JP2009061086A - 超音波診断装置、並びに、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】通常のＢモード撮像のためのビーム走査によって得られるデータを用いて被検体内の音速分布を求めることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】この超音波診断装置は、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号を処理する送受信部と、受信信号を格納する受信信号格納部と、受信信号に対して受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成して包絡線検波処理を施す受信制御部と、音線信号に基づいて画像信号を生成する超音波画像生成部と、受信制御部に音速値に関する情報を供給し、受信信号格納部から読み出された受信信号に対して音速値に基づいて設定される遅延量に従って受信制御部に受信フォーカス処理を行わせ、音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求める音速解析部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。さらに、本発明は、そのような超音波診断装置において用いられる画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

一般的に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信して受信フォーカス処理を行うことにより、超音波エコーの強度に基づいて、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）に関する画像情報が得られる。

通常は、被検体内の音速が一定であるとして受信フォーカス処理が行われるが、実際には、被検体内の組織によって音速が異なるので、ビーム集束度が劣化するという問題が生じており、この問題に対する解決策が提案されている。

関連する技術として、特許文献１には、電子的なビーム制御に要求される最適設定音速値を正確かつ容易に設定することを目的とした超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置のシステム制御部は、予め設定されている設定音速値に基づいて異なる方向からの斜め走査によって得られた２枚の予備撮影用画像を表示部において重畳表示しながら設定音速値を順次更新する。遅延時間演算部は、更新された設定音速値を用いて前記方向に超音波ビームを偏向するための遅延時間を算出し、送信部及び受信部の遅延時間を制御する。設定音速値が順次更新されて、表示部に重畳表示された２枚の画像間のずれが最小となったときの設定音速値に基づいて、ビーム集束用の遅延時間が設定され、本撮影が行われる。しかしながら、このような音速値設定方法は、リニアプローブ以外では効果が得られ難く、また、同一領域に対して複数回の走査を行うので、フレームレートが劣化してしまう。

また、特許文献２には、局所音速を計測すべき関心領域を移動させることによって、生体内の局所音速の２次元分布を計測することを目的とした超音波診断装置が開示されている。この超音波撮像装置は、生体内に超音波ビームを送信する少なくとも２つの送信用超音波トランスデューサと、受信領域がそれらの送信用超音波トランスデューサの送信領域とそれぞれ交差するように配置された少なくとも２つの受信用超音波トランスデューサと、少なくとも２つの送信用超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが生体内の異なる点で反射された後、少なくとも２つの受信用超音波トランスデューサでそれぞれ受信されるまでの時間の差を計測する手段と、この時間差から生体内における局所的な音速を求める手段と、少なくとも２つの超音波トランスデューサの間隔及び／又は送信用超音波トランスデューサから送信される超音波ビームの角度を変えることにより、送信領域と受信領域との交差領域を生体の深さ方向に移動させる手段とを備えている。しかしながら、このような音速計測方法は、コンベックスタイプのプローブでは実現が困難であり、また、Ｂモード撮像とは異なるビーム走査が必要となるので、設計が複雑になりコストが上昇する。
特開２００５−４６１９３号公報（第１頁、図６） 特開昭６２−２５４７４０号公報（第１−２頁、第１図）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、いかなるタイプの超音波探触子を用いた場合においても、通常のＢモード撮像のためのビーム走査によって得られるデータを用いて、被検体内の音速分布を求めることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような超音波診断装置において用いられる画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、送受信部から出力される複数の受信信号を格納する受信信号格納部と、送受信部から出力される複数の受信信号、又は、受信信号格納部から読み出された複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す受信制御手段と、受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、受信制御手段に音速値に関する情報を供給することにより、受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信制御手段に受信フォーカス処理を行わせ、受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求める音速解析手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る画像処理方法は、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理方法であって、複数の受信信号を受信信号格納部に格納すると共に、複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ａ）と、受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求めるステップ（ｂ）とを具備する。

