CN102958447B - 超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法 - Google Patents

超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够将观察对象组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。针对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此根据具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。

Description

超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法
技术领域
本发明涉及一种使用超声波来观测检体的组织的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
背景技术
以往，作为使用超声波进行的乳腺癌等的检查技术，已知一种超声波弹性成像技术(例如参照专利文献1)。超声波弹性成像是利用生物体内的癌、肿瘤组织的硬度由于疾病的发展状况、生物体不同而不同的技术。在该技术中，在从外部挤压检查位置的状态下，使用超声波对该检查位置的生物体组织的应变量、弹性率进行测量，将该测量结果变换为断层图像来进行图像显示。
专利文献1：国际公开第2005/122906号
发明内容
发明要解决的问题
通常，期望超声波诊断用的图像以诊断者能够明确地识别生物体组织的组织性状的方式显示。然而，在上述超声波弹性成像的情况下，由挤压产生的压力不容易传递到血管、***等脉管的下部，因此无法以能够明确地识别脉管与其它组织的边界的方式进行显示。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示并且能够明确地显示组织性状的差异的超声波观测装置、超声波观测装置的动作方法以及超声波观测装置的动作程序。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题而达到目的，本发明所涉及的超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的特征在于，具备：频率分析部，其对分别位于接收到的超声波的多个声线上且相互不同的多个位置处的上述超声波的频率进行分析，由此算出各位置的频谱；特征量提取部，其通过以多项式对上述频率分析部对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，来至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为上述各位置处的上述频谱的特征量，其中，该第一谱强度是包含在上述多项式的定义区域内的第三频率处的上述多项式的值，该第二谱强度是与上述第一频率至上述第三频率不同的第四频率处的上述多项式的值；以及特征量图像数据生成部，其使(a)上述第一谱强度、(b)上述第二谱强度以及(c)上述第一谱强度与上述第二谱强度之差或者之比的函数中的(a)至(c)中的任一个与第一视觉信息对应，并且使其余两个中的任一个与不同于上述第一视觉信息的第二视觉信息对应，由此生成用于在视觉上显示上述特征量的分布的特征量图像。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述第三频率是包含在上述频带内的频率，上述第四频率是包含在上述频带外的频率。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部以一次式对上述频谱进行近似，上述第一谱强度和上述第二谱强度中的一个是上述一次式的截距，另一个是使用上述一次式的斜率、上述截距以及上述第三频率来决定的特定谱强度。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述第一视觉信息是与上述截距和上述特定谱强度之差或者之比的函数对应的色调，上述第二视觉信息是与上述截距或者上述特定谱强度对应的明度和/或彩度。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述第一视觉信息是与上述截距对应的色调，上述第二视觉信息是与上述特定谱强度对应的明度和/或彩度。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备输入部，其接受切换指示信号的输入，该切换指示信号用于对上述第一谱强度、上述第二谱强度、上述第一谱强度和上述第二谱强度之差或者之比的函数与上述第一视觉信息和第二视觉信息之间的对应进行切换，上述特征量图像数据生成部生成与上述输入部接收到的切换指示信号相应的特征量图像。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部具有：近似部，其以上述多项式对上述频谱进行近似，提取基于该多项式的校正前特征量；以及衰减校正部，其对上述近似部提取出的校正前特征量进行衰减校正，由此提取上述频谱的特征量，其中，上述衰减校正用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述特征量提取部具有：衰减校正部，其对上述频谱进行衰减校正，其中，上述衰减校正用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献；以及近似部，其以上述多项式对上述衰减校正部校正后的频谱进行近似，提取基于该多项式的特征量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，超声波的接收深度越大，上述衰减校正部进行越大的校正。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备：信号放大部，其以与接收深度相应的放大率对从上述检体接收到的超声波的信号进行放大；B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将由上述信号放大部放大后的超声波的信号的振幅变换为亮度来进行显示；放大校正部，其对由上述信号放大部放大后的上述超声波的信号进行放大校正以使放大率与接收深度无关地成为固定；以及控制部，其一并进行上述放大校正部和上述衰减校正部的校正，其中，上述频率分析部对由上述放大校正部进行放大校正后的上述超声波的信号的频率进行分析。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备：信号放大部，其以与接收深度相应的放大率对从上述检体接收到的超声波的信号进行放大；B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将上述信号放大部放大后的超声波的信号的振幅变换为亮度来进行显示；以及放大校正部，其对由上述信号放大部放大后的上述超声波的信号进行放大校正以使放大率与接收深度无关地成为固定，其中，上述频率分析部对由上述放大校正部进行放大校正后的上述超声波的信号的频率进行分析。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，直到规定的接收深度为止，上述信号放大部进行放大时的放大率单调增加。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备：信号放大部，其对从上述检体接收到的超声波的接收信号进行放大；以及B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将上述信号放大部放大后的上述接收信号的振幅变换为亮度来进行显示，其中，对于向上述B模式图像数据生成部输出的信号，上述信号放大部根据接收深度改变放大率进行放大，另一方面，对于向上述频率分析部输出的信号，上述信号放大部以固定的放大率进行放大。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，直到规定的接收深度为止，针对向上述B模式图像数据生成部输出的信号的放大率单调增加。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备：存储部，其存储根据从基准反射体接收到的超声波的频率而得到的基准谱；频带设定部，其设定上述频带；以及校正频谱计算部，其根据上述存储部存储的基准谱来对上述频率分析部算出的上述频谱进行校正，由此算出校正频谱，其中，上述特征量提取部提取上述校正频谱计算部算出的校正频谱的特征量。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述存储部至少按上述超声波的每个接收深度来存储上述基准谱，上述校正频谱计算部按每个上述接收深度来求出上述基准谱与上述频谱之差，由此算出上述校正频谱。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，上述存储部具有频带信息存储部，该频带信息存储部存储与超声波的接收深度相应地决定的、该接收深度越大则带宽越窄且最大频率越小的频带，上述频带设定部参照上述频带信息存储部存储的频带信息来设定上述频带。
