JP6071582B2 - 被検体情報取得装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。

医用超音波イメージングを実現する超音波診断装置において、パルスエコー法によって画像を形成する場合の深さ方向の空間分解能は、超音波の波長をλ、送信波数をｎとすると、（ｎλ）／２で一般的に表すことが可能である。例えば、１２ＭＨｚの中心周波数の超音波を２波長分送信した場合の空間分解能は、約０．１３ｍｍ程度となる。

パルスエコー法について説明する。まず探触子等により超音波パルス（弾性波）を被検体に送信すると、被検体内での音響インピーダンス差に応じて超音波が反射されて戻ってくる。次にこの反射波を受信し、反射波の波形の包絡線を取得する。この包絡線を輝度値に変換して表示することによって、超音波を送受信した方向の走査線上の輝度情報が得られる。被検体内の複数の方向もしくは位置に対して超音波の送受信を繰り返すことで、複数の走査線上の輝度情報を取得できる。この複数の走査線上の輝度情報を並べることで被検体内の画像化が可能となる。なお超音波診断装置においては、複数の超音波−電気変換素子を用い、それぞれの素子間の波形に時間的なずれを加えることで、送信受信ともに被検体内でフォーカスするのが一般的である。

上記のようにパルスエコー法を用いることで約０．１３ｍｍ程度の深さ方向の空間分解能は実現できるが、より高い空間分解能が要求されている。例えば頚動脈の血管壁の層構造をさらに詳細に観察することができれば、動脈硬化などの早期発見への寄与が考えられる。

このような深さ方向、すなわち超音波を送受信する方向での空間分解能を向上する技術が、特許文献１、非特許文献１に記載されている。これらの文献では、周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）ならびに適応型信号処理であるＣａｐｏｎ法を適用し、血管を可視化した結果が示されている。

一般的な超音波診断装置は先述したように、走査線ごとに受信波形の包絡線を取得することで画像を形成する。この受信波形にＦＤＩ法およびＣａｐｏｎ法を適用することでさらに深さ方向の空間分解能を向上させる場合、ＦＤＩの処理を行うために切り出した深さ方向の信号の範囲（処理レンジ内）において複数の反射層が存在することが想定される。パルスエコー法では一つの送信波形に対する反射波を受信するため、近接した反射層が複数存在した場合、それらの反射層からの反射波は互いに高い相関性を有している可能性が高い。このような高い相関性を有する複数の反射波形に対してＣａｐｏｎ法などの適応型信号処理をそのまま適用すると、所望の信号を打ち消すなどの予期しない動作を行うことが知られている。こういった相関性を有する信号（相関性干渉波）による影響を低減、抑圧するため、周波数平均法（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｖｅｒａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を合わせて用いる手法がある。これにより、一般的なパルスエコー法で得られた信号に対してＦＤＩ法ならびにＣａｐｏｎ法を適用可能となる。

特開２０１０−１８３９７９号公報

Hirofumi Taki, Kousuke Taki, Takuya Sakamoto, Makoto Yamakawa, Tsuyoshi Shiina and Toru Sato: Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2010;1:5298-5301.

ところで、先述したようにパルスエコー法によって取得された信号にＦＤＩ法ならびにＣａｐｏｎ法などの適応型信号処理を適用する際に、周波数平均法による相関性干渉波の影響低減の効果が不十分な場合が存在することがある。このような場合、ＦＤＩ法および適応型信号処理を適用した結果の推定電力値（出力値）が変化（主に低下）してしまう可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、相関性干渉波の影響を安定して低減した画像を提示できる被検体情報取得装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
を有し、
前記処理手段は、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得し、
前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
を有し、
前記処理手段は、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
前記周波数平均処理により得られた複数の値のうち、少なくとも対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得し、
前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
を有し、
前記処理手段は、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値と、前記周波数平均処理により得られた複数の値とを用いて第二の電力強度信号を取得し、
前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記処理手段が、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するステップと、
を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記処理手段が、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
前記周波数平均処理により得られた複数の値のうち、少なくとも対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するするステップと、
を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。

本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記処理手段が、
前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値と、前記周波数平均処理により得られた複数の値とを用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するステップと、
を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。

