JP3688562B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に関心領域内における血流動態を定量測定する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置を用いて、被検体内の関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）における挙動を観察することができる。例えば、設定したＲＯＩ内において血流を検出したり、血流速度、血流量を計測することが行われている。
【０００３】
特に、この血流の観察に関しては、血流に比較して反射強度が大きいコントラスト剤を血流中に注入して、心腔内や心筋組織内の血流からの超音波のエコーを増強させるコントラストエコー法が開発され、これにより心筋灌流動態などが研究されている。この研究においては、操作者が動画像を観察しながらＲＯＩを設定し、例えば、そのＲＯＩ内でのエコー強度積算値の時間的変化（時間−輝度曲線、又はTime-Intensity曲線）が計測され、画面表示される。また、エコー強度がピークとなるタイミングと、例えば当該ピークの１／２となるタイミングとの時間間隔をコントラスト剤の洗い出し時間（Wash-out time）と定義し、血流動態を示す指標の一つとして測定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、ＲＯＩの位置を、操作者が測定開始時に手動で設定していた。例えば、操作者は超音波断層画像の表示に基づいて、心壁に対して所定の位置にＲＯＩを設定する。このＲＯＩは、計測中においては、探触子との位置関係が固定されていた。
【０００５】
しかし、心筋のように比較的動きの大きい組織は、設定されたＲＯＩの範囲を越えて運動することがある。従って、例えば、操作者がＲＯＩを関心のある組織のみを含むように設定しても、その後の計測においてはＲＯＩが関心のある組織の周囲の他の組織をも含むことが起こりうる。そのため、ＲＯＩ内のエコー強度は、操作者の意図に反して、必ずしも同一組織からの反射信号のみによるものではないということが起こる。このように、従来の計測中において空間的に固定されたＲＯＩは、計測される指標に誤差を生じる原因となり、定量的評価の信頼性を損なうおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、計測中においても、操作者が意図したＲＯＩが設定される超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームの送受波を行って、被検体を走査する送受波手段と、前記被検体からのエコー信号に基づいて、被検体組織の境界の位置を検出し追跡する境界追跡手段と、前記境界の位置の移動に応じて、走査範囲上に設定される関心領域の位置又は形状を変更する関心領域変更手段とを有するものである。
【０００８】
本発明によれば、境界追跡手段は、例えばエコー信号の振幅や位相の変化に基づいて、互いに隣接する２つの被検体組織の間の境界の位置を検出すると共に、移動し得る当該境界をトラッキングする。関心領域は、当初においては操作者が例えば、超音波画像を見ながらその所望の位置に設定する。関心領域変更手段は、境界が移動すると、それに応じて、操作者が設定した関心領域の位置や形状を変える。これにより、例えば、境界に対する関心領域の位置関係を一定に保つことができる。
【０００９】
本発明に係る超音波診断装置においては、前記境界追跡手段が、前記関心領域に向いた複数の超音波ビームの各軸線上にて前記被検体組織の境界の位置を検出する位置検出手段と、前記各軸線上の前記境界の位置に基づいて、前記被検体組織の形状を追跡する形状追跡手段とを有し、前記関心領域変更手段が、前記被検体組織の形状変化に追従させて、前記関心領域の位置又は形状を変更することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、境界追跡手段の位置検出手段は、各超音波ビームのエコー信号に基づいて、各超音波ビームの軸線それぞれの上での境界の位置を検出する。それら複数の軸線それぞれの上での境界の位置を追跡することにより被検体組織間の境界線又は境界面がトラッキングされ、これにより形状追跡手段は、当該境界線又は境界面により特定される被検体組織の形状をトラッキングする。
