JP2008068094A

JP2008068094A - 弾性映像ディスプレイ方法

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Publication number: JP2008068094A
Application number: JP2007238204A
Authority: JP
Inventors: Mok-Kun Jeong; モクグンチョン; Ra Young Yoon; ラヨンユン
Original assignee: Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP5596899B2; EP1900328A1; KR100908248B1; US8133179B2; EP1900328B1; DE602007004543D1; KR20080024327A; JP2014168721A; JP5855708B2; US20080064956A1

Abstract

【課題】ストレスの印加前後に得た各スキャンラインでの最大変位を表示する変位グラフ、または最大変位から求めたストレインを表示するストレイングラフを弾性映像と共に表示する方法を提供する。
【解決手段】本発明の弾性映像ディスプレイ方法は、ａ）複数の組織を含む対象体に超音波信号を多数のスキャンラインに沿って送受信して第１超音波データを得る段階と、ｂ）対象体に所定のストレスを印加し、超音波信号を前記多数のスキャンラインに沿って送受信して第２超音波データを得る段階と、ｃ）前記第１超音波データ及び前記第２超音波データを用いて前記複数の組織の変位を計算する段階と、ｄ）前記計算された変位を用いて前記組織のストレインを計算する段階と、ｅ）前記ストレインを用いて弾性映像を形成し、前記スキャンライン別に前記組織の変化を表示するグラフを形成する段階と、ｆ）前記弾性映像及び前記グラフをディスプレイする段階とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は超音波システムに関し、より詳細には、超音波システムで弾性映像をディスプレイする方法に関する。

超音波システムは、対象体に超音波信号を送信し、対象体の不連続面から反射されてくる超音波信号を受信し、受信された超音波信号を電気的信号に変換し、所定の映像装置を通じて出力することによって対象体の内部状態を診断する。

超音波映像は、組織間のインピーダンス差による反射係数を用いるＢ−モード（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ−ｍｏｄｅ）映像で主にディスプレイされる。しかし、腫瘍や癌組織のように周囲の組織と比較して反射係数の差がない部分はＢ−モード映像で区別するのが容易でない。これに反して、超音波弾性映像技法は、組織の機械的な性質を映像化するため癌組織のような病変の診断に大いに役立つ。例えば、腫瘍や癌組織は周囲の軟組織に比べて組織が硬いので、外部から同じ力が加えられた時に周辺組織より変形の程度が小さい。

組織の弾性は、対象体の組織を圧縮する前に得た超音波データと組織を圧縮して得た超音波データを用いて測定する。一般に超音波プローブに装着された圧縮板を用いてユーザが圧力を加えて組織を圧縮する。この場合、組織の変形程度は、ユーザにより加えられる圧縮サイズによって決定される。弾性映像の画質は、対象体に加える圧縮サイズと圧縮速度によって変わる。例えば、圧縮サイズが小さい場合、腫瘍や癌組織の変形と周辺組織の変形の差が明確に示されず、圧縮の程度が大きい場合、圧縮による腫瘍や癌組織と周辺組織の非相関性が大きくなって弾性映像の画質が低下する。従って、よい画質の弾性映像を得るためには、適当なサイズの圧縮が要求される。通常圧縮によって組織の変形が０.５〜３％になる時、弾性映像の質が最もよいと実験的に知られている。圧縮の程度はユーザ毎にまたは測定時毎に異なって適用されるので、どの程度の圧縮を加えなければならないかを知らせる指標が必要である。

特開２００７−１９５９８４号公報特開２００７−２９７３７号公報特開２００７−２９７０３号公報

本発明は、対象体に、ストレスの印加前後に得た超音波データから計算された各スキャンラインでの最大変位を表示する変位グラフ、または最大変位を用いて計算された各スキャンラインでのストレインを表示するストレイングラフを弾性映像と共にディスプレイする方法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、本発明の弾性映像ディスプレイ方法は、ａ）複数の組織を含む対象体に超音波信号を多数のスキャンラインに沿って送受信して第１超音波データを得る段階と、ｂ）対象体に所定のストレスを印加し、超音波信号を前記多数のスキャンラインに沿って送受信して第２超音波データを得る段階と、ｃ）前記第１超音波データ及び前記第２超音波データを用いて前記複数の組織の変位を計算する段階と、ｄ）前記計算された変位を用いて前記組織のストレインを計算する段階と、ｅ）前記ストレインを用いて弾性映像を形成し、前記スキャンライン別に前記組織の変化を表示するグラフを形成する段階と、ｆ）前記弾性映像及び前記グラフをディスプレイする段階とを備える。

