JP2007171051A - 音速測定方法、音速測定装置、及び超音波画像検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の音速値を正常な値に補正することができる音速測定装置を提供すること。
【解決手段】トランスデューサ１４はパルス励起されることによって超音波を生体組織２１に向けて照射するとともに、生体組織２１からの反射波を受信して電気信号に変換する。Ｘ−Ｙステージ１５は超音波の照射点を二次元的に走査させる。ＣＰＵ３１は、生体組織２１の表面及び背面からの反射波に基づいて、生体組織２１の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて生体組織２１の音速を求める。ＣＰＵ３１は、補正対象測定点についてその周辺の測定点の音速値を利用して補正対象測定点の音速値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を利用して被検査物における音速を測定する音速測定方法、音速測定装置、及び超音波画像検査装置に関するものである。

外科手術中において切除する部位の大きさは、術後の患者の負担を考えるとできるかぎり小さく抑えるべきであるが、患部の一部が切除されずに残ってしまうと病気が再発するといった問題がある。このため、切除後の残留部分から標本（生体組織）をサンプリングし、患部の拡がりがないことを確認する必要がある。現在、この作業は、摘出した生体組織の切片を染色し、光学顕微鏡で観察することによって行われている。組織確定診断は、病理学的所見に基づいて標本部分に患部が拡がっていないことを確認する診断であるが、切片の染色には数日を要することから、術後の確認に用いられている。

術中においては、縫合前に患部が残されていないことを短時間で判断することが要求される。そのため、特殊な染料を用いて短時間で染色し、標本部分に患部が拡がっていないことを概ね確認する「組織迅速診断」といった方法も実用化されている。ところが、この組織迅速診断においても１時間程度の時間を必要とし、この間手術が中断されるので、これに代わる方法として、超音波による音速像の観察が提案されている。つまり、超音波によって音速像を得る場合には、染色法を用いなくても生体組織の観察を行うことができる。このことから、組織確定診断を行う診断装置として超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められている。

具体的には、従来の超音波顕微鏡では、単一周波数のバースト波を利用し、反射した超音波信号の強度や位相を解析することで、生体組織の性状を観察する。しかし、このような超音波顕微鏡には、超音波信号の測定に長時間を要するという問題があった。また、十分な精度と安定度を持った発振器や測定系などのアナログシステムが必要となるため、装置が大型化、複雑化するといった問題もあった。

これら問題を解消して術中診断を可能とするための手段として、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡をすでに提案している（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。このパルス励起型超音波顕微鏡を用いた観察では、生体組織から切り出し、その組織を用いて厚さ数μｍの凍結切片４１を作製し、これをまずガラス基板４２上に固定する（図９参照）。そして、パルス波でトランスデューサ４３を励起して超音波Ｓｏを出力させ、その超音波Ｓｏを水などの媒質４４を介して凍結切片４１に照射する。そして、組織表面の反射波Ｓａとガラス基板４２（組織背面）の反射波Ｓｂとの合成波を、トランスデューサ４３で受信する。さらに、この受信波をフーリエ変換して基板４２からの直接反射と比較することにより、強度及び位相スペクトルを得る。

ところで、バースト波を用いた従来方式では、同じ測定点で周波数を切り替え何回も測定し、組織表面の反射と背面の反射との干渉を観測する必要があった。これに対して、パルス励起型超音波顕微鏡によれば、１回の測定で算出することができるという利点がある。この測定で得られた信号強度の極小点の周波数をｆ_ｍ、そのときの位相をφ_ｍとすると、組織表面と背面からの反射は極小点では逆位相となる。すなわち、極小点においては組織表面からの反射は背面からの反射より位相が（２ｎ−１）π進んでおり、φ_ｍ＋（２ｎ−１）πとなる（ｎは自然数）。従って、組織の厚さｄ、水の音速Ｃ_０とすると、

