JP2008161546A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に関し、特に動脈血管壁組織の弾性特性や粘性特性を測定することのできる超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus capable of measuring the elastic characteristics and viscosity characteristics of an arterial vascular wall tissue.
近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。 In recent years, an increasing number of people suffer from cardiovascular diseases such as myocardial infarction and cerebral infarction, and it has become a major issue to prevent and treat such diseases.
心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。具体的には、動脈壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作られなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、硬く、脆くなる。そして、粥腫が形成された部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を早期に診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。 Arteriosclerosis is closely related to the onset of myocardial infarction and cerebral infarction. Specifically, when an atheroma is formed on the artery wall, or when new cells of the artery are not made due to various factors such as hypertension, the artery loses its elasticity and becomes hard and brittle. Then, the blood vessel is blocked in the part where the atheroma is formed, or the vascular tissue covering the atheroma is ruptured and the atheroma flows into the blood vessel, and the artery is blocked in another part or the artery is hardened. These diseases are caused by the rupture of parts. Therefore, early diagnosis of arteriosclerosis is important for the prevention and treatment of these diseases.
従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって行われていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、被験者への負荷が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験者に対して、その場所を特定するために用いられ、例えば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。 Conventionally, arteriosclerotic lesions have been diagnosed by directly observing the inside of a blood vessel using a vascular catheter. However, this diagnosis has a problem that the load on the subject is large because it is necessary to insert a vascular catheter into the blood vessel. For this reason, observation with a vascular catheter is used to identify the location of a subject who is certain that an arteriosclerotic lesion is present. For example, this method can be used as a test for health care. It was never used.
動脈硬化の一因であるコレステロール値を測定したり、血圧値を測定したりすることは、被験者への負担が少なく、容易に行うことのできる検査である。しかし、これらの値は、動脈硬化の度合いを直接示すものではない。 Measuring a cholesterol level that is a cause of arteriosclerosis or measuring a blood pressure level is a test that can be easily performed with less burden on the subject. However, these values do not directly indicate the degree of arteriosclerosis.
また、動脈硬化を早期に診断して、動脈硬化の治療薬を被験者に対して投与することができれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと、治療薬によって動脈硬化の進展を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に回復させることは難しいと言われている。 Further, if arteriosclerosis is diagnosed at an early stage and a therapeutic drug for arteriosclerosis can be administered to a subject, it will be effective in treating arteriosclerosis. However, when arteriosclerosis progresses, it is said that it is difficult to completely recover the cured artery even though the therapeutic agent can suppress the progress of arteriosclerosis.
こうした理由から、被験者への負担が少なく、動脈硬化が進行する前に早期段階で診断する診断方法あるいは診断装置が求められている。 For these reasons, there is a need for a diagnostic method or a diagnostic device that has less burden on the subject and diagnoses at an early stage before arteriosclerosis proceeds.
一方、被験者への負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置やX線診断装置が従来用いられている。超音波やX線を体外から照射することによって、被験者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報(運動情報)が得られると、測定対象物の性状情報を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性特性を求めることができ、動脈硬化の度合いを直接知ることが可能となる。 On the other hand, an ultrasonic diagnostic apparatus and an X-ray diagnostic apparatus are conventionally used as a non-invasive medical diagnostic apparatus that places little burden on the subject. By irradiating ultrasonic waves or X-rays from outside the body, it is possible to obtain shape information in the body or time change information of the shape without causing pain to the subject. When time change information (motion information) of the shape of the measurement object in the body is obtained, the property information of the measurement object can be obtained. That is, the elasticity characteristic of the blood vessel in the living body can be obtained, and the degree of arteriosclerosis can be directly known.
特に超音波診断は、X線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてるだけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点やX線被爆のおそれがない点で優れている。 In particular, ultrasound diagnosis is superior to X-ray diagnosis in that it can be measured simply by applying an ultrasound probe to a subject, and therefore there is no need for administration of a contrast agent to the subject and there is no risk of X-ray exposure. Yes.