本発明によれば、相関性干渉波の影響を安定して低減した画像を提示できる被検体情報取得装置を提供できる。

本発明に係る被検体情報取得装置のシステム概要を示す図。 実施形態１に係るＦＤＩ適応処理ブロック内の処理を説明する図。 電力信号補正ブロック内の処理を説明する図。 本発明の効果を説明する図。 対角平均行列Ｒ_Ｔを算出する処理を説明する図。 実施形態２に係るＦＤＩ適応処理ブロック内の処理を説明する図。 実施形態３に係るＦＤＩ適応処理ブロック内の処理を説明する図。 周波数平均行列Ｒ’を算出する処理を説明する図。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明において、超音波とは、音波、音響波と呼ばれる弾性波を指す。本発明の被検体情報取得装置とは、被検体に超音波（音響波）を送信し、被検体内部で反射した反射波（音響波エコー）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置である。取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した形態情報である。また、本発明において走査線とは、探触子から送信される超音波の進行方向に形成される仮想的な線を意味する。
被検体は典型的には医用超音波診断における生体であるが、これに限られない。

＜実施形態１＞
図１は本発明に係る被検体情報処理装置のシステム概要を示す図である。本図を用いて装置の構成と動作の概要を述べる。

装置は、複数の超音波変換素子００２を含む探触子００１、送信回路系００３、システム制御部００４、受信回路系００５を有し、探触子００１は被検体０００と音響的に接触している。装置はまた、整相加算ブロック００６、ＦＤＩ適応処理ブロック００７、電力信号補正ブロック００８、画像処理ブロック００９、画像表示系０１０を有する。

超音波送信時には、送信回路系００３が、システム制御部００４からの制御信号に従って、注目位置や注目方向に応じた遅延時間や振幅を有する電圧波形を生成する。この電圧波形は複数の超音波変換素子００２によって超音波に変換され、探触子００１から被検体内部へと送信される。超音波は被検体０００内部で反射される。超音波変換素子は、本発明の変換素子に相当する。

超音波受信時には、複数の超音波変換素子００２が、反射波を複数の電圧信号に変換し、受信信号として受信回路系００５に入力する。受信回路系００５は複数の電圧信号を増幅し、複数のデジタル信号（デジタル化された受信信号）に変換する。受信回路系００５から出力されたデジタル信号は整相加算ブロック００６に入力される。ここで、本発明では、超音波変換素子００２が出力したアナログの受信信号だけでなく、増幅やデジタル変換等の処理を行った信号も受信信号と表現する。

整相加算ブロック００６は、整相加算処理、すなわち、超音波を送信した方向や位置に応じて複数のデジタル信号に対する遅延処理を行って加算する処理を実行する。整相加算処理により得られた走査線信号はＦＤＩ適応処理ブロック００７に複数入力される。１本の走査線上には、複数の走査線信号が並べられる。一般的な超音波装置で表示されるＢ−ｍｏｄｅ画像は、この走査線信号の包絡線を複数の走査線分並べたものである。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、入力された走査線信号に対して、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法（ＦＤＩ）を用いた処理を行う。ＦＤＩ適応処理ブロックは、本発明の処理手段に相当する。

ここで図２を用いて、ＦＤＩ適応処理ブロック００７内部での処理を説明する。図２は、この処理における操作の流れを、処理において用いられまたは算出される信号や行列とともに示している。

周波数領域干渉計法（ＦＤＩ法）は、受信信号を周波数ごとに分解し、分解された信号の位相を注目位置に応じて変化させることで、注目位置における受信電力を推定する方法である。なお、位相の変化量は、ある基準位置から注目位置までの距離と周波数に対応した波数の積とから、あらかじめ決定できる。

