JP2005058533A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体組織の弾性率、歪み量、歪み率、粘性率などの物理的特性を表す組織特性画像を表示する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that displays a tissue characteristic image representing physical characteristics such as elastic modulus, strain amount, strain rate, and viscosity of a subject tissue.
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った。また、近年、反射エコー信号の位相を解析することで、被検体の動きを精密に測定し、そこから被検体の弾性率を求めるという試みがある。 A conventional ultrasonic diagnostic apparatus irradiates a subject with ultrasonic waves and converts the intensity of the reflected echo signal into the luminance of a corresponding pixel, thereby obtaining the structure of the subject as a tomographic image. In recent years, there has been an attempt to precisely measure the movement of the subject by analyzing the phase of the reflected echo signal and obtain the elastic modulus of the subject therefrom.
例えば、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高精度に組織の追跡を行ない、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提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, tissue tracking is performed with high accuracy by determining the instantaneous position of the subject using both the amplitude and phase of the detection output signal of the reflected echo signal, and the minute amplitude on the large-amplitude displacement motion due to pulsation A method for capturing vibration has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、上記の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局所弾性率を求める方法や、弾性率の空間分布を断層画像に重畳表示する装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the above method is further developed to accurately track the large amplitude displacement motions of the inner and outer surfaces of the blood vessel wall due to heartbeats, determine the motion speed of micro vibrations superimposed on the large amplitude displacement motion, and based on the difference A method for obtaining a local elastic modulus of a blood vessel wall and an apparatus that superimposes and displays a spatial distribution of elastic modulus on a tomographic image have been proposed (for example, see Patent Document 2).
以下では、図6を参照して、特許文献1に記載された方法について説明する。被検体の同一方向に対して、ΔT周期で送信された超音波パルスの受信信号をy(t)とy(t+ΔT)とする。ここで、tは時刻を表す。一定深度x1からの受信信号の受信時刻t1は、パルス送信時刻をt=0とすると、t1=x1/(C/2)となる。ただし、Cは音速である。このとき、y(t1)とy(t1+ΔT)との間の位相変位をΔθ、時刻t1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x1の移動量Δxは
Δx=−C・Δθ/4πf …(式1)
となる。これをx1に加算することで、ΔT秒後のx1の位置x1’は
x1’=x1+Δx …(式2)
のように求めることができ、これを繰り返すことで、被検体の同一部位x1を追跡していくことができる。
It becomes. By adding this to x1, the position x1 ′ of x1 after ΔT seconds becomes x1 ′ = x1 + Δx (Expression 2)
By repeating this, the same part x1 of the subject can be tracked.
しかしながら、被検体組織の追跡を正確に行なうためには、受信信号の超音波の中心周波数fを正確に与える必要があるが、上記特許文献1に記載の組織追跡方法では、送信周波数または直交検波の参照周波数を使用していた。また、超音波パルスは帯域を持っており、被検体の周波数依存減衰の影響を受けて、受信信号の中心周波数が深さに応じて低下し、これによって追跡精度が低下するという問題があった。 However, in order to accurately track the subject tissue, it is necessary to accurately give the center frequency f of the ultrasonic wave of the received signal. However, in the tissue tracking method described in Patent Document 1, the transmission frequency or quadrature detection is performed. The reference frequency was used. In addition, since the ultrasonic pulse has a band, the center frequency of the received signal is lowered according to the depth due to the influence of the frequency-dependent attenuation of the subject, thereby causing a problem that the tracking accuracy is lowered. .
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被検体の周波数依存減衰の影響を補正し、より正確に被検体組織を追跡することができ、さらに被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる超音波診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to correct the influence of the frequency-dependent attenuation of the subject, and to trace the subject tissue more accurately. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can more accurately display tissue characteristics representing the physical characteristics of each other.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性に基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数が所望の値となるように送信周波数を制御する制御部とを備えたものである。 To achieve the above object, a first ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention obtains a center frequency by analyzing an ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a subject and a frequency characteristic of a received signal. Based on the frequency analysis means, the quadrature detection means for obtaining the phase characteristic of the received signal by quadrature detection of the received signal, the movement of the subject tissue is detected based on the phase characteristic of the received signal obtained by the quadrature detection means, The apparatus includes a tissue tracking unit that tracks the position of the sample tissue, and a control unit that controls the transmission frequency so that the center frequency of the reception signal obtained by the frequency analysis unit becomes a desired value.
