深さ）と、音響波の送信方向と、を考慮して参照信号を切り替える例を説明する。

本実施形態では、変換素子００２からの距離が異なる領域、例えば領域２Ｃと領域３Ｃのように深さが異なる領域、の強度信号を用いてＦＤＩ適応処理ブロック００７がＦＤＩ適応処理する場合、少なくとも深さ方向に対応して波形が異なる参照信号を夫々用いる。つまり、システム制御部００４は、領域２Ｃと領域３Ｃとで、異なる参照信号を出力するように参照信号記録ブロック００９に指示する。

また、領域３Ｄと領域３Ｅのように、変換素子００２からの距離はほぼ等しいがその位置（この場合は送信角度）が異なる領域の強度信号を用いてＦＤＩ適応処理する場合は、少なくとも送信方向に対応して波形が異なる参照信号を夫々用いる。つまり、システム制御部００４は、領域３Ｄと領域３Ｅとで、異なる参照信号を出力するように参照信号記録ブロック００９に指示する。

なお、本実施形態においては、左右対称な位置である領域４Ａと領域４Ｅや、領域５Ｂと領域５Ｄ、などは、同じ参照信号を用いることが可能であり、その場合であっても効果が得られる。さらに、送信角度が大きくなるほど送信波形の変化が大きくなる。「送信角度が大きい」とは、図８では変換素子００２の法線方向に対して傾きが大きい方向であり、例えば、領域２Ｄの方向よりも領域２Ｅの方向の方が送信角度が大きい。本実施形態では、送信角度が大きい領域では送信角度が小さい領域に比べて、狭い角度範囲で参照信号を切り替えることにより、さらに高空間分解能の効果を得ることが出来る。

＜＜第３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 変換素子
００３ 送信回路
００４ システム制御部
００５ 受信回路
００６ 整相加算ブロック
００７ ＦＤＩ適応処理ブロック
００９ 参照信号記録ブロック
０１０ 画像処理ブロック
０１１ 画像表示手段

Claims (13)

1. 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時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
   整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求める処理手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、前記被検体内の複数の領域のそれぞれについて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求め、
   前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記処理手段は、前記音響波の送信方向に応じて異なる参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法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. 前記処理手段は、前記被検体内の深さ方向における位置に対応して波形が夫々異なる前記参照信号を複数記憶していることを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記処理手段は、前記音響波の送信方向に対応して波形が夫々異なる前記参照信号を複数記憶していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 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時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
   整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求める処理手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、被検体内の複数の領域のそれぞれについて、前記反射波の受信時間に応じて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求め、
   前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭い
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
6. 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時系列の受信信号に夫々変換する複数の変換素子と、
   整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求める処理手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、前記被検体内の複数の領域のそれぞれについて、前記音響波の送信方向に応じて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、被検体内の複数の位置の音響特性を求め、
   前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭い
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
7. 音響波が被検体内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、被検体内の複数の位置の音響特性を求める被検体情報取得方法であって、
   整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行うステップを有し、
   前記周波数領域干渉計法を行うステップは、前記被検体内の複数の領域のそれぞれについて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、前記被検体内の複数の位置の音響特性を求めるステップを含み、
   前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする被検体情報取得方法。
8. 前記音響波の送信方向に応じて異なる参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行うことを特徴とする請求項７に記載の被検体情報取得方法。
9. 前記互いに異なる参照信号は、前記被検体内の深さ方向における位置に対応して波形が夫々異なる複数の参照信号であることを特徴とする請求項７または８に記載の被検体情報取得方法。
10. 前記互いに異なる参照信号は、前記音響波の送信方向に対応して波形が夫々異なる複数の参照信号であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の被検体情報取得方法。
11. 音響波が被検体内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、被検体内の複数の位置の音響特性を求める被検体情報取得方法であって、
    整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行うステップを有し、
    前記周波数領域干渉計法を行うステップは、被検体内の複数の領域のそれぞれについて、前記反射波の受信時間に応じて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、前記被検体内の複数の位置の音響特性を求めるステップを含み、
    前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする被検体情報取得方法。
12. 音響波が被検体内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、被検体内の複数の位置の音響特性を求める被検体情報取得方法であって、
    整相加算された複数の前記受信信号と参照信号とを用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を行うステップを有し、
    前記周波数領域干渉計法を行うステップは、被検体内の複数の領域のそれぞれについて、前記音響波の送信方向に応じて、互いに波形の異なる複数の参照信号のうちの選択された参照信号を用いて前記周波数領域干渉計法を行い、前記被検体内の複数の位置の音響特性を求めるステップを含み、
    前記複数の領域は、前記被検体内において浅い位置にあるほど、当該領域の深さ方向の範囲が狭いことを特徴とする被検体情報取得方法。
13. 請求項７乃至１２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。