JP7187735B2 - 撮像装置及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、撮像装置及びプログラムに関する。

非侵襲性である超音波による診断システムは、生体を直接切開して観察する外科手術の必要がないため、被検体内部の情報を診断する技術として医療分野で広く用いられている。

超音波診断の一手法である超音波ＣＴ（Computed Tomography）は、超音波を被検体に照射し、反射超音波や透過超音波を用いて被検体の断層画像を作成するものであり、近年の研究により、乳がんの検出に有用性があることが示されている。超音波ＣＴは、例えば、超音波の送受信を行う多数の素子をリング状に配置したリング型アレイトランスデューサを使用し、断層像を作成する。

例えば、超音波を送信する素子（開口）を順に切り替えながら、エコー信号を全素子で受信し、ＲＦデータ（生データ）として保存する。そして、ＲＦデータに基づいて、断層画像を表す画像信号を生成する。

国際公開第２０１７／０５１９０３号

ところで、画像信号を作成するためには、全ての開口から超音波が送信される。すなわち、画像信号の生成には、全ての開口から送信された超音波を受信することが必要である。これに対し、送信された全ての超音波（受信信号）を受信するまでの時間を短縮することができれば好適である。

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、送信された全ての超音波を受信するまでの時間を短縮する撮像装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、超音波を用いて被検体を撮像する複数の超音波素子を有する撮像装置であって、複数の前記超音波素子を含み、前記被検体に向けて超音波を送信する送信開口部と、前記被検体に送信される超音波の反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する受信開口部と、超音波の送信を制御する送信制御部と、を備え、前記送信制御部は、所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させる撮像装置に関する。

また、前記送信開口部及び前記受信開口部は、前記被検体の近傍かつ同一平面上に配設されるのが好ましい。

また、撮像装置は、出力された受信信号を用いて撮像画像を生成する画像生成部をさらに備えるのが好ましい。

また、前記画像生成部は、受信した超音波信号について、発信元の前記送信開口部ごとの信号に分離するのが好ましい。

また、前記画像生成部は、出力された受信信号のうち、透過波を示す信号をマスクするマスク実行部と、マスクされた前記受信信号を送信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する分離部と、分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部と、をさらに備えるのが好ましい。

また、前記画像生成部は、出力された受信信号のうち、反射波を示す信号をマスクするマスク実行部と、マスクされた前記受信信号を送信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する分離部と、分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部と、をさらに備えるのが好ましい。

また、前記画像生成部は、撮像領域内の任意の散乱点又は特定の受信素子において、四次元空間上において重なる信号を、深層学習を用いて分離するのが好ましい。

また、前記送信制御部は、所定の２以上の前記送信開口部に対して、少なくとも一部の時間を重複して超音波を送信させるのが好ましい。

また、前記送信制御部は、受信する超音波信号のうち前記被検体を描画する成分の受信タイミングと重ならない時間間隔で前記送信開口部に超音波信号を送信させるのが好ましい。

また、前記送信制御部は、前記送信開口部及び前記受信開口部の位置関係に基づいて送信間隔を決定するのが好ましい。

また、前記送信制御部は、前記所定時間について、１つの前記送信開口部から最初に送信された超音波信号を前記受信開口部で受信する前の時間内に設定するのが好ましい。

また、前記送信制御部は、リングアレイの軸方向への移動間隔を切り替え可能に構成されるのが好ましい。

また、本発明は、複数の素子を含み、被検体に対して超音波を送信する複数の送信開口部と、超音波が前記被検体における反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する複数の受信開口部と、を備える撮像装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、超音波の送信を制御する送信制御部であって、所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させる送信制御部として機能させるプログラムに関する。

本開示によれば、送信された全ての超音波を受信するまでの時間を短縮する撮像装置及びプログラムを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる撮像装置の概略図である。 一実施形態の撮像装置を示す概略図である。 図２のＩ－Ｉ断面図である。 一実施形態の撮像装置の演算装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態の撮像装置の画像生成部によって受信信号から透過波をマスクする際の一例を示すグラフである。 一実施形態の撮像装置の画像生成部によって信号を分離する例を示す概略図である。 一実施形態の撮像装置によって撮像された画像を示す画面図である。 一実施形態に係る撮像装置の動作の流れを示すフリーチャートである。 変形例に係る撮像装置の開口数を決定するためのシミュレーション実験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態に係る撮像装置１及びプログラムについて、図１から図８を参照して説明する。
撮像装置１は、超音波を用いて被検体を撮像する装置である。撮像装置１は、例えば、超音波を用いて被検体の断層像（超音波画像）を生成する。撮像装置１は、人体等の被検体に超音波を送信する。撮像装置１は、被検体によって反射された反射波を用いて断層像を生成する。撮像装置１は、図１及び図２に示すように、リングアレイＲと、送信開口部１０と、受信開口部２０と、スイッチ回路１１０と、送受信回路１２０と、演算装置１３０と、画像表示装置１４０と、を備える。

