JP2010075329A - 超音波診断装置及び超音波診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体中に含まれる微小構造物、連続面及びスペックルを正確に弁別することが可能な超音波診断装置及び超音波診断方法を提供する。
【解決手段】孤立点は孤立点特有の時間差で送信波形が保たれたまま受信されるため、孤立点特有の遅延を考慮して各小開口で整合加算した結果が波形レベルで一致する。また、素子データ上において送信波形が保たれているため、小開口の位置に依らずＲＦデータの距離方向の位相差が一様である。また、連続面は、中心の小開口で振幅が大きい。また、素子データ上において送信波形が保たれているため、ＲＦデータの連続点を含む領域における距離方向の位相差が一様である。また、スペックルは、開口の位置に依らず振幅及びＲＦデータ（位相）がランダムに変化する。上記のように、各小開口の整合加算後のＲＦデータ又は振幅画像データの一致性が、孤立点（微小構造物）と、連続面及びスペックルとの間で異なる。
【選択図】図４

Description

本発明は超音波診断装置及び超音波診断方法に係り、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する超音波診断装置及び超音波診断方法に関する。

従来、超音波画像処理において、被検体内に含まれる微小構造物（例えば、乳房の中の石灰化領域）、連続面、スペックル等の反射物性状を解析し、上記反射物性状に基づいて超音波画像中で反射物の表示を強調又は抑制する技術が提案されている。反射物を区別する技術としては、例えば、超音波の振幅情報の値や形状の違いから反射物を区別する技術（例えば、特許文献１から３）や、フレーム間での振幅値の変化の仕方に着目する技術（例えば、特許文献４）が提案されている。また、特許文献５には、乳房の超音波診断において、Ｂモード画像からスペックルパタンを除去するＣＦＡＲ（Contrast False Alarm Rate）処理とともにＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）処理を行うことで、微小石灰化を抽出する技術が開示されている。
特開２００３−６１９６４号公報 特開平７−８４８７号公報 特開２０００−３００５６１号公報 特開平９−９４２４８号公報 特開２００６−３０５３３７号公報

上記のように、従来の超音波診断において、振幅画像において微小構造物が孤立した高エコーとして描出されることに基づいて微小構造物を抽出するものが提案されている。しかしながら、振幅画像では、スペックル（超音波のランダムな干渉に起因する干渉縞）や、連続面（音響インピーダンスが一定の面状の領域）がとぎれとぎれに存在する部位も高エコーとして描出されるため、被検体中の微小構造物をスペックル等から弁別して抽出することは困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被検体中に含まれる微小構造物、連続面及びスペックルを正確に弁別することが可能な超音波診断装置及び超音波診断方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の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素子データ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用探触子と、前記超音波トランスデューサから出力された素子データに基づいて、前記超音波探触子に設けられた開口を複数に分割した小開口の素子データの整合加算を行う演算手段と、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ及び振幅画像のうちの少なくとも１つに基づいて、前記被検体内において超音波を反射する反射物の性状を判定する判定手段とを備える。

本発明の第２の態様に係る超音波診断装置は、上記第１の態様において、前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域を微小構造物と判定するようにしたものである。

本発明の第３の態様に係る超音波診断装置は、上記第１の態様において、前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域であって、前記小開口の位置によらずＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が所定値以下の領域を微小構造物と判定するようにしたものである。

本発明の第４の態様に係る超音波診断装置は、上記第１から第３の態様において、前記判定手段が、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より所定値以上大きい領域を連続面と判定するようにしたものである。

本発明の第５の態様に係る超音波診断装置は、上記第１から第３の態様において、前記判定手段が、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より第１の所定値以上大きい領域であって、前記中心に位置する小開口におけるＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が第２の所定値以下の領域を連続面と判定するようにしたものである。

本発明の第６の態様に係る超音波診断装置は、上記第１から第５の態様において、前記判定手段が、小開口の位置に依らず、振幅又はＲＦデータがランダムに変化する領域をスペックルと判定するようにしたものである。

本発明の第７の態様に係る超音波診断装置は、上記第６の態様において、前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる微小構造物の混合割合を判定するようにしたものである。

本発明の第８の態様に係る超音波診断装置は、上記第６又は第７の態様において、前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる連続面の混合割合を判定するようにしたものである。

