(57)【要約】【課題】スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ること。【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２０と、前記受信信号から前記超音波の周波数にそれぞれ対応する複数の位相差を取得する信号処理部２４および位相差画像生成部２８と、複数の前記周波数の比と複数の前記位相差の比との大小に対応するスペックル指標を算出するスペックル指標算出部３０を備えた。【選択図】図５
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【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、
前記受信信号から前記超音波の周波数にそれぞれ対応する複数の位相差を取得する位相差取得手段と、
複数の前記周波数の比と複数の前記位相差の比との大小に対応するスペックル指標を算出するスペックル指標算出手段と、
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】
前記スペックル指標算出手段は、前記位相差に前記周波数間の比を掛算することで前記位相差を補正し、補正後の前記位相差で比較を行うことで前記スペックル指標を算出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３】
前記スペックル指標算出手段は、補正後の前記位相差の差分の絶対値を、各空間位置を含む一定サイズの空間にて積分することで、前記各空間位置ごとの前記スペックル指標を算出することを特徴とする請求項２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項４】
異なる周波数を有する超音波を前記超音波送受信手段からそれぞれ送信することを特徴とする請求項１ないし３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５】
複数の周波数帯域を有する超音波を前記超音波送受信手段から送信し、前記受信信号を帯域分割することを特徴とする請求項１ないし３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６】
基本波を前記超音波送受信手段から送信し、前記受信信号から基本波成分と高調波成分を抽出することを特徴とする請求項１ないし３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７】
前記スペックル指標算出手段は、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データを利用することを特徴とする請求項１ないし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８】
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信手段の素子の配列方向にて２音線以上の前記受信データを生成可能であり、
前記スペックル指標算出手段は、前記超音波送受信手段にて生成される２音線以上の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７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】
前記スペックル指標を用いて、非スペックル信号とスペックルノイズとの分離、スペックルノイズの除去、スペックル追跡、組織性状解析、または、非スペックル部分強調を行うことを特徴とする請求項１ないし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】
前記スペックル指標が反映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】
前記スペックル指標が反映された画像と、前記受信信号の空間的振幅を示す振幅画像とを合成して、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１２】
前記スペックル指標によって前記受信信号の空間的振幅を示す振幅画像を変調して、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１３】
前記スペックル指標が反映された画像を表示するモードと、前記スペックル指標が反映された画像を表示しない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１０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】
