JPH02215449A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 受信した超音波信号から生体の散乱係数を算出・表示す
る超音波診断装置に関し、 超音波散乱特性の明確な血液の散乱パワースペクトルを
用いて被測定対象の組織の散乱パワースペクトルを正規
化することで、被測定対象の組織の散乱係数を正確に算
出・表示することを目的とし、 生体内の血液からの散乱パワースペクトルを算出する血
液散乱パワースペクトル算出手段と、生体内の被測定対
象の組織からの散乱パワースペクトルを算出する組織散
乱パワースペクトル算出手段と、上記血液散乱パワース
ペクトル算出手段により算出した血液の散乱パワースペ
クトルから被測定対象のＭＬ織の位置における血液散乱
パワースペクトルを推定し、この推定した血液散乱パワ
ースペクトルによって、上記組織散乱パワースペクトル
算出手段により算出した組織散乱パワースペクトルを正
規化し、組織の散乱係数ｂ、ｎを算出する散乱係数算出
手段とを備え、この算出した被測定対象の組織の散乱係
数ｂ、ｎを表示するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、受信した超音波信号から生体の散乱係数を算
出・表示する超音波診断装置に関するものである。近年
、超音波を用いた診断法は、より定量的、質的診断によ
って診断精度を向上する要求が高まっている。組織の質
を表現するものとして組織の音響特性、特に減衰特性、
散乱特性の違いから組織の質を調べようとする試みがな
されている。ここで、本発明は、音響特性のうち、散乱
の周波数特性を Ｓ　（ｆ）　＝ｂｆ と表現した時の係数ｂ、ｎを定量的に正確に求め、表示
する手法に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕従来、超
音波によって切り取った心臓壁の散乱係数を求めると、
正常の心臓壁と、梗塞を起こした部位の心臓壁とでは、
係数ｂ、ｎが違うことが知られている。

しかし、現実に体表面から超音波を使って診断する場合
、超音波が測定部位に至るまでにかなり減衰してしまう
ため、更に、減衰の度合も個々に違うため、散乱係数を
正確に求めることができないという問題がある。これを
解決するために、減衰に依存しない散乱係数の精度の高
い測定手法が要求されている。

本発明は、超音波散乱特性の明確な血液の散乱パワース
ペクトルを用いて被測定対象の組織の散乱パワースペク
トルを正規化することで、被測定対象の組織の散乱係数
を正確に算出・表示することを目的としている。

（ｔ！題を解決する手段） 第１図を参照して課題を解決する手段を説明する。

第１図において、血液散乱パワースペクトル算出手段６
は、生体内の血液からの散乱パワースペクトルを算出し
、それを用いて被測定対象の組織の位置における血液散
乱パワースペクトルを推定するものである。

組織散乱パワースペクトル算出手段５は、生体内の被測
定対象の組織からの散乱パワースペクトルを算出するも
のである。

散乱係数算出手段７は、血液散乱パワースペクトル算出
手段６により推定した被測定対象の組織の位置における
血液散乱パワースペクトルによって、組織散乱パワース
ペクトル算出手段５により算出した組織散乱パワースペ
クトルを正規化し、散乱係数ｂ、ｎを算出するものであ
る。

〔作用〕

本発明は、第１図に示すように、生体の血液および被測
定対象の組織から反射してきた超音波信号に基づいて、
血液散乱パワースペクトル算出手段６が生体内の血液か
らの散乱パワースペクトルを算出し、それを用いて被測
定対象の組織の位置における血液散乱パワースペクトル
を推定し、組織散乱パワースペクトル算出手段５が生体
内の被測定対象の組織からの散乱パワースペクトルを算
出し、散乱係数算出手段７が血液散乱パワースペクトル
算出手段６により推定した被測定対象の組織の位置にお
ける血液散乱パワースペクトルによって、組織散乱パワ
ースペクトル算出手段５により算出した組織散乱パワー
スペクトルを正規化（除算）し、正規化後の例えば傾き
から散乱係数ｎおよびＹ軸との交点から散乱係数すを求
める（第２図参照）ようにしている。

