JP2004337461A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断画像の関心領域の空間分解能を最適化する。
【解決手段】機械的ラジアル走査型超音波診断装置１は、送受信分離型超音波トランスデューサ（以下、ＳＡＴＲＵＴと呼ぶ）１１と、駆動信号源（パルサ）１２と、並列共振回路１３と、レシーバ回路１４と、アナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と呼ぶ）１５と、スキャンコンバータ１６と、画像処理部１７と、デジタル／アナログ変換回路（以下、Ｄ／Ａ変換回路と呼ぶ）１８とから構成される。 画像処理部１７は、スキャンコンバータ１６からの画像データを対して関心領域を取り込み、関心領域の空間分解能を定量化し、即ち関心領域の空間分解能の定量化値をＤ／Ａ変換１８に導く。関心領域の空間分解能の定量化値は、Ｄ／Ａ変換１８でアナログ信号に変換され、並列共振回路１３の後述する可変容量素子の入力端子に印加される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子を設けた挿入部を体腔内に挿入し、体腔内の生体へ超音波を送受波して、生体内部の断層像を得る超音波診断装置に係り、特に画像の最適化技術を用いた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波振動子から生体組織に対して超音波を送信及び受信して生体組織の断層像を得る超音波診断装置が種々実用化されている。
【０００３】
超音波診断装置では、超音波診断画像の診断の信頼性を向上させる手段として、画像の最適化技術が用いられ始めている。
【０００４】
画像の最適化技術を用いた超音波診断装置の第１の例としては、超音波エコーに基づく検波信号のレベルにアダプティブなエッジ強調処理を行う手段を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１９はこのような超音波診断画像に対してアダプティブなエッジ強調処理を行う従来の超音波診断装置を示す説明図である。
【０００６】
図１９に示すように、超音波診断装置６００において、超音波探触子６０１は、生体内に超音波パルスを送信し、生体内で反射された超音波エコーを受信して、エコー信号Ｅを得る。ビームフォーマ６０２は、前記エコー信号Ｅをビームフォーミングする。すなわち、音線の方位を決定すると共に超音波エコーの受信時間に合わせて焦点を浅部から深部へと変更し、ＲＦ信号Ｒを得る。また、セクタ状の視野を走査するために、音線の方位を順に変更する。ログアンプ６０３および包絡線検波器６０４は、前記ＲＦ信号Ｒを検波し、検波信号Ｐを出力する。エッジ強調処理部６１０は、前記検波信号Ｐのエッジ強調処理を行い、音線信号Ｇを出力する。ＤＳＣ６０６は、前記音線信号Ｇを基にして画像データを作成し、ＣＲＴ６０７の画面に画像を表示する。
【０００７】
エッジ強調処理部６１０において、レベル判定部６１１は、超音波エコーに基づく検波信号Ｐのレベルに応じたアドレス信号Ｑを出力する。重み出力部６１２は、アドレス信号Ｑに応じた重みＫ１，Ｋａを出力する。エッジ強調回路６１３は、検波信号Ｐに対してエッジ強調を施し、エッジ強調信号ＥＮを出力する。乗算器６１４，６１５および加算器６１６は、エッジ強調信号ＥＮを検波信号に荷重加算し、音線信号Ｇ（＝Ｋ１×ＥＮ＋Ｋａ×Ｐ）を生成する。エッジ強調処理部６１０は、これらの手段を用い、荷重加算の重みを適切に設定することにより、エッジ強調の度合いを柔軟に変化させることが出来るという効果が得られるようにしている。
【０００８】
最適化技術を用いた超音波診断装置の第２の例としては、カラードップラー診断装置に適用した技術がある。この技術では、動きのある実質臓器からのクラッタ成分を確実に除去し、かつ非常に低速度の血流も見逃すことなく検出する（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図２０はこのような従来のカラードプラ診断装置のＭＴＩフィルタ部を示す説明図である。
【００１０】
図２０に示すように、カラードプラ診断装置は、時系列のドプラデータから成るドプラ信号をピクセル位置毎に得て、ドプラ信号の特質に応じてクラッタ成分をドプラ信号から除去するＭＴＩフィルタ部７４５を備える。
【００１１】
ＭＴＩフィルタ部７４５は、ドプラ信号のクラッタ成分の瞬時的な位相変化量を推定する手段７４５ａと、推定された位相変化量に基づきドプラ信号の位相を補正する手段７４５ｂ，７４５ｃと、位相補正されたドプラ信号からクラッタ成分に相当する一定値を減算する手段７４５ｄとを備える。またＭＴＩフィルタ部７４５は、一定値が減算されたドプラ信号を変更可能な遮断特性でフィルタリングするハイパスフィルタ７４５ｇと、その遮断特性をドプラ信号の性質に応じて制御する手段７４５ｅ，７４５ｆとを備える。
【００１２】
画像の最適化技術を用いた超音波診断装置の第３の例としては、超音波パルスの送信音圧を最適に制御し、造影剤による輝度増強の効果を高め、より効果的なコントラストエコー法を実施する手段を用いたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【００１３】
図２１はこのような超音波診断画像に対してより効果的なコントラストエコー法を実施する超音波ドプラ診断装置を示す説明図である。
【００１４】
図２１に示す超音波ドプラ診断装置８０１は、装置本体８１１と、この装置本体８１１に接続された超音波プローブ８１２、操作パネル８１３、およびＥＣＧ（心電計）８１４とを備える。
【００１５】
操作パネル８１３は、オペレータから各種の指示、情報を装置本体８１１に与えるために使用されるもので、キーボード８１３Ａ、トラックボール８１３Ｂ、マウス８１３Ｃ、およびボタン８１３Ｄを備えている。
【００１６】
超音波プローブ８１２は、被検体との間で超音波信号の送受信を担うデバイスである。プローブ８１２は装置本体８１１から与えられるパルス駆動電圧を超音波パルス信号に変換して被検体内の所望方向に送信し、また被検体で反射してきた超音波エコー信号をこれに対応する電圧のエコー信号に変換する。
