JP2014210121A

JP2014210121A - 超音波診断装置及びその制御プログラム

Info

Publication number: JP2014210121A
Application number: JP2013088962A
Authority: JP
Inventors: 神山　直久; Naohisa Kamiyama; 直久神山
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP6139242B2

Abstract

【課題】より正確な組織性状解析を行なうことができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】被検体に対する超音波の送受信によってエコー信号を取得する超音波プローブと、前記エコー信号から得られたデータが複数フレーム分重み付け加算された加算データに基づく超音波画像が表示される表示部と、前記加算データの変動係数ＣＶをフレーム毎に算出する散布度算出部と、前記超音波画像における前記被検体の生体組織の組織性状解析を、前記加算データに基づいて行なう組織性状解析部と、組織性状解析部による組織性状解析を行なう対象となる前記超音波画像のフレームを、前記散布度ＣＶに基づいて決定するフレーム決定部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、超音波画像における被検体の生体組織の組織性状解析を行なう超音波診断装置及びその制御プログラムに関する。

超音波診断装置において表示される超音波画像によって、読影者は、例えば臓器の委縮や変形、腫瘍などの構造物の診断が可能である。また、超音波画像に基づいて、臓器などの組織性状の診断も行われている。例えば、超音波画像において、肝臓や甲状腺、筋肉などの実質の明るさ、スペックルパタンの不均一さ、超音波の減衰などから、その臓器の脂肪化や硬変といったびまん性の疾患を読影している。

上述の超音波画像に現れるスペックルパタンは、超音波の干渉によって生じるいわゆる干渉縞である。このスペックルパタン自体は、臓器の構造を直接反映したものではない。しかし、肝硬変など疾患の進行度合いに応じて、前記スペックルパタンの態様が特徴的であるため、これが診断に用いられている。これまでは、医師が、超音波画像に現れたスペックルパタンを観察して、経験等に基づいて診断を行なうことが多かった。

そこで、スペックルパタンに基づいて、組織性状を定量化するための手法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。

特開２００４−３２１５８２号公報

ＴｏｙｏｄａＨ，ＫｕｍａｄａＴ，ＫａｍｉｙａｍａＮ，ＳｈｉｒａｋｉＫ，ＴａｋａｓｅＫ，ＹａｍａｇｕｃｈｉＴ，ＨａｃｈｉｙａＨ、「Ｂ−ｍｏｄｅＵｌｔｒａｓｏｕｎｄｗｉｔｈＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄｏｎＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｉｇｎａｌｓ：ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＬｉｖｅｒＦｉｂｒｏｓｉｓｉｎＰａｔｉｅｎｔｓｗｉｔｈＣｈｒｏｎｉｃＨｅｐａｔｉｔｉｓＣ」、ＡｍｅｒｉｃａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｅｎｔｇｅｎｏｌｏｇｙ、１９３（４）、２００９年１０月、ｐ．１０３７−１０４３

上述の組織性状の定量解析を正確に行なうためには、十分な空間分解能と、高いＳ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）が要求される。一般に、超音波診断装置においては、超音波の周波数が上がると空間分解能が向上し、一方でＳ／Ｎ比は低下する。従って、空間分解能とＳ／Ｎ比は、トレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）の関係にある。

空間分解能を維持しつつ、Ｓ／Ｎ比を向上させる手法としては、複数フレーム（ｆｒａｍｅ）分の信号を重み付け加算する手法がある。重み付け加算により、各フレームにランダム（ｒａｎｄｏｍ）に発生するノイズが平滑化されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。

しかし、複数フレーム分の信号を重み付け加算する場合、呼吸等による被検体の体動があったり超音波プローブが動いたりすると、フレーム間で位置ずれが生じ、超音波画像のぶれが生じる。このような画像ぶれが生じると、空間分解能が低下する。従って、画像ぶれが生じたデータ（重み付け加算されたデータ）に対して、組織性状の定量解析を行なうと、組織性状を正確に反映した解析結果を得ることが困難になる。

上述の課題を解決するためになされた一の観点の発明は、被検体に対する超音波の送受信によってエコー信号を取得する超音波プローブと、前記エコー信号から得られたデータが複数フレーム分重み付け加算された加算データに基づく超音波画像が表示される表示部と、前記加算データの散布度をフレーム毎に算出する散布度算出部と、前記超音波画像における前記被検体の生体組織の組織性状解析を、前記加算データに基づいて行なう組織性状解析部と、この組織性状解析部による組織性状解析を行なう対象となる前記超音波画像のフレームを、前記散布度算出部によって算出された散布度に基づいて決定するフレーム決定部と、を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

