(57)【要約】【課題】透過波の屈折に由来する再構成画像における物性値誤差と演算コストを低減する。【解決手段】屈折波の軌跡を考慮しつつも、ストレートレイ型の再構成法を利用できる形にサイノグラムを補正する。具体的には、逐次推定した仮想波の経路情報に基づき、到達時間差サイノグラムを、各検出素子への「波の最短到達時間」と「最短経路を進む波の到達時間」との差または比で補正する。【選択図】図１
2018183438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に複数の方向から超音波を照射し、前記被写体を透過した透過波を受信する超音波送受信素子列と、前記超音波送受信素子列の受信信号から、前記被写体有りの場合と無しの場合の前記透過波の前記超音波送受信素子列への到達時間差を求め、前記到達時間差に基づいて前記被写体内部の物性値分布画像を再構成する画像生成部と、
前記物性値分布画像の示す物性値分布に基づいて算出された、前記超音波送受信素子列の少なくとも一つの素子に対して最短の到達時間となる経路を通って到達する仮想的な透過波の前記到達時間（「仮想波の最短到達時間」）と、同一の前記素子に対して幾何学的な最短経路を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「最短経路を進む仮想波の到達時間」）とに基づいて、前記到達時間差を補正する補正部とを有する
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記「仮想波の最短到達時間」と、前記「最短経路を進む前記仮想波の到達時間」との差もしくは比により、前記到達時間差を補正することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
被写体に複数の方向から超音波を照射し、前記被写体を透過した透過波を受信する超音波送受信素子列と、前記超音波送受信素子列の受信信号から、前記被写体有りの場合と無しの場合の前記透過波の到達時間差を求め、前記到達時間差に基づいて前記被写体内部の物性値分布画像を再構成する画像生成部と、
前記透過波が前記物性値分布画像の示す物性値分布に応じて屈折しながら、前記超音波送受信素子列の少なくとも一つの素子に対して到達すると仮定して算出した第１の到達時間と、同一の前記素子に対して前記透過波が直進して到達すると仮定して算出した第２の到達時間とに基づいて、前記到達時間差を補正する補正部とを有する
ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記補正部は、前記最短の到達時間となる経路を算出する経路算出部を備え、前記経路算出部は、前記画像生成部が生成した前記被写体の前記物性値分布画像の示す物性値分布がある視野と、前記被写体が配置されていない視野と、前記視野に仮想的な超音波を送信する複数の送信素子と、前記視野を透過した前記超音波の透過波を受信する複数の受信素子とを仮想し、前記送信素子位置から送信された超音波が視野内の各点まで到達するのに要する到達時間の分布を、前記物性値分布がある視野と、前記被写体の配置されていない前記視野についてそれぞれ求め、両者の差をとることにより、到達時間差の空間分布を得、該到達時間差の空間分布を仮想的な超音波の進行方向に対して垂直な方向に微分し、得られた前記到達時間差の空間分布の微分値から、前記経路の向きを求めることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記補正部による補正の適用の有無、または、補正の反復適用の有無とその反復回数を、ユーザーから受け付ける入力部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記物性値分布画像上の所望の位置に関心領域と、その関心領域における所望のS/N(Signal-to-Noise ratio)値、の設定をユーザーから受け付ける入力部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記補正部は、前記超音波送受信素子列を構成する素子毎、かつ、前記複数の方向毎に、前記到達時間差を集めたデータセットであるサイノグラムに対し、ファン-パラレル変換を実施した後、前記補正を行うことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項４に記載の超音波撮像装置であって、前記経路算出部は、異なる位置についての複数の前記物性値分布画像を用いて前記経路を算出することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項４に記載の超音波撮像装置であって、前記経路算出部は、代表的な位置を通る複数の経路を求め、前記代表的な位置の間を通る経路を、前記代表的な位置を通る経路の情報を補完することによって算出することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記「仮想波の最短到達時間」および前記「最短経路を進む仮想波の到達時間」は、仮想的に配置された超音波送受信素子列に対して算出されたものであることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
