被検体情報取得装置および被検体情報取得方法
【課題】超音波画像再構成において、高解像度と高コントラストを実現する。
【解決手段】前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、を有し、前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択することを特徴とする。
【解決手段】前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、を有し、前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体を伝播した音響波を受信し、受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置に関し、特に受信信号に適応型信号処理を適用する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内の生体画像情報（例えば断層像もしくは３次元像）を取得する技術として、超音波エコーを用いた技術や光音響トモグラフィー技術などがある。超音波エコーを用いた技術は、被検体に対して超音波を送信し、被検体内で反射された超音波エコー（反射波）を基に生体画像情報を生成する方法である。光音響トモグラフィーは、光エネルギーを被検体に送信し、光エネルギーの吸収によって断熱膨張した結果生じた光音響波を受信して生体画像情報を生成する方法である。従来の画像再構成方法として、受信された超音波の受信信号に整相加算処理を行って、所望位置からの受信信号を抽出する方法が知られている。
【０００３】
一方、無線・レーダーの分野において発達した技術として、複数のアレーアンテナを用いた適応型信号処理がある。適応型信号処理は各アンテナから受信される信号のうち、所望の方向からの信号を電力値として効率よく算出する方法である。この適応型信号処理は、その対応手法によって幾つかの処理方法が存在し、方位拘束付電力最小規範（ＤＣＭＰ）・線形予測法・最小ノルム法（ＭＵＳＩＣ法・ＥＳＰＲＩＴ法）などがある。
【０００４】
そして、適応型信号処理を超音波画像装置に応用した技術が近年提案されている。超音波エコーの受信信号に適応型信号処理を用いることで、従来の整相加算処理を用いることに比べ、方位分解能の優れた画像データが再構成出来ることが非特許文献１に記載されている。
【０００５】
また、適応型信号処理をエコー信号に用いる時には空間平均化処理が重要となる。しかし、この空間平均化処理は、サイドローブレベルを上昇させてコントラスト低下を引き起こすことがある。この問題に対処するために、特許文献１では適応型信号処理による画像データ（適応型データ）と従来の整相加算処理による画像データ（固定型データ）をそれぞれ再構成し、各ボクセルにおいて出力値の低い画像データを優先的に採用している。こうすることでサイドローブの上昇を抑制でき、コントラストが改善されると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２００９２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2007 Aug;54（8）:1606-13.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、適応型データのコントラスト低下は、前記のようなサイドローブの上昇以外の要因でも起こる。本発明者らは適応型信号処理を用いて超音波画像を再構成する検討を行ううちに、超音波信号から再構成された適応型データの出力値が従来の固定型データにお
ける出力値よりも低出力になる現象を確認した。出力の低下は適応型データのコントラスト低下の要因となる。このようなコントラスト低下が確認された状況では、特許文献１の手法を用いてもコントラストを改善できない。
【０００９】
詳細な検討により、この現象は走査ラインの間隔よりも微細な反射体からのエコー信号を再構成する際に生じることが確認され、この事がコントラスト低下の要因の一つであるとわかった。本課題を解決する為には走査ラインの密度を増やし、走査ラインの間隔を微細な反射体の大きさよりも狭める手法が考えられる。しかし、この手法では走査ラインの本数が増加に伴ってフレームレートが低下してしまう。また、フレームレートを低下させずに走査ラインの本数を増加させる方法として、適応型信号処理の回路規模を増やす手法も考えられる。しかしこの手法では回路規模が実用化には非現実的な大きさとなる。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、方位分解能が高く、且つ、コントラストも良好な被検体の画像データを、現実的な処理規模で生成できる被検体情報取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の態様は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置であって、前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、を有し、前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１２】
本発明の第二の態様は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得方法であって、前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理工程と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重み付けして処理して第２の画像データを出力する固定型信号処理工程と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出工程と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理工程と、を含み、前記画像合成処理工程では、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する、ことを特徴とする被検体情報取得方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高分解能かつ高コントラストな被検体画像を現実的な処理規模で生成できる被検体情報取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１及び第２の実施形態の超音波画像装置のブロック図
【図２】整相加算処理を用いた固定型信号処理部のブロック図
【図３】適応型信号処理を用いた適応型信号処理部のブロック図
【図４】ピーク検出部と合成処理部の処理を示すフロー図
【図５】ピーク検出部での抽出データ形式を説明する図
【図６】対象ピーク位置選定の工程を説明する図
【図７】第１及び第２の実施形態の効果を説明する図
【図８】第３の実施形態の超音波画像装置のブロック図
【図９】第３の実施形態の効果を説明する図
【図１０】第４の実施形態の光音響波画像装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の被検体情報取得装置は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号に基づいて画像データを生成する装置である。本発明の被検体情報取得装置は、超音波画像装置や光音響画像装置を含む。超音波画像装置は、被検体に音響波を送信し、被検体内部で反射・散乱した音響波（反射した超音波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置である。光音響画像装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。後者の光音響効果を利用した装置の場合は、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布や、被検体内の初期圧力分布、あるいは初期圧力分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
