超音波診断装置
【課題】アーチファクトが少なく深部においても感度が不足することがなく、さらに被検体や部位の違いによらず、常に高い画像品質の診断画像を得ること。
【解決手段】送受信部２１はプローブを介して被検体内部を超音波で走査する。複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波が順番に送信受信される。加算部２３は第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する。ハーモニック成分に基づいて第１画像が生成され、第１、第２のエコー信号の一方に基づいてハーモニック成分と基本波成分とを含む第２画像が生成される。合成部２９は第１、第２の画像を合成する。重み係数計算部３２は第１の深さより浅い範囲では第２画像に対する重みをゼロに設定し、第１深さからそれより深い第２深さまでの範囲では第２画像に対する重みをゼロから１まで変化させ、第２深さより深い範囲では第２画像に対する重みを１に設定する。
【解決手段】送受信部２１はプローブを介して被検体内部を超音波で走査する。複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波が順番に送信受信される。加算部２３は第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する。ハーモニック成分に基づいて第１画像が生成され、第１、第２のエコー信号の一方に基づいてハーモニック成分と基本波成分とを含む第２画像が生成される。合成部２９は第１、第２の画像を合成する。重み係数計算部３２は第１の深さより浅い範囲では第２画像に対する重みをゼロに設定し、第１深さからそれより深い第２深さまでの範囲では第２画像に対する重みをゼロから１まで変化させ、第２深さより深い範囲では第２画像に対する重みを１に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織内における超音波の非線形伝搬に由来するハーモニック成分を抽出して、当該生体組織の断層構造を映像化する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断では、生体組織からのエコー信号に含まれる基本波成分を利用して、当該生体組織の断層構造を映像化する手法がしばしば使用されていた。しかしながら、エコー信号の基本波成分を利用した手法は、アーチファクト（虚像）が発生することが多く、診断画像の画像品質が低下するという問題があった。
【０００３】
そこで近年、生体組織内における超音波の伝搬速度に非線形性があることを利用して、生体組織の断層構造を映像化する、いわゆる組織非線形音響イメージング（Tissue Harmonic Imaging）が使用されるようになった。
【０００４】
組織非線形音響イメージングは、生体組織からのエコー信号に含まれるハーモニック成分の２次高調波だけを利用して、生体組織の断層構造を映像化する手法であって、アーチファクトが低減された、抜けの良い高コントラスト画像が得られるという特徴がある。
【０００５】
これにより、現在の超音波診断では、従来よりも画像品質が高い診断画像が得られるようになり、超音波診断における診断能が向上してきた。
【０００６】
ハーモニック成分だけを抽出する方法として、いわゆるパルスサブストラクション（ＰＳ）法が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。このパルスサブストラクション法では、複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した２種類の超音波を低音圧で送信して、これら２種類に対応する２つのエコー信号を受信する。そして、これらのエコー信号を加算して基本波成分を除去することで、生体組織からのハーモニクス成分のみを抽出する。
【０００７】
また、組織非線形音響イメージングでは、生体組織からのエコー信号に含まれるハーモニクス成分の差音成分だけを利用して、生体組織の断層構造を映像化することもある（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００８】
また、生体組織の断層構造を映像化する手法ではないが、超音波診断で使用される造影剤バブルが非常にデリケートであることを利用して、血流動態を映像化する手法も使用されるようになっている。
【０００９】
造影剤バブルからのエコー成分だけを抽出する方法として、いわゆるレートサブストラクション（ＲＳ）法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このレートサブストラクション法では、複数の走査線それぞれに対して、同じ超音波を高音圧で２回送信して、これら２回の送信に対応した２つのエコー信号を受信する。そして、これら２つのエコー信号を差分して重複成分を除去することで、消失した造影剤バブルからのエコー成分を抽出する。
【００１０】
すなわち、超音波診断で使用される造影剤バブルは非常にデリケートであるため、超音波が照射されると、その多くが瞬時に破壊される。そのため、２回目の超音波の送信によって得られるエコー信号は、１回目の超音波の送信によって得られるエコー信号よりも小さくなる。しかしながら、生体組織からのエコー信号は大きく変化することがない。したがって、これら２つのエコー信号から得られる差分信号には、消失した造影剤バブルからのエコー信号が反映される。これにより、レートサブストラクション法を使用すれば、生体組織からのエコー信号が除去されて、血流動態のみの映像化が可能となる。
【００１１】
また、従来の超音波診断では、超音波診断装置固有の内部ノイズが診断画像に白く表示される、いわゆるホワイトノイズが発生することがある。ホワイトノイズが発生すると、信号雑音比（ＳＮ比）が低下して、診断画像の画像品質が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで近年、生体組織からのエコー信号とホワイトノイズに基づき、自動でゲインを最適化して、診断画像の画像品質を向上させる技術が提案された（例えば、特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】阿比留巌、鎌倉友男著「超音波パルスの非線形伝搬」信学技法、ＵＳ８９−２３、Ｐ５３
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２９８６２０号
【特許文献２】特開平８−３３６５２７号
【特許文献３】米国特許第６３９８７３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、組織非線形音響イメージングは、エコー信号に含まれる基本波成分から生体組織の断層構造を映像化する手法に比べて、超音波画像の深部において感度が不足することがある。これは、超音波が生体組織内を伝搬するときに、その距離や周波数に応じて、いわゆる周波数依存減衰が生じるからである。
【００１６】
そこで近年、本出願の出願人によって、基本波成分とハーモニック成分とを合成して、超音波画像の感度を画像全体にわたり均一する新たな手法が提案された。しかしながら、周波数依存減衰の減衰率が被検体や部位ごとに違っているにも関わらず、本手法では、あらかじめ決定された重み係数が使用されている。そのため、重み係数が被検体や部位にマッチせず、画像品質の高い診断画像が得られないことがある。
【００１７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アーチファクトが少なく、しかも深部においても感度が不足することがなく、さらに被検体や部位の違いによらず、常に高い画像品質の診断画像が得られる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して被検体内部を超音波で走査するものであって、複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波を順番に送信して、前記走査線ごとに前記第１、第２の超音波にそれぞれ対応する第１、第２のエコー信号を受信する送受信手段と、前記第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する成分抽出手段と、前記ハーモニック成分に基づいて第１の画像信号を生成するとともに、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号との一方に基づいて前記ハーモニック成分と基本波成分とを含む第２の画像信号を生成する画像生成手段と、前記第１の画像信号に対して前記第２の画像信号を合成することにより第３の画像信号を発生するものであって、第１の深さより浅い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロに設定し、前記第１の深さから前記第１の深さより深い第２の深さまでの範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロから１まで変化させ、前記第２の深さより深い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みを１に設定する信号合成手段と、前記第３の画像信号に基づき画像を表示する表示手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態における超音波診断装置のブロック図。
