JP6552724B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に係り、特に、被検体の検査部位を認識する超音波診断装置に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置では、複数の素子が配列されたアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを走査し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して素子データを取得し、素子データを装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

このような超音波診断装置を用いて被検体の複数の検査部位を診断しようとする場合、それぞれの検査部位に対して診断に適した超音波画像を得るために、検査部位に応じてそれぞれ異なる適切な画像化条件が存在する。そこで、例えば特許文献１には、取得された素子データを用いて超音波画像を生成し、生成された超音波画像の撮像部位をパターンマッチング処理により自動認識し、認識結果に基づいて撮像部位に最適な走査パラメータを設定する超音波診断装置が開示されている。

特開平４−２２４７３８号公報

しかしながら、特許文献１の装置のように、取得された素子データを用いて超音波画像を生成すると、受信フォーカス処理のためにそれぞれの素子データが整相加算されることで、素子データに含まれる音波の空間的な広がりの情報は失われてしまう。これにより、生成された超音波画像からパターンマッチング処理により撮像部位を認識する際に、失われた情報の分だけ認識精度が低下し、撮像部位の認識を誤ってしまうおそれがある。このように部位認識を誤ると、走査パラメータを適切に設定することができず、診断の妨げとなるおそれがある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、部位認識の精度を向上することができる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供するものである。

この発明に係る超音波診断装置は、複数の素子が配列されたアレイトランスデューサと、 アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して素子データを取得する受信部と、受信部により取得された素子データを解析して素子データ情報を取得する素子データ解析部と、被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられ且つ素子データ情報に係る複数の照合パターンが予め格納された照合パターンデータベースと、照合パターンを照合パターンデータベースから読み出し且つ読み出した照合パターンを用いて素子データ解析部により取得された素子データ情報を照合することで被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識する部位認識部とを備えるものである。

受信部により取得された素子データを順次格納する素子データメモリをさらに備え、素子データ解析部は、素子データメモリに格納された素子データを解析して素子データ情報を取得する構成とすることが好ましい。
また、素子データを用いて被検体の超音波画像を生成する画像生成部をさらに備え、部位認識部による部位認識の処理と、画像生成部による超音波画像を生成する処理が並列に実行されるように構成することができる。

部位認識部による部位認識に用いられる素子データ情報を取得するためのそれぞれの素子データに対応する走査線の数が、画像生成部による超音波画像の生成に用いられるそれぞれの素子データに対応する走査線の数より少ない構成とすることができる。
部位認識部による部位認識に用いられる素子データ情報を取得するためのそれぞれの素子データに対応する走査線が、画像生成部による超音波画像の生成に用いられるそれぞれの素子データに対応する走査線に対し、複数の素子の配列方向に沿って所定の間隔で間引かれていても良い。
素子データ解析部は、さらに、周波数特性の情報を含む素子データ情報を取得することができ、さらに、振幅の情報を含む素子データ情報を取得することができる。

送信部は、互いに異なる複数の焦点に向けて超音波ビームを送信し、素子データ解析部は、複数の焦点に対してそれぞれ素子データ情報を取得し、部位認識部は、照合パターンを用いて複数の焦点に対するそれぞれの素子データ情報を照合するように構成しても良い。
素子データ解析部は、それぞれの焦点の近傍で反射される超音波エコーを受信した複数の素子から出力される複数の素子データを解析し、素子データ情報を取得することができる。
部位認識部により認識された被検体の検査部位に対応する画像生成条件を設定する画像化条件設定部をさらに備え、画像生成部は、画像化条件設定部で設定された画像生成条件に従って超音波画像を生成するように構成しても良い。
さらに、画像化条件設定部は、部位認識部により認識された被検体の検査部位に対応する超音波ビーム送信条件をさらに設定し、送信部は、画像化条件設定部で設定された超音波ビーム送信条件に従って超音波ビームを送信するように構成することもできる。

この発明に係る超音波診断装置の制御方法は、複数の素子が配列されたアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する工程と、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して素子データを取得する工程と、取得された素子データを解析して素子データ情報を取得する工程と、被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられた複数の照合パターンを用いて素子データ情報を照合することで被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識する工程とを含むものである。

この発明によれば、複数の素子が配列されたアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して素子データを取得し、取得された素子データを解析して素子データ情報を取得し、被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられた複数の照合パターンを用いて素子データ情報を照合することで被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識するので、部位認識の精度を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における受信部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるＢモード処理部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１の動作を示すフローチャートである。 各素子から被検体内に向けて送信された超音波ビームと、被検体内の反射点から発せられて各素子に向かう反射波を示す図である。 部位認識処理を示すフローチャートである。 実施の形態１における素子データ情報を示す図である。 実施の形態１の変形例において走査線が間引かれている様子を示す図である。 実施の形態１の別の変形例において走査線が間引かれている様子を示す図である。 実施の形態２における素子データ情報を示す図である。 実施の形態３における素子データ情報を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、アレイトランスデューサ１を備え、このアレイトランスデューサ１に送受信部２を介して画像生成部３が接続され、さらに、画像生成部３に表示制御部４を介して表示部５が接続されている。

