(57)【要約】  被検体の断層面の密度分布像を生成する。本発明の実施形態に係る超音波診断システムでは、超音波を送信し、被検体で散乱した散乱波を複数の素子で受信する。この超音波診断システムは、前記散乱波を受信した素子から得たデータである実測定データを収集するデータ収集部１３２と、前記実測定データを用いて前記被検体の音速分布を推定し、推定した音速分布を有する領域を超音波が伝搬して素子で受信される仮想測定データを計算し、前記実測定データと前記仮想測定データとの差分波形を計算し、前記差分波形を用いて音速分布像及び散乱体分布像を計算する計算部１３３と、を備える。
2019088169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の周囲に配置され、超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う複数の素子と、
前記複数の素子のいずれか１つが超音波を送信し、前記複数の素子の少なくとも一部が、前記超音波が前記被検体で散乱した散乱波を受信するように、前記複数の素子を制御する制御部と、
前記散乱波を受信した素子から得たデータである実測定データを収集するデータ収集部と、
前記実測定データを用いて前記被検体の音速分布を推定し、推定した音速分布を有する領域を超音波が伝搬した場合に素子で受信される仮想測定データを計算し、前記実測定データと前記仮想測定データとの差分波形を計算し、前記差分波形から音速分布像の計算に用いる成分又は散乱体分布像の計算に用いる成分を取得し、前記音速分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いた音速分布像の計算、又は前記散乱体分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いた散乱体分布像の計算を行う計算部と、
を備える超音波診断システム。
【請求項２】
前記音速分布像の計算に用いる成分は、前記超音波を送信した素子の側以外の側に散乱する散乱波の成分である前方散乱波成分であり、前記散乱体分布像の計算に用いる成分は、前記超音波を送信した素子の側に散乱する散乱波の成分である後方散乱波成分であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断システム。
【請求項３】
前記複数の素子はリング状に等間隔に配置されており、
前記計算部は、超音波を送信した素子を中心にリング円周の一半側に位置する素子に対応する差分波形を前記後方散乱波成分に分類し、リング円周の他半側に位置する素子に対応する差分波形を前記前方散乱波成分に分類することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断システム。
【請求項４】
前記計算部は、超音波を送信した送信素子毎の音速分布像及び散乱体分布像を計算し、
前記送信素子毎の音速分布像の加算、及び前記送信素子毎の散乱体分布像の加算を行う画像作成部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断システム。
【請求項５】
前記画像作成部は、前記音速分布像と前記散乱体分布像とから密度分布像を作成することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断システム。
【請求項６】
前記音速分布像の計算は前記前方散乱波成分の差分波形の逆伝搬を含み、前記散乱体分布像の計算は前記後方散乱波成分の差分波形の逆伝搬を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の超音波診断システム。
【請求項７】
前記散乱体分布像を用いて前記推定した音速分布を更新し、更新後の音速分布を用いて、前記差分波形の計算と、前記音速分布像の計算又は前記散乱体分布像の計算とを行うことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の超音波診断システム。
【請求項８】
前記複数の素子はリング状に配置されており、
リング円周上の一部の素子からの前記差分波形の逆伝搬により散乱体分布像を再構成することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断システム。
【請求項９】
被検体の周囲に配置された複数の素子のいずれか１つから超音波を送信し、前記複数の素子の少なくとも一部で散乱波を受信する処理を行う工程と、
