JP5808325B2 - 超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法に関し、特に、超音波を利用して被検体の診断部位について超音波画像を撮影して表示し、被検体の着目領域内における超音波の音速や減衰の変化に基づいて被検体の組織性状の診断を行う超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法に関する。

従来より、超音波を利用して被検体の診断部位について超音波画像を撮影して表示する超音波診断装置が知られており、超音波の音速、減衰、散乱などの音響特性を計測し、被検体組織の内部構造や構成成分などの性状診断や、組織、病変弁別など、診断に活用する様々な試みがなされてきた。

例えば、特許文献１には、送波振動子の照射角度を変化させながら照射し、受波振動子の入射角度を変化させながら受波する間の経過時間を測定してメモリに格納しておき、その一方で音速メモリに格納された仮想音速分布に基づいて、音速メモリ上で送受波振動子の送受波角度を変化させて、それぞれに対応する音線経路を設定し、その所要時間と先にメモリに格納された経過時間を比較して誤差データを求め、誤差データを最小にするように音速メモリに格納されている音速分布を修正し、修正された音速分布により音速を求めるようにした音速計測方法が開示されている。

また、特許文献２には、着目深度付近で、帯域分割された検波信号の空間的な差分を取ることにより、生体内の伝搬減衰に伴う情報を抽出・描画する方法が開示されている。

特開平５−９５９４６号公報 特開平７−５１２７０号公報

しかしながら、上記従来の音速あるいは減衰の計測方法はマクロ的なものであり、このようなマクロな音響特性計測方法では、病変の種類によっては、ミクロな音響特性構造の変化を捉えることは困難であるとの報告がなされている。

例えば、蜂屋弘之「生体組織の音響特性と超音波断層画像の特徴」(Medical Imaging Technology vol.21 No.2 March 2003)によれば、肝臓が肝硬変になり、肝硬変が進行すると壊死した組織同士が結合し、修復するために周辺組織が線維化して結節を形成して、肝小葉が再生結節に置き換えられる。例えば、図４に散乱体配置の例を示す。図４の（ａ）は正常肝を示したものであり、各々の肝小葉構造は、１．０〜１．５ｍｍ程度でランダムな大きさを持っているが、図４の（ｂ）に示すように中度の肝硬変になると複数の肝小葉構造が破壊され、線維組織が生じ、結節径が３〜４ｍｍに成長し、さらに病変が進行し図４の（ｃ）に示すように重度の肝硬変になると、結節径が最大で７ｍｍ程度まで成長する。そして、結節の内部の音速、減衰及び散乱は正常な肝臓より低く、線維部は逆に正常な肝臓より高くなるというミクロな音速構造変化があることが報告されている。しかし、これに対して、赤松興一「音速計測によるtissue characterization」(臨床医 vol.12 no.11 1986)によれば、正常肝と肝硬変のマクロ音速値に有意な差は無いことが報告されている。

従って、従来より提案されてきたマクロ的な音速や減衰の計測方法では、上記のようなミクロな音速・減衰の構造変化を捉えられない可能性があるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の音速・減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰の構造変化を捉えることのできる超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法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、本発明の第１態様に係る超音波診断装置は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内の２つ以上の点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信信号の相互関係に基づいて、前記２つ以上の点を含む領域の組織性状を判断する組織性状判断手段と、を備える。

これにより、音速や減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰構造変化を捉えることができ、組織性状の診断が容易となる。

本発明の第２態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記２つ以上の点からの反射波を各超音波トランスデューサで受信する際に各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段を更に備える。

本発明の第３態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記組織性状判断手段は、各点に対して少なくとも２つ以上の前記超音波トランスデューサの受信信号の相互関係に基づいて指標を算出し、各点に対する該指標の相互関係に基づいて組織性状を判断する。

本発明の第４態様に係る超音波診断装置は、第３態様において、前記指標とは音速または減衰である。

本発明の第５態様に係る超音波診断装置は、第４態様において、前記被検体の深度方向に関して前記各点よりも浅い点からの反射波をそれぞれ少なくとも２つ以上の前記超音波トランスデューサで受信し、前記各点からの各超音波トランスデューサの受信信号と、前記浅い点からの各超音波トランスデューサの受信信号とに基づいて、前記各点と前記浅い点を含む局所的な領域における音速または減衰を求める手段を備え、前記指標とは前記局所的な領域における音速または減衰である。

本発明の第６態様に係る超音波診断装置は、第５態様において、前記各点および前記浅い点からの反射波を各超音波トランスデューサで受信する際に各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段を更に備える。

