特開 2022-134005 超音波画像生成方法及び装置、並びに信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022134005

(43)【公開日】2022-09-14

(54)【発明の名称】超音波画像生成方法及び装置、並びに信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20220907BHJP

【ＦＩ】

A61B8/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021033013

(22)【出願日】2021-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】000243364

【氏名又は名称】本多電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114605

【弁理士】

【氏名又は名称】渥美 久彦

(72)【発明者】

【氏名】穂積 直裕

(72)【発明者】

【氏名】小林 和人

【テーマコード（参考）】

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C601BB03

4C601BB09

4C601DD18

4C601EE01

4C601EE02

4C601GC02

4C601GC10

4C601JB48

4C601JB49

4C601KK15

(57)【要約】

【課題】空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを低減し、高精度で鮮明な超音波画像を生成する。
【解決手段】この超音波画像生成装置１は、走査しつつ超音波パルス波の集束ビームＢ１を送信して得られる反射波信号の処理を行う。この装置１は、周波数成分分解手段、空間平均処理手段、時間領域変換手段、超音波画像生成手段であるＣＰＵ３１を備える。周波数成分分解手段は、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換し、周波数成分に分解する。空間平均処理手段は、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域Ｒ１の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う。時間領域変換手段は、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す。超音波画像生成手段は、対象物の深さ方向の情報に基づき、超音波画像を生成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物に超音波パルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号の処理を行い、超音波画像を生成する方法であって、
反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、
分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理ステップと、
空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換ステップと、
時間領域に戻された反射波信号から取得した前記対象物の深さ方向の情報に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成ステップと
を含む超音波画像生成方法。

【請求項2】

前記空間平均処理ステップでは、分解された周波数成分のうち、
ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分では、範囲を広く設定して空間平均処理を行い、
ビームの拡がりが相対的に小さい高周波領域の周波数成分では、空間平均処理を全く行わず、
前記低周波領域と前記高周波領域との中間に位置する領域では、前記低周波領域のときよりも範囲を狭く設定して空間平均処理を行う
ことを特徴とした請求項１に記載の超音波画像生成方法。

【請求項3】

前記超音波画像生成ステップでは、
時間領域に戻された反射波信号から前記対象物の深さ方向の固有音響インピーダンス値を推定する処理を行った後、その推定された固有音響インピーダンス値の情報に基づいて前記超音波画像を生成する
ことを特徴とした請求項１または２に記載の超音波画像生成方法。

【請求項4】

前記空間平均処理ステップでは、前記周波数成分に対応したビーム径の範囲よりも狭い範囲を設定して前記空間平均処理を行うことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像生成方法。

【請求項5】

前記空間平均処理ステップでは、前記集束ビームの焦点付近の空間平均処理の範囲を基準範囲とし、焦点深度から深い位置ほど前記基準範囲よりも範囲を広く設定して、前記空間平均処理を行うことを特徴とした請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像生成方法。

【請求項6】

対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物に超音波パルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号の処理を行い、超音波画像を生成する装置であって、
反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、
分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理手段と、
空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換手段と、
時間領域に戻された反射波信号から取得した前記対象物の深さ方向の情報に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成手段と
を備えた超音波画像生成装置。

【請求項7】

対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物にパルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号を処理する方法であって、
前記反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより、周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、
分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理ステップと、
空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換ステップと、
時間領域に戻された反射波信号から前記対象物の深さ方向の物性値を推定する処理を行う物性値推定ステップと
を含む信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物に超音波パルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号を処理することにより、超音波画像を生成する方法及び装置、並びに信号処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、皮膚や細胞内部の状態を音響インピーダンス等の音響物性値で定量化し、その分布を画像として表示する装置がいくつか提案されている。その具体例として、本発明者らは超音波音響インピーダンス顕微鏡をこれまでに提案している（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

