JP2017217359A - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】観測対象に応じた正確なＭＩ値を知ることができる超音波観測装置を提供すること。【解決手段】超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出部と、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出部と、予め取得した音圧データを記憶する記憶部と、前記減衰率算出部が算出した減衰率、前記中心周波数算出部が算出した中心周波数、及び前記記憶部に記憶された音圧データに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラムに関する。

従来、超音波を送受信する超音波振動子を備えた超音波観測システムが知られている。超音波観測システムでは、観測対象である被検体の安全性を確保するため、超音波振動子から送信される超音波の最大出力がＭＩ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ）値によって定められている。ＭＩ値として、従来の超音波観測システムでは、超音波の減衰率を固定値として算出したＭＩ値を用いていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１４２４７４号公報

しかしながら、実際には観測対象によって減衰率が異なる。そのため、従来の超音波観測システムでは、観測対象に応じた正確なＭＩ値を知ることができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観測対象に応じた正確なＭＩ値を知ることができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出部と、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出部と、予め取得した音圧データを記憶する記憶部と、前記減衰率算出部が算出した減衰率、前記中心周波数算出部が算出した中心周波数、及び前記記憶部に記憶された音圧データに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記中心周波数算出部は、前記超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの中心周波数を算出し、前記減衰率算出部は、前記サンプリング点ごとの減衰率を算出し、前記記憶部は、前記サンプリング点ごとに予め取得した音圧データを記憶しており、前記ＭＩ値算出部は、前記サンプリング点ごとのＭＩ値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記超音波信号に基づいて前記超音波画像を生成する画像生成部と、前記超音波画像においてＭＩ値が最適範囲内にある領域を抽出する最適領域抽出部と、前記超音波画像上に前記最適領域抽出部が抽出した領域を合成した画像を生成する画像合成部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記音圧データは、前記超音波振動子から送信する超音波の送信条件を変更して測定を行うことにより、予め取得したデータであることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記中心周波数算出部は、前記サンプリング点のうち、受信エコーの振幅が閾値以下のサンプリング点において、該サンプリング点の中心周波数を所定の他のサンプリング点の中心周波数に代替することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記最適領域抽出部は、造影剤ごとに異なる前記最適範囲を用いて領域の抽出を行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、当該超音波観測装置は、前記超音波振動子からの超音波の送信条件が変更された場合に、送信条件が変更された後に前記超音波プローブが取得した前記超音波画像に基づいてＭＩ値が最適範囲内にある領域の抽出を行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置の作動方法は、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、中心周波数算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出ステップと、減衰率算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出ステップと、ＭＩ値算出部が、算出した前記減衰率及び前記中心周波数と予め取得した音圧データとに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る超音波観測装置の作動プログラムは、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、中心周波数算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出ステップと、減衰率算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出ステップと、ＭＩ値算出部が、算出した前記減衰率及び前記中心周波数と予め取得した音圧データとに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出ステップと、を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、観測対象に応じた正確なＭＩ値を知ることができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラムを実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波観測システムの構成を示すブロック図である。 図２は、超音波振動子の音線上のサンプリング点を表す図である。 図３は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。 図４は、中心周波数算出部が算出する周波数スペクトルの例を示す図である。 図５は、嚢胞がある場合の中心周波数の算出方法を説明するための図である。 図６は、超音波画像にＭＩ値が最適範囲内にある領域を重畳した様子を表す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。 図８は、超音波画像にＭＩ値が最適範囲内にある領域を重畳した様子を表す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラムの実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、造影モードを搭載した超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、及び超音波観測装置の作動プログラム一般に適用することができる。

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波観測システムの構成を示すブロック図である。超音波観測システム１は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波プローブ２と、超音波プローブ２が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置３と、超音波観測装置３が生成した超音波画像を表示する表示装置４と、を備える。超音波観測装置３は、超音波の観測モードとして、エコー信号の振幅を輝度に変換して画像を生成するＢモード及び、観測対象に導入された微小気泡の懸濁液である超音波用の造影剤を強調して表示する画像を生成する造影モードを選択することができる超音波観測装置である。

