JP4431354B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に対象組織の組織性状に関する情報を出力する超音波診断装置に関する。

生体の臓器などの対象組織に対して超音波を送受波し、取得した受信信号に基づいて対象組織の組織性状に関する情報を表示する超音波診断装置が知られている。例えば、超音波の受信信号に対して、周波数領域におけるフラクタル解析を行って、組織性状を客観的に評価する手法が知られている（特許文献１，特許文献２参照）。

特開平２−３０７０５３号公報 米国特許第５０２９４７５号明細書

超音波診断装置の大きな特徴の一つとして、対象組織に関する断層画像や立体画像の表示が挙げられる。つまり、検査者は、超音波診断装置のディスプレイに映し出される断層画像や立体画像といった超音波画像を見ながら、対象組織に関する診断を行うことができる。この際、ディスプレイに映し出される断層画像などに対して、対象組織の組織性状に関する情報が適切に付加されていれば、容易に、且つ、的確に組織性状の診断を行うことができる。

そこで本発明は、対象組織の組織性状に関する情報を適切に表示する超音波診断装置を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、対象組織を含む被検体内に超音波を送受波し、受信信号を取得する送受波手段と、前記受信信号に対して、前記対象組織の各部位に含まれる部分ごとに、そのパワースペクトラム形状を解析する解析手段と、前記各部分ごとの前記パワースペクトラム形状の解析結果に基づいて、前記各部分ごとに組織性状を判定する組織性状判定手段と、前記各部分ごとの組織性状の判定結果から得られる前記各部位ごとの組織性状の判定結果に対応した画像処理を施し、前記対象組織を含む超音波画像を形成する画像形成手段と、前記超音波画像を表示する表示手段と、を有するものとする。

上記構成において、超音波画像は、対象組織に関する断層画像または立体画像などを含んでいる。上記構成によれば、部分を単位として解析と組織性状判定が実行された後、１又は複数の部分を含む部位を単位として表示が行われるため、解析精度を確保しつつ、見やすい大きさの画像を形成して表示することができる。結果として、検査者は、表示手段に映し出される超音波画像を見ることで、例えば、対象組織の疾患位置を容易に特定することや、各部位ごとの疾患状態を把握することなどが可能になる。

望ましくは、前記画像形成手段は、前記画像処理として、前記各部位ごとにその組織性状に対応した色付け処理を施すものとする。また望ましくは、前記画像形成手段は、前記画像処理として、特定の組織性状に対応した部位にのみ識別処理を施すものとする。

望ましくは、前記解析手段は、フラクタル解析に基づいて前記パワースペクトラム形状を解析するものとする。さらに望ましくは、前記解析手段は、前記パワースペクトラム形状に関するフラクタル次元を演算するものとする。さらに望ましくは、前記解析手段は、前記各部分ごとに、異なる二つのスケーリング領域の各々に対応した二つの前記フラクタル次元を演算し、その二つのフラクタル次元の比であるフラクタル次元比を演算するものとする。

さらに望ましくは、前記組織性状判定手段は、前記各部分ごとに、前記二つのフラクタル次元のうちのいずれか一方、および、前記フラクタル次元比とに基づいて、正常肝、脂肪肝または肝硬変のうちのどの組織性状に相当するかを判定するものとする。

本発明に係る超音波診断装置により、対象組織の組織性状に関する情報を適切に表示することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。プローブ１０はエコーデータ取得用の超音波探触子であり、このプローブ１０は患者体表に当接してあるいは体腔内に挿入して用いられる。送受信部１２は、プローブ１０を制御して、対象組織である肝臓５０を含む空間内に超音波５２を送受波する。つまり、送受信部１２は送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとして機能し、超音波ビームを走査して各超音波ビームごとに受信信号を取得する。送受信部１２で取得された受信信号は、断層画像形成部１４およびパワースペクトラム演算部１６へ出力される。

断層画像形成部１４は、受信信号に基づいて肝臓５０の断層画像を形成する。断層画像形成部１４は、後に詳述するカラーコーディング部３２が出力するカラーコーディング情報に基づいて、断層画像に対して色付け処理を施す。

