(57)【要約】【課題】検体内の音速分布が方位方向に不均一な場合でも局所音速を精度良く求める。【解決手段】この超音波診断装置は、超音波プローブと、被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割して局所音速を計算する音速値計算手段と、を備え、音速値計算手段は、仮定局所音速を設定する音速設定手段と、仮定局所音速に基づき超音波エコーの波形を計算する波形計算手段と、超音波エコーの実波形と計算された波形とに基づいて局所音速を判定する局所音速判定手段と、を含んで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波プローブと、
被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、前記分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算手段と、を備え、
前記音速値計算手段は、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定手段と、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、前記分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算手段と、
前記受信信号に基づく前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算手段により計算された波形とに基づいて局所音速を判定する局所音速判定手段と、
を含んで構成される超音波診断装置。
【請求項２】
前記局所音速判定手段は、前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算手段により計算された波形との誤差が最小になる前記仮定局所音速を局所音速と判定する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波プローブと、
被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、前記分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算手段と、を備え、
前記音速値計算手段は、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定手段と、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、前記分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算手段と、
前記受信信号に基づく前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算手段により計算された波形との誤差が閾値以下か否かを判定する誤差判定手段と、
前記誤差判定手段の判定結果に基づき、前記誤差が閾値よりも大きい場合には前記複数の分割領域にそれぞれ設定されている仮定局所音速を新たな音速値に更新し、前記誤差が閾値以下の場合には、前記複数の分割領域にそれぞれ設定されている音速を局所音速として決定する音速更新決定手段と、
を含んで構成される超音波診断装置。
【請求項４】
前記誤差は、前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算手段により計算された波形との位相差である請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記音速値計算手段は、前記被検体内の所定の領域を深さ方向にｍ行及び方位方向にｎ列（但し、ｍ、ｎは２以上の自然数とする。）からなる複数の分割領域に分割する請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記音速値計算手段は、前記複数の分割領域に対する局所音速を前記被検体内の深さ方向に関して浅い側から順番に行毎に求める請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記音速値計算手段は、前記複数の分割領域に対する局所音速を全行同時に求める請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記複数の分割領域に対する局所音速に基づいて被検体内の音速分布を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示される音速分布の表示分解能に応じて前記分割領域の大きさを変化させる分割領域調整手段と、
を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
複数の駆動信号を超音波プローブ内の複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を検出する受信信号検出ステップと、
被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、前記分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算ステップと、を備え、
前記音速値計算ステップは、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定ステップと、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、前記分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算ステップと、
前記受信信号検出ステップに基づく前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算ステップにより計算された波形とに基づいて局所音速を判定する局所音速判定ステップと、
を含む音速推定方法。
【請求項１０】
前記局所音速判定ステップは、前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算ステップにより計算された波形との誤差が最小になる前記仮定局所音速を局所音速と判定する請求項９に記載の音速推定方法。
