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JP2025030338A - Ultrasound diagnostic device, medical information processing device, and hardness calculation program - Google Patents

Ultrasound diagnostic device, medical information processing device, and hardness calculation program Download PDF

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JP2025030338A
JP2025030338A JP2023135549A JP2023135549A JP2025030338A JP 2025030338 A JP2025030338 A JP 2025030338A JP 2023135549 A JP2023135549 A JP 2023135549A JP 2023135549 A JP2023135549 A JP 2023135549A JP 2025030338 A JP2025030338 A JP 2025030338A
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Japan
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images
displacement amount
biological tissue
image
pressure
Prior art date
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Application number
JP2023135549A
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Japanese (ja)
Inventor
浩一 森川
Koichi Morikawa
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Canon Medical Systems Corp
Original Assignee
Canon Medical Systems Corp
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Publication date
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Abstract

Figure 2025030338000001

【課題】測定変位量ではなく圧力変位量を使用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上させること。
【解決手段】実施形態に係る、超音波プローブに取り付けられた圧力センサから被検体への印加圧力を取得する超音波診断装置は、画像生成部と、変位量算出部と、硬さ算出部とを備える。画像生成部は、圧力閾値未満の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第1画像を生成するとともに、圧力閾値以上の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第2画像を生成する。変位量算出部は、複数の第2画像の各第2画像と、複数の第1画像との間で生体組織の変位量を算出する。硬さ算出部は、各第2画像に対応する変位量と、各第2画像に対応する圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、生体組織の硬さを算出する。
【選択図】 図1

Figure 2025030338000001

The present invention aims to improve the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue by calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount.
[Solution] According to an embodiment, an ultrasound diagnostic device that acquires an applied pressure to a subject from a pressure sensor attached to an ultrasound probe includes an image generating unit, a displacement amount calculating unit, and a stiffness calculating unit. The image generating unit generates a plurality of first images in a time series including the biological tissue at an applied pressure less than a pressure threshold, and generates a plurality of second images in a time series including the biological tissue at an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold. The displacement amount calculating unit calculates the amount of displacement of the biological tissue between each of the second images of the plurality of second images and the plurality of first images. The stiffness calculating unit calculates the stiffness of the biological tissue based on the amount of displacement corresponding to each second image and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each second image.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本明細書および図面に開示の実施形態は、超音波診断装置、医用情報処理装置、および、硬さ算出プログラムに関する。 The embodiments disclosed in this specification and the drawings relate to an ultrasound diagnostic device, a medical information processing device, and a hardness calculation program.

医用分野では、超音波プローブと超音波画像処理装置とを備え、超音波プローブの複数の振動子(または、圧電振動子)を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波画像処理装置は、超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づくエコー信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。 In the medical field, ultrasound diagnostic devices are used that are equipped with an ultrasound probe and an ultrasound image processing device, and that use ultrasound generated by multiple transducers (or piezoelectric transducers) in the ultrasound probe to image the inside of a subject. The ultrasound image processing device transmits ultrasound from the ultrasound probe into the subject, generates echo signals based on the reflected waves, and obtains the desired ultrasound image through image processing.

操作者による手動、または、ロボットアームによる自動で、被検体に圧迫力を加えて超音波画像を取得し、位相の異なる複数の超音波画像に基づく変位量(以下、「測定変位量」と呼ぶ)と、印加圧力とに基づいて生体組織の硬さを表す弾性画像を生成する技術がある。これは、超音波プローブの振動子素子部の背後に圧力センサを設け、被検体を圧迫することにより超音波プローブに加えられる圧力を求め、ヤング率を求めて弾性画像を表示するものである。ここで、使用される測定変位量には、拍動や呼吸揺動などの周期的な動きに起因するノイズ成分が含まれており、測定変位量は、ノイズ成分を除いた変位量(以下、「圧力変位量」と呼ぶ)ではない。 There is a technology in which ultrasonic images are acquired by applying pressure to a subject, either manually by an operator or automatically by a robot arm, and an elasticity image is generated that shows the hardness of biological tissue based on the amount of displacement (hereinafter referred to as the "measured displacement") based on multiple ultrasonic images with different phases and the applied pressure. This technology involves providing a pressure sensor behind the transducer element of an ultrasonic probe, determining the pressure applied to the ultrasonic probe by applying pressure to the subject, determining the Young's modulus, and displaying an elasticity image. The measured displacement used here includes noise components caused by periodic movements such as pulsation and respiratory fluctuation, and the measured displacement is not the displacement excluding the noise components (hereinafter referred to as the "pressure displacement").

特開2018-20140号公報JP 2018-20140 A

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、測定変位量ではなく圧力変位量を使用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上させることである。ただし、本明細書および図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限らない。後述する各実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。 One of the problems that the embodiments disclosed in this specification and the drawings attempt to solve is to improve the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue by calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount. However, the problems that the embodiments disclosed in this specification and the drawings attempt to solve are not limited to the above problem. Problems corresponding to the effects of each configuration shown in each embodiment described below can also be positioned as other problems.

実施形態に係る、超音波プローブに取り付けられた圧力センサから被検体への印加圧力を取得する超音波診断装置は、画像生成部と、変位量算出部と、硬さ算出部とを備える。画像生成部は、圧力閾値未満の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第1画像を生成するとともに、圧力閾値以上の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第2画像を生成する。変位量算出部は、複数の第2画像の各第2画像と、複数の第1画像との間で生体組織の変位量を算出する。硬さ算出部は、各第2画像に対応する変位量と、各第2画像に対応する圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、生体組織の硬さを算出する。 An ultrasound diagnostic device according to an embodiment, which acquires the pressure applied to a subject from a pressure sensor attached to an ultrasound probe, includes an image generator, a displacement calculator, and a stiffness calculator. The image generator generates a plurality of first images in a time series including the biological tissue at an applied pressure less than a pressure threshold, and generates a plurality of second images in a time series including the biological tissue at an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold. The displacement calculator calculates the amount of displacement of the biological tissue between each of the second images of the plurality of second images and the plurality of first images. The stiffness calculator calculates the stiffness of the biological tissue based on the amount of displacement corresponding to each second image and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each second image.

第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an ultrasound diagnostic apparatus according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第1の動作例をフローチャートとして示す図。FIG. 2 is a flowchart showing a first operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第1の動作例において、複数の画像と心電図波形との関係を示す図。4A and 4B are diagrams showing the relationship between a plurality of images and electrocardiogram waveforms in a first operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第1の動作例において、第1画像と第2画像との関係を示す図。4A and 4B are views showing a relationship between a first image and a second image in a first operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第1の動作例において、ヒステリシスループの一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a hysteresis loop in a first operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第2の動作例をフローチャートとして示す図。FIG. 4 is a flowchart showing a second operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第3の動作例をフローチャートとして示す図。FIG. 11 is a flowchart showing a third operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第3の動作例において、複数の画像と心電図波形との関係を示す図。13A and 13B are diagrams showing the relationship between a plurality of images and electrocardiogram waveforms in a third operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る超音波診断装置の第3の動作例において、第1画像と第2画像との関係を示す図。13A and 13B are views showing the relationship between a first image and a second image in a third operation example of the ultrasound diagnostic apparatus according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る医用情報処理装置の構成の一例を示す概略図。FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a medical image processing apparatus according to a second embodiment.

以下、図面を参照しながら、超音波診断装置、医用情報処理装置、および、硬さ算出プログラムの実施形態について詳細に説明する。 Below, embodiments of an ultrasound diagnostic device, a medical information processing device, and a hardness calculation program are described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る超音波画像処理装置10を備える超音波診断装置1を示す。超音波診断装置1は、超音波画像処理装置10の他、超音波プローブ20と、入力インターフェース30と、ディスプレイ40と、圧力センサ50と、位相センサ60とを備える。なお、超音波診断装置1は、超音波プローブ20と、入力インターフェース30と、ディスプレイ40と、圧力センサ50と、位相センサ60とのうちの少なくとも1個を含む場合がある。以下の説明では、超音波診断装置1が、超音波プローブ20と、入力インターフェース30と、ディスプレイ40と、圧力センサ50と、位相センサ60との全てを備える場合について説明する。
First Embodiment
1 shows an ultrasonic diagnostic device 1 including an ultrasonic image processing device 10 according to a first embodiment. In addition to the ultrasonic image processing device 10, the ultrasonic diagnostic device 1 includes an ultrasonic probe 20, an input interface 30, a display 40, a pressure sensor 50, and a phase sensor 60. Note that the ultrasonic diagnostic device 1 may include at least one of the ultrasonic probe 20, the input interface 30, the display 40, the pressure sensor 50, and the phase sensor 60. In the following description, a case will be described in which the ultrasonic diagnostic device 1 includes all of the ultrasonic probe 20, the input interface 30, the display 40, the pressure sensor 50, and the phase sensor 60.

超音波画像処理装置10は、超音波送信回路11と、超音波受信回路12と、画像メモリ13と、ネットワークインターフェース14と、処理回路15と、メインメモリ16とを備える。回路11,12は、特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)などによって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路11,12の機能の全部または一部は、処理回路15がコンピュータプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。 The ultrasound image processing device 10 includes an ultrasound transmission circuit 11, an ultrasound reception circuit 12, an image memory 13, a network interface 14, a processing circuit 15, and a main memory 16. The circuits 11 and 12 are configured using an application specific integrated circuit (ASIC) or the like. However, this is not limited to this case, and all or part of the functions of the circuits 11 and 12 may be realized by the processing circuit 15 executing a computer program.

超音波送信回路11と超音波受信回路12とは、処理回路15による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、超音波送信回路11と超音波受信回路12との両方が超音波画像処理装置10に設けられる場合について説明するが、超音波送信回路11と超音波受信回路12との少なくとも一方は、超音波プローブ20に設けられてもよいし、超音波画像処理装置10と超音波プローブ20との両方に設けられてもよい。 The ultrasonic transmission circuit 11 and the ultrasonic reception circuit 12 control the transmission directivity and reception directivity in transmitting and receiving ultrasonic waves under the control of the processing circuit 15. Note that, although a case where both the ultrasonic transmission circuit 11 and the ultrasonic reception circuit 12 are provided in the ultrasonic image processing device 10 will be described, at least one of the ultrasonic transmission circuit 11 and the ultrasonic reception circuit 12 may be provided in the ultrasonic probe 20, or may be provided in both the ultrasonic image processing device 10 and the ultrasonic probe 20.

