(57)【要約】  予想される組織変位方向と、変位探索方向との間にずれが生じる場合に、前記ずれに起因した誤差を小さくし、弾性画像の精度を向上する超音波撮像装置を提供する。  被検体に対して、互いに交わる複数方向に超音波を照射する超音波探触子と、複数方向の各々に複数の超音波の送受信を行うよう超音波探触子を制御する超音波送受信部と、複数方向の各々について、複数の超音波の送受信の結果から変位ベクトルを算出する変位ベクトル演算部と、変位ベクトルに基づいて被検体の歪情報を算出する歪演算部と、算出された歪情報に基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、画像データに基づいて画像を表示する表示部とを有する。
2009031327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して、互いに交わる複数方向に超音波を照射する超音波探触子と、
前記複数方向の各々に複数の超音波の送受信を行うよう前記超音波探触子を制御する超音波送受信部と、
前記複数方向の各々について、前記複数の超音波の送受信の結果から変位ベクトルを算出する変位ベクトル演算部と、
前記変位ベクトルに基づいて前記被検体の歪情報を算出する歪演算部と、
前記算出された歪情報に基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データに基づいて画像を表示する表示部とを有する超音波撮像装置。
【請求項２】
前記歪情報に基づいて前記被検体の弾性情報を算出する弾性演算部とをさらに有し、前記画像データ生成部は、前記弾性情報に基づいて前記画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記超音波送受信部は前記超音波探触子の前記被検体への押圧の前に照射した超音波に対応する第１の送受信と、前記押圧の後に照射した超音波に対応する第２の送受信とを行うように制御し、前記変位ベクトル演算部は、前記押圧の前後の変位を算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記変位ベクトル演算部は、前記複数方向の各々について計測するベクトルを加算処理し、前記変位ベクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記複数方向は、２方向もしくは３方向であることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記変位ベクトル演算部は、前記変位ベクトルとして２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記変位ベクトル演算部は、前記変位ベクトルとして２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルを算出し、前記歪演算部は前記２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルから変位の絶対値を算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記変位ベクトル演算部は、前記変位ベクトルとして２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルを算出し、前記前記歪演算部は、前記２次元変位ベクトルを変位方向に各々微分することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記変位ベクトル演算部は、前記変位ベクトルとして２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルを算出し、前記前記歪演算部は、前記２次元変位ベクトル又は３次元変位ベクトルを変位方向で微分して歪ベクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記超音波探触子は、二次元アレイトランスデューサであり、複数の異なるステアリング角度方向に超音波を送受信することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記超音波送受信部は、前記複数方向の各々に対応するフレームについて、交互に超音波を照射するように制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記変位ベクトル演算部は、前記複数方向の各々について計測するベクトルの各々に直交する線分の交点を終点とするベクトルを前記変位ベクトルとして算出することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記超音波送受信部は、前記被検体に対して超音波を偏向させて送受信するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記超音波探触子を構成する素子の前記被検体に面する面と垂直な方向と、前記複数方向の１の方向とのなす角度は４５度未満であることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