【図２】同実施形態における重み係数のグラフ。
【図３】同実施形態における重み係数の設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャート。
【図４】同実施形態におけるノイズゲインとシグナルゲインのグラフ。
【図５】同実施形態における０．７［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像。
【図６】同実施形態における０．３［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像。
【図７】本発明の第２の実施形態における重み係数の設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャート。
【図８】本発明の第３の実施形態におけるテーブルの概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、第１の実施形態〜第３の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
先ず、図１〜図６を用いて第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における超音波診断装置のブロック図である。
図１に示すように、本実施形態における超音波診断装置は、超音波プローブ１０と装置本体２０とから構成されている。
【００２１】
超音波プローブ１０は、装置本体２０に着脱可能に接続されていて、その先端には、いわゆる２Ｄアレイ振動子が設けられている。したがって、本実施形態における超音波プローブ１０では、３次元的な超音波の送受信が可能である。
【００２２】
装置本体２０は、送受信部（送受信手段）２１、第１のメモリ２２、加算部（成分抽出手段）２３、検波部２４、フィルタ部２５、エンベロープ部２６、Ｌｏｇ圧縮部２７、第２のメモリ２８、合成部（信号合成手段）２９、画像処理部３０、ゲイン調整部（ゲイン算出手段）３１、重み係数計算部（重み係数算出手段）３２、画像メモリ３３、デジタルスキャンコンバータ３４、モニタ（表示手段）３５、及び指示スイッチ（指示手段）３６を具備している。
【００２３】
送受信部２１は、超音波を送信するための送信部と、生体組織からのエコー信号を受信するための受信部とから構成される。第１のメモリ２２は、送受信部２１からのエコー信号を保存する。加算部２３は、送受信部２１からエコー信号が入力されたときに、当該エコー信号と第１のメモリ２２に保存されている別のエコー信号とを加算する。
【００２４】
検波部２４は、加算部２３からのエコー信号を、当該エコー信号に応じた周波数で検波処理する。フィルタ部２５は、検波部２４からのエコー信号に対して、検波処理に応じた周波数フィルタをかけ、必要な周波数成分だけを抽出する。
【００２５】
エンベロープ部２６は、フィルタ部２５からのエコー信号に対して、エンベロープをかける。Ｌｏｇ圧縮部２７は、エンベロープ部２６からのエコー信号をＬｏｇ圧縮して、画像信号を生成する。
【００２６】
即ち、検波部２４、フィルタ部２５、エンベロープ部２６、及びＬｏｇ圧縮部２７は、加算部２３からのエコー信号を処理して画像信号を生成する信号生成部（信号生成手段）３７を構成している。
【００２７】
第２のメモリ２８は、Ｌｏｇ圧縮部２７からの画像信号を保存する。合成部２９は、第２のメモリ２８に記憶されている画像信号と、Ｌｏｇ圧縮部２７からの画像信号に対して、それぞれ重み係数計算部３２によって算出された重み係数をかけて、これらを加算する。
【００２８】
画像処理部３０は、合成部２９からの画像信号に種々の画像処理をする。ゲイン調整部３１は、画像処理部３０からの画像信号に基づき、ゲインを調整する。重み係数計算部３２は、ゲイン調整部３１からのゲインに基づき、重み係数を算出する。
【００２９】
画像メモリ３３は、画像処理部３０からの画像信号を逐次保存する。デジタルスキャンコンバータ３４は、走査により得られた走査線信号列を、テレビジョン等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する。モニタ３５は、デジタルスキャンコンバータ３４からの画像信号を三次元（３Ｄ）の診断画像もしくは四次元（４Ｄ）の診断画像として表示する。指示スイッチ３６は、操作者による操作に基づき、重み係数計算部３２に重み係数の算出を開始させる。
【００３０】
（診断画像の生成）
本実施形態における走査シーケンスでは、走査線ごとに位相が反転した２本の超音波、即ち第１、第２の超音波が連続して送信される。第１、第２の超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不連続面で反射して、位相が反転した２本のエコー信号、即ち第１、第２の超音波に対応した第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢとなって送受信部２１に受信される。
【００３１】
なお、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢは、基本波成分とハーモニック成分の両方を含んでいるが、基本波成分に比べてハーモニック成分が非常に小さいため、基本波成分が反映されているとみなされる。
【００３２】
先に受信された第１のエコー信号（第２の成分）ＥＡは、第１のメモリ２２に保存されるとともに、加算部２３を通過して検波部２４に進む。そして、後から受信された第２のエコー信号ＥＢが加算部２３に到着したら、第１のメモリ２２に保存されている第１のエコー信号ＥＡと、加算部２３に到着した第２のエコー信号ＥＢとが加算され、第３のエコー信号（第１の成分）ＥＣが生成される。
【００３３】
ところで、前述のように、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢは、位相が反転している。したがって、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢが加算されると、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢに含まれる基本波成分が相殺され、ハーモニック成分だけが２倍に強調される。これにより、第３のエコー信号ＥＣは、生体組織からのハーモニック成分が反映されることになる。
【００３４】
第３のエコー信号ＥＣが生成されたとき、第１のエコー信号ＥＡは、既に加算部２３より先に進んでいる。そして、先行する第１のエコー信号ＥＡと、第１のエコー信号ＥＡを後行する第３のエコー信号ＥＣは、それぞれ検波部２４における検波処理、フィルタ部２５におけるフィルタ処理、エンベロープ部２６におけるエンベロープ処理、及びＬｏｇ圧縮部２７におけるＬｏｇ圧縮処理が順次なされて、第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣとなる。なお、第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣは、第１、第３のエコー信号ＥＡ、ＥＣに基づいて生成されたものであるため、それぞれ基本波成分、ハーモニック成分が反映されている。
【００３５】
Ｌｏｇ圧縮部２７から出力された第１の画像信号ＳＡは、ひとまず第２のメモリ２８に保存される。そして、遅れてＬｏｇ圧縮部２７から出力された第２の画像信号ＳＣが合成部２９に到達したら、第２のメモリ２８に保存されている第１の画像信号ＳＡに重み係数ＷＡがかけられ、合成部２９に到達した第２の画像信号ＳＣに重み係数ＷＣがかけられ、さらに、これらが加算される。これにより、第１の画像信号ＳＡと第２の画像信号ＳＣから構成される第３の画像信号ＳＤが生成される。
【００３６】
第３の画像信号ＳＤは、第１の画像信号ＳＡと第２の画像信号ＳＣとによって、
ＳＤ＝ＳＡ×ＷＡ＋ＳＣ×ＷＣ
と表現される。なお、重み係数ＷＡ、ＷＣは、重み係数計算部３２によって算出されたものであるが、その算出方法については、後に詳述することとする。
【００３７】
第３の画像信号ＳＤは、画像処理部３０で種々の画像処理が施されたのち、逐次画像メモリ３３に保存される。そして、画像メモリ３３に蓄積された第３の画像信号ＳＤは、デジタルスキャンコンバータ３４でスキャンコンバートされて、診断画像として次々とモニタ３５に表示される。なお、モニタ３５は、表示方法の選択によって、被検体の内部構造を動画的に表示することが可能である。
【００３８】
ところで、前述のように、第１の画像信号ＳＡは基本波成分を反映していて、第２の画像信号ＳＣはハーモニック成分を反映している。したがって、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分とハーモニック成分によって構成されている。
【００３９】