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。 According to this configuration, the subject tissue can be accurately tracked without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第2の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えたものである。 In order to achieve the above object, a second ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention obtains a center frequency by analyzing an ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a subject and a frequency characteristic of a received signal. Frequency analysis means, quadrature detection means for obtaining a phase characteristic of the received signal by quadrature detection of the received signal, a center frequency of the received signal obtained by the frequency analyzing means, and a phase characteristic of the received signal obtained by the quadrature detection means And a tissue tracking means for detecting the movement of the subject tissue and tracking the position of the subject tissue.
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。 According to this configuration, the subject tissue can be accurately tracked without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第3の超音波診断装置は、被検体に対して超音波を送受信する超音波送受信手段と、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数を参照周波数として受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えたものである。 In order to achieve the above object, a third ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention obtains a center frequency by analyzing an ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a subject and a frequency characteristic of a received signal. A frequency analysis means, a quadrature detection means for obtaining a phase characteristic of the received signal by quadrature detection of the received signal using the center frequency of the received signal obtained by the frequency analyzing means as a reference frequency, and a received signal obtained by the frequency analyzing means Based on the center frequency and the phase characteristic of the received signal obtained by the orthogonal detection means, a tissue tracking means for detecting the movement of the subject tissue and tracking the position of the subject tissue is provided.
この構成によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができる。 According to this configuration, the subject tissue can be accurately tracked without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject.
第1から第3の超音波診断装置において、周波数解析手段は、直交検波後の複素信号を周波数解析することが好ましい。これにより、サンプリング周波数を低くすることができ、処理量を減少させることができる。 In the first to third ultrasonic diagnostic apparatuses, the frequency analysis means preferably performs frequency analysis on the complex signal after quadrature detection. As a result, the sampling frequency can be lowered and the amount of processing can be reduced.
また、第1から第3の超音波診断装置はさらに、組織追跡手段によって得られた複数の被検体組織の動きから被検体の組織の物理的特性を表す組織特性量を計算する手段を備えることが好ましい。これにより、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確な組織特性量を得ることができる。 The first to third ultrasonic diagnostic apparatuses further include means for calculating a tissue characteristic amount representing a physical characteristic of the subject tissue from the movements of the plurality of subject tissues obtained by the tissue tracking means. Is preferred. Thereby, an accurate tissue characteristic amount can be obtained without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject.
この場合、組織特性量は弾性率、歪み量または歪み率、粘性率である。 In this case, the tissue characteristic amount is an elastic modulus, a strain amount or strain rate, and a viscosity.
本発明によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができ、それにより弾性率、歪み量または歪み率、粘性率などの組織特性量を正確に得ることのできる優れた超音波診断装置を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。 According to the present invention, the subject tissue can be accurately tracked without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject, whereby the tissue characteristic amount such as the elastic modulus, the strain amount or the strain rate, and the viscosity rate can be accurately measured. It is possible to provide an excellent ultrasonic diagnostic apparatus that can be obtained easily.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態では、組織特性量として弾性率を例に挙げて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the elastic modulus is taken as an example of the tissue characteristic amount.
(第1の実施の形態)
図1Aおよび図1Bは、それぞれ、本発明の第1の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例およびより具体的構成例を示す機能ブロック図である。図1Aおよび図1Bにおいて、制御部100は、超音波診断装置全体を制御する。送信部102は、制御部100からパルス幅、タイミング、パルスの数等の指示を受けて、探触子101を駆動するための高圧パルスを発生する。探触子101は、送信部102からの送信パルス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。受信部103は、受信信号を増幅するとともに、定められた位置および方向からの超音波のみを検出する。断層画像処理部104は、被検体の内部構造を画像化する。
(First embodiment)
FIG. 1A and FIG. 1B are functional block diagrams respectively showing a configuration example and a more specific configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1A and 1B, the
直交検波部114は、受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求め、組織追跡部115は、受信信号の位相特性を解析し、受信信号の位相特性と音速から(式1)(式2)を用いて、組織の動きを検出し被検体組織の位置を追跡する。
The
周波数解析部123は、受信信号の周波数依存減衰の影響を解析して中心周波数を求めて補正値を送信部102に与え、補正後の中心周波数が所望の周波数となるように、制御部100は送信部102を制御してパルスの幅を変えることで送信周波数を変化させる。
The
以上のように、本実施の形態によれば、組織追跡演算に用いる中心周波数を所望の周波数とすることができ、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、より正確に被検体組織を追跡することができる。 As described above, according to the present embodiment, the center frequency used for the tissue tracking calculation can be set to a desired frequency, and the subject can be more accurately measured regardless of the frequency-dependent attenuation characteristic of the subject. The organization can be tracked.
