JP5313610B2 - 超音波診断方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断方法及び装置に係り、特に、画像生成時の仮定音速に依る振幅・位相変化特性に基づき、反射物の大きさ、形状、性状を判定するために可視化する技術に関する。

従来より、超音波を用いて被検者の断層画像を取得し医療診断に供することが行われている。このとき、受信した超音波信号から超音波画像を生成する際、画像データを生成するための音速を設定（仮定）する必要があるが、設定される仮定音速が実際の音速と異なると画質が劣化するという問題があり、これに対して、従来より、最適な仮定音速で画像生成するために種々の技術が提案されている。

例えば、受信信号を、一方は生体の平均音速に基づく遅延データにより遅延処理し、他方は生体の平均音速とは異なる音速に基づく遅延データによって遅延処理して、別個に画像形成し、仮定音速の異なる２種類の画像を同時にモニタに表示することにより、ユーザが最適な仮定音速を判定するものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また最適音速の判定に限らず、異なる仮定音速の画像を比較して得られる情報を表示し、利用する技術が提案されている。

これに関するものとしては、例えば、コヒーレント加算した信号の振幅と、非コヒーレント加算した信号の振幅の比としてコヒーレンス度を計算してスペックルを低減するもの（例えば、特許文献２等参照）や、コヒーレント加算した信号と、非コヒーレント加算した信号に、予め定めた類似の程度が存在する場合にコヒーレント信号を抑制するようにしたもの（例えば、特許文献３等参照）などが知られている。
特開２００３−１０１８０号公報 特開平１１−１５１２４１号公報 特表２００２−５３４１８４号公報

しかしながら、上記従来のものはいずれも異なる仮定音速で得られた情報を表示するものであって、ただ単にスペックルとその他の信号は区別できるが、その他の信号の中で、微小構造物と連続面信号の区別はできないという問題がある。例えば、上記コヒーレント信号を用いるものにおいては、コヒーレント信号と非コヒーレント信号の区別は可能であっても、コヒーレント信号の中で微小構造物信号と連続面信号との区別は困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の表示では区別しきれなかった、振幅が同程度で形状が似通っている場合や、コヒーレンス度を利用しても区別しきれなかった微小構造物と連続面及びスペックルを区別できる超音波診断方法及び装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、前記受信信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成するＲＦ画像生成手段と、前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成する位相画像生成手段と、
前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成する手段と、前記複数の位相画像と前記１以上の振幅画像とを並べて配置した表示画像を生成する表示画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置を提供する。

これにより、種々の異なる仮定音速に基づく位相画像を振幅画像と共に表示することで、従来の表示では区別しきれなかった微小構造物や連続面及びスペックルを区別することができるようになった。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、前記受信信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成するＲＦ画像生成手段と、前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成する位相画像生成手段と、前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成する手段と、前記複数の位相画像を表示する第１の表示画像及び前記１以上の振幅画像を表示する第２の表示画像を生成する表示画像生成手段と、前記第１の表示画像と前記第２の表示画像を切り替えて表示する表示手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置を提供する。

これにより、位相画像と振幅画像を切り替えて表示するようにしても、微小構造物や連続面及びスペックルの区別が可能である。

また、請求項３に示すように、前記ＲＦデータから生成される位相の大きさを示す位相情報を、前記複数の素子の配列方向に微分したスキャン方向微分値、又は前記ＲＦデータの波形を前記振幅画像で割った正規化された波形を示すことを特徴とする。

これにより、表示画像が見易くなり、微小構造物や連続面及びスペックルの区別がより容易となる。

また、請求項４に示すように、前記位相画像は、スキャン方向の分解能が素子間隔以上であることを特徴とする。

これにより、表示画像がより高分解能となり、微小構造物や連続面及びスペックルの区別がより容易となる。

また、請求項５に示すように、前記位相画像は、１回の送信から複数の前記仮定音速を
変化させて生成した信号から生成されることを特徴とする。

これにより、各音速の画像が各フレーム間でずれがなくなり、高フレームレートでの処理が可能となった。

また、請求項６に示すように、前記表示手段は、前記位相画像を単独で、又は複数表示
することを特徴とする。

また、請求項７に示すように、前記表示手段は、前記位相画像と、前記振幅画像を、そのままあるいは色を変えて、重ねてまたは並べて、単独でまたは複数表示することを特徴とする。