また、近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。例えば、特許文献1に記載された技術を用いると、血管運動の振幅数ミクロンで数百Hzまでの速い振動成分を高精度に計測できるため、血管壁の厚さ変化や歪みを数ミクロンのオーダーで高精度な計測をすることが可能になると報告されている。
In addition, recent advances in electronics technology have made it possible to dramatically improve the measurement accuracy of ultrasonic diagnostic equipment. Along with this, development of ultrasonic diagnostic apparatuses that measure minute movements of living tissues is progressing. For example, when the technique described in
このような高精度な計測手法を用いることにより、動脈壁の弾性特性の二次元分布を詳細に測定することが可能となる。例えば非特許文献1では、頸動脈血管壁の弾性率の二次元分布の様子をBモード断層像に重ねて表示した一例を示している。動脈壁の硬さ度合いは一様ではなく、ある分布を持って存在しており、動脈硬化症の診断においては、動脈の硬化度合いを示す特徴量である弾性率の局所的な分布を的確に把握することが重要なためである。
動脈硬化症が進展すると、粥腫と呼ばれる内部に脂質を多く含んだ腫瘍が生成されたり、内中膜厚が肥厚したりして、血管に狭窄部が発生する。狭窄のない血管断面積の大きい部分から血管断面積の小さい狭窄部へ血液が流れ込むと、その流速は上昇する。ベルヌーイの定理によれば、連続流体において以下の式が成り立つ。 When arteriosclerosis progresses, a tumor called a atheroma that contains a large amount of lipid in the interior is generated, or the inner-media thickness is increased, resulting in a stenosis in the blood vessel. When blood flows from a portion having a large blood vessel cross-sectional area without stenosis into a stenosis portion having a small blood vessel cross-sectional area, the flow velocity increases. According to Bernoulli's theorem, the following equation holds for a continuous fluid.
ここで、pは血圧、ρは血液の密度、vは血液の流速である。式(1)より、動脈血管に狭窄部が生成発生している場合、その部分における血圧は低下していると考えられる。 Here, p is blood pressure, ρ is blood density, and v is blood flow velocity. From formula (1), when a stenosis part is generated and generated in an arterial blood vessel, it is considered that the blood pressure in that part is lowered.
しかしながら、従来の超音波診断装置では、このような血圧の低下を考慮せず、弾性特性を求めていた。このため、従来の超音波診断装置によれば、特に、動脈血管壁の腫瘍部分や内中膜厚が肥厚している部分の弾性特性の計測が不正確になる可能性があった。 However, conventional ultrasonic diagnostic apparatuses have been demanding elastic characteristics without considering such a decrease in blood pressure. For this reason, according to the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, there is a possibility that the measurement of the elastic characteristics of the tumor portion of the arterial blood vessel wall and the portion where the inner-media thickness is thickened may be inaccurate.
本発明は、このような課題を解決し、より正確な血管壁の弾性特性を求めることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of solving such problems and obtaining more accurate elastic characteristics of a blood vessel wall.
本発明の超音波診断装置は、生体の循環器組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブを駆動する送信部と、前記超音波送信波が前記生体の循環器組織において反射することにより得られる超音波反射波を、前記超音波プローブを用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号を位相検波し、位相検波信号を生成する位相検波部と、前記位相検波信号から前記生体の循環組織に設定された複数の測定対象位置における位置変位量をそれぞれ演算し、前記位置変位量から、前記複数の測定対象位置に基づいて設定された任意の2点間の形状特性値を複数演算する形状特性演算部と、前記生体の循環器組織に関する血圧値を受け取り、前記血圧値を補正する血圧補正演算部と、前記複数の形状特性値と補正された血圧値とに基づいて、複数の性状特性値を演算する性状特性演算部とを備える。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a transmitter that drives an ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic transmission wave to a circulatory tissue of a living body, and the ultrasonic transmission wave is reflected by the circulatory tissue of the living body. Receiving the ultrasonic reflected wave obtained by using the ultrasonic probe, generating a received signal, phase detecting the received signal, generating a phase detection signal, and the phase detection The position displacement amount at each of a plurality of measurement target positions set in the circulating tissue of the living body is calculated from the signal, and the shape between any two points set based on the plurality of measurement target positions from the position displacement amount A shape characteristic calculation unit that calculates a plurality of characteristic values; a blood pressure correction calculation unit that receives a blood pressure value related to the circulatory tissue of the living body and corrects the blood pressure value; and the plurality of shape characteristic values and the corrected blood pressure value. And Zui, and a property characteristic calculator for calculating a plurality of attribute property values.
ある好ましい実施形態において、前記循環器組織は血管であり、血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における血管形状の変化に応じて前記血圧値を補正する。 In a preferred embodiment, the circulatory tissue is a blood vessel, and the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value according to a change in blood vessel shape in the axial direction of the blood vessel.
ある好ましい実施形態において、血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における断面積の変化に応じて前記血圧値を補正する。 In a preferred embodiment, the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value in accordance with a change in cross-sectional area in the axial direction of the blood vessel.
ある好ましい実施形態において、血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における内径の変化に応じて前記血圧値を補正する。 In a preferred embodiment, the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value according to a change in an inner diameter in the axial direction of the blood vessel.
