(57)【要約】  本発明の超音波診断装置は、被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための第１、第２および第３の駆動信号を生成する送信部１０２と、第１、第２および第３の駆動信号による超音波が被検体において反射することにより得られるエコーを探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ第１、第２および第３の利得で増幅することにより第１、第２および第３の受信エコー信号を生成する受信部１０３と、第１の受信エコー信号を記憶する記憶部１１０と、記憶部に記憶された第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に強エコー領域および弱エコー領域を決定し、強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、第２および第３の利得を決定する調整部１１１と、第２および第３の受信エコー信号から強エコー領域の変位量および弱エコー領域の変位量をそれぞれ測定する変位測定部１１２と、強エコー領域の変位量および弱エコー領域の変位量から、被検体の計測領域内の性状特性値を算出する性状値算出部１０５とを備える。
2010001564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための第１の駆動信号を含むＮ種類（Ｎは３以上の整数）の駆動信号を生成する送信部と、
前記Ｎ種類の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の駆動信号に基づく第１の受信信号およびＮ−１個の受信エコー信号を生成する受信部と、
前記第１の受信エコー信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内にＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域を決定し、前記Ｍ種類のエコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記受信部におけるＮ−１種類の受信エコー信号を生成するための増幅の利得、または、前記第１の駆動信号以外のＮ−１種類の駆動信号の波形を決定する調整部と、
前記Ｎ−１種類の受信エコー信号から前記Ｍ種類のエコー領域における変位量をそれぞれ測定する変位測定部と、
前記Ｍ種類のエコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する性状値算出部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記Ｎ−１およびＭは２であって、
前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、
前記送信部は、前記の第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、
前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ第１、第２および第３の利得で増幅することにより、前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号を生成し、
前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第２および第３の利得を決定し、
前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、
前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２および第３の受信エコー信号のそれぞれ前記強エコー領域および前記弱エコー領域における振幅の最大値が所定の範囲内の値になるよう、前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の利得を一定に保つ請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記Ｎ−１およびＭは２であって、
前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、
前記送信部は、前記の第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、
前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、
前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に、前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記送信部の前記第２および第３の駆動信号の波形を決定し、
前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、
前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記第１のエコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の前記強エコー領域における振幅の最大値および前記第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅の最大値がそれぞれ所定の範囲内の値になるよう、前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記駆動信号の振幅値を調整する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の駆動信号の波形を一定に保つ請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記第１の受信エコー信号の特徴量が前記第１の受信エコー信号の振幅である請求項３または７に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値以上の部分を前記強エコー領域と決定する請求項１１に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値より小さい部分を前記弱エコー領域と決定する請求項１２に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値と標準偏差とに基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から前記心周期に関する情報を受け取る請求項４または９に記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
前記性状特性は歪み量である請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項２０】
前記性状特性は弾性率である請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項２１】
前記被検体上に複数の音響線を設定し、複数の超音波が対応する音響線上において前記被検体を走査するように、前記送信部が前記第１、第２および第３の駆動信号をそれぞれ複数生成し、
前記受信部は前記複数の音響線上において複数の第１、第２および第３の受信エコー信号を生成し、
前記記憶部は、前記複数の第１の受信エコー信号を記憶する請求項２または３に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の組織性状を測定す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、被検体内の生体情報を取得する。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取得する。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。【０００３】
近年、エコー信号の振幅や位相情報を解析することで、被検体内の組織の動きを測定し、その組織の歪みや弾性特性、粘性特性などの組織性状を把握するという試みがある。たとえば、特許文献１や非特許文献１は、心拍に起因する血管壁に設定された測定点の変位量から歪み量を求め、歪み量と血圧差から、測定点周辺の局所的な弾性特性を求める方法および、弾性特性の空間分布を画像表示する方法を開示している。以下、これらの方法を説明する。【０００４】
動脈壁は拍動による血圧変化により変形するが、この変形度合い（歪み量）と、血圧によって生ずる動脈壁内の応力との関係から動脈壁の弾性特性が定義される。ここで、動脈壁内の応力分布を非観血的に計測することや、間接的に推定することは困難である。このため、一心拍間における動脈壁の歪み量εを超音波を利用して計測すると共に、別途血圧計にて計測した最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとの差、つまり、脈圧ΔＰ＝Ｐｓ−Ｐｄとの関係から、式（１）で示すように動脈血管壁の弾性特性Ｅを定義する。
【数１】
2010001564.tif 000003
【０００５】
超音波による歪み量の計測はたとえば以下の方法によって行うことができる。【０００６】
図１２（ａ）に示すように、被検体５０３中の動脈血管５０２の血管壁において、内膜側のＡ点および外膜側のＢ点を設定する。探触子５０１から超音波ビーム５０４を送信し、得られるエコー信号からこの２点間の血管壁の歪み量εを計測することを考える。【０００７】
時刻ｔでのこの２点の位置をそれぞれＸＡ（ｔ）、ＸＢ（ｔ）とし、心拡張末期における心電図のＲ波をトリガとして時刻ｔ＝０を設定する。図１２（ｂ）は、ＸＡ（ｔ）およびＸＢ（ｔ）の波形の一例を示している。ｔ＝０後、ＸＡ（ｔ）およびＸＢ（ｔ）が減少するが、これは、血管が収縮するからである。【０００８】
初期厚さｈ0は、ｈ0＝ＸＢ（０）−ＸＡ（０）で表わされ、最大厚さ変化量Δｈは、式（２）で表わされる。
【数２】
2010001564.tif 000004
歪み量εは式（３）で表される。ここで、ＭＡＸ［＊］は＊の最大値を返す関数である。
【数３】
2010001564.tif 000005
【０００９】
一般に動脈血管の拡張・収縮に伴う動脈壁の変位は数百μｍ程度であるのに対し、血管壁の最大厚さ変化量Δｈは数十μｍ程度であり、計測に用いる超音波の波長（約３００μｍ）よりも１桁程度小さな厚さ変化を正確に捉える必要がある。【００１０】
上述の説明では、内膜側と外膜側の２点間の歪み量εの算出ついて説明したが、特許文献１および非特許文献１で示されている方法では、図１３に示すように、計測領域５１０内において、１本の超音波ビーム５０４上に８０μｍ程度の間隔で複数の変位計測点を設定し、各計測点の変位量を計測する。測定に用いる超音波のパルス幅が約４００μｍ程度であることから、式（１）の初期厚さｈ0が４００μｍ程度となるように２つの計測点を選択し、その２点間では厚さ変化が均一であると仮定して式（２）により最大厚さ変化量Δｈを算出し、その２点間の中心点における最大厚さ変化量をΔｈとする。この層を血管壁の内膜側から外膜側まで変位計測点間隔分ずつ、縦方向に移動させながら、各々の計測点に関してΔｈを算出する。さらに、超音波ビーム５０４を血管５０２の長軸方向に沿って数百μｍ程度の間隔で走査することによって、血管壁の軸方向と深さ方向に数千個の微小領域を設定し、各微小領域においてΔｈを算出する。このようにして得られたｈ、Δｈとから各微小領域の歪み量εを算出し、別途血圧計にて計測した脈圧ΔＰとから、式（１）にしたがって各微小領域５１１の弾性特性Ｅを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２２９０７８号
【特許文献２】特許第２５０７３８３号
【特許文献３】特開２００６−２３０６１８号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】金井他、ＩＮＮＥＲＶＩＳＩＯＮ  ２０，９，ｐｐ．３１−３３，２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の方法において、各測定点の変位量を正確に測定するためには、各測定点でのエコー信号のＳＮ比が大きいこと、つまり、各測定点でのエコー信号の振幅が大きく、かつ、飽和していないことが必要となる。【００１４】
種々の受信装置などには、受信信号の強度を一定に保つため、自動利得調整回路（ＡＧＣ）が備えられている。しかし、ＡＧＣはテレビ映像信号のような連続した信号を対象としているため、公知のＡＧＣを特許文献１や非特許文献１に開示された超音波診断装置に用いると、エコー強度の弱い部分から強い部分へ切り替わるところで受信信号が飽和してしまう。【００１５】
このような問題を解決するため、特許文献２は、超音波深傷用受信装置において、時間ゲート回路を用いて対象物からのエコー信号のピークを検出し、そのピークが最大になるように利得を調整することを開示している。しかし、この手法を特許文献１や非特許文献１で開示されている超音波診断装置に適用する場合、１つの音響線を構成するエコーの受信中に利得が変化してしまい、測定点の変位を正確に測定できないという問題が生じる。【００１６】
特許文献３は、受信されたエコー信号の最大値に基づき、被検体の変形の周期に同期して、エコー信号の利得または被検体へ照射する超音波部信号の強度の少なくとも一方を調整することを開示している。しかし、一般に生体組織からのエコー信号の強度は、対象組織の構造によって大きく異なる。このため、動脈血管の軸に対して垂直に音響走査線を設定し、超音波を送信してエコー信号を取得した場合、血流−内膜境界や中膜−外膜境界付近などのエコー強度が非常に高い部分と、内中膜領域や周辺組織などに存在するエコー強度の弱い部分とで、エコー信号のＳＮ比が大きく異なってしまい、測定対象領域内で変位測定精度に大きなばらつきが生じてしまう。【００１７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、被検体の性状特性を精度良く測定できる超音波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】
【００１８】
