JP2021159696A - 超音波診断装置、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺中における超音波画像を適切な表示態様で表示させることである。【解決手段】実施形態の超音波診断装置は、取得部と、表示制御部とを持つ。取得部は、被検体内のスキャン領域に超音波を送信し前記被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、前記スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得する。表示制御部は、前記取得部により取得された前記Ｂモード画像に重畳させて前記ドプラ画像を表示部に表示させる。また、表示制御部は、前記取得部により取得された時系列の前記Ｂモード画像および前記ドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の表示状態を変更する。【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波診断装置、およびプログラムに関する。

近年では、中心静脈穿刺術を支援する技術として、超音波画像における中央走査線上のカラードプラ情報から穿刺対象の血管の位置を検出し、プローブ表面から対象血管の中心までの距離を計測し、計測結果を含む超音波画像を提供する超音波診断装置が知られている。カラードプラ情報を用いて対象血管（静脈）からプローブ表面までの距離を計測することで、術者は対象血管が画像の中央に描出されるようにプローブの位置を調整することができ、画像から血管の深さを見誤ることを抑制することができる。

特開２０１９−１８８００５号公報 特開２０１７−０７４２２１号公報 特開２０１９−１１８６８６号公報 特開２０１９−９３１４０号公報

しかしながら、対象血管に穿刺針を刺す段階においては、カラードプラ情報に基づく画像が血管内の領域に重畳して表示されるため、穿刺針等の器具の視認性が低下する場合があった。本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、穿刺中における超音波画像を適切な表示態様で表示させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態の超音波診断装置は、取得部と、表示制御部とを持つ。取得部は、被検体内のスキャン領域に超音波を送信し前記被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、前記スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得する。表示制御部は、前記取得部により取得された前記Ｂモード画像に重畳させて前記ドプラ画像を表示部に表示させる。また、表示制御部は、前記取得部により取得された時系列の前記Ｂモード画像および前記ドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の表示状態を変更する。

実施形態の超音波診断装置１００を含む超音波診断システム１の構成図。 解析機能１６４により体表から血管の中心位置までの距離を算出することについて説明するための図。 解析機能１６４が平均パワー値に基づいて血管エリアの中心位置を取得することについて説明するための図。 ディスプレイ１５０に表示されるＢモード画像ＩＭ１の一例を示す図。 加算平均された輝度値に基づいて血管エリアを抽出することについて説明するための図。 Ｂモード画像にドプラ画像を重畳した表示用画像ＩＭ２の一例を示す図。 ドプラ画像の表示状態を変更した表示用画像ＩＭ３の一例を示す図。 血管Ｖ１２の断面方向（図８のＹ軸方向）から見たときの血管Ｖ１２と穿刺針Ｓ１の穿刺方向との関係を示す図。 図８に示す血管Ｖ１２の断面方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）から見たときの血管Ｖ１２と穿刺針Ｓ１の穿刺方向との関係を示す図。 処理回路１６０により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、実施形態の超音波診断装置、およびプログラムについて説明する。

図１は、実施形態の超音波診断装置１００を含む超音波診断システム１の構成図である。超音波診断システム１は、超音波プローブ１０と、外部装置２０と、超音波診断装置１００とを備える。外部装置２０と超音波診断装置１００とは、例えば、ＷＡＮ（Wide Area Network）やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット、専用回線、無線基地局、プロバイダ等のネットワークＮＷを介して接続される。超音波プローブ１０は、超音波診断装置１００の構成に含まれてもよい。超音波プローブ１０は、「プローブ」の一例である。

超音波プローブ１０は、例えば、超音波診断装置１００からの制御により、被検体である生体Ｐ内のスキャン領域に超音波を送信して超音波スキャンを実行する。超音波プローブ１０は、例えば、複数の圧電振動子、圧電振動子に設けられる整合層、および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する。超音波プローブ１０は、例えば、複数の超音波振動子が所定の方向に沿って配列された一次元アレイリニアプローブである。超音波プローブ１０は、超音波診断装置１００と着脱自在に接続されてもよく、複数の超音波プローブ１０が超音波診断装置１００と接続されてもよい。複数の超音波プローブ１０が超音波診断装置１００と接続されている場合、接続された超音波プローブのうちいずれを超音波スキャンに使用するかは、操作者等による切り替え操作によって任意に選択される。

外部装置２０は、例えば、各種の医用画像データを管理するシステムであるＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステム等である。また、外部装置２０は、ストレージサーバやデータベース等の記憶装置であってもよい。

