JP2004351062A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者に対して適正な弾性画像を得るための加圧の操作情報を提供する。
【解決手段】被検体に加圧手段により外力を付与して計測される時間的に異なる２つの断層像データに基づいて各部の変位を計測し、計測された各部の変位データに基づいて各部の組織の弾性率を算出して、弾性画像を作成して表示手段に表示する超音波診断装置において、変位データを解析して加圧手段による加圧操作が適正か否か判定する加圧判定手段を設け、加圧判定手段の判定結果を表示手段に表示したり、音声により出力することにより、操作者は速やかに加圧手段を調整して適正な弾性画像を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に係り、具体的には、被検体に圧力を加えながら計測される時系列的に異なる２つの断層像データに基づいて、生体組織の各部位の弾性率を求め、生体組織の硬さ又は柔らかさを表す弾性画像を作成して表示する技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、被検体の表面に超音波探触子を当て、その探触子から被検体に超音波を送信するとともに、被検体内部からの反射波を受信し、その受信信号に基づいて被検体の各部の状態を断層像などの画像により表示して診断に供するものである。このような超音波診断装置の分野においては、被検体の体表面から生体組織に外力を加え、時系列的に異なる２つの断層像データに基づいて、生体組織の各部位の変位や圧力に基づいて生体組織の各部位の弾性率を求め、生体組織の硬さ又は柔らかさを表す弾性画像を作成して表示することが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この弾性画像によれば、周辺組織に比べて硬い癌細胞等の腫瘍の部位や大きさ等を容易に観察することができる。また、放射線治療、強力超音波照射、レーザ照射、電磁ＲＦ波照射、電磁マイクロ波照射等により病変部の治療を施す場合、その治療効果を非侵襲によってモニタしたり、抗癌剤等の薬剤投与の効果などを非侵襲で観察することが要望されており、このような要望に対しても、弾性画像が有効であると考えられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３１７３１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、被検体の体表面から生体組織に外力を加える加圧（減圧を含む。以下、本件明細書において同じ。）操作の適否については考慮されていないことから、必ずしも適切な弾性画像を得ることができない場合がある。
【０００６】
すなわち、弾性画像は、生体組織に外力を加えて撮像した時系列的に異なる２つの断層像のフレームデータに基づいて、生体組織の各部位の変位（歪み）及び圧力等から弾性率を求め、歪みそのものの態様を定性的にあるいは弾性率を定量的に画像化したものである。生体組織の各部位の歪みは、加圧の大きさ、加圧の速度、加圧の時間、及び加圧の方向等の加圧操作によって変わり、かつ隣接する２フレーム間の歪みの差がある程度なければ、適正な弾性画像を作成できない。
【０００７】
特に、外力は機械的な手段によって加えることもあるが、簡便性から超音波探触子を被検体の体表に押し当てることにより加えることが多く、操作者の手加減によって加圧状態が大きく変動するから、必ずしも適正な弾性画像が得られない場合がある。同様に、被検体にも個人差があるため、例え一定の加圧状態で操作したとしても、適正な弾性画像が得られるとは限らない。
【０００８】
また、加圧の方向や押し方によって生体組織に横ズレが生じることがあり、このような加圧操作の場合も、弾性画像に横ズレによる外乱（ノイズ）が含まれ、適正な弾性画像が得られない場合がある。
【０００９】
本発明は、操作者に対して適正な弾性画像を得るための加圧の操作情報を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、被検体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子を駆動する超音波信号を出力する超音波送信手段と、前記被検体に外力を付与する加圧手段と、前記超音波探触子により受波された反射エコー信号から時間的に異なる２つの断層像データを取得し、該２つの断層像データに基づいて各部の変位を計測する変位計測手段と、該変位計測手段により計測された各部の変位データに基づいて各部の組織の弾性率を算出する弾性率演算手段と、該弾性率演算手段によって求められた弾性率に基づいて弾性画像を作成する画像生成手段と、該生成された弾性画像を表示する表示手段とを備えてなる超音波診断装置において、前記変位データを解析して前記加圧手段による加圧操作が適正か否か判定する加圧判定手段と、該加圧判定手段の判定結果を前記表示手段に表示する判定出力手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