リングアレイＲは、複数の振動子を組み合わせて構成される。リングアレイＲは、好ましくは直径８０～５００ｍｍ、より好ましくは直径１００～３００ｍｍのリング型形状の振動子を組み合わせて構成される。本実施形態では一例として、リングアレイＲは、４つの凹面型振動子Ｐ０１～Ｐ０４を組み合わせたリング形状の振動子を用いて構成される。

例えば、凹面型振動子Ｐ０１～Ｐ０４が、それぞれ５１２個の短冊形圧電素子Ｅ（以下、単に「素子Ｅ」とも呼ぶ。）を有する場合、リングアレイＲは２０４８個の素子Ｅから構成されることになる。凹面型振動子Ｐ０１～Ｐ０４に設けられる素子Ｅの数は限定されず、好ましくは１～１０００個である。

各素子Ｅは、電気的信号と超音波信号とを相互変換する機能を有する。素子Ｅは、被検体Ｔに超音波を送信する。また、素子Ｅは、被検体Ｔで反射される反射波及び被検体Ｔを透過した透過波を受信する。素子Ｅは、受信した反射波及び透過波を受信信号として出力する。本実施形態では、各素子Ｅは、超音波の送信及び受信の両方の機能を備えるものとして説明される。

リングアレイＲは、例えば、図２に示すように、穴の開いたベッドの上面に配置される。リングアレイＲは、検体Ｔを挿入するための挿入部ＳＰを有する。挿入部ＳＰは、リングアレイＲの平面視中央位置に設けられる。リングアレイＲは、ベッドの穴と挿入部ＳＰとが重畳するように設置される。これにより、被験者は、図３に示すように、ベッドの穴から、撮像対象となる身体の部位（被検体Ｔ）を挿入部ＳＰに挿入する。リングアレイＲの複数の素子Ｅは、リングに沿って挿入部ＳＰの周囲に等間隔で配設される。リングアレイＲの内周側には、音響レンズと呼ばれる凸面レンズが表面に取り付けられている。

送信開口部１０は、複数の素子Ｅを含み、被検体Ｔに向けて超音波を送信する。送信開口部１０は、例えば、リングアレイＲの素子Ｅのうち、複数の素子Ｅを一群として含み構成される。

受信開口部２０は、送信開口部１０と同様に、隣接する複数の素子Ｅを一群として含み構成される。受信開口部２０は、隣接する複数の素子Ｅを用いて、送信された超音波について、被検体Ｔを透過した透過波及び被検体Ｔを反射した反射波を受信する。本実施形態において、受信開口部２０は、送信開口部１０に含まれる素子Ｅと共用して用いられる。すなわち、受信開口部２０は、送信開口部１０として動作する素子Ｅによって構成される。

スイッチ回路１１０は、超音波を送信する送信開口部１０を切り替える回路である。スイッチ回路１０は、リングアレイＲの複数の素子Ｅのそれぞれに接続される。スイッチ回路１１０は、所定の素子Ｅに駆動信号を伝達する。これにより、スイッチ回路１１０は、所定の素子Ｅに超音波を送信させる。本実施形態において、スイッチ回路１１０は、送信開口部１０及び受信開口部２０について、リングアレイＲの円周方向一方に順次切り替える。すなわち、スイッチ回路１１０は、送信開口部１０及び受信開口部２０を構成する素子Ｅを順次切り替える。

送受信回路１２０は、送信開口部１０に対して、送信する超音波の大きさを指示する回路である。また、送受信回路１２０は、送信開口部１０に対して、送信する波の種類（連続波、パルス波、平面波等）を指示する回路である。また、送受信回路１２０は、素子Eによって受信された反射波及び透過波を受信信号として取得する回路である。