パワースペクトラム演算部１６は、送受信部１２が出力する受信信号に対して周波数解析を行い、受信信号に含まれる周波数とその強度との関係を示すパワースペクトラムを演算する。この際、パワースペクトラムは、肝臓５０の各部位に含まれる各部分ごとに演算される。つまり、各超音波ビームごとに取得される受信信号に対して、受信信号をビーム方向に複数に細分し、細分の結果得られる部分ごとに、そのパワースペクトラムが演算される。各部分ごとに演算されたパワースペクトラムはフラクタル解析ブロック２０に出力される。

フラクタル解析ブロック２０は、肝臓５０の各部分ごとのパワースペクトラムの形状に対して、フラクタル解析に基づいて特徴付けを行うブロックであり、フラクタル次元演算部２２およびフラクタル次元比演算部２４を含んでいる。超音波を送受波して得られる受信信号のパワースペクトラム形状は、対象組織内の散乱体の密度や空間分布に依存して、その形状が敏感に変化することが知られている。本実施の形態では、フラクタル解析ブロック２０においてフラクタル解析、すなわちフラクタル次元に基づく形状解析を行うことで、パワースペクトラム形状が定量化される。

ここで、フラクタル次元に基づくパワースペクトラム形状解析について詳述する。パワースペクトラムの周波数軸をある長さｄｆで分割し、そのｄｆの間隔で折れ線近似したパワースペクトラム形状の平均長Ｌ（ｄｆ）を、長さｄｆを変化させて算出する。このとき、自然対数ｌｎを用いて式（１）の関係が成立するとき、ＨをＨｕｒｓｔ指数といい、フラクタル次元Ｄが、式（２）で定義される。
［数１］
ｌｎ｛Ｌ（ｄｆ）｝＝Ｈ×ｌｎ（ｄｆ）＋ａ ・・・（１）
Ｄ＝２−Ｈ ・・・（２）

フラクタル次元Ｄの値は、各部分の組織性状によって変化する。正常肝である部分はフラクタル次元Ｄが相対的に大きい値となり、脂肪肝である部分は相対的に小さい値となる。このことは、次のように理解される。すなわち、正常肝である部分では、散乱体の数が少ないためパワースペクトラム形状が複雑になり、フラクタル次元Ｄの値が大きくなる。一方、脂肪肝である部分は組織の脂肪滴などにより、散乱体の数が多くなるためパワースペクトラム形状が単純になり、フラクタル次元Ｄの値が小さくなる。しかし、フラクタル次元Ｄのみを利用した場合、正常肝の部分と肝硬変の部分との判別が難しい。肝硬変である部分のフラクタル次元Ｄが、正常肝である部分のフラクタル次元Ｄと同じ程度の大きさであるからである。そこで、式（１）のＨｕｒｓｔ指数を求めるスケーリング領域（ｄｆ）を、さらに一箇所設定して二箇所の領域でフラクタル次元を算出する。

図２は、スケーリング領域の選択例を説明するための図である。図２の横軸には、式（１）におけるｌｎ（ｄｆ）が示され、また縦軸には、式（１）におけるｌｎ｛Ｌ（ｄｆ）｝が示されている。つまり、図２のグラフの傾きが、式（１）におけるＨｕｒｓｔ指数Ｈに相当する。二箇所に設定されたスケーリング領域は、領域ｄｆ₁および領域ｄｆ₂で示されている。そこで、領域ｄｆ₁におけるフラクタル次元をＤ₁、領域ｄｆ₂におけるフラクタル次元をＤ₂として、フラクタル次元比ＲＤを式（３）のように定義する。
［数２]
ＲＤ＝Ｄ₁／Ｄ₂ ・・・（３）

二箇所に設定されるスケーリング領域を適切に設定すると、正常肝である部分はフラクタル次元比ＲＤが大きく、肝硬変である部分はフラクタル次元比ＲＤが小さくなる。したがって、フラクタル次元比ＲＤに基づいて、正常肝と肝硬変との判別が可能になる。前述のとおり、フラクタル次元Ｄに基づいて正常肝と脂肪肝との判別が可能なため、フラクタル次元Ｄおよびフラクタル次元比ＲＤに基づいて、正常肝、脂肪肝、肝硬変の三種類の組織性状に分別することが可能になる。