このように、加圧操作の適否が表示手段に直ちに表示されることから、操作者は表示された加圧状態の適否に応じて加圧手段（例えば、探触子）による加圧操作を調整することにより、適正な弾性画像を得ることができる。また、変位データを解析して加圧操作の適否を判定しているから、被検体の個人差を含めて加圧操作の適否を判定できる。その結果、操作者にとって使い勝手に優れた弾性画像撮像を実現できる。
【００１２】
ここで、加圧判定手段は、変位データに基づいて前記断層像における歪み率分布を求め、該歪み率分布が適正範囲内か否かにより加圧手段による加圧の適否を判定するものとすることができる。これに加えて、あるいは代えて、加圧判定手段は、変位データに基づいて断層像における横ズレの度合いを求め、この横ズレの度合いが適正範囲内か否かにより加圧手段による加圧の適否を判定するものとすることができる。さらに、判定出力手段は、判定結果に基づいて加圧操作を修正するガイダンスを表示又は／及び音声により出力するものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の超音波診断装置のブロック構成図を示し、図２は本実施の形態の超音波診断装置に係る弾性画像取得の処理手順のフローチャートを示し、図３は本実施の形態の表示画像の一例を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、超音波診断装置は、被検体との間で超音波を送受信する探触子１と、この探触子１から出力される反射エコー信号を取込んで断層像を再構成する断層像構築部２と、再構成された断層像を表示する表示部３とを備えて構成される。探触子１を駆動する超音波信号を出力する超音波送信手段は図示を省略している。弾性演算部４は、断層像構築部２に入力された反射エコー信号のフレームデータを順次取込んで、時系列的に隣り合う２つの断層像データに基づいて断層像各部の組織の変位を計測する変位計測手段と、この変位計測手段により計測された各部の変位データに基づいて各部の組織の弾性率を算出する弾性率演算手段とを含んで構成されている。また、弾性演算部４は、変位データを解析して加圧操作が適正か否か判定する加圧判定手段を備えて構成される。
【００１５】
弾性画像構築部５は、弾性演算部４によって求められた弾性率に基づいて弾性画像を作成し、作成した弾性画像を表示部３に出力するとともに、シネメモリ１２に格納するようになっている。また、弾性演算部４により判定された加圧操作の判定結果は、それぞれの弾性画像と対応付けて加圧状態メモリ６に格納されるとともに、操作情報出力部７に出力される。操作情報出力部７は、加圧操作の判定結果を表示部３に出力表示するとともに、音声出力部８を介して加圧操作の判定結果を音声により出力できるようになっている。
【００１６】
一方、操作入力部９から入力される各種の操作指令や設定情報は中央処理部１０に入力され、中央処理部１０は入力される指令等に応じてシネメモリ画像再生部１１等を制御するようになっている。
【００１７】
このように構成される超音波診断装置により弾性画像を取得する動作について図２のフローチャートと図３の表示画像例を参照して説明する。まず、図３（ａ）に示すように、弾性画像の計測開始時に、断層像構築部２から表示部３に断層像２１が出力表示されるとともに、操作情報出力部７から表示部３に加圧状態を表示するダイアログ２２が表示される（Ｓ１）。ダイアログ２２はバーチャート状の横長表示領域を有し、その表示領域に沿って三角系の目印２３ａ，２３ｂが２つ表示され、その目印２３ａは加圧操作の適正範囲の下限値、目印２３ｂは上限値に対応している。
【００１８】
次いで、操作者が探触子１により被検体の体表を加圧して、生体組織を加圧する（Ｓ２）。この加圧状態において断層像構築部２は反射エコー信号を順次取込んで表示部３の断層像を更新する（Ｓ３）。弾性演算部４は、断層像構築部２から断層像のフレームデータを順次取得し、時系列的に隣り合う２つのフレームデータに基づいて各部の組織の変位を計測し、計測した各部の変位データに基づいて各部の組織の弾性率を算出し（Ｓ４）、算出した弾性率のデータは弾性画像構築部５に出力する（Ｓ５）。また、ステップＳ４において、弾性演算部４は、変位データを解析して加圧操作が適正か否か判定して、その判定結果の加圧状態を加圧状態メモリ６に出力する（Ｓ７）。