JP5623157B2 - 超音波診断装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置及びその作動方法に関し、特に超音波を用いて被検体の超音波画像を撮影して表示し、組織性状の診断に供する超音波診断装置及びその作動方法に関する。

従来、超音波を用いて被検体内の一部（診断部位）における音速値（以下、局所音速値という）を測定する試みがなされている。例えば、送信用と受信用の２個の振動子を向かい合わせて配置し、振動子間の距離と超音波の伝播時間から被検体内における音速値を求める方法や、所定距離間隔で配置された２組の振動子をそれぞれ送信用・受信用として、振動子間の超音波の伝播時間と送波・受波角度と各組の振動子間の距離とから伝播速度を求める方法が提案されている。

また、特許文献１には、下記のような局所音速値の測定方法が開示されている。特許文献１では、送波振動子から被検体内に出射角度を変えながら超音波を送波し、受波振動子により入射角度を変えながら受波して、送波から受波までの経過時間を全てメモリに格納しておく。次に、仮想的な音速分布を設定し、その音速分布に基づいて各出射角度・入射角度ごとに経過時間を計算する。そして、経過時間の計算値と実測値の差が最小になるように仮想的な音速分布を修正し、最終的に得られた音速分布によって被検体内の音速値を求めている。

特開平５−９５９４６号公報

音速値が一定の媒質からなる被検体ＯＢＪ１内の音速値Ｖは下記のようにして算出することができる。図７（ａ）に示すように、被検体ＯＢＪ１内の反射点（領域）Ｘ１_ＲＯＩから超音波探触子３００Ａまでの距離をＬとすると、反射点Ｘ１_ＲＯＩで超音波が反射されてから反射点Ｘ１_ＲＯＩの直下の素子３０２Ａ_０で受信されるまでの経過時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／Ｖである。素子３０２Ａ_０からＸ方向（素子３０２Ａの配列方向）に距離Ｘ離れた位置にある素子３０２Ａ_１で受信されるまでの経過時間をＴ＋ΔＴとすると、素子３０２Ａ_０と３０２Ａ_１との間の遅延時間ΔＴは下記の式（１）により表される。

[数１]
ΔＴ＝ΔＬ／Ｖ（ここで、ΔＬ＝√（Ｌ^２＋Ｘ^２）−Ｌ） ・・・（１）
従って、超音波が送波されて反射点Ｘ１_ＲＯＩで時間Ｔ後に反射された後、素子３０２Ａ_０及び、その他の素子により受信されるまでの経過時間［２Ｔ，２Ｔ＋ΔＴ］を測定することにより、反射点Ｘ１_ＲＯＩまでの距離Ｌと速度Ｖを一意に求めることができる。

なお、反射点Ｘ１_ＲＯＩからの超音波が明確に判別できる場合には、素子３０２Ａ_０及び、その他の1素子において測定された経過時間からＬとＶを求めることができる。しかしながら、一般に各素子３０２Ａから出力される超音波検出信号は無数の反射点からの信号が干渉した結果であり、特定の反射点からの信号のみを弁別することが困難である。このため、実際には、反射点Ｘ１_ＲＯＩ近傍の着目領域における再構築画像の空間周波数、シャープネス及びコントラストから、反射点Ｘ１_ＲＯＩまでの距離Ｌ、遅延時間ΔＴ及び音速値Ｖを一意に求めることとなる。

上記のように、被検体内の音速が一定の場合には、音速値を求めることが可能であるが、図７（ｂ）に示す被検体ＯＢＪ２のように、内部の音速が一定でない場合には、上記の方法では、反射点（領域）Ｘ２_ＲＯＩまでの距離Ｌ及び音速値Ｖ、Ｖ’を求めることは困難である。

そこで本出願人は、先に、被検体内の音速が不均一の場合に局所音速を求める方法を提案している（特開２０１０−９９４５２号）。これは、被検体内の着目領域における仮定音速と、着目領域よりも浅い領域に設定された格子点における最適音速値に基づいて、超音波を着目領域に送信したときに得られる各素子受信信号から、着目領域の画像を生成、解析する事によって、または着目領域を代表する格子点における最適音速値または受信波を算出し、前記着目領域における仮定音速と、着目領域よりも浅い領域に設定された格子点における最適音速値に基いて算出される最適音速値または受信波と比較する事によって着目領域における局所音速値を判定するものである。このように、本出願人が先に提案した方法は、各格子の受信波を環境音速（最適音速）で近似する方法であり、被検体内の音速が不均一であっても局所音速を計測することを可能としている。

しかしながら、被検体内の音速が想定以上に不均一の場合には、上記のような各格子の受信波を環境音速で近似する方法では対応しきれない場合があるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被検体の音速が不均一で各格子の受信時刻を環境音速で近似しきれない場合でも精度良く局所音速を求めることができる超音波診断装置及びその作動方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１態様に係る超音波診断装置は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻と受信波の少なくとも一方を取得する取得手段と、前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段で生成された画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段の画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出手段と、前記被検体内の各点に対する超音波検出信号を取得する際に、各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段と、を備える。

