超音波診断装置、医用画像処理方法および医用画像処理プログラム
【課題】造影剤に起因する高調波信号と生体に起因する高調波信号とを区別すること。
【解決手段】本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、第１または第２受信信号を用いて、高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、抽出された高調波成分に基づいて超音波画像を発生する画像発生部と、を具備することを特徴とする。
【解決手段】本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、第１または第２受信信号を用いて、高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、抽出された高調波成分に基づいて超音波画像を発生する画像発生部と、を具備することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、被検体に投与された造影剤の非線形特性により発生する信号に基づいて、超音波画像を発生する機能を有する超音波診断装置、医用画像処理方法および医用画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、複数の振動素子を有する超音波プローブを被検体の体表面に接触させ、複数の方向に関する超音波送受信を順次実行する。このとき、超音波診断装置は、得られた反射波に基づいて、画像データおよび時系列データを発生する。超音波診断装置は、発生された画像データおよび時系列データを表示部に表示する。超音波診断装置は、超音波プローブの先端部を被検体の体表面に接触させるだけの簡単な操作で、被検体体内の２次元画像データおよび３次元画像データをリアルタイムで表示することができる。このため超音波診断装置は、各種臓器の形態診断および機能診断等に広く用いられている。
【０００３】
近年、被検体に対する低侵襲度の微小気泡を有する超音波造影剤（以下造影剤と呼ぶ）が開発されている。循環器領域および腹部領域における超音波検査では、この造影剤が比検体の心臓内および血管内に注入されることにより、ドプラ効果を用いずに血流の状態を表示することが可能となっている（コントラストエコー法）。血流速度が極めて遅いためにカラードプラ法を適用できない腹部臓器の組織血流に対して、上記コントラストエコー法を適用することにより、腫瘍等の鑑別診断において診断精度の向上が期待されている。
【０００４】
造影剤を用いた超音波検査では、血管内等に注入された造影剤の微小気泡（マイクロバブル）が強い超音波反射源となる。このため、血流とともに移動する造影剤からの反射波の検出精度が向上する。従って、微弱な組織血流の情報を感度良く表示することができる。
【０００５】
しかしながら、良好なＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）を有する画像データを収集するために、造影剤の微小気泡に対して比較的強い超音波を照射することがある。このとき、微小気泡の破砕により造影剤の反射強度が著しく低減するという問題点がある。
【０００６】
また、微小気泡に送信超音波を照射した場合、この微小気泡が有する音響的な非線形特性に起因して、比較的大きな高調波成分を有する信号（以下高調波信号と呼ぶ）が発生する。なお、高調波信号の波形の極性は、送信超音波の極性に依存しない。この性質を利用することにより、造影剤の微小気泡に起因した高調波成分を受信信号から抽出するパルスインバージョン法（Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：以下ＰＩ法と呼ぶ）が提案されている。このＰＩ法によれば、受信信号から高調波成分を抽出することが可能となる。さらに、高調波成分の主たる発生源である造影剤の動態を表示することにより、造影剤が投与された血管内の血流情報を提供することができる。例えば、虚血状態（即ち、組織血流が少ない状態）にある腫瘍組織とこの腫瘍組織の周囲に存在する血流に富んだ正常組織とから得られた受信信号において、ＰＩ法で高調波成分を抽出することにより、血液とともに造影剤が多量に存在している正常組織と造影剤の存在が少ない組織とを鑑別することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、上記造影剤と同様に、生体組織は音響的な非線形特性を有する。このため、生体組織から得られる受信信号にも高調波成分が含まれる。特に、腫瘍組織等から得られた受信信号は、多くの高調波成分を含んでいることがある。即ち、造影剤の非線形特性に起因して発生する高調波成分に、生体組織の非線形特性に起因して発生する高調波成分が混入することがある。これにより、造影剤が多量に存在している組織と造影剤の存在が少ない組織とを鑑別することが困難になる問題がある。
【０００８】
生体組織の非線形特性の影響を受けにくい方法として、少なくとも２つの異なる大きさの振幅を有する複数のパルスを使用する振幅変調法（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：以下ＡＭ法と呼ぶ）が知られている。ＡＭ法によれば、画像に対する線形エコーの寄与を抑制するとともに、造影剤に起因する非線形エコー（高調波成分）を維持する。さらに、生体組織に起因する高調波信号は、基本波帯域に関して抑制される。しかしながら、ＡＭ法における上記効果は、送信超音波の振幅変調前後において、送信波形の位相に関する線形性が保たれている場合にのみ有効である。安価な装置構成では、この線形性を保つことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１８１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
目的は、造影剤に起因する高調波信号と生体に起因する高調波信号とを区別することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、前記第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、前記第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、前記造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生する画像発生部と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係り、造影剤（バブル）を注入していない状態において、第１の高調波信号による肝臓画像と第２の高調波信号による肝臓画像とを示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係り、バブルを注入したファントム画像を、バブルを注入していないファントム画像とともに示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係り、２種の異なる大きさの振幅を有する超音波の送信に基づいて、第２の高調波信号を表示させる手順の概要を示す概要図である。
【図５】図５は、図４の概要図における手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、超音波診断装置１は、装置本体１１、超音波プローブ１２、装置本体１１に接続され、操作者からの各種指示・命令・情報を装置本体１１に取り込むための入力装置１３、表示部１４を有する。加えて本超音波診断装置１には、心電計、心音計、脈波計、呼吸センサに代表される図示していない生体信号計測部およびネットワークが、インターフェース３７を介して接続されてもよい。
【００１５】
装置本体１１は、送信部２１、受信信号発生部２２、高調波信号抽出部２３、信号処理部２４、高調波成分抽出部２５、制御プロセッサ（中央演算処理装置：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：以下ＣＰＵと呼ぶ）２６、画像発生部２７、記憶部２９、インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：以下Ｉ／Ｆと呼ぶ）３７を有する。
【００１６】
超音波プローブ１２は、圧電セラミックス等の音響／電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。複数の圧電振動子は並列され、超音波プローブ１２の先端に装備される。なお、一つの圧電振動子が一チャンネルを構成するものとして説明する。
【００１７】
送信部２１は、パルス発生器２１Ａ、送信遅延回路２１Ｂ、パルサ２１Ｃを有する。パルス発生器２１Ａは、所定のレート周波数で送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。パルス発生器２１Ａは、例えば５ｋHｚのレート周波数でレートパルスを繰り返し発生する。このレートパルスは、チャンネル数に分配され、送信遅延回路２１Ｂに送られる。送信遅延回路２１Ｂは、チャンネル毎に超音波をビーム状に収束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を、各レートパルスに与える。なお、送信遅延回路２１Ｂには、図示していないトリガ信号発生器からのトリガが、タイミング信号として供給される。パルサ２１Ｃは、送信遅延回路２１Ｂからレートパルスを受けたタイミングで、超音波プローブ１２の振動子ごとに電圧パルスを印加する。これにより、超音波ビームが被検体に送信される。
