JP6709142B2 - 超音波撮像装置、信号処理装置、および、超音波撮像装置の信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波撮像装置および受信信号の処理方法に関する。

３次元画像のフレーム（ボリューム）レートを向上させるために、通常の受信スキャンラインよりも粗く受信スキャンラインを撮像領域に設定することにより、高速に、受信データのサンプリングを行う超音波撮像方法が特許文献１等に提案されている。

特許文献１の技術では、粗く設定した受信スキャンラインの間の画素の受信データは、補間処理によって得た補間データを内挿するか、または、過去のスキャン期間において対応する画素について取得した受信データを挿入して３次元ボリュームデータを得ている。具体的には、コンパレータにより補間データ値と過去の受信データとを画素ごとに比較し、両者が大幅に異なる場合には、被検体に動きがあることを示しているので、補間データ値を受信スキャンライン間に挿入し、両者が実質的に等しい場合には、被検体に動きがないことを示しているので、過去の受信データ値を挿入して３次元ボリュームデータセットを作成する。これにより、特許文献１の技術は、撮像すべき領域について、密度の高い受信スキャンラインに沿ってフルサンプリング時と同様の３次元ボリュームデータを生成し、高ボリュームレートと高画質を両立させる。

特表２０１３−５２６３８９号公報

特許文献１の技術において、コンパレータによって補間データと過去の受信データとが等しいかどうか判断する場合、補間データと過去の受信データの値の差と、何らかの閾値とを比較する必要があり、閾値を適切に設定しなければ、画質を向上させることができない。例えば閾値が大きすぎると、補間データ値と過去の受信データ値とに差があるにも関わらず、実質的に等しいと判断され、過去の受信データ値が選択されるため、偽像発生の原因となる。逆に閾値が小さすぎると、補間データ値と過去の受信データ値とがわずかでも異なれば、両者は異なると判断され、補間データ値が選択されるため、データ挿入による画質向上の効果が得られない。

また、撮像対象には、さまざま組織が混じって存在するため、一つの画像の中に様々な種類の輝度分布が共存し、輝度分布の種類に応じて、画質向上のために適切な閾値は異なるが、特許文献１の技術では一つのコンパレータですべての画素の判定を行っているため、輝度分布の種類に応じて閾値を変更することはできない。

本発明の目的は、補間データおよび過去の受信データを用いて、高画質で偽像を抑制した超音波画像を高速に生成することにある。

本発明は、撮像対象内のある点について求めた補間データと、その点についての過去の受信データとを混合することにより、その点についての受信データを演算により生成する。このとき、補間データと過去の受信データの混合割合は、その点についての補間データの値と過去の受信データの値とに基づいて決定する。すなわち、本発明の超音波撮像装置は、撮像対象に超音波を送信し、送信ごとに撮像対象から戻る超音波を受信し、受信信号に変換する超音波探触子と、撮像対象の撮像領域に画像化に必要な数の受信走査線を設定し、受信走査線のうちの所定数を選択して、選択した受信走査線上の複数の点それぞれについての受信データを、受信信号から生成する受信部と、受信部が生成した受信データを記憶するメモリと、受信部が生成した受信データを補間処理することにより、受信部が選択しなかった受信走査線のうち１以上の受信走査線上の複数の点についての受信データに相当する補間データを演算により生成する補間データ生成部と、補間データを求めた点と同一の点について、受信部が過去の受信信号から生成した過去の受信データをメモリから読み出して、補間データと過去の受信データとを混合する混合部とを有する。混合部は、補間データ値と、過去の受信データ値とに基づいて、補間データと過去の受信データの混合割合を決定する。

本発明の超音波撮像装置は、補間データおよび過去の受信データを用いて、高画質で偽像を抑制した超音波画像を高速に生成することができる。

本発明の実施形態１の超音波撮像装置の構成を示すブロック図 （ａ）〜（ｅ）実施形態１の受信走査線の例を示す説明図 実施形態２の超音波撮像装置の構成を示すブロック図 実施形態２の混合係数算出部の詳しい構成を示すブロック図 実施形態２の制御部の動作を示すフローチャート 実施形態２のユーザーインターフェイス用の画面例を示す図 （ａ）は、１スキャンにおいて設定される送信走査線の位置を、（ｂ）は、補間データを生成する受信走査線の位置を、（ｃ）は混合処理後の混合データが格納される受信走査線の位置をそれぞれ示す説明図 実施形態３の混合係数算出部の詳しい構成を示すブロック図 実施形態３の分布算出部が算出した受信データ値の分布を示すグラフ 実施形態５の超音波撮像装置の構成を示すブロック図

本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。

本実施形態の超音波撮像装置（超音波送受信装置）は、撮像領域内のある点について求めた補間データと、その点についての過去の受信データとを混合することにより、その点についての受信データを演算により生成する。このとき、補間データと過去の受信データの混合割合は、その点についての補間データの値と過去の受信データの値とに基づいて決定する。

このように、補間データと過去の受信データとを、混合した混合データを画素のデータとして用いるため、補間データや過去の受信データを選択的に用いる場合と比較して、偽像の発生を抑制しつつ、画質を向上させることができる。また、混合割合は、その画素の点についての補間データの値と過去の受信データの値とに基づいて決定するため、撮像領域内の点ごとに、適切な混合割合を設定することができ、撮像領域全体でムラのない滑らかな３次元画像を提供できる。

＜＜実施形態１＞＞
本実施形態１の超音波撮像装置を図１および図２を用いて説明する。図１は、実施形態１の超音波撮像装置１００の構成を示すブロック図である。図２（ａ）〜（ｅ）は、受信走査線２１の例を示す説明図である。

