超音波診断装置
【課題】乳房の超音波診断装置において、微小石灰化による病変部を正確に抽出する。
【解決手段】相互に対向する２枚の胸挟板５，６に取付けられた２つの探触子１，２によって、透過式または反射式で断層画像を撮像し、２つのフレーム画像を合成して、感度良く前記病変部を撮像できるようにする。その際、胸挟板５，６に窓４１を形成して探触子１，２を取付けるとともに、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を構成できるようにする。これによって、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して抽出することができる。
【解決手段】相互に対向する２枚の胸挟板５，６に取付けられた２つの探触子１，２によって、透過式または反射式で断層画像を撮像し、２つのフレーム画像を合成して、感度良く前記病変部を撮像できるようにする。その際、胸挟板５，６に窓４１を形成して探触子１，２を取付けるとともに、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を構成できるようにする。これによって、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して抽出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に乳房の任意の位置の断層画像を表示可能にするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法などによって体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高いので、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系などで広く利用されている。特に、近年乳房診断においては、超音波診断が、腫瘤、腫瘍を高度に診断可能になり、乳癌の発見に大きな寄与を示すようになり、益々その重要性が認識されてきている。
【０００３】
乳房組織においては、乳癌の徴候として微小石灰化が発生するケースが多いことが知られている。微小石灰化病変は、１個あるいは数個で局所に散在する。石灰は生体組織に比べて硬いので、超音波を良く反射して、画像上高輝度となることが期待される。しかしながら、実際に画像の中から目視する場合には、数百ミクロン程度の大きさがあっても、抽出するのは難しいと言われている。
【０００４】
詳述すると、先ず超音波画像上には、超音波のランダムな干渉に起因するスペックルパタンと呼ばれる干渉縞が発生する場合がある。このスペックルパタンは、表面が平滑な臓器で顕著に現れる。このため、本来そのような平滑な表面を有する、例えば肝臓の場合では、或る程度の経験を積んだ医師であれば、出ることが分っているそのスペックルパタンを、自身で（頭の中で）キャンセルしつつ、そのスペックルパタンの現れ方から、平滑でなくなった肝硬変部分の診断を行うなど、診断に役立てるようなことが可能である。すなわち、前記表面が平滑な臓器では、ノイズである前記スペックルパタンを、逆に診断に役立てるようなことも可能である。
【０００５】
これに対して、乳癌検診の場合には、初期の前記微小石灰化した病変部は、米粒状に現れる前記スペックルパタンに埋もれてしまい（酷似しており）、見落とされ易い。そこで、乳癌診断においては前記スペックルパタンを除去したいというニーズがあり、そのための技術として、たとえば、空間合成、ＣＦＡＲ（Contrast False Alarm Rate）処理、スペックル低減フィルタ等が挙げられる。
【０００６】
前記空間合成とは、異なる周波数および異なる方向からの送受信信号を重畳し、スペックルを平滑化するものである（例えば、特許文献１）。前記ＣＦＡＲ処理とは、対象画素を周囲の輝度平均で減算し、これを用いて高輝度部分を抽出するものである（例えば、前記特許文献１参照）。前記スペックル低減フィルタは、濃度の平均化を移動平均法や選択的局所平均化法などによってスペックルを除去するものである。また、これらのスペックルパタン除去の手法の他、超音波診断の分野ではないが、微小石灰化を自動認識する試みが、主にＸ線診断画像の応用として種々報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１８９４７６号公報
【特許文献２】特許第３５９６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記乳癌診断において診断対象の乳腺は、樹木状に延びる乳腺などの構造が複雑であり、もとより均質な臓器ではない。このため従来のフィルタ処理を行うと、微小石灰化した病変部が検出されると同時に、乳腺構造も（構造物として）抽出されてしまい、両者を明確に区別することができないという問題がある。この点、乳腺などは微小石灰化した病変部に比べて明らかに大きな構造物であるので、フィルタ処理にて残存しても、目視にて弁別が可能となることが期待されるが、それでも弁別が困難となることを、本願発明者らは研究でしばしば経験している。特に乳腺構造の一部のみが残存する場合は、フィルタ処理後の画像は点状に見えてしまい、微小石灰化した病変部に類似した画像となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とをより正確に区別し、微小構造物を抽出することができる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波診断装置は、乳房の超音波断層画像を得る超音波診断装置において、前記乳房を挟み込むための一対の胸挟板と、前記胸挟板のそれぞれに設けられ、超音波の送受信が可能な超音波探触子と、前記各超音波探触子から超音波ビームを前記乳房の内部に送受信して、それぞれの超音波探触子で得られた（反射または透過）断層画像を加算処理して１枚の合成断層画像を得る画像処理部とを備えて構成され、前記各胸挟板には、前記超音波探触子が乳房に臨む窓が形成されるとともに、乳房に臨む面には、超音波吸収膜を有することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、２枚の胸挟板に取付けられた２つの探触子によって透過式または反射式で２枚の断層画像を得て、それらを加算処理して１枚の合成断層画像を得ることで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、前記胸挟板に窓を形成して探触子を取付けるとともに、乳房に臨む面に超音波吸収膜を形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を得る。
【００１１】
したがって、合成断層画像につき、高いＳ／Ｎを得ることができ、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【００１２】
また、本発明の超音波診断装置では、前記超音波吸収膜は、樹脂中に金属または金属酸化物が分散された塗膜から成ることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、金属または金属酸化物は超音波を吸収し易く、それを微粒子にすることで吸収を高めることができ、平均粒径が、２０μｍ以下、特に１０μｍ以下が好ましく、また１０ｎｍ程度までがコストの面で実用的である。また、前記微粒子の含有量は、１０〜９０質量％が好ましく、１０質量％未満にすると所望とする超音波吸収特性を得ることが困難になり、９０質量％を超えると超音波吸収膜の靱性が弱くなって、ひび割れ等が発生し、剥離などの問題が発生する。
【００１４】
さらにまた、本発明の超音波診断装置では、前記超音波吸収膜の厚さが、送信超音波の周波数における半波長の奇数倍〔（λ／２）（２ｎ＋１）〕（ｎは０または正の整数）であることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、超音波吸収膜の厚さを半波長（λ／２）の奇数倍（２ｎ＋１）に形成することで、基材の表面で、入射超音波と反射超音波との波長差が半波長となり、互いに打ち消し合う効果を利用することができる。前記ｎとしては、０〜５０が好ましく、特に好ましくは１〜３５である。
【００１６】
