JP2018139686A - 超音波画像処理装置及び超音波画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像に対して着目画素のエッジ情報を精度良く算出可能な超音波画像処理装置を提供すること。【解決手段】対象物に送信された超音波の走査方向に対応する第１軸の方向及び前記超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の方向に並ぶ複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、前記超音波の反射位置に基づく座標と前記超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する超音波画像を処理する超音波画像処理装置であって、前記超音波画像に含まれる着目画素を通り、前記着目画素を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定し、前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と前記第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算し、複数の前記差分の計算値に基づいて、前記着目画素に対するエッジ情報を算出するエッジ情報算出部を備える、超音波画像処理装置。【選択図】図７

Description

本発明は、超音波画像処理装置及び超音波画像処理方法に関する。

超音波画像では、被検体組織に関する情報以外に、各種ノイズや超音波受信信号の干渉現象により発生するスペックルが存在する。そのため、各種ノイズやスペックルを除去するためにぼかし処理を行うと、被検体組織の境界位置や形状を不明瞭にしてしまうという問題がある。この問題に対して、特許文献１には、超音波の送受波により得られた超音波画像データと、前記超音波画像データ上に注目画素を通過する互いに異なる向きをもった複数の線分を設定すると共に、各線分について当該線分上の画素列が有する複数の画素値に基づいて分散値を演算する手段と、前記複数の線分について演算された複数の分散値に基づいて、境界の法線方向に相当する第１の方向を特定する第１の特定手段と、前記第１の方向に垂直であり且つ前記注目画素を通過する方向として、前記境界に沿った第２の方向を特定する手段と、前記第２の方向に並んだ画素列が有する複数の画素値に基づいて前記注目画素の平滑化画素値を演算する平滑化演算手段と、を含む超音波画像データ処理装置が開示されている。この超音波画像データ処理装置によれば、着目画素からのさまざまな方向の線分の分散値を用い、その分散値が大きい方向の垂直方向をエッジの方向としているため、組織同士の境界のボケを低減することができる。

特開２０１１−１２５７５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の超音波画像データ処理装置は、線分上の画素列の複数の画素値のみから分散値を算出しているため、算出される分散値は線分上にあるノイズなどの影響を大きく受けることになり、スペックルノイズ領域等の平坦部に対してもエッジを抽出してしまう。そのため、特許文献１に記載の超音波画像データ処理装置では、被検体組織の境界位置や形状を明確にするために、特定されたエッジ方向に基づいてエッジ強調処理を行うと、ノイズも強調されてしまうという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、超音波画像に対して着目画素のエッジ情報を精度良く算出可能な超音波画像処理装置及び超音波画像処理方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る超音波画像処理装置は、対象物に送信された超音波の走査方向に対応する第１軸の方向及び前記超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の方向に並ぶ複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、前記超音波の反射位置に基づく座標と前記超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する超音波画像を処理する超音波画像処理装置であって、前記超音波画像に含まれる着目画素を通り、前記着目画素を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定し、前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と前記第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算し、複数の前記差分の計算値に基づいて、前記着目画素に対するエッジ情報を算出するエッジ情報算出部を備える。

本適用例に係る超音波画像処理装置は、着目画素を通る複数の線分の各々に対して、その両側にある第１領域及び第２領域のそれぞれについて複数の画素値の加算値を求めてその差分を計算し、複数の差分の計算値に基づいて、着目画素に対するエッジ情報（エッジ（対象物内部の組織間の境界）に関する情報）を算出する。すなわち、本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、着目画素に対して、その周辺にある多くの画素の画素値を用いてエッジ情報を算出するので、ノイズの影響が低減され、エッジ情報を精度良く算出することができる。

［適用例２］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記複数の線分のうち前記差分の絶対値が最大となる線分の方向をエッジの方向としてもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、ノイズの影響を低減しながら、着目画素に対するエッジの方向を精度良く算出することができる。

［適用例３］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記差分の絶対値の最大値に基づいて、エッジの強度を算出してもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、ノイズの影響を低減しながら、着目画素に対するエッジの強度を精度良く算出することができる。

［適用例４］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域と前記第２領域とで係数値の符号が異なるフィルターを設定し、当該フィルターを用いてフィルター処理を行うことにより前記差分を計算してもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、フィルター処理により、着目画素のエッジ情報を容易に算出することができる。

［適用例５］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記着目画素の前記第２軸の座標に応じて、前記フィルターのサイズを設定してもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記着目画素の前記第２軸の座標に応じて、前記フィルターの前記第２軸の方向のサイズを設定してもよい。また、本適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記着目画素の前記第２軸の座標に応じて、前記フィルターの前記第１軸の方向のサイズを設定してもよい。

超音波は、その伝搬に伴って非線形成分が発生して波形が鈍るとともに減衰（低周波化）するため、超音波画像において、第２軸の座標に応じてスペックルパターンの大きさが変化する。本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、着目画素に対して、超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の座標に応じてフィルターのサイズを設定してフィルター処理を行うので、スペックルパターンの大きさに応じた適切なサイズのフィルターを用いてスペックルパターンの影響を効果的に低減させながらエッジ情報を精度良く算出することができる。

［適用例６］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、第１の前記着目画素に対する前記フィルターのサイズを、前記第１の着目画素よりも前記第２軸の座標が小さい第２の前記着目画素に対する前記フィルターのサイズ以上に設定してもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、超音波画像において、着目画素に対して、第２軸の座標が大きいほどフィルターのサイズを大きく設定してより多くの画素の画素値を用いてエッジ情報を算出するので、第２軸の座標が大きいほど大きくなるスペックルパターンの影響を効果的に低減させながらエッジ情報を精度良く算出することができる。

［適用例７］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記着目画素の前記第２軸の座標、前記超音波の送信周波数、前記超音波の送信開口径、前記超音波の送信フォーカス位置及び前記超音波の走査角度の少なくとも１つに基づいて、前記フィルターの係数値を設定してもよい。

超音波画像は、超音波が伝搬する距離、送信周波数、送信開口径、送信フォーカス位置及び走査角度に応じて、画像のボケ具合が変化する。本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、着目画素の第２軸の座標（超音波が伝搬する距離）、送信周波数、送信開口径、送信フォーカス位置及び走査角度の少なくとも１つに基づいて、エッジ情報の算出に用いられるフィルターの係数値を設定するので、着目画素に対するエッジ情報の算出精度を向上させることができる。

［適用例８］
上記適用例に係る超音波画像処理装置において、前記エッジ情報算出部は、前記走査角度に垂直な方向に重み付けがされるように前記フィルターの係数値を設定してもよい。

超音波画像は、走査角度と垂直な方向にスペックルパターンが伸びやすく画像がボケやすいという特徴がある。本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、フィルターの係数値が走査角度に垂直な方向に重み付けされるので、走査角度に垂直な方向に着目画素から離れた位置にある画素の画素値の影響を受けにくくなり、着目画素に対するエッジ情報の算出精度を向上させることができる。

［適用例９］
上記適用例に係る超音波画像処理装置は、前記対象物に送信された前記超音波の反射波に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成部をさらに備えてもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、対象物に送信された超音波の反射波に基づいて生成した超音波画像において、着目画素に対して、ノイズの影響を低減しながらエッジ情報を精度良く算出することができる。

［適用例１０］
上記適用例に係る超音波画像処理装置は、前記エッジ情報に基づいて、前記超音波画像を補正する画像補正部をさらに備えてもよい。

本適用例に係る超音波画像処理装置によれば、着目画素に対して精度良く算出されたエッジ情報に基づいて超音波画像を補正することにより、エッジを含む領域（エッジ領域）の鮮鋭性が強調されたより鮮明な超音波画像を生成することができる。