上記観点の発明によれば、組織性状解析を行なう対象となるフレームが、前記散布度に基づいて決定されるので、空間分解能とＳ／Ｎ比が高い超音波画像のフレームを解析対象として特定することができる。これにより、より正確な組織性状解析を行なうことができる。

本発明の実施形態における超音波診断装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示された超音波診断装置の表示制御部の構成を示すブロック図である。図１に示された超音波診断装置の制御部の構成を示すブロック図である。本発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例の作用を示すフローチャートである。通常モードの超音波画像が表示された表示部を示す図である。変動係数の時間変化を示すグラフである。超音波画像とともに変動係数の時間変化を示すグラフが表示された表示部を示す図である。超音波画像、変動係数の時間変化を示すグラフとともに、組織性状解析の解析結果が表示された表示部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図７に基づいて詳細に説明する。図１に示す超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送受信ビームフォーマ３、エコーデータ処理部４、表示制御部５、表示部６、操作部７、制御部８及び記憶部９を備える。

前記超音波プローブ２は、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配置された複数の超音波振動子（図示省略）を有して構成され、この超音波振動子によって被検体に対して超音波を送信し、そのエコー信号を受信する。

前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２から所定の送信パラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）で超音波を送信するための電気信号を、前記制御部８からの制御信号に基づいて前記超音波プローブ２に供給する。また、前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２で受信したエコー信号について、Ａ／Ｄ変換、整相加算処理等の信号処理を所定の受信パラメータで行ない、信号処理後のエコーデータを前記エコーデータ処理部４へ出力する。

前記エコーデータ処理部４は、前記送受信ビームフォーマ３から出力されたエコーデータに対し、超音波画像を作成するための信号処理などを行なう。例えば、前記エコーデータ処理部４は、Ｂモード処理を行なう。前記Ｂモード処理は、対数圧縮処理、包絡線検波処理等を含む。前記Ｂモード処理によってＢモードデータが作成される。

前記エコーデータ処理部４は、直交検波処理、ＭＴＩフィルタ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ）処理、自己相関演算処理等を含むカラードプラ処理を行なってカラードプラデータを作成してもよい。

前記表示制御部５は、図２に示すように、画像データ作成部５１、重み付け加算部５２、表示画像制御部５３を有している。前記画像データ作成部５１は、前記エコーデータ処理部４で得られたデータをスキャンコンバータ（ＳｃａｎＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって走査変換して超音波画像データを作成する。例えば、前記画像データ作成部５１は、前記Ｂモードデータを走査変換してＢモード画像データを作成したり、前記カラードプラデータを走査変換してカラードプラ画像データを作成したりする。

前記重み付け加算部５２は、複数フレーム分の超音波画像データ（例えば、Ｂモード画像データ）を重み付け加算し、加算済超音波画像データを作成する（重み付け加算機能）。前記重み付け加算部５２は、本発明における重み付け加算部の実施の形態の一例である。また、前記加算済超音波画像データは、本発明における加算データの実施の形態の一例である。

前記表示画像制御部５３は、前記加算済超音波画像データに基づく超音波画像を前記表示部６に表示させる（表示画像制御機能）。例えば、前記超音波画像は、Ｂモード画像である。また、前記表示画像制御部５３は、後述するように、前記加算済超音波画像データの散布度の経時変化を示すグラフや組織性状解析によって得られた結果を、前記表示部６に表示させる。

前記表示部６は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどで構成される。前記操作部７は、特に図示しないが、操作者が指示や情報を入力するためのキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、ダイヤル（ｄｉａｌ）及びポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）などを含んで構成されている。

前記制御部８は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）であり、前記記憶部９に記憶された制御プログラムを読み出し、前記重み付け加算機能や前記表示画像制御機能のほか、前記超音波診断装置１の各部における機能を実行させる。

