本發(fā)明涉及一種使用超聲波對觀測對象的組織進(jìn)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(shù)：

為了對作為觀測對象的生物體組織或材料的特性進(jìn)行觀測，有時(shí)應(yīng)用超聲波。具體地說，向觀測對象發(fā)送超聲波，對由該觀測對象反射的超聲波回波實(shí)施規(guī)定的信號(hào)處理，由此獲取與觀測對象的特性有關(guān)的信息。

超聲波在觀測對象中傳播時(shí)，超聲波的強(qiáng)度產(chǎn)生衰減。以往，已知一種利用該衰減來確定觀測對象的材料的特性的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在該技術(shù)中，將與超聲波回波對應(yīng)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域的振幅譜，通過將該振幅譜與規(guī)定的基準(zhǔn)振幅譜進(jìn)行比較來計(jì)算衰減量，通過使該衰減量與依賴于材料的特性的衰減模型擬合來確定材料的特性。

專利文獻(xiàn)1：日本特表2008-545123號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在上述的專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，基準(zhǔn)振幅譜具有與觀測對象相同的形狀，并具有與觀測對象同等的超聲波速度，另一方面，使用由實(shí)質(zhì)不發(fā)生超聲波的衰減的材料形成的基準(zhǔn)對象(基準(zhǔn)片)來設(shè)定該基準(zhǔn)振幅譜。使用通過這樣設(shè)定的基準(zhǔn)振幅譜來確定觀測對象的特性的確定方法雖然在具有規(guī)則構(gòu)造的材料的情況下是有效的，但是在構(gòu)造本身不規(guī)則的生物體組織的情況下難以應(yīng)用。

另外，在上述專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，在確定材料的特性時(shí)，根據(jù)散射、吸收等衰減的原因而使用多個(gè)不同的衰減模型，從而需要進(jìn)行大量的計(jì)算。

本發(fā)明是鑒于上述情形而完成的，其目的在于提供一種能夠通過簡單的計(jì)算求出適合于觀測對象的超聲波的衰減特性且能夠利用該衰減特性進(jìn)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。

用于解決問題的方案

為了解決上述問題并達(dá)到目的，本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，具備：頻率分析部，其通過對根據(jù)回波信號(hào)生成的信號(hào)的頻率進(jìn)行分析來計(jì)算多個(gè)頻譜，該回波信號(hào)是將對觀測對象發(fā)送的超聲波被所述觀測對象反射的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)所得到的；特征量計(jì)算部，其分別計(jì)算所述多個(gè)頻譜的特征量，以賦予所述超聲波在所述觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值的各個(gè)衰減率候選值，對各頻譜的特征量進(jìn)行用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此計(jì)算所述各頻譜的校正特征量，使用該校正特征量來從所述多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及特征量圖像數(shù)據(jù)生成部，其將基于所述最佳的衰減率的所述校正特征量與視覺信息相關(guān)聯(lián)起來，并生成用于與基于所述回波信號(hào)生成的超聲波圖像一同顯示的特征量圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部通過進(jìn)行利用n次式對所述各頻譜進(jìn)行近似的處理來計(jì)算所述特征量，其中，n為正整數(shù)，針對每個(gè)所述衰減率候選值計(jì)算所述校正特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差，將使該統(tǒng)計(jì)性偏差最小的衰減率候選值設(shè)定為所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部利用一次式對所述頻譜中的規(guī)定的頻帶進(jìn)行近似，計(jì)算所述一次式的截距和斜率、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(yīng)強(qiáng)度中的包含所述斜率和所述頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度中的任一方在內(nèi)的多個(gè)值來作為所述特征量，或者計(jì)算所述斜率和所述頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度中的任一方來作為所述特征量，基于所述斜率和所述頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度中的任一方來設(shè)定所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部在計(jì)算所述斜率作為所述特征量的情況下，根據(jù)所述斜率來設(shè)定所述最佳的衰減率，在計(jì)算所述頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度作為所述特征量的情況下，根據(jù)所述頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度來設(shè)定所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部將所述統(tǒng)計(jì)性偏差求出為所述衰減率候選值的函數(shù)，將在所述函數(shù)中使所述統(tǒng)計(jì)性偏差最小的衰減率候選值設(shè)定為所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部針對所述超聲波圖像的全部幀設(shè)定所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部每隔所述超聲波圖像的大于1的規(guī)定數(shù)量的幀設(shè)定所述最佳的衰減率，針對不設(shè)定所述最佳的衰減率的幀，使用在該幀以前最后設(shè)定的所述最佳的衰減率來計(jì)算所述各頻譜的特征量。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部針對所述超聲波圖像的全部幀計(jì)算與所述最佳的衰減率相當(dāng)?shù)淖罴阉p率相當(dāng)值，基于針對大于1的規(guī)定數(shù)量的幀計(jì)算出的所述最佳衰減率相當(dāng)值來設(shè)定所述最佳的衰減率。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量圖像數(shù)據(jù)包含與所述最佳的衰減率有關(guān)的信息。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，還具備顯示與所述特征量圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的特征量圖像的顯示部。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，還具備輸入部，該輸入部接受由所述頻率分析部計(jì)算所述頻譜的對象區(qū)域的設(shè)定輸入，所述頻率分析部基于在所述對象區(qū)域反射的所述超聲波回波來計(jì)算所述頻譜。

本發(fā)明所涉及的超聲波觀測裝置的特征在于，在上述發(fā)明中，所述特征量計(jì)算部使用動(dòng)態(tài)范圍比所述特征量圖像數(shù)據(jù)生成部使用的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍廣的數(shù)據(jù)來進(jìn)行所述最佳的衰減率的設(shè)定。

本發(fā)明所涉及的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，頻率分析部通過對根據(jù)回波信號(hào)生成的信號(hào)的頻率進(jìn)行分析來計(jì)算多個(gè)頻譜，該回波信號(hào)是將對觀測對象發(fā)送的超聲波被所述觀測對象反射的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)所得到的；特征量計(jì)算步驟，特征量計(jì)算部分別計(jì)算所述多個(gè)頻譜的特征量，以賦予所述超聲波在所述觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值的各個(gè)衰減率候選值，對各頻譜的特征量進(jìn)行用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此計(jì)算所述各頻譜的校正特征量，使用該校正特征量來從所述多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及特征量圖像數(shù)據(jù)生成步驟，特征量圖像數(shù)據(jù)生成部將基于所述最佳的衰減率的所述校正特征量與視覺信息相關(guān)聯(lián)起來，并生成用于與基于所述回波信號(hào)生成的超聲波圖像一同顯示的特征量圖像數(shù)據(jù)。

