JP2011110102A

JP2011110102A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2011110102A
Application number: JP2009266462A
Authority: JP
Inventors: Hide Boku; 英朴; Akira Sawada; 彰澤田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2009-11-24
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】被検体内部の音響インピーダンスの差が一定以上ある部位で発生するアーチファ
クト現象を利用して異常部位の硬さを推定する超音波を提供する。
【解決手段】本発明の超音波診断装置は、異常部位に接触させる超音波探触子の形状や接
触角度等を調節することにより、アーチファクト現象を意図的に発生させ、前記アーチフ
ァクト現象の類別を行う。前記アーチファクト現象の類別と実際のアーチファクト現象の
画像と正常の超音波画像または過去に蓄積したアーチファクト現象画像とから異常部位の
硬さを推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーチファクト現象を利用して異常部位の硬さを特定する超音波診断装置に
関する。

従来、超音波を硬い物質に対して送出した場合の反射信号を利用して、肝臓や腎臓等の
臓器の異常部位を特定する超音波診断装置が開発されている。この超音波診断の際、超音
波の多重反射や屈折により、実際には存在しない虚像が表示されるアーチファクト現象が
存在する。このアーチファクト現象は、超音波を利用した病状等の診断の妨げになる。そ
こで、アーチファクト現象を類別し、超音波画像から取り除く処理等が発明されている（
例えば、特許文献１参照）。また、アーチファクト現象が起こりにくい超音波プローブの
形状として、被検体の表面と平行になりにくくする形状、または位置・角度から被検体内
部を測定する方法がとられる。

特開２００４−８９３６２号公報

しかしながら、特許文献１のように超音波画像からアーチファクト現象を取り除く技術
が研究されているが、アーチファクト現象を利用して異常部位の硬さを特定する技術は未
だ実用性のあるものが開発されていない。

そこで、本発明では、正常部位と音響インピーダンスの差が一定以上ある異常部位で発
生するアーチファクト現象を利用してその異常部位と正常部位とのインピーダンス差を特
定することにより、小さな異常部位の硬さについても検出することができる超音波診断装
置を提供することを目的とする。

異常部位とは、正常部位と一定以上の音響インピーダンス差があればよく、硬化した異
常部位、または軟化した異常部位がある。また軟化の一例として、液体化も含む。

上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、
被検体に対し、超音波を送信し、前記被検体の異常部位に対する前記超音波の反射波を
受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子の位置および方向情報を認識する位置・角度認識手段と、
前記超音波探触子によって受信された反射波と、前記位置・角度検出手段により導き出
された前記超音波探触子の位置情報と、からアーチファクト現象を検出するアーチファク
ト現象検出手段と、
前記アーチファクト現象検出手段から検出されたアーチファクト現象に基づいて前記異
常部位の音響インピーダンスを算出する異常部位検出手段と、
前記異常部位検出手段により特定された位置を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明の超音波診断装置によれば、より体の深い部分の異常部位、または体積の小さな
異常部位の硬さについても検出することができるようになる。

本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。実施形態に係る送受信部２の構成を示すブロック図。実施形態に係る超音波プローブ３の形状の一例を示す図。実施形態に係る振動素子の配列例を示す図。実施形態に係る超音波の多重反射の概念を示す図。実施形態に係る超音波多重反射断層像を示す図。実施形態に係る超音波の多重反射によるコメットライクエコーの概念を示す図。実施形態に係る超音波の多重反射によるコメットライクエコーの断層像を示す図。実施形態に係る超音波屈折が起こりえる状態を示す図。実施形態に係る超音波屈折による虚像が生じる概念を示す図。実施形態の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施態様について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、システム制御部１０と、送受信部
２と、超音波プローブ３と、画像データ生成部４と、異常部位測定部５と、位置・角度解
析部６と、画像表示部７と、パラメータ設定部８等から構成される。

システム制御部１０は、システム制御線１１を介して上記送受信部２と超音波プローブ
３と、画像データ生成部４と、異常部位測定部５と、位置・角度解析部６と、画像表示部
７と、パラメータ設定部８の動作の同期をとる等の制御を行う。

