JP2010125025A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取得した超音波画像情報から不安定なデータを確実に排除して正しい弾性指標を算出して表示する超音波診断装置を提供する。
【解決手段】この超音波診断装置は、超音波プローブ２００により取得した１枚又は複数枚の画像分の超音波画像データをディスプレイ１０７に表示し、画面中で安定した測定信号が得られる位置を選択して１つまたは複数の関心ラインが設定され入力部１０１から入力されると、この関心ラインに基づいて１つ又は複数の受信データからＭモード画像を表示し、Ｍモード画像から好適なＭモード受信データを選択して指定されると、弾性指標演算部１１７によりこのＭモード受信データに対してトラッキングして得られた測定値に基づいて安定した弾性指標を求めてディスプレイ１０９に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、血管等の弾性指標を安定に取得して表示する超音波診断装置に関する。

近年、脳梗塞や、心筋梗塞あるいは狭心症などの虚血性疾患のような循環器系疾患に係る治療患者が急増している。これらの疾患を予防するには、動脈硬化の兆候を早期に察知して、生活習慣を改善することが重要である。動脈硬化状態を非侵襲的に測定する方法として、脈波伝播速度（pulse wave velocity:ＰＷＶ）や、頸動脈の内膜中膜複合体厚（maximum intima-media thickness:ＩＭＴ）の測定がよく知られており、臨床的な診断価値も明らかになってきている。

ＩＭＴは、内膜と中膜と外膜からなる３層構造を有する動脈壁のうち、内膜と中膜とを合わせた厚さ（即ち、血管腔と内膜との境界から、中膜と外膜との境界までの長さ）をいう。近年の研究により、動脈硬化が進行するほど内膜中膜複合体が厚くなったり血管壁が内側に盛り上がるプラークが形成されたりすることが分かってきている。プラークの組織は、血栓や、脂肪性又は繊維性組織等、様々であり、剥離したプラークは頸動脈の狭窄や脳梗塞や脳虚血等の原因ともなっている。一般に、ＩＭＴが肥厚すると動脈硬化の初期、プラークができるとより進んだ状態と判定することができる。

ＩＭＴは、超音波検査（頸動脈超音波検査）によって計測できる。即ち、超音波探触子を被検体（患者）の頸部に当接させて、超音波探触子から超音波を送信する。超音波は、被検体内の構造物の表面（異なる組織の界面）において反射されるので、それによって生じる超音波エコーが超音波探触子によって受信され、受信信号に基づいて超音波画像が生成される。

図１０は、頸動脈の超音波画像を示す図面である。生成された超音波画像から血管壁における血管腔内膜境界と中膜外膜境界を判定し、ノギス等を用いて両境界間の長さを計測することによりＩＭＴを求めることができる。さらに、検査者（医師等のオペレータ）は、ＩＭＴに基づいて動脈硬化の程度を診断し、その結果に基づいて心臓や脳を含む全身の血管状態を推測することができる。

ここで、頸動脈におけるＩＭＴを計測するのは、顔面の動脈に繋がる外頸動脈と脳動脈に繋がる内頸動脈との血管分岐部や頸動脈への血液の取り込み部など血流の方向が変化する領域でプラークが形成され易いため、頸動脈が動脈硬化の好発部位になるからである。

ＩＭＴ計測は、日本超音波医学会発行の非特許文献１にも採用されたとおり、プラークの厚さあるいは狭窄の程度を計測して動脈硬化の危険度を判定する方法が確立されている。図１１は、オリアリー等（O'Leary DH et al）により示されたＩＭＴと脳卒中危険率の関係を表すグラフである。ＩＭＴは脳卒中危険率と明らかな相関関係があり、ＩＭＴが１．１ｍｍ以上になると脳卒中危険率が急増することが分かる。

しかしながら、ＩＭＴは頸動脈の形態的変化のみを示す指標であり、脈波伝播速度（ＰＷＶ）のような血管の性状を示す弾性指標にはならないので、これだけで動脈硬化の程度を評価するのは適当でない。

