JP2010099292A

JP2010099292A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2010099292A
Application number: JP2008273890A
Authority: JP
Inventors: Takao Jibiki; 隆夫地挽
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: JP5394693B2

Abstract

【課題】圧迫の程度に応じて弾性が異なるという生体組織の非線形性を定量化した画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体の生体組織に圧迫を加えながら超音波を送信して得られた取得時刻が異なる一対のフレームを構成する各エコー信号に基づいて、生体組織の各部における変位を算出する変位算出部５１と、変位算出部５１によって算出された変位に基づいて、生体組織の弾性画像を作成する弾性画像作成部５３と、前記変位算出部５１によって生体組織の同一部分について複数算出された変位の分散を生体組織の各部について算出する分散算出部５２とを備え、前記弾性画像作成部５３は、変位の分散を反映した弾性画像を作成することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特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ことができる超音波診断装置に関する。

通常のＢモード画像上に、生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性画像を重畳して表示する超音波診断装置が、例えば特許文献１などに開示されている。この種の超音波診断装置において、弾性画像は以下のようにして作成される。先ず、被検体の生体組織に圧迫を加えながら超音波を送信して得られた同一音線上における時間的に異なるエコー信号について、相関ウィンドウ毎に相関処理を行って相関係数を算出し、生体組織の変位を算出する。そして、算出された変位に基づいて、生体組織の弾性をカラーで画像化する。検査者は、正常な組織と癌などの病変部の組織とでは弾性が異なっており、弾性画像を観察することにより、病変部を発見することができる。
特開２００７−２８２９３２号公報

ところで、生体組織は圧迫に対して非線形の弾性応答を示し、特に癌組織は、正常組織に比べて圧迫に対する非線形性の度合いが増すことが知られている。従って、圧迫の程度に応じて弾性が異なるという生体組織の非線形性を定量化した画像を表示することができれば、正常組織と癌組織との区別が一層確実かつ容易になる。

また、前記のように圧迫の程度に応じて弾性が異なるという生体組織の非線形性により、ある圧力で押圧した時には正常組織と癌組織とが異なる変位となって両者を弾性画像上区別できていても、他の圧力で押圧した時には両者が同じ変位となって区別できないことがある。従って、弾性画像では正常組織と癌組織とが区別できない場合でも、上記生体組織の非線形性を定量化した画像を表示することにより、区別が可能になる点で有用である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、圧迫の程度に応じて弾性が異なるという生体組織の非線形性を定量化した画像を得ることができる超音波診断装置を提供することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第１の観点の発明は、被検体の生体組織に圧迫を加えながら超音波を送信して得られた取得時刻が異なる一対のフレームを構成する各エコー信号に基づいて、生体組織の各部における弾性に関する物理量を算出する物理量算出手段と、該物理量算出手段によって算出された弾性に関する物理量に基づいて、生体組織の弾性画像を作成する弾性画像作成手段と、前記物理量算出手段によって生体組織の同一部分について複数算出された弾性に関する物理量のばらつき度合いを生体組織の各部について算出するばらつき度合い算出手段と、を備え、前記弾性画像作成手段は、前記ばらつき度合い算出手段によって算出された弾性に関する物理量のばらつき度合いを反映した弾性画像を作成することを特徴とする超音波診断装置である。

第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、弾性に関する物理量のばらつき度合いの算出において用いられる全ての一対のフレームの時間間隔が等しいことを特徴とする超音波診断装置である。

第３の観点の発明は、第１又は２の観点の発明において、前記弾性画像作成手段は、輝度、彩度又は色相のいずれかを、弾性に関する物理量のばらつき度合いに応じて異ならせることにより、弾性に関する物理量のばらつき度合いを反映した弾性画像を作成することを特徴とする超音波診断装置である。

第４の観点の発明は、第１〜３のいずれか一の観点の発明において、弾性に関する物理量のばらつき度合いは、分散又は標準偏差であることを特徴とする超音波診断装置である。

第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記弾性画像作成手段は、同一部分について複数算出された弾性に関する物理量の平均をとって弾性画像を作成することを特徴とする超音波診断装置である。

第６の観点の発明は、第１〜５のいずれか一の観点の発明において、生体組織の弾性に関する物理量は、生体組織の変位、歪み又は弾性率のいずれかであることを特徴とする超音波診断装置である。

第７の観点の発明は、第１〜６のいずれか一の観点の発明において、前記エコー信号に基づいてＢモード画像を作成するＢモード画像処理手段と、Ｂモード画像と弾性画像とを合成する合成手段と、を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

第８の観点の発明は、第１〜７のいずれか一の観点の発明において、Ｂモード画像と弾性画像とを合成して得られた超音波画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