送受信部２は、送信部２１と受信部２２から構成される。図２は、送受信部２の構成を
示すブロック図である。図２に示すように、送受信部２の送信部２１はレートパルス発生
器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３とから構成される。また、受信器２
２はＮｘチャンネルから構成されるＡ／Ｄ変換器２２１と、受信遅延回路２２２と、加算
器２２３等から構成される。

送信部２１のレートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレー
トパルスを生成して送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、Ｎｘチャン
ネルの独立な遅延回路から構成されている。送信遅延回路２１２は、送信超音波を所定の
深さに収束するための遅延時間と、所定の方向に送信するための遅延時間と、所定の方向
に送信するための遅延時間とをレートパルスに与え、このレートパルスを駆動回路２１３
に供給する。駆動回路２１３は、Ｎｘチャンネルの独立な駆動回路を有しており、超音波
プローブ３に内蔵されたＮｘ個の振動素子３１１を駆動して被検体の体内に送信超音波を
放射する。

一方、振動素子３１１から供給されたＮｘチャンネルの受信信号は、受信部２２のＡＤ
変換器２１１にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路２２２に送られる。

受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間と、所
定方向に対して受信指向性を設定するための遅延時間とをＡ／Ｄ変換器２１１から出力さ
れるＮｘチャンネルの受信信号の各々に与える。加算器２２３は、受信遅延回路２２２か
ら出力されるＮｘチャンネルの受信信号を加算合成する。即ち、受信遅延回路２２２と加
算器２２３により、所定方向から得られた受信信号は整合加算される。なお、受信遅延回
路２２２および加算器２２３は、その遅延時間の制御によって複数方向からの受信超音波
を同時に受信する並列同時受信を行うことも可能である。

超音波プローブ３は、探触子３１とＮｘ個の振動素子３１１を内蔵している。図３は、
この超音波プローブ３の形状の一例を示す図である。図３に示すように、超音波プローブ
３には探触子３１が設けられ、その探触子３１の被検体に接する側にはＮｘ個の振動素子
３１１が設けられている。

探触子３１は、例えばアーチファクト現象を発生しやすくするために、凹面半球形状を
有している。凹面半球形状とすることによって、アーチファクト現象が起こりやすいよう
に、被検体の表面部分に平行な面をできるだけ多く作成することができる。

なお、超音波プローブ３の探触子３１の形状は、この凹面半球形状に限られるものでは
なく、アーチファクト現象を起こりやすい形状であれば非半球形の形状でもよい。

図４は、探触子３１を構成するＮｘ個の振動素子３１１の配列例を示す図である。図４
（ａ）〜（ｄ）に示すように、探触子３１は１列〜複数列の振動素子３１１の列から構成
される。図４（ａ）では、Ｎｘ個の振動素子３１１を一列に配列して構成している。図４
（ｂ）では、Ｎｘ個の振動素子３１１を二列に配列して構成している。図４（ｃ）では、
二列の振動素子３１１を中間点でクロスして構成している。図４（ｄ）では、三列の振動
素子３１１の内、中間に一列の振動素子３１１を配置し、上下の振動素子３１１の列を中
間点でクロスして構成している。これらいずれの構成を採用しても良い。

図１に戻り、上記超音波プローブ３には、３次元の位置情報を検出する位置角度検出部
３２が取り付けられている。位置角度検出部３２は、例えば高周波磁場を放射する磁場ソ
ースを有し、一方、超音波探触子３１には磁場センサを備えて構成されている。超音波プ
ローブ３は、磁場ソースを基準として超音波探触子３１から得られた被検体の異常部位か
らの位置・角度情報を位置角度解析部６へ送出する。探触子３１からの位置・角度情報の
変化に伴う超音波画像からアーチファクト現象の種類を特定する。

画像データ生成部４は、受信部２２から出力される整合加算後の受信信号に対し所定の
画像処理を行って画像データを作成する受信信号処理部４１と、この作成した画像データ
を超音波の送受信方向に対応させて順次保存するデータ記憶部４２を備えている。この画
像データは、主にＢ（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）モード超音波診断画像を用いる。

