JP2001170046A - 生体組織性状診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、測定対象によることなく、正確な診
断をなし得るようにした生体組織性状診断装置を提供す
る。 【解決手段】本発明によると、生体内で反射または透過
した超音波パルスを受信して電気信号に変換し、この電
気信号の持つ特徴量から生体の組織性状を診断する信号
解析手段を備えた生体組織性状診断装置において、前記
信号解析手段は、前記電気信号の信号パルス幅を設定す
るパルス幅設定手段と、該設定された信号パルス幅内か
ら、少なくとも領域の一部が異なる複数の信号領域を抽
出する領域抽出手段と、該抽出領域のそれぞれにおい
て、所定の波形特徴値を計算する波形特徴値計算手段
と、該計算された波形特徴値間の差異を演算する差異演
算手段と該差異演算の結果とその超音波パルスの受信時
刻とを関連付けることで、前記差異演算の結果と前記受
信超音波パルスを発生させた生体組織の位置を対応させ
る対応時刻決定手段とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体組織性状診断装
置に係り、特に、生体組織構造体の組織性状値の診断結
果を表示する生体組織性状診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波診断技術は、デジタル化技
術の進展により、ダイナミックレンジの改善、信号処理
の多様化、ビームフォームの高精度化、超音波画像の３
次元表示が可能になり、感度、空間分解能、コントラス
ト分解能が飛躍的に向上していると共に、更に、ハーモ
ニックイメージング等の新技術によって従来よく見えな
かった組織構造の様子が見えるようになり、医療におけ
る診断精度が大きく改善されつつある。

【０００３】しかし、これらの技術は、いずれも組織構
造診断には大きな光明をもたらしているが、組織性状診
断技術、即ち、組織の音速、減衰、音響インーダンス等
の組織構造体の物性量を断層像表示する技術は医療から
のニーズは大きいものの、現時点では実用化に至ってお
らず、超音波診断技術に関する残された重要技術課題と
なっている。

【０００４】これに対し、エラストグラフィー或いはエ
ラスティックイメージングと呼ばれる技術が注目を浴び
つつある（K.I.Parkr 、L.Gao 、R.M.Lerner and S.
F.Levinson：「Techniques for Elastic Imaging 、
A Review」、IEEE Engineering in Medicine an
d Biology pp52（1996））。

【０００５】この技術は生体組織に外部から応力を作用
させ、応力印加前後の微小散乱エコー発生時刻の相対的
変化を計算し、この計算結果即ち歪みをＢモード表示と
するという方法である。

【０００６】この場合、印加応力の部位による分布が無
いとすれば、該歪みの逆数が弾性定数に比例することに
なる。

【０００７】しかしながら、上記の技術は、計算が複雑
で演算時間がかかりすぎたり、対象物に対し静的加圧或
いは加振させる必要があり、実用化は簡単ではない。

【０００８】これに対し、本出願人は従来の超音波エコ
ー信号を用い、加圧や加振の必要のない組織物性の深部
診断が可能な新しい方法を提案している（特願平１０−
１７８８６１号）。

【０００９】この方法は、従来例として、図９に示すよ
うに、圧電振動子を含む超音波トランスデューサ１０１
にパルサ回路１０２からダイオード１０３を介して高電
圧広帯域のパルス信号を与えることによって、超音波ト
ランスデューサ１０１より対象物に超音波を照射する。

【００１０】これによって得られる対象物からの超音波
エコー信号をタイミングゲートパルス発生器１０７によ
って制御されるゲーテドアッテネータ１０４及びゲーテ
ドアンプ１０５を介して高速フーリェ変換器（ＦＦＴ）
としての周波数特性変換器１０６によって周波数信号に
変換する。

【００１１】そして、この方法の特徴は、その周波数特
性信号の波形特徴を示す値を波形特徴抽出手段１０８に
よって抽出したのち、波形特徴一時記憶手段１０９に記
憶させると共に、該抽出値を、予め、音響インピーダン
ス算出部１１０の表面層音響インピーダンス算出回路１
１１、及び深部音響インピーダンス算出回路１１２にそ
れぞれ格納された表面層音響インピーダンス及び深部音
響インピーダンス算出のための検量線式、即ち音響イン
ピーダンスが既知の複数の高分子樹脂サンプルについ
て、音響インピーダンスを通常の方法で測定しておき、
深部位置算出手段１１３との協働によって、Ａモード信
号表示手段１１４に表示させるために、その値を横軸
に、また同時にそれらのサンプルの表面または境界面反
射エコー信号の波形特徴値を測定し、これを縦軸にプロ
ットし、両者の相関を直線回帰した式に代入し、音響イ
ンピーダンスの深さ方向プロファイルを得る点にある。

【００１２】この方法の原理は、まず、対象物の表面反
射エコー信号の波形特徴値の値と、完全反射物体で得ら
れた表面反射エコー信号の波形特徴値の値とから、前記
した検量線に基づいて表面層の音響インピーダンスを計
算し、次の表面層と２層目との界面からの反射エコー信
号と表面層の音響インピーダンスから、２層目の音響イ
ンピーダンスを求める。

【００１３】以下、同様にしてｉ−１層目の音響インピ
ーダンスとｉ−１層目とｉ層目の境界面からの反射エコ
ー信号の波形特徴値とからｉ層目の音響インピーダンス
を求めてゆくというものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た本出願人による従来技術は、ｉ−１層とｉ層の音響イ
ンピーダンスに比較的大きな差がある場合には各層の音
響インピーダンスを精度良く求められるが、その差が比
較的小さい場合には音響インピーダンスを求める精度が
低下する可能性があることがその後の検討でわかってき
た。

【００１５】すなわち、生体組織は一部の組織を除い
て、異常組織を含まない一つの連続した組織であって
も、その内部に超音波散乱中心を有していて、その散乱
中心からの微小エコー信号は、互いに干渉しあい、その
振幅を弱めあったり強めあったりする。

【００１６】そして、観測され得るまでに強めあった干
渉超音波信号は組織内の斑点（スペックル）信号として
観測される。

【００１７】この信号はｉ−１層とｉ層の音響インピー
ダンスの差が小さい場合には、両層の境界面からの反射
エコー信号の振幅と同程度かそれ以上の大きさになる可
能性があり、これらのスペックル信号と両層の境界面か
らの反射エコー信号とを精度良く分離特定出来なくなっ
てしまう可能性がある。

【００１８】また、従来から超音波が対象物に垂直に入
射しないと、その角度に応じて、境界面からの反射エコ
ー信号の最大振幅が変化することは知られているが、波
形特徴値も同様に変化することが確認されている。

【００１９】生体組織は各層が平行平面に層状に積層さ
れているのは希で、特定の界面に垂直に入射していて
も、他の界面では傾いて入射するのが一般的である。

【００２０】この場合、二つの界面からのエコー信号の
波形特徴値に差異が認められた場合、その差異の原因が
対象物物性の差によるものか、入射角度の差異によるも
のかの判別が難しくなる可能性がある。

【００２１】以上のように上述した先行技術に記載した
ような境界面からの反射エコー信号を捕らえて、その波
形特徴値から検量線に基づいて生体組織の音響インピー
ダンス等の組織性状を診断する方法は、測定対象によっ
ては診断の精確さという点で課題を残していると言え
る。

【００２２】これは、同じ時間軸上の異なる時刻に発生
するそれぞれのエコー信号の波形特徴値間の差異データ
を用いて、対象物の物性を診断するために起こる不具合
であると言える。

【００２３】本発明は、上記のような先行技術の有する
不具合を解決するためになされたもので、境界面からの
反射エコー信号を捕らえて、その波形特徴値から検量線
に基づいて生体組織の音響インピーダンス等の組織性状
を診断する際に、測定対象によることなく、正確な診断
をなし得るようにした生体組織性状診断装置を提供する
ことを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、（１） 超音波パルスを生体に送
信する送信手段と、生体内で反射または透過した前記超
音波パルスを受信する受信手段と、前記受信した超音波
パルスを電気信号に変換し、この電気信号の持つ特徴量
から生体の組織性状を診断する信号解析手段と、この信
号解析手段による診断出力を表示する表示手段とを備え
た生体組織性状診断装置において、前記信号解析手段
は、前記電気信号の信号パルス幅を設定するパルス幅設
定手段と、該設定された信号パルス幅内から、少なくと
も領域の一部が異なる複数の信号領域を抽出する領域抽
出手段と、該抽出領域のそれぞれにおいて、所定の波形
特徴値を計算する波形特徴値計算手段と、該計算された
波形特徴値間の差異を演算する差異演算手段と該差異演
算の結果とその超音波パルスの受信時刻とを関連付ける
ことで、前記差異演算の結果と前記受信超音波パルスを
発生させた生体組織の位置を対応させる対応時刻決定手
段と、を含むことを特徴とした生体組織性状診断装置が
提供される。