【００１７】
ＥＣＧ８１４は、主に被検体の体表に接触させて使用され、被検体の心電波形データを得る。
【００１８】
装置本体８１１は、プローブ８１２に接続された送信ユニット８２１および受信ユニット８２２、この受信ユニット８２２の出力側に置かれたレシーバユニット８２３、Ｂモード用ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）８２４、イメージメモリ８２５、ＴＩＣ演算ユニット８２６、ドプラユニット８２７、表示データ合成器８２８、および表示器８２９を備える。ＴＩＣ演算ユニット８２６には、本診断装置の外部に置かれた外部出力装置８３０が接続されている。
【００１９】
装置本体８１１は、さらに、送信ユニット８２１に拠る超音波信号の送信状態を制御するための送信条件コントローラ８３１と、ＥＣＧ８１４が検出したＥＣＧ信号を受ける心拍検出ユニット８３２とを備える。
【００２０】
送信ユニット８２１およびプローブ８１２は、被検体内に送信した超音波パルス信号の反射成分を受信し、この受信に伴う受信信号に基づき断層像を得るために、超音波パルス信号を送信音圧の条件に基づき送信する。
【００２１】
送信条件コントローラ８３１は、プローブ８１２による受信信号が最大となるように送信音圧を適応制御して最適化する。
【００２２】
【特許文献１】
特開平９−２２０２２７号公報（第３−４頁、図１−４）
【００２３】
【特許文献２】
特開平１０−９９３３３号公報（第５−１１頁、図１−９）
【００２４】
【特許文献３】
特開平１１−１５５８５８号公報（第５−８頁、図１−３）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の画像の最適化技術を用いた超音波診断装置の第１の例では、読影者の好みや診断上の都合に合致した見やすい画像を得ることができる超音波診断装置を提供することを第１の目的とし、エッジ強調の度合いを柔軟に変化させることが出来るエッジ強調処理装置を提供することを第２の目的としている。一方、近年のネットワークを利用した急速な発展とともに、読影者の好みという主観的な診断方法を排除し、画像診断情報を定量化し、その値を最適化した上で、得られた定量値を客観的な診断指標として電子カルテに入力し、これを用いて複数の医師による遠隔診断に利用し、診療の信頼性を高めたり、その定量値を経時的に測定し、その変動のしかたを把握することによって病状の回復または悪化の程度を定量的に診断することが求められはじめている。即ち超音波診断画像の関心領域について診断画像たとえば空間分解能を定量化し、定量化した値が読者の主観的な判断を経ずに最適化制御できた時の定量値を把握する技術が必要とされているが、前記第１の例では、この問題に対応できなかった。
【００２６】
画像の最適化技術を用いた超音波診断装置の第２の例では、カラードプラ超音波診断装置において発生しやすいクラッタを抑圧する最適化制御技術が用いられている。この技術においては、ドプラ信号それぞれの前記クラッタ成分の瞬時的な位相変化量を推定する位相推定手段を有しており、この位相推定値を最適化することによってクラッタを抑圧している。この場合の最適値は、クラッタが無い状態である。しかしながらこの技術は、クラッタを抑圧することにだけ有効な手段であり、画像のよさに対応する空間分解能やコントラスト分解能あるいは感度（輝度）を最適化する手段にはなっていない。クラッタを抑圧することは超音波診断、特にカラードプラ超音波診断装置では重要な改良ポイントであるが、通常のＢモード診断像において最も基本的な画像特性である空間分解能やコントラスト分解能および感度（輝度）を定量化、最適化する技術が求められており、第２の例では、この問題に対応できなかった。
【００２７】
画像の最適化技術を用いた超音波診断装置の第３の例は、画像のよさを表現する特性項目のうち、感度（輝度）を最適化することを目的とした技術で、具体的には前記超音波パルス信号を送信パワー条件に基づき送信する送信手段と、前記受信信号が最大となるように前記送信パワー条件を適応制御して最適化する適応制御手段とを備えたことを特徴としている。しかしながら、この場合適応制御して最適化する画像特性は感度（輝度）であり、空間分解能やコントラスト分解能を最適化する技術ではない。
【００２８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、画像の基本特性のうちの空間分解能を、関心領域について定量化し、定量化した値が主観的な判断を経ずに最適値になるよう制御できる超音波診断装置を提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波を対象物に送信し、超音波送受信用センサで対象物からのエコー信号を受信し、この受信信号を受信信号信号処理手段及び画像処理手段で処理することで超音波画像を生成する超音波診断装置において、前記受信信号信号処理手段に、前記超音波送受信用センサの少なくともひとつ以上の等価回路定数と、前記受信信号を伝送する配線の伝達関数と、前記受信信号信号処理手段の入力インピーダンスとから設定される特定の周波数を共振周波数とする並列共振手段を備えていることを特徴とする。
【００３０】
請求項２に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記超音波送受信用センサが圧電振動子からなり、前記等価回路定数が少なくとも前記圧電振動子の制動容量であることを特徴とする。
【００３１】
請求項３に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備えていることを特徴とする。
【００３２】
請求項４に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記並列共振手段に、外部信号の入力によって、前記並列共振手段の出力信号の周波数特性を変化させる手段を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項５に記載の超音波診断装置は、請求項４に記載の超音波診断装置であって、前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備え、前記外部信号は、前記画質を定量的に評価する手段からの出力信号であることを特徴とする。
