JP6590519B2 - 被検体情報取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。

乳房などの被検体内部の特性情報を得るために、超音波を用いた被検体情報取得装置の研究が進められている。例えば、超音波を被検体に照射し、被検体で反射したエコー信号を受信して特性情報を生成する超音波装置や、レーザー光を被検体に照射し、光音響効果により発生する超音波（光音響波）を受信して特性情報を生成する光音響装置がある。

特許文献１の超音波装置は、水槽床部に配置された探触子が水平面内で機械的に移動しながら、水槽内に垂下浸漬された乳房に超音波を送受信して、３次元画像データを得る。得られた画像データは、例えば乳房の任意の断面像としてモニタに表示できる。

特開２００８−０７３３０５号公報

ここで、探触子が超音波を送信する方向を「深さ」と呼ぶ。特許文献１の探触子は水平面内を走査するので、探触子と乳房先端部（中央部）が対向する場合と、探触子と乳房周辺部が対向する場合とでは、探触子から乳房表面までの距離が異なる。したがって、超音波の経路上における水と生体組織との比率は、先端部と周辺部で異なる。また一般的には、水よりも生体組織の方が超音波を減衰させやすい。

そのため、同じ測定条件下であれば、探触子が乳房先端部に対向する場合の方が、探触子が乳房周辺部と対向する場合と比べて、探触子から深さＬまで到達する超音波の強度が小さい。同様に、深さＬの位置から探触子まで到達する超音波の強度も、先端部の場合のほうが小さい。その結果、Ｃプレーン画像のように走査面と平行な断面像（例えば深さＬの像）において、周辺部において強度が強く（明るく）、先端部において強度が弱く（暗く）表示される。このような減少は、表示画像のコントラスト低下や画像分析の精度低下につながる可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、探触子を走査しながら被検体に超音波を送受信して特性情報を取得する装置において、探触子の位置に応じた減衰量の変化に対応するための技術を提供することにある。

本発明は、第１の態様として、以下の構成を採用する。すなわち、
音響波を送信するとともに、前記音響波が被検体で反射したエコー波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む受信部と、
前記複数の素子から送信される前記音響波の強度を制御する送信制御部と、
前記受信部を所定の走査領域において移動させる走査部と、
前記電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する情報処理部と、
を有し、
前記送信制御部は、前記被検体のＣプレーンである任意の断面に係る画像を表示部に表示させる場合に、当該断面における画素値のばらつきを低減するように、前記被検体の形状と、前記所定の走査領域における前記受信部の位置と、に応じて、前記受信部と前記被検体の表面との距離が短いほど、前記複数の素子から送信される音響波の強度を大きくする
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
また、本発明は、第２の態様として、以下の構成を採用する。すなわち、
音響波を送信するとともに、前記音響波が被検体で反射したエコー波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む受信部と、
前記複数の素子から送信される前記音響波の強度を制御する送信制御部と、
前記受信部を所定の走査領域において移動させる走査部と、
前記電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する情報処理部と、
を有し、
前記送信制御部は、前記被検体のＣプレーンである任意の断面に係る画像を表示部に表示させる場合に、当該断面における画素値のばらつきを低減するように、前記被検体と前記受信部との間の距離に応じて、前記受信部と前記被検体の表面との距離が短いほど、前記複数の素子から送信される音響波の強度を大きくする
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。

本発明によれば、探触子を走査しながら被検体に超音波を送受信して特性情報を取得する装置において、探触子の位置に応じた減衰量の変化に対応するための技術を提供できる。

実施例１の被検体情報取得装置の構成を示す図。 信号処理部の構成を示す図。 探触子と被検体の距離と、任意Ｃプレーンまでの被検体厚さを示す図。 送信制御部における印加電圧と送信超音波の形状を示す図。 変換素子の選択および電圧印加タイミングと送信超音波の形状を示す図。 送信パルス数と送信超音波信号の形状を示す図。 探触子位置に応じて送信フォーカス位置を変化させる例を示す図。 実施例２の変形例の構成を示す図。 実施例２の別の変形例の構成を示す図。 実施例４の構成を示す図。 コンベックス型およびお椀型の探触子を示す図。 送信制御部の構成を示す図。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明は、被検体から伝播する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、被検体情報取得装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法や信号処理方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。

本発明の被検体情報取得装置には、被検体に超音波を送信し、被検体内部で反射した反射波（エコー波）を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音波エコー技術を利用した装置を含む。超音波エコー技術を利用した装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。

本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載は、それらの弾性波の波長を限定する意図ではない。超音波エコーに由来する電気信号を超音波信号とも呼ぶ。

［実施例１］
（装置構成）
図１を参照して、本発明にかかる超音波エコー装置の構成例について説明する。符号００１は被検体（例えば乳房）、符号００２は被検体００１を保持する保持部材、符号００３は超音波を送信し、被検体内からのエコー波を検出する探触子である。探触子００３は複数の変換素子００４を有する。探触子００３と保持部材００２との間には、音響波を伝搬させるマッチング材００５が存在する。探触子００３はキャリッジ００６上に固定され
ている。キャリッジ００６は駆動機構００７により移動する。符号００８は駆動機構００７の制御をつかさどる駆動制御部である。

符号００９は探触子００３が走査範囲で受信した被検体００１の画像信号から３次元画像を作成するシステム制御部である。符号０１０はシステム制御部００９が作成した３次元画像を表示する画像表示部である。探触子は本発明の受信部に、保持部材は本発明の保持部に、駆動機構は本発明の走査部に、システム制御部は本発明の情報処理部に相当する。