［適用例１１］
本適用例に係る超音波画像処理方法は、対象物に送信された超音波の走査方向に対応する第１軸の方向及び前記超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の方向に並ぶ複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、前記超音波の反射位置に基づく座標と前記超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する超音波画像を処理する超音波画像処理方法であって、前記超音波画像に含まれる着目画素を通り、前記着目画素を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する工程と、前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と前記第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算する工程と、複数の前記差分の計算値に基づいて、前記着目画素に対するエッジ情報を算出する工程と、を備える。

本適用例に係る超音波画像処理方法では、着目画素を通る複数の線分の各々に対して、その両側にある第１領域及び第２領域のそれぞれについて複数の画素値の加算値を求めてその差分を計算し、複数の差分の計算値に基づいて、着目画素に対するエッジ情報を算出する。すなわち、本適用例に係る超音波画像処理方法によれば、着目画素に対して、その周辺にある多くの画素の画素値を用いてエッジ情報を算出するので、ノイズの影響が低減され、エッジ情報を精度良く算出することができる。

本実施形態の超音波画像装置の外観の一例を示す図。 超音波トランスデューサーデバイスの内部構成の概略図。 リニアスキャンにおいて順番に送信される超音波の様子を示す図。 セクタスキャンにおいて順番に送信される超音波の様子を示す図。 図４の超音波ＵＷ−ｋをより詳細に示す図。 超音波画像処理装置の構成例を示す図。 処理部の機能構成の一例を示すブロック図。 超音波の音圧波形の一例を示す図。 超音波画像生成部により生成される超音波画像の一例を示す図。 超音波画像処理部による超音波画像処理の手順を示すフローチャート図。 着目画素を通る複数の線分の一例を示す図。 第１実施形態においてエッジ情報の算出に用いられるフィルターの一例を示す図。 第１実施形態におけるエッジ情報算出処理の手順の一例を示すフローチャート図。 平滑化処理の手順の一例を示すフローチャート図。 エッジ鮮鋭化処理に用いられるフィルターの一例を示す図。 エッジ鮮鋭化処理の手順の一例を示すフローチャート図。 画像合成処理の手順の一例を示すフローチャート図。 第２実施形態において超音波画像の各領域と適用されるフィルターサイズとの関係の一例を示す図。 第２実施形態におけるエッジ情報算出処理の手順の一例を示すフローチャート図。 第３実施形態においてエッジ情報の算出に用いられるフィルターの一例を示す図。 第３実施形態におけるエッジ情報算出処理の手順の一例を示すフローチャート図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．第１実施形態
１−１．超音波画像装置の構成
図１は、本実施形態の超音波画像装置の外観の一例を示す図である。本実施形態の超音波画像装置１は、超音波プローブ１０と超音波画像処理装置２０とを含んで構成されている。超音波プローブ１０と超音波画像処理装置２０とは、ケーブル１５によって接続されている。超音波画像処理装置２０は、携帯型の装置でもよいし、固定型（据え置き型）の装置でもよい。また、超音波プローブ１０は超音波画像処理装置２０に内蔵されていてもよい。

超音波プローブ１０は、超音波トランスデューサーデバイス１１を有する。超音波トランスデューサーデバイス１１は、対象物を走査（スキャン）しながら、対象物に対して所定の面（送受信面１１ａ）において、超音波を送信するとともに反射された超音波（反射波）を受信する。

図２は、超音波トランスデューサーデバイス１１を底面（測定面）から透視した内部構成の概略図である。図２に示すように、超音波トランスデューサーデバイス１１は、マトリックス状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子１２を有する。より詳細には、超音波トランスデューサーデバイス１１は、走査方向（スキャン方向）に沿って並んで配置されるＮ個の超音波トランスデューサー素子群ＴＧ−１〜ＴＧ−Ｎを有しており、超音波トランスデューサー素子群ＴＧ−１〜ＴＧ−Ｎは、それぞれ、走査方向と直交する方向（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子１２を有している。超音波トランスデューサー素子１２は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを材料とする圧電素子を用いて構成可能であり、例えば、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）とを張り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を有する。

超音波トランスデューサー素子群ＴＧ−１〜ＴＧ−Ｎは、それぞれ、超音波の送信において駆動される１つのチャンネルを構成する。従って、以下では、超音波トランスデューサー素子群ＴＧ−１〜ＴＧ−Ｎを、それぞれ、「チャンネル１」〜「チャンネルＮ」と呼ぶことにする。

このような構造の超音波トランスデューサーデバイス１１を用いて対象物を走査（スキャン）する方法としては、例えば、リニアスキャンやセクタスキャンが可能である。

リニアスキャンは、Ｎチャンネルのうち、チャンネルをずらしながら複数のチャンネル（例えば、８チャンネル）から超音波を送信するものである。また、セクタスキャンは、所定のチャンネル（例えば、Ｎチャンネル全部）から、方向（角度）を変えながら超音波を送信するものである。

図３はリニアスキャンにおいて順番に送信される超音波の様子を示す図であり、図４はセクタスキャンにおいて順番に送信される超音波の様子を示す図である。なお、図３及び図４は、超音波トランスデューサーデバイス１１を側面から視た図である。各超音波トランスデューサー素子１２から送信される超音波は球面波であり、複数のチャンネルから送信された複数の超音波が相互に干渉し、合成される。その結果、合成されたｍ個の超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍが順番に送信されることになる。

図３に示すように、超音波トランスデューサーデバイス１１は、リニアスキャンでは、チャンネルを変えながら超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍを順番に送信する。例えば、超音波ＵＷ−１はチャンネル１〜８から送信された複数の超音波の合成波である、また、超音波ＵＷ−２は、超音波ＵＷ−１の送信から所定時間後にチャンネル２〜９から送信された複数の超音波の合成波である。

また、図４に示すように、超音波トランスデューサーデバイス１１は、セクタスキャンでは、チャンネルを固定し、走査角度を変えながら超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍを順番に送信する。例えば、超音波ＵＷ−１は、チャンネル１から離れたチャンネルほど早く、複数のチャンネルから時間差をもって送信された複数の超音波の合成波であり、走査角度が−４５°である。また、超音波ＵＷ−ｋ（ｋ＝Ｎ／２）は、チャンネルｋから離れたチャンネルほど早く、複数のチャンネルから時間差をもって送信された複数の超音波の合成波であり、走査角度が０°である。また、超音波ＵＷ−ｍは、チャンネルＮから離れたチャンネルほど早く、複数のチャンネルから時間差をもって送信された複数の超音波の合成波であり、走査角度が＋４５°である。

なお、超音波トランスデューサーデバイス１１は、チャンネル及び走査角度の両方を変えながら超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍを順番に送信してもよい。

実際には、超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍは、それぞれ、複数の超音波の合成波であるから幅（ビーム幅）を有しており、超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍのビーム幅はその伝搬距離に応じて変わる。図５は、図４の超音波ＵＷ−ｋをより詳細に示す図である。図５に示すように、超音波ＵＷ−ｋのビーム幅は、送信開始位置（発生位置）では駆動される複数のチャンネルに対応する幅であり、その伝搬距離が大きくなるにつれて狭くなった後、広がっていく。以下では、このビーム幅が最小となる位置（超音波トランスデューサーデバイス１１の送受信面１１ａからの焦点距離）を「送信フォーカス位置」と呼ぶことにする。送信フォーカス位置Ｆｏｃｕｓは、駆動される複数のチャンネルから超音波を送信するタイミングを調整することで調整可能である。また、以下では、超音波の送信開始位置（発生位置）におけるビーム幅を「送信開口径」と呼ぶことにする。送信開口径Ｄは、超音波を送信するチャンネルの数や超音波トランスデューサー素子１２の幅等によって決まる。

