(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波造影剤を注入した被検体の所望部位における前記超音波造影剤の分布情報を得ることができる超音波診断装置において、
前記所望部位の断面を超音波信号でスキャンするとともに、同一ラスタに対して通常Ｂモードとハーモニックモードに関する少なくとも２回のスキャンを行ってこの断面からエコー信号を得るスキャン手段と、このスキャン手段により得られたエコー信号に基づいて前記通常Ｂモードの画像データを得る第１の処理手段と、前記スキャン手段により得られたエコー信号に基づいて前記ハーモニックモードにおける送信基本成分に対する非基本波成分の画像データを得る第２の処理手段と、前記第１および第２の処理手段により処理された画像データを表示する表示手段とを、備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記表示手段は、前記第１および第２の処理手段により得られた画像データのそれぞれを互いに分割態様で表示する手段である請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記表示手段は、前記第１の処理手段により得られた通常Ｂモードの画像データに前記第２の処理手段により得られたハーモニックモードの画像データを重畳して表示する重畳表示手段である請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記重畳表示手段は、前記ハーモニックモードの画像データに色付けする手段を備える請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記重畳表示手段は、前記通常Ｂモードの画像データの内の前記ハーモニックモードの画像データが存在する画素のみに色付けを施して表示する手段である請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記スキャン手段は、前記断面を前記超音波信号で１回スキャンする間に同一ラスタのそれぞれに対して前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとを交互に繰り返す制御手段を備える請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記スキャン手段は、前記同一ラスタのそれぞれについて前記ハーモニックモードのスキャンを前記通常Ｂモードのスキャンに対して先行させる手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記スキャン手段は、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとをフレーム毎に切り換えて行う制御手段を備える請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとをフレーム毎にかつ交互に行わせる手段である請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記ハーモニックモードのスキャンを１フレーム行わせた後で前記通常Ｂモードのスキャンを２フレーム以上行わせる手段である請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記スキャン手段は、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとにおける前記超音波信号の送信条件をモード毎に制御する送信条件制御手段を備える請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記送信条件は前記超音波信号の周波数、音圧、波数、波形、焦点、送信レート、およびプローブ送信開口の内の少なくとも一つのパラメータを含む請求項１１記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記送信条件は前記超音波信号の周波数であり、この周波数は前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を低く設定した請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記送信条件は前記超音波信号の音圧であり、この音圧は前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を低く設定した請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記送信条件は前記超音波信号の波数であり、この波数は前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を大きく設定した請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記送信条件は前記プローブ送信開口であり、この開口は前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を小さく設定した請求項１２記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記送信条件は前記超音波信号の波形であり、この波形に含まれる非基本波成分は前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を少なくなるように当該波形を設定した請求項１２記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に係り、とくに、組織の血流パフュージョンの検出及びその定量評価を行うために、被検体に超音波造影剤を注入した状態で超音波スキャンを行う「ハーモニックエコー法」と呼ばれる撮像法を実施する機能を搭載した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波信号の送受により画像信号を得る超音波診断装置は、超音波信号の非侵襲性を利用して従来より種々の態様で使用されている。