また、適応型信号処理は、受信信号に応じて、その処理パラメータを適応的に変化させる。適応型信号処理の一つであるＣａｐｏｎ法は、複数の入力信号に対して、注目位置に関する感度を固定した状態で電力を最小化するように処理する方法である。つまり、ＦＤＩ法と適応型信号処理とを組み合わせることは、各周波数成分に分解された受信信号に対して、あらかじめ決定された位相変化量・重みではなく、適応型信号処理によって信号に応じて算出された位相変化量・重みを用いて、注目位置における受信電力を推定することになる。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、整相加算ブロック００６から出力された合成走査線信号を、入力信号（図２における符号２００に対応する。以下同様に括弧書きで符号を示す）として受け取る。そして、入力信号から１回で処理する時間分、つまり処理レンジ分の信号を抽出する（２０１）。そして、抽出した信号をフーリエ変換し周波数ごとの成分（Ｘ_ｓ１，Ｘ_ｓ２，Ｘ_ｓ３，・・・，Ｘ_ｓＮ）に分割する（２０２）。

一方で、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、システム制御部から参照信号（２０３）を受け取る。そして、参照信号のフーリエ変換を行い、周波数ごとの成分（Ｘ_ｒ１，Ｘ_ｒ２，Ｘ_ｒ３，・・・，Ｘ_ｒＮ）に分割する（２０４）。なお、参照波を周波数情報として保持する場合、フーリエ変換ブロック２０４は不要である。

次に、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、下記式（１）で示される、ホワイトニング処理を行う（２０５）。ホワイトニング処理は例えば、入力信号、参照信号それぞれの周波数成分同士の除算により行われる。

ここでＸ_ｗｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）はホワイトニング処理後の周波数ごとの成分、ηは安定化のための微小量、＊は複素共役を意味する。

式（２）に、ホワイトニング処理された各周波数成分からなるベクトルＸを示す。ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、これを用いて、式（３）に示すように相関行列Ｒを算出する（２０６）。相関行列Ｒは、前述した周波数成分を用いて複数算出される相関値の集合である。相関値は例えば、周波数成分同士の乗算により求められる。

なおＴは転置を意味する。ここで相関行列ＲはＮ×Ｎのサイズを有する行列となる。

次に、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、相関行列Ｒから所定のサイズの部分行列Ｒ_ｍを複数抽出し、部分行列同士を平均化する周波数平均法を実施する（２０７）。

式（４）に示すＲ’は周波数平均行列である。またＲ_ｍは、相関行列Ｒの部分行列であり、Ｒ_ｍｉｊを要素に持つ。要素Ｒ_ｍｉｊについては式（５）に示す。なお、式（４）で示した周波数平均法において、各部分行列に重みをつけた重み付き平均を実施しても構わない。
この周波数平均処理により、複数算出された平均値を含む、周波数平均行列Ｒ’（２０８）が算出される。

この処理を、図８を用いて説明する。処理においては、Ｎ×Ｎの相関行列Ｒ（ここでは５×５で図示した）から対角方向に並ぶ部分行列Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が抽出され、それら部分行列の平均が算出されることになる。部分行列のサイズは、要素数が相関行列の要素数より小さければ、任意としてよい。

なお、相関行列Ｒ、部分行列Ｒ_ｍ、周波数平均行列Ｒ’は全てエルミート行列である。そのため、対角要素を含む上三角行列もしくは下三角行列に含まれる要素の算出だけを行えば、本発明は実施可能である。すなわち、行列の形状を介さずとも、上記処理と等価な処理を実施することは可能である。

図２に戻り、説明を続ける。ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、相関行列Ｒの要素を用いて、要素同士を対角方向に平均化する平均処理を実施する（２１１）。

式（６）に示すＲ_Ｔｉ，ｊは、対角周波数平均化処理によって求められた対角平均行列Ｒ_Ｔの（ｉ，ｊ）要素である。このようにして対角平均行列Ｒ_Ｔ（２１２）が算出される。なお、式（６）で示した平均処理において、相関行列の要素に重みを付けた重み付き平均を実施しても構わない。

図５は、この平均処理の概念を説明するための図である。図５（ａ）は相関行列Ｒを、図５（ｂ）は対角平均行列Ｒ_Ｔを示す。
対角平均行列Ｒ_Ｔの対角要素５０２（ｉ＝ｊの場合）は、Ｎ×Ｎの要素数を有する相関行列Ｒの対角要素５０１の単純平均で算出され、対角要素５０２の中には同じ値が代入される。

