超音波信号処理装置及び方法
【課題】被検体内での仮定音速の最適値を正確に得ること。
【解決手段】被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波探触子と、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速判定部３２を備えた。
【解決手段】被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波探触子と、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速判定部３２を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体からの超音波エコーを受信し、受信信号に基づいて生成した画像（例えばＢモード断層像）を表示する超音波信号処理装置が知られている。
【０００３】
例えば、超音波を送信してから超音波エコーを受信するまでの時間（伝搬時間）が被検体内の反射位置の深さにより異なるので、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、受信信号の振幅の値を画素の濃度（または色）に対応付けることで、振幅画像が生成される。
【０００４】
このとき被検体内での代表的な音速を仮定して、伝搬時間を反射位置の深さに対応付けている。ここで仮定した音速は、一般に、「仮定音速」（あるいは「設定音速」）と呼ばれている。しかし、被検体内での実音速は被検体内の組織性状によって異なるので、実音速と等しい音速を仮定することは容易でない。仮定音速が実音速とは異なると、伝搬時間と深さとを正確に対応付けできないので、画質が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来、最適音速を求める様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、超音波受信信号の振幅が最大となる場合の超音波音速値を求めることにより、あるいは超音波受信信号のビーム幅が最小となる場合の超音波音速値を求めることにより、さらには超音波受信信号の振幅について空間周波数の高周波成分又は分散が最大となる場合の超音波音速値を求めることによって、設定された超音波音速値を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３１７９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波エコーの無数の散乱によるスペックルノイズが発生するが、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なる事、および、場所によってエコーレベルが異なる事から、従来の技術では、仮定音速の最適値を正確に得る事は困難であった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置を提供する。
【０００９】
これによれば、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより最適音速が取得されるので、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なっても、また、場所によってエコーレベルが異なっても、仮定音速の最適値を正確に得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる前記仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１４】
これによれば、受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１６】
これによれば、スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項２、３、４および６のうちいずれか１項に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする。
【００２０】
これにより、受信信号の振幅にも基づいて最適音速を判定することで、最適音速の精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項２、３、４、６および８のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、少なくとも２つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２２】
これにより、複数方向における位相差を用いることで、最適音速の精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信データを利用することを特徴とする。
【００２４】
これにより、高ＳＮの位相情報により更に正確に最適音速を判定することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、１回の超音波送信で得られる前記受信データを用いて前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の発明において、前記超音波送受信手段は、１回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に２音線以上の前記受信データを生成可能であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２９】
これにより、空間内の場所（領域）よって最適音速が異なる場合でも、各関心領域ごとに最適音速を求めることができる。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする。
【００３１】
これにより、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を容易に見ることができるので、適切な診断を行うことが可能となる。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする。
【００３３】
これにより、合成画像を見て適切な診断を行うことが可能となる。
【００３４】
請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし１６のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
請求項１８に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法を提供する。
【００３６】
なお、本明細書にて、「空間的な位相差」は、隣接する画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、適宜間引いた画素間における位相の差分であってもよい。また、本発明にて、「空間的な位相差」は、前述のような単位画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、単位長さにおける位相差、単位面積における位相差、または、単位体積における位相差であれば、どのような単位における位相差であってもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、仮定音速の最適値（最適音速）を正確に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００３９】
＜本発明の原理＞
まず、本発明の原理を説明する。
【００４０】
図１にて、超音波探触子２０は、被検体９０に向けて超音波を送信するとともに、被検体９０内からの反射波（以下「超音波エコー」という）を受信して、超音波エコーを示す受信信号を生成する複数の超音波送受信素子が配列されている。
【００４１】
以下では、被検体９０の深さ方向を、「距離方向」ということもある。また、超音波送受信素子が配列されている方向（素子配列方向）を、「方位方向」または「スキャン方向」ということもある。また、深さ方向および素子配列方向の両方向に対して直交する方向、すなわち断層面に直交する方向を、「スライス方向」または「フレーム方向」ということもある。
【００４２】
なお、説明の便宜上、１次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子２０を例に説明するが、本発明は、超音波送受信素子が２次元配列されている場合にも適用できる。また、本発明は、超音波送受信素子が平面状に配置されている場合に限らず、任意の曲面状に配置されている場合にも適用できる。
【００４３】
次に、スペックルノイズと受信信号の位相との関係について説明する。
【００４４】
スペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生する。干渉には、強め合う干渉と打ち消し合う干渉がある。強め合う干渉は波と波の位相差が小さい場合に生じ、弱め合う干渉は位相差がπに近い場合に生じる。
【００４５】
図２に、強め合う干渉の例を示す。図２（ａ）は干渉前を表し、基準波に対して位相差０．２（ｒａｄ）、位相差０．４（ｒａｄ）及び位相差０．６（ｒａｄ）という位相差の小さな３つの波を干渉させるようにしている。図２（ｂ）は干渉後を表し、破線で表された基準波に対し干渉波が実線で表されている。このように位相差が小さい場合には、強め合う干渉波が得られる。また、図２（ｂ）からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと近く、位相差が小さい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が小さくなる。
【００４６】
また、図３に、弱め合う干渉の例を示す。図３（ａ）は干渉前を表し、この場合基準波に対して位相差０．２（ｒａｄ）の他に位相差３．０（ｒａｄ）及び位相差３．２（ｒａｄ）という、位相差がπ（ｒａｄ）に近く、大きい波を干渉させている。このとき図３（ｂ）に示すように、破線で表された基準波に対して、実線で表されるように弱め合う干渉波が得られる。このように位相差が大きい波を干渉させると、弱め合う干渉波が得られる。また、図３（ｂ）からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと離れており、位相差が大きい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が大きい。
【００４７】
前にスペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生すると言ったが、図３（ｂ）に示したような位相差が大きい波同士の干渉が、スペックルノイズを発生させることになる。位相差が大きい波同士の干渉に因るスペックルノイズが発生しているか否かを判別するには、受信信号から得られる位相の連続的な変化を見ればよい。位相差が小さい波同士の干渉が連続すると、受信信号における位相変化は小さく且つ緩やかである。その一方で、位相差が大きい波同士の干渉が連続して、スペックルノイズが発生すると、受信信号における位相変化は大きく且つ激しくなる。
【００４８】
したがって、スペックルノイズは、超音波探触子２０の受信信号における位相差の大きさ、または、位相差の周波数に基づいて、判別可能である。
【００４９】
次に、前述のスペックルノイズと受信信号の位相との関係を用いて、仮定音速の最適値を求める方法について説明する。
【００５０】
仮定音速が最適音速に近い程、点拡がり関数は高周波になるため、無数の点拡がり関数の干渉として生ずるスペックルにおいて干渉による位相変化は、仮定音速が最適音速に近い程、大きくなる。
【００５１】
ところで、最近のソフトウエアベースの超音波送受信手段は、超音波探触子２０の超音波送受信素子により得られる受信信号をデータ（受信データ）としてメモリに記憶し、例えば同じ送信（１回の送信）により得られる受信データに対し受信フォーカスを施すことで、方位方向にて２音線以上の受信データを生成可能である。本例では、メモリに記憶した受信データに対し、仮定音速を用いて、位相整合が施されることで、受信フォーカスされた複数の音線データ（受信データ）が生成される。これにより、隣接する音線データまたはフレームの受信データ（「ＲＦデータ」ともいう）を高速に得ることができる。
【００５２】
このような受信データを直交検波することにより、振幅および位相が得られる。直交検波後、距離方向における時間的な振幅および位相は、仮定音速を用いて、被検体内の各反射位置に対応した空間的な振幅および位相差に変換される。方位方向（素子配列方向）における振幅および位相は、直交検波した段階で空間的な情報として得られる。空間的な振幅および位相差は、それぞれ振幅画像および位相差画像として表すことができる。
【００５３】
仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和または位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めることができる。例えば、前述の位相差画像にて、空間的な位相差の大きさの総和または空間周波数を求め、仮定音速を求めることができる。比較する際のカーネル（注目領域）は、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。
【００５４】
