JP2011072584A - 超音波診断装置、および超音波診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｂ／Ａ係数を病変診断に有効活用する。
【解決手段】超音波プローブ１１は、超音波トランスデューサ（ＵＴ）２７を有する。ＵＴ２７は、超音波の送信および反射波のうちの基本波成分並びに高調波成分の受信を担う。Ｂ／Ａ係数取得モードでは、超音波および反射波の送受信毎に加熱用超音波を送信して被観察部位を温める。ＨＩ処理部５５は、ＵＴ２７からの検出信号に基づいてＢ／Ａ係数を算出する。ＨＩ処理部５５は、加熱用超音波により被観察部位を温めたときのＢ／Ａ係数の時間的な変化の情報を取得する。ＤＳＣ５３は、Ｂ／Ａ係数の情報を超音波画像６０とともにモニタ１５に表示させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、反射波のうちの高調波成分から得られるＢ／Ａ係数を元に病変診断を行う超音波診断装置、および超音波診断方法に関する。

超音波プローブを利用した医療診断が盛んに行われている。超音波プローブの先端には、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）が配されている。ＵＴは、バッキング材、圧電体とこれを挟む電極、音響整合層、および音響レンズから構成される。ＵＴから被検体（人体）に超音波を照射し、被検体からの反射波をＵＴで受信する。これにより出力される検出信号を超音波観測器で電気的に処理することによって、超音波画像が得られる。

また、超音波を走査しながら照射することにより、超音波断層画像を得ることも可能である。超音波断層画像を得る方法としては、ＵＴを機械的に回転あるいは揺動、もしくはスライドさせるメカニカルスキャン走査方式や、複数のＵＴをアレイ状に配列（以下、ＵＴアレイという）し、駆動するＵＴを電子スイッチ等で選択的に切り替える電子スキャン走査方式が知られている。

ＵＴから発せられた超音波は、被検体内を伝播するにつれて波形が歪む。このため、被検体内を伝播する超音波は、元の周波数の基本波成分だけでなく、基本波成分のｎ倍の周波数をもつｎ次高調波成分も含むことになる。例えば５ＭＨｚの超音波をＵＴから発した場合、５ＭＨｚの基本波成分と１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、・・・の２、３、４、・・・次高調波成分を含む超音波が被検体内を伝播し、大部分は基本波成分からなり一部高調波成分からなる反射波がＵＴにて受信される。

近年の超音波診断の分野では、反射波の高調波成分を画像化するハーモニックイメージングが注目されている（特許文献１〜６参照）。ハーモニックイメージングとしては、被検体からの反射波の高調波成分をそのまま画像化するＴＨＩ（Tissue Harmonic Imaging）や、超音波造影剤の微小気泡が共振、崩壊する際の高調波成分を画像化するＣＨＩ（Contrast Harmonic Imaging）が知られており、様々な疾患の臨床検査に利用されている。また、高調波成分を解析することで、密度、硬さ等の生体組織固有の性状を表す値であるＢ／Ａ係数（非線形パラメータ、非線形音響係数とも呼ばれる）も取得することができ、新しい病変診断への応用が期待されている。

従来、生体組織固有の性状である硬さを観察する方法としては、エラストグラフィやＡＲＦＩ（Acoustic Radiation Force Impulse）がよく知られている。しかし、エラストグラフィは超音波プローブを人体に押し付けて行うため、術者や患者によって観察結果にばらつきがあり、定量的且つ再現性のある値を得ることが困難である。ＡＲＦＩは、観察のためにプッシュパルスと呼ばれる非常に強い音波を人体に照射する必要があり、このプッシュパルスによる人体への悪影響が指摘されている。

Ｂ／Ａ係数は、上記で述べたエラストグラフィやＡＲＦＩの問題点を全てクリアすることができるため、古くから鋭意研究が進められている。例えば非特許文献１には、ポンプ波と呼ばれる音波を生体組織に加え、ポンプ波による生体組織の摂動の大きさ（Ｂ／Ａ係数）の分布を画像化する技術が開示されている。

特開平０８−１８７２４５号公報 特開平１１−１５５８６３号公報 特表２００２−５３０１４５号公報 特開２００３−１６９８００号公報 特開２００３−２１０４６４号公報 特表２００７−５３１３５７号公報 「医用診断用反射型超音波非線形パラメータ映像装置」、佐藤拓宋、山越芳樹、文部科学省科学研究費補助金研究成果報告書（番号：６１４２００３２）、１９８６−１９８７

しかしながら、現状では、Ｂ／Ａ係数の絶対値を測定して、これを病変診断に必要な情報として役立てるには不確定な要素が多くあるため、Ｂ／Ａ係数を病変診断に有効活用するまでには至っていない。非特許文献１に記載の装置も実用化はされていない。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｂ／Ａ係数を病変診断に有効活用することにある。

