JP4138827B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波の反射波信号を利用して被検体の断層像を得る超音波診断装置に係わり、特に、超音波反射波信号に含まれる高調波（ハーモニック）成分を基に得られる診断情報の画像表示技術に関する。

従来より、被検体に超音波を射出し、これにより得られる超音波反射波信号を基に被検体の断層像を得る超音波診断装置では、ＣＯ_２バブル等を用いた超音波診断装置用のコントラスト剤（造影剤）により、超音波反射波信号強度（エコー強度）が増強することが知られている。

近年、このコントラスト剤からの超音波反射波信号に含まれている高調波（ハーモニック）成分を検出して新たな診断情報を得ようという試みが成されている。

しかしながら、従来の超音波診断装置では、高調波成分を基に得られた診断情報の効果的な表示技術が確立されていなかった。このため、高調波成分を基に得られた診断情報を有効に使用することができないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、超音波反射波信号に含まれる高調波（ハーモニック）成分を基に得られる画像信号を効果的に表示することで前記診断情報を有効に使用することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の視点は、被検体に超音波を送信し、被検体からの反射エコーを反射波信号に変換する送受信手段と、前記反射波信号から、前記送信された超音波の基本波帯域よりも高い帯域に含まれる高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、前記反射波信号のうち、少なくとも前記基本波帯域を含む帯域に含まれる基本波成分に基づく信号と前記高調波成分に基づく信号の少なくとも一方に対して、前記基本波成分に基づく信号に減衰処理を施す信号調整手段と、前記信号調整手段からの出力に基づいて、前記基本波成分の画像信号と高調波成分の画像信号とを画面を切換えて個別に表示、又は前記基本波成分の画像信号と高調波成分の画像信号とを一画面中に分割して表示する表示手段と、を備える超音波診断装置である。

以上説明したように本発明は、超音波反射波信号に含まれる高調波（ハーモニック）成分を基に得られる画像信号を効果的に表示することで前記診断情報を有効に使用することが可能となる。

以下、本発明に係る一実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係る超音波診断装置の構成を示したブロック図である。

図１に示すように、本実施例の超音波診断装置１は、超音波プローブ３と、送受信部５と、走査変換部７と、表示部９と、入力部１１と、制御部１３とを有し、通常のＢモード画像と、Ｂモード画像の基本波成分より高い高調波帯域成分（ハーモニック成分）の画像（以下ハーモニックＢモード画像と記す）を効果的に表示することができるものである。

超音波プローブ３は、後述する送受信部５から供給される電圧を基に被検体内に向けて超音波を送信し、被検体からの反射波を受信して反射波信号に変換する。

送受信部５は、送信部１５と、送信用バンドパスフィルタ（以下送信用ＢＰＦと記す）１７と、受信部１９と、受信用バンドパスフィルタ（以下受信用ＢＰＦと記す）２１と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）２３とを有する。

送信部１５は、超音波プローブ３に電圧を印加することにより超音波プローブ３を駆動し、超音波プローブ３から超音波を送信させる。

送信用ＢＰＦ１７は、Ｂモード画像とハーモニックＢモード画像とを表示する場合に後述する制御部１３の命令によりＢモードの基本波成分に対応する周波数帯域のみを超音波プローブ３に供給する。このようにハーモニックＢモード画像を表示する場合にＢモードの基本波成分に対応する周波数帯域のみを超音波プローブ３に供給することによって、ハーモニックＢモード画像を得るときは造影剤により反射波信号強度が増強するが、送信する超音波にハーモニック成分が含まれていても、送信時に初めから含まれていたものか造影剤により増強されたものか判別することができる。

受信部１９は、超音波プローブ３により変換された反射波信号を受信し受信用ＢＰＦ２１と、ＡＧＣ２３側に供給する。

受信用ＢＰＦ２１は、受信部１９から供給される反射波信号のうちハーモニック成分のみ抽出する。

ＡＧＣ２３は、Ｂモード画像を表示する場合、受信部１９から供給される反射波信号の強度を減衰させてＢモードの基本波成分の反射波信号を飽和せずに抽出する。このようにＢモード画像を表示させる場合に反射波信号強度を制御する（減衰させる）ことによって、Ｂモード画像を表示させる場合、造影剤により反射波信号強度が増強し、そのまま表示すると信号が飽和してしまい、最適強度でＢモード画像を表示できなくなることを防ぐことができる。また、ＡＧＣ２３は、パネル操作により手動で減衰量を設定する方法も有効である。

走査変換部７は、ディジタルスキャンコンバータ（以下ＤＳＣと記す）２５と、ハーモニック画像メモリ２７と、画像メモリ２９と、ハーモニックマークメモリ３１と、画像処理部３３と、画像切換え部３５とを有する。