が成立している。

従って、次式のように組織厚さｄが求まる。

また、距離２ｄを組織音速Ｃで通過した波と水の音速Ｃ_０で通過した波との位相差がφ_ｍであることから、

となり、次式のように組織音速Ｃが求まる。

このように、組織音速Ｃを測定しながら、超音波の照射点を二次元走査することにより、二次元の音速像が得られる。

そして、その音速像を表示装置に表示させた状態で、その音速像の所定ポイントを指定して音速値を表示させることにより、生体組織の性状が確認される。例えば、生体組織が癌組織などの患部を含む場合、その患部と、周辺の性状組織との音速値が比較される。この場合、測定点の１点のみの比較では信頼性が低いため、所定の検査領域を指定してその領域にある各測定点の平均の音速値を算出するようにしている。
特開２００４−２９４１８９号公報 「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）

ところが、図１０に示すように、組織の境目５１を測定点として超音波Ｓｏを照射する場合には、組織表面及び背面からの反射波を的確に判定することができない。組織表面及び背面からの反射波を誤って判定した場合、生体組織の厚さ及び音速を正確に測定することができず、それら測定値は異常な値となる。具体的には、生体組織の音速値としては、通常１４５０ｍ／ｓ〜１７５０ｍ／ｓ程度の数値をとるが、例えば、１２００ｍ／ｓや３５００ｍ／ｓといった生体組織ではありえない数値となる。

従来の音速測定装置において、それら異常値は、全ての測定点に対して２、３％の割合で測定されるため、所定の検査領域にある各測定点の平均を求める場合、その異常値が平均値に反映されて正確な音速値を求めることができないといった問題が生じていた。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査物の音速値を正常な値に補正することができる音速測定方法、及び音速測定装置を提供することにある。また、別の目的は、その音速測定装置で測定した音速値を用いて被検査物の音速像を表示し、その被検査物の検査を適切に行うことができる超音波画像検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、パルス励起型超音波顕微鏡を利用し、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を二次元的に走査して、前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速を求めるステップと、前記被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いて前記補正対象測定点の音速値を補正するステップとを含むことを特徴とする音速測定方法をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波が二次元的に走査され、被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて被検査物の厚さが求められるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速が求められる。この音速測定方法において、複雑な層構造を有する被検査物の音速を測定する場合、例えば各層の境目などにおいてその表面及び背面の反射波を誤判定すると、被検査物の厚さ及び音速の測定値が異常な値となってしまう。具体的には、被検査物において異常な音速値が算出される測定点は、各層の境目などの限られた測定領域にあり、その周辺の測定点では正常な音速値が測定される。従って、被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いることにより、補正対象測定点の音速値を信頼性ある正常な値に補正することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記補正対象測定点の周辺にある複数の測定点の音速値のメディアン値を前記補正対象測定点の音速値とする補正を行うことをその要旨とする。

上記音速算出方法で複数の測定点の音速値を求めた場合、極端に大きな値または小さな値が異常値となる一方、メディアン値（中間値）は必ず正常値となる。従って、請求項２に記載の発明のように、補正対象測定点の周辺にある複数の測定点の音速値のメディアン値を用いることにより、補正対象測定点の音速値が異常値であった場合でも、信頼性のある正常な値に補正することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記補正対象測定点に隣接して包囲する複数の測定点の音速値を用いて前記メディアン値を求めることをその要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、補正対象測定点に隣接する測定点の音速値が用いられるため、補正対象測定点の音速値をより正確に補正することができる。また、補正のために参照する測定点の数も抑えることができるため、補正処理の負荷を軽減することができる。