超音波診断装置１００は、例えば、超音波送信回路１１０と、超音波受信回路１１２と、信号処理回路１２０と、通信インタフェース１３０と、入力インタフェース１４０と、ディスプレイ１５０と、処理回路１６０と、記憶回路１８０とを備える。入力インタフェース１４０は、「入力部」の一例である。ディスプレイ１５０は、「表示部」の一例である。記憶回路１８０は、「記憶部」の一例である。

超音波送信回路１１０は、超音波プローブ１０の複数の圧電振動子に駆動信号を送信し、圧電振動子の振動により超音波を発生させる。これにより、超音波プローブ１０のプローブ表面と接触する生体Ｐの表面（体表）から内部へ超音波が送信される。

超音波受信回路１１２は、超音波プローブ１０から送信された超音波が生体Ｐの体内組織で反射され、反射された信号（反射波信号）が複数の圧電振動子で受信されて電気信号に変換された信号を受信する。生体Ｐ内へ送信された超音波パルスが、移動している血流又は心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向の速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。超音波受信回路１１２は、超音波プローブ１０が受信した反射波信号を増幅したり、デジタル信号に変換する。また超音波受信回路１１２は、デジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、遅延時間が与えられた複数のデジタル信号を加算することで、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号を生成してもよい。

信号処理回路１２０は、超音波受信回路１１２により受信された信号に基づいて、超音波データを生成するための信号処理を行う。超音波データには、Ｂモードデータおよびドプラデータが含まれる。例えば、信号処理回路１２０は、超音波受信回路１１２により受信された受信信号に対して包絡線検波処理および対数増幅処理等を行い、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモードデータを生成する。また、信号処理回路１２０は、スキャン領域内の二次元的な超音波走査線（ラスタ）上のＢモードデータを含むＢモード画像データを生成する。また、Ｂモード画像データには、例えば、スキャン領域に含まれる体内の部位に基づく輝度情報の他に、スキャン領域内の穿刺針等の物体に基づく輝度情報が含まれる。Ｂモード画像データには、生成された時刻に関する情報が含まれてよい。

また、信号処理回路１２０は、超音波受信回路１１２により受信された受信信号に基づいて周波数解析することで、スキャン領域に設定されるＲＯＩ（Region Of Interest：関心領域）内にある移動体のドプラ効果に基づく運動情報を抽出したドプラデータを生成する。例えば、信号処理回路１２０は、スキャン領域に含まれる対象物（移動体）の運動情報として、平均速度、平均分散値、平均パワー値等を、複数のサンプル点のそれぞれで推定したドプラデータを生成する。ここで、移動体とは、例えば、血流、心壁等の組織、および造影剤等である。例えば、信号処理回路１２０は、血流の運動情報（血流情報）として、血流の平均速度、血流の平均分散値、血流の平均パワー値等を、複数のサンプル点のそれぞれで推定したドプラデータを生成する。また、信号処理回路１２０は、生成されたドプラデータに基づいてＲＯＩ内の二次元的な超音波走査線上のドプラデータを含むドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データには、生成された時刻に関する情報が含まれてよい。超音波画像データには、例えば、Ｂモード画像データとドプラ画像データとが含まれる。また、Ｂモード画像データとドプラ画像データとは、二次元上における座標位置がそれぞれ対応付けられているものとする。

通信インタフェース１３０は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等の通信インタフェースを含む。通信インタフェース１３０は、ネットワークＮＷを介して外部装置２０と接続され、外部装置２０との間でデータ通信を行う。

入力インタフェース１４０は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路１６０に出力する。例えば、入力インタフェース１４０は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパネル等により実現される。また、入力インタフェース１４０は、例えば、マイク等の音声入力を受け付けるユーザインタフェースによって実現されてもよい。入力インタフェース１４０がタッチパネルである場合、後述するディスプレイ１５０は入力インタフェース１４０と一体として形成されてよい。なお、本明細書において入力インタフェース１４０は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース１４０の例に含まれる。

ディスプレイ１５０は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ１５０は、表示制御機能１７０の制御により処理回路１６０によって生成された画像を所定の表示状態で表示したり、操作者からの各種の入力操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示したりする。例えば、ディスプレイ１５０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等である。

処理回路１６０は、例えば、取得機能１６２と、解析機能１６４と、判定機能１６６と、画像生成機能１６８と、表示制御機能１７０とを備える。処理回路１６０は、例えば、ハードウェアプロセッサが記憶装置（記憶回路１８０）に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。

ハードウェアプロセッサとは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit; ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device; ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array; ＦＰＧＡ））等の回路（circuitry）を意味する。記憶回路１８０にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。上記のプログラムは、予め記憶回路１８０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的記憶媒体に格納されており、非一時的記憶媒体が超音波診断装置１００のドライブ装置（不図示）に装着されることで非一時的記憶媒体から記憶回路１８０にインストールされてもよい。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。取得機能１６２は、「取得部」の一例である。解析機能１６４は、「解析部」の一例である。判定機能１６６は、「判定部」の一例である。画像生成機能１６８は、「画像生成部」の一例である。表示制御機能１７０は、「表示制御部」の一例である。

