JP2020116129A - 信号源を自動追尾するドプラ信号採取装置、ドプラ信号採取方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができるドプラ信号採取装置を提供する。【解決手段】被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付部１０７と、分布情報を用いて、被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得部１０９と、取得部１０９が取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力部１１０とを備え、取得部１０９は、目標の距離の取得後に、受付部１０７が受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、出力部１１０は、目標の距離の取得後に、取得部１０９が取得した方位角に応じた情報の出力を行うようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、観測対象とする３次元的な目的領域の中のドプラシフトを有する信号源（反射源）を２次元観測開口において受信し、また、それを自動追尾するドプラ信号採取装置等に関するものであり、例えば、その自動追尾を心拍同期的に行わんとするもので、さらには、例えば、初期発見同定の後は自動追尾の過程をイタレーション的（漸化的）に行うことで計算資源の節約を行わんとするものに関する。

従来から、刻々と位置を変える母体内の胎児の心臓、生体内の血管等をドプラ信号を利用して適切に監視するために、移動する胎児や血管等の位置を追尾しつつ監視を維持したいという技術的な要求があった。

このような従来の自動追尾機能を有する反射波信号採取装置としては、単に反射波の強度のみを目的対象とするもの、また機械式ステアリングを行うものまで含めるといくつかの先例がある。また、ドプラ成分に特化した反射波信号採取装置としては、例えば、特許文献１に示したようなものが知られていた。

特開２０１７−１５８６２２号公報（第１頁、第１図等）

しかしながら、上記のような技術においては、被検体からの反射波のドプラ信号成分を用いて、被検体内に位置する目標を追尾するための情報を容易にかつ迅速に取得することができない、という課題があった。このため、例えば、容易にかつ迅速に被検体内の目標を追尾することができなかった。

例えば、上記のような技術においては、捕捉せんとする目標から帰投する信号を、目的空間の深度（距離）軸（すなわちｚ軸）にも方位角の２つの直交する軸（ｘ、ｙまたはθ，φ）にも平等な考慮と思想で臨んでいて、追尾作業の過程においてそれら３軸は相互に他とは優先順所をつけられてはいない。この理由で例えば、手順上、先ず到来波面の曲面からフレネル変換でもって信号源の距離ｚを（換言すれば適合するフレネル変換のテンプレートを）求め、そののちに信号源の方位角θ，φをかくして求められたその距離に適合したフレネル変換のテンプレートをスライディングコンボリューションの過程に適用して求めていた。この手続は数理科学的には正しく疎漏のない手法であるが、やはり刻々の追尾を行うにしては計算量の大きさが問題で、それ故に、例えば、上記の引用文献１ではこれを蓄積一括事後処理すなわちストアドバッチプロセスで行うことを本命とせざるを得なかった。

本発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、被検体からの反射波のドプラ信号成分を用いて、容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができるドプラ信号採取装置等を提供することを目的とする。

本発明のドプラ信号採取装置は、被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付部と、分布情報を用いて、被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得部と、取得部が取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力部とを備え、取得部は、目標の距離の取得後に、受付部が受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、出力部は、目標の距離の取得後に、取得部が取得した方位角に応じた情報の出力を行うドプラ信号採取装置である。

かかる構成により、容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができる。

また、本発明のドプラ信号採取装置は、前記ドプラ信号採取装置において、被検体の心拍を取得する心拍取得部を更に備え、取得部は、目標の距離の取得後に、受付部が受け付けた分布情報であって、心拍取得部が取得した被検体の心拍と同期した分布情報を用いて、心拍と同期して目標の方位角を取得する処理を行うドプラ信号採取装置としてもよい。

かかる構成により、心拍に同期して、被検体内に位置する目標を精度よく追尾することができる。

また、本発明のドプラ信号採取装置は、前記ドプラ信号採取装置において、受付部が受け付ける分布情報は、反射波から得られた信号を参照用局部発振の信号と合波したのち、その上下どちらかの側波帯を用いて取得された分布情報であるドプラ信号採取装置としてもよい。

かかる構成により、容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができる。

本発明によるドプラ信号採取装置等によれば、容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができる。

本発明の実施の形態におけるドプラ信号採取装置の一例を示すブロック図 同ドプラ信号採取装置の動作を説明するためのフローチャート 同ドプラ信号採取装置を説明するための反射波の位相分布の一例を表す図 同ドプラ信号採取装置を説明するためのビームプロファイルの一例を示す横断面図 同ドプラ信号採取装置を説明するための焦点の位置を示す図 同ドプラ信号採取装置の処理手順を時間軸上に示した模式図 本発明の実施の形態におけるコンピュータシステムの外観の一例を示す図 同コンピュータシステムの構成の一例を示す図

以下、ドプラ信号採取装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

（実施の形態）
本実施の形態においては被観測音場における観測開口部（探触子）と目的反射源（血行系、胎児心など）との動的関係における性質を良く考慮して必要計算量を極度に減らしてリアルタイム追尾動作ができるようにする。ここでの追尾動作は、例えば、経時的に変化しうる目標の位置を示す情報のような追尾に必要な情報を取得することや、追尾に必要な情報を利用して経時的に変化しうる目標の位置に対応して、予め決められた１以上の処理を行うこと等である。ここでの経時的に変化しうる目標の位置とは、経時的に目標の位置が変化しなかった状態も含むと考えてもよい。本発明者が鋭意研究したところ、ドプラ信号採取装置等においては、被観測音場における観測開口部（探触子）と目的反射源（血行系、胎児心など）、すなわち目標との動的関係における性質を考慮した場合、追尾のために動的に変更しなければならない３つのパラメータである変位角θ、φ、および距離ｚのうち緊急度が高い（すなわち刻々と変化する）のはθ、φで、zは相対的に緊急度が低い（すなわち頻繁・高速には変化しない）という考えに至った。例えば、別な切り口で説明すると、探触子と目標（例えば、目的胎児心）との位置関係において、ふらつき易いのは、また胎児が、例えば、母体の呼吸や分娩の進行などの事由等に従って「逃げて行く」のは主として方位角であり、距離ではないという考えに至った。生体の奥の方にある中径ないし細径の血管を自動追尾せんとする場合も事情は同じである。また、観測系としてパルスドプラ系を採用する場合は目的反射源の距離の情報は信号が観測されるレンジゲートの深さとして大まかながら直接的に得られるので、これを到来波面の曲率から求める必要性は少ない。また実際的な寸法（波長との比率）においての観測開口が成す音場でのビームプロファイル（ないしはフレネル変換の空間分解能）に関してもまた、方位分解能の方が距離分解能より格段に高く、ゆえに目標から外れた場合の被害も方位角空間に関する方が大きい。

このような考えのもとに、最初に、目標までの距離ｚと方位角θ、φとを取得して目標を発見し、目標捕捉後の追尾の段階では方位角の２つの変数θ、φについてのみ追尾を行うようにしたところ、追尾の段階で距離ｚを取得する処理をなくすことができ、従来と比較して、大幅に処理を削減して格段に容易に被検体内に位置する目標を追尾することができるドプラ信号採取装置を提供できることを本発明者が見いだした。本実施の形態は、このようなドプラ信号採取装置の実施形態を説明するものである。