超音波ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍは、対象物の内部において反射し、反射波は超音波プローブ１０の送受信面１１ａに入射し、超音波トランスデューサー素子１２によって電気信号に変換される。

超音波画像処理装置２０は、超音波トランスデューサーデバイス１１からの電気信号を受信し、超音波を送信したチャンネルや走査角度の情報、受信信号の強度等から超音波の反射位置（距離）を算出し、横軸を走査方向（「方位方向」ともいう）、縦軸を距離方向（「深さ方向」ともいう）とする超音波画像を生成する。そして、超音波画像処理装置２０は、生成した超音波画像に対して画像補正処理や画像調整処理を行い、表示部２１に超音波画像を表示させる。

１−２．超音波画像処理装置の構成
図６は、超音波画像処理装置２０の構成例を示す図である。図６に示すように、超音波画像処理装置２０は、表示部２１、処理部２２、プローブインターフェース（Ｉ／Ｆ）部２３、操作部２４、記憶部２５、情報記憶媒体２６及び通信部２７を含んで構成されている。超音波画像処理装置２０は、例えば、パーソナルコンピューターであってもよい。

処理部２２は、情報記憶媒体２６に格納されるプログラムやデータ、記憶部２５に記憶されている各種の設定情報、操作部２４から入力される信号等に基づいて、各種の処理を行う。本実施形態では、処理部２２は、超音波プローブ１０に対して駆動信号（パルス信号）を送信する処理、超音波プローブ１０から信号を受信して超音波画像を生成する処理、生成した超音波画像に対する画像処理等を行う。

プローブインターフェース部２３は、処理部２２と超音波プローブ１０との間での信号の送受信を成立させるためのインターフェース部である。

操作部２４は、ユーザーの操作等をデータとして入力するためのものであり、その機能は、例えばキーボードやマウス等のハードウェアにより実現できる。

記憶部２５は、処理部２２のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどのハードウェアにより実現できる。また、記憶部２５には、処理部２２の動作を制御するための各種の設定情報等が記憶される。

情報記憶媒体２６（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリー（ＲＯＭ）などのハードウェアにより実現できる。

表示部２１は、処理部２２が生成・処理した超音波画像等を出力するものであり、その機能は、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＥＬＤ（有機ＥＬディスプレイ）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、タッチパネル型ディスプレイなどのハードウェアにより実現できる。

通信部２７は、外部装置（例えば、サーバ装置や端末装置）との間で通信を行うための各種の制御を行うものである。

なお、処理部２２が実行する各種プログラムは、サーバー装置等が有する情報記憶媒体からネットワーク及び通信部２７を介して情報記憶媒体２６（記憶部２５）に配信されてもよい。

図７は、処理部２２の機能構成の一例を示すブロック図である。図７の例では、処理部２２は、送受信制御部１００、送信パルス発生部１１０、受信処理部１２０、超音波画像生成部１３０、超音波画像処理部１４０、デジタルスキャンコンバーター（ＤＳＣ：Digital Scan Converter）１５０及び制御部１６０を含んで構成されている。なお、図７に示す処理部２２の少なくとも一部の構成は、超音波プローブ１０に設けられていてもよい。

送信パルス発生部１１０は、超音波プローブ１０が有する超音波トランスデューサーデバイス１１を駆動するパルス信号を発生させる。

送受信制御部１００は、超音波を発生させるチャンネルを選択し、プローブインターフェース部２３を介して、送信パルス発生部１１０が発生させたパルス信号を選択されたチャンネルに送信する。そして、選択されたチャンネルに含まれる各超音波トランスデューサー素子１２が、当該パルス信号に応じた送信周波数及び送信波数の超音波を発生させる。図８に、送信周波数Ｆｒｅｑ（周期１／Ｆｒｅｑ）、送信波数が２の超音波の音圧波形を示す。また、送受信制御部１００は、各チャンネルへのパルス信号の送信タイミングをチャンネル毎に設定された遅延時間だけ遅らせて、チャンネル間の送信タイミングをずらすことにより、超音波の送信フォーカス位置（焦点距離）や走査角度を制御する。

また、送受信制御部１００は、パルス信号を送信した後、プローブインターフェース部２３を介して、超音波トランスデューサーデバイス１１の各チャンネルから受信信号（超音波の反射波に応じた電気信号）を受信し、各受信信号を受信処理部１２０に出力する。

受信処理部１２０は、チャンネル毎の受信信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、帯域通過フィルターなどによるフィルター処理を行って雑音を低減させ、記憶部２５（図６参照）に記憶させる。

超音波画像生成部１３０は、ハーモニック処理部１３１、ＭＶＢ（Minimum Variance Beamforming）処理部１３２、検波処理部１３３及び対数変換部１３４を含んで構成されている。

ハーモニック処理部１３１は、記憶部２５に記憶されている受信信号を取得し、チャンネル毎にハーモニック成分（高調波成分ともいう）の信号を抽出する。ハーモニック処理部１３１は、例えば、２次高調波のみを抽出する。

ＭＶＢ処理部１３２は、ハーモニック処理部１３１により抽出されたチャンネル毎のハーモニック成分の信号に基づいて、方向に拘束を付けた適応型ビームフォーミングであるＭＶＢ処理を行う。具体的には、ＭＶＢ処理部１３２は、各チャンネルのハーモニック成分の信号を遅延させて、各チャンネルの位相が揃った信号に変換し、当該各チャンネルの信号を重み付けして加算する。ここで、各チャンネルの重みは、重み付け加算の結果の分散値が最小になるように動的に変更される。つまり、ＭＶＢ処理とは、各チャンネルの重みを受信信号に応じて変えることで動的に感度特性を変化させ、不要波に関して感度を持たないようにする処理である。

検波処理部１３３は、ＭＶＢ処理部１３２によりＭＶＢ処理がされたチャンネル毎の信号に対して、絶対値（整流）処理を行った後、低域通過フィルターによるフィルター処理を行い、信号強度を抽出する。

対数変換部１３４は、検波処理部１３３により抽出されたチャンネル毎の信号強度に対してＬｏｇ圧縮を行い、信号強度の最大値と最小値との差を小さくした信号に変換する。そして、対数変換部１３４から出力される信号（受信信号の信号強度）は、対象物の走査方向（方位方向）の位置座標及び対象物の内部の距離方向（深さ方向）の位置座標と対応づけて、記憶部２５（図６参照）に記憶される。この記憶部２５に記憶されるデータに基づき、対象物に送信された超音波の走査方向（方位方向）に対応する横軸（「第１軸」の一例）の方向及び超音波が伝搬する距離方向（深さ方向）に対応する縦軸（「第２軸」の一例）の方向に並ぶ複数の画素を含む超音波画像を描くことができる。この超音波画像に含まれる複数の画素の各々は、超音波の反射位置に基づく座標と超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する。すなわち、超音波画像生成部１３０は、対象物に送信された超音波の反射波に基づいて、超音波画像を生成するということができる。図９は、超音波画像生成部１３０により生成される超音波画像の一例を示す図である。図９において、横軸（ｘ軸）は走査方向（方位方向）に対応し、縦軸（ｚ軸）は距離方向（深さ方向）に対応する。例えば、ｘ座標をｉ，ｚ座標をｊとする画素ｐ（ｉ，ｊ）の画素値Ｐ_ｉ，ｊは、対象物内部の座標（ｉ，ｊ）に対応する位置で反射した反射波の強度に対応して０〜２５５の範囲の整数値である。この画素値は、例えば輝度値であり、図９では、画素値（反射波の強度）が大きい画素ほど白く描画されている。

