JP6133130B2 - 厚み測定方法、及び厚み測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波等を用いて被測定体の厚みを測定する技術に関する。

従来から、骨強度に大きく関係する指標の１つとして、皮質骨の厚みが用いられている。例えば、Ｘ線を用いたＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）の原理によって骨の断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて皮質骨の厚みを測定できる。

しかし、Ｘ線を用いた測定装置は高価であるとともに、被爆の問題がある。そこで、安全な超音波を用いて皮質骨の厚みを測定する技術が各種提案されている。

例えば特許文献１及び２は、皮質骨に向けて超音波信号を送信するとともに、皮質骨の表面からの反射波と、裏面からの反射波と、の時間差に基づいて当該皮質骨の厚みを測定する技術を開示している。

また、非特許文献１から３は、超音波エコーのスペクトル処理によって、皮質骨厚みを導出する技術を開示している。

特開２０１０−０５７５２０号公報 米国特許第７６０１１２０号明細書

Keith A. Wear, 'Autocorrelation and Cepstral Methods for Measurement of Tibial Cortical Thickness', IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, Vol. 50, No. 6, June 2003, pages 655-660. Janne P. Karjalainen, Ossi Riekkinen, Juha Toyras, Heikki Kroger, Jukka Jurvelin, 'Ultrasonic Assessment of Cortical Bone Thickness In Vitro and In Vivo', IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, Vol. 55, No.10, October 2008, pages 2191-2197. Janne P. Karjalainen, Juha Toyras, Jukka S. Jurvelin, 'Cepstrum method enables accurate assessment of thickness of cortical bone layers - Potential improvement for analysis of ultrasound backscatter from underlying trabecular matrix', Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, ICA 2010, Australia, August 2010, 23-27.

超音波を用いて皮質骨の測定を行う場合、当該皮質骨表面の粗さや、皮質骨中の空孔の存在などによって、皮質骨からの反射波が乱れる場合がある。特許文献１及び２の構成の場合、皮質骨からの反射波が乱れると、表面のエコー又は裏面のエコーのピークを検出することが難しくなる。この結果、表面のエコーと裏面のエコーの時間差を正確に検出できなくなり、皮質骨の厚みの測定精度が低下する。

非特許文献１から３のように超音波エコーのスペクトルを求める場合、理想的な条件（表面と裏面が平行であること、表面がスムーズであること、骨中が均質であることなど）が必要なため、実際の皮質骨（空孔などが存在し、形状も複雑）の厚みを測定することは難しい。例えば、ケプストラム処理を用いた方法では、皮質骨表面と空孔の間の距離が、誤って皮質骨厚みとして算出される可能性がある。

また、従来では、皮質骨からの良好な反射波を得るために、図１５（ａ）に示すような音響レンズ１０１付きのシングルセンサを用いて超音波信号の送受信を行う場合があった。しかし、このような音響レンズを利用した場合、焦点の位置に送信波が集中するため、当該焦点の位置における皮質骨形状の影響を受け易くなる。特に高齢者の場合、皮質骨１０の裏面１５の形状が粗く、また皮質骨１０中に空孔が多く存在する。例えば図１５（ｂ）のように裏面１５が粗い場合、裏面１５に焦点を合わせたときに反射波が散乱し、裏面１５からの反射波を受信しにくくなる。

このように、従来の技術では、皮質骨の表面の粗さや空孔の影響を受け易いため、当該皮質骨の厚みを精度良く安定して測定することが難しかった。

また、図１５のように音響レンズ１０１を用いたシングルセンサの場合、焦点までの距離が固定であるためスタンドオフ１０２を使う必要があり（例えば非特許文献１及び２）、測定が不便である。また、軟組織と皮質骨表面が平行でない場合は、皮質骨表面に対して垂直になるようにセンサの向きを調整する必要があり、この点でも測定が不便である。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、被測定体の厚みを簡単かつロバストに測定できる技術を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法が以下のとおり提供される。即ち、この厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含む。前記送信工程では、信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する。前記受信工程では、前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する。前記遅延時間設定工程では、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。この厚み測定方法は、前記遅延時間設定工程において設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成工程を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン工程を含む。前記厚み検出工程では、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。

このように、各素子に適切な遅延時間を設定することにより、各素子が出力した受信信号の位相を揃えることができる。位相を揃えた複数の受信信号を合成することによりＳ／Ｎ比を向上させることができるので、被測定体からの反射波のピークをロバストに検出できる。従って、上記の構成により、被測定体の厚みをロバストに検出することが可能になる。また、遅延時間を変化させながらビーム形成工程を繰り返すことにより、反射波の位相を揃えて受信ビーム信号を形成できる。

上記の厚み測定方法において、前記遅延時間設定工程では、特定の中心素子に対して最大の遅延時間が設定され、前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間が設定されることが好ましい。

即ち、被測定体からの反射波は、当該被測定体に最も近い位置にある素子（中心素子）に対して最も早く到来し、当該中心素子から離れた素子ほど、前記反射波が到来するまでに時間がかかる。そこで上記のように遅延時間を設定することで、各受信信号に含まれる反射波の波形の位相を揃えることができる。

上記の厚み測定方法においては、前記遅延時間設定工程において各素子に設定される前記遅延時間と、当該素子から前記中心素子までの距離と、のあいだに双曲線の関係があることが好ましい。

被測定体の断面輪廓形状を円弧形とみなした場合、上記の関係が成り立つ。これにより、各素子の遅延時間を適切に設定できる。

上記の厚み測定方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記被測定体は、第１面を有する。この厚み測定方法は、前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第１面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出工程を含む。前記送信工程では、前記傾斜角度検出工程で検出された前記傾斜角度に基づいて送信角度が調整された前記送信波を送信する。

この傾斜角度検出工程により、被測定体の第１面がどの方向にあるかを検知できる。送信工程において、第１面の傾斜角度を考慮して送信波を送信することで、当該送信波を第１面に対して確実に当てることができる。

上記の厚み測定方法は、以下のように行うことが好ましい。即ち、前記被測定体は、第１面及び第２面を有する。この厚み測定方法は、前記スキャン工程で生成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理工程を含む。そして、前記厚み検出工程では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第１面からの反射波のピークと、第２面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出する。

複数の受信ビーム信号を合成することにより、第１面からの反射波のピークと、第２面からの反射波のピークと、を含む合成ビーム信号を得ることができる。第１面と第２面のピークの時間差に基づいて、被測定体の厚みを精度良く測定できる。

上記の厚み測定方法において、前記合成処理工程では、前記複数の受信ビーム信号を積算することにより前記合成ビーム信号を形成することができる。

このように、各受信ビーム信号を積算することにより、第１面からの反射波のピークと、第２面からの反射波のピークとを、１つの合成ビーム信号に合成することができる。

上記の厚み測定方法において、前記合成処理工程では、時間ごとに、前記複数の受信ビーム信号の中で強度の最大値を求め、各最大値を時間軸方向で並べることにより前記合成ビーム信号を形成することもできる。

これにより、各受信ビーム信号に含まれている強いピークを残した合成ビーム信号を得ることができる。

本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法が以下のとおり提供される。即ち、この厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含む。前記送信工程では、信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する。前記受信工程では、前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する。前記遅延時間設定工程では、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。前記被測定体は第１面と第２面を有する。この厚み測定方法は、前記第１面からの反射波と、前記第２面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定工程を含む。

