JP2022155177A - 超音波ｃｔ装置、その制御方法、および、超音波ｃｔ装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の残響波の受信信号が、本来の受信信号に与える影響を抑えつつ、超音波の送信間隔を短縮することができる超音波ＣＴ装置を提供する。【解決手段】送信と受信の繰り返しの際、前回以前の送信において送信された超音波であって、振動子アレイにより１回以上反射された残響波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングと、今回の送信において送信される超音波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングとがずれるように、今回の送信のタイミングを制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、超音波ＣＴ装置に関し、特に、その制御方法に関する。

超音波ＣＴ（Computed Tomography）装置は、対象物の断層画像を生成する超音波撮像装置であり、特許文献１等に公開されている。対象物は、超音波を伝搬する媒質である超音波伝搬部材（水など）の中に配置され、対象物を囲むように（例えばリング状に）振動子が配置される。この対象物の内部に向かって、様々な位置の振動子から超音波が送信され、対象物の表面や内部で散乱した超音波や、対象物の内部を透過した超音波を、様々な位置にある振動子によって受信される。受信信号に基づいて、対象物の形状や音響特性を反映する物性値（音速等）の分布が算出され、対象物の物性値分布画像（音速画像）等が生成される。

非特許文献１には、800μsの間隔で超音波を送信し、対象物を透過した超音波信号(透過波)を受信して音速像を生成することが開示されている。

国際公開第２０１７／０９８６４１号

Olivier Roy, Steven Schmidt, Cuiping Li, Veerendra Allada, Erik West, David Kunz, and Neb Duric, "Breast imaging using ultrasound tomography: From clinical requirements to system design," 2013 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), pp. 1174-1177, 2013.

超音波CTでは、計測対象を囲むように振動子が配置された振動子列が用いられる。例えば、振動子列の形状はリング状である。ある振動子から送信された超音波は、対象物を透過して振動子列まで到達して受信されるが、その一部は到達した振動子列によって反射され、反射した超音波は、再び対象物を透過して別の振動子まで到達し、その一部は振動子列によって再び反射される。振動子列で1回以上反射された超音波を本明細書では「残響波」と呼ぶ。すなわち、振動子列には、ある振動子から送信され、対象物を１回透過して振動子列に到達した超音波のみならず、振動子列で１回以上反射された残響波も到達して受信される。残響波は、計測対象の形状や音響特性などを画像化する上では雑音になる。

超音波ＣＴ装置は、リング状の振動子列を用いるため、超音波が複数回反射されながら複雑に往復し、構造的に残響波が生じやすく、曲面で反射された超音波の波面の形状も複雑である。また、超音波ＣＴ装置では、超音波を送信する振動子の位置を変えながら、計測対象の全周から何度も超音波を送信するため、送信する振動子の位置を変更するたびに残響波の伝搬方向も変化する。さらに、超音波ＣＴ装置では、処理回路のチャンネル数低減のため、リング状の振動子列のすべての振動子から受信信号を一度に信号処理するのではなく、振動子列を複数のグループに分け、同じ振動子からの送信を複数回繰り返しながら、グループごとに順次に受信信号を得て信号処理を行う。そのため、同じ振動子からの送信を複数回繰り返す必要があり、送信回数がさらに増加する。そのため、多数回の送信のたびに残響波が生じ、送信する振動子と受信する振動子のグループの位置の組み合わせも多数の組み合わせがあり、残響波は複雑に生じる。

従来、前回以前に送信された超音波の残響波の受信信号が、今回送信された超音波の受信信号に重なるのを避けるため、前回の残響波が十分に減衰するのを待って、次の送信を行っている。そのため、例えば送信間隔は８００μｓ程度必要であり、多数回の送信と受信を繰り返す超音波ＣＴの撮像時間を短縮することは難しかった。

本発明の目的は、超音波の残響波の受信信号が、本来の受信信号に与える影響を抑えつつ、超音波の送信間隔を短縮することができる超音波ＣＴ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の超音波ＣＴ装置は、計測対象が配置される領域を囲むように複数の振動子が配列された振動子アレイと、振動子に送信信号を出力し、超音波を送信させる送信器と、超音波の送信を受けた領域からの超音波を、振動子アレイの予め定めた数の振動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器と、超音波を送信させる振動子と、受信信号を受け取る振動子との組み合わせを、予め定められた一連の組み合わせに従って順次送信器と受信器に設定する超音波の送信と受信の繰り返しを制御する制御部とを備える。制御部は、送信と受信の繰り返しの際、前回以前の送信において送信された超音波であって、振動子アレイにより１回以上反射された残響波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングと、今回の送信において送信される超音波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングとがずれるように、今回の送信のタイミングを制御する。

本発明によれば、受信する振動子に前回以前の残響波が到達するタイミングを避けて、超音波が到達するように、送信タイミングを送信ごとに設定するため、残響波が十分に減衰するまで待つことなく送信を行うことができ、撮像時間を短縮することができる。

本発明の第一実施形態の超音波ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の機能ブロック図 （ａ）～（ｅ）第一実施形態の超音波ＣＴ装置のリング状の振動子アレイ内の超音波２０１と残響波２０２の波面のシミュレーション結果を示す説明図 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の振動子アレイの第１から第７受信モジュールに超音波２０１と残響波２０２が到達するタイミングを示すグラフ 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の透過波（超音波２０１）と残響波２０２（反射回数１回～４回）の信号強度を示すグラフ 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の第１から第７受信モジュールの残響波の到達タイミングを避けた受信タイミングと、そのための送信タイミングを示すグラフ 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の第１から第７受信モジュールにより順次受信をしていく一連の送受信の送信タイミングと受信タイミングとを示す説明図 第一実施形態の超音波ＣＴ装置の動作を示すフローチャート 第二実施形態の超音波ＣＴ装置のＵＩ画面を示す図 第三実施形態の超音波ＣＴ装置の動作を示すフローチャート 第四実施形態の超音波ＣＴ装置の動作を示すフローチャート