送受信部２は、アレイトランスデューサ１に接続された送信部６および受信部７と、これら送信部６および受信部７にそれぞれ接続された送受信制御部８を有している。画像生成部３は、送受信部２の受信部７に接続されたＢモード（Brightness mode）処理部９と、Ｂモード処理部９に接続されたＤＳＣ（Digital Scan Converter）１０を有しており、表示制御部４は、ＤＳＣ１０に接続されている。
送受信部２の受信部７に、素子データメモリ１１、素子データ解析部１２および部位認識部１３が順次直列に接続されている。
また、送受信部２の送受信制御部８、画像生成部３のＢモード処理部９およびＤＳＣ１０に、画像化条件設定部１４が接続されている。
表示制御部４、ＤＳＣ１０、素子データ解析部１２、部位認識部１３および画像化条件設定部１４に装置制御部１５が接続されている。さらに、装置制御部１５に、照合パターンデータベース１６、操作部１７と格納部１８がそれぞれ接続されている。

アレイトランスデューサ１は、１次元又は２次元に配列された複数の素子（超音波トランスデューサ）を有している。これらの素子は、それぞれ送信部６から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各素子は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。

そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送受信部２は、設定された超音波ビーム送受信条件に従って超音波ビームの送受信を行い、画像生成部３は、設定された超音波画像生成条件に従ってＢモード画像信号を生成するものである。また、送信部６に対する超音波ビーム送信条件と画像生成部３に対する超音波画像生成条件により画像化条件が構成されている。

送受信部２の送信部６は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、送受信制御部８からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、アレイトランスデューサ１の複数の素子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それぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の素子に供給する。

受信部７は、図２に示されるように、増幅部１９とＡ／Ｄ（Analogue / Digita1）変換部２０が順次直列に接続された構成を有している。受信部７は、アレイトランスデューサ１の各素子から送信される受信信号を増幅部１９で増幅し、Ａ／Ｄ変換部２０でデジタル化することにより得られた素子データを画像生成部３および素子データメモリ１１に出力する。

素子データメモリ１１は、受信部７が出力した素子データを順次格納する。
素子データ解析部１２は、素子データメモリ１１に格納されている素子データを解析し、素子データに含まれる素子データ情報を取得する。
この素子データ情報は、１回の超音波の送受信によりそれぞれの素子から得られる素子データを、素子の配列方向及び受信時間方向に並べた２次元のデータ情報である。このような素子データ情報は、音波の空間的な広がりの情報を含んでいる。

照合パターンデータベース１６は、素子データ情報に係る複数の照合パターンを予め格納している。また、これらの照合パターンは、被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられている。
部位認識部１３は、照合パターンデータベース１６から素子データ情報に係る照合パターンを読み出し、読み出した照合パターンを用いて、素子データ解析部１２により取得された素子データ情報を照合し、被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識する。

画像化条件設定部１４は、複数の検査部位に対応する画像化条件を予め記憶し、部位認識部１３により認識された検査部位に対応する画像化条件を設定する。
送受信制御部８は、装置制御部１５から伝送される各種の制御信号に基づき、繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）間隔で被検体への超音波パルスの送信と被検体からの超音波エコーの受信が繰返し行われるように、送信部６および受信部７を制御する。

画像生成部３のＢモード処理部９は、図３に示されるように、ビームフォーマ２１と信号処理部２２とが順次直列に接続された構成を有している。ビームフォーマ２１は、画像化条件設定部１４からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定されるそれぞれの音速又は音速の分布に従い、送受信部２の受信部７から出力された素子データにそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、整相加算された超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。

信号処理部２２は、ビームフォーマ２１で生成された音線信号に対し、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施した後、包絡線検波処理を施し、さらに、階調処理などの各種の必要な画像処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
画像生成部３のＤＳＣ１０は、信号処理部２２で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、表示制御部４および装置制御部１５に出力する。
なお、画像生成部３は、このようなＢモード画像信号を生成する処理を、部位認識部１３による部位認識処理と並列に実行する。

表示制御部４は、画像生成部３により生成されたＢモード画像信号に基づいて、表示部５にＢモード画像を表示させる。
表示部５は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部４の制御の下で、Ｂモード画像を表示する。

操作部１７は、ユーザが入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネルなどから形成することができる。
装置制御部１５は、画像生成部３により生成されたＢモード画像信号に基づいて、被検体の撮像部位が変更されたか否かを判断する。
また、装置制御部１５は、ユーザにより操作部１７から入力された指令に基づいて、表示制御部４、素子データ解析部１２、部位認識部１３および画像化条件設定部１４の制御を行う。

