WO2017221381A1 - 超音波撮像装置、および、超音波撮像装置における超音波撮像方法 - Google Patents

超音波撮像装置、および、超音波撮像装置における超音波撮像方法 Download PDF

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文晶 武
悠史 坪田
川畑　健一
崇秀 寺田
一宏 山中
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株式会社日立製作所
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    • A61B8/461—Displaying means of special interest

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus, and more particularly to an apparatus that generates an image using ultrasonic reflected waves and transmitted waves.
  • Ultrasonic waves are transmitted toward the inside of the object, and ultrasonic waves that have passed through the inside of the object through a plurality of paths are received, and a sound velocity distribution image of a predetermined cross section of the object is obtained from the propagation time from transmission to reception.
  • a generated ultrasonic tomography method is proposed in Non-Patent Document 1 and the like.
  • Non-Patent Document 1 a ring-shaped transducer array is arranged around a cylindrical water tank, a breast is inserted into the water tank, and the ring-shaped vibrator array is moved up and down.
  • the ultrasonic waves are sequentially transmitted from the respective transducers of the transducer array, and the ultrasonic waves transmitted through the breast are received by the other transducers.
  • a cross-sectional image of the breast is reconstructed by calculating the sound velocity distribution for each ultrasonic propagation path.
  • the sound velocity distribution is calculated taking into account that the traveling direction of the ultrasonic waves is refracted at the boundary between tissues having different densities.
  • Non-Patent Document 1 the method for calculating the sound velocity distribution in consideration of the refraction of ultrasonic waves at the boundary between tissues having different densities is used when the tissue structure inside the object and its density are unknown. Does not know how to calculate on the assumption that the ultrasonic wave propagation path is refracted at which position and at what angle. Therefore, based on various assumptions, a method of setting a refracted propagation path or once obtaining a sound velocity distribution image by some method, searching for a boundary where the sound velocity changes on the image, and from the difference in sound velocity, It is necessary to use a method of setting a propagation path of ultrasonic waves by obtaining the refraction angle. Both of these methods require calculation time for setting a refracted propagation path, and also require time for recalculating the sound velocity distribution using the set propagation path. The time required for image generation becomes longer.
  • An object of the present invention is to generate a transmitted wave image with a clear boundary between tissues in a short time.
  • the present invention provides a transducer array in which a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves are arranged, and at least one of the plurality of transducers transfers electrical signals to convert them into ultrasonic waves.
  • an image generation unit that generates a reflected wave image of a predetermined cross section of the object using the received signal of the reflected wave and a transmitted wave image of the cross section of the object using the received signal of the transmitted wave.
  • the image generation unit includes a reflected wave image boundary detection unit that detects a boundary of the object in the reflected wave image, and transmits the image so that the boundary in the transmitted wave image corresponding to the boundary detected by the reflected wave image boundary detection unit is emphasized. Generate a wave image.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment.
  • Explanatory drawing which shows the reflected wave image and transmitted wave image which are produced
  • FIG. 3 is a perspective view showing a positional relationship between the transducer array and the object 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of an image generation unit according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 4 is a functional block diagram of an image generation unit according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a third embodiment. 10 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment. 10 is a flowchart showing the operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating images obtained by each operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating images obtained by each operation of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a display screen of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a sequence diagram illustrating a signal flow of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a side view illustrating a configuration of a breast imaging apparatus according to a third embodiment. Explanatory drawing which shows the example of a screen for reception of (a) and (b) another embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the apparatus
  • FIG. 2 shows a reflected wave image and a transmitted wave image generated using the reflected wave and transmitted wave of the ultrasonic wave by the object and their received signals.
  • FIG. The ultrasonic imaging apparatus of the present embodiment includes a transducer array 2 in which a plurality of transducers 1 that transmit and receive ultrasonic waves are arranged, a transmission unit 6, a reception unit 7, and an image generation unit 50.
  • the transmission unit 6 transfers the electric signal S11 to at least one of the plurality of transducers 1 to convert it to the ultrasonic wave S21, and transmits the ultrasonic wave S21 to the object 10.
  • the plurality of transducers 1 receive at least one of the reflected wave S22 and the transmitted wave S23 of the ultrasonic wave S21 from the object 10, and output a reception signal S31 that is an electrical signal.
  • the receiving unit 7 receives the reception signal S31 from the vibrator 1 and passes it to the image generation unit 50.
  • the image generation unit 50 includes a reflected wave image generation unit 350 and a transmitted wave image generation unit 349.
  • the reflected image generation unit 350 generates a reflected wave image 220 of a predetermined cross section of the object 10 using the received signal S31 of the reflected wave S22 received from the receiving unit 7.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates a transmitted wave image 230 of the cross section of the object 10 using the received signal S31 of the transmitted wave S23 received from the receiving unit 7.
  • the image generation unit 50 further includes a reflected wave image boundary detection unit 351, and detects the boundary 221 of the object 10 in the reflected wave image 220.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates the transmitted wave image 230 so that the boundary 231 in the transmitted wave image 230 corresponding to the boundary 221 detected by the reflected wave image boundary detection unit 351 is emphasized.
  • the reflected wave image boundary detection unit 351 may detect the boundary 221 and the boundary 222.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates the transmitted wave image 230 so that the boundary 232 in the transmitted wave image 230 corresponding to the boundary 222 is emphasized.
  • the reflected wave image 220 detects the boundary 221 in the reflected wave image 220 by using the fact that the reflected wave image 220 can easily obtain an image with a clear boundary of the object 10. Then, an image is generated so as to clarify the corresponding boundary 231 in the transmitted wave image 230. Thereby, compared with the case where image processing etc. are performed only with the transmitted wave image 230, the effect that the transmitted wave image 230 with a clear boundary can be produced
  • the transducer array 2 shows an annular shape in which a plurality of transducers 1 are arranged so as to surround the object 10, but is limited to this shape. Instead, any shape and arrangement may be used as long as the object 10 can be irradiated with the ultrasonic wave S21 and the reflected wave S22 and the transmitted wave S23 can be received. It is also possible to use a pair of linear or curved transducer arrays.
  • the transmitted wave image 230 may be any image as long as it can be reconstructed from the information of the transmitted wave S23.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates a sound velocity distribution image in the object 10 or an ultrasonic attenuation rate distribution image (or ultrasonic attenuation amount distribution image) in the object 10 as the transmitted wave image 230.
  • the object 10 is immersed in a substance (for example, water) in which the attenuation of the ultrasonic wave S21 is small and the ultrasonic wave S21 emitted from the vibrator 1 can enter with low loss.
  • a substance for example, water
  • the transducer array 2 it is preferable to arrange the transducer array 2 inside a water tank 235 filled with water, insert the object 10 into the water tank 235, and transmit / receive ultrasonic waves. With this configuration, the transducer array 2 is moved up and down in the water tank 235 to capture the reflected wave image 220 and the transmitted wave image 230 of the desired cross section 10a of the object 10.
  • the reflected wave image generator 350 generates a reflected wave image 220 from the reflected wave S22 of the ultrasonic wave S21, and a boundary between the object 10 in the reflected wave image 220 (for example, water and the object 10). And a boundary template generation unit 380 that generates a boundary template based on the detected boundary.
  • the transmitted wave image generation unit 349 also transmits a transmitted wave image reconstruction unit 352 that reconstructs the transmitted wave image 230 by an ultrasonic tomography method, and a transmitted wave image to enhance the image of the boundary 231 in the transmitted wave image 230.
  • the image reconstruction unit 352 includes a reception signal adjustment unit 353 that adjusts the reception signal of the transmitted wave S23 used for reconstruction.
  • the transmission unit 6 irradiates the object 10 from the vibrator 1 with the ultrasonic wave S21.
  • the reflected wave S22 and the transmitted wave S23 of the ultrasonic wave S21 are received by the vibrator 1 and received by the receiving unit 7.
  • the reflected wave image forming unit 382 of the reflected wave image generating unit 350 generates the reflected wave image 220 using the received signal of the reflected wave S22.
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 of the transmitted wave image generation unit 350 reconstructs the transmitted wave image 230 by the ultrasonic tomography method using the received signal of the transmitted wave S23.
  • the transmission unit 6 changes the position of the transducer 1 that transmits the ultrasonic wave S21, thereby changing the incident angle of the ultrasonic wave to the object 10 and having a predetermined spread angle.
  • the ultrasonic wave S21 is transmitted a plurality of times.
  • the receiving unit 7 receives the reception signals of the ultrasonic reflected wave S22 and the transmitted wave S23 from the object 10 every time the ultrasonic wave S21 is transmitted.
  • the receiving unit 7 receives the reception signal of the transmitted wave S23 by the transducer 1 located in a predetermined angle range with respect to the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic wave S21.
  • the reflected wave S22 may be received by the vibrator 1 located in another predetermined angle range.
  • the receiving unit 7 may receive the reception signals of all the transducers 1. In that case, depending on the position of the vibrator 1, both the transmitted wave S23 and the reflected wave S22 reach and both receive signals are output, but both reach the vibrator 1 that receives the wave after being transmitted. Since the propagation path to is different, the arrival time zone is different.
  • the image generation unit 50 extracts a reception signal in a predetermined time period according to the positional relationship between the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic wave S21 and the transducer 1 that receives the ultrasonic wave S21, thereby transmitting the transmitted wave S23. And the reflected signal S22 are extracted and used for image generation.
  • the reflected wave image constructing unit 382 of the reflected wave image generating unit 350 extracts the received signal of the reflected wave S22 from the received ultrasonic reception signal, and generates the reflected wave image 220 based on the received signal of the reflected wave S22. .
  • a generation method of the reflected wave image 220 by the reflected wave image construction unit 382 a known generation method can be used.
  • the reflected wave image constructing unit 382 sets a signal delay time that is a difference between the timing (time) at which the ultrasonic signal S21 is transmitted and the timing (time) at which the received signal of the extracted reflected wave S22 is received.
  • the distance of the propagation path between the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic wave and the transducer 1 that has been received is obtained, and the reflection that reflects the ultrasonic signal S21 from this distance.
  • the reflected wave image 220 is produced
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 of the transmitted wave image generation unit 349 recalculates the transmitted wave image 230 by performing an operation of back projecting the received signal of the transmitted wave S23 onto the space where the object 10 is placed. Constitute.
  • the reflected wave image boundary detection unit 351 detects the boundary 221 and the like of the target object 10 by performing predetermined image processing on the reflected wave image 220. Any image processing may be used as long as the boundary can be detected. For example, binarization processing, mask processing, or filter processing is used.
  • the boundary template generation unit 380 of the reflected wave image generation unit 350 extracts the shape of the boundary 221 that is an external (outside) boundary among the boundaries detected by the reflected wave image boundary detection unit 351. As a result, as shown in FIG. 5A, a template (boundary template) 356 corresponding to the boundary 221 is generated, and the template 356 is transmitted to the transmitted wave image generation unit 349.
  • the boundary template is a template (reflected wave information template) based on information obtained from the reflected wave.
  • the boundary template generation unit 380 is also a reflected wave information template generation unit.
  • the reception signal adjustment unit 353 of the transmission wave image generation unit 352 processes the reception signal of the transmission wave S23 used for reconstruction by the transmission wave image reconstruction unit 352, so that the boundary 231 in the reconstructed transmission wave image 230 is processed. Emphasize the image. Therefore, the reception signal adjustment unit 353 includes a forward projection unit 354 and a width adjustment unit 355 as shown in FIG.
  • the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generation unit 349 based on the template 356 received from the boundary template generation unit 380 of the reflected wave image generation unit 350, has a virtual phantom 381 having the shape of the template 356 (FIG. 5B). ))).
  • the virtual phantom is a phantom about sound speed or attenuation that is information obtained from a transmitted wave, and is a template (transmitted wave information template) based on information obtained from the transmitted wave.
  • the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generating unit 349 when generating an image about the sound speed as a transmitted wave image, the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generating unit 349 generates a virtual phantom (sound speed template) having information on the sound speed.
  • the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generation unit 349 When an attenuation image is generated as a transmitted wave image, the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generation unit 349 generates a virtual phantom (attenuation template) having attenuation information.
  • the forward projection unit 354 is also a transmitted wave information phantom generation unit.
  • the ultrasonic attenuation rate of the inner region of the boundary 221 is a predetermined value A1
  • the ultrasonic attenuation rate of the outer region of the boundary 221 is a predetermined value A2 (> A1, For example, A2 is infinite).
  • the forward projection unit 354 obtains the intensity of the received signal obtained by forward projection of the virtual phantom 381 onto the transducer array 2 by calculation. For example, when the forward projection unit 354 transmits the ultrasonic wave S21 to the virtual phantom 381 under the same conditions as when the reception signal for generating the transmitted wave image 230 is received, the transmitted wave that has passed through the phantom 381 straightly.
  • the vibrator 1 receives the S23 range W a (see FIG. 2) obtained by calculation, the range W predetermined value the strength of a received signal of the vibrator 1 of a, apart from the intensity of the received signal of the vibrator 1 otherwise Is a predetermined value (for example, zero) (see FIG. 5C).
  • This calculation is repeated while changing the incident angle ⁇ on the object 10 by changing the transducer 1 that transmits the ultrasonic wave S21, as in the case of receiving the reception signal that generates the transmitted wave image 230.
