JP2007090003A - 超音波診断装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波診断装置において、生体信号に含まれるノイズの影響を受けずに生体組織の弾性率を測定する。
【解決手段】 周波数解析部４は演算部３で算出された生体組織中に各関心点における歪変化量と応力検出部１０６で検出された生体組織の応力変化値に対して、周波数スペクトル、再現性評価関数などによる周波数解析を行う。補正部５は周波数解析の結果に基づいて、歪変化量と応力変化値を補正する。弾性率演算部６は、補正済みの歪変化量と応力変化値から生体組織の弾性率を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて、生体組織の運動速度や移動変位量を検出し、それに基づいて生体組織の形状特性、または性状特性を測定する超音波診断装置に関する。

生体内組織の性状を識別・同定する手段の一つとして、生体内組織を構成する弾性繊維、膠原線維、脂肪や血栓などによって、弾性率に相違があることを利用して、生体内組織に応力を加えたときの歪から弾性率を求める手法が知られている。

超音波を用いて、生体組織の歪を計測する手法として、例えば、特許文献１に示されているように、生体組織内に複数の関心点、あるいは関心領域を設定し、それらについて運動速度、あるいは移動変位を同時に計測し、その差分を演算することにより、前記複数の関心点、あるいは関心領域間の運動速度差、あるいは移動変位差を求め、それに基づいて生体組織の歪量を求める方法が知られている。

前記複数の関心点、あるいは関心領域のいずれかの運動速度や移動変位にノイズが含まれると、演算される歪量にもノイズの影響が現れる。そのため、例えば、特許文献２から４に示されているように、対象となる信号に関してノイズの有無を判別し、ノイズがあった場合、ノイズの除去、ノイズが発生した時刻の前後の時刻の値での補間、予め用意した理想的な信号による近似などの手法によりノイズの影響を除去することなどが知られている。

特開平１０−５２２６号公報 特開平１１−１５１２４２号公報 特開２０００−２０１９３２号公報 特開２００３−２７５２１１号公報

しかしながら、前記予め比較のための理想的な信号を用意する手法は、被検体によって生体組織の運動状態が異なり、さらに、同一の被検体においても生体組織の状態が刻々と変化することから、膨大な理想的な信号を用意する必要があり、回路規模が大きくなってしまう。

また、前記ノイズが発生した時刻の前後の信号と比較する手法では、連続して前記ノイズが発生した場合に対応できないという問題がある。

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、生体信号に含まれるノイズの影響を受けずに生体組織の形状特性や性状特性を測定することのできる超音波診断装置を提供することを課題とする。

本発明の超音波診断装置は、超音波プローブから送出されて生体組織内で反射された超音波に基づいて、生体組織の形状特性または性状特性を測定する超音波診断装置であって、前記生体組織の移動変位量を演算する移動変位演算手段と、前記生体組織の運動速度を演算する速度演算手段の少なくともいずれか一方と、前記移動変位量と前記運動速度の少なくともいずれか一方に基づいて、前記生体組織の歪変化量を演算する歪変化量演算手段と、前記生体組織に加わる応力変化量を検出する応力変化量検出手段と、前記歪変化量と前記応力変化量とに基づいて、前記生体組織の弾性率を算出する弾性率演算手段と、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて、周波数特性を解析する周波数解析手段と、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて、前記周波数解析手段により解析された前記周波数特性に基づいて、ノイズ成分を除去する補正手段と、を備える。

周波数解析手段と補正手段を備えることにより、移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量などの生体信号の周波数特性を利用し、生体信号からノイズを除去することができる。このため、弾性率測定をノイズの影響を受けずに安定して行うことができる。また、ある時刻での生体信号からのノイズの検出と除去を、その時刻の前後の生体信号との比較を行うことなく実行できる。さらに、ノイズの検出と除去のために膨大な量の理想的な信号を予め用意する必要がないので、回路規模を大きくする必要がない。