上記目的を達成するため、本発明者は、Ｂ／Ａ係数が測定対象によって温度依存性が異なることに着目し、この性質を病変診断に利用する技術を考案した。

Ｂ／Ａ係数に温度依存性があることは、「熱力学法による動物組織のＢ／Ａのin vitro測定」、朝比奈哲也、遠藤信行、Jpn.J.Med.Ultrasonics Vol.17 No.4(1990)p.358に記載されている。例を挙げると、牛の脂肪のＢ／Ａ係数は、１℃当たり０．０３増加し、牛の肝臓のＢ／Ａ係数は、１℃当たり０．０５増加する。また、比較試料として水、生理食塩水、寒天等のＢ／Ａ係数の温度依存性も測定しており、水、生理食塩水は１℃当たり０．０２８、寒天は１℃当たり０．０３２、Ｂ／Ａ係数が増加する。

以上を踏まえて、本発明の超音波診断装置は、被観察部位に超音波を送信するとともに被観察部位からの反射波を受信し、反射波に応じた検出信号を出力する超音波トランスデューサと、反射波のうちの高調波成分を表す検出信号に基づいて抽出されるＢ／Ａ係数の、被観察部位の温度を変化させたときの時間的な変化の情報を取得する取得手段とを備えることを特徴とする。

前記取得手段で取得された情報をモニタに表示させる表示制御手段を備えることが好ましい。前記表示制御手段は、検出信号から生成される超音波画像とともに前記取得手段で取得された情報を表示させる。

被観察部位の温度を変化させるための温調手段を備えることが好ましい。前記温調手段は、音波により被観察部位を温める。音波は例えば超音波であり、前記超音波トランスデューサが前記温調手段を兼務してもよい。この場合、超音波のレベル、周波数、照射時間、照射範囲、および焦点のうちの少なくともいずれか１つを制御して、被観察部位への超音波の照射エネルギー量を調節する。

被観察部位の関心領域を指定する指定手段を備えることが好ましい。この場合、前記温調手段は、前記指定手段で指定された関心領域を選択的に温度変化させる。

前記取得手段は、取得された情報から、被観察部位に温度変化がないときのＢ／Ａ係数の相対値、温まっている間のＢ／Ａ係数の上昇率、冷めている間のＢ／Ａ係数の下降率のうちの少なくともいずれか１つを求める。

また、本発明の超音波診断方法は、被観察部位の温度が変化している間に、被観察部位に超音波を送信するとともに被観察部位からの反射波を受信し、反射波のうちの高調波成分を表す検出信号に基づいて抽出されるＢ／Ａ係数の、被観察部位の温度を変化させたときの時間的な変化の情報を取得することを特徴とする。

本発明によれば、被観察部位の温度を変化させたときのＢ／Ａ係数の時間的な変化の情報を取得するので、Ｂ／Ａ係数を病変診断に有効活用することができる。

超音波診断装置の構成を示す外観図である。 超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。 超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。 Ｂ／Ａ係数取得モードのときのモニタの表示態様を示す図である。 Ｂ／Ａ係数取得モードのときのモニタの表示態様を示す図である。 別実施形態の超音波トランスデューサアレイの構成を示す斜視図である。 別実施形態の超音波トランスデューサの電気的構成を示すブロック図である。

図１において、超音波診断装置２は、携帯型超音波観測器１０と体外式の超音波プローブ１１とで構成される。携帯型超音波観測器１０は、装置本体１２とカバー１３とからなる。装置本体１２の上面には、携帯型超音波観測器１０に種々の操作指示を入力するための複数のボタンやトラックボールが設けられた操作部１４が配されている。カバー１３の内面には、超音波画像をはじめとして様々な操作画面を表示するモニタ１５が設けられている。

カバー１３は、ヒンジ１６を介して装置本体１２に取り付けられており、操作部１４とモニタ１５とを露呈させる図示する開き位置と、装置本体１２の上面とカバー１３の内面を対面させて、操作部１４とモニタ１５を互いに覆って保護する閉じ位置（図示せず）との間で回動自在である。装置本体１２の側面には、グリップ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１２とカバー１３を閉じた状態で携帯型超音波観測器１０を持ち運ぶことができる。装置本体１２のもう一方の側面には、超音波プローブ１１が着脱自在に接続されるプローブ接続部１７が設けられている。

超音波プローブ１１は、術者が把持して被検体にあてがう走査ヘッド１８と、プローブ接続部１７に接続されるコネクタ１９と、これらを繋ぐケーブル２０とからなる。走査ヘッド１８の先端部には、超音波トランスデューサアレイ（以下、ＵＴアレイと略す）２１が内蔵されている。