ある好ましい実施形態において、前記循環器組織は血管であり、前記超音波診断装置は、ドプラ法を用いて前記血管を移動する血液の血流速度を演算する血流速度演算部をさらに備え、前記血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における血流速度の変化に応じて、前記血圧値を補正する。 In a preferred embodiment, the circulatory tissue is a blood vessel, and the ultrasonic diagnostic apparatus further includes a blood flow velocity calculating unit that calculates a blood flow velocity of blood moving through the blood vessel using a Doppler method, The blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value according to a change in blood flow velocity in the axial direction of the blood vessel.
ある好ましい実施形態において、前記超音波診断装置は、前記複数の性状特性値、前記複数の性状特性値の平均値、または前記複数の性状特性値の分布画像のうち、少なくともいずれか一つを表示する表示部をさらに備える。 In a preferred embodiment, the ultrasonic diagnostic apparatus displays at least one of the plurality of property characteristic values, an average value of the plurality of property characteristic values, or a distribution image of the plurality of property characteristic values. And a display unit.
ある好ましい実施形態において、前記性状特性値は、弾性特性および粘性特性のうち、少なくともいずれか一つである。 In a preferred embodiment, the property characteristic value is at least one of an elastic characteristic and a viscous characteristic.
ある好ましい実施形態において、前記血圧補正演算部は、心拍に同期して前記血圧値の補正を行う。 In a preferred embodiment, the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value in synchronization with a heartbeat.
本発明の超音波診断装置によれば、血圧補正演算部が性状特性を求める位置ごとに血圧値を補正する。したがって、血管の狭窄部における血管壁組織の弾性特性をより正確に求めることができる。 According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value for each position for obtaining the property characteristic. Therefore, the elastic characteristic of the vascular wall tissue in the stenosis of the blood vessel can be obtained more accurately.
以下、本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention will be described.
図1は、本実施形態の超音波診断装置11を用いて血管壁組織の性状診断を行うための構成を示すブロック図である。超音波診断装置11に接続された超音波プローブ13は被験者の体表2に密着するよう設置され、血管外組織1の内部へ超音波を送信する。送信された超音波は血管3や血液5にて反射、散乱し、その一部が超音波プローブ13へ戻り、エコー(超音波反射波)として受信される。超音波診断装置11は、受信信号の解析、演算を行い、血管前壁4の形状情報や運動情報を求める。また、超音波診断装置11には血圧計12が接続されており、血圧計12が測定した被験者の血圧データは超音波診断装置11へと入力される。超音波診断装置11は、例えば特許文献1に開示されている方法にしたがって、検波信号の振幅および位相の両方を用い、制約付最小二乗法によって対象の瞬時の位置を決定する。高精度な(位置変化量の測定精度は±0.2ミクロン)位相トラッキングを行うことにより、血管前壁4における微小部位の厚さや厚さ変化量の時間変化の様子を充分な精度で測定することができる。さらに、血圧計12から得た血圧データを用いることで、血管前壁4における局所微小部位の弾性特性を求めることができる。また、超音波診断装置11には心電計22が接続されており、心電計22が測定した心電波形は超音波診断装置11へと入力され、データ取得やデータリセットのタイミングを決定するトリガ信号として使用される。心電計22は他の生体信号検出手段である心音計や脈波計と置き換えることも可能であり、心電波形の替わりに心音波形や脈波波形をトリガ信号として用いることも可能である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration for diagnosing a vascular wall tissue property using the ultrasonic
以下、超音波診断装置11の構成および動作を詳細に説明する。従来の超音波診断装置では、血管壁に弾性変形を生じさせる応力である血圧は、血管の位置に関わらず一定であると仮定していた。これに対し、本実施形態の超音波診断装置11では、狭窄部が生じるなどの理由によって血管壁の形状変化することを考慮し、血管の軸方向において血圧を補正し、補正した血圧値を用いて弾性特性などを求める。
Hereinafter, the configuration and operation of the ultrasonic