超音波送信回路11は、図示を省略するが、パルス発生回路と、送信遅延回路と、パルサ回路などを備え、超音波プローブ20の超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、所定の繰り返し周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。送信遅延回路は、超音波プローブ20から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。送信方向または送信方向を決定する送信遅延時間は、メインメモリ16に記憶されており、送信時に参照される。パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ20に設けられる複数の超音波振動子へ駆動信号(駆動パルス)を印加する。送信遅延回路により各レートパルスに対して与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面からの送信方向が任意に調整可能となる。 Although not shown, the ultrasonic transmission circuit 11 includes a pulse generation circuit, a transmission delay circuit, a pulsar circuit, etc., and supplies a drive signal to the ultrasonic transducer of the ultrasonic probe 20. The pulse generation circuit repeatedly generates a rate pulse for forming a transmission ultrasonic wave at a predetermined repetition frequency (PRF: Pulse Repetition Frequency). The transmission delay circuit provides each rate pulse generated by the pulse generation circuit with a delay time for each piezoelectric transducer required to focus the ultrasonic waves generated from the ultrasonic probe 20 into a beam and determine the transmission directivity. The transmission direction or the transmission delay time that determines the transmission direction is stored in the main memory 16 and is referenced at the time of transmission. The pulsar circuit applies a drive signal (drive pulse) to multiple ultrasonic transducers provided in the ultrasonic probe 20 at a timing based on the rate pulse. By changing the delay time provided to each rate pulse by the transmission delay circuit, the transmission direction from the piezoelectric transducer surface can be adjusted arbitrarily.

超音波受信回路12は、図示を省略するが、アンプ回路と、A/D(Analog to Digital)変換器と、加算器などを備え、超音波プローブ20の超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネルごとに増幅してゲイン補正処理を行う。A/D変換器は、ゲイン補正されたエコー信号をA/D変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、A/D変換器によって処理されたエコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。 The ultrasonic receiving circuit 12 includes an amplifier circuit, an A/D (Analog to Digital) converter, an adder, etc. (not shown), and receives echo signals received by the ultrasonic transducer of the ultrasonic probe 20 and performs various processes on the echo signals to generate echo data. The amplifier circuit amplifies the echo signals for each channel and performs gain correction processing. The A/D converter A/D converts the gain-corrected echo signals and gives the digital data a delay time required to determine the reception directivity. The adder performs addition processing on the echo signals processed by the A/D converter to generate echo data. The addition processing by the adder emphasizes the reflected components from a direction corresponding to the reception directivity of the echo signal.

画像メモリ13は、たとえば、磁気的若しくは光学的記録媒体、または半導体メモリなどのプロセッサにより読み取り可能な記録媒体などを有する。画像メモリ13は、処理回路15の制御による制御の下、複数の超音波画像を保存する。なお、画像メモリ13は、記憶部の一例である。 The image memory 13 includes, for example, a magnetic or optical recording medium, or a processor-readable recording medium such as a semiconductor memory. The image memory 13 stores multiple ultrasound images under the control of the processing circuit 15. The image memory 13 is an example of a storage unit.

ネットワークインターフェース14は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース14は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置1と、外部の医用画像管理装置70および医用情報処理装置80などの他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線/有線の病院基幹のLAN(Local Area Network)やインターネット網の他、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。 The network interface 14 implements various information communication protocols according to the type of network. In accordance with these various protocols, the network interface 14 connects the ultrasound diagnostic device 1 to other devices such as an external medical image management device 70 and a medical information processing device 80. This connection can be an electrical connection via an electronic network. Here, the electronic network refers to a general information communication network that uses electrical communication technology, and includes wireless/wired hospital-based LANs (Local Area Networks) and Internet networks, as well as telephone communication line networks, optical fiber communication networks, cable communication networks, and satellite communication networks.

また、ネットワークインターフェース14は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波画像処理装置10は、たとえば超音波プローブ20と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース14は、ネットワーク接続部の一例である。 The network interface 14 may also implement various protocols for non-contact wireless communication. In this case, the ultrasound image processing device 10 can transmit and receive data directly to, for example, the ultrasound probe 20 without going through a network. The network interface 14 is an example of a network connection unit.

処理回路15は、専用または汎用のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor unit)、またはGPU(Graphics Processing Unit)の他、ASIC、および、プログラマブル論理デバイスなどを意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、たとえば、単純プログラマブル論理デバイス(SPLD:simple programmable logic device)、複合プログラマブル論理デバイス(CPLD:complex programmable logic device)、および、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field programmable gate array)などが挙げられる。 The processing circuit 15 refers to a dedicated or general-purpose CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processor unit), or GPU (Graphics Processing Unit), as well as an ASIC and a programmable logic device. Examples of programmable logic devices include a simple programmable logic device (SPLD), a complex programmable logic device (CPLD), and a field programmable gate array (FPGA).

また、処理回路15は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ16は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ16が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路15は、処理部の一例である。 The processing circuit 15 may be configured as a single circuit, or may be configured as a combination of multiple independent circuit elements. In the latter case, the main memory 16 may be provided separately for each circuit element, or a single main memory 16 may store programs corresponding to the functions of multiple circuit elements. The processing circuit 15 is an example of a processing unit.

メインメモリ16は、RAM(random access memory)、フラッシュメモリ(flash memory)などの半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスクなどによって構成される。メインメモリ16は、USB(universal serial bus)メモリおよびDVD(digital video disk)などの可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ16は、処理回路15において用いられる各種処理プログラム(アプリケーションプログラムの他、OS(operating system)なども含まれる)や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、OSに、操作者に対するディスプレイ40への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース30によって行うことができるGUI(graphical user interface)を含めることもできる。なお、メインメモリ16は、記憶部の一例である。 The main memory 16 is composed of semiconductor memory elements such as RAM (random access memory) and flash memory, a hard disk, an optical disk, etc. The main memory 16 may be composed of a portable medium such as a universal serial bus (USB) memory and a digital video disk (DVD). The main memory 16 stores various processing programs (including application programs and an operating system (OS)) used in the processing circuit 15 and data required for executing the programs. The OS can also include a graphical user interface (GUI) that makes extensive use of graphics to display information to the operator on the display 40 and allows basic operations to be performed by the input interface 30. The main memory 16 is an example of a storage unit.

超音波プローブ20は、前面部に複数個の微小な振動子(圧電素子)を備え、スキャン対象を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号(受信信号)に変換する機能を有する。超音波プローブ20は小型、軽量に構成されており、ケーブル(または無線通信)を介して超音波画像処理装置10に接続される。 The ultrasonic probe 20 has multiple tiny transducers (piezoelectric elements) on the front surface, and transmits and receives ultrasonic waves to and from the area including the object to be scanned. Each transducer is an electroacoustic conversion element, and has the function of converting an electric pulse into an ultrasonic pulse during transmission, and converting a reflected wave into an electric signal (received signal) during reception. The ultrasonic probe 20 is small and lightweight, and is connected to the ultrasonic image processing device 10 via a cable (or wireless communication).

超音波プローブ20は、スキャン方式の違いにより、リニア型、コンベックス型、およびセクタ型などの種類に分けられる。また、超音波プローブ20は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向(すなわち長軸方向)に1次元(1D)的に複数個の振動子が配列された1Dアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向(すなわち短軸方向)に2次元(2D)的に複数個の振動子が配列された2Dアレイプローブとの種類に分けられる。なお、1Dアレイプローブは、エレベーション方向に少数の振動子が配列されたプローブを含む。 The ultrasonic probe 20 is divided into types such as linear type, convex type, and sector type depending on the scanning method. Also, the ultrasonic probe 20 is divided into types such as 1D array probes in which multiple transducers are arranged one-dimensionally (1D) in the azimuth direction (i.e., the long axis direction) and 2D array probes in which multiple transducers are arranged two-dimensionally (2D) in the azimuth direction and the elevation direction (i.e., the short axis direction) depending on the array arrangement dimension. Note that 1D array probes include probes in which a small number of transducers are arranged in the elevation direction.

ここで、3Dスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ20として、リニア型、コンベックス型、およびセクタ型などのスキャン方式を備えた2Dアレイプローブが利用される。または、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ20として、リニア型、コンベックス型、およびセクタ型などのスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた1Dプローブが利用される。後者のプローブは、メカ4Dプローブとも呼ばれる。 When a 3D scan, i.e., a volume scan, is performed, a 2D array probe equipped with a scanning method such as a linear type, a convex type, or a sector type is used as the ultrasound probe 20. Alternatively, when a volume scan is performed, a 1D probe equipped with a scanning method such as a linear type, a convex type, or a sector type and equipped with a mechanism for mechanically oscillating in the elevation direction is used as the ultrasound probe 20. The latter probe is also called a mechanical 4D probe.

入力インターフェース30は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、および音声入力デバイスなどによって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路15に出力する。なお、入力インターフェース30は、入力部の一例である。 The input interface 30 includes an input device that can be operated by an operator, and an input circuit that inputs signals from the input device. The input device can be a trackball, a switch, a mouse, a keyboard, a touchpad that performs input operations by touching the operation surface, a touchscreen that combines a display screen and a touchpad, a non-contact input device that uses an optical sensor, and a voice input device. When the operator operates the input device, the input circuit generates a signal according to the operation and outputs it to the processing circuit 15. The input interface 30 is an example of an input unit.

ディスプレイ40は、たとえば液晶ディスプレイやOLED(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ40は、処理回路15の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ40は、表示部の一例である。 The display 40 is configured with a general display output device such as a liquid crystal display or an OLED (Organic Light Emitting Diode) display. The display 40 displays various information according to the control of the processing circuit 15. The display 40 is an example of a display unit.

圧力センサ50は、超音波プローブ20に取り付けられ、超音波プローブ20から被検体への圧力を電気信号として検出する。圧力センサ50は、検出された圧力信号にデジタル化処理を含む各種処理を施した上で、圧力データとして超音波画像処理装置10に送信する。なお、圧力センサ50を加速度センサとし、加速度センサの出力信号から圧力に関する情報を生成することもできる。 The pressure sensor 50 is attached to the ultrasound probe 20 and detects the pressure from the ultrasound probe 20 to the subject as an electrical signal. The pressure sensor 50 performs various processes, including digitalization, on the detected pressure signal and transmits it to the ultrasound image processing device 10 as pressure data. Note that the pressure sensor 50 can also be an acceleration sensor, and information related to pressure can be generated from the output signal of the acceleration sensor.

