JP2007248079A

JP2007248079A - 音響インピーダンス測定方法、及び音響インピーダンス測定装置

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Publication number: JP2007248079A
Application number: JP2006068430A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kobayashi; 和人小林
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-09-27
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Also published as: JP5124741B2

Abstract

【課題】被検査物の音響インピーダンスをより正確に測定することができる音響インピーダンス測定装置を提供すること。
【解決手段】トランスデューサ１３はパルス励起されることによって超音波を生体組織８に向けて照射するとともに、生体組織８からの反射波を受信する。ＣＰＵ３１は、リファレンス部材１０からの反射波を用いてデコンボリューション処理を行うことで生体組織８からの反射波を補正し、補正した反射波から生体組織８の表面での反射波及び裏面での反射波を時間領域で分離する。ＣＰＵ３１は、分離した表面での反射波の信号強度と樹脂プレート９の音響インピーダンスとに基づいて生体組織８の音響インピーダンスを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波を利用して被検査物における音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定方法、及び音響インピーダンス測定装置に関するものである。

従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、光学顕微鏡と同等の解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを染色法によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色法を用いなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。

具体的には、本発明者らは、パルス励起型の超音波顕微鏡を用いて生体組織の組織音速を算出し、その組織音速に応じた音速像を表示する装置をすでに提案している（例えば、特許文献１や非特許文献１参照）。この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５１を作製し、これをまずガラス基板５２上に固定する（図８参照）。そして、パルス波でトランスデューサ５３を励起して超音波Ｓ_０を出力させ、その超音波Ｓ_０を水などの媒質５４を介して凍結切片５１に照射する。そして、組織表面の反射波Ｓ_ａと組織裏面の反射波Ｓ_ｂとの合成波を、トランスデューサ５３で受信する。さらに、この受信波をフーリエ変換して基板５２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。

この測定で得られた信号強度の極小点または極大点の周波数を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、極大点では同位相となる。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的に走査することにより、二次元の音速像が得られる。組織音速Ｃは、組織の硬さに関連するパラメータであり、音速像によって凍結切片５１の性状を観察することができる。

さらに、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡を利用して生体組織の音響インピーダンス像を表示する超音波画像検査装置も提案している。この超音波画像検査装置では、超音波Ｓ_０が走査される範囲内において生体組織６１の周縁となる位置にリファレンス部材６２を設け、樹脂プレート６３を介して生体組織６１及びリファレンス部材６２に超音波Ｓ_０を照射する（図９参照）。

リファレンス部材６２においてその表面と直交する角度で照射される超音波（入射波）Ｓ_０と反射波Ｓ_ｒとは次式（５）の関係が成り立つ。

ただし、Ｚ_ｓは樹脂プレート６３の音響インピーダンスであり、Ｚ_ｒはリファレンス部材６２の音響インピーダンスである。

生体組織６１においてその表面と直交する角度で照射される超音波Ｓ_０と反射波Ｓ_ｔとは次式（６）の関係が成り立つ。

ただし、Ｚ_ｔは生体組織６１の音響インピーダンスである。

従って、上記式（５），（６）から生体組織６１の音響インピーダンスＺ_ｔは、次式（７）により求められる。

この超音波画像検査装置において、音響インピーダンスＺ_ｔを測定しながら超音波Ｓ_０の照射点を二次元走査することにより、二次元の音響インピーダンス像が得られる。音響インピーダンスＺ_ｔも、組織の硬さに関連するパラメータであり、音響インピーダンス像によって生体組織６１の性状が観察される。
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）

ところで、上記パルス励起型超音波顕微鏡を用いて組織音速を測定する場合、生体組織の凍結切片を使用しなければならず、摘出した生体組織を極めて薄く切り落として凍結切片にするといった準備作業が必要となる。これに対して、パルス励起型超音波顕微鏡を用いて音響インピーダンスを測定する場合には、生体組織６１の塊をそのまま観察することができるため、凍結切片にするといった準備作業は不要である。