【請求項１１】
複数の駆動信号を超音波プローブ内の複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を検出する受信信号検出ステップと、
被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、前記分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算ステップと、を備え、
前記音速値計算ステップは、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定ステップと、
前記複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、前記分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算ステップと、
前記受信信号検出ステップに基づく前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算ステップにより計算された波形との誤差が閾値以下か否かを判定する誤差判定ステップと、
前記誤差判定ステップの判定結果に基づき、前記誤差が閾値よりも大きい場合には前記複数の分割領域にそれぞれ設定されている仮定局所音速を新たな音速値に更新し、前記誤差が閾値以下の場合には、前記複数の分割領域にそれぞれ設定されている音速を局所音速として決定する音速更新決定ステップと、
を含む音速推定方法。
【請求項１２】
前記誤差は、前記分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、前記波形計算ステップにより計算された波形との位相差である請求項９〜１１に記載の音速推定方法。
【請求項１３】
前記音速値計算ステップは、前記被検体内の所定の領域を深さ方向にｍ行及び方位方向にｎ列（但し、ｍ、ｎは２以上の自然数とする。）からなる複数の分割領域に分割する請求項９〜１２に記載の音速推定方法。
【請求項１４】
前記音速値計算ステップは、前記複数の分割領域に対する局所音速を前記被検体内の深さ方向に関して浅い側から順番に行毎に求める請求項１３に記載の音速推定方法。
【請求項１５】
前記音速値計算ステップは、前記複数の分割領域に対する局所音速を全行同時に求める請求項１３に記載の音速推定方法。
【請求項１６】
前記複数の分割領域に対する局所音速に基づいて被検体内の音速分布を表示する表示ステップと、
前記表示ステップに表示される音速分布の表示分解能に応じて前記分割領域の大きさを変化させる分割領域調整ステップと、
を含む請求項９〜１５のいずれか１項に記載の音速推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置及び音速推定方法に係り、特に、被検体内の所望の領域における音速（局所音速）を正確に求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信し、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ（振動子）を含む超音波プローブが用いられる。送信フォーカス処理によって複数の超音波を合波して形成される超音波ビームを用いて被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信して受信フォーカス処理を行うことにより、超音波エコーの強度に基づいて、被検体内に存在する構造物に関する画像情報が得られ、表示部に超音波画像が表示される。
【０００５】
ところで、超音波画像の形態画像の１つとして、形状を表すＢモード画像（超音波エコーの振幅を点の輝度により表した画像）が用いられている。しかし、形状以外の情報も診断に用いたいとの要望があり、そのうちの１つとして音速が挙げられる。音速は、医師が超音波診断を行うにあたり、生体組織、病変およびその進行度等を診断するために有効な音響情報であることから、種々の計測手法によって被検体の音速を計測することが提案されている。また、被検体内の所望の領域における音速（以下、「局所音速」という）を測定する試みもなされている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、被検体内において反射された超音波エコーの受信信号に基づいて、被検体内の所望の領域における音速（局所音速）を求める方法が提案されている。この方法では、まず、被検体内の深さの異なる位置に２つの着目領域としてＲＯＩ１、ＲＯＩ２が設定される。次に、ＲＯＩ１を送信フォーカス位置として、設定音速値が順次変更されたときの受信フォーカス処理におけるビーム集束度が判定される。そして、その判定結果に基づいて、超音波プローブからＲＯＩ１に至る経路における第１の平均音速Ｃ１が求められる。同様に、ＲＯＩ２を送信フォーカス位置として、超音波プローブからＲＯＩ２に至る経路における第２の平均音速Ｃ２が求められる。次に、第１及び第２の平均音速Ｃ１、Ｃ２と、超音波プローブからＲＯＩ１及びＲＯＩ２までの距離とに基づいて、ＲＯＩ１からＲＯＩ２に至る経路における平均音速（局所音速）Ｃｘが求められる。
【０００７】
また、特許文献２には、ホイヘンスの原理を用いて、被検体内の着目領域よりも浅い領域に設定された格子点と、着目領域における最適音速値を判定し、着目領域における最適音速値に基づいて、超音波を着目領域に送信したときに着目領域から受信される受信波を演算し、着目領域における仮定音速を仮定して、仮定音速に基づいて各格子点における最適音速値から求めた各格子点からの受信波を合成して合成受信波を得て、受信波と合成受信波に基づいて着目領域における局所音速値を判定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２０７４９０号公報
