超音波診断装置
【課題】被検体の性状特性を精度よく測定することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する送信部１０２と、超音波が被検体において反射することにより得られるエコーを探触子１０２により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部１０３であって、受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部１０３と、受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部１１０と、記憶部１１０に記憶された最大値に基づき、被検体の変形の周期に同期して受信部１０３の利得または送信部１０２で生成する駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部１１１とを備えた超音波診断装置。
【解決手段】被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する送信部１０２と、超音波が被検体において反射することにより得られるエコーを探触子１０２により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部１０３であって、受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部１０３と、受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部１１０と、記憶部１１０に記憶された最大値に基づき、被検体の変形の周期に同期して受信部１０３の利得または送信部１０２で生成する駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部１１１とを備えた超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、被検体を構成する組織の性状特性を計測す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、エコー信号の検波出力信号の振幅および位相を用い、被検体の瞬間的な位置を決定することによって、被検体組織の追跡を高精度に行ない、拍動している心臓組織に生じている微小振動を捕らえる方法を開示している。この方法を位相差トラッキング法と呼ぶ。この方法によれば、被検体に対して同じ方向にΔＴの間隔をおいて超音波パルスを複数回送信し、被検体において反射した超音波をそれぞれ受信する。図７に示すように受信したエコー信号をｙ（ｔ）、ｙ（ｔ＋ΔＴ）、ｙ（ｔ＋２ΔＴ）とする。ある深度ｘ１から得られるエコー信号の受信時刻ｔ１は、パルス送信時刻をｔ＝０とすると、ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２）となる。ただし、Ｃは音速である。このとき、ｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋ΔＴ）の間の位相変位をΔθ、ｔ１付近での超音波の中心周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおけるｘ１の移動量Δｘは、以下の式で表される。
【０００５】
Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ
【０００６】
移動量Δｘをｘ１に加算することで、以下に示すように、ΔＴ秒後のｘ１の位置ｘ１’を求めることができ、この計算を繰り返すことにより、被検体の同一部位ｘ１を追跡していくことができる。
【０００７】
ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ
【０００８】
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８（ａ）に示すように、探触子１０１から動脈血管壁へ向けて超音波を送信し、血管壁上に設定した測定点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、測定点ＡおよびＢの動きを追跡する。図８（ｂ）は、測定点ＡおよびＢの位置を示す波形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。
【０００９】
図８（ｂ）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る。このため、血流によって急激に血管壁が広がる。したがって、心電波形ＥＣＧにＲ波が現れた後、追跡波形ＴＡおよびＴＢも急激に立ち上がり、動脈が急激に拡張する。その後、心臓はゆっくり拡張するので、追跡波形ＴＡおよびＴＢも徐々に立ち下がり、動脈がゆっくり収縮する。このような動きを動脈は繰り返している。
【００１０】
追跡波形ＴＡおよびＴＢの差は測定点ＡＢ間の厚さ変化波形Ｗとなる。厚さ変化波形Ｗの変化量をΔＷとし、測定点ＡＢ間の初期化時の基準厚さをＷｓとすると、測定点ＡＢ間の歪み量εは以下のようになる。
【００１１】
ε＝ΔＷ／Ｗｓ
【００１２】
このときの血圧差をΔＰとすると、測定点ＡＢ間の弾性率Ｅｒは以下の式で表される。
【００１３】
Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ
【００１４】
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８（ａ）に示すように、血管壁中に粥腫が生じている場合、粥腫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生成やその位置を診断することが可能となる。
【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
【特許文献３】特許第２５０７３８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献２の方法では、各測定点を正確に追跡するためにエコー信号のＳＮ比が大きいこと、つまり、エコー信号の振幅が大きくかつ飽和していないことが重要である。
【００１６】
信号の振幅を所定の値にするための技術としては、自動利得調整回路（ＡＧＣ）が知られている。しかし、自動利得調整回路はテレビ映像信号のような連続した信号を対象としている。このため、公知の自動利得調整回路を特許文献２に開示された超音波診断装置に用いると、血管内腔のようなエコーの弱い部分から血管壁のようなエコーの強い部分への境界で受信信号が飽和してしまう。
【００１７】
このような問題を解消するため、特許文献３は、超音波探傷用受信装置において、時間ゲート回路を用いて対象物からのエコーのみを検出し、エコー信号があらかじめ設定された閾値を超えた場合、その直後のピークを検出し、そのピークが最大振幅となるように利得を調整することを開示している。
【００１８】
しかしながら、特許文献３の方法を特許文献１または特許文献２に開示された超音波診断装置に適用する場合、１つの音響線を構成するエコーの受信中に利得が変化してしまう。このため、測定点の位置を正しく追跡できないという問題が生じる。
【００１９】