【００１８】
次に、振幅変調（ＡＭ）させて、被検体に超音波を送信する処理について説明する。ＡＭ法における超音波は、同じ走査線に対して少なくとも２回送信される。以下、超音波を３回（３レート）送信する場合におけるＡＭ法の処理を説明する。３レート各々の超音波の振幅は、圧電振動子に印加される駆動電圧を変更させることで変調される。例えば、３レート各々における超音波の振幅の比が１対０．５対０．５（以下［１、０．５、０．５］と表す）となるように、レートごとに駆動電圧が変更される。具体的には、１レート目は比率が１の電圧（例えばＭＩ＝０．１となる電圧）、２レート目は比率が０．５の電圧（例えばＭＩ＝０．０５となる電圧）、３レート目は比率が０．５の電圧（例えばＭＩ＝０．０５となる電圧）で、圧電振動子が駆動される。３レート各々における超音波プローブ１２の開口幅は一定である。すなわち、駆動されるチャンネルの数は、一定である。なお、超音波の振幅の比［１、０．５、０．５］の順番と送信される順番とは、任意に変更可能である。ＭＩとは、メカニカルインデックス（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ）の略である。ＭＩは、超音波キャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）による生体作用の指標である。
【００１９】
なお、上記送信においては、電圧制御によって送信超音波の振幅を変調している。これに対し、各超音波送信において印加する電圧は一定とし、超音波プローブ１２の使用するチャンネル数を制御することで、送信する超音波の振幅を制御する構成であっても良い。例えば、圧電振動子が１次元状に配列された超音波プローブ１２で上記［１、０．５、０．５］の送信を行う場合、０．５の送信で使用するチャンネル数を１の送信で使用するチャンネル数の半分にする。例えば、１レート目の送信は全圧電振動子を使用し、２レート目の送信は１つ飛びの圧電振動子（チャンネル）を使用し、３レート目の送信は２レート目の送信で使用しなかった圧電振動子を使用してもよい。また、１レート目の送信は全圧電振動子を使用し、２レート目の送信は、１次元状に配列された圧電振動子のうち、中点に位置する圧電振動子から端点に位置する圧電振動子までを使用し、３レート目の送信は２レート目の送信で使用しなかった圧電振動子を使用してもよい。電圧制御では、印加電圧とその出力としての送信超音波との間に、電子回路の非線形性のために、各レートに対応する送信超音波の波形の線形性が保てない場合がある。しかしながら、チャンネル数の制御によれば、高い線形性による制御を実現することができる。以下、送信される超音波の振幅の比は、［１、０．５、０．５］とする。
【００２０】
受信信号発生部２２は、プリアンプ２２Ａ、受信遅延回路２２Ｂ、加算器２２Ｃを有する。プリアンプ２２Ａは、超音波プローブ１２を介して取り込まれた被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延回路２２Ｂは、ディジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器２２Ｃは、ＣＰＵ２６からの受信遅延パターンに従って複数のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される（この指向性により、いわゆる「超音波走査線」が決まる）。受信信号発生部２２は、送信部２１から送信された３レートの超音波にそれぞれ対応する受信信号を発生する。以下、１レート目で発生された受信信号を第１受信信号、２レート目で発生された受信信号を第２受信信号、３レート目で発生された受信信号を第３受信信号と呼ぶ。
【００２１】
高調波信号抽出部２３は、第１乃至第３受信信号に含まれている高調波信号を抽出する。具体的には、高調波信号抽出部２３は、第１受信信号から、第２受信信号と第３受信信号とを減算する（超音波の振幅の比が、［１、０．５、０．５］である場合）。なお、ＡＭ法をＰＩ法と組み合わせる場合は、３レート全ての受信信号を加算する。この減算または加算により、高調波信号抽出部２３は、高調波信号（以下第１の高調波信号と呼ぶ）を抽出する。各レートの送信波形が、各レート間で線形であれば、被検体の生体組織からのエコー信号は、完全にキャンセルされる。しかしながら、線形性が保たれていないと、被検体の生体組織からのエコー信号は、完全にキャンセルされない（例えば、図２の２Ａ）。
【００２２】
第１の高調波信号は、送信された超音波の周波数の高調波成分を有する。高調波成分は、被検体の生体組織、装置本体１１、造影剤に含まれる微小気泡などに起因して発生する。被検体に造影剤が注入されている場合、第１の高調波信号は、一般に、被検体の生体組織と装置本体１１と造影剤に含まれる微小気泡とにそれぞれ起因する高調波成分を有する。なお、被検体に造影剤が注入されていない場合、第１の高調波信号は、被検体の生体組織と装置本体１１とに起因する高調波成分を有する。以下、上記線形性について説明する。例えば、第１乃至第３レートにおける超音波の送信波形をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとする。超音波の振幅の比が［１、０．５、０．５］であるならば、線形性は、Ａ＝２Ｂ、Ａ＝２Ｃとして表現される。線形性は、各レートにおける超音波の位相を保持することに対応する。なお、本超音波診断装置１は、送信波形の厳密な線形性を要求しない安価な装置であってもよい。
【００２３】
信号処理部２４は、受信信号発生部２２から出力された受信信号に対して、ＳＴＣ（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）とは異なる所定のゲインを付加する。この所定のゲインとは、−３０乃至−６０ｄＢ程度のゲインである。なお、所定のゲインは、第１乃至第３受信信号における振幅と第１の高調波信号の振幅に基づいて、決定されても良い。また、所定のゲインは、予め後述する記憶部２９に複数記憶されてもよい。このとき信号処理部２４は、所定のゲインを記憶部２９から読み出す。読み出される所定のゲインについては、後の記憶部２９で詳述する。信号処理部２４は、所定のゲインが付加された受信信号に対して、検波（例えば包絡線検波など）処理などを施す。信号処理部２４は、検波処理された受信信号を、高調波成分抽出部２５に出力する。なお、信号処理部２４は、受信信号に対してＳＴＣを付加し、続いて検波処理を実行することで、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモードデータを発生してもよい。発生されたＢモードデータは、画像発生部２７において、所定の処理を受ける。
【００２４】
以下、信号処理部２４における処理について、具体的に説明する。信号処理部２４は、受信信号発生部２２から、第１受信信号を受け取る。以下、説明の便宜上、第１受信信号で説明を進めるが、第２または第３受信信号で以下の処理を実行してもよい。このとき、信号処理部２４から高調波成分抽出部２５への出力は、第２または第３受信信号から処理されたデータとなる。
【００２５】
信号処理部２４は、受け取った受信信号に対して、所定のゲインを付加する。信号処理部２４は、所定のゲインが付加された第１受信信号を、エコーフィルタ（帯域通過フィルタともいう）にかける。信号処理部２４は、エコーフィルタから出力された第１受信信号に対して、検波を実行する。この検波により、第１受信信号に関するデータは、位相情報を取り除いた振幅に関するデータとなる。以下、検波された第１受信信号を第１の振幅データと呼ぶ。第１の振幅データは、後述する高調波成分抽出部２５に出力される。なお、信号処理部２４は、第１の振幅データに含まれる値のうち「１」未満である数値に対しては、「１」とする閾値処理を実行してもよい。また、信号処理部２４は、検波後、対数圧縮された第１の振幅データを、後述する高調波成分抽出部２５、画像発生部２７、図示していないボリュームデータ発生部に出力してもよい。
【００２６】
信号処理部２４は、高調波信号抽出部２３から、第１の高調波信号を受け取る。信号処理部２４は、受け取った第１の高調波信号を、エコーフィルタにかける。信号処理部２４は、エコーフィルタから出力された第１の高調波信号に対して、検波を実行する。この検波により、第１の高調波信号に関するデータは、位相情報を取り除いた振幅に関するデータとなる。以下、検波された第１の高調波信号を第２の振幅データと呼ぶ。第２の振幅データは、後述する高調波成分抽出部２５に出力される。なお、信号処理部２４は、検波後、対数圧縮された第１の高調波信号を、後述する高調波成分抽出部２５、画像発生部２７、図示していないボリュームデータ発生部に出力してもよい。
【００２７】