另外，本发明所涉及的超声波观测装置的特征在于，在上述发明中，还具备显示部，该显示部显示上述特征量图像。
另外，本发明涉及一种超声波观测装置的动作方法，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在于，具有以下步骤：频率分析步骤，通过频率分析部对分别位于接收到的超声波的多个声线上且相互不同的多个位置处的上述超声波的频率进行分析，由此算出各位置的频谱；特征量提取步骤，通过特征量提取部以多项式对通过上述频率分析步骤对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，由此至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为上述各位置处的上述频谱的特征量，其中，上述第一谱强度是包含在上述多项式的定义区域内的第三频率处的上述多项式的值，上述第二谱强度是与上述第一频率至上述第三频率不同的第四频率处的上述多项式的值；以及特征量图像数据生成步骤，通过特征量图像数据生成部使(a)上述第一谱强度、(b)上述第二谱强度以及(c)上述第一谱强度与上述第二谱强度之差或者之比的函数中的(a)至(c)中的任一个与第一视觉信息对应，并且使其余两个中的任一个与不同于上述第一视觉信息的第二视觉信息对应，由此生成用于在视觉上显示上述特征量的分布的特征量图像。
另外，本发明涉及一种超声波观测装置的动作程序，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作程序的特征在于，使该超声波观测装置执行以下步骤：频率分析步骤，通过频率分析部对分别位于接收到的超声波的多个声线上且相互不同的多个位置处的上述超声波的频率进行分析，由此算出各位置的频谱；特征量提取步骤，通过特征量提取部以多项式对通过上述频率分析步骤对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，由此至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为上述各位置处的上述频谱的特征量，其中，上述第一谱强度是包含在上述多项式的定义区域内的第三频率处的上述多项式的值，上述第二谱强度是与上述第一频率至上述第三频率不同的第四频率处的上述多项式的值；以及特征量图像数据生成步骤，通过特征量图像数据生成部使(a)上述第一谱强度、(b)上述第二谱强度以及(c)上述第一谱强度与上述第二谱强度之差或者之比的函数中的(a)至(c)中的任一个与第一视觉信息对应，并且使其余两个中的任一个与不同于上述第一视觉信息的第二视觉信息对应，由此生成用于在视觉上显示上述特征量的分布的特征量图像。
发明的效果
根据本发明，对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此能够根据具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。因而，能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的信号放大部所进行的放大处理中的接收深度与放大率之间的关系的图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的放大校正部所进行的放大处理中的接收深度与放大率之间的关系的图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的频率分析部所算出的频谱的例子(第一例)的图。
图5是表示根据对与图4示出的直线有关的特征量进行衰减校正后的特征量而确定的新的直线的图。
图6A是示意性地表示观察对象为正常的组织的情况的图。
图6B是示意性地表示观察对象为异常的组织的情况的图。
图7是说明频谱与散射体的大小相应地变化的图。
图8是说明散射体的大小没有变化而声阻抗比或者每单位体积的散射体数量不同的组织的频谱的差异的图。
图9是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置对特征量图像分配的谱强度的强度差的绝对值与色调的关系的图。
图10是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程图。
图11是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的显示部中的B模式图像的显示例的图。
图12是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的频率分析部所进行的处理的概要的流程图。
图13是示意性地表示一个声线的数据排列的图。
图14是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的显示部所显示的特征量图像的显示例的图。
图15是以黑白方式示意性地表示图14示出的图像的图。
图16是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的显示部所显示的特征量图像的显示例(第二例)的图。
图17是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的显示部所显示的特征量图像的显示例(第三例)的图。
图18是表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置的处理的概要的流程图。
图19是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的超声波观测装置所进行的衰减校正处理的概要的图。
图20是表示本发明的实施方式3所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
图21是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的超声波观测装置所存储的频带信息的图。
图22是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的超声波观测装置所存储的基准谱的制作概要的图。
图23是表示本发明的实施方式3所涉及的超声波观测装置的频率分析部所进行的处理的概要的流程图。
图24是示意性地表示对频谱进行的校正频谱计算处理和特征量提取处理的概要的图。
图25是表示本发明的实施方式4所涉及的超声波观测装置的结构的框图。
图26是表示运算用回波信号的放大率与接收深度之间的关系的图。
图27是表示本发明的实施方式4所涉及的超声波观测装置的频率分析部所进行的处理的概要的流程图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波观测装置的结构的框图。该图示出的超声波观测装置1是使用超声波来观测检体的装置。