本発明は、このような問題を解決し、被検体の性状特性を精度よく測定することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の超音波診断装置は、被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための駆動信号を生成する送信部と、前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部であって、前記受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部と、前記受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記受信部の利得または前記送信部で生成する前記駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部とを備える。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記受信部の利得を調整する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取る。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記受信部から前記受信ビーム信号を受け取り、位相差トラッキング法により前記被検体の性状特性を演算する組織性状処理部をさらに備える。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は弾性率である。
【００３１】
本発明の超音波診断装置の制御方法は、探触子に駆動信号を印加することにより、被検体へ向けて超音波を送信するステップと、前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、受信エコー信号を得るステップと、
前記受信エコー信号の最大値を記憶するステップと、前記受信エコー信号を増幅するステップと、前記記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記増幅ステップの利得または前記送信ステップにおける前記駆動信号の少なくとも一方を調整するステップとを包含する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値または所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記受信部の利得を調整する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取り、前記生体情報に基づいて前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整ステップは、前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の超音波診断装置によれば、被検体の変形の周期に同期して、受信部における利得を調整するため、受信エコー信号あるいは、受信ビーム信号のＳ／Ｎ比が向上し、正確な計測を行うことが可能となる。また、被検体の変形の周期に同期した周期の期間中は利得が一定値に保たれるため、変形周期内では計測条件が一定となる。このため、性状特性、特に弾性特性を高い精度で計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
まず、超音波診断装置において受信信号が飽和することにより生じる影響を説明する。図１は、受信信号の飽和度と被検体の測定点の位置を追跡した場合の追跡誤差との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。受信信号の飽和度は、下記式に基づいて求めている。
【００４１】
（飽和度）＝（受信信号の振幅の最大値）／（信号処理回路における最大値）
【００４２】
ここで、受信信号の振幅の最大値は、受信部において増幅した後の受信信号の最大振幅であり、信号処理回路における最大値は、超音波診断装置において処理可能な受信信号の最大値である。図１に示すように、飽和度が１００％を超えるとトラッキングＳＮ比が低下している。
【００４３】
図２は、受信信号の飽和度と相対弾性率との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。ある測定によって得られた信号の増幅率を変化させることによって飽和度を変化させている。相対弾性率は、飽和度が１００％である場合の弾性率を基準としている。同じ測定データを用いているため、信号の増幅率によらず弾性率は変化しないはずであるが、図２に示すように、受信信号の飽和度が大きくなると弾性率は小さくなる。
【００４４】
これらの結果から、受信信号が飽和するほど計測誤差が大きくなること、および、精度の高い計測を行うためには、受信信号が飽和しないように受信信号の振幅を調整する必要があることが分かる。また、超音波診断装置により被検体の弾性率を求める場合には、被検体の歪み量とその歪みを生じさせる応力差が加わる期間においては計測条件を一定にすることが好ましい。計測条件が途中で変わると正しい弾性率の測定ができない可能性があるからである。
【００４５】
これらの点を考慮して本発明の超音波診断装置は、探触子を用いて受信した受信信号の最大値に基づき、被検体の変形周期に同期して送信部で生成する前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。以下、図面を参照しながら本発明の超音波診断装置の実施形態を説明する。
【００４６】
図３は超音波診断装置２００のブロック図を示している。超音波診断装置２００は探触子１０１を用いて被検体の形状特性または性状特性を測定する。特に、被検体が生体である場合において、動脈壁組織の弾性率を測定するのに好適に用いられる。ここで、形状特性とは、被検体組織の形状、または、形状の時間変化による被検体組織の運動速度やその積分値である位置変位量、被検体組織に設定した２点間の厚さ変化量などをいう。被検体の性状特性は、被検体組織の弾性率などをいう。以下においては、動脈を含む生体を被検体の例として説明する。動脈は、心臓が血液を駆出することによって、周期的に拡張および収縮を繰り返すように変形している。
【００４７】
超音波診断装置２００は、送信部１０２、受信部１０３、記憶部１１０、調整部１１１および組織性状処理部１０５を備えている。また、これらの各部を制御するために制御部１００を備えている。送信部１０２は、制御部１００の制御に基づき、被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する。以下において詳細に説明するように、送信部１０２は、調整部１１１からの指令に基づき、生成する駆動信号の振幅、波形および波数のうちの少なくとも一方を変化させて駆動信号を生成してもよい。図４（ａ）は駆動信号を模試的に示している。駆動信号ｄ1、ｄ2・・・ｄnは所定の時間間隔で繰り返し送信される。各駆動信号には複数のパルス信号が含まれている。
【００４８】
探触子１０１は、複数の圧電体振動子を含み、駆動信号の印加によって各圧電体振動子が振動し、超音波を生成する。生成した超音波は、被検体へ向けて送信される。被検体において反射した超音波はエコーとして探触子１０１へ戻る。探触子１０１は受信したエコーを電気信号に変換し、受信エコー信号として受信部１０３へ出力する。図４（ｂ）は受信エコー信号を模試的に示している。各駆動信号ｄ1、ｄ2・・・ｄnに対応して、受信エコー信号ｒ1、ｒ2・・・・ｒnが得られる。
【００４９】
受信部１０３は、可変利得増幅器およびビームフォーマを含む。以下において詳細に説明するように、可変利得増幅器は、調整部１１１からの制御信号に基づく利得で受信エコー信号を増幅する。増幅された受信エコー信号は、ビームフォーマによって定められた位置および方向からの超音波ビームが得られるよう合成される。これにより、受信部１０３は受信ビーム信号を出力する。受信部１０３はまた、可変利得増幅器により増幅する前の受信エコー信号を記憶部１１０へ出力する。
【００５０】
図４（ｃ）に示すように、記憶部１１０は、受信エコー信号ｒ1、ｒ2・・・・ｒnを受け取り、所定の期間Ｔにおける受信エコー信号の最大値ｗ２を記憶する。所定期間の経過後、最大値ｗ２を調整部１１１へ出力するとともに、最大値をクリアし、次の期間における受信信号の最大値を記憶し始める。この所定の期間は、被検体の変形の周期に同期していることが好ましい。被検体が生体であり、心周期に一致して変形する場合には、図３に示すように同期信号検出器１０９から心周期に同期した信号を記憶部１１０は受け取り、所定の期間を決定することが好ましい。同期信号検出器１０９は、たとえば、被検体を計測する心電計や心音計であってもよい。記憶部１１０が最大値を求める所定の期間は、被検体の変形の周期に同期していればよく、一致していなくてもよい。つまり、被検体の変形周期の２倍の周期と一致していてもよい。
