(57)【要約】本発明の超音波診断装置は、被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、
前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、
前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、
前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記複数のフィルタは、第１の中心周波数を有する第１のフィルタと、前記第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する第２のフィルタとを含み、
前記組織追跡部は、前記第１のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第２のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、
前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する請求項１から５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記第１のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第２のフィルタは前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を透過させる帯域を有する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、
超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ（Ａ）と、
前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ（Ｂ）と、
前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ（Ｃ）と、
前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ）と、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１０】
前記ステップ（Ｂ）は、第１の中心周波数を有する信号成分と第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、
前記ステップ（Ｄ）は、
前記第１の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、
前記第２の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ（Ｄ２）と、
を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１１】
前記ステップ（Ｄ）は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、
前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ（Ｄ２）と、
を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１２】
前記ステップ（Ｄ２）は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する請求項１１に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１３】
前記ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）との間において、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求めるステップ（Ｅ）
をさらに包含し、
前記ステップ（Ｄ）は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１４】
前記ステップ（Ａ）は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波を被検体に送信する請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１５】
前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求めるステップ（Ｆ）
をさらに包含する請求項９から１３のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１６】
前記第１の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第２の中心周波数を有する信号成分は前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、被検体組織の動きを追跡することにより、組織の性状特性を求め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、被検体を非侵襲的に検査する。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得ている。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。【０００３】  これに対し、近年、エコー信号の主に位相を解析することによって、被検体の組織の動きを精密に測定し、組織の歪みや弾性率、粘性率などの物理的（性状）特性を求めることが試みられている。【０００４】  特許文献１は、一定間隔で送受信された超音波のエコー信号の位相差を用いて、被検体の局所領域の瞬間的な移動量を求め、移動量を加算していくことによって、被検体組織を高精度に追跡する方法を開示している。図１６２を用いて、特許文献１に開示された被検体組織の追跡方法を説明する。被検体の同一個所に向けてΔＴの間隔で超音波パルスを送信し、得られたエコー信号を電気信号に変換した受信信号をそれぞれｙ（ｔ）、ｙ（ｔ＋Δｔ）とする。ｔは送信時刻を０とした受信時間である。探触子からある距離ｘ１に位置する計測点から得られるエコー信号とその受信時刻ｔ１との間には、音速をＣとすると、下記式（１）の関係が成り立つ。【０００５】  ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２）        ・・・（１）【０００６】  このときｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋Δｔ）との間の位相差をΔθ、検波周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおける計測点の移動量Δｘは、以下の式（２）で表される。【０００７】  Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ      ・・・（２）【０００８】  式（２）から求められる移動量ΔＸを元の計測点位置ｘ１に加算することにより、計測点のΔＴ後の位置ｘ１’は以下の式（３）によって求められる。【０００９】  ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ            ・・・（３）【００１０】  この演算を繰り返すことによって、被検体内の計測点の位置を追跡していくことができる。【００１１】  特許文献２は、特許文献１の方法をさらに発展させ、被検体組織、特に動脈血管壁の弾性率を求める方法を開示している。この方法によれば、まず、図１７に示すように、探触子１０１から被検体２３０の血管２２２へ向けて超音波を送信し、血管２２２の血管壁上に設定した計測点ＡおよびＢからのエコー信号を特許文献１の方法により解析することにより、計測点ＡおよびＢの動きを追跡する。図１８は、計測点ＡおよびＢの追跡波形ＴＡおよびＴＢを示している。また、心電波形ＥＣＧも合わせて示している。【００１２】  図１８に示すように、追跡波形ＴＡおよびＴＢは心電波形ＥＣＧに一致した周期性を有している。これは、心臓の心拍周期に一致して、動脈が拡張および収縮することを示している。具体的には、心電波形ＥＣＧ中にＲ波と呼ばれる大きなピークが見られる際、心臓の収縮が開始し、心臓の収縮によって、動脈中に血液が押し出され、血圧が上昇する。この血圧によって急激に血管壁が広げられる。したがって、心電波形ＥＣＧにＲ波が現れた後、動脈が急激に拡張し、追跡波形ＴＡおよびＴＢも急激に立ち上がる。その後、心臓はゆっくり拡張するので、動脈がゆっくり収縮し、追跡波形ＴＡおよびＴＢも徐々に元に戻る。このよ��な動きを動脈は繰り返している。【００１３】  追跡波形ＴＡおよびＴＢの差は計測点ＡＢ間の厚さ変化波形Ｗとなる。厚さ変化波形Ｗの最大変化量をΔＷとし、計測点ＡＢ間の初期化時（心拡張末期）の基準厚さをＷｓとすると、計測点ＡＢ間の最大歪み量εは以下の式（４）で求められる。【００１４】  ε＝ΔＷ／Ｗｓ                ・・・（４）【００１５】  この歪みは血管壁に加わる血圧差によるものであるから、このときの血圧差をΔＰとすると、計測点ＡＢ間の弾性率Ｅｒは以下の式で表される。【００１６】  Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ    ・・・（５）【００１７】  したがって、弾性率Ｅｒを断層画像上の複数点に対して計測することにより、弾性率の分布画像が得られる。図１７に示すように、血管２２２の血管壁中に粥腫２２０が生じている場合、粥腫２２０とその周りの血管壁組織とでは弾性率が異なる。したがって、弾性率の分布画像が得られれば粥腫の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が得られる。
【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】
【００１８】  しかしながら、従来技術による被検体組織の追跡方法によれば、送受信間隔ΔＴの間における被検体組織の移動量が、超音波の波長の半波長を超える場合、エリアシングにより、移動量を正確に求めることができないという問題がある。また、上述の方法により、数ミクロンオーダーの計測が可能となるにつれて、ノイズの影響が相対的に大きくなり、正確な計測を行うためには、できるだけノイズの影響を低減する必要がある。【００１９】  本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも１つを解決し、被検体組織の動きを精度よく追跡し、正確な性状特性を求めることが可能な超音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】
【００２０】  本発明の超音波診断装置は、被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部とを備える。【００２１】  ある好ましい実施形態において、前記複数のフィルタは、第１の中心周波数を有する第１のフィルタと、前記第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する第２のフィルタとを含み、前記組織追跡部は、前記第１のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第２のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む。【００２２】  ある好ましい実施形態において、前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む。【００２３】  ある好ましい実施形態において、前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する。【００２４】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。【００２５】  ある好ましい実施形態において、前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する。【００２６】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える。【００２７】  ある好ましい実施形態において、前記第１のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第２のフィルタは前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を透過させる帯域を有する。【００２８】  本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ（Ａ）、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ（Ｂ）と、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ（Ｃ）と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ）とを包含する。