位相センサ60は、たとえば、心電計と呼吸センサとのうちいずれか一方により構成される。位相センサ60としての心電計は、周期的に繰り返される拍動の一周期のうち特定の位相(心位相)の情報を心電図波形信号(ECG:Electrocardiogram)として取得する。心電計は、被検体の心電図波形信号を電気信号として検出する。心電計は、検出された心電図波形信号にデジタル化処理を含む各種処理を施した上で、超音波画像処理装置10に送信する。 The phase sensor 60 is composed of, for example, either an electrocardiograph or a respiration sensor. The electrocardiograph as the phase sensor 60 acquires information on a specific phase (cardiac phase) of one cycle of periodically repeating beats as an electrocardiogram waveform signal (ECG: Electrocardiogram). The electrocardiograph detects the electrocardiogram waveform signal of the subject as an electrical signal. The electrocardiograph performs various processes, including digitization, on the detected electrocardiogram waveform signal and then transmits it to the ultrasound image processing device 10.

位相センサ60としての呼吸センサは、周期的に繰り返される呼吸の一周期のうち特定の位相の情報を呼吸波形信号として取得する。呼吸センサは、被検体の呼吸波形信号を電気信号として取得する。たとえば、呼吸センサは、レーザ発生器と受光器とを有し、被検体の腹部表面からの反射光の信号を処理してレーザ照射から反射光受光までの時間または反射光信号の位相変化に基づいて、レーザ発生器と被検体の腹部表面との間の距離をリアルタイムに繰り返し演算し、距離の時系列データとして超音波画像処理装置10に送信する。なお、呼吸センサは、被検体の腹部に装着したバンドと腹部の間に圧力センサを取り付け、圧力の変化により呼吸の状態を観測するようにしてもよい。または、呼吸センサは、光反射材を取り付けた物体を腹部上に載せてカメラで撮影し、光反射材の部分の動きを追跡することにより、呼吸の状態を観測してもよい。 The respiratory sensor as the phase sensor 60 acquires information on a specific phase of one periodic respiration cycle as a respiratory waveform signal. The respiratory sensor acquires the subject's respiratory waveform signal as an electrical signal. For example, the respiratory sensor has a laser generator and a photoreceiver, and processes the signal of reflected light from the subject's abdominal surface to repeatedly calculate the distance between the laser generator and the subject's abdominal surface in real time based on the time from laser irradiation to reception of reflected light or the phase change of the reflected light signal, and transmits the distance as time-series data to the ultrasound image processing device 10. The respiratory sensor may be configured to attach a pressure sensor between the subject's abdomen and a band worn on the abdomen, and observe the respiratory state based on changes in pressure. Alternatively, the respiratory sensor may observe the respiratory state by placing an object with a light reflecting material on the abdomen, photographing it with a camera, and tracking the movement of the light reflecting material.

また、図1は、超音波診断装置1の外部機器である医用画像管理装置70と医用情報処理装置80とを示す。医用画像管理装置70は、たとえば、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)サーバであり、ネットワークNを介してデータ送受信可能に超音波診断装置1などの機器に接続される。医用画像管理装置70は、超音波診断装置1によって生成された超音波画像をDICOMファイルとして管理する。 FIG. 1 also shows a medical image management device 70 and a medical information processing device 80, which are external devices of the ultrasound diagnostic device 1. The medical image management device 70 is, for example, a DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) server, and is connected to devices such as the ultrasound diagnostic device 1 so as to be able to send and receive data via a network N. The medical image management device 70 manages ultrasound images generated by the ultrasound diagnostic device 1 as DICOM files.

医用情報処理装置80は、ネットワークNを介してデータ送受信可能に超音波診断装置1や医用画像管理装置70などの機器に接続される。医用情報処理装置80としては、たとえば、超音波診断装置1によって生成された超音波画像に対して各種画像処理を施すワークステーションや、タブレット端末などの携帯型情報処理端末などが挙げられる。なお、医用情報処理装置80はオフラインの装置であって、超音波診断装置1によって生成された超音波画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。 The medical information processing device 80 is connected to devices such as the ultrasound diagnostic device 1 and the medical image management device 70 via the network N so that data can be transmitted and received. Examples of the medical information processing device 80 include a workstation that performs various image processing on the ultrasound images generated by the ultrasound diagnostic device 1, and a portable information processing terminal such as a tablet terminal. Note that the medical information processing device 80 may be an offline device that can read out the ultrasound images generated by the ultrasound diagnostic device 1 via a portable storage medium.

続いて、超音波画像処理装置10の機能について図1を用いて説明する。 Next, the functions of the ultrasound image processing device 10 will be explained using FIG. 1.

処理回路15は、メインメモリ16、または、処理回路15内のメモリに記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、Bモード処理機能F1と、ドプラ処理機能F2と、画像生成機能F3と、変位量算出機能F4と、硬さ算出機能F5と、表示制御機能F6とを実現する。以下、機能F1~F6がコンピュータプログラムによって実現される場合を例に挙げて説明するが、機能F1~F6の全部または一部は、超音波画像処理装置10にASICなどの回路などの機能として設けられるものであってもよい。 The processing circuitry 15 realizes a B-mode processing function F1, a Doppler processing function F2, an image generation function F3, a displacement amount calculation function F4, a stiffness calculation function F5, and a display control function F6 by reading and executing a computer program stored in the main memory 16 or a memory within the processing circuitry 15. Below, an example will be described in which functions F1 to F6 are realized by a computer program, but all or part of functions F1 to F6 may be provided in the ultrasound image processing device 10 as functions of a circuit such as an ASIC.

Bモード処理機能F1は、超音波受信回路12からエコーデータを受信し、対数増幅、および包絡線検波処理などを行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ(2次元又は3次元データ)を生成する。このデータは、一般に、Bモードデータと呼ばれる。 The B-mode processing function F1 receives echo data from the ultrasound receiving circuit 12, and performs logarithmic amplification and envelope detection processing to generate data (two-dimensional or three-dimensional data) in which the signal strength is expressed as luminance brightness. This data is generally called B-mode data.

なお、Bモード処理機能F1は、フィルタ処理により、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。Bモード処理機能F1のフィルタ処理機能を用いることにより、コントラストハーモニックイメージング(CHI:Contrast Harmonic Imaging)や、ティッシュハーモニックイメージング(THI:Tissue Harmonic Imaging)などのハーモニックイメージングを実行可能である。 The B-mode processing function F1 can change the detection frequency through filter processing, thereby changing the frequency band to be visualized. By using the filter processing function of the B-mode processing function F1, it is possible to perform harmonic imaging such as contrast harmonic imaging (CHI) and tissue harmonic imaging (THI).

ドプラ処理機能F2は、超音波受信回路12からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、平均速度、分散、パワーなどの移動体の移動情報を多点について抽出したデータ(2次元又は3次元データ)を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。ここで、移動体とは、たとえば、血流や、心壁などの組織、造影剤である。 The Doppler processing function F2 performs frequency analysis on velocity information from the echo data from the ultrasound receiving circuit 12, and generates data (two-dimensional or three-dimensional data) that extracts moving object information such as average velocity, variance, and power for multiple points. This data is generally called Doppler data. Here, moving objects are, for example, blood flow, tissues such as the heart wall, and contrast agents.

Bモード処理機能F1によって生成されるBモードデータや、ドプラ処理機能F2によって生成されるドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データである。一方で、後述する表示制御機能F6によって生成されるデータは、スキャンコンバート処理後の表示画像データである。なお、Bモードデータおよびドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。 The B-mode data generated by the B-mode processing function F1 and the Doppler data generated by the Doppler processing function F2 are ultrasound image data before the scan conversion process. On the other hand, the data generated by the display control function F6 described below is display image data after the scan conversion process. Note that the B-mode data and Doppler data are also called raw data.

画像生成機能F3は、超音波プローブ20が受信した受信信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像を画像データとして生成する。たとえば、画像生成機能F3は、超音波画像として、Bモード処理機能F1によって生成された2次元のBモードデータから反射波の強度を輝度にて表したBモード画像(後述する第1画像および第2画像)を生成する。画像生成機能F3は、積極的に圧力印加しない場合の圧力閾値未満の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数のBモード画像を複数の第1画像として生成するとともに、積極的に圧力印加する場合の圧力閾値以上の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数のBモード画像を複数の第2画像として生成する。 The image generation function F3 generates an ultrasound image expressed in a predetermined brightness range as image data based on the reception signal received by the ultrasound probe 20. For example, the image generation function F3 generates, as an ultrasound image, a B-mode image (a first image and a second image described below) in which the intensity of the reflected wave is expressed as brightness from the two-dimensional B-mode data generated by the B-mode processing function F1. The image generation function F3 generates, as a plurality of first images, a plurality of B-mode images in a time series including biological tissues at an applied pressure less than a pressure threshold when pressure is not actively applied, and generates, as a plurality of second images, a plurality of B-mode images in a time series including biological tissues at an applied pressure equal to or greater than a pressure threshold when pressure is actively applied.

また、画像生成機能F3は、超音波画像として、ドプラ処理機能F2によって生成された2次元のドプラデータから移動態情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、または、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。 In addition, the image generation function F3 generates, as an ultrasound image, an average velocity image, a variance image, a power image, or a color Doppler image as a combination of these images, which represents the movement state information from the two-dimensional Doppler data generated by the Doppler processing function F2.

ここで、画像生成機能F3は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビなどに代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換(スキャンコンバート)し、超音波画像を生成する。具体的には、画像生成機能F3は、超音波プローブ20による超音波の走査形態に応じて座標変換を行うことで、超音波画像を生成する。また、画像生成機能F3は、スキャンコンバート以外に、種々の画像処理として、たとえば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理(平滑化処理)や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理(エッジ強調処理)などを行う。また、画像生成機能F3は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマークなどを合成する。 Here, the image generation function F3 generally converts (scan converts) the scan line signal sequence of the ultrasound scan into a scan line signal sequence of a video format, such as that of a television, to generate an ultrasound image. Specifically, the image generation function F3 generates an ultrasound image by performing coordinate conversion according to the ultrasound scanning form of the ultrasound probe 20. In addition to scan conversion, the image generation function F3 also performs various image processing, such as image processing (smoothing processing) that regenerates an average brightness image using multiple image frames after scan conversion, and image processing (edge enhancement processing) that uses a differential filter within the image. The image generation function F3 also combines text information of various parameters, scales, body marks, etc., with the ultrasound image.

