JP4217542B2

JP4217542B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4217542B2
Application number: JP2003158612A
Authority: JP
Inventors: 昌人安藤; 義光山崎; 正男伊藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004357876A

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、更に詳しくは、血管の内膜中膜複合体厚を測定するための超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動脈硬化は狭心症・心筋梗塞等の心疾患や脳梗塞等の原因となるため、定期的に検査を行うことが望ましい。動脈硬化とは、外膜・中膜・内膜の３層から成る動脈の血管壁のうち、内膜及び中膜が肥厚し、硬くなるものである。通常、動脈硬化の診断は、頸動脈血管の内膜中膜複合体厚(Intima-Media Thickness、以下、"IMT"という。)を測定することにより行われる。ここで、頸動脈を測定対象とするのは、他の部位と比較して頸動脈のIMT値が動脈硬化の初期の段階から大きくなることにより動脈硬化の発見が容易であるため、及び頸動脈の皮膚からの深さが２〜３cmと浅いことにより測定が容易であるためである。
【０００３】
従来より、IMT値の測定は、頸動脈を超音波診断装置により撮影し、得られた超音波画像を分析することにより行われている。具体的には、測定者である医師又は技師が表示装置の画面上又は印刷した画像上にノギス等を当ててIMT値を求めている。しかし、このような方法では測定に時間を要するだけでなく、測定精度が測定者の熟練度に依存するという問題がある。動脈硬化の判定を行うためには、IMT値の測定には0.1mmの精度が要求されるが、測定者の技術が未熟である場合にはこの精度で測定を行うことは困難である。
【０００４】
このような問題を解決するために、本願発明者の一部は特許文献１において、画像データの輝度値からIMT値を測定する超音波診断方法及び装置を提案している。これにより、測定時間を短縮すると共に、測定者の熟練度に頼ることなく必要な測定精度を得ることができるようになった。
【０００５】
【特許文献１】
特許2889568号公報（[0033]〜[0037], 図6）
【０００６】
特許文献１に記載の超音波診断装置においては、具体的には、以下のような操作によりIMT値が得られる。まず、測定者は被検者の頸部の所定の位置に超音波プローブを当てる。超音波プローブには数十個の超音波素子が一列に配列されており、測定を開始すると、各超音波素子から順次超音波が送波される。送波された超音波は体内で反射され、この反射超音波が超音波素子により受波される。この送波と受波との時間差に基づき、頸動脈周辺の超音波画像を得る。この超音波画像は所定の周期毎に更新され、動画として表示される。
【０００７】
この超音波画像は、測定者が所定の操作を行うことにより、その瞬間の画像に固定(フリーズ)される。フリーズされた画像中の血管壁を含む領域が測定者により指定されると、超音波診断装置は、画像表示のためにメモリに記憶された画像データ(輝度値)から、前記領域中の内膜の内壁位置と外膜の内壁位置を検出し、両者の間隔をIMT値として算出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
IMT値測定のために取得された血管周辺の超音波画像には、多重エコーや、主方向以外に放射される超音波によるサイドローブ等を原因として、本来の反射超音波以外による信号(アーティファクト)が混入することがある。このアーティファクトは特に、血流内において顕著に表れる。これは、１本の血管の超音波プローブに近い側の血管壁と遠い側の血管壁との間で超音波が繰り返し反射されることにより血管内に多重エコーが生じることや、血管壁以外の位置での反射では無視できる程小さいサイドローブの影響が、輝度値の高い血管壁付近では無視できなくなること等による。この場合、アーティファクトにより、本来の内壁以外の位置が誤って内壁として検出され、正しいIMT値が得られないことがある。
【０００９】
このような誤りを防止するために、従来、IMT値算出前に、測定者は表示された超音波画像を見て、アーティファクトによるノイズを画像から除いたり、検出した内壁の位置を超音波画像上にトレースさせて正しい検出が行われているかどうかを確認する必要があった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、測定者の手を煩わせることなく自動的にアーティファクトの影響を排除して、高い精度でIMT値を算出する等の体内観察を行うことができる超音波診断装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために成された本発明に係る超音波診断装置は、
a)超音波が血流に反射されることにより周波数が変化するドプラ効果により血流の領域を検出する血流領域検出手段と、
b)前記血流領域に基づいて、観察除外領域を決定する観察除外領域決定手段と、
c) 前記観察除外領域を拡大又は縮小する観察除外領域調整手段と、
