(57)【要約】【課題】被測定体の形状を正確に表したエコー画像を生成することができる超音波画像処理装置を提供する。【解決手段】画像生成部４４は、各振動子２４が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する。形状検出部４０は、各振動子２４が受信した受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する。変形関数算出部４７は、形状検出部４０が検出した被測定体の形状と、エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める。画像変形部４８は、前記エコー画像を、変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する。【選択図】図１
2013244354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信する振動子を複数並べて備えた振動子アレイと、
各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する画像生成部と、
各振動子が受信した前記受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する形状検出部と
前記形状検出部が検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める変形関数算出部と、
前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する画像変形部と、
を備えることを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波画像処理装置であって、
前記送信波を送信した方向から前記反射波が到来したと仮定した場合に、当該反射波が前記被測定体の表面で反射したと考えられる仮想反射位置にコントロールポイントを設定するコントロールポイント設定部と、
前記振動子が前記被測定体から受信する反射波の伝播経路を、前記形状検出部が検出した前記被測定体の形状に基づいて算出し、前記反射波が前記被測定体の表面で反射する反射位置に、前記コントロールポイントの移動目標位置を設定する移動目標位置設定部と、
を備え、
前記変形関数算出部は、前記コントロールポイントを、前記移動目標位置まで移動させるように前記エコー画像を変形させる変形関数を算出することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波画像処理装置であって、
前記コントロールポイント設定部は、前記振動子の位置にコントロールポイントを設定するとともに、
前記変形関数算出部は、前記振動子の位置のコントロールポイントが移動しないように前記エコー画像を変形させる変形関数を算出することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の超音波画像処理装置であって、
前記変形関数算出部は、前記エコー画像上の任意の点についての変形関数を、当該点から各コントロールポイントまでの距離で重み付けされた最小二乗法により算出することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項５】
振動子を複数並べて備えた振動子アレイによって、被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信して受信信号を取得する受信信号取得機能と、
各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する画像生成機能と、
各振動子が受信した前記受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する形状検出機能と
前記形状検出機能で検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める変形関数算出機能と、
前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する画像変形機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする超音波画像処理プログラム。
【請求項６】
振動子を複数並べて備えた振動子アレイによって、被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信して受信信号を取得する受信信号取得工程と、
各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する画像生成工程と、
各振動子が受信した前記受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する形状検出工程と
前記形状検出工程で検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める変形関数算出工程と、
前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する画像変形工程と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体からの反射波を複数の振動子によって受信して、当該反射波を画像として処理する超音波画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波信号を被測定体に向けて送信し、当該被測定体からの反射波（エコー）を受信して映像化する超音波画像診断装置が知られている。この種の画像診断装置は、図２のように、一列に並べて配置された複数の超音波振動子２４からなる振動子アレイ２２を有している。この振動子アレイ２２の振動子２４で一斉に超音波を発生させることにより、被測定体に向けて平面波を送信し（図２（ａ））、被測定体内から返ってくる反射波を各振動子２４で受信して、受信した反射波の強度に応じたエコー画像を生成するものである。
【０００３】