本発明の超音波診断装置は、被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための第１の駆動信号を含むＮ種類（Ｎは３以上の整数）の駆動信号を生成する送信部と、前記Ｎ種類の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の駆動信号に基づく第１の受信信号およびＮ−１個の受信エコー信号を生成する受信部と、前記第１の受信エコー信号を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内にＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域を決定し、前記Ｍ種類のエコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記受信部におけるＮ−１種類の受信エコー信号を生成するための増幅の利得、または、前記第１の駆動信号以外のＮ−１種類の駆動信号の波形を決定する調整部と、前記Ｎ−１種類の受信エコー信号から前記Ｍ種類のエコー領域における変位量をそれぞれ測定する変位測定部と、前記Ｍ種類のエコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する性状値算出部とを備える。【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記Ｎ−１およびＭは２であって、前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、前記送信部は、前記第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ第１、第２および第３の利得で増幅することにより前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第２および第３の利得を決定し、前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する。【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記Ｎ−１およびＭは２であって、前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、前記送信部は、前記第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより前記第１の受信エコー信号と、第１、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に、前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記送信部の前記第２および第３の駆動信号の波形を決定し、前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する。【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の利得を一定に保つ。【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の駆動信号の波形を一定に保つ。【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第１の受信エコー信号の特徴量が前記第１の受信エコー信号の振幅である。【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の強エコー領域における振幅値および第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅値がそれぞれ所定の範囲内になるよう、前記第２および第３の利得を決定する。【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の強エコー領域における振幅値および第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅値がそれぞれ所定の範囲内になるよう、第２および第３の駆動信号の波形を決定する。【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値以上の部分を前記強エコー領域と決定する。【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値より小さい部分を前記弱エコー領域と決定する。【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて決定される。【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定される。【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値と標準偏差とに基づいて決定される。【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２および第３の受信エコー信号のそれぞれ前記強エコー領域および前記弱エコー領域における振幅の最大値が所定の範囲内の値になるよう、前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する。【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１のエコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の前記強エコー領域における振幅の最大値および前記第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅の最大値がそれぞれ所定の範囲内の値になるよう、前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する。【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する。【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する。【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から前記心周期に関する情報を受け取る。【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記駆動信号の振幅値を調整する。【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は歪み量である。【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は弾性率である。【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記被検体上に複数の音響線を設定し、複数の超音波が対応する音響線上において前記被検体を走査するように、前記送信部が前記第１、第２および第３の駆動信号をそれぞれ複数生成し、前記受信部は前記複数の音響線上において複数の第１、第２および第３の受信エコー信号を生成し、前記記憶部は、前記複数の第１の受信エコー信号を記憶する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、第１の駆動信号による第１の受信エコー信号を用いて被検体の計測領域中に受信エコー信号の信号強度が強い強エコー領域と信号強度が弱い弱エコー領域とを決定し、第１の受信エコー信号の強エコー領域および弱エコー領域における信号強度に関する特徴量から第２および第３の利得を決定する。決定した第２および第３の利得を用いて増幅された第２および第３の受信エコー信号は、それぞれ、強エコー領域および弱エコー領域における信号強度が飽和しない範囲で最も大きくできる。このため、ＳＮ比の高い受信エコー信号を利用することができ、計測領域全体において同程度に精度の高い測定結果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ受信部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は図１の超音波診断装置によって得られる断層画像の一例を示し、図３（ｂ）は計測領域を走査する超音波およびその音響線上に設定される変位計測点を説明する図である。図３（ｃ）はある音響線上で得られた受信エコー信号の信号強度を示す図である。
【図４】図４（ａ）は第１の駆動信号の波形を示し、図４（ｂ）は第１の受信エコー信号の波形を示し、図４（ｃ）は第１の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図５】図５（ａ）は第２の駆動信号の波形を示し、図５（ｂ）は第２の受信エコー信号の波形を示し、図５（ｃ）は第２の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図６】図６（ａ）は第３の駆動信号の波形を示し、図６（ｂ）は第３の受信エコー信号の波形を示し、図６（ｃ）は第３の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、強エコー領域および弱エコー領域と第２および第３の受信エコー信号との関係を示す模式図である。
【図８】図８は送信駆動信号と利得との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、計測領域を走査する場合の第１、第２および第３の駆動信号のタイミングを説明する模式図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、駆動信号を調整する場合の波形例を示している。
【図１１】図１１は、静止臓器の弾性特性を求めるための構成を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、血管壁に設定した変位計測点における変位量の波形を測定する方法を示す模式図および変位波形の一例を示す。
【図１３】図１３は従来の弾性特性の測定方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明による超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。本実施形態の超音波診断装置は被検体の形状特性または性状特性を測定する。特に、被検体が生体である場合において、動脈壁組織の弾性特性を測定するのに好適に用いられる。以下では、被検体中の動脈壁組織の性状特性値を測定する場合を例に挙げて本実施形態を説明する。動脈は心臓が血液を駆出することによって、周期的に拡張および収縮を繰り返すように変形している。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、送信部１０２、受信部１０３、断層画像処理部１０４、性状値算出部１０５、画像合成部１０６、記憶部１１０、調整部１１１および変位測定部１１２を備える。また、これら各部を制御する制御部１００を含んでいる。制御部１００には、図示していないキーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといったユーザーインターフェースが接続されており、操作者がユーザイーターフェースを介して制御部１００に指令を入力することにより、制御部１００が超音波診断装置の各部を制御する。制御部１００はマイクロコンピュータなどによって構成される。また、性状値算出部１０５、画像合成部１０６、記憶部１１０、調整部１１１および変位測定部１１２はソフトウエアによって以下で説明する機能が実現されていてもよい。
【００４６】
超音波診断装置には、探触子１０１およびモニタ１０７が接続される。探触子１０１には汎用のものを用いることができ、本実施形態の超音波診断装置が探触子１０１を備えていてもよい。動脈壁組織の性状特性値の二次元分布を得るためには、探触子１０１は２次元または３次元アレイプローブであることが好ましい。モニタ１０７は測定結果を表示できるものであれば、どのようなものでもよい。
【００４７】
超音波診断装置にはさらに血圧値取得部１０８および同期信号検出器１０９が接続される。血圧値取得部１０８は、たとえば、血圧計であり、被検体の最高血圧および最低血圧を計測し、超音波診断装置へ出力する。同期信号検出器１０９はたとえば、心電計であり、心周期に同期した信号を超音波診断装置へ出力する。以下において詳細に説明するように、たとえば、被検体から取得した心電波形のＲ波を超音波診断装置へ出力する。
【００４８】
送信部１０２は、制御部１００の制御に基づき、被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する。送信部１０２は、以下において詳細に説明するように、用途の異なる第１、第２および第３の駆動信号を生成し、探触子１０１へ出力する。駆動信号には複数のパルス信号が含まれる。
【００４９】
本発明では同一の音響線上で取得される受信エコー信号のうち、エコーが強い領域と弱い領域とで信号の利得を変化させる。前述したように、ひとつの受信エコー信号において途中で利得の値を変更すれば、変位量が不正確になるため、２つの駆動信号、つまり、第２および第３の駆動信号を用いる。また、音響線上の計測領域内において、エコーが強い領域であるのか弱い領域であるのかを判定するために第１の駆動信号を用いる。これらの駆動信号については、以下において詳細に説明する。
【００５０】
探触子１０１は、複数の圧電体振動子を含み、駆動信号の印加によって各圧電体振動子が振動し、超音波を生成する。より具体的には、送信部１０２によって印加される第１、第２および第３の駆動信号により超音波がそれぞれ生成し、生成した超音波は、被検体へ向けて送信される。被検体において反射した超音波はエコーとして探触子１０１へ戻る。探触子１０１は受信したエコーを電気信号に変換し、第１、第２および第３の検出信号を生成する。
【００５１】
受信部１０３は、たとえば図２（ａ）に示すように、プリアンプ１０３ａ、ゲインコントロールアンプ１０３ｂおよびＡ／Ｄコンバータ１０３ｃを含む。プリアンプ１０３ａは、探触子１０１が受信した第１、第２および第３の検出信号を所定の利得で増幅し、第１、第２および第３の受信エコー信号を得る。ゲインコントロールアンプ１０３ｂは、調整部１１１からの制御信号に基づいて利得を変化させることが可能である。より具体的には、調整部１１１からの制御信号に基づいて第１、第２および第３の検出信号を第１、第２および第３の利得で増幅する。得られた第１、第２および第３の受信エコー信号はＡ／Ｄコンバータ１０３ｃへ出力され、それぞれデジタル信号に変換される。なお、図１および図２（ａ）には示していないが、受信部１０３はビームフォーマをさらに含み、探触子１０１の複数の圧電体振動子のそれぞれの遅延時間を制御する。これにより、探触子１０１の複数の圧電体振動子で検出したエコーによる信号が、所定の方向から得られる反射波となるようにプリアンプ１０３ａに入力される前に合成される。