【００５１】
調整部１１１は、受け取った受信信号の最大値に基づき、増幅後の受信エコー信号が所定の目標値または目標範囲内の値となるように受信信号を増幅する場合の利得を決定し、決定した利得で次の所定の期間、受信エコー信号を増幅するよう受信部１０３の可変利得増幅器へ制御信号を出力する。
【００５２】
目標値または目標範囲は、組織性状処理部１０５において処理が可能な最大値に基づいて決定することが好ましい。たとえば、組織性状処理部１０５の処理可能な最大値の９５％の値を目標値としたり、最大値の９０％から９５％の範囲を目標範囲とする。上述したように、受信部１０３において受信エコー信号を増幅する際の利得は、直前の期間において取得された受信エコー信号の最大値に基づいて決定されている。このため、決定された利得はその期間においては最適ではない可能性がある。しかし、隣接する２つの期間において、受信される２つの受信エコー信号間では、通常大きな変化はなく、隣接する２つの期間における最大値もほぼ等しいと考えられる。このため、隣接する２つの期間において、変動し得る最大値の範囲を考慮して、目標値または目標範囲設定することによって、決定した利得で受信エコー信号を増幅しても、十分な大きさでかつ、飽和することのない振幅の受信ビーム信号を得ることが可能となる。
【００５３】
また、目標範囲を設定する場合には、まず受信エコー信号の最大値と現在設定されている利得の値とを用いて、増幅後の受信エコー信号の最大値が目標範囲に入るかどうかを調べる。目標範囲内である場合には、利得の値を更新せず同じ値を用いるように受信部１０３へ制御信号を出力する。これにより、頻繁に利得の値が変動することを防止し、安定した計測を行うことができるようになる。
【００５４】
組織性状処理部１０５は、たとえば、直交検波器、組織追跡部および組織性状値算出部を含み、特許文献１および２に開示される位相差トラッキング法によって被検体組織の位置を追跡する。具体的には、直交検波器が受信ビーム信号を位相検波し、組織追跡部は受信ビーム信号の位相差に基づき、被検体組織に設定した各測定点の運動速度を求める。さらに運動速度を積分することにより、各測定点の相対位置を求める。組織追跡部は、相対位置から、任意の２つの測定点間の厚さ変化量（歪み量）を求めてもよい。また、図３に示すように、超音波診断装置２００は血圧計１０８から被検体の最高血圧および最低血圧に関する情報を受け取り、これらを用いて被検体組織の弾性率を求めてもよい。
【００５５】
超音波診断装置２００は断層画像処理部１０４をさらに備えていてもよい。断層画像処理部１０４は、フィルタ、対数増幅器および検波器などを含み、受信部１０３から受け取った受信ビーム信号を信号強度に応じた輝度情報を有する信号に変換する。これにより、断層画像処理部１０４は、輝度による諧調表示がなされた被検体の断層画像を生成する。
【００５６】
画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４および組織性状処理部１０５から受け取ったデータを合成し、モニタ１０７に表示する。組織性状処理部１０５で求めた各種のデータは、数値のままモニタ１０７に表示してもよいし、グラフや二次元分布画像として断層画像処理部１０４から得られる断層画像に重ねて表示してもよい。組織性状処理部１０５における演算および画像合成部１０６におけるデータの合成は、被検体の変形の周期に同期して更新するようにしてもよい。
【００５７】
次に、被検体の変形の周期について詳しく説明する。図５（ａ）は、被検体の心電波形であり、（ｂ）および（ｃ）は被検体内の動脈の内径の変化および動脈壁の厚さ変化をそれぞれ示している。図５（ｄ）は被検体の変形の周期Ｔを示しており、（ｅ）は受信部の可変利得増幅器の利得を示している。図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、被検体の動脈は、心臓の心拍によって生じる血流によって周期的に拡張および収縮を繰り返し、これにともなって動脈壁の厚さも周期的に変化している。このように被検体は、周期的に変形している。これらの変形の周期は、心拍と同期しており、図５（ａ）に示す心電波形と同期している。
【００５８】
本発明の超音波診断装置では、受信部における利得の値の更新を被検体の変形の周期に同期させ、同期した期間内では利得の値を一定にすることを特徴としている。上述したように、動脈壁の弾性率を求める場合、厚さ変化量の最大値と最小値との差Δｗは図４（ａ）および（ｃ）に示すように、心電波形においてＲ波が観測される直後に生じる。このため、この動脈壁の厚さにおいてΔｗが観測される期間、利得の値が一定となるように、受信部における利得の値の更新周期も定めることが好ましい。図から明らかなように、被検体が心周期に一致して変形する場合には、心電波形のＲ波を利得の値の更新の周期の基準とすることが好ましい。つまり、心電計を同期信号検出器１０９とし、Ｒ波をトリガとして、記憶部１１０が受信エコー信号の最大値を測定し、また、調整部１１１は、Ｒ波をトリガとして利得を決定し、制御信号を受信部１０３へ出力することが好ましい。
【００５９】
このように本発明の超音波診断装置によれば、被検体の変形の周期に同期して、受信部における利得を調整するため、受信エコー信号あるいは、受信ビーム信号のＳ／Ｎ比が向上し、正確な計測を行うことが可能となる。また、被検体の変形の周期に同期した周期の期間中は利得が一定値に保たれるため、変形周期内では計測条件が一定となる。このため、性状特性、特に弾性特性を高い精度で計測することが可能となる。
【００６０】
上記実施形態では、被検体は心臓の拍動によって能動的に変形していたが、本発明の超音波診断装置は静止臓器など、能動的には変形しない組織の弾性特性などの性状特性も上述した方法によって高い精度で測定することができる。図６は、静止臓器の弾性特性を計測するための構成を模式的に示している。被検体２１０中に肝臓などの静止臓器２１２が含まれている場合、静止臓器２１２を周期的に変形させるために加振装置３１０を用いる。加振装置３１０は、被検体２１０と接触する接触部３０２を有するアーム３００および駆動部３０４を備えており、アーム３００は矢印で示すように駆動部３０４によって所定の周期で振動する。接触部３０２を被検体に接触させてアーム３００を振動させると、周期的に被検体を変形させることができる。
【００６１】
静止臓器２１２の弾性特性を計測する場合、加振装置３１０を用いて被検体２１０の静止臓器２１２を周期的に圧迫および弛緩を繰り返しながら、探触子１０１による超音波の送受信を行う。この際、加振装置３１０から振動の周期に同期したトリガ信号を記憶部１１０、調整部１１１、組織性状処理部１０５および画像合成部１０６へ入力させ、上述したように計測を行う。これにより、静止臓器２１２に設定した測定点間の厚さ変化量（歪み量）を計測することができる。また、加振装置３１０の振動から被検体２１０へ加えられる圧力差を求めることができる。したがって、厚さ変化量と圧力差とを用いて弾性率を求めることができる。
【００６２】
このように加振装置３１０を用いる場合、生体ではない被検体の弾性率を求めることも可能である。たとえば、弾性体からなる配管の弾性率を測定し、配管の劣化状況を判定することも可能である。
【００６３】