一方、超音波診断の分野において、振動子アレイ２２で受信した信号に基づいて、骨の形状を検出する形状検出装置が知られている。このような形状検出装置は、例えば特許文献１から特許文献３に記載されている。特許文献１から特許文献３は、骨の表面からの反射波の到来方向及び伝播時間に基づいて、骨の表面の形状を導出する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２９２４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２９２４１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２４６６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来の画像診断装置によって生成されるエコー画像を、図５に例示する。図５のエコー画像において、縦軸（Ｙ軸）は、振動子アレイ２２が平面波を送信した方向の距離を示している。横軸（Ｘ軸）は、振動子アレイ２２において振動子２４が並ぶ方向での距離を示している。
【０００６】
図５のエコー画像において、各画素の輝度は、各振動子２４が受信した信号の強度を示している。即ち、画素の色が明るいほど、強い反射波が受信されたことを示している。この図５のエコー画像は、人体の骨を被測定体としたものである。骨の表面で反射した反射波は、軟組織中の血管や脂肪で反射した反射信号よりも強度が強いので、骨の表面で反射した反射波は明るく（白っぽく）表示される。なお、図５のエコー像に重畳して表示されているグレーの点線は、エコー像が示す骨表面形状をわかり易く示すためのものである。
【０００７】
また、図５のエコー像には、比較のために、実際の骨の形状を示す白色の曲線を重畳させて表示している。なお、図５の理解を助けるため、図５の内容を模式的に図６に示す。図５及び図６に示しているように、骨のエコー像は、実際の骨形状に合致しておらず、骨の形状及びサイズを正しく表していない。即ち、本来はあるべきでない位置に、骨のエコー像が表示されている。このような現象は、偽像（アーチファクト）と呼ばれている。偽像が発生すると、骨の形状やサイズを、エコー画像上で正確に認識することができないという問題がある。
【０００８】
このような偽像は、骨の表面形状が湾曲している場合などに発生する。骨の表面が湾曲している場合、Ｙ軸に対して斜め方向の反射波が発生するためである（図２（ｂ）参照）。なお、軟組織中の血管や臓器などでも斜め方向の反射波は発生し得るが、このような反射波は強度が弱いためあまり問題にならない。しかし、骨で反射した反射波は強力であるため、斜め方向の反射波も相当の強度があり、これが振動子２４に受信されると偽像が発生する。以上のように、従来の超音波画像診断装置においては、湾曲した骨の形状を、エコー画像で正確に表示することができなかった。
【０００９】
この点、特許文献１から特許文献３は、骨の表面形状を正確に導出することができる構成を開示している。しかし、特許文献１から特許文献３の構成は、画像診断装置への応用は考慮されていない。即ち、特許文献１から３の構成では、正確な骨の表面形状を導出することができるというだけであり、エコー画像上で骨の正確な形状を確認することはできない。超音波を用いた画像診断においては、被測定体の周囲の様子（例えば骨の周囲の軟組織の様子）をエコー画像上で確認できることが重要であるから、エコー画像上で骨の正確な形状を確認できる構成が望まれる。
【００１０】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、被測定体の形状を正確に表したエコー画像を生成することができる超音波画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の超音波画像処理装置が提供される。即ち、この超音波画像処理装置は、振動子アレイと、画像生成部と、形状検出部と、変形関数算出部と、画像変形部と、を備える。前記振動子アレイは、被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信する振動子を複数並べて備える。前記画像生成部は、各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する。前記形状検出部は、各振動子が受信した前記受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する。前記変形関数算出部は、前記形状検出部が検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める。前記画像変形部は、前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する。
【００１３】
このように、被測定体の形状を検出し、検出した形状にあわせてエコー画像を変形させることにより、実際の被測定体の形状やサイズを正確に表すエコー画像（変形済エコー画像）を得ることができる。
【００１４】
上記の超音波画像処理装置は、以下のように構成することが好ましい。即ち、この超音波画像処理装置は、コントロールポイント設定部と、移動目標位置設定部と、を備える。前記コントロールポイント設定部は、前記送信波を送信した方向から前記反射波が到来したと仮定した場合に、当該反射波が前記被測定体の表面で反射したと考えられる仮想反射位置にコントロールポイントを設定する。前記移動目標位置設定部は、前記振動子が前記被測定体から受信する反射波の伝播経路を、前記形状検出部が検出した前記被測定体の形状に基づいて算出し、前記反射波が前記被測定体の表面で反射する反射位置に、前記コントロールポイントの移動目標位置を設定する。前記変形関数算出部は、前記コントロールポイントを、前記反射位置まで移動させるように前記エコー画像を変形させる変形関数を算出する。
【００１５】
このように仮想反射位置にコントロールポイントを設定することにより、被測定体のエコー像の上にコントロールポイントを設定することができる。そして、このコントロールポイントを、実際に反射波が反射した位置（反射位置）まで移動させるようにエコー画像を変形させることで、実際の被測定体の形状やサイズを正確に表すエコー画像（変形済エコー画像）を得ることができる。
【００１６】
上記の超音波画像処理装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記コントロールポイント設定部は、前記振動子の位置にコントロールポイントを設定する。前記変形関数算出部は、前記振動子の位置のコントロールポイントが移動しないように前記エコー画像を変形させる変形関数を算出する。