【００３４】
請求項６に記載の超音波診断装置は、請求項３に記載の超音波診断装置であって、前記画質を定量的に評価する手段は、前記画像の関心領域を指定し、関心領域の全画像データを抽出する手段と、前記画像データの特定の点Ｐ（ｘ，ｙ）における輝度をＧ（ｘ，ｙ）とし、この値をＧ（ｘ，ｙ）の最大値Ｇｍａｘで規格化したＧｎ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、前記Ｇｎ（ｘ，ｙ）から空間周波数特性Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）を計算する手段と、前記Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）から空間パワー関数Φ＝｜Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）｜^２を計算する手段と、前記Φの自己相関関数φ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、前記φ（ｘ，ｙ）の絶対値φａｂｓ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、前記φａｂｓ（ｘ，ｙ）の最大値と前記最大値の１／ｅ（ｅ：２．７１８）になるｘの最大値と最小値の差Δｘ及び／又はｙの最大値と最小値の差Δｙを出力する手段及び／又はΔｘとΔｙの積を出力する手段と、を具備することを特徴とする。
【００３５】
請求項７に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記超音波送受信用センサは、送信専用の圧電振動子と受信専用の圧電振動子からなる送受信分離形超音波トランスデューサで、それぞれの圧電振動子に別々の同軸ケーブルが接続されていることを特徴とする。
【００３６】
請求項８に記載の超音波診断装置は、請求項７に記載の超音波診断装置であって、前記送受信分離形超音波トランスデューサにおいて、送信超音波の周波数をｆ０、受信専用の圧電振動子の出力信号をＶｏｕｔ（ｆ）とすると、Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数がｋｆ０（ｋは任意の正の実数）に等しいことを特徴とする。
【００３７】
請求項９に記載の超音波診断装置は、請求項８に記載の超音波診断装置であって、前記並列共振回路の共振周波数は、受信専用の圧電振動子の出力信号Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数ｋｆ０に等しくなるように設定されることを特徴とする。
【００３８】
請求項１０に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記並列共振手段は、前記超音波送受信用センサの受信用圧電振動子の制動容量Ｃｄと、前記受信用圧電振動子に接続する同軸ケーブルの分布定数回路の伝達関数と、前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタと、前記同軸ケーブルに並列に接続するインダクタからなることを特徴とする。
【００３９】
請求項１１に記載の超音波診断装置は、請求項１０に記載の超音波診断装置であって、前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタが可変容量ダイオードであることを特徴とする。
【００４０】
請求項１２に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記並列共振回路の機能が受信時においてのみ有効になる手段を有することを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１及び図１８は本発明の超音波診断装置の第１の実施の形態に係り、図１は機械的ラジアル走査型超音波診断装置全体の概略構成を示すブロック図、図２は並列共振回路の回路図、図３は送受信分離型超音波トランスデューサの正面図、図４は送受信分離型超音波トランスデューサの側面から見た断面図、図５は画像処理部の本発明に関係した部分を示すブロック図、図６は空間分解能定量化装置を示すブロック図、図７乃至図１８は機械的ラジアル走査型超音波診断装置の動作を説明する説明図である。
【００４２】
（構成）
図１において、機械的ラジアル走査型超音波診断装置１は、送受信分離型超音波トランスデューサ（以下、ＳＡＴＲＵＴと呼ぶ）１１と、駆動信号源（パルサ）１２と、並列共振回路１３と、レシーバ回路１４と、アナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と呼ぶ）１５と、スキャンコンバータ１６と、画像処理部１７と、デジタル／アナログ変換回路（以下、Ｄ／Ａ変換回路と呼ぶ）１８とから基本構成される。
【００４３】
ＳＡＴＲＵＴ１１は、超音波を送信し、対象物からのエコー信号を受信するものであり、送信用圧電振動子２１と受信用圧電振動子２２とを含んで構成されている。ＳＡＴＲＵＴ１１の具体的な構成は図３及び図４に後述する。
【００４４】
ＳＡＴＲＵＴ１１は、送信用圧電振動子２１による超音波走査の位置を示す位置信号を位置信号伝送線１９を介してスキャンコンバータ１６に供給する。
【００４５】
送信用圧電振動子２１には、超音波信号励起用の駆動信号源（パルサ）１２からの配線２３が接続される。
【００４６】
受信用圧電振動子２２からの配線２４は、並列共振回路１３に接続される。並列共振回路１３の出力は、通常の超音波診断に用いられるレシーバ回路１４を経て、Ａ／Ｄ変換回路１５でデジタル信号に変換された上で、スキャンコンバータ１６に導かれる。
【００４７】
スキャンコンバータ１６は、フレームメモリを有しており、位置信号伝送線１９の位置信号に対応するフレームメモリの記録領域にＡ／Ｄ変換回路１５からのデジタル信号を画像データして記録し、この画像データを標準ＴＶ方式で読み出して、画像処理部１７に供給する。