超音波画像処理部１４０は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像に対して所定の画像処理を行う。具体的には、超音波画像処理部１４０は、エッジ情報算出部１４２、画像補正部１４３及び画像調整部１４４を含んで構成されている。

エッジ情報算出部１４２は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像に含まれる各画素（着目画素）に対して、エッジの強度や方向等を含むエッジ情報を算出する処理（エッジ情報算出処理）を行う。特に、本実施形態では、エッジ情報算出部１４２は、まず、超音波画像に含まれる各画素（着目画素）を通り、各画素（着目画素）を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する。次に、エッジ情報算出部１４２は、設定した複数の線分の各々に対して、第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算する。そして、エッジ情報算出部１４２は、複数の差分の計算値に基づいて、各画素（着目画素）に対するエッジ情報を算出する。例えば、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）に対して設定された複数の線分のうち、差分の絶対値が最大となる線分の方向をエッジの方向としてもよいし、差分の絶対値の最大値に基づいて、エッジの強度を算出してもよい。また、例えば、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）に対して設定された複数の線分の各々に対して、第１領域と第２領域とで係数値の符号が異なるフィルターを設定し、当該フィルターを用いてフィルター処理を行うことにより差分を計算してもよい。このエッジ情報算出処理の詳細については後述する。

画像補正部１４３は、エッジ情報算出部１４２により画素（着目画素）毎に算出されたエッジ情報に基づいて、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像を補正する処理（画像補正処理）を行う。具体的には、画像補正部１４３は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像の各画素に対して、他の複数の画素の画素値を用いてフィルター処理を行って平滑化する（ぼかす）平滑化処理を行う。また、画像補正部１４３は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像の各画素に対して、他の複数の画素の画素値を用いてフィルター処理を行ってエッジを鮮鋭化（強調）するエッジ鮮鋭化処理（エッジ強調処理ともいう）を行う。さらに、画像補正部１４３は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像の各画素に対して、平滑化処理がされた当該画素の画素値とエッジ鮮鋭化処理がされた当該画素の画素値とを、エッジ情報算出部１４２により算出されたエッジ情報に応じた比率で加算する画像合成処理を行う。この画像補正処理（平滑化処理、エッジ鮮鋭化処理、画像合成処理）の詳細については後述する。

画像調整部１４４は、画像補正部１４３により補正された超音波画像に対して、ゲインやダイナミックレンジを調整する処理、各画素値を深さに応じて補正して画像全体で一様な明るさになるように調整する処理等の画像調整処理を行う。

デジタルスキャンコンバーター（ＤＳＣ）１５０は、超音波画像処理部１４０より画像処理された超音波画像に対して、表示部２１の走査線に合わせた補完処理等を行ってビデオ映像信号に変換し、表示部２１に出力する。これにより、表示部２１に超音波のＢモード画像が表示される。

制御部１６０は、あらかじめ記憶部２５に記憶されている各種の設定情報や操作部２４から入力される各種の設定信号に基づいて、送受信制御部１００、送信パルス発生部１１０、受信処理部１２０、超音波画像生成部１３０、超音波画像処理部１４０及びデジタルスキャンコンバーター（ＤＳＣ）１５０の各動作を制御する。

このように、超音波画像処理装置２０は、超音波の反射波に基づいて生成した超音波画像に含まれる各画素に対して、複数の線分を設定し、第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分に基づいてエッジ情報を算出することにより、各種のノイズの外縁がエッジとして認識されにくくなるため、エッジ情報を用いた画像補正処理により得られる超音波画像がより鮮明になる。

１−３．超音波画像処理
１−３−１．超音波画像処理の手順
図１０は、超音波画像処理部１４０による超音波画像処理（本実施形態の超音波画像処理方法）の手順を示すフローチャート図である。図１０に示すように、まず、超音波画像処理部１４０は、エッジ情報算出部１４２により、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像の各画素に対するエッジ情報を算出するエッジ情報算出処理を行う（工程Ｓ２０）。

次に、超音波画像処理部１４０は、画像補正部１４３により、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像を平滑化する平滑化処理を行う（工程Ｓ３０）。

次に、超音波画像処理部１４０は、画像補正部１４３により、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像に対するエッジを鮮鋭化するエッジ鮮鋭化処理を行う（工程Ｓ４０）。

最後に、超音波画像処理部１４０は、画像補正部１４３により、工程Ｓ２０で算出されたエッジ情報に基づいて、工程Ｓ３０で平滑化処理がされた超音波画像と工程Ｓ４０でエッジ鮮鋭化処理がされた超音波画像とを合成する画像合成処理を行う（工程Ｓ５０）。

なお、図１０のフローチャートにおいて、可能であれば工程の順番を適宜変更してもよい。例えば、工程Ｓ３０（平滑化処理）と工程Ｓ４０（エッジ鮮鋭化処理）は順番が入れ替わってもよい。

１−３−２．エッジ情報算出処理
本実施形態では、エッジ情報算出部１４２は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像の各画素（着目画素）に対するエッジ情報（エッジの強度及び方向）を算出する処理として、以下の処理を行う。

まず、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通り、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する。具体的には、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通り、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を中心とするｑ×ｑのサイズの計算対象領域（ｑ^２個の画素を含む領域）を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる２ｑ−２本の線分を設定する。図１１に、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を中心とする９×９のサイズの領域（８１個の画素を含む領域）を計算対象領域とした場合に、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通る１６本の線分Ｌ１〜Ｌ１６を示す。９×９のサイズの計算対象領域は、１６本の線分Ｌ１〜Ｌ１６の各々により第１領域（例えば、線分の下側又は右側の領域）と第２領域（例えば、線分の上側又は左側の領域）に分けられる。

次に、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対して設定された２ｑ−２本の線分に対して、第１領域と第２領域とで係数値の符号が異なるフィルターを設定し、当該フィルターを用いてフィルター処理を行う。例えば、第１領域の係数が正の値であり、かつ、第２領域の係数が負の値であってもよいし、第１領域の係数が負の値であり、かつ、第２領域の係数が正の値であってもよい。このフィルター処理により、各線分Ｌｉに対する第１領域の画素値の加算値と第２領域の画素値の加算値との差分Ｆ（ｉ）が算出される。図１２に、図１１に示した線分Ｌ５（４５°の線分）に対して設定される９×９のフィルターの一例を示す。図１２の例では、線分Ｌ５上の画素に対応する係数値は０であり、第１領域に含まれる画素に対応する係数値は１であり、第２領域に含まれる画素に対応する係数値は−１である。

そして、エッジ情報算出部１４２は、下記の式（１）により、２ｑ−２本の線分に対して算出された差分Ｆ（１）〜Ｆ（２ｑ−２）の絶対値の最大値をエッジ強度Ｇ（φ）として算出する。

また、エッジ情報算出部１４２は、差分Ｆ（ｉ）の絶対値が最も大きい線分Ｌｉの方向をエッジ方向とする。なお、エッジ情報算出部１４２は、差分Ｆ（ｉ）の絶対値が最も小さい線分Ｌｉの方向と垂直な方向をエッジ方向としてもよい。