  • the range W A vibrator for receiving the transmission wave S23 the respective axes of the incident angle theta to the object 10 of the ultrasonic S21 in the time of transmission to the arrangement direction of the transducers 1
  • FIG. 5C shows the sinogram.
  • a vibrators transmission wave S23 that straight transmission inside the phantom 381 corresponding to the shape reaches the boundary 221 is represented by a strip-shaped area of the white (the predetermined value received signal), the outer region of the phantom 381
  • the range of the vibrator 1 where the transmitted transmitted wave S23 arrives (or the transmitted wave S23 does not reach) is represented in black (the reception signal is zero).
  • the width adjustment unit 355 determines the spread width W R (see FIG. 5D) of the actual reception signal used in the generation of the transmitted wave image 230 in the arrangement direction of the transducers 1. adjusted so as to approach the range W a.
  • the spread width W R of the array direction of the transducers of the actual received signal used to generate the transmitted wave image 230 becomes as shown in FIG. 5 (d) expressed in sinogram.
  • Range W R of the vibrator 1 which transmitted wave S23 transmitted through the inside of the object 10 has reached is represented by the band region of the white, the concentration of the white strip-like region (luminance) represents the intensity of the received signal (amplitude) Yes.
  • Width adjusting unit 355 by enlarging or reducing the scope W R of the actual received signal, closer to the range W A obtained from the template 356 corresponding to the boundary 221 of the reflected wave image 220.
  • the width adjusting unit 355 for each ⁇ the angle of incidence of the ultrasonic S21, the range W A and scope W determine the specific W A / W R of R, the average of the calculated ratio W A / W R (W A / W R ) Ave is calculated.
  • the width adjusting unit 355 an average was calculated (W A / W R) Ave, by multiplying the value of the range W R of the vibrator 1 of the entire strip-like region of the sinogram in FIG. 5 (d), the spread width W enlarging or reducing the R, adjusted to approximate the range W a.
  • the received signal after adjustment by the width adjustment unit 355 is shown in FIG.
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 reconstructs the adjusted transmitted wave image 233 (see FIG. 7A) by back projecting the received signal (FIG. 5E) adjusted by the width adjustment unit 355. To do.
  • the received signal adjustment unit 353 by adjusting the actual spread width W R of the array direction of the vibrator 1 of the received signal, in the course of the reconstruction of the transmitted wave image 230, the reflected wave image 220 An adjusted transmitted wave image 233 in which the boundary 231 corresponding to the boundary 221 is emphasized in the transmitted wave image 230 can be generated.
  • the ultrasonic imaging apparatus generates the adjusted transmitted wave image 233 in which the boundary 231 corresponding to the boundary 221 of the reflected wave image 220 is emphasized in the process of reconstructing the transmitted wave image 230. Therefore, a transmitted wave image with a clear tissue boundary can be generated in a short time.
  • Embodiment 2 An ultrasonic imaging apparatus according to the second embodiment will be described.
  • the ultrasonic imaging apparatus of the second embodiment uses the adjusted transmitted wave image 233 in which the boundary 231 generated by the ultrasonic imaging apparatus of the first embodiment is emphasized.
  • a function of generating a reflected wave image (hereinafter referred to as an adjusted reflected wave image 223) by calculation.
  • the adjusted reflected wave image 223 is used to further generate a transmitted wave image in which a boundary different from the boundary 231, for example, a boundary 232 positioned inside the boundary 231 is emphasized.
  • the configuration of the image generation unit 50 of the ultrasonic imaging apparatus according to Embodiment 2 having these functions will be described below.
  • the ultrasonic imaging apparatus according to the second embodiment is premised on having the same configuration as the ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment, but the description of the same configuration as that of the apparatus according to the first embodiment is omitted. Only different configurations will be described.
  • the image generation unit 50 includes an adjusted reflected wave image generation unit 357 and a second boundary detection unit 358 in the reflected wave image generation unit 350 in addition to the configuration described in the first embodiment.
  • the transmission wave image generation unit 349 further includes a second reception signal adjustment unit 359.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 uses the adjusted transmitted wave image 233 (FIG. 7A) with the enhanced boundary 231 transmitted from the transmitted wave image generation unit 349 as an adjusted transmitted wave image 233.
  • An adjusted reflected wave image 223 obtained by transmitting an ultrasonic wave to a virtual phantom having the distribution of the expressed ultrasonic transmission characteristics and receiving the reflected wave S22 is generated by calculation.
  • the ultrasonic waves emitted from the transducer 1 in the direction orthogonal to the transducer array 2 are shown in the ultrasonic transmission characteristic image which is the adjusted transmitted wave image 233.
  • the ultrasonic wave is transmitted to the ultrasonic transmission characteristic distribution at the speed of sound c, reflected at the boundary 231 between two regions having different ultrasonic transmission characteristics, and the reflected wave S22 reaches the vibrator 1 again and is received. Further, it can be assumed that some ultrasonic waves pass through the boundary 231 and are reflected by the next boundary 232, and the reflected wave S22 reaches the transducer 1 again and is received. Further, it can be assumed that some ultrasonic waves pass through the boundary 232, are reflected by the next boundary 232, and the reflected wave S22 reaches the vibrator 1 again and is received.
  • FIG. 7B shows each region in the adjusted transmitted wave image 233 (an outer region of the boundary 231, a region between the boundaries 231 and 232, an inner region of the boundary 232) in which the ultrasonic wave transmitted from a certain transducer 1 is transmitted.
  • the ultrasonic wave transmitted from the transducer 1 receives the reception signal of the reflected wave reflected at the boundary 231 at time t 1 (boundary 1), passes through the boundary 231, and is reflected by the next boundary 232.
  • the received signal of the reflected wave is received at time t2 (boundary 2), passes through the boundary 232, and is received by the next boundary 232 and is received at time t3 (boundary 3).
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 receives the distribution of the ultrasonic transmission characteristics (sound speed c variable ) shown in the adjusted transmitted wave image 233 of the object 10 and the received signal of the reflected wave reflected at each boundary.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 includes a distance L1 between the transducer 1 and the boundary 231, a distance L2 between the transducer 1 and the boundary 232 positioned in front of the transducer 1, and the transducer 1.
  • a distance L3 from the boundary 232 located in the back as viewed from the vibrator 1 is calculated by calculation.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 calculates the distance L between the boundaries 231 and 232 at positions facing each transducer 1 and the transducer 1 by performing the calculation of the above formula (1) for each transducer 1. Calculate by calculation.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 generates the adjusted reflected wave image 223 as shown in FIG. 7C by plotting the calculated distances L for each transducer 1. Thereby, the adjusted reflected wave image 223 is generated from the adjusted transmitted wave image 233 by calculation.
  • the boundary 221 is clearly emphasized and reflected more clearly than the reflected wave image 220 generated by the reflected wave image generation unit 350, and the boundary 222 located inside the boundary 221 is also reflected. It appears clearly from the wave image 220.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 sets a propagation path so that an ultrasonic wave called a straight ray model travels straight on the boundary of the distribution of ultrasonic transmission characteristics.
  • the propagation path is determined in consideration of the ultrasonic wave being refracted according to the difference in the ultrasonic transmission characteristics. It may be set.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 sets the angle ⁇ at which the ultrasonic waves are refracted at the boundaries 231 and 232 of the regions having different ultrasonic transmission characteristics using Snell's law or the like.
  • An ultrasonic wave propagation path is set according to the refraction angle ⁇ obtained by calculation, and the ultrasonic wave emitted from the vibrator 1 passes through while being refracted at the first boundary 231 and reflected at the next boundary 232.
  • Time t until reaching the transducer array 2 is calculated.
  • a distance L between the transducer 1 and the boundary 232 is calculated from the refracted propagation path and time t, and an adjusted reflected wave image 223 is generated.
  • FIGS. 9A to 9D correspond to FIGS. 5A to 5D and correspond to the boundary template generation unit 380 of the reflected wave image generation unit 350 and the reception signal adjustment unit 353 of the transmission wave image generation unit 349.
  • FIG. FIGS. 9E to 9K show the second template 364 obtained by the operation of the boundary template generation unit 380 of the reflected wave image generation unit 350 and the second phantom obtained by the operation of the second received signal adjustment unit 569. It is a figure which shows 365 and an example image.
  • the second boundary detection unit 358 detects the boundary 221 corresponding to the boundary 231 in the adjusted reflected wave image 223, and further detects the second boundary 222 located inside the detected boundary 221. Then, the boundary template generation unit 380 extracts the shape of the boundary 222 that is the inner (inner) boundary among the boundaries detected by the second boundary detection unit 358, and generates a template 364 corresponding to the boundary 222 as shown in FIG. The generated template 364 is transmitted to the transmitted wave image generation unit 349.
  • the second received signal adjustment unit 359 Based on the transmitted template 364, the second received signal adjustment unit 359 generates a virtual phantom 365 having the shape of the template 364 as shown in FIG. 9F, and the second boundary 222 is transmitted after adjustment.
  • the adjusted transmitted wave image 233 is adjusted so as to be emphasized in the wave image 233. Therefore, the second received signal adjustment unit 359 includes a second forward projection unit 360, an extraction unit 361, a second width adjustment unit 362, and a superimposition unit 363.
  • functions of the second forward projection unit 360 and the like will be described in detail.
  • the second forward projection unit 360 generates a virtual second phantom 365 (FIG. 9F) having the shape of the second template 364 based on the received second template 364, and this virtual second projection unit 360.
  • An operation for forwardly projecting the phantom 365 onto the transducer array 2 is performed.
  • the second forward projection unit 360 receives the ultrasonic wave S21 under the same conditions as when the virtual second phantom 365 having the shape of the second template 364 receives the reception signal for generating the transmitted wave image 230.
  • Request range W B of the vibrator 1 receives the transmission wave S23 transmitted through the second phantom 365 when transmitting.
  • the ultrasonic attenuation rate of the inner region of the boundary 222 is a predetermined value A3 and the ultrasonic attenuation of the outer region of the boundary 222 is The rate is a predetermined value A4 (> A3, for example, A4 is infinite). It was determined for each ⁇ the angle of incidence of the ultrasonic S21, the range W B of the vibrator 1 receives the transmission wave S23, the incident angle ⁇ of the object 10 of the ultrasonic S21 in the time of transmission to the arrangement direction of the transducers 1 For example, FIG. 9 (g) shows a sinogram with each axis as an axis.
  • the second range transmission wave S23 that straight transmission inside the phantom 365 of the vibrator 1 reaches W B is represented by a band-shaped region of the white (the predetermined value received signal) corresponding to the shape of the boundary 222, the second phantom
  • the range of the vibrator 1 where the transmitted wave S23 that has passed through the outer region of 365 reaches (or does not reach the transmitted wave S23) is represented in black (the reception signal is zero).
  • the extraction unit 361 extracts the received signal of the transmitted wave S23 that has passed through the region in the object 10 corresponding to the second phantom 365 from the actual received signal. For example, by extracting a signal having an intensity equal to or higher than a predetermined threshold from the actual received signal represented in the sinogram (FIG. 9D), the signal passes through the region in the object 10 corresponding to the second phantom 365. The received signal of the transmitted wave S23 is extracted. The extracted received signal is represented in a sinogram as shown in FIG. FIG. 9 (h) shows the spread width W Q of the received signal in the arrangement direction of the transducers 1.
  • Second width adjusting unit 362 as the second forward projection unit 360 coincides with the second range of the vibrator 1 receives the transmission wave S23 in phantom 365 W B obtained, the received signal extraction unit 361 has extracted adjusting the spread width W Q in the arrangement direction of the vibrator 1. Specifically, the second width adjustment unit 362 obtains the ratio W B / W Q between the range W B and the range W Q for each incident angle ⁇ of the ultrasonic wave S21, and averages the obtained ratio W B / W Q. (W B / W Q ) Ave is calculated. The second width adjusting unit 362 multiplies the obtained average (W B / W Q ) Ave by the value of the range W Q of the vibrator 1 of the entire band-like region of the sinogram of FIG. enlarging or reducing the Q, adjusted to approximate the range W B.
  • the received signal after the adjustment by the second width adjustment unit 362 is shown in FIG.
  • the superimposing unit 363 extracts the received signal of the transmitted wave S23 in the region in the target object 10 corresponding to the second phantom 365 from the received signal (corresponding to FIG. 5E) adjusted by the width adjusting unit 355. To remove. For example, the transmission signal transmitted through the region in the object 10 corresponding to the second phantom 365 by extracting and removing a signal having a strength equal to or higher than a predetermined threshold value from the reception signal adjusted by the width adjustment unit 355. The received signal of wave S23 is removed.
  • the second width adjustment unit 362 superimposes the reception signal after adjustment (FIG. 9J) on the reception signal after removal (FIG. 9I) and superimposes the reception signal (FIG. 9K). Is generated.
  • the transmitted wave image reconstructing unit 352 reconstructs the second adjusted transmitted wave image by back projecting the received signal (FIG. 9 (k)) after the superimposing unit 363 superimposes.
  • the second reception signal adjustment unit 359 adjusts the actual received signal, a spread width W Q in the arrangement direction of the transducers 1 of the received signal of the region corresponding to the inner side of the boundary 222, boundary In addition to 221, an adjusted transmitted wave image in which an inner boundary 222 is emphasized in the transmitted wave image 230 is generated.