超声波观测装置1具备：超声波探头2，其向外部输出超声波脉冲，并且接收在外部反射的超声波回波；发送和接收部3，其与超声波探头2之间进行电信号的发送和接收；运算部4，其对变换超声波回波而得到的电回波信号实施规定的运算；图像处理部5，其生成与变换超声波回波而得到的电回波信号对应的图像数据；输入部6，其接受各种信息的输入；显示部7，其使用由液晶或者有机EL等构成的显示面板来实现，显示包括由图像处理部5生成的图像的各种信息；存储部8，其存储包括与已知检体的组织性状有关的信息的各种信息；以及控制部9，其对超声波观测装置1进行动作控制。
在本实施方式1中，在此所指的“组织性状”例如是指癌症、内分泌肿瘤、粘液性肿瘤、正常组织、脉管等中的任一个。在检体为胰腺的情况下，作为组织性状还包含慢性胰腺炎、自身免疫性胰腺炎等。这一点，在后述的实施方式中也相同。
超声波探头2具有信号变换部21，该信号变换部21将从发送和接收部3接收到的电脉冲信号变换为超声波脉冲(声脉冲信号)，并且将由外部的检体反射而得到的超声波回波变换为电回波信号。超声波探头2可以是以机械方式使超声波振子进行扫描的探头，也可以是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头。
发送和接收部3与超声波探头2电连接，将脉冲信号发送给超声波探头2，并且从超声波探头2接收作为接收信号的回波信号。具体地说，发送和接收部3根据预先设定的波形和发送定时来生成脉冲信号，将所生成的该脉冲信号发送给超声波探头2。
发送和接收部3具有对回波信号进行放大的信号放大部31。具体地说，信号放大部31进行STC(SensitivityTimeControl：灵敏度时间控制)校正，回波信号的接收深度越大，以越高的放大率进行放大。图2是表示回波信号的接收深度与放大率之间的关系的图。图2示出的接收深度z是根据从开始接收超声波的时刻起的经过时间而算出的量。如图2所示，在接收深度z小于阈值zth的情况下，放大率β随着接收深度z的增加而从β0向βth(>β0)线性增加。另外，在接收深度z为阈值zth以上的情况下，将放大率β设为固定值βth。阈值zth的值是从检体接收到的超声波信号大部分衰减而噪声处于支配地位的值。更通常地，在接收深度z小于阈值zth的情况下，放大率β随着接收深度z的增加而单调增加即可。
发送和接收部3在对由信号放大部31放大得到的回波信号实施滤波等处理之后，通过进行A/D变换来生成数字RF信号而输出。此外，在超声波探头2是以电子方式使多个超声波振子进行扫描的探头的情况下，发送和接收部3具有与多个超声波振子对应的束合成用的多通道电路。
运算部4具有：放大校正部41，其对由发送和接收部3输出的数字RF信号进行放大校正，该放大校正用于使放大率与接收深度无关地成为固定；频率分析部42，其对进行了放大校正的数字RF信号实施高速傅里叶变换(FFT)来进行频率分析，由此算出频谱(功率谱)；以及特征量提取部43，其通过对由频率分析部42算出的频谱进行近似处理和校正处理来提取频谱的特征量，其中，该校正处理用于削减依赖于超声波的接收深度和频率的超声波的衰减的贡献。
图3是表示放大校正部41所进行的放大处理中的接收深度与放大率之间的关系的图。如图3所示，由放大校正部41进行的放大处理中的放大率在接收深度z为零时为最大值βth-β0，接收深度z从零到达阈值zth为止放大率线性减少，在接收深度z为阈值zth以上时为零。通过这样决定的放大率，放大校正部41对数字RF信号进行放大校正，由此抵消信号放大部31中的STC校正的影响，能够输出固定放大率βth的信号。此外，与信号放大部31中的接收深度与放大率的关系相应地，由放大校正部41进行的校正的接收深度z与放大率β的关系不同，这是不言而喻的。
频率分析部42针对各声线(行数据)，对由规定的数据量构成的FFT数据群进行高速傅里叶变换，由此算出声线上的位置(数据位置)处的频谱。频谱示出根据检体的组织性状不同而不同的趋势。这是由于，频谱与作为使超声波散射的散射体的检体的大小、密度、声阻抗等具有相关性。
图4是表示频率分析部42所算出的频谱的例子的图。在图4中，横轴f为频率，纵轴I为强度。在图4示出的频谱曲线C1中，频谱的下限频率(第一频率)fLOW和上限频率(第二频率)fHIGH是根据超声波探头2的频带、由发送和接收部3发送的脉冲信号的频带等来决定的参数，例如fLOW=3MHz、fHIGH=10MHz。在本实施方式1中，曲线和直线由离散的点的集合构成。这一点，在后述的实施方式中也相同。
特征量提取部43以多项式对由频率分析部42对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，由此至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为各位置处的频谱的特征量，其中，该第一谱强度是包含在多项式的定义区域内的第三频率处的多项式的值，该第二谱强度是与第一~第三频率不同的第四频率处的多项式的值。后文详细说明第三和第四频率以及第一和第二谱强度。
具体地说，特征量提取部43具有：近似部431，其对由频率分析部42算出的频谱进行近似处理，由此算出进行衰减校正处理之前的校正前特征量；以及衰减校正部432，其对由近似部431进行近似而得到的校正前特征量进行衰减校正处理，由此提取特征量。
近似部431通过回归分析以一次式对频谱进行近似，由此提取使该近似的一次式具有特征的校正前特征量。具体地说，近似部431通过回归分析来算出一次式的斜率a1和截距b1，并且算出频谱中的频带内的特定频率(第三频率)处的特定谱强度c1作为校正前特征量。在此所指的“谱强度”是电压、电力、声压、声能等参数中的任一个。在本实施方式1中，近似部431算出中心频率fMID=(fLOW+fHIGH)/2处的谱强度(Mid-bandfit)c1=a1fMID+b1作为特定谱强度c1。图4示出的直线L1是近似部431从频谱曲线C1提取出的具有校正前特征量a1、b1、c1的与一次式对应的回归直线。在此，截距b1与频率f=0的谱强度对应。以下，将与截距b1对应的频率f=0设为第四频率。此外，由特征量提取部43算出的近似多项式并不限定于一次式，也可以是二次以上的近似多项式。
三个特征量中的斜率a1与超声波散射体的大小具有相关性，通常认为散射体越大则斜率具有越小的值。另外，截距b1与散射体的大小、散射体与其周围物质之间的声阻抗比、每单位体积的散射体数量等具有相关性。中心频率fMID处的谱强度(以下简单称为“中心频率强度”)c1是根据斜率a1和截距b1导出的间接参数，提供有效频带内的中心处的谱强度。因此，认为除了散射体的大小、散射体与其周围物质之间的声阻抗比、每单位体积的散射体数量以外，中心频率强度c1还与通过将回波信号的振幅变换为亮度而得到的B模式图像的亮度具有一定程度的相关性。
此外，特征量并不限定于上述a1、b1、c1。例如，还能够代替f＝fMID而设定满足fLOW<f’<fHIGH的任意的频率f’作为第三频率，采用该第三频率f’处的谱强度作为特征量。另外，还能够代替f=0而设定满足f”<fLOW或者f”>fHIGH的任意的频率f”作为第四频率，采用该第四频率f”处的谱强度作为特征量。
说明由衰减校正部432进行的校正。超声波的衰减量A能够表示为如下。
A=2αzf…(1)
在此，α是衰减率，z是超声波的接收深度，f是频率。根据式(1)可知，衰减量A与频率f成比例。对于衰减率α的具体的值，在生物体的情况下为0~1.0(dB/cm/MHz)，更优选为0.3~0.7(dB/cm/MHz)，根据作为观察对象的种类来决定。例如，在观察对象为胰腺的情况下，决定为α=0.6(dB/cm/MHz)。此外，在本实施方式1中，还能够设为以下结构：能够根据来自输入部6的输入来变更衰减率α的值。
衰减校正部432如下那样对由近似部431提取出的校正前特征量(斜率a1、截距b1、中心频率强度c1)进行校正。
a=a1+2αz…(2)
b=b1…(3)
c=c1+2αzfMID(=afMID+b)…(4)
根据式(2)、(4)可知，衰减校正部432对斜率a1、中心频率强度c1进行如下衰减校正：超声波的接收深度z越大则校正量越大。另外，根据式(3)可知，衰减校正部432对截距b1进行的衰减校正是恒等变换。这是由于，截距b1是与频率f=0对应的频率成分而没有被衰减。
图5是表示根据对与图4示出的直线L1有关的特征量进行衰减校正之后的特征量而确定的直线的图。表示图5示出的直线L1’的式如下。
I=af+b=(a1+2αZ)f+b1…(5)