本發(fā)明所涉及的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(zhí)行以下步驟：頻率分析步驟，頻率分析部通過對根據(jù)回波信號(hào)生成的信號(hào)的頻率進(jìn)行分析來計(jì)算多個(gè)頻譜，該回波信號(hào)是將對觀測對象發(fā)送的超聲波被所述觀測對象反射的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)所得到的；特征量計(jì)算步驟，特征量計(jì)算部分別計(jì)算所述多個(gè)頻譜的特征量，以賦予所述超聲波在所述觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值的各個(gè)衰減率候選值，對各頻譜的特征量進(jìn)行用于消除所述超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此計(jì)算所述各頻譜的校正特征量，使用該校正特征量來從所述多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于所述觀測對象而言最佳的衰減率；以及特征量圖像數(shù)據(jù)生成步驟，特征量圖像數(shù)據(jù)生成部將基于所述最佳的衰減率的所述校正特征量與視覺信息相關(guān)聯(lián)起來，并生成用于與基于所述回波信號(hào)生成的超聲波圖像一同顯示的特征量圖像數(shù)據(jù)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，從賦予超聲波在觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于觀測對象而言最佳的衰減率，并使用該最佳的衰減率來進(jìn)行衰減校正，由此計(jì)算各頻譜的特征量，因此能夠通過簡單的計(jì)算求出適合于觀測對象的超聲波的衰減特性，并且能夠利用該衰減特性進(jìn)行觀測。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的信號(hào)放大部進(jìn)行的放大處理中的接收深度與放大率之間的關(guān)系的圖。

圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的放大校正部進(jìn)行的放大校正處理中的接收深度與放大率之間的關(guān)系的圖。

圖4是示意性地表示超聲波信號(hào)的一個(gè)聲線中的數(shù)據(jù)排列的圖。

圖5是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的頻率分析部計(jì)算出的頻譜的例子的圖。

圖6是表示具有由本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的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(shù)的直線的圖。

圖7是示意性地表示基于互不相同的兩個(gè)衰減率候選值分別對相同的觀測對象進(jìn)行衰減校正而得到的校正特征量的分布例的圖。

圖8是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置進(jìn)行的處理的概要的流程圖。

圖9是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的頻率分析部執(zhí)行的處理的概要的流程圖。

圖10是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設(shè)定部進(jìn)行的處理的概要的圖。

圖11是示意性地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的顯示部中的特征量圖像的顯示例的圖。

圖12是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的變形例1所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設(shè)定部進(jìn)行的處理的概要的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖來說明用于實(shí)施本發(fā)明的方式(以下稱為“實(shí)施方式”)。

圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的超聲波觀測裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。該圖所示的超聲波觀測裝置1是用于利用超聲波來對觀測對象進(jìn)行觀測的裝置。

超聲波觀測裝置1具備：超聲波探頭2，其向觀測對象輸出超聲波脈沖，并且接收由觀測對象反射的超聲波回波；發(fā)送和接收部3，其與超聲波探頭2之間進(jìn)行電信號(hào)的發(fā)送和接收；運(yùn)算部4，其對將超聲波回波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)得到的電回波信號(hào)實(shí)施規(guī)定的運(yùn)算；圖像處理部5，其進(jìn)行與電回波信號(hào)對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的生成；輸入部6，其使用鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸面板等輸入設(shè)備(日語：ユーザインタフェース)來實(shí)現(xiàn)，接受各種信息的輸入；顯示部7，其使用由液晶或有機(jī)EL(Electro Luminescence：電致發(fā)光)等構(gòu)成的顯示面板來實(shí)現(xiàn)，顯示包含由圖像處理部5生成的圖像的各種信息；存儲(chǔ)部8，其存儲(chǔ)超聲波觀測所需要的各種信息；以及控制部9，其進(jìn)行超聲波觀測裝置1的動(dòng)作控制。

超聲波觀測裝置1包括設(shè)置有超聲波振子21的超聲波探頭2、以及以能夠裝卸的方式與超聲波探頭2連接并且設(shè)置有超聲波探頭2以外的上述部分的處理裝置(處理器)。在此，在觀測對象是生物體組織的情況下，超聲波探頭2可以是從生物體的體表照射超聲波的體外式探頭的方式、具備插入消化管、膽胰管、血管等管腔內(nèi)的長軸的插入部的微型超聲波探針的方式、管腔內(nèi)超聲波探針中還具備光學(xué)系統(tǒng)的超聲波內(nèi)窺鏡的方式中的任一個(gè)方式。在采用其中的超聲波內(nèi)窺鏡的方式的情況下，在管腔內(nèi)超聲波探針的插入部的前端側(cè)設(shè)置超聲波振子21，管腔內(nèi)超聲波探針在基端側(cè)與處理裝置以能夠裝卸的方式連接。

超聲波振子21將從發(fā)送和接收部3接收到的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖(聲脈沖)，并且將由外部的觀測對象反射的超聲波回波轉(zhuǎn)換為電回波信號(hào)。超聲波探頭2既可以是使超聲波振子21進(jìn)行機(jī)械式掃描的結(jié)構(gòu)，也可以是如下結(jié)構(gòu)：將多個(gè)元件陣列狀地設(shè)置成超聲波振子21，對與發(fā)送和接收有關(guān)的元件以電子方式進(jìn)行切換、或者使各元件的發(fā)送和接收延遲，由此使超聲波振子21進(jìn)行電子式掃描。在本實(shí)施方式中，作為超聲波探頭2，能夠選擇互不相同的多個(gè)種類中的任一種類的超聲波探頭2來使用。

發(fā)送和接收部3與超聲波探頭2電連接，向超聲波探頭2發(fā)送電脈沖信號(hào)，并且從超聲波探頭2接收作為電接收信號(hào)的回波信號(hào)。具體地說，發(fā)送和接收部3基于預(yù)先設(shè)定的波形和發(fā)送定時(shí)來生成電脈沖信號(hào)，將所生成的該脈沖信號(hào)發(fā)送到超聲波探頭2。

發(fā)送和接收部3具有對回波信號(hào)進(jìn)行放大的信號(hào)放大部31。信號(hào)放大部31進(jìn)行STC(Sensitivity Time Control：靈敏度時(shí)間控制)校正，該STC校正為回波信號(hào)的接收深度越大則以越高的放大率進(jìn)行放大的校正。圖2是表示信號(hào)放大部31進(jìn)行的STC校正處理中的接收深度與放大率之間的關(guān)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(shí)刻起的經(jīng)過時(shí)間計(jì)算出的量。如圖2所示，在接收深度z小于閾值z_th的情況下，放大率β(dB)隨著接收深度z的增加而從β₀向β_th(>β₀)線性地增加。另外，在接收深度z為閾值z_th以上的情況下，放大率β(dB)取固定值β_th。閾值z_th的值為從觀測對象接收的超聲波信號(hào)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z_th的情況下放大率β隨著接收深度z的增加而單調(diào)增加即可。

發(fā)送和接收部3在對通過信號(hào)放大部31而被放大了的回波信號(hào)實(shí)施濾波等處理之后，通過進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換來生成時(shí)域的數(shù)字高頻(RF：Radio Frequency(射頻))信號(hào)并輸出。此外，在超聲波探頭2是使將多個(gè)元件陣列狀地設(shè)置而成的超聲波振子21進(jìn)行電子式掃描的超聲波探頭的情況下，發(fā)送和接收部3具有與多個(gè)元件對應(yīng)的光束合成用的多通道電路。

