超音波診断装置及びその信号処理方法
【課題】被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出する。
【解決手段】データ解析部１０６は、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定する着目領域及び格子点設定部１０６ａと、着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算する着目領域内音速演算部１０６ｂと、複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する局所音速判定部１０６ｃと、を備えて構成される。
【解決手段】データ解析部１０６は、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定する着目領域及び格子点設定部１０６ａと、着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算する着目領域内音速演算部１０６ｂと、複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する局所音速判定部１０６ｃと、を備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置及びその信号処理方法に係り、特に超音波を用いて被検体の超音波画像を撮影して表示する超音波診断装置及びその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて被検体内の一部（診断部位）における音速値（以下、局所音速値という）を測定する試みがなされている。例えば、送信用と受信用の２個の振動子を向かい合わせて配置し、振動子間の距離と超音波の伝播時間から被検体内における音速値を求める方法や、所定距離間隔で配置された２組の振動子をそれぞれ送信用・受信用として、振動子間の超音波の伝播時間と送波・受波角度と各組の振動子間の距離とから伝播速度を求める方法が提案されている。
【０００３】
また、特許文献１には、下記のような局所音速値の測定方法が開示されている。特許文献１では、送波振動子から被検体内に出射角度を変えながら超音波を送波し、受波振動子により入射角度を変えながら受波して、送波から受波までの経過時間を全てメモリに格納しておく。次に、仮想的な音速分布を設定し、その音速分布に基づいて各出射角度・入射角度ごとに経過時間を計算する。そして、経過時間の計算値と実測値の差が最小になるように仮想的な音速分布を修正し、最終的に得られた音速分布によって被検体内の音速値を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−９５９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音速値が一定の媒質からなる被検体ＯＢＪ１内の音速値Ｖは下記のようにして算出することができる。図１２に示すように、被検体ＯＢＪ１内の反射点（領域）Ｘ１ＲＯＩから超音波探触子３００Ａまでの距離をＬとすると、反射点Ｘ１ＲＯＩで超音波が反射されてから反射点Ｘ１ＲＯＩの直下の素子３０２Ａ０で受信されるまでの経過時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／Ｖである。素子３０２Ａ０からＸ方向（素子３０２Ａの配列方向）に距離Ｘ離れた位置にある素子３０２Ａｉで受信されるまで経過時間をＴ＋ΔＴとすると、素子３０２Ａ０と３０２Ａｉとの間の遅延時間ΔＴは下記の式（１）により表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
従って、超音波が送波されて反射点Ｘ１ＲＯＩで時間Ｔ後に反射された後、各素子により受信されるまでの経過時間［２Ｔ，２Ｔ+ΔＴ］を測定することにより、反射点Ｘ１ＲＯＩまでの距離Ｌと速度Ｖを一意に求めることができる。
【０００８】
なお、反射点Ｘ１ＲＯＩからの超音波が明確に判別できる場合には、位置関係が既知の異なる２素子において測定された経過時間からＬとＶを求めることができる。
【０００９】
しかしながら、一般に各素子３０２Ａから出力される超音波検出信号は無数の反射点からの信号が干渉した結果であり、特定の反射点からの信号のみを弁別することが困難である。
【００１０】
このため、実際には、反射点Ｘ１ＲＯＩ近傍の着目領域における再構築画像の空間周波数、シャープネス及びコントラストから、反射点Ｘ１ＲＯＩまでの距離Ｌ、遅延時間ΔＴ及び音速値Ｖを一意に求めることとなる。
【００１１】
上記のように、被検体内の音速が一定の場合には、音速値を求めることが可能であるが、図１３に示す被検体ＯＢＪ２のように、内部の音速が一定でない場合には、上記の方法では、反射点（領域）Ｘ２ＲＯＩまでの距離Ｌ及び音速値Ｖ，Ｖ´を求めることは困難である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することのできる超音波診断装置及びその信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、を備えて構成される。
【００１４】
請求項１に記載の超音波診断装置では、前記格子点設定手段が着目領域設定手段にて設定した前記着目領域内に計測対象格子点を設定し、前記環境音速演算手段が前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算し、前記環境音速比較手段が複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較し、前記局所音速決定手段が前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定することで、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することを可能とする。
【００１５】
請求項２に記載の超音波診断装置のように、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の超音波診断装置のように、請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
【００１７】
請求項４に記載の超音波診断装置のように、請求項３に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることが好ましい。
【００１８】
請求項５に記載の超音波診断装置のように、請求項３に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることが好ましい。
【００１９】
請求項６に記載の超音波診断装置のように、請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、前記環境音速比較手段は、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算手段と、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算手段と、を備え、前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
【００２０】
請求項７に記載の超音波診断装置のように、請求項６に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
【００２１】
請求項８に記載の超音波診断装置のように、請求項７に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定することが好ましい。
【００２２】
請求項９に記載の超音波診断装置のように、請求項７に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定することが好ましい。
【００２３】
本発明の請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法は、被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、超音波を前記被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、を備えて構成される。
【００２４】
請求項１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
【００２５】
請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
【００２６】
請求項１３に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることが好ましい。
【００２７】
請求項１４に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることが好ましい。
【００２８】
請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、前記環境音速比較ステップは、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算ステップと、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算ステップと、を備え、前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
【００２９】
請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
【００３０】
請求項１７に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定することが好ましい。
【００３１】
請求項１８に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図
【図２】図１のデータ解析部の要部の構成を示すブロック図
【図３】図２のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図４】図３の処理で着目領域及び格子点設定部が設定する着目領域ＲＯＩ及び格子点ＸＲＯＩを示す図
【図５】図３の処理にて用いられる第１の仮定局所音速毎の１次元的環境音速深さ分布を示す図
【図６】図３の処理にて用いられる第２の仮定局所音速毎の１次元的環境音速深さ分布を示す図
【図７】図３の処理にて用いられる仮定局所音速毎の２次元的環境音速深さ分布を示す図
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図９】図８の処理を説明するための図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図１１】図１０の処理を説明するための図
【図１２】従来の局所音速値の演算処理を模式的に示す第１の図
