WO2012073863A1 - 超音波撮像装置、超音波撮像方法、超音波撮像プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態1に係る超音波撮像装置1の機能ブロック図である。超音波撮像装置1は、超音波探触子2から被検体3(例えば生体)に超音波を照射して反射エコー信号を受信し、被検体の超音波画像を生成する装置である。超音波探触子2は、超音波信号発生器12が生成した信号にしたがって、被検体3の照射領域30に超音波を照射するとともに、照射領域30の反射波エコー信号を受信する。
形状認識部151は、超音波受信回路13が出力する反射エコーから、例えばBモード像のような、被検体3の組織形状を表す超音波画像(組織形状画像)を生成する。形状認識部151は、複数の超音波画像を時系列に沿って順次取得する。
形状認識部151は、ステップS201で生成した超音波画像から、被検体3の組織位置情報を取得する。具体的には、心臓組織、血管などの生体組織の位置を特定してこれらの位置情報を作成する。組織位置は、組織内壁を画像処理によって検出することにより特定してもよいし、超音波撮像装置1のオペレータが入力部10を介して組織内壁を指定することにより特定してもよい。
血流検出部152は、形状認識部151が生成した超音波画像のなかの血流部位を強調し、被検体3の生体組織と血流の間の境界近傍の血流速度を計測する。血流検出部152は、求めた血流速度に対し、流体力学上の物理的な整合性を適用して補正する。
ここでいう流体力学上の整合性とは、例えば血流が血管内壁で反射すること、血管内壁に接する部分の血流速度は0であること、などの制約をいう。具体例については後に改めて説明する。
相互作用算出部153は、形状認識部151が取得した組織位置情報と、血流検出部152が取得した血流速度から、被検体3の生体組織と血流の間の物理的な相互作用を算出する。例えば、血管内の血流圧力分布、血流が被検体3の血管内壁に生じさせるせん断応力、血流の仕事量、血流の流量、などが考えられる。
相互作用演算部153は、上記各物理作用に基づき、その他の臨床上有用な指標を算出することもできる。例えば、上記各物理作用の空間的分布または経時的分布を算出することができる。また、その最大値、最小値、平均値、積分値、またはこれらの比などの値を算出することもできる。
本ステップにおける臨床上有用な指標とは、例えば最高血圧や最低血圧などの指標値のことをいう。これら指標は、血流速度から算出することができ、また循環器疾患の有用な指標となるため、本ステップにおいて算出することとした。その他、血流が血管内壁に生じさせるせん断応力は、動脈瘤などの一因となっていることが分かっているため、これら物理量を臨床指標として算出することも有用である。
表示部14は、相互作用演算部153が本ステップで算出した物理作用、臨床指標などの値を画面表示する。例えば、血流圧力分布の経時変化を色付けして表示する、各時点の最高血圧/最低血圧を数値表示する、などの表示形態が考えられる。
血流検出部152は、ステップS201で形状認識部151が時系列に沿って取得した超音波画像のフレーム間差分をとり、差分画像を生成する。一般に、血流を測定するため血液内に投与する血中散乱体からの反射エコー信号は、生体組織からの反射エコー信号と比べて小さいため、血流を超音波画像から特定することは難しい。本ステップによれば、生体組織からの反射エコー信号成分を画像上でキャンセルし、血中散乱体からの反射エコー信号成分を強調して、血流を測定しやすくすることができる。本ステップの処理イメージは、後述の図6で改めて示す。
血流検出部152は、ステップS2031で生成した差分画像間でパターンマッチングを実施し、血流速度ベクトルを求める。差分画像内には、血中散乱体からの反射エコー信号成分が主に残っているため、差分画像間でパターンマッチングを実施することにより、血流の動きベクトルを求めることができる。本ステップの処理イメージは、後述の図7で改めて示す。
血流検出部152は、形状認識部151が作成した組織位置情報と、ステップS2032で求めた血流速度ベクトルを用いて、被検体組織と血流の境界付近において流体の物理法則を適用し、血流速度ベクトルを補正する。本ステップの処理イメージは、後述の図8で改めて示す。
ることができる。
以上のように、本実施形態1に係る超音波撮像装置1は、超音波画像のフレーム間差分画像を求めることにより、被検体3の生体組織画像をキャンセルする。これにより、生体組織と血流の境界近傍における血流からの反射エコー信号が、生体組織からの反射エコー信号に比して小さい場合でも、血流画像を強調し、より正確に血流を把握することができる。
本発明の実施形態2では、被検体3が動脈である場合における、超音波撮像装置1の動作例を説明する。超音波撮像装置1の構成は実施形態1と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。
血流検出部152は、動脈を円管として近似できる場合、円管内の流れ解析手法を用いて血流速度ベクトルを算出することができる。例えば、ハーゲン・ポアズイユ流れやウォーマスリィの振動解析解を用いる流れ解析手法を実施し、動脈内の血流速度ベクトルを求めることができる。
動脈瘤381が存在する場合でも、動脈を面対称な円管として近似できる場合、動脈形状を2次元平面で近似することができる。また、計測対象を1方向速度を計測するドプラ速度とし、ゼロベクトルに流れ関数を用いることで、2方向ベクトル分布を導出し、実測値が得られなかった方向の血流速度成分を計算することができる。具体な方法を以下に説明する。
上記(式2)中の添字1および2は、超音波画像内の互いに直交する座標軸を示す。超音波で計測した血流速度ベクトルに対し、上記(式1)(式2)を用いることにより、動脈組織と血流の境界近傍の速度分布も補間することができる。
