JP4498451B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用して被検体内の診断部位について超音波画像を得て表示する超音波診断装置に関し、特に、生体組織の反射率断層像と弾性率画像とを画像表示装置の同一画面上に表示することができる超音波診断装置に関する。

従来の超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の生体組織の超音波反射率を計測し、それを輝度とし診断部位の反射率断層像として表示していた。また、近年の超音波診断装置においては、組織性状診断として生体組織の弾性率を計測し、それを輝度とし診断部位の弾性率画像として表示することが行われるようになってきた。この弾性率画像は、診断部位の生体組織が硬いか、軟らかいかを計測して被検体の診断に役立てようとするものである。

しかし、従来の超音波診断装置においては、診断部位の反射率断層像と弾性率画像とは別々に表示していた。即ち、反射率断層像を表示しているときは弾性率画像は表示されず、弾性率画像を表示しているときは反射率断層像は表示されないものであった。この場合、弾性率画像を表示しているときは反射率断層像が表示されないことから、被検体内部のどの部分の弾性率画像を観察しているのかがわからず、解剖学的にどの部分の生体組織が硬いか、軟らかいかを判断するのが困難であり、診断に十分に役立てることができないことがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、生体組織の反射率断層像と弾性率画像とを画像表示装置の同一画面上に表示することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信する探触子と、被検体内からの反射エコー信号を受信して遅延処理を行い位相を揃えて加算する整相手段と、この整相手段からの整相出力信号を入力して被検体内の診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを計測するための反射率計測用信号と弾性率計測用信号とに弁別する弁別手段と、上記被検体内の診断部位の反射率断層像又は弾性率画像の計測モードに応じて送波タイミングを生成し上記弁別手段に制御信号を送出する送波制御手段と、上記弁別手段からの反射率計測用信号を入力して生体組織の超音波反射率を演算する反射率演算手段と、上記弁別手段からの弾性率計測用信号を入力して生体組織の弾性率を演算する弾性率演算手段と、これら各演算手段からの演算出力信号を入力して画像データを作成するスキャンコンバータと、このスキャンコンバータからの画像データを超音波画像として表示する画像表示装置とを備え、上記送波制御手段によって生成された送波タイミングに応じて被検体内への超音波走査方向における生体組織の時間経過による超音波反射率と弾性率とを計測し、時間経過による反射率断層像と弾性率画像を画像表示装置に表示するものであって、上記送波制御手段から送出される駆動信号を入力して振動し上記被検体に対して圧力変化を与える振動発生手段を設け、該振動発生手段が振動していない第１の送波タイミングでは反射率断層像の信号を取得し、上記振動発生手段が振動し始めた第２の送波タイミングでは振動開始時の弾性率画像の信号を取得し、上記振動発生手段の振動がピークに至る第３の送波タイミングでは振動ピーク時の弾性率画像の信号を取得するものである。

また、上記画像表示装置に表示する反射率断層像と弾性率画像とは、時間経過による生体組織の超音波反射率に応じた輝度と、生体組織の弾性率に応じた輝度で表示するようにしてもよい。

さらに、上記画像表示装置に表示する反射率断層像と弾性率画像とは、診断部位の深さを画面の縦軸方向にとり、時間軸を横軸方向にとって、順次時間軸方向にスクロールさせて診断部位の深さ方向における超音波反射率の大きい部位と弾性率の大きい部位を画像化して表示するようにしてもよい。

請求項１に係る発明によれば、弁別手段により、整相手段からの整相出力信号を入力して被検体内の診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを計測するための反射率計測用信号と弾性率計測用信号とに弁別し、上記被検体内の診断部位の反射率断層像又は弾性率画像の計測モードに応じて送波タイミングを生成する送波制御手段で上記弁別手段に制御信号を送出し、上記送波制御手段によって生成された送波タイミングに応じて被検体内への超音波走査方向における生体組織の時間経過による超音波反射率と弾性率とを計測し、時間経過による反射率断層像と弾性率画像を画像表示装置に表示することができる。したがって、被検体内部のどの部分の弾性率画像を観察しているのかが一目瞭然に理解でき、診断に役立てることができる。
また、送波制御手段から送出される駆動信号を入力して振動する振動発生手段により被検体に対して圧力変化を与え、該振動発生手段が振動していない第１の送波タイミングでは反射率断層像の信号を取得し、上記振動発生手段が振動し始めた第２の送波タイミングでは振動開始時の弾性率画像の信号を取得し、上記振動発生手段の振動がピークに至る第３の送波タイミングでは振動ピーク時の弾性率画像の信号を取得することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、反射率断層像と弾性率画像を、時間経過による生
体組織の超音波反射率に応じた輝度と、生体組織の弾性率に応じた輝度で画像表示装置に
表示することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、反射率断層像と弾性率画像を、診断部位の深さ
を画面の縦軸方向にとり、時間軸を横軸方向にとって、順次時間軸方向にスクロールさせ
て診断部位の深さ方向における超音波反射率の大きい部位と弾性率の大きい部位を画像化
して、画像表示装置に表示することができる。したがって、診断部位の深さ方向における
超音波反射率の大きい部位と弾性率の大きい部位との関係が理解できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内の診断部位について超音波画像を得て表示するもので、特に、生体組織の反射率断層像と弾性率画像とを画像表示装置の同一画面上に表示するもので、図１に示すように、探触子１と、送波パルス発生器２と、送受分離回路３と、低周波発振器４と、バイブレータ５と、送波制御回路６と、整相回路７と、反射・弾性率弁別回路８と、反射率演算回路９と、弾性率演算回路１０と、スキャンコンバータ１１と、画像表示装置１２とを備えてなる。

