JP2015188514A

JP2015188514A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2015188514A
Application number: JP2014066244A
Authority: JP
Inventors: 輝幸園山; Teruyuki Sonoyama; 井上　敬章; Takaaki Inoue; 敬章井上
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】超音波診断装置においてせん断波を利用した診断の精度を向上させる。
【解決手段】制御部６０は、被検体から得られる心電波形に基づいて、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間を設定する。変位計測部３０は、計測期間内に被検体から得られる受信信号に基づいて、その被検体内におけるせん断波に伴う組織の変位を計測する。せん断波速度算出部４０は、計測された変位に基づいて、診断情報として、被検体内におけるせん断波の伝搬速度を算出する。これにより、心拍による影響の低い、望ましくは心拍による影響の全く無い、安定した診断情報を得ることが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、せん断波を利用して組織の診断情報を得る技術に関する。

超音波診断装置において、せん断波を利用して組織の診断情報を得る技術が知られている。特許文献１には、超音波のプッシュパルスにより被検体内に生じるせん断波（シェアウェイブ「ShearWave」）の伝播速度を計測し、その伝播速度から組織の弾性に係る診断情報を得る技術が記載されている。

また、組織の弾性に係る診断情報を得る技術として、例えば、被検体の体表から被検体内の組織を圧迫し、その圧迫により生じる組織のひずみを超音波で計測することにより、組織の弾性に係る診断情報を得るエラストグラフィが知られている。

特開２０１２−１００９９７号公報

組織のひずみを計測するエラストグラフィは、肝臓などのように手動で圧迫することが難しい部位においては、計測精度を向上することが難しい。そのため、例えば肝臓などから弾性に係る診断情報を得るための計測として、せん断波を利用した計測に期待が寄せられている。ところが、肝臓は心拍による圧迫を受けるため、せん断波を利用した例えば肝臓の計測において、心拍の影響により安定した診断情報を得ることが容易ではない。

こうした背景技術に鑑み、本願の発明者は、せん断波を利用して組織の診断情報を得る技術について研究開発を重ねてきた。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波診断装置においてせん断波を利用した診断の精度を向上させることにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波のプッシュ波を送波して被検体内にせん断波を発生させ、超音波のトラッキング波を送波して当該被検体から受信信号を得る超音波送受部と、前記被検体から得られる心電波形に基づいて、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間を設定する制御部と、計測期間内に前記被検体から得られる受信信号に基づいて、当該被検体内におけるせん断波に伴う組織の変位を計測する変位計測部と、計測された変位に基づいて前記被検体内における組織の診断情報を得る診断処理部と、を有することを特徴とする。

上記装置によれば、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間が設定されて、その計測期間内に得られた受信信号に基づいて組織の変位が計測される。そのため、心拍による影響の低い、望ましくは心拍による影響の全く無い、安定した診断情報を得ることが可能になる。

望ましい具体例において、前記制御部は、心電波形に含まれる特徴波の発生時刻に基づいて、計測期間の開始時刻と終了時刻を決定する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記制御部は、Ｐ波またはＲ波の発生時刻に基づいて計測期間の開始時刻を決定する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記制御部は、計測期間の開始時刻後に発生する最初のＰ波またはＲ波の発生時刻に基づいて当該計測期間の終了時刻を決定することを特徴とする。

望ましい具体例において、前記診断処理部は、前記診断情報として、前記被検体内におけるせん断波の速度情報を得る、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、計測期間の開始時刻からプッシュ波とトラッキング波の送波を開始し、計測期間内においてプッシュ波とトラッキング波の送波を複数回に亘って繰り返すことにより、計測期間内において複数回に亘って前記診断情報を得る、ことを特徴とする。

本発明により、超音波診断装置においてせん断波を利用した診断の精度が向上する。例えば、本発明の好適な態様によれば、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間が設定されて、その計測期間内に得られた受信信号に基づいて組織の変位が計測されるため、心拍による影響の低い、望ましくは心拍による影響の全く無い、安定した診断情報を得ることが可能になる。

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。せん断波の発生と変位の計測に係る具体例を説明するための図である。心電波形に基づいて設定される計測期間の具体例を示す図である。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、例えば生体内の組織、例えば肝臓等の診断対象を含む領域に対して超音波を送受する超音波探触子である。プローブ１０は、各々が超音波を送受または送波する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送信部１２により送信制御されて送信ビームが形成される。

また、プローブ１０が備える複数の振動素子が、肝臓等の診断対象を含む領域内から超音波を受波し、これにより得られた信号が受信部１４へ出力され、受信部１４が受信ビームを形成して受信ビームに沿って受信信号（エコーデータ）が収集される。