【特許文献２】特開２０１０−９９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載される方法では、例えば、図８に示すように、被検体内の音速分布が方位方向（Ｘ方向）に一定でない場合には、被検体内の着目領域（ＲＯＩ１又はＲＯＩ２）で反射した超音波エコーの波形ＷＰは、音速分布が方位方向に一定である場合に得られる波形ＷＱと比較して位相的なずれが生じる。このような位相的なずれが生じていると、受信フォーカス処理を適切に行うことができず、超音波プローブからＲＯＩ１及びＲＯ２に至る経路における第１及び第２の平均音速Ｃ１、Ｃ２を正確に求めることができなくなる。その結果、第１及び第２の平均音速Ｃ１、Ｃ２に基づいて算出される局所音速Ｃｘの算出精度が良くないという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載される方法においても同様に、被検体内の音速分布が方位方向（Ｘ方向）に一定でない場合には、正確に局所音速を求めることができない問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被検体内の音速分布が方位方向に不均一な場合でも局所音速を精度良く求めることができる超音波診断装置及び音速推定方法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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波プローブと、被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算手段と、を備え、音速値計算手段は、複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定手段と、複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算手段と、受信信号に基づく分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算手段により計算された波形とに基づいて局所音速を判定する局所音速判定手段と、を含んで構成される態様である。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る超音波診断装置は、上記第１の態様において、局所音速判定手段は、分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算手段により計算された波形との誤差が最小になる仮定局所音速を局所音速と判定する態様である。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波プローブと、被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算手段と、を備え、音速値計算手段は、複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定手段と、複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算手段と、受信信号に基づく分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算手段により計算された波形との誤差が閾値以下か否かを判定する誤差判定手段と、誤差判定手段の判定結果に基づき、誤差が閾値よりも大きい場合には複数の分割領域にそれぞれ設定されている仮定局所音速を新たな音速値に更新し、誤差が閾値以下の場合には、複数の分割領域にそれぞれ設定されている音速を局所音速として決定する音速更新決定手段と、を含んで構成される態様である。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る超音波診断装置は、上記第１〜第３の態様において、誤差は、分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算手段により計算された波形との位相差である態様である。
【００１６】
本発明の第５の態様に係る超音波診断装置は、上記第１〜第４の態様において、音速値計算手段は、被検体内の所定の領域を深さ方向にｍ行及び方位方向にｎ列（但し、ｍ、ｎは２以上の自然数とする。）からなる複数の分割領域に分割する態様である。
【００１７】
本発明の第６の態様に係る超音波診断装置は、上記第５の態様において、音速値計算手段は、複数の分割領域に対する局所音速を被検体内の深さ方向に関して浅い側から順番に行毎に求める態様である。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る超音波診断装置は、上記第５の態様において、音速値計算手段は、複数の分割領域に対する局所音速を全行同時に求める態様である。
【００１９】
本発明の第８の態様に係る超音波診断装置は、上記第１〜第７の態様において、複数の分割領域に対する局所音速に基づいて被検体内の音速分布を表示する表示手段と、表示手段に表示される音速分布の表示分解能に応じて分割領域の大きさを変化させる分割領域調整手段と、を備える態様である。
【００２０】
本発明の第９の態様に係る音速推定方法は、複数の駆動信号を超音波プローブ内の複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信した複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を検出する受信信号検出ステップと、被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算ステップと、を備え、音速値計算ステップは、複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定ステップと、複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算ステップと、受信信号検出ステップに基づく分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算ステップにより計算された波形とに基づいて局所音速を判定する局所音速判定ステップと、を含む態様である。
【００２１】
