JP6144990B2 - 超音波画像撮像装置及び超音波画像撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探触子及び超音波画像撮像装置に関し、特に、弾性画像を表示するための超音波画像撮像装置及び超音波画像撮像方法に関する。

超音波画像撮像装置は、超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部から生体組織の構造に応じた超音波の反射エコー信号を受信し、Ｂモード画像などの断層像を構成して診断用に表示する。

近年、手動又は機械的な方法により超音波探触子で被検体を圧迫して超音波受信信号を計測し、計測時間が異なる２つの超音波受信信号のフレームデータに基づいて圧迫により生じた生体各部の変位を求め、その変位データに基づいて生体組織の弾性を表す弾性画像を生成する。

この場合、生体組織の硬さは非線形性を有し、生体組織を圧迫したときの圧迫条件により組織の硬さが変化することが報告されている（例えば、Krouskop TA, et al, Elastic Moduli of Breast and Prostate Tissues Under Compression, Ultrasound Imaging. 1998;20;260-274.）。ここで、圧迫条件とは、生体組織に加えている圧力の時間変化、圧迫量（圧縮ゼロの状態からの生体組織の圧縮量）の変化などである。

弾性画像を撮像する場合に被検体に加える圧力は、被検体に当接して用いられる超音波探触子を介して加えることができる。この場合、圧迫状態情報に基づいて被検体に加えられる圧力値が設定範囲に入っているか否かを判断し、その圧力値が設定範囲を外れたときに、その旨の警報を音声と画像表示の少なくとも一つにより出力することが好ましいことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、弾性画像は、被検体に加える圧力を周期的に変化させて計測することが望ましい。したがって、被検体に加えられる圧力値の時間変化に応じて、表示装置に表示される圧迫状態情報が変化することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３５６７９号公報

しかしながら、従来の超音波画像撮像装置では、被検体に加えられる圧力値の時間変化に応じて変化する圧迫状態情報を把握するために、表示装置に圧迫状態情報を常に表示すると、操作者が弾性画像を見難くなる場合がある。例えば、表示装置の画面上には、弾性画像の他に周期的な圧迫状態を示すゲージやグラフなどが表示されるので、操作者が弾性画像を見難くなる場合がある。また、圧迫を繰り返しているうちに超音波探触子が少しずつずれてしまうので、操作者は撮像部位を常に弾性画像で確認する必要がある。表示装置に弾性画像と圧迫状態情報が表示されると、操作者は圧迫状態や撮像部位を確認するために注目しなければならない画面上の場所が多くなるので、操作者の負担が増大する（特に、初心者の場合は操作を非常に難しく感じる）という課題がある。

本発明は、簡易に参照変形体の圧迫状態や装着状態を把握でき、操作者の負担を減らすことができる超音波探触子及び超音波画像撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波画像撮像装置は、超音波探触子に装着される参照変形体と被検体との境界を超音波画像において検出し、前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記超音波探触子が前記被検体を圧迫する際の圧迫適正範囲及び初期位置の少なくとも１つを算出し、前記圧迫適正範囲を示す圧迫ライン及び前記初期位置を示す初期位置ラインの少なくとも１つを前記超音波画像における前記超音波探触子の圧迫方向に設定する。

本発明は、簡易に参照変形体の圧迫状態や装着状態を把握でき、操作者の負担を減らすことができる超音波探触子及び超音波画像撮像装置を提供する。

本実施の形態に係る超音波画像撮像装置を示すブロック図である。 本実施の形態に係る超音波画像撮像装置のライン設定部の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るＢモード画像（超音波画像）を示す図である。 参照変形体の装着状態とＢモード画像（超音波画像）との関係を示す図である。 初期位置ライン及び初期圧力限界ラインが設定されたＢモード画像（超音波画像）を示す図である。 所定の初期圧力が与えられた状態の初期位置を表す初期位置ラインが設定されることを示す図である。 超音波ゼリーが境界に部分的に混入したことや超音波探触子の音響放射面上から参照変形体がずれたことを示す図である。 初期位置ラインを挟む位置に複数の初期圧力限界ラインが設定されることを示す図である。 初期位置ライン、圧迫ライン、及び初期圧力限界ラインが設定されることを示す図である。 圧力の位置、圧力の方向、及び圧力の大きさの少なくとも１つを表すマークが設定されることを示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る超音波画像撮像装置について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波画像撮像装置を示すブロック図である。超音波画像撮像装置は、超音波を利用して被検体の診断部位について断層画像を得るとともに生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性画像を表示するものである。

図1に示すように、超音波画像撮像装置は、超音波送受信制御回路１と、送信回路２と、超音波探触子３と、受信回路４と、整相加算回路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・歪み演算部９と、弾性情報演算部１０と、弾性データ処理部１１と、カラースキャンコンバータ１２と、切替加算部１３と、画像表示器１４と、圧力演算部１５と、参照変形体１６と、ライン設定部１５０とを備える。