コンピュータに、
被写体を透過した、超音波の透過波を受信した超音波素子列の受信信号から、前記被写体有りの場合と無しの場合の前記透過波の前記超音波素子列への到達時間差を求め、前記到達時間差に基づいて前記被写体内部の物性値分布画像を再構成するステップと、
前記物性値分布画像の示す物性値分布に基づいて、前記超音波送受信素子列の少なくとも一つの素子に対して最短の到達時間となる経路を算出し、当該経路を通って前記素子に到達する仮想的な透過波の前記到達時間（「仮想波の最短到達時間」）を求め、同一の前記素子に対して幾何学的な最短経路を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「最短経路を進む仮想波の到達時間」）を求め、前記「仮想波の最短到達時間」と前記「最短経路を進む仮想波の到達時間」とに基づいて、前記到達時間差を補正するステップとを
実行させるための超音波画像生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波ＣＴ（Computed Tomography）装置とは、媒質中の被写体へ、複数の方向から超音波を照射し、被写体を透過した信号から被写体内部の物性値（音速や減衰率）を断層画像化するための装置である。超音波は、圧電素子を用いて発生させる。圧電素子は、リングアレイ状に並べられ、被写体は、リングアレイの開口に挿入され撮影される。
【０００３】
特許文献１には、超音波ＣＴの基本構成と画像化技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平08-508925号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波は、被写体を透過する際に、屈折率が異なる２つの領域の境界で屈折する。そのため、超音波の屈折を考慮することなく、透過波から物性値画像を再構成すると、物性値画像の境界が不鮮明になり、誤差が増大する。画質を向上させるには、屈折の影響を考慮して画像を再構成する必要があるが、演算量が増大し、多くの演算コストがかかる。例えば、屈折の影響を考慮して画像を再構成する手法として、ベントレイ型逐次再構成法があるが、再構成用の投影行列（システムマトリックス）作成に、多くのメモリ容量と演算時間が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、透過波の屈折に由来する再構成画像における物性値誤差と演算コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような超音波撮像装置が提供される。すなわち、本発明の超音波撮像装置は、被写体に複数の方向から超音波を照射し、被写体を透過した透過波を受信する超音波送受信素子列と、超音波送受信素子列の受信信号から、被写体有りの場合と無しの場合の透過波の超音波送受信素子列への到達時間差を求め、到達時間差に基づいて被写体内部の物性値分布画像を再構成する画像生成部と、物性値分布画像の示す物性値分布に基づいて算出された、超音波送受信素子列の一つの素子に最短の到達時間となる経路を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「仮想波の最短到達時間」）と、同一の素子に幾何学的な最短経路を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「最短経路を進む仮想波の到達時間」）とに基づいて、到達時間差を補正する補正部とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透過波の屈折に由来する再構成画像における物性値誤差と演算コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の超音波撮像装置の補正方法を説明するための、屈折経路(a)と直進経路(b)を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における超音波撮像装置（超音波ＣＴ装置）のサジタル断面の概略構造を示すブロック図である。
