WO2006126485A1

WO2006126485A1 - 超音波診断装置

Info

Publication number: WO2006126485A1
Application number: PCT/JP2006/310147
Authority: WO
Inventors: Takao Suzuki; Hisashi Hagiwara; Makoto Kato; Yoshinao Tan-Naka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2006-11-30
Also published as: JPWO2006126485A1

Abstract

非侵襲性の血圧計を使用して精度よく弾性率を計測する超音波診断装置は、被検体に超音波を送信すると共に被検体の内部で反射された超音波を受信する送信部１０２と受信部１０３と、受信した超音波をもとに作成された受信信号から被検体内の組織の動きを追跡する組織追跡部１０５と、被検体の血圧を測定する非侵襲型血圧測定部１１１と、送信部に第１の作動信号Ｓ１を出力して送信部を駆動し、血圧測定部１１１に第２の作動信号Ｓ２を出力して血圧測定部を駆動する制御部１００と、組織追跡部１０５が追跡した組織の動きと血圧測定部が測定した血圧から被検体の組織性状値（例えば、弾性率、粘性率）を演算する組織性状値演算部１０８を備えている。血圧測定部は、制御手段から出力された第２の作動信号に基づいて被献体の血圧を測定し、測定された血圧を組織性状演算部１０８に送信する。

Description

超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、被検体組織 (例えば、生体組織)の動きを追跡して得られた情報をもとに組織性状を求める超音波診断装置に関する。

背景技術

[0002] 超音波診断装置は、超音波を被検体に発信すると共に被検体の組織で反射された超音波 (反射エコー信号)を受信し、この受信した超音波の強度を輝度に変換することで、被検体の断層画像を得るものである。また、超音波診断装置の一形態として、反射エコー信号の位相を解析することにより被検体組織の動きを精密に測定し、その測定結果をもとに被検体組織の歪み、弾性率や粘性率などの組織性状を求める試みが為されている。

[0003] 例えば、特開平 10— 5226号公報には、反射エコー信号を検波して得られた出力信号の振幅と位相を用いて、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に重畳している微小振動を捕らえる方法が記載されて、る。

[0004] 図 6を用いて、特開平 10— 5226号公報に開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、時刻 t=0に送信された超音波パルスの受信ェコ一信号を y(t)、時刻 t= ΔΤに送信された超音波パルスのエコー信号を y(t+ ΔΤ)とする。また、ある位置 (深度) Xにある計測点力反射されたエコーの受信時刻 txは、パルス送信時刻を t=0とすると、 tx=x/ (C/2)〔C :被検体内を伝播する超音波の速度〕で与えられる。次に、受信エコー信号 y(tx)と y(tx+ ΔΤ)の位相差を Δ Θ、受信時刻 tx付近における超音波の中心周波数を fとすると、この時間 ΔΤ内の計測点の移動量 Δ Xは次の式（1)で与えられる。

[数 1]

Δ χ = - 0 · Δ θ / 4 π ί · · · 式（ 1 ) 従って、 ΔΤ後の計測点の位置 χ'は次の式（2)で与えられる。 χ ' = χ + Δ χ · · · 式（2 )

[0005] この計算を繰り返すことで、被検体内の特定の計測点の位置を追跡できる。つまり、位置 (深度) χ'から反射されたエコーの受信時刻を tx'とすると、受信エコー信号 y(t χ' + ΔΤ)と y(tx' + 2 AT)の位相差をもとに、式（1)と式（2)から 2 ΔΤ後の計測点の位置 X"を求めることができる。

[0006] 特開 2000— 229078号公報には、特開平 10— 5226号公報に開示された方法をさらに発展させ、心拍による血管壁の内面および外面の各大振幅変位運動を精密に追跡し、大振幅変位運動に重畳されている微小振動の運動速度を求め、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ヽる。