また、前記制御部８は、その他にも、図３に示す散布度算出部８１による散布度算出機能、フレーム決定部８２によるフレーム決定機能、組織性状解析部８３によるフレーム決定機能を実行させる。前記散布度算出部８１は、前記加算済超音波画像データの散布度をフレーム毎に算出する。前記フレーム決定部８２は、前記組織性状解析部８３による組織性状解析を行なう対象となるフレームを所定の基準に従って決定する。前記組織性状解析部８３は、前記フレーム決定部８２によって決定されたフレームの加算済超音波画像データに対して組織性状解析を行なう。詳細は後述する。

前記散布度算出部８１は、本発明における散布度算出部の実施の形態の一例である。また、前記フレーム決定部８２は、本発明におけるフレーム決定部の実施の形態の一例である。また、前記組織性状解析部８３は、本発明における組織性状解析部の実施の形態の一例である。

前記記憶部９は、例えばＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）や半導体メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）などである。

さて、本例の超音波診断装置１の作用について、図４のフローチャートに基づいて説明する。先ず、ステップＳ１では、操作者は、前記超音波プローブ２によって被検体に対する超音波の送受信を開始する。例えば、被検体の肝臓を対象にした超音波の送受信が行われる。これにより、図５に示すように通常モード（ｍｏｄｅ）の超音波画像ＵＩ１が前記表示部６に表示される。より詳細には、前記超音波プローブ２によってエコー信号が得られると、前記重み付け加算部５２が加算済超音波画像データを作成する。前記表示画像制御部５３は、前記加算済超音波画像データに基づくリアルタイム（ｒｅａｌｔｉｍｅ）の超音波画像ＵＩを前記表示部６に表示させる。前記超音波画像ＵＩは、例えばＢモード画像である。

ステップＳ１における通常モードとは、後述の組織性状解析を行なわないモードであり、例えば検査対象となる部分の描出などを行なうモードである。

前記重み付け加算部５２は、例えば下記（式１）により、現在のフレームｉ（ｉは自然数）の加算済超音波画像データＦａｄｄ（ｉ）を得る。
Ｆａｄｄ（ｉ）＝Ｆ（ｉ）＋αＦ（ｉ−１）・・・（式１）
上記（式１）において、Ｆ（ｉ）は、現フレームｉについて前記画像データ作成部５１によって得られた超音波画像データ（未加算の超音波画像データ）、Ｆ（ｉ−１）は、現フレームｉの一フレーム前である（ｉ−１）フレームの超音波画像データである。Ｆ（ｉ−１）は、（ｉ−１）フレームとこれよりも前のフレームの超音波画像データを重み付け加算して得られた超音波画像データである。また、αは重み付け係数であり、α≦１である。

また、前記重み付け加算部５２は、下記（式２）により現フレームｉの加算済超音波画像データＦａｄｄ（ｉ）を得てもよい。
Ｆａｄｄ（ｉ）＝ａ_１Ｆ（ｉ）＋ａ_２Ｆ（ｉ−１）
＋ａ_３Ｆ（ｉ−２）＋・・・＋ａ_ｎ＋１Ｆ（ｉ−ｎ）
・・・（式２）
上記（式２）において、ａ_１，ａ_２，ａ_３，・・・，ａ_ｎ＋１は、重み付け係数であり、ａ_１，ａ_２，ａ_３，・・・，ａ_ｎ＋１≦１である。また、ｎは自然数であり、重み付け加算したいフレーム数に応じた数に設定される。

次に、ステップＳ２では、組織性状解析モードに移行する。例えば、前記操作部７において、操作者が組織性状解析モードに移行する入力を行なうと、組織性状解析モードへの移行が行われる。

前記組織性状解析モードでは、前記重み付け加算部５２は、現フレームｉよりも前のフレームの超音波画像データの加算割合を、通常モードよりも大きくする。具体的には、前記重み付け加算部５２は、上記（式１）を用いた重み付け加算を行なう場合、前記重み付け係数αを、通常モードよりも大きな値に設定する。また、前記重み付け加算部５２は、上記（式２）を用いた重み付け加算を行なう場合、ｎを通常モードよりも大きな値に設定する。ｎを大きくするほど、より多くのフレームの超音波画像データが加算される。

前記組織性状解析モードでは、周波数などの超音波の送受信パラメータが、通常モードとは異なるパラメータに設定されてもよい。例えば、前記組織性状解析モードでは、空間分解能を向上させるため、通常モードの周波数よりも高い周波数で超音波の送受信が行われる。