位相差の大きさまたは空間周波数に基づいて直接的に最適音速を求める方法以外に、時間的または空間的なスペックルノイズ（スペックル成分）を画像から抽出し、このスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めてもよい。例えば、前述の位相差画像および振幅画像のうち少なくとも一方を用いて、空間的なスペックル成分の密度に基づいて仮定音速を求めることができる。 本明細書にて、「時間的な位相変化」（または「時間領域の位相変化」）とは、単位時間あたりの位相変化である。また、「空間的な位相変化」（または「空間領域の位相変化」）とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりの位相変化である。画素単位の位相変化を用いてもよい。また、「時間的なスペックル成分の密度」とは、単位時間あたりのスペックル成分の数である。「空間的なスペックル成分の密度」とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりのスペックル成分の数である。画素単位のスペックル成分の数を用いてもよい。
【００５５】
本発明では、要するに、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。
【００５６】
＜超音波画像処理装置＞
図４は、第１実施形態に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【００５７】
図４において、超音波画像処理装置１０は、主に、操作部１２、表示部１４、超音波探触子２０、送受信部２２、時間領域信号処理部２４、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８、仮定音速設定部３０、最適音速判定部３２、仮定音速記憶部３４、画像処理部４０、および、モード切換部４４を含んで構成されている。
【００５８】
操作部１２は、ユーザの指示が入力される指示入力デバイスである。例えば、キーボード、マウスなどによって構成されている。
【００５９】
表示部１４は、画像を表示可能な表示デバイスである。例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などによって構成されている。
【００６０】
超音波探触子２０は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射されてくる超音波エコーを受信するものである。超音波用探触子２０は、例えば１次元の超音波トランスデューサアレイ（リニアアレイプローブ）を構成する複数の超音波トランスデューサを備えており、各超音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ等の圧電素子の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。
【００６１】
なお、複数の超音波トランスデューサが１次元に配列されたリニアアレイプローブの他、被検者内を扇状に走査するセクタプローブ、複数の超音波トランスデューサが凸面上に配列されたコンベックスアレイプローブや、あるいは複数の超音波トランスデューサが２次元に配列された２次元アレイプローブを用いてもよい。あるいは超音波内視鏡においてラジアル走査を行うメカニカルラジアルプローブでもよい。
【００６２】
送受信部２２は、ガウシアンパルスなどの超音波送信信号を超音波探触子２０に与え、超音波探触子２０に超音波を発生させる。
【００６３】
超音波用探触子２０は、送受信部２２の駆動により超音波ビームを被検者内に送信し、リニア走査や、セクタ走査や、コンベックス走査や、ラジアル走査等の走査方式で被検者を走査する。超音波用探触子２０が発生した超音波は被検者体内に存在する反射体によって反射され、反射した超音波は超音波用探触子２０で受信される。被検体内で反射されてくる超音波エコーが超音波探触子２０によって受信されると、超音波エコーを示す受信信号を超音波探触子２０が出力するので、送受信部２２は、その受信信号を増幅及びＡ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換した後、受信フォーカスを施し、時間領域信号処理部２４に入力する。受信フォーカスにより、１回の超音波送信で素子配列方向にて２音線以上の受信データ（音線データ）が生成される。受信フォーカスについては、例えば特開２００８―１６７９８５号公報に記載されている。本例では、１回の超音波送信で得られた受信データをメモリに記憶した後、仮定音速を切り換えて、受信フォーカスされた複数の音線データ（受信フォーカス後の受信データ）を生成する。
【００６４】
本例では、送受信部２２にて生成される受信データの素子配列方向における解像度は、超音波探触子２０の素子（例えば超音波トランスデューサ）の間隔以上である。これによって、方位方向の位相差の折返しが起きないため、スペックル指標の誤計算を防ぐ事ができる。
【００６５】
時間領域信号処理部２４は、超音波エコーの受信信号から、時間領域の振幅情報および時間領域の位相情報を取得する処理を行う。
【００６６】
本例の信号処理部２４は、直交検波部２４１、振幅情報演算部２４２および位相情報演算部２４３を含んで構成されている。
【００６７】
直交検波部２４１は、超音波エコーを示す受信信号に対して直交検波を行う。
【００６８】
受信信号ｓ(t)は、次式で表される。
【００６９】
［数１］
ｓ(t)＝ｕ(t) ×ｃｏｓ(ωｔ＋φ(t))
ここで、ｕ(t)は振幅を示し、φ(t)は位相を示す。
【００７０】
受信信号ｓ(t)は、直交検波によって、次式に示すように、実数成分Ｉ（cos成分）と虚数成分Ｑ（sin成分）とに分離される。
【００７１】
［数２］
Ｉ＝ｕ(t)cos(φ(t))
Ｑ＝ｕ(t)sin(φ(t))
実数成分はＩ成分、虚数成分はＱ成分とも呼ばれる。
【００７２】
振幅情報演算部２４２は、直交検波部２４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、振幅ｕ(t)を、次式により算出する。
【００７３】
［数３］
ｕ(t)＝√（Ｉ２＋Ｑ２）
位相情報演算部２４３は、直交検波部２４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、位相φ(t)を、次式により算出する。
【００７４】
［数４］
φ(t)＝tan-1Ｉ／Ｑ
直交検波部２４１および振幅情報演算部２４２によって、時間領域における振幅情報としてのｕ(t)を取得する時間的振幅取得手段が構成されている。また、直交検波部２４１および位相情報演算部２４３によって、時間領域における位相情報としてのφ(t)を取得する時間的位相取得手段が構成されている。
【００７５】
振幅画像生成部２６は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの振幅を示す振幅画像（Ｂモード断層像）を生成する。距離方向においては、時間領域における振幅情報を、仮定音速を用いて、空間領域における振幅情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間（伝搬時間）が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、振幅の値を画素値（濃度または色を示す）に対応付けることで、振幅画像が生成される。
【００７６】
位相差画像生成部２８は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの位相差を示す位相差画像を生成する。距離方向においては、時間領域における位相情報を、仮定音速を用いて、空間領域における位相差情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間（伝搬時間）が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、位相差の値を画素値（濃度または色を示す）に対応付けることで、位相差画像が生成される。
【００７７】
なお、スペックルノイズが方位方向または距離方向のどちらかに平行に存在する場合、その方向では位相変化が小さいが、それと直交する方向では位相変化が大きくなるため、方位方向の位相差および距離方向の位相差の両方を求めることが、好ましい。二次元的な位相差情報を求めてもよい。
【００７８】
振幅画像生成部２６によって、空間領域における振幅情報を取得する空間的振幅取得手段が構成されている。また、位相差画像生成部２８によって、空間領域における位相差情報を取得する空間的位相差取得手段が構成されている。
【００７９】
仮定音速設定部３０は、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に仮定音速を与えることにより、仮定音速を設定する。
【００８０】
最適音速判定部３２は、仮定音速設定部３０を介して、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に与える仮定音速を切り換えて、位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。
【００８１】
なお、位相差のみに基づいて最適音速を判定することや、振幅のみに基づいて最適音速を判定することも可能であるが、位相および振幅の両方に基づいて最適音速を判定することが、好ましい。位相および振幅の両方を用いることで、より正確な判定が可能となる。
【００８２】
仮定音速記憶部３４は、仮定音速を記憶する不揮発性のメモリである。
【００８３】
画像処理部４０は、振幅画像および位相差画像に対して、各種の画像処理を施す。この画像処理部４０は、振幅画像と位相差画像とを合成する機能を有する。例えば、位相差画像によって振幅画像の輝度または色を変調することにより、振幅画像と位相差画像とを重畳する。
【００８４】
表示制御部４２は、振幅画像、位相差画像、および、これらの合成画像のうちから、後述のモード切換部４４の指示に従って任意の画像を選択し、拡縮処理やレイアウト処理を行って、表示部１４に入力する。表示する画像の組み合わせは各種ある。例えば、振幅画像と位相差画像とを並べて、表示部１４に表示させる。振幅画像とともに、振幅画像と位相差画像との合成画像を並べて、表示させてもよい。振幅画像のみ、または、合成画像のみを、表示させてもよい。
【００８５】
モード切換部４４は、表示モードを切り換える機能のほか、最適音速取得のモードを切り換える機能を有する。具体的には、最適音速判定部３２による最適音速の判定を行って当該最適音速により位相差画像および振幅画像を生成する最適音速モードと、最適音速の判定を行わないで仮定音速記憶部３４に予め記憶されている通常の仮定音速により位相差画像および振幅画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換える。
【００８６】
本例の最適音速モードでは、超音波探触子２０による同じ超音波の送信（１回の送信）から得られる同じ受信信号を用いるとともに、複数の仮定音速のうちから順次仮定音速を切り換えて、複数の仮定音速の中から最適な音速を求める。具体的には、最適音速判定部３２は、仮定音速設定部３０を介して、送受信部２２および位相差画像生成部２８および振幅画像生成部２６に与える仮定音速を切り換える。
【００８７】
また、本例にて、超音波探触子２０の素子の配列方向における位相の分解能は、超音波探触子２０の素子の間隔以上である。すなわち、位相差画像生成部２８にて生成される位相差画像の素子配列方向における解像度は、超音波探触子２０の素子（例えば超音波トランスデューサ）の間隔以上である。
【００８８】
時間領域信号処理部２４、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８、仮定音速設定部３０、最適音速判定部３２、画像処理部４０、表示制御部４２、および、モード切換部４４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成される。これらの一部が回路によって構成されていてもよい。
【００８９】
なお、被検体内の各反射位置に対応する位相差を示す情報として、位相差画像生成部２８にて位相差画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は位相差画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。同様に、被検体内の各反射位置に対応する空間的な振幅を示す情報として、振幅画像生成部２６にて振幅画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は振幅画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。
【００９０】
以下では、最適音速取得について、各種の実施形態に分けて説明する。
【００９１】
＜第１実施形態＞
第１実施形態にて、図４の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図５は、第１実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【００９２】
ステップＳ１０にて、仮定音速の初期値を設定する。例えば、仮定音速設定部３０が仮定音速記憶部３４から仮定音速の初期値を読み出して、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に仮定音速の初期値を設定する。
【００９３】
ステップＳ１１にて、送受信部２２は受信フォーカスを行い、振幅画像生成部２６は受信データから得られる振幅情報に基づいて振幅画像を生成する。また、位相差画像生成部２８は、受信データから得られる位相差情報に基づいて位相差画像を生成する。距離方向については、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報を生成するとともに、時間的な位相情報から空間的な位相差情報を生成する。
【００９４】
ステップＳ１２にて、時間的または空間的な位相差の大きさ（絶対値）の総和を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよい。すなわち、空間領域全体について総和を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について総和を求めてもよい。