そこで、近年、頸動脈エコーを使って、血管壁の変位量に基づいた演算により、スティフネスパラメータβ、ストレイン、弾性率のように、血管の性状を示す弾性指標を求める手法が開発されてきている。たとえば、脈波伝播速度（ＰＷＶ）は、心臓の収縮時点を計測し、頸動脈の脈波と大腿動脈の脈波を体表から検出し、心臓の収縮から脈波の発生までの伝播時間を計算して求めた速度で、動脈の硬さを表すパラメータとなる。

ＰＷＶを用いて動脈硬化進展を定量的に診断することができ、また、血管年齢なども推定することができる。予防医学が重視されるようになり、ＰＷＶは血管の動的性状を表す新しい予防医学的指標として注目されている。近年では、腕と足首の脈波からＰＷＶを簡単に計測する診断機器が市販されている。さらに、ＰＷＶを測定することにより、血管の弾性係数そのものであるスティフネスパラメータβを提示する心臓足首血管指数（ＣＡＶＩ）を表示する計器も提供されている。

図１２は、古幡博等が提示した、スティフネスパラメータβの年代別変化を見たグラフである。男女を問わず年齢が増すにつれてスティフネスパラメータβが増大することが分かる。また、弾性指標の変化は、ＩＭＴのような形態的変化よりも先に現れると言われており、動脈硬化の早期発見につながることが期待されている。

しかしながら、スティフネスパラメータβ、ストレイン、弾性率のような弾性指標には、（ａ）運動している血管壁の微小変位に対してトラッキングする必要があること、（ｂ）オペレータの手ブレや被検体の体動等により探触子が観測場所からずれ易いこと、（ｃ）被検体等の理由により鮮明な画像を得ることが困難な場合には安定した再現性の高いデータが得られにくいこと、などの問題がある。安定したデータを取得できない主な原因は、輝度情報や位相情報のばらつきや、突発的に発生するスパイク状のノイズなどが誤ったトラッキングを生じさせることである。

図１３及び図１４は、図１５に示すような超音波探触子を首に当接して頸動脈血管壁の微小変位を計測するための画像を示す図である。図１５に示す超音波探触子においては、角棒形の振動子を直線上に配列して構成された配列振動子を用いている。そのような構成を有する超音波探触子は、探触子自体を動かすことなく超音波ビームの位置すなわち走査線をビーム方向と直角方向に移動させてリニア走査を行うことができる。

一般に、超音波診断器においては、超音波探触子の振動子から出力される超音波が被検体によって強度変調されて得られる超音波エコーの強度を走査幅方向に展開表示したものをＢモード画像と呼び、被検体のある部分に注目し、そこでの音波反射の経時変化を展開表示するものをＭモードと呼んでいる。
図１３は、Ｂモード画像の例を示す図である。図１３（ａ）は、ｉフレームにおける画像を示し、図１３（ｂ）は、ｊフレームにおける画像を示す。これらのＢモード画像において、ラインＡとラインＢが矢印で示されている。

図１４は、上記と同じ測定結果を用いて一定のビーム方向に生じているエコーを経時的に表示したＭモード画像の例を示す図である。図１４（ａ）は、ラインＡにおける取得画像を示し、図１４（ｂ）は、ラインＢにおける取得画像を示す。これらのＭモード画像において、ｉフレームとｊフレームが矢印で示されている。

図１３及び図１４に示す例では、ラインＡでは、ｉフレームでもｊフレームでも安定してデータを取得することができたが、ラインＢでは、輝度情報や位相のバラツキなどにより血管壁画像が不安定になったため、データを安定して取得することができず、トラッキングに失敗して弾性指標の安定した測定ができなかった。したがって、Ｂモード画像に表れた安定したデータを示すラインについてトラッキングを実施して取得したデータを用いて弾性指標を求めることが必要である。