本発明の第７態様に係る超音波診断装置は、第２態様または第６態様において、前記送信フォーカスの有効域を判定する判定手段を更に備える。
本発明の第８態様に係る超音波診断装置は、第１態様において、前記組織性状の判断結果を表示する表示手段を更に備える。
本発明の第９態様に係る超音波診断装置は、第８態様において、前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、前記表示手段が、前記組織性状の判断結果を、前記振幅画像に重畳させるか、または前記振幅画像と並べて表示する。
本発明の第１０態様に係る超音波診断装置は、第８態様において、前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、前記表示手段が、前記振幅画像の輝度又は色を変化させることにより、前記組織性状の判断結果を表示する。
本発明の第１１態様に係る超音波診断装置は、第９態様または第１０態様において、前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記組織性状の判断結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替える表示モード切替手段を更に備える。

本発明の第１２態様に係る超音波診断装置の作動方法は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子を備える超音波診断装置の作動方法であって、前記被検体内の２つ以上の点からの反射波の各超音波トランスデューサの受信信号の相互関係に基づいて、前記２つ以上の点を含む領域の組織性状を判断する。

これにより、音速や減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰構造変化を捉えることができ、組織性状の診断が容易となる。

以上説明したように、本発明によれば、音速や減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰構造変化を捉えることができ、組織性状の診断が容易となる。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は音速バラツキ・減衰バラツキを計測する処理を模式的に示す説明図である。 音速又は減衰のバラツキ指標を求める処理の流れを表すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は肝硬変における組織性状変化を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置１０は、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに超音波ビームを送信して、被検体ＯＢＪによって反射された超音波ビーム（超音波エコー）を受信し、超音波エコーの検出信号から超音波画像を作成し表示する装置である。

ＣＰＵ（Central Processing Unit)１００は、操作入力部２００からの操作入力に応じて超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行う。

操作入力部２００は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力デバイスであり、操作卓２０２とポインティングデバイス２０４とを含んでいる。操作卓２０２は、文字情報（例えば、患者情報）の入力を受け付けるキーボードと、振幅画像（Ｂモード画像）を単独で表示するモードと局所音速値の判定結果を表示するモードとの間で表示モードを切り替える表示モード切り替えボタンと、ライブモードとフリーズモードとの切り替えを指示するためのフリーズボタンと、シネメモリ再生を指示するためのシネメモリ再生ボタンと、超音波画像の解析・計測を指示するための解析・計測ボタンとを含んでいる。ポインティングデバイス２０４は、表示部１０４の画面上における領域の指定の入力を受け付けるデバイスであり、例えば、トラックボール又はマウスである。なお、ポインティングデバイス２０４としては、タッチパネルを用いることも可能である。

格納部１０２は、ＣＰＵ１００に超音波診断装置１０の各ブロックの制御をさせるための制御プログラムが格納される記憶装置であり、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。

表示部１０４は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube)ディスプレイ又は液晶ディスプレイであり、超音波画像（動画及び静止画）の表示及び各種の設定画面を表示する。

超音波探触子３００は、被検体ＯＢＪに当接させて用いるプローブであり、１次元又は２次元の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３０２を備えている。超音波トランスデューサ３０２は、送信回路４０２から印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを被検体ＯＢＪに送信すると共に、被検体ＯＢＪから反射される超音波エコーを受信して検出信号を出力する。

超音波トランスデューサ３０２は、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極が形成されて構成された振動子を含んでいる。このような振動子を構成する圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ(lead) zirconate titanate)のような圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride)のような高分子圧電素子を用いることができる。上記振動子の電極に電気信号を送って電圧を印加すると圧電体が伸縮し、この圧電体の伸縮により各振動子において超音波が発生する。例えば、振動子の電極にパルス状の電気信号を送るとパルス状の超音波が発生し、また振動子の電極に連続波の電気信号を送ると連続波の超音波が発生する。そして、各振動子において発生した超音波が合成されて超音波ビームが形成される。また、各振動子により超音波が受信されると、各振動子の圧電体が伸縮して電気信号を発生する。各振動子において発生した電気信号は、超音波の検出信号として受信回路４０４に出力される。

なお、超音波トランスデューサ３０２としては、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いることも可能である。例えば、超音波を送信する素子として上記圧電体により構成される振動子を用いて、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにしてもよい。ここで、光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器又はファイバブラッググレーティングである。

次に、ライブモード時における超音波診断処理について説明する。ライブモードは、被検体ＯＢＪに超音波探触子３００を当接させて超音波の送受信を行うことによって得られた超音波画像（動画）の表示や解析・計測を行うモードである。

超音波探触子３００が被検体ＯＢＪに当接されて、操作入力部２００からの指示入力により超音波診断が開始されると、ＣＰＵ１００は、送受信部４００に制御信号を出力して、超音波ビームの被検体ＯＢＪへの送信、及び被検体ＯＢＪからの超音波エコーの受信を開始させる。ＣＰＵ１００は、超音波トランスデューサ３０２ごとに超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信方向とを設定する。