ここで音響波は典型的には超音波であるが、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる音響波も含む。
【００１６】
［第１の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
以下、本発明の好適な実施形態について図１を用いて説明する。第１の実施形態にかかる超音波画像装置は、被検体に向けて送信した超音波の反射波を受信し、受信信号を処理することで、生体画像情報を取得する装置である。超音波画像装置は、受信信号から断層面を生成し提示しても良いし、３次元画像も生成し提示してもよい。
【００１７】
超音波画像装置の前段の構成は、送信信号処理部００１、受信処理部０２５、超音波プローブ００４からなる。超音波プローブ００４には、圧電効果などにより電圧（電気信号）と超音波とを相互に変換する変換素子００８が複数個設けられている。また、受信処理部０２５は受信信号処理部００２、適応型信号処理部０１４、固定型信号処理部０１５、画像処理部００６より構成される。適応型信号処理部０１４は、受信された超音波の受信信号に基づいて、受信した信号ごとに処理パラメータを適応的に変化させる処理を行い、所望の方向からの信号を電力値として効率よく算出する。つまり適応型信号処理では、受信信号に対して、あらかじめ決定された固定の重み付け係数ではなく、適応型信号処理によって注目位置に応じて算出される重み付け係数を用いて、注目位置毎の受信電力が推定される。適応型信号処理としては、方位拘束付電力最小規範（ＤＣＭＰ）が採用できる。ＤＣＭＰは、複数の素子で超音波を受信した際に、所望の方向（注目位置）に関する感度を固定した状態で信号電力を最小化するように受信信号を処理する方法である。本実施形態では、ＤＣＭＰ法の一種であるＣＡＰＯＮ法を採用する。なお、適応型信号処理部０１４には、ＤＣＭＰ以外に線形予測法・最小ノルム法（ＭＵＳＩＣ法・ＥＳＰＲＩＴ法）を採用してもかまわない。固定型信号処理部０１５は、あらかじめ定められた（固定の）重み付け係数を用いて重みづけし、複数の受信信号を合成（加算）する。固定型信号処理としては、重み付け係数を一様な大きさに設定する方法や、重み付け係数をハミング窓の係数に設定する方法などがある。なお重み付け係数の窓関数にはどのようなものを用いても良い。画像処理部００６は、適応型信号処理部０１４および固定型信号処理部０１５から出力されるそれぞれのデータに対してｌｏｇ圧縮や各種画像フィルタなどによる画像処理（エッジ強調、スムージングなど）を行う。
【００１８】
超音波画像装置の後段の構成は、再構成された画像データを一時保存するデータ用メモリ０１６、０１７と、画像データ中において「対象ピーク」となるピーク位置を検出するピーク検出部０１８と、ピーク位置の情報を基に画像データを合成する合成処理部０１９と、合成画像を表示する画像表示部００７を含む。対象ピークについての詳細は、図６等を用いて後述する。
【００１９】
また、超音波画像装置は、送信信号処理部００１、受信信号処理部００２、画像処理部００６、合成処理部０１７などを含むシステム全体を制御するシステム制御部００３を有する。
【００２０】
（超音波画像装置の動作）
超音波画像装置は、送信開口を形成する複数の変換素子００８から超音波を送信する。この送信は送信開口の中央に位置し、深さ方向の走査ライン０１３にフォーカスをあわせて行われる。フォーカス位置が設定されると、システム制御部００３から送信信号処理部００１へ設定情報が送られる。送信信号処理部００１はその設定情報を元に送信開口を形成する変換素子００８群を駆動させる遅延時間を決定する。そして送信信号処理部００１から変換素子００８群に遅延時間を考慮した電気信号（送信信号）が送られる。これよりフォーカス位置に向かって超音波が伝播される。このように送信し伝播された超音波は被検体によって反射・散乱されて再び超音波（反射波）として変換素子００８に戻ってくる。このうち受信開口を形成する複数の変換素子００８群において、超音波が電気信号に変換され受信信号として取得される。受信開口は例えば３２個の変換素子００８群から形成される。この場合、走査ライン０１３上の画像データはこの３２個の受信信号から再構成される。
【００２１】
受信信号処理部００２は深さ情報を元に受信信号の遅延時間を決定し、各受信信号に対して遅延処理を行う。なお、図２，図３では受信信号処理部００２は整相遅延部００９のみから構成されるように示しているが、雑音信号除去用のフィルタ処理部を導入することも有効である。その後、遅延処理された受信信号を適応型信号処理部０１４と固定型信号処理部０１５において、所望位置からの信号を抽出した適応型データ（第１の画像データ）と固定型データ（第２の画像データ）がそれぞれ再構成される。
【００２２】
図２に固定型信号処理部０１５内の処理のブロック図を示す。固定型信号処理部０１５においては、前記遅延処理後の３２個の受信信号を加算部０１０にて予め定められた固定の重み係数で合計し、ヒルベルト変換部０１１、直交検波部０１２とそれぞれの処理を経て固定型データが再構成される。再構成された固定型データは画像処理部００６に出力される。
【００２３】
図３に適応型信号処理部０１４内の処理のブロック図を示す。適応型信号処理部０１４においては遅延処理後の３２個の受信信号を適応的に変化する重み係数をかけて合成する。詳細を説明すると、まずヒルベルト変換部０１１において複素数信号に変換後、相関行列部０２０において３２×３２の相関行列に変換する。その後、相関性雑音信号の影響を除去する為、空間平均化部０２１において１６×１６の部分行列１７個に変換された相関行列を対角方向に平均化する。電力算出部０２２で平均化された１６×１６の行列をもとに注目位置毎の電力値を示す電力分布として適応型データが生成される。生成された適応型データは画像処理部００６に出力される。
【００２４】
両信号処理部にて再構成された画像データは画像処理部００６においてそれぞれＬＯＧ圧縮される。この時、適応型データには１０ＬＯＧ１０を、固定型データには２０ＬＯＧ１０を施す。なお、ＬＯＧ圧縮は画像処理部００６で行わず、後段の合成処理部０１９で行うことも可能である。また、画像処理部００６では雑音信号除去用のフィルタ処理部を
導入することも有効である。
【００２５】
ＬＯＧ圧縮された適応型データ（ＬＯＧ圧縮された第１の画像データ）およびＬＯＧ圧縮された固定型データ（ＬＯＧ圧縮された第２の画像データ）は各専用のデータ用メモリ０１６、０１７にて一時保管される。ピーク検出部０１８において、データ用メモリ０１６内に保存された適応型データを読み込み処理する事で、適応型データ内の各位置での電力の出力値をもとに、複数のピークのうち周囲と比較して出力値が所定値より大きくなるピーク（対象ピーク）位置を検出する。なお、詳細は後述するが、該所定値は、固定である必要はなく、各ピーク毎に、そのピークの周囲の値を用いて算出するとよい。その後合成処理部０１９にて、データ用メモリ０１６，０１７に保存された両画像データを合成する。その合成とは、対象ピーク位置の値には固定型データを選択し、対象ピーク位置以外の位置の値には適応型データを選択するものである。最後にその合成画像を画像表示部００７にて表示する。画像表示部００７は、ＬＣＤであっても良いし、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＯＬＥＤなどの他のものであっても良い。
【００２６】
図４は、ピーク検出部０１８及び合成処理部０１９での処理過程をフローチャートで示したものである。このフローチャートに記載した処理過程の詳細を以下で説明する。
【００２７】
ピーク検出部０１８は微細な反射体の存在が想定される位置を検出する為の処理部である。図５にデータ用メモリ０１６に格納される適応型データを示す。ピーク検出部０１８は、この適応型データを読込データ０２６として読み込む（Ｓ４１）。その後走査ライン０１３に対し垂直の方向の画像データ（横ラインデータ０２７）を処理領域としてデータ列に並べて抽出する（Ｓ４２）。この処理領域として横ラインデータ０２７の代わりに走査ライン０１３と平行な縦ラインデータ０２８を用いることも可能である。また、ラインデータのみではなく、画像データ全体を任意の大きさに分割した２次元画像データ０２９を用いる事もできる。ちなみに、図５の吹き出し内の折れ線は、各ラインデータのデータ列を表現したものである。