本発明の第１０の態様に係る音速推定方法は、上記第９の態様において、局所音速判定ステップは、分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算ステップにより計算された波形との誤差が最小になる仮定局所音速を局所音速と判定する態様である。
【００２２】
本発明の第１１の態様に係る音速推定方法は、複数の駆動信号を超音波プローブ内の複数の超音波トランスデューサに供給すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信した前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を検出する受信信号検出ステップと、被検体内の所定の領域を複数の分割領域に分割し、分割領域における局所的な音速である局所音速を計算する音速値計算ステップと、を備え、音速値計算ステップは、複数の分割領域に対してそれぞれ仮定局所音速を設定する音速設定ステップと、複数の分割領域に対してそれぞれ設定された仮定局所音速に基づき、分割領域で反射された超音波エコーの波形を計算する波形計算ステップと、受信信号検出ステップに基づく分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算ステップにより計算された波形との誤差が閾値以下か否かを判定する誤差判定ステップと、誤差判定ステップの判定結果に基づき、誤差が閾値よりも大きい場合には複数の分割領域にそれぞれ設定されている仮定局所音速を新たな音速値に更新し、誤差が閾値以下の場合には、複数の分割領域にそれぞれ設定されている音速を局所音速として決定する音速更新決定ステップと、を含む態様である。
【００２３】
本発明の第１２の態様に係る音速推定方法は、上記第９〜第１１の態様において、誤差は、分割領域で実際に反射した超音波エコーの実波形と、波形計算ステップにより計算された波形との位相差である態様である。
【００２４】
本発明の第１３の態様に係る音速推定方法は、上記第９〜第１２の態様において、音速値計算ステップは、被検体内の所定の領域を深さ方向にｍ行及び方位方向にｎ列（但し、ｍ、ｎは２以上の自然数とする。）からなる複数の分割領域に分割する態様である。
【００２５】
本発明の第１４の態様に係る音速推定方法は、上記第１３の態様において、音速値計算ステップは、複数の分割領域に対する局所音速を被検体内の深さ方向に関して浅い側から順番に行毎に求める態様である。
【００２６】
本発明の第１５の態様に係る音速推定方法は、上記第１３の態様において、音速値計算ステップは、複数の分割領域に対する局所音速を全行同時に求める態様である。
【００２７】
本発明の第１６の態様に係る音速推定方法は、上記第９〜第１５の態様において、複数の分割領域に対する局所音速に基づいて被検体内の音速分布を表示する表示ステップと、表示ステップで表示される音速分布の表示分解能に応じて分割領域の大きさを変化させる分割領域調整ステップと、を含む態様である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、被検体内を複数の分割領域に分割し、各分割領域の局所音速を仮定して逐次計算を行う。これにより、被検体内の音速分布が方位方向に不均一な場合においても局所音速を高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る音速推定方法を示すフローチャート図である。
【図３】図２に示すフローチャートにおいて局所音速が求められる様子を示した説明図である。
【図４】超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲの関係の一例を示したグラフである。
【図５】音速マップの表示分解能に応じて分割領域のサイズが変化する様子を示した説明図である。
【図６】第２の実施形態に係る音速推定方法を示すフローチャート図である。
【図７】図６に示すフローチャートにおいて局所音速が求められる様子を示した説明図である。
【図８】被検体内の音速分布が方位方向に一定でない場合の問題点を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波プローブ１０と、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、駆動信号発生部１４と、受信信号処理部２１と、受信遅延パターン記憶部２２と、受信制御部２３と、Ｂモード画像信号生成部３０と、音速値計算部４２と、音速マップ作成部４３と、画像表示制御部５１と、表示部５２と、操作卓６１と、制御部６２と、格納部６３とを有している。ここで、送信遅延パターン記憶部１２〜受信制御部２３は、信号処理手段を構成している。
【００３２】
超音波プローブ１０は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０ａを含んでいる。それらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される複数の駆動信号に基づいて超音波を被検体に送信すると共に、被検体から伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。
【００３３】
各超音波トランスデューサ１０ａは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００３４】
走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
【００３５】
駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部１４は、送信制御部１３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波プローブ１０に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波プローブ１０に供給する。
【００３６】
