JP4829960B2

JP4829960B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4829960B2
Application number: JP2008506249A
Authority: JP
Inventors: 剛智福元; 尚萩原; 隆夫鈴木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-03-13
Also published as: WO2007108359A1; EP1997436A1; CN101431942A; EP1997436A4; US20090163811A1; RU2008141297A; CN101431942B; RU2403866C2; JPWO2007108359A1; EP1997436B1

Description

本発明は、血管の状態を超音波によって診断する超音波診断装置に関するものである。

超音波によって頚動脈の血管壁のＩＭＴ（Intima-Media Thickness：内膜から中膜までの厚み）を検出する方法として、頸動脈が標準的な血管構造を有していることを前提とした、血管によって反射された超音波エコー信号に基づく画像データにおける輝度信号に従って頚動脈の血管壁のＩＭＴの値を計測する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、この方法では、超音波エコー信号の強度を利用しているために、測定対象となる血管壁の内膜輝度が低い場合や、輝度情報がノイズを多く含む場合には、血流と内膜との境界位置や中膜と外膜との境界位置を正確に検出できず、正確な血管壁のＩＭＴ値を計測することができないという問題があった。又、測定対象となる血管壁の構造が正常状態にあることが前提条件となっているため、測定対象となる血管内にアテロームのような局所病変が存在していると、前記境界位置を正確に計測することができないという問題があった。

この問題を回避可能な手法として、超音波エコー信号の位相変化から算出した組織の硬さに基づいて血流と内膜との境界位置や中膜の位置を検出し、血管壁のＩＭＴ値を計測する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。しかしながら、この方法においても前述の輝度情報を利用した方法と同様、測定された組織の硬さにノイズが多く含まれる場合には、正確な血管壁のＩＭＴ値を計測することができないという問題があった。又、組織の硬さのみに着目しているため、検出された血流領域と血管壁の境界位置や中膜の位置が、操作者が超音波エコー信号の強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した位置と一致せず、血流と内膜との境界位置や、中膜と外膜との境界位置が不自然になってしまうという問題があった。
特開平１１−３１８８９６号公報国際公開第２００４／１１２５６８号パンフレット

本発明は、上記の従来技術における問題を解決するもので、超音波エコー信号の強度と組織の特性から抽出される情報を組み合わせ、操作者が視覚的に判断する場合と極めて近い血流と内膜との境界位置と、中膜と外膜との境界位置とを自動的に検出し、正確な血管壁のＩＭＴ値を計測できる超音波診断装置を提供することを目的とする。

前記従来の問題を解決するために、本発明の超音波診断装置は、被験体の表面から前記被験体の内部の血管に向かって少なくとも１本の超音波信号を照射する超音波信号照射部と、超音波信号照射部により照射された超音波信号に対して前記被験体内部から反射された超音波エコー信号を受信し、電気信号に変換する超音波エコー信号受信部と、前記血管の中心軸と交差する方向の超音波エコー信号の振幅情報を処理する振幅情報処理部と、前記血管の中心軸と交差する方向の前記超音波エコーの位相情報を処理する位相情報処理部と、前記振幅情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果ならびに前記位相情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果に基づいて、前記血管を通って血液が流れる血流領域と前記血管の内膜との間の境界位置を示す血流内膜境界位置情報と、前記血管の中膜と外膜の境界位置を示す中膜外膜境界位置情報とを検出する境界位置検出部と、を備え、
前記境界位置検出部は、前記振幅情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果に基づいて体表面からの深さ方向の範囲において検出範囲を決定し、前記検出範囲において前記位相情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果の体表面からの深さ方向に沿った特徴を基に前記血流内膜境界位置情報を検出する構成を有している。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、被験体内に存在する内膜輝度値の変化に大きく依存せず、かつ血管内にアテロームのような局所病変が存在する場合であっても、血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜との境界位置を正確に検出することができ、操作者が超音波エコー信号の強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した位置とに大きな差がなくなり、不自然さがなくなる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記振幅情報処理部から送出された処理結果が超音波エコー信号の信号強度であり、前記位相情報処理部から送出された処理結果が超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の硬さ値である構成を有している。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、中膜と外膜との境界位置をより正確に検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記境界位置検出部において検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報から前記血管の内膜から中膜までの厚みを示すＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部を備えた構成を有している。