超音波探触子３は、多数の振動子を短冊状に配列して形成されたものであり、機械的又は電子的にビーム走査を行って、被検体に超音波を送信及び受信する。超音波探触子３には、超音波の発生源であるとともに反射エコーを受信する振動子が内蔵されている。各振動子は、一般に、入力されるパルス波又は連続波の送波信号を超音波に変換して発射する機能と、被検体の内部から発射する反射エコーを電気信号（反射エコー信号）に変換して出力する機能を有する。

弾性画像を表示するための圧迫動作は、超音波探触子３が被検体を圧迫して診断部位の体腔内に応力分布を与えることにより行われる。超音波探触子３の超音波送受信面には、参照変形体１６が装着されている。参照変形体１６を被検体の体表に接触させることで、被検体が圧迫される。

超音波送受信制御回路1は、超音波を送信及び受信するタイミングを制御する。送信回路２は、超音波探触子３を駆動して超音波を発生させるための送波パルスを生成するとともに、内蔵された送波整相加算回路によって、送信される超音波の収束点をある深さに設定する。受信回路４は、超音波探触子３で受信した反射エコー信号を所定のゲインで増幅する。増幅された各振動子の数に対応した数の反射エコー信号が整相加算回路５に入力される。整相加算回路５は、受信回路４で増幅された反射エコー信号の位相を制御し、ＲＦ信号フレームデータを形成する。

信号処理部６は、整相加算回路５からの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、及びフィルタ処理などの各種信号処理を行う。

白黒スキャンコンバータ７は、信号処理部６から出力されるＲＦ信号フレームデータを超音波周期で取得し、ＲＦ信号フレームデータを表示するために、テレビジョン方式の周期で読み出すための断層走査部及びシステム制御部を備える。例えば、白黒スキャンコンバータ７は、信号処理部６からのＲＦ信号フレームデータをディジタル信号に変換するA／D変換器と、A／D変換器でディジタル化された断層画像データを時系列に記憶する複数枚のフレームメモリと、これらの動作を制御するコントローラなどを含む。

画像表示器１４は、白黒スキャンコンバータ７によって得られた時系列の断層画像データ（すなわち、断層画像）を表示する。画像表示器１４は、切替加算部１３を介して白黒スキャンコンバータ７から出力される画像データをアナログ信号に変換するD／A変換器と、D／A変換器からアナログビデオ信号を入力して画像として表示するカラーテレビモニタとを含む。

整相加算回路５の出力側から分岐して、ＲＦ信号フレームデータ選択部８と、変位・歪み演算部９と、弾性情報演算部１０とが設けられる。また、弾性情報演算部１０の後段には、弾性データ処理部１１とカラースキャンコンバータ１２とが設けられる。また、白黒スキャンコンバータ７とカラースキャンコンバータ１２との出力側には、切替加算部１３が設けられる。

ＲＦ信号フレームデータ選択部８は、整相加算回路５から出力されるＲＦ信号フレームデータをＲＦ信号フレームデータ選択部8内に備えられたフレームメモリ内に順次確保し（現在確保されたＲＦ信号フレームデータを“ＲＦ信号フレームデータN”とする）、超音波画像撮像装置の制御命令に従って時間的に過去のＲＦ信号フレームデータN−１，N−２，N−３・・・N−Mの中から１つのＲＦ信号フレームデータを選択し（選択されたＲＦ信号フレームデータを“ＲＦ信号フレームデータX”とする）、変位・歪み演算部９に１組のＲＦ信号フレームデータNとＲＦ信号フレームデータXを出力する機能を有する。なお、整相加算回路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、整相加算回路５から出力される信号は、ＲＦ信号を複素復調したI，Q信号の形式になった信号であってもよい。

変位・歪み演算部９は、ＲＦ信号フレームデータ選択部８によって選択された1組のＲＦ信号フレームデータに基づいて１次元又は２次元の相関処理を実行し、断層画像上の各計測点の変位又は移動ベクトル（変位の方向と大きさ）を計測し、変位フレームデータと相関フレームデータを生成し、変位フレームデータから歪みを演算する。歪みの演算については、例えば、その変位を空間微分することによって計算上で求めることができる。この移動ベクトルの検出法としては、例えば、特許文献1に記載されたようなブロック・マッチング法やグラジェント法がある。ブロック・マッチング法は、画像を例えばN×N画素からなるブロックに分け、現フレーム中の着目しているブロックにもっとも近似しているブロックを前フレームから探索し、これらを参照して符号化を行うものである。

弾性情報演算部１０は、変位・歪み演算部９から出力される歪み情報と圧力演算部１５から出力される圧力情報とから弾性率を演算して、弾性率の数値データ（弾性フレームデータ）を生成し、弾性データ処理部１１とカラースキャンコンバータ１２に出力する。弾性率の１つである、ヤング率Ymの演算については、以下の式（１）に示すように、各演算点における応力（圧力）を各演算点における歪みで除することにより求められる。以下の式（１）において、i，jの指標は、フレームデータの座標を表す。