システム制御部００９は複数のユニットを含む。符号０１１は超音波の送信フォーカスを合わせるため、フォーカス位置に対応した各変換素子００４の駆動タイミングを制御する送信制御部である。符号０１２は被検体００１からの超音波エコー信号を２次元画像に再構成する信号処理部である。符号０１３は再構成された画像データの画像処理を行う画像処理部Ａである。符号０１４は駆動機構００７によって走査される探触子００３の座標を基に再構成画像を３次元化する３次元画像合成部である。符号０１５は３次元化された画像データの画像処理を行う画像処理部Ｂである。

図２は信号処理部０１２の構成を示す。符号０１６は各変換素子００４が受信した信号の位相を揃える整相遅延部である。符号０１７は遅延処理された各信号を合計する加算部である。符号０１８は加算された信号にヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部である。符号０１９は検波するための包絡線検波部である。符号０２０は検波後の信号にＬＯＧ圧縮を施すＬＯＧ圧縮部である。信号処理部の構成はこれに限られず、変換素子から出力された電気信号に対して増幅、デジタル変換、補正、遅延などの必要な処理を施すことができれば良い。

（システム制御部の機能）
システム制御部は、被検体００１への超音波送信制御と、被検体内部や表面で発生したエコー信号の画像化を行う。送信制御部０１１は、希望の位置（超音波送信方向における探触子からの位置、すなわち深さ）に送信ビームをフォーカスさせるため、送信開口を形成する各変換素子００４群を駆動させる遅延時間を決定する。送信制御部０１１は、その遅延時間を基に各変換素子００４に駆動信号を送る。すると各変換素子００４が駆動信号に基づいて超音波を発生させ、被検体００１に送信する。

送信超音波は、マッチング材００５および保持部材００２を経て、被検体００１に伝播する。その後被検体００１によって反射・散乱したエコー波の一部が変換素子００４に戻ってくる。受信開口を形成する複数の変換素子００４群がエコー波を受信し、電気信号（受信信号）に変換する。受信信号には必要に応じて増幅、補正、デジタル変換などが施される。

受信信号は信号処理部０１２において特性情報を示す画像データに再構成される。図２において、整相遅延部０１６では、図１の画像スキャンライン０２５上の撮像位置と、受信開口を形成する各変換素子００４の位置の座標情報を元に受信信号の遅延時間を決定し、各受信信号に対して遅延処理を行う。画像スキャンラインとは、再構成処理によって画像が再構成される線上のエリアを意味する。

遅延処理された受信信号は加算部０１７にて合計される。その後、合成信号に対してヒルベルト変換部０１８と包絡線検波部０１９においてヒルベルト変換と包絡線検波がなされ、画像が再構成される。なお、ここで記載した整相加算法の他に、適応型信号処理などの再構成手法も利用できる。再構成された画像データはＬＯＧ圧縮部０２０においてＬＯＧ圧縮され、画像スキャンライン０２５上の画像データが完成する。画像スキャンライン
０２５を移動させながら一連の処理を行うことで、スキャン方向に沿った２次元の超音波画像データが作成される。

作成された２次元の超音波画像データに対して、画像処理部Ａ（０１３）がエッジ強調処理やノイズ除去処理、コントラスト強調処理等を行う。なお、これらの画像処理を後段の画像処理部Ｂ（０１５）で実施しても良い。探触子００３が所定の走査領域内を移動しながら超音波送受信を行って得られた各データに対し、システム制御部が上記の処理を行うことで、３次元画像データが生成される。３次元画像合成部０１４は、この３次元化処理を実施したのち、駆動制御部００８で規定される走査領域の座標位置に対応させて３次元画像データを配列する。なお、走査領域の形状は略平面状に限らない。駆動制御部は探触子を３次元方向に移動させても良い。

なお、Ｂモード画像を作成した後に３次元化処理を行うのではなく、信号処理部０１２においてヒルベルト変換部０１８以降の処理を実施せずに信号を蓄積し、３次元画像合成部０１４にて合成開口処理により３次元化してもよい。この合成開口処理を行うことで、探触子００３の走査方向の画像の解像度が、深さ方向に均一化される。その他、エコー波から３次元画像データを得るための様々な既知の手法が利用できる。

画像処理部Ｂ（０１５）は、作成された３次元画像データの調整、例えば鮮鋭化処理やノイズ除去処理等を行う。画像表示部０１０は、任意の断面画像を表示する。なお、本発明の課題である、減衰量の違いに起因する、同じ深さにおける輝度ムラを、画像処理により軽減することは可能である。しかし、画像情報欠如は解消できない。画像表示部０１０として例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどを利用できる。画像表示部０１０は、必ずしも装置の一部である必要は無い。本発明の装置では画像データのみを作成し、外部の画像表示装置に表示させてもよい。

（探触子の駆動）
探触子００３の変換素子００４は、電気信号と超音波を変換する。変換素子として、ＰＺＴ等の圧電素子、ＰＶＤＦやｃＭＵＴ素子等の変換効率が比較的高いものが好適である。複数の変換素子００４を１次元または２次元に配列した探触子を用いることで、ＳＮ比の向上や測定時間の短縮が期待できる。以下の説明では超音波送信と受信を共通の変換素子が行っているが、送信用と受信用の変換素子を分けても良い。

探触子００３の駆動とその時の撮像手法について図３を用いて説明する。ここでは走査領域は略平面状の走査面である。キャリッジ００６に装着された探触子００３は、駆動機構００７によって保持部材００２に対向する走査面上を移動する。駆動機構００７としては、例えばパルスモータとボールねじの組み合わせや、リニアモータなどが利用できる。なお、キャリッジ００６の回転機構を設けて、探触子００３を任意の角度に傾斜させてもよい。また、後述するように、探触子００３を３次元的に移動させてもよい。探触子の３次元移動や傾斜により、被検体に対して様々な方向から超音波を送受信できるので、精度の高い画像データが得られる。

