JP2017123994A - 超音波診断装置、及び超音波信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信ビームフォーマ部108は、複数の振動子101aからなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列101aoの各々について、検出波照射領域における各部分振動子列101aoの被検体深さ方向に位置する複数の観測点についてその部分振動子列101aoに含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkを整相加算することにより音響線信号を生成して、複数の部分振動子列101aoの各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成する複数のサブ整相加算部1083と、生成された複数の音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して音響線信号フレームデータを生成する主加算部1084とを備えた。
【選択図】図7
Description
近年、この超音波画像計測の技術を応用した組織の弾性率計測(SWSM:Shear Wave Speed Measurement、以後「超音波弾性率計測」とする)が広く検査に用いられている。臓器や生体組織内に発見された腫瘤の硬さを非侵襲かつ簡易に計測することができるために、癌のスクリーニング検査において腫瘍の硬さを調べることや、肝臓疾患の検査において肝線維化の評価に用いることができ有用である。
一般に、超音波画像計測における時間分解能及び空間分解能は、受信ビームフォーマにおける同時に受信処理可能なチャネル数に依存し、チャネル数が多いほど空間的な解像度が高い。これに対し、複数チャネルからなる受信処理回路を用いて超音波断層画像を生成する技術が提案されている(例えば、特許文献1〜4)。
前記複数の振動子に検出波パルスを供給して前記複数の振動子に被検体に向けて検出波を複数回送信させる検出波パルス送信部と、
前記複数回の検出波の各々に対応して、前記複数の振動子において受波された被検体からの反射波に基づき、被検体中において検出波が到達する範囲に対応する検出波照射領域内の複数の観測点について音響線信号を生成し、これらの信号を集約して音響線信号フレームデータを時系列に生成し、当該音響線信号フレームデータのシーケンスを生成する受信ビームフォーマ部と、
前記音響線信号フレームデータのシーケンスに基づき、前記複数の観測点について弾性率フレームデータを算出する弾性率算出部とを備え、
前記受信ビームフォーマ部は、前記複数の振動子からなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する複数の観測点についてその部分振動子列に含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列を整相加算することにより音響線信号を生成して、前記複数の部分振動子列の各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成する複数のサブ整相加算部と、
生成された複数の前記音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して前記音響線信号フレームデータを生成する主加算部とを有することを特徴とする。
超音波診断装置100は、超音波弾性率計測法により組織の弾性率を表すせん断波の伝播速度を算出する処理を行う。図1は、超音波診断装置100における超音波弾性率計測法によるSWSシーケンスの概要を示す概略図である。図1中央の枠内に示すように、超音波診断装置100の処理は、「基準検出波パルス送受信」、「プッシュ波パルス送信」、「検出波パルス送受信」、「弾性率算出」の工程から構成される。
<超音波診断システム1000>
1.構成概要
実施の形態1に係る超音波診断装置100を含む超音波診断システム1000について、図面を参照しながら説明する。図2は、実施の形態1に係る超音波診断システム1000の機能ブロック図である。図2に示すように、超音波診断システム1000は、被検体に向けて超音波を送信し、その反射波の受信する先端表面に列設された複数の振動子(振動子列)101aを有する超音波プローブ101(以下、「プローブ101」とする)、プローブ101に超音波の送受信を行わせプローブ101からの出力信号に基づき超音波画像を生成する超音波診断装置100、検査者からの操作入力を受け付ける操作入力部102、超音波画像を画面上に表示する表示部114を有する。プローブ101、操作入力部102、表示部114は、それぞれ、超音波診断装置100に各々接続可能に構成されている。図1は超音波診断装置100に、プローブ101、操作入力部102、表示部114が接続された状態を示している。なお、プローブ101、操作入力部102、表示部114が、超音波診断装置100に含まれる態様であってもよい。
2.プローブ101
プローブ101は、例えば一次元方向(以下、「振動子列方向」とする)に配列された複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を有する。プローブ101は、後述の送信ビームフォーマ部106から供給されたパルス状の電気信号(以下、「送信信号」とする)をパルス状の超音波に変換する。プローブ101は、プローブ101の振動子側外表面を超音波ジェル等を介して被検体の皮膚表面に当てた状態で、複数の振動子から発せられる複数の超音波からなる超音波ビームを測定対象に向けて送信する。そして、プローブ101は、被検体からの複数の超音波反射波(以下、「反射波」とする)を受信し、複数の振動子101aによりこれら反射波をそれぞれ電気信号に変換して受信ビームフォーマ部108に供給する。
操作入力部102は、検査者からの超音波診断装置100に対する各種設定・操作等の各種操作入力を受け付け、関心領域設定部103を介して制御部112に出力する。
操作入力部102は、例えば、表示部114と一体に構成されたタッチパネルであってもよい。この場合、表示部114に表示された操作キーに対してタッチ操作やドラッグ操作を行うことで超音波診断装置100の各種設定・操作を行うことができ、超音波診断装置100がこのタッチパネルにより操作可能に構成される。また、操作入力部102は、例えば、各種操作用のキーを有するキーボードや、各種操作用のボタン、レバー等を有する操作パネルであってもよい。また、表示部114に表示されるカーソルを動かすためのトラックボール、マウスまたはフラットパッド等であってもよい。または、これらを複数用いてもよく、これらを複数組合せた構成のものであってもよい。
表示部114は、いわゆる画像表示用の表示装置であって、後述する表示制御部113からの画像出力を画面に表示する。表示部114には、液晶ディスプレイ、CRT、有機ELディスプレイ等を用いることができる。
<超音波診断装置100の構成概要>
次に、実施の形態1に係る超音波診断装置100について説明する。
また、受信ビームフォーマ部108が出力する音響線信号、変位検出部109が出力する変位量データ、弾性率算出部110が出力する波面データ及び弾性率データ等を保存するデータ格納部111、表示画像を構成して表示部114に表示させる表示制御部113、さらに、各構成要素を制御する制御部112を備える。
超音波信号処理回路150を構成する上記各要素、制御部112、表示制御部113は、それぞれ、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Aplication Specific Integrated Circuit)などのハードウェア回路により実現される。あるいは、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)やプロセッサなどのプログラマブルデバイスとソフトウェアにより実現される構成であってもよい。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。
なお、本実施の形態1に係る超音波診断装置100は、図1で示した構成の超音波診断装置に限定されない。例えば、マルチプレクサ部107が不要な構成としてもよい。また、プローブ101に送信ビームフォーマ部106や受信ビームフォーマ部108、またその一部などが内蔵される構成であってもよい。
次に、超音波診断装置100に含まれる各ブロックの構成について説明する。
