(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する一方、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する送受信部と、
前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、
前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定部と、
前記帯域設定部が設定した前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正部と、
前記強度補正部が算出した前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似部と、
を備えたことを特徴とする超音波観測装置。
【請求項２】
前記帯域設定部は、
前記送信駆動波の振幅および周波数帯域ならびに当該超音波観測装置に接続された前記超音波プローブが備える前記超音波振動子の特性に応じて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
【請求項３】
前記帯域設定部は、
前記超音波の受信深度の情報をさらに用いて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項２に記載の超音波観測装置。
【請求項４】
互いに生成される前記送信駆動波の特性が異なる複数の観察モードを設定可能であり、
前記帯域設定部は、
前記複数の観察モードに含まれる基準モードにおける前記送信駆動波の前記周波数スペクトルと補正対象の電気的な前記エコー信号を得るために生成された前記送信駆動波の前記周波数スペクトルとの周波数ごとの差分を補正量として用いることにより、前記補正周波数スペクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
【請求項５】
前記複数の観察モードは、前記観測対象内に導入される超音波用の造影剤を強調して表示する造影モードを含み、
前記基準モードにおける前記送信駆動波は、前記造影モードにおける前記送信駆動波よりも高振幅の電圧を有するとともに広い周波数帯域からなる信号であることを特徴とする請求項４に記載の超音波観測装置。
【請求項６】
前記周波数スペクトルの強度を補正する際に必要な強度補正情報を記憶する強度補正情報記憶部をさらに備え、
前記強度補正部は、前記強度補正情報を用いて前記補正周波数スペクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
【請求項７】
当該超音波観測装置において設定可能な複数の観察モードであって互いに生成される前記送信駆動波の特性が異なる複数の観察モードに関する情報を記憶するモード情報記憶部と、
当該超音波観測装置に接続可能な前記超音波プローブが備える前記超音波振動子の特性を含む情報を記憶する振動子情報記憶部と、
をさらに備え、
前記帯域設定部は、
前記モード情報記憶部および前記振動子情報記憶部が記憶する情報を用いて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする請求項２に記載の超音波観測装置。
【請求項８】
前記近似部が前記補正周波数スペクトルの近似処理を行う前であるとともに前記帯域設定部が前記特徴量算出用の周波数帯域を設定した後、または前記近似部が前記補正周波数スペクトルの近似処理を行った後に、超音波の受信深度および周波数に応じて発生する減衰の寄与を削減する減衰補正を行う減衰補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
【請求項９】
前記エコー信号を用いて超音波画像データを生成する超音波画像データ生成部と、
前記特徴量に関連する情報を表示する特徴量画像データを生成する特徴量画像データ生成部と、
前記超音波画像データおよび前記特徴量画像データにそれぞれ対応する２つの画像を当該超音波観測装置に接続される表示装置に並べて表示させる表示制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
【請求項１０】
観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する送受信部が、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する信号生成ステップと、
周波数解析部が、前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、
帯域設定部が、前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定ステップと、
強度補正部が、前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正ステップと、
前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似ステップと、
を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
【請求項１１】
観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置に、
前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する送受信部が、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する信号生成ステップと、
周波数解析部が、前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、
帯域設定部が、前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定ステップと、
強度補正部が、前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正ステップと、
前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似ステップと、
を実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて観測対象の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いて検体の組織を観測する技術として、検体からの超音波エコーを変換した電気的なエコー信号に対して周波数解析を行い、その解析の結果得られた周波数スペクトルの特徴量を視覚情報として付与した特徴量画像を生成する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、特徴量画像と超音波画像を並べて表示することもある。【０００３】
超音波画像は、観察モードに応じて異なる表示態様をとる。超音波の観察モードとして、エコー信号の振幅を輝度に変換して画像を生成するＢモード、生体組織の非線型性を利用して画像を生成するＴＨＩ（Ｔｉｓｓｕｅ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ）モード、観測対象に導入された微小気泡の懸濁液である超音波用の造影剤を強調して表示する画像を生成する造影モード（例えば、特許文献２を参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０１１４１４号