[0007] 図 7を参照して、特開 2000— 229078号公報に開示された弾性率算出方法を説明する。同文献によれば、探触子 101は被検体に対して超音波を照射し、血管、特に動脈力ものエコーを受信する。血管壁に測定点 A, B (血管の中心軸を含む横断面上にあって該中心軸力径方向に異なる距離を有する 2点)を設定し、測定点 A, Bからの受信信号を特開平 10— 5226号公報に示された方法で解析し、測定点 A, Bの動きを追跡する。ここで、動脈は心拍によって収縮拡張を繰り返しており、心臓収縮期には血管自体は膨張すると共に、急激に血管壁の厚みが減少し、心臓拡張期には血管自体は収縮すると共に、ゆっくりと血管壁の厚みが増加する。そのため、測定点 A, Bは、追跡波形 TA, TBで示す周期的な挙動を示し、これらの追跡波形 TA , TBの差力測定点 A— B間の厚み (距離)変化波形 Wが求まる。

[0008] したがって、厚み変化波形 Wの変化量を Δ W、測定点初期化時の基準厚みを Ws とすると、測定点 A— B間の歪み量 εは式（3)で与えられる。

[数 3]

Ε = Δ W/W s · · · 式（ 3 )

[0009] この歪み量 εが血管壁に力かる血圧差 Δ Ρによりもたらされたものとすると、測定点 A— Β間の弾性率 Erは式 (4)で与えられる。 Ε Γ = Δ Ρ / _Ε = Δ Ρ - W S / A W · · · 式（4 ) そして、以上の計算を断層画像上の複数点に対して行なうことで、弾性率の分布画像が得られる。

[0010] しかしながら、特開 2000— 229078号公報に示された方法では、血圧値はあらかじめ測定しておいたものを検者が超音波診断装置にテンキー等の入力部を通じて手入力している。しかし、測定力歪み量の計測までには相当な時間差が生じる。例えば、血圧値の入力は 1回であるが、歪み量は数箇所を計測するため、血圧計測と最後の歪み量の計測の間には数分力数十分の時間差があるし、血圧値は安静時でも刻々と変化する。そのため、弾性率計測の精度が低下するという問題があった。また、歪み量計測の度に血圧を計測して入力することは、検者にとって大きな負担であつた。なお、特開 2000— 229078号公報には、連続血圧計を使用して血圧値を連続的に取得する方法が示されている力連続血圧計は動脈内に直接挿入するため、被検者に過度の負担を強いることになり、非侵襲で且つ簡便であるという超音波診断の利点を大きく削ぐものであった。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 本発明では、一般的な非侵襲性の血圧計を使用しつつ、精度よく弾性率を計測する装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] この目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、

(a) 被検体に超音波を送信すると共に被検体の内部で反射された超音波を受信する送受信手段と、

(b) 受信した超音波をもとに上記送受信手段が作成した受信信号から被検体内の組織の動きを追跡する組織追跡手段と、

(c) 被検体の血圧を測定する非侵襲型血圧測定手段と、

(d) 上記送受信手段に第 1の作動信号を出力して上記送受信手段を駆動し、上記血圧測定手段に第 2の作動信号を出力して上記血圧測定手段を駆動する制御手段と、

(e) 上記組織追跡手段が追跡した組織の動きと上記血圧測定手段が測定した血圧から上記被検体の組織性状値を演算する組織性状値演算手段を備えており、

(f) 上記血圧測定手段は、上記制御手段力出力された第 2の作動信号に基づいて被献体の血圧を測定し、測定された血圧を上記組織性状演算手段に送信するようにしてあることを特徴とするものである。

[0013] 本発明の他の形態の超音波診断装置では、

上記血圧測定手段は、被検体の血圧を測定する血圧測定部と、上記血圧測定部を作動して上記被検体の血圧を上記血圧測定部から取得する血圧計制御部を備えており、

上記制御手段は、上記第 2の作動信号に基づいて、上記血圧測定部を作動して上記被検体の血圧を上記血圧計制御部に取得させるとともに上記組織性状演算手段に送信させることを特徴とするものである。

[0014] これらの形態の超音波診断装置では、上記血圧測定手段が、上記送受信手段が被検体で反射された超音波を受信している間又は受信した後、被検体の血圧を測定することが好ましい。

[0015] また、上記血圧測定手段は血圧の測定を複数回行って複数の血圧を取得し、取得した複数の血圧の平均値、または取得した複数の血圧力歪み量取得時の血圧値を推定した値を上記組織性状値演算手段に血圧として送信してもよい。

