JP7079680B2 - 超音波撮像装置、および、画像処理装置 - Google Patents

超音波撮像装置、および、画像処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、スペックルノイズを低減した画像を生成する超音波撮像装置に関する。
超音波撮像装置では、探触子から被検体へ超音波を送信し、被検体で生じた反射波（エコー）を探触子によって受信し、得られた受信信号を所望の受信焦点ごとに遅延加算法により整相加算し、画像を再構成する構成が広く用いられている。このようにして得られた画像（超音波エコー画像）には、“スペックル”が生じることが知られている。スペックルは、被検体内の無数の散乱点で反射した超音波間の干渉によって生じるものであり、組織構造そのものを反映したものではない。そのため、ユーザが超音波エコー画像から組織構造を読み取ろうとする場合、スペックルはノイズとなる。
超音波画像のスペックルを低減する有効な手法として空間コンパウンド法が用いられている。この方法は、撮像対象に対する超音波ビームの送受信角度を変えた複数の送受信を行って、超音波ビームの送受信角度が異なる複数の送受信ごとに輝度画像を得た後、得られた輝度画像をインコヒーレントに合成する。各送受信で得られる輝度画像のスペックルパターンは、超音波ビームの角度が異なるため少しずつ異なり、輝度画像を合成することでスペックルパターンを低減させることができる。例えば特許文献１に開示されている空間コンパウンド法では、複数回超音波ビームを送受信する際の受信時に、探触子の長軸開口は変化させず，短軸方向（エレベーション方向）の受信開口を複数種類に縮小（変化）させるマルチルック処理により、受信角度の異なる複数の画像を得ている。
また、スペックルを低減させる別の手法として、特許文献２には、超音波エコー画像に平滑処理と境界強調処理をそれぞれ施した２画像を用意し、画素単位でそれぞれ重み付けして合成することにより、境界強調を行いながらスペックルを低減する手法が開示されている。
一方、非特許文献１には、ガイドフィルタ(guided filter)と呼ばれる新規な画像フィルタ処理の原理が提案されている。このガイドフィルタ処理は、フィルタリングの対象である入力画像の他に、ガイド画像を用い、これらの画像の対応する位置にウインドウを設定し、ガイド画像のウインドウ内のｉ番目の画素の画素値をＩｉ、入力画像のウインドウ内のｉ番目の画素の画素値をｐｉ、出力画像のｉ番目の画素値をｑｉとした場合、ｑｉ＝ａＩｉ＋ｂ、ｑｉ＝ｐｉ－ｎiを同時に満たし、かつ、ｎiが最も小さくなるようなａとｂとｎをウインドウ内において求めることにより、出力画像の画素値ｑｉを算出する。このガイドフィルタは、画像の輪郭を残しつつ平滑化する（edge-preserving smoothing)処理が可能であると非特許文献１には記載されている。また、非特許文献１には、ガイド画像の画質によって、出力画像の画質が変化することを示すいくつかの例が開示されている。
米国特許第６４６４６３８号明細書 特開２００７－２２２２６４号公報
K. He, J. Sun, and X. Tang, "Guided Image Filtering," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 35, pp. 1397-1409.
空間コンパウンド法は、スペックルを抑制することができるが、複数回の送受信を行うと撮影に要する時間が長くなる。また、複数回の送受信の間に被検体の体動等が生じると、得られた複数の画像間で被検体の組織に位置ずれが生じ、複数の画像をインコヒーレントに加算した場合、スペックルは抑制できるが、被検体の組織構造の輪郭がぼやけてしまう。また、特許文献１に記載のように、受信開口を複数段階に縮小させるマルチルック処理を用いると、１回の受信で複数種類の画像を得ることが可能になるが、受信開口を縮小するため、一つの画像の生成に用いる受信信号の数が少なくなり、画像の解像度が低下する。そのため、複数の画像をインコヒーレントに加算した場合、スペックルは抑制できるが、被検体の組織構造の輪郭もぼやけてしまうという問題がある。
特許文献２に記載の、平滑処理画像と境界強調処理画像を画素単位でそれぞれ重み付けして合成する手法は、画素単位で適切な重み付けを行わなければ境界強調を行いながらスペックルを低減する効果は得られないため、重み付けの設定が容易ではない。
非特許文献１には、ガイドフィルタ処理の原理と、いくつかの処理例が開示されているが、超音波画像への適用については一切開示がない。そのため、ガイドフィルタ処理によりスペックルを低減できるかどうか不明であるし、ガイドフィルタ処理を超音波画像へ適用する場合、どのような画像を入力画像とガイド画像として用いれば、スペックルを低減できる可能性があるのかについても不明である。