【００２８】
なお、超音波画像は走査ライン０１３上の画像データの再構成と走査ライン０１３の移動とを繰り返す事で２次元の画像となる。その為、横ラインデータ０２７や２次元画像データ０２９を処理領域に選択する為には、該データ用メモリ０１６に処理領域が確保されるまで、縦ラインデータ０２８を蓄積する必要がある。
【００２９】
図４のフローチャートで示したピーク・オフセット検出処理では、ピーク位置とそのピーク値の基準となるオフセット値とを設定する（Ｓ４３）。抽出した横ラインデータ０２７から対象ピークが算出される過程を図６に示した。図６Ａは、縦軸を出力値、横軸をライン上の座標位置として、横ラインデータ０２７を表したものである。ピーク検出部０１８は、まず、抽出データ列に対して微分処理及び２階微分処理を行い、その結果から上に凸のピーク（極大値）と下に凸の逆ピーク（極小値）の位置と出力値を確認する（図６Ｂ）。次に各ピークに対応するオフセット値として各ピークの前後に位置する逆ピーク２つの平均値を選択する（図６Ｃ）。なお、オフセット値は、ピークの出力値が周囲と比較してどれだけ大きいかを算出するためのものであるので、隣接する逆ピーク２つの平均に限られる必要はない。たとえば、ピークの前後に位置する逆ピーク位置付近の出力値を基に算出した基準値（平均値、中央値）や、横ラインデータ０２７のノイズレベルや、あらかじめ設定された基準値をオフセット値として用いることも可能である。また、このピーク及びオフセット値を算出する過程において、抽出データ列に対しローパスフィルタをはじめとするフィルタ処理を施したのち、最小二乗法を用いた近似曲線を算出して求める方法もある。これは近似曲線の式から上に凸のピークと下に凸の逆ピークの位置と出力値を算出し、あとは上記と同じ手法でピーク、オフセット値の選定を行う方法である。
【００３０】
次に各ピークとそれに対応するオフセット値の出力差からピーク値を算出する（Ｓ４４，図６Ｃ）。これらの手法で算出した各ピーク値が、所定の閾値αｄＢより大きい場合のみ、そのピークの位置を「対象ピーク位置」として決定する（Ｓ４５，図６Ｄ）。ここでαｄＢ以上という制限を設けた理由は、微細な反射体とは想定されない低出力のピーク値を処理から除外する為である。このα値は対象部位や超音波装置の駆動条件によって変更する事も可能である。また、操作者が表示される画像を確認しながらリアルタイムで値を変更することも有効である。このような手法により、適応型データ内において、複数のピークのうち出力値が所定値より大きな対象ピーク位置を検出する。なお、上述したように、該所定値は、固定である必要はなく、ピーク毎に、そのピークの周囲の値を用いて算出するとよい。上述した手法では、オフセット値をピーク毎に算出している。よって、ピーク値とそれに対応するオフセット値との差を、所定の閾値αｄＢ（各ピーク間で同じ値）を比較することで、結果的に、ピーク毎に、ピーク値とそのピークの周囲の値を用いて算出された所定値（ピーク毎に決まる変動値）とを比較していることになる。
【００３１】
以上がピーク検出部０１８における処理過程である。ピークの検出は、微分を用いる方法以外の方法によっても良い。たとえば、抽出領域を狭い範囲で設定し、ピーク（極大）を抽出領域の最大値の位置に設定し、オフセット値を該抽出領域の最小値、平均値、中央値、または予め設定された基準値に設定し、これらの差から対象ピーク位置を検出する事も可能である。この場合、前記最大値と前記オフセット値との差を求めることで、適応型データにおいて、ピークの値が所定値より大きな対象ピークを検出している。なお、この時の抽出領域はラインデータ、２次元データのどちらでも可能である。
【００３２】
合成処理部０１９では、適応型データの対象ピーク位置の値を固定型データに置き換えた合成画像データを出力する（Ｓ４６）。その合成画像を画像表示部００７にて表示する（Ｓ４７）。図６Ｅに対象ピークにおける合成処理を行った様子を示す。この合成データの様子から、方位分解能の優れた適応型データにおいて、対象ピーク位置の値を高出力な固定型データの値を選択する事で、方位分解能とコントラストの優れた画像を、走査ライン０１３の数を増やすことなく実現できることがわかる。なお、対象ピーク位置というのは、適応型データがピーク（極大）をとる１点のみを意味するだけでなく、その周囲を含んでもかまわない。すなわち、ピークをとる位置周辺のいくつかの点（位置）について、適応型データの値を固定型データの値に置き換えても良い。ピーク位置周辺の何点について値を置き換えるかは、予め定められていても良いし、適応型データの出力値とオフセット値の差に基づいて定められても良いし、適応型データと固定型データの比較に基づいて定められても良い。
【００３３】
本実施形態に示した処理を用いて再構成した画像のシミュレーション結果を図７に示す。図７は適応型信号処理（ＣＡＰＯＮ法）と固定型信号処理（整相加算処理）を用いて再構成したワイヤファントム（φ0.1mm）の断面出力値を示したものである。なお、画像の
各走査ライン０１３の間隔をワイヤ径0.1mmよりも大きい0.3mmで設定した。図７から適応型データ（点線）は固定型データ（破線）と比較して、高解像度ではあるが低コントラストという、課題に挙げられた内容が確認できる。図７の細実線が、本実施形態の処理を用いた合成データである。本実施形態によって、解像度とコントラストに優れた画像が実現でき、走査ライン間隔よりも小さい反射体を適切に画像化できる。
【００３４】
［第２の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は第１の実施形態のピーク検出部０１８の処理において、抽出する処理領域データの形式が、走査ライン０１３と平行に並んだ縦ラインデータ０２８の場合に有効な手法である。図８は本実施形態の装置構成を示しており、第１の実施形態で示した図１のシステムから、データ用メモリ０１６、０１
７を除去した構成となっている。なお本実施形態では、第１の実施形態で示した図１のシステムを用いることも可能である。
【００３５】
（超音波装置の動作）
画像処理部００６におけるＬＯＧ圧縮までの動作は第１の実施形態と同じである。ピーク検出部０１８での処理の為に抽出する画像データ形式が横ラインデータ０２７及び２次元画像データ０２９である場合は、その抽出領域が確保されるまではＬＯＧ圧縮以前の前処理を繰り返す。そして該データ用メモリ０１６，０１７に該前処理毎に再構成される縦ラインデータ０２８群を蓄積する必要がある。
【００３６】
しかし、本実施形態のように、抽出領域が１ライン分の縦ラインデータ０２８の場合は各走査ライン０１３上の縦ラインデータ０２８が再構成され次第、該縦ラインデータ０２８をピーク検出部０１８に読み込み抽出する事が可能である。あとは第１の実施形態と同様に抽出領域に縦ラインデータ０２８を用いてピーク検出処理を行えばよい。本実施形態を用いても、出力画像データの断面出力値は図７と同様の結果を示す。ただし、閾値αの設定により効果の度合いが変化する。つまり、本実施形態を用いる事でデータ用メモリ０１６、０１７を用いなくとも第１の実施形態と同様の効果を実現できる。
【００３７】
［第３の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は被検体内に複数の近接する微細な反射体が存在した時に、高解像度かつ高コントラストの画像を再構成するのに有効な手法である。本実施形態のシステムは、第１の実施形態で示した図１のシステムと同じ構成であるが、合成処理部０１９での処理の形態が異なっている。なお、ピーク検出部０１８の処理での抽出する画像データ形式が縦ラインデータ０２８の時は、第２の実施形態で示した図９のシステムを用いる事も可能である。
【００３８】
（超音波画像装置の動作）
