JP6230891B2 - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、せん断弾性波を画像化する超音波画像診断装置に関する。

超音波画像診断装置は被爆のない無侵襲な診断装置であるため、診断からフォローアップまで幅広い臨床領域で用いられる。近年ではその性能向上ともに、組織の弾性（硬さ）を検出し、非侵襲的・客観的に評価するための新しい画像診断手法としてエラストグラフィが発展してきた。これにより乳房や肝臓などの線維腺腫の癌評価が期待される。

エラストグラフィには様々な方法があるが、その中にせん断弾性波を用いたパラメトリック映像化の方法がある。物質中を伝播するせん断弾性波の速度は、物質の持つ弾性係数と相関があり、伝播速度が速いほど硬い物質であるといえる。具体的には、収束超音波（以下プッシュパルスと称する）を照射することによって発生したせん断弾性波（横波の弾性波）の伝播速度を計測することによって組織硬度を評価する（例えば特許文献１参照）。

しかし、せん断弾性波（以下せん断波と称する）は、ねじれを持つ固体中は伝播するが、ねじれに対する弾性を持たない液体や気体中は伝播しにくいという性質がある。このため、せん断波が血管を通過する場合や、液化した病変部などを通過した場合には、通過後の領域の画像が正しく映像化されない可能性が指摘されている。せん断波を発生させるために送信するプッシュパルスは、その音響パワーが通常に比べて大きい。正しく映像化されない可能性がある領域にプッシュパルスを送信することは人体への影響が懸念されるため、これを防止する必要がある。また、本診断前にパワーの弱いプッシュパルスを予備的に照射してせん断波が伝播するかどうかを調べることも行われるが、患者に対して大きな負担となる。

特表２０１２−５３１９３７号公報

本発明が解決しようとする課題は上記問題を解決し、正しく映像化されない可能性がある領域にプッシュパルスを送信することを防止する超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本実施形態の超音波画像診断装置は、超音波プローブからプッシュパルス照射を行うためのターゲット位置を超音波画像上に設定するターゲット設定部と、せん断波が伝播しにくい非伝播領域を前記超音波画像より判定して取得する画像判定部と、前記ターゲット位置から発生するせん断波の伝播を仮定し、前記非伝播領域の影に位置する領域を伝播不適領域として算出するマスク処理部と、前記非伝播領域、さらには前記伝播不適領域を前記超音波画像とともに提示する画像を生成する画像生成部と、を有する。

第１の実施形態における超音波画像診断装置のブロック構成図。 本実施形態に係るせん断波診断モードのフローチャート図。 せん断波診断モードのターゲット領域を設定する説明図。 Ｂモード超音波画像を説明する模式図。 Ｂモード超音波画像上の非伝播領域を判定する説明図。 プッシュパルスを照射するターゲットの設定と、せん断波の伝播の様子を説明する図。 超音波画像上に伝播不適領域を判定する第１の説明図。 超音波画像上に伝播不適領域を判定する第２の説明図。 第２の実施形態における過去の参照画像データから伝播領域を算出するフローチャート図。

以下、実施形態について図１から図９を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
図１に示す本実施形態の超音波画像診断装置は、先端にトランスジューサが装着され超音波の送受信を行う超音波プローブ１１、超音波を発生するための駆動信号を送信し被検体から反射してきたエコー信号を電気信号として検出する送受信部１２、超音波画像診断の各種診断モードに対する信号処理を行うプロセッサ部１３、プロセッサ部１３で行われた各種診断モードの処理信号を映像信号に変換するスキャンコンバータ１４、スキャンコンバータから出力される診断画像とともに、せん断波を発生させるためのプッシュパルス照射のターゲット位置、せん断波を用いたパラメトリック映像化が正しく行われない可能性がある領域の表示、注意喚起のための警告メッセージ、あるいは複数の医用画像のサイド・バイ・サイド表示などの各種操作情報、画像情報をディスプレイモニタ１５に表示するための画像生成部１６、超音波画像診断装置に対する各種制御命令を入力する操作卓１７、超音波画像診断装置を制御するための各種信号を仲介するインターフェース部１８、超音波画像診断装置を統合的に制御する制御部１９を有している。操作卓１７上には各種制御命令を入力するために、マウス、トラックボール、ジョイスティック、キーボード、各種スイッチなどのユーザインタフェースデバイスが配置される。また、ディスプレイモニタ１５に形成されたタッチパネルなども含む。

