JP2014233601A - 超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラム - Google Patents

超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】被検体内の音速値に基づく組織性状の診断を従来よりも高い精度で行う。
【解決手段】着目領域設定部２４は、被検体の内部における着目領域の深さ位置を設定する。反射点設定部２６は、被検体内部の、着目領域設定部２４により設定された着目領域の深さ位置よりも深い領域における複数の点を、超音波プローブ１０から送信された超音波の反射点として設定する。音速値導出部２８は、反射点設定部２６により設定された複数の反射点の各々において反射された超音波を超音波プローブ１０が受信することによって生成された受信信号に基づいて、複数の反射点の各々と超音波プローブ１０との間の領域の音速値を複数の反射点毎に導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波の送受信によって被検体の断層画像を生成する超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラムに関する。
超音波プローブから被検体に超音波を送信し、被検体内部からの反射波に基づいて被検体の断層画像を生成する超音波診断装置が知られている。また、このような超音波診断装置において、被検体内を伝搬する超音波の伝搬速度（音速ともいう）を求め、これを被検体内の組織性状（病変、硬さなど）の診断に用いたものが知られている。
例えば、特許文献１には、被検体内からの受信信号に基づいて、設定された関心領域に対応する被検体内の部位の音速値を組織性状値として求め、組織性状値の履歴に関する情報をモニタに出力するように構成された超音波診断装置が記載されている。
また、特許文献２には、被検体内を伝播する超音波の送信から受信までの伝播時間に基づいて被検体内の音速値を算出し、算出した音速値を被検体の組織特性化情報としてこれを超音波断層像とともに表示するように構成された超音波診断装置が記載されている。
特開２００４−９７５３７号公報 特開平１−１２１０３９号公報
上記の先行技術は、注目領域の音速が、注目領域の組織性状と何らかの相関があるという前提に基づくものである。しかしながら、音速値に基づく組織性状の診断においては、以下のような課題がある。
すなわち、注目領域が体表から比較的浅い位置にある場合、算出される音速値の精度は一般的に低くなる。従って、注目領域が体表から比較的浅い位置にある場合には、算出された音速値に基づいて適正な組織性状の診断を行うことは困難となる。
また、比較的厚さの薄い組織の性状を音速値に基づいて診断することは困難である。例えば、筋繊維の断裂部の有無を音速値に基づいて判断しようとする場合、筋繊維の音速値と、筋繊維の断裂部の音速値との差異を検出する必要がある。しかしながら、筋繊維組織の厚さは非常に薄い為、筋繊維の音速値と断裂部の音速値との間に差異が生じにくく、音速値の差異から断裂部を検出することは困難である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、被検体内の音速値に基づく組織性状の診断を従来よりも高い精度で行うことができる超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第１の観点によれば、被検体に向けて超音波の送信を行うとともに、上記被検体の内部で反射された超音波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、上記被検体の内部における着目領域の深さ位置を設定する着目領域設定手段と、上記被検体内部の、上記着目領域設定手段により設定された着目領域の深さ位置よりも深い領域における複数の点を、上記超音波プローブから送信された超音波の反射点として設定する反射点設定手段と、上記反射点設定手段により設定された複数の反射点の各々において反射された超音波を上記超音波プローブが受信することによって生成された受信信号に基づいて、上記複数の反射点の各々と上記超音波プローブとの間の領域の音速値を上記複数の反射点毎に導出する音速値導出手段と、を含む超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第２の観点によれば、上記音速値導出手段によって導出された音速値の各々を表示画面に表示する表示手段を更に含む第１の観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第３の観点によれば、上記表示手段は、上記音速値導出手段によって導出された音速値の各々を、当該音速値の大きさに応じて色分けして表示する音速画像を生成する音速画像生成手段を含む第２の観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第４の観点によれば、上記音速値導出手段によって導出された音速値の各々に基づいて、上記着目領域に対する診断結果を導出する診断手段を更に含む第１乃至３のいずれかの観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第５の観点によれば、上記反射点設定手段は、上記超音波プローブの超音波の送受信面と平行な方位方向に沿った複数の点を反射点として設定する第１乃至４のいずれかの観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第６の観点によれば、上記診断手段は、上記音速値導出手段によって上記複数の反射点毎に導出された音速値の平均値と、上記音速値導出手段によって上記複数の反射点毎に導出された音速値に基づいて診断結果を導出する第５の観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第７の観点によれば、上記反射点設定手段は、前記超音波プローブの超音波の送受信面と交差する深さ方向に沿った複数の点を反射点として設定する第１乃至第４のいずれかの観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第８の観点によれば、上記診断手段は、上記反射点設定手段によって設定された複数の反射点のうち異なる２つ反射点からなる少なくとも１つ以上のペアの各々について音速値の差分値を導出し、導出した差分値に基づいて診断結果を導出する第７の観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第９の観点によれば、上記反射点設定手段は、上記超音波プローブの超音波の送受信面と平行な方位方向および上記方位方向と交差する深さ方向に沿った複数の点を反射点として設定する第１乃至４のいずれかの観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第１０の観点によれば、上記超音波プローブは、複数の電気音響変換素子を含み、上記音速値導出手段は、上記反射点設定手段設により設定された１の反射点で反射された超音波が、互いに異なる位置に配置された電気音響変換素子の各々で受信されるまでの各時間に基づいて、当該１の反射点に対応する音速値を導出する第１乃至第９のいずれかの観点による超音波診断装置が提供される。
また、本発明の第１１の観点によれば、被検体の内部における着目領域の深さ位置を設定する着目領域設定ステップと、上記被検体内部の、上記着目領域設定ステップにおいて設定された着目領域の深さ位置よりも深い領域における複数の点を、超音波プローブから送信された超音波の反射点として設定する反射点設定ステップと、上記反射点設定ステップにおいて設定された複数の反射点の各々において反射された超音波を、上記超音波プローブが受信することによって生成された受信信号に基づいて、上記複数の反射点の各々と上記超音波プローブとの間の領域の音速値を上記複数の反射点毎に導出する音速値導出ステップと、を含む超音波診断方法が提供される。
また、本発明の第１２の観点によれば、コンピュータを、第１乃至第１０のいずれかの観点による超音波診断装置における、着目領域設定手段、反射点設定手段および音速値導出手段として機能させるためのプログラムが提供される
本発明に係る超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラムによれば、被検体内の音速値に基づく組織性状の診断を従来よりも高い精度で行うことが可能となる。
