JP2009153674A - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャンパラメータ値を変更した場合にも、被検体中の推定最大ＭＩ値を所定の値に保つ超音波撮像装置を実現する。
【解決手段】最大駆動電圧最適化手段８９により、被検体中の推定最大ＭＩ値が、設定された目標ＭＩ値を越えない最大の値となるような最大駆動電圧を求め、この最大駆動電圧を最大駆動電圧可変手段に設定することとしているので、オペレータは、スキャンパラメータ値を変更した場合にも、最大駆動電圧を再設定する手間をかけずに、造影剤を破壊することのない確実な造影剤検査を行うことを実現させる。
【選択図】図３

Description

この発明は、造影剤が投与された被検体の撮像を行う超音波撮像装置に関する。

近年、超音波撮像装置を用いて、被検体に投与された造影剤を画像化することが行われている。造影剤を用いた超音波検査には、造影剤を破壊して、破壊の際に発生する超音波を観測するもの、あるいは造影剤を破壊せずに、造影剤に繰り返し超音波を照射し、その都度、造影剤から発生される反射超音波の高調波成分を観測するもの等がある。

造影剤は、高い音圧の超音波の照射により破壊される。従って、造影剤に繰り返し超音波を照射し、反射超音波を観測する際には、照射する超音波の音圧を破壊音圧以下に抑える必要がある。

被検体中の超音波音圧は、超音波キャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）による生体作用の指標であるＭＩ（メカニカルインデックス）を用いて現される。ＭＩ値は、被検体中の超音波の負音圧に比例する量であり、被検体中の音圧を反映している（例えば、非特許文献１参照）。撮像を行う際のスキャンパラメータ（ｓｃａｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）値等を用いて算出される被検体中の推定最大ＭＩ値は、表示画面に表示され、オペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）は、この推定最大ＭＩ値が、造影剤を破壊する大きさを超えないように、圧電素子を駆動する際の最大駆動電圧の大きさを調整する。
日本電子機械工業会編、「改訂 医用超音波機器ハンドブック」、コロナ社、１９９７年１月２０日、ｐ．５２〜５８

しかしながら、上記背景技術によれば、撮像を行う際のスキャンパラメータ値を変更するごとに、最大駆動電圧の大きさを調整し直す必要があった。すなわち、電子フォーカス（ｆｏｃｕｓ）の焦点位置、開口幅等のスキャンパラメータ値が変更される場合に、被検体中に形成される最大音圧が変化するので、算出される表示画面の推定最大ＭＩ値も、変化する。

従って、オペレータは、スキャンパラメータ値の変更を行う場合には、同時に、推定最大ＭＩ値を一定に保つべく最大駆動電圧の再調整を行う必要があり、造影剤の検査を行う際の操作性を低下させる要因となっている。

これらのことから、スキャンパラメータ値を変更した場合にも、被検体中の推定最大ＭＩ値を所定の値に保つ超音波撮像装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、スキャンパラメータ値を変更した場合にも、被検体中の推定最大ＭＩ値を所定の値に保つ超音波撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、造影剤が投与された被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、前記画像取得部に設定されるスキャンパラメータ値情報および前記被検体内の推定音圧を示す指標である音圧パラメータの目標音圧パラメータ値を入力する入力部と、前記照射を行う際に、前記スキャンパラメータ値情報および前記超音波を発生させる圧電素子群の最大駆動電圧情報に基づいて、前記被検体内の推定最大音圧パラメータ値を算出する推定最大音圧パラメータ値算出手段と、前記スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、前記推定最大音圧パラメータ値算出手段を用いて算出される推定最大音圧パラメータ値および前記目標音圧パラメータ値を比較し、前記最大駆動電圧情報の最大駆動電圧値を最適化する最大駆動電圧最適化手段とを備える。

この第１の観点による発明では、スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、最大駆動電圧最適化手段により、推定最大音圧パラメータ値および目標音圧パラメータ値を比較し、最大駆動電圧情報の最適化を行う。

また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、造影剤が投与された被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、前記画像取得部に設定されるスキャンパラメータ値情報および前記被検体内の目標ＭＩ値を入力する入力部と、前記照射を行う際に、前記スキャンパラメータ値情報および前記超音波を発生させる圧電素子群の最大駆動電圧情報に基づいて、前記被検体内の推定最大ＭＩ値を算出する推定最大ＭＩ値算出手段と、前記スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、前記推定最大ＭＩ値算出手段を用いて算出される推定最大ＭＩ値および前記目標ＭＩ値を比較し、前記最大駆動電圧情報の最大駆動電圧値を最適化する最大駆動電圧最適化手段とを備える。

この第２の観点による発明では、スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、最大駆動電圧最適化手段により、推定最大ＭＩ値および目標ＭＩ値を比較し、最大駆動電圧情報の最適化を行う。

また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記最大駆動電圧値を変化させ、前記推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下となるように最適化することを特徴とする。

