JP7199972B2 - 情報処理装置、情報処理方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は超音波の送受信により生成される画像データを処理する情報処理技術に関する。

従来より、超音波診断装置では、被検体、特に生体内に超音波を送波し、その生体内で反射して戻ってきた反射エコーを、電子走査という手法を用いて高精度に受信する方法が採用されている。

超音波診断装置では、複数の微小振動素子を配列した１次元、または２次元のプローブにより、超音波ビームの送受信を行う。送信時には、遅延回路を用い、各微小振動素子に対する電圧印加のタイミングを可変にすることで超音波ビームの走査方向が変更可能となっており、各遅延回路の遅延時間を逐次変えながら超音波ビームを走査するようになっている。近年は、１回に送信する超音波ビームの幅を広くし、かつ平面波を用いるｕｌｔｒａｆａｓｔ方式、あるいは類似の技術が、超音波画像のフレームレートを高くできることから注目されている。

特許文献１には、異なる超音波プローブの開口において超音波ビームの幅を広くして取得した複数の超音波画像を用いて、ピクセルごとに固有の重み付け係数を乗じて合成することでアーチファクトを低減する手法について開示がある。

国際公開第２０１６／１２９３７６号

特許文献１に記載された手法で超音波画像にもアーチファクトが含まれる場合があるため、画像中の注目位置にターゲット（観察対象）が存在するか否かを判別しにくい場合がある。

本発明は、画像中の注目位置にターゲット（観察対象）が存在する可能性が高いか低いかを判別しやすくする情報を取得する情報処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る情報処理装置は、超音波の送受信の態様を異ならせて、被検体への超音波の送受信を複数回行うことにより生成される複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得するテンプレートデータ取得手段と、注目位置における複数の画像データの画像値列と、注目位置における複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列との類似度を示す情報を取得する類似度情報取得手段と、を有する。

本発明に係る情報処理装置によれば、画像中のある位置にターゲット（観察対象）が存在する可能性が高いか低いかを判別しやすくすることができる。

実施形態に係る被検体情報取得装置を示すブロック図 実施形態に係る被検体情報取得装置の構成図 実施形態に係る処理装置の具体的な構成例のブロック図 実施形態に係る超音波画像を生成する動作状況を示す図 実施形態に係る輝度値変動と感度変動とを示す図 実施形態に係る探触子アレイの指向性を説明するための図 実施形態に係る被検体情報取得装置の動作フローを示す図 実施形態に係る画像生成方法のフローを示す図 実施形態に係る超音波画像を生成する別の動作状況を示す図

［第一の実施形態］
以下に図面を参照しつつ、本発明の第一の実施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、形状及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。

本発明は、被検体への超音波送信により被検体内部で反射した超音波に由来する、２次元または３次元の空間分布を表す画像データの生成に関する発明である。超音波画像データは、被検体内部の音響インピーダンスの異なる散乱体の分布といった被検体情報の空間分布を表す画像データである。

ところで、超音波イメージングの主な被検体である生体は、超音波を反射及び散乱する特性を備える。散乱は超音波画像においてはスペックルと呼ばれる画像ノイズとなる。スペックルは、生体組織の性状を知る手がかりとなることも示唆されるが、一方で生体組織の超音波画像における視認性を妨げる要因ともなる。

また、特許文献１に記載されるように、整相加算法によってターゲットの実際に存在しない場所で信号が強め合うことに起因するアーチファクトも超音波画像に現れる。このため、被検体内部に存在する生体組織を画像化する際に、ターゲットの存在に起因するアーチファクトにより画質（コントラスト等）が低下するおそれがある。これにより、画像中の像がターゲット（観察対象）の像であるのか否かを判別することが困難な場合がある。

本発明は、画像中のある位置にターゲット（観察対象）が存在するか否かを判別しやすくすることのできる発明である。すなわち、本発明は、画像中のある位置にターゲットが存在する可能性が高いか低いかを判別しやすくすることのできる発明である。本明細書において、ターゲットが存在するか否かを判定することは、ターゲットが存在する可能性が高いか低いかを判定することに相当する。以下、本発明に係る処理について説明する。

図４は、被検体に超音波送信を複数回行い、ある一定領域の超音波画像を生成する例を示した図である。探触子アレイ６０１から超音波送信ビーム１０－１～１０－５を送信する。超音波画像の生成対象となる領域には、ターゲット１１が存在する。また、探触子アレイ６０１には、Ｎ個の素子６０１－１～６０１－Ｎが存在するものとする。

図４においては、探触子アレイ６０１方向に幅をもった超音波送信ビーム１０－１～１０－５を送信した場合に、ターゲット１１に起因するアーチファクト１４－１～１４－５を概念的に示した。図４に示すように、超音波送信ビーム１０－１～１０－５とターゲット１１の位置関係に依存して、アーチファクト１４－１～１４－５の現れ方に違いが生じる。

ここで、図４に示された画素１２、１３における、超音波送信ビーム１０－１～１０－５ごとの輝度値を比較してみる。図５（ａ）は、ターゲット１１の内部に対応する画素１２の輝度値変動を示したグラフであり、図５（ｂ）は、ターゲット１１の外部に対応する画素１３の輝度値変動を示したグラフである。

ターゲット１１の内部に対応する画素１２においては、画素１２と超音波送信ビーム１０－１～１０－５との位置関係に応じて、輝度値が変動する。図４に示されたビーム１０－１の場合は、画素１２がビーム端部に位置するため、反射する超音波信号の強度も弱く、結果として整相加算法で画像化された場合の輝度値が小さくなる。超音波送信ビーム１０－２～１０－５の場合は、画素１２がビーム中心部に近づくにつれて、整相加算法で画像化された場合の輝度値が大きくなる。

結果として、超音波送信ビーム１０－１～１０－５の番号をＸ軸に、画素１２の整相加算法で画像化された場合の輝度値をＹ軸にプロットすると、図５（ｃ）のような輝度値変動特性がグラフ化される。これは、超音波送信ビームを、ビーム端部よりもビーム中心の方が超音波送信の送信音圧が高くなるように形成した場合の例である。

一般的に、超音波送受信特性の物理モデルは、高度に数式化・体系化されているため、画素１２の位置に超音波を反射する散乱体が存在する場合に、整相加算法によって画素ｓ１２の輝度値がどのように変動するかを事前に計算しておくことができる。

例えば、図６に示した、探触子アレイ６０１の素子６０１－Ｍ（Ｍ＝１～Ｎ）が、法線ベクトルＨ方向に振幅ＡＭ、周波数ＦＭの超音波を発した場合、素子６０１－Ｎが矩形である場合を考える。この場合、法線ベクトルＨと角度θ（ｉ，Ｍ）をなす方向に位置する画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）に対する指向性は、式（１）で表現される。

ここで、ｋ＝２πＦＭ／音速であり、ａ＝素子ピッチ／２である。

例えば、素子６０１－Ｍが送信した超音波の、画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）における音圧Ｐ（ｉ，Ｍ）は式（２）で表現できる。

α（ｉ，Ｍ）は、素子６０１－Ｍ（Ｍ＝１～Ｎ）から画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）までの超音波伝搬によって超音波が媒質から受ける減衰を表す係数であり、主に被検体性状と周波数ＦＭに依存する。

画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）の位置に画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）と同じ大きさの散乱体が存在するとした場合に、散乱体で超音波が反射し、反射波つまり超音波エコー信号が探触子アレイ６０１の方向へ伝搬する。この時、例えば素子６０１－Ｌ（Ｌ＝１～Ｎ）に反射波が到達する場合、散乱体由来の反射波の音圧Ｐａｒｒａｙ（ｉ，Ｌ，Ｍ）は式（３）のように示される。

ここで、β（ｉ，Ｌ）は、超音波媒質伝搬によって超音波エコー信号が受ける減衰を表す係数であり、主に被検体の組織性状と周波数ＦＭに依存する。Γ（ｉ）は、画素１１－ｉに存在する散乱体によって超音波信号が反射される場合の反射率である。Ｓｅｌｅｃｔｒｉｃ（Ｌ）は、素子６０１－Ｌの変換効率を意味する。つまり、素子６０１－Ｌが超音波を受信した時に、素子６０１－Ｌが出力する電気信号強度との対応を示すパラメータである。また、Ｓｓｐａｔｉａｌ（ｉ，Ｌ）は、素子６０１－Ｌの空間インパルス応答、つまり素子６０１－Ｌの画素１１－ｉ方向に対する指向性を表す。

