(57)【要約】【課題】被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって生じる虚像の位置を超音波画像において実際の位置に補正することができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】この超音波診断装置は、被検体によって反射された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それぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を施すことにより超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、該複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを画像信号において補正する位置ずれ補正手段とを具備する。【選択図】図１
2009056140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して超音波を被検体に送信すると共に、被検体によって反射された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それぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、
前記送受信部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施すことにより超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、
前記受信フォーカス処理手段によって生成される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、
被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、該複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを画像信号において補正する位置ずれ補正手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
前記受信フォーカス処理手段によって生成される音線信号に基づいて、超音波が送信されてから超音波エコーが受信されるまでの伝播時間を計測する伝播時間計測手段と、
前記伝播時間計測手段によって計測される伝播時間に基づいて、被検体内の複数の領域における音速分布を算出する音速分布算出手段と、
をさらに具備する、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記音速分布算出手段が、前記伝播時間計測手段によって計測される伝播時間に基づいて求められる第１の音速分布に対して平滑化処理を施すことにより第２の音速分布を求め、第２の音速分布に対して閾値処理を施すことにより第３の音速分布を求め、第３の音速分布に対して領域連結処理を施すことにより、前記複数の領域における音速分布を算出する、請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記音速分布算出手段が、被検体内の領域を２つの領域に統合する、請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記位置ずれ補正手段が、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって音線の密度が低下する領域において画像信号を補間する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記位置ずれ補正手段が、被検体内で複数の音線が交差する位置に関する画像信号の値を、前記複数の音線に対応する複数の画像信号の値を重み付け加算することによって求める、請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記位置ずれ補正手段が、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、該複数の領域における音速の違いによって超音波画像に生じる位置ずれを画像信号において補正する、請求項１〜６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記音速分布算出手段によって算出される音速分布に基づいて、被検体内の複数の領域における音速分布を表示するための音速マップを表す画像信号を生成する音速マップ作成手段をさらに具備する、請求項２〜４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記音速マップ作成手段が、前記音速分布算出手段によって算出される音速分布に基づいて、被検体内の複数の領域における音速の違いによって音速マップに生じる位置ずれを、音速マップを表す画像信号において補正する、請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