ある好ましい実施形態において、前記生体組織内に複数の関心点または関心領域を設定することにより、前記移動変位量、運動速度、および歪変化量の少なくとも一つを空間的に求めることができる機能を有する。

ある好ましい実施形態において、前記空間的に求められた移動変位量、運動速度、および歪変化量の少なくとも一つの空間的な平均値を求めることができる機能を有する。

ある好ましい実施形態において、前記周波数解析手段は、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて周波数スペクトル演算を実行する機能を有する。

ある好ましい実施形態において、前記周波数解析手段は、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて再現性評価関数を演算する機能を有し、一定周期間の再現性を求める。

ある好ましい実施形態において、前記補正手段は、前記周波数解析手段による前記周波数スペクトル演算で得られた周波数スペクトルの振幅に基づき、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについてノイズ成分の除去を行う。

ある好ましい実施形態において、前記補正手段は、前記周波数解析手段による前記再現性評価関数の演算で得られた前記一定周期間の再現性に基づき、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについてノイズ成分の除去を行う。

ある好ましい実施形態において、前記補正手段は、帯域通過フィルタ、および／または帯域制限フィルタによって構成されている。

本発明の超音波診断装置の制御方法は、生体組織の形状特性または性状特性を測定する超音波診断装置の制御方法であって、前記生体組織内に設定した複数の関心点または関心領域に対して超音波プローブにより超音波を送受信し、前記超音波プローブの送受信信号から、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度を演算し、前記複数の関心点間または関心領域間の、前記移動変位量の差または前記運動速度の差から、前記生体組織の歪変化量を演算し、前記歪変化量および外部から入力される応力変化量について周波数解析を行い、前記周波数解析による得られた周波数特性に基づいて、前記歪変化量および応力変化量を補正し、補正した前記歪変化量および応力変化量から前記生体組織の弾性率を求める。

また、本発明の超音波診断装置の制御方法は、生体組織の形状特性または性状特性を測定する超音波診断装置の制御方法であって、前記生体組織内に設定した複数の関心点または関心領域対して超音波プローブにより超音波を送受信し、前記超音波プローブの送受信信号から、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度を演算し、前記複数の関心点または関心領域における前記移動変位量または運動速度と、外部から入力される応力変化量とについて周波数解析を行い、前記周波数解析により得られた周波数特性に基づいて、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度と、前記応力変化量とを補正し、補正した前記複数の関心点または関心領域における前記移動変位量または運動速度から、前記複数の関心点間または関心領域間の前記移動変位の差または前記運動速度の差を演算し、前記複数の関心点間または関心領域間の前記移動変位量の差または前記運動速度の差から、前記生体組織の歪変化量を演算し、前記歪変化量および応力変化量から前記生体組織の弾性率を求める。

本発明によれば、周波数解析手段と補正手段を備えることにより、超音波を用いて得られた移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量などの生体信号の周波数特性を利用して、生体信号からノイズを除去することが可能となる。このため、弾性率測定をノイズの影響を受けずに安定して行うことができる。また、ある時刻での生体信号からのノイズの検出と除去を、その時刻の前後の生体信号との比較を行うことなく実行できる。さらに、ノイズの検出と除去のために膨大な量の理想的な信号を予め用意する必要がないので、回路規模を大きくする必要がない。

以下、図面を参照しながら、本発明の超音波診断装置の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、超音波診断装置１０のブロック図を示している。超音波診断装置１０は、超音波プローブ１０と超音波診断装置本体２０を備え、超音波プローブ１を用いて生体の形状特性または性状特性を測定する。ここで、生体の形状特性とは、生体組織の形状、または、形状の時間変化による生体組織の運動速度やその積分値である移動変位量、生体組織内に設定した２点間の歪変化量などをいう。生体の性状特性は、生体組織の弾性率などをいう。本実施形態では、超音波診断装置１０は生体組織の弾性率を測定する。