本発明の一実施形態の超音波ＣＴ装置について説明する。

＜＜第一実施形態＞＞
本発明では、リング状の振動子アレイの振動子の配置が既知であることと、リング状振動子アレイの表面は滑らかであるため、残響波は、ほぼ鏡面反射していくことに着目し、残響波の伝搬経路を推定する。これにより、前回以前に送信した超音波の残響波が各振動子に到達するタイミングを推定し、今回送信する超音波が、今回受信する振動子へ到達するタイミング（受信期間）と重ならないように、今回送信する超音波の送信タイミングを設定する。これにより、前回以前の残響波が十分に減衰するまで待つことなく超音波を送信することができる。ここでいう残響波とは、今回（Ｎ回目）の送信よりも前の送信（Ｎ－１回目以前の送信）によって送信された超音波が、振動子アレイによって１回以上反射された音波をいう。

具体的には、本実施形態の超音波ＣＴ装置は、予め定められた一連の送信と受信の繰り返しを行って撮像を行う際、前回以前の送信において送信され、振動子アレイにより１回以上反射された残響波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングと、今回の送信において送信される超音波が、今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングとがずれるように、今回の送信のタイミングを制御する。

以下、本実施形態の超音波ＣＴ装置について説明する。本実施形態の超音波ＣＴ装置は、***用の超音波ＣＴ装置であり、図１および図２に示すように、被検体１００をうつ伏せに搭載するベッド１０１と、ベッド１０１に設けられた開口の下部に配置された計測部１０２とを備えて構成される。

計測部１０２は、水の充填された容器１０３と、振動子１がリング状に配列された振動子アレイ２と、複数の送受信器３と、振動子選択器４と、信号処理部５と、記憶部８と、振動子アレイ２を上下動させる機構部６と、機構部６の駆動部７とを備える。なお、図２には送受信器３は、1個のみ図示しているが、複数（例えば、２５６チャンネル）備えられている。振動子アレイ２の振動子１の数は、送受信器３よりも多く、例えば２０４８チャンネルである。

容器１０３は、開口がベッド１０１の開口に一致するように、ベッド１０１の下に配置されている。これにより、ベッド１０１の開口を介して容器１０３内に被検体１００の***１００ａが挿入される。振動子アレイ２は、容器１０３の内側または外側に配置されている。

送受信器３はそれぞれ、送信器３１と、受信器３２と、送受分離器３３とを含む。信号処理部５内には、制御部５１と演算部５２とが配置されている。信号処理部５には、撮像条件等をユーザから受け付けるための入出力部９と、記憶部８と、生成したＣＴ画像等を表示する表示装置１０が接続されている。

振動子選択器４は、送信時には、今回の送信で超音波を送信させる１以上の振動子１ａを、送信器３１に選択的に接続する。また、振動子選択器４は、受信時には、今回受信器３２が受信信号を受け取るべき１以上の振動子１を受信器に選択的に接続する。

記憶部８には、1枚の超音波ＣＴ画像を得るために必要な複数回の送信および受信ごとに、超音波を送信させる振動子１ａの位置と、受信信号を受け取る複数の振動子1の位置の組み合わせと、送信間隔が予め格納されている。

制御部５１は、送信および受信のたびに、記憶部８から読み出した送信に用いる振動子１と、受信信号を受け取る振動子１との組み合わせを読み出して、振動子選択器４に指示する。

送信器３１は、制御部５１から送信すべき電気信号を受けとり、これを増幅して送信信号を生成して、振動子選択器４を介して、送信に用いる振動子１に出力する。送信信号を受け取った振動子１は、送信信号を超音波２０１に変換して、***１００ａが配置される空間に向かって送信する（図３（ａ））。

送信された超音波２０１は、一部が***１００ａにより散乱および反射され、他の一部が***１００ａを透過し（図３（ｂ））、振動子アレイ２の複数の振動子１に到達し（図３（ｃ））、振動子１によって受信され、受信信号（電気信号）に変換される。また、振動子アレイ２に到達した超音波２０１の一部は、振動子アレイ２の滑らかな表面で鏡面反射され（図３（ｃ））、残響波（反射波）２０２となって再び振動子アレイ２に到達する（図３（ｅ））。残響波２０２が到達した振動子１は、残響波を受信信号に変換する。このため、超音波２０１と残響波２０２の受信信号がそれぞれの到達タイミングで、到達した振動子１から出力される。

受信器３２は、振動子選択器４により、選択された振動子１が受信した受信信号を受けとって増幅等し、演算部５２に出力する。このとき、送受分離器３３は、送信器３１から出力された送信信号が電気信号のまま反射等されて受信器３２に入力するのを防ぐ。

演算部５２は、受信器３２が出力する受信信号を演算処理することにより、超音波ＣＴ画像を生成し、表示装置１０に表示させる。

入出力部９は、撮像条件等をユーザから受け付ける。

本実施形態では、送受信器３の数（例えば２５６ｃｈ）は、振動子１の数（例えば２０４８ｃｈ）よりも少ないため、振動子選択器４が送信器３１に接続する振動子１ａの数は、２５６個の以下の予め定めた数（ここでは１ｃｈ）とする。