記位置ずれ補正手段が、前記超音波画像生成手段によって生成された超音波画像において超音波の屈折方向が表示された画像信号を生成し、及び／又は、前記音速マップ作成手段が、音速マップにおいて超音波の屈折方向が表示された画像信号を生成する、請求項８又は９記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記超音波画像生成手段によって生成された画像信号に基づく超音波画像と、前記音速マップ作成手段によって生成された画像信号に基づく音速マップと、前記位置ずれ補正手段によって補正された画像信号に基づく超音波画像との内の少なくとも１つを選択的に表示部に表示させる画像表示制御手段をさらに具備する、請求項８〜１０のいずれか１項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、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【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点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】
音響インピーダンスとは、次式（１）で表されるように物質固有の定数であり、その単位としては、一般に、ＭＲａｙｌ（メガ・レイル）が用いられ、１ＭＲａｙｌ＝１×１０６ｋｇ・ｍ−２・ｓ−１である。
Ｚ＝ρ・Ｃ  ・・・（１）
ここで、ρは音響媒質の密度を表しており、Ｃは音響媒質中の音速を表している。
【０００５】
また、第１の媒質の音響インピーダンスをＺ１とし、第１の媒質に隣接する第２の媒質の音響インピーダンスをＺ２とすると、第１の媒質と第２の媒質との界面における超音波の垂直反射率Ｒは、次式（２）で与えられる。
Ｒ＝（Ｚ２−Ｚ１）／（Ｚ２＋Ｚ１）  ・・・（２）
一般には、被検体内の各サンプル点において反射された超音波の強度に基づいて超音波画像が生成されるが、被検体内の組織によって音速が異なるので、アーチファクト（虚像）が発生するという問題が生じている。
【０００６】
図１２に示すように、被検体内において、遅い音速値を有する領域（例えば、脂肪層）と、早い音速値を有する領域（例えば、筋肉層）とが存在する場合に、超音波探触子１０によって送受信される超音波の音線がそれらの領域の境界面において屈折するので、被検体内の対象物Ｔの位置が超音波画像においてずれて表示されてしまう。図１２において、破線は実際の音線経路と対象物Ｔを示しており、実線は超音波画像上の音線経路と対象物Ｆを示している。例えば、脂肪層の音速値が１４７０ｍ／ｓ、筋肉層の音速値が１５５０ｍ／ｓであり、境界面が水平方向にあって滑らかであるとした場合に、脂肪層から境界面に入射角θＩ＝４５°で入射した音線は、境界面から筋肉層に出射角θＴ＝４８°で出射するので、境界面から深さ５ｃｍに位置する対象物の超音波画像は、水平方向に０．５ｃｍずれることが予想される。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、病変部位と正常部位との鑑別が容易であり且つ高い診断効率で生体組織の診断が可能な超音波組織診断装置が開示されている。この超音波組織診断装置は、複数の超音波振動子が配列された超音波振動子アレイと、この超音波振動子アレイの各振動子に接続され送信に使用される複数の隣接する第１の振動子群とこの第１の振動子群から所定の距離だけ離れて受信に使用される第２の振動子群とを送受で切り換えるスイッチ部と、この第１の振動子群から所定の方向に超音波が送波されるように第１の振動子群の各振動子に時間差を持った駆動パルスを供給する送波部と、この超音波送波から受波までの伝搬時間を計測する伝搬時間計測部と、上記伝搬時間計測部から得られたデータに基づいて音速を算出する算出部と、上記第１の振動子群及び第２の振動子群の少なくともいずれか一方の中心位置を移動させることにより１次元又は２次元の音速の特性図を求めてこれを画像表示する手段とを備えている。しかしながら、特許文献１には、算出された音速を利用して超音波画像を生成することに関しては、特に開示されていない。
【０００８】
特許文献２には、超音波探触子のレンズ層及び／又は生体の脂肪層による超音波の屈折の影響を考慮して遅延時間を設定することができる超音波撮像装置が開示されている。この超音波撮像装置は、配列振動子を備えた超音波探触子と、超音波を被検体に対して送信及び／又は受信する際に送波フォーカシング又は受波フォーカシングを行うために各振動子に対する遅延時間を制御する遅延制御手段と、配列振動子と設定された焦点位置との間の超音波伝搬媒体による超音波の屈折効果を織り込んで送波フォーカシング又は受波フォーカシングを行うための遅延時間を生成して遅延制御手段に供給する屈折補正遅延データ生成手段と、超音波画像を表示する表示ユニットとを備えている。特許文献２には、各振動子に対する遅延時間を制御することにより超音波の屈折効果を織り込んで送波フォーカシング又は受波フォーカシングを行うことが開示されているが、その信号処理は複雑で、処理時間も長くなる。
【特許文献１】特開昭６１−２９０９４２号公報（第１−２頁、第３図）