【００２５】（作用効果）生体組織性状診断装置を構成
する送信手段によって、電気信号が超音波パルス信号に
変換され、該超音波パルスは生体組織内に送信される。

【００２６】この送信超音波は音響インピーダンスの異
なる組織境界部で、その差異に応じた反射超音波パルス
信号を発生し、超音波パルスエコー信号となって受信手
段に帰還し、受信され、電気信号に変換される。

【００２７】この電気信号は、パルス幅設定手段、領域
抽出手段、波形特徴値計算手段、差異演算手段、対応時
刻決定手段からなる信号解析手段によって解析される。

【００２８】先ず、パルス幅設定手段によって、特定の
振幅以上のパルス信号を選択し、同時にそのパルス信号
のパルス幅が計算される。

【００２９】次いで、領域抽出手段によって、前記設定
された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部が異
なる少なくとも２つの信号領域が抽出される。

【００３０】更に、波形特徴値計算手段によって、前記
抽出された２つの信号領域のそれぞれにおいて波形特徴
値が計算される。

【００３１】次いで、前記計算された２組の波形特徴値
は差異演算手段によって、両者の差異が計算される。

【００３２】この差異値は対応時刻決定手段によって、
対象としているパルスの発生時刻と関係付けられ、該関
係付けられたデータは表示手段によって表示される。

【００３３】以上に示すような手段により、複数の超音
波パルス間の波形特徴値を用いて組織性状診断するとい
う先行技術が有していた欠点を排し、信頼性の高い生体
組織性状診断が可能となる。

【００３４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（２） 超音波パルスを生体に送信する送信
手段と、生体内で反射または透過した前記超音波パルス
を受信する受信手段と、前記受信した超音波パルスを電
気信号に変換し、この電気信号の持つ特徴量から生体の
組織性状を診断する信号解析手段と、この信号解析手段
による診断出力を表示する表示手段とを備えた生体組織
性状診断装置において、前記信号解析手段は、前記電気
信号の信号パルス幅を設定するパルス幅設定手段と、該
設定された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部
が異なる複数の信号領域を抽出する領域抽出手段と、該
抽出領域のそれぞれにおいて、複数の波形特徴値を計算
する波形特徴値計算手段と、該複数の波形特徴値を、該
抽出領域毎に結合演算する結合演算手段と、該結合演算
された波形特徴値間の差異を演算する差異演算手段と、
該差異演算の結果とその超音波パルスの受信時刻とを関
連付けることで、前記差異演算の結果と前記受信超音波
パルスを発生させた生体組織の位置を対応させる対応時
刻決定手段と、を含むことを特徴とした生体組織性状診
断装置が提供される。

【００３５】（作用効果）生体組織性状診断装置を構成
する送信手段によって、電気信号が超音波パルス信号に
変換され、該超音波パルスは生体組織内に送信される。

【００３６】この送信超音波は音響インピーダンスの異
なる組織境界部で、その差異に応じた反射超音波パルス
信号を発生し、超音波パルスエコー信号となって受信手
段に帰還し、受信され、電気信号に変換される。

【００３７】この電気信号は、パルス幅設定手段、領域
抽出手段、波形特徴値計算手段、結合演算手段、差異演
算手段、対応時刻決定手段からなる信号解析手段によっ
て解析される。

【００３８】先ず、パルス幅設定手段によって、特定の
振幅以上のパルス信号を選択し、同時にそのパルス信号
のパルス幅が計算される。

【００３９】次いで、領域抽出手段によって、前記設定
された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部が異
なる少なくとも２つの信号領域が抽出される。

【００４０】更に、波形特徴値計算手段によって、前記
抽出された２つの信号領域のそれぞれにおいて、複数の
波形特徴値が計算される。

【００４１】次いで、前記複数の波形特徴値は結合演算
手段によって複数の波形特徴値が結合計算され、新たな
波形特徴値がそれぞれの領域において設定される。

【００４２】そして、新たに設定された２組の波形特徴
値は差異演算手段によって両者の差異が計算される。

【００４３】この差異値は対応時刻決定手段によって、
対象としているパルスの発生時刻と関係付けられ、該関
係付けられたデータは表示手段によって表示される。

【００４４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、（３） 前記超音波パルスを生体に送信する
送信手段を構成する超音波トランスデューサが圧電振動
子を１次元または２次元に配列した配列形超音波トラン
スデューサであり、請求項１または２に記載した全ての
手段からなる回路群を１チャンネルとしたとき、複数の
チャンネルからなり、チャンネル間切り替えを機械的ま
たは電子的に行う手段を有することを特徴とした（１）
または（２）に記載の生体組織性状診断装置が提供され
る。

【００４５】（作用効果）機械的超音波ビーム走査手段
または電子式チャンネル間切り替え手段によって、超音
波ビームを超音波ビーム放射方向と直交した面内で走査
することができるようになるので、生体組織性状のＢモ
ード像が得られるようになる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。

【００４７】（本発明の第１の実施の形態）まず、本発
明の概要について説明する。

【００４８】一般に、生体を透過した超音波の周波数成
分は、高周波数成分ほど減衰し、また、中心周波数が低
下することが知られている。

【００４９】また、一つのエコーパルス信号に着目する
と、図１に示したように、パルスの末尾（ゲート位置が
大きい数で表される）に行くほど中心周波数が高くなる
ことを本発明者は確認している。

【００５０】この理由は具体的に解明されている訳では
ないが、一つの超音波パルスの中の初期の振動によって
対象物の粘性抵抗が減少し、後続して同じ経路を伝播す
るパルス振動が振動しやすくなり、比較的周波数成分の
低下が小さくなり、その結果、一つのエコーパルスの時
間領域における相対的な周波数成分の分布が観察される
ことになるものと、本発明者は考えている。

【００５１】この粘性抵抗は一般的な物性値で表現する
と、生体組織の減衰特性や音速に関係するので、パルス
の初期の周波数成分と末尾の周波数成分を比較演算し、
演算結果とパルス発生時刻との相関をとることにより、
そのパルス発生時刻に対応する位置における減衰や音
速、更には、観測されるパルス列内の全てのパルスにつ
いて同様の処理を行うことによって組織性状特性の深さ
分布を診断できることになる。

【００５２】本実施の形態に関わる具体的な構成につい
て記述する前に、本出願人による先行技術（特願平１０
−１７８８６１号）と本発明の相違について図２及び図
３を対比的に用いて具体的に説明する。

【００５３】図２が本出願人による先行技術、図３が本
実施の形態の概念を説明するための図である。

【００５４】先ず、先行技術に関して説明する。

【００５５】図２の（ａ）に示すように、参照符号１０
０１は、パルスエコー信号列の一つの時間領域に捕らえ
た超音波パルス列を示し、この超音波パルス列１００１
には、それぞれ、時間特性１００２，１００３を有した
超音波パルスＡと超音波パルスＢとが含まれている。

【００５６】この超音波パルス列１００１は異なる音響
インピーダンスを有する組織境界部から反射したエコー
信号なので、超音波パルスＢは超音波パルスＡに対し、
一つ隣の（深い）位置にある組織境界部から反射したエ
コー信号と言える。

【００５７】この両者の波形の差は、その間に超音波が
伝播したときに受ける変化なので、この変化は前記両境
界面に挟まれた組織の有する組織性状特性に起因するこ
とは容易に推測できることである。

【００５８】超音波パルスＡと超音波パルスＢとは、そ
れぞれ第１のゲート１００４、第２のゲート１００５に
よりゲーテングがかけられた後、高速フーリェ変換（Ｆ
ＦＴ）処理することにより、それぞれ、図２の（ｂ）に
示すような周波数特性１００７，１００８が得られる。

【００５９】この周波数特性１００７，１００８の差異
を評価することは、超音波パルスＡと超音波パルスＢと
の波形の変化を評価すると言うことと等価となる。

【００６０】これら超音波パルスＡと超音波パルスＢと
の時間特性１００２，１００３は、縦軸の時間軸に対す
る変化が急峻で、最大振幅やゼロクロス点周期以外の波
形特徴を評価することが難しい。

【００６１】一方、最大値で規格化した周波数特性は縦
軸の変化は比較的小さく、周波数に関する波形の特徴を
評価しやすい。

【００６２】従って、このような評価しやすい周波数特
性上の波形特徴値（波形特徴パラメータ）、例えば、ピ
ーク周波数、中心周波数、比帯域幅、６ｄＢ低下周波
数、１次モーメント、２次モーメント、等の波形特徴値
（波形特徴パラメータ）に関し、周波数特性１００７，
１００８間の差異ΔＦＰを評価する。

