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JP2022080735A - 超音波診断装置およびプログラム - Google Patents

超音波診断装置およびプログラム Download PDF

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JP2022080735A JP2020191960A JP2020191960A JP2022080735A JP 2022080735 A JP2022080735 A JP 2022080735A JP 2020191960 A JP2020191960 A JP 2020191960A JP 2020191960 A JP2020191960 A JP 2020191960A JP 2022080735 A JP2022080735 A JP 2022080735A
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明弘 掛江
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Abstract

【課題】造影検査における検査精度を向上すること。【解決手段】実施形態に係る超音波診断装置は、送受信部と、決定部とを備える。送受信部は、造影剤を用いた検査モードの実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行する。決定部は、検査モードに関する情報に基づいて、送信開口合成に関するビーム合成数を決定する。【選択図】 図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波診断装置およびプログラムに関する。
従来、超音波診断装置では、コントラストハーモニックイメージング（ＣＨＩ：Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれる造影エコー法が行われている。造影エコー法は、例えば、肝臓や心臓などの検査において、静脈から造影剤を注入して画像化を行う。造影エコー法で用いられる造影剤の多くは、微小気泡（マイクロバブル）を反射源として用いるものである。造影エコー法により、例えば、被検体内の血管を明瞭に描出させたり、血管内の造影剤の流れを描出させたりすることができる。
また、超音波診断装置では、並列同時受信の方法として、送信開口合成と呼ばれる技術が知られている。送信開口合成は、送信集束点が異なる送信ビーム間で、同一の観測点に送受焦点を合わせた受信エコー信号を複数取得し、加算合成する手法のことである。送信開口合成を用いることで、Ｓ／Ｎの向上に加えて、深さ方向に均一な送信ビーム幅を高精度に形成することが可能となり、空間分解能及びコントラスト分解能に優れた超音波画像を生成することができる。
よって、超音波診断装置において、造影エコー法の実行中に送信開口合成を行うことにより、空間分解能及びコントラスト分解能に優れた造影画像の生成が見込め、造影検査における検査精度を向上することができると考えられる。しかし、超音波診断装置において、造影エコー法と送信開口合成とを同時に実行する際の制御方法については知られていない。
特開２０１８－１５１５５号公報 特開２０１９－１１８７１５号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、造影検査における検査精度を向上することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係る超音波診断装置は、送受信部と、決定部とを備える。送受信部は、造影剤を用いた検査モードの実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行する。決定部は、検査モードに関する情報に基づいて、送信開口合成に関するビーム合成数を決定する。
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態における送信開口合成制御処理を実行する処理回路の動作を説明するためのフローチャートである。 図３は、第１の実施形態における造影検査モードによる検査の流れを説明するための図である。 図４は、図２のフローチャートのビーム合成数決定処理を例示するフローチャートである。 図５は、第１の実施形態における造影画像データの第１の表示例を示す図である。 図６は、第１の実施形態における造影画像データの第２の表示例を示す図である。 図７は、第１の実施形態におけるタイマリセット処理を説明するための図である。 図８は、送信開口合成による送信制御の動作を説明するための図である。 図９は、送信開口合成による受信制御の動作を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら、超音波診断装置の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成例を示す図である。図１の超音波診断装置１は、装置本体１００と、超音波プローブ１０１とを有している。装置本体１００は、入力装置１０２および出力装置１０３と接続されている。また、装置本体１００は、ネットワークＮＷを介して外部装置１０４と接続されている。外部装置１０４は、例えば、ＰＡＣＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を搭載したサーバおよびポスト処理を実行可能なワークステーションなどである。
超音波プローブ１０１は、例えば、装置本体１００からの制御に従い、被検体である生体Ｐ内のスキャン領域について超音波スキャンを実行する。超音波プローブ１０１は、例えば、音響レンズ、一つ以上の整合層、複数の振動子（圧電素子）、およびバッキング材等を有する。音響レンズは、例えばシリコンゴムで形成され、超音波ビームを収束させる。一つ以上の整合層は、複数の振動子と生体との間のインピーダンスマッチングを行う。バッキング材は、複数の振動子から放射方向に対して後方への超音波の伝搬を防止する。超音波プローブ１０１は、例えば、複数の振動子が所定の方向に沿って配列された一次元アレイリニアプローブである。超音波プローブ１０１は、装置本体１００と着脱自在に接続される。超音波プローブ１０１には、オフセット処理、および超音波画像をフリーズさせる操作（フリーズ操作）等の際に押下されるボタンが配置されてもよい。