【００４８】
画像処理部１７は、スキャンコンバータ１６からの画像データを対して画像処理を行い図示しないＤ／Ａ変換回路を介してモニタ等の画像表示手段に供給する。
【００４９】
また、画像処理部１７は、スキャンコンバータ１６からの画像データを対して関心領域を取り込み、関心領域の空間分解能を定量化し、即ち関心領域の空間分解能の定量化した値（定量化値）の時間的な差異値ｂ１をＤ／Ａ変換１８に導く。関心領域の空間分解能の定量化値の時間的な差異値ｂ１は、Ｄ／Ａ変換１８でアナログ信号に変換され、並列共振回路１３の後述する可変容量素子の入力端子に印加される。
【００５０】
並列共振回路１３の構成について図２を用いて詳細に説明する。
図２に示す様に、送信用圧電振動子２１は、同軸ケーブル３１を含む配線２３を介して駆動信号源（パルサ）１２に接続される。
【００５１】
受信用圧電振動子２２は、同軸ケーブル３２を含む配線２４を介して並列共振回路１３に接続される。
【００５２】
これにより、並列共振回路１３は、受信用圧電振動子２２の制動容量Ｃｄ、同軸ケーブル３２の信号線に直列に接続している。並列共振回路１３は、信号未入力で静電容量Ｃａを示す可変容量ダイオード３３、その出力端子とグランドの間に接続するＬａのインダクタンスを持つインダクタ３４、及び、レシーバ回路１４の入力抵抗から構成される。
【００５３】
図１に示したＤ／Ａ変換器１８によって変換された前記アナログ信号（電圧信号）は、前記可変容量ダイオード３３の電圧入力ゲート端子３５に印加される。
【００５４】
ＳＡＴＲＵＴ１１の構成について図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００５５】
図３及び図４に示すように、ＳＡＴＲＵＴ１１は、送信用圧電振動子２１と、受信用圧電振動子２２と、ダンピング層４１，４２と、凹面音響レンズ４３とを基本構成としている。符号４４，４５，４６は、それぞれ送信信号入力端子、受信信号出力端子、共通接地端子である。
【００５６】
また、長さＬ１は受信用圧電振動子２２の外周の半径、長さＬ２は受信用圧電振動子２２の内周の半径、長さＬ３は送信用圧電振動子２１の外周の半径である。
【００５７】
送信用圧電振動子２１は、中心周波数ｆ０の超音波を送信する。受信用圧電振動子２２は、受信超音波からｋｆ０（ｋは正の実数）の周波数成分を選択的に電気信号に変換する。ダンピング層４１，４２は、それぞれ圧電振動子２１，２２の背面に配設する。
【００５８】
凹面音響レンズ４３は、圧電振動子２１，２２の前面に配設する。
凹面音響レンズ４３の裏面の送信用圧電振動子２１と受信用圧電振動子２２の隙間に対応する位置には、溝４７，４８が形成されている。溝４７，４８は、送信用圧電振動子２１が出力する超音波が凹面音響レンズ４３から出力せずに受信用圧電振動子２２に流れ込むのを防止するためのものである。
【００５９】
ＳＡＴＲＵＴ１１において、送信超音波とおなじ周波数成分を高感度に検出することを目的とする場合は、前記受信用圧電振動子２２の共振周波数を送信用圧電振動子２１の共振周波数に一致させる。送信超音波のｋ次（ｋは正の実数）の非線形超音波を検出する場合は、送信用圧電振動子２１の共振周波数のｋ倍に一致させる。
【００６０】
このような構造により、前記両圧電振動子２１，２２の背面にはそれぞれ音響ダンピング層４１，４２が形成され、両圧電振動子２１，２２の前面には音響レンズ４３が形成されている。送信用圧電振動子２１には超音波発生用の駆動信号供給のための図２に示す同軸ケーブル３１が、受信用圧電振動子２２には受信超音波を圧電変換したｒｆパルス信号を伝送するための同軸ケーブル３２が、それぞれ接続されている。
【００６１】
画像処理部１７の構成について図５を用いて詳細に説明する。
図５に示す様に、画像処理部１７は、通常処理用画像処理部６１と、関心領域取り込み装置６２と、空間分解能定量化装置６３と、記憶装置６４と、比較計算部６５とを含んで構成される。
【００６２】
通常処理用画像処理部６１は、スキャンコンバータ１６からの画像データに対してコントラスト調整や輝度レベル調整等の通常の画像処理を行って関心領域取り込み装置６２に供給するとともに、画像データａ１として前記図示しないＤ／Ａ変換回路を介して画像表示手段に供給する。
【００６３】
関心領域取り込み装置６２は、画像の関心領域を取り込む。空間分解能定量化装置６３は、関心領域取り込み装置６２が取り込んだ関心領域について、その空間分解能を定量化する。
【００６４】
空間分解能定量化装置６３の出力は、記憶装置６４と比較計算部６５に供給される。
【００６５】
記憶装置６４は、関心領域の空間分解能の定量化値を一旦記憶してからポート６６にカルテ記入情報ｃ１として出力するとともに、比較計算部６５に導く。比較計算部６５は、記憶装置６４からの過去の関心領域の空間分解能の定量化値と空間分解能定量化装置６３からの現在の空間分解能の定量化値を比較し、この比較結果の前記差異値ｂ１を次段に伝送する。
【００６６】
空間分解能定量化装置６３の構成について図６を用いて詳細に説明する。
【００６７】
図６に示す様に、前記空間分解能定量化装置６３は、規格化演算部７１と、フーリエ変換演算部（以下、ＦＦＴ演算部と呼ぶ）７２と、空間パワースペクトル演算部７３と、画像自己相関演算部７４と、相関長演算部７５とを含んで構成される。
【００６８】
規格化演算部７１は、関心領域取り込み装置６２からの入力画像をその最大輝度値で規格化し、規格化する。
【００６９】
ＦＦＴ演算部７２は、規格化演算部７１が規格化した画像データをフーリエ変換する。
【００７０】
空間パワースペクトル演算部７３は、ＦＦＴ演算部７２がフーリエ変換した画像データの絶対値の２乗を計算する。
【００７１】
画像自己相関演算部７４は、空間パワースペクトル演算部７３の計算結果に関し、画像の逆フーリエ変換計算を行い、その実数部を計算する。
【００７２】
相関長演算部７５は、画像自己相関演算部７４の演算結果を用いて空間分解能を表す相関長を計算する。
【００７３】
