JP6111870B2 - 超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波画像の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波画像の処理方法等に関する。

超音波診断装置において、超音波トランスデューサーから超音波を送信し、対象物から反射した反射波を再び超音波トランスデューサーで受信した信号には、超音波トランスデューサーの狭帯域特性が畳み込まれているため、たとえ対象物が点であったとしても、反射信号のパルス幅が広がってしまい、超音波画像では対象物が広がったような像となってしまう。

この課題に対して、超音波画像の分解能を向上するために、受信信号の中に畳み込まれている超音波トランスデューサーの狭帯域特性をフィルター（デコンボリューションフィルター）で除去することで、受信信号の広がりを低減し、空間分解能の高い超音波画像を得る技術が知られている。

例えば特許文献１には、個別の走査線について伝達関数を求める際に、受信信号のパワースペクトルに含まれるディップを消すために、パワースペクトルのケプストラムを求めてその低周波成分のみを取り出す手法が開示されている。しかしながらこの手法では、膨大な計算時間とメモリーを必要とし、また、伝達関数に位相特性が含まれていないために、受信信号の広がりを低減しきれていないという課題がある。

特表２０１１−５２１７３０号公報

本発明の幾つかの態様によれば、高い空間分解能を有する超音波画像を効率よく生成することができる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波画像の処理方法等を提供できる。

本発明の一態様は、超音波トランスデューサーデバイスと、超音波ビームの送信処理を行う送信部と、前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、前記受信部からの受信信号に基づいて処理を行う処理部とを含み、前記処理部は、前記被検体の第１の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第１の受信信号と、前記被検体の第２の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第２の受信信号と、前記被検体の前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の第３の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第３の受信信号と、に基づいて前記超音波トランスデューサーデバイス及び前記被検体についての伝達関数を特定し、前記伝達関数を含むデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を、前記受信信号に対して行うことを含む超音波画像の生成処理を行う超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様によれば、処理部は、第１、第２、第３の受信信号に基づいて、超音波トランスデューサーデバイス及び被検体についての伝達関数を特定することができるから、短い処理時間で精度の高いデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。その結果、高い空間分解能を有する超音波画像を効率よく生成することができる。フィルター処理の対象となる受信信号は、超音波画像の生成に用いられる受信信号であって、第１、第２、第３の受信信号を含んでもよいし、含まなくてもよい。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の受信信号の第１のパワースペクトル、前記第２の受信信号の第２のパワースペクトル及び前記第３の受信信号の第３のパワースペクトルを求め、前記第１のパワースペクトル、前記第２のパワースペクトル及び前記第３のパワースペクトルから、前記伝達関数の振幅を求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、短い処理時間で、超音波トランスデューサーデバイス及び被検体についての伝達関数の振幅を求めることができる。

また本発明の一態様では、前記超音波トランスデューサーデバイスについての伝達関数の位相特性の情報を記憶する特性情報記憶部を含み、前記処理部は、前記特性情報記憶部に記憶された前記超音波トランスデューサーデバイスについての伝達関数の位相特性の情報と、前記第１の受信信号、前記第２の受信信号及び前記第３の受信信号から求められた前記伝達関数の前記振幅と、を用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、振幅及び位相特性の両方を含む伝達関数を用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができるから、より精度の高い超音波画像を生成することができる。

また本発明の一態様では、角周波数をω、前記伝達関数の前記振幅を｜Ｈ（ω）｜、前記伝達関数の複素共役をＨ^＊（ω）、受信信号の雑音成分のパワースペクトルをＰｎ（ω）、受信信号の信号成分のパワースペクトルをＰｆ（ω）、調整係数値をβ、前記デコンボリューションフィルターをＭ（ω）とした場合に、Ｍ（ω）＝Ｈ^＊（ω）／（｜Ｈ（ω）｜^２＋β×Ｐｎ（ω）／Ｐｆ（ω））であってもよい。

このようにすれば、処理部は、デコンボリューションフィルターＭ（ω）によるフィルター処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記特性情報記憶部は、前記調整係数値βをさらに記憶し、前記処理部は、前記特性情報記憶部に記憶された前記調整係数値βを用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行ってもよい。

このようにすれば、特性情報記憶部は、例えば水中での超音波測定などにより決定された調整係数値βを記憶することができる。そして処理部は、特性情報記憶部に記憶された調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記特性情報記憶部は、前記調整係数値βとして、前記超音波トランスデューサーデバイス又は前記被検体ごとに異なる値を記憶してもよい。

このようにすれば、特性情報記憶部は、超音波トランスデューサーデバイスごとに決定された調整係数値β、或いは被検体ごとに決定された調整係数値βを記憶することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記超音波トランスデューサーデバイス又は前記被検体ごとに異なる前記調整係数値βを用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波トランスデューサーデバイス又は被検体に対応して異なる調整係数値βを用いてデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができるから、より精度の高い超音波画像を生成することができる。

また本発明の一態様では、前記調整係数値βは、０．２以下であってもよい。

このようにすれば、処理部は、雑音の増幅を抑制しつつ、高い空間分解能を有する超音波画像を生成することができる。

また本発明の一態様では、前記調整係数値βの情報の入力を受け付ける入力受付部を含み、前記処理部は、前記入力受付部が受け付けた前記調整係数値βの情報を用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、ユーザーが入力した調整係数値βを用いてデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、異なる時刻に測定された複数の受信信号のパワースペクトルの時間平均値に基づいて、前記信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）を求め、前記異なる時刻に測定された前記複数の受信信号のパワースペクトルの分散値に基づいて、前記雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）を求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、短い処理時間で信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）及び雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）を求めることができるから、高い空間分解能を有する超音波画像を効率よく生成することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記被検体における深さが互いに異なる第１の領域〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の領域に対する第１の伝達関数〜第ｎの伝達関数を特定して、前記第１の領域〜前記第ｎの領域に対応する第１のデコンボリューションフィルター〜第ｎのデコンボリューションフィルターを用いて前記フィルター処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、被検体における深さが互いに異なる複数の領域について、各領域に対応するデコンボリューションフィルターを用いてフィルター処理を行うことができるから、より高い空間分解能を有する超音波画像を生成することができる。