高調波成分抽出部２５は、第１、第２または第３受信信号を用いて、第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する。具体的には、造影剤に由来する高調波成分は、第２の振幅データから第１の振幅データを減算することにより抽出される。なお、第１の振幅データは、第１受信信号に由来する振幅データであるが、第１の振幅データの代わりに、第２または第３受信信号に由来する振幅データを用いてもよい。高調波成分抽出部２５に入力される第１および第２の振幅データは、被検体の体表面からの距離の変化に対応する振幅の変化を示す信号である。高調波成分抽出部２５は、この減算により、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の差の変化に関する信号を発生する。なお、被検体に造影剤が注入されていないときには、抽出される高調波成分を最小またはフラットとするように、上記所定のゲインは調整されてもよい。この調整は、入力装置１３を介した操作者の指示、または後述するＣＰＵ２６により実行される。
【００２８】
なお、高調波成分抽出部２５は、第２の振幅データを第１の振幅データで除算してもよい。高調波成分抽出部２５は、この除算により、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の比の変化に関する信号を発生する。この除算処理は、対数圧縮された第１、第２の振幅データが信号処理部２４から高調波成分抽出部２５に出力される場合、第２の振幅データから第１の振幅データの減算に対応する。以下、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の差の変化を表す信号、または被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の比の変化を表す信号を、第２の高調波信号と呼ぶ。
【００２９】
高調波成分抽出部２５は、抽出された第２の高調波信号に対して、絶対値を計算する。高調波成分抽出部２５は、絶対値が取られた第２の高調波信号を対数圧縮し、図示していないボリュームデータ発生部または後述する画像発生部２７に出力する。なお、高調波成分抽出部２５は、０以下の第２の高調波信号を切り捨てる処理（以下、閾値処理と呼ぶ）を実行しても良い。また、高調波成分抽出部２５は、抽出された第２の高調波信号のうち、１以下の信号を１に置換してもよい（以下、置換処理と呼ぶ）。高調波成分抽出部２５は、閾値処理または置換処理が実行された第２の高調波信号を対数圧縮し、図示していないボリュームデータ発生部または後述する画像発生部２７に出力する。
【００３０】
以下、高調波成分抽出部２５において、造影剤に由来する高調波成分が抽出される根拠を説明する。被検体に造影剤（バブル）が注入されていない状態において、上記処理が実行されるとき、第１受信信号に付加されるゲイン（以下付加ゲインと呼ぶ）は、第２の高調波信号を最小、またはフラットとするように調整される。これにより、第２の高調波信号は、一定の信号または最小の信号となる。図２は、造影剤（バブル）を注入していない状態において、第１の高調波信号による肝臓画像（２Ａ）と第２の高調波信号による肝臓画像（２Ｂ）とを示す図である。図２の２Ａは、被検体の組織と装置本体１１とに由来する第１の高調波信号による肝臓画像を示している。図２の２Ｂは、被検体の組織と装置本体１１とに由来する第１の高調波信号が低減されて、第２の高調波信号が空間的に均一になっている肝臓画像を示している。
【００３１】
次に、被検体に造影剤（バブル）が注入された状態において、上記付加ゲインを用いて上記処理が実行されるときについて説明する。造影剤が注入されていない状態における第１受信信号と、造影剤が注入された状態における第１受信信号とは、位相が大きく異なる。しかしながら、造影剤が第１受信信号の振幅に与える影響は小さい。例えば図３は、バブルを注入したファントム画像を、バブルを注入していないファントム画像とともに示す図である。図３の３Ａは、バブルを注入していないファントムの第１受信信号の振幅に基づいた画像を示している。図３の３Ｂは、バブルを注入したファントムの第１受信信号の振幅に基づいた画像を示している。図３の３Ａと３Ｂとの差異は小さい。これらのことから、第２の高調波信号は、被検体の組織と装置本体１１とに由来する高調波成分が低減され、かつ造影剤に由来する高調波成分を有する信号となる。以上のことから、被検体の生体組織と装置本体１１と造影剤に含まれる微小気泡とにそれぞれ起因する高調波成分を有する第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出することが可能となる。
【００３２】
なお、高調波成分抽出部２５は、被検体の組織に由来する高調波信号の強さに応じて、ゲインを第２の高調波信号に付加しても良い。具体的には、高調波成分抽出部２５は、前記被検体の組織に由来する高調波成分を一定にさせるゲインを、第１の高調波信号に付加する。続いて、高調波成分抽出部２５は、ゲインが付加された第１の高調波信号を、所定のゲインが付加された第１受信信号で除算する。これにより、高調波成分抽出部２５は、第１の高周波信号から第２の高調波信号を抽出する。
【００３３】
ＣＰＵ２６は、操作者により入力装置１３から入力されたモード選択、ＲＯＩ設定、受信遅延パターンリストの選択、送信開始・終了に基づいて、記憶部２９に記憶された送受信条件と装置制御プログラムを読み出し、これらに従って、本超音波診断装置１を制御する。
【００３４】
画像発生部２７は、対数圧縮された第１の振幅データに基づいて、第１の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、対数圧縮された第２の振幅データに基づいて、第２の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、第２の高調波信号に基づいて、第３の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、第２の超音波画像に第３の超音波画像を重ね合わせた画像を発生する。なお、画像発生部２７は、第１乃至第３の超音波画像のうち少なくとも二つを重ね合わせた画像を発生しても良い。以下、画像発生部２７における処理を具体的に説明する。以下、説明を簡単にするため、対数圧縮された第１、第２の振幅データ、第２の高調波信号を、Ｂモードデータと呼ぶ。
【００３５】
画像発生部２７は、Ｂモードデータを、位置情報に従って専用のメモリに配置（配置処理）する。続いて、画像発生部２７は、超音波走査線間のＢモードデータを補間する（補間処理）。配置処理と補間処理とによって、複数のピクセルから構成される超音波画像データが発生される。各ピクセルは、由来するＢモードデータの強度（振幅）に応じたピクセル値を有する。なお、画像発生部２７へ入力される前のデータを「生データ」と呼ぶ。
【００３６】
図示していないボリュームデータ発生部は、入力された第２の高調波信号に基づいて、ボリュームデータを発生する。発生されたボリュームデータは、図示していない３次元画像データ発生部でレンダリング処理などを受ける。レンダリング処理されたボリュームデータは、表示部１４に出力される。
【００３７】
記憶部２９は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターン、本超音波診断装置１の制御プログラム、診断プロトコル、送受信条件等の各種データ群、画像発生部２７で発生されたＢモードデータおよび超音波画像、図示していないボリュームデータ発生部で発生されたボリュームデータ、複数の所定のゲイン、後述する高調波成分抽出機能を実現するための専用プログラム等を記憶する。なお、複数の所定のゲインは、第１乃至第３受信信号における振幅および第１の高調波信号の振幅に対応付けられていても良い。このとき、第１乃至第３受信信号における振幅および第１の高調波信号の振幅に基づいて、所定のゲインが信号処理部２４に出力される。
【００３８】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）３７は、入力装置１３、ネットワーク、図示していない外部記憶装置および生体信号計測部に関するインターフェースである。本超音波診断装置１によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース３７を介して、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００３９】
入力装置１３は、インターフェース３７に接続され操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を本超音波診断装置１に取り込む。入力装置１３は、図示していないトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２６に出力する。なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力装置１３は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２６に出力する。また、操作者が入力装置１３の終了ボタンまたはＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、本超音波診断装置１は一時停止状態となる。
【００４０】
表示部１４は、画像発生部２７からのビデオ信号に基づいて、画像を表示する。表示部１４は、第１乃至第３の超音波画像のうち、少なくとも二つの画像を表示することも可能である。表示部１４は、レンダリング処理されたボリュームデータの出力に基づいて、画像を表示する。