請求項４に記載の発明は、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を照射し、得られた反射波に基づいて被検査物の音速を測定する音速測定装置であって、パルス励起されることによって超音波を被検査物に向けて照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる二次元走査装置と、前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて、前記被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて前記被検査物の音速を求める音速算出手段と、前記被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いて前記補正対象測定点の音速値を補正する音速補正手段とを備えることを特徴とする音速測定装置をその要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、超音波振動子がパルス励起されることによって超音波が被検査物に向けて照射され、二次元走査装置によりその超音波の照射点が二次元的に走査される。このとき、超音波振動子により被検査物からの反射波が受信されて電気信号に変換される。そして、音速算出手段により、被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて、被検査物の厚さが求められるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速が求められる。また、音速補正手段により、被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いて補正対象測定点の音速値が補正される。このようにすると、請求項１に記載の発明と同様に、補正対象測定点の音速値を信頼性ある正常な値に補正することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の音速測定装置と、前記被検査物の音速値に基づいて音速像を生成する処理を行う画像生成手段と、前記音速像を表示するための表示装置とを備えたことを特徴とする超音波画像検査装置をその要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の音速測定装置によって求められた被検査物の音速値に基づいて、画像生成手段により音速像を生成する処理が行われ、その被検査物の音速像が表示装置に表示される。そして、この被検査物の音速像に基づいて、被検査物の検査を適切に行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記被検査物における検査領域を指定する入力装置と、前記検査領域における音速値の平均を算出してその算出結果を前記表示装置に表示させる音速平均算出手段とをさらに備えたことをその要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、入力装置によって、被検査物における検査領域が指定される。そして、音速平均算出手段により、その検査領域における音速値の平均が算出され、その算出結果が表示装置に表示される。この場合、例えば、被検査物としての生体組織における患部とその周辺の正常な組織とを検査領域として指定することにより、患部及び正常組織の音速値を知ることができ、生体組織診断を適切に行うことができる。

以上詳述したように、請求項１〜４に記載の発明によると、被検査物の音速値を正常な値に補正することができる。また、請求項５または６に記載の発明によると、音速測定装置で測定した音速値を用いて被検査物の音速像を表示し、その被検査物の検査を適切に行うことができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は音速測定装置としての超音波画像検査装置を示す概略構成図である。

図１に示されるように、超音波画像検査装置１は、パルス励起型超音波顕微鏡２と、Ａ／Ｄボード３と、パーソナルコンピュータ（パソコン）４とを備える。

超音波顕微鏡２には、パルス発生回路１１と、送受波分離回路１２と、受信回路１３と、トランスデューサ１４と、Ｘ−Ｙステージ１５と、エンコーダ（ＥＮＣ）１６と、コントローラ１７Ｘ，１７Ｙと、駆動モータ１８Ｘ，１８Ｙとが設けられている。

トランスデューサ１４は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子１４ａとサファイアロッドの音響レンズ１４ｂとからなり、パルス発生回路１１で発生される励起パルスにより薄膜圧電素子１４ａが振動して所定周波数帯域の超音波が音響レンズ１４ｂを通して出力される。この音響レンズ１４ｂにおける超音波は円錐状に収束され、水などの媒質１９を介して試料載置板としてのガラス基板２０の表面で焦点を結ぶようになっている。なお、トランスデューサ１４としては、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。

また、トランスデューサ１４の下方に、二次元走査装置としてのＸ−Ｙステージ１５が設けられ、そのステージ１５上にはガラス基板２０が固定されている。そして、そのガラス基板２０の上面に、被検査物としての生体組織２１が載置される。なお、この生体組織２１は、数μｍ程度（通常４μｍ〜１０μｍ）の厚さにスライスされた凍結切片（生体組織切片）である。

Ｘ−Ｙステージ１５は、生体組織２１を二次元的に動かすためのステージ１５Ｘ，１５Ｙと、それぞれのステージ１５Ｘ，１５Ｙを駆動するモータ１８Ｘ，１８Ｙとを備えている。これらのモータ１８Ｘ，１８Ｙとしては、リニアモータが使用される。

