超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序的制作方法

超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序的制作方法
【專利摘要】本發明所涉及的超聲波觀測裝置具備：頻率分析部，其通過對超聲波信號的頻率進行分析來計算與超聲波信號的接收深度及接收方向相應的多個頻譜；最佳衰減率設定部，其分別計算多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為超聲波在觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個衰減率候選值計算各頻譜的校正特征量，基于該計算結果來從多個衰減率候選值中設定對于觀測對象而言最佳的衰減率；以及衰減率圖像數據生成部，其生成用于顯示與最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
【專利說明】
超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序
技術領域
[0001]本發明涉及一種使用超聲波對觀測對象的組織進行觀測的超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序。
【背景技術】
[0002]以往，關于使用超聲波對觀測對象的組織進行觀察的超聲波觀測裝置，為了利用超聲波的衰減特性來高精度地估計觀測對象的組織的性狀而進行了各種嘗試。例如，已知如下技術:針對具有相互分離的頻率的多個超聲波信號的接收信號分別計算生物體的深度方向上的微小區間內的強度變化率(衰減特性)，通過將計算出的多個強度變化率進行比較，來賦予與斷層圖像上的各點處的組織的性狀相應的色相信息，將該色相信息在斷層圖像數據上疊加顯示(例如參照專利文獻I)。
[0003]專利文獻I:日本特開2010-51553號公報

【發明內容】

[0004]發明要解決的問題
[0005]然而，在上述的專利文獻I所記載的技術中，前提是如果組織的狀態相同則衰減特性也相同，因此只能夠應用于具有均勻的構造的組織。
[0006]本發明是鑒于上述情形而完成的，其目的在于提供一種即使在觀測對象的組織具有不均勻的構造的情況下也能夠基于適合于觀測對象的超聲波的衰減特性來高精度地估計組織的性狀的超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序。
[0007]用于解決問題的方案
[0008]為了解決上述問題并達到目的，本發明所涉及的超聲波觀測裝置基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的特征在于，具備:頻率分析部，其通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波信號的接收深度及接收方向相應的多個頻譜;最佳衰減率設定部，其分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及衰減率圖像數據生成部，其生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
[0009]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述最佳衰減率設定部設定多個關心區域，基于根據各關心區域中包含的接收深度和接收方向計算出的所述頻譜，來計算各關心區域中的所述最佳的衰減率，其中，所述多個關心區域各自形成觀測對象區域的一部分，所述衰減率圖像數據生成部通過對所述各關心區域附加與所述各關心區域中的所述最佳的衰減率相應的視覺信息，來生成所述衰減率圖像數據。
[0010]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述多個關心區域互不交疊，所述衰減率圖像數據生成部對所述各關心區域附加一個視覺信息。
[0011]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述各關心區域至少與最接近的其它關心區域交疊，所述衰減率圖像數據生成部對所述各關心區域內的規定位置的像素附加視覺信息。
[0012]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述最佳衰減率設定部還具有排除區域提取部，該排除區域提取部將在所述關心區域內計算出的所述校正特征量的值包含在規定的范圍內的點的集合作為排除區域來提取，作為由所述排除區域提取部提取出的排除區域的各點的所述校正特征量，賦予同一所述關心區域的非排除區域中的所述校正特征量的統計值，由此計算所述最佳的衰減率。
[0013]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述最佳衰減率設定部還具有排除區域提取部，該排除區域提取部將在所述關心區域內計算出的所述校正特征量的值包含在規定的范圍內的點的集合作為排除區域來提取，僅對不包含由所述排除區域提取部提取出的排除區域的所述關心區域附加所述視覺信息。
[0014]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述最佳衰減率設定部具有:近似部，其通過進行利用η次式對各所述頻譜進行近似的處理來計算所述特征量，其中，η為正整數;衰減校正部，其通過對所述特征量實施所述衰減校正來計算所述校正特征量；以及統計處理部，其針對每個所述衰減率候選值計算所述校正特征量的統計性偏差，提取該統計性偏差最小的衰減率候選值來作為所述最佳的衰減率。
[0015]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述近似部利用一次式對所述頻譜中的規定的頻帶進行近似，計算所述一次式的截距、斜率、以及所述頻帶的中間頻率下的所述一次式的值即頻帶中心對應強度中的包含所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方在內的多個值來作為所述特征量，或者計算所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方來作為所述特征量，所述衰減校正部和所述統計處理部基于所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方來提取所述最佳的衰減率。
[0016]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發明中，所述統計處理部將所述統計性偏差設為所述衰減率候選值的函數來進行計算，所述統計處理部提取所述函數中使所述統計性偏差最小的衰減率候選值來作為所述最佳的衰減率。
[0017]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的工作方法是如下的超聲波觀測裝置的工作方法，該超聲波觀測裝置基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的工作方法的特征在于，包括以下步驟:頻率分析步驟，頻率分析部通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波振子的掃描位置相應的多個頻譜;最佳衰減率設定步驟，最佳衰減率設定部分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及衰減率圖像數據生成步驟，衰減率圖像數據生成部生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
[0018]本發明所涉及的超聲波觀測裝置的工作程序是如下的超聲波觀測裝置的工作程序，該超聲波觀測裝置基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的工作程序的特征在于，使超聲波觀測裝置執行以下步驟:頻率分析步驟，頻率分析部通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波振子的掃描位置相應的多個頻譜;最佳衰減率設定步驟，最佳衰減率設定部分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及衰減率圖像數據生成步驟，衰減率圖像數據生成部生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