【図１３】従来の局所音速値の演算処理を模式的に示す第２の図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に従って本発明に係る超音波診断装置及びその信号処理方法の好ましい実施形態について説明する。
【００３５】
第１の実施形態：
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示す超音波診断装置１０は、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに超音波ビームを送信して、被検体ＯＢＪによって反射された超音波ビーム（超音波エコー）を受信し、超音波エコーの検出信号から超音波画像を作成・表示する装置である。
【００３７】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００は、操作入力部２００からの操作入力に応じて超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行う。
【００３８】
操作入力部２００は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力デバイスであり、操作卓２０２とポインティングデバイス２０４とを含んでいる。操作卓２０２は、文字情報（例えば、患者情報）の入力を受け付けるキーボードと、振幅画像（Ｂモード画像）を単独で表示するモードと局所音速値の判定結果を表示するモードとの間で表示モードを切り替える表示モード切り替えボタンと、ライブモードとフリーズモードとの切り替えを指示するためのフリーズボタンと、シネメモリ再生を指示するためのシネメモリ再生ボタンと、超音波画像の解析・計測を指示するための解析・計測ボタンとを含んでいる。ポインティングデバイス２０４は、表示部１０４の画面上における領域の指定の入力を受け付けるデバイスであり、例えば、トラックボール又はマウスである。なお、ポインティングデバイス２０４としては、タッチパネルを用いることも可能である。
【００３９】
格納部１０２は、ＣＰＵ１００に超音波診断装置１０の各ブロックの制御を制御するための制御プログラムが格納する記憶装置であり、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。
【００４０】
表示部１０４は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ又は液晶ディスプレイであり、超音波画像（動画及び静止画）の表示、及び各種の設定画面を表示する。
【００４１】
超音波探触子３００は、被検体ＯＢＪに当接させて用いるプローブであり、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３０２を備えている。超音波トランスデューサ３０２は、送信回路４０２から印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを被検体ＯＢＪに送信すると共に、被検体ＯＢＪから反射される超音波エコーを受信して検出信号を出力する。
【００４２】
超音波トランスデューサ３０２は、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極が形成されて構成された振動子を含んでいる。上記振動子を構成する圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb (lead) zirconate titanate）のような圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）のような高分子圧電素子を用いることができる。上記振動子の電極に電気信号を送って電圧を印加すると圧電体が伸縮し、この圧電体の伸縮により各振動子において超音波が発生する。例えば、振動子の電極にパルス状の電気信号を送るとパルス状の超音波が発生し、振動子の電極に連続波の電気信号を送ると連続波の超音波が発生する。そして、各振動子において発生した超音波が合成されて超音波ビームが形成される。また、各振動子により超音波が受信されると、各振動子の圧電体が伸縮して電気信号を発生する。各振動子において発生した電気信号は、超音波の検出信号として受信回路４０４に出力される。
【００４３】
なお、超音波トランスデューサ３０２としては、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いることも可能である。例えば、超音波を送信する素子として上記圧電体により構成される振動子を用いて、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにしてもよい。ここで、光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器又はファイバブラッググレーティングである。
【００４４】
次に、ライブモード時における超音波診断処理について説明する。ライブモードは、被検体ＯＢＪに超音波探触子３００を当接させて超音波の送受信を行うことによって得られた超音波画像（動画）の表示、解析・計測を行うモードである。
【００４５】
超音波探触子３００が被検体ＯＢＪに当接されて、操作入力部２００からの指示入力により超音波診断が開始されると、ＣＰＵ１００は、送受信部４００に制御信号を出力して、超音波ビームの被検体ＯＢＪへの送信、及び被検体ＯＢＪからの超音波エコーの受信を開始させる。ＣＰＵ１００は、超音波トランスデューサ３０２ごとに超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信方向とを設定する。
【００４６】
更に、ＣＰＵ１００は、超音波ビームの送信方向に応じて送信遅延パターンを選択するとともに、超音波エコーの受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する。ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンデータであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２によって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために検出信号に与えられる遅延時間のパターンデータである。上記送信遅延パターン及び受信遅延パターンは予め格納部１０２に格納されている。ＣＰＵ１００は、格納部１０２に格納されているものの中から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを選択し、選択した送信遅延パターン及び受信遅延パターンに従って、送受信部４００に制御信号を出力して超音波の送受信制御を行う。
【００４７】
送信回路４０２は、ＣＰＵ１００からの制御信号に応じて駆動信号を生成して、該駆動信号を超音波トランスデューサ３０２に印加する。このとき、送信回路４０２は、ＣＰＵ１００によって選択された送信遅延パターンに基づいて、各超音波トランスデューサ３０２に印加する駆動信号を遅延させる。ここで、送信回路４０２は、複数の超音波トランスデューサ３０２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、各超音波トランスデューサ３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整する（遅延させる）。なお、複数の超音波トランスデューサ３０２から一度に送信される超音波が被検体ＯＢＪの撮像領域全体に届くように、駆動信号を印加するタイミングを調節するようにしてもよい。
【００４８】
受信回路４０４は、各超音波トランスデューサ３０２から出力される超音波検出信号を受信して増幅する。上記のように、各超音波トランスデューサ３０２と被検体ＯＢＪ内の超音波反射源との間の距離がそれぞれ異なるため、各超音波トランスデューサ３０２に反射波が到達する時間が異なる。受信回路４０４は遅延回路（不図示）を備えており、ＣＰＵ１００によって選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速（以下、仮定音速という）又は音速の分布に従って、反射波の到達時刻の差（遅延時間）に相当する分、各検出信号を遅延させる。次に、受信回路４０４は、遅延時間を与えた検出信号を整合加算することにより受信フォーカス処理を行う。超音波反射源ＸＲＯＩと異なる位置に別の超音波反射源がある場合には、別の超音波反射源からの超音波検出信号は到達時刻が異なるので、上記受信回路４０４の加算回路（不図示）で加算することにより、別の超音波反射源からの超音波検出信号の位相が打ち消し合う。これにより、超音波反射源ＸＲＯＩからの受信信号が最も大きくなり、フォーカスが合う。上記受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、ＲＦ信号という）が形成される。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器４０６は、受信回路４０４から出力されるアナログのＲＦ信号をデジタルＲＦ信号（以下、ＲＦデータという）に変換する。ここで、ＲＦデータは、受信波（搬送波）の位相情報を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力されるＲＦデータは、信号処理部５０２とシネメモリ６０２にそれぞれ入力される。
【００５０】
シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６から入力されるＲＦデータを順次格納する。また、シネメモリ６０２は、ＣＰＵ１００から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記ＲＦデータに関連付けて格納する。
【００５１】
信号処理部５０２は、上記ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control）によって、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した後、包絡線検波処理を施し、Ｂモード画像データ（超音波エコーの振幅を点の明るさ（輝度）により表した画像データ）を生成する。
【００５２】
信号処理部５０２によって生成されたＢモード画像データは、通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものである。このため、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）５０４は、上記Ｂモード画像データを通常の画像データ（例えば、テレビジョン信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）の画像データ）に変換（ラスター変換）する。画像処理部５０６は、ＤＳＣ５０４から入力される画像データに、各種の必要な画像処理（例えば、階調処理）を施す。
【００５３】
