JP2009195613A - 超音波診断装置及、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＴＳＩを用いた弾性イメージングにおいて、ストレイン演算を開始するのに適した時相を決定したり、組織に対して力学的負荷を与える場合において、好適な基準となるリファレンス情報を生成し表示することができる超音波診断装置等提供すること。
【解決手段】 圧迫・解放に応じた組織の平均速度をフレーム毎に算出し、これを用いてリファレンス波形を生成する。このリファレンス波形により、平均速度がゼロとなる時相を特定し、ストレイン演算において、特定された静止時相を基準として、圧迫期間又は解放期間におけるストレイン演算の為の時間積分を行う。圧迫期間においては、圧迫開始から組織の収縮が蓄積される様子や圧迫終了時相での組織の収縮が最大となる様子を、解放時相においては、解放開始から組織が伸展する様子や解放終了時相での組織の伸展が最大となる様子等を、適切かつ自動的に映像化できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、組織歪みイメージング（ＴＳＩ：Tissue Strain Imaging）を弾性イメージングに適用し、生体軟部組織の歪み（ストレイン）の様子から局所的な硬さの分布を推定する場合の技術に関する。

超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。この他、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便な診断手法であると言える。この超音波診断において用いられる超音波診断装置は、それが具備する機能の種類によって様々に異なるが、小型なものは片手で持ち運べる程度のものが開発されており、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。

この様な超音波診断装置を用いて心筋等の生体組織に関してその機能を客観的かつ定量的に評価することは、組織診断にとって非常に重要である。例えば、近年、心臓の定量的評価法として、画像中の局所的なパターンマッチングを行いながら、変位や歪みといった局所の壁運動情報を計算する技術が実用化されている（特許文献１参照）。また、三次元画像を取得可能な超音波診断装置を用いて、壁運動情報の三次元的な分布を正確に演算するための手法がある（同じく特許文献１参照）。これらの手法により三次元的な壁運動情報等を取得することができ、組織の機能を定量的に評価することができる。

また、超音波診断装置を用いた画像診断の手法として、弾性イメージングと呼ばれるものがある。これは、組織に対して圧迫・伸展といった力学的負荷を与え、これに対する運動（力学的応答）を計測することによって弾性情報を取得し映像化するものである。近年、この弾性イメージングを行う際に、２フレーム間から得た変位情報を用いて現在加えられている加圧状態（加圧の強さ）を判定して表示する技術（すなわち、ＴＳＩを弾性イメージングに適用した技術）が開発されている（特許文献２参照）。

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開２００３−１７５０４１公報 特開２００４−３５１０６２公報

従来の超音波診断装置を用いてＴＳＩを弾性イメージングに適用した場合、例えば次の様な問題が発生する場合がある。

まず、乳腺などの軟部組織に対してＴＳＩによる弾性イメージングを行う場合、例えばプローブの圧迫と開放を繰り返すことにより軟部組織の変形を誘発させる。このとき、ストレイン演算を開始するのに適した時相が変形運動と同期している保証が無いため、必ずしも変形後に変形前との最大ストレイン差を生ずる最適なストレイン画像が得られない場合がある。

また、プローブの圧迫と開放を行っている際に、変形の時相（例：今どの程度圧迫しているのか、又は解放しているのか）を認識することが出来ない。

これらの問題は、例えば心臓ではＥＣＧといった生体信号が対象組織の動きと同期していることからＥＣＧ信号がリファレンスとなるのに対して、プローブの圧迫と開放を繰り返すような変形誘発においては適切なリファレンス（同期）信号が存在していないことに起因する。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、ＴＳＩを用いた弾性イメージングにおいて、ストレイン演算を開始するのに適した時相を決定したり、組織に対して力学的負荷を与える場合において、好適な基準となるリファレンス情報を生成し表示することができる超音波診断装置、超音波画像処理装置、及び超音波画像処理プログラムを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１に記載の発明は、圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを取得する画像データ取得手段と、前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成する速度情報生成手段と、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成手段と、前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成するストレイン情報生成手段と、前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成する画像生成手段と、前記ストレイン画像を所定の形態で表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。