（保持部材）
保持部材００２を用いることで、被検体の形状が安定し、減衰量の演算や画像再構成時の演算における演算精度が向上する。また、予め保持部材の形状に応じた音圧制御情報をメモリに格納して利用することで、制御時間の短縮や演算量の圧縮が可能になる。ただし本発明は、保持部材００２を使用しない場合にも適用できる。

保持部材００２には、音響波透過性があるものを用いる。また、被検体００１およびマッチング材００５との音響インピーダンスの差が小さい材料が望ましい。また、被検体０
０１を好適に保持するために、剛性が高い部材や伸縮性が有る部材が好ましい。剛性が高い部材としては、ＰＥＴ、ポリメチルペンテン、アクリルなどの樹脂材料が挙げられる。伸縮性のある部材としては、ラテックスやシリコーンなどのゴムシートやウレタンなどが挙げられる。また、複数の材料を組み合わせた保持機構を用いてもよい。

保持部材００２は、交換可能に設置されることが好ましい。筺体の開口部から乳房を装置内に挿入する場合、開口部周辺に、金具や引掛けにより、保持部材を簡易に固定できる装着部を設けると良い。これにより被検者や測定内容に応じた付け替えが容易になる。交換される保持部材ごとに、予め制御情報をメモリに記憶しておくことが好ましい。

マッチング材００５は、被検体（または保持部材）と探触子を音響的にマッチングさせる。したがって、音響波を伝搬し、かつ探触子００３の走査を妨げないものが好ましい。例えば、水、ＤＩＤＳ、ＰＥＧ、シリコーンオイル、ひまし油などの液体が挙げられる。

（音響減衰差）
被検体００１には、曲率を持つ形状のものや凹凸のある形状のものが多い。例えば乳房の場合、中心部が周辺部よりも突出している。逆に、臀部や土ふまずのように、中央部が周辺部から窪んだ形状の場合もある。図３の例でも、探触子００３の走査面と被検体００１の表面は平行ではない。図中、探触子走査面と略平行なＣプレーン面３０１が表示すべき面である。探触子がＰｏｓ１にあるとき、走査面の法線方向において、探触子から被検体表面の距離はＬ１１、被検体表面からＣプレーン面の距離はＬ１２である。探触子がＰｏｓ２にあるとき、探触子から被検体表面の距離はＬ２１、被検体表面からＣプレーン面の距離はＬ２２である。このように、超音波の経路上における生体内通過距離およびマッチング材通過距離、ならびに両者の比率は、探触子の位置によって異なる。一般的には生体内の超音波減衰率の方がマッチング材より高いため、Ｐｏｓ１の方が送信超音波、エコー波ともに減衰しやすい。その結果、Ｃプレーン面内の輝度値がばらつく。

Ｃプレーン面内での輝度値ばらつきが大きいと、画像表示、特にリアルタイム表示において被検体内部画像の再現度が低下する可能性がある。例えば、あるＣプレーン面画像データに含まれる画素データの輝度が、「０〜１００」の範囲でばらついているとする。ここで操作者が、ディスプレイに表示される画像の輝度範囲を仮に「２０〜８０」と調整していたとすると、この範囲から外れる輝度値を持つ画素に関する情報は欠落する。したがって、特にリアルタイムで画像を表示する超音波装置などにおいて、画像解析の精度が低下するおそれがある。

このような、輝度値ばらつきに起因する問題ついてさらに述べる。例えば、Ｐｏｓ１のＣプレーン面位置の画像データにおいては、生体内部を長い距離伝搬する間の減衰を補正するために、出力値に大きめのゲインが掛けられる。しかし、この条件をＰｏｓ２に適用すると、出力値に対するゲインが過大になるおそれがある。具体的には、距離差Ｌ、被検体００１の音響減衰特性、送受信時の超音波周波数の３つの数値の積の値だけ増幅が行われる。その結果、条件によってはゲインが数十ｄＢに達し、表示輝度のダイナミックレンジの上限を超える場合がある。また逆に、Ｐｏｓ２においてＣプレーン面位置の画像データを表示するために設定した条件でＰｏｓ１のＣプレーン面位置の画像データを撮像すると、増幅が不十分となり、信号強度が装置のノイズレベルを下回る場合がある。

（保持部材の好ましい音響減衰特性）
この現象を回避するためには、距離差Ｌ分の音響減衰差の影響を低減する必要がある。本発明では、送信制御部０１１の制御を変化させることにより音響減衰差の影響を抑制する。具体的には、長さＬ［ｃｍ］分の、被検体００１とマッチング材００５の音響減衰特性の差を、送信音圧強度（音響放射強度）に反映させる。

例えば、マッチング材００５として、音響波をほとんど減衰させない水を使用する。また、被検体００１の減衰特性を仮に０．３［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］と想定し、信号処理部０１２で処理する信号の中心周波数を７ＭＨｚと設定する。すると、Ｐｏｓ１における減衰量と、Ｐｏｓ２における減衰量には、およそ４．２Ｌ［ｄＢ］分の差が生じる。そこで送信制御部０１１が、Ｐｏｓ１での送信音圧と、Ｐｏｓ２での送信音圧の差が４．２Ｌ［ｄＢ／ＭＨｚ］になるように調整することで、Ｃプレーン面での出力値差を低減できる。また、Ｐｏｓ１とＰｏｓ２の間の各位置や、走査面上のその他の位置においても、減衰量に応じた送信音圧を設定する。

このような調整は、被検体００１とマッチング材００２の音響減衰特性の違いと、音響波が被検体内部を伝搬する距離に応じて適宜行われる。一般的には被検体００１の方がマッチング材００２よりも音響減衰特性が大きいため、探触子００３と被検体００１間が近接した場所では送信音圧強度を大きくし、両者の距離が長くなるほど送信音圧強度を小さくすると良い。

