JPH0417842A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH0417842A
JPH0417842A JP12236090A JP12236090A JPH0417842A JP H0417842 A JPH0417842 A JP H0417842A JP 12236090 A JP12236090 A JP 12236090A JP 12236090 A JP12236090 A JP 12236090A JP H0417842 A JPH0417842 A JP H0417842A
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Kiyoshi Nakayama
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 生体組織の弾性特性を算出表示するための手段を備えた
超音波診断装置に関し、 パルスドプラ法によって得られた各深さにおけるm織の
変位速度を深さ方向に微分することによって、組織の伸
び縮みの度合いを示す「ずり速度」を算出表示すること
を目的とし、 被検体内の同一方向に複数回超音波パルスを送信し、該
同一方向から受信された複数本を受信信号を使って、各
深さに於ける被検体内組織の変位速度を検出する速度検
出手段と、該検出した速度を深さ方向に微分する深さ方
向微分手段と、前記深さ方向微分手段によって得られた
ずり速度の実効値を算出する実効値算出手段と、前記深
さ方向微分手段シこよって得られたずり速度を時間と深
さの二次元関数、又は、空間的な二次元分布像として、
また、前記実効値算出手段によって得られた結果を数値
として表示するための表示手段を有する構成とする。
[産業上の利用分野] 本発明は、パルスドプラ法によって得ろれた各深さ乙こ
おける組織の変位速度を深さ方向に微分すること乙こよ
って、組織の伸び縮みの度合いを示す弾性的徂識特性を
算出表示する超音波診断装置に関するものである。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題]従来、組
織の弾性的特性を表示する超音波診断装置として、第7
図のように生体外部から低周波振動を加え、生体内部を
伝播する振動波の振幅と位相分布を計測しようとするも
の(第52回日本超音波医学会論文集52−143  
P2S5−288、及び、第53回日本超音波医学会論
文集53−83.P271−272)や、第8図のよう
に解析信号の空間相関関数を用いた不拘−Mi織の微小
変位の計測をしようとするもの(第54回日本超音波医
学会論文集54−116.P2S5−360)が提案さ
れている。
第7図は、低周波振動を加えた時に、生体内部を伝播す
る振動波の振動振幅と位相分布の計測するためのプロー
ブ位置と機械的振動子の位置関係を示したものである。
機械的振動子2oは、平板21を通して、媒体19に周
波数10kHzがら1kHz程度を振動を加える。また
、プローブ11から送波された超音波パルスは媒体内部
で反射し、同プローブ11で受信される。この受信信号
を使って、振動波22の振動振幅と位相分布を求めよう
とするのが、第7図である。23は、プローブと体表と
の間のコンタクト剤、24は、機械的振動子20の振動
を吸収するためのスプリングである。
第8図は、解析信号の二次元相関関数を用いた組織変位
を計測する方法である。第8図において11は、超音波
を送受信するだめの超音波プローブで、送受信回路10
につながっている。1゜は、ビームフォーマ等を含む送
受信回路で、プロワ11の構成要素である振動子群を駆
動するための1言号を生成したり、各振動子で受信され
た信号から特定方向にフォーカスした受信信号1を生成
する。受信信号Iは、次段の解析信号生成手段12二こ
送られる。12では、受信信号をxr(t)とすると、
xr(t)と直交する信号xi(t)を生成し、複素信
号Z (t) =xr(t) −1−j xi(t)を
メモリ13乙こ格納する。13は、全ての走査線乙こ対
応する受信複素信号z(t)を複数フレーム分層上格納
する。
ここで、あるフレームに於ける、走査線m、深さn!こ
左コける二次元複素信号データをA (m、n)=Ar
(m、n)−= jAi(m、n)式(1) と表現する。また、別のフレームに於ける、走査線m、
深さn4こ於ける二次元複素信号データをB (m、n
)=Br(m、n)+jBi(m、n)式(2) と表現すると、(m、n)の周りでの二次元相互相関関
数C(τ、ρ1m、n)は次式で定義できる。
C(τ、ρ1m、n)= <A(m、n)B”  (m+r、n+ρ)>[<  