すなわち、Bモードデータおよびドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像であり、画像生成機能F3が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像である。なお、Bモードデータおよびドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。画像生成機能F3は、スキャンコンバート処理前の2次元超音波画像から、表示用の2次元超音波画像を生成する。 That is, the B-mode data and Doppler data are ultrasound images before the scan conversion process, and the data generated by the image generation function F3 is an ultrasound image for display after the scan conversion process. Note that the B-mode data and Doppler data are also called raw data. The image generation function F3 generates a two-dimensional ultrasound image for display from the two-dimensional ultrasound image before the scan conversion process.

変位量算出機能F4は、画像生成機能F3によって生成された各第2画像と、画像生成機能F3によって生成された複数の第1画像との間で生体組織の変位量を圧力変位量(測定変位量からノイズ成分を除いた変位量)として算出する機能を含む。たとえば、変位量算出機能F4は、ブロックマッチング法などにより圧力変位量を算出する。ブロックマッチング法とは、画像をたとえばN×N画素からなるブロックに分け、第2画像中の着目しているブロックに最も近似しているブロックを第1画像から探索し、これを参照して予測符号化を行うものである。 The displacement amount calculation function F4 includes a function for calculating the amount of displacement of biological tissue between each second image generated by the image generation function F3 and the multiple first images generated by the image generation function F3 as a pressure displacement amount (a displacement amount obtained by removing noise components from the measured displacement amount). For example, the displacement amount calculation function F4 calculates the pressure displacement amount by a block matching method or the like. The block matching method divides an image into blocks, for example, each consisting of N×N pixels, searches the first image for a block that is most similar to a block of interest in the second image, and performs predictive coding by referring to this block.

硬さ算出機能F5は、変位量算出機能F4によって算出された、各第2画像に対応する圧力変位量と、各第2画像に対応する圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、生体組織の硬さを算出する機能を含む。 The stiffness calculation function F5 includes a function for calculating the stiffness of biological tissue based on the pressure displacement amount corresponding to each second image calculated by the displacement amount calculation function F4 and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each second image.

表示制御機能F6は、複数の超音波画像をディスプレイ40に表示する機能と、硬さ算出機能F5によって算出された生体組織の硬さをディスプレイ40に表示する機能とを含む。 The display control function F6 includes a function for displaying multiple ultrasound images on the display 40 and a function for displaying the stiffness of the biological tissue calculated by the stiffness calculation function F5 on the display 40.

(第1の動作例)
続いて、超音波診断装置1の第1の動作例について、図2を用いて説明する。図2に示すフローチャートにおいて、「S」に数字を付した符号は各ステップを示す。
(First operation example)
Next, a first operation example of the ultrasonic diagnostic device 1 will be described with reference to Fig. 2. In the flow chart shown in Fig. 2, each step is indicated by a reference symbol consisting of an "S" followed by a number.

超音波画像処理装置10は、たとえば、HIS(Hospital Information Systems)などの検査依頼装置(図示省略)から検査オーダ情報を受信した後、超音波スキャンの開始指示を受け付ける。操作者が生体組織(たとえば、心臓、肝臓、すい臓など)に向けて被検体の体表に、圧力印加を抑えながら超音波プローブ20の先端を当てる。Bモード処理機能F1は、超音波送信回路11、超音波受信回路12、圧力センサ50、位相センサ60などを制御して、超音波プローブ20を用いて心電同期のスキャンを実行する。なお、第1の動作例において、圧力センサ50の動作は必ずしも必要ではない。そして、画像生成機能F3は、複数の第1画像を生成する(ステップS1)。圧力印加が抑えられているので0とみなすと、画像生成機能F3は、ステップS2に先立って、拍動(または、呼吸揺動)のみで生じる複数の第1画像G1(G11,G12,…)を心電図波形とともに取得することになる(図3(A)に図示する1回目測定)。図3(A)は、積極的に圧力を印加させない場合の複数の第1画像G1と、それら画像の取得時の印加圧力PG1と、心電図波形信号とを示している。 The ultrasound image processing device 10 receives an instruction to start an ultrasound scan after receiving examination order information from an examination request device (not shown), such as a HIS (Hospital Information Systems). The operator places the tip of the ultrasound probe 20 on the body surface of the subject, aiming at the biological tissue (e.g., the heart, liver, pancreas, etc.), while suppressing the application of pressure. The B-mode processing function F1 controls the ultrasound transmission circuit 11, the ultrasound reception circuit 12, the pressure sensor 50, the phase sensor 60, etc., to perform an ECG-synchronized scan using the ultrasound probe 20. Note that in the first operation example, the operation of the pressure sensor 50 is not necessarily required. Then, the image generation function F3 generates a plurality of first images (step S1). If the pressure application is suppressed and considered to be 0, the image generation function F3 acquires a plurality of first images G1 (G11, G12, ...) generated only by pulsation (or respiratory fluctuation) together with an ECG waveform prior to step S2 (first measurement shown in FIG. 3 (A)). FIG. 3(A) shows multiple first images G1 when no pressure is actively applied, the applied pressure PG1 when these images were acquired, and the electrocardiogram waveform signal.

図3(A)に示す複数の第1画像G1に現れる生体組織の像は、拍動や呼吸揺動などで静止はせず、変化している。複数の第1画像G11,G12,…にそれぞれ対応付けられている圧力PG11,PG12,…は、複数の第1画像G11,E12,…の取得時に圧力センサ50により測定された圧力である。圧力PG11,PG12,…は、1回目測定では超音波プローブ20が積極的に体表に押し付けられていないため、ほぼ一定値となる。 The images of biological tissue appearing in the multiple first images G1 shown in FIG. 3(A) are not static but are changing due to pulsation, respiratory fluctuation, etc. The pressures PG11, PG12, ... associated with the multiple first images G11, G12, ... respectively are pressures measured by the pressure sensor 50 when the multiple first images G11, E12, ... were acquired. The pressures PG11, PG12, ... are approximately constant values because the ultrasound probe 20 is not actively pressed against the body surface in the first measurement.

次いで、操作者が同一の生体組織に向けて被検体の体表に圧力を印加した上で超音波プローブ20の先端を当てる。Bモード処理機能F1は、超音波送信回路11、超音波受信回路12、圧力センサ50、位相センサ60などを制御して、超音波プローブ20を用いたスキャンを実行する。そして、画像生成機能F3は、複数の第2画像(Bモード画像)を生成する(ステップS2)。つまり、画像生成機能F3は、圧力印加および拍動(または、呼吸センサに基づく呼吸揺動)で生じる複数の第2画像G2(G21,G22,…)を心電図波形とともに取得する(図3(B)に図示する2回目測定)。図3(B)は、積極的に圧力を印加させた場合の複数の第2画像G2と、そのときの圧力PG2(PG21,PG22,…)[Pa]と、心電図波形信号とを示している。 Next, the operator applies pressure to the subject's body surface toward the same biological tissue and then places the tip of the ultrasound probe 20 on it. The B-mode processing function F1 controls the ultrasound transmission circuit 11, the ultrasound reception circuit 12, the pressure sensor 50, the phase sensor 60, and the like to perform a scan using the ultrasound probe 20. Then, the image generation function F3 generates multiple second images (B-mode images) (step S2). That is, the image generation function F3 acquires multiple second images G2 (G21, G22, ...) generated by pressure application and pulsation (or respiratory fluctuation based on the respiratory sensor) together with an electrocardiogram waveform (second measurement shown in FIG. 3(B)). FIG. 3(B) shows multiple second images G2 when pressure is actively applied, the pressure PG2 (PG21, PG22, ...) [Pa] at that time, and the electrocardiogram waveform signal.

図3(B)に示す複数の第2画像G2に現れる生体組織の像は、拍動や呼吸揺動に加え、印加圧力PG2に応じて変化している。複数の第2画像G21,G22,…にそれぞれ対応付けられている圧力PG21,PG22,…は、複数の第2画像G21,G22,…の取得時に圧力センサ50により測定された圧力である。 The images of biological tissue appearing in the multiple second images G2 shown in FIG. 3(B) change in response to the applied pressure PG2 in addition to pulsation and respiratory fluctuation. The pressures PG21, PG22, ... associated with the multiple second images G21, G22, ... respectively, are pressures measured by the pressure sensor 50 when the multiple second images G21, G22, ... were acquired.

変位量算出機能F4は、ステップS1で取得された複数の第1画像と、ステップS2で取得された複数の第2画像との間で心電図波形(または、呼吸波形)に基づく位相を合わせた上で、位相が対応する第1画像と第2画像との間で生体組織の変位量を圧力変位量として算出する(ステップS3)。つまり、第2画像から、拍動や呼吸揺動などの周期的な動きに起因するノイズ成分を除去する。位相は、心電計から取得される位相情報に基づいて心位相として取得されればよいし、呼吸センサから取得される位相情報に基づいて呼吸位相として取得されればよい。 The displacement amount calculation function F4 aligns the phase based on the electrocardiogram waveform (or respiratory waveform) between the multiple first images acquired in step S1 and the multiple second images acquired in step S2, and then calculates the displacement amount of biological tissue between the first image and the second image having corresponding phases as a pressure displacement amount (step S3). In other words, noise components caused by periodic movements such as pulsation and respiratory fluctuation are removed from the second image. The phase may be acquired as a cardiac phase based on phase information acquired from an electrocardiograph, or as a respiratory phase based on phase information acquired from a respiratory sensor.

たとえば、心電図波形により、図3(B)に示す第2画像G22は、図3(A)の第1画像G11と同じ位相と判断することができる(図4に図示、R波のピークの位相)。変位量算出機能F4は、第1画像G11と第2画像G22との間で生体組織の変位量を算出し、その変位量を第2画像G22の位相における圧力変位量CE22とする。変位量の算出はブロックマッチングなどによる。変位量算出機能F4は、第2画像G22に対応する圧力変位量CG22を、その位相で印加した印加圧力PG22とともにメインメモリ16に記録する。 For example, based on the electrocardiogram waveform, the second image G22 shown in FIG. 3(B) can be determined to be in the same phase as the first image G11 in FIG. 3(A) (shown in FIG. 4, the phase of the peak of the R wave). The displacement amount calculation function F4 calculates the amount of displacement of the biological tissue between the first image G11 and the second image G22, and sets this displacement amount as the pressure displacement amount CE22 at the phase of the second image G22. The displacement amount is calculated by block matching or the like. The displacement amount calculation function F4 records the pressure displacement amount CG22 corresponding to the second image G22 in the main memory 16 together with the applied pressure PG22 applied at that phase.