即ち、最小厚みは、第１面と第２面が平行になった場所に存在するので、表面反射波と裏面反射波が同じ方向から返ってきている場合に最小厚みを測定できていると判断できる。

上記の厚み測定方法においては、前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号とすることができる。

このように、超音波信号の送受信によって、軟組織中の皮質骨の厚みを測定できる。

上記の厚み測定方法において、前記送信波は平面波であることが好ましい。

このように、送信波を平面波とすることにより、当該送信波が被測定体の特定部分に集中することがないので、当該被測定体からの反射波を安定して得られる。これにより、ロバストな測定が可能になる。

本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置が提供される。即ち、この厚み測定装置は、素子アレイと、遅延時間設定部と、ビーム形成部と、厚み検出部と、を備える。前記素子アレイは、信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する。前記遅延時間設定部は、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成部は、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出部は、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。この厚み測定装置は、前記遅延時間設定部が設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成部による前記受信ビーム信号の形成を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン処理部を備える。前記厚み検出部は、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。

上記の厚み測定装置において、前記遅延時間設定部は、特定の中心素子に対して最大の遅延時間を設定し、前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間を設定することが好ましい。

上記の厚み測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記被測定体は第１面を有する。この厚み測定装置は、前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第１面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部を備える。前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度に基づいて送信角度を調整して前記送信波を前記被測定体に送信し、このとき得られた反射波に基づいて、前記ビーム形成部が前記受信ビーム信号を形成する。

上記の厚み測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記被測定体は第１面と第２面を有する。この厚み測定装置は、前記スキャン処理部で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理部を備える。前記厚み検出部では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第１面からの反射波のピークと、前記第２面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出する。

本発明の別の観点によれば、被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置が提供される。即ち、この厚み測定装置は、素子アレイと、遅延時間設定部と、ビーム形成部と、厚み検出部と、を備える。前記素子アレイは、信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する。前記遅延時間設定部は、各素子の遅延時間を設定する。前記ビーム形成部は、前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成する。前記厚み検出部は、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。前記被測定体は第１面と第２面を有する。この厚み測定装置は、前記第１面からの反射波と、前記第２面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定部を備える。

上記の厚み測定装置においては、前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号とすることができる。

上記の厚み測定装置において、前記送信波は平面波であることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。 皮質骨に対して超音波信号を送受信する様子を示す模式図。 ビーム形成部における処理を説明する図。 単一の反射点から反射波が送信されているモデルを示す図。 図４のモデルを用いた場合に各素子に設定される遅延時間を示すグラフ。 本願発明者らが検討したモデルの１例を示す図。 円形鏡に平面波を送信した場合の伝播経路を示す図。 厚み測定方法のフローチャート。 傾斜角度検出工程における傾斜角度の検出方法を説明するθ−ｔグラフ。 スキャン処理部及び合成処理部における処理を説明する図。 別の実施形態に係る厚み測定方法のフローチャート。 別の実施形態において、スキャン処理部及び合成処理部における処理を説明する図。 最小厚みを測定できている場合を示す図。 最小厚みを測定できていない場合を示す図。 従来のシングルセンサによる測定を説明する図。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る厚み測定装置としての超音波診断装置１のブロック図である。

本実施形態の超音波診断装置１は、人体の皮質骨１０を診断対象（被測定体）としている。図１に示すように、皮質骨１０は、脂肪や筋肉などの軟組織（媒質）１１に覆われている。また、皮質骨１０の内部には海綿骨１３が存在している。皮質骨１０は、軟組織１１に接する表面（第１面）１４と、海綿骨１３に接する裏面（第２面）１５と、を有している。

本実施形態の超音波診断装置１は、軟組織１１を介して皮質骨１０の厚みを測定するように構成されている。なお、皮質骨１０の厚みとは、表面１４と裏面１５の間の距離をいう。測定した厚みは、骨強度の計測指標として利用できる。

図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波送受波器２と、装置本体３とから構成されている。

超音波送受波器２は、超音波の送波及び受波を行うものである。この超音波送受波器２は、測定部位の軟組織１１の表面（皮膚）に当接する当接面２ａと、素子アレイ２２を備えている。素子アレイ２２は、当接面２ａに沿って、等間隔で１列に並んで配列された複数の素子２４からなっている。

本実施形態の素子２４は超音波振動子であり、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させる。また、素子２４は、その表面に超音波を受波すると、電気信号（受信信号）を生成して出力するように構成されている。即ち、各素子２４は、超音波の送波と受波を行うことが可能である。

装置本体３は、ケーブルによって超音波送受波器２と接続されており、当該超音波送受波器２との間で信号の送受信ができるように構成されている。この装置本体３は、送信回路３１と、複数の受信回路３３と、送受信分離部３４と、演算部３５と、表示部３２と、を備えている。

送信回路３１は、電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各素子２４に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば１〜１０ＭＨｚ程度である。送信回路３１は、素子アレイ２２の複数の素子２４それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の素子２４から、一斉に、あるいは個別のタイミングで送信波を送信できる。

素子アレイ２２は、皮質骨１０に向けて、軟組織１１を介して超音波信号（送信波）を送信する（図２（ａ））。送信波は、軟組織１１中を伝播して皮質骨１０の表面１４で反射し、表面反射波を発生させる（図２（ｂ））。また、送信波の一部は、皮質骨１０の内部に入射し、当該皮質骨１０中を伝播した後に裏面１５で反射し、裏面反射波を発生させる（図２（ｃ））。裏面反射波は、再び軟組織１１中に放射される。表面反射波及び裏面反射波は、複数の素子２４のうち、少なくとも一部の素子２４に受信される。

複数の受信回路３３は、素子アレイ２２を構成する複数の素子２４にそれぞれ接続されている。各受信回路３３は、素子２４が超音波を受信することにより出力した電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部３５に送信するように構成されている。

送受信分離部３４は、素子アレイ２２と、前記送信回路３１及び前記受信回路３３と、の間に接続されている。この送受信分離部３４は、送信回路３１から素子アレイ２２に送られる電気信号（電気パルス信号）が受信回路３３に直接流れるのを防止するとともに、素子アレイ２２から受信回路３３に送られる電気信号（受信信号）が送信回路３１側に流れるのを防止するためのものである。

演算部３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウェアを備えたコンピュータとして構成されており、各素子２４が出力した受信信号に対して各種の演算処理を実行できる。演算部３５は、厚み測定部５０と、受信角度補正部５７と、としての機能を有している。

厚み測定部５０は、前記受信信号に基づいて、皮質骨１０の厚みを測定する。厚み測定部５０によって測定された皮質骨１０の厚みは、表示部３２に適宜表示される。以上のように構成された超音波診断装置１により、皮質骨１０の厚みを測定できる。なお、厚み測定部５０の詳細な構成については後述する。

