JP5483905B2

JP5483905B2 - 超音波装置

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Description

本発明は、被検体から受信した超音波信号を用いて生体情報を取得する超音波装置にかかり、特に受信信号を適応信号処理する超音波装置に関する。

被検体内からの超音波を受信することで、被検体内の生体情報（例えば断層像もしくは３次元像）を取得する手法として、超音波エコーや光音響トモグラフィなどがある。超音波エコーとは、被検体に超音波を送信しその反射波を受信する方法である。光音響トモグラフィは、光エネルギーを被検体内に送信し、光エネルギーの吸収によって断熱膨張した結果生じた弾性波（超音波）を受信する方法である。

一方、レーダーの分野などで発展してきた適応型信号処理がある。適応型信号処理の一つである方向拘束付電力最小化規範（ＤＣＭＰ：Directionally Constrained Minimization of Power）は、複数の素子で信号を受信した際に、ある方向（信号を得たい方向）に
関する感度を固定した状態で信号電力を最小化するように複数の前記受信した信号を演算処理する手法である。適応型信号処理では、受信した信号ごとにその処理パラメーターを適応的に変化させる（非特許文献１）。このような適応型信号処理は空間解像度、特に方位方向の解像度を向上させる効果がある。非特許文献２には、このような適応型信号処理を超音波に組み合わせて解像度を向上させた結果が、非特許文献３には適応型信号処理を光音響に組み合わせて画像化した結果が記載されている。非特許文献２、非特許文献３で記載されているが、受信信号から相関行列を求めた後に、部分行列を抽出しそれらを平均した部分相関行列を用いて適応型処理を実施している。これは非特許文献４に空間平均法として示されている手法である。

以下にＤＣＭＰ規範の処理について説明し、その後空間平均法を用いる必要性について説明する。
Ｋ個の受信素子アレイで信号を受信したとする。ｋ番目の素子で受信した信号をｘ_ｋ（ｔ）とする。この場合、Ｋ素子で受信した信号群はＸ（ｔ）で表せる。なお、信号は全て解析表現である。

なお、添字のＴは転置を意味する。これらの信号を合成して出力するためには、複素ウェイトベクトルＷ

を受信信号に乗ずる。これにより出力ｙ(t)を得る。

なお添字Ｈは複素共役転置を、添字＊は複素共役を意味する。
この複素ウェイトベクトルを入力信号に応じて最適なものに変化させることで、適応的に信号処理した出力ｙを得る。

最適な複素ウェイトベクトルを求めるために、まず入力信号を元に相関行列を以下のように算出する。

ここでＥ［・］は時間平均を求めることを意味する。
このような状態で、以下の条件におけるＷを求める。

これらの条件は、所望方向（信号を得たい方向）の感度を１に拘束（固定）した状態で、出力電力を最小化することを意味する。なおａはステアリングベクトルであり、所望方向を規定している。
このような条件から最適ウェイトＷｏｐｔを算出すると、

と求まる。この最適ウェイトを用いることで、所望方向の感度を１にした状態で、出力電力を最小化することが出来る。つまり、この最適ウェイトを使用した受信アレイは所望方向の感度が１でノイズ成分の到来方向に対して感度が低い指向性を有する受信パターンを形成する。また、所望方向からの電力Ｐｏｕｔは、

で表せる。ここまでがＤＣＭＰの基本原理である。

しかしながら、上記の原理はノイズ成分と所望波とが相関性を持たない場合は成立するが、ノイズ成分と所望波とが相関性を有する場合は成立しない。具体的には所望波と相関性を有するノイズ成分が受信された場合、所望波の方向に感度１だが、ノイズ成分の方向にも逆位相で感度を有する指向性の受信パターンを形成してしまう。これは、出力される信号を最小化するためにノイズ成分を逆位相で所望波に加算することで、出力信号を０に近づけようとするためである。