【００１１】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームの送受波を行って、被検体を走査する送受波手段と、前記被検体からのエコー信号に基づいて、前記被検体の心筋組織の形状を検出し追跡する心筋形状追跡手段と、前記心筋組織の形状変化に追従させて、走査範囲上に設定される関心領域の位置又は形状を変更する関心領域変更手段とを有するものである。
【００１２】
本発明によれば、心筋形状追跡手段が、被検体内において心筋組織により占められる領域の形状の時間的変化をトラッキングする。関心領域変更手段は、心筋組織の形状の変化に追従させて、関心領域の位置又は形状を変更する。これにより、心筋組織が被検体内で動いても、関心領域が例えば、心筋組織を安定に捕捉している状態や、また安定して心腔内を捕捉している状態を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る超音波診断装置においては、前記関心領域変更手段は、前記境界が検出される所定の被検体組織が占める領域内に、前記関心領域を配置することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、被検体組織が移動したり、形状が変化しても、関心領域は計測対象とする所定の被検体組織のみを含むようにトラッキングされる。
【００１５】
本発明に係る超音波診断装置は、前記エコー信号を前記関心領域内にて積分してエコー強度を計測するエコー強度計測手段を有し、前記関心領域変更手段が、前記エコー強度の計測の目的領域内に前記関心領域を配置することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、関心領域がエコー強度の計測の目的領域内に常時存在するようにトラッキングが行われる。すなわち、被検体組織が運動しても、関心領域に計測目的領域外の領域が含まれることが回避され、エコー強度の測定精度が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略のブロック図である。図１において、プローブ１０は、超音波パルスの送波及びエコーの受波を行う超音波探触子である。このプローブ１０は振動子アレイを有しており、その振動子アレイの電子走査によって超音波ビームが電子的に走査される。その電子走査方式としては例えば電子リニア走査や電子セクタ走査などを挙げることができる。
【００１９】
送信ビームフォーマー１２はシステム制御部１４による制御に従って、振動子アレイの各チャネルごとに遅延された送信パルスをプローブ１０へ出力する。振動子ごとの遅延量は、送波される超音波がビームを形成するように、また、送波ビームの方向に応じて制御される。操作者は、操作パネル１６から例えば、超音波ビームの集束点や送信パワー等の各種条件を操作・変更することができる。
【００２０】
プローブ１０は、送信ビームフォーマー１２により駆動されて、被検体へ超音波ビームを送波すると共に、被検体からのそのエコーを受波する。プローブ１０は、振動子アレイの各チャネルごとに、受信信号を受信ビームフォーマー２０へ出力する。受信ビームフォーマー２０は、チャネル間の受信信号の位相差を調整して互いに加算する整相加算処理を行って受信ビームを形成する。
【００２１】
この受信ビームフォーマー２０の出力は、各種受信信号処理回路にて利用される。エコートラッキング処理部３０は、受信信号に基づいて受信ビーム上に現れる特徴点を抽出する。エコートラッキング処理部３０は、この特徴点の検出を各ビームごと、またはフレームごとに行って、当該特徴点の移動を追跡する。例えば、心臓の場合、心筋組織と心臓内部の血流部分とではエコー信号の強度（振幅）に大きな差があるので、エコー信号に対する閾値を設定することによって、これら２つの部分の境界である心筋内膜位置を特徴点として検知することができる。フレーム間での特徴点の変位量は限定されるので、例えば、あるフレームでの特徴点の位置を基準とした位置に、適当な幅に限定された探索範囲を設け、この探索範囲内にて次フレームにおける特徴点を探索することにより、同一の特徴点のフレーム間での移動をトラッキングすることができる。エコートラッキング処理部３０は、被検体組織の特徴点をトラッキングし、組織変位情報を出力する。
【００２２】