プローブ１０は、診断対象となる組織を含む領域内においてせん断波を発生させる超音波（プッシュパルス）を送波する機能と、せん断波に伴う組織の変位を計測する超音波（トラッキングパルス）を送受する機能と、画像形成用の超音波を送受する機能を備えている。

超音波の送波は、送信部１２によって制御される。せん断波を発生させる場合、送信部１２は、プッシュパルスの送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、プッシュパルスの送信ビームが形成される。また、せん断波を計測する場合、送信部１２は、トラッキングパルスの送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、トラッキングパルスの送信ビームが形成される。さらに、超音波画像を形成する場合、送信部１２は、画像形成用の送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、画像形成用の送信ビームが走査される。

また、受信部１４は、プローブ１０がトラッキングパルスを送受することにより複数の振動素子から得られる受波信号に基づいて、トラッキングパルスの受信ビームを形成し、その受信ビームに対応した受信信号を得る。さらに、受信部１４は、プローブ１０が画像形成用の超音波を送受することにより複数の振動素子から得られる受波信号に基づいて、画像形成用の受信ビームを形成しその受信ビームに対応した受信信号を生成する。

画像形成用の超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）は、診断対象を含む二次元平面内において走査され、二次元平面内から画像形成用の受信信号が収集される。もちろん、画像形成用の超音波ビームが三次元空間内において立体的に走査され、三次元空間内から画像形成用の受信信号が収集されてもよい。

画像形成部２０は、受信部１４において収集された画像形成用の受信信号に基づいて、超音波の画像データを形成する。画像形成部２０は、例えば診断対象である肝臓等の組織を含む領域のＢモード画像（断層画像）の画像データを形成する。なお、画像形成用の受信信号が三次元的に収集されている場合に、画像形成部２０は、三次元超音波画像の画像データを形成してもよい。

変位計測部３０は、受信部１４から得られるトラッキングパルスの受信ビームに対応した受信信号に基づいて、複数時相に亘るせん断波の変位を示す変位データを生成する。また、せん断波速度算出部４０は、変位計測部３０から得られる変位データに基づいて、せん断波の速度を算出する。変位計測部３０とせん断波速度算出部４０における処理については後にさらに詳述する。

表示処理部５０は、画像形成部２０から得られる超音波画像の画像データと、せん断波速度算出部４０において算出されるせん断波の速度に基づいて、表示画像を形成する。表示処理部５０において形成された表示画像は、表示部５２に表示される。制御部６０は、図１に示す超音波診断装置内を全体的に制御する。なお、制御部６０は、心電計等により生体から得られる心電波形に基づいて、後に詳述する計測期間を設定する。

図１に示す各構成（各機能ブロック）のうち、送信部１２，受信部１４，画像形成部２０，変位計測部３０，せん断波速度算出部４０，表示処理部５０は、それぞれ、例えば、電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、表示部５２の好適な具体例は液晶ディスプレイ等である。そして、制御部６０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。

図１の超音波診断装置の概要は以上のとおりである。次に、図１の超音波診断装置によるせん断波の発生と変位の計測について詳述する。なお、図１に示した各構成（各機能ブロック）については、以下の説明において図１の符号を利用する。

図２は、せん断波の発生と変位の計測に係る具体例を説明するための図である。図２（Ａ）には、プローブ１０を利用して形成されるプッシュパルスの送信ビームＰと、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の具体例が図示されている。

図２（Ａ）において、プッシュパルスの送信ビームＰは、Ｘ方向の位置ｐを通るように深さＹ方向に沿って形成される。例えば、図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｐを焦点としてプッシュパルスの送信ビームＰが形成される。位置ｐは、例えば、表示部５２に表示される生体内の診断対象に関する超音波画像を確認した医師等のユーザ（検査者）により、所望の位置に設定される。

位置ｐを焦点としてプッシュパルスの送信ビームＰが形成されてプッシュパルスが送波されると、生体内において、位置ｐを起点として比較的強いせん断波が発生する。図２（Ａ）に示す具体例においては、位置ｐを中心として発生するせん断のＸ方向における伝搬速度が計測される。

図２（Ａ）において、トラッキングパルスに係る２本の超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成される。超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）Ｔ１は、例えば図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｘ１を通るように形成され、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）Ｔ２は、例えば図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｘ２を通るように形成される。位置ｘ１と位置ｘ２は、例えば、表示部５２に表示される診断対象の超音波画像を確認したユーザにより所望の位置に設定されてもよいし、図１の超音波診断装置が、位置ｐからＸ方向に沿って所定の距離だけ離れた個所に位置ｘ１と位置ｘ２を設定してもよい。