請求項１６に記載の発明は、圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを記憶する記憶手段と、前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成する速度情報生成手段と、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成手段と、前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成するストレイン情報生成手段と、前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成する画像生成手段と、前記ストレイン画像を所定の形態で表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波画像処理装置である。

請求項１７に記載の発明は、コンピュータに、圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを用いて、前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成させる速度情報生成機能と、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成させるリファレンス情報生成機能と、前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成させるストレイン情報生成機能と、前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成させる画像生成機能と、を具備することを特徴とする超音波画像処理プログラムである。

以上本発明によれば、ＴＳＩを用いた弾性イメージングにおいて、ストレイン演算を開始するのに適した時相を決定したり、組織に対して力学的負荷を与える場合において、好適な基準となるリファレンス情報を生成し表示することができる超音波診断装置、超音波画像処理装置、及び超音波画像処理プログラムを実現することができる。

以下、本発明の第１実施形態乃至第４実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成図である。本超音波診断装置１０は、超音波プローブ１１、送信ユニット１３、受信ユニット１５、Ｂモード処理ユニット１７、速度演算ユニット１９、表示制御ユニット２１、表示ユニット２３、ストレイン演算ユニット２５、リファレンス情報生成ユニット２７を具備している。

超音波プローブ１１は、送信ユニット１３からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１１から被検体に超音波が送信されると、生体組織の非線形性等により、超音波の伝播に伴って種々のハーモニック成分が発生する。送信超音波を構成する基本波とハーモニック成分は、体内組織の音響インピーダンスの境界、微小散乱等により後方散乱され、反射波（エコー）として超音波プローブ１１に受信される。

送信ユニット１３は、図示しない遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。送信ユニット１３は、このレートパルスに基づくタイミングで、所定のスキャンラインに向けて超音波ビームが形成されるように振動子毎に駆動パルスを印加する。

受信ユニット１５は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ１１を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、所定のスキャンラインに対応した超音波エコー信号を生成する。

Ｂモード処理ユニット１７は、受信ユニット１５から受け取った超音波エコー信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、超音波エコーの振幅強度に対応したＢモード信号を生成する。

速度演算ユニット１９は、組織ドプライメージングによって取得されたエコー信号に対して直交検波処理、自己相関処理、遅延加算処理を施し、遅延加算処理されたエコー信号のドプラ偏移成分に基づいて、被検体内で移動している組織の速度、分散、パワーに対応した組織ドプラ信号を求める。また、速度演算ユニット１９は、組織ドプラ信号を用いて、所定断面に関する速度、分散、パワー値の二次元分布を表した組織ドプラ像を、所定期間の各時相毎に生成する。なお、所定期間とは、診断対象に対する圧迫・解放の繰り返しを含む任意の期間である。さらに、速度演算ユニット１９は、所定期間の各時相における組織ドプラ像を用いて、所定期間の各時相における関する組織速度の時空間分布画像（診断対象組織の各位置における速度を表す画像。以下、速度分布情報と呼ぶ。）を生成する。

表示制御ユニット２１は、超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示画像としての超音波診断画像（Ｂモード超音波像、ストレイン画像等）やリファレンス波形を生成する。

表示ユニット２３は、表示制御ユニット２１からのビデオ信号に基づいて、Ｂモード超音波像、ストレイン画像、リファレンス波形が所定の形態、タイミングで表示する。また、表示ユニット２３は、画像上の解剖学的位置を示すためのマーカ（marker）や、カラーコード化された物理量の大きさを示すカラーバーを表示する。

