JP5400919B2 - 超音波診断装置の作動方法及び超音波診断装置 - Google Patents
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Description
(i,j =1,2,3,・・・)
ここで、i,jの指標は、フレームデータの座標を表す。
図5は、この実施例に係る圧迫状態評価部115が行なう一連の処理の流れを示すブロック図である。圧迫状態評価部115は、メモリ回路1151と圧迫状態評価回路1152と画像構築回路1153とを備えて構成されている。メモリ回路1151は、圧力計測部110から出力される計測結果の圧力データを確保し、圧迫状態評価回路1152に出力する。圧迫状態評価回路1152は、メモリ回路1151から出力される圧力データを入力し、圧迫状態を表示する際に、最適な画像となるように、その圧力データに対してオーバーフロー処理や平均値算出などの統計処理などを施し、その結果である数値データを圧迫状態評価データとして次段の画像構築回路1153に出力する。画像構築回路1153は、圧迫状態評価回路1152から出力される圧迫状態評価データを入力し、その圧迫状態評価データを反映した画像を圧迫状態画像データとして構築し、切替加算器114に出力する。
Pi,j(t)
(i=1,2,3,・・・,N;j=1,2,3,・・・,M)
として示す。ここで、指標iは探触子の超音波送受信面の長軸方向の座標を、指標jは短軸方向の座標を示し、すべての圧力データ群を指標にて参照する。これら圧力データ群Pi,j(t)は、計測結果データ群
Ri,j(t)
(i=1,2,3,・・・,N;j=1,2,3,・・・,M)
としてメモリ回路1151に記憶される。
この平均値<Ri,j(t)>が圧迫状態評価データとして設定される。
圧力(応力)pi=Ym×(歪み量δdi)
(i=1,2,3・・・n)………(1)
の関係があり、データ領域d1,d2,d3・・・dnの内部における圧力分布をそれぞれ圧力分布p1,p2,p3・・・pnとして求めることができる。これらの圧力分布pd1,pd2,pd3・・・pdnを解析することにより、被検体10の表皮と参照変形体37の境界における圧力をそれぞれ圧力p1,p2,3・・・pnとして、個々の振動子v1,v2,v3・・・vnの垂直下の圧力を求めることができる。
実施例1では、圧迫状態評価部115において、特に複数の圧力センサーから出力される圧力データ群を用いて、圧迫状態情報としてその統計的特徴を提示する場合について説明したが、これに限らず、各圧力センサーの各圧力データを用いて、それぞれ圧迫状態画像データを構築し、それぞれ独立して表示するようにしてもよい。すなわち、各圧力センサーが図6に示すような超音波送受信面の長軸方向に沿って複数個配置されているような場合、例えば、図10に示すようにそれぞれの圧力センサーの配置箇所と、弾性画像及び断層像の該当箇所とがそれぞれ一致するように対応付けて、それぞれの圧力データを独立した形で構築した圧迫状態画像データ10Aを表示してもよい。図10において、圧迫状態画像データ10Aの各棒グラフの高さは、図6の各圧力センサー群51〜5f,61〜6fに対応するものである。なお、図6の圧力センサー群51〜5f,61〜6fは、短軸方向に2個配置されているので、短軸方向の2個の圧力センサーの平均値と図10の圧迫状態画像データ10Aのグラフの高さとが対応するようになっている。従って、図10の圧迫状態画像データ10Aを視認することによって、検者は探触子の長軸方向に渡る圧迫の状態を正確に把握することができる。
図11は、図9の表示画像における棒グラフの部分を、図8の上段に示す探触子によって圧迫される断層部位の圧縮変形の状態を模擬表示した図形208に置き換えた場合の一例を示す図である。このように、探触子が被対象組織を圧迫している状態が示されることによって、検者は直感的に圧迫状態を認識することができる。なお、図11では、探触子と被対象組織の模式図の下側に圧力データ値209を表示している。