探触子アレイ６０１のＴ個の素子を用いて送信した超音波ビームが画素１１－ｉに存在する散乱体によって反射された超音波エコー信号を、探触子アレイ６０１のＴ個の素子を用いて受信する場合を考える。この場合、超音波エコーの受信信号を加算した場合の音圧値Ｐａｒｒａｙ（ｉ）は式（４）のように表現される。

これは、いいかえると式（３）の値を全ての送信素子６０１－Ｍ、受信素子６０１－Ｌについて重畳したものである。これは、一般的に送信開口合成撮像（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＳＴＡ）法と呼ばれる手法において用いられる考え方である。

撮像対象領域に存在している特定の画素位置に散乱体が存在すると仮定した場合を考える。この場合、探触子アレイ６０１のある素子６０１－Ｍ（Ｍ＝１～Ｎ）からの送信された超音波による散乱体からの超音波エコーが素子６０１－Ｌ（Ｌ＝１～Ｎ）で受信され、加算された場合の信号値を計算することができる。この「加算された場合の信号値」のことを以下においては「輝度値」と記載する。

さらに、式（５）によって、探触子アレイ６０１を用いて超音波送信を行った場合における、撮像領域の画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）の集合体の輝度値情報を得ることが可能となる。

式（２）、式（４）においては、素子６０１－Ｌ（Ｌ＝１～Ｎ）、素子６０１－Ｍ（Ｍ＝１～Ｎ）に対してアポダイゼーション係数を乗じてはいないが、アポダイゼーションを考慮した計算モデルにしても良い。

また、式（１）～式（５）の説明は、一般的に超音波撮像のビームフォーミングに用いられる送信開口合成撮像（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＳＴＡ）法の概念を用いたものである。これは、結果として画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）の各々に送信フォーカスと受信フォーカスの合った整相加算法を実現するものである。

しかし、本発明において適用可能なビームフォーミング処理は必ずしもこれに限定されない。別のビームフォーミング手法に対応した計算モデルを用いることも可能である。

例えば、撮像領域のある一定領域にフォーカスされた送信ビームを用いた場合の画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）の各々について輝度値計算をする場合を考える。この場合、送信ビームをフォーカスするための素子６０１－Ｍ（Ｍ＝１～Ｎ）相互の遅延時間を考慮して式（３）のＰ（ｉ，Ｍ）の項を補正し、輝度値を計算すれば良い。

こうすることで、様々な送信ビームフォーカス態様、受信フォーカス態様に対応した輝度値を計算することができる。つまり、様々なビームフォーミング手法に対応した画素１１－ｉ（ｉ＝１～Ｔ）の輝度値計算が可能である。送信ビームフォーカス態様および受信フォーカス態様の少なくとも一方を異ならせることは、超音波の送受信の態様を異ならせることに相当する。なお、送信または受信のビームフォーカス態様を変更する以外の方法で、超音波の送受信の態様を変更してもよい。例えば、平面波としての超音波の送信方向を変更することにより、超音波の送受信の態様を変更させてもよい。

輝度値の計算は、一般に公開されているｋ－ｗａｖｅ法などを用いたシミュレータで実施しても良い。輝度値計算方法は特定の方法に限定されない。

また、α（ｉ，Ｍ）、β（ｉ，Ｌ）、Γ（ｉ）は、被検体の組織性状に影響を受けるパラメータであるため、撮像対象に被検体に応じて最適なパラメータ設定を行い、計算に用いるのが望ましい。

さらに、Ｓｅｌｅｃｔｒｉｃ（Ｌ）は、被検体情報取得装置の探触子に用いる素子の電気的な性能であるため、代表的な素子の特定を全ての素子に適用しても良いし、素子毎に個別の特性を割りあてても良い。

加えて、Ｓｓｐａｔｉａｌ（ｉ，Ｌ）は、一般的に円形、矩形といった素子の形状によって特性が異なるため、用いる素子形状に最適な特性を割り当てることが望ましい。

本発明の被検体情報取得装置専用にこれらのパラメータ調整用のモードを設け、テストファントム等を用いてこれらのパラメータの最適値を設定できるようにしても良い。

図５（ｂ）は、超音波送信ビーム１０－１～１０－５の送信にともない、整相加算法によって画素１２由来の輝度値がどのようになるかを前述した方法により事前に計算し、プロットしたグラフ例である。

図５（ａ）と図５（ｂ）を比較すると、輝度値変動特性が似ていることがわかる。

次に、ターゲット１１の外部に対応する画素１３における輝度値変動特性を図５（ｃ）に示す。さらに、超音波送受信特性の物理モデルに従って、事前に計算した画素１３の輝度値変動の結果の例を図５（ｄ）に示す。画素１３に対応する部分には散乱体は存在しないため、輝度値の変動などは生じないことが予想される。ただし、実際にはターゲット１１が原因のアーチファクト１４－１～１４－５の影響によって輝度値の変動が生じるため、結果的に図５（ｃ）に示すような輝度値変動が観察される。

一方で、図５（ｄ）は、超音波送信ビーム１０－１～１０－５の送信にともない、整相加算法によって画素１３の輝度値がどのように変動するかを事前に計算した結果の例をプロットしたグラフである。

この場合、図５（ｃ）と図５（ｄ）を比較すると、輝度値変動特性が顕著に異なることがわかる。

このように、被検体に超音波送信を複数回行い、ある一定領域の超音波画像を生成する場合において、超音波送信ごとに生成される画像（以下、サブフレームと記載）における、ある一定領域に存在する画素の輝度値には変動が生じる。この実際の輝度値の変動を、以下では「輝度値変動」と記載する。

そして、超音波送受信特性の物理モデルを用いた計算によって、着目する画素に散乱体が存在する場合に、超音波送信にともない、サブフレームにおける輝度値がどのように変動するかを事前に予想することができる。この計算で予測される輝度値の変動を、以下では「感度変動」と記載する。

さらには、輝度値変動と感度変動を比較することで、着目する画素に散乱体が存在するか否かを判定することができる。

そこで、本発明者は、この方法により、超音波画像においてターゲットの領域とターゲット以外の領域とを判定することを着想した。この方法により、ターゲットであるか否かを精度よく判別することができる。

また本発明者は、ターゲット領域であるか否かの判定結果を表す画像を表示させることを着想した。このような画像を表示させることにより、画像中のある位置にターゲットが存在するか否かを容易に判別することができる。

また本発明者は、上記の方法でターゲットの領域を決定し、画像データからターゲットの画像を選択的に抽出することを着想した。すなわち、本発明者は、ある位置にターゲットが存在しない場合に、当該位置の画像値に対応する輝度よりも低い輝度で、当該位置における画像データに基づいた画像を表示することを着想した。あるいは、ある位置にターゲットが存在する場合に、当該位置の画像値に対応する輝度を強調し、画像を表示することを着想した。このような画像生成方法によれば、ターゲットが強調された画像をユーザーに提供することができる。このような画像を表示させることにより、ユーザーはある位置にターゲットが存在するのか否かを容易に判別することができる。

また本発明者は、複数回の超音波送信に対応する複数の画像データの特徴を表す特徴情報に基づいた画像を表示させることを着想した。このような特徴情報を表示することにより、ユーザーはある位置にターゲットが存在するのか否かを容易に判別することができる。

本実施形態では、被検体情報取得装置により超音波画像データを生成する例を説明する。以下、本実施形態の被検体情報取得装置の構成及び情報処理方法について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る処理装置７の構成を示す図である。図１における処理装置７は、送受信部６と処理装置７の接続状態を切り替える接続切替え部７０１、超音波送信制御部７０２、信号受信部７０３、情報処理部７０４、制御用ＣＰＵ７０５から構成される。

超音波送信制御部７０２は、制御用ＣＰＵ７０５の制御に従って超音波を送信する。超音波送信は送受信部６から行われる。加えて、被検体から反射してきた超音波信号を送受信部６が受信し、アナログ電気信号に変換する。

次に、信号受信部７０３は、送受信部６が出力した超音波信号由来のアナログ電気信号を、デジタル信号へと変換する。

そして、信号受信部７０３において生成されたデジタル信号は、情報処理部７０４に転送される。画像データ取得手段としての情報処理部７０４では、信号受信部７０３から転送されたデジタル信号に基づき、画像データ（超音波画像）を生成する。

情報処理部７０４は、超音波の反射波に対して適切な信号処理や画像処理を施すが、詳細は後述する。この構成により、取得した受信信号に対して整相加算処理だけでなく、任意のアルゴリズムを適用して画像再構成を行うことができる。