白黒処理部３２は、エコー信号の強度を求める。このエコー信号強度のデータは、白黒のコントラストで表現される超音波画像、例えばＢモード画像等の断層画像の形成に利用される。
【００２３】
カラードプラ処理部３４は、受信信号を直交検波して複素信号を生成し、さらに自己相関処理を行って、カラードプラ画像形成のためのデータを生成し出力する。
【００２４】
スペクトルドプラ処理部３６は、受信信号を直交検波して得られた複素信号に基づいて周波数解析を行い、スペクトラム表示のためのデータを生成し出力する。
【００２５】
これらエコートラッキング処理部３０、白黒処理部３２、カラードプラ処理部３４、スペクトルドプラ処理部３６の出力はスキャンコンバータ４０に入力され、超音波ビームに沿った受信信号から、表示器の走査方式に対応した信号への変換が行われる。
【００２６】
はみ出しＲＯＩ防止処理部４２は、エコートラッキング処理部３０の出力と白黒処理部３２の出力とを入力され、オフセットトラッキング位置情報を出力する。このオフセットトラッキング位置は、被検体内での被検体組織の運動に追随してＲＯＩの位置や形状を変更するための情報であり、関心のない部分にまでＲＯＩがはみ出して設定されることを防止するために利用される。そのより詳細な処理及び構成に関しては後述する。
【００２７】
グラフィック処理部４４は、スキャンコンバータ４０に格納された各種受信信号処理回路からの出力データ及び、はみ出しＲＯＩ防止処理部４２からのオフセットトラッキング位置情報が入力され、表示器４６上に表示するための画像を合成し、当該画像のビデオ信号を表示器４６へ出力する。
【００２８】
図２は、はみ出し防止ＲＯＩ処理部の概略のブロック図であり、図３は、エコートラッキング、はみ出し防止処理及びＲＯＩの設定を説明する模式図である。本装置におけるＲＯＩは操作者により初期設定され、以降、関心のある被検体組織の運動に追随して自動設定される。ＲＯＩの初期設定は、操作者が表示器４６に表示されるＢモード画像を見ながら、操作パネルを介して画面上にて設定することにより行われる。ここでは、心筋にＲＯＩを設定する場合を例に説明する。図３においては、点線で示す心筋６０の領域内に矩形のＲＯＩ６２が初期設定される。矩形は、その一対の辺が超音波ビームに直交するように配置される。
【００２９】
エコートラッキング処理部３０は、ＲＯＩの中心を通る超音波ビームＣ上で、例えば心筋内膜位置Ｔ_Cをフレームごとに検出し、その深さ、すなわちプローブ１０からの距離ＯＴ_Cをトラッキング位置の座標Ｌ_trとして出力する。
【００３０】
心筋組織は被検体内にて運動しており、図３にはある時刻における心筋７０が示されている。この心筋７０の配置に対して、エコートラッキング処理部３０は心筋内膜位置Ｔ_Cを検出し、Ｌ_trを出力する。単純にこのＬ_trを基準としてＲＯＩを超音波ビームＣの軸線に沿って移動させると、矩形の超音波ビームＣに直交する一辺が点Ｔ_Cを通る矩形領域Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄がＲＯＩとして設定されることになる。しかし、この矩形領域Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄は、図３に示すように心筋７０だけでなく心腔内部へはみ出した領域７２をも含む場合がある。本装置はＲＯＩ内での被検体組織のエコー強度を積算し計測することができる。よって、ＲＯＩが関心のある被検体組織以外の部分を含むことは好ましくない。はみ出しＲＯＩ防止処理部４２は、このようなはみ出し領域７２を生じないようにＲＯＩを設定するための情報として、オフセットトラッキング位置Ｌ_Oを生成する。
【００３１】
はみ出しＲＯＩ防止処理部４２には、エコートラッキング処理部３０から超音波ビームＣの軸線上での心筋内側境界のトラッキング位置Ｌ_trが入力されると共に、超音波ビームＲ，Ｌ上での検波信号を白黒処理部３２から取得する。この超音波ビームＲ，ＬはそれぞれＲＯＩの両端部を通るものである。
【００３２】
図２に示すように、超音波ビームＲ，Ｌの検波信号はそれぞれ閾値処理部８０，８２に入力される。閾値処理部８０，８２は、心筋組織と血流部分とのエコー信号の中間レベルを閾値に設定され、検波信号を２値化処理して心筋内膜位置Ｔ_R，Ｔ_Lを検知し、それぞれのプローブ１０からの距離Ｌ_R，Ｌ_Lを出力する。位置比較器８４は、閾値処理部８０からＬ_R、また閾値処理部８２からＬ_Lを入力され、それらを比較して、いずれか大きい値を出力値Ｌとする。