超音波プローブ２は、その先端部に、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体の観測対象へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号（超音波信号）に変換して出力する超音波振動子２１を有する内視鏡である。超音波振動子２１は、複数の音線方向に沿って放射状に超音波を送受信するコンベックス型の振動子により実現される。超音波プローブ２は、超音波振動子２１をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子２１として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。

超音波プローブ２は、通常は撮像光学系及び撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、又は呼吸器（気管・気管支）へ挿入され、消化管、呼吸器やその周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を撮像することが可能である。また、超音波プローブ２は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波プローブ２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置に接続されている。

超音波観測装置３は、送信部３１と、受信部３２と、信号処理部３３と、画像生成部３４と、演算部３５と、画像合成部３６と、入力部３７と、制御部３８と、記憶部３９と、を備える。

送信部３１は、超音波プローブ２と電気的に接続され、所定の波形及び送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１へ送信する。送信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子２１におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。また、送信部３１は、制御部３８が出力する各種制御信号を超音波プローブ２に対して送信する。

受信部３２は、超音波振動子２１から電気的な受信信号であるエコー信号を受信して、Ａ／Ｄ変換することによってデジタルの高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成、出力する。また、受信部３２は、超音波プローブ２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部３８へ送信する機能も有する。

信号処理部３３は、受信部３２から受信したＲＦデータをもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３３は、ＲＦデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、ＲＦデータを基準電圧Ｖｃで除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。信号処理部３３は、生成した１フレーム分のＢモード用受信データを、画像生成部３４へ出力する。信号処理部３３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や各種演算回路等を用いて実現される。

画像生成部３４は、受信部３２から受信したＲＦデータに基づいて画像データを生成する。画像生成部３４は、記憶部３９に記憶されているＢモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置４における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってＢモード画像データを生成する。スキャンコンバーター処理では、Ｂモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置４の表示方向に変換する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。

画像生成部３４は、信号処理部３３からのＢモード用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、Ｂモード画像データを生成する。

演算部３５は、中心周波数算出部３５ａと、減衰率算出部３５ｂと、ＭＩ値算出部３５ｃと、最適領域抽出部３５ｄと、を有する。演算部３５は、超音波信号に基づいてＭＩ値が最適範囲内にある領域（以下、「最適領域」という）を生成する。具体的には、演算部３５は、超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとのＭＩ値を算出する。

図２は、超音波振動子の音線上のサンプリング点を表す図である。図２に示すように、超音波振動子２１の表面に位置する原点Ｏから音線方向に沿ってサンプリング点である点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、・・・点Ｚが並んでいる。なお、図２には、中央に位置する１本の音線上のサンプリング点を図示したが、各音線について同様に音線方向に沿ってサンプリング点が放射状に並んでいる。そして、演算部３５は、各音線方向に沿って並んでいるサンプリング点の全てに対して、ＭＩ値の算出を行い、最適領域を抽出する。

中心周波数算出部３５ａは、超音波信号に基づいて超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの中心周波数を算出する。減衰率算出部３５ｂは、超音波信号に基づいて超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの減衰率を算出する。以下に、中心周波数及び減衰率の算出方法を説明する。ただし、中心周波数及び減衰率の算出方法は特に限定されない。

はじめに、中心周波数算出部３５ａは、各音線のＲＦデータ（ラインデータ）を所定の時間間隔でサンプリングし、図２のサンプリング点に対応するサンプルデータを生成する。中心周波数算出部３５ａは、サンプルデータ群に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を施すことにより、ＲＦデータ上の複数の箇所（データ位置）における周波数スペクトルを算出する。

