JP5470900B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Description

本発明は、被検体内に第1超音波信号を送信し、前記第1超音波信号が前記被検体内において反射して生成された第2超音波信号を受信して、前記第2超音波信号に基づいて前記被検体内の画像を形成する超音波診断装置に関する。   The present invention transmits a first ultrasonic signal into a subject, receives a second ultrasonic signal generated by reflection of the first ultrasonic signal in the subject, and receives the second ultrasonic signal. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for forming an image in the subject based on a signal.

超音波は、通常、16000Hz以上の音波をいい、非破壊、無害および略リアルタイムでその内部を調べることが可能なことから、欠陥の検査や疾患の診断等の様々な分野に応用されている。その一つに、被検体内を超音波で走査し、被検体内から来た超音波の反射波(エコー)から生成した受信信号に基づいて被検体内の内部状態を画像化する超音波診断装置がある。この超音波診断装置は、医療用では、他の医療用画像装置に較べて小型で安価であり、そしてX線等の放射線被爆が無く安全性が高いこと、また、ドップラ効果を応用した血流表示が可能であること等の様々な特長を有している。このため、超音波診断装置は、循環器系(例えば心臓の冠動脈等)、消化器系(例えば胃腸等)、内科系(例えば肝臓、膵臓および脾臓等)、泌尿器系(例えば腎臓および膀胱等)および産婦人科系等で広く利用されている。   Ultrasound generally refers to sound waves of 16000 Hz or higher and can be examined non-destructively, harmlessly and in real time, and thus is applied to various fields such as defect inspection and disease diagnosis. One of them is ultrasonic diagnosis that scans the inside of the subject with ultrasound and images the internal state of the subject based on the received signal generated from the reflected wave (echo) of the ultrasound coming from inside the subject. There is a device. This ultrasonic diagnostic apparatus is smaller and less expensive for medical use than other medical imaging apparatuses, has no radiation exposure such as X-rays, is highly safe, and has a blood flow utilizing the Doppler effect. It has various features such as display capability. For this reason, an ultrasonic diagnostic apparatus includes a circulatory system (for example, coronary artery of the heart), a digestive system (for example, gastrointestinal), an internal system (for example, liver, pancreas, and spleen), and a urinary system (for example, kidney and bladder). Widely used in obstetrics and gynecology.

超音波診断装置には、被検体に対して超音波(超音波信号)を送受信する超音波探触子が用いられている。超音波探触子は、圧電現象を利用することによって、送信の電気信号に基づいて機械振動して超音波(超音波信号)を発生し、被検体内部で音響インピーダンスの不整合によって生じる超音波(超音波信号)の反射波を受けて受信の電気信号を生成する複数の圧電素子を備える。これら複数の圧電素子は例えばアレイ状に2次元配列されて構成されている(例えば、特許文献1参照)。   An ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic wave (ultrasonic signal) to a subject is used in the ultrasonic diagnostic apparatus. An ultrasonic probe uses a piezoelectric phenomenon to generate an ultrasonic wave (ultrasonic wave signal) by mechanical vibration based on an electric signal transmitted, and an ultrasonic wave generated due to mismatch of acoustic impedance inside a subject. A plurality of piezoelectric elements that receive a reflected wave of (ultrasonic signal) and generate a received electrical signal are provided. The plurality of piezoelectric elements are configured to be two-dimensionally arranged in an array, for example (see, for example, Patent Document 1).

上記のような技術の他にも幾つかの超音波診断装置が提案されている。例えば、加圧時と非加圧時の断層像から加圧による移動量等を計測し、被検体内の弾性率の相違を検出して組織性状を測定する技術が提案されている(特許文献2参照)。   In addition to the above techniques, several ultrasonic diagnostic apparatuses have been proposed. For example, a technique has been proposed in which the amount of movement due to pressurization is measured from tomographic images during pressurization and non-pressurization, and the tissue properties are measured by detecting the difference in elastic modulus within the subject (Patent Document). 2).

また、例えば、被検体の音圧の非線形応答により発生する高調波を利用することにより基本波よりサイドローブの少ない超音波ビームを得、高画質な超音波画像を得る超音波診断装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus that obtains an ultrasonic beam with less side lobes than the fundamental wave by using harmonics generated by a nonlinear response of the sound pressure of the subject and obtains a high-quality ultrasonic image has been proposed. (For example, refer to Patent Document 3).

非線形応答を利用した超音波診断装置としては、非線形応答に基づき非線形パラメータを計測し、画像化する超音波診断装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。   As an ultrasonic diagnostic apparatus using a non-linear response, an ultrasonic diagnostic apparatus for measuring a non-linear parameter based on a non-linear response and imaging it has been proposed (for example, see Patent Document 4).

特開2004−088056号公報JP 2004-088056 A 特開平5−317313号公報JP-A-5-317313 特開平10−179589号公報JP-A-10-179589 特開平10−199845号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-199845

特許文献2に記載の技術は、操作者の加圧操作の仕方に影響を受け、正確な測定ができない場合があり、また加圧の影響が及ばない被検体の深部の測定ができないという欠点がある。   The technique described in Patent Document 2 is affected by the way of the operator's pressurization operation, and there are cases where accurate measurement may not be possible, and the depth of the subject that is not affected by pressurization cannot be measured. is there.

特許文献3に記載の技術は、非線形応答に起因する高調波を利用してはいるが、被検体内部で音響インピーダンスの不整合部分を計測する従来の手法を用いており、音響インピーダンスの差が小さく反射波が生じない一様な構造である組織内部の診断は難しいという欠点がある。   Although the technique described in Patent Document 3 uses harmonics resulting from nonlinear response, it uses a conventional method of measuring mismatched portions of acoustic impedance inside the subject, and the difference in acoustic impedance is There is a drawback that it is difficult to diagnose the inside of the tissue, which is a small and uniform structure with no reflected wave.

特許文献4に記載の技術は、非線形応答に起因する高調波を利用してはいるが、駆動電圧に依存するパラメータの測定を複数の電圧で送受信して行う必要があり、フレームレートが大きくなってしまい、リアルタイムの計測に向かないという欠点がある。   Although the technique described in Patent Document 4 uses harmonics resulting from a non-linear response, it is necessary to perform transmission / reception of parameters depending on the drive voltage with a plurality of voltages, which increases the frame rate. Therefore, there is a disadvantage that it is not suitable for real-time measurement.

本発明は、操作者の加圧操作の仕方に影響を受けずに被検体の深部まで正確に測定でき、音響インピーダンスが近い組織の診断を容易に行え、リアルタイムに計測できる超音波診断装置を提供することを目的とする。   The present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus capable of accurately measuring a deep part of a subject without being affected by an operator's method of pressurizing operation, easily diagnosing a tissue with close acoustic impedance, and capable of measuring in real time. The purpose is to do.

前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。   The above object is achieved by the invention described below.

1.被検体内の特定組織に第1超音波信号を送信する複数の送信用素子と、
前記送信用素子を駆動する送信部と、
前記第1超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された反射波である第2超音波信号を受信して、電気信号を生成する複数の受信用素子と、
前記電気信号を受信して出力する受信部と、
前記受信部が出力した電気信号のうち前記特定組織の界面近傍の領域に対応する電気信号における、基本波の信号振幅と3次高調波の信号振幅との比に基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出する信号処理部と、
前記非線形パラメータの情報を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
1. A plurality of transmitting elements for transmitting the first ultrasonic signal to a specific tissue in the subject;
A transmission unit for driving the transmission element;
A plurality of receiving elements that receive a second ultrasonic signal that is a reflected wave generated by reflecting the first ultrasonic signal in the subject and generate an electrical signal;
A receiver for receiving and outputting the electrical signal;
Based on the ratio of the signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of the third harmonic in the electric signal corresponding to the region in the vicinity of the interface of the specific tissue among the electric signals output from the receiving unit, the nonlinearity of the specific tissue A signal processing unit for calculating parameters;
A display unit for displaying information of the nonlinear parameter;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

2.前記送信用素子は前記受信用素子と兼用されていることを特徴とする前記1に記載の超音波診断装置。   2. 2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to 1 above, wherein the transmitting element is also used as the receiving element.

3.前記特定組織は低エコー領域であることを特徴とする前記1または2に記載の超音波診断装置。   3. 3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to 1 or 2, wherein the specific tissue is a low echo area.

4.前記受信部が出力した電気信号に基づいて前記被検体内のB−mode画像情報を生成して、前記非線形パラメータの分布情報と合成した画像データを生成する画像処理部を有し、
前記表示部は、前記画像データを表示することを特徴とする前記1から3のいずれか1項に記載の超音波診断装置。
4). An image processing unit for generating B-mode image information in the subject based on the electrical signal output by the receiving unit, and generating image data combined with the nonlinear parameter distribution information;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the display unit displays the image data.

