JPH08503156A

JPH08503156A - エコー信号を用いた画像形成方法

Info

Publication number: JPH08503156A
Application number: JP6521525A
Authority: JP
Inventors: リヒター，カリ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1996-04-09
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2786334B2; US5603326A; WO1994022374A2; DE4309596A1; WO1994022374A3

Abstract

(57)【要約】空間的に固定された対象物を、対象物に向けられた１次（音波）ビーム、例えば超音波により画像形成する方法であって、画像形成表示は、エコー信号受信器により受信されたエコー信号を用いて、その伝搬時間および／または振幅に基づき、それぞれ１次ビームの空間方向で配列された対象物軸線を基準にして行われる。対象物（１）は、１次ビーム送信器／エコー受信器（２）と１次ビーム（３）の空間方向（５）に対して垂直に配向され、１次ビーム（３）をエコー信号（４）として、表示野に存在する対象物の他の領域よりも強く反射する基準面（６）との間に存在する。１次ビーム送信器／エコー受信器（２）により受信され、基準面（６）により反射され、対象物（１）を通過した１次ビーム（３’）のエコー信号（４’）の平均または予想伝搬時間および／または振幅が基準信号として求められ、または設定される。１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）により受信され、基準面（６）により反射され、対象物（１）を通過した１次ビーム（３）の伝搬時間および／または振幅が求められる。基準面（６）により反射されたエコー信号（４）と基準信号との偏差が評価される。

Description

【発明の詳細な説明】エコー信号を用いた画像形成方法本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載された形式の方法およびこの方法を実施するための装置に関する。この種の画像形成方法は、例えばヒトの身体の検査に使用される。ここで、乳癌の早期発見のための女性乳腺の精密検査は非常に価値のあるものである。なぜならこの疾患は、先進工業国では女性におけるもっとも頻繁な癌種であり、疫学的に非常に重要であり、病気の早期発見が通常は治癒を意味するからである。超音波検査は、Ｘ線マモグラフィー検査と比較して完全に無害であり、非常に密な腺組織（乳腺症）の場合でも問題がない。なぜなら、密な腺組織での腫瘍がソノグラフィックに良好に表示されるからである。乳腺症または乳房領域にエンドプロテーゼを有する患者の場合、Ｘ線マモグラフィーは時折予測力がない。なぜなら、腫瘍が表示されなかったり、うまく表示されないからである。しかしこれに対して、多くの従来のソノグラフィックな方法は、乳房検査の場合に感度および特性の点で悪性腫瘍の早期発見でＸ線マモグラフィーを越えることができなかった。しかしこのことは非常に望まれることである。なぜなら完全に無害であることから、超音波法は理想的な検査法だからである。超音波検査は通常、断層画像（いわゆる断層表示のＢ画像に相応する）を得るために医師によって被検器官に載置される音波ヘッドによって動作するが、種々異なる方向から記録された複数の画像をコンピュータトモグラフィーの形式で相互に重畳する方法も公知である。米国特許第４５０９３６８号明細書から公知の超音波トモグラフィーでは、反射および透過により得られた信号が相互に重畳される。この装置により、従来公知の解決手段に対して情報獲得が可能であるが、しかしこのことはこの方法で動作する機器が実際に多数使用されることにはつながらない。ここでの問題点は、この構成の機器は比較的複雑であり、複数の音波送信器と音波受信器が必要なことである。そのため、機器の購入費用が高く、保守も簡単でない。さらにドイツ連邦共和国特許第４０３７３８７号明細書から、一致する空間点毎に相互に反対方向の入射方向から得られたエコー値を相互に重畳し、これにより結局次のような空間点に対する信号成分のみが残るようにする方向が公知である。すなわち、ビーム方向に応じて相互に異なる空間点に対する信号成分のみが残るようにするのである。これによって、識別された不均一性の形状および表面構造に関する情報が良好に導出される。なぜなら音波の影等が除去されるからである。しかしこの方法の欠点は、被検身体部分を２つの反対の空間方向から検査しなければならないことであり、そのため音波ヘッドを相応に頻繁に置き換えなければならないか、または２つの音波ヘッドが最初から必要である。本発明の課題は、冒頭に述べた方法において、超音波検査、特に癌検診（スクリーニング）の枠内での集団検診の際に超音波画像から得られる情報をとくに健診に使用することができるように改善し、本発明の方法を実施するための装置を提供することである。この課題は、請求の範囲第１項ないし第８項記載の構成によって解決される。本発明は次の知識に基づくものである。すなわち、悪性腫瘍によって反射された超音波信号の伝搬時間および／または振幅影響は、健康な組織によって送信された反射超音波信号の伝搬時間ないし振幅影響とは異なるという知識に基づく。ここでは、送信器／受信器から所定の間隔にあり、空間的に固定され、超音波反射性の強い対象物によって被検身体部分の向こう側に基準信号が形成され、この基準信号により伝搬時間ないし振幅変化の影響を評価することができる。受信されたエコー信号と既知のないし検出可能な伝搬時間との伝搬時間差ないし振幅差、および記録された振幅経過を考慮して、振幅として記録された、超音波送信器／受信器により受信された基準エコー信号の強度は、それぞれのエコー信号の伝播の空間方向領域における腫瘍確率として見ることができる。ここで伝搬時間変化は種々異なる組織領域における音波のそれぞれ種々異なる生じる伝播速度によって惹起される。