そして、第３の画像信号ＳＤにおける、基本波成分とハーモニック成分の寄与率は、重み係数ＷＡとＷＣの大小関係により定まる。例えば、重み係数ＷＡが大きく、重み係数ＷＣが小さい場合、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分がより反映されたもの、即ち基本波成分がより多くブレンドされたものとなる。また、重み係数ＷＡが小さく、重み係数ＷＣが大きい場合、第３の画像信号ＳＤは、ハーモニック成分がより反映されたもの、即ち基本波成分がより少なくブレンドされたものとなる。
【００４０】
図２は同実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣのグラフである。
図２に示すように、重み係数ＷＡは、浅部で小さく、深部に行くにつれて大きくなっている。逆に、重み係数ＷＣは、浅部で大きく、深部に行くにつれて小さくなっている。そして、中間部では、重み係数ＷＡとＷＣが近い値となっている。したがって、第３の画像信号ＳＤは、浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されていることになる。
【００４１】
（重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンス）
図３は同実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図３に示すように、指示スイッチ３６が押されると（ステップＳ１）、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが開始される。重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスでは、先ず送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施される（ステップＳ２）。なお、空受信とは、超音波の送信を実施することなく、受信だけを実施することである。したがって、送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施されると、超音波プローブ１０や装置本体２０に固有の内部ノイズによって１フレーム分のノイズ信号が生成されることになる。ちなみに、超音波プローブ１０や装置本体２０からのノイズ信号は、モニタ３５に白く表示されるため、ホワイトノイズと呼ばれることがある。
【００４２】
生成されたノイズ信号は、エコー信号と同様の処理がなされたのち、ゲイン調整部３１に送られ、ノイズ信号の強度が被検体の深さ方向に一定になるようなノイズゲインＧＮが算出される（ステップＳ３）。
【００４３】
次に、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施される（ステップＳ４）。ここでも、実施される送受信は、前述の走査シーケンスに従っている。したがって、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施されると、ハーモニック成分が反映された１フレーム分の第２の画像信号ＳＣが生成される。
【００４４】
生成された第２の画像信号ＳＣは、ゲイン調整部３１に送られ、第２の画像信号ＳＣの強度、即ちハーモニック成分の強度が被検体の深さ方向に一定になるようなシグナルゲインＧＣが算出される（ステップＳ５）。
【００４５】
算出されたノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣは、重み係数計算部３２に送られて、これらノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣに基づき、第１の画像信号ＳＡに関する重み係数ＷＡと、第２の画像信号ＳＣに関するＷＣとが算出される（ステップＳ６）。以上で、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが終了する。
【００４６】
重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが終了すると、算出された重み係数ＷＡ、ＷＣは、前述のように、合成部２９に送られ、それぞれ第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣにかけられる。これにより、基本波成分とハーモニック成分から構成される第３の画像信号ＳＤが生成される（ステップＳ７）。そして、生成された第３の画像信号ＳＤは、次々とモニタ３５に表示される（ステップＳ８）。
【００４７】
図４は同実施形態におけるノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣのグラフである。 図４に示すように、ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣは、ある深さで交差していて、その交差ポイントＰより深い領域では、ノイズゲインＧＮがシグナルゲインＧＣより低くなっている。これは、交差ポイントＰより深い領域におけるノイズ信号の強度が第２の画像信号ＳＣの強度より大きいことを示している。
【００４８】
したがって、診断画像のゲインがシグナルゲインＧＣに設定されると、交差ポイントＰより深い領域では、ハーモニック成分がホワイトノイズに邪魔されて鮮明に表示されない。逆に、交差ポイントＰより浅い領域では、ハーモニック成分がホワイトノイズに邪魔されることなく鮮明に表示される。
【００４９】
そこで、本実施形態では、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定にあたり、ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣの交差ポイントＰが利用される。即ち、交差ポイントＰよりも深い領域では、重み係数ＷＡが高く設定され、交差ポイントＰよりも浅い領域では、重み係数ＷＡが低く設定される。これにより、交差ポイントＰよりも深い領域では基本波成分のブレンド率が高く、交差ポイントＰよりも浅い領域では基本波成分のブレンド率が低くなる。
【００５０】
ただし、交差ポイントＰを境界にして重み係数ＷＡが急激に高まると、生成される診断画像に不連続部が形成される。そのため、実際には、交差ポイントＰより浅い領域から深い領域にわたり徐々に変化するように、基本波成分のブレンド率が設定されている。
【００５１】
なお、本実施形態における基本波成分のブレンド率は、交差ポイントＰの６０％までの深さ領域で０％、交差ポイントＰの６０％から２４０％までの深さ領域でリニアに増加して、交差ポイントＰの２４０％より深い領域で１００％となる。このようなブレンド率であれば、浅部から深部にかけて画像品質の高い診断画像が生成されることが確認されている。しかしながら、これらのブレンド率の数値は一例に過ぎず、他の数値であっても良い。
【００５２】
（ファントムによる実験結果）
図５は同実施形態における０．７［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像であって、（ａ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、（ｂ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合を示している。なお、ファントムの深部には、球形のターゲットＴが埋め込まれている。
【００５３】
図５（ａ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、ターゲットＴが描出されていない。これは、診断画像の深部における感度が低いことを示している。
【００５４】
しかしながら、図５（ｂ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合には、診断画像の深部にターゲットＴが描出されている。これは、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動したことによって、診断画像の深部における感度が高くなったことを示している。
【００５５】
図６は同実施形態における０．３［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像であって、（ａ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、（ｂ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合を示している。なお、ファントムの深部には、球形のターゲットＴが埋め込まれている。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、診断画像の深部にはターゲットＴが描出されている。これは、診断画像の深部における感度が十分に高いことを示している。
【００５７】
そして、図６（ｂ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合にも、診断画像の深部にはターゲットＴが描出されている。これは、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しても、診断画像の深部において元から十分な感度がある場合には、感度が高いまま維持されることを示している。
【００５８】