【００５２】
本実施形態では、性状値を求めるために、受信エコー信号はＡ／Ｄコンバータ１０３ｃによってデジタル処理される。このため、Ａ／Ｄコンバータ１０３ｃのＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジの上限が受信エコー信号の飽和レベルとなる。ただし、本発明にＡ／Ｄコンバータは必須ではなく、受信エコー信号をアナログ処理する場合でも、信号処理が正しく行える振幅の上限が存在し、その上限が受信エコー信号の飽和レベルとなる。
【００５３】
記憶部１１０は、デジタル化された第１の受信エコー信号を記憶する。調整部１１１は、記憶部１１０に記憶された第１の受信エコー信号の特徴量、特に信号強度に関する特徴量に基づき、第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内で、信号強度が相対的に大きい強エコー領域および信号強度が相対的に小さい弱エコー領域を決定する。さらに強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づき、第２および第３の利得を決定する。決定した利得で第２および第３の検出信号を増幅するように受信部１０３に指令を出力する。
【００５４】
変位測定部１１２は、受信部１０３から第２および第３の受信エコー信号を取得し、第２の受信エコー信号から強エコー領域の変位量を測定する。また、第３の受信エコー信号から弱エコー領域の変位量を測定する。変位測定部１１２および性状値算出部１０５における演算は、たとえば、特許文献１および非特許文献１に開示された方法により行うことができる。
【００５５】
性状値算出部１０５は、強エコー領域の変位量および弱エコー領域の変位量から、被検体の計測領域内の性状特性値、具体的には、弾性特性や歪み量、粘性特性などを算出する。たとえば、強エコー領域内にある変位計測点の変位量および弱エコー領域内にある変位計測点の変位から、任意の２つの測定点間の厚さ変化量（歪み量）を求める。さらに、血圧値取得部１０８から被検体の最高血圧および最低血圧に関する情報を受け取り、これらを用いて被検体組織の弾性特性を求める。算出された弾性特性や歪み量などの性状値は画像合成部１０６へ出力される。
【００５６】
断層画像処理部１０４は、フィルタ、検波器、対数増幅器などからなり、受信エコー信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化した断層画像のデータを生成する。得られた断層画像のデータは画像合成部１０６に出力される。
【００５７】
画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４から得られた断層画像の上に、性状値算出部１０５によって得られた弾性特性の二次元分布画像を重畳し、モニタ１０７に表示させる。性状値算出部１０５で求めた弾性特性などを数値のままモニタ１０７に表示してもよいし、統計処理をほどこし、グラフ化してもよい。モニタ１０７の表示は、被検体の変形の周期に同期して更新するようにしてもよい。
【００５８】
以下、本実施形態の超音波診断装置の動作をより具体的に説明する。図３（ａ）は、本実施形態の超音波診断装置により得られる頚動脈血管壁２００近傍の断層画像を示している。この断層画像は、図３（ｂ）に示すように、計測領域５１１内において被検体をｍ本の超音波ビーム５０４で走査することにより得られる。各超音波ビーム５０４の音響線上には変位計測点５０６が所定の間隔で設定され、前述したように、各変位計測点での変位量が算出され、算出された変位量から弾性特性が算出される。
【００５９】
図３（ａ）に示す断層画像は通常、被検体の１心周期中、複数枚取得され、リアルタイムで画像が更新される。各断層画像はフレームと呼ばれる。以下の説明では、まず、図３（ｂ）における１本の音響線上において計測を行う場合を例に挙げて説明する。
【００６０】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の破線５０４で示す音響線上において得られた受信エコー信号強度の計測領域における深さ方向の分布曲線である。図３（ｃ）において２００で示される領域が頚動脈血管壁である。たとえば、頚動脈血管壁の弾性特性を測定する場合、頚動脈血管壁２００における受信エコー信号の強度分布は非常に広い。本実施形態の超音波診断装置では、このようにエコー強度が大きく異なる部分を測定領域に含む場合において、まず、エコー強度が強い領域と弱い領域とを決定する。
【００６１】
このために第１の駆動信号を用いる。図４（ａ）は第１の駆動信号２１１の波形を示しており、図４（ｂ）は第１の駆動信号２１１による超音波が被検体で反射し、得られた第１の受信エコー信号２１２の波形を示している。また、図４（ｃ）は、第１の受信エコー信号２１２の信号強度２１３を示している。これらの図において、横軸は、測定領域内の深さ方向の位置を示している。
【００６２】
探触子１０１によって受信された第１の検出信号は、受信部１０３において第１の利得で増幅され、第１の受信エコー信号が生成する。この第１の利得は、第１の受信エコー信号２１２の最大振幅部分が飽和しない値にあらかじめ設定されており、第１の受信エコー信号２１２は記憶部１１０に記憶されている。
【００６３】
調整部１１１は、記憶部１１０から第１の受信エコー信号２１２のデータを読み込み、第１の受信エコー信号２１２の特徴量に基づき、第１の受信エコー信号２１２の音響線上における計測領域内に強エコー領域および弱エコー領域を決定する。特徴量としては、第１の受信エコー信号の強度を示す特徴量を算出することが好ましい。たとえば、第１の受信エコー信号の包絡線検波波形、もしくは、第１の受信エコー信号の対数表示を信号強度曲線２１３として用いる。あるいは、第１の受信エコー信号の絶対値を求め、そのまま振幅値として利用してもよい。
【００６４】
次に、たとえば、第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて閾値を定める。たとえば、信号強度曲線２１３の最大値Ｓ1を１として、最大値の１／１０を閾値として決定する。閾値よりも信号強度が小さい部分を第１の受信エコー信号の計測領域内において弱エコー領域２０２として決定する。より具体的には、閾値よりも信号強度が小さい変位計測点を特定し、特定された変位計測点が弱エコー領域２０２に属すると決定する。また、信号強度が閾値以上である部分を強エコー領域２０１と決定する。つまり信号強度が閾値以上である変位計測点を特定し、特定された変位計測点が強エコー領域２０１に属すると決定する。なお、図４（ｃ）では、２つの強エコー領域２０１の外側の領域は計測領域外であるとしているため、２つの強エコー領域２０１の外側に位置している信号強度の小さい部分は弱エコー領域２０２と決定していない。閾値は、第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定してもよい。あるいは、第１の受信エコー信号の振幅の平均値および標準偏差を求め、平均値および標準偏差に基づいて閾値を決定してもよい。また、計測領域内において、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２が少なくとも１つずつ含まれるように閾値を決定することが好ましい。
【００６５】
続いて、強エコー領域２０１における第１の受信エコー信号の特徴量、つまり、信号強度曲線２１３に基づいて、第２の利得を決定する。この第２の利得は、第２の受信エコー信号を増幅したときに、強エコー領域２０１の部分で信号が飽和しないように決定される。具体的には、強エコー領域２０１における信号強度曲線２１３の最大値をＳ１とし、第２の利得をＧ２とし、受信部の飽和レベルをＬmaxとした場合、Ｓ１×Ｇ２がＬmaxを超えないようにＧ２を決定する。たとえば、Ｓ１×Ｇ２＝０．８×Ｌmaxと設定する。
【００６６】
同様に、弱エコー領域２０２における第１の受信エコー信号の特徴量、つまり、信号強度曲線２１３に基づいて、第３の利得を決定する。この第３の利得は、第３の受信エコー信号を増幅したときに、弱エコー領域２０２において信号が飽和しないように決定される。具体的には、弱エコー領域２０２における信号強度曲線２１３の最大値をＳ２とし、第３の利得をＧ３とし、受信部１０３の飽和レベルをＬmaxとした場合、Ｓ２×Ｇ３がＬmaxを超えないようにＧ３を決定する。たとえば、Ｓ２×Ｇ３＝０．８×Ｌmaxと設定する。この場合、第２の利得Ｇ２よりも第３の利得Ｇ３のほうが大きい。
【００６７】
このように設定した第２および第３の利得を用いて第２および第３の駆動信号を送信し、計測を行う。図５（ａ）に示すように第２の駆動信号２２１を生成し、探触子１０１を駆動する。図５（ｂ）は、受信した信号を第２の利得で増幅することにより得られた第２の受信エコー信号２２２の波形を示している。また、図５（ｃ）は、第２の受信エコー信号２２２の信号強度曲線２２３を示している。図５（ｃ）に示すように、強エコー領域２０１の最大振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxの０．８倍以内に収まり、飽和しない。これは、上述したように第２の利得Ｇ２を決定したからである。このように、第２の受信エコー信号２２２は、強エコー領域２０１において飽和せず、かつ十分な強度となるように増幅されている。
【００６８】
続いて図６（ａ）に示すように、第３の駆動信号２３１を生成し、探触子１０１を駆動する。図６（ｂ）は、受信した信号を第３の利得で増幅することにより得られた第３の受信エコー信号２３２の波形を示している。また、図６（ｃ）は、第３の受信エコー信号２３２の信号強度曲線２３３を示している。図６（ｃ）に示すように、弱エコー領域２０２の最大振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxの０．８倍以内に収まり、飽和しない。これは、上述したように第３の利得Ｇ３を決定したからである。このように、第３の受信エコー信号２３２は、弱エコー領域２０２において飽和せず、かつ十分な強度となるように増幅されている。このとき、強エコー領域２０１では振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxに達してしまっており、信号が正しく増幅されていない。しかし、第３の受信エコー信号の強エコー領域２０１における部分は計測に使用されないため、計測に影響を与えない。
【００６９】
このようにして第２および第３の利得で増幅された第２および第３の受信エコー信号は、変位測定部１１２に出力され、各変位計測点における変位量が求められる。このとき、変位測定部１１２は、調整部１１１から、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２に含まれる変位計測点の情報を取得し、変位量の算出に利用する。図７（ａ）に示すように、第２の受信エコー信号２２２は、強エコー領域２０１内にある変位計測点の変位量を求めるためだけに使用される。同様に図７（ｂ）に示すように、第３の受信エコー信号２３２は、弱エコー領域２０２内にある変位計測点の変位量を求めるためだけに使用される。つまり、図７（ｃ）に示すように、同一音響線２３９上において、強エコー領域２０１内では、第２の利得Ｇ２で増幅された第２の受信エコー信号のうち、強エコー領域２０１内の信号部分２２２ａを利用し、弱エコー領域２０２内では、第３の利得Ｇ３で増幅された第３の受信エコー信号のうち、弱エコー領域２０２内の信号部分２３２ａを利用する。したがって、１つの音響線上において得られる受信エコー信号が異なる利得で増幅されたのと同じ結果を得ることができ、１つの音響線上の受信エコー信号のうち、信号強度が強い領域では、受信エコー信号は飽和しない程度に適切な利得で信号が増幅され、信号強度が弱い領域では、従来に比べて、十分大きなレベルで信号が増幅されている。
【００７０】
このため、信号強度が強い領域および弱い領域においてほぼ同程度の精度で変位量を測定することが可能となる。その結果、従来は比較的測定精度が低かった受信エコー信号の弱かった領域の変位量も高い精度で計測を行うことができる。
【００７１】
また、各変位計測点に着目した場合、変位量の算出に用いる受信エコー信号は第２の受信エコー信号または第３の受信エコー信号のいずれかであり、途中で変わることはない。このため、正しく変位量を算出することができる。
【００７２】
上述したように、超音波による計測は１心周期中複数回行われる。したがって、上述した手順を複数回繰り返すことになる。ただし、受信エコー信号の信号強度の強弱は被検体の組織の差異に依存するため、計測中に得られる信号強度は大きくは変化しない。つまり、信号強度が弱い計測領域は、概ね常に信号強度が弱く、その強度も大きく変化することはない。したがって、一度、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定し、また、第２および第３の利得を決定したら、以降の計測においても同じ値を用いて受信エコー信号を増幅することができる。したがって、上述した第１の駆動信号を用い、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定し、また、第２および第３の利得を決定する手順は、たとえば、１心周期中に１回、あるいは、数回行えば十分である。心周期に一致して行えばよく、数心周期に１回程度に強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得を決定してもよい。
【００７３】