この判定は、例えば、図４に示すように、変位データに基づいて断層像における歪み率εの分布３１、つまり各画素単位の歪み率を横軸に、同一の歪み率の画素数を縦軸にして、歪み率εの分布を求める。この歪み率分布３１の平均値εｍが適正範囲の上下限値（εＨ、εＬ）の範囲内か否かにより加圧手段による加圧操作の適否を判定する。例えば、図４において、破線で示した歪み率分布３２、３３は、平均値が上下限値（εＨ、εＬ）を外れているので不適切な例である。ちなみに、歪み率分布３２は加圧速度が遅すぎる場合の例であり、歪み率分布３３は加圧速度が速すぎる場合の例である。また、加圧状態は、例えば８段階の評価レベルで判定されて、加圧状態メモリ６に格納されるとともに、操作情報出力部７に出力される。
【００１９】
弾性画像構築部５は、弾性演算部４から出力される弾性率データに基づいてカラーマッピングにより弾性画像を構築し、図３（ｂ）に示すように、表示部３の断層像２１に重ねて弾性画像２４を表示する（Ｓ７）。また、その弾性画像データをシネメモリ１２に保存する（Ｓ８）。次いで、操作情報出力部７は、弾性演算部４から出力される加圧状態の評価レベルを取得し（Ｓ９）、これに基づいてダイアログ２２の状態表示を決定して表示部３に出力し（Ｓ１０）、例えば、図３（ｃ）に示すように、表示部３はダイアログ２２の表示を更新する。なお、同図の例は、加圧状態の評価レベルが適正範囲を超えて速すぎる場合を示している。このダイアログ２２の表示を見て、操作者が加圧速度を遅く調整することにより、図２のステップＳ２の戻って実行される次の弾性画像作成処理において、調整された加圧速度に基づいた図３（ｄ）に示すような適正な弾性画像が得られる。したがって、図３（ｅ）に示すように、ダイアログ２２の状態表示が目印２３ａ，２３ｂの適正範囲内になり、適正な弾性画像を取得できたことがわかる。なお、図３のダイアログ２２の目印２３ａ，２３ｂは、適正範囲の上下限値（εＨ、εＬ）に対応する。
【００２０】
このように、本実施の形態によれば、加圧操作の適否がダイアログ２２に直ちに表示されることから、操作者はダイアログ２２に表示された加圧状態の適否に応じて探触子１の操作を調整することにより、適正な弾性画像を得るための加圧操作を容易に行うことができる。しかも、本実施の形態によれば、被検体の個人差を含めて加圧操作の適否を判定できるから、操作者はきわめて簡単に適正な加圧操作を行うことができる。
（実施の形態２）
実施の形態１においては、表示部３に加圧操作の適否をダイアログにより表示する例を示したが、本発明はこれに限らず、加圧操作の適否を音声により出力するようにすることができる。図５は音声により加圧操作の適否を出力する場合のフローチャートを示し、この場合の表示画像の例を図６に示す。図５において、ステップＳ２１は、図２のステップＳ２〜Ｓ８と同一である。操作情報出力部７は、弾性演算部４から出力される加圧状態の評価レベルを取得し（Ｓ２２）、評価レベルが妥当（適正）か否か判定する（Ｓ２３）。評価レベルが適正であれば、処理を終了する。評価レベルが適正でなければ、評価レベルが適正範囲を超えて「速い」か「遅い」か判定し、それぞれ評価結果を「速い」、「遅い」の音声に設定する（Ｓ２５、Ｓ２６）。これにより、操作情報出力部７から「速い」、「遅い」の音声出力命令が出され（Ｓ２７）、音声出力部８から指定された音声により評価結果、つまり操作情報が出力される。このときの表示画像の例を、図６（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、操作者は表示画像を見なくても音声により操作情報が得られるから、適正な弾性画像を得るための加圧操作を容易に行うことができる。
（実施の形態３）
図７に、図１のシネメモリ１２に保存した弾性画像を再生して表示する場合のフローチャートを示す。操作入力部９から中央処理装置１０に対してシネメモリ再生を命令すると（Ｓ３１）、中央処理装置１０はシネメモリ画像再生部１１にシネメモリ再生の命令が出力される（Ｓ３２）。これにより、シネメモリ画像再生部１１は、シネメモリ１２から弾性画像を取得し（Ｓ３３）、かつ、加圧状態メモリ６から読み出した弾性画像に同期する加圧状態の評価結果を取得する（Ｓ３４）。次いで、読み出した加圧状態が妥当であるか否か判定し（Ｓ３５）、妥当でない場合は処理を終了する。妥当な場合は、中央処理装置１０はシネメモリ画像再生部１１により再生された弾性画像を表示部３に表示させる命令を出力する（Ｓ３６）。これにより、シネメモリ１２に保存されている弾性画像が表示部３に表示される（Ｓ３７）。つまり、シネメモリ１２に保存されている適正な弾性画像のみが再生表示される。
（実施の形態４）