格納部１８は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）、ＭＴ（Magnetic Tape）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）、ＳＤカード（Secure Digital Card）、ＣＦカード（Compact Flash Card）、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus Memory）等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。

なお、画像生成部３、表示制御部４、送受信部２の送受信制御部８、素子データメモリ１１、素子データ解析部１２、部位認識部１３、画像化条件設定部１４および装置制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成しても良い。また、これら画像生成部３、表示制御部４、送受信部２の送受信制御部８、素子データメモリ１１、素子データ解析部１２、部位認識部１３、画像化条件設定部１４および装置制御部１５を、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成することもできる。

次に、図４のフローチャートを参照して実施の形態１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１で、アレイトランスデューサ１の複数の素子から被検体に向けて超音波の送受信が行われる。具体的には、図５に示されるように、ｎを２以上の整数とし、アレイトランスデューサ１の複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに、送受信部２の送信部６から駆動信号が供給される。そして、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎから、素子Ｅｔを通る走査線Ｌ上に位置する焦点Ｆに向けて超音波ビームＳが送信される。ここで、ｔは、１〜ｎの範囲内の整数を示している。
なお、超音波ビームＳを送信する際には、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの全てを駆動させなくても良い。例えば、ｊを１以上の整数、ｋをｎ以下で且つｊより大きい整数とし、図５に示されるように、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの一部である複数の素子Ｅｊ〜Ｅｋを駆動させて超音波ビームＳを送信することができる。

超音波エコーが被検体内で反射される際に、骨、臓器の境界等で反射されると、反射波が特に強くなる。すなわち、被検体内の骨Ｂ、心臓Ｈの外壁Ｃ、および、心臓Ｈの左心房および左心室と右心房および右心室との境界Ｖで発せられた反射波が特に強くなる。
このとき、骨Ｂが複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに対して最も浅い場所に位置しているため、まず、骨Ｂ上の反射点Ｐ１およびＰ２から、特に強い反射波Ｗ１および反射波Ｗ２が反射され、反射波Ｗ１および反射波Ｗ２が複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに受信される。次に、骨Ｂの次に深い場所に位置する心臓Ｈの外壁Ｃ上の反射点Ｐ３から、特に強い反射波Ｗ３が反射され、反射点Ｐ３の次に深い場所に位置する境界Ｖ上の反射点Ｐ４から、特に強い反射波Ｗ４が反射され、反射波Ｗ３の次に反射波Ｗ４という順に反射波Ｗ３および反射波Ｗ４が複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに受信される。

さらに、反射点Ｐ４の次に深い場所に位置する心臓Ｈの外壁Ｃ上の反射点Ｐ５から、特に強い反射波Ｗ５が反射され、最後に、反射点Ｐ５の次に深い場所に位置する心臓Ｈの外壁Ｃ上の反射点Ｐ６から、特に強い反射波Ｗ６が反射され、反射波Ｗ５の次に反射波Ｗ６という順に反射波Ｗ５および反射波Ｗ６が複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに受信される。そして、反射波Ｗ１〜Ｗ６を受信した複数の素子Ｅ１〜Ｅｎから受信信号が送受信部２の受信部７に出力される。
なお、反射波Ｗ１〜Ｗ６を受信する際には、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの全てを用いなくても良い。例えば、図５に示した複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの一部である複数の素子Ｅｊ〜Ｅｋを用いて反射波Ｗ１〜Ｗ６を受信することができる。

続くステップＳ２で、受信部７で素子データが生成され、生成された素子データが、受信部７から素子データメモリ１１および画像生成部３に出力される。
このように、素子Ｅｔを通るそれぞれの走査線Ｌ上に位置する焦点Ｆに向けて超音波ビームＳを送信することで、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎを通る複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データを生成することができる。送受信部２の受信部７により出力された素子データは、順次、素子データメモリ１１に格納される。

次に、ステップＳ３で、部位認識処理が実行される。具体的には、図６のフローチャートに示されるステップＳ２１〜Ｓ２３の処理が実行される。
まず、ステップＳ２１で、素子データメモリ１１に格納された素子データが素子データ解析部１２により解析され、図７に示されるような素子データ情報が取得される。この素子データ情報は、送受信部２の受信部７で生成された素子データのうち、振幅が極大となっている点を、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの配列方向に並べると共に、深さ方向、すなわち時間の順序に従って並べたものである。