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、前記受信信号から前記超音波の周波数にそれぞれ対応する複数の位相差を取得し、複数の前記周波数の比と複数の前記位相差の比との大小に対応するスペックル指標を算出することを特徴とする超音波信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ることができる超音波信号処理装置および方法に関する。
【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超音波画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、受信信号の振幅を輝度に対応付けることで、Ｂモードの振幅画像が生成される。
【０００４】
ところで、被検体内での反射波のランダムな干渉に因って、スペックルノイズ（単に「スペックル」という場合もある）が発生する。
【０００５】
従来、スペックル低減技術には、平滑化フィルタを複数設ける、像構造により適応的に変化させる、多重解像度分解を行う、モフォロジー処理を行うなど、像構造に着目して単一フレーム画像にフィルタ適用を行う技術がある。
【０００６】
特許文献１には、コンパウンド走査型において、被検体に対する位置関係を整合させた複数の受信信号同士を合成する事でノイズを低減する構成が、開示されている。
【特許文献１】特開２００３−７０７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ることが困難であるという課題がある。
【０００８】
例えば、組織境界や孤立点とスペックルノイズとで像構造が酷似している場合には、スペックルノイズと非スペックル信号との分離が困難である。
【０００９】
フレーム間でスペックルノイズの変化が非スペックル信号の変化と比べて大きい事を利用して、複数フレームでの重み付け平均によりスペックル低減を行う技術でも、非スペックル信号はスペックルノイズと似たようなフレーム変化となるので、分離が困難である。
【００１０】
特許文献１に記載のスペックル低減技術は、要するに、複数方向ビームから得られた画像では、干渉状況が変化するためにスペックル像は変化するが、非スペックル信号は変化しない事に着目している。しかし、その差が明確でなく分離困難な場合がある。
【００１１】
もしも、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ることができれば、スペックルノイズと非スペックル信号との分離だけでなく、スペックルノイズの除去、スペックル追跡、組織性状解析、非スペックル部分強調等の各種の処理を、的確且つ容易に行うことも可能となる。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ることができる超音波信号処理装置およ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】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は、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、前記受信信号から前記超音波の周波数にそれぞれ対応する複数の位相差を取得する位相差取得手段と、複数の前記周波数の比と複数の前記位相差の比との大小に対応するスペックル指標を算出するスペックル指標算出手段と、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。
【００１４】
これによれば、非スペックル信号の位相変化が超音波周波数に比例する事を利用したことにより、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報（スペックル指標）を的確且つ容易に得ることができる。
【００１５】
本発明の一態様として、前記スペックル指標算出手段は、前記位相差に前記周波数間の比を掛算することで前記位相差を補正し、補正後の前記位相差で比較を行うことで前記スペックル指標を算出する。  これによれば、位相差に前記周波数間の比を掛算した結果である補正後の位相差で比較を行って、スペックル指標を算出するので、例えば、高解像度の超音波画像を生成する場合に、高解像度の各画素ごとのスペックル指標を容易に算出することが可能である。
【００１６】
また、前記スペックル指標算出手段は、補正後の前記位相差の差分の絶対値を、各空間位置を含む一定サイズの空間にて積分することで、前記各空間位置ごとの前記スペックル指標を算出することが、好ましい。  例えば、位相差を示す位相差画像にて、補正後の位相差の差分の絶対値を、各画素を中心とした一定体積（または一定面積または一定長さ）にて積分することで、各画素ごとのスペックル指標を算出する。
【００１７】
これによれば、例えば、高解像度の超音波画像を生成する場合に、各画素ごとのスペックルらしさ又は非スペックルらしさを的確に示すスペックル指標を算出できる。
【００１８】