同様に、心電図波形により、図3(B)に示す第2画像G23は、図3(A)に示す第1画像G12と同じ位相と判断することができる(図4に図示)。たとえば、第2画像G23と第1画像G12とは、R波からの経過時間、または、「R波からの経過時間/心拍間隔」がほぼ等しい画像である。変位量算出機能F4は、第1画像G12と第2画像G23との間で生体組織の変位量を算出し、その変位量を第2画像G23の位相における圧力変位量CG23とする。変位量算出機能F4は、第2画像G23に対応する圧力変位量CG23を、その位相で印加した印加圧力PG23とともにメインメモリ16に記録する。 Similarly, based on the electrocardiogram waveform, the second image G23 shown in FIG. 3(B) can be determined to be in the same phase as the first image G12 shown in FIG. 3(A) (shown in FIG. 4). For example, the second image G23 and the first image G12 are images in which the elapsed time from the R wave, or the "elapsed time from the R wave/heartbeat interval" is approximately equal. The displacement amount calculation function F4 calculates the displacement amount of the biological tissue between the first image G12 and the second image G23, and sets this displacement amount as the pressure displacement amount CG23 at the phase of the second image G23. The displacement amount calculation function F4 records the pressure displacement amount CG23 corresponding to the second image G23 in the main memory 16 together with the applied pressure PG23 applied at that phase.

同様に、心電図波形により、図3(B)に示す第2画像G24は、図3(A)に示す第1画像G13と同じ位相と判断することができる(図4に図示)。たとえば、第2画像G24と第1画像G13とは、R波からの経過時間、または、「R波からの経過時間/心拍間隔」がほぼ等しい画像である。変位量算出機能F4は、第1画像G13と第2画像G24との間で生体組織の変位量を算出し、その変位量を第2画像G24の位相における圧力変位量CG24とする。変位量算出機能F4は、第2画像G24に対応する圧力変位量CG24を、その位相で印加した印加圧力PG24とともにメインメモリ16に記録する。 Similarly, based on the electrocardiogram waveform, the second image G24 shown in FIG. 3(B) can be determined to be in the same phase as the first image G13 shown in FIG. 3(A) (shown in FIG. 4). For example, the second image G24 and the first image G13 are images in which the elapsed time from the R wave, or the "elapsed time from the R wave/heartbeat interval" is approximately equal. The displacement amount calculation function F4 calculates the displacement amount of the biological tissue between the first image G13 and the second image G24, and sets this displacement amount as the pressure displacement amount CG24 at the phase of the second image G24. The displacement amount calculation function F4 records the pressure displacement amount CG24 corresponding to the second image G24 in the main memory 16 together with the applied pressure PG24 applied at that phase.

同様に、心電図波形により、図3(B)に示す第2画像G25は、図3(A)に示す第1画像G14と同じ位相と判断することができる(図4に図示)。たとえば、第2画像G25と第1画像G14とは、R波からの経過時間、または、「R波からの経過時間/心拍間隔」がほぼ等しい画像である。変位量算出機能F4は、第1画像G14と第2画像G25との間で生体組織の変位量を算出し、その変位量を第2画像G25の位相における圧力変位量CG25とする。変位量算出機能F4は、第2画像G25に対応する圧力変位量CG25を、その位相で印加した印加圧力PG25とともにメインメモリ16に記録する。 Similarly, based on the electrocardiogram waveform, the second image G25 shown in FIG. 3(B) can be determined to be in the same phase as the first image G14 shown in FIG. 3(A) (shown in FIG. 4). For example, the second image G25 and the first image G14 are images in which the elapsed time from the R wave, or the "elapsed time from the R wave/heartbeat interval" is approximately equal. The displacement amount calculation function F4 calculates the displacement amount of the biological tissue between the first image G14 and the second image G25, and sets this displacement amount as the pressure displacement amount CG25 at the phase of the second image G25. The displacement amount calculation function F4 records the pressure displacement amount CG25 corresponding to the second image G25 in the main memory 16 together with the applied pressure PG25 applied at that phase.

同様に、心電図波形により、図3(B)に示す第2画像G26は、図3(A)に示す第1画像G15と同じ位相と判断することができる(図4に図示)。たとえば、第2画像G26と第1画像G15とは、R波からの経過時間、または、「R波からの経過時間/心拍間隔」がほぼ等しい画像である。変位量算出機能F4は、第1画像G15と第2画像G26との間で生体組織の変位量を算出し、その変位量を第2画像G26の位相における圧力変位量CG26とする。変位量算出機能F4は、第2画像G26に対応する圧力変位量CG26を、その位相で印加した印加圧力PG26とともにメインメモリ16に記録する。 Similarly, based on the electrocardiogram waveform, the second image G26 shown in FIG. 3(B) can be determined to be in the same phase as the first image G15 shown in FIG. 3(A) (shown in FIG. 4). For example, the second image G26 and the first image G15 are images in which the elapsed time from the R wave, or the "elapsed time from the R wave/heartbeat interval" is approximately equal. The displacement amount calculation function F4 calculates the displacement amount of the biological tissue between the first image G15 and the second image G26, and sets this displacement amount as the pressure displacement amount CG26 at the phase of the second image G26. The displacement amount calculation function F4 records the pressure displacement amount CG26 corresponding to the second image G26 in the main memory 16 together with the applied pressure PG26 applied at that phase.

図2の説明に戻って、硬さ算出機能F5は、ステップS3によって算出された。各第2画像に対応する圧力変位量と、各第2画像に対応する圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、生体組織の硬さ(または、弾性)を算出する(ステップS4)。具体的には、硬さ算出機能F5は、圧力変位量に応じた印加圧力を応力-変位量のヒステリシスループとして取得し、ヒステリシスループの傾きを生体組織の硬さとして算出する。 Returning to the explanation of FIG. 2, the stiffness calculation function F5 was calculated in step S3. Based on the pressure displacement amount corresponding to each second image and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each second image, the stiffness (or elasticity) of the biological tissue is calculated (step S4). Specifically, the stiffness calculation function F5 obtains the applied pressure corresponding to the pressure displacement amount as a stress-displacement hysteresis loop, and calculates the slope of the hysteresis loop as the stiffness of the biological tissue.

図5は、圧力変位量Cに応じた印加圧力Pをプロットした応力-変位量のヒステリシスループを示す。硬さ算出機能F5は、圧力変位量CG22と、それに対応する印加圧力PG22とをメインメモリ16から取得し、圧力変位量CG22に応じた印加圧力PG22をプロットする。同様に、硬さ算出機能F5は、圧力変位量CG23と、それに対応する印加圧力PG23とをメインメモリ16から取得し、圧力変位量CG23に応じた印加圧力PG23をプロットする。同様に、硬さ算出機能F5は、圧力変位量CG24と、それに対応する印加圧力PG24とをメインメモリ16から取得し、圧力変位量CG24に応じた印加圧力PG24をプロットする。同様に、硬さ算出機能F5は、圧力変位量CG25と、それに対応する印加圧力PG25とをメインメモリ16から取得し、圧力変位量CG25に応じた印加圧力PG25をプロットする。同様に、硬さ算出機能F5は、圧力変位量CG26と、それに対応する印加圧力PG26とをメインメモリ16から取得し、圧力変位量CG26に応じた印加圧力PG26をプロットする。なお、圧力変位量CG27以降については説明を省略する。 Figure 5 shows a stress-displacement hysteresis loop in which the applied pressure P is plotted according to the pressure displacement amount C. The stiffness calculation function F5 acquires the pressure displacement amount CG22 and the corresponding applied pressure PG22 from the main memory 16, and plots the applied pressure PG22 according to the pressure displacement amount CG22. Similarly, the stiffness calculation function F5 acquires the pressure displacement amount CG23 and the corresponding applied pressure PG23 from the main memory 16, and plots the applied pressure PG23 according to the pressure displacement amount CG23. Similarly, the stiffness calculation function F5 acquires the pressure displacement amount CG24 and the corresponding applied pressure PG24 from the main memory 16, and plots the applied pressure PG24 according to the pressure displacement amount CG24. Similarly, the stiffness calculation function F5 acquires the pressure displacement amount CG25 and the corresponding applied pressure PG25 from the main memory 16, and plots the applied pressure PG25 according to the pressure displacement amount CG25. Similarly, the stiffness calculation function F5 acquires the pressure displacement amount CG26 and the corresponding applied pressure PG26 from the main memory 16, and plots the applied pressure PG26 according to the pressure displacement amount CG26. Note that a description of the pressure displacement amount CG27 and subsequent values will be omitted.

超音波プローブ20による生体組織の圧力が増加(圧迫)するとヒステリシスループの左下から右上に向かってプロットが増加する一方で、超音波プローブ20による生体組織の圧力が減少すると(開放)ヒステリシスループの右上から左下に向かってプロットが増加する。超音波プローブ20による生体組織の圧迫と開放を繰り返すことで、硬さ算出機能F5は、複数の傾きを取得する。硬さ算出機能F5は、1つの傾きによって取得されてもよいし、複数の傾きの平均値によって取得されてもよい。 When the pressure applied to the biological tissue by the ultrasonic probe 20 increases (compression), the plot increases from the lower left to the upper right of the hysteresis loop, whereas when the pressure applied to the biological tissue by the ultrasonic probe 20 decreases (release), the plot increases from the upper right to the lower left of the hysteresis loop. By repeatedly compressing and releasing the biological tissue by the ultrasonic probe 20, the stiffness calculation function F5 obtains multiple slopes. The stiffness calculation function F5 may obtain a single slope or may obtain an average value of multiple slopes.

以上のように、心電図波形信号を使用して心臓や血管による拍動による周期性のある生体組織の変形・移動の影響を除去した上で硬さを算出することができる。なお、心電図波形信号ではなく、呼吸信号を使用して呼吸の揺動による周期性のある生体組織の変形・移動の影響を除去した上で硬さを算出することもできる。 As described above, the electrocardiogram waveform signal can be used to calculate stiffness after removing the effects of periodic deformation and movement of biological tissues due to pulsation of the heart and blood vessels. Note that the respiratory signal can also be used instead of the electrocardiogram waveform signal to calculate stiffness after removing the effects of periodic deformation and movement of biological tissues due to respiratory fluctuations.