根据该式(5)可知，与直线L1相比，直线L1’的斜率大(a>a1)，截距的值相同(b=b1)，并且中心频率强度大(c>c1)。
图像处理部5具有：B模式图像数据生成部51，其根据回波信号生成B模式图像数据；以及特征量图像数据生成部52，其生成用于显示与频谱的特征量对应的视觉信息的特征量图像数据。
B模式图像数据生成部51对数字信号进行带通滤波、对数变换、增益处理、对比度处理等使用公知技术的信号处理，并且进行数据的间隔剔除等，由此生成B模式图像数据，其中，与根据显示部7中的图像的显示范围而决定的数据步长相应地进行数据的间隔剔除。
特征量图像数据生成部52将截距b(第一谱强度)与中心频率强度c(第二谱强度)的差(以下，称为强度差)的绝对值|b-c|分配给色调(第一视觉信息)，并且将截距b或者中心频率强度c分配给明度和/或彩度(第二视觉信息)，由此生成包括用于在视觉上显示特征量的分布的特征量图像的特征量图像数据。以下，参照图6A、图6B、图7~图9来说明进行上述对应的理由。
图6A和图6B是示意性地表示在同一组织中散射体的大小不同的两个区域的图。具体地说，图6A是表示正常的组织的图，图6B是表示包括炎症、肿瘤等异常的组织的图。图6A示出的组织101包括小叶等实质组织101a(用点来记载)以及包含纤维等的***101b(通过黑色填充来记载)。同样地，图6B示出的组织102包括实质组织102a(用点来记载)以及***102b(通过黑色填充来记载)。当对图6A与图6B进行比较，实质组织101a总的来说大于实质组织102a。这能够解释为例如由于实质组织101a的一部分被纤维化而其体积变小的结果。
通常，超声波主要在实质组织与***的边界处散射。因此，当作为散射体的实质组织小时，透过组织的透过波的比例增加而后方散射波的强度降低。图7是表示该状况的图。在图7中，频谱曲线C1和C2是散射体的大小不同的谱曲线。具体地说，相当于频谱曲线C1的散射体大于相当于频谱曲线C2的散射体。在该情况下，当将对频谱曲线C1进行近似而得到的直线L1与对频谱曲线C2进行近似而得到的直线L2进行比较时，直线L2的强度差的绝对值|b-c|大(|b1-c1|<|b2-c2|)。另外，直线L2的截距b和中心频率强度c小(b2<b1、c2<c1)。
图8是表示散射体的大小几乎相同而散射体与其周围的物质的边界处的声阻抗比(以下，简单称为声阻抗比)或者每单位体积的散射体数量(以下，称为散射体的密度)不同的两个组织的频谱的图。在图8中，频谱曲线C3的声阻抗比或者散射体的密度小于频谱曲线C1的声阻抗比或者散射体的密度。当将对频谱曲线C1进行近似而得到的直线L1与对频谱曲线C3进行近似而得到的直线L3进行比较时，强度差的绝对值|b-c|大致相等(|b1-c1≈|b2-c2|)。另外，直线L3的截距b和中心频率强度c小(b1>b3、c1>c3)。
根据参照图7和图8说明的情况，通过使用强度差的绝对值|b-c|，能够严加区别散射体的大小不同的组织以及声阻抗比或者散射体的密度不同的组织。
图9是表示在特征量图像中被分配的色调与强度差的绝对值相应的变化例的图。图9示出的直线h1示出色调H与强度差的绝对值|b-c|具有线性关系的情况。另外，图9示出的曲线h2示出以强度差的绝对值|b-c|的二次函数表示色调H的情况。并且，图9示出的阶梯状的曲线h3示出根据强度差的绝对值|b-c|使色调H二值化的情况。此外，色调H也可以是截距b与中心频率强度c之比(强度比)b/c的函数。另外，还可以根据强度差的绝对值|b-c|使色调H阶梯状地多值化。
接着，说明使截距b或者中心频率强度c与明度或者彩度对应的理由。通常，已知在超声波图像中在脉管和噪声的区域，截距b和中心频率强度c降低。因此，如果使截距b或者中心频率强度c小的区域与小的明度或者彩度对应，则能够通过与实质组织不同的不显眼的方式(黑色或者灰色)来显示脉管和噪声。
根据上述说明的对应理由可知，在由特征量图像数据生成部52生成的特征量图像中，以相互不同的色调显示散射体的大小不同的区域。另外，在特征量图像中，以将色调保持为大致固定而使明度或者彩度相互不同的方式显示散射体的大小相同而声阻抗比或者散射体的密度不同的区域。
接着，说明超声波观测装置1的结构。输入部6使用键盘、鼠标、触摸面板等接口来实现。输入部6接受信息的输入，该信息是观察在图像处理部5中生成的图像的超声波观测装置1的用户在图像中指定表示关心的区域(以下，称为“关心区域”)的信息。
存储部8具有：放大率信息存储部81，其存储信号放大部31和放大校正部41进行放大处理时参照的放大率的信息；窗函数存储部82，其存储频率分析部42进行频率分析处理时使用的窗函数；以及校正信息存储部83，其存储衰减校正部432进行处理时参照的校正信息。
放大率信息存储部81存储图2和图3示出的接收深度与放大率之间的关系。窗函数存储部82存储Hamming、Hanning、Blackman等窗函数中的至少一个窗函数。校正信息存储部83存储与式(2)~(4)的变换有关的信息。
使用预先存储了超声波观测装置1的动作程序、启动规定的OS的程序等的ROM以及存储各处理的运算参数、数据等的RAM等来实现存储部8。
使用具有运算和控制功能的CPU来实现控制部9。控制部9从存储部8读出由存储部8存储、保存的信息以及包括上述超声波观测装置的动作程序的各种程序，由此执行与超声波观测装置1的动作方法有关的各种运算处理，从而统一控制超声波观测装置1。
此外，也能够将超声波观测装置1的动作程序记录到硬盘、快闪存储器、CD-ROM、DVD-ROM、软盘等计算机可读取的记录介质而广泛流通。
图10是表示具有上述结构的超声波观测装置1的处理的概要的流程图。在图10中，首先，超声波观测装置1通过超声波探头2来进行新检体的测量(步骤S1)。
接着，从超声波探头2接收到回波信号的信号放大部31对该回波信号进行放大(步骤S2)。在此，信号放大部31根据图2示出的放大率与接收深度之间的关系来进行放大。
之后，B模式图像数据生成部51使用从发送和接收部3输出的B模式图像用回波信号来生成B模式图像数据(步骤S3)。
接着，控制部9进行控制，使显示部7显示与由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据对应的B模式图像(步骤S4)。图11是表示显示部7中的B模式图像的显示例的图。该图示出的B模式图像200是使作为RGB表色系的变量的R(红)、G(绿)、B(蓝)的值一致的灰度等级图像。
之后，在通过输入部6进行了关心区域的设定的情况下(步骤S5：“是”)，放大校正部41对从发送和接收部3输出的信号进行校正，使放大率与接收深度无关地成为固定(步骤S6)。在此，放大校正部41根据图3示出的放大率与接收深度之间的关系来进行放大校正处理。此外，关心区域能够设定为与B模式图像整体相当的区域。在该情况下，显示特征量图像数据的指示也兼做关心区域的设定指示。
另一方面，在没有进行关心区域的设定的情况下(步骤S5：“否”)，在通过输入部6输入了结束处理的指示时(步骤S7：“是”)，超声波观测装置1结束处理。与此相对，在没有进行关心区域的设定的情况下(步骤S5：“否”)，在没有通过输入部6输入结束处理的指示时(步骤S7：“否”)，超声波观测装置1返回到步骤S5。
在步骤S6之后，频率分析部42通过FFT运算来进行频率分析，由此算出频谱(步骤S8)。在该步骤S8中，还能够将图像的整个区域设定为关心区域。
在此，参照图12示出的流程图详细说明由频率分析部42进行的处理(步骤S8)。首先，频率分析部42将最初成为分析对象的声线的声线编号L设为初始值L0(步骤S21)。例如可以对发送和接收部3最初接收到的声线附加初始值L0，也可以对与通过输入部6设定的关心区域的左右一侧的边界位置对应的声线附加初始值L0。
接着，频率分析部42算出设定于一个声线上的多个位置(数据位置)的全部位置的频谱。首先，频率分析部42设定代表用于进行FFT运算而获取的一系列数据群(FFT数据群)的数据位置Z(相当于接收深度)的初始值Z0(步骤S22)。图13是示意性地表示一个声线的数据排列的图。在该图示出的声线LD中，白色或者黑色的长方形意味着一个数据。以与发送和接收部3进行的A/D变换中的采样频率(例如50MHz)对应的时间间隔使声线LD离散化。在图13中，示出将声线LD的第一个数据设定为数据位置Z的初始值Z0的情况。此外，图13严格说来仅是一例，能够任意地设定初始值Z0的位置。例如，也可以将与关心区域的上端位置对应的数据位置Z设定为初始值Z0。