画像メモリ５０８は、画像処理部５０６から入力される画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、画像メモリ５０８から読み出された画像データをアナログの画像信号に変換して表示部１０４に出力する。これにより、超音波探触子３００によって撮影された超音波画像（動画）が表示部１０４に表示される。
【００５４】
なお、本実施形態では、受信回路４０４において受信フォーカス処理が施された検出信号をＲＦ信号としたが、受信フォーカス処理が施されていない検出信号をＲＦ信号としてもよい。この場合、複数の超音波トランスデューサ３０２から出力される複数の超音波検出信号が、受信回路４０４において増幅され、増幅された検出信号、即ち、ＲＦ信号が、Ａ／Ｄ変換器４０６においてＡ／Ｄ変換されることによってＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータは、信号処理部５０２に供給されるとともに、シネメモリ６０２に格納される。受信フォーカス処理は、信号処理部５０２においてデジタル的に行われる。
【００５５】
次に、シネメモリ再生モードについて説明する。シネメモリ再生モードは、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータに基づいて超音波診断画像の表示、解析・計測を行うモードである。
【００５６】
操作卓２０２のシネメモリ再生ボタンが押下されると、ＣＰＵ１００は、超音波診断装置１０の動作モードをシネメモリ再生モードに切り替える。シネメモリ再生モード時には、ＣＰＵ１００は、オペレータからの操作入力により指定されたＲＦデータの再生をシネメモリ再生部６０４に指令する。シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に従って、シネメモリ６０２からＲＦデータを読み出して、画像信号生成部５００の信号処理部５０２に送信する。シネメモリ６０２から送信されたＲＦデータは、信号処理部５０２、ＤＳＣ５０４及び画像処理部５０６において所定の処理（ライブモード時と同様の処理）が施されて画像データに変換された後、画像メモリ５０８及びＤ／Ａ変換器５１０を経て表示部１０４に出力される。これにより、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づく超音波画像（動画又は静止画）が表示部１０４に表示される。
【００５７】
ライブモード又はシネメモリ再生モード時において、超音波画像（動画）が表示されているときに操作卓２０２のフリーズボタンが押下されると、フリーズボタン押下時に表示されている超音波画像が表示部１０４に静止画表示される。これにより、オペレータは、着目領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の静止画を表示させて観察することができる。
【００５８】
操作卓２０２の計測ボタンが押下されると、オペレータからの操作入力により指定された解析・計測がデータ解析部１０６にて行われる。
【００５９】
このデータ解析部１０６は、各動作モード時に計測ボタンが押下された場合に、Ａ／Ｄ変換器４０６又はシネメモリ６０２から、画像処理が施される前のＲＦデータを取得し、当該ＲＦデータを用いて着目領域の局所音速を判定することに加え、オペレータ指定の各種の解析・計測（例えば、組織部の歪み解析（硬さ診断）、血流の計測、組織部の動き計測、又はＩＭＴ（内膜中膜複合体厚：Intima-Media Thickness）値計測）を行う。データ解析部１０６による解析・計測結果は、画像信号生成部５００のＤＳＣ５０４に出力される。ＤＳＣ５０４は、データ解析部１０６による解析・計測結果を超音波画像の画像データに挿入して表示部１０４に出力する。これにより、超音波画像と解析・計測結果とが表示部１０４に表示される。
【００６０】
また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に局所音速値の判定結果を重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速値の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。着目領域はオペレータが設定しても良いし予め設定されたサイズにて浅い方から順次設定しても良い。
【００６１】
なお、局所音速値の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたＢモード画像を表示部１０４に表示してもよい。
【００６２】
図２は図１のデータ解析部の要部の構成を示すブロック図である。データ解析部１０６は、図２に示すように、ＲＦデータを用いて着目領域の局所音速を判定するための、着目領域及び格子点設定部１０６ａ、着目領域内音速演算部１０６ｂ及び局所音速判定部１０６ｃを備えて構成される。
【００６３】
着目領域及び格子点設定部１０６ａは、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定するものであって、着目領域設定手段及び格子点設定手段を構成する。
【００６４】
着目領域内音速演算部１０６ｂは、着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算するものであって、環境音速演算手段を構成する。
【００６５】
局所音速判定部１０６ｃは、内部の記憶部（不図示）に予め格納されている複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルを参照し、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定するものであって、環境音速比較手段及び局所音速決定手段を構成する。
【００６６】
このように構成された本実施形態における着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理について図３のフローチャートを用いて説明する。図３は図２のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図４ないし図６は図３の処理を説明するための図である。
【００６７】
図３に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定する（ステップＳ４０）。図４はステップＳ４０における着目領域及び格子点設定部１０６ａが設定する音線上の着目領域ＲＯＩ及び格子点ＸＲＯＩを示している。
【００６８】
次に、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算する（ステップＳ４２）。
【００６９】
具体的には、事前に被検体ＯＢＪ内に設定されたすべての格子点ＸＲＯＩにおける環境音速値を判定する。ここで、環境音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子点ＸＲＯＩにおける実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。環境音速値の判定方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから判定する方法（例えば、特開平８-３１７９２６号公報）を適用することができる。
【００７０】
そして、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて予め格納されている複数の仮定局所音速毎の環境音速分布テーブルを参照し（ステップＳ４４）、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにおいて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ４６）。テーブル値との誤差算出方法として、例えば各深さにおける環境音速値誤差の絶対値又は２乗値の深さ方向の積分値がある。
【００７１】
図５は深さ１０ｍｍで環境音速１４５０ｍ／ｓｅｃとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上（１次元）環境音速深さ分布を示し、図６は深さ２０ｍｍで環境音速１４５０ｍ／ｓｅｃとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上（１次元）環境音速深さ分布を示している。図５及び図６のように、着目領域下面における環境音速が与えられた場合、その深さより深い着目領域における環境音速深さ分布は仮定局所音速によって一意に決まるため、局所音速判定部１０６ｃはステップＳ４６において、環境音速深さ分布から着目領域ＲＯＩ（格子点ＸＲＯＩを含む）の局所音速を求めることができる（但し、仮定局所音速を一定とする着目領域の下面を平面と仮定している）。
【００７２】
このように本実施形態では、Ｂモード画像を生成するときに得られる振幅画像、ＲＦデータ又は各超音波トランスデューサ素子により受信した受信波のデータを用いて環境音速を演算し、この環境音速と予め格納している仮定局所音速毎の環境音速深さ分布と比較することで、被検体内の局所音速値を高速かつ高精度で決定することができ、このようにして求めた局所音速値を用いることにより、被検体内の病変の検出をより精確に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態では仮定局所音速毎の環境音速深さ分布を予め格納するものとしたが、着目領域下面における環境音速と着目領域における仮定局所音速に基き、都度、モデル計算によって求めても良い。
【００７４】
なお、本実施形態では、着目領域及び格子点設定部１０６ａは音線上の着目領域ＲＯＩに１次元的に複数の格子点ＸＲＯＩを設定する（図４参照）としたが、これに限らず、図７に示すように、着目領域ＲＯＩに２次元的に複数の格子点ＸＲＯＩを設定し、仮定局所音速毎の２次元環境音速深さ分布を参照に被検体内の局所音速値を決定するようにしてもよい。図７は、一例として１５００ｍ／ｓｅｃ及び１５５０ｍ／ｓｅｃの２次元環境音速深さ分布を示している。
【００７５】
また、本実施形態では、局所音速値を測定するために、超音波の送信、受信専用の構成を必要としない。
【００７６】
第２の実施形態：
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の構成は第１の実施形態と同じであり、データ解析部１０６における処理が第１の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
【００７７】
図８は第２の実施形態のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図９は図８の処理を説明するための図である。
【００７８】
図８に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて着目領域ＲＯＩ及び計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩに加えて、格子点ＸＲＯＩよりも浅い位置に複数の仮想格子点Ａ１，Ａ２，…を設定する（ステップＳ４０）。
【００７９】