ＤＳＣ２５は、受信用ＢＰＦ２１により抽出されたハーモニック成分の反射波信号を画像信号に変換してそれをハーモニック画像メモリ２７に供給するとともに、ＡＧＣ２３により抽出されたＢモードの基本波成分の反射波信号またはＡＧＣ２３を通さない反射波信号（通常のＢモードの反射波信号）を画像信号に変換して画像メモリ２９に供給する。

ハーモニック画像メモリ２７は、ＤＳＣ２５から供給されるハーモニック成分の画像信号を一時保持する。

画像メモリ２９は、ＤＳＣ２５から供給されるＢモード用の画像信号を一時保持する。

ハーモニックマークメモリ３１は、ハーモニックＢモード画像であることを示すマーク（例えば「Ｈａｒｍｏｎｉｃ」）を予め記憶する。

画像処理部３３は、ハーモニックＢモード画像を表示する場合、ハーモニックＢモード画像であることを示すマークをハーモニックマークメモリ３１から読み出してハーモニックＢモード画像の所望の位置に書き込む。また画像処理部３３は、ハーモニック成分の画像信号の輝度をＢモードの基本波帯域の画像信号に比べて高くする。

画像切換え部３５は、メモリ（図示せず）を備え、ハーモニック成分の画像信号とＢモードの基本波成分の画像信号とを前記メモリに保持し、後述する制御部１３の命令に従い、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを画面を切り換えて個別に表示するように前記一時保持している二つの画像信号を個別に表示部９に供給する、又は、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示するように前記一時保持している二つの画像信号を加算して表示部９に供給する、又は、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示させるように前記一時保持している二つの画像信号を表示部９に供給する。

表示部９は、ＣＲＴ等の表示装置（図示せず）を備え、走査変換部７の画像切換え部３５から供給される画像信号を表示装置の画面上に表示する。

入力部１１は、キーボード等の入力装置（図示せず）を備え、オペレータにより押されるキーに応じた信号を制御部１３に供給する。

制御部１３は、入力部１１から供給される信号に応じて送受信部５、走査変換部７および表示部９の動作を制御する。

次に、本実施例の超音波診断装置１の動作を説明する。初めに、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを画面を切換えて個別に表示する場合を説明する。

まずオペレータは、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを画面を切換えて個別に表示する場合、それに対応する入力部１１のキーボードの所定キーを押す。これにより入力部１１は、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを個別に画面上全面に表示する命令を制御部１３に供給する。

制御部１３は、前記命令が入力部１１から供給されると、スイッチ１７ａを送信用ＢＰＦ１７側に切換えるとともにスイッチ２３ａをＡＧＣ２３側に切換える。この状態で制御部１３は、送信部１５から超音波プローブ３に送信用ＢＰＦ１７を介して超音波プローブ３に電圧を印加させる。

超音波プローブ３は、電圧が印加されると超音波を送信するとともにその反射波を受信して反射波信号に変換し、それを受信部１９に供給する。

受信部１９は、超音波プローブ３から供給された反射波信号を受信用ＢＰＦ２１とＡＧＣ２３側に供給する。受信用ＢＰＦ２１では、反射波信号のうちハーモニック成分のみを抽出してＤＳＣ２５に供給し、ＡＧＣ２３では、反射波信号の強度を減衰することによりＢモードの基本波成分の反射波信号を抽出してＤＳＣ２５に供給する。

ＤＳＣ２５は、受信用ＢＰＦ２１からハーモニック成分の反射波信号が供給されると、前記ハーモニック成分の反射波信号を画像信号に変換してそれをハーモニック画像メモリ２７に記憶する。またＤＳＣ２５は、ＡＧＣ２３からＢモードの基本波成分の反射波信号が供給されると、前記Ｂモードの基本波成分の反射波信号を画像信号に変換してそれを画像メモリ２９に記憶する。

この状態で画像処理部３３は、制御部１３の命令によりハーモニック画像メモリ２７からハーモニック成分の画像信号を読み出すとともに、ハーモニックマークメモリ３１からハーモニックマークを読み出す。そして画像処理部３３は、画像信号の所定の位置にハーモニックマークを書き込み、このハーモニックマークの書き込まれたハーモニック成分の画像信号を画像切換え部３５に供給する。このようにして、表示部９の画面上に表示されるハーモニックＢモード画像の所定の位置にはハーモニック画像であることを示すハーモニックマーク「Ｈａｒｍｏｎｉｃ」が表示される。これによりオペレータはハーモニックＢモード画像が表示されていることを認識することができる。