また、振動子選択器４が、受信のたびに受信器３２に接続する振動子１の数は、２５６ｃｈ以下の予め定めた数（ここでは２５６ｃｈ）である。本実施形態では、図２に示すように、振動子アレイ２のリング状に配列された振動子１（例えば２０４８ｃｈ）に、隣り合う２５６ｃｈごとの７つのグループ（以下、第1～第７受信モジュールと呼ぶ）を設定する。第１～第７受信モジュールが設けられていない複数の振動子１の中心に、送信に用いる振動子１ａが位置するようにする。一つの送信振動子１ａから７回送信を繰り返し、受信のたびに、第1受信モジュールから第７受信モジュールの振動子１を順に選択器４が選択して受信器３２に接続する。これにより、一つの送信振動子１ａからの超音波を受信した受信信号を、受信器３２は、７回に分けて、第1受信モジュールから第７受信モジュールの順に受け取って処理する。これにより、一つの送信振動子１ａの位置からの送受信（１ビューとも呼ぶ）が完了する。この送受信の動作を、送信振動子１ａの位置を所定の角度ずつに順次変えながら、リング状の振動子アレイ２の全周にわたって繰り返し、超音波ＣＴの再構成に必要な数の受信信号を取得する。

これら一連の送信と受信の繰り返しの際の送信に用いる振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの組み合わせと、その送信および受信のタイミングは、予め定められ、記憶部８に格納されている。

ここで、振動子１ａと受信モジュールの組み合わせと、その送信および受信のタイミングを決定する方法について図４～図７を用いて説明する。

図４は、振動子１ａから送信され、振動子アレイ２で囲まれた計測空間を透過した超音波２０１の波面が第１～第７受信モジュールの各振動子１に到達するタイミング（図３（ａ）～（ｃ）参照）と、振動子アレイ２の鏡面で反射された残響波２０２の波面が、第１～第７受信モジュールの振動子１に到達するタイミングを示すグラフである。このグラフは、発明者らが、振動子アレイ２において超音波が、鏡面反射されて残響波が生じるとして演算により求めたものである。なお、振動子アレイの内側の計測空間は、水で満たされていると仮定している。

図４において、送信タイミングは、０μｓである。横軸は、第1から第７受信モジュールを示し、縦軸は、超音波２０１と残響波２０２がそれぞれの受信モジュールに到達するタイミングを、送信時刻からの経過時間によって表示している。残響波２０２は、振動子アレイ２によって１回から４回反射された残響波のそれぞれの受信タイミングを示している。超音波２０１の到達時間が二重の線で示されているのは、振動子アレイの内側の計測空間に***１００ａを配置した場合、***１００ａの組織（脂肪や乳腺等）の音速が水の音速とは異なることを考慮し、組織の最大音速と最小音速による到達時間の幅を表しているためである。すなわち、この二重の線の間の時間に、受信器３２が受信信号を受信すれば、***１００ａの組織からの受信信号を取得することができることを表している。残響波２０２の到達時間も同様に最大音速と最小音速による到達時間の幅を持つが、図が複雑になるため幅の表示を省略し、水の音速における到達タイミングを線で示している。

図４から明らかなように、超音波２０１が送信された後、超音波２０１の透過波がまず受信モジュールに到達し、その後、残響波２０２が到達する。超音波２０１の到達タイミングと、残響波２０２の到達タイミングは、送信振動子１ａと、受信モジュールとの距離によってそれぞれ異なる。

そのため従来、１回目の送信を行ったあと、超音波２０１を第１受信モジュールにより受信し、さらに残響波２０２の第１から第７受信モジュールに到達して後に、２回目の送信を行うことにより、１回目の送信による残響波２０２が、２回目の送信の超音波２０１と重なって第２受信モジュール到達するのを防いでいた。したがって、送信間隔は、８００μｓ以上に設定する必要があった。

発明者らは、残響波２０２の反射回数と受信信号の強度との関係を演算により求めた。その結果を図５のグラフに示す。図５から明らかなように、残響波２０２の平均受信強度は、透過波（超音波２０１）と比較して、反射回数が増すたびに大きく減衰する。２回反射以降の残響波２０２は、最大受信強度であっても、透過波（超音波２０１）と比較して－４０ｄBであるので、本実施形態では無視することにする。

よって、本実施形態では、図６に示すように、前回の送信によって生じた１回反射の残響波２０２の到達タイミングを避けて、今回の送信の超音波が今回の受信モジュールに到達するように、今回送信する超音波の送信タイミングを決定する。

例えば、図６のように、第２受信モジュールによる２回目に送信された超音波２０１の受信は、１回目に送信された超音波２０１の残響波２０２が第２受信モジュールに到達する直前に行う。そのために、残響波２０２が第２受信モジュールに到達する直前に、第２受信モジュールに２回目の送信の超音波２０１が到達するように、送受信条件に基づいて、２回目の送信のタイミングを決定する。

なお、ここでいう送受信条件とは、２回目の送信に用いる振動子１ａの位置と２回目の受信に用いる第２受信モジュールの位置に基づく、送信振動子１ａと第２受信モジュールの距離、超音波２０１の音速、を考慮して２回目の送信のタイミングを決定する。また、超音波２０１の音速は、***１００ａの構成要素について予め定められた最大音速と最小音速を考慮することが望ましい。送受信条件として、送信する超音波の波面形状、波形、および、信号長等を考慮することがさらに望ましい。