さらに、本発明の１つの観点に係る画像処理プログラムは、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理プログラムであって、複数の受信信号を受信信号格納部に格納すると共に、複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ａ）と、受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求める手順（ｂ）とをＣＰＵに実行させる。

本発明によれば、受信信号格納部に格納された受信信号を利用して、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求めるので、いかなるタイプの超音波探触子を用いた場合においても、通常のＢモード撮像のためのビーム走査によって得られるデータを用いて被検体内の音速分布を求めることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波探触子１０と、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、駆動信号発生部１４と、受信信号処理部２１と、受信信号格納部２２と、受信遅延パターン記憶部２３と、受信制御部２４と、Ｂモード画像生成部３０と、音速解析部４０と、画像再構成部５１と、画像表示制御部５２と、Ｄ／Ａ変換器５３と、表示部５４と、操作卓５５と、制御部５６と、格納部５７とを有している。

超音波探触子１０は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、電子ラジアルスキャン方式、メカニカルラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。超音波探触子１０は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０ａを備えている。それらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して受信信号を出力する。

各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。超音波ビームによる被検体の走査は、電子的に行われても良いし、メカニカルに行われても良い。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。

駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部１４は、送信制御部１３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給する。

受信信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２１ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２１ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力される受信信号は、増幅器２１ａにおいて増幅され、増幅器２１ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２１ｂによってディジタルの受信信号（受信データ）に変換される。Ａ／Ｄ変換器２１ｂは、ディジタルの受信信号を、受信信号格納部２２及び受信制御部２４に供給する。受信信号格納部２２は、メモリ等によって構成されており、Ａ／Ｄ変換器２１ｂから供給される受信信号を格納する。受信信号格納部２２に格納された受信信号は、被検体内の音速を解析するために用いられる。

受信遅延パターン記憶部２３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２４は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２３に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、受信信号処理部２１から出力される複数の受信信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。さらに、受信制御部２４は、形成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す。

Ｂモード画像生成部３０は、受信制御部２４から出力される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。そのために、Ｂモード画像生成部３０は、音線信号格納部３１と、ＳＴＣ（sensitivity time control）部３２と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）３３とを含んでいる。

音線信号格納部３１は、メモリ等で構成され、受信制御部２４から出力される音線信号（音線データ）を一旦格納する。ＳＴＣ部３２は、音線信号格納部３１から読み出された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣ３３は、ＳＴＣ部３２によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。

本実施形態においては、例えば、フリーズモード（格納されているデータに基づいて同じ画面を繰り返し表示するモード）において、オペレータの指示に従って、制御部５６が、被検体内の音速を解析するように音速解析部４０等を制御する。これにより、音速解析部４０が、受信制御部２４に、音速値に関する情報を供給する。受信制御部２４は、音速解析部４０から供給される音速値に関する情報に基づいて設定される複数の遅延量に従って、受信信号格納部２２から読み出された複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行う。

一般には、人体内の音速値Ｃ０として、１５３０ｍ／ｓ又は１５４０ｍ／ｓが用いられるが、実際には、人体内の組織によって音速値が異なっている。そこで、被検体内の音速値Ｃｉを設定し、受信遅延パターンにおける遅延量Ｄ０（ｊ）に（Ｃ０／Ｃｉ）を乗ずることにより、複数の遅延量Ｄ１（ｊ）＝（Ｃ０／Ｃｉ）・Ｄ０（ｊ）が設定される（ｊ＝１、２、・・・、Ｌ）。なお、Ｌは、使用される超音波トランスデューサの数である。

音速解析部４０は、受信制御部２４から出力される音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して、被検体内の２次元音速分布を求める。そのために、音速解析部４０は、音線信号格納部４１と、帯域制限画像生成部４２と、フォーカス判定部４３と、音速マップ画像生成部４４と、解析制御部４５とを含んでいる。