1.関心領域設定部103
一般に、表示部114にプローブ101によりリアルタイムに取得された被検体の断層画像であるBモード画像が表示されている状態において、操作者は、表示部114に表示されているBモード画像を指標として、被検体内の解析対象範囲を指定し操作入力部102に入力する。関心領域設定部103は、操作入力部102から操作者により指定された情報を入力として設定し、制御部112に出力する。このとき、関心領域設定部103は、被検体内の解析対象範囲をあらわす関心領域roiをプローブ101にある複数の振動子101aからなる振動子列(101a)の位置を基準に設定してもよい。例えば、関心領域roiは、複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を含む検出波照射領域Ax内の全部又は一部領域であってもよい。本実施の形態では、関心領域roiをその最大範囲である検出波照射領域Ax全体に設定した場合を例に説明を行う。
プッシュ波パルス発生部104は、制御部112から関心領域roiを示す情報を入力し、関心領域roi内の所定位置に特定点を設定する。そして、複数の振動子101aに送信ビームフォーマ部106からプッシュ波パルスpppを送信させることにより、複数の振動子101aに特定点(以後、「送信焦点F」とする)に対応する被検体中の特定部位に超音波ビームが集束するプッシュ波ppを送信させる。あるいは、関心領域roiの近傍であって関心領域roi外の所定位置に送信焦点Fを設定する構成としてもよい。関心領域roiの近傍に設定する場合には、送信焦点Fは関心領域roiに対してせん断波が関心領域roiへ到達可能な距離に設定される。
図3は、プッシュ波パルス発生部104で発生させるプッシュ波の送信焦点Fの位置を示す模式図である。関心領域roiの列方向長さw及び被検体深さ方向の長さhが、平面波による超音波照射範囲の列方向長さa及び被検体深さ方向の長さbと略等しく、超音波照射範囲の中心付近に関心領域roiが設定される場合を例に説明する。本実施の形態では、図3に示すように、送信焦点Fの位置のうち、例えば、列方向送信焦点位置fxは関心領域roiの列方向中心位置wcと一致し、深さ方向送信焦点位置fzは関心領域roi中心までの深さdと一致する構成とした。
なお、プッシュ波による超音波ビームが「集束」するとは、超音波ビームが絞られフォーカスビームであること、すなわち、超音波ビームに照射される面積が送信後に減少し特定の深さにおいて最小値を採ることを指し、超音波ビームが1点にフォーカスされる場合に限られない。この場合、「送信焦点F」とは、超音波ビームが集束する深さにおける超音波ビーム中心をさす。
3.検出波パルス発生部105
検出波パルス発生部105は、制御部112から関心領域roiを示す情報を入力し、複数の振動子101aに送信ビームフォーマ部106から検出波パルスpwplを複数回送信させることにより超音波ビームが関心領域roiを通過するよう、複数の振動子101aに検出波を送信させる。具体的には、検出波パルス発生部105は、関心領域roiを示す情報に基づき、超音波ビームが関心領域roiを通過するよう、検出波パルスpwplを送信させる振動子列(以後、「検出波送信振動子列Tx」とする)を決定する。検出波送信振動子列Txの長さは、後述する図6(a)に示すように、関心領域roiの列方向の長さwよりも大きいことが好ましい。超音波ビームが確実に関心領域全体を通過するように検出波パルスpwplを送信することができ、1回の検出波の送受信により関心領域全体にある観測点について音響線信号を生成できるからである。本実施の形態では、検出波送信振動子列Txは複数の振動子101a全部とする構成としている。
4.送信ビームフォーマ部106
送信ビームフォーマ部106は、マルチプレクサ部107を介してプローブ101と接続され、プローブ101から超音波の送信を行うために、プローブ101に存する複数の振動子101aの全てもしくは一部に当たるプッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txに含まれる複数の振動子各々に対する高電圧印加のタイミングを制御する回路である。なお、図2に示すように、プッシュ波パルス発生部104と送信ビームフォーマ部106とを含む構成をプッシュパルス送信部1041とし、送信ビームフォーマ部106と検出波パルス発生部105とを含む構成を検出波パルス送信部1051とする。
(1)駆動信号発生部1061
駆動信号発生部1061は、プッシュ波パルス発生部104又は検出波パルス発生部105からの送信制御信号のうち、プッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txとパルス幅を示す情報とに基づき、プローブ101に存する振動子101aの一部又は全部に該当する送信振動子から超音波ビームを送信させるためのパルス信号spを発生する回路である。
遅延プロファイル生成部1062では、プッシュ波パルス発生部104又は検出波パルス発生部105から得られる送信制御信号のうち、プッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txと送信焦点Fの位置を示す情報とに基づき、超音波ビームの送信タイミングを決める遅延時間tpk(kは、1から振動子101aの数nまでの自然数)を振動子毎に設定して出力する回路である。これにより、遅延時間分だけ振動子毎に超音波ビームの送信を遅延させて超音波ビームのフォーカシングを行う。
駆動信号送信部1063は、駆動信号発生部1061からのパルス信号spと遅延プロファイル生成部1062からの遅延時間tpkとに基づき、プローブ101に存する複数の振動子101a中、プッシュ波送信振動子列Pxに含まれる各振動子にプッシュ波を送信させるためのプッシュ波パルスpppを供給するプッシュ波送信処理を行う。プッシュ波送信振動子列Pxは、マルチプレクサ部107によって選択される。しかしながら、プッシュ波パルスpppを供給に係る構成には上記に限定されず、例えば、マルチプレクサ部107を用いない構成としてもよい。
送信ビームフォーマ部106は、プッシュ波パルスppp送信後に、検出波パルス発生部105からの送信制御信号に基づき検出波パルスpwplを複数回送信する。1回のプッシュ波パルスppp送信後に、同一の検出波送信振動子列Txから複数回行われる一連の検出波パルスpwpl送信の各回を「送信イベント」と称呼する。
受信ビームフォーマ部108は、複数回の検出波パルスpwplの各々に対応して複数の振動子101aにおいて時系列に受信された被検体組織からの反射波に基づき、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijに対する音響線信号を生成して音響線信号フレームデータdsl(lは1からmまでの自然数、番号を区別しない場合は音響線信号フレームデータdslとする)のシーケンスを生成する回路である。すなわち、受信ビームフォーマ部108は、検出波パルスpwplを送信した後、プローブ101で受信した反射波に基づき、複数の振動子101aで得られた電気信号から音響線信号を生成する。ここで、iは検出波照射領域Axにおけるx方向の座標を示す1からnまでの自然数であり、jはz方向の座標を示す1からzmaxまでの自然数である。なお、「音響線信号」とは、受波信号(RF信号)を整相加算処理した信号である。
5.1 入力部1081
入力部1081は、マルチプレクサ部107を介してプローブ101と接続され、プローブ101において反射波に基づき受波信号(RF信号)を生成する回路である。ここで、受波信号rfk(kは1からnまでの自然数である)とは、検出波パルスpwplの送信に基づいて各振動子にて受信された反射波から変換された電気信号をA/D変換したいわゆるRF信号であり、受波信号rfkは各受波振動子rwkにて受信された超音波の送信方向(被検体の深さ方向)に連なった信号の列(受波信号列)から構成されている。
5.2 受波信号保持部1082
受波信号保持部1082は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、半導体メモリ等を用いることができる。受波信号保持部1082は、送信イベントに同期して入力部1081から、各受信振動子rwkに対する受波信号rfkを入力し、送信イベントから1枚の音響線信号フレームデータが生成されるまでの間これを保持する。
5.3 整相加算部1083