位置角度解析部６は、位置角度情報処理部６１と、位置角度データ記憶部６２を有する
。位置角度情報処理部６１は、位置角度検出部３２が検出した位置・角度情報を位置角度
データ記憶部６２に記憶するために、位置と角度情報に分けて記憶する。位置角度データ
記憶部６２には、この位置・角度情報が順次記憶される。ここでは、これら位置角度検出
部３２および位置角度解析部６を含む角度認識機能を角度認識手段と表現するものである
。

異常部位測定部５は、アーチファクト現象検出部５１と、実像部位推定部５２と、音響
インピーダンス差推定部５３と、実像部位硬さ推定部５４を備えている。

アーチファクト現象検出部５１は、データ記憶部４２に記憶された画像データと位置角
度データ記憶部６２に記憶された位置・角度情報とから、アーチファクト現象の種類を特
定し検出する。アーチファクト現象の種類としては、超音波振動によるものとして多重反
射、サイドローブ、グレーティングローブ、鏡面現象、レンズ効果、スライス幅の厚みな
どがある。また、屈折等によるものがある。

図５は、多重反射の概念を示す図である。探触子３１から発せられた超音波は、異常部
位にて複数回反射する。図６は、図５に示す超音波の多重反射が発生した場合の断層像を
示す図である。多重反射により実像を表す反射以外に、複数の虚像が等間隔で映像として
表示される。

図７は、超音波の多重反射によるコメットライクエコーの概念を示す図である。探触子
３１から発せられた超音波が異常部位表面と異常部位内部で複数回反射する。図８は、図
７に示す超音波の多重反射によるコメットライクエコーの断層像を示す図である。正常組
織内に音響インピーダンス差が大きい小さな異常部位が存在する場合に発生しやすい。他
にコメットサインと呼ばれることもある。

図９は、屈折が起こりやすい状態を示す図である。筋肉と脂肪層のように音響インピー
ダンス差が存在する場合に屈折しやすいため起こりやすいといえる。図１０は、屈折によ
る虚像が生じる概念を示す図である。超音波が屈折することにより、実像部位とは異なっ
た点に虚像を生じさせている。

例えば、映像データとして図８に示すようなコメットライクエコーが検出されれば、多
重反射によるアーチファクト現象が発生していると特定する。

なお、コメットライクエコーのように類別しやすいアーチファクト現象でない場合は、
被検体に対する超音波プローブ３の角度を変え、検出されるアーチファクト現象の変化を
画像データで取得し、アーチファクト現象の類別を行うようにしても良い。または、被検
体に対する超音波プローブ３の圧迫強度を変化させ、検出されるアーチファクト現象の変
化を画像データで取得し、アーチファクト現象の類別を行うようにしても良い。このアー
チファクト現象の類別判別としては、主に過去のアーチファクト現象のデータと正常組織
の画像データとをパターンマッチング（類別比較）させることにより行う。

図１に戻り、実像部位推定部５２は、超音波プローブ３の位置の変化に対するアーチフ
ァクト現象検出部５１によるアーチファクト現象の映像データ変化量から、アーチファク
ト現象の原因となる異常部位の位置を推定する。その推定方法としては、過去の同様のア
ーチファクト現象のデータと正常組織の画像データとをパターンマッチングさせることに
より行う。

その後、実像部位推定部５２は推定される異常部位の位置の超音波断層画像を画像表示
部７に表示させる。超音波断層画像とは、図６、図８、図１０に示すような超音波を用い
て生体内の臓器などの状態を把握し，それを二次元の映像にして形態学的な診断に利用
する方法である。

以下、アーチファクト現象から異常部位の位置を推定するパターンマッチングの８種類
の動作を説明する。

（１）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が等間隔で映った複数のエコ
ーである場合は、最もエコー強度が強い。つまり、輝度が明るい部分に異常部位が存在す
ると推定する。具体的には、図６に示すような場合である。

（２）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が放物線形状またはコメット
ライクエコーの場合は、等間隔で映った複数のエコーの中から最もエコー強度が強い。つ
まり、輝度が明るい部分に異常部位が存在すると推定する。具体的には、図８に示すよう
な場合である。