d) 前記観察除外領域調整手段により調整された観察除外領域を除く領域を基に血管の内膜中膜複合体厚を測定する内膜中膜複合体厚測定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波診断装置においては、超音波プローブにより被検者の体内から取得された反射超音波に基づいて体内の超音波画像を得たり、IMT値を算出するといった所定の体内観察が行われる。
【００１３】
血流領域検出手段は、以下に述べるドプラ効果を利用した方法により、反射超音波から血管内の血流を検出する。
被検者の体内に入射した超音波が血管や筋肉等の動きの遅いもので反射された場合には、反射超音波の周波数は入射超音波の周波数からほとんど変化しない。一方、血管内を流れる血液で反射された場合には、反射超音波の周波数はドプラ効果により、入射超音波の周波数から血流の速さに応じた変化をする。この周波数変化を検出することにより、血流の領域を検出することができる。なお、超音波の体内への入射角度と血流の方向が直交する場合には反射超音波に対するドプラ効果が生じないため、血流に対して斜めに超音波が入射するように超音波プローブを設定する。
【００１４】
観察除外領域決定手段は、前記血流領域から、IMT値測定等の体内観察の対象から除外する領域を決定する。ここで、観察除外領域は、通常は血流領域と同一の領域としてよい。しかし、血流領域とその他の領域との境界付近に観察対象となるものが存在する可能性がある場合には、血流領域からその境界付近の領域を所定の範囲だけ除外して観察除外領域を決定し、血流領域の縁の部分の所定の範囲が観察対象に含まれるようにする。観察除外領域から除外する領域は、例えば、所定の長さで指定したり、血流領域のうちの所定の割合等により指定する。また、境界付近のアーティファクトの影響をより確実に排除する等のために、逆に観察除外領域を血流領域よりも拡大してもよい。
【００１５】
体内観察手段は、観察除外領域以外の領域に対して、IMT値測定等の所定の体内観察を行う。前記のように設定された観察除外領域は観察対象とはならないため、観察除外領域にアーティファクトが存在しても、その影響を受けることがない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、血管内の血流の領域の少なくとも一部を観察対象外とすることができるため、超音波画像の中で特に血流内に現れやすいアーティファクトの影響を排除して高精度に体内観察を行うことができる。これは特に、IMT値測定において内膜及び外膜の内壁を検出する際に好適に用いることができる。
【００１７】
【実施例】
図１に、本発明に係る超音波診断装置の一実施例のブロック図を示す。超音波プローブ１１は、周波数5〜15MHzのうち所望の発信超音波を被検者の体内に送波すると共に、被検者の体内で反射された超音波を受波して電気信号に変換するものである。超音波送受信部１２は超音波プローブによる超音波の送受波を制御する。超音波信号処理部１３は、超音波プローブ１１が出力する反射超音波の前記電気信号を画像データに変換し、更に後述のように画像データに対する所定の処理を行う。血流検出部１４は、反射超音波の前記電気信号に基づき、後述のように画像中の血流の領域を検出する。表示処理部１５は、超音波信号処理部１３及び血流検出部１４の出力に基づき、モニタ１６に血流領域の情報を付加した超音波画像を表示させるための処理を行う。また、表示処理部１５は、画像表示のためのデータを記憶するメモリを有する。
【００１８】
解析除外領域決定部１７及び解析部１８はIMT値測定等の観察目的に応じた所定の動作を行い、制御部１９はそれら各部の動作を制御する。入力部２０は、マウスやトラックボール等のポインティングデバイスやキーボード等から成り、測定・解析条件や解析除外領域設定等の際に、測定者が各種条件等を入力するためのものである。
【００１９】
本実施例の超音波診断装置において、血流領域の情報を付加した超音波画像をモニタ１６に表示する動作について説明する。超音波プローブ１１が出力する反射超音波の電気信号は、超音波信号処理部１３及び血流検出部１４に出力される。超音波信号処理部１３では画像表示のための第１の信号処理が、血流検出部１４では血流検出のための第２の信号処理が、それぞれ以下のように行われる。
【００２０】
第１の信号処理では、超音波信号処理部１３が、まず前記電気信号を画像データに変換する。超音波信号処理部１３は、この画像データに対して更に整相加算、ゲイン調整、対数圧縮等、画像表示に適したデータ処理を行う。処理後のデータは超音波信号処理部１３から表示処理部１５に出力される。
【００２１】
第２の信号処理では、血流検出部１４は、前記電気信号に基づき、反射超音波の周波数と発信超音波の周波数とを比較する。反射超音波の周波数が発信超音波の周波数から所定値以上変化している場合、血流検出部１４はその反射超音波が反射された領域を血流領域として検出する。検出された血流領域のデータは表示処理部１５に出力される。
【００２２】
表示処理部１５は、超音波信号処理部１３から入力されたデータをモニタ１６に表示するための信号に変換すると共に、血流検出部１４から入力されたデータに基づき、血流領域が所定の色で塗りつぶされるように該信号を変換する。こうしてモニタ１６に表示された超音波画像により、測定者は一目で血流領域を認識することができる。この超音波画像は前記動画周期毎に更新され、動画を構成する。それと共に表示処理部１５は、画像表示用信号に血流領域データを付加して表示処理部１５のメモリに記憶させる。