本発明によれば、生体組織の同一部分について複数算出された弾性に関する物理量のばらつき度合いが算出される。ここで、非線形性が増すほどばらつき度合いが大きくなるため、ばらつき度合いは非線形性を示す目安となる。従って、生体組織の弾性に関する物理量のばらつき度合いを反映した弾性画像を作成することにより、生体組織の非線形性を定量化した画像を得ることができる。

また、本発明によれば、弾性に関する物理量のばらつき度合いの算出において用いられる全ての一対のフレームの時間間隔を等しくすることにより、より正確なばらつき度合いを算出することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施形態の構成を示すブロック図、図２は、図１に示す超音波診断装置におけるＢモード画像処理部の構成を示すブロック図、図３は、図１に示す超音波診断装置における弾性画像処理部の構成を示すブロック図、図４は、変位算出部による変位の算出の説明図、図５は、弾性画像の作成に用いる二次元のカラーマップを示す図である。

図１に示す超音波診断装置１は、超音波の送受信を行う超音波プローブ２と、この超音波プローブ２を駆動させてスキャン面を走査し、また前記超音波プローブ２で得られたエコー信号について、整相加算処理等の信号処理を行う送受信部３とを備えている。さらに、前記超音波診断装置１は、Ｂモード画像処理部４、弾性画像処理部５を備え、また前記Ｂモード画像処理部４からのＢモード画像及び前記弾性画像処理部５からの弾性画像を合成する合成部６と、この合成部６で合成された画像を表示する表示部７とを備える。前記合成部６は、本発明における合成手段の実施の形態の一例であり、また前記表示部７は、本発明における表示手段の実施の形態の一例である。

また、図示しないが、前記超音波診断装置１は、装置各部を制御する制御部と、操作者が指示を入力する操作部とをさらに備える。

前記Ｂモード画像処理部４は、本発明におけるＢモード画像処理手段の実施の形態の一例であり、図２に示すようにエコー処理部４１とＢモード画像作成部４２とを有する。前記エコー処理部４１は、前記送受信部３からの音線毎のエコー信号に対し、対数圧縮、包絡線検波等の信号処理を行ってＢモード画像データを作成する。そして、前記Ｂモード画像作成部４２は、前記エコー処理部４１からのＢモード画像データを、デジタルスキャンコンバータ（図示省略）で走査変換し、Ｂモード画像を作成する。

前記弾性画像処理部５は、図３に示すように、変位算出部５１、分散算出部５２、弾性画像作成部５３を有している。

前記変位算出部５１は、前記送受信部３からエコー信号が入力され、取得時刻が異なる一対のフレームを構成する各エコー信号に基づいて、圧迫をうけた生体組織の各部における変形による変位を、生体組織の各部における弾性に関する物理量として算出する。前記変位算出部５１は、本発明における物理量算出手段の実施の形態の一例である。

前記分散算出部５２は、前記変位算出部５１によって生体組織の同一部分について複数算出された変位のばらつき度合いとして、同一部分についての変位の分散を算出する。前記分散算出部５２は、生体組織の各部について変位の分散を算出する。前記分散算出部５２は、本発明におけるばらつき度合い算出手段の実施の形態の一例である。

前記弾性画像作成部５３は、前記変位算出部５１によって算出された変位に基づいて、生体組織の弾性画像を作成する。前記弾性画像作成部５３は、弾性画像の作成に際し、前記分散算出部５２によって算出された変位の分散を反映した弾性画像を作成する。前記弾性画像作成部５３は、本発明における弾性画像作成手段の実施の形態の一例である。

さて、本例の超音波診断装置１の作用について説明すると、前記送受信部３は、前記超音波プローブ２から被検体の生体組織に超音波を送信させ、エコー信号を取得する。前記超音波プローブ２からの超音波の送受信時には、前記超音波プローブ２を生体組織の表面に当接させた状態で、圧迫を繰り返す。

前記Ｂモード画像処理部４は、前記送受信部３からのエコー信号に基づいてＢモード画像を作成する。一方、前記弾性画像処理部５は、前記送受信部３からのエコー信号に基づいて弾性画像を作成する。

弾性画像の作成について詳しく説明する。前記送受信部３からのエコー信号は、先ず前記弾性画像処理部５の変位算出部５１へ入力され、フレーム毎にメモリ（図示省略）に記憶される。そして、前記変位算出部５１は、取得時刻が異なる一対のフレームを構成する各エコー信号に基づいて、圧迫を受けた生体組織の各部における変形による変位を算出する。