本実施形態の超音波画像診断装置は、せん断波を用いたパラメトリック映像化モード（以下せん断波診断モードと称する）を備えている。超音波プローブ１１は、通常の超音波スキャンモードの他に、収束超音波であるプッシュパルスが送信可能であり、このプッシュパルスの照射によって発生するせん断波を捉えることができる。プロセッサ部１３には、せん断波の信号処理を行うせん断波プロセッサ１３１を有し、せん断波の伝播速度をカラー化などの表示方法により組織の硬度と対応付けて表示する。また、プロセッサ部１３は、被検体を圧迫することにより発生させた弾性波を捉えて画像化する圧迫式弾性波プロセッサ１３２、ドプラ量から血流などの動きを観測するドプラスペクトルプロセッサ１３３、ドプラ量をカラー化して表示するカラードプラプロセッサ１３４、Ｂモード画像を処理するＢモード画像プロセッサ１３５など、複数の画像診断モードに対するプロセッサを有している。

さらに本実施形態の超音波画像診断装置はプッシュパルス送信制御機能有している。音響的な影響を危惧する部位へのプッシュパルス送信の際、せん断波を用いたパラメトリック映像化が正しく行われない可能性がある領域の表示、操作者に対する注意喚起の警告、さらにはプッシュパルス送信禁止などの処理を行うことができる。制御部１９は、超音波画像診断装置を統合的に制御するが、本実施形態の特徴となる部分の構成について主に述べる。

本実施形態の制御部１９は、せん断波を用いたパラメトリック映像化が正しく行われない可能性がある領域を判定し超音波画像上にマスク処理を施す伝播領域判定部１９１、プッシュパルスの送信制御を行う送信制御部１９２、およびプッシュパルスの送信にかかる注意喚起メッセージを発生するメッセージ部１９３を有している。

伝播領域判定部１９１は、超音波プローブ１１からプッシュパルス照射を行うためのターゲット位置を超音波画像上に設定するターゲット設定部１９４と、せん断波が伝播しにくい非伝播領域を前記超音波画像より判定して取得する画像判定部１９５と、前記プッシュパルス照射により前記ターゲット位置から発生するせん断波の伝播を仮定し、前記非伝播領域の影に位置する領域を伝播不適領域としてマスク処理を行い、せん断波の伝播領域を算出するマスク処理部１９６とを有している。

なお、超音波画像保存部２０には、プロセッサ部１３で処理された各種超音波画像が保存されるともに、診断を行ったターゲット位置、非伝播領域、および伝播不適領域の空間座標を合わせて保存する。

以上のようにして構成された超音波画像診断装置の動作について図２のせん断波診断モードのフローチャート図を用いて具体的に説明する。

図３は、超音波の送信範囲内に「せん断波診断モード」のターゲット領域を設定する説明図である。超音波プローブ１１にはコンベックス型、リニア型など複数の型があるが、本実施形態ではコンベックス型を例にとって説明を行う。超音波プローブ１１が体表３０に垂直にあてられており、超音波プローブ１１からの超音波の送信範囲を符号３１で表す。この送信範囲３１に対して「せん断波診断モード」に対するターゲット領域３２ａ、３２ｂを設定している。このターゲット領域３２ａ、３２ｂに対して収束超音波であるプッシュパルス３３ａ、３３ｂの送信を行い、それにより発生したせん断波を捉え、せん断波プロセッサ１３１により信号処理を行うことでターゲット領域３２ａ、３２ｂの組織硬度を評価できる。以下の説明においては、肝臓組織の硬化を評価することを例にとって説明する。