Ymi，j＝圧力（応力）i，j／（歪みi，j） （i，j＝1，2，3，…）・・・・・（１）

ここで、被検体に加えられた圧力は、圧力演算部１５にて計測される。圧力演算部１５は、ＲＦ信号フレームデータを用いて被検体（又は、被検体の診断部位）と参照変形体１６との境界を検出し、ＲＦ信号フレームデータにおける境界の座標を境界座標データとする。そして、圧力演算部１５は、境界座標データを用いてＲＦ信号フレームデータにおける参照変形体１６からのＲＦ信号を抽出し、被検体と参照変形体１６の境界に与えられた圧力を演算する。つまり、圧力演算部１５は、弾性率が既知である参照変形体１６の変位に基づいて、被検体に加わる圧力を演算する。なお、弾性データ処理部１１は、算出された弾性フレームデータに座標変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、及び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行う。

ライン設定部１５０は、ＲＦ信号フレームデータを用いて被検体（又は、被検体の診断部位）と参照変形体１６との境界を検出し、圧迫適正範囲を示す圧迫ラインを超音波画像に設定する。また、ライン設定部１５０は、参照変形体１６の境界に基づいて、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）の圧迫範囲を検出し、圧迫範囲が所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。

被検体圧迫機構１７は、モータやワイヤなどにより超音波探触子３を上下方向に移動させ、被検体を加圧する。なお、操作者が超音波探触子３を上下方向に手動で移動させてもよい。

図２は、本実施の形態に係る超音波画像撮像装置のライン設定部１５０の一例を示すブロック図である。図２に示すように、ライン設定部１５０は、輝度に基づいてＲＦ信号から参照変形体１６の境界を検出する境界検出部１５１と、参照変形体１６の厚さ及び弾性特性（例えば、弾性率）の少なくとも１つに基づいて、圧迫ラインを算出して画像表示器１４に表示するライン算出部１５２と、被検体に対する超音波探触子３（又は、参照変形体１６）の圧迫により、参照変形体１６の境界が圧迫ラインを基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する警報出力部１５４とを備える。

次に、本実施の形態に係る超音波画像について、図面を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る超音波画像を示す図である。参照変形体１６が超音波探触子３に装着され、参照変形体１６を被検体に当接することにより断層画像が取得され、参照変形体１６で被検体を圧迫することにより弾性画像が取得される。また、画像表示器１４は断層画像と弾性画像を重畳して表示することができる。また、画像表示器１４は圧力演算部１５により演算された圧力分布を断層画像又は弾性画像に重畳して表示することができる。この場合、画像にＲＯＩを設定して、圧力演算部１５がＲＯＩ内の圧力を演算し、画像表示器１４はＲＯＩ内の圧力又は圧力分布を表示してもよい。

図３（ａ）に示すように、参照変形体１６が超音波探触子３に装着され、Ｂモード画像（断層画像）１９が画像表示器１４に表示される。画像表示器１４の画面上には、参照変形体１６が被検体のＢモード画像（超音波画像）１９とともに画像表示器１４に表示される。参照変形体１６は高輝度でＢモード画像（超音波画像）１９に表示される部材を含むので、参照変形体１６とＢモード画像（超音波画像）１９との境界１８が画像表示器１４に表示される。

ライン設定部１５０は、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）が被検体を圧迫する際の圧迫適正範囲を示す上ライン２０と下ライン２１を設定する。設定された上ライン２０と下ライン２１は境界１８を基準として画像表示器１４に表示される。境界１８が上ライン２０と下ライン２１との範囲内で圧迫及び非圧迫を繰り返すことにより、参照変形体１６から被検体に加えられる圧力値が設定範囲内となり、適正な圧迫状態を維持することができ、適切な弾性画像を得ることができる。

このように、ライン設定部１５０は、超音波探触子３に装着される参照変形体１６と被検体との境界１８をＢモード画像（超音波画像）１９において検出し、参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、超音波探触子３が被検体を圧迫する際の圧迫適正範囲を算出し、圧迫適正範囲を示す圧迫ライン（下ライン２１）を、Ｂモード画像（超音波画像）１９における超音波探触子３の圧迫方向（境界１８の深度方向）に設定する。また、ライン設定部１５０は、境界１８を挟む位置に複数の圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）を設定する。図３（ａ）では、境界１８が上ライン２０と下ライン２１の中間位置に位置するように、上ライン２０及び下ライン２１が設定される。なお、超音波探触子３の圧迫方向は、超音波探触子３を圧迫部位に対して押し付ける方向及び引く方向の両方を含む概念である。

図３（ａ）に示すように、参照変形体１６の非圧迫状態で、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置（初期位置）を検出し、ライン算出部１５２が参照変形体１６の厚さ及び弾性特性（例えば、弾性率）の少なくとも１つに基づいて圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）を算出してＢモード画像（超音波画像）１９に表示する。例えば、圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の設定位置は、参照変形体１６の厚さに対して決定され、参照変形体１６の厚さの５０％の距離で初期位置から圧迫方向（深度方向）に設定されてもよい。

圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の設定位置は固定される。なお、圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の設定位置は操作部からの入力により調整されてもよい。また、ライン算出部１５２は、変位・歪み演算部９から出力される歪み情報と圧力演算部１５から出力される圧力情報とから演算される弾性情報（例えば、弾性率）を弾性情報演算部１０から入力し、弾性情報に基づいて圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の設定位置を調整してもよい。例えば、ライン算出部１５２は、弾性情報演算部１０から入力される圧迫部位の弾性情報に基づいて、硬い部位を圧迫する場合は上ライン２０を圧迫方向（深度方向）のより浅い位置に設定し、柔らかい部位を圧迫する場合は上ライン２０を圧迫方向（深度方向）のより深い位置に設定してもよい。また、ライン算出部１５２は、弾性情報演算部１０から入力される圧迫部位の弾性情報に基づいて、硬い部位を圧迫する場合は下ライン２１を圧迫方向（深度方向）のより深い位置に設定し、柔らかい部位を圧迫する場合は下ライン２１を圧迫方向（深度方向）のより浅い位置に設定してもよい。また、参照変形体１６の弾性特性（例えば、硬さを表すヤング率）に応じて、参照変形体１６が圧迫部位の硬さよりも軟らかい場合は、参照変形体１６をより強く圧迫部位に圧迫しなければ圧迫部位に変位が生じない場合があるので、ライン算出部１５２は、弾性情報演算部１０から入力される圧迫部位の弾性情報及び参照変形体１６の弾性特性の少なくとも１つに基づいて、硬い部位を圧迫する場合は上ライン２０を圧迫方向（深度方向）のより浅い位置に設定し、柔らかい部位を圧迫する場合は上ライン２０を圧迫方向（深度方向）のより深い位置に設定してもよい。

圧迫部位及び参照変形体の硬さに応じて、上ライン２０と下ライン２１との距離が調整される。つまり、ライン設定部１５０は、圧迫部位の弾性情報及び参照変形体１６の弾性特性の少なくとも１つに基づいて圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の設定位置を調整する。

図３（ｂ）は、体腔内に超音波探触子３を挿入した場合のＢモード画像（断層画像）１９を示す図である。体腔内に超音波探触子３が挿入されると、参照変形体１６に圧力がかかり、参照変形体１６の厚さが小さくなる。この場合、境界１８は、上ライン２０と下ライン２１の中央位置（境界１８の初期位置）より上ライン２０側に近づく。弾性画像を撮像する際、被検体に加える圧力を周期的に変化させることが望ましい。圧力を被検体に対して押し付ける方向及び引く方向へ周期的に変化させる場合（圧迫及び非圧迫を繰り返す場合）、境界１８が上ライン２０と下ライン２１の間（適正圧迫範囲）で変化するように、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）から被検体に周期的圧迫を加えることで、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）による周期的圧迫が設定範囲内となり、適正な圧迫状態を維持することができ、適切な弾性画像を得ることができる。

なお、境界１８の初期位置は操作部からの入力により調整されてもよい。例えば、超音波探触子３が体腔内に挿入されて、圧力０ｋＰａを計測した位置を初期位置として設定してもよい。また、図３（ｂ）に示すように、超音波探触子３が体腔内に挿入されて圧迫部位に押圧された状態における境界１８の位置が初期位置として設定されてもよい。この場合、参照変形体１６の押圧状態で、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置（初期位置）を検出し、ライン算出部１５２が境界１８の初期位置を基準として圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）を算出してＢモード画像（超音波画像）１９に表示する。つまり、ライン設定部１５０は、参照変形体１６の非圧迫状態又は押圧状態で境界１８の位置を初期位置として検出し、初期位置を基準として圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）を設定する。

図３（ｃ）は、体腔内に超音波探触子３を挿入し、圧迫部位へ強く押し付けた場合のＢモード画像（断層画像）１９を示す図である。図３（ｂ）に比べ、参照変形体１６の厚さが小さくなっており、境界１８は上ライン２０を超えている。この場合、操作者は、超音波探触子３が圧迫部位に過度に強く押し付けていることを視覚的に把握することができるので、境界１８が上ライン２０と下ライン２１の間（適正圧迫範囲）で変化するように、圧力を弱める必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に参照変形体１６の圧迫状態を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

警報出力部１５４は、被検体に対する超音波探触子３の圧迫により、境界１８が圧迫ライン（上ライン２０と下ライン２１）を基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。例えば、境界１８が、所定の回数以上、圧迫ライン（上ライン２０と下ライン２１）を超えた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。また、境界１８が、所定の距離以上、圧迫ライン（上ライン２０と下ライン２１）を超えた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。

以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

上記では、ライン設定部１５０が境界１８の初期位置を基準として圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）を設定し、簡易に参照変形体１６の圧迫状態が把握されたが、ライン設定部１５０は、既知である参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて初期位置ラインを予め設定し、簡易に参照変形体１６の装着状態が把握されてもよい。