運(yùn)算部4具有：放大校正部41，其對由發(fā)送和接收部3生成的數(shù)字RF信號(hào)以放大率β不依賴于接收深度而為固定的方式進(jìn)行放大校正；頻率分析部42，其對進(jìn)行了放大校正的數(shù)字RF信號(hào)實(shí)施高速傅立葉變換(FFT：Fast Fourier Transform)來進(jìn)行頻率分析，由此計(jì)算頻譜；以及特征量計(jì)算部43，其計(jì)算頻譜的特征量。運(yùn)算部4使用CPU(Central Proccesing Unit：中央處理器)、各種運(yùn)算電路等來實(shí)現(xiàn)。

圖3是表示放大校正部41進(jìn)行的放大校正處理中的接收深度與放大率之間的關(guān)系的圖。如圖3所示，關(guān)于放大校正部41進(jìn)行的放大處理中的放大率β(dB)，在接收深度z為零時(shí)取最大值β_th-β₀，在接收深度z從零起至達(dá)到閾值z_th為止呈線性地減少，在接收深度z為閾值z_th以上時(shí)為零。放大校正部41根據(jù)像這樣決定的放大率來對數(shù)字RF信號(hào)進(jìn)行放大校正，由此能夠抵消信號(hào)放大部31中的STC校正的影響，從而輸出放大率β_th固定的信號(hào)。此外，放大校正部41進(jìn)行的接收深度z與放大率β之間的關(guān)系根據(jù)信號(hào)放大部31中的接收深度與放大率之間的關(guān)系不同而不同，這是不言而喻的。

說明進(jìn)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(hào)波形的振幅在整個(gè)頻帶中均一且以相對于深度而單調(diào)增加的放大率放大，由此從模擬信號(hào)波形的振幅中消除衰減的影響。因此，在生成將回波信號(hào)的振幅轉(zhuǎn)換為亮度來進(jìn)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(jìn)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模式圖像的亮度值中消除了衰減的影響的效果。

另一方面，在如本實(shí)施方式那樣利用對超聲波的頻譜進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行分析得到的結(jié)果的情況下，即使進(jìn)行STC校正也不能準(zhǔn)確地消除伴隨超聲波的傳播而發(fā)生的衰減的影響。其原因在于，一般來說，衰減量根據(jù)頻率不同而不同(參照后述的式(1))，但是STC校正的放大率僅根據(jù)距離發(fā)生變化，不具有頻率依賴性。

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(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行分析得到的結(jié)果的情況下、即使進(jìn)行STC校正也不能準(zhǔn)確地消除伴隨超聲波的傳播而發(fā)生的衰減的影響這樣的問題，考慮在生成B模式圖像時(shí)輸出實(shí)施了STC校正的接收信號(hào)，另一方面，在生成基于頻譜的圖像時(shí)，進(jìn)行與用于生成B模式圖像的發(fā)送不同的新的發(fā)送，輸出未實(shí)施STC校正的接收信號(hào)?？墒?，在該情況下，存在基于接收信號(hào)生成的圖像數(shù)據(jù)的幀頻下降的問題。

因此，在本實(shí)施方式中，利用放大校正部41進(jìn)行放大率的校正，以維持所生成的圖像數(shù)據(jù)的幀頻并且針對為了用于B模式圖像而被實(shí)施了STC校正的信號(hào)消除STC校正的影響。

頻率分析部42通過對振幅數(shù)據(jù)群進(jìn)行高速傅立葉變換來計(jì)算聲線上的多個(gè)位置(數(shù)據(jù)位置)處的頻譜，該振幅數(shù)據(jù)群是對以規(guī)定的時(shí)間間隔將基于回波信號(hào)的數(shù)字RF信號(hào)進(jìn)行放大校正得到的信號(hào)的各聲線(線數(shù)據(jù))進(jìn)行采樣所得到的。

圖4是示意性地表示超聲波信號(hào)的一個(gè)聲線中的數(shù)據(jù)排列的圖。在該圖所示的聲線SR_k中，白色或黑色的長方形意味著一個(gè)數(shù)據(jù)。聲線SR_k以與發(fā)送和接收部3所進(jìn)行的A/D轉(zhuǎn)換中的采樣頻率(例如50MHz)對應(yīng)的時(shí)間間隔被離散化。在圖4中，示出了將編號(hào)k的聲線SR_k的第一個(gè)數(shù)據(jù)位置設(shè)定為接收深度z的方向上的初始值Z^(k)₀的情況，但是初始值的位置能夠任意地設(shè)定。關(guān)于頻率分析部42的計(jì)算結(jié)果，能夠以復(fù)數(shù)形式獲得，并保存于存儲(chǔ)部8。

圖4所示的數(shù)據(jù)群F_j(j＝1、2、……、K)是成為高速傅立葉變換的對象的振幅數(shù)據(jù)群。一般來說，為了進(jìn)行高速傅立葉變換，振幅數(shù)據(jù)群需要具有2的乘方的數(shù)據(jù)數(shù)。在該意義上，振幅數(shù)據(jù)群F_j(j＝2、……、K-1)的數(shù)據(jù)數(shù)為16(＝2⁴)，是正常的數(shù)據(jù)群，另一方面，振幅數(shù)據(jù)群F₁、F_K的數(shù)據(jù)數(shù)分別為9、12，因此是異常的數(shù)據(jù)群。在對異常的數(shù)據(jù)群進(jìn)行高速傅立葉變換時(shí)，進(jìn)行通過對不足的部分插入零數(shù)據(jù)來生成正常的振幅數(shù)據(jù)群的處理。關(guān)于這一點(diǎn)，在說明頻率分析部42的處理時(shí)詳細(xì)記述(參照圖9)。

圖5是表示頻率分析部42計(jì)算出的頻譜的例子的圖。在此所說的“頻譜”意味著通過對振幅數(shù)據(jù)群進(jìn)行高速傅立葉變換(FFT運(yùn)算)而得到的“某一接收深度z的強(qiáng)度的頻率分布”。另外，在此所說的“強(qiáng)度”例如是指回波信號(hào)的電壓、回波信號(hào)的電力、超聲波回波的聲壓、超聲波回波的聲能等參數(shù)、這些參數(shù)的振幅、時(shí)間積分值中的任一個(gè)以及它們組合中的任一個(gè)。

在圖5中，取頻率f為橫軸。另外，在圖5中，取對強(qiáng)度I₀除以基準(zhǔn)強(qiáng)度I_c(常數(shù))得到的量的常用對數(shù)(用分貝表示)I＝10log₁₀(I₀/I_c)為縱軸。在圖5中，接收深度z是固定的。關(guān)于圖5所示的直線L₁₀，在后面記述。此外，在本實(shí)施方式中，曲線和直線由離散的點(diǎn)的集合構(gòu)成。

在圖5所示的頻譜C₁上，在以后的運(yùn)算中使用的頻帶的下限頻率f_L和上限頻率f_H是基于超聲波振子21的頻帶、發(fā)送和接收部3發(fā)送的脈沖信號(hào)的頻帶等確定的參數(shù)，例如f_L＝3MHz、f_H＝10MHz。下面，在圖5中，將由下限頻率f_L和上限頻率f_H決定的頻帶稱為“頻帶F”。