本実施形態は、第１及び第２の実施形態でのピーク検出部０１８における対象ピーク位置設定までは、同じ処理を行っている。その後、本実施形態では合成処理部０１９において、対象ピーク位置は固定型データの値を選択し、対象ピーク位置以外は固定型データの出力値Ｐ１と適応型データの出力値Ｐ２の合成値を選択する。合成値Ｐｏｕｔは下記式のβの値で表現される。なお、βは固定型データと適応型データの合成比を表し、Ｐ１とＰ２の大小関係に応じて決定される。
【数１】
【００３９】
本実施形態の効果を確認するシミュレーション実験を行った。２つの近接する微細な反射体に対する超音波の送受信の状況をシミュレーションにて再現し、固定型信号処理、適応型信号処理と、本実施形態の合成処理にて画像再構成をそれぞれ行った。なお反射体の大きさをφ0.1mm、各走査ライン０１３の間隔を0.5mmに設定しており、反射体は各走査ライン０１３の間隔よりも小さい。また合成処理部０１９における対象ピーク位置以外における出力値Poutは、上記式においてP1<P2の場合はβ=1、P1≧P2の場合はβ=0に設定して
合成値Poutを算出した。結果の断面出力図を図９に示す。まず、この図よりピークの出力値に関しては、固定型データに比べて適応型データの出力値の方が低い。また、２つの微細な反射体の間の出力は適応型データの方が固定型データに比べて抑えられていない。それらに対し、本実施形態による合成画像の出力は、他の画像と比較して、高解像度且つ高コントラストである。
【００４０】
なお、上記のβ値の設定は一例であり、必ずしも０又は１とする必要はない。たとえば
、固定型データの出力値Ｐ１の方が適応型データの出力値Ｐ２よりも小さい場合に、そうでない場合よりも大きなβ値を採用するようにしても良い。また、このようなβ値の設定を採用する場合には、上記のような重み付き平均のみではなく、下記のような重み付き相乗平均の式を用いる事も有効である。
【数２】
【００４１】
このように、本実施形態では対象ピーク位置以外の位置で、単純に適応型データを採用するのではなく、適応型データと固定型データの合成値を採用している。こうすることで、複数の近接する微細な反射体が存在した場合でも、高解像度且つ高コントラストの画像が実現できる。
【００４２】
［第４の実施形態］
（光音響画像装置の構成）
本発明の第４の実施形態は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した光音響画像装置である。図１０は本実施形態の装置構成を示しており、第１の実施形態で示した図１のシステムの送信信号処理部００１の代わりに光源駆動部０２３、光源０２４からなる光照射部を備えたものである。
【００４３】
（光音響画像装置の動作）
被検体内の目標位置が設定されると、図１０に記載のシステム制御部００３から光源駆動部０２３へ設定情報が送られる。光源駆動部０２３は光源０２４を駆動し、パルスレーザーなどのパルス状の電磁波を被検体に照射する。この照射によって被検体内で励起された音響波は変換素子００８で受信される。その後は第１の実施形態と同様の処理を行うことで画像を再構成する。
【００４４】
以上の方式を導入した結果、通常の超音波画像と同様に高解像度かつ高コントラストの画像を実現できる。
【００４５】
［その他］
上記では、被検体情報取得装置が、超音波プローブ、送信信号処理部、受信信号処理部を有し、生成した被検体画像を画像表示部に表示するものとして説明した。しかし、本発明に係る被検体情報取得装置は別の装置が受信した超音波（音響波）を取得し、上記処理にしたがって被検体画像データを生成しても良い。また、生成した被検体画像データを、画像表示部に表示せずに、記憶装置に記憶したり、他の装置に出力・送信したりするようにしても良い。
【符号の説明】
【００４６】
０１４…適応型信号処理部
０１５…固定型信号処理部
０１８…ピーク検出部
０１９…合成処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体を伝播した音響波を受信し、受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置に関し、特に受信信号に適応型信号処理を適用する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内の生体画像情報（例えば断層像もしくは３次元像）を取得する技術として、超音波エコーを用いた技術や光音響トモグラフィー技術などがある。超音波エコーを用いた技術は、被検体に対して超音波を送信し、被検体内で反射された超音波エコー（反射波）を基に生体画像情報を生成する方法である。光音響トモグラフィーは、光エネルギーを被検体に送信し、光エネルギーの吸収によって断熱膨張した結果生じた光音響波を受信して生体画像情報を生成する方法である。従来の画像再構成方法として、受信された超音波の受信信号に整相加算処理を行って、所望位置からの受信信号を抽出する方法が知られている。
【０００３】
一方、無線・レーダーの分野において発達した技術として、複数のアレーアンテナを用いた適応型信号処理がある。適応型信号処理は各アンテナから受信される信号のうち、所望の方向からの信号を電力値として効率よく算出する方法である。この適応型信号処理は、その対応手法によって幾つかの処理方法が存在し、方位拘束付電力最小規範（ＤＣＭＰ）・線形予測法・最小ノルム法（ＭＵＳＩＣ法・ＥＳＰＲＩＴ法）などがある。
【０００４】
そして、適応型信号処理を超音波画像装置に応用した技術が近年提案されている。超音波エコーの受信信号に適応型信号処理を用いることで、従来の整相加算処理を用いることに比べ、方位分解能の優れた画像データが再構成出来ることが非特許文献１に記載されている。
【０００５】
また、適応型信号処理をエコー信号に用いる時には空間平均化処理が重要となる。しかし、この空間平均化処理は、サイドローブレベルを上昇させてコントラスト低下を引き起こすことがある。この問題に対処するために、特許文献１では適応型信号処理による画像データ（適応型データ）と従来の整相加算処理による画像データ（固定型データ）をそれぞれ再構成し、各ボクセルにおいて出力値の低い画像データを優先的に採用している。こうすることでサイドローブの上昇を抑制でき、コントラストが改善されると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２００９２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 2007 Aug;54（8）:1606-13.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、適応型データのコントラスト低下は、前記のようなサイドローブの上昇以外の要因でも起こる。本発明者らは適応型信号処理を用いて超音波画像を再構成する検討を行ううちに、超音波信号から再構成された適応型データの出力値が従来の固定型データにお
ける出力値よりも低出力になる現象を確認した。出力の低下は適応型データのコントラスト低下の要因となる。このようなコントラスト低下が確認された状況では、特許文献１の手法を用いてもコントラストを改善できない。
【０００９】
詳細な検討により、この現象は走査ラインの間隔よりも微細な反射体からのエコー信号を再構成する際に生じることが確認され、この事がコントラスト低下の要因の一つであるとわかった。本課題を解決する為には走査ラインの密度を増やし、走査ラインの間隔を微細な反射体の大きさよりも狭める手法が考えられる。しかし、この手法では走査ラインの本数が増加に伴ってフレームレートが低下してしまう。また、フレームレートを低下させずに走査ラインの本数を増加させる方法として、適応型信号処理の回路規模を増やす手法も考えられる。しかしこの手法では回路規模が実用化には非現実的な大きさとなる。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、方位分解能が高く、且つ、コントラストも良好な被検体の画像データを、現実的な処理規模で生成できる被検体情報取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第一の態様は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置であって、前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、を有し、前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択することを特徴とする被検体情報取得装置である。