前記散乱波を受信した素子から得たデータである測定データを収集する工程と、
前記実測定データを用いて前記被検体の音速分布を推定する工程と、
推定した音速分布を有する領域を超音波が伝搬して各素子で受信される仮想測定データを計算する工程と、
前記実測定データと前記仮想測定データとの差分波形を計算する工程と、
前記差分波形から音速分布像の計算に用いる成分又は散乱体分布像の計算に用いる成分を取得する工程と、
前記音速分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いて音速分布像を計算する工程と、
前記散乱体分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いて散乱体分布像を計算する工程と、
を備える超音波診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を照射して被検体の断層画像を作成する超音波診断システム及び超音波診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非侵襲性である超音波による診断システムは、生体を直接切開して観察する外科手術の必要がないため、被検体内部の情報を診断する技術として医療分野で広く用いられている。【０００３】
超音波診断の一手法である超音波ＣＴ（Computed  Tomography）は、超音波を被検体に照射し、反射超音波や透過超音波を用いて被検体の断層画像を作成するものであり、近年の研究により、乳がんの検出に有用性があることが示されている。超音波ＣＴは、例えば、超音波の送受信を行う多数の素子をリング状に配置したリング型アレイトランスデューサを使用し、断層像を作成する。【０００４】
超音波ＣＴでは、超音波の減衰量を測定して、断層面の減衰率分布を表示する手法と、超音波の伝搬時間を測定し、断層面の音速分布を表示する手法とが知られている。超音波ＣＴを臨床的にさらに有効な診断手法とするために、減衰率分布や音速分布以外の物理量を画像化することが求められている。【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０５１９０３号
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、被検体の断層面の密度分布像を生成することができる超音波診断システム及び超音波診断方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明による超音波診断システムは、被検体の周囲に配置され、超音波の送信及び受信の少なくともいずれか一方を行う複数の素子と、前記複数の素子のいずれか１つが超音波を送信し、前記複数の素子の少なくとも一部が、前記超音波が前記被検体で散乱した散乱波を受信するように、前記複数の素子を制御する制御部と、前記散乱波を受信した素子から得たデータである実測定データを収集するデータ収集部と、前記実測定データを用いて前記被検体の音速分布を推定し、推定した音速分布を有する領域を超音波が伝搬した場合に素子で受信される仮想測定データを計算し、前記実測定データと前記仮想測定データとの差分波形を計算し、前記差分波形から音速分布像の計算に用いる成分又は散乱体分布像の計算に用いる成分を取得し、前記音速分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いた音速分布像の計算、又は前記散乱体分布像の計算に用いる成分の差分波形を用いた散乱体分布像の計算を行う計算部と、を備えるものである。
【０００８】
本発明の一態様によれば、前記音速分布像の計算に用いる成分は、前記超音波を送信した素子の側以外の側に散乱する散乱波の成分である前方散乱波成分であり、前記散乱体分布像の計算に用いる成分は、前記超音波を送信した素子の側に散乱する散乱波の成分である後方散乱波成分である
【０００９】
本発明の一態様によれば、前記複数の素子はリング状に等間隔に配置されており、前記計算部は、超音波を送信した素子を中心にリング円周の一半側に位置する素子に対応する差分波形を前記後方散乱波成分に分類し、リング円周の他半側に位置する素子に対応する差分波形を前記前方散乱波成分に分類する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、前記計算部は、超音波を送信した送信素子毎の音速分布像及び散乱体分布像を計算し、前記送信素子毎の音速分布像の加算、及び前記送信素子毎の散乱体分布像の加算を行う画像作成部をさらに備える。
