JP5213019B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、造影剤が投与された被検体の断層画像情報を取得する超音波撮像装置に関する。

近年、超音波撮像装置においても、造影剤検査が行われている。これら造影剤検査では、血流あるいは組織部に浸潤した造影剤が、被検体内に照射された超音波に対して、高強度の超音波を発生したり、高調波成分を含む超音波を反射したりする。これら造影剤は、照射される超音波の音圧により、破壊されたり高調波を発生したりする。

例えば、造影剤Ａ（Ｌｅｖｏｖｉｓｔ）では、高い音圧の超音波が照射され、造影剤の殻を破壊し、この破壊の際発生する超音波を観察する。また、造影剤Ｂ（Ｓｏｎａｚｏｉｄ）では、低い音圧の超音波が照射され、この際反射される送信超音波の高調波成分を観察する。この造影剤Bでは、高い音圧の超音波を照射することは、造影剤の破壊に繋がり撮影上好ましいことではない。

オペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）は、造影剤を用いた撮像を行う場合に、用いる造影剤の種類および撮像目的等を考慮し、送信超音波の音圧を調整する。この音圧の調整は、画面上に表示されるＭＩ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ）値を参考にして行われる。このＭＩ値は、ＷＦＵＭＢ（世界超音波医学生理学連合）で制定された超音波装置の生体に対する安全確保に関する報告案に基づいたものであり、超音波の負音圧により生体内に発生するキャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）の機械的作用を防止するための指標である。

ＭＩ値は、被検体の組織中における負音圧Ｐｒ３および周波数ｆにより定義される指標であり、水中における超音波の音圧を反映したパラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）である。超音波撮像装置に表示されるＭＩ値は、被検体内における最大のＭＩ値を表示したもので、被検体造影剤の撮像を行う際に、被検体内における超音波の最大音圧を示す指標として用いられる。例えば、造影剤Ａを用いる場合には、高いＭＩ値を有するスキャンパラメータ（ｓｃａｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）値を設定し、造影剤を破壊する。造影剤Ｂを用いる場合には、低いＭＩ値を有するスキャンパラメータ値を設定し、反射超音波の高調波成分を用いた撮像を行う（例えば、非特許文献１参照）。
日本電子機械工業会編、「改訂 医用超音波機器ハンドブック」、コロナ社、１９９７年１月２０日、ｐ．５３〜５４、ｐ．２１２〜２１３

しかしながら、上記背景技術によれば、被検体内における超音波の音圧分布を考慮した音圧の設定を行うことが出来ない。すなわち、探触子部から照射された超音波は、減衰を行いつつ、被検体内を伝播して行く。この際、被検体内の各部における音圧は、探触子部の超音波指向性、被検体内の減衰、焦点位置等に影響され、場所ごとに異なるものとなる。

特に、超音波の送受信が行われる深さ方向の音圧分布は、焦点深度位置から外れた位置では、音圧が減少する。例えば、造影剤を破壊して撮像を行う場合には、造影剤が存在する位置によって、破壊音圧に達しない場合も生じる。この場合、ＭＩ値を高くすることにより、造影剤を破壊することができる。しかし、むやみに高いＭＩ値を用いることは、ＭＩ値の制定趣旨である安全性の面から好ましいものではない。従って、ＭＩ値の設定は、造影剤の撮像位置および焦点深度位置等のスキャンパラメータ値で決まる音圧分布を考慮しつつ、適切な値に最適化されることが好ましい。

これらのことから、被検体内における超音波の音圧分布を考慮して、照射される超音波の音圧を決定できる超音波撮像装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、被検体内における超音波の音圧分布を考慮して、照射される超音波の音圧を決定できる超音波撮像装置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、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、前記撮像領域における前記超音波の音圧分布情報を算定する音圧分布算定部と、前記音圧分布情報を、前記断層画像情報と共に表示する表示部とを備える。

この第１の観点による発明では、表示部に音圧分布情報を、断層画像情報と共に表示する。

また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記画像取得部が、前記超音波の照射を行う圧電素子の最大駆動電圧を変化させる駆動電圧可変手段を備えることを特徴とする。

この第２の観点の発明では、駆動電圧可変手段により、音圧分布を変化させる。

また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１または２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記音圧分布情報が、前記撮像領域のＭＩ値分布情報またはＰｒ３値分布情報であることを特徴とする。

この第３の観点の発明では、音圧分布の指標として、安全規格で用いられているＭＩ値分布またはＰｒ３値分布を用いる。

また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記ＭＩ値分布情報または前記Ｐｒ３値分布情報が、前記照射が行われる深さ方向の音圧分布の情報であることを特徴とする。

この第４の観点の発明では、ＭＩ値分布情報またはＰｒ３値分布情報は、主要な音圧分布のみを含む。

また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記表示部が、前記断層画像情報の深さ方向の表示を行う方向と、前記ＭＩ値分布情報または前記Ｐｒ３値分布情報の深さ方向の表示を行う方向とを一致させることを特徴とする。

この第５の観点の発明では、ＭＩ値分布情報またはＰｒ３値分布情報と、断層画像情報との比較を容易にする。

また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記表示部が、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記深さ方向と直交する方向の座標軸の値で表示することを特徴とする。