さらに、ＣＰＵ１００は、超音波ビームの送信方向に応じて送信遅延パターンを選択するとともに、超音波エコーの受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する。ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンデータであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２によって受信される遅延時間のパターンデータである。上記送信遅延パターン及び受信遅延パターンは予め格納部１０２に格納されている。ＣＰＵ１００は、格納部１０２に格納されているものの中から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを選択し、選択した送信遅延パターン及び受信遅延パターンに従って、送受信部４００に制御信号を出力して超音波の送受信制御を行う。

送信回路４０２は、ＣＰＵ１００からの制御信号に応じて駆動信号を生成して、該駆動信号を超音波トランスデューサ３０２に印加する。このとき、送信回路４０２は、ＣＰＵ１００によって選択された送信遅延パターンに基づいて、各超音波トランスデューサ３０２に印加する駆動信号を遅延させる。ここで、送信回路４０２は、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、各超音波トランスデューサ３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整する（遅延させる）送信フォーカスを実行する。なお、複数の超音波トランスデューサ３０２から一度に送信される超音波が被検体ＯＢＪの撮像領域全体に届くように、駆動信号を印加するタイミングを調節するようにしてもよい。

受信回路４０４は、各超音波トランスデューサ３０２から出力される超音波検出信号を受信して増幅する。上記のように、各超音波トランスデューサ３０２と被検体ＯＢＪ内の超音波反射源との間の距離がそれぞれ異なるため、各超音波トランスデューサ３０２に反射波が到達する時間が異なる。受信回路４０４は遅延回路を備えており、ＣＰＵ１００によって選択された音速（以下、仮定音速という）又は音速の分布に基づいて設定される受信遅延パターンに従って、反射波の到達時刻の差（遅延時間）に相当する分、各検出信号を遅延させる。次に、受信回路４０４は、遅延時間を与えた検出信号を整合加算することにより受信フォーカス処理を行う。超音波反射源Ｘ_ＲＯＩと異なる位置に別の超音波反射源がある場合には、別の超音波反射源からの超音波検出信号は到達時間が異なるので、上記受信回路４０４の加算回路で加算することにより、別の超音波反射源からの超音波検出信号の位相が打ち消し合う。これにより、超音波反射源Ｘ_ＲＯＩからの受信信号が最も大きくなり、フォーカスが合う。上記受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、ＲＦ信号という）が形成される。

Ａ／Ｄ変換器４０６は、受信回路４０４から出力されるアナログのＲＦ信号をデジタルＲＦ信号（以下、ＲＦデータという）に変換する。ここで、ＲＦデータは、受信波（搬送波）の位相情報を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力されるＲＦデータは、信号処理部５０２とシネメモリ６０２にそれぞれ入力される。

シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６から入力されるＲＦデータを順次格納する。また、シネメモリ６０２は、ＣＰＵ１００から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記ＲＦデータに関連付けて格納する。

信号処理部５０２は、上記ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control)によって、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、包絡線検波処理を施し、Ｂモード画像データ（超音波エコーの振幅を点の明るさ（輝度）によって表した画像データ）を生成する。

信号処理部５０２によって生成されたＢモード画像データは、通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものである。このため、ＤＳＣ（Digital Scan Converter)５０４は、上記Ｂモード画像データを通常の画像データ（例えば、テレビジョン信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）の画像データ）に変換（ラスター変換）する。画像処理部５０６は、ＤＳＣ５０４から入力される画像データに、各種の必要な画像処理（例えば、階調処理）を施す。

画像メモリ５０８は、画像処理部５０６から入力された画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、画像メモリ５０８から読み出された画像データをアナログの画像信号に変換して表示部１０４に出力する。これにより、超音波探触子３００によって撮影された超音波画像（動画）が表示部１０４に表示される。

なお、本実施形態では、受信回路４０４において受信フォーカス処理が施された検出信号をＲＦ信号としたが、受信フォーカス処理が施されていない検出信号をＲＦ信号としてもよい。この場合、複数の超音波トランスデューサ３０２から出力される複数の超音波検出信号が、受信回路４０４において増幅され、増幅された検出信号、すなわち、ＲＦ信号が、Ａ／Ｄ変換器４０６においてＡ／Ｄ変換されることによってＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータは、信号処理部５０２に供給されるとともに、シネメモリ６０２に格納される。受信フォーカス処理は、信号処理部５０２においてデジタル的に行われる。

次に、シネメモリ再生モードについて説明する。シネメモリ再生モードは、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータに基づいて超音波診断画像の表示や解析・計測を行うモードである。

操作卓２０２のシネメモリ再生ボタンが押下されると、ＣＰＵ１００は、超音波診断装置１０の動作モードをシネメモリ再生モードに切り替える。シネメモリ再生モード時には、ＣＰＵ１００は、オペレータからの操作入力により指定されたＲＦデータの再生をシネメモリ再生部６０４に指示する。シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に基づいて、シネメモリ６０２からＲＦデータを読み出して、画像信号生成部５００の信号処理部５０２に送信する。シネメモリ６０２から送信されたＲＦデータは、信号処理部５０２、ＤＳＣ５０４及び画像処理部５０６において所定の処理（ライブモード時と同様の処理）が施されて画像データに変換された後、画像メモリ５０８及びＤ／Ａ変換器５１０を経て表示部１０４に出力される。これにより、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づく超音波画像（動画又は静止画）が表示部１０４に表示される。

