JP2005080869A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射率の大きい境界よりも深部に位置する領域の画像の画質を向上させることが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】 この超音波診断装置は、被検体に超音波ビームを送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を生成する超音波送受信手段１０と、補正制御信号に従って、被検体内において超音波信号が反射される位置による検出信号の強度変化を補正する信号処理手段２０と、検出信号に基づいて、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するように補正制御信号を生成する補正制御手段２１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる画像データを生成する超音波診断装置に関する。

医療用に用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有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（プローブ）が用いられる。このような超音波探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信することにより、超音波エコーの強度に基づいて被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体の２次元又は３次元領域における超音波画像が再現される。

超音波トランスデューサから送信される超音波の強度は、被検体における超音波のエネルギー吸収や超音波ビームの屈折及び散乱等の影響によって、被検体内部の深度に伴って低下する。従って、超音波トランスデューサにおいて受信される超音波エコーの強度は、反射位置の深度に伴って減衰する。このような超音波エコーの強度の減衰を補正するために、超音波の送信から超音波エコーの受信までに要する時間（反射位置の深度に対応している）に応じて、受信回路における増幅器のゲインを変化させる手法が、従来から用いられている。このような手法は、ＳＴＣ（sensitivity time control：センシティビティ・タイム・コントロール）、又は、ＴＧＣ（time gain compensation：タイム・ゲイン・コンペンセーション）と呼ばれている。

しかしながら、反射率の大きい境界がある場合には、その境界において反射した超音波エコーの強度が極端に大きくなるので、ＳＴＣによって生成された超音波画像における境界は高輝度で表示され、その境界付近における画像の視認性が低下してしまう。特に、図７に示すように、人体に超音波トランスデューサアレイから超音波ビームを送信することによって得られる超音波画像においては、図８に示すように、筋肉等の軟部組織と骨等の硬部組織との境界において反射する超音波エコーの振幅が極端に大きくなるので、例えば筋肉と骨との境界が高輝度で表示される。一方、骨の内部や後方からの超音波エコーは弱いので、筋肉と骨との境界よりも深部に位置する骨の内部や後方の画像を視認することが極めて困難である。

関連する技術として、下記の特許文献１には、受信アナログ系回路のゲイン又はＴＧＣゲインを適正に保つように自動制御する超音波診断装置の制御方法及びその制御方法を実施する機能を備えた超音波診断装置について述べられている。

この制御方法によれば、画像を複数の部分領域に分割し、各部分領域に対応するフレームデータの代表値に基づいて、各部分領域におけるゲインを自動的に調節することができる。しかしながら、特許文献１は、超音波画像の全体的な画質向上を図ったものであり、反射率の大きい境界よりも深部に位置する領域の画像の画質向上を図るものではない。

また、下記の特許文献２には、超音波プローブ、診断部位、被検体等の状態が変化した場合においても、的確なＳＴＣ補正を自動的に行うことができ、常に最適な断層画像が得られる超音波診断装置について述べられている。

この超音波診断装置によれば、利得制御回路に加え、平滑回路、微分回路、閾値設定回路、第１の積分回路、第２のＡ／Ｄ（analog to digital：アナログ／ディジタル）コンバータ、第２の積分回路、メモリ及び第２のＤ／Ａ（digital to analog：ディジタル／アナログ）コンバータによってＳＴＣ回路を構成することにより、エコーフリー部を極端に増幅してしまうことがなく、また、例えば、組織中に存在する腫瘍のように周囲よりも特異的に明るく表示される部分にも、利得を極端に低下させて周囲の組織との判別を困難にしてしまうこともないＳＴＣカーブを得ることができる。しかしながら、特許文献２も、超音波画像の全体的な画質向上を図ったものであり、反射率の大きい境界よりも深部に位置する領域の画像の画質向上を図るものではない。
特開平７−２３６６３７号公報（第３，５頁、図４） 特開平７−３２３０３２号公報（第１，５，６頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、反射率の大きい境界よりも深部に位置する領域の画像の画質を向上させることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る超音波診断装置は、被検体に超音波ビームを送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を生成する超音波送受信手段と、補正制御信号に従って、被検体内において超音波信号が反射される位置による検出信号の強度変化を補正する信号処理手段と、検出信号に基づいて、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するように補正制御信号を生成する補正制御手段とを具備する。