ところが、図１０に示すように、生体組織６１において厚さが薄い部分の音響インピーダンスＺ_ｔを測定する場合、その生体組織６１の表面での反射波Ｓ_ａと裏面での反射波Ｓ_ｂが重なり合ってしまうことがある。上式（７）においては、生体組織６１の表面での反射波Ｓ_ａの信号強度を反射波Ｓ_ｔの値として代入し音響インピーダンスＺ_ｔを求める必要がある。しかし、裏面での反射波Ｓ_ｂが重なり合う場合には、その反射波Ｓ_ａの信号強度を正確に検出することができず、音響インピーダンスＺ_ｔを精度よく求めることができない。

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、被検査物の音響インピーダンスをより正確に測定することができる音響パラメータ測定方法、及び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て超音波を被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定方法であって、前記被検査物とは異なる既知の音響インピーダンスを有しかつ超音波を透過しうる透過部材の第１面に前記被検査物を接触させた状態で、前記透過部材の第２面側から超音波を照射するステップと、前記透過部材の第１面における前記被検査物の非接触面からの反射波を取得するステップと、前記透過部材の第１面における前記被検査物からの反射波を取得するステップと、前記非接触面からの反射波を用いて前記被検査物からの反射波を補正するデコンボリューション処理を行うステップと、前記補正された反射波から前記被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波を時間領域で分離するステップと、前記被検査物の表面からの反射波の信号強度と前記透過部材の音響インピーダンスとに基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを算出するステップとを含むことを特徴とする音響インピーダンス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において、透過部材の第１面に被検査物を接触させた状態で透過部材の第２面側から超音波が照射され、その第１面における被検査物の非接触面からの反射波と被検査物からの反射波とが取得される。そして、被検査物の非接触面からの反射波を用いてデコンボリューション処理を行うことにより、被検査物からの反射波が補正され、被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波が時間領域で分離される。さらに、分離された被検査物の表面からの反射波の信号強度と透過部材の音響インピーダンスとに基づいて被検査物の音響インピーダンスが算出される。従って、この方法によると、被検査物が薄く被検査物の表面の反射波と裏面の反射波とが重なり合う場合でも、それら反射波を確実に分離することができ、被検査物の表面の反射波に基づいて音響インピーダンスを正確に求めることができる。

請求項２に記載の発明は、パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置であって、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、前記超音波振動子と前記被検査物との間に設けられ、前記被検査物とは異なる既知の音響インピーダンスを有しかつ超音波を透過しうる透過部材と、前記透過部材の第１面に前記被検査物を接触させた状態で、前記超音波振動子により前記透過部材の第２面側から超音波が照射され、前記被検査物の非接触面と前記被検査物とからの反射波を取得する反射波取得手段と、前記非接触面からの反射波を用いて前記被検査物からの反射波を補正するデコンボリューション処理を行う処理手段と、前記処理手段により補正された反射波から前記被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波を時間領域で分離する波形分離手段と、前記波形分離手段により分離された前記被検査物の表面における反射波の信号強度と前記透過部材の音響インピーダンスとに基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを算出する音響インピーダンス演算手段とを備えたことを特徴とする音響インピーダンス測定装置をその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、パルス励起型超音波顕微鏡において、超音波振動子がパルス励起されると、その超音波振動子から被検査物に向けて超音波が照射される。その超音波は、透過部材の第１面に被検査物を接触させた状態で透過部材の第２面側から照射され、反射波取得手段により、その第１面における被検査物の非接触面からの反射波と被検査物からの反射波とが取得される。そして、処理手段により、被検査物の非接触面からの反射波を用いてデコンボリューション処理が行われて被検査物からの反射波が補正される。また、波形分離手段により、補正された反射波から被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波が時間領域で分離される。さらに、音響インピーダンス演算手段により、分離された被検査物の表面からの反射波の信号強度と透過部材の音響インピーダンスとに基づいて被検査物の音響インピーダンスが算出される。従って、この装置によると、被検査物が薄く被検査物の表面の反射波と裏面の反射波とが重なり合う場合でも、それら反射波を確実に分離することができ、被検査物の表面の反射波に基づいて音響インピーダンスを正確に求めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる二次元走査手段と、前記二次元走査手段により超音波が走査される範囲内であってかつ前記透過部材の第１面に接触した状態で配置され、前記透過部材とは異なる既知の音響インピーダンスを有するリファレンス部材とを備え、前記音響インピーダンス演算手段は、前記リファレンス部材における反射波の信号強度とその音響インピーダンスとを参照して、前記被検査物の音響インピーダンスを算出す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、二次元走査手段により超音波の照射点が二次元的に走査されるので、被検査物における複数個所の音響インピーダンスを求めることができ、被検査物における音響インピーダンスの分布を確認することができる。また、リファレンス部材における反射波の信号強度とその音響インピーダンスとを用いることにより、測定条件（温度や測定系の回路特性）が変化し、被検査物に照射される超音波の強度が変動した場合でも、被検査物に照射される超音波とその反射波との関係を補正することができる。よって、被検査物の音響インピーダンスを正確に求めることができる。また、リファレンス部材が走査範囲内に設けられているので、リファレンス部材からの反射波の測定に続いて、被検査物の反射波を迅速に測定することができる。特に、リファレンス部材は被検査物がセットされるセット部の周縁に設けるとよい。このようにすると、二次元走査手段の走査ライン上にリファレンス部材と被検査物とが位置することになり、補正をリアルタイムで行うことが可能となる。

