WO2006025364A1

WO2006025364A1 - 超音波診断装置

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Publication number: WO2006025364A1
Application number: PCT/JP2005/015728
Authority: WO
Inventors: Takao Suzuki; Hisashi Hagiwara; Makoto Kato
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2007-03-01
Also published as: US20070213614A1; JPWO2006025364A1

Abstract

　本発明の超音波診断装置は、被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部とを備える。

Description

明細書

超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、被検体組織の動きを追跡することにより、組織の性状特性を求める超音波診断装置に関する。

背景技術

[0002] 超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、そのエコー信号に含まれる情報を解析することにより、被検体を非侵襲的に検査する。従来から広く用いられている超音波診断装置は、エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することにより、被検体の構造を断層画像として得ている。これにより、被検体の内部の構造を知ることがでさる。

[0003] これに対し、近年、エコー信号の主に位相を解析することによって、被検体の組織の動きを精密に測定し、組織の歪みや弾性率、粘性率などの物理的 (性状)特性を求めることが試みられて!/ヽる。

[0004] 特許文献 1は、一定間隔で送受信された超音波のエコー信号の位相差を用いて、被検体の局所領域の瞬間的な移動量を求め、移動量を加算していくことによって、被検体組織を高精度に追跡する方法を開示している。図 162を用いて、特許文献 1 に開示された被検体組織の追跡方法を説明する。被検体の同一個所に向けて Δ Τ の間隔で超音波パルスを送信し、得られたエコー信号を電気信号に変換した受信信号をそれぞれ y (t)、 y (t+ A t)とする。 tは送信時刻を 0とした受信時間である。探触子力ある距離 xlに位置する計測点力得られるエコー信号とその受信時刻 tlとの間には、音速を Cとすると、下記式（1)の関係が成り立つ。

[0005] tl =xl/ (C/2) · · · ( 1)

[0006] このとき y (tl)と y (tl + A t)との間の位相差を Δ Θ、検波周波数を fとすると、この期間 Δ Τにおける計測点の移動量 Δ χは、以下の式（2)で表される。

[0008] 式（2)から求められる移動量 Δ Χを元の計測点位置 xlに加算することにより、計測点の Δ Τ後の位置 xl，は以下の式（3)によって求められる。

[0009] χ1，=χ1 + Δ χ · · · (3)

[0010] この演算を繰り返すことによって、被検体内の計測点の位置を追跡していくことができる。

[0011] 特許文献 2は、特許文献 1の方法をさらに発展させ、被検体組織、特に動脈血管壁の弾性率を求める方法を開示している。この方法によれば、まず、図 17に示すように、探触子 101から被検体 230の血管 222へ向けて超音波を送信し、血管 222の血管壁上に設定した計測点 Αおよび Βからのエコー信号を特許文献 1の方法により解析することにより、計測点 Aおよび Bの動きを追跡する。図 18は、計測点 Aおよび Bの追跡波形 TAおよび TBを示している。また、心電波形 ECGも合わせて示している。

[0012] 図 18に示すように、追跡波形 TAおよび TBは心電波形 ECGに一致した周期性を有している。これは、心臓の心拍周期に一致して、動脈が拡張および収縮することを示している。具体的には、心電波形 ECG中に R波と呼ばれる大きなピークが見られる際、心臓の収縮が開始し、心臓の収縮によって、動脈中に血液が押し出され、血圧が上昇する。この血圧によって急激に血管壁が広げられる。したがって、心電波形 E CGに R波が現れた後、動脈が急激に拡張し、追跡波形 TAおよび TBも急激に立ち上がる。その後、心臓はゆっくり拡張するので、動脈がゆっくり収縮し、追跡波形 TA および TBも徐々に元に戻る。このような動きを動脈は繰り返している。

[0013] 追跡波形 TAおよび TBの差は計測点 AB間の厚さ変化波形 Wとなる。厚さ変化波形 Wの最大変化量を Δ Wとし、計測点 AB間の初期化時 (心拡張末期）の基準厚さを Wsとすると、計測点 AB間の最大歪み量 εは以下の式 (4)で求められる。

[0014] ε = A W/Ws · · · (4)

[0015] この歪みは血管壁に加わる血圧差によるものであるから、このときの血圧差を Δ Pとすると、計測点 AB間の弾性率 Erは以下の式で表される。

[0016] Er= Δ Ρ/ ε = A P -Ws/ A W · · · (5)