前述したように、本発明によって弾性映像を構成するためのストレインを計算し、弾性映像と共に各スキャンラインの最大変位に対するストレインをグラフで表示することによって、各映像フレームの平均ストレインを計算することができるので、現在印加されているストレスが適正な範囲に入るかを判断し、ユーザが圧縮のサイズを調節することができ、平均ストレインの値が適正範囲に入るか否かによってパーシスタンス値を変更して最適の弾性映像を出力することができる。

また、ストレインのグラフ形状をもって概ねの対象体の弾性特性が分かり、一方に片寄らない均一の圧力を加えるように誘導することができる。そして、各スキャンラインのストレイン値としてスキャンラインによって他の平準化をとることによって、有限圧縮プレートによる圧縮の不均一を補償することができる。

以下、本発明による弾性映像及びストレイングラフを表示する方法について添付された図面を参照して説明する。

図１は、対象体にストレスの印加前後の超音波信号形状を示している。

まず、単位面積当りに加えられる力であるストレスを印加する前に、対象体に超音波信号を送受信して第１受信信号１０２を得て、対象体の表面にストレスを印加して対象体を圧縮した後、対象体に超音波信号を送受信して第２受信信号１０３を得る。本発明によるストレスは、超音波プローブを用いて対象体に印加することができる。

対象体に圧力を加えれば、対象体内で反射体に該当する各組織が圧力の印加方向へ移動する。このように反射体が移動するため、対象体が圧縮される前と比較すれば、超音波受信信号の移動が示される。従って、第１受信信号１０２と第２受信信号との間の移動を計算することによって、対象体内の組織の変位を求めることができる。このような変位は、対象体の硬さによって変わるので、媒質の特性値を反映させる。

一方、図１に示した通り、変換素子１０１に近い所では、信号の移動が小さいが、遠いところ（深さ方向）では変位が累積して大きく示される。

組織に一定の圧力を一方向に加えれば、組織の硬い程度に応じて変形された程度が異なって示される。従って、対象体に印加された力に対して各組織の変位を計算し、変位の関数を微分して傾きを求めれば、変形率、即ち、ストレインを求めることができる。このストレイン値に基づいて弾性映像を形成する。

ストレインを計算するための変位は、ＲＦデータまたは基底帯域のＩＱデータを用いて交差相関（ｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法または自己相関（ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法で計算することができる。一般に、超音波送受信を通じて得たＲＦまたはＩＱデータは、サンプリングして得たサンプリングデータであるので、正確な変位を計算することが容易ではない。従って、本発明の一実施例では、サンプリングデータを用いてサンプリング間隔単位で第１変位（ｃｏａｒｓｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を計算し、サンプリングデータを補間して得たデータでサンプリング間隔単位より小さな第２変位（ｆｉｎｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を計算する。図２ａは、本発明による一実施例で深さによる第１変位を示すグラフであり、図２ｂは、深さによる第２変位を示すグラフである。ストレス印加による対象体の全体変位は、第１変位と第２変位の和で決定され、図２ｃは、深さによる第１変位と第２変位を合せた最終変位を示す。

ストレスの印加による対象体内の組織のストレインεは、図３に示した通り、スプリングモデルを用いて計算することができる。ストレインは、ストレス印加前の対象体の表面から任意の深さまでの長さＬと、ストレス印加後の長さ変化（変位、ΔＬ）の比率を用いて計算する。
ε＝ΔＬ／Ｌ----------------------------式1