ステップＳＴ２０１では、操作者は、操作卓１７よりせん断波診断モードを選択する。そしてステップＳＴ２０２では、観察中のＢモード画像が表示される。図４に示すように、Ｂモード画像上では、肝臓周辺部４１に位置する腹壁４２、のう胞４３、血管４４、肝臓の外側部４５が表示されている。

図５は、超音波画像上の非伝播領域５１を判定する説明図である。非伝播領域５１とは、せん断波が伝播しにくい領域であり、もともとプッシュパルスを照射しない非観察領域を表す。この非伝播領域５１は、Ｂモード画像の輝度情報（画素値）などの画像解析により部位を判定できる。図４の例では、腹壁４２、のう胞４３、肝臓の外側部４５が、輝度情報やパターンマッチングなどの画像解析によって求められた非伝播領域５１ａである。ここでは図示しないが、その他の非伝播領域５１には超音波の反射率が高い骨部、造影剤を使用した領域なども含まれている。なお、予備的なプッシュパルス照射や、圧迫式弾性波診断を用いてせん断波が伝播しない領域が予め分かっている場合はこれを非伝播領域５１として扱ってもよい。

また、血管４４もこれらの非伝播領域５１であるが、血管４４については、カラードプラプロセッサ１３４から得られる血流のカラー情報を用いて判定することが好ましい。ここでカラードプラプロセッサ１３４のカラー信号から得られる非伝播領域５１を符号５１ｂで表す。そして、マスク処理部１９６は、非伝播領域５１（５１ａ、５１ｂ）を塗りつぶして、せん断波が伝播しないことを操作者に通知する。塗りつぶすことが診断に影響する場合には、塗りつぶしを解除するか半透明にする。非伝播領域５１に対して問題がない場合は、この時の非伝播領域５１の座標が設定・記憶される。

ステップＳＴ２０４では、プッシュパルス照射のためのターゲット６１を設定する。図６はプッシュパルスを照射するターゲット６１の設定と、せん断波の伝播の様子を説明する図である。この図ではターゲット６１を血管４４の上部に設定する例を示している。ターゲット６１から発生するせん断波は、点線矢印で示すように放射状に伝播していく。この時、超音波の伝播方向に非伝播領域５１（５１ａ、５１ｂ）が存在すれば、その影になる領域のパラメトリック映像化が正しく観測されない可能性がある。パラメトリック映像化が正しく観測されない可能性のある領域を伝播不適領域と定義する。ここで、点線矢印で示すせん断波Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、およびＳｅは、せん断波の進行方向が非伝播領域５１（５１ａ、５１ｂ）と接するものを示している。

ステップＳＴ２０５において、マスク処理部１９６はこの伝播不適領域を求める。

図７は、超音波画像上に伝播不適領域を算出し判定する説明図である。この図における伝播不適領域を符号７１ａ、７１ｂで示す。伝播不適領域７１ａは、のう胞４３で影となる部分であり、図６のせん断波Ｓａ、せん断波Ｓｂを示す直線と、のう胞４３領域の座標から求められる。また、伝播不適領域７１ｂは、血管４４で影となる部分であり、図６のせん断波Ｓｃ、せん断波Ｓｄ、およびせん断波Ｓｅを示す直線と、血管４４領域の座標から求められる。

図８は、ターゲット６１を血管４４の下部に設定する例を示している。この図から求められる伝播不適領域７１ｃは、図７と同様に、せん断波の進行方向が非伝播領域５１（この場合、血管４４）と接するせん断波の直線を求め、これらの直線と血管４４領域の座標から求められる。