【特許文献２】国際公開第０１／２６５５５号パンフレット（第３２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって生じる虚像の位置を超音波画像において実際の位置に補正することが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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給して超音波を被検体に送信すると共に、被検体によって反射された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それぞれ出力される複数の受信信号を処理する送受信部と、送受信部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施すことにより超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、受信フォーカス処理手段によって生成される音線信号に基づいて、超音波画像を表す画像信号を生成する超音波画像生成手段と、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、該複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを画像信号において補正する位置ずれ補正手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて該複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを画像信号において補正することにより、超音波の屈折によって生じる虚像の位置を超音波画像において実際の位置に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
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、超音波探触子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、伝搬時間計測部２４と、音速分布算出部２５と、音速マップ生成部２６と、Ｂモード画像生成部２７と、位置ずれ補正部２８と、画像表示制御部２９と、Ｄ／Ａ変換器３０と、表示部３１と、操作卓３２と、制御部３３と、格納部３４とを有している。
【００１３】
被検体に当接させて用いられる超音波探触子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を備えている。それらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して受信信号を出力する。
【００１４】
各超音波トランスデューサは、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気信号を送って電圧を印加すると、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。
【００１５】
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所定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。
【００１６】
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探触子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探触子１０に供給する。
【００１７】
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。
【００１８】
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所定のパターンを選択し、そのパターン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音線信号が形成される。
【００１９】
制御部３３は、撮像動作を行う前に、被検体内における超音波の音速分布を求めるように各部を制御する。まず、被検体内における超音波の伝搬時間を計測するために、走査制御部１１の制御の下で、被検体内の複数の位置に向けて超音波ビームが順次送信され、超音波エコーが受信される。伝搬時間計測部２４は、送信制御部１３によって設定される遅延時間と、受信制御部２３によって生成される音線信号とに基づいて、超音波が送信されてから被検体内のそれぞれの位置において反射された超音波エコーが受信されるまでの伝播時間を計測する。伝播時間の計測は、例えば、次のようにして行われる。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態における伝播時間の計測方法を説明するための図である。ここでは、説明を簡単にするために、超音波探触子１０が、位置Ａ１〜Ａ１０において１０個の超音波トランスデューサ１０ａを備えているものとする。図１に示す走査制御部１１が、被検体の第１の領域内に存在する点Ｐ１を焦点として設定し、それに応じて、送信制御部１３が、位置Ａ１〜Ａ３における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。
