JPWO2007034738A1 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、より正確な歪、平均弾性率および平均粘性率などの組織性状値を得ることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。本発明の超音波診断装置は、受信部103からの超音波エコーに基づく受信信号に基づいて、境界検出部110で被検体の組織境界を検出し、組織追跡部108で被検体の組織境界の動きを追跡する。そして、組織性状値算出部109で、組織追跡部108で追跡した前記被検体の組織境界の動きと血圧値取得部112から取り込んだ被検体の血圧値とに基づいて、被検体の組織性状値を算出する。
Description
本発明は、被検体の組織性状を測定する超音波診断装置に関する。
従来の超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、その反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の構造を断層画像として得るものである。また、近年、反射エコー信号の主に位相を解析することで、被検体の動きを精密に計測し、そこから被検体組織の歪みや弾性率、粘性率などの組織性状を求めるという試みがある。
特許文献1には、反射エコー信号の検波出力信号の振幅と位相の両者を用いて、被検体の瞬間的な位置を決定することによって被検体組織の追跡を高精度に行ない、拍動による大振幅変位運動上の微小振動を捕らえる方法が記載されている。
図6を用いて、特許文献1に示された被検体組織追跡方法を説明する。被検体の同一方向に対して、ΔTの間隔をおいて送信された超音波パルスの、それぞれの受信エコー信号をy(t)とy(t+ΔT)とする。ある位置(深度)xに設定された計測点からの反射エコーの受信時刻txは、パルス送信時刻をt=0、音速をCとすると、tx=x/(C/2)となる。このとき、y(tx)とy(tx+ΔT)の間の位相差をΔθ、tx付近での超音波の中心周波数をfとすると、この期間ΔTにおける計測点の移動量Δxは、(式1)で表される。
Δx=−C・Δθ/4πf ・・・ (式1)
これをxに加算することで、ΔT後の計測点の位置(深度)x'は、(式2)によって求めることができる。
x'=x+Δx ・・・ (式2)
そして、これを繰り返すことにより、被検体内の計測点の位置を追跡していくことができる。つまり、x'の深度から反射されたエコーの受信時刻をtx'とし、続いて送受信された受信信号をy(t+2ΔT)とすると、y(tx'+ΔT)とy(tx'+2ΔT)の位相差Δθ'から(式1)および(式2)の演算により、2ΔT後の計測点の位置x"を求めることができる。
特許文献2には、特許文献1の方法をさらに発展させ、心拍に起因する血管壁に設定された計測点の各大振幅変位運動を精密に追跡し、その差から血管壁の歪み量を計測し、歪み量と血圧差から局所弾性率を求める方法および、弾性率の空間分布を画像表示する装置が記載されている。
図7を用いて、特許文献2に示された弾性率算出方法を説明する。特許文献2によれば、探触子101は被検体に対して超音波を照射し、血管、特に動脈からのエコーを受信する。血管壁上に深さ方向に等間隔Wsを隔てて計測点A、B、Cを設定し、計測点A、B、Cからの受信信号を特許文献1に示された方法により解析し、計測点A、B、Cの動きを追跡する。動脈は心拍によって収縮拡張を繰り返しており、このため計測点A、B、Cの動きは、追跡波形TA、TB、TCに示すような周期的なものとなり、心臓収縮期には急激に血管壁が広がり、心臓拡張期にはゆっくりと血管が収縮するという動きとなる。
追跡波形TA、TB、TCから計測点A−B間の厚み変化波形WABおよび計測点B−C間の厚み変化波形WBCを求める。厚み変化波形WABの変化量をΔW(AB)とすると、計測点A−B間の歪み量ε(AB)は、(式3)で表される。
ε(AB)=ΔW(AB)/Ws ・・・ (式3)
このときの血圧差ΔP=(最高血圧)−(最低血圧)とすると、計測点A−B間の弾性率E(AB)は、(式4)によって求めることができる。
E(AB)=ΔP/ε(AB)=ΔP・Ws/ΔW(AB) ・・・ (式4)
同様にして計測点B−C間の弾性率E(BC)を求めることができ、さらに同様の操作を断層画像上の複数点に対して行うことで、弾性率の分布画像が得られる。
図8は、従来例における実際の診断画面の一例である。画面は血管の縦割り断面を表示している。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、弾性率を計算する領域(ROI)204が設定され、ROI204内に縦横それぞれ別の等間隔に複数の計測点が設定される。全ての計測点の動きは、(式1)および(式2)により計算され、計測点間、つまり血管壁内の微小領域の弾性率は(式3)および(式4)により計算される。このようにして得られた弾性率をカラーコードに変換に変換し、所定位置に配置することで、弾性率画像201画像を作成する。この弾性率画像201は、モノクロ断層画像200上の対応する位置に重畳表示される。これにより血管壁内の弾性率の分布を詳細に観察することができる。計測点間の距離は、縦方向が数十um、横方向が百数十um程度である。画面上にはさらに、受信信号の振幅と画面上の輝度との関係を示す断層画像用反射強度スケール202、弾性率と画面上の色との関係を示す弾性率画像用弾性率スケール203、さらに図示はしていないが、平均弾性率値や、血管径値、心電波形など診断に有用な各種情報が表示される。
弾性率と実際の疾患との対応はまだ研究段階であるが、一例として非特許文献1では平均弾性率と動脈硬化危険因子の関連について発表されている。