本発明の第９の態様に係る超音波診断装置は、上記第１から第８の態様に加えて、前記反射物の性状の判定結果を表示する表示手段を更に備えるものである。

本発明の第１０の態様に係る超音波診断装置は、上記第９の態様において、前記表示手段が、前記反射物の性状の判定結果を、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ようにしたものである。

本発明の第１１の態様に係る超音波診断装置は、上記第９又は第１０の態様に加えて、前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記反射物の性状の判定結果を表示する第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ものである。

本発明の第１２の態様に係る超音波診断方法は、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素子データ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用探触子から出力された素子データに基づいて、前記超音波探触子に設けられた開口を複数に分割した小開口の素子データの整合加算を行う演算工程と、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ及び振幅画像のうちの少なくとも１つに基づいて、前記被検体内において超音波を反射する反射物の性状を判定する判定工程とを備える。

本発明の第１３の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２の態様の前記判定工程において、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域を微小構造物と判定するようにしたものである。

本発明の第１４の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２の態様の前記判定工程において、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域であって、前記小開口の位置によらずＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が所定値以下の領域を微小構造物と判定するようにしたものである。

本発明の第１５の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２から第１４の態様の前記判定工程において、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より所定値以上大きい領域を連続面と判定するようにしたものである。

本発明の第１６の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２から第１４の態様の前記判定工程において、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より第１の所定値以上大きい領域であって、前記中心に位置する小開口におけるＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が第２の所定値以下の領域を連続面と判定するようにしたものである。

本発明の第１７の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２から第１６の態様の前記判定工程において、小開口の位置に依らず、振幅又はＲＦデータがランダムに変化する領域をスペックルと判定するようにしたものである。

本発明の第１８の態様に係る超音波診断方法は、上記第１７の態様に加えて、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる微小構造物の混合割合を判定する工程を更に備えるものである。

本発明の第１９の態様に係る超音波診断方法は、上記第１７又は第１８の態様に加えて、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる連続面の混合割合を判定する工程を更に備えるものである。

本発明の第２０の態様に係る超音波診断方法は、上記第１２から第１９の態様に加えて、前記反射物の性状の判定結果を表示手段に表示する表示工程を更に備えるようにしたものである。

本発明の第２１の態様に係る超音波診断方法は、上記第２０の態様の前記表示工程において、前記反射物の性状の判定結果を、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ようにしたものである。

本発明の第２２の態様に係る超音波診断方法は、上記第２０又は第２１の態様に加えて、前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記反射物の性状の判定結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替え指示入力をオペレータから受け付けて、表示モードを切り替える表示モード切替手段工程を更に備えるものである。

本発明によれば、素子データ上で小開口の整合加算を行って、ＲＦデータ及び振幅画像における微小構造物、連続面、及びスペックルの特徴の違いを利用することにより、振幅画像の振幅値や形状に基づく従来の手法では弁別することが困難な微小構造物、連続面及びスペックルを弁別することができ、組織性状を判定することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断方法の好ましい実施の形態について説明する。

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

図１に示す超音波診断装置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・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）を単独で表示する通常表示モードと反射物の性状の判定結果（後述）を表示する判定結果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に超音波診断装置１０の各ブロックの制御を制御するための制御プログラムが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に送信するとともに、被検体ＯＢＪによって反射される超音波ビーム（超音波エコー）を受信して超音波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。上記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、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を受信すると、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（以下、素子データという。）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、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。

更に、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超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために検出信号に与えら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）。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てもよい。

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、各超音波トランスデューサ３０２から出力される検出信号（素子データ）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刻が異なるので、上記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）により表した画像データ）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から入力される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、超音波診断装置１０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、即ち、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、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に指令する。シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に従って、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。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による解析・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。

［微小構造物の判定処理］
次に、微小構造物を判定する方法について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１０は、素子データ上で、小開口（例えば、超音波探触子３００のすべての素子数の１／２，１／３から１／５の素子数の超音波トランスデューサ３０２からなる開口）から取得した素子データの整合加算を行い、各整合加算結果のＲＦデータ及び振幅画像に基づいて反射物性状や組織性状を判定するものである。

図２は、素子データの位相整合加算処理を説明するための図である。図３は、素子データを小開口ごとに位相整合加算処理を説明するための図である。また、図４は、孤立点、連続面及びスペックルの小開口の整合加算後のＲＦデータ又は振幅画像の一致性の違いを説明するための図である。

