(57)【要約】  【課題】  被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる超音波診断装置を提供する。  【解決手段】  周波数解析部１２３が、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求め、直交検波部１１４が、受信信号の中心周波数を参照周波数として受信信号の位相特性を求め、組織追跡部１１５が、周波数解析部１２３によって得られた受信信号の中心周波数と、直交検波部１１４によって得られた位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出しその位置を追跡する。【選択図】  図４
2005058533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記直交検波手段によって得られた前記受信信号の位相特性に基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数が所望の値となるように送信周波数を制御する制御部とを備えた超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、前記直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えた超音波診断装置。
【請求項３】
被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数を参照周波数として受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、前記直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えた超音波診断装置。
【請求項４】
前記周波数解析手段は、直交検波後の複素信号を周波数解析する請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記超音波診断装置はさらに、
前記組織追跡手段によって得られた複数の被検体組織の動きから被検体の組織の物理的特性を表す組織特性量を計算する手段を備えた請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記組織特性量は弾性率である請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記組織特性量は歪み量または歪み率である請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記組織特性量は粘性率である請求項５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、被検体組織の弾性率、歪み量、歪み率、粘性率などの物理的特性を表す組織特性画像を表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、その反射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で、被検体の構造を断層画像として得るものであった。また、近年、反射エコー信号の位相を解析することで、被検体の動きを精密に測定し、そこから被検体の弾性率を求めるという試みがある。
【０００３】
例えば、反射エコー信号の検波出力信号の振幅と位相の両者を用いて、被検体の瞬間的な位置を決定することによって高精度に組織の追跡を行ない、拍動による大振幅変位運動上の微小振動を捕らえる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記の方法をさらに発展させ、心拍による血管壁の内面および外面の各大振幅変位運動を精密に追跡し、大振幅変位運動に重畳されている微小振動の運動速度を求め、その差から血管壁の局所弾性率を求める方法や、弾性率の空間分布を断層画像に重畳表示する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
以下では、図６を参照して、特許文献１に記載された方法について説明する。被検体の同一方向に対して、ΔＴ周期で送信された超音波パルスの受信信号をｙ（ｔ）とｙ（ｔ＋ΔＴ）とする。ここで、ｔは時刻を表す。一定深度ｘ１からの受信信号の受信時刻ｔ１は、パルス送信時刻をｔ＝０とすると、ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２）となる。ただし、Ｃは音速である。このとき、ｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋ΔＴ）との間の位相変位をΔθ、時刻ｔ１付近での超音波の中心周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおけるｘ１の移動量Δｘは
Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ                    …（式１）
となる。これをｘ１に加算することで、ΔＴ秒後のｘ１の位置ｘ１’は
ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ                          …（式２）
のように求めることができ、これを繰り返すことで、被検体の同一部位ｘ１を追跡していくことができる。
【特許文献１】特開平１０−５２２６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２９０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、被検体組織の追跡を正確に行なうためには、受信信号の超音波の中心周波数ｆを正確に与える必要があるが、上記特許文献１に記載の組織追跡方法では、送信周波数または直交検波の参照周波数を使用していた。また、超音波パルスは帯域を持っており、被検体の周波数依存減衰の影響を受けて、受信信号の中心周波数が深さに応じて低下し、これによって追跡精度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被検体の周波数依存減衰の影響を補正し、より正確に被検体組織を追跡することができ、さらに被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性に基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数が所望の値となるように送信周波数を制御する制御部とを備えたものである。
【０００９】
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えたものである。
【００１１】
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数を参照周波数として受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えたものである。
【００１３】
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。
【００１４】
第１から第３の超音波診断装置において、周波数解析手段は、直交検波後の複素信号を周波数解析することが好ましい。これにより、サンプリング周波数を低くすることができ、処理量を減少させることができる。
【００１５】
また、第１から第３の超音波診断装置はさらに、組織追跡手段によって得られた複数の被検体組織の動きから被検体の組織の物理的特性を表す組織特性量を計算する手段を備えることが好ましい。これにより、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確な組織特性量を得ることができる。
【００１６】