解析制御部４５は、複数の異なる音速値Ｃｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｋ）に関する情報を受信制御部２４に順次供給する。音線信号格納部４１は、メモリ等によって構成され、受信制御部２４から出力される音線信号（音線データ）を一旦格納する。帯域制限画像生成部４２は、音線信号格納部４１から読み出された音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成する。フォーカス判定部４３は、複数の異なる音速値Ｃｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｋ）について、帯域制限画像生成部４２によって生成される帯域制限画像信号におけるＫ個のフォーカス判定値を算出し、それらのフォーカス判定値に基づいて最適音速値を求める。

音速マップ画像生成部４４は、超音波画像の各領域について求められた最適音速値に基づいて、被検体内の２次元音速分布を求め、さらに、超音波画像全体の音速マップを表す画像信号を生成する。音速マップを表す画像信号は、ＤＳＣ３３に出力されて、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）される。

一方、画像再構成部５１は、音速解析部４０によって求められた被検体内の２次元音速分布に基づいて、Ｂモード画像生成部３０によって生成された画像信号によって表される超音波画像を再構成する。

画像表示制御部５２は、Ｂモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像信号に基づく超音波画像と、画像再構成部５１によって再構成されたＢモード画像信号に基づく超音波画像と、音速マップ画像生成部４４によって生成された画像信号に基づく音速マップとの内の１つを選択し、又は、複数を合成することにより、表示用の画像信号を生成する。Ｄ／Ａ変換器５３は、画像表示制御部５２から出力されるディジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部５４は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて超音波画像を表示する。

制御部５６は、操作卓５５を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部１１、Ｂモード画像生成部３０、音速解析部４０、画像表示制御部５２等を制御する。操作卓５５には、音速解析部４０の音速解析動作を開始させるためにオペレータが操作する操作手段（音速解析ボタン）５５ａが設けられている。オペレータが音速解析ボタン５５ａを押下すると、制御部５６は、各部を制御してフリーズモードとし、音速解析部４０等に音速解析動作を行わせる。

本実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１３、受信制御部２４、ＳＴＣ３２、ＤＳＣ３３、帯域制限画像生成部４２〜画像表示制御部５２、及び、制御部５６が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、これらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。ソフトウェア（プログラム）は、格納部５７に格納される。格納部５７における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

次に、図１に示す音速解析部４０について、図２〜図６を参照しながら詳しく説明する。
図２は、図１に示す音速解析部の動作を説明するための図である。図２に示すＸＹ平面において、Ｘは１〜Ｎのいずれかの値をとるものとし、Ｙは１〜Ｎのいずれかの値をとるものとする。画素Ｍｎ（Ｘ、Ｙ）を中心とする領域Ｒｎ（図１においては、５×５画素）の超音波画像について受信信号の受信フォーカス処理を行うために、解析制御部４５は、複数の異なる音速値Ｃｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｋ）に関する情報を受信制御部２４に順次供給する。受信制御部２４は、音速値Ｃｉに基づいて設定される複数の遅延量に従って、受信信号格納部２２から読み出された複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、画素Ｍｎ（Ｘ、Ｙ）を中心とする領域Ｒｎに対応する音線信号を出力する。

受信制御部２４から出力される音線信号は、音線信号格納部４１に一旦格納される。帯域制限画像生成部４２は、音線信号格納部４１から読み出された音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像信号を生成する。その際に、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、帯域制限画像信号の周波数帯域を設定するようにしても良い。

図３は、図１に示す帯域制限画像生成部の第１の構成例を示す図であり、図４は、図３に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。

図３に示すように、第１の構成例に係る帯域制限画像生成部４２ａは、ダウンサンプリング部６１と、アップサンプリング部６２と、減算部６３とを含んでいる。音線信号格納部４１から読み出された１フレーム分の音線信号（オリジナルデータ）Ｉ_ＯＲＧは、ダウンサンプリング部６１によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮが生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮは、アップサンプリング部６２において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、元の音線データＩ_ＯＲＧと同じデータサイズのアップサンプリングデータ（低解像度画像信号）Ｉ_ＬＯＷが得られる。図４に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＬＯＷは、カットオフ周波数ｆ_Ｃよりも低い空間周波数成分を有し、解像度の低いボケ画像を表している。