上述したように、図５に示した被検体内の焦点Ｆに向けて超音波ビームＳを送信すると、骨Ｂ、心臓Ｈの外壁Ｃ、および、心臓Ｈの左心房および左心室と右心房および右心室との境界Ｖで特に強い反射波Ｗ１〜Ｗ６が発せられる。従って、図７に示されるように、素子データ情報には反射波Ｗ１〜Ｗ６が表示されることとなる。このような素子データ情報は、反射波Ｗ１〜Ｗ６がどのように空間的に広がっているかという情報を含んでいる。このため、素子データ情報を取得することで、図５に示した走査線Ｌ上の情報だけでなく、走査線Ｌの周囲における反射波Ｗ１〜Ｗ６の空間的な広がりの情報を取得することができる。
なお、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎを通る複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データが取得されている場合、これらの素子データが素子データ解析部１２により解析されることで、複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報が取得される。この場合、後述するような図７に示される素子データ情報が複数存在することとなる。

続くステップＳ２２で、部位認識部１３により、素子データ解析部１２により取得された素子データ情報が照合される。素子データ解析部１２により取得された素子データ情報は、被検体の複数の検査部位に応じて、それぞれ特徴的なパターンを有していると考えられる。例えば、図７に示した素子データ情報は、心臓で発せられた反射波を表示している。
また、上述したように、素子データ情報は、音波の空間的な広がりの情報を含んでいるため、それぞれの検査部位と、それぞれの検査部位の周辺の骨、臓器、血管等の位置関係により、超音波ビームが送信された際に反射波が反射される反射点の位置が決定される。従って、それぞれの検査部位ごとに、超音波ビームが送信された際の典型的な素子データ情報のパターンを、例えば実測あるいは音波の伝搬シミュレーション計算等により予め用意し、これらのパターンを照合パターンとして利用することができる。

例えば、図７に示したような素子データ情報を、心臓に対応する素子データ情報に係る照合パターンとして利用することができる。この素子データ情報には、図５に示した心臓Ｈで発せられた反射波Ｗ３〜Ｗ６だけでなく、心臓Ｈの周辺の骨Ｂで発せられた反射波Ｗ１および反射波Ｗ２の情報も含まれている。なお、このような照合パターンを用意する際に、１つの検査部位に対して１つの照合パターンを用意するだけでなく、被検体の個体差、検査時における被検体の体位等を考慮し、１つの検査部位に対して複数の照合パターンを用意しても良い。また、図７では示されていないが、検査する深さによっては、反射波Ｗ５あるいは反射波Ｗ６よりも深い場所で発生する心臓Ｈの外壁Ｃからの反射波を考慮した照合パターンを用意しても良い。
照合パターンデータベース１６は、このような素子データ情報に係る複数の照合パターンを予め格納しており、これらの照合パターンは、例えば、心臓、肝臓、腎臓、胆嚢、膵臓、胃、肺、膀胱、甲状腺、乳房等の一般的に検査される検査部位にそれぞれ関連付けられている。

部位認識部１３は、照合パターンデータベース１６から全ての照合パターンを読み出し、読み出した照合パターンをそれぞれ用いて、素子データ解析部１２が取得した素子データ情報を照合する。なお、読み出された照合パターンを用いて素子データ情報を照合するには、周知のマッチング技術を用いることができる。また、マッチング技術の他、例えば、相互相関関数を用いて素子データ情報を照合することもできる。

これらの方法により、例えば、素子データ情報が、読み出された複数の照合パターンの中で心臓に対応する照合パターンに最も類似するという結果が得られると、超音波エコーは心臓から反射していたという認識結果が得られる。
なお、このような部位認識処理は、少なくとも１つの素子データ情報を用いて実行することができるが、複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報が取得されている場合、複数の素子データ情報を用いて部位認識をすることで認識精度を向上させることができるため、好ましい。

また、複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報が取得されている場合、例えば、図５に示した素子Ｅ１を通る走査線Ｌに対応する素子データ情報と、素子Ｅｎを通る走査線Ｌに対応する素子データ情報は、互いに異なるものとなる。これは、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの配列方向Ｘにずれた走査線Ｌ上の焦点Ｆに向けて超音波ビームＳが送信されることにより、配列方向Ｘにずれた反射点Ｐ１〜Ｐ６から反射された反射波Ｗ１〜Ｗ６が、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに受信されるためである。

このため、素子データ解析部１２により取得された素子データ情報を照合するには、素子データ情報と照合パターンが同一の走査線Ｌに対応していることが望ましい。さらに、素子データ情報と照合パターンにそれぞれ表示された反射波Ｗ１〜Ｗ６の深さ方向の幅、および、配列方向Ｘの幅がそれぞれ近い値を有していることが望ましい。