【００２１】
駆動信号発生部１４が、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駆動信号を生成し、それらの駆動信号を位置Ａ１〜Ａ３における超音波トランスデューサ１０ａに供給する。これにより、位置Ａ１〜Ａ３における超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が、送信角θ１で点Ｐ１において焦点が絞り込まれた超音波ビーム（音線）を形成する。
【００２２】
この超音波ビームは、点Ｐ１において部分的に反射され、その超音波エコーが、位置Ａ６における超音波トランスデューサ１０ａを中心とした複数の超音波トランスデューサ１０ａに受信角θ１で入射する。受信制御部２３は、走査制御部１１によって設定された受信角θ１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、点Ｐ１において焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。伝搬時間計測部２４は、位置Ａ２において超音波が送信されてから、点Ｐ１において反射された超音波エコーが位置Ａ６において受信されるまでの伝播時間Ｔ１を計測する。
【００２３】
位置Ａ２と位置Ａ６との間の距離をＹ１とすると、超音波が伝搬した距離Ｌ１は、次式（３）に従って求められる。
Ｌ１＝Ｙ１／ｓｉｎθ１  ・・・（３）
音速分布算出部２５は、伝播時間計測部２４によって計測される伝播時間Ｔ１に基づいて、被検体の第１の領域内の音速Ｃ１を、次式（４）に従って算出する。
Ｃ１＝Ｌ１／Ｔ１  ・・・（４）
【００２４】
このようにして、焦点の位置をずらしながら被検体内の複数の位置における音速が求められる。密度ρが同じ領域内においては音速もほぼ同じとなるので、新たな位置において求められた音速が以前に求められた音速から所定の割合以上変化した場合には、音速が異なる領域（組織）の境界面を乗り越えたことが分る。これにより、音速分布算出部２５は、被検体内における複数の領域の境界面を検出し、第１の領域の深さＤ１を求めることができる。
【００２５】
図２に示す点Ｐ２は、第１の領域とは異なる第２の領域内に存在する。図１に示す走査制御部１１が、被検体の第２の領域内に存在する点Ｐ２を焦点として設定し、それに応じて、送信制御部１３が、位置Ａ１〜Ａ３における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。これにより、位置Ａ１〜Ａ３における超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が、送信角θ２で点Ｐ２において焦点が絞り込まれた超音波ビーム（音線）を形成する。
【００２６】
この超音波ビームは、点Ｐ２において部分的に反射され、その超音波エコーが、位置Ａ９における超音波トランスデューサ１０ａを中心とした複数の超音波トランスデューサ１０ａに受信角θ２で入射する。受信制御部２３は、走査制御部１１によって設定された受信角θ２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、点Ｐ２において焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。伝搬時間計測部２４は、位置Ａ２において超音波が送信されてから、点Ｐ２において反射された超音波エコーが位置Ａ９において受信されるまでの伝播時間Ｔ２を計測する。
【００２７】
位置Ａ２と位置Ａ９との間の距離をＹ２とすると、超音波が伝搬した距離Ｌ２は、次式（５）に従って求められる。
Ｌ２＝Ｙ２／ｓｉｎθ２  ・・・（５）
ここで、超音波が伝搬した距離Ｌ２は、第１の領域において超音波が伝搬した距離２・Ｄ１／ｃｏｓθ２と、第２の領域において超音波が伝搬した距離との和であるから、次式（６）が成立する。
Ｔ２＝（２・Ｄ１／ｃｏｓθ２）／Ｃ１＋（Ｌ２−２・Ｄ１／ｃｏｓθ２）／Ｃ２
・・・（６）
音速分布算出部２５は、伝播時間計測部２４によって計測される伝播時間Ｔ２に基づいて、第２の領域における音速Ｃ２を、式（６）に従って算出する。
【００２８】
ただし、送信角θ２がゼロでない場合には、第１の領域と第２の領域との境界面において超音波の屈折が生じるので、式（６）に従って求められる音速Ｃ２の値にも誤差が生じる。そこで、音速Ｃ２の値をさらに正確に求める場合には、一度求めた音速Ｃ２の値を用いて音線経路を補正してから音速Ｃ２の値を再度求めても良いし、そのような処理を繰り返すことにより音速Ｃ２の値を収束させても良い。
【００２９】
以下同様にして、第３の領域等における音速の値が求められ、その結果、被検体内の複数の領域における音速分布が算出される。図１に示す音速マップ作成部２６は、音速分布算出部２５によって算出される音速分布に基づいて、被検体内の複数の領域における音速分布を表示するための音速マップを表す画像信号を生成する。
