JPWO2018207276A1 - 超音波画像構築方法、超音波画像構築装置、超音波画像構築プログラム、美容目的での皮膚の評価方法 - Google Patents

超音波画像構築方法、超音波画像構築装置、超音波画像構築プログラム、美容目的での皮膚の評価方法 Download PDF

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Abstract

層構造を有する非常に薄い測定対象物の超音波断層像を、感覚的に層構造が理解しやすい態様にて比較的簡単にかつ高い精度で構築することができる超音波画像構築装置を提供する。本発明の超音波画像構築装置（１）を構成する超音波振動子（１３）は、基体（９）に接して配置された測定対象物（８）及び参照物質（１０）に超音波を送信し、基体（９）を介してそれらに超音波を入射させ、超音波波形のインパルス応答を受信する。演算手段（３１）は、参照物質（１０）に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び測定対象物（８）に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う。画像構築手段（３１）は、演算手段（３１）により得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する。

Description

本発明は、超音波を利用して得た情報に基づき生体組織などの画像を構築する方法、装置及びそのためのプログラム、皮膚の評価方法に関するものである。
物体表面及び内部の力学的物性の評価は、様々な分野で有用である。例えば、生体の場合、癌などの病巣部で生じる組織の線維化は、周辺と比較して組織が硬化する現象として知られている。力学特性は音響特性と連動したものであるため、組織の硬化によって生体内の音響特性値が変化すると、それに伴い超音波の反射も変化する。この現象を利用して、Ｂモードエコー像の輝度の変化から生体内の力学的物性変化を検出することが従来試みられてきた。また、Ｂモードエコー像そのものから力学的物性変化を推測するだけではなく、音響放射圧を与えた時のせん断波の伝わり方をＢモードエコー像で捉えて、動きから生体内部の力学的物性変化を検出する方法（超音波エラストグラフィ）など、さまざまな測定技術が開発されている。こういった事実からも、内部の力学的物性の評価は、医療分野などにおいて重要視されていることが分かる。
超音波Ｂモードエコー像は、医療分野において広く一般的に使われている方法であり、従来このような像を得るための装置が多数提案されている（特許文献１を参照）。簡単に説明すると、超音波Ｂモードエコー像とは、物体に入射した超音波が反射して返って来る時の反射信号列を画像化したものである。超音波が散乱せずに真っ直ぐ進んだと仮定する場合、電気信号と同じく、進んだ先の抵抗値（音響インピーダンス）の違いによって反射が生じることになる。それゆえ、音響インピーダンスの分布が分かれば、どのような反射信号列が返って来るかを推測することが可能となる。即ち、音響物性分布が既知であれば、どのようなＢモード画像が観察されるかを推測することができる。また、その逆もしかりである。
特開２００６−２７１７６５号公報
しかしながら、生体組織などの不均一で厚み（深さ）があるターゲットについては、入射して返って来る反射波形は、ターゲットに入射した超音波が膨大な散乱、吸収を経て、様々な進み方をした結果（つまり多重反射をした結果）を反映したものとなる。このため、反射波形を音響インピーダンス等の音響物性に変換することは困難であると考えられており、この方法は従来検討されてこなかった。さらに、超音波Ｂモードエコー像は、生体組織内部での超音波の多重反射に起因したスペックルノイズによって乱れた画像となりやすいため、内部構造を高い精度で表示するのには不向きであるという問題もあった。ゆえに、従来装置では音響フィルタを入れるなどの対策が必要となり、構成が複雑化する等の問題があった。
また、超音波Ｂモードエコー像を表示する通常の超音波診断装置では、皮膚等の生体組織内部の層情報は一応得られるものの、得られる画像は音響インピーダンスの異なる層同士の界面からの反射像である。よって、このような反射像では生体組織の内部構造、具体的には生体組織内部の音響インピーダンスの違いを把握するのには不十分であった。つまり、従来技術で得られる反射像は、層の界面の位置がどこにあるか等については感覚的に理解しやすいものである反面、界面と界面とで囲まれた中間の領域の音響インピーダンスがどのようになっているかが感覚的に理解しにくいものであった。ゆえに、超音波を利用して得た情報に基づいて、層構造を有する非常に薄い測定対象物の超音波断層像を、感覚的に層構造が理解しやすい態様にて構築することが望まれていた。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、層構造を有する非常に薄い測定対象物の超音波断層像を、感覚的に層構造が理解しやすい態様にて比較的簡単にかつ高い精度で構築することができる超音波画像構築方法、超音波画像構築装置、超音波画像構築プログラムを提供することにある。
また、その他の目的は、超音波を利用して得た情報に基づいて、皮膚の状態を簡便にかつ非侵襲的に評価できる方法を提供することにある。
測定対象物からの反射波形を音響物性に変換することは困難であると考えられており、この方法は従来検討されてこなかったことは先に述べたとおりであるが、本願発明者らは、敢えて、超音波Ｂモード画像の元となる反射信号列を音響物性（力学的物性）に変換し、これに基づいて音響物性画像を構築とすることを着想した。そこで上記の課題を解決するために、本願発明者らが鋭意検討を行ったところ、参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から、「規格化されたインパルス応答情報」、つまり装置に依存しないインパルス応答情報を得て、それを用いることで奥行方向の音響物性分布の正確な推定が可能となることを新たに知見した。また、音響物性分布を推定するにあたり、多重反射の影響を考慮してこれを排除できるような手法にて演算を行うことで、奥行方向の音響物性分布の正確な推定が可能となることも新たに知見した。そして、本願発明者らはこれらの知見に基づいてさらに鋭意研究を進めることにより、下記に列挙する解決手段を想到するに至ったのである。
［１］既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを有することを特徴とする超音波画像構築方法。
［２］前記測定対象物は生体組織であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［３］前記測定対象物は皮膚であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［４］前記基体は、少なくとも一部が平板状であり、前記測定対象物よりも硬い材料からなることを特徴とする手段１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［５］前記基体において前記測定対象物が配置される面上には、前記基体とは異なる既知の音響物性を有する前記参照物質があらかじめ設置されていることを特徴とする手段１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［６］前記送受信ステップでは、前記測定対象物に対して超音波を一次元または二次元方向に相対的に走査しながら入射させることを特徴とする手段１乃至５のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［７］前記演算ステップでは、前記測定対象物内において、異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する処理を順次繰り返すことにより、前記伝送路の奥行方向の音響インピーダンス分布を推定する演算を行うことを特徴とする手段１乃至６のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［８］既知の音響物性を有する基体と、測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する超音波振動子と、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算手段と、前記演算手段により得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築手段とを備えたことを特徴とする超音波画像構築装置。