図８は、１心周期中に１回のみ第１の駆動信号を送信する場合における送信信号の駆動波形と、受信部１０３で用いる利得との関係を示すタイミングチャートである。心電図のＲ波２５１をトリガとして１心周期を決定する場合、Ｒ波２５１を検出後、第１の駆動信号２１１を１回生成し、所定の利得Ｇ１で第１の受信エコー信号を取得し、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定する。また、第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３を決定する。その後、続いて、第２および第３の駆動信号２２１、２３１を生成し、第２および第３の検出信号を決定した第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３で増幅することにより、第２および第３の受信エコー信号を生成する。これ以降、同一音響線上で計測を行う場合には、第２および第３の駆動信号２２１、２３１のみを繰り返し送信し、最初に決定した第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３で第２および第３の受信エコー信号２２２、２３２を生成すればよい。次のＲ波２５１を受信した場合には、再び第１の駆動信号２１１を生成して、その心周期中に用いられる強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する。
【００７４】
以上、１本の音響線上において計測を行う場合を例に挙げて説明した。次に、２次元で計測を行う場合における駆動信号のタイミングを説明する。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、１心周期中ｎフレーム分計測を行うとする。この場合、図２（ｂ）に示すように各フレームにおいて被検体の測定領域５１１をｍ本の超音波で走査する。１心周期の最初のフレーム、つまり、第１フレームでは、上述したように第１の駆動信号を送信して、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する必要がある。図９（ｂ）に示すように、まず第１の駆動信号２１１をｍ回送信し、測定領域を走査する。これにより１〜ｍ番目の各音響線上において、それぞれ、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する。続いて、第２の駆動信号をｍ回送信し、測定領域を走査する。各音響線上で得られる第２の検出信号を第２の利得を用いて増幅し、第２の受信エコー信号を得る。次に第３の駆動信号をｍ回送信し、測定領域を走査する。各音響線上で得られる第３の検出信号を第３の利得を用いて増幅し、第３の受信エコー信号を得る。これで、第１フレーム目の計測が終了する。以降第２〜第ｎフレームでは、上述したように第２および第３の駆動信号を送信し、第１フレームで決定した第２および第３の利得を用いて、第２および第３の受信エコー信号を取得する。
【００７６】
変位測定部１１２は、音響線ごとに上述したように第２および第３の受信エコー信号を用いて、各音響線上の変位計測点の変位量を求める。これにより、計測領域の変位量を二次元で求めることができ、弾性特性の二次元分布画像を求めることができる。
【００７７】
このように音響線ごとに、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求める場合、音響線と垂直な方向に被検体の組織が均一でなくても計測領域全体で精度の高い計測が可能となる。逆に、音響線と垂直な方向に被検体の組織が均一であることがわかっている場合、たとえば、頚動脈が表皮に対してほぼ平行に位置していることが断層画像などから明らかである場合には、すべての音響線上において、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求める必要はない。たとえば、所定の間隔で選択した音響線上でのみ強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求め、他の音響線上の測定には、隣接する音響線において求められた強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを用いてもよい。
【００７８】
このように本発明によれば、第１の駆動信号による第１の受信エコー信号を用いて被検体の計測領域中に受信エコー信号の信号強度が強い強エコー領域と信号強度が弱い弱エコー領域とを決定し、第１の受信エコー信号の強エコー領域および弱エコー領域における信号強度に関する特徴量から第２および第３の利得を決定する。決定した第２および第３の利得を用いて増幅された第２および第３の受信エコー信号は、それぞれ、強エコー領域および弱エコー領域における信号強度が飽和しない範囲で最も大きくなっている。このため、強エコー領域については第２の受信エコー信号を用い、弱エコー領域については第３の受信エコー信号を用いて変位量や性状特性値を求めることによって、計測領域全体において同程度に精度の高い測定結果を得ることが可能となる。したがって、被検体の測定領域に動脈血管壁が含まれる場合、受信エコー信号の弱い内中膜領域や周辺組織においても、受信エコー信号の強いその他の領域と同程度の精度で変位量を求めることが可能となる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、調整部１１１は第１の受信エコー信号から第２および第３の利得を決定した。しかし、図１において破線で示すように、調整部１１１は送信部１０２から出力する駆動信号を調整し、探触子１０１から送信される超音波の強度を調整してもよい。
【００８０】
たとえば、図１０（ａ）に示すように、まず第１の駆動信号２１１’を生成し、上述したように第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量から、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定する。次に、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２における第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量から受信部１０３において信号が飽和しない範囲で第２の受信エコー信号の強エコー領域２０１における信号成分および第３の受信エコー信号の弱エコー領域２０２における信号成分がそれぞれ最も大きくなるように、送信する超音波の強度を変化させてもよい。これには、図１０（ａ）に示すように第２および第３の駆動信号２２１’、２３１’の振幅ｗ１、ｗ２を調整することによって送信する超音波の強度を変化させることができる。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、第２および第３の駆動信号２２１’’、２３１’’の振幅ｗ１は一定にしておき、パルスの振幅や波数を変化させても良い。だだし、あまり波数を多くすると分解能が低下してしまう。このため、求められる測定精度に応じてパルスの波数を決定することが好ましい。
【００８１】
また、受信部１０３はゲインコントロールアンプ１０３ｂを１つ備えていたが、２以上備えていてもよい。図２（ｂ）は受信部１０３の他の構成を示すブロック図である。図２（ｂ）に示す受信部１０３は、プリアンプ１０３ａ、ゲインコントロールアンプ１  １０３ｄ、ゲインコントロールアンプ２  １０３ｅ、Ａ／Ｄコンバータ−１  １０３ｇおよびＡ／Ｄコンバータ−２  １０３ｆを備えている。プリアンプ１０３ａで増幅された信号は、まず利得ｇ１のゲインコントロールアンプ１  １０３ｄに入力され、ゲインコントロールアンプ１  １０３ｄの出力が、利得ｇ２のゲインコントロールアンプ２  １０３ｅに入力される。利得ｇ１は第２の利得Ｇ２と等しく、利得ｇ１と利得ｇ２との積が第３の利得Ｇ３と等しくなるように調整部１１１によって制御される。第２の検出信号はゲインコントロールアンプ１において利得ｇ１（第２の利得Ｇ２）で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ−１  １０３ｇにおいてデジタル信号に変換される。また、第３の検出信号は、ゲインコントロールアンプ１において利得ｇ１で増幅され、さらにゲインコントロールアンプ２において利得ｇ２で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ−２  １０３ｆにおいてデジタル信号に変換される。このような構成によれば、強エコー領域２０１内の受信エコー信号と弱エコー領域２０２内の受信エコー信号とを別のＡ／Ｄコンバータでデジタル化できるため、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、第２の駆動信号による第２の受信エコー信号を強エコー領域の測定に用い、第３の駆動信号による第３の受信エコー信号を弱エコー領域の測定に用いているがこの組み合わせは、逆でもよい。つまり、第２の受信エコー信号を弱エコー領域の測定に用い、第３の受信エコー信号を強エコー領域の測定に用いてもよい。この場合、第２の利得のほうが第３の利得よりも大きい。同様に、第２の駆動信号および第３の駆動信号をこの順で送信しなくてもよく、第３の駆動信号を第２の駆動信号より先に送信してもよい。
【００８３】
また、本実施形態では第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて、計測領域を強エコー領域および弱エコー領域の２つに分けていたが、３つ以上の領域に分けてもよい。たとえば、３つの領域に分ける場合、第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて２つの閾値を決定し、２つの閾値を用いて、音響線上の計測領域内に強エコー領域、中エコー領域および弱エコー領域を決定する。また、決定した領域内の第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて第２、第３および第４の利得Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を決定する。第２、第３および第４の駆動信号を生成し、第２、第３および第４の駆動信号による第２、第３および第４の検出信号を第２、第３および第４の利得Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４でそれぞれ増幅し、第２、第３および第４の受信エコー信号を得る。この場合、変位測定部は、強エコー領域、中エコー領域および弱エコー領域内の変位計測点における変位量を第２、第３および第４の受信エコー信号からそれぞれ測定することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、１フレームのデータを取得するために用いる受信信号の数と計測領域を分類する数とは一致していた。具体的には、本実施形態では、計測領域を２つのエコー領域に分割し、第２および第３の受信エコー信号で１フレーム分のデータを取得していた。しかし、１フレーム分を構成する受信エコー信号の数は、計測領域を分類する数以上であってもよい。たとえば、計測領域に強エコー領域および弱エコー領域の２種類のエコー領域を設定し、１フレーム分のデータを３以上の受信信号によって構成してもよい。より具体的には、上記実施形態と同様、計測領域に強エコー領域および弱エコー領域の２つの領域を設定し、第２、第３および第４の駆動信号による第２、第３および第４の受信エコー信号を用いて、１フレーム分のデータを構成してもよい。この場合、たとえば、第２の受信エコー信号は第２の利得で増幅し、第３および第４の受信エコー信号はそれぞれ第３の利得で増幅する。また、第２の受信エコー信号から強エコー領域における変位量を測定し、第３および第４の受信エコー信号から弱エコー領域における変位量を測定する。第３および第４の受信エコー信号から得られた２つの弱エコー領域における変位量を平均し、弱エコー領域における変位量として用いれば、ノイズの影響を低減することができる。
【００８５】
このように、同じ利得を用いて同じ種類のエコー領域における変位量を測定する受信エコー信号の数を２以上にしてもよい。つまり、本発明の超音波診断装置では、第１の駆動信号を含むＮ（Ｎは３以上の整数）種類の駆動信号を送信し、第１の受信エコー信号およびＮ−１種類の受信エコー信号を生成し、計測領域をＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域に分類してもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、被検体は心臓の拍動によって能動的に変形していたが、本発明の超音波診断装置は静止臓器など、能動的には変形しない組織の弾性特性などの性状特性も上述した方法によって高い精度で測定することができる。図１１は、静止臓器の弾性特性を計測するための構成を模式的に示している。被検体３５１中に肝臓などの静止臓器３５２が含まれている場合、静止臓器３５２を周期的に変形させるために加振装置３１０を用いる。加振装置３１０は、被検体３５１と接触する接触部３０２を有するアーム３００および駆動部３０４を備えており、アーム３００は矢印で示すように駆動部３０４によって所定の周期で振動する。接触部３０２を被検体に接触させてアーム３００を振動させると、周期的に被検体を変形させることができる。
【００８７】
静止臓器３５２の弾性特性を計測する場合、加振装置３１０を用いて被検体３５１の静止臓器３５２を周期的に圧迫および弛緩を繰り返しながら、探触子１０１による超音波の送受信を行う。この際、加振装置３１０から振動の周期に同期したトリガ信号を記憶部１１０、調整部１１１、性状値算出部１０５および画像合成部１０６へ入力させ、上述したように計測を行う。これにより、静止臓器３５２に設定した測定点間の厚さ変化量（歪み量）を計測することができる。また、加振装置３１０の振動から被検体３５１へ加えられる圧力差を求めることができる。したがって、厚さ変化量と圧力差とを用いて弾性率を求めることができる。
【００８８】
このように加振装置３１０を用いる場合、生体ではない被検体の弾性率を求めることも可能である。たとえば、弾性体からなる配管の弾性率を測定し、配管の劣化状況を判定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の超音波診断装置は、被検体の内部の性状値を測定するのに好適に用いられ、特に、エコー強度が大きく異なる部分が含まれる被検体の性状値を高い精度で計測するのに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  制御部
１０１  探触子
１０２  送信部
１０３  受信部
１０４  断層画像処理部
１０５  性状値算出部
１０６  画像合成部
１０７  モニタ
１０８  血圧値取得部
１０９  同期信号検出部
１１０  記憶部
１１１  調整部
１１２  変位測定部
２１０  被検体
２１２  静止臓器
３００  アーム
３０２  接触部
３０４  駆動部