ストレイン演算ユニット２５は、所定期間の各時相に関する速度分布情報及びリファレンス情報を用いて決定された各基準時相（後述）を用いて、関心領域に関する速度の所定の運動方向成分を時間積分して変位を求め、得られた変位を用いて所定の演算をすることにより、組織の局所的な歪み（ストレイン）を時相毎に演算する。また、ストレイン演算ユニット２５は、得られた時相毎の組織の局所的なストレインをカラーコード化し、対応する位置にマッピングすることで、ストレイン画像を生成する。

リファレンス情報生成ユニット２７は、所定期間の各時相に関する速度分布情報を用いて、フレーム毎の組織の平均速度を演算する。また、リファレンス情報生成ユニット２７は、フレーム毎の組織の平均速度を時系列にプロットすることで、リファレンス波形を生成する。

（リファレンス情報の生成・表示機能）
次に、本超音波診断装置１が有するリファレンス情報の生成・表示機能について説明する。この機能は、ＴＳＩを用いた弾性イメージングにおいて、ストレイン演算を開始するのに適した時相を決定したり、組織に対して力学的負荷を与える場合において、好適な基準となるリファレンス情報を生成し所定の形態で表示するものである。なお、本実施形態においては、説明を具体的にするため、リファレンス情報としてフレーム毎の組織平均速度の時間的変化を示す波形（リファレンス波形）を生成するものとする。

図２は、リファレンス情報の生成・表示機能を利用して、ＴＳＩを用いた弾性イメージングを実行する場合の処理の流れを示したフローチャートである。以下、同図に従って説明する。

［所定期間の各時相における組織ドプラ像の収集：ステップＳ１］
まず、ある被検体の軟部組織（例えば乳房等）の所望の観察部位について、組織ドプラ法により、所定期間の各時相における組織ドプラ像を収集する（ステップＳ１）。

［所定期間の各時相における速度分布情報の生成：ステップＳ２］
次に、速度演算ユニット１９は、所定期間の各時相に関する組織ドプラ像及び所定の手法により設定された運動場を用いて、所定期間の各時相における速度分布情報を生成する（ステップＳ２）。この速度分布情報の生成手法としては、例えば特開２００３−１７５０４１号公報に記載の手法を用いることができる。

［フレーム毎の組織平均速度の計算：ステップＳ３］
次に、リファレンス情報生成ユニット２７は、所定期間の各時相における速度分布情報を用いて、フレーム毎の組織平均速度を計算する（ステップＳ３）。このとき、超音波プローブ１１で観察部位を圧迫している期間では、観察部位と超音波プローブ１１とが相対的に近づく。この期間の組織の移動方向（すなわち速度の方向）を正と定義する。一方、超音波プローブ１１による観察部位の圧迫を中止（すなわち解放）している期間では、観察部位と超音波プローブ１１とが相対的に遠ざかる。この期間の組織の移動方向（すなわち速度の方向）を負と定義する。

［リファレンス波形の生成：ステップＳ４］
次に、リファレンス情報生成ユニット２７は、所定期間のフレーム毎の組織平均速度を時系列にプロットし、必要に応じて所定の補間処理を施すことで、組織平均速度の経時的変化を示すリファレンス波形を生成する（ステップＳ４）。

図３は、本ステップＳ４において生成されたリファレンス波形の一例を示した図である。同図に示すように、超音波プローブ１１による観察部位の圧迫と解放とが繰り返されると、組織平均速度は正負に周期的に変化することになる。なお、同図における表記Ｖ＝０＋は、組織平均速度負から正に変化する過程（すなわち、解放から圧迫に転じる過程）においての速度Ｖ＝０の時点を意味し、一方、表記Ｖ＝０−は、組織平均速度が正から負に変化する過程（すなわち、圧迫から解放に転じる過程）においての速度Ｖ＝０の時点を意味するものである。従って、リファレンス波形上において、Ｖ＝０＋に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０＋）からＶ＝０−に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０−）までの期間は圧迫期間に対応し、Ｖ＝０−に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０−）からＶ＝０＋に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０＋）までの期間は解放期間に対応する。