[0017] したがって、弾性率 Erを断層画像上の複数点に対して計測することにより、弾性率の分布画像が得られる。図 17に示すように、血管 222の血管壁中に粥腫 220が生じている場合、粥腫 220とその周りの血管壁組織とでは弾性率が異なる。したがって、弾性率の分布画像が得られれば粥腫の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が得られる。

特許文献 1：特開平 10— 5226号公報

特許文献 2：特開 2000 - 229078号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0018] し力しながら、従来技術による被検体組織の追跡方法によれば、送受信間隔 ΔΤ の間における被検体組織の移動量力超音波の波長の半波長を超える場合、エリアシングにより、移動量を正確に求めることができないという問題がある。また、上述の方法により、数ミクロンオーダーの計測が可能となるにつれて、ノイズの影響が相対的に大きくなり、正確な計測を行うためには、できるだけノイズの影響を低減する必要がある。

[0019] 本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも 1つを解決し、被検体組織の動きを精度よく追跡し、正確な性状特性を求めることが可能な超音診断装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0020] 本発明の超音波診断装置は、被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の糸且織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部とを備える。

[0021] ある好ましい実施形態において、前記複数のフィルタは、第 1の中心周波数を有する第 1のフィルタと、前記第 1の中心周波数よりも高い第 2の中心周波数を有する第 2 のフィルタとを含み、前記組織追跡部は、前記第 1のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第 2のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各糸且織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む。

[0022] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づ、て、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む。

[0023] ある好ま、実施形態にお!、て、前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともヽずれかを実行する。

[0024] ある好まヽ実施形態にお!ヽて、超音波診断装置は、前記複数の信号成分の少なくとも 1つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。

[0025] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも 1つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する。

[0026] ある好まヽ実施形態にお!ヽて、超音波診断装置は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える。

[0027] ある好ましい実施形態において、前記第 1のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第 2のフィルタは前記超音波の n次高調波成分 (n≥ 2 の整数)を透過させる帯域を有する。

[0028] 本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ (A)、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ (B)と、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ (C)と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ (D)とを包含する。

[0029] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記ステップ (B)は、第 1の中心周波数を有する信号成分と第 1の中心周波数よりも高い第 2の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、前記ステップ (D)は、前記第 1の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ (D1)と、前記第

2の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ (D2)とを含む。

[0030] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記ステップ (D)は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ (D1)と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づ、て、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ (D2)とを含む。

[0031] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記ステップ (D2)は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともヽずれかを実行する。

[0032] ある好ま、実施形態にぉ、て、制御方法は、前記ステップ (C)とステップ (D)との間において、前記複数の信号成分の少なくとも 1つの振幅を求めるステップ (E)をさらに包含し、前記ステップ (D)は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。

[0033] ある好ま、実施形態にぉ、て、前記ステップ (A)は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも 1つを強調した超音波を被検体に送信する。

[0034] ある好ま、実施形態にお!、て、制御方法は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求めるステップ (F)をさらに包含する。

[0035] ある好ましい実施形態において、前記第 1の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第 2の中心周波数を有する信号成分は前記超音波の n次高調波成分 (n≥ 2の整数)を含む。

発明の効果

[0036] 本発明によれば、フィルタを用いて受信信号力異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分力も得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]本発明における超音波診断装置の第 1の実施形態を示すブロック図である。 [図 2]従来の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。

