特許 7505916 超音波撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】超音波撮像装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/14 20060101AFI20240618BHJP

【ＦＩ】

A61B8/14

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020094167

(22)【出願日】2020-05-29

(65)【公開番号】P2021186234

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-04-27

(73)【特許権者】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000888

【氏名又は名称】弁理士法人山王坂特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 貞一郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 智彦

【審査官】永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５２５０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６４４４５１８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ８／００ ー ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の超音波素子を含む超音波探触子に送信信号を出力して、被検体に超音波を送信させる送信部と、
前記超音波を送信された前記被検体からのエコー、または、前記被検体に挿入されたビーコンからの超音波を前記複数の超音波素子が受信して出力する受信信号を、受け取って処理する受信部とを有し、
前記受信部は、前記複数の超音波素子がそれぞれ出力する受信信号を受信ビームフォーミングすることにより予め定めた１以上の受信走査線に沿った高周波信号を生成する受信ビームフォーマと、前記高周波信号を処理して画像を生成する画像生成部と、ＳＮＲ強調信号生成部とを備え、
前記ＳＮＲ強調信号生成部は、前記ビーコンからの超音波を前記超音波素子が受信して出力した前記受信信号間のコヒーレンス値、もしくは、前記受信信号から生成された複数の前記高周波信号間のコヒーレンス値を求め、前記コヒーレンス値に応じた重みにより、前記受信信号または前記高周波信号を重み付けすることによりＳＮＲ強調信号を生成し、
前記ＳＮＲ強調信号生成部は、前記ＳＮＲ強調信号を用いて、前記ビーコンの位置および／または存在の確からしさを示す情報を生成するＳＮＲ強調信号処理部を含み、
前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記情報に基づいて、前記被検体に送信される超音波を変化させるよう前記送信部をフィードバック制御するか、または、前記受信ビームフォーマが前記高周波信号を生成する範囲を変化させるフィードバック制御を行い、
前記画像生成部は、前記ビーコンからの超音波を前記超音波素子が受信して出力した前記受信信号から、前記受信ビームフォーマが生成した前記高周波信号を用いて、前記ビーコンの画像を生成し、
前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記ＳＮＲ強調信号を用いて前記ビーコンの強調されたＳＮＲ強調画像を生成し、
前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記ビーコンの画像を、前記ＳＮＲ強調画像の画素値に基づいて画像処理するビーコン画像処理部を有し、
前記ビーコン画像処理部は、前記ビーコン画像と、前記ＳＮＲ強調画像とを重畳して表示させることを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記ビーコン画像処理部は、前記ビーコン画像に対して、前記ＳＮＲ強調画像を異なる色で重畳することを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項3】

請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記ビーコン画像処理部は、前記ＳＮＲ強調画像の画素値が、予め定めておいた閾値より小さい場合、対応する前記ビーコン画像の画素値を低減させることを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項4】

請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記ＳＮＲ強調信号が最も大きかった座標を、前記ビーコンの位置情報として算出することを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項5】

請求項４に記載の超音波撮像装置であって、前記画像生成部は、前記ビーコンからの超音波を前記超音波素子が受信して出力した前記受信信号から、前記受信ビームフォーマが生成した前記高周波信号を用いて、ビーコン画像を生成し、
前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記ＳＮＲ強調信号から求めた前記座標を示すマークを、前記ビーコン画像上に表示することを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項6】

請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記情報が示す前記ビーコンの位置が、前記送信部が送信させる超音波の送信範囲から外れている場合には、外れている方向に近い範囲のみに前記送信範囲を狭めるか、または、前記ビーコンの位置が含まれるように前記送信範囲をずらすことを特徴とする超音波撮像装置。

【請求項7】

請求項１に記載の超音波撮像装置であって、前記ＳＮＲ強調信号処理部は、前記情報が示す前記ビーコンの位置が、前記受信ビームフォーマの複数の受信走査線の設定された受信範囲内に位置する場合、前記ビーコンの位置が含まれるように前記受信範囲を狭めることを特徴とする超音波撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検体内にデバイスを挿入しながら、超音波を用いて被検体およびデバイスの画像を撮像する超音波撮像技術に関する。

【背景技術】

【0002】

カテーテル手術や穿刺、腹腔鏡手術、ステント治療など生体内に針状のデバイスを挿入し診断や治療を行う低侵襲治療においては、生体内でのデバイスの現在位置および進行方向を把握し、目的とする方向および位置に向かってデバイスを挿入していくことが重要である。

【0003】

そのため例えば、医師が患者の血管内にカテーテルを挿入する場合、Ｘ線透視撮像装置により患者のカテーテル挿入部位を透視撮像するのが一般的である。これにより医師は、Ｘ線透視画像をリアルタイムで視認することができ、カテーテルの進行方向の血管の形状や分岐の有無、カテーテルの先端位置、カテーテルが血管内にあるかどうか、等を把握することができる。

【0004】

また、特許文献１では、生体内に挿入するデバイスの先端に超音波ビーコンを取り付けておき、デバイスが挿入された生体領域に対して、プローブから超音波を送受信する装置が提案されている。この装置は、プローブが位置する領域の超音波画像を取得するとともに、デバイスの超音波ビーコンから送信される超音波をプローブによって受信することにより、生体内の超音波ビーコンの位置を特定する。

【0005】

一方、特許文献２，３および４には、超音波撮像装置において、被検体に超音波を送信した後、被検体からの反射波等を複数の受信素子で受信して得た受信信号に対して適応処理を施すことにより、得られる画像の画質を向上させる技術が開示されている。例えば、特許文献２には、複数の受信素子の受信信号と参照信号との相関値の統計値を求め、複数の受信信号を加算した信号を相関値の統計値に応じて増幅することが開示されている。特許文献３には、複数の受信素子の受信信号間の類似度を求め、類似度から空間共分散行列を生成し、適応重みを求め、受信信号を適応重みを用いて整相する技術が開示されている。特許文献４には、複数の受信素子の受信信号間のコヒーレンス値を求め、コヒーレンス値に応じた重みによって、複数の受信信号を重み付けした後加算するか、または、複数の受信信号を加算後の信号を重み付けすることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２０１６－５０８８５９号公報