【００６３】これをΔＦＰｉ（ｉは波形特徴値の種類を
表す添え字）とし、添え字の異なるΔＦＰをそれぞれ定
数ａ，ｂ…を乗じ、重み付けをした結果を次の（１），
（２）式のように合計する。

【００６４】 組織性状１＝ａΔＦＰ１＋ｂΔＦＰ２＋… …（１） 組織性状２＝ｃΔＦＰ１＋ｄΔＦＰ２＋… …（２） この合計した結果を組織性状値として、エコー信号の発
生時期と対応付けることによって、組織性状特性分布が
得られる。

【００６５】図２の（ｃ）に示すように、この分布特性
は、参照符号１０１０として示すように隣合わせたパル
スエコー信号１００９，１０１１が発生する間は一定の
値を示す表示となる。

【００６６】そして、重み付けの方法を式（１），
（２）のように変えることにより、組織性状１、組織性
状２、・・・・、と多くの組織性状が得られる。

【００６７】これは多様な診断モードが可能なことを意
味し、従来の診断方法では得られない新しい生体組織性
状診断に結びつく可能性がある。

【００６８】以上が本出願人による先行技術の内容であ
る。

【００６９】しかし、このように一対のエコー信号の相
対的関係を求めるとき、境界面の相対的な傾きが問題に
なることが分かってきた。

【００７０】即ち、相対的な傾きがある場合は、無い場
合に比べ、波形特徴値の差異ΔＦＰｉが異なる値を示
す。

【００７１】この異なる値は、組織性状の本質的な差で
はなく、構造的な差と言え、組織性状診断に誤差を与え
ることになる。

【００７２】次に、以上のような組織性状診断に誤差を
与える可能性があるという本出願人による先行技術の問
題を解消することを主眼とした本発明の概念を説明す
る。

【００７３】図３の（ａ）に示すように、波形１０１２
は図２の（ａ）の波形１００１のＡの部分１００２を単
独で表したものである。

【００７４】このエコーパルス波形は音響インピーダン
ス境界面での反射なので、反射信号Ｐｒｅｆはこの境界
面に入射する超音波Ｐｏに対し、

【００７５】

【数１】

【００７６】で表される。

【００７７】Ｚ１，Ｚ２は、境界面を挟む両組織のそれ
ぞれの音響インピーダンスで、Ｚ１を境界面の手前、Ｚ
２を境界面の後方の組織の音響インピーダンスとする。

【００７８】この式（３）から分かるように、Ｐｒｅ
ｆ，Ｐ０，Ｚ１とが分かっていれば、Ｚ２はその境界面
に接した後方の組織の音響インピーダンスであり、組織
性状特性である。

【００７９】生体組織は、一般に、複素音響インピーダ
ンスで表され、音響インピーダンスの虚数成分を有する
ことになり、これによってＰｒｅｆはＰ０に対し、振幅
だけでなく、位相変化も受けることによって、周波数に
関連する波形特徴値も変化を受けることになる。

【００８０】図３の（ａ）に示したパルスエコー信号１
０１２は、上式（３）で表されるＰｒｅｆに相当する
が、これを詳しく観測すると図１に示したようにパルス
内で時間経過と共に周波数が上昇することを観測するこ
とができる。

【００８１】この理由の詳細は分からないが、先述した
理由と考えると、図３の（ｂ）に示すように、第１のゲ
ート１０１５で抽出された部分１０１３と第２のゲート
１０１６で抽出された部分１０１４の時間軸波形をそれ
ぞれＦＦＴ変換した周波数特性１０１７と１０１８との
波形の差は複素音響インピーダンスＺ２によって引き起
こされたことになる。

【００８２】従って、それぞれの波形の波形特徴値ＦＰ
１，ＦＰ２の差異ΔＦＰｉを用いて、下式（４），
（５）で表した組織性状１、組織性状２という種々の組
織性状を求めることができるようになる。

【００８３】 組織性状１＝ａΔＦＰ１＋ｂΔＦＰ２＋… …（４） 組織性状２＝ｃΔＦＰ１＋ｄΔＦＰ２＋… …（５） 上述のように、新たな波形特徴値を二つの領域に関しそ
れぞれ計算しその差異を求め、式（４），（５）のよう
に計算し、図３の（ｃ）に示すように、その結果とパル
ス幅設定したパルス信号のパルス発生時刻とを関係付け
ることによって、その位置における組織性状が診断でき
ることになる。

【００８４】また、図３の（ｃ）に示すように、特定の
深さにわたって観測されたエコーパルス列信号１０１
９，１０２０，１０２１…から、それぞれのエコーパル
スの発生時刻とそのエコーパルスから得られる組織性状
値との関係をプロットすることにより組織性状値の深さ
方向分布が分かることになる（Ａモード表示）。

【００８５】更には、一本の超音波ビームのみで得られ
る前述のＡモード表示を、超音波ビームの走査によって
断面情報（Ｂモード表示）に展開することも可能であ
る。

【００８６】この組織性状値は、具体的に弾性定数等の
一般的な材料定数と直接関係しているとは言えないが、
従来のＢモード表示で得られなかった新しい診断情報が
得られる可能性がある。

【００８７】本発明による手法では、一つの境界面から
の反射信号のみを用いているので、先行技術のように二
つの境界面の平行度を問題にする必要がなくなるので、
診断の精度が向上するばかりでなく、観測にかかる時間
が短くなるというメリットも有している。

【００８８】次に、上記概念に基づいた本発明の生体組
織性状診断装置に関する第１の実施の形態について以下
に詳述する。

【００８９】［構成］図４は、本発明の第１の実施の形
態による生体組織性状診断装置を構成する超音波パルス
送受信部及び信号処理部までの構成を示すブロック図で
ある。

【００９０】即ち、図４に示すように、送受信用超音波
トランスデューサ１からの受信出力をパルサレシーバ２
の受信部で受信し、その出力から超音波パルス抽出回路
３で閾値設定回路４によって設定された閾値以上の振幅
を有する超音波パルスのみを抽出し、パルス幅を決定す
るパルス幅設定回路５に導く。

【００９１】ここで、閾値設定回路４による閾値設定
は、パルスエコー列信号であるＡモード信号の表示装置
（図示しないモニタなど）による表示像を参照しながら
比帯域幅やパルス波形の波数に対応させて決定する。

【００９２】更に、超音波パルス抽出回路３の出力はパ
ルス幅設定回路５に導かれた後、超音波パルス抽出回路
３によって抽出された全ての超音波パルス波形が対数増
幅器６によって飽和しない最大の振幅に増幅される。

【００９３】尚、対数増幅器６の増幅度設定は、パルス
エコー列信号の時間経過とともに単調に増加させ、距離
による減衰を補償する。

【００９４】ついで対数増幅器６からの出力はＡ／Ｄ変
換器７に入力されてデジタル信号に変換される。

【００９５】次に、該デジタル信号は、予め、パルス波
形の波形抽出領域が設定されている先行領域抽出回路８
と後続領域抽出回路９とに順に入力される。

【００９６】ここで、先行領域抽出回路８での波形抽出
が完了したら即座にスイッチ回路１０がスイッチされ、
後続領域抽出回路９での波形抽出が行われる。

【００９７】両領域での抽出波形は、スイッチ回路１０
を介して、高速フーリェ変換器（ＦＦＴ）１２で演算処
理されてから波形特徴値を抽出するチャンネルと、ゼロ
クロス点周期から周波数に関係した波形特徴値を抽出す
るチャンネルのいずれかにスイッチ回路１１によって選
択される。

【００９８】このスイッチ回路１１による選択の基準
は、波数が少く比較的パルス振幅がそろっているパルス
列信号の場合にはＦＦＴ１２で周波数特性に変換するチ
ャンネル、エコー信号の振幅のダイナミックレンジが大
きすぎ、微小振幅信号を大きく増幅した結果、オーバー
スケールとなるパルス信号が含まれるときには、ゼロク
ロス点周期計算のチャンネルを選ぶものとするが、その
設定は実際の診断画像に応じて選ばれる。

【００９９】前者のチャンネルは、ＦＦＴ１２、波形特
徴値抽出回路１４、スイッチ回路１７、一時記憶回路１
９からなる。

【０１００】また、後者のチャンネルは、ゼロクロス点
周期検出回路１３、ゼロクロス点周期の平均値、最大
値、最小値、分散値を演算するゼロクロス点特徴値抽出
回路１５、スイッチ回路１８、一時記憶回路２０からな
る。