典型的に、超音波画像を生成する際には整相加算が行われるが、整相加算とは別のアルゴリズムを適用した画像再構成が行われることがある。例えば、他の画像再構成方法としては、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影法などがある。このように、整相加算処理以外にも、任意のアルゴリズムを適用した画像再構成を適用してもよい。

このような構成とすることにより、超音波受信信号に基づき超音波画像を取得することができる。なお、画像データ取得手段としての情報処理部７０４は、外部サーバーに保存された画像データ（超音波画像）を読み出すことにより、画像データを取得してもよい。

制御用ＣＰＵ７０５は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータ、制御信号を供給する。

加えて、超音波送信制御部７０２へは、超音波を送信するための波形データや制御信号を供給する。接続切替え部７０１へは、送受信部６に存在する探触子アレイ６０１の所望の素子群を選択して超音波送受信を行うため、送受信部６と超音波送信制御部７０２、信号受信部７０３の接続状態を設定するパラメータを供給する。

さらに、制御用ＣＰＵ７０５は、信号受信部７０３には信号受信制御に必要となる制御信号やパラメータを供給する。

また、制御用ＣＰＵ７０５は、情報処理部７０４に対して、信号受信部７０３から転送されたデジタル信号を処理するのに必要な制御信号やパラメータを供給する。

情報処理部７０４では、判別結果に応じてデジタル信号に適切な信号処理や画像処理を施し、超音波画像を生成する。

表示装置８は、情報処理部７０４により構成された光音響波画像と超音波画像、またはそれらの重畳画像、そして画像や装置を操作するためのＵＩを表示する。一般的には液晶ディスプレイが使用されるが、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）など、どの方式のディスプレイであってもよい。

図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る信号受信部７０３とその周辺の構成を示す図である。図２（ａ）では、信号受信部７０３が３２ｃｈで構成される場合を示すが、必ずしも３２ｃｈに限定される必要はなく、装置のスペックに応じて信号受信部７０３のｃｈ数は適宜決定され得る。

信号受信部７０３は、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２、データメモリ７１１－１～７１１－３２、マルチプレクサ７１２、そして受信制御回路７１３、ゲイン制御回路７１４から構成される。

送受信部６にて取得され、アナログ電気信号に変換された超音波信号は、接続切替え部７０１を経由し、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２においてデジタル信号へと変換される。その際、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２は、処理装置７の内部で生成される、もしくは処理装置７の外部から供給されるサンプリングクロックを用いて、超音波信号のサンプリングを行う。サンプリングにより、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２はアナログ電気信号をデジタル信号へと変換する。Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２に対しては、取得する超音波信号の周波数帯域に応じて、処理装置７の内部もしくは処理装置７の外部から、適切なサンプリングクロックが供給される。

Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２の性能にも依存するが、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２からは１２ビットから１６ビット程度のビット幅を持つデジタル信号が出力される。Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２から出力されたデジタル信号は、受信制御回路７１３の制御に従い、対応するデータメモリ７１１－１～７１１－３２に取り込まれる。データメモリ７１１－１～７１１－３２は、被検体における最大の測定深度分のデジタル信号を記憶可能な容量以上の容量を持つものとする。

さらに、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２に対しては、ゲイン制御回路７１４から、ＴＧＣ（ＴｉｍｅＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）制御といったゲインの制御が行われる。例えば、超音波エコーが送受信部６に到達する時間に応じてＴＧＣ制御を行うことで均一なコントラストをもつ超音波画像を得ることができる。

受信制御回路７１３は、Ａ／Ｄ変換部７１０－１～７１０－３２の出力するデジタル信号をデータメモリ７１１－１～７１１－３２に書き込む制御を行う。加えて、マルチプレクサ７１２を制御してデータメモリ７１１－１～７１１－３２を任意に選択してデジタル信号を読み出し、情報処理部７０４へ転送する制御も行う。多くの場合、受信制御回路７１３は全てのデータメモリ７１１－１～７１１－３２を１個ずつ順次選択してデジタル信号を読み出し、情報処理部７０４へ転送する。

情報処理部７０４では、超音波画像データの生成が行われる。以下に、整相加算を画像再構成アルゴリズムに適用した場合の画像データ生成の例を示す。

図６は、ターゲットとする検体領域内の画素１１と、探触子アレイ６０１、探触子アレイ６０１の素子６０１－Ｍ、６０１－Ｌとの位置関係の一例を示している。探触子アレイ６０１は、送受信部６に存在するものである。

ある一定の座標系の下、画素１１の座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と受信素子６０１－Ｍの座標（ＸＭ，ＹＭ，ＺＭ）を決定すると、三平方の定理により、画素１１と、素子６０１－Ｌ間の距離Ｅは即座に求まる。

ある一定の座標系の下、画素１１の座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と受信素子６０１－Ｌの座標（ＸＬ，ＹＬ，ＺＬ）を決定すると、三平方の定理により、画素１１と、素子６０１－Ｌ間の距離Ｄは即座に求まる。

画素１１と、アレイ中の受信素子６０１－Ｌ間の距離Ｅと送信素子６０１－Ｍの長さＤの和（Ｄ＋Ｅ）が超音波の伝達距離となる。よって、距離（Ｄ＋Ｅ）を音速で除算することにより、超音波を送信した場合に、画素１１由来の超音波信号がアレイ中の受信素子６０１－Ｌに到達する時間が算出される。

ターゲットとする検体領域内から超音波信号を受信している間、データメモリ７１１－１～７１１－３２は超音波信号由来のデジタル信号を順次時系列で記憶する。しかも、例えば超音波送信開始時間を基準に、ある一定の規則に従ったアドレス順で記憶する。

こうして、アレイ中の受信素子６０１－Ｍから画素１１までの超音波到達時間と、画素１１からアレイ中の受信素子６０１－Ｌまでの超音波到達時間と、データメモリ７１１－１～７１１－３２においてデジタル信号を記憶したアドレスとの関係が明らかとなる。よって、この関係からあるターゲットとする画素由来のデジタルデータが記憶されたデータメモリのアドレスを特定することができる。情報処理部７０４においては、データメモリ７１１－１～７１１－３２から読み出したデジタル信号の中から、画素１１由来の３２ｃｈ分のデジタル信号を抽出する。そして、３２ｃｈ分のデータ各々に対して最適な窓関数重み係数を乗算した後、加算することで、３２ｃｈ分の整相加算が行われる。

さらに、整相加算結果に対してフィルタ処理、包絡線検波、対数圧縮といった信号処理を加えれば、整相加算を適用した場合の超音波画像データが生成される。

以上が、整相加算を画像再構成アルゴリズムに適用した場合の、超音波画像データの生成過程である。

図２（ａ）を用いて説明した受信制御回路７１３は、必ずしもデータメモリ７１１－１～７１１－３２を１個ずつ順次選択して読み出しを行う必要はない。信号受信部７０３から情報処理部７０４へのデータ転送部が許容する限りで、複数のデータメモリ７１１のデータを並列に読み出し、情報処理部７０４へ転送しても良い。もしくは、全てのデータメモリ７１１－１～７１１－３２のデータを並列に読み出し、情報処理部７０４へ転送しても良い。こうすることで、信号受信部７０３から情報処理部７０４へのデータ転送レートを高めることが可能となり、ひいては超音波画像のフレームレートが向上可能となる。

また、データメモリ７１１－１～７１１－３２を順次選択して読み出しを行う場合、選択の順序はあるパターン一定ではなく、状況に応じて変更可能である。

次に、Ａ／Ｄ変換部７１０の構成について述べる。図２（ｃ）は、本発明の実施形態に係るＡ／Ｄ変換部７１０の構成を示す図である。Ａ／Ｄ変換部７１０は、ＡＤコンバータＩＣ７５０にて構成される。ＡＤコンバータＩＣ７５０にはＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が内蔵されているものがあり、微弱な超音波信号を増幅したり、ＴＧＣ制御を行うことが可能である。ＬＮＡの増幅率の設定やＴＧＣ制御は、ゲイン制御回路７１４が行う。また、ＡＤコンバータＩＣ７５０にはアンチエイリアシング・ローパスフィルタ等、さまざまな機能が内蔵されている。機能各種の設定は、受信制御回路７１３やゲイン制御回路７１４が行う。本構成では、Ａ／Ｄ変換部７１０の回路規模が抑えられるため、信号受信部７０３に多数のチャンネルを集約して実装することが可能となる。結果として、処理装置７の装置規模を増大させることなく探触子アレイ６０１の素子数を増やして超音波信号を取得し、分解能の向上した画像を生成できる。