一方、音波消失（または音波増幅）は回折および反射の発生によって惹起される。被検身体部分の向こう側に配置され、照射された超音波信号に対して空間方向で垂直に配列された基準面の仮想位置および表示強度は、これにより腫瘍の向こう側領域で歪まされ、シフトされ、その反射特性が変化されて超音波画像に表示される。配置構成、周辺輪郭の特性、シフトの量（ないし方向）に基づいて、身体部分における腫瘍の確率がシフトの情報で得られる。本発明の方法に対して重要なのは、空間的に動作する画像形成方法の画素（超音波）がそのような情報によってまとめられることである。この画素は、同じように超音波信号から発生し、単に２次元の特性だけを有する（これにより透過法の際の陰影形成によって得られる信号に相応する）。元々の超音波法は所見の深さ位置決めを可能にする。この所見は本発明の２次元画像形成法ステップにより得られるか、または初めて位置特定することができる。エコー信号の伝搬時間を検出するために、本発明の方法の有利な実施例では、エコー信号が超音波送信器／受信器により記録され、この信号は所定の時間窓ないに所定のレベルを越える振幅を有する。このレベルは、使用される基準面の特性に応じて設定されており、時間窓はエコー信号の次の領域に存在する。すなわち、この領域では振幅レベルが基準面から発して相対的に高まり、伝搬時間がシフトされることが予想される。したがって、絶対伝搬時間差または相対伝搬時間差のみを時間窓の領域で検出することができる。時間窓の領域で伝搬時間差を検出すれば、被検身体部分の同じような振幅を形成する音波反射性領域、例えば腺体、脂肪組織等を基準面と間違えることがない。一般的形態では、画像表示の領域は相互に隣接するポイント毎の共通の評価の下で、記録されたエコーを形成し、これにより、基準面の完全な表示が記録された信号情報を最大に利用すれば可能である。ここで有利には、ポイントまたは領域を２次元または３次元グラフィック表示、とくにエラーカラー表示に重畳する。本発明の方法は、コンピュータトモグラフィーの形式の空間的画像形成に使用される。これは、被検身体部分に連続シーメンス、または実質的に等間隔シーケンスで順次連続した空間方向から、身体部分を扁平に覆う軌跡からの１次ビームが被検身体部分に送出される場合である。本発明の方法を実施するための装置の技術的実施例はそれぞれ相応の信号変換器を形成するビーム源ないしビーム受信器を有し、さらに、所属のプログラムメモリを備えたシグナルプロセッサ、および信号変換器への信号処理部を有する。音波ビームは関連身体部分、すなわち被検対象物を時間的に順次走査し、とくに可動対象物の安定状態が有利であるから、本発明の装置の有利な実施例では、対象物が、音波ビームに対して実質的に透過性のプレート状要素と、エコー信号を反射する反射面との間に配置され、この要素と反射面は相互に平行に配列される。被検対象物は種々異なる形状を有することがあるから、音波ビームに対して透過性の要素と反射性の基準面とは軸調整装置によって相互に結合される。したがって結合媒体によって取り囲まれた被検対象物は、基準面と要素との間に収容した後（これらも同じように結合媒体が設けられている）、調整装置の操作により固定的に締め付けられる。これにより、対象物の相対的に大きな領域が要素ないし基準面と直接接触し、これによって簡単に良好な結合を対象物と要素ないし基準面との間で保証することができる。超音波信号により透過すべき領域の厚さはこれにより定められるから、適切な焦点を有する送信器／受信器を最初から選択することができ、したがって誤測定による時間の無駄が回避される。本発明の装置の有利な実施例では、キャリッジの超音波送信器／受信器を音波ビームに対して透過性のプレート状要素の表面に当接して固定することができ、次のように並進的に可動配置される。すなわち、被検対象物が反対側の反射性基準面と共に簡単に手動または電動駆動されて点毎に時間的に順次ラスタ状に走査されるように可動配置される。線形または面状のアレイ配置構成の場合は、所要の運動経過が簡単になり、省略することもできる。面状アレイの実施例ではこれ自体が押圧面を形成する。ここで制御は相応の電子回路によってスキャンされて行われる。とりわけ、音波ビームに対して透過性の要素および反射性の基準面は、ヒトの身体部分、有利には女性の乳腺の検査の際に、隣接する身体部分に当接するそれらの接続領域においてこれらの形状適合し、例えば凹面状の切欠部を有する接続縁部が設けられる。得られた情報の評価の有利な形式は、超音波反射性の基準面をモニタにコンピュータで計算して３次元表示することである。これにより腫瘍の存在する確率の高い被検対象物の領域の大きさを同時に概観することができる。したがって、特徴的な情報を１つの画面に同時に表示することができ、この画像はコンピュータの相応のグラフィック制御手段により種々異なる視野に整列することができる。基準面の目立つ領域に所属する（割り当てられた）組織領域の表示を選択することによってそれぞれ詳細な診断を行うことができる。部分拡大（ズーム）の下では、興味の対象となる組織部分を別個に再生することができ、これにより正確な判定が可能である。本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されており、以下図面に基づいて有利な実施例と関連して詳細に説明する。図１は、本発明の方法を実施するための本発明の装置の有利な実施例の断面図、図２は、図１の装置の斜視図、図３ａから図３ｄは、断層表示の透過ビームにおける組織不均質性の概略図、図４ａから図４ｄは、図３ａから図３ｄの視野に対する種々のエコー信号経過を示す線図、図５ａから図５ｄは、空間方向面の種々異なる記録点におけるエコー信号経過を示す線図、図６は、被検対象物に腫瘍が存在する場合の超音波画像における超音波反射性物の３次元表示図、図７は、本発明の方法の枠内での信号処理プロセッサ装置のブロック回路図である。図１と図２に示された本発明の装置の有利な実施例では、２つの面平行な要素、プレートＰ６と要素７が設けられている。