詳細には、図９の仮想合成受信波モデルに示すように、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを代表する格子点をＸＲＯＩ、格子点ＸＲＯＩよりも浅い（即ち、超音波トランスデューサ３０２に近い）位置にＸ方向に等間隔で配置された格子点をＡ１，Ａ２，…とし、少なくとも格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…との間の音速はそれぞれ一定と仮定する。
【００８０】
本実施形態では、格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波（それぞれＷＡ１，ＷＡ２，…）の経過時間（Ｔ及び遅延時間ΔＴ）が既知として、格子点ＸＲＯＩと格子点Ａ１，Ａ２，…の位置関係から格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求める。具体的には、ホイヘンスの原理により、図９の仮想受信波モデルのように格子点ＸＲＯＩからの仮想受信波ＷＸと、図９の仮想合成受信波モデルのように格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波ＷＳＵＭとが一致する（ＷＸ＝ＷＳＵＭ）ことを利用する。
【００８１】
ここで、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求めるときの演算に使用する格子点Ａ１，Ａ２，…の範囲及び個数は予め決めておく。ここで、局所音速値演算に使用する格子点の範囲が広いと局所音速値の誤差が大きくなり、狭いと仮想受信波との誤差が大きくなるため、格子点の範囲はこれらの兼ね合いで決める。
【００８２】
各格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔は、分解能と処理時間の兼ね合いで決定される。各格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔ΔＸは、一例で１ｍｍから１ｃｍである。
【００８３】
格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔が狭いと誤差計算における誤差が大きくなり、広いと局所音速値の誤差が大きくなる。格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔ΔＹは、超音波画像の画像分解能の設定に基づいて決定される。格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔ΔＹは、一例で１ｃｍである。
【００８４】
格子点ＸＲＯＩ及び格子点Ａ１，Ａ２，…の設定が行われたのち、データ解析部１０６は、パラメータである仮定局所音速値Ｖを初期値Ｖ0にセットする（ステップＳ５０）。
【００８５】
そして、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて仮定局所音速値Ｖにおける着目領域ＲＯＩの格子点ＸＲＯＩ及び格子点Ａ１，Ａ２，…の全てにおける環境音速を演算し、着目領域内音速演算部１０６ｂにて格子点ＸＲＯＩからの仮想受信波ＷＸと格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差を求める（ステップＳ５２）。
【００８６】
続いて、データ解析部１０６は、ステップＳ５２においてパラメータである仮定局所音速値Ｖが所定の最終値Ｖｅｎｄに達した（Ｖ＝Ｖｅｎｄ）かどうか判断し、Ｖ＜ＶｅｎｄならばステップＳ５６にてＶに所定ステップ量ΔＶを加算してステップＳ５２を繰り返し、Ｖ＝ＶｅｎｄならばステップＳ５４に進む。
【００８７】
次に、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて各仮定局所音速における波面誤差（仮想受信波ＷＸと仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差）を比較し最も波面誤差の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ５８）。
【００８８】
このように本実施形態によれば、着目領域ＲＯＩの局所音速をモデル計算によって求める事ができる。
【００８９】
第３の実施形態：
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、データ解析部１０６における処理が第２の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
【００９０】
図１０は第３の実施形態のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図１１は図１０の処理を説明するための図である。
【００９１】
図１０に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて着目領域ＲＯＩ、仮想格子点Ａ１，Ａ２，…と、図１１に示すように、この仮想格子点Ａ１，Ａ２，…より深い位置に計測対象格子点としての複数の格子点Ｘ１，Ｘ２，…を設定する（ステップＳ６０）。
【００９２】
そして、ステップＳ５０の処理の後、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて仮定局所音速値Ｖにおける着目領域ＲＯＩの格子点Ｘ１，Ｘ２，…及び格子点Ａ１，Ａ２，…の全ておける環境音速を演算し、環境音速に基づいて着目領域内音速演算部１０６ｂにて格子点Ｘ１，Ｘ２，…からの各仮想受信波ＷＸ1、ＷＸ2、…と、格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した各仮想合成受信波Ｗ１，Ｗ２，…との誤差を求め、これらの誤差の総和（Σ｜Ｗｊ−ＷＸｊ｜）を算出する（ステップＳ５２ａ）。
【００９３】
そして、ステップＳ５４、Ｓ５６の処理の後、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて各仮定局所音速における波面誤差の総和（Σ｜Ｗｊ−ＷＸｊ｜）を比較し最も波面誤差の総和の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ５８ａ）。
【００９４】
このように本実施形態によれば、第２の実施形態が着目領域を代表する格子点ＸＲＯＩのみの波面誤差に基づいて局所音速を決定したのに対し、着目領域内の複数の格子点Ｘ１，Ｘ２，…の波面誤差の総和に基づいて局所音速を決定する事によって高精度に決定する事ができる。
【００９５】
ここで、格子点Ａ１，Ａ２，…を平面上でなく曲面上に設定する事によって、着目領域の局所音速をその２次元形状を考慮した上で決定でき、第１の実施形態に比べ高精度に決定する事ができる。曲面上の設定方法は、ユーザが設定しても良いし、エッジ検出処理や高輝度部検出処理によって設定しても良い。また、着目領域下面形状のテンプレートと、対応する環境音速分布を予め保持しておき、全ての形状テンプレートと局所音速における誤差をモデル計算の代わりに予め保持してある環境音速分布との比較によって算出し最も誤差の小さい形状及び局所音速値を求めても良い。
【００９６】
なお、第１の実施形態において環境音速分布の誤差の代わりに波面誤差、また第２、第３の実施形態において波面誤差の代わりに環境音速分布の誤差を用いても良い。
【００９７】
以上、本発明の超音波診断装置及びその信号処理方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９８】
１０…超音波診断装置、１００…ＣＰＵ、１０２…格納部、１０４…表示部、１０６…データ解析部、１０６ａ…着目領域及び格子点設定部、１０６ｂ…着目領域内音速演算部、１０６ｃ…局所音速判定部２００…操作部、２０２…操作卓、２０４…ポインティングデバイス、３００…超音波探触子、３０２…超音波トランスデューサ（素子）、４００…送受信部、４０２…送信回路、４０４…受信回路、４０６…Ａ／Ｄ変換器、５００…画像信号生成部、５０２…信号処理部、５０４…ＤＳＣ、５０６…画像処理部、５０８…画像メモリ、５１０…Ｄ／Ａ変換器、６００…再生部、６０２…シネメモリ、６０４…シネメモリ再生部
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置及びその信号処理方法に係り、特に超音波を用いて被検体の超音波画像を撮影して表示する超音波診断装置及びその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて被検体内の一部（診断部位）における音速値（以下、局所音速値という）を測定する試みがなされている。例えば、送信用と受信用の２個の振動子を向かい合わせて配置し、振動子間の距離と超音波の伝播時間から被検体内における音速値を求める方法や、所定距離間隔で配置された２組の振動子をそれぞれ送信用・受信用として、振動子間の超音波の伝播時間と送波・受波角度と各組の振動子間の距離とから伝播速度を求める方法が提案されている。
【０００３】
また、特許文献１には、下記のような局所音速値の測定方法が開示されている。特許文献１では、送波振動子から被検体内に出射角度を変えながら超音波を送波し、受波振動子により入射角度を変えながら受波して、送波から受波までの経過時間を全てメモリに格納しておく。次に、仮想的な音速分布を設定し、その音速分布に基づいて各出射角度・入射角度ごとに経過時間を計算する。そして、経過時間の計算値と実測値の差が最小になるように仮想的な音速分布を修正し、最終的に得られた音速分布によって被検体内の音速値を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−９５９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音速値が一定の媒質からなる被検体ＯＢＪ１内の音速値Ｖは下記のようにして算出することができる。図１２に示すように、被検体ＯＢＪ１内の反射点（領域）Ｘ１ＲＯＩから超音波探触子３００Ａまでの距離をＬとすると、反射点Ｘ１ＲＯＩで超音波が反射されてから反射点Ｘ１ＲＯＩの直下の素子３０２Ａ０で受信されるまでの経過時間Ｔは、Ｔ＝Ｌ／Ｖである。素子３０２Ａ０からＸ方向（素子３０２Ａの配列方向）に距離Ｘ離れた位置にある素子３０２Ａｉで受信されるまで経過時間をＴ＋ΔＴとすると、素子３０２Ａ０と３０２Ａｉとの間の遅延時間ΔＴは下記の式（１）により表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
従って、超音波が送波されて反射点Ｘ１ＲＯＩで時間Ｔ後に反射された後、各素子により受信されるまでの経過時間［２Ｔ，２Ｔ+ΔＴ］を測定することにより、反射点Ｘ１ＲＯＩまでの距離Ｌと速度Ｖを一意に求めることができる。
【０００８】
なお、反射点Ｘ１ＲＯＩからの超音波が明確に判別できる場合には、位置関係が既知の異なる２素子において測定された経過時間からＬとＶを求めることができる。
【０００９】
しかしながら、一般に各素子３０２Ａから出力される超音波検出信号は無数の反射点からの信号が干渉した結果であり、特定の反射点からの信号のみを弁別することが困難である。