各モータ１８Ｘ，１８Ｙにはそれぞれ対応してコントローラ１７Ｘ，１７Ｙが接続されており、該各コントローラ１７Ｘ，１７Ｙの駆動信号に応答してモータ１８Ｘ，１８Ｙが駆動される。これらモータ１８Ｘ，１８Ｙの駆動により、Ｘステージ１５Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ１５Ｙを間欠送りとなるよう制御する。そしてこの制御によりＸ−Ｙステージ１５の高速走査が可能となっている。

また、本実施の形態においては、Ｘステージ１５Ｘに対応してエンコーダ１６が設けられ、エンコーダ１６によりＸステージ１５の走査位置が検出される。具体的にいうと、走査範囲（例えば、２．４ｍｍ×２．４ｍｍの範囲）を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査において３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ１６によって検出され、パソコン４に取り込まれる。パソコン４はそのエンコーダ１６の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をコントローラ１７Ｘに供給する。コントローラ１７Ｘは、この駆動制御信号に基づいてモータ１８Ｘを駆動する。また、コントローラ１７Ｙは、エンコーダ１６の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ１８Ｙを駆動して、Ｙステージ１５ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。

さらに、コントローラ１７Ｘは、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成してパルス発生回路１１に供給する。これにより、パルス発生回路１１において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路１２を介してトランスデューサ１４に供給されて該トランスデューサ１４から超音波が照射される。

図２は、トランスデューサ１４側から見たＸ−Ｙステージ１５の平面図である。図２に示されるように、Ｘステージ１５ＸによるＸ方向への往復走査とＹステージによるＹ方向への走査とを行うことにより、ガラス基板２０上の生体組織２１に対して超音波が二次元的に走査される。

図３には、本実施の形態における超音波の走査範囲Ｒの一例を示している。すなわち、超音波の走査範囲Ｒは、生体組織２１に加えてガラス基板２０の表面が露出している部分（ガラス面２０ａ）を含むように設定される。そして、走査範囲Ｒの左上の隅の位置から走査が開始され、矢印で示すように、Ｘ方向及びＹ方向に二次元的に走査が順次行われる。

図１に示すトランスデューサ１４の薄膜圧電素子１４ａは、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織２１で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路１２及び受信回路１３を介してＡ／Ｄボード３の検波回路２８に供給される。

検波回路２８は、超音波の反射波を検出するための回路であり、図示しないゲート回路、遅延回路、演算回路、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを含む。この検波回路２８の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９に入力されてＡ／Ｄ変換された後、パソコン４に転送される。

パソコン４は、ＣＰＵ３１、インターフェース（Ｉ／Ｆ）３２，３３、高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）３４、メモリ３５、記憶装置３６、入力装置３７、及び表示装置３８を備え、それらはバス３９を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ３１は、メモリ３５を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、Ｘ−Ｙステージ１５による二次元走査を制御するためのプログラムや組織音速を算出するためのプログラムなどを含む。

インターフェース３２は、Ａ／Ｄボード３からの転送データ（Ａ／Ｄ変換後の反射波信号など）を取り込むための通信ポート（例えば、ＵＳＢポート）である。インターフェース３３は、コントローラ１７Ｘへの駆動制御信号を出力したり、エンコーダ１６の出力信号を取り込んだりするための入出力ポートである。

高速フーリエ変換回路３４は、Ａ／Ｄボード３から入力される反射波信号をもとに、その反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理を行う回路である。

表示装置３８は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、生体組織２１の音速像や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置３７は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。

記憶装置３６は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置３６には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ３１は、入力装置３７による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３６からメモリ３５へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３６にインストールして利用する。

次に、生体組織２１の厚さ及び音速を算出する方法について説明する。

図４に示すように、超音波トランスデューサ１４により、ガラス基板２０の表面が露出したガラス面２０ａに超音波Ｓｏが照射され、ガラス面２０ａでの反射波Ｓｒが受信される。また、超音波トランスデューサ１４により、生体組織２１に超音波Ｓｏが照射され、生体組織２１の表面での反射波Ｓａと生体組織２１の背面での反射波Ｓｂとの合成波が受信される。そして、ガラス面２０ａでの反射波信号と生体組織２１での反射波信号とをフーリエ変換し、その結果に基づいて、組織表面での反射波Ｓａと組織背面での反射波Ｓｂとの伝搬時間差を求める。そして、その伝搬時間差と媒質１９の音速（水の音速）とに基づいて生体組織２１の厚さｄを求め、さらに、算出した厚さｄに基づいて組織音速を求める。