【００４１】
（高調波成分抽出機能）
高調波成分抽出機能とは、第１または第２受信信号を用いて、第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出させる機能である。以下、高調波成分抽出機能に従う処理（以下、高調波成分抽出処理と呼ぶ）を説明する。
【００４２】
図４は、２種の異なる大きさの振幅を有する超音波の送信に基づいて、第２の高調波信号を表示させる手順の概要を示す概要図である。超音波は被検体に対して３レート送信される。１レート目の超音波の振幅と２レート目の超音波の振幅と３レート目の超音波の振幅との比は、１対０．５対０．５とする。１レート目の超音波の送信に対応する受信（第１の受信）に基づいて、第１受信信号が発生される。２レート目の超音波の送信に対応する受信（第２の受信）に基づいて、第２受信信号が発生される。３レート目の超音波の送信に対応する受信（第３の受信）に基づいて、第３受信信号が発生される。第１受信信号から第２、第３受信信号を減算することにより、第１の高調波信号が、高調波信号抽出部２３で発生される。
【００４３】
第１受信信号には、ＳＴＣによるゲイン（図４におけるα）と所定のゲイン（図４におけるβ）とが付加される。所定のゲイン（β）の付加により、第１受信信号の振幅と第１の高調波信号の振幅とが、同等のレベルとなる。所定のゲイン（β）が付加された第１受信信号は、エコーフィルタにかけられ、検波される。第１の高調波信号には、ＳＴＣによるゲイン（図４におけるα）が付加される。ＳＴＣによるゲイン（α）が付加された第１の高調波信号は、エコーフィルタにかけられ、検波される。以上の処理は、信号処理部２４で実行される。
【００４４】
ＳＴＣによるゲインと所定のゲインとが付加された第１受信信号を用いて、第１の高調波信号から、第２の高調波信号が抽出される。抽出された第２の高調波信号には、閾値処理に続いて対数圧縮が実行される。対数圧縮された第２の高調波信号は、画像発生部２７に入力される。画像発生部２７は、入力された第２の高調波信号に対して、後処理を実行し、超音波画像を発生する。発生された超音波画像は、表示部１４で表示さえる。
【００４５】
図５は、図４の概要図における手順を示すフローチャートである。
被検体に対する超音波送受信に先立って、入力装置１３を介した操作者の指示により、患者情報の入力、送受信条件、種々の超音波データ収集条件の設定および更新などが実行される。これらの設定および更新は、記憶部２９に保存される。これらの入力／選択／設定が終了したならば、操作者は超音波プローブ１２を被検体体表面の所定の位置に当接する。次いで送信部２１が、ＥＣＧ波形と同期しながら複数心拍に亘って、第１振幅を有する第１超音波と第１超音波の第１振幅を所定の比率で振幅変調させた第２超音波とを、被検体に向けて送信する。なお、この同期は、心音波形、脈波波形および呼吸曲線などとの同期でもよい。第１振幅と第２振幅との比は、１対０．５である。第２超音波は、被検体へ向けて２回送信される（ステップＳａ１）。
【００４６】
送信された超音波に対応する反射波の受信（すなわち超音波スキャン）に基づいて、受信信号が発生される。具体的には、第１超音波に対応する第１受信信号が、受信信号発生部２２で発生される。第２超音波に対応する第２受信信号が、受信信号発生部２２で発生される（ステップＳａ２）。第１、第２受信信号は、信号処理部２４と高調波信号抽出部２３とへ出力される。第１、第２受信信号に含まれる第１の高調波信号が、高調波信号抽出部２３で抽出される（ステップＳａ３）。抽出された第１の高調波信号は、信号処理部２４へ出力される。
【００４７】
信号処理部２４へ出力された第１受信信号は、所定のゲインが付加される。所定のゲインが付加された第１受信信号を検波することにより、第１の振幅データが発生される。信号処理部２４へ出力された第１の高調波信号を検波することにより、第２の振幅データが発生される（ステップＳａ４）。
【００４８】
信号処理部２４で発生された第１、第２の振幅データが、高調波成分抽出部２５へ出力される。第１の振幅データを用いて、第２の振幅データから、造影剤に由来する高調波成分が抽出される（ステップＳａ５）。具体的には、第２の振幅データから第１の振幅データが減算される。この減算により発生された第２の高調波信号に対して絶対値が計算される。絶対値が計算された第２の高調波信号に基づいて、超音波画像が発生される（ステップＳａ６）。
【００４９】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本超音波診断装置１によれば、受信信号の振幅データを用いて、ＡＭ法により抽出された第１の高調波信号の振幅データから、造影剤に由来する高調波成分を抽出することができる。これにより、本超音波診断装置１は、造影剤からの高調波信号と被検体の組織に由来する高調波信号とを明確に区別することができる。従って、造影剤からの信号を表示することが可能となる。また、焼灼治療の効果などの判定精度が向上する。さらに、上記区別は位相情報ではなく振幅信号に基づいているため、本実施形態の技術的思想は、送信波形の厳密な線形性を要求しない安価な超音波診断装置にも適用可能である。
【００５０】
加えて、実施形態に係る機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１…超音波診断装置、１１…装置本体、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…表示部、２１…送信部、２２…受信信号発生部、２３…高調波信号抽出部、２４…信号処理部、２５…高調波成分抽出部、２６…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２７…画像発生部、２９…記憶部、３７…インターフェース（Ｉ／Ｆ）
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、被検体に投与された造影剤の非線形特性により発生する信号に基づいて、超音波画像を発生する機能を有する超音波診断装置、医用画像処理方法および医用画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、複数の振動素子を有する超音波プローブを被検体の体表面に接触させ、複数の方向に関する超音波送受信を順次実行する。このとき、超音波診断装置は、得られた反射波に基づいて、画像データおよび時系列データを発生する。超音波診断装置は、発生された画像データおよび時系列データを表示部に表示する。超音波診断装置は、超音波プローブの先端部を被検体の体表面に接触させるだけの簡単な操作で、被検体体内の２次元画像データおよび３次元画像データをリアルタイムで表示することができる。このため超音波診断装置は、各種臓器の形態診断および機能診断等に広く用いられている。
【０００３】
近年、被検体に対する低侵襲度の微小気泡を有する超音波造影剤（以下造影剤と呼ぶ）が開発されている。循環器領域および腹部領域における超音波検査では、この造影剤が比検体の心臓内および血管内に注入されることにより、ドプラ効果を用いずに血流の状態を表示することが可能となっている（コントラストエコー法）。血流速度が極めて遅いためにカラードプラ法を適用できない腹部臓器の組織血流に対して、上記コントラストエコー法を適用することにより、腫瘍等の鑑別診断において診断精度の向上が期待されている。
【０００４】
造影剤を用いた超音波検査では、血管内等に注入された造影剤の微小気泡（マイクロバブル）が強い超音波反射源となる。このため、血流とともに移動する造影剤からの反射波の検出精度が向上する。従って、微弱な組織血流の情報を感度良く表示することができる。
【０００５】
しかしながら、良好なＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）を有する画像データを収集するために、造影剤の微小気泡に対して比較的強い超音波を照射することがある。このとき、微小気泡の破砕により造影剤の反射強度が著しく低減するという問題点がある。
【０００６】
また、微小気泡に送信超音波を照射した場合、この微小気泡が有する音響的な非線形特性に起因して、比較的大きな高調波成分を有する信号（以下高調波信号と呼ぶ）が発生する。なお、高調波信号の波形の極性は、送信超音波の極性に依存しない。この性質を利用することにより、造影剤の微小気泡に起因した高調波成分を受信信号から抽出するパルスインバージョン法（Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：以下ＰＩ法と呼ぶ）が提案されている。このＰＩ法によれば、受信信号から高調波成分を抽出することが可能となる。さらに、高調波成分の主たる発生源である造影剤の動態を表示することにより、造影剤が投与された血管内の血流情報を提供することができる。例えば、虚血状態（即ち、組織血流が少ない状態）にある腫瘍組織とこの腫瘍組織の周囲に存在する血流に富んだ正常組織とから得られた受信信号において、ＰＩ法で高調波成分を抽出することにより、血液とともに造影剤が多量に存在している正常組織と造影剤の存在が少ない組織とを鑑別することが可能となる。
【０００７】