［９］前記測定対象物に対して前記超音波振動子を一次元または二次元方向に相対的に走査させる走査手段をさらに備えたことを特徴とする手段８に記載の超音波画像構築装置。
［１０］プロセッサに、既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波振動子に超音波を送信させ、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を前記超音波振動子に受信させる送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを実行させるための超音波画像構築プログラム。
［１１］既知の音響物性を有する基体に測定対象物である皮膚及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記皮膚及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記皮膚に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、前記皮膚を構成する複数の層のうちの少なくとも１つの層の厚みを算出する厚み算出ステップと、算出された前記層の厚みに基づいて、前記皮膚の状態を評価する評価ステップとを有することを特徴とする皮膚の評価方法。
［１２］前記算出ステップでは、得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、前記皮膚を構成する乳頭層の厚みを算出することを特徴とする手段１１に記載の皮膚の評価方法。
［１３］得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップをさらに有することを特徴とする手段１１または１２に記載の皮膚の評価方法。
以上詳述したように、上記手段１〜１０に記載の発明によると、層構造を有する非常に薄い測定対象物の超音波断層像を、感覚的に層構造が理解しやすい態様にて比較的簡単にかつ高い精度で構築することができる超音波画像構築方法、超音波画像構築装置、超音波画像構築プログラムを提供することができる。また、上記手段１１〜１３に記載の発明によると、超音波を利用して得た情報に基づいて、皮膚の状態を簡便にかつ非侵襲的に評価できる方法を提供することができる。
本発明を具体化した第１の実施形態の超音波皮膚状態評価装置を示す概略構成図。 第１の実施形態の超音波皮膚状態評価装置の電気的構成を示すブロック図。 Ｘ−Ｙステージの移動に伴う超音波の走査範囲の一例を示す概略図。 （ａ）は実際に測定を行ったときにおける測定対象物からの反射波形の取得についての説明図、（ｂ）は測定対象物を微小伝送路に見立てたときにおける反射波形の取得についての説明図。 （ａ）は実際に測定を行ったときにおける参照物質からの反射波形の取得についての説明図、（ｂ）は参照物質を微小伝送路に見立てたときにおける反射波形の取得についての説明図。 各微小伝送路の特性インピーダンスを推定していく様子を概念的に示した図。 多重反射の影響について概念的に示した図。 第１実施形態において音響インピーダンス画像の構築についての演算処理を説明するためのフローチャート。 （ａ）は変換前の超音波Ｂモードエコー像、（ｂ）は変換後の音響インピーダンス像。 ヒトの頬の皮膚の層構造を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ２０代、４０代、６０代の被験者の頬の音響インピーダンス像。 音響インピーダンスのプロファイルの微分値を示すグラフ。 図１２の方法によって検出した乳頭層の位置をプロットした音響インピーダンス像。 １人の被験者から選択された、任意の３枚の音響インピーダンス像。 年代ごとに乳頭層の部分の平均厚みを比較した結果を示すグラフ。 第２の実施形態において音響インピーダンス画像の構築及び皮膚状態の評価についての演算処理を説明するためのフローチャート。 第３の実施形態の超音波皮膚状態評価装置を示す概略構成図。 第３の実施形態の超音波皮膚状態評価装置の電気的構成を示すブロック図。
［第１の実施形態］
以下、本発明の超音波画像構築方法及び装置を具体化した第１の実施形態の超音波皮膚状態評価装置を図１〜図１５に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１を示す概略構成図である。図１に示されるように、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１は、パルス励起型超音波顕微鏡２と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３とを備える。
パルス励起型超音波顕微鏡２は、ステージ４を有する顕微鏡本体５と、ステージ４の下方に設置された超音波プローブ６とを備える。パルス励起型超音波顕微鏡２の超音波プローブ６は、ＰＣ３と電気的に接続されている。
本実施形態のステージ４は、ユーザの手動操作により、水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。このステージ４には、測定対象物であるヒトの皮膚（生体組織）８を接触配置するための樹脂プレート９が固定されている。なお、ヒトの皮膚８は必ずしも組織切片としなくてもよく、本実施形態においてはヒトの頬を樹脂プレート９に直接押し付けることにより測定等を行っている。また、既知の音響物性を有する基体としての樹脂プレート９は、超音波を透過させることができる平板状部材であって、測定対象物である皮膚８よりも硬い材料からなる。このような形状及び硬さの部材を基体として用いた場合、測定対象物である皮膚８を確実に密着配置することが可能となり、奥行方向の音響インピーダンス分布を正確に推定可能となる結果、ひいては画像構築の精度が向上する。なお、本実施形態では厚さ１．４ｍｍのポリスチレン板が用いられている。勿論、ポリスチレン以外の樹脂からなる板材などを用いることも許容される。
この樹脂プレート９において皮膚８が接触配置される側である上面には、リファレンス部材１０（参照物質）があらかじめ設置されている。リファレンス部材１０は、樹脂プレート９とは異なる既知の音響物性を有している。本実施形態では例えばアクリル樹脂（アクリル接着剤）を付着させることによりリファレンス部材１０としているが、勿論これに限定されるわけではない。リファレンス部材１０に対して密着させることが可能なものであれば、樹脂材以外のもの（例えばガラス材、金属材、セラミック材など）をリファレンス部材１０としてもよい。あるいは、このようなリファレンス部材１０を設置する代わりに、例えば樹脂プレート９の上面に接するように水等を存在させておき、これを参照物質として用いてもよい。なお、樹脂プレート９にリファレンス部材１０をあらかじめ設置しておくことにより、装置が置かれる環境の変化等に依存せず、リファレンス部材１０に入射した超音波波形のインパルス応答情報を正確にかつ安定的に取得することができる。
超音波プローブ６は、水などの超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部１１をその先端部に有するプローブ本体１２と、プローブ本体１２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ１３（超音波振動子）と、プローブ本体１２を前記ステージ４の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ１４とを備える。プローブ本体１２の貯留部１１は上部が開口しており、その貯留部１１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ６がステージ４の下方に設置されている。