この第６の観点の発明では、音圧分布情報を、ＭＩ値分布の関数またはＰｒ３値分布の関数として表示する。

また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記表示部が、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記大きさに対応する白黒階調を有する白黒階調スケールまたは前記大きさに対応する色相を有する色相スケールで表示することを特徴とする。

この第７の観点の発明では、音圧分布情報を、白黒階調スケールまたは色相スケールとして表現する。

また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記表示部が、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記大きさに対応する色相を有し、前記深さ方向と直交する方向に一様な前記色相の領域を有する、前記断層画像情報に重ねられる背景画像情報で表示することを特徴とする。

この第８の観点の発明では、断層画像情報の背景色により、音圧分布を表現する。

また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし８の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記超音波撮像装置が、前記被検体中の造影剤を破壊する超音波音圧の下限値を示す破壊音圧情報を設定する破壊音圧設定手段を有し、前記音圧分布算定部は、前記破壊音圧情報の音圧以上の音圧を有する、前記撮像領域の深さ方向の造影剤破壊領域を求め、前記表示部は、前記断層画像情報の前記造影剤破壊領域に、前記断層画像情報と異なる色相の一様な背景画像情報を重ねて表示することを特徴とする。

この第９の観点の発明では、造影剤が破壊される領域を、表示される断層画像情報の中に、異なる色相の領域として明示する。

また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、前記断層画像情報を表示する表示部と、前記表示された断層画像情報の撮像領域に関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記被検体中の造影剤を破壊する超音波音圧の下限値を示す破壊音圧情報を設定する破壊音圧設定手段と、前記破壊音圧情報に基づいて、前記関心領域における前記超音波の音圧分布を最適化する音圧分布最適化手段とを備える。

この第１０の観点の発明では、音圧分布最適化手段により、関心領域における超音波の音圧分布を最適化する。

また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記破壊音圧情報が、ＭＩ値情報またはＰｒ３値情報であることを特徴とする。

この第１１の観点の発明では、破壊音圧情報として、安全規格で用いられているＭＩ値またはＰｒ３値を用いる。

また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０または１１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記音圧分布情報が、前記照射を行う深さ方向の音圧分布を含むことを特徴とする。

この第１２の観点の発明では、音圧分布情報は、主要な音圧分布のみを含む。

また、第１３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０ないし１２の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記音圧分布最適化手段が、前記断層画像情報を取得する際のスキャンパラメータ値を用いて、前記関心領域における前記超音波の音圧分布情報を算定する音圧分布算定部を備えることを特徴とする。

この第１３の観点の発明では、スキャンパラメータ値から音圧分布情報を求める。

また、第１４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スキャンパラメータ値が、開口幅情報、アポダイゼーション情報、焦点深度情報、パワー値情報の値を含むことを特徴とする。

また、第１５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１３または１４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記音圧分布最適化手段が、前記スキャンパラメータ値を変化させ、前記スキャンパラメータ値ごとの音圧分布情報を求める最適化演算部を備えることを特徴とする。

この第１５の観点の発明では、最適化演算部は、スキャンパラメータ値を変化させて、種々の音圧分布情報を求める。

また、第１６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最適化演算部が、前記スキャンパラメータ値を、前記音圧分布情報の音圧分布が前記関心領域に最大音圧を含むように最適化することを特徴とする。

この第１６の観点の発明では、関心領域が最も高い感度を有する様にする。

また、第１７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５または１６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最適化演算部が、前記スキャンパラメータ値を、前記音圧分布情報の音圧分布が前記破壊音圧情報の破壊音圧以上になるように最適化することを特徴とする。

この第１７の観点の発明では、造影剤を破壊して、この破壊の際に発生する超音波を撮像する。

また、第１８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５または１６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最適化演算部が、前記スキャンパラメータ値を、前記音圧分布情報の音圧分布が前記破壊音圧情報の破壊音圧未満となるように最適化することを特徴とする。

この第１８の観点の発明では、造影剤に繰り返し超音波を照射し、反射波に含まれる高調波を観察する。

また、第１９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５ないし１８の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記最適化演算部が、前記スキャンパラメータ値を、前記音圧分布情報の音圧分布が有する分散を最小にするように最適化することを特徴とする。

この第１９の観点の発明では、関心領域の音圧分布を、なるだけ一様なものにする。

また、第２０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５ないし１９の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記音圧分布最適化手段が、前記スキャンパラメータ値を、前記画像取得部に設定するスキャンパラメータ値設定部を備えることを特徴とする。

この第２０の観点の発明では、最適化されたスキャンパラメータ値を用いて、撮像を行う。

本発明によれば、関心領域の音圧分布情報を考慮して、スキャンパラメータ値を決定するので、造影剤の撮像を、オペレータの意図する通りに確実に実行することができ、ひいては高品質の造影剤画像を取得することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）

まず、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。この超音波撮像装置１００は、探触子部１０１、画像取得部１０９、シネメモリ部（ｃｉｎｅ ｍｅｍｏｒｙ）部１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７および制御部１０８を含み、画像取得部１０９は、さらに送受信部１０２および画像処理部１０３を含む。