このような構成により、機械的ラジアル走査型超音波診断装置１は、超音波を対象物に送信し、超音波送受信用センサの送信用圧電振動子２１で対象物からのエコー信号を受信し、この受信信号を受信信号信号処理手段（並列共振回路１３、レシーバ回路１４、Ａ／Ｄ変換回路１５、スキャンコンバータ１６）及び画像処理手段（画像処理部１７と、デジタル／アナログ変換回路１８）で処理することで超音波画像を生成する。
【００７４】
前記受信信号信号処理手段には、前記超音波送受信用センサの少なくともひとつ以上の等価回路定数と、前記受信信号を伝送する配線の伝達関数と、前記受信信号信号処理手段の入力インピーダンスとから設定される特定の周波数を共振周波数とする並列共振手段（並列共振回路１３）を備えている。
【００７５】
尚、以上の構成において、本発明は、必ずしも図１に示した構成に限定されるものではなく、例えばＡ／Ｄ変換器１５をレシーバ１４の前段に持ってきても良いし、空間分解能の定量化値と設定値との差異値ｂ１を出力する比較計算部６５はＤ／Ａ変換器１８の後ろに配置し、アナログ信号で演算するのでも良い。また超音波トランスデューサの構造は本実施例で説明した構造でなくてもよく、例えば送信用圧電振動子と受信用圧電振動子の配置は逆の関係、即ち、送信用圧電振動子が円板で、受信用圧電振動子がリング形状をしていても良いし、形状は円板とリング形状の関係でなくとも角型でも良い。また外部信号によって静電容量を変化させる回路要素は可変容量ダイオード３３でなくて、同等の機能を持っていればオペアンプを用いた回路でも良い。またインダクタ３４も等価的にインダクタの機能を有する回路構成でも良い。また可変容量ダイオード３３の代わり固定コンデンサを設け、入力信号によってインダクタンスを変化できる機能を有するものであればオペアンプを用いた等価インダクタ回路でも良い。
【００７６】
（作用）
以下に、本実施の形態の作用効果について説明する。
ＳＡＴＲＵＴ１１の例えば、リング形状をした超音波送信用圧電振動子２１にパルサ１２から超音波発生用の駆動信号例えば、スパイクパルスやバースト波を配線２３を経て印加する。これによって、前記送信用圧電振動子２１は印加信号波形に応じた音圧、スペクトルを持った超音波を送信する。この超音波が対象物、例えば生体組織で反射し、受信用圧電振動子に音響レンズ４３を経て入射する。この入射信号には送信信号に対応する基本波信号だけでなく、生体組織情報に関係した非線形超音波成分や対象物が動いていればドップラ信号成分も含まれる。このような入力信号のうち、目的のスペクトル成分の中心周波数近傍の共振周波数を有した圧電振動子を受信用振動子２２として用い、超音波信号をｒｆ電気信号に変換する。
【００７７】
目的のスペクトルが非線形超音波、例えば第二高調波の場合、基本波音圧に対し１５〜２０ｄＢも小さい。この様に小さな高調波成分はいかに選択性の良い受信用圧電振動子でも基本波と高調波の音圧レベル差が逆転するが、高調波像を劣化させる原因となる基本波成分を完全には除去できない。この基本波と高調波が混在したｒｆ信号は受信用圧電振動子２２の制動容量Ｃｄ、ケーブルの伝播定数ｙ、同軸ケーブル３２の信号線に直列に接続した可変容量ダイオード３３の静電容量Ｃａ、同軸ケーブル３２の信号線に並列に接続したインダクタンスＬａを有するインダクタ３４からなる並列共振回路１３を通過すると、前記並列共振回路１３の共振周波数近辺以外の周波数成分は抑圧される。この抑圧によって、前記混在信号に含まれる基本波成分はほぼ完全に抑圧される。尚この並列共振回路の共振周波数は次式（１）、（２）、（３）に示す伝達関数を解くことによって得られる様になる。
【００７８】
【数１】

式（１）、（２）、（３）では、同軸ケーブル３２の特性インピーダンスをＺ_０、レシーバ１４の入力インピーダンスをＲｉ、εは同軸ケーブル３２の誘電率、ν_０は同軸ケーブル３２の伝搬速度、ｌは同軸ケーブルの長さとしている。
【００７９】
この様にしてレシーバ回路１４で処理された信号はＡ／Ｄ変換器１５によってデジタル信号に変換され、スキャンコンバータ１６を経て画像処理される。画像処理部１７では、関心領域取り込み装置６２により画像データのうち関心領域を抽出し、この関心領域取り込み装置６２からの輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）を元に空間分解能定量化装置６３によって空間分解能定量化信号が生成される。空間分解能定量化装置６３の画像規格化演算部７１は、輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）を、その最大値によって規格化する。この前記規格化された輝度出力データｇ_ｎ（ｘ、ｙ）はＦＦＴ演算部７２によってフーリエ変換することによって、空間スペクトル関数φが得られる。φは空間パワースペクトル演算部７３によって、その絶対値の２乗即ち空間パワースペクトルが演算される。その演算結果｜φ｜^２は画像自己相関演算部７４によって逆フーリエ変換され自己相関関数φが演算される。次いで相関長演算部７５にて、自己相関関数φの絶対値を演算し、その最大値Φｍａｘの１／ｅになるｘの値ｘ１，ｘ２とｙの値ｙ１，ｙ２を求め、更にΔｘ＝ｘ２−ｘ１，Δｙ＝ｙ２−ｙ１を求め、この差、Δｘ，Δｙを空間分解能を定量化した値とする。
【００８０】
図７、図１１、図１５は、上記手順の内、関心領域取り込み装置６２により関心領域を拡大して示した輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第１、第２、第３の例をそれぞれ画像８１，８２，８３で示している。
【００８１】
図８、図１２、図１６は、それぞれ前記第１、第２、第３の例に対して画像自己相関演算部７４が演算した自己相関関数φの絶対値｜Φ｜をｚ軸、横方向をｘ軸、深さ方向をｙ軸として図示している。相関長演算部７５は、図８、図１２、図１６にそれぞれ示す自己相関関数φの絶対値｜Φ｜から、その結果から深さ方向または横方向に投影した相関長を演算する。
【００８２】
前記相関長は分解能に対応していて、この値が小さいほど分解能が良いことになる。
【００８３】
図９、図１３、図１７は、それぞれ前記第１、第２、第３の例による自己相関関数Φの絶対値｜Φ｜をｘ−ｚ軸平面に投影した図であり、符号９１が１／ｅの線であり、この線９１で切断された切片の長さＬｘが自己相関長であり空間分解能に相当する。