また、被検体００１は人体の特性上、丸みを帯びた形状のものが多く、中央部が付き出た状態になりやすい。そのため、被検体中央部に対応する位置に探触子があるときは強度を上げて、探触子が周辺部にあるときは強度を下げるのも効果的である。より具体的に述べると、走査面が略平面状のとき、走査面の法線方向における走査面から保持部材までの距離が長いほど、送信音圧強度を小さくする。逆に、走査面の法線方向における走査面から保持部までの距離が短いほど、送信音圧強度を大きくする。

音響減衰差を算出するためには以下の５つの情報が必要である。
（情報１−１）マッチング材００５の音響減衰特性：α２［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］
（情報１−２）被検体００１の音響減衰特性：α１［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］
（情報１−３）被検体００１の形状
（情報１−４）探触子００３の走査軌道
（情報１−５）信号処理部０１２にて処理する信号の周波数：ｆ１［ＭＨｚ］

このうち、情報１−１、情報１−４、情報１−５は、システムの設定や使用する材料によって既知である。一方、情報１−２と情報１−３は、組織間でのバラつきや個体差が大きいため、実験値や文献値を参照して設定したり、プレスキャンを実施して取得したりすると良い。

情報１−２は、被検体００１が乳房の場合、α１＝０．３〜０．８［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］の範囲で規定するのが好ましい。また、乳房の特性として若い人は乳腺層が多く、年齢を重ねるに従い脂肪の比率が多くなる傾向がある。乳腺層は脂肪層に比べ音響減衰特性が高いため、年齢が若いほど乳房の音響減衰特性を大きくすると良い。

（被検体形状の把握）
何らかの手法で被検体００１の形状を事前に把握できれば、走査面上の位置ごとの探触子００３と被検体００１の距離情報を予め算出できる。その場合、探触子００３の座標ごとの距離情報、または、その距離情報に基づいた制御パラメータをメモリに保存する。そして送信制御部０１１は、探触子００３の座標に基づいてメモリを参照することで、距離情報、または、送信音圧強度を変更するための送信制御情報を容易に取得できる。

被検体００１が乳房のような軟部組織の場合、情報１−３（形状）を正確に把握するために、剛性が高い保持部材を用いることが好ましい。保持部材００２の形状は被検体００１に沿うような形状が好ましい。例えば乳房であればカップ型である。剛体部材の場合、
被検体００１の保持形状が規定されるため、探触子００３と被検体００１の距離が規定され、容易に取得できる。

一方、保持部材として伸縮性のある材料を選択した場合でも、部材の硬度や膜厚、被検体に関する情報などから、保持形状をある程度は想定できる。被検体に関する情報とは、例えば乳房の場合、カップサイズ、トップ、アンダーサイズ等のサイズ情報や、人種、年齢、身体の状態等の被検者の情報である。また被検体００１が乳房の場合、年齢が若く乳腺層が多い場合や、生理中の場合は、乳房の硬度が増して潰れにくくなる。これらの情報を用いて保持部材００２をカスタマイズすることで、被検体形状の推定精度が向上する。また伸縮性のある保持部材を用いる場合でも、硬度を高くすること、膜厚を厚くすること、あらかじめ保持部材００２に張力をかけておくことにより、被検体００１の突き出し量（Ｌ１）を抑制できる。

また、本撮像（超音波送受信とエコー像の生成）の前に、予めカメラを用いた撮影やプレスキャンを行って、被検体形状を取得し、探触子００３と被検体００１の距離を算出する方法がある。また、被検体の保持態様によっては、本撮像の直前スキャンにより被検体形状を取得する方法も有効である。これらの手法の詳細は後述する。

（送信制御部について）
上で求めた被検体形状に基づき、Ｐｏｓ１とＰｏｓ２における生体伝搬経路長の差（図３のＬ）が定まる。これに基づき、Ｐｏｓ１とＰｏｓ２における送信音圧強度差を決定できる。送信制御部０１１における送信音圧強度の制御要素としては、以下の各情報が挙げられる。
（情報２−１）送信音圧振幅値
（情報２−２）送信開口素子数
（情報２−３）送信パルス数
（情報２−４）送信周波数

中でも特に好適なものは、送信音圧振幅値（情報２−１）である。振幅値だけを変化させた場合、Ｓ／Ｎ比のみが変化するため、画像のＰｏｓ１，Ｐｏｓ２それぞれにおける画質が近いものとなりＣプレーン画像の整合がとりやすい。一方、それ以外の項目は送信ビーム形状を変化させるため、解像度を初めとする画像の雰囲気を変化させる。

以下、各手法について説明する。送信制御部０１１は、図１２に示すように、波形出力制御部０２７、送信波形出力用パルサー０２８、接続切り替えスイッチ０２９を含む。波形出力制御部０２７は送信波形のパターンを制御する。送信波形出力用パルサー０２８は、波形出力制御部０２７からの指令により各変換素子００４へ電圧を印加する。接続切り替えスイッチ０２９は、送信波形出力用パルサー０２８からのアナログ信号を各変換素子００４に振り分ける。

図４（ａ）〜図４（ｃ）において、上側のグラフは送信制御部０１１が変換素子００４に印加する電気信号のパルスであり、横軸は時間、縦軸は印加電圧値を表す。下側のグラフはそれぞれのパルスに応じて変換素子００４が出力する超音波信号であり、横軸は時間、縦軸は音圧強度を表す。超音波信号の振幅値を変える手法としては、印加電圧値を変化させる手法と、印加パルス幅を変化させる手法がある。