この第３の観点の発明では、目標ＭＩ値が、造影剤が破壊されないＭＩ値の上限値である場合に、最大駆動電圧を、造影剤を破壊しない電圧にする。

また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記圧電素子群の駆動電圧値を、推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える過大電圧値から所定の電圧間隔を持って順次減少させる電圧値単調減少手段を備えることを特徴とする。

この第４の観点の発明では、電圧値単調減少手段により、最大駆動電圧値の大きい値から順に最適値を探す。

また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記電圧間隔を設定する電圧間隔設定手段を備えることを特徴とする。

この第５の観点の発明では、最適化の精度および検索時間を、調整する。

また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第４または５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記推定最大ＭＩ値が、前記目標ＭＩ値以下となる最初の最大駆動電圧値を、最適化された最大駆動電圧値とすることを特徴とする。

この第６の観点の発明では、推定最大ＭＩ値を、目標ＭＩ値以下で最も高い値とし、高い感度の断層画像情報を取得する。

また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記最大駆動電圧情報をなす、推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える第１の最大駆動電圧値および前記第１の最大駆動電圧値より小さい電圧値の第２の最大駆動電圧値を備えることを特徴とする。

この第７の観点の発明では、最適化の変数として、第１の最大駆動電圧値および第２の最大駆動電圧値を用いる。

また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える場合に、前記第２の最大駆動電圧値を新たに前記第１の最大駆動電圧値とし、前記第２の最大駆動電圧値の半分の値を、新たに前記第２の最大駆動電圧値とする電圧値反復設定手段を備えることを特徴とする。

この第８の観点の発明では、電圧値反復設定手段は、第２の最大駆動電圧値を、最適値に近いものとする。

また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記電圧値反復設定手段が、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下である場合に、前記第１の最大駆動電圧値および前記第２の最大駆動電圧値の平均値を、新たに前記第１の最大駆動電圧値とすることを特徴とする。

この第９の観点の発明では、電圧値反復設定手段は、第２の最大駆動電圧値を、最適値に近いものとする。

また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第９の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下であり、かつ前記目標ＭＩ値と前記第２の推定最大ＭＩ値との差分が目標ＭＩ閾値を越えない場合に、前記第２の最大駆動電圧値を、最適化された最大駆動電圧値とすることを特徴とする。

この第１０の観点の発明では、目標ＭＩ値と第２の推定最大ＭＩ値との差分が目標ＭＩ閾値を越えないものを、最適値とする。

また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記目標ＭＩ閾値を設定する目標ＭＩ閾値設定手段を備えることを特徴とする。

この第１１の観点の発明では、最適化の精度を、調整する。

また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし１１の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記スキャンパラメータ値情報が異なる複数の撮像モードを用いて前記断層画像情報の取得を行う際に、前記撮像モードごとに前記最大駆動電圧値を最適化することを特徴とする。

この第１２の観点の発明では、撮像モードごとに最大駆動電圧値の最適化を行い、造影剤の非破壊を、一層確実なものとする。

また、第１３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記撮像モードごとの目標ＭＩ値情報を、入力することを特徴とする。

この第１３の観点の発明では、目標ＭＩ値情報を、撮像モードごとに最適なものにする。

また、第１４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記撮像モードは、造影モードおよびＢモードを含むことを特徴とする。

この第１４の観点の発明では、撮像モードを、造影剤の撮像に適したものとする。

また、第１５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記Ｂモードの目標ＭＩ値として、前記造影モードの目標ＭＩ値に乗じられる、１以下で０を越える値の安全係数を入力することを特徴とする。

この第１５の観点の発明では、Ｂモードの撮像を行う際に、造影剤の非破壊を確実なものとする。

また、第１６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記Ｂモードの目標ＭＩ値として、前記造影モードの目標ＭＩ値から差し引かれる所定値を入力することを特徴とする。

この第１６の観点の発明では、Ｂモードの撮像を行う際に、造影剤の非破壊を確実なものとする。

また、第１７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最大駆動電圧最適化手段が、前記目標ＭＩ値に基づいて、前記撮像モードごとのモード別目標ＭＩ値を自動的に算出する目標ＭＩ値算出手段を備えることを特徴とする。

この第１７の観点の発明では、モード別目標ＭＩ値を、自動的に算出する。

また、第１８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記撮像モードが、造影モードおよびＢモードを含むことを特徴とする。

この第１８の観点の発明では、撮像モードを、造影剤の撮像に適したものとする。

また、第１９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記目標ＭＩ値算出手段が、前記目標ＭＩ値が造影モードに対するものである場合に、前記Ｂモードのモード別目標ＭＩ値を、１以下で０を越える値の安全係数を前記目標ＭＩ値に乗じて算出することを特徴とする。

また、第２０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記目標ＭＩ値算出手段が、前記目標ＭＩ値が造影モードに対するものである場合に、前記Ｂモードのモード別目標ＭＩ値を、前記目標ＭＩ値から所定値を差し引いて算出することを特徴とする。