【００３０】
あるいは、上記とは別の方法によって、被検体内の音速分布を求めても良い。例えば、制御部３３が、被検体内で最も表層に位置する第１の領域における幾つかの音速値を推定し、第１の領域内に存在する点を焦点として設定して超音波の送受信を行うように各部を制御する。受信制御部２３は、それぞれの音速値を用いて受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を形成する。制御部３３が、その音線信号に基づいてＢモード画像生成部２７によって生成される超音波画像におけるフォーカスの精度を判定することにより、第１の領域における最適な音速値を求めることができる。このような動作を複数の点に対して行うことにより、同じ音速値を有する第１の領域の範囲が認識される。
【００３１】
第１の領域における最適な音速値が求められると、制御部３３は、第１の領域に隣接して深層に位置する第２の領域における幾つかの音速値を推定し、第２の領域内に存在する点を焦点として設定して超音波の送受信を行うように各部を制御する。受信制御部２３は、第１の領域における最適な音速値と第２の領域におけるそれぞれの音速値とを用いて受信フォーカス処理を行うことにより音線信号を形成する。制御部３３が、その音線信号に基づいてＢモード画像生成部２７によって生成される超音波画像におけるフォーカスの精度を判定することにより、第２の領域における最適な音速値を求めることができる。以下同様にして、第３の領域等における音速の値が求められ、その結果、被検体内の複数の領域における音速分布が算出される。
【００３２】
実際に計測される音速分布は、かなり複雑なものになるので、音速マップを精度良く作成することは困難であり、仮に、複雑な音速マップを精度良く作成することが可能であったとしても、計算が複雑になり、処理時間が長くなってしまう。そこで、実際に計測される音速分布を単純化することにより、音速分布を簡素化したモデルを作成することが望ましい。以下においては、被検体内の音速分布を２層化したモデルを作成する場合について、図１及び図３を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、被検体内の音速分布を２層化したモデルを作成する過程を説明するための図である。図３の（ａ）は、伝播時間計測部２４によって計測された伝播時間に基づいて求められた音速分布（音速マップ）を示している。音速分布算出部２５は、図３の（ａ）に示す音速分布に対して平滑化処理を施すことにより、図３の（ａ）に示す音速分布を求める。平滑化処理は、例えば、計測された音速分布を表す多値信号（例えば、８ビットデータ）に対して２次元ローパスフィルタ処理を施すことによって行われる。
【００３４】
次に、音速分布算出部２５は、図３の（ｂ）に示す音速分布に対して閾値処理を施すことにより、図３の（ｃ）に示す音速分布を求める。閾値処理としては、１つの閾値を用いる２値化処理や、複数の閾値を用いる多値化処理が該当するが、ここでは、２値化処理を施すこととする。さらに、音速分布算出部２５は、図３の（ｃ）に示す音速分布に対して領域連結処理を施すことにより、被検体内の領域を２つの領域に統合して、図３の（ｄ）に示す音速分布を求める。領域連結処理においては、音速分布における各領域の面積が計算され、面積の小さい領域が、面積の大きい領域に連結される。
【００３５】
再び図１を参照すると、制御部３３は、被検体内における音速分布が求められると、超音波画像を生成するための撮像動作を開始するように各部を制御する。これにより、超音波の送受信が行われ、Ｂモード画像生成部２７が、受信制御部２３によって形成された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。Ｂモード画像生成部２７は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部２７ａと、包括線検波部２７ｂと、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）２７ｃとを含んでいる。
【００３６】
ＳＴＣ部２７ａは、受信制御部２３によって形成された音線信号に対して、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。包絡線検波部２７ｂは、ＳＴＣ部２７ａにおいて補正が施された音線信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、包絡線信号を生成する。ＤＳＣ２７ｃは、包絡線検波部２７ｂによって生成された包絡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。
【００３７】
位置ずれ補正部２８は、音速分布算出部２５によって算出された音速分布を用いて、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像（Ｂモード画像）に生じる位置ずれを、Ｂモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像信号において補正する。
【００３８】