本発明の目的は、超音波画像のスペックルノイズを低減しつつ、組織構造が明確な画像を提供することにある。
本発明によれば、以下のような超音波撮像装置が提供される。すなわち、１以上の振動子に送信信号を出力することにより、振動子から被検体に対して超音波を送信させるとともに、被検体において発生したエコーを受信した複数の振動子が出力する受信信号を受け取って所定の処理を行う送受信部と、送受信部が処理した受信信号を用いて、第１および第２の超音波画像を生成する画像生成部と、第１および第２の超音波画像を用いて出力画像を生成する画像処理部とを有する超音波撮像装置である。画像生成部は、第２の超音波画像として、第１の超音波画像よりも平滑な画像を生成する。画像処理部は、第１および第２の超音波画像の対応する画素の画素値を用いてフィルタ係数を算出し、第１および第２の超音波画像のうち一方の画像をフィルタ係数により処理することにより、出力画像を生成する。
本発明によれば、超音波画像のスペックルノイズを低減しつつ、組織構造が明確な画像を提供できる。
実施形態の超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の第１の超音波画像（構造強調画像）と第２の超音波画像（スペックル低減画像）と出力画像（フィルタ処理画像）の例を示す図である。 実施形態の超音波撮像装置において、（ａ）第１および第２の超音波画像に設定されるウインドウの一例を説明する図であり、（ｂ）は、一部が重なり合うように設定されたウインドウの例を説明する図である。 実施形態の超音波撮像装置の一例の超音波ＣＴ装置の一部構成を示す説明図である。 （ａ）～（ｆ）実施形態の超音波ＣＴ装置の振動子アレイの形状を示す斜視図である。 実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態の超音波撮像装置において、画像表示部に表示され、ユーザから設定を受け付ける入力画面と、フィルタ処理画像の表示画面の一例を示す説明図である。 実施形態のリング状の振動子アレイから送信される入射波と反射波と透過波を説明する図である。 実施形態の構造強調画像の生成処理を示すブロック図である。 実施形態のスペックル低減画像の生成処理を示すブロック図である。 実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の実施形態の超音波撮像装置について図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態の超音波撮像装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態の第１の超音波画像と第２の超音波画像と出力画像の例を示す図である。
図１のように、超音波撮像装置１００は、送受信部１０と、画像生成部２０と、画像処理部３０とを備えている。
送受信部１０には、１以上の振動子１が接続されている。送受信部１０は、１以上の振動子１に送信信号を出力する。これにより、振動子１から被検体２に対して超音波が送信され、被検体２において超音波のエコーが発生する。発生したエコーは振動子１により受信され、振動子１は受信信号を出力する。送受信部１０は、振動子１が出力する受信信号を受け取って、Ａ／Ｄ変換等の所定の処理を行う。
画像生成部２０は、送受信部１０が処理した受信信号を用いて、第１および第２の超音波画像を生成する。画像生成部２０は、第１の超音波画像よりも平滑な画像を第２の超音波画像として生成する。第１の超音波画像と第２の超音波画像の一例を図２に示す。なお、画像生成部２０は、第１の超音波画像を生成する第１の生成部２１と、平滑な第２の超音波画像を生成する第２の生成部２２とを備える構成としてもよい。
画像処理部３０は、第１および第２の超音波画像の対応する画素の画素値を用いてフィルタ係数を算出し、第１および第２の超音波画像のうち一方の画像をフィルタ係数により処理することにより、出力画像を生成する。
第２の超音波画像は、第１の超音波画像よりも平滑な画像であるため、スペックルノイズが第１の超音波画像よりも低減されているが、被検体２の組織構造の輪郭は第１の超音波画像よりもぼやける傾向になる。一方、第１の超音波画像は、第２の超音波画像より平滑ではないためスペックルノイズは多くなるが、被検体２の組織構造の輪郭は、高コントラストでくっきりと表れる傾向になる。このようにスペックルノイズと組織構造の輪郭の像が、異なる特徴で表れている２種類の超音波画像を用いて適切にフィルタ係数を決定し、そのフィルタ係数を用いて、第１および第２の超音波画像のいずれかを処理することにより、スペックルノイズを低減しながら、組織構造の輪郭がはっきりした画像を生成することができる。
