JP2009201557A

JP2009201557A - 超音波組織性状診断装置

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Publication number: JP2009201557A
Application number: JP2008044213A
Authority: JP
Inventors: Morio Nishigaki; 森緒西垣
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】血管（例えば頸部血管）の組織性状を計測するためには、血管の中心に音線を合わせる必要があるが、現在はＢモード画像を観察しながら位置合わせを行なっている。このため構成が大きく、材料費が高くなる。
【解決手段】Ｂモード画像の代わりにドプラ血流計、すなわち、被検体に対して超音波の送受信を行なう複数の振動子から構成される探触子と、複数の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部と、受信した信号を検波する検波部と、検波した信号より組織特性を抽出する組織演算部と、組織演算部で演算した結果を表示する表示部、および、前記検波部で検波した信号から血流を検出する血流検出器を備え、血流の検出情報をもって組織演算を行なうための探触子位置を確定することを用い、ドプラ用信号処理器６とドプラ用表示手段７を用いて、計測に好適な位置を知らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体組織の弾性率、歪み量、歪み率、粘性率などの物理的特性を表わす組織特性画像を表示する超音波組織性状診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体内に放射し、受信したエコーから体内の臓器などの形態情報や血液の流れを表示することができるもので、その原理はよく知られている。

近年、反射エコー信号の位相を解析することで、被検体の動きを精密に測定し、そこから被検体の弾性率を求めるという組織性状診断の試みがある。

例えば、反射エコー信号の検波出力信号の振幅と位相の両者を用いて、被検体の瞬間的な位置を決定することによって、高精度に組織の追跡を行ない、拍動による大振幅変位運動上の微小振動を捕らえる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記の方法をさらに発展させ、心拍による血管壁の内面および外面の各大振幅変位運動を精密に追跡し、大振幅変位運動に重畳されている微小振動の運動速度を求め、その差から血管壁の局所弾性率を求める方法や、弾性率の空間分布を断層画像に重畳表示する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

弾性率の空間分布を断層画像に重畳表示する装置の構成例を図３に示す。送受信器１０１で発生した電気パルスにより探触子１００が駆動され、図示されない被検体の内部に超音波が放射される。被検体の放射部位には組織の性状を知ろうとしている血管壁を含む。組織性状を知ろうとする被検体部位としては、頚部の動脈がよく用いられる。

血管壁を含む被検体組織により反射された信号は、探触子１００により電気信号に変換され、送受信器１０１により増幅などの処理がなされ、検波器１０２により検波され、Ｂモード用信号処理器１０４においてフィルタなどの処理がなされる。それと同時に検波器１０２の出力は組織性状用信号処理器１０３に入力し、組織の微小な変位を求め、微小な変化から組織の柔らかさに関するパラメータを算出する。

画像合成部では、Ｂモード用信号処理器１０４の出力と組織性状用信号処理器１０３の出力を合成して画像を作成する。合成は、たとえば２つの信号処理器の画像を重畳してもよいし、２つの画像に分け、並べて表示してもよい。画像合成部１０４で作成された画像は表示部１０５で表示される。

血管壁の組織性状を計測するには、探触子１００の位置を被検体の血管情報を得るのに好適な位置に置くことが重要である。このため、Ｂモード用信号処理器１０４で得たＢモード画像を検査者が見て、Ｂモード画像において血管が良好に表示される位置を探して、測定をおこなっている。
特開平１０−５２２６号公報特開２０００−２２９０７８７号公報

しかしながら従来例の診断装置においては、検査者がＢモードの画像を見て血管の好適な位置を探すため、Ｂモード画像用信号処理部１０４、画像合成部１０４といったブロックを含み、構成が大きくなり高価となる。また、Ｂモードの表示には、ダイナミックレンジの広い表示部１０５が必要であり、その分も構成が大きく、高価となる。

本発明においては、これらＢモード表示機能を用いずに組織性状診断に好適な位置を探索することで、小さな構成をローコストで提供するものである。

本発明は、ドプラ血流計測のデータを用い、組織性状診断に好適な部位を探すことで、課題を解決するものである。

請求項１の発明においては、被検体に対して超音波の送受信を行なう複数の振動子から構成される探触子と、複数の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部と、受信した信号を検波する検波部と、検波した信号より組織特性を抽出する組織演算部と、組織演算部で演算した結果を表示する表示部、および、前記検波部で検波した信号から血流を検出する血流検出器を備え、血流の検出情報をもって組織演算を行なうための探触子位置を確定するものである。

請求項２の発明においては、血流速度分布の最大値が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることで好適な位置を探すものである。

請求項３の発明においては、血流信号のパワーの総量が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることで好適な位置を探すものである。

請求項４の発明においては、血流の検出される部分の深さが最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることで好適な位置を探すものである。

