JP2007181698A - 病変を検出するための超音波診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】高強度超音波による病変の温度変化に基づいて受信信号の中心周波数の差を検出し、検出された中心周波数の差を用いて温度に応じて変化する病変を検出する超音波診断システムを提供する。
【解決手段】本発明の超音波診断システムは、人体の病変に高強度超音波を照射するための高強度超音波プローブと、前記病変に超音波信号を送信し、前記病変から超音波エコー信号を受信し、前記超音波エコー信号から獲得した受信信号を出力するための映像プローブと、前記映像プローブから出力された二つの受信信号の中心周波数を検出し、前記受信信号間の中心周波数の差を算出するための信号処理部と、前記受信信号に基づいて前記病変を示す少なくとも一つの超音波映像、及び中心周波数の差に基づいて中心周波数差映像を形成するための映像処理部と、前記超音波映像及び前記中心周波数差映像をディスプレイするためのディスプレイ部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波診断システムに関し、特に高強度焦点超音波を用いて病変を検出するための超音波診断システムに関する。

超音波診断装置は重要な診断装置のうちの一つとして多様な分野で用いられている。特に、超音波診断装置は、対象体に対して無侵襲及び非破壊特性を有するため、医療分野に広く用いられている。近来の高性能超音波診断システム及び技術は、対象体の内部形状の２次元または３次元診断映像を生成するのに用いられている。超音波診断装置は、超音波信号を送信及び受信するために広帯域の変換素子を一般に用いる。超音波診断装置は、音響変換素子や音響変換素子アレイを電気的に刺激し、対象体に伝達される超音波信号を生成して内部組織の映像を形成する。超音波信号が伝搬される方向に不連続的な内部組織から超音波信号が反射されて超音波エコー信号が生成される。多様な超音波エコー信号は変換素子に伝達され、電気的信号に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理し、内部組織の映像のための超音波映像データを生成する。

特に、高強度焦点超音波（ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）を用いて人体内の病変（例えば、悪性腫瘍）を除去する超音波診断システムは医療学分野と臨床分野に適用されており、治療効果においても非常に効果的である。病変に高強度超音波を照射することにより発生する熱を用いて病変を怪死させ、人体から病変を除去する。発生した熱は人体内病変の周囲の正常組織を焼き得るので、正常組織を損傷させないために病変に超音波を集束させる間、施術は注意深く行われなければならない。従来の超音波診断システムは、高強度超音波により除去される病変を示す超音波映像を提供することによって、施術者は病変の除去過程を観測することができる。

高強度超音波が集束される領域の温度は顕著に上昇し、高強度超音波の焦点から怪死が発生する。従って、高強度超音波を正常組織に集束させないようにしなければならず、正常組織を損傷させないために、高強度超音波が病変に照射される間、リアルタイムで熱拡散を観察しなければならない。しかし、従来の超音波診断システムでは、熱拡散を観察し難いという問題があった。

本発明は前述した問題を解決するためのものであり、高強度超音波による病変の温度変化に基づいて受信信号の中心周波数の差を検出し、検出された中心周波数の差を用いて温度に応じて変化する病変を検出する超音波診断システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明による超音波診断システムは、人体の病変に高強度超音波を照射するための高強度超音波プローブと、前記病変に超音波信号を送信し、前記病変から超音波エコー信号を受信し、前記超音波エコー信号から獲得した受信信号を出力するための映像プローブと、前記映像プローブから出力された二つの受信信号の中心周波数を検出し、前記受信信号間の中心周波数の差を算出するための信号処理部と、前記受信信号に基づいて前記病変を示す少なくとも一つの超音波映像、及び中心周波数の差に基づいて中心周波数差映像を形成するための映像処理部と、前記超音波映像及び前記中心周波数差映像をディスプレイするためのディスプレイ部とを備える。

前述したように本発明によれば、高強度超音波による温度変化に応じて熱拡散をリアルタイムで観察することができるだけでなく、ユーザはリアルタイムで提供される熱拡散に基づいて、より正確に病変を除去することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。本実施例は、第１受信信号及び第２受信信号に基づいて病変を検出することを説明する。第１受信信号は、高強度超音波を照射していない病変からの超音波エコー信号により得られ、第２受信信号は高強度超音波を照射した病変からの超音波エコー信号により得られる。

図１は、本発明の実施例による超音波診断システムの構成を示すブロック図である。図１に示された通り、本発明による超音波診断システム１００は、ＨＩＦＵプローブ１１０、ＨＩＦＵ部１２０、映像プローブ１３０、ビームフォーマ１４０、信号処理部１５０、映像処理部１６０及びディスプレイ部１７０を備える。また、超音波診断システム１００は媒質を収容する容器（図１に図示せず）を備える。媒質収容容器は水タンク、水袋などからなり得る。媒質収容容器は、高強度超音波を人体に照射する時、ＨＩＦＵプローブ１１０と人体の皮膚組織との間に位置する。