関連する技術として、特許文献１には、診断に適合する弾性画像を表示させるために、断層画像の輝度情報を用いて弾性画像のエラーを評価して、エラー情報を表示させたり、エラー領域の弾性画像を削除させたりする方法が開示されている。また、特許文献２には、特性値（弾性率）を経時的に求める演算部と、その安定度を逐次求める安定度判定部と、安定度を表現する表現部とを備えた超音波診断装置が開示されている。さらに、特許文献３には、測定部位間の距離変化を示す厚さ変化波形を基準波形と比較し、一致する度合いを示す指標を算出し、最大厚さ変化量や弾性率の信頼性を判定する方法が開示されている。

一方、超音波診断装置で組織の変位を計測する場合に、頸動脈の超音波エコー検査でＭモード測定を行い、心拍動に同期した血管の変位を計測する手法が古くから知られている。特許文献４には、血管壁の微細な変位から厚さ変化を測定し弾性率を求めて、生体組織の種類を同定することで、迅速な診断を行う方法が開示されている。また、非特許文献１には、動脈硬化病変の評価項目としてＩＭＴと動脈径の計測が記載されており、動脈径の計測ではＭモードを用いて拍動する動脈の最小径時相もしくは最大径時相のどちらかの断面像で測定することが提案されている。

Ｍモード画像による診断は、医師等が使い慣れていることはもちろん、Ｍモード画像が安定して取得できているかどうかを医師等が検査時に判断でき、安定して測定できていなければ、その場で再度測定をし直すことができるという利点がある。しかしながら、血管壁の運動の微小な変位まで定量的に計測するには、画像範囲のスケールが違いすぎる等の理由で向いていない。

このように、安定したデータとエラーデータを判定することで、オペレータが信頼性のあるデータを取得できるようにする発明が種々開示されているが、実際には、弾性指標を算出するために要求される精度が高すぎて、オペレータが納得できる判定が行われているとはいえないので、弾性指標の安定取得には大きな課題がある。
特開２００７−３１２９５８号公報 国際公開第２００６／０６８０７９号パンフレット 特開２００７−００６９１４号公報 特開平１０−７１１４７号公報 「超音波による頸動脈病変の標準的評価法（案）」日本超音波医学会会誌 (Jpn J Med Ultrasonics) 2008年6月 Vol. 35 No. 2 p.202-209

そこで、上記の点に鑑み、本発明の課題は、取得した超音波画像情報から不安定なデータを確実に排除して正しい弾性指標を算出して表示する超音波診断装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子に複数の駆動信号を供給すると共に、超音波探触子から出力される複数の受信信号を処理することにより受信データを生成する送受信手段と、送受信手段によって生成された受信データを格納する格納手段と、格納手段に格納されている受信データに基づいて、Ｂモード画像を表すＢモード画像データを生成すると共に、Ｂモード画像の１つまたは複数の位置に設定された１つまたは複数の関心ラインに基づいて、格納手段に格納されている受信データから特徴量を読み出し、１つまたは複数のＭモード画像を表すＭモード画像データを生成する画像データ生成手段と、１つのＭモード画像、または、複数のＭモード画像の内から選択されたＭモード画像に対応する受信データを用いて弾性指標を算出する弾性指標演算手段と、を備える。

本発明の１つの観点によれば、本発明の超音波診断装置は、格納されている受信データから形成された１枚又は複数のＢモード画像を表示し、安定した測定信号が得られる位置を選択しることにより設定された１つまたは複数の関心ラインに基づいて、格納されている受信データから特徴量を読み出してＭモード画像を表示し、Ｍモード画像から好適なＭモード画像が指定されると、このＭモード画像に対応する受信データについて得られた測定値に基づいて弾性指標を求める。したがって、本発明の超音波診断装置を用いると、表示された画像データから良好なデータ領域を選択して弾性指標の算出に利用することができるので、安定した弾性指標を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ部２００と、超音波診断装置本体１００を含んで構成される。