［基準時相の決定：ステップＳ５］
次に、ストレイン演算ユニット２５は、リファレンス波形に基づいて、ストレイン演算において用いられる第１の基準時相と第２の基準時相とを決定する（ステップＳ５）。ここで、第１の基準時相とは、ストレイン演算で実行される時間積分の積分区間の下限に対応する時相である。また、第２の基準時相とは、ストレイン演算での時間積分において、積分区間の上限の更新を終了する時相である。

すなわち、各圧迫期間におけるストレイン画像を生成する場合には、ストレイン演算ユニット２５は、リファレンス波形に基づいて、各圧迫期間のＶ＝０＋に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０＋）を第１の基準時相として決定すると共に、各圧迫期間のＶ＝０−に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０−）を第２の基準時相として決定する。また、各解放期間におけるストレイン画像を生成する場合には、ストレイン演算ユニット２５は、リファレンス波形に基づいて、各圧迫期間のＶ＝０−に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０−）を第１の基準時相として決定すると共に、各圧迫期間のＶ＝０＋に対応する時刻ｔ（Ｖ＝０＋）を第２の基準時相として決定する。

［ステップＳ６：ストレイン画像の生成］
次に、ストレイン演算ユニット２５は、決定された第１の基準時相及び第２の基準時相を用いて、関心領域に関する速度の所定の運動方向成分を時間積分して変位を求め、得られた変位を用いて所定の演算をすることにより、組織の局所的なストレインを演算する。すなわち、ストレイン演算ユニット２５は、圧迫期間又は解放期間において、積分期間の下限を第１の基準時相とし、ストレイン値をリセットする。次に、積分区間の上限を逐次新しい時相に更新しつつ累積的に時間積分を実行して、関心領域に関するストレインを時相毎に計算する。なお、この計算において、更新した時相が第２の基準時相になった場合には、当該第２の基準時相を積分区間の上限とする時間積分を行う。これら一連の処理が、期間が更新される毎に適宜繰り返して実行される。この際、ストレイン演算ユニット２５は、得られた時相毎の変位を用いて所定の演算をすることにより、時相毎の組織の局所的な歪みストレインを演算し、これをカラーコード化して対応する位置にマッピングすることで、時相毎のストレイン画像を生成する（ステップＳ６）。

なお、本超音波診断装置１の使用態様として、観察の利便性の観点から、圧迫期間におけるストレイン画像を生成するか、又は解放期間におけるストレイン画像を生成するかを、予め一方に設定しておくことが好ましい。例えば、圧迫期間におけるストレイン画像を生成すると設定した場合、各圧迫期間についての本ステップの処理が繰り返し実行されることになる。

［ステップＳ７：ストレイン画像の表示］
次に、表示制御ユニット２１は、生成されたストレイン画像が所定の形態で表示されるように、表示ユニット２３を制御する（ステップＳ７）。

図４は、ストレイン画像の好適な表示形態の一例であり、Ｂモード画像とストレイン画像とを並べて表示するものである。この例では、Ｂモード像は、逐次新しい時相の画像で更新され動画的に表示される。一方、ストレイン画像は、例えば各圧迫期間のＢモード画像と同期して動画的に表示されると共に、次の圧迫期間までは（すなわち、解放期間中は）、当該圧迫期間における最後の時相ｔ（Ｖ＝０＋）に対応するストレイン画像（すなわち、積分区間の下限を第１の時相とし、上限を第２の時相とした時間積分を用いて生成された画像）が保持表示される。この様な表示形態によれば、ＴＳＩ像が保持状態になっている時相でも、Ｂモード画像を用いてプローブの当て具合や断面の状態が常に把握可能となる。