ここで、上述したように、画像生成部３が送受信部２の受信部７から出力された素子データを用いてＢモード画像信号を生成する際に、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、整相加算された超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成されるが、この音線信号は、例えば、図５においては、走査線Ｌ上に位置する反射波Ｗ３および反射波Ｗ４の情報のみを含んでいる。すなわち、受信フォーカス処理のためにそれぞれの素子データが整相加算されると、走査線Ｌの周囲の反射波Ｗ１、反射波Ｗ２、反射波Ｗ５および反射波Ｗ６の情報が失われることとなる。

これに対して、素子データ情報には、走査線Ｌ上の情報である反射波Ｗ３および反射波Ｗ４のみでなく、走査線Ｌの周囲の情報である反射波Ｗ１、反射波Ｗ２、反射波Ｗ５および反射波Ｗ６が含まれている。このため、素子データ情報を用いて部位認識をすることで、Ｂモード画像信号を用いて部位認識をする場合と比較して、走査線Ｌの周囲の情報の分だけ部位認識の精度を向上させることができる。

ステップＳ２３で、超音波エコーは心臓から反射していたという認識結果に基づいて、部位認識部１３により被検体の検査部位は心臓であると決定され、決定結果が装置制御部１５に出力される。そして、図４のフローチャートのステップＳ４で、画像化条件設定部１４により画像化条件の調整が行われる。画像化条件設定部１４は、複数の画像化条件を予め記憶しており、出力された決定結果に基づいて画像化条件を選択し、以降のフレームについて、選択された画像化条件で画像化が行われるように送受信部２および画像生成部３を制御する。

また、ステップＳ３およびステップＳ４と並列に、ステップＳ５で、Ｂモード画像信号が生成される。すなわち、送受信部２の受信部７から出力された素子データが画像生成部３に入力され、Ｂモード処理部９で素子データが整相加算されて受信フォーカス処理が行われ、ＤＳＣ１０で信号変換されてＢモード画像信号が生成される。このとき、素子Ｅ１〜Ｅｎを通る複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データが取得されている場合、ステップＳ３およびステップＳ４では、１回分の超音波の送受信で得られた素子データ情報を用いて部位認識が行われ、その一方で、ステップＳ５では、Ｂモード画像信号の画質を向上するため、可能な限り多くの素子データがＢモード画像信号の生成に用いられる。そして、生成されたＢモード画像信号は、表示制御部４および装置制御部１５に出力され、表示部５に、Ｂモード画像が表示される。

このように、ステップＳ５におけるＢモード画像信号を生成する処理が、ステップＳ３における部位認識処理およびステップＳ４における画像化条件の調整の処理と並列に実行されることで、画像化条件が調整されるまでの時間が短縮され、ユーザの操作に対して遅延が生じることを抑制し、操作性を向上させることができる。また、部位認識処理とＢモード画像信号を生成する処理が並列に実行されることで、これらの処理に要する計算時間が短縮され、高フレームレート化を図ることができる。

続くステップＳ６で、画像化条件設定部１４が選択した画像化条件に含まれる超音波ビーム送信条件に従って送受信部２の送信部６が制御されて超音波ビームが送信され、続くステップＳ７で、送受信部２の受信部７により素子データが取得される。さらに、ステップＳ８で、画像化条件設定部１４が選択した画像生成条件に従って画像生成部３が制御される。さらに、画像生成部３からＢモード画像信号が表示部５に表示され、これにより、心臓に適したＢモード画像を表示部５に表示することができる。

続くステップＳ９で、装置制御部１５により、Ｂモード画像信号の撮像部位が変更されたか否かが判断される。
ステップＳ９で、Ｂモード画像信号の撮像部位が変更されていないと判断されると、ステップＳ６に戻る。このため、装置制御部１５によりＢモード画像信号の撮像部位が変更されたと判断されるまで、ステップＳ６〜Ｓ９が繰り返され、撮像部位である心臓の診断が継続される。
一方、ステップＳ９で、Ｂモード画像信号の撮像部位が変更されたと判断されると、ステップＳ１に戻る。例えば、検査部位が心臓から肺に移行して撮像部位が変更されると、撮像部位が変更されたと判断される。具体的には、一般に撮像部位が変更される場合にはアレイトランスデューサが体表から離れて空中放射になるため、このような空中放射状態（反射信号が得られない状態）を検出することで、撮像部位の変更を判断することができる。

ステップＳ１に戻ると、ステップＳ１およびステップＳ２を経て素子データが取得される。そして、ステップＳ３およびＳ４における部位認識処理および画像化条件の調整の処理が、ステップＳ５におけるＢモード画像の生成の処理と並列に実行され、画像化条件が設定される。さらに、ステップＳ６〜Ｓ８を経て肺に適したＢモード画像信号が生成され、ステップＳ６〜Ｓ９を繰り返すことで、変更された撮像部位の診断が実施される。

