JP2007159920A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置に表示される断層画像上において、簡便に各組織の境界に境界線を設定する。
【解決手段】本発明の超音波診断装置は、血管壁を計測するための超音波診断装置であって、血管を含む被検体に超音波を送信するための探触子１０１を駆動する送信部１０２と、前記被検体において前記超音波が反射することにより得られる超音波エコーを前記探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部１０３と、前記受信信号から、被検体の断層画像を表示部に表示するための画像信号を生成する断層画像処理部と、前記表示部に表示された断層画像に基づいて、第１の境界線を設定する第１の境界線設定部１５３と、前記第１の境界線を平行移動することによって、少なくとも１つの第２の境界線を生成する第２の境界線生成部１５２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は医療用の超音波診断装置に関し、特に血管壁を計測する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、そのエコー信号に含まれる情報を解析することにより、被検体内を観察する。従来から広く用いられている超音波診断装置は、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により、被検体の構造を断層画像として得ている。これにより、被検体の内部の構造を知ることができる。被検体内を非観血的に観察できるため、超音波診断装置はＸ線ＣＴやＭＲＩと並んで、臨床現場では不可欠な装置となっている。

近年、動脈硬化を患う人が増加しており、動脈硬化を診断するために、超音波診断装置を用いた頚動脈エコーが行われている。頚動脈は、内側から順に内膜、中膜、外膜の３層を有する構造を備えていることが知られている。頚動脈エコーでは、この内膜と中膜をあわせた厚さ（内中膜複合体厚：以下ＩＭＴと呼ぶ）を計測し、動脈硬化の指標としている。非特許文献１によれば、ＩＭＴが１．１ｍｍ以上を異常肥厚と診断する。ＩＭＴの計測は、超音波診断装置に一般的に標準装備されている断層画像上の長さ計測機能を用いて、手動により行われる。ＩＭＴの計測は１箇所の値だけを求める場合もあり、複数箇所の値を求め、その最大値、平均値などを指標として用いることもある。図１２は、従来の超音波診断装置を用いて頚動脈のＩＭＴを計測する一例を示している。図１２は、血管壁の軸に平行な断層画像（血管壁を縦切りにした断面）を示している。図中、６箇所の＋印が手動で設定した計測点であり、中央の１と示した位置における２つの＋印間の距離は０．５ｍｍであり、２および３と示した位置における２つの＋印間の距離はそれぞれ０．４ｍｍである。

また、動脈硬化を診断する別の試みとして、近年、反射エコー信号の主に位相を解析することにより、被検体の動きを精密に計測し、被検体の動き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計測するという試みが行われている。

特許文献１は、血管壁の２つの微小領域の心拍による運動を精密に追跡し、心拍による大振幅変位運動に重畳されている微小な厚みの変化、つまり歪み量を計測し、この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を開示している。血管壁の微小領域の追跡には特許文献２に示される位相差トラッキング法が用いられる。図１３（ａ）および（ｂ）を参照して、特許文献１に開示された被検体組織の追跡方法を説明する。図１３（ａ）に示すように、探触子１０１から被検体１１０中の血管１１１へ向けて超音波を照射し、血管１１１からのエコーを探触子１０１により受信する。血管壁上に計測点Ａ、Ｂを設定し、計測点Ａ、Ｂからの受信信号を特許文献２に示された方法により解析し、計測点Ａ、Ｂの動きを追跡する。

血管１１１は心拍によって収縮拡張を繰り返す。具体的には、心収縮期には急激に血管１１１が拡張し、心拡張期にはゆっくりと収縮する。図１３（ｂ）は、計測点Ａ、Ｂの位置を追跡した追跡波形ＴＡ、ＴＢおよび心電波形ＥＣＧを示している。計測点Ａ、Ｂは、血管１１１の拡張に伴って急激に変動しその後、ゆっくり元の位置へ戻る。追跡波形ＴＡ、ＴＢから計測点Ａ−Ｂ間の厚み変化波形Ｗが求められる。厚み変化波形Ｗの変化量をΔＷ、計測点初期化時の基準厚みをＷｓとすると、計測点Ａ−Ｂ間の歪み量εは以下の式（１）で示される。

ε＝ΔＷ／Ｗｓ （１）

このときの血圧差をΔＰとすると、計測点Ａ−Ｂ間の径方向弾性率Ｅｒは以下の式（２）で表される。

Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ （２）

この弾性率Ｅｒを断層画像上の複数の位置で計測することにより、弾性率の分布画像が得られる。

非特許文献２は、血管の径方向弾性率よりも、さらに正確な物理特性を表す周方向弾性率の求め方を開示している。非特許文献２によれば、周方向弾性率は以下の式（３）で与えられる。

Ｅθ＝−（１／２）・（ｒ０／ｈ０＋１）・（ΔＰ／ε）
＝−（１／２）・（ｒ０／ｈ０＋１）・Ｅｒ （３）

ここで、ｈ０は血管壁全体の径方向の初期厚みであり、ｒ０は血管の初期半径である。

図１４は、超音波診断装置を用いて動脈血管を診断した場合に表示されるモニタ画面を示している。画面には、断層画像２００の後壁（皮膚表面から遠い側の血管壁）２３０部分に、弾性率の分布を示す弾性率画像２０１が重畳して表示されている。