  • the ultrasonic imaging apparatus performs the process of emphasizing the boundary of the adjusted transmitted wave image sequentially with respect to the other boundaries, so that the adjusted transmitted wave image in which all the boundaries are clear, An adjusted reflected image with a clear boundary obtained by calculation from the adjusted transmitted wave image can be obtained.
  • Embodiment 3 a specific ultrasonic imaging apparatus including both the configurations of the ultrasonic imaging apparatuses according to the first and second embodiments will be described with reference to FIG. In the description of the ultrasonic imaging apparatus of the third embodiment, the description of the same configuration as that of the apparatuses of the first and second embodiments is omitted.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an overall configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the third embodiment.
  • the ultrasonic imaging apparatus 5 in FIG. 10 is connected to the transducer array 2, and includes a plurality of transmission / reception units 3 that control transmission / reception of ultrasonic waves in the transducer array 2, and a control unit 4 that controls each transmission / reception unit 3. , A storage unit 52, a display unit 53, and an operation unit (Interface (I / F)) 40.
  • Each transmission / reception unit 3 includes the transmission unit 6 and the reception unit 7 described above, and further includes a transmission / reception switch (Transmission / Reflection Switch (T / R SW)) 8 that switches between transmission and reception of ultrasonic waves.
  • T / R SW Transmission / Reflection Switch
  • the control unit 4 includes the image generation unit 50 having the configuration of FIG. 6 described in the first and second embodiments. Further, the control unit 4 may output control signals S51 and S52 to the respective transmission / reception units 3 to perform different controls. For example, the control unit 4 causes the transmission / reception unit 3 to which the control signal S51 instructing the transmission of ultrasonic waves is input to perform the transmission operation of the ultrasonic wave, and the transmission / reception unit 3 to which the control signal S52 to instruct the reception of ultrasonic waves is input. The sound wave is received.
  • the storage unit 52 sets information related to the ultrasonic transmission / reception operation of each transmission / reception unit 3, information such as the signal waveform of the electric signal S1 output to the transmission unit 6, and the reflected wave image and transmission of the object 10 obtained by image generation. Wave images and the like are also stored.
  • the display unit 53 displays the generated reflected wave image and / or transmitted wave image.
  • the operation unit 40 receives input of imaging conditions and imaging start instructions from an operator, and exchanges information with other devices.
  • the transmission unit 6 generates the transmission signal S11 by amplifying the electric signal S1 input from the control unit 4 to a desired intensity, and outputs the transmission signal S11 to the vibrator 1.
  • the vibrator 1 includes a structure such as a matching layer and an acoustic lens, and converts (transmits) the transmission signal S11 received from the transmission unit 6 into ultrasonic waves.
  • the sound pressure of the ultrasonic signal S21 radiated from the vibrator 1 changes according to the signal intensity of the transmission signal S11 delivered to the vibrator 1.
  • the signal strength of the transmission signal S11 generated by the transmission unit 6 is set by the control signal S51.
  • the ultrasonic signal S21 radiated from the vibrator 1 passes through the space 30, and reaches the radiated vibrator 1 and other vibrators 1.
  • the vibrator 1 includes structures such as a matching layer and an acoustic lens, and converts the arrived ultrasonic signal S21 into a reception signal S31 that is an electric signal and outputs the received signal S31.
  • the receiving unit 7 amplifies the electrical signal (received signal S31) output from the vibrator 1, reduces noise outside the desired frequency band, quantizes it, generates an amplified received signal S41, and sends it to the control unit 4 Output.
  • the transmission / reception switch 8 disconnects the connection between the receiving unit 7 and the vibrator 1 during the transmission operation and short-circuits the reception operation. This prevents the receiving unit 7 from being destroyed by the high-voltage transmission signal S11 output from the transmitting unit 6 to the vibrator 1 during the transmission operation.
  • the control unit 4 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and a memory (not shown) in which a program is stored in advance, and the CPU reads and executes the program, whereby the image generation unit in FIG. 50 functions are realized.
  • the control unit 4 is not limited to a configuration that realizes the function by software executed by the CPU.
  • a part or all of the control unit 4 is a custom IC (Integrated Integrated Circuit) such as ASIC (Integrated Integrated Circuit). You may comprise by hardware, such as Programmable ICs, such as Circuit) and FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the control unit 4 performs ultrasonic transmission / reception control (step S91). Specifically, the control unit 4 transmits a control signal to each transmission / reception unit 3 to cause the predetermined transmission / reception unit 3 to perform a transmission operation and cause all the transmission / reception units 3 to perform a reception operation (step S91).
  • the transducer array 2 transmits the ultrasonic signal S21 to the object 10 and receives the reflected wave S22 and the transmitted wave S23.
  • the control unit 4 receives an ultrasonic reception signal from the transducer array 2.
  • the control unit 4 repeats until the transmission of ultrasonic waves from all the transducers 1 is completed while sequentially changing the transducers 1 to be transmitted.
  • the transmission / reception part 3 which the control part 4 performs transmission operation is not restricted to one, A plurality may be sufficient.
  • the control unit 4 may cause the plurality of transmission / reception units 3 to perform transmission operation at the same time, and cause the transducer array 2 to transmit a synthesized wave of ultrasonic waves.
  • the transducer 1 that receives the ultrasonic wave may be limited to a predetermined range according to the positional relationship with the transducer 1 that transmits the ultrasonic wave.
  • the control unit 4 extracts the reception signal of the reflected wave S22 from the received ultrasonic reception signal, and generates the reflected wave image 220 based on the reception signal of the reflected wave S22 (step S92). Specifically, the image generation unit 50 of the control unit 4 outputs a reception signal in a predetermined time zone according to the positional relationship between the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic signal S21 and the transducer 1 that receives the ultrasonic signal S21. By extracting, the received signal of the transmitted wave S23 and the received signal of the reflected wave S22 are extracted.
  • the reflected wave image generation unit 350 calculates a signal delay time that is a difference between the timing (time) at which the ultrasonic signal S21 is transmitted and the timing (time) at which the received signal of the extracted reflected wave S22 is received.
  • a signal delay time By applying a predetermined sound speed to the signal delay time, the position of the reflection point where the ultrasonic signal S21 is reflected from the distance of the propagation path between the transducer 1 that transmits the ultrasonic wave and the transducer 1 that receives the ultrasonic wave. Is calculated.
  • the brightness of the position (pixel) of the reflection point is set by converting the amplitude of the extracted reception signal of the reflected wave S22 into the brightness.
  • a reflected wave image 220 is generated by performing this calculation on the received signals of all reflected waves S22 (step S92).
  • the received signal of the reflected wave S22 is phased and added (received beamforming) for a plurality of reception focal points set in the space 30, and the signal intensity after the phased addition is converted into luminance.
  • the reflected wave image 220 may be generated.
  • the control unit 4 generates a transmitted wave image 230 based on the received signal of the transmitted wave S23 extracted in step S92 (step S93).
  • a sound speed image sound speed distribution image
  • An attenuation image attenuation amount distribution image
  • the transmitted wave image reconstructing unit 352 of the transmitted wave image generating unit 349 of the control unit 4 is a propagation path according to the positional relationship between the transducer 1 that has transmitted the ultrasound and the transducer 1 that has received the ultrasound.
  • the transmitted wave image reconstructing unit 352 reconstructs the sound speed distribution image by the ultrasonic tomography method based on the obtained sound speed to generate a transmitted wave image 230 (step S93). More specifically, the transmitted wave image reconstruction unit 352 calculates the distance between the position coordinates of the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic signal S21 and the transducer 1 of the transducer 1 that has received the transmitted wave S23, and The average sound speed of the ultrasonic signal S21 is obtained by dividing the obtained distance between the transducers 1 by the ultrasonic wave propagation time.
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 calculates the average sound velocity for the combination of the transducer 1 that has transmitted the ultrasonic signal S21 and the received transducer 1, thereby causing the object 10 to receive the ultrasonic signal from various angles.
  • S21 is transmitted, the average sound speed at each angle is obtained. Since the average sound speed is an average of the sound speed distribution of the path through which the ultrasonic signal S21 passes (propagated), calculation processing of a known tomography method such as matrix calculation is performed so as not to cause a contradiction in the average sound speed in various paths. Is used to calculate the sound velocity distribution image of the object 10.
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 determines from the intensity difference between the ultrasonic signal S21 and the received signal of the transmitted wave S23. A signal attenuation amount is obtained, and based on the obtained signal attenuation amount, the attenuated image is reconstructed by an ultrasonic tomography method to generate a transmitted wave image 230. Further, the transmitted wave image reconstruction unit 352 calculates an average signal attenuation amount in the propagation path from the transmitted transducer 1 to the received transducer 1 from the difference in intensity between the received signals of the ultrasonic signal S21 and the transmitted wave S23. .
  • the average signal attenuation is an average of the signal attenuation distribution of the path through which the ultrasonic signal S21 is transmitted. Therefore, the signal attenuation amount distribution image of the object 10 is obtained by using a calculation process of a known tomography method such as matrix calculation using the average signal attenuation amount when the ultrasonic signal S21 is transmitted from various angles. calculate.
  • the reflected wave image generation unit 350 and the transmitted wave image generation unit 349 of the control unit 4 transmit the generated reflected wave image 220 and transmitted wave image 230 (sound velocity distribution image) of the target object 10 to the display unit 53, and the reflected wave image.
  • a screen including 220 and the transmitted wave image 230 is displayed on the display unit 53 (step S94).
  • FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of a display screen of the ultrasonic imaging apparatus, and is a screen example that displays a screen including a reflected wave image 220 and a transmitted wave image 230. In FIG. 15, only the sound velocity distribution image is displayed as the transmitted wave image 230 as an example.
  • the attenuation distribution image is also generated as the transmitted wave image 230
  • the attenuation amount together with the sound velocity distribution image is transmitted as the transmitted wave image 230.
  • a distribution image may be displayed, or only an attenuation distribution image may be displayed.
  • the control unit 4 determines whether to perform boundary enhancement processing (step S95). Specifically, the control unit 4 determines whether or not the operator 131 viewing the display on the display unit 10 has pressed the object 131 such as a button or an icon for instructing “execution of boundary enhancement processing” via the operation unit 40. If it is determined and pressed (Yes in step S95), the following processing is performed.
  • the reflected wave image boundary detection unit 351 of the control unit 4 detects a boundary from the reflected wave image 220 generated in step S92 (step S96).
  • the reflected wave image boundary detection unit 351 detects pixels in the reflected wave image 220 whose luminance is higher than a predetermined threshold as a boundary by binarization processing.
  • the boundary may be detected by image processing, and the boundary may be detected by performing mask processing or filter processing on the reflected wave image 220.
  • the boundary template generation unit 380 of the control unit 4 generates a template 356 corresponding to the shape of the external boundary 221 detected by the reflected wave image boundary detection unit 351, and transmits the template 356 to the transmitted wave image generation unit 349 (step). S97).
  • the boundary template generation unit 380 may extract the boundary by comparing the areas of the closed regions configured by the detected boundary, for example, and may compare the luminance of the boundary, regardless of the method. .
  • the forward projection unit 354 of the transmitted wave image generation unit 349 generates a virtual phantom 381 having the shape of the template 356 based on the received template 356, and forward-projects the phantom 381 onto the transducer array 2.
  • the intensity of the received signal obtained in the above is obtained by calculation.
  • determining the range W A of the vibrator 1 which is spread width on the sinogram of the intensity of the received signal obtained (step S98).
  • Width adjusting section 355 of the control unit 4 the actual spread width W R of the sinogram of the intensity of the received signal, a forward projection unit 354 is adjusted to approach the range W A of the vibrator 1 obtained (step S99) .
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 of the control unit 4 reconstructs (generates) the adjusted transmitted wave image 233 by back projecting the reception signal adjusted by the width adjustment unit 355, and the reflected wave image generation unit 350. (Step S100). As a result, an adjusted transmitted wave image 233 in which the boundary 231 corresponding to the boundary 221 of the reflected wave image 220 is emphasized in the transmitted wave image 230 is generated.
  • the adjusted reflected wave image generation unit 357 of the control unit 4 irradiates the distribution of the ultrasonic transmission characteristics (sound speed c variable ) indicated in the transmitted transmission wave image 233 after adjustment with the ultrasonic signal S21.
  • the adjusted reflection image 223 obtained in this case is generated (step S101).
  • the second boundary detection unit 358 of the control unit 4 determines whether there is another boundary to be enhanced in the adjusted reflected wave image 223 (step S109). Specifically, the second boundary detection unit 358 determines whether or not a boundary other than the boundary 221 corresponding to the boundary 231 is detected in the adjusted reflected wave image 223. If the detection is present (Yes in step S109), the control is performed. The unit 4 performs the following processing.
  • the second boundary detection unit 358 of the control unit 4 detects the second boundary 222 that is another boundary located inside the boundary 221 in the adjusted reflected wave image 223 (step S102).
  • the boundary template generation unit 380 of the control unit 4 generates a second template 364 corresponding to the shape of the second boundary 222, and transmits the second template 364 to the transmitted wave image generation unit 349 (step S103).
  • the second forward projection unit 360 of the control unit 4 generates a second virtual phantom 365 having the shape of the second template 364, and a received signal obtained when the second phantom 365 is forward projected onto the transducer array 2. The strength of is calculated. Moreover, determining the range W B of the vibrator 1 which is spread width on the sinogram of the intensity of the received signal obtained (step S104).