【０１０１】ここで、波形特徴値抽出回路１４の出力を
スイッチするスイッチ回路１７とスイッチ回路１０、及
びゼロクロス点特徴値抽出回路１５の出力をスイッチす
るスイッチ回路１８とスイッチ回路１０とは、それぞれ
連動して動作する。

【０１０２】これらのスイッチ回路１７、スイッチ回路
１８によって、それぞれ、先行領域での波形特徴値が一
時記憶回路１９、２０に一時記憶される。

【０１０３】次に、後続領域の波形特徴値が抽出された
段階で、一時記憶された先行領域の波形特徴値が呼び出
され、それぞれ差異演算回路２１、２２によって差異演
算が行われる。

【０１０４】ついで、差異演算回路２１、２２の出力
は、スイッチ回路１１と連動してスイッチ動作するスイ
ッチ回路２３によって二者択一され、その結果がＡモー
ド対応回路２４に送られて、前記超音波パルス抽出回路
３の時刻（タイミング）出力の関係との対応を決定した
のち、図示しない表示装置（モニタなど）に送られて、
横軸を時間又は深さ距離、縦軸にスイッチ回路２３から
の出力（組織性状値）をとった表示（Ａモード表示）が
なされる。

【０１０５】そして、スイッチ回路１１、２３及びスイ
ッチ回路１０、１７或いはスイッチ回路１０、１８は、
それぞれ連動して動作するように、図示していないスイ
ッチタイミング設定手段によって指示されるものとす
る。

【０１０６】尚、ここで言うＡモード表示はグラフ表示
や色階調表示に限定せず、パルス発生時刻、即ち、生体
組織測定部位と、前記した差異計算値との関係を表で表
す形式、あるいはそれらを組み合わせて表示する形式も
含んでいるものとする。

【０１０７】［作用効果］以下に、本実施の形態の作用
効果について詳述する。

【０１０８】まず、パルサレシーバ２のパルサ部から台
形波形、又はダブル矩形のパルスが、送受信用超音波ト
ランスデューサ１に印加される。

【０１０９】送受信用超音波トランスデューサ１は、こ
の駆動電圧印加によって大きな振幅の超音波振動が、も
しくは従来程度の振幅を低電圧印加で励起できる。

【０１１０】また、前記した波形による駆動（これを便
宜的に、ダイナミック・ダンピングと呼び、以降ＤＤ駆
動と略称する）により、前述した先行技術としての特願
平１０−１７８８６１号に示した原理に基づいて超音波
パルス数の少ない広帯域の送信超音波パルスが得られ
る。

【０１１１】送受信用超音波トランスデューサ１からの
該送信超音波は生体組織に入射し、音響インピーダンス
に差異のある境界面で反射、透過を繰り返し、Ａモード
超音波パルス列信号が得られる。

【０１１２】尚、このような駆動、即ち、ＤＤ駆動は高
感度と高い分解能を特に求めるときには有効であるが、
そうでない場合には、通常のパルス駆動方式でも良いこ
とは言うまでもないことである。

【０１１３】微小散乱エコー中心からの微小エコーの干
渉エコー波形、いわゆるスペックル信号を含めると大小
種々の振幅のパルスエコー信号列が送受信用超音波トラ
ンスデューサ１を経てパルサレシーバ２の受信部で観測
される。

【０１１４】通常なら大きく減衰する超音波エコー信号
も、前記ＤＤ駆動を用いることによって、比較的大きな
振幅を有するＡモード超音波パルス列信号が得られる。

【０１１５】しかし、このＡモード超音波パルス列信号
には、種々のベースラインノイズが重畳しているので、
予め、これらのノイズを抽出しないように設定されてい
る閾値以上の振幅を有するパルスのみが超音波パルス抽
出回路３によって選択的に抽出される。

【０１１６】このようにして抽出されたパルス波形は、
先行する波形特徴値と後続する波形特徴値の抽出時間領
域を明確かつ一義的に定義するために、パルス幅設定回
路５によってパルス幅が定義される。

【０１１７】ついで、抽出されたパルス波形は対数増幅
器６により、対数増幅され、いずれのエコー信号の振幅
も同程度の振幅のエコー信号に変換される。

【０１１８】このようにして変換されたパルスエコー波
形は、波形特徴値の演算が高精度で短時間に行えるよう
に、信号処理によるＳ／Ｎ低下を防ぐために、Ａ／Ｄ変
換器７でデジタル信号に変換される。

【０１１９】このようにして変換されたデジタル超音波
パルス信号は、パルス幅検出回路５で検出されたパルス
幅に対して、例えば、パルス幅の最初から１０％から４
０％の領域が先行パルス領域として先行領域抽出回路８
によって抽出される。

【０１２０】次に、同様にパルス幅の６０％から９０％
の領域が後続パルス領域として後続領域抽出回路９によ
って抽出される。

【０１２１】このようにして抽出される領域は、例え
ば、先行領域が１０％から６０％、後続領域が４０％か
ら９０％というように重なり合う領域があっても良い。

【０１２２】そして、スイッチ回路１０の制御によっ
て、まず、先行領域データが、スイッチ回路１１を経
て、周波数特性に変換後波形特徴値を抽出するチャンネ
ル（Ｆチャンネルと呼ぶ）とするか、ゼロクロス点周期
から波形特徴値を抽出するチャンネル（Ｚチャンネルと
呼ぶ）とするかのいずれかに伝達される。

【０１２３】ここで、Ｆチャンネルに伝達されたデータ
はＦＦＴ１２によって、時間軸データから周波数軸デー
タに変換され、波形特徴値抽出回路１４によって以下に
示すような波形特徴値のうちの一つまたは複数が演算さ
れる。

【０１２４】尚、ＦＦＴ１２によって時間軸データを周
波数軸データに変換するにあたっては、変換前にハニン
グ関数、ハミング関数、矩形関数、ブラックマン関数等
の関数を乗じておいてもよい。

【０１２５】そして、上記関数を乗じてからフーリェ変
換することにより、抽出信号領域の両端をスムーズにゼ
ロにすることができ、ゼロにならないような場合に生じ
る、異常な周波数特性の発生を抑制することができ、さ
らに精度の高い波形特徴値の算出が可能となる。

【０１２６】その演算結果は、一時記憶回路１９に一時
的に記憶される。

【０１２７】次に、スイッチ回路１０、１７がスイッチ
されることにより、後続領域データが同様の処理をされ
る。

【０１２８】そして、以下に示すような波形特徴値のう
ちの一つまたは複数が同様に演算されると、これら後続
領域データに対応する波形特徴値は、先に、一時記憶回
路１９に一時記憶されていた先行領域データに対応した
波形特徴値と比較演算、例えば、除算処理が差異演算回
路２１によって実行される。

【０１２９】一方、ゼロクロス点周期から波形特徴値を
抽出するチャンネル（Ｚチャンネル）によって抽出する
場合は、スイッチ回路１１によってデータはゼロクロス
点周期検出回路１３に伝達される。

【０１３０】そして、このゼロクロス点周期検出回路１
３によって検出された複数のゼロクロス点周期の平均
値、最大値、最小値、分散値のいずれか一つ又はいくつ
かを結合したゼロクロス点周期平均値、最大値、最小
値、分散値が計算され、スイッチ回路１８に信号伝達さ
れる。

【０１３１】［波形特徴値］ここで、波形特徴値につい
て説明するが、まず、採用される波形特徴値の定義につ
いて説明する。

【０１３２】ＰＶ：周波数特性の最大値（時間軸特性の
最大振幅に等しい）、 Ｌｏ−ｐ：周波数特性の最大値からｐ（ｄＢ）低下した
点の低域側周波数、 Ｈｉ−ｐ：周波数特性の最大値からｐ（ｄＢ）低下した
点の高域側周波数、 ＣＦ：中心周波数（＝｛（Ｌｏ−ｐ）＋（Ｈｉ−ｐ）｝
／２）、 ＰＦ：振幅が最大値を示す周波数、 ＢＷ−６：周波数特性の最大値からｐ（ｄＢ）低下した
点のバンド幅（＝｛（Ｈｉ−ｐ）−（Ｌｏ−ｐ）｝）、 ｒＢＷ−６：周波数特性の最大値からｐ（ｄＢ）低下し
た点の比帯域幅｛（ＢＷ−６）／ＣＦ｝ Ｂｊｎ：周波数特性全帯域をｎ等分した時のｊ番目の帯
域の振幅積分値、 １ｓｔＭ：一次モーメント：周波数に振幅を積算したも
のを全帯域にわたって積分し、振幅を全帯域にわたって
積分した値で除算した値、 ２ｎｄＭ：二次モーメント：（周波数−１ｓｔＭ）の２
乗に振幅を積算したものを全帯域にわたって積分し、振
幅を全帯域にわたって積分した値で除算した値である。