ここで、生体組織２１が複雑な層構造を有し、その組織の境目などにおいては、組織表面及び背面からの反射波を正しく検出できない場合がある。この場合、組織音速の測定値は、生体組織２１ではありえない異常な値となってしまうため、本実施の形態では、組織音速の補正処理を行うようにしている。

上記のように生体組織２１の音速を測定する場合、全ての測定点に対して２、３％の割合で異常値が点在するため、補正対象測定点について、その周囲の測定点の音速値を利用して補正対象測定点の音速値を補正する。

具体的には、図５に示すように、補正対象測定点Ｐ０の音速値と、その周囲の測定点Ｐ１〜Ｐ８の音速値とを参照して、それら９個の音速値を大きい順に並び替え、中間に位置する５番目の音速値、すなわちメディアン値（中間値）を求める。ちなみに、補正対象測定点Ｐ０を基準とすると、前記８個の測定点Ｐ１〜Ｐ８は、補正対象測定点Ｐ０に隣接するとともに補正対象測定点Ｐ０を包囲している。各測定点Ｐ０〜Ｐ８の音速値において異常値が含まれる場合、異常値は最小値または最大値となる一方、メディアン値は信頼性の高い正常な音速値となるため、そのメディアン値を補正対象測定点の音速値として補正する。

本実施の形態では、２．４ｍｍ×２．４ｍｍの走査範囲Ｒを３００×３００個の測定点に分割しており、それら測定点の間隔（測定ピッチ）は８μｍである。また、測定時においてトランスデューサ１４から照射される超音波の照射領域の幅（超音波のビーム幅）は、１８μｍ程度である。従って、補正対象測定点Ｐ０の音速値を求める場合、補正対象測定点Ｐ０に加え、その周辺の各測定点Ｐ１〜Ｐ８にも超音波が照射され、その反射波に基づいて補正対象測定点Ｐ０の音速値が求められる。このため、補正対象測定点Ｐ０の音速値とその周囲の測定点Ｐ１〜Ｐ８の音速値とにおいて、そのメディアン値を補正対象測定点の音速値として補正することにより、補正対象測定点Ｐ０の音速値が異常値であったとしても信頼性の高い音速値に置き換えられる。

次に、本実施の形態において、ＣＰＵ３１が実行する処理例について、図６のフローチャートを用いて説明する。

先ず、ＣＰＵ３１は、制御信号を出力することでコントローラ１７Ｘ，１７Ｙの制御によってモータ１８Ｘ，１８Ｙを駆動し、ガラス基板２０の表面が露出したガラス面２０ａに超音波が照射されるようにＸ−Ｙステージ１５を移動する。このとき、励起パルスが超音波トランスデューサ１４に供給されると、図４に示すように、ガラス面２０ａに超音波Ｓｏが照射され、その反射波Ｓｒの信号が検波回路２８で検出される。そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２９で変換されたデジタルデータをインターフェース３２を介して取り込み、高速フーリエ変換回路３４に入力する。高速フーリエ変換回路３４では、反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理が行われる。ＣＰＵ３１は、その高速フーリエ変換回路３４の出力（フーリエ変換出力）を取り込み、それをガラス面２０ａでの直接反射波Ｓｒのデータとしてメモリ３５に記憶する（ステップ１００）。