【００１２】
本発明の第二の態様は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得方法であって、前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理工程と、前記受信信号に予め定められた重み係数を重み付けして処理して第２の画像データを出力する固定型信号処理工程と、前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出工程と、前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理工程と、を含み、前記画像合成処理工程では、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する、ことを特徴とする被検体情報取得方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高分解能かつ高コントラストな被検体画像を現実的な処理規模で生成できる被検体情報取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１及び第２の実施形態の超音波画像装置のブロック図
【図２】整相加算処理を用いた固定型信号処理部のブロック図
【図３】適応型信号処理を用いた適応型信号処理部のブロック図
【図４】ピーク検出部と合成処理部の処理を示すフロー図
【図５】ピーク検出部での抽出データ形式を説明する図
【図６】対象ピーク位置選定の工程を説明する図
【図７】第１及び第２の実施形態の効果を説明する図
【図８】第３の実施形態の超音波画像装置のブロック図
【図９】第３の実施形態の効果を説明する図
【図１０】第４の実施形態の光音響波画像装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の被検体情報取得装置は、被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号に基づいて画像データを生成する装置である。本発明の被検体情報取得装置は、超音波画像装置や光音響画像装置を含む。超音波画像装置は、被検体に音響波を送信し、被検体内部で反射・散乱した音響波（反射した超音波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置である。光音響画像装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。前者の超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。後者の光音響効果を利用した装置の場合は、取得される被検体情報とは、光照射によって生じた音響波の発生源分布や、被検体内の初期圧力分布、あるいは初期圧力分布から導かれる光エネルギー吸収密度分布や、吸収係数分布、組織を構成する物質の濃度分布を示す。物質の濃度分布とは、例えば、酸素飽和度分布や酸化・還元ヘモグロビン濃度分布などである。
ここで音響波は典型的には超音波であるが、音波、超音波、光音響波、光超音波と呼ばれる音響波も含む。
【００１６】
［第１の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
以下、本発明の好適な実施形態について図１を用いて説明する。第１の実施形態にかかる超音波画像装置は、被検体に向けて送信した超音波の反射波を受信し、受信信号を処理することで、生体画像情報を取得する装置である。超音波画像装置は、受信信号から断層面を生成し提示しても良いし、３次元画像も生成し提示してもよい。
【００１７】
超音波画像装置の前段の構成は、送信信号処理部００１、受信処理部０２５、超音波プローブ００４からなる。超音波プローブ００４には、圧電効果などにより電圧（電気信号）と超音波とを相互に変換する変換素子００８が複数個設けられている。また、受信処理部０２５は受信信号処理部００２、適応型信号処理部０１４、固定型信号処理部０１５、画像処理部００６より構成される。適応型信号処理部０１４は、受信された超音波の受信信号に基づいて、受信した信号ごとに処理パラメータを適応的に変化させる処理を行い、所望の方向からの信号を電力値として効率よく算出する。つまり適応型信号処理では、受信信号に対して、あらかじめ決定された固定の重み付け係数ではなく、適応型信号処理によって注目位置に応じて算出される重み付け係数を用いて、注目位置毎の受信電力が推定される。適応型信号処理としては、方位拘束付電力最小規範（ＤＣＭＰ）が採用できる。ＤＣＭＰは、複数の素子で超音波を受信した際に、所望の方向（注目位置）に関する感度を固定した状態で信号電力を最小化するように受信信号を処理する方法である。本実施形態では、ＤＣＭＰ法の一種であるＣＡＰＯＮ法を採用する。なお、適応型信号処理部０１４には、ＤＣＭＰ以外に線形予測法・最小ノルム法（ＭＵＳＩＣ法・ＥＳＰＲＩＴ法）を採用してもかまわない。固定型信号処理部０１５は、あらかじめ定められた（固定の）重み付け係数を用いて重みづけし、複数の受信信号を合成（加算）する。固定型信号処理としては、重み付け係数を一様な大きさに設定する方法や、重み付け係数をハミング窓の係数に設定する方法などがある。なお重み付け係数の窓関数にはどのようなものを用いても良い。画像処理部００６は、適応型信号処理部０１４および固定型信号処理部０１５から出力されるそれぞれのデータに対してｌｏｇ圧縮や各種画像フィルタなどによる画像処理（エッジ強調、スムージングなど）を行う。
【００１８】
超音波画像装置の後段の構成は、再構成された画像データを一時保存するデータ用メモリ０１６、０１７と、画像データ中において「対象ピーク」となるピーク位置を検出するピーク検出部０１８と、ピーク位置の情報を基に画像データを合成する合成処理部０１９と、合成画像を表示する画像表示部００７を含む。対象ピークについての詳細は、図６等を用いて後述する。
【００１９】
また、超音波画像装置は、送信信号処理部００１、受信信号処理部００２、画像処理部００６、合成処理部０１７などを含むシステム全体を制御するシステム制御部００３を有する。
【００２０】
（超音波画像装置の動作）
超音波画像装置は、送信開口を形成する複数の変換素子００８から超音波を送信する。この送信は送信開口の中央に位置し、深さ方向の走査ライン０１３にフォーカスをあわせて行われる。フォーカス位置が設定されると、システム制御部００３から送信信号処理部００１へ設定情報が送られる。送信信号処理部００１はその設定情報を元に送信開口を形成する変換素子００８群を駆動させる遅延時間を決定する。そして送信信号処理部００１から変換素子００８群に遅延時間を考慮した電気信号（送信信号）が送られる。これよりフォーカス位置に向かって超音波が伝播される。このように送信し伝播された超音波は被検体によって反射・散乱されて再び超音波（反射波）として変換素子００８に戻ってくる。このうち受信開口を形成する複数の変換素子００８群において、超音波が電気信号に変換され受信信号として取得される。受信開口は例えば３２個の変換素子００８群から形成される。この場合、走査ライン０１３上の画像データはこの３２個の受信信号から再構成される。
【００２１】
受信信号処理部００２は深さ情報を元に受信信号の遅延時間を決定し、各受信信号に対して遅延処理を行う。なお、図２，図３では受信信号処理部００２は整相遅延部００９のみから構成されるように示しているが、雑音信号除去用のフィルタ処理部を導入することも有効である。その後、遅延処理された受信信号を適応型信号処理部０１４と固定型信号処理部０１５において、所望位置からの信号を抽出した適応型データ（第１の画像データ）と固定型データ（第２の画像データ）がそれぞれ再構成される。
【００２２】