ライブモード又はシネメモリ再生モード時において、超音波画像（動画）が表示されているときに操作卓２０２のフリーズボタンが押下されると、フリーズボタン押下時に表示されている超音波画像が表示部１０４に静止画表示される。これにより、オペレータは、着目領域（ＲＯＩ：Region of Interest)の静止画を表示させて観察することができる。

操作卓２０２の計測ボタンが押下されると、オペレータからの操作入力により指定された解析・計測が行われる。データ解析計測部１０６は、各動作モード時に計測ボタンが押下された場合に、Ａ／Ｄ変換器４０６又はシネメモリ６０２から、画像処理が施される前のＲＦデータを取得し、当該ＲＦデータを用いてオペレータ指定の解析・計測（例えば、組織部の歪み解析（硬さ診断）、血流の計測、組織部の動き計測、又はＩＭＴ（内膜中膜複合体厚：Intima-Media Thickness)値計測）を行う。また、データ解析計測部１０６は、詳しくは後述するような局所音速値の計測、音速あるいは減衰のバラツキを表す指標を算出する処理を行う。データ解析計測部１０６による解析・計測結果は、画像信号生成部５００のＤＳＣ５０４に出力される。ＤＳＣ５０４は、データ解析計測部１０６により解析・計測結果を超音波画像の画像データに挿入して表示部１０４に出力する。これにより、超音波画像と解析・計測結果とが表示部１０４に表示される。

また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に局所音速値の判定結果を重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速値の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。

なお、局所音速値の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたＢモード画像を表示部１０４に表示するようにしてもよい。

以下、本実施形態の超音波診断装置１０の作用について説明する。

本発明は、着目領域を設定し、着目領域内で求めた音速値又は減衰値の位置による変化に基づいて、音速バラツキ又は減衰バラツキを評価し、その評価を組織性状の診断に役立てようとするものである。

図２に、音速バラツキ・減衰バラツキを計測する処理を模式的に示す。

図２の（ａ）に受信時刻を、図２の（ｂ）に振幅を、また図２の（ｃ）に中心周波数を示し、それぞれ、対象のミクロな音速・減衰構造によって生ずる方位位置バラツキを示すグラフを実線で示し、対象の音速・減衰を一定とみなした場合のグラフを破線で示す。

図２に示すように、送信フォーカスを掛けて形成した擬似的な点反射の受信波の受信時刻、振幅、中心周波数は、一定音速・一定減衰を仮定した受信時刻、振幅、中心周波数からバラツキを有している。

ミクロな音速・減衰構造が受信時刻・振幅及び中心周波数のバラツキを生ずるのは、ミクロスケールで異なる音速・減衰を有する媒質が混在し、その混合割合が各方位位置に対応する経路で異なるためである。

また、擬似的な点反射位置によって、受信時刻・振幅及び中心周波数のバラツキ方は異なり、また送信経路も異なるため、この受信時刻、振幅及び中心周波数から求めるマクロな音速・減衰値（一定とみなした音速・減衰）は、点反射位置によってバラツキを生じることとなる。

ここで、ミクロ音速・減衰変化が大きい程、受信時刻、振幅及び中心周波数の方位位置バラツキが大きくなること、及び、ミクロ音速・減衰変化の空間周波数が大きい程、受信時刻、振幅及び中心周波数の方位位置バラツキの空間周波数も大きくなること、が図２から容易にわかる。そして、この受信時刻、振幅及び中心周波数のバラツキが大きい程、そこから求めるマクロな音速・減衰値の点反射位置によるバラツキも大きくなること、または、受信時刻、振幅及び中心周波数のバラツキの空間周波数が大きい程、そこから求めるマクロな音速・減衰値の空間周波数も大きくなることがわかる。

従って、着目領域内でのマクロな音速・減衰計測値の位置によるバラツキからミクロな音速・減衰構造に関する情報を取得することが可能となる。

これにより、音速または減衰のバラツキを判定することにより、これを組織性状の診断に用いることが可能となる。なお、ここでは肝硬変の例を用いて説明したが、本発明は、肝硬変に限定する事無く適用できることは明らかである。