前で言及した方法で弾性映像の一つのフレームに各スキャンラインでの最大変位を用いて各スキャンラインのストレインを計算し、各スキャンライン別にストレイン値を示すグラフを形成する。ストレイングラフは弾性映像と共にディスプレイする。本発明の一実施例により弾性映像と共にストレイングラフをディスプレイしたが、本発明の他の実施例では、弾性映像と共に各スキャンライン別に最大変位を示す変位グラフをディスプレイすることができる。

図４は、弾性映像と共に各スキャンライン別にストレイン値を示すストレイングラフをディスプレイした例を概略的に示す。図４を参照すれば、対象体内で相対的に硬い第１組織４１０と相対的に軟らかい第２組織４２０に対する弾性映像４００での各スキャンライン別にストレイン値を示すストレイングラフであり、棒グラフ４３０をディスプレイした例を示す。図４の棒グラフで見られるように、相対的に硬い第１組織４１０がある部分に対してはストレイン値を示す棒の長さが短く表示され、相対的に軟らかい組織からなる第２組織４２０でのストレイン値を示す棒の長さは長く表示される。

一方、最上の画質を有する弾性映像を得るために平均ストレイン値を０.５〜３％に調節することが望ましい。平均ストレインは、本発明によって各スキャンライン別に計算されたストレインを用いて計算され、このように計算された平均ストレイン値を弾性映像が提供される画面上に表示し、ユーザが適切なストレイン値になるようにストレスを調節することができる。

図５ａ〜図５ｅは、本発明の一実施例によって弾性映像の一つのフレームにおける各スキャンライン別にストレイン値を示す棒グラフの各例を示す。図５ａに示した棒グラフを見れば、棒グラフで中央部分にある棒のサイズが短く表示され、棒グラフの両端に行くほど棒のサイズが長く表示されたことから、対象体を構成する組織の中央部分に相対的に硬い組織が存在することが分かる。また、図５ｂに示した棒グラフから対象体を構成する組織の中央部分に相対的に軟らかい組織が存在することが分かる。図５ｃは、対象体にストレスが右側より左側に、より強く印加された時のストレイン値を示す棒グラフであり、図５ｄは、対象体にストレスが左側より右側に、より強く印加された時のストレイン値を示す。一方、図５ｅは、各スキャンライン別にストレインを計算する過程で誤差が発生する場合の不規則的な形状に示されるストレイン値を示す。図５ｅに示した通り、ストレイングラフを通じて弾性映像を得るための映像処理が適切に処理されているかを確認することができる。

本発明の一実施例では、各スキャンラインのストレインを示す棒グラフの下方を同一に固定し、上方にストレインのサイズを表示したが、本発明の他の実施例では、図６ａ〜６ｄに示した通り、ストレイン値を示す棒の上方を同一に固定し、下方にストレインのサイズを表示してユーザが超音波プローブを用いて印加するストレスのサイズを直観的に認識するようにすることができる。

一方、超音波プローブを用いて対象体を圧縮する場合、超音波プローブの圧縮面積が相対的に狭く、対象体を均一に圧縮し難くなることもある。即ち、プローブが有限な面積を有しているため、プローブの中央部分に比べて外側に対応する対象体に対して圧縮の伝達が十分になされないこともある。このような場合、対象体に均一の圧力が加えられず、弾性映像に影響を与えることがあるので、スキャンラインのストレイン値を平準化して超音波プローブの有限プレートによる圧力の不均一性を補償することができる。

また、弾性映像は、リアルタイムで示すので、対象体にストレスが均一に印加されない場合、画質が落ちる弾性映像が出力されることがある。従来の弾性映像では、弾性映像の画質が落ちるフレームを削除してディスプレイしなかったり、以前のフレームを連続して示した。しかし、このような場合、画面が点滅したり、Ｂ−モード映像と同期が合わない問題がある。従って、本発明の一実施例では、式２を用いたＩＩＲフィルタを用いて弾性映像を出力する。
Ｙ_Ｎ＝（１−Ｐ）Ｙ_Ｎ−１＋ＰＸ_Ｎ----------------------------式2