【文献】特許第４５０３４５４号公報

【文献】特許第５８１３７７６号公報

【文献】特許第６４４４５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載されているように、生体内に挿入するデバイスの先端にビーコンを取り付けておき、離れた位置に配置したプローブによってビーコンからの超音波を受信して、ビーコンの先端位置を特定する技術は、Ｘ線を被検体に照射する必要がなく有用である。

【0008】

しかしながら、生体内に挿入されるデバイスのビーコンに供給可能な電力には、生体内に挿入可能な信号線の太さの上限や生体の安全性確保等の理由により制限がある。また、生体組織は不均質であるため、ビーコンから発せられた音波が、生体組織による散乱等によって乱されやすい。このため、プローブに到達する音波の強度が小さくなり、プローブにおいて十分な強度の受信信号が得られないことがある。この場合、精度よくビーコンの位置を特定することが困難になる。

【0009】

また、生体内のデバイスのビーコンから発せられた音波をプローブで受信した受信信号を用いて、画像を生成することにより、生体内におけるビーコンの画像を得ることができるが、グレーティングローブやサイドローブ等の偽像が発生することがある。この場合、本来のビーコン像を判別することが困難になる。

【0010】

本発明の目的は、生体内に挿入したビーコンからの信号をプローブによって受信して得る受信信号のＳＮＲ（ＳＮ比、Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の超音波素子を含む超音波探触子に送信信号を出力して、被検体に超音波を送信させる送信部と、超音波を送信された被検体からのエコー、または、被検体に挿入されたビーコンからの超音波を複数の超音波素子が受信して出力する受信信号を、受け取って処理する受信部とを有する超音波撮像装置が提供される。受信部は、複数の超音波素子がそれぞれ出力する受信信号を受信ビームフォーミングすることにより予め定めた１以上の受信走査線に沿った高周波信号を生成する受信ビームフォーマと、高周波信号を処理して画像を生成する画像生成部と、ＳＮ強調信号生成部とを備える。ＳＮＲ強調信号生成部は、ビーコンからの超音波を超音波素子が受信して出力する受信信号間のコヒーレンス値、もしくは、受信信号から生成された複数の高周波信号間のコヒーレンス値を求め、前記コヒーレンス値に応じた重みにより、前記受信信号または前記高周波信号を重み付けすることによりＳＮＲ強調信号を生成する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、生体内に挿入したビーコンからの信号をプローブによって受信して得る受信信号のＳＮＲを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図。

【図2】実施形態１の超音波撮像装置の動作を示すフローチャート。

【図3】実施形態１で撮像された画像の例を示す図。

【図4】実施形態１の超音波撮像装置の受信部の詳しい構成例を示すブロック図。

【図5】図２のステップ２１０のＳＮＲ強調信号処理部の動作を示すフローチャート。

【図6】実施形態１の超音波撮像装置で撮像される（ａ）ビーコン画像、（ｂ）ＳＮＲ強調画像、（ｃ）加工後のビーコン画像、（ｄ）被検体画像と加工後のビーコン画像との重畳画像、をそれぞれ示す説明図。

【図7】実施形態２の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部の動作を示すフローチャート。

【図8】実施形態２の超音波撮像装置で撮像される（ａ）ビーコン画像、（ｂ）ＳＮＲ強調画像、（ｃ）ビーコン画像とＳＮＲ強調画像の重畳画像、（ｄ）被検体画像とビーコン画像とＳＮＲ強調画像の重畳画像、をそれぞれ示す説明図。

【図9】実施形態３の超音波撮像装置の受信部の構成を示すブロック図。

【図10】実施形態３の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部の動作を示すフローチャート。

【図11】実施形態３の超音波撮像装置で撮像される（ａ）ビーコン画像、（ｂ）ビーコン位置のマークをビーコン画像に表示した画像。

【図12】実施形態４の超音波撮像装置の受信部の構成を示すブロック図。

【図13】実施形態４の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部の動作を示すフローチャート。

【図14】実施形態４の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部が（ａ）ビーコン位置を算出する処理、（ｂ）視野１４１を設定する処理、（ｃ）送信範囲を設定する処理、（ｄ）受信ビームフォーミング範囲を設定する処理、（ｅ）視野の被検体画像とビーコン画像との重畳画像をそれぞれ示す説明図。

【図15】実施形態４の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部が（ａ）超音波探触子の超音波２３の照射範囲外のビーコン位置を算出する処理、（ｂ）視野１４１を設定する処理、（ｃ）送信範囲を設定する処理、（ｄ）受信ビームフォーミング範囲を設定する処理、（ｅ）視野の被検体画像とビーコン画像との重畳画像をそれぞれ示す説明図。

【図16】実施形態４の超音波撮像装置のＳＮＲ強調信号処理部が（ａ）超音波探触子の超音波２３の照射範囲外のビーコン位置を算出する処理、（ｂ）視野１４１を設定する処理、（ｃ）送信範囲をずらして設定する処理、（ｄ）受信ビームフォーミング範囲を設定する処理、（ｅ）視野の被検体画像とビーコン画像との重畳画像をそれぞれ示す説明図。

【図17】実施形態５の超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図。

【図18】実施形態５の超音波撮像装置のコヒーレンス値算出部１５１と重み付け部１５２の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の一実施形態の超音波撮像装置について説明する。