さらに、この追跡データをもとに、被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる。 Furthermore, based on this tracking data, tissue characteristics representing physical characteristics of the subject tissue can be displayed more accurately.
図1Bに示すように、弾性率画像処理部105は、直交検波部114と、組織追跡部115と、図1Aに示す組織特性演算処理部120としての弾性率計算部116および弾性率画像作成部117とからなり、被検体の弾性率の2次元分布を画像化する。
As shown in FIG. 1B, the elastic modulus
弾性率計算部116は、直交検波部114により追跡された複数の組織の動きから組織の歪み量を計算し、血圧測定部108で測定した血圧値と歪み量から組織の局所弾性率を計算する。弾性率画像作成部117は、弾性率の2次元分布を画像化した弾性率画像を作成する。
The elastic
心電測定部109は、心電図を測定し、R波によって、組織追跡部115および弾性率計算部116の初期化を行なう。周波数解析部123は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求めて送信部102に与え、制御部100は、送信部102に与えられる中心周波数を制御する。
The
画像合成部106は、断層画像と弾性率画像、さらに心電波形などを合成し、モニタ107上に表示する。また、断層画像メモリ110は断層画像を、弾性率画像メモリ111は弾性率画像を、波形メモリ112は心電波形をそれぞれ記録する。
The
図2は、モニタ107の表示画面の一例を示す図である。モニタ画面には、断層画像200上に弾性率画像201が重畳表示されるほか、断層画像の反射強度と画面上の輝度との対応を示す断層画像用の反射強度スケール202や、弾性率と画面上の色調または輝度との対応を示す弾性率画像用の弾性率スケール203、心電波形204などが表示される。図2の断層画像200および弾性率画像201は、一例として、粥腫301のある血管の長軸断面302を示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the display screen of the
このように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰の影響を補正し、より正確に被検体組織を追跡することができ、さらに被検体組織の物理的特性を表す組織特性をより正確に表示できる超音波診断装置を提供することが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the influence of the frequency-dependent attenuation of the subject can be corrected, the subject tissue can be traced more accurately, and the tissue characteristics representing the physical characteristics of the subject tissue can be obtained. It is possible to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can display more accurately.
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図3に示す本実施の形態では、周波数解析部123は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求め、組織追跡部115は、周波数解析部123によって得られた中心周波数と、直交検波部114によって得られた位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、その位置を追跡する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment shown in FIG. 3, the
以上のように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、正確に被検体組織を追跡することができる。 As described above, according to the present embodiment, the subject tissue can be accurately tracked regardless of the frequency-dependent attenuation characteristic of the subject.
(第3の実施の形態)
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図4に示す本実施の形態では、周波数解析部123は、受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求め、直交検波部114は、周波数解析部123によって得られた中心周波数を参照周波数として直交検波を行い、受信信号の位相特性を求める。組織追跡部115は、周波数解析部123によって得られた中心周波数と、直交検波部114によって得られた位相特性とに基づいて、被検体組織の動き検出し、その位置を追跡する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment shown in FIG. 4, the
以上のように、本実施の形態によれば、被検体の周波数依存減衰特性がいかなる特性であっても、さらに正確に被検体組織を追跡することができる。 As described above, according to the present embodiment, the subject tissue can be traced more accurately regardless of the frequency-dependent attenuation characteristic of the subject.
(第4の実施の形態)
なお、上記各実施形態では、周波数解析を行なう受信信号は直交検波前の信号を用いたが、図5に示すように、スイッチ124を設け、可動切片をa接点側に切り換えることで、直交検波後の複素信号を用いることもできる。この構成によれば、サンプリング周波数を低くすることができ、処理量を減少させることができるというメリットがある。
(Fourth embodiment)
In each of the above embodiments, the received signal for performing the frequency analysis is a signal before quadrature detection. However, as shown in FIG. 5, by providing a
なお、上記各実施の形態では、被検体組織の追跡波形を用いて局所弾性率を求め、その2次元分布を画像化する超音波診断装置について説明したが、本発明の趣旨は追跡波形の精度を向上させることにあり、追跡波形を用いて、歪み量や、粘性率、脈波速度などを求める超音波診断装置はすべて本発明に含まれるものである。 In each of the above-described embodiments, the ultrasonic diagnostic apparatus for obtaining the local elastic modulus using the tracking waveform of the subject tissue and imaging the two-dimensional distribution has been described. However, the gist of the present invention is the accuracy of the tracking waveform. Any ultrasonic diagnostic apparatus that uses a tracking waveform to obtain a distortion amount, a viscosity, a pulse wave velocity, and the like is included in the present invention.