また、上記実施形態では、受信部における利得を被検体の周期に同期させ、これにより組成性状処理部１０５に入力する信号が飽和しておらず、かつ、十分な信号強度を有するように調整していた。しかし、被検体へ超音波を送信するための駆動波の波形を変形させることにより、受信エコー信号の振幅を調整してもよい。具体的には、図４（ａ）に示すように、調整部１１１は、記憶部１１０から受け取る受信エコー信号の最大値に基づき、送信部１０２において生成する駆動信号ｄ1〜ｄnを変化させる。上述したように、１回の超音波ビームを送信するための駆動信号ｄ1〜ｄnは複数のパルス信号を含むので、このパルス信号の振幅ｗ１や波形、波数を変化させることによって、受信エコー信号の振幅を調整することができる。調整部１１１は、受信部における利得に加えて送信部１０２で生成する駆動信号を変化させてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、受信エコー信号の最大値を求めた期間とその最大値を用いて決定した利得により受信エコー信号を増幅する期間とは異なっていた。しかし、受信部１０３に少なくとも一周期分の受信エコー信号を一時的に記憶するメモリーを設けることにより、最大値を求めた期間の受信エコー信号をその最大値から求めた利得によって増幅することができる。たとえば、一周期分の受信エコー信号の最大値を求める間、その受信エコー信号をメモリーに蓄積し、最大値に基づいて利得を決定した後、メモリーから受信エコー信号を読み出し、決定した利得を用いて受信エコー信号を増幅する。これにより、確実に受信エコー信号が飽和することなくかつ十分な大きさの振幅を有するように受信エコー信号を増幅することができる。この場合、受信部に設けるメモリーには十分なダイナミックレンジを確保しておくことが好ましい。
【００６５】
さらに、上記実施形態では、記憶部１１０および調整部１１１に同期信号検出器１０９から得られる信号をトリガとして入力し、利得を一定する期間および最大値を計測する期間を更新させている。しかし、同期信号検出器１０９から得られる信号は記憶部１１０または調整部１１１の一方にのみ入力してもよい。たとえば、同期信号検出器１０９から得られる信号を記憶部１１０に入力し、記憶部１１０から出力される最大値が更新されるたびに、調整部１１１は駆動信号や利得を調整する制御信号を更新してもよい。また、同期信号検出器１０９から得られる信号に基づいて、調整部１１１において、駆動信号や利得を調整する制御信号を更新し、制御信号の更新に基づいて、記憶部１１０の最大値を計測する期間を更新してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、種々の被検体の形状特性または性状特性を精度よく計測することがきる超音波診断装置に好適に用いられる。特に、動脈を含む生体の動脈壁の弾性率を計測する超音波診断装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】受信信号の飽和度と測定点の追跡精度との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。
【図２】受信信号の飽和度と弾性率との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。
【図３】本発明による超音波診断装置の実施形態を示すブロック図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、駆動信号および受信エコー信号の波形を模式的に示す図であり、（ｃ）は、周期を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、心電波形、動脈の内径変化、動脈壁の厚さ変化、動脈の変形の周期および受信部において設定する利得の変化を示す図である。
【図６】静止臓器の弾性率を求めるための構成を示す模式図である。
【図７】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８】（ａ）および（ｂ）は、組織の追跡波形から歪み量を求める方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 制御部
１０１ 探触子
１０２ 送信部
１０３ 受信部
１０４ 断層画像処理部
１０５ 組織性状処理部
１０６ 画像合成部
１０７ モニタ
１０８ 血圧計
１０９ 同期信号検出器
１１０ 記憶部
１１１ 調整部
２００ 超音波診断装置
２１０ 被検体
２１２ 静止臓器
３００ アーム
３０２ 接触部
３０４ 駆動部
３１０ 加振装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、被検体を構成する組織の性状特性を計測す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、エコー信号の検波出力信号の振幅および位相を用い、被検体の瞬間的な位置を決定することによって、被検体組織の追跡を高精度に行ない、拍動している心臓組織に生じている微小振動を捕らえる方法を開示している。この方法を位相差トラッキング法と呼ぶ。この方法によれば、被検体に対して同じ方向にΔＴの間隔をおいて超音波パルスを複数回送信し、被検体において反射した超音波をそれぞれ受信する。図７に示すように受信したエコー信号をｙ（ｔ）、ｙ（ｔ＋ΔＴ）、ｙ（ｔ＋２ΔＴ）とする。ある深度ｘ１から得られるエコー信号の受信時刻ｔ１は、パルス送信時刻をｔ＝０とすると、ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２）となる。ただし、Ｃは音速である。このとき、ｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋ΔＴ）の間の位相変位をΔθ、ｔ１付近での超音波の中心周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおけるｘ１の移動量Δｘは、以下の式で表される。
【０００５】
Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ
【０００６】
移動量Δｘをｘ１に加算することで、以下に示すように、ΔＴ秒後のｘ１の位置ｘ１’を求めることができ、この計算を繰り返すことにより、被検体の同一部位ｘ１を追跡していくことができる。
【０００７】
ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ
【０００８】
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８（ａ）に示すように、探触子１０１から動脈血管壁へ向けて超音波を送信し、血管壁上に設定した測定点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、測定点ＡおよびＢの動きを追跡する。図８（ｂ）は、測定点ＡおよびＢの位置を示す波形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。
【０００９】
図８（ｂ）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る。このため、血流によって急激に血管壁が広がる。したがって、心電波形ＥＣＧにＲ波が現れた後、追跡波形ＴＡおよびＴＢも急激に立ち上がり、動脈が急激に拡張する。その後、心臓はゆっくり拡張するので、追跡波形ＴＡおよびＴＢも徐々に立ち下がり、動脈がゆっくり収縮する。このような動きを動脈は繰り返している。
【００１０】
追跡波形ＴＡおよびＴＢの差は測定点ＡＢ間の厚さ変化波形Ｗとなる。厚さ変化波形Ｗの変化量をΔＷとし、測定点ＡＢ間の初期化時の基準厚さをＷｓとすると、測定点ＡＢ間の歪み量εは以下のようになる。
【００１１】
ε＝ΔＷ／Ｗｓ
【００１２】
このときの血圧差をΔＰとすると、測定点ＡＢ間の弾性率Ｅｒは以下の式で表される。
【００１３】
Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ
【００１４】
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８（ａ）に示すように、血管壁中に粥腫が生じている場合、粥腫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生成やその位置を診断することが可能となる。