また、本発明の第２の観点に係る超音波診断装置は、被検体に超音波ビームを送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を生成する超音波送受信手段と、補正制御信号に従って、被検体内において超音波信号が反射される位置による検出信号の強度変化を補正する信号処理手段と、検出信号と音圧強度の空間分布を表す強度プロファイルとに基づいて、被検体内における反射率に関する値を求める反射率推定手段と、反射率推定手段によって求められた反射率に関する値に基づいて、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するように補正制御信号を生成する補正制御手段とを具備する。

本発明によれば、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するようにしたので、反射率の大きい境界よりも深部に位置する領域の画像の画質を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子１０と、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、駆動信号発生部１４とを含んでいる。

被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１０は、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１０ａを備えている。これらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。

各々の超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電素子）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。このような振動子の電極に、パルス状の電気信号或いは連続波電気信号を送って電圧を印加すると、圧電素子が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状或いは連続的な超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。

或いは、超音波トランスデューサとして、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いても良い。例えば、超音波を送信する素子として上記の振動子を用い、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する。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やファイバブラッググレーティングによって構成される。

走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。

送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。

駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａにそれぞれ対応する複数のパルサによって構成されている。これらのパルサは、送信制御部１３において設定された遅延時間に基づいて、駆動信号を発生する。

さらに、本実施形態に係る超音波診断装置は、信号処理部２０と、ＳＴＣ制御部２１と、１次記憶部２２と、受信遅延パターン記憶部２３と、受信制御部２４と、２次記憶部２５と、画像データ生成部２６と、３次記憶部２７と、画像処理部２８と、表示部２９と、操作卓３０と、制御部３１とを含んでいる。

信号処理部２０は、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応して、複数の増幅器２０ａと、複数のＳＴＣ増幅器２０ｂと、複数のＡ／Ｄ変換器２０ｃとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力される検出信号は、増幅器２０ａ及びＳＴＣ増幅器２０ｂにおいて増幅され、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄ変換器２０ｃの入力信号レベルに整合される。

ＳＴＣ増幅器２０ｂから出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってそれぞれディジタル信号に変換される。なお、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の１０倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の１６倍以上の周波数が望ましい。また、Ａ／Ｄ変換器の分解能としては、１０ビット以上が望ましい。

ここで、ＳＴＣ増幅器２０ｂは、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行うと共に、ＳＴＣ制御部２０の制御の下で、それぞれの検出信号に適したゲインで検出信号を増幅する。本実施形態においては、ＳＴＣ制御部２１が、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってディジタル信号に変換された検出信号に基づいて軟部組織と硬部組織（骨、腱、靭帯等、以下、骨を硬部組織の代表例として説明する。）との境界を判定し、その結果に基づいて、次のフレームおけるそれぞれの検出信号のゲインを制御するＳＴＣ制御信号を生成している。

ＳＴＣ制御部２１は、ゲイン設定部２１ａと、ゲイン記憶部２１ｂと、Ｄ／Ａ変換器２１ｃとを含んでいる。ゲイン設定部２１ａは、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってディジタル信号に変換された検出信号の輝度値が予め設定された閾値よりも大きいか否かを判定することによって、被検体内部における境界を判定し、次のフレームにおけるＳＴＣ増幅器２０ｂのゲインを設定し、設定されたゲインに関するゲインデータを出力する。

ゲイン記憶部２１ｂは、ゲイン設定部２１ａから出力されたゲインデータを記憶する。Ｄ／Ａ変換器２１ｃは、ゲイン記憶部２１ｂに記憶されているゲインデータをアナログ信号に変換し、ＳＴＣ制御信号としてＳＴＣ増幅器２０ｂに出力する。なお、制御部３１に相当するＣＰＵと共にＤ／Ａ変換器２１ｃを配置した混在型のＬＳＩを使用し、ゲイン設定部２１ａをＣＰＵとソフトウェアによって実現することにより、全体の回路構成を小型化し、かつ、コストを削減することができる。

１次記憶部２２は、Ａ／Ｄ変換器２０ｃにおいてディジタル信号に変換されたそれぞれの検出信号を、超音波トランスデューサごとに時系列に記憶する。受信遅延パターン記憶部２３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力された複数の検出信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。

受信制御部２４は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２３に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて複数の検出信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データが形成される。なお、受信フォーカス処理は、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによるＡ／Ｄ変換の前、又は、ＳＴＣ増幅器２０ｂによる増幅の前に行うようにしても良い。