【図３】本実施形態で用いるリングアレイのコロナル断面の概略構造を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、図２の装置の信号処理部の主な構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、信号処理部の屈折経路算出部の主な構成を示すブロック図である。
【図５】本実施形態の信号処理部での処理フローであって、（ａ）は、透過波信号読込から補正画像生成までの画像再構成の全体フロー、（ｂ）は、波の屈折経路の算出を詳しく示す処理フロー、（ｃ）は、サイノグラムの補正処理を詳しく示す処理フローである。
【図６】（ａ）到達時間差のサイノグラムを示す図、（ｂ）再構成画像（音速画像）の一例である。
【図７】（ａ）は、被写体有りの場合の初期音速画像の一例、（ｂ）は、図（ａ）の画像の示す音速分布があるＦＯＶの各点への超音波の到達時間の分布、（ｃ）被写体無しの場合の初期音速画像の一例、（ｄ）は、図（ｃ）の画像の示す音速分布があるＦＯＶの各点への超音波の到達時間の分布、（ｅ）は、図（ｂ）の到達時間と図（ｄ）の到達時間の差の分布、（ｆ）は、図（ｅ）の到達時間差の分布をｘ方向についての微分結果、（ｇ）は、図（ｆ）の微分結果に基づいて描いた超音波素子への到達時間が最短となる経路（屈折経路）と初期音速画像との重畳画像、をそれぞれ示す図である。
【図８】到達時間差の分布の微分結果と波の進行方向との関係を説明する図。
【図９】（ａ）ストレートレイ再構成法、（ｂ）ベントレイ再構成法、（ｃ）本実施形態の再構成法、によりそれぞれ生成した音速画像の例である。
【図１０】図９に示した３つの音速画像のプロファイルを示すグラフである。
【図１１】本実施形態の再構成法とベントレイ再構成により一断面の音速画像を生成する場合の演算時間と、反復回数との関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態の超音波撮像装置について図面を用いて説明する。
【００１１】
本発明は、透過波の屈折の軌跡を考慮しつつも、ストレートレイ型の再構成法を利用できる形にサイノグラムを補正する。具体的には、推定した仮想波の経路情報に基づき、到達時間差サイノグラムを、各検出素子への「仮想波の最短到達時間」と「最短経路を進む仮想波の到達時間」との差または比で補正する。以下、説明する。
【００１２】
図１は、本発明の原理を示す説明図である。本実施形態の超音波撮像装置は、図１に示したように、被写体１に複数の方向から超音波を照射し、被写体１を透過した透過波を受信する超音波送受信素子列３と、超音波送受信素子列３において受信された透過波の、被写体有りの場合と無しの場合の到達時間差dTに基づいて被写体２内部の物性値分布画像を再構成する画像生成部と、補正部とを備える。
【００１３】
補正部は、物性値分布画像の示す物性値分布に基づいて算出された、超音波送受信素子列３の一つの素子３０１に最短の到達時間となる経路（ａ）を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「仮想波の最短到達時間Ta」）と、同一の素子３０１に幾何学的な最短経路（ｂ）を通って到達する仮想的な透過波の到達時間（「最短経路を進む仮想波の到達時間Tb」）とに基づいて、到達時間差dTを補正する。
【００１４】
最短の到達時間Taとなる経路（ａ）は、物性値分布画像の示す物性値分布に応じて透過波が屈折しながら進行する経路である。一方、幾何学的な最短経路（ｂ）は、透過波が物性値分布にかかわらず屈折せずに直進すると仮定した経路である。よって、経路（ａ）を通る「仮想波の最短到達時間Ta」と、経路（ｂ）を通る「最短経路を進む仮想波の到達時間Tb」との差異（差や比）に基づいて、再構成に用いる被写体の有り無しの場合の到達時間差dTを補正することにより、画像生成部がストレートレイ型再構成法を用いた場合であっても、透過波の屈折を考慮した画像を得ることができる。
【００１５】
すなわち、超音波送受信素子列３で実際に受信される透過波の到達時間は、被写体１の実際の物性値分布に応じて屈折した経路を通って到達したものであるため、その経路は、経路（ａ）に近い。そのため、実際の透過波の到達時間から求めた到達時間差dTで構成されるサイノグラムをストレート型再構成法を用いて再構成すると、再構成画像の誤差が大きくなる。本実施形態では、補正部が、計算により求めた「仮想波の最短到達時間Ta」と「最短経路を進む仮想波の到達時間Tb」との差異に基づいて、到達時間差dTを補正することにより、演算量の少ないストレート型再構成法を用いながら、再構成画像の誤差を低減し、演算量の多いベントレイ型再構成法を用いた場合に近い再構成画像を得ることができる。
