(57)【要約】  【課題】  超音波エコーに含まれている周波数成分に基づいて、被検体における各位置（深さ）における組織性状の差を、高い距離分解能で表示することが可能な超音波診断装置を提供する。  【解決手段】  被検体に複数の周波数成分を有する超音波を送信して被検体から反射された超音波を受信することによって取得される音線データに基づいて、該音線データの波形に応じて設定される期間に対応する検出信号に含まれている複数の周波数成分を求める演算を行う周波数解析部２８と、該周波数解析部によって求められた複数の周波数成分の内から少なくとも１つの周波数成分を抽出することにより、上記期間内に取得された検出信号に関する特徴量を求める抽出周波数演算部３０と、該抽出周波数演算部によって求められた特徴量に基づいて、被検体に関する画像データを生成する周波数画像データ生成部３１とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に複数の周波数成分を有する超音波を送信して被検体から反射された超音波を受信することによって取得されるエコー検出信号に基づいて、前記エコー検出信号の波形に応じて設定される期間に対応する検出信号に含まれている複数の周波数成分を求める演算を行う周波数解析手段と、
前記周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分の内から少なくとも１つの周波数成分を抽出することにより、前記期間内に取得された検出信号に関する特徴量を求める周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段によって求められた特徴量に基づいて、被検体に関する画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
前記周波数解析手段が、前記エコー検出信号に含まれる所定値以上の周波数成分を除去することによって得られた第２のエコー検出信号を用いて、前記期間を設定する、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記周波数解析手段が、前記エコー検出信号の波形周期に基づいて、前記期間を設定する、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記周波数解析手段が、第２のエコー検出信号の波形において、隣接する、若しくは、所定数離れた極大値又は極小値の間隔を検出し、該極大値又は極小値の間隔を前記期間として設定する、請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記周波数解析手段が、第２のエコー検出信号の波形において、隣接する、若しくは、所定数離れた極大値又は極小値の間隔を検出し、該極大値又は極小値の間隔を複数個連結することにより、前記期間を設定する、請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記周波数成分抽出手段が、前記周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分を、超音波送信信号に含まれる周波数成分によって正規化する、請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記周波数成分抽出手段が、前記周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分の内から、ピーク又はディップを有する少なくとも１つの周波数成分を抽出する、請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記周波数成分抽出手段が、前記周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分の内から、所定の周波数間隔を有する複数の周波数成分の組み合わせを抽出する、請求項１〜７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項９】
複数のエコー検出信号の各々に含まれる複数の周波数成分を記憶する記憶手段をさらに具備し、
前記周波数成分抽出手段が、前記周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分の内から、前記記憶手段に記憶されている複数の周波数成分の平均値を有する周波数成分、前記記憶手段に記憶されている複数の周波数成分の内で、最も多く検出された周波数成分、又は、前記記憶手段に記憶されている所定の送信方向に関する検出信号における所定の周波数成分を抽出する、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記画像データ生成手段が、複数の周波数成分の強度の相対関係に基づいて、前記期間内に取得された検出信号に関する特徴量を求める、請求項１〜９のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記画像データ生成手段が、前記期間内に取得された検出信号に関する特徴量の値に応じて、超音波画像に表される前記期間に対応する領域に、所定の色又は輝度を割り当てる、請求項１〜１０のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記エコー検出信号の強度に基づいて、被検体に関する第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、