【０１３３】これらの波形特徴値の物理的意味は、ま
だ、十分に解明されているとは言えないが、以下に示す
ような本発明者らによる実験的検討によれば、これらの
波形特徴値はそれぞれ異なる対象物の物理的状況を示す
ことが分かる。

【０１３４】まず、シリコーン樹脂中にクリップを埋め
込んで硬化させたサンプルに１０ＭＨｚの超音波パルス
を照射し、トランスデューサを面内走査し、表面反射パ
ルスエコー信号における波形特徴値の面内分布像を描出
すると、クリップの硬さが表面に反映されるので、表面
反射パルスエコー信号の波形特徴値の面内分布像はクリ
ップ像を描き出す。

【０１３５】しかし、この描出像は波形特徴値の種類に
よって少しづつ異なっていて、表現している対象物の物
理特性が少しづつ異なることを意味している。

【０１３６】また、前述した先行技術としての特願平１
０−１７８８６１号にも記述されているように、組織の
物性値は単一の波形特徴値だけと強い相関を持つのでは
なくて、複数の波形特徴値と強い相関を持つ場合があ
る。

【０１３７】このような例を表１に示す。

【０１３８】

【表１】

【０１３９】また、本発明者らは複数の波形特徴値をい
ずれか一つ、または複数を重み付けした結果の和を計算
し、その結果と別途測定した対象物の弾性率との相関を
とると強い相関が得られる場合があることを実験的に確
認している。

【０１４０】以上の考え方に基づいて、演算された先行
領域と後続領域のそれぞれにおける新たな波形特徴値は
差異演算回路２１，２２によって差異演算され、これに
よって得られた組織性状値、即ち、差異演算回路２１ま
たは２２の出力は、スイッチ回路２３によって、そのい
ずれかが選択され、その結果と、先記した超音波パルス
抽出回路３で抽出するのに設定したゲート設定時刻との
対応つけをＡモード対応回路２４で行うものである。

【０１４１】このような装置によって得られる先行領域
と後続領域のそれぞれの波形特徴値を単独同士、または
複数種の波形特徴値を結合させた結果を比較演算した結
果、即ち、組織性状値のＡモード表示は生体組織対象物
面内の特定の点の一つの超音波ビームに沿っての組織性
状深さプロファイルを表していて、Ｂモード超音波診断
の基礎となる。

【０１４２】また、検出値が従来のような振幅ではない
ので、新しい生体組織診断につながる可能性がある。

【０１４３】更に、先行技術が超音波エコー信号間演算
をして生体対象物の組織性状を診断するのに対し、本発
明では、同一超音波エコー信号内演算によって生体対象
物の組織性状を診断するので、超音波入射角度の影響や
ノイズの影響を低減することができることにより、精度
の高い診断が可能となる。

【０１４４】以上の手法は、本実施の形態で述べたよう
な従来構造の超音波トランスデューサ、即ち、送受信兼
用タイプであっても、また、後述する図６及び図７に示
すように送受信を一対の別々の超音波トランスデューサ
であっても効果がある。

【０１４５】尚、ここで言うＡモード表示は、グラフ表
示や色階調表示に限定せず、パルス発生時刻、即ち、生
体組織測定部位と、前記した差異計算値との関係を表で
表す形式、或いはそれらを組み合わせて表示する形式も
含んでいる。

【０１４６】また、本実施の形態では、波形抽出領域を
二つとしているが、検出したい信号の性質に応じて、二
つ以上としたり、差ではなく除算することにより、差異
を求めるようにしてもよい。

【０１４７】（第２の実施の形態） ［構成］前述した第１の実施の形態は最終的にＡモード
表示とする例であったが、利用性から言うと、従来の生
体組織性状診断装置と同様、Ｂモード表示とすることが
できることが望ましい。

【０１４８】この第２の実施の形態は、第１の実施の形
態に示したＡモードデータを一つのチャンネルとして、
多数のチャンネルから構成される装置である。

【０１４９】図５は、この第２の実施の形態による生体
組織性状診断装置の構成を示すブロック図である。

【０１５０】即ち、この第２の実施の形態による生体組
織性状診断装置では、図４に示した第１の実施の形態に
よる生体組織性状診断装置の構成に加えて、超音波ビー
ムを機械的に走査する手段としての機械式超音波ビーム
走査回路８１を新たに設けると共に、Ａモード対応回路
２４の代わりに、Ｂモード表示のためのスキャンコンバ
ータ８０と、Ｂモード像表示制御回路８２を用いるよう
にした以外は第１の実施の形態と同じなので、それらの
構成についての詳細な説明は省略する。

【０１５１】［作用効果］例えば、機械走査式単板超音
波トランスデューサを、高精度エンコーダとしての回転
角度検出センサつき機械式超音波ビーム走査回路８１に
よって機械的にラジアル走査して一定の時間間隔で超音
波を送信し、同じ期間内で受信したパルスエコー信号列
をＡモード信号とする。

【０１５２】そして、例えば、機械式超音波ビーム走査
回路８１の高精度エンコーダで検出した複数の回転角度
情報と、各々の角度で得られたＡモード信号と超音波パ
ルス抽出回路３で抽出するのに設定したゲート設定時刻
とを、超音波ビームの走査角度とパルス発生時刻及び最
大振幅との関係を対応付ける機能を有するスキャンコン
バータ８０に入力して、超音波ビームの走査角度とパル
ス発生時刻及び組織性状値の対応付けを行い、該角度情
報と超音波パルス発生時刻情報を２軸とした平面座標上
に超音波パルス最大振幅をグレースケール化してマップ
化することによりＢモード像が得られる。

【０１５３】即ち、スキャンコンバータ８０の出力をＢ
モード像表示制御回路（スキャンコンバータ８０の出力
を例えば深さ方向及び走査方向などの２次元像に変換す
る機能を有する回路）８２にてＢモード断層像に変換
し、Ｂモード像を図示しない表示装置に表示する。

【０１５４】本発明による生体組織性状診断装置では、
検出値が従来のような振幅だけではなく、前述した種々
の波形特徴値を用いることができるので、新しい生体組
織診断につながる可能性がある。

【０１５５】更に、前述した先行技術としての特願平１
０−１７８８６１号が超音波エコー信号間演算をして生
体対象物の組織性状を診断するのに対し、本発明では、
同一超音波エコー信号内演算によって生体対象物の組織
性状を診断するので、超音波入射角度の影響やノイズの
影響を低減することができることにより、精度の高い診
断が可能となる。

【０１５６】（第３の実施の形態）前述した二つの実施
の形態では、いずれも単一の超音波トランスデューサを
用いて、生体組織からの反射波について、その波形特徴
値を用いて生体組織の組織性状を診断するものであっ
た。

【０１５７】これに対し、この第３の実施の形態による
生体組織性状診断装置では、図６に示すように、一対の
超音波トランスデューサを用いるもので、そのうちの一
方を送信用、他方を受信用とすることにより、受信超音
波のパルス波形を解析する装置となっている。

【０１５８】図６は、一対の超音波トランスデューサと
生体組織対象物との配置の関係を示している。

【０１５９】即ち、図６では、生体組織対象物３０を挟
むようにして送信用トランスデューサ２５と受信用トラ
ンスデューサ２６とが、それらの超音波ビーム軸が一致
するように、透過法形態で配置されている。

【０１６０】尚、参照符号２７は、送信用トランスデュ
ーサ２５に駆動信号を供給する信号線であり、参照符号
２８は、受信用トランスデューサ２６を駆動し、且つ受
信信号を伝達する信号線であり、参照符号２９は、超音
波ビームである。

【０１６１】図８は、この第３の実施の形態による生体
組織性状診断装置の構成を示すブロック図である。

【０１６２】以下に図８を参照しながら、本実施の形態
について詳述する。

【０１６３】［構成］図８を用いて本実施の形態による
構成及びその制御方法について、以下に記述する。

【０１６４】図８に示すように、送信用トランスデュー
サ２５がｘｙｚθ走査手段８５にマウントされていると
共に、受信用トランスデューサ２６がｘｙｚθ走査手段
８６にマウントされている。

【０１６５】そして、これらのｘｙｚθ走査手段８５，
８６に対し、後述するように制御用コンピュータ８４に
よって制御されるマニピュレータ駆動電源８３から供給
される駆動信号により、両トランスデューサ２５，２６
の相対位置や向きを独立に変更することができるように
接続されている。