好ましくは、前記各超音波探触子は、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信し、乳房の透過情報を得ることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明の超音波診断装置では、前記超音波探触子は電子走査形の超音波探触子であり、前記超音波探触子に、その送信超音波ビームを走査させる操舵部をさらに備え、前記画像処理部は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、前記超音波吸収膜を設けても、相互に対向する胸挟板の窓から覗く探触子には、他方の探触子で反射して来たノイズが入るので、送信超音波ビームを走査（斜め方向にも放射）させるとともに、断層画像を再構成する際に、ノイズを除去（影響を少なく）する処理を行うことで、一層Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波診断装置は、以上のように、２枚の胸挟板に取付けられた２つの探触子によって透過式または反射式で２枚の断層画像を得て、それらを加算処理して１枚の合成断層画像を得ることで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、前記胸挟板に窓を形成して探触子を取付けるとともに、乳房に臨む面に超音波吸収膜を形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を得る。
【００２０】
それゆえ、合成断層画像につき、高いＳ／Ｎを得ることができ、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図であり、図２はその使用方法を説明するための模式図である。この超音波診断装置は、乳腺等の連続構造物から微小石灰化部分等の微小構造物を抽出するのに好適に用いられる超音波診断装置であり、以下では乳癌診断に用いる場合を例に説明する。この超音波診断装置は、相互に対向して配置される一対の電子走査形超音波探触子（以下、探触子と言う）１，２と、前記探触子１，２がそれぞれ取付けられ、被験者３の片側の乳房４を挟持する一対の胸挟板５，６と、前記胸挟板５，６を支持するアーム７、支柱８および基台９と、前記探触子１，２から超音波ビームを放射させるとともに、受信信号を処理して断層画像を再構成する信号処理装置１０と、適宜設けられる表示装置３０や入力装置３１などとを備えて構成される。前記アーム７は、被験者３の体格および撮影面（上下断面、水平断面等）に合わせて、胸挟板５，６を一対で、支柱８上を昇降変位および前後軸線回りに回転させるとともに、それらの間隔を調整可能となっている。支柱８は、この図２のように基台９に立設されてもよいが、壁面に固定されてもよい。
【００２２】
前記探触子１，２は、それぞれの超音波送受信部（Ｔ／Ｒ）１１，１２から送信信号が与えられ、診断に必要な超音波信号を乳房４内に入射し、前記乳房４内で反射して来た超音波、または反対側の探触子２，１から送信され、前記乳房４内を透過して来た超音波を受信する。この探触子１，２は、前記超音波送受信部１１，１２からの送信信号に基づいて超音波を発生し、被検体である乳房４からの反射波または透過波を電気信号に変換する複数の圧電振動子と、前記圧電振動子と乳房４との間に介在される音響整合層と、前記圧電振動子の背面側で不要な超音波を吸収するダンパー層とを備えて構成される。
【００２３】
前記超音波送信部１１，１２は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を備えて構成される。パルサ回路では、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が繰返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束しかつ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、前記探触子１，２に駆動パルスを印加する。なお、この超音波送信部１１，１２は、操舵回路１７，１８を介して与えられる該信号処理装置１０内の動作を制御するＣＰＵ（制御プロセッサ）２０の指示に従って、所定の走査演算機能を実行し、そのため、送信周波数、送信駆動電圧等をただちに変更可能な機能を有している。
【００２４】
前記ＣＰＵ２０からの指示に従って、前記超音波送受信部１１，１２は、対応する探触子１，２からの送信信号に対する反射波だけでなく、上述のように対向する探触子２，１からの送信信号に対する反射波も受信できるようになっている。前記探触子１，２は、電子走査形の超音波探触子であり、前記超音波送受信部１１，１２は、前記ＣＰＵ２０からの指示に従い、前記操舵回路１７，１８によって、前述のようにチャンネル毎の遅延時間が制御されて超音波の放射方向を走査し、受信された信号を前記チャンネル毎に増幅する。その増幅された信号は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１３，１４から再生画像構成部であるＤＳＰ１５，１６に入力されて、その増幅された信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間が与えられる。
【００２５】
こうして電子走査された走査毎の信号はＢモード処理部２３またはドプラ処理部２４に入力されて、正相加算され、所定の画像変換のプログラムに従って、１フレームの断層画像に顕像化されるとともに、必要に応じて、ＣＰＵ２０を介して画像記憶部２１に記憶されてゆく。
【００２６】
前記Ｂモード処理部２３は、ＤＳＰ１５，１６から或いは前記画像記憶部２１に蓄積されている受信信号を受取り、前記画像変換のプログラムに従って、対数増幅、包絡線検波などの処理を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、前記ＤＳＰ１５，１６に送信され、反射波または透過波の強度を輝度にて表したＢモード画像が作成される。また、ドプラ処理部２４は、ＤＳＰ１５，１６から或いは画像記憶部２１に蓄積されている受信信号を受取り、画像変換のプログラムに従って速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。得られた血流情報は、表示モードに従って前記ＤＳＰ１５，１６に送信され、平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組合わせのカラー画像が作成される。このような広視野の画像（Ｂ、Ｍモード像およびドプラ像）を得るためには、探触子１，２と乳房４との相対位置を遂次検出し、その相対位置情報が画像記憶部２１に記憶され、また表示装置３０で表示することができる。
【００２７】
注目すべきは、本実施の形態では、前記Ｂ、Ｍモード像およびドプラ像が、表示モードに従ってＤＳＰ１５，１６から加算器１９に入力され、この加算器１９において２枚の断層画像の加算処理が行われることである。この加算器１９は、さらに前記２枚の断層画像を合成した後、種々のパラメータの文字情報や目盛等を合成し、ビデオ信号として出力する。この加算処理によって、受信信号の受信指向性に応じた方向からの成分が強調され、受信指向性と前記操舵回路１７，１８による送信指向性とによって超音波送受信の総合的なビームが形成される。前記加算器１９で得られた２つの探触子１，２による合成画像は、前記ＣＰＵ２０から画像記憶部２１に入力されて適宜記憶されるとともに、インタフェイス２２を介して外部へ出力され、走査装置３２を介して表示装置３０でリアルタイム画像表示が行われ、またネットワーク３３などで伝送される。
【００２８】
前記表示装置３０には、表示モード等に従って、上述のようなＢ、Ｍモード像またはドプラ像の合成画像のビデオ信号が、前記画像記憶部２１から、または加算器１９から与えられる。そして、表示装置３０は、走査装置３２からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を画像として表示する。そのため、前記走査装置３２は、超音波走査の走査線信号列を、テレビジョンなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示画像としての超音波診断画像を生成する。
【００２９】
一方、ＣＰＵ２０用のデータ記憶部２５には、後述の走査演算機能、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件、ＳＲＰ制御プログラム、その他のデータ群が保管されている。このデータ記憶部２５のデータは、インタフェイス回路２２を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。
【００３０】
前記ＣＰＵ２０は、入力装置３１から入力された命令等に従って、各部の起動および自動動作を実行させるとともに、データ記憶部２５から画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読出して自身が有する記憶領域上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行するものである。