超音波診断装置本体２０は、送受信部２、演算部３、周波数解析部４、補正部５、弾性率演算部３、表示部７、制御部１０４、および記憶部１０５を備えている。演算部３は、周波数解析部４と補正部５に接続されている。また、超音波診断装置本体２０には後述する圧力検出部１０６が接続されている。

超音波プローブ１は、測定対象である生体組織へ超音波を送信し、送信した超音波が生体組織において反射することにより得られる超音波エコーを受信する。以下、測定対象となる生体組織が動脈壁である場合を例に説明する。図３を参照すると、生体組織表面２０１に設置された超音波プローブ１から、生体組織内の動脈２０２に、超音波が送信され、動脈２０２で生じた超音波エコーが、超音波プローブ１で受信される。これら送信される超音波と受信される超音波は、超音波ビーム３０１を形成する。

本実施形態では、動脈壁の内膜と外膜にそれぞれ関心点を設定する。図３において符号Ｐ_１は動脈壁の内膜に設定された関心点を表し、符号Ｐ_ｎは動脈壁の外膜に設定された関心点を表している。このように複数の関心点を設定することにより、移動変位量などを空間的に求めることができる。

図４（ａ）は、心拍動（一心周期）に伴う移動変位量、すなわち内膜の移動変位波形４０１ａと外膜４０１ｂの移動変位波形４０１ｂを示す。また、図４（ｂ）は心拍動（一心周期）による血圧変化に伴う動脈壁の歪変化量４０２を示す。超音波ビーム３０１上に位置する動脈壁の内膜と外膜に関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎを設定することにより、演算部３で内膜の移動変位波形４０１ａと外膜の移動変位波形４０１ｂの差を求め、歪変化量４０２を求めることができる。この図４の例では、移動変位波形４０１ａ，４０１ｂに再現性のないノイズは含まれない。一方、図５（ａ）は、動脈壁の外膜に設定した関心点Ｐ_ｎにおける移動変位波形４０１ｂに、心周期中で再現性のないスパイク状のノイズが混入した例を示す。移動変位量４０１ｂにスパイク状のノイズが混入することにより、図５（ｂ）に示すように歪変化量４０２にもスパイク状のノイズが発生する。

図２は、演算部３のブロック図を示している。本実施形態では、演算部３は、超音波プローブ１で受信された超音波エコーを送受信部２で遅延合成した信号を用いて、生体組織の移動変位および歪変化量を演算する。演算部３は、移動変位演算部３２と歪変化量演算部３３を備えている。

移動変位演算部３２は、送受信部２を介して生体組織内から得られた超音波エコーに基づいて、前記生体組織内に設定した関心点（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）の移動変位を求める。移動変位演算部３２における各関心点の移動変位の検出は、一般的に用いられているＦＦＴドップラー法、自己相関法など、いかなる手法を用いても良い。また、検出精度を高めるために、前記各関心点の近傍の移動変位量を同時に検出し、平均値を求めてもよい。

歪変化量演算部３３は、移動変位量演算部３２から得られた、超音波ビーム３０１上に設定した少なくとも２つ以上の関心点の移動変位量（図４（ａ）及び図５（ａ）の移動変位波形４０１ａ，４０１ｂ）から、歪変化量（図４（ｂ）及び図５（ｂ）の歪変化量）を求める。歪変化量演算部３３における歪変化量の算出は、各関心点の近傍の歪変化量を同時に検出し、平均値を求めて測定精度を高めてもよい。

応力検出部１０６は、生体組織内の関心点、あるいは、関心領域に加わる応力を検出する。図３に示す例のように、動脈壁に加わる応力を計測する場合は、応力検出部１０６として血圧計が好適である。また、生体組織表面から応力を加える場合は、応力検出部１０６として生体組織表面上に圧力センサを設置しても良い。

本実施形態では、周波数解析部４は、歪変化量演算部３３で求められた生体組織の歪変化量と、応力検出部１０６で検出された応力変化の周波数解析を行い、それに基づいて歪変化量と応力変化にノイズが含まれている否かを判定する。具体的には、周波数解析部４は、周波数スペクトル、コヒーレンス、および再現性評価関数などの周波数解析演算機能を備えている。以下、図４から図６を参照して、周波数解析部４の周波数解析演算機能とそれに基づくノイズの検出の例を説明する。