以下、音速バラツキ又は減衰バラツキを表す指標（バラツキ指標）を求める処理について説明する。

図３は、音速または減衰のバラツキ指標を求める処理の流れを表すフローチャートである。

まず、図３のステップＳ１００において、着目領域を設定する。

次に、ステップＳ１１０において、着目領域内の各ラインに沿って所定数の送信焦点を設定し、該当する送信フォーカスを実施し、各素子受信する。

このとき、各着目点に対応する送信フォーカスを選択するために、事前に各送信フォーカスの有効域を以下のようにして判定するようにしても良い。

すなわち、まず送信フォーカスＮｏｉを設定し、所定の指定ラインＮｏに対して指定ライン幅内でラインＮｏｊを選択し、焦点Ｎｏｉ及びラインＮｏｊの各素子受信信号を読み込む。次に設定音速Ｎｏｋを設定して、送信フォーカスＮｏｉのラインＮｏｊの受信信号に設定音速Ｎｏｋの受信フォーカスを実施し、指標または画像を保存しておく。この処理を設定音速Ｎｏを変えて繰り返し行い、所定の設定音速について処理が終了したら、指定ライン幅内でラインＮｏを変更し、新たなラインＮｏに対してまた上記のように設定音速Ｎｏｋを変えて受信フォーカスを実施し、指標または画像を保存しておく。

次に、指定ライン幅内の全ラインにおける各設定音速の指標または画像から各深さの環境音速（平均音速）を求め、環境音速の深さ方向の標準偏差を算出し、最小点を実際の焦点深さと判定し、送信フォーカスＮｏｉの有効域を求める。そして、送信フォーカスＮｏを変更して、次の送信フォーカスＮｏに対する有効域を上と同様にして求める。

なお、各着目点に対応して送信フォーカスを実施するようにしても良い。

次に、ステップＳ１２０において、着目領域内に、所定数（ｉ_０）の着目点を設定する。着目点は一つ、すなわち所定数ｉ_０は１でもよい。

そして、ｉ_０個の各着目点に対して、その着目点における音速または減衰を求める。

まず、ステップＳ１３０において、着目点の番号を示すｉを１（ｉ＝１）とする。

そして、ステップＳ１４０において、ｉ番目の着目点に対応する送信フォーカスの各素子受信データを選択し、該データからｉ番目の着目点の音速または減衰を求める。

その求め方は、特に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような公知の方法でよい。

例えば、着目点の音速として環境音速（平均音速）を用いた場合の音速の求め方として、音速を着目領域の画像のシャープネスやコントラストなどの特性が最大となるような値として求める画像解析の手法（例えば、特開２００７−７０４５号公報等参照）が知られている。

ここで、遅延時間設定のために想定される音速を設定音速と言い、超音波強度の方位方向に関する強度分布をビームプロファイルと言う。そして、受信回路で整相加算したエコー信号から設定音速が相違する複数のビームプロファイルを生成し、生成した複数のビームプロファイルを同一画面に重ねて表示し、設定音速が相違する複数のビームプロファイルの中の最小ビーム幅に対応するビームプロファイルの設定音速を生体音速として推定する。

あるいは、設定音速によるビーム幅の変化を表すグラフを生成して、その変化を高次曲線で近似した近似曲線の極小値を抽出し、その極小値に対応する設定音速を環境音速として推定するようにしても良い。

または着目点の音速とは着目点の局所音速でも良い。この局所音速を求める方法にも様々なものがある。

例えば、特開２０１０−９９４５２号公報に記載されているように、最適音速値に基づいて局所音速値を判定する以下のような方法が知られている。これはまず、着目点における最適音速値に基づいて、着目点を反射点としたときの仮想点な受信波Ｗ_Ｘの波形を算出する。次に、着目点における仮定音速の初期値を設定し、仮定音速を１ステップ変更し、着目点よりも浅い位置に方位方向に等間隔で配置された複数の格子点からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭを算出する。

次に、仮想受信波Ｗ_Ｘと仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭの誤差を算出する。仮想受信波Ｗ_Ｘと仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭの誤差は、互いの相互相関をとる方法、仮想受信波Ｗ_Ｘに仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法、または逆に、仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭに仮想受信波Ｗ_Ｘから得られる遅延を掛けて位相整合加算する方法によって算出される。

ここで、仮想受信波Ｗ_Ｘから遅延を得るには、着目点を反射点として、着目点における環境音速値で伝播した超音波が各素子に到着する時刻を遅延とすればよい。また、仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭから遅延を得るには、隣り合う素子間での合成受信波の位相差から等位相線を抽出し、その等位相線を遅延とするか、または単に各素子の合成受信波の最大（ピーク）位置の位相差を遅延としてもよい。また、各素子からの合成受信波の相互相関ピーク位置を遅延としてもよい。位相整合加算時の誤差は、整合加算後の波形のpeak to peakとする方法、又は包絡線検波した後の振幅の最大値とする方法などによって求められる。

次に、全ての仮定音速の値での演算が終了したら、着目点における局所音速値が判定される。すなわち、仮想受信波Ｗ_Ｘと仮想合成受信波Ｗ_ＳＵＭとの差が最小になる仮定音速の値を着目点における局所音速値と判定する。

また、被検体の音速が不均一で、各格子の受信時刻（受信波）が環境音速で近似しきれない場合でも局所音速を計測可能とする方法として以下のようなものがある。

例えば、予め着目領域内の着目点と、それより浅い格子点における受信時刻（受信波）を求め、着目領域における仮定音速によって決まる遅延で各格子受信波を重ね合わせて合成受信波を合成し、それと着目点の受信波を比較することによって局所音速を判定する方法がある。