なお、ここでの方位角は二次元である、ないしは二次元として取り扱う。なお、ここで述べる方位角θ、φの一方は通常、仰角と呼ばれるが、ここでは方位角と仰角とを区別せずに、両者を方位角と呼んでいる。また、ここでの方位角θ、φは、例えば、極座標系における２つの偏角θ、φと考えてもよい。また、ここでの距離ｚは、極座標系における動径ｒと考えてもよい。かかることは、以下においても同様である。

図１は、本実施の形態におけるドプラ信号採取装置１のブロック図である。
ドプラ信号採取装置１は、照射部１０１、受波器アレイ１０２、受信器アレイ１０３、フィルタアレイ１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５、格納部１０６、受付部１０７、心拍取得部１０８、取得部１０９、出力部１１０、テンプレート取得部１１１を備える。ここでは、一例として、照射部１０１と受波器アレイ１０２とがケース１００内に設置されている場合について説明する。ただし、ケース１００内に、これら以外の部分が更に設定されていてもよい。

ケース１００の材質や形状等は問わない。ケース１００は、例えば、等音声の箔壁で構成されている。ケース１００は、例えば、透音性の液体（例えば、水、鉱油、グリセリン水和物など）を満たした液室構造体である。ただし、ケース１００は、中まで透音性のプラスチックを有する、いわゆるソリッドな構造体であってもよい。

照射部１０１は、被検体１０に超音波を照射する。照射部１０１が照射する超音波１００１は、例えば、平面波、円筒面波または球面波である。超音波１００１は、例えば、連続波である。ただし、超音波１００１は、パルスであってもよい。照射部１０１が照射する超音波は、例えば、予め決められたレベルの超音波や、ユーザにより指定されたレベルの超音波である。レベルは、例えば、強度である。本実施の形態のドプラ信号採取装置１の典型例について説明すると、観測超音波周波数は２ＭＨｚないし３ＭＨｚであり、目的領域の関心部位における照射密度は、例えば、２ｍＷ／ｃｍ^２ないし１０ｍＷ／ｃｍ^２程度である。ただし、照射部１０１が照射する超音波の周波数は問わない。例えば、照射部１０１は、通常の超音波エコーに利用される周波数の超音波を照射する。なお、図１において、超音波１００１の矢印は、超音波の進行方向を示す。

照射部１０１は、例えば、送波振動子や超音波送波器を有している。送波振動子は、照射振動子とも呼ばれる。ここでは、一例として、照射部１０１は、発振器１０１１、電力増幅器１０１２、超音波送波器１０１３を備える場合について説明する。

発振器１０１１は、予め決められた周波数、例えば上述したような観測超音波周波数の超音波を発生する。例えば、発振器１０１１は、連続波を発生する。

電力増幅器１０１２は、発振器１０１１が発生した超音波を増幅する。

超音波送波器１０１３は、電力増幅器１０１２が増幅した超音波を送波する。例えば、超音波送波器１０１３は、略無指向性の超音波を照射する。ただし、超音波送波器１０１３として、指向性を有する超音波を照射するものを用いてもよい。

被検体１０は、例えば、検査対象である。被検体１０は、例えば、人体や動物等の生体である。照射部１０１は、例えば、被検体１０内の目標９に対して超音波を照射する。目標９は、被検体１０内の観察対象部位と考えてもよい。目標９は、通常、生体の内部の部位であり、例えば、生体の表面から観察できない、あるいは観察が困難な部位である。目標は、例えば、ドプラ信号によって、移動や動きが検出可能なものであることが好ましい。目標９は、例えば、中径ないし細径の血行群であってもよく、胎児や胎児の心臓等であってもよい。

例えば、図１に示すようなケース１００の照射部１０１が照射する超音波１００１が出射される面を、被検体１０に当接させた状態で、照射部１０１から超音波１００１を照射させることで、被検体１０内部の目標９に対して、超音波を照射させることが可能である。なお、ケース１００の、少なくとも被検体１０に当接される部分は、超音波の透過性が高い材質や構造を有していることが好ましい。

なお、ここでは、ドプラ信号採取装置１の照射部１０１が、発振器１０１１および電力増幅器１０１２を有する場合について説明したが、発振器１０１１および電力増幅器１０１２を、ドプラ信号採取装置１の外部に設け、発振器１０１１が発生し、電力増幅器１０１２で増幅した超音波を、照射部１０１が有する超音波送波器１０１３に供給して、超音波送波器１０１３が、超音波を被検体１０に送波するようにしてもよい。この場合、発振器１０１１および電力増幅器１０１２は、ドプラ信号採取装置１の一部と考えてもよく、ドプラ信号採取装置１に含まれないものと考えてもよい。

受波器アレイ１０２には、照射部１０１が照射した超音波の、被検体１０からの反射波１００２が入射される。受波器アレイ１０２は入射された反射波１００２を電気信号に変換する。受波器アレイ１０２には、例えば、被検体１０内の目標９による反射波１００２が入射される。受波器アレイ１０２は、反射波１００２が入射される入射面を有している。この受波器アレイ１０２の入射面に、反射波１００２が結像されるといえることから、受波器アレイ１０２の反射波１００２が入射される面は、焦点面と考えてもよい。なお、ドプラ信号採取装置１が、焦点距離を調節するための音響レンズ等を有していても良い。

受波器アレイ１０２は、通常、反射波１００２が入射される位置に配置されている。反射波１００２は、例えば、ケース１００の被検体１０に当接される部分からケース１００内に入射され、受波器アレイ１０２に入射される。なお、図１において、反射波１００２の矢印は、反射波１００２の進行方向を示す。

受波器アレイ１０２は、複数の受波器１０２１を有している。受波器アレイ１０２が有する複数の受波器１０２１は、例えば、二次元方向に配列されている。受波器アレイ１０２の反射波１００２が入射される面には、例えば、複数の受波器１０２１の反射波が入射される面が二次元方向に配列されている。受波器アレイ１０２を構成する複数の受波器１０２１は、例えば、それぞれ、受波した反射波（超音波）の強度に応じた電気信号である受波信号を取得する。強度に応じた信号は、例えば、強度に応じた電流や電圧のレベルの信号である。受波器１０２１は、受波器アレイ１０２のエレメントと考えてもよい。受波器アレイ１０２は、例えば、受波振動子アレイ、焦点面アレイ、フォーカルプレンアレイ等であってもよい。受波器アレイ１０２は、例えば、受波面が口径約３２ｍｍの円形、または約３２×３２ｍｍの正方形を成し、その各々を構成するエレメントである受波器１０２１は、例えば、受波面が約２×２ｍｍの寸法である。受波器アレイ１０２は、例えば、全体として総数１６×１６＝２５６や、３２×３２＝１０２４の受波器１０２１で構成される。もしくは、端部を切り捨てて円形に近似するならば、受波器アレイ１０２は、そのπ／４倍のエレメントで構成される。ただし、これは一例であり、受波器アレイ１０２の形状や、サイズ、アレイを構成する受波器１０２１数等は問わない。

受波器アレイ１０２は、異なる時期に入射された反射波１００２を受波して、異なる時期毎に受波信号を取得しても良い。受波器アレイ１０２は、例えば、連続的に入射された反射波１００２を受波して、連続的に受波信号を取得しても良い。