【０１６６】これと、同時に、ｘｙｚθ走査手段８５，
８６に付属されている相対位置検出手段８８や向き検出
手段８７，８９の出力信号が空間位置算出回路７８９に
入力される。

【０１６７】この空間位置算出回路７８９の出力（**
２) はスイッチ回路２３の出力と共にスキャンコンバー
タ８０に接続される。

【０１６８】本実施の形態に用いる送信用トランスデュ
ーサ２５はダンピングを抑え、比較的Ｑｍの大きな構造
にして前述したようなＤＤ駆動することにより、振幅が
大きく、パルス幅が小さい超音波を生体組織に送信する
ことができるようになっている。

【０１６９】また、受信用トランスデューサ２６は、逆
に、圧電振動子全面に大きなダンピングを与えるか、も
ともとＱｍの小さな圧電材料を用いた構造になされてい
るものとする。

【０１７０】そして、パルサレシーバ２の出力（**１）
は超音波パルス抽出回路３に接続され、以降の信号処理
は第１の実施の形態に示したと同様の信号処理回路を経
て、スイッチ回路２３からスキャンコンバータ８０に接
続されている。

【０１７１】このスキャンコンバータ８０からの出力が
Ｂモード像表示制御回路８２に接続されている。

【０１７２】尚、パルサレシーバ２への送信パルス発生
タイミング制御信号９０、マニピュレータ駆動電源８３
への制御信号９６、閾値設定回路４への制御信号９１、
先行領域抽出回路８への制御信号９２、後続領域抽出回
路９への制御信号９３、スイッチ回路１０，１７，１８
への同時切り替え用制御信号９４及びスイッチ回路１
１，２３への同時切り替え用制御信号９５は全て制御用
コンピュータ８４から供給されるようになされている。

【０１７３】このうち、先行領域抽出回路８への制御信
号９２及び後続領域抽出回路９への制御信号９３は、パ
ルス幅検出回路５からの出力９７が制御用コンピュータ
８４に導かれることによって出力されるようになされて
いる。

【０１７４】［作用効果］このような第３の実施の形態
による生体組織性状診断装置の構成は、例えば、骨粗鬆
症に関連して、骨の密度を診断するときに有効である。

【０１７５】この場合、骨の密度の劣化、即ち骨粗鬆症
の進行具合を定量評価することは、治療の対策を明確に
するために、極めて重要であり、そのためには検出のダ
イナミックレンジが大きいことが必要である。

【０１７６】この検出のダイナミックレンジを大きくす
るためには、受信用トランスデューサ２６の感度をＳ／
Ｎを低下させずに向上させるか、送信超音波パワーを増
加させる技術が必要である。

【０１７７】本実施の形態に用いる送信用トランスデュ
ーサ２５は、前述したように、ダンピングを抑え、比較
的Ｑｍの大きな構造にしてＤＤ駆動することにより、振
幅が大きく、パルス幅が小さい超音波を生体組織に送信
することができるようになっている。

【０１７８】また、受信用トランスデューサ２６は、逆
に、大きなダンピングを与えるか、もともとＱｍの小さ
な圧電材料を用いた構造になされているものとする。

【０１７９】例えば、ポリ弗化ビニリデンＰＶＤＦ、シ
アン化ビニリデンＰＶＣＮはＱｍが小さく、音響インピ
ーダンスが生体組織の音響インピーダンスに近いため、
受信用トランスデューサ２６の圧電材料として好まし
い。

【０１８０】以上の構成により、この第３の実施の形態
による生体組織性状診断装置は、ダイナミックレンジの
大きなセンシングを実現することができるので、減衰が
大きな骨粗鬆症患者の骨密度という生体組織性状を高い
精度で定量的に診断することが可能となる。

【０１８１】また、本実施の形態に示した走査装置を用
いて、生体対象物３０と一対の超音波トランスデューサ
２５，２６の相対位置を走査することにより、超音波ビ
ームと垂直方向の骨密度等の組織性状の面内分布像を高
分解能で描出することができるようになる。

【０１８２】（第４の実施の形態） ［構成］本実施の形態は、前述したような第３の実施の
形態と同様に一対の超音波トランスデューサを用いる構
成であるが、透過法ではなく、図７に示すような反射法
を用いる装置になっているのが、第３の実施の形態とは
異なる。

【０１８３】即ち、図７に示すように、送信用超音波ト
ランスデューサ３１は、第３の実施の形態に用いられる
Ｑｍの大きなトランスデューサ２５と同じ構造をしてい
ているが、焦点深度が長くなるような音響レンズ構造と
なされていると共に、その駆動は前述したようなＤＤ駆
動を用いて、振幅が大きくパルス幅の短い超音波パルス
３７を生体組織に送信し、音響インピーダンス境界、例
えば、境界３３で反射したエコー超音波信号３８を受信
用超音波トランスデューサ３２で受信するようになされ
ている。

【０１８４】尚、参照符号３５は、送信用超音波トラン
スデューサ３１に駆動信号を供給する信号線である。

【０１８５】そして、この受信用超音波トランスデュー
サ３２によって変換された電気信号が配線３６を経て、
図８に示したパルサレシーバ２のレシーバ入力部へ伝送
される。

【０１８６】このレシーバ入力部以降の信号処理は図８
（図４）に示した装置構成による信号処理と同じであ
る。

【０１８７】本実施の形態に用いる送信用超音波トラン
スデューサ３１は、ダンピングを抑え、比較的Ｑｍの大
きな構造にして前述したようなＤＤ駆動することによ
り、振幅が大きく、パルス幅が小さい超音波を生体組織
に送信することができるようになっている。

【０１８８】また、受信用超音波トランスデューサ３２
は、逆に大きなダンピングを与えるか、もともとＱｍの
小さな圧電材料を用いた構造になされているものとす
る。

【０１８９】尚、これら一対の超音波トランスデューサ
３１，３２は、目標とする深さ位置で超音波ビームの軸
が交叉するようにマニピュレータ駆動電源８３の出力で
制御される。

【０１９０】同時に、それぞれの角度α、β、超音波ト
ランスデューサ３１，３２の間隔ｄを常にモニタ可能な
センサ、例えば、相対位置検出手段８８としてのリニア
エンコーダや向き検出手段８７，８９としての回転角セ
ンサを備えた構成になっている。

【０１９１】これらのセンサの出力から空間位置算出回
路７８９によって交叉部の空間位置を求める。

【０１９２】そして、受信用超音波トランスデューサ３
２によって検出されたＡモード信号に対して、深さ位置
に対応する時刻にゲートをかけて波形特徴値を抽出する
ためのパルス信号を採取する。

【０１９３】以降の信号処理手段の構成は、図８に示し
た構成の対数増幅器６以降と同じである。

【０１９４】［作用効果］以上の構成により、生体対象
物の組織性状を生体組織の片側から高精度、高分解能で
診断することができるようになる。

【０１９５】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至
３以外にも、以下に付記１乃至付記１１として示すよう
な発明が含まれている。

【０１９６】（付記１） 前記波形特徴値が、時間軸領
域における複数のゼロクロス点周期の、平均値、最大
値、最小値、分散値の少なくともいずれか一つであるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の生体組織性状
診断装置。

【０１９７】［作用効果］超音波エコー信号のゼロクロ
ス点は、信号を増幅させても、減衰させても変化するこ
とはない。

【０１９８】従って、ゼロクロス点周期も変化すること
は無い。

【０１９９】一つのパルスエコー信号に含まれる複数の
ゼロクロス点周期は、特定の分布を有している。

【０２００】ｎ個のうちのｉ番目のゼロクロス点周期を
Ｔｉとすると１／２Ｔｉは周波数に対応するので、

【０２０１】

【数２】

【０２０２】は中心周波数ｆ0 に対応する波形特徴値と
なり、１つの超音波パルス波形の前記２つの領域におけ
るそれぞれの中心周波数ｆ01、ｆ02の差異を計算するこ
とによって、そのパルス発生時刻、即ち、深部位置にお
ける組織性状を診断することができるようになる。

【０２０３】また、ｎ個のうちのｉ番目のゼロクロス点
周期をＴｉとすると１／２Ｔｉは周波数に対応するの
で、Ｔｉの最大値の逆数は周波数特性という観点では６
ｄＢ低下低域側周波数に対応する。

【０２０４】同様に、Ｔｉの最小値の逆数は周波数特性
という観点では６ｄＢ低下高域側周波数に、ゼロクロス
点周期の分散は周波数の帯域に対応する。

【０２０５】このように、ゼロクロス点周期を用いれ
ば、微弱信号の増幅に伴って、他のパルス信号がオーバ
ースケールしても、そのオーバースケールしたパルス信
号の波形特徴を定義することができるので、正確な生体
組織性状診断が可能となる。