複数の振動子は、装置本体１００が有する後述の超音波送信回路１１０から供給される駆動信号に基づいて超音波を発生する。これにより、超音波プローブ１０１から生体Ｐへ超音波が送信される。超音波プローブ１０１から生体Ｐへ超音波が送信されると、送信された超音波は、生体Ｐの体組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流または心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向の速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。超音波プローブ１０１は、生体Ｐからの反射波信号を受信して電気信号に変換する。
図１には、一つの超音波プローブ１０１と装置本体１００との接続関係を例示している。しかしながら、装置本体１００には、複数の超音波プローブを接続することが可能である。接続された複数の超音波プローブのうちいずれを超音波スキャンに使用するかは、例えば、後述するタッチパネル上のソフトウェアボタンによって任意に選択することができる。
装置本体１００は、超音波プローブ１０１により受信された反射波信号に基づいて超音波画像を生成する装置である。装置本体１００は、超音波送信回路１１０と、超音波受信回路１２０と、内部記憶回路１３０と、画像メモリ１４０と、入力インタフェース１５０と、出力インタフェース１６０と、通信インタフェース１７０と、処理回路１８０とを有している。
超音波送信回路１１０は、超音波プローブ１０１に駆動信号を供給するプロセッサである。超音波送信回路１１０は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路、およびパルサ回路等により実現される。トリガ発生回路は、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を繰り返して発生する。遅延回路は、超音波プローブから発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な複数の圧電振動子毎の遅延時間を、トリガ発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１０１に設けられる複数の超音波振動子へ駆動信号（駆動パルス）を印加する。遅延回路により各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、複数の圧電振動子の表面からの送信方向が任意に調整可能となる。
また、超音波送信回路１１０は、駆動信号によって、超音波の出力強度を任意に変更することができる。超音波診断装置では、出力強度を大きくすることにより、生体Ｐ内での超音波の減衰の影響を小さくすることができる。超音波診断装置は、超音波の減衰の影響を小さくすることによって、受信時において、Ｓ／Ｎ比の大きい反射波信号を取得することができる。
一般的に、超音波が生体Ｐ内を伝播すると、出力強度に相当する超音波の振動の強さ（これは、音響パワーとも称する）が減衰する。音響パワーの減衰は、吸収、散乱および反射などによって起こる。また、音響パワーの減少の度合いは、超音波の周波数および超音波の放射方向の距離に依存する。例えば、超音波の周波数を大きくすることにより、減衰の度合いは大きくなる。また、超音波の放射方向の距離が長くなるほど、減衰の度合いは大きくなる。
超音波受信回路１２０は、超音波プローブ１０１が受信した反射波信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成するプロセッサである。超音波受信回路１２０は、超音波プローブ１０１によって取得された超音波の反射波信号に対する受信信号を生成する。具体的には、超音波受信回路１２０は、例えば、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器、復調器、およびビームフォーマ（加算器）等により実現される。プリアンプは、超音波プローブ１０１が受信した反射波信号をチャネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をディジタル信号に変換する。復調器は、ディジタル信号を復調する。ビームフォーマは、例えば、復調されたディジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与えて、遅延時間が与えられた複数のディジタル信号を加算する。ビームフォーマの加算処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。尚、受信信号は、ＩＱ信号と呼ばれてもよい。また、超音波受信回路１２０は、受信信号（ＩＱ信号）を、後述する内部記憶回路１３０に記憶させてもよいし、通信インタフェース１７０を介して外部装置１０４へ出力してもよい。
内部記憶回路１３０は、例えば、磁気的記憶媒体、光学的記憶媒体、または半導体メモリ等、プロセッサにより読み取り可能な記憶媒体等を有する。内部記憶回路１３０は、超音波送受信を実現するためのプログラム、後述する送信開口合成制御処理に関するプログラムおよび各種データ等を記憶している。プログラムおよび各種データは、例えば、内部記憶回路１３０に予め記憶されていてもよい。また、プログラムおよび各種データは、例えば、非一過性の記憶媒体に記憶されて配布され、非一過性の記憶媒体から読み出されて内部記憶回路１３０にインストールされてもよい。また、内部記憶回路１３０は、入力インタフェース１５０を介して入力される操作に従い、処理回路１８０で生成されるＢモード画像データ、造影画像データ、および血流映像に関する画像データ等を記憶する。内部記憶回路１３０は、記憶している画像データを、通信インタフェース１７０を介して外部装置１０４等に転送することも可能である。尚、内部記憶回路１３０は、超音波受信回路１２０で生成した受信信号（ＩＱ信号）を記憶してもよいし、通信インタフェース１７０を介して外部装置１０４等に転送してもよい。