【００３１】
前記入力装置３１は、検査技師などの操作者からの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を信号処理装置１０に取込むための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有しており、データ取得のための動作の開始および終了の指示、前記のような再生時の再生画像のモードの指定を入力する手段である。例えば、操作者がこの入力装置３１の終了ボタンや一時停止ボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は停止状態となる。
【００３２】
図３は前記探触子１，２および胸挟板５，６の構造を説明するための断面図であり、図４はその正面図である。上述のように構成される超音波診断装置において、注目すべきは、本実施の形態では、相互に対向し、それぞれ超音波ビームを送受信して得られた乳房４の反射情報、或いは、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信して得られた乳房４の透過情報を、それぞれ合成して１枚の断層画像を得るにあたって、前記胸挟板５，６には、前記探触子１，２が乳房４に臨む窓４１が形成されるとともに、乳房４に臨む面５ａ，６ａには、超音波の跳ね返りノイズを低減するための超音波吸収膜５ｂ，６ｂを有することである。
【００３３】
胸挟板５，６は、基材５ｃ，６ｃに前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂが塗布されて成り、それらを連通して窓４１が形成され、その窓４１内には、前記探触子１，２の音響整合層１ａ，２ａが嵌り込んで乳房４に密着する。前記探触子１，２の圧電素子１ｂ，２ｂの幅、すなわち窓４１の幅は、狭い方が対向面での反射を捉え難く、ノイズ面で優位であるが、狭くなると、圧電素子１ｂ，２ｂの各素子が小さくなり、感度が低下する。このため、前記窓４１の幅は、２ｃｍ程度であり、その幅内に２００μｍピッチ、すなわち１００個程度の素子が配列されている。
【００３４】
前記基材５ｃ，６ｃには、乳房４を挟み、平行に維持するための高い弾性率と、圧電素子１ｂ，２ｂの発生する熱を放熱するための高い熱伝導率とを有する材料が選ばれる。前記熱伝導率としては、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。そのような条件を満足する材料としては、例えばＪＩＳ Ａ５０５２Ｐ、２０２４のようなアルミニウム合金、ＪＩＳ ＭＴ−１，ＭＴ−２のようなマグネシウム合金、ＪＩＳ ＺＤＣ−２のような亜鉛合金、ＪＩＳ Ｃ−１１００のような銅合金等の金属を用いることができる。なお、基材５ｃ，６ｃが金属であると、超音波を反射してしまうけれども、超音波吸収膜５ｂ，６ｂでの吸収が充分に行われると問題はない。
【００３５】
前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂは、好ましくは、エポキシ樹脂中に、前記金属または金属酸化物の微粒子が分散されて成る。本実施の形態のエポキシ樹脂組成物においては、その性能を損なわない範囲で他のエポキシ樹脂、靭性付与樹脂、フィラー、着色剤等を配合することができる。本実施の形態の樹脂組成物に所望に応じて含有することのできる靭性付与樹脂としては、反応性エラストマー、ハイカーＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ニトリルゴム添加エポキシ樹脂、架橋アクリルゴム微粒子添加エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー添加エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３６】
前記金属粒子としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀、白金、パラジウム、インジウム、スカンジウム、イットリウムおよびタンタル等が挙げられ、金属酸化物粒子としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン等が挙げられる。なお、前記金属または金属酸化物に限らず、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、カーボンおよび窒化硼素等から選ばれる少なくとも１つの無機系材料が選ばれてもよいが、金属粒子を含む場合は、より高密度になり、超音波の減衰率が一層大きくなって好適である。
【００３７】
含有させる微粒子は、２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の平均粒径を有し、該平均粒径は小さい程好ましいが、１０ｎｍ程度までがコストの面で実用的である。また、前記微粒子は、超音波吸収膜５ｂ，６ｂ中に、１０〜９０質量％の量で含有されることが好ましい。含有量を１０質量％未満にすると、所望とする超音波吸収特性を得ることが困難になり、含有量が９０質量％を超えると、超音波吸収膜５ｂ，６ｂの靱性が弱くなって、ひび割れ等が発生し、塗設される該超音波吸収膜５ｂ，６ｂの剥離などの問題が発生する。
【００３８】
また、塗設される前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの乾燥状態での厚さｔは、使用する超音波の周波数における半波長の奇数倍〔（λ／２）（２ｎ＋１）〕（ｎは０または正の整数）が好ましい。例えば、生体温度３６．５℃において、生体内での音の伝搬速度を約１５００ｍ／秒（脂肪１４４０ｍ／秒、筋肉１５５０ｍ／秒）とし、１０ＭＨｚの超音波を使用する場合、ｔ＝７５（２ｎ＋１）μｍが好ましい厚さとなる。ｎとしては、０〜５０が好ましく、特に好ましくは１〜３５である。本実施の形態で使用する超音波の好ましい波長は２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚで、特に好ましい波長は７．５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚであるので、この周波数から求められる厚さが好ましい。半波長の奇数倍の厚さにすると、基材５ｂ，６ｂの表面で、入射超音波と反射超音波との波長差が半波長となり、互いに打ち消し合う効果を利用することができる。含有される微粒子は前記半波長よりも充分小さく、前記のように平均粒径が１０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
【００３９】
上述のように構成される超音波診断装置において、本実施の形態では、２枚の胸挟板５，６に取付けられた２つの探触子１，２には、前述のように２つの使用方法を適用することができ、第１の方法は、一方の探触子１および２から順次超音波を発信し、他方の探触子２および１で信号を受信する透過式で、第２の方法は、一方の探触子１から超音波を送信して自身で反射音を受信し、次に他方の探触子２から超音波を送信して自身で反射音を受信する反射式で、何れの方法でも、それぞれの走査で得られたフレーム画像を記憶し、記憶された２つのフレーム画像を合成するものである。そして、このように２つのフレームを合成することで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、注目すべきは、上述のように胸挟板５，６に窓４１を形成して探触子１，２を取付けるとともに、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を構成できる点にある。
【００４０】
すなわち、図５は、前記探触子１，２を上下に配置して、それぞれの探触子からの超音波信号が乳房４中で減衰する様子を概念的に示す。この図５から明らかなように、上述のように両者の信号を加算することで、信号強度を一定に保ち、Ｓ／Ｎの高い診断画像を得ることができる。これによって、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【００４１】
さらに、前述のように前記探触子１，２は電子走査形の探触子であり、前記操舵回路１７，１８が超音波送信部１１，１２に、前記探触子１，２からの送信超音波ビームを走査させ、前記ＤＳＰ１５，１６は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行う。
【００４２】