前記第１の画像データ生成手段によって生成された第１の画像データと、前記第２の画像データ生成手段によって生成された第２の画像データとの内の少なくとも一方を選択する画像選択手段と、
をさらに具備する請求項１〜１１のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記画像選択手段が、前記画像データ生成手段によって生成された画像データと、前記第２の画像データ生成手段によって生成された第２の画像データとを合成して出力する、請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
互いに異なる複数の期間内に取得された検出信号にそれぞれ関する特徴量に基づいて、前記画像データ生成手段によって生成された画像データ、又は、前記第２の画像データ生成手段によって生成された第２の画像データについて、超音波の音速に応じた距離補正を行う補正手段をさらに具備する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、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。
【背景技術】
【０００２】
医療診断に用いられる超音波撮像装置においては、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用探触子（プローブ）が用いられる。このような超音波用探触子から、複数の超音波の合波によって形成される超音波ビームを送信し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信する。それらの超音波エコーの強度に基づいて画像を構成することにより、被検体内部の様子を画面に再現することができる。
【０００３】
ところで、一般的な性質として、超音波は、音響インピーダンスの差が大きい領域において強く反射される。そのため、人体の内部においては、筋肉等の軟部組織と骨等の硬部組織との境界において反射された超音波エコーの振幅が大きくなる。従って、超音波画像においては、そのような境界が高輝度で表示される。一方、そのような境界を透過した超音波の強度は大きく低下しているので、硬部組織の後方や内部において反射された超音波エコーの振幅が小さくなってしまう。そのため、超音波画像において、筋肉等の軟部組織を、骨、腱、髄核等の硬部組織から分離して視認することは、極めて困難である。そこで、超音波画像を生成するに際して、超音波エコーの強度以外の要素を用いることが検討されている。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、受信信号を複数の帯域フィルタ群により帯域分割し、対数圧縮回路を介して、検波器により個別に検波した強度信号を重み付け加算するか、あるいは、色相加算することにより画像表示する超音波診断装置が開示されている。このように、超音波反射信号の周波数スペクトラムの形状を反映した超音波画像を形成することにより、生体内における超音波の伝播減衰に伴う情報を可視化し、疾患部位と良性部位とのコントラスト差を強調することができると共に、位相干渉によって生じるスペックルを低減することもできると述べられている。
【０００５】
また、特許文献２には、超音波プローブと、超音波プローブを駆動して被検体中に超音波を送信する送信系と、超音波の被検体による反射波を超音波プローブで受信して電気信号として取り出す受信系と、受信系から出力される受信信号を深さ毎に所定のスペクトラム波形に変形するスペクトラム処理部と、スペクトラム処理部の出力について超音波の画像を生成するための処理を行う画像生成手段と、画像を表示する表示ユニットとを具備する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、超音波の受信信号を、反射波が生じた深さ毎に最適なスペクトラム波形に変換することが行われており、それにより、被検体内の深さに応じて受信信号が補正されると共に、特に深部における高周波数の減衰補正が為されるので、超音波画像の画質を向上させることができると述べられている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、複数本の音響走査線上の受信データからブロックデータを抽出し、抽出されたブロックデータに走査線補間および周波数特性補正を兼ねた２次元フィルタ処理を施して周波数特性の補正が行われたブロックデータを生成し、このブロックデータを合成して音響走査線の受信データを生成する音響走査線補間方法及び装置と、そのような音響走査線補間装置を含む超音波診断装置が開示されている。この音響走査線補間方法においては、抽出されたブロックデータに対して窓関数が乗算されると共に、そのようなブロックデータに零が挿入され、さらに、周波数解析としてフーリエ変換が行われている。
【０００７】
また、特許文献４には、被検体の断面を超音波でスキャンし、得られた反射信号に基づいてＢモード画像を生成し、Ｂモード画像を濃淡表示する超音波診断装置において、反射信号の周波数情報（例えば、高周波成分の振幅と低周波成分の振幅との比、ピーク周波数、中心周波数、平均周波数等）をカラーでＢモード像に重ねて表示することが開示されており、これにより、被検体内の組織構造情報と共に、超音波の減衰情報を取得することができると述べられている。