【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
【特許文献３】特許第２５０７３８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献２の方法では、各測定点を正確に追跡するためにエコー信号のＳＮ比が大きいこと、つまり、エコー信号の振幅が大きくかつ飽和していないことが重要である。
【００１６】
信号の振幅を所定の値にするための技術としては、自動利得調整回路（ＡＧＣ）が知られている。しかし、自動利得調整回路はテレビ映像信号のような連続した信号を対象としている。このため、公知の自動利得調整回路を特許文献２に開示された超音波診断装置に用いると、血管内腔のようなエコーの弱い部分から血管壁のようなエコーの強い部分への境界で受信信号が飽和してしまう。
【００１７】
このような問題を解消するため、特許文献３は、超音波探傷用受信装置において、時間ゲート回路を用いて対象物からのエコーのみを検出し、エコー信号があらかじめ設定された閾値を超えた場合、その直後のピークを検出し、そのピークが最大振幅となるように利得を調整することを開示している。
【００１８】
しかしながら、特許文献３の方法を特許文献１または特許文献２に開示された超音波診断装置に適用する場合、１つの音響線を構成するエコーの受信中に利得が変化してしまう。このため、測定点の位置を正しく追跡できないという問題が生じる。
【００１９】
本発明は、このような問題を解決し、被検体の性状特性を精度よく測定することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の超音波診断装置は、被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための駆動信号を生成する送信部と、前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部であって、前記受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部と、前記受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記受信部の利得または前記送信部で生成する前記駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部とを備える。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記受信部の利得を調整する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取る。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記受信部から前記受信ビーム信号を受け取り、位相差トラッキング法により前記被検体の性状特性を演算する組織性状処理部をさらに備える。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記性状特性は弾性率である。
【００３１】
本発明の超音波診断装置の制御方法は、探触子に駆動信号を印加することにより、被検体へ向けて超音波を送信するステップと、前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、受信エコー信号を得るステップと、
前記受信エコー信号の最大値を記憶するステップと、前記受信エコー信号を増幅するステップと、前記記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記増幅ステップの利得または前記送信ステップにおける前記駆動信号の少なくとも一方を調整するステップとを包含する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値または所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記受信部の利得を調整する。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記調整ステップは、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取り、前記生体情報に基づいて前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整ステップは、前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の超音波診断装置によれば、被検体の変形の周期に同期して、受信部における利得を調整するため、受信エコー信号あるいは、受信ビーム信号のＳ／Ｎ比が向上し、正確な計測を行うことが可能となる。また、被検体の変形の周期に同期した周期の期間中は利得が一定値に保たれるため、変形周期内では計測条件が一定となる。このため、性状特性、特に弾性特性を高い精度で計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
まず、超音波診断装置において受信信号が飽和することにより生じる影響を説明する。図１は、受信信号の飽和度と被検体の測定点の位置を追跡した場合の追跡誤差との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。受信信号の飽和度は、下記式に基づいて求めている。
【００４１】
（飽和度）＝（受信信号の振幅の最大値）／（信号処理回路における最大値）
【００４２】
ここで、受信信号の振幅の最大値は、受信部において増幅した後の受信信号の最大振幅であり、信号処理回路における最大値は、超音波診断装置において処理可能な受信信号の最大値である。図１に示すように、飽和度が１００％を超えるとトラッキングＳＮ比が低下している。
【００４３】
図２は、受信信号の飽和度と相対弾性率との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。ある測定によって得られた信号の増幅率を変化させることによって飽和度を変化させている。相対弾性率は、飽和度が１００％である場合の弾性率を基準としている。同じ測定データを用いているため、信号の増幅率によらず弾性率は変化しないはずであるが、図２に示すように、受信信号の飽和度が大きくなると弾性率は小さくなる。
【００４４】
これらの結果から、受信信号が飽和するほど計測誤差が大きくなること、および、精度の高い計測を行うためには、受信信号が飽和しないように受信信号の振幅を調整する必要があることが分かる。また、超音波診断装置により被検体の弾性率を求める場合には、被検体の歪み量とその歪みを生じさせる応力差が加わる期間においては計測条件を一定にすることが好ましい。計測条件が途中で変わると正しい弾性率の測定ができない可能性があるからである。
【００４５】
これらの点を考慮して本発明の超音波診断装置は、探触子を用いて受信した受信信号の最大値に基づき、被検体の変形周期に同期して送信部で生成する前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する。以下、図面を参照しながら本発明の超音波診断装置の実施形態を説明する。
【００４６】
図３は超音波診断装置２００のブロック図を示している。超音波診断装置２００は探触子１０１を用いて被検体の形状特性または性状特性を測定する。特に、被検体が生体である場合において、動脈壁組織の弾性率を測定するのに好適に用いられる。ここで、形状特性とは、被検体組織の形状、または、形状の時間変化による被検体組織の運動速度やその積分値である位置変位量、被検体組織に設定した２点間の厚さ変化量などをいう。被検体の性状特性は、被検体組織の弾性率などをいう。以下においては、動脈を含む生体を被検体の例として説明する。動脈は、心臓が血液を駆出することによって、周期的に拡張および収縮を繰り返すように変形している。