これらは、被検対象物１と２つの方向で、実質的に相互に平行に配列された２つの面で境界をなす。ここで要素７は超音波に対して透過性に構成されており、一方プレート６は超音波を反射する。プレート６と要素７は軸方向調整装置８により相互に結合されている。調整装置９と１０によって、要素７とプレート６との間の間隔は個別に調整することができる。以下の説明では次の空間方向が適用される。ｘは超音波信号の突入方向を形成し、したがってｔ軸は時間的に順次受信された超音波エコーに対するものである。ｙ軸は信号記録の際に第１の“運動”軸を形成し、したがって断層画像表示に対する第２の座標である。ｚ軸は信号記録の２次運動軸を形成し、これにより３次元画像を形成することができる。しかしここで “運動”は機械的に行う必要はなく、線形または面状に延在する送信器／受信器アレイを用いる場合には電子スキャンによって行うことができる。１次音波送信器／エコー信号受信器２はキャリッジ１２に、キャリッジ１２の長手軸に沿って運動するが、しかし固定できるように配置されている。キャリッジはこの装置の有利な実施例では同じように、調整装置８の横ロッド１１と結合されている。キャリッジ１２もまた横ロッド１１の長手軸に沿って摺動することができる。１次音波送信器／エコー信号受信器２は要素７の外側に当接しており、キャリッジ１２を用いて要素７の平面全体を被検対象物１のスキャンのために走行することができる。ここでそれぞれの位置、すなわち１次音波送信器／エコー受信器２の空間方向は手動または電子スキャン手段を用いたステップモータ駆動で調整することができる。手動調整の際には、座標または空間方向を定める１次音波送信器／エコー信号受信器の位置が検出される。ヒトの身体に当接する、プレート６ないし要素７のエッジ１３ないし１４は解剖学的に丸められている。すなわち、例えば凹面に構成されている。したがってこの有利な実施例は機械的に特に簡単である。なぜなら、任意の形状を有する被検対象物１が結合媒体１７を含むフレキシブルな容器１５によりいつでも取り囲まれているからである。この容器は適用される（音波）ビームに対して透過性であり、密閉されている。容器１５は充填パイプ１６を介して充填および空にされる。ここで結合媒体は音波ビームが良好に伝送されることを保証するために付加的にプレート６と要素７にも塗布しなければならない。本発明の図示しない別の実施例では、反射性プレート６が同時に、平行の空間方向で作用する別の再生信号に対する受信装置を形成する。このような別の検査方法は、同じ位置におけるＸ線露光ないし対象物のデジタルラジオグラフィーである。これにより、発見された不均質性に関する別の情報を得ることができ、同時に現在普通の純粋なＸ線撮影（２つの異なる空間方向から行われる）と比較してＸ線負荷を有利に低減することができる。ここでは場合により、Ｘ線管を時折、超音波送信／受信装置の箇所に置くことができる。その後、被検対象物１は調整装置８〜１０によって固定され、１次音波送信器／エコー受信器２から照射された１次ビーム３がプレート６によって、対象物１を透過した後エコー信号４として反射され、１次音波送信器／エコー信号受信器２により記録される。エコー信号４の伝搬時間および振幅はここでは、１次音波送信器／エコー信号受信器２と接続された評価装置によって、送出された１次ビーム３の種々異なる空間方向５毎に記録される。次に図３ａから図３ｄおよび図４ａから図４ｄに基づき、不均質性の種々異なる境界で発生し、ここから得られる信号経過について詳細に説明する。図３ａから図３ｄの断層表示には、超音波による透過の際（ｘ方向）の種々異なる不均質性が示されている。これらにおいて本発明の方法を明瞭にする。矢印方向にはそれぞれ１次ビームの空間方向が示されている。ここで表示の黒濃度は得られたエコーに対する数ないし強度に対する尺度を形成する。図３ａには、腫瘍のない脂肪組織Ｆと腺体ＤＫを有する対象物が示されている。脂肪組織Ｆは腺体ＤＫよりもエコー密度が低く、超音波反射性のプレートＰがもっとも高いエコー密度を有する。図３ｂには悪性腫瘍Ｔを有する対象物が示されている。悪性腫瘍にはほとんどエコーがなく、腫瘍の後方両側に縁陰影部を有する。図３ｃには悪性腫瘍Ｔを有する対象物が示されている。この悪性腫瘍にもほとんどエコーがないが、しかし図３ｂとは異なり、腫瘍後方に中程度の中央陰影部を有する。図３ｄには良性の嚢包Ｚを有する対象物が示されている。嚢包Ｚには通常の嚢包と同じようにエコーがなく、嚢包の後方に中央音波増強部を有する。図４ａから図４ｂ（ｚ方向）には、図３ａから図３ｄから得られた種々異なるエコー信号経過が示されている。図４ａには、基準１次ビーム３’のエコー信号経過が示されている。この基準１次ビームは腫瘍のない脂肪組織Ｆと腺体ＤＫを含む対象物を通過する。ここで、エコー振幅Ａの変化は時間ｔ、すなわち１次ビーム送信器／エコー受信器までの距離によりプロットされている。脂肪組織Ｆはここで、腺体ＤＫよりも小さな振幅を有する。振幅値Ｐａのもっとも高い領域は超音波反射性プレートの位置を示す。図４ｂには、悪性腫瘍Ｔを通過した１次ビーム３のエコー信号経過が示されている。ここで、腫瘍Ｔの領域における振幅と両方向の縁陰影部の振幅は周囲の脂肪組織Ｆの振幅よりも格段に小さい。ここではさらに、プレートの比較的に振幅値Ｐｂの高い領域までの伝搬時間Ｌｂは、図４ａの伝搬時間Ｌａと比較して短いこと、さらに比較的に高い振幅値Ｐｂは図４ａのエコー信号経過の比較的に高い振幅値Ｐａよりも低いことが明らかである。ここで伝搬時間の短縮は仮想のプレート変形として表示される。図４ｃには、悪性腫瘍Ｔを通過した１次ビーム３のエコー信号経過が示されている。ここでは腫瘍Ｔの領域の振幅は周囲の脂肪組織Ｆの振幅よりも格段に小さく、中程度の中央陰影部は腫瘍Ｔ前の振幅よりも小さな振幅を有する。ここで明らかなことは図４ｂの場合と同じように、プレートの比較的に高い振幅値Ｐｃの領域までの伝搬時間Ｌｃは、図４ａのエコー信号の伝搬時間Ｌａと比較して短く、さらに比較的に高い振幅値Ｐｃは図４ａのエコー信号の比較的に高い振幅値Ｐａより低いことである。