図２において、ＵＴアレイ２１は、ガラス−エポキシ樹脂等の平板状の台座２５上に、バッキング材２６、超音波トランスデューサ（以下、ＵＴと略す）２７、音響整合層２８ａ、２８ｂ、および音響レンズ２９が順次積層された構造を有する。

バッキング材２６は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなり、ＵＴ２７から台座２５側に発せられる超音波を吸収する。バッキング材２６は、エレベーション方向（以下、ＥＬ方向と略す）に垂直な断面が略蒲鉾様に形成された凸状である（図１も参照）。

ＵＴ２７はＥＬ方向に長い短冊状をしており、ＥＬ方向と直交するアジマス方向（超音波の走査方向、以下、ＡＺ方向と略す）に複数等間隔で配列されている。ＵＴ２７の隙間およびその周囲には、充填材３０が充填されている。

音響整合層２８ａ、２８ｂは、例えばエポキシ樹脂からなり、ＵＴ２７と被検体との間の音響インピーダンスの差異を緩和するために設けられている。音響レンズ２９は、シリコーン樹脂等からなり、ＵＴ２７から発せられる超音波を被検体内の被観察部位に向けて集束させる。なお、音響レンズ２９は無くてもよく、音響レンズ２９の代わりに保護層を設けてもよい。

ＵＴ２７は、１個で超音波および反射波を送受信する１チャンネルを構成している。ＵＴアレイ２１全体としては、ＵＴ２７がＡＺ方向に複数並べられた構成であり、従ってＵＴアレイ２１は複数の送受信チャンネルを有する。

ＵＴ２７は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系等の圧電セラミックス厚膜（無機圧電体）３１を第１、第２電極３２ａ、３２ｂで挟んだ構造である。両電極３２ａ、３２ｂに電圧（励振パルス）が印加されると、圧電体３１が厚み方向に振動して超音波を発生し、これにより被検体の被観察部位に超音波が照射される。また、被観察部位からの反射波を受信すると、圧電体３１が振動して電圧を発生し、この電圧が両電極３２ａ、３２ｂを介して検出信号として出力される。

第２電極３２ｂは、送受信チャンネル単位で隔てられており、ＵＴ２７の個別電極である。第１電極３２ａは、バッキング材２６、ＵＴ２７の境界面の全面にわたって形成されており、ＵＴ２７の共通電極である。

図３において、第１電極３２ａは、グランドに接続されている。第２電極３２ｂは、スイッチ（以下、ＳＷと表記する）４０の一端に接続されている。ＳＷ４０は、二股のスイッチである。ＳＷ４０の他端には、パルサ４１、および受信アンプ４２が接続されている。

パルサ４１は、ＣＰＵ４３の制御の下、走査制御部４４によって駆動制御される。走査制御部４４は、複数のパルサ４１の中から、駆動させるパルサ４１を選択して、これを所定の時間間隔で順次切り替える。具体的には、例えば送受信チャンネルが１２８チャンネルであった場合、１２８チャンネルのうち、隣接する４８チャンネルを１つのブロックとして、該チャンネルに属する各ＵＴ２７に任意の遅延差を与えて駆動させるように選択し、超音波および反射波の１回の送受信毎に、駆動させるチャンネルを１〜数個ずつずらす。パルサ４１は、走査制御部４４から送信される駆動信号に基づいて、ＵＴ２７に超音波を発生させるための励振パルスを送信する。

受信アンプ４２の出力端には、Ａ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）４５が接続されている。受信アンプ４２には、例えば電圧帰還型または電荷蓄積型のものが用いられる。受信アンプ４２は、反射波を受信してＵＴ２７から出力された検出信号（検出電圧）を増幅する。Ａ／Ｄ４５は、受信アンプ４２からの検出信号にデジタル変換を施し、検出信号をデジタル化する。受信アンプ４２、Ａ／Ｄ４５と、前述のパルサ４１、ＳＷ４０は、ここでは１組しか図示していないが、１チャンネルに対して１組ずつ、つまりチャンネル数分設けられている。

図３に示すように、超音波の送信時、ＳＷ４０はパルサ４１側に倒される。すなわち、パルサ４１とＵＴ２７が繋がれ、ＵＴ２７と受信アンプ４２との接続が断たれる。パルサ４１から励振パルスが印加されると、音響レンズ２９の表面から超音波が発せられる。