超音波トランスデューサ１３は、例えば酸化亜鉛の薄膜圧電素子１６とサファイアロッドの音響レンズ１７とによって構成される。この超音波トランスデューサ１３は、パルス励起されることで樹脂プレート９の下面側から皮膚８及びリファレンス部材１０に対して超音波を照射する。超音波トランスデューサ１３が照射する超音波は、貯留部１１の超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて樹脂プレート９の上面（皮膚８の表面付近）で焦点を結ぶようになっている。なお本実施形態では、超音波トランスデューサ１３として、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。
図２は、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
図２に示されるように、超音波プローブ６は、超音波トランスデューサ１３、Ｘ−Ｙステージ１４、パルス発生回路２１、受信回路２２、送受波分離回路２３、検波回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２５、エンコーダ２６、コントローラ２７を備える。
走査手段としてのＸ−Ｙステージ１４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ１４Ｘ及びＹステージ１４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ１４Ｘ，１４Ｙを駆動するモータ２８Ｘ，２８Ｙを備えている。これらのモータ２８Ｘ，２８Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
各モータ２８Ｘ，２８Ｙにはコントローラ２７が接続されており、該コントローラ２７の駆動信号に応答してモータ２８Ｘ，２８Ｙが駆動される。これらモータ２８Ｘ，２８Ｙの駆動により、Ｘステージ１４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ１４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ１４の高速走査が可能となっている。
また、本実施形態においては、Ｘステージ１４Ｘに対応してエンコーダ２６が設けられ、エンコーダ２６によりＸステージ１４Ｘの走査位置が検出される。具体的には、走査範囲を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ２６によって検出されＰＣ３に取り込まれる。ＰＣ３はそのエンコーダ２６の出力に同期して駆動制御信号を生成し、その駆動制御信号をコントローラ２７に供給する。コントローラ２７は、この駆動制御信号に基づいてモータ２８Ｘを駆動する。また、コントローラ２７は、エンコーダ２６の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ２８Ｙを駆動して、Ｙステージ１４ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
さらに、コントローラ２７は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路２１に供給する。これにより、パルス発生回路２１において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路２３を介して超音波トランスデューサ１３に供給される結果、超音波トランスデューサ１３から超音波が照射される。
図３は、Ｘ−Ｙステージ１４の移動に伴う超音波の走査範囲Ｒ１の一例を示している。この例では、皮膚８を接触配置させる領域を包囲するようにリファレンス部材１０が設けられている。そして、ヒトが頬の皮膚８を当該領域に押し付けた状態で、リファレンス部材１０がある位置から走査が開始される。そして、矢印で示すように、皮膚８の表面に沿ってＸ方向及びＹ方向に二次元的に走査が順次行われる。
超音波トランスデューサ１３の薄膜圧電素子１６は、送受波兼用の超音波振動子であり、皮膚８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路２３を介して受信回路２２に供給される。受信回路２２は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して検波回路２４に出力する。
検波回路２４は、皮膚８からの反射波信号を検出するための回路であり、図示しないゲート回路を含む。本実施形態の検波回路２４は、超音波トランスデューサ１３で受信した反射波信号のなかから、皮膚８からの反射波信号やリファレンス部材１０からの反射波信号を抽出する。そして、検波回路２４で抽出された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２５に供給されてＡ／Ｄ変換された後、ＰＣ３に転送される。
ＰＣ３は、ＣＰＵ３１（中央処理装置）、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。
ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、システム全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ１４による二次元走査を制御するためのプログラム、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列のデータを音響インピーダンス像へ変換するためのプログラム、音響インピーダンス像を表示するためのプログラムなどを含む。なお、ＣＰＵ３１とは別に例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：デジタル信号プロセッサ）を設けて、そこでＣＰＵ３１が行っている信号処理の一部を行わせてもよい。
Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブ６との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブ６に制御信号（コントローラ２７への駆動制御信号）を出力したり、超音波プローブ６からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２５から転送されるデータなど）を入力したりする役割を果たすものである。なお、超音波プローブ６との間で信号の授受を行う場合には、上記のような物理的なインターフェースに限定されることはなく、無線インターフェースを用いてもよい。
表示装置３６は、例えば、液晶、プラズマ、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等のモニタディスプレイである。表示装置３６は、カラー表示、モノクロ表示を問わずに使用できるが、カラー表示であることが望ましい。この表示装置３６は、皮膚８の表層の音響インピーダンス像を表示したり、各種設定の入力画面を表示したりするために用いられる。
入力装置３５は、タッチパネル、マウス、キーボード、ポインティングデバイス等の入力ユーザインタフェースであって、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
記憶装置３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などのハードディスクドライブであり、各種の制御プログラム及び各種のデータを記憶している。メモリ３３は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）を含み、超音波測定のためにあらかじめ取得されたリファレンス部材１０の反射波形とその音響インピーダンスとを保存する。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３４にインストールして利用する。
次に、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１において、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列から音響インピーダンス像を構築する手法について説明する。