本発明の第２態様に係る超音波診断装置は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻を取得する取得手段であって、画像解析又は位相収差解析を用いて受信時刻を取得する取得手段と、前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段で生成された画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段の画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出手段と、を備える。

本発明の第３態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記浅い点は複数存在し、前記画像生成手段は、前記領域において仮定される仮定音速によって決まる前記深い点から前記浅い点までの伝播時間と前記浅い点の受信波に基づいて合成受信波を合成し、前記合成受信波から生成した遅延に基づいて前記画像を生成する。

本発明の第４態様に係る超音波診断装置は、第１態様又は第２態様において、前記画像生成手段は、前記領域における仮定音速によって決まる前記深い点から前記浅い点までの伝播時間と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて遅延生成し、その遅延に基づいて前記画像を生成する。

本発明の第５態様に係る超音波診断装置は、第１態様又は第２態様において、前記浅い点を仮想素子と見做して、各浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて各仮想素子の受信信号を生成する手段を備え、前記画像生成手段は、前記領域における仮定音速に基づいて前記仮想素子の受信信号から画像生成する。

本発明の第６態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記各点を前記被検体内の音速が略一様な領域の境界に設定する手段を更に備える。

本発明の第７態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記局所音速値の算出結果を表示する表示手段を更に備える。

本発明の第８態様に係る超音波診断装置は、第７態様において、前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、前記表示手段が、前記局所音速値の算出結果を、前記振幅画像に重畳させるか、又は前記振幅画像と並べて表示する。

本発明の第９態様に係る超音波診断装置は、第７態様において、前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、前記表示手段が、前記振幅画像の輝度又は色を変化させることにより、前記局所音速値の算出結果を表示する。

本発明の第１０態様に係る超音波診断装置は、第８態様又は第９態様において、前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記局所音速値の算出結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替える表示モード切替手段を更に備える。

本発明の第１１態様に係る超音波診断装置の作動方法は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子を備える超音波診断装置の作動方法であって、前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻を取得する取得ステップであって、画像解析又は位相収差解析を用いて受信時刻を取得する取得ステップと、前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成ステップと、前記画像生成ステップで生成された画像を解析する画像解析ステップと、前記画像解析ステップの画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出ステップと、を備える。

本発明によれば、各格子に対応する各素子の受信時刻又は受信波に基づいて局所音速を算出するようにしたため、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る局所音速値の演算処理を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態における処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る局所音速値の演算処理を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態における処理を示すフローチャートである。 局所音速値の演算処理を模式的に示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置及びその作動方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置１０は、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに超音波ビームを送信して、被検体ＯＢＪによって反射された超音波ビーム（超音波エコー）を受信し、超音波エコーの検出信号から超音波画像を作成し表示する装置である。

ＣＰＵ（Central Processing Unit)１００は、操作入力部２００からの操作入力に応じて超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行う。

操作入力部２００は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力デバイスであり、操作卓２０２とポインティングデバイス２０４とを含んでいる。操作卓２０２は、文字情報（例えば、患者情報）の入力を受け付けるキーボードと、振幅画像（Ｂモード画像）を単独で表示するモードと局所音速値の判定結果を表示するモードとの間で表示モードを切り替える表示モード切り替えボタンと、ライブモードとフリーズモードとの切り替えを指示するためのフリーズボタンと、シネメモリ再生を指示するためのシネメモリ再生ボタンと、超音波画像の解析・計測を指示するための解析・計測ボタンとを含んでいる。ポインティングデバイス２０４は、表示部１０４の画面上における領域の指定の入力を受け付けるデバイスであり、例えば、トラックボール又はマウスである。なお、ポインティングデバイス２０４としては、タッチパネルを用いることも可能である。

格納部１０２は、ＣＰＵ１００が超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行うための制御プログラムを格納する記憶装置であり、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。

表示部１０４は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube)ディスプレイ又は液晶ディスプレイであり、超音波画像（動画及び静止画）の表示及び各種の設定画面を表示する。

超音波探触子３００は、被検体ＯＢＪに当接させて用いるプローブであり、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ３０２を備えている。超音波トランスデューサ３０２は、送信回路４０２から印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを被検体ＯＢＪに送信すると共に、被検体ＯＢＪから反射される超音波エコーを受信して検出信号を出力する。

