(57)【要約】【課題】被検体内での超音波の減衰率を簡便に求めること。【解決手段】被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体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エコーの位相を示す位相情報を取得する直交検波部４１および位相情報演算部４３と、被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の変化から被検体内での超音波の減衰率を導出する減衰率導出部４４を備えた。【選択図】図７
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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、前記超音波エコーの位相を示す位相情報を取得する位相情報取得手段と、  前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の変化から、前記被検体内での超音波の減衰率を導出する減衰率導出手段と、
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】
前記減衰率導出手段は、前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の２次微分値を求めることにより、前記減衰率を導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】
前記減衰率導出手段は、スペックル成分を除いた位相変化から、前記減衰率を導出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】
前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面の注目領域にて度数が最大である位相差を前記注目領域の代表値とし、該代表値を前記深さ方向にて微分することにより、前記減衰率を導出することを特徴とする請求項３に記載の超音波信号処理装置。
【請求項５】
前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面をスペックル領域と非スペックル領域とに分け、各注目領域ごとに前記非スペックル領域に属する位相差の平均値を求め、該平均値を前記注目領域の代表値とし、該代表値を前記深さ方向にて微分することにより、前記減衰率を導出することを特徴とする請求項３に記載の超音波信号処理装置。
【請求項６】
前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面をスペックル領域と非スペックル領域とに分け、前記非スペックル領域に属する前記超音波エコーの位相の２次微分値を求めることにより、前記減衰率を導出することを特徴とする請求項３に記載の超音波信号処理装置。
【請求項７】
前記超音波送受信手段は、ガウシアンパルスを送信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】
前記位相情報取得手段は、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て２音線以上の前記受信データを生成可能であり、
前記位相情報取得手段は、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】
前記減衰率導出手段にて導出される前記減衰率に基づいて、前記被検体の断層面における減衰率の分布を示す減衰率断層像を生成する減衰率断層像生成手段を備えた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】
前記超音波エコーの受信信号から前記超音波エコーの振幅を示す振幅情報を取得する振幅情報取得手段と、  前記振幅情報取得手段にて取得される前記振幅情報に基づいて振幅断層像を生成する振幅断層像生成手段と、
前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを重畳する画像合成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１２】
前記画像合成手段は、前記減衰率断層像によって前記振幅断層像の輝度または色を変調することを特徴とする請求項１１に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１３】
前記超音波エコーの受信信号から前記超音波エコーの振幅を示す振幅情報を取得する振幅情報取得手段と、  前記振幅情報取得手段にて取得される前記振幅情報に基づいて振幅断層像を生成する振幅断層像生成手段と、
画像を表示可能な表示部と、
前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを並べて前記表示部に表示させる制御を行う表示制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１４】
前記減衰率断層像を出力するモードと前記減衰率断層像を出力しないモードとを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする請求項８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１５】