【0015】

＜＜実施形態１＞＞
実施形態１の超音波撮像装置１の概要について、図１を用いて説明する。図１は、超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。

【0016】

図１に示すように、本実施形態の超音波撮像装置１は、送信部１１と、受信部１２と、制御部１７と、送受分離部１６とを備えて構成される。受信部１２内には、受信ビームフォーマ１３と、画像生成部１４と、ＳＮＲ強調信号生成部１５と、画像合成部１８とが備えられている。

【0017】

送信部１１および受信部１２には、複数の超音波素子が配列された超音波探触子２２が送受分離部１６を介して接続されている。

【0018】

また、被検体２０には、先端にビーコン２１ａが取り付けられたカテーテルや術具等の針状のデバイス２１が挿入される。ビーコン２１ａは内部に超音波（ビーコン信号）２４を発信するビーコン信号発信部２１ｂを有する。またビーコン２１ａには、被検体２０の外部に配置され、ビーコン２１ａのオン／オフ制御を行うビーコン制御・信号生成部２８が接続されており、ビーコン制御・信号生成部２８は内部にビーコン制御部２６およびビーコン信号生成部２７を有する。

【0019】

ビーコン信号発信部２１ｂから発せられるビーコン信号としての超音波２４の発生原理は、圧電素子を用いた圧電型超音波発信でも、光音響変換素子を用いた超音波発信でもよい。

【0020】

ビーコン信号発信部２１ｂから発せられる超音波２４の発生原理が圧電型超音波発信の場合、ビーコン信号発信部２１ｂは一般に圧電セラミクス（ジルコン酸チタン酸鉛、ＰＺＴ）素子や単結晶圧電素子、圧電・単結晶コンポジット素子、および、ＣＭＵＴ素子（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）やＰＭＵＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）素子などのＭＥＭＳ型圧電素子などで構成される。またデバイス２１内には圧電素子を駆動する電気信号が伝達される。またビーコン信号生成部２７は、ビーコン制御部２６から送信された送信波形を増幅する増幅器（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含む。増幅された送信波形（電気信号）は、デバイス２１により伝送され、ビーコン信号発信部２１ｂに供給される。ビーコン信号発信部２１ｂは、送信波形を超音波２４に変換して出射する。

【0021】

一方、ビーコン信号発信部２１ｂから発せられる超音波２４の発生原理が光音響変換素子を用いた超音波発信の場合、ビーコン信号発信部２１ｂとしては、一般的にインク・色素など光吸収作用を有する材料を固化した光音響変換素子などを用いる。光音響変換素子はこれに限らず、光の入力をうけて音響放射を行う光音響作用を有するいかなる材質であってもよい。デバイス２１内には、光ファイバケーブルが具備され、光信号が伝達される。また、ビーコン信号生成部２７は、ビーコン制御部２６から送信された送信制御信号をレーザなどの光信号に変換するレーザ発信機・増幅器（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を一般に含む。ビーコン信号生成部２７により、増幅され、光信号に変換された送信波形は、デバイス２１内の光ファイバケーブルにより伝送され、ビーコン信号発信部２１ｂの光音響変換素子によって、音響信号（超音波２４）に変換されて出射される。

【0022】

送信部１１は、送信信号を生成し、送受分離部１６を介して超音波探触子２２の各超音波素子に対して出力する。これにより、超音波探触子２２の超音波素子は、送信信号を超音波２３に変換して被検体２０に送信する。

【0023】

超音波を送信された被検体２０からのエコー、または、被検体２０に挿入されたビーコン２１ａから出射された超音波２４は、超音波探触子２２の複数の超音波素子によって受信される。受信部１２は、複数の超音波素子が出力する受信信号を送受分離部１６を介して受け取って処理する。

【0024】

具体的には、受信部１２内の受信ビームフォーマ１３は、各超音波素子がそれぞれ出力する受信信号をそれぞれ所定の遅延量ずつ遅延させて加算することにより、予め定めた１以上の受信走査線２５上に設定した複数の受信焦点に対して順次焦点を合わせる受信ビームフォーミングを行う。これにより、受信ビームフォーマ１３は、受信走査線２５に沿った高周波信号（以下、ＲＦ信号と呼ぶ）１３ａを生成する。

【0025】

受信ビームフォーマ１３は、被検体２０について１画像を生成するために必要な数の受信走査線２５についてＲＦ信号１３ａを生成するまで受信ビームフォーミングを繰り返す。生成されたＲＦ信号１３ａは、画像生成部１４内のメモリ（不図示）に順次格納される。このとき、制御部１７は、必要に応じて送信部１１から超音波２３の送信を複数回繰り返すように制御する。また、制御部１７は、送信部２０が送信信号の送信を行っている間、ビーコン２１ａ中のビーコン信号発信部２１ｂが超音波２４を送信・発信しないようにビーコン制御部２６を制御する。これにより、超音波探触子２２から超音波２３を送信してそのエコーを受信した受信信号から、受信ビームフォーマ１３はＲＦ信号１３ａを生成することができる。

【0026】

また、制御部１７は、超音波探触子２２による超音波２３の送信を停止させるように送信部１１を制御し、その状態でビーコン２１ａから超音波２４を送信するようにビーコン制御部２６を制御する。これにより、受信ビームフォーマ１３は、ビーコン２１ａの画像を生成するために必要なＲＦ信号１３ａを生成する。

【0027】

画像生成部１４は、複数の受信走査線２５について得たＲＦ信号１３ａに所定の処理を施した後、並べることにより超音波画像を生成する。画像生成部１４は、被検体画像生成部１４１とビーコン画像生成部１４２とを備え、２種類の画像を生成することが可能である。被検体画像生成部１４１は、ビーコン２１ａからの送信を停止させ、超音波探触子２２から超音波２３を送信してそのエコーを受信した受信信号のＲＦ信号１３ａから、被検体２０の画像（被検体画像と呼ぶ）を生成する。ビーコン画像生成部１４２は、超音波探触子２２から超音波２３の送信を停止させ、ビーコン２１ａから超音波２４を送信して得た受信信号からビーコン画像を生成する。