複数の超音波周波数にそれぞれ対応する複数種類の位相差を取得する態様には、各種ある。
【００１９】
例えば、異なる周波数を有する超音波を前記超音波送受信手段からそれぞれ送信する。
【００２０】
また、例えば、複数の周波数帯域を有する超音波を前記超音波送受信手段から送信し、前記受信信号を帯域分割する。
【００２１】
また、例えば、基本波を前記超音波送受信手段から送信し、前記受信信号から基本波成分および高調波成分を帯域の違いにより抽出する。
【００２２】
また、前記スペックル指標算出手段は、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データを利用することが、好ましい。
【００２３】
また、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信手段の素子の配列方向にて２音線以上の前記受信データを生成可能であり、前記スペックル指標算出手段は、前記超音波送受信手段にて生成される２音線以上の前記受信データを利用することが、好ましい。
【００２４】
スペックル指標の利用態様には、各種ある。
【００２５】
例えば、前記スペックル情報を用いて、非スペックル信号とスペックルノイズとの分離、スペックルノイズの除去、スペックル追跡、組織性状解析、または、非スペックル部分強調を行う。
【００２６】
また、例えば、前記スペックル指標が反映された画像を表示手段に表示させる。
【００２７】
前記スペックル指標が反映された画像と、前記受信信号の空間的振幅を示す振幅画像とを合成して、表示手段に表示させてもよい。
【００２８】
前記スペックル指標によって前記受信信号の空間的振幅を示す振幅画像を変調して、表示手段に表示させてもよい。
【００２９】
前記スペックル指標が反映された画像を表示するモードと、前記スペックル指標が反映された画像を表示しないモードとを切り換えるモード切換手段を備えてもよい。  また、本発明は、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、前記受信信号から前記超音波の周波数にそれぞれ対応する複数の位相差を取得し、複数の前記周波数の比と複数の前記位相差の比との大小に対応するスペックル指標を算出することを特徴とする超音波信号処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示す情報を的確且つ容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
＜本発明の原理＞
まず、本発明の原理を説明する。
【００３３】
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。
【００３４】
以下では、超音波送受信素子が配列されている方向ｘ（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、被検体９０の深さ方向ｙを、「距離方向」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ｚ、すなわち、断層面に直交する方向ｚを、「スライス方向」（または「フレーム方向」）ということもある。
【００３５】
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適用できる。
【００３６】
次に、スペックルノイズの発生と超音波周波数と超音波エコーの位相差との関係について、説明する。
【００３７】
図２（ａ）は、第１の超音波周波数ｆ０における被検体内の非スペックル波２０１およびスペックル波２０２と、第２の超音波周波数（本例では２×ｆ０）における被検体内の非スペックル波２１１およびスペックル波２１２を、模式的に示す。ここで、非スペックル波２０１、２１１は、被検体内の反射点にて反射された超音波（正規の反射波）である。スペックル波２０２、２１２は、無数の散乱による干渉で発生した干渉波である。超音波探触子２０にて超音波エコーとして受信する受信波には、実際には、非スペックル波およびスペックル波が混在している。
【００３８】
図２（ｂ）は、非スペックル信号での超音波周波数（ｆ０、２×ｆ０）と位相差（空間的位相差および時間的位相差）との対応関係を示す。また、図２（ｃ）は、スペックルノイズでの超音波周波数（ｆ０、２×ｆ０）と位相差との対応関係を示す。ここで、非スペックル信号およびスペックルノイズは、受信信号中のそれぞれ非スペックル波およびスペックル波に対応する成分である。
【００３９】
非スペックル信号では、図２（ｂ）に示すように、超音波周波数が２倍になると、位相差も２倍になる。このように、超音波周波数と位相差との間に比例関係が成立する。このような比例関係は、空間領域の各方向（距離方向、方位方向、スライス方向）にて、一定に保たれる。非スペックル信号では、図２（ｂ）に示すように、超音波周波数が一定であれば、空間的位相差は空間領域の各方向で一定に保たれる。
【００４０】