この超音波皮膚状態評価装置１では、参照物質であるリファレンス部材１０に入射した超音波波形のインパルス応答情報、及び測定対象物である皮膚８に入射した超音波波形のインパルス応答情報から、規格化されたインパルス応答情報を得て、その規格化されたインパルス応答情報に基づいて奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定するようになっている。また、このような推定を行うために、本実施形態では、測定対象物内において、異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路５１が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の微小伝送路５１の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する微小伝送路５１の音響インピーダンスを推定する処理を順次繰り返すことにより、伝送路の奥行方向の音響物性分布（ここでは音響インピーダンス分布）を推定する演算を行うようになっている。このような演算は、メモリ３３内に格納された所定のアルゴリズムに基づいて実行される。
このアルゴリズムは、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を用いることによって、奥行方向の音響インピーダンスの分布の推定を行うアルゴリズムである。このアルゴリズムは、時間領域反射測定法（ＴＤＲ法：Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ法）の原理を参考とするものであって、皮膚組織内部での多重反射を考慮した時間−周波数領域における解析を通じて、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を奥行方向の音響インピーダンス像に変換するアルゴリズムである。以下、これについて具体的に説明する。
図４（ａ）は、実際に測定を行ったときにおける測定対象物からの反射波形の取得について説明する図であり、図４（ｂ）は、測定対象物を微小伝送路５１に見立てたときにおける反射波形の取得について説明する図である。図５（ａ）は、実際に測定を行ったときにおける参照物質からの反射波形の取得について説明する図であり、図５（ｂ）は、参照物質を微小伝送路５１に見立てたときにおける反射波形の取得について説明する図である。
まず、図４（ａ）に示すように、超音波トランスデューサ１３を作動させ、基体としての樹脂プレート９を介して、測定対象物にとって十分な焦点深度を持った超音波の収束ビームを送信する。そして、測定対象物である皮膚８に超音波の収束ビームを入射させ、そこからの反射波形を取得する。その時のインパルス応答Γ０（ω）は、フーリエ変換を用いて、入射波Ｓ０と皮膚８からの反射波Ｓｔｇｔ（ω）とから次式１のように表される。
この場合、音響インピーダンスが既知かつ均一であって、測定対象物に比べて十分な厚さを有するリファレンス部材１０からの反射波形も取得する必要がある。リファレンス部材１０からの反射波Ｓｒｅｆ（ω）は、リファレンス部材１０の音響インピーダンスＺｒ ｅｆと樹脂プレート９の音響インピーダンスＺ０とを用いて、次式２のように表される。
また、測定対象物である皮膚８からのインパルス応答Γ０（ω）は次式３で表される。ただし、このインパルス応答Γ０（ω）には皮膚８の組織の奥の複数の界面から発生する反射が含まれているため、インパルス応答Γ０（ω）は周波数特性を持ったものとなる。なお、ここまでの式により、参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報が求められる。
ここで、図６は、樹脂プレート９に接する微小伝送路５１から順に、各微小伝送路５１の特性インピーダンスＺ１、Ｚ２…Ｚｎを推定していく様子を概念的に示した図である。この図に示されるように、各微小伝送路５１の特性インピーダンスＺ１、Ｚ２…Ｚｎを、樹脂プレート９に接している微小伝送路５１から奥行方向に向かって順に推定していく。
図７は、多重反射の影響について概念的に示した図である。次式４は、インパルス応答Γ０（ω）を逆フーリエ変換したｇ０（ｔ）を表したものであるが、その第１項は多重反射の影響を受けない（図７参照）。従って、この第１項の値から樹脂プレート９に接する微小伝送路５１の特性インピーダンスＺ１を、次式５のように推定することができる。
周波数領域の皮膚８の音響インピーダンスＺｘ０は、Γ０を用いると次式６のように表される。
また、Ｚｘ０はさらに奥からのインパルス応答Γ１を用いて次式７のようにも表される。
ここで、次式８、９にて表すように、γは伝播定数、αは減衰定数、βは位相定数、ｆは周波数であるが、本実施形態の変換アルゴリズムではα＝０、及び皮膚８の全微小伝送路５１の音速をｃ＝１６００（ｍ／ｓ）と仮定している。
また、各微小伝送路５１の距離Δｌは次式１０のように表され、ここでも音速をｃ＝１６００（ｍ／ｓ）と仮定している。Δｔは皮膚８からの反射波形のサンプリング間隔の１ポイントに相当する（本実施形態ではΔｔ＝２（ｎｓ））。
そして、上記の式をもとに、さらに奥にある微小伝送路５１からのインパルス応答Γ１を求めることができる（次式１１）。即ち、Ｚｘ０及びＺ１の値をもとに、Ｚ１の終点におけるΓ１の値を推定することができる。
次式１２は、インパルス応答Γ１（ω）を逆フーリエ変換したｇ１（ｔ）を表したものであって、その第１項は多重反射の影響を受けない。従って、この第１項の値から当該微小伝送路５１に隣接するさらに奥側の微小伝送路５１の特性インピーダンスＺ２を推定することができ、同様にＺｘ１、Γ２（ω）も推定することができる（次式１３，１４，１５）。
この工程を繰り返すことによって、各微小伝送路５１の特性インピーダンス（音響インピーダンス）Ｚ１、Ｚ２…Ｚｎを推定することができる。そして、この推定結果に基づき、伝送路の奥行方向の音響インピーダンス分布を推定し、最終的にはＢモードエコー像の元となる反射信号列を音響インピーダンス像に変換する。
次に、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１において音響インピーダンス画像を構築するために、プロセッサであるＣＰＵ３１が実行する演算処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。
まず、測定対象物であるヒトの頬の皮膚８を樹脂プレート９の上面に押し付けるようにして接触配置させる。この状態で、まず超音波プローブ６に初期動作を行わせる。即ち、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてコントローラ２７を作動させることにより、モータ２８Ｘ，２８Ｙを駆動し、リファレンス部材１０がある位置にて超音波照射が行われるようにＸ−Ｙステージ１４を移動させる。
またこのとき、ＣＰＵ３１からの指示に基づいて励起パルスがトランスデューサ１３に供給されると、図５（ａ）に示すように、リファレンス部材１０に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｒｅｆ（ω）が受信回路２２を経て検波回路２４で検出される。そして、反射波取得手段としてのＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２５で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３２を介して取得し、そのデータをリファレンス部材１０からの超音波波形のインパルス応答のデータとしてメモリ３３に記憶する（ステップＳ１００）。
その後、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてコントローラ２７によりモータ２８Ｘ，２８Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ１４による二次元走査が開始される。ＣＰＵ３１は、エンコーダ２６の出力に基づいて測定点の座標データを取得する（ステップＳ１１０）。