[図 3]従来の他の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。

圆 4]図 1の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。

[図 5]図 1の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。

[図 6]図 1の超音波診断装置のモニタに表示される画面の一例を示す図である。

[図 7]図 1の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。

[図 8]図 1の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。

[図 9]本発明における超音波診断装置の第 2の実施形態を示すブロック図である。

[図 10]図 9の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。

[図 11]本発明における超音波診断装置の第 3の実施形態を示すブロック図である。

[図 12]図 11の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。

[図 13]図 11の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。

[図 14]本発明における超音波診断装置の第 4の実施形態を示すブロック図である。

[図 15]図 14の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。

[図 16]超音波エコー信号の位相差力も組織の追跡を行う方法を説明する図である。

[図 17]血管壁の弾性率を求める様子を示す模式図である。

[図 18]血管壁力得られる追跡波形を用いて歪み量を求める方法を説明する図である。

符号の説明

100 制御部

101 探触子

102 送信部 103 受信部

104 断層画像処理部

106 画像合成部

107 モニタ

113A、 113B、 113X ノンドノスフィ /レ夕

114A、 114B、 114X 位相検出部

115 組織粗追跡部

116 組織詳細追跡部

117 組織特性計算部

118 振幅演算部

119 組織詳細追跡部

121A、 121B、 121X、組織追跡部

122 演算部

123 演算部

171、 172、 173、 174 組織追跡部

200 断層画像

201 組織特性画像

202 断層画像用反射強度スケール

203 組織特性画像スケール

204 生体信号波形

301、 302、 303、 304 超音波診断装置

発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施形態）

図 1は、本発明による超音波診断装置の第 1の実施形態を示すブロック図である。図 1に示すように、超音波診断装置 301は、送信部 102と、受信部 103と、断層画像処理部 104と、バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bと、位相検出部 114Aおよび 11 4Bと、組織追跡部 171と、組織特性計算部 117と、画像合成部 106とを備えている。また、これら構成要素を制御するための制御部 100を備えている。図示していないが、制御部 100には、キーボードやトラックボール、スィッチ、ボタン、キーといった入力手段や、 LCDディスプレイなどの出力手段も接続されている。制御部 100は、 ASIC や FPGA、 DSP、 CPU,メモリなどを含み、超音波診断装置 301を制御するための各ステップを実行するためのプログラムが記録されるとともに、必要に応じてプロダラムが読み出され、実行される。

[0040] 送信部 102は、制御部 100の指令を受けて、指定されたタイミングで探触子 101を駆動する高圧信号を発生する。探触子 101は、送信部 102で発生した送信信号を超音波に変換して被検体に送信するとともに、被検体内部から反射してきた超音波ェコーを検出し、電気信号に変換する。探触子 101内には複数の圧電変換素子が配置され、使用する圧電変換素子の選択および、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングゃ電圧を個々に変化させることによって送受信する超音波の走査線位置、偏向角およびフォーカスを制御する。

[0041] 受信部 103は、受信信号を増幅するとともに、各圧電変換素子で受信された信号に適切な遅延を加えて加算することで定められた位置 (フォーカス)または方向（偏向角）からの超音波のみを検出（ビームフォーミング)する。

[0042] 断層画像処理部 104は、フィルタ、検波器、対数増幅器、走査変翻などからなり、受信信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。

[0043] バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bは、互いに異なる通過帯域を有し、受信部から出力される受信信号から、それぞれの通過帯域の信号成分を抽出する。バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bの通過帯域の中心周波数を f 1および f 2とすると、 f 1および f2は、 fl <f2の関係を満たしている。したがって、バンドパスフィルタ 113Aを通過することによって得られた信号は受信信号中の低周波成分を含み、バンドパスフィルタ 113Bを通過することによって得られた信号は受信信号中の高周波成分を含む

[0044] 以下にお!、て詳細に説明するように、バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bを用いて、受信信号力異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分から得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。

[0045] 位相検出部 114Aおよび 114Bは、具体的には直交検波器などであり、バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bによって帯域が制限された受信信号の信号成分の位相を検出する。

[0046] 組織追跡部 171は、組織粗追跡部 115および組織詳細追跡部 116を含み、位相検出部 114Aおよび 114Bによって検出された信号成分の位相力も式（2)および式（ 3)を利用して、被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する。具体的には、位相検出部 114Aによって検出された信号成分の位相から組織粗追跡部 115は、式 (2)および式 (3)を利用して追跡情報を求める。この追跡情報は、以下で説明するように受信信号中の低周波数成分に基づ、て得られて、るため、分解能の低、粗追跡情報である。追跡情報には、計測点における受信信号の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形が含まれる。

[0047] 組織詳細追跡部 116は、位相検出部 114Bによって検出された信号成分の位相および組織粗追跡部 115から得られる粗追跡情報から、式（2)および式（3)を利用して各組織の詳細な追跡情報を求め、出力する。

[0048] 組織特性計算部 117は、詳細な追跡情報を組織追跡部 171から受け取り、組織性状を表すパラメータ、例えば歪み率、歪み量、弾性率、粘性率などを算出し、数値や 2次元分布画像、音声などとして出力する。弾性率や粘性率を求める場合には、組織特性計算部 117は、被検体の組織に運動変化を与えた応力に関する情報を外部力受け取る。被検体の組織が動脈血管壁である場合には、最高血圧値および最低血圧値を血圧計など力受け取り、式 (5)を用いて算出する。

[0049] 画像合成部 106は、断層画像処理部 104から得られる断層画像と、組織特性計算部から得られる組織特性を表す画像や数値、さらにその他の数値パラメータなどを合成し、モニタ 107に表示する。超音波診断装置 301はこのための専用のモニタ 107 をさらに備えていてもよいし、モニタ 107には、一般的な、コンピュータ用のディスプレィを用いてもよい。