実施例1では、圧迫状態評価部115において、圧迫状態情報を、特に、棒グラフで提示するように圧迫状態画像データを構築する場合について説明した。本発明はこれに限らず、圧力データの大きさを反映した情報が提示されるようになっていればどのような方法を用いてもよい。例えば、図12(A)のように、圧力データを圧力の次元で数値データとして直接表示してもよい。また、図12(B)のように圧力データを色相情報に変換して色相表示してもよい。さらには、図12(C)のように圧力データを輝度情報に変換して輝度表示してもよい。このように、それぞれの表示によって圧力データの大きさが判別可能になっていればよい。
図14は、圧迫状態情報を示す圧迫状態画像として棒グラフを用いた場合の変形例を示す図である。実施例1等の実施例では、ゲージの部分を線型に設定した例であるが、図14の場合は、ゲージ202の目盛りを対数表示にしている。なお、対数表示には図示以外の目盛りを用いてもよい。
図15は、圧迫状態情報である圧力の時間的な変化が分かるような表示法の一例を示す図である。上述の各実施例では、圧迫状態評価部115において、特に現時刻の圧迫状態の情報が提示されるように圧力変化線図210を構築する場合について説明した。しかし、これに限らず、例えば、図15に示すように、過去から現在までの圧迫状態の時間変化が観測できるように圧迫状態画像データを構築し、最終的に画像表示器107で検者が観察できるように表示してもよい。例えば、オシロスコープで電圧の時間変化を観測するように、時間的にグラフがスクロールして表示されるようにする。これは、特に線グラフで表示する方法に限らず、圧力データの大きさの時間変化を反映した情報が提示されるようになっていればどのような方法で表示してもよい。また、圧迫状態の時間変化を示す圧迫状態画像データ内に、例えば、図16に示すように、圧迫操作の手本となるような曲線(図では点線曲線)を表示し、検者がその曲線に従って圧迫できるようにガイドの役割を行なえるようにしてもよい。
図17は、圧迫状態が不適切であることをフィードバック(警告)する場合の一例を示す図である。上述の各実施例では、圧迫状態評価部115において、特に圧力センサーから出力される圧力データを用いて、圧迫状態情報をグラフで提示するように圧迫状態画像データを構築する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、弾性画像診断における圧迫操作において、圧力データに基づいて現在の圧迫状態が圧迫過大であったり、圧迫不足であったりというような、不適切な圧迫状態を検出する機能を圧迫状態評価部115に持たせことができる。この場合、例えば、図17(B)に示すように、圧迫が強すぎるようであれば圧迫を弱くするように、図17(C)に示すように、圧迫が不足していれば圧迫を強くするように、検者に注意を促すようなフィードバック情報として、下向き矢印131又は上向き矢印132を表示するようにすることができる。図17では、特に10〜20kPaの圧力範囲を適切な圧迫範囲とし、それ以上であれば圧迫過大、それ以下であれば圧迫不足としている。この適切な圧迫範囲は一例であり、これに限定されるものではない。また、この圧迫範囲は適宜設定及び変更できるようになっている。特に画像で検者にフィードバックする方法に限らず、例えば、同図に示すように、「圧迫を弱くしてください」や「圧迫を強くしてください」のような音声発音によって同様の目的を達成するようにしてもよい。なお、これは、過大で危険な状態だけではなく、高画質化に向けて適切な圧迫方法に導くことも目的とするものである。
図18は、圧力範囲が適切な圧迫範囲にある場合の表示の変形例を示す図である。図17では、約10〜20kPaの圧力範囲を適切な圧迫範囲とし、それ以上であれば圧迫過大、それ以下であれば圧迫不足として、下向き矢印131又は上向き矢印132を表示する場合について説明した。図18では、棒グラフの棒自体の色を、適切な圧迫の場合を青色(図18(A))、圧迫過大の場合を赤色(図18(B))、圧迫不足の場合を黄色(図18(C))などのように、色で表現するようにしている。また、色で表示する場合に、色を段階的に変化させるようにしてもよい。また、図8の上段に示すような探触子によって圧迫される断層部位の圧縮変形の状態を模擬表示した図形の色を、適切な圧迫の場合を青色、圧迫過大の場合を赤色、圧迫不足の場合を黄色などのように表示してもよい。これによって直感的に圧迫状態を認識することができる。