実施の形態１〜３は、加圧操作の速度が適切か否かによる操作情報を提供する実施の形態であったが、本発明はこれに限らず、本実施の形態のように、生体組織が横ズレを起こすような加圧の場合に、操作情報を提供することができる。すなわち、加圧操作の過程において加圧速度が時間的に一定であっても、被検体を垂直方向に均等に加圧できている時間帯（以下、時相という、）ばかりであるとは限らない。例えば、被検体を斜め方向に、あるいは不均一に加圧してしまう時相があると、生体組織に加わる応力分布が不連続になる時相が生ずる。このような時相においては、時間変化に不連続に飛んだ座標領域が生ずるため、得られる弾性画像に時間的に飛びのある領域が外乱（ノイズ）として含まれ、画像診断を適切に行えないという問題がある。つまり、垂直方向に均等に加圧できていない等によって、生体組織が横方向に移動してしまう横ズレが生ずると、画像診断を適切に行えないという問題がある。
【００２２】
本実施の形態は、そのような加圧操作によって生体組織が横ズレした場合を検知して、操作情報を提供するようにしたものである。本実施の形態は、図１の実施の形態における弾性演算部４を構成する加圧判定手段を横ズレ判定手段３８に置き換えることによって実現できる。つまり、図８に示すように、断層像構築部２からＲＦデータのフレームデータを取込んで変位を計測する変位計測手段３９から変位データを取込んで横ズレの度合いを判定し、その判定結果を加圧状態メモリ６に格納するようになっている。図８において、弾性率演算手段４０は、変位データに基づいて組織各部の弾性率を演算するものであり、図１の弾性演算部４に含まれる機能である。
【００２３】
図９に、本実施の形態に係る横ズレ判定手段３８における処理手順を中心としたフローチャートを示す。操作入力部９から中央処理部１０に弾性診断モードがオンされると、図１０に示すように、表示部３に断層像３５に弾性画像を求める関心領域（ＲＯＩ）３６と、弾性率を表すカラーマップ３７が表示される（Ｓ４１）。次いで、変位計測手段３９は、断層像構築部２から時系列的に隣り合う１組のフレームデータを取込み（Ｓ４２）、相関処理などにより断層像上の各画素の変位もしくは移動ベクトル（変位の方向と大きさ）を計測するとともに、横ズレを検出する（Ｓ４３〜Ｓ４５）。
【００２４】
変位計測手段３９における相関処理には、例えば、周知のブロックマッチング法を適用することができる。ブロックマッチング法は、画像をＮ×Ｎ画素（Ｎは自然数）からなるブロックに分け、現フレームにおいて着目しているブロックに最も画像が近似しているブロックを前フレームから探し、これを参照して予測符号化する手法である。図１１に示すように、Ｎ×Ｎ画素からなるブロックを相関窓４１とし、Ｎ×Ｎ画素からなるブロックを複数含んでなる領域を探索範囲４２とする。また、前フレームにおいて参照されたブロックが、現フレームのブロックに対しても最も相関が大きい個所とする。ここで、説明を簡単にするために、図１１に示すように、探索範囲４２の大きさを、相関窓４１の９個分の大きさとする。つまり、相関窓４１を中心として、上下左右及び斜め方向に、相関窓４１と同一の大きさのブロックを配置したものとする。なお、相関窓４１及び探索範囲４２は、任意に設定することができることはいうまでもない。いま、探触子から加えられた応力が被検体の垂直方向に均等に加わったとすると、現フレームと前フレームの相関が最も大きくなるブロックは、図１１の中心の相関窓４１に対して上下方向に位置するブロック−２、８になる。一方、探触子からの応力によって被検体の組織が横方向に移動してしまった場合、相関が最も大きくなるブロックは相関窓４１の左右に位置するブロック−４、６となる（ただし、ブロック−１、３、７、９を含めてもよい。）。そして、１つの探索範囲４２内において、相関が最大となるブロックの位置を求めるために、９個のブロックに対して相関演算を行い、最も相関が大きいブロック位置を求める。この相関演算において、例えば、横に位置するブロック−２又は８において相関が最大になった場合は、横ズレしていると判断し、横ズレカウンタをカウントアップする。このようにして、ＲＯＩ内の対象となるデータに対して相関処理を実施し、ＲＯＩ内における変位量と、横ズレカウンタのカウント数Ｃを算出する。また、ＲＯＩ内のデータは、探索範囲４２によって分割されるから、その分割された探索範囲４２の個数Ａについても算出される。ＲＯＩ内における変位量は弾性率演算手段４０に送られ、横ズレカウンタのカウント数Ｃと分割された探索範囲４２の個数Ａは横ズレ判定手段３８に送られる。
【００２５】
横ズレ判定手段３８は、入力されるＡ、Ｃに基づいて横ズレを判定する（Ｓ４６）。この判定は、次式（１）が成立するか否かによる。ここで、Ｘは、経験的に定めたしきい値である。
【００２６】
Ａ／Ｘ＜Ｃ （１）