図２に示すように、孤立点は、振幅画像ＩＭＧにおいて振幅値が高い（高エコーの）領域として描出される。素子データＤ_０上では、孤立点からの超音波エコーは孤立点特有の時間差で送信波形が保たれたまま受信される。従って、図３に示すように、孤立点特有の遅延を考慮して、超音波探触子３００上の小開口から取得したＲＦデータ（素子データ）を整合加算した場合、各小開口での整合加算結果が波形レベルで一致する。ここで、孤立点は、素子データ上では送信波形が保たれているため、小開口の位置に依らずＲＦデータの距離方向（被検体ＯＢＪの深さ方向）の位相差が一様である。

本実施形態では、孤立点において各小開口でのＲＦデータの位相差が小さい特徴に着目して孤立点を抽出する。本実施形態によれば、単に振幅画像の高エコー領域を抽出する従来の方法よりもＳＮが向上し、孤立点を高精度で抽出することが可能になる。

図４（ａ）に示すように、孤立点は孤立点特有の時間差で送信波形が保たれたまま受信されるため、孤立点特有の遅延を考慮して各小開口で整合加算した結果が波形レベルで一致する。また、素子データ上において送信波形が保たれているため、小開口の位置に依らずＲＦデータの距離方向の位相差が一様である。

また、図４（ｂ）に示すように、連続面は、中心の小開口で振幅が大きい。また、素子データ上において送信波形が保たれているため、ＲＦデータの連続点を含む領域における距離方向の位相差が一様である。また、図４（ｃ）に示すように、スペックルは、開口の位置に依らず振幅及びＲＦデータ（位相）がランダムに変化する。上記のように、各小開口の整合加算後のＲＦデータ又は振幅画像データの一致性が、孤立点（微小構造物）と、連続面及びスペックルとの間で異なる。

本実施形態に係る超音波診断装置１０は、上記特徴を利用して、孤立点、連続面及びスペックルを弁別して抽出すること、また組織性状を判定すること、具体的には、例えば、均質媒質（肝実質）のスペックル中の局所的に強いエコーや連続面を解析し、正常肝実質の中の繊維質が混ざった病変肝を抽出することを可能にするものである。

［微小構造物の判定処理］
図５は、微小構造物の判定処理を示すフローチャートである。

まず、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに対して超音波ビームが照射され、被検体ＯＢＪからの超音波エコーが受信される。次に、被検体ＯＢＪに対する仮定音速の初期値が設定され（ステップＳ１０）、この仮定音速値に基づいて、超音波探触子３００の各小開口の素子データが整合加算され、ＲＦデータが生成される（ステップＳ１２）。

次に、超音波探触子３００の各小開口のＲＦデータの位相の差分の絶対値が算出される（ステップＳ１４）。そして、差分絶対値が素子データ上の各画素を中心とした所定サイズ（例えば、孤立点に外接するサイズ）のカーネルで積分される（ステップＳ１６）。その次に、超音波探触子３００の各画素を中心として算出された差分絶対値の積分値が最小値と比較されて、上記積分値が前に保持された最小値より小さい場合、上記積分値が最小値と置き換えられる。これにより、上記積分値の最小値が画素ごとに保持される（ステップＳ１８）。

次に、仮定音速値が１ステップ変更されて（ステップＳ２０のＮｏ、Ｓ２２）、すべての仮定音速での演算が終了するまで（ステップＳ２０のＹｅｓ）、ステップＳ１２からＳ２２の工程が繰り返される。そして、すべての仮定音速での演算が終了すると（ステップＳ２０のＹｅｓ）、ステップＳ１８において保持された各画素の積分値の最小値に基づいて、各画素が微小構造物であるかどうかの判定が行われる（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、積分値の最小値が閾値以下の画素が微小構造物と判定される。

なお、差分絶対値は、例えば、小開口が３種類の場合、３種類の差分絶対値が算出される。そして、差分絶対値の和、最小値、最大値又は標準偏差を算出し、各仮定音速値を用いて算出した値が所定値以下の場合に、微小構造物と判定するようにすることも可能である。

