JP4263943B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管内の状態を解析するための超音波診断装置に関し、特に、血管内エコー法によって、血管内のプラーク（硬化巣）と呼ばれる硬化巣の性質や状態を診断する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不安定狭心症および急性心筋梗塞などのように、急性の虚血所見を示す一連の症候群は、急性冠症候群と呼ばれている。従来では、このような急性冠症候群は、血管内腔にプラーク（硬化巣）が長年にわたり徐々に堆積して、血管に狭窄や閉塞が引き起こされることが原因であると考えられていた。
【０００３】
しかしながら、近年では、形成されたプラークの種類が急性冠症候群の発症に影響を与えていると考えられている。一般に、プラークは、粥状の軟らかい脂質成分と、比較的硬い線維性被膜（線維成分）とから構成されている。そして、脂質成分が含まれる割合が高いプラークは、わずかな刺激によっても破壊されやすい脆弱なプラークであり、脂質成分が含まれる割合が低いプラークは、破壊されにくいプラークである。ここで、脂質成分が含まれる割合の高い脆弱なプラークは、脂質成分が含まれる割合の低いプラークに比べて軟らかく、変形しやすい。したがって、前者はソフトプラークと呼ばれ、後者はハードプラークと呼ばれる。そして、脆弱なソフトプラークが破壊されることによって血栓が生じ、この結果、血管の狭窄や閉塞が引き起こされて、上記の急性冠症候群が生じると考えられている。
【０００４】
したがって、急性冠症候群の予防や適切な治療のためには、プラークの性質や状態を評価する技術が必要である。特に、血管内に形成されているプラークが脆弱なソフトプラークであるか、あるいはハードプラークであるかを的確に判断する必要がある。
【０００５】
このようなプラークの性質や状態を判断するためには、Ｘ線による血管造影よりも、血管内エコー法が優れている。血管内エコー法では、先端に超音波プローブを有するカテーテルが血管内に挿入される。超音波プローブは、評価対象箇所で円周方向に走査（ラジアル走査）しながら超音波を送波し、その反射波を受波して受信信号を得る。そして、この受信信号の振幅を輝度変調して血管の断層画像が得られる。
【０００６】
実際の臨床現場では、このようにして得られた断層画像に基づいて、輝度が高い部分が線維成分に対応し、輝度が低い部分が脂質成分に対応するとみなして、プラークの性質や状態を解析しているのが実情である。たとえば、輝度が高い部分を８０％以上含むプラークをハードプラークとみなし、輝度が低い部分を８０％以上含むプラークをソフトプラークとみなして、プラークの擬似的な性質や状態が診断される。
【０００７】
しかしながら、輝度とプラークの状態との間では、直接的な関連性が希薄である。したがって、輝度のみに基づく処理では、プラークの性質や状態を、より詳細かつ正確に解析することが難しい。このような問題点を解決するために、プラークの力学的な特性を求めて、プラークの性質および状態を直接的に解析する技術が要望されている。たとえば、超音波を用いて、評価対象箇所の歪値や弾性率などの力学的な特性を求めるための種々の技術が提案されている、（例えば、特許文献１〜特許文献４を参照）。
【０００８】
特許文献１では、超音波を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡（トラッキング）し、血管壁の弾性率の算出を行い、血管内のプラークの性質および状態について評価するる技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２では、２つの各時刻に得られた２つの画像の各部分領域を切り出して、複素共役積を求め、複素共役積の位相の傾きから変位を求め、非検体内の組織の固さなどを評価する技術が開示されている。
【００１０】
特許文献３では、特定の２点間の距離の変化と血管内の血圧値とに基づいて、血管内の評価対象箇所での絶対的な弾性率（絶対的弾性率）を算出する技術が示されている。また、血管内の各評価対象箇所において求めた弾性率の違いに応じて、血管断層画像に色相を付加して表示する技術が開示されている。
【００１１】
特許文献４では、絶対的弾性率を演算する代わりに、観測点と参照点の弾性レベルを表す弾性率どうしの比率（間接的弾性率）を求めて表示する技術が開示されている。
【００１２】
以上のような従来の技術は、歪値や弾性率を算出し、血管内の評価対象箇所の硬さを評価するものである。しかしながら、実際は、心拍による血圧変動にともなって内腔面積が周期的に変化するので、血管壁およびプラークの歪値も周期的に変化する。すなわち、血管が収縮及び膨張している時点では、歪値は大きく変化し、収縮から膨張に切り換わる時点および膨張から収縮に切り替わる時点では、歪値はあまり変化しない。
【００１３】
また、血管壁およびプラークは、本質的には、力学的に非線形な弾性体であり、壁内部応力と歪値とは、非線形な関係を持っている。そして、この非線形性によって、血管壁およびプラークの弾性率も、血管の収縮及び膨張の段階に応じて、時間的に変化する。さらに、血管壁およびプラークは、粘性をもっているので、血管壁およびプラークを粘弾性体として扱う必要がある。
【００１４】
しかしながら、上述の技術では、時系列的な歪値や弾性率の時系列的な変化に基づいて評価対象箇所の状態を解析するものではないため、血管壁やプラークの力学的非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態、すなわちプラークの性質や状態を解析することができなかった。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−２２９０７８号公報
【特許文献２】
特開平８−１０２６０号公報
【特許文献３】
特開平５−３１７３１３号公報
【特許文献４】
特許第３１８２４７９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データに基づいて、評価対象箇所のもつ非線形性や粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる超音波診断装置を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列データに基づいて、評価対象箇所のもつ非線形性や粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる超音波診断装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段は、以下の構成によって達成される。
【００１９】
（１）本発明の超音波診断装置は、血管内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な歪値を算出する歪値算出手段と、前記歪値算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【００２０】
（２）上記の解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００２１】
（３）上記の解析手段は、前記強度が高いほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断する。
【００２２】
（４）上記の解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００２３】
（５）上記の解析手段は、前記位相遅れが大きいほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断する。
【００２４】
（６）上記の歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有する。
【００２５】
（７）上記の超音波送受信部は、血管の周方向に走査して超音波を送波するとともに、血管の長軸方向に走査して超音波を送波し、前記追跡手段は、血管の長軸方向に沿って移動する検出対象箇所の位置を追跡可能である。
【００２６】
（８）上記の表示手段は、前記受信信号に基づいて血管の断層画像を表示するとともに、前記解析手段によって解析された結果を前記断層画像上に重ねて表示する。
【００２７】
（９）上記の歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法に基づいて、血管内の検出対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有し、前記表示手段は、前記自己相関法または前記複合自己相関法によって得られた相関係数に基づいて前記断層画像の特定領域の輝度を変化させて当該断層画像を表示する。
【００２８】
（１０）上記の歪値算出手段が、前記時系列データに含まれるノイズを低減する機能をさらに有する。
【００２９】
（１１）本発明の超音波診断装置は、血管内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率の値を算出する弾性率算出手段と、前記弾性率算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点の瞬時的な弾性率の値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【００３０】
（１２）上記の弾性率算出手段は、血圧値に基づいて絶対的弾性率を算出する。
【００３１】
（１３）上記の弾性率算出手段は、前記血管内の所定の参照点を基準とする相対的弾性率を算出する。
【００３２】
（１４）上記の解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００３３】
（１５）上記の解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の形態の超音波診断システムの概略構成を説明するための図である。
【００３５】
本実施の形態の超音波診断システムは、大別して、超音波カテーテル１００と、制御部２００と、表示部３００とから構成される。
【００３６】
超音波カテーテル１００は、血管に挿入可能なカテーテル本体（挿入部）１１０と、カテーテル本体１１０に設けられた超音波プローブ１２０とから構成される。超音波プローブ１２０は、カテーテル本体１００の管腔内に設けられ、血管内で超音波を送受信する超音波送受信部として作用する。具体的には、超音波プローブ１２０は、音響変換器であり、超音波の送信と受信をパルス状に交互に繰り返すことによって、単一の素子による送受信が可能となる。なお、超音波プローブ１２０としては、超音波送信手段と超音波受信手段を別個の素子により構成したものとすることもできる。
【００３７】
超音波カテーテル１００が血管内腔の所定の評価対象箇所に挿入された状態で、超音波プローブ１２０は、電子的または機械的にラジアル走査しながら（すなわち、周方向に沿って回転しながら）超音波を送波し、血管壁内からの超音波の反射波を電気信号、すなわち受信信号（エコー信号）に変換する。ラジアル走査しながら超音波の反射波を受波することで、血管の長軸方向に垂直に切断した血管の断層画像（２次元データ）が得られる。また、本実施の形態の超音波診断システムは、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向に沿った走査を実行してもよい。この場合は、血管内の立体形状を示す３次元ボリュームデータを得ることができる。なお、超音波カテーテル１００自体の構成は、従来の超音波カテーテル１００の構成と同様であるので、詳しい説明を省略する。具体的には、血管壁やプラークに向かって超音波を照射すると、この超音波は、血管壁内部やプラーク内部で反射されて、超音波プローブ１２０により受波される。ここで、血管壁やプラークは、心拍に対応して局所的に変形して歪むので、血管壁やプラークなどの評価対象物内の２点間の距離は、心拍に対応する変形前後で変化する。したがって、心拍に応じた評価対象物内の２点間の距離の変化により、受波される超音波波形は、局所的に移動することになる。
【００３８】
次に、制御部２００の構成について説明する。制御部２００は、たとえば、パーソナルコンピュータおよびワークステーションなどのコンピュータを用いて構成しても良い。制御部２００は、インターフェース部２１０と、瞬時歪値算出部２２０と、時系列歪値データ解析部２３０と、画像データ作成部２４０と、を有する。
【００３９】
インターフェース部２１０は、超音波カテーテル１００によって得られた受信信号を取得するインターフェースである。ここで、本実施形態のインターフェース部２１０は、超音波をラジアル走査して得られた受信信号を、少なくとも複数の心拍を含む時間にわたって取り込む。
【００４０】
瞬時歪値算出部２２０は、血管内の評価対象箇所での瞬時的な歪値を算出するものである。すなわち、瞬時歪値算出部２２０は、心拍に伴う血管の収縮及び膨張の各時点での瞬時的な歪値を算出する。なお、瞬時的な歪値の算出は、心拍の周期に比べて短い所定のサンプリング周期毎に行われ、複数の心拍にわたって実行される。このように、瞬時歪値算出部２２０によって、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データ（以下、「時系列歪値データ」という）が得られる。また、瞬時歪値算出部２２０には、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡部２２１を有する。追跡部２２１は、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する。追跡部２２１の詳しい内容は後述する。
【００４１】
時系列歪値データ解析部２３０は、瞬時歪値算出部２２０によって得られた上記の時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものである。時系列歪値データ解析部２３０は、力学的性質に基づいて、評価対象箇所のプラークがソフトプラークであるかハードプラークであるかを判断する。換言すれば、力学的性質に基づいて、プラークに脂質成分が含まれる割合を評価することができる。
【００４２】
このように、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列歪みデータに基づいて、評価対象箇所の状態を解析する点は、本実施の形態の超音波診断システムの特徴の一つである。具体的には、時系列歪値データ解析部２３０は、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第１の機能と、時系列歪値データの位相遅れ（位相進みの場合も含まれる。以下、同じ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第２の機能とを有していることが望ましい。しかしながら、本実施の形態と異なり、第１の機能と第２の機能のどちらか一方の機能を有していてもよい。また、時系列歪値データ解析部２３０は、時間的な歪値の変化率を算出して、評価対象箇所の状態を解析することもできる。なお、各機能の詳細は後述する。
【００４３】