【００２９】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｂ）は、第１の中心周波数を有する信号成分と第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、前記ステップ（Ｄ）は、前記第���の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、前記第２の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ（Ｄ２）とを含む。【００３０】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｄ）は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ（Ｄ２）とを含む。【００３１】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｄ２）は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する。【００３２】  ある好ましい実施形態において、制御方法は、前記ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）との間において、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求めるステップ（Ｅ）をさらに包含し、前記ステップ（Ｄ）は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。【００３３】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ａ）は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波を被検体に送信する。【００３４】  ある好ましい実施形態において、制御方法は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求めるステップ（Ｆ）をさらに包含する。【００３５】  ある好ましい実施形態において、前記第１の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第２の中心周波数を有する信号成分は前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を含む。
【発明の効果】
【００３６】  本発明によれば、フィルタを用いて受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分から得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明における超音波診断装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】従来の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図３】従来の他の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図４】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図５】図１の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】図１の超音波診断装置のモニタに表示される画面の一例を示す図である。
【図７】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。
【図８】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。
【図９】本発明における超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図９の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明における超音波診断装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図１３】図１１の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明における超音波診断装置の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１４の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１６】超音波エコー信号の位相差から組織の追跡を行う方法を説明する図である。
【図１７】血管壁の弾性率を求める様子を示す模式図である。
【図１８】血管壁から得られる追跡波形を用いて歪み量を求める方法を説明する図である。
【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
１０６  画像合成部
１０７  モニタ
１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｘ  バンドパスフィルタ
１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｘ  位相検出部
１１５  組織粗追跡部
１１６  組織詳細追跡部
１１７  組織特性計算部
１１８  振幅演算部
１１９  組織詳細追跡部
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｘ、  組織追跡部
１２２  演算部
１２３  演算部
１７１、１７２、１７３、１７４  組織追跡部
２００  断層画像
２０１  組織特性画像
２０２  断層画像用反射強度スケール
２０３  組織特性画像スケール
２０４  生体信号波形
３０１、３０２、３０３、３０４  超音波診断装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】（第１の実施形態）
図１は、本発明による超音波診断装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、超音波診断装置３０１は、送信部１０２と、受信部１０３と、断層画像処理部１０４と、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂと、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂと、組織追跡部１７１と、組織特性計算部１１７と、画像合成部１０６とを備えている。また、これら構成要素を制御するための制御部１００を備えている。図示していないが、制御部１００には、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタン、キーといった入力手段や、ＬＣＤディスプレイなどの出力手段も接続されている。制御部１００は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ＣＰＵ、メモリなどを含み、超音波診断装置３０１を制御するための各ステップを実行するためのプログラムが記録されるとともに、必要に応じてプログラムが読み出され、実行される。【００４０】  送信部１０２は、制御部１００の指令を受けて、指定されたタイミングで探触子１０１を駆動する高圧信号を発生する。探触子１０１は、送信部１０２で発生した送信信号を超音波に変換して被検体に送信するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを検出し、電気信号に変換する。探触子１０１内には複数の圧電変換素子が配置され、使用する圧電変換素子の選択および、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングや電圧を個々に変化させることによって送受信する超音波の走査線位置、偏向角およびフォーカスを制御する。【００４１】  受信部１０３は、受信信号を増幅するとともに、各圧電変換素子で受信された信号に適切な遅延を加えて加算することで定められた位置（フォーカス）または方向（偏向角）からの超音波のみを検出（ビームフォーミング）する。【００４２】  断層画像処理部１０４は、フィルタ、検波器、対数増幅器、走査変換器などからなり、受信信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。【００４３】  バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、互いに異なる通過帯域を有し、受信部から出力される受信信号から、それぞれの通過帯域の信号成分を抽出する。バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂの通過帯域の中心周波数をｆ１およびｆ２とすると、ｆ１およびｆ２は、ｆ１＜ｆ２の関係を満たしている。したがって、バンドパスフィルタ１１３Ａを通過することによって得られた信号は受信信号中の低周波成分を含み、バンドパスフィルタ１１３Ｂを通過することによって得られた信号は受信信号中の高周波成分を含む。【００４４】  以下において詳細に説明するように、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いて、受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分から得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。【００４５】  位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂは、具体的には直交検波器などであり、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂによって帯域が制限された受信信号の信号成分の位相を検出する。【００４６】  組織追跡部１７１は、組織粗追跡部１１５および組織詳細追跡部１１６を含み、位相���出部１１４Ａおよび１１４Ｂによって検出された信号成分の位相から式（２）および式（３）を利用して、被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する。具体的には、位相検出部１１４Ａによって検出された信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は、式（２）および式（３）を利用して追跡情報を求める。この追跡情報は、以下で説明するように受信信号中の低周波数成分に基づいて得られているため、分解能の低い粗追跡情報である。追跡情報には、計測点における受信信号の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形が含まれる。【００４７】  組織詳細追跡部１１６は、位相検出部１１４Ｂによって検出された信号成分の位相および組織粗追跡部１１５から得られる粗追跡情報から、式（２）および式（３）を利用して各組織の詳細な追跡情報を求め、出力する。【００４８】  組織特性計算部１１７は、詳細な追跡情報を組織追跡部１７１から受け取り、組織性状を表すパラメータ、例えば歪み率、歪み量、弾性率、粘性率などを算出し、数値や２次元分布画像、音声などとして出力する。弾性率や粘性率を求める場合には、組織特性計算部１１７は、被検体の組織に運動変化を与えた応力に関する情報を外部から受け取る。被検体の組織が動脈血管壁である場合には、最高血圧値および最低血圧値を血圧計などから受け取り、式（５）を用いて算出する。【００４９】  画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４から得られる断層画像と、組織特性計算部から得られる組織特性を表す画像や数値、さらにその他の数値パラメータなどを合成し、モニタ１０７に表示する。超音波診断装置３０１はこのための専用のモニタ１０７をさらに備えていてもよいし、モニタ１０７には、一般的な、コンピュータ用のディスプレイを用いてもよい。【００５０】  次に、本発明の要部であるバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂと、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂ、組織追跡部１７１の動作を詳細に説明する。【００５１】  図２および図３は、従来の超音波診断装置において用いられているバンドパスフィルタの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示している。図２に示すように、従来の超音波診断装置では、受信信号の基本波成分の中心周波数付近（または送信周波数付近）をフィルタにより選択的に抽出し、抽出した信号成分の位相を使用して、式（２）および式（３）の演算により被検体組織の動きを追跡していた。また、被検体に向けて超音波を送信した場合、超音波による被検体組織の振動に非線形性が見られ、反射波に高調波成分が含まれることが知られている。