  • the extraction unit 361 of the control unit 4 extracts the received signal of the transmitted wave S23 that has passed through the region in the object 10 corresponding to the second phantom 365 from the actual received signal, for example, on a sinogram (step S105).
  • Second width adjusting section 362 of the control unit 4 as the second forward projection unit 360 coincides with the second range W of the vibrator 1 receives the transmission wave S23 in phantom 364 B found, the actual received signal to adjust the spread width W Q on the sinogram (step S106).
  • the superimposing unit 363 of the control unit 4 extracts and removes the received signal corresponding to the second phantom 365 from the received signal adjusted by the width adjusting unit 355 in step S99, and adds the received signal after the removal to the first received signal.
  • the two-width adjusting unit 362 superimposes the received signal after adjustment (step S107).
  • the transmitted wave image reconstruction unit 352 reconstructs (generates) the second adjusted transmitted wave image by back projecting the received signal after superimposition (step S108).
  • the control unit 4 returns to step S109, and the second boundary detection unit 358 of the control unit 4 determines whether there is another boundary to be enhanced in the adjusted reflected image 223, and the enhanced reflected image 223 is still enhanced. If there is a boundary to be left (Yes in step S109), the control unit 4 repeats steps S102 to S108. If all the boundary enhancement processing is completed (No in step S109), the control unit 4 causes the display unit 53 to display the adjusted transmission wave image and the adjusted reflected wave image that are generated last (step S110). Whether or not the enhancement processing has been completed for all the boundaries may be determined based on the image processing result, or may be determined by receiving an indication of an unprocessed boundary from the operator.
  • step S96 the reflected wave image boundary detection unit 351 detects a plurality of boundaries, and in step S97, the boundary template generation unit 380 may generate a template 356 corresponding to only an external boundary, or a plurality of boundaries may be generated. A template 356 corresponding to the boundary may be generated.
  • the forward projection unit 354 When the template 356 corresponding to a plurality of boundaries is generated, the forward projection unit 354 generates the phantom 381 based on the external boundary among the boundaries in the template 356 in step S98.
  • step S96 the reflected wave image boundary detection unit 351 may detect only the external boundary.
  • the outer boundary which is the boundary between water and the object 10, has a clearer outline shape than the inner boundary, which is a boundary between tissues affected by scattering or the like in the object 10. Since it is easy to detect the boundary, the phantom 381 generated in step S98 is preferably based on an external boundary. Note that the phantom 381 generated in step S98 may be based on an internal boundary.
  • the boundary of the transmitted wave image generated by the transmitted wave image generation unit 349 is based on the boundary detected by the reflected wave image generated by the reflected wave image generation unit 350. To emphasize. Further, a reflected wave image in which the boundary is emphasized is generated from the enhanced transmitted wave image.
  • FIG. 16 is a sequence diagram showing a signal flow of the ultrasonic imaging apparatus. An example in which the transmitted wave image is a sound velocity distribution image will be described.
  • the reception unit 7 When receiving the reception signal S31 that is raw data from the transducer 1, the reception unit 7 causes the storage unit 53 to store the reception signal S31 via the image generation unit 50.
  • the reflected wave image generation unit 350 acquires the received signal S22-1 of the reflected wave S22 from the received signal S31 from the storage unit 52, generates a reflected wave image, and uses the generated reflected wave image as the initial boundary image 220-1.
  • the data is transmitted to the display unit 53.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates the transmitted wave image by acquiring the received signal S23-1 of the transmitted wave S23 from the storage unit 52 in the received signal S31, and generates the transmitted wave image as the initial sound velocity distribution image 230. ⁇ 1 is transmitted to the display unit 53.
  • the reflected wave image generation unit 350 detects a boundary in the initial boundary image 220-1, generates a boundary template 356-1, and transmits the generated boundary template 356-1 to the transmitted wave image generation unit 349.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates a sound speed template 381-1 that is a virtual phantom based on the received boundary template 356-1, and generates a boundary based on the generated sound speed template and the initial sound speed distribution image 230-1. Is generated, and is transmitted to the reflected wave image generation unit 350.
  • the reflected wave image generation unit 350 emphasizes the boundary of the initial boundary image 220-1 based on the received adjusted sound velocity distribution image 233-1 to generate the boundary template 356-2 again, and the boundary template 356 that emphasizes the boundary.
  • -2 is transmitted to the transmitted wave image generation unit 349.
  • the transmitted wave image generation unit 349 generates the adjusted sound velocity distribution image 233-2 again based on the received boundary template 356-2 that emphasizes the boundary and the adjusted sound velocity distribution image 233-1, and the generated adjusted sound velocity.
  • the distribution image 233-2 is transmitted to the reflected wave image generation unit 350.
  • the reflected wave image generation unit 350 further generates a boundary template 356-3 by further enhancing the previously emphasized boundary based on the received adjusted sound velocity distribution image 233-2, and transmits the generated boundary template 356-3 to the transmitted wave. It transmits to the image generation part 349.
  • the above processing is repeated a predetermined number of times, and the reflected wave image generation unit 350 and the transmitted wave image generation unit 349 transmit the boundary image, the sound velocity, and the attenuation image generated last to the display unit 53.
  • the same boundary enhancement is repeatedly reciprocated between the transmitted wave image generation unit 349 and the reflected wave image generation unit 350 to process the transmission wave image with the boundary enhanced with high accuracy and the reflection.
  • Wave images can be generated in a short time.
  • by repeatedly reciprocating and emphasizing different boundaries it is possible to generate a transmitted wave image and a reflected wave image in which all boundaries are emphasized with high accuracy in a short time.
  • the breast imaging apparatus as shown in FIG. 17 can be configured using the ultrasonic imaging apparatus described in the present embodiment.
  • the mammography apparatus of FIG. 17 includes an opening 56 in a bed 55, a water tank 235 disposed below the opening 56, and a transmission / reception drive unit 102 that moves the transducer array 2 up and down in the water tank 235.
  • the mammography apparatus having such a configuration, the mammography can be easily performed, so that the operator himself can perform self-imaging.
  • a method for enhancing the boundary of a transmitted wave image a method of adjusting the width of a transducer (sinogram width) for receiving a reception signal and back projecting the reception signal is used.
  • the present invention is not limited to this method, and other methods may be used.
  • the image generation unit 50 uses the shape of the boundary 221 of the target object 10 detected from the reflected wave image as a template, so that the size of the image (boundary 231) corresponding to the boundary 221 in the transmitted wave image matches.
  • a method may be used in which at least one of the size adjustment processing and density enhancement processing of the image (boundary 231) corresponding to is performed on the transmitted wave image.
  • the emphasis degree of the boundary 231 can be gradually increased by repeating the emphasis process.
  • the control unit 4 receives a selection on the transmitted wave image of the ROI that is the boundary to be emphasized from the operator via the display unit 53 or the I / F 40. After that, as shown in FIG.
  • the selection of the number of repetitions N of the enhancement process or the degree of image accuracy after the enhancement process is received from the operator via the display unit 53 or the I / F 40.
  • the control unit 4 repeats the emphasis process until the received number N or degree is reached. Also in this method, the process of calculating the reflected wave image by calculation from the transmitted wave image after the enhancement process is performed in the same manner as in the above-described embodiment.
  • the present invention can be applied to an ultrasonic imaging apparatus including a plurality of vibrators.

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Abstract

本発明は、組織の境界の明確な透過波画像を短時間で生成する。　本発明の超音波撮像装置は、超音波を送受信する複数の振動子が配列された振動子アレイと、複数の振動子のうち少なくとも一つに電気信号を受け渡して超音波に変換させ、超音波を対象物に対して送信させる送信部と、対象物による超音波の反射波および透過波を受波した複数の振動子がそれぞれ出力する電気信号である受信信号を受け取る受信部と、反射波の受信信号を用いて対象物の所定の断面の反射波画像を、透過波の受信信号を用いて対象物の前記断面の透過波画像をそれぞれ生成する画像生成部とを有する。画像生成部は、反射波画像における前記対象物の境界を検出する反射波画像境界検出部を備え、反射波画像境界検出部が検出した境界に対応する前記透過波画像における境界が強調されるように透過波画像を生成する。

Description

超音波撮像装置、および、超音波撮像装置における超音波撮像方法
　本発明は、超音波撮像装置に関し、特に、超音波の反射波および透過波を用いて画像を生成する装置に関するものである。
　対象物の内部に向かって超音波を送信し、対象物の内部を複数の経路で通過した超音波をそれぞれ受信して送信から受信までの伝搬時間から対象物の所定の断面の音速分布像を生成する超音波トモグラフィ法が、非特許文献１等に提案されている。
　具体的には、非特許文献１の技術では、リング状の振動子アレイを円筒形の水槽の周囲に配置し、水槽内に乳房を挿入し、リング状の振動子アレイを上下に移動させながら、振動子アレイのそれぞれの振動子から順番に超音波を送信し、他の振動子で乳房を透過した超音波を受信する。超音波の伝搬経路ごとに音速分布を算出することにより、乳房の断面像を再構成する。このとき、非特許文献１では、密度の異なる組織の境界において、超音波の進行方向が屈折することを考慮して音速分布を算出する。これにより、超音波が組織の境界でも直進すると仮定して音速分布を算出した場合と比較して、組織の輪郭が鮮明な音速分布画像を生成することができ、画像の精度を向上させることができる。また、乳房を構成する所定の組織の輪郭を鮮明に抽出するため、閾値を用いて音速分布画像を処理する方法等も開示している。
Li, Cuiping, et al. "In vivo breast sound-speed imaging with ultrasound tomography." Ultrasound in medicine & biology 35.10 (2009): 1615-1628.