受信角度補正部５７は、反射波の到来角度に由来する受信タイミングのズレを補正するように構成されている。例えば、素子アレイ２２に直交する方向から反射波が到来した場合（素子アレイ２２に平行な波面を有する反射波が到来した場合）、各素子２４には同じタイミングで反射波を受信する。しかし、例えば図２（ｂ）のように素子アレイ２２に対して斜め方向から反射波が到来した場合、各素子２４に反射波が受信されるタイミングにズレが生じる。そこで受信角度補正部５７は、素子アレイ２２に直交する方向から反射波が到来した場合を基準として、斜め方向から反射波が到来したことによる受信タイミングのズレを補正するように構成されている。具体的には、受信角度補正部５７は、各素子２４が出力した受信信号それぞれを、反射波が到来した角度に応じた遅延時間ずつ遅延させることにより、前記タイミングのズレを補正する。

なお、実際に反射波がどの方向から到来したかは不明であるから、受信角度補正部５７は、素子アレイ２２が送信波を送信した方向（図２（ａ）に示す送信角度θの方向）から反射波が返ってきたと仮定して、上記受信タイミングの補正を行う。特に断わらない限り、以下の説明では、受信角度補正部５７による処理についての説明は省略し、各素子２４が出力した受信信号は受信角度補正部５７によって受信タイミングが補正されているものとする。

続いて、本実施形態の特徴的な点について詳しく説明する。

図１５に示した従来のセンサでは、音響レンズ１０１によって送信波を焦点に集中させていたので、焦点の位置で裏面１５が荒れていたり、空孔等が存在したりした場合には、反射波が乱れ、皮質骨１０の厚みを安定して測定できないという問題がある。

そこで本実施形態の超音波診断装置１では、皮質骨１０の特定の点に送信波を集中させないように構成されている。

即ち、本実施形態の超音波診断装置１では、図２（ａ）に示すように、ある程度の幅を有する平面波を、素子アレイ２２の複数の素子２４から皮質骨１０に向けて送信する（送信工程）。当該平面波は、皮質骨１０の表面１４のある程度の幅を有する領域に当たって、表面反射波を発生させる（図２（ｂ））。また、前記平面波は、皮質骨１０の裏面１５のある程度の幅を有する領域に当たって、裏面反射波を発生させる（図２（ｃ））。上記の表面反射波と裏面反射波は、それぞれ複数の素子２４に受信される（受信工程）。

このように、素子アレイ２２からの送信波を平面波としているので、表面１４や裏面１５の一点に送信波が集中することがない。これにより、表面１４や裏面１５の粗さ、皮質骨１０中の空孔の存在などの影響を受けにくくなり、表面反射波及び裏面反射波を安定して素子アレイ２２で受信できる。また、特定の点（焦点）に送信波を集中させる必要がないので、固定焦点の音響レンズを用いた場合に必要だったスタンドオフが不要になり、測定が簡単になる。

そして、本実施形態の超音波診断装置１の厚み測定部５０は、皮質骨１０からの反射波のピークを安定して検出するために、ビーム形成部４２を備えている。

ビーム形成部４２は、反射波を受信した複数の素子２４が出力した受信信号Ｓを積算して合成することにより、受信ビーム信号Ｓ_accを形成するように構成されている。なお、受信ビーム信号Ｓ_accが形成される様子を、図３に模式的に示す。複数の受信信号Ｓを積算することにより、当該受信信号Ｓに含まれている反射波の波形が強めあってＳ／Ｎ比が向上するので、当該反射波のピークを検出し易くなる。

ただし、Ｓ／Ｎ比向上の効果が得られるのは、積算される複数の受信信号Ｓに含まれる反射波の波形の位相が揃っている場合に限られる。そこでビーム形成部４２は、図３に示すように、遅延時間設定部４３と、遅延処理部４８を備えている。

遅延時間設定部４３は、各素子２４の遅延時間を設定するように構成されている。遅延処理部４８は、各素子２４が出力した受信信号Ｓを、遅延時間設定部４３が設定した遅延時間ずつ遅延させるように構成されている。従って、各素子２４の遅延時間が適切に設定されていれば、遅延処理部４８が各受信信号Ｓを遅延させることにより、各受信信号Ｓに含まれる反射波の波形の位相が揃う。

ビーム形成部４２は、積算処理部４４を備えている。積算処理部４４は、遅延処理部４８が遅延させた受信信号Ｓを積算して、前記受信ビーム信号Ｓ_accを形成するように構成されている。

例えば、遅延処理部４８が遅延させた各受信信号Ｓにおいて表面反射波の波形の位相が揃っていれば、これらを積算することで表面反射波の波形が強め合うので、受信ビーム信号Ｓ_accに含まれる表面反射波のピークの強度が大きくなる（図３に示した状態）。つまり、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上するので、当該表面反射波のピークを検知し易くなる。なお、受信ビーム信号Ｓ_accの包絡線（図３に点線で示す）の振幅のことを、単に信号の「強度」という場合がある。

また例えば、表面反射波のときとは別の遅延時間を各素子２４に設定することにより、裏面反射波の波形の位相を揃えて、当該裏面反射波のＳ／Ｎ比を向上させることも可能である（図示は省略）。これにより、裏面反射波のピークを検知し易くなる。

このように、本実施形態の超音波診断装置１の構成によれば、表面反射波と裏面反射波のピークを安定して検出できるので、皮質骨１０の厚みをロバストに求めることができる。

ところで、皮質骨１０からの反射波（表面反射波又は裏面反射波）の波形の位相を揃えるためには、各素子２４の遅延時間を適切に設定する必要がある。そこで次に、遅延時間設定部４３において、各素子２４の遅延時間を設定する手法について説明する。

まず、反射波の伝播経路の簡単なモデルとして、図４（ａ）に示すモデルを検討する。この図４（ａ）のモデルは、単一の反射点５３から放射された反射波が、素子アレイ２２の各素子２４に受信された場合をモデル化したものである。

図４（ａ）のモデルにおいて、反射波が最も早く到来する素子２４を、素子アレイ２２の中心素子２４ｃとする。中心素子２４ｃから反射点５３までの距離をＺ、当該反射点５３からの反射波が各素子２４に到来するまでの伝播時間をＴ、当該素子２４から中心素子２４ｃまでの距離をΔＸ、超音波が伝播する媒質の音速をＳＯＳとすれば、以下の関係が成り立つ。なお、ＳＯＳとしては、軟組織中の音速の経験値を用いることができる。

なお、反射点５３から中心素子２４ｃまでの反射波の伝播時間Ｔ_cは、上記数式１にΔＸ＝０を代入して以下の式で求めることができる。

中心素子２４ｃへの反射波の伝播時間Ｔ_cと、他の素子２４への反射波の伝播時間Ｔと、の差を、各素子２４までの反射波の遅れ時間ΔＴとする。各素子２４までの反射波の遅れ時間ΔＴは、以下の数式３で求めることができる。

上記数式３を変形すれば、以下の式を得る。

上記数式４は、双曲線の式と同じ形をしている。なお、周知のように、双曲線の式は以下の数式５で表すことができる。従って、各素子２４の位置ΔＸと、当該素子２４までの反射波の遅れ時間ΔＴとの関係は、双曲線であると言える。従って、各素子２４の位置ΔＸに対して遅れ時間ΔＴをプロットすれば、図４（ｂ）のような双曲線グラフを得る。