図３に示すように、この高調波成分を検出するために、フィルタの通過帯域を送信周波数の２倍に設定し、被検体組織により発生した２次高調波成分を取り出し、その位相を使用して、式（２）および式（３）の演算により被検体組織の動きを追跡することが知られている。【００５２】  検出する超音波の周波数が高くなれば分解能も高くなるため、被検体組織を追跡する精度を向上させることができる。しかし、周波数が高くなるにつれてエリアシングの影響を受けやすく、速い動きに対応できない。つまり、エリアシングにより、受信信号の位相を一義的に決定できなくなる。たとえば、位相検出���１１４Ｂによって−π／２という位相が検出された場合、この位相が本当に−π／２であるのか、本当は３π／２であるのにエリアシングによって−π／２と検出されたのかを判別できない。このように追跡精度と移動速度に対する追従性とはトレードオフの関係にある。【００５３】  図４は、本発明による超音波診断装置３０１において用いているバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示している。受信信号中の基本波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ１１３Ａの通過帯域の中心周波数ｆ１は、基本波成分の中心周波数に一致しており、基本波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。また、受信信号中の２次高調波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ１１３Ｂの通過帯域の中心周波数ｆ２が受信信号の２次高調波成分の中心周波数に一致しており、２次高調波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。受信信号中の２次高調波成分は、被検体組織の非線形特性により発生したものであってもよいし、送信部１０３が送信する超音波にあらかじめ含まれていてもよい。例えば、パルス波形の送信波を用いれば、送信波中に高調波を発生させることができ、受信信号中の２次高調波成分が含まれる。【００５４】  位相検出部１１４Ａは受信信号中の基本波成分を位相検波する。組織粗追跡部１１５は、検波した位相から、式（２）および式（３）を利用して受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。基本波成分の周波数ではエリアシングは生じず、被検体組織の移動速度が大きくても正しく組織移動を検出できる。このため、これらの追跡情報は、周波数で定まる分解能に依存した誤差を含むものの、正しい測定結果となる。【００５５】  位相検出部１１４Ｂは受信信号中の２次高調波成分を位相検波する。組織詳細追跡部１１６は、検波した位相から式（２）および式（３）を利用して、受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。この際、２次高調波成分は高い周波数を有しているため、上述したようにエリアシングの影響が生じる可能性がある。このエリアシングの影響を排除するために、組織詳細追跡部１１６は、組織粗追跡部１１５から追跡情報を受け取る。受け取った追跡情報は、分解能は高くないものの正確な値であるので、エリアシングにより２次高調波成分の位相が特定できない場合であっても、組織粗追跡部１１５から受け取る追跡情報から、２次高調波成分の正しい位相を決定することができる。続いて、式（２）および式（３）を利用して、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。【００５６】  具体的に数値例を挙げて説明する。音速を１５４０ｍ／ｓ、基本周波数を５ＭＨｚ、２次高調波を１０ＭＨｚとする。被検体に設定した計測点の移動量が２６μｍである場合、基本周波数でも２次高調波でもエリアシングは発生しない。このため、基本波では位相が−π／３と検出され、この位相を用いて式（２）より、移動量２６μｍを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。２次高調波では位相は−２π／３と検出され、同���に式（２）より、移動量２６μｍを少ない誤差で算出できる。【００５７】  一方、被検体に設定した計測点の移動量が５２μｍである場合、基本ではエリアシングが発生しないが、２次高調波ではエリアシングが発生する。このため、基本波では位相が−２π／３と検出され、この位相を用いて式（２）より、移動量５２μｍを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。しかし、２次高調波では位相が本来−４π／３と検出されるべきであるのに、２／３πと検出されてしまう。これによって、式（２）より、移動量が−２６μｍと算出されてしまう。【００５８】  このような場合、本発明によれば、まず、組織粗追跡部１１５が基本波を計測し、移動量は５２μｍ程度であると求める。組織詳細追跡部１１６は、移動量が５２μｍ程度であるという追跡情報を組織粗追跡部１１５から受け取る。したがって、位相検出部１１４Ｂによって検出した位相は、２／３πではなく−４π／３であると判断し、この位相を用いて、移動量５２μｍを少ない誤差で算出することができる。基本波成分に比べて高い周波数である２次高調波成分を用いているため、組織詳細追跡部１１６における演算は分解能および精度が高い。したがって、組織詳細追跡部１１６において求められる追跡情報は高い精度を有している。【００５９】  また、被検体組織の非線形現象により発生した高調波成分を用いた場合には、サイドローブや多重エコーといったアーチファクトの影響を低減できるという効果もある。【００６０】  図５は、超音波診断装置３０１の制御方法を示すフローチャートである。超音波診断装置３０１は図１を参照して説明したように、制御部１００が、各部を制御することによって計測を行う。具体的には、まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５０１）。【００６１】  バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５０２）。具体的には、基本波成分と２次高調波成分を抽出する。抽出された信号成分の位相は、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂによってそれぞれ検出される（ステップＳ５０３）。位相検出部１１４Ａによって検出した信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は被検体組織の追跡情報を算出する（ステップＳ５０４）。【００６２】  組織詳細追跡部１１６は、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部１１４Ｂによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する（ステップＳ５０５）。組織特性計算部１１７は、被検体組織の詳細な追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５０６）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。図６はモニタ１０７に表示される画面の一例であって、血管壁の弾性率を計測した結果の一例を示している。図６において、モニタ上には、断層画像処理部１０４により得られた血管壁のモノクロ断層画像２００に重畳して、対応する部位の弾性率���分布を表す二次元弾性率画像２０１がカラーで表示される。二次元弾性率画像２０１は、血管壁の前壁２１０および後壁２１１が含まれるように観察領域が設定される。【００６３】  超音波送受信時は、モノクロ断層画像２００は従来の超音波診断装置同様に数１０フレーム／秒ごとに更新表示される。一方、弾性率画像２０１は１心拍に１回更新表示される。モノクロ断層画像２００は、反射強度に応じたモノクロ諧調で表示されており、反射強度を示すスケール２０２が合わせて示されている。また、弾性率画像２０１は、弾性率の値に応じた色調で表示されており、弾性率の値を示すスケール２０３が合わせて示される。また、モノクロ断層画像２００の下方には、心電波形などの生体信号波形２０４が示されている。【００６４】  図６は、後壁２１１に粥腫２２０が生成している様子を模式的に表している。本実施形態の超音波診断装置３０１によれば、上述したように被検体の組織の位置を高い精度で追跡できるため、弾性率も高い精度で求めることができる。したがって、血管壁に生成した粥腫２２０の弾性率分布を得ることができ、粥腫２２０の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が高い精度で得ることができる。このように本実施形態の超音波診断装置によれば、フィルタを用いて受信信号から基本波成分の信号と２次高調波成分の信号とを抽出する。基本波成分の信号を組織粗追跡部により解析することによって、被検体組織の移動速度が大きくても、エリアシングの影響を受けることなく、正しい追跡情報を得ることができる。また、組織詳細追跡部は、２次高調波成分の信号を解析する。この際、エリアシングが生じる場合であっても、組織粗追跡部の追跡情報を利用することにより、正しく追跡情報を求めることができる。したがって、本実施形態の超音波診断装置によれば、移動速度が速い被検体組織を高い精度で追跡することが可能となる。これにより、たとえば、動脈血管の血管壁の弾性率分布を高い精度で測定することが可能となる。【００６５】  なお、本実施形態では、受信信号の基本波成分と２次高調波成分を抽出するバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いたが、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは他の通過帯域特性を備えていてもよい。たとえば図７に示すように、バンドパスフィルタ１１３Ａは、受信信号の基本波成分のうちのやや低い周波数成分を抽出し、バンドパスフィルタ１１３Ｂは受信信号の基本波成分のうちのやや高い周波数成分を抽出してもよい。低い周波数成分は、基本波の低い周波数成分に限るものではなく、被検体組織の非線形特性により発生した低調波成分でもよいし、送信する超音波にあらかじめ含めておいてもよい。【００６６】  この場合においても、上述と同様、組織粗追跡部１１５が低い周波数成分を式（２）および式（３）を用いて解析し、粗追跡情報を得る。次いで組織詳細追跡部１１９は、粗追跡情報を利用して高い周波数成分を同様に解析し、被検体組織の動きを詳細に追跡する。これにより、図２に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低い周波数成分を用いることによって従来よりも速い被検体組織の動きに追従することができ、高い周波数成分を用いることにより精度の高い追跡を行��うことができる。【００６７】  また、図８に示すように、バンドパスフィルタ１１３Ａは受信信号の基本波成分のうちのやや低い周波数成分をやや狭い帯域で抽出し、バンドパスフィルタ１１３Ｂは受信信号の基本波成分全体を抽出してもよい。バンドパスフィルタ１１３Ｂの帯域は、バンドパスフィルタ１１３Ａの通過帯域と一部重複しているがバンドパスフィルタ１１３Ａよりも通過帯域が広い。このため、バンドパスフィルタ１１３Ａに比べて、相対的に高周波成分を抽出するといえる。このような周波数特性を有するバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いても、図２に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低い周波数成分を用いることによって、従来よりも速い被検体組織の動きに追従することができ、高い周波数成分を用いることにより精度の高い追跡を行なうことができる。また、高い周波数成分の帯域が広いため、分解能が高い。【００６８】  なお、本実施形態では、２つのバンドパスフィルタを用い、受信信号から２つの異なる周波数帯域の信号成分を抽出しているが、抽出する信号成分は２つには限られず、３つ以上の信号成分を抽出してもよい。また、バンドパスフィルタが抽出する複数の信号成分は、周波数帯域が完全に一致していなければよく、一部が重複していてもよい。より受信信号の低い周波数成分を用いることによって、より速い被検体組織の動きにも追従することができる。また、受信信号のより高い周波数成分を用いることによってより精度の高い追跡を行なうことができる。【００６９】  また、本実施形態では、２次高調波成分を抽出しているが、３次以上のｎ次高調波（ｎは３以上の整数）を抽出し、追跡情報を求めてもよい。さらに、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも１つが所定の大きさの振幅で検出できるように、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも１つを強調した送信信号を用いてもよい。【００７０】  （第２の実施形態）