本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明に実施形態に係る超音波診断装置に含まれるコンピュータの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る被検体内の音速値の導出方法を示す図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、被検体内部の構造例を示す断面図である。 反射点の深さ位置と音速値との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。 被検体内部の構造例を示す断面図である。 反射点の深さ位置と音速値との関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置において実行される送受信処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る超音波診断装置において実行される音速画像処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る反射点設定部によって設定される反射点の各々の配置を示す図である。 本発明の実施形態に係る反射点設定部によって設定される反射点の各々の配置を示す図である。 本発明の他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。 本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置において実行される診断処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の他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。 本発明の他の実施形態に係る反射点設定部によって設定される反射点の各々の配置を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置において実行される診断処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る反射点設定部によって設定される反射点の各々の配置を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る超音波診断装置について図面を参照しつつ説明する。
[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１の構成を示すブロック図である。超音波プローブ１０は、被検体の診断部位に向けて超音波を送信するとともに、被検体の内部で反射された超音波の反射波（エコー）を受信して受信信号を生成する。超音波プローブ１０は、例えば直線状に配列されたｍ個の圧電素子１０ａを含んでいる。超音波の１回の送受信は、例えば、ｍ個の圧電素子１０ａの中から選択された隣接するｎ個（ｍ≧ｎ）の圧電素子群を使用して行われる。超音波の送信に使用されるｎ個の圧電素子群を順次シフトさせることにより、被検体内の診断部位が超音波ビームによってスキャンされる。なお、超音波プローブ１０は、リニア型、コンベックス型、セクタ型等のいずれのスキャン方式を有するものであってもよい。
圧電素子１０ａの各々は、ｍチャンネルの信号線を介してマルチプレクサ１２に接続されている。圧電素子１０ａの各々は、送信処理部２０からマルチプレクサ１２を介して供給される駆動パルス信号に応じて超音波を発生させる。また、圧電素子１０ａの各々は、被検体内で反射された超音波の反射波を受信して電気信号である受信信号を生成し、これをマルチプレクサ１２を介して受信処理部１４に供給する。
マルチプレクサ１２は、送受信制御部４０から供給される制御信号に応じて、超音波プローブ１０のｍ個の圧電素子１０ａの中から超音波の送受信に使用する隣接するｎ個の圧電素子群を選択する電子スイッチである。マルチプレクサ１２は、ｎチャンネルの信号線を介して送信処理部２０および受信処理部１４に接続されている。
送信処理部２０は、送受信制御部４０から供給される制御信号に応じたタイミングで、ｎチャンネル分の駆動パルス信号を生成する。また、送信処理部２０は、着目領域設定部２４によって設定された着目領域の深さ位置に超音波ビームを収束させる送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に相対的な時間差を付与する。遅延時間差が付与された駆動パルス信号は、マルチプレクサ１２によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａの各々に供給される。
受信処理部１４は、チャンネル毎に設けられた図示しない増幅器およびＡ/Ｄ変換器を含んでいる。受信処理部１４は、送受信制御部４０から供給される制御信号に応じたタイミングで、マルチプレクサ１２によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａにおいて生成された受信信号の各々を増幅器において増幅し、Ａ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換する。また、受信処理部１４は、デジタル信号に変換された各チャンネルの受信信号を記憶する受信信号メモリ１４ａを有している。
送受信制御部４０は、マルチプレクサ１２、送信処理部２０および受信処理部１４に制御信号を与えることにより超音波の送受信のタイミングを統括的に制御する。
整相加算処理部１６は、受信処理部１４から供給されるチャンネル毎の受信信号に相対的な時間差を与えることによりチャンネル毎の受信信号の時相を揃える整相処理、すなわち受信フォーカス処理を行う。被検体内のある反射点で反射された超音波が各圧電素子１０ａに入射するタイミングは一致しない。これは、ある反射点から各圧電素子１０ａに至る反射波の伝搬距離が圧電素子毎に相違するからである。整相加算処理部１６は、反射点からの距離が比較的短い位置に配置された圧電素子が生成する受信信号に対して比較的長い遅延時間を与える。一方、反射点からの距離が比較的長い位置に配置された圧電素子が生成する受信信号に対して比較的短い遅延時間を与える。このように、整相加算処理部１６は、チャンネル毎の受信信号に相対的な時間差を与えて各チャンネルの受信信号の時相を揃える整相処理を行う。そして、整相加算処理部１６は、整相したチャンネル毎の受信信号を積算して整相加算信号を生成する。
Ｂモード画像生成部１８は、整相加算処理部１６から供給される整相加算信号に対して公知のフィルタリング処理、Ｌｏｇ圧縮処理、包絡線検波処理、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）処理、補間処理及び走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換した所謂Ｂモード画像を構築するための画像信号を生成する。
入力部２２は、ユーザによる各種の操作入力を受け付けるものであり、例えば、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力手段によって構成されるものである。ユーザは、例えば、被検体内部の着目領域（着目点）を指定するための指定入力を、入力部２２を介して入力することが可能となっている。着目領域の指定は、例えば、入力部２２を介して着目領域の深さ位置等を入力することにより行うことができる。
着目領域設定部２４は、入力部２２に入力された被検体の着目領域の深さ位置を記憶して、当該着目領域の深さ位置を示す情報を送信処理部２０および反射点設定部２６に供給する。
反射点設定部２６は、被検体内部の、着目領域設定部２４から通知された着目領域の深さ位置よりも深い領域の複数の点を、被検体内部の音速値を導出するための反射点として設定する。反射点設定部２６によって設定される複数の反射点については後述する。
音速値導出部２８は、受信処理部１４から読み出した各チャンネルの受信信号に基づいて、反射点設定部２６において設定された複数の反射点の各々から超音波プローブ１０の表面に至る領域の音速値Ｖを、反射点毎に導出する。音速値導出部２８による音速値の導出方法については後述する。
音速画像生成部３０は、音速値導出部２８によって反射点毎に導出された音速値を示す音速画像を生成する。音速画像生成部３０は、例えば、導出された各音速値の大きさに対応する色を当該反射点に対応する画素位置に割り当てることにより音速画像を構築するための画像信号を生成する。ユーザは、モニタ２２に表示される音速画像を観察することにより、各反射点に対応する音速値の分布を把握することができる。
モニタ２２は、Ｂモード画像生成部１８および音速画像生成部３０から供給される画像信号に基づいて、Ｂモード画像および音速画像を表示する表示画面を有する。表示画面には、Ｂモード画像および音速画像のいずれか一方または双方が、ユーザによる入力部２２の操作に基づいて表示されるようになっている。