図１の超音波撮像装置１００は、受信部１０４と、メモリ２０と、補間データ生成部１０と、混合部３とを備えている。図１の構成では、超音波撮像装置１００は、さらに画像処理部１０７を備えている。また、超音波撮像装置１００は、各種画面を表示する表示装置１２２と超音波を送受信する超音波探触子１０８とに接続されている。

超音波探触子１０８は、超音波撮像装置の送信部（不図示）による制御に従って撮像対象１２０に超音波を送信し、送信ごとに撮像対象１２０から戻る超音波を受信して受信信号に変換する。例えば、超音波探触子１０８は、配列された複数の振動子を有し、それぞれの振動子から所定の送信走査線に沿って、撮像対象１２０に向かって超音波１２１を送信した後、撮像対象１２０から戻る超音波エコー１２２を各振動子が受信し、それぞれの振動子が、超音波エコー１２２を電気信号である受信信号に変換する。また、超音波探触子１０８は、受信信号を受信部１０４に出力する。

受信部１０４は、図２（ａ）に示すように、撮像対象１２０の撮像領域１２０ａに、画像化に必要な数の受信走査線２１を設定し、受信走査線２１のうちの所定数の受信走査線２１ａ（図２（ｂ））を選択する。選択した受信走査線２１ａ上の複数の点それぞれについての受信データを、超音波探触子１０８の受信信号から生成する。例えば、超音波探触子１０８の各振動子の出力する受信信号が、受信走査線２１ａ上に予め設定した点に、焦点を結ぶように、各振動子の出力する受信信号をそれぞれ遅延（整相）させた後加算することにより整相加算信号を得て、整相加算信号を受信データとする。

なお、超音波探触子１０８が、粗く設定した複数の送信走査線に沿って順にそれぞれ超音波１２１を送信し、送信ごとに受信信号を得て、受信部１０４が、送信走査線と同じ位置に設定した１本の受信走査線２１ａについて受信データを生成する送受信方法としてもよい。また、超音波探触子１０８から拡大する超音波１２１を送信し、受信部１０４が、１回の送信について得た受信信号について複数の受信走査線２１ａを設定し、各受信走査線２１ａ上の点の受信データを生成してもよい。

受信部１０４が、選択した受信走査線２１ａ上の点について生成した受信データは、メモリ２０に格納される。メモリ２０は、今回の受信データを格納する領域２２と、過去の受信データを格納する領域２３とを有する。今回の受信データを格納する領域２２は、選択された受信走査線２１ａ上の点の受信データを格納する領域（選択受信走査線領域）２２ａと、選択されなかった受信走査線２１ｂ上の点の混合データ（または補間データ）を格納する領域（非選択受信走査線領域）２２ｂとに分割されている。受信走査線２１ａ上の点について、受信部１０４が生成した受信データは、領域２２ａに格納される。

補間データ生成部１０は、受信部１０４が生成した受信走査線２１ａ上の複数の点の受信データを補間処理することにより、選択されなかった受信走査線２１ｂ（図２（ｃ））上の複数の点についての受信データに相当する補間データを演算により生成する。補間処理方法としては、公知の演算方法を用いる。例えば、受信走査線２１ｂ上の点を挟むように位置する複数の受信走査線２１ａ上の点の受信データの平均値を補間値として用いてもよい。

混合部３は、混合係数算出部３０と、混合処理部４０とを備えている。混合係数算出部３０は、補間データ生成部１０が補間データを生成した受信走査線２１ｂ上の点と位置が同一または対応する点について、受信部１０４が過去に生成した受信データを、メモリ２０の領域２３から読み出す。そして、読み出した過去の受信データの値と、補間データの値とに基づいて、補間データと過去の受信データの混合割合（混合係数）を決定する。例えば、混合係数演算部３０は、過去の受信データの値と、今回生成した補間データの値との比や差に応じて、混合係数を決定する。混合処理部４０は、混合係数にしたがって過去の受信データと、補間データとを混合する。混合後のデータは、補間データ生成部１０が補間データを求めた点についての受信データとして、メモリ２０内の領域２２ｂに格納される。

これにより、メモリ２０内の今回の受信データの格納領域２２には、受信部１０４が選択した受信走査線２１ａ上の各点の受信データと、選択しなかった受信走査線２１ｂ上の各点について混合処理で求めた混合データとが格納される。

よって、画像処理部１０７はメモリ２０の格納領域２２内の受信データおよび混合データを用いて、画像を生成することにより、受信部１０４が受信データを生成しなかった受信走査線２１ｂ上の点についても画像を生成し、接続されている表示装置１２２に表示させる。したがって、本実施形態の超音波撮像装置１００は、高フレームレート（ボリュームレート）で画像を表示できる。

このとき、本実施形態では、非選択受信走査線２１ｂ上の受信データを、補間データと過去の受信データとを、補間データ値と過去の受信データ値とに基づいて決定した混合係数により混合するため、補間データや過去の受信データを選択的に用いる場合と比較して、偽像の発生を抑制しつつ、画質を向上させることができる。また、混合係数は、その点の補間データ値と過去の受信データ値とに基づいて決定されるため、撮像領域１２０ａ内の点ごとに、適切な混合係数を設定することができる。よって、撮像対象１２０の画像の輝度分布に応じて、偽像を抑制し、画質を向上させることができる。言い換えるならば、混合係数は、過去の受信データと補間データに応じて算出されるため、撮像するタイミングや部位によって常に可変となり、時間的にも空間的にも適切な混合係数を設定することができる。したがって、撮像領域１２０ａ全体でムラのない滑らかな画像を提供できる。