以上詳述したように、請求項１〜３に記載の発明によると、被検査物の音響インピーダンスをより正確に測定することができる。

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は音響インピーダンス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、本実施の形態の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、パーソナルコンピュータ（パソコン）３とを備える。

パルス励起型超音波顕微鏡２は、試料ステージ４を有する顕微鏡本体５と、試料ステージ４の下方に設置された超音波プローブ６とを備える。そのパルス励起型超音波顕微鏡２の超音波プローブ６がパソコン３と電気的に接続されている。

本実施の形態の試料ステージ４は、ユーザの手動操作により、水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。この試料ステージ４には、被検査物としての生体組織８を載置した樹脂プレート９が固定されている。なお、生体組織８は、例えば、数μｍ程度にスライスされた生体組織切片である。また、樹脂プレート９としては、超音波を透過する部材（透過部材）であるアクリル板などが用いられる。この樹脂プレート９の上面（第１面）において生体組織８のセット部の周縁にリファレンス部材１０が設けられている。

超音波プローブ６は、水などの超音波伝達媒体Ｗを貯留可能な貯留部１１をその先端部に有するプローブ本体１２と、プローブ本体１２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ１３と、プローブ本体１２を前記試料ステージ４の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ１４とを備える。プローブ本体１２の貯留部１１は上部が開口しており、その貯留部１１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ６が試料ステージ４の下方に設置されている。

超音波トランスデューサ１３は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子１６とサファイアロッドの音響レンズ１７とからなり、パルス励起されることで樹脂プレート９の下面（第２面）側から生体組織８に対して超音波を照射する。超音波トランスデューサ１３が照射する超音波は、貯留部１１の超音波伝達媒体Ｗを介して円錐状に収束されて樹脂プレート９の上面（生体組織８の表面）で焦点を結ぶようになっている。なお、超音波トランスデューサ１３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。

図２は、超音波画像検査装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

図２に示されるように、超音波プローブ６は、超音波トランスデューサ１３と、Ｘ−Ｙステージ１４と、パルス発生回路２１と、受信回路２２と、送受波分離回路２３と、検波回路２４と、Ａ／Ｄ変換回路２５と、エンコーダ２６と、コントローラ２７とを備える。

Ｘ−Ｙステージ１４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ１４Ｘ及びＹステージ１４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ１４Ｘ，１４Ｙを駆動するモータ２８Ｘ，２８Ｙを備えている。これらのモータ２８Ｘ，２８Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。

各モータ２８Ｘ，２８Ｙにはコントローラ２７が接続されており、該コントローラ２７の駆動信号に応答してモータ２８Ｘ，２８Ｙが駆動される。これらモータ２８Ｘ，２８Ｙの駆動により、Ｘステージ１４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ１４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ１４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１４Ｘに対応してエンコーダ２６が設けられ、エンコーダ２６によりＸステージ１４Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲を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）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ２６によって検出されパソコン３に取り込まれる。パソコン３はそのエンコーダ２６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２７に供給する。コントローラ２７は、この駆動制御信号に基づいてモータ２８Ｘを駆動する。また、コントローラ２７は、エンコーダ２６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２８Ｙを駆動して、Ｙステージ１４Ｙ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２７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２１に供給する。これにより、パルス発生回路２１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２３を介して超音波トランスデューサ１３に供給される結果、超音波トランスデューサ１３から超音波が照射される。