しかしながら、上記造影剤と同様に、生体組織は音響的な非線形特性を有する。このため、生体組織から得られる受信信号にも高調波成分が含まれる。特に、腫瘍組織等から得られた受信信号は、多くの高調波成分を含んでいることがある。即ち、造影剤の非線形特性に起因して発生する高調波成分に、生体組織の非線形特性に起因して発生する高調波成分が混入することがある。これにより、造影剤が多量に存在している組織と造影剤の存在が少ない組織とを鑑別することが困難になる問題がある。
【０００８】
生体組織の非線形特性の影響を受けにくい方法として、少なくとも２つの異なる大きさの振幅を有する複数のパルスを使用する振幅変調法（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：以下ＡＭ法と呼ぶ）が知られている。ＡＭ法によれば、画像に対する線形エコーの寄与を抑制するとともに、造影剤に起因する非線形エコー（高調波成分）を維持する。さらに、生体組織に起因する高調波信号は、基本波帯域に関して抑制される。しかしながら、ＡＭ法における上記効果は、送信超音波の振幅変調前後において、送信波形の位相に関する線形性が保たれている場合にのみ有効である。安価な装置構成では、この線形性を保つことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１８１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
目的は、造影剤に起因する高調波信号と生体に起因する高調波信号とを区別することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、前記第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、前記第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、前記造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生する画像発生部と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係り、造影剤（バブル）を注入していない状態において、第１の高調波信号による肝臓画像と第２の高調波信号による肝臓画像とを示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係り、バブルを注入したファントム画像を、バブルを注入していないファントム画像とともに示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係り、２種の異なる大きさの振幅を有する超音波の送信に基づいて、第２の高調波信号を表示させる手順の概要を示す概要図である。
【図５】図５は、図４の概要図における手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、超音波診断装置１は、装置本体１１、超音波プローブ１２、装置本体１１に接続され、操作者からの各種指示・命令・情報を装置本体１１に取り込むための入力装置１３、表示部１４を有する。加えて本超音波診断装置１には、心電計、心音計、脈波計、呼吸センサに代表される図示していない生体信号計測部およびネットワークが、インターフェース３７を介して接続されてもよい。
【００１５】
装置本体１１は、送信部２１、受信信号発生部２２、高調波信号抽出部２３、信号処理部２４、高調波成分抽出部２５、制御プロセッサ（中央演算処理装置：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：以下ＣＰＵと呼ぶ）２６、画像発生部２７、記憶部２９、インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：以下Ｉ／Ｆと呼ぶ）３７を有する。
【００１６】
超音波プローブ１２は、圧電セラミックス等の音響／電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。複数の圧電振動子は並列され、超音波プローブ１２の先端に装備される。なお、一つの圧電振動子が一チャンネルを構成するものとして説明する。
【００１７】
送信部２１は、パルス発生器２１Ａ、送信遅延回路２１Ｂ、パルサ２１Ｃを有する。パルス発生器２１Ａは、所定のレート周波数で送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。パルス発生器２１Ａは、例えば５ｋHｚのレート周波数でレートパルスを繰り返し発生する。このレートパルスは、チャンネル数に分配され、送信遅延回路２１Ｂに送られる。送信遅延回路２１Ｂは、チャンネル毎に超音波をビーム状に収束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を、各レートパルスに与える。なお、送信遅延回路２１Ｂには、図示していないトリガ信号発生器からのトリガが、タイミング信号として供給される。パルサ２１Ｃは、送信遅延回路２１Ｂからレートパルスを受けたタイミングで、超音波プローブ１２の振動子ごとに電圧パルスを印加する。これにより、超音波ビームが被検体に送信される。
【００１８】
次に、振幅変調（ＡＭ）させて、被検体に超音波を送信する処理について説明する。ＡＭ法における超音波は、同じ走査線に対して少なくとも２回送信される。以下、超音波を３回（３レート）送信する場合におけるＡＭ法の処理を説明する。３レート各々の超音波の振幅は、圧電振動子に印加される駆動電圧を変更させることで変調される。例えば、３レート各々における超音波の振幅の比が１対０．５対０．５（以下［１、０．５、０．５］と表す）となるように、レートごとに駆動電圧が変更される。具体的には、１レート目は比率が１の電圧（例えばＭＩ＝０．１となる電圧）、２レート目は比率が０．５の電圧（例えばＭＩ＝０．０５となる電圧）、３レート目は比率が０．５の電圧（例えばＭＩ＝０．０５となる電圧）で、圧電振動子が駆動される。３レート各々における超音波プローブ１２の開口幅は一定である。すなわち、駆動されるチャンネルの数は、一定である。なお、超音波の振幅の比［１、０．５、０．５］の順番と送信される順番とは、任意に変更可能である。ＭＩとは、メカニカルインデックス（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ）の略である。ＭＩは、超音波キャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）による生体作用の指標である。
【００１９】
なお、上記送信においては、電圧制御によって送信超音波の振幅を変調している。これに対し、各超音波送信において印加する電圧は一定とし、超音波プローブ１２の使用するチャンネル数を制御することで、送信する超音波の振幅を制御する構成であっても良い。例えば、圧電振動子が１次元状に配列された超音波プローブ１２で上記［１、０．５、０．５］の送信を行う場合、０．５の送信で使用するチャンネル数を１の送信で使用するチャンネル数の半分にする。例えば、１レート目の送信は全圧電振動子を使用し、２レート目の送信は１つ飛びの圧電振動子（チャンネル）を使用し、３レート目の送信は２レート目の送信で使用しなかった圧電振動子を使用してもよい。また、１レート目の送信は全圧電振動子を使用し、２レート目の送信は、１次元状に配列された圧電振動子のうち、中点に位置する圧電振動子から端点に位置する圧電振動子までを使用し、３レート目の送信は２レート目の送信で使用しなかった圧電振動子を使用してもよい。電圧制御では、印加電圧とその出力としての送信超音波との間に、電子回路の非線形性のために、各レートに対応する送信超音波の波形の線形性が保てない場合がある。しかしながら、チャンネル数の制御によれば、高い線形性による制御を実現することができる。以下、送信される超音波の振幅の比は、［１、０．５、０．５］とする。
【００２０】
受信信号発生部２２は、プリアンプ２２Ａ、受信遅延回路２２Ｂ、加算器２２Ｃを有する。プリアンプ２２Ａは、超音波プローブ１２を介して取り込まれた被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延回路２２Ｂは、ディジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器２２Ｃは、ＣＰＵ２６からの受信遅延パターンに従って複数のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される（この指向性により、いわゆる「超音波走査線」が決まる）。受信信号発生部２２は、送信部２１から送信された３レートの超音波にそれぞれ対応する受信信号を発生する。以下、１レート目で発生された受信信号を第１受信信号、２レート目で発生された受信信号を第２受信信号、３レート目で発生された受信信号を第３受信信号と呼ぶ。
【００２１】
高調波信号抽出部２３は、第１乃至第３受信信号に含まれている高調波信号を抽出する。具体的には、高調波信号抽出部２３は、第１受信信号から、第２受信信号と第３受信信号とを減算する（超音波の振幅の比が、［１、０．５、０．５］である場合）。なお、ＡＭ法をＰＩ法と組み合わせる場合は、３レート全ての受信信号を加算する。この減算または加算により、高調波信号抽出部２３は、高調波信号（以下第１の高調波信号と呼ぶ）を抽出する。各レートの送信波形が、各レート間で線形であれば、被検体の生体組織からのエコー信号は、完全にキャンセルされる。しかしながら、線形性が保たれていないと、被検体の生体組織からのエコー信号は、完全にキャンセルされない（例えば、図２の２Ａ）。
