JP2006115937A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて簡単な操作で組織性状の測定を行うことができ、且つ、組織性状の測定精度を向上し得る超音波診断装置を提供する。
【解決手段】探触子１、制御部９、送信部２及び受信部３を備えた超音波診断装置に、傾斜角算出部８、組織追跡部５、組織性状算出部６を備えさせる。傾斜角算出部は内部組織の傾斜角を検出する。制御部は、動作モードとして、断層画像が得られるように送信部及び受信部を動作させる第１のモードと、傾斜角に基づいて超音波ビームを内部組織に垂直に入射させる偏向角を算出し、送信部に、該偏向角で超音波ビームを照射させる送信パルスを生成させ、受信部に、該偏向角をなす偏向方向からの超音波エコーの受信信号を検出させる第２のモードとを有する。組織追跡部は、第２のモードでの動作時に受信部で検出された受信信号を解析し、内部組織の動きを追跡する。組織性状算出部は追跡結果に基づいて内部組織の組織性状を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波診断装置、特には、被検体の内部組織の組織性状の計測が可能な超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に照射し、被検体からの反射エコー信号の強度を対応する画素の輝度に変換することで、被検体の構造を断層画像として表示する。また、近年、超音波診断装置においては、反射エコー信号の主に位相を解析することによって、被検体の内部組織の動きを精密に測定する試みがなされている。更に、測定した動きから歪みや弾性率、粘性率などの組織性状を計測する試みもなされている。この点について以下に説明する。

例えば、特許文献１は、反射エコー信号を検波して得られた検波出力信号を解析し、拍動によって変動する被検体の内部組織の位置及び運動を計測する超音波診断装置を開示している。特許文献１に開示の超音波診断装置は、先ず、反射エコー信号を検波して得られた検波出力信号の振幅と位相との両者を用いて、被検体の内部組織の瞬間的な位置を決定する。次いで、拍動による被検体の内部組織の大振幅変位運動を精密にトラッキングする。その後、トラッキングによって得られた被検体の内部組織の大振幅変位運動の順次の位置に基づき、大振幅変位運動に重畳されている微小振動を求める。

ここで、図１２を用いて、被検体の内部組織の大振幅変位運動のトラッキング方法について説明する。ΔＴの間隔をおいて、被検体の内部組織の部位Ｘ１に対して送信された超
音波パルスの反射エコー信号を、それぞれｙ（ｔ）とｙ（ｔ＋ΔＴ）とする。また、部位Ｘ１の追跡初期点の深度（位置）をｘ１とする。追跡初期点からの受信エコー信号の到達
時間ｔ１は、パルス送信時刻をｔ＝０とすると、下記式（１）から求められる。ただし、Ｃは音速である。

ｔ１＝ｘ１／（Ｃ／２） ・・・（１）

このとき、図１２に示すように、ｙ（ｔ１）とｙ（ｔ１＋ΔＴ）の間の位相変位をΔθ、ｔ１付近での超音波の中心周波数をｆとすると、この期間ΔＴにおけるｘ１の移動量Δｘ（図１２参照）は下記式（２）から求められる。

Δｘ＝−Ｃ・Δθ／４πｆ ・・・（２）

また、下記式（３）に示すように、上記式（１）で得られたΔｘをｘ１に加算することで、ΔＴ秒後のＸ１の深度（位置）ｘ１’が求められる。このような手順を繰り返すこと
で、被検体の内部組織の部位Ｘ１の位置ｘ１を追跡していくことができる。

ｘ１’＝ｘ１＋Δｘ ・・・（３）

また、特許文献２は、上記特許文献１に開示の超音波診断装置を更に発展させた超音波診断装置を開示している。特許文献２に開示の超音波振動装置も、上記特許文献１に開示された超音波診断装置と同様に、検波出力信号の振幅と位相とから、被検体の内部組織の瞬間的な位置を決定し、被検体の内部組織の大振幅変位運動を精密にトラッキングする。更に、この超音波診断装置は、大振幅変位運動に重畳されている微小振動を求める。

但し、特許文献２に開示の超音波診断装置は、血管壁を診断対象としており、血管壁の内面及び外面それぞれの微小振動を求める。また、特許文献２に開示の超音波診断装置は、これらの微小振動の運動速度の差から血管壁の時間変化を求める。その後、求めた時間変化に基づいて、血管壁の歪み量を計測し、更に、歪み量と血圧差から局所弾性率を求める。また、弾性率の空間分布を画像表示する。

ここで、図１３を用いて、従来における血管壁の局所弾性率の算出方法について説明する。図１３（ａ）に示すように、先ず、被検体４２に探触子４１を配置する。次に、探触子４１から被検体４２に対して超音波ビームを照射し、探触子４１によって血管（図１３の例では動脈）で反射された超音波エコーを受信する。