従来、血管壁全体の初期厚みｈ０と、初期半径ｒ０を知るために、血流２０７と前壁（皮膚表面から近い側の血管壁）２２０の内膜２２１との境界線２０３、血流２０７と後壁２３０の内膜２３１との境界線２０４および、後壁２３０の外膜２３３と周辺組織との境界線２０６を手動で設定していた。具体的には、断層画像用反射強度スケール２０２に示される濃淡に基づいて表示されるモニタ画面の血流２０７の領域と前壁２２０の内膜２２１の領域との境界を操作者が認識し、境界をモニタ画面上に表示されたカーソル２１０でなぞることによって境界線２０３を設定する。同様の操作を繰り返すことにより、境界線２０４、２０６を設定することができる。
特開２０００−２２９０７８号公報 特開平１０−５２２６号公報 古幡博、「頚動脈エコー」、ベクトル・コア社、２００４、ＩＳＢＮ４−９３８３７２−８８−６ 長谷川、金井他「不均一な壁厚を有する管の局所弾性率計測法」、 J Med Ultrasounics Vol.28, No.1(2001) pp.J3-J13

しかしながら、設定すべき境界線が複数あるために、すべての境界線を設定するのには時間を要する。また、設定した境界線が血管壁全体の初期厚みｈ０および初期半径ｒ０を算出する基準となるため、境界線を正確に設定する必要がある。このため、このようにカーソルを移動させて境界線を設定するのは、操作者に多大な負担となってしまう。

本発明はこのような問題を解決し、操作者の負担を低減することが可能な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、血管壁を計測するための超音波診断装置であって、血管を含む被検体に超音波を送信するための探触子を駆動する送信部と、前記被検体において前記超音波が反射することにより得られる超音波エコーを前記探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から、被検体の断層画像を表示部に表示するための画像信号を生成する断層画像処理部と、前記表示部に表示された断層画像に基づいて、第１の境界線を設定する第１の境界線設定部と、前記第１の境界線を平行移動することによって、少なくとも１つの第２の境界線を生成する第２の境界線生成部とを備える。

ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記断層画像上における位置を操作者が指定するためのユーザーインターフェースをさらに備える。

ある好ましい実施形態において、前記第１の境界線設定部は、前記ユーザーインターフェースを用いて前記操作者により設定された第１の境界線に関する情報を記憶する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の境界線設定部は、前記操作者が指定した位置に基づいて直線または折れ線を第１の境界線として生成する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の境界線設定部は、前記操作者がユーザーインターフェースにより、前記断層画像上に描画した線分の情報を第１の境界線の情報として記憶する。

ある好ましい実施形態において、前記境界線設定部は、前記第１の境界線に関する情報に基づいて、ユーザー指定した位置へ前記第１の境界線を平行移動させることにより前記第２の境界線を生成する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の境界線は、前記血管の前壁および後壁の内膜と血流との境界、前記前記血管の前壁および後壁における中膜と外膜との境界ならびに血管の前壁および後壁の外膜と周辺組織との境界を含む境界群から選ばれる少なくとも１つの境界に位置し、前記第２の境界線は、前記境界群から選ばれる少なくとも他の１つの境界に位置する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の境界線設定部は、前記画像信号に基づいて、前記血管の前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、検出した境界に前記第１の境界線を設定する。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の境界線は、前壁または後壁における内膜と血流との境界および中膜と外膜との境界にそれぞれ位置しており、前記第１および第２の境界線に基づいて血管壁内中膜複合体厚を求める。

ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、前記受信信号に基づいて、前記被検体中の組織の動きを追跡する組織追跡部と、前記被検体の血圧に関する情報を受け取り、前記追跡した組織の動きに基づいて、前記組織の性状値を算出する性状値算出部と、
をさらに備え、前記第１および第２の境界に基づいて、前記血管の内膜、中膜および外膜のうち、少なくとも１つの組織の性状値を算出する。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の境界線は、内膜と血流との境界および外膜と周辺組織との境界にそれぞれ位置しており、前記第１および第２の境界線に基づいて、前記血管の半径および血管壁の厚さを算出することによって、前記性状値として周方向弾性率を求める。

本発明の超音波診断装置における血管壁の境界を設定する方法は、超音波を送受信することにより得られた被検体の血管の断層画像上において、血管の前壁および後壁の内膜と血流との境界、前記血管の前壁および後壁における中膜と外膜との境界ならびに血管の前壁および後壁の外膜と周辺組織との境界を含む境界群から選ばれる少なくとも１つの境界に位置するように設定された第１の境界線を平行移動することによって、前記境界群から選ばれる少なくとも他の１つの境界に位置する第２の境界線を生成するステップを包含する。

ある好ましい実施形態において、前記方法は、操作者がユーザーインターフェースにより前記断層画像上に描画した線分の情報を第１の境界線の情報として記憶するステップをさらに包含し、前記第２の境界線を生成するステップは、前記記憶した第１の境界線の情報に基づいて前記第２の境界線を生成する。

ある好ましい実施形態において、前記方法は、操作者がユーザーインターフェースにより前記血管の断層画像上において指定した位置に基づいて直線または折れ線を第１の境界線として生成するステップをさらに包含する。