本発明によれば、造影剤を用いた検査で、スキャンパラメータ値情報が変更される際に、圧電素子の最大駆動電圧を手動で再設定する手間を無くし、操作性の向上を計ると共に、この検査が、複数の撮像モード（ｍｏｄｅ）を含む場合にも、撮像モードごとに最大駆動電圧の最適化を行い、造影剤の非破壊を、一層確実なものにすることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。この超音波撮像装置１００は、探触子部１０１、画像取得部１０９、シネメモリ（ｃｉｎｅ ｍｅｍｏｒｙ）部１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７および制御部１０８を含み、画像取得部１０９は、さらに送受信部１０２および受信信号処理部１０３を含む。

探触子部１０１は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体１の撮像断面の特定方向に超音波を繰り返し照射し、被検体１の内部から反射される超音波信号を、時系列的な音線として受信する。また、探触子部１０１は、超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査を行う。探触子部１０１の内部には、図示しない圧電素子が、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列されている。

送受信部１０２は、探触子部１０１と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続され、探触子部１０１の圧電素子を駆動するための電気信号および受信した超音波信号の初段増幅を行う。送受信部１０２は、最大駆動電圧可変手段１２を含む。最大駆動電圧可変手段１２は、制御部１０８からの制御信号に応じて、圧電素子を駆動する最大駆動電圧を変化させる。従って、最大駆動電圧可変手段１２は、被検体に照射される超音波の最大音圧を変化させる。なお、制御部１０８は、入力部１０７から設定されるパワーレベル（ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌ）ＰＬの値に基づいて、この最大駆動電圧を決定する。

受信信号処理部１０３は、送受信部１０２を駆動する電気信号の形成および送受信部１０２で増幅された超音波信号から、Ｂモード画像情報等の断層画像情報を形成する。特に、被検体１に造影剤が投与される場合には、スキャンパラメータ値が造影剤の撮像に最適化された造影モード処理を行い、造影モード画像情報の取得を行う。

受信信号処理部１０３は、超音波の送信の場合に、送信信号を遅延させ焦点位置に焦点を結ばせる。受信信号処理部１０３は、超音波の受信の場合に、受信した超音波信号の遅延加算処理、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ）変換処理、変換した後のデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）情報を断層画像情報として、後述のシネメモリ部１０４に書き込む処理等を行う。

シネメモリ部１０４は、造影モード処理で生成される断層画像情報等を蓄積するためのシネメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）である。特に、シネメモリ部１０４は、時間的に変化する断層画像情報を、撮像領域の一枚の断層画像情報を示すフレーム（ｆｒａｍｅ）を最小単位として、取得が行われた時間情報と共に保存する。

画像表示制御部１０５は、受信信号処理部１０３で生成された断層画像情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ
ｒａｔｅ）変換、カラー（ｃｏｌｏｕｒ）表示制御、並びに、断層画像情報の表示画像の形状や位置制御を行う。また、画像表示制御部１０５は、断層画像情報等の表示画像上での関心領域を示すＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ
Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）等の表示も行う。

表示部１０６は、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いて、画像表示制御部１０５から出力された画像情報を、オペレータに対して可視表示する。表示部１０６は、画像表示制御部１０５からの指示により、カラー表示を行うこともできる。

制御部１０８は、入力部１０７から与えられた操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波撮像装置１００各部の動作を制御し、表示部１０６に断層画像情報であるＢモード画像等を表示する。なお、制御部１０８については、後に詳述する。

入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）およびポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、オペレータにより、撮像モードを選択する操作入力信号および撮像を行う際のスキャンパラメータ値等が入力され、制御部１０８にこれらの情報を送信する。

図２は、入力部１０７の一例を示す説明図である。入力部１０７は、キーボード７０、ＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７１、ニューペイシェントキー（Ｎｅｗ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｋｅｙ）等を含む患者指定部７２、トラックボール（ｔｒａｃｋ ｂａｌｌ）等を含み、ＲＯＩ等の関心領域設定手段でもある計測入力部７３、撮像モード設定手段７８および目標ＭＩ値設定手段７４を含む。

ＴＧＣ７１は、表示される断層画像情報の深さ方向の利得を調整し、患者指定部７２は、新たな被検体の撮像を行う場合に選択されるキー（ｋｅｙ）を含み、計測入力部７３は、表示部１０６に関心領域を設定する際の、関心領域の形状、位置および大きさ等を設定するキー、並びに設定された関心領域の画素値等の計測を行う機能を有し、目標ＭＩ値設定手段７４は、造影剤を用いた撮像を行う場合に、造影剤が破壊されない音圧の上限値である非破壊音圧情報等を入力する。

目標ＭＩ値設定手段７４は、非破壊音圧選択キー７５、シフト電圧間隔選択キー７６、目標ＭＩ閾値設定キー７９および数値入力ボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）７７からなる。非破壊音圧選択キー７５がオン（ｏｎ）にされる場合には、数値入力ボリューム７７から入力される数値情報は、ＭＩを用いた造影剤の非破壊音圧の上限値を示すものである。シフト電圧間隔選択キー７６がオンにされる場合には、数値入力ボリューム７７から入力される数値情報は、後述する最大駆動電圧最適化手段の電圧単調減少手段において用いられる、最大駆動電圧の変化幅ΔＶの値を示すものとなる。目標ＭＩ閾値設定キー７９がオンにされる場合には、数値入力ボリューム７７から入力される数値情報は、後述する目標ＭＩ値と推定最大ＭＩ値の差分の大きさを判定する目標ＭＩ閾値δとなる。