【００１７】
即ち、各振動子の位置は既知であるから、画像変形部によるエコー画像の変形の前後を通じで、振動子の位置に対応する画素が移動しないことが好ましい。そこで、振動子の位置にコントロールポイントを設定するとともに、当該コントロールポイントが移動しないようにエコー画像を変形させることで、より正確な変形済エコー画像を得ることができる。
【００１８】
上記の超音波画像処理装置であって、前記変形関数算出部は、前記エコー画像上の任意の点についての変形関数を、当該点から各コントロールポイントまでの距離で重み付けされた最小二乗法により算出することが好ましい。
【００１９】
即ち、近い位置にあるコントロールポイントの影響は強く、遠い位置にあるコントロールポイントの影響は弱くなるように、エコー画像上の各点についての変形関数を算出することで、当該エコー画像をなめらかに変形させることができる。
【００２０】
本発明の第２の観点によれば、以下の超音波画像処理プログラムが提供される。即ち、この超音波画像処理プログラムは、受信信号取得機能と、画像生成機能と、形状検出機能と、変形関数算出機能と、画像変形機能と、をコンピュータに実現させる。前記受信信号取得機能では、振動子を複数並べて備えた振動子アレイによって、被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信して受信信号を取得する。前記画像生成機能では、各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する。前記形状検出機能では、各振動子が受信した前記反射信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する。前記変形関数算出機能では、前記形状検出機能で検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める。前記画像変形機能では、前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する。
【００２１】
本発明の第３の観点によれば、以下の超音波画像処理方法が提供される。即ち、この超音波画像処理方法は、受信信号取得工程と、画像生成工程と、形状検出工程と、変形関数算出工程と、画像変形工程と、を含む。前記受信信号取得工程では、振動子を複数並べて備えた振動子アレイによって、被測定体に対して超音波の送信波を送信するとともに、当該被測定体からの反射波を受信して受信信号を取得する。前記画像生成工程では、各振動子が前記反射波を受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する。前記形状検出工程では、各振動子が受信した前記受信信号に基づいて、前記被測定体の形状を検出する。前記変形関数算出工程では、前記形状検出工程で検出した被測定体の形状と、前記エコー画像に含まれる前記被測定体のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数を求める。前記画像変形工程では、前記エコー画像を、前記変形関数に基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。
【図２】（ａ）骨に対して平面波を送信する様子を示す模式図。（ｂ）骨の表面で反射波が生じた様子を示す模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波画像処理方法のフローチャート。
【図４】（ａ）振動子が反射波を受信した時の受信信号を例示するグラフ。（ｂ）上記（ａ）の受信信号に基づくエンベロープ信号。
【図５】偽像が出現したエコー画像。
【図６】図５のエコー画像の内容を模式的に説明する図。
【図７】骨表面で反射した反射波が振動子に受信された様子を示す模式図。
【図８】コントロールポイントを移動させることによりエコー画像を変形させる様子を説明する図。
【図９】骨表面の形状を検出する処理を説明する図。
【図１０】図５のエコー画像を変形させた変形済エコー画像。
【図１１】図１０の変形済エコー画像の内容を模式的に説明する図。
【図１２】図１０の変形済エコー画像に、表面屈折波の伝播経路を重畳させて表示した画像。
【図１３】図１２の変形済エコー画像の内容を模式的に説明する図。
【図１４】補間コントロールポイントを設定する変形例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波画像処理装置としての超音波診断装置１のブロック図である。
【００２４】
本実施形態の超音波診断装置１は、人体を診断対象としており、特に骨を被測定体としている。本実施形態の超音波診断装置１は、骨から返ってきた超音波信号に基づいてエコー画像を生成し、当該エコー画像を表示する超音波画像処理装置としての機能を有している。これにより、体内の骨の様子を、画像として確認できる。
【００２５】
図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波送受波器２と、装置本体３とから構成されている。
【００２６】
超音波送受波器２は、超音波の送波及び受波を行うものである。この超音波送受波器２は、測定部位の軟組織１１の表面（皮膚）に当接する当接面２ａと、振動子アレイ２２を備えている。振動子アレイ２２は、当接面２ａに沿って、等間隔で１列に並んで配列された複数の振動子２４からなっている。以下の説明において、振動子アレイ２２において振動子２４が並んでいる方向を、Ｘ軸方向と呼ぶ。
【００２７】
振動子２４は、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させるとともに、その表面に超音波を受波すると電気信号を生成して出力する。即ち、各振動子２４は、超音波を送波及び受波可能に構成されている。なお、複数の振動子２４を区別する必要がある場合には、振動子が並んでいる順に添字を付けて、振動子２４1、振動子２４2、・・・振動子２４n、・・・振動子２４Nのように表記することがある。
【００２８】
装置本体３は、ケーブルによって超音波送受波器２と接続されており、当該超音波送受波器２との間で信号の送受信ができるように構成されている。この装置本体３は、送信回路３１と、複数の受信回路３３と、送受信分離部３４と、演算部３５と、表示部３２と、を備えている。