この構成により、正確な血管のＩＭＴ値を計測することが可能となる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記血管壁は、前記超音波信号照射部に近い側の前壁と前記超音波信号照射部から遠い側の遠壁とを有し、皮膚表面からの深さ方向に沿った超音波エコー信号の振幅情報ならびに位相情報を処理するための関心領域を、前記前壁と前記後壁との少なくとも一方を跨ぐように決定する関心領域決定部を備え、前記振幅情報処理部ならびに前記位相情報処理部は、前記関心領域決定部により決定された関心領域内から反射された超音波エコー信号の振幅情報および位相情報を処理する構成を有していてもよい。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、血流と内膜との境界位置、中膜と外膜との境界位置を検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記境界位置検出部は、前記振幅情報処理部ならびに前記位相情報処理部から送出された処理結果の、１心拍サイクルにおける時間変化に基づいて、前記血流内膜境界位置情報と前記中膜外膜境界位置情報とを検出する構成を有していてもよい。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、血流と内膜との境界位置、中膜と外膜との境界位置をより正確に検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記超音波信号照射部は、前記血管の長軸方向に沿った少なくとも１つの位置に向けて少なくとも１本の超音波パルスを照射し、前記振幅情報処理部、前記位相情報処理部ならびに前記境界位置検出部は、前記少なくとも１つの位置から反射された超音波エコー信号に対してそれぞれの処理ならびに前記血流内膜境界位置情報および前記中膜外膜境界位置情報の検出を行う構成を有していてもよい。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、血管の長軸方向に沿った血流と内膜との境界位置、中膜と外膜との境界位置をより正確に検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記振幅情報処理、前記位相情報処理部ならびに前記境界位置検出部において検出された処理結果、前記血流内膜境界位置情報および前記中膜外膜境界位置情報の検出結果を画像で表示する表示手段をさらに有する構成を有していてもよい。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、境界位置を視覚的に認識することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記振幅情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の体表面からの深さ方向に沿った超音波エコー信号の振幅強度である構成を有していてもよい。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の硬さ値である構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の歪である構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の厚みである構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の移動速度である構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記振幅情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は、体表面からの深さ方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出される構成を有しても良い。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、超音波エコー信号の強度に含まれるノイズに大きく依存せず血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜との境界位置を正確に検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記振幅情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向ならびに前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出される構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出される構成を有しても良い。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、超音波エコー信号の位相情報に含まれるノイズに大きく依存せず血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜との境界位置を正確に検出することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記位相情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向ならびに前記血管の長軸方向にフィルタリングされた後に前記境界位置検出部に送出される構成を有しても良い。

また、本発明の超音波診断装置は、前記境界位置検出部で検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報は前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記ＩＭＴ値算出部に送出される構成を有しても良い。

この構成により、本発明の超音波診断装置は、検出した境界位置と、操作者が超音波エコー強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した境界位置との間に大きな差がなくなり、不自然さがなくなる他、正確な血管のＩＭＴ値を計測することが可能になる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記境界位置検出部で検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報は前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記表示手段に送出される構成を有しても良い。

本発明の超音波診断装置は、上記の特徴を備えることにより、被験体内に存在する内膜輝度値の変化に大きく依存せず、かつ血管内にアテロームのような局所病変が存在する場合であっても、血流領域と血管壁との境界位置を正しく検出することができる。又、このようにして検出された血流領域と血管壁の境界位置、中膜の位置は、操作者が超音波エコー強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した位置と大きな差がなくなり、不自然さもなくなる。このため、本発明の超音波診断装置は、超音波エコー強度と組織の特性から抽出される情報を組み合わせ、操作者が視覚的に判断する場合と極めて近い血流領域と血管壁の境界と、中膜の位置とを自動的に検出し、正確な血管壁のＩＭＴ値を計測できる。

以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の超音波診断装置は、超音波パルスを生成する送信部１と、送信部１で生成された少なくとも１本の超音波パルスを被検体である生体の皮膚表面２０から生体内の血管３０に向かって放射し、血管３０により反射された超音波エコーを受信する超音波プローブ１０１と、超音波プローブ１０１により受信された超音波エコーを超音波エコー信号に変換する受信部２と、受信部２で変換された超音波エコー信号の成分を必要に応じて遅延して合成する遅延合成部３と、遅延合成部３から出力された超音波エコー信号に基づいて、血管３０の断面を表す画像情報を生成するＢ（brightness modulation）モード処理部４と、遅延合成部３から出力された超音波エコー信号の振幅情報に対して少なくとも１つの処理を行い、その結果を送出する振幅情報処理部５と、遅延合成部３から出力された超音波エコー信号の位相情報に対して少なくとも１つの処理を行い、その結果を送出する位相情報処理部６と、振幅情報処理部５および位相情報処理部６から送出された処理結果に基づいて、血流と内膜との境界位置３１０ならびに中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出して血流と内膜との境界位置３１０ならびに中膜外膜境界位置３２０を表す血流内膜境界位置情報７１および中膜外膜境界位置情報７２を出力するとともに、結果の断層を表す２次元にマッピングしたカラー表示画像情報を生成する境界位置検出部７と、超音波エコー信号の振幅情報と位相情報を処理するための関心領域(ROI)４０を皮膚表面２０からの深さ方向に沿って決定する関心領域決定部８と、境界位置検出部７で検出された血流と内膜との境界位置３１０ならびに中膜と外膜３０１との境界位置３２０を表す血流内膜境界位置情報７１および中膜外膜境界位置情報７２からＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部９と、Ｂモード処理部４で生成された画像情報と境界位置検出部７で生成された画像情報とを合成する画像合成部１０と、画像合成部１０で合成された画像情報に基づいて画像を表示する表示部１１とを備えている。超音波プローブ１０１および受信部２は本発明の超音波信号照射部、超音波エコー信号受診部を構成している。