次に、減算部６３によって、次式（１）に示すように、オリジナルデータＩ_ＯＲＧからアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷを減算する処理が行われる。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢが得られる。
Ｉ_ＳＵＢ＝｜Ｉ_ＯＲＧ−Ｉ_ＬＯＷ｜ ・・・（１）

図４に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢは、カットオフ周波数ｆ_Ｃよりも高い空間周波数成分を有する。このようにして、帯域制限画像生成部４２ａは、オリジナルデータＩ_ＯＲＧに対してハイパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像信号を生成する。

制御部５６は、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、カットオフ周波数ｆ_Ｃを設定する。例えば、制御部５６は、超音波の周波数が高ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを高くし、一方、超音波の周波数が低ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを低くする。また、制御部５６は、焦点の深度が浅ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを高くし、一方、焦点の深度が深ければカットオフ周波数ｆ_Ｃを低くする。

図５は、図１に示す帯域制限画像生成部の第２の構成例を示す図であり、図６は、図５に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。

図５に示すように、第２の構成例に係る帯域制限画像生成部４２ｂは、ダウンサンプリング部７１及び７４と、アップサンプリング部７２及び７５と、減算部７３、７６、７７とを含んでいる。音線信号格納部４１から読み出された１フレーム分の音線信号（オリジナルデータ）Ｉ_ＯＲＧは、ダウンサンプリング部７１によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ１が生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ１は、アップサンプリング部７２において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、元の音線データＩ_ＯＲＧと同じデータサイズのアップサンプリングデータ（低解像度画像信号）Ｉ_ＬＯＷが得られる。図６に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＬＯＷは、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１（ボケ画像解像度１）よりも低い空間周波数成分を有している。

次に、減算部７３によって、次式（２）に示すように、オリジナルデータＩ_ＯＲＧからアップサンプリングデータＩ_ＬＯＷを減算する処理が行われる。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１が得られる。
Ｉ_ＳＵＢ１＝｜Ｉ_ＯＲＧ−Ｉ_ＬＯＷ｜ ・・・（２）

図６に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１は、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１よりも高い空間周波数成分を有する。サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１は、ダウンサンプリング部７４によって、間引き処理、及び、ナイキストフィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、データサイズの小さいダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ２が生成される。

次に、ダウンサンプリングデータＩ_ＤＷＮ２は、アップサンプリング部７５において、「０」値のデータを挿入する処理、及び、平滑化フィルタ処理等のフィルタ処理を施される。それにより、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１と同じデータサイズのアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１が得られる。

このアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１を帯域制限画像信号として用いても良いのであるが、さらに、減算部７６によって、式（３）に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１からアップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１を減算してサブバンドデータＩ_ＳＵＢ２を生成し、減算部７７によって、式（４）に示すように、サブバンドデータＩ_ＳＵＢ１からサブバンドデータＩ_ＳＵＢ２を減算してサブバンドデータＩ_ＭＩＤ２を生成して、帯域制限画像信号としても良い。
Ｉ_ＳＵＢ２＝｜Ｉ_ＳＵＢ１−Ｉ_ＭＩＤ１｜ ・・・（３）
Ｉ_ＭＩＤ２＝｜Ｉ_ＳＵＢ１−Ｉ_ＳＵＢ２｜ ・・・（４）

図６に示すように、アップサンプリングデータＩ_ＭＩＤ１（又はサブバンドデータＩ_ＭＩＤ２）は、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１（ボケ画像解像度１）よりも高くカットオフ周波数ｆ_Ｃ２（ボケ画像解像度２）よりも低い空間周波数成分を有している。このようにして、帯域制限画像生成部４２ａは、オリジナルデータＩ_ＯＲＧに対してバンドパスフィルタ処理を施すことにより、帯域制限画像を生成する。