よって、画像生成部２０の第１の生成部２１は、被検体２の組織構造の境界が強調されるように第１の超音波画像を生成し、第２の生成部２２は、スペックルノイズが低減されるように第２の超音波画像を生成することが望ましい。
画像処理部３０が出力画像を得るために、フィルタ係数により処理する画像は、被検体２の組織構造の輪郭が明確に表れている第１の超音波画像であることが望ましい。
画像処理部３０は、例えばフィルタ係数としては、係数ａと定数ｂとを用いる。第１の超音波画像のｉ番目の画素の画素値Ｅｉに係数ａを掛けて、定数ｂを加算した値（ａＥｉ＋ｂ）と、第２の超音波画像の対応するｉ番目の画素の画素値Ｓｉとの差ができるだけ小さくなる係数ａと定数ｂとを、第１及び第２の超音波画像に設定したウインドウ内の複数の画素の画素値Ｅｉ、Ｓｉを用いて画像処理部３０が算出する。画像処理部３０は、算出した係数ａを、第１の超音波画像のウインドウ内の画素の画素値Ｅｉに掛けて、定数ｂを加算することにより、出力画像Ｏｉの画素値とする。
画像処理部３０は、ウインドウを第１および第２の超音波画像に複数設定し、ウインドウごとにフィルタ係数を算出することが望ましい。例えば、図３（ａ）のように第１および第２の超音波画像に隙間なくウインドウ２３を設定し、ウインドウ２３ごとにフィルタ係数を算出して設定する。ウインドウ２３のサイズは、フィルタ係数ａ、ｂに画像に含まれる構造の情報を反映させる必要があることから複数の画素が含まれることが必要である。よって、２個以上の画素を含むようにウインドウを設定することが望ましい。
例えば、画像処理部３０は、（ａＥｉ＋ｂ）と、Ｓｉとの差の最小値を与えるような係数ａと定数ｂとを求めるために、最小二乗法などの最適化方法を用いることができる。この最適化を実行する際には、解を安定化させるための罰則項を追加することにより、解を安定化させることができるため、出力画像における偽像を低減させることもできる。
また、画像処理部３０は、前述の最適化を実行する際には、例えば最急降下法のような逐次的な計算方法を用いて最小値を与える解を計算しても良いし、最小値を与える解析解が求まる場合には解析的な計算によって最小値を与える解を計算しても良い。
また、ウインドウのサイズによって、スペックルの低減度合と、組織境界の輪郭をはっきりさせる度合が変化する。出力画像は、ウインドウサイズが小さすぎるとスペックル低減画像に等しくなり、ウインドウサイズが大きすぎると全体が平滑化された画像になるため、例えば、予め複数の超音波画像を用いて種々のサイズのウインドウを設定して、フィルタ係数を算出して出力画像を生成し、スペックルの低減度合が大きく、組織境界の輪郭をはっきりさせる度合の大きいウインドウサイズを予め選択しておく方法や、ユーザからウインドウサイズの指定を受け付ける方法等を用いて、適切なウインドウサイズを決定することが望ましい。
また、図３（ｂ）のように、画像処理部３０は、複数のウインドウ２３が一部が重なり合うように設定してもよい。ウインドウ２３が重なり合う領域に位置する画素には、重なり合うウインドウ２３についてそれぞれ求めた複数の係数ａを合成した値と、複数の定数ｂを合成した値を用いて出力画像の画素値を算出する。合成方法としては、平均値、最大値、最小値等所望の方法を用いることができる。
なお、本実施形態の超音波撮像装置１００は、超音波のエコーにより画像を生成する機能のみならず、被検体２を透過した超音波の透過波から透過波画像を生成する機能を備えた超音波ＣＴ装置の構成にすることも可能である。この場合、図１のように、複数の振動子１のうち少なくとも１対以上の振動子１は、被検体２を挟んで対向する位置に配置する。これにより、対向配置された振動子１は、被検体２に送信された超音波の透過波を受信可能になるため、画像生成部２０は、透過波の受信信号を用いて被検体２の透過波画像をさらに生成することができる。
＜＜具体的な実施形態＞＞
本実施形態の超音波撮像装置１００の具体的な構成について図１および図４を用いて説明する。図４は、超音波撮像装置１００により被検体２を検査している状態を示している。図４のように、ここでは超音波撮像装置１００が超音波ＣＴ装置であって、特に、乳房の組織を識別するのに適した構造の装置である例について説明する。
図１のように、超音波ＣＴ装置（超音波撮像装置）１００は、上述した送受信部１０、画像生成部２０および画像処理部３０の他に、制御部５０を備えている。送受信部１０には、振動子１がリング状に配置された振動子アレイ１０１が接続されている。制御部５０には、入力部６０が接続され、画像処理部３０には画像表示部４０が接続されている。さらに、図４に示すように、超音波ＣＴ装置１００は、被検体２を乗せるベッド１０２と、胸部を挿入できる円柱状の水槽１０３を備えており、図４には図示していないがベッド下の空間に、送受信部１０、画像生成部２０、画像処理部３０および制御部５０が配置されている。