【０００８】
このように、周波数成分に基づいて超音波画像を生成することは数多く試みられている。しかしながら、特許文献１〜４においては、超音波エコーが生じた個々の位置（深さ）に対応する周波数成分を求めることは行われていない。即ち、高い分解能を有する周波数成分を得ることができない。
【０００９】
また、周波数解析を行う際には、一般に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）等のソフトウェアが用いられるが、その場合には、演算対象とする波形の範囲を表す計算ウィンドウ（計算窓）を設定する必要がある。しかしながら、計算窓の設定方法によりフーリエ変換の計算結果に差が生じてしまうので、正確な周波数解析が困難という問題がある。例えば、計算ウィンドウの幅を狭く設定すると、位置分解能は向上するが、１回の計算において使用するデータ数が少なくなるので計算精度が低下すると共に、全体の計算量が増えてしまう。反対に、計算ウィンドウの幅を広く設定すると、計算精度は向上するが、距離分解能が低下してしまう。
【００１０】
特許文献５には、生体組織に向けて超音波パルスを照射すると共に、生体組織からのエコーを受波する探触子と、探触子に駆動信号を出力し、探触子で受けたエコー信号を増幅する送受信部と、送受信部からのエコー信号を振幅検波する検波部と、検波部から出力される検波後の低周波信号に対して関心領域を指定してゲートを掛けるゲート位置制御部と、ゲート位置制御部によって指定された領域の低周波信号部分を周波数分析する周波数分析部と、周波数分析部から出力される分析情報を表示部に表示可能な画像信号に変換する映像信号合成部と、映像信号合成部からの画像信号を受け、周波数分析部での分析情報を表示する表示部とを有する超音波診断装置が開示されている。特許文献５には、このような構成を用いることにより、高周波信号について周波数分析する場合と比較して、信号量が少なくなると共に、高精度のＡ／Ｄ変換器が不要となるので、コストを低減することが可能になると述べられている。
【００１１】
しかしながら、特許文献５に開示されている超音波診断装置においては、検波部によりエコー信号が一律に検波されるので、高い周波数成分が失われてしまう。そのような周波数成分には、被検体内の組織性状等に関する情報が含まれている可能性があるので、医療診断に有効な周波数成分画像を生成することができなくなるおそれがある。また、この超音波診断装置においては、ゲート制御部によりＡモード波形の立ち上り又は立ち下りが常時検出されると共に、指定された関心領域内における解析対象物の幅を検出し、それに基づいてゲート信号が設定される。その際に、検出パルス幅が狭い信号は切り捨てられるので、所定のパルス幅以上の領域しか周波数解析をすることができなくなる。しかしながら、実際の超音波信号には、振幅の大きな超音波エコー信号以外にも、スペックル信号のように、振幅の小さい様々な信号が含まれているので、Ａモード波形の全成分について周波数解析を行うことができなくなってしまう。
【特許文献１】特開平７−５１２７０号公報（第１頁）
【特許文献２】特開平９−１７３３３４号公報（第１頁及び第３頁）
【特許文献３】特開２０００−１３９９１１号公報（第１頁及び第４頁）
【特許文献４】特開平１０−１４６３３８号公報（第２頁）
【特許文献５】特開平３３７１１１号公報（第１頁及び第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波エコーに含まれている周波数成分に基づいて、被検体における各位置（深さ）における組織性状の差を、高い距離分解能で表示することが可能な超音波診断装置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】
上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、被検体に複数の周波数成分を有する超音波を送信して被検体から反射された超音波を受信することによって取得されるエコー検出信号に基づいて、該エコー検出信号の波形に応じて設定される期間に対応する検出信号に含まれている複数の周波数成分を求める演算を行う周波数解析手段と、該周波数解析手段によって求められた複数の周波数成分の内から少なくとも１つの周波数成分を抽出することにより、上記期間内に取得された検出信号に関する特徴量を求める周波数成分抽出手段と、該周波数成分抽出手段によって求められた特徴量に基づいて、被検体に関する画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エコー検出信号の波形に応じて設定される期間に対応する検出信号について周波数解析を行うので、検出信号が取得された時刻が表す被検体の深さについて、適切な距離（位置）分解能と適切な計算精度とを維持しつつ、エコー検出信号全体として効率良く周波数解析演算を行うことができる。従って、そのような周波数解析によって抽出された周波数成分を用いて、被検体内の組織に関する特徴が適切に描出された超音波画像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