5.前記信号処理部は、前記第1超音波信号が前記特定組織に入射する直前の位置に対応する電気信号と、前記第1超音波信号が前記特定組織から出射した直後の位置に対応する電気信号とに基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出することを特徴とする前記1から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置。 5. The signal processing unit includes an electric signal corresponding to a position immediately before the first ultrasonic signal is incident on the specific tissue, and an electric signal corresponding to a position immediately after the first ultrasonic signal is emitted from the specific tissue. The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of 1 to 4 , wherein a non-linear parameter of the specific tissue is calculated based on:

.前記特定組織は、前記電気信号の信号振幅が所定値以上の値を有する境界で囲まれた領域であることを特徴とする前記3に記載の超音波診断装置。 6 . 4. The ultrasonic diagnostic apparatus according to 3 above, wherein the specific tissue is a region surrounded by a boundary having a signal amplitude of the electrical signal equal to or greater than a predetermined value.

.前記画像データに対して、画像内のエッジを明確にするエッジ検出処理を行うエッジ検出手段を有し、
前記表示部は前記エッジ検出手段によってエッジ検出処理された前記画像データを表示することを特徴とする前記1からのいずれか1項に記載の超音波診断装置。
7 . Edge detection means for performing edge detection processing for clarifying edges in the image with respect to the image data;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the display unit displays the image data subjected to edge detection processing by the edge detection means.

被検体内の特定組織に第1超音波信号を送信する複数の送信用素子と、
前記送信用素子を駆動する送信部と、
前記第1超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された反射波である第2超音波信号を受信して、電気信号を生成する複数の受信用素子と、
前記電気信号を受信して出力する受信部と、
前記受信部が出力した電気信号のうち前記特定組織の界面近傍の領域に対応する電気信号における、基本波の信号振幅と所定の高調波の信号振幅との比に基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出する信号処理部と、
前記非線形パラメータの情報を表示する表示部と、を有し、
前記特定組織は低エコー領域であり、
連続した低エコー領域から得られる非線形パラメータ情報のうち、低エコー領域が最も長くなる音線から得られる前記非線形パラメータの情報を表示することを特徴とする超音波診断装置。
8 . A plurality of transmitting elements for transmitting the first ultrasonic signal to a specific tissue in the subject;
A transmission unit for driving the transmission element;
A plurality of receiving elements that receive a second ultrasonic signal that is a reflected wave generated by reflecting the first ultrasonic signal in the subject and generate an electrical signal;
A receiver for receiving and outputting the electrical signal;
Based on the ratio of the signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of a predetermined harmonic in the electric signal corresponding to the region in the vicinity of the interface of the specific tissue among the electric signals output by the receiver, the nonlinearity of the specific tissue A signal processing unit for calculating parameters;
A display unit for displaying information of the nonlinear parameter,
The specific tissue is a low echo area;
Of the continuous nonlinear parameter information obtained from the low-echo area, the ultrasonic diagnostic apparatus it and displaying the information of the non-linear parameters obtained from the sound ray hypoechoic region is longest.

操作者の加圧操作の仕方に影響を受けずに被検体の深部まで正確に測定でき、音響インピーダンスの差が小さく反射波が生じない一様な構造である組織の性状診断を容易に行え、リアルタイムに計測できる超音波診断装置を提供することができる。   Accurate measurement up to the depth of the subject without being affected by how the operator pressurizes, and easily diagnoses tissue properties with a uniform structure with little difference in acoustic impedance and no reflected waves. An ultrasonic diagnostic apparatus capable of measuring in real time can be provided.

超音波診断装置Sの外観構成を示す図である。1 is a diagram showing an external configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus S. FIG. 超音波診断装置Sの電気的な構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an electrical configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus S. FIG. 超音波探触子2の構造を示す図である。2 is a diagram showing the structure of an ultrasonic probe 2. FIG. 超音波診断のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of an ultrasonic diagnosis. 被検体内における低エコー領域と、該低エコー領域を取り巻く高エコー領域と、各々の領域を伝播する第1超音波信号と第2超音波信号と、を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the low echo area | region in a test object, the high echo area | region surrounding this low echo area | region, and the 1st ultrasound signal and the 2nd ultrasound signal which propagate each area | region. 第2超音波信号の時間波形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time waveform example of a 2nd ultrasonic signal. 第2超音波信号の周波数スペクトルを表す概要図である。It is a schematic diagram showing the frequency spectrum of a 2nd ultrasonic signal. 特定組織である低エコー領域33が、超音波探触子2から見て、最も近距離の位置に第1超音波信号が送信される様子を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a low-echo area 33, which is a specific tissue, transmits a first ultrasonic signal to a position at the shortest distance as viewed from the ultrasonic probe 2. ルックアップテーブルの1例である。It is an example of a lookup table.

以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。また、本明細書において、適宜、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. Further, in this specification, as appropriate, a generic reference is used to indicate a reference numeral without a suffix, and an individual configuration is indicated by a reference numeral with a suffix.

図1は実施形態における超音波診断装置Sの外観構成を示す図であり、図2は実施形態における超音波診断装置Sの電気的な構成を示すブロック図である。超音波診断装置Sは、図1および図2に示すように、図略の生体等の被検体に対して狭い帯域の周波数からなり複数の波数を有する超音波(第1超音波信号)を送信すると共に、この被検体で反射した超音波の反射波(エコー、第2超音波信号)を受信する超音波探触子2と、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子2に被検体に対して第1超音波信号を送信させると共に、超音波探触子2で受信された被検体内からの反射波である第2超音波信号に基づいて、被検体内の内部状態を超音波画像として画像化する超音波診断装置本体1とを備えて構成される。   FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus S in the embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus S in the embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic diagnostic apparatus S transmits ultrasonic waves (first ultrasonic signals) having a narrow band of frequencies and a plurality of wave numbers to a subject such as a living body (not shown). At the same time, the ultrasonic probe 2 that receives the reflected wave (echo, second ultrasonic signal) of the ultrasonic wave reflected by the subject is connected to the ultrasonic probe 2 via the cable 3, By transmitting a transmission signal of an electrical signal to the acoustic probe 2 through the cable 3, the ultrasonic probe 2 transmits the first ultrasonic signal to the subject, and the ultrasonic probe 2 The ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 is configured to image the internal state of the subject as an ultrasonic image based on the received second ultrasonic signal that is a reflected wave from the subject.

図3は、超音波探触子2の構造を示す図である。超音波探触子2は、被検体内に第1超音波信号を送信し、この第1超音波信号に対する被検体内からの反射波である第2超音波信号を受信する装置である。超音波探触子2の構成としては、例えば、図3(A)に示すように、圧電現象を利用することによって電気信号と超音波信号との間で相互に信号を変換することができる複数の圧電素子22を備えて構成されている。すなわち、複数の圧電素子22は、被検体内へ第1超音波信号を送信する場合では、超音波診断装置本体1の送信部12からケーブル3を介して入力された送信の電気信号を、圧電現象を利用することによって第1超音波信号に変換して被検体内にこの第1超音波信号を送信し、そして、被検体内からの第2超音波信号を受信する場合では、圧電現象を利用することによってこの受信した第2超音波信号を電気信号に変換して受信信号を、ケーブル3を介して超音波診断装置本体1の受信部13へ出力する。   FIG. 3 is a diagram showing the structure of the ultrasonic probe 2. The ultrasonic probe 2 is a device that transmits a first ultrasonic signal into a subject and receives a second ultrasonic signal that is a reflected wave from the subject with respect to the first ultrasonic signal. As the configuration of the ultrasonic probe 2, for example, as shown in FIG. 3A, a plurality of signals that can mutually convert signals between an electric signal and an ultrasonic signal by using a piezoelectric phenomenon. The piezoelectric element 22 is provided. That is, in the case of transmitting the first ultrasonic signal into the subject, the plurality of piezoelectric elements 22 convert the electrical signal transmitted via the cable 3 from the transmitting unit 12 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 into the piezoelectric. In the case where the first ultrasonic signal is converted into the first ultrasonic signal by using the phenomenon, the first ultrasonic signal is transmitted into the subject, and the second ultrasonic signal is received from within the subject, the piezoelectric phenomenon is changed. By using this, the received second ultrasonic signal is converted into an electric signal, and the received signal is output to the receiving unit 13 of the ultrasonic diagnostic apparatus body 1 via the cable 3.

複数の圧電素子22は、被検体内に第1超音波信号を送信する送信用素子としての機能と、被検体内からの第2超音波信号を受信する受信用素子の機能とを兼用している。   The plurality of piezoelectric elements 22 combine the function as a transmitting element that transmits the first ultrasonic signal into the subject and the function of the receiving element that receives the second ultrasonic signal from within the subject. Yes.