一方、反射波の受信時、ＳＷ４０は受信アンプ４２側に倒される。今度はパルサ４１とＵＴ２７との接続が断たれ、ＵＴ２７と受信アンプ４２が繋がれる。音響レンズ２９の表面に反射波が入射すると、これに応じた検出信号がＵＴ２７から出力される。ＵＴ２７から出力される検出信号は、主に反射波の基本波成分を表し、高調波成分を含む。ＳＷ４０のスイッチング動作は、走査制御部４４によって制御される。

Ａ／Ｄ４５は、Ｐ／Ｓ４６と接続している。Ｐ／Ｓ４６は、各Ａ／Ｄ４５からの検出信号をパラレルデータからシリアルデータに変換する。このシリアルデータは、ケーブル２０、コネクタ１９、プローブ接続部１７を通って、携帯型超音波観測器１０のシリアル／パラレル変換回路（以下、Ｓ／Ｐと略す）５０に入力される。

Ｓ／Ｐ５０は、超音波プローブ１１から送られてきたシリアルデータを元のパラレルデータに戻す。ビームフォーマ（以下、ＢＦと略す）５１は、パラレルデータに戻された検出信号に対して、位相整合演算を施す。Ｌｏｇ圧縮検波回路５２は、ＢＦ５１から出力される検出信号にＬｏｇ圧縮を施し、そのレベル（振幅）を検波する。Ｌｏｇ圧縮検波回路５２から出力された検出信号は、メモリ（図示せず）に一旦格納される。

デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと略す）５３は、ＣＰＵ５４の制御の下、検出信号をテレビ信号に変換する。ＤＳＣ５３で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）でＤ／Ａ変換が施され、モニタ１５に超音波画像として表示される。

ＣＰＵ５４は、携帯型超音波観測器１０の各部の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ５４は、操作部１４からの操作入力信号に基づいて各部を動作させる。また、ＣＰＵ５４は、超音波プローブ１１への電源供給を制御する。

超音波診断装置２は、反射波のうちの基本波成分のみで超音波画像を生成する通常モードと、反射波の高調波成分を反映させた超音波画像を生成するハーモニックイメージングモード（以下、ＨＩモードと略す）と、関心領域（ＲＯＩ）のＢ／Ａ係数を取得するＢ／Ａ係数取得モードとを有する。各モードの切り替え、およびＲＯＩの指定は、操作部１４の操作により行われる。

ハーモニックイメージング処理部（以下、ＨＩ処理部と略す）５５は、ＨＩモード、およびＢ／Ａ係数取得モードのときに作動する。

ＤＳＣ５３は、通常モードでは、ＵＴ２７で取得された、反射波の基本波成分を表す検出信号を元に超音波画像を生成する。一方、ＨＩモードでは、ＨＩ処理部５５が作動する。ＨＩ処理部５５は、ＵＴ２７で取得された、反射波の高調波成分を表す検出信号をフィルタ処理して抽出する。ＤＳＣ５３は、ＨＩ処理部５５で抽出された検出信号を元に、反射波の高調波成分を反映させた超音波画像を生成する。なお、基本波成分と高調波成分を混合して超音波画像を生成してもよい。

Ｂ／Ａ係数取得モードでは、超音波および反射波の送受信毎に、被観察部位を温めるための加熱用超音波を照射する。加熱用超音波は、例えばバースト波または連続波である。加熱用超音波は、レベル、周波数、照射時間等の各種パラメータが、超音波画像を生成するための超音波とは異なる。但し、言う迄もないが、加熱用超音波の照射エネルギー量が、ＦＤＡ５１０ｋやＩＥＣ規格に基づいたＭＩ（Mechanical Index）、ＴＩ（Thermal Index）といった規格で決められた範囲内となるよう、上記パラメータが設定される。ＣＰＵ４３および走査制御部４４は、予め設定されたパラメータでＵＴ２７を駆動させ、加熱用超音波の送信と超音波および反射波の送受信とを行わせる。

なお、加熱用超音波と超音波画像を生成するための超音波とで、駆動するＵＴ２７の個数（照射範囲）やＡＺ方向またはＥＬ方向の送信フォーカスの仕方を変更し、加熱用超音波の照射エネルギー量を調節してもよい。

超音波および反射波の送受信毎に加熱用超音波を照射すると、加熱用超音波により熱エネルギーが付与されて被観察部位が徐々に温まっていく。生体組織の耐熱温度以下の範囲で、加熱用超音波で被観察部位を温めることを一定時間続けた後、これを停止すると、被観察部位の温度上昇が止まって放熱が始まり、しばらくすると被観察部位が元の温度に戻る。

Ｂ／Ａ係数取得モードのとき、ＨＩ処理部５５は、上記の被観察部位の温度変化に対するＢ／Ａ係数の時間変化を監視し、その結果をＤＳＣ５３に出力する。まず、ＨＩ処理部５５は、ＵＴ２７で取得された、反射波の高調波成分を表す検出信号を元にＢ／Ａ係数を抽出する。Ｂ／Ａ係数の抽出には、例えば以下に示す数１式を用いる。