【００４７】
超音波診断装置２００は、送信部１０２、受信部１０３、記憶部１１０、調整部１１１および組織性状処理部１０５を備えている。また、これらの各部を制御するために制御部１００を備えている。送信部１０２は、制御部１００の制御に基づき、被検体へ超音波を送信する探触子１０１を駆動するための駆動信号を生成する。以下において詳細に説明するように、送信部１０２は、調整部１１１からの指令に基づき、生成する駆動信号の振幅、波形および波数のうちの少なくとも一方を変化させて駆動信号を生成してもよい。図４（ａ）は駆動信号を模試的に示している。駆動信号ｄ1、ｄ2・・・ｄnは所定の時間間隔で繰り返し送信される。各駆動信号には複数のパルス信号が含まれている。
【００４８】
探触子１０１は、複数の圧電体振動子を含み、駆動信号の印加によって各圧電体振動子が振動し、超音波を生成する。生成した超音波は、被検体へ向けて送信される。被検体において反射した超音波はエコーとして探触子１０１へ戻る。探触子１０１は受信したエコーを電気信号に変換し、受信エコー信号として受信部１０３へ出力する。図４（ｂ）は受信エコー信号を模試的に示している。各駆動信号ｄ1、ｄ2・・・ｄnに対応して、受信エコー信号ｒ1、ｒ2・・・・ｒnが得られる。
【００４９】
受信部１０３は、可変利得増幅器およびビームフォーマを含む。以下において詳細に説明するように、可変利得増幅器は、調整部１１１からの制御信号に基づく利得で受信エコー信号を増幅する。増幅された受信エコー信号は、ビームフォーマによって定められた位置および方向からの超音波ビームが得られるよう合成される。これにより、受信部１０３は受信ビーム信号を出力する。受信部１０３はまた、可変利得増幅器により増幅する前の受信エコー信号を記憶部１１０へ出力する。
【００５０】
図４（ｃ）に示すように、記憶部１１０は、受信エコー信号ｒ1、ｒ2・・・・ｒnを受け取り、所定の期間Ｔにおける受信エコー信号の最大値ｗ２を記憶する。所定期間の経過後、最大値ｗ２を調整部１１１へ出力するとともに、最大値をクリアし、次の期間における受信信号の最大値を記憶し始める。この所定の期間は、被検体の変形の周期に同期していることが好ましい。被検体が生体であり、心周期に一致して変形する場合には、図３に示すように同期信号検出器１０９から心周期に同期した信号を記憶部１１０は受け取り、所定の期間を決定することが好ましい。同期信号検出器１０９は、たとえば、被検体を計測する心電計や心音計であってもよい。記憶部１１０が最大値を求める所定の期間は、被検体の変形の周期に同期していればよく、一致していなくてもよい。つまり、被検体の変形周期の２倍の周期と一致していてもよい。
【００５１】
調整部１１１は、受け取った受信信号の最大値に基づき、増幅後の受信エコー信号が所定の目標値または目標範囲内の値となるように受信信号を増幅する場合の利得を決定し、決定した利得で次の所定の期間、受信エコー信号を増幅するよう受信部１０３の可変利得増幅器へ制御信号を出力する。
【００５２】
目標値または目標範囲は、組織性状処理部１０５において処理が可能な最大値に基づいて決定することが好ましい。たとえば、組織性状処理部１０５の処理可能な最大値の９５％の値を目標値としたり、最大値の９０％から９５％の範囲を目標範囲とする。上述したように、受信部１０３において受信エコー信号を増幅する際の利得は、直前の期間において取得された受信エコー信号の最大値に基づいて決定されている。このため、決定された利得はその期間においては最適ではない可能性がある。しかし、隣接する２つの期間において、受信される２つの受信エコー信号間では、通常大きな変化はなく、隣接する２つの期間における最大値もほぼ等しいと考えられる。このため、隣接する２つの期間において、変動し得る最大値の範囲を考慮して、目標値または目標範囲設定することによって、決定した利得で受信エコー信号を増幅しても、十分な大きさでかつ、飽和することのない振幅の受信ビーム信号を得ることが可能となる。
【００５３】
また、目標範囲を設定する場合には、まず受信エコー信号の最大値と現在設定されている利得の値とを用いて、増幅後の受信エコー信号の最大値が目標範囲に入るかどうかを調べる。目標範囲内である場合には、利得の値を更新せず同じ値を用いるように受信部１０３へ制御信号を出力する。これにより、頻繁に利得の値が変動することを防止し、安定した計測を行うことができるようになる。
【００５４】
組織性状処理部１０５は、たとえば、直交検波器、組織追跡部および組織性状値算出部を含み、特許文献１および２に開示される位相差トラッキング法によって被検体組織の位置を追跡する。具体的には、直交検波器が受信ビーム信号を位相検波し、組織追跡部は受信ビーム信号の位相差に基づき、被検体組織に設定した各測定点の運動速度を求める。さらに運動速度を積分することにより、各測定点の相対位置を求める。組織追跡部は、相対位置から、任意の２つの測定点間の厚さ変化量（歪み量）を求めてもよい。また、図３に示すように、超音波診断装置２００は血圧計１０８から被検体の最高血圧および最低血圧に関する情報を受け取り、これらを用いて被検体組織の弾性率を求めてもよい。
【００５５】
超音波診断装置２００は断層画像処理部１０４をさらに備えていてもよい。断層画像処理部１０４は、フィルタ、対数増幅器および検波器などを含み、受信部１０３から受け取った受信ビーム信号を信号強度に応じた輝度情報を有する信号に変換する。これにより、断層画像処理部１０４は、輝度による諧調表示がなされた被検体の断層画像を生成する。
【００５６】
画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４および組織性状処理部１０５から受け取ったデータを合成し、モニタ１０７に表示する。組織性状処理部１０５で求めた各種のデータは、数値のままモニタ１０７に表示してもよいし、グラフや二次元分布画像として断層画像処理部１０４から得られる断層画像に重ねて表示してもよい。組織性状処理部１０５における演算および画像合成部１０６におけるデータの合成は、被検体の変形の周期に同期して更新するようにしてもよい。
【００５７】
次に、被検体の変形の周期について詳しく説明する。図５（ａ）は、被検体の心電波形であり、（ｂ）および（ｃ）は被検体内の動脈の内径の変化および動脈壁の厚さ変化をそれぞれ示している。図５（ｄ）は被検体の変形の周期Ｔを示しており、（ｅ）は受信部の可変利得増幅器の利得を示している。図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、被検体の動脈は、心臓の心拍によって生じる血流によって周期的に拡張および収縮を繰り返し、これにともなって動脈壁の厚さも周期的に変化している。このように被検体は、周期的に変形している。これらの変形の周期は、心拍と同期しており、図５（ａ）に示す心電波形と同期している。
【００５８】
本発明の超音波診断装置では、受信部における利得の値の更新を被検体の変形の周期に同期させ、同期した期間内では利得の値を一定にすることを特徴としている。上述したように、動脈壁の弾性率を求める場合、厚さ変化量の最大値と最小値との差Δｗは図４（ａ）および（ｃ）に示すように、心電波形においてＲ波が観測される直後に生じる。このため、この動脈壁の厚さにおいてΔｗが観測される期間、利得の値が一定となるように、受信部における利得の値の更新周期も定めることが好ましい。図から明らかなように、被検体が心周期に一致して変形する場合には、心電波形のＲ波を利得の値の更新の周期の基準とすることが好ましい。つまり、心電計を同期信号検出器１０９とし、Ｒ波をトリガとして、記憶部１１０が受信エコー信号の最大値を測定し、また、調整部１１１は、Ｒ波をトリガとして利得を決定し、制御信号を受信部１０３へ出力することが好ましい。
【００５９】