図４の例では、画像表示部４０は、タッチパネル構造であり、入力部６０を兼用している。ベッド１０２には、被検体２を搭載する面に開口が設けられ、水槽１０３は、開口の下部に備えられている。水槽１０３の内部には、図５（ａ）に示すように、リング状の振動子アレイ１０１と、振動子アレイ１０１を水槽１０３の軸方向（上下方向）に移動させる駆動部２０２が配置されている。水槽１０３には、脱気および浄化された温水が満たされている。水槽１０３の下部には、温度計（不図示）が備えられている。また、水槽１０３には、水を加熱および脱気する不図示の加熱装置および脱気装置が接続されている。温度計、加熱装置および脱気装置は、制御部５０に接続されている。
超音波ＣＴ装置の撮影条件は、ユーザにより、入力部６０のタッチパネル等を通して設定される。
なお、送受信部１０、画像生成部２０、画像処理部３０および制御部５０は、それぞれの機能をソフトウエアにより実現する構成であってもよいし、機能の一部または全部をハードウエアによって実現する構成であってもよい。ソフトウエアにより実現する場合、各部は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit））と、プログラムが予め格納されたメモリとを備えて構成され、プロセッサがプログラムを読み込んで実行することによりそれらの機能を実現する。ハードウエアにより実現する場合、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を用いて各部の一部または全部を構成し、その動作を実現するように回路設計を行えばよい。
以下、超音波ＣＴ装置１００の動作を図６のフローチャートを用いて説明する。
本実施形態の超音波ＣＴ装置は、電源が投入されたならば、制御部５０は、水槽１０３内の水の温度を温度計から取り込んで、水の温度が所定の温度（体温程度）になるまで加熱装置により加熱し、脱気装置により脱気する。これにより、水槽１０３は、所定の温度に調整した脱気水で満たされる。被検体２が水槽１０３に挿入されていない状態で、制御部５０は、予め定めておいた条件で、超音波の送信および受信を行い、被検体２が挿入される前の受信データを取得しておく。
制御部５０は、図７に示したように、撮像する画像の種類をユーザ（被検体２または操作者）から受け付ける画面を画像表示部４０に表示させ、入力部９を介して、撮像する画像の種類を受け付ける。図７の例では、画像の種類として、フィルタ処理画像を選択するボタン６１と、スペックル低減画像を選択するボタン６２と、構造強調画像を選択するボタン６３とが画像表示部４０に表示され、タッチパネルである入力部９によりユーザが選択可能である。
ここでいう、スペックル低減画像は、上述した第２の超音波画像であり、スペックルを低減するための空間コンパウンド等の画像生成法により生成された画像や、遅延加算法等の画像生成法によりビームフォーミングして一旦生成された画像に対してスペックル低減のために平滑化処理等の画像処理を施した画像等である。構造強調画像は、上述した第１の超音波画像であり、遅延加算法等によりビームフォーミングした画像や、遅延加算法等により一旦生成された画像にさらに境界を強調する処理等を施した画像である。構造強調画像は、被検体２の組織構造の輪郭が高コントラストで明確に表れている画像であればよく、境界強調処理等の画像処理を施した画像に限定されない。フィルタ処理画像は、画像処理部３０が、第１および第２の超音波画像の対応する画素の画素値を用いてフィルタ係数を算出し、第１および第２の超音波画像のうち一方の画像をフィルタ係数により処理することにより、生成した画像である。よって、フィルタ処理画像は、スペックル低減しつつ、組織構造が明確な画像である。
ユーザが、画像表示部４０において生成する種類の画像をボタン６１，６２，６３のいずれかを押下して選択した場合、制御部５０は、被検体２にベッド１０２へうつ伏せになり、水槽１０３に片方の乳房を挿入するように促す表示を画像表示部４０に表示する。被検体２の乳房が水槽１０３に挿入されたことを、被検体２による入力部６０の操作等により、制御部５０が確認したならば、制御部５０は、振動子アレイ１０１から被検体２に超音波の送受を行う（ステップ５０１）。具体的には、制御部５０の制御下で送受信部１０は、入力部６０から入力された条件や、予め定められた撮像条件をもとづいて、送信信号を生成し、振動子アレイ１０１を構成する１つまたは複数の振動子１に出力する。これにより、図８に示したように送信信号を受け取った１つまたは複数の振動子１ａから超音波（入射波）が被検体２に向かって送信される。