この装置は、既知の音響物性を有する基体、基材を介して超音波パルス波の送受信を行う超音波振動子、振動子走査手段、演算手段、画像生成手段等を含んで構成されている。この装置では、既知の音響物性を有する基体に、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する。そしてこの状態で超音波パルス波の集束ビームを平面方向に走査しながら送信し、基体を介して対象物及び参照物質にビームを入射させる。そして、対象物及び参照物質からの超音波波形のインパルス応答を反射波信号として受信する。次に、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を得る。この規格化されたインパルス応答情報に基づき、反射係数を固有音響インピーダンス値に変換する操作を時間軸上で繰り返し行うことにより、時間軸方向（即ち深さ方向）の固有音響インピーダンス分布を推定する。そして、得られた固有音響インピーダンス分布に基づいて、音響インピーダンス像の画像データを生成し、所望とする超音波画像を得るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６３６１００１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記従来装置では、反射波信号を規格化する演算の過程で、反射係数を固有音響インピーダンス値に変換する操作を時間軸上で繰り返し行う。反射係数には低周波成分が含まれている。ここに低周波ノイズ（ベースラインの揺らぎ等に起因すると推定されるノイズ）が重畳すると、誤差が深さ方向の後方に伝搬して積算され、さらに大きな誤差をもたらす。その結果、深さ方向の固有音響インピーダンス分布の推定精度が低下し、得られる超音波画像に乱れが生じて不鮮明になってしまう。具体的にいうと、超音波画像の深さ方向に多くの筋が入るような乱れが生じ、皮膚などにおける微細な層構造が把握しにくくなる。

【0006】

ここで、超音波画像を補正する手法として、例えば、特定の走査点で取得した反射波信号と、その周囲の走査点で取得した反射波信号とから平均を求める空間平均処理を行えばよいとも考えられる。しかしながら、この処理を行った場合、低周波ノイズは低減される一方で、空間分解能の低下が避けられない。つまり、空間情報が失われて画像が暈けてしまうため、超音波画像を適切に補正することができない。

【0007】

それゆえ、従来においては、画像に関するいくつかのパラメータを手動で調整してユーザ自らが画像補正を行っていた。しかし、補正のためのパラメータ調整作業は、大変煩雑で時間がかかることに加え、作業を行ったとしても高精度で鮮明な画像を得ることが難しかった。

【0008】

以上のように、細胞や組織における微細な層構造がわかるような高精度かつ鮮明な超音波断層画像を生成できる方法や装置は、従来提案されていなかった。

【0009】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを低減することを通じて、高精度で鮮明な超音波画像を生成することができる、超音波画像生成方法及び装置を提供することにある。

【0010】

また、本発明のさらなる目的は、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを低減することを通じて、対象物の深さ方向の物性値を精度よく推定することができる信号処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、本願発明者らは、超音波パルス波の集束ビームの送信信号や反射波信号には低周波領域から高周波領域まで幅広く周波数成分が含まれること、及び集束ビームの拡がりは周波数に依存する（即ち集束ビームは周波数に依存した指向特性を持つ）ことに着目し、ビームの拡がりの大きさに応じて空間平均処理を行う範囲を変えることを思い付き、鋭意検討を行った。その結果、いったん周波数領域に変換してスペクトルに分解した反射波信号について、相対的にビームの拡がりが大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定する一方、相対的にビームの拡がりが小さい高周波領域の周波数成分ほど範囲を狭く設定して空間平均処理を行えば、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを有効に低減できることを新たに知見した。そして、本願発明者らはこ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。

【0012】

［１］対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物に超音波パルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号の処理を行い、超音波画像を生成する方法であって、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理ステップと、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換ステップと、時間領域に戻された反射波信号から取得した前記対象物の深さ方向の情報に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成ステップとを含む超音波画像生成方法。

【0013】

［２］前記空間平均処理ステップでは、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分では、範囲を広く設定して空間平均処理を行い、ビームの拡がりが相対的に小さい高周波領域の周波数成分では、空間平均処理を全く行わず、前記低周波領域と前記高周波領域との中間に位置する領域では、前記低周波領域のときよりも範囲を狭く設定して空間平均処理を行うことを特徴とした上記１に記載の超音波画像生成方法。

【0014】

［３］前記超音波画像生成ステップでは、時間領域に戻された反射波信号から前記対象物の深さ方向の固有音響インピーダンス値を推定する処理を行った後、その推定された固有音響インピーダンス値の情報に基づいて前記超音波画像を生成することを特徴とした上記１または２に記載の超音波画像生成方法。

【0015】

［４］前記空間平均処理ステップでは、前記周波数成分に対応したビーム径の範囲よりも狭い範囲を設定して前記空間平均処理を行うことを特徴とした上記１乃至３のいずれか１項に記載の超音波画像生成方法。
［５］前記空間平均処理ステップでは、前記集束ビームの焦点付近の空間平均処理の範囲を基準範囲とし、焦点深度から深い位置ほど前記基準範囲よりも範囲を広く設定して、前記空間平均処理を行うことを特徴とした上記１乃至４のいずれか１項に記載の超音波画像生成方法。

【0016】

［６］対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物に超音波パルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号の処理を行い、超音波画像を生成する装置であって、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理手段と、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換手段と、時間領域に戻された反射波信号から取得した前記対象物の深さ方向の情報に基づいて、前記超音波画像を生成する超音波画像生成手段とを備えた超音波画像生成装置。