また、請求項８に示すように、前記表示手段は、前記位相画像に応じて、前記振幅画像の輝度及び色を変調して、単独でまたは複数表示することを特徴とする。

また、請求項９に示すように、請求１〜８のいずれかに記載の超音波診断装置であって、さらに、表示手段の表示モードを通常表示モードと、複数の画像を重ねて又は並べて表示し、あるいは単独で又は複数表示する表示モードとを切り替えるモード切替手段を有することを特徴とする。

これらのように、表示手段を備え、様々な表示方法を行うことにより、微小構造物又は連続面又はスペックルの区別がより容易となった。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、前記受信した信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成し、前記複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成し、前記複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成し、前記複数の位相画像と前記１以上の振幅画像とを並べて配置した表示画像を生成し、前記生成した表示画像を表示することを特徴とする超音波診断方法を提供する。

これにより、種々の異なる仮定音速に基づく位相画像を振幅画像と共に表示することで、従来の表示では区別しきれなかった微小構造物や連続面及びスペックルを区別することができるようになった。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、前記受信した信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成し、前記複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成し、前記複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成し、前記複数の位相画像を表示する第１の表示画像及び前記１以上の振幅画像を表示する第２の表示画像を生成し、前記第１の表示画像と前記第２の表示画像を切り替えて表示することを特徴とする超音波診断方法を提供する。

これによっても、従来の表示では区別しきれなかった微小構造物や連続面及びスペックルを区別することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、種々の異なる仮定音速に基づく位相画像を振幅画像と共に表示することで、従来の表示では区別しきれなかった微小構造物や連続面及びスペックルを区別することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断方法及び装置について詳細に説明する。

本発明は、微小構造物、連続面・線、スペックルのスキャン方向（超音波プローブの振動子の配列方向）の位相変化及び、受信した超音波画像から判定画像を生成する際に設定する超音波音速（仮定音速）を変化させた時の位相変化の違いを可視化できるように、複数仮定音速における位相情報及び振幅情報を表示してユーザが微小構造物、連続面・線、スペックルを判定することができるようにしたものである。

なお、画像生成時に、所定量ずつステップ刻みで複数変化させて設定する超音波音速を、被検者に送信する実際の超音波音速（実音速）に対して、設定音速または仮定音速と言う。

そして、本発明は、この仮定音速を変化させた場合の微小構造物信号、連続面・線信号及びスペックル信号の位相変化特性の違いに注目したものである。

具体的にその位相変化特性とは、後で詳しく説明するが、簡単に言うと、以下のようなものである。

まず、微小構造物の場合、仮定音速が実音速（以下、最適音速とも言う。）より小さい（遅い）場合にはスキャン方向（超音波プローブの振動子の配列方向）に位相は上に凸（凸型）に変化し、その傾きは仮定音速が最適音速に近い程急峻となり、また、仮定音速が最適音速より大きい（速い）場合にはスキャン方向に位相は下に凸（凹型）に変化し、その傾きは最適音速に近い程急峻となる。

連続面・線の場合、仮定音速に依らず位相は一様である。

スペックルの場合、仮定音速に依って位相はランダムに変化する。

以下の実施形態では、これらの事実に基づいて微小構造物、連続面・線、スペックルの判定を行う。

図１は、本発明に係る超音波診断装置の一実施形態の概略構成を示すシステム構成図である。

図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波を用いて被検者の診断部位について超音波画像を撮影して表示するものであり、超音波プローブ１０、送受信部１２、走査制御部１４、ＡＤ変換部１６、ＲＦ画像生成部１８、位相画像生成部２０、表示画像生成部２２、モニタ２４及びモード切替手段２６を有して構成されている。

超音波プローブ１０は、被検者の体内の診断部位に向けて超音波を送信するとともに体内で反射してきた超音波を受信するものである。本実施形態の超音波プローブ１０は、１次元の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサを備えており、各超音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ等の圧電素子の両端に電極を形成した振動子によって構成されている。この電極は信号線によって送受信部１２と接続されている。各電極に電圧を印加すると振動子は超音波を発生する。また、振動子は反射してきた超音波を受信すると電気信号を発生し、これが受信信号として出力される。