次いで、診断対象となる被検体４２の血管４４における血管壁に測定点Ａ、Ｂを設定する。測定点の設定は、自動的に、又は操作者によって行われる。更に、上記特許文献１に示された方法によって、測定点Ａ及びＢの大振幅変位運動をトラッキングする（特許文献１参照。）。なお、図１３において、４３は皮膚組織、４５は血管４４に生じた粥腫（アテローム）を示している。

ここで、動脈は心拍によって収縮拡張を繰り返しているため、図１３（ｂ）中の追跡波形ＴＡ、ＴＢに示すように、測定点Ａ、Ｂは周期的な動きをする。そこで、測定点Ａの追跡波形ＴＡと、測定点Ｂの追跡波形ＴＢとから測定点Ａ−Ｂ間の厚み変化波形Ｗ（図１３（ｂ）参照）を求める。

厚み変化波形Ｗの変化量をΔＷ、測定点初期化時の基準厚みをＷｓとすると、測定点Ａ−Ｂ間の歪み量εは、下記式（４）によって求めることができる。

ε＝ΔＷ／Ｗｓ ・・・（４）

このときの血圧差をΔＰとすると、測定点Ａ−Ｂ間の弾性率Ｅｒは、下記式（５）によって求めることができる。このような手順を、断層画像上の複数点に対して行なうことで、図１４に示す弾性率画像が表示画面に表示される。

Ｅｒ＝ΔＰ／ε＝ΔＰ・Ｗｓ／ΔＷ ・・・（５）

図１４に示すように、弾性率画像５１は、血管４４の長軸方向に沿って得られた断層画像５０の上に重畳表示されている。また、図１４に示すように、表示画面には、断層画像用反射強度スケール４９、弾性率画像用弾性率スケール４８、心電波形（心音波形）５２も表示されている。

断層画像用反射強度スケール４９は、反射エコー信号の反射強度と画面上の輝度との対応を示している。弾性率画像用弾性率スケール４８は、弾性率と画面上の色調または輝度との対応を示している。なお、４６は血管壁（前壁）、４７は血管壁（後壁）を示している。

このように、特許文献２に示した超音波診断装置によれば、被検体の内部組織の弾性率を表示できるため、医師は的確な診断を行うことができる。

ところで、上記の特許文献１及び特許文献２に記載の超音波診断装置においては、被検体の内部組織の大振幅変位運動のトラッキングが行われているが、このとき、超音波ビームの進行方向と被検体の内部組織の動きとが平行でないと、トラッキング精度が低下する。特に、上記特許文献２に記載の超音波診断装置においては、超音波ビームと血管壁との直交性が保たれないと、血管壁の弾性率の計測精度が低下してしまう。よって、特許文献２の図２に示すように、血管軸と平行に探触子を設置して、リニア走査による長軸断面での計測が行われている。

しかし、リニア走査を行っても、超音波ビームと血管壁との直交性を高めるのは難しい場合がある。このため、図１５に示すように、長軸断面での計測に加え、血管軸と垂直な短軸断面での計測も行われている（非特許文献１及び非特許文献２に参照。）。

図１５に示すように、血管の短軸断面での弾性率の計測は、探触子４１の振動子の配列方向が血管４４の長軸に垂直となるように、探触子４１を被検体４２に配置して行われる。但し、超音波ビームが血管４４の短軸断面の中心Ｏを通らない場合は、超音波ビームと血管壁とが直交せず、ビーム方向と血管壁の運動方向とが一致しないため、正確なトラッキングが不可能となる。このため、図１５に示すように、非特許文献１及び２に示す超音波診断装置においては、血管４４の短軸断面が同心円であると仮定して、超音波ビームが血管４４の中心Ｏを通るように制御を行っている。
特開平１０−５２２６号公報 特開２０００−２２９０７８号公報 中川、長谷川、金井、「短軸断面における頚動脈壁弾性率断層像の描出法の精度評価」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、２００３年９月３０日、Ｖｏｌ．１０３、Ｎｏ．３４０、第７頁−第１１頁 中川、長谷川、金井、「短軸断面における頚動脈壁弾性率断層像のイメージング」、電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、２００３年６月２８日、Ｖｏｌ．１０３、Ｎｏ．１５８、第１頁−第４頁

しかしながら、上記非特許文献１及び２に記載の超音波診断装置では、探触子４１と血管４１の中心Ｏとの位置関係を予め設定しておく必要があり、操作が煩雑である。また、長軸断面と短軸断面の二つを測定することは、医療現場において診断にあたる者にとって大きな負担となる。