しかしながら、非特許文献1で発表された平均弾性率は、基準厚みWsを固定し、固定された大きさの微小領域の弾性率値を、必要な領域に渡って平均して得られたものである。一方、図8における血管壁の平均弾性率は、血管壁上の微小領域の弾性率を平均したものである。一般に、対象とする領域の平均弾性率といった場合、その領域全体の歪と、領域全体にかかる力から求めた弾性率が正しい平均弾性率と考えられ、領域を分割してそれぞれにおける歪とそれにかかる力から求めた弾性率を平均して、全体の平均弾性率とすることは、正しい平均弾性率と比較して誤差を含むことになる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、より正確な歪、平均弾性率および平均粘性率などの組織性状値を得ることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する境界検出部と、前記受信信号に基づいて、前記境界検出部で検出した前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織の動きを追跡する組織追跡部と、前記受信信号と前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織の動きとの少なくとも一方に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する組織境界検出部と、前記組織境界検出部で検出した前記被検体の組織境界に対応する前記被検体の組織の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、少なくとも2つの組織性状値算出モードを有し、第1の組織性状値算出モードでは、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値を出力し、他の組織性状値算出モードでは、前記被検体の固定サイズの微小領域の組織性状値を求めて出力するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を求めることができる。
本発明の超音波診断装置は、受信信号を記憶するメモリをさらに有し、フリーズ時に算出モード切替を行った場合、前記メモリから読み出した受信信号に基づいて、切替後の算出モードにおける組織性状値を出力するものを含む。本発明によれば、再び計測することなく複数種類の組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、さらに前記被検体の組織性状値を表示する表示部を有し、前記表示部は、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値と、前記被検体の固定サイズの微小領域で算出した組織性状値とを、同時に表示するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を同時に認識することができる。
本発明の超音波診断装置は、前記組織境界の動きに基づく組織性状値は数値で、前記固定サイズの微小領域で算出した組織性状値は分布画像で表示するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を同時に認識することができる。
本発明の超音波診断装置は、さらに前記被検体の血圧値を取り込む血圧値取得部を有し、前記組織性状値算出部は、前記被検体の組織境界の動きと前記血圧値取得部で取り込んだ前記血圧値とに基づいて、前記被検体の組織性状値として少なくとも弾性率または粘性率のいずれかを算出するものを含む。本発明によれば、領域全体の歪と、領域全体にかかる圧力から求めた被検体組織の特性が認識しやすい組織性状値を得ることができる。
本発明によれば、より正確な歪、平均弾性率または平均粘性率などの組織性状値を得ることができる。
100 制御部
101 探触子
102 送信部
103 受信部
104 断層画像処理部
105 メモリ
106 画像合成部
107 モニタ
108 組織追跡部
109 組織性状値算出部
110 境界検出部
111 メモリ
112 血圧値取得部
113 組織追跡部
114 組織性状値算出部
115 境界検出部
200 断層画像
201 弾性率画像
202 断層画像用反射強度スケール
203 弾性率画像用弾性率スケール
204 ROI
205 血流−内膜境界
206 外膜−周辺組織境界
207 計測点
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204 ROI
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206 外膜−周辺組織境界
207 計測点
以下、本発明の実施の形態について、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ブロック図である。図1の超音波診断装置は、制御部100、探触子101、送信部102、受信部103、断層画像処理部104、メモリ105、画像合成部106、モニタ107、組織追跡部108、組織性状値算出部109、境界検出部110、メモリ111、血圧値取得部112を含んで構成される。
図1は、本発明の第1の実施の形態の超音波診断装置のブロック図である。図1の超音波診断装置は、制御部100、探触子101、送信部102、受信部103、断層画像処理部104、メモリ105、画像合成部106、モニタ107、組織追跡部108、組織性状値算出部109、境界検出部110、メモリ111、血圧値取得部112を含んで構成される。
制御部100は、超音波診断装置全体を制御するものであり、図示していないが、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといったユーザーインターフェースも制御部100に接続されている。
送信部102は、制御部100の指示を受けて、指定されたタイミングで探触子101を駆動する高圧の送信信号を発生する。探触子101は、送信部102で発生した送信信号を超音波に変換して被検体に照射するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。探触子101内には複数の圧電変換素子が配置され、これらの圧電変換素子の選択、および、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングによって送信する超音波の偏向角およびフォーカスを制御する。
受信部103は、超音波エコーを電気信号に変換した受信信号を増幅するとともに、各圧電変換素子で受信された受信信号毎に異なる遅延を与えて加算することで、定められた位置(フォーカス)または方向(偏向角)からの超音波のみに基づく受信信号を出力する。