なお、本実施形態に係る超音波診断装置１において、整相加算処理部１６、Ｂモード画像生成部１８、着目領域設定部２４、反射点設定部２６、音速値導出部２８、音速画像生成部３０および送受信制御部４０は、図２に示すように、ＣＰＵ２００と、ＣＰＵ２００において実行される各種プログラムを記憶したＲＯＭ２０１（Read Only Memory）と、ＣＰＵ２００における演算処理に供されるデータ等を一時的に保存するＲＡＭ（Random Access Memory）２０２と、生成した画像データ等を保存しておくためのＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０３と、を含むコンピュータによって構成されている。
次に、音速値導出部２８が被検体内の音速値を導出する方法について説明する。図３は、音速値導出部２８による被検体内の音速値の導出の方法を示す図である。音速値導出部２８は、超音波プローブ１０から送信された超音波の送信時点を起点として、任意の圧電素子１０ａ０が時間Ｔａ（＝２Ｔ０）の経過時に反射波を受信することとなる当該圧電素子１０ａ０の直下に位置する反射点Ｒを仮定する。つまり、超音波プローブ１０から送信され中心経路ｒ０を通る超音波は、当該超音波の送信時点から時間Ｔ０が経過した時に反射点Ｒに到達し、反射点Ｒで反射された超音波は、中心経路ｒ０を通って更に時間Ｔ０が経過した時（すなわち、当該超音波の送信時点から時間Ｔａ（＝２Ｔ０）が経過した時）に圧電素子１０ａ０に到達する。ここで、反射点Ｒと超音波プローブ１０との間を伝播する超音波の伝搬速度（音速値）をＶとすると、反射点Ｒと圧電素子１０ａ０との間の距離（すなわち、中心経路ｒ０の経路長）は、ＶＴ０と表すことができる。
音速値導出部２８は、圧電素子１０ａ０から距離Ｘだけ離れた圧電素子１０ａｘによって生成された受信信号Ｓｘ上において、圧電素子１０ａ０によって生成された受信信号Ｓ０における時間Ｔａ（＝２Ｔ０）における信号値ａに対応する信号値ｂを検索する。このとき、音速値導出部２８は、例えば、受信信号Ｓ０の波形と受信信号Ｓｘの波形との類似性に基づいて、これらの受信信号間の対応する信号値を検索してもよい。音速値導出部２８は、受信信号Ｓｘ上の信号値ｂに対応する時間Ｔｂ（＝Ｔ０＋Ｔ１）を導出する。つまり、超音波プローブ１０から送信された超音波は、当該超音波の送信時点から時間Ｔ０が経過した時に反射点Ｒに到達し、反射点Ｒで反射された超音波は、中心経路ｒ０よりも外側の周辺経路ｒ１を通って更に時間Ｔ１が経過した時（すなわち、当該超音波の送信時点から時間Ｔｂ（＝Ｔ０＋Ｔ１）が経過した時）に圧電素子１０ａｘに到達する。この場合、反射点Ｒと圧電素子１０ａｘとの間の距離（すなわち、周辺経路ｒ１の経路長）は、ＶＴ１と表すことができる。
上記の場合において、三平方の定理より、下記の式（１）が成り立つ。
Ｖ２Ｔ０ ２＋Ｘ２＝Ｖ２Ｔ１ ２ ・・・（１）
上記の式（１）より、音速値Ｖは、下記の式（２）のように表すことができる。
Ｖ＝Ｘ／（Ｔ１ ２−Ｔ０ ２）１／２ ・・・（２）
このように、音速値導出部２８は、任意の反射点Ｒにおいて反射された超音波が、距離Ｘだけ離間している圧電素子１０ａ０および１０ａＸの各々に到達するまでの各時間に基づいて、当該反射点Ｒと超音波プローブ１０との間の領域の音速値Ｖを導出する。このようにして導出される音速値Ｖは、反射点Ｒと超音波プローブ１０との間の領域の音速値が均一であるとした場合の音速値である。
また、反射点Ｒの見かけ上の深さＤは、下記の式（３）のように表すことができる。
Ｄ＝ＶＴ０ ・・・（３）
次に、上記の式（２）に従って音速値Ｖを導出する場合における特異的な現象について説明する。
図４（ａ）には、被検体Ｐの最表面に延在する音速値Ｖｌの低音速領域１０１と、低音速領域１０１の下方に延在する音速値Ｖｈの高音速領域１０２と、高音速領域１０２の下方に延在する音速値Ｖ０の中音速領域１０３と、を含む被検体Ｐの表面に超音波プローブ１０を当接し、中音速領域１０３内に反射点Ｒ１を設定して被検体Ｐ内の音速値Ｖを導出する場合が示されている。なお、低音速領域１０１の厚さはＤｌであり、高音速領域１０２の厚さはＤｈであり、高音速領域１０２と中音速領域１０３の界面と反射点Ｒ１との間の距離はＤ０であるものとする。また、各音速領域１０１〜１０３における音速値の大小関係は、Ｖｌ＜Ｖ０＜Ｖｈであるものとする。また、低音速領域１０１、高音速領域１０２および中音速領域１０３は、超音波プローブ１０の超音波の送受信面と略平行な方向に延在しているものとする。この場合において、反射点Ｒ１で反射された超音波が、中心経路ｒ０を通って超音波プローブ１０の表面に到達するまでの時間Ｔ０は、下記の式（４）によって表すことができる。
Ｔ０＝Ｄ０／Ｖ０＋Ｄｈ／Ｖｈ＋Ｄｌ／Ｖｌ ・・・（４）
一方、反射点Ｒ１で反射された超音波が、周辺経路ｒ１を通って超音波プローブ１０の表面に到達するまでの時間Ｔ１は、下記の式（５）によって表すことができる。なお、式（５）において、Ｄは、ＤｌとＤｈとＤ０の合算値である（Ｄ＝Ｄｌ＋Ｄｈ＋Ｄ０）
Ｔ１＝（Ｄ０／Ｖ０＋Ｄｈ／Ｖｈ＋Ｄｌ／Ｖｌ）×（Ｄ２＋Ｘ２）１／２／Ｄ・・・（５）
式（４）および式（５）を式（２）に代入すると、下記の式（６）が導かれる。
１／Ｖ＝（Ｄ０／Ｄ）／Ｖ０＋（Ｄｈ／Ｄ）／Ｖｈ＋（Ｄｌ／Ｄ）／Ｖｌ ・・・（６）
式（６）は、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、各音速領域１０１、１０２、１０３を伝播する超音波の、当該各音速領域の伝播距離の比率に応じた値となることを示している。すなわち、中心経路ｒ０を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率と、周辺経路ｒ１を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率とが等しい場合（換言すれば、中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合）には、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、中心経路ｒ０上における平均音速値と一致する。ここで、平均音速値とは、経路上における各音速領域の音速値と、経路上における当該音速領域の比率とを乗算して足し合わせた値である。そして、式（２）に従って導出される音速値Ｖに基づいて導出される反射点Ｒ１の見かけ上の深さは、真の深さと一致する。
一方、図４（ｂ）には、高音速領域１０２が断裂しており、この断裂部分に低音速領域１０１が侵入している被検体Ｐの上記断裂部分の直下に反射点Ｒ２を設定して被検体Ｐ内の音速値Ｖを導出する場合が示されている。この場合、中心経路ｒ０を伝搬する超音波は、反射点Ｒ２から中音速領域１０３および低音速領域１０１を経由して超音波プローブ１０の表面に至る。一方、周辺経路ｒ１を伝搬する超音波は、反射点Ｒ２から中音速領域１０３、高音速領域１０２および低音速領域１０１を経由して超音波プローブ１０の表面に至る。すなわち、図４（ｂ）に示す場合においては、中心経路ｒ０を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率と、周辺経路ｒ１を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率とが互いに異なる。その結果、中心経路ｒ０上の平均音速値は周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも小さくなっている。この場合において式（２）に従って導出される音速値Ｖは、図４（ａ）に示す場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合）において式（２）に従って導出される音速値Ｖよりも大きくなる。このことは、図４（ｂ）に示す場合の中心経路ｒ０の平均音速値が、図４（ａ）に示す場合のそれよりも小さいことと矛盾する。また、図４（ｂ）に示す場合には、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、中心経路ｒ０上における平均音速値よりも大きくなり、この音速値Ｖに基づいて導出される反射点Ｒ２の見かけ上の深さは真の深さよりも深くなる。