画像データ作成部２４０は、インターフェース部２１０から得られた受信信号に基づいて、血管の断層画像を作成する。なお、上述するように、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向への走査が行われる場合には、血管内の３次元ボリュームデータを作成することができる。さらに、画像データ作成部２４０は、時系列歪値データ解析部２３０による解析結果を示す画像データについても作成する。
【００４４】
なお、瞬時歪値算出部２２０、時系列歪値データ解析部２３０、および画像データ作成部２４０は、コンピュータプログラムを実行するＣＰＵとして実現されるが、専用の集積回路を用いて実現してもよい。
【００４５】
次に、表示部３００について説明する。表示部３００は、液晶ディスプレイやＣＲＴなどの表示機器である。表示部３００は、受信信号に基づいて作成された血管の断層画像を表示するとともに、時系列歪値データ解析部２３０によって解析された結果を表示する。具体的には、解析された結果を断層画像上に重ねて表示することが望ましい。たとえば、断層画像上に、評価対象箇所の血管壁やプラークについての解析結果に応じて異なる色相を付加して表示することができる。
【００４６】
次に、以上のように構成される本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順について説明する。
【００４７】
図２は、本実施の形態の超音波診断システムの処理手順の概要を示す概念図である。図２に示されるとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、データ取得（ステップＳ１１）、瞬時的な歪値の算出（ステップＳ１２）、時系列歪値データを用いた解析（ステップＳ１３）の順番で処理がなされる。
【００４８】
まず、ステップＳ１１では、複数心拍にわたって時系列に沿った複数の時点（図中では、第１時点から第Ｎ＋１時点）での受信信号（エコー信号）のデータを得る。
【００４９】
次に、ステップＳ１２では、瞬時歪値算出部２２０が、ステップＳ１１でのデータを取得し、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点（ただし、ｋは、１〜Ｎの整数）でのデータを比較して、時系列に沿った複数の時点での瞬時的な歪値を算出する。図２に示される場合では、合計Ｎ個の瞬時的な歪値が算出される。
【００５０】
次に、ステップＳ１３では、時系列歪値データ解析部２３０は、ステップＳ１２において時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データを用いて、評価対象箇所の状態を解析する。この結果、プラーク等の病変の有無に加え、プラークの力学的特性に基づくプラークの性質および状態が判断される。具体的には、プラークがハードプラークであるかソフトプラークであるかが判断される。
【００５１】
図３は、本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。フローチャートに示される処理手順には、データ作成処理、移動点追跡処理、瞬時的な歪値の算出処理、時系列歪値データの特定の周波数成分の強度に基づく解析処理、時系列歪値データの位相遅れに基づく解析処理、および解析結果を表示する処理が含まれる。以下、各処理の詳細が示される。
【００５２】
（データ形成処理）
まず、データ形成処理が実行される（ステップＳ１０１）。複数心拍にわたって時系列に沿った複数の時点での受信信号（エコー信号）のデータを得る。具体的には、超音波をラジアル走査して、反射波を受波することによって、各時点での血管の断層画像（２次元データ）が作成される。また、ラジアル走査に加えて長軸方向への走査を実行することによって、３次元に拡張された処理を実行することもできる。３次元の処理に拡張した場合には、３次元ボリュームデータが作成される。
【００５３】
（移動点追跡）
次に、血管内腔における評価対象箇所の点の移動を追跡する（ステップＳ１０２）。すなわち、心拍に対応して血管壁が歪むために、評価対象箇所の点も移動する。本ステップでは、この点の移動を追跡する。具体的には、追跡部２２１は、図２に示されるように、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点でのデータを比較して、移動点追跡を行う。たとえば、図２の第１番目の時点でのデータと第２番目の時点でのデータとに基づいて、移動点追跡が行われる。
【００５４】
移動点の追跡には、たとえば、自己相関法または複合自己相関法が用いられ、より好ましくは、複合自己相関法が用いられる。ここで、複合自己相関法の詳細については、詳しい説明を省略する。簡単に説明すれば、複合自己相関法では、第１段階として、心拍に応じて連続して取得された信号が直交検波される。そして直交検波された後の複素包絡線信号を用いて、変形前後の包絡線分布の相関係数が最も高い位置が局所的に大まかに推定される。そして、第２段階として、推定された包絡線分布の相関が最も高い位置での位相差から点の位置が精査される。
【００５５】
一般的に、超音波カテーテル１００の位置がずれることにより、変形前後で照射される超音波の走査線が交差してしまうため、位相差の検出に誤差が含まれるおそれがある。この点、複合自己相関法では、位相差の検出に先がけて、超音波カテーテル１００の位置ずれの影響を受けにくい包絡線分布の相関係数を用いて移動点の位置が大まかに推定することにより、位相差検出の誤差による影響を最小限に抑制することができる。ここで、包絡線分布の相関係数とは、変形前後の局所的な波形の一致度を表す量に対応する。
【００５６】
また、冠動脈に超音波カテーテル１００を挿入する場合には、心臓の動きの影響を直接的に受けるために、長時間の計測においては、長軸方向に沿って、超音波カテーテル１００と血管との相対的な位置がずれる場合がある。しかしながら、複合自己相関法では、半径方向および周方向に加えて長軸方向を含む３次元の処理に拡張することができる。したがって、上述したように、超音波診断システムが、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向に沿った走査を実行することによって、半径方向および周方向への移動点の追跡のみならず長軸方向への移動点の追跡も実行することもできる。
【００５７】
以上のような移動点追跡によって、たとえば、ｋ番目とｋ＋１番目の時点間における変位の半径方向ｒ成分ｕr (k)＝ｕr (k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）、円周方向θ成分ｕθ(k)＝ｕθ(k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）、及び長軸方向ｌ成分ｕl (k)＝ｕl (k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）が、求められる。ここで、Δｔは、サンプリング周期を意味し、ｒ，θ，ｌは、ｋ番目の時点での３次元ボリュームデータにおける座標値を表す。
【００５８】
また、処理開始時点で注目する評価対象箇所の空間点をｐ0（ｐr (0)＝ｒ0，ｐθ(0)＝θ0，ｐl (0)＝ｌ0）とすると、この点がｋΔｔ時間後（すなわちｋ番目の時点）に移動する位置は、以下の（１ａ）〜（１ｃ）式で表される。
【００５９】
【数１】
【００６０】
以上のように、移動点の追跡がなされると、以下の処理に進む。
【００６１】
（瞬時的な歪値の算出）
次に、時系列に沿った複数時点での瞬時的な歪値が算出される（ステップＳ１０３）。この結果、時系列に沿った複数時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データが得られる。
【００６２】
具体的には、瞬時歪値算出部２２０は、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点でのデータ間での移動点追跡によって求められた変位、すなわち（ｕr (k)、ｕθ(k)、ｕl (k)）から歪値εを算出する。具体的には、歪値は、以下の（２ａ）〜（２ｃ）式に示されるとおり、変位の各成分を、それぞれｒ、θ、ｌで微分演算することによって得られる。
【００６３】
【数２】
【００６４】
したがって、初期時点において注目する評価対象箇所の空間点（ｒ0，θ0,ｌ0）のｔ＝ｋΔｔ後の歪値は、（１ａ）〜（１ｃ）式、および（２ａ）〜（２ｃ）式を用いることによって、次の（３）式のように算出される。なお、ここでは、歪値の半径方向成分のみを示したが、円周方向及び長軸方向の各成分についても同様に算出することができる。
【００６５】
【数３】
【００６６】
（３）式によれば、複数の時刻ｔ（ｋΔｔ）での瞬時的な歪値が算出される。この結果、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データが得られる。
【００６７】
ここで、（３）式に示される時系列歪値データにはノイズが含まれている。したがって、瞬時歪値算出部２２０は、時系列歪値データに含まれるノイズを軽減するための機能をさらに有していてもよい。たとえば、瞬時歪値算出部２２０は、以下に示される空間的局所平滑化処理、バンドパスフィルタリング処理、同期加算による安定化を用いて、時系列歪値データに含まれるノイズを低減することができる。
【００６８】
空間的局所平滑化では、以下の（４）式で示されるとおり、局所的な空間領域であるＲＯＩ（regions of interest）が設定され、平滑化処理が実行される。なお、ここでは、３次元空間的なＲＯＩが記号Ｖで示されている。
【００６９】
【数４】
【００７０】
また、フィルタリング処理では、（４）式で示される空間的局所平滑化処理後の時系列歪値データに対して、以下の（５）式で示されるとおり、特定の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタリング処理が適用される。具体的には、時系列歪値データは、心拍に対応して周期的に変化するので、心拍に対応する周波数成分以外は、ノイズである可能性が高い。したがって、心拍に対応する周波数（１Ｈｚ）前後に設定したバンドフィルタを時系列歪値データに適用することによって、ノイズを除去し、安定的な時系列歪値データを抽出することができる。
【００７１】
【数５】
【００７２】
フィルタリング処理に代えて、同期加算による安定化処理を実行してもよい。同期加算による安定化処理では、時系列歪値データが、心拍に対応して周期的に変化することを利用して、複数周期にわたって、対応する時間領域の値が加算されて平均化される。図４に同期加算による安定化処理の原理を示す。
【００７３】
図４に示されるように、時系列歪値データの周期をＴとすると、時刻ｔを中心にして、幅ｔｗを持つ領域と、時刻ｔ＋Ｔ、時刻ｔ＋２Ｔ、時刻ｔ＋３Ｔ・・・ｔ＋（Ｎ−１）Ｔを中心にして幅ｔｗを持つ各領域とは、相互に対応する。同期加算による安定化処理は、これらの対応する複数の領域の値を平均化する処理である。同期加算による安定化処理は、換言すれば、以下の（６）式により、時間的局所平均化を行う処理といえる。
【００７４】
【数６】
【００７５】
以上のように、図３のステップＳ１０３では局所的な２点間の距離の変化に基づいて、複数の時点での歪値からなる時系列歪値データが算出される。また、本実施の形態では、空間的局所平滑化の処理のみならず、人の心拍の周波数に対応したバンドパスフィルタを用いたフィルタリング処理、および同期加算による安定化処理を行って、ノイズが低減された時系列歪値データが得られる。
【００７６】
時系列歪値データの一例を図５に示す。図５には、評価対処箇所が、脂質成分の割合が高いソフトプラークである場合と、評価対象箇所が、線維成分や石灰質成分の割合が高く脂質成分の割合が低いハードプラークである場合とが共に示されている。
【００７７】
次に、上記の瞬時歪値算出部２２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列歪値データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【００７８】
（周波数の強度による解析）
図３のステップＳ１０４では、時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析が実行される。すなわち、時系列歪値データ解析部２３０は、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する。
【００７９】
具体的には、まず、評価対象箇所の各空間点（ｒ，θ，ｌ）で求めた時系列歪値データに対して、次の（７）式で示されるフーリエ変換が適用され、時系列歪値データが複数の周波数成分に分解される。実際には、評価対象箇所の全ての空間点で求めた時系列歪値データに対して、同様の処理が行われる。
【００８０】
【数７】
【００８１】
図６に、周波数成分に分解した結果を示す。図６において、横軸は、周波数ωを示し、縦軸は強度Ｐを示す。なお周波数ωｃは、心拍の周波数であり、約１Ｈｚ前後である。図６には、評価対象箇所がハードプラークである場合と、評価対象箇所がソフトプラークである場合とについて共に示している。
【００８２】
図６に示されるように、ハードプラークの場合も、ソフトプラークの場合も、心拍の周波数がωｃの付近において、周波数強度が最大となる。しかしながら、ソフトプラークの場合の方がハードプラークの場合の方に比べて、周波数強度が高くなり、周波数がωｃの付近において、その差が顕著となる。
【００８３】
次に、時系列歪値データ解析部２３０は、心拍の周波数ωｃ付近での周波数成分の強度を空間点ごとに算出する。この結果、心拍に起因する血管の収縮および膨張の段階によらずに、プラークの性質や状態を評価することが可能となる。具体的には、以下の（８）式に示されるとおり、心拍の周波数ωｃを中心にして幅ωｗの範囲を設定し、この範囲において、上記の（７）式で求めた周波数特性を積分して、心拍の周波数ωｃ付近の強度を算出する。具体的には、複数の空間点において、心拍の周波数ωｃ付近の強度を算出する。
【００８４】
【数８】
【００８５】
また、特定の位置（たとえば、血管の外膜付近の位置）を参照点とし、この参照点を基準として各位置における強度を正規化することが望ましい。この正規化した値を用いて、プラークの硬さを安定的に半定量的に評価することが可能となる。
【００８６】
また、心拍の周期の２倍以上の区間にわたって算出された時系列歪値データに対して、フーリエ変換を用いて複数の周波数成分に分解して、ωｃ付近の周波数強度によりプラークの硬さを評価することで、時系列的な周波数強度の変化を考慮した評価も可能となる。
【００８７】
なお、上記の説明では、半径方向ｒの成分について説明したが、円周方向θおよび長軸方向ｌの成分についても、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解して、ωｃ付近の周波数強度を用いて評価することもできる。
【００８８】
次に、時系列歪値データの位相遅れに基づいて、評価対象箇所の状態、すなわちプラークの状態を解析する処理について説明する。
【００８９】
（時系列歪値データの位相遅れによる解析）
本実施の形態では、上述した時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析の処理（図３のステップＳ１０４）に引き続いて、時系列歪値データの位相遅れによる解析の処理が実行される（ステップＳ１０５）。すなわち、時系列歪値データ解析部２３０は、各空間点で得られた時系列歪値データと、参照点（たとえば、血管の外膜付近の位置）で得られた時系列歪値データとを比較して、両者間での位相遅れを算出し、位相遅れの大きさに基づいて評価対象箇所の状態を解析する。