超音波トランスデューサ３０２は、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極が形成されて構成された振動子を含んでいる。このような振動子を構成する圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ(lead) zirconate titanate)のような圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride)のような高分子圧電素子を用いることができる。上記振動子の電極に電気信号を送って電圧を印加すると圧電体が伸縮し、この圧電体の伸縮により各振動子において超音波が発生する。例えば、振動子の電極にパルス状の電気信号を送るとパルス状の超音波が発生し、また振動子の電極に連続波の電気信号を送ると連続波の超音波が発生する。そして、各振動子において発生した超音波が合成されて超音波ビームが形成される。また、各振動子により超音波が受信されると、各振動子の圧電体が伸縮して電気信号を発生する。各振動子において発生した電気信号は、超音波の検出信号として受信回路４０４に出力される。

なお、超音波トランスデューサ３０２としては、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いることも可能である。例えば、超音波を送信する素子として上記圧電体により構成される振動子を用いて、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにしてもよい。ここで、光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器又はファイバブラッググレーティングである。

次に、ライブモード時における超音波診断処理について説明する。ライブモードは、被検体ＯＢＪに超音波探触子３００を当接させて超音波の送受信を行うことによって得られた超音波画像（動画）の表示や解析・計測を行うモードである。

超音波探触子３００が被検体ＯＢＪに当接されて、操作入力部２００からの指示入力により超音波診断が開始されると、ＣＰＵ１００は、送受信部４００に制御信号を出力して、超音波ビームの被検体ＯＢＪへの送信、及び被検体ＯＢＪからの超音波エコーの受信を開始させる。ＣＰＵ１００は、超音波トランスデューサ３０２ごとに超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信方向とを設定する。

さらに、ＣＰＵ１００は、超音波ビームの送信方向に応じて送信遅延パターンを選択するとともに、超音波エコーの受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する。ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンデータであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２によって受信される遅延時間のパターンデータである。上記送信遅延パターン及び受信遅延パターンは予め格納部１０２に格納されている。ＣＰＵ１００は、格納部１０２に格納されているものの中から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを選択し、選択した送信遅延パターン及び受信遅延パターンに従って、送受信部４００に制御信号を出力して超音波の送受信制御を行う。

送信回路４０２は、ＣＰＵ１００からの制御信号に応じて駆動信号を生成して、該駆動信号を超音波トランスデューサ３０２に印加する。このとき、送信回路４０２は、ＣＰＵ１００によって選択された送信遅延パターンに基づいて、各超音波トランスデューサ３０２に印加する駆動信号を遅延させる。ここで、送信回路４０２は、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、各超音波トランスデューサ３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整する（遅延させる）送信フォーカスを実行する。なお、複数の超音波トランスデューサ３０２から一度に送信される超音波が被検体ＯＢＪの撮像領域全体に届くように、駆動信号を印加するタイミングを調節するようにしもてよい。

受信回路４０４は、各超音波トランスデューサ３０２から出力される超音波検出信号を受信して増幅する。上記のように、各超音波トランスデューサ３０２と被検体ＯＢＪ内の超音波反射源との間の距離がそれぞれ異なるため、各超音波トランスデューサ３０２に反射波が到達する時間が異なる。受信回路４０４は遅延回路を備えており、ＣＰＵ１００によって選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速（以下、仮定音速という）又は音速の分布に従って、反射波の到達時刻の差（遅延時間）に相当する分、各検出信号を遅延させる。次に、受信回路４０４は、遅延時間を与えた検出信号を整合加算することにより受信フォーカス処理を行う。超音波反射源Ｘ_ＲＯＩと異なる位置に別の超音波反射源がある場合には、別の超音波反射源からの超音波検出信号は到達時間が異なるので、上記受信回路４０４の加算回路で加算することにより、別の超音波反射源からの超音波検出信号の位相が打ち消し合う。これにより、超音波反射源Ｘ_ＲＯＩからの受信信号が最も大きくなり、フォーカスが合う。上記受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、ＲＦ信号という）が形成される。

Ａ／Ｄ変換器４０６は、受信回路４０４から出力されるアナログのＲＦ信号をデジタルＲＦ信号（以下、ＲＦデータという）に変換する。ここで、ＲＦデータは、受信波（搬送波）の位相情報を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力されるＲＦデータは、信号処理部５０２とシネメモリ６０２にそれぞれ入力される。

シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６から入力されるＲＦデータを順次格納する。また、シネメモリ６０２は、ＣＰＵ１００から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記ＲＦデータに関連付けて格納する。

信号処理部５０２は、上記ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control)によって、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、包絡線検波処理を施し、Ｂモード画像データ（超音波エコーの振幅を点の明るさ（輝度）によって表した画像データ）を生成する。

信号処理部５０２によって生成されたＢモード画像データは、通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものである。このため、ＤＳＣ（Digital Scan Converter)５０４は、上記Ｂモード画像データを通常の画像データ（例えば、テレビジョン信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）の画像データ）に変換（ラスター変換）する。画像処理部５０６は、ＤＳＣ５０４から入力される画像データに、各種の必要な画像処理（例えば、階調処理）を施す。