撮像モード設定手段７８は、造影モード、Ｂモード等の撮像モードを選択するもので、撮像モードごとにキーが存在し、押されたキーの撮像モードが実行される。また、このキーの選択に同期して、目標ＭＩ値設定手段７４の各キー入力も、選択された撮像モードに対するものとなる。

図３は、制御部１０８の構成を示すブロック図である。制御部１０８は、画像取得制御部８８、最大駆動電圧最適化手段８９および推定最大ＭＩ値算出手段８７を含む。

画像取得制御部８８は、入力部１０７からの撮像モード指定情報、最大駆動電圧情報、焦点位置情報、駆動周波数情報等のスキャンパラメータ値情報に基づいて、超音波スキャンを行い、断層画像情報を取得する。

推定最大ＭＩ値算出手段８７は、スキャンパラメータ値情報および最大駆動電圧情報に基づいて、被検体１中の推定最大ＭＩ値ＰＭＩを算出する。ここで、推定最大ＭＩ値の算出方法について述べる。ＭＩは、被検体１の中の音圧を示す指標で、被検体１の組織部における負音圧Ｐｒ３（Ｍｐａ；メガパスカル）とは、

ＭＩ＝Ｐｒ３／ｆ^１／２
の関係を有する。ここで、ｆ（ＭＨｚ；メガヘルツ）は、超音波の中心周波数である。この関係から、Ｐｒ３の値を用いてＭＩの値が算出される。

組織中の負音圧Ｐｒ３は、水中における負音圧Ｐｒと換算係数ｋを用いて、

Ｐｒ３＝ｋ×Ｐｒ
の関係を有する。この関係から、水中の負音圧Ｐｒの値を用いてＰｒ３の値が算出される。

水中の負音圧Ｐｒは、水中で正弦的に変化する音圧の音圧振幅Ｐｍとは、

Ｐｒ＝Ｐｍ−Ｐｓ
の関係を有する。ここで、Ｐｓは、静圧（通常１気圧）である。この関係から、水中の音圧振幅Ｐｍを用いて、水中の負音圧Ｐｓの値が算出される。

水中の音圧振幅Ｐｍは、スキャンパラメータ値および実験的に計測される水中の音圧分布から求められる。所定のスキャンパラメータ値のもとでの水中の音圧振幅Ｐｍの分布は、例えば水中に設置されたハイドロフォン（ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ）の移動等により、予め実験的に求められる。これら音圧振幅Ｐｍの分布情報は、入力部１０７からの手入力またはＲＯＭ等に書き込まれた不揮発性の情報として、予め推定最大ＭＩ値算出手段８７に設定される。

図４は、取得される音圧分布関数の一例を示す説明図である。探触子部１０１から被検体１内に向かう深さ方向を横軸（ｚ軸）とし、照射される超音波が示す音圧振幅Ｐｍを縦軸としている。ここで、横軸をなすｚ軸は、被検体１と接触する探触子部１０１の表面を原点とする。深さ方向の音圧分布は、焦点位置ＦＤの近傍位置において、最大音圧ＰＭａｘを示し、その後は徐々に音圧を下げていく。推定最大ＭＩ値算出手段８７は、この最大音圧ＰＭａｘから、上述した換算式を用いて推定最大ＭＩ値ＰＭＩを算出する。なお、上述したＭＩ、Ｐｒ３、Ｐｒ等の音圧パラメータを用いた場合の分布関数も、音圧振幅Ｐｍを用いた場合と全く同様である。

図４に示した様な音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は、スキャンパラメータ値の変化により変化する。音圧分布を変化させるスキャンパラメータ値としては、探触子部１０１の共振周波数等を含む探触子情報Ｔｙ、走査方向に行われる電子フォーカスの焦点位置ＦＤ、走査方向に同時駆動される圧電素子数を示す開口幅ＡＷ、アポダイゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）情報ＡＰおよび圧電素子を駆動する最大駆動電圧ＭＶ等が存在する。これらスキャンパラメータ値により、実験的に求められた音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）および最大ＭＩ値は、適正なものに補正される。この推定最大ＭＩ値ＰＭＩは、この補正関数をｆとすると、

ＰＭＩ＝ｆ（ＭＶ、Ｔｙ、ＦＤ、ＡＷ、ＡＰ、・・・）
と現せる。なお、補正関数ｆは、複雑な関数形を有し、右側の演算部から、左側のＰＭＩを求めることは容易であるが、ＰＭＩを独立変数として、右側演算部の１つの変数、例えば最大駆動電圧ＭＶを決定することは容易でない。