受信信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２１ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２１ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力される受信信号は、増幅器２１ａにおいて増幅され、増幅器２１ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２１ｂによってディジタルの受信信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２１ｂは、ディジタルの受信信号を受信制御部２３に出力する。
【００３７】
受信遅延パターン記憶部２２は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２３は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、その受信遅延パターンと設定音速値とに基づいて、複数の受信信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた受信信号（音線信号）が形成される。さらに、受信制御部２３は、形成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す。
【００３８】
Ｂモード画像信号生成部３０は、受信制御部２３によって生成される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。そのために、Ｂモード画像信号生成部３０は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部３１と、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）３２とを含んでいる。
【００３９】
ＳＴＣ部３１は、受信制御部２３によって生成される音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。また、ＤＳＣ３２は、ＳＴＣ部３１によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。Ｂモード画像信号生成部３０によって生成されるＢモード画像信号に基づいて、表示部５２に超音波画像が表示される。
【００４０】
音速値計算部４２は、被検体内の対象領域（観察領域）を複数の分割領域（微小領域）に分割し、各分割領域の局所音速を仮定して逐次計算を行うことにより、各分割領域の局所音速を求める。
【００４１】
音速マップ作成部４３は、音速値計算部４２によって複数の分割領域について計算される局所音速に基づいて、被検体内における音速分布を表示する音速マップを表す画像信号を生成する。画像表示制御部５１は、操作卓６１を用いたオペレータの操作に従って、Ｂモード画像信号生成部３０によって生成されるＢモード画像信号と、音速マップ作成部４３によって生成される音速マップを表す画像信号との内の少なくとも１つを選択して、表示用の画像信号を生成する。表示部５２は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示用の画像信号に基づいて超音波画像又は音速マップを表示する。
【００４２】
制御部６２は、操作卓６１を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部１１、Ｂモード画像信号生成部３０等を制御する。本実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１３、受信制御部２３〜画像表示制御部５１、及び、制御部６２が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、それらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部６３に格納される。格納部６３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４３】
次に、図１に示す超音波診断装置において用いられる音速推定方法について詳しく説明する。
【００４４】
［第１の実施形態］
図２は、第１の実施形態に係る音速推定方法を示すフローチャートである。図３は、図２に示すフローチャートにおいて局所音速が求められる様子を示した説明図である。第１の実施形態に係る音速推定方法は、被検体内の対象領域を複数の分割領域（微小領域）に分割し、各分割領域の局所音速を被検体内の浅い側から順番に行毎に求める方法である。以下、図２に示したフローチャートに従って説明する。
【００４５】
まず、オペレータが、操作卓６１を操作することにより、被検体の超音波画像において音速マップを表示する対象領域（観察領域）が指定されると、音速値計算部４２は、図３（ａ）に示すように、被検体内の対象領域をｍ行ｎ列（ｍ、ｎは２以上の自然数とする）からなる複数の分割領域１００に分割する（ステップＳ１０）。なお、行方向（Ｙ方向）は被検体の深さ方向とし、列方向（Ｘ方向）は方位方向（複数の超音波トランスデューサ１０ａが配列される方位方向）とする。また、複数の分割領域１００のうち、被検体の深さ方向において一番浅い側となる１行目の各分割領域１００は超音波プローブ１０に接する領域とする。
【００４６】
次に、音速値計算部４２は、変数ｋを１に初期設定する（ステップＳ１２）。以下では、ｋ＝１の場合について説明する。
【００４７】
次に、音速値計算部４２は、図３（ａ）に示すように、１行目の各分割領域１００に対してそれぞれ仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎを設定する（ステップＳ１４）。
【００４８】
次に、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎに基づき、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーの波形（以下、「計算波形」という。）ＷＡを計算する（ステップＳ１６）。超音波エコーの計算波形ＷＡでは、各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎと各超音波トランスデューサ１０ａとの幾何学的な配置関係から、反射点となる分割領域１００から各超音波トランスデューサ１０ａに超音波エコーが到達するまでの伝搬時間を算出することにより求めることが可能である。