なお、上述のように、複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データが取得されている場合、画像生成部３がＢモード画像信号を生成する際には、可能な限り多くの素子データが用いられるが、部位認識部１３が部位認識処理をする際には、必ずしも可能な限り多くの素子データを解析して素子データ情報を取得する必要はない。すなわち、Ｂモード画像信号の生成に用いられる素子データの数より少ない数の素子データを解析して素子データ情報を取得し、取得された素子データ情報を照合して部位認識処理を実行することができる。

図７に示したように、素子データ情報は、素子データのうち振幅が極大となっている点を、時間の順序に従って並べると共に複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの配列方向に並べたものである。このため、例えば、図５に示した素子Ｅｔを通る走査線Ｌに対応する素子データと、素子Ｅｔ＋１を通る走査線Ｌに対応する素子データを比較すると、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの配列方向Ｘに素子１つ分のみずれており、これらの素子データはほとんど同じものであるとみなすことができる。

このため、部位認識部１３による部位認識処理においては、図８に示されるように、配列方向Ｘにおいて走査線Ｌを所定の間隔、例えば、素子１つ分ずつ間引くことで、半分の本数の走査線Ｌに対応する複数の素子データをそれぞれ解析し、複数の素子データ情報を取得することもできる。半分の本数の走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報は、上述したように音波の空間的な広がりの情報を有するため、素子Ｅ１〜Ｅｎの全てを通過する複数の走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報と比較しても、得られる情報はほとんど変わらないと考えることができる。
このように、配列方向Ｘにおいて走査線Ｌを所定の間隔で間引き、これらの走査線Ｌに対応する複数の素子データ情報を取得することで、素子データ情報を取得するための素子データの数を減らし、部位認識処理に要する計算時間を短縮することができる。

しかしながら、超音波ビームＳは焦点Ｆ１において最もビーム幅が絞られることから、配列方向Ｘにおいて走査線Ｌを間引くと、それぞれの焦点Ｆ１の配列方向Ｘの両側付近で音波の空間的な広がりの情報を取得し難くなる。
そこで、図９に示されるように、それぞれの走査線Ｌ上に、深さＤ１に位置する焦点Ｆ１の他に深さＤ２に位置する焦点Ｆ２を設定し、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎから焦点Ｆ２に向けて超音波ビームＳ２を送信することが望ましい。このように走査線Ｌ上に複数の焦点を設定することで、走査線Ｌ上に１つの焦点のみを設定した場合と比較して、配列方向Ｘにおいてより広い範囲で、より多くの音波の空間的な広がりの情報を取得することができ、部位認識の精度を向上させることができる。

また、焦点を絞らずに幅の広い超音波ビームを複数の素子Ｅ１〜Ｅｎから送信することで、Ｂモード画像信号の画質は劣化するが、配列方向Ｘにおいてさらに広い範囲で音波の空間的な広がりの情報を取得することができる。

なお、部位認識部１３は、照合パターンデータベース１６から全ての照合パターンを読み出していたが、これに限られるものではない。例えば、予め定められた複数の検査部位を連続して検査するｅＦＡＳＴ（extended Focused Assessment with Sonography for Trauma）検査を実施する際には、これら予め定められた複数の検査部位に対応する照合パターンのみを照合パターンデータベース１６から読み出すように部位認識部１３を構成しても良い。このように部位認識部１３を構成することで、部位認識部１３による部位認識処理を迅速に完了させることができる。

また、素子データを解析して素子データ情報を取得する際には、被検体の個体差、検査時における被検体の体位等の差異により、取得された素子データ情報に、深さ方向および複数の素子Ｅ１〜Ｅｎの配列方向に誤差が生じることがある。このため、このような誤差を考慮し、部位認識部１３が素子データ情報に係る照合パターンを用いて素子データ情報を照合する際に、照合パターンに対応する検査部位が位置する場所の周辺を含め、素子データ情報の照合をすることが好ましい。このように、照合パターンに対応する検査部位の周辺を含めて素子データ情報を照合することで、精度良く部位認識処理を実行することができる。

実施の形態２
実施の形態１では、素子データ情報に含まれる音波の空間的な広がりの情報を利用して素子データ情報を照合していたが、実施の形態２では、周波数特性で分離された音波の空間的な広がりの情報を利用して素子データ情報を照合する。
図１０は、実施の形態２における素子データ情報を示しており、この素子データ情報には、周波数特性で分離された音波の空間的な広がりの情報が含まれている。

一般的に、超音波は深い位置に伝搬するほど高周波成分が失われ、低周波成分が残る。例えば、図１０に示される素子データ情報では、比較的浅い位置から反射された反射波Ｗ１およびＷ２は高周波成分が大きく、比較的深い位置から反射されたＷ５およびＷ６は低周波成分が大きく、これらの反射波の中間の位置から反射された反射波Ｗ３およびＷ４は中間の周波数成分が大きいこととなる。すなわち、それぞれの反射波の各周波数成分の大きさは、これらの反射波が反射した深さ方向の位置に応じて異なっている。
このため、周波数特性で分離された音波の空間的な広がりの情報を含む照合パターンを予め用意し、このような照合パターンを用いて素子データ情報を照合することで、被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識をすることができる。