【００１０】
このため、実際には、反射点Ｘ１ＲＯＩ近傍の着目領域における再構築画像の空間周波数、シャープネス及びコントラストから、反射点Ｘ１ＲＯＩまでの距離Ｌ、遅延時間ΔＴ及び音速値Ｖを一意に求めることとなる。
【００１１】
上記のように、被検体内の音速が一定の場合には、音速値を求めることが可能であるが、図１３に示す被検体ＯＢＪ２のように、内部の音速が一定でない場合には、上記の方法では、反射点（領域）Ｘ２ＲＯＩまでの距離Ｌ及び音速値Ｖ，Ｖ´を求めることは困難である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することのできる超音波診断装置及びその信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、を備えて構成される。
【００１４】
請求項１に記載の超音波診断装置では、前記格子点設定手段が着目領域設定手段にて設定した前記着目領域内に計測対象格子点を設定し、前記環境音速演算手段が前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算し、前記環境音速比較手段が複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較し、前記局所音速決定手段が前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定することで、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することを可能とする。
【００１５】
請求項２に記載の超音波診断装置のように、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の超音波診断装置のように、請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
【００１７】
請求項４に記載の超音波診断装置のように、請求項３に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることが好ましい。
【００１８】
請求項５に記載の超音波診断装置のように、請求項３に記載の超音波診断装置であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることが好ましい。
【００１９】
請求項６に記載の超音波診断装置のように、請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、前記環境音速比較手段は、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算手段と、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算手段と、を備え、前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
【００２０】
請求項７に記載の超音波診断装置のように、請求項６に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
【００２１】
請求項８に記載の超音波診断装置のように、請求項７に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定することが好ましい。
【００２２】
請求項９に記載の超音波診断装置のように、請求項７に記載の超音波診断装置であって、前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定することが好ましい。
【００２３】
本発明の請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法は、被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、超音波を前記被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、を備えて構成される。
【００２４】
請求項１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定することが好ましい。
【００２５】
請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布であることが好ましい。
【００２６】
請求項１３に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることが好ましい。
【００２７】
請求項１４に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることが好ましい。
【００２８】
請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、前記環境音速比較ステップは、前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算ステップと、前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算ステップと、を備え、前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出することが好ましい。
【００２９】
請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定することが好ましい。
【００３０】
請求項１７に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定することが好ましい。
【００３１】
請求項１８に記載の超音波診断装置の信号処理方法のように、請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法であって、前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、被検体内の任意の診断部位における音速値（局所音速値）を高精度で算出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図
【図２】図１のデータ解析部の要部の構成を示すブロック図
【図３】図２のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図４】図３の処理で着目領域及び格子点設定部が設定する着目領域ＲＯＩ及び格子点ＸＲＯＩを示す図
【図５】図３の処理にて用いられる第１の仮定局所音速毎の１次元的環境音速深さ分布を示す図
【図６】図３の処理にて用いられる第２の仮定局所音速毎の１次元的環境音速深さ分布を示す図
【図７】図３の処理にて用いられる仮定局所音速毎の２次元的環境音速深さ分布を示す図
【図８】本発明の第２の実施形態に係るデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図９】図８の処理を説明するための図
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャート
【図１１】図１０の処理を説明するための図
【図１２】従来の局所音速値の演算処理を模式的に示す第１の図
【図１３】従来の局所音速値の演算処理を模式的に示す第２の図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に従って本発明に係る超音波診断装置及びその信号処理方法の好ましい実施形態について説明する。
【００３５】
第１の実施形態：
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示す超音波診断装置１０は、超音波探触子３００から被検体ＯＢＪに超音波ビームを送信して、被検体ＯＢＪによって反射された超音波ビーム（超音波エコー）を受信し、超音波エコーの検出信号から超音波画像を作成・表示する装置である。
【００３７】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００は、操作入力部２００からの操作入力に応じて超音波診断装置１０の各ブロックの制御を行う。
【００３８】
操作入力部２００は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力デバイスであり、操作卓２０２とポインティングデバイス２０４とを含んでいる。操作卓２０２は、文字情報（例えば、患者情報）の入力を受け付けるキーボードと、振幅画像（Ｂモード画像）を単独で表示するモードと局所音速値の判定結果を表示するモードとの間で表示モードを切り替える表示モード切り替えボタンと、ライブモードとフリーズモードとの切り替えを指示するためのフリーズボタンと、シネメモリ再生を指示するためのシネメモリ再生ボタンと、超音波画像の解析・計測を指示するための解析・計測ボタンとを含んでいる。ポインティングデバイス２０４は、表示部１０４の画面上における領域の指定の入力を受け付けるデバイスであり、例えば、トラックボール又はマウスである。なお、ポインティングデバイス２０４としては、タッチパネルを用いることも可能である。
【００３９】
格納部１０２は、ＣＰＵ１００に超音波診断装置１０の各ブロックの制御を制御するための制御プログラムが格納する記憶装置であり、例えば、ハードディスク又は半導体メモリである。
【００４０】
表示部１０４は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ又は液晶ディスプレイであり、超音波画像（動画及び静止画）の表示、及び各種の設定画面を表示する。
【００４１】
超音波探触子３００は、被検体ＯＢＪに当接させて用いるプローブであり、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３０２を備えている。超音波トランスデューサ３０２は、送信回路４０２から印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを被検体ＯＢＪに送信すると共に、被検体ＯＢＪから反射される超音波エコーを受信して検出信号を出力する。
【００４２】
超音波トランスデューサ３０２は、圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極が形成されて構成された振動子を含んでいる。上記振動子を構成する圧電体としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb (lead) zirconate titanate）のような圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）のような高分子圧電素子を用いることができる。上記振動子の電極に電気信号を送って電圧を印加すると圧電体が伸縮し、この圧電体の伸縮により各振動子において超音波が発生する。例えば、振動子の電極にパルス状の電気信号を送るとパルス状の超音波が発生し、振動子の電極に連続波の電気信号を送ると連続波の超音波が発生する。そして、各振動子において発生した超音波が合成されて超音波ビームが形成される。また、各振動子により超音波が受信されると、各振動子の圧電体が伸縮して電気信号を発生する。各振動子において発生した電気信号は、超音波の検出信号として受信回路４０４に出力される。