[0019]發明的效果
[0020]根據本發明，針對觀測對象設定最佳的衰減率，生成用于顯示與該最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據，由此能夠提供包含與根據觀測對象設定的衰減率有關的信息的圖像數據。因而，即使在觀測對象的組織具有不均勻的構造的情況下，也能夠基于適合于觀測對象的超聲波的衰減特性來高精度地估計組織的性狀。
【附圖說明】
[0021]圖1是表示具備本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的超聲波診斷系統的功能結構的框圖。
[0022]圖2是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的信號放大部進行的放大處理中的接收深度與放大率之間的關系的圖。
[0023]圖3是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的放大校正部進行的放大校正處理中的接收深度與放大率之間的關系的圖。
[0024]圖4是示意性地表示超聲波信號的一個聲線中的數據排列的圖。
[0025]圖5是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的頻率分析部計算的頻譜的例子的圖。
[0026]圖6是表示具有本發明的實施方式I所涉及的由超聲波觀測裝置的衰減校正部校正后的校正特征量來作為參數的直線的圖。
[0027]圖7是示意性地表示基于互不相同的兩個衰減率候選值分別對相同的關心區域進行衰減校正而得到的校正特征量的分布例的圖。
[0028]圖8是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置執行的處理的概要的流程圖。
[0029]圖9是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的頻率分析部執行的處理的概要的流程圖。
[0030]圖10是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置執行的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理的概要的圖。
[0031]圖11是表示本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設定部進行的處理的概要的圖。
[0032]圖12是示意性地表示在本發明的實施方式I中顯示裝置所顯示的衰減率圖像的顯示例的圖。
[0033]圖13是表示本發明的實施方式I的變形例I所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設定部進行的處理的概要的圖。
[0034]圖14是示意性地表示本發明的實施方式I的變形例2所涉及的超聲波觀測裝置進行的針對每個關心區域設定最佳衰減率的設定方法的概要的圖。
[0035]圖15是表示具備本發明的實施方式2所涉及的超聲波觀測裝置的超聲波診斷系統的功能結構的框圖。
[0036]圖16是表示本發明的實施方式2所涉及的超聲波觀測裝置執行的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理的概要的流程圖。
[0037]圖17是示意性地表示本發明的實施方式2所涉及的超聲波觀測裝置的排除區域提取部提取出的排除區域的圖。
[0038]圖18是表示本發明的實施方式2的變形例所涉及的超聲波觀測裝置執行的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理的概要的流程圖。
[0039]圖19是示意性地表示在本發明的實施方式2的變形例中顯示裝置所顯示的衰減率圖像的顯示例的圖。
【具體實施方式】
[0040]下面，參照附圖來說明用于實施本發明的方式(以下稱為“實施方式”)。
[0041](實施方式I)
[0042]圖1是表示具備本發明的實施方式I所涉及的超聲波觀測裝置的超聲波診斷系統的功能結構的框圖。該圖所示的超聲波診斷系統I具備:超聲波內窺鏡2，其向作為觀測對象的被檢體發送超聲波，并接收由該被檢體反射的超聲波;超聲波觀測裝置3，其基于由超聲波內窺鏡2獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像；以及顯示裝置4，其顯示由超聲波觀測裝置3生成的超聲波圖像。
[0043]超聲波內窺鏡2在其前端部具有超聲波振子21，該超聲波振子21將從超聲波觀測裝置3接收到的電脈沖信號轉換為超聲波脈沖(聲脈沖)來向被檢體照射，并且將由被檢體反射的超聲波回波轉換為以電壓變化表現的電回波信號來輸出。超聲波振子21可以是凸起型振子、線性振子以及徑向型振子中的任一個。超聲波內窺鏡2既可以是使超聲波振子21進行機械式掃描的結構，也可以是如下結構:將多個元件陣列狀地設置成超聲波振子21，對與發送和接收有關的元件以電子方式進行切換、或者使各元件的發送和接收延遲，由此使超聲波振子21進行電子式掃描。
[0044]超聲波內窺鏡2通常具有攝像光學系統和攝像元件，能夠被插入到被檢體的消化管(食道、胃、十二指腸、大腸)或呼吸器官(氣管、支氣管)來對消化管、呼吸器官、其周圍臟器(胰臟、膽囊、膽管、膽道、淋巴結、縱隔臟器、血管等)進行拍攝。另外，超聲波內窺鏡2具有在攝像時引導向被檢體照射的照明光的光導件。該光導件的前端部到達超聲波內窺鏡2的向被檢體插入的插入部的前端，另一方面，該光導件的基端部與產生照明光的光源裝置連接。
[0045]超聲波觀測裝置3與超聲波內窺鏡2電連接，該超聲波觀測裝置3具備:發送和接收部31，其基于規定的波形和發送定時來向超聲波振子21發送由高電壓脈沖構成的發送信號(脈沖信號)，并且從超聲波振子21接收作為電接收信號的回波信號來生成數字的高頻(RF:Rad1 Frequency(無線電頻率))信號的數據(以下稱為RF數據)并輸出該數據;信號處理部32，其基于從發送和接收部31接收到的RF數據來生成數字的B模式用接收數據;運算部33，其對從發送和接收部31接收到的RF數據實施規定的運算；圖像處理部34，其生成各種圖像數據;輸入部35，其使用鍵盤、鼠標、觸摸面板等用戶接口來實現，接受各種信息的輸入;控制部36，其對超聲波診斷系統I整體進行控制；以及存儲部37，其存儲超聲波觀測裝置3進行動作所需要的各種信息。
[0046]發送和接收部31具有將回波信號放大的信號放大部311。信號放大部311進行STC(Sensitivity Time Control:靈敏度時間控制)校正，該STC校正為回波信號的接收深度越大則以越高的放大率進行放大的校正。圖2是表示信號放大部311進行的放大處理中的接收深度與放大率之間的關系的圖。圖2所示的接收深度z是基于從超聲波的接收開始時刻起的經過時間計算出的量。如圖2所示，在接收深度z小于閾值Zth的情況下，放大率i3(dB)隨著接收深度z的增加而從βο向Pth(Mo)線性地增加。另外，在接收深度z為閾值Zth以上的情況下，放大率β((1Β)取固定值i3th。閾值Zth的值為從觀測對象接收的超聲波信號幾乎全部衰減而噪聲處于支配地位那樣的值。更一般來說，只要在接收深度z小于閾值Zth的情況下放大率β隨著接收深度ζ的增加而單調增加即可。此外，圖2所示的關系被預先存儲于存儲部37。
[0047]發送和接收部31在對通過信號放大部311而被放大了的回波信號實施濾波等處理之后，通過進行A/D轉換來生成時域的RF數據并向信號處理部32和運算部33輸出該RF數據。此外，在超聲波探頭2具有使將多個元件陣列狀地設置而成的超聲波振子21進行電子式掃描的結構的情況下，發送和接收部31具有與多個元件對應的光束合成用的多通道電路。
[0048]發送和接收部31發送的脈沖信號的頻帶設為大致覆蓋超聲波振子21中的脈沖信號向超聲波脈沖進行電聲轉換的線性響應頻帶的寬頻帶即可。另外，信號放大部311中的回波信號的各種處理頻帶設為大致覆蓋由超聲波振子21進行的超聲波回波向回波信號的聲電轉換的線性響應頻帶的寬頻帶即可。由此，在執行后述的頻譜的近似處理時，能夠進行高精度的近似。
[0049]發送和接收部31還具有如下功能:對超聲波內窺鏡2發送由控制部36輸出的各種控制信號，并且從超聲波內窺鏡2接收包含識別用的ID的各種信息并向控制部36發送上述各種信息。