記憶回路１８０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。非一過性の記憶媒体を含むこれらの記憶媒体は、ＮＡＳ（Network Attached Storage）や外部ストレージサーバ装置といったネットワークＮＷを介して接続される他の記憶装置によって実現されてもよい。また、記憶回路１８０には、ＲＯＭ（Read Only Memory）やレジスタ等の一過性の記憶媒体が含まれてもよい。記憶回路１８０には、例えば、Ｂモード画像データ１８２、ドプラ画像データ１８４、プログラム、およびその他の情報が格納される。

取得機能１６２は、信号処理回路１２０により処理されたＢモード画像データおよびドプラ画像データを取得する。また、取得機能１６２は、取得したＢモード画像データおよびドプラ画像データを、記憶回路１８０に記憶させる。記憶回路１８０に記憶されたＢモード画像データ１８２には、Ｂモード画像データが時系列に格納され、ドプラ画像データ１８４には、ドプラ画像データが時系列に格納される。

解析機能１６４は、例えば、スキャン領域の中央ラスタ上のドプラ画像データを解析することで、体表から穿刺対象部位の一例である血管までの距離（例えば、体表から血管の中心位置までの距離）を導出する。また、解析機能１６４は、スキャン領域の中央ラスタ上のＢモード画像データを用いて体表から血管の中心位置までの距離を導出してもよい。また、解析機能１６４は、ドプラ画像データの解析結果とＢモード画像データの解析結果とを組み合わせて、体表から血管の中心位置までの距離を導出するようにしてもよい。この場合、解析機能１６４は、例えば、ドプラ画像データから得らえる距離とＢモード画像データから得られる距離の平均を体表から血管の中心位置までの距離とする。なお、解析機能１６４が導出する距離は体表から血管の中心位置に限定されるものではなく、体表から血管の中心以外の位置（例えば血管表面）までの距離を導出することとしてもよい。また、距離を導出する位置は中央ラスタに限定されるものではなく、他の位置であってもよい。

また、解析機能１６４は、記憶回路１８０に記憶された時系列のＢモード画像データ１８２に基づいて、超音波プローブ１０の動きを示す特徴量を解析する。この特徴量は、例えば、超音波プローブ１０により取得される超音波画像データの時間的変化を示す特徴量と言い換えることもできる。解析機能１６４における処理の詳細については後述する。

判定機能１６６は、解析機能１６４により解析された結果に基づいて、時間軸に対して超音波プローブ１０の動きが安定しているか否かを判定する。超音波プローブ１０の動きが安定しているとは、例えば、時系列のＢモード画像のフレーム間における輝度情報等の変化量が所定量以下の場合である。また、判定機能１６６は、例えば、ドプラ画像データに基づいて得られた体表から対象部位（例えば、血管）までの距離の時間に対する変化量が所定量以下の場合も、超音波プローブ１０の動きが安定していると判定してもよい。すなわち、超音波プローブ１０の動きが安定していることは、Ｂモード画像データまたはドプラ画像データが安定していると言い換えることができる。また、Ｂモード画像データおよびドプラ画像データを超音波画像と総称すれば、判定機能１６６は、超音波画像が安定しているか否かを判定している。判定機能１６６における処理の詳細については後述する。

画像生成機能１６８は、Ｂモード画像データおよびドプラ画像データに基づいて、ディスプレイ１５０に表示させるための表示用画像を生成する。例えば、画像生成機能１６８は、Ｂモード画像データに基づく表示用のＢモード画像と、ドプラ画像データに基づくドプラ画像を生成する。Ｂモード画像は、例えば、Ｂモード画像データの各座標位置に含まれる輝度の明るさを示す情報を、カラー画像上の所定の色または輝度に変換した画像である。また、ドプラ画像は、例えば、ドプラ画像データの各座標位置における移動体の運動情報（例えば、血流の平均速度、平均分散値、平均パワー値等）の大きさに応じた色や模様等に変換した画像である。

また、画像生成機能１６８は、生成したＢモード画像に含まれるＲＯＩにドプラ画像を重畳した表示用画像を生成する。また、画像生成機能１６８は、例えば、Ｂモード画像やドプラ画像に対応付けられた情報や、解析機能１６４により解析された情報、目盛り、ボディマーク等を表示用画像に含めてもよい。また、画像生成機能１６８は、表示制御機能１７０の指示に基づいてドプラ画像の表示状態を変更した表示用画像を生成する。