【0017】

［７］対象物の深さ方向に直交する方向に走査しつつ前記対象物にパルス波の集束ビームを送信したときに得られる反射波信号を処理する方法であって、前記反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより、周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う空間平均処理ステップと、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す時間領域変換ステップと、時間領域に戻された反射波信号から前記対象物の深さ方向の物性値を推定する処理を行う物性値推定ステップとを含む信号処理方法。

【発明の効果】

【0018】

以上詳述したように、上記手段１～６に記載の発明によると、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを低減することを通じて、高精度で鮮明な超音波画像を生成することができる超音波画像生成方法及び装置を提供することができる。また、上記手段７によると、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを低減することを通じて、対象物の深さ方向の物性値を精度よく推定することができる信号処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明を具体化した実施形態の超音波画像生成装置を示す概略構成図。

【図2】実施形態の超音波画像生成装置の電気的構成を示すブロック図。

【図3】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。

【図4】実施形態において固有音響インピーダンス像の生成についての演算処理を説明するためのフローチャート。

【図5】反射波信号のノイズ低減のための補正処理の原理を説明するための概略図。

【図6】（ａ）は高周波領域の集束ビーム形状を示し、（ｂ）は低周波領域の集束ビームのビーム形状を示す概略図。

【図7】（ａ）は時間領域の反射波信号の波形を示し、（ｂ）は周波数領域に変換された反射波信号の波形を示す概略図。

【図8】（ａ）は集束ビームのビーム幅の計算方法を説明するための概略図、（ｂ）は周波数に応じた空間平均の範囲を示すグラフ。

【図9】実施形態の補正処理を数式で説明した文章を画像として組み込んだ図。

【図10】実施形態の補正処理を数式で説明した文章を画像として組み込んだ図。

【図11】（ａ）は補正処理前における皮膚の固有音響インピーダンス像、（ｂ）は補正処理前における皮膚の深さ方向の固有音響インピーダンスの波形を示すグラフ、（ｃ）は補正処理後における皮膚の固有音響インピーダンス像、（ｄ）は補正処理後における皮膚の深さ方向の固有音響インピーダンスの波形を示すグラフ。

【図12】（ａ）は無補正の培養細胞の固有音響インピーダンス像、（ｂ）は実施形態の手法で自動的に補正された培養細胞の固有音響インピーダンス像、（ｃ）は培養細胞の光学顕微鏡像、（ｄ）は培養細胞を平面方向からみたＣモード画像。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の超音波画像生成方法及び装置を具体化した実施形態を図１～図１２に基づき詳細に説明する。

【0021】

図１は、本実施形態の超音波画像生成装置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画像生成装置１は、超音波を用いて皮膚８（対象物）を観察、診断等するための装置であって、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とを備えている。

【0022】

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。

【0023】

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、対象物を接触させて配置するための樹脂プレート９が固定されている。ここでの対象物は、生体の軟組織（具体的には、肌組織；皮膚８）である。本実施形態では、ヒトの皮膚８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る。樹脂プレート９は、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、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る。そして、深さ方向の固有音響インピーダンス分布を正確に推定可能となる結果、画像の精度が向上する。なお、本実施形態では厚さ０．８ｍｍ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。

【0024】

この樹脂プレート９において上面は、皮膚８が接触配置される側の面である。当該上面には、参照物質としてのリファレンス部材１０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。

【0025】

超音波プローブ６は、プローブ本体１２と、超音波トランスデューサ１３（超音波振動子）と、Ｘ－Ｙステージ１４とを備える。プローブ本体１２は、水などの超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部１１をその先端部に有している。超音波トランスデューサ１３は、プローブ本体１２の略中心部に配置されている。Ｘ－Ｙステージ１４は、プローブ本体１２をステージ４の平面方向、即ち対象物である皮膚８の深さ方向に直交する方向に沿って二次元的に機械走査するための装置である。プローブ本体１２の貯留部１１は上部が開口している。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。

【0026】

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に対して超音波パルス波を照射する。超音波トランスデューサ１３が照射する超音波パルス波のビームは、貯留部１１の超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に集束する。そしてこの集束ビームＢ１は、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２．４ｍｍ、焦点距離４．０ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅３～１００ＭＨｚ（－６ｄＢ）の仕様のものを用いている。勿論、これとは異なる仕様の超音波トランスデューサ１３を用いてもよい。