また、第３受信モジュールによる３回目に送信された超音波２０１の受信は、２回目に送信された超音波２０１の残響波２０２が第３受信モジュールに到達した直後に行う。そのために、２回目の送信の残響波２０２が第３受信モジュールに到達した直後に、第３受信モジュールに３回目の送信の超音波２０１が到達するように、送信振動子１ａと第３受信モジュールの距離と超音波２０１の音速を考慮して３回目の送信のタイミングを決定する。

同様に、第４、第５および第６受信モジュールによる４、５および６回目に送信された超音波２０１の受信は、それぞれ３、４および５回目に送信された超音波２０１の残響波２０２が第４、第５および第６受信モジュールに到達した直後に行う。そのために、３、４および５回目の残響波２０２が第４、第５および第６受信モジュールに到達した直後に、第４、第５および第６受信モジュールに、４、５および６回目の送信の超音波２０１が到達するように、送信振動子１ａと第４、第５および第６受信モジュールの距離と超音波２０１の音速を考慮して４、５および６回目の送信のタイミングを決定する。

第７受信モジュールによる７回目に送信された超音波２０１の受信は、６回目に送信された超音波２０１の残響波２０２が第７受信モジュールに到達する直前に行う。そのために、残響波２０２が第７受信モジュールに到達する直前に、第７受信モジュールに７回目の送信の超音波２０１が到達するように、送信振動子１ａと第７受信モジュールの距離と超音波２０１の音速を考慮して７回目の送信のタイミングを決定する。

図６のように決定した７回の送信タイミングと受信タイミングをまとめて、時系列にひと続きに表したものを図７に示す。図７から明らかなように、本実施形態では、前回の残響波２０２が今回の受信モジュールに到達するタイミングを避けて、残響波２０２の到達の直前または直後に、今回の超音波を受信するように決定されている。よって、送信間隔は送信の都度異なっている。なお、図７において受信モジュールをRMと略して記している。

また、従来のように、一連の残響波２０２の到達終了後に、次の送信を行うのではなく、前回の残響波２０２の到達の前に、次の送信と受信を行ったり（２回目の送信、７回目の送信）、前回の残響波２０２の到達の前に次の送信を行っておき、残響波２０２の到達直後に、超音波２０１の受信を行う（３～６回目の送信）。

よって、本実施形態の送信間隔は、従来の８００μｓ程度よりも大幅に短い１１０～２２０μｓ程度に設定されている。よって、７回の送信を図６のように１ｍｓ以内に行うことができ、撮像時間の大幅な短縮が可能である。

つぎに、本実施形態の***用超音波ＣＴ装置を用いて、***１００ａを撮影する際の各部の動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。ここでは、一例として、***１００ａの透過波画像を撮像する。

図７のように決定した、一連の送信と受信の繰り返しの際の送信に用いる振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの組み合わせと、その送信および受信のタイミングは、テーブル等の形式で、記憶部８に格納されている。

なお、図７では、一つの位置の送信振動子１ａから第１～第７受信モジュールへ７回送信を繰り返して各受信モジュールで受信するタイミングのみ示しているが、一つの断面のＣＴ画像を生成するためには、送信振動子１ａおよび第１～第７受信モジュールを所定の角度ずつずらしながら（ビュー角度を変更しながら）、全周方向から超音波を送信して受信する必要がある。記憶部８には、には、そのすべてのビューにおいて送信および受信を繰り返す際の振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの組み合わせと、その送信および受信のタイミングが一連の組み合わせとして格納されている。

なお、信号処理部５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、信号処理部５の各部の機能をソフトウエアにより実現することも可能であるし、そ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５を構成し、信号処理部５の各部の機能を実現するように回路設計を行えばよい。

被検体１００は、ベッド１０１上にうつぶせに横たわり、***１００ａを容器１０３内に挿入する。

＜ステップ４０１＞
ユーザから撮像開始の指示を入出力部９に入力したならば、制御部５は、記憶部８から、送信振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの一連の組み合わせと、それらの送信タイミングおよび受信タイミング（受信期間）を読み出す（ステップ４０１）。

＜ステップ４０２＞
制御部５は、一連の組み合わせの中の最初の送信振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの組み合わせを振動子選択器４に設定する。これにより、振動子選択器４は、振動子１ａを送信器３１に接続し、設定された受信モジュールを受信器３２に接続する（ステップ４０２）。

＜ステップ４０３＞

つぎに、制御部５１は、記憶部８から読み出した送信タイミングを待って、送信タイミングになったならば、電気信号を送信器３１に出力する。これにより、送信器３１は、送信信号を振動子選択器４を介して振動子１ａに出力し、振動子１ａは超音波２０１を送信する。

超音波２０１は、***１００ａを透過して第１受信モジュールに到達し、第１受信モジュールの振動子１により受信信号に変換される。振動子選択器４は、制御部５１の制御下で、ステップ４０１で読みだした受信タイミング（受信期間）における第１受信モジュールの振動子１の受信信号を、受信器３２に受け渡す（ステップ４０３）。

これにより、受信器３２は、第１受信モジュールの振動子１が出力する受信信号を受信し、増幅して、演算部５２に出力する。演算部５２は、記憶部８に格納する。

＜ステップ４０４＞
次に、制御部５１は、ステップ４０２で設定した組み合わせが、記憶部８から読み出した送信振動子１ａと受信に用いる受信モジュールの組み合わせの最後かどうかを判定する（ステップ４０４）。第１送信の場合、最後ではないため、ステップ４０２に戻り、第2送信の送信振動子１ａと受信に用いる第２受信モジュールの組み合わせを、振動子選択器４に設定し、ステップ４０３を行う。

これにより、図６および図７に示すように、1回目の送信の残響波２０２が第２受信モジュールに到達する前に、振動子１ａからの２回目の送信と、第２受信モジュールによる受信とを行う。