以上の実験によって、本実施形態における超音波診断装置では、被検体や部位ごとに減衰率の違いがあっても、それぞれの減衰率に最適な重み係数ＷＡ、ＷＣが設定されることが実証された。
【００５９】
（本実施形態による作用）
本実施形態において、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分が反映された第１の画像信号ＳＡに重み係数ＷＡをかけ、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣに重み係数ＷＣをかけ、これらを加算することにより生成されている。そして、第１の画像信号ＳＡの重み係数ＷＡは、被検体の浅部で大きく、かつ深部で小さくなるように設定され、第２の画像信号ＳＣの重み係数ＷＣは、被検体の浅部で小さく、かつ深部で大きくなるように設定されている。
【００６０】
これにより、第３の画像信号ＳＤに基づいて生成される診断画像は、被検体の浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されたものとなる。そのため、被検体の深部でも超音波画像の感度が不足することがなく、画像全体に亘って診断に十分な感度が得られることになる。
【００６１】
しかも、重み係数ＷＡ、ＷＣは、ホワイトノイズが反映されたノイズ信号から生成されたノイズゲインＧＮと、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣから生成されたシグナルゲインＧＣとに基づいて自動で算出されている。
【００６２】
そのため、被検体ごとに周波数依存減衰の減衰率に違いがあっても、あるいは被検体の部位ごとに周波数依存減衰の減衰率に違いがあっても、被検体や部位に最適な重み係数ＷＡ、ＷＣが確実に設定されるから、被検体や部位の違いに影響を受けることなく、高い画像品質の診断画像が得られる。
【００６３】
また、被検体の浅部は、ハーモニック成分に基づいて画像化されているから、基本波成分だけを利用して画像化される場合に比べて、アーチファクトの発生が飛躍的に抑制される。
【００６４】
前述のように、本実施形態における超音波診断装置によれば、アーチファクトが少なく、深部においても十分な感度が得られ、被検体や部位の違いによらず、常に高い画像品質の診断画像が得られる。
【００６５】
さらに、本実施形態において、装置本体２０は、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスを開始させる指示スイッチ３６を具備している。そのため、極めて簡単に診断画像の画像品質を切り替えられるから、操作者の作業負担が低減する。
【００６６】
なお、本実施形態において、基本波成分が反映された第１のエコー信号ＥＡとハーモニック成分が反映された第３のエコー信号ＥＣとを取得するために、加算部２３による加算処理が利用されている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、送受信部２１によって受信されたエコー信号から基本波成分が反映された第１のエコー信号ＥＡとハーモニック成分が反映された第３のエコー信号ＥＣが取得されるのであれば、その手法は全く限定されるものではなく、例えば、加算部２３の代わりに、送受信部２１によって受信されたエコー信号から基本波成分だけを通過させる第１のフィルタとハーモニック成分だけを通過させる第２のフィルタとが利用されても良い。
【００６７】
（第２の実施形態）
次に、図７を用いて第２の実施形態について説明する。
図７は本発明の第２の実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態における診断画像の生成工程は、第１の実施形態における表示シーケンスのステップＳ７とステップＳ８の中間に、二点鎖線で示すように、ステップＳ９〜ステップ１３が追加されている。
【００６８】
即ち、第３の画像信号ＳＤが生成されたら（ステップＳ７）、送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施され（ステップＳ９）、ホワイトノイズが反映された１フレーム分のノイズ信号が生成される。そして、生成されたノイズ信号は、ゲイン調整部３１に送られ、ノイズゲインＧＮが算出される（ステップＳ１０）。
【００６９】
次に、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施され（ステップＳ１１）、１フレーム分の第３の画像信号ＳＤが生成される。そして、生成された第３の画像信号ＳＤは、ゲイン調整部３１に送られ、シグナルゲイン（第３のゲイン）ＧＤが算出される（ステップＳ１２）。
【００７０】
なお、第１の実施形態では、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣに基づいて、シグナルゲインＧＣ算出されていたのに対し、本実施形態では、ハーモニック成分と基本波成分から構成された第３の画像信号ＳＤに基づいて、シグナルゲインＧＤが算出されていることに注意されたい。
【００７１】
ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＤが算出されたら、これらノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＤに基づき、診断画像の表示に最適な表示ゲインＧが設定される（ステップＳ１３）。
【００７２】
即ち、本実施形態における診断画像の生成工程では、第３の画像信号ＳＤがモニタ３５に表示されるまえに、ゲイン調整部３１によって診断画像の表示に最適な表示ゲインＧが設定される。換言すれば、本実施形態では、ハーモニック成分に基本波成分がブレンドされたあとで、表示ゲインＧが最適化される。そのため、モニタ３５に表示される診断画像は、ホワイトノイズが描出されない、非常に鮮明なものとなる。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、図８を用いて第３の実施形態について説明する。
図８は本発明の第３の実施形態におけるテーブルの概念図である。
本実施形態において、装置本体２０に搭載されたメモリ（図示しない）は、図８に示すようなテーブルを保存している。テーブルは、交差ポイントＰの深さと、それぞれの深さに最適な送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジとを対応づけるものである。
【００７４】
超音波診断の最中に交差ポイントＰが検出されると、メモリに記憶されているテーブルが参照され、交差ポイントＰの深さに最適な送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジが選択される。そのため、被検体や部位に最適な条件下で超音波診断が実施されるから、モニタ３５に表示される診断画像の画像品質は、非常に高いものとなる。
【００７５】
なお、本実施形態において、交差ポイントＰに対応づけられる条件は、送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジである。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、受信フィルタ特性、送信音圧、ポストプロセスカーブ、送信音圧、表示幅、表示周波数、送信ビーム数、受信ビーム数、同時受信ビーム数、画像処理係数、送信波形、送信波数などを含んでいても良い。
【００７６】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
２１…送受信部（送受信手段）、２３…加算部（成分抽出手段）、２９…合成部（信号合成手段）、３１…ゲイン調整部（ゲイン算出手段）、３２…重み係数計算部（重み係数算出手段）、３５…モニタ（表示手段）、３６…指示スイッチ（指示手段）、３７…信号生成部（信号生成手段）、ＷＡ…重み係数（第１の重み係数）、ＷＣ…重み係数（第２の重み係数）、ＥＡ…第１のエコー信号（第２の成分）、ＥＢ…第２のエコー信号、ＥＣ…第３のエコー信号（第１の成分）、ＧＮ…ノイズゲイン（第２のゲイン）、ＧＣ…シグナルゲイン（第１のゲイン）、ＧＤ…シグナルゲイン（第３のゲイン）、Ｇ…表示ゲイン、ＳＡ…第１の画像信号、ＳＣ…第２の画像信号、ＳＤ…第３の画像信号。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織内における超音波の非線形伝搬に由来するハーモニック成分を抽出して、当該生体組織の断層構造を映像化する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波診断では、生体組織からのエコー信号に含まれる基本波成分を利用して、当該生体組織の断層構造を映像化する手法がしばしば使用されていた。しかしながら、エコー信号の基本波成分を利用した手法は、アーチファクト（虚像）が発生することが多く、診断画像の画像品質が低下するという問題があった。
【０００３】
そこで近年、生体組織内における超音波の伝搬速度に非線形性があることを利用して、生体組織の断層構造を映像化する、いわゆる組織非線形音響イメージング（Tissue Harmonic Imaging）が使用されるようになった。
【０００４】