なお、受波器アレイ１０２や、受波器１０２１については、公知技術であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

受信器アレイ１０３は、受波器アレイ１０２を構成する各受波器１０２１が取得した受波信号を受信する。受信器アレイ１０３は、複数の受信器１０３１を有している。受信器アレイ１０３が有する複数の各受信器１０３１は、例えば、受波器アレイ１０２を構成する各受波器１０２１とそれぞれ、図示しない配線等により接続され、各受信器１０３１は、各受波器１０２１から出力される受波信号を受信する。ここでは、各受信器１０３１が、例えば、各受波器１０２１が取得した受波信号を入力として増幅する低雑音アンプ１０３１１と、低雑音アンプ１０３１１で増幅された受波信号を、送波側の発振器１０１１から副次的に供給される統一された共通の送波キャリア１６でもって直交検波する直交検波器１０３１２とを備えている場合を例に挙げて説明する。ただし、各受信器１０３１の構成は、これに限定されるものではない。

フィルタアレイ１０４は、受信器アレイ１０３を構成する各受信器１０３１が受信し、増幅等を行った受波信号からドプラ信号を取得する。ここでのドプラ信号は、被検体１０から得られる反射波のドプラ信号成分である。ドプラ信号成分は、例えば、ドプラシフト成分である。ここでは、フィルタアレイ１０４が、受信器アレイ１０３の各受信器１０３１とそれぞれ図示しない配線等により接続された複数のドプラフィルタ１０４１を備えており、各ドプラフィルタ１０４１が、各受信器１０３１が受信し増幅等を行った受波信号からドプラ信号を取得する場合について説明する。ただし、フィルタアレイ１０４の構成等はこれに限定されるものではない。フィルタアレイ１０４からの出力は、例えば、ある注目するドプラシフト周波数の成分に貸して同相（ｉ）および直交（ｑ）の１対をなす複素信号であってもよい。

なお、上記のドプラ信号の受信は単側波帯（シングルサイドバンド、ＳＳＢ）受信であり、図示せぬ参照用局部発信の発振出力とヘテロダインまたはホモダイン検波ののち上下どちらかの側波帯のみがフィルタアレイ１０４により抽出される。フィルタアレイ１０４が出力するドプラ信号は、例えば、反射波から得られた信号を参照用局部発振の信号と合波したのち、その上下どちらかの側波帯を用いて取得された分布情報である。ここでドプラ観測系としてＳＳＢ受信をする理由は、それによれば、またそれによってのみ、開口面における到来波の位相分布が正しく観測されるからである。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、フィルタアレイ１０４の出力をＡ／Ｄ変換する。すなわち、フィルタアレイ１０４が出力するアナログ信号であるドプラ出力をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１０５は、上記のように変換したドプラ信号を用いて、ドプラ信号成分に関する二次元分布を示す情報（以下、分布情報と称す）を取得し、出力する。ここでの出力は送信であってもよく、蓄積であってもよい。分布情報は、例えば、上述した受波器アレイ１０２の受波面におけるドプラ信号成分の分布情報と考えてもよい。ドプラ信号を示す情報等を二次元配置と対応付けて分布させた情報とは、例えば、各ドプラフィルタ１０４１が取得したドプラシフト成分を示す情報等を、ドプラフィルタ１０４１に対応する受波器１０２１の二次元配置に対応する座標や、配列順を示す情報等と対応付けた情報である。あるいは、ドプラシフト成分を示す情報等を二次元配置と対応付けて分布させた情報は、例えば、ドプラシフト成分を示す情報を、ドプラフィルタ１０４１に対応する受波器１０２１の二次元配置に対応する画素の画素値として有する二次元の画像情報であってもよい。なお、Ａ／Ｄ変換器１０５は、Ａ／Ｄ変換の処理以外の、複数のドプラフィルタ１０４１が取得したドプラ信号等に対して、予め指定された処理等を行なう手段等を有していてもよい。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、例えば、上記のように受波器アレイ１０２が異なる時期にそれぞれ取得した受波信号毎に分布情報を取得して出力してもよい。Ａ／Ｄ変換器１０５は、例えば、上記のように受波器アレイ１０２が連続的に取得した受波信号毎に分布情報を取得して出力してもよい。Ａ／Ｄ変換器１０５は、例えば、受波器アレイ１０２が連続的に取得した受波信号を適宜用いて、一の分布情報を取得する処理を順次繰り返して複数の分布情報を順次取得しても良く、このようにして得られた複数の分布情報を、連続的に取得した分布情報と考えてもよい。

Ａ／Ｄ変換器１０５は、例えば、取得した分布情報に、分布情報を取得した時刻や反射波を受信した時刻等の、分布情報に関連した時刻の情報を対応付けて出力してもよく、分布情報の取得順番を示す連番等の情報を対応付けて出力してもよく、予め決められたルール等に応じて取得されたファイル名や識別子等の情報を対応付けて出力してもよい。時刻の情報は、標準時等の絶対的な時刻であってもよく、タイマーやカウンター等により取得される相対的な時刻であってもよい。

なお、以下においては、Ａ／Ｄ変換器１０５が分布情報を取得して格納部１０６に蓄積する場合を例に挙げて説明する。ここでの蓄積は、メモリ等への一時的な蓄積、例えば一時記憶と考えてもよい。

なお、ここでは、Ａ／Ｄ変換器１０５が分布情報を取得して出力する場合について説明したが、ドプラ信号採取装置１がどのように分布情報を取得し出力するかは問わない。例えば、Ａ／Ｄ変換器１０５が分布情報を取得する代りに、Ａ／Ｄ変換器１０５が出力するドプラ信号を用いて分布情報を取得して格納部１０６に蓄積する蓄積手段や、受付部１０７に対して出力する手段等を、ドプラ信号採取装置１が更に有していてもよい。

また、ここでは、受信器アレイ１０３およびフィルタアレイ１０４により、受波器アレイ１０２で取得した受波信号をエレメント毎に直交検波しフィルタしてベースバンドに落とす構成としているが、等価な手段（図示せず）等が受波超音波信号（高周波信号）をそのまま必要十分な程度の密度でサンプリングないしＡ／Ｄ変換して記憶し、いくつかの初期フィルタの手続きまで含めて必要な処理は全部デジタル的にサンプル点列信号処理の形で実行することでも実現できる。

なお、記憶された信号データの観点からはかかるベースバンド方式（ＢＢ，ｂａｓｅｂａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、高周波方式（ＲＦ，ＲＦ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、さらには一旦扱いやすい中間周波数信号にヘテロダイン変換して扱う中間周波数方式（ＩＦ，ＩＦ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）、等の違いはサンプル点列データの並び方（並べ方）の定義ないし解釈の問題でしかないことは、信号処理学としは自明である。このため、本願においては、上記の記述を、どのようなハードウェアで、またどのようなサンプル点列信号処理で実現してもよい。また、本実施の形態のドプラ信号採取装置１がＲＦシステムであるか、ＩＦシステムであるか、ＢＢシステムであるか等は問わない。