図４ｄには、良性嚢包Ｚを通過した１次ビーム３のエコー信号経過が示されている。嚢包Ｚの領域の振幅は実質的にゼロであり、中央音波増幅部を嚢包Ｚの後方に見ることができる。この音波増幅部は嚢包Ｚの前の振幅に対して比較的に高い振幅を有する。しかしここで明らかなことは同じように、プレート６の比較的に高い振幅値Ｐｄの領域までの伝搬時間Ｌｄは図４ａのエコー信号経過と比較して短いが、しかし比較的に高い振幅Ｐｄは図４ａのエコー信号経過の比較的に高い振幅Ｐａをさらに大きく上回っている。対象物をさらに第１の平面に対して垂直の平面で繰り返しスキャンすることによって、ここに図示しない別の実施例では、求められたエコー信号経過を重畳により結合することで３次元画像を作成する。図５ａから図５ｅには、１つの空間方向面における種々異なる点で求められた５つのエコー信号経過が示されている。図５ａでは、エコー信号は脂肪組織Ｆを通ってプレート６まで通過する。プレート領域ではエコー信号の振幅は振幅値の基本レベルと比較して格段に高められる。この振幅の相対的に高められた領域とｘ軸（時間軸）の原点までの距離に基づいてエコー信号の伝搬時間Ｌａを求めることができる。さらにこのエコー信号に基づいて、時間窓Ｚｆを設定することができる。この時間窓内ではプレート６に起因する振幅レベルの相対的高まりの伝搬時間シフトを勘案することができる。エコー信号は、図５ｂの表示では、被検対象物を図５ａに示されたエコー信号に対してラスタ間隔で通過して、２つの腺体ＤＫを通る。２つの腺体は同じような振幅の高まり領域に基づいて識別することができる。ここでこのエコー信号の伝搬時間Ｌｂは図５ａのエコー信号の伝搬時間Ｌａに相応する。したがって、時間窓Ｚｆにおける振幅値Ｐｂの相対的高まりの位置は、時間窓Ｚｆにおける振幅値Ｐａの相対的高まりの位置に相応する。ここでＰａとＰｂに対する振幅値は実質的に同じである。図５ｃの表示では、エコー信号は悪性腫瘍Ｔを通過する。悪性腫瘍の領域には非常に低い振幅が示されている。ここで腫瘍Ｔの後方の振幅は、中程度の音波陰影部に基づき腫瘍Ｔ前よりも小さい。エコー信号の伝搬時間Ｌｃは図５ａとｂのエコー信号と比較して僅かに短くなっている。なぜなら、腫瘍内の音波速度は他の身体組織内の音波速度よりも大きいからである。時間窓Ｚｆ内の相対的な伝搬時間短縮はＬｃ’により示されている。振幅値Ｐｃの相対的高まりはまだ時間窓Ｚｆにあるが、しかしこの振幅値の高まりは伝搬時間Ｌｃが短縮されたため時間窓Ｚｆの下側限界の近傍にあり、図５ａと図５ｂの振幅値の相対的高まりＰａおよびＰｂよりも格段に小さな値を有する。図５ｅに示されたエコー信号はここでも図５ａに相応して脂肪組織Ｆを通過する。したがって、これら５つのエコー信号に基づいて、照射された１次ビームの（図５ｃと図５ｄに相応する点の間の）領域の平面内に腫瘍が存在するか否かを検出することができる。なぜなら、伝搬時間短縮Ｌｃ’とＬｄ’と振幅値の相対的高まりＰｃとＰｄが設定された時間窓Ｚｆの領域に発見されたからである。エコー信号の伝搬時間を短縮する良性のものを悪性の不均質性からさらに良好に区別できるようにするため、反射性プレート６の得られた超音波画像を図６に３次元で表示する。これにより不均質性が高い確率で予期される領域の空間的輪郭が画像再生することができる。これにより、反射性プレート６の歪んだ領域の縁部輪郭の特性が分かる。これは不均質性の縁部輪郭の特性に関する予測を可能にする。研究によって、悪性の所見は通常不規則な縁部輪郭を有することが明らかである。さらに、音波伝播方向に対して平行に向けられた１次画像を呼び出すことによって、観察の障害の原因となる不均質性に近づくことができ、さらに詳細に特徴づけることができる。図６の３次元表示では、超音波反射性プレート６が被検対象物に悪性腫瘍が存在する場合で示されている。ここでは、プレート６の歪んだ図示領域に輪郭特性が不規則であることが明瞭に識別できる。したがって、縁部輪郭の特性に基づき、高い確率で悪性腫瘍であることがわかる。さらに、歪んだ図示領域を上方の音波透過性要素の方向に投影することによって、高い確率で悪性の所見が予期される被検身体部分の空間的境界領域を検出することができる。図７にはブロック回路図の形態で、本発明の方法に対する評価装置の基本構成が示されている。この構成では、超音波受信ユニット４０により記録された超音波エコーＳ１がデジタル振幅信号としてメモリ４２に書き込まれる。このメモリは例えばデジタル信号を記録するためのシフトレジスタを形成する。（別の受信ユニット４１は被検器官から導出された、空間的に相関する別の画像形成信号を受信するのに用いる。この信号については後で詳細に説明する。）シフトレジスタに信号が存在する場合、これは受信されたエコーのデジタル振幅値である。受信は、超音波信号の送出時点を定める出力信号が遅延装置４４により作動された後に開始される。これにより、各送出された超音波信号パルスに基づいて、戻ってきた信号がメモリ４２に保持される。ここで、ｘ方向のデジタル表示は、図４と図５のそれに相応する。音波受信ユニット４０は、ｙ方向に線状にシフトするための装置により被検器官を基準にして種々異なる位置に位置決めされる（図３参照）。この装置は有利には自動化されるように構成することができる。これにより、被検器官または被検身体部分を断層表示するための線状の走査が可能である。ここに図示しない本発明の別の実施例では、超音波送信器／受信器の相応のアレイを用い、それぞれライン全体を同時に記録することによって線状の走査を行うことができる。図７に示した実施例は、空間平面内で順次記録された信号、すなわち２次元領域に対する評価回路である。２次元検出を同時に行うためには、信号を全層に対して送出する超音波送信器／受信器が必要である。一方、３次元検出のためにはこの種の構成が各別の検出すべき層に対して相応に多重化される。これは、超音波送信器／受信器に対する面状のアレイ構成につながる。しかしここでは、機械的な運動なしで記録された信号を走査し、その信号の後続処理も順次行われるので、個々の幾何的平面の検出の際の動作も同じである。