３１０  加振装置
【図１】
2010001564.tif 000006
【図２】
2010001564.tif 000007
【図３】
2010001564.tif 000008
【図４】
2010001564.tif 000009
【図５】
2010001564.tif 000010
【図６】
2010001564.tif 000011
【図７】
2010001564.tif 000012
【図８】
2010001564.tif 000013
【図９】
2010001564.tif 000014
【図１０】
2010001564.tif 000015
【図１１】
2010001564.tif 000016
【図１２】
2010001564.tif 000017
【図１３】
2010001564.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月20日(2010.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の組織性状を測定す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、被検体内の生体情報を取得する。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取得する。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。
【０００３】
近年、エコー信号の振幅や位相情報を解析することで、被検体内の組織の動きを測定し、その組織の歪みや弾性特性、粘性特性などの組織性状を把握するという試みがある。たとえば、特許文献１や非特許文献１は、心拍に起因する血管壁に設定された測定点の変位量から歪み量を求め、歪み量と血圧差から、測定点周辺の局所的な弾性特性を求める方法および、弾性特性の空間分布を画像表示する方法を開示している。以下、これらの方法を説明する。
【０００４】
動脈壁は拍動による血圧変化により変形するが、この変形度合い（歪み量）と、血圧によって生ずる動脈壁内の応力との関係から動脈壁の弾性特性が定義される。ここで、動脈壁内の応力分布を非観血的に計測することや、間接的に推定することは困難である。このため、一心拍間における動脈壁の歪み量εを超音波を利用して計測すると共に、別途血圧計にて計測した最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとの差、つまり、脈圧ΔＰ＝Ｐｓ−Ｐｄとの関係から、式（１）で示すように動脈血管壁の弾性特性Ｅを定義する。
【数１】
2010001564.tif 000019
【０００５】
超音波による歪み量の計測はたとえば以下の方法によって行うことができる。
【０００６】
図１２（ａ）に示すように、被検体５０３中の動脈血管５０２の血管壁において、内膜側のＡ点および外膜側のＢ点を設定する。探触子５０１から超音波ビーム５０４を送信し、得られるエコー信号からこの２点間の血管壁の歪み量εを計測することを考える。
【０００７】
時刻ｔでのこの２点の位置をそれぞれＸＡ（ｔ）、ＸＢ（ｔ）とし、心拡張末期における心電図のＲ波をトリガとして時刻ｔ＝０を設定する。図１２（ｂ）は、ＸＡ（ｔ）およびＸＢ（ｔ）の波形の一例を示している。ｔ＝０後、ＸＡ（ｔ）およびＸＢ（ｔ）が減少するが、これは、血管が収縮するからである。
【０００８】
初期厚さｈ0は、ｈ0＝ＸＢ（０）−ＸＡ（０）で表わされ、最大厚さ変化量Δｈは、式（２）で表わされる。
【数２】
2010001564.tif 000020
歪み量εは式（３）で表される。ここで、ＭＡＸ［＊］は＊の最大値を返す関数である。
【数３】
2010001564.tif 000021
【０００９】
一般に動脈血管の拡張・収縮に伴う動脈壁の変位は数百μｍ程度であるのに対し、血管壁の最大厚さ変化量Δｈは数十μｍ程度であり、計測に用いる超音波の波長（約３００μｍ）よりも１桁程度小さな厚さ変化を正確に捉える必要がある。
【００１０】
上述の説明では、内膜側と外膜側の２点間の歪み量εの算出ついて説明したが、特許文献１および非特許文献１で示されている方法では、図１３に示すように、計測領域５１０内において、１本の超音波ビーム５０４上に８０μｍ程度の間隔で複数の変位計測点を設定し、各計測点の変位量を計測する。測定に用いる超音波のパルス幅が約４００μｍ程度であることから、式（１）の初期厚さｈ0が４００μｍ程度となるように２つの計測点を選択し、その２点間では厚さ変化が均一であると仮定して式（２）により最大厚さ変化量Δｈを算出し、その２点間の中心点における最大厚さ変化量をΔｈとする。この層を血管壁の内膜側から外膜側まで変位計測点間隔分ずつ、縦方向に移動させながら、各々の計測点に関してΔｈを算出する。さらに、超音波ビーム５０４を血管５０２の長軸方向に沿って数百μｍ程度の間隔で走査することによって、血管壁の軸方向と深さ方向に数千個の微小領域を設定し、各微小領域においてΔｈを算出する。このようにして得られたｈ、Δｈとから各微小領域の歪み量εを算出し、別途血圧計にて計測した脈圧ΔＰとから、式（１）にしたがって各微小領域５１１の弾性特性Ｅを得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２２９０７８号
【特許文献２】特許第２５０７３８３号
【特許文献３】特開２００６−２３０６１８号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】金井他、ＩＮＮＥＲＶＩＳＩＯＮ  ２０，９，ｐｐ．３１−３３，２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の方法において、各測定点の変位量を正確に測定するためには、各測定点でのエコー信号のＳＮ比が大きいこと、つまり、各測定点でのエコー信号の振幅が大きく、かつ、飽和していないことが必要となる。
【００１４】
種々の受信装置などには、受信信号の強度を一定に保つため、自動利得調整回路（ＡＧＣ）が備えられている。しかし、ＡＧＣはテレビ映像信号のような連続した信号を対象としているため、公知のＡＧＣを特許文献１や非特許文献１に開示された超音波診断装置に用いると、エコー強度の弱い部分から強い部分へ切り替わるところで受信信号が飽和してしまう。
【００１５】
このような問題を解決するため、特許文献２は、超音波深傷用受信装置において、時間ゲート回路を用いて対象物からのエコー信号のピークを検出し、そのピークが最大になるように利得を調整することを開示している。しかし、この手法を特許文献１や非特許文献１で開示されている超音波診断装置に適用する場合、１つの音響線を構成するエコーの受信中に利得が変化してしまい、測定点の変位を正確に測定できないという問題が生じる。
【００１６】
特許文献３は、受信されたエコー信号の最大値に基づき、被検体の変形の周期に同期して、エコー信号の利得または被検体へ照射する超音波部信号の強度の少なくとも一方を調整することを開示している。しかし、一般に生体組織からのエコー信号の強度は、対象組織の構造によって大きく異なる。このため、動脈血管の軸に対して垂直に音響走査線を設定し、超音波を送信してエコー信号を取得した場合、血流−内膜境界や中膜−外膜境界付近などのエコー強度が非常に高い部分と、内中膜領域や周辺組織などに存在するエコー強度の弱い部分とで、エコー信号のＳＮ比が大きく異なってしまい、測定対象領域内で変位測定精度に大きなばらつきが生じてしまう。
【００１７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、被検体の性状特性を精度良く測定できる超音波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】
【００１８】
本発明の超音波診断装置は、被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための第１の駆動信号を含むＮ種類（Ｎは３以上の整数）の駆動信号を生成する送信部と、前記Ｎ種類の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の駆動信号に基づく第１の受信信号およびＮ−１個の受信エコー信号を生成する受信部と、前記第１の受信エコー信号を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内にＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域を決定し、前記Ｍ種類のエコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記受信部におけるＮ−１種類の受信エコー信号を生成するための増幅の利得、または、前記第１の駆動信号以外のＮ−１種類の駆動信号の波形を決定する調整部と、前記Ｎ−１種類の受信エコー信号から前記Ｍ種類のエコー領域における変位量をそれぞれ測定する変位測定部と、前記Ｍ種類のエコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する性状値算出部とを備える。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記Ｎ−１およびＭは２であって、前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、前記送信部は、前記第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ第１、第２および第３の利得で増幅することにより前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第２および第３の利得を決定し、前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記Ｎ−１およびＭは２であって、前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、前記送信部は、前記第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより前記第１の受信エコー信号と、第１、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に、前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記送信部の前記第２および第３の駆動信号の波形を決定し、前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の利得を一定に保つ。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の駆動信号の波形を一定に保つ。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第１の受信エコー信号の特徴量が前記第１の受信エコー信号の振幅である。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の強エコー領域における振幅値および第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅値がそれぞれ所定の範囲内になるよう、前記第２および第３の利得を決定する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の強エコー領域における振幅値および第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅値がそれぞれ所定の範囲内になるよう、第２および第３の駆動信号の波形を決定する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値以上の部分を前記強エコー領域と決定する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値より小さい部分を前記弱エコー領域と決定する。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて決定される。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定される。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値と標準偏差とに基づいて決定される。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２および第３の受信エコー信号のそれぞれ前記強エコー領域および前記弱エコー領域における振幅の最大値が所定の範囲内の値になるよう、前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記第１のエコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の前記強エコー領域における振幅の最大値および前記第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅の最大値がそれぞれ所定の範囲内の値になるよう、前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から前記心周期に関する情報を受け取る。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記駆動信号の振幅値を調整する。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は歪み量である。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は弾性率である。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記被検体上に複数の音響線を設定し、複数の超音波が対応する音響線上において前記被検体を走査するように、前記送信部が前記第１、第２および第３の駆動信号をそれぞれ複数生成し、前記受信部は前記複数の音響線上において複数の第１、第２および第３の受信エコー信号を生成し、前記記憶部は、前記複数の第１の受信エコー信号を記憶する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、第１の駆動信号による第１の受信エコー信号を用いて被検体の計測領域中に受信エコー信号の信号強度が強い強エコー領域と信号強度が弱い弱エコー領域とを決定し、第１の受信エコー信号の強エコー領域および弱エコー領域における信号強度に関する特徴量から第２および第３の利得を決定する。決定した第２および第３の利得を用いて増幅された第２および第３の受信エコー信号は、それぞれ、強エコー領域および弱エコー領域における信号強度が飽和しない範囲で最も大きくできる。このため、ＳＮ比の高い受信エコー信号を利用することができ、計測領域全体において同程度に精度の高い測定結果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ受信部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は図１の超音波診断装置によって得られる断層画像の一例を示し、図３（ｂ）は計測領域を走査する超音波およびその音響線上に設定される変位計測点を説明する図である。図３（ｃ）はある音響線上で得られた受信エコー信号の信号強度を示す図である。