【００４３】
なお、超音波トランスデューサ３０２としては、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いることも可能である。例えば、超音波を送信する素子として上記圧電体により構成される振動子を用いて、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにしてもよい。ここで、光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器又はファイバブラッググレーティングである。
【００４４】
次に、ライブモード時における超音波診断処理について説明する。ライブモードは、被検体ＯＢＪに超音波探触子３００を当接させて超音波の送受信を行うことによって得られた超音波画像（動画）の表示、解析・計測を行うモードである。
【００４５】
超音波探触子３００が被検体ＯＢＪに当接されて、操作入力部２００からの指示入力により超音波診断が開始されると、ＣＰＵ１００は、送受信部４００に制御信号を出力して、超音波ビームの被検体ＯＢＪへの送信、及び被検体ＯＢＪからの超音波エコーの受信を開始させる。ＣＰＵ１００は、超音波トランスデューサ３０２ごとに超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信方向とを設定する。
【００４６】
更に、ＣＰＵ１００は、超音波ビームの送信方向に応じて送信遅延パターンを選択するとともに、超音波エコーの受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する。ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンデータであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ３０２によって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために検出信号に与えられる遅延時間のパターンデータである。上記送信遅延パターン及び受信遅延パターンは予め格納部１０２に格納されている。ＣＰＵ１００は、格納部１０２に格納されているものの中から送信遅延パターン及び受信遅延パターンを選択し、選択した送信遅延パターン及び受信遅延パターンに従って、送受信部４００に制御信号を出力して超音波の送受信制御を行う。
【００４７】
送信回路４０２は、ＣＰＵ１００からの制御信号に応じて駆動信号を生成して、該駆動信号を超音波トランスデューサ３０２に印加する。このとき、送信回路４０２は、ＣＰＵ１００によって選択された送信遅延パターンに基づいて、各超音波トランスデューサ３０２に印加する駆動信号を遅延させる。ここで、送信回路４０２は、複数の超音波トランスデューサ３０２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、各超音波トランスデューサ３０２に駆動信号を印加するタイミングを調整する（遅延させる）。なお、複数の超音波トランスデューサ３０２から一度に送信される超音波が被検体ＯＢＪの撮像領域全体に届くように、駆動信号を印加するタイミングを調節するようにしてもよい。
【００４８】
受信回路４０４は、各超音波トランスデューサ３０２から出力される超音波検出信号を受信して増幅する。上記のように、各超音波トランスデューサ３０２と被検体ＯＢＪ内の超音波反射源との間の距離がそれぞれ異なるため、各超音波トランスデューサ３０２に反射波が到達する時間が異なる。受信回路４０４は遅延回路（不図示）を備えており、ＣＰＵ１００によって選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速（以下、仮定音速という）又は音速の分布に従って、反射波の到達時刻の差（遅延時間）に相当する分、各検出信号を遅延させる。次に、受信回路４０４は、遅延時間を与えた検出信号を整合加算することにより受信フォーカス処理を行う。超音波反射源ＸＲＯＩと異なる位置に別の超音波反射源がある場合には、別の超音波反射源からの超音波検出信号は到達時刻が異なるので、上記受信回路４０４の加算回路（不図示）で加算することにより、別の超音波反射源からの超音波検出信号の位相が打ち消し合う。これにより、超音波反射源ＸＲＯＩからの受信信号が最も大きくなり、フォーカスが合う。上記受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、ＲＦ信号という）が形成される。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器４０６は、受信回路４０４から出力されるアナログのＲＦ信号をデジタルＲＦ信号（以下、ＲＦデータという）に変換する。ここで、ＲＦデータは、受信波（搬送波）の位相情報を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力されるＲＦデータは、信号処理部５０２とシネメモリ６０２にそれぞれ入力される。
【００５０】
シネメモリ６０２は、Ａ／Ｄ変換器４０６から入力されるＲＦデータを順次格納する。また、シネメモリ６０２は、ＣＰＵ１００から入力されるフレームレートに関する情報（例えば、超音波の反射位置の深度、走査線の密度、視野幅を示すパラメータ）を上記ＲＦデータに関連付けて格納する。
【００５１】
信号処理部５０２は、上記ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control）によって、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した後、包絡線検波処理を施し、Ｂモード画像データ（超音波エコーの振幅を点の明るさ（輝度）により表した画像データ）を生成する。
【００５２】
信号処理部５０２によって生成されたＢモード画像データは、通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものである。このため、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）５０４は、上記Ｂモード画像データを通常の画像データ（例えば、テレビジョン信号の走査方式（ＮＴＳＣ方式）の画像データ）に変換（ラスター変換）する。画像処理部５０６は、ＤＳＣ５０４から入力される画像データに、各種の必要な画像処理（例えば、階調処理）を施す。
【００５３】
画像メモリ５０８は、画像処理部５０６から入力される画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器５１０は、画像メモリ５０８から読み出された画像データをアナログの画像信号に変換して表示部１０４に出力する。これにより、超音波探触子３００によって撮影された超音波画像（動画）が表示部１０４に表示される。
【００５４】
なお、本実施形態では、受信回路４０４において受信フォーカス処理が施された検出信号をＲＦ信号としたが、受信フォーカス処理が施されていない検出信号をＲＦ信号としてもよい。この場合、複数の超音波トランスデューサ３０２から出力される複数の超音波検出信号が、受信回路４０４において増幅され、増幅された検出信号、即ち、ＲＦ信号が、Ａ／Ｄ変換器４０６においてＡ／Ｄ変換されることによってＲＦデータが生成される。そして、上記ＲＦデータは、信号処理部５０２に供給されるとともに、シネメモリ６０２に格納される。受信フォーカス処理は、信号処理部５０２においてデジタル的に行われる。
【００５５】
次に、シネメモリ再生モードについて説明する。シネメモリ再生モードは、シネメモリ６０２に格納されているＲＦデータに基づいて超音波診断画像の表示、解析・計測を行うモードである。
【００５６】
操作卓２０２のシネメモリ再生ボタンが押下されると、ＣＰＵ１００は、超音波診断装置１０の動作モードをシネメモリ再生モードに切り替える。シネメモリ再生モード時には、ＣＰＵ１００は、オペレータからの操作入力により指定されたＲＦデータの再生をシネメモリ再生部６０４に指令する。シネメモリ再生部６０４は、ＣＰＵ１００からの指令に従って、シネメモリ６０２からＲＦデータを読み出して、画像信号生成部５００の信号処理部５０２に送信する。シネメモリ６０２から送信されたＲＦデータは、信号処理部５０２、ＤＳＣ５０４及び画像処理部５０６において所定の処理（ライブモード時と同様の処理）が施されて画像データに変換された後、画像メモリ５０８及びＤ／Ａ変換器５１０を経て表示部１０４に出力される。これにより、シネメモリ６０２に格納されたＲＦデータに基づく超音波画像（動画又は静止画）が表示部１０４に表示される。
【００５７】
ライブモード又はシネメモリ再生モード時において、超音波画像（動画）が表示されているときに操作卓２０２のフリーズボタンが押下されると、フリーズボタン押下時に表示されている超音波画像が表示部１０４に静止画表示される。これにより、オペレータは、着目領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の静止画を表示させて観察することができる。
【００５８】
操作卓２０２の計測ボタンが押下されると、オペレータからの操作入力により指定された解析・計測がデータ解析部１０６にて行われる。
【００５９】
このデータ解析部１０６は、各動作モード時に計測ボタンが押下された場合に、Ａ／Ｄ変換器４０６又はシネメモリ６０２から、画像処理が施される前のＲＦデータを取得し、当該ＲＦデータを用いて着目領域の局所音速を判定することに加え、オペレータ指定の各種の解析・計測（例えば、組織部の歪み解析（硬さ診断）、血流の計測、組織部の動き計測、又はＩＭＴ（内膜中膜複合体厚：Intima-Media Thickness）値計測）を行う。データ解析部１０６による解析・計測結果は、画像信号生成部５００のＤＳＣ５０４に出力される。ＤＳＣ５０４は、データ解析部１０６による解析・計測結果を超音波画像の画像データに挿入して表示部１０４に出力する。これにより、超音波画像と解析・計測結果とが表示部１０４に表示される。
【００６０】
また、表示モード切り替えボタンが押下されると、Ｂモード画像を単独で表示するモード、Ｂモード画像に局所音速値の判定結果を重畳して表示するモード（例えば、局所音速値に応じて色分け又は輝度を変化させる表示、又は局所音速値が等しい点を線で結ぶ表示）、Ｂモード画像と局所音速値の判定結果の画像を並べて表示するモードの間で表示モードが切り替わる。これにより、オペレータは、局所音速値の判定結果を観察することで、例えば、病変を発見することができる。着目領域はオペレータが設定しても良いし予め設定されたサイズにて浅い方から順次設定しても良い。
【００６１】
なお、局所音速値の判定結果に基づいて、送信フォーカス処理及び受信フォーカス処理の少なくとも一方を施すことにより得られたＢモード画像を表示部１０４に表示してもよい。