また、図２（ｄ）に示すように、ＡＤコンバータＩＣ７５０の前段にＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）もしくはＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）７５１を配置する構成として良い。ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）もしくはＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）７５１の制御は、ゲイン制御回路７１４が行うようにして良い。

図２（ａ）で説明した信号受信部７０３は図２（ｂ）の信号受信部７３９に代替することが可能である。以下、図２（ｂ）を用いて説明する。

図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る信号受信部７３９とその周辺の構成を示す図である。図２（ｂ）では、信号受信部７３９が３２ｃｈで構成される場合を示すが、必ずしも３２ｃｈに限定される必要はなく、装置のスペックに応じて信号受信部７３９のｃｈ数は適宜決定され得る。

図２（ｂ）における、信号受信部７３９は、Ａ／Ｄ変換部７３０－１～７３０－３２、データメモリ７３１－１～７３１－３２、マルチプレクサ７３４から構成される。加えて、アポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２、加算回路７３３、信号処理回路７３８、データメモリ制御回路７３５－１～７３５－３２、重み付け係数供給回路７３６－１～７３６－３２からも構成される。さらには、ゲイン制御回路７３７からも構成される。

信号受信部７３９においては、データメモリ７３１－１～７３１－３２で取得した超音波信号由来のデジタル信号をマルチプレクサ７３４を介して情報処理部７０４へ転送することが可能である。情報処理部７０４へのデータ転送制御は、データメモリ制御回路７３５－１～７３５－３２が行う。

加えて、アポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２、加算回路７３３、信号処理回路７３８を用いて、整相加算を行うことにより画像データを取得することも可能である。この点が、図２（ａ）に示した信号受信部７０３と異なる点である。

受信信号に基づいて整相加算を行うことにより画像データを取得する方法を説明する。

まず、データメモリ制御回路７３５－１～７３５－３２は、制御用ＣＰＵ７０５から供給された遅延情報に基づき、整相加算に必要なデータメモリアドレスを算出する。そして、算出されたデータメモリアドレスをデータメモリ７３１－１～７３１－３２に供給する。データメモリ制御回路７３５－１～７３５－３２が供給したデータメモリアドレスに従い、被検体内の任意の画素１１に対応するデジタルデータがデータメモリ７３１－１～７３１－３２より読み出される。そして、読み出されたデジタル信号がそれぞれアポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２に出力される。この時には、位相のそろったデジタル信号がアポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２に出力される。

重み付け係数供給回路７３６－１～７３６－３２は、被検体内の任意の画素１１の座標に基づき、窓関数重み係数をアポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２に供給する。そして、アポダイゼーション用の乗算器７３２－１～７３２－３２に供給されたデジタル信号は、チャンネル毎に重み付け係数供給回路７３６－１～７３６－３２が算出した窓関数重み係数を付され、加算回路７３３へ出力される。窓関数はハニング関数やハミング関数が好適であるがこれらに限定されず、台形関数を適用しても良い。

そして、加算回路７３３が上記の処理により位相のそろったデジタル信号を加算してすることで、３２ｃｈ分の整相加算が行われる。

整相加算結果は、信号処理回路７３８へ出力される。信号処理回路７３８では、整相加算結果に対してフィルタ処理、包絡線検波、対数圧縮といった信号処理を加えて、情報処理部７０４へ転送する。

上記の処理を、被検体内の観察領域の全てのターゲットとする画素に対して行う。結果として、被検体内の２次元、もしくは３次元の観察領域全ての超音波信号由来の整相加算処理データを情報処理部７０４へ転送できる。情報処理部７０４では、整相加算処理データに対して画像処理を行い、超音波画像データを生成する。生成された超音波画像データは、表示装置８に送られ、画像表示される。この時点で、ユーザーが被検体内の２次元、もしくは３次元の超音波画像を観察可能となる。

このように、図２（ｃ）に示した信号受信部７３９では、送受信部６が出力した超音波信号に対して、整相加算処理を行ってから、情報処理部７０４へ転送することが可能である。加えて、送受信部６が出力した超音波信号に対して、整相加算以外の信号処理アルゴリズムにより画像データを生成することも可能である。その場合は、データメモリ７３１－１～７３１－３２に保存されたデジタル信号をマルチプレクサ７３４を介して情報処理部７０４へ転送すれば良い。

このような構成を適用することによって、超音波送受信を同一の処理装置７で処理することが可能となる。加えて、アルゴリズムが整相加算の場合、信号受信部７３９で整相加算処理を行えるため、情報処理部７０４において整相加算処理を行う必要がなくなる。よって、情報処理部７０４における信号処理の負荷を削減できる。結果として、超音波画像の生成にかかる時間を短縮できる。特に、図２（ｂ）では３２ｃｈ分として説明したが、このチャンネル数が多くなるほど、その効果が顕著となる。

Ａ／Ｄ変換部７３０の構成は、図２（ｃ）（ｄ）にて示される。また、ＡＤコンバータＩＣ７５０、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）もしくはＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）７５１の制御は、ゲイン制御回路７１４が行う。制御内容は、図２（ａ）に示した信号受信部７０３における場合と同様である。

図３は、本発明の実施形態に係る処理装置７の構成を示す図である。図３における情報処理部７０４は、ユーザ（主に医療従事者などの検査者）が装置に対して測定開始などの指示や測定に必要なパラメータを入力するための操作部７２３から構成される。加えて、取得した超音波信号からそれぞれ超音波画像を構成するＧＰＵ７２１から構成される。さらに、操作部７２３を介したユーザの各種操作を受け付けて測定動作に必要な制御情報を生成し、システムバス７２５を介して各機能を制御するＣＰＵ７２４を備える。そして、信号受信部７０３、７３９から転送されたデジタル信号や測定動作に関する設定情報を記憶する記憶部７２２を備える。

信号受信部７０３、７３９から転送された超音波信号由来のデジタル信号は、まず情報処理部７０４の記憶部７２２に記憶される。

ＣＰＵ７２４は、信号受信部７０３、７３９により生成され、記憶部７２２に転送された超音波のデジタル信号に対して処理を行う。例えば、探触子アレイ６０１の感度ばらつき補正や、物理的または電気的に欠損した素子の補完処理、ノイズ低減のためのフィルタ処理などを行う。そして、ＣＰＵ７２４は処理後のデジタル信号を記憶部７２２に書き込む。ＣＰＵ７２４によって処理を施され、記憶部７２２に書き込まれたデジタル信号は、ＧＰＵ７２１による超音波画像の生成に供されることとなる。

また、ＣＰＵ７２４は、操作部７２３を介したユーザからの撮像の開始指示や中断などの各種要求を受け付けて被検体情報の取得動作を管理するとともに、システムバス７２５を介して各機能を制御する。またＣＰＵ７２４は、被検体情報取得のためのパラメータに基づいて関連する制御情報の生成を行う。例えば、超音波ビームの複数のフォーカス設定などの超音波送受信制御動作に関する制御情報を制御用ＣＰＵ７０５に出力する。ＣＰＵ７２４はまた、超音波信号のＴＧＣ制御に関する情報を制御用ＣＰＵ７０５に出力する。

この他、ＣＰＵ７２４は、装置個体を識別する識別情報や個体固有に設定される情報の管理、個々のハードウェアの状態の監視を行い装置状態の管理を行う。

ＧＰＵ７２１は、記憶部７２２に書き込まれた超音波データに基づいて、被検体内の組織情報を画像化して超音波画像を構成する。また構成した画像に対して、輝度の調整や歪補正、注目領域の切り出しなどの各種補正処理を適用して、より診断に好ましい情報を構成する。またユーザによる操作部７２３の操作に従って、超音波画像に関するパラメータや表示画像の調整などを行う。

また、ＣＰＵ７２４の代りに、もしくはＣＰＵ７２４と協働して、記憶部７２２に転送された超音波のデジタル信号に対してノイズ低減等の処理を行っても良い。

超音波画像は、アレイ状に配置された複数の素子６０１－Ｌがそれぞれ検出して生成された２次元もしくは３次元の超音波のデジタル信号に対して画像再構成処理を行うことで得られる。その結果、音響インピーダンスなどの特性分布などの被検体情報を可視化することができる。画像再構成処理としては、例えば、トモグラフィー技術で通常に用いられるタイムドメインあるいはフーリエドメインでの逆投影、または整相加算処理などが用いられる。なお、時間制約が厳しくない場合には繰り返し処理による逆問題解析法などの画像再構成手法を用いることもでき、音響レンズなどで受信フォーカス機能を備えた探触子を用い、画像再構成を行わずに被検体情報を可視化することもできる。