例えば、基準となる図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、印加電圧値がａ１からａ２に増大するのに対応して、送信音圧振幅値が大きくなっている。また図４（ａ）と図４（ｃ）を比較すると、印加パルス幅がｔ１からｔ２に長くなるのに対応して、送信音圧振幅値が大きくなっている。このような印加電圧値または印加パルス幅の調整は、波形出力制
御部０２７に指令を受けた送信波形出力用パルサー０２８が行う。この制御手法は、超音波信号の形状はほとんど変化せず、振幅値のみが変化するという特徴がある。なお、送信波形出力用パルサー０２８の代わりに任意波形発生器を用いても良い。

次に、送信開口素子数（情報２−２）に基づく制御について、図５を用いて説明する。図５（ａ）〜図５（ｄ）の上側はそれぞれ、開口素子群に含める変換素子００４の位置および個数、ならびに電圧印加タイミングが異なる送信制御の例を示す。また下側はそれぞれの送信制御に応じた超音波の音圧波形を示す。本図では、８つの変換素子００４がリニア状に配置されたプローブを例として示す。基準となる図５（ａ）と比べて、開口素子数が多い図５（ｂ）では強度が大きくなる。開口素子数が少ない図５（ｃ）では強度が下がる。このような駆動を実施するには、接続切り替えスイッチ０２９の制御により電圧印加すべき変換素子００４の組み合わせを変更する。マッチング材００５が水で構成されている場合、Ｐｏｓ１においては図５（ｂ）を、Ｐｏｓ２においては図５（ｃ）を選択するのが好ましい。

ただし図５（ｃ）は図５（ｂ）に比べて送信開口幅が狭いため、Ｐｏｓ１に比べＰｏｓ２では解像度が低下する。そこで、図５（ｃ）の代わりに図５（ｄ）のように変換素子００４を選択する方法もある。これにより開口幅が広がり解像度が揃う。

次に、送信パルス数（情報２−３）を用いた手法について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、図４（ａ）と同様に、±に１パルスずつ電圧印加した様子である。一方、図６（ｂ）は、基準となる図６（ａ）のパルス印加を２回繰り返すことで、±に２パルスずつ印加した様子である。図６（ｂ）のように印加パルス数が多い方が、送信エネルギーが高い。また、変換素子００４の特性と印加電圧のパルス幅等にもよるが、図６（ｂ）のように複数回パルスを印加する場合、送信される超音波波形の２発目以降の振幅値が１発目よりも高くなることがある。マッチング材００５が水で構成されている場合、Ｐｏｓ１においては（ｂ）を、Ｐｏｓ２においては（ａ）を選択するのが好ましい。

ただし、送信パルス数を増やすことで超音波画像の深さ方向（時間方向）の解像度を低下させる。そのため、解像度の悪化が視認されない程度に波数を増減させるのが好ましい。

次に、送信周波数（情報２−４）を変更することで出力値差を抑制する手法について述べる。超音波の性質として一般的に、送信波形の周波数が低い方が減衰しにくい。そこで、Ｐｏｓ１においては周波数が比較的低い超音波を送信し、Ｐｏｓ２においては周波数を高くする。ただし、各周波数は変換素子００４の周波数特性を考慮して決定する必要がある。すなわち、超音波の周波数を変化させる際には、印加パルスの電圧とパルス幅の他に、変換素子００４の周波数ごとの感度を考慮する必要がある。送信周波数（情報２−４）を変化させる場合は、上記の（情報２−１）〜（情報２−３）の調整と併用するのが好ましい。

その他の任意断面の出力値差を抑制するために制御方法として、図７に示すように場所に応じて送信フォーカス位置を変更する方法がある。通常、音圧は送信フォーカス位置が最大になり、フォーカス位置から離れる事で音圧は低下していく。そこで図示したように、被検体が厚いＰｏｓ１では深いフォーカス位置（ｆｏｃｕｓ１）を設定し、Ｐｏｓにでは浅いフォーカス位置（ｆｏｃｕｓ２）を設定する。

ただし、送信音圧振幅値（情報２−１）以外での調整方法では、任意断面内における解像度に差が生じるため、解像度の変化を考慮して条件を設定するのが好ましい。また、送信波形出力用パルサー０２８の性能によって実現出来る送信条件は限定される。そこで、
送信音圧振幅値のみでの制御が困難な場合に、それ以外の制御手法を組み合わせるのが効果的である。ただし、上記各制御手法は装置構成や性能、被検体の状態などの測定条件に応じて任意に組み合わせて良い。

（画像処理部の構成）
上記のように探触子００３の座標位置に対応させて送信制御部０１１の制御を変更し、送信超音波の強度を変化させることで、任意断面の出力値差を低減できる。なお、画像処理部Ｂ（符号０１５）にて出力値の調整を行うことで、出力値差をさらに低減して、輝度ムラを抑制できる。

なお、上記方法で送信超音波強度を変えた場合、反射エコー波の強度も変化する。基本的には、減衰度合いの大きい探触子位置では送信音圧も大きくなるので、エコー波の強度も大きくなると想定される。しかし、被検体の形状や音響伝搬特性などによっては、送信波やエコー波の減衰を、受信信号へのゲインなどで補正することが好ましい。

（探触子の変形例）
本発明は、１Ｄプローブや２Ｄプローブでは無く、図１１に示すような各種の探触子を備える装置にも適用できる。例えば図１１（ａ）は、変換素子００４が曲率を持って配列されたコンベックス型探触子である。図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、変換素子が半球面上に配列された、大小のお椀型の探触子である。これらの探触子であっても、送信開口または受信開口を形成する変換素子００４群の位置から画像スキャンライン０２５上の被検体表面までの距離によって出力値差は生じるため、本発明は有効である。