【００１６】
さらに、言い換えるならば、「仮想波の最短到達時間Ta」は、透過波が物性値分布画像の示す物性値分布に応じて屈折しながら、超音波送受信素子列３の一つの素子３０１に到達すると仮定して算出した第１の到達時間であり、「最短経路を進む仮想波の到達時間Tb」は、同一の素子３０１に透過波が直進して到達すると仮定して算出した第２の到達時間である。補正部は、第１の到達時間と第２の到達時間とに基づいて、到達時間差dTを補正する。
【００１７】
以下、本発明の実施形態の超音波撮像装置をより具体的に説明する。
【００１８】
超音波撮像装置の中でも、被写体へ、複数の方向から超音波を照射し、被写体を透過した信号から被写体内部の物性値（音速や減衰率）を断層画像化する装置は、超音波ＣＴ装置と呼ばれる。超音波ＣＴ装置は、マンモグラフィと異なり放射線被曝がないため、より若年層に適用可能な乳癌検診装置として期待されている。以下では本発明を乳癌検診装置に利用する形態を述べるが、撮影対象は特に限定されない。
【００１９】
図２は、本発明に係る超音波ＣＴ装置のサジタル断面の概略の構造である。被検体１を乗せるベッド２には、胸部を挿入する開口２ａが設けられ、その下部に円柱状の水槽４が配置されている。その内部には、図３に示すようなリング状の超音波送受信素子列（以下、リングアレイと呼ぶ）３が、水槽４の軸方向に平行移動可能に備えられている。リングアレイ３は、超音波送受信器である圧電素子（超音波素子）を円状に複数配置したものである。水槽４には、温水が満たされている。水槽４には予備タンク５が接続されている。予備タンク５は、水槽４の温水を浄化、過熱、脱気する機能を備えている。
【００２０】
リングアレイ３および予備タンク５には、制御部６および信号処理部７が接続されている。信号処理部７内には、画像生成部７ａと、補正部７ｂが備えられている。信号処理部７には、入出力部９と記憶部８が接続されている。
【００２１】
信号処理部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサーと、メモリとを備えたコンピュータ等によって構成され、ＣＰＵが、メモリに格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、信号処理部７の画像生成部７ａと補正部７ｂの機能をソフトウエアにより実現する。なお、信号処理部７は、その一部または全部をハードウエアによって実現することも可能である。例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用いて信号処理部７を構成し、信号処理部７の画像処理部７ａおよび補正部７ｂの動作を実現するように回路設計を行えばよい。
【００２２】
超音波ＣＴ装置の撮影条件は、ユーザーにより、入出力部９のタッチパネルやキーボード等を通して設定される。設定された条件等は、記憶部８のメモリやハードディスクドライブ等に保存される。これらの条件を基に、信号処理部７のＣＰＵ（Central Processing Unit）等で処理された制御信号が、制御部６内に配置されている各種コントローラーに送られる。コントローラーは、リングアレイ３の各超音波素子による超音波信号の送受信やスイッチング、リングアレイ３の上下動の制御、予備タンク５による水圧制御や温水の温度制御などを行う。リングアレイ３の各超音波素子の受信信号は、記憶部８に記録されると共に、信号処理部７で画像再構成等の画像処理演算が実行される。再構成された被検体１の断層画像等の情報として、入出力部９のモニタ等に表示される。制御部６と信号処理部７と記憶部８は、ベッド２の下部の空間に収めることもできる。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、信号処理部７の画像生成部７ａは、サイノグラム生成部７０と画像再構成部７１を含み、補正部７ｂは、屈折経路算出部７２、サイノグラム補正部７３および平滑化処理部７４を含む。さらに図４（ｂ）に示すように、補正部７２の屈折経路算出部７２には、到達時間分布生成部７２０、到達時間差分布生成部７２１、到達時間差分布微分部７２２および平滑化処理部７２３が備えられている。これら各部の動作については後述する。
【００２４】
このような構成により、水槽４内の被検体１の断層画像を表示することが可能となる。