演算装置１３０は、例えば、図４に示すように、例えばＣＰＵ、通信部、及び記憶部Ｍ等を備えたコンピュータにより構成される。記憶部Ｍは、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を有する。記憶部Ｍに格納された画像再構成プログラムが実行されることで、データ収集部１３６及び画像生成部１３７等の機能が実現され、測定用のデータ格納領域１３３が記憶部Ｍに確保される。演算装置は、学習処理部１３４、送信制御部１３５、データ収集部１３６、及び画像生成部１３７を備える。

記憶部Ｍは、学習器１３１を記憶している。学習器１３１は、各ユニット（ニューロン）に関する重み及びバイアスなどの各パラメータ、並びに、入力データに対して処理を行うための処理実行プログラムである。なお、記憶部Ｍに学習器１３１が記憶されるとは、学習１３１に関する各種パラメータと処理実行プログラムが記憶部Ｍに記憶されることを意味する。

学習処理部１３４は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。学習処理部１３４は、記憶部Ｍに格納された学習データ１３２を用いて、学習器１３１の学習処理を実行する。学習データ１３２は、音響特性の分布で表現された生体モデル（被検体モデル）に対し、シミュレーション空間上で、リングアレイＲの複数の素子Ｅのサイズ及び配列を模擬する。また、学習データは、送信開口部１０を切り替えながら複数の素子Ｅで生体モデルからの反射超音波を受信したシミュレーションのＲＦデータと、生体モデルの計測画像（音響インピーダンスの空間勾配強度などの生体モデルの音響特性から算出される理想的な計測画像）とを含む。シミュレーションＲＦデータと計測画像との組は、複数準備される。

学習処理部１３４は、学習器１３１にシミュレーションＲＦデータを入力する。学習実行部は、学習器１３１の出力データを計測画像の画素値に適合するように、シミュレーションＲＦデータを用いて学習器１３１を学習させる。

送信制御部１３５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。送信制御部１３５は、超音波の送信を制御する。送信制御部１３５は、送信及び受信する素子Ｅを順次切り替えることにより、送信開口部１０及び受信開口部２０を構成する素子Ｅを順次切り替える。送信制御部１３５は、例えば、リングアレイＲの所定位置の一群の素子Ｅを送信開口部１０とする。送信制御部１３５は、所定位置からリングアレイＲの周方向一方に一群の素子Ｅを切り替えることにより、円周方向一方に送信開口部１０を切り替える。送信制御部１３５は、所定位置に戻るまで順次送信開口部１０を切り替える。これにより、送信開口部１０は、被検体Ｔに切り替えられる送信開口部１０から超音波を送信させることにより、被検体Ｔを全周方向から撮像する。また、送信開口部１０は、受信開口部２０についても送信開口部１０と同様に、受信開口部２０を切り替える。これにより、受信開口部２０は、被検体Ｔにおける反射波及び透過波を全周方向から取得する。また受信開口は、切り替えずに同時に受信することも可能である。送信制御部１３５は、例えば、所定時間内に、複数の送信開口部１０のうち、所定の２以上の送信開口部１０から超音波を送信させる。送信制御部１３５は、例えば、所定の２以上の送信開口部１０に対して、少なくとも一部の時間を重複して超音波を送信させる。本実施形態において、送信制御部１３５は、所定時間について、送信開口部１０から最初に送信された超音波信号を受信開口部２０で受信する前の時間内に設定する。

データ収集部１３６は、スイッチ回路１１０及び送受信回路１２０１２０を介して、複数の素子Ｅにより得られたデータである測定データ（ＲＦデータ）を収集（受信又は取得することを含む）する。データ収集部１３６は、記憶部ＭのＲＦデータ格納領域１３３にＲＦデータを格納する。本実施形態において、データ収集部は、複数の送信開口部１０によって送信され超音波の反射波及び透過波を示す信号を受信信号として収集する。

画像生成部１３７は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。画像生成部１３７は、出力された受信信号について、送信元の送信開口部１０ごとの信号に分離して被検体Ｔの画像を生成する。画像生成部１３７は、マスク実行部１４１と、分離部１４２と、生成実行部１４３と、を備える。

本マスク実行部１４１は、出力された受信信号のうち、透過波を含む領域と透過波を含まない領域の信号を分離する。マスク実行部１４１は、例えば、受信信号に含まれる透過波の成分を検出する。マスク実行部１４１は、検出された透過波の成分を除去するマスクを作成する。マスク実行部１４１は、作成されたマスクを用いて受信信号をフィルタリングする。