図３に戻り、最大駆動電圧最適化手段８９は、上述した補正関数ｆを用いて、最大駆動電圧ＭＶを最適化する。この最適化では、推定最大ＭＩ値ＰＭＩが、目標ＭＩ値以下で最大となる場合の最大駆動電圧ＭＶを求める。この最大駆動電圧ＭＶでは、被検体１中の音圧が、造影剤の非破壊音圧の上限を示す目標ＭＩ値を越えることが無く、造影剤の破壊を防止すると共に、この条件のもとでの最大感度の断層画像情報を取得する。

最大駆動電圧最適化手段８９は、電圧値単調減少手段８１および電圧値反復設定手段８２を含む。電圧値単調減少手段８１および電圧値反復設定手段８２は、最大駆動電圧ＤＶを最適化する際の異なる２つ方法を含むものであり、いずれか１つの方法が選択および実行される。なお、電圧値単調減少手段８１および電圧値反復設定手段８２の機能および動作については、以下に示す制御部１０８の動作のところで詳細に説明する。

つぎに、本実施の形態にかかる制御部１０８の動作について説明する。図５は、制御部１０８の動作を示すフローチャート（ｆｌｏｗｃｈａｒｔ）である。まず、オペレータは、入力部１０７の目標ＭＩ値設定手段７４を用いて、造影剤の非破壊音圧の上限を示す目標ＭＩ値を入力する（ステップＳ５０１）。ここで、オペレータは、電圧値単調減少手段８１を用いて最大駆動電圧の最適化を行う場合には、同時に最大駆動電圧を変化させる際の変化幅であるシフト電圧間隔ΔＶを、シフト電圧間隔選択キー７６を選択し、値を入力する。

その後、オペレータは、撮像を行う際のスキャンパラメータ値を設定する（ステップＳ５０２）。ここで、オペレータは、造影剤を描出するのに最適な、焦点位置、開口幅等を設定する。

その後、最大駆動電圧最適化手段８９は、設定された目標ＭＩ値およびスキャンパラメータ値を用いて、最大駆動電圧最適化処理を行う（ステップＳ５０３）。図６は、電圧値単調減少手段８１を用いた場合の最大駆動電圧最適化処理を示すフローチャートである。まず、電圧値単調減少手段８１は、最大駆動電圧を示す電圧変数であるＶＣに、最大駆動電圧可変手段１２に設定可能な最大駆動電圧上限値を設定する（ステップＳ６０１）。

その後、電圧値単調減少手段８１は、電圧変数であるＶＣから、目標ＭＩ値設定手段７４を用いて入力されたシフト電圧間隔ΔＶを差し引いた値を、新たな電圧変数ＶＣとして設定する（ステップＳ６０２）。ここで、目標ＭＩ値設定手段７４を用いて入力されたシフト電圧間隔ΔＶは、最大駆動電圧上限値に対して１％〜数％程度の電圧間隔が設定され、最適化の精度および演算時間を考慮して決定される。

その後、最大駆動電圧最適化手段８９は、電圧変数ＶＣの値の情報を、推定最大ＭＩ値算出手段８７に送信し、推定最大ＭＩ値ＰＭＩを算出する（ステップＳ６０３）。そして、最大駆動電圧最適化手段８９は、算出された推定最大ＭＩ値の情報を、推定最大ＭＩ値算出手段８７から電圧値単調減少手段８１に返信する。

その後、電圧値単調減少手段８１は、算出された推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ６０４）。電圧値単調減少手段８１は、推定最大ＭＩ値が目標ＭＩ値よりも大きい場合には（ステップＳ６０４肯定）、造影剤が破壊されることになるので、ステップＳ６０２に移行し、さらに電圧変数ＶＣの値をシフト電圧間隔ΔＶだけ減少し、ステップＳ６０３、６０４を繰り返し行う。

また、電圧値単調減少手段８１は、推定最大ＭＩ値が目標ＭＩ値以下である場合には（ステップＳ６０４否定）、造影剤が破壊されることはないので、この電圧変数ＶＣの値を、最大駆動電圧の値とする（ステップＳ６０５）。そして、電圧値単調減少手段８１は、この最大駆動電圧の値を、最大駆動電圧可変手段１２の最大駆動電圧として設定する（ステップＳ６０６）。

なお、この最大駆動電圧の値は、推定最大ＭＩ値を、目標ＭＩ値以下にすると共に、電圧変数ＶＣをシフト電圧間隔ΔＶで変化させる際に、目標ＭＩ値以下で最大の推定最大ＭＩ値とするものである。

図７は、最大駆動電圧の設定を行う迄の処理を模式的に示した模式図である。左側の縦軸は、電圧変数ＶＣの値を示し、右側の縦軸は、関数ｆを用いて求まる推定最大ＭＩ値ＰＭＩを示している。なお、これらの軸は、共に上方に行くほど大きな値となり、関数ｆは、電圧変数ＶＣの増加に伴い、推定最大ＭＩ値も増加する単調増加関数である。当初、電圧変数ＶＣは、最大駆動電圧上限値に近い値を用いて、推定最大ＭＩ値を算出する。その後、徐々に電圧変数ＶＣの値を減らし、推定最大ＭＩ値が目標ＭＩ値以下になった最初の最大駆動電圧の値を、最大駆動電圧可変手段１２の設定値とする。