一方、スペックルノイズは、無数の散乱による干渉の結果であるため、超音波周波数に応じて干渉状況が変化する。図２（ｃ）に示すように、空間領域の各方向（距離方向、方位方向、スライス方向）にて、空間的位相差は変化する。
【００４１】
次に、互いに異なる２つの超音波周波数ｆ０、ｆ１を用いてスペックルらしさ又は非スペックルらしさを示すスペックル指標を求める方法について説明する。
【００４２】
非スペックル信号では、位相差が超音波周波数に比例するので、論理的には、第１の超音波周波数ｆ０と第２の超音波周波数ｆ１との比（ｆ１／ｆ０）、および、第１の超音波周波数ｆ０に対応する位相差Δφ０と第２の超音波周波数ｆ１に対応する位相差Δφ１との比（Δφ１／Δφ０）は、数１を満たす。
【００４３】
［数１］
ｆ１／ｆ０−Δφ１／Δφ０＝０
しかし、実際には、非スペックル信号およびスペックルノイズは混在するため、数１の等式が成立するか否かではなく、スペックルノイズらしさ（または非スペックル信号らしさ）を示すスペックル指数を導出する。
【００４４】
例えば、数２に示すようにスペックル指数Ｓｉを求める。
【００４５】
［数２］
Ｓｉ＝｜Δφ０×（ｆ１／ｆ０）―Δφ１｜
ここで、スペックル指数Ｓｉは、値が大きいほどスペックルノイズらしく、０に近いほど非スペックル信号らしいことを示す。
【００４６】
数２の右辺に（ｆｒ／ｆ１）を掛けると、数３が得られる。
【００４７】
［数３］
Ｓｉ＝｜Δφ０×（ｆｒ／ｆ０）―Δφ１×（ｆｒ／ｆ１）｜
ここで、ｆｒは位相差を正規化するための特定の周波数である。
【００４８】
すなわち、位相差に周波数間の比を掛け算することで、位相差を特定の周波数ｆｒ相当に正規化する補正を行い、補正後の位相差（ｆｒ相当に正規化された位相差）同士を比較することで、スペックル指数Ｓｉを容易に算出できる。
【００４９】
このようなスペックル指数Ｓｉを、スペックルノイズおよび非スペックル信号の分離、スペックルノイズの除去、スペックル追跡（トラッキング）、組織性状解析、非スペックル部分強調などに用いることで、被検体の適切な診断が可能となる。
【００５０】
例えば、超音波の各反射点に対応する各空間位置ごとに、スペックル指数Ｓｉを求める。例えば、受信信号から生成される超音波画像の各画素位置ごとに、スペックル指数Ｓｉを求める。
【００５１】
ここで、一定サイズのカーネルにて積分することが、好ましい。この場合、スペックル指数Ｓｉは、数４にて表される。
【００５２】
［数４］
Ｓｉ＝Σ｜Δφ０×（ｆｒ／ｆ０）―Δφ１×（ｆｒ／ｆ１）｜
ここで、記号「Σ」は、一定体積または一定面積または一定長さにて、積分（総和）することを示す。
【００５３】
例えば、図３に示すように、被検体９０に対応する三次元の位相差画像３００（２次元の位相差画像３０２をスライス方向ｚにて並べたものである）を生成し、一定体積３０４ごとに、補正後の空間的位相差の差分の絶対値を、積分する。このように三次元で積分することにより的確なスペックル指数を求めることができるが、簡易的に積分するには、２次元の位相差画像３０２にて、一定面積ごとに２次元の積分を行ってよいし、一定長さごとに１次元の積分を行ってもよい。
【００５４】
なお、Ｓｉは、数４にてｆｒ＝ｆ１とすれば数５にて表され、ｆｒ＝１とすれば数６にて表される。
【００５５】
［数５］
Ｓｉ＝Σ｜Δφ０×（ｆ１／ｆ０）―Δφ１｜
［数６］
Ｓｉ＝Σ｜Δφ０／ｆ０―Δφ１／ｆ１）｜
数４〜数６のいずれの場合も、位相差に超音波周波数の比を掛け算することで位相差を補正したといえる。なお、数４〜数６に示したスペックル指数Ｓｉの代わりに、周波数間の比とそれぞれ対応する位相差間の比との差の絶対値（｜ｆ１／ｆ０―Δφ１／Δφ０｜）を積分しても良い。前者は空間的位相差に相当する距離差の周波数毎の差を積分した指数、後者は空間的位相差に相当する距離差の周波数毎の比を１から引いた値を積分した指数と見なせ、両者とも周波数毎の距離差が小さい程、０に近い値となる。
【００５６】
図４は、スペックル指数Ｓｉを求める処理の概要を示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１にて、受信信号から複数の超音波周波数にそれぞれ対応する複数種類の位相差を取得する。距離方向には時間的位相差が検出されるが、それをそのまま空間的位相差と見なしても良いし、仮定音速を用いて空間的位相差に変換しても良い。
【００５８】
例えば、まず、第１の周波数ｆ０の超音波を送信して、超音波エコーの受信信号から、位相差Δφ０を取得する。次に、第２の周波数ｆ１の超音波を送信して、超音波エコーの受信信号から、位相差Δφ１を取得する。
【００５９】
ステップＳ２にて、スペックル指数を例えば、数５により算出する。これにより、複数の周波数の比と複数の位相差の比との大小に対応するスペックル指標が算出される。
【００６０】
なお、スペックルらしさ又は非スペックルらしさを示すスペックル指標として、数値（スペックル指数）を求めた場合を例について説明したが、本発明にてスペックル指標は数値には特に限定されず、どのような形式の情報（例えば、画像、文字列）であってもよい。