前記超音波探触子を構成する素子の前記被検体に面する面と垂直な方向と、前記複数方向の１の方向とのなす角度は２０度以上３０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１６】
前記超音波送受信部は、送受信する超音波ビームの口径重みの形状を非対称とすることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【参照による取り込み】
【０００１】
本出願は、２００７年９月６日に出願された日本特許出願第２００７−２３０９０２号の優先権を主張し、その内容を参照することにより本出願に取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、被検体の生体組織の歪みや硬さなどの性状を現わす弾性画像を撮像する超音波撮像技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波像を撮像する超音波診断装置は、超音波探触子から被検体に超音波を送波し、被検体から発生した反射エコーを超音波探触子で受波し、超音波探触子から出力される受信信号に基づき超音波像を再構成して表示する。
このような超音波診断装置として、被検体の生体組織の歪みや硬さなどの性状が現わされた弾性画像を撮像するものが知られている。例えば、超音波診断装置は、被検体に圧力が加えられた際の生体組織に関する時系列画像を取得し、取得した時系列画像の相互相関を取って生体組織の変位を計測し、計測した変位に基づき弾性データ（例えば、歪み、弾性率）を求める（例えば特許文献１）。生体組織の変位を計測するに際し、被検体に圧力を加える手法としては、例えば、被検体に超音波探触子を手動で押付けて圧迫（押圧）する方法などがある。
通常、超音波撮像における点応答関数は、超音波の伝播方向に短く、伝播方向に直交する方向（以下、方位方向と呼ぶ）に広がっている。そのため、局所変位計測は伝播方向のみに関して計測をおこない、方位方向に関しては計測をおこなわない。実際には、必ずしも被検体に圧力を与えた際に生体組織が実際に変位する方向（以下、組織変位方向という）と、生体組織の変位を計測する弾性演算方向（以下、変位探索方向という）は平行でない場合がある。すなわち、変位探索方向は、例えば超音波送受面に対して垂直方向に固定的に設定されるのに対し、組織変位方向は、生体組織に対する圧迫方向や圧迫面の形状に由来して流動的に変化する。このような状況に対応する手法として、変位探索方向を組織変位方向に一致させる方法がある（例えば特許文献２）。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５７６５３号公報
【特許文献２】国際公開２００６／０７３０８８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
生体組織が複雑な動きをする場合には、予想される組織変位方向と、変位探索方向との間にずれが生じることがある。例えば、対象とする組織の奥に、骨や気管、腸管など硬さが変わる領域が含まれている場合、すべり面がある場合や、超音波探触子で対象組織に対して加圧した場合などに、複雑な動きが生じる。また、加圧源と、測定対象部位の間にすべり面（臓器境界面など）が有る場合にも、動きの向きが不均一になりやすい。このように状態で計測値に基づいて弾性画像を構成すると、その弾性画像は、複雑な動きに伴い、生体組織の性状を忠実に現わさない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による超音波撮像装置は、一例として、被検体に対して、互いに交わる複数方向に超音波を照射する超音波探触子と、前記複数方向の各々に複数の超音波の送受信を行うよう前記超音波探触子を制御する超音波送受信部と、前記複数方向の各々について、前記複数の超音波の送受信の結果から変位ベクトルを算出する変位ベクトル演算部と、前記変位ベクトルに基づいて前記被検体の歪情報を算出する歪演算部と、前記算出された歪情報に基づいて画像データを生成する画像データ生成部と、前記画像データに基づいて画像を表示する表示部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