そして、図４（ａ）に示すように、ＣＰＵ３１からの指示に基づいて励起パルスがトランスデューサ１３に供給されることにより、頬の皮膚８に超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｔｇｔ（ω）が受信回路２２を経て検波回路２４で検出される。反射波取得手段としてのＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２５で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３２を介して取得し、そのデータを頬の皮膚８からの超音波波形のインパルス応答のデータとして座標データに関連付けてメモリ３３に記憶する（ステップＳ１２０）。
次いで、演算手段としてのＣＰＵ３１は、取得したインパルス応答信号のデータを用いて、ＴＤＲ法の原理を参考とした上記の変換アルゴリズムに基づく所定の演算を実行する。そしてＣＰＵ３１は、その演算により頬の皮膚８における測定点での奥行方向の音響インピーダンス分布を推定し、その推定結果を座標データに関連付けてメモリ３３に記憶する（ステップＳ１３０）。
その後、画像構築手段としてのＣＰＵ３１は、音響インピーダンス分布の推定結果に基づいて、音響インピーダンス像（断層像）を構築するための画像処理を行う（ステップＳ１４０）。詳しくは、ＣＰＵ３１は、音響インピーダンス分布の推定結果に基づいてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスの大きさに応じて色分けして表示した画像データを構築し、該画像データをメモリ３３に記憶する。
次いで、ＣＰＵ３１は、全ての測定点での処理が終了して、全ての測定点で画像データが取得されたか否かを判断する（ステップＳ１５０）。ここで、全データが取得されていない場合には（ステップＳ１５０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１１０に戻って、ステップＳ１１０〜Ｓ１４０の処理を繰り返して実行する。全データが取得された場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、次ステップＳ１６０に移行する。
そして、ＣＰＵ３１は、該データを表示装置３６に転送し、あらかじめ定めた直線上における音響インピーダンス像（断層像）を表示させた後（ステップＳ１６０）、図８の処理を終了するようになっている。このような一連の処理により、頬の皮膚８での音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされた音響インピーダンス像（断層像）が表示されることから、例えばそれを目視観察することで頬の皮膚８の状態を評価することが可能となる。
［実施例］
以下、本実施形態をより具体化した実施例を紹介する。この実施例では、２０才代から６０才代までのヒトを被験者とし、その頬の皮膚８を測定対象物として、収束超音波を照射したときの頬の皮膚８からの反射信号列を、上記の変換アルゴリズムを使用して音響インピーダンス像に変換し、肉眼でその観察を行った。図９（ａ）は、変換前の超音波Ｂモードエコー像を示し、図９（ｂ）は、変換後の音響インピーダンス像を示すものである。なお、本実施例においては、測定範囲を２．４ｍｍ×２．４ｍｍとし、測定点を３００（Ｘ方向）×１５０（Ｙ方向）×２００（Ｚ方向；奥行方向）とし、各測定点におけるサンプリングタイムを２ｎｓとして、測定を行った。
ここで、図１０はヒトの頬の皮膚８の層構造を示す概略断面図である。皮膚８は、表皮６１と真皮６２と皮下組織（図示せず）とによって形成されている。表皮６１の最表層には角層６３が位置しており、角層６３から深層に向かって表皮層６４、基底層６５が位置している。真皮６２は、基底層６５に接している（真皮）乳頭層６６と真皮網状層６７とを有している。
図９（ａ）の超音波Ｂモードエコー像と、図９（ｂ）の音響インピーダンス像とを比較すると、前者では、多重反射の影響によりスペックルノイズが発生しており、画像がかなり乱れていた。これに対して、後者では、前者の画像よりも定量的なものとなっており、多重反射の影響が低減された画像となっていることがわかった。また図９（ｂ）に示すように、変換後の音響インピーダンス像を観察したところ、ヒトの頬の解剖学的特徴を顕著に表している断層像が得られる結果となった。その中で、特に音響インピーダンスが低くなっている層が確認された。さらに、この層の厚みは、被験者ごとに異なり、加齢に伴って薄くなるように見えたため、この層を「乳頭層６６」と仮定し、厚みの解析を行った。なお、図１１（ａ）は２０代の被験者の頬の音響インピーダンス像、図１１（ｂ）は４０代の被験者の頬の音響インピーダンス像、図１１（ｃ）は６０代の被験者の頬の音響インピーダンス像を示す。
乳頭層６６の厚みの算出には、図１２に示すように、音響インピーダンスのプロファイルの微分値を用いた。この微分値より音響インピーダンスのプロファイルの最急勾配の位置を検出し（図１２ではグラフ中央にある破線上の位置）、その値と等しい値となる点（図１２ではグラフ左寄りにある破線上の位置）までを乳頭層６６の厚みとした。図１３は、この方法によって検出した乳頭層６６の位置をプロットした画像を示している。
この手法を用いて、図１４に示すように１人の被験者から任意の３枚の音響インピーダンス像を選択し、これらの乳頭層６６の部分の平均厚みを算出した。
そして、上記の方法により、２０才代から６０才代までの被験者の計２５名について、年代ごとに乳頭層６６の部分の平均厚みを比較した。その結果を図１５のグラフに示す。
これによると、乳頭層６６と考えられる部分の平均厚み及びその個人差（厚みばらつき）は、加齢とともに低下するという傾向が確認された。
この結果から以下のように考察した。即ち、乳頭層６６には、毛細血管、末端神経が集中しており、この層からその上の表皮６１に栄養が補給される。そのため、乳頭層６６は肌のキメの状態に影響を与える重要な部分であると言われている。乳頭層６６は加齢に伴って扁平化するといった知見が過去に報告されており、この点において、今回の乳頭層６６部分の平均厚みの解析結果と一致する結果となった。なお、２０才代や３０才代などの若い被験者でも、薄くなった乳頭層６６が見られた。その理由については、皮膚の老化には日焼けに伴う老化と加齢に伴う老化との２種類があり、若い世代でも日焼けによって乳頭層６６の扁平化が見られると推定された。また、乳頭層６６と仮定した部分で音響インピーダンスが低くなり、さらに奥の部分に行くと音響インピーダンスが高くなった。その理由については、真皮乳頭層６６のコラーゲンは、真皮網状層６７とは異なり、細くて低配向の線維であるため、真皮網状層６７よりも音速が低くなるからであると推察した。以上の結果、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列から、奥行方向の音響インピーダンス分布を推定し、それによる断層像を構築することによって、乳頭層６６を確認することが可能になると結論付けられた。
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１では、リファレンス部材１０に入射した超音波波形のインパルス応答情報、及び皮膚８に入射した超音波波形のインパルス応答情報から、規格化されたインパルス応答情報、つまり装置に依存しないインパルス応答情報を得るようにしている。そして、この規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うようにしている。以上の結果、層構造を有する非常に薄い皮膚８の超音波断層像を、感覚的に層構造が理解しやすい音響インピーダンス像として比較的簡単にかつ高い精度で構築することができる。なお、この装置１により得られる音響インピーダンス像は、測定対象物を切断することなく（即ち非侵襲で）、層ごとの力学特性の断面分布（深さ分布）情報を、推定した音響インピーダンスの絶対値ごとに色分けして画像化したものである。それゆえ、この像は感覚的に層構造が理解しやすいものなっている。