【0028】

画像合成部１８は、被検体２０の画像と、ビーコン画像とを重畳する等した合成画像を生成し、接続されている表示装置１９に表示させる。なお、画像合成部１８は、必ずしも合成画像を生成しなければならないものではなく、いずれか一方のみを表示させたり、２つの画像を並べて表示させることももちろん可能である。

【0029】

ＳＮＲ強調信号生成部１５は、コヒーレンス値算出部１５１と、重み付け部１５２と、ＳＮＲ強調信号処理部１５３とを備え、ビーコン２１ａの超音波２４の受信信号から得たＲＦ信号のＳＮＲを強調した信号を生成する。

【0030】

すなわち、ＳＮＲ強調信号生成部１５のコヒーレンス値算出部１５１は、超音波探触子２２からの超音波２３の送信を停止した状態で、ビーコン２１ａから出射された超音波２４を超音波探触子２２が受信した受信信号から生成された各受信走査線２５についてＲＦ信号１３ａ間で、コヒーレンス値を算出する。例えば、隣接する受信走査線２５のＲＦ信号１３間でコヒーレンス値を算出する。コヒーレンス値としては、下記式（１）により算出されるコヒーレンスファクタを用いることができる。

【0031】

【数1】

ただし、式（１）において、ｋは、ビームフォーミングによってＲＦ信号１３ａを生成するときに使用する超音波素子のチャンネル番号を、ｓ（ｋ）は、k番目の受信チャンネルで取得された受信信号（遅延処理後）を表す。ｐは、コヒーレンスファクタの効果を調整する調整係数である。Ｋは、ビームフォーミングに使用するチャンネル数の総数である。

【0032】

なお、コヒーレンス値は、ＲＦ信号１３ａ間のコヒーレンスファクタに限られるものではなく、相互相関関数や類似度や相関係数（ピアソンの積率相関係数、順位相関係数）であってもよい。

【0033】

重み付け部１５２は、コヒーレンス値算出部１５１が算出したコヒーレンス値、または、コヒーレンス値に応じた値を重みとして、ＲＦ信号を重み付けすることにより、ＳＮＲ強調信号を生成する。

【0034】

このようにして生成されるＳＮＲ強調信号は、受信走査線のＲＦ信号間の位相がそろっており、かつ、ＲＦ信号の信号強度が大きい位置において、信号値が大きくなる。

【0035】

一般に、生体内に挿入されるビーコン２１ａに供給可能な電力には、生体内に挿入可能な信号線太さの上限や生体の安全性確保等の理由により制限があり、また、ビーコン２１ａから発せられた超音波２４が、生体組織による散乱等されるため、超音波探触子２２に到達する超音波２４の強度が小さくなり、超音波探触子２２において十分な強度の受信信号が得られないことがある。このため、ビーコン２１ａの超音波２４のＲＦ信号から、ビーコン２１ａの位置を特定することが困難であったり、ビーコン２１ａの超音波画像にグレーティングローブやサイドローブ等の偽像が発生することがある。

【0036】

ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、ＳＮＲ強調信号を処理することにより、ビーコン２１ａの位置や、ビーコン２１ａの存在の確からしさを示す情報を生成することが可能である。具体的には、ＳＮＲ強調信号を使って画像（ＳＮＲ強調画像）を生成することが可能である。また、ビーコン２１ａの存在にかかわる属性（ビーコン２１ａが存在する／しない、存在の確からしさを示す値、存在する位置、ビーコン２１ａの超音波強度、ビーコン画像内のビーコン像が偽像（グレーティングローブ、サイドローブ）かどうかを示す情報（例えば偽像を０、偽像でなければ１））を生成することが可能である。

【0037】

また、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、ＳＮＲ強調画像や、ビーコン２１ａの存在にかかわる属性を示す情報を使って、ビーコン画像を画像処理して、偽像を消去し、真のビーコン像だけを残すことも可能である。また、ビーコン画像に、ＳＮＲ強調画像を重ねて表示することも可能である。

【0038】

また、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、ビーコン強調画像や、ビーコン２１の存在にかかわる属性を示す情報に基づいて、送信部１１および／または受信ビームフォーマ１３をフィードバック制御することも可能である。例えば、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、被検体２０に送信される超音波を変化させるよう送信部１１をフィードバック制御したり、受信ビームフォーマ１３がＲＦ信号を生成する範囲を変化させるフィードバック制御を行うことも可能である。

【0039】

これらにより、本実施形態では、ビーコン２１ａの存在の確からしさや位置を精度よく把握することができる。

【0040】

＜超音波撮像装置の動作＞
実施形態の超音波撮像装置１の動作の概要について、図２のフローを用いて説明する。

【0041】

（ステップ２０１）
制御部１７は、ビーコン制御部２６を制御してビーコン２１ａの送信を停止させる。また、制御部１７は、送信部１１を制御し、超音波探触子２２から被検体２２に超音波２３を送信させる（ステップ２０１）。

【0042】

（ステップ２０２）
超音波探触子２２は、被検体２２からのエコーを受信する。受信ビームフォーマ１３は、超音波探触子２２から受信信号を受け取って受信ビームフォーミングを行い、１以上の受信走査線についてＲＦ信号を生成する。画像生成部１４は、生成したＲＦ信号を内蔵するメモリに格納する。