その後、ＣＰＵ３１は、制御信号を出力することでコントローラ１７Ｘ，１７Ｙの制御によってモータ１８Ｘ，１８Ｙを駆動し、Ｘ−Ｙステージ１５による二次元走査を開始させ、エンコーダ１６の出力に基づいて測定点の座標データを取得する（ステップ１１０）。そして、励起パルスがトランスデューサ１４に供給され、図４に示すように、トランスデューサ１４から生体組織２１に超音波Ｓｏが照射されると、その反射波（組織表面の反射波Ｓａと組織背面の反射波Ｓｂとの合成波）が検波回路２８で検出される。ＣＰＵ３１は、検出された反射波信号をＡ／Ｄ変換回路２９及びインターフェース３２を介して取り込み、その反射波信号を高速フーリエ変換回路３４に入力する。高速フーリエ変換回路３４では、その反射波信号の周波数成分を得るためのフーリエ変換処理が行われる。ＣＰＵ３１は、その高速フーリエ変換回路３４の出力（フーリエ変換出力）を取り込み、測定点でのデータとしてメモリ３５に記憶する（ステップ１２０）。

音速算出手段としてのＣＰＵ３１は、メモリ３５に記憶したフーリエ変換出力に基づいて、ガラス面２０ａの反射波を基準とした測定点における組織表面の反射波Ｓａと組織背面の反射波Ｓｂとの伝搬時間差を求める。そして、ＣＰＵ３１は、その伝搬時間差と媒質１９の音速（水の音速）とに基づいて、測定点での生体組織２１の厚さｄを求める（ステップ１３０）。さらに、ＣＰＵ３１は、算出した厚さｄに基づいて組織音速を求め、その組織音速を測定点での座標データと関連付けてメモリ３５に記憶する（ステップ１４０）。

画像生成手段としてのＣＰＵ３１は、算出した音速に基づいて音速像を生成するための画像処理を行う（ステップ１５０）。すなわち、ＣＰＵ３１は、音速を用いてカラー変調処理を行い、音速の大きさに応じた画像データを生成し、該画像データをメモリ３５に記憶する。

ＣＰＵ３１は、全ての測定点での処理が終了し、１画面分の画像データが取得されたか否かを判断する（ステップ１６０）。ここで、全データが取得されていない場合、ＣＰＵ３１は、ステップ１１０に戻って、ステップ１１０〜１６０の処理を繰り返し実行する。そして、全データが取得された場合には、ＣＰＵ３１は、それらデータを表示装置３８に転送してデータに応じた音速像を表示させ（ステップ１７０）、図６の処理を終了する。

次いで、検査領域の音速値を表示するための表示処理について説明する。図７には、その表示処理の一例を示している。なお、この表示処理は、図６の処理終了後において、例えば、表示装置３８の画面に示されている音速表示ボタンが選択されたときに開始される。

先ず、ＣＰＵ３１は、上記ステップ１４０で求めた組織音速のデータ（音速値）をメモリ３５から読み出し、メディアン補正プログラム（いわゆるメディアンフィルタ）を実行して、前記データのメディアンフィルタによる補正を行う（ステップ２００）。具体的には、生体組織２１上の各測定点について、その周辺の測定点の音速値を参照し、メディアン値を補正値として求める。ここでは、走査範囲Ｒにおける生体組織２１上の全ての測定点について補正値を求め、その補正値を座標データと関連付けてメモリ３５に記憶する。その結果、メモリ３５には、走査範囲Ｒにある各測定点の座標データに対応して、補正前の音速値と補正後の音速値とが記憶される。

また、ＣＰＵ３１は、表示装置３８にテキストデータを送信し、生体組織２１の音速像が表示されている表示画面において検査領域の指定を促すメッセージを表示させる（ステップ２１０）。そして、ユーザにより入力装置３７が操作され、所定の検査領域が指定される。具体的には、例えば、図８に示すように、四角形状の検査領域Ｒ１における左上の点Ｐｘと右下の点Ｐｙとが指定される。