また、従来の方法によるシネメモリ部117は、表示画像データをメモリに確保し、装置制御インターフェイス部116による制御信号に従って、過去の表示画像データを呼び出して画像表示器107に表示したり、選択された表示画像データをMOなどの記録メディアへ転送記録したりする役割を担っている。これに対し、この実施例に係るシネメモリ部117は、その内部に備えられたメモリに時系列的に並んで確保された表示画像データ内の圧迫状態画像データ部の情報を利用して、弾性画像データを参照したり、抽出したりする機能を備えている。以下、この実施例に係るシネメモリ部117の詳細について説明する。
図20は、検者が圧迫状態を示すグラフに基づいて最適な圧迫状態を選択し、それを保存する場合の一例を示す図である。例えば、図20に示すように、装置制御インターフェイス部116からの制御信号によって、超音波診断装置をフリーズし、シネメモリ部117に確保されている、ある時刻における表示画像データを画像表示器107に選択的に表示する。この表示画像データ内に含まれる圧迫状態の時間的変化を示す圧迫状態画像データを表示し、図20に示すように、適切に圧迫された期間の最初の時刻t1のフレームと最後の時刻t2のフレームを検者が三角形状のボタン151,152をスライドさせて指定する。これによって、その時刻t1−t2間に存在する時系列的な表示画像データ群(フレーム群)がシネメモリ部117から抽出され、保存される。
図21は、適切な圧迫状態の1周期分を自動で検出し、それを保存範囲とする場合の一例を示す図である。図20では、シネメモリ部117において、特に検者が圧迫状態画像を参照して、指定した範囲の連続した表示画像データを抽出する場合について説明したが、ここでは、適切に圧迫された期間の最初と最後を自動的に検出(抽出)する。例えば、図21に示すように、適切な圧迫操作の1周期分を自動で検出し、この1周期分の表示画像データ群を保存する。
図22は、適切な圧迫状態の期間を圧力軸の大きさでその範囲を設定し、それを保存範囲とする場合の一例を示す図である。図21では、適切に圧迫された期間の最初と最後を自動的に検出(抽出)し、それを1周期分の表示画像データ群として保存する場合について説明したが、ここでは、圧力軸方向に適切な圧迫データP1及びP2を設定し、この範囲を通過して圧迫された期間pa〜pgを抽出するようにした。なお、この検出は自動で行なっても手動で行なってもよい。
図23は、適切な一周期を自動検出する場合の検出方法の一例を示す図である。まず、実際の圧迫状態の曲線(図では実線で示す)から、図に示すような各範囲(範囲1、範囲2・・・)を切り出すことができる。次に、図に示すように各サンプリング点において、実際の圧迫状態の曲線と見本の圧迫曲線(図では点線で示す)との差分を演算する。各範囲において各サンプリング点における差分の加算を取り、最も小さい加算和を計上した範囲を、最も最適な1周期分として抽出することができる。図23では範囲3が最も最適な範囲として選択される。特に、最も見本の曲線にマッチングした範囲を適切な1周期分として抽出するようになっていれば良く、これ以外の最小自乗法や、相関係数の演算を用いて実現してもよい。また、特に1周期分に限らず、半周期でも、複数周期でも適当な節目で自動で抽出するようになっていればよい。
上述の各実施例では、圧迫状態評価部115と切替加算器114とシネメモリ部117は、圧迫状態を示す様々な情報の内、特に圧力センサーから出力される絶対的な圧力値のデータを例に説明したが、これに限らず、例えば、圧力データの時間変化(圧迫前後フレーム間での圧力変化)、一連の圧迫過程における現時刻の圧力変化(圧力値の傾き)データを利用して、圧迫状態画像データを生成し、画像表示器107に表示するようにしてもよい。
Ymi,j=(ΔPi,j)/(ΔLi,j/ΔX)
このようにして求められた弾性率Ymi,jにより、各計測点の弾性率が求められ、弾性フレームデータが生成される。
上記の各実施例では、現時刻における絶対的な圧迫の強さを示す圧力データを圧迫状態データとして顕在化する方法を説明したが、本発明はこれに限らず、圧力変化分の分布を表示できるようにもなっている。
上述したように生体組織の硬さは非線形性を有し、圧迫条件により組織の硬さは変化する。図27に示すように、画像上に任意の応力関心ライン305を設け、そのライン305に沿った応力分布300や応力変化分布301を表示する。