なお、お椀状の支持体に変換素子を配置した探触子であれば、被検体から伝播する音響波を様々な方向から受信できるので、再構成画像の精度が向上する。お椀状の探触子の場合、各変換素子の高感度方向は一致しない。そのため、保持部材を区分するときに、変換素子の高感度方向との関係で位置を規定することはできない。一方でお椀型探触子には、複数の素子の高感度方向が集中する高感度領域（高分解能領域）が形成される。そこで、保持部材内の位置を特定するときは、高感度領域との関係による規定が可能である。

以上述べた方法によれば、被検体の形状に凹部や突出部があるために、走査領域上を移動する探触子の位置に応じて送受信超音波の減衰度合いが異なる場合でも、位置によって送信音圧を制御している。この結果、音響信号の強度や画素データの出力値におけるばらつきを低減できる。

［実施例２］
以下で説明する実施例２にかかる超音波エコー装置のシステム構成は、基本的には図１と同様であり、同じ構成要素は同じ符号を用いて説明する。そして本実施例のシステム制御部００９は、送信制御部０１１に接続され情報を送受信可能な記憶媒体である、メモリ０２２を備える。本実施例の好適な被検体００１は、片方の乳房である。

本実施例では探触子００３として、２５６ｃｈの１Ｄリニアプローブを使用する。探触子００３を構成する変換素子００４は、中心周波数が７ＭＨｚ付近、素子サイズが４ｍｍのＰＺＴであり、ラテラル素子ピッチが０．２ｍｍになるよう配列されている。また、保持部材００２には厚み０．５ｍｍのＰＥＴＧで作成されたカップ形状の部材を採用する。この保持部材００２により乳房の突き出し距離が胸壁から３０ｍｍに規定される。探触子００３の駆動機構００７は、保持部材００２と探触子００３との最近距離が１０ｍｍになるように設置する。

マッチング材００５は水であり、ポンプで循環させながら使用した。本実施例では、ヒ
ーターを用いて水温を３５℃付近に保った。このように水温を維持することは、被検者に不快な思いをさせない効果と、マッチング材００５の音速を規定し画像再構成の精度を向上させる効果があるため、好ましい。

システム制御部００９による、電子走査を含む送信超音波の制御、エコー波の受信、受信信号の処理、探触子００３の機械走査方法、受信信号を用いた画像再構成処理などの方法は実施例１と同様である。まず送信制御部０１１により、所望の位置に超音波をフォーカスするようにタイミング制御された電気信号が各変換素子００４に送られる。各変換素子００４素子は超音波信号を被検体００１に送信する。超音波信号の中心周波数は７ＭＨｚになるように調整する。

本実施例では、走査領域に対向する保持部材００２は、乳房の形状に合わせて中央が突出している。そこで探触子００３の走査領域を、法線方向における走査面から保持部材００２までの距離に応じて、中央部の第１の領域と、周辺部の第２の領域とに分割した。送信制御部０１１は、第１の領域においては送信フォーカス位置を探触子００３から２０ｍｍと４０ｍｍの位置に設定し、２段フォーカス処理で画像を再構成する。第２の領域においては送信フォーカス位置を探触子００３から４０ｍｍの位置に設定し、１段フォーカス処理で画像を再構成する。このように、被検体００１と探触子００３の位置に応じて送信フォーカス設定を変化させ、被検体００１が存在しない領域での送信フォーカスを設定しないことで、撮像時間を短縮できる。

第１および第２の領域において、フォーカス４０ｍｍの送信条件では駆動する変換素子００４の数はともに６４素子に設定する。第２の領域における超音波送信音圧振幅値は、第１の領域でのフォーカス４０ｍｍ時の１０％程度に設定した。この変化量は図３のＰｏｓ１を基準にし、Ｐｏｓ２において式（１）で換算される。
２×Ｌ×（α１−α２）×ｆ１［ｄＢ］ …（１）
上記１０％は式（１）に、Ｌ＝３［ｃｍ］，α１＝０．４［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］，α２＝０［ｄＢ／ＭＨｚ／ｃｍ］，ｆ１＝７［ＭＨｚ］を代入して、１６．８［ｄＢ］と求められる。

この調整は、変換素子００４群への印加電圧値と印加パルス幅の制御により実施する。これらの制御値は、探触子００３の座標位置ごとに設定され、メモリ０２２に記録される。乳房または保持部材の形状が既知の場合、各制御値を予め取得してメモリ０２２に記録できる。

本実施例では、超音波送信音圧のみ変化させ、開口数、フォーカス位置、送信周波数を同じにしている。この結果、観察したいＣプレーン面上の送信ビーム形状の変化が少ないため、再構成されたＣプレーン画像の解像度のバラつきが縮小され、均一な画像が実現できる。このように本実施例によれば、Ｃプレーン画像内の出力値差が改善し見易い画像となり、任意断面の画質の劣化が低減される。

（変形例１）
一方、被検体または保持部材の形状が既知で無い場合の形状取得方法を、図８の構成図を用いて説明する。図中、２台のカメラ０３０が水槽側面に配置される。乳房が保持部材００２に固定されたのち、カメラ０３０が複数方向からの乳房の画像を取得する。カメラ画像を受信した被検体形状処理部０２４は、乳房の３次元形状を算出し、探触子００３の座標ごとの送信条件を設定し、メモリ０２２に記録する。この手法によれば、短時間で被検体００１の３次元形状が算出できる。様々な方向から被検体００１を撮影できるようにカメラの台数を増やせば、形状取得の精度や速さが向上する。また、一台のカメラを移動させながら乳房の画像を撮影しても良い。被検体形状処理部０２４は、既知の様々な画像
処理方法を、プログラム等に従ってＣＰＵ等の情報処理資源を用いて実行する。