数１式において、Ｐ_２は２次高調波成分の発生レベル（２次高調波成分を表す検出信号のレベル）、Ｐ_０は超音波の音圧レベル、ρ_０は生体組織の密度、Ｃ_０は無限小振幅超音波の生体組織内部での伝搬音速、α_１、α_２はそれぞれ、基本波成分と２次高調波成分の減衰係数である。Ｐ_２はＵＴ２７で取得された検出信号から導き出され、他のパラメータは既知である。このため、数１式に各パラメータの値を代入すれば、括弧内のＢ／Ａ、すなわちＢ／Ａ係数を抽出することができる。Ｂ／Ａ係数は、生体組織の密度、硬さといった性状を表す値である。

ＨＩ処理部５５は、加熱用超音波の送信を開始する直前から、加熱用超音波の送信を終了して被観察部位が元の温度に戻るまでのＢ／Ａ係数の時間的な変化をデータ化する。例えば、Ｂ／Ａ係数を抽出した時間とこれに対応するＢ／Ａ係数をテーブルデータにする。また、加熱用超音波の送信を開始する直前のＢ／Ａ係数（ベース値）、加熱用超音波を送信しているときのＢ／Ａ係数の上昇率、および加熱用超音波の送信を終了して被観察部位が元の温度に戻るときのＢ／Ａ係数の下降率を求める。ＨＩ処理部５５は、操作部１４で指定されたＲＯＩに関してこれらのＢ／Ａ係数に関するデータを算出し、該データをＤＳＣ５３に出力する。

Ｌｏｇ圧縮検波回路５２から出力された検出信号は、受信したチャンネル毎に区別して、且つ反射波の基本波成分と高調波成分とに分けてメモリに格納される。ＨＩ処理部５５は、操作部１４で指定されたＲＯＩに対応する、高調波成分を表す検出信号をメモリから読み出し、上記のＢ／Ａ係数の抽出等を行う。

Ｂ／Ａ係数（ベース値）は、例えば、数１式を参照して抽出したＢ／Ａ係数を、ＲＯＩ周辺の生体組織の全Ｂ／Ａ係数のうちの最大値または平均値で規格化したものである。ＲＯＩのＢ／Ａ係数が１０で、ＲＯＩ周辺のＢ／Ａ係数の最大値または平均値が１２．５であった場合、ＲＯＩのＢ／Ａ係数（ベース値）は、１０／１２．５＝０．８である。ＵＴ２７で検出される反射波の高調波成分は極微弱なレベルであり、Ｂ／Ａ係数の抽出値自体には信憑性がないため、他の領域と相対比較したベース値を用いる。

Ｂ／Ａ係数の上昇率は、加熱用超音波の送信を終了したときと加熱用超音波の送信を開始したときの各Ｂ／Ａ係数の差分を、加熱用超音波の送信時間で除算したものである。Ｂ／Ａ係数の下降率は、加熱用超音波の送信を終了したときと加熱用超音波の送信を開始したときの各Ｂ／Ａ係数の差分を、加熱用超音波の送信を終了してからＢ／Ａ係数が元に戻るまでの時間で除算したものである。Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率は、生体組織の温まりやすさや熱拡散のしやすさ、つまり比熱を表し、周辺組織との密接具合や血流による奪熱に左右される。

良性腫瘍と悪性腫瘍を比較した場合、一般的に悪性腫瘍のほうが良性腫瘍よりも生体組織が硬くなるため、Ｂ／Ａ係数（ベース値）は悪性腫瘍のほうが大きくなる。また、悪性腫瘍は良性腫瘍と比較して血流量が多く熱拡散しやすいため、Ｂ／Ａ係数の上昇率は悪性腫瘍のほうが低く（温まりにくく）、下降率は悪性腫瘍のほうが高い（冷めやすい）。Ｂ／Ａ係数の時間変化、Ｂ／Ａ係数（ベース値）、およびＢ／Ａ係数の上昇率、下降率の情報は、病変診断の指標となる。

図４において、Ｂ／Ａ係数取得モードでは、患者情報や検査部位等の情報、超音波画像６０に加えて、Ｂ／Ａ係数表示枠６１がモニタ１５の表示画面に設けられる。超音波画像６０には、操作部１４で指定されたＲＯＩを示す「×」印と「ａ」等の添字からなるマーク６２が重畳表示される。