探触子部１０１は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体１の撮像断面の特定方向に超音波を繰り返し照射し、被検体１の内部から反射される超音波信号を、時系列的な音線として受信する。また、探触子部１０１は、超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査を行う。探触子部１０１の内部には、図示しない圧電素子が、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配列されている。

送受信部１０２は、探触子部１０１と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続され、探触子部１０１の圧電素子を駆動するための電気信号および受信した超音波信号の初段増幅を行う。送受信部１０２は、超音波の送信の場合に、送信信号を遅延させ焦点位置に焦点を結ばせる。送受信部１０２は、駆動電圧可変手段１２を含み、駆動電圧可変手段１２は、制御部１０８からの制御信号に応じて、圧電素子を駆動する最大電圧を変化させる。従って、駆動電圧可変手段１２は、被検体に照射される超音波の最大音圧を変化させる。なお、制御部１０８は、入力部１０７から設定されるパワーレベルＰＬの値に基づいて、この最大電圧を決定する。

画像処理部１０３は、送受信部１０２を駆動する電気信号の形成および送受信部１０２で増幅された超音波信号から、Ｂモード画像情報等の断層画像情報を形成する。特に、被検体１に造影剤が投与される場合には、スキャンパラメータ値が造影剤の撮像に最適化された造影モード処理を行い、造影モード画像情報の取得を行う。

画像処理部１０３は、超音波を受信した場合に、受信した超音波信号の遅延加算処理、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ）変換処理およびフィルター処理等を行い、これらデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）情報を、一枚の断層画像情報とする。

シネメモリ部１０４は、造影モード処理で生成される断層画像情報等を蓄積するためのシネメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）である。特に、シネメモリ部１０４は、時間的に変化する断層画像情報を、撮像領域の一枚の断層画像情報であるフレーム（ｆｒａｍｅ）を最小単位として、取得が行われた時間情報と共に保存する。

画像表示制御部１０５は、画像処理部１０３で生成された断層画像情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ
ｒａｔｅ）変換、カラー表示制御、並びに、断層画像情報の表示画像の形状や位置制御を行う。また、画像表示制御部１０５は、断層画像情報等の表示画像上での関心領域を示すＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ
Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）等の表示も行う。

表示部１０６は、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いて、画像表示制御部１０５から出力された画像情報を、オペレータに対して可視表示する。なお、表示部１０６は、画像表示制御部１０５からの指示により、カラー（ｃｏｌｏｕｒ）表示を行うこともできる。

制御部１０８は、入力部１０７から与えられた操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波撮像装置１００各部の動作を制御し、表示部１０６に断層画像情報であるＢモード画像等を表示する。

入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）およびポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、オペレータにより、撮像モードを選択する操作入力信号および撮像を行う際のスキャンパラメータ値等が入力され、制御部１０８に伝えられる。

図２は、入力部１０７の一例を示す説明図である。入力部１０７は、キーボード７０、ＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）７１、ニューペイシェントキー（Ｎｅｗ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｋｅｙ）等を含む患者指定部７２、トラックボール（ｔｒａｃｋ ｂａｌｌ）等を含み、ＲＯＩ等の関心領域設定手段でもある計測入力部７３および造影モード設定手段７４を含む。

ＴＧＣ７１は、表示される断層画像情報の深さ方向の利得を調整し、患者指定部７２は、新たな被検体の撮像を行う場合に選択されるキーを含み、計測入力部７３は、表示部１０６に関心領域を設定する際の、関心領域の形状、位置および大きさ等を設定するキー、並びに設定された関心領域の画素値等の計測を行う機能を有し、造影モード設定手段７４は、造影剤を用いた撮像を行う場合に、造影剤が破壊される破壊音圧情報を入力する。

造影モード設定手段７４は、造影剤破壊選択キー７５および破壊音圧設定手段７６からなり、造影剤破壊選択キー７５のオンオフにより、造影剤の破壊および非破棄の選択を行い、破壊音圧設定手段７６のボリュームで指定された値を、破壊音圧情報として制御部１０８に入力する。

図３は、制御部１０８の構成を示すブロック図である。制御部１０８は、画像取得制御部８８および音圧分布算定部８５を含む。

画像取得制御部８８は、入力部１０７からの撮像モード指定情報、駆動電圧情報、焦点位置情報、駆動周波数情報等のスキャンパラメータ値情報に基づいて、超音波スキャンを行い、断層画像情報を取得する。特に、画像取得制御部８８は、入力部１０７からの指定により、駆動電圧可変手段１２を用いて、照射する超音波パルスの最大音圧を制御する。

音圧分布算定部８５は、音圧分布情報設定部８７および色相対応手段８６を含む。

音圧分布情報設定部８７は、画像取得制御部８８からのスキャンパラメータ値情報および入力部１０７等から予め設定される音圧分布情報に基づいて、被検体１中の音圧パラメータ値の分布を形成する。ここで、音圧パラメータとしては、ＭＩおよびＰｒ３等が用いられる。ＭＩは、被検体１の組織部における負音圧Ｐｒ３（Ｍｐａ；メガパスカル）とは、