図2は、超音波診断装置11の構成を示すブロック図である。超音波診断装置11は、送信部14、受信部15、遅延時間制御部16、位相検波部17、フィルタ部18、演算部19、記憶部20および表示部21を備えている。また、操作者が超音波診断装置11に指令を与えるためのユーザインターフェース25と、ユーザインターフェース25からの指令に基づき、これらの各構成要素を制御するマイコンなどからなる制御部23とを備えている。なお、図2に示す各構成要素は必ずしも独立したハードウエアによって構成される必要はない。例えば、以下において詳細に説明する演算部19の各部は、マイコンおよびソフトウェアにより構成され、各部の機能が実現されていてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ultrasonic
送信部14は、所定の駆動パルス信号を生成し、超音波プローブ13に出力する。駆動パルス信号により超音波プローブ13から送信される超音波送信波は、血管3等の生体組織において反射、散乱し、生じた超音波反射波が超音波プローブ13で受信される。超音波を発生させる駆動パルスの周波数は、時間軸上で隣接している前後の超音波パルスが重ならないように、測定対象の深さと超音波の音速とを考慮して決定される。
The
受信部15は超音波プローブ13を用いて超音波反射波を受信する。受信部15はA/D変換部を含み、超音波反射波を増幅して受信信号を生成し、さらにデジタル信号に変換する。送信部14および受信部15は電子部品などを用いて構成される。
The receiving
遅延時間制御部16は送信部14および受信部15に接続されており、送信部14から超音波プローブ13の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制御する。これにより、超音波プローブ13から送信される超音波送信波の超音波ビームの音響線の方向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ13によって受信され、受信部15によって増幅された受信信号の遅延時間を制御することにより、開口径を変化させたり、焦点位置を変化させたりすることができる。遅延時間制御部16の出力は位相検波部17に入力される。
The delay
断層画像生成部24はフィルタ、対数増幅器および検波器などを含み、遅延時間制御部16から受け取った受信信号を信号強度に応じた輝度情報を有する信号に変換する。これにより、被検体の計測領域における断層画像を示す信号が得られる。
The tomographic
位相検波部17は、遅延時間制御部16で遅延制御された受信信号を位相検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号はフィルタ部18に入力される。フィルタ部18は、高周波成分、測定対象以外からの反射成分およびノイズ成分等を除去する。位相検波部17およびフィルタ部18はソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。位相検波された受信信号の実部信号および虚部信号は、演算部19へ入力される。
The
図3は演算部19の構成を詳細に示すブロック図である。演算部19は、形状特性演算部31、性状特性演算部32および血圧補正演算部33を含む。演算部19は、ソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
形状特性演算部31は、受信信号の実部信号および虚部信号に基づいて、複数の測定対象位置における生体組織の運動速度を求め、運動速度を積分することによって、位置変位量(位置の時間変位量)を求める。求めた位置変位量から各測定対象位置間における生体組織の厚さ変化量(伸縮量)や血管直径の変化量を求める。また、心電計22から一心周期に関する情報を受け取り、一心周期における厚さ変化量の最大値と最小値との差分である最大厚さ変化量と厚さの最大値を求める。
Based on the real part signal and the imaginary part signal of the received signal, the shape
血圧補正演算部33は、血圧計12から血圧データを受け取り、血管の軸方向における形状の差異、すなわち軸方向の断面積の変化あるいは内径の変化に応じて、受け取った血圧データを補正する。あるいは、血管の軸方向における血流速度の変化に応じて、受け取った血圧データを補正する。血圧データの補正方法については、以下において詳述する。
The blood pressure
性状特性演算部32は、最大厚さ変化量と厚さの最大値(または初期値)を受け取り、生体組織の歪みを求める。さらに血圧補正演算部33にて補正された血圧データを用いて、各測定対象位置間の組織の弾性特性を求める。
The property
このようにして求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み量、あるいは弾性特性は、計測領域に対応してマッピングされ、これら複数の値の空間分布を示す心周期毎の空間分布フレームとして表示部21へ出力される。また表示部21にて表示されるのは、これら複数の値そのものや、これらの平均値であってもよい。断層画像生成部24において生成した断層画像の信号も表示部21へ入力され、計測領域の断層画像が表示部21に表示される。
The maximum change in thickness, strain, or elastic characteristic of the biological tissue thus obtained is mapped corresponding to the measurement region, and a spatial distribution frame for each cardiac cycle showing the spatial distribution of these multiple values. The data is output to the
次に、図4および図5を参照しながら、演算部19における演算をさらに詳しく説明する。図4は、生体60を伝播する超音波ビーム67を模式的に示しており、図では血管壁64および血管以外の生体組織62が示されている。生体60の表面に配置された超音波プローブ13から送信した超音波送信波は、生体60中を進行する。超音波送信波は、ある有限の幅を持つ超音波ビーム67として生体60中を伝播し、その過程において生体組織62および血管壁64によって反射または散乱した超音波の一部が超音波プローブ13へ戻り、超音波反射波として受信される。超音波反射波は時系列信号r(t)として検出され、超音波プローブ13に近い組織から得られる反射の時系列信号ほど、時間軸上で原点近くに位置する。超音波ビーム67の幅(ビーム径)は、遅延時間を変化させることにより制御することができる。