【００２２】
第１の高調波信号は、送信された超音波の周波数の高調波成分を有する。高調波成分は、被検体の生体組織、装置本体１１、造影剤に含まれる微小気泡などに起因して発生する。被検体に造影剤が注入されている場合、第１の高調波信号は、一般に、被検体の生体組織と装置本体１１と造影剤に含まれる微小気泡とにそれぞれ起因する高調波成分を有する。なお、被検体に造影剤が注入されていない場合、第１の高調波信号は、被検体の生体組織と装置本体１１とに起因する高調波成分を有する。以下、上記線形性について説明する。例えば、第１乃至第３レートにおける超音波の送信波形をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃとする。超音波の振幅の比が［１、０．５、０．５］であるならば、線形性は、Ａ＝２Ｂ、Ａ＝２Ｃとして表現される。線形性は、各レートにおける超音波の位相を保持することに対応する。なお、本超音波診断装置１は、送信波形の厳密な線形性を要求しない安価な装置であってもよい。
【００２３】
信号処理部２４は、受信信号発生部２２から出力された受信信号に対して、ＳＴＣ（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）とは異なる所定のゲインを付加する。この所定のゲインとは、−３０乃至−６０ｄＢ程度のゲインである。なお、所定のゲインは、第１乃至第３受信信号における振幅と第１の高調波信号の振幅に基づいて、決定されても良い。また、所定のゲインは、予め後述する記憶部２９に複数記憶されてもよい。このとき信号処理部２４は、所定のゲインを記憶部２９から読み出す。読み出される所定のゲインについては、後の記憶部２９で詳述する。信号処理部２４は、所定のゲインが付加された受信信号に対して、検波（例えば包絡線検波など）処理などを施す。信号処理部２４は、検波処理された受信信号を、高調波成分抽出部２５に出力する。なお、信号処理部２４は、受信信号に対してＳＴＣを付加し、続いて検波処理を実行することで、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモードデータを発生してもよい。発生されたＢモードデータは、画像発生部２７において、所定の処理を受ける。
【００２４】
以下、信号処理部２４における処理について、具体的に説明する。信号処理部２４は、受信信号発生部２２から、第１受信信号を受け取る。以下、説明の便宜上、第１受信信号で説明を進めるが、第２または第３受信信号で以下の処理を実行してもよい。このとき、信号処理部２４から高調波成分抽出部２５への出力は、第２または第３受信信号から処理されたデータとなる。
【００２５】
信号処理部２４は、受け取った受信信号に対して、所定のゲインを付加する。信号処理部２４は、所定のゲインが付加された第１受信信号を、エコーフィルタ（帯域通過フィルタともいう）にかける。信号処理部２４は、エコーフィルタから出力された第１受信信号に対して、検波を実行する。この検波により、第１受信信号に関するデータは、位相情報を取り除いた振幅に関するデータとなる。以下、検波された第１受信信号を第１の振幅データと呼ぶ。第１の振幅データは、後述する高調波成分抽出部２５に出力される。なお、信号処理部２４は、第１の振幅データに含まれる値のうち「１」未満である数値に対しては、「１」とする閾値処理を実行してもよい。また、信号処理部２４は、検波後、対数圧縮された第１の振幅データを、後述する高調波成分抽出部２５、画像発生部２７、図示していないボリュームデータ発生部に出力してもよい。
【００２６】
信号処理部２４は、高調波信号抽出部２３から、第１の高調波信号を受け取る。信号処理部２４は、受け取った第１の高調波信号を、エコーフィルタにかける。信号処理部２４は、エコーフィルタから出力された第１の高調波信号に対して、検波を実行する。この検波により、第１の高調波信号に関するデータは、位相情報を取り除いた振幅に関するデータとなる。以下、検波された第１の高調波信号を第２の振幅データと呼ぶ。第２の振幅データは、後述する高調波成分抽出部２５に出力される。なお、信号処理部２４は、検波後、対数圧縮された第１の高調波信号を、後述する高調波成分抽出部２５、画像発生部２７、図示していないボリュームデータ発生部に出力してもよい。
【００２７】
高調波成分抽出部２５は、第１、第２または第３受信信号を用いて、第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する。具体的には、造影剤に由来する高調波成分は、第２の振幅データから第１の振幅データを減算することにより抽出される。なお、第１の振幅データは、第１受信信号に由来する振幅データであるが、第１の振幅データの代わりに、第２または第３受信信号に由来する振幅データを用いてもよい。高調波成分抽出部２５に入力される第１および第２の振幅データは、被検体の体表面からの距離の変化に対応する振幅の変化を示す信号である。高調波成分抽出部２５は、この減算により、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の差の変化に関する信号を発生する。なお、被検体に造影剤が注入されていないときには、抽出される高調波成分を最小またはフラットとするように、上記所定のゲインは調整されてもよい。この調整は、入力装置１３を介した操作者の指示、または後述するＣＰＵ２６により実行される。
【００２８】
なお、高調波成分抽出部２５は、第２の振幅データを第１の振幅データで除算してもよい。高調波成分抽出部２５は、この除算により、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の比の変化に関する信号を発生する。この除算処理は、対数圧縮された第１、第２の振幅データが信号処理部２４から高調波成分抽出部２５に出力される場合、第２の振幅データから第１の振幅データの減算に対応する。以下、被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の差の変化を表す信号、または被検体の体表面からの距離の変化に応じた振幅の比の変化を表す信号を、第２の高調波信号と呼ぶ。
【００２９】
高調波成分抽出部２５は、抽出された第２の高調波信号に対して、絶対値を計算する。高調波成分抽出部２５は、絶対値が取られた第２の高調波信号を対数圧縮し、図示していないボリュームデータ発生部または後述する画像発生部２７に出力する。なお、高調波成分抽出部２５は、０以下の第２の高調波信号を切り捨てる処理（以下、閾値処理と呼ぶ）を実行しても良い。また、高調波成分抽出部２５は、抽出された第２の高調波信号のうち、１以下の信号を１に置換してもよい（以下、置換処理と呼ぶ）。高調波成分抽出部２５は、閾値処理または置換処理が実行された第２の高調波信号を対数圧縮し、図示していないボリュームデータ発生部または後述する画像発生部２７に出力する。
【００３０】
以下、高調波成分抽出部２５において、造影剤に由来する高調波成分が抽出される根拠を説明する。被検体に造影剤（バブル）が注入されていない状態において、上記処理が実行されるとき、第１受信信号に付加されるゲイン（以下付加ゲインと呼ぶ）は、第２の高調波信号を最小、またはフラットとするように調整される。これにより、第２の高調波信号は、一定の信号または最小の信号となる。図２は、造影剤（バブル）を注入していない状態において、第１の高調波信号による肝臓画像（２Ａ）と第２の高調波信号による肝臓画像（２Ｂ）とを示す図である。図２の２Ａは、被検体の組織と装置本体１１とに由来する第１の高調波信号による肝臓画像を示している。図２の２Ｂは、被検体の組織と装置本体１１とに由来する第１の高調波信号が低減されて、第２の高調波信号が空間的に均一になっている肝臓画像を示している。
【００３１】
次に、被検体に造影剤（バブル）が注入された状態において、上記付加ゲインを用いて上記処理が実行されるときについて説明する。造影剤が注入されていない状態における第１受信信号と、造影剤が注入された状態における第１受信信号とは、位相が大きく異なる。しかしながら、造影剤が第１受信信号の振幅に与える影響は小さい。例えば図３は、バブルを注入したファントム画像を、バブルを注入していないファントム画像とともに示す図である。図３の３Ａは、バブルを注入していないファントムの第１受信信号の振幅に基づいた画像を示している。図３の３Ｂは、バブルを注入したファントムの第１受信信号の振幅に基づいた画像を示している。図３の３Ａと３Ｂとの差異は小さい。これらのことから、第２の高調波信号は、被検体の組織と装置本体１１とに由来する高調波成分が低減され、かつ造影剤に由来する高調波成分を有する信号となる。以上のことから、被検体の生体組織と装置本体１１と造影剤に含まれる微小気泡とにそれぞれ起因する高調波成分を有する第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出することが可能となる。
【００３２】