送受信部１２は、超音波プローブ１０に超音波送信信号を与え振動子から超音波を発生させ、走査制御部１４から与えられた遅延に基づいて送波する。そして、反射した超音波を受信して超音波プローブ１０が出力した各素子の受信信号をそのまま（受波フォーカスをかけず）増幅する。

ＡＤ変換部１６は、送受信部１２から超音波受信信号を受け取りＡＤ変換してＲＦ画像生成部１８に引き渡す。ＲＦ画像生成部１８はＡＤ変換部１６から受け取った受信データを保存する。ＲＦ画像生成部１８では、保存された各素子の受信データから、詳しくは後述するが、様々に設定される音速（これを上述したように被検者に送波する実際の音速（実音速）に対して仮定音速という。）に基づく遅延で受波フォーカスされ、各仮定音速に基づくＲＦデータが生成される。

位相画像生成部２０は、いろいろな音速（仮定音速）で生成された画像（ＲＦデータ）から微小構造物、スペックル、境界を判定するための位相画像を生成するものである。

また、表示画像生成部２２は、ＲＦ画像生成部１８で生成された画像（ＲＦデータ）と、位相画像生成部２０で生成された位相画像からモニタ２４に表示するための表示画像を生成するものである。モード切替手段２６は、モニタ２４への画像の表示モードを切り替えるものである。

本実施形態は、受信データから画像を再構築する際、実際の音速に対する仮定音速を様々に変化させた時の位相変化特性の違いを可視化して、ユーザが微小構造物、連続面・線、スペックルを判定できるようにしたものである。この超音波診断装置１の作用を説明する前に、仮定音速を変化させた時の位相変化特性について説明する。

図２〜９に、仮定音速を変化させた時の位相変化特性を表したグラフを示す。

各グラフは、それぞれ仮定音速を大体１４００［ｍ／ｓ］から１６２０［ｍ／ｓ］まで４０［ｍ／ｓ］あるいは２０［ｍ／ｓ］刻みで変化させたときの位相変化特性を、横軸をスキャン方向（Ｘ位置）、縦軸を位相として表示したものである。

図２は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図３は、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。

仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］の図２の場合には、Ｘ位置１００〜１２０付近において、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］のグラフは正の傾きを有し、その他の、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より小の（すなわち仮定音速がより遅い）グラフはいずれも右下がりで、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］に近い程その傾きが急峻であり、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より遅くなるにつれて傾きが緩やかになっている。

また、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］の図３の場合には、Ｘ位置１００〜１２０付近において、いずれも右上がりのグラフとなっている。そして、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］のときが最も傾きが大きく、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］より大きくなる程傾きが緩やかになっている。

図２及び図３のこのようなグラフの形状は、Ｘ位置１００〜１２０付近に微小構造物が存在していることを示すものであると考えられる。

図４は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図５は、仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。

図４及び図５からわかるように、いずれもＸ位置１００〜１３０及び１５０〜１８０付近において、仮定音速を変えても位相があまり変化していない。これはその部分に面（連続面）が存在することを示すものであると考えられる。

図６は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフであり、図７は、仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１
６２０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。図６及び図７に示すように、スペックルの場合は仮定音速を変えると位相はランダムに変化する。

また、図８は、仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフであり、図９は、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフである。

図８及び図９からわかるように、微小構造物の振幅の変化を示すグラフは、いずれもＸ位置１１０付近に頂上（最大値）を有する山型（上に凸）のグラフで、仮定音速１５００［ｍ／ｓ］のとき振幅値が最大で、仮定音速が１５００［ｍ／ｓ］に近づく程最大振幅値が大きくなるとともに、形状も急峻となっている。

次に、仮定音速を変化させたときの微小構造物の位相変化が図２、図３にグラフで示したような特性を有する理由を説明する。

図１０において、点Ａ（０，ｚ_０ )から音速Ｖ_０で反射した超音波を、超音波プローブ１０における位置Ｘの素子（振動子）で、反射後の時刻ｔにおいて観測したとする。すると、この時刻ｔは次の（１）式のように算出される。