画像メモリ５０８は、画像処理部５０６から入力された画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、画像メモリ５０８から読み出された画像データをアナログの画像信号に変換して表示部１０４に出力する。これにより、超音波探触子３００によって撮影された超音波画像（動画）が表示部１０４に表示される。

なお、本実施形態では、受信回路４０４において受信フォーカス処理が施された検出信号をＲＦ信号としたが、受信フォーカス処理が施されていない検出信号をＲＦ信号としてもよい。この場合、複数の超音波トランスデューサ３０２から出力される複数の超音波検出信号が、受信回路４０４において増幅され、増幅された検出信号、すなわち、ＲＦ信号が、Ａ／Ｄ変換器４０６においてＡ／Ｄ変換されることによってＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータは、信号処理部５０２に供給されるとともに、シネメモリ６０２に格納される。受信フォーカス処理は、信号処理部５０２においてデジタル的に行われる。

次に、シネメモリ再生モードについて説明する。シネメモリ再生モードは、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータに基づいて超音波診断画像の表示や解析・計測を行うモードである。

操作卓２０２のシネメモリ再生ボタンが押下されると、ＣＰＵ１００は、超音波診断装置１０の動作モードをシネメモリ再生モードに切り替える。シネメモリ再生モード時には、ＣＰＵ１００は、オペレータからの操作入力により指定されたＲＦデータの再生をシネメモリ再生部６０４に指示する。シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に基づいて、シネメモリ６０２からＲＦデータを読み出して、画像信号生成部５００の信号処理部５０２に送信する。シネメモリ６０２から送信されたＲＦデータは、信号処理部５０２、ＤＳＣ５０４及び画像処理部５０６において所定の処理（ライブモード時と同様の処理）が施されて画像データに変換された後、画像メモリ５０８及びＤ／Ａ変換器５１０を経て表示部１０４に出力される。これにより、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づく超音波画像（動画又は静止画）が表示部１０４に表示される。

ライブモード又はシネメモリ再生モード時において、超音波画像（動画）が表示されているときに操作卓２０２のフリーズボタンが押下されると、フリーズボタン押下時に表示されている超音波画像が表示部１０４に静止画表示される。これにより、オペレータは、着目領域（ＲＯＩ：Region of Interest)の静止画を表示させて観察することができる。

操作卓２０２の計測ボタンが押下されると、オペレータからの操作入力により指定された解析・計測が行われる。データ解析計測部１０６は、各動作モード時に計測ボタンが押下された場合に、Ａ／Ｄ変換器４０６又はシネメモリ６０２から、画像処理が施される前のＲＦデータを取得し、当該ＲＦデータを用いてオペレータ指定の解析・計測（例えば、組織部の歪み解析（硬さ診断）、血流の計測、組織部の動き計測、又はＩＭＴ（内膜中膜複合体厚：Intima-Media Thickness)値計測）を行う。また、データ解析計測部１０６は、詳しくは後述するような局所音速値を計測する処理を行う。データ解析計測部１０６による解析・計測結果は、画像信号生成部５００のＤＳＣ５０４に出力される。ＤＳＣ５０４は、データ解析計測部１０６により解析・計測結果を超音波画像の画像データに挿入して表示部１０４に出力する。これにより、超音波画像と解析・計測結果とが表示部１０４に表示される。

また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に局所音速値の判定結果を重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速値の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。

なお、局所音速値の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたＢモード画像を表示部１０４に表示するようにしてもよい。

以下、本実施形態の超音波診断装置１０の作用について説明する。

本発明は、被検体内の音速が不均一で各格子に対応する各素子の受信時刻（又は受信波）が環境音速で近似しきれない場合でも、局所音速を計測可能とするものである。

以下、本発明の第１の実施形態について、図２のフローチャートに沿って説明する。

第１の実施形態は、着目領域よりも浅い格子点の受信時刻（又は受信波）を求めて、これを着目領域の仮定音速によって決まる遅延で重ね合わせて合成し、それから生成した遅延に基づいて画像を生成し、画像解析して局所音速を求めるものである。なお、以下の実施形態においては、各格子に対応する各素子の受信時刻又は受信波を用いて着目領域の局所音速を求めるために、まず各素子受信時刻を求め、それから必要に応じて各素子受信波も求めているが、代わりに、まず各素子受信波を求め、それから必要に応じて各素子受信時刻も求めるようにしても良い。各素子受信波を求める方法としては、例えば、各格子に送信フォーカスを掛ける事により周囲散乱を低減し、各格子のみからの反射を受信した信号を用いれば良い。

図３に、本実施形態に係る局所音速値の演算処理を模式的に示す。

図３に示すように、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを代表する格子点をＸ_ＲＯＩとし、格子点Ｘ_ＲＯＩよりも浅い（すなわち、超音波トランスデューサ３０２に近い）位置にＸＹ方向に等間隔に配置された格子点をＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・とし、少なくとも格子点Ｘ_ＲＯＩと各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・との間の音速はそれぞれ一定であると仮定する。なお、ここで着目領域における局所音速値を求める演算に使用する格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・の範囲及び個数は予め決めておく。