上記探触子１は、被検体１３内に超音波を送受信するもので、図示省略したがその内部には、超音波を打ち出すと共に反射エコーを受信する複数の振動子が内蔵されている。送波パルス発生器２は、上記探触子１を駆動して超音波を送信するための送波パルス信号を発生するものである。また、送受分離回路３は、上記送波パルス発生器２からの送波パルス信号を探触子１より超音波を送信することができるように増幅して該探触子１に与え、その後信号線を切り換えることにより探触子１からの受信信号のみを整相回路７側に送るものである。

低周波発振器４は、被検体１３に低周波振動を与えるために低周波信号を発生するものである。バイブレータ５は、上記低周波発振器４で発生された低周波信号を入力して振動し、被検体１３に対して圧力変化を与える振動発生手段となるものである。また、送波制御回路（送波制御手段）６は、上記送波パルス発生器２及び低周波発振器４を制御するもので、被検体１３内の診断部位の反射率断層像又は弾性率画像の計測のモードに応じて送波のタイミングを生成するようになっている。

整相回路７は、被検体１３内からの反射エコー信号を受信して遅延処理を行い位相を揃えて加算する整相手段となるもので、その内部には、上記探触子１の各振動子で受信した反射エコー信号を増幅する受波増幅器と、この受信した各反射エコー信号の位相を揃えて加算し受波の超音波ビームを形成する受波遅延回路及び加算器などとから成る。

反射・弾性率弁別回路８は、上記整相回路７からの整相出力信号を入力して、送波制御回路６で生成される反射率断層像又は弾性率画像の計測のモードに応じた送波のタイミングに合わせて、反射率計測用信号と弾性率計測用信号とに弁別する弁別手段となるものである。そして、反射率演算回路９は、上記反射・弾性率弁別回路８からの反射率計測用信号を入力して生体組織の超音波反射率を演算する反射率演算手段となるものである。また、弾性率演算回路１０は、上記反射・弾性率弁別回路８からの弾性率計測用信号を入力して生体組織の弾性率を演算する弾性率演算手段となるものである。

スキャンコンバータ１１は、上記反射率演算回路９又は弾性率演算回路１０からの超音波反射率又は弾性率の演算出力信号を入力して画像データを作成するものである。さらに、画像表示装置１２は、上記スキャンコンバータ１１からの画像データを超音波画像として表示するもので、例えばカラーのテレビモニタから成る。

そして、本発明においては、上記反射・弾性率弁別回路８及び反射率演算回路９並びに弾性率演算回路１０の動作により、被検体１３内の診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを同時に、或いは交互に計測し、それらを画像表示装置１２の同一画面上に表示するようになっている。

次に、このように構成された超音波診断装置において診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを得て表示する動作について、図２及び図３を参照して説明する。まず、図１に示す送波制御回路６により、図２に示すように、反射率断層像を計測する反射率測定時相と弾性率画像を計測する弾性率測定時相とに応じて第１の送波タイミングＴ ₁ ，第２の送波タイミングＴ ₂ ，第３の送波タイミングＴ ₃ を生成する。この生成された送波タイミングＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃は送波パルス発生器２及び低周波発振器４に送られ、それらの動作を制御する。