ｔ＝sqrt(ｚ_０ ^２ +Ｘ^２）／Ｖ_０ ・・・（１）
なお、式（１）においてsqrt( ）は（ ）内の値の平方根をとることを意味する。

また、図１０において、点Ａ’（ｘ，ｚ）から音速Ｖで反射した超音波を、同じく超音波プローブ１０における位置Ｘの素子（振動子）で、反射後の時刻ｔにおいて観測したとする。上と同様にこの時刻ｔは、次の式（２）で表される。

ｔ＝sqrt｛ｚ^２ +（Ｘ−ｘ）^２｝／Ｖ ・・・（２）
それぞれ式（１）と式（２）で与えられる曲線が（Ｘ，ｔ）平面において接するときの点Ａ’の軌跡は次の式（３）で与えられる。

ｚ^２＝ｘ^２×｛Ｖ^２／（Ｖ_０ ^２−Ｖ^２）｝＋ｚ_０ ^２Ｖ^２／Ｖ_０ ^２ ・・・（３）
点Ａ’は、最適音速（実音速）に対して仮定音速Ｖとして位相を整合して加算した場合に信号が強くなる位置を示している。

式（３）より点Ａ’（ｘ，ｚ）の軌跡は、Ｖ＞Ｖ_０のときは、原点を中心とした楕円となり、Ｖ＜Ｖ_０のときは、原点を中心とした双曲線となる。なお、Ｂモード画像においてはｚ軸の下方向を上としているので、Ｖ＞Ｖ_０の場合の原点を中心とした楕円の軌跡を凹型、Ｖ＜Ｖ_０の場合の原点を中心とした双曲線の軌跡を凸型とする。

なお、図１１に、式（１）と式（２）で与えられる曲線が（Ｘ，ｔ）平面において接している様子を示す。図１１（ａ）はＶ＜Ｖ_０の場合であり、実線Ｊは点Ａからの反射波を、破線Ｈ１は図１０のようにｚ軸より右側にある場合の点Ａ’からの反射波を表している。また、破線Ｈ２は図示は省略するが図１０のｚ軸より左側にある点からの反射波を表している。いまＶ＜Ｖ_０の場合であるので、同じＸの位置に対しては点Ａ’からの反射波の方が時刻ｔが大きいため、破線Ｈ１（Ｈ２）が実線Ｊより上側に表れている。

また、図１１（ｂ）は、Ｖ＝Ｖ_０の場合でり、図１１（ｃ）はＶ＞Ｖ_０の場合である。ＶがＶ_０に近づく場合には破線Ｈは実線Ｊに近づき、Ｖ＝Ｖ_０の場合には、破線Ｈは実線
Ｊと一致する。図１１（ｃ）の場合は、図１１（ａ）とは逆で破線が実線よりも下側に表れる。

これらの図から、上記破線が上記実線に接するような点Ａ’（ｘ，ｚ）の軌跡は上で述べたような傾向を有することが直感的に理解できる。

なお、ここで説明したモデルにおいては、観測された反射波を単純に線としたが、実際にはｔ方向に幅を持った波形である事や、Ｘ方向に強度差がある事なども考慮する必要がある。また、本モデルでは簡単のために、点Ａと点Ａ’からの反射を同時としたが、実際には、それぞれの点に超音波を送波してから反射する迄の時間も考慮する必要がある。

次に、図１の装置構成におけるＲＦ画像生成部１８の作用を図１２のフローチャートに沿って説明する。

前述したようにＲＦ画像生成部１８は、仮定音速を変化させていろいろな音速で得られたデータから画像（ＲＦデータ）を生成するものである。

まず図１２のステップＳ１００において、いろいろ変化させる仮定音速の初期値を設定する。この値は特に限定されるものではなく、適宜決めればよい。例えば、前述した図２等の例のように、１４００［ｍ／ｓ］のように決めればよい。

そして設定された初期値により、走査制御部１４によって制御された送受信部１２から超音波プローブ１０に信号が送られ、その仮定音速初期値によるデータが取得されＲＦ画像生成部１８に送られる。

次にステップＳ１１０において、仮定音速を所定量１ステップ変更し、変更された仮定音速による超音波データが取得される。この１ステップの所定量は、特に限定されず、例えば図２等の例のように４０［ｍ／ｓ］でもよいし、１０［ｍ／ｓ］でも、２０［ｍ／ｓ］でもよく、所定量だけ仮定音速を変化させていく。