組織非線形音響イメージングは、生体組織からのエコー信号に含まれるハーモニック成分の２次高調波だけを利用して、生体組織の断層構造を映像化する手法であって、アーチファクトが低減された、抜けの良い高コントラスト画像が得られるという特徴がある。
【０００５】
これにより、現在の超音波診断では、従来よりも画像品質が高い診断画像が得られるようになり、超音波診断における診断能が向上してきた。
【０００６】
ハーモニック成分だけを抽出する方法として、いわゆるパルスサブストラクション（ＰＳ）法が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。このパルスサブストラクション法では、複数の走査線それぞれに対して、位相が反転した２種類の超音波を低音圧で送信して、これら２種類に対応する２つのエコー信号を受信する。そして、これらのエコー信号を加算して基本波成分を除去することで、生体組織からのハーモニクス成分のみを抽出する。
【０００７】
また、組織非線形音響イメージングでは、生体組織からのエコー信号に含まれるハーモニクス成分の差音成分だけを利用して、生体組織の断層構造を映像化することもある（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００８】
また、生体組織の断層構造を映像化する手法ではないが、超音波診断で使用される造影剤バブルが非常にデリケートであることを利用して、血流動態を映像化する手法も使用されるようになっている。
【０００９】
造影剤バブルからのエコー成分だけを抽出する方法として、いわゆるレートサブストラクション（ＲＳ）法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。このレートサブストラクション法では、複数の走査線それぞれに対して、同じ超音波を高音圧で２回送信して、これら２回の送信に対応した２つのエコー信号を受信する。そして、これら２つのエコー信号を差分して重複成分を除去することで、消失した造影剤バブルからのエコー成分を抽出する。
【００１０】
すなわち、超音波診断で使用される造影剤バブルは非常にデリケートであるため、超音波が照射されると、その多くが瞬時に破壊される。そのため、２回目の超音波の送信によって得られるエコー信号は、１回目の超音波の送信によって得られるエコー信号よりも小さくなる。しかしながら、生体組織からのエコー信号は大きく変化することがない。したがって、これら２つのエコー信号から得られる差分信号には、消失した造影剤バブルからのエコー信号が反映される。これにより、レートサブストラクション法を使用すれば、生体組織からのエコー信号が除去されて、血流動態のみの映像化が可能となる。
【００１１】
また、従来の超音波診断では、超音波診断装置固有の内部ノイズが診断画像に白く表示される、いわゆるホワイトノイズが発生することがある。ホワイトノイズが発生すると、信号雑音比（ＳＮ比）が低下して、診断画像の画像品質が低下するという問題がある。
【００１２】
そこで近年、生体組織からのエコー信号とホワイトノイズに基づき、自動でゲインを最適化して、診断画像の画像品質を向上させる技術が提案された（例えば、特許文献３を参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】阿比留巌、鎌倉友男著「超音波パルスの非線形伝搬」信学技法、ＵＳ８９−２３、Ｐ５３
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２９８６２０号
【特許文献２】特開平８−３３６５２７号
【特許文献３】米国特許第６３９８７３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、組織非線形音響イメージングは、エコー信号に含まれる基本波成分から生体組織の断層構造を映像化する手法に比べて、超音波画像の深部において感度が不足することがある。これは、超音波が生体組織内を伝搬するときに、その距離や周波数に応じて、いわゆる周波数依存減衰が生じるからである。
【００１６】
そこで近年、本出願の出願人によって、基本波成分とハーモニック成分とを合成して、超音波画像の感度を画像全体にわたり均一する新たな手法が提案された。しかしながら、周波数依存減衰の減衰率が被検体や部位ごとに違っているにも関わらず、本手法では、あらかじめ決定された重み係数が使用されている。そのため、重み係数が被検体や部位にマッチせず、画像品質の高い診断画像が得られないことがある。
【００１７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アーチファクトが少なく、しかも深部においても感度が不足することがなく、さらに被検体や部位の違いによらず、常に高い画像品質の診断画像が得られる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して被検体内部を超音波で走査するものであって、複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波を順番に送信して、前記走査線ごとに前記第１、第２の超音波にそれぞれ対応する第１、第２のエコー信号を受信する送受信手段と、前記第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する成分抽出手段と、前記ハーモニック成分に基づいて第１の画像信号を生成するとともに、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号との一方に基づいて前記ハーモニック成分と基本波成分とを含む第２の画像信号を生成する画像生成手段と、前記第１の画像信号に対して前記第２の画像信号を合成することにより第３の画像信号を発生するものであって、第１の深さより浅い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロに設定し、前記第１の深さから前記第１の深さより深い第２の深さまでの範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロから１まで変化させ、前記第２の深さより深い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みを１に設定する信号合成手段と、前記第３の画像信号に基づき画像を表示する表示手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態における超音波診断装置のブロック図。
【図２】同実施形態における重み係数のグラフ。
【図３】同実施形態における重み係数の設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャート。
【図４】同実施形態におけるノイズゲインとシグナルゲインのグラフ。
【図５】同実施形態における０．７［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像。
【図６】同実施形態における０．３［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像。
【図７】本発明の第２の実施形態における重み係数の設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャート。
【図８】本発明の第３の実施形態におけるテーブルの概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、第１の実施形態〜第３の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
先ず、図１〜図６を用いて第１の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態における超音波診断装置のブロック図である。
図１に示すように、本実施形態における超音波診断装置は、超音波プローブ１０と装置本体２０とから構成されている。
【００２１】
超音波プローブ１０は、装置本体２０に着脱可能に接続されていて、その先端には、いわゆる２Ｄアレイ振動子が設けられている。したがって、本実施形態における超音波プローブ１０では、３次元的な超音波の送受信が可能である。
【００２２】
装置本体２０は、送受信部（送受信手段）２１、第１のメモリ２２、加算部（成分抽出手段）２３、検波部２４、フィルタ部２５、エンベロープ部２６、Ｌｏｇ圧縮部２７、第２のメモリ２８、合成部（信号合成手段）２９、画像処理部３０、ゲイン調整部（ゲイン算出手段）３１、重み係数計算部（重み係数算出手段）３２、画像メモリ３３、デジタルスキャンコンバータ３４、モニタ（表示手段）３５、及び指示スイッチ（指示手段）３６を具備している。
【００２３】
送受信部２１は、超音波を送信するための送信部と、生体組織からのエコー信号を受信するための受信部とから構成される。第１のメモリ２２は、送受信部２１からのエコー信号を保存する。加算部２３は、送受信部２１からエコー信号が入力されたときに、当該エコー信号と第１のメモリ２２に保存されている別のエコー信号とを加算する。
【００２４】
検波部２４は、加算部２３からのエコー信号を、当該エコー信号に応じた周波数で検波処理する。フィルタ部２５は、検波部２４からのエコー信号に対して、検波処理に応じた周波数フィルタをかけ、必要な周波数成分だけを抽出する。