図３には、Ｘ−Ｙステージ１４の移動に伴う超音波の走査範囲Ｒ１の一例を示している。この例では、走査範囲Ｒ１の左上の隅にリファレンス部材１０が配置されるようになっており、その位置から走査が開始される。そして、矢印で示すように、生体組織８の表面に沿ってＸ方向及びＹ方向に二次元的に走査が順次行われる。

超音波トランスデューサ１３の薄膜圧電素子１６は、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織８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２３を介して受信回路２２に供給される。受信回路２２は、信号増幅回路を含んで構成されていて、反射波の信号を増幅して検波回路２４に出力する。

検波回路２４は、生体組織８からの反射波信号を検出するための回路であり、図示しないゲート回路を含む。本実施の形態の検波回路２４は、超音波トランスデューサ１３で受信した反射波信号のなかから生体組織８やリファレンス部材１０の反射波信号を抽出する。そして、検波回路２４で抽出された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２５に供給されてＡ／Ｄ変換された後、パソコン３に転送される。

パソコン３は、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、システム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１４による二次元走査を制御するためのプログラム、音響インピーダンスを算出するためのプログラム、音響インピーダンス像を表示するためのプログラムなどを含む。

Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブ６との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）である。Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブ６に制御信号（コントローラ２７への駆動制御信号）を出力したり、超音波プローブ６からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２５から転送されるデータなど）を入力したりする。

表示装置３６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８の画像（音響インピーダンス像）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３５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３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、制御プログラム及び各種のデータを記憶している。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３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３４にインストールして利用する。

次に、生体組織８の音響インピーダンスを算出する方法について説明する。

先ず、図４に示すように、樹脂プレート９を介してリファレンス部材１０に超音波Ｓ_ｏを照射し、リファレンス部材１０での反射波Ｓ_ｒを測定する。超音波（入射波）Ｓ_ｏと反射波Ｓ_ｒとは上式（５）の関係が成り立つ。

また、生体組織表面に超音波Ｓ_ｏを照射し、生体組織８からの反射波Ｓ_ｔを測定する。超音波（入射波）Ｓ_ｏと反射波Ｓ_ｔとは上式（６）の関係が成り立つ。そして、生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔは上式（７）によって求められる。

ところが、図４のように生体組織８が薄い場合、生体組織８からの反射波Ｓ_ｔは、組織表面の反射波Ｓ_ａと組織裏面の反射波Ｓ_ｂとを含んだ合成波として取得される。上式（７）を用いて音響インピーダンスＺ_ｔを求めるためには、生体組織８の表面の反射波Ｓ_ａのみを生体組織８からの反射波Ｓ_ｔとして使用する必要がある。

そのため、本実施の形態では、リファレンス部材１０での反射波Ｓ_ｒを参照波形としてデコンボリューション処理を行うことにより、生体組織８での反射波Ｓ_ｔを補正して組織表面での反射波Ｓ_ａと組織裏面での反射波Ｓ_ｂとを分離する。なお、このデコンボリューション処理では、各反射波Ｓ_ｒ，Ｓ_ｔをそれぞれフーリエ変換し、フーリエ変換後の反射波Ｓ_ｔの周波数成分を反射波Ｓ_ｒの周波数成分で除算し、さらに、その算出結果を逆フーリエ変換する。これにより、補正した反射波Ｓ_ｔのデータが得られる。