整相加算部1083は、複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を列方向に分割した複数の部分振動子列101ao(oは、1からqまでの自然数である。番号を区別しない場合は101aoとする)毎にモジュールを分割し、各モジュールごとに音響線信号サブフレームデータdso(番号を区別しない場合は音響線信号サブフレームデータdsoとする)を生成する複数の部分振動子列101aoに対応したサブ整相加算部1083ao(番号を区別しない場合は1083aoとする)から構成される。サブ整相加算部1083aoは、受波信号rfkに対する遅延処理を行うための遅延処理部10831ao、遅延処理部10831aoの出力を加算して観測点Pijに対する整相加算された音響線信号dsijを生成するサブ加算部10832aoをそれぞれ備える。
(1)遅延処理部10831ao
遅延処理部10831aoは、部分振動子列101aoに含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkから、観測点Pijと受波振動子Rwk各々との間の距離の差を音速値で除した受波振動子Rwk各々への反射波の到達時間差(遅延量)により補償して、観測点Pijからの反射波に基づく受波振動子Rwkに対応する受波信号として同定する回路である。
図8(a)(b)に示すように、サブ整相加算部1083aoでは、検出波照射領域Axにおける部分振動子列101aoに対して被検体深さ方向(z方向)に位置する範囲に存在する複数の観測点Pijについて整相加算処理が行われる。サブ整相加算部1083aoにおける上記観測点Pijについて、整相加算処理の対象となる受波信号参照範囲は、部分振動子列101aoに含まれる受波振動子rwkが被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkである。
a)送信時間の算出
検出波送信振動子列Tx(振動子列(101a)全体)から送信される検出波pwlは上述のとおり平面波である。したがって、遅延処理部10831aoは、送信イベントに対応して、観測点Pijまでの送信経路を、検出波送信振動子列Txから振動子列に垂直に発された検出波pwlが観測点Pijに到達するまでの最短経路801として算出し、これを音速で除して送信時間を算出する。
遅延処理部10831aoは、送信イベントに対応して、観測点Pijについて、観測点Pijで反射され検出波受信振動子列Rxに含まれる受波振動子Rwkに到達するまでの受信経路を算出する。サブ整相加算部1083aoでは、検出波受信振動子列Rxとして部分振動子列101aoが適用される。観測点Pijでの反射波が受波振動子Rwkに戻っていくときの受信経路は、任意の観測点Pijから各受波振動子Rwkまでの経路802の長さは幾何学的に算出する。これを音速で除して受信時間を算出する。
次に、遅延処理部10831aoは、送信時間と受信時間とから部分振動子列101ao内の各受波振動子Rwkへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受波振動子Rwkに対する受波信号列rfkに適用する遅延量を算出する。すなわち、送信された超音波が観測点Pijを経由して各受波振動子Rwkへ到達するまでの総伝播時間の差異により、各受波振動子Rwkに対する受波信号の列に適用する遅延量を算出する。
次に、遅延処理部10831aoは、部分振動子列101ao内の各受波振動子Rwkに対する受波信号列rfkから、遅延量に相当する受波信号rfk(遅延量を差引いた時間に対応する受波信号)を、観測点Pijからの反射波に基づく受波振動子Rwkに対応する信号として同定する。
(2)サブ加算部10832ao
サブ加算部10832aoは、遅延処理部10831aoから出力される受波振動子Rwkに対応して同定された受波信号rfkを入力として、それらを加算して、観測点Pijに対する整相加算された音響線信号dsijを生成する回路である。
主加算部1084は、生成された複数の音響線信号サブフレームデータdsoを観測点Pijの位置を基準に加算して音響線信号フレームデータdslを生成する回路である。
図9(c)は、音響線信号フレームデータdslの生成方法の概要を示す模式図である。同図に示すように、主加算部1084は、音響線信号サブフレームデータdsoを観測点Pijの位置を基準に加算して音響線信号フレームデータdslを生成し、検出波照射領域Ax内に存在する全ての観測点Pijについて音響線信号dsijを含む音響線信号フレームデータdslが生成される。主加算部1084での加算処理は、次式により示される。
変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslのシーケンスから、検出波照射領域Ax内の組織の変位を検出する回路である。
図10は、変位検出部109、弾性率算出部110の構成を示す機能ブロック図である。変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslのシーケンスに含まれる変位検出の対象となる1フレームの音響線信号フレームデータdslと、基準となる1フレームの音響線信号フレームデータds0(以下、「基準音響線信号フレームデータds0」とする)とを、制御部112を介してデータ格納部111から取得する。基準音響線信号フレームデータds0とは、各送信イベントに対応する音響線信号フレームデータdslにおけるせん断波による変位を抽出するための基準となる信号であり、具体的には、プッシュ波パルスppp送信前に検出波照射領域Axから取得した音響線信号のフレームデータである。そして、変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0との差分から、音響線信号フレームデータdslの検出波照射領域Ax内の観測点Pijの変位(画像情報の動き)を検出し、変位を観測点Pijの座標と関連付けて変位量フレームデータptlを生成する。変位検出部109は、生成した変位量フレームデータptlを、制御部112を介してデータ格納部111に出力する。
弾性率算出部110は、伝播解析部1101、合成部1102とから構成される。
7.1 伝播解析部1101
伝播解析部1101は、SWSシーケンスごとに、変位量フレームデータptlのシーケンスから、複数回の検出波パルスpwplのそれぞれに対応する時間軸上の複数時点におけるせん断波の波面位置を表した波面フレームデータwflのシーケンスを生成し、複数の波面フレームデータwfl間の波面位置の変化量とフレーム間の時間間隔とに基づき、検出波照射領域Ax内のせん断波の伝播速度、又は、弾性率のフレームデータを算出する回路である。
合成部1102は、SWSシーケンスに含まれる複数の送信イベントに対応するせん断波の伝播速度、又は、弾性率フレームデータellのシーケンスを合成して、SWSシーケンスに対応する1フレームのせん断波の伝播速度、又は、合成弾性率フレームデータemを算出する。合成部1102は、生成した1フレームのせん断波の伝播速度、又は、合成弾性率フレームデータemとをデータ格納部111に、制御部112を介してそれぞれ出力する。
データ格納部111は、生成された受波信号列rf、音響線信号フレームデータdslのシーケンス、変位量フレームデータptlのシーケンス、波面フレームデータwflのシーケンス、弾性率フレームデータellのシーケンス、合成弾性率フレームデータemを逐次記録する記録媒体である。
また、図示しないが、超音波診断装置100は、プッシュ波パルスpppを送信することなく、送信ビームフォーマ部106及び受信ビームフォーマ部108においてされた検出波の送受信に基づいて出力される音響線信号のうち、被検体の組織からの反射成分に基づき時系列に超音波画像(Bモード画像)を生成するBモード画像生成部を有する。Bモード画像生成部は、データ格納部111から音響線信号のフレームデータを入力して、音響線信号に対して包絡線検波、対数圧縮などの処理を実施してその強度に対応した輝度信号へと変換し、その輝度信号を直交座標系に座標変換を施すことでBモード画像のフレームデータを生成する。なお、Bモード画像生成のための音響線信号を取得するための送信ビームフォーマ部106及び受信ビームフォーマ部108における超音波の送受信には公知の方法を用いることができる。生成されたBモード画像のフレームデータはデータ格納部111に出力され保存される。表示制御部113はBモード画像を表示画像として構成して表示部114に表示させる。