　非特許文献１のように、密度の異なる組織の境界において、超音波が屈折することを考慮して音速分布を算出する方法は、対象物の内部の組織構造やその密度が不明である場合には、超音波の伝搬経路をどの位置でどれくらいの角度だけ屈折したと仮定して算出すればよいのかがわからない。そのため、種々の仮定に基づいて、屈折した伝搬経路を設定する方法や、いったん何らかの手法で音速分布画像を得て、その画像上で音速が変化する境界を探索し、その音速差から超音波の屈折角を求めることにより、超音波の伝搬経路を設定する方法等を用いる必要がある。これらの方法はいずれも、屈折した伝搬経路を設定するための計算時間が必要であるとともに、設定した伝搬経路を用いて音速分布を再計算する時間も必要であるため、計算量が増大し、画像生成に要する時間が長くなる。
　本発明の目的は、組織の境界の明確な透過波画像を短時間で生成することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、超音波を送受信する複数の振動子が配列された振動子アレイと、複数の振動子のうち少なくとも一つに電気信号を受け渡して超音波に変換させ、超音波を対象物に対して送信させる送信部と、対象物による超音波の反射波および透過波の少なくとも一方を受波した複数の振動子がそれぞれ出力する電気信号である受信信号を受け取る受信部と、反射波の受信信号を用いて対象物の所定の断面の反射波画像を、透過波の受信信号を用いて対象物の断面の透過波画像をそれぞれ生成する画像生成部とを有する。画像生成部は、反射波画像における対象物の境界を検出する反射波画像境界検出部を備え、反射波画像境界検出部が検出した境界に対応する透過波画像における境界が強調されるように透過波画像を生成する。
　本発明によれば、組織の境界の明確な透過波画像を短時間で生成することができる。
実施形態１の超音波撮像装置全体の構成を示すブロック図。 対象物による超音波の反射波および透過波と、それらの受信信号を用いて生成される反射波画像と透過波画像を示す説明図。 実施形態１の振動子アレイと対象物１０の位置関係を示す斜視図。 実施形態１の画像生成部の機能ブロック図。 （ａ）～（ｅ）実施形態１の受信信号調整部の動作を示す説明図。 実施形態２の画像生成部の機能ブロック図。 （ａ）～（ｃ）調整後透過波画像から調整後反射波画像を生成する手順を示す説明図。 透過波画像に対応するファントム内での超音波伝搬経路の屈折を示す説明図。 （ａ）～（ｋ）実施形態２の受信信号調整部および第２受信信号調整部の動作を示す説明図。 実施形態３の超音波撮像装置全体の構成を示すブロック図。 実施形態３の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。 実施形態３の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。 実施形態３の超音波撮像装置の各動作で得られる画像を示す説明図。 実施形態３の超音波撮像装置の各動作で得られる画像を示す説明図。 実施形態３の超音波撮像装置の表示画面の例を示す説明図。 実施形態３の超音波撮像装置の信号の流れを示すシーケンス図。 実施形態３の乳房撮像装置の構成を示す側面図。 （ａ）および（ｂ）別の実施形態の受け付け用の画面例を示す説明図。
　本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
　＜＜実施形態１＞＞
　実施形態１の超音波撮像装置について説明する。
　図１は、装置全体の構成を示すブロック図であり、図２は、対象物による超音波の反射波および透過波と、それらの受信信号を用いて生成される反射波画像と透過波画像を示す図である。本実施形態の超音波撮像装置は、超音波を送受信する複数の振動子１が配列された振動子アレイ２と、送信部６と、受信部７と、画像生成部５０とを備えている。送信部６は、複数の振動子１のうち少なくとも一つに電気信号Ｓ１１を受け渡して超音波Ｓ２１に変換させ、超音波Ｓ２１を対象物１０に対して送信させる。複数の振動子１は、対象物１０による超音波Ｓ２１の反射波Ｓ２２および透過波Ｓ２３の少なくとも一方をそれぞれ受波し、電気信号である受信信号Ｓ３１を出力する。受信部７は、振動子１から受信信号Ｓ３１を受け取り、画像生成部５０に受け渡す。画像生成部５０は、反射波画像生成部３５０と、透過波画像生成部３４９とを備えている。反射画像生成部３５０は、受信部７から受け取った反射波Ｓ２２の受信信号Ｓ３１を用いて、対象物１０の所定の断面の反射波画像２２０を生成する。透過波画像生成部３４９は、受信部７から受け取った透過波Ｓ２３の受信信号Ｓ３１を用いて対象物１０の断面の透過波画像２３０を生成する。画像生成部５０は、さらに反射波画像境界検出部３５１を備え、反射波画像２２０における対象物１０の境界２２１を検出する。透過波画像生成部３４９は、反射波画像境界検出部３５１が検出した境界２２１に対応する、透過波画像２３０における境界２３１が強調されるように、透過波画像２３０を生成する。
　対象物１０内部にも境界がある場合（例えば、境界２２２）、反射波画像境界検出部３５１は、境界２２１を検出するとともに境界２２２を検出してもよい。この場合、透過波画像生成部３４９は、境界２２２に対応する、透過波画像２３０における境界２３２が強調されるように、透過波画像２３０を生成する。
　このように、本実施形態では、透過波画像２３０よりも反射波画像２２０の方が対象物１０の境界が明確な画像が得られやすいことを利用して、反射波画像２２０で境界２２１を検出し、透過波画像２３０における対応する境界２３１を明確にするように画像生成する。これにより、透過波画像２３０のみで画像処理等を行う場合と比較して、短時間で境界が明確な透過波画像２３０を生成することができるという効果が得られる。
　なお、振動子アレイ２は、図１および図２の例では、対象物１０を取り囲むように複数の振動子１が配置された円環形状のものを示しているが、この形状に限られるものではなく、対象物１０に超音波Ｓ２１を照射して、その反射波Ｓ２２と透過波Ｓ２３を受波することができれば、どのような形状および配置であってもよく、例えば、対向するように配置された一対の直線状または曲線状の振動子アレイを用いることも可能である。
　透過波画像２３０は、透過波Ｓ２３の情報から再構成できる画像であればどのような画像であってもよい。例えば、透過波画像生成部３４９は、透過波画像２３０として、対象物１０内の音速分布画像または対象物１０内の超音波減衰率分布画像（または超音波減衰量分布画像）を生成する。
　また、対象物１０は、超音波Ｓ２１の減衰が小さく、振動子１から出射された超音波Ｓ２１が低損失で入射することのできる物質（例えば水）に浸されていることが望ましい。例えば、図３のように、水をいれた水槽２３５の内側に、振動子アレイ２を配置し、水槽２３５内に対象物１０を挿入して、超音波を送受信することが好ましい。この構成により、振動子アレイ２を水槽２３５内で上下動させて、対象物１０の所望の断面１０ａの反射波画像２２０および透過波画像２３０を撮像する。
　以下、反射波画像生成部３５０及び透過波画像生成部３４９の構成について、図４の機能ブロック図を用いて詳しく説明する。反射波画像生成部３５０は、超音波Ｓ２１の反射波Ｓ２２から反射波画像２２０を生成する反射波画像構成部３８２と、反射波画像２２０における対象物１０の境界（例えば、水と対象物１０との境界や対象物１０内の組織間の境界）を検出する反射波画像境界検出部３５１と、検出された境界に基づいて境界テンプレートを生成する境界テンプレート生成部３８０とを有する。また、透過波画像生成部３４９は、透過波画像２３０を超音波トモグラフィ法により再構成する透過波画像再構成部３５２と、透過波画像２３０における境界２３１の像を強調させるために、透過波画像再構成部３５２が再構成に用いる透過波Ｓ２３の受信信号を調整する受信信号調整部３５３とを有する。
　送信部６は、振動子１から対象物１０に超音波Ｓ２１を照射させる。超音波Ｓ２１の反射波Ｓ２２と透過波Ｓ２３は振動子１によって受波され、受信部７により受信される。反射波画像生成部３５０の反射波画像構成部３８２は、反射波Ｓ２２の受信信号を用いて反射波画像２２０を生成する。透過波画像生成部３５０の透過波画像再構成部３５２は、透過波Ｓ２３の受信信号を用いて超音波トモグラフィ法により透過波画像２３０を再構成する。これを可能にするために、送信部６は、超音波Ｓ２１を送信させる振動子１の位置を変更することにより、対象物１０への超音波の入射角を変更しながら、所定の広がり角の超音波Ｓ２１を複数回送信させる。受信部７は、超音波Ｓ２１の送信のたびに、対象物１０による超音波の反射波Ｓ２２と透過波Ｓ２３の受信信号を受信する。
　このとき、受信部７は、図２に示したように、超音波Ｓ２１を送信した振動子１に対して、所定の角度範囲に位置する振動子１によって透過波Ｓ２３の受信信号を受信し、別の所定の角度範囲に位置する振動子１によって反射波Ｓ２２を受信してもよい。また、受信部７がすべての振動子１の受信信号を受信してもよい。その場合、振動子１の位置によっては、透過波Ｓ２３と反射波Ｓ２２の両方が到達し、両方の受信信号が出力されるが、両者は、送信されてから受波する振動子１に到達するまでの伝搬経路が異なるため、到達する時間帯が異なる。よって、画像生成部５０が、超音波Ｓ２１を送信した振動子１と受信する振動子１との位置関係に応じて、予め定めておいた時間帯の受信信号を抽出することにより、透過波Ｓ２３の受信信号と反射波Ｓ２２の受信信号をそれぞれ抽出し、画像生成に用いる。
　反射波画像生成部３５０の反射波画像構成部３８２は、受信した超音波の受信信号から反射波Ｓ２２の受信信号を抽出し、反射波Ｓ２２の受信信号に基づいて、反射波画像２２０を生成する。反射波画像構成部３８２による反射波画像２２０の生成方法としては、公知の生成方法を用いることができる。一例としては、反射波画像構成部３８２は、超音波信号Ｓ２１が送信されたタイミング（時間）と抽出した反射波Ｓ２２の受信信号が受信されたタイミング（時間）との差である信号遅延時間を算出し、信号遅延時間にあらかじめ定めた音速をかけることにより、超音波を送信した振動子１と受信した振動子１との伝搬経路の距離を求め、この距離から超音波信号Ｓ２１を反射した反射点の位置を算出する。そして、反射波Ｓ２２の受信信号の振幅を輝度に変換して、その反射点の位置（画素）の輝度を設定することにより、反射波画像２２０を生成する。
　一方、透過波画像生成部３４９の透過波画像再構成部３５２は、透過波Ｓ２３の受信信号を、対象物１０が配置された空間に逆投影する演算を行うことにより、透過波画像２３０を再構成する。
　反射波画像境界検出部３５１は、反射波画像２２０に予め定めた画像処理を施すことにより、対象物１０の境界２２１等を検出する。画像処理は、境界が検出できればどのようなものでもよく、例えば、２値化処理や、マスク処理や、フィルタ処理を用いる。
　反射波画像生成部３５０の境界テンプレート生成部３８０は、反射波画像境界検出部３５１が検出した境界のうち外部（外側）の境界である境界２２１の形状を抽出する。これにより、図５（ａ）に示すように、境界２２１に対応したテンプレート（境界テンプレート）３５６を生成し、テンプレート３５６を透過波画像生成部３４９に送信する。ここで、境界テンプレートとは、反射波から得られる情報に基づくテンプレート（反射波情報テンプレート）である。境界テンプレート生成部３８０は、反射波情報テンプレート生成部でもある。
　透過波画像生成部３５２の受信信号調整部３５３は、透過波画像再構成部３５２が再構成に用いる透過波Ｓ２３の受信信号を処理することにより、再構成される透過波画像２３０における境界２３１の像を強調させる。そのため、受信信号調整部３５３は、図４に示すように、順投影部３５４と幅調整部３５５を備えている
　透過波画像生成部３４９の順投影部３５４は、反射波画像生成部３５０の境界テンプレート生成部３８０から受信したテンプレート３５６に基づいて、テンプレート３５６の形状を有する仮想的なファントム３８１（図５（ｂ）参照）を生成する。
　ここで、仮想的なファントムとは、透過波から得られる情報である音速または減衰についてのファントムであり、透過波から得られる情報に基づくテンプレート（透過波情報テンプレート）である。例えば、透過波画像として音速についての画像を生成する場合、透過波画像生成部３４９の順投影部３５４は、音速の情報を持つ仮想的なファントム（音速テンプレート）を生成する。また、透過波画像として減衰についての画像を生成する場合、透過波画像生成部３４９の順投影部３５４は、減衰の情報を持つ仮想的なファントム（減衰テンプレート）を生成する。また、順投影部３５４は透過波情報ファントム生成部でもある。
　例えば、仮想的なファントム３８１としては、境界２２１の内側領域の超音波減衰率が予め定めた値Ａ１であって、境界２２１の外側領域の超音波減衰率が予め定めた値Ａ２（＞Ａ１、例えばＡ２は無限大）とする。
　さらに、順投影部３５４は、仮想的なファントム３８１を振動子アレイ２に順投影した場合に得られる受信信号の強度を演算により求める。例えば、順投影部３５４は、透過波画像２３０を生成する受信信号を受信した際と同じ条件で、仮想的なファントム３８１に超音波Ｓ２１を送信した場合に、ファントム３８１を真っ直ぐに透過した透過波Ｓ２３を受信する振動子１の範囲ＷＡ（図２参照）を演算により求め、範囲ＷＡの振動子１の受信信号の強度を所定値、それ以外の振動子１の受信信号の強度を別の所定値（例えばゼロ）とする（図５（ｃ）参照）。この演算を、透過波画像２３０を生成する受信信号を受信した際と同じように、超音波Ｓ２１を送信する振動子１を変化させて対象物１０への入射角θを変えながら、繰り返し行う。入射角θごとに求めた、透過波Ｓ２３を受信する振動子の範囲ＷＡを、振動子１の配列方向と送信時の超音波Ｓ２１の対象物１０への入射角θとをそれぞれ軸とするサイノグラムに表すと、例えば図５（ｃ）のようになる。境界２２１の形状に対応したファントム３８１の内側を真っ直ぐに透過した透過波Ｓ２３が到達した振動子の範囲ＷＡが白（受信信号が所定値）の帯状領域で表され、ファントム３８１の外側領域を透過した透過波Ｓ２３が到達する（もしくは、透過波Ｓ２３が到達しない）振動子１の範囲は、黒く（受信信号がゼロ）表されている。