断層画像処理部104は、フィルタ、検波器、対数増幅器などからなり、受信部103から出力される受信信号の少なくとも振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。境界検出部110は受信信号の少なくとも振幅を解析して、被検体の組織の境界、具体的には少なくとも血管壁の血流−内膜境界、中膜−外膜境界、外膜−周辺組織境界のいずれかを検出し、その境界位置を組織追跡部108に出力する。組織追跡部108は、少なくとも受信信号の位相を解析して計測点の動きを追跡する。例えば、従来例に示す(式1)および(式2)を用いて、計測点の動きを追跡してもよい。計測点は、境界検出部110から出力された境界位置、または、深さ方向に等間隔に設定された位置である。
血圧値取得部112は、血圧値を取得する手段であり、検者が血圧値の手入力に使用するキーボードであっても、接続された血圧計そのものであってもよい。
組織性状値算出部109は、追跡した被検体組織の境界部の動きから(式3)で示される歪み量を計算し、得られた歪み量と血圧値から、(式4)で示される弾性率E、または(式5)で示される粘性率ηの少なくとも一方を算出する。
P=ηdε/dt+Eε ・・・ (式5)
そして、得られた弾性率Eまたは粘性率ηを、組織性状を示す数値や組織性状分布画像として出力する。
画像合成部106は、断層画像と、少なくとも組織性状を示す数値や組織性状分布画像のいずれか一方を合成し、モニタ107に表示する。
メモリ111は、受信信号を記憶するものであり、超音波送受信停止時(以下フリーズ状態という)に組織性状値を再計算する際に利用される。メモリ105は、断層画像を記憶するものであり、フリーズ状態のときに組織性状値に同期した断層画像を出力する。
以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図2および図3を用いて説明する。なお、図2および図3では、組織性状値として弾性率を利用しているが、これに限るものではなく、歪や粘性率、その他の組織性状値を利用してもよい。歪を利用する場合は、血圧値が不要であるので、血圧値取得部112は省略可能である。
図2および図3は、図8と同様の、血管の縦割り断面を表示した診断画面である。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、組織性状値を計算する領域(ROI)204が設定されている。
この超音波診断装置では、まず境界検出部110は、受信信号を解析して、血流−内膜境界205、および中膜−外膜境界206を検出する。境界の検出は、受信信号を解析して求めてもよいし、検者がトラックボールを使って手動で入力してもよい。一例として、血流および中膜は受信信号の振幅が小さいので、受信信号の振幅を解析して、振幅が急激に大きくなるところを境界とする。また、カラードプラ法などを用いて、血流を検出して、血流−内膜境界205を検出してもよい。なお、境界位置が検出するまでもなく明確な場合には、境界検出部115を設けず、あらかじめ装置に情報を登録しておいたり、検者が測定前に入力するようにしてもよい。例えば超音波以外のモダリティによって位置が特定されている場合では、そのモダリティから情報を得るようにしてもよい。また、境界位置が皮膚表面であり、探触子101と皮膚の間にスタンドオフ材を用いる場合には、そのスタンドオフ材のサイズをあらかじめ設定するようにしてもよい。
組織追跡部108は、境界検出部110で検出された境界上、または境界付近に計測点を設定し、この計測点の動きを追跡する。図2では、計測点を境界線上の白丸で示してある。組織性状値算出部109は、追跡した被検体組織の境界部の動きから(式3)で示される歪み量を計算するが、この際、基準厚みWsは、血流−内膜境界205と中膜−外膜境界206との間の幅(図2に両端矢印で示す幅)とする。これにより、境界間の部分(図2では血管内膜および中膜領域)の正確な平均組織性状値を求めることができる。
図3は、組織性状値をカラーコードに変換し、断層画像200に重畳表示した診断画面である。図3の例では、境界の間は縦方向に同じ色で表示される。この組織性状値を横方向に平均することで、血管壁のより正確な平均組織性状値を求めることができる。また、境界は一般的に受信信号の振幅が大きいところなのでSN比が大きく、他の部分よりも正確に組織の動きの追跡を行なうことができるため、さらに正確に組織性状値を求めることができる。
なお、組織追跡部108において、境界検出部110で検出された境界線上ではなく、ROI204中に等間隔に複数の計測点を設定することで、従来例に示したような、血管壁の微小領域それぞれの組織性状値を求めることができ、血管壁内の組織性状値の分布を詳細に観察することができる。
(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ブロック図である。図1の超音波診断装置と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図4は、本発明の第2の実施の形態の超音波診断装置のブロック図である。図1の超音波診断装置と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
組織追跡部113は、受信信号間の位相差から(式1)および(式2)を用いて、深さ方向に等間隔で設定された計測点位置の動きを追跡する。境界検出部115は、少なくとも受信信号、追跡した計測点の動きのいずれかを解析して、組織の境界、具体的には少なくとも血管壁の血流−内膜境界、中膜−外膜境界、外膜−周辺組織境界のいずれかを検出し、その境界位置が組織追跡部113で追跡されたどの計測点に相当するかを特定する。組織性状値算出部114は、境界検出部113で特定された計測点の動きから(式3)で示される歪み量を計算し、得られた歪み量と血圧値から、(式4)で示される弾性率または(式5)で示される粘性率の少なくとも一方を算出する。そして、得られた弾性率または粘性率を、組織性状を示す数値や組織性状分布画像として出力する。