【００２３】
以下、本実施例の超音波診断装置を用いて体内観察を行う際に用いられるデータ解析について、IMT値測定を行う場合を例に説明する。
まず、測定者は、入力部２０から所定の操作を行うことにより、モニタ１６の画面に動画として表示されている超音波画像をフリーズさせる。
【００２４】
次に、測定者は、表示された超音波画像から内膜中膜を含む範囲を解析対象として設定する。この設定は、制御部１９からの指示により表示処理部１５が画像内の初期位置に解析範囲指定枠２１を描画し、図２のように枠２１内に頸動脈の中膜２３及び内膜２４が含まれるように測定者が枠２１を移動、拡大等をすることにより行う。なお、図２において、符号２２は頸動脈の外膜を、符号２５は血流領域を、符号２７は頸動脈以外の部分を示す。
【００２５】
解析除外領域決定部１７は、表示処理部１５のメモリから、解析範囲指定枠２１内の領域の画像データを取得し、該画像データに付加された前記血流領域データに基づき、解析除外領域を決定する。表示処理部１５は解析除外領域を所定の色で塗りつぶす。解析除外領域は、血流領域全体とすることもできるし、血流領域の縁の部分を所定の範囲だけ除いた残りの部分とすることもできる。解析除外領域の設定は、予め又はフリーズ後に、測定者が血流領域の縁からの距離や血流領域全体に対する割合等のパラメータを入力部２０から入力することにより行うことができる。図３に、血流領域の縁から所定の距離以内にある領域を除いた残りの部分を解析除外領域２６に設定した例を示す。ここで、符号２８は解析除外領域から除かれる領域、即ち血流領域２５内にありながら解析対象となる領域を示す。
【００２６】
解析部１８は、表示処理部１５のメモリから、フリーズされた画像に対応する画像データを取得し、前記解析除外領域２６を除いた領域に対して、各画素の輝度値を求める。この輝度値から、内膜の内壁位置と外膜の内壁位置を検出し、これら２つの内壁の間隔をIMT値として算出する。この内壁位置の検出及びIMT値の算出には、従来より用いられる方法を用いる。
【００２７】
解析部１８は、IMT値及び内壁が検出された位置の情報を表示処理部１５に出力する。表示処理部１５は、モニタ１６にIMT値を表示すると共に、得られた２箇所の内壁の位置を超音波画像上に高輝度線表示(トレース表示)する。
【００２８】
本実施例の超音波診断装置において、IMT値測定後に表示される超音波画像の一例を図４に示す。また、比較のために、従来の超音波診断装置においてアーティファクトの影響により実際の内壁以外の位置を内壁として検出した場合に表示される超音波画像の一例を図５に示す。図５は、アーティファクトが存在する血流領域２５が解析対象領域に含まれるため、アーティファクトを誤って内壁として検出し、誤ったトレース(符号３０)が行われている例を示している。それに対して、本実施例の装置では、図４に示すようにアーティファクトが現れ易い血流領域内を解析除外領域２６として設定し、解析対象外とするため、アーティファクトにより誤ることなく、実際の内壁位置が正しくトレース(符号２９)される。
【００２９】
なお、前記実施例は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変更、修正、追加を行うことができる。例えば、前記実施例では測定者が解析範囲指定枠２１により解析対象領域を設定しているが、内壁位置は血流領域２５の縁から(画面上の距離ではなく)実寸で数mmの領域に限られるため、IMT値測定の場合には、縁周辺の所定の大きさの領域を自動的に解析対象領域として設定するようにしてもよい。また、前記実施例では解析除外領域２６を塗りつぶしてモニタ１６の画面上に表示しているが、IMT値測定と同時に解析除外領域２６内の状態を観察したい場合等には、塗りつぶしの代わりに解析除外領域２６内の状態が見えるように、着色した輝度表示をするようにしてもよい。あるいは、塗りつぶしや着色を行わず、解析においてのみ解析除外領域を設定するようにし、データ処理でそれを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示すブロック図。
【図２】解析対象範囲を設定する際の画面上の表示を示す図。
【図３】解析除外領域の例を示す図。
【図４】解析結果を画面上に表示する一例を示す図。
【図５】従来の超音波診断装置において正しく解析が行われていない例を示す図。
【符号の説明】
１１…超音波プローブ
１２…超音波送受信部
１３…超音波信号処理部
１４…血流検出部
１５…表示処理部
１６…モニタ
１７…解析除外領域決定部
１８…解析部
１９…制御部
２０…入力部
２１…解析範囲指定枠
２２…外膜
２３…中膜
２４…内膜
２５…血流領域
２６…解析除外領域
２９…正しいトレース
３０…誤ったトレース

Claims

超音波プローブにより被検者の体内から取得された反射超音波に基づいて体内観察を行う超音波診断装置において、
a)超音波が血流に反射されることにより周波数が変化するドプラ効果により血流の領域を検出する血流領域検出手段と、
b)前記血流領域に基づいて、観察除外領域を決定する観察除外領域決定手段と、
c) 前記観察除外領域を拡大又は縮小する観察除外領域調整手段と、
d) 前記観察除外領域調整手段により調整された観察除外領域を除く領域を基に血管の内膜中膜複合体厚を測定する内膜中膜複合体厚測定手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。