[0050] 次に、本発明の要部であるバンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bと、位相検出部 1 14Aおよび 114B、組織追跡部 171の動作を詳細に説明する。 [0051] 図 2および図 3は、従来の超音波診断装置において用いられているバンドパスフィルタの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示して!/ヽる。図 2に示すように、従来の超音波診断装置では、受信信号の基本波成分の中心周波数付近 (または送信周波数付近)をフィルタにより選択的に抽出し、抽出した信号成分の位相を使用して、式 (2)および式 (3)の演算により被検体組織の動きを追跡していた。また、被検体に向けて超音波を送信した場合、超音波による被検体組織の振動に非線形性が見られ、反射波に高調波成分が含まれることが知られている。図 3に示すように、この高調波成分を検出するために、フィルタの通過帯域を送信周波数の 2倍に設定し、被検体組織により発生した 2次高調波成分を取り出し、その位相を使用して、式（ 2)および式（3)の演算により被検体組織の動きを追跡することが知られている。

[0052] 検出する超音波の周波数が高くなれば分解能も高くなるため、被検体組織を追跡する精度を向上させることができる。しかし、周波数が高くなるにつれてエリアシングの影響を受けやすぐ速い動きに対応できない。つまり、エリアシングにより、受信信号の位相を一義的に決定できなくなる。たとえば、位相検出部 114Bによって— π Ζ 2という位相が検出された場合、この位相が本当に π Ζ2であるの力、本当は 3 π Ζ2であるのにエリアシングによって π Ζ2と検出されたのかを判別できない。このように追跡精度と移動速度に対する追従性とはトレードオフの関係にある。

[0053] 図 4は、本発明による超音波診断装置 301にお、て用いて、るバンドパスフィルタ 1 13Aおよび 113Bの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示して、る。受信信号中の基本波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ 113Αの通過帯域の中心周波数 flは、基本波成分の中心周波数に一致しており、基本波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。また、受信信号中の 2次高調波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ 113Bの通過帯域の中心周波数 f 2が受信信号の 2次高調波成分の中心周波数に一致しており、 2次高調波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。受信信号中の 2次高調波成分は、被検体組織の非線形特性により発生したものであってもよいし、送信部 103が送信する超音波にあら力じめ含まれていてもよい。例えば、パルス波形の送信波を用いれば、送信波中に高調波を発生させることができ、受信信号中の 2次高調波成分が含まれる。 [0054] 位相検出部 114Aは受信信号中の基本波成分を位相検波する。組織粗追跡部 11 5は、検波した位相から、式（2)および式（3)を利用して受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。基本波成分の周波数ではエリアシングは生じず、被検体組織の移動速度が大きくても正しく組織移動を検出できる。このため、これらの追跡情報は、周波数で定まる分解能に依存した誤差を含むものの、正しい測定結果となる。

[0055] 位相検出部 114Bは受信信号中の 2次高調波成分を位相検波する。組織詳細追跡部 116は、検波した位相から式（2)および式（3)を利用して、受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。この際、 2次高調波成分は高い周波数を有しているため、上述したようにエリアシングの影響が生じる可能性がある。このエリアシングの影響を排除するために、組織詳細追跡部 116は、組織粗追跡部 115から追跡情報を受け取る。受け取つた追跡情報は、分解能は高くないものの正確な値であるので、エリアシングにより 2 次高調波成分の位相が特定できな、場合であっても、組織粗追跡部 115から受け取る追跡情報から、 2次高調波成分の正しい位相を決定することができる。続いて、式 (2)および式 (3)を利用して、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。

[0056] 具体的に数値例を挙げて説明する。音速を 1540mZs、基本周波数を 5MHz、 2 次高調波を 10MHzとする。被検体に設定した計測点の移動量が 26 mである場合、基本周波数でも 2次高調波でもエリアシングは発生しない。このため、基本波では位相が π Ζ3と検出され、この位相を用いて式（2)より、移動量 26 mを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。 2次高調波では位相は 2 π Ζ3と検出され、同様に式 (2)より、移動量を少ない誤差で算出できる。

[0057] 一方、被検体に設定した計測点の移動量が 52 μ mである場合、基本ではエリアシングが発生しないが、 2次高調波ではエリアシングが発生する。このため、基本波では位相が 2 π Ζ3と検出され、この位相を用いて式（2)より、移動量 52 μ mを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。しかし、 2次高調波では位相が本来— 4 π Ζ3と検出されるべきであるのに、 2Ζ3 πと検出されてしまう。これによつて、式（2)より、移動量が 26 mと算出されてしまう。