【００２９】
送信回路３１は、振動子アレイ２２の各振動子２４を振動させて超音波を発生させるための電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各振動子２４に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば１〜１０ＭＨｚ程度である。なお、電気パルス信号の代わりに、例えばチャープ信号を用いても良い。
【００３０】
電気パルスが印加された振動子２４は、当該電気パルス信号に応じて振動して超音波を発生させる。送信回路３１は、振動子アレイ２２の複数の振動子２４それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の振動子２４から、一斉に、あるいは個別のタイミングで超音波を送波するように制御できる。
【００３１】
複数の受信回路３３は、振動子アレイ２２を構成する複数の振動子２４にそれぞれ接続されている。各受信回路３３は、振動子２４が超音波を受波することにより出力する電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部３５に送信するように構成されている。なお、振動子２４から直接出力される信号はアナログの波形信号であり、演算部３５に送信される信号は信号処理されたデジタルの波形信号であるが、以下の説明ではこれらを特に区別しない。
【００３２】
送受信分離部３４は、振動子アレイ２２と、前記送信回路３１及び前記受信回路３３と、の間に接続されている。この送受信分離部３４は、送信回路３１から振動子アレイ２２に送られる電気信号（電気パルス信号）が受信回路３３に直接流れるのを防止するとともに、振動子アレイ２２から受信回路３３に送られる電気信号が送信回路３１側に流れるのを防止するためのものである。
【００３３】
演算部３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウェアを備えたコンピュータとして構成されている。また、前記ＲＯＭには、本発明の一実施形態に係る超音波画像処理プログラムなどのソフトウェアが記憶されている。本実施形態の超音波画像処理プログラムは、振動子２４が受信した受信信号に基づいてエコー画像を生成する機能を演算部３５に実現させるように構成されている。
【００３４】
演算部３５によって生成されたエコー画像は、表示部３２に出力される。表示部３２は、例えば液晶ディスプレイ等であり、エコー画像を表示可能に構成されている。超音波診断装置１のオペレータは、表示部３２に表示されたエコー画像を確認することにより、被測定体である骨の形状及びサイズ、当該骨の周囲の軟組織の様子などを把握できる。
【００３５】
続いて、本実施形態の超音波診断装置１の動作について、図２及び図３を参照して説明する。
【００３６】
この超音波診断装置１によって診断を行う際、オペレータは、診断対象である人体表面（皮膚）に、超音波送受波器２の当接面２ａを当接させた状態で、所定の測定開始操作を行う。当該測定開始操作が行われると、送信回路３１は、振動子アレイ２２の各振動子２４に対して、電気パルス信号を同じタイミングで印加する。これにより、各振動子２４から同じタイミングで体内に向けて超音波が送波される（ステップＳ１０１）ので、振動子２４が並ぶ方向（Ｘ軸方向）と直交する方向に進行する平面波が送信される（図２（ａ））。以下の説明で、振動子アレイ２２から平面波が送信される方向を、Ｙ軸方向とする。
【００３７】
振動子アレイ２２から送信された平面波は、軟組織１１中を進行し、骨１０の表面で反射して反射波を発生させる（図２（ｂ））。この反射波は、振動子アレイ２２が備える複数の振動子２４のうち、少なくとも一部の振動子２４に受信される（ステップＳ１０２、受信信号取得工程）。各振動子２４で受信された受信信号は、受信回路３３でフィルタリング、サンプリング等適宜の処理を施されて、デジタルの波形データに変換される。受信回路３３で生成された各振動子２４のデジタルの受信信号は、演算部３５に出力される。本実施形態の超音波画像処理プログラムは、上記のように受信回路３３から出力されたデジタルの受信信号を取得する受信信号取得機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。これにより、演算部３５において、各振動子２４が受信した受信信号の波形を処理可能になる。
【００３８】
本実施形態の超音波画像処理プログラムは、上記のようにして取得した受信信号に基づいてエコー画像を生成する画像生成機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は画像生成部４４であるとも言える。
【００３９】
画像生成部４４は、まず、各振動子２４が受信した受信信号のエンベロープ（包絡線）を計算し、当該エンベロープの時間変化を示すエンベロープ信号を生成する（ステップＳ１０３）。例えば、ある振動子２４が受信した受信信号が図４（ａ）のようなグラフで表される場合、この受信信号に基づくエンベロープ信号は図４（ｂ）のようになる。ここで、エンベロープ信号の振幅は、ある時刻において振動子２４が受信した受信信号の強度を示している。エンベロープ信号の振幅が大きいほど、強い信号が受信されたことを示している。
【００４０】
各振動子２４が受信した反射波がＹ軸方向（前記平面波を送信した方向）から返ってきたものであると仮定した場合、各振動子２４のエンベロープ信号は、当該振動子２４からみてＹ軸方向での一次元のエコー画像であると考えることができる。例えば、エンベロープ信号の振幅を画素の輝度と考えれば、当該エンベロープ信号は、信号強度が強い位置は明るい画素、弱い位置は暗い画素で表現された一次元画像であるとみなせる。
【００４１】
一方、振動子２４は、Ｙ軸と直行するＸ軸方向に一列に並んで設けられているので、各振動子２４のエンベロープ信号をＸ軸方向に並べれば二次元のエコー画像を得ることができる。そこで、画像生成部４４は、各振動子２４のエンベロープ信号（Ｙ軸方向での一次元の画像データ）を、振動子２４がＸ軸方向で並んでいる順番に連結する（ステップＳ１０４）。これにより、ＸＹ直交座標で表現された二次元のエコー画像データを生成することができる。