【０２０６】（付記２） 前記結合演算手段は、該抽出
領域毎にえられた該複数の波形特徴値に、それぞれ適当
な重み付け係数を掛け合わせた上で加算することで結合
演算結果を求めることを特徴とする請求項２に記載の生
体組織性状診断装置。

【０２０７】［作用効果］本構成を式で表現すると下式
の様になる。

【０２０８】波形特徴値ｋ＝ａＦＰ1 ＋ｂＦＰ2 ＋……
＋ｘＦＰN ここで、波形特徴値ｋ：受信パルス信号のｋ番目の領域
の新たに設定した波形特徴値、例えば、ｋ＝１、２はそ
れぞれ二つの領域すなわち先行する領域と後続する領域
を示す。

【０２０９】ａ，ｂ，…，ｘ：重み付け係数、 ＦＰ1 ，ＦＰ2 ，…，ＦＰN ：付記４に記載するような
異なる種類の波形特徴値、 即ち、重み付け係数ａ，ｂ，…，ｘを元の波形特徴値Ｆ
Ｐ1 ，ＦＰ2 ，…，ＦＰN に独立に掛け合わせ、それぞ
れの項を加算して得られる新しい波形特徴値ｋを設定
し、この手順で複数の例えば二つの領域それぞれで新し
い波形特徴値ｋを求め、これらの領域における波形特徴
値ｋ間の差異をとり、この差異計算結果をパルス発生時
刻と対応付けて表示する。

【０２１０】異なる波形特徴値はそれぞれ異なる物性量
を表しているが、このように波形特徴値に検出したい情
報に応じた適当な重み付けをして線形結合させた結果を
新たな波形特徴値とすることによって、生体組織性状診
断において、波形特徴値を単独で用いる場合には得られ
ない新しい情報が得られる。

【０２１１】（付記３） 前記差異演算手段は、前記そ
れぞれの抽出領域において求められた波形特徴値を除算
または減算することで差異を求めることを特徴とする請
求項１乃至２に記載の生体組織性状診断装置。

【０２１２】［作用効果］前記異なる抽出領域におけ
る、波形特徴値間で除算または減算を行い、その演算結
果を生体組織の組織性状情報を得るためのデータとす
る。

【０２１３】前記波形特徴値を単独で用いる場合に比較
し、感度が向上するだけでなく、共通に含まれるノイズ
成分やドリフト成分を除去することができるので、高精
度の生体組織性状の診断が可能になる。

【０２１４】（付記４） 前記波形特徴値が、前記領域
抽出手段で抽出された複数の信号領域に、それぞれ関数
を乗じた上で個々に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して得
られる周波数特性から算出されることを特徴とした請求
項１乃至２に記載の生体組織性状診断装置。

【０２１５】尚、ここで言う波形特徴値は以下に定義す
るものである。

【０２１６】PV：周波数特性の最大値（時間軸特性の最
大振幅に等しい）、 Lo−ｐ：周波数特性の最大値からｐdB低下した点の低域
側周波数、 Hi−ｐ：周波数特性の最大値からｐdB低下した点の高域
側周波数、 CF：中心周波数（＝｛（Lo−ｐ）＋（Hi−ｐ）｝／
２）、 PF：振幅が最大値を示す周波数、 BW−６：周波数特性の最大値からｐdB低下した点のバン
ド幅（＝（Hi−ｐ）−（Lo−ｐ））、 ｒBW−６：周波数特性の最大値からｐdB低下した点の比
帯域幅（BW−ｐ／CF）、 Ｂｊｎ：周波数特性全帯域をｎ個に分割した時のｊ番目
の帯域の振幅積分値

【０２１７】

【数３】

【０２１８】１ｓｔＭ：一次モーメント：周波数に振幅
を積算したものを全帯域にわたって積分し、振幅を全帯
域にわたって積分した値で除算した値

【０２１９】

【数４】

【０２２０】２ｎｄＭ：二次モーメント：（周波数−１
ｓｔＭ）の２乗に振幅を積算したものを全帯域にわたっ
て積分し、振幅を全帯域にわたって積分した値で除算し
た値

【０２２１】

【数５】

【０２２２】ここで、Ampi：周波数ｆｉにおけるスペク
トル強度 ｆｉ：スペクトル内でのｉ番目のサンプリング周波数 ｆmin ：スペクトルの最低周波数 ｆmax ：スペクトルの最高周波数 ［作用効果］ゼロクロス点間隔から求める波形特徴値は
周波数特性における中心周波数、６ｄＢ低下低域、高域
側周波数、バンド幅に対応するが、波数の少ないパルス
エコー信号ではゼロクロス点周期の数が少なく、平均値
や分散値の計算の意味がなくなってしまう。

【０２２３】これに対し、特定の関数を乗じた後、高速
フーリエ変換（ＦＦＴ）によって得られる周波数特性か
らは精度の高い波形特徴値が得られる。

【０２２４】そこで、同一のパルスエコー信号に含まれ
る複数の異なる時間軸領域におけるそれぞれの波形を個
々に周波数特性に変換し、該周波数特性における波形特
徴値の値を用い、これらの値に関して、複数の異なる時
間軸領域の波形特徴値間差異を演算することにより精度
の高い生体組織性状の診断ができるようになる。

【０２２５】（付記５） 前記関数が、ハニング関数、
ハミング関数、矩形関数、ブラックマン関数のいずれか
であることを特徴とした付記４に記載の生体組織性状診
断装置。

【０２２６】上記関数の定義は以下の通りである。

【０２２７】

【数６】

【０２２８】［作用効果］前記した領域抽出手段によっ
て複数の信号領域を抽出する際に、信号領域の両端がス
ムーズに０になるような関数を乗じてＦＦＴ演算するこ
とにより、信号領域の両端がスムーズに０にならない場
合に起りうる、異常高周波信号成分の発生を抑制するこ
とができ、精度の高い波形特徴値の計算が可能となる。

【０２２９】（付記６） 前記超音波送信手段は超音波
振動子に台形の印加電圧波形を印加し、超音波パルスを
送信することを特徴とする請求項１または２に記載の生
体組織性状診断装置。

【０２３０】［作用効果］超音波パルスを生体に送信す
る送信手段にて、送信制御信号が台形波形なので、送信
時パルス幅が短く、振幅の大きな送信超音波を得ること
が可能となる。

【０２３１】（付記７） 前記台形印加電圧波形が、そ
の電圧上昇部分の傾きに対し、その電圧下降部分の傾き
が小さい波形であることを特徴とする付記６に記載の生
体組織性状診断装置。

【０２３２】［作用効果］電気信号を超音波信号に変換
する手段に印加する印加電圧波形が台形波形で、しかも
電圧上昇部分の傾きに対し、その電圧下降部分の傾きが
小さい波形であるため、電圧上昇部によって励起された
超音波波形の尾曳き部に、電圧下降部によって励起され
た振幅の小さい超音波波形が重なり、重なった部分が相
殺しあい尾曳き部の振幅が抑圧され、振幅が大きく、パ
ルス幅が短い超音波送信信号が得られる。

【０２３３】この手段により、生体組織性状診断の感度
が向上する。

【０２３４】（付記８） 前記超音波送信手段は超音波
振動子に一対の矩形の印加電圧波形を印加することで超
音波パルスに変換して送信することを特徴とする請求項
１または２に記載の生体組織性状診断装置。

【０２３５】［作用効果］電気信号を超音波信号に変換
する手段に印加する印加電圧波形が一対の矩形波からな
るので、送信時バルス幅が短く、振幅の大きな送信超音
波を得ることが可能となる。

【０２３６】（付記９） 前記一対の矩形印加電圧波形
が、互いに逆極性で、かつ、後続する矩形波の振幅が先
行する矩形波の振幅より小さいことを特徴とする付記７
に記載の生体組織性状診断装置。

【０２３７】［作用効果］先行する矩形波駆動による超
音波波形の尾曳き部に、後続する矩形波駆動によって励
起される振幅が小さく逆位相の超音波波形が作用しあ
い、尾曳き部の振幅が抑圧され、送信パルス幅が小さ
く、振幅の大きな超音波波形が得られ、感度が大きく高
い分解能の組織性状診断が可能となる。

【０２３８】（付記１０） 前記信号解析手段が超音波
受信手段の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換手段を有し、該Ａ／Ｄ変換手段の出力から、パルス幅
を設定する前記パルス幅設定手段以降、前記対応時刻決
定手段までの解析過程をデジタル的に処理することを特
徴とする請求項１または２に記載の生体組織性状診断装
置。