まず、第１の送波タイミングＴ₁の時には、反射率測定時相であり、送波パルス発生器２は、タイミングＴ₁に合わせて例えば周波数3.5ＭＨz，３波数の正弦波を発生させ、送受分離回路３を介して探触子１に送波パルス信号を供給する。これにより、探触子１が駆動され、該探触子１から被検体１３内に超音波が送信されると共に、反射エコー信号が受信される。このときは、低周波発振器４は動作しておらず、被検体１３内には圧力変化が与えられていないので、通常の反射率断層像（Ｂモード像）を計測するモードとなる。そして、反射・弾性率弁別回路８は、整相回路７からの整相出力信号を反射率計測用信号と弁別し、反射率演算回路９へ上記整相出力信号を送る。この場合、反射率演算回路９では、通常の反射率断層像の信号処理を行い、生体組織の超音波反射率を演算する。

次に、第２の送波タイミングＴ₂の時には、弾性率測定時相に入り、低周波発振器４は、図２に示すような出力信号をバイブレータ５に送出し、該バイブレータ５は振動して上記出力信号の振幅に応じた圧力を被検体１３に与える。この状態でも、送波パルス発生器２は送受分離回路３を介して探触子１に送波パルス信号を供給する。これにより、探触子１から被検体１３内に超音波が送信されると共に、反射エコー信号が受信される。このときは、被検体１３内に圧力変化が与えられた状態で計測するので、弾性率画像を計測するモードとなる。そして、反射・弾性率弁別回路８は、整相回路７からの整相出力信号を弾性率計測用信号と弁別し、弾性率演算回路１０へ上記整相出力信号を送る。この場合、弾性率演算回路１０では、弾性率画像の信号処理を行い、そのとき得られた振動開始時の信号を例えばＥ₂(t)として記憶する。

次に、第３の送波タイミングＴ₃の時には、引き続き弾性率測定時相であり、上記と同様にバイブレータ５によって被検体１３に圧力変化が与えられ、探触子１により上記圧力変化が与えられた被検体１３内に超音波が送信されると共に、反射エコー信号が受信される。このとき、圧力変化を受けた被検体１３の内部の微小な反射体は、その生体組織の弾性率の違いによって位置の変化の度合いが変わるため、超音波反射波の振幅の変化を起こす。このときも、上記と同様に弾性率画像を計測するモードとなる。そして、反射・弾性率弁別回路８は、整相回路７からの整相出力信号を弾性率計測用信号と弁別し、弾性率演算回路１０へ上記整相出力信号を送る。この場合、弾性率演算回路１０では、弾性率画像の信号処理を行い、そのとき得られた振動ピーク時の信号を例えばＥ₃(t)として記憶する。

そして、上記弾性率演算回路１０では、記憶した二つの信号Ｅ₂(t)，Ｅ₃(t)からその変化率ΔＥ(t)を次式により求め、生体組織の弾性率を演算する。
ΔＥ(t)＝｛Ｅ₂(t)−Ｅ₃(t)｝／Ｅ₂(t)
これを上記被検体１３の内部の微小な反射体の弾性率として出力する。

上記反射率演算回路９から出力された生体組織の超音波反射率の信号、及び弾性率演算回路１０から出力された生体組織の弾性率の信号は、スキャンコンバータ１１に入力し、該スキャンコンバータ１１により、生体組織の超音波反射率に応じた白黒の輝度として画像データを作成し、生体組織の弾性率に応じて赤や青その他の色の輝度として画像データを作成する。これを走査線を順次移動させ、走査線毎に画像データを作成していく。

上記スキャンコンバータ１１で作成された画像データは、画像表示装置１２へ入力されて表示される。このとき、図３に示すように、画像表示装置１２の表示画面を例えば左右或いは上下に二分割し、一方側に生体組織の超音波反射率の大きい部位（臓器）Ａを画像化した反射率断層像Ｉ₁を表示し、他方側に生体組織の弾性率の大きい部位（臓器）Ｂを画像化した弾性率画像Ｉ₂を表示する。これにより、被検体１３内の診断部位の反射率断層像Ｉ₁と弾性率画像Ｉ₂とを画像表示装置１２の同一画面上に表示することができる。

なお、図２においては、送波タイミングＴ₁とＴ₂とを異なる時相としたが、これに限らず、上記送波タイミングＴ₁とＴ₂とを同一時相としてもよい。この場合は、反射率測定時相と弾性率測定時相とが重なり、診断部位の反射率断層像Ｉ₁と弾性率画像Ｉ₂とを同時に計測して、同一画面上に表示することができる。