ＧＰＵ７２１は、一般的に高性能な演算処理機能、グラフィック表示機能を有するＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを使用して構成される。これにより画像再構成処理や表示画像の構成に掛かる時間を短縮することができる。

操作部７２３は、ユーザーが、超音波受信における受信ゲイン設定などの被検体情報の取得動作に関するパラメータの指定を行うための入力装置である。また、超音波画像の輝度調整手段などを備え、その他画像処理操作を行うための機能を備える。一般的に、マウスやキーボード、タッチパネルなどで構成される。

以上、本発明の第一の実施形態で説明した処理装置７を適用することによって、超音波送受信を処理装置７で処理することが可能となる。そのため、装置全体を小型かつ安価にすることが可能となる。特に、図２（ａ）、図２（ｂ）では３２ｃｈ分として説明したが、このチャンネル数が多くなるほど、その効果が顕著となる。

表示装置８は、被検体情報取得装置とは別に提供されていてもよい。情報処理部７０４は、超音波画像データを有線または無線で表示装置８へ送信することができる。

操作部７２３としては、ユーザーが操作可能な、マウスやキーボードなどで構成される操作コンソールを採用することができる。また、表示装置８をタッチパネルで構成し、表示装置８を操作部７２３として利用してもよい。

表示装置８は、観察したい位置や深さの情報などを入力できるように構成されていてもよい。入力方法としては、数値を入力してもよいし、スライダーバーを操作することにより入力ができてもよい。また、入力された情報に応じて表示装置８に表示される画像が更新されていってもよい。これにより、ユーザーは自身の操作によって決定されたパラメータにより生成された画像を確認しながら、適切なパラメータに設定できる。

また、ユーザーが被検体情報取得装置の遠隔に設けられた操作部７２３を操作し、操作部７２３を用いて入力された情報を、ネットワークを介して被検体情報取得装置に送信してもよい。

なお、被検体情報取得装置の各構成はそれぞれ別の装置として構成されてもよいし、一体となった１つの装置として構成されてもよい。また、被検体情報取得装置の少なくとも一部の構成が一体となった１つの装置として構成されてもよい。

また、被検体情報取得装置の各構成間で送受信される情報は、有線または無線でやりとりがなされる。

本明細書においては、画像化の対象とする散乱体のことを、ターゲットと呼ぶ。また、画像化の対象としない、すなわち観察の対象としない被検体領域についてはターゲットとは呼ばない。

次に、本実施形態に係る情報処理を含む画像表示方法を、図７を参照して説明する。なお、各工程は、処理装置７が被検体情報取得装置の構成の動作を制御することにより実行される。

（Ｓ１００：制御パラメータを設定する工程）
ユーザーが、被検体情報の取得のために必要な送受信部６の超音波送信条件（送信ビーム形状、送信電圧、送信波形、繰り返し周波数、送信、受信に使用する素子など）の制御パラメータを、操作部７２３を用いて指定する。情報処理部７０４は、ユーザーの指示に基づいて決定された制御パラメータを設定する。

（Ｓ２００：プローブを所望の位置に設置させる工程）
ハンドヘルド型の場合、ユーザーが送受信部６を把持して所望の位置に設置する。もしくは、図示しない駆動部が、やはり図示しない機構によって把持された送受信部６を所定の位置まで移動させても良い。

（Ｓ３００：超音波を送信する工程）
送受信部６は、Ｓ１００で指定された制御パラメータに基づいて、被検体に超音波を送信する。

（Ｓ４００：超音波を受信する工程）
送受信部６から送信された超音波は、被検体内部で反射し、超音波エコー信号として送受信部６で受信される。

情報処理部７０４は、Ｓ１００で指定された制御パラメータに基づいて、信号収集の動作を開始する。すなわち、情報処理部７０４は、送受信部６から出力された、超音波エコー信号に由来するアナログ電気信号を、増幅・ＡＤ変換することにより、増幅されたデジタル電気信号を生成する。情報処理部７０４は、デジタル電気信号を記憶部７２２に保存する。ステップＳ１００で１フレームあたり複数のサブアレイを用いたでの撮像を指定した場合には、指定したサブアレイにおいて、Ｓ２００－Ｓ４００のステップを繰り返し実行し、超音波の送受信と超音波エコー信号に由来するデジタル信号の生成を繰り返す。

（Ｓ５００：超音波画像データを生成する工程）
画像データ取得手段としての情報処理部７０４のＧＰＵ７２１もしくはＣＰＵ７２４は、記憶部７２２に記憶されたデジタル電気信号データに基づいて、超音波画像データを生成し、記憶部７２２に保存する。なお、画像データ取得手段としての情報処理部７０４は、外部サーバーに保存された画像データ（超音波画像）を読み出すことにより、画像データを取得してもよい。さらには、本実施形態に係るターゲットの判別も本工程で実施されるが、詳細は後述する。

（Ｓ６００：超音波画像データに基づいた画像を生成・表示する工程）
表示制御手段としての情報処理部７０４は、Ｓ５００で得られた超音波画像データに基づいて画像を生成し、表示装置８に表示させる。画像データの画像値は、そのまま表示画像の輝度値としてもよい。また、画像データの画像値に所定の処理を加えて、表示画像の輝度を決定してもよい。

また、生成された超音波画像の視認性を向上させるため、情報処理部７０４においてどのような画像処理を超音波画像に施し、その後に表示装置８に超音波画像を表示するようにしても良い。

次に、本実施形態に係る特徴的な画像生成方法を、図８に示す画像生成方法のフローチャートを用いて説明する。

（Ｓ５１０：１フレーム分のＢモード画像データ合成を行う工程）
画像データ取得手段としての情報処理部７０４が、Ｓ３００、Ｓ４００で得られたサブフレームごとのデジタル電気信号データから生成されたサブフレームの超音波画像データ（以下、サブフレーム画像と記載）を合成し、１フレーム分のＢモード画像を生成する。合成の方法としては、単純な加算でも良いし、各々のサブフレーム画像の画素ごとに独立した係数を乗じて加算しても良い。また、加算後に各々のサブフレーム画像の画素ごとに独立した係数で除算してＢモード画像の画質を最適化しても良い。

また、画素ごとに独立した加算、減算、乗算、除算等の処理を行い、Ｂモード画像の画質を最適化しても良い。いずれにせよ、Ｂモード画像の画質を最適化する手法は特定のものに限定されない。

（Ｓ５２０：判定ボクセルを選択する工程）
情報処理部７０４は、１フレームを構成する超音波画像のうち、どの画素１１を対象としてターゲット判定をするかを決定する。

（Ｓ５３０：１フレーム分のサブフレーム画像から選択画素の輝度値変動パターンを抽出する工程）
情報処理部７０４は、１フレームを構成するために生成されたサブフレーム画像から、選択された画素１１に対応する輝度値変動パターンのデータを抽出する。画素１１に対応する輝度変動パターンのデータが、注目位置における複数の画像データの画像値列に相当する。

（Ｓ５４０：物理モデルから計算した選択画素の輝度値変動パターンとの比較を行う工程）
テンプレートデータ取得手段としての情報処理部７０４は、１フレームを構成するために生成されたサブフレーム画像ごとに、選択された画素に対応する感度変動パターンのデータを超音波送受信の物理モデルから計算する。もしくは、テンプレートデータ取得手段としての情報処理部７０４は、事前に計算された感度変動パターンを示すデータを取得する。超音波送受信の物理モデルから計算された感度変動パターンを、以下「感度変動テンプレート」と記載する。選択された画素に対応する感度変動パターンを示すデータが、注目位置における複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列に相当する。すなわち、選択された画素に対応する感度変動パターンを示すデータは、被検体情報取得装置の空間感度分布を反映したテンプレートデータである。また、選択された画素に対応する感度変動パターンを示すデータは、注目位置に超音波散乱体が存在するときに生成されうる画像データの画像値の推定値を表す。なお、画像値列に含まれる画像値と、テンプレートデータ列に含まれるテンプレートデータとは、共通の超音波の送受信に対応づけられている。

情報処理部７０４は、複数回の超音波の送受信のそれぞれにおける送受信部６と注目位置との相対位置情報に基づいて、所定のテンプレートデータに座標を割り当てることにより、複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得してもよい。例えば、情報処理部７０４は、被検体情報取得装置の空間感度分布を、超音波の送受信時の送受信部６の位置に連動させて座標を定義することにより、複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを生成することができる。