ＨＩＦＵプローブ１１０は、人体２００内の病変２１０に高強度超音波を照射する。ＨＩＦＵプローブ１１０は多数のエレメントを備える。ＨＩＦＵ部１２０は、高強度超音波を生成するための高周波電源をＨＩＦＵプローブ１１０に供給し、高強度超音波を病変２１０に照射するためにＨＩＦＵプローブ１１０を制御する。このために、ＨＩＦＵ部１２０は、図１に示されていないが、電源供給部、制御部及び駆動部を備える。電源供給部は、高周波電源をＨＩＦＵプローブ１１０に供給する。制御部は駆動信号を生成し、駆動部は制御部から出力された駆動信号に従ってＨＩＦＵプローブ１１０を駆動し、高強度超音波を病変２１０に集束させる。

映像プローブ１３０は、送信スキャンラインに沿って人体２００内の病変２１０に超音波信号を送信し、病変２１０から超音波エコー信号を受信し、病変２１０を示す超音波映像を形成するための超音波エコー信号から得られた受信信号を出力する。映像プローブ１３０は、１次元または２次元アレイで配列された多数のエレメントを備える。映像プローブ１３０は対象体、即ち人体２００内の病変２１０に超音波信号を転送する。映像プローブ１３０は、病変から反射された超音波エコー信号を受信し、超音波エコー信号を第１及び第２受信信号に変換する。

ビームフォーマ１４０は、映像プローブ１３０から出力された超音波信号が焦点に集束されるように送信される超音波信号に適切な遅延を加える。また、ビームフォーマ１４０は、映像プローブ１３０の各エレメントに超音波信号の到着時間を考慮して受信信号を集束させる。

本発明の実施例によれば、信号処理部１５０は、映像プローブ１３０から出力された二つの受信信号の中心周波数を検出し、二つの受信信号間の中心周波数の差を算出する。信号処理部１５０は、スペクトル分析部１５１、中心周波数検出部１５２及び中心周波数差算出部１５３を備える。スペクトル分析部１５１は、第１スペクトル及び第２スペクトルを分析し、スペクトルの分析結果を生成する。第１スペクトル及び第２スペクトルは第１及び第２受信信号から得られる。中心周波数検出部１５２は、分析結果から第１及び第２中心周波数を検出する。中心周波数差算出部１５３は、図２に示された通り、第１及び第２中心周波数間の差を算出する。言い換えれば、中心周波数差算出部１５３は、高強度超音波による第１受信信号の第１中心周波数の差を算出する。中心周波数の差、即ち中心周波数の差は中心周波数差映像を形成する各ピクセルのピクセル値である。

本発明の他の実施例によれば、信号処理部１５０はまた、中心周波数の差を考慮して病変の位置を決める。この場合、信号処理部１５０はまた、位置決め部１５４を備える。位置決め部１５４は中心周波数の差に基づいて病変の位置を決める。具体的には、位置決め部１５４は、中心周波数の差が病変の境界で大きいという事実に基づいて、所定の範囲内のピクセル値を有するピクセルが互いに隣接した領域を検索する。その領域の境界は病変境界の位置を決める。

映像処理部１６０は、受信信号に基づいて病変を示す少なくとも一つの超音波映像、及び中心周波数の差に基づいて中心周波数差映像を形成する。また、映像処理部１６０は、超音波映像及び中心周波数差映像の重畳映像を形成する。このために、映像処理部１６０は、中心周波数差映像の背景を除去することによって病変の境界のみを示す透明な中心周波数差映像を形成し、超音波映像に重畳させる。具体的には、透明な中心周波数差映像を形成するために、映像処理部１６０は中心周波数差映像で前記領域外部の全てのピクセルのピクセル値をゼロに設定する。他の実施例によれば、映像処理部１６０は、病変の境界のみ残るように疑似カラーマップ（ｐｓｅｕｄｏ ｃｏｌｏｒ ｍａｐ）で中心周波数差映像の背景を透明に表現することができる。

ディスプレイ部１７０は、超音波映像、中心周波数差映像及び重畳映像のうちの少なくとも一つをディスプレイする。例えば、ディスプレイ部１７０のディスプレイ領域を複数のサブ領域に分割することによって、中心周波数差映像及び重畳映像を各サブ領域にディスプレイすることができる。

図３は、第１及び第２中心周波数間の中心周波数の差を示すピクセル値を有するピクセルにより表現された中心周波数差映像である。図３は、４０℃で獲得された第１超音波エコー信号及び７０℃で獲得された第２超音波エコー信号から形成される。図３において中心周波数の差の程度は、疑似カラーマップで表示する。図３において円形点線は病変の境界を示す。円形点線は病変境界の決定された位置を表示することができる。

本発明の好適な実施の形態について説明し、例示したが、本発明の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得ることが分かるであろう。

本発明の一実施例による超音波診断システムである。 二つの中心周波数を示すグラフである。 中心周波数差映像の例を示す図面である。

符号の説明

１００：超音波診断システム
１１０：ＨＩＦＵプローブ
１２０：ＨＩＦＵ部
１３０：映像プローブ
１４０：ビームフォーマ
１５０：信号処理部
１５１：スペクトル分析部
１５２：中心周波数検出部
１５３：中心周波数差算出部
１５４：位置決め部
１６０：映像処理部
１７０：ディスプレイ部