図３は、超音波信号の１つの音線におけるデータ配列を模式的に示す図である。図３に示す音線ＳＲ_ｋにおいて、白又は黒の長方形は、１つのサンプリング点におけるデータを意味している。また、音線ＳＲ_ｋにおいて、右側に位置するデータほど、超音波振動子２１から音線ＳＲ_ｋに沿って計った場合の深い箇所からのサンプルデータである（図３の矢印を参照）。音線ＳＲ_ｋは、受信部３２が行うＡ／Ｄ変換におけるサンプリング周波数（例えば５０ＭＨｚ）に対応した時間間隔で離散化されている。図２では、番号ｋの音線ＳＲ_ｋの８番目のデータ位置を受信深度ｚの方向の初期値Ｚ^（ｋ） _０として設定した場合を示しているが、初期値の位置は任意に設定することができる。

図３に示すデータ群Ｆ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ）は、ＦＦＴ処理の対象となるサンプルデータ群である。一般に、ＦＦＴ処理を行うためには、サンプルデータ群が２のべき乗のデータ数を有している必要がある。この意味で、サンプルデータ群Ｆ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｋ−１）はデータ数が１６（＝２４）で正常なデータ群である一方、サンプルデータ群Ｆ_Ｋは、データ数が１２であるため異常なデータ群である。異常なデータ群に対してＦＦＴ処理を行う際には、不足分だけゼロデータを挿入することにより、正常なサンプルデータ群を生成する処理を行う。

図４は、中心周波数算出部が算出する周波数スペクトルの例を示す図である。ここでいう「周波数スペクトル」とは、サンプルデータ群にＦＦＴ処理を施すことによって得られた「ある受信深度ｚにおける強度の周波数分布」を意味する。また、ここでいう「強度」とは、例えばエコー信号の電圧、エコー信号の電力、超音波エコーの音圧、超音波エコーの音響エネルギー等のパラメータ、これらパラメータの振幅や時間積分値やその組み合わせのいずれかを指す。

図４では、横軸が周波数ｆである。また、図４では、縦軸が、強度Ｉ_０を基準強度Ｉ_ｃ（定数）で除した量の常用対数（デシベル表現）Ｉ＝１０ｌｏｇ_１０（Ｉ_０／Ｉ_ｃ）である。図４において、受信深度ｚは一定である。図４に示す直線Ｌ_１０については後述する。なお、本実施の形態において、曲線及び直線は、離散的な点の集合からなる。

図４に示す周波数スペクトルＣ_１において、以後の演算に使用する周波数帯域の下限周波数ｆ_Ｌ及び上限周波数ｆ_Ｈは、超音波振動子２１の周波数帯域、送信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域などをもとに決定されるパラメータである。以下、図４において、下限周波数ｆ_Ｌ及び上限周波数ｆ_Ｈによって定まる周波数帯域を「周波数帯域Ｆ」という。

中心周波数算出部３５ａは、下限周波数ｆ_Ｌ及び上限周波数ｆ_Ｈ用いて中心周波数ｆ_Ｃ＝（ｆ_Ｌ＋ｆ_Ｈ）／２を算出する。なお、あるサンプリング点の中心周波数ｆ_Ｃを算出するために設定する周波数帯域Ｆは、算出対象のサンプリング点の深度等に応じて変更してもよい。

なお、嚢胞等において、中心周波数を正しく算出することができない場合がある。図５は、嚢胞がある場合の中心周波数の算出方法を説明するための図である。図５の領域ＡＲｃが嚢胞である。このとき、嚢胞内に位置するサンプリング点である点Ｎ＋１では、嚢胞があることによりエコー信号が検出されない、又はエコー信号が微弱である。そのため、点Ｎ＋１のエコー信号から中心周波数を正しく算出することができない。そこで、中心周波数算出部３５ａは、点Ｎ＋１の中心周波数を、音線方向に沿って原点Ｏに１つ近いサンプリング点であって、嚢胞外に位置するサンプリング点である点Ｎのエコー信号を用いて算出した中心周波数に代替する。なお、音線方向に沿って原点Ｏに１つ近いサンプリング点が嚢胞内である場合、音線方向に沿って原点Ｏ側に進んで最初の嚢胞外のサンプリング点の中心周波数に代替すればよい。このように、中心周波数算出部３５ａは、受信エコーの振幅が閾値以下の点において、該点の中心周波数を所定の他の点の中心周波数にすることが好ましい。ただし、点Ｎ＋１の中心周波数を、例えば音線方向に沿って原点Ｏから遠い側のサンプリング点など、その他の点の中心周波数に代替してもよい。