以上の構成からなる超音波診断装置100の統合SWSシーケンスの動作について説明する。
1.SWSシーケンスの動作
以下、公知の方法に基づき被検体の組織からの反射成分に基づき組織が描画されたBモード画像が表示部114に表示された後の超音波弾性率計測処理の動作を説明する。
[ステップS100〜S140]
ステップS100では、表示部114にプローブ101によりリアルタイムに取得された被検体の断層画像であるBモード画像が表示されている状態において、関心領域設定部103は、操作入力部102から操作者により指定された情報を入力として、被検体内の解析対象範囲をあらわす関心領域roiをプローブ101の位置を基準に設定し、制御部112に出力する。
ステップS130では、送信ビームフォーマ部106は、検出波送信振動子列Txに含まれる振動子に検出波パルスpwp0を送信し、被検体内に向けて検出波pw0をさせ、受信ビームフォーマ部108は、検出波pw0の反射波ecの受波を行い組織の変位の基準となる基準音響線信号フレームデータds0を生成する。基準音響線信号フレームデータds0はデータ格納部111に出力され保存される。音響線信号フレームデータの生成方法については後述する。
具体的には、送信ビームフォーマ部106は、プッシュ波パルス発生部104より取得した送信焦点Fの位置とプッシュ波送信振動子列Pxを示す情報、プッシュ波パルスpppのパルス幅からなる送信制御信号に基づき送信プロファイルを生成する。送信プロファイルは、プッシュ波送信振動子列Pxに含まれる各送信振動子に対するパルス信号spと遅延時間tpkからなる。そして、送信プロファイルに基づき各送信振動子にプッシュ波パルスpppを供給する。各送信振動子は被検体内の特定部位に集束するパルス状のプッシュ波ppを送信する。
すると、図12(d)の模式図に示すように、振動が組織631〜633に隣接する、組織621〜623および組織641〜643に伝播する。
[ステップS150]
図11に戻って説明を続ける。
[ステップS171]
ステップS171では、変位検出部109は、各送信イベントにおける検出波照射領域Ax内の観測点pijの変位を検出する。
次に、変位検出部109は、ステップS150でデータ格納部111に保存された各音響線信号フレームデータdslに対し、基準音響線信号フレームデータds0との差分から、当該音響線信号フレームデータdslが取得された時刻における、各画素の変位を検出する。具体的には、例えば、音響線信号フレームデータdslを8ピクセル×8ピクセルなどの所定の大きさの領域に分割し、各領域と基準音響線信号フレームデータds0とをパターンマッチングすることで、音響線信号フレームデータdslの各画素の変位を検出する。
ステップS172では、伝播解析部1101は、各送信イベントにおける検出波照射領域Ax内の観測点pijの変位量フレームデータptlから波面を検出して、弾性率フレームデータellのシーケンスを生成する。さらに、波面フレームデータwflと断層画像との関係から、断層画像の各画素について複数の波面フレームデータwflにおけるせん断波の最大速度から弾性率を算出し、断層画像の各画素と弾性率とを対応付けて弾性率フレームデータellを生成する。
[ステップS173〜S182]
伝播解析部1101は、生成した弾性率フレームデータellのシーケンスをデータ格納部111に出力し保存する(ステップS173)。規定されている全ての送信イベントについてステップS171〜S173の処理が完了したか否かを判定し(ステップS174)、完了していない場合にはステップS171に戻り、次の検出波パルスpwplの送信イベントについての一連の処理を行い、完了している場合にはステップS181に進む。
2.ステップS150における処理の詳細について
ステップS150における、音響線信号フレームデータdslの生成処理の概要について説明する。
先ず、検出波の識別番号lを1に設定し(ステップS151)、送信ビームフォーマ部106は、プローブ101に存する複数の振動子101a中検出波送信振動子列Txに含まれる各振動子に検出波pwlを送信させるための検出波パルスpwplを送信する送信処理(送信イベント)を行う(ステップS152)。
以上により、図12におけるステップS150の処理を終了する。
ステップS157における、音響線信号フレームデータdslの生成処理の詳細について説明する。
図13は、受信ビームフォーマ部108における音響線信号フレームデータ生成動作を示すフローチャートである。
この段階では、1回の送信イベントに伴う全ての部分振動子列101aoに対して音響線信号サブフレームデータdsoが生成されている。
以上により、図13におけるステップS157の処理を終了する。
次に、ステップS1575における、観測点Pijについて音響線信号を生成する処理の動作について説明する。図14は、受信ビームフォーマ部108における観測点Pijについての音響線信号生成動作を示すフローチャートである。
先ず、ステップS15751において、遅延処理部10831は、検出波照射領域Ax内に存在する任意の観測点Pijについて、送信された超音波が被検体中の観測点Pijに到達する送信時間を算出する。送信時間は、上述のとおり、観測点Pijまでの送信経路を、検出波送信振動子列Txから振動子列に垂直に発された検出波pwlが観測点Pijに到達するまでの最短経路801として算出し、送信経路の長さを超音波の音速csで除することにより算出できる。
次に、部分振動子列101aoの振動子識別番号に基づき、検出波受信振動子列Rx内の受波振動子Rwkの振動子識別番号kを検出波受信振動子列Rx内の最小値に初期化し(ステップS15753)、送信された検出波が被検体中の観測点Pijで反射された後、検出波受信振動子列Rxの受波振動子Rwkに到達する受信時間を算出する(ステップS15754)。受信時間は、幾何学的に定まる観測点Pijから受波振動子Rwkまでの経路802の長さを超音波の音速csで除することにより算出できる。さらに、送信時間と受信時間の合計から、検出波送信振動子列Txから送信された超音波が観測点Pijで反射して受波振動子Rwkに到達するまでの総伝播時間を算出し(ステップS15755)、検出波受信振動子列Rx内の各受波振動子Rwkに対する総伝播時間の差異により、各受波振動子Rwkに対する遅延量を算出する(ステップS15756)。
次に、重み算出部(不図示)は、検出波受信振動子列Rxの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう各受波振動子Rwkに対する受信アポダイゼーションを算出する(ステップS15758)。サブ加算部10832aoは、各受波振動子Rwkに対応して同定された受波信号rfkに、各受波振動子Rwkに対する重みを乗じて加算して、観測点Pijに対する音響線信号dsijを算出する(ステップS150159)。
5.ステップS172における処理の詳細ついて
ステップS172では、伝播解析部1101は、各送信イベントにおける検出波照射領域Ax内の観測点pijの変位量フレームデータptlから波面を検出する。
詳しくは、図16のフローチャートを用いて説明する。図16は、せん断波の伝播解析の動作を示すフローチャートである。図17(a)から(f)は、せん断波の伝播解析の動作を示す模式図である。
次に、変位が相対的に大きい変位領域を抽出する(ステップS1722)。伝播解析部1101は、変位量フレームデータptlから変位が所定の閾値より大きい変位領域を抽出する。
図17(a)は、変位量フレームデータが表す変位画像の一例を示している。図12と同じく、図中の“○”は検出波照射領域Axに対応する被検体内の組織の一部を示しており、プッシュ波ppを印加する前の位置は破線の交点である。また、x軸はプローブ101における振動子の列方向、z軸は、被検体の深さ方向である。伝播解析部1101は、z座標ごとに変位量δを座標xの関数として、動的閾値を用いることで変位量δが大きい領域を抽出する。また、x座標ごとに変位量δを座標zの関数として、動的閾値を用いて、ある閾値を超える領域を変位量δが大きい領域として抽出する。動的閾値とは、対象領域内について信号解析又は画像解析を行って閾値を決定することである。閾値は一定値ではなく、対象領域の信号の幅や最大値などによって異なる値となる。図17(a)に、z=z1の直線710上における変位量をプロットしたグラフ711と、x=x1の直線720上における変位量をプロットしたグラフ721とを示す。これにより、例えば、変位量δが閾値より大きな変位領域730が抽出できる。