【００２５】
エンベロープ部２６は、フィルタ部２５からのエコー信号に対して、エンベロープをかける。Ｌｏｇ圧縮部２７は、エンベロープ部２６からのエコー信号をＬｏｇ圧縮して、画像信号を生成する。
【００２６】
即ち、検波部２４、フィルタ部２５、エンベロープ部２６、及びＬｏｇ圧縮部２７は、加算部２３からのエコー信号を処理して画像信号を生成する信号生成部（信号生成手段）３７を構成している。
【００２７】
第２のメモリ２８は、Ｌｏｇ圧縮部２７からの画像信号を保存する。合成部２９は、第２のメモリ２８に記憶されている画像信号と、Ｌｏｇ圧縮部２７からの画像信号に対して、それぞれ重み係数計算部３２によって算出された重み係数をかけて、これらを加算する。
【００２８】
画像処理部３０は、合成部２９からの画像信号に種々の画像処理をする。ゲイン調整部３１は、画像処理部３０からの画像信号に基づき、ゲインを調整する。重み係数計算部３２は、ゲイン調整部３１からのゲインに基づき、重み係数を算出する。
【００２９】
画像メモリ３３は、画像処理部３０からの画像信号を逐次保存する。デジタルスキャンコンバータ３４は、走査により得られた走査線信号列を、テレビジョン等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する。モニタ３５は、デジタルスキャンコンバータ３４からの画像信号を三次元（３Ｄ）の診断画像もしくは四次元（４Ｄ）の診断画像として表示する。指示スイッチ３６は、操作者による操作に基づき、重み係数計算部３２に重み係数の算出を開始させる。
【００３０】
（診断画像の生成）
本実施形態における走査シーケンスでは、走査線ごとに位相が反転した２本の超音波、即ち第１、第２の超音波が連続して送信される。第１、第２の超音波は、被検体内における音響インピーダンスの不連続面で反射して、位相が反転した２本のエコー信号、即ち第１、第２の超音波に対応した第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢとなって送受信部２１に受信される。
【００３１】
なお、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢは、基本波成分とハーモニック成分の両方を含んでいるが、基本波成分に比べてハーモニック成分が非常に小さいため、基本波成分が反映されているとみなされる。
【００３２】
先に受信された第１のエコー信号（第２の成分）ＥＡは、第１のメモリ２２に保存されるとともに、加算部２３を通過して検波部２４に進む。そして、後から受信された第２のエコー信号ＥＢが加算部２３に到着したら、第１のメモリ２２に保存されている第１のエコー信号ＥＡと、加算部２３に到着した第２のエコー信号ＥＢとが加算され、第３のエコー信号（第１の成分）ＥＣが生成される。
【００３３】
ところで、前述のように、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢは、位相が反転している。したがって、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢが加算されると、第１、第２のエコー信号ＥＡ、ＥＢに含まれる基本波成分が相殺され、ハーモニック成分だけが２倍に強調される。これにより、第３のエコー信号ＥＣは、生体組織からのハーモニック成分が反映されることになる。
【００３４】
第３のエコー信号ＥＣが生成されたとき、第１のエコー信号ＥＡは、既に加算部２３より先に進んでいる。そして、先行する第１のエコー信号ＥＡと、第１のエコー信号ＥＡを後行する第３のエコー信号ＥＣは、それぞれ検波部２４における検波処理、フィルタ部２５におけるフィルタ処理、エンベロープ部２６におけるエンベロープ処理、及びＬｏｇ圧縮部２７におけるＬｏｇ圧縮処理が順次なされて、第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣとなる。なお、第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣは、第１、第３のエコー信号ＥＡ、ＥＣに基づいて生成されたものであるため、それぞれ基本波成分、ハーモニック成分が反映されている。
【００３５】
Ｌｏｇ圧縮部２７から出力された第１の画像信号ＳＡは、ひとまず第２のメモリ２８に保存される。そして、遅れてＬｏｇ圧縮部２７から出力された第２の画像信号ＳＣが合成部２９に到達したら、第２のメモリ２８に保存されている第１の画像信号ＳＡに重み係数ＷＡがかけられ、合成部２９に到達した第２の画像信号ＳＣに重み係数ＷＣがかけられ、さらに、これらが加算される。これにより、第１の画像信号ＳＡと第２の画像信号ＳＣから構成される第３の画像信号ＳＤが生成される。
【００３６】
第３の画像信号ＳＤは、第１の画像信号ＳＡと第２の画像信号ＳＣとによって、
ＳＤ＝ＳＡ×ＷＡ＋ＳＣ×ＷＣ
と表現される。なお、重み係数ＷＡ、ＷＣは、重み係数計算部３２によって算出されたものであるが、その算出方法については、後に詳述することとする。
【００３７】
第３の画像信号ＳＤは、画像処理部３０で種々の画像処理が施されたのち、逐次画像メモリ３３に保存される。そして、画像メモリ３３に蓄積された第３の画像信号ＳＤは、デジタルスキャンコンバータ３４でスキャンコンバートされて、診断画像として次々とモニタ３５に表示される。なお、モニタ３５は、表示方法の選択によって、被検体の内部構造を動画的に表示することが可能である。
【００３８】
ところで、前述のように、第１の画像信号ＳＡは基本波成分を反映していて、第２の画像信号ＳＣはハーモニック成分を反映している。したがって、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分とハーモニック成分によって構成されている。
【００３９】
そして、第３の画像信号ＳＤにおける、基本波成分とハーモニック成分の寄与率は、重み係数ＷＡとＷＣの大小関係により定まる。例えば、重み係数ＷＡが大きく、重み係数ＷＣが小さい場合、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分がより反映されたもの、即ち基本波成分がより多くブレンドされたものとなる。また、重み係数ＷＡが小さく、重み係数ＷＣが大きい場合、第３の画像信号ＳＤは、ハーモニック成分がより反映されたもの、即ち基本波成分がより少なくブレンドされたものとなる。
【００４０】
図２は同実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣのグラフである。
図２に示すように、重み係数ＷＡは、浅部で小さく、深部に行くにつれて大きくなっている。逆に、重み係数ＷＣは、浅部で大きく、深部に行くにつれて小さくなっている。そして、中間部では、重み係数ＷＡとＷＣが近い値となっている。したがって、第３の画像信号ＳＤは、浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されていることになる。
【００４１】
（重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンス）
図３は同実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図３に示すように、指示スイッチ３６が押されると（ステップＳ１）、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが開始される。重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスでは、先ず送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施される（ステップＳ２）。なお、空受信とは、超音波の送信を実施することなく、受信だけを実施することである。したがって、送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施されると、超音波プローブ１０や装置本体２０に固有の内部ノイズによって１フレーム分のノイズ信号が生成されることになる。ちなみに、超音波プローブ１０や装置本体２０からのノイズ信号は、モニタ３５に白く表示されるため、ホワイトノイズと呼ばれることがある。
【００４２】
生成されたノイズ信号は、エコー信号と同様の処理がなされたのち、ゲイン調整部３１に送られ、ノイズ信号の強度が被検体の深さ方向に一定になるようなノイズゲインＧＮが算出される（ステップＳ３）。
【００４３】
次に、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施される（ステップＳ４）。ここでも、実施される送受信は、前述の走査シーケンスに従っている。したがって、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施されると、ハーモニック成分が反映された１フレーム分の第２の画像信号ＳＣが生成される。
【００４４】
生成された第２の画像信号ＳＣは、ゲイン調整部３１に送られ、第２の画像信号ＳＣの強度、即ちハーモニック成分の強度が被検体の深さ方向に一定になるようなシグナルゲインＧＣが算出される（ステップＳ５）。