図５は、反射点の設定深さ（反射点から超音波プローブ１０の表面までの距離）に対応する超音波の伝搬時間Ｔ０（反射波が反射点から中心経路ｒ０を経由して超音波プローブに達するまでの時間）と、式（２）に従って導出される音速値Ｖとの関係をシミュレーションによって求めた結果を示したものである。図５において実線は、図４（ａ）に示す場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合）に対応し、破線は図４（ｂ）に示す場合（中心経路ｒ０上の平均音速値が周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも小さい場合）に対応する。なお、低音速領域１０１の音速値Ｖｌおよび厚さＤｌをそれぞれ１４５０ｍ／ｓおよび１８ｍｍとし、高音速領域１０２の音速値Ｖｈおよび厚さＤｈをそれぞれ１６００ｍ／ｓおよび２ｍｍとし、中音速領域１０３の音速値Ｖ０を１５４０ｍ／ｓとし、中心経路ｒ０および周辺経路ｒ１を経由する超音波を受信する圧電素子間の距離Ｘを１０．５６ｍｍとし、反射点の設定深さを３ｃｍ〜９ｃｍの範囲で変動させてシミュレーションを行った。
図４（ａ）に示す場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合、（図５の実線））、反射点の設定深さを深くしていくと（すなわち、反射点Ｒ１から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０を大きくしていくと）、式（２）に従って導出される音速値Ｖは中音速領域１０３の音速値Ｖ０に相当する１５４０ｍ／ｓに収束する。これは、反射点の設定深さが深くなる程、中心経路ｒ０および周辺経路ｒ１上における中音速領域１０３の比率が大きくなるからである。一方、図４（ｂ）に示す場合、（中心経路ｒ０上の平均音速値が周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも小さい場合（図５の破線））、反射点の設定深さを深くしていくと（すなわち、反射点Ｒ２から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０を大きくしていくと）、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、Ｖ０に収束することなく増加し続けるという特異的な現象が生じる。また、この場合、反射点の設定深さを深くしていくと、音速値Ｖに基づいて導出される反射点の見かけ上の深さの、真の深さに対する差分も大きくなる。
図６には、断面が略楕円形であり且つ音速値Ｖｈの高音速領域１０２と、高音速領域１０２の周囲に延在する音速値Ｖｌの低音速領域１０１と、を含む被検体Ｐの表面にプローブ１０を当接し、高音速領域１０２の直下に反射点Ｒ３を設定して音速値Ｖを導出する場合が示されている。このような場合にも、中心経路ｒ０を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率と、周辺経路ｒ１を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率とは互いに異なる。その結果、図６に示す場合においては、中心経路ｒ０上の平均音速値は、周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも大きくなっている。この場合、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、中心経路ｒ０上における平均音速値よりも小さくなる。また、式（２）に従って導出される音速値Ｖに基づいて導出される反射点Ｒ３の見かけ上の深さは、真の深さよりも浅くなる。
図７は、図６に示す場合（中心経路ｒ０上の平均音速値が周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも大きい場合）における反射点の設定深さに対応する超音波の伝搬時間Ｔ０（反射波が反射点から中心経路ｒ０を経由して超音波プローブに達するまでの時間）と、式（２）に従って導出される音速値Ｖとの関係をシミュレーションによって求めた結果を示したものである。なお、高音速領域１０２を短軸半径（深さ方向の半径）１０ｍｍ、長軸半径を１５ｍｍの楕円形とし、高音速領域１０２の音速値Ｖｈを１６００ｍ／ｓとし、低音速領域１０１の音速値Ｖｌを１５４０ｍ／ｓとし、楕円形をなす高音速領域１０２の中心から超音波プローブ１０の表面までの距離を２０ｍｍとし、中心経路ｒ０および周辺経路ｒ１を経由する超音波を受信する圧電素子間の距離Ｘを１０．５６ｍｍとし、反射点の設定深さを４ｃｍ〜１０ｃｍの範囲で変動させてシミュレーションを行った。この場合、反射点の設定深さが深くなるに従って（すなわち、反射点Ｒ３から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０を大きくしていくと）、式（２）に従って導出される音速値Ｖは収束することなく低下し続けるという特異的な現象が生じる。また、この場合、反射点の設定深さを深くしていくと、音速値Ｖに基づいて導出される反射点の見かけ上の深さの、真の深さに対する差分も大きくなる。
以上をまとめると、下記のようになる。
（i）中心経路ｒ０上の各音速領域の比率が、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率と同一である場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合）、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、反射点の設定深さにかかわらず（反射点から中心経路ｒ０を通る超音波の伝搬時間Ｔ０の大きさにかかわらず）中心経路ｒ０上における平均音速値と一致する。また、この場合、音速値Ｖに基づいて導出される反射点の見かけの深さは、真の深さと一致する。
（ii）中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが異なる場合であって、中心経路ｒ０上の平均音速値が、周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも小さい場合、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、中心経路ｒ０上における平均音速値よりも大きくなる。また、この場合、反射点の設定深さが深くなる程（反射点から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０が大きくなる程）、式（２）に従って導出される音速値Ｖと中心経路ｒ０上における平均音速値との差分は大きくなる。また、この場合、音速値Ｖに基づいて導出される反射点の見かけの深さは、真の深さよりも深くなり、反射点の設定深さが深くなる程、その誤差は大きくなる。
（iii）中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが異なる場合であって、中心経路ｒ０上の平均音速値が、周辺経路ｒ１上の平均音速値よりも大きい場合、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、中心経路ｒ０上における平均音速値よりも小さくなる。また、この場合、反射点の設定深さが深くなる程（反射点から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０が大きくなる程）、式（２）に従って導出される音速値Ｖと中心経路ｒ０上における平均音速値との差分は大きくなる。また、この場合、音速値Ｖに基づいて導出される被検体内の見かけの深さは、真の深さよりも浅くなり、反射点から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０が大きくなる程、その誤差は大きくなる。
以上のように、本発明者は、式（２）に従って音速値を導出すると、上記（ii）および（iii）に記載するような特異的な現象が生じることを見出した。上記（ii）および（iii）に記載するような特異的な現象が生じるのは、式（２）に基づく音速値Ｖの導出方法は、図４（ａ）に示すように、中心経路ｒ０を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率と周辺経路ｒ１を伝搬する超音波の各音速領域の伝播距離の比率とが同一である場合を前提とするからである。従って、上記の前提が成立しない図４（ｂ）および図６に示すような場合には、式（２）に基づく音速値Ｖの導出方法は破綻する。上記の前提が成立しない図４（ｂ）および図６に示すような場合には、式（２）によって適正な音速値を求めることができず、図５および図７に示すシミュレーション結果から明らかなように、反射点の設定深さが深くなる程（反射点から中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０が大きくなる程）、導出される音速値Ｖは増加または減少する。
