JP5389118B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
1、形状計測:この形状計測機能により、例えば肝臓腫瘍の大きさ、心筋の壁厚、胎児の大きさなどが計測される。
2、速度計測:この速度計測機能には、例えば、ドプラ法を用いた動脈の血流速度、カラードプラ法を用いた肝臓内血管の血流速度マッピングがある。
3、体積、流量などの計測:この計測機能により、例えば、心腔内のいくつかの長さを元にした心腔の容積推定、造影剤の信号強度の経時変化からの血流量の計測が行われる。
例えば:
1、 Yamaguchi T,Hachiya H,“Modeling of the Cirrhotic Liver Considering the Liver Lobule Structure”,Jpn,J.App;.Phys.Vol.38(1999)pp.3382−3392;
2、 大塚、山口、蜂屋:”病変肝の超音波Bモード画像のシミュレーションによる検討”,信学技報,US96−16(1996−06),pp.15−22:
3、 菊池恒夫、中澤敏弘 他、”超音波診断装置のエコー波形スペクトル形状による間疾患定量診断技術の開発”,日超医基礎技術研究会,BT−2000−31,pp.9−15(2001);
などの論文がある。
図1に示すように、本実施形態における超音波診断装置は、被験者との間で超音波信号の送受信を担う超音波プローブ12と、この超音波プローブ12を駆動し且つ超音波プローブ12の受信信号を処理する装置本体11と、この装置本体11に接続され且つオペレータからの指示情報を装置本体11に入力可能な入力装置13と、モニター14を具備する。入力装置13には、診断装置の制御や様々な画質条件設定を行うことが可能な、ボタン、キーボード、トラックボールなどが含まれる。
次に、信号解析ユニット26における解析手法について図2を基に説明する。
この平滑処理とは、ある点の値に、近傍の点の情報(値)が幾分重み付けされることで、いわゆる「ぼかし」の効果を得る処理のことである。従来の一般的な平滑化処理は、2点間の距離に相関した重み付けがなされる場合が多い(すなわち近い点の重み係数は大きく、遠い点の重み系数は小さい)。
これに対して、本発明の手法による重み係数は2点間の距離に無関係で、2点が統計的に似ているか否かという「類似度」なる観点から決定される。上記点Pに対して、近傍の点Qの類似度が高い場合には、例えば1に近い係数によって点Qの値が点Pに重み付けされ、類似度が低い場合には、例えば0に近い係数によって点Qの値が点Pに重み付けされる。このように、類似度によって平滑化される処理を「コヒーレントフィルタ」処理と呼ぶ。
W=D−|Iq−Ip|/σ …(1)
ここで、σはROI41内のエコー信号強度の確率密度分布から得られる標準偏差であり、Dは別途設定されるしきい値である(図5参照)。仮にW<0の場合(すなわち、右辺第2項がしきい値Dより大きい場合)には、点Qは点Pと「似ていない」と判断され、重み付けの対象から除外される(これは統計学の検定という手法で、棄却域をDと選んだ場合に相当する)。仮にW>0の場合は点Qの振幅値IqはIpに重み付けされることになる。但し、その際の重み付け係数Cw(i,j)は、以下のような強度の差の関数となる:
Cw(i,j)=[1−{(Iq−Ip)/σD}2]2。
Ip´=Ip+{Σ(Cw(i,j)×Iq(i,j))}/Ctot
ただしCtotはCwの総加算量である。
次に、本解析演算の精度を向上させるための第一手法について説明する。
[1]取得データのサンプル数増大による解析精度向上…解析は統計的性質を利用するため、エコーデータのサンプル数は多い方がよい。しかし単に送受信回数を増やすのみでは、同じ情報を持つエコー信号を取るばかりで、実質的な情報量の増大にはならない。本目的を達成するために、送受信の走査線密度は、通常の診断時のそれより多くなる、例えば2倍、4倍となる。もしくは、同一走査線に対して、周波数の異なる送信条件にて複数回の超音波送受信を行う。
[5]解析領域の表示・非表示…解析結果の画像は、スペックルパタンから構造物という特徴量が抽出され、新たな情報として診断に利用されることを目的とするが、それでもなお解析前のエコー像を再確認したいという状況も発生する。解析前の診断画像の情報は、図1の信号解析ユニット26が記憶するか、あるいは一旦、記憶媒体28に記録されることで保持され、解析後であっても入力装置を使った操作者の呼び出し指令で、モニター14に表示することが可能となる。その際の表示形態としては、並列表示、重畳表示、あるいはボタン入力などで交互に入れ替わるような表示が可能となっている。
次に、本解析演算の精度を向上させるための第二手法について説明する。
B:次に、上記の平均値μを、以下の式に代入して分散σ2 2を求めたのが、曲線Bである。
σ2 2=(4/π―1)μ …(1)
上記式(1)は、サンプルの確率密度分布が「レイリー分布に従う」という仮定が成り立つときのみ有効である。従って、仮にサンプルが非レイリー分布の場合には、この式(1)は成立しない。
本発明の前記手法は、所謂、Constant False Alarm Rate処理(CFAR処理)に応用することも可能である。このCFARとは、超音波診断装置と原理が類似しているレーダーの技術でよく知られている手法である。
上記の判定法によって棄却された部分は正常組織でない可能性が高い。そこで、本例では、この部分の断層像を表示し、棄却されなかった部分は、例えば輝度値を0として黒く表示することにする。このような手法により、疾患部位の可能性がある部分を強調して表示することができる。