これにより、ここでは処理を次の説明に相応して行うことができる。閾値検知器４６を用いて、受信され、デジタル変換され、シフトレジスタ４２に保持されたエコー信号における所定閾値の超過が保持される。この所定閾値の超過は身体組織からのエコーの振幅を上回り、反射性の強いプレートのエコーを形成する。この値は、平均値または基準値メモリ４７に書き込まれる。このメモリには振幅の時間的平均値および／またはエコー遅延ないし閾値を上回ったパルスの記録されたエコー遅延時間の多数の遅延時間が書き込まれる。図示の実施例の別の構成では、基準値を所定の固定値とすることができる。この所定の固定値は経験値に基づいて得られるか、または構成の既知の幾何構成から求められたものである。別の処理段４８では、記録されたパルスのエコー時間とその送信との差、ないしメモリ４７に保持された基準値と比較した振幅が検出され、エコーをシフトするためのメモリ４９にさらに供給される。エコーのシフトは、“ハード”なプレートの反射特性を基準にして、または間に挟まれた身体組織にある対象物に基づくエコー振幅の緩和を基準にして行われる。この仮想のプレート変形ないし“エコー緩和”は、すでに説明したように、別の局所特徴付け信号を形成する。この信号は、（特にｘ方向の上方がない場合）ｘ，ｙ平面の点に対して悪性組織の存在を指示する。得られた値はメモリ４９に保持される。シフトレジスタ４２の出力信号には第１の処理ユニット５０で、メモリ４９に保持された信号が別の上方として付加される。これは簡単には、エコーシフトないしエコー緩和の値をそのために設けられた付加的メモリセルに固定保持することにより行うことができる。ｘ，ｙ平面内の該当点に対して特徴的な別の画像形成信号も場合により、第２の処理ユニット５２で全体信号に第１の処理暖０の出力信号として付加される。この別の画像形成信号は信号記録部４１から出力され、メモリ５１に保持される。この信号はメモリ５４にファイルされる。ここで、このメモリはマトリクス状に構成されており、全体エコー信号（ｘ軸情報）を、ｙ走査線に対する前記の付加信号と共に記録する。第３の処理ユニット５５では、ｙ軸の点に対して得られた全体信号が別の信号と関連づけられる。この別の信号は比較的に早期の時点で記録された信号である。ここでは、有利にはｚ方向で隣接する信号であり、観察組織の層に対する腫瘍確率に関する予測が得られる。この予測は、局所深さエコー（ｘ方向）、局所エコーシフト、別の画像形成方法の局所信号およびｚ方向で相応に隣接する信号から得られる。ｚ方向で相応に隣接する信号は瞬時の信号と比較されるか、または通常の方法で関連づけられる。これにより、局所的に記録された信号に、隣接する信号と比較した信号変化も取り込むことができる。ｚ方向でのシフトの下でさらに信号記録をすることにより、別の相応に処理された断層画像が得られる。この断層画像は別の（単に例として示された）メモリ５６〜５８にファイルされる。したがって、これらメモリの統合された内容によって空間画像が得られ、この空間画像を全体で評価することができる。ここでｚ方向で隣接するメモリスペースの内容の相関により、得られた情報をさらに改善することができる。これは第３の処理ユニット５５の実施例で示したのと同じである。相応にして、種々異なる空間的方向から記録された画像を関連づけることができる。その際特に、女性乳房の検診の場合には、種々異なる空間方向からの信号検出に対して、その方向の空間的固定が前提である。本発明は、その構成において前記の有利な実施例に制限されるものではない。図示の解決手段から多数の変形実施例が想到され、基本的には他の形式の実施にも適用することができる。参照符号リスト１部分２１次ビーム送信器／受信機３１次ビーム３’ 基準１次ビーム４エコー信号５空間方向６プレート７要素８軸方向調整装置９、１０調整要素１１横ロッド１２キャリッジ１３、１４縁部１５容器１６充填パイプ１７結合媒体４０超音波受信ユニット４１別の受信ユニットまたは信号記録器４２メモリまたはシフトレジスタ４４遅延装置４６閾値検知器４７平均値または基準値メモリ４８処理段４９メモリ５０第１の処理ユニット５１メモリ５２第２の処理ユニット５４メモリ５５第３の処理ユニット５６〜５８メモリ

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年５月２日【補正内容】明細書エコー信号を用いた画像形成方法本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載された形式の方法および請求の範囲第８項の上位概念に記載された、この方法を実施するための装置に関する。乳癌の早期発見のための女性乳腺の精密検査は非常に価値のあるものである。なぜならこの疾患は、先進工業国では女性におけるもっとも頻繁な癌種であり、疫学的に非常に重要であり、病気の早期発見が通常は治癒を意味するからである。超音波検査は、Ｘ線マモグラフィー検査と比較して完全に無害であり、非常に密な腺組織（乳腺症）の場合でも問題がない。なぜなら、密な腺組織での腫瘍がソノグラフィックに良好に表示されるからである。乳腺症または乳房領域にエンドプロテーゼを有する患者の場合、Ｘ線マモグラフィーは時折予測力がない。なぜなら、腫瘍が表示されなかったり、うまく表示されないからである。しかしこれに対して、多くの従来のソノグラフィックな方法は、乳房検査の場合に感度および特性の点で悪性腫瘍の早期発見でＸ線マモグラフィーを越えることができなかった。しかしこのことは非常に望まれることである。なぜなら完全に無害であることから、超音波法は理想的な検査法だからである。超音波検査は通常、断層画像（いわゆる断層表示のＢ画像に相応する）を得るために医師によって被検器官に載置される音波ヘッドによって動作するが、種々異なる方向から記録された複数の画像をコンピュータトモグラフィーの形式で相互に重畳する方法も公知である。冒頭に述べた形式の方法および装置は、K．