（３）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が放物線形状またはコメット
ライクエコー形状であり、超音波端子の移動によりコメットライクエコーの形状が変化す
る場合は、コメットライクエコーの縞模様の向きが変化する点に異常部位が存在すると推
定する。このコメットライクエコーの検出には、リニア電子スキャンやセクタ電子スキャ
ン、コンベックス電子スキャンにより検出された場合も同様である。

（４）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が後方エコー増強現象である
場合は、輝度が強いエコー画像に囲まれた輝度が弱い部分が周りの硬い部位に比べて軟化
した部位であると推定する。

（５）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が後方エコー減弱現象である
場合は、輝度が弱いエコー画像に囲まれた輝度が強い部分が異常部位であると推定する。

（６）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が２つ以上の形状が相似した
エコーと相似したエコーの間に異なった形状のエコーが存在する場合、それらのエコー群
に超音波プローブ３を近づけた場合に残るエコー部分が異常部位であると推定する。

（７）超音波断層画像から検出されるアーチファクト現象が２つ以上の形状が相似した
エコーである場合で、超音波プローブ３の移動により消失しないエコー部が異常部位であ
ると推定する。

（８）音響インピーダンス差推定部５３は、超音波プローブ３の被検体に対する位置や
角度の変化によるアーチファクト現象検出部５１によるアーチファクト現象の変化から、
異常部位と周囲組織との音響インピーダンス差を推定する。

例えば、異常部位と周囲組織との音響インピーダンスの差の推定は、推定される異常部
位のエコー強度と正常組織のエコー強度との差を利用することにより行う。または、あら
かじめ設定された対象測定深度と超音波プローブ３間との距離の変化により生じる受信信
号の時間的変化を平滑化するために、受信機内部の利得を時間によって変化させるＳＴＣ
（ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）処理を行った異常部位のエコー
強度と正常組織のエコー強度との差を利用することにより行う。または、検査対象物の表
面からの深度に応じて増幅率を調整するＴＧＣ（ＴｉｍｅＧａｉｎＣｏｍｐｅｎｓａ
ｔｉｏｎ）処理を行った異常部位のエコー強度と正常組織のエコー強度との差を利用する
ことにより行うこともできる。

これらの異常部位のエコー強度と正常組織のエコー強度の差と、異常部位と正常部位の
音響インピーダンス差には正の相関関係があり、過去データ等から事前に算出した関係式
に従って異常部位と正常部位の音響インピーダンス差を導き出すことができる。

図１の実像部位硬さ推定部５４は、音響インピーダンス差推定部５３により導き出した
音響インピーダンス差より、音響インピーダンス差と異常部位と正常部位の硬さの差には
正の相関関係があることから、過去データ等から事前に算出した関係式に従って異常部位
と正常部位の硬さの差を導き出すことができる。正常部位の硬さは過去データ等から導き
出せるため、上記異常部位と正常部位の硬さの差と正常部位の硬さから異常部位の硬さを
推定することができる。

画像表示部７は、実像部位推定部５２により推定された実像部位の位置を超音波断層画
像として表示する。この際、複数の振動素子から得られた画像を同時に表示しても良い。
また、指定した画像のみを表示しても良い。また、前記実像部位推定部５２により推定さ
れた実像部位の画像のみを表示しても良い。

パラメータ設定部８は、表示モード設定部８１と、スキャン方式設定部８２を含む構成
である。表示モード設定部８１は、Ｂモードに表示方法を設定する。スキャン方式設定部
８２は、スキャン方式を設定する。例えば、機械スキャン方式、電子スキャン方式、手動
スキャン方式などを選択する。また機械スキャン方式では、機械セクタスキャン方式、機
械ラジアルスキャン方式が利用できる。電子スキャン方式では、リニア電子スキャン方式
やセクタ電子スキャン方式、コンベックス電子スキャン方式が利用できる。