本発明の実施形態に係る超音波診断装置１は、式（２）に従って音速値Ｖを導出する場合における上記の特異的な現象を利用して被検体内に生じた筋断裂部や腫瘤等の異常部位を容易に検出することを可能とする。具体的には、超音波診断装置１は、着目領域の深さ位置よりも深い複数の点を反射点として設定して、当該反射点と超音波プローブ１０との間の領域の音速値Ｖを式（２）に従って導出し、導出した音速値Ｖから音速画像を生成してモニタ３２に表示する。例えば、被検体内に筋断裂部や腫瘤が存在する場合に、当該筋断裂部や腫瘤の直下に設定された反射点に対応する音速値Ｖは、それ以外の反射点に対応する音速値Ｖとは顕著に異なる値として導出される。これは、筋断裂部や腫瘤の直下に設定された反射点における中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上における平均音速値とが当該筋断裂部や腫瘤の存在によって異なることとなるからである。従って、ユーザは、モニタ３２上に表示された音速画像を観察することにより、被検体内の筋断裂部や腫瘤の有無を容易に判定することが可能となる。
以下に、本発明の実施形態に係る超音波診断装置１の作用について説明する。はじめに、超音波画像撮影装置１が超音波の送受信を行って受信信号を生成する送受信処理について説明する。
図８は、超音波診断装置１のＣＰＵ２００によって実行される送受信処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャート図である。この送受信処理プログラムは、ＲＯＭ２０１に予め格納されおり、例えば、ユーザが入力部２２に対して所定の操作入力を行うと実行される。
ユーザが入力部２２を操作することによって被検体内における着目領域の深さ位置を指定すると、ステップＳ１において、着目領域設定部２４は、入力された着目領域の深さ位置を示すデータをＲＡＭ２０２に格納するとともに、送信処理部２０に供給する。
ステップＳ２において、送受信制御部４０は、超音波の送受信を開始すべき制御信号をマルチプレクサ１２、送信処理部２０および受信処理部１４にそれぞれ供給する。これにより、送信処理部２０は、各チャンネル毎に駆動パルス信号を生成すると共に、着目領域設定部２４から通知された着目領域の深さ位置に送信フォーカスを実施するべくチャンネル毎の駆動パルス信号に相対的な時間差を与える。送信処理部２０によって生成された駆動パルス信号の各々は、マルチプレクサ１２によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａにそれぞれ供給される。これにより、超音波プローブ１０の隣接するｎ個の圧電素子１０ａから被検体内に向けて超音波ビームが送信される。
超音波プローブ１０から送信された超音波ビームの反射によるエコーは、例えば、マルチプレクサ１２によって選択されたｎ個の圧電素子１０ａによって受信される。なお、エコーの受信に使用する圧電素子の選択は上記したものに限定されるものではない。各圧電素子１０ａは、反射エコーを電気信号である受信信号に変換してマルチプレクサ１２を介して受信処理部１４に供給する。受信処理部１４は、各受信信号に対して増幅およびＡ/Ｄ変換を含む信号処理を施し、信号処理を施した受信信号を走査ライン１ライン分のデータとして当該走査ラインの識別ナンバーと対応付けて受信信号メモリ１４ａに格納する。
ステップＳ３において、送受信制御部４０は、所定数の走査ラインの全てについて超音波の送受信が完了したか否かを判定する。送受信制御部４０が所定数の走査ラインの全てについて超音波の送受信が完了していないと判定した場合には、処理はステップＳ４に移行される。
ステップＳ４において、送受信制御部４０は、走査ラインを１ライン分だけシフトさせるべくマルチプレクサ１２に制御信号を供給する。かかる制御信号を受信したマルチプレクサ１２は、超音波の送受信に使用する圧電素子１０ａを１ライン分シフトさせる。
その後、処理はステップＳ２に戻され、ステップＳ４において選択された圧電素子１０ａの各々によって超音波の送受信が行われる。ステップＳ２〜Ｓ４の処理が繰り返し実行されることにより、複数の走査ラインの各々について受信信号が取得され、各走査ライン毎の受信信号が、受信信号メモリ１４ａに格納される。
ステップＳ３において、送受信制御部４０が所定数の走査ラインの全てについて超音波の送受信が完了したと判定した場合には、本ルーチンが終了する。
次に、上記の送受信処理によって取得された受信信号に基づいて、Ｂモード画像を生成する処理について以下に説明する。
整相加算処理部１６は、受信信号メモリ１４ａから１の走査ラインにおける各チャンネルの受信信号を読み出し、読み出した各チャンネルの受信信号に相対的な時間差を与えることによりチャンネル毎の受信信号の時相を揃える。なお、整相加算処理部１６は、予め取得しておいた被検体内の音速値を用いて整相処理（受信フォーカス）を行う。そして、整相加算処理部１６は、整相処理を施したチャンネル毎の受信信号を積算して整相加算信号を生成する。整相加算処理部１６は、上記の処理を各走査ラインについて行う。
Ｂモード画像生成部１８は、整相加算処理部２０から供給される各走査ライン毎の整相加算信号に対して公知のフィルタリング処理、Ｌｏｇ圧縮処理、包絡線検波処理、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）処理、補間処理及び走査変換処理などを施し、整相加算信号の信号強度を輝度に変換した所謂Ｂモード画像を構築するための画像信号を生成する。このようにして生成された画像信号は、モニタ３２に供給される。モニタ３２には、ユーザによる入力部２２の操作に応じてＢモード画像が表示される。
次に、超音波診断装置１が、受信信号に基づいて音速値Ｖを導出して音速画像を生成する音速画像生成処理について説明する。
図９は、超音波診断装置１のＣＰＵ２００によって実行される音速画像生成処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャート図である。この音速画像生成処理プログラムは、ＲＯＭ２０１に予め格納されており、例えば、ユーザが入力部２２に対して所定の操作入力を行うと実行される。なお、この音速画像生成処理プログラムが実行される前に上記の送受信処理プログラム（図８参照）が実行され、音速値Ｖを導出するため受信信号が既に受信信号メモリ１４ａに格納されているものとする。
ユーザが入力部２２を操作することによって被検体内における着目領域の深さ位置を指定すると、ステップＳ１１において、着目領域設定部２４は、入力された着目領域の深さ位置を示すデータをＲＡＭ２０２に格納するとともに、このデータを反射点設定部２６に供給する。
ステップＳ１２において、反射点設定部２６は、ステップＳ１１において着目領域設定部２４から通知された着目領域の深さ位置よりも深い複数の点を音速値Ｖを導出するための反射点として設定する。
ここで、図１０は、反射点設定部２６によって設定される反射点の各々の配置を例示した図である。なお、図１０には、被検体Ｐ内の筋繊維Ｍが存在する深さ位置が着目領域の深さ位置として設定された場合が例示されている。反射点設定部２６は、設定された着目領域の深さ位置よりも深く且つ超音波プローブ１０の超音波の送受信面と平行な方向（圧電素子１０ａが並ぶ方向）である方位方向に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点Ｒ１１〜Ｒ１７として設定する。なお、図９には、７つの反射点Ｒ１１〜Ｒ１７が示されているが、反射点設定部２６が設定する反射点の数は適宜増減することが可能である。
ステップＳ１３において、音速値導出部２８は、受信信号メモリ１４ａに格納されている各走査ラインに対応する受信信号を読み出す。
ステップＳ１４において、音速値導出部２８は、読み出した各走査ラインに対応する各チャンネルの受信信号に基づいて、反射点設定部２６において設定された反射点Ｒ１１〜Ｒ１７のそれぞれについて、上記の式（２）に従って音速値Ｖを導出する。例えば、反射点Ｒ１１に対応する音速値Ｖを導出する場合には、音速値導出部２８は、反射点Ｒ１１で反射された超音波が、反射点Ｒ１１の直上に位置する圧電素子１０ａ０に到達するまでの時間Ｔ０を導出する。次に、音速値導出部２８は、圧電素子１０ａ０から距離Ｘだけ離間した圧電素子１０ａｘにおいて生成された受信信号上において、反射点Ｒ１１に対応する信号位置を検出することによって、反射点Ｒ１１で反射された超音波が圧延素子１０ａｘに到達するまでの時間Ｔ１を導出する。次に、音速領域導出部２８は、導出した時間Ｔ０および時間Ｔ１を式（２）に代入することによって、反射点Ｒ１１に対応する音速値Ｖを導出する。音速値導出部２８は、反射点Ｒ１２〜Ｒ１７に対応する音速値Ｖについても上記と同様に導出し、導出した反射点Ｒ１１〜Ｒ１７の各々に対応する音速値Ｖを音速画像生成部３０に供給する。