また、次のフレームの撮像時には、メモリ２０の領域２２内のデータを過去の受信データとして領域２３に移動させた後、図２（ｄ）のように、受信部１０４は、前回のフレームで選択しなった受信走査線２１ｂを選択し、受信走査線２１ｂ上の点に受信データを生成すればよい。補間データ生成部１０は、受信部１０４が選択しなかった受信走査線２１ａ上の補間データを生成し、生成した補間データと前回の受信データとを、これらの値に基づいて決定した混合係数で混合したデータ（受信データ）を生成する（図２（ｅ））。画像処理部１０７は、全ての受信走査線２１上の受信データを用いて、画像を生成し、表示装置１２２に表示させる。これにより、受信部１０４は、２フレームですべての受信走査線２１を選択して、受信データを生成するが、画像は、フレームごとに表示できる。

なお、図２（ａ）〜（ｅ）では、２フレームですべての受信走査線２１が選択される例を示しているが、本実施形態はこの構成に限られるものではなく、３以上のフレームですべての受信走査線２１が選択されるように構成してもよい。

なお、図示の都合上図２（ａ）〜（ｅ）では、撮像領域１２０ａが２次元である場合を示しているが、本実施形態は、３次元の撮像領域（ボリューム）にももちろん適用可能である。

受信部１０４、補間データ生成部１０および混合部３の機能は、ハードウエアによって実現してもよいし、その一部または全部をソフトウエアによって実現してもよい。ハードウエアによって実現する場合、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等のハードウエアによって受信部１０４、補間データ生成部１０および混合部３を構成し、上述した機能が実現されるようにＩＣ回路を設計する。また、ソフトウエアによって実現する場合、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））と、プログラムを予め格納したメモリによって、受信部１０４、補間データ生成部１０および混合部３の一部または全部を構成する。プロセッサがプログラムを読み込んで実行することにより、これらの機能を実現する。

以下、実施形態２以降により、本実施形態の超音波撮像装置をより具体的に説明する。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態２の超音波撮像装置について、図３および図４を用いて説明する。図３は、実施形態２の超音波撮像装置１１０の構成を示すブロック図であり、図４は、混合係数算出部３０の詳しい構成を示すブロック図である。

実施形態２では、同じ撮像対象１２０を撮像する場合、補間データよりも、過去のフレーム（スキャン）で実際得られた受信データの方が信頼性が高く、過去の受信データを使った方が画質は向上するという考え方に基づいて、補間データと過去の受信データの混合係数を決定する。具体的には、撮像対象１２０が今回のフレームと過去のフレームにおいて状態が近い（例えば、動きがない、超音波エコーを生じる物性値に変化がない）ほど、過去のフレームの受信で得られた受信データをより多く使うように混合係数を決定する。そのため、実施形態２における超音波撮像装置１１０は、混合係数算出部３０が、状態の近さの指標を算出する指標算出部３１と、それに基づいて混合係数を算出する、指標に基づく係数算出部３２を有する。

以下、実施形態２の超音波撮像装置１１０についてさらに詳しく説明する。以下の説明において、実施形態１の超音波撮像装置と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

実施形態２の超音波撮像装置１１０の超音波探触子１０８は、振動子が２次元に配列された構成であり、３次元方向に超音波を送受信する。図３に示すように、超音波撮像装置１１０には、実施形態１で説明した図１の構成の他に、送受切替部１０１、送信部１０２、送信スキャン位置決定部１０３、制御部１０６、ユーザーインターフェイス（ＵＩ）１２１、および、信号処理部１０５が配置されている。信号処理部１０５内には、補間データ生成部１０、混合部３（混合係数算出部３０、混合処理部４０）およびメモリ２０が配置されている。また、送受切替部１０１は、超音波探触子１０８に接続され、送信部１０２および受信部１０４は、送受切替部１０１に接続されている。

ＵＩ１２１は、操作者から撮像パラメータ等の設定を受け付ける操作入力部である。なお、表示装置１２２がＵＩ１２１を兼ねても良い。制御部１０６は、ＵＩ１２１が受け付けた撮像パラメータに基づいて、各部を制御して、撮像を実行させる。

送信スキャン位置決定部１０３は、制御部１０６の制御下で、送信ごとの超音波１２１の送信走査線２２１（後述の図７参照）の位置、および、受信部１０４が受信データを生成する受信走査線２１ａの位置を決定し、送信部１０２および受信部１０４に指示する。

送信部１０２は、送信スキャン位置決定部１０３が決定した送信走査線２２１の方向に超音波探触子１０８から超音波１２１を送信させる送信信号（電気信号）を生成し、送受切替部１０１を介して、超音波探触子１０８の複数の振動子に出力する。

受信部１０４は、送受切替部１０１を介して受信信号を超音波探触子１０８から受け取る。そして、受信部１０４は、送信スキャン位置決定部１０３から指示された受信走査線２１ａを選択して、実施形態１と同様に受信走査線２１ａ上の点（ピクセル）について、受信データを生成し、メモリ２０の領域２２ａに格納する。

本実施形態では、送信スキャン位置決定部１０３が、１回のスキャンにおいて撮像領域１２０ａに設定した複数の送信走査線２２１（図７参照）について、超音波探触子１０８が順に送信を行い（１スキャン）、送信ごとに受信信号を得て、受信部１０４が送信走査線２２１と同じ位置の１本の受信走査線２１ａ上の点について受信データを生成する。

補間データ生成部１０は、実施形態１と同様に、受信部１０４が選択しなかった受信走査線２１ｂ上の点（ピクセル）について、受信部１０４が生成した受信データを用いて、補間データを生成する。実施形態１とは異なり、補間データ生成部１０は、生成した補間データをメモリ２０の非選択受信走査線２１ｂの受信データを格納する領域に格納する。これにより、撮影開始直後であるために、過去のフレームの受信データが、メモリ２０の領域２３にまだ格納されておらず、混合部３が混合データを算出できない状態であっても、今回の補間データを用いて画像処理部１０７が画像を生成して表示することができるように構成している。