【００６２】
図２は図１のデータ解析部の要部の構成を示すブロック図である。データ解析部１０６は、図２に示すように、ＲＦデータを用いて着目領域の局所音速を判定するための、着目領域及び格子点設定部１０６ａ、着目領域内音速演算部１０６ｂ及び局所音速判定部１０６ｃを備えて構成される。
【００６３】
着目領域及び格子点設定部１０６ａは、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定するものであって、着目領域設定手段及び格子点設定手段を構成する。
【００６４】
着目領域内音速演算部１０６ｂは、着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算するものであって、環境音速演算手段を構成する。
【００６５】
局所音速判定部１０６ｃは、内部の記憶部（不図示）に予め格納されている複数の仮定音速毎の環境音速分布テーブルを参照し、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定するものであって、環境音速比較手段及び局所音速決定手段を構成する。
【００６６】
このように構成された本実施形態における着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理について図３のフローチャートを用いて説明する。図３は図２のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図４ないし図６は図３の処理を説明するための図である。
【００６７】
図３に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを設定すると共に、該着目領域ＲＯＩ内に深さ方向に複数の計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩを設定する（ステップＳ４０）。図４はステップＳ４０における着目領域及び格子点設定部１０６ａが設定する音線上の着目領域ＲＯＩ及び格子点ＸＲＯＩを示している。
【００６８】
次に、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて着目領域ＲＯＩの各深さの格子点ＸＲＯＩにおける環境音速を演算する（ステップＳ４２）。
【００６９】
具体的には、事前に被検体ＯＢＪ内に設定されたすべての格子点ＸＲＯＩにおける環境音速値を判定する。ここで、環境音速値とは、画像のコントラスト、シャープネスが最も高くなる音速値であり、各格子点ＸＲＯＩにおける実際の局所音速値とは必ずしも一致しない。環境音速値の判定方法としては、例えば、画像のコントラスト、スキャン方向の空間周波数、分散などから判定する方法（例えば、特開平８-３１７９２６号公報）を適用することができる。
【００７０】
そして、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて予め格納されている複数の仮定局所音速毎の環境音速分布テーブルを参照し（ステップＳ４４）、この環境音速分布テーブルの値と着目領域内音速演算部１０６ｂにおいて演算された環境音速の値とを比較し、誤差の最も少ない仮定局所音速の環境音速分布テーブルを抽出し、抽出した環境音速分布テーブルの仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ４６）。テーブル値との誤差算出方法として、例えば各深さにおける環境音速値誤差の絶対値又は２乗値の深さ方向の積分値がある。
【００７１】
図５は深さ１０ｍｍで環境音速１４５０ｍ／ｓｅｃとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上（１次元）環境音速深さ分布を示し、図６は深さ２０ｍｍで環境音速１４５０ｍ／ｓｅｃとなる生体モデルにおける仮定局所音速毎の音線上（１次元）環境音速深さ分布を示している。図５及び図６のように、着目領域下面における環境音速が与えられた場合、その深さより深い着目領域における環境音速深さ分布は仮定局所音速によって一意に決まるため、局所音速判定部１０６ｃはステップＳ４６において、環境音速深さ分布から着目領域ＲＯＩ（格子点ＸＲＯＩを含む）の局所音速を求めることができる（但し、仮定局所音速を一定とする着目領域の下面を平面と仮定している）。
【００７２】
このように本実施形態では、Ｂモード画像を生成するときに得られる振幅画像、ＲＦデータ又は各超音波トランスデューサ素子により受信した受信波のデータを用いて環境音速を演算し、この環境音速と予め格納している仮定局所音速毎の環境音速深さ分布と比較することで、被検体内の局所音速値を高速かつ高精度で決定することができ、このようにして求めた局所音速値を用いることにより、被検体内の病変の検出をより精確に行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態では仮定局所音速毎の環境音速深さ分布を予め格納するものとしたが、着目領域下面における環境音速と着目領域における仮定局所音速に基き、都度、モデル計算によって求めても良い。
【００７４】
なお、本実施形態では、着目領域及び格子点設定部１０６ａは音線上の着目領域ＲＯＩに１次元的に複数の格子点ＸＲＯＩを設定する（図４参照）としたが、これに限らず、図７に示すように、着目領域ＲＯＩに２次元的に複数の格子点ＸＲＯＩを設定し、仮定局所音速毎の２次元環境音速深さ分布を参照に被検体内の局所音速値を決定するようにしてもよい。図７は、一例として１５００ｍ／ｓｅｃ及び１５５０ｍ／ｓｅｃの２次元環境音速深さ分布を示している。
【００７５】
また、本実施形態では、局所音速値を測定するために、超音波の送信、受信専用の構成を必要としない。
【００７６】
第２の実施形態：
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の構成は第１の実施形態と同じであり、データ解析部１０６における処理が第１の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
【００７７】
図８は第２の実施形態のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図９は図８の処理を説明するための図である。
【００７８】
図８に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて着目領域ＲＯＩ及び計測対象格子点としての格子点ＸＲＯＩに加えて、格子点ＸＲＯＩよりも浅い位置に複数の仮想格子点Ａ１，Ａ２，…を設定する（ステップＳ４０）。
【００７９】
詳細には、図９の仮想合成受信波モデルに示すように、被検体ＯＢＪ内の着目領域ＲＯＩを代表する格子点をＸＲＯＩ、格子点ＸＲＯＩよりも浅い（即ち、超音波トランスデューサ３０２に近い）位置にＸ方向に等間隔で配置された格子点をＡ１，Ａ２，…とし、少なくとも格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…との間の音速はそれぞれ一定と仮定する。
【００８０】
本実施形態では、格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波（それぞれＷＡ１，ＷＡ２，…）の経過時間（Ｔ及び遅延時間ΔＴ）が既知として、格子点ＸＲＯＩと格子点Ａ１，Ａ２，…の位置関係から格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求める。具体的には、ホイヘンスの原理により、図９の仮想受信波モデルのように格子点ＸＲＯＩからの仮想受信波ＷＸと、図９の仮想合成受信波モデルのように格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波ＷＳＵＭとが一致する（ＷＸ＝ＷＳＵＭ）ことを利用する。
【００８１】
ここで、格子点ＸＲＯＩにおける局所音速値を求めるときの演算に使用する格子点Ａ１，Ａ２，…の範囲及び個数は予め決めておく。ここで、局所音速値演算に使用する格子点の範囲が広いと局所音速値の誤差が大きくなり、狭いと仮想受信波との誤差が大きくなるため、格子点の範囲はこれらの兼ね合いで決める。
【００８２】
各格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔は、分解能と処理時間の兼ね合いで決定される。各格子点Ａ１，Ａ２，…のＸ方向の間隔ΔＸは、一例で１ｍｍから１ｃｍである。
【００８３】
格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔が狭いと誤差計算における誤差が大きくなり、広いと局所音速値の誤差が大きくなる。格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔ΔＹは、超音波画像の画像分解能の設定に基づいて決定される。格子点ＸＲＯＩと各格子点Ａ１，Ａ２，…のＹ方向の間隔ΔＹは、一例で１ｃｍである。
【００８４】
格子点ＸＲＯＩ及び格子点Ａ１，Ａ２，…の設定が行われたのち、データ解析部１０６は、パラメータである仮定局所音速値Ｖを初期値Ｖ0にセットする（ステップＳ５０）。
【００８５】
そして、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて仮定局所音速値Ｖにおける着目領域ＲＯＩの格子点ＸＲＯＩ及び格子点Ａ１，Ａ２，…の全てにおける環境音速を演算し、着目領域内音速演算部１０６ｂにて格子点ＸＲＯＩからの仮想受信波ＷＸと格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差を求める（ステップＳ５２）。
【００８６】
続いて、データ解析部１０６は、ステップＳ５２においてパラメータである仮定局所音速値Ｖが所定の最終値Ｖｅｎｄに達した（Ｖ＝Ｖｅｎｄ）かどうか判断し、Ｖ＜ＶｅｎｄならばステップＳ５６にてＶに所定ステップ量ΔＶを加算してステップＳ５２を繰り返し、Ｖ＝ＶｅｎｄならばステップＳ５４に進む。
【００８７】
次に、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて各仮定局所音速における波面誤差（仮想受信波ＷＸと仮想合成受信波ＷＳＵＭとの誤差）を比較し最も波面誤差の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ５８）。
【００８８】
このように本実施形態によれば、着目領域ＲＯＩの局所音速をモデル計算によって求める事ができる。
【００８９】
第３の実施形態：
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、データ解析部１０６における処理が第２の実施形態と異なるので、異なる点のみ説明する。
【００９０】
図１０は第３の実施形態のデータ解析部による着目領域ＲＯＩの局所音速の算出処理の流れを示すフローチャートであって、図１１は図１０の処理を説明するための図である。
【００９１】
図１０に示すように、データ解析部１０６は、着目領域及び格子点設定部１０６ａにて着目領域ＲＯＩ、仮想格子点Ａ１，Ａ２，…と、図１１に示すように、この仮想格子点Ａ１，Ａ２，…より深い位置に計測対象格子点としての複数の格子点Ｘ１，Ｘ２，…を設定する（ステップＳ６０）。