【００２５】
以下、検査手順の一例を示す。被検体１は、予め問診と検査着への着替えを済ませる。その後、検査室に入室し、ベッド２へうつ伏せになり、温水が満たされた水槽４に片方の乳房を挿入する。そして、下記のように超音波CT測定を実施し、他方の乳房も同様に測定する。
【００２６】
以下、装置の具体的構成と計測手順の一例を示す。リングアレイ３の各超音波素子から照射する超音波の中心周波数を１．５ＭＨｚとすると、水中での超音波の波長は約１ｍｍである。超音波素子（圧電素子）のピッチを０．５ｍｍとすると、圧電素子２０４８チャネルで、直径３２６ｍｍのリングアレイ３が構成される。制御部６は、リングアレイ３の５１２チャネルの超音波素子を駆動し、位相を揃えた平面波の超音波を照射した後、同じ５１２チャンネルの超音波素子により反射波を受信し、送信した超音波素子と対向する位置のある５１２チャネルの超音波素子により透過波を受信する。これによって撮影視野（Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）を直径２３０ｍｍの円形に確保することができる。制御部６リングアレイ３上で駆動する５１２チャネルの圧電素子を４チャネルずつずらして、平面波を照射し、反射波および透過波を受信することを繰り返すことで、被写体１の周囲３６０度からの透過波及び反射波の信号を、０．７度ずつ角度がずれた５１２ビューについて得ることができる。圧電素子の水槽４の軸方向の厚みを１０ｍｍとすると、水槽４の軸方向に５ｍｍピッチでリングアレイ３を変位させて上記撮影を繰り返すことにより、２００ｍｍの変位で４０スライスのデータが得られる。上記手順を、被写体１を挿入した状態と挿入していない状態とに対して行い、得られた受信信号（透過波信号および反射阪神号）に基づいて、スライスごとに画像再構成することにより、被検体１の乳房の三次元情報が得られる。
【００２７】
以下、透過波信号の処理方法の一例を説明する。図５（ａ）は、物性値画像の屈折の影響を補正するために、信号処理部７で行われるデータ読込から補正終了までの処理フローである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の波の屈折経路の算出に関する処理フローを、図５（ｃ）は、サイノグラム補正に関する処理フローを示す。図６（ａ）は、到達時間差dTをチャネル方向とビュー方向に並べたサイノグラムを示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のサイノグラムから再構成された物性値分布（音速分布）画像を示す。
【００２８】
以下、特に、透過波の受信データから断層画像（物性値分布画像）を再構成する手順を、図５および図６を用いて説明する。ここでは、物性値は、音速を想定するが、物理的に等価である屈折率や遅さ（Slowness）の分布等を求めてもよい。
【００２９】
まず、画像生成部７ａのサイノグラム生成部７０は、超音波素子により計測された透過波の受信信号を読み込み、時間方向にヒルベルト変換を実施し、受信信号のピーク位置の到達時間（タイミング）を求める（ステップ５０１）。サイノグラム生成部７０は、被検体１の挿入前後の受信信号のピーク位置の到達時間の差dTを、各投影角度（ビュー）、各受信素子（チャネル）毎に計算する。この到達時間差dTを、図６（ａ）のようにチャネル方向およびビュー方向に並べ、サイノグラムを生成する（ステップ５０２）。サイノグラムは、スライス毎に得られる。
【００３０】
画像再構成部７１は、各サイノグラムに、Ｘ線ＣＴの分野で広く利用されているフィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection、FBP）や逐次近似再構成法等を施すことにより、断層画像（初期画像）を再構成する（ステップ５０３）。受信波の到達時間差dTのサイノグラムからは、被検体１の挿入前後の遅さの差の分布を示す画像が再構成される。遅さは音速の逆数であり、水の音速が既知であるため、遅さの差の分布を示す画像から被検体１の音速の分布を示す音速画像（図６（ｂ））を得ることができる。
【００３１】
つぎに、補正部７ｂの屈折経路算出部７２は、画像再構成部７１が再構成した音速画像（以下、初期音速画像と呼ぶ）から、上述した最短の到達時間となる経路（ａ）と、幾何学的な最短経路（ｂ）を算出する（ステップ５０４）。算出方法の一例を、図５（ｂ）のフローおよび図７を用いて示す。
【００３２】