２次記憶部２５は、受信制御部２４において形成された音線データを記憶する。画像データ生成部２６は、２次記憶部２５に記憶されている音線データに基づいて、画像データを算出する。３次記憶部２７は、画像データ生成部２６において算出された画像データを記憶する。

画像処理部２８は、３次記憶部２７に記憶されている画像データに、各種の画像処理を施す。表示部２９は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、画像処理部２８において画像処理が施された画像データに基づいて超音波画像を表示する。

操作卓３０は、オペレータの操作に基づいて、動画像の取得（フリーズ解除状態）及び動画像の取得停止（フリーズ状態）を表す制御信号を制御部３１に出力する。フリーズ状態においては、超音波撮像が停止され、静止した超音波画像が表示部２９において表示される。制御部３１は、操作卓３０から入力される制御信号に基づいて、走査制御部１１及びゲイン設定部２１ａを制御し、ゲイン設定部２１ａにおいて設定されるゲインの初期値に関する情報を出力する。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置におけるＳＴＣ制御部の動作について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る超音波診断装置におけるＳＴＣ制御部の動作を示すフローチャートである。

オペレータが操作卓３０を操作することによってフリーズ状態を解除すると、まず、ステップＳ１において、ゲイン設定部２１ａが、境界判定閾値Ｓの初期値Ｓ０を設定する。境界判定閾値Ｓは、ＳＴＣ増幅器２０ｂによって増幅された検出信号の強度又は振幅に関して設定される閾値である。なお、初期値Ｓ０は、予め設定しておいても良いし、オペレータが操作卓３０を用いて入力しても良い。

さらに、ゲイン設定部２１ａは、制御部３１から供給されたゲインの初期値に関する情報に基づいて、ゲインＧ（ｆ，ｍ，ｎ）の初期設定を行う。ここで、ｆはフレーム番号、ｍはライン番号、ｎはサンプリング番号を示し、０≦ｍ≦Ｍ、０≦ｎ≦Ｎである。ゲイン設定部２１ａは、ｆ＝０としてゲインの初期値Ｇ（０，ｍ，ｎ）を設定した後、ｍ＝ｎ＝０とする。

図３は、ライン番号ｍとサンプリング番号ｎを説明するための図である。図３においては、断層超音波画像における複数の超音波ビームの走査方向が矢印で示されている。図３に示すように、ライン番号ｍは、複数の超音波ビームにおける特定の超音波ビームを表す番号である。一方、サンプリング番号ｎは、各超音波ビームに沿った複数のサンプリングポイントにおける特定のサンプリングポイントを表す番号である。

サンプリング番号ｎは被検体内の深度に対応しているので、図２に示すステップＳ１において、超音波エコーの距離による減衰を補正するために、ｎが大きくなるにつれてＧ（ｆ，ｍ，ｎ）が大きくなるように設定される。なお、本実施形態においては、第ｍ番目のラインにおいてｎの値を１つずつ増加させて１ライン分の超音波撮像を行い、さらに、ｍの値を１つずつ増加させて全ラインにおける超音波撮像を行うことにより、１フレームの断層超音波画像を生成している。

再び図２を参照すると、ゲイン設定部２１ａが、ステップＳ２において、Ａ／Ｄ変換器２０ｃから出力された検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）を読み取り、ステップＳ３において、次式（１）に基づいて境界判定閾値Ｓを算出する。
Ｓ＝Ｓ０×Ｇ（ｆ，ｍ，ｎ）／Ｇ（０，ｍ，ｎ）・・・（１）
これにより、距離による減衰を補正した検出信号の強度に対して境界判定閾値Ｓを設定することができる。なお、１フレーム当たりの検出信号の数（Ｍ×Ｎ）が多くて境界判定閾値Ｓを算出するために時間がかかる場合には、算出した境界判定閾値Ｓ（ｆ，ｍ，ｎ）をゲイン記憶部２１ｂに記憶しても良いし、境界判定閾値Ｓ（ｆ，ｍ，ｎ）を記憶するためのフレームメモリを別途設けるようにしても良い。

ステップＳ４において、ゲイン設定部２１ａが、検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓ以上であるか否かを判定する。即ち、サンプリング番号ｎに対応する深度における反射を示す検出信号の強度に基づいて、サンプリング番号ｎに対応する深度において軟部組織と骨との境界が存在するか否かが判定される。ここで、検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓ以上である場合には、ステップＳ５に移行し、検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓよりも小さい場合には、ステップＳ６に移行する。