超音波探触子2が被検体に当てられることによって、圧電素子22で生成された第1超音波信号が被検体内へ送信され、被検体内からの第2超音波信号が圧電素子22で受信される。   By applying the ultrasonic probe 2 to the subject, the first ultrasonic signal generated by the piezoelectric element 22 is transmitted into the subject, and the second ultrasonic signal from within the subject is transmitted by the piezoelectric element 22. Received.

より具体的には、例えば、図3(B)に示すように、これら複数の圧電素子22のそれぞれは、導電線の信号線24と接続する導電材料から成る信号電極層222と、信号電極層222上に形成され、圧電材料から成る圧電層221と、圧電層221上に形成され、導電材料から成る接地電極層223とを備えて構成される。すなわち、これら複数の圧電素子22のそれぞれは、互いに対向する一対の第1および第2電極を備え、これら第1および第2電極間に、圧電材料から成る圧電部が形成されている。   More specifically, for example, as shown in FIG. 3B, each of the plurality of piezoelectric elements 22 includes a signal electrode layer 222 made of a conductive material connected to the signal line 24 of the conductive line, and a signal electrode layer. The piezoelectric layer 221 is formed on the piezoelectric layer 221 and made of a piezoelectric material, and the ground electrode layer 223 is formed on the piezoelectric layer 221 and made of a conductive material. That is, each of the plurality of piezoelectric elements 22 includes a pair of first and second electrodes facing each other, and a piezoelectric portion made of a piezoelectric material is formed between the first and second electrodes.

なお、本明細書において、前述のように、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。また、添え字のうちの左側の添え字は、行番号を示し、その右側の添え字は、列番号を示している。例えば、圧電素子22−23は、行番号2で列番号3の圧電素子22である。   In the present specification, as described above, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix. Further, the left subscript of the subscripts indicates the row number, and the right subscript indicates the column number. For example, the piezoelectric element 22-23 is the piezoelectric element 22 with row number 2 and column number 3.

これら複数の圧電素子22は、平板状の音響制動部材21の一方主面上に配置され、これら複数の圧電素子22上に音響整合層23が積層される。複数の圧電素子22は、クロストーク等の相互干渉を低減するために、互いに所定の隙間(溝、間隙、ギャップ)を空けて音響制動部材21上に配置される。なお、さらに相互干渉を低減するために、超音波を吸収する超音波吸収材がこの隙間に充填されることが好ましい。この超音波吸収材には、例えば、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が用いられる。   The plurality of piezoelectric elements 22 are disposed on one main surface of the flat plate-like acoustic braking member 21, and the acoustic matching layer 23 is laminated on the plurality of piezoelectric elements 22. The plurality of piezoelectric elements 22 are arranged on the acoustic braking member 21 with a predetermined gap (groove, gap, gap) between them in order to reduce mutual interference such as crosstalk. In order to further reduce the mutual interference, it is preferable to fill the gap with an ultrasonic absorber that absorbs ultrasonic waves. For example, a thermosetting resin such as a polyimide resin or an epoxy resin is used as the ultrasonic absorbing material.

音響制動部材21は、超音波を吸収する材料から構成され、複数の圧電素子22から音響制動部材21方向へ放射される超音波を吸収するものである。音響制動部材21は、一般に、ダンパあるいはバッキング層とも呼ばれる。そして、各圧電素子22のそれぞれに接続する複数の信号線24(図3(A)では信号線24−11〜24−46)が音響制動部材21を貫通している。なお、各圧電素子22のそれぞれに接続する複数の接地線(アース線)は、図示が省略されているが、各圧電素子22の上面からそれぞれ引き出される。   The acoustic braking member 21 is made of a material that absorbs ultrasonic waves, and absorbs ultrasonic waves radiated from the plurality of piezoelectric elements 22 toward the acoustic braking member 21. The acoustic braking member 21 is generally called a damper or a backing layer. A plurality of signal lines 24 (signal lines 24-11 to 24-46 in FIG. 3A) connected to the respective piezoelectric elements 22 penetrate the acoustic braking member 21. A plurality of ground wires (ground wires) connected to each of the piezoelectric elements 22 are drawn from the upper surface of each piezoelectric element 22 although illustration is omitted.

音響整合層23は、圧電素子22の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの整合をとる部材である。従って、音響整合層23は、圧電素子22の音響インピーダンスと被検体の音響インピーダンスとの差が最も小さくなるように設定される。音響整合層23は、単層で構成されてもよく、あるいは、複数層で構成されてもよい。なお、図3(A)では、この音響整合層23の図示が省略されている。また、音響整合層23は、円弧状に膨出した形状とされ、被検体に向けて送信される超音波を収束する音響レンズの機能を兼用してもよく、また、このような音響レンズが音響整合層23上に積層されてもよい。   The acoustic matching layer 23 is a member that matches the acoustic impedance of the piezoelectric element 22 and the acoustic impedance of the subject. Accordingly, the acoustic matching layer 23 is set so that the difference between the acoustic impedance of the piezoelectric element 22 and the acoustic impedance of the subject is minimized. The acoustic matching layer 23 may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers. In addition, illustration of this acoustic matching layer 23 is abbreviate | omitted in FIG. 3 (A). Moreover, the acoustic matching layer 23 has a shape bulging in an arc shape, and may also function as an acoustic lens that converges ultrasonic waves transmitted toward the subject. It may be laminated on the acoustic matching layer 23.

超音波診断装置本体1は、例えば、図2に示すように、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、画像処理部14と、表示部15と、制御部16と、信号処理部17と、記憶部18を備えて構成されている。   For example, as illustrated in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1 includes an operation input unit 11, a transmission unit 12, a reception unit 13, an image processing unit 14, a display unit 15, a control unit 16, and a signal. A processing unit 17 and a storage unit 18 are provided.

操作入力部11は、例えば、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力を受け付けるものであり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。   The operation input unit 11 accepts input of data such as a command instructing the start of diagnosis and personal information of the subject, for example, and is, for example, an operation panel or a keyboard provided with a plurality of input switches.

送信部12は、制御部16の制御に従って、超音波探触子2へケーブル3を介して電気信号の送信信号を供給して超音波探触子2に第1超音波信号を発生させる回路である。送信部12は、例えば、制御部16からの送信信号に応じて送信ビームを形成する図示しない送信ビームフォーマ回路を備えて構成される。   The transmission unit 12 is a circuit that supplies a transmission signal of an electrical signal to the ultrasonic probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 16 and causes the ultrasonic probe 2 to generate a first ultrasonic signal. is there. The transmission unit 12 includes, for example, a transmission beam former circuit (not shown) that forms a transmission beam according to a transmission signal from the control unit 16.

受信部13は、制御部16の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号の受信信号を受信する回路であり、この受信信号を信号処理部17へ出力する。受信部13は、例えば、受信信号を予め設定された所定の増幅率で増幅する増幅器等を備えて構成される。   The receiving unit 13 is a circuit that receives a reception signal of an electrical signal from the ultrasound probe 2 via the cable 3 under the control of the control unit 16, and outputs the reception signal to the signal processing unit 17. The receiving unit 13 includes, for example, an amplifier that amplifies the received signal with a predetermined amplification factor set in advance.

画像処理部14は、制御部16の制御に従って、信号処理部17において、抽出された高次高調波の受信信号に基づいて被検体内の内部状態の画像(超音波画像)を生成する回路である。   The image processing unit 14 is a circuit that generates an image (ultrasonic image) of the internal state in the subject based on the extracted reception signal of higher harmonics in the signal processing unit 17 under the control of the control unit 16. is there.

表示部15は、制御部16の制御に従って、画像処理部14で生成された被検体の超音波画像を表示する装置である。表示部15は、例えば、CRTディスプレイ、LCD、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。   The display unit 15 is a device that displays an ultrasonic image of the subject generated by the image processing unit 14 under the control of the control unit 16. The display unit 15 is, for example, a display device such as a CRT display, LCD, organic EL display, or plasma display, or a printing device such as a printer.

信号処理部17は、受信部からの出力を信号処理する機能を有する。詳細は後述する。   The signal processing unit 17 has a function of signal processing the output from the receiving unit. Details will be described later.

記憶部18は、RAMやハードディスクなどで構成され、信号処理部17の信号処理の結果や画像処理部14が画像処理を行って得た画像を記憶する。   The storage unit 18 is configured by a RAM, a hard disk, or the like, and stores the signal processing result of the signal processing unit 17 and the image obtained by the image processing unit 14 performing image processing.

制御部16は、例えば、マイクロプロセッサ、記憶素子およびその周辺回路等を備えて構成され、これら操作入力部11、送信部12、受信部13、信号処理部17、画像処理部14および表示部15を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって超音波診断装置Sの全体制御を行う回路である。   The control unit 16 includes, for example, a microprocessor, a storage element, and peripheral circuits thereof. The operation input unit 11, the transmission unit 12, the reception unit 13, the signal processing unit 17, the image processing unit 14, and the display unit 15 are included. Is a circuit that performs overall control of the ultrasonic diagnostic apparatus S by controlling each according to the function.