一般來說，在觀測對象為生物體組織的情況下，頻譜根據(jù)超聲波所掃描的生物體組織的性狀(屬性)不同而表示出不同的傾向。這是因?yàn)?，頻譜與使超聲波散射的散射體的大小、數(shù)密度、聲音阻抗等具有相關(guān)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(nèi)分泌腫瘤、粘液性腫瘤、正常組織、血管等。

特征量計(jì)算部43分別計(jì)算多個(gè)頻譜的特征量，基于賦予超聲波在觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值的各個(gè)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)進(jìn)行用于消除超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此計(jì)算各頻譜的校正特征量，并使用該校正特征量從多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于觀測對象而言最佳的衰減率。特征量計(jì)算部43具有：近似部431，其通過利用直線對頻譜進(jìn)行近似來計(jì)算頻譜的校正前特征量；衰減校正部432，其基于多個(gè)衰減率候選值中的各個(gè)衰減率候選值，對由近似部431計(jì)算出的校正前特征量進(jìn)行衰減校正，由此計(jì)算校正特征量；以及最佳衰減率設(shè)定部433，其根據(jù)由衰減校正部432針對所有頻譜計(jì)算出的校正特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差，來從多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定最佳的衰減率。

近似部431對規(guī)定頻帶中的頻譜進(jìn)行回歸分析來利用一次式(回歸直線)對頻譜進(jìn)行近似，由此計(jì)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C₁的情況下，近似部431針對頻帶F進(jìn)行回歸分析并利用一次式對頻譜C₁進(jìn)行近似，由此得到回歸直線L₁₀。換言之，近似部431計(jì)算回歸直線L₁₀的斜率a₀、截距b₀以及頻帶F的中心頻率f_M＝(f_L+f_H)/2的回歸直線上的值即頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度(Mid-band fit)c₀＝a₀f_M+b₀來作為校正前特征量。

三個(gè)校正前特征量中的斜率a₀與超聲波的散射體的大小具有相關(guān)性，一般認(rèn)為散射體越大則斜率具有越小的值。另外，截距b₀與散射體的大小、聲音阻抗的差、散射體的數(shù)密度(濃度)等具有相關(guān)性。具體地說，認(rèn)為散射體越大則截距b₀具有越大的值，聲音阻抗的差越大則截距b₀具有越大的值，散射體的數(shù)密度越大則截距b₀具有越大的值。頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度c₀是基于斜率a₀和截距b₀導(dǎo)出的間接的參數(shù)，被賦予有效的頻帶內(nèi)的中心處的頻譜的強(qiáng)度。因此，認(rèn)為頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度c₀除了與散射體的大小、聲音阻抗的差、散射體的數(shù)密度具有相關(guān)性之外，還與B模式圖像的亮度具有某種程度的相關(guān)性。此外，特征量計(jì)算部43也可以通過回歸分析來利用二次以上的多項(xiàng)式對頻譜進(jìn)行近似。

關(guān)于衰減校正部432進(jìn)行的校正進(jìn)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0與接收深度z之間的期間發(fā)生的衰減，被定義為往返前后的強(qiáng)度變化(用分貝表示的差)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，在均勻的組織內(nèi)，衰減量A(f，z)與頻率成比例，用以下的式(1)表示。

A(f，z)＝2αzf…(1)

在此，比例常數(shù)α是被稱為衰減率的量。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α的具體的值根據(jù)生物體的部位來決定。衰減率α的單位例如是dB/cm/MHz。在本實(shí)施方式中，衰減校正部432為了設(shè)定最適合于觀測對象的衰減率(最佳的衰減率)，而對多個(gè)衰減率候選值分別進(jìn)行衰減校正。在后面參照圖8和圖10記述多個(gè)衰減率候選值的詳細(xì)內(nèi)容。

衰減校正部432針對由近似部431提取出的校正前特征量(斜率a₀、截距b₀、頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度c₀)，按照以下所示的式(2)～(4)進(jìn)行衰減校正，由此計(jì)算校正特征量a、b、c。

a＝a₀+2αz…(2)

b＝b₀…(3)

c＝c₀+A(f_M，z)＝c₀+2αzf_M(＝af_M+b)…(4)

根據(jù)式(2)、(4)也顯而易見的是，衰減校正部432進(jìn)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(jù)式(3)，關(guān)于截距的校正是恒等變換。這是因?yàn)?，截距是與頻率0(Hz)對應(yīng)的頻率成分，不受衰減的影響。

圖6是表示具有由衰減校正部432進(jìn)行校正得到的校正特征量a、b、c來作為參數(shù)的直線的圖。直線L₁的式子表示如下。

I＝af+b＝(a₀+2αz)f+b₀…(5)

根據(jù)該式(5)也顯而易見的是，與衰減校正前的直線L₁₀相比，直線L₁的斜率比直線L₁₀的斜率大(a>a₀)且直線L₁的截距與直線L₁₀的截距相同(b＝b₀)。

最佳衰減率設(shè)定部433將使衰減校正部432針對所有頻譜按每個(gè)衰減率候選值計(jì)算出的校正特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差最小的衰減率候選值設(shè)定為最佳的衰減率。在本實(shí)施方式中，應(yīng)用方差作為表示統(tǒng)計(jì)性偏差的量。在該情況下，最佳衰減率設(shè)定部433將使方差最小的衰減率候選值設(shè)定為最佳的衰減率。上述的三個(gè)校正特征量a、b、c中的獨(dú)立的校正特征量為兩個(gè)。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(shè)定最佳的衰減率的情況下，最佳衰減率設(shè)定部433只要計(jì)算校正特征量a和c中的某一方的方差即可。

但是，優(yōu)選的是，最佳衰減率設(shè)定部433設(shè)定最佳的衰減率時(shí)使用的校正特征量與特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52生成特征量圖像數(shù)據(jù)時(shí)使用的校正特征量的種類相同。即，更為優(yōu)選的是，在特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52使用斜率作為校正特征量來生成特征量圖像數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)用校正特征量a的方差，在特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52使用頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度作為校正特征量來生成特征量圖像數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)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(1)只是理想的數(shù)式，實(shí)際情況下以下的式(6)更為適當(dāng)。

A(f，z)＝2αzf+2α₁z…(6)

式(6)的右邊第二項(xiàng)的α₁是表示信號(hào)強(qiáng)度與超聲波的接收深度z成比例地變化的大小的系數(shù)，是表示由于觀測對象的組織不均、光束合成時(shí)的通道數(shù)的變更等而發(fā)生的信號(hào)強(qiáng)度的變化的系數(shù)。由于存在式(6)的右邊第二項(xiàng)，因此在使用校正特征量c來生成特征量圖像的情況下，應(yīng)用校正特征量c的方差能夠更準(zhǔn)確地對衰減進(jìn)行校正(參照式(4))。另一方面，在使用與頻率f成比例的系數(shù)即校正特征量a來生成特征量圖像的情況下，應(yīng)用校正特征量a的方差能夠消除右邊第二項(xiàng)的影響來更準(zhǔn)確地對衰減進(jìn)行校正。例如在衰減率α的單位為dB/cm/MHz的情況下，系數(shù)α₁的單位為dB/cm。