また、例えば各圧迫期間においては、組織の変形量（収縮量）は、圧迫の開始時刻ｔ（Ｖ＝０−）から蓄積されて大きくなり、終了時刻ｔ（Ｖ＝０＋）で最大となる。従って、次の圧迫期間までは、各圧迫期間における最後の時相ｔ（Ｖ＝０＋）に対応するストレイン画像を保持表示することで、組織収縮について最大ストレイン差を有するストレイン画像を観察することができる。

また、表示制御ユニット２１は、Ｂモード画像及びストレイン画像と共に、リファレンス波形を、表示ユニット２３にリアルタイム表示する。このとき、リファレンス波形は、例えばパルスドプラ波形やＥＣＧ波形の表示と同様な形態で、現在表示されているＢモード画像及びストレイン画像が波形上のどの時相に対応するのかを示しながら表示されることが好ましい。また、リファレンス波形を表示する際、例えば圧迫強度に応じてその表示スケールを設定することが好ましい。

（効果）
以上述べた構成によれば、次の効果を実現することができる。

本超音波診断装置では、圧迫・解放に応じた組織の平均速度をフレーム毎に算出し、これを用いてリファレンス波形を生成する。このリファレンス波形により、平均速度がゼロとなる時相（すなわち、組織の静止時相）を特定し、ストレイン演算において、特定された静止時相を基準として、圧迫期間又は解放期間におけるストレイン演算の為の時間積分を行う。従って、圧迫期間においては、圧迫開始（すなわち、Ｖ＝０＋の時相）から組織の収縮が蓄積される様子や圧迫終了時相（すなわち、Ｖ＝０−の時相）での組織の収縮が最大となる様子を、解放時相においては、解放開始（すなわち、Ｖ＝０−の時相）から組織が伸展する様子や解放終了時相（すなわち、Ｖ＝０＋の時相）での組織の伸展が最大となる様子等を、適切かつ自動的に映像化することができる。観察者は、これらの様子が映像化されたストレイン画像を観察することで、より質の高い画像診断を行うことができる。

本超音波診断装置では、生成されたリファレンス波形を、パスルドプラ波形、ＥＣＧ波形等と同様に、リアルタイム表示される超音波画像と同期表示させる。これにより、例えばプローブ操作者は、表示されたリファレンス波形を観察することで、現在の時相が圧迫期間又は解放期間のどの辺りであるのかを容易に把握することができる。また、ストレイン画像を保持表示（フリーズ表示）した場合、リファレンス波形上の当該保持表示された画像に対応する時相の位置を参照することで、当該ストレイン画像が現在の時相が圧迫期間又は解放期間のどの辺りであるのかを容易に把握することができる。

また、本超音波診断装置では、リファレンス波形を表示する際、例えば圧迫強度に応じてその表示スケールを設定する。プローブ操作者は、この様に表示されたリファレンス波形を参照することで、例えば波形が飽和し一部途切れて表示されている場合には圧迫強度が大きい、一方、例えば波形が表示スケールに対して小さすぎる振幅で表示されている場合には、圧迫強度が小さいといった具合に、圧迫強度をモニタリングすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１は、所定期間に亘るＢモード画像のそれぞれから特徴的な部位（例えば、輝度が最も高い部位、空間的なエッジ部位（空間的な微分係数の値の高い部位）である関心領域を求め、二フレーム間のパターンマッチング処理によって組織の移動ベクトル情報、組織の移動速度情報を求めるものである。

図５は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。図１の構成と比較した場合、ストレイン演算ユニット２５の機能が主に異なる。

すなわち、ストレイン演算ユニット２５は、時相の異なる二つの二次元画像データ間や時相の異なる二つのボリュームデータ間でパターンマッチング処理を用いて組織の移動位置を検出し、この移動位置に基づいて各組織の移動ベクトル（又は速度）を求める。具体的には、一方の二次元画像データ内の関心領域について、最も類似性の高い他方の二次元画像データ内の関心領域を求め、この関心領域間の距離を求めることで、組織の移動ベクトルを求めることができる。また、この移動ベクトルの大きさ（すなわち移動量）を二次元画像データのフレーム間の時間差で除することにより、組織の移動速度を求めることができる。この処理を二次元画像データ上の各位置でフレームバイフレームにて行うことにより、組織の変位（移動ベクトル）又は組織の速度に関する時空間分布データ（移動ベクトル情報）を取得することができる。