之后，频率分析部42获取数据位置Z的FFT数据群(步骤S23)，使由窗函数存储部82存储的窗函数作用于获取到的FFT数据群(步骤S24)。这样使窗函数作用于FFT数据群，由此避免FFT数据群在边界处不连续，从而能够防止产生伪像。
接着，频率分析部42判断数据位置Z的FFT数据群是否为正常的数据群(步骤S25)。在此，FFT数据群需要具有2的乘方个数据数。以下，将FFT数据群的数据数设为2n(n为正整数)。在此，FFT数据群为正常是指数据位置Z在该FFT数据群中位于从前方起第2n-1个数据位置处。换言之，FFT数据群正常是指在数据位置Z的前方存在2n-1-1(设为=N)个数据而在数据位置Z的后方存在2n-1(设为=M)个数据。在图13示出的情况下，n=4(N=7、M=8)，FFT数据群F2、F3、FK-1正常，另一方面FFT数据群F1、FK异常。
在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z的FFT数据群正常的情况下(步骤S25：“是”)，频率分析部42转移到后述的步骤S27。
在步骤S25中的判断的结果是数据位置Z的FFT数据群不正常的情况下(步骤S25：“否”)，频率分析部42对不足部分***零数据，由此来生成正常的FFT数据群(步骤S26)。在追加零数据之前使窗函数作用于在步骤S25中判断为不正常的FFT数据群。因此，即使对FFT数据群***零数据，也不产生数据的不连续。在步骤S26之后，频率分析部42转移到后述的步骤S27。
在步骤S27中，频率分析部42使用FFT数据群来进行FFT运算，由此得到频谱(步骤S27)。作为这种频谱的例子，能够举出图4示出的频谱曲线C1。
接着，频率分析部42对数据位置Z加上规定的数据步长D而算出下一个分析对象的FFT数据群的数据位置Z(步骤S28)。期望此处的数据步长D与B模式图像数据生成部51生成B模式图像数据时利用的数据步长一致，但是在想要削减频率分析部42中的运算量的情况下，也可以设定比B模式图像数据生成部51所利用的数据步长大的值。在图13中，示出D=15的情况。
之后，频率分析部42判断数据位置Z是否大于最终数据位置Zmax(步骤S29)。在此，最终数据位置Zmax可以是声线LD的数据长度，也可以是与关心区域的下端对应的数据位置。在判断的结果是数据位置Z大于最终数据位置Zmax的情况下(步骤S29：“是”)，频率分析部42使声线编号L增加1(步骤S30)。另一方面，在数据位置Z为最终数据位置Zmax以下的情况下(步骤S29：“否”)，频率分析部42返回到步骤S23。这样，频率分析部42针对一个声线LD，对[{(Zmax-Z0)/D}+1](=K)个FFT数据群进行FFT运算。在此，[X]表示不超过X的最大整数。
在通过步骤S30增加之后的声线编号L大于最终声线编号Lmax的情况下(步骤S31：“是”)，频率分析部42返回到图10示出的主例程。另一方面，在通过步骤S30增加之后的声线编号L为最终声线编号Lmax以下的情况下(步骤S31：“否”)，频率分析部42返回到步骤S22。
这样，频率分析部42对(Lmax-L0+1)个声线各自进行K次的FFT运算。此外，例如可以对由发送和接收部3接收到的最终的声线附加最终声线编号Lmax，也可以对与关心区域左右的任一个边界对应的声线附加最终声线编号Lmax。以下，将频率分析部42对全部声线进行的FFT运算的总数(Lmax-L0+1)×K设为P。
接在上述说明的步骤S8的频率分析处理之后，作为近似处理，近似部431对频率分析部42算出的P个频谱进行回归分析，由此提取校正前特征量(步骤S9)。图4示出的直线L1是由近似部431提取出的与提供校正前特征量的一次式对应的回归直线。
之后，衰减校正部432对由近似部431提取出的校正前特征量进行衰减校正处理(步骤S10)。衰减校正部432根据数据的采样频率来求出数据位置Z，将该数据位置Z代入到上述式(2)~(4)的接收深度z，由此算出频谱的特征量。其结果是，例如得到图5示出的对直线L1进行校正后的与一次式(参照式(5))相当的直线。说明由衰减校正部432进行的运算的具体例。在数据的采样频率为50MHz的情况下，数据的采样的时间间隔为1/50(MHz)=20(nsec)。在此，当将声速设为1530(m/sec)时，数据的采样距离间隔成为1530(m/sec)×20(nsec)/2=0.0153(mm)。当将从声线LD的第一个数据起到处理对象的FFT数据群的数据位置为止的数据步数设为k时，将该数据位置Z求出为0.0153k(mm)。
通过进行这种衰减校正，抑制在接收深度大的区域由于衰减的影响而信号强度下降、图像变暗，能够得到画面整体亮度均匀的图像。
接着，特征量图像数据生成部52生成用于显示与特征量提取部43提取出的特征量对应的视觉信息的特征量图像数据(步骤S11)。
之后，显示部7显示由特征量图像数据生成部52生成的特征量图像(步骤S12)。图14是表示显示部7所显示的特征量图像的图。图15是以黑白方式示意性地表示图14示出的图像的图。在这些图示出的特征量图像300中，以红色系(图15的红色系区域300r)来显示散射体的大小不同的区域、即与异常组织对应的区域的色调，另一方面，以蓝色系(图15的蓝色系区域300b)来显示与正常组织对应的区域的色调。此外，在图15中，当然红色系区域300r和蓝色系区域300b并非由单一颜色构成。例如，红色系区域300r是由接近红色的颜色构成的像素集中的区域。同样地，蓝色系区域300b是由接近蓝色的颜色构成的像素集中的区域。另外，在特征量图像300中，对于声阻抗比或者散射体的密度不同的区域，色调保持固定而仅明度发生变化。特别是，在特征量图像300中，以黑色不显眼的方式显示相当于脉管或者噪声的位置。根据这种特征量图像300，基于明度和色调的组合，能够掌握声阻抗比或者散射体的密度(浓度)的分布以及散射体的大小的分布。这样具有以下优点：当使用多个特征量来生成特征量图像时，一次得到很多信息。此外，也可以使斜率a或者截距b与色调对应，并且使中心频率强度c与明度和/或彩度对应。
如上所述，超声波观测装置1结束一系列处理。此外，超声波观测装置1也可以周期性地反复进行步骤S1~S12的处理。
根据上述说明的本发明的实施方式1，针对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此能够基于具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。因而，能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异。
另外，根据本实施方式1，根据施加了以与接收深度相应的放大率进行放大的STC校正的信号来生成B模式图像数据，另一方面，进行抵消STC校正的影响而使放大率成为固定的放大校正，之后算出频谱来提取校正前特征量，对提取出的校正前特征量实施衰减校正，由此提取频谱的特征量，生成用于显示与提取出的特征量对应的视觉信息的特征量图像数据，因此不仅在特征量图像数据中排除随着超声波传播而产生的衰减的影响，也不需要区分B模式图像用的信号和特征量图像用的信号来进行发送。因而，正确地排除随着超声波传播而产生的衰减的影响，并且能够防止根据接收到的超声波生成的图像数据的帧频下降。
另外，根据本实施方式1，使用正确进行衰减校正后的频谱的特征量来显示特征量图像，因此用户能够明确地识别组织性状的差异。
另外，根据本实施方式1，将第一视觉信息设为与截距和特定谱强度之差或者之比的函数对应的色调，另一方面，将第二视觉信息设为与截距或者特定谱强度对应的明度或者彩度，由此能够根据组织内的散射体的大小以及散射体与周围物质的声阻抗比或者散射体的密度的差异来生成特征量图像。因而，能够严加区别组织性状。其结果是，用户能够将特征量图像适当地利用于深度到达度诊断、进展度诊断(脉管浸润的鉴别等)、穿刺引导。
作为本实施方式1的变形例，控制部9也可以统一进行放大校正部41的放大校正处理和衰减校正部432中的衰减校正处理。该处理相当于不进行图10的步骤S6中的放大校正处理而如下式(6)那样对图10的步骤S10中的衰减校正处理的衰减量的定义进行变更。