まず、図２のステップＳ１０において、着目領域より浅い格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・の受信時刻を算出する。各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・における受信時刻は、公知の画像解析及び位相収差解析の手法によって求めることができる。

画像解析は、例えば、特開２００７−７０４５号公報等に開示されているように、平均音速（及び深さ）を仮定し、音源の画像のシャープネスやコントラスト等の特性が最大となる値を求める方法である。

また、位相収差解析は、例えば、特開平６−１０５８４１号公報等に開示されている。これは例えば、超音波探触子の各素子の受信信号に対して、同一の信号を参照信号として、これらの位相差を検出し、隣接する各素子の位相差検出結果を比較しその差をＤとする一方、横軸に超音波探触子の素子番号をとり、縦軸に各素子の受信信号と参照信号Ｓとの位相差をプロットしたグラフにおいて、正から負への不連続点（すなわち、上記差Ｄが−１８０°より小のとき）においては３６０°を加算し、負から正への不連続点（すなわち、上記差Ｄが１８０°より大のとき）においては３６０°を減算して、不連続曲線を連続曲線とすることにより広範囲の位相収差を精度よく検出する方法である。

次に、図２のステップＳ１２において、着目領域の仮定音速の初期値を設定する。

そして、ステップＳ１４において、着目領域における仮定音速によって決まる遅延で各格子受信波を重ね合わせて格子点Ｘ_ＲＯＩの合成受信波を合成する。

すなわち、図３に示すように、格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・からの受信波Ｗ_Ａ１、Ｗ_Ａ２、・・・と、仮定音速から得られる遅延から格子点Ｘ_ＲＯＩからの合成受信波Ｗ_ＳＵＭが合成される。

次に、ステップＳ１６において、合成受信波から遅延を設定し、その遅延に基づいて着目領域の格子点Ｘ_ＲＯＩにおける画像を生成する。なお、合成受信波から遅延を生成する方法としては、隣り合う素子間での合成受信波の位相差から等位相線を抽出し、その等位相線を遅延とするか、又は単に各素子の合成受信波の最大（ピーク）位置の位相差を遅延としてもよい。また、各素子からの合成受信波の相互相関ピーク位置を遅延としてもよい。

そして、ステップＳ１８において、上で生成された着目領域の格子点Ｘ_ＲＯＩにおける画像を画像解析する。画像解析としては、例えば、画像のシャープネス値を算出する。

次に、ステップＳ２０において、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ２２において、全ての仮定音速での演算が終了したか否か判断する。なお、演算する仮定音速の範囲は予め決めておく。

その結果、まだ全ての仮定音速に対する演算が終了していない場合には、ステップＳ１４に戻り、上記処理を繰り返す。

また、全ての仮定音速についての演算が終了した場合には、次のステップＳ２４において、着目領域における局所音速値を判定する。それには、上記処理を繰り返した結果、画像のシャープネス値が最大となる仮定音速から着目領域における局所音速値を判定する。

なお、画像のシャープネス値が最大となる仮定音速から着目領域における局所音速値を判定する方法は特に限定されるものではなく、例えば、上記ステップＳ１４からステップＳ２２の繰り返し処理において、画像のシャープネス値を算出したら前回のシャープネス値と比較して、シャープネス値が大きい方の画像に対応する仮定音速を保存しておいて、全ての仮定音速での処理が終了したときに、最終的に保存されている仮定音速を局所音速とすればよい。

次に本発明の第２の実施形態について、図４のフローチャートに沿って説明する。

第２の実施形態は、着目領域よりも浅い格子点の受信時刻（受信波）を求め、着目領域の仮定音速による着目領域から各格子点までの伝播時間と、各格子点の受信時刻との和を取り、この和の最小値をその素子における遅延として画像を生成し、画像解析して局所音速を求めるものである。

また、図５に、本実施形態に係る局所音速値の演算処理を模式的に示す。

図５において、図３と同様に、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを代表する格子点をＸ_ＲＯＩとし、格子点Ｘ_ＲＯＩよりも浅い（すなわち、超音波トランスデューサ３０２に近い）位置にＸＹ方向に等間隔に配置された格子点をＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・とし、少なくとも格子点Ｘ_ＲＯＩと各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・との間の音速はそれぞれ一定であると仮定する。なお、ここで着目領域における局所音速値を求める演算に使用する格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・の範囲及び個数は予め決めておく。

まず、図４のステップＳ３０において、着目領域より浅い格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・の受信時刻を算出する。各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・における受信時刻は前述した第１の実施例と同様に公知の画像解析及び位相収差解析の手法によって求めることができる。

次にステップＳ３２において、着目領域の仮定音速の初期値を設定し、ステップＳ３４において、仮定音速から決まる、着目領域→各格子の伝播時間と、各格子受信時刻の和をとり、合成受信時刻を算出する。