【特許文献２】特許第４８２０４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、超音波観測を行う際には、送信する超音波の振幅や周波数帯域を観察モードに応じて変更するのが一般的である。例えば、造影モードで超音波観測を行う場合には、ＢモードやＴＨＩモードよりも低振幅かつ狭周波数帯域の超音波を送信している。このため、受信した超音波を用いて周波数スペクトルの特徴量を算出した場合、超音波画像の観察モードに応じて特徴量の算出結果が変化してしまうという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信する超音波の特性によらず、受信した超音波に対応する周波数スペクトルの特徴量を一定に保つことができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する一方、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する送受信部と、前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定部と、前記帯域設定部が設定した前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正部と、前記強度補正部が算出した前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似部と、を備えたことを特徴とする。【０００８】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記帯域設定部は、前記送信駆動波の振幅および周波数帯域ならびに当該超音波観測装置に接続された前記超音波プローブが備える前記超音波振動子の特性に応じて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする。【０００９】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記帯域設定部は、前記超音波の受信深度の情報をさらに用いて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする。【００１０】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、互いに生成される前記送信駆動波の特性が異なる複数の観察モードを設定可能であり、前記帯域設定部は、前記複数の観察モードに含まれる基準モードにおける前記送信駆動波の前記周波数スペクトルと補正対象の電気的な前記エコー信号を得るために生成された前記送信駆動波の前記周波数スペクトルとの周波数ごとの差分を補正量として用いることにより、前記補正周波数スペクトルを算出することを特徴とする。【００１１】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記複数の観察モードは、前記観測対象内に導入される超音波用の造影剤を強調して表示する造影モードを含み、前記基準モードにおける前記送信駆動波は、前記造影モードにおける前記送信駆動波よりも高振幅の電圧を有するとともに広い周波数帯域からなる信号であることを特徴とする。【００１２】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記周波数スペクトルの強度を補正する際に必要な強度補正情報を記憶する強度補正情報記憶部をさらに備え、前記強度補正部は、前記強度補正情報を用いて前記補正周波数スペクトルを算出することを特徴とする。【００１３】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、当該超音波観測装置において設定可能な複数の観察モードであって互いに生成される前記送信駆動波の特性が異なる複数の観察モードに関する情報を記憶するモード情報記憶部と、当該超音波観測装置に接続可能な前記超音波プローブが備える前記超音波振動子の特性を含む情報を記憶する振動子情報記憶部と、をさらに備え、前記帯域設定部は、前記モード情報記憶部および前記振動子情報記憶部が記憶する情報を用いて前記特徴量算出用の周波数帯域を設定することを特徴とする。【００１４】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記近似部が前記補正周波数スペクトルの近似処理を行う前であるとともに前記帯域設定部が前記特徴量算出用の周波数帯域を設定した後、または前記近似部が前記補正周波数スペクトルの近似処理を行った後に、超音波の受信深度および周波数に応じて発生する減衰の寄与を削減する減衰補正を行う減衰補正部をさらに備えたことを特徴とする。【００１５】
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記エコー信号を用いて超音波画像データを生成する超音波画像データ生成部と、前記特徴量に関連する情報を表示する特徴量画像データを生成する特徴量画像データ生成部と、前記超音波画像データおよび前記特徴量画像データにそれぞれ対応する２つの画像を当該超音波観測装置に接続される表示装置に並べて表示させる表示制御部と、をさらに備えたことを特徴とする。【００１６】
本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する送受信部が、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する信号生成ステップと、周波数解析部が、前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、帯域設定部が、前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定ステップと、強度補正部が、前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正ステップと、前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似ステップと、を含むことを特徴とする。【００１７】
本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置に、前記超音波プローブが送信する超音波パルスを生成するための電気的な送信駆動波を生成して前記超音波プローブへ出力する送受信部が、前記超音波プローブから電気的なエコー信号を受信する信号生成ステップと、周波数解析部が、前記エコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析ステップと、帯域設定部が、前記周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を前記送信駆動波に応じて設定する帯域設定ステップと、強度補正部が、前記特徴量算出用の周波数帯域における前記周波数スペクトルの強度を前記送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正ステップと、前記補正周波数スペクトルに対して前記特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、所定の周波数帯域における周波数スペクトルの強度を送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出した後、その補正周波数スペクトルを所定の周波数帯域で近似することによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出しているため、送信駆動波によらない特徴量を抽出することができる。したがって、送信する超音波の特性によらず、受信した超音波に対応する周波数スペクトルの特徴量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの機能構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、超音波振動子の感度の周波数特性を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の送信処理部が生成する送信駆動波の波形の一例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図３に示す送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の送信処理部が生成する送信駆動波の波形の別な例を模式的に示す図である。