前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを合成するモードと前記振幅断層像を合成しないモードとを切り替えるモード切替手段を備えたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の超音波信号処理装置。
【請求項１６】
被検体に向けて超音波を送信するとともに、前記被検体からの超音波エコーを受信し、
前記超音波エコーを示す受信信号から、前記超音波エコーの位相を示す位相情報を取得し、
前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の変化から、前記被検体内での超音波の減衰率を導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、被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内からの超音波エコーを受信して、被検体内での超音波の減衰率を導出する超音波信号処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、超音波エコーの受信信号を複数個の帯域フィルタにより帯域分割し、個別に検波した受信信号を重み付け加算するか色相加算することにより、生体内の超音波伝搬にともなう減衰情報を付加することによって、微小なコントラストの差の視認性を大幅に向上させるようにした構成が開示されている。
【特許文献１】特開平７−５１２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、中心周波数が異なる複数の帯域フィルタと、帯域ごとに個別に検波および対数圧縮を行う信号処理回路が必要となる。すなわち、ハードウエア構成が複雑となり、装置コストの低減が困難となる。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被検体内での超音波の減衰率を簡便に求め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】
【０００５】
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、前記超音波エコーの位相を示す位相情報を取得する位相情報取得手段と、前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の変化から、前記被検体内での超音波の減衰率を導出する減衰率導出手段と、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。  この構成により、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の変化から被検体内での超音波の減衰率が導出されるので、簡便に減衰率を求めることができることになる。したがって、中心周波数が異なる複数の帯域フィルタや、帯域ごとに個別に検波および対数圧縮を行う信号処理回路などが不要となる。
【０００６】
本発明にて、前記減衰率導出手段は、前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の２次微分値を求めることにより、前記減衰率を導出する態様が、好ましい。
【０００７】
この構成により、適切かつ容易に減衰率を導出できる。
【０００８】
本発明にて、前記減衰率導出手段は、スペックル成分を除いた位相変化から、前記減衰率を導出する態様が、好ましい。
【０００９】
この構成により、被検体の組織性状に対応する正確な減衰率を導出できることになる。
【００１０】
例えば、前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面の注目領域にて度数が最大である位相差を前記注目領域の代表値とし、該代表値を前記深さ方向にて微分することにより、前記減衰率を導出する。
【００１１】
例えば、前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面をスペックル領域と非スペックル領域とに分け、各注目領域ごとに前記非スペックル領域に属する位相差の平均値を求め、該平均値を前記注目領域の代表値とし、該代表値を前記深さ方向にて微分することにより、前記減衰率を導出する。
【００１２】
例えば、前記減衰率導出手段は、前記被検体の断層面をスペックル領域と非スペックル領域とに分け、前記非スペックル領域に属する前記超音波エコーの位相の２次微分値を求めることにより、前記減衰率を導出する。
【００１３】
本発明にて、前記超音波送受信手段は、ガウシアンパルスを送信することが、好ましい。
【００１４】
本発明にて、前記位相情報取得手段は、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データを利用する。
【００１５】
本発明にて、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て２音線以上の前記受信データを生成可能であり、前記位相情報取得手段は、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。  本発明にて、前記減衰率導出手段にて導出される前記減衰率に基づいて、前記被検体の断層面における減衰率の分布を示す減衰率断層像を生成する減衰率断層像生成手段を備えた態様が、好ましい。