この超音波診断装置の主流は、超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織の断層像を得るタイプである。この撮像法は無侵襲で組織の断層像を得るものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ装置、および核医学診断装置など、ほかの医用モダリティに比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小形で比較的安価、Ｘ線などの被爆が無い、超音波ドプラ法に拠り血流イメージングができるなど、多くの利点を有している。このため心臓、腹部、乳線、泌尿器、および産婦人科などの診断に好適になっている。とくに、超音波プローブを体表に当てるだけの簡単な操作により、心臓の拍動や胎児の動きがリアルタイムに観察でき、また被爆なども無いから何度も繰り返して検査でき、さらに装置をベッドサイドに移動させて容易に検査できるという利点も在る。
【０００３】
このような状況下において、近年、心臓や腹部臓器に対して超音波信号を用いた新しい検査法が開発されつつある。それは静脈から超音波造影剤を注入した状態で超音波スキャンを行い、その結果得られた画像から血流動態の評価を行うものである（例えば、米国特許第５，４１０，５１６号又は特許出願公表、平４−５０１５１８号参照）。静脈からの造影剤注入は動脈注入よりも侵襲性が低いので、この血流動態評価法が普及してきている。超音波造影剤としては、例えば、「用手的あるいはソニケータにより気泡の生成された５％ヒトアルブミン」が知られている。この造影剤の主成分は微小な気泡であり、この気泡が超音波信号の反射源となる。造影剤の注入量が多く、またその濃度が高いほど造影効果は大きいものの、気泡であるが故に、超音波照射に因って気泡が潰れ、造影効果時間が短縮するという事態も起こる。近年、持続性及び耐圧性が高い造影剤も開発されているが、造影剤が体内にあまりに長時間存続させることは侵襲性を増加させることになると予想されている。
【０００４】
超音波造影剤を用いた最も基本的な診断には、造影剤に因る輝度増強の有無を調べることにより診断部位の血流の有無を知るという手法が採用されている。さらに進んだ診断では、診断部位の造影剤の空間分布の時間変化の情報を、輝度変化の広がりや輝度増強の程度を知ることで得る手法が採用されている。また、注入された造影剤が関心領域（ＲＯＩ）に到達するまでの時間、およびＲＯＩ内での造影剤に因るエコー輝度の時間変化（ＴＤＣ：ｔｉｍｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｃｕｒｖｅ）あるいは最大輝度などを求め、これに基づいて上記空間分布の時間変化情報を得る手法も実施されている。これらの手法に必要な、造影剤に因る超音波エコーのエコーレベルの変化を検出する処理は、従来では、Ｂモード画像の輝度レベル変化を単に視覚的に認識するか、又は、複数フレームの画像データをメモリに一度記憶させ、後にそれぞれの画像を読み出してヒストグラム計算などの処理によりエコーレベル変化の定量測定やＴＤＣ作成を行うようになっていた。
【０００５】
さらに、近年では、超音波造影剤に因るコントラストエコーの増強効果を高める手法として「ハーモニックエコー法」が考えられている。ハーモニックエコー法は、造影剤の微小気泡が音響的な非線形現象、すなわち送信基本周波数に対する非線形成分、とくに２次高調波（ハーモニクス）成分の反射エコー信号を発生し易いことを利用したもので、ハーモニクスを生じ難い体内の臓器との間で信号レベル上の差別化を図ることに基礎を置いている。例えば、反射エコー信号には送信波の基本周波数成分と造影剤に因るハーモニクス成分を含むので、基本周波数成分をフィルタで除去した残りの信号を表示すれば、ハーモニクス成分、すなわち造影剤に因る増強程度を反映した画像が得られる。
【０００６】
このようにハーモニックエコー法を用いると、比較的少量の造影剤を投与するだけで、関心領域の造影剤の有無、すなわち血流パフュージョンを観測でき、診断に有用な情報が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したハーモニックエコー法に拠る診断を実施する場合、ハーモニックエコー法に基づく映像化のみを実施するだけでは、以下に述べる如く、様々な不都合が生じる。
【０００８】
第１に、診断モードに関する問題がある。超音波造影剤の投与（注入）前においては、体内の臓器、血管あるいは血液の非線形効果が小さいため、この時点でハーモニックエコー法（ハーモニックモード）を実施しても画像情報としては殆ど何にも得られない。このため、造影剤投与前に関心部位を探し、設定する場合、ハーモニックモードを通常のグレースケールの断層像を診るＢモード（通常Ｂモード）に切り換えてそれを行う必要があり、その分、操作が煩わしくなる。
【０００９】