次に、伝播解析部1101は、複数の波面フレームデータwflに対して時間フィルタリングを行い、伝播していない波面を除去する(ステップS1726)。具体的には、時間的に連続する2以上の波面フレームデータwflにおいて、波面位置の時間変化を検出し、速度が異常である波面をノイズとして除去する。
v(xt、zt)=m/Δt=√{(xt+Δt−xt)2+(zt+Δt−zt)2}/Δt
となる。伝播解析部1101は、全ての波面に対して上述の処理を行い、波面が通過した全座標についてせん断波の速度を取得し、せん断波の速度を基に、各座標における弾性率を算出する。弾性率は、せん断波の速度の2乗に比例し、
el(xt、zt)=K × v(xt、zt)2
に基づき算出される。Kは定数であり人体の組織では約3となる。以上によりせん断波伝播解析に基づく弾性率計測の計算処理を終了する。
1.受信ビームフォーマ部108による演算負荷の軽減
本実施形態に係る受信ビームフォーマ部108により実現される演算負荷の軽減について説明する。
上述のとおり、超音波弾性率計測では、プッシュ波を送信した後、検出波の送受信を複数回繰り返してせん断波の伝播解析を行うために、単一又は少数の検出波の送受信によりBモード断層画像を生成する処理に比べて演算量及びデータ転送量が大きい。例えば、一般的なプローブ(5cm幅程度)で生体内を伝播するせん断波を計測するためには100us程度の間隔(約104回/sec)で検出波pwlの送受信を行う必要がある。他方、例えば超音波弾性率計測において、時間平均において約1200回/sec(プッシュ波の送信12回/sec、検出波の送信100回/プッシュ波)の検出波pwl送受信を行う場合、30フレーム/secでのBモード断層画像生成とを比較すると、超音波弾性率計測はBモード断層画像生成に比べて、演算量、データ転送量ともに約40倍となる。超音波弾性率計測を、市販のPCIバスを用いてデータ転送を行った場合、PCI Express 3.0 (Gen3) 規格×16レーン(双方向32GB/sec(理論値))を2セット以上のハードウエアを用いることが必要となる。
本実施形態に係る受信ビームフォーマ部108により実現される演算量と、従来の整相加算処理における演算量との違いについて説明する。
2.受信ビームフォーマ部108による音響線信号に基づく画質
受信ビームフォーマ部108による画像の品質について説明する。
図22は、変位検出部109、弾性率算出部110における、弾性率フレームデータを算出する処理の一例を示す模式図である。図22に示すように、上述のとおり、弾性率フレームデータellが依拠する変位量フレームデータptlは、音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0との観測点pijごとの信号の差分に基づき生成される。そのため、仮に、サブ整相加算部1083ao間に対応する音響線信号フレームデータdsl上の境界部分において信号強度の不連続部があったとしても、その不連続部は音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0との両方に生じている。そのため、それらの差分により得られる変位量フレームデータptlには境界部分における信号強度の不連続部が残存せず、整相加算処理においてサブ整相加算部1083ao間で相互に受波信号列rfkの参照がなされないBモード断層画像における連続性低下の主要因は解消される。
<小 括>
以上、説明したように本実施の形態1に係る構成によれば、超音波弾性率計測を行う超音波診断装置100において、受信ビームフォーマ部108は、複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を列方向に分割した複数の部分振動子列101aoの各々について、検出波照射領域Axにおける各部分振動子列101aoの被検体深さ方向に位置する複数の観測点Pijについてその部分振動子列101aoに含まれる振動子rwk各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkを整相加算することにより音響線信号dsijを生成して、複数の部分振動子列101aoの各々に対応する音響線信号サブフレームデータdsoを生成する複数のサブ整相加算部1083aoと、生成された複数の音響線信号サブフレームデータdsoを観測点Pijの位置を基準に加算して音響線信号フレームデータdslを生成する主加算部1084とを有する備えた構成を採る。
≪実施の形態2≫
実施の形態1に係る超音波診断装置100では、図5に示すように、プッシュ波パルス発生部104は、プッシュ波送信振動子列Pxは複数の振動子101a全部とし、送信焦点Fの位置のうち、列方向送信焦点位置fxは関心領域roiの中心付近とし、SWSシーケンスにおいて、送信焦点Fの位置及びプッシュ波送信振動子列Pxは固定されている構成とした。
実施の形態2に係る超音波診断装置100Aでは、SWSシーケンス毎に送信焦点Fを列方向に漸次移動させてプッシュ波ppを送信するとともに、送信焦点Fの位置に基づいて関心領域roi内の対象観測領域を異ならせて検出波pwlの送受信を複数回繰り返し、SWSシーケンスごとに関心領域roiの一部領域について算出された合成弾性率フレームデータemp(p=1〜N0)を合成して関心領域roi全体に対する統合SWSシーケンス合成弾性率elmを算出する点で実施の形態1と相違する。
図24は、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aにおける複数のSWSシーケンスから構成される統合SWSシーケンスの工程の概要を示す概略図である。超音波診断装置100Aによる組織の弾性率計測は、統合SWSシーケンスは複数(N0回)のSWSシーケンスから構成される。本例では、一例として、N0=4とした。
実施の形態2に係る超音波診断装置100Aを含む超音波診断システム1000Aについて、図面を参照しながら説明する。
図25は、実施の形態1に係る超音波診断システム1000Aの機能ブロック図である。超音波診断装置100Aでは、プッシュ波パルス発生部104A、受信ビームフォーマ部108A、弾性率算出部110Aが実施の形態1の構成と相違するため、これらの構成について説明する。他の構成については、超音波診断装置100と同じであり説明を省略する。また、マルチプレクサ部107、送信ビームフォーマ部106、受信ビームフォーマ部108A、関心領域設定部103、プッシュ波パルス発生部104A、検出波パルス発生部105、変位検出部109、弾性率算出部110Aは、超音波信号処理回路150Aを構成する。
図26は、受信ビームフォーマ部108Aの構成を示す機能ブロック図である。対象観測点選択部1085Aの構成が実施の形態1と相違するため、その構成について説明する。他の構成については、超音波診断装置100と同じであり説明を省略する。
シーケンス統合部1103Aは、複数のSWSシーケンスに対応する関心領域roiの一部領域について算出された合成弾性率フレームデータempを、観測点Pijの位置を基準に加算するシーケンス統合処理を行う。これより、統合SWSシーケンスに対応する関心領域roi全体に対する統合弾性率フレームデータelmを算出する。算出された統合弾性率フレームデータelmはデータ格納部111に出力され保存される。
超音波診断装置100Aの統合SWSシーケンスの動作について説明する。
1.SWSシーケンスの動作
図28は、超音波診断装置100Aにおける超音波弾性率算出の動作を示すフローチャートである。図11における超音波診断装置100と同じ処理には同一の番号を付し概要のみ説明し、異なる処理についてのみ説明する。
ステップS110Aでは、プッシュ波パルス発生部104では、制御部112から関心領域roiを示す情報を入力し、関心領域roi内の所定位置にプッシュ波の送信焦点F及びプッシュ波送信振動子列Pxを決定する。以後のシーケンス毎に関心領域roi中の送信焦点Fを列方向に漸次移動させてプッシュ波ppが収束する被検体中の位置を列方向に漸次移動させる動作を行う。そのための送信焦点F及びプッシュ波送信振動子列Pxを予め決定する。
規定されている全てのプッシュ波パルスpppについてステップS10Aの処理が完了したか否かを判定し(ステップS182A)、完了していない場合には、プッシュ波の送信焦点Fを列方向に漸次移動させるように、プッシュ波の送信焦点F及びプッシュ波送信振動子列Pxを変更して(ステップS183A)、ステップS130に戻り、次のSWSシーケンスについて処理を行い(ステップS10A)、完了している場合にはステップS190Aに進む。