このような構成の超音波診断装置Sでは、例えば、操作入力部11から診断開始の指示が入力されると、制御部16の制御によって送信部12で電気信号の送信信号が生成される。この生成された電気信号の送信信号は、ケーブル3を介して超音波探触子2へ供給される。より具体的には、この電気信号の送信信号は、超音波探触子2における圧電素子22へ供給され、該圧電素子22がその厚さ方向に伸縮し、超音波振動する。この超音波振動によって、圧電素子22は、第1超音波信号を放射する。圧電素子22から音響制動部材21方向へ放射された第1超音波信号は、音響制動部材21によって吸収される。また、圧電素子22から音響整合層23方向へ放射された第1超音波信号は、音響整合層23を介して放射される。超音波探触子2が被検体に例えば当接されていると、これによって超音波探触子2から被検体に対して第1超音波信号が送信される。   In the ultrasonic diagnostic apparatus S having such a configuration, for example, when an instruction to start diagnosis is input from the operation input unit 11, a transmission signal of an electrical signal is generated by the transmission unit 12 under the control of the control unit 16. The generated electrical signal transmission signal is supplied to the ultrasonic probe 2 via the cable 3. More specifically, the transmission signal of this electric signal is supplied to the piezoelectric element 22 in the ultrasonic probe 2, and the piezoelectric element 22 expands and contracts in the thickness direction and ultrasonically vibrates. Due to this ultrasonic vibration, the piezoelectric element 22 emits a first ultrasonic signal. The first ultrasonic signal radiated from the piezoelectric element 22 toward the acoustic braking member 21 is absorbed by the acoustic braking member 21. The first ultrasonic signal radiated from the piezoelectric element 22 toward the acoustic matching layer 23 is radiated through the acoustic matching layer 23. For example, when the ultrasonic probe 2 is in contact with the subject, the first ultrasonic signal is transmitted from the ultrasonic probe 2 to the subject.

なお、超音波探触子2は、被検体の表面上に当接して用いられてもよいし、被検体の内部に挿入して、例えば、生体の体腔内に挿入して用いられてもよい。   Note that the ultrasound probe 2 may be used in contact with the surface of the subject, or may be used by being inserted into the subject, for example, being inserted into a body cavity of a living body. .

各圧電素子22から順次に超音波が被検体に向けて送信され、被検体で反射して生成された第2超音波信号が複数の圧電素子22で受信され、電気信号に変換される。   Ultrasonic waves are sequentially transmitted from the piezoelectric elements 22 toward the subject, and the second ultrasonic signals generated by reflection from the subject are received by the plurality of piezoelectric elements 22 and converted into electrical signals.

圧電素子22で取り出された第2超音波信号の電気信号は、ケーブル3を介して制御部16で制御される受信部13で受信される。受信部13は、この入力された受信信号を受信処理し、受信された電気信号は信号処理部17へ出力される。   The electrical signal of the second ultrasonic signal extracted by the piezoelectric element 22 is received by the receiving unit 13 controlled by the control unit 16 via the cable 3. The reception unit 13 performs reception processing on the input reception signal, and the received electrical signal is output to the signal processing unit 17.

信号処理部17における信号処理について説明する。信号処理部17には受信部13が処理して電気信号に変換した各圧電素子22からの出力信号が入力される。   The signal processing in the signal processing unit 17 will be described. An output signal from each piezoelectric element 22 processed by the receiving unit 13 and converted into an electrical signal is input to the signal processing unit 17.

術者は超音波探触子2を被検体に当接させ、第1超音波信号を被検体内に伝播させて超音波診断を行いたい領域である特定領域に入射させる。第1超音波信号が被検体内を伝播するに従い、伝播する進路における各箇所において反射波が発生する。各箇所にて発生した反射波は重畳されて第2超音波信号となり、複数の圧電素子22で受信される。各箇所にて発生する反射波の音圧Pは次の式(1)で表される。
P=A(ρ/ρ)+B(ρ/ρ/2 (1)
ここで、ρは各箇所における組織の密度であり、ρは大気の密度である。AはPとρの関係の線形項を表し、Bは非線形項を表す。係数比B/Aは組織固有の非線形パラメータの値を有する。例えば、温度にも依存するが水は5前後、アルコールや油は8から11の値となる。
The operator brings the ultrasonic probe 2 into contact with the subject and propagates the first ultrasonic signal into the subject so as to enter a specific region where the ultrasonic diagnosis is desired. As the first ultrasonic signal propagates through the subject, a reflected wave is generated at each location in the propagation path. The reflected waves generated at each location are superimposed to form a second ultrasonic signal, which is received by the plurality of piezoelectric elements 22. The sound pressure P of the reflected wave generated at each location is expressed by the following equation (1).
P = A (ρ 1 / ρ 0) + B (ρ 1 / ρ 0) 2/2 (1)
Here, ρ 1 is the density of the tissue at each location, and ρ 0 is the density of the atmosphere. A represents a linear term of the relationship between P and [rho 1, B represents a nonlinear term. The coefficient ratio B / A has a value of a tissue-specific nonlinear parameter. For example, although it depends on the temperature, the value is about 5 for water and 8 to 11 for alcohol and oil.

各箇所にて発生する反射波は、このように各箇所の組織に由来する非線形性に応じて高次高調波を発生することから、各箇所から発生する反射波の周波数特性を検出し、係数比B/Aを求めることができれば、各箇所の組織性状を診断することができる。   Since the reflected wave generated at each location generates high-order harmonics according to the nonlinearity derived from the tissue at each location in this way, the frequency characteristics of the reflected waves generated from each location are detected, and the coefficient If the ratio B / A can be determined, the tissue properties at each location can be diagnosed.

係数比B/Aの算出方法について説明する。上記の式(1)のように組織の密度と音圧の関係が非線形であるので、反射波にも非線形応答がある。具体的には第1超音波信号に対して第2超音波信号の振幅が非線形に変形され、第2超音波信号には、第1超音波信号の基本周波数と供に高次の周波数が重畳される。すなわち、第2超音波信号にn次(nは自然数)の周波数が重畳される。式(1)に見られる係数Aと係数Bの係数比B/Aは各組織に依存することから、各n次の周波数の振幅値も各組織に依存した値を有することとなる。従って、受信部13で受信した反射波の周波数スペクトルを解析すれば、その組織が何であるかを特定する組織性状診断を行うことができる。   A method for calculating the coefficient ratio B / A will be described. Since the relationship between the tissue density and the sound pressure is nonlinear as in the above equation (1), the reflected wave also has a nonlinear response. Specifically, the amplitude of the second ultrasonic signal is nonlinearly deformed with respect to the first ultrasonic signal, and a higher-order frequency is superimposed on the second ultrasonic signal together with the fundamental frequency of the first ultrasonic signal. Is done. That is, the nth order (n is a natural number) frequency is superimposed on the second ultrasonic signal. Since the coefficient ratio B / A between the coefficient A and the coefficient B found in the equation (1) depends on each tissue, the amplitude value of each n-th order frequency also has a value depending on each tissue. Therefore, by analyzing the frequency spectrum of the reflected wave received by the receiving unit 13, it is possible to perform a tissue property diagnosis that identifies what the tissue is.

反射波である第2超音波信号の周波数スペクトルは入射波である第1超音波信号の周波数スペクトルに各組織の非線形応答が重畳した形となるため、第2超音波信号の周波数スペクトルを厳密に解析するには、第1超音波信号の周波数スペクトルを基に、どのような非線形応答が重畳しているかを解析することが基本となる。しかし、実際の第1超音波信号の周波数スペクトルは、圧電素子22を単一の周波数を有する電気信号を用いて駆動するにしても、駆動時間が有限であることや圧電素子22自体に非線形応答が存在する等の理由から、複数の波数を有し、すなわちブロードな周波数を有する波となる。そのため、第2超音波信号の非線形応答を解析することは容易ではない。一方、係数比B/Aと、第2超音波信号の周波数スペクトルにおける各n次の周波数のピーク値の比とは1対1に対応する。そこで、本実施形態では、第2超音波信号の周波数スペクトルにおける各n次の周波数のピーク値を特徴値と捉えて比較し、組織性状診断に供する。   Since the frequency spectrum of the second ultrasonic signal that is the reflected wave has a shape in which the nonlinear response of each tissue is superimposed on the frequency spectrum of the first ultrasonic signal that is the incident wave, the frequency spectrum of the second ultrasonic signal is strictly The analysis is based on analyzing what nonlinear response is superimposed based on the frequency spectrum of the first ultrasonic signal. However, the frequency spectrum of the actual first ultrasonic signal has a finite driving time or a non-linear response to the piezoelectric element 22 itself even when the piezoelectric element 22 is driven using an electric signal having a single frequency. For example, the wave has a plurality of wave numbers, that is, a wave having a broad frequency. Therefore, it is not easy to analyze the nonlinear response of the second ultrasonic signal. On the other hand, the coefficient ratio B / A and the ratio of the peak value of each nth-order frequency in the frequency spectrum of the second ultrasonic signal correspond to each other one to one. Therefore, in the present embodiment, the peak value of each n-th order frequency in the frequency spectrum of the second ultrasonic signal is regarded as a feature value and compared to provide for tissue property diagnosis.