Ｂ／Ａ係数表示枠６１には、周波数、照射時間等の加熱用超音波の送信条件が記述される他、ＲＯＩの「ａ」〜「ｃ」の各点のグラフ６３が表示される。グラフ６３は、各点の時間（横軸）に対するＢ／Ａ係数（ベース値）（縦軸）の変化を、ＨＩ処理部５５からの、時間とＢ／Ａ係数のテーブルデータに則ってプロットしたものである。グラフ６３内には、加熱用超音波の照射時間を表す点線６４が描かれている。

各点のグラフ６３には、詳細ボタン６５が配されている。詳細ボタン６５を操作部１４で選択すると、図５に示すポップアップウィンドウ７０がＢ／Ａ係数表示枠６１の横に出現する。ポップアップウィンドウ７０には、Ｂ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率の実際の値が一覧表示される。なお、図では説明の便宜上、ポップアップウィンドウ７０で超音波画像６０の一部が隠れているが、実際にはポップアップウィンドウ７０の出現で超音波画像６０が隠れないようレイアウトされる。

「ａ」点と「ｃ」点のグラフ６３を見ると、Ｂ／Ａ係数の変化の仕方は略同じである。一方、「ｂ」点では、他点よりもＢ／Ａ係数の変化の仕方が明らかに異なり、Ｂ／Ａ係数（ベース値）が大きく、Ｂ／Ａ係数の上昇率が低く、下降率が高いことが分かる。術者は、超音波画像６０を観察しつつ、グラフ６３でＢ／Ａ係数の変化の仕方を解析し、必要に応じてポップアップウィンドウ７０を表示させてＢ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率の各値を確認しながら、病変診断を行う。

上記構成を有する超音波診断装置２の作用について説明する。まず、超音波プローブ１１のコネクタ１９を携帯型超音波観測器１０のプローブ接続部１７に挿入固定し、携帯型超音波観測器１０と超音波プローブ１１の電気的機械的接続を得る。そして、操作部１４を操作して携帯型超音波観測器１０の電源を立ち上げるとともに、携帯型超音波観測器１０から超音波プローブ１１に電源を供給する。術者は、超音波プローブ１１の走査ヘッド１８を被検体に押し当てながら、携帯型超音波観測器１０のモニタ１５に表示される超音波画像を観察して診断を行う。

超音波プローブ１１では、走査制御部４４によって選択されたパルサ４１から該当チャンネルのＵＴ２７に励振パルスが送信され、ＵＴ２７から被検体に超音波が照射される。走査制御部４４により駆動されるパルサ４１は、超音波および反射波の１回の送受信毎に順次切り替えられる。これにより被検体に超音波が走査される。このとき、走査制御部４４により、超音波を照射するＵＴ２７に繋がれたＳＷ４０がパルサ４１側に倒される。

ＵＴ２７から発せられた超音波は被検体で反射され、その反射波に応じた検出信号が該当チャンネルのＵＴ２７から出力される。このとき、走査制御部４４により、反射波を受信するＵＴ２７に繋がれたＳＷ４０が受信アンプ４２側に倒される。ＵＴ２７からの検出信号は、受信アンプ４２で増幅された後、Ａ／Ｄ４５でＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。Ａ／Ｄ４５でデジタル化された検出信号は、Ｐ／Ｓ４６でシリアルデータ化されて携帯型超音波観測器１０に送られる。

携帯型超音波観測器１０では、Ｓ／Ｐ５０によって検出信号がパラレルデータに戻さる。その後、検出信号はＢＦ５１に送られてＢＦ５１で位相整合演算され、さらにＬｏｇ圧縮検波回路５２でＬｏｇ圧縮、検波された後、メモリに一旦格納される。

Ｌｏｇ圧縮、検波後の検出信号は、ＤＳＣ５３でテレビ信号に変換される。ＤＳＣ５３で変換されたテレビ信号は、Ｄ／Ａ変換されてモニタ１５に超音波画像として表示される。

Ｂ／Ａ係数取得モードでは、超音波および反射波の送受信毎に加熱用超音波が被観察部位に照射され、被観察部位が温められる。このとき、ＨＩ処理部５５により、反射波の高調波成分を表す検出信号からＢ／Ａ係数が抽出される。そして、Ｂ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率がＨＩ処理部５５にて求められ、これらのデータがＤＳＣ５３に出力される。

ＤＳＣ５３では、ＨＩ処理部５５からのデータに基づいて、Ｂ／Ａ係数表示枠６１のグラフ６３や、ポップアップウィンドウ７０によるＢ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率の表示制御がなされ、これらが超音波画像６０とともにモニタ１５に表示される。

以上説明したように、Ｂ／Ａ係数自体ではなくＢ／Ａ係数の温度依存性に着目し、加熱用超音波で被観察部位を温めたときのＢ／Ａ係数の変化を監視して、その結果をモニタ１５に表示させるので、Ｂ／Ａ係数を指標とした新しい病変診断を行うことが可能となる。