図３には、探触子１側について、走査の様子を示す。前記遅延時間制御によって、記号△−△、○−○、□−□で示すように、胸挟板５，６の垂直方向および左右斜め方向に送信超音波が走査され、それによる受信信号を合成することで、前記スペックルパタンが平滑化（前記干渉縞となる部分の表示輝度が低下）される空間コンパウンド法が示されている。この図３の例は、垂直な超音波ビームに加えて、左右θａ、θｃの角度で３方向の照射をする３方向コンパウンド（合成）を示している。探触子２側についても同様で、この場合、合計６本のビームを合成することになる。それぞれ、ビームを３，５，７，９，１１，１３，１５，・・・本と増大してゆくことで、精度の高い画像を得ることができる。
【００４３】
このように構成することで、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂを設けても、相互に対向する胸挟板５，６の窓４１から覗く探触子１，２に他方の探触子で反射して来たノイズが入っても、送信超音波ビームの走査（斜め方向にも放射）によって、合成断層画像を再構成する際に、ノイズを除去（影響を少なく）する処理を行うことができ、一層Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００４４】
なお、スペックルパタンを除去するための手法としては、上記空間コンパウンド法に限らず、統計的性質を利用してスペックルパタンを除去するスペックル低減フィルタ法や、ＳＲＰ（Speckle Reduction Processing）法などを用いることができる。前記ＳＲＰ法は、超音波画像を構成する領域を小領域に分割し、その分割された小領域に通常画素の他に標的画素を設け、標的画素εｉ毎に、当該画素εｉの近傍画素の輝度平均値を求めてそれを減算した結果Ｑｉに対して、予め設定した閾値をＶとすれば、Ｑｉ≧Ｖの場合には元の輝度を用いて当該標的画素εｉを表示し、Ｑｉ＜Ｖである場合は当該標的画素εｉの輝度値はゼロとして表示を行わないことでスペックルパタンを除去する手法である。ここで、従来の空間コンパウンド法のいくつかは、スペックルを平滑化するのみで、全体の輝度は保持したままである表示形態を採るものであるが、本発明の主旨からみれば、空間合成はスペックルの平滑化と共にスペックル部の輝度低減を行うことが好ましい。
【００４５】
以下の表１に、本願発明者の実験結果を示す。表１は、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂにおける金属微粒子の含有量を変化させたものである。前記一対の胸挟板５，６の基材５ｂ，６ｂとしては、厚さ３ｍｍの炭素繊維板を用い、その上に、アラルダイトＣＹ２３２に平均粒径５μｍのタングステン微粒子（密度１９．２ｇ／ｃｍ３）を含有する前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂを塗設し、乾燥膜厚で８２５μｍ（以下の１０ＭＨｚでｎ＝５）とした。各サンプルは、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂ自体の無い胸挟板（板番号１）、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを塗設したが、タングステン微粒子を含まないもの（板番号２）、前記タングステン微粒子を２％（以下質量％）含むもの（板番号３）、１０％含むもの（板番号４）、５０％含むもの（板番号５）、９０％含むもの（板番号６）、９８％含むもの（板番号７）を作成した。これらのサンプルに、前記探触子１，２として、１０ＭＨｚの周波数を０．５ｍＷ／ｃｍ２で送受信する６４素子超音波探触子を取付け、乳房ファントム（微少石灰化の模擬として、アガロース中にリン酸カルシウム微粒子（粒子径３０〜７５０μｍのものを含む）に挟み、超音波影像を得た。使用した超音波診断装置は、ウルトラソニックス・メディカルル・コーポレーション（Ultrasonix・Mediccal・Corporation）社製のＥＳ５００である。前記２つの探触子１，２からの超音波の影像は、加算器１９で加算処理し、得られた断層影像中のリン酸カルシウム微粒子を目視観察して評価した。リン酸カルシウム微粒子が鮮明に見える影像を５、やや鮮明を４、普通を３、やや不鮮明を２、不鮮明を１の５段階評価を行った。送受信は、（Ａ）が各探触子１，２で送受信して整相加算する反射式で、（Ｂ）が一方から送信し、他方で受信する透過式である。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１から明らかなように、反射式および透過式で共に、上述のとおり、タングステン微粒子を１０％含むもの（板番号４）〜９０％含むもの（板番号６）で良好な結果が得られ、５０％含むもの（板番号５）で、特に良好な結果が得られた。その５０％サンプルでも、透過式が特に良好である。
【００４８】
一方、表２には、乾燥膜厚を変化させた場合の本願発明者の実験結果を示す。前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂは、表１の実験番号１０９のサンプルと同様で、アラルダイトＣＹ２３２に平均粒径５μｍのタングステン微粒子を５０％含み、実験は透過式で行った。そして、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの厚さを、７５（２ｎ＋１）μｍでｎを０〜５０まで変化させて行った。前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの上には、保護膜として２５μｍ厚のスチレン−ブタジエン共重合膜（スチレン：ブタジエン＝１：４組成、重合度１２０）膜を塗設した。各サンプルは、ｎ＝０の７５μｍ厚（試料番号２０１）、ｎ＝１０の１．５７５ｍｍ厚（試料番号２０２）、ｎ＝３５の５．３２５ｍｍ厚（試料番号２０３）、ｎ＝５０の７．５７５ｍｍ厚（試料番号２０４）である。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２から明らかなように、超音波影像の評価は、試料番号２０１は４、他の２０２〜２０４は５で、上述のようにｎ＝０〜５０で好ましく、試料番号２０４の塗膜の表面を４００倍の光学顕微鏡で観察すると、やや乾燥収縮で不均一部分が観られたので、特に好ましくは１〜３５である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】前記超音波診断装置の使用方法を説明するための模式図である。
【図３】前記超音波診断装置における探触子および胸挟板の構造およびビーム形成概念を説明するための断面図である。
【図４】前記胸挟板の正面図である。
【図５】探触子からの超音波信号の乳房中での減衰の様子を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，２ 探触子
３ 被験者
４ 乳房
５，６ 胸挟板
５ｂ，６ｂ 超音波吸収膜
５ｃ，６ｃ 基材
７ アーム
８ 支柱
９ 基台
１０ 信号処理装置
１１，１２ 超音波送受信部
１３，１４ アナログ／デジタル変換器
１５，１６ ＤＳＰ
１７，１８ 操舵回路
１９ 加算器
２０ ＣＰＵ
２１ 画像記憶部
２２ インタフェイス
２３ Ｂモード処理部
２４ ドプラ処理部
２５ データ記憶部
３０ 表示装置
３１ 入力装置
３３ ネットワーク
４１ 窓
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に乳房の任意の位置の断層画像を表示可能にするものに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法などによって体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医療用画像機器である。この超音波診断装置は、他の医療用画像機器に比べ、小型で安価、Ｘ線などの被爆がなく安全性が高いので、循環器系（心臓の冠動脈）、消化器系（胃腸）、内科系（肝臓、膵臓、脾臓）、泌尿科系（腎臓、膀胱）、および産婦人科系などで広く利用されている。特に、近年乳房診断においては、超音波診断が、腫瘤、腫瘍を高度に診断可能になり、乳癌の発見に大きな寄与を示すようになり、益々その重要性が認識されてきている。
【０００３】
乳房組織においては、乳癌の徴候として微小石灰化が発生するケースが多いことが知られている。微小石灰化病変は、１個あるいは数個で局所に散在する。石灰は生体組織に比べて硬いので、超音波を良く反射して、画像上高輝度となることが期待される。しかしながら、実際に画像の中から目視する場合には、数百ミクロン程度の大きさがあっても、抽出するのは難しいと言われている。