【0043】

（ステップ２０３）
上記ステップ２０１、２０２を送信回数は、予め定めたＮ回に到達するまで繰り返す。これにより、１枚の被検体画像を生成するのに必要な数のＲＦ信号が得られる。

【0044】

（ステップ２０４）
制御部１７は、送信部１１を制御し、超音波探触子２２からの送信を停止させる。制御部１７は、ビーコン制御部２６を制御し、ビーコン２１ａから超音波２４を送信させる。

【0045】

（ステップ２０５）
超音波探触子２２は、被検体２２からのエコーを受信する。受信ビームフォーマ１３は、超音波探触子２２から受信信号を受け取って受信ビームフォーミングを行い、１以上の受信走査線についてＲＦ信号を生成する。この１回の受信で生成するＲＦ信号の数は、１枚のビーコン画像を生成するのに必要な数であってもよいし、その一部だけであってもよい。画像生成部１４は、生成したＲＦ信号を内蔵するメモリに格納する。一般に、ビーコンからの信号は球面状に拡散する伝搬プロセスで伝わるため一回の受信で１枚のビーコン画像を取得可能であるが、分解能を向上させるために、１回の受信で撮像するビーコン画像領域を小さくし、複数回のＲＦ信号と合わせることで１枚のビーコン画像を生成してもよい。この場合メモリに蓄えられた複数回の受信で生成されたＲＦ信号は以下のステップ２０９で合成して１枚のビーコン画像を生成する。

【0046】

（ステップ２０６）
コヒーレンス値算出部１５１は、ステップ２０５で得たＲＦ信号間のコヒーレンス値を算出する。

【0047】

（ステップ２０７）
重み付け部１５２は、ステップ２０６で算出されたコヒーレンス値を重みとして、もしくは、コヒーレンス値に応じた重みを予め定めた数式等に基づいて算出して、ステップ２０５で生成されたＲＦ信号を重み付けする。これにより、ＳＮＲ強調信号を生成する。

【0048】

（ステップ２０８）
画像生成部１４の被検体画像生成部１４１は、ステップ２０２で得たＲＦ信号から被検体画像を生成する。

【0049】

（ステップ２０９）
画像生成部１４のビーコン画像生成部１４２は、ステップ２０５で得たＲＦ信号からビーコン画像を生成する。

【0050】

（ステップ２１０）
ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、ＳＮＲ強調信号に基づいてビーコン画像を加工して偽像を低減させる等するか、または、ＳＮＲ強調信号に基づき、送信部１１および受信ビームフォーマ１３をフィードバック制御して超音波送受信範囲を変更する等する。

【0051】

（ステップ２１１）
画像合成部１８は、被検体画像とビーコン画像を必要に応じて合成して表示装置１９に表示させる。

【0052】

これにより、表示装置１９には、被検体画像とビーコン画像が例えば重畳されて図３のように表示される。術者は、被検体画像によって被検体２０の血管２０ｂや臓器等の形状や位置を把握でき、かつ、ビーコン２１ａの像によりカテーテル等のデバイス２１の先端位置を確認できるため、デバイス２１の所望の経路に沿って、位置まで挿入していくことができる。

【0053】

このとき、本実施系形態では、ＳＮＲ強調信号に基づいて、ビーコン２１ａの偽像を取り除いたり、その位置を強調して表示する等することができるため、術者は、デバイスの先端位置を精度よく把握することができる。

【0054】

また、ＳＮＲ強調信号処理部１５３が超音波の送信範囲や受信範囲等の送受信条件を制御することにより、フレームレートを増加させたり、被検体画像の視野外にビーコン２１ａが存在する場合にその位置を把握する等が可能になる。

【0055】

なお、ＳＮＲ強調信号生成部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサーと、メモリとを備えたコンピュータ等によって構成され、ＣＰＵが、メモリに格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、コヒーレンス値算出部１５１、重み付け部１５２およびＳＮＲ強調信号処理部１５３の機能をソフトウエアにより実現する。なおコヒーレンス値算出部１５１、重み付け部１５２およびＳＮＲ強調信号処理部１５３の一部または全部をハードウエアによって実現することも可能である。例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用いて信号処理部７を構成し、信号処理部７の各部の機能を実現するように回路設計を行えばよい。

【0056】

＜ＳＮＲ強調信号処理部１５３の処理例＞
以下、ＳＮＲ強調信号処理部１５３の処理例を具体的に説明する。ここでは、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、重み付け部１９が生成したＳＮＲ強調信号を用いて、ビーコン２１ａが強調された画像（ＳＮＲ強調画像）を生成する。

【0057】

具体的には、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、図４に示すように、ＳＮＲ強調画像生成部１５４と、ＳＮＲ強調画像を用いて、ビーコン画像生成部１４２が生成したビーコン画像を加工するビーコン画像処理部１５５とを備えている。

【0058】

ＳＮＲ強調画像生成部１５４と、ビーコン画像処理部１５５の動作を図５のフローを用いて説明する。図５のフローは、図２のフローのステップ２１０を具体的に説明したものである。

【0059】

なお、ここでは重み付け部１５２は、図２のステップ２０７において、画像生成に必要な数の受信走査線２５のＲＦ信号をそれぞれ重み付けし、ＳＮＲ強調信号を生成しているものとする。

【0060】

（ステップ２２１）
図５のステップ２２１においてＳＮＲ強調画像生成部１５４は、重み付け部１５２から受け取った各受信走査線２５のＳＮＲ強調信号を並べ、ＳＮＲ強調画像を生成する（図６（ｂ）参照）。ＳＮＲ強調信号は、ＲＦ信号間の位相がそろった位置であって、かつ、ＲＦ信号の信号値が大きい位置において信号値が大きくなる。よって、ＳＮＲ強調信号は、ビーコン２１ａの位置で信号値が大きく、生成されるＳＮＲ強調画像（図６（ｂ））は、ビーコン画像（図６（ａ））と比較して、ビーコン２１の位置で画素値が強調される。したがって、ＳＮＲ強調画像には、強調されたビーコン像５５が表示される。