【0027】

図２は、本実施形態の超音波画像生成装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

【0028】

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。

【0029】

走査手段としてのＸ－Ｙステージ１４は、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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。その結果、超音波トランスデューサ１３から超音波パルス波の集束ビームＢ１が照射される。

【0033】

図３は、Ｘ－Ｙステージ１４の移動に伴う超音波パルス波の集束ビームＢ１の走査範囲ＳＲ１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がある位置を起点として、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行われる。図３において各走査点はＳ１で表現されている。

【0034】

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る。このため、薄膜圧電素子１６は、皮膚８で反射して戻ってきた超音波パルス波の反射波を受信して電気信号に変換する。そして、その反射波信号は、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、反射波信号を増幅して検波回路２４に出力する。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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固有音響インピーダンス像へ変換するためのプログラム、固有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。

【0038】

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。

【0039】

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の表層の固有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。

【0040】

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。

【0041】

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の反射波形とその固有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。ＣＰＵ３１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を実行してもよく、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムを実行してもよい。プログラムは、記憶装置３４にインストールされて実行される。

【0042】

本実施形態の超音波画像生成装置１は、反射波信号を補正処理することにより反射波信号に含まれる低周波ノイズを低減するための信号補正処理手段を備えている。信号補正処理手段は、周波数成分分解手段と空間平均処理手段と時間領域変換手段とを含んで構成されている。本実施形態では、ＣＰＵ３１が信号補正処理手段として機能する。信号補正処理手段における周波数成分分解手段であるＣＰＵ３１は、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより、反射波信号を周波数成分に分解する。信号補正処理手段における空間平均処理手段であるＣＰＵ３１は、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う。信号補正処理手段における時間領域変換手段であるＣＰＵ３１は、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して、周波数領域から時間領域に戻す。そして以上の補正処理の結果、低周波ノイズが低減された反射波信号（補正反射波信号）が得られる。なお、このような演算は、メモリ３３内に格納された所定のスペクトル分解空間平均アルゴリズムに基づいて実行される。

【0043】

次に、本実施形態の超音波画像生成装置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固有音響インピーダンス像を生成する手法について説明する。

【0044】

この超音波画像構築装置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る。そして、その規格化されたインパルス応答情報に基づいて、深さ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。また、このような推定を行うために、本実施形態では、対象物内において異なる固有音響インピーダンスを持つ無損失の微小伝送路が深さ方向に連なって伝送路の集合体をなしていると仮定する。そして、手前側の微小伝送路の固有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の固有音響インピーダンスを推定する演算処理を順次繰り返す。この繰り返しの演算処理により、伝送路の深さ方向の音響物性分布（ここでは固有音響インピーダンス分布）を推定する。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。

【0045】

このアルゴリズムでは、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、深さ方向の固有音響インピーダンスの分布を推定する。このアルゴリズムは、時間領域反射測定法（ＴＤＲ法：Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ法）の原理を参考としている。このアルゴリズムは、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深さ方向の固有音響インピーダンス像に変換する。なお、このアルゴリズムについては、例えば特許第６３６１００１号公報に具体的に説明されているので、ここではその説明を省略する。

【0046】

本実施形態では、上記のような推定ステップを行って深さ方向の固有音響インピーダンス分布を推定した後、得られた推定結果に基づいて、Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を固有音響インピーダンス像に変換する。

【0047】

次に、本実施形態の超音波画像構築装置１において固有音響インピーダンス画像を生成するために、プロセッサであるＣＰＵ３１が実行する演算処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

【0048】

まず、対象物であるヒトの皮膚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、Ｘ－Ｙステージ１４を移動させる。そして、リファレンス部材１０がある位置にて超音波パルス波の集束ビームＢ１の照射が可能な状態にする。

【0049】

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、リファレンス部材１０に超音波パルス波の集束ビームＢ１が照射される。そして、その反射波が受信回路２２を経て検波回路２４で検出される。次に、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を介して取得する。ＣＰＵ３１は、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）。

【0050】

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。このときＣＰＵ３１は、トランスデューサ１３を次の測定点（走査点Ｓ１）へ移動させるととともに（ステップＳ１１０）、エンコーダ２６の出力に基づいて測定点（走査点Ｓ１）の座標データを取得する（ステップＳ１２０）。

【0051】

そして、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、皮膚８に超音波パルス波の集束ビームＢ１が照射される。そして、特定の測定点（走査点Ｓ１）における反射波が受信回路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を介して取得する。ＣＰＵ３１は、その取得したデータを皮膚８からの超音波波形のインパルス応答のデータ（反射波信号データ）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Ｓ１３０）。