ＭＩ＝Ｐｒ３／ｆ^１／２
の関係を有する。ここで、ｆ（ＭＨｚ；メガヘルツ）は、超音波の中心周波数である。この関係から、Ｐｒ３の値を用いてＭＩの値が算出される。

組織中の負音圧Ｐｒ３は、水中における負音圧Ｐｒと定数ｋとを用いて、

Ｐｒ３＝ｋ×Ｐｒ
の関係で現される。この関係から、水中の負音圧Ｐｒの値を用いてＰｒ３の値が算出される。

水中の負音圧Ｐｒは、水中で正弦的に変化する音圧のピーク（ｐｅａｋ）値Ｐｍとは、

Ｐｒ＝Ｐｍ−Ｐｓ
の関係を有する。ここで、Ｐｓは、静圧（通常１気圧）である。この関係から、水中の音圧Ｐｍを用いて、水中の負音圧Ｐｓの値が算出される。

水中の音圧のピーク値Ｐｍは、スキャンパラメータ値および実験的に計測される水中の音圧分布から求められる。所定のスキャンパラメータ値のもとでの水中の音圧Ｐｍの分布は、例えば水中に設置されたハイドロフォン（ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ）の移動等により、予め実験的に求められる。これら音圧Ｐｍの分布情報は、入力部１０７からの手入力またはＲＯＭ等に書き込まれた不揮発性の情報として、音圧分布情報設定部８７に設定される。

図４は、取得される音圧分布関数の一例を示す説明図である。探触子部１０１から被検体１内に向かう深さ方向を横軸（ｚ軸）とし、照射される超音波が示す音圧Ｐｍを縦軸としている。ここで、横軸をなすｚ軸は、被検体１と接触する探触子部１０１の表面を原点とする。深さ方向の音圧分布は、焦点深度ＦＤの近傍位置において、最大の音圧を示し、その後は徐々に音圧を下げていく。

図４に示した様な音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は、スキャンパラメータ値の変化により変化させられる。音圧分布を変化させるスキャンパラメータ値としては、探触子部１０１の共振周波数等を含む種別情報Ｔｙ、走査方向に行われる電子フォーカスの焦点深度ＦＤ、走査方向に同時駆動される圧電素子数を示す開口幅ＡＷ、アポダイゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）情報ＡＰ、圧電素子を駆動する最大駆動電圧を設定するパワーレベル（Ｐｏｗｅｒ Ｌｅｖｅｌ）ＰＬ等が存在する。これらスキャンパラメータの値により、音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は補正される。この補正関数をｇとすると、

Ｐｍ（Ｚ）＝g（Ｚ、Ｔｙ、ＦＤ、ＡＷ、ＡＰ、ＰＬ、・・・）
と現せる。音圧分布情報設定部８７は、スキャンパラメータ値が入力されると同時に補正関数ｇを用いてＰｍ（Ｚ）を算出し、さらに上述した換算式を用いてＭＩ値を算出し、音圧分布情報であるＭＩ値分布関数を求める。

色相対応手段８６は、ＭＩ値および色相を対応させる色相対応テーブルを有し、ＭＩ値と表示部１０６に表示する際の色相を対応付ける。図５は、色相対応テーブル２０の一例である。色相対応テーブルは、ＭＩ値の零〜最大値を、可視光の青紫〜赤色に対応させる。なお、色相は、ＲＧＢ表現等のコード（ｃｏｄｅ）を用いて指定され、画像表示制御部１０５から表示部１０６に指示する色相のコードと一致させられる。

色相対応手段８６は、入力部１０７からの指示信号により、音圧分布情報設定部８７で求められたＭＩ値分布関数のＭＩ値を、色相対応テーブル２０を用いて色相に対応させ、色相分布関数の音圧分布情報として画像表示制御部１０５に出力する。

図６は、画像表示制御部１０５の構成を示すブロック図である。画像表示制御部１０５は、書き込み部３１、画像メモリ３２、読み出し部３３を有する。

画像メモリ３２は、表示部１０６の表示画面に表示される画像情報と一対一に対応する情報を含むメモリである。書き込み部３１は、画像処理部１０３、シネメモリ部１０４および制御部１０８からの断層画像情報４１および音圧分布情報４２を、制御部１０８から指定された画像メモリ３２のアドレス（ａｄｄｒｅｓｓ）位置に書き込む。読み出し部３３は、制御部１０８からの表示画面上の表示位置を指定する信号に基づいて、この表示位置に対応する画像メモリ３２の画素値情報を、ディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ）に出力する。

ここで、画像表示制御部１０５の表示動作について説明する。画像表示制御部１０５は、表示部１０６に、図４に示したような音圧分布情報４２の内容およびＢモード画像情報等の断層画像情報４１を共に表示する。ここで、画像表示制御部１０５により、断層画像情報４１および音圧分布情報４２を共に表示する例を、図７〜８に示した。なお、断層画像情報４１を構成する、走査方向に並ぶ各音線は、同一の音線分布情報４２を有する。

図７（Ａ）は、音圧分布情報４２として、図４に示した様な深さ方向（Ｚ方向）のＭＩ値分布関数６２を含む場合に、表示部１０６に表示される画像を示す図である。表示部１０６の左側には、断層画像情報４１が表示され、右側には、ＭＩ値分布関数６２が表示される。左側に位置する断層画像情報４１は、表示部１０６の上から下にかけて、被検体１の浅部から深部に至る断層画像が表示されている。右側に位置するＭＩ値分布関数６２は、深度を現す横軸が上下方向を向き、深度位置が、左側に表示される断層画像情報４１の深さ位置と一致させられる。また、ＭＩ値分布関数６２は、ＭＩ値を現す軸が左右方向を向き、ＭＩ値の深さ方向の分布が線グラフ（ｇｒａｐｈ）として表現されている。