従来、生体組織の硬さと血流の状態を調べるためには、エラストグラフィやＡＲＦＩとカラードップライメージングを併用していたが、本発明は一度に生体組織の硬さと血流の状態を調べることが可能となる。

なお、Ｂ／Ａ係数の取得結果と予め設定された閾値とを比較し、生体組織が正常であるか否かを判断してもよい。また、その判断結果をモニタに表示させる等して術者に報知してもよい。

上記実施形態では、Ｂ／Ａ係数表示枠６１やポップアップウィンドウ７０でＢ／Ａ係数の変化の仕方を表示しているが、Ｂ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率の値を超音波画像６０のマーク６２周辺に重畳表示してもよい。Ｂ／Ａ係数（ベース値）、Ｂ／Ａ係数の上昇率、下降率の大きさの度合を色の濃淡（最高レベルは赤、中レベルはピンク、最小レベルは白等）で表現し、超音波画像６０に色付けしてもよい。Ｂ／Ａ係数（ベース値）の時間的な推移を色の濃淡で表現し、超音波画像６０の動画像に重畳させて再生可能としてもよい。

上記実施形態では、超音波および反射波の送受信毎に１回ずつ加熱用超音波を送信して被観察部位を温めているが、加熱用超音波の送信頻度は上記例に限らず変更可能である。超音波および反射波の送受信毎に、例えば５回ずつ加熱用超音波を送信してもよいし、超音波および反射波の送受信が１サイクル終了する毎に加熱用超音波を送信してもよい。加熱用超音波の照射条件を変えて数回Ｂ／Ａ係数を取得し、これにより得られたデータを比較可能に表示してもよい。または同じ照射条件で数回Ｂ／Ａ係数を取得し、その平均を抽出してもよい。

超音波および反射波の送受信をせずに加熱用超音波を一定時間送信し続け、Ｂ／Ａ係数が下降局面に入ったときだけ超音波および反射波の送受信を行い、Ｂ／Ａ係数の下降率のみを求めてもよい。さらには、ＲＯＩに指定された部分にのみ加熱用超音波を送信してもよい。

上記実施形態では、被観察部位を温める手段として、ＵＴから送信される加熱用超音波を例示したが、本発明はこれに限定されない。超音波画像を生成するための超音波を送信するＵＴとは別に、加熱用超音波の送信専用のＵＴを設けてもよい。また、超音波に限らず、例えば周波数２０ｋＨｚ以下の音波、電磁波（赤外線等）といった他の手段を用いてもよい。あるいは、ヒータを体表に直接当てて温めてもよい。

被観察部位を温めるのではなく、逆に冷やしてもよい。Ｂ／Ａ係数の挙動は上記実施形態と逆になるが、Ｂ／Ａ係数が変化することに変わりはない。被観察部位を冷やす手段としては、超音波プローブに送気・送水機能を設け、所定温度に冷やした気体または液体を被観察部位に吹き付ける、冷却パッドを体表に当てる等が考えられる。

上記実施形態では、無機圧電セラミックス厚膜を用いたＵＴで超音波の送信および反射波の受信を担う例を挙げたが、ＵＴの構成はこれに限らない。

例えば、図６に示すＵＴアレイ７５を用いてもよい。ＵＴアレイ７５は、基本的な構成は図２等に示すＵＴアレイ２１と同様であるが、ＵＴ２７上にＵＴ７６を積層してなる。ＵＴ２７は、第１、第２電極３２ａ、３２ｂが上下逆になっている他は同様の構成である。

ＵＴ７６は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の有機圧電体７７を第１、第３電極３２ａ、３２ｃで挟んだ構造である。圧電体７７は音響整合層としても機能する。ＵＴ７６は、ＵＴ２７とは異なり、超音波は送信せず反射波の受信のみを行う。ＵＴ７６は、反射波のうちの高調波成分、例えば２次高調波成分に基づいた検出信号を主として出力する。

図７において、第３電極３２ｃには、ＳＷ８０の一端が接続されている。ＳＷ８０の他端には、受信アンプ４２、Ａ／Ｄ４５と同様の受信アンプ８１、Ａ／Ｄ８２が接続されている。超音波の送信時は、図示するようにＳＷ８０はオフとなる。一方、反射波の受信時はＳＷ８０がオンとなり、ＵＴ７６で取得された、反射波の高調波成分を表す検出信号が受信アンプ８１に入力される。有機圧電体７７を用いたＵＴ７６に反射波の高調波成分の受信を担わせるので、高調波成分を効率的に取り込むことができ、Ｂ／Ａ係数の抽出精度が増す。