図９は、本発明による超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。図９に示すように、超音波診断装置３０２は、振幅演算部１１８を備えている点で、第１の実施形態の超音波診断装置３０１と異なる。【００７１】  振幅演算部１１８は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された受信信号の２次高調波成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、組織詳細追跡部１１９へ出力する。組織詳細追跡部１１９は振幅演算部１１８から信号を受け取った場合、２次高調波成分を用いて追跡情報を求めることはせず、組織粗追跡部１１５から得られた追跡情報をそのまま出力する。【００７２】  受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、ＳＮ比が小さくなっている。このため、このような信号を用いて位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。【００７３】  本実施形態では、このような場合には、受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分から追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。【００７４】  図１０は、超音波診断装置３０２の制御方法を説明するフローチャートである。図９および図１０を参照して超音波診断装置３０２の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５１１）。【００７５】  バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５１２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂによって、それぞれ検出される（ステップＳ５１３）。位相検出部１１４Ａによって検出した信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は被検体組織の追跡情報を算出する（ステップＳ５１４）。【００７６】  振幅演算部１１８は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された信号成分の振幅を算出する（ステップＳ５１４）。振幅が所定の閾値以上である場合（ステップＳ５１６）には、組織詳細追跡部１１９は、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部１１４Ｂによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する（ステップＳ５１７）。一方、振幅が所定の閾値よりも小さい場合（ステップＳ５１６）には、組織詳細追跡部１１６は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された信号成分を利用することなく、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報を出力する。【００７７】  組織特性計算部１１７は、組織詳細追跡部１１６から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５１８）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。【００７８】  （第３の実施形態）
図１１は、本発明による超音波診断装置の第３の実施形態を示すブロック図である。図１１に示すように超音波診断装置３０３は、複数のバンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘ、複数の位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘおよび組織追跡部１７３を備えている点で第１の実施形態の超音波診断装置３０１とは異なっている。【００７９】  バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から互いに異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ抽出する。位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘは、異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ位相検波する。【００８０】  組織追跡部１７３は、組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘと演算部１２２とを含む。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、式（２）および式（３）を利用して、検波された位相からそれぞれ被検体組織の追跡情報を求める。ノイズがない場合には、組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘにより得られた追跡情報は同じとなるはずであるが、ノイズがある場合には周波数帯域ごとにノイズ量が異なり、それによって追跡波形に誤差が生じる。【００８１】  演算部１２２は各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報をもとに、ノイズが低減された追跡情報を生成する。具体的には、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報に対し、単純平均処理または重み付け平均処理を行い、平均化された追跡情報を出力する。重み付け平均は、たとえば、送信波形または受信波形の中心周波数付近の帯域は大きな重み付けを行い、そこから離れるにしたがって小さくするなどとすればよい。あるいは、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報のうち、値が離れている追跡情報を除外して平均処理を行ってもよい。【００８２】  図１２は、バンドパスフィルタを３つ用いる場合における通過帯域特性および受信信号の周波数特性の一例を示している。このように多くの周波数帯域を使用して追跡を行ない、平均処理を行なうことで、ノイズの影響を減少させることができ、精度良い追跡を行なうことができる。また、受信信号に重畳しているノイズは、受信信号の全帯域にわたって均等に影響を及ぼしているわけではない。受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出した場合、ノイズの影響を強く受けている信号成分とノイズ影響が少ない信号成分とが存在する。ノイズの影響を強く受けている信号成分は、他の信号成分と比べて追跡情報がかけ離れていると考えられるため、そのような信号成分を除外して平均を行うことによって、よりノイズの影響を低減し、精度の高い追跡を行うことができる。【００８３】  また、バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘの通過帯域として、受信信号から低周波成分を抽出し、抽出した信号成分を用いて追跡を行なえばより速い被検体組織の動きにも追従できるようになる。受信信号から高周波数成分を抽出すれば、精度良い追跡を行なうことができる。【００８４】  図１３は、超音波診断装置３０３の制御方法を示すフローチャートである。図１１および図１３を参照して、超音波診断装置３０３の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５２１）。【００８５】  バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５２２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘによって、それぞれ検出される（ステップＳ５２３）。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める（ステップＳ５２４）。【００８６】  演算部１２３は、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報を平均する（ステップＳ５２５）。組織特性計算部１１７は演算部１２２から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５２６）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。【００８７】  （第４の実施形態）
図１４は、本発明による超音波診断装置の第４の実施形態を示すブロック図である。図１４に示すように、超音波診断装置３０４は、振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘを備えている点で、第３の実施形態の超音波診断装置３０３と異なる。【００８８】  振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘのそれぞれは、バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘによって受信信号から抽出された信号成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、演算部１２３へ出力する。演算部１２３は振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘのいずれかから信号を受け取った場合、対応する信号成分から得られた追跡情報を平均演算から除外し、残りの追跡情報の平均を求める。第３の実施形態で説明したように、種々の平均化方法を用いることができる。また、振幅に応じて重み付け平均をおこなってもよい。【００８９】  受信信号から抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、ＳＮ比が小さくなっている。このため、このような信号を用いて得られた追跡情報の位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。本実施形態では、このような場合には、受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分から追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。【００９０】  図１５は、超音波診断装置３０４の制御方法を示すフローチャートである。図１４および図１５を参照して、超音波診断装置３０３の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５３１）。【００９１】  バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５３２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘによって、それぞれ検出される（ステップＳ５３３）。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める（ステップＳ５３４）。さらに振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘは各信号成分の振幅を検出する（ステップＳ５３５）。【００９２】  演算部１２２は、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報を平均する（ステップＳ５３６）。このとき振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘから各信号成分の振幅の値を受け取って、振幅が所定の閾値よりも小さい場合には、その信号成分から求められた追跡情報は、平均を行う演算に利用しないようにする。
組織特性計算部１１７は演算部１２３から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップ５３７）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】  本発明は、被検体組織の動きを追跡する超音波診断装置に好適に用いられる。特に、本発明は、組織の性状特性、たとえば、生体の動脈血管の血管壁の弾性率を求める超音波診断装置に好適に用いられる。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【手続補正１】
【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】
被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、
前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、
前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、
前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記複数のフィルタは、第１の中心周波数を有する第１のフィルタと、前記第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する第２のフィルタとを含み、