【図４】図４（ａ）は第１の駆動信号の波形を示し、図４（ｂ）は第１の受信エコー信号の波形を示し、図４（ｃ）は第１の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図５】図５（ａ）は第２の駆動信号の波形を示し、図５（ｂ）は第２の受信エコー信号の波形を示し、図５（ｃ）は第２の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図６】図６（ａ）は第３の駆動信号の波形を示し、図６（ｂ）は第３の受信エコー信号の波形を示し、図６（ｃ）は第３の受信エコー信号の信号強度曲線を示している。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、強エコー領域および弱エコー領域と第２および第３の受信エコー信号との関係を示す模式図である。
【図８】図８は送信駆動信号と利得との関係を示すタイミングチャートである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、計測領域を走査する場合の第１、第２および第３の駆動信号のタイミングを説明する模式図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、駆動信号を調整する場合の波形例を示している。
【図１１】図１１は、静止臓器の弾性特性を求めるための構成を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、血管壁に設定した変位計測点における変位量の波形を測定する方法を示す模式図および変位波形の一例を示す。
【図１３】図１３は従来の弾性特性の測定方法を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００４４】
図１は、本発明による超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。本実施形態の超音波診断装置は被検体の形状特性または性状特性を測定する。特に、被検体が生体である場合において、動脈壁組織の弾性特性を測定するのに好適に用いられる。以下では、被検体中の動脈壁組織の性状特性値を測定する場合を例に挙げて本実施形態を説明する。動脈は心臓が血液を駆出することによって、周期的に拡張および収縮を繰り返すように変形している。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、送信部１０２、受信部１０３、断層画像処理部１０４、性状値算出部１０５、画像合成部１０６、記憶部１１０、調整部１１１および変位測定部１１２を備える。また、これら各部を制御する制御部１００を含んでいる。制御部１００には、図示していないキーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといったユーザーインターフェースが接続されており、操作者がユーザイーターフェースを介して制御部１００に指令を入力することにより、制御部１００が超音波診断装置の各部を制御する。制御部１００はマイクロコンピュータなどによって構成される。また、性状値算出部１０５、画像合成部１０６、記憶部１１０、調整部１１１および変位測定部１１２はソフトウエアによって以下で説明する機能が実現されていてもよい。
【００４６】
超音波診断装置には、探触子１０１およびモニタ１０７が接続される。探触子１０１には汎用のものを用いることができ、本実施形態の超音波診断装置が探触子１０１を備えていてもよい。動脈壁組織の性状特性値の二次元分布を得るためには、探触子１０１は２次元または３次元アレイプローブであることが好ましい。モニタ１０７は測定結果を表示できるものであれば、どのようなものでもよい。
【００４７】
超音波診断装置にはさらに血圧値取得部１０８および同期信号検出器１０９が接続される。血圧値取得部１０８は、たとえば、血圧計であり、被検体の最高血圧および最低血圧を計測し、超音波診断装置へ出力する。同期信号検出器１０９はたとえば、心電計であり、心周期に同期した信号を超音波診断装置へ出力する。以下において詳細に説明するように、たとえば、被検体から取得した心電波形のＲ波を超音波診断装置へ出力する。
【００４８】
送信部１０２は、制御部１００の制御に基づき、被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する。送信部１０２は、以下において詳細に説明するように、用途の異なる第１、第２および第３の駆動信号を生成し、探触子１０１へ出力する。駆動信号には複数のパルス信号が含まれる。
【００４９】
本発明では同一の音響線上で取得される受信エコー信号のうち、エコーが強い領域と弱い領域とで信号の利得を変化させる。前述したように、ひとつの受信エコー信号において途中で利得の値を変更すれば、変位量が不正確になるため、２つの駆動信号、つまり、第２および第３の駆動信号を用いる。また、音響線上の計測領域内において、エコーが強い領域であるのか弱い領域であるのかを判定するために第１の駆動信号を用いる。これらの駆動信号については、以下において詳細に説明する。
【００５０】
探触子１０１は、複数の圧電体振動子を含み、駆動信号の印加によって各圧電体振動子が振動し、超音波を生成する。より具体的には、送信部１０２によって印加される第１、第２および第３の駆動信号により超音波がそれぞれ生成し、生成した超音波は、被検体へ向けて送信される。被検体において反射した超音波はエコーとして探触子１０１へ戻る。探触子１０１は受信したエコーを電気信号に変換し、第１、第２および第３の検出信号を生成する。
【００５１】
受信部１０３は、たとえば図２（ａ）に示すように、プリアンプ１０３ａ、ゲインコントロールアンプ１０３ｂおよびＡ／Ｄコンバータ１０３ｃを含む。プリアンプ１０３ａは、探触子１０１が受信した第１、第２および第３の検出信号を所定の利得で増幅し、第１、第２および第３の受信エコー信号を得る。ゲインコントロールアンプ１０３ｂは、調整部１１１からの制御信号に基づいて利得を変化させることが可能である。より具体的には、調整部１１１からの制御信号に基づいて第１、第２および第３の検出信号を第１、第２および第３の利得で増幅する。得られた第１、第２および第３の受信エコー信号はＡ／Ｄコンバータ１０３ｃへ出力され、それぞれデジタル信号に変換される。なお、図１および図２（ａ）には示していないが、受信部１０３はビームフォーマをさらに含み、探触子１０１の複数の圧電体振動子のそれぞれの遅延時間を制御する。これにより、探触子１０１の複数の圧電体振動子で検出したエコーによる信号が、所定の方向から得られる反射波となるようにプリアンプ１０３ａに入力される前に合成される。
【００５２】
本実施形態では、性状値を求めるために、受信エコー信号はＡ／Ｄコンバータ１０３ｃによってデジタル処理される。このため、Ａ／Ｄコンバータ１０３ｃのＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジの上限が受信エコー信号の飽和レベルとなる。ただし、本発明にＡ／Ｄコンバータは必須ではなく、受信エコー信号をアナログ処理する場合でも、信号処理が正しく行える振幅の上限が存在し、その上限が受信エコー信号の飽和レベルとなる。
【００５３】
記憶部１１０は、デジタル化された第１の受信エコー信号を記憶する。調整部１１１は、記憶部１１０に記憶された第１の受信エコー信号の特徴量、特に信号強度に関する特徴量に基づき、第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内で、信号強度が相対的に大きい強エコー領域および信号強度が相対的に小さい弱エコー領域を決定する。さらに強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づき、第２および第３の利得を決定する。決定した利得で第２および第３の検出信号を増幅するように受信部１０３に指令を出力する。
【００５４】
変位測定部１１２は、受信部１０３から第２および第３の受信エコー信号を取得し、第２の受信エコー信号から強エコー領域の変位量を測定する。また、第３の受信エコー信号から弱エコー領域の変位量を測定する。変位測定部１１２および性状値算出部１０５における演算は、たとえば、特許文献１および非特許文献１に開示された方法により行うことができる。
【００５５】
性状値算出部１０５は、強エコー領域の変位量および弱エコー領域の変位量から、被検体の計測領域内の性状特性値、具体的には、弾性特性や歪み量、粘性特性などを算出する。たとえば、強エコー領域内にある変位計測点の変位量および弱エコー領域内にある変位計測点の変位から、任意の２つの測定点間の厚さ変化量（歪み量）を求める。さらに、血圧値取得部１０８から被検体の最高血圧および最低血圧に関する情報を受け取り、これらを用いて被検体組織の弾性特性を求める。算出された弾性特性や歪み量などの性状値は画像合成部１０６へ出力される。
【００５６】
断層画像処理部１０４は、フィルタ、検波器、対数増幅器などからなり、受信エコー信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化した断層画像のデータを生成する。得られた断層画像のデータは画像合成部１０６に出力される。
【００５７】
画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４から得られた断層画像の上に、性状値算出部１０５によって得られた弾性特性の二次元分布画像を重畳し、モニタ１０７に表示させる。性状値算出部１０５で求めた弾性特性などを数値のままモニタ１０７に表示してもよいし、統計処理をほどこし、グラフ化してもよい。モニタ１０７の表示は、被検体の変形の周期に同期して更新するようにしてもよい。
【００５８】
以下、本実施形態の超音波診断装置の動作をより具体的に説明する。図３（ａ）は、本実施形態の超音波診断装置により得られる頚動脈血管壁２００近傍の断層画像を示している。この断層画像は、図３（ｂ）に示すように、計測領域５１１内において被検体をｍ本の超音波ビーム５０４で走査することにより得られる。各超音波ビーム５０４の音響線上には変位計測点５０６が所定の間隔で設定され、前述したように、各変位計測点での変位量が算出され、算出された変位量から弾性特性が算出される。
【００５９】
図３（ａ）に示す断層画像は通常、被検体の１心周期中、複数枚取得され、リアルタイムで画像が更新される。各断層画像はフレームと呼ばれる。以下の説明では、まず、図３（ｂ）における１本の音響線上において計測を行う場合を例に挙げて説明する。
【００６０】
図３（ｃ）は、図３（ａ）の破線５０４で示す音響線上において得られた受信エコー信号強度の計測領域における深さ方向の分布曲線である。図３（ｃ）において２００で示される領域が頚動脈血管壁である。たとえば、頚動脈血管壁の弾性特性を測定する場合、頚動脈血管壁２００における受信エコー信号の強度分布は非常に広い。本実施形態の超音波診断装置では、このようにエコー強度が大きく異なる部分を測定領域に含む場合において、まず、エコー強度が強い領域と弱い領域とを決定する。
【００６１】
このために第１の駆動信号を用いる。図４（ａ）は第１の駆動信号２１１の波形を示しており、図４（ｂ）は第１の駆動信号２１１による超音波が被検体で反射し、得られた第１の受信エコー信号２１２の波形を示している。また、図４（ｃ）は、第１の受信エコー信号２１２の信号強度２１３を示している。これらの図において、横軸は、測定領域内の深さ方向の位置を示している。
【００６２】
探触子１０１によって受信された第１の検出信号は、受信部１０３において第１の利得で増幅され、第１の受信エコー信号が生成する。この第１の利得は、第１の受信エコー信号２１２の最大振幅部分が飽和しない値にあらかじめ設定されており、第１の受信エコー信号２１２は記憶部１１０に記憶されている。
【００６３】
調整部１１１は、記憶部１１０から第１の受信エコー信号２１２のデータを読み込み、第１の受信エコー信号２１２の特徴量に基づき、第１の受信エコー信号２１２の音響線上における計測領域内に強エコー領域および弱エコー領域を決定する。特徴量としては、第１の受信エコー信号の強度を示す特徴量を算出することが好ましい。たとえば、第１の受信エコー信号の包絡線検波波形、もしくは、第１の受信エコー信号の対数表示を信号強度曲線２１３として用いる。あるいは、第１の受信エコー信号の絶対値を求め、そのまま振幅値として利用してもよい。
【００６４】
次に、たとえば、第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて閾値を定める。たとえば、信号強度曲線２１３の最大値Ｓ1を１として、最大値の１／１０を閾値として決定する。閾値よりも信号強度が小さい部分を第１の受信エコー信号の計測領域内において弱エコー領域２０２として決定する。より具体的には、閾値よりも信号強度が小さい変位計測点を特定し、特定された変位計測点が弱エコー領域２０２に属すると決定する。また、信号強度が閾値以上である部分を強エコー領域２０１と決定する。つまり信号強度が閾値以上である変位計測点を特定し、特定された変位計測点が強エコー領域２０１に属すると決定する。なお、図４（ｃ）では、２つの強エコー領域２０１の外側の領域は計測領域外であるとしているため、２つの強エコー領域２０１の外側に位置している信号強度の小さい部分は弱エコー領域２０２と決定していない。閾値は、第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定してもよい。あるいは、第１の受信エコー信号の振幅の平均値および標準偏差を求め、平均値および標準偏差に基づいて閾値を決定してもよい。また、計測領域内において、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２が少なくとも１つずつ含まれるように閾値を決定することが好ましい。