図２に固定型信号処理部０１５内の処理のブロック図を示す。固定型信号処理部０１５においては、前記遅延処理後の３２個の受信信号を加算部０１０にて予め定められた固定の重み係数で合計し、ヒルベルト変換部０１１、直交検波部０１２とそれぞれの処理を経て固定型データが再構成される。再構成された固定型データは画像処理部００６に出力される。
【００２３】
図３に適応型信号処理部０１４内の処理のブロック図を示す。適応型信号処理部０１４においては遅延処理後の３２個の受信信号を適応的に変化する重み係数をかけて合成する。詳細を説明すると、まずヒルベルト変換部０１１において複素数信号に変換後、相関行列部０２０において３２×３２の相関行列に変換する。その後、相関性雑音信号の影響を除去する為、空間平均化部０２１において１６×１６の部分行列１７個に変換された相関行列を対角方向に平均化する。電力算出部０２２で平均化された１６×１６の行列をもとに注目位置毎の電力値を示す電力分布として適応型データが生成される。生成された適応型データは画像処理部００６に出力される。
【００２４】
両信号処理部にて再構成された画像データは画像処理部００６においてそれぞれＬＯＧ圧縮される。この時、適応型データには１０ＬＯＧ１０を、固定型データには２０ＬＯＧ１０を施す。なお、ＬＯＧ圧縮は画像処理部００６で行わず、後段の合成処理部０１９で行うことも可能である。また、画像処理部００６では雑音信号除去用のフィルタ処理部を
導入することも有効である。
【００２５】
ＬＯＧ圧縮された適応型データ（ＬＯＧ圧縮された第１の画像データ）およびＬＯＧ圧縮された固定型データ（ＬＯＧ圧縮された第２の画像データ）は各専用のデータ用メモリ０１６、０１７にて一時保管される。ピーク検出部０１８において、データ用メモリ０１６内に保存された適応型データを読み込み処理する事で、適応型データ内の各位置での電力の出力値をもとに、複数のピークのうち周囲と比較して出力値が所定値より大きくなるピーク（対象ピーク）位置を検出する。なお、詳細は後述するが、該所定値は、固定である必要はなく、各ピーク毎に、そのピークの周囲の値を用いて算出するとよい。その後合成処理部０１９にて、データ用メモリ０１６，０１７に保存された両画像データを合成する。その合成とは、対象ピーク位置の値には固定型データを選択し、対象ピーク位置以外の位置の値には適応型データを選択するものである。最後にその合成画像を画像表示部００７にて表示する。画像表示部００７は、ＬＣＤであっても良いし、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＯＬＥＤなどの他のものであっても良い。
【００２６】
図４は、ピーク検出部０１８及び合成処理部０１９での処理過程をフローチャートで示したものである。このフローチャートに記載した処理過程の詳細を以下で説明する。
【００２７】
ピーク検出部０１８は微細な反射体の存在が想定される位置を検出する為の処理部である。図５にデータ用メモリ０１６に格納される適応型データを示す。ピーク検出部０１８は、この適応型データを読込データ０２６として読み込む（Ｓ４１）。その後走査ライン０１３に対し垂直の方向の画像データ（横ラインデータ０２７）を処理領域としてデータ列に並べて抽出する（Ｓ４２）。この処理領域として横ラインデータ０２７の代わりに走査ライン０１３と平行な縦ラインデータ０２８を用いることも可能である。また、ラインデータのみではなく、画像データ全体を任意の大きさに分割した２次元画像データ０２９を用いる事もできる。ちなみに、図５の吹き出し内の折れ線は、各ラインデータのデータ列を表現したものである。
【００２８】
なお、超音波画像は走査ライン０１３上の画像データの再構成と走査ライン０１３の移動とを繰り返す事で２次元の画像となる。その為、横ラインデータ０２７や２次元画像データ０２９を処理領域に選択する為には、該データ用メモリ０１６に処理領域が確保されるまで、縦ラインデータ０２８を蓄積する必要がある。
【００２９】
図４のフローチャートで示したピーク・オフセット検出処理では、ピーク位置とそのピーク値の基準となるオフセット値とを設定する（Ｓ４３）。抽出した横ラインデータ０２７から対象ピークが算出される過程を図６に示した。図６Ａは、縦軸を出力値、横軸をライン上の座標位置として、横ラインデータ０２７を表したものである。ピーク検出部０１８は、まず、抽出データ列に対して微分処理及び２階微分処理を行い、その結果から上に凸のピーク（極大値）と下に凸の逆ピーク（極小値）の位置と出力値を確認する（図６Ｂ）。次に各ピークに対応するオフセット値として各ピークの前後に位置する逆ピーク２つの平均値を選択する（図６Ｃ）。なお、オフセット値は、ピークの出力値が周囲と比較してどれだけ大きいかを算出するためのものであるので、隣接する逆ピーク２つの平均に限られる必要はない。たとえば、ピークの前後に位置する逆ピーク位置付近の出力値を基に算出した基準値（平均値、中央値）や、横ラインデータ０２７のノイズレベルや、あらかじめ設定された基準値をオフセット値として用いることも可能である。また、このピーク及びオフセット値を算出する過程において、抽出データ列に対しローパスフィルタをはじめとするフィルタ処理を施したのち、最小二乗法を用いた近似曲線を算出して求める方法もある。これは近似曲線の式から上に凸のピークと下に凸の逆ピークの位置と出力値を算出し、あとは上記と同じ手法でピーク、オフセット値の選定を行う方法である。
【００３０】
次に各ピークとそれに対応するオフセット値の出力差からピーク値を算出する（Ｓ４４，図６Ｃ）。これらの手法で算出した各ピーク値が、所定の閾値αｄＢより大きい場合のみ、そのピークの位置を「対象ピーク位置」として決定する（Ｓ４５，図６Ｄ）。ここでαｄＢ以上という制限を設けた理由は、微細な反射体とは想定されない低出力のピーク値を処理から除外する為である。このα値は対象部位や超音波装置の駆動条件によって変更する事も可能である。また、操作者が表示される画像を確認しながらリアルタイムで値を変更することも有効である。このような手法により、適応型データ内において、複数のピークのうち出力値が所定値より大きな対象ピーク位置を検出する。なお、上述したように、該所定値は、固定である必要はなく、ピーク毎に、そのピークの周囲の値を用いて算出するとよい。上述した手法では、オフセット値をピーク毎に算出している。よって、ピーク値とそれに対応するオフセット値との差を、所定の閾値αｄＢ（各ピーク間で同じ値）を比較することで、結果的に、ピーク毎に、ピーク値とそのピークの周囲の値を用いて算出された所定値（ピーク毎に決まる変動値）とを比較していることになる。
【００３１】
以上がピーク検出部０１８における処理過程である。ピークの検出は、微分を用いる方法以外の方法によっても良い。たとえば、抽出領域を狭い範囲で設定し、ピーク（極大）を抽出領域の最大値の位置に設定し、オフセット値を該抽出領域の最小値、平均値、中央値、または予め設定された基準値に設定し、これらの差から対象ピーク位置を検出する事も可能である。この場合、前記最大値と前記オフセット値との差を求めることで、適応型データにおいて、ピークの値が所定値より大きな対象ピークを検出している。なお、この時の抽出領域はラインデータ、２次元データのどちらでも可能である。
【００３２】
合成処理部０１９では、適応型データの対象ピーク位置の値を固定型データに置き換えた合成画像データを出力する（Ｓ４６）。その合成画像を画像表示部００７にて表示する（Ｓ４７）。図６Ｅに対象ピークにおける合成処理を行った様子を示す。この合成データの様子から、方位分解能の優れた適応型データにおいて、対象ピーク位置の値を高出力な固定型データの値を選択する事で、方位分解能とコントラストの優れた画像を、走査ライン０１３の数を増やすことなく実現できることがわかる。なお、対象ピーク位置というのは、適応型データがピーク（極大）をとる１点のみを意味するだけでなく、その周囲を含んでもかまわない。すなわち、ピークをとる位置周辺のいくつかの点（位置）について、適応型データの値を固定型データの値に置き換えても良い。ピーク位置周辺の何点について値を置き換えるかは、予め定められていても良いし、適応型データの出力値とオフセット値の差に基づいて定められても良いし、適応型データと固定型データの比較に基づいて定められても良い。