【００１１】
本発明の一態様によれば、前記画像作成部は、前記音速分布像と前記散乱体分布像とから密度分布像を作成する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、前記音速分布像の計算は前記前方散乱波成分の差分波形の逆伝搬を含み、前記散乱体分布像の計算は前記後方散乱波成分の差分波形の逆伝搬を含む。
【００１３】
本発明の一態様によれば、前記散乱体分布像を用いて前記推定した音速分布を更新し、更新後の音速分布を用いて、前記差分波形の計算と、前記音速分布像の計算又は前記散乱体分布像の計算とを行う。
【００１４】
本発明の一態様によれば、前記複数の素子はリング状に配置されており、リング円周上の一部の素子からの前記差分波形の逆伝搬により散乱体分布像を再構成する。
【００１５】
本発明による超音波診断方法は、被検体の周囲に配置された複数の素子のいずれか１つから超音波を送信し、前記複数の素子の少なくとも一部で散乱波を受信する処理を、超音波を送信する素子を順に切り替えて行う工程と、前記散乱波を受信した素子から得たデータである測定データを収集する工程と、前記実測定データを用いて前記被検体の音速分布を推定する工程と、推定した音速分布を有する領域を超音波が伝搬して各素子で受信される仮想測定データを計算する工程と、素子毎の前記実測定データと前記仮想測定データとの差分波形を計算する工程と、素子毎の差分波形を前方散乱波成分と後方散乱波成分とに分類する工程と、前記前方散乱波成分の差分波形を用いて音速分布像を計算する工程と、前記後方散乱波成分の差分波形を用いて散乱体分布像を計算する工程と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被検体の断層面の密度分布像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における超音波診断システムの概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】演算装置の機能ブロック図である。
【図４】同実施形態による断層像作成方法を説明するフローチャートである。
【図５】図５ａは散乱体分布像であり、図５ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【図６】図６ａは散乱体分布像であり、図６ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【図７】図７ａは音速分布像であり、図７ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【図８】図８ａは音速分布像であり、図８ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【図９】変形例による断層像作成方法を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０ａ，１０ｂはシミュレーションモデルを示す図であり、図１０ｃは後方散乱画像を示し、図１０ｄは前方散乱画像を示す。
【図１１】前方散乱波成分を受信する素子及び後方散乱波成分を受信する素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。本発明の実施形態に係る超音波診断システムは、人体等の被検体に超音波を照射し、受信した信号を用いて被検体の断層像を作成する。医師は、作成された断層像を確認することで、悪性腫瘍等の病変を診断することができる。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波診断システム１０は、リングアレイＲと、スイッチ回路１１０と、送受信回路１２０と、演算装置１３０と、画像表示装置１４０とを備えている。
【００２０】
リングアレイＲは、複数の振動子が組み合わさって構成される、好ましくは直径８０〜５００ｍｍ、より好ましくは直径１００〜３００ｍｍのリング型形状の振動子である。また、リングアレイＲは、直径を可変とする構成をとることもできる。本実施形態では一例として、４つの凹面型振動子Ｐ０１〜Ｐ０４を組み合わせたリング形状の振動子を用いる。
【００２１】
例えば、凹面型振動子Ｐ０１〜Ｐ０４が、それぞれ２５６個の短冊形圧電素子Ｅ（以下、単に「素子Ｅ」とも呼ぶ。）を有する場合、リングアレイＲは１０２４個の素子Ｅから構成されることになる。凹面型振動子Ｐ０１〜Ｐ０４に設けられる素子Ｅの数は限定されず、好ましくは１〜１０００個、より好ましくは１００〜５００個である。