なお、高調波成分抽出部２５は、被検体の組織に由来する高調波信号の強さに応じて、ゲインを第２の高調波信号に付加しても良い。具体的には、高調波成分抽出部２５は、前記被検体の組織に由来する高調波成分を一定にさせるゲインを、第１の高調波信号に付加する。続いて、高調波成分抽出部２５は、ゲインが付加された第１の高調波信号を、所定のゲインが付加された第１受信信号で除算する。これにより、高調波成分抽出部２５は、第１の高周波信号から第２の高調波信号を抽出する。
【００３３】
ＣＰＵ２６は、操作者により入力装置１３から入力されたモード選択、ＲＯＩ設定、受信遅延パターンリストの選択、送信開始・終了に基づいて、記憶部２９に記憶された送受信条件と装置制御プログラムを読み出し、これらに従って、本超音波診断装置１を制御する。
【００３４】
画像発生部２７は、対数圧縮された第１の振幅データに基づいて、第１の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、対数圧縮された第２の振幅データに基づいて、第２の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、第２の高調波信号に基づいて、第３の超音波画像を発生する。画像発生部２７は、第２の超音波画像に第３の超音波画像を重ね合わせた画像を発生する。なお、画像発生部２７は、第１乃至第３の超音波画像のうち少なくとも二つを重ね合わせた画像を発生しても良い。以下、画像発生部２７における処理を具体的に説明する。以下、説明を簡単にするため、対数圧縮された第１、第２の振幅データ、第２の高調波信号を、Ｂモードデータと呼ぶ。
【００３５】
画像発生部２７は、Ｂモードデータを、位置情報に従って専用のメモリに配置（配置処理）する。続いて、画像発生部２７は、超音波走査線間のＢモードデータを補間する（補間処理）。配置処理と補間処理とによって、複数のピクセルから構成される超音波画像データが発生される。各ピクセルは、由来するＢモードデータの強度（振幅）に応じたピクセル値を有する。なお、画像発生部２７へ入力される前のデータを「生データ」と呼ぶ。
【００３６】
図示していないボリュームデータ発生部は、入力された第２の高調波信号に基づいて、ボリュームデータを発生する。発生されたボリュームデータは、図示していない３次元画像データ発生部でレンダリング処理などを受ける。レンダリング処理されたボリュームデータは、表示部１４に出力される。
【００３７】
記憶部２９は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターン、本超音波診断装置１の制御プログラム、診断プロトコル、送受信条件等の各種データ群、画像発生部２７で発生されたＢモードデータおよび超音波画像、図示していないボリュームデータ発生部で発生されたボリュームデータ、複数の所定のゲイン、後述する高調波成分抽出機能を実現するための専用プログラム等を記憶する。なお、複数の所定のゲインは、第１乃至第３受信信号における振幅および第１の高調波信号の振幅に対応付けられていても良い。このとき、第１乃至第３受信信号における振幅および第１の高調波信号の振幅に基づいて、所定のゲインが信号処理部２４に出力される。
【００３８】
インターフェース（Ｉ／Ｆ）３７は、入力装置１３、ネットワーク、図示していない外部記憶装置および生体信号計測部に関するインターフェースである。本超音波診断装置１によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース３７を介して、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００３９】
入力装置１３は、インターフェース３７に接続され操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を本超音波診断装置１に取り込む。入力装置１３は、図示していないトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２６に出力する。なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力装置１３は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２６に出力する。また、操作者が入力装置１３の終了ボタンまたはＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、本超音波診断装置１は一時停止状態となる。
【００４０】
表示部１４は、画像発生部２７からのビデオ信号に基づいて、画像を表示する。表示部１４は、第１乃至第３の超音波画像のうち、少なくとも二つの画像を表示することも可能である。表示部１４は、レンダリング処理されたボリュームデータの出力に基づいて、画像を表示する。
【００４１】
（高調波成分抽出機能）
高調波成分抽出機能とは、第１または第２受信信号を用いて、第１の高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出させる機能である。以下、高調波成分抽出機能に従う処理（以下、高調波成分抽出処理と呼ぶ）を説明する。
【００４２】
図４は、２種の異なる大きさの振幅を有する超音波の送信に基づいて、第２の高調波信号を表示させる手順の概要を示す概要図である。超音波は被検体に対して３レート送信される。１レート目の超音波の振幅と２レート目の超音波の振幅と３レート目の超音波の振幅との比は、１対０．５対０．５とする。１レート目の超音波の送信に対応する受信（第１の受信）に基づいて、第１受信信号が発生される。２レート目の超音波の送信に対応する受信（第２の受信）に基づいて、第２受信信号が発生される。３レート目の超音波の送信に対応する受信（第３の受信）に基づいて、第３受信信号が発生される。第１受信信号から第２、第３受信信号を減算することにより、第１の高調波信号が、高調波信号抽出部２３で発生される。
【００４３】
第１受信信号には、ＳＴＣによるゲイン（図４におけるα）と所定のゲイン（図４におけるβ）とが付加される。所定のゲイン（β）の付加により、第１受信信号の振幅と第１の高調波信号の振幅とが、同等のレベルとなる。所定のゲイン（β）が付加された第１受信信号は、エコーフィルタにかけられ、検波される。第１の高調波信号には、ＳＴＣによるゲイン（図４におけるα）が付加される。ＳＴＣによるゲイン（α）が付加された第１の高調波信号は、エコーフィルタにかけられ、検波される。以上の処理は、信号処理部２４で実行される。
【００４４】
ＳＴＣによるゲインと所定のゲインとが付加された第１受信信号を用いて、第１の高調波信号から、第２の高調波信号が抽出される。抽出された第２の高調波信号には、閾値処理に続いて対数圧縮が実行される。対数圧縮された第２の高調波信号は、画像発生部２７に入力される。画像発生部２７は、入力された第２の高調波信号に対して、後処理を実行し、超音波画像を発生する。発生された超音波画像は、表示部１４で表示さえる。
【００４５】
図５は、図４の概要図における手順を示すフローチャートである。
被検体に対する超音波送受信に先立って、入力装置１３を介した操作者の指示により、患者情報の入力、送受信条件、種々の超音波データ収集条件の設定および更新などが実行される。これらの設定および更新は、記憶部２９に保存される。これらの入力／選択／設定が終了したならば、操作者は超音波プローブ１２を被検体体表面の所定の位置に当接する。次いで送信部２１が、ＥＣＧ波形と同期しながら複数心拍に亘って、第１振幅を有する第１超音波と第１超音波の第１振幅を所定の比率で振幅変調させた第２超音波とを、被検体に向けて送信する。なお、この同期は、心音波形、脈波波形および呼吸曲線などとの同期でもよい。第１振幅と第２振幅との比は、１対０．５である。第２超音波は、被検体へ向けて２回送信される（ステップＳａ１）。
【００４６】
送信された超音波に対応する反射波の受信（すなわち超音波スキャン）に基づいて、受信信号が発生される。具体的には、第１超音波に対応する第１受信信号が、受信信号発生部２２で発生される。第２超音波に対応する第２受信信号が、受信信号発生部２２で発生される（ステップＳａ２）。第１、第２受信信号は、信号処理部２４と高調波信号抽出部２３とへ出力される。第１、第２受信信号に含まれる第１の高調波信号が、高調波信号抽出部２３で抽出される（ステップＳａ３）。抽出された第１の高調波信号は、信号処理部２４へ出力される。
【００４７】
信号処理部２４へ出力された第１受信信号は、所定のゲインが付加される。所定のゲインが付加された第１受信信号を検波することにより、第１の振幅データが発生される。信号処理部２４へ出力された第１の高調波信号を検波することにより、第２の振幅データが発生される（ステップＳａ４）。
【００４８】
信号処理部２４で発生された第１、第２の振幅データが、高調波成分抽出部２５へ出力される。第１の振幅データを用いて、第２の振幅データから、造影剤に由来する高調波成分が抽出される（ステップＳａ５）。具体的には、第２の振幅データから第１の振幅データが減算される。この減算により発生された第２の高調波信号に対して絶対値が計算される。絶対値が計算された第２の高調波信号に基づいて、超音波画像が発生される（ステップＳａ６）。