【００８４】
この図の場合ｘ軸を横方向にとっているが、ｙ軸に投影し、同様に切片の長さＬｙを求めれば深さ方向の分解能が得られる。図１０、図１４、図１８は、それぞれ前記第１、第２、第３の例による己相関関数Φの絶対値｜Φ｜をｚ＝１／ｅの（ｘ，ｙ）面で切断した状態を示す説明図であり、このような処理を行うことで、横方向の自己相関長Ｌｘと、長さ方向の自己相関長Ｌｙを求めれば横方向と深さ方向の両方の分解能が得られる。
【００８５】
この計算手順は通常デジタル演算なので、分解能の定量化値もデジタル値である。空間分解能の表現は前記したΔｘ、Δｙのいずれか、又は両者を積算した値Δｘ×Δｙのいずれでも良く、適宜図示していない切り替え手段によって切り替える。空間分解能定量化装置６３からの出力は記憶装置６４に記憶された初期値、例えば０に対し、空間分解能の定量化値との差異が最小になり、かつその最小値が飽和するまで比較装置６５で演算が繰り返され、その差異値ｂ１はその都度比較装置６５から出力される。本実施の形態では、それぞれ前記第１の例（図７乃至図１０）→前記第２の例（図１１乃至図１４）→前記第３の例（図１５乃至図１８）の順に上記制御を行い、最終的に最良の分解能（第３の例）が得られるまで処理を行う。
【００８６】
前記並列共振回路１３の静電容量可変手段である可変容量ダイオード３３の入力はアナログ信号の為、デジタル値の分解能の差異値ｂ１はＤ／Ａ変換１８でアナログ信号に変換した上で可変容量ダイオード３３の電圧入力ゲート端子３５に入力する。この信号入力によって、可変容量ダイオード３３の静電容量が変化する。これによって前記並列共振回路１３の共振周波数は変化する。変化した結果の並列共振回路１３の伝達関数即ち、周波数特性と前記受信用圧電振動子２２による変換ｒｆ電圧信号の周波数特性がほぼ一致していると、並列共振回路１３を通過したレシーバ回路１４への入力信号は共振尖鋭度Ｑが大きくなり、信号レベルは高くなるが、狭帯域となり、ｒｆパルス信号のパルス幅は長くなり、深さ方向分解能が低下する。一方、変換ｒｆ電圧信号の周波数特性が並列共振回路１３の周波数特性が相対的にずれると並列共振回路１３を通過したレシーバ回路１４への入力信号は広帯域となり、ｒｆパルス信号のパルス幅は短くなり、深さ方向分解能が向上する。また、このずれが高域側に起こると中心周波数が上昇し、広帯域化とあいまって空間分解能が向上する。これによって得られた超音波診断画像について、前記空間分解能定量化装置６３による演算と、Ｄ／Ａ変換を繰り返し、空間分解能の定量化値がそれ以上小さくならない場合の超音波診断像が空間分解能に関する最適画像となる。この時の空間分解能の定量化値は生体組織の状態を表すことになり、ポート６６から出力されカルテ記入情報になりうる。
【００８７】
（効果）
以上述べた様に超音波診断画像の関心領域の空間分解能を定量化し、その定量化信号を空間分解能に影響を及ぼす並列共振回路を構成する回路要素に入力し、その回路定数を変化させることによって並列共振回路の帯域特性を変化させ、空間分解能の変化をさせることを繰り返し行うことによって、超音波診断画像の関心領域の空間分解能を最適化でき、またその定量化値をカルテに書き込む情報とすることも出来る。この様な最適化を行った診断画像は主観的な判断や操作がはいる余地が少なく客観的なデータを提供出来るようになる。
【００８８】
［付記］
以上詳述したような本発明の前記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００８９】
（付記項１） 超音波を対象物に送信し、超音波送受信用センサで対象物からのエコー信号を受信し、この受信信号を受信信号信号処理手段及び画像処理手段で処理することで超音波画像を生成する超音波診断装置において、
前記受信信号信号処理手段に、前記超音波送受信用センサの少なくともひとつ以上の等価回路定数と、前記受信信号を伝送する配線の伝達関数と、前記受信信号信号処理手段の入力インピーダンスとから設定される特定の周波数を共振周波数とする並列共振手段を備えていることを特徴とする超音波診断装置。
【００９０】
（付記項２） 前記超音波送受信用センサが圧電振動子からなり、前記等価回路定数が少なくとも前記圧電振動子の制動容量であることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００９１】
（付記項３） 前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備えていることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００９２】
（付記項４） 前記並列共振手段に、外部信号の入力によって、前記並列共振手段の出力信号の周波数特性を変化させる手段を有することを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００９３】
（付記項５） 前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備え、前記外部信号は、前記画質を定量的に評価する手段からの出力信号であることを特徴とする付記項４に記載の超音波診断装置。
【００９４】
（付記項６） 前記画質を定量的に評価する手段は、
前記画像の関心領域を指定し、関心領域の全画像データを抽出する手段と、
前記画像データの特定の点Ｐ（ｘ，ｙ）における輝度をＧ（ｘ，ｙ）とし、この値をＧ（ｘ，ｙ）の最大値Ｇｍａｘで規格化し、Ｇｎ（ｘ，ｙ）、を計算する手段と、
前記Ｇｎ（ｘ，ｙ）から空間周波数特性Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）を計算する手段と、
前記Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）から空間パワー関数Φ＝｜Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）｜^２を計算する手段と、
前記Φの自己相関関数φ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、