また、第1超音波信号や第2超音波信号は、被検体内を伝播するに従って被検体の組織の影響を受ける。例えば、被検体の組織に依存した減衰率の影響で、伝播する超音波信号は減衰していく。従って、組織性状診断を行うには、受信部13で受信した第2超音波信号の周波数スペクトル解析と供に、減衰率をも考慮した解析を行う。   The first ultrasound signal and the second ultrasound signal are affected by the tissue of the subject as they propagate through the subject. For example, the propagating ultrasonic signal is attenuated due to the influence of the attenuation rate depending on the tissue of the subject. Therefore, in order to perform a tissue property diagnosis, an analysis that also considers the attenuation rate is performed together with the frequency spectrum analysis of the second ultrasonic signal received by the receiving unit 13.

係数比B/Aを用いた組織性状診断は、従来の音響インピーダンスの不整合を検知する組織性状診断に対して、音響インピーダンスの不整合が小さい組織の特定診断に、より有用である。本実施形態では、音響インピーダンスの不整合の小さい特定組織の組織性状診断を実施する。   The tissue property diagnosis using the coefficient ratio B / A is more useful for the specific diagnosis of the tissue having a small acoustic impedance mismatch than the conventional tissue property diagnosis for detecting the mismatch of the acoustic impedance. In this embodiment, a tissue characterization of a specific tissue with a small acoustic impedance mismatch is performed.

以下に本実施形態における超音波診断のフローについて図4を用いて説明する。以下の動作は、主に制御部16が術者からの操作指示の入力を受けて実施される動作である。   Hereinafter, the flow of ultrasonic diagnosis in the present embodiment will be described with reference to FIG. The following operations are mainly performed when the control unit 16 receives an operation instruction from the operator.

本実施形態においては、音響インピーダンスの不整合が大きい組織(以下、高エコー領域と称す)の中に存在する、音響インピーダンスの不整合が小さい特定組織(以下、低エコー領域とも称す)の組織性状診断を実施する。低エコー領域の組織性状診断の実施方法は、大まかには最初に従来のように、音響インピーダンスの不整合を検出する手法を用いて低エコー領域を検出し、検出した低エコー領域周辺について、係数比B/A等を求める診断手法を採用する。   In the present embodiment, the tissue properties of a specific tissue (hereinafter also referred to as a low echo region) having a small acoustic impedance mismatch that exists in a tissue (hereinafter referred to as a high echo region) having a large acoustic impedance mismatch. Make a diagnosis. The method for performing the tissue characterization diagnosis of the low echo area is, first of all, a low echo area is first detected by using a technique for detecting an acoustic impedance mismatch as in the prior art. A diagnostic method for obtaining the ratio B / A or the like is employed.

最初にステップS1にて、術者が超音波探触子2を被検体の診断を行いたい場所に当接し、超音波診断装置本体1における操作入力部11から第1超音波信号を送信する指示を入力する。操作入力部11は術者の入力を受けて術者の指示内容を制御部16に送信する。これを受けて制御部16は第1超音波信号を被検体内に送信する。   First, in step S1, the operator abuts the ultrasonic probe 2 on a place where the subject is desired to be diagnosed, and an instruction to transmit the first ultrasonic signal from the operation input unit 11 in the ultrasonic diagnostic apparatus main body 1. Enter. The operation input unit 11 receives the operator's input and transmits the operator's instruction content to the control unit 16. In response to this, the control unit 16 transmits the first ultrasonic signal into the subject.

次に、ステップS2にて、被検体内の各箇所の組織において発生した反射波が積算して形成された第2超音波信号が、超音波探触子2の圧電素子22に到達し、圧電素子22において発生した電気的出力を制御部16の指示により受信部13が受信して電気信号に変換する。   Next, in step S2, the second ultrasonic signal formed by integrating the reflected waves generated in the tissues at each location in the subject reaches the piezoelectric element 22 of the ultrasonic probe 2 and is piezoelectric. The receiving unit 13 receives the electrical output generated in the element 22 according to an instruction from the control unit 16 and converts it into an electrical signal.

次にステップS3にて、受信した電気信号が信号処理部17に送信され、信号処理部17において送信された電気信号の振幅を時系列に解析し、第2超音波信号の振幅が比較的小さい領域である低エコー領域を検出する。以下、図5、6を用いて説明する。   Next, in step S3, the received electrical signal is transmitted to the signal processing unit 17, the amplitude of the electrical signal transmitted in the signal processing unit 17 is analyzed in time series, and the amplitude of the second ultrasonic signal is relatively small. A low echo area which is an area is detected. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.

図5は、被検体内における低エコー領域33と、該低エコー領域33を取り巻く高エコー領域32と、各々の領域を伝播する第1超音波信号と第2超音波信号と、を表す模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a low echo area 33 in the subject, a high echo area 32 surrounding the low echo area 33, and a first ultrasonic signal and a second ultrasonic signal propagating through each area. It is.

図6は第2超音波信号の時間波形例を示す模式図である。横軸は第2超音波信号の時間、縦軸は第2超音波信号の振幅を表す。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a time waveform example of the second ultrasonic signal. The horizontal axis represents the time of the second ultrasonic signal, and the vertical axis represents the amplitude of the second ultrasonic signal.

図5において、超音波探触子2から送信された第1超音波信号31が、図中右側から被検体内の高エコー領域32を伝播し、超音波診断の対象となる特定領域である低エコー領域33に入射して再び高エコー領域32に入射して伝播する。第1超音波信号31が各領域を伝播するに従い、領域内に存在する音響インピーダンスの不整合部分で反射波を発生させる。発生した反射波の積算が第2超音波信号34となって図中右側へ伝播し、超音波探触子2で受信される。   In FIG. 5, the first ultrasonic signal 31 transmitted from the ultrasonic probe 2 propagates through the high echo area 32 in the subject from the right side in the figure, and is a specific area to be subjected to ultrasonic diagnosis. It enters the echo area 33 and again enters the high echo area 32 and propagates. As the first ultrasonic signal 31 propagates through each region, a reflected wave is generated at an acoustic impedance mismatching portion existing in the region. The integration of the generated reflected waves becomes the second ultrasonic signal 34 and propagates to the right side in the figure and is received by the ultrasonic probe 2.

超音波探触子2で受信された第2超音波信号における低エコー領域33と高エコー領域32からの反射波の時間波形は、図6に示すように、高エコー領域32の特徴を有する時間波形、低エコー領域33の特徴を有する時間波形、そして高エコー領域32と低エコー領域33の境界からの反射の特徴を有する時間波形を合わせた時間波形となる。   The time waveform of the reflected wave from the low echo area 33 and the high echo area 32 in the second ultrasonic signal received by the ultrasonic probe 2 is a time having characteristics of the high echo area 32 as shown in FIG. The time waveform having the characteristics of the waveform, the low echo area 33, and the time waveform having the characteristic of reflection from the boundary between the high echo area 32 and the low echo area 33 is obtained.

ここで高エコー領域32とは、反射波の時間波形の絶対値の所定の平均線43の値が所定値40を超える領域を言い、低エコー領域33とは、反射波の時間波形の絶対値の所定の平均線43の値が所定値40以下の領域を言う。   Here, the high echo region 32 refers to a region where the value of the predetermined average line 43 of the absolute value of the time waveform of the reflected wave exceeds the predetermined value 40, and the low echo region 33 refers to the absolute value of the time waveform of the reflected wave. A region where the value of the predetermined average line 43 is a predetermined value 40 or less.

高エコー領域32では、音響インピーダンスの不整合が大きいので時間波形の振幅は大きくなり、低エコー領域33では、音響インピーダンスの不整合が小さいので時間波形の信号振幅は小さくなる。この差を利用して、ある所定値以下の振幅である領域を抽出することにより低エコー領域33を検出する。この所定値は抽出したい領域に合致するよう、術者が選択・調整しても良いし、1画面分音線データの平均振幅等に応じて自動設定しても良い。   In the high echo region 32, the amplitude of the time waveform increases because the acoustic impedance mismatch is large, and in the low echo region 33, the signal amplitude of the time waveform decreases because the acoustic impedance mismatch is small. Using this difference, a low echo area 33 is detected by extracting an area having an amplitude equal to or smaller than a predetermined value. This predetermined value may be selected and adjusted by the surgeon so as to match the region to be extracted, or may be automatically set according to the average amplitude of the sound ray data for one screen.