あるいは、予め着目領域内の着目点と、それより浅い格子点における受信時刻（受信波）を求めた後、着目領域における仮定音速によって決まる、着目点から各格子点までの超音波の伝播時間と、各格子受信時刻との和をとったもののうち、ある素子について、最小となる和をその素子の合成受信時刻とし、各素子について着目点の受信時刻と合成受信時刻を比較して局所音速を判定するようにしても良い。

なお、ここで上記着目点、及びそれより浅い格子点における受信時刻は、上述した画像解析の手法と、以下説明する公知の位相収差解析の手法を用いて求めることができる。

超音波探触子の各素子の受信信号に対して、同一の信号を参照信号として、これらの位相差を検出し、隣接する各素子の位相差検出結果を比較しその差をＤとする。また一方、横軸に超音波探触子の素子番号をとり、縦軸に各素子の受信信号と参照信号Ｓとの位相差をプロットしたグラフにおいて、正から負への不連続点（すなわち、上記差Ｄが−１８０°より小のとき）においては３６０°を加算し、負から正への不連続点（すなわち、上記差Ｄが１８０°より大のとき）においては３６０°を減算して、不連続曲線を連続曲線とする。これにより広範囲の位相収差を精度よく検出することができる（例えば、特開平６−１０５８４１号公報等参照）。

また局所音速を求める他の方法として、例えば、上と同様に、着目点より浅い各格子点の受信時刻（受信波）を画像解析及び位相収差解析の手法によって求めた後、着目領域における仮定音速によって決まる遅延で各格子受信波を重ね合わせて合成受信波を合成し、それから生成した遅延に基づいて着目領域の画像を生成し、その画像を解析し、例えばシャープネスが最大となる条件から局所音速を判定するようにしても良い。

または、各格子点の受信時刻（受信波）を求めた後、着目領域における仮定音速によって着目領域から各格子点までの超音波の伝播時間と、各格子受信時刻との和をとったもののうち、ある素子について、最小となる和をその素子の遅延とし、その遅延に基づいて着目領域の画像を生成し、その画像を解析し、例えばシャープネスが最大となる条件から局所音速を判定するようにしても良い。

またあるいは、上記と同様に、着目点より浅い各格子点の受信時刻（受信波）を画像解析及び位相収差解析の手法によって求め、それを遅延として、上記浅い格子点を仮想素子と見做して各仮想素子の受信信号として、各遅延で整合加算した信号を設定し、各仮想素子の受信信号から着目領域の仮定音速に基づいて画像生成し、その画像を解析し、例えばシャープネスが最大となる条件から局所音速を判定するようにしても良い。

また、着目点の減衰の求め方としては、例えば、次のように、整合加算前の各素子受信信号を用いて減衰を求める方法が考えられる。

例えば、送信フォーカスを掛けて擬似的な点反射を形成し、その各素子受信データを用いて、真中素子又は真中素子を含む開口で整合加算した後の受信信号の中心周波数の深さ方向の変化から単位伝播時間当たりの減衰係数の分布を求めることができる。あるいは、各素子受信信号の中心周波数は、送信波の中心周波数が、上記擬似的な点反射の深さと各素子位置によって決まる伝播距離での減衰によって決まる量だけ、低周波側にシフトした値である事から、各素子受信信号の中心周波数から送信波の中心周波数、点反射の深さ及び減衰係数の３未知数、または、上記擬似的な点反射の音速を求める際に、同時に深さも求まり、また送信波の中心周波数も既知として、減衰係数を求めるようにしてもよい。

上記減衰係数の分布を求めるには、まず着目領域を設定し、その着目領域内の各ラインに沿って所定数の送信焦点を設定し、該当する送信フォーカスを実施して、各素子で受信する。次に、着目領域内において方位位置及び深さ位置に関して所定数の着目点を設定し、各着目点に対する送信フォーカスの各素子受信信号を選択し、その内から、真中素子の着目点の深さに相当する信号の中心周波数を求め、これを深さ位置方向に関して繰り返し行い、その各着目点の中心周波数を深さ方向に差分をとり、その結果を減衰係数として格納し、これを各方位位置に関して繰り返し行うことによって単位伝播時間当たりの減衰係数の分布が求められる。または、各着目点に対する送信フォーカスの各素子受信信号を選択し、送信波の中心周波数、着目点の深さ及び減衰係数の内、未知数を振って各素子受信信号の中心周波数に最も良く整合する減衰係数を着目点における減衰係数として格納し、これを各方位位置に関して繰り返し行うことによって減衰係数の分布を求める事ができる。