ここで、一般に通常の超音波診断装置で得られる超音波Ｂモードエコー像では、皮膚８等の生体組織内部の層情報は一応得られるものの、得られる画像は音響インピーダンスがある程度以上の差を有する層同士の界面からの反射像である。即ち、音響インピーダンスの差がある程度小さくなると、組織学的には界面が存在しても検出されず、その構造を反映した画像を形成することが極めて困難となっていた。つまり、一般的な反射像では生体組織の内部構造、微細な層構造が反映された生体組織内部の反射像（音響インピーダンスの違い）を把握するのには不十分であった。これに対して、この超音波皮膚状態評価装置１によると、従来の超音波Ｂモードによって全く検出することができなかった力学特性分布に基づく皮膚８の層構造を、十分な解像度を持った鮮明な断層像として捉えることができるようになった。また、このような鮮明な断層像は、他の非侵襲可視化装置（光干渉断層撮影装置（ＯＣＴ）や、ｉｎ ｖｉｖｏ共焦点顕微鏡など）では取得不能であったため、この超音波皮膚状態評価装置１が具現化されたことの意義は大きい。以上のように、本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１によると、皮膚８の状態（皮膚８の層ごとの力学特性に関する状態）を簡便にかつ非侵襲的に評価することができる。
（２）本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１では、測定対象物に対して超音波を二次元方向に相対的に走査しながら入射させるようにしている。従って、図１４にて示したように、複数の位置における断層像を確実にかつ比較的簡単に得ることができる。
（３）本実施形態の超音波皮膚状態評価装置１では、皮膚組織内部での多重反射を考慮した時間−周波数領域における解析を通じて、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を奥行方向の音響インピーダンス像に変換する手法を採用している。このため、比較的簡単に所定の演算を行うことができる。また本実施形態では、上述した変換アルゴリズムを用いて、手前側の微小伝送路５１の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する微小伝送路５１の音響インピーダンスを推定する処理を順次繰り返すことにより、伝送路の奥行方向の音響インピーダンス分布を推定する演算を行うようにしている。従って、この演算によれば、多重反射の影響を最小限にすることができ、奥行方向の音響インピーダンス分布を精度よく推定することができる。
［第２の実施形態］
以下、本発明の超音波画像構築方法及び装置を具体化した第２の実施形態の超音波皮膚状態評価装置１を図１６に基づき詳細に説明する。なお、上記第１の実施形態と共通している構成については、同じ部材番号を付す代わりに詳細な説明を省略する。
図１６のフローチャートに示すように、この実施形態では、第１の実施形態のフローチャートに加えてさらに以下のステップを追加して行っている。まず、測定対象物であるヒトの頬の皮膚８を樹脂プレート９の上面に接触配置させた状態で、超音波プローブ６に所定の初期動作を行わせる。そして、ＣＰＵ３１は、上記のステップＳ１００〜Ｓ１６０までの処理を順次実行し、頬の皮膚８での音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされた音響インピーダンス像（断層像）を表示装置３６に表示させる。
続いて、ＣＰＵ３１は、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、皮膚８を構成する複数の層のうちの少なくとも１つの層の厚みを算出する厚み算出ステップを実行する（ステップＳ１７０）。本実施形態では、乳頭層６６の平均厚みを算出するようになっている。より具体的にいうと、皮膚８の奥行方向において音響インピーダンスが周囲の組織よりも低くなっている部位を抽出し、これを乳頭層６６の部位であると定義したうえで、乳頭層６６の平均厚み（及び／または乳頭層６６の厚みばらつき）を算出する。そして、ＣＰＵ３１は、厚み算出ステップにて算出した乳頭層６６の平均厚み等に基づいて、頬の皮膚８の状態（具体的には老化度（健康度））を評価し、さらにこの評価結果に基づいて評価結果画像データを作成し、これを表示装置３６に表示させる（ステップＳ１８０）。評価結果の表示後、ＣＰＵ３１は、一連の処理を終了させるようになっている。なお、評価結果については、例えば平均厚みを複数プロットしたグラフとして表示してもよいし、評価結果だけを文章やアイコンで表示するようにしてもよい。
このように構成された第２の実施形態の超音波皮膚状態評価装置１によると、最終的に人間が肉眼で目視観察を行って判断しなくても、装置自らが皮膚８の状態の評価を自動的にかつ的確に評価することができる。
［第３の実施形態］
以下、本発明の超音波画像構築方法及び装置を具体化した第３の実施形態の超音波皮膚状態評価装置１０１を図１７〜図１８に基づき詳細に説明する。なお、上記第１の実施形態と共通している構成については、同じ部材番号を付す代わりに詳細な説明を省略する。
図１７、図１８に示されるように、この実施形態の超音波皮膚状態評価装置１０１は、基本的に台などに設置して使用するパルス励起型超音波顕微鏡２の代わりに、作業者の手によって持って使用することが可能な形状及び大きさの把持型プローブ装置１０６を備えている。この把持型プローブ装置１０６は、Ｘ−Ｙステージ１４やモータ２８Ｘ，２８Ｙを備えておらず、その代わりにＸ方向ロータ部１１４Ｘ及びＹ方向ロータ部１１４Ｙからなるロータユニット１１４を走査手段として備えている。そして、このロータユニット１１４を駆動することにより、超音波の照射点が二次元的に走査されるようになっている。
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１では、リファレンス部材１０からの反射波を参照波形として用いて演算処理を行ったが、これに限定されるものではない。この参照波形としては、樹脂プレート９の上面において皮膚８が接触していない箇所からの反射波であればよく、例えば、樹脂プレート９の上面において皮膚８もリファレンス部材１０もが接触していない箇所（具体的には、リファレンス部材１０よりも外側に位置する樹脂プレート表面）での反射波を用いてもよい。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１では、下方から超音波を照射する倒立型の超音波顕微鏡２を用いて超音波の照射を行ったが、上方から超音波を照射する正立型の超音波顕微鏡を用いてもよい。
・上記実施形態では、基本的に疾患を有していない比較的健康な皮膚８を対象として、その状態を評価する目的で超音波皮膚状態評価装置１、１０１を用いたが、これに限定されない。例えば、皮膚がんなどの疾患に伴う皮膚の異常を早期に検出する目的で超音波皮膚状態評価装置１、１０１を用いてもよい。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１では、測定対象物がヒトの頬の皮膚８であったが、頬以外の他の部位における皮膚８であっても勿論よい。また、本発明の超音波画像構築装置１、１０１の測定対象物は皮膚８でなくてもよく、例えば内臓、筋肉、脳、歯、爪、骨の表層部などであっても勿論よい。さらにいうと、測定対象物は必ずしも生体組織（生物）でなくてもよく、非生物（例えば塗膜など）であってもよい。換言すると、本発明の超音波画像構築装置１、１０１は医療分野、美容分野、化粧品分野のみに限定されず、例えば工業分野などの分野においても使用されることができる。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１は、いずれも測定対象物に対して超音波トランスデューサ１３を二次元方向に相対的に走査させる走査手段を備えていたが、これに代えて超音波トランスデューサ１３を一次元方向にのみ相対的に走査させる走査手段を備えたものとしてもよい。また、走査手段は必須の構成ではないため省略しても勿論よく、この場合には装置を小型化、簡略化、低コスト化することが可能となる。
・上記第３の実施形態の超音波皮膚状態評価装置１０１では、把持型プローブ装置１０６とＰＣ３とが別体となっていて、ＰＣ３が有する表示装置３６に音響インピーダンス像を表示させるように構成したが、これに限定されない。例えば、把持型プローブ装置１０６に小型の表示装置３６を設けておき、その小型の表示装置３６に音響インピーダンス像を表示させるようにしてもよい。さらには、把持型プローブ装置１０６自体にＰＣ３の機能を内蔵させたような一体構成とし、かつ把持型プローブ装置１０６に設けた小型の表示装置３６に音響インピーダンス像を表示させるようにしてもよい。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１では、奥行方向の音響インピーダンス分布の推定結果に基づいて音響インピーダンス像を構築したが、これに限定されない。例えば、奥行方向の音速分布を推定し、その結果に基づいて音速像を構築してもよい。