（変形例２）
また、別の被検体形状取得手法を、図９を用いて説明する。この変形例の装置は、本撮像前に行われるプレスキャンの結果を用いて被検体形状を取得するための音響特性処理部０２３を備える。音響特性処理部０２３は、探触子００３およびメモリ０２２に接続されている。プレスキャンとしては、送信フォーカス位置が４０ｍｍの１段フォーカス処理を採用する。また、送信条件は探触子の位置によっては変更しない。このように一定の送信条件、かつ１段フォーカスを採用する理由は、プレスキャンの目的があくまでも被検体形状を取得することにあるからである。この変形例は、保持部材００２を使用しない場合や、保持部材が柔軟な場合に好適である。

音響特性処理部０２３は、プレスキャンで取得した音響信号に基づいて乳房表面位置を算出し、乳房の３次元形状を取得する。乳房表面位置は、マッチング材と生体の音響インピーダンスの差により発生するエコー波の発生時間を用いて算出できる。すなわち、超音波を送受信したとき、最初に強エコー信号を検出した位置が被検体００１の表面である。プレスキャンの時間を短くする為に、設定する画像スキャンライン０２５の数を間引いても良い。

なお、被検体００１が保持部材００２に密着していない場合でも、保持部材００２としてマッチング材００５と音響インピーダンスが近い部材を選定することで、保持部材００２の界面での強エコー信号を抑制できる。その結果、被検体００１表面でのエコー信号が抽出しやすくなる。この形状計測方法は、保持部材がラテックスでマッチング材００５が水の場合や、部材がシリコーンゴムでマッチング材００５がシリコーンオイルの場合に好適である。

プレスキャンの際に、受信信号の深さごとのＳ／Ｎの変化より乳房の音響減衰特性を算出し、送信条件設定時に参照することも有効である。これらの情報を基に探触子００３の走査領域上の座標ごとの送信条件を設定し、メモリ０２２に記録する。この手法によれば、探触子００３の座標ごとの乳房位置を実測できることと、乳房の音響減衰特性も事前に把握できることにより、好適な送信条件が設定可能である。

［実施例３］
本実施例では、被検体００１の保持が困難であり、被検体形状が絶えず変化する場合について説明する。本実施例の装置構成は、上記の変形例２の装置とほぼ同様であるが、メモリ０２２がプレスキャン結果を保存する機能は必要ない。

保持部材００２として薄膜（例えばラテックスシート）を用いて、乳房のような柔らかい被検体を保持すると、被検体形状は体動によって絶えず変化する。そのため、プレスキャン結果やカメラ画像に基づいて被検体形状を計測し記録したとしても、本撮像時の乳房形状と異なってしまう。そこで本実施例では、音響特性処理部０２３が被検体００１と探触子００３の距離をリアルタイムに算出する。

本実施例では、探触子００３として１Ｄリニアプローブを使用し、機械走査で移動した各位置において電子走査（リニアスキャン）を実施して２次元画像を取得する。そして、リニアスキャンを実施する直前に、探触子００３から被検体００１に向けて超音波を送受信して距離を計測する。この直前スキャン時の送信条件は、上述したプレスキャン時と同じにし、探触子００３の座標によって変更しない。そして音響特性制御部０２３は、探触子が乳房表面からのエコー波を受信して生成された電気信号を処理して、被検体までの距離を算出する。なお、受信信号の深さごとのＳ／Ｎの変化より乳房の音響減衰特性を算出
し、送信条件に参照することも有効である。送信制御部０１１は、これらの情報を基に探触子００３の送信条件を算出し、変換素子００４群を駆動する。

本実施例のように直前スキャンを行って探触子と被検体の距離を取得する手法によれば、本撮像直前の距離を算出できるため、実施例１よりも精度の高い送信条件を設定できる。本実施例は特に、被検体が変形しやすく、プレスキャン等により予め取得した形状と本撮像時の形状が異なる場合に有効である。この方法はプレスキャンを行う場合に比べて、計測にかかる総時間が短いという利点と、プレスキャンと本撮影のタイムラグが無いので、距離情報の誤差が少ないという利点がある。

［実施例４］
本実施例の装置の構成と基本的な動作は実施例１と同じである。相違点は、図１０（ａ）に示すように、３軸の移動が実現可能な駆動機構００７を用いて、探触子００３を３次元的に駆動することである。本実施例では、保持部材００２の形状に沿って探触子を３次元的に駆動させる事で、可能な限り被検体００１と探触子００３の間に存在するマッチング材００５の距離を狭められる。

保持部材００２には、厚み０．５ｍｍのＰＥＴＧで作成されたカップ形状の部材を採用する。駆動機構００７は、保持部材００２の形状に沿うように探触子００３を駆動させ、被検体の画像を取得する。その結果、被検体００１と探触子００３の距離の変化は実施例１と比較して少なくなる。また、探触子００３と被検体００１間に存在するマッチング材００５の距離が撮像領域全体で縮小されるので、被検体００１表層面の画質が高く、かつ均一になる。しかし、被検体００１または保持部材００２の形状の凹凸の具合や、駆動機構００７の性能によっては、機械走査中の探触子００３と被検体００１の距離を完全に一定にできない場合もある。そこで本実施例においても、実施例１，２と同様に送信制御部０１１の制御値や画像処理部Ｂ（０１５）での出力値を調整し、画像の向上や均一化を図ることが好ましい。