また本発明の一態様では、前記被検体の前記第１の箇所は、前記超音波画像の第１の端部に対応する箇所であり、前記被検体の前記第２の箇所は、前記超音波画像の前記第１の端部の反対側の端部である第２の端部に対応する箇所であり、前記被検体の前記第３の箇所は、前記超音波画像の前記第１の端部と前記第２の端部との間に対応する箇所であってもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波画像の２つの端部とその中間とに対応する箇所からの超音波エコーによる受信信号に基づいて伝達関数を特定することができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置と、前記超音波画像を表示する表示部とを含む超音波画像装置に関係する。

本発明の他の態様は、超音波トランスデューサーデバイスと、超音波ビームの送信処理を行う送信部と、前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、前記受信部からの受信信号に基づいて処理を行う処理部とを含む超音波測定装置において、前記処理部により実行される超音波画像の処理方法であって、前記被検体の第１の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第１の受信信号と、前記被検体の第２の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第２の受信信号と、前記被検体の前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の第３の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第３の受信信号と、に基づいて前記超音波トランスデューサーデバイス及び前記被検体についての伝達関数を特定し、前記伝達関数を含むデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を前記受信信号に対して行う超音波画像の処理方法に関係する。

超音波測定装置及び超音波画像装置の基本的な構成例。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、伝達関数の振幅を求めるための第１、第２、第３の受信信号を説明する図。 図３（Ａ）は、第１、第２、第３の受信信号のパワースペクトルの一例。図３（Ｂ）は、第１、第２、第３の受信信号から求めた伝達関数の振幅の一例。 水中のワイヤーに対する超音波測定の一例。 伝達関数の位相特性の一例。 図６（Ａ）は、調整係数βの一例。図６（Ｂ）は、フィルター処理前と処理後の信号電圧及び半値幅。 前処理のフローチャートの一例。 本処理のフローチャートの一例。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、超音波測定装置の第２の構成例による伝達関数の特定を説明する図。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子の基本的な構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子から出射された超音波のパワースペクトルの一例。 第３の構成例における前処理のフローチャートの一例。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、超音波画像装置の具体的な構成例。図１４（Ｃ）は、超音波プローブの具体的な構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施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く、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．超音波測定装置の基本的な構成例
図１に本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波測定装置１００は、超音波トランスデューサーデバイス２００、送信部１１０、受信部１２０、処理部１３０、記憶部１４０、特性情報記憶部１５０及び入力受付部１６０を含む。また、超音波画像装置４００は、超音波測定装置１００及び表示部４１０を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波トランスデューサーデバイス２００は、超音波トランスデューサー素子を有する。超音波トランスデューサー素子は、電気信号である送信信号を超音波に変換し、また対象物（被検体）からの超音波エコーを電気信号に変換する。超音波トランスデューサー素子は、例えば薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子やバルク圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよいし、或いは容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）であってもよい。

送信部１１０は、超音波ビームの送信処理を行う。具体的には、送信部１１０が処理部１３０の制御に基づいて超音波トランスデューサーデバイス２００に対して電気信号である送信信号（駆動信号）を出力し、超音波トランスデューサーデバイス２００が電気信号である送信信号を超音波に変換して、超音波を送信する。

受信部１２０は、超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う。具体的には、超音波トランスデューサーデバイス２００が対象物からの超音波エコーを電気信号に変換して、受信部１２０に対して出力する。受信部１２０は、超音波トランスデューサーデバイス２００からの電気信号である受信信号（アナログ信号）に対して増幅、検波、Ａ／Ｄ変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信信号（デジタルデータ）を処理部１３０に対して出力する。

処理部１３０は、送信部１１０及び受信部１２０の制御処理や受信部１２０からの受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理を行う。具体的には、処理部１３０は、受信信号に対して周波数解析処理、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理、絶対値化処理、包絡線検波処理、輝度変調処理などを行う。デコンボリューションフィルターの詳細については後述する。

処理部１３０は、例えば専用のデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）で構成してもよいし、汎用のマイクロプロセッサー（ＭＰＵ）で構成してもよい。或いは、処理部１３０が実行する処理の一部をパーソナルコンピューター（ＰＣ）で実行させてもよい。

記憶部１４０は、例えばＤＲＡＭなどの記憶装置で構成され、受信信号や受信信号のパワースペクトルに基づいて特定された伝達関数の振幅の情報などを記憶する。伝達関数の振幅の情報とは、伝達関数の振幅を特定できる情報であって、例えば伝達関数の振幅と周波数の関係を表すテーブルや関数であってもよいし、或いはパラメーターであってもよい。

特性情報記憶部１５０は、例えばフラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置で構成され、超音波トランスデューサーデバイス２００についての伝達関数の位相特性の情報及びデコンボリューションフィルターに含まれる調整係数値βの情報を記憶する。伝達関数の位相特性の情報とは、伝達関数の位相特性を特定できる情報であって、例えば位相と周波数の関係を表すテーブルや関数であってもよいし、或いは位相特性を決定するパラメーターであってもよい。調整係数値βの情報とは、調整係数値βを特定できる情報であって、例えば調整係数値βそのものであってもよいし、調整係数値βを求めるための関数やパラメーターなどであってもよい。

後述するように、伝達関数の位相特性及び調整係数値βは、水中のワイヤー（点散乱体）に対する超音波測定により決定することができる。決定された伝達関数の位相特性及び調整係数値βは、特性情報記憶部１５０に記憶しておくことができる。また、特性情報記憶部１５０は、調整係数値βとして、超音波トランスデューサーデバイス２００又は被検体ごとに異なる値を記憶してもよい。そして処理部１３０は、超音波トランスデューサーデバイス２００又は被検体ごとに異なる調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行ってもよい。ここで「被検体ごとに異なる」とは、例えば測定対象となる人体の測定部位ごとに異なる場合を含む。