以上により、図28に示した統合SWSシーケンスの処理が終了する。以上の超音波弾性率計測処理により、統合SWSシーケンスによる統合弾性率フレームデータelmを算出することができる。
ステップS150Aにおける、音響線信号フレームデータdslの生成処理の概要について説明する。
図29は、受信ビームフォーマ部108Aにおける音響線信号フレームデータ生成動作を示すフローチャートである。ステップS1571〜1584では、ステップS1571A、1574Aを除き図14と同じ処理が行われる。同じ処理には同一の番号を付し概要のみ説明し、異なる処理を含むステップについてのみ説明する。
対象観測点Qijの選択方法は以下のとおりである。
図30(a)(b)に示すように、サブ整相加算部1083aoは、roi1/4における部分振動子列101aoに対してz方向に位置する観測点Pijについては処理をスキップする(ステップS1574A)。そして、roi2/4〜4/4における部分振動子列101aoに対してz方向に位置する全ての対象観測点Qijについて整相加算処理を行う(ステップS1575)。サブ整相加算部1083aoにおいて、整相加算処理の対象となる受波信号参照範囲は、部分振動子列101aoに含まれる受波振動子rwkが被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkである。ステップS1575における処理の詳細は、図15に示した処理と同じである。
次に、SWSシーケンス2では、roi2/4に送信焦点Fが設定され、図31(a)(b)に示すように、対象観測点選択部1085Aは、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijのうち、roi2/4を除いたroi1/4、3/4、4/4内に位置する観測点Pijを対象観測点Qijに選択し、対象観測点Qijについての音響線信号dsijを含む音響線信号フレームデータdslが生成され、音響線信号フレームデータdslを生成する(図31(c))。
同様に、SWSシーケンス4では、roi4/4に送信焦点Fが設定され、図33(a)(b)に示すように、roi1/4〜3/4内に位置する対象観測点Qijについて音響線信号フレームデータdslが生成され、音響線信号フレームデータdslを生成する(図33(c))。
以上、説明したように本実施の形態2に係る構成によれば、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijのうち、関心領域roiとプッシュ波の送信焦点Fの位置とに基づき評価対象となる対象観測点Qijを選択し、サブ整相加算部1083aoは、複数の部分振動子列101aoの各々について、各部分振動子列101aoの被検体深さ方向に位置する対象観測点Qijについて音響線信号dsijを生成して、音響線信号サブフレームデータdsoを生成する構成を採る。
係る構成により、関心領域roi内の整相加算の対象すべき観測点を選択することにより演算量を軽減し、信号取得時間分解能又は/及び弾性画像の空間分解能を改善することができる。また、被検体内において位置の異なる複数の特定部位に超音波を集束させた複数のプッシュ波を用いた超音波弾性率計測において、計測の精度を向上するとともに、使用可能なハードウエア規模の制限のなかで、信号取得時間分解能又は/及び弾性画像の空間分解能を改善することができる。
実施の形態2に係る超音波診断装置100では、対象観測点選択部1085Bは、関心領域roiと送信焦点Fの位置とを示す情報に基づき、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijのうち、関心領域roi内に存在し、かつ評価対象となる対象観測点Qijを選択する構成とした。
以下、超音波診断装置100Bについて説明する。
<構 成>
変形例1に係る超音波診断装置100Bでは、実施の形態2に係る超音波診断装置100Aと受信ビームフォーマ部108Bが相違するため、この構成について説明する。他の構成については、超音波診断装置100Aと同じであり説明を省略する。図34は、変形例1に係る受信ビームフォーマ部108Bの構成を示す機能ブロック図である。対象観測点選択部1085B、2次整相加算部1084Bの構成が実施の形態2と相違するため、その構成について説明する。他の構成については、超音波診断装置100Aと同じであり説明を省略する。
<動 作>
超音波診断装置100Bの動作について説明する。
図35は、超音波診断装置100Bにおける音響線信号フレームデータ生成動作を示すフローチャートである。ステップS1571B、1584Bを除き図29と同じ処理が行われる。同じ処理には同一の番号を付し概要のみ説明し、異なる処理を含むステップについてのみ説明する。
図36(a)(b)は、図24のSWSシーケンス3の場合において、音響線信号サブフレームデータの生成のために想定される条件を示す模式図である。音響線信号の精度を高めるために、対象観測点Qijに対し部分振動子列101aoと等価な受波信号参照範囲を想定した場合の模式図である。
図36(b)に示す、roi4/4中の対象観測点Qijに対する整相加算処理は、サブ整相加算部1083a2において行われる。ここでは、roi4/4の対象観測点Qijを中心として部分振動子列101a2と等価な大きさの受波信号参照範囲を想定した場合でも、対称な受波信号参照範囲は部分振動子列101a2の範囲に含まれ、必要な受波信号列rfkが取得ることができる。
ステップS1571Bでは、図37(a)(b)に示すように、対象観測点選択部1085Bは、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijのうち、roi1/4〜2/4、4/4内に位置する観測点Pijのほか、roi3/4においてroi2/4との境界付近に位置する観測点Pijをも対象観測点Qijとして拡張して選択し、サブ整相加算部1083aoに出力する。
次に、サブ整相加算部1083a1における整相加算処理では、図37(a)に示すように、roi1/4〜2/4中の対象観測点Qijに対する音響線信号dsijを生成する(ステップS1575)。このとき、整相加算処理の対象となる受波信号参照範囲は、部分振動子列101a1に含まれる受波振動子rwkが被検体から受波した反射波に基づく受波信号列rfkである。
次に、ステップS1584Bでは、図37(c)に示すように、2次整相加算部1084Bは、音響線信号サブフレームデータdsoを対象として、当初設定した拡張前の対象観測点Qijの位置を基準に加算して、roi1/4、2/4、4/4内に存在する全ての対象観測点Qijについて整相加算を行い、音響線信号dsijを含む音響線信号フレームデータdslを生成してデータ格納部111に保存する(ステップS1584B)。
同様に、SWSシーケンス2では、roi2/4に送信焦点Fが設定される。図38(a)(b)は、図24のSWSシーケンス2の場合において、音響線信号サブフレームデータの生成のために想定される条件を示す模式図である。上記したSWSシーケンス3と同様、図38(b)に示すように、roi3/4〜4/4は、部分振動子列101a1の列方向の中央に位置していない。そのため、仮に、roi3/4〜4/4の対象観測点Qijを中心として部分振動子列101a2と等価な大きさの受波信号参照範囲を想定したとき、受波信号参照範囲の一部が部分振動子列101a2の左方にはみ出た状態となる。これは、部分振動子列101a2から十分な受波信号列rfkが取得できないことを意味する。
以上、説明したように変形例1に係る構成によれば、制御部112から関心領域roi、送信焦点Fの位置を示す情報に加え、部分振動子列101aoの位置を示す情報を入力し、関心領域roi内の複数の観測点Pijのうち、関心領域roi、プッシュ波の送信焦点Fの位置とに基づき評価対象となる対象観測点Qijを選択するとともに、各部分振動子列101aoの境界付近に位置する観測点Pijであって隣接する部分振動子列101ao内の前記境界付近に対象観測点Qijが存在する場合には、当該観測点Pijを対象観測点Qijに拡張して選択し、サブ整相加算部1083aoは、複数の部分振動子列101aoの各々について、各部分振動子列101aoの被検体深さ方向に位置する対象観測点Qijについて音響線信号dsijを生成して、音響線信号サブフレームデータdsoを生成する構成を採る。