制御部５６は、送信される超音波の周波数及び／又は被検体内において形成される焦点の深度に応じて、カットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を設定する。例えば、制御部５６は、超音波の周波数が高ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を高くし、一方、超音波の周波数が低ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を低くする。また、制御部５６は、焦点の深度が浅ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を高くし、一方、焦点の深度が深ければカットオフ周波数ｆ_Ｃ１及びｆ_Ｃ２を低くする。

再び図１を参照すると、フォーカス判定部４３は、帯域制限画像生成部４２によって生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出する。例えば、１フレーム中の帯域制限画像信号をＩ_ＳＵＢ（ｐ）とすると（ピクセル番号ｐ＝１、２、・・・、Ｍ）、フォーカス判定部４３は、フォーカス判定値として、帯域制限画像信号Ｉ_ＳＵＢ（ｐ）の平均値Ｉ_ＡＶＥ＝ΣＩ_ＳＵＢ（ｐ）／Ｍ、又は、帯域制限画像信号Ｉ_ＳＵＢ（ｐ）のエネルギー値（画像エネルギー量）Ｉ_ＥＮＧ＝ΣＩ_ＳＵＢ（ｐ）^２を算出する。

オペレータは、操作卓５５を操作することにより、フォーカス判定部４３によるフォーカス判定値の算出に用いられる画像領域を設定することができる。例えば、システム設定から、座標やトラックボールを用いて設定したり、システム設定から、中央部、浅部、深部等の領域を選択したりすることができる。あるいは、フォーカス判定部４３によるフォーカス判定値の算出に用いられる画像領域は、予め分割された複数の領域の平均輝度に基づいて自動的に選択されても良い。例えば、最も高い平均輝度を有する領域が選択されたり、中央値に最も近い平均輝度を有する領域が選択される。

フォーカス判定部４３は、複数の異なる音速値Ｃｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｋ）について、帯域制限画像生成部４２によって生成される帯域制限画像信号におけるＫ個のフォーカス判定値を算出し、それらのフォーカス判定値に基づいて最適音速値Ｃ_ＯＰを求める。例えば、フォーカス判定値が最も大きくなる音速値が、その画素についての最適音速値Ｃ_ＯＰとされる。Ｘを１〜Ｎと変化させ、Ｙを１〜Ｎと変化させながら、このような処理を行うことにより、超音波画像の各領域（画素Ｍｎ（Ｘ、Ｙ））について最適音速値Ｃ_ＯＰ（Ｘ、Ｙ）が求められる。

音速マップ画像生成部４４は、超音波画像の各領域について求められた最適音速値に基づいて、被検体内の２次元音速分布を求め、さらに、超音波画像全体の音速マップを表す画像信号を生成する。例えば、被検体が、音速値がＣ_Ｌ１である第１の層（表層）と、音速値がＣ_Ｌ２である第２の層（深層）とを含んでいるものとする。第１の層内の点Ｐ１において反射される超音波は、第１の層のみを通過するので、点Ｐ１について求められた最適音速値を、第１の層の音速値Ｃ_Ｌ１として用いることができる。

一方、第２の層内の点Ｐ２において反射される超音波は、第１の層と第２の層との両方を通過することになるので、音速マップ画像生成部４４は、第２の層内における正確な音速値Ｃ_Ｌ２を求めるために、点Ｐ２について求められた最適音速値を、第１の層の音速値Ｃ_Ｌ１に基づいて補正する。このようにして、被検体内の２次元音速分布が求められる。音速マップを表す画像信号は、ＤＳＣ３３に出力されて、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）される。

画像再構成部５１は、音速解析部４０によって求められた被検体内の２次元音速分布に基づいて、Ｂモード画像生成部３０によって生成された画像信号によって表される超音波画像を再構成する。即ち、画像再構成部５１は、第１の層の音速値Ｃ_Ｌ１又は第２の層の音速値Ｃ_Ｌ２が人体内の標準的な音速値Ｃ０からずれている場合に、音速値の違いによる位置ずれを補正する。