Ｙ_Ｎは現在ディスプレイされる弾性映像のフレームを示し、Ｙ_Ｎ−１は以前にディスプレイされた弾性映像のフレームを示し、Ｘ_Ｎは現在ストレインが計算されたフレームを示し、Ｐはパーシスタンス値である。Ｐ値が大きくなれば、現在のストレインが計算されたフレームに対する割合が大きく見え、Ｐ値が小さくなれば、現在のストレイン値が計算されたフレームが反映される部分が小さくなり、以前にディスプレイされた弾性映像がほぼそのままディスプレイされるようになる。フレーム当りの平均ストレインの値を計算し、以前で適正なストレインの範囲０.５〜３.０％に平均ストレイン値が含まれればＰの値を大きくし、現在のストレインが計算されたフレームの割合を大きくして出力し、平均ストレイン値が適正なストレインの範囲を逸脱すればＰの値を小さくし、以前にディスプレイされたフレームの割合を大きくして出力し、画質が改善されたリアルタイムの弾性映像をディスプレイすることができる。

図７は、本発明によって弾性映像をディスプレイする方法を示すフローチャートである。図７を参照して、対象体にストレスを印加する前に超音波信号を送受信して第１超音波受信データを得て、対象体にストレスを印加して圧縮した後、超音波信号を送受信して第２超音波受信データを得る（Ｓ７１０）。第１超音波受信データと第２超音波受信データを比較し、サンプリング間隔単位の第１変位を計算し、第１超音波データと第２超音波データを補間した後、補間されたデータを比較してサンプリング間隔より小さな第２変位を計算する（Ｓ７２０）。第１変位と第２変位を合せて最終変位を計算し、計算された最終変位を用いて対象体の組織のストレインを計算する（Ｓ７３０）。以後、計算された最終変位のうちの最大変位を用いてスキャンライン別にストレインを計算する（Ｓ７４０）。

対象体に印加されるストレスの不均一性による弾性映像の影響を減らすために、ストレイン値を用いて各スキャンライン別にストレイン値を平準化をする（Ｓ７５０）。一つのフレームを構成するストレイン値の平均値を計算し、計算されたストレイン平均値が所定の範囲、例えば０.５％〜３％内に該当するかを確認する（Ｓ７６０）。ストレイン平均値が所定の範囲内に該当しなければ、対象体に印加されるストレスを調節してストレイン平均値が所定の範囲内に該当するようにする。ストレイン別にカラーを予め設定し、平均ストレイン値が所定範囲に該当すれば、各ストレイン値に対応するカラーを超音波データ及びストレイン値を表示するグラフにマッピングをする（Ｓ７７０）。

続いて、ストレスが均一に印加されず、画質が落ちる弾性映像が出力されることを防ぐために、ＩＩＲフィルタでＰ値を調節して弾性映像をフィルタリングする（Ｓ７８０）。以後、本発明による弾性映像とストレインを表示するグラフをディスプレイする（Ｓ７９０）。

一方、本発明の一実施例では、各スキャンライン別にストレインを示す棒グラフを２次元のグラフで表示したが、本発明の他の実施例では、図８に示した通り、各スキャンライン別にストレインを時間軸上の３次元で表示することができる。図８のようにストレインを表示して時間変化に応じた圧縮のサイズとそれによるストレインのサイズを見ることができる。図９は、超音波プローブに２次元アレイを用いる場合、圧力のサイズを全てのスキャンラインに対して３次元で示すグラフである。本発明の一実施例では、弾性映像で各スキャンライン別に変位のサイズまたはストレインのサイズを棒グラフを一例として用いて表示したが、線グラフなど変位またはストレインのサイズを表示することができる任意のグラフを用いることができる。