各素子２４が出力した受信信号Ｓに含まれる反射波の位相を揃えるためには、前記遅れ時間ΔＴを相殺するように各素子２４の遅延時間を設定すれば良い。従って、遅延時間設定部４３が各素子２４に設定すべき遅延時間は、図４（ｂ）のグラフを上下反転した双曲線グラフ（図５）によって表すことができる。従って、各素子２４に設定される遅延時間と、各素子２４の位置ΔＸ（中心素子２４ｃからの距離）の間には、双曲線の関係があるといえる。図５のグラフに示すように、中心素子２４ｃに対して設定する遅延時間が最も大きく、当該中心素子２４ｃから遠い素子２４ほど、遅延時間は小さくなる。

即ち、図４（ａ）のモデルにおいては、中心素子２４ｃに近い素子２４ほど、反射点５３からの反射波が早く到来し、中心素子２４ｃから遠い素子２４ほど、反射波が到来するまでの時間がかかる。そこで、中心素子２４ｃに近い素子２４ほど、大きな遅延時間を設定するのである。上記のように各素子２４の遅延時間を設定すれば、図４の反射点５３から反射波が放射されたときに、各素子２４が出力する受信信号Ｓに含まれる反射波の波形の位相を揃えることができる。

以上、反射波の伝播経路の簡単なモデルとして、図４（ａ）のモデルを参照し、遅延時間設定部４３が設定する遅延時間について説明した。しかし前述のように、本実施形態の超音波診断装置１では、皮質骨１０の特定の点に送信波を集中させない構成としているので、特定の反射点５３から反射波（表面反射波又は裏面反射波）が放射されるとは考えられない。従って、図４（ａ）のモデルは、本実施形態における表面反射波及び裏面反射波の伝播経路のモデルとしては適当ではない。

そこで本願発明者らは、図６（ａ）に示すモデルを検討した。このモデルは、皮質骨１０の表面１４の断面形状を半径Ｒ１の円弧、裏面１５の断面形状を半径Ｒ２の円弧として、皮質骨１０の形状をモデル化したものである。素子アレイ２２の中心素子２４ｃから表面１４までの距離はＺ１、裏面１５までの距離はＺ２としている。

実際の皮質骨１０は全体的に複雑な曲面形状をしているが、皮質骨１０の一部の領域（局所部位）に限定すれば、当該皮質骨１０の形状を上記のモデルで十分に近似できる。本実施形態の超音波診断装置１は、図２（ａ）に示すように、素子アレイ２２の一部の素子２４から、皮質骨１０の一部の領域（局所部位１２）に向けて平面波を送信するように構成されている。このように、本実施形態では、超音波を当てる領域を皮質骨１０の一部の領域に限定しているので、図６（ａ）のモデルによる近似が成立すると考えて良い。なお、このように素子アレイ２２の一部から送信波を送信する場合、当該一部をサブアレイ２５と称する。

続いて、図６（ａ）のモデルにおける裏面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴについて考察する。

図６（ａ）のモデルにおいて、半径Ｒ１，Ｒ２、距離Ｚ１，Ｚ２、及び皮質骨１０と軟組織１１の音速をそれぞれ設定すれば、素子アレイ２２から平面波を送信した場合に発生する裏面反射波の各素子２４への伝播経路を、スネルの法則を用いたシミュレーションにより求めることができる。なお、このようにシミュレーションで求めた伝播経路の例を、図６（ａ）に示している。当該シミュレーションで求めた裏面反射波の伝播経路に基づいて、当該裏面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴを算出できる。当該シミュレーションに基づいて求めた遅れ時間ΔＴの例を、図６（ｂ）のグラフに示す。

本願発明者らは、鋭意研究を重ねたところ、図６（ｂ）の遅れ時間ΔＴのグラフが、図４（ｂ）の遅れ時間ΔＴのグラフに良く似ていることに気付いた。

そこで本願発明者らが詳しく検討したところ、図６（ａ）のモデルにおける６つのパラメータの組み合わせを異ならせた場合であっても、当該モデルに基づくシミュレーションによって求めた裏面反射波の遅れ時間ΔＴが、前述の数式３で算出した遅れ時間ΔＴによく一致することを突き止めた。なお、本願発明者らが検討した範囲では、図６（ａ）のモデルによるシミュレーションで求めた裏面反射波の遅れ時間ΔＴのグラフ（図６（ｂ））を、数式３で求めた遅れ時間ΔＴのグラフ（図４（ｂ））によって９９%程度の類似度で近似できた。

次に、図６（ａ）のモデルにおける表面反射波の各素子２４までの遅れ時間ΔＴについて考察する。

図６（ａ）のモデルの場合、表面１４の断面形状を円弧状としているので、当該表面１４を円形鏡とみなすことができる。周知のように、円形鏡において、開口面積が十分に小さければ、図７のように、焦点５１を想定できる。この皮質骨１０（円形鏡）に向けて平面波を送信すれば、当該平面波が表面１４（円形鏡）で反射して発生した表面反射波は、あたかも焦点５１から放射されたような伝播経路で各素子２４に受信される（図７）。

従って、図６（ａ）のモデルにおける表面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴは、当該表面反射波が単一の焦点５１から放射されているものとして計算できる。より具体的には、中心素子２４ｃから焦点５１までの距離を焦点距離Ｚ_fとすれば、既に説明した数式３の距離Ｚに焦点距離Ｚ_fを代入することにより、各素子２４への表面反射波の遅れ時間ΔＴを算出できる。このように、表面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴを、数式３を利用して計算できる。

以上のように、本願発明者らの研究により、素子アレイ２２から平面波を送信した場合に発生する表面反射波及び裏面反射波の遅れ時間ΔＴを、それぞれ数式３によって近似的に計算できることが明らかになった。

即ち、図６（ａ）のモデルを用いたシミュレーションにより反射波（表面反射波又は裏面反射波）の遅れ時間ΔＴを求めるためには、６つのパラメータ（半径Ｒ１，Ｒ２、距離Ｚ１，Ｚ２、及び皮質骨１０と軟組織１１の音速）を設定する必要がある。軟組織１１の音速は経験値を用いることができるが、他の５つのパラメータは未知である。そこで、未知の５つのパラメータを試行錯誤等によって探すことが考えられるが、５つの独立したパラメータを試行錯誤により探すことになるため、演算負荷が膨大になり現実的ではない。

この点、数式３の未知のパラメータは１つ（距離Ｚ）のみであるから、未知のパラメータが５つも存在する図６（ａ）のモデルよりも簡単である。従って、反射波（表面反射波又は裏面反射波）の遅れ時間ΔＴを計算する際に数式３を利用すれば、図６（ａ）のモデルを用いたシミュレーションにより遅れ時間ΔＴを算出する場合に比べて、演算負荷を大幅に低減できる。

以上を踏まえ、本実施形態の厚み測定方法について、図８のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。

この厚み測定方法では、まず、皮質骨１０の表面１４の傾斜角度θ_surfを検出する（ステップＳ１０１、傾斜角度検出工程）。なお、傾斜角度θ_surfとは、皮質骨１０の表面１４の接線と、素子アレイ２２において素子２４が並ぶ方向と、がなす角度をいう（図２（ａ）参照）。

厚み測定部５０は、傾斜角度検出部４５を備えている。傾斜角度検出部４５は、素子アレイ２２の一部（サブアレイ２５）から、皮質骨１０の一部（局所部位１２）に向けて、ある送信角度θで平面波を送信するように構成されている。なお、送信角度θとは、サブアレイ２５の素子２４が並ぶ方向に直交する方向と、平面波の進行方向と、がなす角度をいう（図２（ａ）参照）。