超音波探触子２００は、コンベックスタイプ、リニアスキャンタイプ、又は、セクタスキャンタイプ等の、被検体表面に当接させて用いられるプローブである。超音波探触子２００は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサを備えている。

各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。これらの超音波トランスデューサは、印加される駆動信号に基づいて、頸動脈血管などの被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体において反射された超音波エコーを受信して、受信信号を出力する。

超音波診断装置本体１００には、各種情報の入力を行うキーボードやポインティングデバイスなどの入力部１０１、超音波探触子２００における超音波の送受信を制御する送信回路１０３及び受信回路１０５、画像を表示するディスプレイ１０７、さらに、システム全体を支配して適切な動作を行うように調整するシステム制御部１１１、受信回路１０５から出力される受信データを格納する格納手段としての受信データ用メモリ１１３、受信データに基づいてＢモード画像やＭモード画像を表す画像データを生成する画像形成部１１５、受信データ用メモリ１１３に格納された受信データを使ってトラッキングを行い目的の弾性指標を算出する弾性指標演算部１１７、画像データや測定結果を表示する画面を形成する画像プロセッサ１２１、画面をディスプレイ１０７に表示するための信号を形成する表示処理部１２３、などを備える。

システム制御部１１１は、送信回路１０３と受信回路１０５を介して超音波探触子２００の超音波ビームの送信方向および超音波エコーの受信方向を順次設定するもので、設定された送信方向に応じて送信遅延パターンを選択する送信制御機能と、設定された受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する受信制御機能とを有している。

ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために各超音波トランスデューサの駆動信号に与えられる遅延時間のパターンであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサによって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために受信信号に与えられる遅延時間のパターンである。システム制御部１１１に付属する格納装置には、複数種類の送信遅延パターン及び複数種類の受信遅延パターンが格納されており、送受信方向に応じて選択的に利用される。

送信回路１０３は、複数のチャンネルを備えており、複数の超音波トランスデューサにそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する。その際に、システム制御部１１１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の駆動信号にそれぞれの遅延時間を与えることができる。送信回路１０３は、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して、超音波探触子２００に供給するようにしても良いし、複数の超音波トランスデューサから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように構成した複数の駆動信号を超音波探触子２００に供給するようにしても良い。

受信回路１０５は、複数のチャンネルを備えており、複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数のアナログの受信信号を受信して増幅し、ディジタルの受信信号に変換する。さらに、受信回路１０５は、システム制御部１１１によって選択された受信遅延パターンに基づいて、複数の受信信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの受信信号を加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた受信信号（受信データ）が形成される。

次に、受信回路１０５は、受信データに対して包絡線検波あるいは直交検波などの検波処理を施した後に、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control：センシティビティ・タイム・ゲイン・コントロール）によって超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をする。

直交検波処理は、超音波Φの角周波数と実質的に同じ角周波数ωを有し、位相が互いに９０度ずれている信号ｃｏｓωｔ及びｓｉｎωｔを、それぞれ超音波Φに掛け合わせてダウンコンバートを行う処理である。測定された受信データには超音波Φの実数成分のみが含まれているが、直交検波処理を施すことによって、複素ベースバンド信号Ｖ＝ｘ＋ｊｙを生成することができる。

すなわち、直交検波を施すことによって得られる複素ベースバンド信号Ｖは、互いに直交するＩ相成分(実数成分)ｘとＱ相成分(虚数成分)ｙとを有し、振幅Ａ＝（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２と位相θ＝ｔａｎ^-1（ｙ／ｘ）の情報を持つことになる。したがって、直交検波を用いた場合には、より多くの情報に基づきより正確な弾性指標を算出することができる。

こうして処理された受信データは、複数フレーム分の超音波画像に対応する受信データを蓄積するためのメモリ容量を有する受信データ用メモリ１１３に順次格納される。画像形成部１１５は、受信データ用メモリ１１３から読み出された受信データを入力して、入力された受信データに対して、対数圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理、及び、受信データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換する走査線変換処理を施して画像データを生成し、生成された画像データを画像プロセッサ１２１に出力する。