また、情報処理部７０４は、複数回の超音波の送受信について、送受信部６と注目位置との相対位置情報を取得してもよい。続いて、情報処理部７０４は、相対位置情報に対応するテンプレートデータを記憶部から読み出すことにより、複数回の超音波の送受信に対応するテンプレートデータを取得してもよい。この場合、記憶部には、複数の相対位置情報に対応する複数のテンプレートデータが格納されていてもよい。なお、記憶部に、取得した相対位置情報に対応するテンプレートデータが格納されていない場合、取得した相対位置情報の近傍の相対位置情報に対応するテンプレートデータを用いて補間により、新たなテンプレートデータを生成してもよい。

そして、類似度情報取得手段としての情報処理部７０４は、Ｓ５３０の工程で求めた実際の輝度値変動パターンと、感度変動パターンとの類似度を算出し、この類似度に基づいて選択した画素にターゲットが存在するか否かの判定を行う。ここでは、ターゲットが存在するか否かの判定における類似度の算出方法として、Ｓ５３０で抽出した輝度値変動パターンのデータと、Ｓ５４０で取得した感度変動テンプレートの相関演算を用いる例を示す。なお、相関演算以外にも類似度を示す情報であれば、いかなる指標を採用してもよい。

類似度情報取得手段としての情報処理部７０４は感度変動テンプレートデータと複数のサブフレーム画像から抽出された輝度値変動パターンとを用いて相関演算処理を行う。ここで、情報処理部７０４は、これらのデータを用いて式（６）に示す相関値計算を行う。なお、式（６）は、サブフレームの数が３の場合の例を示す。

Ｒｖｏｘ１は、画素１１に対応する相関値である。ｉは、サブフレームに付与された番号であり、１フレームのうちで送信されたビームの順序に対応する。Ｐ_ｉは、ｉ番目の超音波送信に対応する、画素１１の輝度値である。α_ｉは、ｉ番目の超音波送信に対応する、画素１１の感度変動テンプレートデータである。

すなわち、類似度情報取得手段としての情報処理部７０４は、画素１１の輝度値、及び、画素１１と感度変動テンプレートデータを用いて、画素１１に対応する相関を示す情報を算出する。このとき情報処理部７０４は、複数回の超音波送信に対応する複数の感度変動テンプレートデータと、複数回の超音波送信に対応する輝度値変動データとを用いて、画素１１に対応する相関値を算出する。

なお、式（６）を一般化し、Ｎ個のサブフレームから３次元空間の相関値データを算出する場合は式（７）に示す計算を行う。

Ｒ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はボリュームデータの注目位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応するテンプレート演算の結果（ここでは相関値）である。Ｐ（Ｘ，Ｙ、Ｚ，ｉ）は超音波画像データの注目位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応するｉ番目の超音波送信に対応するサブフレーム画像データの輝度値である。α（Ｘ，Ｙ，Ｙ）は、超音波画像データの注目位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応するｉ番目の光照射に対応する感度変動テンプレートデータの値である。Ｒ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は－１から１までの値をとる。サブフレームデータの座標と、感度変動テンプレートデータの座標とが一致しない場合、一方のデータの座標をもう一方の座標に変換してもよいし、両方のデータの座標を新たな座標に置き換えてもよい。その際に、ある座標における値を別の座標における値として置き換えてもよいし、別の座標における値を補間により算出してもよい。これはつまり、超音波画像データの特定の位置に注目したときに、その特定の位置に対応するサブフレーム画像の輝度値列と、その特定の位置に対応した感度変動テンプレートデータ列との相関値を算出していることになる。すなわち、類似度情報取得手段としての情報処理部７０４は、注目位置における複数の画像データの輝度値変動データのデータ列と、注目位置における複数の感度変動テンプレートデータのデータ列との相関を示す情報を取得することができる。

撮像領域全体にわたってターゲット判定処理を行うことで、撮像領域全体に対応したターゲット判定結果（ここでは相関値）を得ることができる。なお、撮像領域の一部の領域もしくは撮像領域以外の領域をテンプレート演算の対象としてもよい。

図５（ａ）～（ｄ）は、ｉ番目の超音波送信に対応する輝度値変動パターン、及び感度変動テンプレートデータの対応関係を示すグラフである。

例えば、ターゲットが存在する画素においては、輝度値変動パターンが図５（ａ）、感度変動テンプレートが図５（ｂ）のようになり、双方を照合した結果としての相関値は高くなり、ターゲットが存在していると判定される。一方、ターゲットが存在しない画素においては、例えば輝度値変動パターンが図５（ｃ）、感度変動テンプレートが図５（ｄ）のようになり、双方を照合した結果としての相関値は低くなり、ターゲットが不存在と判定される。

このように、感度変動テンプレートデータを用いて演算を行うことで、それぞれの画素における吸収体の有無に関連した情報を得ることが可能となる。すなわち、相関を示す情報は、ターゲットが存在する可能性を示す情報に相当する。

（Ｓ５５０：指定された画素が全て選択完了したか確認する工程）
情報処理部７０４は、ターゲット判定すると指定された画素の全てが選択され、ターゲット判定を完了するまで、Ｓ５２０、Ｓ５３０、Ｓ５４０の工程を繰り替える。

（Ｓ５６０：１フレーム分の判定画像データを生成する工程）
情報処理部７０４は、選択された全ての画素に対するターゲット判定結果を合成した判定画像データを生成する。

続いて、表示制御手段としての情報処理部７０４は、Ｓ５６０で取得された判定情報を用いて、ターゲットが存在する位置であるか否かを識別することのできる画像を生成し、表示装置８に表示させてもよい。

情報処理部７０４は、画像データに対して判定情報に基づいた画像処理を行うことにより、ターゲットが存在する位置であるか否かを識別することのできる画像を生成し、表示装置８に表示させてもよい。情報処理部７０４は、類似度が所定の条件を満たす位置に対応する画像データを選択的に表示手段に表示させてもよい。

例えば、情報処理部７０４は、判定情報に基づいて、ターゲットが存在する位置に対応する画素の画像値に対応する輝度値に１以上の係数を乗じて増幅処理してもよい。また、情報処理部７０４は、判定情報に基づいて、ターゲットが存在しない位置に対応する画素の画像値に対応する輝度値に１未満の係数を乗じて減衰処理してもよい。減衰処理としては、該当する画素の画像値に対応する輝度値に０を乗じて、実質的にターゲット領域以外の部分を非表示としてもよい。

また、情報処理部７０４は、ターゲットが存在する位置とターゲットが存在しない位置とを、互いに異なる色で色分けして表示してもよい。この際に、ターゲットが存在する位置の画像を視認性が比較的高い色で表示させ、ターゲットが存在しない位置の画像を視認性が比較的低い色で表示させてもよい。

また、情報処理部７０４は、輝度値の増幅・減衰処理と、色分けの処理とを組み合わせてもよい。

なお、情報処理部７０４は、ターゲット領域、ターゲット領域以外の部分、及びターゲット領域とターゲット領域以外の部分との境界付近の領域の３つの領域に区分し、それぞれの領域を識別できるように画像を表示させてもよい。ここで、境界付近の領域は、ターゲット領域またはターゲット領域以外の部分の一部である。

例えば、情報処理部７０４は、ターゲット領域及びターゲット以外の領域のうち、境界付近の領域の画像値に対応する輝度値に１未満の係数を乗じるような減衰処理を行ってもよい。情報処理部７０４は、ターゲット領域（境界付近の領域を除く）の画像値に対応する輝度値に１以上の係数を乗じるような増幅処理を行い、ターゲット領域以外の部分（境界付近の領域を除く）の画像値に対応する輝度値に０を乗じて非表示としてもよい。このような処理を行うことにより、ターゲット領域とそれ以外の領域との画像をなめらかにつなぐことができる。また、３つの領域を互いに異なる色で色分けして表示させてもよい。

また、上記例では、１フレームの画像データに基づいた画像表示について説明したが、複数の画像データに対して上記画像処理を行ってもよい。例えば、複数フレームの画像データを、１つ以上の画像データを含むいくつかのグループに分類し、それぞれのグループに対して個別に合成処理を行った結果生成される部分合成画像データに対して画像処理を行ってもよい。