在此，說明能夠基于統(tǒng)計(jì)性偏差來設(shè)定最佳的衰減率的理由。認(rèn)為在應(yīng)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(guān)地，特征量向觀測對象所固有的值收斂，統(tǒng)計(jì)性偏差變小。另一方面，認(rèn)為在將不適合于觀測對象的衰減率候選值設(shè)為最佳的衰減率的情況下，衰減校正過量或不足，因此根據(jù)觀測對象與超聲波振子21之間的距離而特征量中產(chǎn)生偏離，特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差變大。因而，可以說使統(tǒng)計(jì)性偏差最小的衰減率候選值是對于觀察對象而言最佳的衰減率。

圖7是示意性地表示基于兩個(gè)不同的衰減率候選值分別對相同的觀測對象進(jìn)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(shè)為校正特征量，將縱軸設(shè)為頻度。關(guān)于圖7所示的兩條分布曲線N₁、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(tǒng)計(jì)性偏差小(方差小)，形成波形陡峭的形狀。因而，最佳衰減率設(shè)定部433在從與這兩條分布曲線N₁、N₂對應(yīng)的兩個(gè)衰減率候選值中設(shè)定最佳的衰減率的情況下，將與分布曲線N₁對應(yīng)的衰減率候選值設(shè)定為最佳的衰減率。

圖像處理部5具有：B模式圖像數(shù)據(jù)生成部51，其生成將回波信號(hào)的振幅轉(zhuǎn)換為亮度來進(jìn)行顯示的超聲波圖像即B模式圖像數(shù)據(jù)；以及特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52，其將基于最佳衰減率設(shè)定部433所設(shè)定的最佳的衰減率的特征量與視覺信息相關(guān)聯(lián)起來，并生成與B模式圖像一同顯示的特征量圖像數(shù)據(jù)。

B模式圖像數(shù)據(jù)生成部51對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行帶通濾波、對數(shù)變換、增益處理、對比度處理等使用公知技術(shù)的信號(hào)處理，并且進(jìn)行與根據(jù)顯示部7中的圖像的顯示范圍決定的數(shù)據(jù)步長相應(yīng)的數(shù)據(jù)的間除等，由此生成B模式圖像數(shù)據(jù)。B模式圖像是使采用RGB顏色系統(tǒng)來作為顏色空間的情況下的變量即R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)的值一致后的灰度圖像。

特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52通過對B模式圖像數(shù)據(jù)中的圖像的各像素疊加與由特征量計(jì)算部43計(jì)算出的特征量相關(guān)聯(lián)的視覺信息來生成特征量圖像數(shù)據(jù)。特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52例如針對與圖4所示的一個(gè)振幅數(shù)據(jù)群F_j(j＝1、2、……、K)的數(shù)據(jù)量對應(yīng)的像素區(qū)域分配與根據(jù)該振幅數(shù)據(jù)群F_j計(jì)算出的頻譜的特征量對應(yīng)的視覺信息。特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52例如通過將作為視覺信息的色相與上述的斜率、截距、頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度中的任一個(gè)對應(yīng)起來，來生成特征量圖像。此外，也可以是，特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52通過將色相與從斜率、截距、頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度中選擇的兩個(gè)特征量中的一方對應(yīng)起來且將亮暗與另一方對應(yīng)起來，來生成特征量圖像數(shù)據(jù)。作為與特征量相關(guān)聯(lián)的視覺信息，例如能夠列舉色相、飽和度、明度、亮度值、R(紅色)、G(綠色)、B(藍(lán)色)等構(gòu)成規(guī)定的顏色系統(tǒng)的顏色空間的變量。

存儲(chǔ)部8具有特征量信息存儲(chǔ)部81，該特征量信息存儲(chǔ)部81將由衰減校正部432根據(jù)衰減率候選值按每個(gè)頻譜計(jì)算出的多個(gè)特征量及賦予該多個(gè)特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差的方差與衰減率候選值相對應(yīng)地進(jìn)行存儲(chǔ)。

存儲(chǔ)部8除了存儲(chǔ)上述信息以外，例如還存儲(chǔ)進(jìn)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(guān)系)、進(jìn)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(guān)系)、進(jìn)行衰減校正處理所需要的信息(參照式(1))、進(jìn)行頻率分析處理所需要的窗函數(shù)(Hamming(漢明窗)、Hanning(漢寧窗)、Blackman(布萊克曼窗)等)的信息等。

另外，存儲(chǔ)部8還存儲(chǔ)包含用于執(zhí)行超聲波觀測裝置1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(chǔ)器、CD-ROM、DVD-ROM、軟盤等計(jì)算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)來廣泛地流通。此外，上述的各種程序也能夠通過經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)下載來獲取。在此所說的通信網(wǎng)絡(luò)例如通過已有的公共線路網(wǎng)、LAN(Local Area Network：局域網(wǎng))、WAN(Wide Area Network：廣域網(wǎng))等來實(shí)現(xiàn)，不論有線、無線方式都可以。

具有以上的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)部8使用預(yù)先安裝有各種程序等的ROM(Read Only Memory：只讀存儲(chǔ)器)以及用于存儲(chǔ)各處理的運(yùn)算參數(shù)、數(shù)據(jù)等的RAM(Random Access Memory：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等來實(shí)現(xiàn)。

控制部9使用具有運(yùn)算和控制功能的CPU(Central Proccesing Unit：中央處理器)、各種運(yùn)算電路等來實(shí)現(xiàn)。控制部9從存儲(chǔ)部8讀出由存儲(chǔ)部8存儲(chǔ)、保存的信息，通過執(zhí)行與超聲波觀測裝置1的工作方法相關(guān)聯(lián)的各種運(yùn)算處理來對超聲波觀測裝置1進(jìn)行綜合控制。此外，也能夠使用共用的CPU等來構(gòu)成控制部9和運(yùn)算部4。

圖8是表示具有以上的結(jié)構(gòu)的超聲波觀測裝置1進(jìn)行的處理的概要的流程圖。超聲波觀測裝置1首先利用超聲波探頭2進(jìn)行新的觀測對象的測定(步驟S1)。具體地說，超聲波探頭2的超聲波振子21將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲波脈沖并向觀測對象依次發(fā)送。超聲波脈沖分別由觀測對象反射并產(chǎn)生超聲波回波。超聲波振子21將超聲波回波轉(zhuǎn)換為電回波信號(hào)。此時(shí)，脈沖信號(hào)的頻帶設(shè)為大致覆蓋超聲波振子21中的脈沖信號(hào)向超聲波脈沖進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換的線性響應(yīng)頻帶的寬頻帶即可。由此，在后述的頻譜的近似處理中，能夠進(jìn)行高精度的近似。