マスク実行部１４１は、図５に示すように、受信信号（図５（ａ））の包絡線を計算する（図５（ｂ））。そして、マスク実行部１４１は、信号強度が最大となる時刻を検出する。マスク実行部１４１は、検出された時刻の前後の所定幅の時間間隔のマスクを作成する（図５（ｃ））。マスク実行部１４１は、作成したマスクを受信信号にかける。これにより、マスク実行部１４１は、透過波を除去した信号を得る（図５（ｄ））。

分離部１４２は、マスクされた受信信号を送信元の送信開口部１０ごとに信号に分離する。分離部１４２は、例えば、図６に示すように、複数の方向から送信され、複数の反射を含む超音波について、受信された信号から送信元の送信開口部１０ごとに分離する。分離部１４２は、例えば、学習処理部１３４によって学習された学習モデルを用いて、マスク処理された受信信号を送信開口部１０ごとの信号に分離する。

本実施形態においては、反射波像の信号分離を行うため、透過波をマスクしてフィルタリングをするが、マスクする信号の範囲はこれに限らない。例えば、透過波を利用した減衰像を再構成する目的においては、反射波をマスクし、透過波のよる信号を強調して取得する事も可能である。反射波には前方及び側方散乱波が含まれる。従って、送信開口に位置する素子が受信する信号は、前方散乱波及び透過波となる。透過波の到達時間は、送信開口と受信開口が同一平面上にあることから、音速が決まれば一位に決まる。これにより、マスクは、送信からの一定時間で設定され得る。しかし、本実施形態では、複数方位からの超音波の同時送信によって、ある観測点、（例えば受信開口または撮像領域内ある画素や散乱点などである）において時間と空間による四次元的に信号が重なる。これらの信号は、物理的アルゴリズムによって分離することは困難である。本発明では、深層学習の手法によりこれらアルゴリズムでは分離が困難な信号を分離し、反射波及び透過波等の異なるパラメータを抽出し被検体の生体情報を測定できる。

生成実行部１４３は、分離された信号に基づいて、被検体Ｔの画像生成を実行する。生成実行部１４３は、例えば、図７に示すように、被検体Ｔの反射波を用いて超音波画像を生成する。すなわち、生成実行部１４３は、受信信号のうち、透過波を除去して残った反射波を用いて超音波画像を生成する。

画像表示装置は、例えば、ディスプレイなどの表示装置である。画像表示装置１４０は、生成実行部１４３で生成された超音波画像を表示する。

次に、撮像装置１の動作について、図８を参照して説明する。
まず、送信制御部１３５は、超音波信号を送信する対象となる送信開口部１０を決定する（ステップＳ１）。送信制御部１３５は、例えば、図７に示すように、直行する２つの径上に配置される４つの送信開口部１０を対象として決定する。また、送信制御部１３５は、対象となった４つの送信開口部１０に対して、円周方向一方に隣接する４つの送信開口部１０を次の送信対象として決定する。送信制御部１３５は、全ての送信開口部１０の送信を完了するまで、送信対象を決定する。

次いで、送受信回路１２０は、決定された送信対象に基づいて、送信開口部１０に超音波の送信を実行させる（ステップＳ２）。送受信回路１２０は、例えば、スイッチ回路を制御することにより、送信対象として決定された送信開口部１０を動作させる。次いで、データ収集部は、送受信回路１２０を介して、被検体Ｔを反射した反射波と、被検体Ｔを透過した透過波とを含む超音波信号を受信する（ステップＳ３）。

次いで、全ての送信開口部１０から送信されたか否かが判断される（ステップＳ４）。すべての送信開口部１０からの送信が完了した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ５に進む。一方、全ての送信開口部１０からの送信が完了していない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、処理は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ５において、マスク実行部１４１は、受信した受信信号について、透過波を除去する。次いで、分離部１４２は、送信元の送信開口部１０ごとに、信号を分離する（ステップＳ６）。次いで、生成実行部１４３は、超音波画像を生成する（ステップＳ７）。これにより、本フローは終了する。