従って、超音波散乱特性の明確な血液の散乱パワースペ
クトルから被測定対象の組織の位置における血液散乱パ
ワースペクトルを推定し、この推定した散乱パワースペ
クトルによって被測定対象の組織からの散乱パワースペ
クトルを正規化し、散乱係数ｂ、ｎを算出することによ
り、Ｍｉ織の散乱係数ｂ、ｎを正確に算出して表示する
ことが可能となる。

〔実施例〕

次に、第１図から第９図を用いて本発明の１実施例の構
成および動作を順次詳細に説明する。

第１図において、超音波プローブ１は、超音波ビーム１
）の方向に超音波を放射し、反射して帰ってきた反射波
を受信するものである。

送信回路３は、予め定めたタイミングに従って超音波パ
ルスを生成するものである。この生成された超音波パル
スは、送信アンプ２で増幅され、超音波プローブｌを駆
動し、超音波を放射する。

受信アンプ４は、超音波プローブ１によって受信した信
号を増幅するものである。

組織散乱パワースペクトル算出手段５は、図中の組織領
域Ｂから反射した超音波の散乱パワースペクトルを算出
するものである。

血液散乱パワースペクトル算出手段６は、図中の血液領
域Ａから反射した超音波の散乱パワースペクトルを算出
し、それを用いて被測定対象の組織の位置における血液
散乱パワースペクトルを推定するものである。

散乱係数算出手段７は、血液散乱パワースペクトル算出
手段６により推定した被測定対象の組織の位置における
血液散乱パワースペクトルによって、組織散乱パワース
ペクトル算出手段５により算出した組織散乱パワースペ
クトルを正規化（除算）し、例えば正規化後の傾きから
散乱係数ｎおよびＹ軸との交点から散乱係数ｂ、ｎを算
出する（第２図参照）ものである。

超音波画像生成部８は、既知のＢモード像、Ｍモード像
などを生成するものである。

表示装置９は、散乱係数算出手段７によって算出した本
実施例に係わる散乱係数ｂ、ｎ、およびＢモード像、Ｍ
モード像、心電図などを表示するデイスプレィである。

組Ｍｌ！１０は、本実施例に係わる被測定対象の組織で
ある。この組織ｌＯ中の組織領域Ｂが散乱係数ｂ、ｎを
求めようとしている領域である。

血液領域Ａは、散乱係数ｂ、ｎが公知の血液が流れてい
る領域である。

第２図は本発明の概念説明図を示す。

第２図（イ）において、超音波プローブ１から超音波ビ
ーム１）を図示のように放射する。そして、深さＺｌの
位置における血液が存在する血液領域Ａからの散乱パワ
ースペクトルを算出し、この算出した散乱パワースペク
トルから深さＺ３における血液散乱パワースペクトルを
推定する。また、深さＺ３の組織領域Ｂからの散乱パワ
、−スペクトルを算出する。ここで、深さＺ２の位置に
は、血液と組織とを分ける壁が図示のように存在する。

次に、この深さｚ３の組織領域Ｂの散乱パワースペクト
ルと、深さＺｌの血液の散乱パワースペクトルから推定
した深さＺ３の位置における血液散乱パワースペクトル
とから、深さｚ３の位置における組織の散乱係数ｂ、ｎ
の算出について、式を用いて説明する。

送信超音波パルスの周波数特性をＩ（ｆ）、組織からの
散乱パワースペクトルをＳア　（ｆ、　　ｚ）、血液か
らの散乱パワースペクトルをｓ、（ｆ。

Ｚ）、超音波プローブの送受信特性や音場特性を含めた
特性をＦ（ｆ、ｚ）、深さ２までの往復の減衰特性をＡ
（ｆ、ｚ）、血液の散乱特性をす。

ｆ４とすると、深さｚｌにおける血液散乱パワースペク
トルは、下式ｉｌｌのように表現される。

Ｓ　ｍ　（ｆ、ｚｌ）＝Ｉ（ｆ）　Ｆ（ｆ、ｚｌ）　Ａ
（ｆ、ｚｌ）　ｂ　ｗ　ｆ’　・ｔｌ）この式（１）の
散乱パワースペクトルから、深さ２３における散乱パワ
ースペクトルは次式のように推定される。