再び、ステップ４０２に戻り、送信振動子１ａと受信に用いる第３受信モジュールの組み合わせと、その送信タイミングおよび受信タイミング（受信期間）を振動子選択器４に設定し、ステップ４０３を行う。
これにより、図６および図７に示すように、２回目の送信の残響波２０２が第３受信モジュールに到達する前に、振動子１ａからの３回目の送信を行い、残響波２０２が第3受信モジュールに到達した直後に、第３受信モジュールにより３回目の送信の超音波を受信する。

同様に、ステップ４０２～４０３を繰り返し、記憶部８に格納されている一連の組み合わせすべてについて、送信と受信を行って、第１から第７受信モジュールでの受信が終了したならば、ステップ４０５に進む。

＜ステップ４０５＞
演算部５２は、各ビューにおいて得られた受信信号を処理することにより、***１００ａの断面像（透過波画像）を公知の手法により生成する（ステップ４０５）。

また、上記ステップ４０１～４０４を振動子アレイ２の位置を深さ方向に所定のピッチで変更しながら繰り返すことにより、予め定めたすべての深さにおいて、***１００ａの断層像を生成することができ、***１００ａの三次元データを取得することができる。

上述してきたように、本実施形態によれば、受信する振動子に前回以前の残響波が到達するタイミングを避けて、超音波が到達するように、送信タイミングを送信ごとに設定するため、残響波が十分に減衰するまで待つことなく送信を行うことができ、撮像時間を短縮することができる。これにより検査のスループットを上げることができる。

＜＜第二実施形態＞＞
第二実施形態の***用超音波ＣＴ装置について図９を用いて説明する。

第一実施形態では、図６および図７のように、残響波２０２が受信モジュールに到達するタイミングを避けて、超音波２０１が受信モジュールに到達するように予め送信のタイミングおよび受信のタイミングを演算に基づいて設定し、記憶部８に格納する構成であったが、超音波２０１や残響波２０２が受信モジュールに到達するタイミングは、乳腺密度、***１００ａのサイズ、被検体１００の体型、インプラントの有無によって異なる。

そこで、第二実施形態では、予め被検体１００の複数の種類の乳腺密度、***１００ａのサイズ、および、被検体１００の体型ごとに、また、これらの組み合わせごとに、一連の振動子と受信モジュール、および、その送信のタイミングと受信タイミングを演算に基づいて設定し、記憶部８に格納しておく。

制御部５１は、図４のステップ４０１の前に、例えば、図９のような入力画面（ＧＵＩ）を表示装置１０に表示し、入出力部９を介して、乳腺密度（脂肪性、乳腺散在、不均一高濃度、極めて高濃度）のいずれかの選択または数値入力、***１００ａのサイズ、被検体１００の体型、インプラントの有無等の入力を受け付ける構成とする。

そして、制御部５１は、図４のステップ４０１において、送信振動子と受信モジュール
の組み合わせと送受信タイミングを読み出す際に、入力された乳腺密度等に対応するものを読み出す。

これにより、被検体１００によって、乳腺密度、***１００ａのサイズ、被検体１００の体型が異なる場合であっても、最適な送信振動子と受信モジュールの組み合わせとその送受信タイミングを設定することができる。よって、撮像時間の短縮を図ることができ、残響波２０２が受信器３２により受信されるのを防止できるため、精度よく再構成画像を生成することができる。

なお、乳腺密度、***１００ａのサイズ、被検体１００の体型の設定入力は、被検体またはオペレータが図９の画面上で手入力する方法に限られるものではなく、カルテからの自動入力や、他の検査装置から自動入力する構成にすることも可能である。例えば、マンモグラフィ装置から、乳腺密度を自動的に受け取る構成にすることができる。

第二実施形態の超音波ＣＴ装置の上述した以外の構成および動作は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜＜第三実施形態＞＞
第三実施形態の***用超音波ＣＴ装置について図１０を用いて説明する。

図１０のように本実施形態の超音波ＣＴ装置の撮像動作は、第一実施形態の図８のフローと同様であるが、図１０のフローにはステップ５０１、５０２、５０３が追加されている。

第三実施形態では、ステップ５０１、５０２、５０３において、制御部５１は、所定の受信期間の受信信号をリアルタイムに解析することにより、残響波２０１の受信信号が所定の受信期間に含まれるかを判定し、残響波２０１の受信信号が含まれる場合には、送信および受信の少なくとも一方のタイミングを変更して、今回の送信および受信をやり直す。または、まだ超音波２０１が到達しておらず、これから到達する場合には受信のみをやり直す。これにより、予め記憶部８に格納しておいた送信および受信モジュールの受信タイミングを決定する際に用いた残響波２０２の到達時間が、実際の残響波２０２の到達時間に対してずれていた場合であっても、残響波２０２の受信信号が含まれない受信信号を取得する。以下、具体的に説明する。

＜ステップ４０１～４０３＞
第一実施形態と同様に、ステップ４０１～４０３を行うことにより、送信振動子１ａから第１受信モジュールの受信タイミング（受信期間）の受信信号を受信器３２は受け取る。

＜ステップ５０１、５０２＞
制御部５１は、受信器３２が取得した受信信号を解析し（ステップ５０１）、受信信号に残響波２０２のピークが含まれるかどうかを判定する（ステップ５０２）。例えば、時系列な受信信号に、所定値以上大きなピークが２つ含まれる場合や、隣接する振動子１の受信信号のピークの時間関係（例えば、連続した時間関係）が超音波２０１で想定される関係のみではなく、残響波２０２で想定される関係を含む場合には、超音波（透過波）２０１と残響２０２の両方が受信されているか、または、残響波２０２のみが受信されているかと判定できるので、ステップ５０３に進む。