[0050]信號處理部32對RF數據實施帶通濾波、包絡線檢波、對數轉換等公知的處理，來生成數字的B模式用接收數據。在對數轉換中，取對RF數據除以基準電壓V。而得到的量的常用對數，以分貝值表示。信號處理部32向圖像處理部34輸出所生成的B模式用接收數據。信號處理部32使用CPU(Central Proccesing Unit:中央處理器)、各種運算電路等來實現。
[0051 ]運算部33具有:放大校正部331，其對由發送和接收部31輸出的RF數據以放大率不依賴于接收深度而為固定的方式進行放大校正;頻率分析部332，其對進行了放大校正的RF數據實施高速傅立葉變換(FFT:Fast Fourier Transform)來進行頻率分析，由此計算與超聲波信號的接收深度及接收方向相應的多個頻譜；以及最佳衰減率設定部333，其分別計算多個頻譜的特征量，使用在超聲波在觀測對象中傳播時賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值，來對各頻譜的特征量(以下稱為校正前特征量)實施用于消除超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個衰減率候選值計算各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從多個衰減率候選值中設定對于觀測對象而言最佳的衰減率。運算部33使用CPU、各種運算電路等來實現。
[0052]圖3是表示放大校正部331進行的放大校正處理中的接收深度與放大率之間的關系的圖。如圖3所示，關于放大校正部331進行的放大處理中的放大率iKdB)，在接收深度z為零時取最大值iith-fo，在接收深度z從零起至達到閾值Zth為止呈線性地減少，在接收深度z為閾值Zth以上時為零。此外，圖3所示的關系被預先存儲于存儲部37。放大校正部331基于圖3所示的關系對數字RF信號進行放大校正，由此能夠抵消信號放大部311中的STC校正的影響，從而輸出放大率i3th固定的信號。此外，放大校正部331進行的接收深度z與放大率β之間的關系根據信號放大部311中的接收深度與放大率之間的關系不同而不同，這是不言而喻的。
[0053]說明進行這樣的放大校正的理由。STC校正為如下的校正處理:使模擬信號波形的振幅在整個頻帶中均一且以相對于深度而單調增加的放大率放大，由此從模擬信號波形的振幅排除衰減的影響。因此，在生成將回波信號的振幅轉換為亮度來進行顯示的B模式圖像的情況下、且掃描均勻的組織的情況下，通過進行STC校正來使亮度值不依賴于深度而為固定。即，能夠獲得從B模式圖像的亮度值消除了衰減的影響的效果。
[0054]另一方面，在如本實施方式I那樣利用對超聲波的頻譜進行計算并進行分析得到的結果的情況下，即使進行STC校正也不能準確地消除伴隨超聲波的傳播而發生的衰減的影響。其原因在于，一般來說，衰減量根據頻率不同而不同(參照后述的式(I))，但是STC校正的放大率僅根據距離發生變化，不具有頻率依賴性。
[0055]為了解決上述的問題，即為了解決在利用對超聲波的頻譜進行計算并進行分析得到的結果的情況下、即使進行STC校正也不能準確地消除伴隨超聲波的傳播而發生的衰減的影響這樣的問題，考慮在生成B模式圖像時輸出實施了 STC校正的接收信號，另一方面，在生成基于頻譜的圖像時，進行與用于生成B模式圖像的發送不同的新的發送，輸出未實施STC校正的接收信號。可是，在該情況下，存在基于接收信號生成的圖像數據的幀頻下降的問題。
[0056]因此，在本實施方式I中，利用放大校正部331進行放大率的校正，以維持所生成的圖像數據的幀頻并且針對為了用于B模式圖像而被實施了 STC校正的信號消除STC校正的影響。
[0057]頻率分析部332以規定的時間間隔對由放大校正部331進行了放大校正的各聲線的RF數據(線數據)進行采樣，來生成采樣數據。頻率分析部332通過對采樣數據群實施FFT處理來計算RF數據上的多個位置(數據位置)處的頻譜。
[0058]圖4是示意性地表示超聲波信號的一個聲線中的數據排列的圖。在該圖所示的聲線SRk中，白色或黑色的長方形意味著一個采樣點處的數據。另外，在聲線SRk中，數據的位置越靠右側，則該數據是在沿聲線SRk測量的情況下的從超聲波振子21起的深度越深的位置處的采樣數據(參照圖4的箭頭)。聲線SRk以與發送和接收部31所進行的A/D轉換中的采樣頻率(例如50MHz)對應的時間間隔被離散化。在圖4中，示出了將編號k的聲線SRk的第8個數據位置設定為接收深度z的方向上的初始值Z(k)o的情況，但是初始值的位置能夠任意地設定。關于頻率分析部332的計算結果，能夠以復數形式獲得，并保存于存儲部37。
[0059]圖4所示的數據群F」(j= l、2、...、K)是成為FFT處理的對象的采樣數據群。一般來說，為了進行FFT處理，采樣數據群需要具有2的乘方的數據數。在該意義上，采樣數據群F」(j = 2、...、K-1)的數據數為16( = 24)，是正常的數據群，另一方面，采樣數據群Fk的數據數為12，因此是異常的數據群。在對異常的數據群進行FFT處理時，進行通過對不足的部分插入零數據來生成正常的采樣數據群的處理。關于這一點，在說明頻率分析部332的處理時詳細記述(參照圖9)。
[0060]圖5是表示頻率分析部332計算的頻譜的例子的圖。在此所說的“頻譜”意味著通過對采樣數據群實施FFT處理而得到的“某一接收深度z的強度的頻率分布”。另外，在此所說的“強度”例如是指回波信號的電壓、回波信號的電力、超聲波回波的聲壓、超聲波回波的聲能等參數、這些參數的振幅、時間積分值、其組合中的任一個。
[0061]在圖5中，橫軸為頻率f。另外，在圖5中，縱軸為對強度1除以基準強度I。(常數)得至_量的常用對數(用分貝表示H = 1log1Q(WIc)。在圖5中，接收深度z是固定的。關于圖5所示的直線L1Q,在后面記述。此外，在本實施方式I中，曲線和直線由離散的點的集合構成。
[0062]在圖5所示的頻譜&上，在以后的運算中使用的頻帶的下限頻率fL和上限頻率fH是基于超聲波振子21的頻帶、發送和接收部31發送的脈沖信號的頻帶等決定的參數。下面，在圖5中，將由下限頻率fL和上限頻率ft確定的頻帶稱為“頻帶Γ。
[0063]—般來說，在觀測對象為生物體組織的情況下，頻譜根據超聲波所掃描的生物體組織的性狀不同而表示出不同的傾向。這是因為，頻譜與使超聲波散射的散射體的大小、數密度、聲音阻抗等具有相關性。在此所說的“生物體組織的性狀”例如是指惡性腫瘤(癌)、良性腫瘤、內分泌腫瘤、粘液性腫瘤、正常組織、囊腫、血管等。
[0064]最佳衰減率設定部333具有:近似部333a，其利用直線對頻譜進行近似來計算頻譜的校正前特征量;衰減校正部333b，其基于多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值，對由近似部333a計算出的校正前特征量進行衰減校正，由此計算校正特征量；以及統計處理部333c，其計算由衰減校正部333b針對所有頻譜計算出的校正特征量的統計性偏差，基于計算出的統計性偏差來從多個衰減率候選值中提取最佳的衰減率。最佳衰減率設定部333針對在超聲波的掃描區域(觀測對象區域)內設定的一個或多個關心區域(ROI =Reg1nofInterest)分別計算最佳的衰減率。在本實施方式I中，在設定多個關心區域的情況下，設為那些關心區域互不交疊。
[0065]近似部333a通過對規定頻帶中的頻譜進行回歸分析來利用一次式(回歸直線)對頻譜進行近似，由此計算使該近似的一次式具有特征的校正前特征量。例如，在圖5所示的頻譜(^的情況下，近似部333a針對頻帶F進行回歸分析并利用一次式對頻譜(^進行近似，由此得到回歸直線L1Q。換言之，近似部333a計算回歸直線Liq的斜率ao、截距bo以及頻帶F的中心頻率fM= (fL+fH)/2的回歸直線上的值即頻帶中心對應強度(Mid-band fit)co = aofM+bo來作為校正前特征量。[ΟΟ??]三個校正前特征量中的斜率ao與超聲波的散射體的大小具有相關性，一般認為散射體越大則斜率具有越小的值。另外，截距bo與散射體的大小、聲音阻抗的差、散射體的數密度(濃度)等具有相關性。具體地說，認為散射體越大則截距bo具有越大的值，聲音阻抗的差越大則截距bo具有越大的值，散射體的數密度越大則截距bo具有越大的值。頻帶中心對應強度Co是基于斜率ao和截距bo導出的間接的參數，被賦予有效的頻帶內的中心處的頻譜的強度。因此，認為頻帶中心對應強度CO除了與散射體的大小、聲音阻抗的差、散射體的數密度具有相關性之外，還與B模式圖像的亮度具有某種程度的相關性。此外，最佳衰減率設定部333也可以通過回歸分析來利用二次以上的多項式對頻譜進行近似。