次にステップＳ１２０において、得られた各仮定音速によるデータを位相を整合して加算し、ＲＦ（Radio Frequency)データを生成する。このＲＦデータは、振幅情報と位相情報の両方を含むものである。このようにすべての仮定音速での画像でＲＦデータを作成する。

そしてステップＳ１３０において、画像生成が終了したか否か判断し、まだ終了していない場合にはステップＳ１１０に戻り、また仮定音速を１ステップ変更し画像生成を続行する。画像生成の終了は、すべての仮定音速についての処理が終了したか否かで判断する。それは例えば、仮定音速を何ステップ変更したら終了するかを予め決めておき、その回数をカウントして判断するようにすればよい。

次に、位相画像生成部２０の作用を説明する。

図１３に、位相画像生成部２０の作用をフローチャートで示す。

まず、図１３のステップＳ２００において、仮定音速の初期値を設定する。これは図１２のステップＳ１００と同様である。

次に、ステップＳ２１０において、仮定音速を１ステップ変更する。これも前述した図１２のステップＳ１１０と同様であり、この１ステップの所定量は、特に限定されず、例えば図２等の例のように４０［ｍ／ｓ］でもよいし、１０［ｍ／ｓ］でも、２０［ｍ／ｓ］でもよく、所定量だけ仮定音速を変化させていく。

次に、ステップＳ２２０において、ＲＦ画像生成部１８からＲＦデータを受け取り、これから位相画像を生成して行く。この位相画像としては、単に位相情報を画像化したものでもよいが、±１８０°での反転による見難さを解消するため、今スキャン方向の位相変化に着目していることからスキャン方向微分値を用いても良い。なお、微小構造物の位相凹凸変化は、１次微分値では仮定音速と実音速との差によって決まる略一定の傾きを示し、２次微分値では連続した値を示す。

また、位相画像としては、波形そのものでもよいが、振幅情報を消すために波形を振幅で割った正規化波形でも良い。

次に、ステップＳ２３０において、位相画像の生成が終了したか否か判断し、まだ位相画像を生成すべきＲＦデータがある場合にはステップＳ２１０に戻り、仮定音速を１ステップ変更してＲＦ画像生成部１８から次のＲＦデータを受け取り、位相画像の生成を続行する。

そして、変化させたすべての仮定音速についての処理が終わったら位相画像生成処理を終了する。

表示画像生成部２２では、１種類以上の仮定音速について、ＲＦ画像生成部１８で生成されたＲＦ画像（ＲＦデータ）から生成された振幅画像と、位相画像生成部２０で生成された位相画像とを、例えば図１４に示すように並べて配置して、モニタ２４に表示する表示画像を生成する。

またこのとき、その結果を対数圧縮し、ゲイン／ＤＲ（ダイナミックレンジ）／ＳＴＣ（深さ重み付け）／グレーマップ調整し、さらにスキャンコンバートして表示画像を生成するようにしてもよい。

また、ユーザによって仮定音速の種類や、各画像の配置、各表示画像の大きさを選択可能としてもよい。例えば、図１５あるいは図１６に示すように、振幅画像は一つ大きく表示して、これに対して複数の位相画像を並べて表示するようにしてもよい。

ここで、振幅画像は例えば１５４０［ｍ／ｓ］の標準仮定音速での画像、あるいは例えば特開平８−３１７９２６号公報に示されたような周知の方法で得られた最適音速での画像を選択するようにしてもよい。

また、位相画像は、１５４０［ｍ／ｓ］の標準仮定音速での画像や上記周知の方法で得られた最適音速を中心に複数の画像を選択するようにしてもよい。

このように本実施形態では、スキャン方向の微小構造物に特徴的な位相凹凸変化、また仮定音速を変化させた時の微小構造物、連続面・線、スペックルの位相変化の違いに着目して、種々の異なる仮定音速に基づく位相画像を振幅画像と共に表示するようにしたため、従来の表示では区別しきれなかった微小構造物や連続面及びスペックルを区別することが可能となった。

なお、ここで上述したように、位相画像とは位相のみでなくスキャン方向微分値、波形、正規化波形を含んでもよい。また、必ずしも位相画像と振幅画像を常に並べて同時に表示する必要はなく、位相画像の表示と振幅画像の表示をそれぞれモード切替手段２６によって切り替えるようにしてもよい。