從超聲波探頭2接收到回波信號(hào)的信號(hào)放大部31進(jìn)行該回波信號(hào)的放大(步驟S2)。在此，信號(hào)放大部31例如基于圖2所示的放大率與接收深度之間的關(guān)系來進(jìn)行回波信號(hào)的放大(STC校正)。此時(shí)，信號(hào)放大部31中的回波信號(hào)的各種處理頻帶設(shè)為大致覆蓋由超聲波振子21進(jìn)行的超聲波回波向回波信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換的線性響應(yīng)頻帶的寬頻帶即可。這也是為了能夠在后述的頻譜的近似處理中進(jìn)行高精度的近似。

接著，B模式圖像數(shù)據(jù)生成部51使用通過信號(hào)放大部31而被放大了的回波信號(hào)來生成B模式圖像數(shù)據(jù)(步驟S3)。之后，控制部9使顯示部7顯示與所生成的B模式圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的B模式圖像(步驟S4)。

放大校正部41對從發(fā)送和接收部3輸出的信號(hào)進(jìn)行放大率不依賴于接收深度而為固定的放大校正(步驟S5)。在此，放大校正部41例如基于圖3所示的放大率與接收深度之間的關(guān)系來進(jìn)行放大校正。

之后，頻率分析部42通過進(jìn)行基于FFT運(yùn)算的頻率分析來計(jì)算針對所有的振幅數(shù)據(jù)群的頻譜(步驟S6)。圖9是表示在步驟S6中由頻率分析部42執(zhí)行的處理的概要的流程圖。以下，參照圖9所示的流程圖來詳細(xì)說明頻率分析處理。

首先，頻率分析部42將用于識(shí)別分析對象的聲線的計(jì)數(shù)值k設(shè)為k₀(步驟S21)。

接著，頻率分析部42對代表為了使用于FFT運(yùn)算而獲取的一系列的數(shù)據(jù)群(振幅數(shù)據(jù)群)的數(shù)據(jù)位置(相當(dāng)于接收深度)Z^(k)的初始值Z^(k)₀進(jìn)行設(shè)定(步驟S22)。例如，在圖4中，如上述那樣示出了將聲線SR_k的第一個(gè)數(shù)據(jù)位置設(shè)定為初始值Z^(k)₀的情況。

之后，頻率分析部42獲取數(shù)據(jù)位置Z^(k)所屬的振幅數(shù)據(jù)群(步驟S23)，對獲取到的振幅數(shù)據(jù)群作用存儲(chǔ)部8所存儲(chǔ)的窗函數(shù)(步驟S24)。通過像這樣對振幅數(shù)據(jù)群作用窗函數(shù)，能夠避免振幅數(shù)據(jù)群在邊界處變得不連續(xù)，能夠防止產(chǎn)生偽像。

接著，頻率分析部42判定數(shù)據(jù)位置Z^(k)的振幅數(shù)據(jù)群是否為正常的數(shù)據(jù)群(步驟S25)。如參照圖4時(shí)所說明的那樣，振幅數(shù)據(jù)群需要具有2的乘方的數(shù)據(jù)數(shù)。下面，將正常的振幅數(shù)據(jù)群的數(shù)據(jù)數(shù)設(shè)為2ⁿ(n為正整數(shù))。在本實(shí)施方式中，盡可能將數(shù)據(jù)位置Z^(k)設(shè)定為Z^(k)所屬的振幅數(shù)據(jù)群的中心。具體地說，振幅數(shù)據(jù)群的數(shù)據(jù)數(shù)為2ⁿ，因此將Z^(k)設(shè)定為接近該振幅數(shù)據(jù)群的中心的第2ⁿ/2(＝2^n-1)個(gè)位置。在該情況下，振幅數(shù)據(jù)群正常意味著在數(shù)據(jù)位置Z^(k)的前方存在2^n-1-1(設(shè)為2^n-1-1＝N)個(gè)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)位置Z^(k)的后方存在2^n-1(設(shè)為2^n-1＝M)個(gè)數(shù)據(jù)。在圖4所示的情況下，振幅數(shù)據(jù)群F₂、F₃均是正常的。此外，在圖4中例示了n＝4(N＝7、M＝8)的情況。

在步驟S25中的判定的結(jié)果為數(shù)據(jù)位置Z^(k)的振幅數(shù)據(jù)群正常的情況下(步驟S25：“是(Yes)”)，頻率分析部42轉(zhuǎn)移到后述的步驟S27。

在步驟S25中的判定的結(jié)果為數(shù)據(jù)位置Z^(k)的振幅數(shù)據(jù)群不正常的情況下(步驟S25：“否(No)”)，頻率分析部42通過對不足的部分插入零數(shù)據(jù)來生成正常的振幅數(shù)據(jù)群(步驟S26)。關(guān)于在步驟S25中被判定為不正常的振幅數(shù)據(jù)群(例如圖4的振幅數(shù)據(jù)群F₁、F_K)，在追加零數(shù)據(jù)之前作用窗函數(shù)。因此，即使在振幅數(shù)據(jù)群中插入零數(shù)據(jù)也不產(chǎn)生數(shù)據(jù)的不連續(xù)。在步驟S26之后，頻率分析部42轉(zhuǎn)移到后述的步驟S27。

在步驟S27中，頻率分析部42使用振幅數(shù)據(jù)群來進(jìn)行FFT運(yùn)算，由此得到振幅的頻率分布、即頻譜(步驟S27)。圖5所示的頻譜C₁是作為步驟S27的結(jié)果而得到的頻譜的一例。

接著，頻率分析部42使數(shù)據(jù)位置Z^(k)以步長D變化(步驟S28)。設(shè)步長D預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部8。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(shù)據(jù)生成部51生成B模式圖像數(shù)據(jù)時(shí)利用的數(shù)據(jù)步長一致，但是在想要削減頻率分析部42中的運(yùn)算量的情況下，也可以設(shè)定比數(shù)據(jù)步長大的值來作為步長D。

之后，頻率分析部42判定數(shù)據(jù)位置Z^(k)是否大于聲線SR_k中的最大值Z^(k)_max(步驟S29)。在數(shù)據(jù)位置Z^(k)大于最大值Z^(k)_max的情況下(步驟S29：“是”)，頻率分析部42使計(jì)數(shù)值k增加1(步驟S30)。這意味著將處理移向旁邊的聲線。另一方面，在數(shù)據(jù)位置Z^(k)為最大值Z^(k)_max以下的情況下(步驟S29：“否”)，頻率分析部42返回步驟S23。通過這樣，頻率分析部42對聲線SR_k進(jìn)行針對[(Z^(k)_max-Z^(k)₀+1)/D+1]個(gè)振幅數(shù)據(jù)群的FFT運(yùn)算。在此，[X]表示不超過X的最大的整數(shù)。

在步驟S30之后，頻率分析部42判定計(jì)數(shù)值k是否大于最大值k_max(步驟S31)。在計(jì)數(shù)值k大于k_max的情況下(步驟S31：“是”)，頻率分析部42結(jié)束一系列的FFT處理。另一方面，在計(jì)數(shù)值k為k_max以下的情況下(步驟S31：“否”)，頻率分析部42返回步驟S22。