【００３３】
位置オフセット計算部８６は、位置比較器８４の出力値Ｌとトラッキング位置Ｌ_trとを比較する。Ｌ＞Ｌ_trの場合には、矩形領域Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄の前端の境界線Ｐ₁Ｐ₂より（Ｌ−Ｌ_tr）だけ深い位置まで、はみ出し領域７２が達していることになる。そこで、本装置では、この場合にはＲＯＩの前端境界をＰ₁Ｐ₂より（Ｌ−Ｌ_tr）だけ深い位置の境界線Ｐ₁'Ｐ₂'まで後退させる。一方、Ｌ≦Ｌ_trの場合には、矩形領域Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄には、はみ出し領域が生じていないと判断し、ＲＯＩの前端境界の後退は行わない。位置オフセット計算部８６は、この後退量を表すオフセットトラッキング位置Ｌ_Oを出力する。すなわち、位置オフセット計算部８６はＬ＞Ｌ_trの場合には、Ｌ_O＝Ｌ−Ｌ_trを計算して出力し、またＬ≦Ｌ_trの場合には、Ｌ_O＝０を出力する。このＬ_Oがはみ出しＲＯＩ防止処理部４２からグラフィック処理部４４へ渡される。
【００３４】
図４は、グラフィック処理部４４の概略のブロック図である。グラフィック処理部４４は、フレームメモリ９０、波形メモリ９２を備える。フレームメモリ９０は、白黒処理部３２が出力するエコー信号、カラードプラ処理部３４が生成したカラードプラ情報、及びスペクトルドプラ処理部３６が生成したスペクトルドプラ情報をそれぞれスキャンコンバータ４０から読み出して格納する。一方、波形メモリ９２は、エコートラッキング処理部３０が生成した被検体組織の変位データをスキャンコンバータ４０から読み出して格納する。
【００３５】
ＲＯＩ発生部９４は、はみ出しＲＯＩ防止処理部４２からオフセットトラッキング位置Ｌ_Oを入力され、そのＬ_Oの値に応じた前端境界を有するＲＯＩを設定する。具体的には、図３に示すようなＬ_O＞０である場合には、トラッキング位置Ｔ_trに基づいて設定される基本のＲＯＩ形状Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄よりも前端境界が後退され面積が縮小された矩形領域Ｐ₁'Ｐ₂'Ｐ₃Ｐ₄をＲＯＩとして設定する。これにより、ＲＯＩの全体が心筋組織内に内包される。一方、Ｌ_O＝０の場合には、基本のＲＯＩ形状Ｐ₁Ｐ₂Ｐ₃Ｐ₄がＲＯＩとして設定される。
【００３６】
エコー強度積算処理部９６は、設定されたＲＯＩの内部の各点におけるエコー強度をフレームメモリ９０から読み出して、それらを積算する。ビデオ信号処理部９８は、フレームメモリ９０に格納されたエコー信号情報、カラードプラ情報、スペクトルドプラ情報それぞれに基づく画像や波形メモリ９２から読み出した被検体組織の変位情報、及びエコー強度積算処理部９６から得られるＲＯＩ内でのエコー強度の積算値の時間変化のグラフのうち、操作者により指定されたものを合成して、その合成画像データを表示器４６に表示可能なビデオ信号として出力する。
【００３７】
図５は表示器４６における表示例を示す模式図である。この表示例では、画面の左側にセクタフォーマットのＢモード断層画像１００が表示され、右上部分にはＲＯＩにおけるエコー強度の積算値の時間変化のグラフ（時間−輝度曲線１０２）が表示される。ここでは、血液にコントラスト剤を注入して、ＲＯＩが設定された被検体組織におけるエコー強度が観察される。そのエコー強度の時間変化の最大値、平均値等の数値データの一覧１０４が画面の右下部分に表示される。その数値データの一つとして、コントラスト剤の洗い出し時間（Wash-out time）が表示される。ここで、はみ出し処理に応じてＲＯＩの面積は異なる。そのため、エコー強度に関するデータに対しては、このＲＯＩの面積の違いを規格化する処理を施すのが好適である。
【００３８】
Ｂモード断層画像１００には、ＲＯＩ１０６の形状、配置を併せて表示させることができる。またＢモード断層画像１００にカラードプラ画像をマッピングするように構成してもよい。
【００３９】
ＲＯＩは図５に示すように超音波ビームの同一軸線が心筋組織と２箇所で交差する場合には両方に設定して、例えばそれぞれのＲＯＩに対して時間−輝度曲線を計測してもよい。