また、従来の超音波診断装置は、素子間隔の音線位置で送受信ビームを形成し、ＲＦデータを生成して、振幅データを生成した後に、素子間の音線につき補間して振幅データを生成し、表示画像とする構成が一般的であったが、最近では、素子間の音線についても、送受信ビーム形成し、ＲＦデータを生成する構成が見られる。

本実施形態における装置構成においては、スキャン方向に素子間隔以上の分解能で位相画像表示を可能としたため、微小構造物に特徴的な凹凸変化を判定する上で好適である。

また、上で説明した実施形態は、単一フレームから位相画像を生成しているが、複数フレームを利用するようしてもよい。フレーム間でスペックルの位相はランダムに変化するが、微小構造物や連続面では一定値を示す。ただし、微小構造物信号を複数フレームで捕えるためには高フレームレートが必要である。

図１７に、複数フレーム平均後の振幅画像と判定画像のＳＮ比を比較したものを示す。

図１７において、Ｄは判定画像、Ａは振幅画像である。図１７は、使用フレーム数±１６枚（計３２枚）での平均後のＳＮ比を、フレーム間隔を変えるために間引いて走査した結果であり、横軸のフレーム間隔が広いほど間引き数が大きいことを示している。

図１７のグラフよりフレーム間隔が広いと判定画像と振幅画像のＳＮ比は同程度だが、狭いと差が大きくなり、１．３倍程度になることがわかる。つまり、微小構造物信号に対するスペックルの変化が振幅変化よりも大きいという特性があり、この特性から高いフレームレートの複数フレームを利用することで、振幅画像より高ＳＮな判定画像が得られることを示している。

図１７のグラフより、高フレームレートの条件下で複数フレームの位相画像を平均化することで、より好適にスキャン方向の微小構造物信号に特徴的な凹凸変化とスペックルのランダムな変化を区別して可視化することが可能なことがわかる。同様に、複数フレームの位相画像を平均化することで、より好適に、仮定音速に依る微小構造物信号、連続面信号及びスペックルの位相変化特性の違いを可視化することが可能となる。

最近のソフトウエアベースの超音波装置は受信信号をデジタルデータとして持ち、同じ送信（１回の送信）から得られた受信データを利用して、種々の仮定音速で画像生成することが可能となってきている。また、アナログベースでも高性能な回路構成により同様のことが可能となってきている。

そこで、複数フレームを、１回の送信でスキャン方向に２音線以上のＲＦデータを生成することができる装置で得られる受信データを利用して得るようにしてもよい。

本実施形態における装置構成は、次の２点の理由から有用である。まず１点目は、種々の仮定音速でのＲＦデータをフレーム間ずれ無しに表示できるため、特に微小構造物信号はフレーム位置による見えの違いが大きいことを解決することができることであり、また２点目は、上述した高フレームレートな条件下での複数フレーム利用が可能となることである。

以上説明した実施形態においては、超音波プローブの振動子の配列が１次元の場合について説明したが、もちろん本発明は２次元の場合にも適用可能である。２次元の場合、位相整合加算が振動子の２次元的な位置に基づいて行われるため、仮定音速に依って、微小
構造物信号は傾きが変化する２次元の位相凹凸変化を示し、連続面信号は２次元的に一様な位相を示し、連続線信号は線に沿う方向には一様な位相、線と直交する方向には位相凹凸変化を示し、さらにスペックルは２次元的にランダムな位相変化を示す。例えば、２次元のスキャン方向それぞれの位相画像、または３次元的な位相画像を表示する事で、１次元の場合よりＳＮ良く微小構造物や連続面及びスペックルを区別する事ができる。また、上述した実施形態では、超音波の送受信周波数が１種類のＲＦデータを利用する場合のみを挙げたが、基本波と高調波など、複数の異なる周波数のＲＦデータを利用する場合も本発明に含まれる。例えば、微小構造物信号は周波数が異なっても同様なスキャン方向の位相凹凸変化を示すが、スペックルは干渉の結果のため、周波数が異なるとスキャン方向の位相変化の仕方が異なるため、両者の位相画像を並べて表示することで、より微小構造物とスペックルを区別しやすくなる。