Next, the calculation in the
超音波ビームの中心軸である音響線66上に位置する血管壁62中の複数の測定対象位置Pn(P1、P2、・・・Pk・・・Pn、nは3以上の自然数)は、ある一定間隔Lで超音波プローブ13に近い順にP1、P2、・・・Pk・・・Pnと配列している。生体60の表面を原点とする深さ方向の座標をZ1、Z2、・・・Zk・・・Znとすると、測定対象位置Pkからの反射は、時間軸上でtk=2Zk/cに位置することになる。ここでcは生体内での超音波の音速を示す。反射波信号r(t)を位相検波部17において位相検波し、検波した信号を実部信号および虚部信号に分離してフィルタ部18を通過させる。演算部19の形状測定値演算部31では、反射波信号r(t)と微小時間Δt後の反射波信号r(t+Δt)において振幅は変化せず、位相および反射位置のみが変化するという制約のもとで、反射波信号r(t)とr(t+Δt)との波形の整合誤差が最小となるよう最小二乗法によって位相差を求める。この位相差から、測定対象位置Pnの運動速度Vn(t)が求められ、さらにこれを積分することにより、位置変位量dn(t)を求めることができる。
A plurality of measurement target positions Pn (P1, P2,... Pk... Pn, n is a natural number of 3 or more) in the
図5は、測定対象位置Pnと弾性特性演算の対象組織Tnとの関係を示している。対象組織Tkは、隣接する測定対象位置PkとPk+1とに挟まれた範囲に厚さLを有して位置している。n個の測定対象位置P1・・・・Pnからは(n−1)個の対象組織T1・・・・Tn−1を設けることができる。 FIG. 5 shows the relationship between the measurement target position Pn and the target tissue Tn for elastic characteristic calculation. The target tissue Tk is located with a thickness L in a range between adjacent measurement target positions Pk and Pk + 1. (n−1) target tissues T1,... Tn−1 can be provided from the n measurement target positions P1,.
対象組織Tkの伸縮量である厚さ変化量Hk(t)は、測定対象位置PkとPk+1の位置変位量hk(t)とhk+1(t)とから、Hk(t)=hk+1(t)−hk(t)として求められる。 The thickness change amount Hk (t), which is the amount of expansion / contraction of the target tissue Tk, is calculated from Hk (t) = hk + 1 (t) − from the position displacement amounts hk (t) and hk + 1 (t) of the measurement target positions Pk and Pk + 1. It is obtained as hk (t).
血管壁64の組織Tkの厚さの変化は、心拍による血圧の変化に応じて生じ、心周期におよそ同期して繰り返される。したがって、弾性特性も心周期に同期して一心拍毎の数値を求めることが好適である。一心周期内の厚さ変化量Hk(t)から最大値と最小値とを抽出し、最大値と最小値との差分を最大厚さ変化量Δhkとする。また、血圧の最大値と最小値との差分を脈圧Δpとする。対象組織の厚さの最大値(または初期値)をHmとしたとき、歪みSkおよび弾性特性xkはそれぞれ次式で求めることができる。
The change in the thickness of the tissue Tk of the
Sk=Δhk/Hm
xk=Δp/Sk=Δp・Hm/Δhk
Sk = Δhk / Hm
xk = Δp / Sk = Δp · Hm / Δhk
測定対象位置Pnの数やその間隔は、測定の目的や測定対象物である生体組織の特性に応じて任意に設定できる。また、上述の説明では、隣接する測定対象位置間の厚さ変化量や弾性特性を求める例を示しているが、厚さ変化量や弾性特性は、1つ以上の測定対象位置を挟む2点間の値を求めてもよい。この場合、その2点間の位置変位量は、その2点およびその間の測定対象位置の位置変位量の平均値を用いることが好ましい。 The number of measurement target positions Pn and their intervals can be arbitrarily set in accordance with the purpose of measurement and the characteristics of the biological tissue that is the measurement target. In the above description, an example in which the thickness change amount and the elastic characteristic between adjacent measurement target positions is obtained is shown. However, the thickness change amount and the elastic characteristic are two points sandwiching one or more measurement target positions. A value between may be obtained. In this case, as the positional displacement amount between the two points, it is preferable to use an average value of the positional displacement amounts of the two points and the measurement target position therebetween.