図４は、参照変形体１６の装着状態と超音波画像との関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、参照変形体１６は超音波探触子３に被せられて装着される。参照変形体１６が適切に装着された場合は、図４（ｂ）に示すように、参照変形体１６の非圧迫状態で適切な厚さが確保される。一方、参照変形体１６は弾性が高い（柔らかい）素材で作成されるので、操作者が無意識のうちに参照変形体１６を過度に引き伸ばした状態で超音波探触子３に装着することがある。この場合、図４（ｃ）に示すように、参照変形体１６が非圧迫状態で変形し既に歪みが生じており、適切な厚さが確保されなくなるので、参照変形体１６の変位に基づく圧力の演算が適切に行えなくなる。

図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、ライン設定部１５０は、超音波探触子３に装着される前の参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、超音波探触子３が被検体を圧迫する際の初期位置を算出し、初期位置を示す初期位置ライン３１をＢモード画像（超音波画像）１９に設定する。参照変形体１６が適切に装着された場合は、４（ｄ）に示すように、ライン設定部１５０により設定された初期位置ライン３１と参照変形体１６の境界１８の位置が一致する。一方、参照変形体１６が適切に装着されなかった場合は、４（ｅ）に示すように、参照変形体１６が非圧迫状態で変形し既に歪みを生じているので、ライン設定部１５０により設定された初期位置ライン３１と参照変形体１６の境界１８の位置が一致しない。この場合、操作者は、参照変形体１６が超音波探触子３に適切に装着されていないことを視覚的に把握することができるので、参照変形体１６の境界１８の位置が一致するように、参照変形体１６を超音波探触子３に適切に装着する必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に参照変形体１６の装着状態を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

ライン算出部１５２が参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、初期位置ライン３１を算出して画像表示器１４に表示し、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置を検出し、警報出力部１５４は、境界１８が初期位置ライン３１を基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。例えば、境界１８が、所定の距離以上、初期位置ライン３１から離れた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。また、参照変形体１６が適切に装着されなかった場合は、参照変形体１６が部分的に変形する場合があるので、警報出力部１５４は、境界１８と初期位置ライン３１との深度方向距離を算出し、深度方向距離が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。また、警報出力部１５４は、境界１８と初期位置ライン３１との深度方向距離を積分し、積分値が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。

また、図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、ライン設定部１５０は、参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、初期位置ライン３１を基準に、参照変形体１６の変形限界を示す限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）を設定してもよい。限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）の設定位置は、参照変形体１６の厚さに対して決定され、例えば、参照変形体１６の厚さの５０％の距離で初期位置ライン３１から圧迫方向（深度方向）に設定されてもよい。

ライン算出部１５２が参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）を算出して画像表示器１４に表示し、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置を検出し、警報出力部１５４は、境界１８が限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）を基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。例えば、境界１８が、所定の距離以上、限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）から離れた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。また、参照変形体１６が適切に装着されなかった場合は、参照変形体１６が部分的に変形する場合があるので、警報出力部１５４は、境界１８と限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）との深度方向距離を算出し、深度方向距離が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。また、警報出力部１５４は、境界１８と限界ライン（上限ライン１２０及び下限ライン１２１）との深度方向距離を積分し、積分値が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。

図５に示すように、ライン設定部１５０は、超音波探触子３に装着される前の参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、参照変形体１６に与えられる初期圧力の限界を示す初期圧力限界ライン２３をＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。図５（ａ）に示すように、非圧迫状態では、初期位置ライン３１と参照変形体１６の境界１８の位置が一致する。図５（ｂ）に示すように、体腔内に超音波探触子３が挿入されると、操作者が圧迫動作を行わなくても、参照変形体１６に圧力（初期圧力）がかかり、参照変形体１６の厚さが小さくなる。図５（ｃ）に示すように、初期圧力が大きくなると、参照変形体１６の厚さが小さくなり、境界１８は初期圧力限界ライン２３を超える。この場合、操作者は、参照変形体１６に初期圧力が過度に与えられていることを視覚的に把握することができるので、境界１８が初期位置ライン３１と初期圧力限界ライン２３の間（適正初期圧力範囲）に位置するように、圧力を弱める（例えば、超音波探触子３を圧迫部位に対して引く方向に移動させる）必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に圧迫状態（初期圧力状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

図６に示すように、ライン設定部１５０は、超音波探触子３に装着される前の参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、所定の初期圧力が参照変形体１６に与えられた状態における境界１８の初期位置を算出し、所定の初期圧力が与えられた状態の初期位置を示す初期位置ライン３１をＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。また、ライン設定部１５０は、所定の初期圧力が与えられた状態の初期位置ライン３１を基準に、初期圧力限界ライン２３をＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。