ステップＳ１５において、音速画像生成部３０は、音速値の大きさと色を対応付けた参照テーブルを有しており、この参照テーブルを参照して反射点Ｒ１１〜Ｒ１７の各々について導出された音速値Ｖの大きさに対応する色を検索する。音速画像生成部３０は、各反射点の音速値Ｖの大きさに対応する色を当該反射点の画素位置に割り当てることにより音速画像を構築するための画像信号を生成する。このように、音速画像生成部３０は、音速値導出部２８によって導出された音速値の各々を、当該音速値の大きさに応じて色分けして表示する音速画像の画像信号を生成する。
ステップＳ１６において、音速画像生成部３０は、音速画像の画像信号をモニタ３２に供給する。これにより、モニタ３２には、各反射点に対応する音速値が色分けされた音速画像が表示される。
ここで、図１０に示すように、筋繊維Ｍに断裂部Ｚが生じている場合、反射点Ｒ１３で反射された超音波の中心経路ｒ０は筋繊維Ｍを通過する一方、周辺経路ｒ１は筋繊維Ｍを通過せずに断裂部Ｚを通過する。また、反射点Ｒ１４で反射された超音波の中心経路ｒ０は筋繊維Ｍを通過せずに断裂部Ｚを通過する一方、周辺経路ｒ１は筋繊維Ｍを通過する。すなわち、反射点Ｒ１３およびＲ１４においては、中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが異なる。一方、反射点Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５〜Ｒ１７で反射された超音波の中心経路ｒ０および周辺経路ｒ１は、共に筋繊維Ｍを通過するので、これらの反射点Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５〜Ｒ１７においては、中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが略等しい。
従って、音速値導出部２８によって導出される反射点Ｒ１３およびＲ１４に対応する音速値Ｖは、反射点Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５〜Ｒ１７に対応する音速値Ｖとは顕著に異なることとなる。なお、反射点Ｒ１１〜Ｒ１７の設定深さが深い程、音速値Ｖの差分は大きくなる。モニタ３２上に各反射点Ｒ１１〜Ｒ１７に対応する音速値Ｖを色分けした音速画像を表示することにより、ユーザは、断裂部Ｚの有無および断裂部Ｚの方位位置を容易に把握することが可能となる。
このように、本発明の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、筋繊維の断裂部等の異常部位を音速値に顕著に反映させることできるので、被検体内の音速値に基づく組織性状の診断を従来よりも高い精度で行うことができる。
なお、上記の実施形態では、筋繊維の断裂部の有無を診断する場合を例示したが、図１１に示すように、被検体Ｐ内において腫瘤Ｃの有無を判定する場合にも適用可能である。ここで、腫瘤Ｃの硬さが硬い程、腫瘤Ｃ内部における音速値は大きくなり、周辺組織の音速値との差分が大きくなる。本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、腫瘤Ｃの音速値と、周辺組織の音速値との差分が大きくなる程、超音波の中心経路または周辺経路が腫瘤Ｃを通過することとなる図１１に示す反射点Ｒ１３およびＲ１４に対応する音速値Ｖと、これら以外の反射点Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５〜Ｒ１７に対応する音速値Ｖとの差分が大きくなる。従って、本実施形態に係る超音波診断装置１によれば、腫瘤Ｃの有無および腫瘤Ｃの方位位置のみならず、腫瘤Ｃの硬さ等の性状についても把握することができるので、腫瘤Ｃが良性であるか悪性であるかの診断に活用することも可能である。
また、上記の実施形態では、音速値導出部２８によって導出した音速値Ｖから音速画像を生成する場合を例示したが、各反射点について導出した音速値Ｖの数値をモニタ３２上に表示してもよい。この場合、反射点設定部２６によって設定された反射点の位置および各反射点毎の音速値Ｖを、モニタ３２上に表示されたＢモード画像に重畳表示してもよい。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置について以下に説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置２の構成示すブロック図である。なお、図１２において、第１の実施形態に係る超音波診断装置１と同一の構成部分には、同一の参照符号を付与している。
第２の実施形態に係る超音波診断装置２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の音速画像生成部３０に代えて診断部５０を有している。診断部５０は、音速値導出部２８によって導出された各反射点毎の音速値Ｖを解析することにより、被検体内における各反射点の深さ位置よりも浅い領域における異常部位の有無を判定する。診断部５０以外の他の構成部分は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１と同様であるので、これらについての詳細な説明は省略する。
以下に第２の実施形態に係る超音波診断装置２が、音速値導出部２８によって導出された反射点毎の音速値Ｖに基づいて診断結果を導出する診断処理について説明する。図１３は、第２の実施形態に係る超音波診断装置２のＣＰＵ２００によって実行される診断処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。この診断処理プログラムは、ＲＯＭ２０１に予め格納されており、例えば、ユーザが入力部２２に対して所定の操作入力を行うと実行される。なお、この診断処理プログラムが実行される前に上記の送受信処理プログラム（図７参照）が実行され、音速値Ｖを導出するための受信信号が既に受信信号メモリ１４ａに格納されているものとする。
ユーザが入力部２２を操作することによって被検体内における着目領域の深さ位置を指定すると、ステップＳ２１において、着目領域設定部２４は、入力された着目領域の深さ位置を示すデータをＲＡＭ２０２に格納するとともに、このデータを反射点設定部２６に供給する。
ステップＳ２２において、反射点設定部２６は、ステップＳ２１において着目領域設定部２４から通知された着目領域の深さ位置よりも深い複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点として設定する。反射点設定部２６は、第１の実施形態の場合と同様、超音波プローブ１０の圧電素子１０ａが並ぶ方向（方位方向）に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点１１〜Ｒ１７として設定する（図１０参照）。
ステップＳ２３において、音速値導出部２８は、受信信号メモリ１４ａに格納されている各走査ラインに対応する受信信号を読み出す。
ステップＳ２４において、音速値導出部２８は、読み出した各走査ラインに対応する各チャンネルの受信信号に基づいて、反射点設定部２６において設定された反射点Ｒ１１〜Ｒ１７のそれぞれについて、上記の式（２）に従って音速値Ｖを導出する。音速値導出部２８は、反射点毎の音速値Ｖを診断部５０に供給する。
ステップＳ２５において、診断部５０は、各反射点Ｒ１１〜Ｒ１７に対応する音速値Ｖの平均値Ｖａｖｅを算出する。そして、診断部５０は、算出した平均値Ｖａｖｅと各反射点毎の音速値Ｖとの差分値が所定の閾値以上である場合に、当該反射点の方位位置に異常部位があるものと判定する。すなわち、診断部５０は、各反射点に対応する音速値が、他の反射点に対応する音速値と比較して顕著に異なる場合に、当該反射点の方位位置に異常部位があるものと判定する。
ステップＳ２６において、診断部５０は、異常部位の有無の判定結果を示す情報をモニタ３２に供給する。診断部５０は、異常部位ありと判定した場合には、異常部位に対応する反射点の方位位置を示す情報を判定結果と併せてモニタ３２に供給する。これにより、モニタ３２には、筋断裂部や腫瘤等の異常部位の有無の判定結果が表示されるとともに当該異常部位の方位位置が表示される。