＜ステップ５０３＞
ステップ５０３において、制御部５１は、送信および受信のタイミングを変更して、今回の送受信をやり直すか、または、受信のみをやり直す。

例えば、上記ステップ５０２において、制御部５１が超音波（透過波）２０１と残響波２０２の両方が受信されていると判定した場合、受信信号に含まれていると判定した残響波２０２を回避できるように、残響波２０２と受信期間の時間関係から、送信および受信のタイミングを演算し直し、送信タイミングと受信タイミングを変更する。あるいは、第二実施形態のように、複数の一連の振動子と受信モジュール、および、その送信タイミングと受信タイミングの組み合わせを記憶部８に格納しておき、その中から選択して送信タイミングと受信タイミングを設定しなおす。変更後の送信タイミングと受信タイミングにより今回の送受信をやり直す。

また、例えば、上記ステップ５０２において、制御部５１が残響波２０２のみが受信され、超音波（透過波）２０１がまだ受信されていないと判定した場合、受信期間を延長し、これから到達する超音波２０１を受信する。すなわち、ステップ５０１とステップ５０２は、ステップ４０３と同時に受信信号をリアルタイムに解析、判定することも可能であるため、受信信号に残響波２０２が含まれると判定したとしても、本来受信すべき超音波２０１が受信モジュールに到達してない場合もある。その場合は、制御部５１は、ステップ５０３において、予め定めた受信期間まで延長することにより受信を継続し、ステップ４０３において残響波２０２が含まれない超音波２０１の受信信号をステップ４０５の演算に用いればよい。受信を継続した結果、残響波２０２と超音波２０１が混在すると判定した場合には、ステップ５０３に進み、今回の送受信をやり直す。

なお、ステップ５０２において、残響波２０２を受信したチャンネル数が、所定の閾値よりも少ない場合や、受信された残響波２０２のピーク強度が、受信された超音波２０１のピーク強度と比較して十分に小さい場合には、制御部５１は、超音波２０１の残響波２０２に対する「分離度合」が所定値よりも高いと判定できる。その場合、制御部５１は、ステップ５０３に進んで送受信をやり直さずに、ステップ４０４に進んでもよい。

具体的には、受信モジュールが２５６チャンネルだとして、残響波２０２が含まれる受信信号を受信したチャンネル数が十分に少ない場合（例えば、１０チャンネル未満である場合等）は、ステップ４０５において全てのビュー・チャンネルで得られた受信信号を処理して断層像を生成するため、残響波２０２の断層像への影響は軽微になる。よって、今回の送受信をやり直すかどうかのチャンネル数の閾値を予め定めておき、制御部５１は、残響波２０２を受信したチャンネル数が閾値未満であれば、「分離度合」が高いと判定と判定して、そのままステップ４０４に進む。また、分離度合の判定基準に、残響波２０２と判定した受信信号のピークの強度と超音波２０１と判定した受信信号のピークの強度の比の閾値を含めてもよい。残響波２０２の強度が超音波２０１の強度に対する比が、閾値未満である場合は、制御部５１は、分離度合が高い判定して、そのままステップ４０４に進む。なお、チャンネル数による分離度合の判定と、残響波のピーク強度による分離度合の判定を組み合わせて、送受信のやり直しをするかどうかを判断してもよい。

なお、上述したステップ５０３では、制御部５１がやり直しの送信および受信のタイミングを設定する構成について説明したが、制御部５１は、送信および受信の少なくとも一方のタイミングを変更するようにユーザに促す表示を、接続されている表示装置に表示し、ユーザが所望する変更後のタイミングを受け付け、そのタイミングで送受信を行ってもよい。

本実施形態では、ステップ５０１、５０２において、制御部５１は、受信信号を解析して残響波２０２が受信期間に受信した受信信号に含まれるかどうかを判定しているが、演算部５２が生成したプレビュー画像（図９参照）を用いて、十分な画質が得られているかどうかを制御部５１が判定してもよい。十分な画質が得られていない場合には、画像に残響波２０２の影響があると判断し、制御部５１は、送信および受信のタイミングを変更して、当該断面の送受信の繰り返しをやり直す。

また、制御部５１は、十分な画質が得られておらず画像に残響波２０２の影響があると判断した場合、送信および受信のタイミングを変更して当該断面を撮像しなおすようにユーザに促す表示を接続されている表示装置に表示させ、ユーザが所望する変更後の送受信タイミングを受け付け、そのタイミングで送受信を行ってもよい。あるいは、制御部５１は判断せず、ユーザに判断をゆだね、ユーザが指定する断面をユーザが所望する送受信タイミングで撮像しなおすことを受け付けてもよい。

第三実施形態の超音波ＣＴ装置の上述した以外の構成および動作は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第三実施形態の超音波ＣＴ装置では、残響波の受信信号が、透過波の受信信号に混入するのを防止でき、短時間に解像度の高い超音波ＣＴ画像を取得することができる。

＜＜第四実施形態＞＞
第四実施形態の***用超音波ＣＴ装置について図１１を用いて説明する。

本実施形態の超音波ＣＴ装置は第一実施形態の装置と同様の構成であるが、図１１のフローに示すように、制御部は、所定のプレ送受信を実行し、残響波２０２が受信に用いる振動子に到達するタイミングを求め（ステップ５１１～５１５）、求めた残響波の到達タイミングに基づいて、今回のみまたは一連の送信および受信のタイミングを決定し（ステップ５１６）、決定した送信および受信タイミングを用いて本送受信を実行する（ステップ５１７～５２０）。