[0067]關于衰減校正部333b進行的校正進行說明。一般來說，超聲波的衰減量A(f，z)是超聲波在往返于接收深度O與接收深度z之間的期間發生的衰減，被定義為往返前后的強度變化(用分貝表示的差)。根據經驗可知，在均勻的組織內，衰減量A(f，z)與頻率成比例，用以下的式(I)表示。
[0068]A(f，z) =2azf."(l)
[0069]在此，比例常數a是被稱為衰減率的量，是每單位長度和每單位頻率的衰減量。另外，z是超聲波的接收深度，f是頻率。在觀測對象為生物體的情況下，衰減率a的具體的值根據生物體的部位來確定。衰減率a的單位例如是dB/cm/MHz。在本實施方式I中，衰減校正部333b為了設定最適合于觀測對象的衰減率(最佳的衰減率)，而對多個衰減率候選值分別進行衰減校正。參照圖10和圖11在后面記述多個衰減率候選值的詳細內容。
[0070]衰減校正部333b針對由近似部333a提取出的校正前特征量(斜率ao、截距bo、頻帶中心對應強度Co)，按照以下所示的式(2)?(4)進行衰減校正，由此計算校正特征量a、b、c。
[0071]a = ao+2az...(2)
[0072]b = bo-..(3)
[0073]c = co+A(fM，z) = co+2azfM( = afM+b)...(4)
[0074]根據式(2)、(4)也顯而易見的是，衰減校正部333b進行超聲波的接收深度z越大則校正量越大的校正。另外，根據式(3)，關于截距的校正是恒等變換。這是因為，截距是與頻率O(Hz)對應的頻率成分，不受衰減的影響。
[0075]圖6是表示具有由衰減校正部333b進行校正得到的校正特征量a、b、c來作為參數的直線的圖。直線Li的式子表不如下。
[0076]I=af+b = (ao+2az)f+bo-..(5)
[0077]根據該式(5)也顯而易見的是，與衰減校正前的直線Liq相比，直線L1的斜率較大(a>ao)且截距相同(b = bo)。
[0078]統計處理部333c對每個關心區域計算方差，該方差是衰減校正部333b針對所有頻譜按每個衰減率候選值計算出的校正特征量的統計性偏差。之后，統計處理部333c針對每個關心區域提取方差最小的衰減率候選值來作為最佳的衰減率。此外，在對多個種類的特征量進行了衰減校正的情況下，統計處理部333c僅計算適當設定的一個種類的校正特征量的方差即可。另外，在同一關心區域存在多個方差最小的衰減率候選值的情況下，統計處理部333c例如將方差最小的多個衰減率候選值的平均值設為最佳的衰減率即可。
[0079]另外，上述的三個校正特征量a、b、c中的獨立的校正特征量為兩個。此外，校正特征量b不依賴于衰減率。因而，在針對校正特征量a、c來設定最佳的衰減率的情況下，統計處理部333c只要計算校正特征量a和c中的某一方的方差即可。但是，優選的是，最佳衰減率設定部333設定最佳的衰減率時使用的校正特征量與衰減率圖像數據生成部342生成衰減率圖像數據時使用的校正特征量的種類相同。即，更為優選的是，在衰減率圖像數據生成部342使用斜率作為校正特征量來生成衰減率圖像數據的情況下，應用校正特征量a的方差，在衰減率圖像數據生成部342使用頻帶中心對應強度作為校正特征量來生成衰減率圖像數據的情況下，應用校正特征量c的方差。其原因在于，賦予衰減量A(f，z)的式(I)只是理想的數式，實際情況下以下的式(6)更為適當。
[0080]A(f ,z) =2azf+2aiz...(6)
[0081]式(6)的右邊第二項的^是表示信號強度與超聲波的接收深度z成比例地變化的大小的系數，相當于每單位長度的衰減率。系數Ct1是表示由于觀測對象的組織不均、光束合成時的通道數的變更等而發生的信號強度的變化的系數。由于存在式(6)的右邊第二項，因此在使用校正特征量c來設定最佳的衰減率的情況下，應用校正特征量c的方差能夠更準確地對衰減進行校正(參照式(4))。另一方面，在使用與頻率f成比例的系數即校正特征量a來設定最佳的衰減率的情況下，應用校正特征量a的方差能夠消除右邊第二項的影響來更準確地對衰減進行校正。此外，在衰減率α的單位為dB/cm/MHz的情況下，系數(^的單位為dB/cm。
[0082]在此，說明能夠基于統計性偏差來設定最佳的衰減率的理由。認為在應用了對于觀測對象而言最佳的衰減率的情況下，同觀測對象與超聲波振子21之間的距離無關地，特征量向觀測對象所固有的值收斂，統計性偏差變小。另一方面，認為在將不適合于觀測對象的衰減率候選值設為最佳的衰減率的情況下，衰減校正過量或不足，因此根據觀測對象與超聲波振子21之間的距離而特征量中產生偏離，特征量的統計性偏差變大。因而，可以說統計性偏差最小的發減率候選值是對于觀測對象而目最佳的發減率。
[0083]圖7是示意性地表示基于兩個不同的衰減率候選值分別對相同的關心區域進行衰減校正而得到的校正特征量的分布例的圖。在圖7中，將橫軸設為校正特征量，將縱軸設為頻度。關于圖7所示的兩條分布曲線N^N2,頻度的總和是相同的。在圖7所示的情況下，與分布曲線N2相比，分布曲線N1的特征量的統計性偏差小(方差小)，形成波形陡峭的形狀。因而，最佳衰減率設定部333在設定與這兩條分布曲線見、他對應的兩個衰減率候選值中的最佳的衰減率的情況下，將與分布曲線見對應的衰減率候選值設定為最佳的衰減率。
[0084]圖像處理部34具有:B模式圖像數據生成部341，其生成將回波信號的振幅轉換為亮度來顯示的超聲波圖像即B模式圖像數據；以及衰減率圖像數據生成部342，其生成用于顯示與由最佳衰減率設定部333設定的最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
[0085]B模式圖像數據生成部341對從信號處理部32接收到的B模式用接收數據進行增益處理、對比度處理等使用公知技術的信號處理，并且進行與根據顯示裝置4中的圖像的顯示范圍確定的數據步長相應的數據的間除等，由此生成B模式圖像數據。B模式圖像是使采用RGB顏色系統來作為顏色空間的情況下的變量即R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)的值一致后的灰度圖像。
[0086]B模式圖像數據生成部341對來自信號處理部32的B模式用接收數據實施重新排列的坐標轉換使得能夠在空間上正確地表現掃描范圍，之后實施B模式用接收數據間的插值處理，由此填充B模式用接收數據間的空隙，從而生成B模式圖像數據。B模式圖像數據生成部341將所生成的B模式圖像數據輸出到衰減率圖像數據生成部342。
[0087]衰減率圖像數據生成部342通過將與針對每個關心區域確定的最佳的衰減率對應的視覺信息疊加于B模式圖像數據中對應的關心區域，來生成衰減率圖像數據。視覺信息被保存于存儲部37所具有的視覺信息存儲部374(后述)。在本實施方式I中，設為針對一個關心區域附加一個視覺信息。
[0088]控制部36使用具有運算和控制功能的CPU(Central Proccesing Unit:中央處理器)、各種運算電路等來實現。控制部36從存儲部37讀出存儲部37所存儲、保存的信息，執行與超聲波觀測裝置3的工作方法相關聯的各種運算處理，由此對超聲波觀測裝置3進行綜合控制。此外，也能夠使用與信號處理部32及運算部33共用的CPU等來構成控制部36。
[0089]存儲部37具有:頻譜信息存儲部371，其將由頻率分析部332計算出的頻譜的信息與接收深度及接收方向一同存儲;關心區域信息存儲部372，其存儲在觀測對象區域內設定的多個關心區域的信息;特征量信息存儲部373，其存儲與每個關心區域的特征量有關的信息；以及視覺信息存儲部374，其存儲根據最佳的衰減率的值而對圖像附加的視覺信息。
[0090]關于關心區域信息存儲部372所存儲的多個關心區域，多個關心區域互不交疊。此夕卜，在設為用戶能夠通過輸入部35來進行關心區域的設定變更的結構的情況下，關心區域信息存儲部372可以僅存儲進行設定變更后的最新的關心區域的信息，也可以將過去設定的關心區域的信息的一部分或全部與最新的關心區域的信息一同存儲。
[0091]特征量信息存儲部373將由近似部333a計算出的校正前特征量與計算出該校正前特征量的點的接收深度、接收深度以及該點所屬的關心區域的信息相對應地進行存儲。另夕卜，特征量信息存儲部373將由衰減校正部333b計算出的多個校正特征量及賦予各校正特征量的統計性偏差的方差與衰減率候選值及關心區域相對應地進行存儲。
[0092]視覺信息存儲部374存儲的視覺信息例如是亮度、色相、明度以及飽和度等中的任一個，值根據衰減率的值來確定。此外，視覺信息存儲部374也可以事先將多個種類的視覺信息與衰減率相對應地進行存儲。在該情況下，只要用戶能夠通過輸入部35選擇期望的視覺信息即可。