【0052】

次いで、ＣＰＵ３１は、全ての測定点（走査点Ｓ１）での処理が終了して画像データが全て取得されたか否かを判断する（ステップＳ１４０）。ここで、全データが取得されていない場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１１０に戻り、次の測定点（走査点Ｓ１）に移動してから、ステップＳ１２０～Ｓ１４０の処理を繰り返し実行する。全データが取得された場合には（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、次ステップＳ１５０に移行する。

【0053】

ステップＳ１５０においてＣＰＵ３１は、取得した反射波信号を補正して低周波ノイズを低減する処理を行う。具体的には、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより、反射波信号を周波数成分に分解する（周波数成分分解ステップ）。次に、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域Ｒ１の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う。一方、ビームの拡がりが相対的に小さい高周波領域Ｒ２の周波数成分ほど範囲を狭く設定して空間平均処理を行う（空間平均処理ステップ）。次に、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して、周波数領域から時間領域に戻し、補正反射波信号とする（時間領域変換ステップ）。この後、ＣＰＵ３１は次ステップＳ１６０に移行する。

【0054】

次いで、演算手段としてのＣＰＵ３１は、規格化され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推定ステップの演算を実行する。そしてＣＰＵ３１は、その演算により皮膚８における各測定点（走査点Ｓ１）での深さ方向の固有音響インピーダンスを深さ方向の手前側から奥側に向かって順次推定することを通じて、深さ方向の固有音響インピーダンス分布を推定し、その推定結果をメモリ３３に記憶する（ステップＳ１６０）。

【0055】

その後、画像生成手段としてのＣＰＵ３１は、深さ方向の固有音響インピーダンス分布の推定結果に基づいて、深さ方向の固有音響インピーダンス像（超音波画像）を生成するための画像処理を行う（ステップＳ１７０）。詳しくは、ＣＰＵ３１は、固有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、固有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生成し、この画像データをメモリ３３に記憶する。

【0056】

そして、ＣＰＵ３１は、このデータを表示装置３６に転送し、あらかじめ定めた直線上における固有音響インピーダンス像を表示させた後（ステップＳ１８０）、図４の処理を終了する。このような一連の処理により、皮膚８での固有音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされた固有音響インピーダンス像が表示される。

【0057】

次に、本実施形態における低周波ノイズ低減のための補正処理について具体的に述べる。

【0058】

まず、問題の所在について説明すると、深さ方向の固有音響インピーダンス分布を推定するための演算を行う場合、その過程で、反射係数を固有音響インピーダンス値に変換する操作を時間軸上で繰り返し行う必要がある。反射係数には低周波成分が含まれており、ここに低周波ノイズ（ベースラインの揺らぎ等に起因すると推定されるノイズ）が重畳すると、誤差が深さ方向の後方に伝搬して積算され、さらに大きな誤差をもたらす。この大きな誤差は、深さ方向の固有音響インピーダンス分布の推定精度を低下させる原因となる。そして、このことが超音波画像の高精度化や鮮明化を達成するうえで問題となる。

【0059】

ここで、図５（ａ）は高周波領域Ｒ２の集束ビームＢ１の形状を示す概略図、図５（ｂ）は低周波領域Ｒ１の集束ビームＢ１の形状を示す概略図である。両図を比較すると、高周波領域Ｒ２の集束ビームＢ１のほうが、低周波領域Ｒ１の集束ビームＢ１よりも焦点付近におけるビーム径が細いことがわかる。

【0060】

高周波領域Ｒ２では集束ビームＢ１の反射波信号波形は、対象物の内部の構造を反映したものとなる。また、超音波トランスデューサ１３を走査して動かすと、反射波信号の波形が変化するという性質がある。これは、周波数が高くて波長が短くなると、拡がり関数の幅（即ち暈け）が小さくなるからである。

【0061】

一方、低周波領域Ｒ１では集束ビームＢ１の反射波信号波形は、対象物の内部の構造の平均的な特性に依存したものとなる。また、超音波トランスデューサ１３を狭い範囲で走査して動かしても、反射波信号の波形が大きく変化しないという性質がある。これは、周波数が低くて波長が長くなると、拡がり関数の幅（即ち暈け）が大きくなるからである。