予想される組織変位方向と、変位探索方向との間にずれが生じる場合に、前記ずれに起因した誤差を小さくし、弾性画像の精度を向上できる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
【実施例】
【０００８】
以下、本発明の実施形態の例を説明する。
（実施例１）【０００９】
ここで、二方向に走査するには以下に示す、３とおりの方法がある。
Ｉ．角度ａの方向に送受信する口径を形成し、送受信を行い、口径移動によって第一の走査を行う。これに引き続き角度−ａの方向に送信する口径を形成し、送受信を行い、口径移動によって第二の走査を行う。これは、角度方向コンパウンドと同様な方法である。
ＩＩ．角度ａの方向に送受信する口径を形成し、送受信を行い、次に角度−ａの方向に送受信する。口径を形成し、送受信を行い、口径移動を行う。口径移動後に、また角度ａ、−ａの送受信を行い、この送受信と口径移動を繰り返して、走査領域の端まで走査する。
ＩＩＩ．口径を角度ａ方向に送信するためのサブ口径１と、角度−ａ方向に送信するためのサブ口径２に分割を行い、サブ口径１、２での送受信を順に行い、次に口径全体の位置をシフトし、再度口径を分割、送受信、この操作を繰り返す。このとき、サブ口径は単純に中央で分割する方法もあるし、偶数番目の素子と奇数番目の素子というように分けることもできる。
Ｉ、ＩＩの方法は、大きな口径を用いるので、比較的アーチファクトの小さいビームを形成することが出来る。この二つの方法の中で、ＩＩの方法はＩに比べて、対象物の動きの影響を低減することができる。すなわち、合計の撮像時間は、Ｉ、ＩＩの方法、いずれも同一である。
しかし、Ｉはａ方向の撮像と−ａ方向の撮像で、撮像している時間が完全に異なるのに対し、ＩＩはａ方向の撮像を行っている時間窓の中に、−ａ方向の撮像の時間窓が重なっているため、完全に別々の撮像ではなくなるため、動きによるアーチファクトが明確にはなりにくい場合がある。一方、ＩＩＩの方法は、角度ａのビームと角度−ａのビームの分離度（空間的なビームの重なりの小ささ）が良いときは、同時に送受信を行えるので、フレームレートが向上できる。またその結果対象物の動きの影響を小さくすることができる。
以上の方法は、二次元の撮像に関して説明を行ったが、三次元の場合も各Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩに対応させた方法を実施することができる。【００１０】
本発明を適用した超音波診断装置及び超音波撮像方法の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置のブロック図である。図２は、図１の処理フローの構成を示す図である。
図１に示すように、超音波診断装置は、被検体１０１との間で超音波を送受する超音波探触子（以下、探触子１０２という）と、探触子１０２に送波用の駆動信号を供給すると共に探触子１０２から出力される受信信号を処理する超音波送受信部１０３と、超音波送受信部１０３の出力信号から計測される生体組織の変位に基づき画像データを生成して弾性画像を構成する弾性画像構成部１００と、弾性画像を表示する表示手段としての画像表示器１１２などを備えている。ここでの弾性画像構成部１００は、変位ベクトル演算部１０５、スカラー変位演算部１０６、歪演算部１０７、弾性率（弾性）演算部１０８、カラーディジタルスキャンコンバータ１０９（以下、カラーＤＳＣ１０９）などから構成されている。また、超音波送受信部１０３や弾性画像構成手段などに制御指令を出力する制御部１１３が設けられている。ここで、超音波送受信部１０３は、下記のように、互いに交わる少なくとも２方向に超音波を送波するように探触子１０２に送波用の駆動信号を供給する。【００１１】
２方向の超音波送波を図５を用いて説明する。フェーズドアレイを用いた電子スキャンによる超音波撮像においては、素子間の遅延時間を制御することによって、超音波ビームを正面だけでなく、正面から角度θ偏向させて、送受波を行うことができる。そこで、素子の被検体に面する面５０１と垂直な方向５０２（図５における伝播方向と同じ方向）と角度−θをなす方向５０３を第１の計測方向（計測ベクトル１方向）とする。このステアリングでフレーム１の撮像を複数回（例えば二回）行い、フレーム間の相関で角度−θ方向の変位を求める（変位探索ベクトル１方向の変位）。次に素子の被検４を第２の計測方向（計測ベクトル２方向）とする。このステアリングでフレーム２の撮像を複数回（例えば二回行）い、フレーム間の相関で角度＋θ方向の変位を求める（変位探索ベクトル２方向の変位）。この計測ベクトル１と計測ベクトル２との加算処理により、二次元歪に対応する変位二次元ベクトルを求める。図６に示すように、この計測ベクトル１と計測ベクトル２が直交する場合は、二つの計測ベクトルの加算により、変位二次元ベクトルを得ることは容易である。しかし、超音波撮像において、ステアリング角を大きくしすぎる場合、グレーティングビームによるアーチファクトを大きくする可能性がある。そこで、ステアリング角は４５度未満、望ましくは２０度以上３０度以下に設定してもよい。その上、二つの計測ベクトル各々に直交する方向に補助線を引き、その交点を終点とする変位二次元ベクトルを求めてもよい。【００１２】