実施の形態２の素子データ解析部１２は、素子データメモリ１１に格納された素子データを解析する際に、例えば、素子データに対して高速フーリエ変換等の処理を施して周波数解析を行い、低周波、中間および高周波の３つの水準の音波の空間的な広がりの情報に分離することができる。このとき、例えば、送受信部２の送信部６から複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに供給される駆動信号の周波数が７．５ＭＨｚであるとすると、高周波は６〜７．５ＭＨｚ、中間の周波数は４〜６ＭＨｚ、低周波は４ＭＨｚ未満と設定することができる。なお、低周波、中間および高周波の３つの水準だけでなく、２つの水準または４つ以上の水準としても良い。あるいは、反射波が反射した深さ方向の位置に応じて連続的に周波数の水準を変化させても良い。

このような素子データ情報を照合するために、例えば、高周波は６〜７．５ＭＨｚ、中間の周波数は４〜６ＭＨｚ、低周波は４ＭＨｚ未満と設定された周波数特性で分離された音波の空間的な広がりの情報を含む素子データ情報の照合パターンが用いられる。なお、このような照合パターンを用いて素子データ情報を照合する際には、素子データ情報と照合パターンが同一の周波数特性で分離されていることが望ましい。このため、同一の検査部位に対して、複数の素子Ｅ１〜Ｅｎに供給される駆動信号の周波数として想定される複数の周波数に対応する複数の照合パターンを予め用意しておくことが望ましい。

このように、音波の空間的な広がりの情報に加え、周波数特性で分離された音波の空間的な情報が含まれた素子データ情報を照合して部位認識処理を実行することで、部位認識の精度を向上させることができる。

実施の形態３
実施の形態１では、素子データ情報に含まれる音波の空間的な広がりの情報を利用して素子データ情報を照合していたが、実施の形態３では、この情報に加え、素子データ情報に含まれる音波の振幅の情報を利用して素子データ情報を照合する。
図１１は、実施の形態３における素子データ情報を示しており、この素子データ情報には、音波の振幅の情報および音波の空間的な広がりの情報が含まれている。

図１１に示される反射波Ｗ１〜Ｗ６の振幅は、それぞれの反射波Ｗ１〜Ｗ６が発せられた検査部位に応じて異なる値を有する。例えば、血管、膀胱等の検査部位で発せられた反射波の振幅は、他の検査部位で発せられた反射波の振幅と比較して非常に小さくなる。これに対して、骨は音波を浸透させないため、骨で発せられた反射波の振幅は、他の検査部位で発せられた反射波の振幅と比較して非常に大きくなる。
反射波Ｗ１およびＷ２は、図５に示した骨Ｂで発せられたため、他の反射波Ｗ３〜Ｗ６と比較して振幅が大きい。また、反射波Ｗ３、反射波Ｗ５および反射波Ｗ６に囲まれる領域ＢＬは、心臓Ｈ内の血液で発せられた反射波を示しており、領域ＢＬにおける反射波は、他の反射波Ｗ１〜Ｗ６と比較して振幅が小さいか、あるいは、ほとんど検出されないほど振幅が小さい。

このため、反射波の振幅の情報と、音波の空間的な広がりの情報を含む照合パターンを作成し、このような照合パターンを用いて素子データ情報を照合することで、被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識することができる。例えば、骨Ｂで発せられた特に振幅が大きい反射波Ｗ１および反射波Ｗ２の振幅の平均値を求め、併せて、心臓Ｈ内の血液で発せられた特に振幅が小さい領域ＢＬの振幅の平均値を求める。さらに、これら求められた振幅の平均値と予め定められた判定値を比較し、素子データ情報と素子データ情報に係る照合パターンがどの程度類似するかという判定をすることができる。

実施の形態３の素子データ解析部１２は、素子データメモリ１１に格納された素子データを解析する際に、音波の振幅の情報と音波の空間的な広がりの情報を含む素子データ情報を取得することができる。
部位認識部１３は、素子データ解析部１２により取得された素子データ情報を、音波の振幅の情報と音波の空間的な広がりの情報を含む素子データ情報に係る照合パターンを用いて照合する。このとき、予め定められた判定値に最も近い振幅の平均値が求められた照合パターンに対応する検査部位から、超音波エコーが反射されたと部位認識することができる。