【０００４】
詳述すると、先ず超音波画像上には、超音波のランダムな干渉に起因するスペックルパタンと呼ばれる干渉縞が発生する場合がある。このスペックルパタンは、表面が平滑な臓器で顕著に現れる。このため、本来そのような平滑な表面を有する、例えば肝臓の場合では、或る程度の経験を積んだ医師であれば、出ることが分っているそのスペックルパタンを、自身で（頭の中で）キャンセルしつつ、そのスペックルパタンの現れ方から、平滑でなくなった肝硬変部分の診断を行うなど、診断に役立てるようなことが可能である。すなわち、前記表面が平滑な臓器では、ノイズである前記スペックルパタンを、逆に診断に役立てるようなことも可能である。
【０００５】
これに対して、乳癌検診の場合には、初期の前記微小石灰化した病変部は、米粒状に現れる前記スペックルパタンに埋もれてしまい（酷似しており）、見落とされ易い。そこで、乳癌診断においては前記スペックルパタンを除去したいというニーズがあり、そのための技術として、たとえば、空間合成、ＣＦＡＲ（Contrast False Alarm Rate）処理、スペックル低減フィルタ等が挙げられる。
【０００６】
前記空間合成とは、異なる周波数および異なる方向からの送受信信号を重畳し、スペックルを平滑化するものである（例えば、特許文献１）。前記ＣＦＡＲ処理とは、対象画素を周囲の輝度平均で減算し、これを用いて高輝度部分を抽出するものである（例えば、前記特許文献１参照）。前記スペックル低減フィルタは、濃度の平均化を移動平均法や選択的局所平均化法などによってスペックルを除去するものである。また、これらのスペックルパタン除去の手法の他、超音波診断の分野ではないが、微小石灰化を自動認識する試みが、主にＸ線診断画像の応用として種々報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１８９４７６号公報
【特許文献２】特許第３５９６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記乳癌診断において診断対象の乳腺は、樹木状に延びる乳腺などの構造が複雑であり、もとより均質な臓器ではない。このため従来のフィルタ処理を行うと、微小石灰化した病変部が検出されると同時に、乳腺構造も（構造物として）抽出されてしまい、両者を明確に区別することができないという問題がある。この点、乳腺などは微小石灰化した病変部に比べて明らかに大きな構造物であるので、フィルタ処理にて残存しても、目視にて弁別が可能となることが期待されるが、それでも弁別が困難となることを、本願発明者らは研究でしばしば経験している。特に乳腺構造の一部のみが残存する場合は、フィルタ処理後の画像は点状に見えてしまい、微小石灰化した病変部に類似した画像となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とをより正確に区別し、微小構造物を抽出することができる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波診断装置は、乳房の超音波断層画像を得る超音波診断装置において、前記乳房を挟み込むための一対の胸挟板と、前記胸挟板のそれぞれに設けられ、超音波の送受信が可能な超音波探触子と、前記各超音波探触子から超音波ビームを前記乳房の内部に送受信して、それぞれの超音波探触子で得られた（反射または透過）断層画像を加算処理して１枚の合成断層画像を得る画像処理部とを備えて構成され、前記各胸挟板には、前記超音波探触子が乳房に臨む窓が形成されるとともに、乳房に臨む面には、超音波吸収膜を有することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、２枚の胸挟板に取付けられた２つの探触子によって透過式または反射式で２枚の断層画像を得て、それらを加算処理して１枚の合成断層画像を得ることで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、前記胸挟板に窓を形成して探触子を取付けるとともに、乳房に臨む面に超音波吸収膜を形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を得る。
【００１１】
したがって、合成断層画像につき、高いＳ／Ｎを得ることができ、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【００１２】
また、本発明の超音波診断装置では、前記超音波吸収膜は、樹脂中に金属または金属酸化物が分散された塗膜から成ることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、金属または金属酸化物は超音波を吸収し易く、それを微粒子にすることで吸収を高めることができ、平均粒径が、２０μｍ以下、特に１０μｍ以下が好ましく、また１０ｎｍ程度までがコストの面で実用的である。また、前記微粒子の含有量は、１０〜９０質量％が好ましく、１０質量％未満にすると所望とする超音波吸収特性を得ることが困難になり、９０質量％を超えると超音波吸収膜の靱性が弱くなって、ひび割れ等が発生し、剥離などの問題が発生する。
【００１４】
さらにまた、本発明の超音波診断装置では、前記超音波吸収膜の厚さが、送信超音波の周波数における半波長の奇数倍〔（λ／２）（２ｎ＋１）〕（ｎは０または正の整数）であることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、超音波吸収膜の厚さを半波長（λ／２）の奇数倍（２ｎ＋１）に形成することで、基材の表面で、入射超音波と反射超音波との波長差が半波長となり、互いに打ち消し合う効果を利用することができる。前記ｎとしては、０〜５０が好ましく、特に好ましくは１〜３５である。
【００１６】
好ましくは、前記各超音波探触子は、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信し、乳房の透過情報を得ることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明の超音波診断装置では、前記超音波探触子は電子走査形の超音波探触子であり、前記超音波探触子に、その送信超音波ビームを走査させる操舵部をさらに備え、前記画像処理部は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、前記超音波吸収膜を設けても、相互に対向する胸挟板の窓から覗く探触子には、他方の探触子で反射して来たノイズが入るので、送信超音波ビームを走査（斜め方向にも放射）させるとともに、断層画像を再構成する際に、ノイズを除去（影響を少なく）する処理を行うことで、一層Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波診断装置は、以上のように、２枚の胸挟板に取付けられた２つの探触子によって透過式または反射式で２枚の断層画像を得て、それらを加算処理して１枚の合成断層画像を得ることで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、前記胸挟板に窓を形成して探触子を取付けるとともに、乳房に臨む面に超音波吸収膜を形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を得る。
【００２０】
それゆえ、合成断層画像につき、高いＳ／Ｎを得ることができ、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図であり、図２はその使用方法を説明するための模式図である。この超音波診断装置は、乳腺等の連続構造物から微小石灰化部分等の微小構造物を抽出するのに好適に用いられる超音波診断装置であり、以下では乳癌診断に用いる場合を例に説明する。この超音波診断装置は、相互に対向して配置される一対の電子走査形超音波探触子（以下、探触子と言う）１，２と、前記探触子１，２がそれぞれ取付けられ、被験者３の片側の乳房４を挟持する一対の胸挟板５，６と、前記胸挟板５，６を支持するアーム７、支柱８および基台９と、前記探触子１，２から超音波ビームを放射させるとともに、受信信号を処理して断層画像を再構成する信号処理装置１０と、適宜設けられる表示装置３０や入力装置３１などとを備えて構成される。前記アーム７は、被験者３の体格および撮影面（上下断面、水平断面等）に合わせて、胸挟板５，６を一対で、支柱８上を昇降変位および前後軸線回りに回転させるとともに、それらの間隔を調整可能となっている。支柱８は、この図２のように基台９に立設されてもよいが、壁面に固定されてもよい。
【００２２】