【図６】図６は、図５に示す送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の受信処理部が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の増幅補正部が行う増幅補正処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。
【図９】図９は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の周波数解析部が算出した周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の周波数解析部が算出した周波数スペクトルの別な例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置において、強度補正部が特徴量算出用の周波数帯域で行う強度補正処理を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の近似部の処理を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の周波数解析部が行う処理の概要を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の一実施の形態の変形例に係る送信駆動波の波形を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の一実施の形態の変形例に係る超音波観測装置において、送信処理部が図１６に示す送信駆動波を生成した場合に周波数解析部が算出した周波数スペクトルを示すとともに、その周波数スペクトルに対して強度補正部が行う強度補正処理の概要を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの機能構成を示すブロック図である。同図に示す超音波診断システム１は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡２と、超音波内視鏡２が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置３と、超音波観測装置３が生成した超音波画像を表示する表示装置４と、を備える。
【００２２】
超音波診断システム１では、少なくともエコー信号の振幅を輝度に変換して表示するＢモード、エコー信号同士を加算または減算することによって高調波成分を強調して表示するＴＨＩモード、および被検体内に導入された超音波用の造影剤を強調して表示する造影モードのいずれかを設定することが可能である。このうちＴＨＩモードでは、例えば分解能や深達度等に応じてさらに細分化したモード設定を行うことが可能である。また、一般には上記３つのモード以外のモードも設定可能である。本実施の形態では説明の便宜上、上記３つのモードを設定可能であるとする。
【００２３】
超音波内視鏡２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号に変換して出力する超音波振動子２１を有する。超音波振動子２１は、コンベックス振動子、リニア振動子およびラジアル振動子のいずれでも構わない。超音波内視鏡２は、超音波振動子２１をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子２１として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。
【００２４】
図２は、超音波振動子２１の感度の周波数特性を模式的に示す図である。図２では、横軸を周波数ｆ、縦軸を感度Ｓとしている。図２に示す特性曲線１０１からも明らかなように、超音波振動子２１は、特定の周波数帯域である有効帯域Ｗに対して高い感度を有しており、超音波信号に対するフィルタの機能を果たしている。一般に、超音波振動子２１の感度の周波数特性は、機種に応じて異なる。このため、超音波観測装置３では、後述する記憶部３７の振動子情報記憶部３７１が、超音波振動子２１の種類ごとの感度特性を記憶している。
【００２５】
超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系および撮像素子を有する。超音波内視鏡２は、観測対象である被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）または呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管、呼吸器やその周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置に接続されている。
【００２６】
超音波観測装置３は、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１へ送信するとともに、超音波振動子２１から電気的な受信信号であるエコー信号を受信する送受信部３１と、送受信部３１から受信したエコー信号をもとにデジタルの受信データを生成する信号処理部３２と、送受信部３１から受信したエコー信号に対して所定の演算を行う演算部３３と、各種画像データを生成する画像処理部３４と、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける入力部３５と、超音波診断システム１全体の動作を統括して制御する制御部３６と、超音波観測装置３の動作に必要な各種情報を記憶する記憶部３７と、を備える。
【００２７】
送受信部３１は、超音波画像のモード設定に応じた送信駆動波を生成して超音波内視鏡２へ送信する送信処理部３１１と、超音波内視鏡２から受信したエコー信号に対して超音波振動子２１から観測対象における超音波の反射位置までの距離である受信深度が大きいエコー信号ほど高い増幅率で増幅するＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｔｉｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）補正を行う受信処理部３１２とを有する。超音波内視鏡２が複数の素子をアレイ状に設けた超音波振動子２１を電子的に走査させる構成を有する場合、送受信部３１は、複数の素子に対応したビーム合成用の多チャンネル回路を有する。
【００２８】
図３は、送信処理部３１１が生成する送信駆動波の波形の一例を模式的に示す図であり、Ｂモード用の送信駆動波の波形を示す図である。図３では、横軸を時間ｔ、縦軸を電圧Ｖとしている。図３に示す送信駆動波１１１は、最大電圧（振幅）Ｖ１を有する矩形状のパルス信号である。なお、送信駆動波の電圧は、超音波振動子２１の種類に応じて負の値に立ち上がることもある。本実施の形態において、各種波形を表す曲線および直線は、離散的な点の集合からなる。
【００２９】
図４は、図３に示すＢモード用の送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。図４では、横軸を周波数ｆ、縦軸を強度Ｉとしている。図４に示すスペクトル１２１は、超音波振動子２１の有効帯域Ｗを含むような広帯域の分布を有する。ここでいう「周波数スペクトル」とは、パルス信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を施すことによって得られた「強度の周波数分布」を意味する。また、ここでいう「強度」とは、例えばパルス信号の電圧、電力等のパラメータ、これらパラメータの振幅や時間積分値やその組み合わせのいずれかを指す。
【００３０】
図５は、送信処理部３１１が生成する送信駆動波の波形の別な例を模式的に示す図であり、造影モード用の送信駆動波の波形を示す図である。図５では、横軸を時間ｔ、縦軸を電圧Ｖとしている。図５に示す送信駆動波１１２における最大電圧（振幅）Ｖ２を有するパルス信号である。この最大電圧Ｖ２は、Ｂモード用の送信駆動波１１１の最大電圧Ｖ１よりも小さく設定される（Ｖ１＞Ｖ２）。