まず、屈折経路算出部７２は、初期音速画像（図７（ａ））を記憶部８から読み込み（ステップ５１１）、送信素子から受信素子までのFOV視野内の任意の位置の仮想波（透過波）の到達時間t1の空間分布（図７（ｂ））を計算により求める（ステップ５１２）。すなわち、屈折経路算出部７２は、初期音速画像の示す音速分布がFOV内にあると仮定し、超音波送受信素子列３の複数の超音波素子（送信素子）３ａからFOVに対して超音波を送信した場合に、FOV内の各点に超音波の透過波が到達する時間t1の空間分布を計算により求める。ここでは、音速分布を仮定して、超音波の透過波の到達時間を計算により求めるため、透過波を仮想波と呼ぶ。具体的にはアイコナール方程式を解く方法（ファーストマーチング法）等を用いて、仮想波の到達時間を求める。
【００３３】
なお、この計算において想定する超音波送受信素子列３の送信素子の配置は、実際とは異なる仮想的なものであっても構わない。図７（ｂ）に示す例では、超音波送受信素子列３がリング状ではなく、複数の送信素子３ａおよび複数の受信素子３ｂがそれぞれ直線状に並べられ、FOVを挟んで対向していると仮定し、超音波到達時間t1の空間分布を求めている。
【００３４】
同様に、屈折経路算出部７２は、被写体１を配置していない場合の音速分布（図７（ｃ））に基づいて、仮想波の到達時間t2の空間分布（図７（ｄ））を求める（ステップ５１２）。
【００３５】
そして、屈折経路算出部７２は、被写体１の有り無しの到達時間t1,t2の差Δtを取ることで、到達時間差Δtの空間分布（図７（ｅ））を生成する（ステップ５１３）。
【００３６】
次に、屈折経路算出部７２は、到達時間差Δtの空間分布を、屈折を無視した仮想平面波の進行方向（これをｙ方向とする）に対して垂直な方向（これをｘ方向とする）に微分する（ステップ５１４）。得られた各点の微分値（dΔt/dx）を濃淡で表した画像が図７（ｆ）である。屈折経路算出部７２は、得られた結果（dΔt/dx）を必要に応じて平滑化処理する。
【００３７】
得られた微分値（dΔt/dx）は、式（１）および図８から明らかなように、FOV内の各点での仮想波の進行方向（ｙ方向からの傾きをθとする）を表す。よって、式（１）を解くことで、それぞれの受信素子３ｂの位置から送信素子３ａの位置への屈折波の経路を推定することができる（ステップ５１５）。式（１）において、Cwは水の音速値を表す。なお、屈折波の経路を求める方法はここで示したものに限定されない。
【００３８】
【数１】
2018183438.tif 000003
【００３９】
屈折波の経路を求める方法の一例をさらに具体的に説明する。まず、図７（ｆ）の画像のうち、一つの受信素子３ｂの中心に最も近い画素の微分値（dΔt/dx）から式（１）により角度θを求め、その画素の領域に角度θの経路を描く。次に、経路を描いた画素の周囲の画素のうち、描いた経路が到達している画素を選択し、その画素の領域にその微分値（dΔt/dx）から求めた角度θの経路を描く。これを送信素子３ａのいずれかに到達するまで繰り返すことにより、図７（ａ）の音速画像の示す音速分布のあるFOVを、平面波が音速に応じて屈折しながら一つの受信素子３ｂに到達する経路を描くことができる。この経路が、図１の超音波送受信素子列３の一つの素子３０１に最短の到達時間で到達する透過波（仮想波）の経路（ａ）である。すべての受信素子３ｂについて、図７（ｇ）のように、屈折波の経路（経路（ａ））を求める。
【００４０】
サイノグラム補正部７３は、図５（ａ）のステップ５０５においてステップ５０２で生成したサイノグラムを補正する。この処理を図５（ｃ）のフローを用いて説明する。
【００４１】
サイノグラム補正部７３は、ステップ５０２で生成されたサイノグラム、ステップ５０３で生成された初期画像（初期音速画像）、および、ステップ５０４で生成された屈折波の経路（ａ）を読み込む（ステップ５２１）。
【００４２】
サイノグラム補正部７３は、各投影角度（ビュー）、各受信素子（チャネル）毎に、経路（ａ）を通る到達時間TBRsim（＝「仮想波の最短到達時間Ta」）を算出する（ステップ５２２）。具体的には、サイノグラム補正部７３は、初期音速分布画像上の経路（ａ)に沿った各点（画素）の音速C(x)をそれぞれ抽出する。サイノグラム補正部７３は、各点の音速C(x)を用いて、式（４）の到達時間Tを算出することにより、屈折波の経路（ａ）を通る到達時間TBRsimを算出する。式（４）は、一つの画素に対応する被写体１の領域の大きさ（dx)を、音速C(x)で除することにより、一つの画素に対応する領域を屈折波（仮想波）が通過するのに要する時間dx/C(x)を求め、これを経路（ａ）に沿った各点について積算することにより到達時間Tを求める数式である。
【００４３】