また、上述したステップＳ５０３の最大駆動電圧最適化処理では、電圧値単調減少手段８１を用いた例を示したが、代わりに電圧値反復設定手段８２を用いて、最大駆動電圧最適化処理を行うこともできる。図８は、電圧値反復設定手段８２を用いた場合の最大駆動電圧最適化処理を示すフローチャートである。

まず、電圧値反復設定手段８２は、初期値として第１の最大駆動電圧Ｖ１および第１の最大駆動電圧Ｖ１より小さい第２の最大駆動電圧Ｖ２を設定する（ステップＳ８０１）。ここで、第１の最大駆動電圧Ｖ１は、例えば、最大駆動電圧可変手段１２が有する最大駆動電圧上限値とされ、第２の最大駆動電圧Ｖ２は、最大駆動電圧上限値の半分の値とされる。そして、最大駆動電圧最適化手段８９は、第２の最大駆動電圧Ｖ２を、推定最大ＭＩ値算出手段８７に送信する。

その後、推定最大ＭＩ値算出手段８７は、第２の最大駆動電圧Ｖ２の値を用いて、推定最大ＭＩ値ＰＭＩを算出する（ステップＳ８０２）。この推定最大ＭＩ値は、電圧値反復設定手段８２に返信され、電圧値反復設定手段８２は、推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ８０３）。電圧値反復設定手段８２は、推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値よりも大きい場合には（ステップＳ８０３肯定）、第２の最大駆動電圧Ｖ２の値を、新たに第１の最大駆動電圧Ｖ１の値とし（ステップＳ８０４）、第２の最大駆動電圧Ｖ２の値の半分の値を、新たに第２の最大駆動電圧Ｖ２の値とし（ステップＳ８０５）、ステップＳ８０２に移行する。

図９（Ａ）は、ステップＳ８０３〜Ｓ８０５の処理を模式的に示した、図７と同様の模式図である。図９（Ａ）の左側の縦軸は、電圧変数Ｖ１，Ｖ２の値を示し、右側の縦軸は、推定最大ＭＩ値を示している。電圧変数の１つの値に対して、１つの推定最大ＭＩ値が、関数ｆを用いて算出される。図９（Ａ）は、ステップＳ８０３肯定の場合に行う処理を示したものである。電圧変数Ｖ２の推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値を越える場合には、第２の最大駆動電圧Ｖ２を新たに第１の最大駆動電圧Ｖ１とし、第２の最大駆動電圧Ｖ２の半分の値を、新たに第２の最大駆動電圧Ｖ２の値とする。

また、図８に戻り、電圧値反復設定手段８２は、推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値以下である場合には（ステップＳ８０３否定）、目標ＭＩ値から推定最大ＭＩ値を差し引いた誤差が、設定された目標ＭＩ閾値δの内にあるかどうかを判定する（ステップＳ８０６）。ここで、目標ＭＩ閾値δは、予め設定される経験値で、この値が小さくなる程推定最大ＭＩ値が目標ＭＩ値に近くなり、取得される断層画像情報が有する感度を、高くすることができる。一方で、第２の最大駆動電圧Ｖ２を最適化するのに必要とされる演算時間は、長くなる。

電圧値反復設定手段８２は、目標ＭＩ値から推定最大ＭＩ値を差し引いた誤差が、目標ＭＩ閾値δの内に無い場合には（ステップＳ８０６否定）、第１の最大駆動電圧Ｖ１および第２の最大駆動電圧Ｖ２の平均値を、新たに第２の最大駆動電圧Ｖ２の値とし（ステップＳ８０７）、ステップＳ８０２に移行する。

図９（Ｂ）は、ステップＳ８０３、ステップＳ８０６、ステップＳ８０７の処理を模式的に示す、図９（Ａ）と同様の模式図である。図９（Ｂ）の左側の縦軸は、電圧変数Ｖ１，Ｖ２の値を示し、右側の縦軸は、推定最大ＭＩ値を示している。電圧変数の１つの値に対して、１つの推定最大ＭＩ値が、関数ｆを用いて算出される。図９（Ｂ）は、ステップＳ８０３およびステップＳ８０６が否定の場合に行われる処理を示したものである。すなわち、図９（Ｂ）は、電圧変数Ｖ２の推定最大ＭＩ値が、目標ＭＩ値以下である場合に、目標ＭＩ値から推定最大ＭＩ値を差し引いた誤差が、目標ＭＩ閾値δの内にあるかどうかを判定し、この判定結果が目標ＭＩ閾値δの誤差範囲に含まれない場合には、第１の最大駆動電圧Ｖ１および第２の最大駆動電圧Ｖ２の平均値を、新たに第２の最大駆動電圧Ｖ２の値とする例を図示している。