次いで画像切換え部３５は、制御部１３の命令により画像メモリ２９からＢモードの基本波成分の画像信号を読み出してメモリに一時保持するとともに、画像処理部３３から供給されるハーモニック成分の画像信号をメモリに一時保持する。そしてオペレータによりハーモニックＢモード画像表示に対応するキーが押された場合、画像切換え部３５は、ハーモニック成分の画像信号を表示部９に供給する。これにより表示部９は、図２（ａ）に示すようにハーモニックＢモード画像を画面全面に表示する。

また、オペレータによりＢモード画像表示に対応するキーが押された場合、画像切換え部３５は、Ｂモードの基本波成分の画像信号を表示部９に供給する。これにより表示部９は、図２（ｂ）に示すように表示する画像をＢモード画像に切換える。尚、図２（ａ）の斜線で示す部分はハーモニックＢモード画像による血管像を示しているが、図２（ｂ）の線で示すＢモード画像による血管像に比べて実画像の輝度は高くしている。

次に、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示する場合を説明する。この場合、上述のハーモニックＢモード画像とＢモード画像を画面を切換えて個別に表示する場合と画像切換え部３５の動作が異なるので、画像切換え部３５の動作に重点をおき説明する。

オペレータによりハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示する場合に対応する所定キーが押されると、画像切換え部３５は、制御部１３の命令により、画像メモリ２９からＢモードの基本波成分の画像信号を読み出してメモリに一時保持するとともに、画像処理部３３から供給されるハーモニック成分の画像信号をメモリに一時保持する。その後、画像切換え部３５は、前記メモリに一時保持している二つの画像信号を座標毎に加算して表示部９に供給する。このようにして表示部９は、図３に示すように一画面上にハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを重ねて表示する。

次に、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示する場合を説明する。尚この場合、前記ハーモニックＢモード画像とＢモード画像を画面を切換えて個別に表示する場合と画像切換え部３５の動作が異なるのみであるので、画像切換え部３５の動作に重点をおき説明する。

オペレータによりハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示する場合に対応する所定キーが押されると、画像切換え部３５は、制御部１３の命令により、画像メモリ２９からＢモードの基本波成分の画像信号を読み出してメモリに一時保持するとともに、画像処理部３３から供給されるハーモニック成分の画像信号をメモリに一時保持する。その後、画像切換え部３５は、前記メモリに一時保持している二つの画像信号を一画面中に分割し表示させるように組み合わせて表示部９に供給する。このようにして表示部９は、図４に示すように一画面を分割してハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを表示する。

尚、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示もしくはハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示するとき、Ｂモード画像は造影剤の影響で輝度増強されるが、ＡＧＣ２３による反射波信号強度の減衰に加え、所定の閾値レベル以上の輝度レベルに対しては全て前記閾値レベルとするようにＤＳＣ２５に予め設定しておけば、ハーモニックＢモード画像を分かり易くすることができる。

また、造影剤注入前にＢモードの基本波成分の画像信号のみを画像メモリ２９に記憶し、造影剤注入後にハーモニック成分の画像信号をハーモニック画像メモリ２７に記憶するようにすれば、Ｂモード画像は造影剤による輝度増強の影響を受けないのでハーモニックＢモード画像を分かり易くすることができる。

次に、Ｂモード画像のみを画面上に表示する場合（通常のＢモード）を説明する。まずオペレータは、Ｂモード画像のみを画面上に表示する場合、それに対応する入力部１１のキーボードの所定キーを押す。これにより入力部１１は、Ｂモード画像のみを画面上に表示する命令を制御部１３に供給する。

制御部１３は、前記命令が入力部１１から供給されると、スイッチ１７ａを送信用ＢＰＦ１７を通過しない側に切換えるとともにスイッチ２３ａをＡＧＣ２３を通過しない側に切換える。この状態で制御部１３は、送信部１５から超音波プローブ３に送信用ＢＰＦ１７を介して超音波プローブ３に電圧を印加させる。

超音波プローブ３は、電圧が印加されると超音波を送信するとともにその反射波を受信して反射波信号に変換し、それを受信部１９に供給する。

受信部１９は、超音波プローブ３から供給された反射波信号を受信用ＢＰＦ２１とＡＧＣ２３側に供給する。このとき受信用ＢＰＦ２１は制御部１３の命令により非動作状態（電気的にオープンの状態）となっている。また、スイッチ２３ａはＡＧＣ２３を通過しない側に切換えられているので、結果的に受信部１９は、超音波プローブ３から供給された反射波信号をＤＳＣ２５に供給することとなる。

ＤＳＣ２５は、受信部１９から反射波信号が供給されると、前記反射波信号を画像信号に変換してそれを画像メモリ２９に記憶する。

次いで画像切換え部３５は、制御部１３の命令により画像メモリ２９からＢモードの画像信号を読み出してメモリに一時保持した後、前記Ｂモードの画像信号を表示部９に供給する。これにより表示部９は、Ｂモード画像を画面に表示する。