【0061】

（ステップ２２２、２２３）
ビーコン画像処理部１５５は、ビーコン画像（図６（ａ））を、ＳＮＲ強調画像（図６（ｂ））の画素値に基づいて画像処理する。具体的には、ビーコン画像処理部１５５は、ＳＮＲ強調画像の画素値が、予め定めておいた閾値より小さい画素は、対応する位置のビーコンの画像の画素値を低減させる。

【0062】

（ステップ２２４）
この処理を、ＳＮＲ強調画像のすべての画素について終了するまで繰り返す。

【0063】

以上により、ビーコン画像（図６（ａ））に含まれるグレーティングローブやサイドローブ等の偽像５１，５２の画素値を低減し、ビーコン像５０のみを残すことができる（図６（ｃ））。

【0064】

ビーコン画像処理部１５５は、処理後のビーコン画像を画像合成部１８に受け渡す。

【0065】

図２のステップ２１１に進み、画像合成部１８は、処理後のビーコン画像を被検体画像と重畳して表示装置１９に表示させる（図６（ｄ））。

【0066】

処理後のビーコン画像は、偽像の画素値が低減されているため、術者は、被検体内におけるビーコン２１ａの位置を容易に把握でき、ビーコン２１ａが取り付けられたデバイス２１を進行させるべき方向を被検体の構造に応じて決定することができる。

【0067】

上記説明では、画素単位で処理を行っているが、領域単位で上記処理を行ってもよい。例えば、ビーコン画像（図６（ａ））に信号値（画素値）の大きい３つの領域５０，５１，５２がある場合、ビーコン画像処理部１５５は、ＳＮＲ強調画像（図６（ｂ））の画素値が予め定めた閾値より大きいビーコン像５５に対応する位置にある領域５０のみ残し、他の領域５１，５２の画素値を低減させることも可能である（図６（ｃ））。その場合、図６のステップ２２２において、ビーコン画像処理部１５５は、ビーコン画像を二値化、多値化のうえで、単純閾値法やＰタイル法、連結領域のラベリング処理等をすることにより、信号値（画素値）の大きい３つの領域５０，５１，５２を抽出した後、ステップ２２３において、ＳＮＲ強調画像（図６（ｂ））の画素値が予め定めた閾値より小さい画素に対応する画素が含まれる領域５１、５２の画素値を低減させる画像処理を行う。これにより、ビーコン像５５に対応する位置にある領域５０のみ残し、偽像である領域５１，５２の画素値を低減させることができる（図６（ｃ））。

【0068】

＜＜実施形態２＞＞
実施形態２の超音波撮像装置について図７、図８を用いて説明する。

【0069】

実施形態２の超音波撮像装置は、実施形態１の装置と同様の構成であるが、ビーコン画像処理部１５４は、ビーコンの画像と、ＳＮＲ強調画像とを重畳した画像を生成し、表示装置１９に表示させる構成である点が実施形態１とは異なっている。

【0070】

ビーコン画像処理部１５５の動作を図７のフローを用いて説明する。図７のフローは、図２のフローのステップ２１０を具体的に説明したものである。

【0071】

（ステップ２７１）
図７のステップ２７１においてＳＮＲ強調画像生成部１５４は、図５のステップ２２１と同様にＳＮＲ強調信号からＳＮＲ強調画像を生成する（図８（ｂ）参照）。

【0072】

（ステップ２７２）
ビーコン画像処理部１５５は、ビーコン画像生成部１４２からビーコン画像（図８（ａ））を取り込み、ＳＮＲ強調画像（図８（ｂ））と重畳し、合成ビーコン画像を生成する。ビーコン画像処理部１５５は、この合成ビーコン画像を表示装置１９に表示させる。

【0073】

また、図２のステップ２１１に進み、画像合成部１８は、合成ビーコン画像を被検体画像とさらに重畳して表示装置１９に表示させる（図８（ｄ））。

【0074】

この合成ビーコン画像は、図８（ｃ）に示すように、ＳＮＲ強調画像の強調されたビーコン像５５が、ビーコン画像（図８（ａ））に重畳される。よって、合成画像を見た術者は、ビーコン像５５が重畳されたビーコン画像の領域５０がビーコン２１ａが存在する確率が高い領域であり、領域５１，５２は偽像である確率が高いことを認識することができる。

【0075】

また、被検体画像とさらに重畳された合成ビーコン画像を術者が見ることにより、被検体内におけるビーコン２１ａの存在する確率が高い領域を容易に把握でき、ビーコン２１ａが取り付けられたデバイス２１を進行させるべき方向を被検体の構造に応じて決定することができる。

【0076】

なお、ビーコン画像処理部１５５は、ビーコンの画像と異なる色にビーコン強調画像を着色してから、両者を重畳してもよい。これよりビーコン２１ａの存在する位置を術者はより把握しやすくなる。

【0077】

＜実施形態３＞
実施形態３の超音波撮像装置について図９～図１１を用いて説明する。

【0078】

実施形態３の超音波撮像装置は、実施形態１の装置と同様の構成であるが、ＳＮＲ強調信号処理部は、ＳＮＲ強調信号が最も大きかった座標を、ビーコン２１ａの位置情報として算出し、この座標を示すマーク等を、ビーコン画像上に表示する。