[0093]存儲部37除了存儲上述信息以外，例如還存儲進行放大處理所需要的信息(圖2所示的放大率與接收深度之間的關系)、進行放大校正處理所需要的信息(圖3所示的放大率與接收深度之間的關系)、進行衰減校正處理所需要的信息(參照式(I))、進行頻率分析處理所需要的窗函數(Hamming(漢明窗)、Hanning(漢寧窗)、Blackman(布萊克曼窗)等)的信息等。
[0094]另外，存儲部37還存儲包含用于執行超聲波觀測裝置3的工作方法的工作程序的各種程序。工作程序也能夠記錄于硬盤、快閃存儲器、⑶-ROM、DVD-ROM、軟盤等計算機可讀取的記錄介質來廣泛地流通。此外，上述的各種程序也能夠通過經由通信網絡下載來獲取。在此所說的通信網絡例如通過已有的公共線路網、LAN(Local Area Network:局域網)、WAN(Wide Area Network:廣域網)等來實現，不論有線、無線方式都可以。
[0095]具有以上的結構的存儲部37使用預先安裝有各種程序等的R0M(ReadOnlyMemory:只讀存儲器)以及用于存儲各處理的運算參數、數據等的RAM(Random AccessMemory:隨機存取存儲器)等來實現。
[0096]圖8是表示具有以上結構的超聲波觀測裝置3執行的處理的概要的流程圖。具體地說，是表示超聲波觀測裝置3從超聲波內窺鏡2接收回波信號以后的處理的概要的流程圖。下面，參照圖8來說明超聲波觀測裝置3進行的處理。首先，超聲波觀測裝置3從超聲波內窺鏡2接收作為利用超聲波振子21得到的觀測對象的測量結果的回波信號(步驟SI)。
[0097]從超聲波振子21接收到回波信號的信號放大部311進行該回波信號的放大(步驟S2)。在此，信號放大部311例如基于圖2所示的放大率與接收深度之間的關系來進行回波信號的放大(STC校正)。
[0098]接著，B模式圖像數據生成部341使用由信號放大部311放大后的回波信號來生成B模式圖像數據，并向顯示裝置4輸出該B模式圖像數據(步驟S3)。接收到B模式圖像數據的顯示裝置4顯示與該B模式圖像數據對應的B模式圖像。
[0099]放大校正部331對從發送和接收部31輸出的RF數據以放大率不依賴于接收深度而為固定的方式進行放大校正(步驟S4)。在此，放大校正部331例如進行放大校正使得圖3所示的放大率與接收深度之間的關系成立。
[0100]之后，頻率分析部332通過對放大校正后的各聲線的RF數據進行基于FFT的頻率分析，來針對所有的采樣數據群計算頻譜(步驟S5)。圖9是表示在步驟S5中頻率分析部332執行的處理的概要的流程圖。下面，參照圖9所示的流程圖來詳細地說明頻率分析處理。
[0101]首先，頻率分析部332將用于識別分析對象的聲線的計數值k設為ko(步驟S11)。
[0102]接著，頻率分析部332對代表為了使用于FFT運算而生成的一系列的數據群(采樣數據群)的數據位置(相當于接收深度)Z(k)的初始值Z(k)Q進行設定(步驟S12)。例如，在圖4中，如上述那樣示出了將聲線SRk的第8個數據位置設定為初始值Z(k)Q的情況。
[0103]之后，頻率分析部332獲取采樣數據群(步驟S13)，對獲取到的采樣數據群作用存儲部37所存儲的窗函數(步驟S14)。通過像這樣對采樣數據群作用窗函數，能夠避免采樣數據群在邊界處變得不連續，能夠防止產生偽像。
[0104]接著，頻率分析部332判定數據位置Z(k)的采樣數據群是否為正常的數據群(步驟S15)。如參照圖4時所說明的那樣，采樣數據群需要具有2的乘方的數據數。下面，將正常的采樣數據群的數據數設為2n(n為正整數)。在本實施方式中，盡可能將數據位置Z(k)設定為Z(k)所屬的采樣數據群的中心。具體地說，由于采樣數據群的數據數為2n，因此將Z(k)設定為接近該采樣數據群的中心的第2n/2(=2n—O個位置。在該情況下，采樣數據群正常意味著在數據位置Z(k)的前方存在設為2^-1=1^)個數據，在數據位置Z(k)的后方存在2^(設為2n—1ZM)個數據。在圖4所示的情況下，采樣數據群F」(j = l、2、...、Κ-1)是正常的。此夕卜，在圖4中例示了 η = 4(Ν=7、Μ=8)的情況。
[0105]在步驟S15中的判定的結果為數據位置Z(k)的采樣數據群正常的情況下(步驟S15:“是(Yes)” )，頻率分析部332轉移到后述的步驟S17。
[0106]在步驟S15中的判定的結果為數據位置Z(k)的采樣數據群不正常的情況下(步驟S15:“否(No)”)，頻率分析部332通過對不足的部分插入零數據來生成正常的采樣數據群(步驟S16)。關于在步驟S15中被判定為不正常的采樣數據群(例如圖4的采樣數據群Fk)，在追加零數據之前作用窗函數。因此，即使在采樣數據群中插入零數據也不產生數據的不連續。在步驟S16之后，頻率分析部332轉移到后述的步驟S17。
[0107]在步驟S17中，頻率分析部332使用采樣數據群來進行FFT運算，由此得到振幅的頻率分布、即頻譜(步驟S17)。圖5所示的頻譜C1是作為步驟S17的結果而得到的頻譜的一例。
[0108]接著，頻率分析部332使數據位置Z(k)以步長D變化(步驟S18)。設步長D預先存儲于存儲部37。在圖4中，例示了 D=15的情況。期望的是步長D與在B模式圖像數據生成部341生成B模式圖像數據時利用的數據步長一致，但是在想要削減頻率分析部332中的運算量的情況下，也可以設定比數據步長大的值來作為步長D。
[0109]之后，頻率分析部332判定數據位置Z(k)是否大于聲線SRk中的最大值Z(k)max(步驟S19)。在數據位置Z(k)大于最大值Z(k)max的情況下(步驟S19: “是”)，頻率分析部332使計數值k增加1(步驟S20)。這意味著將處理移向旁邊的聲線。另一方面，在數據位置Z(k)為最大值Z(k).以下的情況下(步驟S19:“否”)，頻率分析部332返回步驟S13。
[0110]在步驟S20之后，頻率分析部332判定計數值k是否大于最大值kmax(步驟S21)。在計數值k大于最大值kmax的情況下(步驟S21: “是”)，頻率分析部332結束一系列的頻率分析處理。另一方面，在計數值k為最大值kmax以下的情況下(步驟S21:“否”)，頻率分析部332返回步驟S12。設該最大值kmax為手術操作者等用戶通過輸入部35任意地指示輸入的值、或在存儲部37中預先設定的值。
[0111]通過這樣，頻率分析部332對分析對象區域內的(kmax-ko+l)個聲線分別進行多次的FFT運算。FFT運算的結果與接收深度及接收方向一同被保存于頻譜信息存儲部371。
[0112]此外，在以上的說明中，設為頻率分析部332對接收到超聲波信號的全部區域進行頻率分析處理，但是也能夠設為輸入部35構成為能夠接受按特定的深度幅度和聲線寬度劃分出的部分區域的設定輸入，僅在所設定的部分區域內進行頻率分析處理。
[0113]繼以上說明的步驟S5的頻率分析處理之后，最佳衰減率設定部333針對每個關心區域設定最佳的衰減率(步驟S6)。圖10是表示該步驟S6的處理的概要的流程圖。以下，參照圖1O詳細地說明步驟S6的處理。
[0114]首先，近似部333a通過對由頻率分析部332計算出的多個頻譜分別進行回歸分析，來計算與各頻譜對應的校正前特征量(步驟S31)。具體地說，近似部333a對各頻譜通過進行回歸分析來利用一次式進行近似，計算斜率ao、截距bo、頻帶中心對應強度Co來作為校正前特征量。例如，圖5所示的直線Liq是近似部333a通過對頻帶F的頻譜C1進行回歸分析而近似得到的回歸直線。校正前特征量與計算出該校正前特征量的點的接收深度、接收方向以及該點所屬的關心區域的信息一同被保存于特征量信息存儲部373。
[0115]接著，最佳衰減率設定部333將用于識別關心區域的計數值i設為初始值1(步驟S32)0
[0116]之后，最佳衰減率設定部333將在進行后述的衰減校正時應用的衰減率候選值α的值設定為規定的初始值αο(步驟S33)。該初始值aQ的值由存儲部37預先存儲，最佳衰減率設定部333只要參照存儲部37即可。
[0117]接著，衰減校正部333b針對與關心區域ROI(i)內的各頻譜對應的校正前特征量，將衰減率候選值設為α來進行衰減校正，由此計算校正特征量，將該校正特征量與衰減率候選值α及關心區域ROI(i)的信息相對應地保存于特征量信息存儲部373(步驟S34)。圖6所示的直線L1是由衰減校正部333b進行衰減校正處理而得到的直線的例子。