【００６５】
続いて、強エコー領域２０１における第１の受信エコー信号の特徴量、つまり、信号強度曲線２１３に基づいて、第２の利得を決定する。この第２の利得は、第２の受信エコー信号を増幅したときに、強エコー領域２０１の部分で信号が飽和しないように決定される。具体的には、強エコー領域２０１における信号強度曲線２１３の最大値をＳ１とし、第２の利得をＧ２とし、受信部の飽和レベルをＬmaxとした場合、Ｓ１×Ｇ２がＬmaxを超えないようにＧ２を決定する。たとえば、Ｓ１×Ｇ２＝０．８×Ｌmaxと設定する。
【００６６】
同様に、弱エコー領域２０２における第１の受信エコー信号の特徴量、つまり、信号強度曲線２１３に基づいて、第３の利得を決定する。この第３の利得は、第３の受信エコー信号を増幅したときに、弱エコー領域２０２において信号が飽和しないように決定される。具体的には、弱エコー領域２０２における信号強度曲線２１３の最大値をＳ２とし、第３の利得をＧ３とし、受信部１０３の飽和レベルをＬmaxとした場合、Ｓ２×Ｇ３がＬmaxを超えないようにＧ３を決定する。たとえば、Ｓ２×Ｇ３＝０．８×Ｌmaxと設定する。この場合、第２の利得Ｇ２よりも第３の利得Ｇ３のほうが大きい。
【００６７】
このように設定した第２および第３の利得を用いて第２および第３の駆動信号を送信し、計測を行う。図５（ａ）に示すように第２の駆動信号２２１を生成し、探触子１０１を駆動する。図５（ｂ）は、受信した信号を第２の利得で増幅することにより得られた第２の受信エコー信号２２２の波形を示している。また、図５（ｃ）は、第２の受信エコー信号２２２の信号強度曲線２２３を示している。図５（ｃ）に示すように、強エコー領域２０１の最大振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxの０．８倍以内に収まり、飽和しない。これは、上述したように第２の利得Ｇ２を決定したからである。このように、第２の受信エコー信号２２２は、強エコー領域２０１において飽和せず、かつ十分な強度となるように増幅されている。
【００６８】
続いて図６（ａ）に示すように、第３の駆動信号２３１を生成し、探触子１０１を駆動する。図６（ｂ）は、受信した信号を第３の利得で増幅することにより得られた第３の受信エコー信号２３２の波形を示している。また、図６（ｃ）は、第３の受信エコー信号２３２の信号強度曲線２３３を示している。図６（ｃ）に示すように、弱エコー領域２０２の最大振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxの０．８倍以内に収まり、飽和しない。これは、上述したように第３の利得Ｇ３を決定したからである。このように、第３の受信エコー信号２３２は、弱エコー領域２０２において飽和せず、かつ十分な強度となるように増幅されている。このとき、強エコー領域２０１では振幅は受信部１０３の飽和レベルＬmaxに達してしまっており、信号が正しく増幅されていない。しかし、第３の受信エコー信号の強エコー領域２０１における部分は計測に使用されないため、計測に影響を与えない。
【００６９】
このようにして第２および第３の利得で増幅された第２および第３の受信エコー信号は、変位測定部１１２に出力され、各変位計測点における変位量が求められる。このとき、変位測定部１１２は、調整部１１１から、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２に含まれる変位計測点の情報を取得し、変位量の算出に利用する。図７（ａ）に示すように、第２の受信エコー信号２２２は、強エコー領域２０１内にある変位計測点の変位量を求めるためだけに使用される。同様に図７（ｂ）に示すように、第３の受信エコー信号２３２は、弱エコー領域２０２内にある変位計測点の変位量を求めるためだけに使用される。つまり、図７（ｃ）に示すように、同一音響線２３９上において、強エコー領域２０１内では、第２の利得Ｇ２で増幅された第２の受信エコー信号のうち、強エコー領域２０１内の信号部分２２２ａを利用し、弱エコー領域２０２内では、第３の利得Ｇ３で増幅された第３の受信エコー信号のうち、弱エコー領域２０２内の信号部分２３２ａを利用する。したがって、１つの音響線上において得られる受信エコー信号が異なる利得で増幅されたのと同じ結果を得ることができ、１つの音響線上の受信エコー信号のうち、信号強度が強い領域では、受信エコー信号は飽和しない程度に適切な利得で信号が増幅され、信号強度が弱い領域では、従来に比べて、十分大きなレベルで信号が増幅されている。
【００７０】
このため、信号強度が強い領域および弱い領域においてほぼ同程度の精度で変位量を測定することが可能となる。その結果、従来は比較的測定精度が低かった受信エコー信号の弱かった領域の変位量も高い精度で計測を行うことができる。
【００７１】
また、各変位計測点に着目した場合、変位量の算出に用いる受信エコー信号は第２の受信エコー信号または第３の受信エコー信号のいずれかであり、途中で変わることはない。このため、正しく変位量を算出することができる。
【００７２】
上述したように、超音波による計測は１心周期中複数回行われる。したがって、上述した手順を複数回繰り返すことになる。ただし、受信エコー信号の信号強度の強弱は被検体の組織の差異に依存するため、計測中に得られる信号強度は大きくは変化しない。つまり、信号強度が弱い計測領域は、概ね常に信号強度が弱く、その強度も大きく変化することはない。したがって、一度、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定し、また、第２および第３の利得を決定したら、以降の計測においても同じ値を用いて受信エコー信号を増幅することができる。したがって、上述した第１の駆動信号を用い、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定し、また、第２および第３の利得を決定する手順は、たとえば、１心周期中に１回、あるいは、数回行えば十分である。心周期に一致して行えばよく、数心周期に１回程度に強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得を決定してもよい。
【００７３】
図８は、１心周期中に１回のみ第１の駆動信号を送信する場合における送信信号の駆動波形と、受信部１０３で用いる利得との関係を示すタイミングチャートである。心電図のＲ波２５１をトリガとして１心周期を決定する場合、Ｒ波２５１を検出後、第１の駆動信号２１１を１回生成し、所定の利得Ｇ１で第１の受信エコー信号を取得し、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定する。また、第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３を決定する。その後、続いて、第２および第３の駆動信号２２１、２３１を生成し、第２および第３の検出信号を決定した第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３で増幅することにより、第２および第３の受信エコー信号を生成する。これ以降、同一音響線上で計測を行う場合には、第２および第３の駆動信号２２１、２３１のみを繰り返し送信し、最初に決定した第２および第３の利得Ｇ２、Ｇ３で第２および第３の受信エコー信号２２２、２３２を生成すればよい。次のＲ波２５１を受信した場合には、再び第１の駆動信号２１１を生成して、その心周期中に用いられる強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する。
【００７４】
以上、１本の音響線上において計測を行う場合を例に挙げて説明した。次に、２次元で計測を行う場合における駆動信号のタイミングを説明する。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、１心周期中ｎフレーム分計測を行うとする。この場合、図２（ｂ）に示すように各フレームにおいて被検体の測定領域５１１をｍ本の超音波で走査する。１心周期の最初のフレーム、つまり、第１フレームでは、上述したように第１の駆動信号を送信して、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する必要がある。図９（ｂ）に示すように、まず第１の駆動信号２１１をｍ回送信し、測定領域を走査する。これにより１〜ｍ番目の各音響線上において、それぞれ、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と、第２および第３の利得を決定する。続いて、第２の駆動信号をｍ回送信し、測定領域を走査する。各音響線上で得られる第２の検出信号を第２の利得を用いて増幅し、第２の受信エコー信号を得る。次に第３の駆動信号をｍ回送信し、測定領域を走査する。各音響線上で得られる第３の検出信号を第３の利得を用いて増幅し、第３の受信エコー信号を得る。これで、第１フレーム目の計測が終了する。以降第２〜第ｎフレームでは、上述したように第２および第３の駆動信号を送信し、第１フレームで決定した第２および第３の利得を用いて、第２および第３の受信エコー信号を取得する。
【００７６】
変位測定部１１２は、音響線ごとに上述したように第２および第３の受信エコー信号を用いて、各音響線上の変位計測点の変位量を求める。これにより、計測領域の変位量を二次元で求めることができ、弾性特性の二次元分布画像を求めることができる。
【００７７】
このように音響線ごとに、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求める場合、音響線と垂直な方向に被検体の組織が均一でなくても計測領域全体で精度の高い計測が可能となる。逆に、音響線と垂直な方向に被検体の組織が均一であることがわかっている場合、たとえば、頚動脈が表皮に対してほぼ平行に位置していることが断層画像などから明らかである場合には、すべての音響線上において、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求める必要はない。たとえば、所定の間隔で選択した音響線上でのみ強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを求め、他の音響線上の測定には、隣接する音響線において求められた強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２と第２および第３の利得とを用いてもよい。
【００７８】
このように本発明によれば、第１の駆動信号による第１の受信エコー信号を用いて被検体の計測領域中に受信エコー信号の信号強度が強い強エコー領域と信号強度が弱い弱エコー領域とを決定し、第１の受信エコー信号の強エコー領域および弱エコー領域における信号強度に関する特徴量から第２および第３の利得を決定する。決定した第２および第３の利得を用いて増幅された第２および第３の受信エコー信号は、それぞれ、強エコー領域および弱エコー領域における信号強度が飽和しない範囲で最も大きくなっている。このため、強エコー領域については第２の受信エコー信号を用い、弱エコー領域については第３の受信エコー信号を用いて変位量や性状特性値を求めることによって、計測領域全体において同程度に精度の高い測定結果を得ることが可能となる。したがって、被検体の測定領域に動脈血管壁が含まれる場合、受信エコー信号の弱い内中膜領域や周辺組織においても、受信エコー信号の強いその他の領域と同程度の精度で変位量を求めることが可能となる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、調整部１１１は第１の受信エコー信号から第２および第３の利得を決定した。しかし、図１において破線で示すように、調整部１１１は送信部１０２から出力する駆動信号を調整し、探触子１０１から送信される超音波の強度を調整してもよい。
【００８０】
たとえば、図１０（ａ）に示すように、まず第１の駆動信号２１１’を生成し、上述したように第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量から、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２を決定する。次に、強エコー領域２０１および弱エコー領域２０２における第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量から受信部１０３において信号が飽和しない範囲で第２の受信エコー信号の強エコー領域２０１における信号成分および第３の受信エコー信号の弱エコー領域２０２における信号成分がそれぞれ最も大きくなるように、送信する超音波の強度を変化させてもよい。これには、図１０（ａ）に示すように第２および第３の駆動信号２２１’、２３１’の振幅ｗ１、ｗ２を調整することによって送信する超音波の強度を変化させることができる。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、第２および第３の駆動信号２２１’’、２３１’’の振幅ｗ１は一定にしておき、パルスの振幅や波数を変化させても良い。だだし、あまり波数を多くすると分解能が低下してしまう。このため、求められる測定精度に応じてパルスの波数を決定することが好ましい。
【００８１】