図８に示すように、被検体２により反射された反射波は、超音波を送信した振動子１を中心に所定の角度範囲（受信開口）にある複数の振動子１により受信される。反射波を受信した振動子１は、反射波の受信信号をそれぞれ出力し、反射波の受信信号は、送受信部１０に入力される（ステップ５０２）。一方、被検体２を透過した透過波は、超音波を送信した１つまたは複数の振動子１に対して、対向する所定の角度範囲にある複数の振動子１により受信される。透過波を受信した振動子１は、透過波の受信信号をそれぞれ出力し、透過波の受信信号は送受信部１０に入力される。送受信部１０は、送信信号を出力する振動子１の位置をずらすことにより、所定の送信角度（ビュー）ごとに超音波の送信と受信を繰り返し行う。また、駆動部２０２により、振動子１０１を所定の位置までずらして、同様に所定のビューごとに超音波の送信と受信を繰り返す。
送受信部１０は、受信信号（ＲＦ信号）をサンプリングすることにより、デジタル信号に変換する。
制御部５０は、入力部６０が受け付けた画像の種類の選択ボタンが、フィルタ処理画像を選択するボタン６１である場合（ステップ５０３）には、画像生成部２０は、構造強調画像Ｅとスペックル低減画像Ｓとを生成させ（ステップ５０４）、これらを用いてフィルタ処理画像を生成させる（ステップ５０５）。
まず、画像生成部２０の第１の生成部２１は、図９のように反射波の受信開口８０内のすべての振動子１の受信信号を、遅延加算法（Delay and Sum, DAS）により整相加算することにより、各画素の信号強度を求め、組織構造の輪郭が高コントラストで明確に表れた構造強調画像Ｅ（第１の超音波画像）を生成する。第２の生成部２２は、図１０のように、サブ開口遅延加算法により整相加算することにより複数の超音波画像を生成し、これらを合成することにより、空間コンパウンド効果によりスペックルノイズを低減した画像Ｓ（第２の超音波画像）を生成する（ステップ５０４）。
第１の生成部２１についてさらに詳しく説明する。図９のように、第１の生成部２１は、遅延加算部１２１を備えている。第１の生成部２１は、反射波の受信開口８０の全ての振動子１の受信信号（ＲＦ信号）を送受信部１０から受け取る。第１の生成部２１は、送信した振動子１ａから被検体２における注目画素に対応する点（被検体２内の受信焦点）までの距離と、注目画素の点から受信した振動子１までの距離との和を、超音波の音速（例えば水の音速）で割ることにより、振動子１ａが超音波（入射波）を送信してから注目画素の点からの反射波（エコー）が振動子１に返って来るまでの時間（タイミング）を求める。注目画素の点と振動子１との距離は、エコーを受信する振動子１の位置ごとに異なるため、上述の時間（タイミング）も振動子１ごとに異なる。第１の生成部２１は、被検体２内の注目画素で反射した反射波が各振動子１によって受信された受信信号のタイミングをそろえて加算できるように、各振動子の受信信号を遅延させる遅延量を注目画素ごとに求める。もしくは、予め求めておいた遅延量を第１の生成部２１は読み込む。第１の生成部２１の遅延加算部１２１は、被検体２内の注目画素ごとに、振動子１の出力する受信信号を前述の遅延量で遅延させた後加算し（整相加算）、加算後の信号強度をその画素の値とする（遅延加算法）。これを視野内の全画素について行うことで、超音波画像（Ｂモード画像）を生成することができる。生成したＢモード画像を、組織構造の輪郭が高コントラストで明確に表れた構造強調画像Ｅ（第１の超音波画像）として出力する。なお、反射画像生成部２５は、ビューごとにＢモード画像を生成し、これらを加算したものを構造強調画像Ｅとして用いてもよい。
一方、第２の生成部２２は、図１０に示すように、複数の遅延加算部１２１，１２２，１２３と、１つの加算部１２４とを備えている。処理第２の生成部２２は、受信開口８０を分割し（マルチルック）、分割後の受信開口８１、８２，８３ごとに、その受信開口８１，８２，８３内の振動子１の受信信号を送受信部１０から受け取る。遅延加算部１２１，１２２，１２３はそれぞれ、受信開口８１，８２，８３の振動子１の受信信号を、視野内の注目画素に対応する点（受信焦点）ごと遅延加算法により整相加算する。これにより、整相加算後の信号強度を画素値とする超音波画像（Ｂモード画像）を、受信開口８１，８２，８３ごとに生成することができる。これらのＢモード画像は、受信開口８１，８２，８３の位置が異なるため、スペックルノイズのパターンが異なる。第２の生成部２２の加算部１２４は、これらのＢモード画像をインコヒーレントに加算する、すなわち位相情報を維持することなく加算するにより、空間コンパウンド効果により、スペックルノイズが低減された画像Ｓ（第２の超音波画像）を生成することができる（ステップ５０４）。