[0016] さら〖こ、上記組織性状値が組織の弾性率であることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の超音波診断装置。

発明の効果

[0017] このような構成を備えた超音波診断装置によれば、制御手段からの指令に基づいて非侵襲型血圧測定手段が血圧を測定し、測定された血圧値が組織性状演算手段に自動的に入力される。そのため、必要に応じて被検体の血圧を遅滞なく取得して組織性状値を演算できるので、被検体の組織性状値を精度よく取得し、診断に有用な情報を提供できる。図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の一実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。

[図 2]本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。

[図 3]本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。

[図 4]本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置のブロック図。

[図 5]超音波診断装置の表示部に表示される測定結果を示す図。

[図 6]位相差カゝら組織追跡を行なう基本動作を説明する図。

[図 7]組織追跡波形力歪み量を求める基本動作を説明する図。

符号の説明

[0019] 100 :制御部、 101 :探触子、 102 :送信部、 103 :受信部、 104 :断層画像処理部、 1 05 :組織追跡部、 106 :画像合成部、 107 :表示部、 108 :弾性率演算部、 111 :血圧測定部、 112 :血圧計制御部、 120、 121 :記憶部。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、添付図面を参照して本発明の具体的な形態を説明する。

[0021] 図 1および図 2は、超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。図示するように、超音波診断装置は、制御手段として制御部 100を有する。図示していないが、キーボードやトラックボーノレ、スィッチ、ボタンといったユーザーインターフェース（入力手段）は、制御部 100に接続されている。被検体（図示しないが、通常は人である。）に当接して使用される探触子 101は送信部 102と受信部 103に接続されている。送信部 102は、制御部 100から超音波発信指令 (第 1の作動信号) S1を受信すると、指定されたタイミングで探触子 101を駆動する信号を発生して探触子 101に送信する。探触子 101は、送信部 102から出力された信号に基づいて超音波を発信し、被検体に照射する。また、探触子 101は、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。

[0022] 受信部 103は、送信部 102と共に送受信手段を構成しており、被検体内部から反射してきた受信信号を処理して断層画像処理部 104と組織追跡部 105に出力する。図示しないが、探触子 101内には超音波と電気信号を相互に変換する複数の圧電変換素子が配置されており、これらの圧電変換素子を選択し、また圧電変換素子に電圧与えるタイミングを調整し、送受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はまた、受信信号を増幅するとともに、定められた位置 (フォーカス )または方向（偏向角）からの超音波のみを検出する。

[0023] 断層画像処理部 104は、フィルタ、検波器、対数増幅器などカゝらなり、受信部 103 から送信された信号の主に振幅を解析して、被検体の内部構造を画像化する。画像化された画像データは、画像合成部 106に送信される。また、画像データは、記憶部 120に送信して記憶し、制御部 100からの要求に応じて適宜画像合成部 106に出力することちでさる。

[0024] 組織追跡部 105は、図示しな、複数の構成、例えば、受信信号を記憶するメモリ、受信信号間の位相差力上述の式 1を用いて超音波の送受信方向に沿う被検体組織の移動量を求める移動量演算部、移動量を元の位置に加算して移動後の位置を求める位置追跡演算部を備えており、被検体組織の超音波の送受信方向に沿う動きを追跡し、追跡位置情報 (被検体組織の動きを示す情報)を取得する。組織追跡部 1 05で取得された追跡位置情報は、弾性率演算部 108に出力される。また、組織追跡部 105で取得した追跡位置情報は、記憶部 121に送信して記憶し、制御部 100からの要求に応じて適宜弾性率演算部 108に出力することもできる。

[0025] 弾性率演算部 108は、組織追跡部 105又は記憶部 121から送信される追跡位置情報をもとに、上述の式 3に基づいて検査組織の歪み量を計算する。計算した歪み量は、一時的に記憶部 121に送信して記憶し、必要に応じて記憶部 121から取得するようにしてもよい。弾性率演算部 108はまた、計算された歪み量と、後述する血圧測定部 111から送信される被検体の血圧 (血圧値)をもとに、上述の式 4に基づヽて組織の弾性率を演算する。弾性率は、弾性率の値を示す数値データ、または弾性率の値を色データに変換して二次元座標に展開した二次元分布画像データに変換され、画像合成部 106に送信される。これら数値データ、画像データは記憶部 121〖こ記憶されており、必要に応じて画像合成部 106に出力することができる。