図６は、第２の実施形態に係るＴＳＩを用いた弾性イメージングを実行する場合の処理の流れを示したフローチャートである。図２と比較した場合、ステップＳ１１、Ｓ１２が異なる。以下、これらのステップにおける処理について説明する。

［所定期間の各時相におけるＢモード像の収集：ステップＳ１１］
まず、ある被検体の軟部組織（例えば乳房等）の所望の観察部位について、Ｂモード撮像法により、所定期間の各時相における超音波画像を収集する（ステップＳ１１）。

［所定期間の各時相における速度分布情報の生成：ステップＳ１２］
次に、各組織運動情報が生成される（ステップＳ１２）。すなわち、ストレイン演算ユニット２５は、収集された時系列の二次元画像データ群を構成する圧迫解放以上の各時相に対応する二次元画像データのうち、所定の時相における二次元画像データにおいてユーザからの指示等に基づいて心筋部位についての関心領域を抽出し、抽出した関心領域を二次元的なパターンマッチング処理により時間的に追跡することで、時空間的な移動ベクトル情報を演算する。また、この移動ベクトルを二次元画像データのフレーム間の時間差で除することにより、組織の移動速度の分布を示す組織分布情報を各時相について求める。

以上述べた構成によっても、第１の実施形態と同様の効果を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１は、圧迫・解放等の力学的負荷に伴う超音波プローブ１１の位置の時間的変化、或いは圧迫による超音波プローブ１１と被検体との接触面の圧力に関する時間的変化を計測し、これを用いてリファレンス波形を生成するものである。

図７は、本実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示した図である。同図に示すように、本超音波診断装置１は、センサ３０をさらに具備している。このセンサ３０は、圧迫・解放等の力学的負荷に伴う超音波プローブ１１の位置の時間的変化を計測する磁気誘導型の位置センサ、或いは圧迫による超音波プローブ１１（又はプローブ１１に装着される圧迫用アタッチメント）と被検体との接触面の圧力に関する時間的変化を計測する圧力センサである。

リファレンス情報生成ユニット２７は、所定期間の各時相における超音波プローブ１１の空間的位置や被検体との接触面の圧力をセンサ３０から入力し、これを時系列にプロットし、必要に応じて所定の補間処理を施すことで、組織平均速度の経時的変化を示すリファレンス波形を生成する。この様に生成されたリファレンス波形では、超音波プローブ１１の高さが極大になる時相（又は、圧力が０又は極小になる時相）が圧迫開始時相ｔ（Ｖ＝０＋）に相当し、超音波プローブ１１の高さが極小になる時相（又は、圧力が極大になる時相）が解放開始時相ｔ（Ｖ＝０−）に相当することになる。

以上述べた構成によっても、第１の実施形態と同様の効果を実現することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置１は、演算されたストレイン画像ら得られるフレーム毎の平均ストレイン値自体に基づいて、変形時相を示すためのモニタリング波形（ストレイン波形）を生成し表示するものである。

図８は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。同図に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置１は、ストレイン波形演算ユニット２９をさらに具備している。

ストレイン波形演算ユニット２９は、所定期間の各時相におけるストレイン画像を用いて、フレーム毎の平均ストレイン値を計算する。このときの正方向及び負方向の定義は、速度情報の生成と同様であるとする。また、ストレイン波形演算ユニット２９は、所定期間のフレーム毎の平均ストレイン値を時系列にプロットし、必要に応じて所定の補間処理を施すことで、平均ストレイン値の経時的変化を示すストレイン波形を生成する。生成されたストレイン波形は、組織平均速度に基づいて生成されたモニタリング波形の代わりに、又は組織平均速度に基づいて生成されたモニタリング波形と同時に、表示ユニット２３において表示される。