混合部３の混合係数算出部３０は、上述したように、状態の近さ（例えば、動きのなさ）の指標Ｒを算出する指標算出部３１と、指標Ｒに基づいて混合係数Ｃ１、Ｃ２を算出する指標に基づく係数算出部３２とを有する。指標算出部３１は、下式（１）により指標Ｒを算出する。指標に基づく係数算出部３２では、下式（２）により、補間データ生成部１０が補間データ値を算出した点について、混合係数Ｃ１、Ｃ２を算出する。

Ｒ＝Ａ／Ｂ ・・・（１）
ただし、Ｂは、今回スキャンで求めた補間データ値、Ａは、補間データ値Ｂが得られた点について、過去のスキャン（フレーム）で受信部１０４が生成した受信データ値である。

Ｃ１＝Ｒ、Ｃ２＝（１−Ｒ） ・・・（２）
混合処理部４０は、下式（３）により、混合データ値Ｄを算出する。

Ｄ＝Ａ＊Ｃ１＋Ｂ＊Ｃ２ ・・・（３）
指標Ｒは、補間データ値Ｂと過去の受信データ値Ａとが近いほど、１に近づき、今回スキャン（フレーム）時と過去スキャン時の撮像対象１２０の状態が近いことを示す。上記式（２）より、過去の受信データ値Ａの混合係数Ｃ１がＲであり、補間データ値Ｂの混合係数Ｃ２＝（１−Ｒ）であるから、式（３）より、混合データ値Ｄは、今回のスキャン時と過去スキャン時の撮像対象の状態が近いほど受信データ値Ａの割合が増し、状態が異なるほど補間データ値Ｂの割合が増す。

状態の近いことは、例えば、補間データ値を求めた点が、今回と過去のスキャンの間で動いていない（変位していない）ことや、超音波エコーを生じる反射や散乱等の物性に変化がないことを示している。実施形態２では、状態の近さを指標Ｒとして求め、指標Ｒの値に応じて、状態が近いほど、演算により求めた補間データ値Ｂよりも、実際に受信部１０４が生成した過去の受信データ値Ａの混合割合の大きい混合データ（受信データ）を演算により生成することができる。これにより、今回選択した受信走査線２１ａと、選択していない受信走査線２１ｂとの画像に空間的にムラの少ない高画質な３次元画像を提供できる。

つぎに、実施形態２の超音波撮像装置１１０の各部の動作について、図５〜図７を用いて説明する。図５は、制御部１０６の動作を示すフローチャートであり、図６は、ユーザーインターフェイス用の画面例である。図７（ａ）は、１スキャンにおいて設定される送信走査線２２１（実施形態２では受信走査線２１ａと同じ）の位置を、図７（ｂ）は、補間データを生成する受信走査線２１ｂの位置を、図７（ｃ）は混合処理後の混合データが格納される受信走査線２１ｂの位置を示している。

制御部１０６は、ＣＰＵ等のプロセッサと、予めプログラムが格納されたメモリとを備えて構成され、プロセッサがメモリ内のプログラムを読み込んで実行することにより、図５のフローのように各部を制御して動作させる。受信部１０４、補間データ生成部１０、および、混合部３は、実施形態１で述べたように、ハードウエアでその機能が実現される構成であってもよいし、ソフトウエアでその機能が実現される構成であってもよい。同様に、送信スキャン位置決定部１０３および送信部１０２も、これらの機能が、ハードウエアおよびソフトウエアのいずれで実現される構成であってもよい。

図５のフローチャートのように、制御部１０６は、表示装置１２２に図６の画面６１を表示させ、操作者からＵＩ１２１を介して撮像パラメータの設定を受け付ける（ステップ５０１）。図６の画面６１は、ボリューム（フレーム）レートを通常にするか高速にするか、つまり、ボリュームレートの種類を操作者が選択をするための領域６２と、ボリュームレートを高速にする場合、Ｎ倍速のＮの値の入力を操作者が入力するための領域６３とを含む。これにより、制御部１０６は、撮像パラメータとして、ボリュームレートの種類と、高速ボリュームレートの場合、Ｎ倍速のＮ値を、ＵＩ１２１を介して操作者から受け付ける（ステップ５０１）。以下、ボリュームレートの種類が高速である場合を説明する。

制御部１０６は、送信スキャン位置決定部１０３にＮ値を受け渡し、送信走査線２２１の位置の決定を指示する。送信スキャン位置決定部１０３は、Ｎ値ごとに、各スキャンでどの位置に送信走査線２２１を設定するかを予め定めたパターンが格納されたメモリを内蔵しており、制御部１０６から指示されたＮ値に対応する送信走査線２２１のパターンを読み出し、送信部１０２に設定する（ステップ５０３）。

図７（ａ）は、Ｎ＝４の場合、１回目から４回目のスキャンにおける送信走査線２２１（＝受信走査線２１ａ）の位置を示している。ここでは、Ｎ倍速（Ｎ＝４）であるので、スキャンをＮ回繰り返すと、３次元の撮像領域１２０ａの画像化に必要とするすべて送信走査線２２１についての送信が完了するように、１回のスキャンでは、画像化に必要な送信走査線２２１（図７（ａ）では１６本）の１／Ｎ本（４本）の送信走査線２２１が選択されている。選択された送信走査線２２１は、撮像領域１２０ａにおいて、ほぼ均一な密度となるようにパターンが設定されている。また、Ｎ回のスキャンで選択される１／Ｎ本の送信走査線２２１（＝受信走査線２１ａ）は、互いに重ならないように設定されている。