図9(c)は、動脈内の圧力分布図を示す。動脈内壁38上における血流速度ベクトルは、速度ゼロベクトル724となる。動脈中心部分の血流速度は、実測により取得することもできる(実測速度ベクトル723)。実測速度ベクトル723と速度ゼロベクトル724の間の領域における血流速度ベクトル725は、実施形態1と同様に補間によって求めることができる。
以上のように、本実施形態2に係る超音波撮像装置1は、血管を円管として近似し、円管内の流体解析手法を用いて、血管内の血流速度ベクトルを演算推定する。また、血流速度の実測値が得られる場合は、実測速度ベクトル723と速度ゼロベクトル724の間の領域における血流速度ベクトルを補間によって求める。これにより、血管内の血流速度ベクトルを精度よく推定することができる。
本発明の実施形態3では、図2のステップS204の具体例を説明する。超音波撮像装置1の構成は、実施形態1~2と同様である。
Claims (13)
- 超音波画像を撮像する装置であって、
被検体に超音波を照射して反射信号を受信する超音波送受信部と、
前記反射信号を用いて前記被検体内の血流速度を検出する血流検出部と、
を備え、
前記血流検出部は、
前記反射信号を用いて作成した、異なるタイミングにおける前記被検体の複数の超音波画像に基づき、前記被検体の組織形状を示す画像を除去し、
前記被検体の組織形状を示す画像を除去した後の異なるタイミングにおける複数の画像に基づいて、前記被検体内の血流速度ベクトルを算出する
ことを特徴とする超音波撮像装置。 - 前記血流検出部は、
前記複数の超音波画像の間でパターンマッチングを実施することにより、前記被検体内の血流速度ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。 - 前記反射信号を用いて前記被検体の組織形状を認識する形状認識部を備え、
前記血流検出部は、
前記形状認識部の認識結果に基づき、前記被検体の組織と血流の境界面を特定し、
前記境界面における流体力学上の整合条件を適用して前記血流速度を算出または補正する
ことを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。 - 前記血流検出部は、
前記被検体の組織と血流の境界面における前記血流速度を0と仮定してその他の部分の前記血流速度を算出または補正する
ことを特徴とする請求項3記載の超音波撮像装置。 - 前記血流検出部は、
前記血流速度の実測値を取得し、
前記被検体の血管形状を円管として近似し、当該円管内の前記血流速度を演算によって求めることにより、前記実測値が得られなかった部分の血流速度を補間する
ことを特徴とする請求項3記載の超音波撮像装置。 - 前記血流検出部は、
前記血流速度の実測値を取得し、
前記被検体の血管が面対称構造を有するものと仮定して2次元平面上で前記円管形状を近似し、当該2次元平面上の質量保存則を用いて前記血流速度を演算によって求めることにより、前記実測値が得られなかった部分の血流速度を補間する
ことを特徴とする請求項5記載の超音波撮像装置。 - 前記血流検出部は、
流れ関数を用いて、前記実測値が得られなかった方向の血流速度成分を計算する
ことを特徴とする請求項5記載の超音波撮像装置。 - 前記形状と前記血流速度を用いて、前記被検体内の血流が前記被検体の組織に影響を与える物理量を算出する、相互作用算出部を備え、
前記相互作用算出部は、
前記被検体内の血流による圧力分布、前記血流が前記被検体の血管内壁に生じさせるせん断応力、前記血流の仕事量、前記血流の流量、のうちいずれか1以上を前記物理量として算出する
ことを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。 - 前記被検体内の血流による圧力分布、前記血流が前記被検体の血管内壁に生じさせるせん断応力、前記血流の仕事量、前記血流の流量、前記血流の速度分布、のうちいずれか1以上について、空間的分布または経時的分布の少なくともいずれかを画面表示する表示部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の超音波撮像装置。 - 前記表示部は、
前記空間的分布または経時的分布の少なくともいずれかについて、最大値、最小値、平均値、積分値、またはこれらの比のうちいずれか1以上の数値を画面表示する
ことを特徴とする請求項9記載の超音波撮像装置。 - 前記表示部は、
前記血流検出部が前記被検体の血流速度を求める過程を画面表示する
ことを特徴とする請求項9記載の超音波撮像装置。 - 超音波画像を撮像する方法であって、
被検体に超音波を照射して反射信号を受信するステップと、
前記反射信号を用いて前記被検体内の血流速度を検出する血流検出ステップと、
を有し、
前記血流検出ステップでは、
前記反射信号を用いて作成した、異なるタイミングにおける前記被検体の複数の超音波画像に基づき、前記被検体の組織形状を示す画像を除去し、
前記被検体の組織形状を示す画像を除去した後の異なるタイミングにおける複数の画像に基づいて、前記被検体内の血流速度ベクトルを算出する
ことを特徴とする超音波撮像方法。 - 超音波画像を撮像する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記コンピュータに、
被検体に超音波を照射して反射信号を受信するステップと、
前記反射信号を用いて前記被検体内の血流速度を検出する血流検出ステップと、
を実行させ、
前記血流検出ステップでは、前記コンピュータに、
前記反射信号を用いて作成した、異なるタイミングにおける前記被検体の複数の超音波画像に基づき、前記被検体の組織形状を示す画像を除去するステップと、
前記被検体の組織形状を示す画像を除去した後の異なるタイミングにおける複数の画像に基づいて、前記被検体内の血流速度ベクトルを算出するステップと、
を実行させることを特徴とする超音波撮像プログラム。
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