また、対角平均行列Ｒ_Ｔの上三角行列の中の対角方向の要素群５０３（ｉ＋１＝ｊの場合）は、相関行列Ｒの対角方向の要素群５０４の単純平均で算出され、対角方向の要素群５０３には同じ値が代入される。
なお、ｉ≦ｊ≦Ｎである。また、対角平均行列Ｒ_ＴのサイズはＮ×Ｎ以下の任意のサイズで構わない。例えば対角平均行列Ｒ_Ｔのサイズを、周波数平均行列Ｒ’のサイズと同等としても良い。

上述のようにして算出した周波数平均行列Ｒ’は、相関性干渉波などの存在によって対角方向の要素同士の分散が存在する。また、一定の値を対角方向に有する対角平均行列Ｒ_Ｔは、対角方向の分散を有しない。

ふたたび図２に戻って説明を続ける。拘束ベクトルＣは、処理レンジ内での位置ｒ（深さ、すなわち超音波送受信面からの距離に相当する）に応じて変化するベクトルである。拘束ベクトルＣは、以下の式（７）で定義される（２０９）。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、この拘束ベクトルＣおよび、周波数平均行列Ｒ’な
らびに対角平均行列Ｒ_Ｔを用いて、処理レンジ内の第一の電力強度信号Ｐ（ｒ）および第二の電力強度信号Ｐ_Ｔ（ｒ）を算出する（２１０，２１３）。算出方法を以下の式（８）および式（９）に示す。

なお、η’Ｅは逆行列算出を安定させるために加算しており、η’は定数もしくはＲ’やＲ_Ｔの値などに応じて変化する値、Ｅは単位行列である。なお、式（８）のη’と式（９）のη’とは同じ値である必要はなく、異なる値でもよい。

入力信号の中で未処理の信号がなければ処理を終了し、未処理の信号があれば信号抽出（２０１）へ戻り処理を継続する。

このようにＦＤＩ適応処理ブロック００７では、整相加算ブロック００６から出力された走査線信号を入力信号としてＦＤＩ法ならびに適応型信号処理（ここではＣａｐｏｎ法）を行い、第一および第二の電力強度信号を出力する。

ここで、周波数平均行列Ｒ’より算出した第一の電力強度信号と、対角平均行列Ｒ_Ｔより算出した第二の電力強度信号について説明する。詳しくは後述するが、図４において、第一の電力強度信号を点線で（符号４０１）、第二の電力強度信号を一点鎖線で（符号４０２）、それぞれ示す。図４は、モデルについて測定した電力強度信号の分布を表す。

第一の電力強度信号は、入力された走査線信号に対してＦＤＩ法ならびに適応型信号処理を行った結果として得られる。この電力強度信号は、従来の包絡線を取得する画像化技術と比べて、深さ方向の解像度が向上している。
ただし、図４における点線のグラフを見て分かるように、第一の電力強度信号は空間分解能が高い反面、相関性干渉波の影響を受けることがある。

第二の電力強度信号は、対角平均行列Ｒ_Ｔを用いて算出される。対角平均行列Ｒ_Ｔは、対角方向の要素が一致したＴｏｅｐｌｉｔｚ行列になっている。相関行列がＴｏｅｐｌｉｔｚ行列の状態であることは、処理を行う距離レンジ内に相関性干渉波がない状態を意味する。すなわち、平均処理は処理を行う距離レンジ内の相関性干渉波を無相関の干渉波に変換する処理であると言える。このような平均処理を行った対角平均行列Ｒ_Ｔを用いて算出した第二の電力強度信号には相関性干渉波の影響がほぼ無いため、反射体が存在する位置の電力強度推定をより精度良く行うことが可能となる。
ただし、無相関の干渉波が存在するため、通常のＦＤＩ法および適応型信号処理を用いた第一の電力強度信号と比較して空間分解能が低下する。このような特徴は、図４において一点鎖線で示すグラフからも理解できる。