次に図２を用いて、処理フローを説明する。まず計測方向１の画像データを取得する（２０１）。次に再度計測方向１の画像データを取得する（２０２）。この二つの工程で得た画像データ間の相互相関演算により方向１での変位を計算する（２０３）ここで、関数ｆ１（ｘ）とｆ２（ｘ）の相互相関演算は∫ｆ１（ν）ｆ２＊（ν−ｘ）ｄνである。次に計測方向２の画像データを取得する（２０４）。次に再度計測方向２の画像データを取得する（２０５）。これらの二つの工程で得た画像データ間の相互相関演算により方向２での変位を計算する（２０６）。工程２０３及び工程２０６で得た、計測方向１及び計測方向２での変位から、二次元変位ベクトルを計算する（２０７）。工程２０７で得た二次元変位ベクトルから、変位の絶対値の大きさを計算する（２０８）。変位の絶対値からは、歪を計算２０９、弾性率を計算２１０する。ここで、変位をΔＬとすると、歪Ｓは変位の空間微分なので、Ｓ＝ΔＬ／Δｘとして求まる。なお、空間方向に離散化されたデータの微分は、係数［１、−１］の微分フィルタとのコンボリューションとして計算できるが、ノイズの影響を受けやすいので、微分の前後でノイズ除去フィルタとして、ローパスフィルタをかけることが有効である。弾性率Ｅは、応力ΔＰを均一と仮定すると、Ｅ＝ΔＰ／Ｓとして算出することが出来る。【００１３】
これにより、変位探索方向を指定しなくても、複数、少なくとも２つの計測方向を定めることにより、組織変位方向に沿った変位が求まる。この結果、計測値の精度が向上する。このような計測値に基づいて弾性画像を構成することにより、生体組織の性状を忠実に弾性画像に現すことができる。
次に上記構成によるメリットについて、説明を行う。複数、少なくとも２つの計測方向に超音波を送波するのではなく、１の方向に送波する場合、変位を計算するユニットにおいて、計算される変位は一次元の変位である。図３Ａ、３Ｂは、７．５ＭＨｚの超音波の場合について、超音波の伝播方向と方位方向に関する点応答関数を示す。図３Ａは伝播方向に対する伝播方向における相対感度を表す。図３Ｂは方位方向に対する方位方向における相対感度を表す。伝播方向に関しては、時間を音速１５４０ｍ／ｓとして伝播方向の距離に換算してある。（なお、送受信の計算のため、時間に音速を掛けて、往復の分半分に割っている）ここで矢印は一波長の距離をしめしている。方位方向に関しては、ビームの幅を示している。重み関数として、矩形重み（実線）とガウシアン重み（破線）を示している。共に縦軸は点応答関数の振幅を示している。幅はビーム幅を示している。図３Ａ、３Ｂに示すように、伝播方向には、超音波の点応答関数は急峻な変化をするが、方位方向にはなだらなか変化をする。そのため、相互相関によってもとまる変位の伝播方向の検出限界と、方位方向の検出限界は６から１０倍程度異なる。弾性率撮像においては、伝播方向に加圧を行い、圧力を歪で除することによって、弾性率を推定する。一次元の変位を求めた後は、変位の空間微分により、歪を求め、圧力を均一と仮定して、弾性率に比例した量を計算する。つまり、図１と上記の１の方向に送波する場合との相違点は、変位を一方向にのみ推定するか、複数方向（図１では二方向）において測定するかである。【００１４】
変位を複数方向で測定することの効果は図４Ａ、４Ｂで説明する。組織の加圧による変位と、超音波の伝播方向が実質的に平行な場合は、変位方向と伝播方向にずれがない。よって、加圧によって超音波の伝播方向に組織が変位し易い被検体部位（乳腺や、前立腺など）は、当該ずれが生じにくい。一方図４Ａに示す動脈の拍動が加圧源となり、動脈の断面をスライス内に収めるような撮像をする場合や、図４Ｂに示す甲状腺の弾性率画像のように、対象部位をはさんで、探触子と反対側の生体内の構造が均一でない場合、組織変位の均一性が損なわれる場合がある。このような場合に、超音波伝播方向、すなわち変位探索方向のみの変位を求めていると、実際の弾性率より、局所的に大きな値が求まってしまう場合がある。すなわち、変位を複数方向で測定することにより、２次元情報として組織の変位を計測することができ、より精密な変位測定が可能となる。【００１５】