このように本発明の超音波診断装置によれば、被検体の変形の周期に同期して、受信部における利得を調整するため、受信エコー信号あるいは、受信ビーム信号のＳ／Ｎ比が向上し、正確な計測を行うことが可能となる。また、被検体の変形の周期に同期した周期の期間中は利得が一定値に保たれるため、変形周期内では計測条件が一定となる。このため、性状特性、特に弾性特性を高い精度で計測することが可能となる。
【００６０】
上記実施形態では、被検体は心臓の拍動によって能動的に変形していたが、本発明の超音波診断装置は静止臓器など、能動的には変形しない組織の弾性特性などの性状特性も上述した方法によって高い精度で測定することができる。図６は、静止臓器の弾性特性を計測するための構成を模式的に示している。被検体２１０中に肝臓などの静止臓器２１２が含まれている場合、静止臓器２１２を周期的に変形させるために加振装置３１０を用いる。加振装置３１０は、被検体２１０と接触する接触部３０２を有するアーム３００および駆動部３０４を備えており、アーム３００は矢印で示すように駆動部３０４によって所定の周期で振動する。接触部３０２を被検体に接触させてアーム３００を振動させると、周期的に被検体を変形させることができる。
【００６１】
静止臓器２１２の弾性特性を計測する場合、加振装置３１０を用いて被検体２１０の静止臓器２１２を周期的に圧迫および弛緩を繰り返しながら、探触子１０１による超音波の送受信を行う。この際、加振装置３１０から振動の周期に同期したトリガ信号を記憶部１１０、調整部１１１、組織性状処理部１０５および画像合成部１０６へ入力させ、上述したように計測を行う。これにより、静止臓器２１２に設定した測定点間の厚さ変化量（歪み量）を計測することができる。また、加振装置３１０の振動から被検体２１０へ加えられる圧力差を求めることができる。したがって、厚さ変化量と圧力差とを用いて弾性率を求めることができる。
【００６２】
このように加振装置３１０を用いる場合、生体ではない被検体の弾性率を求めることも可能である。たとえば、弾性体からなる配管の弾性率を測定し、配管の劣化状況を判定することも可能である。
【００６３】
また、上記実施形態では、受信部における利得を被検体の周期に同期させ、これにより組成性状処理部１０５に入力する信号が飽和しておらず、かつ、十分な信号強度を有するように調整していた。しかし、被検体へ超音波を送信するための駆動波の波形を変形させることにより、受信エコー信号の振幅を調整してもよい。具体的には、図４（ａ）に示すように、調整部１１１は、記憶部１１０から受け取る受信エコー信号の最大値に基づき、送信部１０２において生成する駆動信号ｄ1〜ｄnを変化させる。上述したように、１回の超音波ビームを送信するための駆動信号ｄ1〜ｄnは複数のパルス信号を含むので、このパルス信号の振幅ｗ１や波形、波数を変化させることによって、受信エコー信号の振幅を調整することができる。調整部１１１は、受信部における利得に加えて送信部１０２で生成する駆動信号を変化させてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、受信エコー信号の最大値を求めた期間とその最大値を用いて決定した利得により受信エコー信号を増幅する期間とは異なっていた。しかし、受信部１０３に少なくとも一周期分の受信エコー信号を一時的に記憶するメモリーを設けることにより、最大値を求めた期間の受信エコー信号をその最大値から求めた利得によって増幅することができる。たとえば、一周期分の受信エコー信号の最大値を求める間、その受信エコー信号をメモリーに蓄積し、最大値に基づいて利得を決定した後、メモリーから受信エコー信号を読み出し、決定した利得を用いて受信エコー信号を増幅する。これにより、確実に受信エコー信号が飽和することなくかつ十分な大きさの振幅を有するように受信エコー信号を増幅することができる。この場合、受信部に設けるメモリーには十分なダイナミックレンジを確保しておくことが好ましい。
【００６５】
さらに、上記実施形態では、記憶部１１０および調整部１１１に同期信号検出器１０９から得られる信号をトリガとして入力し、利得を一定する期間および最大値を計測する期間を更新させている。しかし、同期信号検出器１０９から得られる信号は記憶部１１０または調整部１１１の一方にのみ入力してもよい。たとえば、同期信号検出器１０９から得られる信号を記憶部１１０に入力し、記憶部１１０から出力される最大値が更新されるたびに、調整部１１１は駆動信号や利得を調整する制御信号を更新してもよい。また、同期信号検出器１０９から得られる信号に基づいて、調整部１１１において、駆動信号や利得を調整する制御信号を更新し、制御信号の更新に基づいて、記憶部１１０の最大値を計測する期間を更新してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、種々の被検体の形状特性または性状特性を精度よく計測することがきる超音波診断装置に好適に用いられる。特に、動脈を含む生体の動脈壁の弾性率を計測する超音波診断装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】受信信号の飽和度と測定点の追跡精度との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。
【図２】受信信号の飽和度と弾性率との関係をシミュレーションによって求めたグラフである。
【図３】本発明による超音波診断装置の実施形態を示すブロック図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、駆動信号および受信エコー信号の波形を模式的に示す図であり、（ｃ）は、周期を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、心電波形、動脈の内径変化、動脈壁の厚さ変化、動脈の変形の周期および受信部において設定する利得の変化を示す図である。
【図６】静止臓器の弾性率を求めるための構成を示す模式図である。
【図７】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８】（ａ）および（ｂ）は、組織の追跡波形から歪み量を求める方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 制御部
１０１ 探触子
１０２ 送信部
１０３ 受信部
１０４ 断層画像処理部
１０５ 組織性状処理部
１０６ 画像合成部
１０７ モニタ
１０８ 血圧計
１０９ 同期信号検出器
１１０ 記憶部
１１１ 調整部
２００ 超音波診断装置
２１０ 被検体
２１２ 静止臓器
３００ アーム
３０２ 接触部
３０４ 駆動部
３１０ 加振装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための駆動信号を生成する送信部と、
前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部であって、前記受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部と、
前記受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記受信部の利得または前記送信部で生成する前記駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記受信部の利得を調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記調整部は、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取る請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記受信部から前記受信ビーム信号を受け取り、位相差トラッキング法により前記被検体の性状特性を演算する組織性状処理部をさらに備える請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記性状特性は弾性率である請求項１０に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