[0058] このような場合、本発明によれば、まず、組織粗追跡部 115が基本波を計測し、移動量は 52 m程度であると求める。組織詳細追跡部 116は、移動量が 52 m程度であるという追跡情報を組織粗追跡部 115から受け取る。したがって、位相検出部 1 14Bによって検出した位相は、 2Z3 πではなくー4 π Ζ3であると判断し、この位相を用いて、移動量 52 mを少ない誤差で算出することができる。基本波成分に比べて高、周波数である 2次高調波成分を用いて、るため、組織詳細追跡部 116における演算は分解能および精度が高い。したがって、糸且織詳細追跡部 116において求められる追跡情報は高ヽ精度を有して、る。

[0059] また、被検体組織の非線形現象により発生した高調波成分を用いた場合には、サイドローブや多重エコーといったアーチファクトの影響を低減できるという効果もある。

[0060] 図 5は、超音波診断装置 301の制御方法を示すフローチャートである。超音波診断装置 301は図 1を参照して説明したように、制御部 100が、各部を制御することによつて計測を行う。具体的には、まず送信部 102が探触子 101を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子 101を用いて、受信部 1 03が受信する。これにより受信部 103は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する (ステップ S501)。

[0061] バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する (ステップ S502)。具体的には、基本波成分と 2次高調波成分を抽出する。抽出された信号成分の位相は、位相検出部 114Aおよび 114Bによってそれぞれ検出される (ステップ S503)。位相検出部 114Aによつて検出した信号成分の位相から組織粗追跡部 115は被検体組織の追跡情報を算出する（ステップ S 504)。

[0062] 組織詳細追跡部 116は、組織粗追跡部 115から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部 114Bによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する (ステップ S505)。組織特性計算部 117は、被検体組織の詳細な追跡情報から組織の性状特性を算出する (ステップ S506)。この手順を繰り返すことによつて、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。図 6はモニタ 107に表示される画面の一例であって、血管壁の弾性率を計測した結果の一例を示して、る

。図 6において、モニタ上には、断層画像処理部 104により得られた血管壁のモノク口断層画像 200に重畳して、対応する部位の弾性率の分布を表す二次元弾性率画像 201がカラーで表示される。二次元弾性率画像 201は、血管壁の前壁 210および後壁 211が含まれるように観察領域が設定される。

[0063] 超音波送受信時は、モノクロ断層画像 200は従来の超音波診断装置同様に数 10 フレーム Z秒ごとに更新表示される。一方、弾性率画像 201は 1心拍に 1回更新表示される。モノクロ断層画像 200は、反射強度に応じたモノクロ諧調で表示されており、反射強度を示すスケール 202が合わせて示されている。また、弾性率画像 201は、弾性率の値に応じた色調で表示されており、弾性率の値を示すスケール 203が合わせて示される。また、モノクロ断層画像 200の下方には、心電波形などの生体信号波形 204が示されている。

[0064] 図 6は、後壁 211に粥腫 220が生成している様子を模式的に表している。本実施形態の超音波診断装置 301によれば、上述したように被検体の組織の位置を高、精度で追跡できるため、弾性率も高い精度で求めることができる。したがって、血管壁に生成した粥腫 220の弾性率分布を得ることができ、粥腫 220の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が高、精度で得ることができる。このように本実施形態の超音波診断装置によれば、フィルタを用いて受信信号力基本波成分の信号と 2次高調波成分の信号とを抽出する。基本波成分の信号を組織粗追跡部により解析することによって、被検体組織の移動速度が大きくても、エリアシングの影響を受けることなぐ正しい追跡情報を得ることができる。また、組織詳細追跡部は、 2次高調波成分の信号を解析する。この際、エリアシングが生じる場合であっても、組織粗追跡部の追跡情報を利用することにより、正しく追跡情報を求めることができる。したがって、本実施形態の超音波診断装置によれば、移動速度が速!ヽ被検体組織を高、精度で追跡することが可能となる。これにより、たとえば、動脈血管の血管壁の弾性率分布を高ヽ精度で測定することが可能となる。