図５（ａ）には、デコンボリューション処理前の生体組織８での反射波Ｓ_ｔを示し、図５（ｂ）には、デコンボリューション処理後の生体組織８での反射波Ｓ_ｔを示している。図５（ａ），（ｂ）に示されるように、デコンボリューション処理により補正された生体組織８の反射波Ｓ_ｔは、補正前の波形に比べて生体組織８の表面及び裏面での反射が分離可能な波形となる。本実施の形態では、このデコンボリューション処理によって補正された反射波Ｓ_ｔに対して窓関数をかけることにより、組織表面での反射波Ｓ_ａと組織裏面での反射波Ｓ_ｂとを時間領域で分離する。

そして、分離した波形データに基づいて、生体組織８の表面からの反射波Ｓａの信号強度を求め、それを生体組織８の反射波Ｓ_ｔとして上式（７）に代入することにより、生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔが求められる。なお、上式（７）における樹脂プレート９の音響インピーダンスＺ_ｓやリファレンス部材１０の音響インピーダンスＺ_ｒは、制御プログラムのデータとして記憶装置３４に予め記憶されている。

次に、本実施の形態において、生体組織８の音響インピーダンス像を生成するために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。

まず、超音波プローブ６の初期動作として、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてコントローラ２７によりモータ２８Ｘ，２８Ｙが駆動され、走査位置がリファレンス部材１０に位置するようにＸ−Ｙステージ１４が移動される。またこのとき、励起パルスがトランスデューサ１３に供給されると、図４に示すように、リファレンス部材１０に超音波Ｓ_ｏが照射され、その反射波Ｓ_ｒが検波回路２４で検出される。そして、反射波取得手段としてのＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２５で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３２を介して取得し、そのデータをリファレンス部材１０の反射波のデータとしてメモリ３３に記憶する（ステップ１００）。

その後、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてコントローラ２７によりモータ２８Ｘ，２８Ｙが駆動され、Ｘ−Ｙステージ１４による二次元走査が開始される。ＣＰＵ３１は、エンコーダ２６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、図４に示すように、生体組織８に超音波Ｓ_ｏが照射され、その反射波Ｓ_ｔが検波回路２４で検出される。反射波取得手段としてのＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２５で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路３２を介して取得し、そのデータを生体組織８の反射波のデータとして座標データに関連付けてメモリ３３に記憶する（ステップ１２０）。

処理手段としてのＣＰＵ３１は、リファレンス部材１０の反射波のデータを用いてデコンボリューション処理を行う（ステップ１３０）。図７には、そのデコンボリューション処理の具体例を示している。

すなわち、ＣＰＵ３１は、リファレンス部材１０からの反射波Ｓ_ｒのデータをフーリエ変換する（ステップ１３１）。次に、ＣＰＵ３１は、生体組織８における反射波Ｓ_ｔのデータをフーリエ変換する（ステップ１３２）。そして、ＣＰＵ３１は、フーリエ変換後の反射波Ｓ_ｔの周波数成分を反射波Ｓ_ｒの周波数成分で除算する(ステップ１３３)。その後、ＣＰＵ３１は、その除算結果を逆フーリエ変換することで補正された反射波Ｓ_ｔ（図５(ｂ)参照）のデータを得る（ステップ１３４）。この処理の終了後、ＣＰＵ３１は、図６に示すステップ１４０に移行する。

ステップ１４０において、波形分離手段としてのＣＰＵ３１は、所定の窓関数を用いて、補正された反射波Ｓ_ｔから組織表面での反射波Ｓ_ａと組織裏面での反射波Ｓ_ｂとを時間領域で分離する。次いで、ＣＰＵ３１は、分離した組織表面での反射波Ｓ_ａのデータを求める。そして、音響インピーダンス演算手段としてのＣＰＵ３１は、そのデータを用いて、上記式（７）に対応した演算を行うことで、測定点での生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔを算出し、それら算出値を座標データに関連付けてメモリ３３に記憶する（ステップ１５０）。

その後、ＣＰＵ３１は、算出した音響インピーダンスＺ_ｔに基づいて音響インピーダンス像を生成するための画像処理を行う（ステップ１６０）。詳しくは、ＣＰＵ３１は、音響インピーダンスＺ_ｔを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスＺ_ｔ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３３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１７０）。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１１０〜１７０の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合には、該データを表示装置３６に転送し該データに応じた音響インピーダンス像を表示させた後、図６の処理を終了する。