[0118]在步驟S34中，衰減校正部333b通過將使用超聲波信號的聲線的數據排列得到的數據位置Z=(fsp/2vs)Dn代入到上述的式⑵、(4)中的接收深度z來進行計算。在此，fsp是數據的采樣頻率，Vs是聲速，D是數據步長，η是從聲線的第一個數據起到處理對象的采樣數據群的數據位置為止的數據步數。例如，當將數據的采樣頻率fsp設為50MHz、將聲速Vs設為1530m/sec、采用圖4所示的數據排列將步長D設為15時，z = 0.2295n(mm)。
[0119]之后，統計處理部333c計算由衰減校正部333b對各頻譜進行衰減校正而得到的校正特征量的方差，并將該校正特征量的方差與衰減率候選值α及關心區域ROI(i)的信息相對應地保存于特征量信息存儲部373(步驟S35)。在校正特征量為斜率a、頻帶中心對應強度c的情況下，如上述那樣，統計處理部333c計算校正特征量a和c中的任一方的方差。在該步驟S35中，優選的是，衰減率圖像數據生成部342在使用斜率來生成衰減率圖像數據的情況下，應用校正特征量a的方差，在使用頻帶中心對應強度來生成衰減率圖像數據的情況下，應用校正特征量c的方差。
[0120]接著，最佳衰減率設定部333使衰減率候選值α的值增加△α(步驟S36)，將增加后的衰減率候選值α與規定的最大值Ctmax的大小進行比較(步驟S37)。在步驟S37中的比較的結果為衰減率候選值α大于最大值Ctmax的情況下(步驟S37: “是”)，最佳衰減率設定部333轉移到步驟S38的處理。另一方面，在步驟S37中的比較的結果為衰減率候選值α為最大值Ctmax以下的情況下(步驟S37: “否”)，最佳衰減率設定部333返回步驟S34的處理。
[0121]在步驟S38中，統計處理部333c參照特征量信息存儲部373所存儲的關心區域ROI
(i)內的每個衰減率候選值的方差來提取具有最小的方差的衰減率候選值，將該衰減率候選值設定為關心區域ROI(i)的最佳的衰減率(步驟S38)。
[0122]圖11是表示統計處理部333c進行的處理的概要的圖。是表示設ao= 0(dB/cm/MHz),amax= 1.0( dB/cm/MHz)、Δ α = 0.2 (dB/cm/MHz)的情況下的衰減率候選值α 與方差 S (α)之間的關系的例子的圖。在圖11所示的情況下，在衰減率候選值α為0.2 (dB/cm/MHz)時，方差取最小值S(Ct)min。因而，在圖11所示的情況下，統計處理部333c將a = 0.2(dB/cm/MHz)設定為最佳的衰減率。
[0123]之后，最佳衰減率設定部333使計數值i的值增加I(步驟S39)，將增加后的計數值i與規定的最大值imX的大小進行比較(步驟S40)。在步驟S40中的比較的結果為計數值i大于最大值imax的情況下(步驟S40:“是”)，最佳衰減率設定部333結束一系列的處理。另一方面，在步驟S40中的比較的結果為計數值i為最大值imax以下的情況下(步驟S40: “否”)，最佳衰減率設定部333返回步驟S33的處理。
[0124]返回圖8的流程圖來說明步驟S7的處理。衰減率圖像數據生成部342參照視覺信息存儲部374，來對B模式圖像數據中構成各關心區域的像素附加與各關心區域的最佳的衰減率對應的視覺信息，由此生成衰減率數據圖像并將該衰減率數據圖像輸出到顯示裝置4(步驟S7)。接收到衰減率圖像數據的顯示裝置4顯示與該衰減率圖像數據對應的衰減率圖像。
[0125]在步驟S7之后，超聲波觀測裝置3結束一系列的處理。此外，超聲波觀測裝置3周期性地重復執行步驟SI?S7的處理。
[0126]圖12是表示顯示裝置4所顯示的衰減率圖像的顯示例的圖。關于圖12所示的衰減率圖像101，針對每個關心區域102附加了互不相同的視覺信息。此外，在圖12中，以圖案示意性地記載了視覺信息。另外，在圖12中，為了簡單而省略了B模式圖像的具體的顯示。在圖12所示的衰減率圖像101中，例示了超聲波振子21的掃描區域為扇形的情況。這相當于超聲波振子21為凸起型振子的情況。在衰減率圖像101中設定了互不交疊的15個關心區域102。具體地說，沿著扇形的徑向(深度方向)被分割為3個區域，沿著扇形的圓周方向(掃描方向)被分割為5個區域。在徑向和圓周方向上分別等間隔地進行分割。此外，在超聲波振子21為線性振子的情況下，其掃描區域呈矩形(長方形、正方形)，在超聲波振子21為徑向型振子的情況下，其掃描區域呈扇形、圓環狀。
[0127]根據以上說明的本發明的實施方式1，對觀測對象設定最佳的衰減率，生成用于顯示與該最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據，由此能夠提供包含與根據觀測對象設定的衰減率有關的信息的圖像數據。因而，即使在觀測對象的組織具有不均的構造的情況下，也能夠基于適合于觀測對象的超聲波的衰減特性來高精度地估計組織的性狀。
[0128]另外，根據本實施方式I，針對多個關心區域分別計算最佳的衰減率，并對各關心區域附加與各關心區域中的最佳的衰減率相應的視覺信息，由此生成衰減率圖像數據，其中，多個關心區域各自形成觀測對象區域的一部分，因此即使是具有不均的構造的組織也能夠得到高精度地顯示與構造相應的衰減特性的圖像。因而，醫生等用戶能夠一邊觀看衰減率圖像一邊更準確地診斷組織的性狀。
[0129](實施方式I的變形例I)
[0130]圖13是表示本實施方式I的變形例I所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設定部執行的處理的概要的圖。在本變形例I中，最佳衰減率設定部333將方差設為衰減率候選值的函數來求解，將該函數的最小值設定為最佳的衰減率。
[0131]圖13所示的曲線R是在統計處理部333c提取最佳的衰減率之前由近似部333a進行回歸分析來對衰減率候選值α的方差S(Ct)的值進行插值而得到的曲線。此外，在本變形例I中，衰減率候選值€1 = 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0(單位均為(^/011/10^)的方差3(€0的值與圖11相同。統計處理部333c使用該曲線R來計算0(dB/cm/MHZ)彡α彡1.0(dB/cm/MHz)中的最小值S’(a)min，提取此時的衰減率候選值的值α’來作為最佳的衰減率。在圖13所示的情況下，最佳的衰減率α，為O(dB/cm/MHz)與0.2(dB/cm/MHz)之間的值。
[0132]根據本變形例1，統計處理部333c將方差設為衰減率候選值的函數來求求解，因此能夠更高精度地設定最佳的衰減率。
[0133](實施方式I的變形例2)
[0134]圖14是示意性地表示本實施方式I的變形例2所涉及的超聲波觀測裝置執行的針對每個關心區域設定最佳衰減率的設定方法的概要的圖。在本變形例2中，多個關心區域被設定為與包含最接近的關心區域的其它關心區域交疊。因此，超聲波觀測裝置3—邊使關心區域每次移動一個像素一邊對該關心區域的中央的像素附加與各關心區域的最佳的衰減率相應的視覺信息。例如，在圖14所示的情況下，最佳衰減率設定部333在針對關心區域ROI(j)計算最佳的衰減率之后，對關心區域ROI (j)的中央的像素P( j)附加與該最佳的衰減率相應的視覺信息。同樣地，最佳衰減率設定部333在針對關心區域ROI (j+1)、R0I (j+2)分別計算最佳的衰減率之后，對關心區域ROI (j+Ι)的中央的像素P( j+Ι)和關心區域ROI (j+2)的中央的像素P( j+2)附加與計算結果相應的視覺信息。
[0135]此外，在本變形例2中，也可以代替使關心區域每次移動一個像素，而在使移動前的關心區域與移動后的關心區域具有重疊部分的范圍內每次移動多個像素。在該情況下，對被附加視覺信息的像素進行間除。因此，關于沒有附加基于最佳的衰減率的視覺信息的像素，只要附加與被附加了視覺信息的像素中的最近的像素的視覺信息相同的視覺信息即可。在存在多個最近的像素的情況下，只要附加對多個像素附加的視覺信息的統計值(平均值、最頻值、中央值、最大值中的任一個)即可。
[0136]另外，在本變形例2中，也可以將附加視覺信息的像素設定為關心區域內的中央以外的任意的位置。
[0137]根據本變形例2，關心區域具有重疊部分，并且對該關心區域內的規定位置的像素附加視覺信息，因此能夠提供具有更細致的衰減率的信息的衰減率圖像。
[0138](實施方式2)
[0139]圖15是表示具備本發明的實施方式2所涉及的超聲波觀測裝置的超聲波診斷系統的功能結構的框圖。該圖所示的超聲波診斷系統5具備:超聲波內窺鏡2，其向被檢體發送超聲波，并接收由該被檢體反射的超聲波;超聲波觀測裝置6，其基于由超聲波內窺鏡2獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像；以及顯示裝置4，其顯示由超聲波觀測裝置6生成的超聲波圖像。