【００９０】
具体的には、まず、評価対象箇所の各空間点（ｒ，θ，ｌ）で求めた時系列歪値データが、キャリア角周波数（心拍角周波数）としてωｃを持つことを利用し、時系列歪値データに対して、ωｃを基準周波数として直交検波がなされる。この結果、次の（９）式に示されるとおり、包絡線部分νｒと、位相φに関する部分とによって表される複素時系列歪値データが算出される。
【００９１】
【数９】
【００９２】
ここで、νｒ（ｒ，θ，ｌ：ｔ）は、包絡線部分を示し、φｒ（ｒ，θ，ｌ；ｔ）は、位相を示す。なお、上記の（９）式を用いて、任意の空間点での複素時系列歪値データと、参照点での複素時系列歪値データが算出される。
【００９３】
次に、任意の空間点での複素時系列歪値データと、参照点での複素時系列歪値データとに基づいて、参照点に対する任意の空間点での位相遅れが、求められる。
【００９４】
図７は、位相遅れの概要を示している。具体的には、図７には、参照点での時系列歪値データと、評価対象箇所での時系列歪値データとが示されている。図７に示される場合では、評価対象箇所で、参照点に比べて位相が遅れている。位相遅れは、評価対象箇所での粘弾性を反映している。具体的には、評価対象箇所のプラークがソフトプラークである場合は、位相遅れが大きくなり、ハードプラークである場合には、位相遅れが小さくなる。この理由は、比較的硬い線維成分を多量に含むハードプラーク（安定プラーク）では、心拍に応じた血管壁の動きとほぼ同期した運動が生じる一方、脂質成分多量に含み線維成分が極微小なソフトプラーク（不安定プラーク）では、血管壁との界面から離れるのにしたがって血管壁の動きに対して応答遅れが生じるからである。したがって、位相遅れを解析することによって、プラークの性質や状態を解析することができる。具体的には、参照点に対する任意の空間点での位相遅れは、次の（１０）式を用いて、求められる。
【００９５】
【数１０】
【００９６】
すなわち、参照点での複素時系列歪値データの複素共役と、評価対象箇所の各空間点での複素時系列歪値データとの積を求めて、時間積分を実行し、その結果の偏角（argument）をとることによって、参照点に対する各空間点での位相遅れが得られる。なお、（１０）式で、時間ｔを積分変数として時間積分しているのは、安定化を考慮するととともに、心拍に起因する血管の収縮および膨張の段階に依存することなく、プラークの性質や状態を評価するためである。
【００９７】
なお、上記の説明では、半径方向ｒの成分について説明したが、円周方向θおよび長軸方向ｌの成分についても、時系列歪値データの位相遅れを求めて、同様に評価することができる。
【００９８】
以上のように、時系列歪値データの特定の周波数成分の強度（ステップＳ１０４）、および／または時系列歪値データの位相遅れ（ステップＳ１０５）によって、評価対象箇所の性質や状態を解析することができる。
【００９９】
（解析結果の表示）
次に、表示部３００に解析結果が表示される（図３のステップＳ１０６）。たとえば、血管を長軸に垂直な面で切った断層画像が表示されるとともに、ステップＳ１０４および／またはステップＳ１０５の解析結果を断層画像上に表示することができる。
【０１００】
具体的には、各空間点における時系列歪値データの特定の周波数成分の強度（テップＳ１０４）、および／または時系列歪値データの位相遅れの値（ステップＳ１０５）に応じて、断層画像上の各位置に色相が付加される。たとえば、複数段階の閾値を設定しておき、ステップＳ１０４で求められる強度の規格値を各閾値と比較して、各閾値との比較結果に応じて、付加される色相を変化させることができる。より具体的には、ステップＳ１０４で求められる強度の規格値が第１閾値未満の箇所では、第１色相を付し、強度の規格値が第１閾値以上で第２閾値未満の箇所では、第２色相を付し、強度の規格値が第２閾値以上の箇所では、第３色相を付すことができる。同様に、ステップＳ１０５で求められた時系列歪値データの位相遅れの値を複数段階に設定された閾値と比較して、比較結果に応じて、付加される色相を変化させることができる。
【０１０１】
また、図３のステップＳ１０２に示される移動点追跡の際に用いられる複合自己相関法によれば、位相と同時に相関係数が算出される。そして、歪値が小さい場合および同一平面内で平行移動するような場合に、相関係数の値が高い値を示す。
【０１０２】
ここで、硬い箇所（たとえば、ハードプラーク）は、変形の際に平行移動に近い動きをする傾向にあるため、軟らかい箇所に比べて、相関係数の値が高くなる。したがって、相関係数の値自体も、評価対象箇所の性質および状態を判断するために役立つ。さらに、相関係数の分布は、安定的に算出しやすいというメリットもある。したがって、表示部３００が、上記の解析結果とともに、相関係数の値についても表示することによって、術者が評価対象箇所の状態を判断する上での重要な情報を提供することができる。
【０１０３】
また、速く動く箇所では、相関係数の値は、低くなる。たとえば、血管内腔の血流部分は、血管壁内よりも速く動いている。この結果、血管内腔の血流部分の方が、血管壁部分に比べて相関係数が低くなる。
【０１０４】
したがって、相関係数の違いにより、血流部分であるか血管壁の部分であるか否かを判断することができる。具体的には、求められた相関係数を閾値と比べて、閾値よりも相関係数が低い領域において、上記の断層画像の輝度を下げて、表示部３００に表示する。この結果、血流部分の輝度が血管壁部分の輝度よりも全体として下がり、血流部分と血管壁部分との境界が明確になるように表示することができる。逆に、相関係数が高い領域の輝度を高くしてもよい。このように、相関係数に基づいて断層画像の特定領域の輝度を変化させて当該断層画像を表示することにより、血流部分と血管壁の部分との境界が明確化される。
【０１０５】
以上のように、第１の実施の形態の超音波診断システムの内容を説明したが、種々の変形が可能である。たとえば、上記の説明では、時系列歪値データの特定周波数成分の強度による解析（ステップＳ１０４）に続いて、時系列歪値データの位相遅れによる解析（ステップＳ１０５）を行う場合が示されたが、これらの処理順序は、変更することができる。また、周波数成分の強度による解析（ステップＳ１０４）と、時系列歪値データの位相遅れによる解析（ステップＳ１０５）のどちらか一方のみを実行することによって、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態の超音波診断システムでは、少なくとも複数心拍を含む時間にわたって複数の時刻で得られた瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象の状態が解析される。ここで、時系列歪値データには、評価対象箇所である血管壁やプラークの非線形性および粘弾性が反映されている。したがって、本実施の形態の超音波診断システムによれば、血管壁やプラークの非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１０７】
特に、ステップＳ１０４に示される周波数成分の強度による解析によれば、心拍による血管の収縮及び膨張の段階によらない指標により、プラークの硬さを安定かつ半定量的に評価することができる。
【０１０８】
また、ステップＳ１０５に示される時系列歪値データの位相遅れによる解析によれば、評価対象箇所の粘弾性を強く反映した指標である位相遅れに基づいて、プラークの性質や状態を解釈することができる。
【０１０９】
さらに、各時点での瞬時的な歪値を算出する際には、ノイズ成分が含まれやすいので、空間的局所平滑化のみならず、心拍に対応する周波数前後に設定されたバンドパスフィルタ処理、および／または同期加算による安定化処理を適用することができる。したがって、ノイズ成分を低減しつつ、空間分解能の低下を防ぐとともに、データの時間的な連続性を担保することができる。
【０１１０】
（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態では、瞬時的な歪値を算出し、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態が解析される場合が示された。しかしながら、歪値は、評価対象箇所の硬さを相対的に示す指標であり、評価対象箇所の硬さを直接的に示すものではない。評価対象箇所の硬さを表す指標としては、弾性率（ヤング率）Ｅが用いられる。
【０１１１】
本実施の形態では、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率が算出され、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率の値からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態が解析される。なお、第１の実施の形態と同様の部材には、同じ部材番号が用いられる。
【０１１２】
図８は、本実施の形態の超音波診断システムの概略構成を説明するための図である。本実施の形態の構成のうち、表示部３００は、図１に示される第１の実施の形態の場合と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１１３】
本実施の形態の超音波カテーテル５００は、カテーテル本体５１０の表面に圧力センサ５３０を備える。圧力センサ５３０は、超音波プローブ５２０によって送受信される超音波信号の妨げとならないよう、超音波プローブ５２０の存在範囲の基端側であって、最も超音波プローブ５２０に近い位置に設けられ、血管内の血液の圧力（血圧）を測定する。
【０１１４】
本実施の形態の制御部４００は、インターフェース部４１０と、瞬時弾性率算出部４２０と、時系列弾性率データ解析部４３０と、画像データ作成部４４０と、を有する。このうち、画像データ作成部４４０は、第１の実施の形態の画像データ作成部２４０と同様の機能を有する。
【０１１５】
インターフェース部４１０は、超音波カテーテル５００における超音波プローブ５２０によって得られた超音波の受信信号を第１の実施形態のインターフェース部２１０と同様に取り込むのに加え、圧力センサ５３０によって得られた血圧を示す信号を取り込む。
【０１１６】
瞬時弾性率算出部４２０は、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率を算出するものである。すなわち、瞬時弾性率算出部４２０は、心拍に伴う血管の収縮及び膨張の各時点での瞬時的な弾性率を算出する。なお、瞬時的な弾性率の算出は、心拍の周期に比べて短い所定のサンプリング周期毎に行われ、複数の心拍にわたって実行される。このように、瞬時弾性率算出部４２０によって、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列データ（以下、「時系列弾性率データ」という）が得られる。また、瞬時弾性率算出部４２０には、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡部４２１を有する。追跡部４２１は、第１の実施の形態における追跡部２２１と同様に、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する。
【０１１７】
一般に、弾性率Ｅ、歪値ε、および応力σの関係は、以下の（１１）式で与えられる。ここでは、スカラー表示しているが、ベクトルの場合にも拡張することができる。
【０１１８】
【数１１】
【０１１９】
したがって、瞬時的な歪値と、応力とを算出することによって、瞬時的な弾性率を求めることができる。瞬時弾性率算出部４２０は、第１の実施の形態の瞬時歪値算出部２２０と同様な手順によって瞬時的な歪値を算出する機能とともに、応力を算出する機能を有し、この瞬時的な歪値と応力とから瞬時的な弾性率を算出する。
【０１２０】
時系列弾性率データ解析部４３０は、瞬時弾性率算出部４２０によって得られた上記の時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものである。時系列弾性率データ解析部４３０は、力学的性質に基づいて、評価対象箇所のプラークがソフトプラークであるかハードプラークであるかを判断する。換言すれば、力学的性質に基づいて、プラークに脂質成分が含まれる割合を評価することができる。
【０１２１】
このように、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析する点は、本実施の形態の超音波診断システムの特徴の一つである。具体的には、時系列弾性率データ解析部４３０は、時系列弾性率データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第１の機能と、時系列弾性率データの位相遅れ（位相進みの場合も含まれる。以下、同じ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第２の機能とを有していることが望ましい。しかしながら、本実施の形態と異なり、第１の機能と第２の機能のどちらか一方の機能を有していてもよい。また、時系列弾性率データ解析部４３０は、時間的な弾性率の変化率を算出して、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１２２】
以上のように構成される本実施の形態の超音波診断システムの処理手順について説明する。
【０１２３】
図９は、本実施の形態の超音波診断システムの処理手順の概要を示す概念図である。図９に示されるとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、データ取得（ステップＳ２１）、瞬時的な歪値の算出（ステップＳ２２）、瞬時的な弾性率の算出（ステップ２３）、時系列弾性率データを用いた解析（ステップＳ２４）の順番で処理がなされる。ここで、データ取得（ステップＳ２１）、および瞬時的な歪値の算出（ステップＳ２２）の処理は、第１の実施の形態の図２に示されるステップＳ１１およびステップＳ１２の処理と同様である。
【０１２４】
ステップＳ２３では、血管内の応力が算出され、この応力と、ステップＳ１２で求められた瞬時的な歪値とから瞬時的な弾性率が算出される。
【０１２５】
ステップＳ２４では、時系列弾性率データを用いた解析がされる。この解析処理は、解析に用いられる時系列データが時系列歪値データではなく時系列弾性率データである点を除いて、ステップＳ１３の処理と同様である。
【０１２６】
図１０は、本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。フローチャートに示される処理手順には、データ作成処理、移動点追跡処理、瞬時的な弾性率の算出処理、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析処理、時系列強度データの位相遅れに基づく解析処理、および解析結果を表示する処理が含まれる。ここで、データ作成処理（ステップＳ２０１）および移動点追跡処理（ステップＳ２０２）は、第１の実施の形態の場合と同様である。したがって詳しい説明は、省略する。
【０１２７】
（瞬時的な弾性率の算出）
時系列に沿った複数時点での瞬時的な弾性率が算出される（ステップＳ２０３）。この結果、時系列に沿った複数時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データが得られる。