【００４９】
次に、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００に送信フォーカス位置を順次ずらしながら、複数の超音波トランスデューサ１０ａから超音波ビームを送信したときに、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーの波形（以下、「実波形」という。）ＷＲを取得する（ステップＳ１８）。なお、超音波エコーの実波形ＷＲは、各超音波トランスデューサ１０ａから出力される超音波の受信信号から求められる。
【００５０】
次に、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差を求める（ステップＳ２０）。
【００５１】
図４は、超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲの関係の一例を示したグラフである。各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎと実際の局所音速との間に誤差がある場合には、図４に示すように、Ｘ方向の各位置において、超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの間に位相差が生じる。すなわち、各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎが実際の局所音速と一致する場合には、超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差はゼロとなる。したがって、超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差を求めることにより、各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎと実際の局所音速との差を推定することが可能となる。
【００５２】
次に、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差が閾値以内か否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００５３】
ステップＳ２２にてＮｏの場合、すなわち、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差が閾値よりも大きい場合、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎが実際の局所音速からずれていると判断し、例えば最小二乗法などの最適化手法を用いて上記位相差を最小にする局所音速分布を求める（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ２４で求めた局所音速分布に基づき、１行目の各分割領域１００に設定されている仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎを新たな音速値に更新する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ１６に戻り、更新後の仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎに基づき、それ以降の処理を繰り返し実行する。
【００５４】
一方、ステップＳ２２にてＹｅｓの場合、すなわち、１行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差が閾値以下の場合、音速値計算部４２は、１行目の各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎが実際の局所音速と等しいものとみなして、１行目の各分割領域１００の仮定局所音速ｖ11〜ｖ1ｎを局所音速Ｖ11〜Ｖ1ｎとして決定する（ステップＳ２８）。
【００５５】
次に、音速値計算部４２は、ｋ＝ｍが成り立つか否かを判断し（ステップＳ３０）、ｋ＝ｍが成り立たない場合にはｋに１を加算する（ステップＳ３２）。そして、ステップＳ１４に戻り、それ以降の処理を繰り返し実行する。
【００５６】
例えば、先の例（ｋ＝１の場合）において、１行目の各分割領域１００の局所音速Ｖ11〜Ｖ1ｎが求められると、ステップＳ３０及びステップ３２を経て、ステップＳ１４に戻る。そして、音速値計算部４２は、図３（ｂ）に示すように、２行目の各分割領域１００に対して仮定局所音速ｖ21〜ｖ2ｎを設定する（ステップＳ１４）。
【００５７】
次に、音速値計算部４２は、２行目の各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ21〜ｖ2ｎに基づいて、２行目の各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーの計算波形ＷＡを計算する（ステップＳ１６）。その際、２行目より浅い領域、すなわち、１行目の各分割領域１００を通過する超音波エコーの伝搬時間については先に求めた局所音速Ｖ11〜Ｖ1ｎを用いて求める。
【００５８】
その後の処理についてはｋ＝１の場合と同様であり、音速値計算部４２は、計算波形ＷＡと実波形ＷＲの位相差が閾値以下となるまで仮定局所音速ｖ21〜ｖ2ｎを新たな音速値に更新し、その位相差が閾値以下となった場合には、２行目の各分割領域１００の仮定局所音速ｖ21〜ｖ2ｎを局所音速Ｖ21〜Ｖ2ｎとして決定する。
【００５９】
その後、ｋ＝ｍとなるまでステップＳ１４〜ステップＳ３２の各処理が繰り返し行われ、図３（ｃ）に示すように、１〜ｍ行目までの全行の各分割領域１００の局所音速Ｖ11〜Ｖmnが求められる。そして、図２のステップＳ３０において、ｋ＝ｍが成り立つと判断されて終了となる。
【００６０】
なお、このようにして求められた各分割領域１００の局所音速Ｖ11〜Ｖmnは音速マップ作成部４３に出力され、音速マップ作成部４３によって各分割領域１００の局所音速Ｖ11〜Ｖmnに基づく音速マップを表す画像信号が生成される。そして、画像表示制御部５１により表示用の画像信号が生成され、その画像信号に基づいて音速マップが表示部５２に表示される。