ところで、超音波の送受信や光音響効果を利用した画像化を行なう場合、所望方向以外から入射（到来）してくるノイズ成分は所望成分と高い相関性を有する。なぜならば、超音波による画像化においては画像情報を得るために素子アレイから送信した超音波の反射波を用いて画像化するため、所望方向からの反射波と、所望以外の方向から反射してくる反射波とが高い相関を有するためである。また、光音響効果を利用した画像化においても入射した光が散乱効果によって広範囲に広がる。そして、被検体内に相関性の高い（類似した）光音響波の発生原因（吸収体等）が存在した場合にはその広範囲から発生する超音
波は互いに相関性の高いものが生じる可能性が大きい。

このような相関性の高いノイズに対してもＤＣＭＰが動作するようにする手法が空間平均法である。先ほどの相関マトリクスから部分行列を複数抽出し、それらの平均から算出する部分相関行列を用いて最適ウェイトを出すのが空間平均法である。

部分相関行列Ｒｐｘｘは以下の式で算出することが出来る。

なお、Ｎは抽出する部分行列の数、ＭはＫ−Ｎ＋１で求められる部分行列のサイズである。またＺｎは部分行列を平均化する際の重み係数であって、Ｚｎ＝１／Ｎの時は単純平均となるが、重み関数としてハミング窓やハニング窓、Dolph-Chebycheff窓などを使用することも可能である。

上記のような部分相関行列Ｒｐｘｘを用いて最適ウェイトを算出することで、所望波と相関性の高いノイズ成分が受信された場合であっても、ノイズ成分の方向に感度を有することは回避される。そのため、送受信に超音波を用いた場合や、光音響効果を利用した画像化の場合であっても、ＤＣＭＰによる効果つまりは方位方向の空間分解能向上の効果を得ることが可能となる。

なお、特許文献１には受信開口を分割し、それぞれの開口で受信したデータを同じように信号処理した結果のうち、出力の小さい方を選択する装置が開示されている。

特開平２−２０９１３５号公報

IEEE Trans. Antennas & Propag. Vol.AP-24, No.5、 pp.662-669 (Sept. 1976) Proc. Acoustics, Speech Signal Process., pp. 489-492 (Mar. 2005) OPTICS LETTERS, Vol. 33, No. 12, pp1291-1293 (June 15, 2008) IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process., Vol. ASSP-33, No.3, pp. 527-536 (June 1985)

上記で説明したように、空間平均法を使用することで、送受信に超音波を用いた場合や、光音響効果を利用した画像化の場合であっても適応型信号処理を行うことが可能となった。しかしながら、本発明者らは空間平均法を用いることで新たな課題が発生することを見出した。

実際にＤＣＭＰで処理したシミュレーション結果を例示しながら課題を説明する。図８Ａは、１１素子の受信アレイに対して０度方向と２０度方向から信号が来ている場合の角
度ごとの到来電力をプロットしたものである。固定型（Ｂｏｘｃａｒ）はウェイトベクトルを一様な大きさになるように固定したもので処理した結果であり、固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）はウェイトベクトルをハミング窓の係数として固定したもので処理した結果である。また、適応型（ＤＣＭＰ）は空間平均法を用いて処理した結果である。部分行列のサイズは５にした。図中の横軸は角度を、縦軸は到来した信号の電力を表している。

いずれの処理手法においても０度方向と２０度方向から信号が来ていることが分かる。特に適応型（ＤＣＭＰ）で処理した結果は方位分解能も高く、また信号の到来方向以外の方向における電力が低く抑えられている。また、固定型（Ｂｏｘｃａｒ）や固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）などの手法においては、受信アレイによって形成される受信パターンの指向性と信号位置とのコンボリューションが到来電力としてプロットされている。固定型では、到来方向ではない方向に生じている山は受信パターンのサイドローブ１０１、１０２を反映している。

次にそれぞれの手法によって形成された受信パターンの指向性を考える。図８Ｂは０度方向に受信方向を拘束した際の、前記３種類の手法によって形成されるアレイ応答値をプロットし、受信パターンの指向性を示したものである。固定型（Ｂｏｘｃａｒ）と固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）は素子の位置と固定されたウェイトによって指向性パターンが固定されている。固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）はメインローブ幅２０１が固定型（Ｂｏｘｃａｒ）よりも広いが、サイドローブレベルは低いことが分かる。また、適応型（ＤＣＭＰ）に注目すると２０度方向には感度の低い部分ｎｕｌｌ２０２を形成しており、所望方向（０度）以外からの信号を抑圧していることが分かる。しかしながら適応型（ＤＣＭＰ）のメインローブ幅２０３は他の固定型よりも広く、サイドローブレベルも高いことが分かる。