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。本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子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とを含んでいる。
【００１６】
被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１０は、１次元又は２次元状に配列されて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。こ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ビームを送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。
【００１７】
各々の超音波トランスデューサ１０ａ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。このような振動子の電極に、パルス状の電気信号又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体は伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状の超音波又は連続波の超音波が発生し、こ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。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。
【００１８】
或いは、超音波トランスデューサとして、変換方式の異なる複数種類の素子を用いても良い。例えば、超音波を送信する素子として上記の振動子を用い、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにする。光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器やファイバブラッググレーティングによって構成される。
【００１９】
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。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所定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の各々に与えられる遅延時間を設定する。
【００２０】
駆動信号発生部１４は、広帯域信号を発生する広帯域信号発生回路と、広帯域信号発生回路が発生する広帯域信号に所望の遅延を与え、複数の超音波トランスデューサ１０ａに供給される複数の駆動信号をそれぞれ発生する複数の駆動回路とによって構成されている。これらの駆動回路は、送信制御部１３において設定された遅延時間に基づいて、広帯域信号を遅延させる。本実施形態においては、広帯域信号として、例えば、０．５ＭＨｚ〜３．５ＭＨｚの周波数成分を有する広帯域バースト信号等が用いられ、超音波の送受信において、少なくとも０．５ＭＨｚ〜３．５ＭＨｚの広帯域の応答特性が要求される。
【００２１】
また、本実施形態に係る超音波診断装置は、操作卓１５と、ＣＰＵによって構成された制御部１６と、ハードディスク等の記録部１７とを含んでいる。制御部１６は、操作卓１５を用いたオペレータの操作に基づいて、走査制御部１１、駆動信号発生部１４、抽出周波数演算部３０、及び、画像選択部３２を制御する。記録部１７には、制御部１６を構成するＣＰＵに各種の動作を実行させるプログラムや、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性が記録される。
【００２２】
さらに、本実施形態に係る超音波診断装置は、信号処理部２１と、受信フォーカス処理部２２と、受信遅延パターン制御部２３と、アンチエリアシング処理部２４と、Ａ／Ｄ変換器２５と、１次記憶部２６と、Ｂモード画像データ生成部２７と、周波数解析部２８と、注目周波数自動決定部２９と、抽出周波数演算部３０と、周波数画像データ生成部３１と、画像選択部３２と、２次記憶部３３と、画像処理部３４と、表示部３５とを含んでいる。
【００２３】
信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａの各々から出力される検出信号を所定のタイミングで取り込むと共に、それらを増幅し、さらに、ＳＴＣ（sensitivity time control：センシティビティ・タイム・コントロール）増幅器を用いて距離による減衰の補正を施す。
【００２４】
受信フォーカス処理部２２は、信号処理部２１において処理された複数の検出信号にそれぞれ遅延を与え、それらを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（エコー検出信号）が形成される。受信遅延パターン制御部２３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、受信フォーカス処理部２２において複数の検出信号に与えられる遅延パターンを制御する。なお、受信フォーカス処理は、ＳＴＣ増幅器による補正の前に行うようにしても良い。
【００２５】