すなわち、着目領域ＲＯＩにおいて設定した仮定音速によって決まる、着目領域（格子点Ｘ_ＲＯＩ）から各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・への伝播時間を算出し、これと上で求められている各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・における受信時刻との和を求める。

今、図５に示すように、着目領域ＲＯＩにおける仮定音速をＶとすると、格子点Ｘ_ＲＯＩから各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・への伝播時間は、それぞれＸ_ＲＯＩＡ１／Ｖ、Ｘ_ＲＯＩＡ２／Ｖ、Ｘ_ＲＯＩＡ３／Ｖ、・・・で求められる。ここで、Ｘ_ＲＯＩＡ１、Ｘ_ＲＯＩＡ２、Ｘ_ＲＯＩＡ３、・・・は、格子点Ｘ_ＲＯＩから各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・までの距離を表し、着目領域ＲＯＩの深さ方向の幅ΔＹ（Ｙ方向の距離）及び格子点Ｘ_ＲＯＩと各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・とのＸ方向の距離ΔＸ_Ａ1、ΔＸ_Ａ2、ΔＸ_Ａ3、・・・から三平方の定理により√(ΔＸ_Ａ1 ²＋ΔＹ²)、√(ΔＸ_Ａ2 ²＋ΔＹ²)、√(ΔＸ_Ａ3 ²＋ΔＹ²)、・・・として求める事ができる。そしてΔＹは、Ｖと着目領域ＲＯＩの深さ方向の時間幅ΔＴ（格子点Ｘ_ＲＯＩとその直下の格子点Ａnの直下の素子における受信時刻、または最小受信時刻の差）からΔＹ= ΔＴ ＊Ｖ ／ ２として求める事ができる。

一方、各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・における受信時刻はすでに求めてあるので、着目領域→各格子の伝播時間と、各格子受信時刻の和を求めて、その合成受信時刻を算出することができる。

また、次のステップＳ３６において、ある素子について、上記合成受信時刻のうち最小となる合成受信時刻を求め（すなわち、格子点Ｘ_ＲＯＩから格子点Ａ_ｋを通って（Ａ_ｋで屈折して）ある素子に至る経路のうち伝播時間が最小となる経路を求め）、その素子の遅延とする。そして、その遅延に基づいて、着目領域の格子点Ｘ_ＲＯＩの画像を生成する。

次に、ステップＳ３８において、上で生成した画像を解析する。これは図２のステップＳ１８と同様にして画像解析を行い、例えば画像のシャープネス値を算出する。

次に、ステップＳ４０において、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ４２において、全ての仮定音速での演算が終了したか否か判断する。なお、演算する仮定音速の範囲は予め決めておく。

その結果、まだ全ての仮定音速に対する演算が終了していない場合には、ステップＳ３４に戻り、上記処理を繰り返す。

また、全ての仮定音速についての演算が終了した場合には、次のステップＳ４４において、着目領域における局所音速値を判定する。局所音速値の判定は、上述した第１の実施形態と同様に行えばよい。

次に本発明の第３の実施形態について、図６のフローチャートに沿って説明する。

第３の実施形態は、着目領域よりも浅い格子点の受信時刻を求めて遅延とし、浅い各格子点を仮想素子と見做して各仮想素子の受信信号として、各遅延で整合加算し、着目領域の仮定音速に基づいて画像を生成し、画像解析により局所音速を求めるものである。

本実施形態においても、上述した実施形態と同様に、例えば、図３に示すように、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを代表する格子点Ｘ_ＲＯＩ及びそれよりも浅い格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・を設定し、少なくとも格子点Ｘ_ＲＯＩと各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・との間の音速はそれぞれ一定であると仮定する。

まず、ステップＳ５０において、着目領域より浅い格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・の受信時刻を算出し、それを遅延とする。各格子点Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・における受信時刻は前述した第１の実施例と同様に公知の画像解析及び位相収差解析の手法によって求めることができる。

次に、ステップＳ５２において、浅い各格子を仮想素子と見做し、各格子の受信信号を各仮想素子の受信信号として、上で求めた各遅延で整合加算し、整合加算した信号を設定する。

次に、ステップＳ５４において、着目領域の仮定音速の初期値を設定する。

次に、ステップＳ５６において、各仮想素子の受信信号から、着目領域の仮定音速に基づいて画像生成する。

そして、ステップＳ５８において、上で生成した画像を、例えば上記図２のステップＳ１８と同様にして画像解析し、例えば画像のシャープネス値を算出する。

次に、ステップＳ６０において、仮定音速を１ステップ変更し、ステップＳ６２において、全ての仮定音速での演算が終了したか否か判断する。なお、演算する仮定音速の範囲は予め決めておく。