【0062】

ところで、超音波パルス波の集束ビームＢ１は、低周波領域Ｒ１から高周波領域Ｒ２まで幅広く周波数成分を含んでおり、周波数帯域が中心周波数の周りに広く拡がっているという特性を有している。ここで、図６は反射波信号のノイズ低減のための補正処理の原理を説明するためのものであり、図６（ａ）は各走査点Ｓ１における時間領域の反射波信号の波形、つまりフーリエ変換前の反射波信号の波形を三次元的に表した概略図である。この図６（ａ）では、超音波トランスデューサ１３が平面方向（ｘｙ方向）に沿って二次元走査されるため、ｘｙ平面には複数の走査点Ｓ１が存在している。ｚ方向は対象物の深さ方向であり、超音波パルス波の集束ビームＢ１が進行する方向である。なお、図７（ａ）も同様に時間領域の反射波信号の波形を示したグラフである。４本の曲線は、隣接する異なる走査点Ｓ１での反射波信号の波形である。これらの図に描かれた反射波信号は、低周波揺らぎを含んだものとなっている。

【0063】

次に、図６（ｂ）は周波数領域に変換された反射波信号の波形、つまりフーリエ変換後の反射波信号の波形を三次元的に表した概略図である。なお、図７（ｂ）も同様に周波数領域の反射波信号の波形を示したグラフである。４本の曲線は、隣接する異なる走査点Ｓ１での反射波信号の波形である。便宜上、図７（ｂ）では、低周波領域をＲ１、高周波領域をＲ２、それらの間に位置する領域である中周波領域をＲ３として表している。そして、本実施形態では周波数領域ごとに異なる空間平均処理を行うようにしている。ここで「空間平均」とは、各走査点Ｓ１で取得した反射波信号と、その周りの走査点Ｓ１で取得した信号とを平均したものをいうこととする。通常は適当な関数で重み付けしてから平均をとる。なお、図８（ａ）は集束ビームＢ１のビーム幅の計算方法を説明するための概略図であり、図８（ｂ）は周波数に応じた空間平均処理の範囲を示すグラフである。空間平均処理を行う範囲は、例えば使用する超音波トランスデューサ１３の形状、寸法、材質等から算出されたビーム幅に基づき、周波数に応じて決定される。

【0064】

本実施形態では、時間領域の反射波信号をフーリエ変換して、いったん周波数領域に変換してスペクトルに分解する。そしてその反射波信号を空間平均処理するにあたり、ビームの拡がりの大きさに応じて（つまり周波数に依存したビームの指向特性に応じて）空間平均処理を行う範囲を変えるようにしている。具体的には、相対的に大きい低周波領域Ｒ１の周波数成分ほど範囲を広く設定する一方、相対的に小さい高周波領域Ｒ２の周波数成分ほど範囲を狭く設定している。図６（ｂ）では、高周波領域Ｒ２の集束ビームＢ１が濃色で描かれている。高周波領域Ｒ２では、集束ビームＢ１の集束度合が高いため、空間平均処理の範囲を狭く（例えば隣接する周囲の走査点Ｓ１の１～１０個分に）設定する。そしてこのような範囲設定により、空間分解能を低下させず維持するようにする。一方、図６（ｂ）では、低周波領域Ｒ１の集束ビームＢ１が淡色で描かれている。低周波領域Ｒ１では、集束ビームＢ１の集束度合が低くて暈けているので、空間平均処理の範囲を広く（例えば隣接する周囲の走査点Ｓ１の３０～１００個分に）設定する。そしてこのような範囲設定により、低周波ノイズを低減するようにする。ただし、空間平均処理を行う範囲は、周波数成分に対応したビーム径の範囲よりも狭い範囲で設定される。この処理を行うにあたり、対応したビーム径の範囲を超えてあまりに広い範囲を設定してしまうと、空間分解能を維持できなくなるおそれがあるからである。空間平均処理を行う範囲は、周波数成分に対応したビーム径の範囲の例えば１／２以下がよく、１／４以下がさらによい。ちなみに、本実施形態の空間平均処理が成立する条件として、走査点Ｓ１の刻み幅がビーム径より細かく設定されていることが必要とされる。つまり、ビームにおける任意の深さ位置の横断面にて、複数の走査点Ｓ１が含まれるように走査点Ｓ１の刻み幅が設定される必要がある。例えば、高周波領域Ｒ２の集束ビームＢ１の場合、平均ビーム径が最も小さくなる焦点付近の横断面であっても、走査点Ｓ１を数個以上含むことがよい。

【0065】

ちなみに図７（ｂ）では、低周波領域Ｒ１にて広い範囲で空間平均処理したものを使用し、中周波領域Ｒ３にてやや狭い範囲で空間平均処理したものを使用し、高周波領域Ｒ２にて非常に狭い範囲で空間平均処理したものを使用して、波形を補正することを示している。この場合、高周波領域Ｒ２については空間平均処理を全く行わず、波形をそのまま使用してもよい。