なお、内部記憶回路１３０は、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、およびフラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。内部記憶回路１３０は、記憶しているデータを可搬性記憶媒体へ書き込み、可搬性記憶媒体を介してデータを外部装置１０４に記憶させることも可能である。
画像メモリ１４０は、例えば、磁気的記憶媒体、光学的記憶媒体、または半導体メモリ等、プロセッサにより読み取り可能な記憶媒体等を有する。画像メモリ１４０は、入力インタフェース１５０を介して入力されるフリーズ操作直前の複数フレームに対応する画像データを保存する。画像メモリ１４０に記憶されている画像データは、例えば、連続表示（シネ表示）される。
上記の内部記憶回路１３０および画像メモリ１４０は、必ずしもそれぞれが独立した記憶装置により実現されなくてもよい。内部記憶回路１３０および画像メモリ１４０は、単一の記憶装置により実現されてもよい。また、内部記憶回路１３０および画像メモリ１４０は、それぞれ複数の記憶装置により実現されてもよい。
入力インタフェース１５０は、入力装置１０２を介し、操作者からの各種指示を受け付ける。入力装置１０２は、例えば、マウス、キーボード、パネルスイッチ、スライダースイッチ、トラックボール、ロータリーエンコーダ、操作パネル、およびタッチコマンドスクリーン（ＴＣＳ：Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｓｃｒｅｅｎ）である。入力インタフェース１５０は、例えばバスを介して処理回路１８０に接続され、操作者から入力される操作指示を電気信号へ変換し、電気信号を処理回路１８０へ出力する。なお、入力インタフェース１５０は、マウスおよびキーボード等の物理的な操作部品と接続するものだけに限られない。例えば、超音波診断装置１とは別体に設けられた外部の入力機器から入力される操作指示に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路１８０へ出力する回路も入力インタフェースの例に含まれる。
出力インタフェース１６０は、例えば処理回路１８０からの電気信号を出力装置１０３へ出力するためのインタフェースである。出力装置１０３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の任意のディスプレイである。出力装置１０３は、入力装置１０２を兼ねたタッチパネル式のディスプレイでもよい。出力装置１０３は、ディスプレイの他に、音声を出力するスピーカーを更に含んでもよい。出力インタフェース１６０は、例えばバスを介して処理回路１８０に接続され、処理回路１８０からの電気信号を出力装置１０３に出力する。
通信インタフェース１７０は、例えばネットワークＮＷを介して外部装置１０４と接続され、外部装置１０４との間でデータ通信を行う。
処理回路１８０は、例えば、超音波診断装置１の中枢として機能するプロセッサである。処理回路１８０は、内部記憶回路１３０に記憶されているプログラムを実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。処理回路１８０は、例えば、Ｂモード処理機能１８１と、ドプラ処理機能１８２と、画像生成機能１８３と、タイマ機能１８４と、バブル速度検出機能１８５と、判定機能１８６、ビーム合成数決定機能１８７、表示制御機能１８８と、システム制御機能１８９とを有している。
Ｂモード処理機能１８１は、超音波受信回路１２０から受け取った受信信号に基づき、Ｂモードデータを生成する機能である。Ｂモード処理機能１８１において処理回路１８０は、例えば、超音波受信回路１２０から受け取った受信信号に対して包絡線検波処理、および対数圧縮処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。生成されたＢモードデータは、２次元的な超音波走査線（ラスタ）上のＢモードＲＡＷデータとして不図示のＲＡＷデータメモリに記憶される。
また、処理回路１８０は、Ｂモード処理機能１８１により、造影エコー法、例えば、コントラストハーモニックイメージング（Ｃｏｎｔｒａｓｔ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ：ＣＨＩ）を実行することができる。即ち、処理回路１８０は、造影剤が注入された生体Ｐの反射波データ（高調波成分または分周波成分）と、生体Ｐ内の組織を反射源とする反射波データ（基本波成分）とを分離することができる。これにより、処理回路１８０は、生体Ｐの反射波データから高調波成分または分周波成分を抽出して、造影画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。
造影画像データを生成するためのＢモードデータは、造影剤を反射源とする反射波の信号強度を輝度で表したデータとなる。また、処理回路１８０は、生体Ｐの反射波データから基本波成分を抽出して、組織画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。
上記のＣＨＩのような造影剤を用いた検査モード（造影検査モード）では、注目する臓器により複数の異なる時相で検査が行われる。例えば、注目する臓器が肝臓の場合、複数の異なる時相は、例えば、血管相および後血管相（クッパー相）を含む。血管相は、更に動脈優位相および門脈優位相に分けられる。血管相では、造影剤の流れを血流に見立てて検査を行う血流イメージングが行われる。クッパー相は、造影剤が肝臓のクッパー細胞に取り込まれる時相である。クッパー相では、主に肝実質の検査を行うクッパーイメージングが行われる。