【０１２８】
具体的には、瞬時弾性率算出部４２０は、まず、複数時点での瞬時的な歪値を求める。複数時点での瞬時的な歪値は、第１の実施の形態と同様の処理によって算出することができるので、詳しい処理内容は、省略する。さらに、本実施の形態の瞬時弾性率算出部４２０は、各時点での血管内の評価対象箇所における応力を推定する。そして、この評価対象箇所における瞬時的な歪値と、推定された各時点での応力とに基づいて、複数時点での瞬時的な弾性率が算出される。
【０１２９】
血管壁内の評価対象箇所における応力は、たとえば、以下のような有限要素法を用いて算出される。
【０１３０】
まず、超音波カテーテル５００を用いて、超音波診断と同時に、圧力センサ５３０によって、血管内腔での血圧変化が測定される。
【０１３１】
一方、ステップＳ２０１で得られたデータに基づいて、血管壁の領域が抽出される。そして、抽出された領域がメッシュに分割され、モデリングされる。そして、血管内腔での血圧変化を負荷項として、有限要素解析を実行し、各々のメッシュでの応力が算出される。この算出された応力が壁内部の局所的な応力とされる。最終的に、このように算出された応力を用いて、上述した（１１）式に基づいて、瞬時的な弾性率が求められる。
【０１３２】
以上のように、図１０のステップＳ２０３では局所的な２点間の距離の変化に基づいて、複数の時点での弾性率からなる時系列弾性率データが算出される。
【０１３３】
次に、上記の瞬時弾性率算出部４２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列弾性率データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【０１３４】
ステップＳ２０３の処理の後に、上記の瞬時弾性率算出部４２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列弾性率データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【０１３５】
（周波数の強度による解析）
まず、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析が実行される（ステップＳ２０４）。すなわち、時系列弾性率データ解析部４３０は、時系列弾性率データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する。たとえば、心拍の周波数ωｃ付近の周波数強度が算出される。周波数強度が大きく、弾性率が大きいほど、評価対象箇所が硬いことを意味する。すなわち、ソフトプラークの場合の方がハードプラークの場合に比べて、弾性率が小さくなる。なお、ステップＳ２０４の処理は、処理対象となる時系列データが時系列弾性率データであることに基づく違いを除いて、図３のステップＳ１０４の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１３６】
（時系列歪値データの位相遅れによる解析）
次に、時系列弾性列データの位相遅れによる解析の処理を説明する。
【０１３７】
本実施の形態では、上述した時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析の処理（ステップＳ２０４）に引き続いて、時系列弾性率データの位相遅れによる解析の処理が実行される（ステップＳ２０５）。すなわち、時系列弾性率データ解析部４３０は、各空間点で得られた時系列弾性率データと、参照点（たとえば、血管の外膜付近の位置）で得られた時系列弾性率データとを比較して、両者間での位相遅れを算出し、位相遅れの大きさに基づいて評価対象箇所の状態を解析する。この場合も、評価対象箇所のプラークがソフトプラークの場合には、位相遅れが大きくなり、ハードプラークの場合には、位相遅れが小さくなる。したがって、この位相遅れを解析することによって、プラークの性質や状態を解析することができる。なお、ステップＳ２０５の処理は、処理対象となる時系列データが時系列弾性率データであることに基づく違いを除いて、図３のステップＳ１０５の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１３８】
（解析結果の表示）
次に、表示部３００に解析結果が表示される（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６の処理は、時系列歪値データ解析部２３０による解析結果（ステップＳ１０４および／またはステップＳ１０５）に代えて、時系列弾性率データ解析部４３０による解析結果（ステップＳ２０４および／またはステップＳ２０５）を断層画像上に表示する点を除いて、ステップＳ１０６の処理と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【０１３９】
以上の説明では、瞬時弾性率算出部４２０が、血管の内腔の血圧値に基づいて絶対的な弾性率（絶対的弾性率）の値を算出する場合を説明した。しかしながら、本実施の形態は、この場合に限られず、瞬時弾性率算出部４２０が、血管内の所定の参照位置を基準とする相対的弾性率（すなわち、ある領域での歪値で壁内全体の歪値を正規化したときの弾性率）を算出してもよい。
【０１４０】
また、以上の説明では血管の内腔の血圧値を得るのに超音波カテーテル５００に備え付けられた圧力センサ５３０を用いたが、腕帯を有する通常の電子血圧計をインターフェース部４１０に接続することによって絶対的な弾性率の値を算出することもできる。しかしながら、超音波診断部位と同じ場所における血圧値が得られる点で、超音波カテーテル５００に備え付けられた圧力センサ５３０を用いるほうが望ましい。
【０１４１】
また、内腔表面などに石灰化した部分が存在するような場合では、その背後のエコー強度不足により、血管壁の領域を抽出できない場合がある。したがって、血管壁の領域を抽出できた部分では、絶対的弾性率を算出し、血管壁の領域を抽出できない部分では、相対的弾性率を算出するように、構成することもできる。この場合には、相対的ではあるものの、壁内全体の弾性を同条件で評価することが可能となる。
【０１４２】
以上の説明では、周波数成分の強度による解析（ステップＳ２０４）に続いて、時系列弾性率データの位相遅れによる解析（ステップＳ２０５）を行う場合が示されたが、これらの処理順序は、変更することができる。また、周波数成分の強度による解析（ステップＳ２０４）と、時系列弾性率データの位相遅れによる解析（ステップＳ２０５）のどちらか一方のみを実行することによって、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１４３】
以上説明したとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、少なくとも複数心拍を含む時間にわたって複数の時刻で得られた瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象の状態が解析される。ここで、時系列弾性率データには、評価対象箇所である血管壁やプラークの非線形性および粘弾性が反映されている。したがって、本実施の形態の超音波診断システムによれば、血管壁やプラークの非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１４４】
以上のとおり、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態によって制限されるべきではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【０１４５】
たとえば、第１の実施の形態で説明した時系列歪値データに基づく解析と、第２の実施の形態で説明した時系列弾性率データに基づく解析を、同一の超音波診断システムにより実行することもできる。
【０１４６】
また、本発明は、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率からなる時系列データ（時系列歪値データまたは時系列弾性率データ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものであればよく、上述した実施の形態で示されたデータの処理方法に代えて、異なるデータ処理方法を採用することもできる。たとえば、周波数特性や位相特性による解析の変わりに、時間領域での時系列弾性率データにおける時間的な弾性率の上昇率または減少率、あるいは、時系列歪値データにおける時間的な歪みの上昇率または減少率を算出することによって、評価対象箇所の状態を解析してもよい。たとえば、図５に示される時系列データにおける上昇率または減少率から直接的に評価対象箇所の状態を解析してもよい。この場合も、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列データに基づいて解析がなされるので、力学的非線形性および粘弾性の影響を考慮して、高精度に評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率からなる時系列データに基づいて、評価対象位箇所の状態を解析して解析結果を表示するので、評価対象箇所に存するプラークや血管壁の力学的非線形性および粘弾性の影響を考慮して、評価対象箇所の状態を判断することが可能となる。したがって、より直感的かつ正確なプラークや血管壁の性質や状態を解析することができ、術者間での違いが少なく、より客観的な診断が可能となる。この結果、術者は、統一的で、適切な治療法を選択することができる。
【０１４８】
特に、複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率は、複数の心拍の期間にわたって算出されているので、血管の収縮段階および膨張段階を含むすべての状態を考慮して、評価対象箇所の状態を判断することが可能となる。また、複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率を、複数の心拍の期間にわたって算出することによって、上述した同期加算による安定化処理を適用することもできる。したがって、ノイズ成分を軽減しつつ、空間分解能の低下を防ぐとともにデータの時間的な連続性を担保することができる。
【０１４９】
特に、時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて評価対象箇所の状態を解析するので、プラークや血管壁の性質や状態の違いが現れやすい特定の周波数を選択することによって、プラークや血管壁の力学的非線形性や粘弾性の影響を考慮しつつ、プラークの性質や状態の違いを高感度に判別することができる。
【０１５０】
また、時系列データの位相遅れに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するので、プラークや血管壁の粘性の違いを考慮して、それらの性質や状態を解析することができる。
【０１５１】
また、自己相関法または複合自己相関法によって得られた相関係数が低い領域の輝度を変化させて断層画像を表示するので、血流部分と血管壁部分との境界を明確にした上で、評価対象箇所の状態の解析結果を表示することができる。
【０１５２】
また、超音波を血管の周方向に走査して送波するとともに、超音波を血管の長軸方向に走査して送波し、血管の長軸方向に沿って移動する検出対象箇所の位置を追跡可能であるので、送波手段と血管との相対的な位置が血管の長軸方向に沿ってずれる場合でも、本発明の処理を適用することができる。また、断層画像のみならず、３次元ボリュームデータを取得することができ、脈波解析などに処理を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態の超音波診断システムの概略構成を示す図である。
【図２】 図１に示される超音波診断システムによる処理手順の概要を示す概念図である。
【図３】 図１に示される超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図３のステップＳ１０３で適用可能な同期加算による安定化処理の原理を示す図である。
【図５】 図３のステップＳ１０３で算出される時系列歪みデータの一例を示す図である。
【図６】 図３のステップＳ１０４で解析される時系列歪値データを周波数成分に分解した結果を示す図である。
【図７】 図３のステップＳ１０５で解析される時系列歪値データの位相遅れを示す図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態の超音波診断システムの概略構成を示す図である。
【図９】 図８に示される超音波診断システムによる処理手順の概要を示す概念図である。
【図１０】 図８に示される超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００，５００…超音波カテーテル、
１１０，５１０…カテーテル本体、
１２０，５２０…超音波プローブ（超音波送受信部）、
２００,４００…制御部、
２１０,４１０…インターフェース部、
２２０…瞬時歪値算出部、
２２１,４２１…追跡部、
２３０…時系列歪値データ解析部、
２４０,４４０…画像データ作成部、
３００…表示部、
４２０…瞬時弾性率算出部、
４３０…時系列弾性率データ解析部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管内の状態を解析するための超音波診断装置に関し、特に、血管内エコー法によって、血管内のプラーク（硬化巣）と呼ばれる硬化巣の性質や状態を診断する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不安定狭心症および急性心筋梗塞などのように、急性の虚血所見を示す一連の症候群は、急性冠症候群と呼ばれている。従来では、このような急性冠症候群は、血管内腔にプラーク（硬化巣）が長年にわたり徐々に堆積して、血管に狭窄や閉塞が引き起こされることが原因であると考えられていた。
【０００３】
しかしながら、近年では、形成されたプラークの種類が急性冠症候群の発症に影響を与えていると考えられている。一般に、プラークは、粥状の軟らかい脂質成分と、比較的硬い線維性被膜（線維成分）とから構成されている。そして、脂質成分が含まれる割合が高いプラークは、わずかな刺激によっても破壊されやすい脆弱なプラークであり、脂質成分が含まれる割合が低いプラークは、破壊されにくいプラークである。ここで、脂質成分が含まれる割合の高い脆弱なプラークは、脂質成分が含まれる割合の低いプラークに比べて軟らかく、変形しやすい。したがって、前者はソフトプラークと呼ばれ、後者はハードプラークと呼ばれる。そして、脆弱なソフトプラークが破壊されることによって血栓が生じ、この結果、血管の狭窄や閉塞が引き起こされて、上記の急性冠症候群が生じると考えられている。
【０００４】
したがって、急性冠症候群の予防や適切な治療のためには、プラークの性質や状態を評価する技術が必要である。特に、血管内に形成されているプラークが脆弱なソフトプラークであるか、あるいはハードプラークであるかを的確に判断する必要がある。
【０００５】