最初に、周波数スペクトル演算によるノイズの検出について説明する。図６（ａ），（ｂ）は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）の歪変化量４０２の一心周期間のパワースペクトルを示している。これらの図６（ａ），（ｂ）において、横軸は周波数であり、縦軸は周波数ごとのパワーを示す。

まず、図６（ａ）は、図４に示したいずれの移動変位波形４０１ａ，４０１ｂにも再現性のないノイズを含まない場合の、歪変化量４０２の一心周期間のパワースペクトルを示している。この図４に示した歪変化量４０２の場合（ノイズを含まない正常な波形の場合）、一般的に直流から数十Ｈｚの周波数帯域でのパワーが大きくなる。

一方、図６（ｂ）は、図４に示した移動変位波形４０１ｂに再現性のないノイズを含みその結果歪変化量４０２にスパイク状のノイズが混入している場合の一心周期中のパワースペクトルを示している。スパイク状のノイズは、一般的に歪変化量の主なパワースペクトルよりも、高い周波数帯域で発生するために、この図６（ｂ）に示すように、高い周波数帯域にパワースペクトルのピークが現れる。そして、ノイズ混入による歪変化量が、ノイズがない場合の最大値を超える値の場合、弾性率演算部３で求められる弾性率に誤差が生じる。

周波数解析部４は、対象としている心周期のパワースペクトルの振幅と、対象としている心周期以前の心周期のパワースペクトルの振幅、あるいは対象としている心周期以後の心周期のパワースペクトルの振幅を比較し、前記各心周期間のパワースペクトルの振幅差が予め設定した値以上になった周波数帯域の信号をノイズが含まれている周波数帯域と判定する。

なお、一般的に動脈壁のような生体組織の運動の周波数帯域は、直流から数十Ｈｚといわれており、前記パワースペクトルの振幅によるノイズ成分が含まれている周波数帯域の判定を行う周波数帯域を、予め設定した周波数以上と限定して行っても良い。

次に、信号の再現性を評価する方法の好適な例として、文献（金井浩著「音・振動のスペクトル解析」コロナ社、１９９９年３月８日、Ｐ２７０−２７１。）で開示された、再現性評価関数を用いたノイズ検出の方法について説明する。図６（ｃ）は、図５に示した移動変位波形４０１ｂに再現性のないノイズを含みその結果歪変化量４０２にスパイク状のノイズが混入している場合の、歪変化量４０２の再現性評価関数を示している。再現性評価関数は、周波数ごとの再現性を求めるために一般的に用いられ、ある信号の周波数スペクトルＹi(k)と、周期回数Ｍから次式で表される。

ここで、ｉは周期番号、ｋは離散的周波数である。

再現性評価関数は、０から１の間の値をとり、周期間の再現性が高い場合は１に近い値となる。図６（ｃ）の例では、スパイク状のノイズが含まれる周波数に近づくと再現性評価関数の値が急激に減少している。動脈のように、心臓の拍動に伴う生体組織の形状的な変化は、心臓の拍動に同期した周期性を持っている。そのため周波数解析部４は、再現性評価関数を用いて、一心周期ごとの周波数ごとの再現性を求め、再現性評価関数が予め設定した値以下となる周波数帯域を、ノイズが含まれる周波数帯域を判定する。

周波数解析部４は、周波数スペクトル演算によるノイズの判定と、再現性評価関数によるノイズの判定の両方を行ってもよく、いずれか一方のみを行っても良い。

以上、歪変位量について説明したが、応力検出部１０６で検出された応力変化値も演算部３の周波数解析部４に入力され、同様の手順により周波数スペクトル演算および／または再現性評価関数によるノイズの有無の判定が実行される。