以下、より詳細に本実施形態の超音波診断装置について説明する。超音波診断装置は、超音波送受系、断層像撮像系、弾性画像撮像系、表示系、制御系に大別される。超音波送受系は、探触子１０２と超音波送受信部１０３を備えている。探触子１０２は、機械的又は電子的にビーム走査を行うことによって被検体１０１との間で超音波を送受する超音波送受面を有する。超音波送受面は、複数の振動子が並べて配設されている。各振動子は、電気信号と超音波とを相互に変換する。
超音波送受信部１０３は、探触子１０２に送受信手段を介して送波用の駆動信号（パルス）を供給する送信手段と、探触子１０２から送受信手段を介して出力される受信信号を処理する受信手段とを有する。
超音波送受信部１０３の送信手段は、探触子１０２の振動子を駆動して超音波を発生させる駆動信号としての送波パルスを設定間隔で送信する回路や、探触子１０２から射出される超音波送波ビームの収束点の深度を設定する回路を有する。ここで本実施形態の送信手段は、送受信手段を介してパルスを供給する振動子群を選択すると共に、探触子１０２から送信される超音波ビームが組織変位方向に走査するように、送波パルスの発生タイミングを制御する。すなわち、送信手段は、該パルス信号の遅延時間を制御することにより、超音波ビームの走査方向を制御するようになっている。
超音波送受信部１０３の受信手段は、探触子１０２から送受信手段を介して出力される信号に対して所定のゲインで増幅してＲＦ信号すなわち受エコー信号を生成する回路や、ＲＦ信号の位相を整相加算してＲＦ信号データを時系列に生成する回路を有する。このような受信手段は、送受信手段を介して探触子１０２から送信された超音波ビームによって取得した受信エコー信号に所定の遅延時間を与え位相を揃えて整相加算する。
断層像撮像系は、断層像構成部１０４を備えている。断層像構成部１０４は、信号処理部や白黒スキャンコンバータを有する。信号処理部は、超音波送受信部１０３から出力されたＲＦ信号に対し画像処理を施すことによって、被検体１０１に関する濃淡断層像データ（例えば、白黒断層像データ）を構成する。ここでの画像処理は、ゲイン補正、ログ圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理などである。白黒スキャンコンバータは、フレームメモリに格納された被検体１０１に関する断層像データをフレーム単位で読出し、読み出した断層像データをテレビ同期で出力する。ここでの白黒スキャンコンバータは、信号処理部から出力された断層像データをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ディジタル化された複数の断層像データを時系列に記憶するフレームメモリと、フレームメモリから断層像データを読み出す指令を出力する制御コントローラを有する。
弾性画像撮像系は、超音波送受信部１０３の出力側から分岐して設けられた変位ベクトル演算部１０５と、スカラー変位演算部１０６と、歪み演算部１０７と、弾性率演算部１０８と、カラーＤＳＣ１０９とを備えている。
ベクトル変位演算部１０５は、超音波送受信部１０３から出力されるＲＦ信号データに基づき被検体１０１の生体組織の変位を計測する。このベクトル変位演算部１０５は、ＲＦ信号選択部と、計算部と、フィルタ部とを有する。ここで、ステアリング角を変えて、二回変位演算を行う点が特徴的である。【００１６】
ベクトル変位演算部１０５のＲＦ信号選択部は、フレームメモリと選択部とを有する。このＲＦ信号選択部は、超音波送受信部１０３から出力された時系列のＲＦ信号データをフレームメモリに格納し、格納後のＲＦ信号フレームデータ群から２組すなわち４つのＲＦ信号フレームデータを選択部により選択する。より具体的には、ＲＦ信号選択部は、画像フレームレートに従って超音波送受信部１０３から出力される時系列のＲＦ信号データをフレームメモリに順次確保する。そしてＲＦ信号選択部は、制御部１１３から出力された指令に応じ、フレームメモリに格納されたＲＦ信号データ群の中から第１のデータとしてのＲＦ信号フレームデータ（Ｎ）を選択する。次いで、ＲＦ信号選択部は、制御部１１３から出力された指令に応じ、フレームメモリに格納されたＲＦ信号データ群の中から第２のデータとしてのＲＦ信号フレームデータ（Ｘ）を選択する。ここでのＲＦ信号フレームデータ（Ｘ）は、ＲＦ信号フレームデータ（Ｎ）よりも時間的に過去にフレームメモリに格納されたＲＦ信号フレームデータ群（Ｎ−１，Ｎ−２，Ｎ−３，Ｎ−Ｍ）の中から選択されたものである。なお、Ｎ、Ｍ、Ｘは、ＲＦ信号フレームデータに関連付けられたインデックス番号としての自然数である。