その結果、まだ全ての仮定音速に対する演算が終了していない場合には、ステップＳ５６に戻り、上記処理を繰り返す。

また、全ての仮定音速についての演算が終了した場合には、次のステップＳ６４において、着目領域における局所音速値を判定する。局所音速値の判定は、上述した画像解析の結果に基づいて、例えば画像のシャープネス値が最大となる画像に対応する仮定音速値を局所音速値と判定すればよい。

上記各実施形態において、着目領域の局所音速を判定するために、一格子点のみでなく、着目領域内の深さ方向にまたは２次元的（あるいは３次元的）に設定した複数の格子点における画像解析結果、例えばシャープネス値を用いる事で、より高精度に局所音速を判定することができる。なお、この時、複数の格子点で求めたシャープネス値ではなく、各格子の局所音速に基いて、着目領域の局所音速を判定しても良い。

また、着目領域より浅い格子点のとり方としては、図３や図５に示したものに限定されず、着目領域より下側（超音波トランスデューサ３０２側）に、任意の曲面上に設置するようにしてもよい。例えば、組織や病変の境界上に設置しても良い。

以上説明したように、上記各実施形態においては、各格子点において環境音速ではなく、受信時刻を求めるようにしたため、被検体の音速が不均一の場合にも、精度良く局所受信時刻を求めることが可能となる。

以上、本発明に係る超音波診断装置及びその作動方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
（付記１）超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内の着目領域よりも浅い領域に設定された格子点に対応する各素子の受信時刻と受信波の少なくとも一方を算出する受信時刻算出手段と、前記着目領域において設定された仮定音速と前記算出した受信時刻又は受信波に基づいて前記着目領域内の格子点における画像を生成する画像生成手段と、前記生成された画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析の結果に基づいて前記着目領域における局所音速を算出する局所音速算出手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
これにより、受信時刻を求めて、これに基づいて局所音速を算出するようにしたため、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。
（付記２）前記受信時刻算出手段は、画像解析及び位相収差解析の手法を用いて前記受信時刻を算出することを特徴とする付記１に記載の超音波診断装置。
これにより、受信時刻を簡単に算出することができる。
（付記３）前記画像生成手段は、前記仮定音速によって決まる遅延で前記浅い領域に設定された格子点の受信波を重ね合わせて合成受信波を合成し、それから生成した遅延に基づいて前記画像を生成することを特徴とする付記１または２に記載の超音波診断装置。
このように、合成受信波から画像を生成し、画像解析して局所音速を求めるようにしたため、より精度良く局所音速を求めることができる。
（付記４）前記画像生成手段は、前記着目領域内の格子点から前記浅い領域に設定された格子点の間の、前記着目領域において設定される仮定音速によって決まる伝播時間と、前記浅い領域に設定された格子点の受信時刻の和の、ある前記超音波探触子についての最小値を該超音波探触子における遅延とし、該遅延に基づいて前記画像を生成することを特徴とする付記１または２に記載の超音波診断装置。
（付記５）付記１または２に記載の超音波診断装置であって、さらに、前記浅い領域に設定された格子点を仮想素子と見做して、各仮想素子の受信信号を整合加算する整合加算手段を備え、前記画像生成手段は、前記着目領域において設定された仮定音速に基づいて前記仮想素子の受信信号から前記着目領域内の格子点における画像を生成することを特徴とする超音波診断装置。
これにより、受信時刻を求めて、これに基づいて局所音速を算出するようにしたため、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。
（付記６）前記整合加算手段は、前記受信時刻を遅延として、各仮想素子の受信信号を整合加算した信号を設定することを特徴とする付記５に記載の超音波診断装置。
（付記７）前記画像解析手段は、前記画像のシャープネス値を算出し、前記局所音速算出手段は、前記シャープネス値が最大となる画像に対応する前記仮定音速を前記局所音速として算出することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の超音波診断装置。
（付記８）超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する工程と、前記被検体内の着目領域よりも浅い領域に設定された格子点に対応する各素子の受信時刻と受信波の少なくとも一方を算出する工程と、前記着目領域において設定された仮定音速と前記算出した受信時刻又は受信波に基づいて前記着目領域内の格子点における画像を生成する工程と、前記生成された画像を解析する工程と、前記画像解析の結果に基づいて前記着目領域における局所音速を算出する工程と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置の作動方法。
これにより、受信時刻を求めて、これに基づいて局所音速を算出するようにしたため、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。
（付記９）前記受信時刻を算出する工程は、画像解析及び位相収差解析の手法を用いて前記受信時刻を算出することを特徴とする付記８に記載の超音波診断装置の作動方法。
これにより、受信時刻を簡単に算出することができる。
（付記１０）前記画像を生成する工程は、前記仮定音速によって決まる遅延で前記浅い領域に設定された格子点の受信波を重ね合わせて合成受信波を合成し、それから生成した遅延に基づいて前記画像を生成することを特徴とする付記８または９に記載の超音波診断装置の作動方法。
（付記１１）前記画像を生成する工程は、前記着目領域内の格子点から前記浅い領域に設定された格子点の間の、前記着目領域において設定される仮定音速によって決まる伝播時間と、前記浅い領域に設定された格子点の受信時刻の和の、ある前記超音波探触子についての最小値を該超音波探触子における遅延とし、該遅延に基づいて前記画像を生成することを特徴とする付記８または９に記載の超音波診断装置の作動方法。
（付記１２）付記８または９に記載の超音波診断装置の作動方法であって、さらに、前記浅い領域に設定された格子点を仮想素子と見做して、各仮想素子の受信信号を整合加算する工程を備え、前記画像を生成する工程は、前記着目領域において設定された仮定音速に基づいて前記仮想素子の受信信号から前記着目領域内の格子点における画像を生成することを特徴とする超音波診断装置の作動方法。
これにより、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。
（付記１３）前記整合加算する工程は、前記受信時刻を遅延として、各仮想素子の受信信号を整合加算した信号を設定することを特徴とする付記１２に記載の超音波診断装置の作動方法。
（付記１４）前記画像を解析する工程は、前記画像のシャープネス値を算出するとともに、前記局所音速を算出する工程は、前記シャープネス値が最大となる画像に対応する前記仮定音速を前記局所音速として算出することを特徴とする付記８〜１３のいずれかに記載の超音波診断装置の作動方法。
付記１〜１４に記載の発明によれば、各格子に対応する各素子の受信時刻又は受信波を求めて、これに基づいて局所音速を算出するようにしたため、被検体の音速が不均一の場合でも精度良く局所音速を求めることが可能となる。