補正部５は、周波数解析部４の判定結果に基づき、生体組織の歪変化量および応力変化値のノイズ成分の除去を行う。補正部５は、帯域通過フィルタ、および／または帯域制限フィルタなどのフィルタによって構成されており、フィルタの定数は、主に周波数解析部４で求められたパワースペクトルの振幅、および／または再現性評価関数で判定した結果を用いて設定される。なを、フィルタの定数は、操作者が任意に設定できるようにするのでも良く、さらに、予め複数のフィルタ定数を設定しておき、操作者が選択できるような構成にしておくことも好適である。

また、補正部５での歪変化量および応力変化値のフィルタ処理において、フィルタ処理の対象としている心周期より以前の心周期の周波数解析部４の判定結果を用いてフィルタ特性を決定し、決定したフィルタ特性を用いて対象としている心周期のデータに対しフィルタ処理を実行する手法は、演算の遅れ時間が少ないので、リアルタイム処理に好適である。

さらに、補正部５での歪変化量および応力変化値のフィルタ処理において、フィルタ処理の対象としている心周期の周波数解析部４の判定結果を用いてフィルタ特性を決定し、決定したフィルタ特性を用いて当該心周期の歪変化量および応力変化値にフィルタ処理を実行する手法は、演算に必要とされるデータ量が少ないので、診断が短時間で行えるため好適である。

一般的な生体組織の弾性率は、最大の歪変化量と最大の応力変化量から演算され、動脈壁の場合は、一心周期中の歪変化量と脈圧値（最大血圧−最小血圧）となる。弾性率演算部３は、生体組織内に設定した少なくとも２つ以上の関心点、あるいは、関心領域の歪変化量を同時刻の応力変化量で除算し、弾性率を求める。前記歪変化量は、歪変化量演算部３３で求め、補正部５でノイズ成分を除去したものであり、また、応力変化量は、応力検出部１０６で検出され、補正部５でノイズ成分を除去したものである。従って、弾性率演算部３は高精度の弾性率を算出できる。

表示部７は、弾性率演算部３で演算された生体組織の弾性率を表示する。弾性率表示は、一般的な超音波診断装置の表示機能であるＢモード断層画像と同時に表示されるのが好ましく、また、超音波ビームを走査して、複数の関心点の弾性率が求められる場合は、前記Ｂモード断層画像上に、弾性率をカラー換算し、重畳させて表示させることも好適である。

制御部１０４は、送受信部２、演算部３、周波数解析部４、補正部５、弾性率演算部３、および表示部７を制御し、この制御の情報は、記憶部１０５に記憶される。

次に、本実施形態の超音波診断装置１０の動作を概説する。まず、生体組織内に設定した複数の関心点（図３の関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）に対して超音波プローブ１により超音波を送受信する。次に、演算部３の移動変位演算部３１が、超音波プローブ１の送受信信号から、前記複数の関心点における移動変位量を演算する。続いて、歪変化量演算部３１が、移動変位演算部３１によって算出された複数の関心点間の移動変位の差として、生体組織の歪変化量を演算する。次に、周波数解析部４が、歪変化量演算部３１によって算出された歪変化量および外部の応力検出部１０６から入力される応力変化量について周波数解析（周波数スペクトル演算、再現性評価関数の演算など）を行う。さらに、周波数解析部４での周波数解析の結果に基づいて、補正部５が歪変化量および応力変化量を補正する。続いて、弾性率演算部３が、補正部５で補正済みの歪変化量および応力変化量から生体組織の弾性率を求め、算出された弾性率は必要に応じて表示部７に表示される。

以上のように、本実施形態の超音波診断装置１０は周波数解析部４と補正部５を備えることにより、超音波を用いて得られた歪変化量および応力変化量、すなわち生体信号の周波数特性を利用して、生体信号からノイズを除去することができる。このため、弾性率測定をノイズの影響を受けずに安定して行うことができる。また、ある時刻での生体信号からのノイズの検出と除去を、その時刻の前後の生体信号との比較を行うことなく実行できる。さらに、ノイズの検出と除去のために膨大な量の理想的な信号を予め用意する必要がないので、回路規模を大きくする必要がない。