ベクトル変位演算部１０５の計算部は、まずステアリング角度が等しい１組のＲＦ信号フレームデータから生体組織の変位探索方向における変位を求める。より具体的には、その計算部は、ＲＦ信号選択部により選択された第１のＲＦ信号フレームデータ（Ｎ）と第２のＲＦ信号フレームデータ（Ｘ）との間で一次元又は二次元の相関処理を実行する。例えば、計算部は、相関処理としてブロックマッチング法を適用することによって、断層像の各ピクセルに対応する生体組織の変位探索方向における変位や移動ベクトル（以下、変位と総称する）を求める。ここでの移動ベクトルとは、変位の方向と大きさに関する一次元又は二次元変位分布である。ブロックマッチング法とは、画像を例えばＮＸＮ画素からなるブロックに分け、関心領域内のブロックに着目し、着目後のブロックに近似するブロックを時間的に過去のフレームから探し、これを参照して予測符号化すなわち差分により標本値を決定する処理である。次に別のステアリング角度で測定された一組のＲＦ信号フレームデータから、もうひとつの方向の生体組織の変位探索方向における変位を求める。この二回のプロセスにより、二次元の変位すなわちベクトル変位の演算が完了する。【００１７】
なお、ベクトル変位演算部１０５のフィルタ部は、変位計算部から出力された生体組織の変位のばらつきを平準化するフィルタ回路を有し、後段の信号処理をスムースに実行するための前処理を施す。このようにして求まった、ベクトル変位量から、ベクトルの長さを計算し、スカラ量としての変位量をスカラー変位演算部１０６にて計算する。【００１８】
歪み演算部１０７は、スカラ変位演算部１０６から出力された生体組織の移動量例えば変位△Ｌを空間微分して生体組織の歪みデータ（Ｓ＝△Ｌ／△Ｘ）を算出する。また、弾性率演算部１０８は、圧力変化を変位の変化で除することによって生体組織の弾性率データを算出する。例えば、弾性率演算部１０８は、探触子１０２の超音波送受面に加えられた圧力Ａｐを圧力計測部から取得する。次いで、弾性率演算部１０８は、圧力Ａｐと変位ΔＬに基づき弾性率データとして例えばヤング率Ｅ＝（Δｐ）／Ｓを求める。このように弾性率演算部１０８は、断層像の各点に対応して弾性率データをそれぞれ求めることによって二次元の弾性画像データを取得する。なお、ヤング率とは、物体に加えられた単純引張り応力と、引張りに平行に生じるひずみに対する比である。また、歪みデータと弾性率データを含めて弾性データと適宜総称し、フレーム単位の弾性データを弾性フレームデータと適宜称する。【００１９】
カラーＤＳＣ１０９は、歪み演算部１０７又は弾性率演算部１０８から出力された弾性データに基づき、被検体１０１の生体組織に関するカラー弾性画像を構成する。例えば、カラーＤＳＣ１０９は、弾性データ処理部と、カラースキャンコンバータと、フレームメモリを有する。弾性データ処理部は、歪み演算部１０６又は弾性率演算部１０８から出力される弾性フレームデータをフレームメモリに格納する。弾性データ処理部は、制御部１１３から出力された指令に応じ、フレームメモリから読み出した弾性フレームデータに対して画像処理を施す。
カラーＤＳＣ１０９のカラースキャンコンバータは、弾性データ処理部から出力された弾性フレームデータに対し、カラーマップに基づき色調変換処理を実行する色調変換部である。ここでのカラーマップは、弾性データの大きさに対し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で定まる色相情報を関連付けたものである。なお、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれは２５６階調を有し、２５５の階調に近づくにつれて大輝度に表示されるし、ゼロの階調に近づくにつれて低輝度に表示される。
例えば、カラーＤＳＣ１０９のカラースキャンコンバータは、弾性データ処理部から出力された歪みデータが小さいときに赤色コードに変換するとともに、歪みデータが大きいときは青色コードに変換してフレームメモリに格納する。そして、カラースキャンコンバータは、制御指令に応じ、フレームメモリから弾性フレームデータをテレビ同期で読み出して画像表示器１１２に表示させる。ここでの色調変換後の弾性フレームデータに基づいた弾性画像は、生体組織の硬い部位（例えば、腫癌）が赤色系に描画されるとともに、硬い部位の周辺部位が青色系に描画されたものになる。そのような弾性画像を視認することにより、例えば腫癌の広がりや大きさを視覚的に把握できる。なお、カラーＤＳＣ１０９は、制御部１１３を介してキーボードなどの操作部１１４が接続されている。操作部１１４を介して入力された指令に応じ、カラーＤＳＣ１０９は、カラーマップの色合いなどを変更できる。
表示系は、画像合成部１１１と、画像表示器１１２などを備えている。画像合成部１１１は、断層像構成部１０４から出力された断層像と、カラーＤＳＣ１０９から出力された弾性画像とを合成して１つの超音波像を生成する。例えば、画像合成部１１１は、フレームメモリと、画像処理部と、画像選択部とを有する。ここでのフレームメモリは、断層像構成部１０４から出力された断層像や、カラーＤＳＣ１０９から出力された弾性画像や、画像処理部は、制御指令に応じ、フレームメモリから断層像や弾性画像を読出し、断層像や弾性画像の同一座標系で相互に対応する画素に対し、その各画素の輝度情報や色相情報を設定割合で加算して合成する。すなわち、画像処理部は、断層像上に弾性画像を同一座標系で相対的に重畳させる。画像選択部は、制御指令に応じ、フレームメモリに格納された画像群のうちから画像表示器１１２に表示させる画像を選択する。画像表示器１１２は、画像合成部１１１から出力された画像データを表示するモニタなどを有する。