図２（Ｂ）は、プッシュパルスの送信ビームＰとトラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の生成タイミングの具体例を示している。図２（Ｂ）の横軸は時間軸ｔである。

図２（Ｂ）において、期間Ｐは、プッシュパルスの送信ビームＰが形成される期間であり、期間Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成される期間である。

期間Ｐ内においては、多数波のプッシュパルスが送波される。例えば、期間Ｐ内において、連続波の超音波が送波される。これにより、例えば位置ｐにおいてせん断波が発生する。

期間Ｔ１，Ｔ２においては、１波から数波程度のいわゆるパルス波のトラッキングパルスが送波され、そのパルス波に伴う反射波が受波される。例えば位置ｘ１，ｘ２を通る超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成され、位置ｘ１，ｘ２における受信信号が得られる。

トラッキングパルスの送受は、複数の期間に亘って繰り返し行われる。つまり、図２（Ｂ）に示すように、期間Ｔ１，Ｔ２が交互に、例えばせん断波に伴う組織の変位が確認されるまで繰り返される。

変位計測部３０は、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１の受信データと超音波ビームＴ２の受信データに基づいて、位置ｘ１，ｘ２における変位を計測する。

せん断波速度算出部４０は、例えば、位置ｐにおいて発生したせん断波の影響により、位置ｘ１における組織の変位が最大となる時刻ｔ１と、位置ｘ２における組織の変位が最大となる時刻ｔ２と、位置ｘ１と位置ｘ２の距離Δｘと、に基づいて、せん断波のＸ軸方向の伝搬速度Ｖｓ＝Δｘ／（ｔ２−ｔ１）を算出する。なお、せん断波の伝搬速度は、他の公知の手法を利用して算出されてもよい。さらに、せん断波の伝搬速度に基づいて、せん断波が計測された組織の弾性値などの弾性情報が算出されてもよいし、組織の情報として、粘弾性パラメータ、減衰、周波数特性などが導出されてもよい。

図２（Ｂ）に示す計測セットＶｓｎは、プッシュパルスの送波が開始されてから、せん断波の伝搬速度が算出されるまでの期間である。

なお、図２の具体例においては、プッシュパルスの送信ビームＰに対して、Ｘ軸の正方向側に、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２を形成しているが、プッシュパルスの送信ビームＰに対して、Ｘ軸の負方向側にトラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２を形成して、Ｘ軸の負方向側に伝搬するせん断波を計測するようにしてもよい。もちろん、プッシュパルスの送信ビームＰの位置ｐや、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の位置ｘ１，ｘ２は、診断対象や診断状況等に応じて適切に設定されることが望ましい。

図３は、心電波形に基づいて設定される計測期間の具体例を説明するための図である。図３には、心電計等を利用して生体から得られる心電波形の具体例が図示されている。心電波形内には、複数の特徴波（Ｐ波，Ｒ波，Ｔ波）が含まれている。Ｒ波は、心電波形の中で最も振幅の大きい波形部分であり、通常、心拍の１周期ごとに１度発生する。また、Ｒ波の直前にＰ波が発生し、Ｒ波の直後にＴ波が発生する。

制御部６０は、心電波形に含まれる特徴波の発生時刻に基づいて、計測期間の開始時刻と終了時刻を決定する。例えば、操作パネル等の操作デバイスを介して、ユーザから計測開始操作を受け付けると、制御部６０は、計測開始操作の後に発生するＲ波を検出して、Ｒ波の発生時刻（検出時刻）から指定時間１（Delay1）だけ経過した時刻ＴＳを、計測期間の開始時刻とする。なお、例えばユーザが指定時間１（Delay1）を適宜に調整できるようにしてもよい。

そして、制御部６０は、計測期間の開始時刻後に発生する最初のＰ波またはＲ波の発生時刻に基づいて、その計測期間の終了時刻を決定する。例えば、時刻ＴＳ後に発生する最初のＰ波の時刻ＴＥを計測期間の終了時刻とする。なお、最初のＰ波が発生した時刻ＴＥから指定時間だけ遡った時点を終了時刻としてもよい。また、例えば、時刻ＴＳ後に発生する最初のＲ波の発生時刻から、指定時間２（Delay2）だけ遡った時点を終了時刻としてもよい。なお、例えばユーザが指定時間２（Delay2）を適宜に調整できるようにしてもよい。

さらに、制御部６０は、Ｐ波の発生時刻から待機期間（Delay2+Delay3）だけ経過した時刻ＴＳを、次の計測期間の開始時刻とする。なお、制御部６０は、Ｒ波の発生時刻から指定時間３（Delay3）だけ経過した時刻ＴＳを次の計測期間の開始時刻としてもよい。もちろん、ユーザが指定時間３（Delay3）を適宜に調整できるようにしてもよい。また、指定時間１と指定時間３が同じ時間であってもよい。