厚さ変化量や弾性特性を求める範囲は、任意の2点で挟まれた1箇所でもかまわないが、本実施の形態で用いている超音波プローブ13は、アレー状に配列された複数の超音波振動子を有しており、断層面内の任意の領域内すべての箇所の弾性特性を求めることが可能である。
The range for obtaining the amount of change in thickness and the elastic characteristics may be one place between any two points, but the
以上の手順により、演算部19は生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性などを演算して画像情報を作成し、その画像が表示部21に表示される。また、計測部32で演算された最大厚さ変化量、歪み、弾性特性等のデータや画像および断層画像は、記憶容量の許す範囲内で記憶部20に記憶され、随時読み取ることが可能である。記憶部20に例えばリングメモリ等の素子を用いれば、常に最新のデータを更新蓄積することができる。したがって、記憶部20に記憶された各種データは、表示部21に随時表示することもできる。また、記憶部20に記憶されている複数フレームを時間方向に平均化して、一枚の分布画像を生成してもよい。
By the above procedure, the
次に、血圧補正演算部33の動作を詳細に説明する。図6は超音波診断装置11を用い、頸動脈血管壁の軸方向に平行な断面のBモード断層画像を表示部21に表示する一例を模式的に示している。断層像101内には、血管前壁102、内腔103、血管後壁104、血管外組織106等が異なる輝度で表示されている。内腔103内には血液105が図の左から右へ流れている。狭窄部107では、血管後壁104の一部が肥厚し、狭窄の存在しない部分(以下、正常部)に比べて血管内径が小さくなっている。
Next, the operation of the blood pressure
ここで、正常部の血管内径をd、血圧をp、血流速度をv、血液の密度をρとし、狭窄部107における最小の内径をd’、血圧をp’、血流速度をv’とすると、ベルヌーイの定理(式(1))より以下の関係が成り立つ。
Here, the blood vessel inner diameter of the normal portion is d, the blood pressure is p, the blood flow velocity is v, the blood density is ρ, the minimum inner diameter in the
また、血管断面積と血流速度の積は一定なので、血管断面形状が円とした場合、以下の関係が成り立つ。 In addition, since the product of the blood vessel cross-sectional area and the blood flow velocity is constant, the following relationship holds when the blood vessel cross-sectional shape is a circle.
式(2)(3)より、血圧p’は式(4)より求められる。 From equations (2) and (3), blood pressure p 'is obtained from equation (4).
したがって、血管の内径が軸方向の位置によって異なる場合、血圧補正演算部33は弾性特性を求める位置毎に血管の内径を求め、求めた内径に基づき式(4)を用いて、血圧値を補正する。補正した血圧値は、性状特性演算部32へ出力される。これにより、性状特性演算部32は、より正確な弾性特性を求めることが可能となる。血管の軸方向の位置による内径変化を求めるために、血圧補正演算部33は、たとえば、断層画像の信号を受け取り、内腔103と血管前壁102および血管後壁104との信号強度の差を利用して血管の内径を求める。内腔103は血液で満たされており、血管壁組織である血管前壁102および血管後壁104とは音響インピーダンスが大きく異なるため、断層画像の信号の強度が大きく異なる。したがって、比較的正確にかつ、自動的に血管の内径を求めることができる。
Therefore, when the inner diameter of the blood vessel varies depending on the position in the axial direction, the blood pressure
なお、血管壁組織の弾性特性を求める場合、血管壁組織の最大厚さ変化量を与える収縮期血圧と拡張期血圧の差である脈圧Δpが分かればよい。したがって、血圧補正演算部33は常時血圧値の補正演算を行う必要はなく、収縮期血圧と拡張期血圧とをそれぞれ一心周期に一度ずつ補正すればよい。従って、補正演算は心周期に同期して行うことが好ましい。心周期に同期した信号は、心電計22から得てもよいし、形状特性演算部31が演算した内径の時間変化量や血管3の任意位置の時間変位量を用いてもよい。
When obtaining the elastic characteristics of the vascular wall tissue, it is only necessary to know the pulse pressure Δp, which is the difference between the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure that give the maximum amount of change in the vascular wall tissue thickness. Therefore, it is not necessary for the blood pressure
式(3)は、血管の断面形状が円である場合の関係を示しているが、実際には血管断面形状が円でない場合も存在する。この場合、血圧補正演算部33は、軸方向の断面積の変化に応じて、受け取った血圧データを補正することが好ましい。
Equation (3) shows the relationship when the cross-sectional shape of the blood vessel is a circle, but there are actually cases where the cross-sectional shape of the blood vessel is not a circle. In this case, it is preferable that the blood pressure
このために、超音波診断装置11は、弾性特性を求める位置毎に、血管の軸方向に垂直な断面のBモード断層画像が得られるように超音波を送受信する。断層画像生成部24は、血管の軸方向に垂直な断面断層画像の信号を生成し、血圧補正演算部33へ出力する。
For this purpose, the ultrasonic
血圧補正演算部33は血管の内径の算出と同様に断層画像の信号の強度から血管断面積を求める。あるいは、血圧補正演算部33は、断層画像から断面を楕円に近似し、断面積を求めてもよい。
The blood pressure
正常部の血管断面積をS、狭窄部107において、内径が最小となる箇所の断面積をS’とすると、血圧p’は次式より求められる。
Assuming that the blood vessel cross-sectional area of the normal part is S and the cross-sectional area of the