【００１６】
この構成により、被検体の断層面における減衰率の分布を見ることで、適切な診断が可能となる。
【００１７】
本発明にて、記超音波エコーの受信信号から前記超音波エコーの振幅を示す振幅情報を取得する振幅情報取得手段と、前記振幅情報取得手段にて取得される前記振幅情報に基づいて振幅断層像を生成する振幅断層像生成手段と、前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを重畳する画像合成手段と、を備えた態様が好ましい。
【００１８】
この構成により、振幅断層像と減衰率断層像とが重畳されることで、適切な診断が可能となる。
【００１９】
例えば、前記画像合成手段は、前記減衰率断層像によって前記振幅断層像の輝度または色を変調する。
【００２０】
本発明にて、前記超音波エコーの受信信号から前記超音波エコーの振幅を示す振幅情報を取得する振幅情報取得手段と、前記振幅情報取得手段にて取得される前記振幅情報に基づいて振幅断層像を生成する振幅断層像生成手段と、画像を表示可能な表示部と、前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを並べて前記表示部に表示させる制御を行う表示制御手段と、を備えた態様が好ましい。
【００２１】
この構成により、振幅断層像と減衰率断層像とを容易に対応づけて見ることができ、適切な診断が可能となる。
【００２２】
本発明にて、前記減衰率断層像を出力するモードと前記減衰率断層像を出力しないモードとを切り替えるモード切替手段を備えた態様が好ましい。
【００２３】
本発明にて、前記減衰率断層像と前記振幅断層像とを合成するモードと前記振幅断層像を合成しないモードとを切り替えるモード切替手段を備えた構成が好ましい。
【００２４】
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、前記被検体からの超音波エコーを受信し、前記超音波エコーを示す受信信号から、前記超音波エコーの位相を示す位相情報を取得し、前記被検体の深さ方向における前記超音波エコーの位相の変化から、前記被検体内での超音波の減衰率を導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】
【００２５】
本発明によれば、被検体内での超音波の減衰率を簡便に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
＜本発明の原理＞
まず、本発明の原理を説明する。
【００２８】
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（超音波エコー）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。
【００２９】
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、「スキャン方向」ということもある。
【００３０】
なお、以下では、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。
【００３１】
図２（Ａ）は、水２０１及び寒天２０２からなる被検体での振幅断層像であり、図２（Ｂ）は、その被検体での位相差断層像である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示した被検体よりも水２０１の層が厚い被検体での振幅断層像であり、図２（Ｄ）は、その被検体での位相差断層像である。図３は、図２（Ｂ）に示した位相差断層像での注目領域（深さ３０ｍｍおよびその周辺）における位相差の度数分布３０１、および、図２（Ｄ）に示した位相差断層像での注目領域（深さ５０ｍｍおよびその周辺）における位相差の度数分布３０２を示す。また、図４（Ａ）は、エタノール２０３及び寒天２０２からなる被検体での振幅断層像であり、図４（Ｂ）は、その被検体での位相差断層像である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示した被検体よりもエタノール２０３の層が厚い被検体での振幅断層像であり、図４（Ｄ）は、その被検体での位相差断層像である。図５は、図４（Ｂ）に示した位相差断層像での注目領域（深さ３０ｍｍおよびその周辺）における位相差の度数分布５０１、および、図４（Ｄ）に示した位相差断層像での注目領域（深さ５０ｍｍおよびその周辺）における位相差の度数分布５０２を示す。
【００３２】
ここで、振幅断層像は、超音波探触子２０から出力される受信信号の振幅に基づいて作成される。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、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、振幅の値を画素の濃度（または色）に対応付けることで、振幅断層像が生成される。また、位相差断層像は、超音波探触子２０から出力される受信信号の位相差に基づいて作成される。具体的には、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、位相差の値を画素の濃度（または色）に対応付けることで、位相差断層像が生成される。また、位相差の度数分布は、位相差断層像中の所定の位置およびサイズの注目領域における位相差ごとの頻度（度数）を示す。例えば、位相差断層像を構成する画素の数を、位相差に対応する画素の値ごとにカウントすることで、位相差の度数分布が得られる。