図７Ａ、７Ｂに示すように、本構成においては、グレーティングビームによるアーチファクト（ここでいう、アーチファクトとは、実際に存在しない虚像が見えてしまう場合や、はっきり虚像として認識されない場合でも、音響ノイズのベースレベルを上げてしまい、コントラスト分解能の低下をもたらすような効果を指す）と、変異ベクトルの方位方向の誤差の大きさの間にトレードオフが存在する。すなわち、ステアリング角θを大きくすると、グレーティングによるアーチファクトが大きくなる。一方ステアリング角θが小さくなると、計測ベクトルの垂線同士のなす角が小さくなり、交点の計測方向における位置精度が低下してしまう。図７Ａと図７Ｂはステアリング角が小さい場合と大きい場合を比較している。計測ベクトルの誤差をΔＬ（ステアリング角に依存しない）とすると、求められた変位ベクトルの方位方向の誤差は２ΔＬ／ｃｏｓθとなるので、θが小さくなると誤差が大きくなってしまう。伝播方向の誤差と方位方向の誤差の和は、２ΔＬ／ｃｏｓθ＋２ΔＬ／ｓｉｎθとなるため、θ＝４５度が誤差の総和が最も小さくなる。（この様子を図１１に示す。このグラフからステアリング角の限界を決めることが出来る。）
このために、送受信ビームの口径重み形状を、グレーティングを抑圧することに最適化することは、上記のトレードオフの中でバランスを取る方法として有効である。【００２０】
グレーティングの口径重みを抑圧する方法の一例を図１２，１３Ａ−１３Ｃを使って説明する。図１２は３つの口径重みの形を示している。（ａ）重み一定（＝１）の場合を図に破線として示す。（ｂ）ガウシアン関数（ｅｘｐ（−ｘ２））の場合を図に実線として示す。（ｃ）に今回用いる片側三角形の場合を図に点線として示す。それぞれ横軸はｃｈ番号で、この場合１から１２８までである。縦軸は重み値で、最大値を１に規格化している。なお、ビームを傾ける方向を図の右側とする。これらの三つの口径重み（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いた場合のビームの計算結果をそれぞれ図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに示す。それぞれ中心周波数７．５ＭＨｚ、素子ピッチ０．２４ｍｍ、焦点距離３ｃｍ、ビームのステアリング角θ＝３０°、ｃｈ数１２８の場合である。横軸はトランスデューサから３ｃｍの面で観察したときの、方位方向の位置、縦軸はビームの強さをｄＢで表示している。２０ｍｍのところに出ているのが本来のビームであり、−１０から−２０ｍｍのところにあるのが今回の検討対象となるグレーティングである。それぞれの図は図の中の最大値で規格化してある。グレーティングの最大値が、図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃで異なり、片側三角重みを使うことで、他の標準的な重み関数に比べ、６ｄＢ程度低減出来ていることが確認出来る。一般的に、グレーティング全体のエネルギーを小さくすることは難しいが、最大値を小さくすることは可能である。口径重み（の形状）に非対称性を導入し、メインビームに対して、グレーティングが生成しにくくすることが出来る。【００２１】
本実施例においては、従来の一方向の変位探索による弾性率撮像に比べて、複数方向に超音波送波するためにフレームレートが低下する。特に、計測ベクトル１と計測ベクトル２の撮像時間の間の時間が長くなってしまうと、二次元変位ベクトルの精度が低下してしまう恐れがある。図８には、フレーム１のラスターとフレーム２のラスターを交互に撮像するシーケンスの例を、各々のパルスについて送波順番の記載により示してある。すなわち、超音波送受信部が、複数のフレームの各々について、交互にパルスを照射するようにシーケンスを制御する。このような方法をとることによって、トータルのフレームレートは向上しないが、計測ベクトル１の測定と、計測ベクトル２の測定の時間の差を小さくすることが出来る。
（実施例２）【００２２】
本実施例は、二次元変位ベクトルの演算後の処理が、実施例１と相違する。その他の構成は実施例１の構成と基本的に同様である。したがって、その相違点を中心に説明する。