また、上記各素子受信信号の中心周波数から局所的な減衰係数を求めるには、まず着目領域を設定し、その着目領域内の各ラインに沿って所定数の送信焦点を設定し、該当する送信フォーカスを実施して、各素子で受信する。次に、着目領域内において方位位置及び深さ位置に関して所定数の着目点を設定し、着目点を上面の中心に設置した局所領域を設定し、また局所領域下面に複数の格子点を設定し着目点から各格子を経由して各素子に至る伝播経路を求める。ここで各伝播経路は局所領域の局所音速を求める際に求める事ができる。次に、着目点に対応する送信フォーカスの各素子受信信号の中心周波数を各格子から各素子への経路に沿って逆シフトすることによって、局所領域下面の各格子点における中心周波数を求める。ここで各格子から各素子への経路に沿うシフト量は、別途各格子に該当する送信フォーカスを実施して得られた各素子受信信号から求める事ができる。一方、既に局所領域における着目点直下の格子⇒着目点⇒各格子の伝播経路長が局所音速を求める際に求まっている事から、局所領域内での減衰係数が一定であると仮定すると、着目点直下の格子における中心周波数と減衰係数から、伝播した後の各格子点における中心周波数を求める事ができる。そして着目点直下の格子における中心周波数は、別途、着目点直下の格子に該当する送信フォーカスを実施して得られた各素子受信信号から求める事ができる。従って、減衰係数を仮定して求めた各格子点における中心周波数と、着目点の各素子受信信号の中心周波数逆シフトにより求めた各格子点における中心周波数との誤差を求め、この誤差が最小となる減衰係数を真値として求める事ができる。着目点直下の格子における中心周波数が未知の場合でも、着目点直下の格子における中心周波数と減衰係数の2未知数を振って得られる各格子点における中心周波数と、中心周波数逆シフトにより求めた各格子点における中心周波数とが最も良く整合する場合の減衰係数を採用すれば良い。

以上のようにして、着目点ｉに対応する各素子受信データ、及び局所領域を設定する場合には、その下面上に設定する各格子点に対応する各素子受信データを用いて着目点ｉの音速あるいは減衰を求める。なお、局所領域下面及び各格子点の設定の仕方は、特に限定されるものではなく着目点の下側に任意の曲面上に設定することができる。例えば、組織や病変の境界上に設定してもよい。

次に、図３のステップＳ１５０において、着目点の番号ｉを１インクリメントし（ｉに１を加え）、次のステップＳ１６０で、ｉが設定された着目点の個数（所定数ｉ_０）を超えたか否か判断する。

その結果まだｉがｉ_０を超えていない場合には、ステップＳ１４０に戻り、上記着目点ｉの音速または減衰を求める処理を繰り返す。

また、ｉがｉ_０を超えたと判断された場合には、次のステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０において、各着目点の音速または減衰の着目領域における変化からバラツキ指標を求める。

バラツキ指標としては、着目領域内の音速あるいは減衰のバラツキの大きさに基づく指標、例えば標準偏差を用いることができる。または、各着目点の音速または減衰の着目領域における変化の空間周波数に基づく指標、例えば音速・減衰の２次元周波数分布を求め、その中心周波数・帯域・歪みから求めてもよい。

その他、バラツキ指標として不均一性を評価可能な種々の指標が考えられる。

例えば、着目領域における音速・減衰分布またはその空間周波数分布のヒストグラム形状特徴量として歪度や尖度などをバラツキ指標としても良いし、同時生起行列などによるテクスチャ特徴量、例えば一様性、コントラスト、相関、エントロピーなどをバラツキ指標としても良い。

また、これらの特徴量を単独でバラツキ指標とするのではなく複数の特徴量から、例えば重回帰式を用いてバラツキ指標を求めても良い。

このようにして音速あるいは減衰のバラツキを表す指標（バラツキ指標）を算出することにより、これを用いて組織性状の診断を行うことが可能となる。

例えば、具体的な病変とこれに対する音速あるいは減衰のバラツキのデータを大量に蓄積し、これに基づいてバラツキ指標の値と組織性状の状態との対応を統計的に求め、組織性状の診断を行うためのバラツキ指標の閾値を予め設定しておく。そして、実際の診断においては、上で述べたような方法でバラツキ指標を求め、これを予め設定された閾値と比較することにより、組織性状の診断を行う。これにより、組織性状の診断が容易となる。

このように本実施形態によれば、着目領域における音速や減衰の絶対的な値ではなく、バラツキ（バラツキ指標）を計測するようにしたため、従来のような音速や減衰の絶対値計測では困難であった病変化によるミクロな音速あるいは減衰の構造変化を捉えることが可能となり、音速あるいは減衰バラツキの組織性状診断への適用が可能となった。