格納部１０６には、１または２以上の分布情報が格納される。分布情報は、上述したように、被検体１０に照射された超音波に対する反射波のドプラ成分に関する二次元分布を示す情報である。例えば、格納部１０６に格納される分布情報は、Ａ／Ｄ変換器１０５が取得した分布情報である。ただし、格納部１０６に分布情報が蓄積される過程等は問わない。例えば、受付部１０７が、Ａ／Ｄ変換器１０５等から受け付けた分布情報を格納部１０６に蓄積するようにしてもよい。

格納部１０６には、例えば、異なる時刻に対応する複数の分布情報が格納されていてもよい。異なる時刻に対応する分布情報とは、例えば、異なる時刻に取得された分布情報である。異なる時刻に取得された分布情報は、分布情報を取得した時刻が異なる分布情報であってもよく、分布情報を取得するために用いる反射波を受波した時刻等であってもよい。例えば、格納部１０６に格納される複数の分布情報は、同じ目標９について異なる時刻に取得された分布情報であってもよい。例えば、格納部１０６には、連続的に取得された分布情報が蓄積されてもよい。連続的に取得された分布情報とは取得した時刻が連続している分布情報である。ただし、取得した時刻が連続している分布情報は、例えば、予め決められた時間間隔、あるいは予め決められた時間以内の時間間隔を隔てて取得された分布情報を含むと考えてもよい。また、連続的に取得された分布情報は、受信器アレイ１０３等が一の分布情報を取得する処理を順次繰り返して取得した分布情報であってもよい。分布情報は、例えば、Ａ／Ｄ変換器１０５や、受付部１０７等により、取得時刻や蓄積時刻と対応付けられて格納部１０６に蓄積されてもよい。格納部１０６は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。

なお、以下、本実施の形態においては、格納部１０６に格納された１または２以上の分布情報が、Ａ／Ｄ変換器１０５により取得されて蓄積された分布情報である場合を例に挙げて説明する。

受付部１０７は、被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す分布情報を受け付ける。ここでの受け付けは、入力の受け付けや、受信や、格納部に蓄積された情報の読み出し等と考えてもよい。受付部１０７は、例えば、Ａ／Ｄ変換器１０５等が出力する分布情報を受け付ける。また、受付部１０７は、格納部１０６に格納された分布情報を適宜、読み出すことによって分布情報を受け付けても良い。受付部１０７は、例えば、格納部１０６に格納された分布情報を、取得時または蓄積時が古いものから順に読み出す。ただし、受付部１０７は、取得順や蓄積順に１以上の分布情報を隔てた分布情報を読み出す、すなわち、１以上の分布情報を間引いて読み出すようにしてもよい。受付部１０７が受け付ける分布情報は、例えば、反射波から得られた信号を参照用局部発振の信号と合波したのち、その上下どちらかの側波帯を用いて取得された分布情報である。

なお、受付部１０７は、例えば、Ａ／Ｄ変換器１０５等が出力する分布情報を受け付け、一旦、格納部１０６に蓄積する（例えば、一時記憶する）ようにしてもよい。

なお、上記で説明したドプラ信号成分の分布情報を取得するための構成である照射部１０１、受波器アレイ１０２、受信器アレイ１０３、フィルタアレイ１０４、およびＡ／Ｄ変換器１０５は、ドプラ信号採取装置１とは異なる外部の装置で実現してもよい。そして、この装置で取得した分布情報を、格納部１０６に蓄積するようにしてもよく、または、受付部１０７が受け付けるようにしてもよい。また、これらと同様の構成を有する分布情報を取得可能な装置を、これらの代わりに用いるようにしてもよい。

心拍取得部１０８は、被検体の心拍を取得する。例えば、心拍取得部１０８は、例えば、目標９が被検体の血管等である場合、被検体に取付けた心拍を取得するためのセンサ（図示せず）等が取得した情報を用いて、心拍を取得する。心拍を取得するということは、心拍が発生する時刻や時点を示す情報を取得することであってもよい。心拍を取得するということは、心拍信号振幅最大点の発生時刻や発生時点を示す情報を取得することと考えてもよい。例えば、心拍取得部１０８は、センサ等が取得した情報を用いて、心拍を取得する心拍計であってもよい。心拍取得部１０８は、どのように被検体の心拍を取得しても良い。例えば、被検体に取付けたセンサである電極等が取得する電気信号から心拍を取得しても良い。また、被検体に取付けた赤外線センサ等が取得する血流の情報等を利用して心拍を取得しても良い。心拍取得部１０８とセンサや、心拍計等との接続は、有線接続であってもよく、無線接続であってもよい。

また、目標９が胎児の心臓等である場合、心拍取得部１０８は、被検体である胎児の心拍を取得する。胎児の心拍信号と考えられる周期性を有する信号振幅等を検出する処理や構成等は、例えば、本願発明者である竹内康人による発明である特公昭５６−７５９２に開示されている技術等において、公知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

上記の心拍を取得する処理においては、適宜、本願のドプラ信号採取装置１の構成の一部等を適宜利用してもよい。例えば、心拍取得部１０８は、受信器アレイ１０３等が受信した情報を用いて、心拍を取得するようにしてもよい。

なお、心拍取得部１０８による心拍を取得するための上記の構成や処理は、あくまでも一例であり、本願発明においては、これらのいずれかに限定される必要はない。同様に、胎児等の心拍と考えられる周期性の検出や、周期性を有する信号振幅を検出した場合、どのように、心拍を取得するかは問わない。

また、心拍取得部１０８は、胎児や生体の心電信号、心音信号、脈波などの心拍の信号を、これらの信号を取得する他の装置（図示せず）から、受信するようにしても良い。この場合、心拍取得部１０８による心拍の取得は、心拍が発生するタイミングを示す信号や時刻を示す情報の受信や受け付け等と考えてもよい。なお、心拍取得部１０８はどのような信号から心拍を取得しても良い。

なお、上述したＡ／Ｄ変換器１０５等が、心拍に同期した分布情報のみを取得して、この分布情報を格納部１０６に蓄積したり、受付部１０７に出力するようにしても良い。

心拍取得部１０８は、例えば、センサを有していてもよい。また、心拍取得部１０８は、例えば、センサと接続される心拍計等であってもよく、心拍計の情報を受信する受信手段等であってもよい。

取得部１０９は、例えば、以下のような目標捕捉と、捕捉した目標の追尾の処理を行うものである。
（１）初期段階すなわち目標９の捕捉段階では距離、方位角の３つの変数につき探査を行い目標を発見する。この場合、距離の捕捉の手続と作業を優先する。
（２）目標捕捉後の追尾の段階では方位角の２つの変数についてのみ追尾を行う処理を行う。

なお、この中で特に、初期段階での距離ｚの発見同定は、パルスドプラシステムの場合には、到来波面のフレネル変換に基づいて行うよりもレンジゲートの位置（距離）で行う方が有益である。

また、追尾段階での方位角の発見同定は、拍の単位で心拍同期的に行い、特に心拍ドプラ信号の振幅最大点において拍毎に１回だけ行い、その結果に基づいて追尾は前拍において受信に適用された方位角を微修正する如くにイタレーション作業として行う、ということが好ましい態様であり得る。