サブアレイ２５から送信された平面波は、皮質骨１０の表面１４で反射して表面反射波を発生させる（図２（ｂ）参照）。この表面反射波は、素子アレイ２２の各素子２４に受信される。傾斜角度検出部４５は、各素子が出力した受信信号Ｓを積算して、受信ビーム信号Ｓ_accを形成する。

例えば図２（ａ）のように、送信角度θと傾斜角度θ_surfが一致している場合、平面波を送信した方向（送信角度θの方向）から表面反射波が返ってくる（例えば図２（ｂ）に示す）。この場合、当該表面反射波が各素子２４に受信されたタイミングのズレが受信角度補正部５７によって適切に補正されるので、受信ビーム信号Ｓ_accにおいて表面反射波のピークの強度が大きくなる。一方、送信角度θと傾斜角度θ_surfが一致していない場合（図示は省略）、平面波を送信した方向（送信角度θの方向）とは違う方向から表面反射波が返ってくる（又は全く返ってこない）。この場合、当該表面反射波が各素子２４に受信されたタイミングのズレは受信角度補正部５７によって適切に補正できないので、受信ビーム信号Ｓ_accにおいて表面反射波のピークの強度が小さくなる。

このように、送信角度θが異なれば、受信ビーム信号Ｓ_accに含まれる表面反射波のピークの強度も異なる。傾斜角度検出部４５は、送信角度θを異ならせて、上記の平面波の送受信を複数回行うように構成されている。これにより、送信角度θを互いに異ならせた複数の受信ビーム信号Ｓ_accを得る。

送信角度θに対して各受信ビーム信号Ｓ_accの強度をプロットすれば、図９のようなθ−ｔグラフを得る。なお、図９において、ドット模様の密度が濃い部分ほど、受信ビーム信号Ｓ_accの強度が大きいことを示している。θ−ｔグラフにおいて、強度が強い部分（ドット模様の密度が濃い部分）を、「エコー像」と呼ぶ。

傾斜角度検出部４５は、前記θ−ｔグラフ上で、表面反射波のエコー像の強度が最大になる点の座標（θ_max，ｔ_max）を求めるように構成されている（図９）。このときの送信角度（送信角度θ_max）が、局所部位１２の表面１４の傾斜角度θ_surfに一致していると判断できる。即ち、局所部位１２の表面１４の傾斜角度θ_surf=θ_maxである。以上のようにして、傾斜角度検出部４５は、局所部位１２の表面１４の傾斜角度θ_surfを検出できる。

次に、厚み測定部５０は、サブアレイ２５から局所部位１２に向けて平面波を送信する（ステップＳ１０２、送信工程）。この送信工程において、厚み測定部５０は、前記送信波の送信角度θを、傾斜角度検出部４５が検出した傾斜角度θ_surfに一致させるように調整して、当該送信波を送信する。これにより、局所部位１２の表面１４に対して平面波が垂直に当たるので、当該表面１４に対して平面波を確実に当てることができる。

前記平面波は、皮質骨１０の表面１４で表面反射波を発生させる。また、前記平面波は、皮質骨１０に入射し、裏面１５で裏面反射波を発生させる。表面反射波と裏面反射波は、それぞれ素子アレイ２２の複数の素子２４で受信される（ステップＳ１０３、受信工程）。

本実施形態の厚み測定部５０は、スキャン処理部４９を備えている。スキャン処理部４９は、遅延時間設定工程（ステップＳ１０４）と受信ビーム形成工程（ステップＳ１０５）を繰り返し行うように構成されている（ステップＳ１０４〜Ｓ１０５のループ、スキャン工程）。

遅延時間設定工程（ステップＳ１０４）では、遅延時間設定部４３が、数式３に基づいて、各素子２４への反射波の遅れ時間ΔＴを求める。なお、遅れ時間ΔＴを計算するためには、数式３のパラメータである距離Ｚの値が必要である。ところが、当該距離Ｚに設定すべき適切な値は未知である。そこで遅延時間設定部４３は、ステップＳ１０４において、数式３の距離Ｚに適当な値を代入して、各素子２４についての遅れ時間ΔＴを算出するように構成されている。

そして遅延時間設定部４３は、求めた遅れ時間ΔＴを相殺するように、各素子２４の遅延時間を設定する。既に説明したように、数式３に基づいて設定される各素子２４の遅延時間と、各素子２４の位置ΔＸとのあいだには、図５のような双曲線の関係がある。

ビーム形成工程（ステップＳ１０５）では、遅延処理部４８が、各素子２４が出力した受信信号Ｓを、当該素子２４に設定された前記遅延時間ずつ遅延させる。積算処理部４４は、遅延処理部４８が遅延させた受信信号Ｓを積算して、受信ビーム信号Ｓ_accを形成する（ステップＳ１０５、ビーム形成工程）。

そして、スキャン処理部４９は、上記の遅延時間設定工程と受信ビーム形成工程を繰り返し行う（ステップＳ１０４〜Ｓ１０５のループ、スキャン工程）。

なお、遅延時間設定部４３は、スキャン工程における前記繰り返しごとに、数式３の距離Ｚに代入する値を異ならせるように構成されている。従って、上記スキャン工程においては、距離Ｚの値を変化させながら、遅延時間設定工程及びビーム形成工程を繰り返し実行することになる。このように、距離Ｚの値を変化させながら処理を繰り返すことを、単に「距離Ｚをスキャンする」と表現する場合がある。

以上のスキャン工程により、互いに距離Ｚの値を異ならせた複数の受信ビーム信号Ｓ_accが得られる（図１０）。

前述のように、表面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴは、数式３で近似的に計算できる。表面反射波の遅れ時間ΔＴを計算するために必要な距離Ｚの値は不明であるが、上記のスキャン処理工程では、数式３の唯一の未知のパラメータである距離Ｚをスキャンしているので、表面反射波の遅れ時間ΔＴを適切に算出できるときがある。このとき、ビーム形成工程において、各受信信号Ｓに含まれる表面反射波の波形の位相を揃えることができるので、このとき生成された受信ビーム信号Ｓ_accでは、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上しているはずである。

また前述のように、裏面反射波の各素子２４への遅れ時間ΔＴも、数式３で近似的に計算できる。裏面反射波の遅れ時間ΔＴを計算するために必要な距離Ｚの値は不明であるが、上記のスキャン処理工程では、数式３の唯一の未知のパラメータである距離Ｚをスキャンしているので、裏面反射波の遅れ時間ΔＴを適切に算出できるときがある。このとき、ビーム形成工程において、各受信信号Ｓに含まれる裏面反射波の波形の位相を揃えることができるので、このとき生成された受信ビーム信号Ｓ_accでは、裏面反射波のＳ／Ｎ比が向上しているはずである。

従って、スキャン工程で得た複数の受信ビーム信号Ｓ_accの中には、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上した受信ビーム信号Ｓ_accと、裏面反射波のＳ／Ｎ比が向上した受信ビーム信号Ｓ_accが、それぞれ含まれていると考えられる（図１０）。