第1超音波信号が低エコー領域33を通過する際に、低エコー領域33と高エコー領域32の二つの境界のうち、超音波探触子2に近い方の境界を開始点41、遠い方の境界を終了点42と称する。   When the first ultrasonic signal passes through the low echo area 33, the boundary closer to the ultrasonic probe 2 among the two boundaries of the low echo area 33 and the high echo area 32 is the start point 41, and the far side Is called the end point 42.

以後、抽出した低エコー領域33を取り囲む高エコー領域32の部分、すなわち低エコー領域33である特定組織の界面近傍であって特定組織を囲む高エコー領域32の周波数解析を行って非線形パラメータを算出していく。   Thereafter, a non-linear parameter is calculated by performing frequency analysis of the portion of the high echo region 32 surrounding the extracted low echo region 33, that is, in the vicinity of the interface of the specific tissue which is the low echo region 33 and surrounding the specific tissue. I will do it.

次にステップS4において、信号処理部17は、低エコー領域33である特定組織の界面近傍の時間波形のデータとして、第1超音波信号が前記特定組織に入射する直前の位置、すなわち開始点41から所定の時間手前にある時間波形(直前波形とも称す)のデータを取得し、FFT(Fast Fourier transform、高速フーリエ変換)やFIR(Finite impulse response、有限インパルス応答)等のフィルタをかけて周波数解析を行う。周波数解析とは、第2超音波信号に含まれる周波数毎に信号振幅を算出するものであり、例えば、図7(a)に示すような解析結果を得ることができる。図7(a)は第2超音波信号の周波数スペクトルを表す概要図である。   Next, in step S4, the signal processing unit 17 uses the position immediately before the first ultrasonic signal enters the specific tissue as the time waveform data in the vicinity of the interface of the specific tissue which is the low echo region 33, that is, the start point 41. The data of the time waveform (also referred to as the immediately preceding waveform) before a predetermined time is acquired from the data, and frequency analysis is performed by applying a filter such as FFT (Fast Fourier transform) or FIR (Finite impulse response). I do. In the frequency analysis, the signal amplitude is calculated for each frequency included in the second ultrasonic signal, and for example, an analysis result as shown in FIG. 7A can be obtained. FIG. 7A is a schematic diagram showing the frequency spectrum of the second ultrasonic signal.

図7(a)においては、信号振幅値p1を有する基本周波数f1、信号振幅値p2を有する第2高調波周波数f2、信号振幅値p3を有する第3高調波周波数f3の存在が確認される。   In FIG. 7A, the existence of a fundamental frequency f1 having a signal amplitude value p1, a second harmonic frequency f2 having a signal amplitude value p2, and a third harmonic frequency f3 having a signal amplitude value p3 is confirmed.

周波数解析を行う時間波形を取得する空間の範囲が小さいほど、組織性状診断を行う空間分解能は高くなる。一方、空間の範囲が大きいほど、正確な周波数解析を行うことができる。従って、周波数解析を行う時間波形を取得する空間の範囲には適切な範囲が存在するので、直前波形を得るための所定の時間は、その適切な範囲から第2超音波信号が反射してくる時間に相当し、例えば2μ秒とする。FFTによる周波数解析を行う場合は時間波形のデータ数は2の階乗個となるように対象データが選択される。   The smaller the range of the space from which the time waveform for performing frequency analysis is acquired, the higher the spatial resolution for performing tissue property diagnosis. On the other hand, the larger the space range, the more accurate frequency analysis can be performed. Accordingly, since there is an appropriate range in the space for acquiring the time waveform for performing frequency analysis, the second ultrasonic signal is reflected from the appropriate range for a predetermined time for obtaining the immediately preceding waveform. This corresponds to time, for example, 2 μs. When performing frequency analysis by FFT, the target data is selected such that the number of time waveform data is the factorial of two.

次にステップS5において、信号処理部17は得られた基本波の信号振幅と、所定のn次高調波の信号振幅との比(高調波比率とも称す)を算出する。例えば、基本波と第3高調波の信号振幅比を算出し、p3/p1を得る。第2高調波より次数の高い第3高調波を用いることで、基本波成分との分離が容易になりより高精度に非線形パラメータである係数比B/Aを算出できる。   Next, in step S5, the signal processing unit 17 calculates a ratio (also referred to as a harmonic ratio) between the obtained signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of a predetermined nth-order harmonic. For example, the signal amplitude ratio between the fundamental wave and the third harmonic is calculated to obtain p3 / p1. By using the third harmonic having a higher order than the second harmonic, separation from the fundamental wave component is facilitated, and the coefficient ratio B / A, which is a nonlinear parameter, can be calculated with higher accuracy.

次に、ステップS6において、信号処理部17は、ステップS4の場合と同様に、低エコー領域33である特定組織の界面近傍の時間波形のデータとして、第1超音波信号が特定組織から出射した直後の位置、すなわち終了点42から所定の時間後にある時間波形(直後波形とも称す)のデータを取得し、FFTやFIR等のフィルタをかけて周波数解析を行う。例えば、図7(b)に示すような解析結果を得ることができる。図7(b)は第2超音波信号の周波数スペクトルを表す概要図である。図7(b)においては、信号振幅値q1を有する基本周波数f1、信号振幅値q2を有する第2高調波周波数f2、信号振幅値q3を有する第3高調波周波数f3の存在が確認される。   Next, in step S6, the signal processing unit 17 outputs the first ultrasonic signal from the specific tissue as time waveform data in the vicinity of the interface of the specific tissue, which is the low echo region 33, as in step S4. Data of a time waveform immediately after a predetermined time from the end point 42, that is, a time waveform (also referred to as a waveform immediately after) is acquired, and a frequency analysis is performed by applying a filter such as FFT or FIR. For example, an analysis result as shown in FIG. 7B can be obtained. FIG. 7B is a schematic diagram showing the frequency spectrum of the second ultrasonic signal. In FIG. 7B, the presence of the fundamental frequency f1 having the signal amplitude value q1, the second harmonic frequency f2 having the signal amplitude value q2, and the third harmonic frequency f3 having the signal amplitude value q3 is confirmed.

なお、直後波形を得るための所定の時間は、前述と同様の理由で、例えば2μ秒とする。この場合も同様に、FFTによる周波数解析を行う場合は時間波形のデータ数は2の階乗個となるように対象データが選択される。   The predetermined time for obtaining the waveform immediately after is, for example, 2 μs for the same reason as described above. In this case as well, when performing frequency analysis by FFT, the target data is selected so that the number of time waveform data is a factorial of two.

非線形パラメータを計算する箇所は、図5に示すように、第1超音波信号31が低エコー領域33を伝播する音線の長さが最も長いライン50の前後とするように、第1超音波信号31が前記特定組織に入射する直前の位置と、第1超音波信号31が特定組織である低エコー領域33から出射した直後の位置とを選択するように計算に用いられる音線が選択されることが好ましい。ライン51、52のように、第1超音波信号31が低エコー領域33を伝播する音線の長さが短い場合に比べて、非線形パラメータである係数比B/Aを精度よく算出できるからである。具体的には、図6に示す第2超音波信号34の低エコー領域33の時間幅が最も長い位置を選択する。   As shown in FIG. 5, the non-linear parameter is calculated at the position of the first ultrasonic wave so that the first ultrasonic signal 31 is before and after the line 50 having the longest acoustic ray propagating through the low echo region 33. A sound ray used for calculation is selected so as to select a position immediately before the signal 31 is incident on the specific tissue and a position immediately after the first ultrasonic signal 31 is emitted from the low echo area 33 which is the specific tissue. It is preferable. This is because the coefficient ratio B / A, which is a non-linear parameter, can be calculated more accurately than in the case where the length of the sound ray in which the first ultrasonic signal 31 propagates through the low echo area 33 is short as in the lines 51 and 52. is there. Specifically, the position where the time width of the low echo area 33 of the second ultrasonic signal 34 shown in FIG. 6 is the longest is selected.

非線形パラメータを計算する箇所は、図8に示すように、特定組織である低エコー領域33が扁平形状である場合においても、低エコー領域33を伝播する音線の長さが最も長いラインを選択することが好ましい。上記同様の理由により、非線形パラメータである係数比B/Aを精度よく算出できる。   As shown in FIG. 8, the non-linear parameter is calculated by selecting the line having the longest sound ray propagating through the low echo region 33 even when the low echo region 33 as a specific tissue has a flat shape. It is preferable to do. For the same reason as described above, the coefficient ratio B / A, which is a nonlinear parameter, can be calculated with high accuracy.