【００６１】
＜超音波画像処理装置＞
図５は、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である。
【００６２】
図５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（空間的振幅取得手段）、位相差画像生成部２８（空間的位相差取得手段）、スペックル指標算出部３０、画像処理部４０、表示制御部４２、および、モード切換部４４を含んで構成されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
送受信部２２は、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。
【００６８】
超音波探触子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、超音波エコーは超音波探触子２０で受信される。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。例えば、特開２００８―１６７９８５号公報に記載のように受信フォーカスを行えばよい。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
直交検波部２４１は、超音波エコーを示す超音波エコーの受信信号に対して直交検波を行う。
【００７２】
受信信号ｅ(t)は、次式で表される。
【００７３】
［数７］
ｅ(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。
【００７４】
受信信号ｅ(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。
【００７５】
［数８］
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。
【００７６】
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。
【００７７】
［数９］
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。
【００７８】
［数１０］
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。
【００７９】
振幅画像生成部２６は、各音線データの時間領域における振幅情報ｕ(t)を方位方向の位置ｘに対応させるとともに、仮定音速を用いて断層面（ｘ，ｙ）の空間領域における振幅情報ｕ(x,y)に変換することにより、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（例えばＢモード振幅画像）を生成する。空間領域における振幅情報は、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（輝度または色を示す）に対応付けることで、算出される。
【００８０】
位相差画像生成部２８は、各音線データの時間領域における位相情報φ（ｔ）を方位方向の位置ｘに対応させるとともに、仮定音速を用いて断層面（ｘ，ｙ）の空間領域における位相情報φ(x,y)に変換し、更に方位方向の位相差Δφｘ(ｘ,y)および距離方向の位相差Δφｙ（x,ｙ)に変換することにより、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。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（輝度または色を示す）に対応付けることで、位相差画像が生成される。スライス方向において、複数の位相画像を生成し、スライス方向における空間的位相差Δφz(x,y)を生成してもよい。。
【００８１】
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、方位方向の空間的位相差Δφｘ(ｘ,y)、および、距離方向の空間的位相差Δφｙ（x,ｙ）、および、スライス方向の空間的位相差Δφz(x,y)を求めることが、好ましい。Δφｘ(ｘ,y)とΔφｙ（x,ｙ）の二乗和の平方根である二次元的な空間的位相差Δφxy（ｘ，ｙ）や三次元的な空間的位相差Δφxyz（ｘ，ｙ）を求めてもよい。
【００８２】
なお、スライス方向の空間的位相差は、超音波探触子２０が二次元プローブであれば、容易に算出できる。また、一次元プローブでも、スライス方向の位置関係がわかる場合（例えば、磁気センサ付き、自動スキャン機能付きなどのプローブ）では、スライス方向の空間的位相差を容易に算出できる。
【００８３】
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。
【００８４】