画像プロセッサ１２１は、入力される画像データや弾性指標データ等に基づいて、超音波画像や測定結果などを表示する画面を表す画像データを生成して表示処理部１２３に出力する。表示処理部１２３は、画面を表示するためのビデオ信号を生成してディスプレイ１０７に送り、ディスプレイ１０７は、超音波画像や測定結果などを含む画面を表示する。

以上において、システム制御部１１１、画像形成部１１５、弾性指標演算部１１７、画像プロセッサ１２１、表示処理部１２３などは、中央演算装置（ＣＰＵ）とＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウエアとによって構成される。ソフトウエアは、図示しない格納部に格納されている。なお、これらは、ディジタル回路又はアナログ回路で構成してもよい。

図２は、本実施形態に係る超音波診断装置の動作を、スティフネスパラメータβを算定する場合を例として説明するためのフロー図である。
オペレータが、入力部１０１からＢモード画像とＭモード画像とを一緒に表示することを設定すると（ステップＳ０１）、システム制御部１１１が、送信回路１０３と受信回路１０５を制御して、頸部に当接された超音波プローブ部２００を稼働させて、所定の時間だけ頸動脈の超音波画像を取得する。

超音波探触子２００のトランスデューサアレイは、たとえば走査方向が頸動脈の血流方向に合致するように配置され、血管の前壁と後壁の血管壁からの超音波エコーを捕らえて受信信号を出力する。受信回路１０５は、超音波探触子２００から出力される受信信号に基づいて受信データを生成し、受信回路１０５によって生成された所定量の受信データが、受信データ用メモリ１１３に格納される。

次に、画像形成部１１５が、受信データ用メモリ１１３から頸動脈の超音波画像に対応する受信データの取得を開始して（ステップＳ０２）、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像データを生成し、画像プロセッサ１２１と表示処理部１２３を介してディスプレイ１０７にＢモード画像を表示する。

医師などのオペレータは、表示された１つまたは複数のＢモード画像から各画面に亘り受信データが乱れていないライン位置を幾つか見付けて、入力部１０１を操作して１つまたは複数の関心ラインを設定する（ステップＳ０３）。関心ラインは、画像と一緒に表示されたポインティングデバイスなどを利用して設定することができる。設定された関心ラインの位置は、画像に重ねた縦線などによって明瞭に表示することが好ましい。なお、簡便のため、Ｂモード画像を１つだけ表示して、受信データに乱れのない部分を見付けるようにしてもよい。

画像形成部１１５は、設定された関心ラインごとに、関心ラインに対応する位置における所定期間に亘る受信データを受信データ用メモリ１１３から読み出して、所定期間に亘るＭモード画像データを時間軸に沿って順次生成し、画像プロセッサ１２１と表示処理部１２３を介してディスプレイ１０７に関心ラインに対応した１つまたは複数のＭモード画像を表示する（ステップＳ０３）。オペレータは、表示された画像が経時的に変化する間に、解析に利用できそうな適当な画面を見付けたときに、入力部１０１を操作してシステム制御部１１１に指示信号を送り、Ｍモード画像の画面をフリーズする（ステップＳ０４）。

図３は、測定対象を頸動脈の前壁と後壁としたもので、画面をフリーズしたときのディスプレイ１０７における画像例を示す図面である。図３においては、上側に１つのＢモード画像が表示され、下側に２つのＭモード画像が表示されている。Ｂモード画像において２本の関心ラインが設定されており、左側のＭモード画像は、実線で示す関心ラインにおける受信データから形成されたものであり、右側のＭモード画像は、点線で示す関心ラインにおける受信データから形成されたものである。また、画面の左上部には、測定条件などの情報が表示されている。