入力受付部１６０は、例えばキーボードやタッチパネルなどの入力デバイスであって、ユーザーによる調整係数値βの入力を受け付ける。処理部１３０は、入力受付部１６０が受け付けた調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。

表示部４１０は、例えば液晶ディスプレイ等の表示デバイスであって、処理部１３０により生成された超音波画像（例えばＢモード画像）を表示する。

２．伝達関数の特定
本実施形態の超音波測定装置１００の第１の構成例による伝達関数の振幅の特定について説明する。図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、伝達関数の振幅を求めるための第１、第２、第３の受信信号を説明する図である。第１の受信信号ＲＳ１とは、図２（Ａ）に示すように、被検体の第１の箇所Ｐ１へ出射された超音波ビームＢＭ１の超音波エコーＥＣ１に対応する受信信号であり、被検体の第１の箇所Ｐ１とは、図２（Ｂ）に示すように、超音波画像（の１フレーム画像）の第１の端部Ｅ１に対応する箇所である。即ち、第１の受信信号ＲＳ１とは、超音波画像の第１の端部Ｅ１にある１つの走査線ＳＣ１に対応する受信信号である。

超音波画像の端部とは、１フレームの超音波画像（例えばＢモード画像）において、超音波ビームのスキャンの始点側又は終点側の領域であって、複数の走査線を含む。走査線とは、１フレームの超音波画像において、深さ方向に延びる１本の直線に沿って整列するピクセルの集合である。なお、超音波画像の第１の端部Ｅ１にある１つの走査線ＳＣ１とは、第１の端部Ｅ１にある複数の走査線のうちの１本であって、例えば図２（Ａ）において最左端にある走査線でなくてもよい。

同様に、第２の受信信号ＲＳ２とは、被検体の第２の箇所Ｐ２へ出射された超音波ビームＢＭ２の超音波エコーＥＣ２に対応する受信信号であり、被検体の第２の箇所Ｐ２とは、超音波画像の第１の端部Ｅ１の反対側の端部である第２の端部Ｅ２に対応する箇所である。即ち、第２の受信信号ＲＳ２とは、超音波画像の第２の端部Ｅ２にある１つの走査線ＳＣ２に対応する受信信号である。

また、第３の受信信号ＲＳ３とは、被検体の第１の箇所Ｐ１と第２の箇所Ｐ２との間の第３の箇所Ｐ３へ出射された超音波ビームＢＭ３の超音波エコーＥＣ３に対応する受信信号であり、被検体の第３の箇所Ｐ３とは、超音波画像の第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２との間に対応する箇所である。即ち、第３の受信信号ＲＳ３とは、超音波画像の第１の端部Ｅ１と第２の端部Ｅ２との間にある１つの走査線（例えば超音波画像の中央の走査線）ＳＣ３に対応する受信信号である。

処理部１３０は、第１、第２、第３の受信信号から、以下のようにして伝達関数の振幅を求める。

処理部１３０は、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３の周波数解析を行って、第１、第２、第３のパワースペクトルを求める。そして第１、第２、第３のパワースペクトルから、超音波トランスデューサーデバイス２００及び被検体についての伝達関数の振幅を求める。具体的には、処理部１３０は、第１、第２、第３のパワースペクトルを加算平均し、加算平均されたパワースペクトルの平方根を伝達関数の振幅とする。

なお、上記の説明では、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３は、超音波画像の走査線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３に対応する受信信号であるとして説明したが、必ずしも超音波画像の走査線に対応する受信信号でなくてもよい。例えば被検体の第１、第２、第３の箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３からの超音波エコーによるＡモード波形であってもよい。

なお、伝達関数の振幅を求めるための受信信号として、被検体の４以上の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する４以上の受信信号を用いてもよい。この場合には、第１〜第ｎ（ｎは４以上の整数）の受信信号ＲＳ１〜ＲＳｎのパワースペクトルＰＳ１（ｆ）〜ＰＳｎ（ｆ）を加算平均し、加算平均されたパワースペクトルの平方根を伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜とする。

図３（Ａ）に、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３のパワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）の一例を示す。ここでｆは周波数である。

各パワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）は、図３（Ａ）から分かるように、被検体からの多数の反射波の干渉によるディップを含んでいる。このディップが発生する周波数は、被検体内にある多数の散乱体間の位置関係に依存する。散乱体の配置は計測位置ごとに異なるため、ディップが発生する周波数も第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３ごとに異なる。そこで、第１、第２、第３のパワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）を加算平均し、さらに平方根を求めることで、ディップを平滑化して所望の伝達関数の振幅、即ち超音波トランスデューサーデバイス２００及び被検体についての伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜を求めることができる。

図３（Ｂ）に、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３から求めた伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜の一例を示す。図３（Ｂ）から分かるように、ディップが平滑化され、ディップの影響が除去されている。

上述した方法で求めた伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜は、超音波トランスデューサーデバイス２００の伝達特性だけでなく、被検体（生体組織）も含めた伝達特性を表している。従って、伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜は、被検体の測定部位によって異なる特性を有する。このため実際の超音波測定では、処理部１３０は超音波測定ごとに被検体の測定部位に対応する伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜を求めて、この伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜を用いてデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行う。こうすることで、被検体の測定部位の伝達特性も含めた高い精度の振幅｜Ｈ（ｆ）｜を得ることができる。

次に、伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）の特定について説明する。伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）は、水中のワイヤー（点散乱体）に対する超音波測定により求めることができる。生体組織中では、超音波の振幅は周波数に依存して減衰するが、位相特性は振幅に比べて周波数に依存した減衰の影響がほとんどない。従って、水中で測定した超音波トランスデューサーデバイスの伝達関数の位相特性が、そのまま生体組織中における伝達関数の位相特性と同一であるとみなすことができる。

図４に、水中のワイヤーに対する超音波測定の一例を示す。図４に示すように、水中に設けられた細径ワイヤー（例えば直径１３μｍ）に対して超音波トランスデューサーデバイス２００から超音波を出射して超音波測定を行う。超音波トランスデューサーデバイス２００は、Ｙ方向がスキャン方向となるように設けられ、ワイヤーはＸ方向に沿うように設けられる。超音波ビームはＹ方向にスキャンされるから、ワイヤーは点散乱体とみなすことができる。