表示制御機能１７０は、画像生成機能１６８において生成された画像をディスプレイ１５０に出力させる。また、表示制御機能１７０は、例えば、取得機能１６２により取得される内容や、判定機能１６６により判定された結果に基づいてディスプレイ１５０に表示させるドプラ画像の表示状態を決定し、決定した表示状態で表示させるための表示用画像を画像生成機能１６８により生成させる。表示制御機能１７０における処理の詳細については後述する。

以下、解析機能１６４における処理の詳細について説明する。例えば、解析機能１６４は、ドプラ画像データ１８４を用いて体表（超音波プローブ１０のプローブ表面）から対象物（例えば、血管）の中心までの距離を計測する。図２は、解析機能１６４により体表から血管の中心位置までの距離を算出することについて説明するための図である。図２の例では、ＲＯＩ内に内頸静脈の血管Ｖ１に相当する部分が含まれる超音波画像ＰＩが示されている。また、図２の例では、時系列の超音波画像ＰＩがＭフレーム（ＰＩ１、ＰＩ２フレーム、ＰＩ３、…、ＰＩＭ）示されている。解析機能１６４は、図２に示す超音波画像ＰＩに対してスキャン領域の中央付近（スキャン領域の中心から所定距離以内）に位置するＮ本の超音波走査線上における血流の平均パワー値を取得し、取得した平均パワー値についての加算平均を算出する。次に、解析機能１６４は、加算平均したＭフレーム分の平均パワー値を保持し、保持したＭフレーム分の平均パワー値のうち最大値を出力する。また、解析機能１６４は、新たな平均パワー値の加算平均が算出されると、最も古い平均パワー値を削除し、新たな平均パワー値を保持する。図２の例では、スキャン領域の中央付近に位置する血管Ｖ１の中央を通過する走査線上の平均パワー値が取得される。そして、解析機能１６４は、Ｍフレーム中に加算平均された平均パワー値のうち、最大の平均パワー値を出力する。

図３は、解析機能１６４が平均パワー値に基づいて血管エリアの中心位置を取得することについて説明するための図である。図３において、横軸は体表（超音波プローブ１０のプローブ表面）からの距離（深さ）を示し、縦軸は血流の平均パワー値を示している。
解析機能１６４は、出力された平均パワー値が予め決められた第１閾値ＴＨ１以上である部分を血管エリアとして取得する。また、解析機能１６４は、平均パワー値のピーク値を血管の中心位置として抽出する。そして、解析機能１６４は、超音波プローブ１０のプローブ表面（体表）から血管エリアの中心位置までの距離（深さ）Ｄ１を導出する。

なお、スキャン領域の位置によっては、スキャン領域の中央部分に位置する走査線上に複数の血管に相当する部分が含まれる場合があり得る。この場合、解析機能１６４は、例えば、超音波プローブ１０のプローブ表面から最も近い血管エリアを穿刺対象の血管とする。

なお、解析機能１６４は、ドプラ画像データ１８４を用いて血管エリアを抽出することに代えて（または加えて）、Ｂモード画像データ１８２を用いて血管エリアを抽出してもよい。図４は、ディスプレイ１５０に表示されるＢモード画像ＩＭ１の一例を示す図である。図４の例では、画像ＩＭ１のＲＯＩ内に２本の血管Ｖ２、Ｖ３に相当する部分が含まれている。Ｂモード画像データを用いて血管エリアを抽出する場合、解析機能１６４は、例えば、スキャン領域の中央に位置するＮ本の超音波走査線上の輝度値を取得する。次に、解析機能１６４は、取得したＮ本の超音波走査線上の輝度値の加算平均を算出し、加算平均した輝度値に基づいて血管エリアを抽出する。

図５は、加算平均された輝度値に基づいて血管エリアを抽出することについて説明するための図である。図５の例では、図４に示す画像ＩＭ１の走査線Ｌ１に対する輝度分布の一例を示す図である。図５に示すように、血管壁部分における輝度値は、他の部位の輝度値よりも高く、血管内の輝度値は、他の部位の輝度値よりも低くなる。したがって、解析機能１６４は、加算平均した輝度値において、高輝度から低輝度へ遷移するパターン、および低輝度から高輝度へ遷移するパターンを検出することで血管エリアを抽出する。