前記変位算出部５１による変位の算出について図４に基づいて具体的に説明する。図４に示すように、前記変位算出部５１は、複数対のフレームについて生体組織の各部における変位の算出を行う。すなわち、一対のフレームＦ_１，Ｆ_２、フレームＦ_２，Ｆ_３、・・・、フレームＦ_ｎ−１，Ｆ_ｎ、フレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１を構成する各エコー信号に基づいて変位の算出を行う。例えば、各フレームＦ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，・・・，Ｆ_ｎ−１，Ｆ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１における生体組織においてある一部分に相当する部分Ａについて、フレームＦ１，Ｆ２から変位Ａ_１を算出し、フレームＦ２，Ｆ３から変位Ａ_２を算出し、フレームＦ_ｎ−１，Ｆ_ｎから変位Ａ_ｎ−１を算出し、フレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１から変位Ａ_ｎを算出する。そして、このような同一部分についての生体組織の変位の算出を各部分について行う。

ここで、変位の算出を行う全ての一対のフレームの時間間隔は等しくなっている。すなわち、フレームＦ_１，Ｆ_２の時間間隔Ｔ_１、フレームＦ_２，Ｆ_３の時間間隔Ｔ_２，・・・、フレームＦ_ｎ−１，Ｆ_ｎの時間間隔Ｔ_ｎ−１、フレームＦ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１の時間間隔Ｔ_ｎは等しくなっている。これにより、後述する前記分散算出部５２による変位の分散の算出をより正確に行うことができる。

ここで、前記変位算出部５１は、生体組織の変位の算出にあたり、各フレームにおける音線毎のエコー信号に基づいて算出を行う。具体的には、一対のフレームにおける同一音線上の各エコー信号について、相関ウィンドウ毎に相関処理を行って生体組織の各部の変位を算出する。

ちなみに、後述するように、前記変位算出部５１によって算出された変位に基づいて弾性画像が作成される。一つの相関ウィンドウにおいて算出された変位からは、一画素分の弾性画像が得られる。

前記変位算出部５１は、複数算出された変位を前記分散算出部５２と前記弾性画像作成部５３へ出力する。前記分散算出部５２は、前記変位算出部５１から入力された生体組織の同一部分についての複数の変位の分散を算出する。前記分散算出部５２は、前記表示部７に表示される一フレームの弾性画像ごとに変位の分散を算出する。本例では、後述するように、前記表示部７に表示される一フレームの弾性画像はｎ枚のフレームのデータに基づいて作成されることから、前記分散算出部５２はｎ枚のフレームから生体組織の同一部分について算出された複数（具体的には（ｎ−１）個）の変位の分散を算出する。より詳細には、前記表示部７に表示される弾性画像は、後述するように、フレームＦ_１〜フレームＦ_ｎのデータに基づいて一フレームが作成され、次のフレーム以降は一フレームずつずらして作成される（すなわち次のフレームの弾性画像はフレームＦ_２〜フレームＦ_ｎ＋１に基づいて作成）。従って、フレームＦ_１〜フレームＦ_ｎから作成される弾性画像については、前記分散算出部５２は、例えば部分Ａについては変位Ａ_１〜Ａ_ｎ−１までの分散を算出し、さらに生体組織の他の各部分についてフレームＦ_１〜フレームＦ_ｎにおける変位の分散を算出する。また、フレームＦ_２〜フレームＦ_ｎ＋１から作成される弾性画像については、前記分散算出部５２は、例えば部分Ａについては変位Ａ_２〜Ａ_ｎまでの分散を算出し、さらに生体組織の他の各部分について、フレームＦ２〜フレームＦ_ｎ＋１における変位の分散を算出する。そして、前記分散算出部５２は、算出された分散を前記弾性画像作成部５３へ出力する。

前記弾性画像作成部５３は、ｎ枚のフレームのデータに基づいて、前記表示部７に表示される一フレームの弾性画像を作成する。具体的には、前記弾性画像作成部５３は、前記表示部７に表示される弾性画像として、フレームＦ_１〜フレームＦ_ｎのデータに基づいて一フレームの弾性画像を作成し、次のフレーム以降の弾性画像を、一フレームずらしたｎ枚のフレームのデータに基づいて作成する。すなわち、フレームＦ_１〜フレームＦ_ｎのデータに基づいて作成された弾性画像の次のフレームの弾性画像は、フレームＦ_２〜フレームＦ_ｎ＋１のデータに基づいて作成される。

弾性画像の作成についてさらに具体的に説明すると、前記弾性画像作成部５３は、ｎ枚のフレームデータについて、前記変位算出部５１から入力された同一部分についての複数（具体的には（ｎ−１）個）の変位の平均を算出し、この平均値の算出を生体組織の各部について行う。例えば、フレームＦ_１〜フレームＦ_ｎのデータに基づいて弾性画像を作成する場合には、部分Ａについては変位Ａ_１〜Ａ_ｎ−１の平均値を算出し、さらに生体組織の他の各部分についてフレームＦ_１〜フレームＦ_ｎから得られた（ｎ−１）個の変位の平均値を算出する。また、フレームＦ_２〜フレームＦ_ｎ＋１のデータに基づいて弾性画像を作成する場合には、部分Ａについては変位Ａ_２〜Ａ_ｎの平均値を算出し、さらに生体組織の他の各部分についてフレームＦ_２〜フレームＦ_ｎ＋１から得られた（ｎ−１）個の変位の平均値を算出する。