次に、プログラムについて説明する。
撮像装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

次に、本実施形態に係る撮像装置１の実施例について説明する。
リングアレイＲに含まれる２０４８個の素子Ｅに対して、１つの送信開口部１０及び受信開口部２０の素子Ｅの数を８個と定義した。送信開口素子数は、送信波形が平面波であれば、より多く２５６素子などとしてもよい。そして、４つの送信開口部１０が重複する時間に超音波信号を送信するようにした。４つの送信開口部１０の位置は、リングアレイＲの直行する２つの径上に配置される送信開口部１０とした。すなわち、互いに対抗する一対の送信開口部１０と、周方向に９０度ずれた位置に配置される一対の送信開口部１０とが超音波信号を送信するようにした。そして、超音波を送信する送信開口部１０を周方向一方に順次変更することで、全ての送信開口部１０から超音波信号を送信した。このとき、隣接する送信開口部１０及び受信開口部２０は共に、複数の素子Ｅが重複するように設定してもよい。ここで、１枚のスライスを取得するのに要する時間及び取得するデータサイズは、送信回数と全送信開口部１０の数の積となる。従って、全ての送信開口部１０から送信することで、撮像開始から終了までの時間は従来に比べ、約１／４にすることができる。また、撮像画像全体の受信信号であるＲＡＷデータのデータ容量は、従来に比べ、１／４とすることができる。

以上、本実施形態に係る撮像装置１及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１）超音波を用いて被検体Ｔを撮像する複数の素子Ｅを有する撮像装置１であって、複数の素子Ｅを含み、被検体Ｔに対して超音波を送信する複数の送信開口部１０と、被検体Ｔに送信される超音波の反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する受信開口部２０と、超音波の送信を制御する送信制御部１３５と、を備え、送信制御部１３５は、所定時間内に、複数の送信開口部１０のうち、所定の２以上の送信開口部１０から超音波を送信させる。
また、被検体Ｔに対して超音波を送信する複数の送信開口部１０と 、超音波が被検体Ｔにおける反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する複数の受信開口部２０と、を備える撮像装置１から出力された受信信号について、送信元の送信開口部１０ごとの信号に分離して被検体Ｔの画像を生成する画像生成装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、コンピュータを、超音波の送信を制御する送信制御部１３５であって、所定時間内に、複数の送信開口部１０のうち、所定の２以上の送信開口部１０から超音波を送信させる送信制御部１３５として機能させる。
これにより、送信開口部１０から排他的に順次超音波を送信する場合に比べ、撮像開始から撮像完了までの時間（撮像時間）を短縮することができる。また、送信された超音波信号の受信回数が減少することにより、受信データの全体容量を低減することができる。

（２）送信開口部１０及び受信開口部２０は、被検体Ｔの近傍に配設される。これにより、被検体Ｔからの反射波を容易に取得することができる。

（３）撮像装置１は、出力された受信信号を用いて撮像画像を生成する画像生成部１３７をさらに備える。これにより、撮像とともに、超音波画像を容易に生成することができる。

（４）画像生成部１３７は、受信した超音波信号について、発信元の送信開口部１０ごとの信号に分離する。これにより、送信元の送信開口部１０ごとに分離された信号を画像生成に用いることができるので、分離しない場合に比べ、生成された画像の精度を向上することができる。

（５）画像生成部１３７は、出力された受信信号のうち、透過波を示す信号をマスクするマスク実行部１４１と、マスクされた前記受信信号を送信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する分離部１４２と、分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部１４３と、をさらに備える。これにより、反射波のみを用いて精度よく超音波画像を生成することができる。また、周波数分離及び時間分離をした信号でなくとも受信信号を分離することができるので、画像生成の汎用性を向上することができる。

（６）画像生成部１３７は、出力された受信信号のうち、反射波を示す信号をマスクするマスク実行部１４１と、マスクされた受信信号を送信元の送信開口部１０ごとの信号に分離する分離部１４２と、分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部１４３と、をさらに備える。これにより、透過波のみを用いて精度よく超音波画像を生成することができる。また、周波数分離及び時間分離をした信号でなくとも受信信号を分離することができるので、画像生成の汎用性を向上することができる。

（７）送信制御部１３５は、所定の２以上の送信開口部１０に対して、少なくとも一部の時間を重複して超音波を送信させる。これにより、全体の撮像時間を短縮することができる。