Soetanto の刊行物“An in-vivo t echnique for estimation of size and relative sound velocity of breast tu mor using distorted image in ultra-sonic tomogram”，Japanese Journal of applied Physics，Vol．24， No．24-1，1985，Tokyo（JP），pp．84-86から公知である。そこには、乳腫瘍の大きさおよび相対音波速度を推定するための方法が記載されている。この方法では、歪んだ超音波画像が評価される。歪みは、腫瘍を含む組織が健康な組織とは別の音波速度を有することによるものである。この刊行物には、水タンク内に存在する円筒体が周囲の水およびその後方に配置された反射プレートとは別の音波速度を有することが記載されている。超音波画像では一方では、音波速度が異なるため反射プレートの線形歪みが、他方では超音波の屈折のため横方向の湾曲が見られる。湾曲相互の間隔は円筒の直径を表す。この知識は女性の乳房の超音波エコートモグラフィーに転用することができる。平坦な反射器として腫瘍後方の胸壁が使用される。超音波検査自体は通常の超音波装置によって実行され、検査者は超音波変換器を補助手段なしで自由に動かすことができる。米国特許第４５０９３６８号明細書から公知の超音波トモグラフィーでは、反射および透過により得られた信号が相互に重畳される。この装置により、従来公知の解決手段に対して情報獲得が可能であるが、しかしこのことはこの方法で動作する機器が実際に多数使用されることにはつながらない。ここでの問題点は、この構成の機器は比較的複雑であり、複数の音波送信器と音波受信器が必要なことである。そのため、機器の購入費用が高く、保守も簡単でない。さらにドイツ連邦共和国特許第４０３７３８７号明細書から、一致する空間点毎に相互に反対方向の入射方向から得られたエコー値を相互に重畳し、これにより結局次のような空間点に対する信号成分のみが残るようにする方向が公知である。すなわち、ビーム方向に応じて相互に異なる空間点に対する信号成分のみが残るようにするのである。これによって、識別された不均一性の形状および表面構造に関する情報が良好に導出される。なぜなら音波の影等が除去されるからである。しかしこの方法の欠点は、被検身体部分を２つの反対の空間方向から検査しなければならないことであり、そのため音波ヘッドを相応に頻繁に置き換えなければならないか、または２つの音波ヘッドが最初から必要である。ＷＯ８３／０２０５３にも、女性乳房の超音波トモグラムを作成するための超音波走査装置が記載されている。ここで乳房は検査位置にあり、検査位置はＸ線マモグラフィーの検査位置に相応する。これにより超音波トモグラムを容易にＸ線画像に関連づけることができる。超音波走査装置は、乳房が載置される超音波透過性のプレートを有する。プレートの下には、可動の超音波変換器または超音波アレイが配置されており、これにより乳房の完全な走査を実行することができる。ここではＸ線トモグラフィーと同じように空気または水の充填された風船または砂袋または真空装置により外部圧縮が行われる。しかし圧縮に必要な手段は上側胸部領域への接近を阻止する。しかしこれとは反対に、この領域は詳細を見ることができるような最適の形状にするべきである。本発明の課題は、冒頭に述べた方法において、超音波検査、特に癌検診（スクリーニング）の枠内での集団検診の際に超音波画像から得られる情報をとくに健診に使用することができるように改善し、本発明の方法を実施するための装置を提供することである。請求の範囲１．ヒトの身体部分（１）を、当該部分（１）に向けられた１次（音波）ビーム（３）、例えば超音波のエコー信号を用いて画像形成表示する方法であって、前記部分（１）の画像形成表示を、エコー信号受信器（２）により受信されたエコー信号を用いて、その伝搬時間および／または振幅に基づいてそれぞれ１次ビームの空間方向に配列された対象物軸線を基準にして行い、前記部分（１）は、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）と、１次ビーム（３）をエコー信号（４）として画像野に存在する部分（１）の他の領域よりも強く反射する反射性基準面（６）との間に配置されている方法において、 −１次ビーム送信器／エコー信号受信（２）により受信され、基準面（６）により反射され、前記部分（１）を通過した１次ビーム（３’）のエコー信号（４’ ）の平均伝搬時間または予想伝搬時間および／または振幅を基準信号として検出し、または設定し、 −１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）により受信され、基準面（６）により反射され、前記部分（１）を通過した１次ビーム（３）のエコー信号（４）の伝搬時間および／または振幅を検出し、 −基準面（６）により反射され、記録された当該エコー信号（４）の伝搬時間および／または振幅と、基準エコー信号（４’）の伝搬時間ないし振幅との偏差を評価し、当該エコー信号（４）の伝播空間方向の領域における腫瘍確率に対する尺度を形成する方法において、基準面（６）を１次ビーム（３）の空間方向（５）に対して垂直に配向し、前記部分（１）を空間的に固定して、プレート状要素（７）と、これに対して実質的に平行に配向された基準面（６）との間に挟み付けることを特徴とする方法。２．検出され、伝搬時間および／または振幅の減少として発生した、基準面（６）により反射されたエコー信号（４）の偏差を評価する請求の範囲第１項記載の方法。３．基準面（６）により反射されたエコー信号（４）の伝搬時間および／または振幅を検出するために、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）によりそれぞれ受信されたエコー信号（４）を評価し、当該エコー信号は設定された時間窓内に所定のレベルを越える振幅を有する請求の範囲第１項または第２項記載の方法。４．伝搬時間および／または振幅の偏差を、付加的情報として情報に割り当ててメモリ（４２）に保持する請求の範囲第３項記載の方法。５．