スペックル指標算出部３０は、スペックル指標を算出する。具体的には、空間的位相差に超音波周波数間の比を掛算することで空間的位相差を正規化する補正を行い、各画素を中心とした一定体積または一定面積または一定長さにて、補正後の空間的位相差の差分の絶対値を積分することで、各画素位置ごとのスペックル指標を算出する。
【００８５】
なお、スペックル指標を体積積分によって算出する場合は、Δφｘ、Δφｙ、Δφz等の位相差を３次元位置x,y,zに対応して保持しておく。
【００８６】
画像処理部４０は、スペックル指標算出部３０にて算出されたスペックル指標を用いて、各種の画像処理を行う。
【００８７】
画像処理部４０の画像処理には、非スペックル信号とスペックルノイズとの分離、スペックルノイズの除去、スペックル追跡、組織性状解析、非スペックル部分強調などの処理が含まれる。
【００８８】
また、画像処理部４０の画像処理には、スペックル指標が反映された画像（例えば、分離後の非スペックル信号を示す画像、分離後のスペックルノイズを示す画像、スペックル追跡結果を示す画像、組織性状解析結果を示す画像、非スペックル部分を強調した画像）と、振幅画像とを合成する処理が含まれる。例えば、スペックル指標が反映された画像によって振幅画像の輝度または色にて変調することで、合成を行う。
【００８９】
また、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、合成を行う。直接的に、スペックル指標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、合成を行ってもよい。
【００９０】
表示制御部４２は、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、スペックル指標が反映された画像と振幅画像とを並べて、表示部１４に表示させる。振幅画像のみ、スペックル指標が反映された画像のみ、または、合成画像のみを、表示させてもよい。
【００９１】
モード切換部４４は、操作部１２に入力されたユーザの指示に従って、モードを切り換える機能を有する。
【００９２】
モード切換部４４は、例えば、スペックル指標が反映された画像を表示するモードと、スペックル指標が反映された画像を表示しないモードとを切り換える機能を有する。
【００９３】
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）の間隔以上が好ましい。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。
【００９４】
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、スペックル指標算出部３０、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。
【００９５】
なお、被検体内の各反射位置に対応する空間的な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。
【００９６】
図６、スペックル指標算出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、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、スペックル指標算出部３０、画像処理部４０、表示制御部４２、モード切換部４４などを構成しているＣＰＵ（Central Processing Unit）によって、プログラムに従い、実行される。
【００９７】
ステップＳ１１にて、第１の周波数ｆ０のＲＦデータ（受信信号）から空間的位相差Δφ０を算出し、ステップＳ１２にて、第２の周波数ｆ１のＲＦデータ（受信信号）から空間的位相差Δφ１を算出する。
【００９８】
異なる周波数（ｆ０、ｆ１）のＲＦデータを得る態様に各種ある。
【００９９】
第１に、送受信部２２により、第１の周波数ｆ１の超音波、および、第２の周波数ｆ１の超音波を、それぞれ、超音波探触子２０から送信する態様がある。すなわち、異なる周波数を有する超音波を超音波探触子２０からそれぞれ送信する。
【０１００】
第２に、送受信部２２により、複数の周波数帯域を有する超音波を、一回で、超音波探触子２０から送信する態様がある。また、送受信部２２は、帯域フィルタなどにより、受信信号を帯域分割する。
【０１０１】
第３に、送受信部２２により、基本波を送信送受信部２２は、受信信号から周波数帯域が異なる基本波成分と高調波成分とを別々に抽出する。
【０１０２】
ステップＳ１３にて、スペックル指標算出部３０により、第１の周波数ｆ０における空間的位相差Δφ０を、ｆ１／ｆ０倍して、周波数ｆ１相当の空間的位相差（Δφ０×ｆ１／ｆ０）に補正する。すなわち、空間的位相差に超音波周波数間の比を掛算することで、空間的位相差を正規化する。
【０１０３】