【００４２】
続いて、画像生成部４４は、上記のようにして生成した画像データに対して、各種の画像処理を行う。このとき行う画像処理は様々なものが考えられるが、例えばデータのデシメーションを行ったり、画素間の補間を行ったりすることができる。
【００４３】
例えば、ステップＳ１０４で生成した画像データのＹ方向の解像度は、エンベロープ信号のサンプリング周波数によって決まる。しかし、画像としてはこれほどの解像度が必要ない場合がある。そこで、画像生成部４４は、画像データをＹ軸方向（時間軸方向）でデシメーション（データの間引き）することにより、Ｙ軸方向での解像度を落とし、当該画像データのデータ容量を小さくする（ステップＳ１０５）。
【００４４】
また、ステップＳ１０４で生成した画像データのＸ軸方向での解像度は、振動子２４同士の距離に依存している。振動子２４同士の距離が離れている場合、Ｘ軸方向の解像度が低くなるので、画像が見づらくなる場合がある。このような場合、画像生成部４４は、Ｘ方向での画素の補間処理等を行って、Ｘ軸方向での解像度を上げる処理を行う（ステップＳ１０６）。
【００４５】
以上で説明したステップＳ１０３からＳ１０６の画像生成工程により、振動子２４が受信した反射波に基づくエコー画像を生成することができる。このようにして生成されるエコー画像は、前述の図５に例示されている。
【００４６】
ところで前述のように、画像生成部４４でエコー画像を生成する際には、反射波がＹ軸方向から返ってくるものと仮定されている。しかし、骨１０の表面が湾曲している場合には、当該表面で反射した反射波は、振動子２４に対してＹ軸方向以外の方向から到来し得る。Ｙ軸方向以外の方向からの反射波が受信された場合は、上記の仮定が正しくなかったことになるので、生成されたエコー画像は骨表面の形状を正しく表さない（つまり、エコー画像に偽像が発生する）。
【００４７】
ここで、図７を参照して、骨表面が湾曲している場合について説明する。図７では、振動子アレイ２２から平面波を送信した後、骨表面上の反射位置Ｑ1で発生した反射波が、Ｙ軸方向に対して斜め方向から振動子２４1に到来している様子を示している。このように斜め方向から反射波が到来した場合は、エコー画像に偽像が発生することになる。エコー画像上に偽像が出現する位置を、仮想反射位置（偽像出現位置）Ｐ1と呼ぶことにする。
【００４８】
エコー画像において仮想反射位置Ｐ1に出現するエコー像（偽像）は、本来であれば、実際に反射波が発生した位置である反射位置Ｑ1（骨表面上の位置）に表示されるべきであると言える。そこで、エコー画像の仮想反射位置Ｐ1に出現したエコー像を、反射位置Ｑ1まで移動させることで、骨１０の形状を正確に表すようにエコー像を修正できると考えられる。
【００４９】
本実施形態の超音波診断装置１は、以上の観点に基づいて、エコー像に出現した偽像を、正しい位置まで移動させるように構成されている。
【００５０】
まず、超音波診断装置１は図８（ａ）に示すように、エコー画像において偽像が発生している位置（仮想反射位置）Ｐ1，Ｐ2…に複数のコントロールポイントを設定する。続いて、エコー画像を変形させて、各コントロールポイントを、対応する反射位置Ｑ1，Ｑ2…に移動させる（図８（ｂ））。これにより、偽像が発生しているエコー画像を、実際の骨１０の形状に合わせるように修正できる。上記仮想反射位置Ｐnと反射位置Ｑnは、骨１０からの反射波を受信した振動子２４nについてそれぞれ設定することができる。
【００５１】
反射位置Ｑ1，Ｑ2…は実際の骨１０の表面上の点であるから、反射位置Ｑ1，Ｑ2…を設定するためには、骨１０の正しい表面形状に関する情報が必要である。そこで本実施形態の超音波画像処理プログラムは、各振動子２４が受信した受信信号に基づいて骨１０の表面形状を検出する形状検出機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は形状検出部４０であるとも言える。
【００５２】
形状検出部４０は、ステップＳ１０２で取得した各振動子２４の受信信号に基づいて、骨１０の表面形状を検出する（ステップＳ１０７、形状検出工程）。骨１０の形状を検出する手法については、特許文献１から３に記載されているが、以下に簡単に説明する。
【００５３】
まず、形状検出部４０は、複数の振動子２４のうち、隣接する２つの振動子を振動子ペア２５として特定する。ここで、図９に示すように、振動子２４nと振動子２４n+1からなる振動子ペア２５に対して、Ｙ軸に対してθaだけ角度を有する方向から反射波が到来したとする。２つの振動子２４n，２４n+1の間隔（Ｘ軸方向での距離）をＷとすると、図９（ｂ）から明らかなように、振動子ペア２５の一方の振動子２４nに到来する反射波は、他方の振動子２４n+1よりもＷsinθaだけ長い距離を伝播して受信されることになる。このため、２つの振動子には、
Δｔ＝Wsinθa／ＳＯＳsoft
だけ時間差をもって反射波が受信される。なお、ＳＯＳsoftは軟組織１１中の音速である。
【００５４】
形状検出部４０は、振動子ペア２５の２つの振動子２４n，２４n+1が反射波を受信した時間差Δｔに基づいて、当該振動子ペア２５に対する反射波の到来角度θaを求める。即ち、到来角度θaは、
θa＝arc sin（ＳＯＳsoftΔｔ／Ｗ）
によって求めることができる。なお、本実施形態では、軟組織１１中の音速ＳＯＳsoftには経験値を用いている。ただしこれに限らず、軟組織１１中の音速の実測値を用いても良い。
【００５５】
形状検出部４０は、振動子ペア２５が受信した反射波の到来角度θaと、平面波が送信されてから振動子ペア２５に反射波が到達するまでに要した到達時間Ｔaに基づいて、各振動子ペア２５に到達した反射波の反射点Ｒaを検出する。なお、到達時間Ｔaは、振動子アレイ２２によって平面波が送波されてから、振動子ペア２５を構成する２つの振動子２４n，２４n+1それぞれに反射波が到達するまでの時間の平均値とすれば良い。振動子ペア２５から反射点ＲaまでのＸ軸方向の距離をＬx、Ｙ軸方向の距離をＬYとおく。図９（ａ）から明らかなように、反射波の伝播距離Ｌは、
Ｌ＝ＬY＋ＬY／cosθa
となる。一方、到達時間Ｔaと軟組織１１中の音速ＳＯＳsoftを用いると、
Ｌ＝ＳＯＳsoft×Ｔa
であるから、反射点Ｒａの位置は、
ＬY＝ＳＯＳsoft×Ｔa×cosθa／（１＋cosθa）
ＬX＝ＬY×tanθa＝ＳＯＳsoft×Ｔa×sinθa／（１＋cosθa）