　幅調整部３５５は、透過波画像２３０の生成に用いる実際の受信信号の振動子１の配列方向の広がり幅ＷＲ（図５（ｄ）参照）を、順投影部３５４が求めた振動子１の範囲ＷＡに近づくように調整する。透過波画像２３０の生成に用いる実際の受信信号の振動子の配列方向の広がり幅ＷＲを、サイノグラムに表すと図５（ｄ）のようになる。対象物１０の内側を透過した透過波Ｓ２３が到達した振動子１の範囲ＷＲが白の帯状領域で表され、帯状領域の白の濃度（輝度）が受信信号の強度（振幅）を表している。透過波Ｓ２３が到達しなかった振動子１の領域は黒くあらわされ、透過波Ｓ２３の受信信号の強度がゼロであることがわかる。幅調整部３５５は、実際の受信信号の範囲ＷＲを拡大または縮小することにより、反射波画像２２０の境界２２１に対応するテンプレート３５６から求めた範囲ＷＡに近づける。例えば、幅調整部３５５は、超音波Ｓ２１の入射角θごとに、範囲ＷＡと範囲ＷＲの比ＷＡ／ＷＲを求め、求めた比ＷＡ／ＷＲの平均（ＷＡ／ＷＲ）Ａｖｅを算出する。そして、幅調整部３５５は、求めた平均（ＷＡ／ＷＲ）Ａｖｅを、図５（ｄ）のサイノグラムの帯状領域全体の振動子１の範囲ＷＲの値に掛けることにより、広がり幅ＷＲを拡大または縮小して、範囲ＷＡに近づける調整を行う。幅調整部３５５が調整した後の受信信号を図５（ｅ）に示す。
　透過波画像再構成部３５２は、幅調整部３５５が調整した後の受信信号（図５（ｅ））を逆投影することにより調整後透過波画像２３３（図７（ａ）参照）を再構成する。
　このように、実際の受信信号の振動子１の配列方向の広がり幅ＷＲを反射波画像２２０の境界２２１に対応するテンプレート３５６から求めた範囲ＷＡに一致させることにより、対象物１０内で散乱したことにより外側に広がって検出された受信信号から、散乱の影響を除去または低減することができる。よって、散乱の影響により、透過波画像２３０の境界２３１が広がって不明確になる現象を抑制し、境界２３１を強調した調整後透過波画像２３３を再構成する。
　このようにして、受信信号調整部３５３が、実際の受信信号の振動子１の配列方向の広がり幅ＷＲを調整することにより、透過波画像２３０の再構成の過程において、反射波画像２２０の境界２２１に対応する境界２３１を透過波画像２３０において強調した調整後透過波画像２３３を生成することができる。
　上述してきたように、実施形態１の超音波撮像装置では、透過波画像２３０の再構成の過程において、反射波画像２２０の境界２２１に対応する境界２３１を強調した調整後透過波画像２３３を生成することができるため、組織の境界の明確な透過波画像を短時間で生成することができる。
　＜＜実施形態２＞＞
　実施形態２の超音波撮像装置について説明する。実施形態２の超音波撮像装置は、実施形態１の超音波撮像装置の構成に加えて、実施形態１の超音波撮像装置により生成された境界２３１が強調された調整後透過波画像２３３を用いて反射波画像（以下、調整後反射波画像２２３と呼ぶ）を演算により生成する機能を備えている。さらに、この調整後反射波画像２２３を用いて、境界２３１とは異なる境界、例えば、境界２３１よりも内側に位置する境界２３２を強調した透過波画像をさらに生成する機能を備えている。これら機能を備えた実施形態２の超音波撮像装置の画像生成部５０の構成について以下説明する。なお、実施形態２の超音波撮像装置は、実施形態１の超音波撮像装置と同様の構成を備えていることが前提であるが、実施形態１の装置と同様の構成については説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。
　画像生成部５０は、図６に示すように、実施形態１で説明した構成に加えて、反射波画像生成部３５０内に、調整後反射波画像生成部３５７と第２境界検出部３５８とをさらに備え、透過波画像生成部３４９内に、第２受信信号調整部３５９をさらに備えている。
　調整後反射波画像生成部３５７は、透過波画像生成部３４９から送信された境界２３１が強調された調整後透過波画像２３３（図７（ａ））を用いて、調整後透過波画像２３３に表された超音波透過特性の分布を有する仮想的なファントムに超音波を送信してその反射波Ｓ２２を受信した場合に得られる調整後反射波画像２２３を演算により生成する。例えば、図７（ａ）に示すように、振動子１から、振動子アレイ２に直交する方向に出射された超音波は、調整後透過波画像２３３である超音波透過特性画像に示された超音波透過特性分布に音速ｃで伝搬し、超音波透過特性の異なる２つの領域の境界２３１において反射され、反射波Ｓ２２が再び振動子１に到達し、受信されると仮定する。また、一部の超音波は、境界２３１を通り抜け、次の境界２３２によって反射され、反射波Ｓ２２が再び振動子１に到達し、受信されると仮定できる。また、一部の超音波は、境界２３２を通り抜け、次の境界２３２によって反射され、反射波Ｓ２２が再び振動子１に到達し、受信されると仮定できる。
　図７（ｂ）は、ある振動子１から送信された超音波が、調整後透過波画像２３３における各領域（境界２３１の外側領域、境界２３１と２３２の間の領域、境界２３２の内側領域）を、その画像に示された超音波透過特性（音速）で伝搬し、音速が異なる領域の各境界で反射されて、反射波の受信信号として振動子アレイ２に到達した時間ｔを示す図である。振動子アレイ２は、振動子１から送信された超音波が、境界２３１において反射された反射波の受信信号を時間ｔ１（境界１）において受信し、境界２３１を通り抜け、次の境界２３２によって反射された反射波の受信信号を時間ｔ２（境界２）において受信し、境界２３２を通り抜け、次の境界２３２によって反射された反射波の受信信号を時間ｔ３（境界３）において受信している。
　調整後反射波画像生成部３５７は、対象物１０の調整後透過波画像２３３に示された超音波透過特性（音速ｃvariable）の分布と、各境界で反射された反射波の受信信号を受信した時間ｔを用いて、仮想的に配置した振動アレイ２の振動子１と超音波透過特性の分布の境界との距離Ｌを下式（１）により算出する。
　２Ｌ＝ｔ・ｃvariable　　　　・・・（１）
　例えば、調整後反射波画像生成部３５７は、振動子１と境界２３１との距離Ｌ１と、振動子１と振動子１から見て手前に位置する境界２３２との距離Ｌ２と、振動子１と振動子１から見て奥に位置する境界２３２との距離Ｌ３と、を演算により算出する。
　調整後反射波画像生成部３５７は、上記式（１）の演算を各振動子１について行うことにより、各振動子１に対向する位置の境界２３１，２３２と振動子１との各距離Ｌを演算により算出する。調整後反射波画像生成部３５７は、算出した各距離Ｌを振動子１ごとにプロットすることにより、図７（ｃ）のように、調整後反射波画像２２３を生成する。これにより、調整後反射波画像２２３を調整後透過波画像２３３から演算により生成する。この調整後反射画像２２３には、反射波画像生成部３５０が生成した反射波画像２２０よりも、境界２２１が強調されて明確に表れているとともに、境界２２１よりも内側に位置する境界２２２も反射波画像２２０より明確に表れている。
　なお、図７（ａ）の例では、調整後反射波画像生成部３５７は、Straight rayモデルと呼ばれる超音波が超音波透過特性の分布の境界を直進するように伝搬経路を設定する例を示したが、図８のように、Bent rayモデルと呼ばれる超音波透過特性の異なる領域の境界２２１，２２２において、超音波透過特性の差に応じて超音波が屈折することを考慮して伝搬経路を設定してもよい。この場合、図７（ａ）の例では、調整後反射波画像生成部３５７は、超音波透過特性の異なる領域の境界２３１，２３２において超音波が屈折する角度φをスネルの法則等を用いて演算により求め、屈折角φに応じて、超音波の伝搬経路を設定し、振動子１から出射された超音波が、最初の境界２３１で屈折しながら通りぬけ、次の境界２３２で反射され、振動子アレイ２に到達するまでの時間ｔを算出する。屈折した伝搬経路と時間ｔから、振動子１と境界２３２との距離Ｌを算出し、調整後反射波画像２２３を生成する。
　図９（ａ）～（ｄ）は、図５(ａ)～（ｄ）に対応し、反射波画像生成部３５０の境界テンプレート生成部３８０と、透過波画像生成部３４９の受信信号調整部３５３の動作を示す図である。図９（ｅ）～（ｋ）は、反射波画像生成部３５０の境界テンプレート生成部３８０の動作で得られる第２テンプレート３６４、ならびに、第２受信信号調整部５６９の動作で得られる第２ファントム３６５および画像例を示す図である。
　第２境界検出部３５８は、境界２３１に対応する境界２２１を調整後反射波画像２２３において検出し、検出した境界２２１の内側に位置する第２境界２２２をさらに検出する。そして、境界テンプレート生成部３８０は、第２境界検出部３５８が検出した境界のうち内部（内側）の境界である境界２２２の形状を抽出し、境界２２２に対応したテンプレート３６４を図９（ｅ）のように生成し、生成したテンプレート３６４を透過波画像生成部３４９に送信する。
　第２受信信号調整部３５９は、送信されたテンプレート３６４に基づいて、テンプレート３６４の形状を有する仮想的なファントム３６５を図９（ｆ）のように生成し、第２境界２２２が、調整後透過波画像２３３において強調されるように、調整後透過波画像２３３を調整する。そのため、第２受信信号調整部３５９は、第２順投影部３６０と、抽出部３６１と、第２幅調整部３６２と、重畳部３６３とを備えている。以下、第２順投影部３６０等の機能を詳しく説明する。
　第２順投影部３６０は、受信した第２テンプレート３６４に基づいて、第２テンプレート３６４の形状を有する仮想的な第２ファントム３６５（図９（ｆ））を生成し、この仮想的な第２ファントム３６５を振動子アレイ２に順投影する演算を行う。具体的には、第２順投影部３６０は、第２テンプレート３６４の形状を有する仮想的な第２ファントム３６５に、透過波画像２３０を生成する受信信号を受信した際と同じ条件で超音波Ｓ２１を送信した場合に第２ファントム３６５を透過した透過波Ｓ２３を受信する振動子１の範囲ＷＢを求める。例えば、仮想的な第２ファントム３６５としては、仮想的なファントム３８１と同様に、境界２２２の内側領域の超音波減衰率が予め定めた値Ａ３であって、境界２２２の外側領域の超音波減衰率が予め定めた値Ａ４（＞Ａ３、例えばＡ４は無限大）とする。超音波Ｓ２１の入射角θごとに求めた、透過波Ｓ２３を受信する振動子１の範囲ＷＢを、振動子１の配列方向と送信時の超音波Ｓ２１の対象物１０への入射角θとをそれぞれ軸とするサイノグラムに表すと、例えば図９（ｇ）のようになる。境界２２２の形状に対応した第２ファントム３６５の内側を真っ直ぐに透過した透過波Ｓ２３が到達した振動子１の範囲ＷＢが白（受信信号が所定値）の帯状領域で表され、第２ファントム３６５の外側領域を透過した透過波Ｓ２３が到達する（もしくは、透過波Ｓ２３が到達しない）振動子１の範囲は、黒く（受信信号がゼロ）表されている。
　抽出部３６１は、実際の受信信号から、第２ファントム３６５に対応する対象物１０内の領域を透過した透過波Ｓ２３の受信信号を抽出する。例えば、サイノグラムに表した実際の受信信号（図９（ｄ））のうち、強度が予め定めた閾値以上の信号を抽出することにより、第２ファントム３６５に対応する対象物１０内の領域を透過した透過波Ｓ２３の受信信号を抽出する。抽出した受信信号をサイノグラムに表すと図９（ｈ）のようになる。図９（ｈ）に、振動子１の配列方向の受信信号の広がり幅ＷＱを示す。
　第２幅調整部３６２は、第２順投影部３６０が求めた第２ファントム３６５の透過波Ｓ２３を受信する振動子１の範囲ＷＢに一致するように、抽出部３６１が抽出した受信信号の振動子１の配列方向の広がり幅ＷＱを調整する。具体的には、第２幅調整部３６２は、超音波Ｓ２１の入射角θごとに、範囲ＷＢと範囲ＷＱの比ＷＢ／ＷＱを求め、求めた比ＷＢ／ＷＱの平均（ＷＢ／ＷＱ）Ａｖｅを算出する。第２幅調整部３６２は、求めた平均（ＷＢ／ＷＱ）Ａｖｅを、図９（ｈ）のサイノグラムの帯状領域全体の振動子１の範囲ＷＱの値に掛けることにより、広がり幅ＷＱを拡大または縮小して、範囲ＷＢに近づける調整を行う。第２幅調整部３６２が調整した後の受信信号を図９（ｊ）に示す。
　重畳部３６３は、幅調整部３５５が調整した後の受信信号（図５（ｅ）に相当）から、第２ファントム３６５に対応する対象物１０内の領域の透過波Ｓ２３の受信信号を抽出して除去する。例えば、幅調整部３５５が調整した後の受信信号のうち、強度が予め定めた閾値以上の信号を抽出し除去することにより、第２ファントム３６５に対応する対象物１０内の領域を透過した透過波Ｓ２３の受信信号を除去する。除去後の受信信号（図９（ｉ））に、第２幅調整部３６２が調整後の受信信号（図９（ｊ））を重畳して、重畳された受信信号（図９（ｋ））を生成する。
　透過波画像再構成部３５２は、重畳部３６３が重畳した後の受信信号（図９（ｋ））を逆投影することにより第２調整後透過波画像を再構成する。
　このようにして、第２受信信号調整部３５９が、実際の受信信号における、境界２２２の内側に対応する領域の受信信号の振動子１の配列方向の広がり幅ＷＱを調整することにより、境界２２１のみならず、その内側の境界２２２が透過波画像２３０において強調された調整後透過波画像を生成する。
　このように、実施形態３の超音波撮像装置は、調整後透過波画像の境界を強調する処理を、他の境界についても順次行うことにより、すべての境界が明確な調整後透過波画像と、調整後透過波画像から演算によって求めた境界が明確な調整後反射画像を得ることができる。
　＜＜実施形態３＞＞
　以下、本実施形態３として、実施形態１および実施形態２の超音波撮像装置の両方の構成を備えた具体的な超音波撮像装置について、図１０等を用いて説明する。実施形態３の超音波撮像装置の説明において、実施形態１、２の装置と同様の構成について説明を省略する。
