(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波する送受波器と、
前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、
前記正極成分及び前記負極成分の比較に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波を送受波する送受波器と、
前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、
前記正極成分及び前記負極成分の差を演算する差演算回路と、
前記差の演算結果に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
超音波を送受波する送受波器と、
前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、
前記正極成分のパワー及び前記負極成分のパワーを演算するパワー演算回路と、
前記正極成分のパワー及び前記負極成分のパワーの差を演算する差演算回路と、
前記差の演算結果に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
超音波を送受波する送受波器と、
前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、
前記正極成分及び前記負極成分の比較に基づいて、生体組織の性状又は超音波造影剤の歪み作用を表すエコー歪み情報を演算する演算回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の装置において、
前記送受波器に対して、パワーの両極対称性をもった送信信号を供給する送信部を有することを特徴とする超音波診断装置。
【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関し、特に、受信信号から生体組織の性状を評価するための新しい情報を演算する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、生体内の非線形性を画像化するために、受信信号の第２高調波を分離し、その分離した高調波成分を映像化する手法がとられている。受信信号の歪みが大きければ大きいほど第２高調波も大きくなるため、これを映像化すれば歪みに応じた映像が得られる。しかしながら、信号の歪みは第２高調波のみに生じる訳ではなく第３高調波、第４高調波なども存在し、それらの程度は歪み波形に応じて変化するものであるから、第２高調波のみを取り上げて歪みの程度を判断することはできない。
【０００３】
現状の第２高調波による映像化は、歪みの程度を映像化するというよりも、サイドローブの低減や心腔内のデータの抜けの向上による画質向上に重きがおかれているようである。
【０００４】
なお、特開平１０−１７９５８９号公報には高調波検出が開示され、特開平５−２７３３３５号公報には送信波の制御について開示されている。
【０００５】
本発明の目的は、生体等の歪み（非線形性）を高精度に検出し、それを映像化することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、生体等の歪みを定量評価できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）歪み抽出の原理説明
異なる２つの媒質の境界面における超音波の反射はそれぞれの媒質の固有音響インピーダンスの違いにより生じることはよく知られている。式（１）は固有インピーダンスがＺ０からＺ１に進入する音の反射係数を示す。
【０００８】
【数１】
0004392091.tif 000002
ここで、通常固有音響インピーダンスＺは密度ρと音速ｃの積ρｃとしては物質固有の定数として（１）式を導いているが、実際には音速ｃは音の進入とともにダイナミックに変化する。
【０００９】
今、ある物質の体積変化と力（圧力）の関係を例えば図１のグラフのように考える。すなわち体積変化が小さいうちは僅かな力で変化が起き、体積変化が大きくなると与える力に比例していく場合である。
【００１０】
この時、この物質の体積弾性率すなわち、単位体積の変化を起こすのに必要な外力は図２のように表される。圧力が小さいときには体積弾性率が小さく、圧力が大きくなると徐々に弾性率が大きくなり、ある一定圧以上では体積弾性率は一定値を示す。生体における線形領域とは、すなわちこの体積弾性率が一定の領域であり、非線形性とは体積弾性率が圧によって変化する領域に相当するものである。
【００１１】
物質中を伝播する音速はこの体積弾性率Ｋ（Ｐ）と密度ρから、
【数２】
0004392091.tif 000003
で表される。ｃもＫも圧力の関数になるという意味でｃ（Ｐ），Ｋ（Ｐ）とした。すなわち、固有音響インピーダンスは、
【数３】
0004392091.tif 000004
となる。
【００１２】
生体へ音を放射した時、ある圧力の状態で微小な音が与えられると反射信号は線形動作をする。つまり、入射音の波形は維持されたまま反射信号が得られる。しかし、圧が低い状態では反射音は歪むことになる。また、強い音が照射された場合には入射音のレベルによって反射音が歪むことになる。
【００１３】