制御部５１の制御動作の一例を図１１を用いて説明する。

＜ステップ５１１～５１５＞
本実施形態では、プレ送受信のステップ５１１～５１５として制御部５１は、被検体を配置した状態で、第二実施形態のステップ４０１～４０３、５０１～５０２と同様に、一連の送受信および受信信号の解析を行って、各送受信について残響波２０２の到達タイミングを検出する。

なお、ステップ５１３では、制御部５１は、第二実施形態で示した受信タイミングの受信期間を広げてプレ送受信を行ってもよい。これにより、想定よりもずれて残響波が到達した場合であっても、残響波２０２を受信期間内に確実に受信することができ、残響波２０２の到達タイミングを検出できる。

また、プレ送受信のステップ５１４において、制御部５１は、残響波２０２だけではなく超音波２０１の到達タイミングも同様の方法で検出してもよい。

また、ステップ５１４においては、制御部５１は、残響波２０２の強度を解析し、強度が予め定めた閾値よりも小さい場合には、画像にほとんど影響を与えないと判断して、残響波２０２の到達を無視してもよい。

＜ステップ５１６＞
ステップ５１６において、制御部５１は、ステップ５１４で検出した各送受信について求めた残響波２０２の到達タイミングに基づいて、残響波２０２の到達タイミングを避けるように受信タイミングを設定し、その受信タイミングに超音波２０１が到達するように、送信振動子１ａと受信モジュールの位置等を考慮して送信タイミングを決定する。

なお、ステップ５１４において、制御部５１は、残響波２０２と超音波２０１の両方の到達タイミングを検出している場合には、残響波２０２の到達タイミングを避け、超音波２０１の到達タイミングを受信タイミングが含むように、受信タイミングを設定することができる。

なお、第二実施形態のように、予め複数の送信タイミングと受信タイミングのパラメータセットを用意しておき、制御部５１がプレ送受信の結果から最適なセットを選択して設定する構成としてもよい。

＜ステップ５１７～５２０＞
本送受信のステップ５１７～５２０では、ステップ５１６で設定した送信および受信のタイミングを用いて、第一実施形態の図８のステップ４０２～４０５と同様に送受信を行って、断層像を生成する。

上記ステップ５１１～５１２では、プレ送受信および本送受信がいずれも、第一の実施形態と同様に、予め定められた一連の振動子と受信モジュールの組み合わせに従って行う構成とした場合について説明したが、この構成に限られず、プレ送受信は、本送受信とは異なる送受信動作を行ってもよい。例えば、一つの振動子１ａの位置から超音波２０１を送信し、各受信モジュールに到達した超音波２０１と、残響波２０２の到達タイミングを計測することにより、図４のようなグラフを得て、このグラフに基づいて、ステップ５１６において、少なくとも１回反射の残響波を避けるように、各送信の送信タイミングと受信タイミングを決定してもよい。

第四実施形態の超音波ＣＴ装置の上述した以外の構成および動作は、第一および第三の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第四実施形態の超音波ＣＴ装置では、プレ送受信によって実際に残響波を計測して、各送信の送信タイミングと受信タイミングを決定することができるため、本送受信において残響波の受信信号が、透過波の受信信号に混入するのを防止でき、短時間に解像度の高い超音波ＣＴ画像を取得することができる。

また、プレ送受信によって超音波２０１の到達タイミングを計測して送受信タイミングを設定することもできるため、残響波２０２を避け、超音波２０１の受信精度を向上させることができ、より解像度の高い超音波ＣＴ画像を取得できる。

＜変形例＞
上述してきた第一～第四実施形態では、透過波を受信して透過波画像を撮像する際に残響波を避けたタイミングで透過波を受信する構成であったが、反射波画像を撮像する際にも同様に、残響波を避けて反射波を受信する構成とすることが可能である。

１…振動子、１ａ…送信振動子、２…振動子アレイ、３…送受信器、４…振動子選択器、５…信号処理器、６…機構部、７…駆動部、８…記憶部、９…入出力部、１０…表示装置、５１…制御部、５２…演算部、３１…送信器、３２…受信器、３３…送受分離器、１００…被検体、１００ａ…***、１０２…計測部

Claims (18)