また、上記図５の処理に加えて、微小構造物がある画素では素子データの距離方向の位相差が一様になる特徴を利用して、微小構造物の判定を行うことも可能である。例えば、差分絶対値を積分する際に、距離方向に位相差をとって、距離方向位相差、又は距離方向位相差の２次微分値の絶対値を乗算してから積分するようにしてもよい。また、距離方向位相差、又は距離方向位相差の２次微分値の絶対値を加算してから積分するようにしてもよい。減衰の影響などから、距離方向の位相差が、距離方向に正確に一定ではないが、方位方向（スキャン方向、超音波トランスデューサ３０２の配列方向）の一様性も考慮して、上記の距離方向位相差の替わりに方位方向位相差の距離方向の差、又は距離方向位相差の方位方向の差を用いてもよい。即ち、差分絶対値を積分する際に、方位方向位相差の距離方向の差の絶対値、又は距離方向位相差の方位方向の差の絶対値を乗算又は加算してから積分するようにしてもよい。

また、最小値の保持ステップ（ステップＳ１８）を省略して、全仮定音速での演算が終了する前に、積分値が閾値以下になった画素を微小構造物と判定し、微小構造物と判定された画素については、他の仮定音速での演算を省略してもよい。

また、最小値の代わりに各仮定音速での積分値の和を用いて微小構造物の判定を行ってもよい。

上記実施形態では、各小開口で微小構造物のＲＦデータの位相差が小さい特徴に着目して孤立点を抽出したが、全ての小開口で振幅値が大きくなる特徴を利用してもよい。例えば、素子データ上の各画素を中心とした所定サイズのカーネルで積分された振幅の絶対値、又は上記振幅と前記カーネルの周りのカーネルから求めた振幅の平均との差分値（又は差分値の絶対値）を各小開口で比較し、全て閾値以上の場合、又は各小開口の比が閾値以下の場合に微小構造物と判定してもよい。

［連続面の判定処理］
図６は、連続面の判定処理を示すフローチャートである。

まず、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに対して超音波ビームが照射され、被検体ＯＢＪからの超音波エコーが受信される。次に、被検体ＯＢＪに対する仮定音速の初期値が設定され（ステップＳ３０）、この仮定音速値に基づいて、超音波探触子３００の各小開口の素子データが整合加算され、ＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータに対して包絡線検波が行われ、超音波エコーの振幅が求められる（ステップＳ３２）。

次に、素子データから得られた振幅が、超音波探触子３００の各画素を中心とした所定サイズのカーネルで積分される（ステップＳ３４）。そして、中心以外の開口について上記カーネルでの振幅の積分値の平均値が算出される（ステップＳ３６）。また、中心の開口の上記カーネルでの振幅の積分値と中心以外の開口の振幅の積分値の平均値の比（即ち、｛中心の開口の振幅の積分値｝÷｛中心以外の開口の振幅の積分値の平均値｝）が算出される（ステップＳ３８）。その次に、各画素を中心として求めた比の値と最大値が比較され、上記比の値が前に保持された最大値より大きい場合、上記比の値が最大値と置き換えられる。これにより、上記比の値の最大値が保持される（ステップＳ４０）。

次に、仮定音速値が１ステップ変更されて（ステップＳ４２のＮｏ、Ｓ４４）、すべての仮定音速での演算が終了するまで（ステップＳ４２のＹｅｓ）、ステップＳ３２からＳ４４の工程が繰り返される。そして、すべての仮定音速での演算が終了すると（ステップＳ４２のＹｅｓ）、ステップＳ４０において保持された比の値の最大値に基づいて、各画素が連続面であるかどうかの判定が行われる（ステップＳ４６）。ステップＳ４６では、比の値の最大値が閾値以上の画素が連続面と判定される。

なお、図６の処理では、振幅の積分値の比の値の代わりに、例えば、中心の開口の上記カーネルでの振幅の積分値と中心以外の開口の振幅の積分値の平均値の差に基づいて連続面の判定を行うことも可能である。

また、上記の処理に加えて、連続面がある中心開口では素子データの距離方向の位相差が一様になる特徴を利用して、連続面の判定を行うことも可能である。例えば、中心開口において各画素中心に所定サイズカーネルで振幅を積分する際に、距離方向にＲＦデータの位相差をとって、距離方向の位相差、又は距離方向位相差の２次微分値の絶対値、又は方位方向位相差の距離方向の差の絶対値を算出し、位相差が小さくなるほど値が大きくなる係数をテーブルに格納しておき、上記振幅にこの係数を乗算してから積分するようにしてもよい。

また、最大値の保持ステップ（ステップＳ４０）を省略して、全仮定音速での演算が終了する前に、比の値が閾値以上になった画素を連続面と判定し、連続面と判定された画素を中心としたカーネルについては、他の仮定音速での演算を省略してもよい。