【００９２】
そして、ステップＳ５０の処理の後、データ解析部１０６は、着目領域内音速演算部１０６ｂにて仮定局所音速値Ｖにおける着目領域ＲＯＩの格子点Ｘ１，Ｘ２，…及び格子点Ａ１，Ａ２，…の全ておける環境音速を演算し、環境音速に基づいて着目領域内音速演算部１０６ｂにて格子点Ｘ１，Ｘ２，…からの各仮想受信波ＷＸ1、ＷＸ2、…と、格子点Ａ１，Ａ２，…からの受信波を仮想的に合成した各仮想合成受信波Ｗ１，Ｗ２，…との誤差を求め、これらの誤差の総和（Σ｜Ｗｊ−ＷＸｊ｜）を算出する（ステップＳ５２ａ）。
【００９３】
そして、ステップＳ５４、Ｓ５６の処理の後、データ解析部１０６は、局所音速判定部１０６ｃにて各仮定局所音速における波面誤差の総和（Σ｜Ｗｊ−ＷＸｊ｜）を比較し最も波面誤差の総和の少ない仮定局所音速値を抽出し、抽出した仮定局所音速を着目領域ＲＯＩにおける局所音速と判定する（ステップＳ５８ａ）。
【００９４】
このように本実施形態によれば、第２の実施形態が着目領域を代表する格子点ＸＲＯＩのみの波面誤差に基づいて局所音速を決定したのに対し、着目領域内の複数の格子点Ｘ１，Ｘ２，…の波面誤差の総和に基づいて局所音速を決定する事によって高精度に決定する事ができる。
【００９５】
ここで、格子点Ａ１，Ａ２，…を平面上でなく曲面上に設定する事によって、着目領域の局所音速をその２次元形状を考慮した上で決定でき、第１の実施形態に比べ高精度に決定する事ができる。曲面上の設定方法は、ユーザが設定しても良いし、エッジ検出処理や高輝度部検出処理によって設定しても良い。また、着目領域下面形状のテンプレートと、対応する環境音速分布を予め保持しておき、全ての形状テンプレートと局所音速における誤差をモデル計算の代わりに予め保持してある環境音速分布との比較によって算出し最も誤差の小さい形状及び局所音速値を求めても良い。
【００９６】
なお、第１の実施形態において環境音速分布の誤差の代わりに波面誤差、また第２、第３の実施形態において波面誤差の代わりに環境音速分布の誤差を用いても良い。
【００９７】
以上、本発明の超音波診断装置及びその信号処理方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９８】
１０…超音波診断装置、１００…ＣＰＵ、１０２…格納部、１０４…表示部、１０６…データ解析部、１０６ａ…着目領域及び格子点設定部、１０６ｂ…着目領域内音速演算部、１０６ｃ…局所音速判定部２００…操作部、２０２…操作卓、２０４…ポインティングデバイス、３００…超音波探触子、３０２…超音波トランスデューサ（素子）、４００…送受信部、４０２…送信回路、４０４…受信回路、４０６…Ａ／Ｄ変換器、５００…画像信号生成部、５０２…信号処理部、５０４…ＤＳＣ、５０６…画像処理部、５０８…画像メモリ、５１０…Ｄ／Ａ変換器、６００…再生部、６０２…シネメモリ、６０４…シネメモリ再生部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、
前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、
前記環境音速比較手段は、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算手段と、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算手段と、を備え、
前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、
超音波を前記被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１１】
前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１２】
前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１３】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１４】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１５】
前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、
前記環境音速比較ステップは、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算ステップと、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算ステップと、を備え、
前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１６】
前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１７】
前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１８】
前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１】
超音波を被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子と、
前記被検体内に着目領域を設定する着目領域設定手段と、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定手段と、
前記超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算手段と、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較手段と、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記局所音速決定手段は、前記環境音速算出手段にて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定手段をさらに備え、
前記環境音速比較手段は、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算手段と、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算手段と、を備え、
前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記格子点設定手段は、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記格子点設定手段は、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
被検体内に着目領域を設定する着目領域設定ステップと、
前記着目領域内に計測対象格子点を設定する格子点設定ステップと、
超音波を前記被検体に送信するとともに、該被検体によって反射される超音波エコーを受信して超音波検出信号を出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子による前記超音波の送受により、前記着目領域の環境音速を演算する環境音速演算ステップと、
複数の仮定局所音速毎の環境音速分布と、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速を比較する環境音速比較ステップと、
前記着目領域の環境音速に基づき、前記計測対象格子点における局所音速を決定する局所音速決定ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１１】
前記局所音速決定ステップは、前記環境音速算出ステップにて算出した前記着目領域の前記環境音速と最も誤差の少ない前記環境音速分布の仮定局所音速を前記計測対象格子点における局所音速に決定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１２】
前記環境音速分布は、予め算出され記憶手段に格納されている生体モデルにおける複数の仮定局所音速毎の環境音速分布である
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１３】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の１次元環境音速分布であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１４】
前記環境音速分布は、前記被検体の深さ方向の２次元環境音速分布であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１５】
前記超音波検出信号に基づいて、前記計測対象格子点よりも浅い領域に複数の仮想格子点を設定する仮想格子点設定ステップをさらに備え、
前記環境音速比較ステップは、
前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに前記着目領域から受信される第１の受信波を演算する第１の演算ステップと、
前記計測対象格子点における前記仮定局所音速を仮定して、前記仮定局所音速と前記着目領域における前記環境音速に基づいて、前記超音波を前記着目領域に送信したときに各前記仮想格子点から受信される複数の第２の受信波を求め、前記複数の第２の受信波を合成して合成受信波を得る第２の演算ステップと、を備え、
前記第１の受信波と前記合成受信波に基づき、前記仮定局所音速毎の前記環境音速分布を算出する
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１６】
前記格子点設定ステップは、前記複数の仮想格子点より深い領域に複数の前記計測対象格子点を設定する
ことを特徴とする請求項１５に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１７】
前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に１次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【請求項１８】
前記格子点設定ステップは、前記計測対象格子点を深さ方向に２次元的に複数設定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の超音波診断装置の信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−７２５６６（Ｐ２０１１−７２５６６Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７２２６（Ｐ２００９−２２７２２６）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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