本発明の目的は、上記問題を解消し、従来に比べて簡単な操作で組織性状の測定を行うことができ、且つ、組織性状の測定精度を向上し得る超音波診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明における超音波診断装置は、診断対象となる被検体の内部組織に超音波ビームを照射し、且つ、前記内部組織からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する探触子と、制御部と、前記制御部の指示に応じて送信パルスを生成し、前記探触子に超音波ビームの照射を行わせる送信部と、前記探触子によって出力された受信信号から、前記制御部に指示された超音波エコーの受信信号を検出する受信部とを備えた超音波診断装置であって、傾斜角算出部と、組織追跡部と、組織性状算出部とを更に備え、前記傾斜角算出部は、前記探触子の送受波面を基準とした前記内部組織又は前記内部組織内の血流の傾斜角を検出し、前記制御部は、動作モードとして、前記内部組織の断層画像が得られるように前記送信部及び前記受信部を動作させる第１のモードと、前記傾斜角に基づいて、前記超音波ビームを前記内部組織又は前記内部組織内の血流に垂直に入射させる偏向角を算出し、前記送信部に、前記探触子が前記偏向角で前記超音波ビームを照射するための送信パルスを生成させ、前記受信部に、前記偏向角をなす偏向方向からの超音波エコーの受信信号を検出させる第２のモードとを少なくとも有し、前記組織追跡部は、前記制御部が前記第２のモードで動作しているときに前記受信部で検出された受信信号を解析し、解析結果に基づいて前記内部組織の動きを追跡し、前記組織性状算出部は、前記組織追跡部によって得られた追跡結果に基づいて、前記内部組織の組織性状を算出することを特徴とする。

上記本発明の超音波診断装置においては、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記内部組織の断層画像を生成する画像処理部と、前記探触子の送受波面に平行な方向が水平方向となるようにして、生成された前記断層画像を表示画面に表示する表示部と、前記断層画像上の複数点の外部からの指定を受け付け、指定された前記複数点を特定する情報を前記傾斜角算出部へと出力する入力部を更に備え、前記傾斜角算出部が、前記情報から前記複数点の座標を検出し、検出した前記座標に基づいて前記傾斜角を検出する態様とするのが好ましい。この場合、超音波診断装置における制御を単純にでき、しかも、被検体の内部組織の追跡や組織性状の算出を簡単に行うことができる。

また、上記本発明の超音波診断装置においては、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記内部組織の断層画像を生成する画像処理部と、前記探触子の送受波面に平行な方向が水平方向となるようにして、生成された前記断層画像を表示画面に表示する表示部と、前記断層画像に示された内部組織のなかから予め選択された内部組織を検出する内部組織検出部を更に備え、前記傾斜角算出部が、前記内部組織検出部によって検出された前記内部組織の前記傾斜角を検出する態様とするのも好ましい。この態様においては、前記予め選択された内部組織の例としては、血管又は心臓が挙げられる。また、このとき、前記傾斜角算出部は、前記断層画像に示された前記血管の血管壁又は前記心臓の心臓壁の前記傾斜角を算出する。このような内部組織検出部を用いた態様とした場合は、傾斜角の測定精度を高めることができ、ひいてはトラッキング精度及び組織性状の算出精度の向上を図ることができる。

また、内部組織検出部は、前記断層画像の輝度に基づいて、前記予め選択された内部組織を検出することができる。更に、前記内部組織検出部は、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号の振幅を解析し、その解析結果に基づいて、前記予め選択されている内部組織を検出することもできる。

また、前記組織追跡部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号を解析して前記内部組織の動きを追跡し、該追跡の結果を特定する情報を前記内部組織検出部に出力するのであれば、前記内部組織検出部は、前記組織追跡部によって出力された前記情報を解析し、その解析結果に基づいて、前記予め選択されている内部組織を検出することができる。

更に、前記組織追跡部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号を解析して前記内部組織の動きを追跡し、前記組織性状算出部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときにおける前記組織追跡部の追跡の結果に基づいて、前記内部組織の組織性状を算出するのであれば、前記内部組織検出部は、前記組織性状算出部による前記組織性状の算出結果から、前記予め選択されている内部組織を検出することができる。

また、上記本発明における超音波診断装置においては、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された超音波エコーの受信信号からドプラ偏移信号を抽出し、前記ドプラ偏移信号から血流ドプラ画像を生成する血流ドプラ画像処理部を備え、前記傾斜角算出部が、前記血流ドプラ画像から前記内部組織内の血流の傾斜角を検出する態様とするのも好ましい。このような態様とした場合も、傾斜角の測定精度を高めることができ、ひいてはトラッキング精度及び組織性状の算出精度の向上を図ることができる。

以上のように本発明における超音波診断装置は、超音波ビームを被検体の内部組織又は内部組織内の血流に垂直に入射させる偏向角を算出でき、この偏向角で超音波ビームの送受信を行う。更に、本発明の超音波診断装置は、このときの受信信号に基づいてトラッキングや、内部組織の歪み量や弾性率、運動速度、更には粘性率等といった被検体の組織性状の算出を行う。このため、本発明の超音波診断装置によれば、短軸断面での測定を行うことなく、被検体の内部組織における大振幅運動のトラッキング精度や、被検体の内部組織の組織性状の測定精度を向上することができる。また、従来に比べて、簡単な操作で組織性状の測定を行うことができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における超音波診断装置について、図１〜図３を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態１における超音波診断装置の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態１における超音波診断装置は、探触子１と、本体１０と、表示部１１と、入力部１２とを備えている。また、図１に示すように、本体１０は、送信部２、受信部３、画像処理部４、組織追跡部５、組織性状算出部６、画像合成部７、傾斜角算出部８及び制御部９を備えている。本実施の形態１において、診断対象となる内部組織は、図２に示すように被検体３０の血管３１である。