アンチエリアシング処理部２４は、アナログの音線信号をディジタル変換する際に生じるエリアシング（折り返し歪）を低減又は除去するために、音線信号について、例えば、ローパスフィルタ（アンチエリアシングフィルタ）処理を行う。
Ａ／Ｄ変換器２５は、アンチエリアシング処理された音線信号をディジタル変換することにより、音線データを生成する。Ａ／Ｄ変換器２５のサンプリング周波数は、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度であることが必要であり、超音波の周波数の１６倍以上であることが望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の分解能は、１０ビット以上であることが望ましい。なお、Ａ／Ｄ変換は、受信フォーカス処理を行う前の検出信号について施されても良い。
【００２６】
１次記憶部２６は、Ａ／Ｄ変換器２５によって生成された音線データを記憶する。
Ｂモード画像データ生成部２７は、１次記憶部２６に記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、Ｂモード画像データを生成する。
【００２７】
一方、周波数解析部２８は、１次記憶部２６に記憶されている音線データが表す波形において、時間軸における所定の範囲に含まれる広帯域の検出信号をフーリエ変換することにより、複数の周波数成分を求める。以下において、周波数解析された波形の範囲のことを、計算領域という。周波数解析部２８の動作については、後で詳しく説明する。なお、周波数解析部２８において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う場合には、周波数解析部２８の前段に、音線データを構成するデータ数が２Ｎ個（Ｎは整数）になるように補間を行う補間処理部を設ける。
【００２８】
注目周波数自動決定部２９は、周波数解析部２８において算出された複数の周波数の中から、注目すべき周波数を自動的に決定する。その際に、注目周波数自動決定部２９は、予め定められている複数の周波数を自動的に決定しても良い。例えば、注目周波数自動決定部２９は、被検体の深さ方向の全部又は一部の領域について、大きなピーク又はディップを有する少なくとも１つの周波数を自動的に決定しても良いし、所定の値だけ離れた周波数成分の組み合わせを用いても良い。さらに、全音線データにおける周波数成分の平均値や、最も多く検出された周波数成分を用いても良いし、０°方向（超音波トランスデューサの正面方向）に関する音線データに基づいて決定しても良い。
【００２９】
抽出周波数演算部３０は、周波数解析部２８によって算出された複数の周波数成分に基づいて、周波数画像を表示するために用いられる周波数成分を抽出し、また、抽出された周波数成分を用いて所定の演算処理を行う。これにより、各計算領域に関する特徴量が求められる。例えば、複数の周波数成分の内から、強度の大きい１つの周波数成分を抽出して出力しても良いし、複数の周波数成分を抽出し、それらの間の差や比のように、強度の相対関係を算出して出力しても良い。超音波エコー強度の大きい部分における特定の組織の周波数特性に関する特徴に基づいて周波数成分を決定することにより、その特定の組織をより強調して表示することができる。一方、超音波エコー強度の小さい部分に着目して周波数成分を決定することにより、多数の弱いエコーが加算され干渉した結果として生じるスペックル成分を低減することも可能である。いずれにしても、各周波数成分のＳＮ比を改善することができる。また、複数の周波数成分の相対値を算出する場合には、その相対値に基づいて、特定の組織の２次元的な分布を正確に求めることができる。
【００３０】
さらに、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性を記録部１７に記録しておき、制御部１６の制御の下で、超音波トランスデューサの周波数特性に対応して、駆動信号の振幅や検出信号の振幅を補正するようにすれば、より正確に周波数成分を抽出することができる。また、検出信号の周波数成分のみならず、位相成分も抽出して超音波画像の生成に利用すれば、さらに多くの情報を得ることができる。
【００３１】
周波数画像データ生成部３１は、抽出周波数演算部３０から出力された特徴量に基づいて、周波数画像データを生成する。その際には、各計算領域に対応する周波数画像上の領域に、抽出周波数演算部３０からの出力値に応じて色分けして表示、又は、輝度表示するためのデータが割り当てられる。以下において、計算領域に対応する周波数画像上の領域のことを、表示領域という。
【００３２】
画像選択部３２は、Ｂモード画像データ生成部２７によって生成されたＢモード画像データと、周波数画像データ生成部３１によって生成された周波数画像データとの内の一方を選択し、或いは、両者を合成して出力する。２次記憶部３３は、画像選択部３２から出力される画像データを記憶する。画像処理部３４は、２次記憶部３３に記憶されている画像データに、各種の画像処理を施す。表示部３５は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、画像処理部３４によって画像処理が施された画像データに基づいて超音波画像を表示する。
【００３３】