右側のＭモード画像には内壁部分に乱れが見られるが、左側のＭモード画像は、ノイズが少なく解析に利用できそうな良質な画像である。なお、図３では、Ｍモード画像がほぼ１拍分の期間しか表示されていないが、判定をしやすくするために、Ｍモード画像を３拍分程度の期間において表示することがより好ましい。また、画面フリーズ時に表示されるＢモード画像は、フリーズボタンを押したタイミングのものであってもよいし、予め決められた１心拍中の適当なタイミングのものであってもよい。

複数のＭモード画像が表示されている場合には、画像がフリーズされた後に、オペレータが、入力部１０１を操作して、弾性指標計測に用いられるＭモード画像を選択する（ステップＳ０５）。利用されるＭモード画像が決まると、画像形成部１１５は、そのＭモード画像を拡大してディスプレイ１０７に表示し、他の画像を縮小してディスプレイ１０７に表示する。

次に、オペレータは、Ｍモード画像中にトラッキング開始時刻とトラッキング終了時刻を指定して関心時刻範囲を設定する（ステップＳ０６）。さらに、オペレータは、Ｍモード画像中の血管前壁内膜―血管腔境界部にトラッキング点を設定し（ステップＳ０７）、さらに、血管後壁血管腔―内膜境界部にトラッキング点を設定する（ステップＳ０８）。なお、トラッキング部位としては、血管前壁における外膜と中膜との境界、血管前壁における内膜と血管腔との境界、血管後壁における血管腔と内膜との境界、および、血管後壁における中膜と外膜との境界との内の少なくとも１つを含めることができる。

図４は、Ｍモード画像に関心時刻を設定しトラッキング点を設定した状態を示すディスプレイ１０７の表示画面である。関心時刻を設定するときの表示画面には、設定時刻におけるＢモード画像がリアルタイムに表示されるので、ノイズ状況を確認することができる。

さらに、オペレータは、入力部１０１を操作して、カフ型血圧計で測定した最高血圧及び最低血圧を入力する（ステップＳ０９）。これらの血圧値は、それぞれ収縮期血圧Ｐｓ及び拡張期血圧Ｐｄとして利用される。これに応答して、弾性指標演算部１１７は、設定されたトラッキング点から内膜−血管腔境界を特徴付ける輝度変化点を追跡してトラッキングする。トラッキングは、断層像のパターンマッチング法、ゼロクロス点法、組織ドプラ法、位相差トラッキング法等、いろいろな方法により対象点を画定しながら行うことができるが、どの手法によってもよいことはいうまでもない。

弾性指標演算部１１７は、指定領域をトラッキングしている間に、収縮期の最大血管径Ｄｓ及び拡張期の最小血管径Ｄｄを求めて、次式からスティフネスパラメータβを算出する。
β＝｛Ｌｏｇ（Ｐｓ／Ｐｄ）｝／（Ｄｓ／Ｄｄ−１）
スティフネスパラメータβの演算結果は、表示画面中のＭモード画像の近傍に表示する（ステップＳ１０）。

図５は、収縮期血圧Ｐｓと拡張期血圧Ｐｄを入力してスティフネスパラメータβを表示させた表示画面を示す。Ｍモード画像には、血管の前壁と後壁について内膜−血管腔境界をトラッキングした軌跡が表示されている。入力した血圧や算出されたスティフネスパラメータβは数値で表示されている。さらに、動脈硬化リスクや血管年齢を算定して表示してもよい。

なお、設定されたトラッキング部位の情報を用いて、ＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）、血管径、最小血管径対最大血管径の比などを算出し、弾性指標と共に表示部に表示させるようにしてもよい。図６は、Ｍモード画像と共に示した関心時刻におけるトラッキング部位の情報から求めたＩＭＴの値を併記した表示画面の例を表した図面である。

一般的に、血管など心拍に同期して動く器官の弾性指標は安定して取得することが難しいとされるが、本実施形態の超音波診断装置によれば、再現性の高い箇所を選択してその場所における受信データを使って弾性指標を算定するので、血管などに関する弾性指標を安定して得ることができる。