また、本発明では、上記の手法で得られた母集団の分散値σ0 2、或いは関心領域の分散値σ1 2、若しくはその平方根(標準偏差)、さらにはその平均値μは表示部に表示することが可能に構成するものとする。
本発明では、前述の解析により得られた平均値、分散値等、各領域のサンプルデータは、言うまでもなく図16に示したような確率密度分布で表示されるものとする。さらに、本発明では、解析後に操作者が指定した画像上の1点あるいは局所領域についての確率密度曲線を別画面にて表示することも可能である。
12…超音波プローブ
13…入力装置
14…モニター
21…超音波送信ユニット
22…超音波受信ユニット
23…Bモード処理ユニット
24…ドプラ処理ユニット
25…画像再生回路画像メモリ
26…信号解析ユニット
27…制御プロセッサ(CPU)
28…記憶媒体
29…その他のインターフェース
41…領域
51…正常な肝臓から反射されるエコー信号の輝度値の確率密度分布
52…繊維化構造が増加した肝臓から反射されるエコー信号の輝度値
の確率密度分布
P…被検体
T1…しきい値
T2…しきい値
T3…点A〜Cを抽出するためのしきい値
Claims (6)
- 被検体に超音波パルスを照射することにより断層像を得る超音波診断装置において、前記パルスのエコー信号のあるサンプル領域から第1の統計量を演算する手段と、
前記演算するサンプルの近傍に存在する別のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイリー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、
前記探索した領域から、第2の統計量を演算する手段と、
前記第1、第2の統計量を利用して、前記サンプル領域の前記エコー信号がレイリー分布に従うという仮説を検定する検定処理を行う手段と、
前記検定によって得られた結果を用いて、前記サンプル領域の組織性状の重症度を判定する手段と、
前記判定した結果を表示部に画像あるいは数値表示する機能とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。 - 被検体に超音波パルスを照射することにより断層像を得る超音波診断装置において、前記パルスのエコー信号のあるサンプル領域から第1の統計量を演算する手段と、
前記演算するサンプルの近傍に存在する別のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイリー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、
前記探索した領域から第2の統計量を演算する手段と、
前記第2の統計量を利用して、前記サンプル領域にCFAR処理を施す演算手段と、
前記CFAR処理の結果を表示する表示手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記演算するサンプルの近傍に存在する別のエコー信号から前記エコー信号の振幅値がレイリー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段は、前記近傍のエコー信号サンプルから得られた平均値μを、レイリー分布を仮定して算出された第1の分散値と、前記サンプルから直接計算した第2の分散値を比較し、両者の比が1に近いサンプルを探す手段であることを特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。
- 前記第1の分散値,第2の分散値の各々の値を表示部に表示する表示手段をさらに具備したことを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 被検体に超音波パルスを照射することにより断層像を得る超音波診断装置において、表示診断画像に解析領域をユーザによって指定することが可能な機能と、
前記解析領域の統計量を演算する演算機能と、
前記解析領域に対応する前記第1の分散値、第2の分散値を各々の値を表示部に表示する機能とを具備したことを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。 - 被検体に超音波パルスを照射することにより超音波画像を得る超音波診断装置において、前記被検体部位に基づく受信信号の第1のサンプル領域から第1の統計量を演算する手段と、
前記被検体部位に基づく受信信号のうち所定のサンプル領域に対して、レイリー分布を仮定して求められた第1の分散値、前記サンプル領域の受信信号から求められた第2の分散値との比較に基づいて、所定のサンプル領域がレイリー分布に従う統計量を有するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定に基づいて、レイリー分布に従う統計量を有する所定のサンプル領域を第2のサンプル領域として探索する探索手段と、
前記第2の領域に基づいて第2の統計量を演算する手段と、
前記第2の統計量を利用して、前記受信信号に対してCFAR処理を施す演算手段と、
前記CFAR手段の結果を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
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