【００３１】
図６は、図５に示す造影モード用の送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。図６では、横軸を周波数ｆ、縦軸を強度Ｉとしている。図６に示すスペクトル１２２は、超音波振動子２１の有効帯域Ｗよりも狭い帯域で実質的に強度を有する。図５および図６に示す造影モード用の送信駆動波は、Ｂモード用の送信駆動波と比較して、低振幅を有するとともに狭周波数帯域からなる信号である。
【００３２】
図７は、受信処理部３１２が行う増幅処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。図７に示す受信深度ｚは、超音波の受信開始時点からの経過時間に基づいて算出される量である。図７に示すように、増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚが閾値ｚｔｈより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴ってβ０からβｔｈ（＞β０）へ線型に増加する。また、増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚが閾値ｚｔｈ以上である場合、一定値βｔｈをとる。閾値ｚｔｈの値は、観測対象から受信する超音波信号がほとんど減衰してしまい、ノイズが支配的になるような値である。より一般に、増幅率βは、受信深度ｚが閾値ｚｔｈより小さい場合、受信深度ｚの増加に伴って単調増加すればよい。図７に示す関係は、予め記憶部３７に記憶されている。
【００３３】
受信処理部３１２は、増幅したエコー信号に対してフィルタリング等の処理を施した後、Ａ／Ｄ変換し、受信信号として信号処理部３２および演算部３３へ出力する。
【００３４】
以上説明した機能構成を有する送受信部３１は、制御部３６が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信するとともに、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部３６へ送信する機能も有する。
【００３５】
信号処理部３２は、エコー信号に対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルの超音波画像用受信データを生成し、画像処理部３４へ出力する。この超音波画像用受信データは、超音波観測装置３で設定された観測モードに応じて生成される。信号処理部３２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて実現される。
【００３６】
演算部３３は、送受信部３１が出力したエコー信号に対して受信深度によらず増幅率を一定とするよう増幅補正を行う増幅補正部３３１と、増幅補正を行ったエコー信号にＦＦＴを施して周波数解析を行うことにより超音波信号の受信深度および受信方向に応じた複数の周波数スペクトルを算出する周波数解析部３３２と、周波数スペクトルに対して所定の補正および近似を行うことによって該周波数スペクトルの特徴量を算出する特徴量算出部３３３と、を有する。演算部３３は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の専用の集積回路等を用いて実現される。
【００３７】
図８は、増幅補正部３３１が行う増幅補正処理における受信深度と増幅率との関係を示す図である。図８に示すように、増幅補正部３３１が行う増幅処理における増幅率β（ｄＢ）は、受信深度ｚがゼロのとき最大値βｔｈ−β０をとり、受信深度ｚがゼロから閾値ｚｔｈに達するまで線型に減少し、受信深度ｚが閾値ｚｔｈ以上のときゼロである。なお、図８に示す関係は、予め記憶部３７に記憶されている。増幅補正部３３１が図８に示す関係に基づいてエコー信号を増幅補正することにより、受信処理部３１２におけるＳＴＣ補正の影響を相殺し、一定の増幅率βｔｈの信号を出力することができる。なお、増幅補正部３３１が行う受信深度ｚと増幅率βの関係は、受信処理部３１２における受信深度と増幅率の関係に応じて異なることは勿論である。
【００３８】
このような増幅補正を行う理由を説明する。ＳＴＣ補正は、アナログ信号波形の振幅を全周波数帯域にわたって均一に、かつ、深度に対しては単調増加する増幅率で増幅させることで、アナログ信号波形の振幅から減衰の影響を排除する補正処理である。このため、Ｂモード画像、ＴＨＩモード画像または造影モード画像を生成する場合には、それらの画像から減衰の影響を排除する効果を得ることができる。
【００３９】
一方、本実施の形態のように超音波の周波数スペクトルを算出して解析した結果を利用する場合、ＳＴＣ補正でも超音波の伝播に伴う減衰の影響を正確に排除できるとは限らない、という問題がある。なぜなら、一般に減衰量は周波数によって異なるが（後述する式（１）を参照）、ＳＴＣ補正の増幅率は距離だけに応じて変化し、周波数依存性がないためである。
【００４０】
上述した問題を解決するには、Ｂモード画像等を生成する際にＳＴＣ補正を施したエコー信号を出力する一方、周波数スペクトルに基づいた画像を生成する際に、Ｂモード画像等を生成するための送信とは異なる新たな送信を行い、ＳＴＣ補正を施していないエコー信号を出力することが考えられる。ところがこの場合には、エコー信号に基づいて生成される画像データのフレームレートが低下してしまうという問題がある。
【００４１】
そこで、本実施の形態では、生成される画像データのフレームレートを維持しつつ、Ｂモード画像等を生成するためにＳＴＣ補正を施した信号に対してＳＴＣ補正の影響を排除するために、増幅補正部３３１によって増幅率の補正を行う。
【００４２】
周波数解析部３３２は、増幅補正部３３１が増幅補正した各音線のラインデータを所定の時間間隔でサンプリングし、サンプルデータを生成する。周波数解析部３３２は、サンプルデータ群にＦＦＴ処理を施すことにより、ラインデータ上の複数の箇所（データ位置）における周波数スペクトルを算出する。
【００４３】
図９は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。同図に示す音線ＳＲｋにおいて、白または黒の長方形は、１つのサンプル点におけるデータを意味している。また、音線ＳＲｋにおいて、右側に位置するデータほど、超音波振動子２１から音線ＳＲｋに沿って計った場合の深い箇所からのサンプルデータである（図９の矢印を参照）。音線ＳＲｋは、送受信部３１が行うＡ／Ｄ変換におけるサンプリング周波数（例えば５０ＭＨｚ）に対応した時間間隔で離散化されている。図９では、番号ｋの音線ＳＲｋの８番目のデータ位置を受信深度ｚの方向の初期値Ｚ（ｋ）０として設定した場合を示しているが、初期値の位置は任意に設定することができる。周波数解析部３３２による算出結果は複素数で得られ、記憶部３７に格納される。
【００４４】
図９に示すデータ群Ｆｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ）は、ＦＦＴ処理の対象となるサンプルデータ群である。一般に、ＦＦＴ処理を行うためには、サンプルデータ群が２のべき乗のデータ数を有している必要がある。この意味で、サンプルデータ群Ｆｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ−１）はデータ数が１６（＝２４）で正常なデータ群である一方、サンプルデータ群ＦＫは、データ数が１２であるため異常なデータ群である。異常なデータ群に対してＦＦＴ処理を行う際には、不足分だけゼロデータを挿入することにより、正常なサンプルデータ群を生成する処理を行う。この点については、周波数解析部３３２の処理を説明する際に詳述する（図１５を参照）。
【００４５】