[0140]超聲波觀測裝置6與上述的超聲波觀測裝置3的不同之處在于運算部61和存儲部62的結構。以下，說明運算部61和存儲部62的結構。
[0141]運算部61具有放大校正部331、頻率分析部332以及最佳衰減率設定部611。最佳衰減率設定部611除了具有近似部333a、衰減校正部333b、統計處理部333c以外，還具有排除區域提取部611a，該排除區域提取部611a將在關心區域內計算出的校正特征量的值包含在規定的值的范圍內的點的集合作為排除區域來提取。
[0142]排除區域提取部611a所提取的排除區域例如是組織中的如下部分，該部分具有的性狀的特征量的值與特別想要診斷的性狀的特征量的值有很大不同。例如，在使用頻帶中心對應強度來作為特征量的情況下，惡性腫瘤的特征量的值與血管及血管壁的特征量的值有很大不同。因此，在超聲波觀測裝置6使用頻帶中心對應強度來作為特征量的情況下，如果以使血管和血管壁成為排除區域的方式來設定校正特征量的值的范圍，則能夠生成適于觀測惡性腫瘤的衰減率圖像數據。
[0143]作為由排除區域提取部611a提取出的排除區域的各點的校正特征量，統計處理部333c賦予相同的關心區域的非排除區域中的校正特征量的平均值，由此計算該關心區域內的校正特征量的方差。此外，統計處理部333c也可以針對關心區域的排除區域設定非排除區域中的校正特征量的最頻值、中央值或最大值等統計值來作為校正特征量。
[0144]存儲部62除了具有頻譜信息存儲部371、關心區域信息存儲部372、特征量信息存儲部373、視覺信息存儲部374以外，還具有用于存儲設為排除對象的校正特征量的值的范圍的排除區域信息存儲部621。
[0145]圖16是表示超聲波觀測裝置6執行的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理的概要的流程圖。步驟S51?S54依次對應圖10的步驟S31?S34。
[0146]在步驟S55中，排除區域提取部611a參照排除區域信息存儲部621來提取關心區域ROI(i)內的排除區域(步驟S55)。圖17是示意性地表示超聲波的掃描區域中由排除區域提取部611a提取出的排除區域的圖。在圖17所示的掃描區域201中，提取出兩個排除區域211和212。排除區域211是跨越兩個關心區域R0I(2)、R0I (3)的區域，排除區域212是關心區域R0I(15)內的區域。
[0147]之后，統計處理部333c在關心區域ROI(i)內計算不包含于由排除區域提取部611a提取出的排除區域的區域(非排除區域)內的校正特征量的平均值，將該平均值設定為排除區域內的各點的校正特征量(步驟S56)。例如，在圖17所示的情況下，在關心區域ROI (2)中，針對排除區域211中的構成包含在關心區域R0I(2)內的局部區域211a的像素賦予非排除區域中的校正特征量的平均值。同樣地，在關心區域ROI (3)中，針對排除區域211中的構成包含在關心區域R0I(3)內的局部區域211b的像素賦予非排除區域中的校正特征量的平均值。
[0148]接著，統計處理部333c計算關心區域ROI(i)內的各點的校正特征量的方差，將該方差與衰減率候選值α相對應地保存于特征量信息存儲部373 (步驟S57)。此時，統計處理部333c在將排除區域中的校正特征量設為上述的平均值之后，計算關心區域ROI (i)內的方差。
[0149]步驟S58?S62依次對應圖10的步驟S36?S40。除去以上說明的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理以外，超聲波觀測裝置6的處理與上述的超聲波觀測裝置3的處理相同。
[0150]根據以上說明的本發明的實施方式2，與實施方式I同樣地，即使在觀測對象的組織具有不均的構造的情況下，也能夠基于適合于觀測對象的超聲波的衰減特性來高精度地估計組織的性狀。另外，即使是具有不均的構造的組織，也能夠得到高精度地顯示與構造相應的衰減特性的圖像。
[0151]并且，根據本實施方式2，提取排除對象區域，并對提取出的排除對象區域賦予相同的關心區域中的非排除區域的校正特征量的統計值，因此能夠更準確地基于診斷對象的組織的性狀計算最佳的衰減率。
[0152]此外，在本實施方式2中，排除區域提取部611a也可以基于B模式圖像數據的亮度值來提取排除區域。在該情況下，排除區域信息存儲部621只要事先存儲設為排除區域的亮度值的范圍即可。
[0153](實施方式2的變形例)
[0154]圖18是表示本實施方式2的變形例所涉及的超聲波觀測裝置6執行的針對每個關心區域設定最佳的衰減率的設定處理的概要的流程圖。在本變形例中，最佳衰減率設定部611僅對不包含由排除區域提取部611a提取出的排除區域的關心區域附加視覺信息。圖18的步驟S71?S75依次對應圖16的步驟S51?S55。
[0155]在步驟S75中的排除區域提取處理的結果為未提取出排除區域的情況下(步驟S76: “否”)，最佳衰減率設定部611轉移到步驟S77的處理。與此相對地，在步驟S75中的排除區域提取處理的結果為提取出排除區域的情況下(步驟S76:“是”)，最佳衰減率設定部611轉移到步驟S81的處理。
[0156]在步驟S77中，統計處理部333c計算關心區域R0I(i)內的各點的校正特征量的方差，將該方差與衰減率候選值α相對應地保存于特征量信息存儲部373(步驟S77)。在本變形例的情況下，僅對不具有排除區域的關心區域ROI(i)進行該處理。因而，如上述的實施方式2那樣，不需要對排除區域的校正特征量賦予另外的值。
[0157]步驟S78?S82依次對應圖16的步驟S58?S62。
[0?58]圖19是表示在本變形例中顯示裝置4所顯示的衰減率圖像的顯示例的圖。該圖所示的衰減率圖像301是如圖17所示那樣在提取出排除區域211、212的情況下生成且由顯示裝置4顯示的圖像。在衰減率圖像301中，未對包含排除區域211的關心區域R0I(2)、R0I(3)以及包含排除區域212的關心區域R0I(15)附加視覺信息。
[0159]此外，在本變形例中，也可以與上述實施方式I的變形例2同樣地，一邊使關心區域每次移動一個或多個像素一邊進行處理。
[0160]另外，在本變形例中，也可以設為，最佳衰減率設定部611針對每個觀測對象以關心區域不包含提取出的排除區域的方式設定關心區域。
[0161](其它實施方式)
[0162]目前為止說明了用于實施本發明的方式，但是本發明不應僅限定于上述的實施方式1、2。例如，最佳衰減率設定部針對超聲波圖像的全部幀分別計算與最佳的衰減率相當的最佳衰減率相當值，將包含最新的幀的最佳衰減率相當值在內的規定數量的最佳衰減率相當值的平均值、中間值或最頻值設定為最佳的衰減率。在該情況下，與針對各幀設定最佳的衰減率的情況相比，最佳的衰減率的變化減少，從而能夠使其值穩定。
[0163]另外，也可以是，最佳衰減率設定部以超聲波圖像的規定的幀為間隔設定最佳的衰減率。由此，能夠削減計算量。在該情況下，在下一次設定最佳的衰減率之前的期間，使用最后設定的最佳的衰減率的值即可。
[0164]另外，既可以將關心區域設為每個聲線，也可以將關心區域設為接收深度為規定值以上的區域。也可以設為能夠由輸入部接受這些關心區域的設定的結構。
[0165]另外，也可以設為能夠由輸入部接受衰減率候選值的初始值αο的設定變更的輸入的結構。
[0166]另外，作為賦予統計性偏差的量，例如也能夠應用標準偏差、總體中的特征量的最大值與最小值之差、特征量的分布的半值寬度中的任一個。此外，還考慮應用方差的倒數來作為賦予統計性偏差的量的情況，在該情況下，值最大的衰減率候選值為最佳的衰減率，這是不目而喻的。
[0167]另外，統計處理部也能夠分別計算多個種類的校正特征量的統計性偏差，將計算出的統計性偏差最小的衰減率候選值設定為最佳的衰減率。
[0168]另外，也可以是，在衰減校正部使用多個衰減率候選值來對頻譜進行衰減校正之后，近似部通過對衰減校正后的各頻譜進行回歸分析來計算校正特征量。
[0169]另外，對超聲波內窺鏡以外的超聲波探頭也能夠應用本發明。作為超聲波探頭，例如也可以應用沒有光學系統的細徑的超聲波微型探頭。超聲波微型探頭通常在被插入到膽道、膽管、胰管、氣管、支氣管、尿道、尿管來觀察其周圍臟器(胰臟、肺、前列腺、膀胱、淋巴結等)時使用。另外，作為超聲波探頭，還可以應用從被檢體的體表照射超聲波的體外式超聲波探頭。體外式超聲波探頭通常在觀察腹部臟器(肝臟、膽囊、膀胱)、乳房(特別是乳腺)、甲狀腺時使用。