前記探触子１，２は、それぞれの超音波送受信部（Ｔ／Ｒ）１１，１２から送信信号が与えられ、診断に必要な超音波信号を乳房４内に入射し、前記乳房４内で反射して来た超音波、または反対側の探触子２，１から送信され、前記乳房４内を透過して来た超音波を受信する。この探触子１，２は、前記超音波送受信部１１，１２からの送信信号に基づいて超音波を発生し、被検体である乳房４からの反射波または透過波を電気信号に変換する複数の圧電振動子と、前記圧電振動子と乳房４との間に介在される音響整合層と、前記圧電振動子の背面側で不要な超音波を吸収するダンパー層とを備えて構成される。
【００２３】
前記超音波送信部１１，１２は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を備えて構成される。パルサ回路では、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が繰返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束しかつ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、前記探触子１，２に駆動パルスを印加する。なお、この超音波送信部１１，１２は、操舵回路１７，１８を介して与えられる該信号処理装置１０内の動作を制御するＣＰＵ（制御プロセッサ）２０の指示に従って、所定の走査演算機能を実行し、そのため、送信周波数、送信駆動電圧等をただちに変更可能な機能を有している。
【００２４】
前記ＣＰＵ２０からの指示に従って、前記超音波送受信部１１，１２は、対応する探触子１，２からの送信信号に対する反射波だけでなく、上述のように対向する探触子２，１からの送信信号に対する反射波も受信できるようになっている。前記探触子１，２は、電子走査形の超音波探触子であり、前記超音波送受信部１１，１２は、前記ＣＰＵ２０からの指示に従い、前記操舵回路１７，１８によって、前述のようにチャンネル毎の遅延時間が制御されて超音波の放射方向を走査し、受信された信号を前記チャンネル毎に増幅する。その増幅された信号は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１３，１４から再生画像構成部であるＤＳＰ１５，１６に入力されて、その増幅された信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間が与えられる。
【００２５】
こうして電子走査された走査毎の信号はＢモード処理部２３またはドプラ処理部２４に入力されて、正相加算され、所定の画像変換のプログラムに従って、１フレームの断層画像に顕像化されるとともに、必要に応じて、ＣＰＵ２０を介して画像記憶部２１に記憶されてゆく。
【００２６】
前記Ｂモード処理部２３は、ＤＳＰ１５，１６から或いは前記画像記憶部２１に蓄積されている受信信号を受取り、前記画像変換のプログラムに従って、対数増幅、包絡線検波などの処理を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、前記ＤＳＰ１５，１６に送信され、反射波または透過波の強度を輝度にて表したＢモード画像が作成される。また、ドプラ処理部２４は、ＤＳＰ１５，１６から或いは画像記憶部２１に蓄積されている受信信号を受取り、画像変換のプログラムに従って速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。得られた血流情報は、表示モードに従って前記ＤＳＰ１５，１６に送信され、平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組合わせのカラー画像が作成される。このような広視野の画像（Ｂ、Ｍモード像およびドプラ像）を得るためには、探触子１，２と乳房４との相対位置を遂次検出し、その相対位置情報が画像記憶部２１に記憶され、また表示装置３０で表示することができる。
【００２７】
注目すべきは、本実施の形態では、前記Ｂ、Ｍモード像およびドプラ像が、表示モードに従ってＤＳＰ１５，１６から加算器１９に入力され、この加算器１９において２枚の断層画像の加算処理が行われることである。この加算器１９は、さらに前記２枚の断層画像を合成した後、種々のパラメータの文字情報や目盛等を合成し、ビデオ信号として出力する。この加算処理によって、受信信号の受信指向性に応じた方向からの成分が強調され、受信指向性と前記操舵回路１７，１８による送信指向性とによって超音波送受信の総合的なビームが形成される。前記加算器１９で得られた２つの探触子１，２による合成画像は、前記ＣＰＵ２０から画像記憶部２１に入力されて適宜記憶されるとともに、インタフェイス２２を介して外部へ出力され、走査装置３２を介して表示装置３０でリアルタイム画像表示が行われ、またネットワーク３３などで伝送される。
【００２８】
前記表示装置３０には、表示モード等に従って、上述のようなＢ、Ｍモード像またはドプラ像の合成画像のビデオ信号が、前記画像記憶部２１から、または加算器１９から与えられる。そして、表示装置３０は、走査装置３２からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を画像として表示する。そのため、前記走査装置３２は、超音波走査の走査線信号列を、テレビジョンなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示画像としての超音波診断画像を生成する。
【００２９】
一方、ＣＰＵ２０用のデータ記憶部２５には、後述の走査演算機能、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件、ＳＲＰ制御プログラム、その他のデータ群が保管されている。このデータ記憶部２５のデータは、インタフェイス回路２２を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。
【００３０】
前記ＣＰＵ２０は、入力装置３１から入力された命令等に従って、各部の起動および自動動作を実行させるとともに、データ記憶部２５から画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読出して自身が有する記憶領域上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行するものである。
【００３１】
前記入力装置３１は、検査技師などの操作者からの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を信号処理装置１０に取込むための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有しており、データ取得のための動作の開始および終了の指示、前記のような再生時の再生画像のモードの指定を入力する手段である。例えば、操作者がこの入力装置３１の終了ボタンや一時停止ボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は停止状態となる。
【００３２】
図３は前記探触子１，２および胸挟板５，６の構造を説明するための断面図であり、図４はその正面図である。上述のように構成される超音波診断装置において、注目すべきは、本実施の形態では、相互に対向し、それぞれ超音波ビームを送受信して得られた乳房４の反射情報、或いは、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信して得られた乳房４の透過情報を、それぞれ合成して１枚の断層画像を得るにあたって、前記胸挟板５，６には、前記探触子１，２が乳房４に臨む窓４１が形成されるとともに、乳房４に臨む面５ａ，６ａには、超音波の跳ね返りノイズを低減するための超音波吸収膜５ｂ，６ｂを有することである。
【００３３】
胸挟板５，６は、基材５ｃ，６ｃに前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂが塗布されて成り、それらを連通して窓４１が形成され、その窓４１内には、前記探触子１，２の音響整合層１ａ，２ａが嵌り込んで乳房４に密着する。前記探触子１，２の圧電素子１ｂ，２ｂの幅、すなわち窓４１の幅は、狭い方が対向面での反射を捉え難く、ノイズ面で優位であるが、狭くなると、圧電素子１ｂ，２ｂの各素子が小さくなり、感度が低下する。このため、前記窓４１の幅は、２ｃｍ程度であり、その幅内に２００μｍピッチ、すなわち１００個程度の素子が配列されている。
【００３４】