ある好ましい実施形態において、前記方法は、前記断層画像を表示するための画像信号に基づいて、前記血管の前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、検出した境界に前記第１の境界線を設定するステップをさらに包含する。

本発明によれば、血管壁の各境界を定める労力と時間が低減され、超音波診断装置による計測時間を短縮することが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。本発明の超音波診断装置は、血管壁の形状や性状値を計測するために用いられる。本実施形態では、血管壁の前壁の血流と内膜との境界、血管壁の後壁の血流と内膜との境界、中膜と外膜との境界および外膜と周辺組織との境界を設定する例を説明する。しかし、本発明はこれらの境界に限定されるものではなく、前壁の中膜と外膜との境界や外膜と周辺組織との境界などを設定する場合にも適用できる。

図１（ａ）は、本実施形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。超音波診断装置は、送信部１０２と、受信部１０３と、断層画像処理部１０４と、組織追跡部１０５と、画像合成部１０６と、弾性率算出部１０８とを備えている。また、これら各部を制御する制御部１００およびユーザーインターフェース１３０をさらに備える。

ユーザーインターフェース１３０は、キーボードやトラックボール、スイッチ、ボタンといった操作者からの入力を受け付ける入力デバイスであり、ユーザーインターフェース１３０により得られた操作者の指令は制御部１００へ入力される。制御部１００はマイコンなどによって構成され、操作者の指令に基づいて各部を制御する。また、以下において図１（ｂ）を参照しながら詳細に説明するように、制御部１００は血管壁に含まれる組織の境界を示すための境界線を設定する境界設定部１５０を含んでいる。なお、制御部１００は図１（ａ）に示す各ブロックと信号を受け渡ししているが、図１（ａ）においては、煩雑になるため、信号の受け渡しを示す線は示していない。

送信部１０２は、制御部１００の指令に基づいて、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向けて照射する。また、被検体内部において反射し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与えるタイミングによって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、探触子１０１が生成した電気信号を増幅し、受信信号を出力する。また、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。

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、受信信号の主に振幅を解析して、被検体の断層画像を表す画像信号を生成する。組織追跡部１０５は、受信信号間の位相差を解析し、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からなり、被検体組織の超音波の送受信方向に沿う動きを追跡する。

弾性率算出部１０８は、歪み量および弾性率などの性状特性値を求める。具体的にはまず、追跡した被検体組織の動きから歪み量を計算する。また、被検体の血圧に関する情報を血圧計１１１から受け取る。また、以下において詳細に説明するように、境界設定部１５０により設定された第１の境界線および第２の境界線の情報を受け取って被検体における境界線間の距離を求め、さらに、血管の半径および血管壁の厚さを算出する。そして、歪み量、血圧に関する情報、血管の半径および血管壁の厚さに基づいて径方向および周方向弾性率を算出するとともに、その弾性率を数値や２次元分布画像として出力する。

画像合成部１０６は、断層画像と弾性率画像および弾性率値の少なくとも一方とを合成し、モニタ１０７に表示する。メモリ１２１は追跡位置情報、つまり被検体組織の動き、または歪み量の少なくともいずれか一つを記憶する。メモリ１２１に記録された情報は、探触子１０１による超音波の送受信を停止した状態（以下フリーズ状態という）において、弾性率値を再計算する際に読み出される。メモリ１２０は画像信号を記憶し、フリーズ状態のときに弾性率に同期した断層画像を示す画像信号が読み出される。

次に、境界線設定部１５０を詳細に説明する。図１（ｂ）は、本発明の主要部分を示すブロック図である。境界線設定部１５０はモニタ１０７に表示された断層画像に基づいて第１の境界線を設定する。そして、設定した第１の境界線を平行移動することによって、少なくとも１つの第２の境界線を生成する。

このために、境界線設定部１５０は、第１の境界線設定部１５３と第２の境界線生成部１５２と境界線記憶部１５１を含む。第１の境界線設定部１５３は、断層画像に基づいて第１の境界線を設定し、第１の境界線の情報を境界線記憶部１５１に記憶する。この第１の境界線は、モニタ１０７に被検体の断層画像が表示されている状態において、操作者がマウスなどのユーザーインターフェース１３０を用いてカーソルを移動させることにより、カーソルの軌跡として描画される線分である。

第１の境界線設定部１５３は、操作者がマウスをクリックすることによって指定した２以上の位置を結ぶ直線または折れ線を第１の境界線として生成し、その情報を記憶してもよい。また、操作者によって指定された複数の位置を用いて回帰線を求め、回帰線を第１の境界線としてもよいし、操作者によって指定された複数の位置を通るスプライン関数を求め、スプライン関数を第１の境界線としてもよい。第１の境界線は１つに限られず、複数の第１の境界線を設定してもよい。

第２の境界線生成部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された第１の境界線の情報に基づいて、操作者が指定した位置に第１の境界線を平行移動させることによって第２の境界線を生成する。複数の第１の境界線を第１の境界線設定部１５３が設定、記憶している場合には、記憶している複数の第１の境界線の中からユーザーインターフェース１３０によっていずれかを選択できるようにしてもよい。

第１の境界線および第２の境界線の情報は弾性率算出部１０８へ出力される。弾性率算出部１０８はこれらの情報から被検体における境界線間の距離を求め、得られた距離を弾性率の算出に利用する。