以上、本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の作動方法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。
（付記）
上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
（付記１）超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内の着目領域を設定する着目領域設定装置と、前記着目領域内に少なくとも１つ以上の着目点を設定する装置と、前記着目点における音速または減衰の変化を求める装置と、前記音速または減衰の変化に基づいて音速バラツキまたは減衰バラツキを表す指標を求める装置とを備えた超音波診断装置。
付記１に記載の発明によれば、音速や減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰構造変化を捉えることができ、組織性状の診断が容易となる。
（付記２）付記１に記載の超音波診断装置であって、さらに、前記超音波探触子に対して前記着目領域に前記超音波を送信フォーカスさせる送信フォーカス指示装置を備えた超音波診断装置。
（付記３）前記送信フォーカス指示装置は、事前に各送信フォーカスの有効域を判定する付記２に記載の超音波診断装置。
付記３に記載の発明によれば、音速を求める処理を高速に実行することが可能となる。
（付記４）前記着目点における音速は、環境音速である付記１〜３のいずれかに記載の超音波診断装置。
（付記５）前記着目点における音速は、着目領域の局所音速である付記１〜３のいずれかに記載の超音波診断装置。
（付記６）前記指標は、音速バラツキまたは減衰バラツキの大きさの標準偏差である付記１〜５のいずれかに記載の超音波診断装置。
（付記７）前記被検体内の着目領域を設定する着目領域設定ステップと、前記超音波探触子に対して前記着目領域に前記超音波を送信フォーカスさせる送信フォーカス指示ステップと、前記着目領域内に少なくとも１つ以上の着目点を設定するステップと、前記着目点における音速または減衰の変化を求めるステップと、前記音速または減衰の変化に基づいて音速バラツキまたは減衰バラツキを表す指標を算出する指標算出ステップと、前記算出した指標に基づいて組織性状を診断する性状診断ステップと、を備えた超音波診断装置の作動方法。
付記７に記載の発明によれば、音速や減衰の絶対値計測では困難な、病変化によるミクロな音速・減衰構造変化を捉えることができ、組織性状の診断が容易となる。
（付記８）前記送信フォーカス指示ステップは、事前に各送信フォーカスの有効域を判定する付記７に記載の超音波診断装置の作動方法。
付記８に記載の発明によれば、音速を求める処理を高速に実行することが可能となる。
（付記９）前記着目点における音速は、環境音速である付記７または８に記載の超音波診断装置の作動方法。
（付記１０）前記着目点における音速は、着目領域の局所音速である付記７〜９のいずれかに記載の超音波診断装置の作動方法。

１０…超音波診断装置、１００…ＣＰＵ、１０４…表示部、１０６…データ解析計測部、２００…操作入力部、３００…超音波探触子、３０２…超音波トランスデューサ、４００…送受信部、５００…画像信号生成部、５０２…信号処理部、５０６…画像処理部

Claims (10)

1. 超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
   該被検体内に着目領域を設定し、該着目領域内に２つ以上の点を設定する設定手段と、
   前記２つ以上の点の各点について、前記超音波トランスデューサにより得られる少なくとも２つの超音波検出信号に基づいて音速または減衰を算出し、前記各点に対する前記音速または減衰の相互関係に基づいて、前記着目領域の組織性状を判断する組織性状判断手段と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記２つ以上の点からの反射波を各超音波トランスデューサで受信する際に各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段を更に備える請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記被検体の深度方向に関して前記各点よりも浅い点からの反射波をそれぞれ少なくとも２つ以上の前記超音波トランスデューサで受信し、前記各点からの各超音波トランスデューサの受信信号と、前記浅い点からの各超音波トランスデューサの受信信号とに基づいて、前記各点と前記浅い点を含む局所的な領域における音速または減衰を求める手段を備える請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記各点および前記浅い点からの反射波を各超音波トランスデューサで受信する際に各点に対応して送信フォーカスを変えて前記超音波を送信する送信フォーカス手段を更に備える請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記送信フォーカスの有効域を判定する判定手段を更に備える請求項２または４に記載の超音波診断装置。
6. 前記組織性状の判断結果を表示する表示手段を更に備える請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、
   前記表示手段が、前記組織性状の判断結果を、前記振幅画像に重畳させるか、または前記振幅画像と並べて表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波検出信号の振幅を点の輝度により表す振幅画像を作成する振幅画像作成手段を更に備え、
   前記表示手段が、前記振幅画像の輝度又は色を変化させることにより、前記組織性状の判断結果を表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
9. 前記振幅画像を単独で表示する第１の表示モードと、前記組織性状の判断結果を表示する第２の表示モードとの間で表示モードを切り替える表示モード切替手段を更に備える請求項７または８に記載の超音波診断装置。
10. 超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波を受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子を備える超音波診断装置の作動方法であって、
    前記超音波診断装置の設定手段によって、該被検体内に着目領域を設定して、該着目領域内に２つ以上の点を設定し、
    前記２つ以上の点の各点について、前記超音波トランスデューサにより得られる少なくとも２つの超音波検出信号に基づいて音速または減衰を算出し、前記各点に対する前記音速または減衰の相互関係に基づいて、前記着目領域の組織性状を判断する超音波診断装置の作動方法。