図３は、フラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元比ＲＤによる、肝臓の組織性状の分別を説明するための図である。図３に示すように、横軸のフラクタル次元Ｄ₁についてのＤ₁閾値と、縦軸のフラクタル次元比ＲＤについてのＲＤ閾値によって、フラクタル次元・フラクタル次元比空間が正常肝領域、脂肪肝領域および肝硬変領域に３分割される。これらＤ₁閾値とＲＤ閾値は、臨床結果の蓄積に基づき適切な値に決定されたものであり、判定基準として予め設定されるべきものである。ここでは、フラクタル次元比ＲＤが大きければ、フラクタル次元が小さい部分であっても正常肝と判定する判定基準としたが、そのような部分は実際上存在することは少ない。正常肝の多くは、フラクタル次元比ＲＤは大きいので、正常肝領域の判定基準として、フラクタル次元Ｄ₁の閾値を設定していない。

次に、肝臓の着目した部位に含まれる部分ごとに算出されるフラクタル次元Ｄ₁とフラクタル次元比ＲＤのデータを基にすれば、各部分ごとに図３中にプロットすることができる。プロットされた点が正常肝領域であればその部分は正常肝であると判定し、脂肪肝領域であればその部分は脂肪肝と判定し、肝硬変領域であればその部分を肝硬変であると判定する。

図１に戻り、フラクタル次元演算部２２は、肝臓５０の各部分ごとのパワースペクトラム形状に関するフラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元Ｄ₂を演算する。なお、フラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元Ｄ₂に対応する二箇所のスケーリング領域は、予め設定されたスケーリング領域を利用する。もちろん、スケーリング領域をユーザ設定可能にして、検査者が設定する構成でもよい。フラクタル次元比演算部２４は、フラクタル次元演算部２２において演算されたフラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元Ｄ₂に基づいて、フラクタル次元比ＲＤを演算する。

組織性状判定部３０は、フラクタル解析ブロック２０で演算された、フラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元比ＲＤに基づいて、肝臓５０の各部分ごとの組織性状を判定する。つまり、ＲＤおよびＤ₁のそれぞれに対して設定された閾値に基づいて、ＲＤの値が閾値以上の部分を正常肝と判定し、ＲＤの値が閾値より小さく且つＤ₁の値が閾値より小さい部分を脂肪肝と判定し、ＲＤの値が閾値より小さく且つＤ₁の値が閾値以上の部分を肝硬変と判定する。組織性状判定部３０は、着目した部位に含まれる各部分ごとの判定結果に基づいて各部位の組織性状を総合判定し、カラーコーディング部３２に出力する。各部位が１つの部分のみであれば、その部分の判定結果をそのままその部位の判定結果として総合判定すればよい。各部位に複数の部分が含まれている場合、例えば、それらの部分の判定結果の中で最も数の多い判定結果に対応する組織性状をもってその部位の組織性状と総合判定することができる。また、後述する他の総合判定手法を用いてもよい。

カラーコーディング部３２は、組織性状判定部３０の総合判定結果に基づいて、組織性状に対応した色を割り当てたカラーコーディング情報を生成し、断層画像形成部１４に出力する。断層画像形成部１４は、カラーコーディング情報に基づいて、断層画像に対して色付け処理を施した超音波画像を形成し、ディスプレイ４０に出力する。

図４および図５を利用して、ディスプレイ４０に出力される超音波画像を説明する。なお、以下の説明において、図１に記載した部分については図１の符号を利用する。

図４は、肝臓の断層画像に対して、各分割領域６０（各部位に対応）ごとに、組織性状の総合判定結果に対応した色付け処理を施した画像を示している。各分割領域６０は、肝臓の断層画像をメッシュ状に分割して得られる領域である。図４において、肝臓の断層画像は、超音波ビーム方向に４分割、ビーム走査方向に４分割され、合計１６個の分割領域６０に分割されている。各分割領域６０は、その領域に関する組織性状の総合判定結果に基づいた色付け処理が施されている。例えば、正常肝に対しては最も薄い赤色で色付け処理を施し、脂肪肝に対してはやや濃い赤色に、肝硬変に対しては最も濃い赤色に色付け処理を施す。もちろん、各組織性状に対応する色は、その他の色であってもよい。なお、図４では、本実施形態の説明のために一つの肝臓において正常肝、脂肪肝および肝硬変が共存する例を示しているが、実際には脂肪肝と肝硬変とが共存することは少ない。