また、サイノグラム補正部７３は、各投影角度（ビュー）、各受信素子（チャネル）毎に、幾何学的な最短経路（ｂ）を通って受信素子に到達する仮想的な透過波の到達時間TSRsim（＝「最短経路を進む仮想波の到達時間Tb」）を算出する（ステップ５２２）。具体的には、まずサイノグラム補正部７３は、最短経路（ｂ）を図１に示すように設定する。最短経路（ｂ）は、ある受信素子３ｂ（３０１）と、送信素子３ａの列のいずれかを結ぶ直線の経路であって、最短距離の経路である。つぎに、サイノグラム補正部７３は、初期音速分布画像上の経路（ｂ)に沿った各点（画素）の音速C(x)をそれぞれ抽出し、式（４）を用いて到達時間TSRsimを算出する。
【００４４】
サイノグラム補正部７３は、屈折波の経路（ａ）を通った仮想波の到達時間TBRsimと、幾何学的な最短経路（ｂ）を通った仮想波の到達時間TSRsimとの差（TBRsim−TSRsim）または比（TSRsim ／TBRsim）を計算する(ステップ５２３）。求めた差又は比を用いて、式（２）または式（３）により、ステップ５０２で生成したサイノグラムの受信信号の到達時間差dTBRexp（＝dT）を補正する（ステップ５２４）。これにより、サイノグラム補正部７３は、ステップ５０２で生成したサイノグラムの実際の受信信号の到達時間差dTBRexp（＝dT）を、ストレートレイ相当の到達時間差dTSRexpに補正する。
【００４５】
【数２】
2018183438.tif 000004
【数３】
2018183438.tif 000005
【数４】
2018183438.tif 000006
【００４６】
つぎに、平滑化処理部７４は、ステップ５０５で補正した後のサイノグラムを必要に応じて平滑化処理する（ステップ５０６）。
【００４７】
画像生成部７ａの画像再構成部７１は、ステップ５０５，５０６において補正し、必要に応じて平滑化したサイノグラムを、FBP等で再構成する（ステップ５０７）。これにより、透過波の屈折に由来する再構成画像における物性値(音速）の誤差が低減された補正後の音速の断面画像（音速画像）を得ることができる。得られた補正後の音速画像を入出力部９のモニタに表示し、記憶部８に格納する。
【００４８】
以上のステップにより、図５（ａ）のフローを終了してもよいが、さらに、補正後の音速画像を用いて、ステップ５０４〜５０７を繰り返す逐次適用を行ってもよい。以下、特に、本補正法を逐次適用する方法の一例を説明する。
【００４９】
ステップ５０７で得られた補正後の音速画像に基づき、改めて屈折波の経路（ａ）を算出し（ステップ５０４）、前回ステップ５０５で補正したサイノグラムを再度補正し（ステップ５０５）、必要に応じて平滑化し（ステップ５０６）、再補正および必要に応じて平滑化したサイノグラムに基づいて音速画像を再構成する（ステップ５０７）。この一連の処理を繰り返すことで、屈折による誤差を逐次的に補正することができる。逐次処理は、ユーザーが予め指定した反復回数を実行した後停止する（ステップ５０８）。あるいは、ユーザーから入出力部９を介して設定を受け付けた画像上の関心領域について、そのS/N（Signal-to-Noise ratio）を求め、そのS/Nの値がユーザーが予め設定した値以上になった場合、もしくは、補正の繰り返し前の元画像のS/Nからの上昇幅が、ユーザーが予め定めた閾値以下となった場合に停止するように構成してもよい。なお、これらの停止条件は、ユーザーが指定しなくても自動的に推奨値が設定されるようになっていても良い。
【００５０】
このように、本実施形態の補正を繰り返すことにより、透過波の屈折に由来する再構成画像における物性値(音速）の誤差がさらに低減された補正後の音速の断面画像（音速画像）を得ることができる。
【００５１】
上述してきた本実施形態の画像再構成方法が、従来法よりも演算負荷が低い理由を述べる。従来のベントレイ画像再構成は、代数的画像再構成法ART（Algebraic Reconstruction Technique）等の逐次近似法を用いて実行されている。画像と投影の関係を表す投影行列（システムマトリックス）は、一般に巨大な行列であり、その計算には大きな負荷がかかる。但し通常は測定系の幾何学が決まると、投影行列は予め計算可能かつ不変であるため、大きな問題にはならない。しかし被写体の音速分布に依存した屈折経路を考慮する場合、投影行列を事前に計算しておくことができず、また、逐次近似処理の過程で音速分布が更新される度に計算し直す必要がある。これが従来法で、屈折を考慮すると計算負荷が増大する第一の要因である。
【００５２】