また、図８に戻り、電圧値反復設定手段８２は、目標ＭＩ値から推定最大ＭＩ値を差し引いた誤差が、目標ＭＩ閾値δの内にある場合には（ステップＳ８０６肯定）、第２の最大駆動電圧Ｖ２の値を、求める最大駆動電圧の値とし（ステップＳ８０８）、この値を、最大駆動電圧可変手段１２に最大駆動電圧の値として設定し（ステップＳ８０９）、この最大駆動電圧最適化処理を終了する。

その後、図５に戻り、オペレータは、造影剤を被検体１に投与した後に撮像を行い（ステップＳ５０４）、本処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態では、最大駆動電圧最適化手段８９により、推定最大ＭＩ値が、設定された目標ＭＩ値を越えない最大の値となるような最大駆動電圧を求め、この最大駆動電圧を最大駆動電圧可変手段１２に設定することとしているので、オペレータは、スキャンパラメータ値を変更した場合にも、最大駆動電圧を再設定する手間をかけずに、造影剤を破壊することのない確実な造影剤検査を行うことができる。

また、本実施の形態では、最大駆動電圧最適化手段８９は、オペレータが設定した特定の撮像モードに対して、最大駆動電圧最適化処理を行うこととしたが、複数の撮像モードが混在する場合にも同様に行うことができる。しかし、撮像モードごとにスキャンパラメータ値が異なる場合が存在するので、最適化は、撮像モードごとに行われる。例えば、造影剤の撮像を行うフェーズインバージョン（ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）法および造影剤の背景画像情報を取得するＢモードを用いた走査を交互に行い、一枚の断層画像情報を取得する場合には、撮像モードごとのスキャンパラメータ値を用いて、撮像モードごとに最大駆動電圧の最適化を行う。

また、上述した複数の撮像モードが混在する場合には、設定される目標ＭＩ値を、撮像モードごとに異なるものとすることもできる。例えば、背景画像を取得する目的で行うＢモードの撮像では、造影剤の破壊を確実に防止するために、フェーズインバージョン法等の造影モードで設定される目標ＭＩ値よりも小さい目標ＭＩ値を、設定することもできる。

この場合、目標ＭＩ値設定手段７４は、撮像モード設定手段７８により選択される撮像モードの目標ＭＩ値を、数値入力ボリューム７７から入力する。数値入力ボリューム７７から入力される数値情報は、例えば造影モードで設定された目標ＭＩ値に乗算される０＜ｋ≦１．０の値を有する安全係数値ｋ、あるいは造影モードで設定された目標ＭＩ値から差し引かれる所定のＭＩ値とすることができる。

また、上述した複数の撮像モードが混在する場合には、撮像モードごとのモード別目標ＭＩ値を、自動的に算出し、設定することもできる。この場合、最大駆動電圧最適化手段８９は、目標ＭＩ値算出手段を有し、目標ＭＩ値算出手段は、予め設定される目標ＭＩ値から、撮像モードごとのモード別目標ＭＩ値を、自動的に算出する。撮像モードが造影モードおよびＢモードを含み、予め設定される目標ＭＩ値が造影モードに対するものである場合には、目標ＭＩ値算出手段は、目標ＭＩ値に、上述した安全係数ｋを乗じた値または所定のＭＩ値を差し引いた値を、Ｂモードのモード別目標ＭＩ値とする。

また、本実施の形態では、ＭＩを用いて最適化処理を行ったが、全く同様に、上述した負音圧Ｐｒ３、Ｐｒまたは音圧振幅Ｐｍ等の、被検体１中の音圧の指標となる音圧パラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を用いて最適化を行うこともできる。

超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかる入力部の外観を示す外観図である。 実施の形態にかかる制御部の構成を示すブロック図である。 深さ方向の音圧分布の一例を示す説明図である。 実施の形態にかかる制御部の動作を示すフローチャートである。 電圧値単調減少手段を用いた最大駆動電圧最適化処理の動作を示すフローチャートである。 電圧値単調減少手段の動作を模式的に示した説明図である。 電圧値反復設定手段を用いた最大駆動電圧最適化処理の動作を示すフローチャートである。 電圧値反復設定手段の動作を模式的に示した説明図である。

符号の説明

１ 被検体
１２ 最大駆動電圧可変手段
７０ キーボード
７２ 患者指定部
７３ 計測入力部
７４ 目標ＭＩ値設定手段
７５ 非破壊音圧選択キー
７６ シフト電圧間隔選択キー
７７ 数値入力ボリューム
７８ 撮像モード設定手段
８１ 電圧値単調減少手段
８２ 電圧値反復設定手段
８７ 推定最大ＭＩ値算出手段
８８ 画像取得制御部
８９ 最大駆動電圧最適化手段
１００ 超音波撮像装置
１０１ 探触子部
１０２ 送受信部
１０３ 受信信号処理部
１０４ シネメモリ部
１０５ 画像表示制御部
１０６ 表示部
１０７ 入力部
１０８ 制御部
１０９ 画像取得部

Claims (20)