図１３は、エッジ情報算出部１４２によるエッジ情報算出処理（図１０の工程Ｓ２０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１３の例では、エッジ情報算出部１４２は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ２０１）。例えば、この工程Ｓ２０１では、着目画素ｐ（０，０）（ｘ座標とｚ座標がともに０の画素）が選択される。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２０１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通り、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する（工程Ｓ２０２）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２０２で設定したいずれかの線分Ｌｉを選択し、フィルター（係数値）を設定する（工程Ｓ２０３）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２０３で設定したフィルターを用いて、フィルター処理を行い、第１領域の画素値の加算値と第２領域の画素値の加算値との差分Ｆ（ｉ）を計算する（工程Ｓ２０４）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、すべての線分Ｌｉを選択したか否かを判断する（工程Ｓ２０５）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがあれば（工程Ｓ２０５のＮ）、次の線分Ｌｉを選択してフィルターを設定し（工程Ｓ２０３）、工程Ｓ２０４の処理を再び行う。

そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがなくなれば（工程Ｓ２０５のＹ）、次に、式（１）により、工程Ｓ２０４で計算した差分Ｆ（ｉ）の絶対値の最大値をエッジ強度Ｇ（φ）として算出する（工程Ｓ２０６）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、差分Ｆ（ｉ）の絶対値が最大となる線分Ｌｉの方向をエッジ方向とする（工程Ｓ２０７）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ２０８）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の画素があれば（工程Ｓ２０８のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ２０１）、工程Ｓ２０２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ２０８のＹ）、エッジ情報算出処理を終了する。

１−３−３．平滑化処理
本実施形態では、画像補正部１４３は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像に対する平滑化処理として、移動平均フィルター、ガウシアンフィルター、メディアンフィルター等の平滑化フィルターを用いたフィルター処理を行うことができる。

図１４は、画像補正部１４３による平滑化処理（図１０の工程Ｓ３０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１４の例では、画像補正部１４３は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ３０１）。例えば、この工程Ｓ３０１では、着目画素ｐ（０，０）（ｘ座標とｚ座標がともに０の画素）が選択される。

次に、画像補正部１４３は、工程Ｓ３０１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対する平滑化フィルター（サイズ及び係数値）を設定する（工程Ｓ３０２）。工程Ｓ３０２において、画像補正部１４３は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するエッジ方向により強く平滑化がかかるような平滑化フィルターを設定してもよい。

次に、画像補正部１４３は、工程Ｓ３０２で設定された平滑化フィルターを用いて、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対してフィルター処理を行う（工程Ｓ３０３）。

次に、画像補正部１４３は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ３０４）。そして、画像補正部１４３は、未選択の画素があれば（工程Ｓ３０４のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ３０１）、工程Ｓ３０２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ３０４のＹ）、平滑化処理を終了する。

１−３−４．エッジ鮮鋭化処理
本実施形態では、画像補正部１４３は、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像に対するエッジ鮮鋭化処理として、エッジ部分の画素は画素値が大きくなり、エッジを含まない領域（平坦な領域）の画素は画素値が小さくなるようなエッジ鮮鋭化フィルターを用いたフィルター処理を行うことができる。図１５に、エッジ鮮鋭化処理に用いられる３×３のフィルターの一例を示す。

図１６は、画像補正部１４３によるエッジ鮮鋭化処理（図１０の工程Ｓ４０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１６の例では、画像補正部１４３は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ４０１）。例えば、この工程Ｓ４０１では、着目画素ｐ（０，０）（ｘ座標とｚ座標がともに０の画素）が選択される。

次に、画像補正部１４３は、工程Ｓ４０１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するエッジ鮮鋭化フィルター（サイズ及び係数値）を設定する（工程Ｓ４０２）。工程Ｓ４０２において、画像補正部１４３は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するエッジ方向と垂直な方向により強く鮮鋭化がかかるようなエッジ鮮鋭化フィルターを設定してもよい。

次に、画像補正部１４３は、工程Ｓ４０２で設定されたエッジ鮮鋭化フィルターを用いて、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対してフィルター処理を行う（工程Ｓ４０３）。

次に、画像補正部１４３は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ４０４）。そして、画像補正部１４３は、未選択の画素があれば（工程Ｓ４０４のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ４０１）、工程Ｓ４０２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ４０４のＹ）、エッジ鮮鋭化処理を終了する。

１−３−５．画像合成処理
本実施形態では、画像補正部１４３は、画像合成処理として、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像（元の超音波画像）の各画素（着目画素ｐ（ｗ，ｈ））の画素値に、平滑化処理（図１０の工程Ｓ３０の処理）がされた後の画素値とエッジ鮮鋭化処理（図１０の工程Ｓ４０の処理）がされた後の画素値とを、エッジ強度Ｇ（φ）に応じて合成する処理を行うことができる。着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の合成後の画素値Ｐｃ_ｗ，ｈは、例えば、下記の式（２）により算出される。

式（２）において、Ｐ_ｗ，ｈは、超音波画像生成部１３０により生成された超音波画像（元の超音波画像）における着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の画素値である。また、Ｐｒ_ｗ，ｈは、平滑化処理（図１０の工程Ｓ３０の処理）がされた着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の画素値であり、Ｐｅ_ｗ，ｈは、エッジ鮮鋭化処理（図１０の工程Ｓ４０の処理）がされた着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の画素値である。また、Ｇ（φ）’は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するエッジ強度Ｇ（φ）を０〜１．０の範囲の値に正規化したものである。また、Ｉは平滑化処理の強度を示す０〜１．０の範囲の値を有する係数であり、Ｊはエッジ鮮鋭化処理の強度を示す０〜１．０の範囲の値を有する係数である。係数Ｉ，Ｊは、例えば、超音波画像処理装置２０の表示部２１に表示されるユーザーインターフェース画面からユーザーによって設定される。

図１７は、画像補正部１４３による画像合成処理（図１０の工程Ｓ５０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１７の例では、画像補正部１４３は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ５０１）。例えば、この工程Ｓ５０１では、着目画素ｐ（０，０）（ｘ座標とｚ座標がともに０の画素）が選択される。

次に、画像補正部１４３は、工程Ｓ５０１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対して、式（２）により、元の画素値に、エッジ強度Ｇ（φ）に応じて、平滑化処理後の画素値とエッジ鮮鋭化処理後の画素値とを合成する（工程Ｓ５０２）。

次に、画像補正部１４３は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ５０３）。そして、画像補正部１４３は、未選択の画素があれば（工程Ｓ５０３のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ５０１）、工程Ｓ５０２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ５０３のＹ）、画像合成処理を終了する。

１−４．超音波画像装置（超音波画像処理装置）の作用及び効果
第１実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）は、各画素を通る複数の線分の各々に対して、その両側にある第１領域及び第２領域のそれぞれについて複数の画素値の加算値を求めてその差分を計算し、複数の差分の計算値に基づいて、各画素に対するエッジ情報を算出する。すなわち、第１実施形態の超音波画像処理装置によれば、各画素に対して、その周辺にある多くの画素の画素値を用いてエッジ情報を算出するので、ノイズの影響が低減され、エッジ情報（エッジの強度や方向）を精度良く算出することができる。従って、第１実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）によれば、画素毎に算出された精度の高いエッジ情報を用いて画像補正処理を行うことにより、エッジ領域の鮮鋭性が強調されたより鮮明な超音波画像を生成し、表示させることができる。

２．第２実施形態
以下、第２実施形態の超音波画像装置１について、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して第１実施形態と重複する説明を省略し、第１実施形態と異なる内容を中心に説明する。

