JP2011072566A - 超音波診断装置及びその信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検体内の任意の診断部位における音速値(局所音速値)を高精度で算出する。
【解決手段】データ解析部106は、被検体OBJ内の着目領域ROIを設定すると共に、該着目領域ROI内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点XROIを設定する着目領域及び格子点設定部106aと、着目領域ROIの各深さの格子点XROIにおける環境音速を演算する着目領域内音速演算部106bと、複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部106bにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定する局所音速判定部106cと、を備えて構成される。
【選択図】図2
【解決手段】データ解析部106は、被検体OBJ内の着目領域ROIを設定すると共に、該着目領域ROI内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点XROIを設定する着目領域及び格子点設定部106aと、着目領域ROIの各深さの格子点XROIにおける環境音速を演算する着目領域内音速演算部106bと、複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部106bにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定する局所音速判定部106cと、を備えて構成される。
【選択図】図2
Description
本発明は超音波診断装置及びその信号処理方法に係り、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その信号処理方法に関する。
従来、超音波を用いて被検体内の一部(診断部位)における音速値(以下、局所音速値という)を測定する試みがなされている。例えば、送信用と受信用の2個の振動子を向かい合わせて配置し、振動子間の距離と超音波の伝播時間から被検体内における音速値を求める方法や、所定距離間隔で配置された2組の振動子をそれぞれ送信用・受信用として、振動子間の超音波の伝播時間と送波・受波角度と各組の振動子間の距離とから伝播速度を求める方法が提案されている。
また、特許文献1には、下記のような局所音速値の測定方法が開示されている。特許文献1では、送波振動子から被検体内に出射角度を変えながら超音波を送波し、受波振動子により入射角度を変えながら受波して、送波から受波までの経過時間を全てメモリに格納しておく。次に、仮想的な音速分布を設定し、その音速分布に基づいて各出射角度・入射角度ごとに経過時間を計算する。そして、経過時間の計算値と実測値の差が最小になるように仮想的な音速分布を修正し、最終的に得られた音速分布によって被検体内の音速値を求める。
音速値が一定の媒質からなる被検体OBJ1内の音速値Vは下記のようにして算出することができる。図12に示すように、被検体OBJ1内の反射点(領域)X1ROIから超音波探触子300Aまでの距離をLとすると、反射点X1ROIで超音波が反射されてから反射点X1ROIの直下の素子302A0で受信されるまでの経過時間Tは、T=L/Vである。素子302A0からX方向(素子302Aの配列方向)に距離X離れた位置にある素子302Aiで受信されるまで経過時間をT+ΔTとすると、素子302A0と302Aiとの間の遅延時間ΔTは下記の式(1)により表される。
従って、超音波が送波されて反射点X1ROIで時間T後に反射された後、各素子により受信されるまでの経過時間[2T,2T+ΔT]を測定することにより、反射点X1ROIまでの距離Lと速度Vを一意に求めることができる。
なお、反射点X1ROIからの超音波が明確に判別できる場合には、位置関係が既知の異なる2素子において測定された経過時間からLとVを求めることができる。
しかしながら、一般に各素子302Aから出力される超音波検出信号は無数の反射点からの信号が干渉した結果であり、特定の反射点からの信号のみを弁別することが困難である。
このため、実際には、反射点X1ROI近傍の着目領域における再構築画像の空間周波数、シャープネス及びコントラストから、反射点X1ROIまでの距離L、遅延時間ΔT及び音速値Vを一意に求めることとなる。
上記のように、被検体内の音速が一定の場合には、音速値を求めることが可能であるが、図13に示す被検体OBJ2のように、内部の音速が一定でない場合には、上記の方法では、反射点(領域)X2ROIまでの距離L及び音速値V,V´を求め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、被検体内の任意の診断部位における音速値(局所音速値)を高精度で算出することのできる超音波診断装置及びその信号処理方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の超音波診断装置は、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エコーを受信して超音波検出信号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探触子と、前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、を備えて構成される。
請求項1に記載の超音波診断装置では、前記格子点設定手段が着目領域設定手段にて設定した前記着目領域内に計測対象格子点を設定し、前記環境音速演算手段が前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算し、前記環境音速比較手段が複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較し、前記局所音速決定手段が前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定することで、被検体内の任意の診断部位における音速値(局所音速値)を高精度で算出することを可能とする。
請求項2に記載の超音波診断装置のように、請求項1に記載の超音波診断装置であって、前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
請求項3に記載の超音波診断装置のように、請求項1または2に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
請求項4に記載の超音波診断装置のように、請求項3に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の1次元環境音速分布であることが好ましい。
請求項5に記載の超音波診断装置のように、請求項3に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の2次元環境音速分布であることが好ましい。
請求項6に記載の超音波診断装置のように、請求項1または2に記載の超音波診断装置であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、前記環境音速比較手段は、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第1の受信波を演算する第1の演算手段と、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第2の受信波を求め、前記複数の第2の受信波を合成して合成受信波を得る第2の演算手段と、を備え、前記第1の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
請求項7に記載の超音波診断装置のように、請求項6に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
請求項8に記載の超音波診断装置のように、請求項7に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に1次元的に複数設定することが好ましい。
請求項9に記載の超音波診断装置のように、請求項7に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に2次元的に複数設定することが好ましい。