前記組織追跡部は、前記第１のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第２のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、
前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する請求項１から５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記第１のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第２のフィルタは前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を透過させる帯域を有する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、
超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ（Ａ）と、
前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ（Ｂ）と、
前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ（Ｃ）と、
前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ）と、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１０】
前記ステップ（Ｂ）は、第１の中心周波数を有する信号成分と第1の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、
前記ステップ（Ｄ）は、
前記第１の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、
前記第２の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ（Ｄ２）と、
を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１１】
前記ステップ（Ｄ）は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、
前記複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ（Ｄ２）と、
を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１２】
前記ステップ（Ｄ２）は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する請求項１１に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１３】
前記ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）との間において、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求めるステップ（Ｅ）
をさらに包含し、
前記ステップ（Ｄ）は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１４】
前記ステップ（Ａ）は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波を被検体に送信する請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１５】
前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求めるステップ（Ｆ）
をさらに包含する請求項９から１３のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１６】
前記第１の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第２の中心周波数を有する信号成分は前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を含む請求項９に記載の超音波診断装置の制御方法。
【手続補正２】
【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、被検体組織の動きを追跡することにより、組織の性状特性を求め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、被検体を非侵襲的に検査する。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得ている。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。
【０００３】
これに対し、近年、エコー信号の主に位相を解析することによって、被検体の組織の動きを精密に測定し、組織の歪みや弾性率、粘性率などの物理的（性状）特性を求めることが試みられている。
【０００４】
特許文献１は、一定間隔で送受信された超音波のエコー信号の位相差を用いて、被検体の局所領域の瞬間的な移動量を求め、移動量を加算していくことによって、被検体組織を高精度に追跡する方法を開示している。図１６を用いて、特許文献１に開示された被検体組織の追跡方法を説明する。被検体の同一個所に向けてΔＴの間隔で超音波パルスを送信し、得られたエコー信号を電気信号に変換した受信信号をそれぞれｙ（ｔ）、ｙ（ｔ＋Δｔ）とする。ｔは送信時刻を０とした受信時間である。探触子からある距離ｘ１に位置する計測点から得られるエコー信号とその受信時刻ｔ１との間には、音速をＣとすると、下記式（１）の関係が成り立つ。
【０００５】
ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２）                ・・・  （１）
【０００６】
このときｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋Δｔ）との間の位相差をΔθ、検波周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおける計測点の移動量Δｘは、以下の式（２）で表される。
【０００７】
Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ          ・・・  （２）
【０００８】
式（２）から求められる移動量ΔＸを元の計測点位置ｘ１に加算することにより、計測点のΔＴ後の位置ｘ１’は以下の式（３）によって求められる。
【０００９】
ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ                    ・・・  （３）
【００１０】
この演算を繰り返すことによって、被検体内の計測点の位置を追跡していくことができる。
【００１１】
特許文献２は、特許文献１の方法をさらに発展させ、被検体組織、特に動脈血管壁の弾性率を求める方法を開示している。この方法によれば、まず、図１７に示すように、探触子１０１から被検体２３０の血管２２２へ向けて超音波を送信し、血管２２２の血管壁上に設定した計測点ＡおよびＢからのエコー信号を特許文献１の方法により解析することにより、計測点ＡおよびＢの動きを追跡する。図１８は、計測点ＡおよびＢの追跡波形ＴＡおよびＴＢを示している。また、心電波形ＥＣＧも合わせて示している。
【００１２】
図１８に示すように、追跡波形ＴＡおよびＴＢは心電波形ＥＣＧに一致した周期性を有している。これは、心臓の心拍周期に一致して、動脈が拡張および収縮することを示している。具体的には、心電波形ＥＣＧ中にＲ波と呼ばれる大きなピークが見られる際、心臓の収縮が開始し、心臓の収縮によって、動脈中に血液が押し出され、血圧が上昇する。この血圧によって急激に血管壁が広げられる。したがって、心電波形ＥＣＧにＲ波が現れた後、動脈が急激に拡張し、追跡波形ＴＡおよびＴＢも急激に立ち上がる。その後、心臓はゆっくり拡張するので、動脈がゆっくり収縮し、追跡波形ＴＡおよびＴＢも徐々に元に戻る。このような動きを動脈は繰り返している。
【００１３】
追跡波形ＴＡおよびＴＢの差は計測点ＡＢ間の厚さ変化波形Ｗとなる。厚さ変化波形Ｗの最大変化量をΔＷとし、計測点ＡＢ間の初期化時（心拡張末期）の基準厚さをＷｓとすると、計測点ＡＢ間の最大歪み量εは以下の式（４）で求められる。
【００１４】
ε＝ΔＷ／Ｗｓ                        ・・・  （４）
【００１５】
この歪みは血管壁に加わる血圧差によるものであるから、このときの血圧差をΔＰとすると、計測点ＡＢ間の弾性率Ｅｒは以下の式で表される。
【００１６】
Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ        ・・・  （５）
【００１７】
したがって、弾性率Ｅｒを断層画像上の複数点に対して計測することにより、弾性率の分布画像が得られる。図１７に示すように、血管２２２の血管壁中に粥腫２２０が生じている場合、粥腫２２０とその周りの血管壁組織とでは弾性率が異なる。したがって、弾性率の分布画像が得られれば粥腫の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が得られる。
【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】
【００１８】
しかしながら、従来技術による被検体組織の追跡方法によれば、送受信間隔ΔＴの間における被検体組織の移動量が、超音波の波長の半波長を超える場合、エリアシングにより、移動量を正確に求めることができないという問題がある。また、上述の方法により、数ミクロンオーダーの計測が可能となるにつれて、ノイズの影響が相対的に大きくなり、正確な計測を行うためには、できるだけノイズの影響を低減する必要がある。
【００１９】
本発明はこのような従来技術の課題の少なくとも１つを解決し、被検体組織の動きを精度よく追跡し、正確な性状特性を求めることが可能な超音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】
【００２０】
本発明の超音波診断装置は、被検体の組織へ超音波を送信するための超音波探触子を駆動する送信部と、前記超音波が前記生体の組織において反射することにより得られる反射波を、前記超音波探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する複数のフィルタと、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出する複数の位相検出部と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する組織追跡部とを備える。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記複数のフィルタは、第１の中心周波数を有する第１のフィルタと、前記第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する第２のフィルタとを含み、前記組織追跡部は、前記第１のフィルタを通過した信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力する粗追跡部と、前記第２のフィルタを通過した信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力する詳細追跡部とを含む。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記組織追跡部は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を求める複数の追跡部と、前記複数の追跡部から得られる複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得る演算部とを含む。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記演算部は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求める振幅演算部をさらに備え、前記組織追跡部は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記送信部は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波が得られるよう、超音波探触子を駆動する送信信号を生成する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求める特性計算部をさらに備える。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記第１のフィルタは、前記超音波の基本波成分を透過させる帯域を有し、前記第２のフィルタは前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を透過させる帯域を有する。
【００２８】