制御部１０６は、スキャン回数ｎに１を設定してスキャンを開始し（ステップ５０４）、超音波送受信処理を実行する（ステップ５０５，５０６）。具体的には、制御部１０６の制御下で、送信処理として、送信部１０２は、１回目のスキャンにおいて、送信スキャン位置決定部１０３から指定された複数の送信走査線２２１（図７（ａ）では４本）に順に超音波１２１が送信されるように、送信信号を順に生成して、超音波探触子１０８に出力する（ステップ５０５）。これにより、超音波探触子１０８から４本の送信走査線２２１に沿って順に超音波１２１が送信され、送信のたびに撮像領域１２０ａからの超音波エコー１２２が超音波探触子１０８により受信され、受信信号が出力される。

制御部１０６の制御下で、受信処理として、受信部１０４は、送信走査線２２１と同じ位置の受信走査線２１ａを選択して、受信走査線２１ａ上の複数の点についての受信データを、整相加算処理等により生成する（ステップ５０６）。受信部１０４は、生成した受信データを、メモリ２０の領域２２ａに格納するとともに、補間データ生成部１０にも受け渡す。

補間データ生成部１０は、画像化に必要なすべての受信走査線２１のうち選択していない受信走査線２１ｂ上の点について、図７（ｂ）のように、補間データを生成する（ステップ５０７）。生成した補間データは、メモリ２０の領域２２ｂに格納（保存）する（ステップ５０８）。

ステップ５０９では、スキャン回数ｎが２以上かどうかを制御部１０６が判定し、２未満である場合には、ｎを１インクリメントし（ステップ５１０）、ステップ５０５〜５０８に戻って、２回目のスキャンを実行する（ステップ５１０）。このとき、１回目のスキャンにおいてメモリ２０の領域２２ａ、２２ｂに格納された受信データおよび補間データは、過去の受信データとして領域２３に移される。

２回目のスキャンにおいては、図７（ａ）のように、１回目のスキャンとは異なる複数の送信走査線２２１（図７（ａ）では４本）について、超音波１２１が送信され、超音波エコー１２２が受信され、送信走査線２２１と同じ選択された受信走査線２１ａについて受信データが生成され、メモリ２０の領域２２ａに格納される（ステップ５０５，５０６）。また、選択されていない受信走査線２１ｂについて補間データが補間データ生成部１０によって生成され、メモリ２０の領域２２ｂに格納される（ステップ５０７、５０８）。

再びステップ５０９において、スキャン回数ｎが２以上かどうかを制御部１０６が判定し、２以上であるので、ステップ５１１に進む。制御部１０６の制御下で、混合係数算出部３０は、補間データ生成部１０が補間データを生成した点について、メモリ２０の領域２３に格納されている過去の受信データ（ｎ＝２〜４では、一部は補間データ）を読み出す（ステップ５１１）。そして、ステップ５１２に進み、制御部１０６の制御下で、混合係数算出部３０の指標算出部３１は、読み出した過去の受信データ値Ａと、今回のスキャンで求めた補間データ値Ｂとの状態の近さを示す指標Ｒを上記した式（１）により算出する。係数算出部３２は、指標Ｒに基づき、式（２）により、過去の受信データ値Ａの混合係数Ｃ１、補間データ値Ｂの混合係数Ｃ２を算出する。

さらに、混合処理部４０は、制御部１０６の制御下で、式（３）により、過去の受信データ値Ａと補間データ値Ｂを混合係数Ｃ１、Ｃ２の割合で混合処理し、混合データＤを得る（ステップ５１３）。得られた混合データは、メモリ２０の領域２２ｂの補間データと置き換えて保存する（ステップ５１４）。これにより、今回のスキャンで補間データを求めた点の状態が、前回のスキャン時とどれくらい状態が近いかに応じて、前回の受信データ値Ａと、今回の補間データ値Ｂとを混合した混合データＤを求めて、補間データを混合データＤに置き換えることができる。

なお、スキャン回数が少ない場合（ｎ＝２〜４）、メモリ２０の領域２３の一部に前回のスキャンの補間データが格納されている。補間データ生成部１０は、領域２３から読み出したデータが補間データである場合も、今回の補間データと混合して混合データを求めてもよいし、混合せずに今回の補間データのみを用いてもよい。また、領域２３に格納されているデータが、過去の混合データである場合には、受信部１０４が生成した過去の受信データと同様に確からしいので、受信部１０４が生成した過去の受信データと同様に扱い、今回の補間データとの混合データを求める。

つぎに、ステップ５１５においては、制御部１０６の制御下で、画像処理部１０７は、メモリ２０の領域２２内の今回のスキャンの受信走査線２１ａの受信データ、および、受信走査線２１ｂの混合データ（または補間データ）を用いて、撮像領域１２０ａの３次元画像（３次元ボリュームデータ）を生成し、表示装置１２２に表示させる。

そして、ステップ５１０に戻り、制御部１０６は、次のスキャンを行う。スキャン回数ｎがＮを超えた場合には、制御部１０６は、再び１回目のスキャンの送信走査線２２１のパターンに戻って、同様にスキャンを繰り返し、ＵＩ１２１を介して操作者から撮像終了の指示があるまでスキャンを繰り返し行う。

上記動作により、実施形態２では、非選択受信走査線２１ｂ上の受信データを、補間データと過去の受信データとを、補間データと過去の受信データの状態の近さに基づいて決定した混合係数により混合するため、補間データや過去の受信データを選択的に用いる場合と比較して、偽像の発生を抑制しつつ、画質を向上させることができる。