次に、実施形態の動作について図１１を用いて説明する。

図１１は、実施形態の一連の動作を示すフローチャートである。

まず、パラメータ設定部８で、表示モードとスキャン方式を設定する（ステップ３０１
）。本実施形態では表示モードをＢモードとし、スキャン方式は電子スキャン方式である
として説明する。その後、システム制御部１０によりシステムを起動させ、超音波プロー
ブ３を被検体に接触させる（ステップ３０２）。接触した際に送信部２１から超音波が発
生され、アーチファクト現象を発生させる（ステップ３０３）。アーチファクト現象を含
んだ反射波を受信部２２により受信する。受信した反射波は、受信信号処理部４１へ送ら
れ、画像データとして処理された後、データ記憶部４２へ記憶される（ステップ３０４−
１）。また、受信信号を取得した際の超音波プローブ３の位置・角度情報は位置角度検出
部３２で検出され、位置角度情報処理部６１へ送られる。そして、位置角度情報処理部６
１は位置・角度情報を処理して位置角度データ記憶部６２へ記憶する（ステップ３０４−
２）。

アーチファクト現象検出部５１は、データ記憶部４２に記憶された画像データと位置角
度データ記憶部６２に記憶された位置角度情報を、過去のアーチファクト現象のデータ等
と比較させアーチファクト現象を類別し、推定する（ステップ３０５）。１度のデータ取
得ではアーチファクト現象を類別することができない場合は、超音波探触子の位置・角度
を変更し、アーチファクト現象の類別をさらに行う（ステップ３０５）。

次に実像部位推定部５２は、アーチファクト現象検出部５１によって検出されるアーチ
ファクト現象の映像データ変化量から、アーチファクト現象の原因となる正常部位と音響
インピーダンス差が大きい部位（異常部位）の位置を推定する（ステップ３０６）。

最後に、表示部７に上記求めた異常部位の位置を表示する。

また、超音波プローブ３の被検体に対する位置や角度の変化による前記アーチファクト
現象検出部５１によるアーチファクト現象の変化から、アーチファクト現象発生原因とな
る部位（異常部位）と周囲組織の音響インピーダンス差を推定する（ステップ３０７）。
この際、異常部位の位置情報が必要となるが、上記実像部位推定部５２によって推定され
る位置でもよいし、もともとの対象物付近の深度を設定して上記音響インピーダンス差の
推定に用いても良い。

次に、実像部位硬さ推定部５４は、音響インピーダンス差推定部５３により導き出した
音響インピーダンス差より、音響インピーダンス差と異常部位と正常部位の硬さの差には
正の相関関係があることから、過去データ等から事前に算出した関係式に従って導き出す
ことができる（ステップ３０８）。

最後に、表示部７に上記求めた異常部位の硬さを表示する（ステップ３０９）。

このようにすることによって、アーチファクト現象を用いて、音響インピーダンス差の
激しい部位、つまり異常部位の位置および硬さを推定することができる。

なお、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態を適宜設計
変更することが可能であり、必要に応じて実施形態を適宜組み合わせても良い。

１０ … システム制御部
１１ … システム制御線
２ … 送受信部
２１ … 送信部
２１１ … レートパルス発生器
２１２ … 送信遅延回路
２１３ … 駆動回路
２２ … 受信部
２２１ … Ａ／Ｄ変換部
２２２ … 受信遅延回路
２２３ … 加算器
３ … 超音波プローブ
３１ … 探触子
３１１ … 振動素子
３２ … 位置角度検出部
４ … 画像データ生成部
４１ … 受信信号処理部
４２ … データ記憶部
５ … 異常部位測定部
５１ … アーチファクト現象検出部
５２ … 実像部位推定部
５３ … 音響インピーダンス差推定部
５４ … 実像部位硬さ推定部
６ … 位置・角度解析部
７ … 画像表示部
８ … パラメータ設定部
８１ … 表示モード設定部
８２ … スキャン方式設定部

Claims

被検体に対し、超音波を送信し、前記被検体の異常部位に対する前記超音波の反射波を
受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子の位置および方向情報を認識する位置・角度認識手段と、
前記超音波探触子によって受信された反射波と、前記位置・角度検出手段により導き出
された前記超音波探触子の位置情報と、からアーチファクト現象を検出するアーチファク
ト現象検出手段と、
前記アーチファクト現象検出手段から検出されたアーチファクト現象に基づいて前記異
常部位の硬さを算出する異常部位硬さ算出手段と、
前記異常部位検出手段により特定された硬さを表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。