[0065] なお、本実施形態では、受信信号の基本波成分と 2次高調波成分を抽出するバンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bを用、たが、バンドパスフィルタ 113Aおよび 113B は他の通過帯域特性を備えていてもよい。たとえば図 7に示すように、ノンドパスフィルタ 113Aは、受信信号の基本波成分のうちのやや低い周波数成分を抽出し、バンドパスフィルタ 113Bは受信信号の基本波成分のうちのやや高い周波数成分を抽出してもよい。低い周波数成分は、基本波の低い周波数成分に限るものではなぐ被検体組織の非線形特性により発生した低調波成分でもよいし、送信する超音波にあらかじめ含めてお!、てもよ!/、。

[0066] この場合においても、上述と同様、組織粗追跡部 115が低い周波数成分を式（2) および式（3)を用いて解析し、粗追跡情報を得る。次いで組織詳細追跡部 119は、粗追跡情報を利用して高い周波数成分を同様に解析し、被検体組織の動きを詳細に追跡する。これにより、図 2に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低、周波数成分を用いることによって従来よりも速、被検体組織の動きに追従することができ、高い周波数成分を用いることにより精度の高い追跡を行なうことができる。

[0067] また、図 8に示すように、バンドパスフィルタ 113Aは受信信号の基本波成分のうちのやや低ヽ周波数成分をやや狭、帯域で抽出し、バンドパスフィルタ 113Bは受信信号の基本波成分全体を抽出してもよい。バンドパスフィルタ 113Bの帯域は、バンドパスフィルタ 113Aの通過帯域と一部重複して!/、るがバンドパスフィルタ 113Aよりも通過帯域が広い。このため、バンドパスフィルタ 113Aに比べて、相対的に高周波成分を抽出するといえる。このような周波数特性を有するバンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bを用いても、図 2に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低ヽ周波数成分を用いることによって、従来よりも速、被検体組織の動きに追従することができ、高、周波数成分を用いることにより精度の高、追跡を行なうことができる。また、高い周波数成分の帯域が広いため、分解能が高い。

[0068] なお、本実施形態では、 2つのバンドパスフィルタを用い、受信信号から 2つの異なる周波数帯域の信号成分を抽出しているが、抽出する信号成分は 2つには限られず、 3つ以上の信号成分を抽出してもよい。また、バンドパスフィルタが抽出する複数の信号成分は、周波数帯域が完全に一致していなければよぐ一部が重複していてもよい。より受信信号の低い周波数成分を用いることによって、より速い被検体組織の動きにも追従することができる。また、受信信号のより高い周波数成分を用いることによってより精度の高、追跡を行なうことができる。

[0069] また、本実施形態では、 2次高調波成分を抽出している力 3次以上の n次高調波（ nは 3以上の整数)を抽出し、追跡情報を求めてもよい。さらに、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも 1つが所定の大きさの振幅で検出できるように、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも 1つを強調した送信信号を用いてもよい。

[0070] (第 2の実施形態）

図 9は、本発明による超音波診断装置の第 2の実施形態を示すブロック図である。図 9に示すように、超音波診断装置 302は、振幅演算部 118を備えている点で、第 1 の実施形態の超音波診断装置 301と異なる。

[0071] 振幅演算部 118は、バンドパスフィルタ 113Bによって抽出された受信信号の 2次高調波成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、組織詳細追跡部 119へ出力する。組織詳細追跡部 119は振幅演算部 118から信号を受け取った場合、 2次高調波成分を用いて追跡情報を求めることはせず、組織粗追跡部 115から得られた追跡情報をそのまま出力する。

[0072] 受信信号あるいは受信信号力抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、 SN比が小さくなつている。このため、このような信号を用いて位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。

[0073] 本実施形態では、このような場合には、受信信号ある、は受信信号力抽出した信号成分から追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。

[0074] 図 10は、超音波診断装置 302の制御方法を説明するフローチャートである。図 9および図 10を参照して超音波診断装置 302の制御方法を説明する。まず送信部 102 が探触子 101を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子 101を用いて、受信部 103が受信する。これにより受信部 103は被検体の組織にぉ、て反射する反射波による受信信号を生成する (ステップ S511)。

[0075] バンドパスフィルタ 113Aおよび 113Bは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する (ステップ S512)。抽出された信号成分の位相が、位相検出部 114Aおよび 114Bによって、それぞれ検出される (ステップ S513 )。位相検出部 114Aによって検出した信号成分の位相から組織粗追跡部 115は被検体組織の追跡情報を算出する (ステップ S 514)。

[0076] 振幅演算部 118は、バンドパスフィルタ 113Bによって抽出された信号成分の振幅を算出する (ステップ S514)。振幅が所定の閾値以上である場合 (ステップ S516)には、組織詳細追跡部 119は、組織粗追跡部 115から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部 114Bによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する (ステップ S517)。一方、振幅が所定の閾値よりも小さい場合 (ステツプ S516)には、組織詳細追跡部 116は、バンドパスフィルタ 113Bによって抽出された信号成分を利用することなぐ組織粗追跡部 115から得られる追跡情報を出力する。