探触子に駆動信号を印加することにより、被検体へ向けて超音波を送信するステップと、
前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、受信エコー信号を得るステップと、
前記受信エコー信号の最大値を記憶するステップと、
前記受信エコー信号を増幅するステップと、
前記記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記増幅ステップの利得または前記送信ステップにおける前記駆動信号の少なくとも一方を調整するステップと、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１３】
前記調整ステップは、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ請求項１２に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１４】
前記調整ステップは、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値または所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項１３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１５】
前記調整ステップは、前記受信部の利得を調整する請求項１２から１４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】
前記調整ステップは、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する請求項１２から１４のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１７】
前記調整ステップは、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１２から１４のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１８】
前記調整ステップは、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取り、前記生体情報に基づいて前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１９】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整ステップは、前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１】
被検体へ超音波を送信する探触子を駆動するための駆動信号を生成する送信部と、
前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、得られた受信エコー信号を増幅する受信部であって、前記受信エコー信号を増幅する利得を変更することができる受信部と、
前記受信エコー信号の最大値を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記受信部の利得または前記送信部で生成する前記駆動信号の少なくとも一方を調整する調整部と、
を備えた超音波診断装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記受信部の利得を調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記調整部は、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記調整部は、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記調整部は、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取る請求項７に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整部は前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１から４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記受信部から前記受信ビーム信号を受け取り、位相差トラッキング法により前記被検体の性状特性を演算する組織性状処理部をさらに備える請求項９に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記性状特性は弾性率である請求項１０に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
探触子に駆動信号を印加することにより、被検体へ向けて超音波を送信するステップと、
前記超音波が前記被検体において反射することにより得られるエコーを前記探触子により受信し、受信エコー信号を得るステップと、
前記受信エコー信号の最大値を記憶するステップと、
前記受信エコー信号を増幅するステップと、
前記記憶された最大値に基づき、前記被検体の変形の周期に同期して前記増幅ステップの利得または前記送信ステップにおける前記駆動信号の少なくとも一方を調整するステップと、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１３】
前記調整ステップは、前記被検体の変形周期内の期間において、前記駆動信号または前記利得を一定に保つ請求項１２に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１４】
前記調整ステップは、前記最大値に基づき、前記増幅された受信エコー信号の最大値が所定の値または所定の範囲内の値となるように前記駆動信号または前記利得を調整する請求項１３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１５】
前記調整ステップは、前記受信部の利得を調整する請求項１２から１４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】
前記調整ステップは、前記駆動信号の振幅値、波形および波数のうち少なくとも１つを調整する請求項１２から１４のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１７】
前記調整ステップは、前記被検体の心周期に一致して前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１２から１４のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１８】
前記調整ステップは、前記被検体に接続された心電計または心音計から生体情報を受け取り、前記生体情報に基づいて前記駆動信号または前記受信部の利得を調整する請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項１９】
前記被検体の少なくとも一部は加振装置により周期的に変形し、前記調整ステップは、前記加振装置から変形の周期に関する情報を受け取る請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２３０６１８（Ｐ２００６−２３０６１８Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４７７７５（Ｐ２００５−４７７７５）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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