（第２実施形態）
図７に示す本発明の第２実施形態は、超音波診断装置１０全体の構成は第１実施形態（図１）と同様であるが、演算部３の構成が第１実施形態とは異なる。

本実施形態の演算部３は、移動変位演算部３２と歪変化量演算部３３に加え、運動速度演算部３１を備える。運動速度演算部３１は、送受信部２を介して生体組織内から得られた超音波エコーに基づいて、前記生体組織内に設定した関心点（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）の運動速度を求める。運動速度演算部３１における各関心点の運動速度の検出は、一般的に用いられているＦＦＴドップラー法、自己相関法など、いかなる手法を用いても良い。また、検出精度を高めるために、前記各関心点の近傍の運動速度を同時に検出し、平均値を求めてもよい。

本実施形態では、移動変位演算部３２は、運動速度演算部３１が検出した各関心点の運動速度を積分することにより、各関心点の移動変位量を算出する。歪変化量演算部３３は、移動変位演算部３２で算出された各関心点の移動変位量の差として歪変化量を求める。歪変化量演算部３３で算出された歪変化量と応力検出部１０６で検出された応力変化値は周波数解析部４で周波数解析の対象となり、さらにその結果に基づいて補正部５で補正された後、弾性率演算部３（図１参照）における弾性率の算出に使用される。

第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第３実施形態）
図８に示す本発明の第３実施形態は、超音波診断装置１０全体の構成は第１実施形態（図１）と同様であるが、演算部３の構成が第１実施形態とは異なる。

本実施形態の演算部３は、運動速度演算部３１と歪変化量演算部３３を備える。運動速度演算部３１は、送受信部２を介して生体組織内から得られた超音波エコーに基づいて、前記生体組織内に設定した関心点（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）の運動速度を求める。歪変化量演算部３３は、運動速度演算部３１で算出された各関心点の運動速度の差を積分することにより、歪変化量を算出する。歪変化量演算部３３で算出された歪変化量と応力検出部１０６で検出された応力変化値は周波数解析部４で周波数解析の対象となり、さらにその結果に基づいて補正部５で補正された後、弾性率演算部３（図１参照）における弾性率の算出に使用される。

第３実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第４実施形態）
図９に示す本発明の第４実施形態は、超音波診断装置１０全体の構成は第１実施形態（図１）と同様であるが、演算部３の構成が第１実施形態とは異なる。

本実施形態の演算部３は、移動変位演算部３２、運動速度演算部３１、および歪変量演算部３３を備える。移動変位演算部３２は、送受信部２を介して生体組織内から得られた超音波エコーに基づいて、前記生体組織内に設定した関心点（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）の移動変位を求める。運動速度演算部３１は、移動変位演算部３２が検出した各関心点の移動変位量を微分することにより、各関心点の運動速度を算出する。歪変化量演算部３３は、運動速度演算部３１で算出された各関心点の運動速度の差を積分することにより、歪変化量を算出する。歪変化量演算部３３で算出された歪変化量と応力検出部１０６で検出された応力変化値は周波数解析部４で周波数解析の対象となり、さらにその結果に基づいて補正部５で補正された後、弾性率演算部３（図１参照）における弾性率の算出に使用される。

第４実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第５実施形態）
図１０及び図１１は、本発明の第５実施形態にかかる超音波診断装置１０を示す。第１から第４実施形態では、演算部３の歪変化量演算部３３で算出された歪変化量を周波数解析部４で周波数解析し、さらにその結果に基づいて補正部５で補正している。しかし、本実施形態では、歪変化量演算部３３で歪変化量を算出する前の段階、具体的には移動変位演算部３１で検出した各関心点の移動変位量を周波数解析の対象としている。なお、応力検出部１０６で検出された応力変化値を周波数解析部４で周波数解析し、さらにその結果に基づいて補正部５で補正する点は第１実施形態と同様である。