[0077] 組織特性計算部 117は、組織詳細追跡部 116から得られる追跡情報力組織の性状特性を算出する (ステップ S518)。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。

[0078] (第 3の実施形態）

図 11は、本発明による超音波診断装置の第 3の実施形態を示すブロック図である。図 11に示すように超音波診断装置 303は、複数のバンドパスフィルタ 113A〜 113X 、複数の位相検出部 114A〜114Xおよび組織追跡部 173を備えて、る点で第 1の実施形態の超音波診断装置 301とは異なっている。

[0079] バンドパスフィルタ113八〜113 は、受信信号力も互いに異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ抽出する。位相検出部 114A〜114Xは、異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ位相検波する。

[0080] 組織追跡部 173は、組織追跡部 121A〜121Xと演算部 122とを含む。組織追跡部 121A〜121Xは、式（2)および式（3)を利用して、検波された位相からそれぞれ被検体組織の追跡情報を求める。ノイズがない場合には、組織追跡部 121A〜121 Xにより得られた追跡情報は同じとなるはずである力ノイズがある場合には周波数帯域ごとにノイズ量が異なり、それによつて追跡波形に誤差が生じる。

[0081] 演算部 122は各組織追跡部 121A〜121Xから得られた追跡情報をもとに、ノイズが低減された追跡情報を生成する。具体的には、各組織追跡部 121A〜121Xから得られた追跡情報に対し、単純平均処理または重み付け平均処理を行い、平均化された追跡情報を出力する。重み付け平均は、たとえば、送信波形または受信波形の中心周波数付近の帯域は大きな重み付けを行い、そこから離れるにしたがって小さくするなどとすればよい。あるいは、各組織追跡部 121 A〜121Xから得られた追跡情報のうち、値が離れて、る追跡情報を除外して平均処理を行ってもょ、。

[0082] 図 12は、バンドパスフィルタを 3つ用いる場合における通過帯域特性および受信信号の周波数特性の一例を示している。このように多くの周波数帯域を使用して追跡を行ない、平均処理を行なうことで、ノイズの影響を減少させることができ、精度良い追跡を行なうことができる。また、受信信号に重畳しているノイズは、受信信号の全帯域にわたつて均等に影響を及ぼしているわけではない。受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出した場合、ノイズの影響を強く受けて!/、る信号成分とノイズ影響が少ない信号成分とが存在する。ノイズの影響を強く受けている信号成分は、他の信号成分と比べて追跡情報がかけ離れていると考えられるため、そのような信号成分を除外して平均を行うことによって、よりノイズの影響を低減し、精度の高い追跡を行うことができる。

[0083] また、バンドパスフィルタ 113A〜 113Xの通過帯域として、受信信号から低周波成分を抽出し、抽出した信号成分を用いて追跡を行なえばより速ヽ被検体組織の動きにも追従できるようになる。受信信号から高周波数成分を抽出すれば、精度良い追跡を行なうことができる。

[0084] 図 13は、超音波診断装置 303の制御方法を示すフローチャートである。図 11および図 13を参照して、超音波診断装置 303の制御方法を説明する。まず送信部 102 が探触子 101を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子 101を用いて、受信部 103が受信する。これにより受信部 103は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する (ステップ S521)。

[0085] バンドパスフィルタ113八〜113 は、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する (ステップ S522)。抽出された信号成分の位相が、位相検出部 114A〜114Xによって、それぞれ検出される (ステップ S523)。組織追跡部 121A〜121Xは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める (ステツプ S524)。

[0086] 演算部 123は、各組織追跡部 121A〜12 IXから得られた追跡情報を平均する (ステツプ S525)。組織特性計算部 117は演算部 122から得られる追跡情報力も組織の性状特性を算出する (ステップ S526)。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。

[0087] (第 4の実施形態）

図 14は、本発明による超音波診断装置の第 4の実施形態を示すブロック図である。図 14に示すように、超音波診断装置 304は、振幅演算部118八〜118 を備ぇてぃる点で、第 3の実施形態の超音波診断装置 303と異なる。