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。

対象体にストレスの印加前後の超音波信号の形状を示す概略図である。深さによる変位を示すグラフ（その１）である。深さによる変位を示すグラフ（その２）である。深さによる変位を示すグラフ（その３）である。ストレイン計算を説明するためのスプリングモデルを示す概略図である。本発明の一実施例によって弾性映像とストレイングラフをディスプレイした例を示す概略図である。本発明の一実施例によって弾性映像における各スキャンライン対するストレイン値を示す棒グラフの例を示す例示図（その１）である。本発明の一実施例によって弾性映像における各スキャンライン対するストレイン値を示す棒グラフの例を示す例示図（その２）である。本発明の一実施例によって弾性映像における各スキャンライン対するストレイン値を示す棒グラフの例を示す例示図（その３）である。本発明の一実施例によって弾性映像における各スキャンライン対するストレイン値を示す棒グラフの例を示す例示図（その４）である。本発明の一実施例によって弾性映像における各スキャンライン対するストレイン値を示す棒グラフの例を示す例示図（その５）である。本発明の他の実施例によるストレイングラフを示す例示図（その１）である。本発明の他の実施例によるストレイングラフを示す例示図（その２）である。本発明の他の実施例によるストレイングラフを示す例示図（その３）である。本発明の他の実施例によるストレイングラフを示す例示図（その４）である。本発明の一実施例によって弾性映像をディスプレイする方法を示すフローチャートである。ストレイングラフを時間軸に拡張して３次元で示すグラフである。超音波プローブに２次元アレイを用いて全てのスキャンラインに対してストレスを３次元で示すグラフである。

符号の説明

１０１変換素子
４００弾性映像
４１０第１組織
４２０第２組織
４３０ストレイングラフ

Claims

弾性映像ディスプレイ方法において、
ａ）複数の組織を含む対象体に超音波信号を多数のスキャンラインに沿って送受信して第１超音波データを得る段階と、
ｂ）対象体に所定のストレスを印加し、超音波信号を前記多数のスキャンラインに沿って送受信して第２超音波データを得る段階と、
ｃ）前記第１超音波データ及び前記第２超音波データを用いて前記複数の組織の変位を計算する段階と、
ｄ）前記計算された変位を用いて前記各組織のストレインを計算する段階と、
ｅ）前記ストレインを用いて弾性映像を形成し、前記スキャンライン別に前記各組織の変化を表示するグラフを形成する段階と、
ｆ）前記弾性映像及び前記グラフをディスプレイする段階と
を備える弾性映像ディスプレイ方法。
前記グラフは、前記計算された変位のうちの前記各スキャンライン別に最大の変位を表示する変位グラフである請求項１に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記グラフは、前記計算された変位を用いて前記各スキャンライン別に計算されたストレインを表示するストレイングラフである請求項１に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記段階ｃ）は、
ｃ１）前記第１超音波データと前記第２超音波データを比較してサンプリング間隔単位の第１変位を計算する段階と、
ｃ２）前記第１超音波データ及び前記第２超音波データを補間する段階と、
ｃ３）前記補間された第１超音波データ及び前記第２超音波データを比較してサンプリング間隔より小さい第２変位を計算する段階と、
ｃ４）前記第１変位と前記第２変位を合わせて前記変位を計算する段階と
を備える請求項１に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
ｄ１）前記段階ｄ）で計算されたストレインを用いて、前記各スキャンライン別にストレインを平準化する段階をさらに備える請求項１乃至４の何れか１項に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
ｄ２）前記各スキャンラインのストレインの平均値を計算する段階と、
ｄ３）前記計算された平均ストレインが所定の範囲に該当するかを判断する段階と、
ｄ４）前記平均ストレインが所定の範囲に該当しなければ、前記対象体に印加されるストレスを調節する段階と
をさらに備える請求項１乃至５の何れか１項に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記段階ｅ）は、ストレイン別に事前に設定されたカラーに応じて前記計算された最大変位に該当するカラーをマッピングし、弾性映像を形成する請求項２に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記段階ｅ）は、ストレイン別に事前に設定されたカラーに応じて前記計算されたストレインに該当するカラーをマッピングし、弾性映像を形成する請求項３に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記グラフは、棒または線グラフである請求項１に記載の弾性映像ディスプレイ方法。
前記弾性映像をディスプレイする前のストレイン範囲によって異なる値のＰ（Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ）値を適用したＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いてディスプレイする段階をさらに備える請求項９に記載の弾性映像ディスプレイ方法。