つまり適応型の処理は、到来方向の信号強度をプロットした際には、方位分解能も高くサイドローブレベルも低いが、実際の受信パターンの指向性はメインローブが広くサイドローブレベルが高い。これは空間平均法を用いたことによって実質的な受信開口のサイズが小さくなったことと、空間平均法によってノイズ成分抑圧のための自由度を使用していることが原因である。

ここまでの例では、空間平均法を用いることで受信パターンの悪化は見られたものの、最終的な結果つまり角度ごとの到来電力は適応型の処理が３種の中で一番好ましい結果となっている。

次に図８Ｃはバックグラウンドのノイズが増大した場合の角度ごとの到来電力をプロットしたものである。３種類の処理手法を比較すると、適応型（ＤＣＭＰ）の方位分解能が一番高いが、サイドローブレベルは固定型（Ｂｏｘｃａｒ）や固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）よりも高く、１０度方向の到来電力は固定型（Ｂｏｘｃａｒ）よりも高い。これはバックグラウンドのノイズが増大した場合、適応型処理では、受信パターンのメインローブが広い、もしくは受信サイドローブレベルが高いため、到来電力のサイドローブレベルが固定型と比較して高くなってしまう場合があることを意味する。このように空間平均法を用いた適応型の信号処理を実施した場合においては、受信信号の状況によってはサイドローブレベルが高くなり、画像のコントラスト比が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、方位分解能が高く、且つ、画像のコントラスト比も良好な超音波装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる超音波装置は、被検体からの超音波を受信し被検体の情報を取得する超
音波装置であって、超音波を受信して受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の変換素子から得られた複数の受信信号を用いて適応型信号処理を行い、第１の中間信号を生成する適応型信号処理部と、前記複数の受信信号と予め定められた重み係数とを用いて第２の中間信号を生成する固定型信号処理部と、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号に基づいて前記被検体の情報の取得に用いるための出力信号を生成する処理部と、を備え、前記第１の中間信号より前記第２の中間信号の強度が小さい場合に前記処理部から出力される出力信号は、前記第２の中間信号、又は、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第１の中間信号よりも強度が小さい信号であり、それ以外の場合に前記処理部から出力される出力信号は、前記第１の中間信号、又は、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第２の中間信号よりも強度が小さい信号であることを特徴とするものである。
本発明にかかる方法は、被検体からの超音波を受信し被検体の情報を取得する方法であって、超音波を受信して受信信号に変換する複数の変換素子から得られた複数の受信信号を用いて適応型信号処理を行い、第１の中間信号を生成する適応型信号処理ステップと、前記複数の受信信号と予め定められた重み係数とを用いて第２の中間信号を生成する固定型信号処理ステップと、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号に基づいて前記被検体の情報の取得に用いるための出力信号を生成する処理ステップと、を備え、前記第１の中間信号より前記第２の中間信号の強度が小さい場合に前記処理ステップにより出力される出力信号は、前記第２の中間信号、又は、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第１の中間信号よりも強度が小さい信号であり、それ以外の場合に前記処理ステップにより出力される出力信号は、前記第１の中間信号、又は、前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第２の中間信号よりも強度が小さい信号であることを特徴とする方法である。