次に、図１に示す周波数解析部２８の動作について、図２〜図６を参照しながら詳しく説明する。図２は、図１に示す周波数解析部２８の構成を説明するための図である。また、図３は、被検体１００と、そこを通過する音線１０１、１０２、…と、音線１０１における超音波エコー検出信号の波形を表している。図３に示す波形を表す音線データは、１次記憶部２６に記憶されている。
【００３４】
図２に示すように、周波数解析部２８は、ウィンドウ作成用フィルタ処理部２８１と、周波数解析ウィンドウ作成部２８２と、ウィンドウ幅自動決定部２８３と、フーリエ変換部２８４とを含んでいる。
ウィンドウ作成用フィルタ処理部２８１は、図３に示す波形を表す音線データに、ローパスフィルタ処理を施す。その際に用いられるカットオフ周波数としては、予め設定された値を用いても良いし、オペレータが画面に表示された音線データの波形を見ながら、図１に示す操作卓１５を用いて手動で入力した値を用いても良い。これにより、周波数解析を行う対象となる音線データの範囲（計算ウィンドウ）を作成するために用いられる基準音線データが生成される。
【００３５】
周波数解析ウィンドウ作成部２８２は、図４に示す基準音線データの波形に基づいて、計算ウィンドウを設定するための値を設定する。即ち、基準音線データにおいて、波形が極大又は極小となる位置を検出してその座標ｉ＝ｉ１、ｉ２、…を求めると共に、極大間又は極小間の幅、即ち、位置ｉｎ〜位置ｉｎ＋１の間隔を算出することにより、計算単位幅ｋｉを設定する。図４に示すように、このようなウィンドウ設定によれば、ノイズ成分のみの領域は同一領域となり、単純化された画像表示となる。
【００３６】
ウィンドウ幅自動決定部２８３は、計算単位幅ｋｉの数、即ち、計算単位数ｊを設定することにより、位置ｉｎに設定される計算ウィンドウの幅Ｗ＝Σｋｐ（ｐ＝ｉ〜ｉ＋ｊ−１）を決定する。計算単位数ｊ＝１とする場合には、１つの計算単位幅がウィンドウ幅として設定され、計算単位数ｊ＞１とする場合には、複数の計算単位幅が連結された領域がウィンドウ幅として設定される。図４には、位置ｉ１０に設定された計算ウィンドウ（計算単位数ｊ＝４、幅Ｗｎ＝ｋ１０＋ｋ１１＋ｋ１２＋ｋ１３）が示されている。
【００３７】
計算単位数ｊとしては、予め設定されている固定値（例えば、ｊ＝４）を用いても良いし、また、画面に表示された基準音線データの波形を見ながら、図１に示す操作卓１５を用いて、オペレータが計算単位数ｊを手動で入力しても良い。或いは、１次記憶部２６に記憶されている音線データについてフーリエ変換を行い、各位置における周波数成分を互いに比較することにより、それらの変化量に基づいて計算単位数ｊを領域毎に設定しても良い。ここで、計算単位数ｊは、次のような観点で設定することができる。例えば、被検体内の組織の境界部においては、周波数特性の変化が大きいので、空間分解能を優先させるために、計算単位数ｊを小さくして計算ウィンドウ幅を狭くする。反対に、肝臓等の組織の内部においては、周波数特性の変化が小さいので、計算精度を優先させるために、計算単位数ｊを大きくして計算ウィンドウを広げる。なお、計算単位数を領域毎に変更する場合には、ＲＯＩ（region of interest：関心領域）を設定するためのＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）が用いられる。
【００３８】
さらに、ウィンドウ幅自動決定部２８３は、計算ウィンドウの開始位置ｉを移動させながら、計算ウィンドウの幅Ｗを順次決定する。その際における計算ウィンドウの移動量をｍとすると、次に設定される計算ウィンドウが先に設定された計算ウィンドウと隣接するように、ｍ＝ｊ（ｊは固定又は可変）としても良いし、次に設定される計算ウィンドウが先に設定された計算ウィンドウの一部と重なるように、ｍ＜ｊ（ｍは固定又は可変）としても良い。
【００３９】
フーリエ変換部２８４は、１次記憶部２６に記憶されている音線データ（図３）について、計算ウィンドウを順次設定することにより、フーリエ変換を行う。これにより、計算ウィンドウが設定された領域（計算領域）に含まれる波形の周波数成分が抽出される。抽出された周波数成分は、位置ｉｎから開始する計算領域Ｗｎの中央の座標Ｐｎ＝ｉｎ＋Ｗｎ／２における周波数解析結果を表すものとして、抽出周波数演算部３０に出力される。なお、フーリエ変換部２８４は、計算ウィンドウ内のデータに、さらにデータを外挿することにより、周波数分解能を上げても良い。外挿されるデータとしては、計算ウィンドウの一端又は両端のデータを用いても良いし、計算ウィンドウ内のデータと同一の波形を繰り返して用いても良い。
【００４０】
このように、本実施形態においては、高い周波数成分が除去された音線データ（基準音線データ）から切り出された計算単位幅ｋｉを用いて、計算ウィンドウが設定される。そのため、計算ウィンドウを必要以上に細かく設定することがなくなり、音線データ全体について、波形変化に応じて効率良く演算を行うことができる。また、この計算単位幅ｋｉは、音線データの波形周期に合わせて切り出されているので、音線データの波形を均等に分割する場合と異なり、計算ウィンドウの境界において波形が不連続になることがなくなる。そのため、フーリエ計算をより正確に行うことが可能になる。さらに、音線データの周波数特性に応じて１つの計算ウィンドウに含まれる計算単位数ｊを変化させることにより、位置毎に適切な幅を有する計算ウィンドウを自動的に設定することができる。
【００４１】