つぎに、画像処理部３０は、ステップ５０４で生成した構造強調画像Ｅとスペックル低減画像Ｓとを用いてフィルタ係数を算出し、算出したフィルタ係数を用いて構造強調画像Ｅをフィルタ処理することにより、フィルタ処理画像を生成する。これにより、スペックルが低減され、かつ、組織構造の輪郭が明確なフィルタ処理画像を生成することができる。この処理を、図１１のフローを用いて詳しく説明する。
画像処理部３０は、構造強調画像Ｅとスペックル低減画像Ｓの対応する位置に複数のウインドウ２３を例えば図３（ａ）のように設定する（ステップ１００１）。図３（ｂ）のようにウインドウ同士が一部重なり合うように設定してもよい。ウインドウ２３のサイズ（画素数ｍ）と形状は、上述したように２個以上の画素を含むサイズであれば、予め定めた大きさ（画素数）と形状であってもよいし、ユーザから入力部６０を介して受け付けた大きさ（画素数）と形状に設定してもよい。
構造強調画像Ｅの１つのｋ番目のウインドウ２３内のｉ番目の画素の画素値Ｅｉと、フィルタ係数の係数ａｋと定数ｂｋとを用いて、出力画像のｉ番目の画素値Ｏｉを表す式（１）をｋ番目のウインドウ２３内の全ての画素について求める。また、スペックル低減画像Ｓのｋ番目のウインドウ２３内のｉ番目の画素の画素値Ｓｉと、画素ごとのノイズ等の不要な値ｎｉにより、出力画像のｉ番目の画素値Ｏｉを表す式（２）をｋ番目のウインドウ２３内の全ての画素について求める。これにより、ｋ番目のウインドウ内の画素数ｍと等しい数の式（１）と式（２）が求められる。
Ｏｉ＝ａｋＥｉ＋ｂｋ ・・・（１）
Ｏｉ＝Ｓｉ－ｎｉ ・・・（２）
画像処理部３０は、それぞれｍ個の式（１）および式（２）を用いて、ｋ番目のウインドウに１つ定められる係数ａｋおよび定数ｂｋと、画素ごとに定められるｎｉとをｎiが最小になる解を求めることにより、算出する。これにより、そのウインドウについてのフィルタ係数（係数ａｋおよび定数ｂｋと、ｎｉ）が算出される（ステップ１００２）。例えば、画像処理部３０は、最小二乗法等の最適化方法を用いて上記フィルタ係数を算出する。
これをすべてのウインドウ２３についてフィルタ係数が求められるまで繰り返す（ステップ１００３）。また、図３（ｂ）のように、ウインドウ２３を一部重ねて設定した場合には、重なっているウインドウの係数ａｋおよび定数ｂｋのそれぞれの平均値を求め、重なっている領域の画素の係数ａｋおよび定数ｂｋとする。
構造強調画像Ｅをウインドウごとのフィルタ係数で処理してフィルタ処理画像（出力画像）Ｏを生成する（ステップ１００４）。具体的には、構造強調画像Ｅの画素値Ｅｉと、その画素が属するウインドウ２３のフィルタ係数（係数ａｋおよび定数ｂｋ）とを用いて、式（１）を計算することにより、フィルタ処理画像（出力画像）Ｏの画素値Ｏｉを算出する。
このフィルタ処理は、スペックル低減画像Ｓに構造強調画像Ｅの顕著な構造を転写し、構造強調画像に顕著な構造がない部分についてはスペックル低減画像を平滑化する効果がある。これにより、スペックルの低減と、組織構造の輪郭像の明確化とを両立させたフィルタ処理画像（出力画像）を生成することができる。
画像生成部３０は、図６のステップ５０６へ進み、ステップ５０５で生成したフィルタ処理画像を画像表示部４０に出力し、表示させる。
一方、ステップ５０３において、入力部６０がユーザから受け付けた画像の種類の選択ボタンが、フィルタ処理画像を選択するボタン６１ではない場合には、ステップ５０７に進む。ステップ５０７において、構造強調画像Ｅを選択するボタン６３がユーザによって押下されている場合、ステップ５０８において、画像生成部２０は、構造強調画像Ｅを生成する。構造強調画像Ｅの生成処理は、ステップ５０４で説明した通りである。そして、ステップ５０９に進み、画像処理部２０は、構造強調画像Ｅを画像表示部４０に表示させる。
また、ステップ５０７において、スペックル低減画像Ｓを選択するボタン６３がユーザによって押下されている場合、ステップ５１０に進み、画像生成部２０は、スペックル低減画像を、ステップ５０４で説明した処理方法により生成する。そして、ステップ５１１に進み、画像処理部２０は、スペックル低減画像Ｓを画像表示部４０に表示させる。
このように、本実施形態の超音波ＣＴ装置１００は、スペックル低減と組織構造の輪郭像の明確化とを両立させたフィルタ処理画像、構造強調画像Ｅ、および、スペックル低減画像Ｓのうちのいずれかをユーザの選択により表示させることができる。
なお、振動子アレイ１０１を駆動部２０２により所定の位置（スライス）まで移動させて、反射波信号の受信を行った場合には、上述してきた図６の処理は、スライスごとに行うことにより、３次元の超音波画像（ボリュームデータ）を生成することができる。