本実施の形態では、血管３０は、血液が流れる血流領域３０４を囲むように構成された第１血管壁３０５と第２血管壁３１１を含む血管壁を有している。第１血管壁３０５は、超音波プローブに近い側の前壁を構成しており、第２血管壁３１１は超音波プローブに遠い側の後壁を構成している。第１血管壁３０５と第２血管壁３１１で囲まれた内側には、局所的病変であるアテローム３０６が形成されており、関心領域決定部８は、超音波エコー信号の振幅情報と位相情報を処理するための関心領域(ROI)４０を、皮膚表面２０からの深さ方向に沿って第１血管壁３０５と第２血管壁３１１の少なくとも一方を跨ぐように決定するものとする。関心領域決定部８は他の装置と連携して関心領域(ROI)４０を決定しても良いし、またはオペレータの操作により関心領域(ROI)４０を決定しても良い。

図２および図３を参照して、実施の形態の超音波診断装置の基本的な動作を説明する。

図２では、照射された１本の超音波パルスに対して血管３０によって反射された超音波エコーに基づいて振幅情報処理部５により算出された深度Dでの超音波エコーの信号強度B(D)とその深さ方向での変化率dB(D)/dD、および位相情報処理部６により算出された超音波エコーの位相に基づく深度Dでの組織の硬さ値E(D)から、境界位置検出部７において血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜３０１との境界位置を検出する場合を説明する模式図である。

まず、超音波パルスの進路を示す走査線上の点Ｒ０〜Ｒ５に着目する。図２（ａ）に示すように、点Ｒ０は血流領域に配置されており、点Ｒ１は第２血管壁３１１と血流領域３０４との境界位置に配置されており、Ｒ２は第２血管壁３１１に形成されたアテローム３０６内に配置されており、点Ｒ３は内中膜３０２に含まれる中膜と外膜３０１との境界位置に配置されており、Ｒ５は外膜３０１と血管外組織との境界位置に配置されている。エコー強度B(D)の特性としては、図２（ｃ）に示すように、血流と内膜との境界位置３１０上の点Ｒ１に相当するＢ１と中膜と外膜３０１との境界位置３２０上の点Ｒ３に相当するＢ３とに明確な２つのピークを有するのが理想的であり、血管が正常であり、超音波エコーの測定が正確に行われていれば、そのピーク値を示す位置を明確に検出可能である。しかし、一般的な血管や、特に緻密な医療診断が必要なアテロームを持つ血管を測定する場合、エコー強度は、血流領域３０４に対応するＢ０から、血流と内膜との境界位置３１０上の点Ｒ１に対応するＢ１を経て、アテロームの中Ｒ２に対応するＢ２まで、緩やかに変化したり、ノイズを含む等の理由から明確な２つのピークが認められない場合がある。そのため、血流と内膜との境界位置３１０および中膜と外膜３０１との境界位置３２０を正確に検出することができない。

これに対し、組織の硬さ値E(D)は、図２（ｄ）に示すように血流と内膜との境界位置３１０上の点Ｒ１に対応するＥ１にてエコー強度に比べ顕著なピーク値を示すため、血流と内膜との境界位置３１０を、エコー強度B(D)を利用した場合に比べて正確に検出することができる。しかしながら、設定された関心領域４０内にて最大のピーク値を検出する方法をとると、測定されたエコーの位相や組織の硬さ値E(D)を算出する際に混入するノイズの影響により血流と内膜との境界位置３１０とは無関係に別のピーク値が発生してしまい、関心領域４０内に偽のピーク値が存在してしまうという問題がある。又、硬さ値E(D)には、血流と内膜との境界位置３１０を検出可能な特性があるが、中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出する手掛かりとなる明確な特性がない。

そこで、本実施の形態の超音波診断装置では、境界位置検出部７において組織の硬さ値E(D)を基に血流と内膜との境界位置３１０を検出する際に、エコー強度B(D)によって検出範囲に制限を設ける。

その概要について図３を参照して説明する。図３は、図２と同様に、振幅情報処理部５により算出された深度Dでの超音波エコーの信号強度B(D)とその深さ方向での変化率dB(D)/dD、および位相情報処理部６により算出された超音波エコーの位相から深度Dでの組織の硬さ値E(D)を示しているが、関心領域４０に対応するエコー信号強度B(D)、変化率dB(D)/dD、組織の硬さ値E(D)の範囲を実線で囲っている。本実施の形態で重要なのは、関心領域４０に対応する範囲内に振幅情報処理部５および位相情報処理部６の検出範囲を決定することである。