このようなプラークの性質や状態を判断するためには、Ｘ線による血管造影よりも、血管内エコー法が優れている。血管内エコー法では、先端に超音波プローブを有するカテーテルが血管内に挿入される。超音波プローブは、評価対象箇所で円周方向に走査（ラジアル走査）しながら超音波を送波し、その反射波を受波して受信信号を得る。そして、この受信信号の振幅を輝度変調して血管の断層画像が得られる。
【０００６】
実際の臨床現場では、このようにして得られた断層画像に基づいて、輝度が高い部分が線維成分に対応し、輝度が低い部分が脂質成分に対応するとみなして、プラークの性質や状態を解析しているのが実情である。たとえば、輝度が高い部分を８０％以上含むプラークをハードプラークとみなし、輝度が低い部分を８０％以上含むプラークをソフトプラークとみなして、プラークの擬似的な性質や状態が診断される。
【０００７】
しかしながら、輝度とプラークの状態との間では、直接的な関連性が希薄である。したがって、輝度のみに基づく処理では、プラークの性質や状態を、より詳細かつ正確に解析することが難しい。このような問題点を解決するために、プラークの力学的な特性を求めて、プラークの性質および状態を直接的に解析する技術が要望されている。たとえば、超音波を用いて、評価対象箇所の歪値や弾性率などの力学的な特性を求めるための種々の技術が提案されている、（例えば、特許文献１〜特許文献４を参照）。
【０００８】
特許文献１では、超音波を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡（トラッキング）し、血管壁の弾性率の算出を行い、血管内のプラークの性質および状態について評価するる技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２では、２つの各時刻に得られた２つの画像の各部分領域を切り出して、複素共役積を求め、複素共役積の位相の傾きから変位を求め、非検体内の組織の固さなどを評価する技術が開示されている。
【００１０】
特許文献３では、特定の２点間の距離の変化と血管内の血圧値とに基づいて、血管内の評価対象箇所での絶対的な弾性率（絶対的弾性率）を算出する技術が示されている。また、血管内の各評価対象箇所において求めた弾性率の違いに応じて、血管断層画像に色相を付加して表示する技術が開示されている。
【００１１】
特許文献４では、絶対的弾性率を演算する代わりに、観測点と参照点の弾性レベルを表す弾性率どうしの比率（間接的弾性率）を求めて表示する技術が開示されている。
【００１２】
以上のような従来の技術は、歪値や弾性率を算出し、血管内の評価対象箇所の硬さを評価するものである。しかしながら、実際は、心拍による血圧変動にともなって内腔面積が周期的に変化するので、血管壁およびプラークの歪値も周期的に変化する。すなわち、血管が収縮及び膨張している時点では、歪値は大きく変化し、収縮から膨張に切り換わる時点および膨張から収縮に切り替わる時点では、歪値はあまり変化しない。
【００１３】
また、血管壁およびプラークは、本質的には、力学的に非線形な弾性体であり、壁内部応力と歪値とは、非線形な関係を持っている。そして、この非線形性によって、血管壁およびプラークの弾性率も、血管の収縮及び膨張の段階に応じて、時間的に変化する。さらに、血管壁およびプラークは、粘性をもっているので、血管壁およびプラークを粘弾性体として扱う必要がある。
【００１４】
しかしながら、上述の技術では、時系列的な歪値や弾性率の時系列的な変化に基づいて評価対象箇所の状態を解析するものではないため、血管壁やプラークの力学的非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態、すなわちプラークの性質や状態を解析することができなかった。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−２２９０７８号公報
【特許文献２】
特開平８−１０２６０号公報
【特許文献３】
特開平５−３１７３１３号公報
【特許文献４】
特許第３１８２４７９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データに基づいて、評価対象箇所のもつ非線形性や粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる超音波診断装置を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列データに基づいて、評価対象箇所のもつ非線形性や粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる超音波診断装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段は、以下の構成によって達成される。
【００１９】
（１）本発明の超音波診断装置は、血管内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な歪値を算出する歪値算出手段と、前記歪値算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【００２０】
（２）上記の解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００２１】
（３）上記の解析手段は、前記強度が高いほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断する。
【００２２】
（４）上記の解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００２３】
（５）上記の解析手段は、前記位相遅れが大きいほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断する。
【００２４】
（６）上記の歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有する。
【００２５】
（７）上記の超音波送受信部は、血管の周方向に走査して超音波を送波するとともに、血管の長軸方向に走査して超音波を送波し、前記追跡手段は、血管の長軸方向に沿って移動する検出対象箇所の位置を追跡可能である。
【００２６】
（８）上記の表示手段は、前記受信信号に基づいて血管の断層画像を表示するとともに、前記解析手段によって解析された結果を前記断層画像上に重ねて表示する。
【００２７】
（９）上記の歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法に基づいて、血管内の検出対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有し、前記表示手段は、前記自己相関法または前記複合自己相関法によって得られた相関係数に基づいて前記断層画像の特定領域の輝度を変化させて当該断層画像を表示する。
【００２８】
（１０）上記の歪値算出手段が、前記時系列データに含まれるノイズを低減する機能をさらに有する。
【００２９】
（１１）本発明の超音波診断装置は、血管内に挿入される挿入部と、前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率の値を算出する弾性率算出手段と、前記弾性率算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点の瞬時的な弾性率の値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【００３０】
（１２）上記の弾性率算出手段は、血圧値に基づいて絶対的弾性率を算出する。
【００３１】
（１３）上記の弾性率算出手段は、前記血管内の所定の参照点を基準とする相対的弾性率を算出する。
【００３２】
（１４）上記の解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００３３】
（１５）上記の解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の形態の超音波診断システムの概略構成を説明するための図である。
【００３５】
本実施の形態の超音波診断システムは、大別して、超音波カテーテル１００と、制御部２００と、表示部３００とから構成される。
【００３６】
超音波カテーテル１００は、血管に挿入可能なカテーテル本体（挿入部）１１０と、カテーテル本体１１０に設けられた超音波プローブ１２０とから構成される。超音波プローブ１２０は、カテーテル本体１００の管腔内に設けられ、血管内で超音波を送受信する超音波送受信部として作用する。具体的には、超音波プローブ１２０は、音響変換器であり、超音波の送信と受信をパルス状に交互に繰り返すことによって、単一の素子による送受信が可能となる。なお、超音波プローブ１２０としては、超音波送信手段と超音波受信手段を別個の素子により構成したものとすることもできる。
【００３７】
超音波カテーテル１００が血管内腔の所定の評価対象箇所に挿入された状態で、超音波プローブ１２０は、電子的または機械的にラジアル走査しながら（すなわち、周方向に沿って回転しながら）超音波を送波し、血管壁内からの超音波の反射波を電気信号、すなわち受信信号（エコー信号）に変換する。ラジアル走査しながら超音波の反射波を受波することで、血管の長軸方向に垂直に切断した血管の断層画像（２次元データ）が得られる。また、本実施の形態の超音波診断システムは、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向に沿った走査を実行してもよい。この場合は、血管内の立体形状を示す３次元ボリュームデータを得ることができる。なお、超音波カテーテル１００自体の構成は、従来の超音波カテーテル１００の構成と同様であるので、詳しい説明を省略する。具体的には、血管壁やプラークに向かって超音波を照射すると、この超音波は、血管壁内部やプラーク内部で反射されて、超音波プローブ１２０により受波される。ここで、血管壁やプラークは、心拍に対応して局所的に変形して歪むので、血管壁やプラークなどの評価対象物内の２点間の距離は、心拍に対応する変形前後で変化する。したがって、心拍に応じた評価対象物内の２点間の距離の変化により、受波される超音波波形は、局所的に移動することになる。
【００３８】
次に、制御部２００の構成について説明する。制御部２００は、たとえば、パーソナルコンピュータおよびワークステーションなどのコンピュータを用いて構成しても良い。制御部２００は、インターフェース部２１０と、瞬時歪値算出部２２０と、時系列歪値データ解析部２３０と、画像データ作成部２４０と、を有する。
【００３９】
インターフェース部２１０は、超音波カテーテル１００によって得られた受信信号を取得するインターフェースである。ここで、本実施形態のインターフェース部２１０は、超音波をラジアル走査して得られた受信信号を、少なくとも複数の心拍を含む時間にわたって取り込む。
【００４０】
瞬時歪値算出部２２０は、血管内の評価対象箇所での瞬時的な歪値を算出するものである。すなわち、瞬時歪値算出部２２０は、心拍に伴う血管の収縮及び膨張の各時点での瞬時的な歪値を算出する。なお、瞬時的な歪値の算出は、心拍の周期に比べて短い所定のサンプリング周期毎に行われ、複数の心拍にわたって実行される。このように、瞬時歪値算出部２２０によって、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データ（以下、「時系列歪値データ」という）が得られる。また、瞬時歪値算出部２２０には、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡部２２１を有する。追跡部２２１は、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する。追跡部２２１の詳しい内容は後述する。
【００４１】
時系列歪値データ解析部２３０は、瞬時歪値算出部２２０によって得られた上記の時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものである。時系列歪値データ解析部２３０は、力学的性質に基づいて、評価対象箇所のプラークがソフトプラークであるかハードプラークであるかを判断する。換言すれば、力学的性質に基づいて、プラークに脂質成分が含まれる割合を評価することができる。
【００４２】
このように、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列歪みデータに基づいて、評価対象箇所の状態を解析する点は、本実施の形態の超音波診断システムの特徴の一つである。具体的には、時系列歪値データ解析部２３０は、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第１の機能と、時系列歪値データの位相遅れ（位相進みの場合も含まれる。以下、同じ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第２の機能とを有していることが望ましい。しかしながら、本実施の形態と異なり、第１の機能と第２の機能のどちらか一方の機能を有していてもよい。また、時系列歪値データ解析部２３０は、時間的な歪値の変化率を算出して、評価対象箇所の状態を解析することもできる。なお、各機能の詳細は後述する。
【００４３】
画像データ作成部２４０は、インターフェース部２１０から得られた受信信号に基づいて、血管の断層画像を作成する。なお、上述するように、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向への走査が行われる場合には、血管内の３次元ボリュームデータを作成することができる。さらに、画像データ作成部２４０は、時系列歪値データ解析部２３０による解析結果を示す画像データについても作成する。
【００４４】
なお、瞬時歪値算出部２２０、時系列歪値データ解析部２３０、および画像データ作成部２４０は、コンピュータプログラムを実行するＣＰＵとして実現されるが、専用の集積回路を用いて実現してもよい。
【００４５】
次に、表示部３００について説明する。表示部３００は、液晶ディスプレイやＣＲＴなどの表示機器である。表示部３００は、受信信号に基づいて作成された血管の断層画像を表示するとともに、時系列歪値データ解析部２３０によって解析された結果を表示する。具体的には、解析された結果を断層画像上に重ねて表示することが望ましい。たとえば、断層画像上に、評価対象箇所の血管壁やプラークについての解析結果に応じて異なる色相を付加して表示することができる。
【００４６】
次に、以上のように構成される本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順について説明する。
【００４７】
図２は、本実施の形態の超音波診断システムの処理手順の概要を示す概念図である。図２に示されるとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、データ取得（ステップＳ１１）、瞬時的な歪値の算出（ステップＳ１２）、時系列歪値データを用いた解析（ステップＳ１３）の順番で処理がなされる。
【００４８】
まず、ステップＳ１１では、複数心拍にわたって時系列に沿った複数の時点（図中では、第１時点から第Ｎ＋１時点）での受信信号（エコー信号）のデータを得る。
【００４９】