 l A(m、n)  12 ><  l B(m+r
、n+   ρ )   l  2 >  コ 1″式
(3) ここで、上式中〈 〉は、二次元空間的な平均操作を示
す。上式の最大値を計算し、複素空間で、(1,0)か
らの距離を計算すると変位ベクトルを計算できる。
14は、(3)式の二次元相互相関関数を計算するため
のもので、15は、任意の位置で算出した二次元相互相
関関数を格納するためのメモリである。微小変位検出手
段16は、変位ベクトルを計算し、結果を表示手段17
に送る。各位置で計算された変位ベクトルは、第8図(
b)に示すごとく、ベクトルの傾きを移動方向、ベクト
ルの長さを移動量として表示する。
しか巳、第7図の方法においては、外部から振動を与え
るだめの機械系か必要になり、実用的でないこと、また
、第8図の方法では、二次元相互相関関数を計算するの
に十分に広い領域を必要とするため高い空間分解能を得
ることが難しく、計算処理S工時間がかかるという問題
があった。
ところで、生体内組織では、拍動等の動きによって組織
か変位している。この組織の変位速度は、場所Sこよっ
て硬さが異なるために、−様ではなく、ばらついている
。変位の速度の場所によるばらつき(よ、組織の伸び縮
みを意味する。例えば、ある深さ;こ注目し、この深さ
よりプローブ寄りのところで、プローブに向かう変位速
度が、その深さより4Fl−た位置での変位速度より速
ければ、その深さては、組織が伸びていることを意味す
る。
もし、正常組織よりも硬い異常組織が、正常組織の中に
存在した場合、硬い異常組織内部での変位速度の場所に
よるばらつきは、正常組織のそれに比べて小さいと考え
られる。
本発明は、パルスドプラ法を用いて各場所の組織の変位
速度を検出し、場所による変位速度の変化の度合いを算
出することによって、弾性的特性を表示することを目的
としている。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための具体的手段を第2図と第3図
を使って説明する。
従来、パルスドプラ法を使って血流の速度を検出する方
法が知られている。本発明においては、組織の変位速度
を検出するのにこの手法を用いる。第3図中2は、この
検出方法を説明するブロンクである。
第3図において、2−1〜2−6は直交検波器を構成す
る。従って、ローパスフィルタ(LPF)2−5の出力
は、受信信号1の直交検波出力の実部成分である。また
、ローパスフィルタ(LPF)2−6の出力は、受信信
号1の直交検波出力の虚部成分である。
同一走査線方向に、周期Tの間隔で8回超音波パルスを
送波した時の受信信号の直交検波出力の実部成分を第2
図(a)中、R,、R2,・・・・・・、R9で示す。
同様に、虚部成分を第2図(a)中、II2.・・・・
・・21Nで示す。これらの信号系列は、それぞれメモ
リ2−9.2−10に一旦格納される。こ二て、パルス
ドプラ法を使うと、ある深さ24こだ:するl采さ方向
の変位速度は、以下のように算出することができる。
第2図(a)中の点線矢印で示すように、深さZにおい
て時間方向に読みたりた複素信号系列V、(Z)を v、、(z ) −(R+(z)、・・・・・・ RN
−、(z))−J  (11(z)、 ・・・・・・、
lN−1(1))  弐(4)と表現する。また、周期
Tだけずらして、深さZにおいて時間方向に読みだした
複素信号系列V、。
(z)を Vr、−1(z ) −(R2(Z)、・・・・・・ 
R+(z))J  (lz(z)、=−、IN(z) 
)  式(5)と表現する。
第3図中、複素自己相関器2−11は、上記2つの複素
信号系列の相関係数を算出するものである。即ち、相関
係数Y、(z)は、 Yn  (Z ) =V、、、(z ) v、 ” (
Z)=lYn  (z)lexp (jΔθ、(2))
  式(6)ミYIIR(z ) + J Ynr (
z )        式(7)となる。ここで、°は
複素共役、Y−*(z)は相関係数の実数成分、Ynl
(Z)は相関係数の虚数成分、Δθ、、(z)は、ドプ
ラ効果によって生じた位相差である。
上式より、ドプラシフト周波数fd、、(Z)は、f 
dn (z ) = t a n−’ [Ynl(z)
/Yfi*(z) ]/T/(2π) =Δθ、、(z)/T/(2π)  式(8)となる。
従って、組織の深さ方向の変位速度は、v、、(z) 
−Lfi(z)C/ (2fo )   式(9)とな
る。但し、foは、送信超音波パルスの中心周波数、C
は音速である。
第3図中、速度計算部2−12は、(9)式を計算する
ためのものである。全ての深さについて計算した組織の