【００９５】
ステップＳ１４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。例えば、仮定音速設定部３０が仮定音速記憶部３４から仮定音速の終了値を読み出して、現在の仮定音速と終了値とを比較する。未終了の場合には、ステップＳ１５に進み、終了した場合には、ステップＳ１６に進む。
【００９６】
ステップＳ１５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ１１に戻る。
【００９７】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ１６にて、仮定音速の切り換えによる位相差の大きさの総和の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図６に示すように、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速が最適音速であると判定する。
【００９８】
本例では、素子配列方向における空間的な位相差の絶対値の総和に基づいて、最適音速を判定する。なお、超音波探触子２０や送受信部２２の種類によっては、被権体の深さ方向における位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよいし、深さ方向および素子配列方向の両方向における位相差の二乗和の平方根の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。
【００９９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態にて、図４の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、受信データの位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図７は、第２実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１００】
ステップＳ２０およびＳ２１は、図６に示した第１実施形態におけるステップＳ１０およびＳ１１とそれぞれ同じであり、説明を省略する。
【０１０１】
ステップＳ２２にて、受信データの位相差の空間周波数を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間周波数を求めてもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間周波数を求めてもよい。すなわち、空間領域全体について空間周波数を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について空間周波数を求めてもよい。本例にて、位相差の空間周波数とは、単位面積（または単位長さ）あたりの位相差の変化の頻度（波の数）を示す。
【０１０２】
ステップＳ２４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップＳ２５に進み、終了した場合には、ステップＳ２６に進む。
【０１０３】
ステップＳ２５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ２１に戻る。
【０１０４】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ２６にて、仮定音速の切り換えによる位相差の空間周波数の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図８に示すように、位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定する。
【０１０５】
なお、被検体の深さ方向における位相差の空間周波数、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差の空間周波数うち、一方に基づいて、最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の空間周波数に基づいて最適音速を判定してもよい。
【０１０６】
＜第３実施形態＞
第３実施形態にて、図８の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出し、そのスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出する態様には各種ある。
【０１０７】
第１に、受信データの空間的な位相差に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。本態様では、位相が空間的に急変化する位置を、スペックル位置と判定する。例えば、位相差画像にて、各画素に順次注目し、深さ方向（距離方向）に対応する縦方向の位相差Δφ（ｙ）と、素子配列方向（方位方向）に対応する横方向の位相差Δφ（ｘ）との二乗和の平方根（√（Δφ（ｙ）２＋Δφ（ｘ）２））が閾値を超えている画素位置（ｘ，ｙ）を、スペックル位置と判定する。各画素の位相差をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における位相差の代表値（例えば、平均値、または、頻度が最大である位相差）を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向のおよび横方向のうちで大きい方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。
【０１０８】
第２に、受信データの空間的な振幅に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。例えば、振幅画像にて、各画素に順次注目し、周辺画素との間で振幅差がある画素位置であって且つ振幅差が閾値よりも小さい画素の位置を、スペックル位置と判定する。各画素の振幅をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における振幅の代表値（例えば、平均値、または、頻度が最大である振幅）を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向および横方向のうちで大きい方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。
【０１０９】
第３に、受信データの空間的な位相差および空間的な振幅の両方に基づいて抽出する態様がある。具体的には、例えば、位相差に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果に基づいてスペックル位置を判定する。
なお、スペックル判別として、スペックルノイズかどうかという２値的な判別や、どの程度スペックルノイズが含まれているかという多値的な判別を行い、その結果を出力してもよい。位相変化量そのものを、スペックルらしさを示すデータとして用いてもよい。
【０１１０】
また、スペックルノイズかどうかを判別するための判別関数を用いて、スペックル判別を行ってもよい。 図９は、第３実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１１１】
ステップＳ３０およびＳ３１は、図６に示した第１実施形態におけるステップＳ１０およびＳ１１とそれぞれ同じであり、説明を省略する。
【０１１２】
ステップＳ３２にて、スペックルノイズを抽出する。例えば、位相差画像にて各画素に順次注目し、注目画素の値（空間的な位相差）に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果が閾値よりも大きな注目画素の位置を、スペックル位置と判定する。この場合、空間的な位相差が大きいほどスペックル度が高く、且つ、振幅差が小さいほどスペックル度が高いと判定することになる。ここで、振幅差は、位相差画像中の注目画素の位置と対応する位置に在る振幅画像中の画素に注目したとき、当該振幅画像中の注目画素の値（空間的な振幅）と振幅画像中の周辺画素の値との差分である。
【０１１３】
ステップＳ３３にて、所定サイズのカーネル内のスペックルノイズの密度を算出する。具体的には、位相差画像中の一定サイズの注目領域中における単位面積あたりのスペックルノイズの密度を算出する。例えば、スペックル位置と判定された画素（スペックル画素）の数をカウントする。スペックル度（スペックルらしさ）の総和をとる方法もある。比較する際のカーネルは、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。
【０１１４】
ステップＳ３４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップＳ３５に進み、終了した場合には、ステップＳ３６に進む。
【０１１５】
ステップＳ３５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ３１に戻る。
【０１１６】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ３６にて、仮定音速の切り換えによるスペックルノイズの密度の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図１０に示すように、スペックルノイズの密度が最大となる仮定音速を最適音速であると判定する。
なお、最適音速判定部３２は、位相差のみに基づいて、スペックル成分を抽出してもよい。また、被検体の深さ方向における位相差、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差のうち、一方に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。また、二次元的な位相差に基づいて最適音速を判定してもよい。
【０１１７】
また、最適音速判定部３２は、振幅のみに基づいて、スペックル位置を判定してもよい。 なお、第１実施形態にて位相差の大きさの総和を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第２実施形態にて位相差の高周波成分を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第３実施形態にてスペックル成分の密度を用いて最適音速を取得する場合を説明したが、これら（「位相差の大きさの総和」、「位相差の高周波成分」、「スペックル成分の密度」）の組み合わせにより最適音速を取得してもよい。
【０１１８】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、被検体に対応する空間内の複数のＲＯＩ（「関心領域」ともいう）について各ＲＯＩごとに最適音速を求めるとともに、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成し、合成画像を表示する。
【０１１９】
図１１は、画像生成処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として図４の最適音速判定部３２、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８および画像処理部４０を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１２０】
ステップＳ４１にて、主として最適音速判定部３２により、各ＲＯＩにおける最適音速を取得する。
【０１２１】
例えば、図１２（ａ）に示すように、被検体に対応する空間（以下「画像空間」という）内に複数のＲＯＩ（４０１〜４０４）を設定したとする。そうすると、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）ごとに仮定音速を切り換えて、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）ごとの最適音速を取得する。なお、各ＲＯＩごとの最適音速を求める処理は、第１実施形態〜第３実施形態にて説明した処理のうちいずれかを用いればよいので、その説明を省略する。
【０１２２】
ステップＳ４２にて、振幅画像生成部２６により、各最適音速に対応する振幅画像を取得する。具体的には、各最適音速ごとに、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報に変換し、振幅画像を生成する。
【０１２３】
例えば、図１２（ｂ）に示すように、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）の最適音速にそれぞれ対応する振幅画像４１１〜４１４（全体画像）を取得する。各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４のみを生成してもよい。
【０１２４】
ステップＳ４３にて、画像処理部４０により、各最適音速値に対応する振幅画像を、各ＲＯＩ位置を中心として、合成する。
【０１２５】
例えば、図１２（ｃ）に示すように、各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４を結合することにより、合成画像４３０を生成する。あるいは、各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４の重みを大きくするとともに、全体画像４１１〜４１１のうちで非ＲＯＩ部分４３１〜４３４の重みを小さくして、合成を行ってもよい。
【０１２６】
ステップＳ４４にて、合成画像４３０に対して、各種の画像処理（例えば、対数圧縮、ゲイン、ＤＲ、ＳＴＣ、グレーマップ調整、スキャンコンバート等の各処理）を施す。
【０１２７】