そして、伝播不適領域７１と非伝播領域５１とを除いたせん断波が伝播可能な領域（以下伝播領域と称する）を求め、超音波画像上に重ねて表示を行う。

表示の方法は各種考えられるが、例えば、以下のような表示モードを選択できるとよい。

（１）非伝播領域５１、伝播不適領域７１の両方を塗りつぶした伝播領域を表示する。

（２）非伝播領域５１だけを塗りつぶした伝播領域を表示する。ただしこの場合は、せん断波によるパラメトリック映像化が正しく行われない可能性がある旨の警告メッセージを合わせて表示する。

（３）塗りつぶすことが診断に影響する場合には、超音波画像が見えるように、非伝播領域５１、伝播不適領域７１を選択し塗りつぶしを解除するか半透明にする。

ターゲット６１に照射するプッシュパルスはパワーが大きいため、ターゲット近傍に骨などの反射が大きい部位やせん断波が有効に伝播しない領域があると、せん断波の伝播速度が誤計測されたり、プッシュパルスのパワーが有効に減衰せずターゲット点の部位がダメージを受ける可能性がある。

したがってステップＳＴ２０６では、伝播領域７１が所定の領域サイズより大きいかどうかを判断する。例えば算出した伝播領域７１が、ターゲット６１の中心から所定の半径以上の円を含んでいることなどを条件に、十分な伝播領域７１が算出されたかどうかを判定する。この伝播領域のサイズは安全性を考慮し、送信パワーに応じて異なるサイズが設定される。

伝播領域７１が所定の領域サイズより小さい場合は（ステップＳＴ２０６：Ｎｏ）、ターゲットの位置を変えて再設定を行うか、「プッシュパルスのパワーを少なくするかどうか」の注意喚起メッセージ（ステップＳＴ２０７）がディスプレイモニタ１５に表示される。伝播領域７１は、ターゲット６１の位置とリアルタイムに連動して表示することが可能であり所望の位置にターゲット６１を指定できる。

ステップＳＴ２０８では、ターゲット６１が設定された後、プッシュパルスの送信がなされることでせん断波診断モードによる硬度評価が観測される。その後、超音波画像保存部２０に、実施された各種診断モード超音波画像とともに、せん断波診断モードのターゲット位置、非伝播領域、伝播不適領域、および伝播領域の座標、送信パルス条件などが同時に保存される。

以上述べたように第１の実施形態によれば、パルスを照射する前にせん断波が伝播しないことを示すマスク処理を実施し、せん断波が伝播可能な領域を操作者に視覚的に分かりやすく示すことができる。操作者はプッシュパルスを照射するターゲットをこの伝播可能な領域に設定することで、有効なせん断波診断モードを実施することが可能となる。

また、患者に対して無効なプッシュパルスの照射や予備的な照射を行う必要がないため、患者に対してダメージや精神的負担を軽減することが可能である。

（第２の実施形態）
本実施形態は、過去に行われたせん断波診断モードの画像および過去の非伝播領域を参照することにより、伝播領域を提示する実施形態について説明する。

図９は、過去の参照画像から伝播領域を算出するフローチャート図である。患者に対する治療後の経過観察などの定期的な診断においては、治療前に行われた超音波画像を参照して、同じターゲット位置にて経過観察を行うことが望ましい。また、予備的にプッシュパルス照射したり、圧迫式弾性波を用いてせん断波が伝播しない領域が予めわかっている場合などには、これを参照することによりせん断波が伝播可能な領域を算出し、表示することができる。

はじめにステップＳＴ９０１で、操作者は、せん断波診断モードを選択する。そして、ステップＳＴ９０２では超音波画像保存部２０から参照すべき過去に撮影された超音波画像を読み出す。この時、超音波画像保存部２０から、この参照画像を撮影した時のターゲット位置、非伝播領域、伝播不適領域、伝播領域の座標、および送信条件を同時に読み出す。この時、非伝播領域には、治療前の診断にて予備的プッシュパルスを照射した時にせん断波が伝播しなかった領域、圧迫式のエラストグラフィにて弾性波が有効に観測されなかった領域などを含んでいる。