図４は、画像表示装置１２に対する反射率断層像と弾性率画像の表示の他の実施形態を示す説明図である。この実施形態は、上記画像表示装置１２に表示する反射率断層像Ｉ₁と弾性率画像Ｉ₂とを、それぞれ別の色の輝度とし、同一画面上にて両画像を重ねて表示するようにしたものである。例えば、生体組織の超音波反射率の大きい部位Ａを画像化した反射率断層像Ｉ₁を超音波反射率に応じた白黒の輝度とし、生体組織の弾性率の大きい部位Ｂを画像化した弾性率画像Ｉ₂を弾性率に応じて赤や青その他の色の輝度として、両画像を重ねて表示する。このようにすると、被検体１３内部のどの部分の弾性率画像Ｉ₂を観察しているのかが一目瞭然に理解でき、解剖学的にどの部分の生体組織が硬いか、軟らかいかを判断するのが容易となる。

図５は、画像表示装置１２に対する反射率断層像と弾性率画像の表示の更に他の実施形態を示す説明図である。この実施形態は、被検体１３内への超音波走査方向を一定とし、その走査線１４の方向における生体組織の超音波反射率と弾性率とを計測し、時間経過による超音波反射率に応じた輝度と弾性率に応じた輝度で表示するようにしたものである。このときは、図１に示すスキャンコンバータ１１の動作を変え、通常のＭモード像と同様の表示を行う。即ち、被検体１３内の診断部位に対し走査線１４の方向を固定し、例えば、診断部位の深さを画面の縦軸方向にとり、時間軸を横軸方向にとって、順次時間軸方向にスクロールさせて診断部位の深さ方向における超音波反射率の大きい部位Ａと弾性率の大きい部位Ｂを画像化して、同一画面上に表示する。この場合は、診断部位の深さ方向における超音波反射率の大きい部位Ａと弾性率の大きい部位Ｂとの関係が理解できる。

本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。 上記超音波診断装置の送波制御回路により、反射率測定時相と弾性率測定時相とに応じて送波のタイミングが生成される状態を示す説明図である。 画像表示装置の同一画面上に表示される診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを示す説明図である。 画像表示装置に対する反射率断層像と弾性率画像の表示の他の実施形態を示す説明図である。 画像表示装置に対する反射率断層像と弾性率画像の表示の更に他の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１…探触子１
２…送波パルス発生器
３…送受分離回路
４…低周波発振器
５…バイブレータ
６…送波制御回路
７…整相回路
８…反射・弾性率弁別回路
９…反射率演算回路
１０…弾性率演算回路
１１…スキャンコンバータ
１２…画像表示装置
１３…被検体
１４…走査線
Ａ…反射率の大きい部位
Ｂ…弾性率の大きい部位

Claims (3)

1. 被検体内に超音波を送受信する探触子と、
   被検体内からの反射エコー信号を受信して遅延処理を行い位相を揃えて加算する整相手段と、
   この整相手段からの整相出力信号を入力して被検体内の診断部位の反射率断層像と弾性率画像とを計測するための反射率計測用信号と弾性率計測用信号とに弁別する弁別手段と、
   上記被検体内の診断部位の反射率断層像又は弾性率画像の計測モードに応じて送波タイミングを生成し上記弁別手段に制御信号を送出する送波制御手段と、
   上記弁別手段からの反射率計測用信号を入力して生体組織の超音波反射率を演算する反射率演算手段と、
   上記弁別手段からの弾性率計測用信号を入力して生体組織の弾性率を演算する弾性率演算手段と、
   これら各演算手段からの演算出力信号を入力して画像データを作成するスキャンコンバータと、
   このスキャンコンバータからの画像データを超音波画像として表示する画像表示装置とを備え、
   上記送波制御手段によって生成された送波タイミングに応じて被検体内への超音波走査方向における生体組織の時間経過による超音波反射率と弾性率とを計測し、時間経過による反射率断層像と弾性率画像を画像表示装置に表示するものであって、
   上記送波制御手段から送出される駆動信号を入力して振動し上記被検体に対して圧力変化を与える振動発生手段を設け、該振動発生手段が振動していない第１の送波タイミングでは反射率断層像の信号を取得し、上記振動発生手段が振動し始めた第２の送波タイミングでは振動開始時の弾性率画像の信号を取得し、上記振動発生手段の振動がピークに至る第３の送波タイミングでは振動ピーク時の弾性率画像の信号を取得することを特徴とする超音波診断装置。
2. 上記画像表示装置に表示する反射率断層像と弾性率画像とは、時間経過による生体組織の超音波反射率に応じた輝度と、生体組織の弾性率に応じた輝度で表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 上記画像表示装置に表示する反射率断層像と弾性率画像とは、診断部位の深さを画面の縦軸方向にとり、時間軸を横軸方向にとって、順次時間軸方向にスクロールさせて診断部位の深さ方向における超音波反射率の大きい部位と弾性率の大きい部位を画像化して表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

Images