さらには、情報処理部７０４が、上記画像処理を適用した画像と、上記画像処理を適用していない画像とを並列表示、重畳表示、または交互表示させてもよい。例えば、情報処理部７０４が、Ｓ６００で上記画像処理を適用していない画像を表示装置８に表示させているときに、ユーザーによる表示切替を表す指示を受け付けることにより、並列表示や重畳表示に切り替えてもよい。また、情報処理部７０４が、Ｓ６００で上記画像処理を適用していない画像を表示装置８に表示させているときに、操作部７２３を用いたユーザーによる表示切替を表す指示を受け付けることにより、上記画像処理が適用された画像に切り替えてもよい。

また、情報処理部７０４は、画像データに基づいた画像と併せて、ユーザーが操作部７２３を用いて指定した位置に対応する特徴情報を示す画像を表示装置８に表示させてもよい。このとき、表示装置８に表示された画像データに基づいた画像に対する指示に基づいて、特徴情報を示す画像が表示される位置が指定されてもよい。

また、情報処理部７０４は、複数の画素のそれぞれに対応する特徴情報を画像化した特徴情報画像を表示させてもよい。なお、情報処理部７０４は、互いに異なる複数種類の特徴情報画像を合成した画像を表示させることや、複数種類の特徴情報画像を並列、重畳、または交互に表示させてもよい。さらに、情報処理部７０４は、特徴情報画像のターゲット領域及びターゲット以外の領域のうち、一定の閾値未満の特徴情報値に１未満の係数を乗じるような減衰処理を行ってもよい。そして、情報処理部７０４は、ターゲット領域（境界付近の領域を除く）の画像値に対応する一定の閾値以上の特徴情報値に１以上の係数を乗じるような増幅処理を行い、ターゲット領域以外の部分の画像値に対応する輝度値に０を乗じて非表示としてもよい。このような処理を行うことにより、ターゲット領域とそれ以外の領域との画像をなめらかにつなぐことができる。また、３つの領域を互いに異なる色で色分けして表示させてもよい。

ターゲットとターゲット以外の領域の判定に用いられる閾値は、ユーザーもしくは本発明の被検体情報取得装置が任意に設定できるようにして良い。ユーザーが操作部７２３からスライダーバーやダイヤルなどによって閾値を設定できるようにして良い。

なお、情報処理部７０４は、図５（ａ）（ｃ）に示すような輝度値の変動を表す情報（例えばグラフ）そのものを表示させてもよい。

本発明の第一の実施形態によれば、ターゲット領域とターゲット領域以外の部分とを判別しやすい画像を提供することができる。ユーザーは、本実施形態のように表示された画像を確認することにより、画像中のある位置にターゲット（観察対象）が存在するか否かを容易に判別することができる。

［第二の実施形態］
本発明の第一の実施形態においては、ターゲット判定を行う画素における、電子スキャンにともなう輝度変化パターンをサブフレーム方向に計算し、テンプレートとして用いた。

本発明の第二の実施形態においては、サブフレーム画像に対応するテンプレートを個別に生成し、ターゲット判定を行う点が本発明の第一の実施形態と異なる。

図９（ａ）を用いて詳細な説明を行う。図９（ａ）は、第一の実施形態で説明に用いた図４のビーム１～５で生成されるサブフレームに対応したサブフレームテンプレート２０－１～２０－５を示す。

サブフレームテンプレート２０－１～２０－５においては、斜線で示した送信ビームが分布する送信ビーム領域２１－１～２１－５には感度情報が存在するが、それ以外の領域は感度情報がほぼ存在しない状況となる。

本発明の第二の実施形態においては、このようなサブフレームテンプレートを１フレームを構成するサブフレームのすべてのパターンに対して用意し、ターゲット判定を行う。

サブフレームテンプレート２０－１～２０－５における画素１２に対応する感度情報をＹ軸に、ビーム番号１～５をＸ軸にプロットすると、図５（ｂ）と同じ感度変動テンプレート情報を得ることができる。

また、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５における画素１３に対応する感度情報をＹ軸に、ビーム番号１～５をＸ軸にプロットすると、図５（ｄ）と同じ感度変動テンプレート情報を得ることができる。

サブフレームテンプレートのうち、送信ビーム領域２１については、サブフレーム間で感度情報が同一かほぼ同一と見なして差し支えない場合、同一の送信ビーム領域２１の感度情報を使用して良い。このようにすることで、全てのサブフレームに対して個別に送信ビーム領域２１に対応する感度情報を計算し、保存しておくことによる冗長性を回避することが可能となる。結果として、計算負荷の低減、必要となるメモリ容量の低減が実現される。

ここからは、図９（ａ）（ｂ）を用いて、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５を用いた相関演算の例について説明を行う。図９（ｂ）には、探触子アレイ６０１に対して図４と同じ位置にターゲット１１が存在する場合に、サブアレイごとに生成されたサブアレイＢモード画像２２－１～２２－５が示されている。サブアレイＢモード画像２２－１～２２－５は、送信ビームが分布する送信ビーム領域２１－１～２１－５に対応した画像を含む。

本発明の第二の実施形態における相関演算においては、４種類の演算を行う。１つ目は、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５と、サブフレームテンプレート２３－１～２３－５を用いて、同一座標の画素値を乗算する演算である（演算結果（１））。２つ目は、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５の画素値を２乗する演算である（演算結果（２））。３つ目は、サブフレームテンプレート２３－１～２３－５の画素値を２乗する演算である（演算結果（３））。４つ目は、同一座標の画素で、演算結果（１）／演算結果（２）／演算結果（３）の演算をすることである。この４種類の計算を行うことで、１フレームを構成する画素群の相関値を求めることができる。

演算結果（２）を求めるための、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５の画素値を２乗する演算については、あらかじめ２乗演算済みの２乗サブフレームテンプレート（不図示）を用意しておいても良い。こうすることで、２乗演算を行う計算負荷を低減できる。

一方で、サブフレームテンプレート２０－１～２０－５から、第一の実施形態で説明した感度変動テンプレートを抽出することも可能である。

例えば、図９（ａ）に示したサブフレームテンプレート２０－１～２０－５から、画素１２の値を取得し、Ｘ軸にビーム番号を、Ｙ軸に画素１２の値をプロットすると、図５（ｂ）に示すグラフとなる。つまり、画素１２の感度変動テンプレートを抽出したこととなる。

さらに、図９（ａ）に示したサブフレームテンプレート２０－１～２０－５から、画素１３の値を取得し、Ｘ軸にビーム番号を、Ｙ軸に画素１３の値をプロットすると、図５（ｄ）に示すグラフとなる。つまり、画素１３の感度変動テンプレートを抽出したこととなる。

このように、本発明の被検体情報取得装置に予めサブフレームテンプレート群を記憶しておけば、第一の実施形態で説明した感度変動テンプレートを用いた相関演算を実施することも可能となる。予めサブフレームテンプレート群を記憶しておくことの利点は、ターゲット判定時に感度変動テンプレートを演算する計算負荷を低減できることである。

本発明の第二の実施形態によれば、ターゲット領域とターゲット領域以外の部分とを判別しやすい画像を提供することができる。ユーザーは、本実施形態のように表示された画像を確認することにより、画像中のある位置にターゲット（観察対象）が存在するか否かを容易に判別することができる。また、計算負荷を低減し、ターゲット判別を実現することができる。

［第三の実施形態］
本発明の第三の実施形態においては、感度変動テンプレートを学習した人工知能アルゴリズム（機械学習アルゴリズムや深層学習アルゴリズム）によって、画素のターゲット判定を行う点が、本発明の第一の実施形態、第二の実施形態と異なる。

本発明の第一、第二の実施形態において、ターゲット判定を行う画素に対応する感度変動テンプレートを抽出することを記載した。

本発明の第三の実施形態においては、１フレームの超音波画像の輝度値変動テンプレートに異なる１つ以上のノイズパターンを重畳して生成した１つ以上の学習用感度変動テンプレートデータを用意する、といった学習データ生成法が採用されて良い。１つ以上の学習用感度変動テンプレートデータと、ノイズパターンの重畳しない感度変動テンプレートデータとの照合により、人工知能アルゴリズムの学習を行うことができる。結果として生成された学習済みの人工知能アルゴリズムに実際のサブフレーム方向の輝度値変動パターンを入力し、ターゲット判定を行う。

使用するアルゴリズムとしては、ニューラルネットワークを用いて構成されるアルゴリズムを用いて良く、またターゲット判定に適切である限り、使用するアルゴリズムは特定のアルゴリズムに限定されない。

本発明の第三の実施形態によれば、ターゲット領域とターゲット領域以外の部分とを判別しやすい画像を提供することができる。ユーザーは、本実施形態のように表示された画像を確認することにより、画像中のある位置にターゲット（観察対象）が存在するか否かを容易に判別することができる。