本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、超音波探触子を用いて超音波を送受信することにより、被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成するステップ（Ａ）、前記受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出するステップ（Ｂ）と、前記複数の信号成分の位相をそれぞれ検出するステップ（Ｃ）と、前記複数の位相から被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ）とを包含する。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｂ）は、第１の中心周波数を有する信号成分と第１の中心周波数よりも高い第２の中心周波数を有する信号成分とを抽出し、前記ステップ（Ｄ）は、前記第１の中心周波数を有する信号成分の位相から前記被検体の各組織の動きを追跡し、粗追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、前記第２の中心周波数を有する信号成分の位相および前記粗追跡情報から前記被検体の各組織の前記追跡情報を出力するステップ（Ｄ２）とを含む。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｄ）は、前記複数の位相からそれぞれ被検体組織の動きを追跡し、追跡情報を出力するステップ（Ｄ１）と、前記複数の追跡情報に基づいて、ノイズが低減された追跡情報を得るステップ（Ｄ２）とを含む。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ｄ２）は、前記複数の追跡情報の単純平均または重み付け平均の少なくともいずれかを実行する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、制御方法は、前記ステップ（Ｃ）とステップ（Ｄ）との間において、前記複数の信号成分の少なくとも１つの振幅を求めるステップ（Ｅ）をさらに包含し、前記ステップ（Ｄ）は、前記振幅が所定の値以下であるときは、振幅を求めた信号成分を用いずに前記追跡情報を求める。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（Ａ）は、前記複数のフィルタの帯域のうち少なくとも１つを強調した超音波を被検体に送信する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、制御方法は、前記追跡情報から前記被検体の性状特性を求めるステップ（Ｆ）をさらに包含する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記第１の中心周波数を有する信号成分は、前記超音波の基本波成分を含み、前記第２の中心周波数を有する信号成分は前記超音波のｎ次高調波成分（ｎ≧２の整数）を含む。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、フィルタを用いて受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分から得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による超音波診断装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、超音波診断装置３０１は、送信部１０２と、受信部１０３と、断層画像処理部１０４と、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂと、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂと、組織追跡部１７１と、組織特性計算部１１７と、画像合成部１０６とを備えている。また、これら構成要素を制御するための制御部１００を備えている。図示していないが、制御部１００には、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタン、キーといった入力手段や、ＬＣＤディスプレイなどの出力手段も接続されている。制御部１００は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ＣＰＵ、メモリなどを含み、超音波診断装置３０１を制御するための各ステップを実行するためのプログラムが記録されるとともに、必要に応じてプログラムが読み出され、実行される。
【００３８】
送信部１０２は、制御部１００の指令を受けて、指定されたタイミングで探触子１０１を駆動する高圧信号を発生する。探触子１０１は、送信部１０２で発生した送信信号を超音波に変換して被検体に送信するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを検出し、電気信号に変換する。探触子１０１内には複数の圧電変換素子が配置され、使用する圧電変換素子の選択および、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングや電圧を個々に変化させることによって送受信する超音波の走査線位置、偏向角およびフォーカスを制御する。
【００３９】
受信部１０３は、受信信号を増幅するとともに、各圧電変換素子で受信された信号に適切な遅延を加えて加算することで定められた位置（フォーカス）または方向（偏向角）からの超音波のみを検出（ビームフォーミング）する。
【００４０】
断層画像処理部１０４は、フィルタ、検波器、対数増幅器、走査変換器などからなり、受信信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。
【００４１】
バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、互いに異なる通過帯域を有し、受信部から出力される受信信号から、それぞれの通過帯域の信号成分を抽出する。バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂの通過帯域の中心周波数をｆ１およびｆ２とすると、ｆ１およびｆ２は、ｆ１＜ｆ２の関係を満たしている。したがって、バンドパスフィルタ１１３Ａを通過することによって得られた信号は受信信号中の低周波成分を含み、バンドパスフィルタ１１３Ｂを通過することによって得られた信号は受信信号中の高周波成分を含む。
【００４２】
以下において詳細に説明するように、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いて、受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出し、これらの信号成分をそれぞれ解析することにより、周波数に依存する特徴をそれぞれの信号成分から得ることができる。したがって、この特徴を適切に利用することにより、測定精度を向上させることができる。
【００４３】
位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂは、具体的には直交検波器などであり、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂによって帯域が制限された受信信号の信号成分の位相を検出する。
【００４４】
組織追跡部１７１は、組織粗追跡部１１５および組織詳細追跡部１１６を含み、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂによって検出された信号成分の位相から式（２）および式（３）を利用して、被検体の各組織の動きを追跡し、追跡情報を出力する。具体的には、位相検出部１１４Ａによって検出された信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は、式（２）および式（３）を利用して追跡情報を求める。この追跡情報は、以下で説明するように受信信号中の低周波数成分に基づいて得られているため、分解能の低い粗追跡情報である。追跡情報には、計測点における受信信号の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形が含まれる。
【００４５】
組織詳細追跡部１１６は、位相検出部１１４Ｂによって検出された信号成分の位相および組織粗追跡部１１５から得られる粗追跡情報から、式（２）および式（３）を利用して各組織の詳細な追跡情報を求め、出力する。
【００４６】
組織特性計算部１１７は、詳細な追跡情報を組織追跡部１７１から受け取り、組織性状を表すパラメータ、例えば歪み率、歪み量、弾性率、粘性率などを算出し、数値や２次元分布画像、音声などとして出力する。弾性率や粘性率を求める場合には、組織特性計算部１１７は、被検体の組織に運動変化を与えた応力に関する情報を外部から受け取る。被検体の組織が動脈血管壁である場合には、最高血圧値および最低血圧値を血圧計などから受け取り、式（５）を用いて算出する。
【００４７】
画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４から得られる断層画像と、組織特性計算部から得られる組織特性を表す画像や数値、さらにその他の数値パラメータなどを合成し、モニタ１０７に表示する。超音波診断装置３０１はこのための専用のモニタ１０７をさらに備えていてもよいし、モニタ１０７には、一般的な、コンピュータ用のディスプレイを用いてもよい。
【００４８】
次に、本発明の要部であるバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂと、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂ、組織追跡部１７１の動作を詳細に説明する。
【００４９】
図２および図３は、従来の超音波診断装置において用いられているバンドパスフィルタの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示している。図２に示すように、従来の超音波診断装置では、受信信号の基本波成分の中心周波数付近（または送信周波数付近）をフィルタにより選択的に抽出し、抽出した信号成分の位相を使用して、式（２）および式（３）の演算により被検体組織の動きを追跡していた。また、被検体に向けて超音波を送信した場合、超音波による被検体組織の振動に非線形性が見られ、反射波に高調波成分が含まれることが知られている。図３に示すように、この高調波成分を検出するために、フィルタの通過帯域を送信周波数の２倍に設定し、被検体組織により発生した２次高調波成分を取り出し、その位相を使用して、式（２）および式（３）の演算により被検体組織の動きを追跡することが知られている。
【００５０】
検出する超音波の周波数が高くなれば分解能も高くなるため、被検体組織を追跡する精度を向上させることができる。しかし、周波数が高くなるにつれてエリアシングの影響を受けやすく、速い動きに対応できない。つまり、エリアシングにより、受信信号の位相を一義的に決定できなくなる。たとえば、位相検出部１１４Ｂによって−π／２という位相が検出された場合、この位相が本当に−π／２であるのか、本当は３π／２であるのにエリアシングによって−π／２と検出されたのかを判別できない。このように追跡精度と移動速度に対する追従性とはトレードオフの関係にある。
【００５１】
図４は、本発明による超音波診断装置３０１において用いているバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂの周波数特性および受信信号の周波数特性を模式的に示している。受信信号中の基本波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ１１３Ａの通過帯域の中心周波数ｆ１は、基本波成分の中心周波数に一致しており、基本波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。また、受信信号中の２次高調波成分のみを抽出するように、バンドパスフィルタ１１３Ｂの通過帯域の中心周波数ｆ２が受信信号の２次高調波成分の中心周波数に一致しており、２次高調波成分のみを含むように帯域幅も設定されている。受信信号中の２次高調波成分は、被検体組織の非線形特性により発生したものであってもよいし、送信部１０３が送信する超音波にあらかじめ含まれていてもよい。例えば、パルス波形の送信波を用いれば、送信波中に高調波を発生させることができ、受信信号中の２次高調波成分が含まれる。
【００５２】
位相検出部１１４Ａは受信信号中の基本波成分を位相検波する。組織粗追跡部１１５は、検波した位相から、式（２）および式（３）を利用して受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。基本波成分の周波数ではエリアシングは生じず、被検体組織の移動速度が大きくても正しく組織移動を検出できる。このため、これらの追跡情報は、周波数で定まる分解能に依存した誤差を含むものの、正しい測定結果となる。
【００５３】