なお、上記説明では、受信走査線２１ｂ上の点（ピクセル）ごとに、指標Ｒを求めているが、指標Ｒを求める単位は、ピクセルごとに限らず、ボクセルや平面の一定範囲（領域）単位ごとに求めてもよい。すなわち、混合部３の混合係数算出部３０は、混合割合を算出（決定）する際に、補間データを求めた点とその周囲の複数の点を含む領域を受信走査線２１ｂに設定し、領域内の複数の点の補間データの代表値と、領域内の複数の点についての過去の受信データの代表値とに基づいて、この領域における補間データと過去の受信データの混合係数（混合係数）を決定してもよい。例えば、ボクセルの場合、ｘ、ｙ、ｚ方向に３×３×３の立方体の範囲を領域とし、領域内のデータの代表値や平均値を用い、指標Ｒを算出する。指標Ｒから求めた混合係数Ｃ１、Ｃ２を、３×３×３の立方体の領域に含まれる全ピクセルに対して適用し、それぞれのピクセルごとの過去の受信データ値Ａと補間データ値Ｂとを混合する。この場合、ピクセル単位で指標Ｒを算出する場合よりも、そのピクセルが含まれる一定範囲（領域）の状態を考慮して、指標Ｒを求めることができるため、画質を向上させることができる可能性がある。また、ピクセル単位で指標Ｒを算出する場合よりも、一定範囲（領域）で指標Ｒを算出した方が、計算量を低減できるという利点もある。

ボクセルや平面の一定範囲（領域）のデータの代表値は、領域内の複数の点についての補間データや受信データの平均値や、領域内の複数の点の補間データや受信データの重心座標のデータ値などを用いてもよい。なお、重心座標は、以下のようにして求めることができる。ボクセルや平面の領域内の点（ピクセル）の座標ベクトルをVi=（Xi,Yi,Zi）（ただし、iは、領域内の各点（ピクセル）の番号、３×３の平面の領域ならば、i＝１〜９）、各点（ピクセル）のデータ値（補間データ値または受信データ値）をBiとすると、重心座標ベクトルＳは、以下の式（４）により求められる。
S＝Σ(Vi＊Bi)/Σ(Bi) ・・・（４）

なお、指標Ｒの算出に用いる補間データ値や、過去の受信データ値は、実施形態１で述べたように、整相加算後データの強度（３次元画像の輝度データ）でも良いし、波形情報（振幅、位相情報）でもよい。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態３の超音波撮像装置について説明する。

実施形態３の超音波撮像装置は、実施形態２の超音波撮像装置と同様な構成であるが、指標算出部３１の構成が実施形態２とは異なっている。

実施形態２では、補間データを求めた点について、今回と前回のスキャンにおける状態の近さの指標Ｒを、式（１）のように補間データと過去データとの比により求めたが、実施形態３では、差分量を用いる。差分量が小さいほど状態が近いことになるが、小ささを適切に表すために基準値を用い、差分量と、基準値との差または比を指標Ｒとして用いる。基準値は、撮像領域１２０ａ全体から得られた受信データの分布情報から定める。

図８は、実施形態３の混合係数算出部３０の詳しい構成を示すブロック図である。図８に示すように、指標算出部３１は、分布算出部３３と、基準値設定部３４とを有する。分布算出部３３は、撮像領域１２０ａ全体の受信データ値の分布を算出する。基準値設定部３４は、分布算出部３３が求めた受信データの分布から基準値を設定する。

具体的には、分布算出部３３では、実施形態２のステップ５０６で受信部１０４が生成した今回のスキャンの撮像領域１２０ａの全体の受信データ値の分布を算出する。図９は、分布算出部３３が算出した受信データ値の分布の一例をグラフとして示したものであり、横軸は受信データ値、縦軸は、受信データ値のデータサンプル数である。図９のように、受信データ値は、０値以外では、受信データ値Ｄｐをピークとして分布している。基準値設定部３４は、受信データのサンプル数が所定値以上となる範囲９０の最も受信データ値が小さい値を、基準値Ｓとして設定する。もしくは、基準値設定部３４は、分布算出部３３が算出した受信データの分布が立ち上がり始める点を受信データ値Ｄ１とし、ピークよりも受信データ値がゼロに近い側で、サンプル数がピークとなる点よりも手前の点（例えば、サンプル数が所定割合（例えば８０％）となる点）の受信データ値をＤ２とし、Ｄ１〜Ｄ２の範囲内で基準値Ｓを設定してもよい。また、Ｄ１〜Ｄ２の範囲内の基準値Ｓは、自動的もしくはユーザによって調整可能とすることが望ましい。

指標算出部３１は、分布算出部３３と基準値設定部３４が求めた基準値Ｓと、下式（５）、（６）により、指標Ｒを算出する。

Ｒ＝（Ｓ−ｄ）／Ｓ ・・・（５）
ｄ＝｜Ａ−Ｂ｜ ・・・（６）
ただし、Ｂは、今回スキャンで求めた補間データ値、Ａは、補間データ値Ｂが得られた点について、過去のスキャンで受信部１０４が生成した受信データ値である。