【００２２】
各素子Ｅは、電気的信号と超音波信号とを相互変換する機能を有する。素子Ｅは被検体Ｔに超音波を送信し、被検体Ｔで散乱される散乱波を受信し、電気的信号を測定データとして形成する。散乱波は、前方散乱波、後方散乱波（前方散乱波以外の散乱波をいい、側方散乱波を含む）等を含む。
【００２３】
本実施形態では、各素子Ｅが、超音波の送信及び受信の両方の機能を備えるものとして説明するが、これに限定されない。例えば、超音波の送信機能及び受信機能のうちいずれか一方のみを有する送信素子又は受信素子を使用し、複数の送信素子及び複数の受信素子をリング状に配置してもよい。また、送信及び受信の両方の機能を備える素子と、送信素子と、受信素子とが混在する構成であってもよい。
【００２４】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。例えば、リングアレイＲは、穴の開いたベッドの下に、ベッドの穴と挿入部ＳＰとが重畳するように設置される。被験者はベッドの穴から、撮像対象となる身体の部位（被検体Ｔ、例えば乳房）を挿入部ＳＰに挿入する。
【００２５】
被検体Ｔを挿入するための挿入部ＳＰは、リングアレイＲの中央に設けられている。リングアレイＲの複数の素子Ｅは、リングに沿って挿入部ＳＰの周囲に等間隔で設けられている。リングアレイＲの内周側には、音響レンズと呼ばれる凸面レンズが表面に取り付けられている。このような表面加工をリングアレイＲの内周側に施すことで、各素子Ｅが送信する超音波を、リングアレイＲを含む平面内に収束させることができる。リングアレイＲと被検体Ｔとの間は、例えば水で満たされている。
【００２６】
本実施形態では、各素子Ｅを等間隔にリング状に配置しているが、リングアレイＲの形状は円形に限定されず、例えば、六角形、正方形、三角形など任意の多角形、少なくとも一部に曲線や円弧を含む形状、その他任意の形状、または、これらの形状の一部（例えば、半円や円弧）であってもよい。すなわち、リングアレイＲは、アレイＲと一般化することができる。
【００２７】
リングアレイＲはスイッチ回路１１０を介して送受信回路１２０に接続されている。送受信回路１２０（制御部）は、リングアレイＲの素子Ｅに制御信号（電気的信号）を送信し、超音波の送受信を制御する。例えば、送受信回路１２０は、素子Ｅに対して、送信する超音波の周波数や大きさ、波の種類（連続波やパルス波等）等を指示する。
【００２８】
スイッチ回路１１０は、リングアレイＲの複数の素子Ｅの各々に接続されており、送受信回路１２０からの信号を任意の素子Ｅに伝達し、素子Ｅを駆動させ、信号の送受信を行わせる。例えば、スイッチ回路１１０が、送受信回路１２０からの制御信号を供給する素子Ｅを切り替える制御を行うことで、複数の素子Ｅのいずれか１つを、超音波を送信する送信素子として機能させ、複数（例えば全て）の素子Ｅで散乱波を受信させる。
【００２９】
全ての素子Ｅを同時に駆動して測定データを収集してもよいし、リングアレイＲの複数の素子Ｅをいくつかのグループに分けて、グループ単位で順に測定データを収集してもよい。グループの切り替えを数μｓ〜ｍｓオーダ以下で行うことで、ほぼリアルタイムに測定データの収集を行うことができる。
【００３０】
リングアレイＲは、ステッピングモータ等により上下動可能に設置されている。リングアレイＲを上下動させて、被検体Ｔの全体のデータ収集が行われる。
【００３１】
演算装置１３０は、例えばＣＰＵ、記憶部（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等）、通信部等を備えたコンピュータにより構成されている。記憶部に格納されたプログラムが実行されることで、図３に示すような、送信素子決定部１３１、データ収集部１３２、計算部１３３、画像作成部１３４等の機能が実現され、計算結果格納領域１３５及び測定データ格納領域１３６が記憶部に確保される。各部による処理については後述する。
【００３２】
次に、本実施形態による断層像作成方法を図４に示すフローチャートを用いて説明する。以下の説明では、リングアレイＲは、２５６個の素子Ｅ１〜Ｅ２５６が設けられているものとする。素子Ｅ１〜Ｅ２５６はこの順番で円周上に等間隔に配置されている。
【００３３】
まず、被検体Ｔを挿入部ＳＰに挿入していない状態（被検体Ｔがない状態であれば、いかなる状態でもよく、例えば、被検体Ｔを挿入する筐体や水が存在する状態でもよい）で、送信素子を切り替えながら超音波を送信し、複数の素子で受信する（ステップＳ１）。例えば、素子Ｅ１から超音波を送信し、全ての素子Ｅ１〜Ｅ２５６で透過波の受信を行う。送信素子を素子Ｅ１から素子Ｅ２５６まで順に切り替えながら、全ての素子Ｅ１〜Ｅ２５６で透過波の受信を行う。