この応力分布300、応力変化分布301に表示するための応力関心ライン305上の応力は、表面圧、物質特性、歪み、表面からの距離a等の情報による有限要素法によって求める。
俊郎 (著)等の出版物に記載されているため、ここでの説明は省略する。
MEMS技術を用いたcMUT振動子や、液晶のタッチバネルを応用したデバイスなどを圧力センサーとして利用する。図29(a)に示すように、cMUT振動子は、大概、真空ギャップ403を挟むシリコン部材404と、シリコン部材404を挟んでバイアス電圧を印加する電極405とから成っている。
cMUT振動子やタッチパネルは薄型デバイスとして構成できるので、通常のリニア探触子やコンベックス探触子のみならず、図30に示すように、前立腺等の体内に挿入する形式の超音波探触子402においても患者の負担が小さい方法で圧力分布を検出することができる。
体内用超音波探触子では、柄の部分に「伸び」や「撓り」を検出するセンサーを装着して圧力センサーとして利用することができる。図31に示すように、タッチパネル技術、MEMS技術(cMUT振動子)、ひずみゲージなど、「伸び」や「撓り」を検出するセンサー410を探触子の柄の部分に装着する。装着箇所はヘッドから遠くてもよい。また歪みゲージは電気式のものでも光学式のものでもよい。
Claims (7)
- 超音波探触子によって被検体に圧力を加えて断層部位を計測し、前記断層部位における組織の変位を求め、該変位に基づいて前記断層部位における組織の弾性情報を求め、該弾性情報に基づいて前記断層部位における弾性画像を生成して表示装置に表示し、前記超音波探触子を構成する複数の振動子の配列方向である長軸方向の圧力分布データを求め、該圧力分布データを前記弾性画像の前記長軸方向に対応する座標方向に合わせて棒グラフ又は線図により前記弾性画像とともに前記表示装置に表示する超音波診断装置の作動方法。
- 前記圧力分布データは、前記長軸方向に沿って前記超音波探触子に配列された複数個の圧力センサーで計測した圧力データに基づいて求めることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置の作動方法。
- 前記圧力分布データの基準圧力値に対する偏差を求め、該偏差を前記弾性画像の前記長軸方向に対応する座標方向に合わせて線図により前記表示装置に表示することを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波診断装置の作動方法。
- 被検体に当接され、且つ前記被検体に圧力を加える超音波探触子によって前記被検体の断層部位を計測し、前記断層部位における組織の変位を求め、該変位に基づいて前記断層部位における組織の弾性情報を求めて弾性画像を生成する信号処理部と、前記弾性画像を表示する表示部とを備えてなる超音波診断装置において、
前記被検体に加えられた圧力により前記断層部位における組織に加わる圧力値を計測する圧力計測部と、前記圧力計測部の出力に基づいて前記被検体の圧迫状態を評価する圧迫状態評価部とを備え、
前記圧迫状態評価部は、前記圧力計測部の出力に基づいて、前記超音波探触子を構成する複数の振動子の配列方向である長軸方向の圧力分布データを求め、該圧力分布データを前記弾性画像の前記長軸方向に対応する座標方向に合わせて棒グラフ又は線図により前記弾性画像とともに前記表示装置に表示する超音波診断装置。 - 前記圧力計測部は、前記長軸方向に沿って前記超音波探触子に配列された複数個の圧力センサーであることを特徴とする請求項4に記載の超音波診断装置。
- 前記圧力センサーは、超音波送受信面の短軸方向の両側に複数個の群として配置されていることを特徴とする請求項5に記載の超音波診断装置。
- 前記圧迫状態評価部は、さらに、前記圧力分布データの基準圧力値に対する偏差を求め、該偏差を前記弾性画像の前記長軸方向に対応する座標方向に合わせて線図により前記表示装置に表示することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の超音波診断装置。
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