係る構成により、関心領域roi内の整相加算の対象すべき観測点を、関心領域roi、送信焦点Fの位置を示す情報に加え、部分振動子列101aoの位置を示す情報に基づき拡張して選択することにより演算量を軽減し、信号取得時間分解能又は/及び弾性画像の空間分解能を改善するとともに、併せて、音響線信号の精度を向上することができる。
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような場合も本発明に含まれる。
実施の形態に係る超音波診断装置100では、送信ビームフォーマ部106、受信ビームフォーマ部108の構成は、実施の形態に記載した構成以外にも、適宜変更することができる。
また、実施の形態2係る超音波診断装置100Aでは、関心領域roiを、検出波照射領域Ax内の一部領域に設定し、SWSシーケンス毎に送信焦点Fを列方向に漸次移動させてプッシュ波ppを送信するとともに、送信焦点Fの位置に基づいて関心領域roi内の対象観測領域を異ならせて検出波pwlの送受信を複数回繰り返し、SWSシーケンスごとに関心領域roiの一部領域について算出された合成弾性率フレームデータempを合成して関心領域roi全体に対する統合SWSシーケンス合成弾性率elmを算出する構成とした。
しかしながら、これに限定されるものではなく、超音波照射領域に含まれる任意の領域に設定してもよい。例えば、受信振動子列の列中心を通り振動子列に垂直な直線を中心線とする複数の振動子幅の帯状の矩形領域としてもよい。また、受信振動子列の列中心を通り振動子列と垂直であって単一振動子幅の直線状の領域とした。
また、各実施の形態に係る、超音波診断装置の機能の一部又は全てを、CPU等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。上記超音波診断装置の診断方法や、ビームフォーミング方法を実施させるプログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。プログラムや信号を記録媒体に記録して移送することにより、プログラムを独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい、また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
また、超音波診断装置には、プローブ及び表示部が外部から接続される構成としたが、これらは、超音波診断装置内に一体的に具備されている構成としてもよい。
≪まとめ≫
以上、説明したように、本実施の形態に係る超音波診断装置は、複数の振動子が列設されたプローブが接続可能に構成された超音波診断装置であって、
前記複数の振動子に検出波パルスを供給して前記複数の振動子に被検体に向けて検出波を複数回送信させる検出波パルス送信部と、
前記複数回の検出波の各々に対応して、前記複数の振動子において受波された被検体からの反射波に基づき、被検体中において検出波が到達する範囲に対応する検出波照射領域内の複数の観測点について音響線信号を生成し、これらの信号を集約して音響線信号フレームデータを時系列に生成し、当該音響線信号フレームデータのシーケンスを生成する受信ビームフォーマ部と、
前記音響線信号フレームデータのシーケンスに基づき、前記複数の観測点について弾性率フレームデータを算出する弾性率算出部とを備え、
前記受信ビームフォーマ部は、前記複数の振動子からなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する複数の観測点についてその部分振動子列に含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列を整相加算することにより音響線信号を生成して、前記複数の部分振動子列の各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成する複数のサブ整相加算部と、
生成された複数の前記音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して前記音響線信号フレームデータを生成する主加算部とを有することを特徴とする。
また、別の態様では、上記何れかに記載の構成において、さらに、前記検出波照射領域中に特定点を設定し、前記複数の振動子にプッシュ波パルスを供給することにより、前記複数の振動子に前記特定点に対応する被検体中の特定部位に集束するプッシュ波を送信させるプッシュ波パルス送信部を備え、前記検出波パルス送信部は、前記プッシュ波の送信に続き、前記検出波パルスを複数回供給し、前記弾性率算出部は、前記音響線信号フレームデータのシーケンスから、前記検出波照射領域内の複数の観測点について前記プッシュ波の音響放射圧により生じた組織の変位を検出して前記複数回の検出波パルスの各々に対応する時間軸上の複数時点におけるせん断波の波面位置を表した波面フレームデータのシーケンスを生成し、複数の前記波面フレームデータ間の波面位置の変化量と時間間隔とに基づき前記弾性率フレームデータを算出する構成であってもよい。
また、別の態様では、上記何れかに記載の構成において、前記検出波パルス送信部は、前記複数の振動子に位相が等しい検出波パルスを供給する構成であってもよい。
また、別の態様では、上記何れかに記載の構成において、さらに、操作入力を受付ける操作入力部と、前記操作入力に基づき前記検出波照射領域内に、被検体内の解析対象範囲を表す関心領域を前記振動子列を基準に設定する関心領域設定部と、前記検出波照射領域内の複数の観測点のうち、前記関心領域内に存在し、かつ評価対象となる対象観測点を選択する対象観測点選択部とを備え、前記プッシュ波パルス送信部は、前記関心領域の位置に基づき前記特定点を設定し、前記対象観測点選択部は、前記関心領域と前記特定点の位置とに基づき前記対象観測点を選択し、前記サブ整相加算部は、前記複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する前記対象観測点について前記音響線信号を生成して、前記音響線信号サブフレームデータを生成する構成であってもよい。
また、別の態様では、上記何れかに記載の構成において、前記プッシュ波パルス送信部は、前記検出波照射領域中の異なる位置に前記特定点を複数設定して、各々の前記特定点に対応する被検体中の特定部位に集束するプッシュ波を順次送信させ、前記検出波パルス送信部は、前記複数の振動子に、各々の前記プッシュ波の送信に続き、前記検出波を複数回送信させ、前記受信ビームフォーマ部は、各々の前記プッシュ波の送信に対応して前記音響線信号フレームデータのシーケンスを生成し、前記弾性率算出部は、各々の前記プッシュ波の送信に対応して前記合成弾性率フレームデータを算出し、さらに、算出した複数の合成弾性率フレームデータを観測点の位置を基準に加算して統合弾性率フレームデータを生成する構成であってもよい。
また、本実施の形態に係る超音波信号処理方法は、 複数の振動子が列設されたプローブを用いる超音波信号処理方法であって、
前記複数の振動子に検出波パルスを供給して前記複数の振動子に被検体に向けて検出波を複数回送信させ、
前記複数回の検出波の各々に対応して、前記複数の振動子において受波された被検体からの反射波に基づき、被検体中において検出波が到達する範囲に対応する検出波照射領域内の複数の観測点について音響線信号を生成し、これらの信号を集約して音響線信号フレームデータを時系列に生成して、当該音響線信号フレームデータのシーケンスを生成し、
前記音響線信号フレームデータのシーケンスに基づき、前記複数の観測点について弾性率フレームデータを算出し、
前記音響線信号フレームデータの生成では、前記複数の振動子からなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する複数の観測点について、その部分振動子列に含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列を整相加算することにより音響線信号を生成して、前記複数の部分振動子列の各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成し、
生成された複数の前記音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して前記音響線信号フレームデータを生成することを特徴とする。
係る構成により、複数の振動子から被検体内の特定部位に超音波を集束させたプッシュ波を用いた超音波弾性率計測において、信号取得時間分解能又は/及び弾性画像の空間分解能を改善することができる超音波信号処理方法を実現できる。