なお、説明の便宜上、空間を等分して複数のＲＯＩに分けた場合を例に説明したが、図１３に示すように、ＲＯＩ（５０１〜５０４）は自在に設定できる。例えば、通常の仮定音速により生成した振幅画像を表示部１４に表示し、ユーザが表示部１４を見ながら操作部１２により符号５０１〜５０３のＲＯＩを設定し、残りの領域を符号５０４の領域とする。
【０１２８】
表示制御部４２による表示制御の態様には各種あり、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像（例えば、振幅画像、位相差画像）を、並べて、または、切り換えて単独で表示させるようにしてもよい。例えば、図１２（ｂ）に示した各最適音速に生成した振幅画像４１１〜４１４を、表示部１４の画面上に、並べて、あるいは、切り換えて単独で、表示させる。
【０１２９】
＜スペックルの判別＞
以下では、スペックル判別の具体例について説明する。
【０１３０】
判別関数は、例えば、スペックルまたは非スペックルの位置がわかっている空間的な位相情報を予め用意しておき、その位相変化量（位相差）から作成した特徴量を元に作成する。すなわち、スペックルであることがわかっている位相変化量データ及び非スペックルであることがわかっている位相変化量データとから、それぞれ所定の特徴量が算出され、これからスペックル判別関数が作成される。
【０１３１】
ここで、特徴量は、位相変化量のデータの単一画素でも良い。ただし、単一画素の場合、差分をとって位相変化量を求めた場合には画素の僅かなずれが生じる、縦横方向から位相変化量を求めた場合には十字に交差する部分の中心の位相変化は大きくならないなどの問題があるため、注目画素の近傍画素の値や近傍画素との演算結果等、複数のデータを使用するのが望ましい。このとき、複数のデータは多次元となるため、閾値を設計し易いようにＰＣＡ（主成分分析）などを行って次元を下げるようにしてもよい。
【０１３２】
図１４に、スペックル判別関数の一例を示す。
【０１３３】
ここでは、縦方向位相変化量及び横方向位相変化量をそれぞれ特徴量（１）及び特徴量（２）とし、非スペックルノイズを〇で表し、スペックルノイズを×で表している。図１４に示す例では、非スペックルノイズ〇とスペックルノイズ×の領域を分離する直線として判別関数が設定される。このように特徴量に変換した結果を基にしてスペックルノイズと非スペックルノイズを判別する関数（あるいは閾値）が設計される。なお、判別関数はこのような線形のものに限定されるものではない。
【０１３４】
また、判別関数の設定方法は特に限定されるものではなく、例えば、ＳＶＭ（サポートベクターマシン）などの既知のデータ（学習データ）を利用した統計的手法（例えば、参考文献としてネロ・クリスティアニーニ、ジョン・テーラー著「サポートベクターマシン入門」共立出版などが挙げられる。）などの公知のクラス分類に使用される線形あるいは非線形の判別関数を用いることができる。もちろん、特徴量毎に閾値を与えるだけで判別可能であれば、閾値だけでスペックルを判別してもよい。また、位相変化量に変換することなく、連続的な位相データの画素といった位相変化がわかるデータを特徴量とした判別関数を設定してもよい。
【０１３５】
図１５に、ＳＶＭ（サポートベクターマシン）を使用したスペックル抽出の判別関数生成処理の一例を示す。
【０１３６】
図１５に示すように、まずファントム画像から手作業でスペックル部分及び非スペックル部分をラベリングし、スペックル判別関数を作成するための既知データを作成する。なお、スペックル及び非スペックル部分をラベリングする際、曖昧な箇所についてはラベリングは行わないようにする。次に、この既知データのスペックル部分及び非スペックル部分からスペックルの判別に用いる特徴量を抽出する。
【０１３７】
ここでは特徴量として、図１６に示すように、３×３画素の中央の画素ｃを注目画素とし、注目画素ｃとその上下左右の４つの近傍画素ａ、ｂ、ｄ、ｅに関し、それぞれ縦（距離）方向位相変化及び横（方位）方向位相変化の複数個の特徴量を使用する。
【０１３８】
次に、この縦方向及び横方向それぞれのラベリングされた画素（注目画素及びその近傍）の複数個の位相変化量を特徴量としてＳＶＭ（サポートベクターマシン）を適用し、判別関数（スペックル判別器）を生成する。もちろん、ラベリングに使用するデータや特徴量は、判別結果が最適となるように変更しても良い。
【０１３９】
このように、予めスペックルまたは非スペックルの位置がわかっている位相データから特徴量を抽出してスペックル判別関数を作成しておく。そして、空間的位相情報に基づいてスペックル抽出が行われる。
【０１４０】
最適音速判定部３２では、例えば、方位（横）方向の位相差及び距離（縦）方向の位相差が入力されると、これをスペックル判別に用いる特徴量に変換し、予め作成されているスペックル判別関数を用いてスペックルであるかどうか判別し、スペックル抽出が行われる。
【０１４１】
判別結果は、２値的にスペックルであるかどうかを示すだけでなく、閾値との差を多値的にどの程度スペックルノイズが含まれているかを示すスペックルらしさとして出力してもよい。また、多値的に出力する場合には、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）などでさらに値を調整してもよい。
【０１４２】
なお、スペックル判別関数は、超音波の送受信の条件などによって変化するため、実際の装置の場合には条件毎に判別関数を設定するのが望ましい。
【０１４３】
以上説明した例では、振幅情報ではなく位相情報を用いてスペックル成分を抽出するようにしている。振幅ではスペックルの形状、エコーレベルによっては、スペックルの判別が困難な場合があるため正確にスペックル成分を抽出できない場合があるが、位相情報を用いることにより、スペックルの形状や周囲のエコーレベルに依存しないスペックル成分の抽出が可能となる。
【０１４４】
このように、位相情報のみでスペックル成分を抽出することができるが、振幅情報を特徴量に加えるなど、振幅情報（振幅成分あるいはその包絡線成分）と位相情報を組み合わせてスペックル成分を抽出するようにしてもよい。この場合、位相情報（方位方向の位相差、距離方向の位相差を用いるが、これらの空間的な位相差情報とともに空間的な振幅情報をも用い、振幅情報（画素値）も加えて特徴量の次元（図１６に示す例では２次元）を増加して、スペックル抽出を行うようにしてもよい。
【０１４５】
このように、振幅情報と位相情報の両方を用いてスペックル抽出を行うことで、より正確なスペックル抽出が可能となる。
【０１４６】
図１７（ａ）は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示し、図１７（ｂ）は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示し、図１７（ｃ）は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す。前述した第１実施形態〜第３実施形態のうちいずれの実施形態でも、最適音速では図１７（ｂ）に示すような位相差画像が得られる。このような最適音速にて得られた位相差画像を、単独で表示したり、他の画像（例えば振幅画像）と合成または切り換え可能に表示することで、適切な診断が可能となる。 以上、説明の便宜上、１次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子２０を例に説明したが、本発明は、超音波送受信素子が２次元配列されている場合にも適用できる。
【０１４７】
本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】超音波探触子と被検体との位置関係の説明に用いる説明図
【図２】強め合う干渉の例を示すグラフであり、（ａ）は干渉前を表すグラフ、（ｂ）は干渉後を表すグラフ
【図３】弱め合う干渉の例を示すグラフであり、（ａ）は干渉前を表すグラフ、（ｂ）は干渉後を表すグラフ
【図４】本発明に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図
【図５】第１実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図６】第１実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図７】第２実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図８】第２実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図９】第３実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図１０】第３実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図１１】第４実施形態における画像生成処理の一例の流れを示すフローチャート
【図１２】（ａ）はＲＯＩの例の説明に用いる示す説明図、（ｂ）は各ＲＯＩごとの最適音速にてそれぞれ生成された複数の画像の説明に用いる説明図、（ｃ）は合成画像の説明に用いる説明図
【図１３】自在に設定したＲＯＩの説明に用いる説明図
【図１４】スペックル判別関数の一例を示す説明図
【図１５】スペックル判別関数の生成処理の一例を示す説明図
【図１６】スペックル判別のための特徴量の説明に用いる説明図
【図１７】図１７（ａ）は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示す説明図、図１７（ｂ）は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示す説明図、図１７（ｃ）は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す説明図を示す説明図
【符号の説明】
【０１４９】
１０…超音波画像処理装置、１２…操作部、１４…表示部、２０…超音波探触子、２２…送受信部、２４…時間領域信号処理部（時間的振幅取得部、時間的位相取得部）、２６…振幅画像生成部（空間的振幅取得部）、２８…位相差画像生成部（空間的位相差取得部）、３０…仮定音速設定部、３２…最適音速判定部、３４…仮定音速記憶部、４０…画像処理部、４２…表示制御部、４４…モード切換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体からの超音波エコーを受信し、受信信号に基づいて生成した画像（例えばＢモード断層像）を表示する超音波信号処理装置が知られている。
【０００３】
例えば、超音波を送信してから超音波エコーを受信するまでの時間（伝搬時間）が被検体内の反射位置の深さにより異なるので、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、受信信号の振幅の値を画素の濃度（または色）に対応付けることで、振幅画像が生成される。
【０００４】
このとき被検体内での代表的な音速を仮定して、伝搬時間を反射位置の深さに対応付けている。ここで仮定した音速は、一般に、「仮定音速」（あるいは「設定音速」）と呼ばれている。しかし、被検体内での実音速は被検体内の組織性状によって異なるので、実音速と等しい音速を仮定することは容易でない。仮定音速が実音速とは異なると、伝搬時間と深さとを正確に対応付けできないので、画質が劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来、最適音速を求める様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、超音波受信信号の振幅が最大となる場合の超音波音速値を求めることにより、あるいは超音波受信信号のビーム幅が最小となる場合の超音波音速値を求めることにより、さらには超音波受信信号の振幅について空間周波数の高周波成分又は分散が最大となる場合の超音波音速値を求めることによって、設定された超音波音速値を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３１７９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波エコーの無数の散乱によるスペックルノイズが発生するが、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なる事、および、場所によってエコーレベルが異なる事から、従来の技術では、仮定音速の最適値を正確に得る事は困難であった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、仮定音速の最適値を正確に得ることができる超音波信号処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置を提供する。
【０００９】
これによれば、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより最適音速が取得されるので、仮定音速に応じてスペックルノイズの発生パターンが異なっても、また、場所によってエコーレベルが異なっても、仮定音速の最適値を正確に得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる前記仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１４】
これによれば、受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする。
【００１６】
これによれば、スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することにより、最適音速を正確且つ容易に取得することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項２、３、４および６のうちいずれか１項に記載の発明において、前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする。
【００２０】