なお、ＣＨＩを行う際、処理回路１８０は、上述したフィルタ処理を用いた方法とは異なる方法により、ハーモニック成分（高調波成分）を抽出することができる。ハーモニックイメージングでは、振幅変調（ＡＭ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）法や位相変調（ＰＭ：Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）法、ＡＭ法及びＰＭ法を組み合わせたＡＭＰＭ法と呼ばれる映像法が行なわれる。
ＡＭ法、ＰＭ法およびＡＭＰＭ法では、同一の走査線に対して振幅や位相が異なる超音波送信を複数回行う。これにより、超音波受信回路１２０は、各走査線で複数の反射波データを生成し、生成した反射波データを出力する。処理回路１８０は、Ｂモード処理機能１８１により、各走査線の複数の反射波データを、変調法に応じた加減算処理することで、ハーモニック成分を抽出する。そして、処理回路１８０は、ハーモニック成分の反射波データに対して包絡線検波処理などを行って、Ｂモードデータを生成する。
ドプラ処理機能１８２は、超音波受信回路１２０から受け取った受信信号を周波数解析することで、スキャン領域に設定されるＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：関心領域）内にある移動体のドプラ効果に基づく運動情報を抽出したデータ（ドプラ情報）を生成する機能である。生成されたドプラ情報は、２次元的な超音波走査線上のドプラＲＡＷデータ（ドプラデータとも称する）として不図示のＲＡＷデータメモリに記憶される。
具体的には、処理回路１８０は、ドプラ処理機能１８２により、例えば移動体の運動情報として、平均速度、平均分散値、平均パワー値などを複数のサンプル点それぞれで推定し、推定した運動情報を示すドプラデータを生成する。移動体は、例えば、血流や、心壁などの組織、造影剤である。第１の実施形態に係る処理回路１８０は、ドプラ処理機能１８２により、血流の運動情報（血流情報）として、血流の平均速度、血流速度の分散値、血流信号のパワー値などを、複数のサンプル点それぞれで推定し、推定した血流情報を示すドプラデータを生成する。
画像生成機能１８３は、Ｂモード処理機能１８１により生成されたデータに基づいて、Ｂモード画像データを生成する機能である。例えば、画像生成機能１８３において処理回路１８０は、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の画像データ（表示用画像データ）を生成する。具体的には、処理回路１８０は、ＲＡＷデータメモリに記憶されたＢモードＲＡＷデータに対してＲＡＷ－ピクセル変換、例えば、超音波プローブ１０１による超音波の走査形態に応じた座標変換を実行することで、ピクセルから構成される２次元Ｂモード画像データ（超音波画像データとも称する）を生成する。換言すると、処理回路１８０は、画像生成機能１８３により、超音波の送受信によって、連続する複数のフレームにそれぞれ対応する複数の超音波画像（医用画像）を生成する。
また、処理回路１８０は、例えば、ＲＡＷデータメモリに記憶されたドプラＲＡＷデータに対してＲＡＷ－ピクセル変換を実行することで、血流情報が映像化されたドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、平均速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又はこれらを組み合わせた画像データである。処理回路１８０は、ドプラ画像データとして、血流情報がカラーで表示されるカラードプラ画像データ、および一つの血流情報がグレースケールで波形状に表示されるドプラ画像データを生成する。カラードプラ画像データは、前述の血流映像モードの実行時に生成される。
タイマ機能１８４は、時間を計測する機能である。例えば、タイマ機能１８４において処理回路１８０は、ユーザからの時間計測の開始指示を受け付ける。そして、処理回路１８０は、開始指示を受け付けた時間を起点として時間を計測する。
バブル速度検出機能１８５は、造影エコー法にて造影剤として用いられる微小気泡（マイクロバブル）の一つ一つをトラッキング（追跡）し、フレーム毎に自己相関処理を行うことで、造影剤の移動速度（バブルの速度）を検出する機能である。例えば、バブル速度検出機能１８５において処理回路１８０は、隣接するフレームの間の時間差およびトラッキングしているバブルの距離から造影剤の移動速度を検出する。
判定機能１８６は、送信開口合成におけるビーム合成数を増加させるか否かを判定する機能である。例えば、判定機能１８６において処理回路１８０は、検査モードに関する情報に基づいて、ビーム合成数を増加させるか否かを判定する。検査モードに関する情報には、例えば、造影剤に含まれるバブルの速度に関する速度情報、および被検体に対して前記造影剤の投与を開始した時間を基準とする経過時間などが含まれる。具体的には、処理回路１８０は、バブル速度が所定の速度（閾値）以下の場合、ビーム合成数を増加させると判定する。また、処理回路１８０は、タイマ機能１８４による経過時間が所定の時間（例えば、１０分）以上の場合、ビーム合成数を増加させると判定する。
ビーム合成数決定機能１８７は、ビーム合成数を増加させると判定された後に、送信開口合成に関するビーム合成数を決定する機能である。ビーム合成数決定機能１８７において処理回路１８０は、所定の条件を満たした場合、ビーム合成数を増加させる。具体的には、処理回路１８０は、現在のフレームレートが所定のフレームレート以上の場合、現在のビーム合成数における造影画像データの信号強度が直前のビーム合成数における造影画像データの信号強度以上の場合、且つ、信号強度が飽和していない場合、ビーム合成数をさらに増加させる。また、処理回路１８０は、上記所定の条件の少なくとも一つを満たさない場合、現在のビーム合成数よりも一つ前の直前のビーム合成数に決定する。例えば、処理回路１８０は、直前にビーム合成数を「４」から「５」に増加させていた場合、ビーム合成数「４」を決定する。
表示制御機能１８８は、画像生成機能１８３により生成された各種超音波画像データに基づく画像を出力装置１０３としてのディスプレイに表示させる機能である。具体的には、例えば、処理回路１８０は、表示制御機能１８８により、画像生成機能１８３により生成されたＢモード画像データ、造影画像データ、又はこれらの両方を含む画像データに基づく画像のディスプレイにおける表示を制御する。