この様な構成によれば、演算されたストレイン画像から得られるフレーム毎の平均ストレイン値を用いてモニタリング波形（ストレイン波形）を生成し、これをＥＣＧ波形等と同様の形態で且つ例えば圧迫強度に応じたスケールで表示する。従って、例えば、過去の複数回の圧迫・解放に対応する波形を含むモニタリング波形をこの様に表示することで、プローブ操作者は、安定した圧迫・解放操作が行われているか否かを確認することができる。また、この様なモニタリング波形に基づいて、弾性イメージングにおけるストレイン画像が良好且つ安定的に得られたと考えられる時相においてフリーズ操作を行い、診断画像として記録することができる。従って、弾性イメージングにおいて、良好なストレイン画像を効率的に且つ客観的基準を用いて選択することができ、画像診断の質の向上及び作業の効率化に寄与することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、次のようなものがある。

例えば、本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

なお、上述の実施例はリアルタイムな超音波診断装置上での処理に限定されることはなく、Bモード情報や速度情報といった受信信号を記録媒体に保存した後、保存されたデータを読み込んで解析を行う場合にも適用が可能である。この場合は実施例４や５で紹介したモニタリングの作用はないが、変形時相の把握や、動きに同期した最適なストレイン画像が自動的に得られることは同様に可能である。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、ＴＳＩを用いた弾性イメージングにおいて、ストレイン演算を開始するのに適した時相を決定したり、組織に対して力学的負荷を与える場合において、好適な基準となるリファレンス情報を生成し表示することができる超音波診断装置、超音波画像処理装置、及び超音波画像処理プログラムを実現することができる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を説明するための図である。 図２は、リファレンス情報の生成・表示機能を利用して、ＴＳＩを用いた弾性イメージングを実行する場合の処理の流れを示したフローチャートである。 図３は、図２に示したフローチャートのステップＳ４において生成されたリファレンス波形の一例を示した図である。 図４は、ストレイン画像の好適な表示形態の一例を示した図である。 図５は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。 図６は、第２の実施形態に係るＴＳＩを用いた弾性イメージングを実行する場合の処理の流れを示したフローチャートである。 図７は、第３の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。 図８は、第４の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。

符号の説明

１０…超音波診断装置、１１…超音波プローブ、１２…送信ユニット、１３…受信ユニット、１４…Ｂモード処理ユニット、１５…組織ドプラ処理ユニット、１７…表示制御ユニット、１８…表示ユニット、２０…ＴＳＩ処理ユニット、２１…ボリュームデータ生成ユニット、２２…記憶部、２３…制御ユニット（ＣＰＵ）、２４…マッピング処理ユニット、２５…入力ユニット２５

Claims (17)