図５の例において、解析機能１６４は、輝度値が、予め決められた高輝度の閾値Ｌｈ以上から低輝度の閾値ＬＩ以下に連続的に遷移し、その後閾値ＬＩ以下から閾値Ｌｈ以上に連続的に遷移する場合に、高輝度値Ｌｈで挟まれる範囲を血管エリアとして抽出する。なお、解析機能１６４は、高輝度値Ｌｈで挟まれる範囲に代えて、低輝度値Ｌｌで挟まれる範囲、または高輝度値Ｌｈと低輝度値Ｌｌの平均値で挟まれる範囲を血管エリアとして抽出してもよい。図５の例において、解析機能１６４は、血管Ｖ２、Ｖ３に対応する血管エリア１、２を抽出すると共に、超音波プローブ１０のプローブ表面からの距離が最も近い血管エリア１に対応する血管を穿刺対象の血管として抽出する。また、解析機能１６４は、例えば、高輝度値Ｌｈで挟まれる範囲（区間）の中心の位置を血管Ｖ２の中心位置とし、体表から血管Ｖ２の中心位置までの距離（深さ）Ｄ２を導出する。

また、解析機能１６４は、導出された距離を時系列のドプラ画像データまたはＢモード画像データについて行い、距離Ｄ１またはＤ２の所定時間における分散値（時間経過に伴う分散値）を被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量として導出する。また、この場合の特徴量は、血管の位置の変化を示す特徴量と言い換えることができる。

また、解析機能１６４は、上述した距離Ｄ１、Ｄ２に代えて、Ｂモード画像データにおける輝度情報を取得し、その輝度情報の所定時間における分散値（時間経過に伴う分散値）を、被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量として導出してもよい。輝度情報とは、例えば、スキャン領域内の平均輝度でもよく、輝度の標準偏差でもよい。また、解析機能１６４は、超音波走査線上の位置ごとの輝度のヒストグラムを生成し、生成したヒストグラムにおける所定時間における変化量を、被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量として導出してもよい。なお、時間経過に伴う値の安定性を示すパラメータであれば、上述した分散値以外のパラメータであってもよい。

また、解析機能１６４は、Ｂモード画像のフレーム間の相関から移動ベクトルを導出し、導出した移動ベクトルの大きさを示す情報を被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量として導出してもよい。この場合、解析機能１６４は、例えば、Ｂモード画像に含まれる輝度情報の分布に基づいてＢモード画像に含まれる物体を特定し、時系列に連続するフレーム間における物体の移動方向または移動距離等に基づいて物体の移動ベクトルを導出し、導出した移動ベクトルの大きさを被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量として導出する。また、解析機能１６４は、所定時間における移動ベクトルの大きさや変化量を導出してもよい。

なお、上述した分散値や変化量を導出するための所定時間は、例えば、対象部位の位置や大きさ等によって可変に設定されてもよい。

以下、判定機能１６６における処理の詳細について説明する。判定機能１６６は、上述した解析機能１６４により解析された特徴量に基づいて超音波画像が安定しているか否かを判定する。例えば、判定機能１６６は、第１判定パターンとして、体表から血管中心位置までの距離Ｄ１またはＤ２の分散値が特徴量に含まれている場合に、その分散値が第２閾値ＴＨ２以上である場合に超音波画像が安定していないと判定し、第２閾値ＴＨ２未満である場合に超音波画像が安定していると判定する。

また、判定機能１６６は、第２判定パターンとして、Ｂモード画像データから取得した輝度情報の所定時間における分散値が特徴量に含まれている場合には、その分散値が第３閾値ＴＨ３以上である場合に超音波画像が安定していないと判定し、第３閾値ＴＨ３未満である場合に超音波画像が安定していると判定する。

また、判定機能１６６は、第３の判定パターンとして、Ｂモード画像のフレーム間の移動ベクトルの大きさを示す情報が特徴量に含まれている場合に、その移動ベクトルの大きさが第４閾値ＴＨ４以上である場合に超音波画像が安定してないと判定し、第４閾値ＴＨ４未満である場合に超音波画像が安定していると判定する。

なお、判定機能１６６は、上述した第１〜第３の判定パターンのうち少なくとも一つの判定を行う。この場合、判定機能１６６は、特徴量に含まれる内容に基づいて判定パターンを決定してもよく、操作者からの指示や穿刺対象部位の種類等に応じて判定パターンを決定してもよい。また、判定機能１６６は、例えば、穿刺対象部位によって第２閾値ＴＨ２〜第４閾値ＴＨ４の値を変更してもよい。例えば、穿刺対象部位が心臓付近の血管や、径が太い血管は、他の血管と比較して動き易い。そのため、穿刺対象部位が心臓付近（心臓から所定距離以内）の血管や、径が所定値以上の血管である場合には第２閾値ＴＨ２〜第４閾値ＴＨ４を大きくすることで、多少の動きが生じている場合であっても超音波画像が安定していると判定することができる。

以下、表示制御機能１７０における処理の詳細について説明する。表示制御機能１７０は、画像生成機能１６８において生成された画像をディスプレイ１５０に出力させる。例えば、表示制御機能１７０は、取得機能１６２により取得された超音波画像（時系列のＢモード画像およびドプラ画像の少なくとも一方）に基づいて得られた特徴量を用いて、ディスプレイ１５０に表示させるドプラ画像の表示状態を変更する。