A’=2αzf+γ(z)…(6)
在此，右边的γ(z)是接收深度z处的放大率β与β0的差，
γ(z)=-{(βth-β0)/zth}z+βth-β0(z≤zth)…(7)
γ(z)=0(z>zth)…(8)
另外，在本实施方式1中，在生成特征量图像时，也可以使单一的特征量与视觉信息对应。图16是表示通过使中心频率强度c与明度对应而生成的特征量图像的显示例的图。根据图16示出的特征量图像400，能够掌握声阻抗比或者散射体的密度(浓度)的分布。图17是表示通过使斜率a与明度对应而生成的特征量图像的显示例的图。根据图17示出的特征量图像500，能够掌握散射体的大小的分布。这样，在利用了单一的特征量的特征量图像中，能够掌握与各个特征量的特性相应的组织性状。
此外，也可以使超声波观测装置1具备能够切换显示特征量与视觉信息的对应相互不同的多种特征量图像(例如，图14~图17示出的特征量图像300、400、500)的功能。在该情况下，可考虑以下使用方法：例如最初在筛选的位置处使显示部7显示利用了多个特征量的特征量图像，之后，针对观测者发现异常的位置使用利用了单一的特征量的特征量图像。这样，通过一边切换多个特征量图像一边使用，用户能够更加严格地评价异常位置的组织性状。
另外，特征量图像数据生成部52也可以通过将B模式图像数据与彩色图像数据以规定的比率进行混合来生成特征量图像数据。另外，特征量图像数据生成部52也可以通过仅在关心区域中替换为彩色图像数据来生成特征量图像数据。
另外，作为特征量，也可以使用频带fLOW<f<fHIGH中的频谱曲线与频率轴(图4等的f轴)之间的面积。
(实施方式2)
在本发明的实施方式2中，由特征量提取部进行的特征量提取处理与实施方式1不同。本实施方式2所涉及的超声波观测装置的结构与在实施方式1中说明的超声波观测装置1的结构相同。因此，在以下说明中，对与超声波观测装置1的结构要素对应的结构要素附加相同的附图标记。
在本实施方式2中的特征量提取处理中，首先，衰减校正部432对由频率分析部42算出的频谱进行衰减校正处理。之后，近似部431对由衰减校正部432进行衰减校正后的频谱进行近似处理，由此提取频谱的特征量。
图18是表示本实施方式2所涉及的超声波观测装置1的处理的概要的流程图。在图18中，步骤S41~S48的处理与图10的步骤S1~S8的处理依次对应。
在步骤S49中，衰减校正部432对频率分析部42通过FFT运算而算出的频谱进行衰减校正(步骤S49)。图19是示意性地表示该步骤S49的衰减校正处理的概要的图。如图19所示，衰减校正部432针对频谱曲线C4，对所有频率f进行将上述式(1)的衰减量A加到强度I的校正，由此得到新的频谱曲线C4’。由此，能够得到削减随着超声波传播而产生的衰减的贡献的频谱。
之后，近似部431对由衰减校正部432进行衰减校正后的所有频谱进行回归分析，由此提取频谱的特征量(步骤S50)。具体地说，近似部431通过回归分析来算出一次式的斜率a、截距b以及中心频率强度c。图19示出的直线L4是在该步骤S50中对频谱曲线C4’进行特征量提取处理而得到的回归直线(截距b4)。
步骤S51、S52的处理与图10的步骤S11、S12的处理依次对应。
根据上述说明的本发明的实施方式2，针对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此能够根据具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。因而，能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异。
另外，根据本实施方式2，根据施加了以与接收深度相应的放大率进行放大的STC校正的信号来生成B模式图像数据，另一方面，进行放大校正以抵消STC校正的影响而使放大率与接收深度无关地成为固定，之后算出频谱，在对该频谱实施衰减校正之后提取特征量，生成用于显示与提取出的特征量对应的视觉信息的特征量图像数据，因此不仅在特征量图像数据中排除随着超声波传播而产生的衰减的影响，还不需要区分B模式图像用的信号和特征量图像用的信号来进行发送。因而，与上述实施方式1同样地，正确地排除随着超声波传播而产生的衰减的影响，并且能够防止根据接收到的超声波生成的图像数据的帧频下降。
另外，根据本实施方式2，使用正确地进行衰减校正后的频谱的特征量来显示特征量图像，因此用户能够明确地识别组织性状的差异。
此外，在本实施方式2中，还能够不进行图18的步骤S46中的放大校正处理，而将图18的步骤S49中进行频谱的衰减校正时的衰减量设为式(6)的A’来进行处理。
(实施方式3)
图20是表示本发明的实施方式3所涉及的超声波观测装置的结构的框图。在该图示出的超声波观测装置11中，与在实施方式1中说明的超声波观测装置1相比较，运算部和存储部的结构不同。在以下说明中，对与超声波观测装置1的结构要素对应的结构要素附加相同的附图标记。
运算部12具有：放大校正部41；频率分析部42；频带设定部121，其设定对由频率分析部42算出的频谱进行近似时使用的频带；校正频谱计算部122，其根据由存储部13存储的规定的基准谱来对由频率分析部42算出的频谱进行校正，由此算出校正频谱；以及特征量提取部43，其提取由校正频谱计算部122算出的校正频谱的特征量。
频带设定部121通过参照由存储部13存储的频带表(后述)来进行频带的设定。这样按每个接收深度来变更频带的设定是由于，在超声波的情况下，越是高频成分衰减越快，因此对于从接收深度大的位置接收的回波信号，有可能高频成分的有效信息丢失而残留无效信息。鉴于这一点，在本实施方式3中，设定频带，使得接收深度越大则带宽越窄且最大频率越小。
校正频谱计算部122参照由存储部13存储的基准谱信息(后述)，按每个接收深度算出基准谱与频谱的差来算出校正频谱。这样按每个接收深度进行频谱的校正的理由与上述频带的设定的理由相同。
特征量提取部43具有：近似部431，其对由校正频谱计算部122算出的校正频谱进行近似处理，由此算出校正频谱的特征量(校正前特征量)；以及衰减校正部432，其对由近似部431算出的校正前特征量进行衰减校正，由此提取频谱的特征量。
存储部13除了具有放大率信息存储部81、窗函数存储部82以及校正信息存储部83以外，还具有：频带信息存储部131，其存储与超声波的接收深度相应地决定的频带信息；以及基准谱信息存储部132，其存储与超声波的接收深度相应的基准谱信息。
图21是示意性地表示作为由频带信息存储部131存储的频带信息的频带表的图。该图示出的频带表700示出超声波的每个接收深度的最小频率(fLOW)和最大频率(fHIGH)。在频带表700中，接收深度越大则带宽fHIGH-fLOW越窄且最大频率fHIGH越小。另外，在频带表700中，在接收深度较小的情况下(图21的2cm~6cm)，衰减的影响小，因此不改变频带。与此相对地，在接收深度较大的情况下(图21的8cm~12cm)，衰减的影响变大，因此缩小带宽fHIGH-fLOW并且向低频率侧移动。通过使用这种频带表700，能够仅提取具有有效的信息的信号来进行图像化。此外，按每个超声波探头2的种类(型号)来分别设定频带表700。
在基准谱信息存储部132中，作为规定的基准反射体中的频率信息，存储根据被基准反射体反射所获取到的回波信号而算出的频谱(以下，称为“基准谱”)。基准反射体例如是超声波不会散射、吸收、透过的理想的反射体。另外，按每个超声波探头2的种类以及超声波信号的每个接收深度来算出基准谱。在此，对不同的超声波探头2算出基准谱是由于，根据超声波探头2的种类不同而振子不同，发送波的波形不同。此外，基准反射体也可以不是具有上述意义的理想的反射体。
图22是示意性地表示基准谱的制作处理的概要的图。如图22所示，设置于超声波探头2的振子22以焦点为中心而形成在超声波的前进方向(图22的上下方向)上大致对称的声场SF。在图22中，示出在包括该焦点的三点处配置基准反射体10的情况下超声波探头2分别获取到的回波信号的接收深度z与强度I之间的关系。在算出基准谱时，通过使用由基准反射体10反射的回波信号的强度数据，由频率分析部42进行频率分析来算出基准谱，将算出结果保存到基准谱信息存储部132。
图23是表示具有上述结构的超声波观测装置11的处理的概要的流程图。在图23中，步骤S61~S68的处理与参照图10说明的步骤S1~S8的处理依次对应。