そして、前記弾性画像作成部５３は、ｎ枚のフレームデータについて算出された変位の平均値と分散値とに基づいて、生体組織各部についての弾性画像を作成する。例えば、弾性画像作成部５３は、変位の違いを色相の違いで表し、分散の違いを輝度の違いで表した弾性画像を作成する。この場合、前記弾性画像作成部５３は、図５に示すように、赤、緑、青などの色相の違いを縦軸とし、輝度の大きさを横軸とした二次元のカラーマップに基づいて、弾性画像を作成する。この図５に示すカラーマップＣＭでは、軟らかい組織は赤で表示され、一方で硬い組織は青で表示される。また、分散が大きくなるほど輝度が大きくなり、一方で分散が小さくなるほど輝度が小さくなる。

前記弾性画像作成部５３で作成された弾性画像は、前記合成部６へ出力され、この合成部６において前記Ｂモード画像処理部４からのＢモード画像と合成される。合成画像は前記表示部７へ出力され、白黒のＢモード画像にカラーの弾性画像が重畳された超音波画像が前記表示部７に表示される。

本例の超音波診断装置１によれば、生体組織の同一部分について複数算出された変位の分散が前記分散算出部５２によって算出される。ここで、非線形性が増すほど分散が大きくなるため、分散は非線形性を示す目安となる。従って、前記弾性画像作成部５３により、生体組織の変位の分散を反映した弾性画像を作成することにより、生体組織の非線形性を定量化した画像を得ることができる。そして、このような画像が前記表示部７に表示されることにより、正常組織と癌組織との区別が一層確実かつ容易になる。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、この発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記弾性画像作成部５３により作成される弾性画像は、生体組織の変位の違いと変位の分散の違いとを表せる表示形態であればよく、前記実施形態のものに限られるものではない。例えば、生体組織の変位の違いを白黒画像の輝度で表し、変位の分散の違いを彩度で表してもよい。その他、輝度、彩度及び色相を適宜組み合わせて生体組織の変位の違いと変位の分散の違いとを表してもよい。

また、生体組織の変位のばらつき度合いは、分散に限られるものではなく標準偏差であってもよい。

さらに、生体組織の弾性に関する物理量としては、生体組織の変位の他、生体組織の歪みや弾性率があり、生体組織からのエコー信号に基づいて、生体組織における各部の歪み又は弾性率を算出し、その算出結果に基づいて弾性画像を作成してもよい。

本発明に係る超音波診断装置の実施形態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おけるＢモード画像処理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おける弾性画像処理部の構成を示すブロック図である。変位算出部による変位の算出の説明図である。弾性画像の作成に用いる二次元のカラーマップを示す図である。

符号の説明

１超音波診断装置
４Ｂモード画像処理部
５弾性画像処理部
６合成部
７表示部
５１変位算出部（物理量算出手段）
５２分散算出部（ばらつき度合い算出手段）
５３弾性画像作成部

Claims

被検体の生体組織に圧迫を加えながら超音波を送信して得られた取得時刻が異なる一対のフレームを構成する各エコー信号に基づいて、生体組織の各部における弾性に関する物理量を算出する物理量算出手段と、
該物理量算出手段によって算出された弾性に関する物理量に基づいて、生体組織の弾性画像を作成する弾性画像作成手段と、
前記物理量算出手段によって生体組織の同一部分について複数算出された弾性に関する物理量のばらつき度合いを生体組織の各部について算出するばらつき度合い算出手段と、を備え、
前記弾性画像作成手段は、前記ばらつき度合い算出手段によって算出された弾性に関する物理量のばらつき度合いを反映した弾性画像を作成する
ことを特徴とする超音波診断装置。
弾性に関する物理量のばらつき度合いの算出において用いられる全ての一対のフレームの時間間隔が等しいことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記弾性画像作成手段は、輝度、彩度又は色相のいずれかを、弾性に関する物理量のばらつき度合いに応じて異ならせることにより、弾性に関する物理量のばらつき度合いを反映した弾性画像を作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
弾性に関する物理量のばらつき度合いは、分散又は標準偏差であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
前記弾性画像作成手段は、同一部分について複数算出された弾性に関する物理量の平均をとって弾性画像を作成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
生体組織の弾性に関する物理量は、生体組織の変位、歪み又は弾性率のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
前記エコー信号に基づいてＢモード画像を作成するＢモード画像処理手段と、
Ｂモード画像と弾性画像とを合成する合成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
Ｂモード画像と弾性画像とを合成して得られた超音波画像を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。