例えば、表示制御機能１７０は、判定機能１６６によって、取得機能１６２により取得された超音波画像が安定していないと判定された場合、対象血管に穿刺針を刺す前の状態（すなわち、超音波プローブ１０を移動させている状態）であるため、表示制御機能１７０は、Ｂモード画像にドプラ画像を重畳した表示態様で、表示用画像をディスプレイ１５０に表示させる。図６は、Ｂモード画像にドプラ画像を重畳した表示用画像ＩＭ２の一例を示す図である。実施形態における表示用画像のレイアウトや表示内容についてはこれに限定されない。以降の表示用画像についても同様とする。画像ＩＭ２に対応するスキャン領域には、血管Ｖ１０およびＶ１１に相当する部分が含まれているものとする。

画像ＩＭ２には、例えば、解析情報表示領域Ａ１１と、表示用画像表示領域Ａ１２とが含まれる。解析情報表示領域Ａ１１には、例えば、体表から穿刺対象の血管Ｖ１０の中心位置までの距離を示す情報が表示される。また、解析情報表示領域Ａ１１には、解析機能１６４により解析された被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量の情報が表示されてもよい。表示用画像表示領域Ａ１２には、例えば、Ｂモード画像ＩＭ２１にドプラ画像ＩＭ２２，ＩＭ２３が重畳された画像が表示されている。また、表示用画像表示領域Ａ１２には、ＲＯＩの位置を示す情報や、血管Ｖ１０に相当する部分の中心位置を示す画像が表示されてもよい。

図６に示すように、ドプラ画像は、Ｂモード画像のＲＯＩ内に含まれる血管エリアに対応づけられて重畳されるため、操作者等に血管の領域を識別し易くすることができると共に、対象の血管がＢモード画像の中心付近に位置づくように超音波プローブ１０を移動させ易くすることができる。また、穿刺以外の用途における画像の表示においては、超音波プローブ１０が静止している場合であってもドプラ画像を表示させることができる。

一方、判定機能１６６によって、取得機能１６２により取得された超音波画像が安定していると判定された場合、表示制御機能１７０は、ドプラ画像の表示状態を変更した表示態様で、表示用画像を画像生成機能１６８に生成させ、生成させた画像をディスプレイ１５０に表示させる。ドプラ画像の表示状態を変更させるとは、例えば、ドプラ画像の視認性を低下させることである。画像の視認性を低下させるとは、例えば、画像を非表示にすることである。

図７は、ドプラ画像の表示状態を変更した表示用画像ＩＭ３の一例を示す図である。図７に示す表示用画像ＩＭ３は、図６に示す表示用画像ＩＭ２と比較して、ドプラ画像ＩＭ２２，ＩＭ２３が非表示になっている。これにより、穿刺対象の血管Ｖ１０の中央に、穿刺針を穿刺する場合に、ドプラ画像ＩＭ２２によって穿刺針や針先の位置が見えにくくなることを抑制することができる。そのため、術者は、より正確に穿刺針の針先を血管中央に位置付けることができる。

また、表示制御機能１７０は、ドプラ画像ＩＭ２２、ＩＭ２３を非表示にするのに代えて、ドプラ画像ＩＭ２２、ＩＭ２３の透過度合を変更してもよい。この場合、表示制御機能１７０は、判定機能１６６により超音波画像が安定していると判定された場合に、超音波画像が安定していないと判定された場合のドプラ画像の透過率よりも透過率を大きくしたドプラ画像を重畳表示させる指示を画像生成機能１６８に出力する。なお、表示制御機能１７０は、透過率を変更する場合に、予め決められた透過率に変更してもよく、ドプラ画像ＩＭ２２の大きさや色に応じて透過率に変更してもよい。この場合の透過率は、例えば、ドプラ画像の視認性は低下するが、穿刺針を示す画像とドプラ画像とが重なって表示された場合でも術者等が両画像を視認できると推定される程度の透過率であればよい。このように、ドプラ画像の透過率を変更することで、穿刺中においてドプラ画像と穿刺針の両方を視認させることができる。

なお、表示制御機能１７０は、上述したドプラ画像の非表示または透過度合の変更を穿刺対象の血管Ｖ１０に対応するドプラ画像ＩＭ２２のみに行うように制御してもよい。これにより、画像内に複数の血管が存在する場合であっても、穿刺対象の血管をより術者に特定させ易くすることができる。