解析に用いられる音線は画面上に表示されたガイドに従って、術者が任意に選択しても良いが、装置が音線中の低エコー領域の長さを近傍の音線と比較して、自動的に選択されることが好ましい。   The sound ray used for the analysis may be arbitrarily selected by the operator according to the guide displayed on the screen, but the device compares the length of the low echo area in the sound ray with the nearby sound ray, Preferably, it is automatically selected.

次に、ステップS7において、信号処理部17は得られた基本波の信号振幅と、所定のn次高調波の信号振幅との高調波比率を算出する。例えば、基本波と第3高調波の信号振幅比を算出し、q3/q1を得る。   Next, in step S7, the signal processing unit 17 calculates a harmonic ratio between the obtained signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of a predetermined n-order harmonic. For example, the signal amplitude ratio between the fundamental wave and the third harmonic is calculated to obtain q3 / q1.

次に、ステップS8において、信号処理部17は、高エコー領域32のみを伝播して受信部13に受信される直前波形の高調波比率と、低エコー領域33と高エコー領域32の両方を伝播して受信部13に受信される直後波形の高調波比率の比を算出し、高調波比率の増加率(p3・q1)/(p1・q3)を算出する。   Next, in step S <b> 8, the signal processing unit 17 propagates only the high-echo region 32 and propagates both the low-echo region 33 and the high-echo region 32 and the harmonic ratio of the immediately preceding waveform received by the receiving unit 13. Then, the ratio of the harmonic ratio of the waveform immediately after being received by the receiving unit 13 is calculated, and the rate of increase of the harmonic ratio (p3 · q1) / (p1 · q3) is calculated.

次に、ステップS9において、信号処理部17は、開始点41の位置と、終了点42の位置と、高調波比率の増加率とから低エコー領域33の係数比B/Aを算出する。係数比B/Aは、有限要素法を用いた圧電波動解析を行うことで算出することができるが、有限要素法の解析を、コンピュータを用いて実行する時間は実際の超音波診断の現場において実時間と言えるほど早くない場合もあるので、本実施形態では、ルックアップテーブルを用いる。具体的には、制御部16は信号処理部17に命じて、予め、開始点41の位置と、終了点42の位置と、高調波比率の増加率との組み合わせ毎に係数比B/Aを算出しておき、計算結果を記憶部18に記憶させておく。   Next, in step S9, the signal processing unit 17 calculates the coefficient ratio B / A of the low echo area 33 from the position of the start point 41, the position of the end point 42, and the rate of increase of the harmonic ratio. The coefficient ratio B / A can be calculated by performing a piezoelectric wave analysis using the finite element method. However, the time for executing the analysis of the finite element method using a computer is actually in the field of ultrasonic diagnosis. In some embodiments, a lookup table is used because it may not be as fast as real time. Specifically, the control unit 16 instructs the signal processing unit 17 to set the coefficient ratio B / A for each combination of the position of the start point 41, the position of the end point 42, and the increase rate of the harmonic ratio in advance. The calculation result is stored in the storage unit 18 in advance.

図9にルックアップテーブルの例を示す。ルックアップテーブルの横軸は超音波探触子2から開始点位置までの距離、縦軸は超音波探触子2から終了点位置までの距離を表す。本ルックアップテーブルでは、係数比B/Aと減衰率とが所定の値の場合、開始点位置までの距離が30mm、終了点位置までの距離が40mmの位置では、高調波比率の増加率の値が3.0となる。係数比B/Aと減衰率とが異なる組み合わせをとると、高調波比率の増加率も異なる値となる。制御部16は、このように、開始点位置までの距離と、終了点位置までの距離と、高調波比率の増加率の値とがステップS8で得られた値と同じ値となるルックアップテーブルを、記憶部18を検索して得る。   FIG. 9 shows an example of a lookup table. The horizontal axis of the lookup table represents the distance from the ultrasound probe 2 to the start point position, and the vertical axis represents the distance from the ultrasound probe 2 to the end point position. In this look-up table, when the coefficient ratio B / A and the attenuation rate are predetermined values, the rate of increase of the harmonic ratio is 30 mm when the distance to the start point position is 30 mm and the distance to the end point position is 40 mm. The value is 3.0. If the combination of the coefficient ratio B / A and the attenuation rate is different, the rate of increase of the harmonic ratio also becomes a different value. In this way, the control unit 16 uses the lookup table in which the distance to the start point position, the distance to the end point position, and the value of the increase rate of the harmonic ratio are the same values as those obtained in step S8. Is obtained by searching the storage unit 18.

次に、ステップS10にて、信号処理部17は、検索して得られたルックアップテーブルから、該当音線における低エコー領域33の係数比B/Aと減衰率を得る。   Next, in step S10, the signal processing unit 17 obtains the coefficient ratio B / A and the attenuation rate of the low echo area 33 in the corresponding sound ray from the look-up table obtained by the search.

前述したように、超音波探触子2は2次元上に圧電素子22を有していることから、同一エコー領域に対して複数の方向から音線を形成することにより、第1超音波信号内における異なる開始点41と終了点42に対して上記と同様に係数比B/Aと減衰率とが算出され、係数比B/Aから低エコー領域33の3次元的な分布の情報が得られる。   As described above, since the ultrasound probe 2 has the piezoelectric element 22 two-dimensionally, the first ultrasound signal can be obtained by forming sound rays from a plurality of directions with respect to the same echo area. The coefficient ratio B / A and the attenuation rate are calculated for the different start points 41 and end points 42 in the same manner as described above, and information on the three-dimensional distribution of the low echo area 33 is obtained from the coefficient ratio B / A. It is done.

次に、ステップS11にて、ステップS3において得られた第2超音波信号の振幅の情報から、画像処理部14は従来技術と同様にB−mode画像情報を生成する。そして、画像処理部14は得られたB−mode画像情報と、ステップS10にて得られた低エコー領域33の非線形パラメータである係数比B/Aの分布の情報とを合成し、画像データを生成する。この場合B/Aの分布情報は、例えばカラードップラー表示等のごとく、色情報として生成され、白黒のB−mode画像情報と合成されることが好ましい。   Next, in step S11, the image processing unit 14 generates B-mode image information from the amplitude information of the second ultrasonic signal obtained in step S3, as in the conventional technique. Then, the image processing unit 14 synthesizes the obtained B-mode image information and the information on the distribution of the coefficient ratio B / A, which is the nonlinear parameter of the low echo area 33 obtained in step S10, to obtain the image data. Generate. In this case, it is preferable that the B / A distribution information is generated as color information, such as color Doppler display, and is combined with black and white B-mode image information.

次に、ステップS12にて、得られた非線形パラメータである係数比B/Aの情報からエッジ検出手段を用いて低エコー領域33と高エコー領域32との境界を明確にするために、画像データの境界のエッジを検出するエッジ検出処理を施し、検出したエッジを画像データに付与して超音波画像データとする。   Next, in step S12, in order to clarify the boundary between the low echo area 33 and the high echo area 32 using the edge detection means from the information of the obtained coefficient ratio B / A which is a nonlinear parameter, image data An edge detection process for detecting the edge of the boundary is performed, and the detected edge is added to the image data to obtain ultrasonic image data.

エッジの検出には、公知のスネークやリージョングローイング法などを採用したエッジ検出ソフトウェアを用いて行う。   Edge detection is performed using edge detection software employing a known snake or region growing method.

次に、ステップS13にて、制御部16は、エッジの明確になった被検体内の超音波画像を表示部15に表示する。   Next, in step S <b> 13, the control unit 16 displays on the display unit 15 an ultrasonic image in the subject whose edge has been clarified.

なお、B/A情報の表示方法は、前述のようなB/Aの分布情報を画像化してB−mode画像情報と合成する方法でも良いが、非線形パラメータである係数比B/Aの情報のみでもよい。この場合、信号処理部17で生成した低エコー領域33の3次元的な分布の情報である非線形パラメータである係数比B/Aの情報は、分布の画像情報としてではなく、選択された数値そのものを表示することが好ましい。数値の選択は前述のとおり、低エコー領域を伝播する長さが最も長い音線を解析して得られる数値を用いることが好ましい。また、非線形パラメータである係数比B/Aの情報は、画像処理部14を経由せずに表示部15に表示することとなる。   Note that the B / A information display method may be a method in which B / A distribution information as described above is imaged and combined with B-mode image information, but only information on coefficient ratio B / A, which is a non-linear parameter. But you can. In this case, the information on the coefficient ratio B / A, which is a nonlinear parameter that is information on the three-dimensional distribution of the low echo area 33 generated by the signal processing unit 17, is not the image information of the distribution but the selected numerical value itself. Is preferably displayed. As described above, it is preferable to use a numerical value obtained by analyzing a sound ray that has the longest propagation length in the low echo area. Further, information on the coefficient ratio B / A, which is a nonlinear parameter, is displayed on the display unit 15 without going through the image processing unit 14.