図１０は、周波数解析部３３２が算出した周波数スペクトルの一例を示す図であり、図４に示すＢモード用の送信駆動波に対して受信処理部３１２が生成したエコー信号の波形を模式的に示す図である。図１１は、周波数解析部３３２が算出した周波数スペクトルの別な例を示す図であり、図６に示す造影モード用の送信駆動波に対して受信処理部３１２が受信したエコー信号の波形を模式的に示す図である。周波数解析部３３２が算出する周波数スペクトルは、サンプルデータ群にＦＦＴ処理を施すことによって得られた「ある受信深度ｚにおける強度Ｉの周波数分布」のことである。また、ここでいう「強度」とは、例えばエコー信号の電圧、エコー信号の電力、超音波エコーの音圧、超音波エコーの音響エネルギー等のパラメータ、これらパラメータの振幅や時間積分値やその組み合わせのいずれかを指す。
【００４６】
図１０および図１１では、横軸に周波数ｆ、縦軸に強度Ｉ０を基準強度Ｉｃ（定数）で除した量の常用対数（デシベル表現）Ｉ＝１０ｌｏｇ１０（Ｉ０／Ｉｃ）としている。なお、図１０および図１１にそれぞれ示すスペクトル１３１および１３２は、互いに同じ受信深度ｚにおける周波数分布であるものとする。
【００４７】
一般に、エコー信号の周波数スペクトルは、観測対象が生体組織である場合、超音波が走査された生体組織の性状によって異なる傾向を示す。これは、エコー信号の周波数スペクトルが、超音波を散乱する散乱体の大きさ、数密度、音響インピーダンス等と相関を有しているためである。ここでいう「生体組織の性状」とは、例えば悪性腫瘍（癌）、良性腫瘍、内分泌腫瘍、粘液性腫瘍、正常組織、嚢胞、脈管などのことである。
【００４８】
特徴量算出部３３３は、特徴量を算出するための周波数帯域を設定する帯域設定部３３４と、帯域設定部３３４が設定した周波数帯域で周波数スペクトルの強度を補正する強度補正部３３５と、強度補正した周波数スペクトル（補正周波数スペクトル）を回帰分析によって近似する近似部３３６と、近似した補正周波数スペクトルに対して超音波の受信深度および周波数に依存する超音波の減衰の影響を補正する減衰補正部３３７と、を有する。
【００４９】
帯域設定部３３４は、送信駆動波の振幅および有効な周波数帯域、ならびに超音波振動子２１の感度の周波数特性等に基づいて、特徴量算出用の周波数帯域を設定する。送信駆動波の有効な周波数帯域とは、例えば送信駆動波の強度が所定の閾値よりも大きい周波数帯域のことである。特徴量算出用の周波数帯域は、近似部３３６が近似を行う周波数帯域のことであり、Ｓ／Ｎ比が良好で十分な信号強度が得られる周波数帯域のことである。なお、帯域設定部３３４は、受信したエコー信号に基づいて生成されたエコー信号の強度が所定の閾値以上となる領域を特徴量算出用の周波数帯域に設定してもよい。
【００５０】
帯域設定部３３４は、さらに超音波振動子２１の表面からの距離である受信深度の情報をさらに用いて特徴量算出用の周波数帯域を設定してもよい。具体的には、帯域設定部３３４は、上記の如く設定した特徴量算出用の周波数帯域に対し、受信深度が大きいほど、帯域幅が狭くかつ帯域内の最大周波数が小さくなるように補正した周波数帯域を最終的な特徴量算出用の周波数帯域として設定する。これは、超音波が高周波成分ほど早く減衰する特性を有しているためである。受信深度の情報をさらに用いる場合には、受信深度と周波数帯域の補正量との関係を予め記憶部３７に記憶しておき、帯域設定部３３４が記憶部３７を参照して補正を行うようにすればよい。
【００５１】
強度補正部３３５は、周波数解析部３３２が算出した周波数スペクトルに対し、帯域設定部３３４が設定した特徴量算出用の周波数帯域で周波数ごとに強度を補正する。強度補正部３３５は、後述する記憶部３７の強度補正情報記憶部３７３が記憶する強度補正情報を参照することにより、特徴量算出用の周波数帯域で周波数スペクトルの強度を周波数ごとに補正して補正周波数スペクトルを算出する。強度補正情報の詳細については、強度補正情報記憶部３７３を説明する際に詳述する。
【００５２】
図１２は、強度補正部３３５が特徴量算出用の周波数帯域Ｕで行う強度補正処理を模式的に示す図である。具体的には、図１２は、基準モードをＢモードとし、補正対象を造影モードとした場合に、強度補正部３３５が図１１に示すスペクトル１３２の強度補正処理を行う場合を模式的に示している。図１２に示す矢印は、代表的な周波数における補正を模式的に表している。この補正を行うことによって得られる補正スペクトル１３３は、周波数帯域Ｕにおいて、図１０に示すスペクトル１３１と同じ形状を有することとなる。
【００５３】
近似部３３６は、帯域設定部３３４が設定した特徴量算出用の周波数帯域において、強度補正後の補正周波数スペクトルに回帰分析を行って一次式で近似することにより、補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する。例えば、図１２に示す補正スペクトル１３３の場合、近似部３３６は、周波数帯域Ｕで回帰分析を行うことによって近似直線を得る。図１３は、この近似部３３６の処理を模式的に示す図である。図１３に示す直線Ｌ１０は、近似部３３６が算出する近似直線である。ここで近似直線Ｌ１０を周波数ｆの一次式Ｉ＝ａ０ｆ＋ｂ０で表すと、近似部３３６は、直線Ｌ１０に対応する特徴量として、傾きａ０、切片ｂ０、および周波数帯域Ｕの中心周波数ｆＭ＝（ｆｓ＋ｆｅ）／２における強度Ｉの値であるミッドバンドフィット（Ｍｉｄ−ｂａｎｄ  ｆｉｔ）ｃ０＝ａ０ｆＭ＋ｂ０を特徴量として抽出したことになる。本実施の形態では、この後、減衰補正部３３７が特徴量ａ０、ｂ０、ｃ０に対して減衰補正を行うことによって最終的な特徴量を算出する。そこで、以下では、近似部３３６が抽出した補正周波数スペクトルの特徴量のことを「仮特徴量」という。なお、近似部３３６は、回帰分析によって二次以上の多項式で周波数スペクトルを近似することも可能である。
【００５４】
３つの仮特徴量のうち、傾きａ０は、超音波の散乱体の大きさと相関を有し、一般に散乱体が大きいほど傾きが小さな値を有すると考えられる。また、切片ｂ０は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度（濃度）等と相関を有している。具体的には、切片ｂ０は、散乱体が大きいほど大きな値を有し、音響インピーダンスの差が大きいほど大きな値を有し、散乱体の数密度が大きいほど大きな値を有すると考えられる。また、ミッドバンドフィットｃ０は、傾きａ０と切片ｂ０から導出される間接的なパラメータであり、有効な周波数帯域内の中心におけるスペクトルの強度を与える。このため、ミッドバンドフィットｃ０は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度に加えて、Ｂモード画像の輝度とある程度の相関を有していると考えられる。
【００５５】
減衰補正部３３７は、近似部３３６が抽出した仮特徴量（傾きａ０，切片ｂ０，強度ｃ０）を減衰補正することによって特徴量を抽出する。ここで、減衰補正部３３７が行う補正について説明する。一般に、超音波の減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、
Ａ（ｆ，ｚ）＝２αｚｆ    ・・・（１）
と表される。ここで、αは減衰率であり、ｚは超音波の受信深度であり、ｆは周波数である。式（１）からも明らかなように、減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、周波数ｆに比例している。減衰率αの具体的な値は、観察対象が生体である場合、０．０〜１．０（ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ）、より好ましくは０．３〜０．７（ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ）であり、生体の部位に応じて定まる。例えば、観察対象が膵臓である場合には、α＝０．６（ｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚ）と定めることがある。なお、本実施の形態において、減衰率αの値を入力部３５からの入力によって設定または変更可能な構成としてもよい。