で求めることができる。以上のようにして、形状検出部４０は、平面波の到来角度θaと到達時間Ｔaに基づいて、反射点Ｒaの位置を算出することができる。
【００５６】
形状検出部４０は、振動子アレイ２２を構成する全ての振動子２４について、振動子ペアを構成し、各振動子ペアについて同様に反射点Ｒaを求める。そして形状検出部４０は、上記のようにして求めた反射点を直線又は曲線で結ぶことにより、骨表面ラインを検出する。以上のようにして、形状検出部４０によって骨１０の表面形状（骨表面ライン）を得ることができる。
【００５７】
続いて、エコー画像上にコントロールポイントを設定する動作について説明する。本実施形態の超音波画像処理プログラムは、前記仮想反射位置にコントロールポイントを設定するコントロールポイント設定機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は、コントロールポイント設定部４５であるという事もできる。
【００５８】
コントロールポイント設定部４５は、各振動子２４1，２４2……が骨１０からの反射波を受信した受信信号に基づいて、エコー画像上に偽像が発生している位置（仮想反射位置Ｐ1，Ｐ2…）を求める。エコー画像において偽像が発生している位置（仮想反射位置Ｐn）のＸ座標は、振動子２４それぞれについて、以下のように求めることができる。
（点ＰnのＸ座標）＝（振動子２４nのＸ座標）
なお、各振動子の位置は既知であるから、点ＰnのＸ座標は即座に求まる。
【００５９】
エコー画像上に偽像が発生している位置（仮想反射位置Ｐn）のＹ軸方向の位置は、振動子アレイ２２から平面波が送信された後、ある振動子２４nに反射波が受信されるまでにかかった時間ｔnに基づいて算出できる。
【００６０】
まず、コントロールポイント設定部４５は、各振動子２４nが受信した受信信号の波形に基づいて、時間ｔnを検出する。なお、骨１０表面からの反射波は、ある程度の時間的な幅を持って受信されるので、どの時点で反射波が受信されたと言えるのかという問題がある。本実施形態では、コントロールポイント設定部４５は、振動子２４nが受信した受信信号のエンベロープが最大になった時点で、当該振動子２４nに反射波が受信されたものとしている。即ち、図４（ａ）に示すように、コントロールポイント設定部４５は、振動子２４nの受信信号のエンベロープが最大になった点を検出する。そして、コントロールポイント設定部４５は、平面波が送信されてから、受信信号のエンベロープが最大になるまでにかかった時間をｔnとして検出する。
【００６１】
続いて、コントロールポイント設定部４５は、上記のようにして求めたｔnに基づいて、仮想反射位置ＰnのＹ座標を算出する。即ち、時間ｔnの間に超音波が軟組織１１中を伝播する距離は、ｔn×ＳＯＳsoftである。反射波がＹ軸方向から到来したと仮定した場合、振動子アレイ２２から骨表面まで平面波が進んだ距離と、骨表面から振動子２４nまで反射波が戻ってきた距離は同じであると仮定できるので、この場合の超音波信号の仮想的な反射位置Ｐnと、振動子２４nと、の距離は、以下のように表すことができる。
（振動子２４nと点ＰnのＹ軸方向の距離）＝  ｔn×ＳＯＳsoft÷２
【００６２】
そしてコントロールポイント設定部は、エコー画像上の仮想反射位置Ｐ1，Ｐ2…（偽像が発生している位置）に、それぞれコントロールポイントを設定する（ステップＳ１０８、コントロールポイント設定工程）。これにより、エコー画像に現れた骨１０表面のエコー像（偽像）の上に、複数のコントロールポイントが設定されたことになる。
【００６３】
また、本実施形態の超音波画像処理プログラムは、各コントロールポイントの移動目標位置を設定する移動目標位置設定機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は、移動目標位置設定部４６であるという事もできる。
【００６４】
移動目標位置設定部４６は、各振動子２４1，２４2……に到来する反射波の真の反射位置Ｑ1，Ｑ2…を求める。
【００６５】
まず、移動目標位置設定部４６は、形状検出部４０が検出した骨表面ラインに基づいて、各振動子２４1，２４2……に到来する反射波の伝播経路を算出する。各振動子の位置は既知であるから、骨表面ラインの傾きに基づいて、伝播経路を容易に算出できる。続いて、移動目標位置設定部４６は、算出した伝播経路に基づいて、各振動子２４1，２４2……に到来する反射波の真の反射位置Ｑ1，Ｑ2…を求める。そして、移動目標位置設定部４６は、エコー画像上の反射位置Ｑ1，Ｑ2…に、コントロールポイントの移動目標位置を設定する（ステップＳ１０９、移動目標位置設定工程）。
【００６６】
また、本実施形態において、コントロールポイント設定部４５は、各振動子２４1，２４2……の位置にも、コントロールポイントを設定するように構成されている。各振動子２４1，２４2……の位置に設定されたコントロールポイントを、Ｃ1，Ｃ2……とする（図８参照）。各振動子２４1，２４2……の位置は固定されているから、コントロールポイントＣ1，Ｃ2……は移動させないようにすることが好ましい。そこで、移動目標位置設定部４６は、前記コントロールポイントＣ1，Ｃ2……の移動目標位置を、当該コントロールポイント自身の位置に設定する。これにより、振動子２４1，２４2……の位置に設定されたコントロールポイントＣ1，Ｃ2……が移動しないようにすることができる。
【００６７】
本実施形態の超音波画像処理プログラムは、エコー画像を変形させるための変形関数を求める変形関数算出機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は、変形関数算出部４７であるという事もできる。
【００６８】
この変形関数は、エコー画像上の任意の点ｖのＸＹ座標を与えると、画像変形後の点ｖ’のＸＹ座標を出力するような関数である。即ち、変形関数をｆとすると、点ｖの変形後の位置ｖ’は、
ｖ’＝ｆ（ｖ）
によって求めることができる。この変形関数ｆはどのような関数でも良いが、画像を滑らかに変形させることができる関数であることが好ましい。例えば変形関数ｆは、公知のアフィン変換とすることができる。この場合、変形関数ｆは、
ｆ（ｖ）＝Ｍｖ＋Ｔ
と表現できる。なお、Ｍは線形変形マトリクスであり、Ｔは平行移動ベクトルである。
【００６９】