図１に戻り、装置の概要の説明を続ける。
第一の電力強度信号と第二の電力強度信号とが、電力信号補正ブロック００８に入力される。電力信号補正ブロック００８は、第一の電力強度信号と第二の電力強度信号とを用いて、補正処理を行う。具体的には、第一の電力強度信号によって求められた反射体の位置（所定の電力強度より大きな電力強度を有するピーク位置）の電力強度信号を、第二の電力強度信号によって補正する。電力信号補正ブロックは、本発明の補正手段に相当する。

ここで図３を用いて補正方法の一例を示す。図３は、補正処理における操作の流れを、処理において用いられる信号とともに示している。
電力信号補正ブロック００８は、第二の電力強度信号（図３における符号３００に対応する）の中で、平均よりも高い領域Ωを抽出する（３０１）。
次に、領域Ωにおいて、第一の電力強度信号（３０２）がピークを有する位置を検出する（３０３）。

そして、検出したｌ番目のピーク位置をｒ_ｐｌ／２として、下記の式（１０）によって算出される補正電力強度信号を算出する。

ここで、Ｉ_Ｃ（ｒ）、Ｉ_Ｔ（ｒ）はそれぞれ、第一の電力強度信号、第二の電力強度信号である。ｒ０は正の数である。また、Ｉ_ｃｍｐ（ｒ）＜Ｉ_Ｃ（ｒ）である場合はＩ_Ｃ（ｒ）を用いる。

電力信号補正ブロック００８から出力された補正電力強度信号は画像処理ブロック００９に入力される。画像処理ブロック００９は、システム制御部００４からの指示に従って、エッジ強調やコントラスト調整などの各種画像処理を行い、画像表示用データを生成して出力する。画像表示系０１０は、入力された画像表示用データを表示する。

以上が本発明による被検体情報処理装置の概要である。

次に図４を用いて、本発明による効果を説明する。
図４は０．３ｍｍごとに反射層が存在するモデルに対して本発明を適用した処理結果である。横軸は被検体上の位置（ｍｍ）、縦軸は各位置での信号強度（ｄＢ）を表す。図４は測定した電力強度信号の分布を示している。図中、点線で示されるのが、受信信号にＦＤＩ法および適応型信号処理を用いた処理結果、つまり第一の電力強度信号である（符号４０１）。一点鎖線で示されるのが、対角平均行列Ｒ_Ｔを用いて算出した第二の電力強度信号である（符号４０２）。

まず点線で示される第一の電力強度信号に注目する。この第一の電力強度信号は空間分解能が高いことが分かる。また、この反射層は反射強度が０ｄＢになるように調整してあるが、処理結果としては−６ｄＢ程度の反射強度となっている部分もあり、相関性干渉波の影響などによって電力推定精度が低下していることが分かる。

次に一点鎖線で示される第二の電力強度信号に注目する。この第二の電力強度信号は、相関性干渉波を無相関性の干渉波に変換したものであるため、適応型信号処理による空間分解能の向上の効果が第一の電力強度信号のときほどは得られていない。ただし、相関性干渉波の影響が大幅に低減されたため、反射強度の電力強度値が設定値である０ｄＢに近付いている。つまり空間分解能は低下したものの、反射層が存在する位置での反射電力強度の推定精度は向上している。

図４中の実線は、この第一の電力強度信号と第二の電力強度信号とを用いて算出された補正電力強度である（符号４０３）。この補正電力強度を見ると、空間分解能が高く、かつ反射強度の電力強度値が真の値（０ｄＢ）に近付いていることが分かる。
このように本発明を適用することで、相関性干渉波などの影響を抑制し、推定電力値の
精度を向上した画像を得ることができる。

ここでは対角平均行列Ｒ_ＴはＴｏｅｐｌｉｔｚ行列として説明した。しかし、通常の周波数平均行列Ｒ’よりも対角平均行列Ｒ_Ｔの対角方向の要素群（例えば５０２や５０３など）が有する分散が小さければ、本発明の効果は得られる。