【００３４】
送信素子決定部１３１は、素子Ｅ１〜Ｅ２５６から順に超音波が送信されるように、送受信回路１２０に指示する。データ収集部１３２は、スイッチ回路１１０及び送受信回路１２０を介して、素子Ｅ１〜Ｅ２５６により得られたデータである測定データ（受信データ）を収集（受信又は取得することを含む）する。測定データ（透過波データ）は、測定データ格納領域１３６に格納される。
【００３５】
透過波データの測定は事前に行っておいてもよい。
【００３６】
次に、挿入部ＳＰから被検体Ｔを挿入した状態で、送信素子を切り替えながら超音波を送信し、複数の素子で散乱波を受信する（ステップＳ２）。例えば、素子Ｅ１から超音波を送信し、全ての素子Ｅ１〜Ｅ２５６で散乱波の受信を行う。送信素子を素子Ｅ１から素子Ｅ２５６まで順に切り替えながら、全ての素子Ｅ１〜Ｅ２５６で散乱波の受信を行う。
【００３７】
素子Ｅ１〜Ｅ２５６により得られたデータである実測定データ（散乱波データ）は、測定データ格納領域１３６に格納される。
【００３８】
ステップＳ１，Ｓ２で得られる測定データは、第１軸が受信素子番号、第２軸が信号到達時間、第３軸が送信素子番号となる３次元データである。
【００３９】
計算部１３３が、ステップＳ２で取得した実測定データを用いて、撮像領域の音速分布の推定値を計算する（ステップＳ３）。例えば、ステップＳ２で取得した実測定データを用いて開口合成法による断層像を生成し、被検体Ｔの輪郭を抽出する。そして、透過波の信号到達時間から、被検体Ｔ内の平均音速を計算する。あるいはまた、公知のｒａｙ−ｂａｓｅの音速分布再構成法を用いて音速分布を計算する。計算結果は、計算結果格納領域１３５に格納される。
【００４０】
素子Ｅ１〜Ｅ２５６のうち未選択の素子を１つ選択する（ステップＳ４）。計算部１３３が、ステップＳ３で算出した音速分布の推定値を用いて、ステップＳ４で選択した素子から超音波を送信した場合に、各素子で受信される仮想測定データ（エミュレートデータ）を算出する（ステップＳ５）。
【００４１】
例えば、計算部１３３は、波動方程式やヘルムホルツ方程式を数値的に解き、ステップＳ３で算出した音速分布を有する領域を伝搬する超音波の挙動を計算し、各素子で受信される仮想測定データを求める。
【００４２】
計算部１３３が、測定データ格納領域１３６から、ステップＳ２で取得した実測定データのうち、送信素子がステップＳ４で選択した素子であるデータを取り出す。計算部１３３は、受信素子毎に、取り出した実測定データから、ステップＳ５で計算した仮想測定データを減算し、差分波形を算出する（ステップＳ６）。
【００４３】
ステップＳ２で取得した実測定データは、音速分布に関する大きな構造から散乱された第１の波と、音速分布に関する微細構造及び密度変化の構造で散乱された第２の波を含む。一方、ステップＳ５で算出した仮想測定データは、ステップＳ３で算出した音速分布に関する大きな構造から散乱された波であり、上述の第１の波に相当する。従って、実測定データから仮想測定データを減じることで、第１の波の成分がキャンセルされ、上述の第２の波の成分を主成分とする波の成分が残る。
【００４４】
計算部１３３が、受信素子毎の差分波形を、音速分布像の計算に用いる成分と散乱体分布像の計算に用いる成分に、例えば、後方散乱波成分と前方散乱波成分とに分類する（ステップＳ７）。前方散乱波成分は、超音波を送信した素子の側以外の側に散乱する散乱波の成分であり、後方散乱波成分は、超音波を送信した素子の側に散乱する散乱波の成分である（図１１参照）。例えば、送信素子を中心にリングアレイＲの一半側に位置する受信素子の差分波形を、後方散乱波成分に分類する。リングアレイＲの他半側に位置する受信素子の差分波形を、前方散乱波成分に分類する。
【００４５】
例えば、素子Ｅ１が送信素子である場合、素子Ｅ１を中心にリングアレイＲの一半側に位置する素子Ｅ１９３〜Ｅ２５６、Ｅ１〜Ｅ６４の差分波形が後方散乱波成分に分類される。また、リングアレイＲの他半側に位置する素子Ｅ６５〜Ｅ１９２の差分波形が前方散乱波成分に分類される。
【００４６】
計算部１３３が、前方散乱波成分から音速分布像を計算する（ステップＳ８）。前方散乱波成分として分類された差分波形を、受信素子位置から送信素子に向かって逆向きに打ち直すことによって、つまり、空間と時間を離散化して、時間領域有限差分法などのアルゴリズムにより波動方程式を解き、波をリングアレイＲ内に伝搬させることによって、集束する散乱位置を検出する、いわゆるバックプロパゲーション法を用いて音速分布像を計算する。