次に、ステップＳ３では、組織性状モード下において、複数フレーム分の超音波画像データが重み付け加算される。そして、この加算済超音波画像データに基づく超音波画像ＵＩ２が前記表示部６に表示される。次に、ステップＳ４では、前記散布度算出部８１は、前記ステップＳ３で作成された加算済超音波画像データの散布度を算出する。この散布度は、現フレームにおける加算済超音波画像データの散布度である。例えば、前記散布度算出部８１は、前記散布度として、変動係数ＣＶを算出する。この変動係数ＣＶは、下記（式３）によって算出される。
ＣＶ＝σ／μ ・・・（式３）
上記（式３）において、σは現フレームにおける加算済超音波画像データの標準偏差、μは現フレームにおける加算済超音波画像データの平均値である。

前記散布度は、一フレームの加算済超音波画像データの一部について算出されてもよい。この場合、前記超音波画像ＵＩに、散布度を算出する対象となる関心領域が設定される。

次に、ステップＳ５では、前記フレーム決定部８２は、前記ステップＳ４で算出された変動係数ＣＶの時間変化に基づいて、前記変動係数ＣＶの上昇度合いが所定以下になったか否かを判定する。ここで、前記変動係数ＣＶの時間変化について説明する。超音波画像のＳ／Ｎ比が低いと、加算済超音波画像データのばらつきが小さく、一方でＳ／Ｎ比が高いと、加算済超音波画像データのばらつきが大きい。また、被検体の呼吸等によって生じる体動や前記超音波プローブ２が動いたりすることが原因で画像ぶれが生じると画像の空間分解能が低くなるので、加算済超音波画像データのばらつきは小さくなり、一方で画像ぶれが収まると画像の空間分解能が高くなるので、加算済超音波画像データのばらつきは大きくなる。

組織性状解析モードに移行して、現在のフレームよりも前のフレームの加算割合が大きくなると、時間の経過に伴い、フレーム加算の効果によって、超音波画像ＵＩのＳ／Ｎ比は次第に高くなり、その後ほぼ一定の値になる。従って、組織性状解析モードに移行した後に、操作者が前記超音波プローブ２を動かさないように注意し、被検体が息止め状態を維持すれば、前記加算済超音波画像データのばらつきは、次第に高くなった後、ほぼ一定になるので、前記変動係数ＣＶは、例えば図６に示されたグラフＧのように、時間とともに大きくなり、やがてほぼ定常値になる。

前記変動係数ＣＶの経時変化を示すグラフＧは、前記表示画像制御部５３によって、図７に示すように、前記超音波画像ＵＩ２とともに前記表示部６に表示されてもよい。

前記変動係数ＣＶがほぼ定常値となったフレームは、加算済超音波画像データのばらつき度合いが最大になったフレームである。従って、このフレームの超音波画像ＵＩ２は、空間分解能とＳ／Ｎ比が高いので、スペックルパタン解析による組織性状の定量化に適した画像である。

前記フレーム決定部８２は、前記ステップＳ４で算出された変動係数ＣＶの時間経過に伴う上昇度合いを算出する。例えば、前記フレーム決定部８２は、前記ステップＳ４で算出された変動係数ＣＶの、前のフレームの変動係数ＣＶに対する上昇率（傾き）ｒを算出する。そして、前記フレーム決定部８２は、その上昇率を予め設定された値ｒｓと比較して、前記変動係数ＣＶの上昇度合いが所定以下になったか否かを判定する。

前記値ｒｓは、前記変動係数ＣＶがほぼ定常値になったといえる値に設定される。前記値ｒｓは、操作者によって設定されていてもよいし、デフォルト（ｄｅｆａｕｌｔ）で設定されていてもよい。

前記フレーム決定部８２により、前記変動係数ＣＶの上昇度合いが所定以下になっていない（前記変動係数ＣＶの上昇率が予め設定された値より大きい）と判定された場合（ステップＳ５において「Ｎｏ」）、ステップＳ３の処理へ戻る。そして、このステップＳ３において次のフレームの加算済超音波画像データが作成され、次いでステップＳ４，Ｓ５の処理が行われる。

ちなみに、組織性状解析モードに移行して最初のフレームについては、変動係数ＣＶの時間変化を算出することはできないので、前記ステップＳ５では「Ｎｏ」の判定となり、前記ステップＳ３の処理へ移行する。