（８）また、送信制御部１３５は、受信する超音波信号のうち被検体Ｔを描画する成分の受信タイミングと重ならない時間間隔で送信開口部１０に超音波信号を送信させる。これにより、被検体Ｔの描画に影響のない超音波成分の受信時間に重ねて、送信開口部１０から超音波を送信することができる。したがって、全体の撮像時間をより短縮することができる。

（９）送信制御部１３５は、送信開口部１０及び受信開口部２０の位置関係に基づいて送信時間間隔を決定する。これにより、被検体Ｔを描写する成分に、送信された超音波信号が重畳されることをより効果的に抑制することができる。

（１０） 送信制御部１３５は、所定時間について、送信開口部１０から最初に送信された超音波信号を受信開口部２０で受信する前の時間内に設定する。これにより、２つの超音波信号を重複させて、全体の撮像時間を短縮することができる。

以上、本発明の撮像装置及びプログラムの好ましい各実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態において、４つの送信開口部１０で重複して超音波を送信するとしたが、これに制限されない。また、リングアレイＲの径方向で対向する送信開口部１０に超音波を重複して送信させたが、これに制限されない。超音波を重複して送信する送信開口部１０の数は、４から１６とするのが好適である。これにより、送信元の送信開口部１０ごとの受信信号を有効に分離することができる。また、送信開口部１０の位置は互いに最も距離が離れている位置関係が好ましく、円周上においては、送信開口部１０が２つの時は１８０、送信開口部が４つであれば９０度ずつが望ましい。

以下に送信開口数と画質の差を示す。図９は同時送信する開口数の数を決定するために計算機によるシミュレーション実験の結果である。同時送信する開口数を１，２，４，８個の場合それぞれで１００通りの条件でのシミュレーションを行いそれらの信号データをもとに画像再構成を行った。得られた再構成画像とシミュレーションで用いられた真の画像とのＰＳＮＲ（ピーク信号対雑音比）を評価した。実験では同時送信する開口数が４であるときにＰＳＮＲ（ピーク信号対雑音比）が最小であった。この結果より、同時送信の開口数は８以降になると、精度が下がることが分かる。送信開口数は４以上から１６以下がより好ましいと言える。

また、上記実施形態において、画像再生部が分離部１４２を備えるとしたが、これに制限されない。この場合、生成実行部１４３は、マスク実行部１４１によってマスクされた受信信号を用いて画像生成を実行する。これにより、受信信号を分離する場合に比べ、画像生成までの時間を短縮することができる。

また、上記実施形態において、撮像装置１は、リングアレイＲとは別にスイッチ回路１１０を備えるとしたが、これに制限されない。リングアレイＲ（振動子又は素子Ｅ）は、送受信回路１２０を備えてもよい。これにより、スイッチ回路を用いずともよい。また、同時に駆動できる素子Ｅ数に制限がなくなり、送信開口部１０及び受信開口部２０の送受信時間及び位置をより柔軟に設定することができる。

また、上記実施形態において、送信制御部１３５は、素子Ｅから送信される超音波について、正弦波及び平面波のいずれかを素子Ｅに送信させてもよい。また、送信制御部１３５は、重複して送信する開口数は、従来の送信開口数以上であればよく、4つの開口には限られない。

また、上記実施形態において、生成実行部１４３は、散乱像、音速ＣＴ、及び減衰像の複数の画像再構成方法を用いて撮像画像の生成を実行してもよい。

また、上記実施形態において、送信開口部１０及び受信開口部２０のそれぞれは、素子Ｅを排他的に組み合わせることに制限されない。すなわち、複数の送信開口部１０及び受信開口部２０は、１つの素子Ｅを２以上の送信開口部１０及び受信開口部２０で共有してもよい。また、送信開口部１０及び受信開口部２０は、隣接する複数の素子Ｅを一群とすることに制限されない。送信開口部１０及び受信開口部２０は、ランダムに選択した離散素子Ｅの組合せであってもよい。

また、上記実施形態において、２つの連続する受信信号について、いずれかを判別することができるのであれば、互いの送信時間を近接又は重ねて送信するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、送信制御部１３５は、リングアレイＲの軸方向への移動間隔を切り替え可能に構成されてもよい。本実施形態によれは、乳がん検診等で求められる、時間効率と感度を重視したスクリーニングモードと、診断に使用される特異度を重視した精査モードに応用する事もできる。例えば、撮像操作画面において、スクリーニングモードと精査モードとの選択を促す入力部を備えることができる。精査モードの入力があった場合には、送信制御部は同時送信の開口数を２又は４と設定し実行する。一方、簡易モードが入力された場合には、送信制御部は、同時送信の開口数を８又は１６と設定する。精査モードにおいては、同時送信を行わずに行うようにしてもよい。ここでは、スクリーニングモードでは、１人当たりの検査時間の短縮することが重要である。従って、複数送信による信号分離を適用し、撮像時間を低減する事は、被検者にも検査者にも、経済的メリットがある。