1. 造影剤が投与された被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部に設定されるスキャンパラメータ値情報および前記被検体内の推定音圧を示す指標である音圧パラメータの目標音圧パラメータ値を入力する入力部と、
   前記照射を行う際に、前記スキャンパラメータ値情報および前記超音波を発生させる圧電素子群の最大駆動電圧情報に基づいて、前記被検体内の推定最大音圧パラメータ値を算出する推定最大音圧パラメータ値算出手段と、
   前記スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、前記推定最大音圧パラメータ値算出手段を用いて算出される推定最大音圧パラメータ値および前記目標音圧パラメータ値を比較し、前記最大駆動電圧情報の最大駆動電圧値を最適化する最大駆動電圧最適化手段と、
   を備える超音波撮像装置。
2. 造影剤が投与された被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部に設定されるスキャンパラメータ値情報および前記被検体内の目標ＭＩ値を入力する入力部と、
   前記照射を行う際に、前記スキャンパラメータ値情報および前記超音波を発生させる圧電素子群の最大駆動電圧情報に基づいて、前記被検体内の推定最大ＭＩ値を算出する推定最大ＭＩ値算出手段と、
   前記スキャンパラメータ値情報が変更されるごとに、前記推定最大ＭＩ値算出手段を用いて算出される推定最大ＭＩ値および前記目標ＭＩ値を比較し、前記最大駆動電圧情報の最大駆動電圧値を最適化する最大駆動電圧最適化手段と、
   を備える超音波撮像装置。
3. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記最大駆動電圧値を変化させ、前記推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下となるように最適化することを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
4. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記圧電素子群の駆動電圧値を、推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える過大電圧値から所定の電圧間隔を持って順次減少させる電圧値単調減少手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波撮像装置。
5. 前記入力部は、前記電圧間隔を設定する電圧間隔設定手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波撮像装置。
6. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記推定最大ＭＩ値が、前記目標ＭＩ値以下となる最初の最大駆動電圧値を、最適化された最大駆動電圧値とすることを特徴とする請求項３または５に記載の超音波撮像装置。
7. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記最大駆動電圧情報をなす、推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える第１の最大駆動電圧値および前記第１の最大駆動電圧値より小さい電圧値の第２の最大駆動電圧値を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波撮像装置。
8. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値を越える場合に、前記第２の最大駆動電圧値を新たに前記第１の最大駆動電圧値とし、前記第２の最大駆動電圧値の半分の値を、新たに前記第２の最大駆動電圧値とする電圧値反復設定手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
9. 前記電圧値反復設定手段は、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下である場合に、前記第１の最大駆動電圧値および前記第２の最大駆動電圧値の平均値を、新たに前記第１の最大駆動電圧値とすることを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
10. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記第２の最大駆動電圧値を用いて算出された第２の推定最大ＭＩ値が前記目標ＭＩ値以下であり、かつ前記目標ＭＩ値と前記第２の推定最大ＭＩ値との差分が目標ＭＩ閾値を越えない場合に、前記第２の最大駆動電圧値を、最適化された最大駆動電圧値とすることを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像装置。
11. 前記入力部は、前記目標ＭＩ閾値を入力する目標ＭＩ閾値設定手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の超音波撮像装置。
12. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記スキャンパラメータ値情報が異なる複数の撮像モードを用いて前記断層画像情報の取得を行う際に、前記撮像モードごとに前記最大駆動電圧値を最適化することを特徴とする請求項２ないし１１のいずれか１つに記載の超音波撮像装置。
13. 前記入力部は、前記撮像モードごとの目標ＭＩ値情報を、入力することを特徴とする請求項１２に記載の超音波撮像装置。
14. 前記撮像モードは、造影モードおよびＢモードを含むことを特徴とする請求項１３に記載の超音波撮像装置。
15. 前記入力部は、前記Ｂモードの目標ＭＩ値として、前記造影モードの目標ＭＩ値に乗じられる、１以下で０を越える値の安全係数を入力することを特徴とする請求項１４に記載の超音波撮像装置。
16. 前記入力部は、前記Ｂモードの目標ＭＩ値として、前記造影モードの目標ＭＩ値から差し引かれる所定値を入力することを特徴とする請求項１４に記載の超音波撮像装置。
17. 前記最大駆動電圧最適化手段は、前記目標ＭＩ値に基づいて、前記撮像モードごとのモード別目標ＭＩ値を自動的に算出する目標ＭＩ値算出手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の超音波撮像装置。
18. 前記撮像モードは、造影モードおよびＢモードを含むことを特徴とする請求項１７に記載の超音波撮像装置。
19. 前記目標ＭＩ値算出手段は、前記目標ＭＩ値が造影モードに対するものである場合に、前記Ｂモードのモード別目標ＭＩ値を、１以下で０を越える値の安全係数を前記目標ＭＩ値に乗じて算出することを特徴とする請求項１８に記載の超音波撮像装置。
20. 前記目標ＭＩ値算出手段は、前記目標ＭＩ値が造影モードに対するものである場合に、前記Ｂモードのモード別目標ＭＩ値を、前記目標ＭＩ値から所定値を差し引いて算出することを特徴とする請求項１８に記載の超音波撮像装置。
    

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