通過這樣，頻率分析部42對分析對象區(qū)域內(nèi)的(k_max-k₀+1)個(gè)聲線分別進(jìn)行多次的FFT運(yùn)算。

此外，在以上的說明中，設(shè)為頻率分析部42對接收到超聲波信號(hào)的全部區(qū)域進(jìn)行頻率分析處理，但是也能夠設(shè)為輸入部6構(gòu)成為能夠接受按特定的深度幅度和聲線寬度劃分出的關(guān)心區(qū)域的設(shè)定輸入，僅在所設(shè)定的關(guān)心區(qū)域內(nèi)進(jìn)行頻率分析處理。

繼以上說明的步驟S6的頻率分析處理之后，特征量計(jì)算部43分別計(jì)算多個(gè)頻譜的校正前特征量，基于賦予超聲波在觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值的各個(gè)衰減率候選值來對各頻譜的校正前特征量進(jìn)行用于消除超聲波的衰減的影響的衰減校正，由此計(jì)算各頻譜的校正特征量，并使用該校正特征量從多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于觀測對象而言最佳的衰減率(步驟S7～S13)。以下，詳細(xì)說明步驟S7～S13的處理。

在步驟S7中，近似部431通過對由頻率分析部42計(jì)算出的多個(gè)頻譜分別進(jìn)行回歸分析，來計(jì)算與各頻譜對應(yīng)的校正前特征量(步驟S7)。具體地說，近似部431對各頻譜進(jìn)行回歸分析，由此利用一次式對各頻譜進(jìn)行近似，計(jì)算斜率a₀、截距b₀、頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度c₀來作為校正前特征量。例如，圖5所示的直線L₁₀是近似部431對頻帶F的頻譜C₁通過進(jìn)行回歸分析來進(jìn)行近似而得到的回歸直線。

之后，最佳衰減率設(shè)定部433將后述的在進(jìn)行衰減校正時(shí)應(yīng)用的衰減率候選值α的值設(shè)定為規(guī)定的初期值α₀(步驟S8)。該初期值α₀的值由存儲(chǔ)部8預(yù)先存儲(chǔ)，最佳衰減率設(shè)定部433只要參照存儲(chǔ)部8即可。

接著，衰減校正部432針對近似部431對各頻譜進(jìn)行近似得到的校正前特征量，將衰減率候選值設(shè)為α來進(jìn)行衰減校正，由此計(jì)算校正特征量，將該校正特征量與衰減率候選值α一同保存于特征量信息存儲(chǔ)部81(步驟S9)。圖6所示的直線L₁是衰減校正部432通過進(jìn)行衰減校正處理而得到的直線的例子。

在步驟S9中，衰減校正部432通過將使用超聲波信號(hào)的聲線的數(shù)據(jù)排列而得到的數(shù)據(jù)位置Z＝(f_sp/2v_s)Dn代入到上述的式(2)、(4)中的接收深度z來進(jìn)行計(jì)算。在此，f_sp是數(shù)據(jù)的采樣頻率，v_s是聲速，D是數(shù)據(jù)步長，n是從聲線的第一個(gè)數(shù)據(jù)起至處理對象的振幅數(shù)據(jù)群的數(shù)據(jù)位置為止的數(shù)據(jù)步數(shù)。例如，當(dāng)將數(shù)據(jù)的采樣頻率f_sp設(shè)為50MHz、將聲速v_s設(shè)為1530m/sec、采用圖4所示的數(shù)據(jù)排列將步長D設(shè)為15時(shí)，z＝0.2295n(mm)。

最佳衰減率設(shè)定部433計(jì)算由衰減校正部432對各頻譜進(jìn)行衰減校正而得到的多個(gè)校正特征量中的代表性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相對應(yīng)地保存于特征量信息存儲(chǔ)部81(步驟S10)。在校正特征量為斜率a、頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度c的情況下，如上述那樣，最佳衰減率設(shè)定部433計(jì)算校正特征量a和c中的任一方的方差。在該步驟S10中，優(yōu)選的是，特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52在使用斜率來生成特征量圖像數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)用校正特征量a的方差，在使用頻帶中心對應(yīng)強(qiáng)度來生成特征量圖像數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)用校正特征量c的方差。

之后，最佳衰減率設(shè)定部433使衰減率候選值α的值增加Δα(步驟S11)，將增加后的衰減率候選值α與規(guī)定的最大值α_max的大小進(jìn)行比較(步驟S12)。在步驟S12中的比較的結(jié)果為衰減率候選值α大于最大值α_max的情況下(步驟S12：“是”)，超聲波觀測裝置1轉(zhuǎn)移到步驟S13。另一方面，在步驟S12中的比較的結(jié)果為衰減率候選值α為最大值α_max以下的情況下(步驟S12：“否”)，超聲波觀測裝置1返回步驟S9。

在步驟S13中，最佳衰減率設(shè)定部433參照特征量信息存儲(chǔ)部81所存儲(chǔ)的每個(gè)衰減率候選值的方差，將使方差最小的衰減率候選值設(shè)定為最佳的衰減率(步驟S13)。

圖10是表示最佳衰減率設(shè)定部433進(jìn)行的處理的概要的圖。是表示設(shè)α₀＝0(dB/cm/MHz)、α_max＝1.0(dB/cm/MHz)、Δα＝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(guān)系的例子的圖。在圖10所示的情況下，在衰減率候選值α為0.2(dB/cm/MHz)時(shí)，方差取最小值S(α)_min。因而，在圖10所示的情況下，最佳衰減率設(shè)定部433將α＝0.2(dB/cm/MHz)設(shè)定為最佳的衰減率。

特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52針對由B模式圖像數(shù)據(jù)生成部51生成的B模式圖像數(shù)據(jù)中的各像素，疊加與基于在步驟S13中設(shè)定的最佳的衰減率的校正特征量相關(guān)聯(lián)的視覺信息(例如色相)，并且添加最佳的衰減率的信息，由此生成特征量圖像數(shù)據(jù)(步驟S14)。

之后，顯示部7在控制部9的控制下顯示與由特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52生成的特征量圖像數(shù)據(jù)對應(yīng)的特征量圖像(步驟S15)。圖11是示意性地表示顯示部7中的特征量圖像的顯示例的圖。該圖所示的特征量圖像101具有：疊加圖像顯示部102，其顯示對B模式圖像疊加與特征量有關(guān)的視覺信息而得到的圖像；以及信息顯示部103，其顯示觀測對象的識(shí)別信息和被設(shè)定為最佳的衰減率的衰減率候選值的信息。此外，也可以設(shè)為在信息顯示部103中還顯示特征量的信息、近似式的信息、增益或?qū)Ρ榷鹊葓D像信息等。另外，也可以將與特征量圖像對應(yīng)的B模式圖像與特征量圖像并列顯示。另外，也可以構(gòu)成為輸入部6能夠接受是否顯示衰減率候選值的信息的指示信號(hào)。