本発明により、超音波診断装置において弾性指標を算定するためのトラッキングを開始する前に、医師等のオペレータが、信頼できる弾性指標を得ることができるデータか否かを判断したり、適切なデータ部分を選択したりするために便利なインターフェースとなる表示画面を提供することができる。本実施形態の超音波診断装置を使用することにより、安定して取得することが難しい弾性率などの弾性指標を医師等の判断選択を経て算定するので、従来と比較して信頼性の高い結果を得ることができる。

本実施形態に係る超音波診断装置では、２ライン分のＭモード画像の内から１つを関心ラインとして選択して弾性指標を求めたが、たとえば５ライン程度の候補から連続性の高い２〜３個のラインを選択して弾性指標を算出し、それらの平均値を血管の弾性指標としてもよい。その場合には、５つのＭモード画像が表示され、その中から２〜３個のＭモード画像を選択してスティフネスパラメータβを求め、指示画面にはＭモード画面ごとのスティフネスパラメータβと平均して求めたスティフネスパラメータβが表示される。

また、本実施形態に係る超音波診断装置では、弾性指標としてスティフネスパラメータβを用いたが、弾性指標としてストレインレートや弾性率を選択することもできる。ただし、ストレインレートや弾性率を算出する場合には、血管壁の厚さ、特に、内膜中膜複合体厚（ＩＭＴ）が問題となるので、図７に示すように、トラッキング点を、血管前壁における外膜と中膜との境界、血管前壁における内膜と血管腔との境界、血管後壁における血管腔と内膜との境界、および、血管後壁における中膜と外膜との境界の４カ所に設定する。前壁及び後壁それぞれの外膜−中膜境界、内膜−血管腔境界をトラッキングして得た観測値から、血管厚さの微小変化を計測し、血管厚さの最大値Ｔｄと最小値Ｔｓを求める。

これらの値を用いて、ストレインレートは、（Ｔｄ−Ｔｓ）／Ｔｄで求めることができ、弾性率Ｅは、Ｅ＝（Ｐｓ−Ｐｄ）／｛（Ｔｄ−Ｔｓ）／Ｔｄ｝で求めることができる。さらに高度なアルゴリズムを用いる場合には、前壁及び後壁それぞれの外膜と中膜の境界と内膜と血管腔の境界との間をさらに複数に分割して、各領域の弾性率を計測するようにしてもよい。また、弾性指標演算部１１７は、設定されたトラッキング部位について、ＩＭＴ、血管径、および、最小血管径対最大血管径の比の内の少なくとも１つを算出し、弾性指標と共にディスプレイ１０７に表示させるようにしてもよい。

また、本実施形態に係る超音波診断装置においては、Ｍモード画像の横軸に位置情報を表すようにしたが、速度情報を表すようにしてもよい。その場合に、トラッキング点は、Ｂモード画像上で設定するか、又は、位置情報を含むＭモード画像を一緒に表示して設定するようにする。

また、トラッキング点の設定は、Ｍモード画像で選択した関心時刻における輝度プロファイルを用いて自動的に行うこともできる。図８は、図４で設定した関心時刻における受信データの深さ方向の輝度プロファイルを示す図面である。図の左端がプローブの位置で、右に進むにつれて深くなる。

図９は、トラッキング点の自動判定方法を説明する線図である。トラッキング点として選択しようとする血管腔−血管前壁境界は、中央部分の黒抜け部として検出される血管腔位置からプローブの方向に向かって辿るときに輝度がある閾値を超えさらに頂上を過ぎた後に再び閾値に達した点をもって判定することができる。一方、血管腔−血管後壁境界は、中央部から深くなる方向に辿るときに、最初に閾値に到達した点をもって判定することができる。なお、図では同じ閾値を使っているが、前壁境界と後壁境界を異なる閾値で判定するようにしてもよい。