本発明の請求項10に記載の超音波診断装置の信号処理方法は、被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、超音波を前記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エコーを受信して超音波検出信号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探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、を備えて構成される。
請求項11に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項10に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
請求項12に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項10または11に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
請求項13に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項12に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の1次元環境音速分布であることが好ましい。
請求項14に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項12に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の2次元環境音速分布であることが好ましい。
請求項15に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項10または11に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、前記環境音速比較ステップは、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第1の受信波を演算する第1の演算ステップと、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第2の受信波を求め、前記複数の第2の受信波を合成して合成受信波を得る第2の演算ステップと、を備え、前記第1の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
請求項16に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項15に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
請求項17に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項16に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に1次元的に複数設定することが好ましい。
請求項18に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項16に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に2次元的に複数設定することが好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、被検体内の任意の診断部位における音速値(局所音速値)を高精度で算出することができるという効果がある。
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その信号処理方法の好ましい実施形態について説明する。
第1の実施形態:
図1は、本発明の第1の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は、本発明の第1の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)を単独で表示するモードと局所音速値の判定結果を表示する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に送信すると共に、被検体OBJから反射される超音波エコーを受信して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が受信されると、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(不図示)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、各検出信号を遅延させる。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XROI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、上記受信回路404の加算回路(不図示)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XROI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、超音波探触子300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・計測がデータ解析部106にて行われる。
このデータ解析部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データを用いて着目領域の局所音速を判定することに加え、オペレータ指定の各種の解析・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。
また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Bモード画像を単独で表示するモード、Bモード画像に局所音速値の判定結果を重畳して表示するモード(例えば、局所音速値に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示)、Bモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速値の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。着目領域はオペレータが設定しても良いし予め設定されたサイズにて浅い方から順次設定しても良い。
なお、局所音速値の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたBモード画像を表示部104に表示してもよい。
図2は図1のデータ解析部の要部の構成を示すブロック図である。データ解析部106は、図2に示すように、RFデータを用いて着目領域の局所音速を判定するための、着目領域及び格子点設定部106a、着目領域内音速演算部106b及び局所音速判定部106cを備えて構成される。
着目領域及び格子点設定部106aは、被検体OBJ内の着目領域ROIを設定すると共に、該着目領域ROI内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点XROIを設定するものであって、着目領域設定手段及び格子点設定手段を構成する。
着目領域内音速演算部106bは、着目領域ROIの各深さの格子点XROIにおける環境音速を演算するものであって、環境音速演算手段を構成する。
局所音速判定部106cは、内部の記憶部(不図示)に予め格納されている複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルを参照し、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部106bにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定するものであって、環境音速比較手段及び局所音速決定手段を構成する。
このように構成された本実施形態における着目領域ROIの局所音速の算出処理について図3のフローチャートを用いて説明する。図3は図2のデータ解析部による着目領域ROIの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図4ないし図6は図3の処理を説明するための図である。