本実施形態の厚み測定部５０は、スキャン処理部４９が形成した複数の受信ビーム信号Ｓ_accを合成して合成ビーム信号Ｓ_combを形成する合成処理部５２を備えている。

合成処理部５２は、まず、スキャン処理部４９が得た複数の受信ビーム信号Ｓ_accそれぞれの強度（波形の包絡線の振幅）を検出する。続いて、合成処理部５２は、各受信ビーム信号Ｓ_accの強度を、所定時間ごとにサンプリングすることにより、前記所定時間ごとの各受信ビーム信号Ｓ_accの強度を示すサンプルを取得する。次に、合成処理部５２は、前記所定時間ごとに、各受信ビーム信号Ｓ_accについて取得したサンプルの中で最大値を示すサンプルを求める。そして、合成処理部５２は、所定時間ごとの最大値を示すサンプルを、時間軸に沿って並べて連結することにより、合成ビーム信号Ｓ_combを生成する（ステップＳ１０６、合成処理工程）。

前述のように、複数の受信ビーム信号Ｓ_accの中には、裏面反射波のＳ／Ｎ比が向上した（裏面反射波のピークが大きくなった）受信ビーム信号と、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上した（表面反射波のピークが大きくなった）受信ビーム信号と、が含まれている。この複数の受信ビーム信号Ｓ_accを合成処理部５２によって合成することにより、表面反射波の大きなピークと、裏面反射波の大きなピークと、を有する合成ビーム信号Ｓ_combを得ることができる（図１０）。

厚み測定部５０は、合成ビーム信号Ｓ_combに基づいて皮質骨１０の厚み（表面１４と裏面１５の距離）を算出する厚み検出部５４を備えている。まず、厚み検出部５４は、合成ビーム信号Ｓ_combに含まれている表面反射波のピークが出現する時間ｔ₁と、裏面反射波のピークが出現する時間ｔ₂と、をそれぞれ検出する。前述のように、合成ビーム信号Ｓ_combにおいては、裏面反射波及び表面反射波のＳ／Ｎ比が向上しているので、時間ｔ₁、ｔ₂をロバストに検出できる。

そして、厚み検出部５４は、時間ｔ₁と時間ｔ₂の差Δｔ（図１０参照）に基づいて、皮質骨１０の厚み（表面１４と裏面１５の距離）を算出する（ステップＳ１０７、厚み検出工程）。例えば、皮質骨１０中の音速をＳＯＳとすれば、皮質骨１０の厚みをＳＯＳ×Δｔにより求めることができる。

厚み測定部５０は、上記のようにして求めた皮質骨１０の厚みを表示部３２に適宜表示して、フローを終了する。

以上で説明したように、本実施形態の超音波診断装置１による厚み測定方法によれば、皮質骨１０の厚みを、軟組織１１を介して測定できる。本実施形態の厚み測定方法は、送信工程と、受信工程と、遅延時間設定工程と、ビーム形成工程と、厚み検出工程と、を含んでいる。送信工程では、信号の送受信が可能な素子２４を複数有する素子アレイ２２から、軟組織１１を介して皮質骨１０に向けて送信波を送信する。受信工程では、皮質骨１０からの反射波を素子アレイ２２で受信する。遅延時間設定工程では、各素子２４に対して遅延時間を設定する。ビーム形成工程では、前記反射波を受信した素子２４が出力した受信信号Ｓを、当該素子２４に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号Ｓ_accを形成する。厚み検出工程では、前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する。

このように、各素子に適切な遅延時間を設定することにより、各素子が出力した受信信号の位相を揃えることができる。位相を揃えた複数の受信信号を合成することによりＳ／Ｎ比を向上させることができるので、被測定体からの反射波のピークをロバストに検出できる。従って、上記の構成により、被測定体の厚みをロバストに検出することが可能になる。

次に、本願発明の別の実施形態について、図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一又は類似する構成については、要素名に同一の符号を付して説明を省略する。

上記の実施形態では、サブアレイ２５から送信した平面波が表面１４と裏面１５の両方に適切に当たることを前提としている。しかし、皮質骨１０の表面１４と裏面１５は、サブアレイ２５から見て必ずしも同じ方向に存在するとは限らない。そこで、以下で説明する実施形態の厚み測定方法では、サブアレイ２５からの平面波の送信角度θを異ならせて複数回の送受信を行う。これにより、表面１４及び裏面１５に対して確実に平面波を当てることができる。

この厚み測定方法においても、まず皮質骨１０の表面１４の傾斜角度θ_surfを検出する（ステップＳ２０１、傾斜角度検出工程）。

次に、厚み測定部５０は、ステップＳ２０１で検出した傾斜角度θ_surfを中心とした所定の範囲内で送信角度θを変化（ステップＳ２０４）させながら、当該送信角度θで平面波を送信し（ステップＳ２０２、送信工程）、皮質骨１０からの反射波を受信する（ステップＳ２０３、受信工程）という処理を繰り返し行う。

このように、送信角度θを変化させながら平面波の送受信を繰り返すので、表面１４及び裏面１５に対して確実に平面波を当てることができる。

なお、皮質骨１０からの反射波は複数の素子２４で受信されるので、ステップＳ２０３では複数の受信信号Ｓを得ることができる。上記の処理では、送信角度θを変化させながらステップＳ２０３を繰り返すので、送信角度θごとに、それぞれ複数の受信信号Ｓを得ることができる。

続いて、遅延時間設定部４３は、数式３の距離Ｚに適当な値を設定し、各素子２４への反射波の遅れ時間ΔＴを求める。そして遅延時間設定部４３は、求めた遅れ時間ΔＴを相殺するように、各素子２４に遅延時間を設定する（ステップＳ２０５、遅延時間設定工程）。

遅延処理部４８は、各素子２４が出力した受信信号Ｓを、当該素子２４に設定された前記遅延時間ずつ遅延させる。積算処理部４４は、遅延処理部４８が遅延させた受信信号Ｓを積算して、受信ビーム信号Ｓ_accを形成する（ステップＳ２０６、ビーム形成工程）。

前述のように、本実施形態においては、ステップＳ２０２からＳ２０４の処理により、複数の受信信号Ｓを送信角度θごとに得ている。そこで、ステップＳ２０６のビーム形成工程においては、送信角度θごとに、受信ビーム信号Ｓ_accを形成する。

本実施形態の厚み測定部５０は、画像生成部を備えている。画像生成部は、ステップＳ２０６で形成された送信角度θごとの受信ビーム信号Ｓ_accの強度を、それぞれ所定時間ｔごとにサンプリングし、時間ごとの各受信ビーム信号Ｓ_accの強度を示すサンプルを取得する。ここで、各サンプルを１つの画素と考える。各画素（サンプル）は、所定時間ｔごとに、かつ送信角度θごとに得られるので、ｔ−θ座標で表わされる２次元の画像データ（θ−ｔグラフ）が得られたことになる（ステップＳ２０７）。このようにして得られた画像データを、エコー画像Ｅとする。

本実施形態のスキャン処理部４９は、上記Ｓ２０５〜Ｓ２０７の処理を繰り返すように構成されている（スキャン工程）。なお、本実施形態においても、遅延時間設定部４３は、スキャン工程における前記繰り返しごとに、数式３の距離Ｚに代入する値を異ならせるように構成されている。これにより、距離Ｚの値を互いに異ならせた複数のエコー画像Ｅが得られる（図１２）。