【００３３】
図６は、被検体内の反射位置の深さと位相差の関係を示す。図６にて、符号６０１を付した直線は、水２０１を伝搬した超音波について深さ方向における位相差の変化を示す。また、符号６０２を付した直線は、エタノール２０３を伝搬した超音波について深さ方向における位相差の変化を示す。具体的には、図３に示す度数分布３０１、３０２にて度数が最大となる位相差（中心値）を図６にてプロットすることにより、符号６０１の直線が得られる。また、図５に示す度数分布５０１、５０２にて度数が最大となる位相差（中心値）を図６にてプロットすることにより、符号６０２の直線が得られる。これらの直線６０１、６０２の傾きは、それぞれ、被検体を構成する水の減衰率およびエタノールの減衰率に比例している。すなわち、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の２次微分値は、被検体を構成する物質における超音波の減衰率に比例している。
【００３４】
本発明では、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の２次微分値を求めることにより、被検体内での超音波の減衰率を導出する。要するに、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の変化から、被検体内での超音波の減衰率を導出する。
【００３５】
次に、超音波としてガウシアンパルス（以下「ガウシアン波形」ともいう）を超音波探触子２０から送信する場合について、具体的に説明する。
【００３６】
送信されるガウシアンパルスの周波数スペクトルは、数１で与えられる。
【００３７】
［数１］
Ａ×ｅｘｐ（−（（（ｆ−ｆ０）／Δｗ）２））
ここで、ｆは周波数、ｆ０は中心周波数、Δｗは帯域幅、Ａは振幅である。
【００３８】
また、深さｘにおける減衰は、数２で与えられる。
【００３９】
［数２］
Ｔ（ｘ）×ｅｘｐ（−αｆｘ）
ここで、Ｔ（ｘ）は、拡散による減衰である。ｅｘｐ(−αｆｘ)は、吸収や散乱による減衰であり、周波数に依存する。αは、減衰率である。
【００４０】
例えば、超音波の往復を考慮した深さｘ／２におけるガウシアンパルスの周波数スペクトルは、数１および数２より、数３で与えられる。
【００４１】
［数３］
Ａ×Ｔ（ｘ）×ｅｘｐ（−αｆｘ）×ｅｘｐ（−（（（ｆ−ｆ０）／Δｗ）２））
深さｘ/２からのガウシアンパルスの反射波の中心周波数は、f０ではなく、f０−（α×Δｗ2×ｘ/２）にシフトする。すなわち、反射波は、送信波よりも中心周波数が低くなる。
【００４２】
深さｘからのガウシアンパルスの反射波は、数４で与えられる。
【００４３】
［数４］
ｕ(t)×ｃｏｓ（２π×ｆ(ｘ)×ｔ＋φｉ(t)）
＝ｕ(t)×ｃｏｓ（２π×ｆｄ×ｔ＋２π（ｆ（ｘ）−ｆｄ）×ｔ＋φｉ(t)）
ここで、ｕ(t)は振幅、φｉ(t)は位相、ｆ（ｘ）は深さｘからの反射波の中心周波数、ｆｄは直交検波の周波数である。φｉ(t)には反射波同士の干渉によって生ずる位相変化、つまりスペックル位相変化成分が含まれている。
【００４４】
ｆ（ｘ）は、数３より、数５で表される。但し、ｔ＝２ｘ／ｖであり、ｖは音速である。
【００４５】
［数５］
ｆ（ｘ）＝f０−（α×Δｗ2×ｘ）  ＝f０−（α×Δｗ2×ｖ×ｔ/２）
周波数ｆｄで直交検波後の位相φ(t)は、数４より２π（ｆ（ｘ）−ｆｄ）×ｔ＋φｉ(t)で表され、更に数５のｆ（ｘ）を代入することにより、数６で示される。
【００４６】
［数６］
φ(t)＝２π（f０−α×Δｗ2×ｖ×ｔ/２−ｆｄ）×ｔ＋φｉ(t)
数６をｔで微分すると、すなわち位相を深さ方向にて微分すると、数７が得られる。
【００４７】
［数７］
ｄφ(t)／ｄｔ＝
２π（f０−ｆｄ−α×Δｗ2×ｖ×ｔ）＋ｄφｉ(t) ／ｄｔ
数７からｄφｉ(t)／ｄｔを除くこと、すなわちスペックル成分（干渉成分）を除くことを考える。例えば、位相差（ｄφ(t)／ｄｔ）として断層面の注目領域における中心値を採用する事、または、断層面をスペックル領域と非スペックル領域とに分けて、スペックル領域の位相差を除き非スペックル領域の位相差を平均化する事で、ｄφｉ(t)／ｄｔを除く事ができる。
【００４８】
数７に示した位相差（ｄφ(t)／ｄｔ）を、更にｔで微分すると、すなわち深さ方向にて更に微分すると、数８が得られる。
【００４９】
［数８］
ｄ２φ／ｄｔ２＝−２πα×Δｗ2×ｖ
数８において、帯域幅Δｗは既知である事から、単位時間当たりの減衰（α×ｖ）が得られる。従って、音速ｖを別の方法で得れば、単位距離当たりの減衰、すなわち減衰率αが得られる。
【００５０】
以上説明したように、送信波形がガウシアンパルスである場合、スペックル成分を除いた位相差の深さ方向（距離方向）における微分値が、減衰率に比例する。すなわち、超音波探触子２０から被検体に向けてガウシアンパルスを送信するとともに、超音波探触子２０から出力される受信信号を直交検波して、超音波エコーの位相を示す位相φ(t)を取得し、スペックル成分を取り除いた２次微分値（ｄ２φ／ｄｔ２）を求めることにより、減衰率αを容易かつ適切に導出することができる。
【００５１】
なお、本発明の原理を簡便に説明するために、ガウシアンパルスを送信し、かつ、位相差にてスペックル成分を除いた場合を例に説明したが、本発明は、このような場合に特に限定されるものではない。２次位相差にてスペックル成分を除くようにしてもよい。ガウシアンパルス以外の超音波を被検体に向けて送信することも可能である。