図７（Ｂ）は、音圧分布情報４２として、白黒階調スケール６３を含む場合に、表示部１０６に表示される画像を示す図である。表示部１０６の左側には、断層画像情報４１が表示され、右側には、白黒階調スケール６３が表示される。左側に位置する断層画像情報４１は、表示部１０６の上から下にかけて、被検体１の浅部から深部に至る断層画像が表示されている。右側に位置する白黒階調スケール６３は、断層画像情報４１と同様の上下方向を向く深さ方向に、明るさが変化する階調スケール（ｓｃａｌｅ）である。図７（Ｂ）に示した白黒階調スケールでは、高ＭＩ値を低い輝度に対応させ、低ＭＩ値を高い輝度に対応させているが、ＭＩ値と輝度の対応を逆にし、高ＭＩ値を高い輝度に対応させ、低ＭＩ値を低い輝度に対応させることもできる。

図８（A）は、音圧分布情報４２として、色相スケール６４が含まれる場合に、表示部１０６に表示される画像を示す図である。表示部１０６の左側には、断層画像情報４１が表示され、右側には、色相スケール６４が表示される。左側に位置する断層画像情報４１は、表示部１０６の上から下にかけて、被検体１の浅部から深部に至る断層画像が表示されている。右側に位置する色相スケール６４は、断層画像情報４１と同様の上下方向を向く深さ方向に、色相が変化するスケール（ｓｃａｌｅ）を有する。図８（Ａ）に示した色相スケールは、図５に示した色相対応テーブルに基づいたもので、高ＭＩ値が赤に近い色相を有し、低ＭＩ値が青紫に近い色相を有する。

図８（Ｂ）は、色相スケール６４に代わって、断層画像情報４１に重ねて表示される背景画像情報４５を、表示部１０６に表示した場合の画像を模式的に示す図である。この場合、背景画像情報４５は、左右方向の幅が断層画像情報４１と同じ幅とされ、断層画像情報４１と同一位置に表示される。また、背景画像情報４５を構成する各色相は、輝度が低いものとされる。これにより重ねて表示される断層画像情報４１は、重ねられた半透明の色相スケールを背景画像として、観察可能なものとなる。なお、図８（A）に示した色相スケール６４が有する色相境界に当たる部分は、図８（B）に示す背景画像情報４５においては、一点鎖線で示されている。

つぎに、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の動作について、図９を用いて説明する。まず、オペレータは、入力部１０７から、焦点深度、送信超音波を発生させる際のパワーレベル等のスキャンパラメータ値を設定する（ステップＳ７０１）。ここで、制御部１０８の音圧分布情報設定部８７は、このスキャンパラメータ値に基づいて、音圧分布情報４２を生成する。

その後、オペレータは、入力部１０７のキーボード等から、音圧分布情報４２の表示を指定し、音圧分布情報４２を表示する（ステップＳ７０２）。そして、オペレータは、被検体１の目的とする撮像領域に探触子部１０１を密着させ、この撮像領域の撮像を行う（ステップＳ７０３）。

その後、オペレータは、図７〜８に示した表示部１０６の表示画像のいずれかを観察し、音圧分布が、適当かどうかを判定する（ステップＳ７０４）。例えば、オペレータは、撮像領域の造影剤が流入する経路に当たる位置で破壊音圧となっているかどうか、またその破壊音圧となっている領域は充分な広さを有しているか、また必要以上に破壊音圧の領域が拡大されていないか等を判定する。そして、オペレータは、音圧分布が適当でない場合には（ステップＳ７０４否定）、ステップＳ７０１に移行し、焦点深度位置、あるいはパワーレベル等のスキャンパラメータ値を変更し、再度撮像を行う。焦点深度位置の変更により、深さ方向の破壊音圧の領域位置が変わり、パワーレベルの変更により、破壊音圧の領域の広さが変わる。

また、オペレータは、音圧分布が適当である場合には（ステップＳ７０４肯定）、被検体１に造影剤を投与し（ステップＳ７０５）、被検体１の撮像領域における造影剤の撮像を行い（ステップＳ７０６）、本処理を終了する。なお、ここで取得された造影モード画像情報等の断層画像情報は、造影剤の破壊が、目的とする位置で適切に行われたものとなる。

上述してきたように、本実施の形態１では、音圧分布情報４２を、断層画像情報４１と並べるかまたは重ねて表示することとしているので、オペレータは、撮像以前に、撮像領域における音圧が造影剤の破壊音圧となる領域を把握し、ひいてはスキャンパラメータ値の再設定により、造影剤が破壊される領域を、撮像領域の中で造影剤が描出される位置と一致させ、無駄なく間違いのない、確実な造影剤破壊を行うことができる。

また、本実施の形態１では、ＭＩ値分布関数を表示する例を示したが、同様にＰｒ３値、音圧Ｐｍまたは負音圧Ｐｒ等の音圧と関連する音圧パラメータ値の分布を求め表示することもできる。