探触子１は、送信部２で生成された送信パルスを超音波に変換し、被検体３０の内部組織である血管３１に超音波ビームを照射する。また、探触子１は、血管３１で反射された超音波エコーを受信し、更にこれを電気信号（受信信号）に変換して受信部３へと出力する。

本実施の形態１において、探触子１は、複数の振動子（図示せず）を配列して構成されたアレイ型探触子である。なお、複数の振動子は、１Ｄアレイ振動子、１．５Ｄアレイ振動子、２Ｄアレイ振動子のいずれを形成しても良い。

表示部１１は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイといった表示装置である。表示画面２０には、被検体３０の内部組織の断層画像２１が表示される（図２参照）。また、本実施の形態１においては、断層画像２１は、探触子１の送受波面に平行な方向が断層画像２１の水平方向となるように表示画面２０に表示される。

なお、図２において、２２は被検体３０の皮膚組織、２３は血管３１の血管壁（前壁）、２４は血管３１の血管壁（後壁）を示している。また、破線で囲まれた領域２５は、弾性率の大きさを２次元分布で示す弾性率画像（図１４参照）を示している。

入力部１２は、キーボード１３及びトラックボール１４を備えたコントロールパネルである（図２参照）。医師等の操作者は、入力部１２を介して、超音波診断装置の制御を行うことができる。なお、図示していないが、入力部１２は、更に、マウス、ボリュームつまみ、スイッチ等を備えることもできる。

また、本実施の形態１において、超音波診断装置の操作者は、トラックボール１４（又はマウス）を利用して、表示画面２０に表示された断層画像２１上の任意の複数点（例えば図２中の点Ａ、Ｂ）を指定することができる。このとき、入力部１２は、指定を受け付けた複数点を特定する情報を傾斜角算出部８へと出力する。

送信部２は、制御部９の指示に応じて送信パルスを生成し、これを、探触子１を構成する各振動子へと出力する。これにより、上述したように探触子１から超音波ビームが照射される。本実施の形態１において、送信部２は、振動子毎に（任意の数の振動子でグループが形成されている場合はグループ毎に）制御部９によって指示されたタイミングで送信パルスを出力している。

受信部３は、探触子１から出力された受信信号を増幅し、その後、この受信信号のなかから、制御部９に指示された超音波エコーの受信信号を検出する。制御部９は、超音波エコーの方向又は反射位置を指示している。

傾斜角算出部８は、探触子１の送受波面を基準とした被検体３０の内部組織又は内部組織内の血流の傾斜角θ（図２参照）を検出する。本実施の形態１においては、傾斜角算出部８は、入力部１２から入力された断層画像２１上の複数点を特定する情報から、その座標を検出する。また、傾斜角算出部８は、検出した座標に基づいて傾斜角θを算出する。

具体的には、傾斜角算出部８は、図２に示すように指定点Ａ及びＢを通る直線の傾きを算出する。図２の例では、点Ａと点Ｂは血管壁（後壁）２４上の点であることから、傾斜角算出部８は、探触子１の送受波面に対する血管３１の傾斜角θを算出する。

制御部９は、図１及び図２に示す超音波診断装置の各部の制御を行っている。また、制御部９は、動作モードとして、断層画像を取得する第１のモードと、組織性状を算出する第２のモードとを少なくとも有している。

第１のモードにおいては、制御部９は、被検体３０の内部組織の断層画像が得られるように送信部２及び受信部３を動作させる。本実施の形態１では、制御部９は、送信部２及び受信部３にＢモード走査を行わせる。具体的には、制御部９は、例えば、探触子１の送受波面に垂直な方向の超音波ビームによってリニア走査が行われるように、送信部２及び受信部３に指示を行う。

また、制御部９は、傾斜角算出部８による傾斜角θの算出が行われると、第２のモードで動作する。具体的には、第２のモードにおいては、制御部９は、血管３１の運動方向と超音波ビームの伝播方向とを平行にするため（血管壁２３又は２４と超音波ビームとを直交させるため）、通常の場合と異なり、送信部２及び受信部３に以下の動作を行わせる。

先ず、制御部９は、傾斜角θに基づいて、超音波ビームを血管３１に垂直に入射させる偏向角ψ（図２参照）を算出する。本実施の形態１においては、偏向角ψは探触子１の送受波面の法線を基準とした角であり、偏向角ψの大きさは傾斜角θの大きさと一致する。よって、制御部９は、偏向角ψ＝傾斜角θと設定する。

