JP2005027941A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 限られた少ないハードウェア規模で、詳細な、または広範囲の組織特性画像を得ることで、コストパフォーマンスに優れ、かつ性能のよい超音波診断装置を提供する。
【解決手段】 制御部１００が、超音波の送受信動作時には、弾性率画像処理部１０５に受信信号を間引いてまたは受信信号の狭い範囲における弾性率を計算させて分解能の低いまたは画像サイズの小さい弾性率画像をモニタ１０７に表示させるとともに１画面分の受信信号を受信信号メモリ１１３に格納させ、超音波の送受信停止時には、メモリから１画面分の受信信号を読み出して、弾性率画像処理部に１画面分の受信信号に関して弾性率を計算させて分解能のより高いまたは画像サイズのより大きい弾性率画像をモニタに表示させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、断層画像と弾性率画像を重畳表示する超音波診断装置に関する。

従来の超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、その反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の構造を断層画像として得るものであった。また、近年、反射エコー信号の位相を解析することで、被検体の動きを精密に測定し、そこから被検体の弾性率を求めるという試みがある。

従来例１として、反射エコー信号を検波した出力信号の振幅と位相の両者を用いて、被検体の瞬間的な位置を決定することによって高精度なトラッキングを行ない、拍動による大振幅変位運動上の微小振動を捕らえる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来例２として、従来例１の方法をさらに発展させ、心拍による血管壁の内面および外面の各大振幅変位運動を精密にトラッキングし、大振幅変位運動に重畳されている微小振動の運動速度を求め、その差から血管壁の局所弾性率を求める方法、および弾性率の空間分布を断層画像に重畳表示する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−００５２２６号公報 特開２０００−２２９０７８号公報

しかしながら、上記従来例２のように、１心拍分の血管壁の動きを精密にトラッキングして弾性率を計算する方法では、計算量が膨大なものとなり、ハードウェアの規模が大きくなるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、限られた少ないハードウェア規模で、詳細な、または広範囲の弾性率画像を得ることで、コストパフォーマンスに優れ、かつ性能のよい超音波診断装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第１の態様では、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号から被検体の構造を表す断層画像を作成する断層画像処理部と、受信信号を解析して被検体の組織特性を表す組織特性画像を作成する組織特性画像処理部と、少なくとも１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を格納する記憶手段と、少なくとも断層画像と組織特性画像を合成する画像合成部と、少なくとも断層画像と組織特性画像を表示する表示手段と、超音波送受信の動作時には、組織特性画像処理部に受信信号を間引いて組織特性を計算させて分解能の低い組織特性画像を表示手段に表示させるとともに１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を記憶手段に格納させ、超音波送受信の停止時には、記憶手段から受信信号を読み出して、組織特性画像処理部に１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号に関して組織特性を計算させて分解能のより高い組織特性画像を表示手段に表示させる制御手段とを備えた構成をとる。

この構成によれば、少ないハードウェア規模で、詳細な組織特性画像を得ることができる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置の第２の態様では、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号から被検体の構造を表す断層画像を作成する断層画像処理部と、受信信号を解析して被検体の組織特性を表す組織特性画像を作成する組織特性画像処理部と、少なくとも１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を格納する記憶手段と、少なくとも断層画像と組織特性画像を合成する画像合成部と、少なくとも断層画像と組織特性画像を表示する表示手段と、超音波送受信の動作時には、組織特性画像処理部に受信信号の狭い範囲における組織特性を計算させて画像サイズの小さい組織特性画像を表示手段に表示させるとともに１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を記憶手段に格納させ、超音波送受信の停止時には、記憶手段から受信信号を読み出して、組織特性画像処理部に１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号に関して組織特性を計算させて画像サイズのより大きい組織特性画像を表示手段に表示させる制御手段とを備えた構成をとる。

この構成によれば、少ないハードウェア規模で、広範囲の組織特性画像を得ることができる。

また、組織特性画像は、被検体組織の歪み量画像または歪み率画像であり、組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、被検体組織の動きを追跡して、被検体組織の歪み量画像または歪み率画像を作成することが好ましい。これにより、少ないハードウェア規模で、詳細または広範囲の歪み量画像または歪み率画像を得ることができる。