一般的に、超音波ＣＴの撮像は、素子Ｅが配置された平面の断面図であるスライスを上
下方向に積み上げて３Ｄ画像を構成する。従って、撮像時間は、スライスの撮像時間の他
に、上下方向のスライスの数によっても増減する。つまり、送信制御部１３５は、スライス間隔を大きめに設定することで、時間を短縮することができる。しかし、スライス間隔と撮像画像の上下方向における空間分解能は、トレードオフの関係にある。そこで、本実施形態において、スライス間隔の調整と本発明に係る同時送信を行う事で、空間解像度を下げることなく、全体の撮像時間を延長せずに済クリーニングを行うことができる。例えば、送信制御部１３５は、スクリーンモードにおいて２ｍｍ間隔で下降するのに対して、１ｍｍ間隔かつ複数送信としてもよい。
こうすることで、撮像時間は、通常の２倍かかるものの、スライス単位での撮像時間を短縮する事で、三次元空間上における空間分解能を維持する事ができる。

また、送信制御部１３５は、プリ撮像機能を備えていてもよい。スクリーニング撮像においては、被検体の位置検索やサイズの測定、音速測定の為に、被検体の外郭を測定する事はができる。通常の撮像モードでは、撮像時間の延長につながるが、同時の送信開口を増やすことで、短時間に簡易的な情報を取得する事が可能である。また、スクリーニングモードにより、全体撮像を行い、病変の疑いのある部位に対しては、精査モードで再撮像行うよう、設定してもよい。スライス間隔をあける事で低下する空間分解能の影響を受けない、分解能の高いＣＴ画像を生成することができる。

また、素子のキャリブレーションにおいても、短時間で行うことが可能となり、メンテナンス性の向上が可能である。本実施形態においては、リング状に配置された超音波素子のアライアンスや送信平面の設定は、例えばファントムを使用し、定期的なメンテナンスが行われる。メンテナンスの際には、装置の稼働を止めるため、メンテナンス時間の短縮が望まれる。本発明によれば、被検体を設置しない状態で例えば、８つの複数送信開口から同時に送信を行い、得られた受信信号と、事前に取得された正解の受信信号との差分を計算する事で、送信素子位置のずれを検出する事が可能である。

また、上記実施形態おいて、リングアレイＲは、凹面型振動子を４つ備えるとしたが、これに制限されない。リングアレイＲは、例えば、凹面型振動子を８つ備えてもよい。

また、上記本実施形態では、各素子Ｅは、超音波の送信及び受信の両方の機能を備えるものとしたが、これに制限されない。例えば、超音波の送信機能及び受信機能のうちいずれか一方のみを有する送信素子又は受信素子を使用してもよい。また、複数の送信素子及び複数の受信素子をリング状に配置してもよい。そして、送信及び受信の両方の機能を備える素子と、送信素子と、受信素子とが混在する構成であってもよい。

また、上記実施形態において、撮像装置１は、画像を生成する機能については、別にされてもよい。演算装置１３０は、画像生成部１３７及び画像表示装置１４０について、別装置とされてもよい。

また、上記実施形態において、送信開口部は隣接する複数の素子Ｅとしているが、素子Ｅが隣接せず、ランダムに選択した拡散する送信素子の組み合わせにより、送信を行ってもよい。

また、上記実施形態において、マスク実行部１４１は、反射波像の信号分離を行うため、透過波をマスクしてフィルタリングをしたが、これに制限されない。マスク実行部１４１は、例えば、透過波を利用した減衰像を再構成する目的においては、反射波をマスクすることにより透過波による信号を強調して取得する事も可能である。

また、上記実施形態において、マスク実行部１４１は、一部の時間領域を不連続なマスクで処理していたが、これに制限されない。マスク実行部１４１は、連続的なマスクを用いてもよい。また、マスク実行部１４１は、振幅の最大値を閾値として、それ以上の振幅の信号を透過波としてマスクしてもよい。