【００４９】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本超音波診断装置１によれば、受信信号の振幅データを用いて、ＡＭ法により抽出された第１の高調波信号の振幅データから、造影剤に由来する高調波成分を抽出することができる。これにより、本超音波診断装置１は、造影剤からの高調波信号と被検体の組織に由来する高調波信号とを明確に区別することができる。従って、造影剤からの信号を表示することが可能となる。また、焼灼治療の効果などの判定精度が向上する。さらに、上記区別は位相情報ではなく振幅信号に基づいているため、本実施形態の技術的思想は、送信波形の厳密な線形性を要求しない安価な超音波診断装置にも適用可能である。
【００５０】
加えて、実施形態に係る機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１…超音波診断装置、１１…装置本体、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…表示部、２１…送信部、２２…受信信号発生部、２３…高調波信号抽出部、２４…信号処理部、２５…高調波成分抽出部、２６…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２７…画像発生部、２９…記憶部、３７…インターフェース（Ｉ／Ｆ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、
前記第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、前記第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、前記造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生する画像発生部と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記高調波成分抽出部は、
前記高調波信号から所定のゲインを付与した前記第１または前記第２受信信号を減ずることにより、前記高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記高調波成分抽出部は、
前記高調波信号を所定のゲインを付与した前記第１または前記第２受信信号で除することにより、前記高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高調波成分抽出部は、
前記抽出された高調波成分に対して絶対値を計算すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記高調波成分抽出部は、
前記抽出された高調波成分に値に対して、１以下の値を１に置換すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記高調波成分抽出部は、
前記被検体の組織に由来する高調波成分を一定にさせるゲインを、前記高調波信号に付加し、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記ゲインが付加された高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記画像発生部は、
前記高調波信号に基づいて画像を発生し、
前記発生された画像に、前記超音波画像を重ね合わせた画像を発生すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
コンピュータに、
第１超音波に対応する第１受信信号と、前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波に対応する第２受信信号とを記憶させる受信信号記憶機能と、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出機能と、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出機能と、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生させる画像発生機能と
を実現させることを特徴とする医用画像処理プログラム。
【請求項９】
第１超音波に対応する第１受信信号と、前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波に対応する第２受信信号とを記憶させることと、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出させることと、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出させることと、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生させることと、
を特徴とする医用画像処理方法。
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して、造影剤を注入された被検体へ向けて第１超音波と前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波とを送信する送信部と、
前記第１超音波の反射波に基づいて第１受信信号を発生し、前記第２超音波の反射波に基づいて第２受信信号を発生する受信信号発生部と、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出部と、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、前記造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出部と、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生する画像発生部と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記高調波成分抽出部は、
前記高調波信号から所定のゲインを付与した前記第１または前記第２受信信号を減ずることにより、前記高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記高調波成分抽出部は、
前記高調波信号を所定のゲインを付与した前記第１または前記第２受信信号で除することにより、前記高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記高調波成分抽出部は、
前記抽出された高調波成分に対して絶対値を計算すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記高調波成分抽出部は、
前記抽出された高調波成分に値に対して、１以下の値を１に置換すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記高調波成分抽出部は、
前記被検体の組織に由来する高調波成分を一定にさせるゲインを、前記高調波信号に付加し、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記ゲインが付加された高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記画像発生部は、
前記高調波信号に基づいて画像を発生し、
前記発生された画像に、前記超音波画像を重ね合わせた画像を発生すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
コンピュータに、
第１超音波に対応する第１受信信号と、前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波に対応する第２受信信号とを記憶させる受信信号記憶機能と、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出する高調波信号抽出機能と、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出する高調波成分抽出機能と、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生させる画像発生機能と
を実現させることを特徴とする医用画像処理プログラム。
【請求項９】
第１超音波に対応する第１受信信号と、前記第１超音波を所定の比率にて振幅変調させた少なくとも１種類の第２超音波に対応する第２受信信号とを記憶させることと、
前記第１、第２受信信号に含まれる高調波信号を抽出させることと、
前記第１または第２受信信号を用いて、前記高調波信号から、造影剤に由来する高調波成分を抽出させることと、
前記抽出された高調波成分に基づいて、超音波画像を発生させることと、
を特徴とする医用画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１３５５１６（Ｐ２０１２−１３５５１６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０９９１（Ｐ２０１０−２９０９９１）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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