これにより、受信信号の振幅にも基づいて最適音速を判定することで、最適音速の精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項２、３、４、６および８のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、少なくとも２つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２２】
これにより、複数方向における位相差を用いることで、最適音速の精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信データを利用することを特徴とする。
【００２４】
これにより、高ＳＮの位相情報により更に正確に最適音速を判定することができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、１回の超音波送信で得られる前記受信データを用いて前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の発明において、前記超音波送受信手段は、１回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に２音線以上の前記受信データを生成可能であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする。
【００２９】
これにより、空間内の場所（領域）よって最適音速が異なる場合でも、各関心領域ごとに最適音速を求めることができる。
【００３０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする。
【００３１】
これにより、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を容易に見ることができるので、適切な診断を行うことが可能となる。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする。
【００３３】
これにより、合成画像を見て適切な診断を行うことが可能となる。
【００３４】
請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし１６のうちいずれか１項に記載の発明において、前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
請求項１８に記載の発明は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法を提供する。
【００３６】
なお、本明細書にて、「空間的な位相差」は、隣接する画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、適宜間引いた画素間における位相の差分であってもよい。また、本発明にて、「空間的な位相差」は、前述のような単位画素間における位相の差分に特に限定されるものではなく、単位長さにおける位相差、単位面積における位相差、または、単位体積における位相差であれば、どのような単位における位相差であってもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、仮定音速の最適値（最適音速）を正確に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００３９】
＜本発明の原理＞
まず、本発明の原理を説明する。
【００４０】
図１にて、超音波探触子２０は、被検体９０に向けて超音波を送信するとともに、被検体９０内からの反射波（以下「超音波エコー」という）を受信して、超音波エコーを示す受信信号を生成する複数の超音波送受信素子が配列されている。
【００４１】
以下では、被検体９０の深さ方向を、「距離方向」ということもある。また、超音波送受信素子が配列されている方向（素子配列方向）を、「方位方向」または「スキャン方向」ということもある。また、深さ方向および素子配列方向の両方向に対して直交する方向、すなわち断層面に直交する方向を、「スライス方向」または「フレーム方向」ということもある。
【００４２】
なお、説明の便宜上、１次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子２０を例に説明するが、本発明は、超音波送受信素子が２次元配列されている場合にも適用できる。また、本発明は、超音波送受信素子が平面状に配置されている場合に限らず、任意の曲面状に配置されている場合にも適用できる。
【００４３】
次に、スペックルノイズと受信信号の位相との関係について説明する。
【００４４】
スペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生する。干渉には、強め合う干渉と打ち消し合う干渉がある。強め合う干渉は波と波の位相差が小さい場合に生じ、弱め合う干渉は位相差がπに近い場合に生じる。
【００４５】
図２に、強め合う干渉の例を示す。図２（ａ）は干渉前を表し、基準波に対して位相差０．２（ｒａｄ）、位相差０．４（ｒａｄ）及び位相差０．６（ｒａｄ）という位相差の小さな３つの波を干渉させるようにしている。図２（ｂ）は干渉後を表し、破線で表された基準波に対し干渉波が実線で表されている。このように位相差が小さい場合には、強め合う干渉波が得られる。また、図２（ｂ）からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと近く、位相差が小さい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が小さくなる。
【００４６】
また、図３に、弱め合う干渉の例を示す。図３（ａ）は干渉前を表し、この場合基準波に対して位相差０．２（ｒａｄ）の他に位相差３．０（ｒａｄ）及び位相差３．２（ｒａｄ）という、位相差がπ（ｒａｄ）に近く、大きい波を干渉させている。このとき図３（ｂ）に示すように、破線で表された基準波に対して、実線で表されるように弱め合う干渉波が得られる。このように位相差が大きい波を干渉させると、弱め合う干渉波が得られる。また、図３（ｂ）からわかるように、干渉波の山のピークは基準波の山のピークと離れており、位相差が大きい干渉の波は、干渉後も基準波との位相差が大きい。
【００４７】
前にスペックルノイズは、被検体内での超音波エコーのランダムな干渉に因って発生すると言ったが、図３（ｂ）に示したような位相差が大きい波同士の干渉が、スペックルノイズを発生させることになる。位相差が大きい波同士の干渉に因るスペックルノイズが発生しているか否かを判別するには、受信信号から得られる位相の連続的な変化を見ればよい。位相差が小さい波同士の干渉が連続すると、受信信号における位相変化は小さく且つ緩やかである。その一方で、位相差が大きい波同士の干渉が連続して、スペックルノイズが発生すると、受信信号における位相変化は大きく且つ激しくなる。
【００４８】
したがって、スペックルノイズは、超音波探触子２０の受信信号における位相差の大きさ、または、位相差の周波数に基づいて、判別可能である。
【００４９】
次に、前述のスペックルノイズと受信信号の位相との関係を用いて、仮定音速の最適値を求める方法について説明する。
【００５０】
仮定音速が最適音速に近い程、点拡がり関数は高周波になるため、無数の点拡がり関数の干渉として生ずるスペックルにおいて干渉による位相変化は、仮定音速が最適音速に近い程、大きくなる。
【００５１】
ところで、最近のソフトウエアベースの超音波送受信手段は、超音波探触子２０の超音波送受信素子により得られる受信信号をデータ（受信データ）としてメモリに記憶し、例えば同じ送信（１回の送信）により得られる受信データに対し受信フォーカスを施すことで、方位方向にて２音線以上の受信データを生成可能である。本例では、メモリに記憶した受信データに対し、仮定音速を用いて、位相整合が施されることで、受信フォーカスされた複数の音線データ（受信データ）が生成される。これにより、隣接する音線データまたはフレームの受信データ（「ＲＦデータ」ともいう）を高速に得ることができる。
【００５２】
このような受信データを直交検波することにより、振幅および位相が得られる。直交検波後、距離方向における時間的な振幅および位相は、仮定音速を用いて、被検体内の各反射位置に対応した空間的な振幅および位相差に変換される。方位方向（素子配列方向）における振幅および位相は、直交検波した段階で空間的な情報として得られる。空間的な振幅および位相差は、それぞれ振幅画像および位相差画像として表すことができる。
【００５３】
仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和または位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めることができる。例えば、前述の位相差画像にて、空間的な位相差の大きさの総和または空間周波数を求め、仮定音速を求めることができる。比較する際のカーネル（注目領域）は、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。
【００５４】
位相差の大きさまたは空間周波数に基づいて直接的に最適音速を求める方法以外に、時間的または空間的なスペックルノイズ（スペックル成分）を画像から抽出し、このスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適値を求めてもよい。例えば、前述の位相差画像および振幅画像のうち少なくとも一方を用いて、空間的なスペックル成分の密度に基づいて仮定音速を求めることができる。 本明細書にて、「時間的な位相変化」（または「時間領域の位相変化」）とは、単位時間あたりの位相変化である。また、「空間的な位相変化」（または「空間領域の位相変化」）とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりの位相変化である。画素単位の位相変化を用いてもよい。また、「時間的なスペックル成分の密度」とは、単位時間あたりのスペックル成分の数である。「空間的なスペックル成分の密度」とは、単位長さまたは単位面積または単位体積あたりのスペックル成分の数である。画素単位のスペックル成分の数を用いてもよい。
【００５５】
本発明では、要するに、超音波エコーの受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。
【００５６】
＜超音波画像処理装置＞
図４は、第１実施形態に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【００５７】
図４において、超音波画像処理装置１０は、主に、操作部１２、表示部１４、超音波探触子２０、送受信部２２、時間領域信号処理部２４、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８、仮定音速設定部３０、最適音速判定部３２、仮定音速記憶部３４、画像処理部４０、および、モード切換部４４を含んで構成されている。
【００５８】
操作部１２は、ユーザの指示が入力される指示入力デバイスである。例えば、キーボード、マウスなどによって構成されている。
【００５９】
表示部１４は、画像を表示可能な表示デバイスである。例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などによって構成されている。
【００６０】
超音波探触子２０は、被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射されてくる超音波エコーを受信するものである。超音波用探触子２０は、例えば１次元の超音波トランスデューサアレイ（リニアアレイプローブ）を構成する複数の超音波トランスデューサを備えており、各超音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ等の圧電素子の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。
【００６１】
なお、複数の超音波トランスデューサが１次元に配列されたリニアアレイプローブの他、被検者内を扇状に走査するセクタプローブ、複数の超音波トランスデューサが凸面上に配列されたコンベックスアレイプローブや、あるいは複数の超音波トランスデューサが２次元に配列された２次元アレイプローブを用いてもよい。あるいは超音波内視鏡においてラジアル走査を行うメカニカルラジアルプローブでもよい。
【００６２】
送受信部２２は、ガウシアンパルスなどの超音波送信信号を超音波探触子２０に与え、超音波探触子２０に超音波を発生させる。
【００６３】
超音波用探触子２０は、送受信部２２の駆動により超音波ビームを被検者内に送信し、リニア走査や、セクタ走査や、コンベックス走査や、ラジアル走査等の走査方式で被検者を走査する。超音波用探触子２０が発生した超音波は被検者体内に存在する反射体によって反射され、反射した超音波は超音波用探触子２０で受信される。被検体内で反射されてくる超音波エコーが超音波探触子２０によって受信されると、超音波エコーを示す受信信号を超音波探触子２０が出力するので、送受信部２２は、その受信信号を増幅及びＡ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換した後、受信フォーカスを施し、時間領域信号処理部２４に入力する。受信フォーカスにより、１回の超音波送信で素子配列方向にて２音線以上の受信データ（音線データ）が生成される。受信フォーカスについては、例えば特開２００８―１６７９８５号公報に記載されている。本例では、１回の超音波送信で得られた受信データをメモリに記憶した後、仮定音速を切り換えて、受信フォーカスされた複数の音線データ（受信フォーカス後の受信データ）を生成する。
【００６４】