1. 圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成する速度情報生成手段と、
   前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成手段と、
   前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成するストレイン情報生成手段と、
   前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成する画像生成手段と、
   前記ストレイン画像を所定の形態で表示する表示手段と、
   を具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記ストレイン情報生成手段は、
   前記リファレンス情報に基づいて、ストレイン情報を計算するための積分区間を前記第１の期間内に含まれる第２の期間の各時相毎に決定し、
   決定された前記積分区間によって前記速度情報を用いた時間積分を実行することで、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を前記第２の期間の時相毎に生成すること、
   を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記ストレイン情報生成手段は、前記収縮運動又は伸展運動に関する速度が０になる時相又は０に漸近する時相を下限とし前記第２の期間の各時相を上限として当該各時相毎に積分区間を決定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. 前記ストレイン情報生成手段は、
   前記リファレンス情報に基づいて、圧迫を含む力学的負荷によって前記観察部位が収縮する期間、又は解放を含む力学的負荷によって前記観察部位が伸展する期間を判定し、
   前記第２の期間を前記観察部位が収縮する期間又は伸展する期間とすること、
   を特徴とする請求項２又は３記載の超音波診断装置。
5. 前記画像データ取得手段は、組織ドプラ法によって前記超音波画像データを取得し、
   前記速度情報生成手段は、前記超音波画像データに基づいて、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成し、
   前記リファレンス情報生成手段は、前記第１の期間の各時相における速度情報に基づいて、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
6. 前記画像データ取得手段は、Ｂモードによる前記超音波画像データを取得し、
   前記速度情報生成手段は、前記超音波画像データを用いて、関心領域に関する二フレーム間のパターンマッチング処理を実行することで、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成し、
   前記リファレンス情報生成手段は、前記第１の期間の各時相における速度情報に基づいて、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
7. 前記リファレンス情報生成手段は、前記超音波画像データの取得に用いられる超音波プローブの位置の時間的変化に基づいて、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
8. 前記リファレンス情報生成手段は、前記超音波画像データの取得に用いられる超音波プローブと前記力学的負荷に起因する前記被検体との接触面の圧力に関する時間的変化に基づいて、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
9. 前記表示手段は、
   前記観察部位が収縮する期間においては、前記ストレイン画像を逐次更新して表示し、
   前記観察部位が伸展する期間においては、圧迫終了時の時相に対応する前記ストレイン画像を保持して表示すること、
   を特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
10. 前記表示手段は、
    前記観察部位が伸展する期間においては、前記ストレイン画像を逐次更新して表示し、
    前記観察部位が収縮する期間においては、解放終了時の時相に対応する前記ストレイン画像を保持して表示すること、
    を特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
11. 前記表示手段は、前記ストレイン画像と動画的に表示される前記観察部位に関するＢモード画像とを同時に表示することを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
12. 前記表示手段は、前記リファレンス情報を、前記ストレイン画像と同時に表示することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
13. 前記表示手段は、前記リファレンス情報を、前記力学的負荷の強度に対応したスケールで表示することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
14. 前記表示手段は、前記リファレンス情報を複数の圧迫期間又は複数の解放期間を含む形態で表示することを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
15. 前記リファレンス情報生成手段は、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報と共に、前記ストレイン情報を用いて前記前記観察部位の組織に関するストレインの経時的変化を示すリファレンス情報を生成し、
    前記表示手段は、前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報と共に、或いはその代わりに、前記前記観察部位の組織に関するストレインの経時的変化を示すリファレンス情報を表示すること、
    を特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
16. 圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを記憶する記憶手段と、
    前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成する速度情報生成手段と、
    前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成するリファレンス情報生成手段と、
    前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成するストレイン情報生成手段と、
    前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成する画像生成手段と、
    前記ストレイン画像を所定の形態で表示する表示手段と、
    を具備することを特徴とする超音波画像処理装置。
17. コンピュータに、
    圧迫、解放の繰り返しを含む力学的負荷に伴って収縮運動及び伸展運動を繰り返す被検体の観察部位を、少なくとも一回の収縮及び伸展を含む第１の期間に亘って超音波走査することで、前記第１の期間の各時相に対応する超音波画像データを用いて、前記観察部位の組織に関して、前記第１の期間の各時相における速度情報を生成させる速度情報生成機能と、
    前記収縮運動及び伸展運動の経時的変化を示すリファレンス情報を生成させるリファレンス情報生成機能と、
    前記リファレンス情報と前記各時相における速度情報とに基づいて、前記観察部位の組織に関するストレイン情報を生成させるストレイン情報生成機能と、
    前記ストレイン情報に基づいて、前記観察部位のストレインの分布を示すストレイン画像を生成させる画像生成機能と、
    を具備することを特徴とする超音波画像処理プログラム。

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