以下、取得部１０９について説明する。取得部１０９は、受付部１０７が受け付けた分布情報を用いて、被検体１０内に位置する目標９の距離ｚと方位角θ、φとを取得する。そして、距離ｚを取得した後は、この距離ｚを用いて、方位角θ、φとを取得する処理を繰り返し行う。ここでの取得部１０９が取得する距離ｚおよび方位角θ、φは、例えば、受波器アレイ１０２が反射波を受波する位置や、受波する方向に対する距離ｚおよび方位角θ、φである。ここでの反射波を受波する位置は、例えば、受波器アレイ１０２の受波面の基準点であり、例えば、中心等の代表点である。ここでの方位角は、例えば、受波器アレイ１０２の受波面の基準点（例えば、中心点）等から目標９間での距離をｒとした場合の極座標系における方位角と考えてもよい。この方位角は、例えば、受波面に垂直な方向等を奥行き方向等の所望の方向と考えた場合の方位角である。

取得部１０９は、受付部１０７が受け付けた分布情報を用いて、到来波面の曲率からフレネル変換を行うことで、信号源である目標９までの距離ｚを取得する。ここでの信号源は、例えば、ドプラ信号の信号源となる動きを有する目標９である。取得部１０９は、例えば、テンプレート取得部１１１が提供するフレネル変換用テンプレートを用いて目標９までの距離ｚを取得する。テンプレートとは、例えば、受波器アレイ１０２に対応した位相分布の情報である。例えば、テンプレートは、位相分布の初期値を示す情報である。

以下、テンプレートを用いて目標９までの距離ｚと方位角θ、φとを取得する処理の一例について説明する。ここでは、まず、取得部１０９は、距離ｚを取得する。例えば、取得部１０９は、受付部１０７が受け付けた分布情報に対してフレネル変換を行う。そして、テンプレート取得部１１１が提供する曲率が異なる複数のフレネル変換用のテンプレートをそれぞれ用いて、計算領域中、すなわち分布情報について最も高い相関値を与える（相関ピークが立つ）テンプレートの曲率半径を信号源である目標９までの距離ｚとして取得する。曲率が異なるテンプレートは、例えば、曲率が少しずつ異なるテンプレートである。このテンプレートは、例えば、予め決められた曲率を有するテンプレートである。また、このテンプレートは、分布情報を取得する際に用いた超音波１００１の波長に対応したテンプレートである。複数のテンプレートは、予め用意されたテンプレートを、テンプレート取得部１１１が図示しない格納部等から読み出してもよく、テンプレート取得部１１１が、新たに生成してもよい。例えば、フレネル変換用のテンプレートは、ニュートンリング型のテンプレートであり、テンプレート取得部１１１は、その曲率半径を変更することで、曲率半径が異なる複数のテンプレートを取得しても良い。

次に、取得部１０９は、上記の距離ｚを用いて、方位角θ、φを取得する。取得部１０９は、取得した距離ｚに適合したテンプレートであって、分布情報を取得する際に用いた超音波１００１の波長により特定されるフレネル変換用のテンプレートをテンプレート取得部１１１から取得し、取得したテンプレートを、分布情報のデータのピクセルに対してスライディングコンボリューションの過程に適用して、方位角θ、φ（偏角θ、φ）を求める。スライディングコンボリューションとは、分布情報のデータのピクセルに対して、テンプレートをスライドさせながら適用して、畳み込みを行うことである。分布情報のデータのピクセルとは、例えば、各ピクセルの値をドプラシフト成分の値で表した分布情報のデータの、各ピクセルである。この方位角の求め方は公知であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

なお、取得部１０９は、このようなピクセル毎の処理に代えて、一括してフレネル変換を行うようにしても良い。また、フレネル変換を行う代わりに、フーリエ変換を行って方位角を取得しても良い。信号源の距離が無限遠の場合には、ないしそれに近似出来るフラウンホーファーゾーンにある場合には、曲っていない波面すなわち平面波が到来するものとみなしうることから、縮退した、曲率のないフレネル変換すなわちフーリエ変換が適用できる。この場合、信号源（例えば、目標９）の方位角を意味するｘ、ｙもしくは方位角θ、φの２つの値のみが答えとなる。フレネル変換とは原理上無限遠点にピントがあっているフーリエ変換に接写レンズとなる位相曲がりのテンプレートを付加（エレメント毎に乗算）したものと理解することができることから、フレネル変換を上位概念としてその１つの縮退型がフーリエ変換であるという理解も成り立つ。

ここでは、取得した距離ｚと波長とにより特定されるテンプレートを用いて、方位角θ、φを取得することから、距離ｚを取得することは、この距離ｚによって特定されるフレネル変換用のテンプレート、すなわち、距離ｚと波長とによって特定されるフレネル変換用のテンプレートを取得することと考えてもよい。

取得部１０９は、一旦、目標の距離ｚを取得した後、例えば、目標の距離ｚと方位角θ、φとを取得した後は、上述した距離ｚを取得する処理は行わずに、受付部１０７が受け付ける分布情報を用いて、上記と同様に目標の方位角θ、φを取得する処理を１または２回以上繰り返し行う。この分布情報は、例えば、距離ｚを取得した分布情報以降に取得された分布情報である。取得部１０９は、このようにして順次取得される方位角θ、φを、目標の距離ｚを取得した後の目標の位置を示す方位角θ、φとして取得する。この方位角θ、φは、目標の距離ｚを取得した分布情報以降に取得された分布情報から取得された目標の位置を示す方位角θ、φと考えてもよい。また、この場合の目標９までの距離ｚとしては、直前に取得された最新の距離ｚと考える。なお、この処理は、上記のような距離ｚによって特定されるフレネル変換用テンプレートを用いて、方位角θ、φを取得する処理と考えてもよい。

なお、取得部１０９は、上述したように、受付部１０７が受け付けた分布情報であって、心拍取得部１０８が取得した被検体の心拍と同期した分布情報を用いて、心拍と同期して目標の方位角を取得する処理を行うようにすることが好ましい。例えば、取得部１０９は、目標９の距離ｚと方位角θ、φを取得する際において、受付部１０７が受け付けた分布情報であって、心拍取得部１０８が取得した被検体の心拍と同期した分布情報を用いて、心拍と同期して目標の距離ｚと方位角θ、φとを取得する処理を行うようにし、その後の方位角θ、φとを取得する際においても、受付部１０７が受け付けた分布情報であって、上記の距離ｚを取得する際に用いた分布情報以降に受信した、心拍取得部１０８が取得した被検体の心拍と同期した分布情報を用いて、心拍と同期して目標の方位角を取得する処理を行うようにしてもよい。例えば、取得部１０９が方位角θ、φを取得する際（距離ｚを取得する際も含む）においては、心拍取得部１０８が取得した被検体の心拍と同期したタイミングで、Ａ／Ｄ変換器１０５が出力する分布情報を、受付部１０７が順次受け付けるようにし、取得部１０９は、この受付部１０７が受け付けた分布情報を用いて、上記のように方位角θ、φを取得するようにしても良い。また、例えば、取得部１０９が方位角θ、φを取得する際（距離ｚを取得する際も含む）においては、Ａ／Ｄ変換器１０５が取得して格納部１０６に蓄積された分布情報の中から、心拍取得部１０８が取得した被検体の心拍と同期した分布情報を受付部１０７が順次読み出して取得するようにし、取得部１０９は、この受付部１０７が取順次得した分布情報を用いて、上記のように方位角θ、φを取得するようにしても良い。