ステップＳＴ９０３では、治療前の超音波画像と、現在診断中（治療後）の超音波画像をディスプレイモニタ１５に並べて表示し（サイド・バイ・サイド表示）、操作者は、両者のＢモード画像が略一致するように超音波プローブ１１を動かす。そしてターゲット位置が一致することを確認する。

ステップＳＴ９０４では、ターゲット位置がほぼ一致した時点で、伝播領域を表示させる。この時、非伝播領域には、治療前の診断にて予備的プッシュパルス照射により判明したせん断波が伝播しなかった領域、圧迫式弾性波が有効に観測されなかった領域などを含んでいる。ステップＳＴ９０５にて操作者は、ターゲット位置と所定サイズの伝播領域が確保されているかを確認する。なお、この場合、参照画像の伝播領域を表示してもよいし、超音波画像保存部２０から取得した非伝播領域、伝播不適領域の座標から伝播領域を再計算して表示してもよい。

ステップＳＴ９０６では、ターゲット位置および伝播領域のサイズに問題がなければ、前回のプッシュパルス送信条件にてプッシュパルスの送信を行う。

したがって第２の実施形態によれば、経過観察などの治療前後の診断では同じターゲット位置の設定や伝播領域の設定が自動的に設定される。このためターゲット位置と伝播領域を目視で確認するだけでよく、無駄なプッシュパルス照射することなく同じターゲット位置、同じプッシュパルス条件に対する肝臓組織の経過観察が可能となる。

以上述べた実施形態によれば、正しく映像化されない可能性がある領域にプッシュパルスを送信することを防止できるという効果を奏する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、安全性を加味するために非伝播領域および伝播不適領域を広く計算してもよい。

実施形態では、肝臓組織の硬度診断を主例として説明した。しかし適用される診断は、これに限定しない。また診断手順においても、上述したフローチャートに限定するものではない。

これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…超音波プローブ、
１２…送受信部、
１３…プロセッサ部、
１４…スキャンコンバータ、
１５…ディスプレイモニタ、
１６…画像生成部、
１７…操作卓、
１８…インターフェース部、
１９…制御部、
１９４…ターゲット設定部、
１９５…画像判定部、
１９６…マスク処理部。

Claims (6)

1. 超音波プローブからプッシュパルス照射を行うためのターゲット位置を超音波画像上に設定するターゲット設定部と、
   せん断波が伝播しにくい非伝播領域を前記超音波画像より判定して取得する画像判定部と、
   前記ターゲット位置から発生するせん断波の伝播を仮定し、前記非伝播領域の影に位置する領域を伝播不適領域として算出するマスク処理部と、
   前記非伝播領域、さらには前記伝播不適領域を前記超音波画像とともに提示する画像を生成する画像生成部と、
   を有する超音波画像診断装置。
2. 前記マスク処理部は、前記非伝播領域および前記伝播不適領域のどちらか一方もしくは両方を用いて、せん断波の伝播領域を算出し、
   前記画像生成部は、前記伝播領域を前記超音波画像とともに提示する画像を生成する請求項１記載の超音波画像診断装置。
3. 前記非伝播領域は、Ｂモードの超音波画像の輝度情報に基づいて判定される請求項１と請求項２記載の超音波画像診断装置。
4. 前記非伝播領域は、カラードプラモードの超音波画像のカラー情報に基づいて判定される請求項１と請求項２記載の超音波画像診断装置。
5. 前記超音波画像と同時に、前記非伝播領域と前記伝播不適領域の座標を保存する超音波画像保存部をさらに有し、同一患者の同一部位へのプッシュパルスを照射の場合は、超音波画像保存部に保存された過去の非伝播領域と伝播不適領域の座標を用いて、せん断波の伝播領域を算出する請求項１と請求項２記載の超音波画像診断装置。
6. 前記伝播領域が、所定の領域サイズを有しない場合に警告を発するメッセージ部をさらに有する請求項２記載の超音波画像診断装置。

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