次に、ステップＳ１２では、瞬時歪値算出部２２０が、ステップＳ１１でのデータを取得し、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点（ただし、ｋは、１〜Ｎの整数）でのデータを比較して、時系列に沿った複数の時点での瞬時的な歪値を算出する。図２に示される場合では、合計Ｎ個の瞬時的な歪値が算出される。
【００５０】
次に、ステップＳ１３では、時系列歪値データ解析部２３０は、ステップＳ１２において時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データを用いて、評価対象箇所の状態を解析する。この結果、プラーク等の病変の有無に加え、プラークの力学的特性に基づくプラークの性質および状態が判断される。具体的には、プラークがハードプラークであるかソフトプラークであるかが判断される。
【００５１】
図３は、本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。フローチャートに示される処理手順には、データ作成処理、移動点追跡処理、瞬時的な歪値の算出処理、時系列歪値データの特定の周波数成分の強度に基づく解析処理、時系列歪値データの位相遅れに基づく解析処理、および解析結果を表示する処理が含まれる。以下、各処理の詳細が示される。
【００５２】
（データ形成処理）
まず、データ形成処理が実行される（ステップＳ１０１）。複数心拍にわたって時系列に沿った複数の時点での受信信号（エコー信号）のデータを得る。具体的には、超音波をラジアル走査して、反射波を受波することによって、各時点での血管の断層画像（２次元データ）が作成される。また、ラジアル走査に加えて長軸方向への走査を実行することによって、３次元に拡張された処理を実行することもできる。３次元の処理に拡張した場合には、３次元ボリュームデータが作成される。
【００５３】
（移動点追跡）
次に、血管内腔における評価対象箇所の点の移動を追跡する（ステップＳ１０２）。すなわち、心拍に対応して血管壁が歪むために、評価対象箇所の点も移動する。本ステップでは、この点の移動を追跡する。具体的には、追跡部２２１は、図２に示されるように、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点でのデータを比較して、移動点追跡を行う。たとえば、図２の第１番目の時点でのデータと第２番目の時点でのデータとに基づいて、移動点追跡が行われる。
【００５４】
移動点の追跡には、たとえば、自己相関法または複合自己相関法が用いられ、より好ましくは、複合自己相関法が用いられる。ここで、複合自己相関法の詳細については、詳しい説明を省略する。簡単に説明すれば、複合自己相関法では、第１段階として、心拍に応じて連続して取得された信号が直交検波される。そして直交検波された後の複素包絡線信号を用いて、変形前後の包絡線分布の相関係数が最も高い位置が局所的に大まかに推定される。そして、第２段階として、推定された包絡線分布の相関が最も高い位置での位相差から点の位置が精査される。
【００５５】
一般的に、超音波カテーテル１００の位置がずれることにより、変形前後で照射される超音波の走査線が交差してしまうため、位相差の検出に誤差が含まれるおそれがある。この点、複合自己相関法では、位相差の検出に先がけて、超音波カテーテル１００の位置ずれの影響を受けにくい包絡線分布の相関係数を用いて移動点の位置が大まかに推定することにより、位相差検出の誤差による影響を最小限に抑制することができる。ここで、包絡線分布の相関係数とは、変形前後の局所的な波形の一致度を表す量に対応する。
【００５６】
また、冠動脈に超音波カテーテル１００を挿入する場合には、心臓の動きの影響を直接的に受けるために、長時間の計測においては、長軸方向に沿って、超音波カテーテル１００と血管との相対的な位置がずれる場合がある。しかしながら、複合自己相関法では、半径方向および周方向に加えて長軸方向を含む３次元の処理に拡張することができる。したがって、上述したように、超音波診断システムが、ラジアル走査のみならず、血管の長軸方向に沿った走査を実行することによって、半径方向および周方向への移動点の追跡のみならず長軸方向への移動点の追跡も実行することもできる。
【００５７】
以上のような移動点追跡によって、たとえば、ｋ番目とｋ＋１番目の時点間における変位の半径方向ｒ成分ｕr (k)＝ｕr (k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）、円周方向θ成分ｕθ(k)＝ｕθ(k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）、及び長軸方向ｌ成分ｕl (k)＝ｕl (k)（ｒ，θ，ｌ；ｋΔｔ）が、求められる。ここで、Δｔは、サンプリング周期を意味し、ｒ，θ，ｌは、ｋ番目の時点での３次元ボリュームデータにおける座標値を表す。
【００５８】
また、処理開始時点で注目する評価対象箇所の空間点をｐ0（ｐr (0)＝ｒ0，ｐθ(0)＝θ0，ｐl (0)＝ｌ0）とすると、この点がｋΔｔ時間後（すなわちｋ番目の時点）に移動する位置は、以下の（１ａ）〜（１ｃ）式で表される。
【００５９】
【数１】
以上のように、移動点の追跡がなされると、以下の処理に進む。
【００６１】
（瞬時的な歪値の算出）
次に、時系列に沿った複数時点での瞬時的な歪値が算出される（ステップＳ１０３）。この結果、時系列に沿った複数時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データが得られる。
【００６２】
具体的には、瞬時歪値算出部２２０は、時間的に隣接する２つの時点であるｋ番目とｋ＋１番目の時点でのデータ間での移動点追跡によって求められた変位、すなわち（ｕr (k)、ｕθ(k)、ｕl (k)）から歪値εを算出する。具体的には、歪値は、以下の（２ａ）〜（２ｃ）式に示されるとおり、変位の各成分を、それぞれｒ、θ、ｌで微分演算することによって得られる。
【００６３】
【数２】
したがって、初期時点において注目する評価対象箇所の空間点（ｒ0，θ0,ｌ0）のｔ＝ｋΔｔ後の歪値は、（１ａ）〜（１ｃ）式、および（２ａ）〜（２ｃ）式を用いることによって、次の（３）式のように算出される。なお、ここでは、歪値の半径方向成分のみを示したが、円周方向及び長軸方向の各成分についても同様に算出することができる。
【００６５】
【数３】
（３）式によれば、複数の時刻ｔ（ｋΔｔ）での瞬時的な歪値が算出される。この結果、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データが得られる。
【００６７】
ここで、（３）式に示される時系列歪値データにはノイズが含まれている。したがって、瞬時歪値算出部２２０は、時系列歪値データに含まれるノイズを軽減するための機能をさらに有していてもよい。たとえば、瞬時歪値算出部２２０は、以下に示される空間的局所平滑化処理、バンドパスフィルタリング処理、同期加算による安定化を用いて、時系列歪値データに含まれるノイズを低減することができる。
【００６８】
空間的局所平滑化では、以下の（４）式で示されるとおり、局所的な空間領域であるＲＯＩ（regions of interest）が設定され、平滑化処理が実行される。なお、ここでは、３次元空間的なＲＯＩが記号Ｖで示されている。
【００６９】
【数４】
また、フィルタリング処理では、（４）式で示される空間的局所平滑化処理後の時系列歪値データに対して、以下の（５）式で示されるとおり、特定の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタリング処理が適用される。具体的には、時系列歪値データは、心拍に対応して周期的に変化するので、心拍に対応する周波数成分以外は、ノイズである可能性が高い。したがって、心拍に対応する周波数（１Ｈｚ）前後に設定したバンドフィルタを時系列歪値データに適用することによって、ノイズを除去し、安定的な時系列歪値データを抽出することができる。
【００７１】
【数５】
フィルタリング処理に代えて、同期加算による安定化処理を実行してもよい。同期加算による安定化処理では、時系列歪値データが、心拍に対応して周期的に変化することを利用して、複数周期にわたって、対応する時間領域の値が加算されて平均化される。図４に同期加算による安定化処理の原理を示す。
【００７３】
図４に示されるように、時系列歪値データの周期をＴとすると、時刻ｔを中心にして、幅ｔｗを持つ領域と、時刻ｔ＋Ｔ、時刻ｔ＋２Ｔ、時刻ｔ＋３Ｔ・・・ｔ＋（Ｎ−１）Ｔを中心にして幅ｔｗを持つ各領域とは、相互に対応する。同期加算による安定化処理は、これらの対応する複数の領域の値を平均化する処理である。同期加算による安定化処理は、換言すれば、以下の（６）式により、時間的局所平均化を行う処理といえる。
【００７４】
【数６】
以上のように、図３のステップＳ１０３では局所的な２点間の距離の変化に基づいて、複数の時点での歪値からなる時系列歪値データが算出される。また、本実施の形態では、空間的局所平滑化の処理のみならず、人の心拍の周波数に対応したバンドパスフィルタを用いたフィルタリング処理、および同期加算による安定化処理を行って、ノイズが低減された時系列歪値データが得られる。
【００７６】
時系列歪値データの一例を図５に示す。図５には、評価対処箇所が、脂質成分の割合が高いソフトプラークである場合と、評価対象箇所が、線維成分や石灰質成分の割合が高く脂質成分の割合が低いハードプラークである場合とが共に示されている。
【００７７】
次に、上記の瞬時歪値算出部２２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列歪値データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【００７８】
（周波数の強度による解析）
図３のステップＳ１０４では、時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析が実行される。すなわち、時系列歪値データ解析部２３０は、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する。
【００７９】
具体的には、まず、評価対象箇所の各空間点（ｒ，θ，ｌ）で求めた時系列歪値データに対して、次の（７）式で示されるフーリエ変換が適用され、時系列歪値データが複数の周波数成分に分解される。実際には、評価対象箇所の全ての空間点で求めた時系列歪値データに対して、同様の処理が行われる。
【００８０】
【数７】
図６に、周波数成分に分解した結果を示す。図６において、横軸は、周波数ωを示し、縦軸は強度Ｐを示す。なお周波数ωｃは、心拍の周波数であり、約１Ｈｚ前後である。図６には、評価対象箇所がハードプラークである場合と、評価対象箇所がソフトプラークである場合とについて共に示している。
【００８２】
図６に示されるように、ハードプラークの場合も、ソフトプラークの場合も、心拍の周波数がωｃの付近において、周波数強度が最大となる。しかしながら、ソフトプラークの場合の方がハードプラークの場合の方に比べて、周波数強度が高くなり、周波数がωｃの付近において、その差が顕著となる。
【００８３】
次に、時系列歪値データ解析部２３０は、心拍の周波数ωｃ付近での周波数成分の強度を空間点ごとに算出する。この結果、心拍に起因する血管の収縮および膨張の段階によらずに、プラークの性質や状態を評価することが可能となる。具体的には、以下の（８）式に示されるとおり、心拍の周波数ωｃを中心にして幅ωｗの範囲を設定し、この範囲において、上記の（７）式で求めた周波数特性を積分して、心拍の周波数ωｃ付近の強度を算出する。具体的には、複数の空間点において、心拍の周波数ωｃ付近の強度を算出する。
【００８４】
【数８】
また、特定の位置（たとえば、血管の外膜付近の位置）を参照点とし、この参照点を基準として各位置における強度を正規化することが望ましい。この正規化した値を用いて、プラークの硬さを安定的に半定量的に評価することが可能となる。
【００８６】
また、心拍の周期の２倍以上の区間にわたって算出された時系列歪値データに対して、フーリエ変換を用いて複数の周波数成分に分解して、ωｃ付近の周波数強度によりプラークの硬さを評価することで、時系列的な周波数強度の変化を考慮した評価も可能となる。
【００８７】
なお、上記の説明では、半径方向ｒの成分について説明したが、円周方向θおよび長軸方向ｌの成分についても、時系列歪値データを複数の周波数成分に分解して、ωｃ付近の周波数強度を用いて評価することもできる。
【００８８】
次に、時系列歪値データの位相遅れに基づいて、評価対象箇所の状態、すなわちプラークの状態を解析する処理について説明する。
【００８９】
（時系列歪値データの位相遅れによる解析）
本実施の形態では、上述した時系列歪値データの特定の周波数強度に基づく解析の処理（図３のステップＳ１０４）に引き続いて、時系列歪値データの位相遅れによる解析の処理が実行される（ステップＳ１０５）。すなわち、時系列歪値データ解析部２３０は、各空間点で得られた時系列歪値データと、参照点（たとえば、血管の外膜付近の位置）で得られた時系列歪値データとを比較して、両者間での位相遅れを算出し、位相遅れの大きさに基づいて評価対象箇所の状態を解析する。
【００９０】
具体的には、まず、評価対象箇所の各空間点（ｒ，θ，ｌ）で求めた時系列歪値データが、キャリア角周波数（心拍角周波数）としてωｃを持つことを利用し、時系列歪値データに対して、ωｃを基準周波数として直交検波がなされる。この結果、次の（９）式に示されるとおり、包絡線部分νｒと、位相φに関する部分とによって表される複素時系列歪値データが算出される。
【００９１】
【数９】
ここで、νｒ（ｒ，θ，ｌ：ｔ）は、包絡線部分を示し、φｒ（ｒ，θ，ｌ；ｔ）は、位相を示す。なお、上記の（９）式を用いて、任意の空間点での複素時系列歪値データと、参照点での複素時系列歪値データが算出される。
【００９３】
次に、任意の空間点での複素時系列歪値データと、参照点での複素時系列歪値データとに基づいて、参照点に対する任意の空間点での位相遅れが、求められる。
【００９４】
図７は、位相遅れの概要を示している。具体的には、図７には、参照点での時系列歪値データと、評価対象箇所での時系列歪値データとが示されている。図７に示される場合では、評価対象箇所で、参照点に比べて位相が遅れている。位相遅れは、評価対象箇所での粘弾性を反映している。具体的には、評価対象箇所のプラークがソフトプラークである場合は、位相遅れが大きくなり、ハードプラークである場合には、位相遅れが小さくなる。この理由は、比較的硬い線維成分を多量に含むハードプラーク（安定プラーク）では、心拍に応じた血管壁の動きとほぼ同期した運動が生じる一方、脂質成分多量に含み線維成分が極微小なソフトプラーク（不安定プラーク）では、血管壁との界面から離れるのにしたがって血管壁の動きに対して応答遅れが生じるからである。したがって、位相遅れを解析することによって、プラークの性質や状態を解析することができる。具体的には、参照点に対する任意の空間点での位相遅れは、次の（１０）式を用いて、求められる。
【００９５】
【数１０】
すなわち、参照点での複素時系列歪値データの複素共役と、評価対象箇所の各空間点での複素時系列歪値データとの積を求めて、時間積分を実行し、その結果の偏角（argument）をとることによって、参照点に対する各空間点での位相遅れが得られる。なお、（１０）式で、時間ｔを積分変数として時間積分しているのは、安定化を考慮するととともに、心拍に起因する血管の収縮および膨張の段階に依存することなく、プラークの性質や状態を評価するためである。