[0026] 画像合成部 106は、弾性率演算部 108または記憶部 121から出力された弾性率の数値データ又は画像データと、断層画像処理部 104又は記憶部 120から出力された画像データを合成し、その合成画像を画像表示部 107に出力して表示する。記憶部 120は合成画像を記憶することもできる。

[0027] 血圧測定部 111は非侵襲型の血圧測定器を有する。血圧測定器は、例えば、被検体の上腕部又は手首部に装着される測定部と、測定部の動作を制御する制御部を備えており、制御部 100から出力される血圧測定指令 (第 2の作動信号) S2に基づ V、て被検体の血圧 (血圧値)を制御部 100で指示されたタイミングで取得し、その血圧値を弾性率演算部 108に出力する。

[0028] 血圧測定部 111における血圧測定は、超音波の送受信中に行うことができる。この場合、血圧測定後、予め設定した時間後、または予め設定された心拍数後に、超音波の送受信を停止させる。また、血圧測定部 111は、複数回血圧を測定し、それら複数の測定結果 (血圧値)を平均化処理した値、またはそれら複数の測定結果力歪み量計測時の血圧を推定した値を、血圧値として弾性率演算部 108に出力してもよい。そして、弾性率演算部 108に提供された血圧値は、記憶部 121に送信して記憶され、超音波送受信停止状態 (以下「フリーズ状態」という。）で適宜弾性率演算部 10 8〖こ取り出して弾性率の演算に利用される。

[0029] 図 5は、上述の超音波診断装置を用いて、血管壁の弾性率を計測した結果の一例を表示した表示部 107の表示画面である。図 5において、表示画面には血管壁のモノクロ断層画像 200に重畳して、当該部位の弾性率の分布を表す弾性率画像 201がカラーで表示される。超音波送受信時 (以下「ライブ状態」という。）、従来の超音波診断装置同様に、モノクロ断層画像 200は数 10フレーム Z秒ごとに更新表示され、弹性率画像 201は 1心拍に 1回更新表示される。フリーズ状態で、記憶部 121から追跡位置情報、歪み量が読み出され、それをもとに弾性率が再計算される。また、弾性率に時間的に同期した断層画像が記憶部 120から読み出され、表示部 107に表示される。なお、図 5において、符号 202は断層画像用反射強度スケール、符号 203は弾性率画像用弾性率スケール、符号 204は生体信号波形 (例えば、心電波形)である。

[0030] フリーズ状態では、過去の弾性率および断層画像を記憶部 121, 120から読み出すことができる。この場合、弾性率と弾性率に同期した断層画像、または弾性率と弾性率を算出するために要した心拍期間の断層画像が、記憶部 121、 120から読み出されて表示される。

[0031] このように構成された超音波診断装置、特に血圧測定部 111の制御について、さらに詳しく説明する。超音波診断装置では、歪み量の計測が終わり、フリーズ状態になると同時に外部または内部の血圧計を用いて自動的に血圧を計測する。そして、計測された血圧値を用いて現在表示されて!、る弾性率値、弾性率画像が補正される。記憶部 121に記憶された追跡位置情報または歪み量を読み出して過去に計測した弾性率を更新するとき、最新の血圧値が利用される。

[0032] また、超音波診断装置では、歪み量計測中に定期的に (すなわち、予め決められた時間間隔毎に、または予め決められた心拍数毎に)血圧を計測し、常に最新の血圧値を用いて弾性率を自動的に算出する。なお、定期的に計測している血圧値から血圧の揺らぎを予測して歪み計測時の血圧を推定することにより、または、複数回計測した血圧値を平均した血圧を用いることにより、さらに弾性率算出の精度を上げることができる。