在以上說明的一系列的處理(步驟S1～S15)中，也可以設(shè)為將步驟S4的處理與步驟S5～S13的處理并行地進(jìn)行。

根據(jù)以上說明的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，從賦予在超聲波在觀測對象中傳播時(shí)的互不相同的衰減特性的多個(gè)衰減率候選值中設(shè)定對于觀測對象而言最佳的衰減率，使用該最佳的衰減率進(jìn)行衰減校正，由此計(jì)算多個(gè)頻譜中的各個(gè)頻譜的特征量，因此能夠通過簡單的計(jì)算求出適合于觀測對象的超聲波的衰減特性，并且能夠利用該衰減特性進(jìn)行觀測。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，根據(jù)對各頻譜進(jìn)行衰減校正得到的校正特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差來設(shè)定最佳的衰減率，因此相比于與多個(gè)衰減模型進(jìn)行擬合的現(xiàn)有技術(shù)，能夠削減計(jì)算量。

另外，根據(jù)本實(shí)施方式，即使在適合于觀測對象的衰減率未知的情況下，也能夠設(shè)定最佳的衰減率。

(實(shí)施方式的變形例1)

圖12是表示本實(shí)施方式的變形例1所涉及的超聲波觀測裝置的最佳衰減率設(shè)定部進(jìn)行的處理的概要的圖。在圖12中，示出了設(shè)α₀＝0(dB/cm/MHz)、α_max＝1.0(dB/cm/MHz)、Δα＝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(guān)系的例子，衰減率候選值α＝0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0(單位均為dB/cm/MHz)的方差S(α)的值分別與圖10相同。在本變形例1中，在最佳衰減率設(shè)定部433設(shè)定最佳的衰減率之前，近似部431通過進(jìn)行回歸分析來計(jì)算對衰減率候選值α的方差S(α)的值進(jìn)行插值而得到的曲線R。之后，最佳衰減率設(shè)定部433針對該曲線R計(jì)算0(dB/cm/MHz)≤α≤1.0(dB/cm/MHz)中的最小值S(α)’_min，將此時(shí)的衰減率候選值的值α’設(shè)定為最佳的衰減率。在圖12所示的情況下，最佳的衰減率α’為0(dB/cm/MHz)與0.2(dB/cm/MHz)之間的值。

(實(shí)施方式的變形例2)

接著，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式的變形例2進(jìn)行說明。在本變形例中，最佳衰減率設(shè)定部433在比作為特征量圖像顯示時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍更廣的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)設(shè)定最佳的衰減率。

具體地說，當(dāng)將由特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52生成的圖像的顯示動(dòng)態(tài)范圍設(shè)為70dB時(shí)，特征量計(jì)算部43在比該動(dòng)態(tài)范圍(70dB)大的動(dòng)態(tài)范圍(例如100dB)內(nèi)進(jìn)行衰減運(yùn)算處理。例如，特征量圖像數(shù)據(jù)生成部52使用8bit的定點(diǎn)運(yùn)算方式，與此相對，特征量計(jì)算部43使用32bit的浮點(diǎn)運(yùn)算方式來進(jìn)行包含從特征量的計(jì)算起至最佳的衰減率的設(shè)定為止的衰減運(yùn)算處理。

根據(jù)本變形例2，與使用定點(diǎn)運(yùn)算方式的衰減運(yùn)算處理相比，能夠使運(yùn)算精度提高。通過更高精度地進(jìn)行從校正前特征量的運(yùn)算起至基于方差的二次曲線的生成為止的處理，能夠高精度地計(jì)算最佳的衰減率。

目前為止說明了用于實(shí)施本發(fā)明的方式，但是本發(fā)明不應(yīng)僅限定于上述的實(shí)施方式。例如也可以是，最佳衰減率設(shè)定部433針對超聲波圖像的全部幀分別計(jì)算與最佳的衰減率相當(dāng)?shù)淖罴阉p率相當(dāng)值，將包含最新的幀的最佳衰減率相當(dāng)值在內(nèi)的規(guī)定數(shù)量的最佳衰減率相當(dāng)值的平均值、中間值或最頻值設(shè)定為最佳的衰減率。在該情況下，與針對各幀設(shè)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(wěn)定。

另外，也可以設(shè)為最佳衰減率設(shè)定部433以超聲波圖像的規(guī)定的幀為間隔設(shè)定最佳的衰減率。由此，能夠大幅地削減計(jì)算量。在該情況下，在下一次設(shè)定最佳的衰減率之前的期間，使用最后設(shè)定的最佳的衰減率的值即可。

另外，既可以將計(jì)算統(tǒng)計(jì)性偏差的對象區(qū)域設(shè)為每個(gè)聲線，也可以將計(jì)算統(tǒng)計(jì)性偏差的對象區(qū)域設(shè)為接收深度為規(guī)定值以上的區(qū)域。也可以設(shè)為輸入部6能夠接受這些區(qū)域的設(shè)定的結(jié)構(gòu)。

另外，也可以設(shè)為最佳衰減率設(shè)定部433在所設(shè)定的關(guān)心區(qū)域內(nèi)和該關(guān)心區(qū)域外單獨(dú)地設(shè)定最佳的衰減率。

另外，也可以設(shè)為輸入部6能夠接受衰減率候選值的初始值α₀的設(shè)定變更的輸入的結(jié)構(gòu)。

另外，作為賦予統(tǒng)計(jì)性偏差的量，例如也能夠應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)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(gè)。此外，還考慮應(yīng)用方差的倒數(shù)來作為賦予統(tǒng)計(jì)性偏差的量的情況，在該情況下，使方差的倒數(shù)的值最大的衰減率候選值為最佳的衰減率，這是不言而喻的。

另外，最佳衰減率設(shè)定部433也能夠分別計(jì)算多個(gè)種類的校正特征量的統(tǒng)計(jì)性偏差，將使統(tǒng)計(jì)性偏差最小的情況下的衰減率候選值設(shè)定為最佳的衰減率。

另外，也可以設(shè)為在衰減校正部432使用多個(gè)衰減率候選值來對頻譜進(jìn)行衰減校正之后，近似部431通過對衰減校正后的各頻譜進(jìn)行回歸分析來計(jì)算校正特征量。

這樣，本發(fā)明在不脫離權(quán)利要求書所記載的技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠包含各種實(shí)施方式。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如以上那樣，本發(fā)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?qū)τ谀軌蛲ㄟ^簡單的計(jì)算來求出適合于觀測對象的超聲波的衰減特性并且利用該衰減特性進(jìn)行觀測而言是有用的。

附圖標(biāo)記說明

1：超聲波觀測裝置；2：超聲波探頭；3：發(fā)送和接收部；4：運(yùn)算部；5：圖像處理部；6：輸入部；7：顯示部；8：存儲(chǔ)部；9：控制部；21：超聲波振子；31：信號(hào)放大部；41：放大校正部；42：頻率分析部；43：特征量計(jì)算部；51：B模式圖像數(shù)據(jù)生成部；52：特征量圖像數(shù)據(jù)生成部；81：特征量信息存儲(chǔ)部；101：特征量圖像；102：疊加圖像顯示部；103：信息顯示部；431：近似部；432：衰減校正部；433：最佳衰減率設(shè)定部；C₁：頻譜。