この処理により、組織表面での音響インピーダンスＺ_ｔの大きさに応じて色分けされた音響インピーダンス像が表示され、その音響インピーダンス像によって、生体組織８における音響インピーダンスの分布が確認される。

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、リファレンス部材１０からの反射波Ｓ_ｒを参照波形としてデコンボリューション処理を行うことにより、生体組織８からの反射波Ｓ_ｔが補正され、生体組織８の表面での反射波Ｓ_ａ及び裏面での反射波Ｓ_ｂが時間領域で分離される。そして、生体組織８の表面からの反射波Ｓ_ａの信号強度と樹脂プレート９の音響インピーダンスＺ_ｓとに基づいて生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔが算出される。このようにすれば、生体組織８が薄く生体組織８表面の反射波Ｓ_ａと裏面の反射波Ｓ_ｂとが重なり合う場合でも、それら反射波を確実に分離することができ、組織表面の反射波Ｓ_ａに基づいて音響インピーダンスＺ_ｔを正確に求めることができる。

（２）本実施の形態の場合、測定条件（温度や測定系の回路特性）が変化し、トランスデューサ１３から出力される超音波Ｓ_ｏの強度が変動したとしても、リファレンス部材１０の反射波Ｓ_ｒを検出し、その強度に基づいて音響インピーダンスＺ_ｔを算出することにより、測定条件の変動に応じた補正が可能となる。これにより、正確な音響インピーダンス像を得ることができる。

（３）本実施の形態のパルス励起型超音波顕微鏡２では、樹脂プレート９において、生体組織８のセット部の周縁にリファレンス部材１０が設けられ、該リファレンス部材１０がＸ−Ｙステージ１４による走査範囲Ｒ１内に配置されている。このように構成すると、リファレンス部材１０からの反射波Ｓ_ｒの測定に続いて、生体組織８の反射波Ｓ_ｔを迅速に測定することができる。

（４）本実施の形態のパルス励起型超音波顕微鏡２は、生体組織８の下方から超音波Ｓ_ｏを照射してその組織下面の画像を可視化するよう構成された倒立型の顕微鏡である。この場合、試料ホルダなどの特別な固定部材を設ける必要がなく、樹脂プレート９上面に生体組織８を載せるだけで、その音響インピーダンスＺ_ｔを容易に測定することができる。

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。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１では、リファレンス部材１０からの反射波を参照波形としてデコンボリューション処理を行うものであったが、これに限定されるものではない。この参照波形としては、樹脂プレート９の上面（第１面）において生体組織８の非接触面からの反射波であればよく、例えば、樹脂プレート９の上面において生体組織８とリファレンス部材１０とが載置されていない非載置面（具体的には、リファレンス部材１０よりも外側に位置する樹脂プレート表面）での反射波を用いてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１において、生体組織８が薄く表面及び裏面での反射波が重なり合う場合にデコンボリューション処理を行えばよく、生体組織８が厚く表面及び裏面での反射波が重なり合わない場合には、従来の算出方法に切替えて生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔを算出してもよい。例えば、生体組織８が厚く、ユーザが入力装置３５を操作して従来の演算方法を選択した場合、図６におけるデコンボリューション処理（ステップ１３０の処理）や反射波の分離処理（ステップ１４０の処理）を省略して生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔを算出するよう構成する。

・上記実施の形態では、生体組織８の下方から超音波を照射する倒立型の超音波顕微鏡２に具体化するものであったが、生体組織８の上方から超音波を照射する超音波顕微鏡に具体化してもよい。

・上記実施の形態では、被検査物としての生体組織８の音響インピーダンスＺ_ｔ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響インピーダンスを測定してもよい。

・上記実施の形態において、パソコン３を用いて超音波画像検査装置１を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。また、音響インピーダンス像を表示するための表示装置３６は、パソコン３に一体的に設けられるものであったが、パソコン３と別体で設けてもよい。

・上記実施の形態の超音波画像検査装置１では、カラー変調による画像を得るものであったが、それ以外に輝度変調した画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２または３において、前記パルス励起型超音波顕微鏡は、前記被検査物の下方から超音波を照射してその被検査物における下面の画像を可視化するよう構成された倒立型の顕微鏡であることを特徴とする音響インピーダンス測定装置。