ステップＳ１４にて、スペックル指標算出部３０により、周波数ｆ１相当に補正後の空間的位相差（Δφ０×ｆ１／ｆ０）と、周波数ｆ１の空間的位相差Δφ１との差分の絶対値（｜Δφ０×（ｆ１／ｆ０）―Δφ１｜）を算出する。本例では、位相差画像生成部２８にて生成された位相差画像にて、各画素ごとに、差分の絶対値を算出する。
【０１０４】
ステップＳ１５にて、スペックル指標算出部３０により、所定サイズのカーネルで、差分の絶対値を積分する。例えば、図３に示したように、方位方向ｘ、距離方向ｙおよびスライス方向ｚにて、積分する。つまり、図３の一定体積３０４にて積分する。方位方向ｘおよび距離方向ｙにて、一定面積の積分を行ってもよい。距離方向ｘまたはｙのみにて、一定長さの積分を行う方法もある。
【０１０５】
ステップＳ１６にて、画像処理部４０により、スペックル指標としての積分値（Σ｜Δφ０×（ｆ１／ｆ０）―Δφ１｜）が閾値以上である場合には、スペックルノイズと判定する。例えば、画像にて、カーネル（一定サイズの空間）の中心に位置する画素（図３の３０５）の位置がスペックルノイズ位置であると判定する。実空間では、図３にて被検体９０の符号３１５を付した反射点がスペックルノイズ位置に対応する。
【０１０６】
なお、周波数が２種類である場合を例に説明したが、周波数は何種類でもよい。周波数の種類がＮ（＞２）である場合、例えば、まず、周波数ｆ０における空間的位相差を、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・、ｆ（Ｎ―１）相当に補正し、周波数ｆ１における空間的位相差を周波数ｆ２、ｆ３、・・・、ｆ（Ｎ―１）相当に補正し、周波数ｆ２における空間的を周波数ｆ３、・・・、ｆ（Ｎ―１）相当に補正し、というように空間的位相差の補正を行う（ステップＳ１３に相当）。次に、補正後の空間的位相差（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・、ｆ（Ｎ―１））相当に補正後の空間的位相差）と、各周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・、ｆ（Ｎ―１））における位相差との差分の絶対値の総和を算出する（ステップＳ１４に相当）。
【０１０７】
また、スペックル指標の利用についての容易な理解のために、ステップＳ１６にて、スペックルノイズであるか非スペックル信号であるかの２値的判定を行う場合について説明したが、このような２値的判定を行う場合に本発明は特に限定されない。スペックル指標は、多値的な判定を行う場合にも利用できることは、言うまでもない。また、明示的にスペックルを判定せずに、各種の処理中にスペックル指標算出処理（例えば図６のステップＳ１１〜１５相当）を組み込んでもよい。
【０１０８】
例えば、スペックル除去処理の場合、スペックルらしさを示すスペックル指標（例えば差分絶対値のカーネル積分値）が大きいほど、スペックル除去の係数や範囲を大きくして、除去を強めてもよい。
【０１０９】
また、差分絶対値の積分値の代りに、最大値（例えば、差分絶対値のカーネル内での最大値）、あるいは、分散（例えば、差分値のカーネル内での分散）を、スペックル指標として算出してもよい。
【０１１０】
図７に、画像処理部４０における組織性状解析処理の流れを示す。
【０１１１】
まず、スペックル密度計算部３７２によって、スペックル指標に対し、一定サイズの領域でのスペックル密度を計算する。例えば図８のように注目画素Ｐを含む周辺領域Ｑ内（計算範囲）のスペックルの画素数、または実空間状の面積（体積）を計算し、領域Ｑ全体との比を密度として出力する。また、領域Ｑは、ユーザが領域を指定してもよいし、振幅情報のエッジなどから得られる組織に応じた領域としてもよく、注目画素Ｐを必ずしも設ける必要は無い。また、超音波エコーの分解能は深さに応じて変化するため、深さに応じた密度の重みを与えてもよい。
【０１１２】
求められたスペックル密度はそのまま組織性状データとして出力してもよいが、組織性状変換部３７４によって、密度と対応付けられた組織情報、例えば音速などに変換して出力するようにしてもよい。この場合、例えば図９に示すような、予め密度と組織情報との関係を対応付けた参照データをもとに変換を行うことが好ましい。
【０１１３】
図１０に、組織性状データの表示の一例を示す。
【０１１４】
組織性状データは、図１０に示すように、そのままＢモード画像に重ねて表示してもよい。あるいは、組織性状解析の結果を信号処理の再構成や画質調整に利用するようにしてもよい。
【０１１５】
以下、組織性状解析結果の様々な利用の例について説明する。
【０１１６】
例えば、参考文献(G.W.McLaughlin,"Practical Aberration CorrectionMethods, "Ultrasound,vol.15,no.2,2007.pp.99-104)に述べられているような、単一の受信データから異なる音速によってＩＱデータを生成できる装置の場合には、図１１に音速解析／補正フローを示すように、一回目で画面内の平均音速を解析し、その音速で生成したＩＱデータに対し画像処理部４０において組織性状の解析を行うようにする。