【００４７】
計算部１３３が、後方散乱波成分から散乱体分布像を計算する（ステップＳ９）。散乱体分布像の計算は、上述したステップＳ８と同様の手法を用いることができる。
【００４８】
ステップＳ５〜Ｓ９の処理を、全ての送信素子について行う（ステップＳ１０）。これにより、送信素子と同数（例えば２５６個）の音速分布像及び散乱体分布像が得られる。
【００４９】
画像作成部１３４が、得られた音速分布像を加算し、最終的な音速分布像を生成する（ステップＳ１１）。また、画像作成部１３４が、全ての散乱体分布像を加算し、最終的な散乱体分布像を生成する。ＲＦデータを加算してもよく、絶対値データや包絡線検波後のデータを加算してもよい。
【００５０】
散乱は音響インピーダンスＺ＝ρｃ（ρ：密度、ｃ：音速）の空間微分であり、散乱体分布像は、音速分布及び密度分布を含む。画像作成部１３４は、音速分布像及び散乱体分布像を比較し、例えば散乱体分布像から音速分布像を減じることで、密度分布像を生成する（ステップＳ１２）。画像作成部１３４により生成された画像は、画像表示装置１４０に表示される。
【００５１】
このように本実施形態によれば、前方散乱波成分と後方散乱波成分とを分類し、後方散乱波よりも振幅の大きい透過波（前方散乱波）の影響を分離した上で、後方散乱波成分を時間反転して打ち直す。そのため、密度分布と音速分布とをそれぞれ独立して評価することができる。密度分布を画像化することで、超音波ＣＴを臨床的にさらに有効な診断手法にすることができる。
【００５２】
シミュレーション
上記実施形態による断層像作成方法を用いて、後方散乱波成分に基づく散乱体分布像の有効性をシミュレーションによって実証する。
【００５３】
＜シミュレーション１＞
リングアレイの径方向内側に、８個の点散乱体を同心円の円周上に等間隔に配置した。上記実施形態による方法で計算を行い、後方散乱波成分に基づく散乱体分布像を作成した。シミュレーション条件は以下の通りである。下記の５つの条件は、シミュレーション１〜４において共通である。
リングアレイ素子数：２５６個
リングアレイ半径：５０ｍｍ
サンプリング周波数：５ＭＨｚ
励起：単位インパルス
リングアレイの中心から８個の点散乱体までの距離：７．５ｍｍ
【００５４】
点散乱体は、１２時の位置から反時計回りに、密度を１０ｋｇ／ｍ３ずつ段階的に増やした。
【００５５】
結果を図５ａ，５ｂに示す。図５ａは散乱体分布像を示す。図５ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。図５ｂの横軸の番号１〜８は、１２時の位置から反時計回りに順に配置された点散乱体に相当する。
【００５６】
＜シミュレーション２＞
８個の点散乱体の密度を、それぞれ、シミュレーション１よりも１０ｋｇ／ｍ３増加させた。また、点散乱体のサイズ（半径）を、１２時の位置から反時計回りに、１／８ｍｍから１ｍｍまで１／８ｍｍずつ段階的に増加させた。その他の条件はシミュレーション１と同じとした。
【００５７】
結果を図６ａ，６ｂに示す。図６ａは散乱体分布像を示す。図６ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【００５８】
＜シミュレーション３＞
８個の点散乱体の音速を、１２時の位置から反時計回りに２ｍ／ｓずつ段階的に増やした。その他の条件はシミュレーション１と同じとし、前方散乱波成分に基づく音速分布像を作成した。
【００５９】
結果を図７ａ，７ｂに示す。図７ａは音速分布像を示す。図７ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【００６０】
＜シミュレーション４＞
８個の点散乱体の音速を、それぞれ、シミュレーション３よりも１０ｍ／ｓ増加させた。また、シミュレーション２と同様に、点散乱体のサイズ（半径）を、１２時の位置から反時計回りに、１／８ｍｍから１ｍｍまで１／８ｍｍずつ段階的に増加させた。その他の条件はシミュレーション３と同じとした。
【００６１】
結果を図８ａ，８ｂに示す。図８ａは音速分布像を示す。図８ｂは点散乱体の輝度を示すグラフである。
【００６２】
図７ａ，７ｂに示すように、音速分布像は、輝度が音速に比例した。また、図８ａ，８ｂに示すように、音速分布像では、輝度が散乱体サイズにも依存した。
【００６３】