【００６１】
本実施形態によれば、被検体内の対象領域をｍ行ｎ列からなる複数の分割領域１００に分割し、各分割領域１００の局所音速を仮定して逐次計算を行う。その際、被検体の浅い側から順番に行毎に各分割領域１００の局所音速を求める。これにより、被検体内の音速分布が方位方向に不均一な場合においても局所音速を高精度に求めることができる。
【００６２】
また、本実施形態において、音速値計算部４２は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、分割領域１００のサイズ（行方向及び列方向の大きさ）を、表示部５２に表示される音速マップの表示に必要な分解能（表示分解能）に応じて変化させる態様が好ましい。例えば、音速マップの表示分解能が高くなるにつれて分割領域１００のサイズを小さくする。これにより、被検体内の音速分布を精細に把握することが可能となり、診断精度の向上を図ることができる。また、音速マップの表示分解能が低い場合には、分割領域１００のサイズを大きくすることにより、処理速度の向上を図ることができる。なお、後述する第２の実施形態についても同様である。
【００６３】
［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る音速推定方法を示したフローチャートである。図７は、図６に示すフローチャートにおいて局所音速が求められる様子を示した説明図である。
【００６４】
第２の実施形態に係る音速推定方法は、複数の分割領域１００の局所音速を行毎ではなく、全行同時に求める方法である。
【００６５】
まず、第１の実施形態と同様にして図６に示したフローチャートが開始されると、音速値計算部４２は、被検体内の対象領域をｍ行ｎ列からなる複数の分割領域１００に分割する（ステップＳ３０）。
【００６６】
次に、音速値計算部４２は、図７（ａ）に示すように、全ての分割領域１００に対してそれぞれ仮定局所音速ｖ11〜ｖmnを設定する（ステップＳ３２）。
【００６７】
次に、音速値計算部４２は、各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖmnに基づき、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーの計算波形ＷＡを計算する（ステップＳ３４）。
【００６８】
次に、音速値計算部４２は、各分割領域１００に送信フォーカス位置を順次ずらしながら、複数の超音波トランスデューサ１０ａから超音波ビームを送信したときに、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーの実波形ＷＲを取得する（ステップＳ３６）。
【００６９】
次に、音速値計算部４２は、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差を求める（ステップＳ３８）。
【００７０】
次に、音速値計算部４２は、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲの位相差が閾値以内か否かを判定する（ステップＳ４０）。
【００７１】
ステップ４０にてＮｏの場合、すなわち、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差が閾値よりも大きい場合には、第１の実施形態と同様に、例えば最小二乗法などの最適化手法を用いて上記位相差が最小となる局所音速分布を求める（ステップＳ４２）。そして、ステップＳ４０で求めた局所音速分布に基づき、各分割領域１００に設定されている仮定局所音速ｖ11〜ｖmnを新たな音速値に更新する（ステップＳ４４）。その後、ステップＳ３４に戻り、更新後の仮定局所音速ｖ11〜ｖmnに基づき、それ以降の処理を繰り返し実行する。
【００７２】
一方、ステップＳ４０にてＹｅｓの場合、すなわち、各分割領域１００でそれぞれ反射した超音波エコーに関して、計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの位相差が閾値以内の場合には、各分割領域１００に設定された仮定局所音速ｖ11〜ｖmnが実際の局所音速と等しいものとみなし、図７（ｂ）に示すように、全ての分割領域１００の仮定局所音速ｖ11〜ｖmnを局所音速Ｖ11〜Ｖmnとして決定する（ステップＳ４６）。
【００７３】
第２の実施形態によれば、被検体内をｍ行ｎ列からなる複数の分割領域１００に分割し、各分割領域１００の局所音速を仮定して逐次計算を行う。その際、各分割領域１００の局所音速を全行同時に求める。これにより、被検体内の音速分布が方位方向に不均一な場合においても局所音速を高精度に求めることができる。また、第１の実施形態のように行毎に局所音速を求める場合に比べて、実際の局所音速との誤差が累積されることがなく、各分割領域１００の局所音速をより高精度に求めることができる。
【００７４】
なお、上述した各実施形態においては、超音波エコーの計算波形ＷＡと実波形ＷＲとの誤差として位相差を比較することによって局所音速の判定を行っているが、これに限らず、例えば、これらの波形の時間差を比較することによって局所音速の判定を行ってもよいし、これらの波形を規格化した上で波形同士の振幅の差分を比較することによって局所音速の判定を行ってもよい。
【００７５】
以上、本発明に係る超音波診断装置及び音速推定方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００７６】
１０…超音波プローブ、１０ａ…超音波トランスデューサ、１１…走査制御部、１２…送信遅延パターン記憶部、１３…送信制御部、１４…駆動信号発生部、２１…受信信号処理部、２１ａ…増幅器、２１ｂ…Ａ／Ｄ変換器、２２…受信遅延パターン記憶部、２３…受信制御部、３０…Ｂモード画像信号生成部、３１…ＳＴＣ部、３２…ＤＳＣ、４２…音速値計算部、４３…音速マップ作成部、５１…画像表示制御部、５２…表示部、６１…操作卓、６２…制御部、６３…格納部、１００…分割領域
【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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