１０…超音波診断装置、１００…ＣＰＵ、１０４…表示部、１０６…データ解析計測部、２００…操作入力部、３００…超音波探触子、３０２…超音波トランスデューサ、４００…送受信部、５００…画像信号生成部、５０２…信号処理部、５０６…画像処理部

Claims (11)

1. 超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
   前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻と受信波の少なくとも一方を取得する取得手段と、
   前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段で生成された画像を解析する画像解析手段と、
   前記画像解析手段の画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が最大となる１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出手段と、
   前記被検体内の各点に対する超音波検出信号を取得する際に、各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段と、
   を備える超音波診断装置。
2. 超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
   前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻を取得する取得手段であって、画像解析又は位相収差解析を用いて受信時刻を取得する取得手段と、
   前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段で生成された画像を解析する画像解析手段と、
   前記画像解析手段の画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が最大となる１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出手段と、
   を備える超音波診断装置。
3. 前記浅い点は複数存在し、
   前記画像生成手段は、前記領域において仮定される仮定音速によって決まる前記深い点から前記浅い点までの伝播時間と前記浅い点の受信波に基づいて合成受信波を合成し、前記合成受信波から生成した遅延に基づいて前記画像を生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記画像生成手段は、前記領域における仮定音速によって決まる前記深い点から前記浅い点までの伝播時間と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて遅延生成し、その遅延に基づいて前記画像を生成する請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
5. 前記浅い点を仮想素子と見做して、各浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻または受信波に基づいて各仮想素子の受信信号を生成する手段を備え、
   前記画像生成手段は、前記領域における仮定音速に基づいて前記仮想素子の受信信号から画像生成する請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
6. 前記浅い点を前記被検体内の音速が略一様な領域の境界に設定する手段を更に備える請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記局所音速値の算出結果を表示する表示手段を更に備える請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、
   前記表示手段が、前記局所音速値の算出結果を、前記振幅画像に重畳させるか、又は前記振幅画像と並べて表示する請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、
   前記表示手段が、前記振幅画像の輝度又は色を変化させることにより、前記局所音速値の算出結果を表示する請求項７に記載の超音波診断装置。
10. 前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記局所音速値の算出結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替える表示モード切替手段を更に備える請求項８又は９に記載の超音波診断装置。
11. 超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子を備える超音波診断装置の作動方法であって、
    前記被検体内の、前記超音波探触子に対する深さが異なる２つの点であって、前記深さが浅い点は前記深さが深い点から各超音波トランスデューサまでの反射波伝播経路の一部を共有する２つの点のうち、前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻を取得する取得ステップであって、画像解析又は位相収差解析を用いて受信時刻を取得する取得ステップと、
    前記２つの点に挟まれる領域における複数の音速を仮定し、前記仮定した複数の音速について各音速と前記浅い点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信時刻に基づいて前記深い点付近における画像を生成する画像生成ステップと、
    前記画像生成ステップで生成された画像を解析する画像解析ステップと、
    前記画像解析ステップの画像解析の結果に基づいて、前記仮定した複数の音速の中から前記画像解析により求められる指標値が最大となる１つの音速を前記２つの点に挟まれる領域における局所音速値とする局所音速算出ステップと、
    を備える超音波診断装置の作動方法。
    

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