また、本実施の形態１では、造影剤を破壊する場合について例示したが、造影剤から反射される高調波成分を用いて撮像を行う場合にも全く同様に用いることができる。この場合には、造影剤を破壊しない低い音圧の領域で撮像が行われるので、オペレータは、音圧分布情報４２を参照し、高調波成分が適正に発生される低い音圧の領域を把握し、この領域を造影剤の描出が行われる領域に一致させる。

また、本実施の形態１では、表示部１０６に断層画像情報４１と共に音圧分布情報４２を表示することとしたが、さらに最小の破壊音圧を示す破壊音圧情報を入力し、断層画像情報４１の造影剤が破壊される領域を、色分け等により一層明確に示すこともできる。

図１０は、図７（A）に示したと同様の断層画像情報４１およびＭＩ値分布関数６２のグラフを並べて表示した図である。ＭＩ値分布関数のグラフには、入力部１０７から入力された破壊音圧情報である破壊ＭＩ値９１が図示されている。破壊ＭＩ値９１は、ＭＩ値で示された最小の破壊音圧を示す指標である。破壊ＭＩ値９１以上のＭＩ値では、造影剤が破壊され、高強度の超音波が発せられる。一方、破壊ＭＩ値９１未満のＭＩ値では、造影剤が破壊されず、高強度の超音波が生じない。

ここで、音圧分布算定部８５は、ＭＩ値分布関数６２のグラフを用いて、破壊ＭＩ値９１以上のＭＩ値の領域である造影剤破壊領域９３を求める。画像表示制御部１０５は、断層画像情報４１の造影剤破壊領域９３に対応する深度領域を、例えば赤色の一様な背景画像を有する破壊領域画像情報９４が重ねられたものとする。破壊領域画像情報９４は、図８（B）に示した背景画像情報４５と同様のものであり、赤色の低い輝度の背景領域が断層画像情報４１に重ねて表示されたものである。これにより、オペレータは、白黒の階調表現がなされる断層画像情報４１の中で、造影剤が破壊される領域を赤色領域として、容易に把握することができる。
（実施の形態２）

ところで、上記実施の形態１では、深さ方向の音圧分布情報を表示部１０６に表示し、オペレータは、この音圧分布情報を参照して、設定されたスキャンパラメータ値が適当か否かを判断したが、制御部に音圧分布最適化手段を設け、自動的にスキャンパラメータ値を最適化することもできる。そこで、本実施の形態２では、音圧分布最適化手段を設け、音圧分布情報を、オペレータが目標とする最適の分布とする場合を示すことにする。

ここで、本実施の形態２にかかる超音波撮像装置は、制御部１０８を除いて、図１に示した超音波撮像装置１００と全く同様である。従って、本実施の形態２では、制御部１０８に対応する制御部１１８についてのみ説明し、その他の構成につては説明を省略する。

制御部１１８は、画像取得制御部８８および音圧分布最適化手段５１を含む。画像取得制御部８８は、図２に示した超音波撮像装置１００の画像取得制御部８８と全く同様であるので説明を省略する。

音圧分布最適化手段５１は、最適化演算部５２、音圧分布算定部８５およびスキャンパラメータ値設定部５４を含む。音圧分布算定部８５は、図３に示す制御部１０８の音圧分布算定部８５と全く同様である。

音圧分布算定部８５は、最適化演算部５２からのスキャンパラメータ値情報、例えば、探触子部１０１の共振周波数等を含む種別情報Ｔｙ、走査方向に行われる電子フォーカスの焦点深度ＦＤ、走査方向に同時駆動される圧電素子数を示す開口幅ＡＷ、アポダイゼーション情報ＡＰ、圧電素子を駆動するパワーレベルＰＬ等に基づいて、深さ方向Ｚの音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を、補正関数ｇを用いて、

Ｐｍ（Ｚ）＝g（Ｚ、Ｔｙ、ＦＤ、ＡＷ、ＡＰ、ＰＬ、・・・）
により求める。

最適化演算部５２は、入力部１０７から設定された関心領域の深さ方向の音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を、スキャンパラメータ値を変化させつつ音圧分布算定部８５を用いて求める。ここで、変化させられるスキャンパラメータ値としては、音圧分布に影響を与える、焦点深度ＦＤ、開口幅ＡＷ、アポダイゼーション情報ＡＰ、パワーレベルＰＬ等を含む。例えば、送信超音波の焦点深度の値として、ＦＤ＝５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍの設定が可能な場合には、他のスキャンパラメータ値情報とこれら３つのスキャンパラメータ値のすべての組み合わせについての音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を求める。なお、音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を求める際に、パワーレベルＰＬは、所定の値に固定される。パワーレベルＰＬは、最大駆動電圧を変化させるので、深さ方向の音圧分布形状を変化させることなく、音圧の大きさのみを変化させる。パワーレベルＰＬは、破壊音圧と比較の後に、最終的に音圧を決定する際に変化させるパラメータとして用いられる。

最適化演算部５２は、さらにこれら音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）から、撮像に見合った最適な音圧分布情報を選別する。なお、この音圧分布情報の選別については、後述する制御部１１８の音圧分布最適化手段５１の動作において詳述する。