例えば、信号源は刻々と、ただし比較的ゆっくりと、飛躍することなく移動するため、最も近い過去の拍の心拍信号振幅最大点において獲得した信号源の距離と方位角のデータを初期値とすれば直後の拍の心拍信号振幅最大点において新たに信号源の距離と方位角のデータを適応的に発見、同定する手続を大幅に短縮また高速化することが可能となる。

なお、目標９の距離ｚを取得した後に、受付部１０７が受け付けた分布情報から取得部１０９が取得した方位角θ、φが、不適切なデータである場合（例えば、直前に取得した方位角から、閾値以上異なる場合や、あり得ない数値である場合等）においては、取得部１０９は再度距離ｚを取得する処理を行うようにしても良い。また、取得部１０９は、定期的に、あるいは不定期に距離ｚを取得する処理を行うようにしても良い。

取得部１０９は、通常、ＭＰＵやメモリ等から実現され得る。取得部１０９の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア（専用回路）で実現しても良い。

出力部１１０は、取得部１０９が取得した目標９の距離ｚと方位角θ、φとに応じた情報の出力を行なう。また、出力部１１０は、目標９の距離ｚの取得後に取得部１０９が取得した方位角θ、φに応じた情報の出力を行う。例えば、取得部１０９が取得した目標９の距離ｚと方位角θ、φとに応じた情報の出力は、取得部１０９が取得した目標９の距離ｚと方位角θ、φとの少なくとも一部の出力（例えば、距離ｚと方位角θ、φとの出力や、方位角θ、φの出力）であってもよく、この距離ｚと方位角θ、φとの少なくとも一部を用いて取得した情報の出力であってもよい。また、取得部１０９が目標９の距離ｚの取得後に取得した目標９の方位角θ、φに応じた情報の出力は、取得部１０９が取得した目標９の方位角θ、φの少なくとも一部の出力（例えば、方位角θ、φとの出力や、方位角θ、φの出力）であってもよく、この方位角θ、φの少なくとも一部を用いて取得した情報の出力であってもよい。方位角θ、φの少なくとも一部を用いて取得した情報の出力は、例えば、方位角θ、φの直前の値からの変位量を示す情報であってもよい。また、方位角θ、φの少なくとも一部を用いて取得した情報の出力は、方位角θ、φの少なくとも一方が予め決められた閾値以上となった場合において行われる警告等の出力であってもよく、方位角θ、φの少なくとも一方の、直前の値からの変位量が、予め決められた閾値以上となった場合において行われる警告等の出力であってもよい。ここでの警告は、例えば、目標９が、ドプラ信号採取装置１によって観測可能な領域（例えば、超音波を照射可能な領域やドプラ信号を受信可能な領域）から、外れそうになっていることや、外れそうな可能性があることを警告する情報や、外れたことを警告する情報であってもよい。この警告は、追尾が破綻しそうになっている、あるいは破綻したことを示す警告であってもよい。ここでの警告の出力は、警告画面の出力や、警告音の出力、警告灯の点灯であってもよい。また、距離ｚと方位角θ、φとを用いて取得した情報の出力は、目標９に対して処理を行う装置（図示せず）に対する距離ｚや方位角θ、φとを用いて取得された制御信号の出力であってもよく、また、ドプラ信号採取装置１の超音波を照射する向きや、ドプラ信号を受信する向きを自動制御する装置（図示せず）を、移動後の目標９が観測可能な領域に入るよう移動させるための制御信号等であってもよい。この場合の距離ｚと方位角θ、φとは、距離ｚと、距離ｚの取得後に取得された方位角θ、φとの組み合わせであってもよい。なお、出力部１１０は、目標９の距離ｚの取得後に、この距離ｚと、この距離ｚ後に取得部１０９が取得した方位角θ、φとを出力してもよく、この距離ｚと、この距離ｚ後に取得部１０９が取得した方位角θ、φとに応じた情報の出力を行うようにしてもよい。

なお、出力部１１０は、取得部１０９が取得した目標９の距離ｚと方位角θ、φとに応じた情報や、取得部１０９が取得した目標９の方位角θ、φとに応じた情報として、これらの情報を用いて目標９を特定し追尾することによって目標９から得られる情報を取得して出力してもよい。

ここでの出力は、例えば、ディスプレイへの表示、プロジェクターを用いた投影、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラムなどへの処理結果の引渡しなどを含む概念である。

出力部１１０は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部１１０は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。

テンプレート取得部１１１は、１または２以上のテンプレートを取得する。テンプレート取得部１１１が取得するテンプレートは、フレネル変換用のテンプレートである。フレネル変換用のテンプレートは、通常、ニュートンリング型のテンプレートである。テンプレート取得部１１１は、例えば、図示しない格納部に格納されているテンプレートを読み出すことでテンプレートを取得しても良く、テンプレートを生成して取得してもよく、１以上のテンプレートを利用して新たなテンプレートを生成してもよい。例えば、テンプレート取得部１１１は、図示しない格納部に格納されている曲率半径を意味するスケールファクターを変更可能なパラメータとして有するニュートンリング型のテンプレートを用いて、スケールファクターを変更することによって、曲率半径が異なる１以上のテンプレートを生成してもよい。このようなテンプレートは、例えば、可変テンプレートと考えてもよい。また、テンプレート取得部１１１は、取得部１０９が目標９までの距離ｚを取得した場合に、この距離ｚと、目標に照射する超音波の波長とを用いて、方位角θ、φを取得するために用いられるテンプレートを取得しても良い。また、テンプレート取得部１１１は、取得したテンプレートに、冗長さ、ノイズ、形状歪等の非理想成分があった場合に、それらを捨象する補正等を行うようにしても良い。

なお、テンプレート取得部１１１がテンプレートを取得する処理は、上記に限定されるものではない。

次に、ドプラ信号採取装置１の動作の一例について図２のフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１０１）照射部１０１が、超音波の照射を開始する。例えば、照射部１０１は、被検体１０の目標９を含む領域に対して超音波の照射を開始する。例えば、発振器１０１１が出力する連続波送波キャリアが、電力増幅器１０１２で適宜付勢され、超音波送波器１０１３より目標９を含む領域に略無指向性に照射される。

（ステップＳ１０２）受波器アレイ１０２は、ステップＳ１０１で照射される超音波の反射波の受波を行う。例えば、受波器アレイ１０２は、反射波の受波を順次行う。例えば、受波器アレイ１０２により、目標９により帰投する反射波が受波され、多数の電気信号に変換される。

（ステップＳ１０３）受信器アレイ１０３は、受波器アレイ１０２が出力する信号を受信する。例えば、受信器アレイ１０３は、受波器アレイ１０２が出力する信号を順次受信する。例えば、受信器アレイ１０３を構成する各受信器１０３１は、受波器アレイ１０２を構成する各受波器１０２１が、受波した反射波に応じて出力する信号を受信する。