【００５６】
減衰補正部３３７は、傾きａ０，切片ｂ０，強度ｃ０を、以下のように減衰補正することによって特徴量を抽出する。
ａ＝ａ０＋２αｚ    ・・・（２）
ｂ＝ｂ０    ・・・（３）
ｃ＝ｃ０＋２αｚｆＭ（＝ａｆＭ＋ｂ）    ・・・（４）
式（２）、（４）からも明らかなように、減衰補正部３３７は、超音波の受信深度ｚが大きいほど、補正量が大きい補正を行う。また、式（３）によれば、切片に関する補正は恒等変換である。これは、切片が周波数０（Ｈｚ）に対応する周波数成分であって減衰の影響を受けないためである。
【００５７】
式（２）の傾きａおよび式（３）の切片ｂを有する直線の式は、
Ｉ＝ａｆ＋ｂ＝（ａ０＋２αｚ）ｆ＋ｂ０    ・・・（５）
で与えられる。図１３に示す直線Ｌ１は、この近似直線を模式的に示している。式（５）および図１３からも明らかなように、直線Ｌ１は、減衰補正前の直線Ｌ１０と比較して、傾きが大きく、かつ切片が同じである。
【００５８】
以上説明した機能構成を有する特徴量算出部３３３が算出する特徴量として、複数の単位領域（判別窓ともいう）において減衰補正部３３７が算出した傾きａ、切片ｂ、およびミッドバンドフィットｃの統計量を適用することも可能である。このような統計量としては、平均、標準偏差、分散、およびエントロピーなどを挙げることができる。
【００５９】
画像処理部３４は、エコー信号から選択された表示モードの超音波画像データを生成する超音波画像データ生成部３４１と、特徴量算出部３３３が算出した特徴量に関連する視覚情報を表示する特徴量画像データを生成する特徴量画像データ生成部３４２と、を有する。
【００６０】
超音波画像データ生成部３４１は、信号処理部３２から受信したエコー信号を用いて、設定された観察モードに応じた超音波画像データを生成する。本実施の形態において、超音波画像データ生成部３４１は、Ｂモード画像データ、ＴＨＩモード画像データ、および造影モード画像データのいずれかを生成する。
【００６１】
特徴量画像データ生成部３４２は、特徴量算出部３３３が算出した特徴量を示す特徴量画像データを生成する。具体的には、特徴量画像データ生成部３４２は、特徴量に関連する視覚情報を超音波画像データにおける画像の各画素に対して重畳することによって特徴量画像データを生成する。特徴量に関連する視覚情報としては、例えば色相、彩度、明度、輝度値、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの所定の表色系を構成する色空間の変数を挙げることができる。特徴量画像は、２次元画像でもよいし、３次元画像でもよい。
【００６２】
特徴量画像データ生成部３４２は、例えば図９に示す１つの振幅データ群Ｆｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ）のデータ量に対応する画素領域に対し、そのサンプルデータ群Ｆｊから算出される周波数スペクトルの特徴量に対応する視覚情報を割り当てる。
【００６３】
なお、特徴量画像データ生成部３４２は、例えば上述した傾きａ、切片ｂ、ミッドバンドフィットｃのいずれか一つに視覚情報を対応付けることによって特徴量画像データを生成してもよい。また、特徴量画像データ生成部３４２は、傾きａ、切片ｂ、ミッドバンドフィットｃから選択される２つの特徴量の一方に色相を対応付けるとともに、他方に明暗を対応付けることによって特徴量画像データを生成するようにしてもよい。
【００６４】
制御部３６は、表示装置４の表示を制御する表示制御部３６１を有する。表示制御部３６１は、表示装置４に対し、超音波画像データ生成部３４１が生成した超音波画像データに対応する超音波画像と、特徴量画像データ生成部３４２が生成した特徴量画像データに対応する特徴量画像とを並べて表示させる制御を行う。
【００６５】
制御部３６は、演算および制御機能を有するＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の専用の集積回路等を用いて実現される。制御部３６が汎用プロセッサまたはＦＰＧＡによって実現される場合は、記憶部３７が記憶する各種プログラムや各種データを記憶部３７から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。制御部３６がＡＳＩＣを用いて構成される場合は、各種処理を単独で実行してもよいし、記憶部３７が記憶する各種データ等を用いることによって各種処理を実行してもよい。なお、制御部３６を信号処理部３２および演算部３３と共通の汎用プロセッサまたは専用の集積回路等を用いて構成することも可能である。
【００６６】
記憶部３７は、超音波観測装置３に接続される超音波振動子２１に固有の振動子情報として感度帯域等の情報を記憶する振動子情報記憶部３７１と、設定可能な観察モードに関する情報を記憶するモード情報記憶部３７２と、観察モードごとの強度補正情報を記憶する強度補正情報記憶部３７３と、を有する。
【００６７】
振動子情報記憶部３７１は、超音波振動子２１の種類に応じた感度特性を記憶する。感度特性は、例えば図２に示す特性曲線１０１で与えられる。
【００６８】
モード情報記憶部３７２は、設定可能な観察モードに応じたパラメータを記憶する。そのようなパラメータとして、送信駆動波に関するパラメータを挙げることができる。より具体的には、モード情報記憶部３７２は、観察モードごとに生成する送信駆動波の振幅や周波数スペクトルの情報を記憶する。
【００６９】
強度補正情報記憶部３７３は、設定可能な観察モードの中で予め定められた基準モードに対し、他の観察モードの強度を補正するための情報を記憶する。例えば、強度補正情報記憶部３７３は、高振幅の最大電圧を有するとともに広い周波数帯域の周波数スペクトルからなる送信駆動波が生成されるＢモードを基準モードとし、他の観察モード（ＴＨＩモード、造影モード等）との送信駆動波の周波数スペクトルの周波数ごとの差分を強度補正情報として記憶する。
【００７０】
記憶部３７は、上記以外にも、例えば増幅処理に必要な情報（図７に示す増幅率と受信深度との関係）、増幅補正処理に必要な情報（図８に示す増幅率と受信深度との関係）、減衰補正処理に必要な情報（式（１）参照）、周波数解析処理に必要な窓関数（Ｈａｍｍｉｎｇ、Ｈａｎｎｉｎｇ、Ｂｌａｃｋｍａｎ等）の情報等を記憶する。
【００７１】
また、記憶部３７は、超音波観測装置３の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
【００７２】
以上の構成を有する記憶部３７は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現される。
【００７３】
図１４は、超音波観測装置３が行う処理の概要を示すフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、送信処理部３１１が観察モードに応じた送信駆動波の送信を開始し、超音波振動子２１が超音波の送信を開始した後の処理を示している。
【００７４】
まず、受信処理部３１２は、超音波内視鏡２から超音波振動子２１による観測対象の測定結果であるエコー信号を受信する（ステップＳ１）。
【００７５】
超音波振動子２１からエコー信号を受信した受信処理部３１２は、そのエコー信号に対して所定の受信処理を行う（ステップＳ２）。具体的には、受信処理部３１２は、エコー信号を増幅（ＳＴＣ補正）した後、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換等の処理を施す。受信処理部３１２が増幅を行う際には、例えば図７に示す増幅率と受信深度との関係を用いる。
【００７６】
続いて、超音波画像データ生成部３４１は、受信処理部３１２が増幅等の処理を施したエコー信号を用いて超音波画像データを生成し、表示装置４へ出力する（ステップＳ３）。この際、表示制御部３６１は、超音波画像データを表示装置４に表示させる制御を行ってもよい。
【００７７】