ここで、コントロールポイント設定部４５で設定された複数のコントロールポイントを、改めてコントロールポイントｐ1，ｐ2…と表記する。また、各コントロールポイントｐ1，ｐ2…に対応した移動目標位置を、改めてｑ1，ｑ2…と表記する。本実施形態の変形関数算出部４７は、各コントロールポイントｐ1，ｐ2…を、対応する目標位置ｑ1，ｑ2…に移動させるように画像を変形させる変形関数ｆを、最小二乗法によって求める。例えば変形関数ｆがアフィン変換の場合、変形関数算出部４７は、線形変形マトリクスＭと平行移動ベクトルＴを、最小二乗法により求めることになる。より具体的にいうと、変形関数算出部４７は、以下の数式１の値を最小化する変形関数ｆを求める。
【００７０】
【数１】
2013244354.tif 000003
【００７１】
ただし、ｗiは重み係数であり、以下の数式２で定義される。なお、αは重み係数の効き具合を調整するためのパラメータである。
【００７２】
【数２】
2013244354.tif 000004
【００７３】
上記数式２からも分かるように、重み係数ｗiは、点ｖとコントロールポイントｐiとの距離が小さいほど、重みが大きくなるように定義されている。即ち、近い位置にあるコントロールポイントの影響を受け易く、遠い位置にあるコントロールポイントの影響はあまりうけないような変形関数ｆを求めるようになっている。これにより、少数のコントロールポイントｐ1，ｐ2…を用いて、エコー画像全体を滑らかに変形させることができる。
【００７４】
重み係数ｗiの定義には点ｖとコントロールポイントｐiとの距離が含まれているので、変形関数ｆは点ｖごとに求める必要がある。そこで変形関数算出部４７は、エコー画像上の各点について、それぞれ変形関数ｆを算出する（ステップＳ１１０、変形関数算出工程）。
【００７５】
本実施形態の超音波画像処理プログラムは、前記変形関数に基づいてエコー画像を変形させる画像変形機能を、演算部３５に実現させるように構成されている。従って、演算部３５は画像変形部４８であるという事もできる。
【００７６】
画像変形部４８は、画像生成部４４が生成したエコー画像に対して、変形関数算出部４７が算出した変形関数を適用し、変形済エコー画像を生成する（ステップＳ１１１、画像変形工程）。これにより、設定されたコントロールポイントを移動目標位置まで移動させるように、エコー画像を変形させることができる。従って、元のエコー画像に出現していた骨１０のエコー像（偽像）を、実際の骨表面ラインに合わせるように変形させたエコー画像（変形済エコー画像）を得ることができる。
【００７７】
なお、上記のように最小二乗法によって画像の変形関数を求める手法については、例えば以下の非特許文献に詳しく記載されている。
Scott Schaefer, Travis McPhail, Joe Warren. 2006. 'Image Deformation Using Moving Least Squares'. [online]. [retrieved on 2011-10-30]. Internet: <URL:http://faculty.cs.tamu.edu/schaefer/research/mls.pdf>.
【００７８】
画像変形部４８で生成された変形済エコー画像は、表示部３２に出力される。これにより、骨１０の形状及びサイズを正確に表したエコー像を、表示部３２に表示できる。
【００７９】
画像変形部４８によって生成される変形済エコー画像の例を、図１０に示す。図１０の変形済エコー画像は、図５のエコー画像を変形させて生成したものである。比較のために、実際の骨の形状を示す白い曲線を、図１０の変形済エコー画像の重畳させて表示している。また、図１０の理解を助けるために、当該図１０の内容を模式的に図１１に示す。図１０から分かるように、画像変形部４８によってエコー画像を変形させることにより、骨１０のエコー像を、実際の骨表面の形状に一致させることができる。これにより、超音波診断装置１のオペレータは、変形済エコー画像上で、骨１０の形状やサイズを正しく認識できる。
【００８０】
また、上記の手法は、エコー画像自体を変形させて変形済エコー画像を得るものであるから、軟組織１１中の血管や臓器などのエコー像が元のエコー画像に含まれていた場合、これら軟組織１１中のエコー像も変形済エコー画像で確認できる。これにより、正確な骨１０のエコー像と一緒に、軟組織１１中の血管や臓器のエコー像を表示できるので、骨１０の周囲の軟組織１１の様子を正確に判断できる。
【００８１】
以上で説明したように、本実施形態の超音波診断装置１は、振動子アレイ２２と、画像生成部４４と、形状検出部４０と、変形関数算出部４７と、画像変形部４８と、を備えている。振動子アレイ２２は、骨１０に対して超音波の送信波を送信するとともに、骨１０からの反射波を受信する振動子２４を複数並べて備える。画像生成部４４は、各振動子２４が受信した受信信号を連結したエコー画像を生成する。形状検出部４０は、各振動子２４が受信した受信信号に基づいて、骨１０の形状を検出する。変形関数算出部４７は、形状検出部４０が検出した骨１０の形状と、エコー画像に含まれる骨１０のエコー像の形状と、を一致させるように当該エコー画像を変形させる変形関数ｆを求める。画像変形部４８は、前記エコー画像を、変形関数ｆに基づいて変形させた変形済エコー画像を生成する。
【００８２】
このように、骨１０の形状を検出し、検出した形状にあわせてエコー画像を変形させることにより、骨１０の実際の形状やサイズを正確に表すエコー画像（変形済エコー画像）を得ることができる。
【００８３】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００８４】
上記のように、本願発明の超音波診断装置１では、骨１０のエコー像の形状及びサイズを正確に示す変形済エコー画像を生成できる。そこで、当該変形済エコー画像を表示部３２に表示する際に、骨１０の形状に関連した各種の情報を付加して表示しても良い。これにより、当該情報を正確に表示することが可能となる。
【００８５】
例えば、骨音速を測定する際に、表面屈折波の伝播経路に関する情報を、変形済エコー画像に重畳させて表示しても良い。なお、表面屈折波とは、骨の内部を進行した後、再び軟組織中に射出して振動子２４に受信された超音波信号のことを言う。この表面屈折波に基づいて、骨１０中の音速（骨音速）を求めることができる。なお、表面屈折波に基づいて骨１０中の音速を求める構成は、例えば特許文献１から３に記載されているので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００８６】