【０２３９】［作用効果］超音波受信手段によって電気
信号に変換後、Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に
変換し、信号解析をデジタル演算処理が可能になるよう
にすることによって、ノイズが少なく、ダイナミックレ
ンジの大きな信号解析が可能になり、感度が大きく高い
分解能の組織性状診断が可能となる。

【０２４０】（付記１１） 超音波パルスを生体に送信
する工程と生体内で反射または透過した前記超音波パル
スを受信する工程と前記受信した超音波パルスを電気信
号に変換し、この電気信号の持つ特徴量から生体の組織
性状を診断する信号解析工程と、該信号解析工程による
診断出力を表示する表示工程と、を備えた生体組織性状
診断方法において、前記信号解析工程は、前記電気信号
の信号パルス幅を設定するパルス幅設定工程と、該設定
された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部が異
なる少なくとも二つの信号領域を抽出する領域抽出工程
と、該抽出領域のそれぞれにおいて波形特徴値を計算す
る波形特徴値計算工程と、該計算された波形特徴値間の
差異を演算する差異演算工程と、該差異演算の結果とそ
の超音波パルスの受信時刻とを関連付けることで、前記
差異演算の結果と前記受信超音波パルスを発生させた生
体組織の位置を対応させる対応時刻決定工程と、を含む
ことを特徴とした生体組織性状診断方法。

【０２４１】［作用効果］生体組織性状診断方法を構成
する送信工程によって、電気信号が超音波パルス信号に
変換され、該超音波パルスは生体組織内に送信される。

【０２４２】この送信超音波は音響インピーダンスの異
なる組織境界部で、その差異に応じた反射超音波パルス
信号を発生し、超音波パルスエコー信号となって帰還
し、受信工程によって電気信号に変換される。

【０２４３】この電気信号は、パルス幅設定工程、領域
抽出工程、波形特徴値計算工程、差異演算工程、対応時
刻決定工程からなる信号解析工程によって解析される。

【０２４４】まず、パルス幅設定工程によって、特定の
振幅以上のパルス信号を選択し、同時にそのパルス信号
のパルス幅が計算される。

【０２４５】次に、領域抽出工程によって、前記設定さ
れた信号パルス幅内から、少なくとも領域の一部が異な
る少なくとも二つの信号領域が抽出される。

【０２４６】更に、波形特徴値計算工程によって、前記
抽出された二つの信号領域のそれぞれにおいて波形特徴
値が計算される。

【０２４７】次に、前記計算された２組の波形特徴値は
差異演算工程によって両者の差異が計算される。

【０２４８】この差異値は対応時刻決定工程によって、
対象としているパルスの発生時刻と関係付けられ、該関
係付けられたデータは表示工程によって表示される。

【０２４９】以上に示す本方法により、複数の超音波パ
ルス間の波形特徴値を用いて組織性状診断するという先
行技術が有していた欠点を排し、信頼性の高い生体組織
性状診断が可能となる。

【０２５０】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、先行技術の有する不具合を解決すべく、境界面
からの反射エコー信号を捕らえて、その波形特徴値から
検量線に基づいて生体組織の音響インピーダンス等の組
織性状を診断する際に、測定対象によることなく、正確
な診断をなし得るようにした生体組織性状診断装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の概要について説明するため
に、一つのエコーパルス信号に着目した場合において、
パルスの末尾に行くほど中心周波数が高くなることを示
す図である。

【図２】図２は、本出願人による先行技術（特願平１０
−１７８８６１号）と本発明との相違を対比的に説明す
るために、本出願人による先行技術の概念を示す図であ
る。

【図３】図３は、本出願人による先行技術（特願平１０
−１７８８６１号）と本発明との相違を対比的に説明す
るために、本発明の概念を示す図である。

【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態による生体
組織性状診断装置を構成する超音波パルス送受信部から
信号解析部までの構成を示すブロック図である。

【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態による生体
組織性状診断装置を構成する超音波パルス送受信部から
信号解析部までの構成を示すブロック図である。

【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態による生体
組織性状診断装置で用いる送受信を透過型とした一対の
超音波トランスデューサを示す図である。

【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態による生体
組織性状診断装置で用いる送受信を反射型とした一対の
超音波トランスデューサを示す図である。

【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態による生体
組織性状診断装置を構成する超音波パルス送受信部から
信号解析部までの構成を示すブロック図である。

【図９】図９は、生体組織性状診断装置の従来例として
本出願人によって提案されている先行技術（特願平１０
−１７８８６１号）の問題点を説明するためのブロック
図である。

【符号の説明】

１…送受信用超音波トランスデューサ、 ２…パルサレシーバ、 ３…超音波パルス抽出回路、 ４…閾値設定回路、 ５…パルス幅設定回路、 ６…対数増幅器、 ７…Ａ／Ｄ変換器、 ８…先行領域抽出回路、 ９…後続領域抽出回路、 １０，１１，１７，１８，２３…スイッチ回路、 １２…高速フーリェ変換回路（ＦＦＴ処理部）、 １３…ゼロクロス点周期検出回路、 １４…波形特徴値抽出回路、 １５…ゼロクロス点特徴値抽出回路、 １９，２０…一時記憶回路、 ２１、２２…差異演算回路、 ２４…Ａモード対応回路、 ８０…スキャンコンバータ、 ８１…機械式超音波ビーム走査回路、 ８２…Ｂモード像表示制御回路、 ２５…送信用トランスデューサ、 ２６…受信用トランスデューサ、 ３０…生体組織対象物、 ８３…マニピュレータ駆動電源、 ８４…制御用コンピュータ、 ８５，８６…ｘｙｚθ走査手段、 ８７，８９…向き検出手段、 ８８…相対位置検出手段、 ７８９…空間位置算出回路、 ３１…送信用超音波トランスデューサ、 ３２…受信用超音波トランスデューサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波パルスを生体に送信する送信手段
   と、生体内で反射または透過した前記超音波パルスを受
   信する受信手段と、前記受信した超音波パルスを電気信
   号に変換し、この電気信号の持つ特徴量から生体の組織
   性状を診断する信号解析手段と、この信号解析手段によ
   る診断出力を表示する表示手段とを備えた生体組織性状
   診断装置において、 前記信号解析手段は、 前記電気信号の信号パルス幅を設定するパルス幅設定手
   段と、 該設定された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一
   部が異なる複数の信号領域を抽出する領域抽出手段と、 該抽出領域のそれぞれにおいて、所定の波形特徴値を計
   算する波形特徴値計算手段と、 該計算された波形特徴値間の差異を演算する差異演算手
   段と該差異演算の結果とその超音波パルスの受信時刻と
   を関連付けることで、前記差異演算の結果と前記受信超
   音波パルスを発生させた生体組織の位置を対応させる対
   応時刻決定手段と、 を含むことを特徴とした生体組織性状診断装置。
2. 【請求項２】 超音波パルスを生体に送信する送信手段
   と、生体内で反射または透過した前記超音波パルスを受
   信する受信手段と、前記受信した超音波パルスを電気信
   号に変換し、この電気信号の持つ特徴量から生体の組織
   性状を診断する信号解析手段と、この信号解析手段によ
   る診断出力を表示する表示手段とを備えた生体組織性状
   診断装置において、 前記信号解析手段は、 前記電気信号の信号パルス幅を設定するパルス幅設定手
   段と、 該設定された信号パルス幅内から、少なくとも領域の一
   部が異なる複数の信号領域を抽出する領域抽出手段と、 該抽出領域のそれぞれにおいて、複数の波形特徴値を計
   算する波形特徴値計算手段と、 該複数の波形特徴値を、該抽出領域毎に結合演算する結
   合演算手段と、 該結合演算された波形特徴値間の差異を演算する差異演
   算手段と、 該差異演算の結果とその超音波パルスの受信時刻とを関
   連付けることで、前記差異演算の結果と前記受信超音波
   パルスを発生させた生体組織の位置を対応させる対応時
   刻決定手段と、 を含むことを特徴とした生体組織性状診断装置。
3. 【請求項３】 前記超音波パルスを生体に送信する送信
   手段を構成する超音波トランスデューサが圧電振動子を
   １次元または２次元に配列した配列形超音波トランスデ
   ューサであり、請求項１または２に記載した全ての手段
   からなる回路群を１チャンネルとしたとき、複数のチャ
   ンネルからなり、チャンネル間切り替えを機械的または
   電子的に行う手段を有することを特徴とした請求項１ま
   たは２に記載の生体組織性状診断装置。