本実施形態の合成処理部５２は、スキャン処理部４９が生成した複数のエコー画像Ｅを合成して、合成エコー画像Ｅ_combを生成する（ステップＳ２０８、合成処理工程）。具体的には、合成処理部５２は、エコー画像の各座標（θ，ｔ）ごとに、前記複数のエコー画像Ｅの中で画素の値の最大値を求める。そして、合成処理部５２は、各座標（θ，ｔ）ごとに求めた最大値の画素を、当該座標（θ，ｔ）にプロットしていくことで、合成エコー画像Ｅ_combを生成する。

当該複数のエコー画像Ｅの中には、図１２に示すように、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上したエコー画像と、裏面反射波のＳ／Ｎ比が向上したエコー画像が含まれている。図１２に示すように、表面反射波のＳ／Ｎ比が向上したエコー画像では、表面反射波のエコー像が明瞭に（大きな強度で）現れる。同様に、裏面反射波のＳ／Ｎ比が向上したエコー画像では、裏面反射波のエコー像が明瞭に（大きな強度で）現れる。

従って、上記複数のエコー画像Ｅを合成処理部５２によって合成することにより、表面反射波の明瞭なエコー像と、裏面反射波の明瞭なエコー像と、を有する合成エコー画像Ｅ_combを得ることができる（図１２）。

本実施形態の厚み検出部５４は、合成エコー画像Ｅ_combに含まれている表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像と、をそれぞれ検出する。厚み検出部５４は、合成エコー画像Ｅ_combにおいて表面反射波のエコー像が検出された時間ｔ₁と、裏面反射波のエコー像が検出された時間ｔ₂と、の時間差Δｔ（図１２参照）に基づいて、皮質骨１０の厚み（表面１４と裏面１５の距離）を算出する（ステップＳ２０９、厚み検出工程）。

ところで、皮質骨１０の厚みは測定部位によって異なるので、信頼性の高い測定結果を得るために、表面１４と裏面１５が最も接近している部位における厚み（最小厚み）を測定する必要がある。そこで本実施形態の厚み測定部５０は、最小厚みを検出できているか否かを判断する最小厚み判定部を備えている。

皮質骨１０の最小厚みｈ_minは、図１３（ａ）に示すように、表面１４の接線（傾斜角度θ_surf）と裏面１５の接線（傾斜角度θ_back）が平行となっている部位に存在している。表面１４と裏面１５が平行であれば、表面反射波と裏面反射波は同じ方向からサブアレイ２５に返ってくるので、表面反射波のエコー像と裏面反射波のエコー像は、合成エコー画像Ｅ_combの同じ方向θに出現する（図１３（ｂ））。

一方、例えば図１４（ａ）ように、表面１４の接線と裏面１５の接線が平行でない部位の厚みｈは、皮質骨１０の最小厚みではない。このように表面１４と裏面１５が平行でない場合、表面反射波と裏面反射波は異なる方向からサブアレイ２５に返ってくるので、表面反射波のエコー像と裏面反射波のエコー像は、合成エコー画像Ｅ_combで異なる方向θに出現する（図１４（ｂ））。

そこで最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像とが、合成エコー画像Ｅ_combにおいて同じ方向θに出現しているか否かを判定するように構成されている（ステップＳ２１０、最小厚み判定工程）。

最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像が、合成エコー画像Ｅ_combにおいて異なる方向θに出現している場合（図１４（ｂ）のような場合）、ステップＳ２０９で求めた皮質骨１０の厚みは最小厚みではないと判断する。この場合、厚み測定部５０は、最小厚みを測定できる位置にサブアレイ２５を移動させ（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０１からステップＳ２１０の処理をやり直すように構成されている。なお、本実施形態の超音波診断装置１の場合は、サブアレイ２５を物理的に移動させるのではなく、平面波の送信を行う素子２４を切り換えることにより、サブアレイ２５の移動を電子的に実現できる。

一方、最小厚み判定部は、表面反射波のエコー像と、裏面反射波のエコー像が、合成エコー画像Ｅ_combにおいて同じ方向θに出現している場合（図１３（ｂ）のような場合）、ステップＳ２０９で求めた皮質骨１０の厚みは最小厚みであると判断する。この場合、超音波診断装置１は、ステップＳ２０９で求めた皮質骨１０の厚みを、最終的な測定結果として表示部３２に表示させて、フローを終了する。

以上の方法によれば、皮質骨１０の最小厚みを、精度良く安定して測定できる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の傾斜角度検出工程では、表面１４の傾斜角度を検出するために、送信角度θを変化させながら複数回の送受信を行う必要がある。また、図１１のフローチャートで説明した実施形態では、エコー画像（θ−ｔグラフ）を形成するために、送信角度θを変化させながら複数回の送受信を行っている。また、最小厚みを測定できなかった場合には、サブアレイ２５を移動させて送受信を繰り返さなければならない。このように、素子アレイ２２からの送受信を実際に何度も繰り返す場合は、測定に時間がかかるという問題がある。

そこで、超音波探傷装置の分野で公知の開口合成法を応用して、サブアレイ２５での信号の送信及び受信を演算によって行っても良い。この開口合成について簡単に説明すると以下のとおりである。

まず、ある１つの素子２４から超音波信号を送信し、皮質骨１０からの反射波を素子アレイ２２の各素子２４で受信し、各素子２４が出力した受信信号をそれぞれデータ（受信信号データ）として記憶する。これを、信号を送信する素子２４を切り替えながら繰り返し行って、受信信号データを収集する。

収集した受信信号データのうち、サブアレイ２５を構成する複数の素子２４が送信した信号に基づく各素子２４の受信信号データを、素子２４ごとに合成することにより、当該サブアレイ２５から送信波を送信したときに各素子２４が出力する受信信号Ｓを演算により求めることができる。

このように、受信信号データの収集を予め行っておくことにより、サブアレイ２５による信号の送受信を全て演算によって行うことができる。これにより、サブアレイ２５で信号の送受信を繰り返す必要がないので、測定に要する時間を短縮できる。

従って、本願発明において「送信」「受信」という場合には、サブアレイ２５で実際に信号を送受信する場合に加えて、予め収集しておいた受信信号データを合成することによりサブアレイ２５の各素子２４が出力する受信信号Ｓを演算で求める処理（開口合成）も含む。

上記実施形態において、合成処理部５２は、複数の受信ビーム信号の最大値を並べることにより、合成ビーム信号を形成している。これに限らず、合成処理部５２は、例えば、複数の受信ビーム信号の強度を時間ごとに積算することにより、合成ビーム信号を形成しても良い。要は、表面反射波のピークと、裏面反射波のピークと、を適切に合成して１つの合成ビーム信号を生成できれば良い。

上記実施形態では、超音波診断装置１が皮質骨１０の厚みを算出する構成としたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、超音波診断装置１は、皮質骨の厚みの値を具体的に算出せずに、図１０の合成ビーム信号Ｓ_comb又は図１２の合成エコー画像Ｅ_combを表示部３２に表示するだけでも良い。超音波診断装置１のオペレータは、表示された合成ビーム信号Ｓ_comb又は合成エコー画像Ｅ_combを見ることで、表面反射波と裏面反射波の時間差Δｔに基づいて皮質骨１０の厚みを求めることができる。