第２に、観測部位の特定に関する問題がある。超音波造影剤を投与してその染影度を観測していくと、染影効果は次第に衰えていくので、臓器形状を観測できない場合、観測部位が断層面上の観測対象臓器から不用意にずれてしまっても観測者は気付かないということがある。このような事態が想定されるので、診断結果には当然に信頼性への疑念が付きまとう。
【００１０】
第３に、超音波造影剤の主成分である微小気泡に起因した問題がある。この微小気泡は非常にデリケートで、特定の超音波を照射すると消失することが分かっている。これについては、例えば、論文「”Ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ａ  ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ”，  ｂｙ  Ｃｈｒｉｓｔｙ  Ｋ．  Ｈｏｌｌａｎｄ  ｅｔ．  ａｔ．，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｕｌｔｒａｓｏｎ．  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃ．  ａｎｄ  Ｆｒｅｑ．  Ｃｏｎｔ．  ｖｏｌ．３９，  Ｎｏ．１，  Ｊａｎ．  １９９２」において気泡を崩壊させる超音波の音圧値などが報告されている通りである。この報告は、本発明者の実験でも検証されており、臨床で用いる程度の音圧でも気泡崩壊が起こり得ることが確認された。さらに、気泡は入射音圧に対してその大きさ（径）に依存した周波数特性を示すことが知られている。とくに、共振周波数下では、気泡は大振幅の振動を引き起こし、崩壊あるいはキャビテーションが起こる。超音波照射に因る気泡消失が造影剤（微小気泡）の供給スピードよりも速いレーで生じると、造影剤に拠る増強信号は得られないことになる。したがって、超音波信号の送信音圧、送信周波数、送信レート、プローブの送信開口、送信焦点などに送信条件を表す物理量の適切値を考慮する必要がある。しかし、従来ではそのような点は未だ考慮まされていなかった。
【００１１】
本発明は、上述した不都合に鑑みてなされたもので、ハーモニックエコー法を実施する場合、モード間の切り換えを不要にし、操作性を高めるとともに、信頼性の高い血流動態の診断情報を得ることができるようにすることを、その目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるため、本発明の超音波診断装置は、超音波造影剤を注入した被検体の所望部位における前記超音波造影剤の分布情報を得ることができるようにした装置で、前記所望部位の断面を超音波信号でスキャンするとともに、同一ラスタに対して通常Ｂモードとハーモニックモードに関する少なくとも２回のスキャンを行ってこの断面からエコー信号を得るスキャン手段と、このスキャン手段により得られたエコー信号に基づいて前記通常Ｂモードの画像データを得る第１の処理手段と、前記スキャン手段により得られたエコー信号に基づいて前記ハーモニックモードにおける送信基本成分に対する非基本波成分の画像データを得る第２の処理手段と、前記第１および第２の処理手段により処理された画像データを表示する表示手段とを、備えた。
【００１３】
前記表示手段は、例えば、前記第１および第２の処理手段により得られた画像データのそれぞれを互いに分割態様で表示する手段である。また前記表示手段は、例えば、前記第１の処理手段により得られた通常Ｂモードの画像データに前記第２の処理手段により得られたハーモニックモードの画像データを重畳して表示する重畳表示手段である。前記重畳表示手段は、好適には、前記ハーモニックモードの画像データに色付けする手段を備える。また前記重畳表示手段は、前記通常Ｂモードの画像データの内の前記ハーモニックモードの画像データが存在する画素のみに色付けを施して表示する手段としてもよい。
【００１４】
前記スキャン手段は、好適には、前記断面を前記超音波信号で１回スキャンする間に同一ラスタのそれぞれに対して前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとを交互に繰り返す制御手段を備える。
【００１５】
また前記スキャン手段は、好適には、前記同一ラスタのそれぞれについて前記ハーモニックモードのスキャンを前記通常Ｂモードのスキャンに対して先行させる手段を備える。
【００１６】
例えば、前記スキャン手段は、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとをフレーム毎に切り換えて行う制御手段を備える。この制御手段は、例えば、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとをフレーム毎にかつ交互に行わせる手段である。また、前記制御手段は、前記ハーモニックモードのスキャンを１フレーム行わせた後で前記通常Ｂモードのスキャンを２フレーム以上行わせる手段であってもよい。
【００１７】