以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図5を用いて説明する。なお、図5では、組織性状値として弾性率を利用しているが、これに限るものではなく、歪や粘性率、その他の組織性状値を利用してもよい。歪を利用する場合は、血圧値が不要であるので、血圧値取得部112は省略可能である。
図5は、図8と同様の、血管の縦割り断面を表示した診断画面である。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、組織性状値を計算する領域(ROI)204が設定され、ROI204内に縦横それぞれ等間隔に複数の計測点が設定される。図5中、計測点は白丸で示す。
組織追跡部113は、従来例と同様、全ての計測点の動きを(式1)および(式2)を用いて追跡する。境界検出部115は、少なくとも受信信号または追跡した被検体組織の動きのいずれかを解析して、血流−内膜境界205および中膜−外膜境界206を検出し、その境界位置が組織追跡部113で追跡されたどの計測点に相当するかを特定する。境界の検出は、受信信号を解析して求めてもよいし、検者がトラックボールを使って手動で入力してもよい。一例として、前述の受信信号の振幅を使う方法の他に、血流部分の動きはノイズが多く、血管壁部分の動きはノイズが少ないことを利用してもよい。また、血流部分の動きは、心収縮期には、血管前壁の多重エコーの影響により探触子側に動き、血管後壁内膜は反対側に動くということを利用してもよい。また、図示していないが、組織性状値算出部114によって求められた等間隔に設定された計測点間の弾性率が、血流部分は低く、血管内膜部分は高いことを利用してもよい。図5では、上から2つ目の計測点と、下から3つ目の計測点が境界上の計測点として特定される。
組織性状値算出部114は、境界検出部110で特定した計測点の動きから(式3)で示される歪み量を計算する。この際、基準厚みWsは、特定された計測点間の距離、つまり、血流−内膜境界205および中膜−外膜境界206間の幅(図5に両端矢印で示す幅)とする。これにより、境界間の部分(図5では血管内膜および中膜領域)の正確な平均組織性状値を求めることができる。また、境界は一般的に受信信号の振幅が大きいところなのでSN比が大きく、他の部分よりも正確に組織の追跡を行なうことができるため、さらに正確に組織性状値を求めることができる。
なお、組織性状値算出部114でROI204中の全ての計測点間の組織性状値を求めるようにすることで、従来例に示したような、血管壁の微小領域それぞれの組織性状値を求めることができ、血管壁内の組織性状値の分布を詳細に観察することができる。
また、組織性状値算出モードを少なくとも2つ設け、制御部100によって制御してもよい。組織性状算出モードとしては、例えば平均組織性状値モードと組織性状値分布モードを設ける。ここで、平均組織性状値モードは、以上の実施の形態で説明したように、血管壁の境界に囲まれた部分を1つの領域として領域全体の歪と血圧から平均的な組織性状値を求めるモードであり、組織性状値分布モードは、従来例(非特許文献1参照)に示したように、血管壁内の固定サイズの微小領域の組織性状値を求めるモードである。
制御部100によるモードの制御は、検者がユーザーインターフェースを用いて切り換えてもよいし、同時に計算して2画面表示してもよい。このように、平均組織性状値モードと組織性状値分布モードを設け、組織性状値の分布を詳細に観察できるように制御することにより、さらに有用な診断を行うことができる。
また、モニタ107に表示する際、平均組織性状値は、以上説明した方法によって算出した数値を表示し、断層画像上には従来例に示した方法により求めた組織性状値の分布をカラーとして重畳表示してもよい。
また、図2、図3、および図5の説明では、血管壁の内中膜の平均組織性状値について説明したが、血流−内膜境界と外膜−周辺組織境界を用いて血管壁全体の平均組織性状値を求めてもよいし、中膜−外膜境界と外膜−周辺組織境界を用いて外膜の平均組織性状値を求めてもよい。
さらに、フリーズ中の切り換え操作により、メモリ105に記憶された断層画像、メモリ111に記憶した受信信号を読み出し、再計算させて表示しなおすようにしてもよい。これにより、再び計測することなく2種類の組織性状値を得ることができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年9月20日出願の日本特許出願(特願2005−272571)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本出願は、2005年9月20日出願の日本特許出願(特願2005−272571)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
以上説明したように、本発明によれば、より正確な歪、平均弾性率または平均粘性率などの組織性状値を得ることができ、被検体組織の組織性状を計測する超音波診断装置として有用である。
本発明は、被検体の組織性状を測定する超音波診断装置に関する。
従来の超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、その反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の構造を断層画像として得るものである。また、近年、反射エコー信号の主に位相を解析することで、被検体の動きを精密に計測し、そこから被検体組織の歪みや弾性率、粘性率などの組織性状を求めるという試みがある。
特許文献1には、反射エコー信号の検波出力信号の振幅と位相の両者を用いて、被検体の瞬間的な位置を決定することによって被検体組織の追跡を高精度に行ない、拍動による大振幅変位運動上の微小振動を捕らえる方法が記載されている。
図6を用いて、特許文献1に示された被検体組織追跡方法を説明する。被検体の同一方向に対して、ΔTの間隔をおいて送信された超音波パルスの、それぞれの受信エコー信号をy(t)とy(t+ΔT)とする。ある位置(深度)xに設定された計測点からの反射エコーの受信時刻txは、パルス送信時刻をt=0、音速をCとすると、tx=x/(C/2)となる。このとき、y(tx)とy(tx+ΔT)の間の位相差をΔθ、tx付近での超音波の中心周波数をfとすると、この期間ΔTにおける計測点の移動量Δxは、(式1)で表される。