超音波画像は、超音波は、その伝搬に伴って非線形成分が発生して波形が鈍るとともに減衰（低周波化）するため、浅い領域（ｚ座標が相対的に小さい領域）ではスペックルパターンは小さく、深い領域（ｚ座標が相対的に大きい領域）ではスペックルパターンが大きくなるという特徴を有している。例えば、図９に示した超音波画像では、ｚ座標が大きいほど（深いほど）スペックルパターンが横方向（ｘ軸方向）に伸びており、スペックルパターンが大きくなっている。そこで、第２実施形態では、エッジ情報算出部１４２は、相対的に浅い領域にある各画素に対しては、当該画素が含まれる相対的に狭い領域を算出対象領域としてエッジ情報を算出し、相対的に深い領域にある各画素に対しては、当該画素が含まれる相対的に広い領域を算出対象領域としてエッジ情報を算出する。すなわち、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）について、ｚ座標値が小さいほどフィルターのサイズを小さくし、ｚ座標値が大きいほどフィルターのサイズを大きくしてフィルター処理を行う。これにより、深さによらずスペックルパターンの外縁がエッジとして認識されにくくなり、エッジ情報の算出精度が向上する。

図１８に、超音波画像の各領域と適用されるフィルターサイズとの関係の一例を示す。図１８の例では、超音波画像において、最も浅い領域Ｒ１では３×３のサイズ（９画素分のサイズ）のフィルターが用いられ、最も深い領域Ｒ３では７×７（４９画素分のサイズ）のサイズのフィルターが用いられ、その間の領域Ｒ２では５×５のサイズ（２５画素分のサイズ）のフィルターが用いられる。なお、図１８の例では、各フィルターは、距離方向（ｚ方向）と走査方向（ｘ方向）のサイズが同じであるが、異なっていてもよい。

例えば、エッジ情報算出部１４２は、着目画素に対するフィルターの距離方向（ｚ方向）のサイズＡＦ_ｓｉｚｅ及び走査方向（ｘ方向）のサイズＬＦ_ｓｉｚｅを、それぞれ、下記の式（３）、式（４）に基づいて決定することができる。

式（３）、式（４）において、Ｍｉは超音波画像生成方法であり、エッジ情報算出処理の入力となる超音波画像がどのような処理によって生成されたかを示す。α（Ｍｉ）はＭｉに応じて可変の設定係数である。例えば、入力となる超音波画像に既に平滑化処理がされている場合には、平滑化が弱くなるようにα（Ｍｉ）が設定される。Ｆｒｅｑは超音波プローブ１０から送信される超音波の送信周波数であり、ｎは送信波数である。Ｄは送信開口径であり、Ｆｏｃｕｓは送信フォーカス位置である（図５参照）。Ｚは着目画素の深さ（距離）である。ｄｐｉは超音波画像の画像解像度である。Ｍｐはフィルター処理方法（例えば、フィルターの種類）であり、Ａ（Ｍｐ），Ｂ（Ｍｐ），Ｃ（Ｍｐ）はＭｐに応じて可変の補正係数である。

式（３）に示されるように、距離方向（ｚ方向）のサイズＡＦ_ｓｉｚｅは、超音波の分解能を基に設定され、深さＺによる減衰などを考慮して補正される。具体的には、まず、距離方向の分解能を基に基準となるフィルターサイズが設定される（Ａ（Ｍｐ）×α（Ｍｉ）×ｎ／Ｆｒｅｑの項）。詳細には、送信周波数Ｆｒｅｑが低いほど、また、送信波数ｎが大きいほど、距離方向の分解能が低くなってスペックルパターンが大きくなるため、フィルターサイズが大きくなるように設定される。次に、超音波の伝搬に伴い、非線形成分が発生して波形が鈍ってしまうため、着目画素の深さＺによりフィルターサイズが補正される（Ｂ（Ｍｐ）×Ｚの項）。詳細には、着目画素が深い（深さＺが大きい）ほど、波形が鈍ってスペックルパターンが大きくなるため、フィルターサイズが大きくなるように補正される。さらに、超音波は伝搬に伴い減衰（低周波化）するため、着目画素の深さＺの２乗によりフィルターサイズが補正される（Ｃ（Ｍｐ）×Ｚ^２／Ｆｒｅｑの項）。詳細には、送信周波数Ｆｒｅｑが低いほど、また、着目画素が深い（深さＺが大きい）ほど、超音波が減衰（低周波化）してスペックルパターンが大きくなるため、フィルターサイズが大きくなるように補正される。そして、画像解像度ｄｐｉを用いてフィルターサイズが超音波画像に適したサイズに変更される。

また、式（４）に示されるように、走査方向（ｘ方向）のサイズＬＦ_ｓｉｚｅは、超音波画像の生成方法を基に設定され、超音波の深さＺによる分解能（ビーム幅）と減衰を考慮して補正される。具体的には、まず、超音波画像生成方法Ｍｉにより、基準となるフィルターサイズが設定される（Ａ（Ｍｐ）×α（Ｍｉ）の項）。次に、送信フォーカス位置Ｆｏｃｕｓから外れることにより、超音波のビーム幅は広くなってしまうため、着目画素の深さＺによりフィルターサイズが補正される（Ｂ（Ｍｐ）×｜Ｚ−Ｆｏｃｕｓ｜／（Ｄ×Ｆｒｅｑ）の項）。詳細には、送信フォーカス位置Ｆｏｃｕｓからの距離方向（深さ方向）のずれが大きいほど、また、送信開口径Ｄや送信周波数Ｆｒｅｑが小さいほど超音波のビーム幅が広くなってスペックルパターンが大きくなるため、フィルターサイズが大きくなるように補正される。さらに、超音波は伝搬に伴い減衰（低周波化）するため、深さＺの２乗によりフィルターサイズが補正される（Ｃ（Ｍｐ）×Ｚ^２／Ｆｒｅｑの項）。詳細には、送信周波数Ｆｒｅｑが低いほど、また、着目画素が深い（深さＺが大きい）ほど、超音波が減衰（低周波化）してスペックルパターンが大きくなるため、フィルターサイズが大きくなるように補正される。そして、画像解像度ｄｐｉを用いてフィルターサイズが超音波画像に適したサイズに変更される。

式（３）及び式（４）において、係数α（Ｍｉ），送信周波数Ｆｒｅｑ、送信波数ｎ、送信開口径Ｄ、送信フォーカス位置Ｆｏｃｕｓ、画像解像度ｄｐｉ及び補正係数Ａ（Ｍｐ），Ｂ（Ｍｐ），Ｃ（Ｍｐ）は、エッジ情報算出処理が行われる前に設定されているため、距離方向（ｚ方向）のサイズＡＦ_ｓｉｚｅ及び走査方向（ｘ方向）のサイズＬＦ_ｓｉｚｅは、着目画素の深さ（距離）Ｚに依存し、Ｚが大きいほど大きくなる。

なお、実際には、フィルターサイズは整数値であるので、ＡＦ_ｓｉｚｅ及びＬＦ_ｓｉｚｅが整数値に丸められたものが、それぞれ、距離方向（ｚ方向）のサイズ及び走査方向（ｘ方向）のサイズとして決定される。

このように、第２実施形態では、エッジ情報算出部１４２は、超音波画像に含まれる各画素（着目画素）のｚ軸の座標（距離方向（深さ方向）の座標）に応じてフィルターのサイズを設定し、当該フィルターを用いてフィルター処理を行う。例えば、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）のｚ軸の座標に応じて、フィルターのｚ軸の方向のサイズを設定してもよいし、各画素（着目画素）のｚ軸の座標に応じて、フィルターのｘ軸の方向のサイズを設定してもよい。また、例えば、エッジ情報算出部１４２は、第１の画素（第１の着目画素）に対するフィルターのサイズを、第１の画素（第１の着目画素）よりもｚ軸の座標が小さい（距離（深さ）が小さい）第２の画素（第２の着目画素）に対するフィルターのサイズ以上に設定してもよい。