また、第一の電力強度信号と第二の電力強度信号との補正については、ここで示した手法に限られない。第一の電力強度信号が有する空間解像度の高さと、第二の電力強度信号が有する電力推定精度の高さとを用いた補正手段であれば良い。そのような補正を行うことで、本発明の効果を得られる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２を、上記実施形態と異なる部分に絞って説明する。
本実施形態ではＦＤＩ適応処理ブロック００７の内部での処理が異なる。図６は本実施形態におけるＦＤＩ適応処理ブロック００７内の処理の流れを示す図である。処理開始から相関行列Ｒの算出（２０６）までは上記実施形態と同様であるため、説明を省く。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、周波数平均法による処理を行う（６０７）。これにより、周波数平均行列Ｒ’が算出される（６０８）。周波数平均行列Ｒ’は式（１１）により求められる。このとき用いられる部分行列Ｒ_ｍの要素Ｒ_ｍｉｊについては式（１２）に示す。なお、式（１１）で示した周波数平均法において、各部分行列に重みをつけた重み付き平均を実施しても構わない。

次に、本実施形態においては、平均処理（６１１）を行う際に、周波数平均行列Ｒ’が用いられる。これにより、対角平均行列Ｒ_Ｔが算出される。（６１２）
ここでＫは周波数平均行列Ｒ’の１列に含まれる要素数である。

その後、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、周波数平均行列Ｒ’および対角平均行列Ｒ_Ｔ、拘束ベクトルＣ（６０９）を用いて、第一の電力強度信号および第二の電力強度信号を算出する（６１０，６１３）。なお、式（１３）で示した平均処理において、周波数平均行列の要素に重みを付けた重み付き平均を実施しても構わない。
その後の処理は上記実施形態と同様のため、省略する。

本実施形態によれば、相関行列Ｒそのものから平均処理を行うよりも少ない処理規模で対角平均行列Ｒ_Ｔを算出できる。そのため回路規模の抑制やコスト削減、時間短縮が期待できる。また、ここで得られた対角平均行列Ｒ_ＴはＴｏｅｐｌｉｔｚ行列となっており、上記実施形態と同様、相関性干渉波の影響を低減した画像を得ることができる。

＜実施形態３＞
本発明の実施形態３を、上記各実施形態と異なる部分に絞って説明する。
本実施形態ではＦＤＩ適応処理ブロック００７の内部での処理が異なる。図７は本実施形態におけるＦＤＩ適応処理ブロック００７内の処理の流れを示す図である。処理開始から相関行列Ｒの算出（２０６）までは上記各実施形態と同様であるため、説明を省く。

ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、周波数平均法による処理を行う（７０７）。これにより、周波数平均行列Ｒ’が算出される（７０８）。周波数平均行列Ｒ’は式（１４）により求められる。このとき用いられる部分行列Ｒ_ｍの要素Ｒ_ｍｉｊについては式（１５）に示す。なお、式（１４）で示した周波数平均法において、各部分行列に重みをつけた重み付き平均を実施しても構わない。

また、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、相関行列Ｒの要素を用いて、それらを対角方向に平均化する平均処理を実施する（７１１）。この様子を式（１６）に示す。

これにより、対角平均行列Ｒ_Ｔが算出される（７１２）。なお、式（１６）で示した平均処理において、相関行列の要素に重みを付けた重み付き平均を実施しても構わない。

次に、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、周波数平均行列Ｒ’と対角平均行列Ｒ_Ｔとを式（１７）に示すように合成することで、修正対角平均行列Ｒ’_Ｔを算出する（７１３）。

ここで合成比率αは算出に用いる係数（重み）であり、０以上１以下の値をとる。

その後、ＦＤＩ適応処理ブロック００７は、周波数平均行列Ｒ’および修正対角平均行列Ｒ’_Ｔ、拘束ベクトルＣ（７０９）を用いて、第一の電力強度信号７１０および第二の電力強度信号７１４を算出する（７１０，７１４）。算出処理は、式（１８）および式（１９）で示すように行われる。なお、式（１８）のη’と式（１９）のη’とは同じ値である必要はなく、異なる値でもよい。

その後の処理は上記各実施形態と同様のため、省略する。

ここで、修正対角平均行列Ｒ’_Ｔについて説明する。Ｔｏｅｐｌｉｔｚ行列である対角平均行列Ｒ_Ｔは、対角方向の要素群の分散は０である。一方で周波数平均行列Ｒ’は、処理レンジ内に干渉性散乱波が存在する場合、対角方向の要素群は分散を有する。これらの行列に重みを付けて加算した修正対角平均行列Ｒ’_Ｔは、少なくとも周波数平均行列Ｒ’よりも対角方向の要素群の分散は小さい。