【００５２】
以下では、本発明を実施するための具体的な実施形態について、説明する。
【００５３】
＜超音波診断装置＞
図７は、本発明に係る超音波信号処理装置を含む超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。
【００５４】
図７において、超音波診断装置１０は、主に、操作部１２、表示部１４、超音波探触子２０、送受信部３０、信号処理部４０、画像処理部５０、モード切替部６２、および、表示制御部６４を含んで構成されている。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。超音波探触子２０を２次元の超音波トランスデューサアレイによって構成してもよい。
【００５８】
送受信部３０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。また、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３０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信号処理部４０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。
【００５９】
信号処理部４０は、受信信号から超音波診断に有用な情報を取得する処理を行う。
【００６０】
本例の信号処理部４０は、直交検波部４１、振幅情報演算部４２、位相情報演算部４３及び減衰率導出部４４を含んで構成されている。
【００６１】
直交検波部４１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。
【００６２】
受信信号ｙ(t)は、数９で表される。
【００６３】
［数９］
ｙ(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。
【００６４】
受信信号ｙ(t)は、直交検波によって、数１０に示すように、実数成分（cos成分）と虚数成分（sin成分）とに分離される。実数成分はＩ成分、虚数成分はＱ成分とも呼ばれる。
【００６５】
［数１０］
Ｉ＝ｕ(t)cos(φ(t))
Ｑ＝ｕ(t)sin(φ(t))
振幅情報演算部４２は、直交検波部４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、振幅ｕ(t)を、数１１により算出する。
【００６６】
［数１１］
ｕ(t)＝√（Ｉ２＋Ｑ２）
位相情報演算部４３は、直交検波部４１にて得られるＩ成分及びＱ成分に基づいて、位相φ(t)を、数１２により算出する。
【００６７】
［数１２］
φ(t)＝tan-1Ｉ／Ｑ
直交検波部４１および振幅情報演算部４２によって、超音波エコーの振幅に対応する振幅情報としてのｕ(t)を取得する振幅情報取得手段が構成されている。また、直交検波部４１および位相情報演算部４３によって、超音波エコーの位相に対応する位相情報としてのφ(t)を取得する位相情報取得手段が構成されている。
【００６８】
減衰率導出部４４は、位相情報演算部４３にて得られる位相φ(t)の変化、被検体内での深さ方向における超音波の減衰率を導出する。すなわち、減衰率導出部４４は、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の変化から、減衰率を導出する。
【００６９】
画像処理部５０は、信号処理部４０により取得される情報に基づいて画像を生成する処理を行う。
【００７０】
本例の画像処理部５０は、振幅断層像生成部５１、位相差断層像生成部５２、減衰率断層像生成部５３及び画像合成部５４を含んで構成されている。
【００７１】
振幅断層像生成部５１は、振幅情報演算部４２にて算出される振幅ｕ(t)を、被検体の断層面（診断部位断面）における各反射位置に対応する振幅情報に変換するとともに、対数増幅処理や超音波の反射位置の各深さに対応した減衰の補正等を行って、被検体の断層面における各反射位置からの超音波エコーの振幅を示す振幅画像として、振幅断層像（Ｂモード断層像）を生成する。
【００７２】
位相差断層像生成部５２は、位相情報演算部４３にて算出される位相φ（ｔ）を、被検体の断層面（診断部位断面）における各反射位置に対応する位相差情報に変換して、被検体の断層面における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として、位相差断層像を生成する。
【００７３】
減衰率断層像生成部５３は、減衰率導出部４４によって導出される減衰率を、被検体の断層面（診断部位断面）における各反射位置に対応する減衰率情報に変換して、被検体の断層面における各反射位置での超音波の減衰率を示す減衰率画像として、減衰率断層像を生成する。
【００７４】
画像合成部５４は、振幅断層像生成部５１により生成される振幅断層像、位相差断層像生成部５２により生成される位相差断層像、および、減衰率断層像生成部５３により生成される減衰率断層像のうちから、モード切替部６２の指示に従って必要な画像を選択して合成する。画像合成部５４は、例えば、位相差断層像によって振幅断層像の輝度または色を変調することにより、振幅断層像と位相差断層像とを重畳する。また、例えば、減衰率断層像によって振幅断層像の輝度または色を変調することにより、振幅断層像と減衰率断層像とを重畳する。振幅断層像と位相差断層像と減衰率断層像とを重畳してもよい。画像合成部５４にて合成された画像は、映像信号として、表示制御部６４を介して表示部１４に入力される。