本実施形態の画像再構成方法では、サイノグラムを構成するデータ（到達時間差dT）に対して屈折の影響を低減する補正を行い、投影演算はストレートレイモデルを仮定して行うことで、投影演算で発生する上記の計算負荷を軽減した。この方法により、逐次近似法のような数値的画像再構成法を利用する場合であっても、屈折を考慮しつつ従来法よりも高速に演算可能である。また、補正後のサイノグラムを用いれば、FBPのような解析的画像再構成法も利用でき、更なる高速化が可能である。
【００５３】
具体的な計算高速化とコントラスト向上効果の一例を図９〜１１を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、異なる直径と濃度を持つ４つの円柱を内包したゲルファントムを超音波CT装置で撮影し、音速分布を画像再構成した結果である。図９（ａ）は、屈折を考慮しない従来のストレートレイ再構成法を用いて得た音速画像であり、図９（ｂ）は、屈折を考慮した従来のベントレイ再構成法を用いて得た音速画像であり、図９（ｃ）は、上述してきた本実施形態の屈折の影響を補正したサイノグラムに基づいてストレートレイ再構成法で得た音速画像である。なお、再構成は、ART法を用い、ベントレイ再構成の反復回数は１回とした。また、図９（ｃ）の本実施形態の再構成画像を生成する際には、図５（ａ）のステップ５０４〜５０８の繰り返しを１回行った。
【００５４】
図９（ａ）、（ｂ），（ｃ）の音速画像の破線部のプロファイルを図１０に示す。図１０から明らかなように、本実施形態の補正を行う再構成法によって、従来のベントレイ再構成法と同程度のコントラスト改善が実現可能である。
【００５５】
一方、図１１は、一断面当たりの演算時間と反復回数の関係を表すグラフである。本実施形態の補正を行う再構成法によって、従来のベントレイ再構成法の7倍以上の計算高速化が実現可能である。
【００５６】
上記してきように、本実施形態の再構成方法を用いることで、屈折の影響による物性値誤差を補正でき、より精度の高い画像をより少ない演算負荷で提供できる。
【００５７】
また、本実施系形態の再構成方法によれば、ユーザーは本補正の前後の画像を確認できるため、補正の適用の有無をいつでも切り替え可能である。
【００５８】
また、データ取得とデータ処理は、別々の装置で実施することもできる。例えば、図２の装置構成において、信号処理部７、記憶部８および入出力部９を備える画像処理装置を用意し、制御部６がリングアレイ３を駆動して取得した透過波信号データを、画像処理装置へ転送し、そこで上述した再構成方法を実施することもできる。
【００５９】
また、上述した実施形態では、超音波送受信素子列３としてリングアレイを想定しているが、リニアプローブ対や二次元振動子アレイ対を回転させる方法等で取得したデータにも同様に適用可能である。
【００６０】
上述してきた構成では、パラレルビーム照射を想定しているが、ファンビーム照射でも同様に補正が可能である。屈折波の経路（ａ）と直進波の経路（ｂ）とそこでの初期音速分布が分かっていれば、それらの経路を通る仮想波の到達時間の差あるいは比によってサイノグラムを補正でき、得られたサイノグラムをストレートレイモデルで再構成すれば良い。あるいは、より高速に処理できる方法として、測定で得られた到達時間差サイノグラムを、ファン-パラレル変換し、得られたパラレル化サイノグラムに対して本手法を適用しても良い。
【００６１】
上記した構成では、ある一断面の音速分布に基づいて屈折波の経路（ａ）を推定していたが、複数の断面のデータから３次元の音速分布を算出し、３次元的な波の経路を推定して、上述した説明と同様の補正を行うことも可能である。その場合、例えば、式（１）に加えて式（５）を合わせて解くことで、各送信位置からの屈折波の経路（ａ）を推定する。ここで、ｚはｘとｙに垂直な方向、φはｙ軸からｚ軸へ測った角度である。
【００６２】
【数５】
2018183438.tif 000007
また、屈折波の経路（ａ）は、代表的な位置を通る仮想波についてのみ計算し、それらの代表的な位置の間を通る仮想波の経路は、補間によって推定しても良い。これによって、画像再構成演算の更なる高速化が可能である。補間には、例えば線形補間法やスプライン補間法を用いれば良い。
【符号の説明】
【００６３】
１…被検体、２…ベッド、３…超音波送受信素子列（リングアレイ）、３ａ…送信素子、３ｂ…受信素子、４…水槽、５…予備タンク、６…制御部、７…信号処理部、８…記憶部、９…入出力部 
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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