また、超音波ＣＴ装置１００は、透過波の受信信号を用いて、被検体２の透過波画像（減衰率画像、音速画像）を生成することも可能である。これを以下簡単に説明する。
画像生成部２０は、各ビューにおいて被検体２が挿入された状態で受信した透過信号について、各振動子１の振幅を求める。一方、画像生成部２０は、被検体２を挿入することなく受信しておいた各振動子１の受信信号の振幅を求める。画像生成部２０は、被検体２の挿入前後の振幅の対数の差を、各ビュー、各受信チャネル毎にそれぞれ計算する。このデータの集まりはサイノグラムと呼ばれる。画像生成部２０は、振幅の対数の差のサイノグラムを、Ｘ線ＣＴの分野で広く利用されているフィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection, FBP）等で処理することにより、被検体２の断層画像を再構成する。これにより、被検体２の挿入前後の減衰率の差の分布画像が得られる。画像生成部は、水の減衰率として予め定めておいた値（推定値）を用いることにより、上記減衰率の差の分布画像から、被検体２の減衰率（単位：dB/MHz/cm)の分布を示す画像（減衰画像）を生成する。
また、画像生成部２０は、各ビューにおける各振動子１の出力した透過信号に対して、時間方向にヒルベルト変換を実施し、受信波の最大振幅の受信タイミングを求める。画像生成部２０は、被検体２の挿入前に受信しておいた各振動子１の受信信号についても同様に最大振幅の受信タイミングを求める。画像生成部２０は、被検体２の挿入前後の受信タイミングの差を、各ビュー、各受信チャネル毎にそれぞれ計算し、サイノグラムを得る。画像生成部２０は、受信タイミングの差のサイノグラムをフィルタ補正逆投影法等で処理することにより、断層画像を再構成する。この断層画像は、被検体２の挿入前後の、超音波の「遅さ（Slowness）」の差の分布画像である。「遅さ」は、音速の逆数である。画像生成部２０は、水の音速値（推定値）を用いて、「遅さ（Slowness）」の差の分布画像から、被検体２の音速の分布画像（音速画像）を生成する。
上記減衰画像の生成および／または音速画像の生成を、振動子アレイ１０１を駆動部２０２により移動させたスライスごとに繰り返し行うことにより、３次元の減衰画像および／または音速画像を生成することができる。
本実施形態の超音波撮像装置（超音波ＣＴ装置）は、ユーザの選択により、スペックル低減と組織構造の輪郭像の明確化とを両立させたフィルタ処理画像、構造強調画像Ｅ、および、スペックル低減画像Ｓのうちの１以上の画像と、減衰画像や音速画像を生成し、画像表示部に表示させることができる。よって、超音波撮像装置は、医師による被検体２の組織構造に含まれる腫瘍の有無等の診断を、これらの画像によって補助することができる。
なお、上述の実施形態では、透過波画像を生成可能な超音波ＣＴ装置の振動子アレイ１０１として、図５（ａ）に示したようなリング状の振動子アレイ１０１を用いる例について説明したが、リング形状に限定されるものではなく、少なくとも一部の振動子１が被検体１０１を挟んで対向していればよい。例えば、図５（ｄ）～（ｆ）のように、籠状に振動子１が配列された振動子アレイ２０４や、半円状の振動子アレイ２０５や、対向配置された２本の振動子アレイ２０６を用いることができる。また、図５（ｃ）のように、振動子アレイが水槽１０３の軸方向（深さ方向）にも配列された２次元のリング状の振動子アレイ２０３を用いることも可能である。また、駆動部２０２は、図５（ｂ）のように、リング状の振動子アレイ１０１を水槽１０３の軸方向に移動させるのみならず、振動子アレイ１０１を傾ける方向に移動させる構造にしてもよい。また、半円状の振動子アレイ２０５を用いる場合には、振動子アレイ２０５を駆動部２０２が周方向に移動させることにより、透過波信号を受信できる角度範囲を広げることも可能である。
１…振動子、２…被検体、９…入力部、１０…送受信部、２０…画像生成部、２１…第１の生成部、２２…第２の生成部、３０…画像処理部、４０…画像表示部、５０…制御部、６０…入力部、１００…超音波撮像装置（超音波ＣＴ装置）、１０１…振動子アレイ、１０２…ベッド、１０３…水槽

Claims (8)

  1. １以上の振動子に送信信号を出力することにより、前記振動子から被検体に対して超音波を送信させるとともに、前記被検体において発生したエコーを受信した複数の前記振動子が出力する受信信号を受け取って所定の処理を行う送受信部と、
    前記送受信部が処理した前記受信信号を用いて、第１および第２の超音波画像を生成する画像生成部と、
    前記第１および第２の超音波画像を用いて出力画像を生成する画像処理部とを有し、