　図１０は、実施形態３の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図１０の超音波撮像装置５は、振動子アレイ２にそれぞれ接続され、振動子アレイ２での超音波の送受信を制御する複数の送受信部３と、各送受信部３を制御する制御部４と、記憶部５２と、表示部５３と、操作部（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（Ｉ／Ｆ））４０とを備える。各送受信部３は、上述した送信部６と受信部７を含み、さらに超音波の送信と受信を切り替える送受信スイッチ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ／Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｓｗｉｔｃｈ（Ｔ／Ｒ　ＳＷ））８とを備える。１つの振動子１に１つの送受信部３が接続され、それぞれの送受信部３は独立に超音波信号を送受信することができる。制御部４は、実施形態１および２で説明した図６の構成の画像生成部５０を備える。また、制御部４は、各送受信部３に対して制御信号Ｓ５１とＳ５２などを出力して、それぞれ異なる制御を行ってもよい。例えば、制御部４は、超音波の送信を指示する制御信号Ｓ５１を入力した送受信部３によって超音波の送信動作をさせ、超音波の受信を指示する制御信号Ｓ５２を入力した送受信部３によって超音波の受信動作をさせる。記憶部５２は、各送受信部３の超音波の送受信動作に関する設定や、送信部６に出力する電気信号Ｓ１の信号波形などの情報や、画像生成によって求めた対象物１０の反射波画像と透過波画像等も記憶される。表示部５３には、生成された反射波画像および（または）透過波画像が表示される。操作部４０は、操作者からの撮像条件や撮像開始指示の入力を受け付けたり、他機器と情報のやり取りを行う。
　送信部６は、制御部４から入力された電気信号Ｓ１を所望の強度に増幅することにより送信信号Ｓ１１を生成し、振動子１に出力する。振動子１は、整合層や音響レンズなどの構造を含み、送信部６から受け取った送信信号Ｓ１１を超音波に変換して放射（送信）する。振動子１から放射される超音波信号Ｓ２１の音圧は、振動子１に受け渡される送信信号Ｓ１１の信号強度に応じて変化する。送信部６が生成する送信信号Ｓ１１の信号強度は、制御信号Ｓ５１によって設定される。
　振動子１から放射された超音波信号Ｓ２１は、空間３０を通過し、放射した振動子１および他の振動子１に到達する。振動子１は、整合層や音響レンズなどの構造を含み、到達した超音波信号Ｓ２１を電気信号である受信信号Ｓ３１に変換して出力する。受信部７は、振動子１が出力した電気信号（受信信号Ｓ３１）を増幅し、所望の周波数帯域外のノイズを低減し、量子化して、増幅後受信信号Ｓ４１を生成し、制御部４に出力する。
　送受信スイッチ８は、受信部７と振動子１の接続を、送信動作の際に切断し、受信動作の際に短絡する。これにより、送信動作中に送信部６から振動子１に出力される高電圧の送信信号Ｓ１１により、受信部７が破壊されることを防いでいる。
　制御部４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）（不図示）と、予めプログラムが格納されたメモリ（不図示）とを有し、ＣＰＵがプログラムを読み込んで実行することにより、図６の画像生成部５０の機能を実現する。なお、制御部４は、ＣＰＵが実行するソフトウエアによりその機能を実現する構成に限られるものではなく、制御部４の一部または全部を、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のカスタムＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等のプログラマブルＩＣ等のハードウエアにより構成してもよい。
　以下、制御部４の動作を図１１および図１２のフローならびに図１３および図１４の画像例を用いて説明する。制御部４は、超音波の送受信制御を行う（ステップＳ９１）。具体的には、制御部４は、各送受信部３に対して、制御信号を送信して所定の送受信部３に送信動作をさせ、すべての送受信部３に受信動作をさせる（ステップＳ９１）。この送受信制御により、振動子アレイ２が、超音波信号Ｓ２１を対象物１０に対して送信し、反射波Ｓ２２および透過波Ｓ２３を受信する。制御部４は、超音波の受信信号を振動子アレイ２から受信する。
　そして、制御部４は、送信動作させる振動子１を順次変更しながら、すべての振動子１から超音波の送信が完了するまで繰り返す。なお、制御部４が送信動作をさせる送受信部３は１つに限られず、複数でもよい。制御部４は、複数の送受信部３を同時に送信動作させ、振動子アレイ２に超音波の合成波を送信させてもよい。また、超音波を受信する振動子１を、送信する振動子１との位置関係に応じて所定の範囲に限定してもよい。
　制御部４は、受信した超音波の受信信号から反射波Ｓ２２の受信信号を抽出し、反射波Ｓ２２の受信信号に基づいて、反射波画像２２０を生成する（ステップＳ９２）。具体的には、制御部４の画像生成部５０は、超音波信号Ｓ２１を送信した振動子１と受信する振動子１との位置関係に応じて、予め定めておいた時間帯の受信信号を抽出することにより、透過波Ｓ２３の受信信号と反射波Ｓ２２の受信信号をそれぞれ抽出する。さらに、反射波画像生成部３５０は、超音波信号Ｓ２１が送信されたタイミング（時間）と抽出した反射波Ｓ２２の受信信号が受信されたタイミング（時間）との差である信号遅延時間を算出し、信号遅延時間にあらかじめ定めた音速をかけることにより、超音波を送信した振動子１と、超音波を受信した振動子１との伝搬経路の距離から超音波信号Ｓ２１が反射した反射点の位置を算出する。また、抽出した反射波Ｓ２２の受信信号の振幅を輝度に変換することにより、その反射点の位置（画素）の輝度を設定する。この演算をすべての反射波Ｓ２２の受信信号について行うことにより、反射波画像２２０を生成する（ステップＳ９２）。また、この方法に限らず、反射波Ｓ２２の受信信号を、空間３０に設定した複数の受信時焦点について整相加算（受信ビームフォーミング）し、整相加算後の信号強度を輝度に変換することにより、反射波画像２２０を生成してもよい。
　つぎに、制御部４は、ステップＳ９２で抽出した透過波Ｓ２３の受信信号に基づいて、透過波画像２３０を生成する（ステップＳ９３）。以下、透過波画像２３０として、音速画像（音速分布画像）を生成する例で説明する。音速画像とともに減衰画像（減衰量分布画像）を生成してもよく、減衰画像のみを生成してもよい。具体的には、制御部４の透過波画像生成部３４９の透過波画像再構成部３５２は、超音波を送信した振動子１と超音波を受信した振動子１と位置関係に応じた伝搬経路の距離および超音波信号Ｓ２１が送信されたタイミングと抽出した透過波Ｓ２３の受信信号が受信されたタイミングとの差である超音波伝搬時間から音速を求める。そして、透過波画像再構成部３５２は、求めた音速に基づいて、音速分布画像を超音波トモグラフィ法により再構成して透過波画像２３０を生成する（ステップＳ９３）。さらに具体的には、透過波画像再構成部３５２は、超音波信号Ｓ２１を送信した振動子１の位置座標と、透過波Ｓ２３を受信した振動子１の振動子１間の距離を算出し、求めた振動子１間の距離を超音波伝搬時間で割ることにより、超音波信号Ｓ２１の平均音速を求める。透過波画像再構成部３５２は、この平均音速を超音波信号Ｓ２１を送信した振動子１と、受信した振動子１との組み合わせについて算出することにより、対象物１０に様々な角度から超音波信号Ｓ２１を送信した場合の、それぞれの角度における平均音速を求める。平均音速は、超音波信号Ｓ２１が通過（伝搬）した経路の音速分布の平均であるから、様々な経路における平均音速に矛盾を生じないように、マトリクス演算等の公知のトモグラフィ法の演算処理を用いることにより、対象物１０の音速分布画像を算出する。
　また、透過波画像２３０として、減衰画像（減衰量分布画像）を生成する場合、ステップＳ９３において、透過波画像再構成部３５２は、超音波信号Ｓ２１と透過波Ｓ２３の受信信号との強度差から信号減衰量を求め、求めた信号減衰量に基づいて、減衰画像を超音波トモグラフィ法により再構成して透過波画像２３０を生成する。さらに透過波画像再構成部３５２は、超音波信号Ｓ２１と透過波Ｓ２３の受信信号の強度の差から、送信した振動子１から受信した振動子１に至る伝搬経路における平均信号減衰量を算出する。平均信号減衰量は、超音波信号Ｓ２１の透過した経路の信号減衰量分布の平均である。よって、さまざまな角度から超音波信号Ｓ２１を送信した場合の平均信号減衰量を用いて、マトリクス演算等の公知のトモグラフィ法の演算処理を用いることにより、対象物１０の信号減衰量分布画像を算出する。
　制御部４の反射波画像生成部３５０および透過波画像生成部３４９は、生成した対象物１０の反射波画像２２０および透過波画像２３０（音速分布画像）を表示部５３に送信し、反射波画像２２０および透過波画像２３０を含む画面を表示部５３に表示させる（ステップＳ９４）。図１５は、超音波撮像装置の表示画面の例を示す説明図であり、反射波画像２２０および透過波画像２３０を含む画面を表示する画面例である。なお、図１５では、透過波画像２３０として、一例として音速分布画像のみを表示しているが、透過波画像２３０として減衰量分布画像も生成する場合、透過波画像２３０として音速分布画像とともに減衰量分布画像を表示してもよく、減衰量分布画像のみを表示してもよい。
　制御部４は、境界の強調処理をするか判定する（ステップＳ９５）。具体的には、制御部４は、表示部１０の表示を見た操作者による、操作部４０を介した「境界の強調処理の実行」を指示するボタンやアイコンなどのオブジェクト１３１の押下有無を判定し、押下有ならば（ステップＳ９５でＹｅｓ）、以下の処理を行う。
　まず、制御部４の反射波画像境界検出部３５１は、ステップＳ９２で生成した反射波画像２２０から境界を検出する（ステップＳ９６）。例えば、反射波画像境界検出部３５１は、２値化処理により、輝度が所定の閾値より高い反射波画像２２０内のピクセルを境界として検出する。なお、画像処理によって境界を検出できればよく、反射波画像２２０にマスク処理またはフィルタ処理を行って境界を検出してもよい。
　制御部４の境界テンプレート生成部３８０は、反射波画像境界検出部３５１が検出した外部の境界２２１の形状に対応したテンプレート３５６を生成し、テンプレート３５６を透過波画像生成部３４９に送信する（ステップＳ９７）。なお、境界テンプレート生成部３８０は、例えば、検出された境界により構成される閉じた領域の面積を比較して境界を抽出してもよく、境界の輝度を比較してもよく、方法は問わない。
　そして、透過波画像生成部３４９の順投影部３５４は、受信したテンプレート３５６に基づいて、テンプレート３５６の形状を有する仮想的なファントム３８１を生成し、ファントム３８１を振動子アレイ２に順投影した場合に得られる受信信号の強度を演算により求める。さらに、求めた受信信号の強度のサイノグラム上の広がり幅である振動子１の範囲ＷＡを求める（ステップＳ９８）。
　制御部４の幅調整部３５５は、実際の受信信号の強度のサイノグラム上の広がり幅ＷＲを、順投影部３５４が求めた振動子１の範囲ＷＡに近づくように調整する（ステップＳ９９）。
　制御部４の透過波画像再構成部３５２は、幅調整部３５５が調整した後の受信信号を逆投影することにより調整後透過波画像２３３を再構成（生成）し、反射波画像生成部３５０に送信する（ステップＳ１００）。これにより、反射波画像２２０の境界２２１に対応する境界２３１を透過波画像２３０において強調した調整後透過波画像２３３を生成する。
　つぎに、制御部４の調整後反射波画像生成部３５７は、送信された調整後透過波画像２３３に示された超音波透過特性（音速ｃvariable）の分布に、超音波信号Ｓ２１を照射した場合に得られる調整後反射画像２２３を生成する（ステップＳ１０１）。
　制御部４の第２境界検出部３５８は、調整後反射波画像２２３に他に強調処理すべき境界があるか判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、第２境界検出部３５８は、調整後反射波画像２２３において、境界２３１に対応する境界２２１以外の境界の検出有無を判定し、検出有の場合（ステップＳ１０９でＹｅｓ）、制御部４は、以下の処理を行う。
　制御部４の第２境界検出部３５８は、調整後反射波画像２２３において、境界２２１の内側に位置する別の境界である第２境界２２２を検出する（ステップＳ１０２)。
　制御部４の境界テンプレート生成部３８０は、第２境界２２２の形状に対応した第２テンプレート３６４を生成し、第２テンプレート３６４を透過波画像生成部３４９に送信する（ステップＳ１０３）。制御部４の第２順投影部３６０は、第２テンプレート３６４の形状を有する第２仮想的なファントム３６５を生成し、第２ファントム３６５を振動子アレイ２に順投影した場合に得られる受信信号の強度を演算により求める。さらに、求めた受信信号の強度のサイノグラム上の広がり幅である振動子１の範囲ＷＢを求める（ステップＳ１０４）。
　制御部４の抽出部３６１は、実際の受信信号から、第２ファントム３６５に対応する対象物１０内の領域を透過した透過波Ｓ２３の受信信号を例えばサイノグラム上で抽出する（ステップＳ１０５）。
　制御部４の第２幅調整部３６２は、第２順投影部３６０が求めた第２ファントム３６４の透過波Ｓ２３を受信する振動子１の範囲ＷＢに一致するように、実際の受信信号のサイノグラム上の広がり幅ＷＱを調整する（ステップＳ１０６）。
　制御部４の重畳部３６３は、ステップＳ９９にて幅調整部３５５が調整した後の受信信号から、第２ファントム３６５に対応する受信信号を抽出して除去し、除去後の受信信号に、第２幅調整部３６２が調整後の受信信号を重畳する（ステップＳ１０７）。
　透過波画像再構成部３５２は、重畳後の受信信号を逆投影することにより第２調整後透過波画像を再構成（生成）する（ステップＳ１０８）。
　制御部４は、ステップＳ１０９に戻り、制御部４の第２境界検出部３５８は、調整後反射画像２２３に他に強調処理すべき境界があるか判定し、調整後反射画像２２３にまだ強調処理すべき境界が残っている場合（ステップＳ１０９でＹｅｓ）には、制御部４は、ステップＳ１０２～Ｓ１０８を繰り返す。すべての境界の強調処理が終了したならば（ステップＳ１０９でＮｏ）、制御部４は、最後に生成した調整後透過波画像と調整後反射波画像を表示部５３に表示させる（ステップＳ１１０）。なお、すべての境界について、強調処理が終了したかどうかの判断は、画像処理結果に基づいて行ってもよいし、操作者から未処理の境界の指摘を受け付けることにより判断してもよい。