【００３３】
本実施形態に示した処理を用いて再構成した画像のシミュレーション結果を図７に示す。図７は適応型信号処理（ＣＡＰＯＮ法）と固定型信号処理（整相加算処理）を用いて再構成したワイヤファントム（φ0.1mm）の断面出力値を示したものである。なお、画像の
各走査ライン０１３の間隔をワイヤ径0.1mmよりも大きい0.3mmで設定した。図７から適応型データ（点線）は固定型データ（破線）と比較して、高解像度ではあるが低コントラストという、課題に挙げられた内容が確認できる。図７の細実線が、本実施形態の処理を用いた合成データである。本実施形態によって、解像度とコントラストに優れた画像が実現でき、走査ライン間隔よりも小さい反射体を適切に画像化できる。
【００３４】
［第２の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は第１の実施形態のピーク検出部０１８の処理において、抽出する処理領域データの形式が、走査ライン０１３と平行に並んだ縦ラインデータ０２８の場合に有効な手法である。図８は本実施形態の装置構成を示しており、第１の実施形態で示した図１のシステムから、データ用メモリ０１６、０１
７を除去した構成となっている。なお本実施形態では、第１の実施形態で示した図１のシステムを用いることも可能である。
【００３５】
（超音波装置の動作）
画像処理部００６におけるＬＯＧ圧縮までの動作は第１の実施形態と同じである。ピーク検出部０１８での処理の為に抽出する画像データ形式が横ラインデータ０２７及び２次元画像データ０２９である場合は、その抽出領域が確保されるまではＬＯＧ圧縮以前の前処理を繰り返す。そして該データ用メモリ０１６，０１７に該前処理毎に再構成される縦ラインデータ０２８群を蓄積する必要がある。
【００３６】
しかし、本実施形態のように、抽出領域が１ライン分の縦ラインデータ０２８の場合は各走査ライン０１３上の縦ラインデータ０２８が再構成され次第、該縦ラインデータ０２８をピーク検出部０１８に読み込み抽出する事が可能である。あとは第１の実施形態と同様に抽出領域に縦ラインデータ０２８を用いてピーク検出処理を行えばよい。本実施形態を用いても、出力画像データの断面出力値は図７と同様の結果を示す。ただし、閾値αの設定により効果の度合いが変化する。つまり、本実施形態を用いる事でデータ用メモリ０１６、０１７を用いなくとも第１の実施形態と同様の効果を実現できる。
【００３７】
［第３の実施形態］
（超音波画像装置の構成）
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は被検体内に複数の近接する微細な反射体が存在した時に、高解像度かつ高コントラストの画像を再構成するのに有効な手法である。本実施形態のシステムは、第１の実施形態で示した図１のシステムと同じ構成であるが、合成処理部０１９での処理の形態が異なっている。なお、ピーク検出部０１８の処理での抽出する画像データ形式が縦ラインデータ０２８の時は、第２の実施形態で示した図９のシステムを用いる事も可能である。
【００３８】
（超音波画像装置の動作）
本実施形態は、第１及び第２の実施形態でのピーク検出部０１８における対象ピーク位置設定までは、同じ処理を行っている。その後、本実施形態では合成処理部０１９において、対象ピーク位置は固定型データの値を選択し、対象ピーク位置以外は固定型データの出力値Ｐ１と適応型データの出力値Ｐ２の合成値を選択する。合成値Ｐｏｕｔは下記式のβの値で表現される。なお、βは固定型データと適応型データの合成比を表し、Ｐ１とＰ２の大小関係に応じて決定される。
【数１】
【００３９】
本実施形態の効果を確認するシミュレーション実験を行った。２つの近接する微細な反射体に対する超音波の送受信の状況をシミュレーションにて再現し、固定型信号処理、適応型信号処理と、本実施形態の合成処理にて画像再構成をそれぞれ行った。なお反射体の大きさをφ0.1mm、各走査ライン０１３の間隔を0.5mmに設定しており、反射体は各走査ライン０１３の間隔よりも小さい。また合成処理部０１９における対象ピーク位置以外における出力値Poutは、上記式においてP1<P2の場合はβ=1、P1≧P2の場合はβ=0に設定して
合成値Poutを算出した。結果の断面出力図を図９に示す。まず、この図よりピークの出力値に関しては、固定型データに比べて適応型データの出力値の方が低い。また、２つの微細な反射体の間の出力は適応型データの方が固定型データに比べて抑えられていない。それらに対し、本実施形態による合成画像の出力は、他の画像と比較して、高解像度且つ高コントラストである。
【００４０】
なお、上記のβ値の設定は一例であり、必ずしも０又は１とする必要はない。たとえば
、固定型データの出力値Ｐ１の方が適応型データの出力値Ｐ２よりも小さい場合に、そうでない場合よりも大きなβ値を採用するようにしても良い。また、このようなβ値の設定を採用する場合には、上記のような重み付き平均のみではなく、下記のような重み付き相乗平均の式を用いる事も有効である。
【数２】
【００４１】
このように、本実施形態では対象ピーク位置以外の位置で、単純に適応型データを採用するのではなく、適応型データと固定型データの合成値を採用している。こうすることで、複数の近接する微細な反射体が存在した場合でも、高解像度且つ高コントラストの画像が実現できる。
【００４２】
［第４の実施形態］
（光音響画像装置の構成）
本発明の第４の実施形態は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した光音響画像装置である。図１０は本実施形態の装置構成を示しており、第１の実施形態で示した図１のシステムの送信信号処理部００１の代わりに光源駆動部０２３、光源０２４からなる光照射部を備えたものである。
【００４３】
（光音響画像装置の動作）
被検体内の目標位置が設定されると、図１０に記載のシステム制御部００３から光源駆動部０２３へ設定情報が送られる。光源駆動部０２３は光源０２４を駆動し、パルスレーザーなどのパルス状の電磁波を被検体に照射する。この照射によって被検体内で励起された音響波は変換素子００８で受信される。その後は第１の実施形態と同様の処理を行うことで画像を再構成する。
【００４４】
以上の方式を導入した結果、通常の超音波画像と同様に高解像度かつ高コントラストの画像を実現できる。
【００４５】
［その他］
上記では、被検体情報取得装置が、超音波プローブ、送信信号処理部、受信信号処理部を有し、生成した被検体画像を画像表示部に表示するものとして説明した。しかし、本発明に係る被検体情報取得装置は別の装置が受信した超音波（音響波）を取得し、上記処理にしたがって被検体画像データを生成しても良い。また、生成した被検体画像データを、画像表示部に表示せずに、記憶装置に記憶したり、他の装置に出力・送信したりするようにしても良い。
【符号の説明】
【００４６】
０１４…適応型信号処理部
０１５…固定型信号処理部
０１８…ピーク検出部
０１９…合成処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置であって、
前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、
前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、
前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、
前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、
を有し、