図３は、入射音と固有音響インピーダンスの関係を示す。ただし、（Ａ）及び（Ｂ）の横軸は時間軸であり、（Ａ）の縦軸は体積弾性率の大きさを示し、（Ｂ）の縦軸は音圧を示している（横軸より上側が音圧の高い側であり、横軸より下側が音圧の低い側である）。
【００１４】
図示のように、音圧の低下によって固有音響インピーダンスも小さくなり、音圧の高いところでは一定値となる。
【００１５】
図４はＺ１（Ｐ）＞Ｚ０のときの反射音の波形を示す。固有音響インピーダンスが小さくなるとＺ０との差が小さくなるために反射音も小さくなる。そのために特に負側の波形にひずみを起こす。
【００１６】
図５はＺ１（Ｐ）＜Ｚ０のときの反射音の波形を示す。固有音響インピーダンスが小さくなるとＺ０との差が大きくなるため反射音も大きくなる。そのために負側の波形は尖った状態にひずみ、正側の波形は頭打ちになる。
【００１７】
なお、Ｚ１（Ｐ）＜Ｚ０の場合、送信波に対して位相が反転した反射波が得られるので、図５の波形を上下反転したものが観測される。つまり、図４の波形と同様に、上側が増大し、下側が減少した波形となる。
【００１８】
図５のような反射が得られた場合、正の信号と負の信号を分離し、各極性の成分に対し個別的に絶対値をとったものが図６である。これらから正側の信号のパワーのＰｐと負側の信号パワーＰｎとを求める。信号ひずみの程度はこの正負の信号パワーの差として表される。すなわち、
【数４】
0004392091.tif 000005
が生体歪みを表す量となる。瞬時パワーを求めＤを逐次演算して映像化すれば生体歪みの映像化が可能になる。また、特定領域におけるパワーを演算してＤを求めれば、定量的な値として生体ひずみを評価することも可能である。
【００１９】
血液のみしか存在しない心腔内ではひずみが小さく、心筋組織においてはひずみが大きい。従って、ひずみを映像化することにより抜けの良い画像を得ることができる。また、反射信号の歪み度合いは入射信号の強度にも依存する。サイドローブや多重反射など主ビーム信号に対して十分に弱い入射信号に対してはひずみが相対的に小さくなり、結果としてサイドローブなどの影響の少ない画像が得られる。
【００２０】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、前記正極成分及び前記負極成分に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、受信信号中の正極成分及び負極成分が分離され、それらに基づいて超音波画像が形成される。その場合、正極成分と負極成分との差分、正極成分と負極成分との比、正極成分と負極成分のピーク比較、などの各種の方式を利用して、２つの成分の違いを定量化することができる。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、前記正極成分及び前記負極成分の差を演算する差演算回路と、前記差の演算結果に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、前記正極成分のパワー及び前記負極成分のパワーを演算するパワー演算回路と、前記正極成分のパワー及び前記負極成分のパワーの差を演算する差演算回路と、前記差の演算結果に基づいて超音波画像を形成する画像処理回路と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器からの受信信号を正極成分及び負極成分に分離する分離回路と、前記正極成分及び前記負極成分に基づいて、生体組織の性状を表すエコー歪み情報を演算する演算回路と、を含むことを特徴とする。上記の演算回路は例えば歪量を表す数値などを演算するものである。
【００２５】
望ましくは、前記送受波器に対して、両極パワーの対称性をもった送信信号を供給する送信部を有する。このような送信条件で超音波パルスの送信を行えば、受信信号の処理において正極成分と負極成分とを対比する場合の条件を適正化できる。なお、送信信号の正極成分及び負極成分が非対称であっても、それらのパワーなどが既知であれば、受信信号の正極成分及び負極成分に重み付けを行うことによって、２つの成分の適正な対比を行える。
【００２６】
本発明によれば、生体あるいはそれに注入された超音波造影剤の歪み全体が反映された非線形情報画像を提供でき、それは単なる第２高調波画像とは異なるものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図７には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図７はその全体構成を示すブロック図である。
【００２９】
プローブ１０は生体表面に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられる超音波探触子である。プローブ１０は複数の振動素子からなるアレイ振動子を有している。そのアレイ振動子を電子走査することによって超音波ビームが走査され、これによって走査面が形成される。この場合、電子リニア走査や電子セクタ走査などの電子走査方式を適用可能である。
【００３０】
送信部１２は、プローブ１０に対して送信信号を供給する回路である。この送信部１２の作用によって送信ビームが形成される。受信部１４は、プローブ１０から出力される受信信号に対して整相加算処理などの信号処理を実行する回路である。この受信部１４の作用によって受信ビームが形成される。なお、この受信部１４としては、いわゆるデジタルビームフォーマーの方式に基づく回路構成を採用することもできる。