（ステップＳ１０４）フィルタアレイ１０４は、受信器アレイ１０３が受信した信号からドプラシフト成分のみを選択的に取得する。

（ステップＳ１０５）Ａ／Ｄ変換器１０５は、フィルタアレイ１０４を構成するドプラフィルタ１０４１が出力するドプラ信号をデジタル信号に変換してドプラ信号の分布情報を取得する。Ａ／Ｄ変換器１０５は、例えば、ドプラフィルタ１０４１が出力するドプラ信号から、順次、分布情報を取得する。取得した分布情報を、図示しない時計等から取得した取得時刻と対応付けて、格納部１０６に蓄積する。

（ステップＳ１０６）心拍取得部１０８は心拍を取得する。例えば、心拍信号の極大値時刻を順次取得する。

（ステップＳ１０７）受付部１０７は、カウンターｋの値として１を代入する。

（ステップＳ１０８）受付部１０７は、格納部１０６に格納された分布情報から、ｋ番目の心拍の発生時の分布情報を受け付ける。例えば、受付部１０７は、ステップＳ１０６で取得したｋ番目の心拍の時刻である心拍信号のｋ番目の極大値時刻と同じ取得時刻と対応付けられた分布情報を格納部１０６から読み出す。

（ステップＳ１０９）テンプレート取得部１１１は、発振器１０１１が出力する超音波の波長に対応した曲率半径が異なるフレネル変換用の複数のテンプレートを取得する。

（ステップＳ１１０）取得部１０９は、受付部１０７が直前に受け付けたｋ番目の分布情報についてフレネル変換を行って、目標９までの距離ｚを取得する。例えば、取得部１０９は、受付部１０７が直前に受け付けた分布情報についてフレネル変換を行い、ステップＳ１０８で取得した異なる複数のテンプレートの中から相関値の高いテンプレートを検出する。そして、このテンプレートに対応するニュートンリング形状の曲率半径が、目標９までの距離ｚとして取得する。なお、テンプレート取得部１１１は、このとき得られたフレネル変換を行った分布情報や、これに近い形状を有するテンプレートを、これ以降の方位角θ、φを取得する場合のテンプレートとして取得しても良い。この時、このテンプレートにおいて、冗長さや、ノイズ等の非理想成分を除去する補正処理等を行うようにしても良い。なお、このようなテンプレートの取得を、実質的に距離ｚの取得に相当するものと考えてもよい。

（ステップＳ１１１）取得部１０９は、ｋ番目の分布情報について、ステップＳ１１０で取得した距離ｚに対応する曲率半径を有するニュートンリング形状のテンプレートを用いて、目標９の方位角θ、φを取得する。例えば、上記のテンプレートをスライディングコンボリューションの過程に適用して、方位角θ、φを取得する。

（ステップＳ１１２）取得部１０９は、距離ｚが取得済であるか否かを判断する。取得済である場合、ステップＳ１１３に進み、取得済でない場合、ステップＳ１１４に進む。

（ステップＳ１１３）出力部１１１は、取得部１０９が取得した目標９までの距離ｚと目標９の方位角θ、φとに関する情報を出力する。例えば、出力部１１１は、距離ｚと方位角θ、φとの値を出力する。そして、ステップＳ１１５に進む。

（ステップＳ１１４）出力部１１１は、ｋ番目の分布情報から取得された方位角θ、φに関する出力を行う。例えば、出力部１１１は、ｋ番目の分布情報から取得された方位角θ、φと、ｋ−１番目の分布情報から取得した方位角θ、φとの変位量を算出し、この変位量が閾値を越える場合に、警告を出力する。なお、越えない場合は、警告を出力しない。そして、ステップＳ１１５に進む。

（ステップＳ１１５）受付部１０７は、カウンターｋの値を１インクリメントする。

（ステップＳ１１６）受付部１０７は、ステップＳ１０８と同様に、格納部１０６に格納された分布情報から、ｋ番目の心拍の発生時の分布情報を受け付ける（読み出す）。そして、ステップＳ１１１に進む。

なお、図２のフローチャートにおいて、例えば、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理は、それぞれ連続的に繰り返し行われるものとする。

また、ステップＳ１１４等で、方位角の変位量が閾値を越える場合等には、カウンターｋの値を１インクリメントして、ステップＳ１０８に戻るようにしてもよい。
なお、図２のフローチャートにおいて、Ａ／Ｄ変換器１０５が、ステップＳ１０５においてドプラ信号の分布情報を取得して蓄積する代わりに、ステップＳ１０６において取得した心拍に同期したタイミングでドプラ信号の分布情報を取得するようにし、受付部１０７がこの分布情報を受け付けるようにしても良い。

なお、図２のフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。

以下、本実施の形態におけるドプラ信号採取装置１に関連した説明として、目標９の追尾のために動的に変更しなければならない緊急度が高いパラメータが方位角θ、φであることについて、モデルベースの試算例を提示する。

設定条件は開口面でのエレメント配置は３２×３２、エレメント総数１０２４とする。このとき、超音波周波数が２ＭＨｚの場合には全方位角空間に対して曖昧さをさけるには最低１５ｍｍ角程度の開口寸法が必要であるが、観測（適用）方位角空間を立体角４５度とか３０度とかに制限すればこの倍ないし３倍にして検出感度を増強することができる。

図３は中心軸からややずれた反射源から到来する反射波の開口面における位相分布を階調性をもって表すものであり、典型的なニュートンリング状のパターンを成すことを示す。

図４はこの反射波をフレネル変換により位相合わせして受信する場合の、受信側で設定する方位角に応じて受信される信号のレベルを該当距離における離心距離を横軸として表す（すなわちビームプロファイルの横断面）であり、これより感度分布の電力半値幅は約３ｍｍであることがわかる。なお、方位角ないしは離心距離の軸は２次元であるが、設定される受信開口は両軸に関して対等であるのでその内１つの軸に関してのみ示す。

図５は同じ設定における同じ反射源からの反射波に関する距離方向の、すなわちフレネル変換の波面の曲率を変えることで、焦点の位置を奥行き方向に変えて示すものであり、上記と同じ条件の場合、焦点の前後における電力半値幅は１３ｍｍほどあることがわかる。

以上により、距離方向のずれよりも方位方向のずれの方が影響が格段に大きく、管理（追尾）されなければならない程度が大きいことが証明される。

本実施の形態においては、例えば、可変テンプレート等を用いて、曲率半径を変更、修正しつつフレネル変換を多用して信号減の距離を知る行程を、初期設定時に１回のみ行い、その後の定常運転時には省略系としてその距離データを用いて方位角の適応修正による追尾を行う作業を各心拍において本質的に１回のみ行うことで漸化的に行う。例えば、この各拍毎に１回の試行による漸化的追尾には２次元フーリエ変換１回のみで足りる。

図６は、本発明の処理手順を心拍信号の時間軸上にて表現するものである。図においては、可変テンプレートを修正しつつフレネル変換を多用して信号源の距離を知る行程は初期設定時に１回のみ行い、定常運転時には省略系としてその距離データを用いて方位角の適応修正による追尾を行う作業を各心拍において本質的に１回のみ行うことで漸化的に行う。この各心拍において本質的に１回のみ行う動作は、心拍信号の極大値時刻を含む前後の小時間区間において選択的に行われる。心拍信号の極大値時刻を知る手段や手法は公知汎用のものであるからここでは説明を省略する。