【００４５】
算出されたノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣは、重み係数計算部３２に送られて、これらノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣに基づき、第１の画像信号ＳＡに関する重み係数ＷＡと、第２の画像信号ＳＣに関するＷＣとが算出される（ステップＳ６）。以上で、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが終了する。
【００４６】
重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが終了すると、算出された重み係数ＷＡ、ＷＣは、前述のように、合成部２９に送られ、それぞれ第１、第２の画像信号ＳＡ、ＳＣにかけられる。これにより、基本波成分とハーモニック成分から構成される第３の画像信号ＳＤが生成される（ステップＳ７）。そして、生成された第３の画像信号ＳＤは、次々とモニタ３５に表示される（ステップＳ８）。
【００４７】
図４は同実施形態におけるノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣのグラフである。 図４に示すように、ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣは、ある深さで交差していて、その交差ポイントＰより深い領域では、ノイズゲインＧＮがシグナルゲインＧＣより低くなっている。これは、交差ポイントＰより深い領域におけるノイズ信号の強度が第２の画像信号ＳＣの強度より大きいことを示している。
【００４８】
したがって、診断画像のゲインがシグナルゲインＧＣに設定されると、交差ポイントＰより深い領域では、ハーモニック成分がホワイトノイズに邪魔されて鮮明に表示されない。逆に、交差ポイントＰより浅い領域では、ハーモニック成分がホワイトノイズに邪魔されることなく鮮明に表示される。
【００４９】
そこで、本実施形態では、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定にあたり、ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＣの交差ポイントＰが利用される。即ち、交差ポイントＰよりも深い領域では、重み係数ＷＡが高く設定され、交差ポイントＰよりも浅い領域では、重み係数ＷＡが低く設定される。これにより、交差ポイントＰよりも深い領域では基本波成分のブレンド率が高く、交差ポイントＰよりも浅い領域では基本波成分のブレンド率が低くなる。
【００５０】
ただし、交差ポイントＰを境界にして重み係数ＷＡが急激に高まると、生成される診断画像に不連続部が形成される。そのため、実際には、交差ポイントＰより浅い領域から深い領域にわたり徐々に変化するように、基本波成分のブレンド率が設定されている。
【００５１】
なお、本実施形態における基本波成分のブレンド率は、交差ポイントＰの６０％までの深さ領域で０％、交差ポイントＰの６０％から２４０％までの深さ領域でリニアに増加して、交差ポイントＰの２４０％より深い領域で１００％となる。このようなブレンド率であれば、浅部から深部にかけて画像品質の高い診断画像が生成されることが確認されている。しかしながら、これらのブレンド率の数値は一例に過ぎず、他の数値であっても良い。
【００５２】
（ファントムによる実験結果）
図５は同実施形態における０．７［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像であって、（ａ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、（ｂ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合を示している。なお、ファントムの深部には、球形のターゲットＴが埋め込まれている。
【００５３】
図５（ａ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、ターゲットＴが描出されていない。これは、診断画像の深部における感度が低いことを示している。
【００５４】
しかしながら、図５（ｂ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合には、診断画像の深部にターゲットＴが描出されている。これは、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動したことによって、診断画像の深部における感度が高くなったことを示している。
【００５５】
図６は同実施形態における０．３［ｄＢ／ＭＨｚ・ｃｍ］の減衰率を有するファントムの診断画像であって、（ａ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、（ｂ）は重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合を示している。なお、ファントムの深部には、球形のターゲットＴが埋め込まれている。
【００５６】
図６（ａ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動していない場合、診断画像の深部にはターゲットＴが描出されている。これは、診断画像の深部における感度が十分に高いことを示している。
【００５７】
そして、図６（ｂ）に示すように、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動している場合にも、診断画像の深部にはターゲットＴが描出されている。これは、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しても、診断画像の深部において元から十分な感度がある場合には、感度が高いまま維持されることを示している。
【００５８】
以上の実験によって、本実施形態における超音波診断装置では、被検体や部位ごとに減衰率の違いがあっても、それぞれの減衰率に最適な重み係数ＷＡ、ＷＣが設定されることが実証された。
【００５９】
（本実施形態による作用）
本実施形態において、第３の画像信号ＳＤは、基本波成分が反映された第１の画像信号ＳＡに重み係数ＷＡをかけ、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣに重み係数ＷＣをかけ、これらを加算することにより生成されている。そして、第１の画像信号ＳＡの重み係数ＷＡは、被検体の浅部で大きく、かつ深部で小さくなるように設定され、第２の画像信号ＳＣの重み係数ＷＣは、被検体の浅部で小さく、かつ深部で大きくなるように設定されている。
【００６０】
これにより、第３の画像信号ＳＤに基づいて生成される診断画像は、被検体の浅部でハーモニック成分がより反映され、深部で基本波成分がより反映されたものとなる。そのため、被検体の深部でも超音波画像の感度が不足することがなく、画像全体に亘って診断に十分な感度が得られることになる。
【００６１】
しかも、重み係数ＷＡ、ＷＣは、ホワイトノイズが反映されたノイズ信号から生成されたノイズゲインＧＮと、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣから生成されたシグナルゲインＧＣとに基づいて自動で算出されている。
【００６２】
そのため、被検体ごとに周波数依存減衰の減衰率に違いがあっても、あるいは被検体の部位ごとに周波数依存減衰の減衰率に違いがあっても、被検体や部位に最適な重み係数ＷＡ、ＷＣが確実に設定されるから、被検体や部位の違いに影響を受けることなく、高い画像品質の診断画像が得られる。
【００６３】
また、被検体の浅部は、ハーモニック成分に基づいて画像化されているから、基本波成分だけを利用して画像化される場合に比べて、アーチファクトの発生が飛躍的に抑制される。
【００６４】
前述のように、本実施形態における超音波診断装置によれば、アーチファクトが少なく、深部においても十分な感度が得られ、被検体や部位の違いによらず、常に高い画像品質の診断画像が得られる。
【００６５】
さらに、本実施形態において、装置本体２０は、重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスを開始させる指示スイッチ３６を具備している。そのため、極めて簡単に診断画像の画像品質を切り替えられるから、操作者の作業負担が低減する。
【００６６】
なお、本実施形態において、基本波成分が反映された第１のエコー信号ＥＡとハーモニック成分が反映された第３のエコー信号ＥＣとを取得するために、加算部２３による加算処理が利用されている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、送受信部２１によって受信されたエコー信号から基本波成分が反映された第１のエコー信号ＥＡとハーモニック成分が反映された第３のエコー信号ＥＣが取得されるのであれば、その手法は全く限定されるものではなく、例えば、加算部２３の代わりに、送受信部２１によって受信されたエコー信号から基本波成分だけを通過させる第１のフィルタとハーモニック成分だけを通過させる第２のフィルタとが利用されても良い。
【００６７】