本発明に係る超音波診断装置は、被検体の周波数依存減衰の影響を受けず、正確に被検体組織を追跡することができ、それにより弾性率、歪み量または歪み率、粘性率などの組織特性量を正確に得ることのできるという利点を有し、医療等の用途に適用できる。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention can accurately track a subject tissue without being affected by the frequency-dependent attenuation of the subject, and thereby a tissue such as elastic modulus, strain amount or strain rate, viscosity rate, and the like. It has the advantage that the characteristic amount can be obtained accurately, and can be applied to medical uses.
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 弾性率画像処理部
106 画像合成部
107 モニタ
108 血圧測定部
109 心電測定部
110 断層画像メモリ
111 弾性率画像メモリ
112 波形メモリ
114 直交検波部
115 組織追跡部
116 弾性率計算部
117 弾性率画像作成部
120 組織特性演算処理部
123 周波数解析部
124 スイッチ
200 断層画像
201 弾性率画像
202 断層画像用の反射強度スケール
203 弾性率画像用の弾性率スケール
204 心電波形
301 粥種
302 血管の長軸断面
DESCRIPTION OF
Claims (8)
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記直交検波手段によって得られた前記受信信号の位相特性に基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数が所望の値となるように送信周波数を制御する制御部とを備えた超音波診断装置。 Ultrasound transmitting and receiving means for transmitting and receiving ultrasound to and from the subject;
A frequency analysis means for analyzing the frequency characteristics of the received signal to obtain a center frequency;
A quadrature detection means for quadrature detection of the received signal to obtain a phase characteristic of the received signal;
Tissue tracking means for detecting the movement of the subject tissue based on the phase characteristics of the received signal obtained by the orthogonal detection means, and tracking the position of the subject tissue;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a control unit that controls a transmission frequency so that a center frequency of a reception signal obtained by the frequency analysis unit becomes a desired value.
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、前記直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えた超音波診断装置。 Ultrasound transmitting and receiving means for transmitting and receiving ultrasound to and from the subject;
A frequency analysis means for analyzing the frequency characteristics of the received signal to obtain a center frequency;
A quadrature detection means for quadrature detection of the received signal to obtain a phase characteristic of the received signal;
Based on the center frequency of the received signal obtained by the frequency analyzing means and the phase characteristic of the received signal obtained by the quadrature detecting means, the movement of the subject tissue is detected and the position of the subject tissue is tracked. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising a tissue tracking means.
受信信号の周波数特性を解析して中心周波数を求める周波数解析手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数を参照周波数として受信信号を直交検波して受信信号の位相特性を求める直交検波手段と、
前記周波数解析手段によって得られた受信信号の中心周波数と、前記直交検波手段によって得られた受信信号の位相特性とに基づいて、被検体組織の動きを検出し、被検体組織の位置を追跡する組織追跡手段とを備えた超音波診断装置。 Ultrasound transmitting and receiving means for transmitting and receiving ultrasound to and from the subject;
A frequency analysis means for analyzing the frequency characteristics of the received signal to obtain a center frequency;
Quadrature detection means for obtaining a phase characteristic of the received signal by performing quadrature detection of the received signal using the center frequency of the received signal obtained by the frequency analyzing means as a reference frequency;
Based on the center frequency of the received signal obtained by the frequency analyzing means and the phase characteristic of the received signal obtained by the quadrature detecting means, the movement of the subject tissue is detected and the position of the subject tissue is tracked. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising a tissue tracking means.
前記組織追跡手段によって得られた複数の被検体組織の動きから被検体の組織の物理的特性を表す組織特性量を計算する手段を備えた請求項1から4のいずれかに記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus further includes
The ultrasonic diagnosis according to any one of claims 1 to 4, further comprising means for calculating a tissue characteristic amount representing a physical characteristic of a tissue of a subject from movements of a plurality of subject tissues obtained by the tissue tracking means. apparatus.
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