・上記実施形態の超音波皮膚状態評価装置１、１０１では、超音波Ｂモードエコー画像の元となる反射信号列から音響インピーダンス像を構築してそれを表示装置３６に表示させるように構成したが、音響インピーダンス像ばかりでなく超音波Ｂモードエコー像も表示できるようにしても勿論よい。また、超音波Ｂモードエコー像を表示する汎用の超音波診断装置に上記実施形態の変換アルゴリズムを組み込むことで、超音波皮膚状態評価装置として動作させるようにしてもよい。
・上記実施形態では、皮膚組織内部での多重反射を考慮した時間−周波数領域における解析を通じて、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を奥行方向の音響インピーダンス像に変換する手法を採用したが、これに限定されない。反射波形から特性インピーダンスの分布を推定するための方法としては、例えば、伝送路内部での多重反射を含む全ての反射経路を想定して時間軸上で随時応答を解析していく手法を採用してもよい。この手法であっても、上記実施形態の手法のときと同様の特性インピーダンス分布の推定結果を得ることができる。
１、１０１…超音波画像構築装置としての超音波皮膚状態評価装置
８…測定対象物としての生体組織（皮膚）
９…基体としての樹脂プレート
１０…参照物質としてのリファレンス部材
１３…超音波振動子としての超音波トランスデューサ
１４…走査手段としてのＸ−Ｙステージ
３１…演算手段、画像構築手段、プロセッサとしてのＣＰＵ
５１…微小伝送路
６６…乳頭層
１１４…走査手段としてのロータユニット
Γ０、Γ１…インパルス応答
［１］既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを有することを特徴とする超音波画像構築方法。
［２］前記測定対象物は生体組織であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［３］前記測定対象物は皮膚であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［４］前記基体は、少なくとも一部が平板状であり、前記測定対象物よりも硬い材料からなることを特徴とする手段１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［５］前記基体において前記測定対象物が配置される面上には、前記基体とは異なる既知の音響物性を有する前記参照物質があらかじめ設置されていることを特徴とする手段１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［６］前記送受信ステップでは、前記測定対象物に対して超音波を一次元または二次元方向に相対的に走査しながら入射させることを特徴とする手段１乃至５のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［７］既知の音響物性を有する基体と、測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する超音波振動子と、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算手段と、前記演算手段により得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築手段とを備えたことを特徴とする超音波画像構築装置。
［８］前記測定対象物に対して前記超音波振動子を一次元または二次元方向に相対的に走査させる走査手段をさらに備えたことを特徴とする手段７に記載の超音波画像構築装置。
［９］プロセッサに、既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波振動子に超音波を送信させ、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を前記超音波振動子に受信させる送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを実行させるための超音波画像構築プログラム。
［１０］既知の音響物性を有する基体に測定対象物である皮膚及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記皮膚及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記皮膚に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記皮膚内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、前記皮膚を構成する複数の層のうちの少なくとも１つの層の厚みを算出する厚み算出ステップと、算出された前記層の厚みに基づいて、前記皮膚の状態を評価する評価ステップとを有することを特徴とする皮膚の評価方法。
［１１］ 前記算出ステップでは、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、前記皮膚を構成する乳頭層の厚みを算出することを特徴とする請求項１０に記載の皮膚の評価方法。
［１２］得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップをさらに有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の皮膚の評価方法。
本発明は、超音波を利用して得た情報に基づき生体組織などの画像を構築する方法、装置及びそのためのプログラム、美容目的での皮膚の評価方法に関するものである。
また、その他の目的は、超音波を利用して得た情報に基づいて、皮膚の状態を美容目的で簡便にかつ非侵襲的に評価できる方法を提供することにある。
［１］既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを有することを特徴とする超音波画像構築方法。
［２］前記測定対象物は生体組織であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［３］前記測定対象物は皮膚であることを特徴とする手段１に記載の超音波画像構築方法。
［４］前記基体は、少なくとも一部が平板状であり、前記測定対象物よりも硬い材料からなることを特徴とする手段１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［５］前記基体において前記測定対象物が配置される面上には、前記基体とは異なる既知の音響物性を有する前記参照物質があらかじめ設置されていることを特徴とする手段１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［６］前記送受信ステップでは、前記測定対象物に対して超音波を一次元または二次元方向に相対的に走査しながら入射させることを特徴とする手段１乃至５のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
［７］既知の音響物性を有する基体と、測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する超音波振動子と、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算手段と、前記演算手段により得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築手段とを備えたことを特徴とする超音波画像構築装置。
［８］前記測定対象物に対して前記超音波振動子を一次元または二次元方向に相対的に走査させる走査手段をさらに備えたことを特徴とする手段７に記載の超音波画像構築装置。