図４は、超音波画像に生じる位置ずれの補正方法を説明するための図である。例として、被検体が、音速値がＣ１である脂肪層と、音速値がＣ２（Ｃ２＞Ｃ１）である生体層とを含んでいるものとする。図４においては、実際の音線経路と対象物Ｔが破線で示され、超音波画像上の音線経路と対象物Ｆが実線で示されている。
【００３９】
まず、位置ずれ補正部２８は、音速分布算出部２５によって算出された音速分布に基づいて、脂肪層と生体層との間の境界線を抽出し、超音波探触子１０の送受信面に対する境界線の角度θＳを求め、さらに、超音波探触子１０から送信された超音波ビーム（音線）の角度θＰとから、次式（７）に従って、脂肪層から境界線に入射する音線の入射角θＩを求める。
θＩ＝θＰ＋θＳ  ・・・（７）
【００４０】
次に、位置ずれ補正部２８は、次式（８）によって表されるスネルの法則に従って、境界線から生体層に出射する音線の出射角θＴを求める。
（ｓｉｎθＩ）／Ｃ１＝（ｓｉｎθＴ）／Ｃ２  ・・・（８）
【００４１】
境界線と音線との交点をＱとすると、位置ずれ補正部２８は、次式（９）に従って、超音波画像上の対象物Ｆの位置（ベクトルＱＦ）を実際の対象物Ｔの位置（ベクトルＱＴ）に変換する。ここで、Ｒ（θＴ−θＩ）は、ベクトルの変換に用いられるテンソルを表している。
【数１】
2009056140.tif 000003
【００４２】
これにより、図４において、境界線よりも上側に位置する脂肪層においては、Ｂモード画像生成部２７によって生成されるＢモード画像信号がそのまま用いられ、境界線よりも下側に位置する生体層においては、Ｂモード画像生成部２７によって生成されるＢモード画像信号において、超音波の屈折によって生じる位置ずれが補正される。
【００４３】
再び図１を参照すると、画像表示制御部２９は、Ｂモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像信号に基づく超音波画像と、音速マップ作成部２６によって生成された画像信号に基づく音速マップと、位置ずれ補正部２８によって補正された画像信号に基づく超音波画像との内の少なくとも１つを選択することにより、表示用の画像信号を生成する。
【００４４】
Ｄ／Ａ変換器３０は、画像表示制御部２９から出力されるディジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部３１は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて診断画像を表示する。
【００４５】
制御部３３は、操作卓３２を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部１１、伝搬時間計測部２４〜画像表示制御部２９等を制御する。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２９、及び、制御部３３が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、こ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。ソフトウェア（プログラム）は、格納部３４に格納される。格納部３４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。
【００４６】
以上においては、計測によって被検体内の音速を求める場合について説明したが、オペレータ（診断者）が、操作卓３２を用いて、音速が異なる領域の境界線や音速値を設定するようにしても良い。
【００４７】
図５は、表示部に表示される超音波画像の一例を示す図である。オペレータは、図１に示すＢモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像信号に基づく超音波画像を見ながらマウス等を操作して、音速が異なる複数の領域（図５においては、領域１及び領域２を示す）の境界線を設定すると共に、領域１の音速及び領域２の音速を設定することができる。位置ずれ補正部２８は、オペレータによって設定された音速分布を用いて、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれをＢモード画像信号において補正する。
【００４８】
図６は、表示部に表示される超音波画像の別の例を示す図である。図１に示す音速分布算出部２５によって算出される音速分布は、図４に示すような層構造に限られるものではなく、様々な形状をしていても良い。図６においては、遅い音速値の層（例えば、脂肪層）と、速い音速値の層（例えば、生体層）と、脂肪層内の速い音速値の部位（例えば、腹直筋）とが示されている。そのような場合においても、位置ずれ補正部２８は、音速分布算出部２５によって算出される音速分布、又は、オペレータによって設定される音速分布を用いて、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを補正することができる。
【００４９】
次に、位置ずれ補正部２８によって行われるＢモード画像信号の補間等の処理について説明する。