Claims (15)

1. 人体の病変に高強度超音波を照射するための高強度超音波プローブと、
   前記病変に超音波信号を送信し、前記病変から超音波エコー信号を受信し、前記超音波エコー信号から獲得した受信信号を出力するための映像プローブと、
   前記映像プローブから出力された二つの受信信号の中心周波数を検出し、前記受信信号間の中心周波数の差を算出するための信号処理部と、
   前記受信信号に基づいて前記病変を示す少なくとも一つの超音波映像、及び中心周波数の差に基づいて中心周波数差映像を形成するための映像処理部と、
   前記超音波映像及び前記中心周波数差映像をディスプレイするためのディスプレイ部と
   を備える超音波診断システム。
2. 前記二つの受信信号は、
   前記高強度超音波を照射していない病変から前記超音波エコー信号により得られた第１受信信号と、
   前記高強度超音波を照射した病変から前記超音波エコー信号により得られた第２受信信号と
   を備える請求項１に記載の超音波診断システム。
3. 前記二つの受信信号は、
   前記病変が除去されないまで高強度超音波が病変に照射される間、連続的に得られた第１受信信号及び第２受信信号を備える請求項１に記載の超音波診断システム。
4. 前記信号処理部は、
   前記二つの受信信号のスペクトルを分析し、スペクトルの分析結果を生成するためのスペクトル分析部と、
   前記スペクトルの分析結果に基づいて前記二つの受信信号の中心周波数を検出するための中心周波数検出部と、
   前記二つの受信信号間の前記中心周波数の差を算出するための中心周波数差算出部と
   を備える請求項１に記載の超音波診断システム。
5. 前記映像処理部は、前記超音波映像及び前記中心周波数差映像の重畳映像を形成し、前記ディスプレイ部は、前記重畳映像をディスプレイする請求項１に記載の超音波診断システム。
6. 前記映像処理部は、
   前記中心周波数差映像で前記病変外部のピクセルのピクセル値をゼロに設定し、前記超音波映像と重畳する透明な中心周波数差映像を形成する請求項５に記載の超音波診断システム。
7. 前記ＨＩＦＵプローブ及び前記人体間に位置した媒質を収容する容器をさらに備える 請求項４に記載の超音波診断システム。
8. 人体の病変に高強度超音波を照射するための高強度超音波プローブと、
   前記病変に超音波信号を送信し、前記病変から超音波エコー信号を受信し、前記超音波エコー信号から獲得した受信信号を出力するための映像プローブと、
   前記映像プローブから出力された二つの受信信号の中心周波数を検出し、前記受信信号間の中心周波数の差を算出し、前記中心周波数の差を考慮して病変の位置を決めるための信号処理部と、
   前記受信信号に基づいて前記病変を示す少なくとも一つの超音波映像、及び中心周波数の差に基づいて中心周波数差映像を形成するための映像処理部と、
   前記超音波映像及び前記中心周波数差映像をディスプレイするためのディスプレイ部と
   を備える超音波診断システム。
9. 前記信号処理部は、
   前記二つの受信信号のスペクトルを分析し、スペクトルの分析結果を生成するためのスペクトル分析部と、
   前記スペクトルの分析結果に基づいて前記二つの受信信号の中心周波数を検出するための中心周波数検出部と、
   前記二つの受信信号間の前記中心周波数の差を算出するための中心周波数差算出部と、
   前記中心周波数の差に基づいて前記病変の位置を決めるための位置決め部と
   を備える請求項８に記載の超音波診断システム。
10. 前記中心周波数の差は、前記中心周波数差映像を形成する各ピクセルのピクセル値であり、前記位置決め部は、所定の範囲内のピクセル値を有するピクセルが隣接した領域を検索する請求項９に記載の超音波診断システム。
11. 前記二つの受信信号は、
    前記高強度超音波を照射していない病変から前記超音波エコー信号により得られた第１受信信号と、
    前記高強度超音波を照射した病変から前記超音波エコー信号により得られた第２受信信号とを備える請求項９に記載の超音波診断システム。
12. 前記二つの受信信号は、
    前記病変が除去されないまで高強度超音波が病変に照射される間、連続的に得られた第１受信信号及び第２受信信号を備える請求項９に記載の超音波診断システム。
13. 前記映像処理部は、前記超音波映像及び前記中心周波数差映像の重畳映像を形成し、前記ディスプレイ部は、前記重畳映像をディスプレイする請求項９に記載の超音波診断システム。
14. 前記映像処理部は、
    前記中心周波数差映像で前記領域外部のピクセルのピクセル値をゼロに設定し、前記超音波映像と重畳する透明な中心周波数差映像を形成する請求項１０に記載の超音波診断システム。
15. 前記ＨＩＦＵプローブ及び前記人体間に位置した媒質を収容する容器をさらに備える請求項９に記載の超音波診断システム。

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