【0066】

そして、上記各周波数スペクトルを重み付け加算平均した後、逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻すことにより、補正反射波信号が得られる。図６（ｃ）は、補正反射波信号の波形を示している。この処理を経ると、各走査点Ｓ１の高周波成分を保持したままで低周波揺らぎが低減されることになる。

【0067】

ここで、図９、図１０は、本実施形態の信号補正処理において、得られるべき信号のこと、ノイズのこと及び空間平均のことを、それぞれ数式を用いて詳細に説明した文章を図として組み込んだものである。図９、図１０の説明文から明らかなように、この補正処理によれば、空間分解能を低下することなく測定点（走査点Ｓ１）の信号の低周波ノイズを有効に低減することができる。なお、重み関数の拡がりは周波数が低いほど大きく設定され、二次元的に拡がった状態となる（図６（ｂ）を参照）。重み関数の拡がりを周波数軸上に積み上げたものは、パゴダ（宝塔、仏塔）のような形に見えるので、これを「スペクトルパゴダ」と命名する。また、この原理に基づいて行う上記の信号処理方法のことを、「スペクトルパゴダ空間平均法」あるいは「スペクトル分解空間平均法」と呼ぶことにする。

【0068】

図１１（ａ）は補正処理前における皮膚８の固有音響インピーダンス像、図１１（ｂ）は補正処理前における皮膚８の深さ方向の固有音響インピーダンスの波形を示すグラフである。図１１（ａ）の固有音響インピーダンス像では、深さ方向に多くの筋が入るような乱れが生じて、層内に色ムラが生じており、画像が不鮮明になっている。そのため、皮膚８における微細な層構造が感覚的に把握しにくい画像となっている。また、図１１（ｂ）における固有音響インピーダンスの波形を見ると、同じ深さであっても値がかなりばらついていることがわかる。

【0069】

これに対し、図１１（ｃ）は補正処理後における皮膚８の固有音響インピーダンス像、図１１（ｄ）は補正処理後における皮膚８の深さ方向の固有音響インピーダンスの波形を示すグラフである。図１１（ｃ）の固有音響インピーダンス像では、深さ方向に若干筋が入っているものの乱れが生じておらず、層内における音響インピーダンス値が補正され画像の色ムラが減少している。また、補正処理前に比べて画像もかなり鮮明になっている。そのため、皮膚８における微細な層構造が把握可能な画像となっている。また、図１１（ｄ）における固有音響インピーダンスの波形を見ると、同じ深さの値が殆どばらついていないことがわかる。

【0070】

図１２（ｃ）は培養細胞の光学顕微鏡像であり、図１２（ｄ）は培養細胞を平面方向からみたときのＣモード画像である。そして、図１２（ａ）は、実施形態の手法による補正処理を行っていない培養細胞の固有音響インピーダンス像を示している。このときの固有音響インピーダンス像は、低周波揺らぎに起因した筋が深さ方向に多数入っていて、層内に色ムラがある。ゆえに、不鮮明な固有音響インピーダンス像となっている。これに対し、図１２（ｂ）は実施形態の手法で自動的に補正処理された培養細胞の固有音響インピーダンス像である。補正処理された固有音響インピーダンス像は、深さ方向に殆ど筋が入っておらず、層内における色ムラがない。ゆえに、画像が十分に補正されており、格段に鮮明な固有音響インピーダンス像が得られていることがわかる。

【0071】

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。即ち、本実施形態の超音波画像構築装置１は、周波数成分分解手段、空間平均処理手段、時間領域変換手段及び超音波画像生成手段を備えている。周波数成分分解手段は、反射波信号をフーリエ変換して時間領域から周波数領域に変換することにより周波数成分に分解する。空間平均処理手段は、分解された周波数成分のうち、ビームの拡がりが相対的に大きい低周波領域Ｒ１の周波数成分ほど範囲を広く設定して空間平均処理を行う。時間領域変換手段は、空間平均処理後の反射波信号を逆フーリエ変換して周波数領域から時間領域に戻す。超音波画像生成手段は、時間領域に戻された反射波信号から取得した皮膚８の深さ方向の情報に基づいて、超音波画像を生成する。そしてこの装置１では、隣接する走査点Ｓ１との間で反射波信号の波形の空間平均処理を行うことから、空間情報を含んだ各走査点Ｓ１の高周波成分を保持したまま、揺らぎ等のノイズを含んだ低周波成分のみを除去することができる。その結果、空間分解能を維持しつつ低周波ノイズを効果的に低減することが可能となり、これを通じて高精度で鮮明な超音波画像を生成することができる。