また、上記実施形態において、演算装置が記憶部Ｍに学習データを格納するとしたが、これに制限されない。演算装置は、他の環境で学習された、学習済みの学習器を記憶部Ｍに格納してもよい。また、演算装置は、記憶部Ｍに学習データを格納する一方、学習処理を外部で実施してもよい。

１ 撮像装置
１０ 送信開口部
２０ 受信開口部
１３５ 送信制御部
１３７ 画像生成部
１４１ マスク実行部
１４２ 分離部
１４３ 生成実行部
Ｔ 被検体

Claims (13)

1. 超音波を用いて被検体を撮像する複数の超音波素子を有する撮像装置であって、
   複数の前記超音波素子を含み、前記被検体に向けて超音波を送信する送信開口部と、
   前記被検体に送信される超音波の反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する受信開口部と、
   前記受信信号について、発信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する分離部と、
   超音波の送信を制御する送信制御部と、
   を備え、
   前記送信制御部は、
   所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させ、
   前記送信開口部及び前記受信開口部は、同一平面においてリングの形状に配設され、前記被検体は当該リングの内部に配置される、
   撮像装置。
2. 出力された受信信号を用いて撮像画像を生成する画像生成部をさらに備え、
   前記画像生成部は、前記分離部を含む、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画像生成部は、
   出力された受信信号のうち、透過波を示す信号をマスクするマスク実行部と、
   分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部と、
   をさらに備え、
   前記分離部は、マスクされた前記受信信号を送信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する、
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記画像生成部は、
   出力された受信信号のうち、反射波を示す信号をマスクするマスク実行部と、
   分離された信号に基づいて、前記被検体の画像生成を実行する生成実行部と、
   をさらに備え、
   前記分離部は、マスクされた前記受信信号を送信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する、
   請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記画像生成部は、撮像領域内の任意の散乱点又は特定の受信素子において、四次元空間上において重なる信号を、深層学習を用いて分離する、請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記送信制御部は、所定の２以上の前記送信開口部に対して、少なくとも一部の時間を重複して超音波を送信させる請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記送信制御部は、受信する超音波信号のうち前記被検体を描画する成分の受信タイミングと重ならない時間間隔で前記送信開口部に超音波信号を送信させる請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記送信制御部は、前記送信開口部及び前記受信開口部の位置関係に基づいて送信間隔を決定する請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記送信制御部は、前記所定時間について、１つの前記送信開口部から最初に送信された超音波信号を前記受信開口部で受信する前の時間内に設定する請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記送信制御部は、リングアレイの軸方向への移動間隔を切り替え可能に構成される請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置。
11. 複数の素子を含み、被検体に対して超音波を送信する複数の送信開口部と、超音波が前記被検体における反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する複数の受信開口部と、前記受信信号について、発信元の前記送信開口部ごとの信号に分離する分離部と、を備え、前記送信開口部及び前記受信開口部は、同一平面においてリングの形状に配設され、前記被検体は当該リングの内部に配置されている、
    撮像装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    超音波の送信を制御する送信制御部であって、所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させる送信制御部として機能させる
    プログラム。
12. 超音波を用いて被検体を撮像する複数の超音波素子を有する撮像装置であって、
    複数の前記超音波素子を含み、前記被検体に向けて超音波を送信する送信開口部と、
    前記被検体に送信される超音波の反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する受信開口部と、
    出力された受信信号について、発信元の前記送信開口部ごとの信号に分離し、当該送信開口部ごとの前記信号を用いて撮像画像を生成する画像生成部と、
    超音波の送信を制御する送信制御部と、
    を備え、
    前記送信制御部は、
    所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させる、
    撮像装置。
13. 複数の素子を含み、被検体に対して超音波を送信する複数の送信開口部と、超音波が前記被検体における反射波及び透過波を受信して、受信信号として出力する複数の受信開口部と、を備える撮像装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    超音波の送信を制御する送信制御部であって、所定時間内に、複数の前記送信開口部のうち、所定の２以上の前記送信開口部から超音波を送信させる送信制御部と、
    出力された前記受信信号について、発信元の前記送信開口部ごとの信号に分離し、当該送信開口部ごとの前記信号を用いて撮像画像を生成する画像生成部と、
    して機能させるプログラム。

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