付加的情報を論理結合を用いて、エコー情報から導出された信号と次のように結合する、すなわち、偏差する伝搬時間および／または振幅が付加的情報として割り当てられたエコー信号の振幅が、当該エコー信号から導出され、高い腫瘍確率を表す別の情報と加算的または乗算的に結合されるようにする請求の範囲第４項記載記載の方法。６．被検部分（１）に、実質的に等間隔シーケンスで連続した空間方向（３）で１次ビーム（３）を送出する請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の方法。７．複数の空間方向（５）に対して検出された画素を共通の空間的表示に重畳する請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の方法。８．ヒトの身体部分（１）を、当該部分（１）に向けられた１次（音波）ビーム（３）のエコー信号を用いて画像形成表示する請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）と、評価装置と、基準面（６）とを有し、該評価装置は１次ビーム送信器／エコー信号受信器と接続されており、前記部分（１）の画像形成表示が、エコー信号受信器（２）により受信されたエコー信号を用いて、当該エコー信号の伝搬時間および／または振幅に基づいて、それぞれ１次ビーム（３）の空間方向で配列される対称軸線を基準にして行われ、前記基準面（６）は、１次ビーム（３）をエコー信号（４）として表示野にある前記部分（１）の他の領域よりも強く反射するものである形式の装置において、実質的に相互に平行に配列されたプレート状の２つの要素（６、７）が設けられており、前記部分（１）は空間的に固定されて挟み込まれており、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は第１の要素（７）の外側に配置されており、第１の要素（７）は、音波ビームに対して実質的に透過性の材料からなり、第２の要素（６）は、音波ビームを表示野にある対象物（１）の他の領域よりも強く反射する基準面を有し、基準面は１次ビームの空間方向に対して垂直に配向されており、評価装置は処理段（４８）を有し、該処理段は、基準面（６）により反射されたエコー信号（４）を基準エコー信号（４’）の伝搬時間ないし振幅と比較して評価することを特徴とする装置。９．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、プレート状要素のアレイ部分の形式の構成の一部である請求の範囲第８項記載の装置。１０．ビーム透過性の要素（７）と反射性の基準面（６）は、軸方向に機械的に作用する調整装置（８）と相互に結合されており、基準面と要素（６と７）の間隔は調整要素（９と１０）を用いて調整可能であり、これにより幾何的基準面が形成される請求の範囲第８項または第９項記載の装置。１１．例えばフレキシブルで、音波ビームに対して透過性の材料からなる容器（１５）が、調整装置（８）により空間的に固定された対象物（１）を取り囲み、容器（１５）には結合媒体（１６）が充填されている請求の範囲第８項から第１０項までのいずれか１項記載の装置。１２．結合媒体（１６）は、音波速度および／または当該結合媒体における音波ビームの吸収度が実質的に被検対象物（１）の身体組織の音波ビームのそれに相応するよう選定されている請求の範囲第１１項記載の装置。１３．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、対象物（１）の扁平面を走査するため、並進的にまたは回転可能に所定の軌道を可動に、ないし所定の位置に固定可能に、ビーム透過性要素（７）の外側に配置されている請求の範囲第８項から第１２項までのいずれか１項記載の装置。１４．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）の位置を検出するための手段が設けられている請求の範囲第８項から第１３項までのいずれか１項記載の装置。１５．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、キャリッジ（１３）にキャリッジ（１２）の長手軸に沿って可動であり、かつ固定できるように配置されており、前記キャリッジ（１３）も同様に調整装置（８）と結合している請求の範囲第８項から第１４項までのいずれか１項記載の装置。１６．１次ビーム送信器／エコー受信器（２）の位置または１次ビーム送信器／エコー受信器（２）を有するキャリッジ（１２）の位置はステップモータにより、場合により自動的に調整可能である請求の範囲第８項から第１５項までのいずれか１項記載の装置。１７．ビーム透過性の要素（７）と反射性の基準面（６）は、ヒトの身体部分、例えば女性乳腺を検査するためにそれぞれ、被検身体部分の周囲で、ヒトの身体部分に直接当接する境界領域でこれに形状適合しているか、またはビーム透過性の結合媒体（１７）の使用の下で、例えば凹面状に形成された切欠部を有す境界縁部（１３ないし１４）が設けられている請求の範囲第８項から第１６項までのいずれか１項記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】ー信号（４）と基準信号との偏差が評価される。

Claims