以上、本発明の超音波診断方法及び装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る超音波診断装置の一実施形態の概略構成を示すシステム構成図である。 仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における面信号の仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１４８０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１５４０［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］におけるスペックルの仮定音速に依る位相変化特性を示すグラフである。 仮定音速１４００［ｍ／ｓ］〜１５００［ｍ／ｓ］における微小構造物の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフである。 仮定音速１５００［ｍ／ｓ］〜１６２０［ｍ／ｓ］における微小構造物信号の仮定音速に依る振幅変化特性を示すグラフである。 超音波信号受信状態を示す説明図である。 式（１）と式（２）で与えられる曲線が（Ｘ，ｔ）平面において接している様子を示す説明図であり、（ａ）はＶ＜Ｖ_０の場合であり、（ｂ）は、Ｖ＝Ｖ_０の場合であり、（ｃ）はＶ＞Ｖ_０の場合である。 ＲＦ画像生成部の作用を示すフローチャートである。 位相画像生成部における位相画像を生成する処理を示すフローチャートである。 画像表示方法の一例を示す説明図である。 同じく画像表示方法の他の一例を示す説明図である。 同じく画像表示方法の他の一例を示す説明図である。 複数フレーム平均後の振幅画像と判定画像のＳＮ比を比較して示すグラフである。

符号の説明

１…超音波診断装置、１０…超音波プローブ、１２…送受信部、１４…走査制御部、１６…ＡＤ変換部、１８…ＲＦ画像生成部、２０…位相画像生成部、２２…表示画像生成部、２４…モニタ、２６…モード切替手段

Claims (11)

1. 被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、
   前記受信信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成するＲＦ画像生成手段と、
   前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成する位相画像生成手段と、
   前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成する手段と、
   前記複数の位相画像と前記１以上の振幅画像とを並べて配置した表示画像を生成する表示画像生成手段と、
   前記表示画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信することにより受信信号を出力する複数の素子が配列された超音波プローブと、
   前記受信信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成するＲＦ画像生成手段と、
   前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成する位相画像生成手段と、
   前記ＲＦ画像生成手段が生成した複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成する手段と、
   前記複数の位相画像を表示する第１の表示画像及び前記１以上の振幅画像を表示する第２の表示画像を生成する表示画像生成手段と、
   前記第１の表示画像と前記第２の表示画像を切り替えて表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
3. 前記位相画像は、前記ＲＦデータから生成される位相の大きさを示す位相情報を、前記複数の素子の配列方向に微分したスキャン方向微分値、又は前記ＲＦデータの波形を前記振幅画像で割った正規化された波形を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記位相画像は、スキャン方向の分解能が素子間隔以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 前記位相画像は、１回の送信から複数の前記仮定音速を変化させて生成した信号から生成され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診断装置。
6. 前記表示手段は、前記位相画像を単独で、又は複数表示す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診断装置。
7. 前記表示手段は、前記位相画像と、前記振幅画像を、そのままあるいは色を変えて、重ねてまたは並べて、単独でまたは複数表示することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の超音波診断装置。
8. 前記表示手段は、前記位相画像に応じて、前記振幅画像の輝度及び色を変調して、単独でまたは複数表示することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の超音波診断装置。
9. 請求１〜８のいずれかに記載の超音波診断装置であって、さらに、表示手段の表示モードを通常表示モードと、複数の画像を重ねて又は並べて表示し、あるいは単独で又は複数表示する表示モードとを切り替えるモード切替手段を有することを特徴とする超音波診断装置。
10. 複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、
    前記受信した信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成し、
    前記複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成し、
    前記複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成し、
    前記複数の位相画像と前記１以上の振幅画像とを並べて配置した表示画像を生成し、
    前記生成した表示画像を表示することを特徴とする超音波診断方法。
11. 複数の素子が配列された超音波プローブから被検者に向けて超音波を送信すると共に、被検者から反射された超音波信号を受信し、
    前記受信した信号に対して複数の仮定音速に基づく遅延でフォーカスして複数のＲＦデータを生成し、
    前記複数のＲＦデータから複数の位相画像を生成し、
    前記複数のＲＦデータから１以上の振幅画像を生成し、
    前記複数の位相画像を表示する第１の表示画像及び前記１以上の振幅画像を表示する第２の表示画像を生成し、
    前記第１の表示画像と前記第２の表示画像を切り替えて表示することを特徴とする超音波診断方法。

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