指標に基づく係数算出部３２は、実施形態２と同様に下式（２）により、混合係数Ｃ１、Ｃ２を算出する。

Ｃ１＝Ｒ、Ｃ２＝（１−Ｒ） ・・・（２）

混合処理部４０は、実施形態２と同様に下式（３）により、混合データ値Ｄを算出する。

Ｄ＝Ａ＊Ｃ１＋Ｂ＊Ｃ２ ・・・（３）

上記式（５）、（６）により定められる指標Ｒを用いることにより、補間データ値Ｂと過去の受信データ値Ａとの差分量ｄが小さい（状態が近い）ほど、混合データＤにおける過去の受信データ値Ａの割合が増し、状態が異なるほど補間データ値Ｂの割合が増す。このとき、基準値Ｓとして、受信データの分布が立ち上がり始める点のＤ１から、ピークよりも手前の点Ｄ２の間の値を用いることにより、基準値Ｓが大きすぎて、過去の受信データの残像を生じさせることがなく、また、基準値Ｓが小さすぎて補間データが多くなり、画質向上の効果が得にくくなるという問題も生じにくい。よって、撮像対象１２０のリアルタイムの状態に基づいて適切な混合係数の算出ができ、画像に時間的なムラがなく、高画質な３次元画像を提供できる。

他の構成及び動作については、実施形態２と同様であるので、説明を省略する。

＜＜実施形態４＞＞
上記してきた実施形態１から３にかかる超音波撮像装置において、混合係数算出部３０は、補間データ生成部１０が生成した受信走査線２１ｂ上の補間データ、および、メモリ２０の領域２３から読み出した受信走査線２１ｂ上の過去の受信データのそれぞれについて、ローパスフィルタを適用してから、両データを用いて混合係数を算出してもよい。
一般に、受信走査線２１上の複数の点の受信データは、超音波の干渉によって生じるスペックルパターン等の強弱パターンを含むことが知られている。ローパスフィルタを適用することにより、受信走査線２１上の補間データおよび過去データから、超音波データ特有のスペックルパターン等を低減させ、受信走査線２１ｂ方向に滑らかに変化するデータに変換することができる。これにより、超音波データ特有のばらつきが低減されるため、混合係数算出部３０は、超音波データ特有のばらつきに左右されることなく、混合係数を算出することができる。よって、高画質な３次元画像を提供できる。

＜＜実施形態５＞＞
実施形態５では、撮像対象１２０が心臓のように周期的に同一の動きを繰り返すものである場合であっても、その影響を除外して、混合係数を算出できる超音波撮像装置を提供する。そのため、混合係数算出部３０および混合処理部４０は、過去の受信データとして、今回のスキャンと同一時相のタイミングで得られた過去の受信データをメモリ２０の領域２３から読み出す構成とする。

具体的に、実施形態５の超音波撮像装置の構成を図１０を用いて説明する。図１０は、実施形態５の超音波撮像装置１１１の構成を示すブロック図である。図１０のように、送信部１０２は、撮像対象１２０に取り付けた心電計等の生体信号計１２と接続されている。これにより、制御部１０６の制御下で、送信部１０２は、心電図のＲ波などの生体信号を受け取って、生体信号に同期して、複数の時相において送信信号を超音波探触子１０８に出力する。これにより、超音波探触子１０８は、心臓の時相に同期して超音波１２１を送信する。

メモリ２０の過去の受信データを格納する領域２３は、撮像対象１２０の時相ごとに、過去のデータを格納する領域（時相領域）２３ａ〜２３ｄを備えている。各領域２３ａ〜２３ｄには、それぞれの時相の過去の受信データが格納される。したがって、領域２３には、心臓の一心拍（一周期）分の過去の受信データが格納される。

混合係数算出部３０は、制御部１０６の制御下で、今回のスキャンにおいて補間データ生成部１０から受け取った補間データと同一の点の過去の受信データを、領域２３ａ〜２３ｂのうち、同一の時相の過去の受信データが格納された領域を選択して読み出し、補間データと過去の受信データとを用いて混合係数を算出する。これにより、リアルタイムで激しく動いている心臓であっても、補間データおよび受信データを得た時相は同一であるため、心臓の実質的な形態は動いていないことに等しい。つまり心臓の周期的な状態の変化を除外して、それ以外の理由による状態の近さに応じて、混合係数を算出することができる。したがって、実際のスキャンで過去に得られた受信信号をより高い割合で混合した混合データを得ることができるため、画像処理部１０７が生成する画像を高画質化できる。

また、不正脈などの疾患によって、局所的に心臓の状態が変化した場合においても、実施形態１〜５では、混合係数の算出および混合処理を、撮像領域１２０ａのピクセルごとに補間データと過去の受信データの混合処理を行うため、不整脈等により局所的な撮像対象の変化の影響を受けにくく、空間的に滑らかでムラのない画質を提供することができる。

１２…生体信号計、２０…メモリ、２１…受信走査線、２２…今回の受信データを格納する領域、２３…過去の受信データを格納する領域、３１…指標算出部、３２…指標に基づく係数算出部、３３…分布算出部、３４…基準値設定部、６１…画面、１００…超音波撮像装置、１０８…超音波探触子、１０２…送信部、１０３…送信スキャン位置決定部、１０４…受信部、１０５…信号処理部、１２０…撮像対象、１２０ａ…撮像領域、２２１…送信走査線

Claims (12)