図５に、水中のワイヤーに対する超音波測定から求められた伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）の一例を示す。図５の破線は、実測された位相データであるが、折り返しが発生している。図５の一点鎖線は、アンラップして折り返しの影響を除去した位相データである。さらに伝搬遅延による位相変化分を除去して、図５の実線で示す所望の伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）を得る。

このように水中での測定から求めた伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）は、超音波トランスデューサーデバイス２００の伝達特性に依存する。従って、予め水中での測定により個々の超音波トランスデューサーデバイス２００の伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）を求めておき、その位相特性∠Ｈ（ｆ）を特性情報記憶部１５０に記憶することができる。こうすることで、超音波トランスデューサーデバイス２００の特性ばらつきも含めた精度の高い位相特性∠Ｈ（ｆ）を得ることができる。

本実施形態の超音波測定装置１００によれば、被検体の少なくとも３箇所からの受信信号に基づいて伝達関数の振幅を求めることができる。さらに、受信信号のパワースペクトルに含まれるディップを除去するためにケプストラムを求めるなどの処理が不要であるから、短い処理時間で伝達関数の振幅を求めることができる。さらに、振幅だけでなく位相特性も含めた伝達関数を用いることができるから、より高い空間分解能を有する超音波画像を効率よく生成することができる。

３．デコンボリューションフィルター
本実施形態の超音波測定装置１００は、上述した方法で求めた伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜と位相特性∠Ｈ（ｆ）を用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行う。

デコンボリューションフィルターは、例えば以下に示すウィーナーフィルターＭ（ω）である。

ここで、ωは角周波数、Ｈ^＊（ω）は伝達関数Ｈ（ω）の複素共役、｜Ｈ（ω）｜は伝達関数Ｈ（ω）の振幅、Ｐｎ（ω）は受信信号の雑音成分のパワースペクトル、Ｐｆ（ω）は受信信号の信号成分のパワースペクトル、βは調整係数値である。

式（１）におけるＰｎ（ω）／Ｐｆ（ω）は、Ｓ／Ｎ比（信号／雑音比）の逆数に対応する。即ち、Ｓ／Ｎ比が高い場合にはＰｎ（ω）／Ｐｆ（ω）は０に近づき、Ｓ／Ｎ比が低い場合にはＰｎ（ω）／Ｐｆ（ω）は無限大に近づく。従って、式（１）で与えられるウィーナーフィルターＭ（ω）は、
Ｍ（ω）→１／Ｈ（ω） （Ｓ／Ｎ比が高い場合） （２）
Ｍ（ω）→０ （Ｓ／Ｎ比が低い場合） （３）
となる。

式（２）、式（３）から分かるように、ウィーナーフィルターＭ（ω）はＳ／Ｎ比が高い周波数領域で有効に働く。即ち、ウィーナーフィルターＭ（ω）は、雑音の増幅を抑制する効果がある。

信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）及び雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）は、異なる時刻に測定された２以上の超音波画像（Ｂモード画像）から求めることができる。

例えば、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に測定された１フレーム分の画像ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３のそれぞれについて、第１、第２、第３の走査線に対応する受信信号のパワースペクトルＰＳ１（ω）、ＰＳ２（ω）、ＰＳ３（ω）を求める。次に、画像ＩＭ１から求めたパワースペクトルＰＳ１（ω）と画像ＩＭ２から求めたパワースペクトルＰＳ１（ω）と画像ＩＭ３から求めたパワースペクトルＰＳ１（ω）との平均値を求める。即ち、パワースペクトルＰＳ１（ω）の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３についての時間平均値Ａｖ＿ＰＳ１（ω）を求める。同様にして、パワースペクトルＰＳ２（ω）、ＰＳ３（ω）の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３についての時間平均値Ａｖ＿ＰＳ２（ω）、Ａｖ＿ＰＳ３（ω）を求める。そして、さらに３つの時間平均値Ａｖ＿ＰＳ１（ω）、Ａｖ＿ＰＳ２（ω）、Ａｖ＿ＰＳ３（ω）の平均値を求めて、これを信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）とする。

また、雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）は次のようにして求めることができる。パワースペクトルＰＳ１（ω）の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３についての分散値Ｄｐ＿ＰＳ１（ω）を求める。同様にして、パワースペクトルＰＳ２（ω）、ＰＳ３（ω）の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３についての分散値Ｄｐ＿ＰＳ２（ω）、Ｄｐ＿ＰＳ２（ω）を求める。そして、さらに３つの分散値Ｄｐ＿ＰＳ１（ω）、Ｄｐ＿ＰＳ２（ω）、Ｄｐ＿ＰＳ２（ω）の平均値を求めて、これを雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）とする。

時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に測定された１フレーム分の画像ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３において、対象物が動いている場合、或いは超音波プローブが動いている場合には、時間平均値Ａｖ＿ＰＳ１（ω）、Ａｖ＿ＰＳ２（ω）、Ａｖ＿ＰＳ３（ω）が適正に算出されない。そこで対象物又は超音波プローブが動いていない状態で測定することが望ましい。なお、トラッキング技術を用いて対象物又は超音波プローブが動いていない状態であることを検出してもよいし、対象物又は超音波プローブの動きを相殺してもよい。

なお、上記の説明では、異なる時刻に測定された３つの画像（フレーム）に基づいて信号成分及び雑音成分のパワースペクトルＰｆ（ω）、Ｐｎ（ω）を求める例を示したが、画像の数は３に限定されない。画像の数（フレーム数）は、異なる時刻に測定されたものであれば、２つであってもよいし、４以上であってもよい。

調整係数βは、雑音の増幅を抑制する効果の度合いを調整するために設けられる。式（１）から分かるように、調整係数βが大きい場合には、フィルター処理後の信号波形の広帯域化が抑制され、雑音の増幅も抑制される。一方、調整係数βが小さい場合には、フィルター処理後の信号波形の広帯域化が優先されるが、雑音も増幅されてしまう。