一方、前記フレーム決定部８２は、前記変動係数ＣＶの上昇度合いが所定以下になっている（前記変動係数ＣＶの上昇率が予め設定された値以下）と判定した場合（ステップＳ５において「Ｙｅｓ」）、そのフレームを組織性状解析の対象と決定し、ステップＳ６の処理へ移行する。

ステップＳ６では、前記ステップＳ５において決定された現在のフレームの加算済超音波画像データに対し、前記組織性状解析部８３が組織性状解析を行なう。前記組織性状解析部８３は、超音波画像ＵＩ２のスペックルパタンの解析を行なうことによって組織性状を定量化する。スペックルパタンの解析による組織性状の定量化は、公知の手法で行なうものとし、ここでは詳細を省略する。前記組織性状解析部８３は、超音波画像ＵＩ２に設定された関心領域内について、組織性状解析を行なってもよい。

前記組織性状解析部８３による組織性状解析により、例えば肝臓の硬変度に関する正常度又は異常度が定量化される。

次に、ステップＳ７では、前記表示画像制御部５３は、前記ステップＳ６で得られた組織性状解析の解析結果（数値）を、図８に示すように前記表示部６の結果表示部Ｘに表示させる。

本例によれば、前記変動係数ＣＶがほぼ最大値になったフレームを対象にして前記組織性状解析部８３による組織性状解析が行われる。従って、解析に適した超音波画像、すなわち空間分解能とＳ／Ｎ比が高い超音波画像に対する組織性状解析を行なうことができるので、より正確な解析結果を得ることができる。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記重み付け加算部５２は、Ｂモード画像データではなく、前記Ｂモードデータを複数フレーム分重み付け加算して、加算済Ｂモードデータを作成してもよい。この場合、前記組織性状解析部８３は、前記加算済Ｂモードデータに対して組織性状解析を行なってもよい。また、前記散布度算出部８１は、前記加算済Ｂモードデータの散布度を算出してもよい。また、加算済Ｂモードデータに基づく超音波画像ＵＩ１，ＵＩ２が表示される。前記加算済Ｂモードデータは、本発明における加算データの実施の形態の一例である。

また、前記散布度算出部８１によって算出される散布度は、前記加算済超音波画像データ又は前記加算済Ｂモードデータの分散や標準偏差であってもよい。

１超音波診断装置
２超音波プローブ
６表示部
５２重み付け加算部
５３表示画像制御部
８１散布度算出部
８２フレーム決定部
８３組織性状解析部

Claims

被検体に対する超音波の送受信によってエコー信号を取得する超音波プローブと、
前記エコー信号から得られたデータが複数フレーム分重み付け加算された加算データに基づく超音波画像が表示される表示部と、
前記加算データの散布度をフレーム毎に算出する散布度算出部と、
前記超音波画像における前記被検体の生体組織の組織性状解析を、前記加算データに基づいて行なう組織性状解析部と、
該組織性状解析部による組織性状解析を行なう対象となる前記超音波画像のフレームを、前記散布度算出部によって算出された散布度に基づいて決定するフレーム決定部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
前記フレーム決定部は、前記散布度の上昇度合いが所定以下になったフレームを、組織性状解析を行なうフレームとすることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記表示部には、前記散布度の時間変化が表示されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
前記組織性状解析部は、前記超音波画像のスペックルパタン解析を行なうことによって前記被検体の組織性状を定量化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
前記加算データを作成する重み付け加算部を備え、該重み付け加算部は、前記組織性状解析部による組織性状解析を行なう組織性状解析モードにおいて、現フレームよりも前のフレームの加算割合が、通常モードよりも大きくなるように、重み付け加算を行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
散布度は、変動係数、分散、標準偏差であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
コンピュータに、
被検体に対する超音波の送受信によって取得されたエコー信号から得られたデータを重み付け加算する重み付け加算機能と、
該重み付け加算機能によって得られた加算データに基づく超音波画像を表示部に表示させる表示画像制御機能と、
前記加算データの散布度をフレーム毎に算出する散布度算出機能と、
前記超音波画像における前記被検体の生体組織の組織性状解析を、前記加算データに基づいて行なう組織性状解析機能と、
該組織性状解析機能による組織性状解析を行なう対象となる前記超音波画像のフレームを、前記散布度算出機能によって算出された散布度に基づいて決定するフレーム決定機能と、
を実行させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。