【０１１７】
ここで、平均音速の解析方法としては画像の分解能を比較する手法を用いる。例えば、上記参考文献に述べられているような、各音速のパワースペクトルの比較をＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって行う手法などを用いるのがよい。
【０１１８】
次に、組織性状解析結果を変換することによって得られる音速データを信号処理部へフィードバックし、データ位置に対応した音速の値に応じて再度音速を変更したＩＱデータを生成する。この処理によってそれぞれの組織の音速に合った信号処理を行うため、生成されるＢモード画像は全領域において従来方式より分解能が同等以上の画質となる。
【０１１９】
また、従来のように、ある平均音速がわからない場合には、観測された組織が信号処理の際に仮定した音速とどの程度差があるか不明であるため、ＩＱデータの深さ方向（距離方向）の画素あたりにおける実際の距離を求めることが出来ないため、求められるスペックル密度は、相対的に大きいか小さいかしかわからない。この場合には、設定音速ごとのスペックル密度が必要となる。一方上記参考文献のような画面内の平均音速がわかる場合には、実際の距離がある程度推定できるため、スペックル密度は実距離に換算できるため絶対値に近い指標となり、高精度の解析が可能となる。
【０１２０】
次に、組織性状データを画質調整に利用する例について説明する。
【０１２１】
振幅情報からＢモード画像へ変換する際、組織によって適切な輝度範囲になるように画質設定の基準として組織情報を与える。例えば、乳腺においてダイナミックレンジを調整する場合、図１２に輝度分布を示すように、組織データによって明らかになった乳腺と脂肪の輝度が、ある決まった範囲の出力値となるようにダイナミックレンジ（ＤＲ）を調整する。このとき、もちろんダイナミックレンジだけでなく、階調やゲイン、スペックル除去の強度などの値も組織に応じて調整するようにしてもよい。  以上、スペックル指標を組織性状解析に利用した場合について説明したが、本発明はこのような場合に限られない。スペックル指標は、非スペックル信号とスペックルノイズとの分離、スペックルノイズの除去、スペックル追跡、非スペックル部分強調など、あらゆる処理に利用できる。また、各処理内でスペックル指標を算出するようにしてもよい。
【０１２２】
最近のソフトウエアベースの超音波装置は受信信号をデジタルデータとして持ち、例えば同じ送信（１回の送信）から得られた受信信号を利用して方位方向に２音線以上のＲＦデータ（受信フォーカスされた受信データ）を生成することが可能となってきている。また、アナログベースでも高性能な回路構成により同様のことが可能となってきている。本装置構成によって、高速に隣接する音線データ、または、フレームのＲＦデータを得る事ができるため、高精度に空間的位相差を算出する事ができる。
【０１２３】
なお、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】
【０１２４】
【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】（ａ）は超音波エコーを構成する正規の反射波および干渉波の模式図、（ｂ）は非スペックル信号における周波数と空間的位相差との対応関係を示すグラフ、（ｃ）はスペックルノイズにおける周波数と空間的位相差との対応関係を示すグラフ
【図３】カーネルにて積分する方法の説明に用いる説明図
【図４】スペックル指標算出処理の概要の説明に用いるフローチャート
【図５】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６】本発明に係る超音波信号処理の一例の要部の流れを示すフローチャート
【図７】スペックル指標を組織性状解析に用いる場合について説明に用いるブロック図
【図８】スペックル密度の計算例の説明に用いる説明図
【図９】スペックル密度と物質との対応を表す参照データの例を示すテーブル
【図１０】組織性状データの表示例を示す説明図
【図１１】音速解析／補正フローの例を示すブロック図
【図１２】組織による輝度の分布の例を示す線図
【符号の説明】
【０１２５】
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…スペックル指標算出部、４０…画像処理部、４２…表示制御部、４４…モード切換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010082198.tif 000011
【図１０】
2010082198.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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