検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓ以上である場合には、フレーム番号ｆの位置（ｍ，ｎ）が軟部組織と骨との境界領域であると判定され、ステップ５において、次式（２）に基づいて、次のフレームの同一位置（ｍ，ｎ）におけるゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）を計算する。
Ｇ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）＝Ｇ（０，ｍ，ｎ）×ｋ１・・・（２）
但し、ｋ１＜１である。係数ｋ１の値は、予め設定しておいても良いし、オペレータが操作卓３０を用いて入力しても良い。このようにゲインをｋ１倍したサンプリングポイントについては、フラグＦ（ｎ）を「１」に設定する。

軟部組織と骨との境界領域は、そのままでは高輝度で表示されるので、その付近における画像の視認性が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓ以上である場合には、フレーム番号ｆにおける位置（ｍ，ｎ）が軟部組織と骨との境界領域であると判定し、フレーム番号（ｆ＋１）における同一位置（ｍ，ｎ）を小さく設定することにより、軟部組織と骨との境界領域が高輝度になることを抑えている。

設定されたゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）は、ゲイン記憶部２１ｂに記憶される。なお、式（２）を用いてｋ１倍されたゲインは、式（１）を用いて補正された境界判定閾値と比較されるので、補正された境界判定閾値よりも強度が大きい検出信号が入力されている間は、継続的にゲインをｋ１倍することができる。

一方、検出信号の強度Ｓｉｇ（ｆ，ｍ，ｎ）が境界判定閾値Ｓよりも小さい場合には、フレーム番号ｆの位置（ｍ，ｎ）が軟部組織と骨との境界領域ではないと判定され、ステップＳ６において、次式（３）に基づいて、次のフレームにおける同一画素位置（ｍ，ｎ）のゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）が設定される。
Ｇ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）＝Ｇ（０，ｍ，ｍ）・・・（３）
設定されたゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）は、ゲイン記憶部２１ｂに記憶される。

ステップＳ７において、ゲイン設定部２１ａが、オペレータが操作卓３０を操作することによってフリーズ状態が設定されているか否かを判定する。ここで、フリーズ状態が設定されている場合には、撮像を停止し、フリーズ状態が設定されていない場合には、ステップＳ８に移行する。

ステップＳ８において、ゲイン設定部２１ａが、サンプリング番号ｎを（ｎ＋１）にインクリメントする。ステップＳ９において、ゲイン設定部２１ａが、サンプリング番号ｎがＮよりも大きいか否かを判定する。これにより、１ライン中の全てのサンプリングポイントにおけるゲインの設定が終了したか否かが判定される。１ライン中の全てのサンプリングポイントにおけるゲインの設定が終了していない場合（ｎ≦Ｎ）には、ステップＳ２〜Ｓ９を繰り返す。一方、１ラインにおける全てのゲインの設定が終了している場合（ｎ＞Ｎ）には、ステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０において、ゲイン設定部２１ａが、軟部組織と骨との境界領域よりも深部のゲインを設定する。即ち、ゲイン設定部２１ａが、フラグＦ（ｎ）が「１」に設定されているサンプリング番号ｎ_Ｂを抽出し、サンプリング番号ｎ＝（ｎ_Ｂ＋１）〜（ｎ_Ｂ＋ｐ）のサンプリングポイントについて、フラグＦ（ｎ）＝１でなければ、次のフレームの同一位置（ｍ，ｎ）におけるゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）を計算する。
Ｇ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）＝Ｇ（０，ｍ，ｎ）×ｋ２・・・（４）
但し、ｋ２＞１である。係数ｋ２の値は、予め設定しておいても良いし、オペレータが操作卓３０を用いて入力しても良い。設定されたゲインＧ（ｆ＋１，ｍ，ｎ）は、ゲイン記憶部２１ｂに記憶され、フラグＦ（ｎ）がリセットされる。

即ち、軟部組織と骨との境界領域よりも深部に位置する骨の内部又は後方の検出信号の強度が小さいので、その位置における検出信号のゲインを大きくしている。ここで、画素の輝度を増幅させる深さ方向のサンプリング範囲を表す値ｐは、予め設定しておいても良いし、オペレータが操作卓３０を用いて入力しても良い。オペレータが操作卓３０を用いて係数ｋ２や値ｐを入力する場合には、境界領域よりも深部の所望の範囲において、超音波画像の輝度をオペレータの好みに応じて調節することが可能である。