深さ方向の変位速度の概念図を第2図(b)に示す。
組織の伸び縮みの度合いを示す弾性的組織パラメータ:
よ、変位速度の場所による変化の度合いで表現できるか
ら、第2図(b)の変位速度を深さ方向二こ微分するこ
とによって得ることができる。我々は、こnをMi礒の
伸び縮みを表す「ずり速度」5(z)として以下のよう
に定義する。
S、、(z)−dv、(z)/dz     弐〇〇)
第21m(b)の変位速度v、(z)を(10)弐のよ
う二こ深さ方向に微分したずり速度S、、(z)を概念
的二こ第2図(C)に示す。
同一走査線方向に送波する回数を増やしく即ち、N回収
玉にする)、ずり速度S、(z)をnn’−1,n÷2
.、、、について繰り返し算出し、ある走査線;こつい
ての時間と深さの二次元関数として、s、、(Z)、S
r+。、(z)、=  を表示することかできる。また
、走査線をスキャンすることによって、各走査線に対し
て得られたSn (z)を空間的二次元分布像を表示す
ることができる。
更に、従来の超音波診断装置のBモード像、Mモード像
と組み合わせて表示することによって、対象部位の伸び
縮みの様子を的確に判断することができるようになる。
また、ある走査線において、深さz=jΔZj=0.1
,2.・・・・・・(ΔZは深さ方向のサンプル間隔)
について計算された(Sn (J) 、  S、。
j)、・・・ )について、深さの範囲CZI 、Zz
コ、時間の範囲[t+、tz]を指定すると、ずり速度
の実効値Pは次式で定義できる。
l        nz   Jz T(r+z−n、+1)ΔZ (jz−j+=1) n
=n+  J” J+(Sn (j)   a v) 
2) ””    式(11)avは、深さの範囲[z
+ 、Zz ]、時間の範囲[t、、t2i内の平均値
で、 ■ nz   J2 Σ  ΣS、(j) T(nz−n++1)ΔZ (jz−J++1)n=n
+  J= L載面 となる。また、簡単のためのa V=Oとして計算して
も良い。但し、t+ =Tn+   Lx =Tnzz
I−JlΔZ % Z 2−J zΔ2である。
(11)弐のようなずり速度の実効値は、組織の弾性的
特性の1つのパラメータとなる。また、(11)式にお
いて、特定の深さZについてのみ、計算りでも良いこと
はいうまでもない。
二作用: 本発明二こよると、組織の弾性的特性であるずり速度を
、ある走査線うこおける時間と深さの二次元的関数、あ
る関心領域におiする空間的な二次元分布像、或いは、
実効値として、従来の超音波診断装置のBモード像、M
モード像と組み合わせて表示されるようになる。これに
よって、Mi織の位置と硬さの度合いの情報を提供でき
るようになる。
〔実施例] 次に、第1図〜第6図を使って本発明を順次説明する。
第1図に、本発明の構成を示す。11は、媒体19に対
して、超音波を送受信するための超音波プローブで、送
受信回路10につながっている。
10は、ビームフォーマ等を含む送受信回路で、プロー
ブ11の構成要素である振動子群を駆動するための信号
杏生成したり、各振動子で受信された信号から特定方向
にフォーカスした受信信号1を生成する。受信信号1は
、速度検出手段2、Bモード像生成手段8、Mモード像
生成手段9の入力になる。10.11.2.8及び9は
、従来の超音波診断装置に備わっているものである。速
度検出手段2は、(9)式を算出するためのもので、直
交検波回路等から構成され、任意の深さに於ける深さ方
向の組織の変位速度を検出する。メモI73は、指定し
た走査線における深さ方向の組織の変位速度、或いは、
ある関心領域内の複数走査線における組織の変位速度を
格納するためのものである。深さ方向微分手段4は、(
10)式を算出するためのもので、手段2によって算出
した変位速度を深さ方向乙こ微分する。実効値算出手段
5は、(11)式を算出するためのもので、手段4によ
って算出したずり速度の実効値を算出する。
表示手段6は、指定した走査線におけるずり速度の時間
と深さの二次元的関数、走査線をスキャンすることによ
って得られるある関心領域における空間的なずり速度の
二次元分布像、または、手段5によって算出したずり速
度の実効値を従来の超音波診断装置のBモード像、Mモ
ード像と組み合わせて表示するためのものである。走査
線またはRO[指定手段7は、ずり速度を計算するため
の走査線、関心領域を指定するためのRot、ずり速度
の実効値を算出するための深さの範囲や時間区間を指定
するための手段である。 第2図は、第1図の本発明を
概念的に説明するものである。
受信信号1は、速度検出手段2内において先ず直交検波
される。ここで、第2図を使って、手段2の動作を説明