このような境界線設定部１５０の機能をモニタ１０７に表示された血管の断層画像を参照しながら、さらに説明する。

図２は、血管の軸に平行な断層画像を用いて血管壁の各組織の境界線を決定する手順を示すフローチャートである。まず、超音波診断装置において、被検体内に超音波を送受信し、血管壁の断層画像を取得する。図３に示すように、正しく取得された断層画像２００には、前壁２２０中に内膜２２１、中膜２２２および外膜２２３が、後壁２３０中に内膜２３１、中膜２３２および外膜２３３が明瞭に示されている。図３は後壁２３０の内膜２３１と中膜２３２との間に脂質やコレステロールがたまり、粥腫と呼ばれるこぶができた症例を示している。断層画像２００に示された状態で血管壁の各組織間の境界線を設定するために、超音波診断装置をフリーズ状態にする。

まず、ステップＳ２０１に示すように、超音波診断装置に装備されているトラックボールやマウスなどのユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と後壁２３０の内膜２３１の境界をなぞる。これにより画面上に後壁２３０における血流２０７と内膜２３１の境界線２０４として線分が描画される。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として境界線２０４の情報を記憶する。

ステップＳ２０２に示すように同様の手順によって、後壁２３０における中膜２３２と外膜２３３との境界線２０５を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として境界線２０５の情報を記憶する。

次に、ステップＳ２０３に示すように、第２の境界線生成部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０５の情報に基づいて、操作者が指定した位置へ境界線２０５を平行移動させることによって、後壁２３０における外膜２３３と周辺組織との境界に境界線２０６を生成する。

最後にステップＳ２０４に示すように、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と前壁２２０の内膜２２１との境界をなぞって、前壁２２０における血流２０７と内膜２２１の境界線２０３を設定する。境界線記憶部１５１は第１の境界線として境界線２０３の情報を記憶する。このような手順により、境界をなぞるという操作者の負担と境界線の設定に要する時間を１ステップ減らすことができる。

ステップＳ２０３における境界線の設定には、コンピュータ画面上において線分をコピーし、所定の位置にペーストする種々の画像処理の手順を利用することができる。

図４（ａ）から（ｃ）および図５（ａ）から（ｃ）は、これらの手順の例を示している。これらの図において、領域５０１、５０２、および５０３は異なる組織を模式的に示している。

図４（ａ）に示すように、まず組織５０１と組織５０２との境界に第１の境界線として境界線５１０を設定する。この境界線５１０は、ユーザーインターフェース１３０を用いて操作者がカーソル２１０を組織５０１と組織５０２との境界に沿って移動させることにより、カーソル２１０の軌跡により描画される線分として得られる。境界線５１０の設定により境界線５１０の情報は境界線記憶部１５１に記憶される。前述したように、カーソル２１０によって複数の位置を操作者が指定し、指定した位置を通る直線や折れ線を生成することにより、境界線５１０を設定してもよいし、指定された複数の位置に基づいて最小二乗法による回帰線を生成したり、スプライン関数を生成することにより境界線５１０を生成してもよい。

境界線５１０を設定した後、ユーザーインターフェース１３０による操作者からの指令に基づいて、第２の境界線生成部１５２は、カーソル２１０の先端に境界線５１０と同じ形状および向きを有する境界線５１１を生成する。たとえば、「コピー」を表すコマンドをユーザーインターフェース１３０から入力することにより、境界線５１１を生成し、モニタの画面に表示する。この境界線５１１は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線５１０の情報とカーソル２１０の位置情報に基づいて生成される。操作者がカーソル２１０を移動させると、境界線５１１も平行移動する。

図４（ｂ）に示すように、操作者は境界線を生成したい位置にカーソル２１０を移動させる。図４（ｂ）では、領域５０２と領域５０３との境界に境界線を設定するため、領域５０２と領域５０３との境界にカーソル２１０を合わせている。

所定の位置にカーソル２１０を移動させると、その位置に境界線５１０を平行移動させることにより得られる境界線５１１が表示される。

図４（ｃ）に示すように、操作者がユーザーインターフェース１３０から「貼り付け」などを意味する確認のコマンドを入力すると、その位置において、境界線５１２が確定される。このようにして、操作者が設定した境界線５１０を平行移動させた境界線５１２が第２の境界線として設定される。

また、他の手順を採用してもよい。図５（ａ）に示すように、まず組織５０１と組織５０２との境界に第１の境界線として境界線５１０を設定する。境界線５１０の設定の手順は図４（ａ）を参照して説明した手順と同じである。

境界線記憶部１５１は第１の境界線として境界線５１０の情報を記憶した後、ユーザーインターフェース１３０による操作者からの指令に基づいて、「コピー」モードに移る。図５（ａ）に示すように、この手順では、境界線５１０を複製した境界線は画面上には表示されない状態で、操作者はユーザーインターフェース１３０により、カーソル２１０を所望の位置へ移動させることができる。

図５（ｂ）に示すように、操作者は境界線を生成したい位置にカーソル２１０を移動させる。図５（ｂ）では、領域５０２と領域５０３との境界に境界線を設定するため、領域５０２と領域５０３との境界にカーソル２１０を合わせている。所定の位置にカーソル２１０を移動させると、その位置において、操作者は、境界５１０のコピーを生成されるコマンドをユーザーインターフェース１３０により入力する。第２の境界線設定部１５２は、第１の境界線の情報に基づき、カーソル２１０で指定される位置に境界線５１０を平行移動させることにより得られる境界線５１１を生成する。