減衰率算出部３５ｂは、周波数スペクトルを直線で近似することによって周波数スペクトルの補正前特徴量を算出し、算出した補正前特徴量に対して複数の減衰率候補値の各々に基づいた減衰補正を行うことによって補正特徴量を算出し、すべての周波数スペクトルに対して算出した補正特徴量の統計的なばらつきを算出し、算出した統計的なばらつきに基づいて複数の減衰率候補値の中から最適な減衰率を抽出する。減衰率算出部３５ｂは、超音波の走査領域（観測対象領域）内で設定される１又は複数の関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の各々に対し、最適な減衰率を算出する。本実施の形態では、複数の関心領域を設定する場合、それらの関心領域は互いに交わりを有しないものとする。なお、図２には、一例として走査領域を放射状に分割し、さらに受信深度ごとに分割してＲＯＩを設定した様子を図示した。

減衰率算出部３５ｂは、所定周波数帯域における周波数スペクトルの回帰分析を行って周波数スペクトルを一次式（回帰直線）で近似することにより、この近似した一次式を特徴付ける補正前特徴量を算出する。例えば、図４に示す周波数スペクトルＣ_１の場合、減衰率算出部３５ｂは、周波数帯域Ｆで回帰分析を行い周波数スペクトルＣ_１を一次式で近似することによって回帰直線Ｌ_１０を得る。換言すると、減衰率算出部３５ｂは、回帰直線Ｌ_１０の傾きａ_０、切片ｂ_０、及び周波数帯域Ｆの中心周波数ｆ_Ｃの回帰直線上の値であるミッドバンドフィット（Ｍｉｄ−ｂａｎｄ ｆｉｔ）ｃ_０＝ａ_０ｆ_Ｃ＋ｂ_０を補正前特徴量として算出する。

３つの補正前特徴量のうち、傾きａ_０は、超音波の散乱体の大きさと相関を有し、一般に散乱体が大きいほど傾きが小さな値を有すると考えられる。また、切片ｂ_０は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度（濃度）等と相関を有している。具体的には、切片ｂ_０は、散乱体が大きいほど大きな値を有し、音響インピーダンスの差が大きいほど大きな値を有し、散乱体の数密度が大きいほど大きな値を有すると考えられる。ミッドバンドフィットｃ_０は、傾きａ_０と切片ｂ_０から導出される間接的なパラメータであり、有効な周波数帯域内の中心におけるスペクトルの強度を与える。このため、ミッドバンドフィットｃ_０は、散乱体の大きさ、音響インピーダンスの差、散乱体の数密度に加えて、Ｂモード画像の輝度とある程度の相関を有していると考えられる。なお、減衰率算出部３５ｂは、回帰分析によって二次以上の多項式で周波数スペクトルを近似するようにしてもよい。

減衰率算出部３５ｂが行う補正について説明する。一般に、超音波の減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、超音波が受信深度０と受信深度ｚとの間を往復する間に生じる減衰であり、往復する前後の強度変化（デシベル表現での差）として定義される。減衰量Ａ（ｆ，ｚ）は、一様な組織内では周波数に比例することが経験的に知られており、以下の式（１）で表現される。
Ａ（ｆ，ｚ）＝２αｚｆ ・・・（１）
ここで、比例定数αが減衰率であり、単位長さ及び単位周波数あたりの減衰量である。また、ｚは超音波の受信深度であり、ｆは周波数である。減衰率αの具体的な値は、観測対象が生体である場合、生体の部位に応じて定まる。減衰率αの単位は、例えばｄＢ／ｃｍ／ＭＨｚである。本実施の形態において、減衰率算出部３５ｂは、観測対象に最も適合する減衰率（最適な減衰率）を設定するために、複数の減衰率候補値に対してそれぞれ減衰補正を行う。