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る超音波画像診断装置によれば、被検体内における異常部位の有無の判定結果がモニタ３２上に表示されるので、異常部位の検出をより確実に行うことが可能となる。なお、本実施形態では、反射点毎の音速値Ｖと音速値Ｖの平均値Ｖａｖｅとの差分値に基づいて、被検体内における異常部位の有無を判定する場合を例示したが、互いに隣接する２つの反射点に対応する音速値Ｖの差分値を、各反射点について求め、かかる差分値が所定の閾値よりも大きい場合に、当該反射点の方位位置に異常があるものと判定してもよい。
なお、図１４に示すように、音速値導出部２８の後段に診断部５０および音速画像生成部３０を設け、モニタ３２上に音速画像とともに診断部５０によって導出された診断結果を表示することとしてもよい。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置について以下に説明する。なお、以下の説明では、第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成が、図１２に示す第２の実施形態に係る超音波診断装置２と同様であるものとし、各構成部分の詳細な説明は省略する。
上記第１および第２の実施形態に係る超音波診断装置において、反射点設定部２６は、着目領域の深さ位置よりも深く且つ超音波プローブ１０の圧電素子１０ａが並ぶ方向（方位方向）に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点として設定するものであった。これに対し、第３の実施形態に係る超音波診断装置において、反射点設定部２６は、着目領域の深さ位置よりも深く且つ方位方向と交差する深さ方向に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点として設定する。
図１５は、第３の実施形態に係る超音波診断装置において、反射点設定部２６によって設定される反射点の各々の配置を例示した図である。図１５には、被検体Ｐ内の筋繊維Ｍが存在する深さ位置が着目領域の深さ位置として設定された場合が例示されている。反射点設定部２６は、設定された着目領域の深さ位置よりも深く且つ、深さ方向に沿った複数の点を音速値Ｖを導出するための反射点Ｒ２１〜Ｒ２５として設定する。本実施形態において、反射点Ｒ２１〜Ｒ２５は、これらの直上に位置する圧電素子１０ａ０によって生成される受信信号上において互いに等時間間隔で離間した複数の点に対応する。なお、図１５には、５つの反射点Ｒ２１〜Ｒ２５が示されているが、反射点設定部２６が設定する反射点の数は適宜増減することが可能である。
以下に、本実施形態に係る超音波診断装置が、音速値導出部２８によって導出された反射点毎の音速値Ｖに基づいて診断結果を導出する診断処理について説明する。
以下に第３の実施形態に係る超音波診断装置２が、音速値導出部２８によって導出された反射点毎の音速値Ｖに基づいて診断結果を導出する診断処理について説明する。図１６は、第３の実施形態に係る超音波診断装置のＣＰＵ２００によって実行される診断処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。この診断処理プログラムは、ＲＯＭ２０１に予め格納されており、例えば、ユーザが入力部２２に対して所定の操作入力を行うと実行される。なお、この診断処理プログラムが実行される前に上記の送受信処理プログラム（図７参照）が実行され、音速値Ｖを導出するための受信信号が既に受信信号メモリ１４ａに格納されているものとする。
ユーザが入力部２２を操作することによって被検体内における着目領域の深さ位置を指定すると、ステップＳ３１において、着目領域設定部２４は、入力された着目領域の深さ位置を示すデータをＲＡＭ２０２に格納するとともに、このデータを反射点設定部２６に供給する。
ステップＳ３２において、反射点設定部２６は、図１５に示すように、着目領域設定部２４から通知された着目領域の深さ位置よりも深い深さ方向に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点として設定する。
ステップＳ３３において、音速値導出部２８は、受信信号メモリ１４ａに格納されている各走査ラインに対応する受信信号を読み出す。
ステップＳ３４において、音速値導出部２８は、読み出した各走査ラインに対応する各チャンネルの受信信号に基づいて、反射点設定部２６において設定された反射点Ｒ２１〜Ｒ２５（図１５参照）のそれぞれについて、上記の式（２）に従って音速値Ｖを導出する。音速値導出部２８は、反射点毎の音速値Ｖを診断部５０に供給する。
ここで、例えば、図１５に示すように、深さ方向に沿って並ぶ反射点Ｒ２１〜Ｒ２５が、筋繊維Ｍの断裂部Ｚの直下に配置された場合、各反射点Ｒ２１〜Ｒ２５から超音波プローブ１０に向かう超音波の中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが異なるので（換言すれば、中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが異なるので）、上記したように、反射点の深さ位置が深くなる程、式（２）に従って導出される音速値Ｖは増加または減少する。仮に、深さ方向に沿って並ぶ反射点が断裂部Ｚの生じていない筋繊維Ｍの直下に配置された場合には、各反射点から超音波プローブ１０に向かう超音波の中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と、周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが略同一となるので（換言すれば、中心経路ｒ０上の平均音速値と、周辺経路ｒ１上の平均音速値とが略同一となるので）、式（２）に従って導出される音速値Ｖは、反射点の深さ位置を深くしていくと、ある値に収束する。
そこで、ステップＳ３５において、診断部５０は、深さ方向に沿って並ぶ反射点Ｒ２１〜Ｒ２５の各々に対応する音速値Ｖが、反射点の深さ位置の変化に伴って、収束することなく増加または減少する場合に、当該反射点Ｒ２１〜Ｒ２５が並ぶ方位位置に異常部位があるものと判定する。より具体的には、診断部５０は、互いに隣接する２つ反射点（Ｒ２１とＲ２２、Ｒ２２とＲ２３、Ｒ２３とＲ２４、Ｒ２４とＲ２５）からなるペアの各々について音速値Ｖの差分値を導出し、上記差分値のいずれかまたは全てが所定の閾値以上である場合に、当該反射点Ｒ２１〜Ｒ２５が並ぶ方位位置に異常があるものと判定してもよい。
ステップＳ３６において、診断部５０は、異常部位の有無の判定結果を示す情報をモニタ３２に供給する。診断部５０は、異常部位ありと判定した場合には、異常部位に対応する反射点の方位位置を示す情報を判定結果と併せてモニタ３２に供給する。これにより、モニタ３２には、筋断裂部や腫瘤等の異常部位の有無の判定結果が表示されるとともに当該異常部位の方位位置が表示される。
なお、上記の実施形態では、診断部５０が、反射点の深さ位置の変化に伴う音速値Ｖの変化量に基づいて異常部位の有無を判定することとしたが、以下に説明するように、診断部５０は、反射点の深さ位置の変化に伴う各反射点間の見かけ上の距離の変化量に基づいて異常部位の有無を判定してもよい。この場合、診断部５０は、音速値導出部２８によって導出された反射点Ｒ２１〜Ｒ２５の各々に対応する音速値Ｖに基づいて、各反射点Ｒ２１〜Ｒ２５の各々の見かけ上の深さ（超音波プローブ１０からの見かけ上の距離）を導出する。各反射点Ｒ２１〜Ｒ２５の見かけ上の深さは、各反射点Ｒ２１〜Ｒ２５で反射した超音波が、これらの直上に位置する圧電素子１０ａ０に到達するまでの時間Ｔ０と、音速値導出部２８によって導出された音速値Ｖとを乗算することにより得られる。次に、診断部５０は、このようにして導出した各反射点２１〜Ｒ２５の見かけ上の深さに基づいて、隣接する反射点間の見かけ上の距離を各反射点について求める。次に、診断部５０は、反射点間の見かけ上の距離が、反射点の深さに伴って所定の閾値以上増加または減少する場合に当該反射点Ｒ２１〜Ｒ２５が並ぶ方位位置に異常があるものと判定する。