図５（ｃ）に示すように、操作者がユーザーインターフェース１３０から「確定」などを意味する確認のコマンドを入力すると、その位置において、境界線５１２が確定される。このようにして、操作者が設定した境界線５１０を平行移動させた境界線５１２が設定される。

また、さらに他の手順を採用してもよい。まず、図６（ａ）に示すように、操作者が組織５０１と組織５０２との境界にカーソル２１０を置く。図６（ｂ）に示すように、操作者が組織５０１と組織５０２との境界をカーソル２１０でなぞることによって、第１の境界線を示す線分５０９が描画される。同時に、境界線設定部１５０はカーソル２１０と同じ音響線上であって、所定の距離を隔てた点の軌跡を自動的に線分５１１として描画する。このために、第１の境界線設定部１５３はカーソル２１０の位置を取得し、得られた位置を境界線記憶部１５１へ出力する。操作者は自動的に生成すべき点の位置とカーソル２１０との間隔をユーザーインターフェース１３０により入力する。図の場合、組織５０２と組織５０３との境界を自動的に生成させたいので、組織５０１と組織５０２との境界および組織５０２と組織５０３との間隔が操作者により設定される。第２の境界線設定部１５２は、境界線記憶部１５１から読み込むカーソル２１０の位置とユーザーインターフェース１３０により入力された間隔とに基づいて線分５１１を生成する。間隔は図６（ａ）からなる一連の操作を始める前にあらかじめ設定しておいてもよい。

図６（ｃ）に示すように、操作者が組織５０１と組織５０２との境界をカーソル２１０で完全になぞり終わると、第１の境界線となる境界線５１０が設定される。同時に、第２の境界線となる境界線５１２が自動的に生成される。この境界線５１２は境界線５１０を描画するカーソル２１０の位置から所定の間隔を隔てた点の軌跡であるため、境界線５１０を平行移動させたものである。このようにして、操作者が設定した境界線５１０と境界線５１０を平行移動させた境界線５１２が設定される。

図３に示しているように、血管をその軸と平行な断面で観察した場合、血液が流れる血管腔を挟んで前壁および後壁が観察され、前壁および後壁のそれぞれは内膜、中膜、外膜によって構成されている。血管の性状特性値を求めるために計測する領域において、これら組織の境界は、病変が生じていなければ、血管腔の直径および各組織の厚さは概ね一定である。したがって、理想的には、血流と内膜との境界、内膜と中膜との境界、中膜と外膜との境界および外膜と周辺組織との境界は概ね互いに平行であると考えられる。血管の軸が直線ではない場合であっても、血管腔の直径および各組織の厚さは概ね一定であるため、各境界は互いに平行移動することによって得られる関係にある。

したがって、上述したように境界線設定部１５０が設定した第２の境界線は、病変等が生じた部分に隣接していない限り、組織の実際の境界とよく一致する。このようにして、境界をなぞるという操作者の負担と境界線を設定するのに要する時間を低減することができる。特に、断層画像に表示された境界があまり明瞭ではない場合、境界の位置を一点指定することは操作者にさほど負担とはならないが、明瞭ではない境界をすべてカーソルでなぞることは、操作者にとって大きな負担である。本発明によればこのような負担が低減される。

また、血管壁の内膜や中膜の厚さおよび血管径には、健康状態や個体差によるばらつきが大きく生じるが、外膜の厚さのばらつきは小さい。健常者の頚動脈における外膜の厚さは０．３ｍｍ程度といわれている。したがって、外膜に病変がない場合には、外膜の厚さをあらかじめ決めておき、中膜−外膜境界を設定する際に同時に決められた厚さだけ離れた位置に外膜と周辺組織との境界を設定することで、さらに操作者の負担を低減できる。外膜の厚さは０．２ｍｍから０．４ｍｍ程度で決めるのが適当であろう。

境界線設定部１５０により設定する第２の境界線は外膜と周辺組織との境界に限られず、種々の境界に境界線を設定できる。以下、他の境界線を設定する例を説明する。

図８は血管の外側にこぶのような病変ができた症例の断層画像を示している。また、図７は、図８に示す断層画像上に境界線を設定する手順を示すフローチャートである。

まずステップＳ２１１に示すように、超音波診断装置に装備されているトラックボールやマウスなどのユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と後壁２３０の内膜２３１の境界をなぞって、後壁２３０における血流２０７と内膜２３１の境界線２０４を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として境界線２０４の情報を記憶する。

次に、ステップＳ２１２に示すように、第２の境界線生成部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の情報に基づき、境界線２０４を平行移動させることによって、第２の境界線として後壁２３０における中膜２３２と外膜２３３との境界に境界線２０５を設定する。

次に、ステップＳ２１３に示すように、ユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の後壁２３０における外膜２３３と周辺組織との境界をなぞって、後壁２３０における外膜２３３と周辺組織との境界線２０６を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として境界線２０６の情報を記憶する。