ステップＳ１１において、ゲイン設定部２１ａが、ライン番号ｍを（ｍ＋１）にインクリメントする。ステップＳ１２において、ゲイン設定部２１ａが、ライン番号ｍがＭよりも大きいか否かを判定する。これにより、１フレームにおける全てのゲインの設定が終了したか否かが判定される。１フレームにおける全てのゲインの設定が終了していない場合には、ｎ＝０として、ステップＳ２〜Ｓ１２を繰り返す。一方、１フレームにおける全てのゲインの設定が終了した場合には、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３において、ゲイン設定部２１ａによってｆが（ｆ＋１）にインクリメントされ、ｍ＝ｎ＝０として、ステップＳ２に移行する。

従って、本実施形態に係る構成を有する超音波診断装置によれば、図４の（Ａ）に示すように、強度の大きな部分がない検出信号に対しては、図４の（Ｂ）に示すように、距離による減衰の補正を行うためのゲインのみを用いればよく、補正された検出信号は、図４の（Ｃ）に示すようなものとなる。

一方、図５の（Ａ）に示すように、強度の大きな部分がある検出信号に対しては、図５の（Ｂ）に示すように、距離による減衰の補正を行うためのゲインに加えて、軟部組織と骨との境界領域からの反射に相当する強度の大きな期間におけるゲインをｋ１倍し、さらに、境界領域よりも深部からの反射に相当する所定の期間Ｔにおけるゲインをｋ２倍する。従って、補正された検出信号は、図５の（Ｃ）に示すようなものとなる。これにより、超音波画像において、軟部組織と骨との境界付近の輝度の高さを抑えると共に、境界よりも深部の輝度の低さを改善することができる。

以上において、境界判定閾値Ｓの初期値Ｓ０と、ゲインに乗ずる係数ｋ１及びｋ２と、所定の期間Ｔとの内の少なくとも１つは、想定される境界の種類毎に設定されるようにしても良い。例えば、オペレータが、超音波画像に映し出されている境界が筋肉と骨との境界であることを操作卓３０を用いて入力すると、図１に示す制御部３１は、筋肉と骨との境界のために予め定められている初期値Ｓ０、係数ｋ１及びｋ２、期間Ｔを設定する。

なお、本実施形態に係る超音波診断装置における境界の判定には、検出信号の強度、具体的には、検出信号のピーク・トゥー・ピーク値（ｐｐ値）又は実効値（ＲＭＳ値）が用いられるが、検出信号の位相のずれ量を用いるようにしても良い。

次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波診断装置は、ゲイン設定部２１ａの替わりにゲイン設定部４０を含み、また、ゲイン設定部４０の前段において、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってディジタル信号に変換された検出信号が入力される反射率推定部４１を含み、さらに、複数の異なる音圧強度プロファイル（単に、強度プロファイル又はプロファイルともいう）を記憶している強度プロファイル記憶部４２を含んでいる。その他の構成については、図１に示す超音波診断装置と同様である。

図１に示す超音波診断装置においては、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってディジタル信号に変換された検出信号の強度に基づいて、ゲイン設定部２１ａが、軟部組織と骨との境界領域を判定していた。一方、本実施形態においては、反射率推定部４１が、Ａ／Ｄ変換器２０ｃによってディジタル信号に変換された検出信号及び強度プロファイル記憶部４２に記憶されている強度プロファイルに基づいて算出するサイドローブ成分が抑制された検出信号に基づいて、被検体内の各部における超音波の反射率を求め、ゲイン設定部４０が、その反射率に基づいて、軟部組織と骨との境界領域を判定する。

強度プロファイルは、複数の異なる方向に超音波ビームが送信されてから所定の時間経過後に到達する面に含まれる複数の領域における音圧強度又は音圧強度比を表している。ここで、超音波ビームが送信されてから所定の時間経過後に到達する面のことを等時間面という。等時間面に含まれる複数の領域においては、超音波ビームの送信位置からの距離がほぼ等しいと考えられる。強度プロファイルは、等時間面に含まれる複数の領域の位置（方向）と音圧強度又は音圧強度比との関数によって表される。