図3に示すように、データ解析部106は、着目領域及び格子点設定部106aにて被検体OBJ内の着目領域ROIを設定すると共に、該着目領域ROI内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点XROIを設定する(ステップS40)。図4はステップS40における着目領域及び格子点設定部106aが設定する音線上の着目領域ROI及び格子点XROIを示している。
次に、データ解析部106は、着目領域内音速演算部106bにて着目領域ROIの各深さの格子点XROIにおける環境音速を演算する(ステップS42)。
具体的には、事前に被検体OBJ内に設定されたすべての格子点XROIにおける環境音速値を判定する。ここで、環境音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子点XROIにおける実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。環境音速値の判定方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから判定する方法(例えば、特開平8-317926号公報)を適用することができる。
そして、データ解析部106は、局所音速判定部106cにて予め格納されている複数の仮定局所音速毎の環境音速分布テーブルを参照し(ステップS44)、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部106bにおいて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定する(ステップS46)。テーブル値との誤差算出方法として、例えば各深さにおける環境音速値誤差の絶対値又は2乗値の深さ方向の積分値がある。
図5は深さ10mmで環境音速1450m/secとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上(1次元)環境音速深さ分布を示し、図6は深さ20mmで環境音速1450m/secとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上(1次元)環境音速深さ分布を示している。図5及び図6のように、着目領域下面における環境音速が与えられた場合、その深さより深い着目領域における環境音速深さ分布は仮定局所音速によって一意に決まるため、局所音速判定部106cはステップS46において、環境音速深さ分布から着目領域ROI(格子点XROIを含む)の局所音速を求めることができる(但し、仮定局所音速を一定とする着目領域の下面を平面と仮定している)。
このように本実施形態では、Bモード画像を生成するときに得られる振幅画像、RFデータ又は各超音波トランスデューサ素子により受信した受信波のデータを用いて環境音速を演算し、この環境音速と予め格納している仮定局所音速毎の環境音速深さ分布と比較することで、被検体内の局所音速値を高速かつ高精度で決定することができ、このようにして求めた局所音速値を用いることにより、被検体内の病変の検出をより精確に行うことができる。
なお、本実施形態では仮定局所音速毎の環境音速深さ分布を予め格納するものとしたが、着目領域下面における環境音速と着目領域における仮定局所音速に基き、都度、モデル計算によって求めても良い。
なお、本実施形態では、着目領域及び格子点設定部106aは音線上の着目領域ROIに1次元的に複数の格子点XROIを設定する(図4参照)としたが、これに限らず、図7に示すように、着目領域ROIに2次元的に複数の格子点XROIを設定し、仮定局所音速毎の2次元環境音速深さ分布を参照に被検体内の局所音速値を決定するようにしてもよい。図7は、一例として1500m/sec及び1550m/secの2次元環境音速深さ分布を示している。
また、本実施形態では、局所音速値を測定するために、超音波の送信、受信専用の構成を必要としない。
第2の実施形態:
次に本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態の構成は第1の実施形態と同じであり、データ解析部106における処理が第1の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
次に本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態の構成は第1の実施形態と同じであり、データ解析部106における処理が第1の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
図8は第2の実施形態のデータ解析部による着目領域ROIの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図9は図8の処理を説明するための図である。
図8に示すように、データ解析部106は、着目領域及び格子点設定部106aにて着目領域ROI及び計測対象格子点としての格子点XROIに加えて、格子点XROIよりも浅い位置に複数の仮想格子点A1,A2,…を設定する(ステップS40)。
詳細には、図9の仮想合成受信波モデルに示すように、被検体OBJ内の着目領域ROIを代表する格子点をXROI、格子点XROIよりも浅い(即ち、超音波トランスデューサ302に近い)位置にX方向に等間隔で配置された格子点をA1,A2,…とし、少なくとも格子点XROIと各格子点A1,A2,…との間の音速はそれぞれ一定と仮定する。
本実施形態では、格子点A1,A2,…からの受信波(それぞれWA1,WA2,…)の経過時間(T及び遅延時間ΔT)が既知として、格子点XROIと格子点A1,A2,…の位置関係から格子点XROIにおける局所音速値を求める。具体的には、ホイヘンスの原理により、図9の仮想受信波モデルのように格子点XROIからの仮想受信波WXと、図9の仮想合成受信波モデルのように格子点A1,A2,…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波WSUMとが一致する(WX=WSUM)ことを利用する。
ここで、格子点XROIにおける局所音速値を求めるときの演算に使用する格子点A1,A2,…の範囲及び個数は予め決めておく。ここで、局所音速値演算に使用する格子点の範囲が広いと局所音速値の誤差が大きくなり、狭いと仮想受信波との誤差が大きくなるため、格子点の範囲はこれらの兼ね合いで決める。
各格子点A1,A2,…のX方向の間隔は、分解能と処理時間の兼ね合いで決定される。各格子点A1,A2,…のX方向の間隔ΔXは、一例で1mmから1cmである。
格子点XROIと各格子点A1,A2,…のY方向の間隔が狭いと誤差計算における誤差が大きくなり、広いと局所音速値の誤差が大きくなる。格子点XROIと各格子点A1,A2,…のY方向の間隔ΔYは、超音波画像の画像分解能の設定に基づいて決定される。格子点XROIと各格子点A1,A2,…のY方向の間隔ΔYは、一例で1cmである。
格子点XROI及び格子点A1,A2,…の設定が行われたのち、データ解析部106は、パラメータである仮定局所音速値Vを初期値V0にセットする(ステップS50)。
そして、データ解析部106は、着目領域内音速演算部106bにて仮定局所音速値Vにおける着目領域ROIの格子点XROI及び格子点A1,A2,…の全てにおける環境音速を演算し、着目領域内音速演算部106bにて格子点XROIからの仮想受信波WXと格子点A1,A2,…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波WSUMとの誤差を求める(ステップS52)。
続いて、データ解析部106は、ステップS52においてパラメータである仮定局所音速値Vが所定の最終値Vendに達した(V=Vend)かどうか判断し、V<VendならばステップS56にてVに所定ステップ量ΔVを加算してステップS52を繰り返し、V=VendならばステップS54に進む。
次に、データ解析部106は、局所音速判定部106cにて各仮定局所音速における波面誤差(仮想受信波WXと仮想合成受信波WSUMとの誤差)を比較し最も波面誤差の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定する(ステップS58)。
このように本実施形態によれば、着目領域ROIの局所音速をモデル計算によって求める事ができる。
第3の実施形態:
次に本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、データ解析部106における処理が第2の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