こうして、心拍の影響が比較的大きいことが予想されるＰ波からＲ波を経てＴ波までの期間を避けるようにしつつ、計測期間が設定される。

そして、図１の超音波診断装置は、計測期間の開始時刻からプッシュ波とトラッキング波の送波を開始し、計測期間内においてプッシュ波とトラッキング波の送波を複数回に亘って繰り返すことにより、計測期間内において複数回に亘って、せん断波の伝搬速度Ｖｓを計測する。

つまり、図３に示すように、計測期間の開示時刻（ＴＳ）から、プッシュ波とトラッキング波の送波を開始し、プッシュ波とトラッキング波の送波による伝搬速度Ｖｓを計測する計測セットＶｓｎ（図２参照）を、計測期間内において複数回に亘って繰り返す。例えば、図３に示すように、計測期間内において、計測セットＶｓ１，Ｖｓ２，・・・を繰り返し実行し、各計測セットＶｓｎごとに伝搬速度Ｖｓを計測する。計測セットＶｓｎは、例えば、計測回数Ｎだけ繰り返し実行される。計測回数Ｎは、予め設定された値であってもよいし、ユーザが設定できるようにしてもよい。

計測セットＶｓｎは、例えば、処理パターン１または処理パターン２により、繰り返し実行される。処理パターン１では、最初の計測期間にｎ回の計測セットＶｓｎが実行されて、待機期間の経過後における次の計測期間に、残り回数（Ｎ−ｎ）の計測セットＶｓｎが実行される。

一方、処理パターン２では、最初の計測期間にｎ回の計測セットＶｓｎが実行されるものの、ｎ回目の計測セットＶｓｎが待機期間に突入したため、計測セットＶｓｎの計測結果が破棄され、待機期間の経過後における次の計測期間に、残り回数（Ｎ−ｎ）の計測セットＶｓｎが実行される。つまり、処理パターン２では、Ｎ回の計測セットＶｓｎが実行されるものの、待機期間に突入した計測セットＶｓｎの計測結果が破棄される。なお、計測結果が破棄された回数だけ、さらに計測セットＶｓｎの回数を増やして、Ｎ回分の計測結果を得るようにしてもよい。

このように、図１の超音波診断装置によれば、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間が設定されて、その計測期間内に得られた受信信号に基づいて組織の変位が計測されるため、心拍による影響の低い、望ましくは心拍による影響の全く無い、安定した診断情報、例えばせん断波の伝搬速度Ｖｓを得ることが可能になる。

なお、せん断波速度算出部４０において伝搬速度Ｖｓが算出されると、表示処理部５０は、伝搬速度Ｖｓを含んだ表示画像を形成し、その表示画像が表示部５２に表示される。また、伝搬速度Ｖｓと共に、又は、伝搬速度Ｖｓに代えて、伝搬速度Ｖｓに基づいて組織の硬さに関する診断情報が算出されて表示されてもよい。例えば、硬さに関する診断情報として、伝搬速度Ｖｓに基づいて、ヤング率Ｅ＝３ρＶｓ^２（ρ：密度）が算出されて表示されてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０プローブ、１２送信部、１４受信部、２０画像形成部、３０変位計測部、４０せん断波速度算出部、５０表示処理部、５２表示部、６０制御部。

Claims

超音波のプッシュ波を送波して被検体内にせん断波を発生させ、超音波のトラッキング波を送波して当該被検体から受信信号を得る超音波送受部と、
前記被検体から得られる心電波形に基づいて、心拍の影響が大きいと判断した期間を避けつつ計測期間を設定する制御部と、
計測期間内に前記被検体から得られる受信信号に基づいて、当該被検体内におけるせん断波に伴う組織の変位を計測する変位計測部と、
計測された変位に基づいて前記被検体内における組織の診断情報を得る診断処理部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記制御部は、心電波形に含まれる特徴波の発生時刻に基づいて、計測期間の開始時刻と終了時刻を決定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記制御部は、Ｐ波またはＲ波の発生時刻に基づいて計測期間の開始時刻を決定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２または３に記載の超音波診断装置において、
前記制御部は、計測期間の開始時刻後に発生する最初のＰ波またはＲ波の発生時刻に基づいて当該計測期間の終了時刻を決定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記診断処理部は、前記診断情報として、前記被検体内におけるせん断波の速度情報を得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
計測期間の開始時刻からプッシュ波とトラッキング波の送波を開始し、計測期間内においてプッシュ波とトラッキング波の送波を複数回に亘って繰り返すことにより、計測期間内において複数回に亘って前記診断情報を得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。