本発明によれば、方位分解能が高く、且つ、画像のコントラスト比も良好な超音波装置を提供できる。

超音波装置のブロック図。実施例１の比較合成処理を示す図。実施例１の効果を説明する図。実施例１の効果を説明するための断層像シミュレーションを示す図。実施例２の比較合成処理とその効果を説明する図。実施例３の比較合成処理を示す図。実施例４の比較合成処理とその効果を説明する図。適応型と固定型の処理例を示す図。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。本発明にかかる超音波装置は、被検体から受信した超音波信号（弾性波信号）を用いて生体情報（断層像、３次元画像など）を取得する装置である。この装置は、例えば医療用の超音波診断に利用される。本発明の特徴的な構成は、超音波の受信信号処理（受信ビームのフォーミング）に関して、適応型信号処理の結果（第１の中間信号）と固定型信号処理の結果（第２の中間信号）を合成して、生体情報の構成に用いるための出力信号を生成する点である。この出力信号から画像を構成することで、方位分解能の向上と画像のコントラスト比の向上を実現する。適応型信号処理とは、所望の観察方向の感度を向上させるために、複数の変換素子（トランスデューサ）で得られた受信電気信号を合成する際の重み係数（ウェイトベクトル）を信号に応じて適応的に変化させる方法である。適応型信号処理としては、例えば方向拘束付電力最小化規範（ＤＣＭＰ）を好ましく利用できる。さらに、最小平均２乗誤差アルゴリズム（ＬＭＳ）、最大Ｓ／Ｎ規範（ＭＳＮ）、ＭＵＳＩＣ法（Multiple Signal Classification）などの適応型信号処理を用いることもできる。また所望波とノイズの相関性抑制のために、適応型信号処理にいわゆる空間平均法を組み合わせることが好ましい。空間平均法とは、受信電気信号同士の相関行列を求め、相関行列から複数の部分行列を抽出し、複数の部分行列を平均化することで部分相関行列を算出し、その部分相関行列から重み係数を決定する方法である。一方、固定型信号処理とは、予め定められた（固定の）重み係数を用いて複数の受信電気信号を合成する方法である。固定型信号処理としては、重み係数を一様な大きさに設定する方法（固定型（Ｂｏｘｃａｒ）とよぶ）、重み係数をハミング窓の係数に設定する方法（固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）とよぶ）などがある。なお重み係数の窓関数にはどのようなものを用いてもよい。以下、第１および第２の中間信号の具体的な合成手法について説明する。

＜実施例１＞
実施例１では信号電力を用いて処理を行う超音波装置について説明する。

（超音波装置の構成）
図１は超音波装置のシステム概略図である。超音波装置は、超音波プローブ００１、送信回路系００３、システム制御部００４、受信回路系００５、固定型信号処理ブロック００６、適応型信号処理ブロック００７、比較合成処理ブロック００８、画像処理系００９を備える。超音波プローブ００１は、複数の振動子（変換素子；トランスデューサ）００２を備える。この超音波装置には、画像処理系００９から出力される画像を表示するための画像表示装置０１０が接続されている。適応型信号処理ブロック００７は、空間平均法を適用したＤＣＭＰにより、受信電気信号から第１の中間信号を生成する適応型信号処理部である。固定型信号処理ブロック００６は、固定型（Ｂｏｘｃａｒ）と固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）のいずれか又は両方により、受信電気信号から第２の中間信号を生成する固定型信号処理部である。また比較合成処理ブロック００８は、第１の中間信号と第２の中間信号を比較し合成する合成部である。なお、空間平均法を適用したＤＣＭＰ、固定型（Ｂｏｘｃａｒ）、固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）の各処理の内容は既に述べたため、詳しい説明を省略する。

（超音波装置の動作）
超音波を送信する位置（送信フォーカス）が設定されると、システム制御部００４から送信回路系００３にその設定情報が送られる。送信回路系００３はその情報に基づいて、時間遅延ならびに強度を決定した後、超音波プローブ００１内の複数の振動子００２を駆動するための電気信号を送信する。この電気信号は振動子００２において変位に変換され、被検体内を超音波として伝播する。このようにして送信された超音波は被検体内の音響的性質により散乱・反射された超音波信号として振動子００２に戻ってくる。この複数の振動子００２が超音波−電気の変換素子として動作することで超音波信号を複数の受信電気信号に変換する。この複数の受信電気信号は受信回路系００５に入力される。受信回路系００５はシステム制御部００４から与えられた情報に対応して、深さに応じた信号増幅率の調整や、受信位置による時間遅延の調整などを行う。このような調整を行った後、受信電気信号は固定型信号処理ブロック００６ならびに適応型信号処理ブロック００７に入力される。