式（１）の大小関係が成立する場合は、被検体に対し垂直方向に均一に力が加わっていると判断することができる。この場合、横ズレ発生フラグを「０」として加圧状態メモリ６に蓄える（Ｓ４７）。逆に、式（１）の関係が成り立たない場合は、被検体に垂直方向に均一に力が加わっていない状態で、生体組織が横ズレを起こしていると判断できる。この場合は、横ズレフラグを「１」にして加圧状態メモリ６に蓄える（Ｓ５２）。この加圧状態メモリ６の内容は、例えば図１０に示すように、断層像３５の下辺部に「横ズレ」と表示することにより警告する（Ｓ５６）。
【００２７】
一方、弾性率演算手段４０は、変位計測手段３９により計測された変位量Ｂに基づいて歪みデータＳを算出し（Ｓ４８、Ｓ５３）、図１の弾性画像構築部５は歪みデータＳの階調化処理を施して弾性画像を構築して表示部３に表示する。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、操作者は、探触子の力が被検体にどのように加わっているかをリアルタイムに確認することができ、横ズレを起こしている場合は、探触子の操作を調整して横ズレがおきにくい押し方に調整することができるから、適正な弾性画像を速やかに得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、操作者に対して適正な弾性画像を得るための加圧の操作情報を提供することができるから、効率的に弾性画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の一実施の形態のブロック構成図を示す。
【図２】本実施の形態の超音波診断装置に係る弾性画像取得の処理手順のフローチャートを示す。
【図３】本実施の形態の表示画像の一例を示す図である。
【図４】加圧操作の適否の判定に用いる歪み率分布の例を示す図である。
【図５】音声により加圧操作の適否を出力する場合のフローチャートを示す。
【図６】図５の実施の形態の表示画像の例を示す
【図７】シネメモリに保存した弾性画像を再生して表示する場合のフローチャートを示す。
【図８】本発明の実施の形態４に係る特徴部の横ズレ判定手段周りの構成を示す図である。
【図９】横ズレ判定手段における処理手順を中心としたフローチャートを示す。
【図１０】図８実施の形態の表示画像の状態を示す図である。
【図１１】横ズレを検出するブロックマッチング法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 探触子
２ 断層像構築部
３ 表示部
４ 弾性演算部
５ 弾性画像構築部
６ 加圧状態メモリ
７ 操作情報出力部
８ 音声出力部
９ 操作入力部
１０ 中央処理部
１１ シネメモリ画像再生部
１２ シネメモリ

Claims (4)

1. 被検体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子を駆動する超音波信号を出力する超音波送信手段と、前記被検体に外力を付与する加圧手段と、前記超音波探触子により受波された反射エコー信号から時間的に異なる２つの断層像データを取得し、該２つの断層像データに基づいて各部の変位を計測する変位計測手段と、該変位計測手段により計測された各部の変位データに基づいて各部の組織の弾性率を算出する弾性率演算手段と、該弾性率演算手段によって求められた弾性率に基づいて弾性画像を作成する画像生成手段と、該生成された弾性画像を表示する表示手段とを備えてなる超音波診断装置において、
   前記変位データを解析して前記加圧手段による加圧操作が適正か否か判定する加圧判定手段と、該加圧判定手段の判定結果を前記表示手段に表示する判定出力手段とを設けたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記加圧判定手段は、前記変位データに基づいて前記断層像における歪み率分布を求め、該歪み率分布が適正範囲内か否かにより前記加圧手段による加圧の適否を判定す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. 前記加圧判定手段は、前記変位データに基づいて前記断層像における横ズレの度合いを求め、該横ズレの度合いが適正範囲内か否かにより前記加圧手段による加圧の適否を判定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記判定出力手段は、前記判定結果に基づいて加圧操作を修正するガイダンスを表示又は／及び音声により出力することを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波診断装置。

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