Ｓ　ｓ　（ｆ、ｚ３）＝Ｇ（ｆ、ｚ３；ｚＬ）八ｍ　（
Ｌｚ２；ｚｌ）八　ｙ　　（ｆ、ｚ３；ｚ２）　　ｓｌ
　　（ｆ、ｚｌ）　　・　　・　　・　　・　　・　　
・　　・　（２１ここで、 Ｇ（ｆ、ｚ３；ｚｌ）は深さｚｌと深さＺ３との間の音
場変化の補正項 八ａ　（ｆ、ｚ２；ｚｌ）は、深さｚｌと深さｚ２との
間の血液の減衰特性 Ａ　ｔ　（ｆ、ｚ３；ｚ２）は、深さＺ２と深さＺ３と
の間の組織の減衰特性 である。

また、深さｚ３における組織の散乱パワースペクトルは
、下式ｔ３＞によって表現できる。

Ｓ　ｒ　　（ｆ、ｚ３）＝Ｉ（ｆ）　　Ｆ（ｆ、ｚ３）
　　＾（ｆ、ｚ３）　　ｂ　ｔ　ｆ　　”　（３）ここ
で、 Ａ（ｆ、ｚ３）−Ａ（ｆ、ｚｌ）八ｍ　（ｆ、ｚ２；ｚ
ｌ）Ａ　ｔ　（ｆ、ｚ３；ｚ２）Ｇ（ｆ、ｚ３；ｚｌ）
＝Ｆ（ｆ、ｚ３）／Ｆ（ｆ、ｚｌ）という関係を使用し
て、式（３）を式（２）で正規化すると、下式（４）と
なる。

Ｓ（ｆ、ｚ３）＝Ｓｔ　（ｆ、ｚ３）／（Ｓ　ｓ　（ｆ
、ｚ３）　・ｒ　−’）Ｊｖ　／　ｂ　ｓ　　・ｆ”　
　・・・・・・・・（４）ここで、式（４）は、血液散
乱パワースペクトルを基準とした時の組織の散乱特性を
表している。式（４）をデシベルで表現すると下式（５
）となる。

１０１ｏｇ＋ｏＳ（ｆ、ｚ３）’１０１ｏｇ＋ｏ（ｂｙ
　／ｂｍ　）＋１０１ｏｇｆ　　−ｎ　　・・・・・・
・・・・・・（５）この式（５）をグラフ表現すると、
第２図（ロ）に示すようになる。ここで、散乱パワース
ペクトル１０１ｏｇ＋ｏＳ（ｆ、ｚ３）に最小二乗法を
適用し、第２図（ロ）に示すように、その傾きからｎを
求めると共に、Ｙ軸との交点から散乱強度ｂ（＝ｂ７／
ｂｌ）を求める。

従って、深さＺｌにおける血液領域Ａの散乱パワースペ
クトルを算出し、深さＺ３における血液散乱パワースペ
クトルを推定すると共に、深さＺ３における組織領域Ｂ
の組織散乱パワースペクトルを算出し、推定した血液散
乱パワースペクトルでこの組織領域Ｂの組織散乱パワー
スペクトルを正規化した後、式（５）をグラフ表現した
第２図（ロ）の傾きから散乱係数ｎおよびＹ軸との交点
から散乱係数すを定量的に精度高く求めることが可能と
なる。