具体的には以下の手順で位相情報処理部６により得られる硬さ値E(D)の検出範囲１２０を決定する。図３（ｃ）において、設定された関心領域４０に対応する実線で囲まれた範囲の中で、エコー強度B(D)が所定の閾値７３を上回る音響走査線上の位置を被験体の皮膚表面に近い方から探索し、その位置をＦ０とする。次に、エコー強度B(D)が最大値を取る音響捜査線上の位置をＦ０から皮膚表面に遠い方向へ探索し、その位置をＦ１とする。次いで、図３（ｃ）に示すＦ０からＦ１までの範囲に、図３（ｄ）において対応する範囲を検出範囲１２０として設定し、その検出範囲１２０内で硬さ値E(D)が最大値を取る位置を血流と内膜との境界位置３１０上の点Ｒ１に相当するＰ１とする。ここで、図１に示すように、前記閾値７３は外部から設定可能とする。

また、本実施の形態において、血流と内膜との境界位置３１０を検出する際に、位相情報処理部６により送出される処理結果として、超音波エコーの位相に基づいて算出した体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の硬さ値E(D)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。位相情報処理部６により送出される処理結果としてはこの他に、例えば、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の歪、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の厚み、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の移動速度など、血流と内膜との境界位置３１０を検出する手掛かりとなる特性を表すものならば何でも良い。

なお、上述の説明において、血流と内膜との境界位置３１０を検出する際に、位相情報処理部６により算出された超音波エコーの位相に基づく深度Dでの組織の硬さ値E(D)の特性に着目しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、組織の厚さ値、歪値、移動速度の高周波成分など、血流と血管壁との組織の特性の差が明確に反映される値であれば何でも良い。具体的には、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の歪、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の厚み、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の移動速度など、血流と内膜との境界位置３１０が正確に検出できる決定方法であればどのような決定方法を用いても構わない。例えば、血流領域では組織の硬さ値は低いが、組織の速度の高周波成分は大きくなる。反対に血管壁領域では組織の硬さ値は高いが、組織の速度の高周波成分は小さくなる。この性質に着目をして、位相情報処理部６により得られる１心拍サイクルにおける時間変化に基づく組織の速度の高周波成分の速度に基づいて検出範囲に制限を設け、この検出範囲内で組織の硬さ値が最大値を取る位置を血流と内膜との境界位置として検出しても良い。

中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出する際には、血流と内膜との境界位置３１０と同様に明確なピークが測定値に存在することが理想的である。そこで、エコー強度B(D)のみに着目して、血流と内膜との境界位置３１０以外でエコー強度B(D)がピーク値をとる位置を中膜と外膜３０１との境界位置３２０とするのが最も簡単な方法である。しかしながら、前述したように、実際の測定においては、血流と内膜との境界位置３１０が不明瞭な場合が多く、図２（ｃ）のような理想的な血流と内膜との境界位置３１０および中膜と外膜３０１との境界位置３２０において明確な２つのピークがB(D)、もしくは、ノイズによりB(D)に偽のピークが生ずるといったことが考えられるため、正確な中膜と外膜３０１との境界位置３２０の検出は困難である。もしくは、エコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dDがゼロクロスする位置やピークを取る位置を基に境界位置を検出するという方法も考えられるが、同様の理由からB(D)もしくはdB(D)/dDのいずれか一方のみを利用した場合では、正確な中膜と外膜３０１との境界位置３２０の検出は困難となる。さらに、組織の硬さ値E(D)には中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出できるような明確な特性はない。

ここで、本実施の形態の超音波診断装置では、エコー強度の深さ方向への変化率dB(D)/dDが正の最大ピーク値をとる位置をエコー強度B(D)によって制限された境界位置検出範囲１２１にて検出し、その位置を基に中膜と外膜との境界位置３２０を検出する構成になっている。このような構成にすることでより正確な中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出可能になる。この概要について図３を参照して説明する。

具体的には以下の手順で振幅情報処理部５により得られるエコー強度の深さ方向への変化率dB(D)/dDの検出範囲１２１を決定する。上記の血流と内膜との境界位置３１０を検出する際に決定した図２（ｃ）に示す範囲１２０つまり、Ｆ０からＦ１までの範囲に、図３（ｂ）において対応する範囲を検出範囲１２１として設定し、その検出範囲１２１内でエコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dDが最後にピーク値を有する位置をＦ０から順に探索し、その点を中膜と外膜３０１との境界位置３２０上の点Ｒ３に相当する点Ｐ２とする。こうすることで、例えば、エコー強度B(D)が血流と内膜との境界位置３１０と中膜と外膜３０１との境界位置３２０において明確なピークを持たない特性であっても、血流と内膜との境界位置３１０、中膜と外膜３０１との境界位置３２０の正確な検出が可能である。

なお、上述の説明において、境界位置検出部７が中膜と外膜３０１との境界位置３２０を検出する際に、組織の硬さ値E(D)の特性に着目して検出範囲を設けているが、本発明はこれに限定されものではなく、例えば、エコー強度やその深さ方向への変化率のみではなく、エコー強度の変曲点などの特性によって決定するなど、中膜と外膜３０１との境界位置３２０が正確に検出できる決定方法であればどのような決定方法を用いても構わないことは言うまでもない。