所定の初期圧力が与えられた状態の初期位置を示す初期位置ライン３１が設定された場合、図６（ａ）に示すように、非圧迫状態では初期圧力が与えられていないので、参照変形体１６の境界１８は初期位置ライン３１より圧迫方向（深度方向）の深い位置に位置する。図６（ｂ）に示すように、体腔内に超音波探触子３が挿入され、参照変形体１６に初期圧力が与えられると、参照変形体１６に圧力（初期圧力）がかかり、参照変形体１６の厚さが小さくなる。この場合、参照変形体１６の境界１８が初期位置ライン３１に一致すると、所定の初期圧力が参照変形体１６に与えられた状態になる。参照変形体１６の境界１８が初期位置ライン３１に一致すると、操作者は、参照変形体１６に所定の初期圧力が与えられていることを視覚的に把握することができる。したがって、操作者は簡易に圧迫状態（初期圧力状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。図６（ｃ）に示すように、初期圧力が大きくなると、参照変形体１６の厚さが小さくなり、境界１８は初期圧力限界ライン２３を超える。この場合、操作者は、参照変形体１６に初期圧力が過度に与えられていることを視覚的に把握することができるので、境界１８が初期位置ライン３１に一致するように、圧力を弱める（例えば、超音波探触子３を圧迫部位に対して引く方向に移動させる）必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に圧迫状態（初期圧力状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

また、参照変形体１６を超音波探触子３に装着する場合、参照変形体１６と超音波探触子３の境界２４に超音波ゼリーが塗布されることがある。図７（ａ）に示すように、超音波ゼリー２５が境界２４に均等に塗布されず、境界２４に部分的に混入した場合、参照変形体１６が変形し歪み２６が生じる。歪み２６が生じた場合、適切な厚さが確保されなくなるので、参照変形体１６の変位に基づく圧力の演算が適切に行えなくなる。また、図７（ｂ）に示すように、体腔内に超音波探触子３が挿入される場合、個体によって体腔内圧が異なることから、超音波探触子３の音響放射面上から参照変形体１６がずれることがある。超音波探触子３の音響放射面から参照変形体１６がずれた場合、歪み比や圧迫部位に加わっている圧力を正確に計測することができなくなる。

図７に示す場合、操作者は、超音波ゼリー２５が境界２４に部分的に混入し、参照変形体１６が変形し歪み２６が生じたことや超音波探触子３の音響放射面上から参照変形体１６がずれたことを視覚的に把握することができる。したがって、操作者は簡易に参照変形体１６の装着状態（超音波ゼリー塗布状態や参照変形体ずれ状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

ライン算出部１５２が参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、初期位置ライン３１を算出して画像表示器１４に表示し、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置を検出し、警報出力部１５４は、境界１８が初期位置ライン３１を基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。例えば、境界１８と初期位置ライン３１の深度方向距離の最小値及び最大値の差が所定の閾値を超えた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。また、警報出力部１５４は、境界１８と初期位置ライン３１との深度方向距離を算出し、深度方向距離の統計値（分散や偏差など）が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。また、警報出力部１５４は、境界１８と初期位置ライン３１との深度方向距離を積分し、積分値が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。

図８に示すように、ライン設定部１５０は、所定の初期圧力が参照変形体１６に与えられた状態の初期位置ライン３１を挟む位置に複数の初期圧力限界ライン（上限ライン２８及び下限ライン２９）をＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。

所定の初期圧力が与えられた状態の初期位置を示す初期位置ライン３１が設定された場合、図８（ａ）に示すように、非圧迫状態では初期圧力が与えられていないので、参照変形体１６の境界１８は初期位置ライン３１より圧迫方向（深度方向）の深い位置で初期位置ライン３１と下限ライン２９の間（適正初期位置範囲）に位置する。図８（ｂ）に示すように、体腔内に超音波探触子３が挿入され、参照変形体１６に初期圧力が与えられると、参照変形体１６に圧力（初期圧力）がかかり、参照変形体１６の厚さが小さくなる。この場合、参照変形体１６の境界１８が初期位置ライン３１に一致すると、所定の初期圧力が参照変形体１６に与えられた状態になる。参照変形体１６の境界１８が初期位置ライン３１に一致すると、操作者は、参照変形体１６に所定の初期圧力が与えられていることを視覚的に把握することができる。したがって、操作者は簡易に圧迫状態（初期圧力状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。図８（ｃ）に示すように、初期圧力が大きくなると、参照変形体１６の厚さが小さくなり、境界１８は上限ライン２８を超える。この場合、操作者は、参照変形体１６に初期圧力が過度に与えられていることを視覚的に把握することができるので、境界１８が初期位置ライン３１に一致するように、圧力を弱める（例えば、超音波探触子３を圧迫部位に対して引く方向に移動させる）必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に圧迫状態（初期圧力状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

図８（ｄ）に示すように、超音波ゼリー２５が境界２４に均等に塗布されず、境界２４に部分的に混入した場合、参照変形体１６が変形し歪み２６が生じる。歪み２６が生じた場合、適切な厚さが確保されなくなるので、参照変形体１６の変位に基づく圧力の演算が適切に行えなくなる。この場合、操作者は、超音波ゼリー２５が境界２４に部分的に混入し、参照変形体１６が変形し歪み２６が生じたことや超音波探触子３の音響放射面上から参照変形体１６がずれたことを視覚的に把握することができる。したがって、操作者は簡易に参照変形体１６の装着状態（超音波ゼリー塗布状態や参照変形体ずれ状態）を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