請求項５の発明においては、血流情報を用いた探触子位置の探索を１心拍ごとに行なうことで好適な位置を探すものである。

請求項６の発明においては、血流情報を用いた探触子位置の探索を１心拍内の位相に照らし合わせて行なうことで好適な位置を探すものである。

請求項７の発明においては、探触子の最適位置を視覚的に表すことで好適な位置をわかりやすく知らせるものである。

請求項８の発明においては、探触子の最適位置を聴覚的に表すことで好適な位置をわかりやすく知らせるものである。

請求項９の発明においては、血流情報の検出に使用する振動子を、組織演算に使用する振動子と同一のものを用いることでコンパクトな構成で好適な位置を探すものである。

請求項１０の発明においては、血流情報の検出に使用する振動子を、組織演算に使用する振動子と別個に持つことで好適部位探索の精度を上げるものである。

本発明の超音波組織性状診断装置によれば、ドプラ血流計測のデータを用い、組織性状診断に好適な部位を探すことができ、Ｂモード表示をさせる装置を搭載するよりも小さな構成であるため比較的に安価に提供することができる。

以下、本発明の実施について、図１を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１に本実施の形態の超音波組織性状診断装置のブロック図を示す。図１の組織性状診断装置は、電気信号と超音波信号の変換を行なう探触子１、探触子１への電気駆動パルスの供給を行ない、探触子１からの電気信号の増幅処理を行なう送受信器２、送受信器２の出力を直交検波する検波器３、検波された信号から組織の動き情報を検出、組織のやわらかさなどの性状情報を算出する組織性状用信号処理器４、組織性状用信号処理器４の出力を表示する組織性状用表示器５、検波器３の検波信号から、血流情報を抽出するドプラ用信号処理器６、およびドプラ用信号処理器６の出力を表示するドプラ用表示手段７から構成される。

本実施の形態においては、探触子１の被検部の血管壁の信号取得に最適な位置への誘導をドプラ用信号処理器６とドプラ用表示手段７を用いて行なう。

計測部位は脳梗塞などの予防を想定する場合、頚動脈の血管壁が好適であり、本実施の形態も頚動脈で行なうことを想定しているが、たとえば四肢の動脈などの血管にも適用が可能である。Ｂモードのように画像全体を対象とはせず、頚動脈のみを捉え、好適な計測位置に探触子を誘導することのみを目的とする。

検査者は、おおまかな頚部血管の位置を認識しているとし、頚部の血管付近に探触子１を当てる。探触子１からの信号は送受信器２を経て、検波器３で直交検波され、ドプラ用信号処理器６に入力する。

ドプラ用信号処理器６において、血流信号の抽出が行なわれる。ドプラ血流計の原理は公知であるからここでは詳しくは触れないが、複数回の同一方向への送受信に対するエコー信号の位相の変化から、血流の速度別流量を算出する。位相検波後の速度計算方法はＦＦＴなどによりスペクトラムを用いる方法と、相関演算による平均速度を用いるものがあるが、本発明においては、どちらを用いてもよい。

組織形状用の信号処理においては、頚部血管の中心部を超音波ビームが横断することが望ましい。一般に、円形の管を流れる流体の速度分布は中心部で最も速くなる。したがって、血流の速度分布を観察して、最も速い流速が検出される位置が、組織性状の診断に好適な位置であるということができる。

また、別の見方をすれば、血管が円形であるならば、管の中央でスライスした場合に、血管の幅が最も広くなる。ドプラ用信号処理器６において、深さ方向の分布を観察し、流れのある深さ方向の幅が最大となる点が血管の中央であり、組織性状の診断に好適な場所と言える。

ここで、血流を監視する部分は頚動脈の部分のみであり、他の動脈や静脈に関しては排除して考える必要がある。受信した信号の中に頚動脈以外の血流が混在する場合は、例えばパワーの最も大きな血流を頚動脈によるものとみなし、それ以外の流れ成分は排除する。

また、体動による動き成分を排除するためにクラッタ除去フィルタを用いる。このフィルタに関してはドプラ血流計において一般的に用いられており、原理もよく知られているので、ここでは説明しない。

動脈の血流は拍動を持つ。被検者によっては血流がゼロになるタイミングもあり、こういったタイミングでは、正しく中心を求めることができない。

そこで、最高流速や、深さ方向の幅のデータを心拍内に同期させたタイミング、たとえば流速が最大になるタイミングに合わせて取得することで計測誤差を少なくする。心拍に同期させ、また、１心拍において、決まったタイミングで計測することになる。

計測に好適な場所に探触子１が位置したことを知らせるためには、たとえば、その位置に来たときにＬＥＤを点灯させて知らせるというような方法が取られる。また、複数個のＬＥＤを用意し、血流の速度により点灯させる数を変化させる、血流の検知される血管の幅に合わせて点灯させる数を変化させる、というような手段が考えられる。