前記φ（ｘ，ｙ）の絶対値φａｂｓ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、
前記φａｂｓ（ｘ，ｙ）の最大値と前記最大値の１／ｅ（ｅ：２．７１８）になるｘの最大値と最小値の差Δｘ及び／又はｙの最大値と最小値の差Δｙを出力する手段及び／又はΔｘとΔｙの積を出力する手段と、
を具備することを特徴とする付記項３に記載の超音波診断装置。
【００９５】
（付記項７） 前記超音波送受信用センサは、送信専用の圧電振動子と受信専用の圧電振動子からなる送受信分離形超音波トランスデューサで、それぞれの圧電振動子に別々の同軸ケーブルが接続されていることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００９６】
（付記項８） 前記送受信分離形超音波トランスデューサにおいて、送信超音波の周波数をｆ０、受信専用の圧電振動子の出力信号をＶｏｕｔ（ｆ）とすると、Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数がｋｆ０（ｋは任意の正の実数）に等しいことを特徴とする付記項７に記載の超音波診断装置。
【００９７】
（付記項９） 前記並列共振回路の共振周波数は、受信専用の圧電振動子の出力信号Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数ｋｆ０に等しくなるように設定されることを特徴とする付記項８に記載の超音波診断装置。
【００９８】
（付記項１０） 前記並列共振手段は、前記超音波送受信用センサの受信用圧電振動子の制動容量Ｃｄと、前記受信用圧電振動子に接続する同軸ケーブルの分布定数回路の伝達関数と、前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタと、前記同軸ケーブルに並列に接続するインダクタからなることを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【００９９】
（付記項１１） 前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタが可変容量ダイオードであることを特徴とする付記項１０に記載の超音波診断装置。
【０１００】
（付記項１２） 前記並列共振回路の機能が受信時においてのみ有効になる手段を有することを特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。
【０１０１】
（付記項１３） 超音波送受信用センサは、機械的ラジアル走査型であることを特徴とする付記項１乃至１２のいずれかに記載の超音波診断装置。
【０１０２】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば、画像の基本特性のうちの空間分解能を、関心領域について定量化し、定量化した値が主観的な判断を経ずに最適値になるよう制御できるので、この様な最適化を行った診断画像は主観的な判断や操作がはいる余地が少なく客観的なデータを提供出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る機械的ラジアル走査型超音波診断装置全体の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る並列共振回路の回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る送受信分離型超音波トランスデューサの正面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る送受信分離型超音波トランスデューサの側面から見た断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理部の要部を示すブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る空間分解能定量化装置を示すブロック図。
【図７】本発明の実施の形態に係る関心領域取り込み装置からの輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第１の例を画像で示す説明図。
【図８】図７に示した輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第１の例に対して図６の画像自己相関演算部が演算した自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を示す説明図。
【図９】図８に示した第１の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を（ｘ，ｚ）面に投影した状態を示すグラフ。
【図１０】図９に示した第１の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜をｚ＝１／ｅの（ｘ，ｙ）面で切断した状態を示す説明図。
【図１１】本発明の実施の形態に係る関心領域取り込み装置からの輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第２の例を画像で示す説明図。
【図１２】図１１に示した輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第２の例に対して図６の画像自己相関演算部が演算した自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を示す説明図。
【図１３】図１２に示した第２の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を（ｘ，ｚ）面に投影した状態を示すグラフ。
【図１４】図１２に示した第２の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜をｚ＝１／ｅの（ｘ，ｙ）面で切断した状態を示す説明図。