また、全ての仮定音速を用いるのではなく、１つの仮定音速のみで連続面の判定を行ってもよい。

［スペックルの判定］
振幅画像（Ｂモード画像）において振幅値が所定値以上の（高エコーの）領域のうち、図５の処理によって判定された微小構造物、及び図６の処理によって判定された連続面以外の画素の領域がスペックルと判定される。

［微小構造物の混合割合の判定処理］
次に、上記の図５及び図６の処理によりスペックルと判定された画素領域に含まれる微小構造物及び連続面（微小連続面）の混合割合を算出する処理について図７から図９を参照して説明する。図７は、スペックル中に含まれる微小構造物の混合割合の算出処理を示すフローチャートである。

まず、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに対して超音波ビームが照射され、被検体ＯＢＪからの超音波エコーが受信される。次に、被検体ＯＢＪに対する仮定音速の初期値が設定され（ステップＳ５０）、この仮定音速値に基づいて、超音波探触子３００の各小開口の素子データが整合加算される（ステップＳ５２）。

次に、超音波探触子３００の各小開口のＲＦデータの位相の差分の絶対値が算出される（ステップＳ５４）。そして、各画素を中心とした所定サイズのカーネル内において、差分絶対値が小さい方から所定のデータ数分のデータの平均値が算出される（ステップＳ５６）。そして、各画素を中心として求められた平均値が最小値と比較され、上記平均値が最小値より小さい場合、上記平均値が前に保持された最小値と置き換えられる。これにより、中心画素ごとに最小値が求められて保持される（ステップＳ５８）。

次に、仮定音速値が１ステップ変更されて（ステップＳ６０のＮｏ、Ｓ６２）、すべての仮定音速での演算が終了するまで（ステップＳ６０のＹｅｓ）、ステップＳ５２からＳ６２の工程が繰り返される。そして、すべての仮定音速での演算が終了すると（ステップＳ６０のＹｅｓ）、ステップＳ５８において保持された平均値の最小値に基づいてスペックル中に混合している微小構造物の混合割合が判定される（ステップＳ６４）。

図８は、微小構造物の混合割合と差分絶対値の平均値との関係を示すグラフである。

図８に示すように、微小構造物の混合割合が大きいほど、差分絶対値の平均値のゼロに近い領域のデータ数（度数）が多くなる。即ち、スペックル中に含まれる微小構造物の混合割合が大きくなるほど、差分絶対値の平均値は小さくなり、スペックル中に含まれる微小構造物の混合割合が小さくなるほど、差分絶対値の平均値は大きくなる。本実施形態に係る超音波診断装置１０は、図８の関係を示すテーブルを格納部１０２内に格納しており、ステップＳ６４では、このテーブルに基づいてスペックル中の微小混合物の混合割合を判定する。

なお、所定数の平均値の代わりに、例えば、差分絶対値の最小値を用いて微小混合物の混合割合を判定することも可能である。

また、上記図７の処理に加えて、微小構造物がある画素では素子データの距離方向の位相差が一様になる特徴を利用して、微小構造物の混合割合の判定を行うことも可能である。例えば、距離方向に位相差をとって、距離方向位相差、又は距離方向位相差の２次微分値の絶対値、又は方位方向位相差の距離方向の差の絶対値を乗算又は加算して得られた値の平均値を用いて微小構造物の混合割合を判定することも可能である。

また、全ての小開口で微小構造物の振幅値が大きくなる特徴を合わせて利用して、微小混合物の混合割合を判定することも可能である。

［微小連続面の混合割合の判定処理］
図９は、スペックル中に含まれる微小連続面の混合割合の算出処理を示すフローチャートである。

まず、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに対して超音波ビームが照射され、被検体ＯＢＪからの超音波エコーが受信される。次に、被検体ＯＢＪに対する仮定音速の初期値が設定され（ステップＳ７０）、この仮定音速値に基づいて、超音波探触子３００の各小開口の素子データが整合加算され、ＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータに対して包絡線検波が行われ、超音波エコーの振幅が求められる（ステップＳ７２）。

次に、素子データから得られた振幅が、超音波探触子３００の各画素を中心とした所定サイズのカーネルで積分される（ステップＳ７４）。そして、中心以外の開口について上記カーネルでの振幅の積分値の平均値が算出される（ステップＳ７６）。中心の開口の上記カーネルでの振幅の積分値と中心以外の開口の振幅の積分値の平均値の比が算出される（ステップＳ７８）。