Δx=−C・Δθ/4πf ・・・ (式1)
これをxに加算することで、ΔT後の計測点の位置(深度)x’は、(式2)によって求めることができる。
x’=x+Δx ・・・ (式2)
そして、これを繰り返すことにより、被検体内の計測点の位置を追跡していくことができる。つまり、x’の深度から反射されたエコーの受信時刻をtx’とし、続いて送受信された受信信号をy(t+2ΔT)とすると、y(tx’+ΔT)とy(tx’+2ΔT)の位相差Δθ’から(式1)および(式2)の演算により、2ΔT後の計測点の位置x”を求めることができる。
特許文献2には、特許文献1の方法をさらに発展させ、心拍に起因する血管壁に設定された計測点の各大振幅変位運動を精密に追跡し、その差から血管壁の歪み量を計測し、歪み量と血圧差から局所弾性率を求める方法および、弾性率の空間分布を画像表示する装置が記載されている。
図7を用いて、特許文献2に示された弾性率算出方法を説明する。特許文献2によれば、探触子101は被検体に対して超音波を照射し、血管、特に動脈からのエコーを受信する。血管壁上に深さ方向に等間隔Wsを隔てて計測点A、B、Cを設定し、計測点A、B、Cからの受信信号を特許文献1に示された方法により解析し、計測点A、B、Cの動きを追跡する。動脈は心拍によって収縮拡張を繰り返しており、このため計測点A、B、Cの動きは、追跡波形TA、TB、TCに示すような周期的なものとなり、心臓収縮期には急激に血管壁が広がり、心臓拡張期にはゆっくりと血管が収縮するという動きとなる。
追跡波形TA、TB、TCから計測点A−B間の厚み変化波形WABおよび計測点B−C間の厚み変化波形WBCを求める。厚み変化波形WABの変化量をΔW(AB)とすると、計測点A−B間の歪み量ε(AB)は、(式3)で表される。
ε(AB)=ΔW(AB)/Ws ・・・ (式3)
このときの血圧差ΔP=(最高血圧)−(最低血圧)とすると、計測点A−B間の弾性率E(AB)は、(式4)によって求めることができる。
E(AB)=ΔP/ε(AB)=ΔP・Ws/ΔW(AB) ・・・ (式4)
同様にして計測点B−C間の弾性率E(BC)を求めることができ、さらに同様の操作を断層画像上の複数点に対して行うことで、弾性率の分布画像が得られる。
図8は、従来例における実際の診断画面の一例である。画面は血管の縦割り断面を表示している。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、弾性率を計算する領域(ROI)204が設定され、ROI204内に縦横それぞれ別の等間隔に複数の計測点が設定される。全ての計測点の動きは、(式1)および(式2)により計算され、計測点間、つまり血管壁内の微小領域の弾性率は(式3)および(式4)により計算される。このようにして得られた弾性率をカラーコードに変換に変換し、所定位置に配置することで、弾性率画像201画像を作成する。この弾性率画像201は、モノクロ断層画像200上の対応する位置に重畳表示される。これにより血管壁内の弾性率の分布を詳細に観察することができる。計測点間の距離は、縦方向が数十um、横方向が百数十um程度である。画面上にはさらに、受信信号の振幅と画面上の輝度との関係を示す断層画像用反射強度スケール202、弾性率と画面上の色との関係を示す弾性率画像用弾性率スケール203、さらに図示はしていないが、平均弾性率値や、血管径値、心電波形など診断に有用な各種情報が表示される。
弾性率と実際の疾患との対応はまだ研究段階であるが、一例として非特許文献1では平均弾性率と動脈硬化危険因子の関連について発表されている。
しかしながら、非特許文献1で発表された平均弾性率は、基準厚みWsを固定し、固定された大きさの微小領域の弾性率値を、必要な領域に渡って平均して得られたものである。一方、図8における血管壁の平均弾性率は、血管壁上の微小領域の弾性率を平均したものである。一般に、対象とする領域の平均弾性率といった場合、その領域全体の歪と、領域全体にかかる力から求めた弾性率が正しい平均弾性率と考えられ、領域を分割してそれぞれにおける歪とそれにかかる力から求めた弾性率を平均して、全体の平均弾性率とすることは、正しい平均弾性率と比較して誤差を含むことになる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、より正確な歪、平均弾性率および平均粘性率などの組織性状値を得ることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する境界検出部と、前記受信信号に基づいて、前記境界検出部で検出した前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織の動きを追跡する組織追跡部と、前記受信信号と前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織の動きとの少なくとも一方に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する組織境界検出部と、前記組織境界検出部で検出した前記被検体の組織境界に対応する前記被検体の組織の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、を有するものである。本発明によれば、領域全体の歪から求めたより正しい平均組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、少なくとも2つの組織性状値算出モードを有し、第1の組織性状値算出モードでは、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値を出力し、他の組織性状値算出モードでは、前記被検体の固定サイズの微小領域の組織性状値を求めて出力するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を求めることができる。
本発明の超音波診断装置は、受信信号を記憶するメモリをさらに有し、フリーズ時に算出モード切替を行った場合、前記メモリから読み出した受信信号に基づいて、切替後の算出モードにおける組織性状値を出力するものを含む。本発明によれば、再び計測することなく複数種類の組織性状値を得ることができる。