例えば図１２に示す例では、表面屈折波の伝播経路を、変形済エコー画像に重畳させて点線で表示している。図１２の理解を助けるため、当該図１２の内容を図１３に模式的に示す。
【００８７】
図１２のように、表面屈折波の伝播経路を骨のエコー像の上に重畳表示することにより、どのような伝播経路をたどった表面屈折波を利用して骨音速を導出したのかを、エコー画像上で確認できる。本発明の構成によって得られる変形済エコー画像は、骨の形状を正確に表しているので、この変形済エコー画像に表面屈折波の伝播経路を重畳表示することにより、表面屈折波の伝播経路を正確に評価できる。
【００８８】
そして、本発明の構成によって得られる変形済エコー画像は、骨周囲の血管等のエコー像も含まれているので、例えば、表面屈折波の伝播経路の途中に血管などが存在していないかを判断できる。表面屈折波の伝播経路の途中に血管などが存在していた場合、オペレータは、図１２の変形済エコー画像を確認しながら、血管等を避けるように超音波送受波器２の位置を調整して、骨音速の測定をやり直すことができる。これにより、骨音速を適切に測定できる。
【００８９】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００９０】
本発明の構成は、骨のエコー像を表示するための超音波診断装置に限らず、例えば、超音波を利用して地層や地中構造物を調査する超音波地質調査装置など、骨以外を被測定体とした装置に広く利用することができる。
【００９１】
上記実施形態では、コントロールポイント設定部４５が仮想反射位置を算出する際に、受信信号のエンベロープが最大になった時刻を反射波の受信時刻としたが、これに限らない。例えば、受信信号のエンベロープが立ち上がり始めた時刻を、振動子２４に反射波が受信された時刻として取り扱う事もできる。
【００９２】
上記実施形態では、各振動子２４1，２４2……に対応してコントロールポイントを設定するものとしたが、振動子アレイ２２が備えるすべての振動子に対応させてコントロールポイントを設定しなければならない訳ではなく、骨１０のエコー像の上に複数のコントロールポイントを設定できれば良い。
【００９３】
また上記実施形態では、各振動子２４1，２４2……の位置にコントロールポイントＣ1，Ｃ2…を設定し、当該コントロールポイントＣ1，Ｃ2…は移動させないようにしている。これに代え、或いはこれに加えて、移動しないコントロールポイントを別の箇所に設定することもできる。移動しないコントロールポイントは、エコー画像上で、偽像が出現しないことが予めわかっている位置に設定すれば良い。これによれば、もともと正しいエコー像が、変形関数によってかえって歪められてしまうことを防止できる。例えば、軟組織中の血管など（骨表面以外のターゲット）の傾きがゼロの場合（平面波の送信方向に対して血管が直交している場合）は、当該血管で発生したエコーは偽像にはならない。そこで、骨表面以外のターゲット（血管など）のエコー像の傾きがゼロの位置を検出して、その位置に、移動しないコントロールポイントを設定すれば好適である。
【００９４】
また、例えば図１４に示すように、振動子２４1の位置に設定されたコントロールポイントＣ1と、当該振動子２４1に対応してエコー像上に設定されたコントロールポイントＰ1と、の間を補間する補間コントロールポイントＤ1，Ｄ2…を、コントロールポイント設定部が自動的に設定するように構成してもよい。この補間コントロールポイントの移動目標位置は、例えば、コントロールポイントＰ1の移動目標位置Ｑ1と、コントロールポイントＣ1と、を結ぶ直線上に設定することができる。この補間コントロールポイントは、他の振動子２４に対しても同様に設定することができる。このように、コントロールポイントの間を補間する補間コントロールポイントを設定することで、更に精度良くエコー画像を変形させることができる。
【００９５】
図３のフローチャートでは、画像生成部による画像生成工程（ステップＳ１０３からＳ１０６）と、骨の形状を検出してから変形関数を算出するまでの処理（ステップＳ１０７からＳ１１０）は並列的に行うように示されているが、これに限らず、逐次的に行っても良い。要は、ステップＳ１１１の画像変形工程でエコー画像の変形を行うまでに、変形関数の算出とエコー画像の生成が完了していれば良い。
【００９６】
図に示した振動子２４の数などは、適宜変更することができる。
【００９７】
上記実施形態では、超音波画像処理プログラムを演算部３５で実行することにより、超音波画像処理装置の各機能を実現するものとした。しかしこれに限らず、超音波画像処理装置の機能の一部又は全部を、専用のハードウェアによって実現するように構成しても良い。
【００９８】
図３のフローチャートに示す処理は、自動的に繰り返し実行されても良い。この場合、表示部３２に表示される変形済エコー画像が随時更新されていくので、オペレータは、骨１０の正確なエコー像をリアルタイムに確認することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１  超音波診断装置（超音波画像処理装置）
２  送受波器
２２  振動子アレイ
２４  振動子
３５  演算部（コンピュータ）
４０  形状検出部
４４  画像生成部
４５  コントロールポイント設定部
４６  移動目標位置設定部
４７  変形関数算出部
４８  画像変形部
【図１】
2013244354.tif 000005
【図２】
2013244354.tif 000006
【図３】
2013244354.tif 000007
【図４】
2013244354.tif 000008
【図６】
2013244354.tif 000009
【図７】
2013244354.tif 000010
【図８】
2013244354.tif 000011
【図９】
2013244354.tif 000012
【図１１】
2013244354.tif 000013
【図１３】
2013244354.tif 000014
【図１４】
2013244354.tif 000015
【図５】
2013244354.tif 000016
【図１０】
2013244354.tif 000017
【図１２】
2013244354.tif 000018