【００９７】
なお、上記の説明では、半径方向ｒの成分について説明したが、円周方向θおよび長軸方向ｌの成分についても、時系列歪値データの位相遅れを求めて、同様に評価することができる。
【００９８】
以上のように、時系列歪値データの特定の周波数成分の強度（ステップＳ１０４）、および／または時系列歪値データの位相遅れ（ステップＳ１０５）によって、評価対象箇所の性質や状態を解析することができる。
【００９９】
（解析結果の表示）
次に、表示部３００に解析結果が表示される（図３のステップＳ１０６）。たとえば、血管を長軸に垂直な面で切った断層画像が表示されるとともに、ステップＳ１０４および／またはステップＳ１０５の解析結果を断層画像上に表示することができる。
【０１００】
具体的には、各空間点における時系列歪値データの特定の周波数成分の強度（テップＳ１０４）、および／または時系列歪値データの位相遅れの値（ステップＳ１０５）に応じて、断層画像上の各位置に色相が付加される。たとえば、複数段階の閾値を設定しておき、ステップＳ１０４で求められる強度の規格値を各閾値と比較して、各閾値との比較結果に応じて、付加される色相を変化させることができる。より具体的には、ステップＳ１０４で求められる強度の規格値が第１閾値未満の箇所では、第１色相を付し、強度の規格値が第１閾値以上で第２閾値未満の箇所では、第２色相を付し、強度の規格値が第２閾値以上の箇所では、第３色相を付すことができる。同様に、ステップＳ１０５で求められた時系列歪値データの位相遅れの値を複数段階に設定された閾値と比較して、比較結果に応じて、付加される色相を変化させることができる。
【０１０１】
また、図３のステップＳ１０２に示される移動点追跡の際に用いられる複合自己相関法によれば、位相と同時に相関係数が算出される。そして、歪値が小さい場合および同一平面内で平行移動するような場合に、相関係数の値が高い値を示す。
【０１０２】
ここで、硬い箇所（たとえば、ハードプラーク）は、変形の際に平行移動に近い動きをする傾向にあるため、軟らかい箇所に比べて、相関係数の値が高くなる。したがって、相関係数の値自体も、評価対象箇所の性質および状態を判断するために役立つ。さらに、相関係数の分布は、安定的に算出しやすいというメリットもある。したがって、表示部３００が、上記の解析結果とともに、相関係数の値についても表示することによって、術者が評価対象箇所の状態を判断する上での重要な情報を提供することができる。
【０１０３】
また、速く動く箇所では、相関係数の値は、低くなる。たとえば、血管内腔の血流部分は、血管壁内よりも速く動いている。この結果、血管内腔の血流部分の方が、血管壁部分に比べて相関係数が低くなる。
【０１０４】
したがって、相関係数の違いにより、血流部分であるか血管壁の部分であるか否かを判断することができる。具体的には、求められた相関係数を閾値と比べて、閾値よりも相関係数が低い領域において、上記の断層画像の輝度を下げて、表示部３００に表示する。この結果、血流部分の輝度が血管壁部分の輝度よりも全体として下がり、血流部分と血管壁部分との境界が明確になるように表示することができる。逆に、相関係数が高い領域の輝度を高くしてもよい。このように、相関係数に基づいて断層画像の特定領域の輝度を変化させて当該断層画像を表示することにより、血流部分と血管壁の部分との境界が明確化される。
【０１０５】
以上のように、第１の実施の形態の超音波診断システムの内容を説明したが、種々の変形が可能である。たとえば、上記の説明では、時系列歪値データの特定周波数成分の強度による解析（ステップＳ１０４）に続いて、時系列歪値データの位相遅れによる解析（ステップＳ１０５）を行う場合が示されたが、これらの処理順序は、変更することができる。また、周波数成分の強度による解析（ステップＳ１０４）と、時系列歪値データの位相遅れによる解析（ステップＳ１０５）のどちらか一方のみを実行することによって、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態の超音波診断システムでは、少なくとも複数心拍を含む時間にわたって複数の時刻で得られた瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象の状態が解析される。ここで、時系列歪値データには、評価対象箇所である血管壁やプラークの非線形性および粘弾性が反映されている。したがって、本実施の形態の超音波診断システムによれば、血管壁やプラークの非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１０７】
特に、ステップＳ１０４に示される周波数成分の強度による解析によれば、心拍による血管の収縮及び膨張の段階によらない指標により、プラークの硬さを安定かつ半定量的に評価することができる。
【０１０８】
また、ステップＳ１０５に示される時系列歪値データの位相遅れによる解析によれば、評価対象箇所の粘弾性を強く反映した指標である位相遅れに基づいて、プラークの性質や状態を解釈することができる。
【０１０９】
さらに、各時点での瞬時的な歪値を算出する際には、ノイズ成分が含まれやすいので、空間的局所平滑化のみならず、心拍に対応する周波数前後に設定されたバンドパスフィルタ処理、および／または同期加算による安定化処理を適用することができる。したがって、ノイズ成分を低減しつつ、空間分解能の低下を防ぐとともに、データの時間的な連続性を担保することができる。
【０１１０】
（第２の実施の形態）
上述した第１の実施の形態では、瞬時的な歪値を算出し、複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列歪値データに基づいて、評価対象箇所の状態が解析される場合が示された。しかしながら、歪値は、評価対象箇所の硬さを相対的に示す指標であり、評価対象箇所の硬さを直接的に示すものではない。評価対象箇所の硬さを表す指標としては、弾性率（ヤング率）Ｅが用いられる。
【０１１１】
本実施の形態では、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率が算出され、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率の値からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態が解析される。なお、第１の実施の形態と同様の部材には、同じ部材番号が用いられる。
【０１１２】
図８は、本実施の形態の超音波診断システムの概略構成を説明するための図である。本実施の形態の構成のうち、表示部３００は、図１に示される第１の実施の形態の場合と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１１３】
本実施の形態の超音波カテーテル５００は、カテーテル本体５１０の表面に圧力センサ５３０を備える。圧力センサ５３０は、超音波プローブ５２０によって送受信される超音波信号の妨げとならないよう、超音波プローブ５２０の存在範囲の基端側であって、最も超音波プローブ５２０に近い位置に設けられ、血管内の血液の圧力（血圧）を測定する。
【０１１４】
本実施の形態の制御部４００は、インターフェース部４１０と、瞬時弾性率算出部４２０と、時系列弾性率データ解析部４３０と、画像データ作成部４４０と、を有する。このうち、画像データ作成部４４０は、第１の実施の形態の画像データ作成部２４０と同様の機能を有する。
【０１１５】
インターフェース部４１０は、超音波カテーテル５００における超音波プローブ５２０によって得られた超音波の受信信号を第１の実施形態のインターフェース部２１０と同様に取り込むのに加え、圧力センサ５３０によって得られた血圧を示す信号を取り込む。
【０１１６】
瞬時弾性率算出部４２０は、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率を算出するものである。すなわち、瞬時弾性率算出部４２０は、心拍に伴う血管の収縮及び膨張の各時点での瞬時的な弾性率を算出する。なお、瞬時的な弾性率の算出は、心拍の周期に比べて短い所定のサンプリング周期毎に行われ、複数の心拍にわたって実行される。このように、瞬時弾性率算出部４２０によって、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列データ（以下、「時系列弾性率データ」という）が得られる。また、瞬時弾性率算出部４２０には、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡部４２１を有する。追跡部４２１は、第１の実施の形態における追跡部２２１と同様に、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する。
【０１１７】
一般に、弾性率Ｅ、歪値ε、および応力σの関係は、以下の（１１）式で与えられる。ここでは、スカラー表示しているが、ベクトルの場合にも拡張することができる。
【０１１８】
【数１１】
したがって、瞬時的な歪値と、応力とを算出することによって、瞬時的な弾性率を求めることができる。瞬時弾性率算出部４２０は、第１の実施の形態の瞬時歪値算出部２２０と同様な手順によって瞬時的な歪値を算出する機能とともに、応力を算出する機能を有し、この瞬時的な歪値と応力とから瞬時的な弾性率を算出する。
【０１２０】
時系列弾性率データ解析部４３０は、瞬時弾性率算出部４２０によって得られた上記の時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものである。時系列弾性率データ解析部４３０は、力学的性質に基づいて、評価対象箇所のプラークがソフトプラークであるかハードプラークであるかを判断する。換言すれば、力学的性質に基づいて、プラークに脂質成分が含まれる割合を評価することができる。
【０１２１】
このように、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態を解析する点は、本実施の形態の超音波診断システムの特徴の一つである。具体的には、時系列弾性率データ解析部４３０は、時系列弾性率データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第１の機能と、時系列弾性率データの位相遅れ（位相進みの場合も含まれる。以下、同じ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する第２の機能とを有していることが望ましい。しかしながら、本実施の形態と異なり、第１の機能と第２の機能のどちらか一方の機能を有していてもよい。また、時系列弾性率データ解析部４３０は、時間的な弾性率の変化率を算出して、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１２２】
以上のように構成される本実施の形態の超音波診断システムの処理手順について説明する。
【０１２３】
図９は、本実施の形態の超音波診断システムの処理手順の概要を示す概念図である。図９に示されるとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、データ取得（ステップＳ２１）、瞬時的な歪値の算出（ステップＳ２２）、瞬時的な弾性率の算出（ステップ２３）、時系列弾性率データを用いた解析（ステップＳ２４）の順番で処理がなされる。ここで、データ取得（ステップＳ２１）、および瞬時的な歪値の算出（ステップＳ２２）の処理は、第１の実施の形態の図２に示されるステップＳ１１およびステップＳ１２の処理と同様である。
【０１２４】
ステップＳ２３では、血管内の応力が算出され、この応力と、ステップＳ１２で求められた瞬時的な歪値とから瞬時的な弾性率が算出される。
【０１２５】
ステップＳ２４では、時系列弾性率データを用いた解析がされる。この解析処理は、解析に用いられる時系列データが時系列歪値データではなく時系列弾性率データである点を除いて、ステップＳ１３の処理と同様である。
【０１２６】
図１０は、本実施の形態の超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。フローチャートに示される処理手順には、データ作成処理、移動点追跡処理、瞬時的な弾性率の算出処理、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析処理、時系列強度データの位相遅れに基づく解析処理、および解析結果を表示する処理が含まれる。ここで、データ作成処理（ステップＳ２０１）および移動点追跡処理（ステップＳ２０２）は、第１の実施の形態の場合と同様である。したがって詳しい説明は、省略する。
【０１２７】
（瞬時的な弾性率の算出）
時系列に沿った複数時点での瞬時的な弾性率が算出される（ステップＳ２０３）。この結果、時系列に沿った複数時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データが得られる。
【０１２８】
具体的には、瞬時弾性率算出部４２０は、まず、複数時点での瞬時的な歪値を求める。複数時点での瞬時的な歪値は、第１の実施の形態と同様の処理によって算出することができるので、詳しい処理内容は、省略する。さらに、本実施の形態の瞬時弾性率算出部４２０は、各時点での血管内の評価対象箇所における応力を推定する。そして、この評価対象箇所における瞬時的な歪値と、推定された各時点での応力とに基づいて、複数時点での瞬時的な弾性率が算出される。
【０１２９】
血管壁内の評価対象箇所における応力は、たとえば、以下のような有限要素法を用いて算出される。
【０１３０】
まず、超音波カテーテル５００を用いて、超音波診断と同時に、圧力センサ５３０によって、血管内腔での血圧変化が測定される。
【０１３１】
一方、ステップＳ２０１で得られたデータに基づいて、血管壁の領域が抽出される。そして、抽出された領域がメッシュに分割され、モデリングされる。そして、血管内腔での血圧変化を負荷項として、有限要素解析を実行し、各々のメッシュでの応力が算出される。この算出された応力が壁内部の局所的な応力とされる。最終的に、このように算出された応力を用いて、上述した（１１）式に基づいて、瞬時的な弾性率が求められる。
【０１３２】
以上のように、図１０のステップＳ２０３では局所的な２点間の距離の変化に基づいて、複数の時点での弾性率からなる時系列弾性率データが算出される。
【０１３３】
次に、上記の瞬時弾性率算出部４２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列弾性率データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【０１３４】
ステップＳ２０３の処理の後に、上記の瞬時弾性率算出部４２０によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象箇所の状態、好ましくはプラークの状態が解析される。解析には、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析と、時系列弾性率データの位相遅れに基づく解析とが含まれる。
【０１３５】
（周波数の強度による解析）