本発明の超音波診断装置は、さらに前記被検体の組織性状値を表示する表示部を有し、前記表示部は、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値と、前記被検体の固定サイズの微小領域で算出した組織性状値とを、同時に表示するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を同時に認識することができる。
本発明の超音波診断装置は、前記組織境界の動きに基づく組織性状値は数値で、前記固定サイズの微小領域で算出した組織性状値は分布画像で表示するものを含む。本発明によれば、異なる2種類の平均組織性状値を同時に認識することができる。
本発明の超音波診断装置は、さらに前記被検体の血圧値を取り込む血圧値取得部を有し、前記組織性状値算出部は、前記被検体の組織境界の動きと前記血圧値取得部で取り込んだ前記血圧値とに基づいて、前記被検体の組織性状値として少なくとも弾性率または粘性率のいずれかを算出するものを含む。本発明によれば、領域全体の歪と、領域全体にかかる圧力から求めた被検体組織の特性が認識しやすい組織性状値を得ることができる。
本発明によれば、より正確な歪、平均弾性率または平均粘性率などの組織性状値を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、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ブロック図である。図1の超音波診断装置は、制御部100、探触子101、送信部102、受信部103、断層画像処理部104、メモリ105、画像合成部106、モニタ107、組織追跡部108、組織性状値算出部109、境界検出部110、メモリ111、血圧値取得部112を含んで構成される。
図1は、本発明の第1の実施の形態の超音波診断装置のブロック図である。図1の超音波診断装置は、制御部100、探触子101、送信部102、受信部103、断層画像処理部104、メモリ105、画像合成部106、モニタ107、組織追跡部108、組織性状値算出部109、境界検出部110、メモリ111、血圧値取得部112を含んで構成される。
制御部100は、超音波診断装置全体を制御するものであり、図示していないが、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといったユーザーインターフェースも制御部100に接続されている。
送信部102は、制御部100の指示を受けて、指定されたタイミングで探触子101を駆動する高圧の送信信号を発生する。探触子101は、送信部102で発生した送信信号を超音波に変換して被検体に照射するとともに、被検体内部から反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。探触子101内には複数の圧電変換素子が配置され、これらの圧電変換素子の選択、および、圧電変換素子に電圧を与えるタイミングによって送信する超音波の偏向角およびフォーカスを制御する。
受信部103は、超音波エコーを電気信号に変換した受信信号を増幅するとともに、各圧電変換素子で受信された受信信号毎に異なる遅延を与えて加算することで、定められた位置(フォーカス)または方向(偏向角)からの超音波のみに基づく受信信号を出力する。
断層画像処理部104は、フィルタ、検波器、対数増幅器などからなり、受信部103から出力される受信信号の少なくとも振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。境界検出部110は受信信号の少なくとも振幅を解析して、被検体の組織の境界、具体的には少なくとも血管壁の血流−内膜境界、中膜−外膜境界、外膜−周辺組織境界のいずれかを検出し、その境界位置を組織追跡部108に出力する。組織追跡部108は、少なくとも受信信号の位相を解析して計測点の動きを追跡する。例えば、従来例に示す(式1)および(式2)を用いて、計測点の動きを追跡してもよい。計測点は、境界検出部110から出力された境界位置、または、深さ方向に等間隔に設定された位置である。
血圧値取得部112は、血圧値を取得する手段であり、検者が血圧値の手入力に使用するキーボードであっても、接続された血圧計そのものであってもよい。
組織性状値算出部109は、追跡した被検体組織の境界部の動きから(式3)で示される歪み量を計算し、得られた歪み量と血圧値から、(式4)で示される弾性率E、または(式5)で示される粘性率ηの少なくとも一方を算出する。
P=ηdε/dt+Eε ・・・ (式5)
そして、得られた弾性率Eまたは粘性率ηを、組織性状を示す数値や組織性状分布画像として出力する。
画像合成部106は、断層画像と、少なくとも組織性状を示す数値や組織性状分布画像のいずれか一方を合成し、モニタ107に表示する。
メモリ111は、受信信号を記憶するものであり、超音波送受信停止時(以下フリーズ状態という)に組織性状値を再計算する際に利用される。メモリ105は、断層画像を記憶するものであり、フリーズ状態のときに組織性状値に同期した断層画像を出力する。
以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図2および図3を用いて説明する。なお、図2および図3では、組織性状値として弾性率を利用しているが、これに限るものではなく、歪や粘性率、その他の組織性状値を利用してもよい。歪を利用する場合は、血圧値が不要であるので、血圧値取得部112は省略可能である。
図2および図3は、図8と同様の、血管の縦割り断面を表示した診断画面である。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、組織性状値を計算する領域(ROI)204が設定されている。
