JP2009240464A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波診断装置は、超音波送受信手段が受信した被検体内からのRF信号フレームデータを用いて被検体の生体組織の弾性データを算出する弾性情報演算部と、弾性情報演算部で算出された歪み量及び/又は弾性率に基づいて弾性画像を生成する弾性画像構成部と、弾性画像に基き生体組織の特性を評価する評価データを生成する弾性画像評価部11と、弾性画像評価部11が生成した評価データの少なくとも一つを用いて弾性画像を分類する画像分類部12とを備える。分類部12の分類結果は、切替表示器14を介して表示器に表示される。
【選択図】図5
Description
そこで、本発明は、弾性画像をもとに、客観的な評価情報を提示することが可能な超音波診断装置を提供すること、具体的には、弾性画像の弾性データおよび画像情報を用いて弾性画像を分類し、疾患の進行具合を評価した情報を提示することが可能な超音波診断装置を提供することを課題とする。
この超音波診断装置は、図に示すように、主な構成要素として、超音波送受信制御部1と、送信部2と、超音波探触子3と、受信部4と、整相加算部5と、信号処理部6と、白黒スキャンコンバータ7と、RF信号フレームデータ選択部8と、変位計測部9と、弾性データ演算部10と、弾性画像評価部11と、画像分類部12と、カラースキャンコンバータ13と、切替加算器14と、画像表示器15と、制御部16と、キーボード等の入力装置17とを備えている。この超音波診断装置は、入力装置17及び制御部16を介して、外部の操作者によって適宜操作されるようになっている。
信号処理部6は、整相加算部5からの受波信号(RF信号フレームデータ)を入力して、ゲイン補正、ログ補正、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の各種信号処理を行なう。
なお、整相加算部5から出力される信号をRF信号フレームデータと記述したが、これは例えば、RF信号を複合復調したI,Q信号の形式になった信号であっても良い。
式中、i,jは、フレームデータの座標を表し、i,j=1,2,3,…である。
また、体表に与えられた圧力は、体表と圧迫機構との接触面に圧力センサーを介在させ、この圧力センサーによって直接的に計測したり、特開2005−66041号公報に記載された方法のように、圧計測用変形体の変形を信号処理によって検出する方法などで計測することができる。
なお、弾性データ演算部10は、算出された弾性フレームデータに座標面内におけるスムージング処理、コントラスト最適化処理や、フレーム間における時間軸方向のスムージング処理などの様々な画像処理を施し、処理後の弾性フレームデータを歪み量として出力しても良い。
階調化回路131は、弾性データ演算部10から出力される弾性フレームデータを、階調化する。階調化は、例えば、弾性データ演算部10または制御部16から、弾性フレームデータのうち階調化すべき範囲とその上限値及び下限値を入力し、選択範囲内における弾性フレームデータの要素データの値の大小に応じて、選択範囲の要素データを複数段階(例えば255段階)に変換して弾性階調化フレームデータを生成する。階調化を行う領域すなわち選択範囲は、制御部16より設定された関心領域(ROI)内に設定され、操作者によって任意に変更することが可能である。また階調の上限値及び下限値は、弾性データ演算部10から出力されるか、制御部16からの命令により決定される。
なお、カラースキャンコンバータ13は、白黒スキャンコンバータでも良く、歪が大きく計測された領域は、弾性画像データ内の該領域の輝度を明るくさせ、逆に歪が小さく計測された領域は、弾性画像データ内の該領域の輝度を暗くさせるようにしても良い。
画像表示器15には、上述した断層像および弾性画像の他、弾性画像解析部による解析結果が表示される。
なお信号処理部6が、受信信号の高調波成分を抽出する機能やドプラ成分を抽出する機能を備える場合には、白黒断層像として、一般的なBモード画像のほかに、受信信号の高調波成分を画像化したティシューハーモニック断層像やティシュードプラ像を表示する場合もある。
複雑度=(周囲長)2/面積 (4)
なお閾値Bthは、制御部16を介して操作者が任意に設定することも可能であるが、描出領域が強調される二値化画像が得られるよう複雑度が最大となる閾値を算出して使用することも可能である。
このように弾性画像評価部11で算出した各種評価データが、画像分類部における分類の指標となるが、さらに、操作者が制御部16を介して検査の結果、例えば血液検査の結果を入力し、評価の指標に加えたりすることも可能である。
メモリ122には、病理診断などによって診断が確定している各グループの弾性画像データとその評価データが格納されている。新たな被検体の診断情報と超音波診断装置で生成した評価データは随時メモリ122に蓄積される。メモリに格納されている評価データの例を図6に示す。図6では、各グループに分類された弾性画像データの歪み量の平均値、面積比率、複雑度、ヒストグラムの歪み度を、パラメータ毎にグラフで示している。図中、rで示す値は、パラメータと分類との相関係数を示しており、rが大きいほど、相関の高いパラメータであることを示す。メモリ122には、算出された相関係数もパラメータ毎に格納されている。