[0033] さらに、超音波診断装置では、超音波による計測断面を検者が確定した後、スイツチなどの操作で血圧を計測し、次いで数心拍にわたって超音波により歪み量を計測して弾性率を算出してもよい。弾性率計測後に、自動的に超音波送受信を停止するようにしてもよい。

[0034] さらにまた、超音波送受信停止後に再度血圧を計測し、歪み量を計測する前と後の血圧値から、線形補間あるいは平均などの演算を用いて推定した血圧値を用いることにより、さらに弾性率算出の精度を上げることができる。

[0035] 以上の説明では、血圧測定部 111 (つまり血圧計)を超音波診断装置内部に設け、制御部 100と血圧測定部 111を接続し、制御部 100からの指令に基づ、て血圧測定部 111を直接制御するものとした力図 2に示すように、血圧測定部 111 (つまり血圧計）は超音波診断装置外部に設け、内部には血圧計制御部 (血圧取得部） 112のみを設け、制御部 100と血圧計制御部 112を接続し、制御部 100からの指令に基づ V、て血圧計制御部 112が血圧測定部 111から血圧値を取得するとともに、血圧計制御部 112で取得した血圧値を弾性率演算部 108に出力するようにしてもょ、。

[0036] また、以上の説明では、組織性状値として弾性率を例に挙げた力組織性状値は組織の粘性率であってもよい。具体的に説明すると、圧力 (応力）、歪み、弾性率、粘性率は以下の式 5に示す関係を有する。

[数 5]

て（ t ) = 7) · [ d ε ( t ) / d t ] + E r - £ ( t )

τ ( t ) ：応力（血圧差 Pに相当する。）

V ：粘性率

ε 歪み量

E r ：弾性率したがって、この実施形態の場合、図 3, 4に示すように、粘性率演算部 108 'では、組織追跡部 105又は記憶部 121から送信される追跡位置情報と血液測定部 111又は血圧計制御部 112から送信される血圧をもとに歪み量 εと弾性率 Erを計算するとともに、これら歪み量 εと血圧から粘性率 7?を計算する。粘性率は、弾性率と同様に、数値データ又は画像データとして画像合成部 106に送信され、そこで断層画像データと合成されて表示部 107に表示される。なお、弾性率と粘性率を同時に表示するようにしてもよい。これにより、診断に有用な情報を同時にさらに多く提供することができる。

ところで、図 1〜図 4では、超音波診断装置の機能を独立したブロックで示している力例えば、制御部 100、断層画像処理部 104、組織追跡部 105、画像合成部 106 、弾性率算出部 108、粘性率演算部 108 'などは CPUに組み込まれたソフトウェアとして実現してちょい。

Claims

請求の範囲

[1] (a) 被検体に超音波を送信すると共に被検体の内部で反射された超音波を受信する送受信手段と、

(c) 被検体の血圧を測定する非侵襲型血圧測定手段と、

(f)上記血圧測定手段は、上記制御手段から出力された第 2の作動信号に基づいて被献体の血圧を測定し、測定された血圧を上記組織性状演算手段に送信するようにしてあることを特徴とする超音波診断装置。

[2] 上記血圧測定手段は、被検体の血圧を測定する血圧測定部と、上記血圧測定部を作動して上記被検体の血圧を上記血圧測定部から取得する血圧計制御部を備えており、

上記制御手段は、上記第 2の作動信号に基づいて、上記血圧測定部を作動して上記被検体の血圧を上記血圧計制御部に取得させるとともに上記組織性状演算手段に送信させることを特徴とする請求項 1に記載の超音波診断装置。

[3] 上記血圧測定手段は、上記送受信手段が被検体で反射された超音波を受信している間又は受信した後、被検体の血圧を測定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。

[4] 上記血圧測定手段は血圧の測定を複数回行って複数の血圧を取得し、取得した複数の血圧の平均値、または取得した複数の血圧から歪み量取得時の血圧値を推定した値を上記組織性状値演算手段に血圧として送信することを特徴とする請求項 1〜3の、ずれかに記載の超音波診断装置。

[5] 上記組織性状値が組織の弾性率であることを特徴とする請求項 1〜4のヽずれかに記載の超音波診断装置。

[6] 上記組織性状値が組織の粘性率であることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の超音波診断装置。