より具体的には、処理回路１８０は、表示制御機能１８８により、例えば、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用画像データを生成する。また、処理回路１８０は、表示用画像データに対し、ダイナミックレンジ、輝度（ブライトネス）、コントラスト、及びγカーブ補正、並びにＲＧＢ変換等の各種処理を実行してもよい。また、処理回路１８０は、表示用画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディマーク等の付帯情報を付加してもよい。また、処理回路１８０は、操作者が入力装置により各種指示を入力するためのユーザインタフェース（ＧＵＩ：Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を生成し、ＧＵＩをディスプレイに表示させてもよい。
また、表示制御機能１８８により処理回路１８０は、送信開口合成に関する複数の造影画像データを一つの画面に複数表示してもよい。具体的には、処理回路１８０は、送信開口合成を行っている造影画像データと、送信開口合成を行っていない造影画像データとを同時に表示してもよい。また、処理回路１８０は、合成数の異なる複数の造影画像データを同時に表示してもよい。
システム制御機能１８９は、超音波診断装置１全体の動作を統括して制御する機能である。例えば、システム制御機能１８９において処理回路１８０は、造影剤を用いた検査モード（造影検査モード）の実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行するように超音波送信回路１１０および超音波受信回路１２０を制御する。
以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の基本的な構成について説明した。次に、第１の実施形態に係る超音波診断装置１が実行可能な送信開口合成について図８及び図９を用いて説明する。
図８は、送信開口合成による送信制御の動作を説明するための図である。図８の例では、送信焦点位置をずらして、送信＃１、送信＃２、送信＃３、送信＃４の順で超音波を超音波プローブ１０１から４回送信する場合について示す。
図９は、送信開口合成による受信制御の動作を説明するための図である。図９の例では、図８における送信＃１から送信＃４の各超音波送信に対して超音波プローブ１０１で反射波信号を受信し、指向性の異なる３つの受信信号を生成する場合を示す。また、図９の例では、送信＃１から送信＃４の各超音波送信にそれぞれ対応する受信＃１、受信＃２、受信＃３、受信＃４の順で反射波信号を超音波プローブ１０１で受信するものとする。
具体的には、超音波診断装置１は、受信＃１において送信＃１の超音波送信に対する受信信号＃１ａ、受信信号＃１ｂ及び受信信号＃１ｃを生成する。また、超音波診断装置１は、受信＃２において送信＃２の超音波送信に対する受信信号＃２ａ、受信信号＃２ｂ及び受信信号＃２ｃを生成する。同様にして、超音波診断装置１は、受信＃３において送信＃３の超音波送信に対する受信信号＃３ａ、受信信号＃３ｂ及び受信信号＃３ｃを生成する。また、超音波診断装置１は、受信＃４において送信＃４の超音波送信に対する受信信号＃４ａ、受信信号＃４ｂ及び受信信号＃４ｃを生成する。以降では、一つの送信に対する複数の受信信号の数を、同時受信数と称する。例えば、図９の場合、同時受信数は「３」となる。
そして、超音波診断装置１は、異なる送信で得られた同一チャネルの受信信号を合成する。例えば、図９に示すように、超音波診断装置１は、送信開口が異なり、同一走査線における受信信号＃１ｃと、受信信号＃２ｂと、受信信号＃３ａとを合成する。また、例えば、超音波診断装置１は、送信開口が異なり、同一走査線における受信信号＃２ｃと、受信信号＃３ｂと、受信信号＃４ａとを合成する。上述のビーム合成数は、異なる送信で得られた同一チャネルの受信信号を合成する数に相当する。
なお、ビーム合成数は、図９に例示した３つに限らず、２つ、或いは４つ以上でもよい。この場合、同時受信数はビーム合成数に合わせて増減する。また、同時受信数とビーム合成数とは一致しなくてもよい。例えば、同時受信数が「５」の場合に、ビーム合成数が「３」であってもよい。以上を概括すると、超音波診断装置１は、ビーム合成数に応じて、送信開口合成のためのスキャンにおける同時受信数を変更してもよいし、ビーム合成数にかかわらず、送信開口合成のためのスキャンにおける同時受信数を一定としてもよい。
上記の送信開口合成は、超音波プローブ１０１における送信位置と受信位置とをそれぞれずらしてスキャンする例について説明したがこれに限らない。例えば、送信開口合成において、送信位置および受信位置の少なくともどちらかが固定されてもよい。例えば、送信位置および受信位置の両方が固定される場合、超音波診断装置１は、ビーム合成数のみを考慮すればよい。
以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１が実行可能な送信開口合成について説明した。次に、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の動作について説明する。
図２は、第１の実施形態における送信開口合成制御処理を実行する処理回路の動作を説明するためのフローチャートである。第１の実施形態における送信開口合成制御処理は、造影剤を用いた検査モード（造影検査モード）の実行中において、送信開口合成を実行する際の最適な制御を行う。図２に示す送信開口合成制御処理は、例えば、ユーザが造影検査モードを実行することにより開始される。尚、以降では、具体例として、肝臓の造影検査が行われるものとする。
（ステップＳＴ１１０）
送信開口合成制御処理が開始すると、処理回路１８０は、タイマ機能１８４を実行する。タイマ機能１８４を実行すると、処理回路１８０は、ユーザからの時間計測の開始指示を受け付ける。処理回路１８０は、開始指示を受け付けた時間を起点として時間を計測する。この時、ユーザは、被検体への造影剤の投与と略同時に、時間計測の開始指示を行う。よって、計測される時間は、被検体への造影剤の投与を開始してからの経過時間に相当する。