さらに好ましくは、前記スキャン手段は、前記通常Ｂモードのスキャンと前記ハーモニックモードのスキャンとにおける前記超音波信号の送信条件をモード毎に制御する送信条件制御手段を備える。前記送信条件は前記超音波信号の周波数、音圧、波数、波形、焦点、送信レート、およびプローブ送信開口の内の少なくとも一つのパラメータを含む。また例えば、前記送信条件は前記超音波信号の周波数、音圧、開口の内の１つであり、この周波数、音圧、開口のときは前記通常Ｂモードよりも前記ハーモニックモードの方を低く（小さく）設定してあることが望ましい。また送信条件が例えば波数の場合、ハーモニックモードの方を大きく設定することが望ましい。さらに、送信条件が波形の場合、この波形に含まれる非基本波成分（例えば２次高調波）は通常Ｂモードよりもハーモニックモードの方を少なくなるように設定することが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一つの実施の形態を図１〜図７を参照して説明する。この実施形態に係る超音波診断装置は、心臓、とくに左心室系の筋肉への血流状態の診断情報を得て異常部位を同定する構成を採用する。しかしながら、本発明の超音波診断装置は必ずしもそのような、心筋への血流状態を診断対象とする場合に限定されるものではない。
【００１９】
図１に示す超音波診断装置は、システム全体の制御中枢として機能する装置本体１１と、この装置本体１１に接続された心電計（ＥＣＧ）１２、超音波プローブ１３、及び操作ユニット１４とを備える。操作ユニット１４は、オペレータからの各種の指示、情報を装置本体１１に与えるもので、キーボード１４Ａのほか、ＲＯＩ（関心領域）の設定などを行うためのマウス１４Ｂ，トラックボール１４Ｃを有し、また診断モードを手動で切り換えるためのモード切換スイッチ１４Ｄを有する。
【００２０】
超音波プローブ１３は、電気／機械可逆的変換素子としての圧電セラミックなどの圧電振動子を有する。複数の圧電振動子がアレイ状に配列されてプローブ先端に装備され、フェーズドアレイタイプのプローブ１３が構成されている。これにより、プローブ１３は装置本体１１から与えられるパルス駆動電圧を超音波パルス信号に変換して被検体内の所望方向に送信し、また被検体で反射してきた超音波エコー信号をこれに対応する電圧のエコー信号に変換する。
【００２１】
装置本体１１は図示の如く、プローブ１３に接続された超音波送信部２１および超音波受信部２２、超音波受信部２２の出力側に順に置かれた切換スイッチ２３、ＢＰＦ２４，レシーバ部２５、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）部２６、メモリ合成部２７、ならびに表示器２８を備える。この装置本体１１はさらに、心電計１２の出力側に順に接続されたアンプ３１および参照データメモリ３２を備える。ＤＳＣ部２６にはフレームメモリ２９が接続されている。装置本体１１はさらに、操作ユニット１４からの操作データを受けるＣＰＵ（中央処理装置）４１を備えるとともに、制御中枢の一翼を担うトリガ信号発生器４２、タイミング信号発生器４３をも備える。
【００２２】
超音波送信部２１は、パルス発生器５１、送信遅延回路５２、切換スイッチ５３、および、通常Ｂモード用パルサ５４Ｂ，ハーモニックモード用パルサ５４Ｈを有する。ここで、「通常Ｂモード」とは、ハーモニックエコー法に拠らない、グレイスケールの通常の断層像を得るモードを表し、同じく原理的にはＢモードであるが、高調波成分を撮像の基礎に置くハーモニックエコー法のモード（ハーモニックモード）から区別する。
【００２３】
パルス発生器５１は例えば５ｋＨｚのレート周波数ｆｒ［Ｈｚ］（周期：１／ｆｒ［秒］）を発生する。このレートパルスは送信チャンネル数分に分配されて送信遅延回路５２に送られる。送信遅延回路５２には、タイミング信号発生器４３から遅延時間を決めるタイミング信号が送信チャンネル毎に供給されるようになっている。これにより、送信遅延回路５２はレートパルスに指令遅延時間をチャンネル毎に付与する。この結果、超音波プローブ１３から送信された超音波信号は被検体内でビーム状に集束されかつ送信指向性が指令スキャン方向に設定される。
【００２４】
超音波送信部２１に設けた切換スイッチ５３は、タイミング信号発生器４３から送られてくる切換信号に応じて、その電子的切換経路を２つに択一的に切り換える。切換スイッチ５３の一方の切換端「１」には通常Ｂモード用パルサ５４Ｂが接続され、またもう一方の切換端「２」にはハーモニックモード用パルス５４Ｈが接続されている。切換スイッチ５３の択一的な切換動作により、遅延時間を付与したレートパルスが送信チャンネル毎に通常Ｂモード用パルサ５４Ｂまたはハーモニックモード用パルサ５４Ｈに供給される。
【００２５】
通常Ｂモード用パルサ５４Ｂは、切換スイッチ５３を介して受けたレートパルスのタイミングにてプローブ１３の振動子にチャンネル毎に駆動電圧パルスを印加する。この励磁により、超音波プローブ１３の複数の圧電振動子から超音波信号が被検体に向けて送信され、被検体内で前述したように遅延時間パターンにしたがってビームフォーミングがなされる。ハーモニックモードの送信時には、切換スイッチ５３が切換端「２」側に切り換えられ、今度はハーモニックモード用パルサ５４Ｈが同様に作動する。
【００２６】
上記両パルサ５４Ｂおよび５４Ｈに係る通常Ｂモードの駆動電圧パルス（通常送信パルス）およびハーモニックモードの駆動電圧パルス（ハーモニック用送信パルス）のパラメータはそれぞれのモードで最適になるように設定されている。この設定は図２および図５に示されている。
【００２７】
最初に両送信パルスの波形上の違いを図２を用いて説明する。図２（ａ）は通常送信パルスで使用される波形を２つ例示している。このパルスは例えば、２値の電圧をスイッチ素子で切り換えることで発生させる一方又は両方の極性の矩形波である。これらの波形を得るパルサ回路は回路規模が小さく、消費電力も少なくて済むという利点がある。同図（ｂ）はハーモニック用送信パルスの一例を示す。このパルスは例えば、パルサ５４Ｈに切換可能な電圧値を複数設定し、これをスイッチ素子で切り換えることで得られる。同図（ｃ）はハーモニック用送信パルスの別の例を示す。このサイン波状の波形はＡ級動作形増幅器で得られる。これら同図（ｂ），（ｃ）のハーモニック用送信パルスは、通常の矩形波に比べて高周波成分が少ないので、送信波に含まれる高周波成分が極力少ない方が望ましいハーモニックモードに適している。