次に、各画素を中心とした所定サイズのカーネル内において、ステップＳ７８において求めた比の値の平均値が小さい方から所定のデータ数分のデータの平均値が算出される（ステップＳ８０）。そして、各画素を中心として求められた比の値の平均値と最大値が比較され、上記比の値の平均値が前に保持された最大値より大きい場合、上記比の値が最大値と置き換えられる。これにより、中心画素ごとに最大値が求められて保持される（ステップＳ８２）。

次に、仮定音速値が１ステップ変更されて（ステップＳ８４のＮｏ、Ｓ８６）、すべての仮定音速での演算が終了するまで（ステップＳ８４のＹｅｓ）、ステップＳ７２からＳ８６の工程が繰り返される。そして、すべての仮定音速での演算が終了すると（ステップＳ８４のＹｅｓ）、ステップＳ８２において保持された比の値の平均値の最大値に基づいてスペックル中に混合している微小連続面の混合割合が判定される（ステップＳ８８）。微小連続面の混合割合が大きいほど、上記比の値の平均値が大きい側のデータ数が多くなる。即ち、スペックル中に含まれる微小連続面の混合割合が大きくなるほど、上記比の値の平均値は大きくなり、スペックル中に含まれる微小連続面の混合割合が小さくなるほど、上記比の値の平均値は小さくなる。本実施形態に係る超音波診断装置１０は、上記比の値の平均値と微小連続面の混合割合との関係を示すテーブルを格納部１０２内に格納しており、ステップＳ８８では、このテーブルに基づいてスペックル中の微小連続面の混合割合を判定する。

なお、上記の比の値の代わりに、上記カーネルの中心の開口の振幅の積分値と中心以外の開口の振幅の積分値の平均値の差又は前記差の絶対値を用いて微小連続面の混合割合を判定することも可能である。

また、上記図９の処理では、比の値の所定数の平均値を用いたが、上記平均値の代わりに、上記比の値の最大値を用いてもよい。

また、上記の処理に加えて、連続面がある中心開口では素子データの距離方向の位相差が一様になる特徴を利用して、連続面の判定を行うことも可能である。例えば、中心開口において各画素中心に所定サイズカーネルで振幅を積分する際に、距離方向に位相差をとって、距離方向の位相差、又は距離方向位相差の２次微分値の絶対値、又は方位方向位相差の距離方向の差の絶対値を算出し、位相差が小さくなるほど値が大きくなる係数をテーブルに格納しておき、上記振幅にこの係数を乗算してから積分するようにしてもよい。

上記の各処理による反射物の性状の判定結果は、表示部１０４に出力されて表示される。表示部１０６の表示モードが判定結果表示モードに設定されると、反射物の性状の判定結果が振幅画像に重畳されるか、又は振幅画像と並べて表示される。判定結果表示モードでは、例えば、微小構造物、連続面、スペックルが色分け又は輝度を変化させることにより表示される。また、微小構造物又は微小連続面の混合割合を振幅画像の色分け又は輝度の変化として表示することも可能である。上記判定結果の表示の態様は、操作入力部２００からの操作入力により切り替え可能とすることができる。

上記の各実施形態は超音波トランスデューサが２次元に配置されている場合や、超音波トランスデューサが平面でなく任意の曲面状に配置されている場合にも適用できる。

本実施形態によれば、素子データ上で小開口の整合加算を行って、ＲＦデータ及び振幅画像における微小構造物、連続面、及びスペックルの特徴の違いを利用することにより、振幅画像の振幅値や形状に基づく従来の手法では弁別することが困難な微小構造物、連続面及びスペックルを弁別することができる。また、例えば、スペックル中の微小構造物及び微小連続面の混合割合のような組織性状の判定が可能になる。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図 素子データの位相整合加算処理を説明するための図 素子データを小開口ごとに位相整合加算処理を説明するための図 孤立点、連続面及びスペックルの小開口の整合加算後のＲＦデータ又は振幅画像の一致性の違いを説明するための図 微小構造物の判定処理を示すフローチャート 連続面の判定処理を示すフローチャート スペックル中に含まれる微小構造物の混合割合の算出処理を示すフローチャート 微小構造物の混合割合と差分絶対値の平均値との関係を示すグラフ スペックル中に含まれる微小連続面の混合割合の算出処理を示すフローチャート