したがって、血圧補正演算部33は、求めた断面積を式(5)に代入することによって、血圧を補正することができる。このように、血管軸方向に血管の断面積が異なる場合には、弾性特性を求める位置毎に血圧値を補正することによって、より正確な弾性特性を求めることが可能となる。
Therefore, the blood pressure
また、血圧補正演算部33は、血流速度に基づいて血圧値を補正してもよい。一般的に超音波診断装置は、ドプラ法を用いた血流速度演算機能を有する。従って、この機能を用いれば、新たな構成を超音波診断装置に付加することなく血圧値を補正できる。
In addition, the blood pressure
正常部の血流速度vと狭窄部107の血流速度v’すると、狭窄部107の血圧p’は以下の式(6)で表される。
When the blood flow velocity v in the normal portion and the blood flow velocity v ′ in the
血流速度に基づいて血圧値を補正する場合、図3に示すように、超音波診断装置11は、血流速度演算部34をさらに備える。このような機能は、上述したように一般的な超音波診断装置に設けられている。血流速度演算部34は、ドプラ法に基づいて得られた受信信号を解析することによって、軸方向における弾性特性を求める位置毎に血流速度を求める。血圧補正演算部33は、血流速度を受け取り、式(6)を利用して、血圧値を補正する。
When correcting the blood pressure value based on the blood flow velocity, the ultrasonic
なお、式(1)から式(6)において用いた血流速度vやv’は、血管内の平均流速を用いる。血管内を流れる血流が層流の場合と乱流の場合とでは、中心部の流速と平均流速との関係は異なるので、留意が必要である。血管断面を円とした場合、血管内の平均流速は、層流の場合には血管の中心速度の1/2であるが、乱流の場合は中心速度の0.81〜0.83倍となる。 It should be noted that the average blood flow velocity in the blood vessel is used as the blood flow velocity v and v ′ used in the equations (1) to (6). It should be noted that the relationship between the flow velocity at the center and the average flow velocity is different between the case where the blood flow flowing in the blood vessel is laminar and the case of turbulent flow. When the cross section of the blood vessel is a circle, the average flow velocity in the blood vessel is ½ of the central velocity of the blood vessel in the case of laminar flow, but 0.81 to 0.83 times the central velocity in the case of turbulent flow. Become.
このように、本実施形態の超音波診断装置によれば、血圧補正演算部33が、血管の内径、血管の断面積、または、血流速度に基づき、弾性特性を求める位置毎に血圧値を補正する。したがって、血管の狭窄部における血管壁組織の弾性特性をより正確に求めることができる。特に、血管の狭窄部は、動脈血管壁に生じた腫瘍や内中膜厚が肥厚することによって形成されるため、こうした病変組織の弾性特性をより正確に求めることにより、動脈血管に生じた病変を正確に診断することが可能になる。
As described above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of this embodiment, the blood pressure
なお、本実施形態において、頸動脈における血圧pは、カテーテル等により直接計測してもよいし、上腕部血圧測定値に任意の係数を積算して求めてもよい。さらには上腕部血圧測定値をそのまま頸動脈血圧値と仮定して用いてもかまわない。血管が狭窄する主要因として粥腫(プラーク)の存在があげられるが、粥腫の診断において最も重要なのは、その易破裂性であると言われている。粥腫が破裂すると、その内容物が末梢で血管を閉塞し脳梗塞や心筋梗塞を引き起こすため、その粥腫を覆う血管組織の弾性が高い(硬い)のか低い(軟らかい)のかが診断のポイントとなる。従って、上腕部血圧測定値を頸動脈血圧値として用いても、周囲の正常組織に対する相対的な硬さ・軟らかさを知ることができ、医師に対して大変有益な情報を提供することが可能となる。 In the present embodiment, the blood pressure p in the carotid artery may be directly measured by a catheter or the like, or may be obtained by adding an arbitrary coefficient to the upper arm blood pressure measurement value. Furthermore, the upper arm blood pressure measurement value may be used as it is as the carotid blood pressure value. The main factor for stenosis of blood vessels is the presence of atheroma (plaque), and the most important factor in diagnosing atheroma is said to be easily ruptured. When an atheroma ruptures, its contents occlude blood vessels in the periphery and cause cerebral infarction or myocardial infarction. Therefore, the diagnosis point is whether the elasticity of the vascular tissue covering the atheroma is high (hard) or low (soft) Become. Therefore, even if the brachial blood pressure measurement value is used as the carotid artery blood pressure value, it is possible to know the relative hardness and softness of the surrounding normal tissue, and it is possible to provide very useful information to the doctor. It becomes.