さらに、音速値がＣ_Ｌ１である第１の層と、音速値がＣ_Ｌ２である第２の層との境界線においては、超音波が屈折するので、画像再構成部５１は、Ｂモード画像生成部３０によって生成された画像信号によって表される超音波画像において、屈折によって生じる位置ずれを補正するようにしても良い。例えば、画像再構成部５１は、第１の層から境界線に入射する音線の入射角θ_Ｉを求め、次式（５）によって表されるスネルの法則に従って、境界線から第２の層に出射する音線の出射角θ_Ｔを求める。
（ｓｉｎθ_Ｉ）／Ｃ_Ｌ１＝（ｓｉｎθ_Ｔ）／Ｃ_Ｌ２ ・・・（５）
この関係を用いることにより、画像再構成部５１は、第２の層において生じる位置ずれを補正することができる。
これにより、表示部５４において表示される超音波画像において画質が改善される。

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す音速解析部の動作を説明するための図である。 図１に示す帯域制限画像生成部の第１の構成例を示す図である。 図３に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。 図１に示す帯域制限画像生成部の第２の構成例を示す図である。 図５に示す帯域制限画像生成部によって生成される画像データによって表される画像の空間周波数帯域を示す図である。

符号の説明

１０ 超音波探触子
１０ａ 超音波トランスデューサ
１１ 走査制御部
１２ 送信遅延パターン記憶部
１３ 送信制御部
１４ 駆動信号発生部
２１ 受信信号処理部
２１ａ 増幅器
２１ｂ Ａ／Ｄ変換器
２２ 受信信号格納部
２３ 受信遅延パターン記憶部
２４ 受信制御部
３０ Ｂモード画像生成部
３１ 音線信号格納部
３２ ＳＴＣ部
３３ ＤＳＣ
４０ 音速解析部
４１ 音線信号格納部
４２、４２ａ、４２ｂ 帯域制限画像生成部
４３ フォーカス判定部
４４ 音速マップ画像生成部
４５ 解析制御部
５１ 画像再構成部
５２ 画像表示制御部
５３ Ｄ／Ａ変換器
５４ 表示部
５５ 操作卓
５５ａ 操作手段
５６ 制御部
５７ 格納部
６１、７１、７４ ダウンサンプリング部
６２、７２、７５ アップサンプリング部
６３、７３、７６、７７ 減算部

Claims (19)