ここで、穿刺針の穿刺方法について図と用いて説明する。図８は、血管Ｖ１２の断面方向（図８のＹ軸方向）から見たときの血管Ｖ１２と穿刺針Ｓ１の穿刺方向との関係を示す図である。図９は、図８に示す血管Ｖ１２の断面方向と垂直な方向（Ｘ軸方向）から見たときの血管Ｖ１２と穿刺針Ｓ１の穿刺方向との関係を示す図である。例えば、超音波画像を用いた中心静脈穿刺では、図８、図９に示すように、超音波プローブ１０のプローブ表面から血管Ｖ１２の中心までの距離Ｄ３を基準に穿刺針Ｓ１の穿刺方向ＩＬ１を決定する例えば、図９に示すように、超音波プローブのプローブ表面の水平方向であって、血管Ｖ１２が延伸する方向（図９の−Ｙ軸方向）に距離Ｄ３と同一距離だけ離れた位置から、血管Ｖ１２に垂直な軸（図９のＺ軸）に対して角度θ１で穿刺針Ｓ１を体内に挿入血管Ｖ１２を穿刺する。角度θ１は、例えば４５度であるが、これに限定されるものではない。

次に、中心静脈穿刺を実施する際の超音波診断装置１００の動作について説明する。まず、操作者である術者は、患者を穿刺に適した体位に載置する。患者を載置すると、術者は、入力インタフェース１４０により超音波診断装置１００に対して本実施形態に係るプログラムの実行を指示する。超音波診断装置１００の処理回路１６０は、上記指示に従って、記憶回路１８０から本実施形態に係るプログラムを読み出し、読み出したプログラムを実行する。

術者は、超音波プローブ１０を移動しながら静脈のプレスキャンを実施し、穿刺対象の静脈を超音波画像の中心付近に位置付ける。プレスキャンは、Ｂモード画像データの収集するためのスキャンと、ドプラ画像データの収集するためのスキャンとを含む。Ｂモード画像データは、スキャン領域について収集され、ドプラ画像データは、スキャン領域内に設定されたＲＯＩについて収集される。超音波プローブ１０から患者へ送信された超音波は、患者の体内組織で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１０で受信される。超音波受信回路１１２は、超音波プローブ１０が受信した反射波信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成する。信号処理回路１２０は、超音波受信回路１１２から受け取った受信信号に基づき、Ｂモード画像データおよびドプラ画像データを生成し、生成したデータを処理回路１６０に出力する。

処理回路１６０は、信号処理回路１２０から入力したデータを用いた各種処理を実行する。図１０は、処理回路１６０により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１０の例において、処理回路１６０の取得機能１６２は、Ｂモード画像データおよびドプラ画像データを取得する（ステップＳ１００）。次に、解析機能１６４は、ドプラ画像データに基づいて、患者の体表から血管の中心位置までの距離（深さ）を導出する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理では、ドプラ画像データに代えて（または加えて）、Ｂモード画像データを用いて体表から血管の中心位置までの距離（深さ）を導出してもよい。

次に、画像生成機能１６８は、Ｂモード画像データに基づくＢモード画像と、ドプラ画像データに基づくドプラ画像を生成し、Ｂモード画像にドプラ画像を重畳した表示用画像データを生成する（ステップＳ１０４）。次に、表示制御機能１７０は、生成した表示用画像をディスプレイに表示させる（ステップＳ１０６）。

次に、解析機能１６４は、被検体に対する超音波プローブ１０の動きを示す特徴量を解析する（ステップＳ１０８）。次に、判定機能１６６は、解析された特徴量等に基づいて超音波画像が安定しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。超音波画像が安定していると判定された場合、ドプラ画像の表示状態を変更する（ステップＳ１１２）。

ステップＳ１１２の処理が終了後、または、ステップＳ１１０の処理において超音波画像が安定していないと判定された場合、Ｂモード画像に重畳されるドプラ画像の表示状態は継続される。その後、処理回路１６０は、入力インタフェース１４０により終了指示を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１１４）。終了指示を受け付けていないと判定された場合、ステップＳ１００の処理に戻る。また、終了指示を受け付けたと判定された場合、本フローチャートの処理は終了する。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、被検体内のスキャン領域に超音波を送信し被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得する取得機能１６２と、取得機能１６２により取得されたＢモード画像に重畳させてドプラ画像をディスプレイ１５０に表示させる表示制御機能１７０とを持ち、表示制御機能１７０は、取得機能１６２により取得された時系列のＢモード画像およびドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、ディスプレイ１５０に表示させるドプラ画像の表示状態を変更することにより、穿刺中における超音波画像を適切な表示態様で表示させることができる。