在步骤S68的频率分析处理之后，频带设定部121参照由频带信息存储部131存储的频带表700来按超声波的每个接收深度进行频带的设定(步骤S69)。此外，频带设定部121的处理可以与频率分析部42的处理并行进行，也可以在频率分析部42的处理之前进行。
接着，校正频谱计算部122从基准谱信息存储部132读出与接收深度和超声波探头2的种类相应的基准谱来参照，求出该基准谱与由频率分析部42算出的频谱的差，由此算出校正频谱(步骤S70)。图24是示意性地表示针对频谱曲线C1的校正频谱计算处理的概要的图。图24示出的曲线B1示出频谱曲线C1的基准谱曲线(以下，称为基准谱曲线B1)。校正频谱计算部122通过求出基准谱曲线B1与频谱曲线C1的差来算出校正频谱曲线R1。
在步骤S70之后，作为近似处理，近似部431对由频率分析部42算出的P个频谱进行回归分析，由此提取校正前特征量(步骤S71)。具体地说，近似部431通过回归分析来算出对频带FLOW’<f<fHIGH’的频谱进行近似的一次式，由此提取使该一次式具有特征的斜率a1’、截距b1’、中心频率强度c1’作为校正前特征量。图24示出的直线L1’是在该步骤S71中对频谱曲线C1进行回归分析而得到的回归直线。在本实施方式3中，在特征量的提取处理之前进行频带的设定和校正频谱的计算。因此，根据本实施方式3，不管接收深度、超声波探头2的种类如何，都提取出相同的特征量(与直线L1’对应)。
之后的步骤S72~S74的处理与图10的步骤S10~S12的处理依次对应。
根据上述说明的本发明的实施方式3，针对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此能够根据具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。因而，能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异。
另外，根据本实施方式3，通过对接收到的超声波的频率进行分析来算出频谱，设定对该频谱进行近似时使用的频带，根据从存储部读出的基准谱来校正频谱，对校正得到的校正频谱进行近似处理来提取出校正前特征量，之后对提取出的校正前特征量进行衰减校正处理来提取特征量，根据该特征量来生成特征量图像，因此能够生成能够明确地严加区别组织性状的差异的特征量图像，其中，存储部存储根据从基准反射体接收到的超声波的频率而得到的基准谱，该衰减校正处理削减依赖于超声波的接收深度和频率的超声波的衰减的贡献。
另外，根据本实施方式3，对提取出的特征量实施衰减校正，因此能够消除随着超声波传播而产生的衰减的影响。
另外，根据本实施方式3，以接收深度越大则带宽越窄且最大频率越小的方式决定频带，因此这也意味着能够消除随着超声波传播而产生的衰减的影响。
(实施方式4)
图25是表示本发明的实施方式4所涉及的超声波观测装置的结构的框图。该图示出的超声波观测装置14的特征在于，在对回波信号进行放大时，在B模式图像用和运算用中进行不同的放大。此外，对超声波观测装置14的结构要素中的具有与超声波观测装置1相同的功能的结构要素附加与超声波观测装置1中的结构要素相同的附图标记。
发送和接收部15具有对回波信号进行放大的信号放大部151。信号放大部151对图像处理部5使用于生成B模式图像数据的回波信号(以下，称为“B模式图像用回波信号”)和运算部16使用于实施运算的回波信号(以下，称为“运算用回波信号”)以相互不同的放大率分别进行放大。具体地说，信号放大部151对B模式图像用回波信号进行如图2所示那样回波信号的接收深度越大则以越高的放大率进行放大的STC校正，另一方面，对运算用回波信号进行如图26所示那样与接收深度无关地以固定的放大率(β1)进行放大的处理。信号放大部151以帧为单位或者以行为单位切换进行对B模式图像用回波信号的放大以及对运算用回波信号的放大。
运算部16具有频率分析部42和特征量提取部43。在本实施方式4中，在进行频率分析处理之前不需要进行放大校正，因此运算部16不具有放大校正部。
存储部8所具有的放大率信息存储部81除了存储图2和图3示出的接收深度与放大率之间的关系以外，还存储图26示出的接收深度与放大率之间的关系。
图27是表示具有上述结构的超声波观测装置14的处理的概要的流程图。在图27中，首先，超声波观测装置14使用超声波探头2来进行新检体的测量(步骤S81)。
接着，从超声波探头2接收到回波信号的信号放大部151针对该回波信号，区别为B模式图像用和运算用，一边切换一边进行放大处理(步骤S82)。信号放大部151根据图2和图26示出的接收深度与放大率之间的关系来进行放大。另外，B模式图像用的放大处理与运算用的放大处理的切换可以以帧为单位进行，也可以以行为单位进行。
之后，B模式图像数据生成部51使用从发送和接收部15输出的B模式图像用回波信号来生成B模式图像数据(步骤S83)。
接着，控制部9进行控制，使显示部7显示与由B模式图像数据生成部51生成的B模式图像数据对应的B模式图像(步骤S84)。
之后，在通过输入部6进行了关心区域的设定的情况下(步骤S85：“是”)，频率分析部42通过FFT运算进行频率分析来算出频谱(步骤S86)。该频率分析处理与在实施方式1中说明的频率分析处理相同(参照图12)。
在步骤S85中没有进行关心区域的设定的情况下(步骤S85：“否”)，在通过输入部6输入了结束处理的指示时(步骤S87：“是”)，超声波观测装置14结束处理。与此相对地，在步骤S85中没有进行关心区域的设定的情况下(步骤S85：“否”)，在没有通过输入部6输入结束处理的指示时(步骤S87：“否”)，超声波观测装置14返回到步骤S85。
接在步骤S86之后进行的步骤S88~S91的处理与图10的步骤S9~S12的处理依次对应。
根据上述说明的本发明的实施方式4，针对以多项式进行近似的频谱，使包含在该多项式内的分别对应于两个频率的两个谱强度与相互不同的视觉信息对应，由此生成特征量图像，因此能够根据具有与组织性状相应的特性的频谱的信息来生成特征量图像。因而，能够将观察对象的组织中的脉管、噪声与其它组织严加区别地进行显示，并且能够明确地显示组织性状的差异。
另外，根据本实施方式4，在对通过对接收到的超声波的频率进行分析而得到的频谱进行近似处理之后，通过进行衰减校正处理来提取频谱的特征量，该衰减校正处理用于削减依赖于超声波的接收深度和频率的超声波的衰减的贡献，因此能够消除随着超声波传播而产生的衰减的影响。
目前为止说明了用于实施本发明的方式，但是本发明并不限定于上述实施方式1~4。
例如，本发明所涉及的超声波观测装置也可以自动地判断观察对象组织的组织性状并显示其判断结果。具体地说，超声波观测装置根据已知检体信息以及从观察对象组织提取出的频谱的特征量来判断组织性状，生成并显示与判断结果对应的图像，该已知检体信息是针对已知检体使预先提取出的频谱的特征量与组织性状相关联而得到的信息。在该情况下，期望对已知检体和观察对象进行的特征量提取处理相同。
这样，本发明在不脱离记载于权利要求的技术思想的范围内能够包括各种实施方式。
附图标记说明
1、11、14：超声波观测装置；2：超声波探头；3、15：发送和接收部；4、12、16：运算部；5：图像处理部；6：输入部；7：显示部；8、13：存储部；9：控制部；10：基准反射体；21：信号变换部；22：振子；31、151：信号放大部；41：放大校正部；42：频率分析部；43：特征量提取部；51：B模式图像数据生成部；52：特征量图像数据生成部；81：放大率信息存储部；82：窗函数存储部；83：校正信息存储部；101、102：组织；101a、102a：实质组织；101b、102b：***；121：频带设定部；122：校正频谱计算部；200：B模式图像；300、400、500：特征量图像；431：近似部；432：衰减校正部；700：频带表。

Claims (19)

1.一种超声波观测装置，对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的特征在于，具备：
频率分析部，其对分别位于接收到的超声波的多个声线上且相互不同的多个位置处的上述超声波的频率进行分析，由此算出各位置的频谱；