する。
第2図(a)は、同一方向にN回送受信した時の直交検
波された複素信号系列を示している。ここで、複素信号
系列の内、ある深さZに於ける複素信号系列V、、(Z
)  ((4)式)を得る。次に、送波周期Tずれた、
同じ深さZに於ける信号複素信号系列V、−1(z )
  ((5)式)を得る。次に、(6)式に従って、複
素自己相関係数を計算し、(9)式から、深さZにおけ
る組織の変位速度v7(z)を算出する。全深さについ
て、V、(z)を計算したのが、図2図(b)である。
次に、深さ方向微分手段4においは、−旦メモリ3に蓄
えられた組織の変位速度v、、(z)を(10)式に従
って深さ方向に微分する。第2図(C)は、この時のず
り速度を概念的に示したものである。
第3図は、速度検出手段2及び深さ方向微分手段4をよ
り詳細に説明したものである。 第3図において、速度
検出手段2は、直交検波器2−1〜2−6、直交検波信
号の実部成分をAD変換するためのADC2−7、直交
検波信号の虚部成分をAD変換するためのADC2−8
、実数成分を格納するメモリ2−9、虚数成分を格納す
るメモIJ2−10、複素自己相関器2−11、速度計
算部2−12から構成される。2−1は、受信信号1に
参照信号(cosωQ t、) 2’−3を乗算するた
めのミキサ、2−5は、前記ミキサ2−1の出力の上側
波帯成分をカットするためのローパスフィルタである。
同様↓こ、2−2は、受信信号1に参照13号1ニーs
inω。L)2−4を乗算するためのミキサ、2 6B
;、前記ミキサ2−2の出力の上11’lJ e;、帯
成分をカットするだめのローパスフィルタである。2−
5及び2−6の出力は、直交検波信号の実数部と虚数部
に対応する。直交検波信号の実数部と虚数部は、−旦、
メモリ2−9.2−10に格納される。2−11は、同
−深さの複素信号系列に対して、複素自己相関係数を(
7)弐に従って計算するものである。また、2−11に
おいて算出された複素自己相関係数から組織の変位速度
v、(z)が(9)式に従って算出される。
ここで、血流速度を検出する場合、複素自己相開蓋2−
11の前段にMTIフィルタを入れるのが通常であるが
、本発明では必要としない。
算出した組織の変位速度は一旦メモリ3に格納される。
−旦格納した変位速度は、深さ方向の時系列として読み
だされ、FIRフィルタ4−1によって、深さ方向の微
分処理が行われる。FIRフィルタの係数列の1例とし
て第3図(b)のようにすると、(10)式に相当する
演算をすることができる。この係数を第3図(C)のF
IRフィルタの係数列4−1−2−0〜4−1−2−m
とする。
第3図(C)において、データシフトレジスタ4−11
は、人力の変位速度の信号系列v、、(i)  (i=
0.1,2.=・・・・)を図示しないシステムクロッ
クに従って1段ずつシフトするもので、シフトされた信
号系列(v、(i)、Vfi (i−1)V、、(i−
2:+、・・・・・・)にそれぞれ係数(a。
”l11−1+・・・・・・1を乗算した結果を加算器
4−13にて加算する。加算結果は、変位速度V。(i
)を深さ方向に微分した結果に相当し、ずり速度S、(
j)となる。深さ方向のデータ位置を示すjは例えばj
=i −m/2である。
第4図は、ある走査線について算出したずり速度の時間
と深さの二次元関数の表示例を示したものである。
第4図(a)は、従来の超音波診断装置で得られるBモ
ード”像である。ここで、ずり速度を算出するために、
走査線またはROT指定手段7によって指定した走査線
方向を示す線を表示手段6によってBモード像上に重ね
て表示する。この走査線に於けるずり速度のデータセン
ト(Sn (Z)、S、、、(Z)、・・・)を深さ2
方向、時間n方向の関数として表示した例が、第4図(
b)、及び(C)である。(b)は、ずり速度の値を振
幅として、また、(C)はずり速度をグレースケール或
いはカラー画像として表示したもので、同図(d)は、
(C)のずり速度値に対応するクレースケール、または
、カラーを表示したものである。また、第4図(e)の
ように、対応するMモード像を同時に表示してもよい。
ここで、第4図(b)内に示すように、走査線またはR
OI指定手段7によって、深さの範囲[z。
l21、時間の範囲[t+、tz]を指定する(11)
弐に従って、ずり速度の実効値を手段5によって算出す
ることができる。
第5図は、肝臓のずり速度を第4図(b)の如く、時間
と深さの二次元関数として表示した例である。第5図(
a)は、正常肝臓例、第5図中)は、深さへの位置に転
移癌(転移した腫瘍)がある場合である。正常な肝臓の