［９］プロセッサに、既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波振動子に超音波を送信させ、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を前記超音波振動子に受信させる送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記測定対象物内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップとを実行させるための超音波画像構築プログラム。
［１０］既知の音響物性を有する基体に測定対象物である皮膚及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記皮膚及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記皮膚に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響インピーダンス分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行うとともに、その際に、前記皮膚内において異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する演算ステップと、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、前記皮膚を構成する複数の層のうちの少なくとも１つの層の厚みを算出する厚み算出ステップと、算出された前記層の厚みに基づいて、前記皮膚の状態を評価する評価ステップとを有することを特徴とする、美容目的での皮膚の評価方法。
［１１］ 前記算出ステップでは、得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、前記皮膚を構成する乳頭層の厚みを算出することを特徴とする請求項１０に記載の、美容目的での皮膚の評価方法。
［１２］得られた奥行方向の音響インピーダンス分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップをさらに有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の、美容目的での皮膚の評価方法。

Claims (13)

  1. 既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、
    前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、
    得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップと
    を有することを特徴とする超音波画像構築方法。
  2. 前記測定対象物は生体組織であることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像構築方法。
  3. 前記測定対象物は皮膚であることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像構築方法。
  4. 前記基体は、少なくとも一部が平板状であり、前記測定対象物よりも硬い材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
  5. 前記基体において前記測定対象物が配置される面上には、前記基体とは異なる既知の音響物性を有する前記参照物質があらかじめ設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
  6. 前記送受信ステップでは、前記測定対象物に対して超音波を一次元または二次元方向に相対的に走査しながら入射させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
  7. 前記演算ステップでは、前記測定対象物内において、異なる音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が奥行方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定して、手前側の前記微小伝送路の音響インピーダンスの推定結果に基づきその奥側に隣接する前記微小伝送路の音響インピーダンスを推定する処理を順次繰り返すことにより、前記伝送路の奥行方向の音響インピーダンス分布を推定する演算を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波画像構築方法。
  8. 既知の音響物性を有する基体と、
    測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する超音波振動子と、
    前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算手段と、
    前記演算手段により得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築手段と
    を備えたことを特徴とする超音波画像構築装置。
  9. 前記測定対象物に対して前記超音波振動子を一次元または二次元方向に相対的に走査させる走査手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の超音波画像構築装置。
  10. プロセッサに、
    既知の音響物性を有する基体に測定対象物及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波振動子に超音波を送信させ、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記測定対象物及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を前記超音波振動子に受信させる送受信ステップと、
    前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記測定対象物に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、
    得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップと
    を実行させるための超音波画像構築プログラム。
  11. 既知の音響物性を有する基体に測定対象物である皮膚及び既知の音響物性を有する参照物質を接して配置した状態で超音波を送信し、前記基体を介して前記測定対象物及び前記参照物質に超音波を入射させるとともに、前記皮膚及び前記参照物質からの超音波波形のインパルス応答を受信する送受信ステップと、
    前記参照物質に入射した超音波波形のインパルス応答情報及び前記皮膚に入射した超音波波形のインパルス応答情報から得た規格化されたインパルス応答情報に基づいて、奥行方向の音響物性分布を多重反射の影響を考慮して推定する演算を行う演算ステップと、
    得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、前記皮膚を構成する複数の層のうちの少なくとも１つの層の厚みを算出する厚み算出ステップと、
    算出された前記層の厚みに基づいて、前記皮膚の状態を評価する評価ステップと
    を有することを特徴とする皮膚の評価方法。
  12. 前記算出ステップでは、得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、前記皮膚を構成する乳頭層の厚みを算出することを特徴とする請求項１１に記載の皮膚の評価方法。
  13. 得られた奥行方向の音響物性分布に基づいて、音響物性像の画像データを構築する画像構築ステップをさらに有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の皮膚の評価方法。
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