【００７５】
表示制御部６４は、振幅断層像、位相差断層像、減衰率断層像、および、画像合成部５４により合成された画像のうちから、モード切替部６２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、振幅断層像と減衰率断層像とを並べて、表示部１４に表示させる。振幅断層像とともに、振幅断層像と減衰率断層像との合成画像を並べて、表示させてもよい。減衰率断層像のみ、または、合成された画像のみを、表示させてもよい。
【００７６】
モード切替部６２は、画像表示のモードを切り替える。例えば、減衰率断層像を表示するモード（減衰率断層像表示モード）と、減衰率断層像を表示しないモード（減衰率断層像非表示モード）とを、切り替える。また、例えば、振幅断層像と減衰率断層像とを重畳して表示するモード（重畳表示モード）と、振幅断層像と減衰率断層像とを重畳することなく並べて表示するモード（並列表示モード）とを切り替える。
【００７７】
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、位相情報演算部４３にて算出される位相情報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。
【００７８】
信号処理部４０、画像処理部５０、モード切替部６２および表示制御部６４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成される。これらの一部が回路によって構成されていてもよい。
【００７９】
図８は、本発明に係る超音波信号処理の一例の概略フローである。
【００８０】
ステップＳ１にて、超音波エコーの受信信号から、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相を示す位相情報を取得する。具体的には、超音波探触子２０から被検体に向けて超音波を送信し、被検体内からの超音波エコーを超音波探触子２０が受信すると、送受信部３０から超音波エコーを示す受信信号ｙ（ｔ）が出力されるので、直交検波部４１および位相情報演算部４３によって、受信信号ｙ（ｔ）から位相φ（ｔ）を取得する。
【００８１】
ステップＳ２にて、被検体の深さ方向における超音波エコーの位相の変化から、被検体内での超音波の減衰率αを導出する。すなわち、減衰率導出部４４にて、位相φ（ｔ）の２次微分値（ｄ２φ／ｄｔ２）を求めることにより、減衰率αを導出する。この減衰率導出処理の具体例については、後に詳説する。
【００８２】
ステップＳ３にて、各種の断層像を生成する。具体的には、振幅情報演算部４２にて算出された振幅ｕ（ｔ）に基づいて、振幅断層像生成部５１にて振幅断層像を生成する。また、位相情報演算部４３にて算出された位相φ（ｔ）に基づいて、位相差断層像生成部５２にて位相差断層像を生成する。また、減衰率導出部４４にて導出された減衰率に基づいて、減衰率断層像生成部５３にて減衰率断層像を生成する。また、画像合成部５４にて合成画像を生成する。
【００８３】
ステップＳ４にて、各種の断層像を出力する。具体的には、モード切替部６２により切り替えられた表示モードに従って、表示制御部６４により表示部１４に各種の断層像を出力する。
【００８４】
＜減衰率導出部および減衰率導出処理＞
以下では、減衰率導出部４４および減衰率導出処理について、各種の実施形態に分けて説明する。
【００８５】
図９は、第１実施形態における減衰率導出部４４の構成を示すブロック図である。
【００８６】
本実施形態の減衰率導出部４４は、超音波エコーを示す受信信号の位相φ（ｔ）をｔにて微分することにより、すなわち被検体の深さ方向にて位相を微分することにより、被検体内の各反射位置に対応する超音波エコーの位相差（位相の１次微分値）を算出する位相差算出部７１と、被検体内の各反射位置を中心とした各注目領域における位相差の中心値（代表値）を算出する位相差中心値算出部７２と、位相差中心値算出部７２にて算出される位相差の中心値をｔにて微分することにより、すなわち被検体内の深さ方向にて位相差の中心値を微分することにより、被検体内の各反射位置に対応する超音波エコーの２次位相差（位相の２次微分値）を算出する２次位相差算出部７３と、２次位相差算出部７３にて算出される２次位相差を減衰率に換算する減衰率換算部７４を備える。
【００８７】
図１０は、第１実施形態における減衰率導出処理の流れの一例を示すフローチャートである。本処理は、減衰率導出部４４を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【００８８】
ステップＳ１１にて、位相差算出部７１により、被検体の深さ方向（距離方向）における各反射位置に対応する超音波エコーの位相差を算出する。
【００８９】
本例では、位相情報演算部（図７の４３）にて算出された位相φ（ｔ）をｔで微分することにより、すなわち被検体の深さ方向にて位相を微分することにより、被検体内の各反射位置に対応する超音波エコーの位相差（ｄφ(t)／ｄｔ）を算出する。
【００９０】
なお、位相差断層像生成部（図７の５２）では、被検体内の断層面での各反射位置に対応する位相差を示す位相差断層像が生成される。
【００９１】
ステップＳ１２にて、位相差中心値算出部７２により、所定サイズのカーネルで、各注目領域にて度数最大である位相差（位相差の中心値）を、各注目領域における位相差の代表値として求める。