例(a)では、各深さにおいて、ずり速度が時間的に変
化していく様子が観測できる。また、転移癌(b)の場
合は、腫瘍内部の深さAにおけるずり速度の時間的変化
が非常に小さくなる。これは、腫瘍内部が硬く、伸び縮
みが小さいことを示しているもの考えられる。更に、腫
瘍と正常組織との境界に当たる深さBでは、速度変化が
非常に大きいことを示している。このように、本発明に
よって、ずり速度を表示すると、正常組織と腫瘍組織の
違いを明瞭に判断することができる第6図は、従来の超
音波診断装置で得られるBモード像上に、ずり速度の空
間的二次元分布像を重ねて表示したものである。ずり速
度を算出する範囲シよ、図中、点線のRCIIで示した
。第6図の例で2よ、Bモード像に重ねて表示したが、
Bモード像と、ずり速度の空間的二次元像を分けて表示
しても良いことは言うまでもない。
[発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、組織の弾i生的
特性であるずり速度を、ある走査線における時間と深さ
の二次元的関数、ある関心領域における空間的な二次元
分布像、或いは、実効値として、従来の超音波診断装置
のBモード像、Mモード像と組み合わせて表示されるよ
うになる。これ乙こよ−で、′Mi織の位置と硬さの度
合いの情報を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の1実施例、第2図は、本発明の1実
施例を概念的に説明する図、第3図は、第1図の構成を
より詳細に説明する図、第4図は、表示例、第5図は、
正常肝臓と転移肝癌に本手法を適用した場合の例、第6
図は、表示の別の例、第7図及び第8図は従来の実施例
である。 受信信号 速度検出手段 メモリ 深さ方向微分手段 実効値算出手段 表示手段 Rot指定手段 Bモード像生成手段 Mモード像生成手段 ・超音波プローブ ・送受信回路 深さ2 第2図 第1図 第3図 第4図 第6図 (b) 第5図 第7図 第8図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被検体内の同一方向に複数回超音波パルスを送信
    し、該同一方向から受信された複数本の受信信号から、
    各深さに於ける被検体内組織の変位速度を検出する速度
    検出手段(2)と、 該検出した速度を深さ方向に微分し、ずり速度を算出す
    る深さ方向微分手段(4)と、 前記深さ方向微分手段(4)によって得られたずり速度
    を時間と深さの二次元関数、又は、空間的な二次元分布
    像として、表示するための表示手段(6)を有すること
    を特徴とする超音波診断装置。
  2. (2)前記深さ方向微分手段(4)によって得られたず
    り速度の空間的な二次元分布像をBモード像と同時に同
    一画面上に、又は、Bモード像に重ねて表示することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波診断装置
  3. (3)前記深さ方向微分手段(4)によって得られたず
    り速度を時間と深さの二次元関数として、Bモード像、
    或いは、Mモード像と同時に表示することを特徴とする
    特許請求の範囲第一項記載の超音波診断装置。
  4. (4)走査線またはROI指定手段(7)によって、走
    査線を指定し、 前記深さ方向微分手段は、前記走査線又はROI指定手
    段(7)によって指定された超音波走査線上で、ずり速
    度を算出し、前記算出されたずり速度を時間と深さの二
    次元関数として表示することを特徴とする特許請求の範
    囲第一項記載の超音波診断装置。
  5. (5)走査線またはROI指定手段(7)によって、二
    次元的な関心領域(ROI)を指定し、該関心領域内の
    上記手段(4)によって算出されたずり速度を空間的な
    二次元分布像として表示することを特徴とする特許請求
    の範囲第一項記載の超音波診断装置。
  6. (6)前記深さ方向微分手段(4)によって得られたず
    り速度のうち、指定された時間範囲と深さ範囲のずり速
    度において、実効値を算出する実効値算出手段(5)を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の超
    音波診断装置。
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Cited By (25)

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