本例では、送受信部２２にて生成される受信データの素子配列方向における解像度は、超音波探触子２０の素子（例えば超音波トランスデューサ）の間隔以上である。これによって、方位方向の位相差の折返しが起きないため、スペックル指標の誤計算を防ぐ事ができる。
【００６５】
時間領域信号処理部２４は、超音波エコーの受信信号から、時間領域の振幅情報および時間領域の位相情報を取得する処理を行う。
【００６６】
本例の信号処理部２４は、直交検波部２４１、振幅情報演算部２４２および位相情報演算部２４３を含んで構成されている。
【００６７】
直交検波部２４１は、超音波エコーを示す受信信号に対して直交検波を行う。
【００６８】
受信信号ｓ(t)は、次式で表される。
【００６９】
［数１］
ｓ(t)＝ｕ(t) ×ｃｏｓ(ωｔ＋φ(t))
ここで、ｕ(t)は振幅を示し、φ(t)は位相を示す。
【００７０】
受信信号ｓ(t)は、直交検波によって、次式に示すように、実数成分Ｉ（cos成分）と虚数成分Ｑ（sin成分）とに分離される。
【００７１】
［数２］
Ｉ＝ｕ(t)cos(φ(t))
Ｑ＝ｕ(t)sin(φ(t))
実数成分はＩ成分、虚数成分はＱ成分とも呼ばれる。
【００７２】
振幅情報演算部２４２は、直交検波部２４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、振幅ｕ(t)を、次式により算出する。
【００７３】
［数３］
ｕ(t)＝√（Ｉ２＋Ｑ２）
位相情報演算部２４３は、直交検波部２４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、位相φ(t)を、次式により算出する。
【００７４】
［数４］
φ(t)＝tan-1Ｉ／Ｑ
直交検波部２４１および振幅情報演算部２４２によって、時間領域における振幅情報としてのｕ(t)を取得する時間的振幅取得手段が構成されている。また、直交検波部２４１および位相情報演算部２４３によって、時間領域における位相情報としてのφ(t)を取得する時間的位相取得手段が構成されている。
【００７５】
振幅画像生成部２６は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの振幅を示す振幅画像（Ｂモード断層像）を生成する。距離方向においては、時間領域における振幅情報を、仮定音速を用いて、空間領域における振幅情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間（伝搬時間）が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、振幅の値を画素値（濃度または色を示す）に対応付けることで、振幅画像が生成される。
【００７６】
位相差画像生成部２８は、被検体内の各反射位置からの超音波エコーの位相差を示す位相差画像を生成する。距離方向においては、時間領域における位相情報を、仮定音速を用いて、空間領域における位相差情報に変換する。具体的には、超音波のパルスを送信してから超音波エコーのパルスを受信するまでの時間（伝搬時間）が反射位置の深さにより異なるので、仮定音速を用いて、伝搬時間を被検体内の反射位置の深さに対応付けるとともに、位相差の値を画素値（濃度または色を示す）に対応付けることで、位相差画像が生成される。
【００７７】
なお、スペックルノイズが方位方向または距離方向のどちらかに平行に存在する場合、その方向では位相変化が小さいが、それと直交する方向では位相変化が大きくなるため、方位方向の位相差および距離方向の位相差の両方を求めることが、好ましい。二次元的な位相差情報を求めてもよい。
【００７８】
振幅画像生成部２６によって、空間領域における振幅情報を取得する空間的振幅取得手段が構成されている。また、位相差画像生成部２８によって、空間領域における位相差情報を取得する空間的位相差取得手段が構成されている。
【００７９】
仮定音速設定部３０は、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に仮定音速を与えることにより、仮定音速を設定する。
【００８０】
最適音速判定部３２は、仮定音速設定部３０を介して、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に与える仮定音速を切り換えて、位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する。
【００８１】
なお、位相差のみに基づいて最適音速を判定することや、振幅のみに基づいて最適音速を判定することも可能であるが、位相および振幅の両方に基づいて最適音速を判定することが、好ましい。位相および振幅の両方を用いることで、より正確な判定が可能となる。
【００８２】
仮定音速記憶部３４は、仮定音速を記憶する不揮発性のメモリである。
【００８３】
画像処理部４０は、振幅画像および位相差画像に対して、各種の画像処理を施す。この画像処理部４０は、振幅画像と位相差画像とを合成する機能を有する。例えば、位相差画像によって振幅画像の輝度または色を変調することにより、振幅画像と位相差画像とを重畳する。
【００８４】
表示制御部４２は、振幅画像、位相差画像、および、これらの合成画像のうちから、後述のモード切換部４４の指示に従って任意の画像を選択し、拡縮処理やレイアウト処理を行って、表示部１４に入力する。表示する画像の組み合わせは各種ある。例えば、振幅画像と位相差画像とを並べて、表示部１４に表示させる。振幅画像とともに、振幅画像と位相差画像との合成画像を並べて、表示させてもよい。振幅画像のみ、または、合成画像のみを、表示させてもよい。
【００８５】
モード切換部４４は、表示モードを切り換える機能のほか、最適音速取得のモードを切り換える機能を有する。具体的には、最適音速判定部３２による最適音速の判定を行って当該最適音速により位相差画像および振幅画像を生成する最適音速モードと、最適音速の判定を行わないで仮定音速記憶部３４に予め記憶されている通常の仮定音速により位相差画像および振幅画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換える。
【００８６】
本例の最適音速モードでは、超音波探触子２０による同じ超音波の送信（１回の送信）から得られる同じ受信信号を用いるとともに、複数の仮定音速のうちから順次仮定音速を切り換えて、複数の仮定音速の中から最適な音速を求める。具体的には、最適音速判定部３２は、仮定音速設定部３０を介して、送受信部２２および位相差画像生成部２８および振幅画像生成部２６に与える仮定音速を切り換える。
【００８７】
また、本例にて、超音波探触子２０の素子の配列方向における位相の分解能は、超音波探触子２０の素子の間隔以上である。すなわち、位相差画像生成部２８にて生成される位相差画像の素子配列方向における解像度は、超音波探触子２０の素子（例えば超音波トランスデューサ）の間隔以上である。
【００８８】
時間領域信号処理部２４、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８、仮定音速設定部３０、最適音速判定部３２、画像処理部４０、表示制御部４２、および、モード切換部４４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成される。これらの一部が回路によって構成されていてもよい。
【００８９】
なお、被検体内の各反射位置に対応する位相差を示す情報として、位相差画像生成部２８にて位相差画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は位相差画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。同様に、被検体内の各反射位置に対応する空間的な振幅を示す情報として、振幅画像生成部２６にて振幅画像を生成した場合を例に説明したが、本発明は振幅画像を生成する場合には特に限定されず、視認可能な画像の代わりに視認不能な情報を生成してもよい。
【００９０】
以下では、最適音速取得について、各種の実施形態に分けて説明する。
【００９１】
＜第１実施形態＞
第１実施形態にて、図４の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図５は、第１実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【００９２】
ステップＳ１０にて、仮定音速の初期値を設定する。例えば、仮定音速設定部３０が仮定音速記憶部３４から仮定音速の初期値を読み出して、送受信部２２および振幅画像生成部２６および位相差画像生成部２８に仮定音速の初期値を設定する。
【００９３】
ステップＳ１１にて、送受信部２２は受信フォーカスを行い、振幅画像生成部２６は受信データから得られる振幅情報に基づいて振幅画像を生成する。また、位相差画像生成部２８は、受信データから得られる位相差情報に基づいて位相差画像を生成する。距離方向については、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報を生成するとともに、時間的な位相情報から空間的な位相差情報を生成する。
【００９４】
ステップＳ１２にて、時間的または空間的な位相差の大きさ（絶対値）の総和を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間的位相差の大きさの総和を算出してもよい。すなわち、空間領域全体について総和を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について総和を求めてもよい。
【００９５】
ステップＳ１４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。例えば、仮定音速設定部３０が仮定音速記憶部３４から仮定音速の終了値を読み出して、現在の仮定音速と終了値とを比較する。未終了の場合には、ステップＳ１５に進み、終了した場合には、ステップＳ１６に進む。
【００９６】
ステップＳ１５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ１１に戻る。
【００９７】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ１６にて、仮定音速の切り換えによる位相差の大きさの総和の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図６に示すように、位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速が最適音速であると判定する。
【００９８】
本例では、素子配列方向における空間的な位相差の絶対値の総和に基づいて、最適音速を判定する。なお、超音波探触子２０や送受信部２２の種類によっては、被権体の深さ方向における位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよいし、深さ方向および素子配列方向の両方向における位相差の二乗和の平方根の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の絶対値の総和に基づいて最適音速を判定してもよい。
【００９９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態にて、図４の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、受信データの位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 図７は、第２実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１００】
ステップＳ２０およびＳ２１は、図６に示した第１実施形態におけるステップＳ１０およびＳ１１とそれぞれ同じであり、説明を省略する。
【０１０１】
ステップＳ２２にて、受信データの位相差の空間周波数を算出する。ここで、位相差画像全体にて空間周波数を求めてもよいし、位相差画像中の関心領域にて空間周波数を求めてもよい。すなわち、空間領域全体について空間周波数を求めてもよいし、空間領域全体のうち関心領域について空間周波数を求めてもよい。本例にて、位相差の空間周波数とは、単位面積（または単位長さ）あたりの位相差の変化の頻度（波の数）を示す。
【０１０２】
ステップＳ２４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップＳ２５に進み、終了した場合には、ステップＳ２６に進む。
【０１０３】
ステップＳ２５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ２１に戻る。
【０１０４】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ２６にて、仮定音速の切り換えによる位相差の空間周波数の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図８に示すように、位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定する。
【０１０５】
なお、被検体の深さ方向における位相差の空間周波数、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差の空間周波数うち、一方に基づいて、最適音速を判定してもよい。また、二次元的な位相差の空間周波数に基づいて最適音速を判定してもよい。
【０１０６】
＜第３実施形態＞
第３実施形態にて、図８の最適音速判定部３２は、複数の仮定音速のうちで仮定音速を切り換えて、超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出し、そのスペックル成分の密度が最大となる仮定音速を、最適音速であると判定する。 超音波エコーの受信データからスペックル成分を抽出する態様には各種ある。
【０１０７】