【図１５】本発明の実施の形態に係る関心領域取り込み装置からの輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第３の例を画像で示す説明図。
【図１６】図１５に示した輝度出力データｇ（ｘ、ｙ）の第３の例に対して図６の画像自己相関演算部が演算した自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を示す説明図。
【図１７】図１６に示した第３の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜を（ｘ，ｚ）面に投影した状態を示すグラフ。
【図１８】図１６に示した第３の例の自己相関関数φの絶対値｜Φ｜をｚ＝１／ｅの（ｘ，ｙ）面で切断した状態を示す説明図。
【図１９】超音波診断画像に対してアダプティブなエッジ強調処理を行う従来の超音波診断装置を示す説明図。
【図２０】従来のカラードプラ診断装置を示す説明図。
【図２１】超音波診断画像に対してより効果的なコントラストエコー法を実施する従来の超音波ドプラ診断装置を示す説明図。
【符号の説明】
１ …機械的ラジアル走査型超音波診断装置
１１ …送受信分離型超音波トランスデューサ
１２ …駆動信号源（パルサ）
１３ …並列共振回路
１４ …レシーバ回路
１５ …アナログ／デジタル変換回路
１６ …スキャンコンバータ
１７ …画像処理部
１８ …デジタル／アナログ変換回路

Claims (12)

1. 超音波を対象物に送信し、超音波送受信用センサで対象物からのエコー信号を受信し、この受信信号を受信信号信号処理手段及び画像処理手段で処理することで超音波画像を生成する超音波診断装置において、
   前記受信信号信号処理手段に、前記超音波送受信用センサの少なくともひとつ以上の等価回路定数と、前記受信信号を伝送する配線の伝達関数と、前記受信信号信号処理手段の入力インピーダンスとから設定される特定の周波数を共振周波数とする並列共振手段を備えていることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記超音波送受信用センサが圧電振動子からなり、前記等価回路定数が少なくとも前記圧電振動子の制動容量であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記並列共振手段に、外部信号の入力によって、前記並列共振手段の出力信号の周波数特性を変化させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記画像処理手段に、画質を定量的に評価する手段を備え、前記外部信号は、前記画質を定量的に評価する手段からの出力信号であることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記画質を定量的に評価する手段は、
   前記画像の関心領域を指定し、関心領域の全画像データを抽出する手段と、
   前記画像データの特定の点Ｐ（ｘ，ｙ）における輝度をＧ（ｘ，ｙ）とし、この値をＧ（ｘ，ｙ）の最大値Ｇｍａｘで規格化したＧｎ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、
   前記Ｇｎ（ｘ，ｙ）から空間周波数特性Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）を計算する手段と、
   前記Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）から空間パワー関数Φ＝｜Ｇ（ｋｘ，ｋｙ）｜^２を計算する手段と、
   前記Φの自己相関関数φ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、
   前記φ（ｘ，ｙ）の絶対値φａｂｓ（ｘ，ｙ）を計算する手段と、
   前記φａｂｓ（ｘ，ｙ）の最大値と前記最大値の１／ｅ（ｅ：２．７１８）になるｘの最大値と最小値の差Δｘ及び／又はｙの最大値と最小値の差Δｙを出力する手段及び／又はΔｘとΔｙの積を出力する手段と、
   を具備することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波送受信用センサは、送信専用の圧電振動子と受信専用の圧電振動子からなる送受信分離形超音波トランスデューサで、それぞれの圧電振動子に別々の同軸ケーブルが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記送受信分離形超音波トランスデューサにおいて、送信超音波の周波数をｆ０、受信専用の圧電振動子の出力信号をＶｏｕｔ（ｆ）とすると、Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数がｋｆ０（ｋは任意の正の実数）に等しいことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記並列共振回路の共振周波数は、受信専用の圧電振動子の出力信号Ｖｏｕｔ（ｆ）の中心周波数ｋｆ０に等しくなるように設定されることを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
10. 前記並列共振手段は、前記超音波送受信用センサの受信用圧電振動子の制動容量Ｃｄと、前記受信用圧電振動子に接続する同軸ケーブルの分布定数回路の伝達関数と、前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタと、前記同軸ケーブルに並列に接続するインダクタからなることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
11. 前記同軸ケーブルに直列に挿入するキャパシタが可変容量ダイオードであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 前記並列共振回路の機能が受信時においてのみ有効になる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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