減衰率算出部３５ｂは、抽出した補正前特徴量（傾きａ_０、切片ｂ_０、ミッドバンドフィットｃ_０）に対し、以下に示す式（２）〜（４）にしたがって減衰補正を行うことにより、補正特徴量ａ、ｂ、ｃを算出する。
ａ＝ａ_０＋２αｚ ・・・（２）
ｂ＝ｂ_０ ・・・（３）
ｃ＝ｃ_０＋Ａ（ｆ_Ｃ，ｚ）＝ｃ_０＋２αｚｆ_Ｃ（＝ａｆ_Ｃ＋ｂ） ・・・（４）
式（２）、（４）からも明らかなように、減衰率算出部３５ｂは、超音波の受信深度ｚが大きいほど、補正量が大きい補正を行う。また、式（３）によれば、切片に関する補正は恒等変換である。これは、切片が周波数０（Ｈｚ）に対応する周波数成分であって減衰の影響を受けないためである。

減衰率算出部３５ｂは、すべての周波数スペクトルに対して減衰率候補値ごとに算出した補正特徴量の統計的なばらつきとしての分散を関心領域ごとに算出する。その後、減衰率算出部３５ｂは、分散が最小である減衰率候補値を関心領域ごとの最適な減衰率として抽出する。なお、複数種類の特徴量に対して減衰補正が行われた場合、減衰率算出部３５ｂは適宜設定される１種類の補正特徴量の分散のみを算出すればよい。また、同一の関心領域において分散が最小となる減衰率候補値が複数ある場合、減衰率算出部３５ｂは、例えば分散が最小となる複数の減衰率候補値の平均を最適な減衰率とすればよい。

ここで、統計的なばらつきに基づいて最適な減衰率を設定することができる理由を説明する。観測対象に最適な減衰率を適用した場合、観測対象と超音波振動子２１との距離に関わらず、特徴量は観測対象に固有の値へ収束し、統計的なばらつきが小さくなると考えられる。その一方で、観測対象に適合しない減衰率候補値を最適な減衰率とした場合、減衰補正が過剰であるか又は不足するため、超音波振動子２１との距離に応じて特徴量にずれが生じ、特徴量の統計的なばらつきが大きくなると考えられる。したがって、統計的なばらつきが最も小さい減衰率候補値が、観測対象にとって最適な減衰率であるということができる。なお、より詳細な最適な減衰率の算出方法の説明は、例えば特許第５９２７３６７号公報等に記載されている。

ＭＩ値算出部３５ｃは、中心周波数算出部３５ａが算出した中心周波数ｆ_Ｃ、減衰率算出部３５ｂが算出した減衰率α（上述した最適な減衰率）、及び後述する記憶部３９に記憶された負音圧Ｐに基づいて超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとのＭＩ値を算出する。ここで、点Ａの減衰率をα（Ａ）、中心周波数をｆ_Ｃ（Ａ）、負音圧をＰ（Ａ）、原点Ｏと点Ａとの距離である受信深度をｚ（Ａ）とすると、点ＡのＭＩ値であるＭＩ（Ａ）は、以下の式（５）ように算出することができる。
ＭＩ（Ａ）＝
｜−Ｐ（Ａ）×１０^{｛−α（Ａ）×ｚ（Ａ）×ｆ} _Ｃ ^{（Ａ）／２０｝}｜／√ｆ_Ｃ（Ａ）
・・・（５）