（ステップＳＴ１２０）
時間計測を開始すると略同時に、処理回路１８０は、バブル速度検出機能１８５を実行する。バブル速度検出機能１８５を実行すると、処理回路１８０は、造影剤として用いられるマイクロバブルをフレーム毎にトラッキングし、バブル速度を検出する。尚、ステップＳＴ１２０は、ステップＳＴ１１０よりも先に行われてもよいし、ステップＳＴ１１０と略同時に行われてもよい。
図３は、第１の実施形態における造影検査モードによる検査の流れを説明するための図である。図３では、肝臓の造影検査について、造影剤の動態に応じた複数の時相が示されている。時刻ｔ０は、被検体への造影剤の投与開始時間である。また、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間の時相は動脈優位相と呼ばれ、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の時相は門脈優位相と呼ばれる。前述のように、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間の時相を血管相とも呼ばれる。また、時刻ｔ３以降の時相は後血管相（クッパー相）と呼ばれる。尚、時刻ｔ１から時刻ｔ３までは、例えば、それぞれ３０秒、１８０秒、６００秒（１０分）である。
動脈優位相では、ユーザは、主病巣（肝結節）について造影剤投与の初回イメージ（例えば、血流イメージおよび灌流イメージ）を観察する。次に、門脈優位相では、ユーザは、必要であれば、肝結節についての再灌流イメージを観察する。この時、ユーザは、Ｆｌａｓｈ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ法を利用したフラッシュスキャンを実施することによって、再灌流イメージを観察することができる。尚、クッパー相についての説明は後述される。
（ステップＳＴ１３０）
血管相における観察が終わった後、処理回路１８０は、判定機能１８６を実行する。判定機能１８６を実行すると、処理回路１８０は、バブル速度についての判定を行う。具体的には、処理回路１８０は、バブル速度が閾値以下か否かを判定する。バブル速度が閾値以下であると判定した場合、処理はステップＳＴ１４０へと進み、バブル速度が閾値以下でないと判定した場合、処理はステップＳＴ１５０へと進む。尚、ここでの閾値は、任意に決定されてよい。
このとき、ユーザは、１０分の経過時間を待たずにプローブを用いたスキャンを始めているものとする。前述のように、クッパー相は、造影剤投与から１０分後とされている。しかし、血流によるバブルの動きが見られなければ肝実質の検査は可能であるため、ユーザは、場合によって、１０分の経過時間を待たずにクッパー相での観察を行うことができると考えられる。
（ステップＳＴ１４０）
バブル速度が閾値以下でない判定した後、処理回路１８０は、判定機能１８６により、経過時間が１０分以上か否かを判定する。経過時間が１０分以上でいないと判定した場合、処理はステップＳＴ１３０へと戻り、経過時間が１０分以上であると判定した場合、処理はステップＳＴ１５０へと進む。
（ステップＳＴ１５０）
ステップＳＴ１３０においてバブル速度が閾値以下である判定した後、またはステップＳＴ１４０において経過時間が１０分以上であると判定した後、処理回路１８０は、ビーム合成数決定機能１８７を実行する。ビーム合成数決定機能１８７を実行すると、処理回路１８０は、ビーム合成数を増加する処理を含むビーム合成数決定処理を行う。以下では、ビーム合成数決定処理の具体例について図４のフローチャートを用いて説明する。
図４は、図２のフローチャートのビーム合成数決定処理を例示するフローチャートである。図４のフローチャートは、図２のステップＳＴ１５０の処理の詳細を説明するものである。
（ステップＳＴ１５１）
ステップＳＴ１３０においてバブル速度が閾値以下であると判定した後、またはステップＳＴ１４０において経過時間が１０分以上であると判定した後、処理回路１８０は、ビーム合成数決定機能１８７により、ビーム合成数を増加する。具体的には、処理回路１８０は、直前のビーム合成数に「１」を加算する。例えば、処理回路１８０は、直前のビーム合成数が「３」であれば、ビーム合成数を「４」とする。尚、直前のビーム合成数が「１」の場合は、送信開口合成を行っていないことを意味する。
（ステップＳＴ１５２）
ビーム合成数を増加した後、処理回路１８０は、フレームレートが閾値以上か否かを判定する。フレームレートが閾値以上である判定した場合、処理はステップＳＴ１５３へと進み、フレームレートが閾値以上でないと判定した場合、処理はステップＳＴ１５５へと進む。この閾値は、クッパー相を観察する際のフレームレートであり、例えば１０ｆｐｓ程度である。
（ステップＳＴ１５３）
フレームレートが閾値以上であると判定した後、処理回路１８０は、造影画像データの信号強度が向上しているか否かを判定する。具体的には、処理回路１８０は、ビーム合成数を増加した後の信号強度（増加後の信号強度）がビーム合成数を増加する前の信号強度（増加前の信号強度）以上であるか否かを判定する。増加後の信号強度が増加前の信号強度以上であると判定した場合、処理はステップＳＴ１５４へと進み、増加後の信号強度が増加前の信号強度以上でないと判定した場合、処理はステップＳＴ１５５へと進む。
（ステップＳＴ１５４）
増加後の信号強度が増加前の信号強度以上であると判定した後、処理回路１８０は、造影画像データの信号強度が飽和しているか否かを判定する。信号強度が飽和していないと判定した場合、処理はステップＳＴ１５１へと戻り、信号強度が飽和していると判定した場合、処理はステップＳＴ１５５へと進む。
（ステップＳＴ１５５）
ステップＳＴ１５２においてフレームレートが閾値以上でないと判定した後、ステップＳＴ１５３において増加後の信号強度が増加前の信号強度以上であると判定した後、またはステップＳＴ１５４において増加後の信号強度が増加前の信号強度以上でないと判定した後、処理回路１８０は、ビーム合成数を直前のビーム合成数に決定する。例えば、処理回路１８０は、ビーム合成数が「５」の状態でステップＳＴ１５５の処理が行われた場合、ビーム合成数を「４」と決定する。ステップＳＴ１５５の後、ビーム合成数決定処理、および図２のフローチャートの送信開口合成制御処理は終了する。