このように本実施例の超音波診断装置１は、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを画面を切換えて個別に表示、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示、又はハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示するようにしているので、ハーモニック成分の画像信号を有効に使用することが可能となる。また、ハーモニックＢモード画像を画面上に表示する際、ハーモニックＢモード画像の所定の位置にハーモニックＢモード画像であることを示すハーモニックマークを表示するようにしているので、ハーモニックＢモード画像であることが明確に分かり、ハーモニック成分の画像信号を有効に使用することが可能となる。

尚、上記の実施例ではハーモニックＢモード画像とＢモード画像を画面上に表示する場合を例にとって説明したが、Ｂモード画像以外の他のモードにも適用することができる。

また、超音波ドプラ法を用いたドプラモードに本実施例の超音波診断装置１を適用しても良い。このとき、画像切換え部３５は、ハーモニックドプラ画像または従来のドプラ画像の切換えに連動して流速レンジの高低を自動に切換えるようにしても良い。

さらに、関心領域（ＲＯＩ）、サンプリング位置を示すサンプルマークを入力部１１から制御部１３と走査変換部７を介して画面上で設定可能なように構成した場合、画像処理部３３に対し、ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とで図５に示すように表示方法を変えるように予め設定しておけば、Ｂモード画像とハーモニックＢモード画像との差が明確に分かるようになる。

さらに、ハーモニックＢモード画像を表示部９の画面上に表示する場合、図６に示すように所望の位置に超音波の送信周波数ｆ０（例えば２．５ＭＨｚ）とハーモニックの周波数ｆｈ（送信周波数ｆ０の約２倍以上の周波数、例えば５ＭＨｚ）を同時に表示するように予め制御部１３に設定しておけば、送信周波数ｆ０とハーモニックの周波数ｆｈを知ることができる。これは図７に示すような送信周波数ｆ０とハーモニックの周波数幅広を表示するものでも良い。さらにハーモニックの中心周波数とハーモニックの周波数幅とを切換えられるものでも良い。また、ＡＧＣ２３を持たない場合も本発明の効果は無くなるものではない。

本発明に係る超音波診断装置の一実施例の概略の構成を示すブロック図。 ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを画面を切換えて個別に表示させる場合の表示例を示した説明図。 ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に重ねて表示させる場合の表示例を示した説明図。 ハーモニックＢモード画像とＢモード画像とを一画面中に分割して表示させる場合を示した説明図。 Ｂモード画像とＢモード画像とを区別して表示させる場合の例を示す説明図。 超音波の送信周波数とハーモニックの周波数を画面上に表示した場合の例を示す説明図。 ハーモニックの周波数を周波数幅で表示した場合の例を示す説明図。

符号の説明

１ 超音波診断装置
３ 超音波プローブ
５ 送受信部
７ 走査変換部
９ 表示部
１１ 入力部
１３ 制御部
１５ 送信部
１７ 送信用ＢＰＦ
１７ａ，２３ａ スイッチ
１９ 受信部
２１ 受信用ＢＰＦ
２３ ＡＧＣ
２５ ＤＳＣ
２７ ハーモニック画像メモリ
２９ 画像メモリ
３１ ハーモニックマークメモリ
３３ 画像処理部
３５ 画像切換え部

Claims (2)

1. 被検体に超音波を送信し、被検体からの反射エコーを反射波信号に変換する送受信手段と、
   前記反射波信号から、前記送信された超音波の基本波帯域よりも高い帯域に含まれる高調波成分を抽出する高調波成分抽出手段と、
   前記反射波信号のうち、少なくとも前記基本波帯域を含む帯域に含まれる基本波成分に基づく信号と前記高調波成分に基づく信号の少なくとも一方に対して、前記基本波成分に基づく信号に減衰処理を施す信号調整手段と、
   前記信号調整手段からの出力に基づいて、前記基本波成分の画像信号と高調波成分の画像信号とを画面を切換えて個別に表示、又は前記基本波成分の画像信号と高調波成分の画像信号とを一画面中に分割して表示する表示手段と、を備える超音波診断装置。
2. 前記反射波信号のうち、少なくとも前記基本波帯域を含む帯域に含まれる基本波成分と、前記高調波成分のそれぞれを画像信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段から順次送信される前記基本波成分の画像信号を一時保持する第１の保持手段と、
   前記変換手段から順次送信される前記高調波成分の画像信号を一時保持する第２の保持手段と、
   を更に含み、
   前記表示手段は、
   前記第１の保持手段に一時保持された前記基本波成分の画像信号と前記第２の保持手段に一時保持された前記高調波成分の画像信号とに基づいて表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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