超音波エコー法を用いたヒト組織変位ベクトル観測におけるover-determinedシステムおよび変位ベクトル計測の超音波エコー画像の高分解能化への応用（その1）

摘要

我々は、これまでに超音波エコー法に基づきヒト組織の変位ベクトル（歪テンソル）の観測を行う方法としてクロススペクトル位相勾配法や多次元自己相関法等を報告している。それらの技法を用いた際の計測精度を向上させるべく、フォーカスビームや横方向に広い幅を持った波動（平面波や円形波等）の交差波動を用いた横方向変調法を拡張してより多くの波動を使用したりスペクトル周波数分割を用いてover-determinedシステムを実現し、独自に正則化や重み付き最小二乗法を用いている。それらにおいてばらつきを用いる場合には、誤差の局所の定常過程を仮定したりCRLB（Cramer-Rao Lower Bound）を用いて来たが、本稿ではいわゆる通常の1次元自己相関法にて推定されるばらつきを用いた場合を報告する。また、重み付き最小法二乗法の一つとして考えることのできる最尤推定を用いた場合を報告し、その際にいわゆるMAP（Maximum a posteriori）推定を行った場合と正則化を実施した場合との類似性について述べる。さらに、これまでに複数方向に偏向ビームフォーミングされたエコー信号のコヒーレント加算による広帯域化（高分解能化）について報告したり、ビームフォーミング時における位相収差補正（組織変位計測法を応用した高精度な位相収差の計測に基づく高精度な位相マッチング）やICA（Independent Component Analysis）処理による信号分離（加算平均よりも効果的な多重化効果を見出して応用）、非線形処理による超解像等の有効性を報告しているが、組織変位のある場合の動き補償も同時に行うことが可能であり、本稿では観測対象が明に変位している場合に受信される連続エコーデータを含め、ビームフォーミング中やビームフォーミング後に位相収差補正を行い、ビームフォーミング中やビームフォーミング後に超解像を行うことを提案する。組織の大変位や変形、エコー信号の欠落、加熱治療により連続するエコーデータフレームの位相マッチングの精度が低下するため上記の正則化や最尤推定等は有効であるが、本稿ではそのために有効な新しい位相マッチング法を報告する。また、超解像に関しては上記の非線形処理の他に逆フィルタリング時の周波数領域における整形フィルタリングや位相回転を除いた瞬時位相イメージングを報告しているが、本稿ではこれまでに言及はしていたものの結果を報告していなかった逆ラィルタリング時における正則化の結果を報告する。本稿では、上記の如く今後に様々な超解像を効果的に実施して行くための基礎技術を報告する。