本実施形態の超音波測定装置１００では、水中のワイヤーに対して超音波測定を行い、調整係数βを決定することができる。具体的には、得られた受信信号に対して、水中における超音波トランスデューサーデバイス２００の伝達関数Ｈ（ω）、雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）及び信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）を用いて、デコンボリューションフィルター（ウィーナーフィルター）のフィルター処理を行う。そして処理後の信号振幅の半値幅が最小になるように調整係数βを決める。調整係数値βは、例えば０．２以下である。

特性情報記憶部１５０は、予め水中での測定結果に基づいて決定された調整係数値βを記憶することができる。こうすることで、処理部１３０は、特性情報記憶部１５０に記憶された調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。

また、特性情報記憶部１５０は、調整係数値βとして、超音波トランスデューサーデバイス２００又は被検体ごとに異なる値を記憶することができる。こうすることで、処理部１３０は、超音波トランスデューサーデバイス２００又は被検体ごとに異なる調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことができる。

また、処理部１３０は、入力受付部１６０が受け付けた調整係数値βを用いて、デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うこともできる。このようにすれば、ユーザーが調整係数値βを設定することができる。

本実施形態の超音波測定装置１００に用いられるデコンボリューションフィルターとしては、上述したウィーナーフィルターに限定されず、例えばLucy-Richardson法、又は正則化フィルターなどを用いてもよい。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に、調整係数βの一例を示す。図６（Ａ）は、フィルター処理後の信号振幅の半値幅と調整係数βとの関係を示す。図６（Ｂ）は、フィルター処理前と処理後について、信号電圧及び信号振幅の半値幅を示す。

図６（Ａ）から分かるように、調整係数βが小さいほど半値幅は小さくなるが、βが０に近づきすぎると半値幅は大きくなってしまう。図６（Ａ）に示す例では、β＝０．０１７０６で半値幅が最小になる。そして図６（Ｂ）に示すように、処理後の信号振幅は処理前と比較して半値幅が減少している。

４．フィルター処理のフロー
本実施形態の超音波測定装置１００の第１の構成例によるデコンボリューションフィルターによるフィルター処理のフローについて説明する。以下に示す処理のフローは、処理部１３０により実行される。処理部１３０は、前処理においてデコンボリューションフィルターを決定する処理を行い、本処理において受信信号に対するフィルター処理を行って、処理後の信号に基づいて画像データを生成する処理を行う。

図７は、処理部１３０による前処理のフローチャートの一例である。最初に、処理部１３０は、超音波測定を行って、異なる時刻ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｍ（ｍは２以上の整数）においてｍ個の超音波画像を取得する（ステップＳ１）。次に、処理部１３０は、ｍ個の超音波画像を比較して、対象物又は超音波プローブが動いているか否かを判断する（ステップＳ２、Ｓ３）。例えば、処理部１３０は、ｍ個の超音波画像の各々から特徴点を抽出し、抽出された特徴点を対応づける処理を行うことで、対象物又は超音波プローブが動いているか否かを判断することができる。処理部１３０が、対象物又は超音波プローブが動いていると判断した場合には、ステップＳ１に戻って超音波測定をやり直す。対象物又は超音波プローブが動いていないと判断した場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、処理部１３０は、各超音波画像についてｎ（ｎは３以上の整数）本の走査線に対応する受信信号ＲＳ１〜ＲＳｎの高速フーリエ変換を行ってパワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎを求める。次に、処理部１３０は、パワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎについて、時刻ｔ１〜ｔｍでの時間平均値と分散値とを求める（ステップＳ５）。そしてパワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎの時間平均値と分散値をｎ本の走査線について平均して、信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）と雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）とを求める（ステップＳ６）。

次に、処理部１３０は、パワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎを加算平均し平方根をとって、伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜を求める（ステップＳ７）。そして処理部１３０は、特性情報記憶部１５０から伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）と調整係数βを読み出す（ステップＳ８）。処理部１３０は、以上のようにして求めた伝達関数の振幅｜Ｈ（ｆ）｜と位相特性∠Ｈ（ｆ）、信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）と雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）、及び調整係数βを用いてデコンボリューションフィルターＭ（ω）を決定する（ステップＳ９）。

なお、１フレーム画像ごとに前処理を行ってもよいし、複数のフレーム画像ごとに前処理を行ってもよい。複数のフレーム画像ごとに前処理を行う場合には、前処理で決定されたデコンボリューションフィルターを用いて、複数のフレーム画像に対応する受信信号に対してフィルター処理を行う。

図８は、処理部１３０による本処理のフローチャートの一例である。最初に、処理部１３０は、走査線の番号を表す変数ｉを初期値１に設定する（ステップＳ１１）。次に、処理部１３０は、記憶部１４０から、測定した第ｉの走査線に対応する受信信号ＲＳｉを読み出す（ステップＳ１２）。そして処理部１３０は、受信信号ＲＳｉに対して、前処理で決定したデコンボリューションフィルターＭ（ω）を用いてフィルター処理を行う（ステップＳ１３）。

次に、処理部１３０は、フィルター処理後の受信信号に対して絶対値化処理を行い（ステップＳ１４）、続いて包絡線検波処理を行い（ステップＳ１５）、次に輝度変調処理を行って第ｉの走査線に対応する画像データを生成する（ステップＳ１６）。そして処理部１３０は、第ｉの走査線に対応する画像データを記憶部１４０の画像データ用メモリーの第ｉの走査線に対応するメモリー領域に記憶する（ステップＳ１７）。

次に、処理部１３０は、超音波画像の全ての走査線についてフィルター処理と画像データ生成処理を行ったか否かを判断する（ステップＳ１８）。全ての走査線について処理を完了していない場合には、処理部１３０は、変数ｉをインクリメントして（ステップＳ１９）、次の走査線に対応する受信信号について処理を行う（ステップＳ１２〜Ｓ１７）。全ての走査線について処理を完了した場合には、１フレーム分の画像データを表示部４１０に表示する処理を行う（ステップＳ２０）。