この場合、組織特性量は弾性率、歪み量または歪み率、粘性率である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができ、それにより弾性率、歪み量または歪み率、粘性率などの組織特性量を正確に得ることのできる優れた超音波診断装置を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、組織特性量として弾性率を例に挙げて説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例およびより具体的構成例を示す機能ブロック図である。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、制御部１００は、超音波診断装置全体を制御する。送信部１０２は、制御部１００からパルス幅、タイミング、パルスの数等の指示を受けて、探触子１０１を駆動するための高圧パルスを発生する。探触子１０１は、送信部１０２からの送信パルスを超音波に変換して被検体に照射するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。受信部１０３は、受信信号を増幅するとともに、定められた位置および方向からの超音波のみを検出する。断層画像処理部１０４は、被検体の内部構造を画像化する。
【００２０】
直交検波部１１４は、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求め、組織追跡部１１５は、受信信号の位相特性を解析し、受信信号の位相特性と音速から（式１）（式２）を用いて、組織の動きを検出し被検体組織の位置を追跡する。
【００２１】
周波数解析部１２３は、受信信号の周波数依存減衰の影響を解析して中心周波数を求めて補正値を送信部１０２に与え、補正後の中心周波数が所望の周波数となるように、制御部１００は送信部１０２を制御してパルスの幅を変えることで送信周波数を変化させる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態によれば、組織追跡演算に用いる中心周波数を所望の周波数とすることができ、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、より正確に被検体組織を追跡することができる。
【００２３】
さらに、この追跡データをもとに、被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる。
【００２４】
図１Ｂに示すように、弾性率画像処理部１０５は、直交検波部１１４と、組織追跡部１１５と、図１Ａに示す組織特性演算処理部１２０としての弾性率計算部１１６および弾性率画像作成部１１７とからなり、被検体の弾性率の２次元分布を画像化する。
【００２５】
弾性率計算部１１６は、直交検波部１１４により追跡された複数の組織の動きから組織の歪み量を計算し、血圧測定部１０８で測定した血圧値と歪み量から組織の局所弾性率を計算する。弾性率画像作成部１１７は、弾性率の２次元分布を画像化した弾性率画像を作成する。
【００２６】
心電測定部１０９は、心電図を測定し、Ｒ波によって、組織追跡部１１５および弾性率計算部１１６の初期化を行なう。周波数解析部１２３は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求めて送信部１０２に与え、制御部１００は、送信部１０２に与えられる中心周波数を制御する。
【００２７】
画像合成部１０６は、断層画像と弾性率画像、さらに心電波形などを合成し、モニタ１０７上に表示する。また、断層画像メモリ１１０は断層画像を、弾性率画像メモリ１１１は弾性率画像を、波形メモリ１１２は心電波形をそれぞれ記録する。
【００２８】
図２は、モニタ１０７の表示画面の一例を示す図である。モニタ画面には、断層画像２００上に弾性率画像２０１が重畳表示されるほか、断層画像の反射強度と画面上の輝度との対応を示す断層画像用の反射強度スケール２０２や、弾性率と画面上の色調または輝度との対応を示す弾性率画像用の弾性率スケール２０３、心電波形２０４などが表示される。図２の断層画像２００および弾性率画像２０１は、一例として、粥腫３０１のある血管の長軸断面３０２を示している。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を補正し、より正確に被検体組織を追跡することができ、さらに被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる超音波診断装置を提供することが可能になる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図３に示す本実施の形態では、周波数解析部１２３は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求め、組織追跡部１１５は、周波数解析部１２３によって得られた中心周波数と、直交検波部１１４によって得られた位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、その位置を追跡する。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、正確に被検体組織を追跡することができる。
【００３２】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図４に示す本実施の形態では、周波数解析部１２３は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求め、直交検波部１１４は、周波数解析部１２３によって得られた中心周波数を参照周波数として直交検波を行い、受信信号の位相特性を求める。組織追跡部１１５は、周波数解析部１２３によって得られた中心周波数と、直交検波部１１４によって得られた位相特性とに基づいて、被検体組織の動き検出し、その位置を追跡する。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、さらに正確に被検体組織を追跡することができる。
【００３４】
（第４の実施の形態）
なお、上記各実施形態では、周波数解析を行なう受信信号は直交検波前の信号を用いたが、図５に示すように、スイッチ１２４を設け、可動切片をａ接点側に切り換えることで、直交検波後の複素信号を用いることもできる。この構成によれば、サンプリング周波数を低くすることができ、処理量を減少させることができるというメリットがある。
【００３５】
なお、上記各実施の形態では、被検体組織の追跡波形を用いて局所弾性率を求め、その２次元分布を画像化する超音波診断装置について説明したが、本発明の趣旨は追跡波形の精度を向上させることにあり、追跡波形を用いて、歪み量や、粘性率、脈波速度などを求める超音波診断装置はすべて本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る超音波診断装置は、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができ、それにより弾性率、歪み量または歪み率、粘性率などの組織特性量を正確に得ることのできるという利点を有し、医療等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置のより具体的構成例を示す機能ブロック図
【図２】モニタの表示画面の一例を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図４】本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図５】本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図６】従来の超音波診断装置における被検体組織の追跡方法を説明するための図
【符号の説明】
【００３８】
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  弾性率画像処理部
１０６  画像合成部
１０７  モニタ
１０８  血圧測定部
１０９  心電測定部
１１０  断層画像メモリ
１１１  弾性率画像メモリ
１１２  波形メモリ
１１４  直交検波部
１１５  組織追跡部
１１６  弾性率計算部
１１７  弾性率画像作成部
１２０  組織特性演算処理部
１２３  周波数解析部
１２４  スイッチ
２００  断層画像
２０１  弾性率画像
２０２  断層画像用の反射強度スケール
２０３  弾性率画像用の弾性率スケール
２０４  心電波形
３０１  粥種
３０２  血管の長軸断面
【図１Ａ】
2005058533.tif 000003
【図１Ｂ】
2005058533.tif 000004
【図２】
2005058533.tif 000005
【図３】
2005058533.tif 000006
【図４】
2005058533.tif 000007
【図５】
2005058533.tif 000008
【図６】
2005058533.tif 000009