この超音波診断装置では、まず境界検出部110は、受信信号を解析して、血流−内膜境界205、および中膜−外膜境界206を検出する。境界の検出は、受信信号を解析して求めてもよいし、検者がトラックボールを使って手動で入力してもよい。一例として、血流および中膜は受信信号の振幅が小さいので、受信信号の振幅を解析して、振幅が急激に大きくなるところを境界とする。また、カラードプラ法などを用いて、血流を検出して、血流−内膜境界205を検出してもよい。なお、境界位置が検出するまでもなく明確な場合には、境界検出部115を設けず、あらかじめ装置に情報を登録しておいたり、検者が測定前に入力するようにしてもよい。例えば超音波以外のモダリティによって位置が特定されている場合では、そのモダリティから情報を得るようにしてもよい。また、境界位置が皮膚表面であり、探触子101と皮膚の間にスタンドオフ材を用いる場合には、そのスタンドオフ材のサイズをあらかじめ設定するようにしてもよい。
組織追跡部108は、境界検出部110で検出された境界上、または境界付近に計測点を設定し、この計測点の動きを追跡する。図2では、計測点を境界線上の白丸で示してある。組織性状値算出部109は、追跡した被検体組織の境界部の動きから(式3)で示される歪み量を計算するが、この際、基準厚みWsは、血流−内膜境界205と中膜−外膜境界206との間の幅(図2に両端矢印で示す幅)とする。これにより、境界間の部分(図2では血管内膜および中膜領域)の正確な平均組織性状値を求めることができる。
図3は、組織性状値をカラーコードに変換し、断層画像200に重畳表示した診断画面である。図3の例では、境界の間は縦方向に同じ色で表示される。この組織性状値を横方向に平均することで、血管壁のより正確な平均組織性状値を求めることができる。また、境界は一般的に受信信号の振幅が大きいところなのでSN比が大きく、他の部分よりも正確に組織の動きの追跡を行なうことができるため、さらに正確に組織性状値を求めることができる。
なお、組織追跡部108において、境界検出部110で検出された境界線上ではなく、ROI204中に等間隔に複数の計測点を設定することで、従来例に示したような、血管壁の微小領域それぞれの組織性状値を求めることができ、血管壁内の組織性状値の分布を詳細に観察することができる。
(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ブロック図である。図1の超音波診断装置と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図4は、本発明の第2の実施の形態の超音波診断装置のブロック図である。図1の超音波診断装置と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
組織追跡部113は、受信信号間の位相差から(式1)および(式2)を用いて、深さ方向に等間隔で設定された計測点位置の動きを追跡する。境界検出部115は、少なくとも受信信号、追跡した計測点の動きのいずれかを解析して、組織の境界、具体的には少なくとも血管壁の血流−内膜境界、中膜−外膜境界、外膜−周辺組織境界のいずれかを検出し、その境界位置が組織追跡部113で追跡されたどの計測点に相当するかを特定する。組織性状値算出部114は、境界検出部113で特定された計測点の動きから(式3)で示される歪み量を計算し、得られた歪み量と血圧値から、(式4)で示される弾性率または(式5)で示される粘性率の少なくとも一方を算出する。そして、得られた弾性率または粘性率を、組織性状を示す数値や組織性状分布画像として出力する。
以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図5を用いて説明する。なお、図5では、組織性状値として弾性率を利用しているが、これに限るものではなく、歪や粘性率、その他の組織性状値を利用してもよい。歪を利用する場合は、血圧値が不要であるので、血圧値取得部112は省略可能である。
図5は、図8と同様の、血管の縦割り断面を表示した診断画面である。画面に表示されるモノクロ断層画像200上には、組織性状値を計算する領域(ROI)204が設定され、ROI204内に縦横それぞれ等間隔に複数の計測点が設定される。図5中、計測点は白丸で示す。
組織追跡部113は、従来例と同様、全ての計測点の動きを(式1)および(式2)を用いて追跡する。境界検出部115は、少なくとも受信信号または追跡した被検体組織の動きのいずれかを解析して、血流−内膜境界205および中膜−外膜境界206を検出し、その境界位置が組織追跡部113で追跡されたどの計測点に相当するかを特定する。境界の検出は、受信信号を解析して求めてもよいし、検者がトラックボールを使って手動で入力してもよい。一例として、前述の受信信号の振幅を使う方法の他に、血流部分の動きはノイズが多く、血管壁部分の動きはノイズが少ないことを利用してもよい。また、血流部分の動きは、心収縮期には、血管前壁の多重エコーの影響により探触子側に動き、血管後壁内膜は反対側に動くということを利用してもよい。また、図示していないが、組織性状値算出部114によって求められた等間隔に設定された計測点間の弾性率が、血流部分は低く、血管内膜部分は高いことを利用してもよい。図5では、上から2つ目の計測点と、下から3つ目の計測点が境界上の計測点として特定される。
組織性状値算出部114は、境界検出部110で特定した計測点の動きから(式3)で示される歪み量を計算する。この際、基準厚みWsは、特定された計測点間の距離、つまり、血流−内膜境界205および中膜−外膜境界206間の幅(図5に両端矢印で示す幅)とする。これにより、境界間の部分(図5では血管内膜および中膜領域)の正確な平均組織性状値を求めることができる。また、境界は一般的に受信信号の振幅が大きいところなのでSN比が大きく、他の部分よりも正確に組織の追跡を行なうことができるため、さらに正確に組織性状値を求めることができる。
なお、組織性状値算出部114でROI204中の全ての計測点間の組織性状値を求めるようにすることで、従来例に示したような、血管壁の微小領域それぞれの組織性状値を求めることができ、血管壁内の組織性状値の分布を詳細に観察することができる。
また、組織性状値算出モードを少なくとも2つ設け、制御部100によって制御してもよい。組織性状算出モードとしては、例えば平均組織性状値モードと組織性状値分布モードを設ける。ここで、平均組織性状値モードは、以上の実施の形態で説明したように、血管壁の境界に囲まれた部分を1つの領域として領域全体の歪と血圧から平均的な組織性状値を求めるモードであり、組織性状値分布モードは、従来例(非特許文献1参照)に示したように、血管壁内の固定サイズの微小領域の組織性状値を求めるモードである。