第３図は、散乱パワースペクトル１０１０ｇ＋。Ｓ（ｆ
。

ｚ３）から散乱係数（散乱強度）を計算する別の例を示
す。

第３図（イ）は、有効帯域内（ｆｌ−ｆｔ）で散乱パワ
ースペクトルに最小二乗法を適用し、その中心周波数ｒ
ｃ（対数周波数軸上でｆ、とｆ２との間の位置）におけ
る散乱強度すを求めたものである。

この手法により、バラツキの少ない推定値が求められる
。

第３図（ロ）は、ｆ、とｆ６との間の平均パワーと、ｆ
ｃとｆアとの間の平均パワーを計算し、周波数ｆｃにお
ける散乱強度すを下式（６）によって計算するものであ
る。

ｆｃにおける散乱強度ｂ −（（ｒ＋　−ｆｃ間の平均パワー）＋（ｒｃ−ｆｔ間
の平均パワー）〕／２・・（６）第４図は、血液散乱波
の説明図を示す。

第４図（イ）は、第４図（ロ）に示す実質部（＆１）織
）および血液からの散乱波（受信信号振幅）を対応づけ
て示したものである。この散乱波から判明するように、
血液からの散乱パワーは、組織からの散乱パワーに比べ
てかなり小さい。また、組織と血液との間の壁から、大
きな反射が帰ってくることが多い、このため、組織で起
こる多重反射の影響が血液の反射波に重なり、精度良く
血液の散乱パワースペクトルを算出するのが難しいので
、後述する第５図ドプラ検出器６−２によってこれらの
多重反射が血液からの散乱パワースペクトルに混入する
ことを防止している。

第５図は、本発明の具体例構成図を示す。

第５図において、受信信号４−１は、超音波プローブ１
から受信した信号を示す。

ｆ−’特性ＬＰＦ６−１は、ｆ−”特性を持つローパス
フィルタである。血液の散乱特性は、周波数ｆ、散乱強
度（あるいは微分散乱断面積）をｂｓとすると、ｂ、ｒ
’であることが知られているので、（−４の特性を持つ
フィルタを通過させることにより、周波数に対して一定
の散乱特性を持つ信号を得ることができる。尚、ｎを他
の値に設定するようにしてもよい。

ドプラ検出器６−２は直交検波器６−２−１、ＭＴＩフ
ィルタ、血流速度検出手段６−２−２、パワースペクト
ル算出手段６−２−３などから構成され、血流速度、血
液からの散乱パワーおよび散乱パワースペクトルを算出
するものである。

血液参照時間区間検出手段６−３は、血液速度あるいは
血液の散乱パワーが閾値を越える時間区間（時相）を検
出するものである（第７図参照）。

６−４は、血流速度によって血液からの散乱パワースペ
クトルが変動する分を補償したり、あるいは被検者の赤
血球の体積分率のバラツキによる血液散乱パワースペク
トルの変動分を補償するものである。

６−６は、血液参照時間区間検出手段６−３によって検
出された時間区間、あるいは外部指定６−５によって指
定された時間区間内で、血液からの散乱パワースペクト
ルや、散乱パワーを平均するものである。

６−７は、血流が非常に遅く血液からの散乱パワーを十
分に取れない時相の血液からの散乱パワ−スペクトルを
ｍ次補間するものである（第７図（ホ）（よ１次補関し
ている）。