また、組織特性画像は、被検体組織の弾性率画像であり、組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、被検体組織の動きを追跡して被検体組織の歪み量を測定し、血圧値と前記歪み量から弾性率を計算して、被検体組織の弾性率画像を作成することが好ましい。これにより、少ないハードウェア規模で、詳細または広範囲の弾性率画像を得ることができる。

また、組織特性画像は、被検体組織の粘性率画像であり、組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、被検体組織の動きを追跡して被検体組織の歪み量を測定し、歪み量の周波数特性を計算して、被検体組織の粘性率画像を作成することが好ましい。これにより、少ないハードウェア規模で、詳細または広範囲の粘性率画像を得ることができる。

本発明によれば、限られた少ないハードウェア規模で、詳細な、または広範囲の組織特性画像を得ることができるため、コストパフォーマンスに優れ、かつ性能のよい超音波診断装置を提供できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態では、組織特性画像を弾性率画像として説明するが、本発明の趣旨はこれに限るものではなく、組織の歪み量画像、歪み率画像、粘性率画像など、すべての被検体組織の組織特性画像に対して本発明を適用することが可能である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。図１において、制御手段としての制御部１００は、超音波診断装置全体の動作を制御するものである。この制御には、信号処理の各種パラメータの設定、送受信のタイミング制御、フリーズキー押下による送受信の開始／停止の切り換え、モード制御、画面表示の制御などすべての制御が含まれる。

送信部１０２は、制御部１００からの指示を受けて、探触子１０１を駆動し、探触子１０１は送信部１０２からの送信駆動信号を超音波に変換して被検体に照射するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。受信部１０３は、受信信号を増幅するとともに、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。

断層画像処理部１０４は、バンドパスフィルタ、対数増幅器、検波器などからなり、被検体の内部構造を画像化する。弾性率画像処理部１０５は、受信信号から血圧変化による被検体組織の歪み量を計測し、血圧測定部１０８で測定した血圧差と歪み量から組織の局所弾性率を計算し、それを画像化する。画像合成部１０６は、断層画像処理部１０４で作成された断層画像と、弾性率画像処理部１０５で作成された弾性率画像、さらに心電または心音測定部１０９で得られた心電波形または心音波形を合成し、表示手段としてのモニタ１０７上に表示する。また、断層画像メモリ１１０および弾性率画像メモリ１１１は、それぞれ、断層画像および弾性率画像を格納し、波形メモリ１１２は心音波形または心電波形を格納し、記憶手段としての受信信号メモリ１１３は１画面分の受信信号を格納する。

次に、以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図２から図５を参照してさらに詳細に説明する。

図２は、超音波送受信の動作時にデータを更新している状態と、超音波送受信の停止時に過去のデータを参照する状態における、モニタ１０７上に表示する心電波形２０４、断層画像２００の表示フレーム、および弾性率画像２０１の表示フレームを示すタイミングチャートである。

図３は、図２における超音波の送受信動作状態におけるモニタ１０７の表示画面を、図４は、図２におけるフリーズキーを押下し、超音波の送受信動作状態から送受信停止状態へ移行中のモニタ１０７の表示画面を、図５は、図２における超音波の送受信停止状態におけるモニタ１０７の表示画面を示している。

図３から図５に示すように、モニタ１０７の表示画面には、断層画像２００上に弾性率画像２０１が重畳表示されるほか、断層画像２００の反射強度と画面上の輝度との対応を示す反射強度スケール２０２、弾性率と画面上の色調または輝度との対応を示す弾性率スケール２０３、心電または心音波形２０４などが表示される。図３から図５の断層画像２００および弾性率画像２０１は、一例として、粥腫３０２のある血管の長軸断面（血管壁３０１）を示している。

以下、図２のタイミングに従って説明する。

まず、超音波の送受信動作状態では、断層画像２００は１５〜３０フレーム／秒で連続的に更新され、常に最新の画像が表示される。一方、断層画像２００に重畳表示される弾性率画像２０１は、１心拍中の組織の歪み量と血圧差から弾性率が計算されて作成されるので、心拍に同期して更新され、１心拍前の心拍期間から得られた弾性率画像２０１が表示される。弾性率画像２０１と位置関係が対応する（以後、“同期する”という）断層画像２００は、その心拍期間中のいずれかの画像であるが、ここでは心拍期間の最初の断層画像とする。