【００２８】
さらに、通常モード用パルサ５４Ｂおよびハーモニックモード用パルサ５４Ｈが発生する駆動電圧パルス（送信パルス）の駆動周波数、波数、音圧は、互いのモードにおいて最適値になるように、本実施形態では例えば図５に示す如く設定されている。なお、これらの駆動条件はモード毎に各パルサに固定しておいてもよいし、ＣＰＵ４１からの指令に応じて切換可能に構成しておいてもよい。
【００２９】
パルサの駆動周波数は、例えば、通常Ｂモードでは３．７５ＭＨｚに、ハーモニックモードでは２．５ＭＨｚに設定される。ハーモニックモードにおける駆動周波数を通常Ｂモードと同じ、例えば３．７５ＭＨｚとすると、ハーモニック受信信号は７．５ＭＨｚという高い周波数となり、エコー信号が生体減衰の影響など受け、受信感度が劣化するし、周波数が高くなるほど、回路設計の条件も厳しくなる。これを避けるために、ハーモニックモードでは駆動周波数を通常Ｂモードよりも下げている。これに対し、両モードの駆動周波数を共通化しようとして、ハーモニックモードに合わせた低めの周波数値を設定すると、通常Ｂモードではスペックルパターンが粗くなり、画質の劣化は避けられない。したがって、上述のようにモード毎に的確な駆動周波数を設定することは極めて有効である。
【００３０】
また、波数は、一例として、通常Ｂモードでは例えば「１」に、ハーモニックモードでは「３」に設定される。この理由はハーモニックモードでは波数を大きくすることで空間分解能（深さ方向）は劣化するものの、感度向上が期待できることに拠る。
【００３１】
さらに、音圧は、一例として、通常Ｂモードでは例えば「１６」（駆動電圧のコーディング値：相対値）に、ハーモニックモードでは「１０」に設定される。この理由は気泡の消失の程度等を考慮しているからである。
【００３２】
なお、上述したモード別の最適な駆動条件に、送信焦点およびプローブの送信開口、送信レートを加えてもよい。送信焦点は、深部の感度をより重視して、例えば、通常Ｂモードで深さ方向の中央に、ハーモニックモードで深さ方向の深部に、それぞれ設定される。送信開口の場合、音圧の空間的分布の均一性を考慮して、例えば、通常Ｂモードよりもハーモニックモードでより小さくなるように設定される。送信レートの場合、例えば、ハーモニックモードのレートがＢモードに比して小さく設定される。なお、これらの駆動（送信）条件の制御はその２つ以上を組み合わせて採用するようにしてもよいことは勿論であり、モード別の送信制御をより的確に行うことができる。
【００３３】
本実施形態では、通常Ｂモード用パルサ５４Ｂを経由する送信を「通常送信」、ハーモニックモード用パルサ５４Ｈを経由する送信は「ハーモニック送信」と呼ぶことにする。
【００３４】
超音波プローブ１３から送信された超音波パルス信号は、被検体内の音響インピーダンスの不連続面で反射される。この反射超音波信号は再びプローブ１３で受信され、対応する電圧量のエコー信号に変換される。このエコー信号はプローブ１３から受信チャンネル毎に出力され、超音波受信部２２に取り込まれる。
【００３５】
超音波受信部２２は、その入力側から順に、プリアンプ６１、受信遅延回路６２、および加算器６３を備える。プリアンプ６１および受信遅延回路６２はそれぞれ、受信チャンネル分のアンプ回路または遅延回路を内蔵する。受信遅延回路６２の遅延時間パターンは、所望の受信指向性に合わせてタイミング信号発生器４３からトリガ信号パターンとして与えられる。このため、エコー信号は、チャンネル毎に、プリアンプ６１で増幅され、受信遅延回路６２により遅延時間が与えられた後、加算器６３で加算される。結果として、所望の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信ビームが計算上で形成される。送信指向性と受信指向性の総合により、送受信の総合的な超音波ビームが形成される。
【００３６】
加算器６３の出力端は切換スイッチ２３の共通端に接続されている。切換スイッチ２３は電子式スイッチであり、タイミング信号発生器４３から供給される切換信号に応答して切り替わる２つの切換端「１」、「２」を有する。一方の切換端「１」は通常Ｂモード用であり、もう一方の切換端「２」はハーモニックモード用である。切換端「１」は直接、レシーバ部２５を介してＤＳＣ部２６に至る。これに対し、もう一方の切換端「２」はハーモニック用帯域通過型フィルタ（ＢＰＦ）２４を経由して前記レシーバ部２５に至り、さらに前記ＤＳＣ部２６に至る。ＢＰＦ２４は整相加算（ビームフォーミング）されたエコー信号からハーモニックエコー法に必要な非線形成分（例えば２次高調波成分）のみを通過させるように通過帯域が設定されている。
【００３７】
以後、ＢＰＦ２４をバイパスする受信状態を「通常受信」と、ＢＰＦ２４を経由する受信状態を「ハーモニック受信」と呼ぶことにする。
【００３８】
レシーバ部２５は、図示しないが、対数増幅器、包絡線検波器、Ａ／Ｄ変換器を備える。これにより、通常Ｂモードおよびハーモニックエコーモードともに、受信指向性が与えられた方向のエコーデータがデジタル量で形成され、ＤＳＣ部２６に送られる。ＤＳＣ部２６はエコーデータのスキャン方式を超音波方式から標準ＴＶ方式に変換し、メモリ合成部２７に送る。ＤＳＣ部２６が出力するエコーデータは、フレーム毎にフレームメモリ２９に記憶される。