次に、制御部９は、送信部２に対して、探触子１が偏向角ψで超音波ビームを照射するための送信パルスを生成させる。具体的には、制御部９は、探触子１の送受波面の法線を基準とした超音波ビームの偏向角がψとなるように、探触子１を構成している振動子毎（又はグループ毎）に遅延量を設定する。

この結果、探触子１からは伝播方向が血管３１の長軸に垂直な超音波ビームが照射される。その後、制御部９は、受信部３に対して、偏向角ψをなす偏向方向からの超音波エコーの受信信号のみを検出させ、このとき検出した受信信号を組織追跡部５へと出力させる。

組織追跡部５は、制御部９が第２のモードで動作するとき（超音波ビームが偏向角ψで照射されたとき）に、受信部３で検出された受信信号（偏向角ψをなす偏向方向からの超音波エコーの受信信号）を解析する。また、組織追跡部５は、解析結果に基づいて血管３１の動きを追跡（トラッキング）する。

具体的には、組織追跡部５による追跡は、背景技術において図１２に示した例と同様に、受信信号の振幅と位相とを解析して行われる。但し、本実施の形態１においては、背景技術の例と異なり、組織追跡部５は、血管３１の長軸に垂直に入射した超音波ビームの超音波エコーから得られた受信信号に基づいて、追跡を行っている。このため、本実施の形態１における超音波診断装置においては、従来の超音波診断装置に比べてトラッキング精度の向上が図られる。

また、組織性状算出部６は、組織追跡部５によって得られた追跡結果に基づいて、血管３１の組織性状を算出する。具体的には、組織性状算出部６は、背景技術において図１３に示した例と同様に、血管壁の任意の箇所の歪み量を算出し、更に歪み量から弾性率を算出する。

なお、組織性状算出部６は、内部組織の歪み量や弾性率の他に、組織性状として、内部組織の運動速度や粘性率を算出することもできる。例えば、運動速度は、追跡（トラッキング）結果を微分することによって算出できる。

更に、本実施の形態１において、組織性状算出部６は、図２に示す表示画面２０に弾性率画像２５を表示するため、算出した弾性率に基づいて弾性率画像２５の画像データを生成し、これを後述する画像合成部７に出力する。弾性率画像２５は、背景技術において図１４に示したものと同様のものである。

画像処理部４は、制御部９が第１のモードで動作しているときに、即ち、送信部２及び受信部３にＢモード走査を行わせたときに、受信部３によって検出された受信信号を解析して、血管３１及びその周辺の断層画像を生成する。また、画像処理部４は、生成した断層画像のデータを画像合成部７に出力する。本実施の形態１において、画像処理部４による受信信号の解析は、主に受信信号の振幅について行われる。断層画像を構成する各画素の輝度は受信信号の振幅の大きさに対応している。

画像合成部７は、画像処理部４から出力された断層画像のデータと、組織性状算出部６から出力された弾性率画像２５の画像データとを合成し、合成したデータを表示部１１に出力する。これにより、図２に示すように、断層画像２１に弾性率画像２５が重畳表示される。また、画像合成部７は、その他、平均弾性率や心拍数といった数値、ＥＣＧ、血管直径といった波形情報、弾性率のヒストグラムといったグラフ等を合成することもできる。

以上のように構成された超音波診断装置の動作及び使用方法について説明する。また、以下の説明においては、図１及び図２を適宜参照する。先ず、操作者は超音波診断装置を起動する。これにより、制御部９は、第１のモードで動作し、第１の送信部２及び受信部３にＢモード走査を行わせる。このとき、表示画面２０には断層画像２１が表示される。この時点では、表示画面２０には断層画像２１のみが表示される。

次に、操作者は、断層画像２１を見ながら探触子１を操作し、被検体３０中の血管３１を探索する。図２に示すように、被検体３０中の血管３１の長軸方向が振動子１の送受波面と平行ではない場合は、背景技術において述べたようにトラッキング精度及び弾性率の計測精度が低下する。よって、操作者は、入力部１２に備えられたトラックボール１４を操作して、断層画像２１中の血管壁（後壁）２４上の２点（Ａ、Ｂ）を指定する。

操作者によって２点が指定されると、傾斜角算出部８は、この２点を通る直線の傾きを傾斜角θとして算出し、傾斜角θを特定する情報を制御部９に出力する。傾斜角θが算出されると、制御部９は、第２のモードで動作するため、超音波診断装置を以下のように動作させる。

具体的には、制御部９は、傾斜角θから偏向角ψを算出し、送信部２に対して、偏向角ψだけ偏向させた超音波ビームが照射されるように送信パルスを生成させる。更に、制御部９は、受信部３に対して、同じく偏向角ψだけ偏向した方向からの超音波エコーの受信信号のみ検出させ、組織追跡部５に出力させる。