このように、音波の空間的な広がりの情報に加え、音波の振幅の情報が含まれた素子データ情報を照合して部位認識処理を実行することで、部位認識の精度を向上させることができる。
なお、実施の形態２で述べた周波数特性で分離した音波の空間的な広がりの情報と、実施の形態３における音波の振幅の情報が含まれた素子データ情報を照合して部位認識処理を実行することもできる。これにより、部位認識に用いられる情報がさらに増え、部位認識の精度をさらに向上させることができる。

１ アレイトランスデューサ、２ 送受信部、３ 画像生成部、４ 表示制御部、５ 表示部、６ 送信部、７ 受信部、８ 送受信制御部、９ Ｂモード処理部、１０ ＤＳＣ、１１ 素子データメモリ、１２ 素子データ解析部、１３ 部位認識部、１４ 画像化条件設定部、１５ 装置制御部、１６ 照合パターンデータベース、１７ 操作部、１８ 格納部、１９ 増幅部、２０ Ａ／Ｄ変換部、２１ ビームフォーマ、２２ 信号処理部、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ 焦点、Ｌ 走査線、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 超音波ビーム、Ｐ１〜Ｐ６ 反射点、Ｗ１〜Ｗ６ 反射波、Ｈ 心臓、Ｃ 心臓の外壁、Ｖ 心臓の左心房および左心室と右心房および右心室との境界、Ｂ 骨、Ｅ１〜Ｅｎ，Ｅｊ，Ｅｋ，Ｅｔ，Ｅｔ＋１ 素子、ＢＬ 領域、Ｄ１，Ｄ２ 深さ、Ｘ 配列方向。

Claims (12)

1. 複数の素子が配列されたアレイトランスデューサと、
   前記アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、
   前記被検体からの超音波エコーを前記アレイトランスデューサで受信して素子データを取得する受信部と、
   前記受信部により取得された素子データを解析して素子データ情報を取得する素子データ解析部と、
   前記被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられ且つ前記素子データ情報に係る複数の照合パターンが予め格納された照合パターンデータベースと、
   前記照合パターンを前記照合パターンデータベースから読み出し且つ読み出した前記照合パターンを用いて前記素子データ解析部により取得された前記素子データ情報を照合することで前記被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識する部位認識部と
   を備える超音波診断装置。
2. 前記受信部により取得された素子データを順次格納する素子データメモリをさらに備え、
   前記素子データ解析部は、前記素子データメモリに格納された素子データを解析して前記素子データ情報を取得する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記素子データを用いて前記被検体の超音波画像を生成する画像生成部をさらに備え、
   前記部位認識部による部位認識の処理と、前記画像生成部による前記超音波画像を生成する処理が並列に実行される請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記部位認識部による部位認識に用いられる前記素子データ情報を取得するためのそれぞれの素子データに対応する走査線の数が、前記画像生成部による超音波画像の生成に用いられるそれぞれの素子データに対応する走査線の数より少ない請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記部位認識部による部位認識に用いられる前記素子データ情報を取得するためのそれぞれの素子データに対応する走査線が、前記画像生成部による超音波画像の生成に用いられるそれぞれの素子データに対応する走査線に対し、前記複数の素子の配列方向に沿って所定の間隔で間引かれている請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記部位認識部により認識された前記被検体の検査部位に対応する画像生成条件を設定する画像化条件設定部をさらに備え、
   前記画像生成部は、前記画像化条件設定部で設定された前記画像生成条件に従って前記超音波画像を生成する請求項３〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
7. 前記画像化条件設定部は、前記部位認識部により認識された前記被検体の検査部位に対応する超音波ビーム送信条件をさらに設定し、
   前記送信部は、前記画像化条件設定部で設定された前記超音波ビーム送信条件に従って超音波ビームを送信する請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記素子データ解析部は、さらに、周波数特性の情報を含む前記素子データ情報を取得する請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
9. 前記素子データ解析部は、さらに、振幅の情報を含む前記素子データ情報を取得する請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 前記送信部は、互いに異なる複数の焦点に向けて超音波ビームを送信し、
    前記素子データ解析部は、前記複数の焦点に対してそれぞれ素子データ情報を取得し、
    前記部位認識部は、前記照合パターンを用いて前記複数の焦点に対するそれぞれの素子データ情報を照合する請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
11. 前記素子データ解析部は、それぞれの焦点の近傍で反射される超音波エコーを受信した前記複数の素子から出力される複数の素子データを解析し、前記素子データ情報を取得する請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 複数の素子が配列されたアレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する工程と、
    前記被検体からの超音波エコーを前記アレイトランスデューサで受信して素子データを取得する工程と、
    取得された素子データを解析して素子データ情報を取得する工程と、
    前記被検体の複数の検査部位にそれぞれ関連付けられた複数の照合パターンを用いて前記素子データ情報を照合することで前記被検体のいずれの検査部位から超音波エコーが反射されたかを部位認識する工程と
    を含む超音波診断装置の制御方法。