固定型信号処理ブロック００６は、予め定められた固定ウェイトベクトルを用いて、複数の受信電気信号から信号電力Ｐ２（第２の中間信号）を生成し、比較合成処理ブロック００８へと出力する。なお、固定ウェイトベクトルは受信電気信号に応じて変化はしないが、深さや信号周波数、超音波プローブの種類に応じて変化させても良い。

適応型信号処理ブロック００７は、空間平均法で得た部分相関行列と指定された観察方向とからウェイトベクトルを適応的に決定し、そのウェイトベクトルを用いて、複数の受信電気信号から信号電力Ｐ１（第１の中間信号）を生成する。なお、観察方向を指定するためのベクトルは受信回路系００５で信号の時間遅延処理が終了していれば特に指定する必要はない。ただし、別途観察方向を指定する場合はシステム制御部００４から情報を送信する。このようにして算出された信号電力Ｐ１は比較合成処理ブロック００８へと出力される。

比較合成処理ブロック００８は、入力された２つの信号電力Ｐ１、Ｐ２を元に処理を行う。この処理については後述する。比較合成処理ブロック００８から出力された信号は画像処理系００９へ入力され、スキャン領域に合わせた並べ替えやスムージング、エッジ強調などの各種画像処理が行われ、断層像もしくは３次元画像が生成される。その画像は画像表示装置０１０に表示される。以上が主な信号の流れとなる。

（比較合成処理）
次に図２を用いて比較合成処理ブロック００８における処理について述べる。比較合成処理ブロック００８は、適応型信号処理によって求められた信号電力Ｐ１と固定型信号処理によって求められた信号電力Ｐ２を入力として、２つの信号電力を比較する。信号電力Ｐ２が信号電力Ｐ１よりも小さい場合、つまり適応型よりも固定型の信号処理の信号電力が小さい場合、比較合成処理ブロック００８は、固定型の信号処理の結果であるＰ２を採用し出力する。それ以外の場合は、比較合成処理ブロック００８は、適応型の信号処理の結果であるＰ１を採用し出力する。

図３Ａは、本実施例の比較合成処理で得られた信号を図８Ｃに加えたものである。図３Ａにおいて、「適応型（ＤＣＭＰ）」の信号電力が第１の中間信号Ｐ１に対応し、「固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）」の信号電力が第２の中間信号Ｐ２に対応している。比較合成処理では、固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）の信号電力が適応型（ＤＣＭＰ）の信号電力よりも小さい場合は、固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）の信号電力が出力され、それ以外では適応型（ＤＣＭＰ）の信号電力が出力される。その結果、図３Ａの太線で示すような出力信号が得られる。また、図３Ｂは「固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）」の信号電力と「固定型（Ｂｏｘｃａｒ）」の信号電力の２つを第２の中間信号Ｐ２とし、「適応型（ＤＣＭＰ）」の信号電力を第１の中間信号Ｐ１として処理した結果を示している。つまり、固定型（Ｈａｍｍｉｎｇ）、固定型（Ｂｏｘｃａｒ）、適応型（ＤＣＭＰ）の内、最小の電力が出力される。

図４Ａ〜図４Ｃは、点ターゲットを可視化した場合の断層像シミュレーションである。図４Ａは固定型信号処理ブロック００６の出力信号Ｐ２をそのままプロットしたもの、図４Ｂは適応型信号処理ブロック００７の出力信号Ｐ１をそのままプロットしたもの、図４Ｃは比較合成処理ブロック００８の出力信号Ｐｏｕｔをプロットしたものである。図４Ａ〜図４Ｃを見て分かるように、本実施例の信号処理を行うことで、点ターゲットの空間分解能を高く保持したまま、点ターゲット周辺に存在するサイドローブが原因と思われるノイズも抑制できている。

以上、説明したように本実施例においては、固定型と適応型の２種類の信号処理によって算出された信号電力を選択することで、空間分解能が高くコントラスト比の低下を抑制した画像を得ることが出来る。