また、少なくとも１つの実施形態によれば、例えば、超音波画像を表示して中心静脈穿刺術を支援する場合において、超音波プローブ１０を移動させて穿刺対象の血管を探す段階においては、Ｂモード画像にドプラ画像を重畳して表示させることで、血管の位置を術者等に把握させ易くして、容易に超音波プローブの位置を調整することができる。更に、血管に穿刺針を刺す段階においては、ドプラ画像が非表示またはドプラ画像の透過度合が調整されるため、画像に含まれる血管内の穿刺針の視認性を落とすことなく、穿刺針を血管の中心位置に位置付け易くすることができる。少なくとも１つの実施形態によれば、穿刺中で術者の両手が塞がっている状態であってもドプラ画像の表示、非表示の切り替えを行うことができるため、術者等の作業負担を軽減することができる。

なお、本実施形態の処理回路１６０は、入力インタフェース１４０により入力された操作者の操作内容（例えば穿刺モード等の動作モードの選択操作）に基づいて、超音波診断装置１００における動作モードを判定し、第１動作モード（例えば穿刺モード）の場合には上述の表示制御を行い、第２動作モード（例えば穿刺モード以外のモード）であれば上述の表示制御は行わない等の制御を行ってもよい。これにより、動作モードに基づいてドプラ画像の表示状態を変更することができるため、例えば、穿刺以外の用途で超音波画像を表示させる場合に、超音波プローブ１０が静止している状態（つまり、超音波画像が安定している状態）であってもドプラ画像をＢモード画像に重畳表示させることができる。したがって、用途に応じて超音波画像をより適切な表示態様で表示させることができる。

上記説明したいずれかの実施形態は、以下のように表現することができる。
プログラムを格納するストレージと、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムを実行することにより、
被検体内のスキャン領域に超音波を送信し前記被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、前記スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得し、
取得した前記Ｂモード画像に重畳させて前記ドプラ画像を表示部に表示させ、
取得された時系列の前記Ｂモード画像および前記ドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の表示状態を変更する、
ように構成されている、超音波診断装置。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…超音波診断システム、１０…超音波プローブ、２０…外部装置、１００…超音波診断装置、１１０…超音波送信回路、１１２…超音波受信回路、１２０…信号処理回路、１３０…通信インタフェース、１４０…入力インタフェース、１５０…ディスプレイ、１６０…処理回路、１６２…取得機能、１６４…解析機能、１６６…判定機能、１６８…画像生成機能、１７０…表示制御機能、１８０…記憶回路

Claims (10)

1. 被検体内のスキャン領域に超音波を送信し前記被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、前記スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得する取得部と、
   前記取得部により取得された前記Ｂモード画像に重畳させて前記ドプラ画像を表示部に表示させる表示制御部と、を備え、
   前記表示制御部は、前記取得部により取得された時系列の前記Ｂモード画像および前記ドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の表示状態を変更する、
   超音波診断装置。
2. 前記表示制御部は、前記特徴量に基づいて前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の視認性を低下させる、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記表示制御部は、前記特徴量に基づいて前記表示部に表示させる前記ドプラ画像を非表示にする、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記表示制御部は、前記特徴量に基づいて前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の透過度合を変更する、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
5. 前記特徴量に基づいて、前記超音波を送信するプローブが安定しているか否かを判定する判定部を更に備え、
   前記表示制御部は、前記判定部により前記プローブが安定していると判定された場合に、前記プローブが安定していない場合よりも前記表示部に表示される前記ドプラ画像の視認性を低下させる、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
6. 前記特徴量は、前記Ｂモード画像または前記ドプラ画像に基づいて前記被検体の体表から前記スキャン領域に含まれる対象部位までの距離の時間経過に伴う分散値に基づいて導出される、
   請求項１から５のうち何れか１項に記載の超音波診断装置。
7. 前記対象部位は、前記被検体内の血管を含む、
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記特徴量は、前記Ｂモード画像から得られる輝度情報の時間経過に伴う分散値に基づいて導出される、
   請求項１から７のうち何れか１項に記載の超音波診断装置。
9. 前記特徴量は、前記Ｂモード画像のフレーム間の相関から導出された移動ベクトルの大きさを示す情報に基づいて導出される、
   請求項１から８のうち何れか１項に記載の超音波診断装置。
10. 超音波診断装置に、
    被検体内のスキャン領域に超音波を送信し前記被検体内で反射された反射波の信号強度が輝度の明るさで表現されたＢモード画像と、前記スキャン領域に含まれる関心領域のドプラ画像とを取得させ、
    取得された前記Ｂモード画像に重畳させて前記ドプラ画像を表示部に表示させ、
    取得された時系列の前記Ｂモード画像および前記ドプラ画像の少なくとも一方に基づいて得られた特徴量を用いて、前記表示部に表示させる前記ドプラ画像の表示状態を変更させる、
    プログラム。

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