なお、強度プロファイル記憶部４２に記憶されている複数の強度プロファイルは、超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信フォーカス処理とに基づいて、即ち、受信方向と受信焦点の深さとに基づいて設定されている。或いは、音圧強度プロファイルを設定するための要素として、使用される超音波トランスデューサ１０ａの数と、超音波トランスデューサ１０ａのピッチと、使用される超音波トランスデューサ１０ａの開口径と、開口内重み付けを含む開口条件との内の少なくとも１つを含めても良い。強度プロファイルは、上記の開口条件や、送信遅延パターンを含む送信条件や、受信遅延パターンを含む受信条件に基づいて音場をシミュレートすることにより求めることができる。或いは、散乱ファントムに対してこれらの条件に基づいて超音波ビームを送受信し、計測によって得られた超音波エコーの強度比を用いて強度プロファイルを求めても良い。

超音波が送受信される空間には、超音波ビームを送信することによって形成される音圧強度分布と受信制御部２４において施される受信フォーカス処理とに基づいて、音圧強度の空間分布（音場）が形成されていると想定される。本実施形態においては、検出信号におけるサイドローブの影響を除去するために、このような音圧強度の空間分布を利用して超音波の反射率を求めている。ゲイン設定部４０は、被検体内の各部における超音波の反射率を閾値と比較して、反射率が閾値よりも大きい場合に、境界領域が存在すると判定する。閾値の設定方法やゲインの設定方法に関しては、第１の実施形態と同様である。

本実施形態に係る超音波診断装置によれば、強度プロファイルを用いて算出した超音波の反射率に基づいて軟部組織と骨との境界領域を判定するので、境界領域ではないが検出信号の強度が大きくなっている部分を境界領域と誤判定することがない。これにより、マルチビームにおけるサイドローブ、又は、シングルビームのビーム広がりに起因するクロストークの影響を排除することができ、軟部組織と骨との境界領域をより正確に判定することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、超音波を送受信することにより生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる画像データを生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る超音波診断装置におけるＳＴＣ制御部の動作を示すフローチャートである。 ライン番号ｍとサンプリング番号ｎとを説明するための図である。 強度の大きな部分がない検出信号に対する補正を説明するための図である。 強度の大きな部分がある検出信号に対する補正を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 人体に超音波トランスデューサアレイから超音波ビームを送信する状態を説明するための図である。 軟部組織と硬部組織との境界において反射する超音波エコーの検出信号を示す図である。

符号の説明

１０ 超音波用探触子
１０ａ 超音波トランスデューサ
１１ 走査制御部
１２ 送信遅延パターン記憶部
１３ 送信制御部
１４ 駆動信号発生部
２０ 信号処理部
２０ａ 増幅器
２０ｂ ＳＴＣ増幅器
２０ｃ Ａ／Ｄ変換器
２１ ＳＴＣ制御部
２１ａ、４０ ゲイン設定部
２１ｂ ゲイン記憶部
２１ｃ Ｄ／Ａ変換器
２２ １次記憶部
２３ 受信遅延パターン記憶部
２４ 受信制御部
２５ ２次記憶部
２６ 画像データ生成部
２７ ３次記憶部
２８ 画像データ処理部
２９ 表示部
３０ 操作卓
３１ 制御部
４１ 反射率推定部

Claims (16)