なお、本実施例では超音波を送信し、その反射波を使用して画像化した。送信を超音波ではなく、特定の波長の光エネルギーを入射することに変更すれば、光音響効果によって生じた超音波に対して同様の受信信号処理を行うことができ、その際も空間分解能が高くコントラスト比の低下を抑制した画像を得ることが可能である。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、実施例１で示した図１のシステムを用いることが可能であるが、比較合成処理ブロック００８において違う処理を行う。図５Ａはその処理を示したものである。比較合成処理ブロック００８は、適応型信号処理によって求められた信号電力Ｐ１と固定型信号処理によって求められた信号電力Ｐ２を入力として、２つの信号電力を比較する。信号電力Ｐ２が信号電力Ｐ１よりも小さい場合、つまり適応型よりも固定型の信号処理の信号電力が小さい場合、比較合成処理ブロック００８は、信号電力Ｐ１と信号電力Ｐ２とを合成して出力する。それ以外の場合、比較合成処理ブロック００８は、適応型の信号処理の結果であるＰ１を採用し出力する。信号電力Ｐ１と信号電力Ｐ２との合成手法は、例えば単純平均、相乗平均などを用いることができる。またシステム制御部００４から送信される係数αを用いて、重み付き平均、重み付き相乗平均などを計算してもよい。それぞれの合成手法により得られる信号Ｐｏｕｔ＝ｆ（Ｐ１、Ｐ２）は、以下のように表せる。

図５Ｂはそれぞれの手法の処理結果を示している。係数αは０．８とした。このようにＰ１とＰ２とを合成して出力することで、出力Ｐｏｕｔが適応型とそれ以外とに切り替わる部分での急激な信号電力の変化を抑制することが出来る。このことによって画像を表示した際の輝度の不自然な変化が強調されることを防止し、より見やすい画像を提供することが可能となる。なお、係数αはあらかじめ設定されている値を用いても構わないが、画像表示中に操作者が変更することも可能である。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例も実施例１で用いた図１のシステムで実現可能である。ただし、処理ブロック間でやり取りする信号が違うため、再度図１を用いて固定型信号処理ブロック００６、適応型信号処理ブロック００７、および比較合成処理ブロック００８の動作を説明する。

実施例１と同様、受信電気信号が受信回路系００５から固定型信号処理ブロック００６ならびに適応型信号処理ブロック００７に入力される。固定型信号処理ブロック００６は、予め定められた固定ウェイトベクトルを用いて、複数の受信電気信号から振幅信号Ｓ２（第２の中間信号）を生成し、比較合成処理ブロック００８へと出力する。なお、固定ウェイトベクトルは受信電気信号に応じて変化はしないが、深さや信号周波数、超音波プローブの種類に応じて変化させても良い。適応型信号処理ブロック００７は、空間平均法で得た部分相関行列と指定された観察方向とからウェイトベクトルを適応的に決定し、そのウェイトベクトルを用いて、複数の受信電気信号から振幅信号Ｓ１（第１の中間信号）を生成する。観察方向の指定方法は実施例１と同様である。振幅信号Ｓ１は比較合成処理ブロック００８へと出力される。

次に図６を用いて比較合成処理ブロック００８における処理について述べる。比較合成処理ブロック００８は、適応型信号処理によって求められた振幅信号Ｓ１と固定型信号処理によって求められた振幅信号Ｓ２を入力として、２つの信号電力Ｐ１、Ｐ２を算出する。比較合成処理ブロック００８は、この信号電力Ｐ１、Ｐ２を比較する。信号電力Ｐ２が信号電力Ｐ１よりも小さい場合、つまり適応型よりも固定型の信号処理の信号電力が小さい場合、比較合成処理ブロック００８は、固定型の信号処理の結果であるＳ２と適応型の信号処理結果であるＳ１とを合成して出力する。それ以外の場合、比較合成処理ブロック００８は、適応型の信号処理の結果であるＳ１を採用し出力する。合成の手法は実施例２と同様、単純平均、相乗平均、重み付き平均、重み付き相乗平均などを用いることができる。本実施例では、信号電力ではなく振幅信号を出力可能なため、この後の処理としてドップラ処理による被検体内の速度を求めたりするなどの位相情報を必要とする処理を実施することが可能となる。