その結果、例えば、位置ｉ４〜ｉ１０のように、高い周波数成分を多く含み、位置（距離）分解能が必要とされる領域（例えば、組織の境界部）においては、計算ウィンドウの幅が狭くなるように設定される。反対に、位置ｉ１９〜ｉ２２のように、高い周波数成分をそれほど含まないが、周波数解析の精度が必要とされる領域（例えば、肝臓等の組織内のように、組織性状を分析したい領域）においては、計算ウィンドウの幅が広くなるように設定される。
このように、それぞれの計算領域において、波形の周波数特性に応じて適切な位置分解能と周波数計算の精度とを得ることができると共に、音線データ全体における演算効率を向上させることができる。
【００４２】
ここで、図５及び図６を参照すると、計算単位数ｊの設定方法と、計算ウィンドウの開始位置ｉの移動量ｍとの組み合わせは、次の（１）〜（４）の場合が考えられ、それにより設定される計算ウィンドウのパターンが異なってくる。図５及び図６において、Ｐｎ（ｎ＝１、２、…）は、位置ｉｎにおける計算領域の周波数解析結果が反映される音線１０１上の位置（表示領域の中央）を示している。
（１）計算単位数ｊ＝一定、ｍ＝ｊとする場合
図５の（ａ）は、ｊ＝ｍ＝３の場合を表している。この場合には、互いに隣接する領域に、計算ウィンドウが順次設定される。この場合には、計算領域と表示領域とが一致する。
【００４３】
（２）計算単位数ｊ＝一定、ｍ＜ｊとする場合
図５の（ｂ）は、ｊ＝３、ｍ＝１の場合を表しており、先に設定された計算ウィンドウの一部と重なるように、次の計算ウィンドウが順次設定される。この場合には、計算基準幅ｋｉの値が小さい領域においても、計算ウィンドウの幅を広く設定することができるので、計算フーリエ変換の精度を向上させることができる。なお、この場合には、表示領域は計算領域よりも小さくなる。
【００４４】
（３）計算単位数ｊ＝可変、ｍ＝ｊとする場合
図６の（ａ）は、位置ｉ１において計算単位数ｊ＝ｍ＝３、位置ｉ４〜ｉ６において計算単位数ｊ＝ｍ＝１、位置ｉ２４〜ｉ２６においてｊ＝ｍ＝２、位置ｉ２８においてｊ＝ｍ＝５とする場合を表している。この場合には、オペレータの所望の分解能、或いは、関心領域毎に適切な分解能で周波数解析結果を得ることができる。なお、この場合には、計算領域と表示領域とが一致する。
【００４５】
（４）計算単位数ｊ＝可変、ｍ≦ｊとする場合
図６の（ｂ）は、位置ｉ１〜ｉ６においてｊ＝３、ｍ＝１又は２、位置ｉ２４〜ｉ２８においてｊ＝４、ｍ＝２とする場合を表している。この場合には、上記（３）の場合における利点に加えて、計算ウィンドウの幅を広くしてフーリエ変換の精度を向上させることができる。なお、ｍの値は固定にしても良いし、領域ごとに可変にしても良い。また、この場合には、表示領域は、計算領域よりも小さくなる。
【００４６】
このように、周波数解析部２８によって算出された超音波エコーの周波数成分は、例えば、次のような処理を受けて画像化される。
図７の（ａ）は、超音波送信信号の波形を表しており、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示す送信信号をフーリエ変換することによって得られた周波数成分を表している。
【００４７】
図８の（ａ）は、図３に示す波形の内、計算ウィンドウが設定された計算領域ＷＸについてフーリエ変換することによって得られた反射波の周波数成分を表している。この反射波の周波数成分を、図７の（ｂ）に示す送信信号の周波数成分によって正規化することにより、図８の（ｂ）に示すように、送信基本周波数成分以外の成分、即ち、組織性状に依存する周波数成分が抽出された波形が得られる。
【００４８】
次に、図８の（ｂ）に示す波形において、２つの周波数成分間（Δｆ）における強度の差ｄＸを求める。図９は、図８の（ｂ）に示す波形を拡大して示している。図９に示すように、２つの周波数成分として、２つのピークＰ１及びＰ２の組み合わせを用いても良いし、２つのディップＤ１及びＤ２の組み合わせを用いても良い。或いは、所定の間隔Δｆｉだけ離れた２つの周波数成分の組み合わせを用いても良い。さらに、図３に示すように、このようにして求められた強度の差ｄＹの値に基づいて、計算領域ＷＸに対応する表示領域ＤＸに所定の色が割り当てられて表示される。
【００４９】
同様にして、図３に示す波形の内、計算ウィンドウが設定された計算領域ＷＹについてフーリエ変換することにより、図１０の（ａ）に示す反射波の周波数成分が得られ、それを図７の（ｂ）に示す送信波形の周波数成分によって正規化することにより、図１０の（ｂ）に示す波形が得られる。この波形における２つの周波数成分の差ｄＹに基づいて、計算領域ＷＹに対応する表示領域ＤＹに所定の色が割り当てられて表示される。
【００５０】
このように、図３に示す波形の各計算領域における周波数成分に基づいて、各表示領域を色分けして表示することにより、被検体の組織性状が表された超音波画像（周波数画像）を得ることができる。これにより、例えば、超音波に対する反射率が高い骨等の硬部組織についても、その組織の特徴に沿った画像を生成することが可能になる。
【００５１】
図１１に、本実施形態に係る超音波診断装置において表示される超音波画像の例を模式的に示す。図１１の（ａ）は、Ｂモード画像を示す図であり、硬部組織（骨）の内部はほとんど不明であるが、硬部組織（骨）の外側に存在する軟部組織（筋）が表された超音波画像が生成される。一方、図１１の（ｂ）は、周波数画像を示す図であり、適切な周波数成分を抽出することにより、硬部組織（骨）の内部を強調して表示することができる。また、硬部組織（骨）と軟部組織（筋）との分離もはっきりと表されており、骨から表皮までを撮像することが可能である。なお、図１１の（ｃ）に示すように、Ｂモード画像と周波数画像とを合成して表示するようにしても良い。