実施例１においては、二次元の変位ベクトルから、変位ベクトルの絶対値を求めて、歪、弾性率を求める。本実施例においては、図９に示す歪ベクトル演算部１１５、及び図１０に示す二次元歪計算工程２１１において、歪も二次元で求め、二次元歪の画像化や、異方性演算部１１７において歪の異方性（縦の歪と横の歪の比率）の画像化を行う。生体は、様々な膜の層構造で構成されているので、膜に沿った方向と垂直な方向で硬さに顕著な異方性がある。本構成により、この異方的な性質を高精度に画像化することができる。また、層と層の結合の様子をみることで、腫瘍の浸潤の度合いなどが画像から推定できる。【００２３】
変位は３次元のベクトル量であるが、歪、応力は３ｘ３のテンソルになり、超音波断層像からその全ての成分を求めることは困難である。３軸目（超音波断層像に垂直な方向）に対称性を仮定しても、二次元の変位ベクトルから、二次元での歪を正確に求めることは難しい。しかし生体の異方性に関する情報を得るには、歪テンソルを求めなくても、歪の異方性が様々な情報を含んでいる。ここでは、二次元変位ベクトルを、変位方向にそれぞれ微分した量を歪ベクトルとして近似的に扱うことにする。すなわち、変位ベクトル（ΔＬｘ，ΔＬｙ）に対して、（ΔＬｘ／Δｘ、ΔＬｙ／Δｙ）を歪ベクトルとして、これを表示したり、この比率から異方性に関する情報を画像化する。
（実施例３）【００２４】
本実施例では、二次元アレイトランスデューサを用い、三次元撮像を行う。このとき同一平面上に実質的に無い３つの計測ベクトルを構成するために、３つの異なるステアリング角度方向にビームをむけた撮像（超音波の送受信）を三回繰りかえす。３つの計測ベクトル、それぞれの法線面の交点が３次元変位ベクトルとなる。この３次元変位ベクトルのスカラーを変位量としたあとの処理は、実施例１と同じであるので省略する。３つのステアリングアングルは、なるべく互いに離れるようにしたほうが、実施例１で説明したのと同様な理由によって、誤差を小さくすることが出来る。また、グレーティングの影響が出ないように、ステアリング角を選択することが望ましい。【００２５】
上述のとおり、本発明を適用した−実施形態の超音波診断装置を説明したが、本発明を適用した超音波診断装置は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形態で実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈されるものではない。
上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１における装置のブロック図。
【図２】実施例１における処理フロー図。
【図３Ａ】伝播方向及び方位方向に関する点応答関数。
【図３Ｂ】伝播方向及び方位方向に関する点応答関数。
【図４Ａ】変位探索方向と組織変位方向の関係を説明する図。
【図４Ｂ】変位探索方向と組織変位方向の関係を説明する図。
【図５】二次元変位の計算方法の説明図。
【図６】二次元変位の計算方法の説明図。
【図７Ａ】二次元変位の計算方法の説明図。
【図７Ｂ】二次元変位の計算方法の説明図。
【図８】送信シーケンスの説明図。
【図９】実施例２における装置のブロック図。
【図１０】実施例２における処理フロー図。
【図１１】ステアリング角の説明図。
【図１２】グレーティングの口径重みを抑圧する方法の例の図。
【図１３Ａ】グレーティングの口径重みを抑圧する方法の例の図。
【図１３Ｂ】グレーティングの口径重みを抑圧する方法の例の図。
【図１３Ｃ】グレーティングの口径重みを抑圧する方法の例の図。
【符号の説明】
【００２７】
１００…弾性画像構成部、１０１…被検体、１０２…探触子、１０３…超音波送受信部、１０４…断層像構成部、１０５…変位ベクトル演算部、１０６…スカラー変位演算部、１０７…歪演算部、１０８…弾性率演算部、１０９…カラーＤＳＣ、１１０…断層像ＤＳＣ、１１１…画像合成部、１１２…表示部、１１３…制御部、１１４…操作部、１１５…歪ベクトル演算部、１１６…弾性率ベクトル演算部、１１７…異方性パラメータ演算部、２０１…方位方向１の画像取得工程、２０２…方位方向１の画像取得工程、２０３…相互相関演算により方向１への変位の計算工程、２０４…方位方向２の画像取得工程、２０５…方位方向２の画像取得工程、２０６…相互相関演算により方向２への変位の計算工程、２０７…方位１及び方位２への変位から、二次元変位ベクトルの計算工程、２０８…二次元変位ベクトルの絶対値の大きさの計算工程、２０９…歪の計算工程、２１０…弾性率の計算工程、２１１…二次元歪の計算工程、２１２…二次元弾性率の計算工程、３０１…変位探索方向、３０２…組織変位方向。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【国際調査報告】
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