以上、本実施の形態によれば、心拍活動に由来するドプラシフトを有するターゲットを自動発見し、また発見後には自動追尾するシステムを構築するにあたって、必要な計算量を大幅に少なくすることができ、これにより、容易にかつ迅速に被検体内に位置する目標を追尾することができる。またかかる作用効果に由来して装置の軽薄短小化また省電力化に大きく貢献するので有益である。

なお、上記各実施の形態において、各処理（各機能）は、単一の装置（システム）によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。

また、上記各実施の形態では、ドプラ信号採取装置がスタンドアロンである場合について説明したが、ドプラ信号採取装置はセンサ側に寄り添う如く実装されたスタンドアロンの装置であってもよく、また近距離伝送を介した近隣の集中的資源によるエッジコンピューティングの形式を採るサーバ・クライアントシステムによる実装であってもよい。またさらにこれらの分散処理を行う計算および記憶の資源はネットワーク上の仮想空間に分布するクラウドコンピューティング形式で実装される事も妨げない。分散処理ないし分散実装の場合には、出力部や受付部は、通信回線を介して入力を受け付けたり、画面を出力したりすることになる。

また、上記各実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、格納部（例えば、ハードディスクやメモリ等の記録媒体）にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、等価な機能が分散実行のためのネットワークコマンドを介してクラウドコンピューティング形式で実装されることも妨げない。

なお、上記各実施の形態におけるドプラ信号採取装置を実現するソフトウェアは、ネットワークコマンドを介してクラウド上の仮想空間に等価な機能が構築される場合も含め、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付部と、分布情報を用いて、被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得部と、取得部が取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力部として機能させ、取得部は、目標の距離の取得後に、受付部が受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、出力部は、目標の距離の取得後に、取得部が取得した方位角に応じた情報の出力を行うプログラムである。

なお、上記プログラムにおいて、情報を送信する送信ステップや、情報を受信する受信ステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理（ハードウェアでしか行われない処理）は含まれない。

なお、上記プログラムにおいて、上記プログラムが実現する機能には、ハードウェアでしか実現できない機能は含まれない。例えば、情報を取得する取得部や、情報を出力する出力部などにおけるモデムやインターフェースカードなどのハードウェアでしか実現できない機能は、上記プログラムが実現する機能には含まれない。

また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。

図７は、上記プログラムを実行して、上記実施の形態によるドプラ信号採取装置を実現するコンピュータの外観の一例を示す模式図である。上記実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムによって実現されうる。

図７において、コンピュータシステム９００は、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ドライブ９０５を含むコンピュータ９０１と、キーボード９０２と、マウス９０３と、モニタ９０４とを備える。

図８は、コンピュータシステム９００の内部構成を示す図である。図８において、コンピュータ９０１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９０５に加えて、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１１と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのＲＯＭ９１２と、ＭＰＵ９１１に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶すると共に、一時記憶空間を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９１３と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するハードディスク９１４と、ＭＰＵ９１１、ＲＯＭ９１２等を相互に接続するバス９１５とを備える。なお、コンピュータ９０１は、ＬＡＮへの接続を提供する図示しないネットワークカードを含んでいてもよい。

コンピュータシステム９００に、上記実施の形態によるドプラ信号採取装置等の機能を実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２１に記憶されて、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９０５に挿入され、ハードディスク９１４に転送されてもよい。これに代えて、そのプログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ９０１に送信され、ハードディスク９１４に記憶されてもよい。プログラムは実行の際にＲＡＭ９１３にロードされる。なお、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２１、またはネットワークから直接、ロードされてもよい。

プログラムは、コンピュータ９０１に、上記実施の形態によるドプラ信号採取装置の機能を実行させるオペレーティングシステム（ＯＳ）、またはサードパーティプログラム等を必ずしも含んでいなくてもよい。プログラムは、制御された態様で適切な機能（モジュール）を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいてもよい。コンピュータシステム９００がどのように動作するのかについては周知であり、詳細な説明は省略する。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかるドプラ信号採取装置等は、ドプラ信号を採取する装置等として適しており、特に、ドプラ信号等を利用して被検体内の目標の情報を取得する装置等として有用である。

１ ドプラ信号採取装置
９ 目標
１０ 被検体
１６ 送波キャリア
１００ ケース
１０１ 照射部
１０２ 受波器アレイ
１０３ 受信器アレイ
１０４ フィルタアレイ
１０５ Ａ／Ｄ変換器
１０６ 格納部
１０７ 受付部
１０８ 心拍取得部
１０９ 取得部
１１０ 出力部
１１１ テンプレート取得部
１００１ 超音波
１００２ 反射波
１０１１ 発振器
１０１２ 電力増幅器
１０１３ 超音波送波器
１０２１ 受波器
１０２１ 各受波器
１０３１ 受信器
１０４１ ドプラフィルタ
１０３１１ 低雑音アンプ
１０３１２ 直交検波器

Claims (5)

1. 被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付部と、
   前記分布情報を用いて、前記被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得部と、
   前記取得部が取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力部とを備え、
   前記取得部は、目標の距離の取得後に、前記受付部が受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、
   前記出力部は、前記目標の距離の取得後に、前記取得部が取得した方位角に応じた情報の出力を行うドプラ信号採取装置。
2. 前記被検体の心拍を取得する心拍取得部を更に備え、
   前記取得部は、前記目標の距離の取得後に、前記受付部が受け付けた分布情報であって、前記心拍取得部が取得した前記被検体の心拍と同期した分布情報を用いて、当該心拍と同期して前記目標の方位角を取得する処理を行う請求項１記載のドプラ信号採取装置。
3. 前記受付部が受け付ける分布情報は、前記反射波から得られた信号を参照用局部発振の信号と合波したのち、その上下どちらかの側波帯を用いて取得された分布情報である請求項１または請求項２記載のドプラ信号採取装置。
4. 受付部と、取得部と、出力部とを用いて行われるドプラ信号採取方法であって、
   前記受付部が、被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付ステップと、
   前記取得部が、前記分布情報を用いて、前記被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得ステップと、
   前記出力部が、前記取得ステップで取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力ステップとを備え、
   前記取得ステップは、目標の距離の取得後に、前記受付ステップで受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、
   前記出力ステップは、前記目標の距離の取得後に、前記取得ステップで取得した方位角に応じた情報の出力を行うドプラ信号採取方法。
5. コンピュータを、
   被検体に照射された超音波に対する反射波のドプラ信号成分に関する分布を示す情報である分布情報を受け付ける受付部と、
   前記分布情報を用いて、前記被検体内に位置する目標の方位角と距離とを取得する取得部と、
   前記取得部が取得した目標の方位角と距離とに応じた情報の出力を行なう出力部として機能させ、
   前記取得部は、目標の距離の取得後に、前記受付部が受け付ける分布情報を用いて目標の方位角を取得する処理を繰り返し、
   前記出力部は、前記目標の距離の取得後に、前記取得部が取得した方位角に応じた情報の出力を行うプログラム。