ＩＭＴ値算出部９では、境界位置検出部７にてこうして検出され、出力された上述の血流と内膜との境界位置３１０、中膜と外膜３０１との境界位置３２０表す血流内膜境界位置情報７１ならびに中膜外膜境界位置情報７２に基づいてＩＭＴ値が算出され、画像合成部１０へ送出される。Ｂモード処理部４では、遅延合成部３を経由して供給された超音波エコー信号に基づいて、血管３０の断面を表す画像情報を生成して画像合成部１０へ供給する。画像合成部１０は、Ｂモード処理部４から供給された画像情報と境界位置検出部７から供給された結果とを合成して、モニタ等により構成される表示部１１は画像合成部１０により合成された画像情報に基づいて画像を表示する。なお、表示部１１に表示されたＢモード画像と検出された境界位置に微妙なずれが生ずる場合があるため、境界検出部７から入力した血流内膜境界位置情報７１ならびに中膜外膜境界位置情報７２に所定の固定値をオフセット値７４として加算もしくは減算しても良い。具体的には、図１に示すように、オフセット値７４は、上述の閾値７３とともに外部から設定可能としても良い。本実施の形態における超音波診断装置では、これを境界検出部７に設けたが、本発明はそれを限定するものではない。又、画像合成部１０において必要に応じてＩＭＴ値算出部９で算出されたＩＭＴ値を表示できるようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、操作者が視覚的に判断する場合と極めて近い境界が表示部１１に表示されるような構成であれば良い。

なお、１心拍間（２つのＲ波タイミング間）に、超音波プローブ１０１と、前記各境界位置との位置関係はそれぞれ時々刻々変化するため、どのタイミングでＩＭＴ値を算出すするかによって、ＩＭＴ値が異なってしまうが、通常、ＩＭＴ値は血管壁が収縮していない心拡張期に計測されるものであるため、ＩＭＴ値を算出するタイミングについては、一心拍間の心拡張期付近にてＩＭＴ値が最大値をとるタイミングにて決定すればよい。例えば、あるＲ波タイミングから次のＲ波タイミングまで時々刻々、前記境界位置をそれぞれ検出し、時々刻々血流−内膜境界位置と中膜−外膜境界位置との距離を求め、そのうちの最大値をＩＭＴ値とすれば良いが、本発明はその決定方法をこの例に限定するものではない。

以上説明したように、本実施の形態の超音波診断装置は、被験体の表面から被験体の内部の血管に向かって少なくとも１本の超音波信号を照射する超音波プローブ１０１と、超音波プローブ１０１により照射された超音波信号に対して被験体内部から反射された超音波エコー信号を受信し、電気信号に変換する受信部２と、血管の中心軸と交差する方向の超音波エコー信号の振幅情報を処理する振幅情報処理部５と、血管の中心軸と交差する方向の超音波エコーの位相情報を処理する位相情報処理部６と、振幅情報処理部５から送出された少なくとも１つの処理結果ならびに位相情報処理部６から送出された少なくとも１つの処理結果に基づいて、血管を通って血液が流れる血流領域と血管の内膜との間の境界位置を示す血流内膜境界位置情報と、血管の中膜と外膜３０１の境界位置を示す中膜外膜境界位置情報とを検出する境界位置検出部７と、境界位置検出部７において検出された血流内膜境界位置情報ならびに中膜外膜境界位置情報から血管の内膜から中膜までの厚みを示すＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部９とを備えたことにより、被験体内に存在する内膜輝度値の変化に大きく依存せず、かつ血管内にアテロームのような局所病変が存在する場合であっても、血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜３０１との境界位置を正確に検出することができ、操作者が超音波エコー信号の強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した位置とに大きな差がなくなり、不自然さがなくなる他、正確な血管のＩＭＴ値を計測することが可能になる。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図４において、前述の第１の実施の形態の超音波診断装置と同じ構成要素については同じ符号用い、説明を省略する。また、血管の血流内膜境界位置情報７１、中膜外膜境界位置情報７２の検出方法については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態の超音波診断装置は、第１の実施の形態の超音波診断装置の構成に加えて、振幅情報処理部５の結果をフィルタリング処理して境界位置検出部７へ送出する第１フィルタ部２５と、振幅情報処理部６の結果をフィルタリング処理して境界位置検出部７へ送出する第２フィルタ部２６と、境界位置検出部７の処理結果をフィルタフィルタリング処理してＩＭＴ値算出部９および画像合成部１０へ送出する第３フィルタ部２７と、第１フィルタ部２５、第２フィルタ部２６、第３フィルタ部２７を制御するフィルタ制御部２８とを設けている。

以下、本実施の形態の超音波診断装置の動作について図５〜図７を参照して説明する。なお、本実施の形態の超音波診断装置の動作は、第１の実施の形態の超音波診断装置の動作に対し、第１フィルタ部２５、第２フィルタ部２６、第３フィルタ部２７、フィルタ制御部２８により実行される処理が異なるだけなので、その他の動作の説明は省略する。