次に、偏向角ψだけ偏向した方向からの超音波エコーの受信信号に基づいて、組織追跡部５による追跡、組織性状算出部６による組織性状の算出が行われる。その後、画像合成部７によって弾性率画像２５が断層画像２１に重畳表示される。

このように、本実施の形態１における超音波診断装置によれば、血管壁２３及び２４の運動方向と超音波ビームの伝播方向とを互いに平行にすることができる。更に、この場合に得られた受信信号に基づいて追跡が行われ、この追跡による追跡結果に基づいて血管３１の組織性状の算出が行われる。

このため、従来に比べて、トラッキング精度及び組織性状の測定精度を向上できる。また、短軸断面での組織性状の算出は必要なく、従来に比べて簡単な操作で組織性状の測定を行うことができる。

なお、本実施の形態１において、傾斜角算出部８による傾斜角θの算出は、２点間を通る直線の傾きを求めることによって行われているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、操作者に断層画像２１上に３点以上の点を指定させ、これらの指定点の座標から最小二乗法を用いて直線を求め、この直線の傾きを算出する態様とすることもできる。

また、図３に示すように、断層画像２１中の血管壁（後壁）２４全体を操作者にトラックボール１４によって指定させ、指定された領域２６上の任意の複数点の座標から、最小二乗法を用いて直線を求め、この直線の傾きを算出する態様とすることもできる。

本実施の形態１においては、血管が診断対象となる例を挙げて説明しているが、本実施の形態１は、この例に限定されるものではない。本実施の形態１における超音波診断装置は、診断対象が血管以外である場合、例えば、心臓である場合にも適用できる。なお、この場合は、操作者は、断層画像中の心臓壁上の点を指定すれば良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における超音波診断装置について、図４から図８を参照しながら説明する。図４〜図７それぞれは、本実施の形態２における超音波診断装置の第１例〜第４例のブロック図である。図４〜図７において、図１で示された符号が付されているものは、図１中で同一の符号が付されたものと同一のものである。また、図８において、図２で示された符号が付されているものは、図２中で同一の符号が付されたものと同一のものである。

図４〜図７に示すように、本実施の形態２における超音波診断装置は、実施の形態１における超音波診断装置と異なり、内部組織検出部１５を備えている。内部組織検出部１５は、断層画像（図２参照）に表示された内部組織のなかから操作者によって予め選択された内部組織（例えば、血管、心臓等）を検出する。また、本実施の形態２では、傾斜角算出部８は、内部組織検出部１５によって検出された内部組織の傾斜角θを検出する。

内部組織の選択は、操作者が入力部１２を介して行う。本実施の形態２においては、操作者は血管を選択している。この場合、入力部１２から内部組織検出部１５へと、血管が選択された旨が指示される。このため、図８に示すように、内部組織検出部１５は、断層画像２１に表示された内部組織のなかから、血管３１、具体的には血管壁（前壁）２３及び血管壁（後壁）２４を検出する。図８において２７ａ及び２７ｂは、断層画像２１上の血管壁２３及び２４として検出された領域を示している。

なお、上記した点以外については、本実施の形態２における超音波診断装置は、実施の形態１における超音波診断装置と同様に構成されている。以下、本実施の形態２における第１例〜第４例の超音波診断装置について、具体的に説明する。第１例〜第４例では、内部組織検出部１５による内部組織の検出方法がそれぞれ異なっている。

図４に示す第１例における超音波診断装置では、内部組織検出部１５は、断層画像２１（図８参照）を解析し、断層画像２１の輝度に基づいて血管壁２３及び２４を検出する。具体的には、内部組織検出部１５は、Ｂモード走査によって得られた断層画像２１中の血管壁２３及び２４の輝度が血流の輝度よりも高くなっていることを利用して、血管壁２３および２４を検出している。

つまり、内部組織検出部１５は、断層画像２１中の輝度が予め設定した閾値よりも高い画素を特定し、特定された画素が分布している領域を血管壁２３及び２４として検出している。また、上記閾値は、操作者からの入力部１２を介した入力によって設定しても良いし、最も高い輝度値の例えば８０％等のように最も高い輝度値等を基準に設定しても良い。更に、上記閾値は、超音波診断装置の製品出荷時や使用時等に固定値として設定しておいても良い。

なお、第１例において、内部組織検出部１５は、断層画像２１中の輝度勾配に基づいて血管壁２３及び２４を検出することもできる。具体的には、内部組織検出部１５に、予め基準となる輝度勾配値を記憶させておき、記憶された輝度勾配値を超えて輝度が変化している領域を血管壁２３及び２４の外縁と判断させる。

図５に示す第２例における超音波診断装置では、内部組織検出部１５は、受信部３によって検出された受信信号の振幅を解析して、血管壁２３及び２４を検出する。また、このとき解析対象となる受信信号は、制御部９が第１のモードで動作しているときに受信部３が検出する受信信号である。