上記実施形態では、素子アレイ２２から皮質骨１０に向けて平面波を送信する構成としているが、これに限定するものではない。皮質骨１０の特定の点に送信波が集中しなければ良いので、例えば皮質骨１０の外側に焦点を有する球面波を送信するように構成してもよい。

上記実施形態では、距離Ｚの値を変化させながら、ビーム形成工程を繰り返し行っている（スキャン工程）。これは、距離Ｚの値が不明であるために、１回のビーム形成工程では反射波（表面反射波又は裏面反射波）の位相を揃えられないためである。とはいえ、可能性としては、１回目のビーム形成工程で、表面反射波及び裏面反射波の位相が揃う場合も有り得る。この場合、ビーム形成工程をわざわざ繰り返し行う必要はないので、当該ビーム形成工程は１回のみでも良い。

本願発明の厚み測定方法は、皮質骨の厚み測定に限らず、その他の被測定体の厚み測定に広く応用できる。例えば、本願発明の厚み測定方法によって、血管の厚みを測定することができる。動脈の厚みを測定することにより、血管の内面に沈殿した不要成分の厚みを検出できるので、動脈硬化の診断などに利用できる。

また、本願発明の厚み測定方法は、人体を診断対象とした利用に限定されない。例えば、内部に流体が流れているパイプにおいて、流体のｐＨ、温度、流れ方などによって内壁面の腐食の進行具合が異なるため、当該パイプの劣化の程度を判断することが難しい。そこで本実施形態の厚み測定方法によってパイプの厚みを測定することにより、当該パイプの腐食具合をモニタリングできる。

１ 超音波診断装置（厚み測定装置）
１０ 皮質骨（被測定体）
１１ 軟組織（媒質）
１４ 表面（第１面）
１５ 裏面（第２面）
２２ 素子アレイ
２４ 素子

Claims (17)

1. 被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法であって、
   信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する送信工程と、
   前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する受信工程と、
   各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定工程と、
   前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成工程と、
   前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出工程と、
   を含み、
   前記遅延時間設定工程において設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成工程を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン工程を含み、
   前記厚み検出工程では、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出することを特徴とする厚み測定方法。
2. 請求項１に記載の厚み測定方法であって、
   前記遅延時間設定工程では、
   特定の中心素子に対して最大の遅延時間が設定され、
   前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間が設定されることを特徴とする厚み測定方法。
3. 請求項２に記載の厚み測定方法であって、
   前記遅延時間設定工程において各素子に設定される前記遅延時間と、当該素子から前記中心素子までの距離と、に双曲線の関係があることを特徴とする厚み測定方法。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の厚み測定方法であって、
   前記被測定体は第１面を有し、
   前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第１面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出工程を含み、
   前記送信工程では、前記傾斜角度検出工程で検出された前記傾斜角度に基づいて送信角度が調整された前記送信波を送信することを特徴とする厚み測定方法。
5. 請求項１から４までの何れか一項に記載の厚み測定方法であって、
   前記被測定体は第１面と第２面を有し、
   前記スキャン工程で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理工程を含み、
   前記厚み検出工程では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第１面からの反射波のピークと、前記第２面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出することを特徴とする厚み測定方法。
6. 請求項５に記載の厚み測定方法であって、
   前記合成処理工程では、前記複数の受信ビーム信号を積算することにより前記合成ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定方法。
7. 請求項５に記載の厚み測定方法であって、
   前記合成処理工程では、時間ごとに、前記複数の受信ビーム信号の中で強度の最大値を求め、各最大値を時間軸方向で並べることにより前記合成ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定方法。
8. 被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定方法であって、
   信号の送受信が可能な素子を複数有する素子アレイから、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信する送信工程と、
   前記被測定体からの反射波を前記素子アレイで受信する受信工程と、
   各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定工程と、
   前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成工程と、
   前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出工程と、
   を含み、
   前記被測定体は第１面と第２面を有し、
   前記第１面からの反射波と、前記第２面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定工程を含むことを特徴とする厚み測定方法。
9. 請求項１から８までの何れか一項に記載の厚み測定方法であって、
   前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号であることを特徴とする厚み測定方法。
10. 請求項１から９までの何れか一項に記載の厚み測定方法であって、
    前記送信波は平面波であることを特徴とする厚み測定方法。
11. 被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置であって、
    信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する素子アレイと、
    各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定部と、
    前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成部と、
    前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出部と、
    を備え、
    前記遅延時間設定部が設定する前記遅延時間を、前記反射波が焦点から放射されているものとしたときの焦点距離を変化させるように変化させて、前記ビーム形成部による前記受信ビーム信号の形成を繰り返すことにより、複数の受信ビーム信号を形成するスキャン処理部を備え、
    前記厚み検出部は、前記複数の受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出することを特徴とする厚み測定装置。
12. 請求項１１に記載の厚み測定装置であって、
    前記遅延時間設定部は、
    特定の中心素子に対して最大の遅延時間を設定し、
    前記中心素子から離れた素子ほど小さい遅延時間を設定することを特徴とする厚み測定装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の厚み測定装置であって、
    前記被測定体は第１面を有し、
    前記素子アレイから送信波を送信する送信角度を異ならせて複数回の送受信を行うことで前記第１面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部を備え、
    前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度に基づいて送信角度を調整して前記送信波を前記被測定体に送信し、このとき得られた反射波に基づいて、前記ビーム形成部が前記受信ビーム信号を形成することを特徴とする厚み測定装置。
14. 請求項１１から１３までの何れか一項に記載の厚み測定装置であって、
    前記被測定体は第１面と第２面を有し、
    前記スキャン処理部で形成した前記複数の受信ビーム信号を合成して合成ビーム信号を形成する合成処理部を備え、
    前記厚み検出部では、前記合成ビーム信号に含まれる前記第１面からの反射波のピークと、前記第２面からの反射波のピークと、の時間差に基づいて、前記被測定体の厚みを算出することを特徴とする厚み測定装置。
15. 被測定体の厚みを、媒質を介して測定するための厚み測定装置であって、
    信号の送受信が可能な素子を複数有し、前記媒質を介して前記被測定体に向けて送信波を送信するとともに、前記被測定体からの反射波を受信する素子アレイと、
    各素子の遅延時間を設定する遅延時間設定部と、
    前記反射波を受信した素子が出力した受信信号を、当該素子に設定された前記遅延時間ずつ遅延させて合成することにより受信ビーム信号を形成するビーム形成部と、
    前記受信ビーム信号の強度に基づいて前記被測定体の厚みを検出する厚み検出部と、
    を備え、
    前記被測定体は第１面と第２面を有し、
    前記第１面からの反射波と、前記第２面からの反射波が同じ方向から返ってきている場合に、前記被測定体の最小厚みを測定できていると判定する最小厚み判定部を備えることを特徴とする厚み測定装置。
16. 請求項１１から１５までの何れか一項に記載の厚み測定装置であって、
    前記媒質は軟組織であり、前記被測定体は皮質骨であり、前記送信波は超音波信号であることを特徴とする厚み測定装置。
17. 請求項１１から１６までの何れか一項に記載の厚み測定装置であって、
    前記送信波は平面波であることを特徴とする厚み測定装置。

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