５．第２の構成例による伝達関数の特定
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、本実施形態の超音波測定装置１００の第２の構成例による伝達関数の特定を説明する図である。第２の構成例では、処理部１３０は、被検体における深さが互いに異なる第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の領域ＤＰ１〜ＤＰｎに対する第１〜第ｎの伝達関数Ｈ１（ω）〜Ｈｎ（ω）を特定することができる。そして、第１〜第ｎの領域に対応する第１〜第ｎのデコンボリューションフィルターＭ１（ω）〜Ｍｎ（ω）を用いてフィルター処理を行う。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、例として、被検体における深さが互いに異なる第１、第２、第３の領域ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３に対する第１、第２、第３の伝達関数Ｈ１（ω）、Ｈ２（ω）、Ｈ３（ω）を特定する場合について説明する。

図９（Ａ）には、図２（Ａ）と同様に、被検体の第１、第２、第３の箇所Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３へ出射された超音波ビームＢＭ１、ＢＭ２、ＢＭ３と、それらに対応する超音波エコーＥＣ１、ＥＣ２、ＥＣ３とを示す。また、図９（Ｂ）には、図２（Ｂ）と同様に、１フレームの超音波画像における第１、第２、第３の走査線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３を示す。第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３は、超音波画像の第１、第２、第３の走査線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３に対応する受信信号である。

処理部１３０は、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３のうち、第１の領域ＤＰ１に対応する時間領域波形について周波数解析を行って、パワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）を求める。そして、パワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）を加算平均し、加算平均されたパワースペクトルの平方根を第１の領域ＤＰ１に対する伝達関数の振幅｜Ｈ１（ｆ）｜とする。

同様に、処理部１３０は、第１、第２、第３の受信信号ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３のうち、第２の領域ＤＰ２に対応する時間領域波形について周波数解析を行って、パワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）を求める。そして、パワースペクトルＰＳ１（ｆ）、ＰＳ２（ｆ）、ＰＳ３（ｆ）を加算平均し、加算平均されたパワースペクトルの平方根を第２の領域ＤＰ２に対する伝達関数の振幅｜Ｈ２（ｆ）｜とする。第３の領域ＤＰ３についても同様にして、第３の領域ＤＰ３に対する伝達関数の振幅｜Ｈ３（ｆ）｜を求める。

処理部１３０は、以上のようにして特定した伝達関数Ｈ１（ω）、Ｈ２（ω）、Ｈ３（ω）を含むデコンボリューションフィルターＭ１（ω）、Ｍ２（ω）、Ｍ３（ω）を用いてフィルター処理を行う。具体的には、第１の領域ＤＰ１については、第１のデコンボリューションフィルターＭ１（ω）を用いてフィルター処理を行い、第２の領域ＤＰ２については、第２のデコンボリューションフィルターＭ２（ω）を用いてフィルター処理を行い、第３の領域ＤＰ３については、第３のデコンボリューションフィルターＭ３（ω）を用いてフィルター処理を行う。

処理部１３０は、信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）及び雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）についても、第１、第２、第３の領域ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ３ごとに決定することができる。例えば、第１の領域ＤＰ１に対応する信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）は、異なる時刻に測定された２以上の超音波画像の第１の領域ＤＰ１に対応する受信信号のパワースペクトルから求めることができる。

なお、フィルター処理の対象となる受信信号は、超音波画像の生成に用いられる受信信号であって、前処理において測定された受信信号ＲＳ１〜ＲＳｎを含んでもよいし、含まなくてもよい。

このように超音波測定装置１００の第２の構成例によれば、被検体における深さが互いに異なる複数の領域について、各領域に対応するデコンボリューションフィルターを用いてフィルター処理を行うことができるから、より精度の高い超音波画像を得ることができる。

６．超音波測定装置の第３の構成例
超音波トランスデューサー素子として例えば薄膜圧電型素子を用いる場合に、素子から出射される超音波のパワースペクトルに、バックプレートの材質や厚みに依存する特定な周波数においてディップが生じることがある。本実施形態の超音波測定装置１００の第３の構成例では、処理部１３０がこのディップの有無を検出することで、伝達関数の振幅を特定する前処理が適正に実行されたか否かを判断することができる。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に、超音波トランスデューサーデバイス２００が有する超音波トランスデューサー素子１０（薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子）の基本的な構成例を示す。超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜４２と、圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層２１、圧電体膜３０、第２電極層２２を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図１０（Ａ）は、基板６０（シリコン基板）に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、基板の素子形成面側に垂直な方向から見た平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１（下部電極）は、振動膜４２の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１０（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体膜３０（圧電体層）は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体膜３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ_３）などを用いてもよい。

第２電極層２２（上部電極）は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体膜３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１０（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

振動膜４２（メンブレン）は、例えばＳｉＯ_２薄膜とＺｒＯ_２薄膜との２層構造により開口４５を塞ぐように設けられる。この振動膜４２は、圧電体膜３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体膜３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

開口４５は、基板６０に配置される。開口４５による空洞領域４０は、基板６０の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の形成によって振動可能になった振動膜４２のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体膜３０側（図１０（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極は、第１電極層２１により形成され、上部電極は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体膜３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体膜３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体膜３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜４２を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜４２の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜４２が膜厚方向に対して振動し、この振動膜４２の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

バルクの超音波トランスデューサー素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すような薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。

超音波トランスデューサー素子１０は、出射された超音波が対象物で反射されて戻ってくる超音波エコーを受信する受信素子としても動作する。超音波エコーにより振動膜４２が振動し、この振動によって圧電体膜３０に圧力が加わり、下部電極と上部電極との間に電圧が発生する。この電圧を受信信号として取り出すことができる。

基板６０の裏面（素子が形成されない面）には、図示していないバックプレート（補強部材）が設けられる。このバックプレートは機械的な衝撃に対して基板６０を補強するための部材である。このバックプレートに超音波の一部が吸収されるために、バックプレートの材質や厚みに依存する特定な周波数においてディップが生じる。