前記基材５ｃ，６ｃには、乳房４を挟み、平行に維持するための高い弾性率と、圧電素子１ｂ，２ｂの発生する熱を放熱するための高い熱伝導率とを有する材料が選ばれる。前記熱伝導率としては、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。そのような条件を満足する材料としては、例えばＪＩＳ Ａ５０５２Ｐ、２０２４のようなアルミニウム合金、ＪＩＳ ＭＴ−１，ＭＴ−２のようなマグネシウム合金、ＪＩＳ ＺＤＣ−２のような亜鉛合金、ＪＩＳ Ｃ−１１００のような銅合金等の金属を用いることができる。なお、基材５ｃ，６ｃが金属であると、超音波を反射してしまうけれども、超音波吸収膜５ｂ，６ｂでの吸収が充分に行われると問題はない。
【００３５】
前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂは、好ましくは、エポキシ樹脂中に、前記金属または金属酸化物の微粒子が分散されて成る。本実施の形態のエポキシ樹脂組成物においては、その性能を損なわない範囲で他のエポキシ樹脂、靭性付与樹脂、フィラー、着色剤等を配合することができる。本実施の形態の樹脂組成物に所望に応じて含有することのできる靭性付与樹脂としては、反応性エラストマー、ハイカーＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ニトリルゴム添加エポキシ樹脂、架橋アクリルゴム微粒子添加エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー添加エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３６】
前記金属粒子としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀、白金、パラジウム、インジウム、スカンジウム、イットリウムおよびタンタル等が挙げられ、金属酸化物粒子としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン等が挙げられる。なお、前記金属または金属酸化物に限らず、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、カーボンおよび窒化硼素等から選ばれる少なくとも１つの無機系材料が選ばれてもよいが、金属粒子を含む場合は、より高密度になり、超音波の減衰率が一層大きくなって好適である。
【００３７】
含有させる微粒子は、２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の平均粒径を有し、該平均粒径は小さい程好ましいが、１０ｎｍ程度までがコストの面で実用的である。また、前記微粒子は、超音波吸収膜５ｂ，６ｂ中に、１０〜９０質量％の量で含有されることが好ましい。含有量を１０質量％未満にすると、所望とする超音波吸収特性を得ることが困難になり、含有量が９０質量％を超えると、超音波吸収膜５ｂ，６ｂの靱性が弱くなって、ひび割れ等が発生し、塗設される該超音波吸収膜５ｂ，６ｂの剥離などの問題が発生する。
【００３８】
また、塗設される前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの乾燥状態での厚さｔは、使用する超音波の周波数における半波長の奇数倍〔（λ／２）（２ｎ＋１）〕（ｎは０または正の整数）が好ましい。例えば、生体温度３６．５℃において、生体内での音の伝搬速度を約１５００ｍ／秒（脂肪１４４０ｍ／秒、筋肉１５５０ｍ／秒）とし、１０ＭＨｚの超音波を使用する場合、ｔ＝７５（２ｎ＋１）μｍが好ましい厚さとなる。ｎとしては、０〜５０が好ましく、特に好ましくは１〜３５である。本実施の形態で使用する超音波の好ましい波長は２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚで、特に好ましい波長は７．５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚであるので、この周波数から求められる厚さが好ましい。半波長の奇数倍の厚さにすると、基材５ｂ，６ｂの表面で、入射超音波と反射超音波との波長差が半波長となり、互いに打ち消し合う効果を利用することができる。含有される微粒子は前記半波長よりも充分小さく、前記のように平均粒径が１０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
【００３９】
上述のように構成される超音波診断装置において、本実施の形態では、２枚の胸挟板５，６に取付けられた２つの探触子１，２には、前述のように２つの使用方法を適用することができ、第１の方法は、一方の探触子１および２から順次超音波を発信し、他方の探触子２および１で信号を受信する透過式で、第２の方法は、一方の探触子１から超音波を送信して自身で反射音を受信し、次に他方の探触子２から超音波を送信して自身で反射音を受信する反射式で、何れの方法でも、それぞれの走査で得られたフレーム画像を記憶し、記憶された２つのフレーム画像を合成するものである。そして、このように２つのフレームを合成することで、感度良く病変部を撮像できるようにするにあたって、注目すべきは、上述のように胸挟板５，６に窓４１を形成して探触子１，２を取付けるとともに、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを形成することで、一方の探触子が受信を行う際に、対向する他方の探触子や胸挟板によって反射される信号がノイズとなることを抑え、ノイズやスペックルを低減した画像を構成できる点にある。
【００４０】
すなわち、図５は、前記探触子１，２を上下に配置して、それぞれの探触子からの超音波信号が乳房４中で減衰する様子を概念的に示す。この図５から明らかなように、上述のように両者の信号を加算することで、信号強度を一定に保ち、Ｓ／Ｎの高い診断画像を得ることができる。これによって、乳腺等の連続構造物と微小石灰化部分等の微小構造物とを正確に区別して、前記微小構造物を抽出することができる。
【００４１】
さらに、前述のように前記探触子１，２は電子走査形の探触子であり、前記操舵回路１７，１８が超音波送信部１１，１２に、前記探触子１，２からの送信超音波ビームを走査させ、前記ＤＳＰ１５，１６は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行う。
【００４２】
図３には、探触子１側について、走査の様子を示す。前記遅延時間制御によって、記号△−△、○−○、□−□で示すように、胸挟板５，６の垂直方向および左右斜め方向に送信超音波が走査され、それによる受信信号を合成することで、前記スペックルパタンが平滑化（前記干渉縞となる部分の表示輝度が低下）される空間コンパウンド法が示されている。この図３の例は、垂直な超音波ビームに加えて、左右θａ、θｃの角度で３方向の照射をする３方向コンパウンド（合成）を示している。探触子２側についても同様で、この場合、合計６本のビームを合成することになる。それぞれ、ビームを３，５，７，９，１１，１３，１５，・・・本と増大してゆくことで、精度の高い画像を得ることができる。
【００４３】
このように構成することで、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂを設けても、相互に対向する胸挟板５，６の窓４１から覗く探触子１，２に他方の探触子で反射して来たノイズが入っても、送信超音波ビームの走査（斜め方向にも放射）によって、合成断層画像を再構成する際に、ノイズを除去（影響を少なく）する処理を行うことができ、一層Ｓ／Ｎの良好な画像を得ることができる。
【００４４】
なお、スペックルパタンを除去するための手法としては、上記空間コンパウンド法に限らず、統計的性質を利用してスペックルパタンを除去するスペックル低減フィルタ法や、ＳＲＰ（Speckle Reduction Processing）法などを用いることができる。前記ＳＲＰ法は、超音波画像を構成する領域を小領域に分割し、その分割された小領域に通常画素の他に標的画素を設け、標的画素εｉ毎に、当該画素εｉの近傍画素の輝度平均値を求めてそれを減算した結果Ｑｉに対して、予め設定した閾値をＶとすれば、Ｑｉ≧Ｖの場合には元の輝度を用いて当該標的画素εｉを表示し、Ｑｉ＜Ｖである場合は当該標的画素εｉの輝度値はゼロとして表示を行わないことでスペックルパタンを除去する手法である。ここで、従来の空間コンパウンド法のいくつかは、スペックルを平滑化するのみで、全体の輝度は保持したままである表示形態を採るものであるが、本発明の主旨からみれば、空間合成はスペックルの平滑化と共にスペックル部の輝度低減を行うことが好ましい。
【００４５】