まず、時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析が実行される（ステップＳ２０４）。すなわち、時系列弾性率データ解析部４３０は、時系列弾性率データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、評価対象箇所の状態を解析する。たとえば、心拍の周波数ωｃ付近の周波数強度が算出される。周波数強度が大きく、弾性率が大きいほど、評価対象箇所が硬いことを意味する。すなわち、ソフトプラークの場合の方がハードプラークの場合に比べて、弾性率が小さくなる。なお、ステップＳ２０４の処理は、処理対象となる時系列データが時系列弾性率データであることに基づく違いを除いて、図３のステップＳ１０４の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１３６】
（時系列歪値データの位相遅れによる解析）
次に、時系列弾性列データの位相遅れによる解析の処理を説明する。
【０１３７】
本実施の形態では、上述した時系列弾性率データの特定の周波数強度に基づく解析の処理（ステップＳ２０４）に引き続いて、時系列弾性率データの位相遅れによる解析の処理が実行される（ステップＳ２０５）。すなわち、時系列弾性率データ解析部４３０は、各空間点で得られた時系列弾性率データと、参照点（たとえば、血管の外膜付近の位置）で得られた時系列弾性率データとを比較して、両者間での位相遅れを算出し、位相遅れの大きさに基づいて評価対象箇所の状態を解析する。この場合も、評価対象箇所のプラークがソフトプラークの場合には、位相遅れが大きくなり、ハードプラークの場合には、位相遅れが小さくなる。したがって、この位相遅れを解析することによって、プラークの性質や状態を解析することができる。なお、ステップＳ２０５の処理は、処理対象となる時系列データが時系列弾性率データであることに基づく違いを除いて、図３のステップＳ１０５の処理と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。
【０１３８】
（解析結果の表示）
次に、表示部３００に解析結果が表示される（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６の処理は、時系列歪値データ解析部２３０による解析結果（ステップＳ１０４および／またはステップＳ１０５）に代えて、時系列弾性率データ解析部４３０による解析結果（ステップＳ２０４および／またはステップＳ２０５）を断層画像上に表示する点を除いて、ステップＳ１０６の処理と同様であるので、詳しい説明を省略する。
【０１３９】
以上の説明では、瞬時弾性率算出部４２０が、血管の内腔の血圧値に基づいて絶対的な弾性率（絶対的弾性率）の値を算出する場合を説明した。しかしながら、本実施の形態は、この場合に限られず、瞬時弾性率算出部４２０が、血管内の所定の参照位置を基準とする相対的弾性率（すなわち、ある領域での歪値で壁内全体の歪値を正規化したときの弾性率）を算出してもよい。
【０１４０】
また、以上の説明では血管の内腔の血圧値を得るのに超音波カテーテル５００に備え付けられた圧力センサ５３０を用いたが、腕帯を有する通常の電子血圧計をインターフェース部４１０に接続することによって絶対的な弾性率の値を算出することもできる。しかしながら、超音波診断部位と同じ場所における血圧値が得られる点で、超音波カテーテル５００に備え付けられた圧力センサ５３０を用いるほうが望ましい。
【０１４１】
また、内腔表面などに石灰化した部分が存在するような場合では、その背後のエコー強度不足により、血管壁の領域を抽出できない場合がある。したがって、血管壁の領域を抽出できた部分では、絶対的弾性率を算出し、血管壁の領域を抽出できない部分では、相対的弾性率を算出するように、構成することもできる。この場合には、相対的ではあるものの、壁内全体の弾性を同条件で評価することが可能となる。
【０１４２】
以上の説明では、周波数成分の強度による解析（ステップＳ２０４）に続いて、時系列弾性率データの位相遅れによる解析（ステップＳ２０５）を行う場合が示されたが、これらの処理順序は、変更することができる。また、周波数成分の強度による解析（ステップＳ２０４）と、時系列弾性率データの位相遅れによる解析（ステップＳ２０５）のどちらか一方のみを実行することによって、評価対象箇所の状態を解析することもできる。
【０１４３】
以上説明したとおり、本実施の形態の超音波診断システムでは、少なくとも複数心拍を含む時間にわたって複数の時刻で得られた瞬時的な弾性率からなる時系列弾性率データに基づいて、評価対象の状態が解析される。ここで、時系列弾性率データには、評価対象箇所である血管壁やプラークの非線形性および粘弾性が反映されている。したがって、本実施の形態の超音波診断システムによれば、血管壁やプラークの非線形性および粘弾性を考慮して、評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１４４】
以上のとおり、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態によって制限されるべきではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【０１４５】
たとえば、第１の実施の形態で説明した時系列歪値データに基づく解析と、第２の実施の形態で説明した時系列弾性率データに基づく解析を、同一の超音波診断システムにより実行することもできる。
【０１４６】
また、本発明は、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率からなる時系列データ（時系列歪値データまたは時系列弾性率データ）に基づいて、評価対象箇所の状態を解析するものであればよく、上述した実施の形態で示されたデータの処理方法に代えて、異なるデータ処理方法を採用することもできる。たとえば、周波数特性や位相特性による解析の変わりに、時間領域での時系列弾性率データにおける時間的な弾性率の上昇率または減少率、あるいは、時系列歪値データにおける時間的な歪みの上昇率または減少率を算出することによって、評価対象箇所の状態を解析してもよい。たとえば、図５に示される時系列データにおける上昇率または減少率から直接的に評価対象箇所の状態を解析してもよい。この場合も、血管壁やプラークなどの評価対象箇所のもつ力学的非線形性および粘弾性の情報を含む時系列データに基づいて解析がなされるので、力学的非線形性および粘弾性の影響を考慮して、高精度に評価対象箇所の状態を解析することができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率からなる時系列データに基づいて、評価対象位箇所の状態を解析して解析結果を表示するので、評価対象箇所に存するプラークや血管壁の力学的非線形性および粘弾性の影響を考慮して、評価対象箇所の状態を判断することが可能となる。したがって、より直感的かつ正確なプラークや血管壁の性質や状態を解析することができ、術者間での違いが少なく、より客観的な診断が可能となる。この結果、術者は、統一的で、適切な治療法を選択することができる。
【０１４８】
特に、複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率は、複数の心拍の期間にわたって算出されているので、血管の収縮段階および膨張段階を含むすべての状態を考慮して、評価対象箇所の状態を判断することが可能となる。また、複数の時点での瞬時的な歪値または瞬時的な弾性率を、複数の心拍の期間にわたって算出することによって、上述した同期加算による安定化処理を適用することもできる。したがって、ノイズ成分を軽減しつつ、空間分解能の低下を防ぐとともにデータの時間的な連続性を担保することができる。
【０１４９】
特に、時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて評価対象箇所の状態を解析するので、プラークや血管壁の性質や状態の違いが現れやすい特定の周波数を選択することによって、プラークや血管壁の力学的非線形性や粘弾性の影響を考慮しつつ、プラークの性質や状態の違いを高感度に判別することができる。
【０１５０】
また、時系列データの位相遅れに基づいて、評価対象箇所の状態を解析するので、プラークや血管壁の粘性の違いを考慮して、それらの性質や状態を解析することができる。
【０１５１】
また、自己相関法または複合自己相関法によって得られた相関係数が低い領域の輝度を変化させて断層画像を表示するので、血流部分と血管壁部分との境界を明確にした上で、評価対象箇所の状態の解析結果を表示することができる。
【０１５２】
また、超音波を血管の周方向に走査して送波するとともに、超音波を血管の長軸方向に走査して送波し、血管の長軸方向に沿って移動する検出対象箇所の位置を追跡可能であるので、送波手段と血管との相対的な位置が血管の長軸方向に沿ってずれる場合でも、本発明の処理を適用することができる。また、断層画像のみならず、３次元ボリュームデータを取得することができ、脈波解析などに処理を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態の超音波診断システムの概略構成を示す図である。
【図２】 図１に示される超音波診断システムによる処理手順の概要を示す概念図である。
【図３】 図１に示される超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。
【図４】 図３のステップＳ１０３で適用可能な同期加算による安定化処理の原理を示す図である。
【図５】 図３のステップＳ１０３で算出される時系列歪みデータの一例を示す図である。
【図６】 図３のステップＳ１０４で解析される時系列歪値データを周波数成分に分解した結果を示す図である。
【図７】 図３のステップＳ１０５で解析される時系列歪値データの位相遅れを示す図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態の超音波診断システムの概略構成を示す図である。
【図９】 図８に示される超音波診断システムによる処理手順の概要を示す概念図である。
【図１０】 図８に示される超音波診断システムによる処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００，５００…超音波カテーテル、
１１０，５１０…カテーテル本体、
１２０，５２０…超音波プローブ（超音波送受信部）、
２００,４００…制御部、
２１０,４１０…インターフェース部、
２２０…瞬時歪値算出部、
２２１,４２１…追跡部、
２３０…時系列歪値データ解析部、
２４０,４４０…画像データ作成部、
３００…表示部、
４２０…瞬時弾性率算出部、
４３０…時系列弾性率データ解析部。
Claims (15)
- 血管内に挿入される挿入部と、
前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、
前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な歪値を算出する歪値算出手段と、
前記歪値算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点での瞬時的な歪値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて前記評価対象箇所の状態を解析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。
- 前記解析手段は、前記強度が高いほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
- 前記解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析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。
- 前記解析手段は、前記位相遅れが大きいほど、前記血管内に形成されたプラークの脂質の割合が高いと判断することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
- 前記歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法を用いて、血管内の評価対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有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。
- 前記超音波送受信部は、血管の周方向に走査して超音波を送波するとともに、血管の長軸方向に走査して超音波を送波し、
前記追跡手段は、血管の長軸方向に沿って移動する検出対象箇所の位置を追跡可能であることを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。 - 前記表示手段は、前記受信信号に基づいて血管の断層画像を表示するとともに、前記解析手段によって解析された結果を前記断層画像上に重ねて表示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。
- 前記歪値算出手段は、自己相関法または複合自己相関法に基づいて、血管内の検出対象箇所の位置を追跡する追跡手段を有し、
前記表示手段は、前記自己相関法または前記複合自己相関法によって得られた相関係数に基づいて前記断層画像の特定領域の輝度を変化させて当該断層画像を表示することを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。 - 前記歪値算出手段が、前記時系列データに含まれるノイズを低減する機能をさらに有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波診断装置。
- 血管内に挿入される挿入部と、
前記挿入部に設けられており血管内で超音波を送波し、前記血管内での前記超音波の反射波を受波して受信信号を得る超音波送受信部と、
前記受信信号に基づいて、血管内の評価対象箇所での瞬時的な弾性率の値を算出する弾性率算出手段と、
前記弾性率算出手段によって時系列に沿って算出された複数の時点の瞬時的な弾性率の値からなる時系列データを用いて、前記評価対象箇所の状態を解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記弾性率算出手段は、血圧値に基づいて絶対的弾性率を算出することを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。
- 前記弾性率算出手段は、前記血管内の所定の参照点を基準とする相対的弾性率を算出することを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。
- 前記解析手段は、前記時系列データを複数の周波数成分に分解し、特定の周波数成分における強度に基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析することを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。
- 前記解析手段は、前記時系列データの位相遅れに基づいて、前記評価対象箇所の状態を解析することを特徴とする請求項１１に記載の超音波診断装置。
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