さらに、ステップＳ２１４に示すように、ステップＳ２１３と同様の手順によって、前壁２２０における血流２０７と内膜２２１との境界線２０３を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として境界線２０３の情報を記憶する。

これにより、境界をなぞるという操作者の負担と境界線の設定に要する時間を１ステップ減らすことができる。

図１０は健常者の血管の断層画像を示している。また、図９は、図１０に示す断層画像上に境界線を設定する手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２２１に示すように、超音波診断装置に装備されているトラックボールやマウスなどのユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と後壁２３０の内膜２３１の境界をなぞって、後壁２３０における血流２０７と内膜２３１の境界線２０４を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として、境界線２０４の情報を記憶する。

次に、ステップＳ２２２に示すように、第２の境界線設定部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の情報に基づき、境界線２０４を平行移動させることによって、第２の境界線として後壁２３０における中膜２３２と外膜２３３との境界に境界線２０５を設定する。

さらに、ステップＳ２２３に示すように、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の位置情報に基づいて、境界線２０４を平行移動させることによって、後壁２３０における外膜２３３と周辺組織との境界に境界線２０６を設定する。

つぎに、ステップＳ２２４に示すように、ユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と前壁２２０の内膜２２１の境界をなぞって、前壁２２０における血流２０７と内膜２２１の境界線２０３を設定する。

これにより、境界をなぞるという操作者の負担と境界線の設定に要する時間を２ステップ減らすことができる。

図１１は図１０に示す断層画像上に境界線を設定する他の手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２３１に示すように、超音波診断装置に装備されているトラックボールやマウスなどのユーザーインターフェース１３０を使用して、モニタ１０７の画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像２００上の血流２０７と後壁２３０の内膜２３１の境界をなぞって、後壁２３０における血流２０７と内膜２３１の境界線２０４を設定する。境界線記憶部１５１は、第１の境界線として、境界線２０４の情報を記憶する。

次に、ステップＳ２３２に示すように、第２の境界線設定部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の情報に基づき、境界線２０４を平行移動させることによって、第２の境界線として後壁２３０における中膜２３２と外膜２３３との境界に境界線２０５を設定する。

さらに、ステップＳ２２３に示すように、第２の境界線設定部１５２は、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の位置情報に基づいて、境界線２０４を平行移動させることによって、第２の境界線として後壁２３０における外膜２３３と周辺組織との境界に境界線２０６を設定する。

同様に、ステップＳ２３４に示すように、境界線記憶部１５１に記憶された境界線２０４の位置情報に基づいて、境界線２０４を平行移動させることによって、第２の境界線として前壁２２０における血流２０７と内膜２２１との境界に境界線２０３を設定する。

これにより、境界をなぞるという操作者の負担と境界線の設定に要する時間を３ステップ減らすことができる。

このように、境界線を平行移動させることによって、少なくとも１つの他の境界線を設定するため操作者の負担と境界線の設定に要する時間を低減することができる。

以下、本発明による超音波診断装置を用いて、ＩＭＴを計測する例を図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。まず、探触子１０１を用いて超音波の送受信を行ない、時間的に連続した血管壁のその軸と平行な断層画像を取得し、モニタ１０７に実時間で表示する。また、断層画像データをメモリ１２０に蓄える。フリーズ状態でメモリ１２０からデータを読み出し、ＩＭＴの計測に最適な断層画像をモニタ１０７に表示させる。

操作者はユーザーインターフェース１３０を操作して、モニタ１０７画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０でモニタ１０７に表示された断層画像上の前壁または後壁における血流と内膜との境界をなぞることによって、第１の境界線を設定する。境界線記憶部１５１はこの第１の境界線の情報を記憶する。

次に、中膜と外膜との境界が血流と内膜との境界と平行である場合、たとえば、内膜や中膜に病変部分が見られない場合には、第２の境界線設定部１５２は、血流と内膜との境界に設定した境界線を平行移動させ、中膜と外膜との境界と一致した位置に中膜と外膜との第２の境界線を設定する。平行ではない場合、たとえば、内膜に病変部分が生じている場合などには、中膜と外膜との境界も同様に、ユーザーインターフェース１３０を操作して、モニタ１０７画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像上の中膜と外膜との境界をなぞって、第１の境界線を設定する。前壁と後壁とが断層画像上において、平行である場合には、第２の境界線設定部１５２により、さらに先に設定した後壁あるいは前壁の境界線を平行移動させて、前壁あるいは後壁の血流と内膜との境界あるいは中膜と外膜との境界を示す境界線を設定してもよい。第２の境界線設定部１５２により操作者が設定した境界線を平行移動させて新しい境界線を設定するか、操作者がユーザーインターフェース１３０を用いて境界線を設定するかは、ユーザーインターフェース１３０で切り換えられるようにしてもよい。このようにして得られた血流と内膜との境界線および中膜と外膜との境界線の間隔からＩＭＴを計算することができる。このように操作することによって、境界をなぞるという操作者の負担と時間のかかる作業を減らすことができる。また、ＩＭＴを求める時間を短縮することができる。