【0072】

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。

【0073】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１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い。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９の表面）での反射波を用いてもよい。言い換えると、樹脂プレート９と空気層との界面からの反射波を参照波形として利用してもよい。

【0074】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１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。

【0075】

・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画像生成装置１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画像生成装置１を用いてもよい。

【0076】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１では、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、対象物は皮膚８でなくてもよく、例えば内臓、筋肉、脳、脂肪などの生体の軟組織であってもよいほか、歯、爪、骨のような硬い組織であっても勿論よい。また、本発明における対象物は、ヒトの一部でなくてもよく、生体から単離された各種細胞（例えばグリア細胞など）であってもよい。なお、付着性細胞であれば生物種は問わずどのような培養細胞であってもよい。さらにいうと、対象物は必ずしも生体組織や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、例えば測定等に関する工業分野、宇宙航空分野などにおいても広く適用されることができる。

【0077】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１は、対象物に対して超音波トランスデューサ１３を平面方向に沿った２方向に機械走査して走査点を移動させる走査手段を備えていた。これに代えて、超音波トランスデューサ１３を平面方向に沿った１方向にのみ機械走査して走査点を移動させる走査手段を備えたものとしてもよい。また、機械式の走査手段ではなく、走査点を電子的に走査して走査点を移動させる走査手段を用いてもよい。

【0078】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１では、深さ方向の固有音響インピーダンス分布の推定結果に基づいて固有音響インピーダンス像を生成したが、これに限定されない。例えば、深さ方向の音速分布を推定し、その結果に基づいて音速像を生成してもよい。

【0079】

・上記実施形態の超音波画像生成装置１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固有音響インピーダンス像を生成してそれを表示装置３６に表示させるように構成したが、固有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スペクトル分解空間平均アルゴリズムを組み込むことで、超音波画像生成装置１として動作させるようにしてもよい。

【0080】

・上記実施形態では、測定対象物内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深さ方向の固有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。反射波形から固有音響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固有音響インピーダンス分布の推定結果を得ることができる。

【0081】

・上記実施形態では、超音波Ｂモードエコー像の元となる反射信号列を深さ方向の固有音響インピーダンス像に変換するにあたり、対象物内での多重反射を考慮した解析手法を採用したが、これに限定されない。例えば、生体の軟組織のように多重反射の影響が小さいと考えられる場合、対象物内での多重反射を敢えて考慮しない解析手法を採用してもよい。

【0082】

・上記実施形態では、周波数成分に対応したビーム径の範囲よりも狭い範囲を設定して空間平均処理を行う際に、集束ビームＢ１の深さ方向において焦点からの距離を特に考慮せずに処理の範囲を設定したが、焦点からの距離を考慮してもよい。超音波パルス波の集束ビームＢ１は、焦点深度では最もビーム径が小さくなるが、焦点深度から深さ方向に距離が長くなるほど、ビームが拡がってビーム径が大きくなる性質がある（図５（ａ）（ｂ）参照）。ゆえに、焦点深度よりも深い位置にて固有音響インピーダンスの分布推定を推定する場合には、焦点深度からの距離（即ちその深さ位置におけるビーム径）を考慮し、それに応じて周波数成分ごとに空間平均処理の範囲を設定してもよい。つまり、空間平均処理ステップでは、集束ビームＢ１の焦点付近の空間平均処理の範囲を基準範囲とし、焦点深度から深い位置ほど基準範囲よりも範囲を広く狭く設定して、空間平均処理を行ってもよい。

【0083】

・上記実施形態では、超音波パルス波を用いて送受信を行った場合の反射波信号を対象として本発明を具体化したが、異なる周波数帯域の電磁波を用いて送受信を行った場合の反射波信号を対象としてもよい。例えば、ギガヘルツ帯のパルス波や、テラヘルツ帯のパルス波や、さらにはそれらよりも短波長である光波のパルス波を用いて送受信を行った場合の反射波信号を対象とし、実施形態と同様の信号処理を行うことで、対象物の深さ方向の物性値を推定するようにしてもよい。この場合、推定される物性値は、固有音響インピーダンス等の音響物性値であってもよいが、音響に関係しない物性値を推定しても勿論よい。

【符号の説明】

【0084】

１…超音波画像生成装置
８…対象物としての皮膚
３１…周波数成分分解手段、空間平均処理手段、時間領域変換手段、超音波画像生成手段としてのＣＰＵ
Ｂ１…集束ビーム
Ｒ１…低周波領域
Ｒ２…高周波領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】