【0079】

具体的には、ＳＮＲ強調信号処理部１５３は、ビーコン位置座標算出部１５６と、ビーコンマーク表示部１５７とを備えている。

【0080】

ＳＮＲ強調信号処理部１５３の動作を図１０のフローを用いて説明する。図１０のフローは、図２のフローのステップ２１０を具体的に説明したものである。

【0081】

（ステップ２８１）
図１０のステップ２８１においてＳＮＲ強調画像生成部１５４のビーコン位置座標算出部１５６は、ＳＮＲ強調信号の信号値が最も大きい位置を検出し、その位置に対応するビーコン画像の座標をビーコン位置として算出する。なお、ＳＮＲ強調信号からＳＮＲ強調画像を生成し、ＳＮＲ強調画像上において最も信号値（画素値）が大きい座標をビーコン位置として求めてもよい。

【0082】

（ステップ２８２）
ビーコンマーク表示部１５７は、ステップ２０９で生成したビーコン画像（図１１（ａ））上の、ビーコン位置の座標に、予めを定めておいたマーク（ここでは星形）５８を配置し、表示装置１９に表示させる。

【0083】

また、図２のステップ２１１に進み、画像合成部１８は、マーク５８が配置されたビーコン画像（図１１（ｂ））を被検体画像とさらに重畳して表示装置１９に表示させる。

【0084】

このように実施形態３では、ＳＮＲ強調信号の信号値が最大になる位置がビーコン２１ａであるとして、その座標を算出してマーク５８により表示することができる（図１１（ｂ））。よって、表示装置１９のビーコン画像を見た術者は、マーク５８の位置の領域５０がビーコン２１ａの存在位置であると認識することができる。

【0085】

なお、実施形態３では、ビーコン２１ａの座標をマーク５８により表示したが、座標を数値として表示することも可能である。

【0086】

＜実施形態４＞
実施形態４の超音波撮像装置について図１２～図１６を用いて説明する。

【0087】

実施形態４の超音波撮像装置は、実施形態１の装置と同様の構成であるが、ＳＮＲ強調信号処理部は、ビーコン２１ａの位置等の情報に基づいて、被検体２０に送信される超音波を変化させるよう送信部１１を変化させるか、または受信ビームフォーマ１３が高周波信号を生成する範囲を変化させるフィードバック制御を行う。

【0088】

具体的には、図１２に示すように、ビーコン位置座標算出部１５６と、視野設定部１５８と、送信／受信範囲設定部１５９とを備えている。

【0089】

ＳＮＲ強調信号処理部１５３の動作を図１３のフローを用いて説明する。図１３のフローは、図２のフローのステップ２１０を具体的に説明したものである。

【0090】

（ステップ２９１）
ビーコン位置座標算出部１５６は、実施形態３と同様にＳＮＲ強調信号の信号値が最も大きい位置を検出し、ビーコン位置５９を算出する（図１４（ａ））。

【0091】

（ステップ２９２）
視野設定部１５８は、算出したビーコン位置５９を中心に予め定めた範囲を視野１４１として設定する（図１４（ｂ））。

【0092】

（ステップ２９３）
送信／受信範囲設定部１５９は、送信部１１に対してステップ２０１で送信する超音波の送信のスキャン範囲（送信範囲）を、視野１４１の範囲に設定する（図１４（ｃ））。超音波の送信のスキャン範囲を視野１４１の範囲に狭めるため、送信に要する時間を短縮できる。

【0093】

（ステップ２９４）
送信／受信範囲設定部１５９は、受信ビームフォーマ１３に対してステップ２０２で受信ビームフォーミングする深度範囲を、視野１４１の範囲に設定する。すなわち、視野１４１内の受信走査線２５であって、かつ、視野１４１内の受信走査線２５の範囲を受信ビームフォーミング範囲として設定する（図１４（ｄ））。また、視野１４１よりも深い範囲の受信走査線２５については、受信ビームフォーミングを行わないため、被検体２０の深い位置からの超音波が超音波探触子２２に到達するのを待つ必要がなく、受信ビームフォーミングに掛かる時間を短縮できる。

【0094】

これにより、ステップ２１１のあとステップ２０１，２０２に戻った際に、上記ステップ２９３，２９４で設定した送信範囲と受信ビームフォーミング範囲について送信および受信ビームフォーミングを行う。よって、ステップ２０８、２０９で生成される被検体画像およびビーコン画像は、視野１４１の範囲のみとなる（図１４（ｅ））が、視野１４１はビーコン２１ａの位置を中心に設定されているため、狭めた視野１４１であっても、術者はビーコン２１ａの被検体２０内における位置を把握することができる。しかも、ステップ２０１，２０２で送信および受信ビームフォーミングに要する時間が短縮されるため、被検体画像およびビーコン画像のフレームレートを向上させることができ、画質が向上する。よって、術者は、被検体画像から被検体２０の血管等の構造を正確に把握してビーコン２１ａが取り付けられたデバイスを挿入することができる。

【0095】

なお、ステップ２９１において検出されたビーコン２１ａの位置５９が、図１５（ａ）に示したように、送信部１１が送信させる超音波２３の送信範囲から外れている場合には、ステップ２９２において、ビーコン２１ａの外れている方向に近い範囲のみに狭めた視野１４１を設定してもよい。ステップ２９３、２９４では、設定した視野の範囲に送信のスキャン範囲および受信ビームフォーミングの範囲を設定する（図１５（ｂ）～（ｄ））。

【0096】

これにより、ビーコン２１ａに近い視野について、フレームレートの向上した画質に優れた被検体画像を表示することができる（図１５（ｅ））。よって、術者は、ビーコン２１ａの進行方向にある被検体の構造を把握して、ビーコン２１ａが取り付けられたデバイス２１を挿入することができる。

【0097】

また、ビーコン２１ａの位置５９が、送信部１１が送信させる超音波２３の送信範囲から外れている場合（ステップ１６（ａ））には、ステップ２９２において、ビーコンの位置が含まれるよう視野１４１を設定し、送信範囲をずらすことも可能である（図１６（ｂ）～（ｄ））。すなわち、ステップ２９３、２９４では、設定した視野１４１の範囲に送信のスキャン範囲および受信ビームフォーミングの範囲を設定する。