本発明により、被検体に向けて超音波を送信し被検体からの超音波エコーを受信して超音波画像データを生成する超音波診断装置において、ディスプレイに表示された画像データから安定したデータ領域を選択して指定できるようになったので、安定した弾性指標を確実に得ることができる超音波診断装置を提供することができる。

本発明の１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る超音波診断装置の動作を説明するためのフロー図である。 本実施形態において画面をフリーズしたときの画像例を示す図面である。 本実施形態においてＭモード画像に関心時刻とトラッキング点を設定した状態を示す表示画面である。 本実施形態においてスティフネスパラメータβを表示させた表示画面である。 本実施形態においてさらにＩＭＴを表示させた表示画面である。 本実施形態において４個のトラッキング点を設定したときの表示例を表す図面である。 本実施形態において関心時刻における輝度プロファイル例を示す図面である。 本実施形態に係るトラッキング点の自動判定方法を説明する線図である。 頸動脈の超音波画像を示す図面である。 ＩＭＴと脳卒中危険率の関係を表すグラフである。 スティフネスパラメータβの年代別変化を見たグラフである。 頸動脈血管壁の微小変位を計測したＢモード画像を示す図面である。 頸動脈血管壁の微小変位を計測したＭモード画像を示す図面である。 超音波探触子の構成を示す模式図である。

符号の説明

１００ 超音波診断装置本体
１０１ 入力部
１０３ 送信回路
１０５ 受信回路
１０７ ディスプレイ
１１１ システム制御部
１１３ 受信データ用メモリ
１１５ 画像形成部
１１７ 弾性指標演算部
１２１ 画像プロセッサ
１２３ 表示処理部
２００ 超音波探触子

Claims (7)

1. 超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子に複数の駆動信号を供給すると共に、前記超音波探触子から出力される複数の受信信号を処理することにより受信データを生成する送受信手段と、
   前記送受信手段によって生成された受信データを格納する格納手段と、
   前記格納手段に格納されている受信データに基づいて、Ｂモード画像を表すＢモード画像データを生成すると共に、前記Ｂモード画像の１つまたは複数の位置に設定された１つまたは複数の関心ラインに基づいて、前記格納手段に格納されている受信データから特徴量を読み出し、１つまたは複数のＭモード画像を表すＭモード画像データを生成する画像データ生成手段と、
   前記１つのＭモード画像、または、前記複数のＭモード画像の内から選択されたＭモード画像に対応する受信データを用いて弾性指標を算出する弾性指標演算手段と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記弾性指標演算手段が、前記１つのＭモード画像、または、前記複数のＭモード画像の内から選択されたＭモード画像について設定された受信データの関心時刻の範囲内において、該Ｍモード画像に対応する受信データを用いて弾性指標を算出する、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記弾性指標演算手段が、前記１つのＭモード画像、または、前記複数のＭモード画像の内から選択されたＭモード画像において設定されたトラッキング部位について前記関心時刻の範囲内においてトラッキングを行い、該Ｍモード画像に対応する弾性指標を算出する、請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記トラッキング部位が、血管前壁における外膜と中膜との境界、血管前壁における内膜と血管腔との境界、血管後壁における血管腔と内膜との境界、および、血管後壁における中膜と外膜との境界との内の少なくとも１つを含む、請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記弾性指標演算手段が、設定されたトラッキング部位の情報より、ＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）、血管径、および、最小血管径対最大血管径の比の内の少なくとも１つを算出し、弾性指標と共に表示部に表示させる、請求項３または４記載の超音波診断装置。
6. 前記トラッキング部位設定手段が、予め定められた特性に従って、前記Ｍモード画像中から自動的に前記トラッキング部位を選択して設定する、請求項３または４記載の超音波診断装置。
7. 前記弾性指標演算手段が、スティフネスパラメータβ、ストレインレート、および、弾性率の内の少なくとも１つを弾性指標として算出する、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。