最適領域抽出部３５ｄは、被検体に投与された造影剤に応じて定められたＭＩ値が最適範囲内にある領域（最適領域）を抽出する。ＭＩ値の最適範囲とは、超音波振動子２１からの超音波の出力が、造影剤を破壊しない、かつ十分なエコー信号が得られる範囲であり、造影剤による腫瘍等の強調表示が有効な範囲である。この最適範囲は、使用する造影剤によって異なるため、入力部３７から造影剤の情報を入力することにより変更できることが好ましい。

画像合成部３６は、造影剤モードにおいて、被検体に造影剤が投与された場合に、造影剤からの高調波成分を画像化する。画像合成部３６は、超音波画像内における血流情報を取得し、Ｂモード画像上に血流情報に応じた色情報を重畳するように画像合成を行う。また、画像合成部３６は、画像生成部３４が生成した超音波画像上に最適領域抽出部３５ｄが抽出した最適領域を重畳するように画像合成を行う。図６は、超音波画像にＭＩ値が最適範囲内にある領域を重畳した様子を表す図である。図６に示すように、画像合成部３６は、超音波画像上に重畳するように、最適領域抽出部３５ｄが抽出した領域ＡＲｅ１が所定の色で着色された画像を合成する。

入力部３７は、キーボード、ボタン、マウス、トラックボール、タッチパネル等のユーザインタフェースへの入力操作に基づく信号を受け付ける。入力部３７は、ユーザによる造影モードの開始を指示する指示入力や、造影モードの終了を指示する指示入力を受け付ける。また、入力部３７は、超音波振動子２１からの超音波の送信条件を変更する指示入力を受け付ける。送信条件とは、例えば超音波振動子２１からの超音波の出力の強さ等である。

制御部３８は、超音波観測システム１の全体を制御する。制御部３８は、演算及び制御機能を有するＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。制御部３８は、記憶部３９が記憶、格納する情報を記憶部３９から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部３８を信号処理部３３、画像生成部３４、演算部３５、及び画像合成部３６と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。

記憶部３９は、超音波観測システム１を動作させるための各種プログラム、及び超音波観測システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。記憶部３９は、例えば、超音波振動子２１が観測する深度と超音波振動子２１が各音線方向に送信するパルス繰り返し周波数との対応関係を記憶している。また、記憶部３９は、予め取得した超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの音圧データである負音圧を記憶している。負音圧は、水中において超音波振動子２１を駆動させ、超音波信号の各音線上のサンプリング点の位置に超音波受信機を配置してエコー信号を測定することにより得られる。

また、記憶部３９は、超音波観測システム１の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。

以上の構成を有する記憶部３９は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現される。

表示装置４は、映像ケーブルを介して超音波観測装置３が生成した超音波画像のデータ信号を受信して表示する。表示装置４は、液晶又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等のモニタを用いて構成される。

図７は、本発明の実施の形態に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートである。はじめに、超音波観測装置３は、Ｂモードで駆動しており、制御部３８は、入力部３７に造影モードの指示入力があったか否かを適宜判定している（ステップＳ１）。制御部３８が入力部３７に造影モードの指示入力がなかったと判定した場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１の判定を繰り返す。一方、制御部３８が入力部３７に造影モードの指示入力があったと判定した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、超音波観測装置３は、造影モードに切り替わる。造影モードでは、画像合成部３６が、超音波画像内における血流情報を取得し、Ｂモード画像上に血流情報に応じた色情報を重畳するように画像合成を行う。

造影モードに切り替わると、まず、演算部３５の中心周波数算出部３５ａは、超音波信号に基づいて超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの中心周波数を算出する（ステップＳ２）。

続いて、減衰率算出部３５ｂは、超音波信号に基づいて超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの減衰率を算出する（ステップＳ３）。

さらに、ＭＩ値算出部３５ｃは、中心周波数算出部３５ａが算出した中心周波数、減衰率算出部３５ｂが算出した減衰率、及び記憶部３９に記憶された負音圧に基づいて、上述した式（５）を用いて、超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとのＭＩ値を算出する（ステップＳ４）。