位相検出部１１４Ｂは受信信号中の２次高調波成分を位相検波する。組織詳細追跡部１１６は、検波した位相から式（２）および式（３）を利用して、受信信号中の基本波成分の位相変化、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。この際、２次高調波成分は高い周波数を有しているため、上述したようにエリアシングの影響が生じる可能性がある。このエリアシングの影響を排除するために、組織詳細追跡部１１６は、組織粗追跡部１１５から追跡情報を受け取る。受け取った追跡情報は、分解能は高くないものの正確な値であるので、エリアシングにより２次高調波成分の位相が特定できない場合であっても、組織粗追跡部１１５から受け取る追跡情報から、２次高調波成分の正しい位相を決定することができる。続いて、式（２）および式（３）を利用して、計測点の移動量および位置変化を示す追跡波形など含む追跡情報を求める。
【００５４】
具体的に数値例を挙げて説明する。音速を１５４０ｍ／ｓ、基本周波数を５ＭＨｚ、２次高調波を１０ＭＨｚとする。被検体に設定した計測点の移動量が２６μｍである場合、基本周波数でも２次高調波でもエリアシングは発生しない。このため、基本波では位相が−π／３と検出され、この位相を用いて式（２）より、移動量２６μｍを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。２次高調波では位相は−２π／３と検出され、同様に式（２）より、移動量２６μｍを少ない誤差で算出できる。
【００５５】
一方、被検体に設定した計測点の移動量が５２μｍである場合、基本ではエリアシングが発生しないが、２次高調波ではエリアシングが発生する。このため、基本波では位相が−２π／３と検出され、この位相を用いて式（２）より、移動量５２μｍを所定の大きさの誤差を含むものの算出できる。しかし、２次高調波では位相が本来−４π／３と検出されるべきであるのに、２／３πと検出されてしまう。これによって、式（２）より、移動量が−２６μｍと算出されてしまう。
【００５６】
このような場合、本発明によれば、まず、組織粗追跡部１１５が基本波を計測し、移動量は５２μｍ程度であると求める。組織詳細追跡部１１６は、移動量が５２μｍ程度であるという追跡情報を組織粗追跡部１１５から受け取る。したがって、位相検出部１１４Ｂによって検出した位相は、２／３πではなく−４π／３であると判断し、この位相を用いて、移動量５２μｍを少ない誤差で算出することができる。基本波成分に比べて高い周波数である２次高調波成分を用いているため、組織詳細追跡部１１６における演算は分解能および精度が高い。したがって、組織詳細追跡部１１６において求められる追跡情報は高い精度を有している。
【００５７】
また、被検体組織の非線形現象により発生した高調波成分を用いた場合には、サイドローブや多重エコーといったアーチファクトの影響を低減できるという効果もある。
【００５８】
図５は、超音波診断装置３０１の制御方法を示すフローチャートである。超音波診断装置３０１は図１を参照して説明したように、制御部１００が、各部を制御することによって計測を行う。具体的には、まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５０１）。
【００５９】
バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５０２）。具体的には、基本波成分と２次高調波成分を抽出する。抽出された信号成分の位相は、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂによってそれぞれ検出される（ステップＳ５０３）。位相検出部１１４Ａによって検出した信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は被検体組織の追跡情報を算出する（ステップＳ５０４）。
【００６０】
組織詳細追跡部１１６は、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部１１４Ｂによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する（ステップＳ５０５）。組織特性計算部１１７は、被検体組織の詳細な追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５０６）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。  図６はモニタ１０７に表示される画面の一例であって、血管壁の弾性率を計測した結果の一例を示している。図６において、モニタ上には、断層画像処理部１０４により得られた血管壁のモノクロ断層画像２００に重畳して、対応する部位の弾性率の分布を表す二次元弾性率画像２０１がカラーで表示される。二次元弾性率画像２０１は、血管壁の前壁２１０および後壁２１１が含まれるように観察領域が設定される。
【００６１】
超音波送受信時は、モノクロ断層画像２００は従来の超音波診断装置同様に数１０フレーム／秒ごとに更新表示される。一方、弾性率画像２０１は１心拍に１回更新表示される。モノクロ断層画像２００は、反射強度に応じたモノクロ諧調で表示されており、反射強度を示すスケール２０２が合わせて示されている。また、弾性率画像２０１は、弾性率の値に応じた色調で表示されており、弾性率の値を示すスケール２０３が合わせて示される。また、モノクロ断層画像２００の下方には、心電波形などの生体信号波形２０４が示されている。
【００６２】
図６は、後壁２１１に粥腫２２０が生成している様子を模式的に表している。本実施形態の超音波診断装置３０１によれば、上述したように被検体の組織の位置を高い精度で追跡できるため、弾性率も高い精度で求めることができる。したがって、血管壁に生成した粥腫２２０の弾性率分布を得ることができ、粥腫２２０の性状、特に易破裂性などの診断に重要な情報が高い精度で得ることができる。このように本実施形態の超音波診断装置によれば、フィルタを用いて受信信号から基本波成分の信号と２次高調波成分の信号とを抽出する。基本波成分の信号を組織粗追跡部により解析することによって、被検体組織の移動速度が大きくても、エリアシングの影響を受けることなく、正しい追跡情報を得ることができる。また、組織詳細追跡部は、２次高調波成分の信号を解析する。この際、エリアシングが生じる場合であっても、組織粗追跡部の追跡情報を利用することにより、正しく追跡情報を求めることができる。したがって、本実施形態の超音波診断装置によれば、移動速度が速い被検体組織を高い精度で追跡することが可能となる。これにより、たとえば、動脈血管の血管壁の弾性率分布を高い精度で測定することが可能となる。
【００６３】
なお、本実施形態では、受信信号の基本波成分と２次高調波成分を抽出するバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いたが、バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは他の通過帯域特性を備えていてもよい。たとえば図７に示すように、バンドパスフィルタ１１３Ａは、受信信号の基本波成分のうちのやや低い周波数成分を抽出し、バンドパスフィルタ１１３Ｂは受信信号の基本波成分のうちのやや高い周波数成分を抽出してもよい。低い周波数成分は、基本波の低い周波数成分に限るものではなく、被検体組織の非線形特性により発生した低調波成分でもよいし、送信する超音波にあらかじめ含めておいてもよい。
【００６４】
この場合においても、上述と同様、組織粗追跡部１１５が低い周波数成分を式（２）および式（３）を用いて解析し、粗追跡情報を得る。次いで組織詳細追跡部１１９は、粗追跡情報を利用して高い周波数成分を同様に解析し、被検体組織の動きを詳細に追跡する。これにより、図２に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低い周波数成分を用いることによって従来よりも速い被検体組織の動きに追従することができ、高い周波数成分を用いることにより精度の高い追跡を行なうことができる。
【００６５】
また、図８に示すように、バンドパスフィルタ１１３Ａは受信信号の基本波成分のうちのやや低い周波数成分をやや狭い帯域で抽出し、バンドパスフィルタ１１３Ｂは受信信号の基本波成分全体を抽出してもよい。バンドパスフィルタ１１３Ｂの帯域は、バンドパスフィルタ１１３Ａの通過帯域と一部重複しているがバンドパスフィルタ１１３Ａよりも通過帯域が広い。このため、バンドパスフィルタ１１３Ａに比べて、相対的に高周波成分を抽出するといえる。このような周波数特性を有するバンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂを用いても、図２に示す従来のフィルタを用いて計測を行う場合に比べて、低い周波数成分を用いることによって、従来よりも速い被検体組織の動きに追従することができ、高い周波数成分を用いることにより精度の高い追跡を行なうことができる。また、高い周波数成分の帯域が広いため、分解能が高い。
【００６６】
なお、本実施形態では、２つのバンドパスフィルタを用い、受信信号から２つの異なる周波数帯域の信号成分を抽出しているが、抽出する信号成分は２つには限られず、３つ以上の信号成分を抽出してもよい。また、バンドパスフィルタが抽出する複数の信号成分は、周波数帯域が完全に一致していなければよく、一部が重複していてもよい。より受信信号の低い周波数成分を用いることによって、より速い被検体組織の動きにも追従することができる。また、受信信号のより高い周波数成分を用いることによってより精度の高い追跡を行なうことができる。
【００６７】
また、本実施形態では、２次高調波成分を抽出しているが、３次以上のｎ次高調波（ｎは３以上の整数）を抽出し、追跡情報を求めてもよい。さらに、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも１つが所定の大きさの振幅で検出できるように、バンドパスフィルタが抽出する信号成分の少なくとも１つを強調した送信信号を用いてもよい。
【００６８】
（第２の実施形態）
図９は、本発明による超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。図９に示すように、超音波診断装置３０２は、振幅演算部１１８を備えている点で、第１の実施形態の超音波診断装置３０１と異なる。
【００６９】
振幅演算部１１８は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された受信信号の２次高調波成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、組織詳細追跡部１１９へ出力する。組織詳細追跡部１１９は振幅演算部１１８から信号を受け取った場合、２次高調波成分を用いて追跡情報を求めることはせず、組織粗追跡部１１５から得られた追跡情報をそのまま出力する。
【００７０】
受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、ＳＮ比が小さくなっている。このため、このような信号を用いて位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。
【００７１】
本実施形態では、このような場合には、受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分から追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。
【００７２】
図１０は、超音波診断装置３０２の制御方法を説明するフローチャートである。図９および図１０を参照して超音波診断装置３０２の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５１１）。
【００７３】
バンドパスフィルタ１１３Ａおよび１１３Ｂは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５１２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａおよび１１４Ｂによって、それぞれ検出される（ステップＳ５１３）。位相検出部１１４Ａによって検出した信号成分の位相から組織粗追跡部１１５は被検体組織の追跡情報を算出する（ステップＳ５１４）。
【００７４】
振幅演算部１１８は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された信号成分の振幅を算出する（ステップＳ５１４）。振幅が所定の閾値以上である場合（ステップＳ５１６）には、組織詳細追跡部１１９は、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報に基づいて、位相検出部１１４Ｂによって検出した信号成分の位相から被検体組織の詳細な追跡情報を算出する（ステップＳ５１７）。一方、振幅が所定の閾値よりも小さい場合（ステップＳ５１６）には、組織詳細追跡部１１６は、バンドパスフィルタ１１３Ｂによって抽出された信号成分を利用することなく、組織粗追跡部１１５から得られる追跡情報を出力する。
【００７５】
組織特性計算部１１７は、組織詳細追跡部１１６から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５１８）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。