【００３９】
一方、心電計（ＥＣＧ）１２により検出された心電信号は、アンプ３１を介して参照データメモリ３２に送られる。参照データメモリ３２は心電信号に対応した心電波形などの参照データを生成し、この参照データを前記メモリ合成部２７に送る。
【００４０】
メモリ合成部２７は、通常Ｂモードおよびハーモニックモードの画像データを再構築するとともに、ＣＰＵ４１から送られてくる表示態様の制御信号に応じて各モードの画像データおよび参照データを１フレームの画像に合成する。このフレーム画像データは表示部２８により順次読み出される。表示部２８では、内蔵するＤ／Ａ変換器でアナログ量に変換し、ＴＶモニタに表示する。両モードの画像データの合成態様としては後述するように、両画像データを並べる、または重畳する態様が典型的である。この結果、通常Ｂモードにより被検体の組織形状の空間的分布が、ハーモニックモードにより注入造影剤の空間分布がそれぞれビジュアルに表示される。
【００４１】
ＣＰＵ４１は、常時は、所定のメインプログラムを実行しており、操作ユニット１４からモード自動切換に拠るスキャン開始指令を受けたときは、これに応答して図３に示す処理を行ってスキャン制御をタイミング信号発生器４３に自動的に指令する。またＣＰＵ４１は、トラックボール１４ＣなどからＲＯＩ設定の信号を受けたときは、ＲＯＩ（関心領域）に関するグラフィックデータをメモリ合成部２７に送り、表示画像に重畳させる処理を行う。さらに、ＣＰＵ４１はキーボード１４Ａなどから表示部２８のＴＶモニタでの表示態様が指令されたときは、その表示態様を指令する信号をメモリ合成部２７に送る。さらにまた、ＣＰＵ４１はモード切換スイッチ１４Ｄからの診断モードが指定されたときは、強制的にいずれかのモード（通常モードまたはハーモニックモード）をタイミング信号発生器４３に指令する。
【００４２】
タイミング信号発生器４３は、ＣＰＵ４１からに指令に基づいて、通常モードおよびハーモニックモードの２つを併用したスキャン（または両モードをいずれかを選択したスキャン）に関わる遅延時間パターンおよびスイッチ切換のタイミング信号を送信遅延回路５２、受信遅延回路６２、および切換スイッチ５３、２３に送る。
【００４３】
続いて、本実施形態の動作を説明する。
【００４４】
一般的に１フレームの超音波断層像は電子セクタ方式のスキャン法が多用される。このスキャン法はラスタ（走査線）の方向（角度）を変えながら順次スキャンしてなる、例えば１２０本のラスタで生成される。ここでも、このスキャン法を用いて説明する。
【００４５】
ＣＰＵ１０１は、操作ユニット１４からの指令に応答して図３の処理を開始する。ラスタ位置を表すパラメータをｎ，スキャン番号を表すパラメータをｍとすると、同図のステップＳ１では最初に、ｎ＝０，ｍ＝０に初期設定される。
【００４６】
次いでステップＳ２で、ｎ＝ｎ＋１、および、ｍ＝ｍ＋１にインクリメントされる。これにより、ラスタ位置がｎ＝１の初期位置が演算され、かつスキャン番号ｍ＝１がカウントされる。この後、ステップＳ３にて、タイミング信号発生器４３に対し、ハーモニック送信およびハーモニック受信が指令される。ラスタ位置ｎ＝１、スキャン番号ｍ＝１のハーモニックモードによるスキャンが、同一ラスタ位置における通常Ｂモードに先立って、実施される（図４、５参照）。
【００４７】
つまり、超音波送信部２１の切換スイッチ５３および受信側の切換スイッチ２３がハーモニックモード側に同期して切り換えられる。これにより、送信側ではハーモニックモード用パルサ５４Ｈが作動でき、かつ、受信側ではＢＰＦ２４が回路に挿入される。したがって、ハーモニックモードでの送受信が実施され、被検体に静脈注入された超音波造影剤の空間分布に関わるデータがレシーバ部２５から得られる。
【００４８】
次いでステップＳ４、Ｓ５の処理が順に実行される。ステップＳ４では、スキャン番号ｍのみがｍ＝ｍ＋１によりインクリメントされる。ステップＳ５では、タイミング信号発生器４３に対して通常送信および通常受信が指令される。切換スイッチ５３および２３はタイミング信号発生器４３から出力される切換信号に応答して今度は通常モード側に同期して切り換えられる。ラスタ位置ｎ＝１、スキャン番号ｍ＝２の通常Ｂモードによるスキャンが、同一ラスタ位置にてハーモニックモードに続いて、実施される（図４、５参照）。
【００４９】
つまり、超音波送信部２１の切換スイッチ５３および受信側の切換スイッチ２３が通常Ｂモード側に同期して切り換えられる。これにより、送信側では通常Ｂモード用パルサ５４Ｂが作動でき、かつ、受信側ではＢＰＦ２４が回路から外される。したがって、通常Ｂモードでの送受信が実施され、被検体の組織形状の空間分布に関わるデータがレシーバ部２５から得られる。
【００５０】
次いでＣＰＵ４１はステップＳ６に処理を移行させ、ラスタ位置ｎ＝ｎｍａｘ（他えば１２０本）になったか、または、スキャン番号ｍ＝ｍｍａｘ（例えば２４０＝１２０×２）になったかを判断することで、スキャン制御を終えるか否かを決める。この判断でＮＯのときは、再びステップＳ２の処理に戻り、上述した一連の処理を繰り返す。
【００５１】
以上のスキャン制御により、図４、５に示す如く、同一方向のラスタについて、ハーモニックモードの送受信および通常Ｂモードの送受信の２回の送受信が行われる。ラスタは順次切り換えられていき、各ラスタ毎に上記２モードずつの送受信が実施される。この結果、２４０回のスキャンにより１枚の通常Ｂモードの画像データと１枚のハーモニックモードの画像データが生成される。同一ラスタ上のデータ収集の時間差は「１／ｆｒ」秒であり、高いリアルタイム性が維持される。