音速平均算出手段としてのＣＰＵ３１は、その検査領域Ｒ１にある各測定点を判定し、それら測定点における補正後の音速値をメモリ３５から読み出して、それら音速値の平均を算出する（ステップ２２０）。

そして、ＣＰＵ３１は、その算出結果に応じたテキストデータを表示装置３８に送信してその表示画面に検査領域Ｒ１の音速値を表示させる（ステップ２３０）。その後、ＣＰＵ３１は、表示装置３８の画面に示されている音速表示ボタンが再度選択されたか否かを判定する（ステップ２４０）。音速表示ボタンが再度選択された場合、ＣＰＵ３１はステップ２１０の処理に戻り、ステップ２１０〜２４０の処理を再び実行する。また、ステップ２４０において、表示装置３８の画面に示されている終了ボタンが選択されたときにＣＰＵ３１は図７の処理を終了する。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の超音波画像検査装置１では、生体組織２１における各測定点の音速値についてメディアンフィルタの補正が行われる。この場合、組織の境目などで異常な音速値が測定されたとしても、その音速値が信頼性のある正常な値に補正される。具体的には、補正対象測定点Ｐ０とその補正対象測定点Ｐ０に隣接する各測定点Ｐ１〜Ｐ８との音速値におけるメディアン値が求められ、そのメディアン値が補正対象測定点Ｐ０の音速値として補正される。このメディアン値は、各測定点Ｐ０〜Ｐ８のうちのいずれかの実測値であり、かつ信頼性の高い正常な値であるため、このメディアン値を用いることにより、音速値を正確に補正することができる。

（２）本実施の形態の超音波画像検査装置１では、算出した音速値に応じた音速像が表示装置３８に表示され、その音速像を確認したユーザが入力装置３７を操作することにより、所望の検査領域Ｒ１を的確に指定することができる。また、補正後の音速値を用いて検査領域Ｒ１における音速値の平均が算出され、その算出結果が表示装置３８に表示される。この場合、例えば、生体組織２１における患部とその周辺の正常な組織とを検査領域Ｒ１として指定することにより、患部及び正常組織の正確な音速値を知ることができ、生体組織診断を適切に行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、補正対象測定点Ｐ０に隣接して包囲する１周分の各測定点Ｐ１〜Ｐ８（図５参照）の音速値を参照してメディアン値を求めるものであったが、補正対象測定点Ｐ０を包囲する２周分以上の各測定点の音速値を参照してメディアン値を求めるように構成してもよい。この場合、参照する測定点が多くなるため、音速値をより正確に補正することが可能となる。ただし、参照する測定点が多くなると、補正処理の処理負荷が増大する。そのため、上記実施の形態のように、超音波のビーム幅に応じて参照する測定点を設定することにより、処理負荷を抑制しつつ音速値を的確に補正できるので、実用上好ましいものとなる。

・上記実施の形態では、補正対象測定点Ｐ０の音速値をメディアンフィルタの処理で補正するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、補正対象測定点の周辺にある複数の測定点の音速値の平均を求め、その平均を補正対象測定点の音速値として補正する。なおこの場合、音速値が所定範囲（例えば、１４５０ｍ／ｓ〜１７５０ｍ／ｓの範囲）外の異常値である測定点にいては除外して、音速値が所定範囲内である測定点について、その音速値の平均を求めるようにする。このようにすれば、補正対象測定点Ｐ０の音速値を正確な値に補正することができる。

・上記実施の形態では、音速値を表示する検査領域Ｒ１として四角形状の領域を指定するものであったが、円形の検査領域を指定してもよい。勿論、患部の形状や組織構造に応じた多角形状の検査領域を指定するよう構成してもよい。

・上記実施の形態では、補正前の音速値を用いて生体組織２１の音速像を表示装置３８に表示するよう構成したが、補正後の音速値を用いて生体組織２１の音速像を表示装置３８に表示するよう構成してもよい。勿論、補正前の音速像と補正後の音速像とを同時に表示してもよいし、それら音速像を切替えて表示してもよい。