【００９２】
例えば、まず、図１１（Ａ）に示すように、位相差断層像１１１を構成する各画素１１２（ピクセル）に順次注目し、注目した画素１１２を中心としたＮ×Ｍ画素（例えば５×５ピクセル）からなる領域を注目領域１１３とする。次に、図１１（Ｂ）に示すように、各注目領域１１３にて位相差の頻度（度数）を検出して、最大頻度となる位相差１１４を、各注目領域における位相差の代表値として求める。具体的には、画素値が位相差に対応しているので、各画素値ごとに画素の数をカウントする。このようにして、位相差断層像１１１内の各画素１１２に対応する各注目領域１１３ごとに、位相差の代表値１１４を求める。これにより、各画素１１２にそれぞれ対応した代表値１１４からなる位相差断層像（図１１（Ｃ）の１１５）が生成される。
【００９３】
ステップＳ１３にて、２次位相差算出部７３により、被検体の深さ方向（距離方向）における各反射位置に対応する位相差の代表値の微分値（２次位相差）を求める。
【００９４】
本例では、被検体の深さ方向にて隣り合う位相差の代表値間で差分を求めることにより、すなわち２次位相差算出部７３にて算出された位相差の代表値を被検体の深さ方向にて微分することにより、各反射位置に対応する２次位相差（ｄ２φ／ｄｔ２）を算出する。
【００９５】
ステップＳ１４にて、減衰率換算部７４により、２次位相差算出部７３にて算出された２次位相差を減衰率に換算する。本例では、被検体内の各反射位置に対応する減衰率が得られる。
【００９６】
なお、減衰率断層像生成部（図７の５３）では、被検体内の断層面での各反射位置に対応する減衰率を示す減衰率断層像が生成される。
【００９７】
２次位相差を減衰率に換算する方法は、換算テーブルを用いてもよいし、ガウシアンパルスの場合には減衰率が２次位相差に比例するので前述した数８を用いて算出してもよい。また、ガウシアンパルスの場合には減衰率が２次位相差に比例しているので、減衰率に換算することなく２次位相差をそのまま用いることも可能である。
【００９８】
なお、各注目領域にて度数最大である位相差を代表値とした場合を例に説明したが、各注目領域内での位相差の平均値を、各注目領域の位相差の代表値としてもよい。この場合、各注目領域内で非スペックル領域のみの位相差の平均値を各注目領域の位相差の代表値としてもよい。非スペックル領域は、例えば振幅値が閾値を超える領域としても良いし、振幅値が注目領域内の平均値の所定比又は所定量だけ差分をとった値に比べ大きい領域としても良い。位相差に基いて、非スペックル領域を判別しても良い。
【００９９】
本実施形態では、位相差（位相の１次微分値）を求め、スペックル成分を除いた後、２次位相差（位相の２次微分値）を求めたが、位相φ（ｔ）から直接的に２次位相差を求めてもよい。
【０１００】
図１２は、第２実施形態における減衰率導出部４４の構成を示すブロック図である。
【０１０１】
本実施形態の減衰率導出部４４は、超音波エコーを示す受信信号の位相φ（ｔ）をｔにて２回微分することにより、すなわち被検体の深さ方向にて位相を２回微分することにより、被検体内の各反射位置に対応する超音波エコーの２次位相差（位相の２次微分値）を算出する２次位相差算出部８１と、被検体の断層面をスペックル領域と非スペック領域とに分離する領域分離部８２と、被検体内の各反射位置を中心とした各注目領域において非スペックル領域に属する画素のみの２次位相差平均値を算出する２次位相差平均値算出部８３と、２次位相差平均値算出部８３にて算出される２次位相差の平均値を減衰率に換算する減衰率換算部８４を備える。
【０１０２】
図１３は、第２実施形態における減衰率導出処理の流れの一例を示すフローチャートである。本処理は、減衰率導出部４４を構成するＣＰＵにより、プログラムに従って、実行される。
【０１０３】
ステップＳ２１にて、２次位相差算出部８１により、被検体の深さ方向（距離方向）における各反射位置に対応する超音波エコーの２次位相差を算出する。
【０１０４】
本例では、位相情報演算部（図７の４３）にて算出された位相φ（ｔ）をｔにて２回微分することにより、すなわち被検体の深さ方向にて位相を２回微分することにより、被検体内の各反射位置に対応する超音波エコーの２次位相差（位相の２次微分値）を算出する。
【０１０５】
ステップＳ２２にて、領域分離部８２により、被検体の断層面をスペックル領域と非スペック領域とに分離する。
【０１０６】
本例では、振幅情報演算部（図７の４２）にて算出される振幅ｕ（ｔ）に基づいて、領域分離を行う。例えば、振幅断層像生成部（図７の５１）にて生成される振幅断層像を構成する各画素（ピクセル）に順次注目し、注目した画素における振幅値が予め決められた閾値よりも大きい場合には、注目画素が非スペックル領域に属していると判別し、閾値以下である場合には、注目画素がスペックル領域に属していると判別する。これにより、被検体の断層面の各反射位置についてスペックル領域に属しているか非スペックル領域に属しているかを判別する。
【０１０７】
また、注目した画素を中心としたＮ×Ｍ画素（例えば５×５ピクセル）からなる領域を注目領域とし、注目した画素における振幅値が注目領域内の平均値の所定比、又は所定量だけ差分をとった値に比べ小さい場合は、注目画素がスペックル領域に属していると判別し大きい場合は注目画素が非スペックル領域に属していると判別しても良い。
【０１０８】
非スペックル領域とスペックル領域の分離結果の例を図１４に示す。
【０１０９】