【００５２】
２つのモードで交互にスキャンして得られるエコーデータは、ＤＳＣ部２６を経てメモリ合成部２７に順次送られる。メモリ合成部２７では交互にほぼリアルタイムに送られてくる通常Ｂモードの画像データおよびハーモニックモードの画像データがモード別に振り分けられる。これとともに、その時点で指定されている表示態様に応じて両モードの画像データが１フレームに合成され、表示部２８のＴＶモニタに表示される。
【００５３】
図６および図７に、この表示態様のいくつかの例を示す。図６は、通常Ｂモードの画像Ｉｎｏｒｍａｌ（組織形状の空間分布を表す断層像）とハーモニックモードの画像Ｉｈａｒｍｏｎｉｃ（超音波造影剤の空間分布を表す断層像）とを１画面中に分割・並列表示したものである。図７は、その両方の画像ＩｎｏｒｍａｌおよびＩｈａｒｍｏｎｉｃを１画面中で重畳表示したものである。なお図７の表示態様では、通常Ｂモードの画像Ｉｎｏｒｍａｌはグレースケールで表示され、かつ、ハーモニックモードの画像Ｉｈａｒｍｏｎｉｃはカラー（例えば造影剤濃度に応じて輝度値が異なる赤色）で表示されるなど、視認性、識別性の向上が図られていることが望ましい。
【００５４】
以上の結果、まず、ハーモニックモールドの画像に加えて、通常Ｂモードの断層像も常時同一モニタに表示されている。このため、造影剤投与前に関心部位を探し、設定する場合でも、従来のように、わざわざＢモード（通常Ｂモード）に切り換える必要が無く、操作性が各段に向上する。
【００５５】
また、超音波造影剤を投与した後、時間経過につれて染影効果は次第に衰えていく。ハーモニックモードの画像では臓器形状を観測できない場合であっても、通常Ｂモードの断層像も常時同一モニタに表示されているから、観測部位が観測対象臓器から不用意にずれてしまっても観測者はこれに容易に気付くことができる。したがって、診断結果の信頼性も向上する。
【００５６】
さらに、ハーモニックモード時の超音波信号の送信音圧、送信周波数、送信レート、プローブの送信開口、送信焦点などの送信条件を、通常Ｂモードのときとは積極的に異ならせ、より適切な量を設定している。これにより、超音波造影剤の崩壊による消失などを考慮したスキャンが可能になり、高精度で高信頼性の血流動態の画像を得ることができる。
【００５７】
さらに本実施形態によれば、同一ラスタ上ではハーモニックモードに拠る送受信が通常Ｂモードによる送受信よりも必ず先行する。この方が造影剤の非線形の信号増強効果をより高く得られる。先に通常Ｂモードの送受信を行ってしまうと、送信ラスタ上の造影剤の微小気泡が通常Ｂモードの超音波照射に因って潰れ、一部または大半が消失の状態になってしまい、続いてハーモニックモードの送受信をそのラスタ上に行っても存在する気泡が減っており、音響的な非線形効果に拠る信号増強効果が低くなるからである。ハーモニックモードの方を先行させることで、そのような事態を良好に回避でき、ハーモニックモード時には非基本波成分の高い信号増強効果が得られ、造影剤の空間分布データを確実に得ることができる。
【００５８】
続いて、本発明の変形例を説明する。
【００５９】
図８（ａ）〜（ｃ）はパルサの駆動周波数の切換とこれに伴う受信系の追加構成を示す。同図に示すように、通常Ｂモード用パルサ５４Ｂの駆動周波数は３．７５ＭＨｚに固定状態で設定されているが、ハーモニックモード用パルサ５４ＨはＣＰＵ４１からの制御信号に応答して、その駆動周波数が３．７５ＭＨｚまたは２．５ＭＨｚに切り換えられるようになっている。これに対応して、受信系の切換スイッチ２３´は３つの切換端を有し、第１の切換端が直接、レシーバ回路２５に接続されている。第２および第３の切換端はそれぞれＢＰＦ（高域通過型フィルタ）２４ａまたは２４ｂを介してレシーバ回路２５に接続されている。一方のＢＰＦ２４ａの遮断周波数は、２．５ＭＨｚのハーモニック信号５ＭＨｚを通過可能な、例えば４．８ＭＨｚに設定されている。もう一方のＢＰＦ２４ｂの遮断周波数は、２．０ＭＨｚのハーモニック信号４．０ＭＨｚを通過可能な、例えば３．８ＭＨｚに設定されている。
【００６０】
そして、通常Ｂモードのとき、送信側の切換スイッチ５３を通常Ｂモード用パルサ５４Ｂ側に、これに同期して受信側の切換スイッチ２３´を第１の切換端に切り換えられる。これにより、通常送信および通常受信が好適に行われる。
【００６１】
ハーモニックモードのときは、その駆動周波数が２．５ＭＨｚまたは２．０ＭＨｚに設定される。２．５ＭＨｚが選択されるときは、送信側の切換スイッチ５３をハーモニックモード用パルサ５４Ｈ側に、これに同期して受信側の切換スイッチ２３´を第２の切換端に切り換えられる。これにより、駆動周波数２．５ＭＨｚに合致した受信側のＢＰＦ２４ｂが選択され、好適なハーモニック送信、ハーモニック受信が実施される。さらに、２．０ＭＨｚが選択されるときは、送信側の切換スイッチ５３をハーモニックモード用パルサ５４Ｈ側に、これに同期して受信側の切換スイッチ２３´を第３の切換端に切り換えられる。これにより、駆動周波数２．０ＭＨｚに合致した受信側のＢＰＦ２４ｃが選択される。
【００６２】
このようにモード毎に駆動周波数を切り換えることで、ハーモニックモード時の生体減衰の影響を回避できるとともに、通常Ｂモード時の画質劣化を確実に防止できる。さらに、同一のハーモニックモードであっても、上述のように駆動周波数を細かく調整できることで、より精度の高い血流動態情報を得ることができる。
【００６３】
なお、ハーモニックモードに対する駆動周波数の切換数は上述した２つに限定されるものではなく、適宜な任意の周波数を３つ以上採用してもよく、これに合わせてＢＰＦを増やせばよい。