図１１に示すように、本実施形態では、周波数解析部４と補正部５は演算部３１に含まれている。また、演算部３１は、移動変位量演算部３２と歪変化量演算部３３を備える。

移動変位量演算部３２は、送受信部２を介して生体組織内から得られた超音波エコーに基づいて、前記生体組織内に設定した関心点（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）の移動変位を求める。周波数解析部４は、移動変位量演算部３２が算出した各関心点の移動変位量について周波数解析（周波数スペクトル演算、再現性評価関数の演算など）を行う。さらに、周波数解析部４での周波数解析の結果に基づいて、補正部５が各関心点の移動変位量および応力変化量を補正する。歪変化量演算部３３は補正部５で補正済みの各関心点の移動変位量の差として歪変化量を算出する。弾性率演算部６は、歪変化量演算部３３で算出された歪変化量と、補正部５で補正済みの応力変化値とから生体組織の弾性率を算出する。

本実施形態では、周波数解析の結果に基づいて補正した各関心点の移動変位量を使用して歪変化量を算出し、さらにこの歪変化量を弾性率の算出に使用している。従って、第１から第４実施形態と同様に高精度で弾性率を測定できる。

第５実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態と同様に第２実施形態から第４実施形態においても、歪変化量演算部３３で歪変化量を算出する前の段階で周波数解析とその結果に基づく補正を実行してもよい。例えば、第２実施形態（図７）において、運動速度演算部３１で算出された各関心点の運動速度または移動変位演算部３２で算出された各関心点の移動変位量を周波数解析と補正の対象にしてもよい。また、第３実施形態（図８）において、運動速度演算部３１で算出された各関心点の運動速度を周波数解析と補正の対象にしてもよい。さらに、第４実施形態（図９）において、移動変位演算部３２で算出された各関心点の移動変位量または運動速度演算部３１で算出された各関心点の運動速度を周波数解析と補正の対象にしてもよい。

本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、以上の説明では、超音波プローブ１による超音波の送受信を生体組織に設定した複数の関心点（（図３の例では関心点Ｐ_１，Ｐ_ｎ）について行っているが、関心点に代えてある程度の拡がりを有する関心領域を生体組織に設定し、それに対して超音波プローブ１による超音波の送受信を実行してもよい。第１から第５実施形態における関心点に関する説明は、関心領域についてもそのまま該当する。

本発明は、生体組織の形状特性または性状特性を測定する超音波診断装置に好適に用いられる。特に、動脈などの生体組織の弾性率を測定することによって生体組織の診断を行うことのできる超音波診断装置に好適に用いられる。

本発明の第１実施形態にかかる超音波診断装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる超音波診断装置の演算部の構成を示すブロック図である。 超音波プローブでの超音波の送受信による動脈壁の移動変位の計測を示す模式図である。 （ａ）は一心周期中の動脈壁の移動変位を示す模式的なグラフ、（ｂ）は一心周期中の歪変化量を示す模式的なグラフである。 （ａ）はスパイク状のノイズが混入したときの一心周期中の動脈壁の移動変位を示す模式的なグラフ、（ｂ）は移動変位にスパイク状のノイズが混入したときの一心周期中の歪変化量を示す模式的なグラフである。 （ａ）は一心周期中の動脈壁の歪変化量のパワースペクトルを示す模式的なグラフ、（ｂ）はスパイク状のノイズが混入したときの動脈壁の歪変化量のパワースペクトルを示す模式的なグラフ、（ｃ）は心周期ごとの動脈壁の歪変化量の再現性評価関数を示す模式的なグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる超音波診断装置の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態にかかる超音波診断装置の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態にかかる超音波診断装置の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態にかかる超音波診断装置を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態にかかる超音波診断装置の演算部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ 送受信部
３ 演算部
４ 周波数解析部
５ 補正部
６ 弾性率演算部
７ 表示部
１０ 超音波診断装置
２０ 超音波装置本体
３１ 運動速度演算部
３２ 移動変位演算部
３３ 歪変化量演算部
１０４ 制御部
１０５ 記憶部
１０６ 応力検出部
２０１ 生体組織表面
２０２ 動脈
３０１ 超音波ビーム
４０１ａ 動脈壁内膜の移動変位波形
４０１ｂ 動脈壁外膜の移動変位波形
４０２ 動脈壁の歪変化波形