また、音により位置を知らせる方法も有効である。血流の速さにより音量や音程を変えたり、検出された血管の幅に応じて音量を変えるというような手段が考えられる。視覚的と音響を両方用いてする方法も考えられる。

頚部血管は近似的に見て、まっすぐな管であると言える。したがって、探触子１が測定に好適な位置にあるかどうかは、探触子１の両端で確認すればよい。ドプラ用信号処理器６は、探触子１の両端における血流情報を取得する。

また、ドプラ情報を探触子の両端だけでなく一端から他端までの２次元情報を取る場合には、血流の存在するエリアの面積が最大になったときに最適位置にあると判断できる。

ドプラ用信号処理のためのデータ取得は、探触子１において、組織性状用の振動子を共用してもよい。また、図２のように探触子１を挟む形で２つの別の探触子を配置する方法も考えられる。

別の２つの探触子を用いる場合に、例えば最高流速の位置を探査するだけならば、走査を行なう必要がないので、図２における探触子８、９は単一振動子を用い、ビーム形成のための回路を省くことができる。

このようにドプラ用の振動子を分離させることのメリットとしては、例えばドプラに用いる送信の周波数と、組織性状計測に用いる送信の周波数を別個にすることで、ドプラと組織性状計測を同時に行なうことが可能なこと、ドプラの送信信号に連続波を用いることができるため折り返しがないことなどがあげられる。

以上のように組織性状のための位置情報をドプラ血流計測により行なう方法を述べたが、検出方法は必ずしもドプラ血流計でなくともかまわない。例えば、振幅情報を検知し、振幅の小さい部分を血管とみなして、血管の幅の最も広くなる場所としてもよい。また、超音波ビームが中央を通過したとき血管壁の面と直交するために反射信号の振幅が最も大きくなることを利用してもよい。

従来の組織性状診断装置は、Ｂモード表示をおこなうために、多くの回路規模と物量を要し、高いコストを必要としていた。たとえば画像データを蓄積するための大容量メモリ、走査変換をおこなうための高速な演算処理回路、輝度ダイナミックレンジの広い表示器などである。一方、本願に示すようなドプラを用いた場合には上記のメモリ、演算処理回路を必要としない。表示器についても本実施の形態に述べたように複数個のＬＥＤにより実現させることが可能であり物量、コストともにＢモード表示に比較して少なくて済む。

さらにＢモード表示を用いた場合、表示された血管の画像の良否を判定するために知識の習得を必要としていたが、ドプラモードを用いる本実施の形態においては、たとえばＬＥＤの点灯している数により良否を判定することで、知識の習得が必要ないものとなる。また、ドプラモードを用いることにより、Ｂモードでは得られなかった音声を用いた状況の提供を行うこともでき、検査者が表示を注視しなくとも位置あわせが可能といった、使い勝手のよい装置を実現することができる。

本発明は上記実施の形態より明らかなように、ドプラ用の信号処理を用いることで、Ｂモード画像の表示を行なうことなく組織性状測定のために好適な位置を検出することができ、ローコストで精度の高い弾性率算出を行なう、超音波組織性状診断装置を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態における超音波組織性状診断装置のブロック図本発明の第１の実施の形態における超音波組織性状診断装置の別のブロック図本発明の従来例における超音波組織性状診断装置のブロック図

符号の説明

１、１００探触子
２、１０１送受信器
３、１０２検波器
４、１０３組織性状用信号処理器
５組織性状用表示器
６ドプラ用信号処理器
７ドプラ用表示手段
８、９単一振動子
１０ドプラ用送受信器
１１ドプラ用検波器
１０４Ｂモード用信号処理器
１０５画像合成部
１０６表示部

Claims

被検体に対して超音波の送受信を行なう複数の振動子から構成される探触子と、複数の振動子を用いて被検体内への送受信を行なう送受信部と、受信した信号を検波する検波部と、検波した信号より組織特性を抽出する組織演算部と、組織演算部で演算した結果を表示する表示部、および、前記検波部で検波した信号から血流を検出する血流検出器を備え、血流の検出情報をもって組織演算を行なうための探触子位置を確定することを特徴とする超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流速度分布の最大値が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流信号のパワーの総量が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流の検出される部分の深さ方向の幅が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流の検出される部分の面積が最大になる点を求め、組織演算を行なうための探触子位置とすることを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流情報を用いた探触子位置の探索を１心拍ごとに行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は血流情報を用いた探触子位置の探索を１心拍内の位相に照らし合わせて行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は探触子の最適位置を視覚的に表すことを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流により検出される情報は探触子の最適位置を聴覚的に表すことを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流情報の検出に使用する振動子は組織演算に使用する振動子と同一のものを用いることを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。
血流情報の検出に使用する振動子は組織演算に使用する振動子と別個に持つことを特徴とする請求項１記載の超音波組織性状診断装置。