1. 計測対象が配置される領域を囲むように複数の振動子が配列された振動子アレイと、
   前記振動子に送信信号を出力し、超音波を送信させる送信器と、
   前記超音波の送信を受けた前記領域からの超音波を、前記振動子アレイの予め定めた数の振動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器と、
   超音波を送信させる前記振動子と、受信信号を受け取る前記振動子との組み合わせを、予め定められた一連の組み合わせに従って順次前記送信器と受信器に設定する超音波の送信と受信の繰り返しを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記送信と受信の繰り返しの際、前回以前の送信において送信された超音波であって、前記振動子アレイにより１回以上反射された残響波が、前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングと、今回の送信において送信される超音波が、前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングとがずれるように、前記今回の送信のタイミングを制御することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
2. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記送信と受信の一連の繰り返しにおいて、ｎ回目の送信のタイミングは、ｎ－１回目の送信に用いた振動子の位置と送信のタイミング、および、前記ｎ回目の送信に用いる振動子の位置とｎ回目の受信に用いる振動子の位置を含む送受信条件に基づいて予め定められていることを特徴とする超音波ＣＴ装置。
3. 請求項２記載の超音波ＣＴ装置であって、前記送受信条件には、前記計測対象の構成要素について予め定められた最大音速と最小音速が含まれることを特徴とする超音波ＣＴ装置。
4. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記受信器は、前記超音波のうち前記領域を透過した透過波の受信信号を処理する構成であり、
   前記制御部は、今回送信される超音波の前記透過波が前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングが、前回以前に送信された超音波のうち前記透過波の前記残響波が前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングとずれるように、前記今回の送信のタイミングを制御することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
5. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記送信に用いる振動子と前記受信に用いる振動子の組み合わせ毎に、前記受信器による前記受信信号の受信期間をさらに設定することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
6. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、所定の受信期間の前記受信信号をリアルタイムに解析することにより、前記残響波の受信信号が前記所定の受信期間の受信信号に含まれるかどうかを判定し、前記残響波の受信信号が含まれる場合、前記今回の送信および受信をやり直すことを特徴とする超音波ＣＴ装置。
7. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、所定の受信期間の前記受信信号をリアルタイムに解析することにより、前記残響波の受信信号が前記所定の受信期間の受信信号に含まれるかどうかを判定し、前記残響波の受信信号が含まれ、かつ、前記超音波の受信信号が含まれていない場合、受信期間を延長し、今回の受信を継続することにより、前記超音波の受信信号を取得することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
8. 請求項６に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記残響波の受信信号が前記受信期間の受信信号に含まれる場合、前記残響波と前記超音波の分離度合を判定し、前記分離度合に基づき、前記送信および受信のやり直すかどうかを決定することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
9. 請求項６に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記残響波を受信した振動子の数が予め定めた閾値未満である場合、および／または、前記残響波の受信信号のピーク強度の前記超音波の受信信号のピーク強度に対する比が予め定めた閾値未満である場合、分離度合が所定値よりも高いと判定し、前記送信および受信のやり直しを行わないことを特徴とする超音波ＣＴ装置。
10. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、所定の受信期間の前記受信信号をリアルタイムに解析することにより、前記残響波の受信信号が所定の受信期間の受信信号に含まれるかを判定し、前記残響波の受信信号が含まれる場合、送信および受信の少なくとも一方のタイミングを変更するようにユーザに促す表示を、接続されている表示装置に表示することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
11. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記送信と受信の繰り返しにより前記受信器が得た前記受信信号を用いて、前記計測対象の画像を生成する演算部をさらに有し、
    前記制御部は、前記画像を解析することにより、前記画像への前記残響波も影響の有無を判定し、前記残響波の影響がある場合、前記送信のタイミングを変更して、前記送信と受信の繰り返しをやり直すことを特徴とする超音波ＣＴ装置。
12. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記送信と受信の繰り返しにより前記受信器が得た前記受信信号を用いて、前記計測対象の画像を生成する演算部をさらに有し、
    前記制御部は、前記画像への前記残響波の影響の有無を判定し、前記残響波の影響がある場合、前記画像と、前記送信のタイミングを変更するようにユーザに促す表示を接続されている表示装置に表示することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
13. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、所定のプレ送受信を実行し、前記残響波が前記受信に用いる振動子に到達するタイミングを求め、求めた前記残響波の到達タイミングに基づいて、所定の送信または一連の送信のタイミングを決定し、決定した送信タイミングを用いて本送受信を実行することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
14. 請求項１３に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記プレ送受信によって、前記超音波が前記受信に用いる振動子に到達するタイミングをさらに求め、前記残響波の到達タイミングを避け、前記超音波の到達タイミングに受信のタイミングが一致するように本送信の送信および受信のタイミングを設定することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
15. 請求項１３に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、前記プレ送受信と、前記本送受信をいずれも、前記予め定められた一連の組み合わせに従って行うことを特徴とする超音波ＣＴ装置。
16. 請求項１に記載の超音波ＣＴ装置であって、前記制御部は、事前に入力された、前記計測対象の体型、インプラントの有無、および、乳腺密度のうちの少なくとも一つに基づいて、前記今回の送信のタイミングを制御することを特徴とする超音波ＣＴ装置。
17. 計測対象が配置される領域を囲むように複数の振動子が配列された振動子アレイを用いた超音波ＣＴ装置の制御方法であって、
    超音波の送信に用いる振動子と、受信に用いる振動子との組み合わせを、予め定められた一連の組み合わせに従って順次選択し、選択した振動子から超音波を送信し、受信する処理を繰り返しながら、前回以前に送信された超音波が前記振動子アレイにより１回以上反射された音波である残響波が、前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングに対して、今回送信される超音波が、前記今回の受信に用いる振動子に到達するタイミングがずれるように、前記今回の送信のタイミングを制御することを特徴とする超音波ＣＴ装置の制御方法。
18. 計測対象が配置される領域を囲むように複数の振動子が配列された振動子アレイを備えた超音波ＣＴ装置の制御プログラムであって、
    コンピュータに、
    超音波の送信に用いる振動子と、受信に用いる振動子との組み合わせを、予め定められた一連の組み合わせに従って選択する第１ステップと、
    選択した振動子から超音波を送信させ、受信する第２ステップと
    を処理を繰り返し実行させ、
    ｎ回目の第１ステップおよび第２ステップにおいては、ｎ－１回目以前の前記第２ステップにおいて送信された超音波が前記振動子アレイにより１回以上反射された音波である残響波が、前記ｎ回目の受信に用いる振動子に到達するタイミングに対して、ｎ回目の第２ステップにおいて送信される超音波が、前記ｎ回目の第２ステップの受信に用いる振動子に到達するタイミングがずれるように、前記ｎ回目の第２ステップの送信のタイミングを制御する
    ことを特徴とする超音波ＣＴ装置の制御プログラム。

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