そして、最適領域抽出部３５ｄは、ＭＩ値が被検体に投与された造影剤に応じて定められた最適領域を抽出する（ステップＳ５）。

さらに、画像合成部３６は、画像生成部３４が生成した超音波画像上に最適領域抽出部３５ｄが抽出した最適領域を合成した画像を生成する（ステップＳ６）。

その後、制御部３８は、入力部３７に超音波振動子２１からの超音波の送信条件を変更する指示入力があったか否かを判定する（ステップＳ７）。制御部３８が入力部３７に送信条件を変更する指示入力があったと判定した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に戻り、演算部３５が最適領域の抽出を再度実行する。一方、制御部３８が入力部３７に送信条件を変更する指示入力がなかったと判定した場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、制御部３８は、入力部３７に造影モード終了の指示入力があったか否かを判定する（ステップＳ８）。制御部３８が入力部３７に造影モード終了の指示入力がなかったと判定した場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ５に戻り、画像合成部３６は、最新の超音波画像に順次ＭＩ値を合成した画像を生成する。一方、制御部３８が入力部３７に造影モード終了の指示入力があったと判定した場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、超音波観測装置３は一連の処理を終了する。

ここで、造影モードでは、超音波振動子から出力される超音波出力が大きすぎると造影剤が破壊されるため、組織に滞留する造影剤を適切に観測することができない。一方、超音波振動子から出力される超音波出力が小さすぎると十分なエコー信号が得られず、鮮明な超音波画像が得られない。図６に示す最適領域である領域ＡＲｅ１では、超音波出力が造影剤に適した値であるため、造影剤による腫瘍等の強調表示が有効な造影剤による観察が適切に行われている領域である。

図６に示す領域ＡＲ１及び領域ＡＲ２は、腫瘍等であり造影剤により強調表示されている領域である。一方、領域ＡＲ３は、ユーザが観測対象としている領域であり、領域ＡＲｅ１に含まれているが、強調表示されていない領域である。この領域ＡＲ３は、造影剤により適切な観測が行われているにもかかわらず強調表示されていないため、造影剤により強調表示される腫瘍等ではないことがわかる。

また、図８は、図６と同様に超音波画像にＭＩ値が最適範囲内にある領域を重畳した様子を表す図である。図６の場合には、領域ＡＲ３が領域ＡＲｅ２に含まれておらず、領域ＡＲ３を造影剤により適切に観測できていない。この場合、超音波振動子２１からの超音波の送信条件を変更することにより、超音波観測装置３に最適領域を再度算出させて、最適領域を移動させればよい。適宜超音波振動子２１からの超音波の送信条件を調整することにより、領域ＡＲ３が最適領域に含まれるようにすることで領域ＡＲ３を造影剤により適切に観測することができる。なお、図８のような場合に、従来の超音波観測装置では、最適領域が表示されないため、領域ＡＲ３が造影剤による適切な観測が行えていない領域か、造影剤により適切に観測しているが強調表示されない（すなわち、腫瘍等でない）領域であるかを判別することができなかった。

以上説明したように、実施の形態によれば、造影剤による適切な観測がなされている最適領域を知ることができるため、超音波振動子２１からの超音波の送信条件を変更することにより、超音波画像内の任意の位置において造影剤による適切な観測を行うことができる。

なお、上述した実施の形態においては、減衰率算出部３５ｂにおいて、ＲＯＩを設定し、各ＲＯＩにおける最適な減衰率を算出する構成を説明したが、これに限られない。例えば、減衰率算出部３５ｂにおいて、各ＲＯＩにサンプリング点が１ずつ含まれるように設定し、各サンプリング点に対応する最適な減衰値を算出してもよい。また、減衰率算出部３５ｂにおいて、走査領域全体を１つのＲＯＩに設定して最適な減衰率を算出してもよい。この場合に、例えばいずれか１つのサンプリング点のＭＩ値を表示装置４に表示させることにより、ユーザがＭＩ値を見ながら、超音波振動子２１からの超音波の出力を調整できる構成としてもよい。