制御部100によるモードの制御は、検者がユーザーインターフェースを用いて切り換えてもよいし、同時に計算して2画面表示してもよい。このように、平均組織性状値モードと組織性状値分布モードを設け、組織性状値の分布を詳細に観察できるように制御することにより、さらに有用な診断を行うことができる。
また、モニタ107に表示する際、平均組織性状値は、以上説明した方法によって算出した数値を表示し、断層画像上には従来例に示した方法により求めた組織性状値の分布をカラーとして重畳表示してもよい。
また、図2、図3、および図5の説明では、血管壁の内中膜の平均組織性状値について説明したが、血流−内膜境界と外膜−周辺組織境界を用いて血管壁全体の平均組織性状値を求めてもよいし、中膜−外膜境界と外膜−周辺組織境界を用いて外膜の平均組織性状値を求めてもよい。
さらに、フリーズ中の切り換え操作により、メモリ105に記憶された断層画像、メモリ111に記憶した受信信号を読み出し、再計算させて表示しなおすようにしてもよい。これにより、再び計測することなく2種類の組織性状値を得ることができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2005年9月20日出願の日本特許出願(特願2005−272571)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本出願は、2005年9月20日出願の日本特許出願(特願2005−272571)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
以上説明したように、本発明によれば、より正確な歪、平均弾性率または平均粘性率などの組織性状値を得ることができ、被検体組織の組織性状を計測する超音波診断装置として有用である。
100 制御部
101 探触子
102 送信部
103 受信部
104 断層画像処理部
105 メモリ
106 画像合成部
107 モニタ
108 組織追跡部
109 組織性状値算出部
110 境界検出部
111 メモリ
112 血圧値取得部
113 組織追跡部
114 組織性状値算出部
115 境界検出部
200 断層画像
201 弾性率画像
202 断層画像用反射強度スケール
203 弾性率画像用弾性率スケール
204 ROI
205 血流−内膜境界
206 外膜−周辺組織境界
207 計測点
101 探触子
102 送信部
103 受信部
104 断層画像処理部
105 メモリ
106 画像合成部
107 モニタ
108 組織追跡部
109 組織性状値算出部
110 境界検出部
111 メモリ
112 血圧値取得部
113 組織追跡部
114 組織性状値算出部
115 境界検出部
200 断層画像
201 弾性率画像
202 断層画像用反射強度スケール
203 弾性率画像用弾性率スケール
204 ROI
205 血流−内膜境界
206 外膜−周辺組織境界
207 計測点
Claims (8)
- 超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、
前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、
を有する超音波診断装置。 - 超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する境界検出部と、
前記受信信号に基づいて、前記境界検出部で検出した前記被検体の組織境界の動きを追跡する組織追跡部と、
前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織境界の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、
を有する超音波診断装置。 - 超音波が照射された被検体内部から反射してきた超音波エコーに基づく受信信号を出力する受信部と、
前記受信信号に基づいて、前記被検体の組織の動きを追跡する組織追跡部と、
前記受信信号と前記組織追跡部で追跡した前記被検体の組織の動きとの少なくとも一方に基づいて、前記被検体の組織境界を検出する組織境界検出部と、
前記組織境界検出部で検出した前記被検体の組織境界に対応する前記被検体の組織の動きに基づいて、前記被検体の組織性状値を算出する組織性状値算出部と、
を有する超音波診断装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1項記載の超音波診断装置であって、
少なくとも2つの組織性状値算出モードを有し、
第1の組織性状値算出モードでは、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値を出力し、
他の組織性状値算出モードでは、前記被検体の固定サイズの微小領域の組織性状値を求めて出力する超音波診断装置。 - 請求項4記載の超音波診断装置であって、
受信信号を記憶するメモリをさらに有し、
フリーズ時に算出モード切替を行った場合、前記メモリから読み出した受信信号に基づいて、切替後の算出モードにおける組織性状値を出力する超音波診断装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項記載の超音波診断装置であって、
さらに前記被検体の組織性状値を表示する表示部を有し、
前記表示部は、前記被検体の組織境界の動きに基づく組織性状値と、前記被検体の固定サイズの微小領域で算出した組織性状値とを、同時に表示する超音波診断装置。 - 請求項6記載の超音波診断装置であって、
前記組織境界の動きに基づく組織性状値は数値で、前記固定サイズの微小領域で算出した組織性状値は分布画像で表示する超音波診断装置。 - 請求項1ないし7のいずれか1項記載の超音波診断装置であって、
さらに前記被検体の血圧値を取り込む血圧値取得部を有し、
前記組織性状値算出部は、前記被検体の組織境界の動きと前記血圧値取得部で取り込んだ前記血圧値とに基づいて、前記被検体の組織性状値として少なくとも弾性率または粘性率のいずれかを算出する超音波診断装置。
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