図４のフローチャートの処理を概括すると、処理回路１８０は、ステップＳＴ１５２からステップＳＴ１５４までの所定の条件を満たす限り、ステップＳＴ１５１によるビーム合成数を増加する処理を繰り返す。
なお、上記のステップＳＴ１５２からステップＳＴ１５４までは、任意に入れ替えられてもよい。例えば、ステップＳＴ１５２の処理またはステップＳＴ１５３の処理がステップＳＴ１５４の位置に入れ替えられた場合、ステップＳＴ１５４の判定「ＹＥＳ」において、処理はステップＳＴ１５１へと戻る。また例えば、ステップＳＴ１５４の処理がステップＳＴ１５２の位置に入れ替えられた場合、ステップＳＴ１５２の判定「ＮＯ」において、処理はステップＳＴ１５３へと進む。同様に、ステップＳＴ１５４の処理がステップＳＴ１５３の位置に入れ替えられた場合、ステップＳＴ１５３の判定「ＮＯ」において、処理はステップＳＴ１５４へと進む。
なお、図２および図４のフローチャートにおいて、ステップＳＴ１３０およびステップＳＴ１４０による判定は、ステップＳＴ１５１への遷移を行うか否かを判定することと同様である。即ち、ステップＳＴ１３０およびステップＳＴ１４０による判定は、ステップＳＴ１５１のビーム合成数を増加する処理を行うか否かを判定することと捉えることもできる。
（造影画像データの表示例）
図５は、第１の実施形態における造影画像データの第１の表示例を示す図である。図５の表示画像データ２００では、第１の造影画像データ２１０と第２の造影画像データ２２０とが横に並べて同時に表示される。第１の造影画像データ２１０は、送信開口合成を行っている造影画像データであり、アイコン２１１「合成モードＯＮ」を有する。第２の造影画像データ２２０は、送信開口合成を行っていない造影画像データであり、アイコン２２１「合成モードＯＦＦ」を有する。
この時、ユーザは、表示画像データ２００を視認することにより、送信開口合成の有無による画像の違いを容易に確認することができる。例えば、第１の造影画像データ２１０では領域２１２において深部の構造物の存在を視認できるが、第２の造影画像データ２２０では領域２１２と同位置の領域２２２において、深部の構造物がホワイトノイズに埋もれてしまい、視認性が悪い。これは、送信開口合成が行われることにより、Ｓ／Ｎ比の向上が見込めるため、深部のノイズレベルが低減し、ノイズで見えにくくなっていた構造の視認性が向上することに起因する。また、ユーザは、診察に適した画像を選択することができる。
図６は、第１の実施形態における造影画像データの第２の表示例を示す図である。図６の表示画像データ３００では、第１の造影画像データ３１０と第２の造影画像データ３２０とが横に並べて同時に表示される。第１の造影画像データ３１０は、第１のビーム合成数で送信開口合成を行っている造影画像データであり、アイコン３１１「第１の合成モード」を有する。第２の造影画像データ３２０は、第１のビーム合成数よりも合成数の多い第２のビーム合成数で送信開口合成を行っている造影画像データであり、アイコン３２１「第２の合成モード」を有する。
この時、ユーザは、表示画像データ３００を視認することにより、ビーム合成数の違いによる画像の違いを容易に確認することができる。例えば、第１の造影画像データ３１０と第２の造影画像データ３２０とを比較すると、第２の造影画像データ３２０のコントラストが第１の造影画像データ３１０のコントラストよりも高くなっている。これにより、ユーザは、診察に適した画像を選択することができる。
（タイマリセット処理）
図７は、第１の実施形態におけるタイマリセット処理を説明するための図である。造影検査の最中に、何らかの事情により、例えば、規定回数以上のフラッシュスキャンが行われたことにより造影剤を再投与する場合、造影剤の再投与に合わせて、時間計測をやり直す必要がある。例えば、図７に示されるように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時刻ｔｒに造影剤の再投与を行った場合、ユーザは、再度時間計測の開始指示を行う。この時、処理回路１８０は、時刻ｔｒを起点として時間を計測する。または、処理回路１８０は、時刻ｔ０から時刻ｔｒまでの時間差Δｔを、時刻ｔ３に加算した時刻ｔ３’を新たに設定してもよい。概括すると、タイマリセット処理には、再計測する場合と、計測時間をオフセットさせる場合とがある。以上の様に、タイマリセット処理を行うことにより、処理回路１８０は、造影剤再投与の場合であっても、後血管相（クッパー相）の開始時間を適切に決定することができる。
以上説明したように、第１の実施形態に係る超音波診断装置は、造影剤を用いた検査モードの実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行し、検査モードに関する情報に基づいて、送信開口合成に関するビーム合成数を決定することができる。
従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置は、造影検査モードの実行中において、送信開口合成に関するビーム合成数を適切に決定することができるため、空間分解能及びコントラスト分解能に優れた造影画像の生成が見込める。これにより、ユーザは、例えば、造影画像中の腫瘍の形状認識を容易に行うことができるため、造影検査における検査精度を向上することができる。
（他の実施形態）
上記の第１の実施形態では、後血管相（クッパー相）において送信開口合成に関するビーム合成数を決定する処理（ビーム合成数決定処理）を行ったがこれに限らない。例えば、所定の条件を満たしていれば、血管相においてビーム合成数決定処理を行ってもよい。所定の条件とは、例えば、ビーム合成においてバブル速度の影響を抑制させることである。具体的には、処理回路１８０は、図２のステップＳＴ１２０の後に、ステップＳＴ１５０の処理を実行する。これにより、処理回路１８０は、血管相でのビーム合成数決定処理を実行することができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、造影検査における検査精度を向上することができる。