次に、弾性率の計測手順を説明する。まず、探触子１０１を用いて超音波の送受信を行ない、時間的に連続した血管壁のその軸と平行な断層画像を取得し、モニタ１０７に実時間で表示する。また、組織追跡部１０５により血管壁組織を追跡し、血圧計１１１から得られる血圧値を用いて、弾性率算出部１０８にて径方向の弾性率を計測し、径方向弾性率の分布画像をモニタ１０７に表示させる。断層画像のデータはメモリ１２０に、径方向弾性率の分布画像のデータはメモリ１２１にそれぞれ記録される。断層画像は時間的に連続して表示されるが、弾性率の分布画像は１心拍に１回更新される。超音波診断装置をフリーズ状態にした後、メモリ１２１のデータを読み出し、最適な弾性率の分布画像と、それに同期した断層画像をメモリ１２０から読み出し、モニタ１０７に表示させる。

続いて操作者はユーザーインターフェース１３０を操作して、モニタ１０７画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０でモニタ１０７に表示された断層画像上の後壁における血流と内膜との境界をなぞることによって、第１の境界線を設定する。設定した第１の境界線の情報が境界線記憶部１５１に記憶される。

次に、内膜や外膜に病変部分が見られない場合など、後壁における外膜と周辺組織との境界が血流と内膜との境界と平行である場合、第２の境界線生成部１５２は、血流と内膜との境界に設定した第１の境界線を平行移動させ、外膜と周辺組織との境界と一致した位置に外膜と周辺組織との第２の境界線を設定する。内膜や外膜に病変部分が生じている場合など、平行ではない場合には、外膜と周辺組織との境界も同様に、ユーザーインターフェース１３０を操作して、モニタ１０７画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像上の外膜と周辺組織との境界をなぞって、第１の境界線を設定する。

次に、前壁における血流と内膜との境界が、後壁における血流と内膜との境界と平行である場合には、第２の境界線生成部１５２は後壁における血流と内膜との境界に設定した第１の境界線を平行移動させ、前壁における血流と内膜との境界と一致した位置に第２の境界線を設定する。平行でない場合には、前壁における血流と内膜との境界も、ユーザーインターフェース１３０を操作して、モニタ１０７画面上に表示されたカーソル２１０を動かし、カーソル２１０で断層画像上の血流と前壁の内膜との境界をなぞって、第１の境界線を設定する。

このようにして得られた後壁における血流と内膜との境界線および外膜と周辺組織との境界線の間隔から血管壁全体の径方向の初期厚みｈ０が、前壁における血流と内膜との境界線と後壁における血流と内膜との境界線から血管の初期半径ｒ０が得られる。これらの値を用いて周方向弾性率を計算することができる。このように操作することによって、境界をなぞるという検者の負担と時間のかかる作業を減らすことができる。また、周方向弾性率を求めるのに要する時間を短縮することができる。

なお、上記実施形態では、第１の境界線は、操作者がユーザーインターフェース１３０を用いて描画したり、操作者が複数の位置を指定することによって、第１の境界線設定部が直線や折れ線を生成することによって設定していた。しかし、第１の境界線は、自動的に生成してもよい。たとえば、被検体の血流部分と血管壁部分とでは、音響インピーダンスが大きく異なり、画像信号の振幅の大きさも異なる。このため、画像信号の振幅に基づいて、血流部分と血管壁部分との境界、つまり血流と血管壁の内膜との境界を自動的に検出することが可能である。第１の境界線設定部は、断層画像処理部が生成する画像信号に基づいて前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、境界に第１の境界線を設定してもよい。また、血流部分は血液の移動により、反射エコーにドップラー効果が生じる。したがって、第１の境界線設定部は、ドップラーモードを利用して前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、境界に第１の境界線を設定してもよい。

一方、血管壁に含まれる内膜、中膜および外膜の音響インピーダンスはそれほど大きく異ならないため、これらの方法によって検出するのが難しい場合がある。しかし、前述したように、血管壁内のこれら組織の境界は、病変部位が存在しなければ、内膜と血流との境界と平行である場合が多い。このような場合、操作者が断層画像を見て、適切であると思われる中膜と外膜との境界の位置を指定することができれば、第２の境界線生成部により、操作者が指定した位置へ、自動的に検出、設定した第１の境界線を平行移動させて、第２の境界線を設定することができる。したがって、操作者の負担を大きく低減でき、また、操作者の判断によるばらつきも小さくなる。

本発明は、被検体の血管壁の形状や性状特性値を計測する超音波診断装置に好適に用いられる。

（ａ）は本発明による超音波診断装置の構成を示すブロック図であり、（ｂ）はその主要部の構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波診断装置により境界線を設定する手順を示すフローチャートである。 図２に示す手順に対応するモニタ画面の例を示している。 （ａ）から（ｃ）は、境界線を平行移動させて設定する手順の一例を説明する図である。 （ａ）から（ｃ）は、境界線を平行移動させて設定する手順の他の例を説明する図である。 （ａ）から（ｃ）は、境界線を平行移動させて設定する手順の他の例を説明する図である。 図１に示す超音波診断装置により境界線を設定する他の手順を示すフローチャートである。 図７に示す手順に対応するモニタ画面の例を示している。 図１に示す超音波診断装置により境界線を設定する他の手順を示すフローチャートである。 図８に示す手順に対応するモニタ画面の例を示している。 図１に示す超音波診断装置により境界線を設定する他の手順を示すフローチャートである。 従来の超音波診断装置におけるＩＭＴを計測する面の一例を示している。 （ａ）は、従来の超音波診断装置における計測点の追跡波形から歪み量を求める手順を説明する図であり、（ｂ）は、計測点の追跡波形を示している。 従来の超音波診断装置における弾性率画像を表示する画面の一例を示している。