以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
さらに、超音波診断装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について当該技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。なお、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
101 プローブ
101a 超音波振動子
101ao(o=1〜q) 部分振動子列
102 操作入力部
103 関心領域設定部
104 プッシュ波パルス発生部
1041、1041A プッシュ波パルス送信部
105 検出波パルス発生部
1051 検出波パルス送信部
106 送信ビームフォーマ部
1061 駆動信号発生部
1062 遅延プロファイル生成部
1063 駆動信号送信部
107 マルチプレクサ部
108、108A、108B 受信ビームフォーマ部
1081 入力部
1082 受波信号保持部
1083 整相加算部
1083ao サブ整相加算部
10831ao 遅延処理部
10832ao サブ加算部
1084 主加算部
1084B 2次整相加算部
1085A、1085B 対象観測点特定部
109 変位検出部
110、110A 弾性率算出部
1101 伝播解析部
1102 合成部
1103A シーケンス統合部
111 データ格納部
112 制御部
113 表示制御部
114 表示部
150、150A 超音波信号処理回路
1000、1000A 超音波診断システム
Claims (8)
- 複数の振動子が列設されたプローブが接続可能に構成された超音波診断装置であって、
前記複数の振動子に検出波パルスを供給して前記複数の振動子に被検体に向けて検出波を複数回送信させる検出波パルス送信部と、
前記複数回の検出波の各々に対応して、前記複数の振動子において受波された被検体からの反射波に基づき、被検体中において検出波が到達する範囲に対応する検出波照射領域内の複数の観測点について音響線信号を生成し、これらの信号を集約して音響線信号フレームデータを時系列に生成し、当該音響線信号フレームデータのシーケンスを生成する受信ビームフォーマ部と、
前記音響線信号フレームデータのシーケンスに基づき、前記複数の観測点について弾性率フレームデータを算出する弾性率算出部とを備え、
前記受信ビームフォーマ部は、前記複数の振動子からなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する複数の観測点についてその部分振動子列に含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列を整相加算することにより音響線信号を生成して、前記複数の部分振動子列の各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成する複数のサブ整相加算部と、
生成された複数の前記音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して前記音響線信号フレームデータを生成する主加算部とを有する
超音波診断装置。 - さらに、前記検出波照射領域中に特定点を設定し、前記複数の振動子にプッシュ波パルスを供給することにより、前記複数の振動子に前記特定点に対応する被検体中の特定部位に集束するプッシュ波を送信させるプッシュ波パルス送信部を備え、
前記検出波パルス送信部は、前記プッシュ波の送信に続き、前記検出波パルスを複数回送信し、
前記弾性率算出部は、前記音響線信号フレームデータのシーケンスから、前記検出波照射領域内の複数の観測点について前記プッシュ波の音響放射圧により生じた組織の変位を検出して前記複数回の検出波パルスの各々に対応する時間軸上の複数時点におけるせん断波の波面位置を表した波面フレームデータのシーケンスを生成し、複数の前記波面フレームデータ間の波面位置の変化量と時間間隔とに基づき前記弾性率フレームデータを算出する
請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記検出波パルス送信部は、前記複数の振動子に位相が等しい検出波パルスを供給する
請求項2に記載の超音波診断装置。 - さらに、操作入力を受付ける操作入力部と、
前記操作入力に基づき前記検出波照射領域内に、被検体内の解析対象範囲を表す関心領域を前記振動子列を基準に設定する関心領域設定部と、
前記検出波照射領域内の複数の観測点のうち、前記関心領域内に存在し、かつ評価対象となる対象観測点を選択する対象観測点選択部とを備え、
前記プッシュ波パルス送信部は、前記関心領域の位置に基づき前記特定点を設定し、
前記対象観測点選択部は、前記関心領域と前記特定点の位置とに基づき前記対象観測点を選択し、
前記サブ整相加算部は、前記複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する前記対象観測点について前記音響線信号を生成して、前記音響線信号サブフレームデータを生成する
請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記プッシュ波パルス送信部は、前記検出波照射領域中の異なる位置に前記特定点を複数設定して、各々の前記特定点に対応する被検体中の特定部位に集束するプッシュ波を順次送信させ、
前記検出波パルス送信部は、前記複数の振動子に、各々の前記プッシュ波の送信に続き、前記検出波を複数回送信させ、
前記受信ビームフォーマ部は、各々の前記プッシュ波の送信に対応して前記音響線信号フレームデータのシーケンスを生成し、
前記弾性率算出部は、各々の前記プッシュ波の送信に対応して前記合成弾性率フレームデータを算出し、さらに、算出した複数の合成弾性率フレームデータを対象観測点の位置を基準に加算して統合弾性率フレームデータを生成する
請求項4に記載の超音波診断装置。 - 複数の振動子が列設されたプローブを用いる超音波信号処理方法であって、
前記複数の振動子に検出波パルスを供給して前記複数の振動子に被検体に向けて検出波を複数回送信させ、
前記複数回の検出波の各々に対応して、前記複数の振動子において受波された被検体からの反射波に基づき、被検体中において検出波が到達する範囲に対応する検出波照射領域内の複数の観測点について音響線信号を生成し、これらの信号を集約して音響線信号フレームデータを時系列に生成して、当該音響線信号フレームデータのシーケンスを生成し、
前記音響線信号フレームデータのシーケンスに基づき、前記複数の観測点について弾性率フレームデータを算出し、
前記音響線信号フレームデータの生成では、前記複数の振動子からなる振動子列を列方向に分割した複数の部分振動子列の各々について、前記検出波照射領域における前記各部分振動子列の被検体深さ方向に位置する複数の観測点について、その部分振動子列に含まれる振動子各々が被検体から受波した反射波に基づく受波信号列を整相加算することにより音響線信号を生成して、前記複数の部分振動子列の各々に対応する音響線信号サブフレームデータを生成し、
生成された複数の前記音響線信号サブフレームデータを観測点の位置を基準に加算して前記音響線信号フレームデータを生成する
超音波信号処理方法。 - さらに、前記検出波の送信の前に、前記検出波照射領域中に特定点を設定し、前記複数の振動子にプッシュ波パルスを供給することにより、前記複数の振動子に前記特定点に対応する被検体中の特定部位に集束するプッシュ波を送信させ、
前記プッシュ波の送信に続き、前記検出波を複数回送信させ、
前記弾性率フレームデータを算出では、前記音響線信号フレームデータのシーケンスから、前記検出波照射領域内の複数の観測点について前記プッシュ波の音響放射圧により生じた組織の変位を検出して前記複数回の検出波パルスの各々に対応する時間軸上の複数時点におけるせん断波の波面位置を表した波面フレームデータのシーケンスを生成し、複数の前記波面フレームデータ間の波面位置の変化量と時間間隔とに基づき前記弾性率フレームデータを算出する
請求項6に記載の超音波信号処理方法。 - 前記検出波パルスの供給では、前記複数の振動子に位相が等しい検出波パルスを供給する
請求項7に記載の超音波信号処理方法。
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