そのため、修正対角平均行列Ｒ’_Ｔを用いて算出した第二の電力強度信号は、第一の電力強度信号よりも相関性干渉波の影響が低減されたものとなる。つまり、第一の電力強度信号よりも精度の高い電力強度推定を行うことができる。
よって、本実施形態によっても、本発明の効果を得ることできる。

なお、本実施形態では、相関行列Ｒに平均処理を行って算出した対角平均行列Ｒ_Ｔを、周波数平均行列Ｒ’と合成した。しかし、実施形態２と同様に、周波数平均行列Ｒ’から対角平均行列Ｒ_Ｔを算出し、それを周波数平均行列Ｒ’と合成しても、本発明の効果は得られる。

上記のような構成を持つ被検体情報取得装置において、システム制御部００４、整相加算ブロック００６、ＦＤＩ適応処理ブロック００７、電力信号補正ブロック００８、画像処理ブロック００９などは、情報処理装置により構成できる。本発明は、かかる情報処理装置に本発明の各処理を実行させる制御方法として捉えることもできる。本発明はまた、このような制御方法を実行させるプログラムとしても捉えることができる。

００１：探触子，００２：超音波変換素子，００４：システム制御部，００６：整相加算ブロック，００７：ＦＤＩ適応処理ブロック，００８：電力信号補正ブロック

Claims (11)

1. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
   前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
   前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、
   前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
   前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
   前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得し、
   前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
   前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
   前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、
   前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
   前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
   前記周波数平均処理により得られた複数の値のうち、少なくとも対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得し、
   前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
3. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、
   前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、
   前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、
   を有し、
   前記処理手段は、
   前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出し、
   前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得し、
   前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値と、前記周波数平均処理により得られた複数の
   値とを用いて第二の電力強度信号を取得し、
   前記補正手段は、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力する
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
4. 前記処理手段は、前記第一の電力強度信号において所定の値より大きな電力強度を有する位置を、前記被検体内の反射体の位置とし、
   前記補正手段は、前記反射体の位置の電力強度信号を、前記第二の電力強度信号によって補正する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記処理手段は、前記適応型信号処理として、Ｃａｐｏｎ法を適用する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記処理手段は、前記第二の電力強度信号を取得するときに、要素同士の分散を低減する処理として、要素同士の平均処理を行う
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記補正手段により補正された電力強度信号を用いて画像表示用データを生成する画像処理手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置
8. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
   前記処理手段が、
   前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
   前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
   前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
   前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
9. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
   前記処理手段が、
   前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
   前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
   前記周波数平均処理により得られた複数の値のうち、少なくとも対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値を用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
   前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するするステップと、
   を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
10. 被検体に音響波を送信し、被検体内で反射した音響波を受信して複数の受信信号に変換する複数の変換素子と、前記複数の受信信号を用いて、適応型信号処理を適用した周波数領域干渉計法を用いた処理により、被検体内の複数の位置の電力強度の分布を示す電力強度信号を取得する処理手段と、前記電力強度信号を補正処理する補正手段と、を有する被検体情報取得装置の制御方法であって、
    前記処理手段が、
    前記複数の受信信号を用いて、周波数成分同士の相関値を複数算出するステップと、
    前記算出された複数の相関値の集合である相関行列を周波数平均処理し、該周波数平均処理により得られた複数の値を用いて第一の電力強度信号を取得するステップと、
    前記算出された複数の相関値を用いて前記相関行列の対角方向の要素同士の分散を低減する処理を行い、該処理された複数の値と、前記周波数平均処理により得られた複数の値とを用いて第二の電力強度信号を取得するステップと、
    前記補正手段が、前記第一の電力強度信号と前記第二の電力強度信号とを用いて、補正処理された電力強度信号を出力するステップと、
    を含むことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。
11. 前記請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の制御方法の各ステップを、前記被検体情報取得装置の情報処理装置に実行させるプログラム。

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