図７は、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって音線の密度が低下する領域が発生する例を示す図である。図７に示すように、被検体内において、遅い音速値の層（例えば、脂肪層）と速い音速値の層（例えば、生体層）とが存在する場合に、超音波の屈折によって音線の密度が低下する領域が発生する。
【００５０】
そのような場合に、位置ずれ補正部２８は、第１の音線上における画素Ａの輝度値ＤＡと第２の音線上における画素Ｂの輝度値ＤＢとを用いて、例えば、次式（１０）に従って重み付け加算を行うことにより、第１の音線と第２の音線との間における画素Ｘの輝度値ＤＸを補間する。
ＤＸ＝（ＬＢＤＡ＋ＬＡＤＢ）／（ＬＡ＋ＬＢ）  ・・・（１０）
ここで、ＬＡは画素Ａと画素Ｘとの間の距離を表しており、ＬＢは画素Ｂと画素Ｘとの間の距離を表している。さらに計算を簡単にするために、画素Ａと画素Ｂとの内の一方の輝度値を、画素Ｘの輝度値ＤＸとして用いても良い。例えば、画素Ａと画素Ｂとの内で画素Ｘに近い方の画素の輝度値が、画素Ｘの輝度値ＤＸとして用いられる。
【００５１】
あるいは、遅い音速値Ｃ１の脂肪層の密度ρ１と速い音速値Ｃ２の生体層の密度ρ２とを設定することにより、式（１１）及び式（１２）に従って、それらの層の音響インピーダンスが求められる。
Ｚ１＝ρ１・Ｃ１  ・・・（１１）
Ｚ２＝ρ２・Ｃ２  ・・・（１２）
さらに、脂肪層から境界面に入射する第１及び第２の音線の入射角をそれぞれθ１Ｉ及びθ２Ｉとし、境界面から生体層に出射する第１及び第２の音線の出射角をそれぞれθ１Ｔ及びθ２Ｔとすると、式（１３）及び式（１４）に従って、第１の音線の透過率Ｔ１及び第２の音線の透過率Ｔ２が求められる。
【数２】
2009056140.tif 000004
【数３】
2009056140.tif 000005
位置ずれ補正部２８は、これらの透過率を用いて、次式（１５）に従って重み付け加算を行うことにより、第１の音線と第２の音線との間における画素Ｘの輝度値ＤＸを補間する。
ＤＸ＝（Ｔ１・ＤＡ＋Ｔ２・ＤＢ）／（Ｔ１＋Ｔ２）  ・・・（１５）
【００５２】
図８は、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって複数の音線が交差する例を示す図である。図８に示すように、被検体内において、遅い音速値の層（例えば、脂肪層）と速い音速値の部位（例えば、腹直筋）とが存在する場合に、超音波の屈折によって複数の音線が交差する場合が発生する。
【００５３】
そのような場合に、位置ずれ補正部２８は、第１の音線上における画素の輝度値ＤＡと第２の音線上における画素の輝度値ＤＢとを用いて、例えば、次式（１６）に従って重み付け加算を行うことにより、複数の音線が交差する画素Ｘの輝度値ＤＸを求める。
ＤＸ＝（ｍＤＡ＋ｎＤＢ）／（ｍ＋ｎ）  ・・・（１６）
ここで、ｍ、ｎの値は、例えば、第１の音線上における複数の画素の輝度値の平均値と、第２の音線上における複数の画素の輝度値の平均値とに基づいて決定される。さらに計算を簡単にするために、第１の音線上における画素と第２の音線上における画素との内の一方の輝度値を、画素Ｘの輝度値ＤＸとして用いても良い。例えば、第１の音線と第２の音線との内で、腹直筋に入射する際の入射角が小さい方の音線上の画素の輝度値が、画素Ｘの輝度値ＤＸとして用いられる。
【００５４】
あるいは、位置ずれ補正部２８は、遅い音速値Ｃ１の脂肪層の密度ρ１と速い音速値Ｃ２の生体層の密度ρ２を設定することによって、式（１１）〜式（１５）に従って、複数の音線に対応する複数の画素の輝度値を重み付け加算することにより、被検体内で複数の音線が交差する位置における画素の輝度値を求めるようにしても良い。
【００５５】
次に、被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって超音波画像に生じる位置ずれを補正する際に、それらの領域の境界において超音波画像を滑らかにつなげる方法について、図１及び図９を参照しながら説明する。
図９は、複数の領域の境界において超音波画像を滑らかにつなげる方法を説明するための図である。例として、被検体が、遅い音速値の層（例えば、脂肪層）と、速い音速値の層（例えば、生体層）とを含んでいるものとする。図９においては、実際の音線経路と対象物Ｔ１及びＴ２が破線で示され、超音波画像上の音線経路と対象物Ｆ１及びＦ２が実線で示されている。
【００５６】
位置ずれ補正部２８は、境界面から生体層に音線が屈折しながら出射する出射側部分の屈折点近傍の所定の領域（数波長〜数十波長分の領域）において、画像を回転させる回転角θを屈折点に近いほどゼロに近づける。例えば、屈折点に近いほど、回転角θを、θ、３θ／４、θ／２、θ／４、０と減少させる。図９においては、対象物Ｔ１及びＴ２について算出された回転角がθ１及びθ２であったとすると、対象物Ｔ２については回転角θ２がそのまま用いられ、対象物Ｔ１については回転角θ１に替えてθ１／２が用いられる。これにより、音速マップの精度が低くて超音波画像の補正に誤差が生じたとしても、複数の領域の境界において超音波画像を自然に見せることができる。
【００５７】