まず、振幅情報処理部５から送出された処理結果は第１フィルタ部２５にて、又、位相情報処理部６から送出された処理結果は第２フィルタ部２６にて、それぞれ、体表面からの深さ方向にフィルタリング処理され、境界検出部７へと送出される。

第１フィルタ部２５で実行されるフィルタリング処理の一例について図５を参照して説明する。図５において、超音波パルスの進路を示すある音響走査線Ｈ上の深さDの点における振幅情報処理結果５１をA(H, D)として、第１フィルタ部２５から境界検出部７へ送出される出力データの１つをA'(H, D)として表している。出力データA'(H, D)は、振幅情報処理結果５１を体表面から深さ方向へフィルタリング処理した場合のデータとすると、以下のように表される。

A'(H, D) ＝ { A(H, D-1) + A(H, D) + A(H, D+1)} / 3
これは、第１フィルタ部２５に一番単純なフィルタである加重平均フィルタを採用した場合の例である。第２フィルタ部２６においても同様のフィルタリング処理を位相情報処理結果６１に行い、出力データを境界位置検出部７へ送出する。

なお、上述の説明では、着目するデータをある点における処理結果、例えば、A(H, D)とその周辺の２点における処理結果、例えば、A(H, D-1)、A(H, D+1)の３個とし、第１フィルタ部２５および第２フィルタ部２６が採用するフィルタの種類を加重平均フィルタとして説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、着目するデータ数は幾つでも良く、又、第１フィルタ部２５および第２フィルタ部２６は、一般的なＦＩＲフィルタや非線形フィルタなど、振幅情報処理結果５１ならびに位相情報処理結果６１に含まれるノイズを除去可能なものであれば如何なるフィルタでも良い。さらに、振幅情報処理結果５１と位相情報処理結果６１に適用するフィルタの種類や特性は同一である必要はないことは言うまでもない。

図６にフィルタリング処理の別の一例を示す。図６は、ある音響走査線Ｈ上の深さDにおける点における振幅情報処理結果５１をA(H, D)とし、第１フィルタ部２５から境界位置検出部７へ送出される出力データの１つをA"(H, D)として表している。出力データA"(H, D)は、振幅情報処理結果５１を体表面から深さ方向ならびに音響走査線方向へフィルタリング処理した場合のデータとすると、以下のように表される。

A"(H, D) = {A(H-1, D-1) + A(H-1, D) + A(H-1, D+1) + A(H, D-1) + A(H, D) + A(H, D+1) + A(H+1, D-1) + A(H+1, D) + A(H+1, D+1)} / 9
これは、第１フィルタ部２５に単純なフィルタリング処理として加重平均２次元フィルタを用いた場合の例である。第２フィルタ部２６においても同様のフィルタリング処理を位相情報処理結果６１に行い、境界位置検出部７へ出力データを境界位置検出部７へ送出する。

なお、上述の説明では、着目するデータをある点における処理結果、例えば、A(H,D)、とその周辺の８点における処理結果、例えば、A(H-1, D-1)、A(H-1, D)、A(H-1, D+1)、A(H, D-1)、A(H, D+1)、A(H+1, D-1)、A(H+1, D)、A(H+1, D+1)の９個とし、第１フィルタ部２５および第２フィルタ部２６が採用するフィルタの種類を加重平均２次元フィルタとして説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、着目するデータ数は幾つでも良く、又、第１フィルタ部２５および第２フィルタ部２６は、一般的な２次元ＦＩＲフィルタや２次元非線形フィルタなど、振幅情報処理結果５１ならびに位相情報処理結果６１に含まれるノイズを除去可能なものであれば何でも良い。さらに、振幅情報処理結果５１と位相情報処理結果６１に適用するフィルタの種類や特性は同一である必要はないことは言うまでもない。

このような構成にすることで、境界位置検出部７はエコー信号の強度ならびに位相情報を処理した結果に含まれるノイズの影響を受けにくくなり、より正確な血流内膜境界位置情報７１ならびに中膜外膜境界位置情報７２を検出可能となる。

境界位置検出部７において検出された血流内膜境界位置情報７１ならびに中膜外膜境界位置情報７２は第３フィルタ部２７へそれぞれ送出され、血管の画像が長軸方向へ滑らかに繋がるようにフィルタリング処理される。この第３フィルタ部２７の主な役割は、境界位置検出部７にて検出された血流内膜境界位置情報７１および中膜外膜境界位置情報７２に含まれるノイズを除去するためであり、境界位置と操作者がエコー強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した境界位置とに大きな差をなくし、不自然さをなくすことである。

第３フィルタ部２７で実行されるフィルタリング処理の一例について図７を参照して説明する。図７において、超音波パルスの進路を示すある音響走査線Ｈ上での境界位置をK(H)として、第３フィルタ部２８からＩＭＴ値算出部９へ送出される出力データの１つをK'(H)として表している。出力データK'(H)は、血流内膜境界位置情報７１をフィルタリング処理した場合のデータとすると、以下のように表される。