ライン算出部１５２が参照変形体１６の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、初期位置ライン３１を算出して画像表示器１４に表示し、境界検出部１５１が参照変形体１６の境界１８の位置を検出し、警報出力部１５４は、境界１８が複数の初期圧力限界ライン（上限ライン２８及び下限ライン２９）の少なくとも１つを基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する。例えば、境界１８と上限ライン２８（又は、下限ライン２９）の深度方向距離が所定の閾値を超えた場合に、警報出力部１５４は警報を出力する。また、警報出力部１５４は、境界１８と上限ライン２８（又は、下限ライン２９）との深度方向距離を算出し、深度方向距離の統計値（分散や偏差など）が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。また、警報出力部１５４は、境界１８と上限ライン２８（又は、下限ライン２９）との深度方向距離を積分し、積分値が所定の閾値を超えた場合に警報を出力してもよい。

図９に示すように、ライン設定部１５０は、初期位置ライン３１（又は、境界１８）から深度方向（圧迫方向）の少なくとも一方に、圧迫ライン、初期位置ライン、限界ライン、及び初期圧力限界ラインのうち複数のラインを設定してもよい。図９では、初期位置ライン３１が設定され、初期位置ライン３１の上側（上ライン２０側）に初期圧力限界ライン（上限ライン２８）が設定され、初期位置ライン３１の下側（下ライン２１側）に初期圧力限界ライン（下限ライン２９）が設定されている。超音波探触子３（又は、参照変形体１６）が被検体を圧迫する際に、初期圧力は初期圧力限界ライン（上限ライン２８及び下限ライン２９）の適正初期位置範囲で制御され、圧迫ライン（上ライン２０及び下ライン２１）の適正圧迫範囲で制御される。

図１０に示すように、ライン設定部１５０は、Ｂモード画像（超音波画像）１９における参照変形体１６の厚さ、弾性特性、及び境界形状の少なくとも１つに基づいて、参照変形体１６における所定の圧力を与える位置、圧力の方向、及び圧力の大きさの少なくとも１つを算出し、圧力の位置、圧力の方向、及び圧力の大きさの少なくとも１つを示すマークをＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。図１０（ａ）に示すように、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）が被検体を圧迫する際、圧迫部位の硬さや大きさによって参照変形体１６が部分的に変形し、参照変形体１６から圧迫部位へ与える圧力の位置、圧力の方向、及び圧力の大きさが一定でない場合がある。この場合、ライン設定部１５０は、Ｂモード画像（超音波画像）１９における参照変形体１６の厚さ、弾性特性、及び境界１８の境界形状の少なくとも１つに基づいて、参照変形体１６における所定の圧力（例えば、最大圧力）を与える位置、圧力の方向、及び圧力の大きさを算出し、圧力の位置を示すポイント３５、圧力の方向を示す矢印３６、及び圧力の大きさを示す矢印３６の長さの少なくとも１つをＢモード画像（超音波画像）１９に設定する。

また、図１０（ｂ）に示すように、参照変形体１６及び圧迫部位にＲＯＩ（関心領域）３７，３８を設定して、圧力演算部１５がＲＯＩ３７，３８内の圧力を演算し、画像表示器１４はＲＯＩ内の圧力又は圧力分布を表示してもよい。この場合、操作者は、圧力の方向を示す矢印３６などにより、所定の圧力（例えば、最大圧力）がＲＯＩ３７，３８に与えられているか否かを視覚的に把握することができるので、例えば、圧力の方向を示す矢印３６がＲＯＩ３７，３８を通過していない場合は、圧力の方向を示す矢印３６がＲＯＩ３７，３８を通過するように、超音波探触子３（又は、参照変形体１６）を移動させたり、圧迫方向を変えたりする必要があることを視覚的に判断することができる。したがって、操作者は簡易に参照変形体１６の圧迫状態を把握でき、操作者の負担を減らすことができる。

圧迫ライン２０，２１、初期位置ライン３１、限界ライン１２０，１２１、及び初期圧力限界ライン２３，２８，２９は、超音波画像撮像装置の撮像開始から画像表示器１４に表示されてもよいし、操作部で表示／非表示を切り替えることにより表示／非表示されてもよい。また、ライン設定部１５０は、境界１８の移動を検出し、境界１８の移動が所定の条件を満たす場合に超音波探触子３（又は、参照変形体１６）の圧迫動作を認識し、圧迫動作が認識された場合に圧迫ライン２０，２１、初期位置ライン３１、限界ライン１２０，１２１、及び初期圧力限界ライン２３，２８，２９の少なくとも１つをＢモード画像（超音波画像）１９に設定してもよい。例えば、ライン設定部１５０は、検出された境界１８の振動運動（振動数、周波数、振幅など）を検出し、所定の時間内に一定の振動運動を繰り返した場合に圧迫動作を認識し、圧迫ライン２０，２１を画像表示器１４に表示してもよい。

また、Ｂモード画像の他に、弾性画像などの超音波画像にも、圧迫ライン２０，２１、初期位置ライン３１、限界ライン１２０，１２１、及び初期圧力限界ライン２３，２８，２９などが設定されてもよい。