増幅補正部３３１は、送受信部３１から出力されたエコー信号に対して受信深度によらず増幅率が一定となるように増幅補正を行う（ステップＳ４）。ここで、増幅補正部３３１は、例えば図８に示す増幅率と受信深度との関係に基づいて増幅補正を行う。
【００７８】
この後、周波数解析部３３２は、増幅補正後の各音線のエコー信号に対してＦＦＴによる周波数解析を行うことによって全てのサンプルデータ群に対する周波数スペクトルを算出し、記憶部３７へ格納する（ステップＳ５）。図１５は、ステップＳ５において周波数解析部３３２が行う処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１５に示すフローチャートを参照して、周波数解析処理を詳細に説明する。
【００７９】
まず、周波数解析部３３２は、解析対象の音線を識別するカウンタｋをｋ０とする（ステップＳ２１）。
【００８０】
続いて、周波数解析部３３２は、ＦＦＴ演算用に生成した一連のデータ群（サンプルデータ群）を代表するデータ位置（受信深度に相当）Ｚ（ｋ）の初期値Ｚ（ｋ）０を設定する（ステップＳ２２）。例えば、図９では、上述したように、音線ＳＲｋの８番目のデータ位置を初期値Ｚ（ｋ）０として設定した場合を示している。
【００８１】
その後、周波数解析部３３２は、サンプルデータ群を取得し（ステップＳ２３）、取得したサンプルデータ群に対し、記憶部３７が記憶する窓関数を作用させる（ステップＳ２４）。このようにサンプルデータ群に対して窓関数を作用させることにより、サンプルデータ群が境界で不連続になることを回避し、アーチファクトが発生するのを防止することができる。
【００８２】
続いて、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ（ｋ）のサンプルデータ群が正常なデータ群であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。図９を参照した際に説明したように、サンプルデータ群は、２のべき乗のデータ数を有している必要がある。以下、正常なサンプルデータ群のデータ数を２ｎ（ｎは正の整数）とする。本実施の形態では、データ位置Ｚ（ｋ）が、できるだけデータ位置Ｚ（ｋ）が属するサンプルデータ群の中心になるように設定される。具体的には、サンプルデータ群のデータ数は２ｎであるので、データ位置Ｚ（ｋ）はそのサンプルデータ群の中心に近い２ｎ／２（＝２ｎ−１）番目の位置に設定される。この場合、サンプルデータ群が正常であるとは、データ位置Ｚ（ｋ）より浅部側に２ｎ−１−１（＝Ｎとする）個のデータがあり、データ位置Ｚ（ｋ）より深部側に２ｎ−１（＝Ｍとする）個のデータがあることを意味する。図９に示す場合、サンプルデータ群Ｆｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ−１）は正常である。なお、図９ではｎ＝４（Ｎ＝７，Ｍ＝８）の場合を例示している。
【００８３】
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ（ｋ）のサンプルデータ群が正常である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
【００８４】
ステップＳ２５における判定の結果、データ位置Ｚ（ｋ）のサンプルデータ群が正常でない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、周波数解析部３３２は、不足分だけゼロデータを挿入することによって正常なサンプルデータ群を生成する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５において正常でないと判定されたサンプルデータ群（例えば図９のサンプルデータ群ＦＫ）は、ゼロデータを追加する前に窓関数が作用されている。このため、サンプルデータ群にゼロデータを挿入してもデータの不連続は生じない。ステップＳ２６の後、周波数解析部３３２は、後述するステップＳ２７へ移行する。
【００８５】
ステップＳ２７において、周波数解析部３３２は、サンプルデータ群を用いてＦＦＴ演算を行うことにより、振幅の周波数分布である周波数スペクトルを得る（ステップＳ２７）。
【００８６】
続いて、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ（ｋ）をステップ幅Ｄで変化させる（ステップＳ２８）。ステップ幅Ｄは、記憶部３７が予め記憶しているものとする。図９では、Ｄ＝１５の場合を例示している。ステップ幅Ｄは、超音波画像データ生成部３４１がＢモード画像データを生成する際に利用するデータステップ幅と一致させることが望ましいが、周波数解析部３３２における演算量を削減したい場合には、ステップ幅Ｄとしてデータステップ幅より大きい値を設定してもよい。
【００８７】
その後、周波数解析部３３２は、データ位置Ｚ（ｋ）が音線ＳＲｋにおける最大値Ｚ（ｋ）ｍａｘより大きいか否かを判定する（ステップＳ２９）。データ位置Ｚ（ｋ）が最大値Ｚ（ｋ）ｍａｘより大きい場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２はカウンタｋを１増加させる（ステップＳ３０）。これは、処理をとなりの音線へ移すことを意味する。一方、データ位置Ｚ（ｋ）が最大値Ｚ（ｋ）ｍａｘ以下である場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）、周波数解析部３３２はステップＳ２３へ戻る。
【００８８】
ステップＳ３０の後、周波数解析部３３２は、カウンタｋが最大値ｋｍａｘより大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。カウンタｋがｋｍａｘより大きい場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、周波数解析部３３２は一連の周波数解析処理を終了する。一方、カウンタｋがｋｍａｘ以下である場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、周波数解析部３３２はステップＳ２２に戻る。この最大値ｋｍａｘは、ユーザが入力部３５を通じて任意に指示入力した値、もしくは、記憶部３７に予め設定された値とする。
【００８９】
このようにして、周波数解析部３３２は、解析対象領域内の（ｋｍａｘ−ｋ０＋１）本の音線の各々について複数回のＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算の結果として得られる周波数スペクトルは、受信深度、受信方向とともに記憶部３７に格納される。
【００９０】
なお、以上の説明では、周波数解析部３３２が超音波信号を受信したすべての領域に対して周波数解析処理を行うものとしたが、入力部３５が特定の深度幅および音線幅で区切られる部分領域の設定入力を受け付け可能な構成とし、設定された部分領域内においてのみ周波数解析処理を行うようにすることも可能である。
【００９１】
以上説明したステップＳ５の周波数解析処理に続いて、帯域設定部３３４は、特徴量算出用の周波数帯域を設定する（ステップＳ６）。このステップＳ６により、例えば図１２に示す周波数帯域Ｕが設定される。
【００９２】
その後、強度補正部３３５は、強度補正情報記憶部３７３が記憶する強度補正情報を参照し、特徴量算出用の周波数帯域で周波数スペクトルの強度を補正する（ステップＳ７）。例えば、基準モードをＢモードとした場合において、観察モードが造影モードに設定されているとき、強度補正部３３５は、図１２に示すようにスペクトル１３２の強度を補正して補正スペクトル１３３を得る。
【００９３】
近似部３３６は、強度補正した補正周波数スペクトルを、特徴量算出用の周波数帯域で回帰分析を行うことにより一次式で近似し、補正周波数スペクトルの特徴量である仮特徴量を抽出する（ステップＳ８）。ここで抽出する仮特徴量としては、例えば上述した傾きａ０、切片ｂ０、ミッドバンドフィットｃ０を挙げることができる。これらの仮特徴量を有する直線として、図１３に示す直線Ｌ１０を例示することができる。
【００９４】