符号の説明

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 組織追跡部
１０６ 画像合成部
１０７ モニタ
１０８ 弾性率算出部
１１１ 血圧計
１１２ 血圧計制御および血圧値取り込み部
１２０、１２１ メモリ
１３０ ユーザーインターフェース
１５０ 境界線設定部
１５１ 境界線記憶部
１５２ 第２の境界線生成部
１５３ 第１の境界線設定部
２００ 断層画像
２０２ 断層画像用反射強度スケール
２０３ 血管前壁の血流−内膜境界線
２０４ 血管後壁の血流−内膜境界線
２０５ 血管後壁の中膜−外膜境界線
２０６ 血管後壁の外膜−周辺組織境界線
２１０ カーソル

Claims (15)

1. 血管壁を計測するための超音波診断装置であって、
   血管を含む被検体に超音波を送信するための探触子を駆動する送信部と、
   前記被検体において前記超音波が反射することにより得られる超音波エコーを前記探触子を用いて受信し、受信信号を生成する受信部と、
   前記受信信号から、被検体の断層画像を表示部に表示するための画像信号を生成する断層画像処理部と、
   前記表示部に表示された断層画像に基づいて、第１の境界線を設定する第１の境界線設定部と、
   前記第１の境界線を平行移動することによって、少なくとも１つの第２の境界線を生成する第２の境界線生成部と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記断層画像上における位置を操作者が指定するためのユーザーインターフェースをさらに備える請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記第１の境界線設定部は、前記ユーザーインターフェースを用いて前記操作者により設定された第１の境界線に関する情報を記憶する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の境界線設定部は、前記操作者が指定した位置に基づいて直線または折れ線を第１の境界線として生成する請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記第１の境界線設定部は、前記操作者がユーザーインターフェースにより、前記断層画像上に描画した線分の情報を第１の境界線の情報として記憶する請求項３に記載の超音波診断装置。
6. 前記境界線設定部は、前記第１の境界線に関する情報に基づいて、ユーザー指定した位置へ前記第１の境界線を平行移動させることにより前記第２の境界線を生成する請求項２に記載の超音波診断装置。
7. 前記第１の境界線は、前記血管の前壁および後壁の内膜と血流との境界、前記前記血管の前壁および後壁における中膜と外膜との境界ならびに血管の前壁および後壁の外膜と周辺組織との境界を含む境界群から選ばれる少なくとも１つの境界に位置し、前記第２の境界線は、前記境界群から選ばれる少なくとも他の１つの境界に位置する請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記第１の境界線設定部は、前記画像信号に基づいて、前記血管の前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、検出した境界に前記第１の境界線を設定する請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記第１および第２の境界線は、前壁または後壁における内膜と血流との境界および中膜と外膜との境界にそれぞれ位置しており、前記第１および第２の境界線に基づいて血管壁内中膜複合体厚を求める請求項７に記載の超音波診断装置。
10. 前記受信信号に基づいて、前記被検体中の組織の動きを追跡する組織追跡部と、
    前記被検体の血圧に関する情報を受け取り、前記追跡した組織の動きに基づいて、前記組織の性状値を算出する性状値算出部と、
    をさらに備え、
    前記第１および第２の境界に基づいて、前記血管の内膜、中膜および外膜のうち、少なくとも１つの組織の性状値を算出する請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記第１および第２の境界線は、内膜と血流との境界および外膜と周辺組織との境界にそれぞれ位置しており、前記第１および第２の境界線に基づいて、前記血管の半径および血管壁の厚さを算出することによって、前記性状値として周方向弾性率を求める請求項１０に記載の超音波診断装置。
12. 超音波診断装置における血管壁の境界を設定する方法であって、
    超音波を送受信することにより得られた被検体の血管の断層画像上において、血管の前壁および後壁の内膜と血流との境界、前記血管の前壁および後壁における中膜と外膜との境界ならびに血管の前壁および後壁の外膜と周辺組織との境界を含む境界群から選ばれる少なくとも１つの境界に位置するように設定された第１の境界線を平行移動することによって、前記境界群から選ばれる少なくとも他の１つの境界に位置する第２の境界線を生成するステップを包含する血管壁の境界を設定する方法。
13. 操作者がユーザーインターフェースにより前記断層画像上に描画した線分の情報を第１の境界線の情報として記憶するステップをさらに包含し、
    前記第２の境界線を生成するステップは、前記記憶した第１の境界線の情報に基づいて前記第２の境界線を生成する請求項１２に記載の血管壁の境界を設定する方法。
14. 操作者がユーザーインターフェースにより前記血管の断層画像上において指定した位置に基づいて直線または折れ線を第１の境界線として生成するステップをさらに包含する請求項１２に記載の血管壁の境界を設定する方法。
15. 前記断層画像を表示するための画像信号に基づいて、前記血管の前壁または後壁の内膜と血流との境界を検出し、検出した境界に前記第１の境界線を設定するステップをさらに包含する請求項１２に記載の血管壁の境界を設定する方法。
    
    

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