【００５２】
さらに、そのような周波数画像によって被検体の組織を識別できた場合には、Ｂモード画像や周波数画像において距離補正を行っても良い。軟部組織と比較して、骨の内部においては超音波の音速が早くなるので（例えば、２倍）、通常の超音波画像においては、硬部組織の長さが実際よりも短く表示されている（例えば、１／２）。そこで、骨部の表部と裏部との間隔を音速に合わせて引き伸ばす補正を行うことにより、正確な組織形状が表示された超音波画像を得ることができる。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、音線上の各位置における周波数成分を、位置分解能と計算精度との両方を維持しながら求めることができるので、被検体内の領域毎の組織性状の違いを抽出し、精度良く画像に表示することができる。例えば、音響インピーダンスの差が大きい領域や、スペックル成分がメインの領域や、複数の超音波エコーの位相が互いに重なった領域についても、それぞれの領域における特徴を明確に視覚化することが可能になる。また、波形の連続性がなく、高調波成分を含むような位相の重なりによる変曲部や、骨部等の特徴的な周波数成分を含む超音波エコーの波形や、スペックルにより安定した周波数成分を含む波形を分離して表示することも可能である。
【００５４】
以上説明した本発明の一実施形態においては、波形周期に合わせて計算単位幅ｋｉを算出したが、それ以外の方法によって計算単位幅ｋｉや計算ウィンドウ幅Ｗ（計算領域Ｗｎ）を設定しても良い。例えば、音線データの波形をＡＣ結合し、ゼロクロスする位置間を計算単位幅ｋｉや計算ウィンドウ幅Ｗとして設定しても良いし、或いは、音線データの波形を時間軸で等分割し、ある時間幅に含まれる最大値（又は、最小値）の間隔を計算単位幅ｋｉとしても良い。
【００５５】
さらに、波形に応じた計算ウィンドウ幅を設定する際に、単一の計算単位幅を用いても良い。即ち、図１２に示すように、音線データの波形を時間軸で等分割することにより計算単位幅ｋ０を求め、波形に応じて計算単位数ｊを変化させることにより、計算ウィンドウ幅Ｗ＝ｋ０×ｊを設定する。計算単位幅ｋ０の値（分割幅）としては、Ｎ／送信周波数（Ｎは整数）とすることが望ましい。計算単位数ｊは、波形を見ながらオペレータが任意に変化させても良いし、ＲＯＩ毎に変化させても良い。また、計算ウィンドウの移動量ｍを、固定値（ｍ＝ｊ）にしても良いし、可変（ｍ≦ｊ）にしても良い。図１２の（ａ）には、計算単位数ｊ＝１、２、４又は７、移動量ｍ＝ｊの場合が表されており、図１２の（ｂ）には、計算単位数ｊ＝３又は５、移動量ｍ＝１又は２の場合が表されている。このように、計算単位幅ｋ０を一定にする場合には、図４に示すような計算単位幅ｋｉを算出するための手順が不要になるので、演算処理を簡単にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】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２】図１に示す周波数解析部の構成を説明するための図である。
【図３】被検体を透過する音線を表す超音波エコーの波形を表す模式図である。
【図４】図３に示す波形にローパスフィルタ処理を施した波形を表す模式図である。
【図５】計算単位数と計算ウィンドウの移動量との組み合わせを説明するための図である。
【図６】計算単位数と計算ウィンドウの移動量との組み合わせを説明するための図である。
【図７】送信された超音波の波形とその周波数成分を表す図である。
【図８】図１に示す計算領域ＷＸにおける音線データの周波数成分を表す図である。
【図９】図８の（ｂ）を拡大して示す図である。
【図１０】図１に示す計算領域ＷＹにおける音線データの周波数成分を表す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置において表示される超音波画像の例を模式的に示す図である。
【図１２】計算ウィンドウ幅を設定する別の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  超音波用探触子
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
１５  操作卓
１６  制御部
１７  記録部
２１  信号処理部
２２  受信フォーカス処理部
２３  受信遅延パターン制御部
２４  アンチエリアシング処理部
２５  Ａ／Ｄ変換器
２６  １次記憶部
２７  Ｂモード画像データ生成部
２８  周波数解析部
２９  注目周波数自動決定部
３０  抽出周波数演算部
３１  周波数画像データ生成部
３２  画像選択部
３３  ２次記憶部
３４  画像処理部
３５  表示部
２８１  ウィンドウ作成用フィルタ処理部
２８２  周波数解析ウィンドウ作成部
２８３  ウィンドウ幅自動決定部
２８４  フーリエ変換部
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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