K'(H) = {K(H-1) + K(H) + K(H+1)} / 3
これは、第３フィルタ部２７に一番単純なフィルタである加重平均フィルタを採用した場合の例である。ここでは、血流内膜境界位置情報７１を例にしたが、中膜外膜境界位置情報７２に対しても同様の処理を行う。

以上説明したように、本実施の形態の超音波診断装置は、被験体の表面から被験体の内部の血管に向かって少なくとも１本の超音波信号を照射する超音波プローブ１０１と、超音波プローブ１０１により照射された超音波信号に対して被験体内部から反射された超音波エコー信号を受信し、電気信号に変換する受信部２と、血管の中心軸と交差する方向の超音波エコー信号の振幅情報を処理する振幅情報処理部５と、血管の中心軸と交差する方向の超音波エコーの位相情報を処理する位相情報処理部６と、振幅情報処理部５から送出された少なくとも１つの処理結果ならびに位相情報処理部６から送出された少なくとも１つの処理結果とに基づいて、血管を通って血液が流れる血流領域と血管の内膜との間の境界位置を示す血流内膜境界位置情報と、血管の中膜と外膜３０１の境界位置を示す中膜外膜境界位置情報とを検出する境界位置検出部７と、境界位置検出部７において検出された血流内膜境界位置情報ならびに中膜外膜境界位置情報から血管の内膜から中膜までの厚みを示すＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部９に加えて、振幅情報処理部５の結果をフィルタリング処理して境界位置検出部７へ送出する第１フィルタ部２５と、振幅情報処理部６の結果をフィルタリング処理して境界位置検出部７へ送出する第２フィルタ部２６と、境界位置検出部７の処理結果をフィルタフィルタリング処理してＩＭＴ値算出部９および画像合成部１０へ送出する第３フィルタ部２７と、第１フィルタ部２５、第２フィルタ部２６、第３フィルタ部２７を制御するフィルタ制御部２８とを設けているため、被験体内に存在する内膜輝度値の変化に大きく依存せず、かつ血管内にアテロームのような局所病変が存在する場合であっても、血流と内膜との境界位置ならびに中膜と外膜３０１との境界位置を正確に検出することができるとともに、境界位置検出部７にて検出された血流内膜境界位置情報７１および中膜外膜境界位置情報７２に含まれるノイズが除去されるため、エコー信号の強度ならびに位相情報を処理した結果に含まれるノイズの影響を受けにくくなり、ＩＭＴ値算出部９はより正確にＩＭＴ値を算出することができ、画像合成部１０もより正確に、Ｂモード処理部４で生成された画像情報と境界位置検出部７で生成された画像情報とを合成することができるため、検出した境界位置と、操作者が超音波エコー強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した境界位置との間に大きな差がなくなり、不自然さがなくなる他、正確な血管のＩＭＴ値を計測することが可能になる。

なお、上記説明は、着目するデータをある点における処理結果、例えば、K(H)とその周辺の２点における処理結果、例えば、K(H-1)、K(H+1)の３個とし、第３フィルタ部２７が採用するフィルタの種類を加重平均フィルタとして説明しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、着目するデータ数はいくつでも良く、又、第３フィルタ部２７は、一般的なＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタ、非線形フィルタなど、境界位置検出部７にて検出された血流内膜境界位置情報７１および中膜外膜境界位置情報７２に含まれるノイズを除去可能なものであれば如何なるフィルタでも良い。さらに、血流内膜境界位置情報７１と中膜外膜境界位置情報７２とに適用するフィルタの種類や特性は同一である必要はない。フィルタ制御部２８は第１フィルタ部２５、第２フィルタ部２６、第３フィルタ部２７に適用するフィルタ係数を、他の装置と連携して、またはオペレータによる操作により設定可能とする。

以上説明したように、本発明に係わる超音波診断装置は、被験体内に存在する内膜輝度値の変化に大きく依存せず、かつ血管内にアテロームのような局所病変が存在する場合であっても、血流領域３０４と血管壁３０５、３１１との境界位置を正しく検出することができる。又、このようにして検出された血流領域３０４と血管壁３０５、３１１の境界位置、中膜の位置と、操作者がエコー強度を利用した輝度情報から視覚的に判断した位置とに大きな差がなくなり、不自然さもなくなる。このため、本発明の超音波診断装置は、エコー強度と組織の特性から抽出される情報を組み合わせ、操作者が視覚的に判断する場合と極めて近い血流領域３０４と血管壁３０５、３１１の境界と、中膜の位置とを自動的に検出し、正確な血管壁のＩＭＴ値を計測できることから、医用分野において超音波エコーを利用した血管性状の画像表示や診断などに有用である。

図１は、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の基本的な動作を説明するための図である。図３は、本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の基本的な動作を説明するための図である。図４は、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図５は、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置を構成する第１フィルタ部および第２フィルタ部の動作例を説明するための模式図である。図６は、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置を構成する第１フィルタ部および第２フィルタ部の動作の一例を説明するための模式図である。図７は、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置を構成する第３フィルタ部の動作の一例を説明するための模式図である。