1. 撮像対象に超音波を送信し、送信ごとに前記撮像対象から戻る超音波を受信し、受信信号に変換する超音波探触子と、
   前記撮像対象の撮像領域に画像化に必要な数の受信走査線を設定し、前記受信走査線のうちの所定数を選択して、選択した前記受信走査線上の複数の点それぞれについての受信データを、前記受信信号から生成する受信部と、
   前記受信部が生成した受信データを記憶するメモリと、
   前記受信部が生成した前記受信データを補間処理することにより、前記受信部が選択しなかった前記受信走査線のうち１以上の受信走査線上の複数の点についての受信データの値に相当する補間データ値Ｂを演算により生成する補間データ生成部と、
   前記補間データ値Ｂを求めた前記点と同一の点について、前記受信部が過去の前記受信信号から生成した過去の受信データ値Ａを前記メモリから読み出して、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａとを混合して混合データ値Ｄを生成して、前記点の値とする混合部とを有し、
   前記混合部は、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａから、それらの値の近さを表す指標値Ｒを算出し、混合係数Ｃ１，Ｃ２を
   Ｃ１＝Ｒ、Ｃ２＝（１−Ｒ）
   により算出し、
   前記混合データ値Ｄを
   Ｄ＝Ａ＊Ｃ１＋Ｂ＊Ｃ２
   により算出する
   ことを特徴とする超音波撮像装置。
2. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記指標値Ｒは、前記補間データ値Ｂと、前記過去の受信データ値Ａとの値の比Ａ／Ｂであることを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記指標値Ｒは、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａとの値の差分量｜Ａ−Ｂ｜と、予め求めておいた基準値Ｓとの差または比であることを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項３に記載の超音波撮像装置であって、前記混合部は、前記基準値Ｓを、前記受信部が求めた前記受信データの値の分布に基づいて決定することを特徴とする超音波撮像装置。
5. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記混合部は、前記補間データを求めた点とその周囲の複数の前記点を含む領域を前記受信走査線に設定し、前記領域に含まれる複数の点の前記補間データ値Ｂの代表値と、前記領域内に含まれる複数の前記点についての前記過去の受信データ値Ａの代表値とに基づいて前記指標値Ｒを算出し、前記領域における前記混合係数Ｃ１，Ｃ２を決定することを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項５に記載の超音波撮像装置であって、前記補間データ値Ｂの代表値は、前記領域内の複数の前記点についての補間データ値Ｂの平均値、または、前記領域内の複数の前記点の補間データ値Ｂの重心座標の補間データ値であり、前記受信データ値Ａの代表値は、前記領域内の複数の前記点についての前記受信データ値Ａの平均値、または、前記領域内の複数の前記点についての受信データ値Ａの重心座標の受信データ値であることを特徴とする超音波撮像装置。
7. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記受信データ値Ａは、前記受信信号を前記点について焦点を結ぶように整相加算した整相加算後信号の強度または波形情報であることを特徴とする超音波撮像装置。
8. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記超音波探触子は、前記撮像対象の周期的な動きに同期して、前記周期中に設定した複数の時相ごとに超音波を送信し、
   前記混合部は、前記補間データ値Ｂを求めた前記点と同一の点について、前記受信部が過去の同一時相に送信された超音波について得た前記受信信号から生成した受信データを、前記過去の受信データ値Ａとして前記メモリから読み出して、前記補間データ値Ｂと混合することを特徴とする超音波撮像装置。
9. 請求項８に記載の超音波撮像装置であって、前記メモリは、前記複数の時相ごとの前記受信データをそれぞれ格納する複数の領域を有し、
   前記混合部は、前記複数の領域のうち、前記受信部が今回受信データを生成した時相と同一の時相の前記領域を選択し、選択した前記領域に格納されている前記過去の受信データ値Ａを読み出すことを特徴とする超音波撮像装置。
10. 請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記超音波探触子が今回受信した受信信号から前記受信部が生成した受信データと、前記混合部が混合した前記混合データ値Ｄとを用いて、前記撮像対象の画像を生成する画像処理部をさらに有することを特徴とする超音波撮像装置。
11. 超音波撮像装置の受信部が、画像化に必要な数の受信走査線のうちの所定数を選択して、選択した前記受信走査線上の複数の点それぞれについて生成した受信データを受け取って記憶するメモリと、
    前記受信部が生成した前記受信データを補間処理することにより、前記受信部が選択しなかった前記受信走査線のうち１以上の受信走査線上の複数の点についての受信データの値に相当する補間データ値Ｂを演算により生成する補間データ生成部と、
    前記補間データ値Ｂを求めた前記点と同一の点について、前記受信部が過去の前記受信信号から生成した過去の受信データ値Ａを前記メモリから読み出して、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａとを混合して、前記点の値とする混合部とを有し、
    前記混合部は、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａから、それらの値の近さを表す指標値Ｒを算出し、混合係数Ｃ１，Ｃ２を
    Ｃ１＝Ｒ、Ｃ２＝（１−Ｒ）
    により算出し、
    前記混合データ値Ｄを
    Ｄ＝Ａ＊Ｃ１＋Ｂ＊Ｃ２
    により算出する
    ことを特徴とする信号処理装置。
12. 超音波を送信された撮像対象から戻る超音波を受信した受信信号を受け取って、前記撮像対象の撮像領域に画像化に必要な数の受信走査線を設定し、前記受信走査線のうちの所定数を選択して、選択した前記受信走査線上の複数の点それぞれについての受信データを、前記受信信号から生成し、
    前記受信データをメモリに格納し、
    前記受信データを補間処理することにより、選択しなかった前記受信走査線のうち１以上の受信走査線上の複数の点についての受信データの値に相当する補間データ値Ｂを演算により生成し、
    前記補間データ値Ｂを求めた前記点と同一の点について、過去の受信信号から生成した過去の受信データ値Ａを前記メモリから読み出して、前記補間データ値Ｂと前記過去の受信データ値Ａから、それらの値の近さを表す指標値Ｒを算出し、混合係数Ｃ１，Ｃ２を
    Ｃ１＝Ｒ、Ｃ２＝（１−Ｒ）
    により算出し、
    前記混合データ値Ｄを
    Ｄ＝Ａ＊Ｃ１＋Ｂ＊Ｃ２
    により算出し、
    前記受信データと前記混合データ値Ｄとを用いて前記撮像対象の画像を生成する
    ことを特徴とする超音波撮像装置の信号処理方法。

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