第１に、受信データの空間的な位相差に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。本態様では、位相が空間的に急変化する位置を、スペックル位置と判定する。例えば、位相差画像にて、各画素に順次注目し、深さ方向（距離方向）に対応する縦方向の位相差Δφ（ｙ）と、素子配列方向（方位方向）に対応する横方向の位相差Δφ（ｘ）との二乗和の平方根（√（Δφ（ｙ）２＋Δφ（ｘ）２））が閾値を超えている画素位置（ｘ，ｙ）を、スペックル位置と判定する。各画素の位相差をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における位相差の代表値（例えば、平均値、または、頻度が最大である位相差）を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向のおよび横方向のうちで大きい方の位相差に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。
【０１０８】
第２に、受信データの空間的な振幅に基づいて、スペックルが発生している空間的な位置を判定する態様がある。例えば、振幅画像にて、各画素に順次注目し、周辺画素との間で振幅差がある画素位置であって且つ振幅差が閾値よりも小さい画素の位置を、スペックル位置と判定する。各画素の振幅をそのまま用いる代わりに、各画素を中心とした一定サイズの注目領域における振幅の代表値（例えば、平均値、または、頻度が最大である振幅）を用いて、判定してもよい。また、縦方向および横方向のうちいずれか一方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよいし、また、縦方向および横方向のうちで大きい方の振幅に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。
【０１０９】
第３に、受信データの空間的な位相差および空間的な振幅の両方に基づいて抽出する態様がある。具体的には、例えば、位相差に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果に基づいてスペックル位置を判定する。
なお、スペックル判別として、スペックルノイズかどうかという２値的な判別や、どの程度スペックルノイズが含まれているかという多値的な判別を行い、その結果を出力してもよい。位相変化量そのものを、スペックルらしさを示すデータとして用いてもよい。
【０１１０】
また、スペックルノイズかどうかを判別するための判別関数を用いて、スペックル判別を行ってもよい。 図９は、第３実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として、図４の最適音速判定部３２を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１１１】
ステップＳ３０およびＳ３１は、図６に示した第１実施形態におけるステップＳ１０およびＳ１１とそれぞれ同じであり、説明を省略する。
【０１１２】
ステップＳ３２にて、スペックルノイズを抽出する。例えば、位相差画像にて各画素に順次注目し、注目画素の値（空間的な位相差）に、振幅差に応じた係数を掛けて、その結果が閾値よりも大きな注目画素の位置を、スペックル位置と判定する。この場合、空間的な位相差が大きいほどスペックル度が高く、且つ、振幅差が小さいほどスペックル度が高いと判定することになる。ここで、振幅差は、位相差画像中の注目画素の位置と対応する位置に在る振幅画像中の画素に注目したとき、当該振幅画像中の注目画素の値（空間的な振幅）と振幅画像中の周辺画素の値との差分である。
【０１１３】
ステップＳ３３にて、所定サイズのカーネル内のスペックルノイズの密度を算出する。具体的には、位相差画像中の一定サイズの注目領域中における単位面積あたりのスペックルノイズの密度を算出する。例えば、スペックル位置と判定された画素（スペックル画素）の数をカウントする。スペックル度（スペックルらしさ）の総和をとる方法もある。比較する際のカーネルは、受信データに対して、同じ領域になるように設定する。
【０１１４】
ステップＳ３４にて、全仮定音速が終了したか否かを判定する。未終了の場合には、ステップＳ３５に進み、終了した場合には、ステップＳ３６に進む。
【０１１５】
ステップＳ３５にて、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ３１に戻る。
【０１１６】
全仮定音速が終了すると、ステップＳ３６にて、仮定音速の切り換えによるスペックルノイズの密度の変化から、最適音速を判定する。具体的には、図１０に示すように、スペックルノイズの密度が最大となる仮定音速を最適音速であると判定する。
なお、最適音速判定部３２は、位相差のみに基づいて、スペックル成分を抽出してもよい。また、被検体の深さ方向における位相差、および、超音波送受信手段の素子の配列方向における位相差のうち、一方に基づいて、スペックル位置を判定してもよい。また、二次元的な位相差に基づいて最適音速を判定してもよい。
【０１１７】
また、最適音速判定部３２は、振幅のみに基づいて、スペックル位置を判定してもよい。 なお、第１実施形態にて位相差の大きさの総和を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第２実施形態にて位相差の高周波成分を用いて最適音速を取得する場合を説明し、第３実施形態にてスペックル成分の密度を用いて最適音速を取得する場合を説明したが、これら（「位相差の大きさの総和」、「位相差の高周波成分」、「スペックル成分の密度」）の組み合わせにより最適音速を取得してもよい。
【０１１８】
＜第４実施形態＞
第４実施形態では、被検体に対応する空間内の複数のＲＯＩ（「関心領域」ともいう）について各ＲＯＩごとに最適音速を求めるとともに、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成し、合成画像を表示する。
【０１１９】
図１１は、画像生成処理の一例の流れを示すフローチャートである。この処理は、主として図４の最適音速判定部３２、振幅画像生成部２６、位相差画像生成部２８および画像処理部４０を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１２０】
ステップＳ４１にて、主として最適音速判定部３２により、各ＲＯＩにおける最適音速を取得する。
【０１２１】
例えば、図１２（ａ）に示すように、被検体に対応する空間（以下「画像空間」という）内に複数のＲＯＩ（４０１〜４０４）を設定したとする。そうすると、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）ごとに仮定音速を切り換えて、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）ごとの最適音速を取得する。なお、各ＲＯＩごとの最適音速を求める処理は、第１実施形態〜第３実施形態にて説明した処理のうちいずれかを用いればよいので、その説明を省略する。
【０１２２】
ステップＳ４２にて、振幅画像生成部２６により、各最適音速に対応する振幅画像を取得する。具体的には、各最適音速ごとに、時間的な振幅情報から空間的な振幅情報に変換し、振幅画像を生成する。
【０１２３】
例えば、図１２（ｂ）に示すように、各ＲＯＩ（４０１〜４０４）の最適音速にそれぞれ対応する振幅画像４１１〜４１４（全体画像）を取得する。各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４のみを生成してもよい。
【０１２４】
ステップＳ４３にて、画像処理部４０により、各最適音速値に対応する振幅画像を、各ＲＯＩ位置を中心として、合成する。
【０１２５】
例えば、図１２（ｃ）に示すように、各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４を結合することにより、合成画像４３０を生成する。あるいは、各ＲＯＩの部分画像４２１〜４２４の重みを大きくするとともに、全体画像４１１〜４１１のうちで非ＲＯＩ部分４３１〜４３４の重みを小さくして、合成を行ってもよい。
【０１２６】
ステップＳ４４にて、合成画像４３０に対して、各種の画像処理（例えば、対数圧縮、ゲイン、ＤＲ、ＳＴＣ、グレーマップ調整、スキャンコンバート等の各処理）を施す。
【０１２７】
なお、説明の便宜上、空間を等分して複数のＲＯＩに分けた場合を例に説明したが、図１３に示すように、ＲＯＩ（５０１〜５０４）は自在に設定できる。例えば、通常の仮定音速により生成した振幅画像を表示部１４に表示し、ユーザが表示部１４を見ながら操作部１２により符号５０１〜５０３のＲＯＩを設定し、残りの領域を符号５０４の領域とする。
【０１２８】
表示制御部４２による表示制御の態様には各種あり、複数の最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像（例えば、振幅画像、位相差画像）を、並べて、または、切り換えて単独で表示させるようにしてもよい。例えば、図１２（ｂ）に示した各最適音速に生成した振幅画像４１１〜４１４を、表示部１４の画面上に、並べて、あるいは、切り換えて単独で、表示させる。
【０１２９】
＜スペックルの判別＞
以下では、スペックル判別の具体例について説明する。
【０１３０】
判別関数は、例えば、スペックルまたは非スペックルの位置がわかっている空間的な位相情報を予め用意しておき、その位相変化量（位相差）から作成した特徴量を元に作成する。すなわち、スペックルであることがわかっている位相変化量データ及び非スペックルであることがわかっている位相変化量データとから、それぞれ所定の特徴量が算出され、これからスペックル判別関数が作成される。
【０１３１】
ここで、特徴量は、位相変化量のデータの単一画素でも良い。ただし、単一画素の場合、差分をとって位相変化量を求めた場合には画素の僅かなずれが生じる、縦横方向から位相変化量を求めた場合には十字に交差する部分の中心の位相変化は大きくならないなどの問題があるため、注目画素の近傍画素の値や近傍画素との演算結果等、複数のデータを使用するのが望ましい。このとき、複数のデータは多次元となるため、閾値を設計し易いようにＰＣＡ（主成分分析）などを行って次元を下げるようにしてもよい。
【０１３２】
図１４に、スペックル判別関数の一例を示す。
【０１３３】
ここでは、縦方向位相変化量及び横方向位相変化量をそれぞれ特徴量（１）及び特徴量（２）とし、非スペックルノイズを〇で表し、スペックルノイズを×で表している。図１４に示す例では、非スペックルノイズ〇とスペックルノイズ×の領域を分離する直線として判別関数が設定される。このように特徴量に変換した結果を基にしてスペックルノイズと非スペックルノイズを判別する関数（あるいは閾値）が設計される。なお、判別関数はこのような線形のものに限定されるものではない。
【０１３４】
また、判別関数の設定方法は特に限定されるものではなく、例えば、ＳＶＭ（サポートベクターマシン）などの既知のデータ（学習データ）を利用した統計的手法（例えば、参考文献としてネロ・クリスティアニーニ、ジョン・テーラー著「サポートベクターマシン入門」共立出版などが挙げられる。）などの公知のクラス分類に使用される線形あるいは非線形の判別関数を用いることができる。もちろん、特徴量毎に閾値を与えるだけで判別可能であれば、閾値だけでスペックルを判別してもよい。また、位相変化量に変換することなく、連続的な位相データの画素といった位相変化がわかるデータを特徴量とした判別関数を設定してもよい。
【０１３５】
図１５に、ＳＶＭ（サポートベクターマシン）を使用したスペックル抽出の判別関数生成処理の一例を示す。
【０１３６】
図１５に示すように、まずファントム画像から手作業でスペックル部分及び非スペックル部分をラベリングし、スペックル判別関数を作成するための既知データを作成する。なお、スペックル及び非スペックル部分をラベリングする際、曖昧な箇所についてはラベリングは行わないようにする。次に、この既知データのスペックル部分及び非スペックル部分からスペックルの判別に用いる特徴量を抽出する。
【０１３７】
ここでは特徴量として、図１６に示すように、３×３画素の中央の画素ｃを注目画素とし、注目画素ｃとその上下左右の４つの近傍画素ａ、ｂ、ｄ、ｅに関し、それぞれ縦（距離）方向位相変化及び横（方位）方向位相変化の複数個の特徴量を使用する。
【０１３８】
次に、この縦方向及び横方向それぞれのラベリングされた画素（注目画素及びその近傍）の複数個の位相変化量を特徴量としてＳＶＭ（サポートベクターマシン）を適用し、判別関数（スペックル判別器）を生成する。もちろん、ラベリングに使用するデータや特徴量は、判別結果が最適となるように変更しても良い。
【０１３９】
このように、予めスペックルまたは非スペックルの位置がわかっている位相データから特徴量を抽出してスペックル判別関数を作成しておく。そして、空間的位相情報に基づいてスペックル抽出が行われる。
【０１４０】
最適音速判定部３２では、例えば、方位（横）方向の位相差及び距離（縦）方向の位相差が入力されると、これをスペックル判別に用いる特徴量に変換し、予め作成されているスペックル判別関数を用いてスペックルであるかどうか判別し、スペックル抽出が行われる。
【０１４１】
判別結果は、２値的にスペックルであるかどうかを示すだけでなく、閾値との差を多値的にどの程度スペックルノイズが含まれているかを示すスペックルらしさとして出力してもよい。また、多値的に出力する場合には、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）などでさらに値を調整してもよい。
【０１４２】
なお、スペックル判別関数は、超音波の送受信の条件などによって変化するため、実際の装置の場合には条件毎に判別関数を設定するのが望ましい。
【０１４３】
以上説明した例では、振幅情報ではなく位相情報を用いてスペックル成分を抽出するようにしている。振幅ではスペックルの形状、エコーレベルによっては、スペックルの判別が困難な場合があるため正確にスペックル成分を抽出できない場合があるが、位相情報を用いることにより、スペックルの形状や周囲のエコーレベルに依存しないスペックル成分の抽出が可能となる。