減衰補正部３３７は、仮特徴量に対して減衰補正を行うことによって特徴量を抽出する（ステップＳ９）。例えば、減衰補正部３３７は、上述した式（２）〜（４）を用いて減衰補正を行い、傾きａ、切片ｂ、強度ｃを特徴量として抽出する。これらの特徴量を有する直線として、図１３に示す直線Ｌ１を例示することができる。
【００９５】
特徴量画像データ生成部３４２は、ステップＳ９で抽出した特徴量を用いて特徴量画像データを生成する（ステップＳ１０）。例えば、特徴量画像データ生成部３４２は、超音波画像データにおける各画素に対し、特徴量と関連づけた視覚情報（例えば色相）を重畳することによって特徴量画像データを生成する。特徴量画像データ生成部３４２は、生成した特徴量画像データを表示装置４へ送信する。
【００９６】
この後、表示制御部３６１は、表示装置４に対して、ステップＳ３で生成した超音波画像データに対応する超音波画像とステップＳ１０で生成した特徴量画像データに対応する特徴量画像を画面上で並べて表示させる制御を行う（ステップＳ１１）。
【００９７】
ステップＳ１１の後、超音波観測装置３は一連の処理を終了する。超音波観測装置３は、ステップＳ１〜Ｓ１１の処理を周期的に繰り返し実行する。
【００９８】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、所定の周波数帯域における周波数スペクトルの強度を送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出した後、その補正周波数スペクトルを所定の周波数帯域で近似することによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出しているため、送信駆動波によらない特徴量を抽出することができる。したがって、送信する超音波の特性によらず、受信した超音波に対応する周波数スペクトルの特徴量を一定に保つことができる。
【００９９】
また、本実施の形態によれば、超音波画像と特徴量画像を並べて表示させる際、観察モードに応じて特徴量画像が変化しないため、医師等のユーザは観察モードを変更しても同じ条件下で特徴量画像を確認することができる。特に、本実施の形態によれば、送信駆動波の特性が大きく異なるＢモードまたはＴＨＩモードから造影モードへ観察モードを切り替えた場合であっても特徴量画像に変化がないため、ユーザは違和感を感じずに特徴量画像を目視することができる。その結果、特徴量画像を用いたユーザによる診断が容易となり、診断の精度向上にも寄与することができる。
【０１００】
また、本実施の形態によれば、超音波の受信深度の情報をさらに用いて周波数帯域を設定する場合、超音波の減衰によってＳ／Ｎ比が悪化した周波数帯域を近似に含めないことにより、特徴量の算出精度を向上させることができる。
【０１０１】
図１６は、実施の形態の変形例に係る送信駆動波の波形を模式的に示す図である。図１６では、図３と同様に横軸を時間ｔ、縦軸を電圧Ｖとしている。図１６に示す送信駆動波１１３は、最大電圧（振幅）Ｖ３を有する矩形状のパルスである。最大電圧Ｖ３は、図３に示すＢモード用の送信駆動波１１１の最大電圧Ｖ１よりもΔＶだけ小さいものとする。
【０１０２】
図１７は、図１６に示す送信駆動波の周波数スペクトルを模式的に示す図である。図１７では、横軸を周波数ｆ、縦軸を強度Ｉとしている。図１７に示すスペクトル１２３は、図４に示すスペクトル１２１を一様にΔＩだけ強度を小さくした波形に相当している。この強度差ΔＩは、送信駆動波１１１の最大電圧と送信駆動波１１３の最大電圧との差ΔＶに応じて定まる。
【０１０３】
図１８は、送信処理部３１１が図１６に示す送信駆動波１１３を生成した場合に、周波数解析部３３２が算出した周波数スペクトルを示すとともに、その周波数スペクトルに対して強度補正部３３５が行う強度補正処理の概要を模式的に示す図である。図１８に示す場合も、強度補正部３３５は、Ｂモードを基準モードとして強度補正を行っている。また、図１８では、帯域設定部３３４が、特徴量算出用の周波数帯域Ｕ’を設定した場合を示している。
【０１０４】
スペクトル１３４は、図１０に示すスペクトル１３１と全く同じ条件で反射されて戻ってきたエコー信号に基づいて生成された周波数スペクトルである。補正スペクトル１３５は、周波数帯域Ｕ’におけるスペクトル１３４を一様な補正量ΔＩで強度補正した後のスペクトルである。
【０１０５】
以上説明した変形例からも明らかなように、本実施の形態では、様々な波形および周波数スペクトルを有する送信駆動波を生成することが可能である。
【０１０６】
ここまで、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、減衰補正部３３７による減衰補正処理は、近似部３３６による近似処理の前であるとともに帯域設定部３３４による帯域設定処理の後、または近似部３３６による近似処理の後であればどのタイミングで行ってもよい。
【０１０７】
また、上述した超音波内視鏡以外の超音波プローブに対しても適用することが可能である。超音波プローブとして、光学系のない細径の超音波ミニチュアプローブを適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器（膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等）を観察する際に用いられる。また、超音波プローブとして、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブを適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器（肝臓、胆嚢、膀胱）、乳房（特に乳腺）、甲状腺を観察する際に用いられる。
【０１０８】
このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
【符号の説明】
【０１０９】
１  超音波診断システム
２  超音波内視鏡
３  超音波観測装置
４  表示装置
２１  超音波振動子
３１  送受信部
３２  信号処理部
３３  演算部
３４  画像処理部
３５  入力部
３６  制御部
３７  記憶部
１０１  特性曲線
１１１、１１２、１１３  送信駆動波
１２１、１２２、１２３、１３１、１３２、１３４  スペクトル
１３３、１３５  補正スペクトル
３１１  送信処理部
３１２  受信処理部
３３１  増幅補正部
３３２  周波数解析部
３３３  特徴量算出部
３３４  帯域設定部
３３５  強度補正部
３３６  近似部
３３７  減衰補正部
３４１  超音波画像データ生成部
３４２  特徴量画像データ生成部
３６１  表示制御部
３７１  振動子情報記憶部
３７２  モード情報記憶部
３７３  強度補正情報記憶部
【要約】
超音波プローブから受信した電気的なエコー信号の周波数を解析することによって該エコー信号の周波数スペクトルを算出する周波数解析部と、周波数スペクトルの特徴量を算出する際に適用する特徴量算出用の周波数帯域を送信駆動波に応じて設定する帯域設定部と、帯域設定部が設定した特徴量算出用の周波数帯域における周波数スペクトルの強度を送信駆動波に応じて定まる補正量で補正することによって補正周波数スペクトルを算出する強度補正部と、強度補正部が算出した補正周波数スペクトルに対して特徴量算出用の周波数帯域で近似を行うことによって該補正周波数スペクトルの特徴量を抽出する近似部と、を備える。これにより、送信する超音波の特性によらず、受信した超音波に対応する周波数スペクトルの特徴量を一定に保つことができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供する。【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】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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