（第２の実施形態）
次に、図７を用いて第２の実施形態について説明する。
図７は本発明の第２の実施形態における重み係数ＷＡ、ＷＣの設定シーケンスが作動しているときの診断画像の生成工程に関するフローチャートである。
図７に示すように、本実施形態における診断画像の生成工程は、第１の実施形態における表示シーケンスのステップＳ７とステップＳ８の中間に、二点鎖線で示すように、ステップＳ９〜ステップ１３が追加されている。
【００６８】
即ち、第３の画像信号ＳＤが生成されたら（ステップＳ７）、送受信部２１によって１フレーム分の空受信が実施され（ステップＳ９）、ホワイトノイズが反映された１フレーム分のノイズ信号が生成される。そして、生成されたノイズ信号は、ゲイン調整部３１に送られ、ノイズゲインＧＮが算出される（ステップＳ１０）。
【００６９】
次に、送受信部２１によって被検体に１フレーム分の送受信が実施され（ステップＳ１１）、１フレーム分の第３の画像信号ＳＤが生成される。そして、生成された第３の画像信号ＳＤは、ゲイン調整部３１に送られ、シグナルゲイン（第３のゲイン）ＧＤが算出される（ステップＳ１２）。
【００７０】
なお、第１の実施形態では、ハーモニック成分が反映された第２の画像信号ＳＣに基づいて、シグナルゲインＧＣ算出されていたのに対し、本実施形態では、ハーモニック成分と基本波成分から構成された第３の画像信号ＳＤに基づいて、シグナルゲインＧＤが算出されていることに注意されたい。
【００７１】
ノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＤが算出されたら、これらノイズゲインＧＮとシグナルゲインＧＤに基づき、診断画像の表示に最適な表示ゲインＧが設定される（ステップＳ１３）。
【００７２】
即ち、本実施形態における診断画像の生成工程では、第３の画像信号ＳＤがモニタ３５に表示されるまえに、ゲイン調整部３１によって診断画像の表示に最適な表示ゲインＧが設定される。換言すれば、本実施形態では、ハーモニック成分に基本波成分がブレンドされたあとで、表示ゲインＧが最適化される。そのため、モニタ３５に表示される診断画像は、ホワイトノイズが描出されない、非常に鮮明なものとなる。
【００７３】
（第３の実施形態）
次に、図８を用いて第３の実施形態について説明する。
図８は本発明の第３の実施形態におけるテーブルの概念図である。
本実施形態において、装置本体２０に搭載されたメモリ（図示しない）は、図８に示すようなテーブルを保存している。テーブルは、交差ポイントＰの深さと、それぞれの深さに最適な送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジとを対応づけるものである。
【００７４】
超音波診断の最中に交差ポイントＰが検出されると、メモリに記憶されているテーブルが参照され、交差ポイントＰの深さに最適な送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジが選択される。そのため、被検体や部位に最適な条件下で超音波診断が実施されるから、モニタ３５に表示される診断画像の画像品質は、非常に高いものとなる。
【００７５】
なお、本実施形態において、交差ポイントＰに対応づけられる条件は、送信周波数、受信周波数、表示深さ、ダイナミックレンジである。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、受信フィルタ特性、送信音圧、ポストプロセスカーブ、送信音圧、表示幅、表示周波数、送信ビーム数、受信ビーム数、同時受信ビーム数、画像処理係数、送信波形、送信波数などを含んでいても良い。
【００７６】
本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
２１…送受信部（送受信手段）、２３…加算部（成分抽出手段）、２９…合成部（信号合成手段）、３１…ゲイン調整部（ゲイン算出手段）、３２…重み係数計算部（重み係数算出手段）、３５…モニタ（表示手段）、３６…指示スイッチ（指示手段）、３７…信号生成部（信号生成手段）、ＷＡ…重み係数（第１の重み係数）、ＷＣ…重み係数（第２の重み係数）、ＥＡ…第１のエコー信号（第２の成分）、ＥＢ…第２のエコー信号、ＥＣ…第３のエコー信号（第１の成分）、ＧＮ…ノイズゲイン（第２のゲイン）、ＧＣ…シグナルゲイン（第１のゲイン）、ＧＤ…シグナルゲイン（第３のゲイン）、Ｇ…表示ゲイン、ＳＡ…第１の画像信号、ＳＣ…第２の画像信号、ＳＤ…第３の画像信号。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して被検体内部を超音波で走査するものであって、複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波を順番に送信して、前記走査線ごとに前記第１、第２の超音波にそれぞれ対応する第１、第２のエコー信号を受信する送受信手段と、
前記第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する成分抽出手段と、
前記ハーモニック成分に基づいて第１の画像信号を生成するとともに、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号との一方に基づいて前記ハーモニック成分と基本波成分とを含む第２の画像信号を生成する画像生成手段と、
前記第１の画像信号に対して前記第２の画像信号を合成することにより第３の画像信号を発生するものであって、第１の深さより浅い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロに設定し、前記第１の深さから前記第１の深さより深い第２の深さまでの範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロから１まで変化させ、前記第２の深さより深い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みを１に設定する信号合成手段と、
前記第３の画像信号に基づき画像を表示する表示手段とを具備していることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、前記第１のエコー信号に基づいて前記第２の画像信号を生成することを特徴とする請求項１に記載された超音波診断装置。
【請求項３】
前記表示手段は、前記画像を３Ｄ映像もしくは４Ｄ映像として表示することを特徴とする請求項１に記載された超音波診断装置。
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して被検体内部を超音波で走査するものであって、複数の走査線それぞれに位相が反転した第１、第２の超音波を順番に送信して、前記走査線ごとに前記第１、第２の超音波にそれぞれ対応する第１、第２のエコー信号を受信する送受信手段と、
前記第１、第２のエコー信号の加算によりハーモニック成分を抽出する成分抽出手段と、
前記ハーモニック成分に基づいて第１の画像信号を生成するとともに、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号との一方に基づいて前記ハーモニック成分と基本波成分とを含む第２の画像信号を生成する画像生成手段と、
前記第１の画像信号に対して前記第２の画像信号を合成することにより第３の画像信号を発生するものであって、第１の深さより浅い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロに設定し、前記第１の深さから前記第１の深さより深い第２の深さまでの範囲においては前記第２の画像信号に対する重みをゼロから１まで変化させ、前記第２の深さより深い範囲においては前記第２の画像信号に対する重みを１に設定する信号合成手段と、
前記第３の画像信号に基づき画像を表示する表示手段とを具備していることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、前記第１のエコー信号に基づいて前記第２の画像信号を生成することを特徴とする請求項１に記載された超音波診断装置。
【請求項３】
前記表示手段は、前記画像を３Ｄ映像もしくは４Ｄ映像として表示することを特徴とする請求項１に記載された超音波診断装置。
【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２０１２−６６１４５（Ｐ２０１２−６６１４５Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４３９６（Ｐ２０１２−４３９６）
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【分割の表示】特願２００６−６５４２５（Ｐ２００６−６５４２５）の分割
【原出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【分割の表示】特願２００６−６５４２５（Ｐ２００６−６５４２５）の分割
【原出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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