６−８は、式（２）で示すような深さを変えた時の補正
手段である。

６−９は、各走査線間で得られる血液からの散乱パワー
スペクトルの空間平均を行うものである。

５−１は、組織からの散乱パワースペクトルを算出する
ものである。

５−２は、各走査線で得られる組織からの散乱パワース
ペクトルの空間平均を行うものである。

７−１は、第１図の血液領域Ａ、組織領域Ｂに示すよう
なＲＯＩやマーカを指定したり、あるいはＲＯＩやマー
カが壁運動に追従する機能を動作させたりするものであ
る。

７−２は、既述した散乱係数ｂ、ｎを算出するものであ
る。

７−３は、心筋方向と超音波とのなす角度によって、散
乱特性が変化する量を補正するものである。

８−１は、超音波診断装置からの画像、心電図などの情
報である。

９−１は、表示制御を行うものである。

９−２は、表示するデイスプレィなどである。

第６図は、血液散乱パワースペクトルと組織散乱パワー
スペクトルの比較方法説明図を示す。

第６図（イ）は、直交検波後の実数成分と虚数成分を示
ｂ、これは、直交検波器６−２１を用いて血流速度など
を推定する場合、同一走査線方向にに回の超音波パルス
を送信するので、この時の当該直交検波器６−２−１の
出力波形の例として２つの出力波形を取り出したもので
ある。■は虚数成分、Ｒは実数成分である。以下直交検
波出力を使って散乱パワースペクトルの計算について以
下説明する。

先ず、低速な壁信号や実質部の反射信号などの影響を取
り除くため、サンプリングした同じ深さのデータ系列に
対して、既知のＭＴＩフィルタを適用する。即ち、同−
深さに対して繰り返し超音波パルスを送信することで得
られたデータ系列（Ｒｌｊｓ　Ｒ”！ン・・ＲｋＪ）、
（ＩＢ、Ｉｚｊ”　・■□）Ｎ＝１．２・・・Ｍ）に対
してＭＴＩフィルタを適用した上で、データ系列Ｒｉｊ
ｓ　　Ｉ　１Ｊ（ｊ＝１ないしＭ）について、複素フー
リエ変換を行ってパワースペクトルを計算する。第６図
（ロ）は、このようにして計算した血液のｉに関する平
均パワースペクトルを表す０組織のパワースペクトルは
、反射信号をそのまま、フーリエ変換して求めてもよい
。第６図（ハ）は、サンプリング周波数ｆ、でＴ長のデ
ータを切り出して組織からのパワースペクトルを推定し
たものである。

また、散乱係数算出手段７−２で２つのパワースペクト
ルを比較する場合、第６図（ロ）の血液のパワースペク
トルをミキシング周波数に相当する分だけシフトすると
、第６図（ニ）のようになる。次に第６図（ハ）におい
て、 Ｎ５ｘ＝　Ｃｒｋ　／Ｍ）／　（ｒｓ　／Ｔ）−・−・
＋７）個づつ周波数軸上で平均すると第６図（ホ）に示
すようになる。ここで、第６図（ニ）、（ホ）を比較す
ることにより、散乱係数を求めることができる。

第７図は、血液参照時間区間（時相）・部位の説明図を
示す。

第７図（イ）は、Ｂモード像の表示領域と、血液パワー
スペクトルの算出可能領域（Ｂｌ、Ｂ２）と、測定可能
な組織の領域（ＴＩ、Ｔ２、Ｔ３）を示す。

第７図（ロ）は、心電図を示す。

第７図（ハ）は、血液散乱パワーと、血液パワーがある
閾値レベル以上に達する時間区間にマーカを付与して両
者を表示したものである。

第７図（ニ）は、血流速度と、当該血液の流速がある閾
値レベル以上に達する時間区間にマーカを付けて両者を
表示したものである。

第７図（ホ）は、点線で示すように散乱パワースペクト
ルのある周波数成分を１次補関したものである。この補
間により、全ての時相における組織の散乱係数を求める
ことが可能となる。