（その他の実施例）
本発明の実施形態において説明したサブフレームテンプレートは、送信ビームのビームプロファイル、送信ビームのステアリングの種類に応じて、それぞれに異なるものとなる。そこで、送信ビームに応じたサブフレームテンプレートを用意してターゲット判定に用いてもよい。

例えば、フォーカスされた送信ビームにおいて、フォーカス深さや送信ビームの素子毎の音圧やアポダイゼーションの状況、ビームを送信する方向等の条件によって、サブフレームテンプレートの内容は異なり得る。また、平面波送信を行う場合、平面波の送信方向を異ならせる場合にもサブフレームテンプレートの内容は異なり得る。サブフレームテンプレート送信に用いる送信ビームの形状、特性は特定のものに限定されず、いかなる送信ビームの形状、特性に対してもサブフレームテンプレートの生成、ターゲット判定は可能である。

さらには、超音波受信を行う場合に、受信に用いる探触子の開口をどのように設定するかによってもサブフレームテンプレートの内容は異なり得る。また、受信に用いるＴＧＣ制御のパターンをどのように設定するかによってもサブフレームテンプレートの内容は異なり得る。

また、本発明の実施形態においては、サブフレームテンプレートデータの生成を画素サイズとおなじ散乱体サイズにて生成することについて記載した。しかし、サブフレームテンプレートデータの生成に用いる散乱体サイズを画素サイズより小さくして生成しても良い。このようにすることで、画素サイズより小さい散乱体のターゲット判定を行うことができる。

本発明の被検体情報取得装置の持つ分解能よりも小さい散乱体サイズでサブフレームテンプレートを生成してターゲット判定を行った結果から、ターゲットと判定された部分を抽出した画像データを生成し、Ｂモード画像と重畳表示、交互表示しても良い。また、ターゲットと判定された部分を抽出した画像データを色付けして表示しても良い。また、複数の散乱体サイズを用いて生成したサブフレームテンプレートデータを用いて個別にターゲット判定を行い、色分けしてＢモード画像と重畳表示しても良い。もしくはＢモード画像と複数の散乱体サイズに対応するターゲット判定結果画像を交互に、もしくは連続的に表示するようにしても良い。

サブフレームテンプレートは、送信音圧の分布だけ、送信指向性の分布、受信指向性の分布、送受信の特性を組み合わせた分布のいずれを用いても良い。

本発明の実施形態においては、超音波送信を行う場合に、探触子アレイ６０１の一部の素子を選択してサブアレイとする例を示した。しかし、探触子アレイ６０１の全ての素子を用いて超音波送信を行い、撮像領域全ての超音波画像を生成する場合でも、本発明の実施形態は適用可能である。この場合、超音波送信の態様を変更して得られる複数の超音波画像群をサブフレーム画像群として、本発明の実施形態で記載したターゲット判定を行うことも可能である。

本発明の実施形態においては、ターゲット判定を行う場合に、輝度値変動パターンと感度変動テンプレートの相関処理を用いた説明を行った。しかし、演算の態様は必ずしもこれに限定されない。輝度値変動パターンと感度変動テンプレートのそれぞれに同一もしくは異なる統計演算処理を行い、算出結果の近接度合からターゲット判定を行っても良い。ここで参照する「統計演算処理」は、適切にターゲット判定を行うことができる限り、特定の演算に限定されない。例としては、平均値、偏差値、標準偏差値、分散値、共分散値、尖度、エントロピー、内積値、期待値、最大値、最小値、累積加算値、加算回数値、乗算値、減算値、除算値、加減乗除のいかなる組み合わせで得られる値、度数値などである。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

７０４ 情報処理部

Claims (16)

1. 超音波の送信のビームフォーカス態様もしくは超音波の受信のビームフォーカス態様、または超音波の送信方向を異ならせて、被検体への前記超音波の送受信を複数回行うことにより生成される複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得するテンプレートデータ取得手段と、
   注目位置における前記複数の画像データの画像値列と、前記注目位置における前記複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列との類似度を示す情報を取得する類似度情報取得手段と、
   を有し、
   前記複数のテンプレートデータのそれぞれは、前記複数回の超音波の送受信を実行する被検体情報取得装置の空間感度分布を反映したテンプレートデータであることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記複数のテンプレートデータのそれぞれは、前記複数回の前記超音波の送受信のそれぞれにおいて、前記注目位置に超音波散乱体が存在するときに生成されうる画像データの画像値の推定値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記テンプレートデータ取得手段は、前記複数回の超音波の送受信について、超音波エコー信号を受信する受信手段と前記注目位置との相対位置情報に基づいて、所定のテンプレートデータに座標を割り当てることにより、前記複数のテンプレートデータを取得する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記テンプレートデータ取得手段は、
   前記複数回の前記超音波の送受信について、超音波エコー信号を受信する受信手段と前記注目位置との相対位置情報を取得し、前記相対位置情報に対応するテンプレートデータを記憶手段から読み出すことにより、前記複数のテンプレートデータを取得する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
5. 前記画像値列に含まれる画像値と、前記テンプレートデータ列に含まれるテンプレートデータとは、共通の前記超音波の送受信に対応づけられている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
6. 前記類似度情報取得手段は、
   前記注目位置の座標を（Ｘ，Ｙ、Ｚ）、前記超音波の送受信の番号をｉ（ｉ＝１～Ｎ）、相関を示す情報をＲ、前記画像値をＰ、前記テンプレートデータをαとしたときに、次に示す式（１）にしたがって、前記類似度を示す情報として相関を算出する
   

   

   
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
7. 前記類似度を示す情報に基づいた画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
8. 前記画像データ取得手段は、
   前記複数の画像データを合成することにより合成画像データを生成し、
   前記類似度を示す情報を用いて、前記合成画像データを重みづけすることにより、重みづけされた合成画像データを生成する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
9. 前記重みづけされた合成画像データに基づいた画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
10. 表示制御手段を有し、
    前記画像データ取得手段は、前記複数の画像データを合成することにより合成画像データを生成し、
    前記表示制御手段は、前記類似度が所定の条件を満たす位置に対応する合成画像データを選択的に表示手段に表示させる
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
11. 前記複数の画像データのそれぞれは、前記複数回の超音波の送受信のそれぞれで前記超音波を送信する位置または前記超音波を受信する位置が異なるようにして生成された画像データである
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の情報処理装置。
12. 前記複数のテンプレートデータのそれぞれは、超音波に対する散乱体のサイズを異ならせて生成されたテンプレートデータを含む
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の情報処理装置。
13. 超音波の送信のビームフォーカス態様もしくは超音波の受信のビームフォーカス態様、または超音波の送信方向を異ならせて、被検体への前記超音波の送受信を複数回行うことにより生成される複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、
    前記複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得するテンプレートデータ取得手段と、
    注目位置における前記複数の画像データの画像値列と、前記注目位置における前記複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列との類似度を示す情報を取得する類似度情報取得手段と、
    を有し、
    前記複数の画像データのそれぞれは、前記複数回の超音波の送受信のそれぞれで前記超音波を送信する位置または前記超音波を受信する位置が異なるようにして生成された画像データであることを特徴とする情報処理装置。
14. 超音波の送信のビームフォーカス態様もしくは超音波の受信のビームフォーカス態様、または超音波の送信方向を異ならせて、被検体への前記超音波の送受信を複数回行うことにより生成される複数の画像データを取得し、
    前記複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得し、
    注目位置における前記複数の画像データの画像値列と、前記注目位置における前記複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列との類似度を示す情報を取得し、
    前記複数のテンプレートデータのそれぞれは、前記複数回の超音波の送受信を実行する被検体情報取得装置の空間感度分布を反映したテンプレートデータであることを特徴とする情報処理方法。
15. 超音波の送信のビームフォーカス態様もしくは超音波の受信のビームフォーカス態様、または超音波の送信方向を異ならせて、被検体への前記超音波の送受信を複数回行うことにより生成される複数の画像データを取得し、
    前記複数回の超音波の送受信に対応する複数のテンプレートデータを取得し、
    注目位置における前記複数の画像データの画像値列と、前記注目位置における前記複数のテンプレートデータのテンプレートデータ列との類似度を示す情報を取得し、
    前記複数の画像データのそれぞれは、前記複数回の超音波の送受信のそれぞれで前記超音波を送信する位置または前記超音波を受信する位置が異なるようにして生成された画像データであることを特徴とする情報処理方法。
16. 請求項１４または１５に記載の情報処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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