また、上述した実施の形態においては、コンベックス型の超音波振動子２１を用いる例を説明したがこれに限られない。超音波振動子は、ラジアル型やリニア型であってもよい。さらに、超音波プローブ２は、超音波振動子２１を被検体の体内に挿入する内視鏡に限られない。例えば、上述した構成を、被検体内の体表から体内に向けて超音波パルスを送信するとともに被検体の体内で反射された超音波エコーを受信してエコー信号を出力する機能を有する体外型の超音波プローブに対して適用してもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わしかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 超音波観測システム
２ 超音波プローブ
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
２１ 超音波振動子
３１ 送信部
３２ 受信部
３３ 信号処理部
３４ 画像生成部
３５ 演算部
３５ａ 中心周波数算出部
３５ｂ 減衰率算出部
３５ｃ ＭＩ値算出部
３５ｄ 最適領域抽出部
３６ 画像合成部
３７ 入力部
３８ 制御部
３９ 記憶部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｎ＋１、Ｚ 点
Ｏ 原点
ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲｃ、ＡＲｅ１、ＡＲｅ２ 領域

Claims (9)

1. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子を備えた超音波プローブが取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
   前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出部と、
   前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出部と、
   予め取得した音圧データを記憶する記憶部と、
   前記減衰率算出部が算出した減衰率、前記中心周波数算出部が算出した中心周波数、及び前記記憶部に記憶された音圧データに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出部と、
   を備えることを特徴とする超音波観測装置。
2. 前記中心周波数算出部は、前記超音波信号の各音線上のサンプリング点ごとの中心周波数を算出し、
   前記減衰率算出部は、前記サンプリング点ごとの減衰率を算出し、
   前記記憶部は、前記サンプリング点ごとに予め取得した音圧データを記憶しており、
   前記ＭＩ値算出部は、前記サンプリング点ごとのＭＩ値を算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
3. 前記超音波信号に基づいて前記超音波画像を生成する画像生成部と、
   前記超音波画像においてＭＩ値が最適範囲内にある領域を抽出する最適領域抽出部と、
   前記超音波画像上に前記最適領域抽出部が抽出した領域を合成した画像を生成する画像合成部と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波観測装置。
4. 前記音圧データは、前記超音波振動子から送信する超音波の送信条件を変更して測定を行うことにより、予め取得したデータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波観測装置。
5. 前記中心周波数算出部は、前記サンプリング点のうち、受信エコーの振幅が閾値以下のサンプリング点において、該サンプリング点の中心周波数を所定の他のサンプリング点の中心周波数に代替することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の超音波観測装置。
6. 前記最適領域抽出部は、造影剤ごとに異なる前記最適範囲を用いて領域の抽出を行うことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の超音波観測装置。
7. 当該超音波観測装置は、前記超音波振動子からの超音波の送信条件が変更された場合に、送信条件が変更された後に前記超音波プローブが取得した前記超音波画像に基づいてＭＩ値が最適範囲内にある領域の抽出を行うことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の超音波観測装置。
8. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
   中心周波数算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出ステップと、
   減衰率算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出ステップと、
   ＭＩ値算出部が、算出した前記減衰率及び前記中心周波数と予め取得した音圧データとに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出ステップと、
   を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
9. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、
   中心周波数算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の中心周波数を算出する中心周波数算出ステップと、
   減衰率算出部が、前記超音波信号に基づいて超音波の減衰率を算出する減衰率算出ステップと、
   ＭＩ値算出部が、算出した前記減衰率及び前記中心周波数と予め取得した音圧データとに基づいてＭＩ値を算出するＭＩ値算出ステップと、
   を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。

Images