[0088] 振幅演算部 118A〜 118Xのそれぞれは、バンドパスフィルタ 113A〜 113Xによつて受信信号力抽出された信号成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、演算部 123へ出力する。演算部 123は振幅演算部 118A〜118Xのいずれかから信号を受け取った場合、対応する信号成分から得られた追跡情報を平均演算から除外し、残りの追跡情報の平均を求める。第 3の実施形態で説明したように、種々の平均化方法を用いることができる。また、振幅に応じて重み付け平均をおこなってもよい。

[0089] 受信信号から抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、 SN比が小さくなつている。このため、このような信号を用いて得られた追跡情報の位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。本実施形態では、このような場合には、受信信号あるいは受信信号力抽出した信号成分力追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。

[0090] 図 15は、超音波診断装置 304の制御方法を示すフローチャートである。図 14および図 15を参照して、超音波診断装置 303の制御方法を説明する。まず送信部 102 が探触子 101を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子 101を用いて、受信部 103が受信する。これにより受信部 103は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する (ステップ S531)。

[0091] バンドパスフィルタ113八〜113 は、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する (ステップ S532)。抽出された信号成分の位相が、位相検出部 114A〜114Xによって、それぞれ検出される (ステップ S533)。組織追跡部 121A〜121Xは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める (ステツプ S534)。さらに振幅演算部 118A〜118Xは各信号成分の振幅を検出する (ステツプ S535)。

[0092] 演算部 122は、各組織追跡部 121A〜12 IXから得られた追跡情報を平均する (ステツプ S536)。このとき振幅演算部 118A〜118Xから各信号成分の振幅の値を受け取って、振幅が所定の閾値よりも小さい場合には、その信号成分から求められた追跡情報は、平均を行う演算に利用しないようにする。

組織特性計算部 117は演算部 123から得られる追跡情報力も組織の性状特性を算出する (ステップ 537)。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。

産業上の利用可能性

[0093] 本発明は、被検体組織の動きを追跡する超音波診断装置に好適に用いられる。特に、本発明は、組織の性状特性、たとえば、生体の動脈血管の血管壁の弾性率を求める超音波診断装置に好適に用いられる。

Claims

請求の範囲

[1] 被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、

前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、

前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部と、

を備えた超音波診断装置。

[2] 前記複数のフィルタは、第 1の中心周波数を有する第 1のフィルタと、前記第 1の中心周波数よりも高い第 2の中心周波数を有する第 2のフィルタとを含み、

前記組織追跡部は、前記第 1のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第 2のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む請求項 1に記載の超音波診断装置。

[3] 前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づ!/ヽて、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む請求項 1に記載の超音波診断装置。

[4] 前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する請求項 3に記載の超音波診断装置。

[5] 前記複数の信号成分の少なくとも 1つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項 1から 4のいずれかに記載の超音波診断装置。

[6] 前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも 1つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する請求項 1から 5のいずれかに記載の超音波診断装置。

[7] 前記追跡情報力前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える請求項 1から 6のヽずれかに記載の超音波診断装置。

[8] 前記第 1のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第 2のフィルタは前記超音波の n次高調波成分 (n≥ 2の整数)を透過させる帯域を有する請求項 2に記載の超音波診断装置。

[9] 超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、

超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の糸且織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ (A)と、

前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ (B)と、

前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ (C)と、

前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステツプ (D)と、

を包含する超音波診断装置の制御方法。

[10] 前記ステップ (B)は、第 1の中心周波数を有する信号成分と第 1の中心周波数よりも高い第 2の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、

前記ステップ (D)は、

前記第 1の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ (D1)と、

前記第 2の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ (D2)と、

を含む請求項 9に記載の超音波診断装置の制御方法。

[11] 前記ステップ (D)は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ (D1)と、

前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づ、て、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ (D2)と、

を含む請求項 9に記載の超音波診断装置の制御方法。

[12] 前記ステップ (D2)は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともヽずれかを実行する請求項 11に記載の超音波診断装置の制御方法。

[13] 前記ステップ (C)とステップ (D)との間において、前記複数の信号成分の少なくとも 1つの振幅を求めるステップ（E)

をさらに包含し、

前記ステップ (D)は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項 9に記載の超音波診断装置の制御方法

[14] 前記ステップ (A)は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも 1つを強調した超音波を被検体に送信する請求項 9に記載の超音波診断装置の制御方法。

[15] 前記追跡情報力前記被検体の性状特性を求めるステップ (F)

をさらに包含する請求項 9から 13のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法

[16] 前記第 1の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第 2の中心周波数を有する信号成分は前記超音波の n次高調波成分 (n≥ 2の整数)を含む請求項 9に記載の超音波診断装置の制御方法。