表示制御機能F6は、ステップS4によって算出された生体組織の硬さをディスプレイ40に表示する(ステップS5)。 The display control function F6 displays the stiffness of the biological tissue calculated in step S4 on the display 40 (step S5).

なお、超音波診断装置1の第1の動作例において、変位量算出機能F4は、位相センサ60から取得された位相情報を用いて、複数の第1画像と複数の第2画像との対応付けを行ったがその場合に限定されるものではない。たとえば、変位量算出機能F4は、複数の第1画像と複数の第2画像とに含まれる生体組織の形態に基づいて、複数の第1画像と複数の第2画像とのそれぞれにおける心位相または呼吸位相を取得してもよい。その場合、位相センサ60は不要である。変位量算出機能F4は、各画像の位相情報を、機械学習を用いて取得してもよい。たとえば、機械学習としてCNN(畳み込みニューラルネットワーク)や畳み込み深層信念ネットワーク(CDBN:Convolutional Deep Belief Network)などの、多層のニューラルネットワークを用いた深層学習が用いられる。変位量算出機能F4は、画像と、その画像が示す位相情報との組により学習済みモデルを構築し、当該学習済みモデルに複数の第1画像と複数の第2画像とをそれぞれ入力することで、各画像の位相情報を出力することができる。 In the first operation example of the ultrasound diagnostic device 1, the displacement amount calculation function F4 associates the first images with the second images using the phase information acquired from the phase sensor 60, but the present invention is not limited to this case. For example, the displacement amount calculation function F4 may acquire the cardiac phase or respiratory phase in each of the first images and the second images based on the morphology of the biological tissue contained in the first images and the second images. In this case, the phase sensor 60 is not required. The displacement amount calculation function F4 may acquire the phase information of each image using machine learning. For example, deep learning using a multi-layer neural network such as a CNN (convolutional neural network) or a convolutional deep belief network (CDBN) is used as the machine learning. The displacement amount calculation function F4 constructs a trained model using a pair of an image and phase information indicated by the image, and inputs the first images and the second images to the trained model, respectively, to output the phase information of each image.

以上のように、超音波診断装置1の第1の動作例によれば、外部からの印加圧力に依存した圧力変位量と、拍動や呼吸揺動による生体変位によるノイズ成分とを含む測定変位量からノイズ成分を除去することで、圧力変位量のみを取得することができる。測定変位量ではなく圧力変位量を利用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上することができる。 As described above, according to the first operation example of the ultrasound diagnostic device 1, it is possible to obtain only the pressure displacement amount by removing noise components from the measured displacement amount, which includes the pressure displacement amount dependent on the externally applied pressure and the noise components due to biological displacement caused by pulsation and respiratory fluctuation. By calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount, it is possible to improve the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue.

(第2の動作例)
超音波診断装置1の第2の動作例は、上述の第1の動作例において、1回目測定の際に取得された圧力が閾値以上となった場合にスキャンを強制的に終了させてその旨を操作者に向けて出力するものである。
(Second operation example)
The second operation example of the ultrasound diagnostic device 1 is, in the first operation example described above, to forcibly terminate the scan if the pressure acquired during the first measurement exceeds a threshold value, and output a message to that effect to the operator.

超音波診断装置1の第2の動作例について、図6を用いて説明する。図6に示すフローチャートにおいて、「S」に数字を付した符号は各ステップを示す。なお、図6において、図2と同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。 A second operation example of the ultrasound diagnostic device 1 will be described with reference to FIG. 6. In the flowchart shown in FIG. 6, the reference numbers with "S" followed by a number indicate each step. Note that in FIG. 6, the same steps as in FIG. 2 are given the same reference numbers and their description will be omitted.

超音波画像処理装置10は、たとえば、HISなどの検査依頼装置(図示省略)から検査オーダ情報を受信した後、スキャンの開始指示を受け付ける。操作者が生体組織に向けて被検体の体表に、圧力印加を抑えながら超音波プローブ20の先端を当てる。Bモード処理機能F1は、超音波送信回路11、超音波受信回路12、圧力センサ50、位相センサ60などを制御して、超音波プローブ20を用いて心電同期のスキャンの実行を開始する。なお、第2の動作例において、上述の第1の動作例とは異なり、圧力センサ50の動作は必要である。そして、画像生成機能F3は、複数の第1画像(Bモード画像)の生成を開始する(ステップS11)。 After receiving test order information from a test request device (not shown), such as an HIS, the ultrasound image processing device 10 accepts an instruction to start a scan. The operator places the tip of the ultrasound probe 20 against the body surface of the subject, aiming at the biological tissue, while suppressing the application of pressure. The B-mode processing function F1 controls the ultrasound transmission circuit 11, the ultrasound reception circuit 12, the pressure sensor 50, the phase sensor 60, etc., to start performing an ECG-gated scan using the ultrasound probe 20. Note that, unlike the first operation example described above, the second operation example requires the operation of the pressure sensor 50. Then, the image generation function F3 starts generating a plurality of first images (B-mode images) (step S11).

画像生成機能F3は、複数の第1画像の取得にあたり、圧力閾値以上の印加圧力を検出したか否かを判断する(ステップS12)。ステップS12の判断でYES、つまり、圧力閾値以上の印加圧力を検出したと判断した場合、画像生成機能F3は、ステップS12に検出された圧力閾値以上の印加圧力が時間閾値を超えて続いているか否かを判断する(ステップS13)。ステップS13の判断でNO、つまり、圧力閾値以上の印加圧力が時間閾値以下の間だけだった場合(すぐに圧力閾値未満に下降)、画像生成機能F3は、1回目測定が印加圧力の影響を多く含み不適切なものであるとして複数の第1画像の取得(超音波の送受信)を停止させ、その取得が停止した旨を出力する(ステップS14)。たとえば、画像生成機能F3は、複数の第1画像の取得が停止した旨をディスプレイ40に表示させる。 When acquiring the first images, the image generating function F3 judges whether or not an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold has been detected (step S12). If the judgment in step S12 is YES, that is, if it is judged that an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold has been detected, the image generating function F3 judges whether or not the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold detected in step S12 continues beyond the time threshold (step S13). If the judgment in step S13 is NO, that is, if the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold is only for a period equal to or less than the time threshold (immediately drops below the pressure threshold), the image generating function F3 stops acquiring the first images (transmitting and receiving ultrasonic waves) as the first measurement is inappropriate due to the large influence of the applied pressure, and outputs a message indicating that the acquisition has stopped (step S14). For example, the image generating function F3 displays on the display 40 that the acquisition of the first images has stopped.

一方で、ステップS13の判断によりYES、つまり、圧力閾値以上の印加圧力が時間閾値を超えて続いていると判断された場合、ステップS2に進む。また、ステップS12の判断によりNO、つまり、圧力閾値以上の印加圧力を検出していないと判断した場合、画像生成機能F3は、圧力閾値以上の印加圧力を検出するまでスキャンを継続する。 On the other hand, if the determination in step S13 is YES, that is, if it is determined that the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold continues beyond the time threshold, the process proceeds to step S2. If the determination in step S12 is NO, that is, if it is determined that the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold has not been detected, the image generation function F3 continues scanning until it detects an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold.

以上のように、超音波画像処理装置10の第2の動作例によれば、上述の第2の動作例による効果に加え、不適な1回目測定を中止し、その旨を操作者に報知することができる。その結果、操作者は、再度、1回目測定が必要であることを認識することができる。 As described above, according to the second operation example of the ultrasound image processing device 10, in addition to the effect of the second operation example described above, an inappropriate first measurement can be stopped and the operator can be notified of this. As a result, the operator can recognize that a first measurement is necessary again.

(第3の動作例)
超音波診断装置1の第3の動作例は、上述の第1および第3の動作例とは異なり、位相センサ60を不要とし、心電図波形や呼吸波形の取得を不要とするものである。
(Third operation example)
The third operation example of the ultrasound diagnostic device 1 differs from the above-described first and third operation examples in that it does not require the phase sensor 60 and does not require acquisition of an electrocardiogram waveform or a respiratory waveform.

超音波診断装置1の第3の動作例について、図7を用いて説明する。図7に示すフローチャートにおいて、「S」に数字を付した符号は各ステップを示す。なお、図7において、図2と同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。 A third operation example of the ultrasound diagnostic device 1 will be described with reference to FIG. 7. In the flowchart shown in FIG. 7, the reference numbers with "S" followed by a number indicate each step. Note that in FIG. 7, the same steps as in FIG. 2 are given the same reference numbers and their description will be omitted.

超音波画像処理装置10は、たとえば、HISなどの検査依頼装置(図示省略)から検査オーダ情報を受信した後、スラストグラフィスキャンの開始指示を受け付ける。操作者が生体組織に向けて被検体の体表に、圧力印加を抑えながら超音波プローブ20の先端を当てる。Bモード処理機能F1は、超音波送信回路11、超音波受信回路12、圧力センサ50などを制御して、超音波プローブ20を用いてスキャンを実行する。そして、画像生成機能F3は、複数の画像(Bモード画像)を取得する(ステップS21)。圧力印加が抑えられているので0とみなすと、画像生成機能F3は、ステップS22に先立って、拍動(または、呼吸揺動)のみで生じる複数の第1画像H1(H11,H12,…)を心電図波形とともに取得することになる(図8(A)に図示する1回目測定)。図8(A)は、積極的に圧力を印加させない場合の複数の第1画像H1と、それら画像の取得時の印加圧力PH1とを示している。 After receiving examination order information from an examination request device (not shown), such as an HIS, the ultrasound image processing device 10 accepts an instruction to start a thrustography scan. The operator places the tip of the ultrasound probe 20 against the body surface of the subject while suppressing the application of pressure toward the living tissue. The B-mode processing function F1 controls the ultrasound transmission circuit 11, the ultrasound reception circuit 12, the pressure sensor 50, etc. to perform a scan using the ultrasound probe 20. Then, the image generation function F3 acquires multiple images (B-mode images) (step S21). If the pressure application is suppressed and considered to be 0, the image generation function F3 acquires multiple first images H1 (H11, H12, ...) generated only by pulsation (or respiratory fluctuation) together with an electrocardiogram waveform prior to step S22 (first measurement shown in FIG. 8 (A)). FIG. 8 (A) shows multiple first images H1 when pressure is not actively applied and the applied pressure PH1 when these images are acquired.