つまり、図２を参照すると、弾性率画像表示フレームＣは、心拍期間ｃにおける受信信号に基づいて計算された弾性率から作成されるので、弾性率画像表示フレームＣと同期しているのは、心拍期間ｃの最初の断層画像表示フレーム２のみである。

ここで、弾性率は、画面上各点の動きをトラッキングし、被検体組織の歪み量を計測し、血圧差と歪み量より計算される。トラッキング演算は、前記特許文献２の（式１）から（式６）に記載されているが、この演算を画面上すべての点に対して行なうには、膨大な演算量を必要とし、現実的ではない。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、超音波診断装置が超音波を送受信して、データを更新している状態では、すべての点に対してはトラッキングを行なわず、受信信号を間引いて、つまり分解能を落とした状態で計算され、図３に示すように、分解能が低い弾性率画像２０１がモニタ１０７上に表示される。このとき、受信信号は受信信号メモリ１１３に記録される。

一方、フリーズキーが押下され、超音波の送受信を停止している状態では、図５に示すように、受信信号メモリ１１３から１画面分の受信信号を読み出し、弾性率画像処理部１０５が画面上すべての点に対して再演算を行ない、分解能の高い詳細な弾性率画像２０１がモニタ１０７上に表示される。

このように、本実施の形態によれば、限られた少ないハードウェア規模で、詳細な弾性率画像を得ることができる。

なお、図４に示すように、超音波の送受信状態から送受信停止状態への移行中に、演算の途中段階として、図３と図５の中間の分解能を有する弾性率画像２０１をモニタ１０７上に表示することにより、使用者は演算の経過を確認することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、超音波の送受信状態から送受信停止状態に移行するに従って、低分解能から高分解能の弾性率画像２０１を表示した。これに対して、本発明の実施の形態２においては、図６に示すように、超音波の送受信動作状態では、弾性率画像処理部１０５が受信信号の狭い範囲に関して弾性率を計算して、画像サイズの小さい弾性率画像２０１がモニタ１０７上に表示され、図８に示すように、フリーズキーが押下されて、超音波の送受信を停止している状態では、受信信号メモリ１１３から１画面分の受信信号を読み出し、弾性率画像処理部１０５が画面上すべての点に対して演算を行ない、画像サイズのより大きい弾性率画像２０１がモニタ１０７上に表示される。

このように、本実施の形態によれば、限られた少ないハードウェア規模で、広範囲の弾性率画像を得ることができる。

なお、図７に示すように、超音波の送受信状態から送受信停止状態への移行中に、演算の途中段階として、図６と図８の中間の画像サイズを有する弾性率画像２０１をモニタ１０７上に表示することにより、使用者は演算の経過を確認することができる。

なお、本発明は、弾性率画像を断層画像に重畳表示させた場合に限るものではなく、図９に示すように、断層画像２００上に破線で示す検査対象領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）２０８のみを表示し、ＲＯＩ２０８に対応する弾性率画像２０１を別の領域に表示することによっても、同様の効果を得ることができる。

また、受信信号メモリ１１３に格納する受信信号は、受信部１０３の出力信号であるＲＦ信号でも、弾性率画像処理部１０５における直行検波後の信号のいずれでもよい。

また、超音波の送受信停止状態で画像戻し／送り操作を行なった場合も、受信信号メモリ１１３から受信信号を読み出し、再演算して表示することにより、詳細な、または広範囲の画像を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態では、１心拍の血圧変化に応じた被検体組織の歪み量を計算し、弾性率画像を作成する超音波診断装置について説明したが、本発明は、外部からの圧迫弛緩または加振によって生じた受信信号の変化から計算した、組織の歪み量、歪み率、弾性率、粘性率などの被検体組織の組織特性画像を作成する超音波診断装置に対しても適用することができる。この場合、組織特性画像の生成周期は、外部からの圧迫弛緩または加振による周期とすることが好ましい。