図５は、肝臓の断層画像に対して、特定の組織性状に対応した分割領域６０にのみ、色付け処理を施した画像を示している。図５では、図４の場合と同様に、肝臓の断層画像が、超音波ビーム方向に４分割、ビーム走査方向に４分割され、合計１６個の分割領域６０に分割されている。そして、肝硬変と総合判定された領域に対してのみ、濃い赤色に色付け処理が施される。

各分割領域６０に対応する組織性状の総合判定には様々な手法が考えられる。先に、各分割領域６０に含まれる複数の部分に対する判定結果の中で最も数の多い組織性状をその分割領域６０の組織性状として総合判定する例を記述した。他の手法としては、フラクタル解析ブロック２０において、各部分ごとに算出されるＲＤおよびＤ₁のそれぞれの値について、各分割領域６０における平均値を算出し、ＲＤの平均値およびＤ₁の平均値に基づいて、組織性状判定部３０において、各分割領域６０ごとに正常肝、脂肪肝または肝硬変を総合判定する例が挙げられる。本実施の形態における、各分割領域６０における組織性状の総合判定手法は、上述の二例に限定されるものではない。

図４または図５に示される超音波画像を見ることで、検査者は、肝臓５０の各分割領域６０ごとの疾患状態を把握することや、疾患位置を容易に特定することが可能になる。また、分割領域６０は、診断目的や検査者の把握しやすさに応じて所望の大きさと位置に設定可能な構成であってもよい。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は、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。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 スケーリング領域の選択例を説明するための図である。 フラクタル次元Ｄ₁およびフラクタル次元比ＲＤによる、肝臓の組織性状の分別を説明するための図である。 各分割領域ごとに組織性状の総合判定結果に対応した色付け処理を施した画像を示す図である。 特定の組織性状に対応した分割領域にのみ、色付け処理を施した画像を示す図である。

符号の説明

１４ 断層画像形成部、１６ パワースペクトラム演算部、２２ フラクタル次元演算部、２４ フラクタル次元比演算部、３０ 組織性状判定部、３２ カラーコーディング部。

Claims (1)

1. 対象組織を含む被検体内に超音波を送受波し、受信信号を取得する送受波手段と、
   前記受信信号に対して、前記対象組織の各部位に含まれる部分ごとに、そのパワースペクトラム形状を解析する解析手段と、
   前記各部分ごとの前記パワースペクトラム形状の解析結果に基づいて、前記各部分ごとに組織性状を判定する組織性状判定手段と、
   前記各部分ごとの組織性状の判定結果から得られる前記各部位ごとの組織性状の判定結果に対応した画像処理を施し、前記対象組織を含む超音波画像を形成する画像形成手段と、
   前記超音波画像を表示する表示手段と、
   を有し、
   前記対象組織を含む超音波画像を超音波ビーム方向に複数分割し且つビーム走査方向に複数分割することにより、当該超音波画像をメッシュ状に分割して複数の分割領域を設定し、各分割領域に含まれる前記複数の部分に対する前記判定結果に基づいて、各分割領域ごとに組織性状を総合判定し、各分割領域ごとにその総合判定の結果に対応した画像処理を施す、超音波診断装置であって、
   前記解析手段は、フラクタル解析に基づいて前記パワースペクトラム形状を解析して、前記パワースペクトラム形状に関するフラクタル次元を演算し、さらに、前記各部分ごとに、異なる二つのスケーリング領域の各々に対応した二つの前記フラクタル次元を演算し、その二つのフラクタル次元の比であるフラクタル次元比を演算し、
   前記組織性状判定手段は、前記各部分ごとに演算される前記二つのフラクタル次元のうちのいずれか一方のフラクタル次元Ｄと前記フラクタル次元比ＲＤとに基づいて、前記各分割領域に含まれる複数の部分に関するフラクタル次元Ｄの平均値とフラクタル次元比ＲＤの平均値を算出し、各分割領域ごとに算出されるフラクタル次元Ｄの平均値とフラクタル次元比ＲＤの平均値とに基づいて、各分割領域ごとに、正常肝、脂肪肝または肝硬変のうちのどの組織性状に相当するかを総合判定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。