　なお、ステップＳ９６において、反射波画像境界検出部３５１は複数の境界を検出し、ステップＳ９７において、境界テンプレート生成部３８０は、外部の境界のみに対応したテンプレート３５６を生成してもよいし、複数の境界に対応したテンプレート３５６を生成してもよい。複数の境界に対応したテンプレート３５６が生成された場合、ステップＳ９８において、順投影部３５４は、テンプレート３５６内の境界のうち外部の境界に基づいてファントム３８１を生成する。
　また、ステップＳ９６において、反射波画像境界検出部３５１は、外部の境界のみを検出してもよい。
　水と対象物１０との境界である外部の境界の方が、対象物１０内で散乱などの影響を受ける組織間の境界である内部の境界よりも境界の輪郭の形状がはっきりしており、境界を検出しやすいため、ステップＳ９８において生成するファントム３８１は、外部の境界に基づく方が好ましい。なお、ステップＳ９８において生成するファントム３８１が、内部の境界に基づいていてもよい。
　このように、本実施形態では、画像生成部５０において、透過波画像生成部３４９が生成した透過波画像の境界を、反射波画像生成部３５０において生成された反射波画像で検出した境界に基づいて強調する。さらに、強調後の透過波画像から境界が強調された反射波画像を生成する。
　図１６は、超音波撮像装置の信号の流れを示すシーケンス図である。透過波画像が音速分布画像である例を説明する。受信部７は、振動子１から生データである受信信号Ｓ３１を受信すると、画像生成部５０を介して受信信号Ｓ３１を記憶部５３に記憶させる。反射波画像生成部３５０は、受信信号Ｓ３１のうち反射波Ｓ２２の受信信号Ｓ２２－１を記憶部５２から取得して反射波画像を生成し、生成した反射波画像を初期境界画像２２０－１として表示部５３に送信する。また、透過波画像生成部３４９は、受信信号Ｓ３１のうち透過波Ｓ２３の受信信号Ｓ２３－１を記憶部５２から取得して透過波画像を生成し、生成した透過波画像を初期音速分布画像２３０－１として表示部５３に送信する。
　そして、反射波画像生成部３５０は、初期境界画像２２０－１内の境界を検出して境界テンプレート３５６－１を生成し、生成した境界テンプレート３５６－１を透過波画像生成部３４９に送信する。透過波画像生成部３４９は、受信した境界テンプレート３５６－１に基づいて仮想的なファントムである音速テンプレート３８１－１を生成し、生成した音速テンプレートと初期音速分布画像２３０－１とに基づいて境界を強調した調整後音速分布画像２３３－１を生成し、反射波画像生成部３５０に送信する。
　反射波画像生成部３５０は、受信した調整後音速分布画像２３３－１に基づいて初期境界画像２２０－１の境界を強調して再度境界テンプレート３５６－２を生成し、境界を強調した境界テンプレート３５６－２を透過波画像生成部３４９に送信する。透過波画像生成部３４９は、受信した境界を強調した境界テンプレート３５６－２と調整後音速分布画像２３３－１とに基づいて再度調整後音速分布画像２３３－２を生成し、生成した調整後音速分布画像２３３－２を反射波画像生成部３５０に送信する。反射波画像生成部３５０は、受信した調整後音速分布画像２３３－２に基づいて前回強調した境界をさらに強調して再度境界テンプレート３５６－３を生成し、生成した境界テンプレート３５６－３を透過波画像生成部３４９に送信する。
　以上の処理を所定回数繰り返し、反射波画像生成部３５０および透過波画像生成部３４９は、最後に生成した境界画像および音速及び減衰画像を表示部５３に送信する。
　このように、透過波画像生成部３４９と、反射波画像生成部３５０との間で、同じ境界の強調を繰り返し往復させて処理することにより、高精度に境界が強調された透過波画像と反射波画像とを短時間に生成することができる。また、異なる境界の強調を繰り返し往復させて処理することにより、すべての境界が高精度に強調された透過波画像と反射波画像とを短時間に生成することができる。
　本実施形態で説明した超音波撮像装置を用いて、図１７に示したような乳房撮像装置を構成することできる。図１７の乳房撮影装置は、寝台５５に開口５６を設け、開口５６の下に水槽２３５を配置し、水槽２３５内で振動子アレイ２を上下動させる送受信駆動部１０２を備える。このような構成の乳房撮像装置を用いることにより、容易に乳房の撮影ができるため、操作者自身によるセルフ撮像も可能になる。
　なお、上述の実施形態では、透過波画像の境界の強調方法としては、受信信号を受信する振動子の幅（サイノグラムの幅）を調整し、その受信信号を逆投影する方法を用いたが、本発明は、この方法に限られるものではなく、他の方法を用いてもよい。
　例えば、画像生成部５０は、反射波画像から検出した対象物１０の境界２２１の形状をテンプレートとして、透過波画像における境界２２１に対応する像（境界２３１）のサイズが一致するように、境界２２１に対応する像（境界２３１）のサイズ調整処理および濃淡の強調処理の少なくとも一方を透過波画像に対して行う方法を用いてもよい。この方法では、強調処理を繰り返すことにより、境界２３１の強調度合が徐々に高めることができる。例えば図１８（ａ）に画面例を示したように、制御部４は、強調すべき境界であるＲＯＩの透過波画像上での選択を表示部５３またはＩ／Ｆ４０を介して操作者から受け付けた後、図１８（ｂ）のように強調処理の繰り返し回数Ｎまたは強調処理後の画像精度の度合の選択を表示部５３またはＩ／Ｆ４０を介して操作者から受け付ける。制御部４は、受け付けた回数Ｎまたは度合に到達するまで強調処理を繰り返す。なお、この方法においても、強調処理後の透過波画像から演算により反射波画像を算出する処理は、上述の実施形態と同様に行う。
　本発明は、複数の振動子を備える超音波撮像装置に適用することができる。
１　振動子
２　振動子アレイ
３　送受信部
４　制御部
５　超音波撮像装置
６　送信部
７　受信部
８　送受信スイッチ
５２　記憶部
５０　画像生成部
５３　表示部
３４９　透過波画像
３５０　反射波画像生成部

Claims (12)

  1. 　超音波を送受信する複数の振動子が配列された振動子アレイと、前記複数の振動子のうち少なくとも一つに電気信号を受け渡して超音波に変換させ、前記超音波を対象物に対して送信させる送信部と、前記対象物による前記超音波の反射波および透過波の少なくとも一方を受波した複数の前記振動子がそれぞれ出力する電気信号である受信信号を受け取る受信部と、前記反射波の受信信号を用いて前記対象物の所定の断面の反射波画像を、前記透過波の受信信号を用いて前記対象物の前記断面の透過波画像をそれぞれ生成する画像生成部とを有し、
    　前記画像生成部は、前記反射波画像における前記対象物の境界を検出する反射波画像境界検出部を備え、前記反射波画像境界検出部が検出した前記境界に対応する前記透過波画像における境界が強調されるように前記透過波画像を生成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、
    　前記送信部は、前記超音波を送信させる前記振動子の位置を変更して、前記対象物への前記超音波の入射角を変更しながら、所定の広がり角の超音波を複数回を送信させ、
    　前記受信部は、前記複数回の超音波の送信のたびに、前記対象物による前記超音波の透過波を受信し、
    　前記画像生成部は、前記超音波の送信のたびに、前記複数の振動子が出力した受信信号を、前記対象物が配置された空間に逆投影することにより、前記透過波画像を再構成する再構成部と、前記受信信号を処理することにより、前記再構成部が再構成する前記透過波画像における、前記境界の像を強調させる受信信号調整部とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
  3. 　請求項２に記載の超音波撮像装置であって、
    　前記画像生成部は、前記境界の形状に対応したテンプレートを生成するテンプレート生成部を含み、
    　前記受信信号調整部は、
    　前記テンプレートの形状を有する仮想的なファントムを前記振動子アレイに順投影する演算を行うことにより、前記ファントムに、前記透過波画像を生成する前記受信信号を受信した際と同じ条件で、仮想的に超音波を送信した場合に前記ファントムを透過した透過波を受信する前記振動子の範囲を求める順投影部と、
    　前記透過波画像の生成に用いる実際の前記受信信号の前記振動子の配列方向の広がり幅を、前記順投影部が求めた前記振動子の範囲に近づけるように、前記受信信号を調整する幅調整部を含み、
    　前記再構成部は、前記幅調整部が調整した後の前記受信信号を逆投影することにより調整後透過波画像を再構成することを特徴とする超音波撮像装置。
  4. 　請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
    　前記幅調整部は、前記振動子の配列方向と送信時の前記超音波の前記対象物への入射角とをそれぞれ軸とするサイノグラムとして表した実際の前記受信信号の、前記振動子の配列方向の広がり幅が、前記順投影部が求めた前記ファントムの透過波を受信する前記振動子の範囲を示すサイノグラムの前記振動子の配列方向の広がり幅に近づくように、実際の前記受信信号のサイノグラムを調整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、前記幅調整部は、実際の前記受信信号のサイノグラムの前記振動子の配列方向の広がり幅を、拡大または縮小することにより、前記順投影部が求めた前記ファントムの透過波を受信する前記振動子の範囲に近づけることを特徴とする超音波撮像装置。
  6. 　請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
    　前記画像生成部は、
    　前記幅調整部が調整後の前記受信信号を用いて前記再構成部が生成した前記調整後透過波画像を用いて、当該調整後透過波画像に対応する超音波透過特性を有する仮想的なファントムに超音波を送信してその反射波を受信した場合に得られる調整後反射波画像を演算により生成する調整後反射波画像生成部と、
    　前記境界に対応する境界を前記調整後反射波画像において検出し、検出した境界の内側に位置する第２境界をさらに検出する第２境界検出部と、
    　前記第２境界に対応する前記調整後透過波画像における境界が強調されるように、前記調整後透過波画像を調整する第２受信信号調整部を有することを特徴とする超音波撮像装置。
  7. 　請求項６に記載の超音波撮像装置であって、前記調整後反射波画像生成部は、前記調整後透過波画像に対応する超音波透過特性を有する対象物の、前記超音波透過特性の異なる領域の境界において、前記超音波透過特性の差に応じて超音波が屈折することを考慮して、前記調整後反射波画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
  8. 　請求項６に記載の超音波撮像装置であって、
    　前記テンプレート生成部は、前記第２境界の形状に対応した第２テンプレートを生成し、
    　前記第２受信信号調整部は、
    　前記第２テンプレートを前記振動子アレイに順投影する演算を行うことにより、前記第２テンプレートの形状を有する仮想的な第２ファントムに、前記透過波画像を生成する前記受信信号を受信した際と同じ条件で超音波を送信した場合に前記第２ファントムを透過した透過波を受信する前記振動子の範囲を求める第２順投影部と、
    　実際の前記受信信号から、前記第２ファントムに対応する前記対象物内の領域を透過した透過波の受信信号を抽出する抽出部と、
    　前記抽出部が抽出した受信信号の前記振動子の配列方向の広がり幅を、前記第２順投影部が求めた前記ファントムの透過波を受信する振動子の範囲に近づけるように、前記抽出部が抽出した受信信号を調整する第２幅調整部と、
    　前記幅調整部が調整した後の前記受信信号から、前記第２ファントムに対応する前記対象物内の領域の透過波の受信信号を抽出して除去し、除去後の前記受信信号に、前記第２幅調整部が調整後の前記受信信号を重畳する重畳部とを有し、
    　前記再構成部は、前記頂上部が、重畳した後の前記受信信号を逆投影することにより第２調整後透過波画像を再構成することを特徴とする超音波撮像装置。
  9. 　請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
    　前記画像生成部は、前記反射波画像から検出した前記対象物の境界の形状をテンプレートとして、前記透過波画像における前記境界に対応する像のサイズが一致するように、前記境界に対応する像のサイズ調整処理および濃淡の強調処理の少なくとも一方を前記透過波画像に対して行うことを特徴とする超音波撮像装置。
  10. 　請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記振動子アレイは、円環形状であり、前記対象物を取り囲むように配置されることを特徴とする超音波撮像装置。
  11. 　請求項１に記載の超音波撮像装置において、
    　前記透過波画像は、前記対象物内の音速の分布画像または対象物内の超音波減衰率の分布画像であることを特徴とする超音波撮像装置。
  12. 　振動子アレイの複数の振動子のうち少なくとも一つに電気信号を受け渡して超音波に変換させて、対象物に対して前記超音波を送信させ、
    　前記対象物による超音波の反射波および透過波を受波した複数の振動子がそれぞれ出力する電気信号である受信信号を受け取り、
    　前記反射波の受信信号を用いて前記対象物の所定の断面の反射波画像を、前記透過波の受信信号を用いて前記対象物の前記断面の透過波画像をそれぞれ生成し、
    　前記反射波画像における前記対象物の境界を検出し、検出した前記境界に対応する前記透過波画像における境界が強調されるように前記透過波画像を処理することを特徴とする超音波撮像装置における超音波撮像方法。
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