一方、図５ａ，５ｂ、図６ａ，６ｂに示すように、散乱体分布像は、輝度が密度に比例するが、輝度の散乱体サイズ依存性は小さいことが確認された。
【００６４】
ここまで図５から図８では、密度を変えた散乱体モデルと音速を変えた散乱体モデル、それぞれを別々のシミュレーションで検討した。また散乱体の形状が円形であり、実際の生体中の構造と大きく異なる。
【００６５】
図１０に、音速分布と密度分布を同時に持たせたモデルにおける検討の結果を示す。音速分布はＭＲＩによる臨床画像から、画像の輝度に応じた組織のセグメンテーションを行い、現実的に対象として存在しうる構造をモデル化した。
【００６６】
具体的には、水（乳房領域の外部）、皮膚、乳腺組織、脂肪の４組織に、輝度と、輪郭の内外の判定からセグメンテーションを行い、それぞれの音速は１５００，１６４０，１５５０，１４５０ｍ／ｓとした（図１０ａ参照）。これに図１０ｂに示した密度を変更した点散乱体を重畳したモデルを作成した。
【００６７】
点散乱体の音速は周囲音速と同一であり、密度は１１００ｋｇ／ｍ３である。それ以外の組織は全て密度が１０００ｋｇ／ｍ３である。エコーデータを計算し、画像再構成した結果を、それぞれ図１０ｃに示す後方散乱画像、図１０ｄに示す前方散乱画像である。
【００６８】
一般に、ステップＳ３に相当する初期音速分布の推定値は、空間解像度においては、真値を上回ることはない（撮像における解像度の限界）。今回の計算の中では、設定したモデルに対して空間方向にローパスフィルタを与えたモデルをステップＳ３における初期音速分布推定値として用いた。
【００６９】
１つのモデル内で音速分布と密度分布とを同時に与えているが、図１０ｃに示す後方散乱像は音速分布を反映した画像、図１０ｄに示す前方散乱像は密度分布を反映した画像として、それぞれ画像化されていることが確認できる。
【００７０】
また、別の実施例として、図９に示す方法を説明する。図４に示す実施方法では、ステップＳ３は公知の方法によって既に設定された状態で最終画像を構築する方法であった。ステップＳ１１にて、ステップＳ３より高精度な音速分布像が求まった時に、これを活用する方法として、ステップＳ１１の計算結果を踏まえ、ステップＳ３の音速分布を更新し、ステップＳ４以降を繰り返すことも可能である。
【００７１】
この時、ステップＳ１１では、真値とステップＳ３の音速分布像との差分の絶対値が求まるので、厳密には「真値−ステップＳ３での推定値」の符号情報が失われている。そこでステップＳ１１の情報の符号として正負両方の可能性があることを考慮しながら、予め定めたコスト関数が最小化するようにステップＳ３の音速分布を更新する。コスト関数としては、例えば隣接画素間の差分絶対値の総和などが想定される。
【００７２】
このようなステップＳ３の音速分布の更新が有効なのは以下の観点による。ステップＳ６において差分波形を計算する際に、実際のパルス伝搬時間Ｔ１と推定されたパルス伝搬時間Ｔ２の差ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２がパルス幅ＰＷより大きくなってしまった場合に、差分波形が実際の受信パルスとエミュレートされた受信パルスが時間軸上で分離してしまう。この結果、逆伝搬における散乱体源へ集束の精度が低下してしまう。そのため、ステップＳ１１で新たに求めた音速分布情報を用いて、ステップＳ３の音速分布を更新し、再構成処理を改めて行うことで、演算精度の向上を見込むことで出来る。
【００７３】
この時、精度が確保できていない段階では、パルス幅ＰＷが長い条件を用いて（低周波のパルスを用いることや、サイクル数の長いパルスを用いる）、ステップＳ１３からステップＳ３にループが更新される都度、パルス幅ＰＷを短くしていくという構成をとる。この場合、より正確にはステップＳ１３からステップＳ２にループが戻り、ステップＳ２の送信波形も変更して、送信、撮像を再度行う。
【００７４】
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
本出願は、２０１７年１０月３１日付で出願された日本特許出願２０１７−２１０７３７に基づいており、その全体が引用により援用される。
【符号の説明】
【００７５】
１０  超音波診断システム
１１０  スイッチ回路
１２０  送受信回路
１３０  演算装置
１４０  画像表示装置
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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