【特許請求の範囲】１．空間的に固定された対象物を、有利にはヒトの身体部分の一部として画像形成するための方法であって、対象物に向けられた１次（音波）ビーム、例えば超音波のエコー信号を用い、対象物の画像形成表示を、エコー信号受信器により受信されたエコー信号を用い、その伝搬時間および／または振幅に基づいて、それぞれ１次ビームの空間方向に配列された対象物軸線を基準に行う方法において、対象物（１）を、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）と、１次ビーム（３）の空間方向に対して垂直に配列された基準面（６）との間の配置し、前記基準面は、１次ビームをエコー信号として、表示野に存在する他の対象物領域よりも強く反射し、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）により受信され、基準面（６）により反射され、対象物（１）を通過した１次ビーム（３’）のエコー信号（４’ ）の平均伝搬時間または予想伝搬時間および／または振幅を基準エコー信号として検出し、または設定し、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）により受信され、基準面（６）により反射され、対象物（１）を通過した１次ビーム（３）の伝搬時間および／または振幅を検出し、基準面（６）により反射され、記録された当該エコー信号（４）の伝搬時間および／または振幅と、基準エコー信号（４’）の伝搬時間および／または振幅との差を評価し、当該エコー信号（４）の伝播空間方向の領域における腫瘍確率に対する尺度を形成することを特徴とする方法。２．検出され、伝搬時間および／または振幅の減少として発生した、基準面（６）により反射されたエコー信号（４）の偏差を評価する請求の範囲第１項記載の方法。３．基準面（６）により反射されたエコー信号（４）の伝搬時間および／または振幅を検出するために、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）によりそれぞれ受信されたエコー信号（４）を評価し、当該エコー信号は設定された時間窓内に所定のレベルを越える振幅を有する請求の範囲第１項または第２項記載の方法。４．伝搬時間および／または振幅の偏差を、付加的情報として情報に割り当ててメモリ（４２）に保持する請求の範囲第３項記載の方法。５．付加的情報を論理結合を用いて、エコー情報から導出された信号と次のように結合する、すなわち、偏差する伝搬時間および／または振幅が付加的情報として割り当てられたエコー信号の振幅が、当該エコー信号から導出され、高い腫瘍確率を表す別の情報と加算的または乗算的に結合されるようにする請求の範囲第４項記載記載の方法。６．被検対象物（１）に、連続的にまたは実質的に等間隔シーケンスで連続した、例えば平行の空間方向（５）で１次ビームを送出し、１次ビーム送信器は機械的に駆動され、および／または空間的に分散された複数の１次ビーム送信器、例えばアレイの形式の構成、を順次走査するかまたは同時に駆動する請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の方法。７．複数の空間方向（５）に対して検出された画素を共通の空間的表示に重畳する請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の方法。８．空間的に固定された対象物（１）が、音波ビームに対して実質的に透過性であり、例えばプレート状の要素（７）と、エコー信号（４）を反射する基準面（６）との間に配置され、１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）はビーム透過性の要素（７）の外側に隣接して配置されている請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置。９．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、プレート状要素のアレイ部分の形式の構成の一部である請求の範囲第８項記載の装置。１０．ビーム透過性の要素（７）と反射性の基準面（６）は、軸方向に機械的に作用する調整装置（８）と相互に結合されており、基準面と要素（６と７）の間隔は調整要素（９と１０）を用いて調整可能であり、これにより幾何的基準面が形成される請求の範囲第８項または第９項記載の装置。１１．例えばフレキシブルで、音波ビームに対して透過性の材料からなる容器（１５）が、調整装置（８）により空間的に固定された対象物（１）を取り囲み、容器（１５）には結合媒体（１６）が充填されている請求の範囲第８項から第１０項までのいずれか１項記載の装置。１２．結合媒体（１６）は、音波速度および／または当該結合媒体における音波ビームの吸収度が実質的に被検対象物（１）の身体組織の音波ビームのそれに相応するよう選定されている請求の範囲第１１項記載の装置。１３．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、対象物（１）の扁平面を走査するため、並進的にまたは回転可能に所定の軌道を可動に、ないし所定の位置に固定可能に、ビーム透過性要素（７）の外側に配置されている請求の範囲第８項から第１２項までのいずれか１項記載の装置。１４．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）の位置を検出するための手段が設けられている請求の範囲第８項から第１３項までのいずれか１項記載の装置。１５．１次ビーム送信器／エコー信号受信器（２）は、キャリッジ（１３）にキャリッジ（１２）の長手軸に沿って可動であり、かつ固定できるように配置されており、前記キャリッジ（１３）も同様に調整装置（８）と結合している請求の範囲第８項から第１４項までのいずれか１項記載の装置。１６．１次ビーム送信器／エコー受信器（２）の位置または１次ビーム送信器／エコー受信器（２）を有するキャリッジ（１２）の位置はステップモータ有より、場合により自動的に調整可能である請求の範囲第８項から第１５項までのいずれか１項記載の装置。１７．ビーム透過性の要素（７）と反射性の基準面（６）は、ヒトの身体部分、例えば女性乳腺を検査するためにそれぞれ、被検身体部分の周囲で、ヒトの身体部分に直接当接する境界領域でこれに形状適合しているか、またはビーム透過性の結合媒体（１７）の使用の下で、例えば凹面状に形成された切欠部を有す境界縁部（１３ないし１４）が設けられている請求の範囲第８項から第１６項までのいずれか１項記載の装置。１８．１次ビーム送信器／エコー受信器（２）としての信号変換器、並びに所属のプログラムメモリを有するプロセッサおよび信号変換器への信号接続路が設けられている請求の範囲第８項から第１７項までのいずれか１項記載の装置。