[0170]這樣，本發明能夠在不脫離權利要求書所記載的技術思想的范圍內包含各種實施方式。
[0171]產業上的可利用性
[0172]如以上那樣，本發明所涉及的超聲波觀測裝置、超聲波觀測裝置的工作方法以及超聲波觀測裝置的工作程序對于即使在觀測對象的組織具有不均的構造的情況下也能夠基于適合于觀測對象的超聲波的衰減特性來高精度地估計組織的性狀而言是有用的。
[0173]附圖標記說明
[0174]U5:超聲波診斷系統;2:超聲波內窺鏡;3、6:超聲波觀測裝置;4:顯示裝置;21:超聲波振子;31:發送和接收部;32:信號處理部；33、61:運算部;34:圖像處理部;35:輸入部；36:控制部；37、62:存儲部；101:衰減率圖像；102:關心區域;201:掃描區域;211、212:排除區域;211a、211b:局部區域;301:衰減率圖像;311:信號放大部;331:放大校正部;332:頻率分析部；333、611:最佳衰減率設定部;333a:近似部；333b:衰減校正部；333c:統計處理部；341: B模式圖像數據生成部;342:衰減率圖像數據生成部;371:頻譜信息存儲部;372:關心區域信息存儲部；373:特征量信息存儲部；374:視覺信息存儲部;611a:排除區域提取部；621:排除區域信息存儲部。
【主權項】
1.一種超聲波觀測裝置，基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的特征在于，具備: 頻率分析部，其通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波信號的接收深度及接收方向相應的多個頻譜； 最佳衰減率設定部，其分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率;以及 衰減率圖像數據生成部，其生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。2.根據權利要求1所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述最佳衰減率設定部設定多個關心區域，基于根據各關心區域中包含的接收深度和接收方向計算出的所述頻譜，來計算各關心區域中的所述最佳的衰減率，其中，所述多個關心區域各自形成觀測對象區域的一部分， 所述衰減率圖像數據生成部通過對所述各關心區域附加與所述各關心區域中的所述最佳的衰減率相應的視覺信息，來生成所述衰減率圖像數據。3.根據權利要求2所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述多個關心區域互不交疊， 所述衰減率圖像數據生成部對所述各關心區域附加一個視覺信息。4.根據權利要求2所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述各關心區域至少與最接近的其它關心區域交疊， 所述衰減率圖像數據生成部對所述各關心區域內的規定位置的像素附加視覺信息。5.根據權利要求2所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述最佳衰減率設定部還具有排除區域提取部，該排除區域提取部將在所述關心區域內計算出的所述校正特征量的值包含在規定的范圍內的點的集合作為排除區域來提取， 作為由所述排除區域提取部提取出的排除區域的各點的所述校正特征量，賦予同一所述關心區域的非排除區域中的所述校正特征量的統計值，由此計算所述最佳的衰減率。6.根據權利要求2所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述最佳衰減率設定部還具有排除區域提取部，該排除區域提取部將在所述關心區域內計算出的所述校正特征量的值包含在規定的范圍內的點的集合作為排除區域來提取，僅對不包含由所述排除區域提取部提取出的排除區域的所述關心區域附加所述視覺?目息O7.根據權利要求1所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述最佳衰減率設定部具有: 近似部，其通過進行利用η次式對各所述頻譜進行近似的處理來計算所述特征量，其中，η為正整數； 衰減校正部，其通過對所述特征量實施所述衰減校正來計算所述校正特征量；以及 統計處理部，其針對每個所述衰減率候選值計算所述校正特征量的統計性偏差，提取該統計性偏差最小的衰減率候選值來作為所述最佳的衰減率。8.根據權利要求7所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述近似部利用一次式對所述頻譜中的規定的頻帶進行近似，計算所述一次式的截距、斜率、以及所述頻帶的中間頻率下的所述一次式的值即頻帶中心對應強度中的包含所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方在內的多個值來作為所述特征量，或者計算所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方來作為所述特征量， 所述衰減校正部和所述統計處理部基于所述斜率和所述頻帶中心對應強度中的任一方來提取所述最佳的發減率。9.根據權利要求7所述的超聲波觀測裝置，其特征在于， 所述統計處理部將所述統計性偏差設為所述衰減率候選值的函數來進行計算， 所述統計處理部提取所述函數中使所述統計性偏差最小的衰減率候選值來作為所述最佳的衰減率。10.—種超聲波觀測裝置的工作方法，該超聲波觀測裝置基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的工作方法的特征在于，包括以下步驟: 頻率分析步驟，頻率分析部通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波振子的掃描位置相應的多個頻譜； 最佳衰減率設定步驟，最佳衰減率設定部分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率;以及 衰減率圖像數據生成步驟，衰減率圖像數據生成部生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。11.一種超聲波觀測裝置的工作程序，該超聲波觀測裝置基于由超聲波探頭獲取到的超聲波信號來生成超聲波圖像，該超聲波探頭具備向觀測對象發送超聲波并接收由該觀測對象反射的超聲波的超聲波振子，該超聲波觀測裝置的工作程序的特征在于，使超聲波觀測裝置執行以下步驟: 頻率分析步驟，頻率分析部通過對所述超聲波信號的頻率進行分析，來計算與所述超聲波振子的掃描位置相應的多個頻譜； 最佳衰減率設定步驟，最佳衰減率設定部分別計算所述多個頻譜的特征量，使用賦予互不相同的衰減特性的多個衰減率候選值中的各個衰減率候選值作為所述超聲波在所述觀測對象中傳播時的衰減特性，來對各頻譜的特征量實施用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此針對每個所述衰減率候選值計算所述各頻譜的校正特征量，基于該計算的結果來從所述多個衰減率候選值中設定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率;以及 衰減率圖像數據生成步驟，衰減率圖像數據生成部生成用于顯示與所述最佳的衰減率有關的信息的衰減率圖像數據。
【文檔編號】A61B8/08GK106068099SQ201580012094
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年10月7日 公開號201580012094.7, CN 106068099 A, CN 106068099A, CN 201580012094, CN-A-106068099, CN106068099 A, CN106068099A, CN201580012094, CN201580012094.7, PCT/2015/78534, PCT/JP/15/078534, PCT/JP/15/78534, PCT/JP/2015/078534, PCT/JP/2015/78534, PCT/JP15/078534, PCT/JP15/78534, PCT/JP15078534, PCT/JP1578534, PCT/JP2015/078534, PCT/JP2015/78534, PCT/JP2015078534, PCT/JP201578534
【發明人】市川純一
【申請人】奧林巴斯株式會社