符号の説明

１０…超音波診断装置、１００…ＣＰＵ、１０２…格納部、１０４…表示部、１０６…データ解析部、２００…操作部、２０２…操作卓、２０４…ポインティングデバイス、３００…超音波探触子、３０２…超音波トランスデューサ（素子）、４００…送受信部、４０２…送信回路、４０４…受信回路、４０６…Ａ／Ｄ変換器、５００…画像信号生成部、５０２…信号処理部、５０４…ＤＳＣ、５０６…画像処理部、５０８…画像メモリ、５１０…Ｄ／Ａ変換器、６００…再生部、６０２…シネメモリ、６０４…シネメモリ再生部

Claims (22)

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素子データ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用探触子と、
   前記超音波トランスデューサから出力された素子データに基づいて、前記超音波探触子に設けられた開口を複数に分割した小開口の素子データの整合加算を行う演算手段と、
   前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ及び振幅画像のうちの少なくとも１つに基づいて、前記被検体内において超音波を反射する反射物の性状を判定する判定手段と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域を微小構造物と判定する請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域であって、前記小開口の位置によらずＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が所定値以下の領域を微小構造物と判定する請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記判定手段が、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より所定値以上大きい領域を連続面と判定する請求項１から３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
5. 前記判定手段が、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より第１の所定値以上大きい領域であって、前記中心に位置する小開口におけるＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が第２の所定値以下の領域を連続面と判定する請求項１から３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
6. 前記判定手段が、小開口の位置に依らず、振幅又はＲＦデータがランダムに変化する領域をスペックルと判定する請求項１から５のいずれか１項記載の超音波診断装置。
7. 前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる微小構造物の混合割合を判定する請求項６記載の超音波診断装置。
8. 前記判定手段が、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる連続面の混合割合を判定する請求項６又は７記載の超音波診断装置。
9. 前記反射物の性状の判定結果を表示する表示手段を更に備える請求項１から８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
10. 前記表示手段が、前記反射物の性状の判定結果を、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９記載の超音波診断装置。
11. 前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記反射物の性状の判定結果を表示する第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９又は１０記載の超音波診断装置。
12. 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素子データ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用探触子から出力された素子データに基づいて、前記超音波探触子に設けられた開口を複数に分割した小開口の素子データの整合加算を行う演算工程と、
    前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ及び振幅画像のうちの少なくとも１つに基づいて、前記被検体内において超音波を反射する反射物の性状を判定する判定工程と、
    を備える超音波診断方法。
13. 前記判定工程では、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域を微小構造物と判定する請求項１２記載の超音波診断方法。
14. 前記判定工程では、前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータの位相が略一致する領域であって、前記小開口の位置によらずＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が所定値以下の領域を微小構造物と判定する請求項１２記載の超音波診断方法。
15. 前記判定工程では、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より所定値以上大きい領域を連続面と判定する請求項１２から１４のいずれか１項記載の超音波診断方法。
16. 前記判定工程では、前記素子データの所定の領域の中心に位置する小開口における振幅が、中心以外の小開口における振幅より第１の所定値以上大きい領域であって、前記中心に位置する小開口におけるＲＦデータの位相、又は前記超音波探触子の距離方向の位相差のスキャン方向又は距離方向の変化が第２の所定値以下の領域を連続面と判定する請求項１２から１４のいずれか１項記載の超音波診断方法。
17. 前記判定工程では、小開口の位置に依らず、振幅又はＲＦデータがランダムに変化する領域をスペックルと判定する請求項１２から１６のいずれか１項記載の超音波診断方法。
18. 前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる微小構造物の混合割合を判定する工程を更に備える請求項１７記載の超音波診断方法。
19. 前記各小開口の素子データを整合加算した結果得られたＲＦデータ又は振幅画像に基づいて、前記スペックルに含まれる連続面の混合割合を判定する工程を更に備える請求項１７又は１８記載の超音波診断方法。
20. 前記反射物の性状の判定結果を表示手段に表示する表示工程を更に備える請求項１２から１９のいずれか１項記載の超音波診断方法。
21. 前記表示工程では、前記反射物の性状の判定結果を、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２０記載の超音波診断方法。
22. 前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記反射物の性状の判定結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替え指示入力をオペレータから受け付けて、表示モードを切り替える表示モード切替手段工程を更に備える請求項２０又は２１記載の超音波診断方法。