さらに、位置ずれ補正部２８は、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、複数の領域における音速の違いによって超音波画像に生じる位置ずれをＢモード画像信号において補正するようにしても良い。これについて、図４を参照しながら説明する。
【００５８】
図４において、被検体が、音速値がＣ１である脂肪層と、音速値がＣ２（Ｃ２＞Ｃ１）である生体層とを含んでいるものとし、実際の音線経路と対象物Ｔが破線で示され、超音波画像上の音線経路と対象物Ｆが実線で示されている。
【００５９】
脂肪層と生体層との間の境界線の上側においては、次式（１７）に従って、音速の違いによって超音波画像に生じる位置ずれが補正される。
【数４】
2009056140.tif 000006
【００６０】
また、脂肪層と生体層との間の境界線の下側においては、次式（１８）に従って、音速の違いによって超音波画像に生じる位置ずれが補正される。
【数５】
2009056140.tif 000007
以上において、Ｃ０としては、一般的に用いられている生体中の音速（１５３０ｍ／ｓ又は１５４０ｍ／ｓ）が用いられる。
【００６１】
さらに、図１に示す音速マップ作成部２６が、被検体内の複数の領域における音速分布を用いて、複数の領域における音速の違いによって音速マップに生じる位置ずれを、音速マップを表す画像信号において補正するようにしても良い。
【００６２】
次に、図１に示す表示部３１に表示される画像の例について説明する。
図１０は、表示部に表示される画像の第１の例を示す図である。図１０においては、表示部３１に、Ｂモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像信号に基づくＢモード画像（屈折率補正オフ）３１ａと、音速マップ作成部２６によって生成された画像信号に基づく音速マップ３１ｂと、位置ずれ補正部２８によって補正された画像信号に基づくＢモード画像（屈折率補正オン）３１ｃとが表示されている。
【００６３】
図１１は、表示部に表示される画像の第２の例を示す図である。位置ずれ補正部２８は、Ｂモード画像生成部２７によって生成されたＢモード画像において超音波の屈折方向が表示された画像信号を生成しても良い。また、音速マップ作成部２６は、音速マップにおいて超音波の屈折方向が表示された画像信号を生成しても良い。図１１には、そのようにして生成されたＢモード画像（屈折率補正オフ）３１ｄ及び音速マップ３１ｅが、Ｂモード画像（屈折率補正オン）３１ｃと共に表示されている。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【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】本発明の一実施形態における伝播時間の計測方法を説明するための図である。
【図３】被検体内の音速分布を２層化したモデルを作成する過程を説明するための図である。
【図４】超音波画像に生じる位置ずれの補正方法を説明するための図である。
【図５】表示部に表示される超音波画像の一例を示す図である。
【図６】表示部に表示される超音波画像の別の例を示す図である。
【図７】被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって音線の密度が低下する領域が発生する例を示す図である。
【図８】被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折によって複数の音線が交差する例を示す図である。
【図９】複数の領域の境界において超音波画像を滑らかにつなげる方法を説明するための図である。
【図１０】表示部に表示される画像の第１の例を示す図である。
【図１１】表示部に表示される画像の第２の例を示す図である。
【図１２】被検体内の複数の領域の境界面における超音波の屈折を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  超音波探触子
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
２４  伝播時間計測部
２５  音速分布算出部
２６  音速マップ作成部
２７  Ｂモード画像生成部
２７ａ  ＳＴＣ部
２７ｂ  包絡線検波部
２７ｃ  ＤＳＣ
２８  位置ずれ補正部
２９  画像表示制御部
３０  Ｄ／Ａ変換器
３１  表示部
３２  操作卓
３３  制御部
３４  格納部
【図１】
2009056140.tif 000008
【図２】
2009056140.tif 000009
【図４】
2009056140.tif 000010
【図６】
2009056140.tif 000011
【図７】
2009056140.tif 000012
【図８】
2009056140.tif 000013
【図９】
2009056140.tif 000014
【図１０】
2009056140.tif 000015
【図１１】
2009056140.tif 000016
【図１２】
2009056140.tif 000017
【図３】
2009056140.tif 000018
【図５】
2009056140.tif 000019