さらに、本実施形態では弾性特性を求めているが、他の性状特性値を求めてもよい。たとえば、血管壁組織の粘性率の算出にも応力を用いるため、血圧補正演算部によって、軸方向の計測位置ごとに、血圧値を補正することによって、より正確な粘性率を求めることができる。 Furthermore, although the elastic characteristic is calculated | required in this embodiment, you may obtain | require other property characteristic values. For example, since stress is also used for calculating the viscosity coefficient of the vascular wall tissue, a more accurate viscosity coefficient can be obtained by correcting the blood pressure value for each measurement position in the axial direction by the blood pressure correction calculation unit.
本発明の超音波診断装置は、循環器組織中の微小部分における弾性特性等の性状特性を計測するのに好適に用いられ、特に動脈血管壁組織の弾性特性や粘性特性などの性状特性を正確に計測するのに好適に用いられる。 The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention is suitably used for measuring property characteristics such as elastic properties in a minute part in a circulatory tissue, and in particular, accurately characterizes property characteristics such as elastic properties and viscosity properties of arterial vessel wall tissue. It is suitably used for measurement.
1 血管外組織
2 体表
3 血管
4 血管前壁
5 血液
11 超音波診断装置
12 血圧計
13 超音波プローブ
14 送信部
15 受信部
16 遅延時間制御部
17 位相検波部
18 フィルタ部
19 演算部
20 記憶部
21 表示部
22 心電計
23 制御部
24 断層画像生成部
25 ユーザインターフェース
31 形状特性演算部
32 性状特性演算部
33 血圧補正演算部
34 血流速度演算部
101 断層像
102 血管前壁
103 内腔
104 血管後壁
105 血液
106 血管外組織
107 狭窄部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記超音波送信波が前記生体の循環器組織において反射することにより得られる超音波反射波を、前記超音波プローブを用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号を位相検波し、位相検波信号を生成する位相検波部と、
前記位相検波信号から前記生体の循環組織に設定された複数の測定対象位置における位置変位量をそれぞれ演算し、前記位置変位量から、前記複数の測定対象位置に基づいて設定された任意の2点間の形状特性値を複数演算する形状特性演算部と、
前記生体の循環器組織に関する血圧値を受け取り、前記血圧値を補正する血圧補正演算部と、
前記複数の形状特性値と補正された血圧値とに基づいて、複数の性状特性値を演算する性状特性演算部と、
を備えた超音波診断装置。 A transmitter for driving an ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic transmission wave to a living body circulatory tissue;
A reception unit that receives an ultrasonic reflected wave obtained by reflecting the ultrasonic transmission wave in the circulatory tissue of the living body using the ultrasonic probe, and generates a reception signal;
A phase detection unit that phase-detects the received signal and generates a phase detection signal;
From the phase detection signal, position displacement amounts at a plurality of measurement target positions set in the circulating tissue of the living body are respectively calculated, and two arbitrary points set based on the plurality of measurement target positions from the position displacement amounts A shape characteristic calculation unit for calculating a plurality of shape characteristic values between,
A blood pressure correction calculation unit that receives a blood pressure value related to the circulatory tissue of the living body and corrects the blood pressure value;
Based on the plurality of shape characteristic values and the corrected blood pressure value, a characteristic characteristic calculation unit that calculates a plurality of characteristic characteristic values;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における血管形状の変化に応じて前記血圧値を補正する請求項1に記載の超音波診断装置。 The circulatory tissue is a blood vessel;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value according to a change in blood vessel shape in the axial direction of the blood vessel.
ドプラ法を用いて前記血管を移動する血液の血流速度を演算する血流速度演算部をさらに備え、
前記血圧補正演算部は、前記血管の軸方向における血流速度の変化に応じて、前記血圧値を補正する請求項1に記載の超音波診断装置。 The circulatory tissue is a blood vessel;
Further comprising a blood flow velocity calculation unit for calculating a blood flow velocity of blood moving through the blood vessel using the Doppler method,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the blood pressure correction calculation unit corrects the blood pressure value according to a change in blood flow velocity in the axial direction of the blood vessel.
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