以上のように、本実施形態によれば、第2超音波信号を受信部により受信して、電気信号を生成し、該電気信号のn次周波数成分(nは自然数)の強度比に基づいて、信号処理部により被検体内の非線形パラメータの分布を算出し、画像処理部が画像データを生成し、表示部が画像データを画像化して表示するので、従来の音響インピーダンスの不整合を利用した超音波診断装置に対して、操作者の加圧操作の仕方に影響を受けずに被検体の深部まで正確に測定でき、音響インピーダンスの差が小さく反射波が生じない一様な構造である組織(低エコー領域)の性状診断を容易に行え、リアルタイムに計測できる超音波診断装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the second ultrasonic signal is received by the receiving unit, an electric signal is generated, and based on the intensity ratio of the nth-order frequency component (n is a natural number) of the electric signal. The signal processing unit calculates the distribution of nonlinear parameters in the subject, the image processing unit generates image data, and the display unit images and displays the image data, so the conventional acoustic impedance mismatch is used. Tissue with a uniform structure that can accurately measure to the deep part of the subject without being affected by how the operator pressurizes the ultrasound diagnostic device, and has a small acoustic impedance difference and no reflected waves It is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can easily perform a property diagnosis of a (low echo area) and can measure in real time.

また、本実施の形態によれば、前記電気信号の信号振幅が所定値以下の値を有する領域を前記特定組織とするので、従来の音響インピーダンスの不整合を検出する手法を用いて領域を明確に特定することができる。   In addition, according to the present embodiment, since the region where the signal amplitude of the electric signal has a value equal to or smaller than a predetermined value is the specific tissue, the region is clarified using the conventional method of detecting acoustic impedance mismatch. Can be specified.

また、本実施の形態によれば、画像データに対して、画像内のエッジを明確にするエッジ検出処理を行うエッジ検出手段を有し、表示部はエッジ検出手段によってエッジ検出処理された画像データを表示するので、術者は表示部上で特定組織を明確に認識することができる。   Further, according to the present embodiment, the image data that has the edge detection unit that performs the edge detection process for clarifying the edge in the image with respect to the image data, and the display unit receives the image data that has been subjected to the edge detection process by the edge detection unit. Is displayed, the surgeon can clearly recognize the specific tissue on the display unit.

また、本実施の形態によれば、線形パラメータである係数比B/Aの算出に第2高調波より次数の高い第3高調波を用いることで、基本波成分との分離が容易になりより高精度に非線形パラメータを算出できる。   Further, according to the present embodiment, the third harmonic having a higher order than the second harmonic is used for calculating the coefficient ratio B / A, which is a linear parameter, so that the separation from the fundamental wave component is facilitated. Nonlinear parameters can be calculated with high accuracy.

また、本実施の形態によれば、第1超音波信号31が低エコー領域33を伝播する音線の長さが最も長くなるように計算に用いられる音線が選択されることで、非線形パラメータである係数比B/Aを精度よく算出することができる。   Further, according to the present embodiment, the non-linear parameter is selected by selecting the sound ray used for the calculation so that the length of the sound ray propagating the first ultrasonic signal 31 through the low echo region 33 is the longest. The coefficient ratio B / A can be calculated with high accuracy.

1 超音波診断装置本体
2 超音波探触子
3 ケーブル
11 操作入力部
12 送信部
13 受信部
14 画像処理部
15 表示部
16 制御部
17 信号処理部
18 記憶部
21 音響制動部材
22 圧電素子
23 音響整合層
24 信号線
31 第1超音波信号
32 高エコー領域
33 低エコー領域
34 第2超音波信号
41 開始点
42 終了点
222 信号電極層
223 接地電極層
S 超音波診断装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic diagnostic apparatus main body 2 Ultrasonic probe 3 Cable 11 Operation input part 12 Transmission part 13 Reception part 14 Image processing part 15 Display part 16 Control part 17 Signal processing part 18 Memory | storage part 21 Acoustic braking member 22 Piezoelectric element 23 Acoustics Matching layer 24 Signal line 31 First ultrasonic signal 32 High echo area 33 Low echo area 34 Second ultrasonic signal 41 Start point 42 End point 222 Signal electrode layer 223 Ground electrode layer S Ultrasonic diagnostic apparatus

Claims (8)

被検体内の特定組織に第1超音波信号を送信する複数の送信用素子と、
前記送信用素子を駆動する送信部と、
前記第1超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された反射波である第2超音波信号を受信して、電気信号を生成する複数の受信用素子と、
前記電気信号を受信して出力する受信部と、
前記受信部が出力した電気信号のうち前記特定組織の界面近傍の領域に対応する電気信号における、基本波の信号振幅と3次高調波の信号振幅との比に基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出する信号処理部と、
前記非線形パラメータの情報を表示する表示部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
A plurality of transmitting elements for transmitting the first ultrasonic signal to a specific tissue in the subject;
A transmission unit for driving the transmission element;
A plurality of receiving elements that receive a second ultrasonic signal that is a reflected wave generated by reflecting the first ultrasonic signal in the subject and generate an electrical signal;
A receiver for receiving and outputting the electrical signal;
Based on the ratio of the signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of the third harmonic in the electric signal corresponding to the region in the vicinity of the interface of the specific tissue among the electric signals output from the receiving unit, the nonlinearity of the specific tissue A signal processing unit for calculating parameters;
A display unit for displaying information of the nonlinear parameter;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記送信用素子は前記受信用素子と兼用されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the transmitting element is also used as the receiving element. 前記特定組織は低エコー領域である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。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the specific tissue is a low echo area. 前記受信部が出力した電気信号に基づいて前記被検体内のB−mode画像情報を生成して、前記非線形パラメータの分布情報と合成した画像データを生成する画像処理部を有し、
前記表示部は、前記画像データを表示することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の超音波診断装置。
An image processing unit for generating B-mode image information in the subject based on the electrical signal output by the receiving unit, and generating image data combined with the nonlinear parameter distribution information;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the display unit displays the image data.
前記信号処理部は、前記第1超音波信号が前記特定組織に入射する直前の位置に対応する電気信号と、前記第1超音波信号が前記特定組織から出射した直後の位置に対応する電気信号とに基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の超音波診断装置。   The signal processing unit includes an electric signal corresponding to a position immediately before the first ultrasonic signal is incident on the specific tissue, and an electric signal corresponding to a position immediately after the first ultrasonic signal is emitted from the specific tissue. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein a nonlinear parameter of the specific tissue is calculated based on 前記特定組織は、前記電気信号の信号振幅が所定値以上の値を有する境界で囲まれた領域であることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the specific tissue is a region surrounded by a boundary having a signal amplitude of the electric signal equal to or greater than a predetermined value. 前記画像データに対して、画像内のエッジを明確にするエッジ検出処理を行うエッジ検出手段を有し、Edge detection means for performing edge detection processing for clarifying edges in the image with respect to the image data;
前記表示部は前記エッジ検出手段によってエッジ検出処理された前記画像データを表示することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the display unit displays the image data subjected to edge detection processing by the edge detection unit.
被検体内の特定組織に第1超音波信号を送信する複数の送信用素子と、A plurality of transmitting elements for transmitting the first ultrasonic signal to a specific tissue in the subject;
前記送信用素子を駆動する送信部と、A transmission unit for driving the transmission element;
前記第1超音波信号が前記被検体内において反射されて生成された反射波である第2超音波信号を受信して、電気信号を生成する複数の受信用素子と、A plurality of receiving elements that receive a second ultrasonic signal that is a reflected wave generated by reflecting the first ultrasonic signal in the subject and generate an electrical signal;
前記電気信号を受信して出力する受信部と、A receiver for receiving and outputting the electrical signal;
前記受信部が出力した電気信号のうち前記特定組織の界面近傍の領域に対応する電気信号における、基本波の信号振幅と所定の高調波の信号振幅との比に基づいて、前記特定組織の非線形パラメータを算出する信号処理部と、Based on the ratio of the signal amplitude of the fundamental wave and the signal amplitude of a predetermined harmonic in the electric signal corresponding to the region in the vicinity of the interface of the specific tissue among the electric signals output by the receiver, the nonlinearity of the specific tissue A signal processing unit for calculating parameters;
前記非線形パラメータの情報を表示する表示部と、を有し、A display unit for displaying information of the nonlinear parameter,
前記特定組織は低エコー領域であり、The specific tissue is a low echo area;
連続した低エコー領域から得られる非線形パラメータ情報のうち、低エコー領域が最も長くなる音線から得られる前記非線形パラメータの情報を表示することを特徴とする超音波診断装置。An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by displaying information on the non-linear parameter obtained from a sound ray in which a low echo area is longest among non-linear parameter information obtained from continuous low echo areas.
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