図１９は、第２実施形態におけるエッジ情報算出部１４２によるエッジ算出処理（図１０の工程Ｓ２０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図１９の例では、エッジ情報算出部１４２は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ２１１）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２１１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の深さＺを算出する（工程Ｓ２１２）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２１２で算出された深さＺに応じて、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するフィルターのサイズを算出する（工程Ｓ２１３）。フィルターのサイズは、例えば、式（３）、式（４）を用いて算出される。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２１１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通り、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する（工程Ｓ２１４）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２１４で設定したいずれかの線分Ｌｉを選択し、フィルター（サイズ及び係数値）を設定する（工程Ｓ２１５）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２１５で設定したフィルターを用いて、フィルター処理を行い、第１領域の画素値の加算値と第２領域の画素値の加算値との差分Ｆ（ｉ）を計算する（工程Ｓ２１６）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、すべての線分Ｌｉを選択したか否かを判断する（工程Ｓ２１７）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがあれば（工程Ｓ２１７のＮ）、次の線分Ｌｉを選択してフィルターを設定し（工程Ｓ２１５）、工程Ｓ２１６の処理を再び行う。

そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがなくなれば（工程Ｓ２１７のＹ）、次に、式（１）により、工程Ｓ２１６で計算した差分Ｆ（ｉ）の絶対値の最大値をエッジ強度Ｇ（φ）として算出する（工程Ｓ２１８）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、差分Ｆ（ｉ）の絶対値が最大となる線分Ｌｉの方向をエッジ方向とする（工程Ｓ２１９）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ２２０）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の画素があれば（工程Ｓ２２０のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ２１１）、工程Ｓ２１２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ２２０のＹ）、エッジ情報算出処理を終了する。

なお、第２実施形態におけるその他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上に説明した第２実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）は、エッジ情報算出処理において、ｚ座標が大きい（超音波が伝搬する距離（深さ）が大きい）画素ほど、フィルターのｚ軸方向のサイズ及びｘ軸方向のサイズをより大きく設定し、より多くの画素の画素値を用いてエッジ情報を算出する。すなわち、本実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）によれば、画素毎にスペックルパターンの大きさに応じた適切なサイズのフィルターを用いてエッジ情報算出処理を行うことにより、スペックルパターンを効果的に低減させながらエッジ情報を精度良く算出することができる。従って、本実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）によれば、画素毎に算出された精度の高いエッジ情報を用いて画像補正処理を行うことにより、エッジ領域の鮮鋭性が強調されたより鮮明な超音波画像を生成し、表示させることができる。

３．第３実施形態
以下、第３実施形態の超音波画像装置１について、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して第１実施形態と重複する説明を省略し、第１実施形態と異なる内容を中心に説明する。

超音波画像は、着目画素の深さ（ｚ座標値）、送信周波数、送信開口径、送信フォーカス位置、走査角度などの各種設定情報に対して、ボケ具合が異なるという特徴がある。そこで、第３実施形態では、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）のｚ軸の座標、超音波の送信周波数、超音波の送信開口径、超音波の送信フォーカス位置及び超音波の走査角度の少なくとも１つに基づいて、フィルターの係数値を設定する。特に、超音波画像は、走査角度と垂直な方向にスペックルパターンが伸びやすく画像がボケやすいという特徴がある。そのため、エッジ情報算出部１４２は、超音波の走査角度と垂直な方向に重み付けがされるようにフィルターの係数値を設定してもよい。例えば、エッジ情報算出部１４２は、エッジ情報算出処理に用いるフィルターとしてガウシアンフィルターを設定し、下記の式（５）により、フィルターの各係数値δを算出する。ただし、エッジ情報算出部１４２は、例えば、設定された線分上の位置に対応する係数値は０とし、計算対象領域が分割された第１領域と第２領域とでは係数値δの符号を一方が正、他方が負となるように変更する。

式（５）において、αは定数値である。また、θ_ｓは着目画素に対する走査角度であり、Ｚは着目画素の深さ（距離）である。また、ｎは走査方向（ｘ方向）のスケーリング係数であり、ｍは距離方向（ｚ方向）のスケーリング係数である。スケーリング係数ｎ，ｍは、送信周波数Ｆｒｅｑ、超音波の送信開口径Ｄ及び超音波の送信フォーカス位置Ｆｏｃｕｓの少なくとも１つに基づいて設定される。

そして、式（５）より、係数値δは、走査角度θ_ｓと垂直な方向に、着目画素に近い位置ほど大きくなるように重み付けされる。また、フィルター処理に用いられる画素領域は、ｎ＝ｍの場合は着目画素を中心とする円形状になり、ｎ＞ｍの場合は、着目画素を中心として走査角度θ_ｓを長軸とする楕円状になる。

図２０に、着目画素に対する走査角度θ_ｓが０°の場合に、図１１に示した線分Ｌ５（４５°の線分）に対して設定される９×９のフィルターの一例を示す。図２０の例では、線分Ｌ５上の画素に対応する係数値は０であり、第１領域に含まれる画素に対応する係数値は１，２、８，１２のいずれかであり、第２領域に含まれる画素に対応する係数値は−１，−２、−８，−１２のいずれかである。走査角度θ_ｓが０°の場合、超音波画像は、ｚ軸方向と垂直なｘ軸方向に画像がボケやすいため、図２０の例では、着目画素からｘ軸方向に離れた位置の画素の画素値の影響を受けにくくするために、ｘ軸方向に対して、中心（着目画素に対応する位置）に近い位置の係数値ほど絶対値が大きくなるように、フィルターの係数値が重み付けされている。このような走査角度と垂直な方向に係数値が重み付けされたフィルターを用いることにより、画像のボケを打ち消してエッジ情報が精度良く算出される。

図２１は、第３実施形態におけるエッジ情報算出部１４２によるエッジ算出処理（図１０の工程Ｓ２０の処理）の手順の一例を示すフローチャート図である。

図２１の例では、エッジ情報算出部１４２は、まず、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択する（工程Ｓ２３１）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２３１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）の深さＺを算出する（工程Ｓ２３２）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、式（５）により、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）に対するフィルターの係数値を算出する（工程Ｓ２３３）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２３１で選択された着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を通り、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する（工程Ｓ２３４）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２３４で設定したいずれかの線分Ｌｉを選択し、フィルター（係数値）を設定する（工程Ｓ２３５）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、工程Ｓ２３５で設定したフィルターを用いて、フィルター処理を行い、第１領域の画素値の加算値と第２領域の画素値の加算値との差分Ｆ（ｉ）を計算する（工程Ｓ２３６）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、すべての線分Ｌｉを選択したか否かを判断する（工程Ｓ２３７）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがあれば（工程Ｓ２３７のＮ）、次の線分Ｌｉを選択してフィルターを設定し（工程Ｓ２３５）、工程Ｓ２３６の処理を再び行う。

そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の線分Ｌｉがなくなれば（工程Ｓ２３７のＹ）、次に、式（１）により、工程Ｓ２３６で計算した差分Ｆ（ｉ）の絶対値の最大値をエッジ強度Ｇ（φ）として算出する（工程Ｓ２３８）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、差分Ｆ（ｉ）の絶対値が最大となる線分Ｌｉの方向をエッジ方向とする（工程Ｓ２３９）。