図8(A)に示す複数の第1画像H1に現れる像は、拍動や呼吸揺動などで静止はせず、変化している。複数の第1画像H11,H12,…にそれぞれ対応付けられている圧力PH11,PH12,…は、複数の第1画像H11,H12,…の取得時に圧力センサ50により測定された圧力であり、1回目測定では超音波プローブ20が積極的に体表に押し付けられていないため、ほぼ一定値となる。 The images appearing in the multiple first images H1 shown in FIG. 8(A) are not static but are changing due to pulsation, respiratory fluctuation, etc. The pressures PH11, PH12, ... associated with the multiple first images H11, H12, ... respectively are pressures measured by the pressure sensor 50 when the multiple first images H11, H12, ... were acquired, and are approximately constant values because the ultrasound probe 20 was not actively pressed against the body surface in the first measurement.

次いで、操作者が同一の生体組織に向けて被検体の体表に圧力を印加した上で超音波プローブ20の先端を当てる。Bモード処理機能F1は、超音波送信回路11、超音波受信回路12、圧力センサ50などを制御して、超音波プローブ20を用いたスキャンを実行する。そして、画像生成機能F3は、複数の第2画像(Bモード画像)を取得する(ステップS22)。つまり、画像生成機能F3は、圧力を印加して複数の第2画像H(H21,H22,…)を取得する(図8(B)に図示する2回目測定)。図8(B)は、積極的に圧力を印加させた場合の複数の第2画像H22と、そのときの圧力PH2(PH21,PH22,…)とを示している。 Next, the operator applies pressure to the subject's body surface toward the same biological tissue and then places the tip of the ultrasound probe 20 on it. The B-mode processing function F1 controls the ultrasound transmission circuit 11, the ultrasound reception circuit 12, the pressure sensor 50, and the like to perform a scan using the ultrasound probe 20. The image generation function F3 then acquires multiple second images (B-mode images) (step S22). That is, the image generation function F3 applies pressure to acquire multiple second images H (H21, H22, ...) (second measurement shown in FIG. 8(B)). FIG. 8(B) shows multiple second images H22 when pressure is actively applied, and the pressure PH2 (PH21, PH22, ...) at that time.

図8(B)に示す複数の第2画像H2に現れる像は、拍動や呼吸揺動に加え、印加圧力PHに応じて変化している。複数の第2画像H21,H22,…にそれぞれ対応付けられている圧力PH21,PH22,…は、複数の第2画像H21,H22,…の取得時に圧力センサ50により測定された圧力である。 The images appearing in the multiple second images H2 shown in FIG. 8(B) change according to the applied pressure PH, in addition to pulsation and respiratory fluctuation. The pressures PH21, PH22, ... associated with the multiple second images H21, H22, ... respectively, are pressures measured by the pressure sensor 50 when the multiple second images H21, H22, ... were acquired.

変位量算出機能F4は、ステップS21で取得された複数の第1画像と、ステップS22で取得された複数の第2画像との間で心電図波形(または、呼吸波形)に基づく位相を合わせた上で、位相が対応する第1画像と第2画像との間で生体組織の変位量を圧力変位量として算出する(ステップS23)。つまり、第2画像から、拍動や呼吸揺動などの周期的な動きに起因するノイズ成分を除去する。 The displacement amount calculation function F4 aligns the phase based on the electrocardiogram waveform (or respiratory waveform) between the multiple first images acquired in step S21 and the multiple second images acquired in step S22, and then calculates the displacement amount of biological tissue between the first image and the second image that correspond in phase as the pressure displacement amount (step S23). In other words, noise components caused by periodic movements such as pulsation and respiratory fluctuation are removed from the second image.

たとえば、図8(B)に示す第2画像H21と、図8(A)に示す6個の第1画像H11~H16のそれぞれとの間で生体組織の6個の変化量要素CH21~CH21を算出する(図9に図示)。変位量算出機能F4は、6個の変位量要素CH21~CH21の平均値を第2画像H21における圧力変位量CH21として求め、第2画像H21における圧力変位量CH21を、その位相で印加した印加圧力PH21とともにメインメモリ16に記録する。 For example, six variation elements CH211 to CH216 of the biological tissue are calculated between the second image H21 shown in Fig. 8(B) and each of the six first images H11 to H16 shown in Fig. 8( A ) (shown in Fig. 9). The displacement amount calculation function F4 obtains the average value of the six displacement amount elements CH211 to CH216 as the pressure displacement amount CH21 in the second image H21, and records the pressure displacement amount CH21 in the second image H21 in the main memory 16 together with the applied pressure PH21 applied at that phase.

同様に、図8(B)に示す第2画像H22と、図8(A)に示す6個の第1画像H11~H16のそれぞれとの間で生体組織の6個の変位量要素CH22~CH22を算出する。第2画像H22と比較する第1画像の種類は、上述の第2画像H21の種類と同一である。変位量算出機能F4は、6個の変位量要素CH22~CH22の平均値を第2画像H22の圧力変位量CH22として求め、第2画像H22における圧力変位量CH22を、その位相で印加した印加圧力PH22とともにメインメモリ16に記録する。 Similarly, six displacement amount elements CH221 to CH226 of the biological tissue are calculated between the second image H22 shown in Fig. 8(B) and each of the six first images H11 to H16 shown in Fig. 8 (A). The type of the first image to be compared with the second image H22 is the same as the type of the second image H21 described above. The displacement amount calculation function F4 obtains the average value of the six displacement amount elements CH221 to CH226 as the pressure displacement amount CH22 of the second image H22, and records the pressure displacement amount CH22 in the second image H22 in the main memory 16 together with the applied pressure PH22 applied at that phase.

図8(B)に示す第2画像H23以降の圧力変位量の求め方についても同様である。なお、変位量算出機能F4が、各第2画像と、複数の第1画像のうちの同一の複数の第1画像(6個の第1画像H11~H16)との間で生体組織の複数の変位量要素を算出し、複数の変位量要素の平均値を各第2画像に対応する圧力変位量とするものとして説明したが、その場合に限定されるものではない。各第2画像と、複数の第1画像のうちの複数の第1画像との間で生体組織の複数の変位量要素を算出し、複数の変位量要素の平均値を各第2画像に対応する圧力変位量とすればよい。たとえば、変位量算出機能F4は、第2画像と比較する複数の第1画像の数を同一としつつ、取得時をずらしていってもよい。 The same applies to the method of calculating the pressure displacement amount for the second image H23 and subsequent images shown in FIG. 8(B). It has been described that the displacement amount calculation function F4 calculates multiple displacement amount elements of the biological tissue between each second image and the same multiple first images (six first images H11 to H16) among the multiple first images, and sets the average value of the multiple displacement amount elements as the pressure displacement amount corresponding to each second image, but this is not limited to the case. It is sufficient to calculate multiple displacement amount elements of the biological tissue between each second image and multiple first images among the multiple first images, and set the average value of the multiple displacement amount elements as the pressure displacement amount corresponding to each second image. For example, the displacement amount calculation function F4 may stagger the acquisition times while keeping the number of multiple first images compared with the second image the same.

次いで、硬さ算出機能F5は、ステップS23によって算出された生体組織の変位量と、それに対応する圧力Pとに基づいて、生体組織の硬さ(または、弾性)を算出する(ステップS4)。 Next, the stiffness calculation function F5 calculates the stiffness (or elasticity) of the biological tissue based on the displacement of the biological tissue calculated in step S23 and the corresponding pressure P (step S4).

以上のように、超音波画像処理装置10の第3の動作例によれば、位相センサ60なしで、外部からの印加圧力に依存した圧力変位量と、拍動や呼吸揺動による生体変位によるノイズ成分とを含む測定変位量からノイズ成分を除去して圧力変位量のみを抽出することができる。測定変位量ではなく圧力変位量を利用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上することができる。 As described above, according to the third operation example of the ultrasound image processing device 10, it is possible to extract only the pressure displacement amount by removing noise components from the measured displacement amount, which includes the pressure displacement amount dependent on the externally applied pressure and the noise components due to biological displacement caused by pulsation and respiratory fluctuation, without the phase sensor 60. By calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount, it is possible to improve the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、超音波プローブ20に取り付けられた圧力センサ50から被検体への印加圧力を取得する超音波診断装置1に通信可能に接続された医用情報処理装置80(図1にも図示)に係る。
Second Embodiment
The second embodiment relates to a medical information processing device 80 (also shown in FIG. 1 ) communicatively connected to an ultrasonic diagnostic device 1 that acquires the pressure applied to a subject from a pressure sensor 50 attached to an ultrasonic probe 20 .

図10に示すように、医用情報処理装置80は、ネットワークインターフェース84と、処理回路85と、メモリ86と、入力インターフェース87と、ディスプレイ88とを備える。なお、ネットワークインターフェース84と、処理回路85と、メモリ86と、入力インターフェース87と、ディスプレイ88との構成は、図1に示すネットワークインターフェース14と、処理回路15と、メインメモリ16と、入力インターフェース30と、ディスプレイ40との構成とそれぞれ同等であるので説明を省略する。 As shown in FIG. 10, the medical information processing device 80 includes a network interface 84, a processing circuit 85, a memory 86, an input interface 87, and a display 88. Note that the configurations of the network interface 84, the processing circuit 85, the memory 86, the input interface 87, and the display 88 are the same as the configurations of the network interface 14, the processing circuit 15, the main memory 16, the input interface 30, and the display 40 shown in FIG. 1, respectively, and therefore will not be described.

処理回路85は、メモリ86、または、処理回路85内のメモリに記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、変位量算出機能F4と、硬さ算出機能F5と、表示制御機能F6と、画像生成機能F7とを実現する。以下、機能F4~F7がコンピュータプログラムによって実現される場合を例に挙げて説明するが、機能F4~F7の全部または一部は、医用情報処理装置80にASICなどの回路などの機能として設けられるものであってもよい。なお、図10において、図1に示す機能と同一機能には同一符号を付して説明を省略する。 The processing circuitry 85 realizes a displacement calculation function F4, a stiffness calculation function F5, a display control function F6, and an image generation function F7 by reading and executing a computer program stored in the memory 86 or a memory within the processing circuitry 85. Below, an example will be described in which the functions F4 to F7 are realized by a computer program, but all or part of the functions F4 to F7 may be provided in the medical information processing device 80 as functions of a circuit such as an ASIC. Note that in FIG. 10, the same functions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and will not be described.