    前記画像生成部は、前記第２の超音波画像として、前記第１の超音波画像よりも平滑な画像を生成し、
    前記画像処理部は、前記第１および第２の超音波画像の対応する画素の画素値を用いてフィルタ係数を算出し、前記第１および第２の超音波画像のうち一方の画像を前記フィルタ係数により処理することにより、出力画像を生成し、
    前記画像処理部は、前記フィルタ係数として、係数ａと定数ｂとを用い、前記第１の超音波画像の画素の画素値に係数ａを掛けて、定数ｂを加算した値と、前記第２の超音波画像の対応する画素の画素値との差が最小になる前記係数ａと前記定数ｂとを、前記第１及び第２の超音波画像に設定したウインドウ内の複数の画素の画素値を用いて算出し、前記第１の超音波画像の前記ウインドウ内の画素の画素値に算出した前記係数ａを掛けて、定数ｂを加算することにより、前記出力画像の画素値を算出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、前記第１の超音波画像は、前記被検体の組織構造の境界が強調されるように前記画像生成部により生成された画像であり、前記第２の超音波画像は、スペックルノイズが低減されるように前記画像生成部により生成された画像であることを特徴とする超音波撮像装置。
  3. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記画像処理部が前記フィルタ係数により処理する画像は、前記第１の超音波画像であ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、前記ウインドウを、前記第１および第２の超音波画像に複数設定し、前記ウインドウごとに前記フィルタ係数を算出することを特徴とする超音波撮像装置。
  5. 請求項４に記載の超音波撮像装置であって、前記画像処理部は、複数の前記ウインドウを一部が重なり合うように設定し、前記ウインドウが重なり合う領域に位置する画素には、重なり合うウインドウについてそれぞれ求めた前記係数ａと前記定数ｂを合成した値を用いて前記出力画像の画素値を算出することを特徴とする超音波撮像装置。
  6. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記複数の振動子のうち少なくとも１対以上の振動子は、前記被検体を挟んで対向する位置に配置され、前記被検体に送信された超音波の透過波を受信可能であり、前記画像生成部は、前記透過波の受信信号を用いて前記被検体の透過波画像をさらに生成することを特徴とする超音波撮像装置。
  7. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、複数の前記振動子は、配列して配置されており、
    前記画像生成部は、予め設定しておいた受信開口内の複数の前記振動子の出力した受信信号を遅延加算することにより、前記第１の超音波画像を生成し、
    前記画像生成部は、前記受信開口を複数のサブ受信開口に分割し、前記サブ受信開口ごとに、当該サブ受信開口内の複数の前記振動子の出力した受信信号を遅延加算することにより、サブ受信開口ごとの超音波画像を得て、得られたサブ受信開口ごとの超音波画像を合成することにより第２の超音波画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
  8. 超音波を送信された被検体において発生したエコーを受信した複数の振動子が出力する受信信号、または、前記受信信号から生成された超音波画像を受け取って、第１および第２の超音波画像を生成する画像生成部と、
    前記第１および第２の超音波画像を用いて出力画像を生成する画像処理部とを有し、
    前記画像生成部は、前記第２の超音波画像として、前記第１の超音波画像よりも平滑な画像を生成し、
    前記画像処理部は、前記第１および第２の超音波画像の対応する画素の画素値を用いてフィルタ係数を算出し、前記第１および第２の超音波画像のうち一方の画像を前記フィルタ係数により処理することにより、出力画像を生成し、
    前記画像処理部は、前記フィルタ係数として、係数ａと定数ｂとを用い、前記第１の超音波画像の画素の画素値に係数ａを掛けて、定数ｂを加算した値と、前記第２の超音波画像の対応する画素の画素値との差が最小になる前記係数ａと前記定数ｂとを、前記第１及び第２の超音波画像に設定したウインドウ内の複数の画素の画素値を用いて算出し、前記第１の超音波画像の前記ウインドウ内の画素の画素値に算出した前記係数ａを掛けて、定数ｂを加算することにより、前記出力画像の画素値を算出することを特徴とする画像処理装置。
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