あるいは、高調波成分の受信用に圧電酸化物薄膜を有するｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）を用いてもよい。ｐＭＵＴは、超音波の送信には適さないが反射波の受信用としては十分に機能する。また、圧電酸化物薄膜の径や厚みを変更するだけで、２次高調波成分だけでなく他の高調波成分も取得することができる。さらに、ＰＶＤＦといった有機圧電体と比べて、凡そ５００〜１０００倍の高い誘電率を有し、メンブレン構造であることから、静電容量が桁違いに高い。このため、静電容量が比較的低い材料を使用した場合と比べて検出信号のレベルが高くなり、従って反射波の高調波成分を効率よく取得することができる。

上記実施形態では、携帯型超音波観測器と超音波プローブがケーブルで有線接続される例を挙げたが、携帯型超音波観測器と超音波プローブ間のデータの送受信を無線で行うものに適用してもよい。この場合は図３のＰ／Ｓ４６の後段とＳ／Ｐ５０の前段に、検出信号を無線で遣り取りするための無線送信部と無線受信部をそれぞれ設ける。また、超音波プローブにバッテリを内蔵させ、バッテリからの電源を超音波プローブの各部に供給する。

なお、ＵＴアレイとパルサおよび受信アンプの間に、駆動するＵＴを選択的に切り替えるマルチプレクサを介挿してもよい。例えば送受信チャンネルが１２８チャンネルで、隣接する４８チャンネルを１つのブロックとして、該チャンネルに属する各ＵＴに任意の遅延差を与えて駆動する場合、マルチプレクサで駆動させるチャンネルを選択する。こうすれば、一度に駆動するチャンネル数分（この場合は４８チャンネル分）、パルサ等を用意すればよいので、超音波プローブをさらに小型化することができる。また、走査制御部からマルチプレクサに切り替え信号を送信するだけで済むので、走査制御も簡単になる。

上記実施形態では、いわゆるコンベックス電子走査型の体外式の超音波プローブを例示したが、リニア電子走査型、ラジアル電子走査型の超音波プローブでもよい。電子内視鏡の鉗子チャンネルに挿入される体内式の超音波プローブや、電子内視鏡と一体化された超音波内視鏡についても本発明は適用可能である。

２ 超音波診断装置
１０ 携帯型超音波観測器
１１ 超音波プローブ
１４ 操作部
１５ モニタ
２１、７５ 超音波トランスデューサアレイ（ＵＴアレイ）
２７、７６ 超音波トランスデューサ（ＵＴ）
４１ パルサ
４２、８１ 受信アンプ
４３ ＣＰＵ
４４ 走査制御部
４５、８２ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
５１ ビームフォーマ（ＢＦ）
５３ デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）
５４ ＣＰＵ
５５ ハーモニックイメージング処理部（ＨＩ処理部）
６０ 超音波画像
６１ Ｂ／Ａ係数表示枠
７０ ポップアップウィンドウ

Claims (11)

1. 被観察部位に超音波を送信するとともに被観察部位からの反射波を受信し、反射波に応じた検出信号を出力する超音波トランスデューサと、
   反射波のうちの高調波成分を表す検出信号に基づいて抽出されるＢ／Ａ係数の、被観察部位の温度を変化させたときの時間的な変化の情報を取得する取得手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記取得手段で取得された情報をモニタに表示させる表示制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記表示制御手段は、検出信号から生成される超音波画像とともに前記取得手段で取得された情報を表示させることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 被観察部位の温度を変化させるための温調手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 前記温調手段は、音波により被観察部位を温めることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記温調手段は、超音波により被観察部位を温めることを特徴とする請求項４または５に記載の超音波診断装置。
7. 前記温調手段は前記超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 超音波のレベル、周波数、照射時間、照射範囲、および焦点のうちの少なくともいずれか１つを制御して、被観察部位への超音波の照射エネルギー量を調節することを特徴とする請求項６または７に記載の超音波診断装置。
9. 被観察部位の関心領域を指定する指定手段を備え、
   前記温調手段は、前記指定手段で指定された関心領域を選択的に温度変化させることを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記載の超音波診断装置。
10. 前記取得手段は、取得された情報から、被観察部位に温度変化がないときのＢ／Ａ係数の相対値、温まっている間のＢ／Ａ係数の上昇率、冷めている間のＢ／Ａ係数の下降率のうちの少なくともいずれか１つを求めることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波診断装置。
11. 被観察部位の温度が変化している間に、被観察部位に超音波を送信するとともに被観察部位からの反射波を受信し、
    反射波のうちの高調波成分を表す検出信号に基づいて抽出されるＢ／Ａ係数の、被観察部位の温度を変化させたときの時間的な変化の情報を取得することを特徴とする超音波診断方法。

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