図１１に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス２００は、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬｎ、第１〜第ｍ（ｍは２以上の整数）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍを含む。図１１では、例としてｍ＝８、ｎ＝１２の場合を示すが、これ以外の値であってもよい。なお、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２００は図１１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

複数の超音波トランスデューサー素子１０は、ｍ行ｎ列のマトリックス状に配置される。例えば図１１に示すように、Ｘ方向に８行、そしてＸ方向に交差するＹ方向に１２列に配置される。超音波トランスデューサー素子１０は、例えば図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示した構成とすることができる。

第１〜第１２（広義には第ｎ）の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２は、Ｘ方向に配線される。第１〜第１２の駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１２である整数）の駆動電極線ＤＬｊは、第ｊ列に配置される各超音波トランスデューサー素子１０が有する第１の電極に接続される。

超音波を出射する送信期間には、後述する送信部１１０が出力する第１〜第１２の送信信号ＶＴ１〜ＶＴ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して各超音波トランスデューサー素子１０に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子１０からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ１２が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ１２を介して後述する受信部１２０に出力される。

第１〜第８（広義には第ｍ）のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８は、Ｙ方向に配線される。超音波トランスデューサー素子１０が有する第２の電極は、第１〜第ｍのコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬｍのうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図１１に示すように、第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦８である整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ列に配置される各超音波トランスデューサー素子１０が有する第２の電極に接続される。

第１〜第８のコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧は一定の直流電圧であればよく、０Ｖ即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

例えば第１行第１列の超音波トランスデューサー素子１０については、第１の電極が駆動電極線ＤＬ１に接続され、第２の電極が第１のコモン電極線ＣＬ１に接続される。また、例えば第４行第６列の超音波トランスデューサー素子１０については、第１の電極が第６の駆動電極線ＤＬ６に接続され、第２の電極が第４のコモン電極線ＣＬ４に接続される。

なお、超音波トランスデューサー素子１０の配置は、図１１に示すｍ行ｎ列のマトリックス配置に限定されない。例えば奇数番目の列にｍ個の超音波トランスデューサー素子１０が配置され、偶数番目の列にｍ−１個の超音波トランスデューサー素子１０が配置される、いわゆる千鳥配置であってもよい。

なお、出射される超音波の周波数特性にバックプレートに起因するディップが生じる素子としては、上述した薄膜圧電型素子に限定されず、例えば容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）など他の薄膜型素子も含まれる。

図１２に、薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子から出射された超音波のパワースペクトルの一例を示す。図１２から分かるように、特定の周波数において顕著なディップが発生している。このディップが現れる周波数は、バックプレートの材質又は厚みなどに依存する。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示したように、受信信号のパワースペクトルは被検体からの多数の反射波の干渉によるディップを含んでいるが、このようなディップはパワースペクトルを加算平均することで平滑化することができる。図１２に示すようなバックプレートに起因するディップの場合においても、パワースペクトルを加算平均するとディップは除去される。従って、伝達関数の振幅を求める処理（例えば図７のステップＳ７）において、パワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎを加算平均した結果にディップが現れる場合は、超音波測定に何らかの不具合が生じたか、或いは受信信号の解析に何らかの問題が生じた可能性がある。

図１３は、第３の構成例における前処理のフローチャートの一例である。図１３に示す処理は、処理部１３０により実行される。図１３のステップＳ２１〜Ｓ２７は、既に説明した第１の構成例におけるフロー（図７のステップＳ１〜Ｓ７）と同じであるから、ここでは詳細な説明を省略する。

処理部１３０は、パワースペクトルＰＳ１〜ＰＳｎを加算平均した結果について、ディップの有無を判断する（ステップＳ２８）。具体的には、例えば各周波数でのパワー値Ｐｄｉｐとピークのパワー値Ｐｐｅａｋとの比Ｐｄｉｐ／Ｐｐｅａｋが所定値Ｐａより小さい場合には、処理部１３０は、ディップが有ると判断する。一方、比Ｐｄｉｐ／Ｐｐｅａｋが所定値Ｐａ以上である場合には、処理部１３０は、ディップが無いと判断する。

処理部１３０は、ディップが無いと判断した場合には、特性情報記憶部１５０から伝達関数の位相特性∠Ｈ（ｆ）と調整係数値βを読み出し（ステップＳ２９）、デコンボリューションフィルターＭ（ω）を決定する（ステップＳ３０）。一方、処理部１３０は、ディップが有ると判断した場合には、エラーと判定して（ステップＳ３１）、エラーが発生したことをユーザーに報知する画面を表示部４１０に表示する処理などを行う。

このように本実施形態の超音波測定装置１００の第３の構成例によれば、処理部１３０がバックプレート等に起因するディップの有無を検出することで、前処理が適正に実行されたか否かを判断することができるから、信頼性の高い超音波測定を行うことができる。

７．超音波画像装置
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に、本実施形態の超音波画像装置４００の具体的な構成例を示す。図１４（Ａ）は携帯型の超音波画像装置４００を示し、図１４（Ｂ）は据置型の超音波画像装置４００を示す。

携帯型及び据置型の超音波画像装置４００は共に、超音波測定装置１００、超音波プローブ３００、ケーブル３５０及び表示部４１０を含む。超音波プローブ３００は、超音波トランスデューサーデバイス２００を含み、ケーブル３５０により超音波測定装置１００に接続される。表示部４１０は、表示用画像データを表示する。

超音波測定装置１００が有する送信部１１０、受信部１２０及び処理部１３０の少なくとも一部を超音波プローブ３００に設けることもできる。

図１４（Ｃ）に、本実施形態の超音波プローブ３００の具体的な構成例を示す。超音波プローブ３００はプローブヘッド３１５及びプローブ本体３２０を含み、図１４（Ｃ）に示すように、プローブヘッド３１５はプローブ本体３２０と脱着可能である。