符号の説明

１送信部
２受信部（超音波エコー信号受信部）
３遅延合成部
４Ｂモード処理部
５振幅情報処理部
６位相情報処理部
７境界位置検出部
８関心領域決定部
９ＩＭＴ値算出部
１０画像合成部
１１表示部（表示手段）
２０被験体の皮膚表面
２５第１フィルタ部
２６第２フィルタ部
２７第３フィルタ部
２８フィルタ制御部
３０血管
４０関心領域
５１、５２振幅情報処理結果
６１、６２位相情報処理結果
７１血流内膜境界位置情報
７２中膜外膜境界位置情報
７３閾値
７４オフセット値
１０１超音波プローブ（超音波信号照射部）
１２０、１２１境界位置検出範囲
３０１外膜
３０２内中膜
３０４血流領域
３０５第１血管壁
３０６アテローム
３１０血流と内膜との境界位置
３１１第２血管壁
３２０中膜と外膜との境界位置

Claims

被験体の表面から前記被験体の内部の血管に向かって少なくとも１本の超音波信号を照射する超音波信号照射部と、
超音波信号照射部により照射された超音波信号に対して前記被験体内部から反射された超音波エコー信号を受信し、電気信号に変換する超音波エコー信号受信部と、
前記血管の中心軸と交差する方向の超音波エコー信号の振幅情報を処理する振幅情報処理部と、
前記血管の中心軸と交差する方向の前記超音波エコーの位相情報を処理する位相情報処理部と、
前記振幅情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果ならびに前記位相情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果に基づいて、前記血管を通って血液が流れる血流領域と前記血管の内膜との間の境界位置を示す血流内膜境界位置情報と、前記血管の中膜と外膜の境界位置を示す中膜外膜境界位置情報とを検出する境界位置検出部と、を備え、
前記境界位置検出部は、前記振幅情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果に基づいて体表面からの深さ方向の範囲において検出範囲を決定し、前記検出範囲において前記位相情報処理部から送出された少なくとも１つの処理結果の体表面からの深さ方向に沿った特徴を基に前記血流内膜境界位置情報を検出することを特徴とする超音波診断装置。
前記振幅情報処理部から送出された処理結果が超音波エコー信号の信号強度であり、前記位相情報処理部から送出された処理結果が超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の硬さ値であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記境界位置検出部において検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報から前記血管の内膜から中膜までの厚みを示すＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
前記血管壁は、前記超音波信号照射部に近い側の前壁と前記超音波信号照射部から遠い側の遠壁とを有し、皮膚表面からの深さ方向に沿った超音波エコー信号の振幅情報ならびに位相情報を処理するための関心領域を、前記前壁と前記後壁との少なくとも一方を跨ぐように決定する関心領域決定部を備え、前記振幅情報処理部ならびに前記位相情報処理部は、前記関心領域決定部により決定された関心領域内から反射された超音波エコー信号の振幅情報および位相情報を処理することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記境界位置検出部は、前記振幅情報処理部ならびに前記位相情報処理部から送出された処理結果の、１心拍サイクルにおける時間変化に基づいて、前記血流内膜境界位置情報と前記中膜外膜境界位置情報とを検出することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記超音波信号照射部は、前記血管の長軸方向に沿った少なくとも１つの位置に向けて少なくとも１本の超音波パルスを照射し、前記振幅情報処理部、前記位相情報処理部ならびに前記境界位置検出部は、前記少なくとも１つの位置から反射された超音波エコー信号に対してそれぞれの処理ならびに前記血流内膜境界位置情報および前記中膜外膜境界位置情報の検出を行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記振幅情報処理、前記位相情報処理部ならびに前記境界位置検出部において検出された処理結果、前記血流内膜境界位置情報および前記中膜外膜境界位置情報の検出結果を画像で表示する表示手段をさらに有する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記振幅情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の体表面からの深さ方向に沿った超音波エコー信号の振幅強度であることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の硬さ値であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の歪であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の厚みであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される処理結果の１つが、超音波エコー信号の位相情報を基に算出した、１心拍サイクルにおける時間変化に基づく、体表面からの深さ方向に沿った被験体内の組織の移動速度であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記振幅情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は、体表面からの深さ方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出されることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記振幅情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向ならびに前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出されることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向にフィルタリング処理された後に前記境界位置検出部に送出されることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記位相情報処理部から送出される少なくとも１つの処理結果は体表面からの深さ方向ならびに前記血管の長軸方向にフィルタリングされた後に前記境界位置検出部に送出されることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記境界位置検出部で検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報は前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記ＩＭＴ値算出部に送出されることを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記境界位置検出部で検出された前記血流内膜境界位置情報ならびに前記中膜外膜境界位置情報は前記血管の長軸方向にフィルタリング処理された後に前記表示手段に送出されることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。