また、参照変形体１６の輝度は、被検体の診断部位の輝度との輝度差により参照変形体１６の境界１８が判別できればよく、被検体の診断部位の輝度よりも高輝度でもよく低輝度でもよい。被検体の診断部位に応じて参照変形体１６の輝度を選択するために、参照変形体１６の材料は適宜選択されてもよい。

本発明は、参照変形体が超音波探触子の超音波送受信面からズレるのを抑制するとともに、患者への痛みを軽減することができ、体腔内に挿入する参照変形体、超音波探触子、及び超音波画像撮像装置などとして有用である。

１ 超音波送受信制御回路
２ 送信回路
３ 超音波探触子
４ 受信回路
５ 整相加算回路
６ 信号処理部
７ 白黒スキャンコンバータ
８ ＲＦ信号フレームデータ選択部
９ 変位・歪み演算部
１０ 弾性情報演算部
１１ 弾性データ処理部
１２ カラースキャンコンバータ
１３ 切替加算部
１４ 画像表示器
１５ 圧力演算部
１６ 参照変形体
１５０ ライン設定部
１５１ 境界検出部
１５２ ライン算出部
１５４ 警報出力部

Claims (13)

1. 超音波探触子に装着される参照変形体と被検体との境界を超音波画像において検出し、前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記超音波探触子が前記被検体を圧迫する際の圧迫適正範囲及び初期位置の少なくとも１つを算出し、前記圧迫適正範囲を示す圧迫ライン及び前記初期位置を示す初期位置ラインの少なくとも１つを前記超音波画像における前記超音波探触子の圧迫方向に設定するライン設定部を備えることを特徴とする超音波画像撮像装置。
2. 前記ライン設定部は、前記境界を挟む位置に複数の前記圧迫ラインを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
3. 前記ライン設定部は、
   輝度に基づいてＲＦ信号から前記境界を検出する境界検出部と、
   前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記圧迫ライン及び前記初期位置ラインの少なくとも１つを算出して画像表示器に表示するライン算出部と、
   前記境界が前記圧迫ライン及び前記初期位置ラインの少なくとも１つを基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する警報出力部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
4. 前記ライン設定部は、圧迫部位の弾性情報及び前記参照変形体の弾性特性の少なくとも１つに基づいて前記圧迫ラインの設定位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
5. 前記ライン設定部は、前記参照変形体の非圧迫状態又は押圧状態で前記境界の位置を前記初期位置として検出し、前記初期位置を基準として前記圧迫ラインを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
6. 前記ライン設定部は、前記超音波探触子に装着される前の前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて前記初期位置を算出し、前記初期位置を示す初期位置ラインを前記超音波画像に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
7. 前記ライン設定部は、前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記初期位置ラインを基準に、前記参照変形体の変形限界を示す限界ラインを設定することを特徴とする請求項６に記載の超音波画像撮像装置。
8. 前記ライン設定部は、
   輝度に基づいてＲＦ信号から前記境界を検出する境界検出部と、
   前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記限界ラインを算出して画像表示器に表示するライン算出部と、
   前記境界が前記限界ラインを基準とする所定の閾値を超えた場合に警報を出力する警報出力部と
   を特徴とする請求項７に記載の超音波画像撮像装置。
9. 前記ライン設定部は、前記超音波探触子に装着される前の前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記参照変形体に与えられる初期圧力の限界を示す初期圧力限界ラインを前記超音波画像に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
10. 前記ライン設定部は、前記超音波探触子に装着される前の前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、所定の前記初期圧力が前記参照変形体に与えられた状態における前記境界の前記初期位置を算出し、前記初期位置を示す初期位置ラインを前記超音波画像に設定し、前記初期位置ラインを基準に前記初期圧力限界ラインを前記超音波画像に設定することを特徴とする請求項９に記載の超音波画像撮像装置。
11. 前記ライン設定部は、前記超音波画像における参照変形体の厚さ、弾性特性、及び境界形状の少なくとも１つに基づいて、前記参照変形体において所定の圧力を与える位置、圧力の方向、及び圧力の大きさの少なくとも１つを算出し、前記位置、前記方向、及び前記大きさの少なくとも１つを示すマークを前記超音波画像に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
12. 前記ライン設定部は、前記境界の移動を検出し、前記境界の移動が所定の条件を満たす場合に前記超音波探触子の圧迫動作を認識し、前記圧迫動作が認識された場合に前記圧迫ライン及び前記初期位置ラインの少なくとも１つを前記超音波画像に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波画像撮像装置。
13. 超音波探触子に装着される参照変形体と被検体との境界を超音波画像において検出し、前記参照変形体の厚さ及び弾性特性の少なくとも１つに基づいて、前記超音波探触子が前記被検体を圧迫する際の圧迫適正範囲及び初期位置の少なくとも１つを算出し、前記圧迫適正範囲を示す圧迫ライン及び前記初期位置を示す初期位置ラインの少なくとも１つを前記超音波画像における前記超音波探触子の圧迫方向に設定することを特徴とする超音波画像撮像方法。

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