実施形態の説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、或いは、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、上記各実施形態の各プロセッサは、プロセッサ毎に単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ 超音波診断装置
１００ 装置本体
１０１ 超音波プローブ
１０２ 入力装置
１０３ 出力装置
１０４ 外部装置
１１０ 超音波送信回路
１２０ 超音波受信回路
１３０ 内部記憶回路
１４０ 画像メモリ
１５０ 入力インタフェース
１６０ 出力インタフェース
１７０ 通信インタフェース
１８０ 処理回路
１８１ Ｂモード処理機能
１８２ ドプラ処理機能
１８３ 画像生成機能
１８４ タイマ機能
１８５ バブル速度検出機能
１８６ 判定機能
１８７ ビーム合成数決定機能
１８８ 表示制御機能
１８９ システム制御機能
２００，３００ 表示画像データ
２１０，３１０ 第１の造影画像データ
２１１，２２１，３１１，３２１ アイコン
２１２，２２２ 領域
２２０，３２０ 第２の造影画像データ
ＮＷ ネットワーク
ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ３’，ｔｒ 時刻
Δｔ 時間差

Claims (16)

  1. 造影剤を用いた検査モードの実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行する送受信部と、
    前記検査モードに関する情報に基づいて、前記送信開口合成に関するビーム合成数を決定する決定部と
    を具備する、超音波診断装置。
  2. 前記検査モードに関する情報に基づいて、前記ビーム合成数を増加するか否かを判定する判定部
    を更に具備し、
    前記ビーム合成数を増加すると判定した場合、
    前記決定部は、前記ビーム合成数を増加する、
    請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記検査モードに関する情報は、前記造影剤に含まれるバブルの速度に関する速度情報を含み、
    前記判定部は、前記速度情報と所定の速度とを比較し、
    前記速度情報が前記所定の速度以下の場合、
    前記決定部は、前記ビーム合成数を増加する、
    請求項２に記載の超音波診断装置。
  4. 前記検査モードに関する情報は、被検体に対して前記造影剤の投与を開始した時間を基準とする経過時間を含み、
    前記判定部は、前記経過時間と所定の時間とを比較し、
    前記経過時間が前記所定の時間以上の場合、
    前記決定部は、前記ビーム合成数を増加する、
    請求項２または請求項３に記載の超音波診断装置。
  5. 前記所定の時間は１０分である、
    請求項４に記載の超音波診断装置。
  6. 前記経過時間がリセットされた場合、
    前記判定部は、前記リセットされた時間を基準とする経過時間と前記所定の時間とを比較する、
    請求項４または請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記決定部は、造影画像データを表示するフレームレートおよび造影画像データの信号強度に基づいて、前記ビーム合成数を増加する、
    請求項２から請求項６までのいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  8. 前記決定部は、前記フレームレートが所定のフレームレート未満の場合、現在のビーム合成数よりも一つ前の直前のビーム合成数に決定する、
    請求項７に記載の超音波診断装置。
  9. 前記決定部は、現在のビーム合成数における造影画像データの信号強度が、前記現在のビーム合成数よりも一つ前の直前のビーム合成数における造影画像データの信号強度未満の場合、前記直前のビーム合成数に決定する、
    請求項７に記載の超音波診断装置。
  10. 前記決定部は、現在のビーム合成数における造影画像データの信号強度が飽和している場合、前記現在のビーム合成数よりも一つ前の直前のビーム合成数に決定する、
    請求項７に記載の超音波診断装置。
  11. 前記送信開口合成に関する複数の造影画像データを複数表示する表示制御部
    を更に具備する、
    請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  12. 前記表示制御部は、前記送信開口合成を行っている造影画像データと、前記送信開口合成を行っていない造影画像データとを同時に表示する、
    請求項１１に記載の超音波診断装置。
  13. 前記表示制御部は、第１のビーム合成数における造影画像データと、前記第１のビーム合成数よりも合成数の多い第２のビーム合成数における造影画像データとを同時に表示する、
    請求項１１に記載の超音波診断装置。
  14. 前記送受信部は、前記ビーム合成数に応じて、前記送信開口合成のためのスキャンにおける同時受信数を変更する、
    請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  15. 前記送受信部は、前記ビーム合成数にかかわらず、前記送信開口合成のためのスキャンにおける同時受信数を一定とする、
    請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  16. コンピュータを、
    造影剤を用いた検査モードの実行中において、送信開口合成のためのスキャンを実行する手段と、
    前記検査モードに関する情報に基づいて、前記送信開口合成に関するビーム合成数を決定する手段
    として機能させるためのプログラム。
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