スキャンパラメータ値設定部５４は、最適な音圧分布情報のスキャンパラメータ値を、画像取得制御部８８に送信し、画像取得制御部８８は、このスキャンパラメータ値に基づいて、画像取得部１０９各部の設定を行う。

つぎに、本実施の形態２にかかる制御部１１８の動作について、図１２および１３を用いて説明する。図１２および１３は、制御部１１８の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、入力部１０７の造影モード設定手段７４から、被検体１に投与される造影剤の破壊、非破壊の選択および破壊音圧情報の設定を行う（ステップＳ８０１）。破壊音圧情報は、被検体１内で造影剤が破壊される音圧の下限値の情報で、この音圧を越える超音波は、被検体１内で造影剤を破壊する。なお、設定の際には、造影剤が破壊される音圧のＭＩ値、Ｐｒ３値、Ｐｒ値またはＰｍ値等を用いて設定することができる。

その後、オペレータは、表示部１０６に表示されるＢモード画像等を参照しつつ、関心領域を入力部１０７から設定する（ステップＳ８０２）。図１４は、Ｂモード画像１４に設定された関心領域１５の一例を示す説明図である。関心領域１５は、オペレータが目的とする造影剤の観測位置を含むように、深さ方向の位置がａからｂまでに設定されている。

その後、図１２に戻り、音圧分布最適化手段５１は、音圧分布最適化処理を行う（ステップＳ８０３）。図１３は、音圧分布最適化処理の動作を示すフローチャートである。音圧分布最適化手段５１の最適化演算部５２は、スキャンパラメータ値を変化させ、スキャンパラメータ値ごとの音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を求める（ステップＳ９０１）。なお、音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は、図４に示すような形状のものである。

その後、最適化演算部５２は、音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）ごとに最大音圧および最大音圧の深さ方向位置を求め、この深さ方向位置が関心領域１５に含まれる音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を選択する（ステップＳ９０２）。図１５（Ａ）〜（Ｄ）は、ここで選択された音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）のいくつかの例を示す説明図である。

図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示された音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は、関心領域１５の範囲である深さ方向の位置ａ〜ｂ間に最大音圧を有する。また、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示された音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）は、焦点深度ＦＤ、開口幅ＡＷおよびアポダイゼーションＡＰ等が異なり、すべて異なる音圧分布を有する。

図１３に戻り、最適化演算部５２は、関心領域１５に含まれる音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）の統計上の分散を求め、分散の最も小さい音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を選択する（ステップＳ９０３）。例えば、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示した音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）の中から、分散の最も小さい音圧分布情報を選択する場合には、深さ方向の区間ａ〜ｂで最も変動の少ない、図５（Ｂ）に示した音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）が選択される。

その後、最適化演算部５２は、造影剤破壊選択キー７５からの指示情報に基づいて、被検体１に投与される造影剤を破壊するかどうかを判定する（ステップＳ９０４）。最適化演算部５２は、造影剤を破壊する場合には（ステップＳ９０４肯定）、ステップＳ９０３で選択された分散が最小の音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を用いて、区間ａ〜ｂの音圧が、ステップＳ８０１で設定された破壊音圧情報の破壊音圧以上の音圧となるようにパワーレベルＰＬを設定する（ステップＳ９０５）。ここで、最適化演算部５２は、例えば、区間ａ〜ｂにおいて音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）が有する音圧の最小値を求め、この最小値を破壊音圧と一致させるようにパワーレベルＰＬを設定する。なお、図１５（Ｂ）には、このパワーレベルの一例が、ＰＬ破壊値として図示されている。

また、最適化演算部５２は、造影剤を破壊しない場合には（ステップＳ９０４否定）、ステップＳ９０３で選択された分散が最小の音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を用いて、区間ａ〜ｂの音圧が、ステップＳ８０１で設定された破壊音圧情報の破壊音圧未満となるようにパワーレベルＰＬを設定する（ステップＳ９０６）。ここで、最適化演算部５２は、例えば、区間ａ〜ｂにおいて音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）が有する音圧の最大値を求め、この最大値が破壊音圧未満となるようにパワーレベルＰＬを設定する。なお、図１５（Ｂ）には、このパワーレベルの一例が、ＰＬ非破壊値として図示されている。

その後、スキャンパラメータ値設定部５４は、最適化演算部５２から送信されたパワーレベルＰＬを含むスキャンパラメータ値を、画像取得制御部８８に送信し、音圧分布最適化処理を終了する。

その後、図１２に戻り、オペレータは、このスキャンパラメータ値を用いた造影剤の撮像を行い（ステップＳ８０４）、本処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態２では、音圧分布最適化手段５１により、予め設定された関心領域１５の音圧分布情報の音圧を、分散が小さく、しかも関心領域１５の音圧を確実に破壊音圧以上または破壊音圧未満にするので、関心領域１５において、目的とする造影剤の撮像を間違いなく行うことができる。

また、本実施の形態２では、最適化演算部５２は、パワーレベルＰＬを除いたすべてのスキャンパラメータの値を変化させて音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を求めることとしたが、演算時間の短縮のために、限定されたスキャンパラメータのみを用いて音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を求めることもできる。