以下の表１に、本願発明者の実験結果を示す。表１は、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂにおける金属微粒子の含有量を変化させたものである。前記一対の胸挟板５，６の基材５ｂ，６ｂとしては、厚さ３ｍｍの炭素繊維板を用い、その上に、アラルダイトＣＹ２３２に平均粒径５μｍのタングステン微粒子（密度１９．２ｇ／ｃｍ３）を含有する前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂを塗設し、乾燥膜厚で８２５μｍ（以下の１０ＭＨｚでｎ＝５）とした。各サンプルは、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂ自体の無い胸挟板（板番号１）、超音波吸収膜５ｂ，６ｂを塗設したが、タングステン微粒子を含まないもの（板番号２）、前記タングステン微粒子を２％（以下質量％）含むもの（板番号３）、１０％含むもの（板番号４）、５０％含むもの（板番号５）、９０％含むもの（板番号６）、９８％含むもの（板番号７）を作成した。これらのサンプルに、前記探触子１，２として、１０ＭＨｚの周波数を０．５ｍＷ／ｃｍ２で送受信する６４素子超音波探触子を取付け、乳房ファントム（微少石灰化の模擬として、アガロース中にリン酸カルシウム微粒子（粒子径３０〜７５０μｍのものを含む）に挟み、超音波影像を得た。使用した超音波診断装置は、ウルトラソニックス・メディカルル・コーポレーション（Ultrasonix・Mediccal・Corporation）社製のＥＳ５００である。前記２つの探触子１，２からの超音波の影像は、加算器１９で加算処理し、得られた断層影像中のリン酸カルシウム微粒子を目視観察して評価した。リン酸カルシウム微粒子が鮮明に見える影像を５、やや鮮明を４、普通を３、やや不鮮明を２、不鮮明を１の５段階評価を行った。送受信は、（Ａ）が各探触子１，２で送受信して整相加算する反射式で、（Ｂ）が一方から送信し、他方で受信する透過式である。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１から明らかなように、反射式および透過式で共に、上述のとおり、タングステン微粒子を１０％含むもの（板番号４）〜９０％含むもの（板番号６）で良好な結果が得られ、５０％含むもの（板番号５）で、特に良好な結果が得られた。その５０％サンプルでも、透過式が特に良好である。
【００４８】
一方、表２には、乾燥膜厚を変化させた場合の本願発明者の実験結果を示す。前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂは、表１の実験番号１０９のサンプルと同様で、アラルダイトＣＹ２３２に平均粒径５μｍのタングステン微粒子を５０％含み、実験は透過式で行った。そして、前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの厚さを、７５（２ｎ＋１）μｍでｎを０〜５０まで変化させて行った。前記超音波吸収膜５ｂ，６ｂの上には、保護膜として２５μｍ厚のスチレン−ブタジエン共重合膜（スチレン：ブタジエン＝１：４組成、重合度１２０）膜を塗設した。各サンプルは、ｎ＝０の７５μｍ厚（試料番号２０１）、ｎ＝１０の１．５７５ｍｍ厚（試料番号２０２）、ｎ＝３５の５．３２５ｍｍ厚（試料番号２０３）、ｎ＝５０の７．５７５ｍｍ厚（試料番号２０４）である。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２から明らかなように、超音波影像の評価は、試料番号２０１は４、他の２０２〜２０４は５で、上述のようにｎ＝０〜５０で好ましく、試料番号２０４の塗膜の表面を４００倍の光学顕微鏡で観察すると、やや乾燥収縮で不均一部分が観られたので、特に好ましくは１〜３５である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】前記超音波診断装置の使用方法を説明するための模式図である。
【図３】前記超音波診断装置における探触子および胸挟板の構造およびビーム形成概念を説明するための断面図である。
【図４】前記胸挟板の正面図である。
【図５】探触子からの超音波信号の乳房中での減衰の様子を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，２ 探触子
３ 被験者
４ 乳房
５，６ 胸挟板
５ｂ，６ｂ 超音波吸収膜
５ｃ，６ｃ 基材
７ アーム
８ 支柱
９ 基台
１０ 信号処理装置
１１，１２ 超音波送受信部
１３，１４ アナログ／デジタル変換器
１５，１６ ＤＳＰ
１７，１８ 操舵回路
１９ 加算器
２０ ＣＰＵ
２１ 画像記憶部
２２ インタフェイス
２３ Ｂモード処理部
２４ ドプラ処理部
２５ データ記憶部
３０ 表示装置
３１ 入力装置
３３ ネットワーク
４１ 窓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳房の超音波断層画像を得る超音波診断装置において、
前記乳房を挟み込むための一対の胸挟板と、
前記胸挟板のそれぞれに設けられ、超音波の送受信が可能な超音波探触子と、
前記各超音波探触子から超音波ビームを前記乳房の内部に送受信して、それぞれの超音波探触子で得られた断層画像を加算処理して１枚の合成断層画像を得る画像処理部とを備えて構成され、
前記各胸挟板には、前記超音波探触子が乳房に臨む窓が形成されるとともに、乳房に臨む面には、超音波吸収膜を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波吸収膜は、樹脂中に金属または金属酸化物が分散された塗膜から成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】
前記超音波吸収膜の厚さが、送信超音波の周波数における半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記各超音波探触子は、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信し、乳房の透過情報を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記超音波探触子は電子走査形の超音波探触子であり、
前記超音波探触子に、その送信超音波ビームを走査させる操舵部をさらに備え、
前記画像処理部は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
乳房の超音波断層画像を得る超音波診断装置において、
前記乳房を挟み込むための一対の胸挟板と、
前記胸挟板のそれぞれに設けられ、超音波の送受信が可能な超音波探触子と、
前記各超音波探触子から超音波ビームを前記乳房の内部に送受信して、それぞれの超音波探触子で得られた断層画像を加算処理して１枚の合成断層画像を得る画像処理部とを備えて構成され、
前記各胸挟板には、前記超音波探触子が乳房に臨む窓が形成されるとともに、乳房に臨む面には、超音波吸収膜を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波吸収膜は、樹脂中に金属または金属酸化物が分散された塗膜から成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】
前記超音波吸収膜の厚さが、送信超音波の周波数における半波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記各超音波探触子は、一方から送信された超音波ビームを他方側で受信し、乳房の透過情報を得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記超音波探触子は電子走査形の超音波探触子であり、
前記超音波探触子に、その送信超音波ビームを走査させる操舵部をさらに備え、
前記画像処理部は、走査された超音波ビームによる受信信号から、断層画像を再構成する際に、空間合成またはスペックルリダクション処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２６１４９２（Ｐ２００９−２６１４９２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１２２５３（Ｐ２００８−１１２２５３）
【出願日】平成２０年４月２３日（２００８．４．２３）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２３日（２００８．４．２３）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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