次に本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、データ解析部106における処理が第2の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
図10は第3の実施形態のデータ解析部による着目領域ROIの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図11は図10の処理を説明するための図である。
図10に示すように、データ解析部106は、着目領域及び格子点設定部106aにて着目領域ROI、仮想格子点A1,A2,…と、図11に示すように、この仮想格子点A1,A2,…より深い位置に計測対象格子点としての複数の格子点X1,X2,…を設定する(ステップS60)。
そして、ステップS50の処理の後、データ解析部106は、着目領域内音速演算部106bにて仮定局所音速値Vにおける着目領域ROIの格子点X1,X2,…及び格子点A1,A2,…の全ておける環境音速を演算し、環境音速に基づいて着目領域内音速演算部106bにて格子点X1,X2,…からの各仮想受信波WX1、WX2、…と、格子点A1,A2,…からの受信波を仮想的に合成した各仮想合成受信波W1,W2,…との誤差を求め、これらの誤差の総和(Σ|Wj−WXj|)を算出する(ステップS52a)。
そして、ステップS54、S56の処理の後、データ解析部106は、局所音速判定部106cにて各仮定局所音速における波面誤差の総和(Σ|Wj−WXj|)を比較し最も波面誤差の総和の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ROIにおける局所音速と判定する(ステップS58a)。
このように本実施形態によれば、第2の実施形態が着目領域を代表する格子点XROIのみの波面誤差に基づいて局所音速を決定したのに対し、着目領域内の複数の格子点X1,X2,…の波面誤差の総和に基づいて局所音速を決定する事によって高精度に決定する事ができる。
ここで、格子点A1,A2,…を平面上でなく曲面上に設定する事によって、着目領域の局所音速をその2次元形状を考慮した上で決定でき、第1の実施形態に比べ高精度に決定する事ができる。曲面上の設定方法は、ユーザが設定しても良いし、エッジ検出処理や高輝度部検出処理によって設定しても良い。また、着目領域下面形状のテンプレートと、対応する環境音速分布を予め保持しておき、全ての形状テンプレートと局所音速における誤差をモデル計算の代わりに予め保持してある環境音速分布との比較によって算出し最も誤差の小さい形状及び局所音速値を求めても良い。
なお、第1の実施形態において環境音速分布の誤差の代わりに波面誤差、また第2、第3の実施形態において波面誤差の代わりに環境音速分布の誤差を用いても良い。
以上、本発明の超音波診断装置及びその信号処理方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
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、106a…着目領域及び格子点設定部、106b…着目領域内音速演算部、106c…局所音速判定部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 (18)
- 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エコーを受信して超音波検出信号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探触子と、
前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、
前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の超音波診断装置。 - 前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の1次元環境音速分布であることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の2次元環境音速分布であることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、
前記環境音速比較手段は、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第1の受信波を演算する第1の演算手段と、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第2の受信波を求め、前記複数の第2の受信波を合成して合成受信波を得る第2の演算手段と、を備え、
前記第1の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の超音波診断装置。 - 前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。 - 前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に1次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の超音波診断装置。 - 前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に2次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項7に記載の超音波診断装置。 - 被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、
超音波を前記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エコーを受信して超音波検出信号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探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項10に記載の超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項10または11に記載の超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の1次元環境音速分布であることを特徴とする請求項12に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
- 前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の2次元環境音速分布であることを特徴とする請求項12に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
- 前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、
前記環境音速比較ステップは、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第1の受信波を演算する第1の演算ステップと、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第2の受信波を求め、前記複数の第2の受信波を合成して合成受信波を得る第2の演算ステップと、を備え、
前記第1の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項10または11に記載の超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項15に記載の超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に1次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項16に記載の超音波診断装置の信号処理方法。 - 前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に2次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項16に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
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