また、受信部１０３はゲインコントロールアンプ１０３ｂを１つ備えていたが、２以上備えていてもよい。図２（ｂ）は受信部１０３の他の構成を示すブロック図である。図２（ｂ）に示す受信部１０３は、プリアンプ１０３ａ、ゲインコントロールアンプ１  １０３ｄ、ゲインコントロールアンプ２  １０３ｅ、Ａ／Ｄコンバータ−１  １０３ｇおよびＡ／Ｄコンバータ−２  １０３ｆを備えている。プリアンプ１０３ａで増幅された信号は、まず利得ｇ１のゲインコントロールアンプ１  １０３ｄに入力され、ゲインコントロールアンプ１  １０３ｄの出力が、利得ｇ２のゲインコントロールアンプ２  １０３ｅに入力される。利得ｇ１は第２の利得Ｇ２と等しく、利得ｇ１と利得ｇ２との積が第３の利得Ｇ３と等しくなるように調整部１１１によって制御される。第２の検出信号はゲインコントロールアンプ１において利得ｇ１（第２の利得Ｇ２）で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ−１  １０３ｇにおいてデジタル信号に変換される。また、第３の検出信号は、ゲインコントロールアンプ１において利得ｇ１で増幅され、さらにゲインコントロールアンプ２において利得ｇ２で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ−２  １０３ｆにおいてデジタル信号に変換される。このような構成によれば、強エコー領域２０１内の受信エコー信号と弱エコー領域２０２内の受信エコー信号とを別のＡ／Ｄコンバータでデジタル化できるため、ダイナミックレンジを拡大することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、第２の駆動信号による第２の受信エコー信号を強エコー領域の測定に用い、第３の駆動信号による第３の受信エコー信号を弱エコー領域の測定に用いているがこの組み合わせは、逆でもよい。つまり、第２の受信エコー信号を弱エコー領域の測定に用い、第３の受信エコー信号を強エコー領域の測定に用いてもよい。この場合、第２の利得のほうが第３の利得よりも大きい。同様に、第２の駆動信号および第３の駆動信号をこの順で送信しなくてもよく、第３の駆動信号を第２の駆動信号より先に送信してもよい。
【００８３】
また、本実施形態では第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて、計測領域を強エコー領域および弱エコー領域の２つに分けていたが、３つ以上の領域に分けてもよい。たとえば、３つの領域に分ける場合、第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて２つの閾値を決定し、２つの閾値を用いて、音響線上の計測領域内に強エコー領域、中エコー領域および弱エコー領域を決定する。また、決定した領域内の第１の受信エコー信号の信号強度に関する特徴量に基づいて第２、第３および第４の利得Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を決定する。第２、第３および第４の駆動信号を生成し、第２、第３および第４の駆動信号による第２、第３および第４の検出信号を第２、第３および第４の利得Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４でそれぞれ増幅し、第２、第３および第４の受信エコー信号を得る。この場合、変位測定部は、強エコー領域、中エコー領域および弱エコー領域内の変位計測点における変位量を第２、第３および第４の受信エコー信号からそれぞれ測定することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、１フレームのデータを取得するために用いる受信信号の数と計測領域を分類する数とは一致していた。具体的には、本実施形態では、計測領域を２つのエコー領域に分割し、第２および第３の受信エコー信号で１フレーム分のデータを取得していた。しかし、１フレーム分を構成する受信エコー信号の数は、計測領域を分類する数以上であってもよい。たとえば、計測領域に強エコー領域および弱エコー領域の２種類のエコー領域を設定し、１フレーム分のデータを３以上の受信信号によって構成してもよい。より具体的には、上記実施形態と同様、計測領域に強エコー領域および弱エコー領域の２つの領域を設定し、第２、第３および第４の駆動信号による第２、第３および第４の受信エコー信号を用いて、１フレーム分のデータを構成してもよい。この場合、たとえば、第２の受信エコー信号は第２の利得で増幅し、第３および第４の受信エコー信号はそれぞれ第３の利得で増幅する。また、第２の受信エコー信号から強エコー領域における変位量を測定し、第３および第４の受信エコー信号から弱エコー領域における変位量を測定する。第３および第４の受信エコー信号から得られた２つの弱エコー領域における変位量を平均し、弱エコー領域における変位量として用いれば、ノイズの影響を低減することができる。
【００８５】
このように、同じ利得を用いて同じ種類のエコー領域における変位量を測定する受信エコー信号の数を２以上にしてもよい。つまり、本発明の超音波診断装置では、第１の駆動信号を含むＮ（Ｎは３以上の整数）種類の駆動信号を送信し、第１の受信エコー信号およびＮ−１種類の受信エコー信号を生成し、計測領域をＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域に分類してもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、被検体は心臓の拍動によって能動的に変形していたが、本発明の超音波診断装置は静止臓器など、能動的には変形しない組織の弾性特性などの性状特性も上述した方法によって高い精度で測定することができる。図１１は、静止臓器の弾性特性を計測するための構成を模式的に示している。被検体３５１中に肝臓などの静止臓器３５２が含まれている場合、静止臓器３５２を周期的に変形させるために加振装置３１０を用いる。加振装置３１０は、被検体３５１と接触する接触部３０２を有するアーム３００および駆動部３０４を備えており、アーム３００は矢印で示すように駆動部３０４によって所定の周期で振動する。接触部３０２を被検体に接触させてアーム３００を振動させると、周期的に被検体を変形させることができる。
【００８７】
静止臓器３５２の弾性特性を計測する場合、加振装置３１０を用いて被検体３５１の静止臓器３５２を周期的に圧迫および弛緩を繰り返しながら、探触子１０１による超音波の送受信を行う。この際、加振装置３１０から振動の周期に同期したトリガ信号を記憶部１１０、調整部１１１、性状値算出部１０５および画像合成部１０６へ入力させ、上述したように計測を行う。これにより、静止臓器３５２に設定した測定点間の厚さ変化量（歪み量）を計測することができる。また、加振装置３１０の振動から被検体３５１へ加えられる圧力差を求めることができる。したがって、厚さ変化量と圧力差とを用いて弾性率を求めることができる。
【００８８】
このように加振装置３１０を用いる場合、生体ではない被検体の弾性率を求めることも可能である。たとえば、弾性体からなる配管の弾性率を測定し、配管の劣化状況を判定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の超音波診断装置は、被検体の内部の性状値を測定するのに好適に用いられ、特に、エコー強度が大きく異なる部分が含まれる被検体の性状値を高い精度で計測するのに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  制御部
１０１  探触子
１０２  送信部
１０３  受信部
１０４  断層画像処理部
１０５  性状値算出部
１０６  画像合成部
１０７  モニタ
１０８  血圧値取得部
１０９  同期信号検出部
１１０  記憶部
１１１  調整部
１１２  変位測定部
２１０  被検体
２１２  静止臓器
３００  アーム
３０２  接触部
３０４  駆動部
３１０  加振装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための第１の駆動信号を含むＮ種類（Ｎは３以上の整数）の駆動信号を生成する送信部と、
前記Ｎ種類の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の駆動信号に基づく第１の受信信号およびＮ−１個の受信エコー信号を生成する受信部と、
前記第１の受信エコー信号を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内にＭ（Ｍは２以上Ｎ−１以下の整数）種類のエコー領域を決定し、前記Ｍ種類のエコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記受信部におけるＮ−１種類の受信エコー信号を生成するための増幅の利得、または、前記第１の駆動信号以外のＮ−１種類の駆動信号の波形を決定する調整部と、
前記Ｎ−１種類の受信エコー信号から前記Ｍ種類のエコー領域における変位量をそれぞれ測定する変位測定部と、
前記Ｍ種類のエコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する性状値算出部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記Ｎ−１およびＭは２であって、
前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、
前記送信部は、前記の第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、
前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ第１、第２および第３の利得で増幅することにより、前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号を生成し、
前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第２および第３の利得を決定し、
前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、
前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値に基づき、前記第２および第３の受信エコー信号のそれぞれ前記強エコー領域および前記弱エコー領域における振幅の最大値が所定の範囲内の値になるよう、前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記強エコー領域用および前記弱エコー領域用の利得を決定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の利得を一定に保つ請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記Ｎ−１およびＭは２であって、
前記Ｍ種類のエコー領域は、エコー信号の強度が相対的に大きい強エコー領域およびエコー信号の強度が相対的に小さい弱エコー領域であって、
前記送信部は、前記の第１の駆動信号と、第２および第３の駆動信号とを生成し、
前記受信部は、前記第１、第２および第３の駆動信号による超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、生成した信号をそれぞれ増幅することにより、前記第１の受信エコー信号と、第２および第３の受信エコー信号とを生成し、
前記調整部は、前記記憶部に記憶された前記第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記第１の受信エコー信号の音響線上における計測領域内に、前記強エコー領域および前記弱エコー領域を決定し、前記強エコー領域および弱エコー領域における第１の受信エコー信号の特徴量に基づき、前記送信部の前記第２および第３の駆動信号の波形を決定し、
前記変位測定部は、前記第２の受信エコー信号から前記強エコー領域の変位量を測定し、前記第３の受信エコー信号から前記弱エコー領域の変位量を測定し、
前記性状値算出部は、前記強エコー領域の変位量および前記弱エコー領域の変位量から、前記被検体の計測領域内の性状特性値を算出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記第１のエコー信号の振幅値に基づき、前記第２の受信エコー信号の前記強エコー領域における振幅の最大値および前記第３の受信エコー信号の前記弱エコー領域における振幅の最大値がそれぞれ所定の範囲内の値になるよう、前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記駆動信号の振幅値を調整する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記第２および第３の駆動信号の波形を決定する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内において、前記第２および第３の駆動信号の波形を一定に保つ請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記第１の受信エコー信号の特徴量が前記第１の受信エコー信号の振幅である請求項３または７に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値以上の部分を前記強エコー領域と決定する請求項１１に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記調整部は、前記第１の受信エコー信号の振幅値が所定の閾値より小さい部分を前記弱エコー領域と決定する請求項１２に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の最大振幅に基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値に基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記閾値が、前記第１の受信エコー信号の振幅の平均値と標準偏差とに基づいて決定される請求項１３に記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から前記心周期に関する情報を受け取る請求項４または９に記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
前記性状特性は歪み量である請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項２０】
前記性状特性は弾性率である請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項２１】
前記被検体上に複数の音響線を設定し、複数の超音波が対応する音響線上において前記被検体を走査するように、前記送信部が前記第１、第２および第３の駆動信号をそれぞれ複数生成し、
前記受信部は前記複数の音響線上において複数の第１、第２および第３の受信エコー信号を生成し、
前記記憶部は、前記複数の第１の受信エコー信号を記憶する請求項２または３に記載の超音波診断装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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