【００７６】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明による超音波診断装置の第３の実施形態を示すブロック図である。図１１に示すように超音波診断装置３０３は、複数のバンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘ、複数の位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘおよび組織追跡部１７３を備えている点で第１の実施形態の超音波診断装置３０１とは異なっている。
【００７７】
バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から互いに異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ抽出する。位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘは、異なる帯域を有する信号成分をそれぞれ位相検波する。
【００７８】
組織追跡部１７３は、組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘと演算部１２２とを含む。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、式（２）および式（３）を利用して、検波された位相からそれぞれ被検体組織の追跡情報を求める。ノイズがない場合には、組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘにより得られた追跡情報は同じとなるはずであるが、ノイズがある場合には周波数帯域ごとにノイズ量が異なり、それによって追跡波形に誤差が生じる。
【００７９】
演算部１２２は各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報をもとに、ノイズが低減された追跡情報を生成する。具体的には、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報に対し、単純平均処理または重み付け平均処理を行い、平均化された追跡情報を出力する。重み付け平均は、たとえば、送信波形または受信波形の中心周波数付近の帯域は大きな重み付けを行い、そこから離れるにしたがって小さくするなどとすればよい。あるいは、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報のうち、値が離れている追跡情報を除外して平均処理を行ってもよい。
【００８０】
図１２は、バンドパスフィルタを３つ用いる場合における通過帯域特性および受信信号の周波数特性の一例を示している。このように多くの周波数帯域を使用して追跡を行ない、平均処理を行なうことで、ノイズの影響を減少させることができ、精度良い追跡を行なうことができる。また、受信信号に重畳しているノイズは、受信信号の全帯域にわたって均等に影響を及ぼしているわけではない。受信信号から異なる周波数帯域の信号成分を複数抽出した場合、ノイズの影響を強く受けている信号成分とノイズ影響が少ない信号成分とが存在する。ノイズの影響を強く受けている信号成分は、他の信号成分と比べて追跡情報がかけ離れていると考えられるため、そのような信号成分を除外して平均を行うことによって、よりノイズの影響を低減し、精度の高い追跡を行うことができる。
【００８１】
また、バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘの通過帯域として、受信信号から低周波成分を抽出し、抽出した信号成分を用いて追跡を行なえばより速い被検体組織の動きにも追従できるようになる。受信信号から高周波数成分を抽出すれば、精度良い追跡を行なうことができる。
【００８２】
図１３は、超音波診断装置３０３の制御方法を示すフローチャートである。図１１および図１３を参照して、超音波診断装置３０３の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５２１）。
【００８３】
バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５２２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘによって、それぞれ検出される（ステップＳ５２３）。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める（ステップＳ５２４）。
【００８４】
演算部１２２は、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報を平均する（ステップＳ５２５）。組織特性計算部１１７は演算部１２２から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップＳ５２６）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
図１４は、本発明による超音波診断装置の第４の実施形態を示すブロック図である。図１４に示すように、超音波診断装置３０４は、振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘを備えている点で、第３の実施形態の超音波診断装置３０３と異なる。
【００８６】
振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘのそれぞれは、バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘによって受信信号から抽出された信号成分の振幅を演算する。振幅が所定の閾値以下である場合には、そのことを示す信号を生成し、演算部１２３へ出力する。演算部１２３は振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘのいずれかから信号を受け取った場合、対応する信号成分から得られた追跡情報を平均演算から除外し、残りの追跡情報の平均を求める。第３の実施形態で説明したように、種々の平均化方法を用いることができる。また、振幅に応じて重み付け平均をおこなってもよい。
【００８７】
受信信号から抽出した信号成分の振幅が小さい場合、ノイズの影響を大きく受け、ＳＮ比が小さくなっている。このため、このような信号を用いて得られた追跡情報の位相を検出しても、精度が低く正しい計測が行えない。本実施形態では、このような場合には、受信信号あるいは受信信号から抽出した信号成分から追跡情報を求めないことにより、追跡の精度が低下するのを防止する。
【００８８】
図１５は、超音波診断装置３０４の制御方法を示すフローチャートである。図１４および図１５を参照して、超音波診断装置３０４の制御方法を説明する。まず送信部１０２が探触子１０１を駆動することにより、超音波を被検体へ送信し、被検体から得られた反射を探触子１０１を用いて、受信部１０３が受信する。これにより受信部１０３は被検体の組織において反射する反射波による受信信号を生成する（ステップＳ５３１）。
【００８９】
バンドパスフィルタ１１３Ａ〜１１３Ｘは、受信信号から、互いに異なる帯域を有する複数の信号成分をそれぞれ抽出する（ステップＳ５３２）。抽出された信号成分の位相が、位相検出部１１４Ａ〜１１４Ｘによって、それぞれ検出される（ステップＳ５３３）。組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘは、検出した位相を用いてそれぞれ追跡情報を求める（ステップＳ５３４）。さらに振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘは各信号成分の振幅を検出する（ステップＳ５３５）。
【００９０】
演算部１２３は、各組織追跡部１２１Ａ〜１２１Ｘから得られた追跡情報を平均する（ステップＳ５３６）。このとき振幅演算部１１８Ａ〜１１８Ｘから各信号成分の振幅の値を受け取って、振幅が所定の閾値よりも小さい場合には、その信号成分から求められた追跡情報は、平均を行う演算に利用しないようにする。
【００９１】
組織特性計算部１１７は演算部１２３から得られる追跡情報から組織の性状特性を算出する（ステップ５３７）。この手順を繰り返すことによって、被検体の各組織の位置を逐次追跡することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、被検体組織の動きを追跡する超音波診断装置に好適に用いられる。特に、本発明は、組織の性状特性、たとえば、生体の動脈血管の血管壁の弾性率を求める超音波診断装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明における超音波診断装置の第1の実施形態を示すブロック図である。
【図２】従来の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図３】従来の他の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図４】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図５】図１の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図６】図１の超音波診断装置のモニタに表示される画面の一例を示す図である。
【図７】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。
【図８】図１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す他の図である。
【図９】本発明における超音波診断装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図９の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明における超音波診断装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１１の超音波診断装置における受信信号の周波数特性とフィルタの周波数特性とを模式的に示す図である。
【図１３】図１１の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明における超音波診断装置の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１４の超音波診断装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図１６】超音波エコー信号の位相差から組織の追跡を行う方法を説明する図である。
【図１７】血管壁の弾性率を求める様子を示す模式図である。
【図１８】血管壁から得られる追跡波形を用いて歪み量を求める方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００  制御部
１０１  探触子
１０２  送信部
１０３  受信部
１０４  断層画像処理部
１０６  画像合成部
１０７  モニタ
１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｘ  バンドパスフィルタ
１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｘ  位相検出部
１１５  組織粗追跡部
１１６  組織詳細追跡部
１１７  組織特性計算部
１１８  振幅演算部
１１９  組織詳細追跡部
１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｘ、  組織追跡部
１２２  演算部
１２３  演算部
１７１、１７２、１７３、１７４  組織追跡部
２００  断層画像
２０１  組織特性画像
２０２  断層画像用反射強度スケール
２０３  組織特性画像スケール
２０４  生体信号波形
３０１、３０２、３０３、３０４  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】
2006025364.tif 000020
【図２】
2006025364.tif 000021
【図３】
2006025364.tif 000022
【図４】
2006025364.tif 000023
【図５】
2006025364.tif 000024
【図６】
2006025364.tif 000025
【図７】
2006025364.tif 000026
【図８】
2006025364.tif 000027
【図９】
2006025364.tif 000028
【図１０】
2006025364.tif 000029
【図１１】
2006025364.tif 000030
【図１２】
2006025364.tif 000031
【図１３】
2006025364.tif 000032
【図１４】
2006025364.tif 000033
【図１５】
2006025364.tif 000034
【図１６】
2006025364.tif 000035
【図１７】
2006025364.tif 000036
【図１８】
2006025364.tif 000037
【国際調査報告】
2006025364.tif 000038
2006025364.tif 000039
2006025364.tif 000040
2006025364.tif 000041