（２）請求項２または３において、前記処理手段は、前記被検査物の非接触面からの反射波をフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、前記被検査物からの反射波をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、前記第２のフーリエ変換手段により得られた変換結果を前記第１のフーリエ変換手段により得られた変換結果で除算する除算手段と、その除算結果を逆フーリエ変換することで補正された反射波のデータを得る逆フーリエ変換手段とを含むことを特徴とする音響インピーダンス測定装置。

（３）請求項２または３に記載の音響インピーダンス測定装置と、前記被検査物の音響インピーダンスに基づいて画像を生成する処理を行う画像生成手段と、前記画像を表示するための表示装置とを備え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。超音波画像検査装置の電気的構成を示すブロック図。超音波の走査範囲を示す説明図。各反射波を示す説明図。（ａ）はデコンボリューション処理前の反射波を示し、（ｂ）はデコンボリューション処理後の反射波を示す説明図。生体組織の音響インピーダンス像を生成するための処理を示すフローチャート。デコンボリューション処理を示すフローチャート。従来のパルス励起型超音波顕微鏡での音速測定方法を示す模式図。従来のパルス励起型超音波顕微鏡での音響インピーダンス測定方法を示す模式図。生体組織が薄い場合の反射波を示す説明図。

符号の説明

１…超音波画像検査装置
２…パルス励起型超音波顕微鏡
８…被検査物としての生体組織
９…透過部材としての樹脂プレート
１０…リファレンス部材
１４…二次元走査手段としてのＸ−Ｙステージ
１６…超音波振動子としての薄膜圧電素子
３１…反射波取得手段、処理手段、波形分離手段、及び音響インピーダンス演算手段としてのＣＰＵ

Claims

パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定方法であって、
前記被検査物とは異なる既知の音響インピーダンスを有しかつ超音波を透過しうる透過部材の第１面に前記被検査物を接触させた状態で、前記透過部材の第２面側から超音波を照射するステップと、
前記透過部材の第１面における前記被検査物の非接触面からの反射波を取得するステップと、
前記透過部材の第１面における前記被検査物からの反射波を取得するステップと、
前記非接触面からの反射波を用いて前記被検査物からの反射波を補正するデコンボリューション処理を行うステップと、
前記補正された反射波から前記被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波を時間領域で分離するステップと、
前記被検査物の表面からの反射波の信号強度と前記透過部材の音響インピーダンスとに基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを算出するステップと
を含むことを特徴とする音響インピーダンス測定方法。
パルス励起型超音波顕微鏡を利用して超音波を被検査物に照射し、得られた反射波に基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置であって、
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、
前記超音波振動子と前記被検査物との間に設けられ、前記被検査物とは異なる既知の音響インピーダンスを有しかつ超音波を透過しうる透過部材と、
前記透過部材の第１面に前記被検査物を接触させた状態で、前記超音波振動子により前記透過部材の第２面側から超音波が照射され、前記被検査物の非接触面と前記被検査物とからの反射波を取得する反射波取得手段と、
前記非接触面からの反射波を用いて前記被検査物からの反射波を補正するデコンボリューション処理を行う処理手段と、
前記処理手段により補正された反射波から前記被検査物の表面での反射波及び裏面での反射波を時間領域で分離する波形分離手段と、
前記波形分離手段により分離された前記被検査物の表面における反射波の信号強度と前記透過部材の音響インピーダンスとに基づいて前記被検査物の音響インピーダンスを算出する音響インピーダンス演算手段と
を備えたことを特徴とする音響インピーダンス測定装置。
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手段と、
前記二次元走査手段により超音波が走査される範囲内であってかつ前記透過部材の第１面に接触した状態で配置され、前記透過部材とは異なる既知の音響インピーダンスを有するリファレンス部材と
を備え、前記音響インピーダンス演算手段は、前記リファレンス部材における反射波の信号強度とその音響インピーダンスとを参照して、前記被検査物の音響インピーダンスを算出することを特徴とする請求項２に記載の音響インピーダンス測定装置。