特征量提取部，其通过以多项式对上述频率分析部对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，来至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为上述各位置处的上述频谱的特征量，其中，该第一谱强度是包含在上述多项式的定义区域内的第三频率处的上述多项式的值，该第二谱强度是与上述第一频率至上述第三频率不同的第四频率处的上述多项式的值；以及
特征量图像数据生成部，其使(a)上述第一谱强度、(b)上述第二谱强度以及(c)上述第一谱强度与上述第二谱强度之差或者之比的函数中的任一个与第一视觉信息对应，使(a)至(c)中的除对应为上述第一视觉信息的一个以外的其余两个中的任一个与不同于上述第一视觉信息的第二视觉信息对应，由此生成用于在视觉上显示上述特征量的分布的特征量图像。
2.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述第三频率是包含在上述频带内的频率，
上述第四频率是包含在上述频带外的频率。
3.根据权利要求2所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述特征量提取部以一次式对上述频谱进行近似，
上述第一谱强度和上述第二谱强度中的一个是上述一次式的截距，另一个是使用上述一次式的斜率、上述截距以及上述第三频率来决定的特定谱强度。
4.根据权利要求3所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述第一视觉信息是与上述截距和上述特定谱强度之差或者之比的函数对应的色调，
上述第二视觉信息是与上述截距或者上述特定谱强度对应的明度和/或彩度。
5.根据权利要求3所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述第一视觉信息是与上述截距对应的色调，
上述第二视觉信息是与上述特定谱强度对应的明度和/或彩度。
6.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
还具备输入部，其接受切换指示信号的输入，该切换指示信号用于对上述第一谱强度、上述第二谱强度、上述第一谱强度和上述第二谱强度之差或者之比的函数与上述第一视觉信息和第二视觉信息之间的对应进行切换，
上述特征量图像数据生成部生成与上述输入部接收到的切换指示信号相应的特征量图像。
7.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述特征量提取部具有：
近似部，其以上述多项式对上述频谱进行近似，提取基于该多项式的校正前特征量；以及
衰减校正部，其对上述近似部提取出的校正前特征量进行衰减校正，由此提取上述频谱的特征量，其中，上述衰减校正用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献。
8.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述特征量提取部具有：
衰减校正部，其对上述频谱进行衰减校正，其中，上述衰减校正用于削减超声波传播时与该超声波的接收深度和频率相应地产生的衰减的贡献；以及
近似部，其以上述多项式对上述衰减校正部校正后的频谱进行近似，提取基于该多项式的特征量。
9.根据权利要求7所述的超声波观测装置，其特征在于，
超声波的接收深度越大，上述衰减校正部进行越大的校正。
10.根据权利要求7所述的超声波观测装置，其特征在于，还具备：
信号放大部，其以与接收深度相应的放大率对从上述检体接收到的超声波的信号进行放大；
B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将由上述信号放大部放大后的超声波的信号的振幅变换为亮度来进行显示；
放大校正部，其对由上述信号放大部放大后的上述超声波的信号进行放大校正以使放大率与接收深度无关地成为固定；以及
控制部，其一并进行上述放大校正部和上述衰减校正部的校正，
其中，上述频率分析部对由上述放大校正部进行放大校正后的上述超声波的信号的频率进行分析。
11.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，还具备：
信号放大部，其以与接收深度相应的放大率对从上述检体接收到的超声波的信号进行放大；
B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将上述信号放大部放大后的超声波的信号的振幅变换为亮度来进行显示；以及
放大校正部，其对由上述信号放大部放大后的上述超声波的信号进行放大校正以使放大率与接收深度无关地成为固定，
其中，上述频率分析部对由上述放大校正部进行放大校正后的上述超声波的信号的频率进行分析。
12.根据权利要求10所述的超声波观测装置，其特征在于，
直到规定的接收深度为止，上述信号放大部进行放大时的放大率单调增加。
13.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，还具备：
信号放大部，其对从上述检体接收到的超声波的接收信号进行放大；以及
B模式图像数据生成部，其生成B模式图像，该B模式图像将上述信号放大部放大后的上述接收信号的振幅变换为亮度来进行显示，
其中，对于向上述B模式图像数据生成部输出的信号，上述信号放大部根据接收深度改变放大率进行放大，另一方面，对于向上述频率分析部输出的信号，上述信号放大部以固定的放大率进行放大。
14.根据权利要求13所述的超声波观测装置，其特征在于，
直到规定的接收深度为止，针对向上述B模式图像数据生成部输出的信号的放大率单调增加。
15.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，还具备：
存储部，其存储根据从基准反射体接收到的超声波的频率而得到的基准谱；
频带设定部，其设定上述频带；以及
校正频谱计算部，其根据上述存储部存储的基准谱来对上述频率分析部算出的上述频谱进行校正，由此算出校正频谱，
其中，上述特征量提取部提取上述校正频谱计算部算出的校正频谱的特征量。
16.根据权利要求15所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述存储部至少按上述超声波的每个接收深度来存储上述基准谱，
上述校正频谱计算部按每个上述接收深度来求出上述基准谱与上述频谱之差，由此算出上述校正频谱。
17.根据权利要求15所述的超声波观测装置，其特征在于，
上述存储部具有频带信息存储部，该频带信息存储部存储与超声波的接收深度相应地决定的、该接收深度越大则带宽越窄且最大频率越小的频带，
上述频带设定部参照上述频带信息存储部存储的频带信息来设定上述频带。
18.根据权利要求1所述的超声波观测装置，其特征在于，
还具备显示部，该显示部显示上述特征量图像。
19.一种超声波观测装置的动作方法，该超声波观测装置对检体发送超声波并且接收由上述检体反射的超声波，该超声波观测装置的动作方法的特征在于，具有以下步骤：
频率分析步骤，通过频率分析部对分别位于接收到的超声波的多个声线上且相互不同的多个位置处的上述超声波的频率进行分析，由此算出各位置的频谱；
特征量提取步骤，通过特征量提取部以多项式对通过上述频率分析步骤对各位置算出的频谱中的、包含在第一频率与大于该第一频率的第二频率之间的频带内的部分进行近似，由此至少提取出第一谱强度和第二谱强度作为上述各位置处的上述频谱的特征量，其中，上述第一谱强度是包含在上述多项式的定义区域内的第三频率处的上述多项式的值，上述第二谱强度是与上述第一频率至上述第三频率不同的第四频率处的上述多项式的值；以及
特征量图像数据生成步骤，通过特征量图像数据生成部使(a)上述第一谱强度、(b)上述第二谱强度以及(c)上述第一谱强度与上述第二谱强度之差或者之比的函数中的任一个与第一视觉信息对应，使(a)至(c)中的除对应为上述第一视觉信息的一个以外的其余两个中的任一个与不同于上述第一视觉信息的第二视觉信息对应，由此生成用于在视觉上显示上述特征量的分布的特征量图像。
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