第８図は、散乱係数の表示例を示す。

第８図（イ）は、Ｂモード像の表示領域と、血液参照領
域Ｂ１、Ｂ２の血液散乱パワースペクトルを使って、ｍ
織Ｔ１、Ｔ２のＭｉ織の散乱係数の算出の様子を示す。

第８図（ロ）は、心電図である。

第８図（ハ）は、組織ＴＩ、Ｔ２の散乱係数ｎの時間的
に変化する状態の表示例を示す。

第８図（ニ）は、組織Ｔ１、Ｔ２の散乱係数すの時間的
に変化する状態の表示例を示す。

第８図（ホ）は、血液参照時相マーカを示す。

第８図（へ）は、Ｍモード像上に散乱係数をカラー表示
した例を示す。ここで、第８図（イ）ないしくホ）につ
いて、任意に組み合わせてデイスプレィ上に表示する。

第９図は、散乱係数の表示例を示す。

第９図（イ）は、カラードプラの表示されたＢモード像
上で散乱係数ｂ、ｎをカラー表示した例を示ｂ、また、
領域を表すＲＯＩも表示している。

この図では、カラードプラと散乱係数ｂ、ｎとを同時に
表示しているが、別々の画面に分けて、あるいは散乱係
数のみを表示してもよい。

第９図（ロ）は、Ｂモード像をフリーズした状態で、心
筋方向にマーカを設定し、走査線方向となす角度による
角度依存性を補正するためのものである。補正係数を例
えば第９図（ハ）に示すように与える。

第９図（ニ）は、血液を参照とした空間的な組織の散乱
係数ｂ、ｎをプロファイル化して表示したものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、超音波散乱特性
の明確な血液の散乱パワースペクトルから被測定対象の
組織の位置における血液散乱パワースペクトルを推定し
、この推定した血液散乱パワースペクトルによって被測
定対象の組織からの組織散乱パワースペクトルを正規化
（除算）し、散乱係数ｎ、ｂを求め、表示する構成を採
用しているため、減衰による影響を除去し、組織の散乱
係数ｎ、ｂを正確に推定することができる。そして、こ
の推定した組織の正確な散乱係数ｂ、ｎを画面上にＢモ
ード像、心電図などと併せて表示し、診断確度を向上さ
せることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図は本発明の概
念説明図、第３図は散乱強度の推定説明図、第４図は血
液散乱波の説明図、第５図は本発明の具体例構成図、第
６図は血液散乱パワースペクトルと組織散乱パワースペ
クトルの比較方法説明図、第７図は血液参照時間区間（
時相）・部位の説明図、第８図、第９図は散乱係数の表
示例を示す。 図中、ｌは超音波プローブ、５は組織散乱パワースペク
トル算出手段、６は血液散乱パワースペクトル算出手段
、６−２はドプラ検出器、６−３は血液参照時間区間検
出手段、７．７−２は散乱係数算出手段、９は表示装置
を表す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受信した超音波信号から生体の散乱係数を算出・
   表示する超音波診断装置において、 生体内の血液からの散乱パワースペクトルを算出する血
   液散乱パワースペクトル算出手段（６）と、生体内の被
   測定対象の組織からの散乱パワースペクトルを算出する
   組織散乱パワースペクトル算出手段（５）と、 上記血液散乱パワースペクトル算出手段（６）により算
   出した血液の散乱パワースペクトルから被測定対象の組
   織の位置における血液散乱パワースペクトルを推定し、
   この推定した血液散乱パワースペクトルによって、上記
   組織散乱パワースペクトル算出手段（５）により算出し
   た組織散乱パワースペクトルを正規化し、組織の散乱係
   数ｂ、ｎを算出する散乱係数算出手段（７）とを備え、 この算出した被測定対象の組織の散乱係数を、ｎを表示
   するように構成したことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）請求項第（１）項において、上記血液の散乱パワ
   ースペクトルあるいは散乱パワーが閾値レベルを越える
   時間区間について血液散乱パワースペクトルの平均を算
   出し、この算出した血液散乱パワースペクトルを用いて
   被測定対象の組織の散乱係数ｂ、ｎを算出・表示するよ
   うに構成したことを特徴とする超音波診断装置。
3. （３）上記血液の血流速度あるいは血流パワーが閾値レ
   ベル以上の部位および時間区間にマーク（あるいは色）
   を表示するように構成したことを特徴とする請求項第（
   １）項、第（２）項記載の超音波診断装置。
4. （４）上記推定した組織の散乱係数ｂ、ｎを時間的に変
   化するグラフとして表示するように構成したことを特徴
   とする請求項第（１）項ないし第（３）項記載の超音波
   診断装置。