具体的には、内部組織検出部１５は、血管壁２３又は２４からの超音波エコーの受信信号の振幅が、血流からの超音波エコーの受信信号の振幅よりも大きくなっていることを利用して、血管壁２３及び２４を検出している。つまり、内部組織検出部１５は、振幅が予め設定された閾値よりも高い受信信号を特定し、この受信信号に対応する画素が分布している領域を血管壁２３及び２４として検出している。

図６に示す第３例では、実施の形態１、上記の第１例及び第２例と異なり、組織追跡部５は、制御部９が第２のモードで動作しているときだけでなく、第１のモードで動作しているときにおいても血管３１（図８参照）の動きを追跡する。即ち、第３例の組織追跡部５は、送信部２及び受信部３にＢモード走査を行わせたときに受信部３が検出する受信信号に基づいても、血管３１（図８参照）の動きを追跡することができる。なお、以降において、制御部９が第１のモードで動作しているときに組織追跡部５が行う追跡を「仮追跡」という。また、組織追跡部５は、仮追跡の結果を特定する情報（以下「仮追跡情報」）を内部組織検出部１５に出力する。

このため、図６に示す第３例の超音波診断装置では、内部組織検出部１５は、この仮追跡情報を解析し、解析結果に基づいて、血管壁２３及び２４を検出する。具体的に説明すると、血管壁２３又は２４からの超音波エコーの受信信号のＳＮ比（信号雑音比）は、血流からの超音波エコーの受信信号のＳＮ比（信号雑音比）より高いという特性がある。この場合、血管壁２３又は２４の追跡波形は、血流の追跡波形よりも、ノイズの少ない波形となる。また、血管壁２３又は２４の追跡波形は、血流の追跡波形に比べて、高周波成分が少ない波形となる。つまり、内部組織検出部１５は、これらのことを利用して血管壁２３及び２４を検出している。

なお、第３例において、内部組織検出部１５は、血管壁（後壁）２４の運動方向と血流の方向とが互いに正反対であることを利用して、仮追跡情報から血管壁２３及び２４を検出することもできる。

図７に示す第４例でも、組織追跡部５は、第３例と同様に、仮追跡を行う。但し、第４例では、第３例と異なり、組織追跡部５は仮追跡情報を組織性状算出部６に出力する。また、組織性状算出部６は、仮追跡情報に基づいて、血管の組織性状を算出し、算出結果を内部組織検出部１５に出力する。なお、以下においては、仮追跡情報から算出された組織性状を「仮組織性状」という。また、図７の例では、組織性状として弾性率が算出されている。

このため、図７に示す第４例の超音波診断装置では、内部組織検出部１５は、血管壁２３及び２４の弾性率が血流の弾性率に比べて高くなることを利用して、仮組織性状の算出結果から、血管壁２３及び２４を検出する。

なお、第４例において、組織性状算出部６は運動速度や粘性率を仮組織性状として算出することもできる。この場合、内部組織検出部１５は、血管壁２３及び２４と血流との運動速度や粘性率の違いを利用して、血管壁２３及び２４を検出する。

また、本実施の形態２においては、図４〜図７のいずれかに示した内部組織検出部１５が、血管壁２３及び２４を検出すると、傾斜角算出部はこれらの傾斜角θを検出する。傾斜角θの算出は、例えば、血管壁として検出された領域２７ａ又は２７ｂ（図８参照）上の任意の複数点の座標から、最小二乗法を用いて直線を求め、この直線の傾きを算出することによって行われる。また、傾斜角θの算出は、仮組織性状から得られた弾性率画像２５中の左端と右端とにおいて、血管壁とそれ以外の部分との境界を求め、更に左端の境界と右端の境界とを直線で結び、その直線の傾きを算出することによっても可能である。

このように、本実施の形態２によれば、実施の形態１のように操作者が傾斜角θの測定箇所を指定する必要がないため、操作者における手間を簡便なものとできる。また、実施の形態１に比べて正確に傾斜角θ（図２参照）を測定できるため、信頼性の高い偏向角ψ（図２参照）を算出できる。このため、本実施の形態２における診断装置は、実施の形態１における診断装置よりも、トラッキング精度及び組織性状の測定精度を向上できる。

なお、本実施の形態２においては、内部組織検出部１５は、第１例〜第４例のうちの幾つか又は全部を組み合わせたものであっても良い。このような内部組織検出部１５を用いれば、更に、正確に内部組織（血管等）を検出できるため、傾斜角θ及び偏向角ψの測定精度を向上できる。

本実施の形態２においては、血管が診断対象となる例を挙げて説明しているが、本実施の形態２は、この例に限定されるものではない。本実施の形態２における超音波診断装置は、診断対象が血管以外である場合、例えば、心臓である場合にも適用できる。この場合は、内部組織検出部１５は、心臓壁を検出する。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における超音波診断装置について、図９及び図１０を参照しながら説明する。本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、診断対象となる内部組織図は被検体の血管である。なお、図９において、図１で示された符号が付されているものは、図１中で同一の符号が付されたものと同一のものである。また、図１０において、図２で示された符号が付されているものは、図２中で同一の符号が付されたものと同一のものである。