【００３１】
分離部１６は、受信部１４から出力される受信信号に対して、正極成分及び負極成分の分離を実行する回路である。例えば、受信信号をコンパレータに通過させることによって上記の成分分離を行ってもよいし、受信信号がデジタル信号であれば、閾値を適当に設定することによって正極成分及び負極成分を分離可能である。正極成分は信号処理部１８に出力され、負極成分は信号処理部２０に出力されている。
【００３２】
信号処理部１８，２０はそれぞれ同一の構成を有しており、具体的には図８に示すような回路構成を有している。図８に示す構成例では、信号処理部１８及び２０が絶対値演算部２２及びパワー演算部２４によって構成されている。
【００３３】
絶対値演算部２２は、正極成分（又は負極成分）に対する絶対値演算を行うものであり、パワー演算部２４はその絶対値演算後の成分に基づいてパワーを演算する回路である。例えば受信信号がデジタル信号である場合、このパワー演算部２４は二乗平均値を演算する回路として構成される。
【００３４】
図７に戻って、差分器２６は、信号処理部１８，２０からそれぞれ出力されたパワーの差分を演算する回路である。この場合、差分演算の後に絶対値演算を実行し、その絶対値を生体歪みを表す量Ｄとして表示処理部２８に出力してもよいし、差分演算後の符号を有する値を生体歪みを表す量Ｄとして表示処理部２８に出力してもよい。
【００３５】
表示処理部２８は、生体歪みを表す量（歪み量）Ｄに基づいて超音波画像を形成する回路であり、例えばこの表示処理部２８の作用によって断層画像上に歪み量Ｄがカラー表示として合成される。あるいは、その歪み量Ｄを二次元画像として表示するようにしてもよい。さらに、三次元表示を行うことも可能である。
【００３６】
そのように形成された画像は表示部３０に表示される。ちなみに、超音波画像として歪み量を表示するのではなく、歪み量を数値として表示部３０に表示することも可能である。その場合、図示されていないポインティングデバイスなどによって指定された走査面上におけるアドレスの歪み量を選択的に表示するようにすればよい。上記のように、正極成分及び負極成分に対する差分が演算されるため、その差分演算を適正に行うために、送信部１２からプローブ１０に出力される送信信号に関してはその正極成分及び負極成分が互いに対象であるのが望ましい。
【００３７】
図９及び図１０にはそのような送信信号の一例が示されている。図９に示す送信波形は最初のパルス幅を有する波形であり、当該波形において正極成分及び負極成分のパワーは同一である。図９に示す送信波形はガウス分布に従った送信波形であるが、このような波形においても正極成分及び負極成分のそれら全体として両者のパワーは同一に設定されている。ちなみに、矩形波の送信パルスを生成するようにしてもよい。
【００３８】
また、図示されていない制御部によって送信部１２における送信パワーを生体組織の性状に応じてコントロールするようにしてもよい。また、その場合には送信パワーを生体信号に同期させて変化させるようにしてもよい。
【００３９】
上記の実施形態においては、図８に示したように、各成分のパワーが演算されていたが、各成分の積分値を演算したり、あるいは各成分のピークを検出することによって各成分の比較を行ってもよい。いずれにしても受信信号の波形は生体あるいは超音波造影剤の歪み作用を反映するものであるため、正極成分及び負極成分を対比によって分析すれば、そのような歪み成分を簡易かつ的確に取り出すことが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信信号に含まれる歪み成分を高精度に検出し、それを画像化することができる。また、本発明によれば、生体歪みを定量評価可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  体積変化と圧力との関係を示す図である。
【図２】  圧力と体積弾性率との関係を示す図である。
【図３】  体積弾性率と入射波形との関係を示す図である。
【図４】  音響インピーダンスが所定の条件にある場合における反射波形を示す図である。
【図５】  音響インピーダンスが他の所定の条件にある場合における反射波形を示す図である。
【図６】  反射波形を正極成分及び負極成分に分離した状態を示す図である。
【図７】  本発明に係る超音波診断装置のブロック図である。
【図８】  信号処理部の具体的な構成例を示す図である。
【図９】  送信波形を示す波形図である。
【図１０】  送信波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１０  プローブ、１２  送信部、１４  受信部、１６  分離部、１８，２０  信号処理部、２６  差分器、２８  表示処理部、３０  表示部。
【図１】
0004392091.tif 000006
【図２】
0004392091.tif 000007
【図３】
0004392091.tif 000008
【図４】
0004392091.tif 000009
【図５】
0004392091.tif 000010
【図６】
0004392091.tif 000011
【図７】
0004392091.tif 000012
【図８】
0004392091.tif 000013
【図９】
0004392091.tif 000014
【図１０】
0004392091.tif 000015