＜実施例４＞
次に本発明の実施例４について説明する。本実施例も図１のシステムで実施可能であるが、比較合成処理ブロックにおける処理が違うためその部分に注目して説明を行う。なお
、本実施例では比較合成処理ブロックに信号電力Ｐ１、Ｐ２が入力される。

図７Ａは本実施例の比較合成処理ブロックにおける処理を説明した図である。比較合成処理ブロック００８は、適応型信号処理によって求められた信号電力Ｐ１と固定型信号処理によって求められた信号電力Ｐ２を入力として、２つの信号電力を比較する。信号電力Ｐ２が信号電力Ｐ１よりも小さい場合、つまり適応型よりも固定型の信号処理の信号電力が小さい場合、比較合成処理ブロック００８は、信号電力Ｐ１と信号電力Ｐ２とを第１の関数ｆ（Ｐ１，Ｐ２）を用いて合成する。それ以外の場合、比較合成処理ブロック００８は、信号電力Ｐ１と信号電力Ｐ２とを第２の関数ｇ（Ｐ１，Ｐ２）を用いて合成する。関数ｆ、ｇとしては、単純平均、相乗平均、重み付き平均、重み付き相乗平均などを用いることができる。ただし、関数ｆ、ｇは、合成の式および／または重みの係数が互いに異なっている。

図７Ｂには本実施例の処理結果を示した。固定型からの信号電力はＢｏｘｃａｒとＨａｍｍｉｎｇ窓の信号電力の小さい方を入力し、適応型からの信号電力は空間平均法を適用したＤＣＭＰの処理結果である。また、図７Ｂは重み付け平均と重み付け相乗平均の結果を示している。なお、固定型の信号電力が小さい場合（関数ｆ）の係数αの値は０．１、適応型の信号電力が小さい場合（関数ｇ）の係数αの値は０．８を使用している。つまり、関数ｆは、固定型の信号電力Ｐ２の重みが大きい合成手法であり、関数ｇは、適応型の信号電力Ｐ１の重みが大きい合成手法である。固定型の信号電力が小さい場合は、本実施例のような処理を行うことで空間平均法によって上昇してしまうサイドローブレベルを抑圧し画像のコントラスト比を高く保つ効果があり、さらに信号電力を合成することで、輝度の不自然な変化が強調されること防止する。また、適応型の信号電力が小さい場合にも、Ｐ１とＰ２の合成を行うことで、出力Ｐｏｕｔの式が切り替わる部分での急激な信号電力の変化を抑制することが可能となる。また、適応型信号処理は空間分解能を向上させるため、固定型の信号処理では画面上で広がりを有していた被検体内の反射体であっても、例えば適応型の信号処理を行なうと画面表示上では１ピクセルの輝点となってしまう場合がある。このような場合であっても、本実施例のように適応型の信号電力が固定型の信号電力よりも小さい部分で２種類の信号電力を合成することで、空間分解能を少し劣化させ、視認性を高めることが可能となる。

００２…振動子（変換素子）、００６…固定型信号処理ブロック（固定型信号処理部）、００７…適応型信号処理ブロック（適応型信号処理部）、００８…比較合成処理ブロック（合成部）