【0098】

これにより、ビーコン２１ａが通常、送信部１１が送信させる超音波２３の送信範囲から外れている場合であっても、送信範囲をずらして、被検体画像およびビーコン画像を生成できる。。よって、術者は、ビーコン２１ａの進行方向にある被検体の構造を把握して、ビーコン２１ａが取り付けられたデバイス２１を挿入することができる。

【0099】

＜実施形態５＞
実施形態５の超音波撮像装置について説明する。

【0100】

実施形態５の超音波撮像装置は、実施形態１の装置と同様の構成であるが、図１７に示すように、ＳＮＲ強調信号生成部１５は、受信ビームフォーマ１３が処理する前の受信信号間のコヒーレンス値を求めて、ＳＮＲ強調信号を生成する構成である点が実施形態１とは異なっている。

【0101】

具体的には、重み付け部１５２は、受信信号ごと重みを乗算する乗算部１５２ａと、複数の受信信号を束ねる加算部１５２ｂとを有する。

【0102】

コヒーレンス値算出部１５１は、複数の超音波素子からそれぞれ受け取った受信信号間のコヒーレンス値を求め、コヒーレンス値に応じた受信信号ごとの重み（ｗ１～ｗｋ）を求める。乗算部１５２ａは、重み（ｗ１～ｗｋ）を各受信信号に乗算して重み付けする。加算部は、重み付け後の受信信号を加算して束ねる。これにより、ＳＮＲ強調信号が得られる。

【0103】

実施形態５においては、コヒーレンス値に応じて受信信号を重み付けすることにより、受信信号間で位相がそろっている受信信号の信号値を大きく、位相がそろっていない受信信号の信号値が小さくなるため、ＳＮＲ強調信号を生成することができる。

【0104】

コヒーレンス値算出部１５１が受信信号ごとに重み（ｗ１～ｗｋ）を求める処理について以下説明する。

【0105】

コヒーレンス値算出部１５１への入力は、ビームフォーミングによってＲＦ信号１３ａを生成するときに使用する超音波素子のｋ個のチャンネルで受信され、遅延処理を施された受信信号ｓ１～ｓｋである。コヒーレンス値算出部１５１は、共分散行列Ｒ(ｔ)を以下の式（２）を用いて作成する。なおｔは受信時刻であるが、ｔの代わりに、撮像深度ｄもしくはサンプル点ｊの関数であってもよい。なお、式（２）において＊は、共役複素数を表す。ただし、式（２）において、ｓ_ｉは、ｉ番目の送信で得た受信信号を表す。また、Ｅ[ ]は期待値を表す。

【0106】

【数2】

【0107】

共分散行列を用いて、たとえばＭＶＤＲ法による適応重みベクトルｗ(ｔ)は、以下の式（３）から計算できる。ｐは、適応処理パラメータマップ（ｐ）の値である。通常の適応重みベクトルｗ（ｔ）には指数ｐ＝１である。

【0108】

【数3】

【0109】

また、数値不安定性を排除するために相関行列（共分散行列Ｒ（ｔ））に加える対角行列の大きさを式（４）のように変化させる。ｐは、適応処理パラメータマップ（ｐ）の値である。式（４）の右辺第２項は、適応処理に数値安定性を付加するための対角行列Ｉである。第２項の大きさは、行列のサイズにも依存する。すなわち、加算数Ｋの違いによってＩにかかる係数を変化させる必要がある。よって式（４）のようにパラメータマップ（ｐ）の値によって決定される関数α（ｐ）を対角行列Ｉに乗算することによって、処理結果のばらつきを抑制することができる。α（ｐ）のもっとも簡単な例としては、任意の定数βを乗算したα＝βｐの形があげられる。

【0110】

【数4】

【0111】

式（３）において、ａはステアリングベクトルであり，入力されるベクトル(s)の方向に対する傾きであり，各送信番号ｎ（＝１、２・・・Ｎ）の位相関係から，式（５）のように表される。

【0112】

【数5】

【0113】

式（５）において、θは，位相周りが各送信番号間でゼロである場合をθ＝０としたときの位相シフト量を表し，ｆは超音波の周波数である。一般的にθ＝０として考えると，a＝ [1, 1, …, 1]と全ての要素が1のベクトルで表現することができ，このベクトルをステアリングベクトル方向とする。

【0114】

コヒーレンス値算出部１５１においては、以上のプロセスから，送信番号１～ｋに対応する適応重みベクトルｗ(ｔ) = [ｗ1,ｗ2 … ｗｋ]を算出することができる。

【0115】

なお、適応重みの演算方法は、ＭＶＤＲ法に限られるものではなく、ＡＰＥＳ法，ＭＵＳＩＣ法，ＥＳＭＶ法など各種重み生成プロセスを用いてｗ(ｔ)を算出しても構わない。

【符号の説明】

【0116】

１ 超音波撮像装置
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 受信ビームフォーマ
１４ 画像生成部
１５ ＳＮＲ強調信号生成部
１６ 送受分離部
１７ 制御部
１８ 画像生成部
２０ 被検体
２０ｂ 血管
２１ デバイス
２１ａ ビーコン
２１ｂ ビーコン信号発信部
２２ 超音波探触子
２４ ビーコンの超音波
２５ 受信走査線
２６ ビーコン制御部
２７ ビーコン信号生成部
２８ ビーコン制御・信号生成部
１４１ 被検体画像生成部
１４２ ビーコン画像生成部
１５１ コヒーレンス値算出部
１５２ 重み付け部
１５３ ＳＮＲ強調信号処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】