次に、エッジ情報算出部１４２は、着目画素ｐ（ｗ，ｈ）として超音波画像のすべての画素を選択したか否かを判断する（工程Ｓ２４０）。そして、エッジ情報算出部１４２は、未選択の画素があれば（工程Ｓ２４０のＮ）、次の着目画素ｐ（ｗ，ｈ）を選択し（工程Ｓ２３１）、工程Ｓ２３２以降の処理を再び行い、未選択の画素がなくなれば（工程Ｓ２４０のＹ）、エッジ情報算出処理を終了する。

なお、第３実施形態におけるその他の構成は第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上に説明した第３実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）によれば、各画素のｚ軸の座標（超音波が伝搬する距離）、送信周波数、送信開口径、送信フォーカス位置及び走査角度の少なくとも１つに基づいて、エッジ情報の算出に用いられるフィルターの係数値を設定するので、各画素に対するエッジ情報の算出精度を向上させることができる。さらに、第３実施形態の超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）によれば、フィルターの係数値が走査角度に垂直な方向に重み付けされたフィルターを用いることにより、走査角度に垂直な方向に各画素から離れた位置にある画素の画素値の影響を受けにくくなり、各画素に対するエッジ情報の算出精度を向上させることができる。

４．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上記の各実施形態では、超音波トランスデューサー素子１２は、圧電素子を用いた構成であるが、これに限定されず、例えば、ｃ−ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducer）等の容量性素子を用いるものでもよいし、バルクタイプのものでもよい。

また、例えば、上記の各実施形態では、超音波トランスデューサーデバイス１１において、複数の超音波トランスデューサー素子１２がマトリックス状に配置されているが（図２参照）、これに限られず、例えば、隣接する２列の超音波トランスデューサー素子１２が互い違いに（いわゆる千烏状に）配置される構成等でもよい。

また、例えば、上記の第２実施形態では、エッジ情報算出処理で用いられるフィルターの距離方向（深さ方向）のサイズと走査方向（方位方向）のサイズは、式（３）、式（４）に基づき別々に算出されるが、これに限られず、例えば、式（３）、式（４）のいずれか一方のみに基づき、距離方向（深さ方向）のサイズと走査方向（方位方向）のサイズが常に同じになるように算出されてもよい。

また、例えば、上記の各実施形態では、エッジ情報算出部１４２によるエッジ情報算出処理は、対数変換部１３４による処理の次に行われているが、検波処理部１３３による処理の次に行われてもよい。また、エッジ情報算出部１４２によるエッジ情報算出処理及び画像補正部１４３による画像補正処理は、画像調整部１４４による画像調整処理の次に行われてもよいし、デジタルスキャンコンバーター（ＤＳＣ）１５０の処理の後に行われてもよい。

また、例えば、上記の第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、エッジ情報算出部１４２は、各画素（着目画素）のｚ軸の座標に応じて、フィルターのサイズを設定するとともに、各画素（着目画素）のｚ軸の座標、超音波の送信周波数、超音波の送信開口径、超音波の送信フォーカス位置及び超音波の走査角度の少なくとも１つに基づいて、フィルターの係数値を設定してもよい。

また、例えば、上記の各実施形態では、本発明に係る超音波画像処理装置として超音波画像処理装置２０を例に挙げて説明したが、本発明に係る超音波画像処理装置は、超音波プローブ１０と超音波画像処理装置２０とを含む構成であってもよい。

また、例えば、上記の各実施形態では、超音波画像装置１（超音波画像処理装置２０）は、２次元の超音波画像を生成及び処理して表示させているが、３次元の超音波画像を生成及び処理して表示させるようにしてもよい。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…超音波画像装置、１０…超音波プローブ、１１…超音波トランスデューサーデバイス、１１ａ…送受信面、１２…超音波トランスデューサー素子、１５…ケーブル、２０…超音波画像処理装置、２１…表示部、２２…処理部、２３…プローブインターフェース（Ｉ／Ｆ）部、２４…操作部、２５…記憶部、２６…情報記憶媒体、２７…通信部、１００…送受信制御部、１１０…送信パルス発生部、１２０…受信処理部、１３０…超音波画像生成部、１３１…ハーモニック処理部、１３２…ＭＶＢ処理部、１３３…検波処理部、１３４…対数変換部、１４０…超音波画像処理部、１４２…エッジ情報算出部、１４３…画像補正部、１４４…画像調整部、１５０…デジタルスキャンコンバーター（ＤＳＣ）、１６０…制御部、ＴＧ−１〜ＴＧ−Ｎ…超音波トランスデューサー素子群、ＵＷ−１〜ＵＷ−ｍ…超音波

Claims (11)

1. 対象物に送信された超音波の走査方向に対応する第１軸の方向及び前記超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の方向に並ぶ複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、前記超音波の反射位置に基づく座標と前記超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する超音波画像を処理する超音波画像処理装置であって、
   前記超音波画像に含まれる着目画素を通り、前記着目画素を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定し、前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と前記第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算し、複数の前記差分の計算値に基づいて、前記着目画素に対するエッジ情報を算出するエッジ情報算出部を備える、超音波画像処理装置。
2. 前記エッジ情報算出部は、
   前記複数の線分のうち前記差分の絶対値が最大となる線分の方向をエッジの方向とする、請求項１に記載の超音波画像処理装置。
3. 前記エッジ情報算出部は、
   前記差分の絶対値の最大値に基づいて、エッジの強度を算出する、請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
4. 前記エッジ情報算出部は、
   前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域と前記第２領域とで係数値の符号が異なるフィルターを設定し、当該フィルターを用いてフィルター処理を行うことにより前記差分を計算する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像処理装置。
5. 前記エッジ情報算出部は、
   前記着目画素の前記第２軸の座標に応じて、前記フィルターのサイズを設定する、請求項４に記載の超音波画像処理装置。
6. 前記エッジ情報算出部は、
   第１の前記着目画素に対する前記フィルターのサイズを、前記第１の着目画素よりも前記第２軸の座標が小さい第２の前記着目画素に対する前記フィルターのサイズ以上に設定する、請求項５に記載の超音波画像処理装置。
7. 前記エッジ情報算出部は、
   前記着目画素の前記第２軸の座標、前記超音波の送信周波数、前記超音波の送信開口径、前記超音波の送信フォーカス位置及び前記超音波の走査角度の少なくとも１つに基づいて、前記フィルターの係数値を設定する、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の超音波画像処理装置。
8. 前記エッジ情報算出部は、
   前記走査角度に垂直な方向に重み付けがされるように前記フィルターの係数値を設定する、請求項７に記載の超音波画像処理装置。
9. 前記対象物に送信された前記超音波の反射波に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成部をさらに備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波画像処理装置。
10. 前記エッジ情報に基づいて、前記超音波画像を補正する画像補正部をさらに備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波画像処理装置。
11. 対象物に送信された超音波の走査方向に対応する第１軸の方向及び前記超音波が伝搬する距離方向に対応する第２軸の方向に並ぶ複数の画素を含み、前記複数の画素の各々は、前記超音波の反射位置に基づく座標と前記超音波の反射波の強度に基づく画素値とを有する超音波画像を処理する超音波画像処理方法であって、
    前記超音波画像に含まれる着目画素を通り、前記着目画素を含む計算対象領域を第１領域と第２領域に分割する互いに向きの異なる複数の線分を設定する工程と、
    前記複数の線分の各々に対して、前記第１領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値と前記第２領域に含まれる複数の画素の画素値の加算値との差分を計算する工程と、
    複数の前記差分の計算値に基づいて、前記着目画素に対するエッジ情報を算出する工程と、を備える、超音波画像処理方法。