本発明の各実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における心電または心音波形、断層画像表示フレーム、および弾性率画像表示フレームを示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１における超音波の送受信動作状態のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態１における超音波の送受信動作状態から送受信停止状態へ移行中のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態１における超音波の送受信停止状態のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態２における超音波の送受信動作状態のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態２における超音波の送受信動作状態から送受信停止状態へ移行中のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態２における超音波の送受信停止状態のモニタ表示画面の一例を示す図 本発明の他の実施の形態におけるモニタ表示画面の一例を示す図

符号の説明

１００ 制御部（制御手段）
１０１ 探触子
１０２ 送信部
１０３ 受信部
１０４ 断層画像処理部
１０５ 弾性率画像処理部
１０６ 画像合成部
１０７ モニタ（表示手段）
１０８ 血圧測定部
１０９ 心電または心音測定部
１１０ 断層画像メモリ
１１１ 弾性率画像メモリ
１１２ 波形メモリ
１１３ 受信信号メモリ（記憶手段）
２００ 断層画像
２０１ 弾性率画像
２０２ 断層画像用反射強度スケール
２０３ 弾性率画像用弾性率スケール
２０４ 心電波形または心音波形
２０８ ＲＯＩ

Claims (5)

1. 被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、
   受信信号から前記被検体の構造を表す断層画像を作成する断層画像処理部と、
   受信信号を解析して前記被検体の組織特性を表す組織特性画像を作成する組織特性画像処理部と、
   少なくとも１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を格納する記憶手段と、
   少なくとも前記断層画像と前記組織特性画像を合成する画像合成部と、
   少なくとも前記断層画像と前記組織特性画像を表示する表示手段と、
   超音波送受信の動作時には、前記組織特性画像処理部に前記受信信号を間引いて組織特性を計算させて分解能の低い組織特性画像を前記表示手段に表示させるとともに前記１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を前記記憶手段に格納させ、超音波送受信の停止時には、前記記憶手段から受信信号を読み出して、前記組織特性画像処理部に前記１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号に関して組織特性を計算させて分解能のより高い組織特性画像を前記表示手段に表示させる制御手段とを備えた超音波診断装置。
2. 被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、
   受信信号から前記被検体の構造を表す断層画像を作成する断層画像処理部と、
   受信信号を解析して前記被検体の組織特性を表す組織特性画像を作成する組織特性画像処理部と、
   少なくとも１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を格納する記憶手段と、
   少なくとも前記断層画像と前記組織特性画像を合成する画像合成部と、
   少なくとも前記断層画像と前記組織特性画像を表示する表示手段と、
   超音波送受信の動作時には、前記組織特性画像処理部に前記受信信号の狭い範囲における組織特性を計算させて画像サイズの小さい組織特性画像を前記表示手段に表示させるとともに前記１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号を前記記憶手段に格納させ、超音波送受信の停止時には、前記記憶手段から受信信号を読み出して、前記組織特性画像処理部に前記１画面の組織特性画像の作成に必要な受信信号に関して組織特性を計算させて画像サイズのより大きい組織特性画像を前記表示手段に表示させる制御手段とを備えた超音波診断装置。
3. 前記組織特性画像は、被検体組織の歪み量画像または歪み率画像であり、前記組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、前記被検体組織の動きを追跡して、前記被検体組織の歪み量画像または歪み率画像を作成する請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記組織特性画像は、被検体組織の弾性率画像であり、前記組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、前記被検体組織の動きを追跡して前記被検体組織の歪み量を測定し、血圧値と前記歪み量から弾性率を計算して、前記被検体組織の弾性率画像を作成する請求項１または２に記載の超音波診断装置。
5. 前記組織特性画像は、被検体組織の粘性率画像であり、前記組織特性画像処理部は、受信信号の振幅および位相の少なくともいずれか一方を解析し、前記被検体組織の動きを追跡して前記被検体組織の歪み量を測定し、前記歪み量の周波数特性を計算して、前記被検体組織の粘性率画像を作成する請求項１または２に記載の超音波診断装置。

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