また、本実施の形態２では、最適化演算部５２は、最適な音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）が唯一存在することとしたが、例えば、関心領域１５の深さ方向の大きさ、最大駆動電圧の上限値によるパワーレベルＰＬの制限値等により、最適な音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）が存在しない場合も存在する。この場合には、例えば、最適化演算部５２は、分散値の最小値ではなく、順次最小値より大きな分散値の音圧分布情報Ｐｍ（Ｚ）を選択し、ステップＳ９０４〜Ｓ９０７を行い最適な音圧分布情報を求めることができる。

また、本実施の形態２では、音圧分布最適化手段５１は、音圧分布情報として、水中で正弦的に変化する音圧のピーク値である音圧Ｐｍの値を用いることとしたが、全く同様にＰｍから求められるＰｒ、Ｐｒ３、ＭＩ等の指標を用いた音圧分布情報により、最適化を行うこともできる。

超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 入力部の構成を示す外観図である。 実施の形態１にかかる制御部の構成を示すブロック図である。 送信される超音波の深さ方向の音圧分布を示す説明図である。 色相対応手段の色相対応テーブルの一例を示す説明図である。 実施の形態１の画像表示制御部が有する構成を示すブロック図である。 表示部に表示される断層画像情報および音圧分布情報の一例を示す説明図である（その１）。 表示部に表示される断層画像情報および音圧分布情報の一例を示す説明図である（その２）。 実施の形態１にかかる超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。 造影剤破壊領域を、断層画像情報に重ねて表示する表示形態の一例を示す説明図である。 実施の形態２にかかる制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる制御部の動作を示すフローチャートである（その１）。 実施の形態２にかかる制御部の動作を示すフローチャートである（その２）。 Ｂモード画像に設定された関心領域の一例を示す説明図である。 関心領域に最大音圧を有する音圧分布情報の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 被検体
１２ 駆動電圧可変手段
１４ Ｂモード画像
１５ 関心領域
２０ 色相対応テーブル
３１ 書き込み部
３２ 画像メモリ
３３ 読み出し部
４１ 断層画像情報
４２ 音圧分布情報
４５ 背景画像情報
５１ 音圧分布最適化手段
５２ 最適化演算部
５４ スキャンパラメータ値設定部
６２ ＭＩ値分布関数
６３ 白黒階調スケール
６４ 色相スケール
７０ キーボード
７２ 患者指定部
７３ 計測入力部
７４ 破壊音圧設定手段
７５ ボリューム選択キー
７６ 破壊音圧設定手段
８５ 音圧分布算定部
８６ 色相対応手段
８７ 音圧分布情報設定部
８８ 画像取得制御部
９１ 破壊ＭＩ値
９３ 造影剤破壊領域
９４ 破壊領域画像情報
１００ 超音波撮像装置
１０１ 探触子部
１０２ 送受信部
１０３ 画像処理部
１０４ シネメモリ部
１０５ 画像表示制御部
１０６ 表示部
１０７ 入力部
１０８、１１８ 制御部
１０９ 画像取得部

Claims (11)

1. 被検体の撮像領域に超音波を照射し、前記撮像領域を描出する断層画像情報を取得する画像取得部と、
   前記撮像領域における前記超音波の音圧分布情報を算定する音圧分布算定部と、
   前記断層画像情報と前記音圧分布情報と前記被検体中の造影剤を破壊する超音波音圧に関する情報とを共に表示する表示部とを備える超音波撮像装置。
2. 前記被検体中の造影剤を破壊する超音波音圧に関する情報として、前記被検体中の造影剤を破壊する超音波音圧の下限値を示す破壊音圧情報を設定する破壊音圧設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
3. 前記音圧分布算定部は、前記破壊音圧情報の音圧以上の音圧を有する、前記撮像領域の深さ方向の造影剤破壊領域を求め、
   前記表示部は、前記造影剤破壊領域に関する情報を表示することを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
4. 前記表示部は、前記断層画像情報の前記造影剤破壊領域に、前記断層画像情報と異なる色相の背景画像情報を重ねて表示することを特徴とする請求項３に記載の超音波撮像装置。
5. 前記画像取得部は、前記超音波の照射を行う圧電素子の最大駆動電圧を変化させる駆動電圧可変手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波撮像装置。
6. 前記音圧分布情報は、前記撮像領域のＭＩ値分布情報またはＰｒ３値分布情報であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波撮像装置。
7. 前記ＭＩ値分布情報または前記Ｐｒ３値分布情報は、前記照射が行われる深さ方向の音圧分布の情報であることを特徴とする請求項６に記載の超音波撮像装置。
8. 前記表示部は、前記断層画像情報の深さ方向の表示を行う方向と、前記ＭＩ値分布情報または前記Ｐｒ３値分布情報の深さ方向の表示を行う方向とを一致させることを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
9. 前記表示部は、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記深さ方向と直交する方向の座標軸の値で表示することを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
10. 前記表示部は、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記大きさに対応する白黒階調を有する白黒階調スケールまたは前記大きさに対応する色相を有する色相スケールで表示することを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
11. 前記表示部は、前記ＭＩ値分布情報のＭＩ値または前記Ｐｒ３値分布情報のＰｒ３値の大きさを、前記大きさに対応する色相を有し、前記深さ方向と直交する方向に前記色相の領域を有する、前記断層画像情報に重ねられる背景画像情報で表示することを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。

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