1. 複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、
   前記送受信部から出力される複数の受信信号を格納する受信信号格納部と、
   前記送受信部から出力される複数の受信信号、又は、前記受信信号格納部から読み出された複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す受信制御手段と、
   前記受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、
   前記受信制御手段に音速値に関する情報を供給することにより、前記受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って前記受信制御手段に受信フォーカス処理を行わせ、前記受信制御手段から出力される音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求める音速解析手段と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記音速解析手段によって求められる被検体内の２次元音速分布に基づいて、前記超音波画像生成手段によって生成される画像信号によって表される超音波画像を再構成する画像再構成手段をさらに具備する、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記音速解析手段が、
   超音波画像の各領域について、複数の異なる音速値に関する情報を前記受信制御手段に順次供給する解析制御手段と、
   前記受信制御手段から出力される音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成する帯域制限画像生成手段と、
   超音波画像の各領域について、前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号におけるフォーカス判定値を算出し、該フォーカス判定値に基づいて最適音速値を求めるフォーカス判定手段と、
   超音波画像の各領域について求められた最適音速値に基づいて、超音波画像全体の音速マップを表す画像信号を生成する音速マップ画像生成手段と、
   を含む、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
4. 前記帯域制限画像生成手段が、前記受信制御手段から出力される音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより帯域制限画像信号を生成する、請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記フォーカス判定手段が、前記帯域制限画像生成手段によって生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出する、請求項３記載の超音波診断装置。
6. 前記音速マップ画像生成手段が、音速値に対応するカラーの音速マップを表す画像信号を生成する、請求項３記載の超音波診断装置。
7. 前記音速解析手段の動作を開始させるための操作手段をさらに具備する、請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
8. 複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理方法であって、
   複数の受信信号を受信信号格納部に格納すると共に、複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成するステップ（ａ）と、
   前記受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求めるステップ（ｂ）と、
   を具備する画像処理方法。
9. ステップ（ｂ）において求められる被検体内の２次元音速分布に基づいて、ステップ（ａ）において生成される画像信号によって表される超音波画像を再構成するステップ（ｃ）をさらに具備する、請求項８記載の画像処理方法。
10. ステップ（ｂ）が、
    超音波画像の各領域について、複数の異なる音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施すステップ（ｂ１）と、
    ステップ（ｂ１）において得られる音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成するステップ（ｂ２）と、
    超音波画像の各領域について、ステップ（ｂ２）において生成される帯域制限画像信号におけるフォーカス判定値を算出し、該フォーカス判定値に基づいて最適音速値を求めるステップ（ｂ３）と、
    超音波画像の各領域について求められた最適音速値に基づいて、超音波画像全体の音速マップを表す画像信号を生成するステップ（ｂ４）と、
    を含む、請求項８又は９記載の画像処理方法。
11. ステップ（ｂ２）が、ステップ（ｂ１）において得られる音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより帯域制限画像信号を生成することを含む、請求項１０記載の画像処理方法。
12. ステップ（ｂ３）が、ステップ（ｂ２）において生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出することを含む、請求項１０記載の画像処理方法。
13. ステップ（ｂ４）が、音速値に対応するカラーの音速マップを表す画像信号を生成することを含む、請求項１０記載の画像処理方法。
14. 複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝搬した超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号を処理する超音波診断装置において用いられる画像処理プログラムであって、
    複数の受信信号を受信信号格納部に格納すると共に、複数の受信信号の位相を整合させて受信フォーカス処理を行うことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する手順（ａ）と、
    前記受信信号格納部から読み出された複数の受信信号に対して音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施して、該音線信号に基づいて、音速値を変化させたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度の変化を解析して被検体内の２次元音速分布を求める手順（ｂ）と、
    をＣＰＵに実行させる画像処理プログラム。
15. 手順（ｂ）において求められる被検体内の２次元音速分布に基づいて、手順（ａ）において生成される画像信号によって表される超音波画像を再構成する手順（ｃ）をさらにＣＰＵに実行させる、請求項１４記載の画像処理プログラム。
16. 手順（ｂ）が、
    超音波画像の各領域について、複数の異なる音速値に基づいて設定される複数の遅延量に従って受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を生成し、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す手順（ｂ１）と、
    手順（ｂ１）において得られる音線信号の周波数帯域を制限することにより帯域制限画像信号を生成する手順（ｂ２）と、
    超音波画像の各領域について、手順（ｂ２）において生成される帯域制限画像信号におけるフォーカス判定値を算出し、該フォーカス判定値に基づいて最適音速値を求める手順（ｂ３）と、
    超音波画像の各領域について求められた最適音速値に基づいて、超音波画像全体の音速マップを表す画像信号を生成する手順（ｂ４）と、
    を含む、請求項１４又は１５記載の画像処理プログラム。
17. 手順（ｂ２）が、手順（ｂ１）において得られる音線信号に対してハイパスフィルタ処理又はバンドパスフィルタ処理を施すことにより帯域制限画像信号を生成することを含む、請求項１６記載の画像処理プログラム。
18. 手順（ｂ３）が、手順（ｂ２）において生成される帯域制限画像信号の平均値又はエネルギー値に基づいてフォーカス判定値を算出することを含む、請求項１６記載の画像処理プログラム。
19. 手順（ｂ４）が、音速値に対応するカラーの音速マップを表す画像信号を生成することを含む、請求項１６記載の画像処理プログラム。

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