プローブヘッド３１５は、超音波トランスデューサーデバイス２００、プローブ基体３１１、プローブ筐体３１２、プローブヘッド側コネクター３１３を含む。

プローブ本体３２０は、プローブ本体側コネクター３２３を含む。プローブ本体側コネクター３２３は、プローブヘッド側コネクター３１３と接続される。プローブ本体３２０は、ケーブル３５０により超音波測定装置１００に接続される。なお、超音波測定装置１００が有する送信部１１０、受信部１２０の少なくとも一部をプローブ本体３２０に設けることもできる。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波測定装置、超音波画像装置の構成、動作及び超音波画像の処理方法も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層（下部電極）、
２２ 第２電極層（上部電極）、３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、
４２ 振動膜、４５ 開口、６０ 基板、
１００ 超音波測定装置、１１０ 送信部、１２０ 受信部、１３０ 処理部、
１４０ 記憶部、１５０ 特性情報記憶部、１６０ 入力受付部、
２００ 超音波トランスデューサーデバイス、
３００ 超音波プローブ、３１１ プローブ基体、３１２ プローブ筐体、
３１３ プローブヘッド側コネクター、３１５ プローブヘッド、
３２０ プローブ本体、３２３ プローブ本体側コネクター、
３５０ ケーブル、４００ 超音波画像装置、４１０ 表示部

Claims (14)

1. 超音波トランスデューサーデバイスと、
   超音波ビームの送信処理を行う送信部と、
   前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、
   前記受信部からの受信信号に基づいて処理を行う処理部とを含み、
   前記処理部は、
   前記被検体の第１の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第１の受信信号と、前記被検体の第２の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第２の受信信号と、前記被検体の前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の第３の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第３の受信信号と、に基づいて前記超音波トランスデューサーデバイス及び前記被検体についての伝達関数を特定し、
   前記伝達関数を含むデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を、前記受信信号に対して行うことを含む超音波画像の生成処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記処理部は、
   前記第１の受信信号の第１のパワースペクトル、前記第２の受信信号の第２のパワースペクトル及び前記第３の受信信号の第３のパワースペクトルを求め、
   前記第１のパワースペクトル、前記第２のパワースペクトル及び前記第３のパワースペクトルから、前記伝達関数の振幅を求めることを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２において、
   前記超音波トランスデューサーデバイスについての伝達関数の位相特性の情報を記憶する特性情報記憶部を含み、
   前記処理部は、
   前記特性情報記憶部に記憶された前記超音波トランスデューサーデバイスについての伝達関数の位相特性の情報と、
   前記第１の受信信号、前記第２の受信信号及び前記第３の受信信号から求められた前記伝達関数の前記振幅と、
   を用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項３において、
   角周波数をω、前記伝達関数の前記振幅を｜Ｈ（ω）｜、前記伝達関数の複素共役をＨ＊（ω）、受信信号の雑音成分のパワースペクトルをＰｎ（ω）、受信信号の信号成分のパワースペクトルをＰｆ（ω）、調整係数値をβ、前記デコンボリューションフィルターをＭ（ω）とした場合に、
   Ｍ（ω）＝Ｈ＊（ω）／（｜Ｈ（ω）｜２＋β×Ｐｎ（ω）／Ｐｆ（ω））
   であることを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項４において、
   前記特性情報記憶部は、
   前記調整係数値βをさらに記憶し、
   前記処理部は、
   前記特性情報記憶部に記憶された前記調整係数値βを用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項５において、
   前記特性情報記憶部は、
   前記調整係数値βとして、前記超音波トランスデューサーデバイス又は前記被検体ごとに異なる値を記憶することを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項６において、
   前記処理部は、
   前記超音波トランスデューサーデバイス又は前記被検体ごとに異なる前記調整係数値βを用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項４乃至７のいずれかにおいて、
   前記調整係数値βは、０．２以下であることを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項４乃至８のいずれかにおいて、
   前記調整係数値βの情報の入力を受け付ける入力受付部を含み、
   前記処理部は、
   前記入力受付部が受け付けた前記調整係数値βの情報を用いて、前記デコンボリューションフィルターによるフィルター処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項４乃至９のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    異なる時刻に測定された複数の受信信号のパワースペクトルの時間平均値に基づいて、前記信号成分のパワースペクトルＰｆ（ω）を求め、
    前記異なる時刻に測定された前記複数の受信信号のパワースペクトルの分散値に基づいて、前記雑音成分のパワースペクトルＰｎ（ω）を求めることを特徴とする超音波測定装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記被検体における深さが互いに異なる第１の領域〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の領域に対する第１の伝達関数〜第ｎの伝達関数を特定して、
    前記第１の領域〜前記第ｎの領域に対応する前記第１の伝達関数〜前記第ｎの伝達関数を含む第１のデコンボリューションフィルター〜第ｎのデコンボリューションフィルターを用いて前記フィルター処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
    前記被検体の前記第１の箇所は、前記超音波画像の第１の端部に対応する箇所であり、
    前記被検体の前記第２の箇所は、前記超音波画像の前記第１の端部の反対側の端部である第２の端部に対応する箇所であり、
    前記被検体の前記第３の箇所は、前記超音波画像の前記第１の端部と前記第２の端部との間に対応する箇所であることを特徴とする超音波測定装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の超音波測定装置と、
    前記超音波画像を表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波画像装置。
14. 超音波トランスデューサーデバイスと、超音波ビームの送信処理を行う送信部と、前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、前記受信部からの受信信号に基づいて処理を行う処理部とを含む超音波測定装置において、前記処理部により実行される超音波画像の処理方法であって、
    前記被検体の第１の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第１の受信信号と、前記被検体の第２の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第２の受信信号と、前記被検体の前記第１の箇所と前記第２の箇所との間の第３の箇所へ出射された超音波ビームの超音波エコーに対応する第３の受信信号と、に基づいて前記超音波トランスデューサーデバイス及び前記被検体についての伝達関数を特定し、
    前記伝達関数を含むデコンボリューションフィルターによるフィルター処理を前記受信信号に対して行うことを特徴とする超音波画像の処理方法。

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