画像取得機能F7は、閾値未満の印加圧力で生成された、生体組織を含む時系列に複数の第1画像をネットワークNを介して取得するとともに、閾値以上の印加圧力で生成された、生体組織を含む時系列に複数の第2画像をネットワークNを介して取得する機能を含む。 The image acquisition function F7 includes a function for acquiring, via the network N, a plurality of first images in a time series including biological tissue, which were generated with an applied pressure below a threshold value, and acquiring, via the network N, a plurality of second images in a time series including biological tissue, which were generated with an applied pressure equal to or greater than the threshold value.

変位量算出機能F4は、画像取得機能F7によって取得された各第2画像と、画像取得機能F7によって取得された複数の第1画像との間で生体組織の変位量を圧力変位量(測定変位量からノイズ成分を除いた変位量)として算出する機能を含む。 The displacement amount calculation function F4 includes a function for calculating the displacement amount of biological tissue between each second image acquired by the image acquisition function F7 and a plurality of first images acquired by the image acquisition function F7 as a pressure displacement amount (a displacement amount obtained by removing noise components from the measured displacement amount).

医用情報処理装置80は、ポストプロセスにおいて、超音波診断装置1における上述の第1~第3の動作例と同様に動作する。 In post-processing, the medical information processing device 80 operates in the same manner as the first to third operation examples described above in the ultrasound diagnostic device 1.

以上のように、医用情報処理装置80の動作例によれば、外部からの印加圧力に依存した圧力変位量と、拍動や呼吸揺動による生体変位によるノイズ成分とを含む測定変位量からノイズ成分を除去して圧力変位量のみを抽出することができる。測定変位量ではなく圧力変位量を利用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上することができる。 As described above, according to the example operation of the medical information processing device 80, it is possible to extract only the pressure displacement amount by removing noise components from the measured displacement amount, which includes the pressure displacement amount dependent on the externally applied pressure and the noise components due to biological displacement caused by pulsation and respiratory fluctuation. By calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount, it is possible to improve the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue.

以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、測定変位量ではなく圧力変位量を使用して生体組織の硬さを算出することで、生体組織の硬さ測定の精度を向上させることができる。 According to at least one of the embodiments described above, the accuracy of measuring the stiffness of biological tissue can be improved by calculating the stiffness of biological tissue using the pressure displacement amount rather than the measured displacement amount.

なお、Bモード処理機能F1は、Bモード処理部の一例である。ドプラ処理機能F2は、ドプラ処理部の一例である。画像生成機能F3は、画像生成部の一例である。変位量算出機能F4は、変位量算出部の一例である。硬さ算出機能F5は、硬さ算出部の一例である。表示制御機能F6は、表示制御部の一例である。画像取得機能F7は、画像取得部の一例である。 The B-mode processing function F1 is an example of a B-mode processing unit. The Doppler processing function F2 is an example of a Doppler processing unit. The image generation function F3 is an example of an image generation unit. The displacement amount calculation function F4 is an example of a displacement amount calculation unit. The stiffness calculation function F5 is an example of a stiffness calculation unit. The display control function F6 is an example of a display control unit. The image acquisition function F7 is an example of an image acquisition unit.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせ、実施形態と1または複数の変形例との組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, modifications, combinations of embodiments, and combinations of embodiments with one or more modified examples can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

1…超音波診断装置
10…超音波画像処理装置
15…処理回路
20…超音波プローブ
30…入力インターフェース
40…ディスプレイ
50…圧力センサ
60…位相センサ
80…医用情報処理装置
F1…Bモード処理機能
F2…ドプラ処理機能
F3…画像生成機能
F4…変位量算出機能
F5…硬さ算出機能
F6…表示制御機能
F7…画像取得機能
1...Ultrasound diagnostic device 10...Ultrasound image processing device 15...Processing circuit 20...Ultrasound probe 30...Input interface 40...Display 50...Pressure sensor 60...Phase sensor 80...Medical information processing device F1...B-mode processing function F2...Doppler processing function F3...Image generation function F4...Displacement amount calculation function F5...Hardness calculation function F6...Display control function F7...Image acquisition function

Claims (9)

超音波プローブに取り付けられた圧力センサから被検体への印加圧力を取得する超音波診断装置であって、
圧力閾値未満の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第1画像を生成するとともに、前記圧力閾値以上の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第2画像を生成する画像生成部と、
前記複数の第2画像の各第2画像と、前記複数の第1画像との間で前記生体組織の変位量を算出する変位量算出部と、
前記各第2画像に対応する前記変位量と、前記各第2画像に対応する前記圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、前記生体組織の硬さを算出する硬さ算出部と、
を備える超音波診断装置。
An ultrasonic diagnostic apparatus that acquires an applied pressure to a subject from a pressure sensor attached to an ultrasonic probe,
an image generating unit that generates a plurality of first images in a time series including the biological tissue at an applied pressure less than a pressure threshold, and generates a plurality of second images in a time series including the biological tissue at an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold;
a displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the biological tissue between each of the second images of the plurality of second images and the plurality of first images;
a stiffness calculation unit that calculates stiffness of the biological tissue based on the displacement amount corresponding to each of the second images and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each of the second images;
An ultrasound diagnostic device comprising:
前記変位量算出部は、
前記各第2画像と、前記複数の第1画像のうち心位相または呼吸位相が対応する第1画像との間で前記生体組織の変位量を算出する、
請求項1に記載の超音波診断装置。
The displacement amount calculation unit
calculating a displacement amount of the biological tissue between each of the second images and a first image among the plurality of first images, the first image having a corresponding cardiac phase or respiratory phase;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 .
前記変位量算出部は、
心電計から取得される位相情報に基づいて前記複数の第1画像と前記複数の第2画像とのそれぞれにおける前記心位相を取得するとともに、呼吸センサから取得される位相情報に基づいて前記複数の第1画像と前記複数の第2画像とのそれぞれにおける前記呼吸位相を取得する、
請求項2に記載の超音波診断装置。
The displacement amount calculation unit
acquiring the cardiac phase in each of the first images and the second images based on phase information acquired from an electrocardiograph, and acquiring the respiratory phase in each of the first images and the second images based on phase information acquired from a respiratory sensor;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 .
前記変位量算出部は、
前記複数の第1画像と前記複数の第2画像とに含まれる前記生体組織の形態に基づいて、前記複数の第1画像と前記複数の第2画像とのそれぞれにおける前記心位相または前記呼吸位相を取得する、
請求項2に記載の超音波診断装置。
The displacement amount calculation unit
acquiring the cardiac phase or the respiratory phase in each of the first images and the second images based on morphologies of the biological tissue included in the first images and the second images;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 .
前記変位量算出部は、
前記各第2画像と、前記複数の第1画像のうちの複数の第1画像との間で前記生体組織の複数の変位量要素を算出し、前記複数の変位量要素の平均値を前記各第2画像に対応する前記変位量とする、
請求項1に記載の超音波診断装置。
The displacement amount calculation unit
Calculating a plurality of displacement amount elements of the biological tissue between each of the second images and a plurality of first images among the plurality of first images, and setting an average value of the plurality of displacement amount elements as the displacement amount corresponding to each of the second images.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 .
前記変位量算出部は、
前記各第2画像と、前記複数の第1画像のうちの同一の複数の第1画像との間で前記生体組織の複数の変位量要素を算出し、前記複数の変位量要素の平均値を前記各第2画像に対応する前記変位量とする、
請求項1に記載の超音波診断装置。
The displacement amount calculation unit
Calculating a plurality of displacement amount elements of the biological tissue between each of the second images and the same plurality of first images among the plurality of first images, and setting an average value of the plurality of displacement amount elements as the displacement amount corresponding to each of the second images.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 .
前記画像生成部は、
前記複数の第1画像の取得にあたり、前記圧力閾値以上の印加圧力を、時間閾値以下の間だけ検出した場合に、前記複数の第1画像の取得を停止させ、その取得が停止した旨を出力する、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の超音波診断装置。
The image generating unit includes:
When an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold is detected for a period equal to or less than a time threshold during acquisition of the plurality of first images, the acquisition of the plurality of first images is stopped, and a message is output to the effect that the acquisition has been stopped.
7. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
超音波プローブに取り付けられた圧力センサから被検体への印加圧力を取得する超音波診断装置に通信可能に接続された医用情報処理装置であって、
圧力閾値未満の印加圧力で生成された生体組織を含む時系列に複数の第1画像を取得するとともに、前記圧力閾値以上の印加圧力で生成された生体組織を含む時系列に複数の第2画像を取得する画像取得部と、
前記複数の第2画像の各第2画像と、前記複数の第1画像との間で前記生体組織の変位量を算出する変位量算出部と、
前記各第2画像に対応する前記変位量と、前記各第2画像に対応する前記圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、前記生体組織の硬さを算出する硬さ算出部と、
を備える医用情報処理装置。
A medical information processing device communicably connected to an ultrasonic diagnostic device that acquires an applied pressure to a subject from a pressure sensor attached to an ultrasonic probe,
an image acquisition unit that acquires a plurality of first images in a time series including biological tissue generated at an applied pressure less than a pressure threshold, and acquires a plurality of second images in a time series including biological tissue generated at an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold;
a displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the biological tissue between each of the second images of the plurality of second images and the plurality of first images;
a stiffness calculation unit that calculates stiffness of the biological tissue based on the displacement amount corresponding to each of the second images and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each of the second images;
A medical information processing device comprising:
コンピュータに、
圧力閾値未満の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第1画像を生成するとともに、前記圧力閾値以上の印加圧力で生体組織を含む時系列に複数の第2画像を生成する機能と、
前記複数の第2画像の各第2画像と、前記複数の第1画像との間で前記生体組織の変位量を算出する機能と、
前記各第2画像に対応する前記変位量と、前記各第2画像に対応する前記圧力閾値以上の印加圧力とに基づいて、前記生体組織の硬さを算出する機能と、
を実現させる硬さ算出プログラム。
On the computer,
generating a plurality of first images in a time series including the biological tissue at an applied pressure less than a pressure threshold, and generating a plurality of second images in a time series including the biological tissue at an applied pressure equal to or greater than the pressure threshold;
A function of calculating a displacement amount of the biological tissue between each of the second images of the plurality of second images and the plurality of first images;
a function of calculating a hardness of the biological tissue based on the displacement amount corresponding to each of the second images and the applied pressure equal to or greater than the pressure threshold corresponding to each of the second images;
A hardness calculation program that makes this possible.
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