f(u)=1という結果は、評価データを作成した弾性画像が特定のグループに属することを意味し、f(u)=0という結果は、当該弾性画像が特定のグループに属しないことを意味する。出力層の変換関数としてしきい関数を用いた単純パーセプトロンを用いる場合には、出力層の閾値の異なる複数の単純パーセプトロンを並列にして、複数のグループに分類する。また入力値uが出力値の場合には、グループの数に応じて多段的に閾値を設定し、出力値を複数のグループに分類する。
教師信号が入力されていない場合は、最新の結合荷重ωiと閾値hを使用して分類結果を出力する。
なお以上の実施の形態では、画像評価部11および画像分類部12からなる画像解析部の機能を超音波診断装置の内部の機能として説明したが、これらの機能は、超音波診断装置から独立したコンピュータ上に、画像解析ツールとして構築することも可能である。この場合には、超音波診断装置から画像解析ツールに弾性フレームデータを転送し、遠隔において画像診断することが可能である。
病理診断によって診断が確定した肝疾患61例について、超音波診断装置で得られた弾性画像から肝臓領域を選択し、本発明による画像解析を行なった。即ち選択された領域について歪み量の平均値、標準偏差、二値化画像で描出された領域の面積比および複雑度を算出し、これらを評価データとして、線維化なし(ステージ0)、門脈域の線維性拡大(ステージ1)、線維性架橋形成(ステージ2)、小葉のひずみを伴う線維性架橋形成(ステージ3)、肝硬変(ステージ4)の各ステージへの分類を行なった。
結果を図8に示す。図示するグラフにおいて、横軸はステージ、縦軸は画像分類部の出力(任意単位)を示し、病理診断によってステージが確定されている患者の出力値をステージ毎にプロットしている。矢印で示す範囲は画像分類部によって分類される範囲を示す。この分類結果とステージとの相関は0.71であり、個々のパラメータの相関(図6)に比べ、非常に相関がよいことが確認された。
Claims (5)
- 被検体内に超音波を送受信する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段が受信した被検体内からのRF信号フレームデータに基づいて断層画像を生成する断層画像構成手段と、前記RF信号フレームデータを用いて前記被検体の生体組織の弾性データを算出する弾性情報演算手段と、前記弾性情報演算手段で算出された弾性データに基づいて弾性画像を生成する弾性画像構成手段と、前記断層画像及び/又は前記弾性画像を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、
前記弾性画像に基き前記生体組織の特性を評価する評価データを生成する評価データ生成手段と、前記評価データ生成手段が生成した評価データを用いて前記弾性画像を分類し、分類結果を前記表示手段に表示させる分類手段とをさらに備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1に記載の超音波診断装置であって、
前記評価データ生成手段が生成する評価データは、前記弾性画像における弾性データの頻度を表すヒストグラム、弾性データを統計処理した統計データ、特定の弾性データを持つ領域の形態を数値化した領域評価データ、及びこれらから派生したデータの少なくとも一つを含み、
前記分類手段は、前記評価データの少なくとも一つを選択する評価データ選択手段を備え、前記評価データ選択手段が選択した評価データを用いて、前記弾性画像を2以上のグループに分類することを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項2に記載の超音波診断装置であって、
前記分類手段は、予め2以上のグループに分類された複数の弾性画像の評価データをデータベースとして記憶する記憶手段を備え、前記評価データ選択手段は、前記データベースに蓄積された弾性画像の評価データとグループとの相関を算出し、相関が高い評価データを選択することを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1に記載の超音波診断装置であって、
前記分類手段は、少なくとも入力層および出力層を含み、複数の評価データを入力とし、分類結果を出力とし、入力から出力への結合荷重および閾値は、前記出力と既知のデータから得られた教師信号との差が最小となるように変更されることを特徴とする超音波診断装置。 - 被検体内から取得されたRF信号フレームデータを用いて、前記被検体の組織の病変情報を解析する解析ツールを備えた超音波診断装置であって、前記解析ツールは、
時系列で得られる2以上のRF信号フレームデータを用いて変位データを算出する変位データ算出手段と、
前記変位データを用いて検査対象である被検体断面の各点における歪み及び/又は弾性率からなる弾性データを算出する弾性データ算出手段と、
前記弾性データから前記被検体断面の弾性画像を生成する弾性画像生成手段と、
前記弾性データ及び弾性画像を解析し、弾性データのヒストグラム、統計処理データおよび病変組織の複雑度を含む複数の評価データを生成する評価データ生成手段と、
前記複数の評価データの少なくとも一つを選択する評価データ選択手段と、
前記評価データ選択手段が選択した評価データを用いて、前記弾性画像を複数のグループのいずれかに分類する分類手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
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