・上記実施の形態では、超音波画像検査装置１を利用して、被検査物としての生体組織２１の音速を測定するものであったが、それ以外に、例えば樹脂表面などの音速を測定してもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１では、カラー変調による音速像を得るものであったが、それ以外に輝度変調した音速像として可視化してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１において、前記補正対象測定点の周辺にある複数の測定点の音速値について、所定範囲外の異常値は除外して前記音速値の平均を求め、その平均を前記補正対象測定点の音速値とする補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の音速測定方法。

（２）請求項５または６において、前記被検査物は生体組織であり、前記表示装置に表示した音速像に基づいて生体組織診断を行うことを特徴とする超音波画像検査装置。

（３）請求項５または６において、前記画像生成手段は、算出した被検査物の音速の大きさに応じてカラー変調した画像データを生成し、その画像データにより、前記音速の大きさに応じて色分けされた音速像を前記表示装置に表示することを特徴とする超音波画像検査装置。

本発明を具体化した一実施の形態の超音波画像検査装置を示す概略構成図。 トランスデューサ側から見たＸ−Ｙステージの平面図。 超音波の走査範囲を示す説明図。 各反射波を説明するための説明図。 補正対象測定点とその周辺の各測定点を示す説明図。 音速像の生成処理を示すフローチャート。 音速値の表示処理を示すフローチャート。 生体組織の検査領域を示す説明図。 従来のパルス励起型超音波顕微鏡での測定方法を示す模式図。 生体組織を示す断面図。

符号の説明

１…音速測定装置としての超音波画像検査装置
２…パルス励起型超音波顕微鏡
１４ａ…超音波振動子としての薄膜圧電素子
１５…二次元走査装置としてのＸ−Ｙステージ
２０…試料載置板としてのガラス基板
２１…被検査物としての生体組織
３１…音速演算手段、音速平均算出手段、音速補正手段、及び画像生成手段としてのＣＰＵ
３７…入力装置
３８…表示装置
Ｐ０…補正対象測定点
Ｐ１〜Ｐ８…測定点
Ｒ１…検査領域
Ｓａ，Ｓｂ…反射波

Claims (6)

1. パルス励起型超音波顕微鏡を利用し、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を二次元的に走査して、前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて被検査物の音速を求めるステップと、
   前記被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いて前記補正対象測定点の音速値を補正するステップと
   を含むことを特徴とする音速測定方法。
2. 前記補正対象測定点の周辺にある複数の測定点の音速値のメディアン値を前記補正対象測定点の音速値とする補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の音速測定方法。
3. 前記補正対象測定点に隣接して包囲する複数の測定点の音速値を用いて前記メディアン値を求めること特徴とする請求項２に記載の音速測定方法。
4. パルス励起型超音波顕微鏡を利用して、試料載置板に載置された被検査物の表面に超音波を照射し、得られた反射波に基づいて被検査物の音速を測定する音速測定装置であって、
   パルス励起されることによって超音波を被検査物に向けて照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
   前記超音波の照射点を二次元的に走査させる二次元走査装置と、
   前記被検査物の表面及び背面からの反射波に基づいて、前記被検査物の厚さを求めるとともに、その厚さに基づいて前記被検査物の音速を求める音速算出手段と、
   前記被検査物における補正対象測定点について、その周辺の測定点の音速値を用いて前記補正対象測定点の音速値を補正する音速補正手段と
   を備えることを特徴とする音速測定装置。
5. 請求項４に記載の音速測定装置と、前記被検査物の音速に基づいて音速像を生成する処理を行う画像生成手段と、前記音速像を表示するための表示装置とを備えたことを特徴とする超音波画像検査装置。
6. 前記被検査物における検査領域を指定する入力装置と、
   前記検査領域における音速値の平均を算出してその算出結果を前記表示装置に表示させる音速平均算出手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の超音波画像検査装置。

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