前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記合成処理部は、前記対象ピーク位置以外では第１の画像データの出力値を選択するか、もしくは第１および第２の画像データに基づいて定められる値を選択して、前記被検体画像データを生成する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データの出力値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データと第２の画像データの合成値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データと第２の画像データのうち低出力の値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記ピーク検出部は、前記受信信号が極大値をとる位置を求め、極大値とその周囲での値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、当該極大値をとる位置を対象ピーク位置として検出する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記ピーク検出部は、前記受信信号から極小値をとる位置も求め、極大値と当該極大値に隣接する２つの極小値から求められる値との差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、当該極大値をとる位置を対象ピーク位置として検出する、
請求項６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、被検体の深さ方向に垂直な方向のラインデータである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、被検体の深さ方向に平行な方向のラインデータである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、画像データ全体を任意の大きさに分割した２次元画像データである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
被検体に対して音響波を送信し、前記被検体から反射または散乱される音響波を受信する複数の変換素子を備える、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
被検体へ電磁波を照射する照射部と、
電磁波の照射によって前記被検体から生じる音響波を受信する複数の変換素子と、
を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得方法であって、
前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理工程と、
前記受信信号に予め定められた重み係数を重み付けして処理して第２の画像データを出力する固定型信号処理工程と、
前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出工程と、
前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理工程と、
を含み、
前記合成処理工程では、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する、
ことを特徴とする被検体情報取得方法。
【請求項１】
被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得装置であって、
前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理部と、
前記受信信号に予め定められた重み係数を重みづけして処理し第２の画像データを出力する固定型信号処理部と、
前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出部と、
前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理部と、
を有し、
前記合成処理部は、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記合成処理部は、前記対象ピーク位置以外では第１の画像データの出力値を選択するか、もしくは第１および第２の画像データに基づいて定められる値を選択して、前記被検体画像データを生成する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データの出力値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データと第２の画像データの合成値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記合成処理部は、対象ピーク位置以外では第１の画像データと第２の画像データのうち低出力の値を被検体画像データとして選択する、
請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項６】
前記ピーク検出部は、前記受信信号が極大値をとる位置を求め、極大値とその周囲での値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、当該極大値をとる位置を対象ピーク位置として検出する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項７】
前記ピーク検出部は、前記受信信号から極小値をとる位置も求め、極大値と当該極大値に隣接する２つの極小値から求められる値との差が前記所定の閾値よりも大きい場合に、当該極大値をとる位置を対象ピーク位置として検出する、
請求項６に記載の被検体情報取得装置。
【請求項８】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、被検体の深さ方向に垂直な方向のラインデータである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項９】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、被検体の深さ方向に平行な方向のラインデータである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１０】
前記第１の画像データおよび前記第２の画像データの形式が、画像データ全体を任意の大きさに分割した２次元画像データである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１１】
被検体に対して音響波を送信し、前記被検体から反射または散乱される音響波を受信する複数の変換素子を備える、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１２】
被検体へ電磁波を照射する照射部と、
電磁波の照射によって前記被検体から生じる音響波を受信する複数の変換素子と、
を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１３】
被検体内を伝播した音響波を受信した複数の変換素子から出力される受信信号を用いて画像データを生成する被検体情報取得方法であって、
前記受信信号を用いて適応型信号処理を行い第１の画像データを出力する適応型信号処理工程と、
前記受信信号に予め定められた重み係数を重み付けして処理して第２の画像データを出力する固定型信号処理工程と、
前記第１の画像データにおいて、複数のピークのうち出力値が所定値より大きなピークの位置である対象ピーク位置を検出するピーク検出工程と、
前記第１の画像データと前記第２の画像データとを用いて被検体画像データを生成する合成処理工程と、
を含み、
前記合成処理工程では、前記第１の画像データにおける前記対象ピーク位置には前記第２の画像データの出力値を選択する、
ことを特徴とする被検体情報取得方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３５８８４（Ｐ２０１２−２３５８８４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６４６５（Ｐ２０１１−１０６４６５）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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