本実施例の装置を用いて任意の平断面の画像を表示する場合には、画像スキャンライン０２５上における被検体００１表面から任意平断面までの距離に応じて、送信制御部０１１が送信音圧制御値を変更する。図１１中、Ｐｏｓ１に比べＰｏｓ２では、探触子００３から任意の平断面までの被検体００１距離が短い。そのため、Ｐｏｓ２では送信音圧を低くする。なお、任意の平断面内における解像度を均一にするために、Ｐｏｓ１とＰｏｓ２で駆動する変換素子００４の数を変化させて、送信開口の幅を変化させることが好ましい。例えば図１０（ａ）では、Ｐｏｓ１における開口幅をＰｏｓ２に比べ広く設定する。

なお本実施例は、任意の平断面の画像を表示する場合だけではなく、図１０（ｂ）のように、任意表示面が曲面の場合にも適用できる。この場合、探触子００３から画像スキャンライン０２５上における任意表示面までに存在する被検体００１の距離に応じて、送信制御部０１１を制御する。これにより、曲面に設定された任意表示面の画像における画質の向上や均一化といった効果が得られる。この場合、探触子がとり得る各位置において、探触子と任意表示面の間の経路上での生体部分の距離と、生体以外の部分（マッチング材など）の距離を求め、その値に基づいて送信音圧の強度を決定する。

本実施例のように、被検体００１の丸みや凹凸に応じて探触子を移動させることにより、簡便に均一な表層画像を作成できるとともに、任意表示面の画像内の出力値差を改善できる。その結果、任意表示面の画質の劣化を抑制し、見やすい画像を表示できる。

［その他の実施形態］
記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を
実現するシステムや装置のコンピュータ（又はＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイス）によっても、本発明を実施することができる。また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体（つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体）から、上記コンピュータに提供される。したがって、上記コンピュータ（ＣＰＵ、ＭＰＵ等のデバイスを含む）、上記方法、上記プログラム（プログラムコード、プログラムプロダクトを含む）、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。

００３：探触子，００４：変換素子，００７：駆動機構，００９：システム制御部，０１１：送信制御部，０１２：信号処理部

Claims (16)

1. 音響波を送信するとともに、前記音響波が被検体で反射したエコー波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む受信部と、
   前記複数の素子から送信される前記音響波の強度を制御する送信制御部と、
   前記受信部を所定の走査領域において移動させる走査部と、
   前記電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する情報処理部と、
   を有し、
   前記送信制御部は、前記被検体のＣプレーンである任意の断面に係る画像を表示部に表示させる場合に、当該断面における画素値のばらつきを低減するように、前記被検体の形状と、前記所定の走査領域における前記受信部の位置と、に応じて、前記受信部と前記被検体の表面との距離が短いほど、前記複数の素子から送信される音響波の強度を大きくする
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
2. 前記送信制御部は、前記特性情報を取得するための前記音響波の送受信である本撮像の前に、前記被検体の形状を取得するための前記音響波の送受信であるプレスキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
3. 被検体の画像を取得するカメラをさらに有し、
   前記送信制御部は、前記カメラが取得した画像を用いて前記被検体の形状を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
4. 前記被検体を保持する保持部をさらに有し、
   前記送信制御部は、前記保持部に関する情報に基づいて前記被検体の形状を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
5. 前記保持部の形状に基づいて前記走査領域上の座標ごとに定められた、前記送信制御部が前記音響波の強度を制御するときの送信条件を記憶したメモリをさらに有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の被検体情報取得装置。
6. 前記情報処理部は、前記音響波または前記エコー波の減衰に応じて前記電気信号に対するゲインを補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
7. 前記所定の走査領域は、平面状の走査面であり、
   前記送信制御部は、前記被検体の形状に基づいて、前記走査面の法線方向における前記受信部と前記被検体の表面との距離を取得し、当該距離に応じて前記音響波の強度を制御する
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
8. 音響波を送信するとともに、前記音響波が被検体で反射したエコー波を受信して電気信号を出力する複数の素子を含む受信部と、
   前記複数の素子から送信される前記音響波の強度を制御する送信制御部と、
   前記受信部を所定の走査領域において移動させる走査部と、
   前記電気信号を用いて前記被検体内の特性情報を取得する情報処理部と、
   を有し、
   前記送信制御部は、前記被検体のＣプレーンである任意の断面に係る画像を表示部に表示させる場合に、当該断面における画素値のばらつきを低減するように、前記被検体と前記受信部との間の距離に応じて、前記受信部と前記被検体の表面との距離が短いほど、前記複数の素子から送信される音響波の強度を大きくする
   ことを特徴とする被検体情報取得装置。
9. 前記送信制御部は、前記複数の素子のそれぞれに、電圧値およびパルス幅で規定されるパルスを印加することにより、前記複数の素子のそれぞれから前記音響波を送信させる
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
10. 前記送信制御部は、前記パルスの電圧値を増大させることにより、前記音響波の強度を大きくする
    ことを特徴とする請求項９に記載の被検体情報取得装置。
11. 前記送信制御部は、前記パルスのパルス幅を長くすることにより、前記音響波の強度を大きくする
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の被検体情報取得装置。
12. 前記送信制御部は、前記パルスの送信パルス数を増やすことにより、前記音響波の強度を大きくする
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
13. 前記送信制御部は、前記複数の素子から前記パルスを印加する素子を選択することで送信開口を形成するものであり、前記送信開口に含まれる素子の数を増やすことにより、前記音響波の強度を大きくする
    ことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
14. 前記送信制御部は、前記パルスの送信周波数を制御することにより、前記断面における前記音響波の強度を制御する
    ことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
15. 前記送信制御部は、前記複数の素子から音響波を送信するときの送信フォーカス位置を変更することにより、前記音響波の強度を制御する
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
16. 前記情報処理部は、前記断面に係る特性情報を示す画像を、前記走査部による前記受信部の移動と並行して、前記表示部に表示させる
    ことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
    

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