【０１４４】
このように、位相情報のみでスペックル成分を抽出することができるが、振幅情報を特徴量に加えるなど、振幅情報（振幅成分あるいはその包絡線成分）と位相情報を組み合わせてスペックル成分を抽出するようにしてもよい。この場合、位相情報（方位方向の位相差、距離方向の位相差を用いるが、これらの空間的な位相差情報とともに空間的な振幅情報をも用い、振幅情報（画素値）も加えて特徴量の次元（図１６に示す例では２次元）を増加して、スペックル抽出を行うようにしてもよい。
【０１４５】
このように、振幅情報と位相情報の両方を用いてスペックル抽出を行うことで、より正確なスペックル抽出が可能となる。
【０１４６】
図１７（ａ）は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示し、図１７（ｂ）は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示し、図１７（ｃ）は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す。前述した第１実施形態〜第３実施形態のうちいずれの実施形態でも、最適音速では図１７（ｂ）に示すような位相差画像が得られる。このような最適音速にて得られた位相差画像を、単独で表示したり、他の画像（例えば振幅画像）と合成または切り換え可能に表示することで、適切な診断が可能となる。 以上、説明の便宜上、１次元配列された超音波送受信素子を有する超音波探触子２０を例に説明したが、本発明は、超音波送受信素子が２次元配列されている場合にも適用できる。
【０１４７】
本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】超音波探触子と被検体との位置関係の説明に用いる説明図
【図２】強め合う干渉の例を示すグラフであり、（ａ）は干渉前を表すグラフ、（ｂ）は干渉後を表すグラフ
【図３】弱め合う干渉の例を示すグラフであり、（ａ）は干渉前を表すグラフ、（ｂ）は干渉後を表すグラフ
【図４】本発明に係る超音波信号処理装置を含む超音波画像処理装置の構成例を示すブロック図
【図５】第１実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図６】第１実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図７】第２実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図８】第２実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図９】第３実施形態における最適音速取得処理の一例の流れを示すフローチャート
【図１０】第３実施形態における最適音速の判定の説明に用いる説明図
【図１１】第４実施形態における画像生成処理の一例の流れを示すフローチャート
【図１２】（ａ）はＲＯＩの例の説明に用いる示す説明図、（ｂ）は各ＲＯＩごとの最適音速にてそれぞれ生成された複数の画像の説明に用いる説明図、（ｃ）は合成画像の説明に用いる説明図
【図１３】自在に設定したＲＯＩの説明に用いる説明図
【図１４】スペックル判別関数の一例を示す説明図
【図１５】スペックル判別関数の生成処理の一例を示す説明図
【図１６】スペックル判別のための特徴量の説明に用いる説明図
【図１７】図１７（ａ）は仮定音速が最適音速よりも遅い場合の位相差画像の例を示す説明図、図１７（ｂ）は仮定音速が最適音速である場合の位相差画像の例を示す説明図、図１７（ｃ）は仮定音速が最適音速よりも速い場合の位相差画像の例を示す説明図を示す説明図
【符号の説明】
【０１４９】
１０…超音波画像処理装置、１２…操作部、１４…表示部、２０…超音波探触子、２２…送受信部、２４…時間領域信号処理部（時間的振幅取得部、時間的位相取得部）、２６…振幅画像生成部（空間的振幅取得部）、２８…位相差画像生成部（空間的位相差取得部）、３０…仮定音速設定部、３２…最適音速判定部、３４…仮定音速記憶部、４０…画像処理部、４２…表示制御部、４４…モード切換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、
を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置。
【請求項２】
前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする請求項１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項３】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項４】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項５】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項６】
前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波信号処理装置。
【請求項７】
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波信号処理装置。
【請求項８】
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする請求項２、３、４および６のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項９】
前記最適音速取得手段は、少なくとも２つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項２、３、４、６および８のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１０】
前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信データを利用することを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１１】
前記最適音速取得手段は、１回の超音波送信で得られる前記受信データを用いて前記最適音速を求めることを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の超音波処理装置。
【請求項１２】
前記超音波送受信手段は、１回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に２音線以上の前記受信データを生成可能であることを特徴とする請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１３】
前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１４】
前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１５】
複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１６】
複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１７】
前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１６のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１８】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法。
【請求項１】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成する超音波送受信手段と、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、最適音速を取得する最適音速取得手段と、
を備えたことを特徴とする超音波信号処理装置。
【請求項２】
前記最適音速取得手段は、前記最適音速として、前記超音波送受信手段の素子の配列方向および前記被検体の深さ方向のうち少なくともいずれかにおける前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることを特徴とする請求項１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項３】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の大きさの総和が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項４】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号の位相差の空間周波数が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項５】
前記最適音速取得手段は、前記仮定音速を切り換えて、前記受信信号からスペックル成分を抽出し、前記スペックル成分の密度が最大となる仮定音速を最適音速と判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項６】
前記受信信号から位相差を取得する位相差取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記位相差に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波信号処理装置。
【請求項７】
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅に基づいて前記スペックル成分を抽出することを特徴とする請求項５に記載の超音波信号処理装置。
【請求項８】
前記受信信号から振幅を取得する振幅取得手段を備え、
前記最適音速取得手段は、前記振幅にも基づいて前記最適音速を判定することを特徴とする請求項２、３、４および６のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項９】
前記最適音速取得手段は、少なくとも２つ以上の方向における位相差に基づいて、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項２、３、４、６および８のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１０】
前記最適音速取得手段は、前記超音波送受信手段の素子の配列方向における位相の分解能が前記素子の間隔以上である前記受信データを利用することを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１１】
前記最適音速取得手段は、１回の超音波送信で得られる前記受信データを用いて前記最適音速を求めることを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の超音波処理装置。
【請求項１２】
前記超音波送受信手段は、１回の超音波送信で前記超音波送受信手段の素子の配列方向に２音線以上の前記受信データを生成可能であることを特徴とする請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１３】
前記最適音速により生成された画像を表示手段に表示させることを特徴とする請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１４】
前記最適音速取得手段は、被検体内に対応する空間内の関心領域について各関心領域ごとに、前記最適音速を求めることを特徴とする請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１５】
複数の前記最適音速によりそれぞれ生成された複数の画像を、並べて、または、切り換えて単独で、表示手段に表示させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１６】
複数の前記仮定音速によりそれぞれ生成された複数の画像を合成して、表示手段に表示させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１７】
前記最適音速取得手段により最適音速の判定を行って該最適音速により画像を生成する最適音速モードと、前記最適音速の判定を行わないで通常の仮定音速により画像を生成する通常仮定音速モードとを切り換えるモード切換手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１６のうちいずれか１項に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１８】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体内からの超音波エコーを受信して、該超音波エコーを示す受信信号を生成し、
前記受信信号の位相変化の高周波成分が最大となる仮定音速を求めることにより、仮定音速の最適音速を取得することを特徴とする超音波信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−８２１９０（Ｐ２０１０−８２１９０Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５４６４４（Ｐ２００８−２５４６４４）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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