1. 被検体に超音波ビームを送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を生成する超音波送受信手段と、
   補正制御信号に従って、被検体内において超音波信号が反射される位置による検出信号の強度変化を補正する信号処理手段と、
   検出信号に基づいて、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するように補正制御信号を生成する補正制御手段と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記補正制御手段が、前記信号処理手段から出力される検出信号に基づいて、次のフレームのための補正制御信号を生成する、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記補正制御手段が、軟部組織と硬部組織との境界よりも深い部分に対応する第２の領域における検出信号の強度を増強するように補正制御信号を生成する、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
4. 前記信号処理手段が、
   補正制御信号に従って検出信号を増幅する可変利得増幅器と、
   前記可変利得増幅器によって増幅された検出信号をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
   を含み、前記補正制御手段が、
   検出信号の強度に関する第１の閾値と、被検体内の複数の位置に対応する前記可変利得増幅器の利得の初期値及び現在値とに基づいて、被検体内の複数の位置に対応する複数の第２の閾値を求め、被検体内の複数の位置に対応する検出信号のディジタル値を複数の第２の閾値とそれぞれ比較した結果に基づいて、次のフレームのための補正制御値を生成するゲイン設定部と、
   前記ゲイン設定部によって生成された補正制御値を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出された補正制御値をアナログの補正制御信号に変換するディジタル／アナログ変換器と、
   を含む、請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記ゲイン設定部が、検出信号のディジタル値が対応する第２の閾値よりも大きい場合に、前記可変利得増幅器の利得の初期値に第１の係数を乗算することにより次のフレームの対応する境界領域における検出信号のための利得を設定すると共に、前記可変利得増幅器の利得の初期値に第２の係数を乗算することにより次のフレームの第２の領域における検出信号のための利得を設定する、請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記第１の閾値と、前記第１及び第２の係数と、前記第２の領域の範囲との内の少なくとも１つを設定するために用いられる設定手段をさらに具備する請求項５記載の超音波診断装置。
7. 被検体内の軟部組織と硬部組織との種類を指定するために用いられる第１の設定手段と、
   指定された軟部組織と硬部組織とに従って、前記第１の閾値と、前記第１及び第２の係数と、前記第２の領域の範囲との内の少なくとも１つを設定する第２の設定手段と、
   をさらに具備する請求項６記載の超音波診断装置。
8. 被検体に超音波ビームを送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を生成する超音波送受信手段と、
   補正制御信号に従って、被検体内において超音波信号が反射される位置による検出信号の強度変化を補正する信号処理手段と、
   検出信号と音圧強度の空間分布を表す強度プロファイルとに基づいて、被検体内における反射率に関する値を求める反射率推定手段と、
   前記反射率推定手段によって求められた反射率に関する値に基づいて、被検体内の軟部組織と硬部組織との境界に対応する境界領域を判定し、境界領域における検出信号の強度を抑制するように補正制御信号を生成する補正制御手段と、
   を具備する超音波診断装置。
9. 前記補正制御手段が、前記信号処理手段から出力される検出信号に基づいて、次のフレームのための補正制御信号を生成する、請求項８記載の超音波診断装置。
10. 前記補正制御手段が、軟部組織と硬部組織との境界よりも深い部分に対応する第２の領域における検出信号の強度を増強するように補正制御信号を生成する、請求項８又は９記載の超音波診断装置。
11. 前記信号処理手段が、
    補正制御信号に従って検出信号を増幅する可変利得増幅器と、
    前記可変利得増幅器によって増幅された検出信号をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換器と、
    を含み、前記補正制御手段が、
    反射率に関する第１の閾値と、被検体内の複数の位置に対応する前記可変利得増幅器の利得の初期値及び現在値とに基づいて、被検体内の複数の位置に対応する複数の第２の閾値を求め、被検体内の複数の位置に対応する反射率に関する値を複数の第２の閾値とそれぞれ比較した結果に基づいて、次のフレームのための補正制御値を生成するゲイン設定部と、
    前記ゲイン設定部によって生成された補正制御値を記憶する記憶部と、
    前記記憶部から読み出された補正制御値をアナログの補正制御信号に変換するディジタル／アナログ変換器と、
    を含む、請求項１０記載の超音波診断装置。
12. 前記ゲイン設定部が、反射率に関する値が対応する第２の閾値よりも大きい場合に、前記可変利得増幅器の利得の初期値に第１の係数を乗算することにより次のフレームの対応する境界領域における検出信号のための前記可変利得増幅器の利得を設定すると共に、前記可変利得増幅器の利得の初期値に第２の係数を乗算することにより次のフレームの第２の領域における検出信号のための前記可変利得増幅器の利得を設定する、請求項１１記載の超音波診断装置。
13. 前記第１の閾値と、前記第１及び第２の係数と、前記第２の領域の範囲との内の少なくとも１つを設定するために用いられる設定手段をさらに具備する請求項１２記載の超音波診断装置。
14. 被検体内の軟部組織と硬部組織との種類を指定するために用いられる第１の設定手段と、
    指定された軟部組織と硬部組織とに応じて、前記第１の閾値と、前記第１及び第２の係数と、前記第２の領域の範囲との内の少なくとも１つを設定する第２の設定手段と、
    をさらに具備する請求項１３記載の超音波診断装置。
15. 前記ゲイン設定部が、ＣＰＵとソフトウェアによって実現される機能ブロックである、請求項４〜７及び１１〜１４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
16. 前記硬部組織が、骨と腱と靭帯との内の少なくとも１つを含む、請求項１〜１５のいずれか１項記載の超音波診断装置。

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