ステップＳ２３にて各画素を中心とした所定サイズの注目領域内で非スペックル領域のみの２次位相差の平均値を各画素における２次位相差として求める。
【０１１０】
ステップＳ２４にて、減衰率換算部８４により、２次位相差を減衰率に換算する。
【０１１１】
本例では、２次位相差平均値算出部８３にて算出された各画素における２次位相差に基づいて、被検体の断層面における各画素に対応する減衰率が得られる。
【０１１２】
本実施形態では、被検体内の複数の反射体からの超音波エコー（反射波）のランダムな干渉（スペックル）によって生ずる低エコー領域（スペックル領域）を除外して、減衰率を求める。スペックルは、打消しあう干渉によって低エコーとなるので、振幅情報に基づいてスペックル領域を判別し、そのスペックル領域を除外して減衰率を求めることで、干渉による位相変化成分を除外して正確な減衰率を求めることができる。
【０１１３】
なお、ユーザがスペックル領域と非スペックル領域を分離しても良い。。つまり、表示制御部６４により表示部１４に断層像（振幅断層像、位相差断層像、合成画像等）を表示させて、操作部１２によりユーザに非スペックル領域（またはスペックル領域）を指定させてもよい。
【０１１４】
位相差に基づいて領域分離を行う例について概説する。スペックルは超音波エコーのランダムな干渉により生ずるので、スペックルが生じると受信信号における位相差が大きくなる。そこで、受信信号から取得された位相φ（ｔ）に基づいて、各反射位置（または注目領域）に対応する位相差を求め、位相差が閾値よりも大きな場合、その反射位置（または注目領域）はスペックル領域に属していると判定する。領域分離のための位相差は、被検体の深さ方向および素子配列方向の両方向にて算出することが、好ましい。
【０１１５】
本発明は各画素毎に減衰率を求める例のみ述べたが、振幅断層像において組織毎に領域分離して、各領域において平均の減衰率を求めても良い。組織毎の領域分離はユーザが指定しても良いし、振幅の平均や分散の差、またスキャン方向における周波数スペクトルの
違いから分離しても良い。また、スペックル密度に基いて分離しても良い。
【０１１６】
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、高精度に位相情報を算出する事ができる。
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】
【０１１７】
【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）は水及び寒天からなる被検体の振幅断層像、（Ｂ）はその被検体の位相差断層像、（Ｃ）は（Ａ）に示した被検体よりも水の層が厚い被検体の振幅断層像、（Ｄ）はその被検体の位相差断層像
【図３】図２（Ｂ）および（Ｄ）に示した位相差断層像での注目領域における位相差の度数分布図
【図４】（Ａ）はエタノール及び寒天からなる被検体の振幅断層像、（Ｂ）はその被検体の位相差断層像、（Ｃ）は（Ａ）に示した被検体よりもエタノールの層が厚い被検体の振幅断層像、（Ｄ）はその被検体の位相差断層像
【図５】図４（Ｂ）および（Ｄ）に示した位相差断層像での注目領域における位相差の度数分布図
【図６】被検体内の反射位置の深さと位相差との関係を示す図
【図７】本発明に係る超音波信号処理装置を含む超音波診断装置の構成例を示すブロック図
【図８】本発明に係る超音波信号処理の一例の概略フロー
【図９】第１実施形態における減衰率導出部の構成例を示すブロック図
【図１０】第１実施形態における減衰率導出処理の流れの一例を示すフローチャート
【図１１】（Ａ）は注目領域の説明に用いる説明図、（Ｂ）は注目領域における度数最大の位相差を注目領域の代表値として求めることの説明に用いる説明図、（Ｃ）は各注目領域の代表値からなる位相差代表値断層像の説明に用いる説明図
【図１２】第２実施形態における減衰率導出部の構成例を示すブロック図
【図１３】第２実施形態における減衰率導出処理の流れの一例を示すフローチャート
【図１４】非スペックルと非スペックル領域の分離結果を示す説明図
【符号の説明】
【０１１８】
１０…超音波診断装置、１２…操作部、１４…表示部、２０…超音波探触子、３０…送受信部、４０…信号処理部、４１…直交検波部、４２…振幅情報演算部、４３…位相情報演算部、４４…減衰率導出部、５０…画像処理部、５１…振幅断層像生成部、５２…位相差断層像生成部、５３…減衰率断層像生成部、５４…画像合成部、６２…モード切替部、６４…表示制御部、７１…位相差算出部、７２…位相差中心値算出部、７３…２次位相差算出部、７４…減衰率換算部、８１…２次位相差算出部、８２…領域分離部、８３…２次位相差平均値算出部、８４…減衰率換算部
【図１】
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【図３】
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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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図４】
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【図１４】
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