【００６４】
図９には画像表示に係る変形例を示す。これは通常Ｂモードとハーモニックモードの２つの画像を重畳表示する例である。同図（ａ）は、通常Ｂモードのグレイスケール画像の一部の画素の概念図であり、細かいスペックルパターンを表している。同図（ｂ）は、ハーモニックモードの画像の一部の画素の概念を表している。通常、ハーモニックモードの画像化信号、すなわち抽出される高周波成分はその基本波成分に比較してパワーが微弱であり、さらに送受信系で専用フィルタを経由させることなどから、Ｓ／Ｎ比や距離分解能が劣化する。これにより、ハーモニックモードの場合、同図（ｂ）に示すように粗いスペックルパターンとなる。
【００６５】
そこで、本変形例では、前述した図７に示すように画像を重畳させる際、ハーモニックモードの画像データをそのまま通常Ｂモードの画像データに重畳させることはしない。図９（ｃ）に示すように、同図（ａ）の輝度情報はそのままにしておいて（通常Ｂモードの画像をマスク像とする）、同図（ｂ）の信号を検知した画素にカラーを付けるように処理する。この処理はメモリ合成部２７に、重畳表示指令に応答して画素毎の選択により実施させる。この結果、通常Ｂモードと同等のきめ細かな画質を保持しながら、ハーモニック成分（血流動態）が色情報として得られる。
【００６６】
さらに図１０に別の変形例を示す。この変形例は両モードに対するスキャン順序の制御に関する。前述した実施形態ではラスタ毎にハーモニックモードおよび通常Ｂモードのスキャンを交互に行い、所定数のラスタ操作を終えると両モードの画像データが共に得られる手法を採用している。本変形例はこのスキャン法の多様化を図るものである。
【００６７】
基本的には、モード毎にラスタの方向を変えて１フレーム分のスキャン（例えば１２０回のスキャン）をまとめて行い、一方のモードの１フレーム分のスキャンが終わると、もう一方のモードのスキャンに移行する。ただし、モード別の画像数や組み合わせ順序に関しては種々の変形が可能である。例えばモード別に交互に行ってもよい。また例えば図１０に示すように、ハーモニックモードの１フレーム分の画像を得ると、次いで通常Ｂモードの３フレーム分の画像を得るようにし、これを繰り返す方法がある。
【００６８】
図１０のスキャン制御の場合、１フレームの画像生成に要する時間をＴ［秒］にすると、ハーモニックモードの画像は４Ｔ［秒］毎に得られる。これにより、造影剤の供給スピードとハーモニックモードのスキャンとの間の時間調整が可能になる。前述したように、造影剤の微小気泡は非常にデリケートで、超音波の照射に消失していくから、造影剤の供給スピードよりも速いレートで超音波照射による気泡消失が起こると、ハーモニック信号は減少したり、または得られないことになる。しかしながら、図１０の変形例によれば、ハーモニックモードの画像は４Ｔ［秒］毎に得られ、スキャンの時間間隔を大きくすることができる。この結果、微小気泡が関心部位に十分供給され、ハーモニック信号が良好に得られる。ただし、この場合、通常Ｂモードの駆動周波数はハーモニックモードのそれとは異なる値に設定し、ハーモニックモードにて音響的非線形現象を発生する微小気泡（この気泡は大きさに依存する）を通常送信によって極力破壊しないようにすることが望ましい。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望部位の断面を超音波信号でスキャンするとともに、同一ラスタに対して通常Ｂモードとハーモニックモードに関する少なくとも２回のスキャンを行ってこの断面からエコー信号を得るようにしたため、送信レート単位またはフレームレート単位のほとんど同時刻における通常Ｂモードの画像とハーモニックモード（Ｂモードの一種）の画像とが得られる。したがって、通常Ｂモード画像により被検体の組織形状を、ハーモニックモード画像により超音波造影剤の非線形効果に由来した血流動態を同時に観測でき、ハーモニックエコー法を実施する場合、モード間の切り換えを不要にし、操作性を高めるとともに、信頼性の高い血流動態の診断情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示す概略ブロック図。
【図２】各種の駆動パルスの波形例を示す図。
【図３】２つのモードに対するスキャン制御を示す概略フローチャート。
【図４】２つのモードに対するスキャン制御の説明図。
【図５】２つのモードに対するスキャン制御およびパラメータ例を説明する表図。
【図６】２つのモードの画像の表示例を示す図。
【図７】２つのモードの画像の別の表示例を示す図。
【図８】送受信系の変形例を示す部分ブロック図。
【図９】重畳表示の変形例を説明する図。
【図１０】２つのモードに対するスキャン制御の変形例を示す図。
【符号の説明】
１１  装置本体
１３  超音波プローブ
１４  操作ユニット
２１  超音波送信部
２２  超音波受信部
２３  切換スイッチ
２４、２４ａ、２４ｂ  ＢＰＦ
２５  レシーバ部
２６  ＤＳＣ
２７  メモリ合成部
２８  表示部
４１  ＣＰＵ
４２  トリガ信号発生器
４３  タイミング信号発生器
５４Ｂ  通常Ｂモード用パルサ
５４Ｈ  ハーモニックモード用パルサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003580627.tif 000009
【図９】
0003580627.tif 000010
【図１０】
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