【００４０】
また上述の構成では、ＲＯＩの設定の基準点となるエコートラッキング位置Ｔ_trとして心筋内膜位置を選択した。しかしエコートラッキング位置として、心筋外膜位置を採用することもでき、ＲＯＩが心筋外膜より外側にはみ出す場合には、オフセットトラッキング位置を調節して、はみ出し防止処理を行うことができる。る。
【００４１】
なお、上述のはみ出し防止処理では、オフセットトラッキング位置に応じてＲＯＩのビーム方向の幅を縮小する処理を行ったが、ＲＯＩの大きさは一定のまま単にオフセットトラッキング位置までシフトさせる処理とすることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、操作者が計測を行おうとする被検体組織に設定したＲＯＩが、その後の被検体組織の運動に自動的に追従する。そのため、操作者が設定を行った当初のみならず、その後の計測においてもＲＯＩが好適に設定され、目的とする計測が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略のブロック図である。
【図２】 はみ出し防止ＲＯＩ処理部の概略のブロック図である。
【図３】 エコートラッキング、はみ出し防止処理及びＲＯＩの設定を説明する模式図である。
【図４】 グラフィック処理部の概略のブロック図である。
【図５】 表示器における表示例を示す模式図である。
【符号の説明】
１２ 送信ビームフォーマー、１４ システム制御部、１６ 操作パネル、２０ 受信ビームフォーマー、３０ エコートラッキング処理部、３２ 白黒処理部、３４ カラードプラ処理部、３６ スペクトルドプラ処理部、４０ スキャンコンバータ、４２ はみ出しＲＯＩ防止処理部、４４ グラフィック処理部、４６ 表示器、８０，８２ 閾値処理部、８４ 位置比較器、８６ 位置オフセット計算部、９４ ＲＯＩ発生部、９６ エコー強度積算処理部、９８ ビデオ信号処理部。

Claims (5)

1. 超音波ビームの送受波を行って、被検体を走査する送受波手段と、
   前記被検体からのエコー信号に基づいて、被検体組織の境界の位置を検出し追跡する境界追跡手段と、
   前記境界の位置の移動に応じて、走査範囲上に設定される関心領域の位置又は形状を変更する関心領域変更手段と、
   を有し、
   前記関心領域変更手段は、前記関心領域の端部を通る超音波ビームから得られる前記境界の位置に基づいて、前記関心領域を、前記被検体組織内に内包されるように設定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記境界追跡手段は、
   前記関心領域に向いた複数の超音波ビームの各軸線上にて前記被検体組織の境界の位置を検出する位置検出手段と、
   前記各軸線上の前記境界の位置に基づいて、前記被検体組織の形状を追跡する形状追跡手段と、を有し、
   前記関心領域変更手段は、前記被検体組織の形状変化に追従させて、前記関心領域の位置又は形状を変更すること、
   を特徴とする超音波診断装置。
3. 超音波ビームの送受波を行って、被検体を走査する送受波手段と、
   前記被検体からのエコー信号に基づいて、前記被検体の心筋組織の形状を検出し追跡する心筋形状追跡手段と、
   前記心筋組織の形状変化に追従させて、走査範囲上に設定される関心領域の位置又は形状を変更する関心領域変更手段と、
   を有し、
   前記関心領域変更手段は、前記関心領域の端部を通る超音波ビームから得られる前記心筋組織の境界の位置に基づいて、前記関心領域を、前記心筋組織内に内包されるように設定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記関心領域変更手段は、矩形領域である前記関心領域の両端部を通る超音波ビームから得られる前記境界の位置に基づいて、前記関心領域の前端境界を移動させることによって、前記関心領域を、前記被検体組織内に内包されるように設定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記エコー信号を前記関心領域内にて積分してエコー強度を計測するエコー強度計測手段を有すること、
   を特徴とする超音波診断装置。

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