Claims (10)

1. 超音波プローブから送出されて生体組織内で反射された超音波に基づいて、生体組織を測定する超音波診断装置であって、
   前記生体組織の移動変位量を演算する移動変位演算手段と、前記生体組織の運動速度を演算する速度演算手段の少なくともいずれか一方と、
   前記移動変位量と前記運動速度の少なくともいずれか一方に基づいて、前記生体組織の歪変化量を演算する歪変化量演算手段と、
   前記生体組織に加わる応力変化量を検出する応力変化量検出手段と、
   前記歪変化量と前記応力変化量とに基づいて、前記生体組織の弾性率を算出する弾性率演算手段と、
   前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて、周波数特性を解析する周波数解析手段と、
   前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて、前記周波数解析手段により解析された前記周波数特性に基づいて、ノイズ成分を除去する補正手段と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記生体組織内に複数の関心点または関心領域を設定することにより、前記移動変位量、運動速度、および歪変化量の少なくとも一つを空間的に求めることができる機能を有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. 前記空間的に求められた移動変位量、運動速度、および歪変化量の少なくとも一つの空間的な平均値を求めることができる機能を有することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記周波数解析手段は、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて周波数スペクトル演算を実行する機能を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
5. 前記周波数解析手段は、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについて再現性評価関数を演算する機能を有し、一定周期間の再現性を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
6. 前記補正手段は、前記周波数解析手段による前記周波数スペクトル演算で得られた周波数スペクトルの振幅に基づき、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについてノイズ成分の除去を行うことを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
7. 前記補正手段は、前記周波数解析手段による前記再現性評価関数の演算で得られた前記一定周期間の再現性に基づき、前記移動変位量、運動速度、歪変化量、および応力変化量の少なくとも一つについてノイズ成分の除去を行うことを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
8. 前記補正手段は、帯域通過フィルタ、および／または帯域制限フィルタによって構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の超音波診断装置。
9. 生体組織を測定する超音波診断装置の制御方法であって、
   前記生体組織内に設定した複数の関心点または関心領域に対して超音波プローブにより超音波を送受信し、
   前記超音波プローブの送受信信号から、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度を演算し、
   前記複数の関心点間または関心領域間の、前記移動変位量の差または前記運動速度の差から、前記生体組織の歪変化量を演算し、
   前記歪変化量および外部から入力される応力変化量について周波数解析を行い、
   前記周波数解析による得られた周波数特性に基づいて、前記歪変化量および応力変化量を補正し、
   補正した前記歪変化量および応力変化量から前記生体組織の弾性率を求める、
   超音波診断装置の制御方法。
10. 生体組織を測定する超音波診断装置の制御方法であって、
    前記生体組織内に設定した複数の関心点または関心領域対して超音波プローブにより超音波を送受信し、
    前記超音波プローブの送受信信号から、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度を演算し、
    前記複数の関心点または関心領域における前記移動変位量または運動速度と、外部から入力される応力変化量とについて周波数解析を行い、
    前記周波数解析により得られた周波数特性に基づいて、前記複数の関心点または関心領域における移動変位量または運動速度と、前記応力変化量とを補正し、
    補正した前記複数の関心点または関心領域における前記移動変位量または運動速度から、前記複数の関心点間または関心領域間の前記移動変位量の差または前記運動速度の差を演算し、
    前記複数の関心点間または関心領域間の前記移動変位量の差または前記運動速度の差から、前記生体組織の歪変化量を演算し、
    前記歪変化量および応力変化量から前記生体組織の弾性率を求める、
    超音波診断装置の制御方法。
    

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