Claims

被検体からの超音波を受信し被検体の情報を取得する超音波装置であって、
超音波を受信して受信信号に変換する複数の変換素子と、
前記複数の変換素子から得られた複数の受信信号を用いて適応型信号処理を行い、第１の中間信号を生成する適応型信号処理部と、
前記複数の受信信号と予め定められた重み係数とを用いて第２の中間信号を生成する固定型信号処理部と、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号に基づいて前記被検体の情報の取得に用いるための出力信号を生成する処理部と、
を備え、
前記第１の中間信号より前記第２の中間信号の強度が小さい場合に前記処理部から出力される出力信号は、
前記第２の中間信号、又は、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第１の中間信号よりも強度が小さい信号であり、
それ以外の場合に前記処理部から出力される出力信号は、
前記第１の中間信号、又は、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第２の中間信号よりも強度が小さい信号である
ことを特徴とする超音波装置。
前記処理部は、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場合は前記第２の中間信号を出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
前記処理部は、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を合成して出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
前記処理部は、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場
合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を第１の関数で合成して出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を前記第１の関数とは異なる第２の関数で合成して出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
前記第１の関数は、前記第１の中間信号よりも前記第２の中間信号の重みが大きい合成手法であり、前記第２の関数は、前記第２の中間信号よりも前記第１の中間信号の重みが大きい合成手法であることを特徴とする請求項４に記載の超音波装置。
前記第２の中間信号より前記第１の中間信号の強度が小さい場合に前記処理部から出力される出力信号は、前記第２の中間信号よりも強度が小さいことを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
前記適応型信号処理部は、前記複数の受信信号に応じて適応的に変化する重み係数を用いて適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波装置。
前記適応型信号処理部は、空間平均法を適用した適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波装置。
前記適応型信号処理部は、所定の方向に関する感度を固定した状態で出力を最小化するように複数の受信信号を処理することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波装置。
前記適応型信号処理部は、前記複数の受信信号を用いて相関行列を算出し、前記相関行列中の部分行列を平均化することにより得られる部分相関行列に基づき重み係数を決定し、前記決定した重み係数を用いて適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波装置。
前記固定型信号処理部は、前記予め定められた重み係数として、一様な大きさの重み係数とハミング窓から求められる重み係数とのうち少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の超音波装置。
被検体からの超音波を受信し被検体の情報を取得する方法であって、
超音波を受信して受信信号に変換する複数の変換素子から得られた複数の受信信号を用いて適応型信号処理を行い、第１の中間信号を生成する適応型信号処理ステップと、
前記複数の受信信号と予め定められた重み係数とを用いて第２の中間信号を生成する固定型信号処理ステップと、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号に基づいて前記被検体の情報の取得に用いるための出力信号を生成する処理ステップと、
を備え、
前記第１の中間信号より前記第２の中間信号の強度が小さい場合に前記処理ステップにより出力される出力信号は、
前記第２の中間信号、又は、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第１の中間信号よりも強度が小さい信号であり、
それ以外の場合に前記処理ステップにより出力される出力信号は、
前記第１の中間信号、又は、
前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を用いて生成された前記第２の中間信号よりも強度が小さい信号である
ことを特徴とする方法。
前記処理ステップでは、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場合は前記第２の中間信号を出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記処理ステップでは、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を合成して出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記処理ステップでは、前記第２の中間信号の強度が前記第１の中間信号の強度よりも小さい場合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を第１の関数で合成して出力し、それ以外の場合は前記第１の中間信号と前記第２の中間信号を前記第１の関数とは異なる第２の関数で合成して出力することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記第１の関数は、前記第１の中間信号よりも前記第２の中間信号の重みが大きい合成手法であり、前記第２の関数は、前記第２の中間信号よりも前記第１の中間信号の重みが大きい合成手法であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第２の中間信号より前記第１の中間信号の強度が小さい場合に前記処理ステップにより出力される出力信号は、前記第２の中間信号よりも強度が小さいことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記適応型信号処理ステップでは、前記複数の受信信号に応じて適応的に変化する重み係数を用いて適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
前記適応型信号処理ステップでは、空間平均法を適用した適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
前記適応型信号処理ステップでは、所定の方向に関する感度を固定した状態で出力を最小化するように複数の受信信号を処理することを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
前記適応型信号処理ステップでは、前記複数の受信信号を用いて相関行列を算出し、前記相関行列中の部分行列を平均化することにより得られる部分相関行列に基づき重み係数を決定し、前記決定した重み係数を用いて適応型信号処理を行うことを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
前記固定型信号処理ステップでは、前記予め定められた重み係数として、一様な大きさの重み係数とハミング窓から求められる重み係数とのうち少なくともいずれかを用いることを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の方法。