すなわち、中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが同一である場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と周辺経路ｒ１上の平均音速値とが等しい場合）には、各反射点の見かけ上の深さは真の深さと一致するので、等時間間隔で設定された反射点の、隣接する反射点との間の距離は、反射点の深さの変化に伴って変化することはない。一方、中心経路ｒ０上の各音速領域の比率と周辺経路ｒ１上の各音速領域の比率とが異なる場合（中心経路ｒ０上の平均音速値と周辺経路ｒ１上の平均音速値とが異なる場合）には各反射点の見かけ上の深さは真の深さとは異なり、その誤差は反射点の深さの変化に伴って増大するので、等時間間隔で設定された反射点の、隣接する反射点との間の距離は、反射点の深さの変化に伴って増加または減少する。そこで、上記のように、反射点の深さ位置の変化に伴う各反射点間の見かけ上の距離の変化量に基づいて、異常部位の有無を判定することが可能である。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置について以下に説明する。なお、以下の説明では、第４の実施形態に係る超音波診断装置の構成が、図１に示す第１の実施形態に係る超音波診断装置１と同様であるのものとし、各構成部分の詳細な説明は省略する。第４の実施形態に係る超音波診断装置において、反射点設定部２６は、着目領域の深さ位置よりも深く且つ方位方向および深さ方向に沿った複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点として設定する。
図１７は、第４の実施形態に係る超音波診断装置において、反射点設定部２６によって設定される反射点の各々の配置を例示した図である。図１７には、被検体Ｐ内の筋繊維Ｍが存在する深さ位置が着目領域の深さ位置として設定された場合が例示されている。反射点設定部２６は、設定された着目領域の深さ位置よりも深く且つ、方位方向および深さ方向に沿って、格子状に配列された複数の点を、音速値Ｖを導出するための反射点Ｒとして設定する。
音速値導出部２８は、各走査ラインに対応する各チャンネルの受信信号に基づいて、反射点設定部２６において設定された反射点Ｒのそれぞれについて、上記の式（２）に従って音速値Ｖを導出する。音速画像生成部３０は、各反射点Ｒの音速値Ｖに対応する色を当該反射点の画素位置に割り当てることにより音速画像を構築するための画像信号を生成し、これをモニタ３２に供給する。これにより、モニタ３２には、被検体Ｐ内において格子状に配列された反射点の各々に対応する音速値が色分けされた音速画像が表示される。
このように、第４の実施形態に係る超音波診断装置によれば、方位方向および深さ方向に沿って格子状に配列された複数の反射点の各々について音速値Ｖが導出され、音速画像が生成されるので、筋断裂部や腫瘤等の異常部位の方位位置および深さ位置の双方を特定することが可能となる。
なお、上記各実施形態においては、各反射点における音速値を導出する方法として、反射点Ｒから中心経路ｒ０を通る超音波の伝播時間Ｔ０を決めて、中心経路ｒ０上の圧電素子から距離Ｘだけ離れた圧電素子の受信信号上において同一の反射点Ｒに対応する信号位置を検出して周辺経路ｒ１を通る超音波の伝播時間Ｔ１を導出し、それらを（２）式に代入することで音速値を導出することとした。しかしながら、各反射点の音速値を導出する方法は、これに限定されるものではなく種々の公知の他の方法を採用することができる。
例えば、各反射点における音速値Ｖを導出する他の方法として、複数の圧電素子の各受信信号において同一反射点に対応する信号位置を検出して、それらの信号位置に最もフィットする音速値を求める方法を採用してもよい。すなわちこの方法は、（２）式でＴ０を与えて音速Ｖを設定することで各圧電素子におけるＴ１を求め、このようにして求めたＴ１と信号から検出したＴ１の誤差が最小となるような音速値Ｖを求めるものである。このような音速値Ｖの導出方法は、例えば特開２００１−２５２２７６号公報に記載されている。
また、各反射点における音速値Ｖを導出する他の方法として、複数の圧電素子の受信信号に対して、Ｔ０と音速値Ｖを設定する事でそれぞれに対しての遅延時間（Ｔ１）が（２）式により求まるため、この遅延時間を用いて各圧電素子の受信信号を整相加算（受信フォーカス）して画像信号を生成し、これによって得られた画像の先鋭さが最大となるような音速値Ｖを求める方法を採用してもよい。このような音速値Ｖの導出方法は、例えば特開２００７−７０４５号公報および特開２００８−２６４５３１号公報に記載されている。
１、２ 超音波診断装置
１０ 超音波プローブ
１０ａ 圧電素子
１４ 受信処理部
１６ 整相加算処理部
１８ Ｂモード画像生成部
２０ 送信処理部
２２ 入力部
２４ 着目領域設定部
２６ 反射点設定部
２８ 音速値導出部
３０ 音速画像生成部
４０ 送受信制御部
５０ 診断部

Claims (12)

  1. 被検体に向けて超音波の送信を行うとともに、前記被検体の内部で反射された超音波を受信して受信信号を生成する超音波プローブと、
    前記被検体の内部における着目領域の深さ位置を設定する着目領域設定手段と、
    前記被検体内部の、前記着目領域設定手段により設定された着目領域の深さ位置よりも深い領域における複数の点を、前記超音波プローブから送信された超音波の反射点として設定する反射点設定手段と、
    前記反射点設定手段により設定された複数の反射点の各々において反射された超音波を前記超音波プローブが受信することによって生成された受信信号に基づいて、前記複数の反射点の各々と前記超音波プローブとの間の領域の音速値を前記複数の反射点毎に導出する音速値導出手段と、
    を含む超音波診断装置。
  2. 前記音速値導出手段によって導出された音速値の各々を表示画面に表示する表示手段を更に含む請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記表示手段は、前記音速値導出手段によって導出された音速値の各々を、当該音速値の大きさに応じて色分けして表示する音速画像を生成する音速画像生成手段を含む請求項２に記載の超音波診断装置。
  4. 前記音速値導出手段によって導出された音速値の各々に基づいて、前記着目領域に対する診断結果を導出する診断手段を更に含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  5. 前記反射点設定手段は、前記超音波プローブの超音波の送受信面と平行な方位方向に沿った複数の点を反射点として設定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  6. 前記診断手段は、前記音速値導出手段によって前記複数の反射点毎に導出された音速値の平均値と、前記音速値導出手段によって前記複数の反射点毎に導出された音速値に基づいて診断結果を導出する請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記反射点設定手段は、前記超音波プローブの超音波の送受信面と交差する深さ方向に沿った複数の点を反射点として設定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  8. 前記診断手段は、前記反射点設定手段によって設定された複数の反射点のうち異なる２つ反射点からなる少なくとも１つ以上のペアの各々について音速値の差分値を導出し、導出した差分値に基づいて診断結果を導出する請求項７に記載の超音波診断装置。
  9. 前記反射点設定手段は、前記超音波プローブの超音波の送受信面と平行な方位方向および前記方位方向と交差する深さ方向に沿った複数の点を反射点として設定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  10. 前記超音波プローブは、複数の電気音響変換素子を含み、
    前記音速値導出手段は、前記反射点設定手段設により設定された反射点で反射された超音波が、互いに異なる位置に配置された電気音響変換素子の各々で受信されるまでの各時間に基づいて、当該反射点に対応する音速値を導出する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  11. 被検体の内部における着目領域の深さ位置を設定する着目領域設定ステップと、
    前記被検体内部の、前記着目領域設定ステップにおいて設定された着目領域の深さ位置よりも深い領域における複数の点を、超音波プローブから送信された超音波の反射点として設定する反射点設定ステップと、
    前記反射点設定ステップにおいて設定された複数の反射点の各々において反射された超音波を、前記超音波プローブが受信することによって生成された受信信号に基づいて、前記複数の反射点の各々と前記超音波プローブとの間の領域の音速値を前記複数の反射点毎に導出する音速値導出ステップと、
    を含む超音波診断方法。
  12. コンピュータを、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の超音波診断装置における、着目領域設定手段、反射点設定手段および音速値導出手段として機能させるためのプログラム。
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