図９に示すように、本実施の形態３における超音波診断装置は、実施の形態１における超音波診断装置と異なり、血流ドプラ画像処理部１６を備えている。血流ドプラ画像処理部１６は、受信部３によって検出された超音波エコーの受信信号からドプラ偏移信号を抽出する。

ドプラ偏移信号の抽出対象となる受信信号は、制御部９が第１のモードで動作したとき（送信部２及び受信部３にＢモード走査を行わせたとき）に受信部３が検出する受信信号である。更に、血流ドプラ画像処理部１６は、このドプラ偏移信号から、診断対象となる血管内の血流の血流ドプラ画像を生成する。

また、血流ドプラ画像処理部１６は、生成した血流ドプラ画像のデータを画像合成部７に出力する。この場合、画像合成部７は、画像処理部４から出力された断層画像のデータと、組織性状算出部６から出力された弾性率画像２５の画像データとに、血流ドプラ画像のデータも合成し、合成したデータを表示部１１に出力する。これにより、図１０に示すように、断層画像２１に、血管３１内の血流の血流ドプラ画像２８が重畳表示される。図１０において、矢印２９は血流の方向を示している。

また、本実施の形態３において、傾斜角算出部８は、血流ドプラ画像２８から血管３１内の血流の傾斜角θを検出する。傾斜角θの算出は、例えば、血流ドプラ画像２８上の任意の複数点の座標から、最小二乗法を用いて直線を求め、この直線の傾きを算出することによって行われる。また、傾斜角θの算出は、血流ドプラ画像２８とそれ以外の部分との境界線を検出し、それを血流と血管との境界線とみなし、この境界線を直線近似することによっても可能である。

なお、本実施の形態２における超音波装置は、上述した点以外においては、実施の形態１における超音波診断装置と同様に構成されている。また、図９においては図示していないが、本実施の形態３における超音波診断装置においても、入力部が備えられており、操作者は入力部を介して超音波診断装置を操作できる。

このように、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、操作者が傾斜角θの測定箇所を指定する必要がないため、操作者における手間を簡便なものとできる。また、実施の形態２と同様、実施の形態１に比べて正確な傾斜角θ（図２参照）の測定を図ることができるため、信頼性の高い偏向角ψ（図２参照）を算出できる。このため、本実施の形態３における診断装置も、実施の形態１における診断装置よりも、トラッキング精度及び組織性状の測定精度を向上できる。

なお、本実施の形態３における超音波診断装置は、更に、実施の形態２に示した内部組織検出部１５（図４〜図７参照）を備えることもできる。また、この場合の内部組織検出部１５は、第１例〜第４例のうちの幾つか又は全部を組み合わせたものであっても良い。このような態様とすれば、更に、正確に内部組織（血管等）を検出できるため、傾斜角θ及び偏向角ψの測定精度を向上できる。

本実施の形態３においては、血管が診断対象となる例を挙げて説明しているが、本実施の形態３は、この例に限定されるものではない。本実施の形態３における超音波診断装置は、診断対象が血管以外である場合、例えば、心臓である場合にも適用できる。この場合は、血流ドプラ画像処理部１６は心臓内の血流の血流ドプラ画像を生成する。

また、上述した実施の形態１〜実施の形態３における超音波診断装置は、図１１に示すように血管３１に粥腫３２が発生している場合であっても、トラッキング精度及び組織性状の測定精度を向上できる。この点について、図１、図４〜図７、図９を適宜参照しながら、以下に説明する。

図１１に示すように、被検体３０中の血管３１に粥腫３２が発生している場合は、その部分における血管壁２４の傾斜角を求めることは困難である。また、同様に、血管３１に大きく屈曲した部分がある場合も、その部分の傾斜角を求めることは困難である。

このような場合、制御部９は、音響走査線毎に偏向角ψ（図２参照）を算出し、送信部３に対して、超音波ビームが音響走査線毎に異なる偏向角で探触子１から照射されるように、送信パルスを生成させる。また、制御部９は、受信部３に対しては、各偏向角の方向から反射されてくる超音波エコーの受信信号のみを検出させる。

このため、実施の形態１〜３における超音波診断装置は、粥種がある部分に対しても超音波ビームを略垂直に入射させることができる。更に、この超音波ビームに設定された偏向角の方向からの超音波エコーから受信信号を検出し、この受信信号に基づいて、追跡や組織性状の算出が行われる。よって、上述したように、血管３１に粥腫３２が発生している場合であっても、トラッキング精度及び組織性状の測定精度を向上できる。

なお、このように音響走査線毎に偏向角を設定する場合は、設定された偏向角毎に傾斜角を測定する必要もある。例えば、実施の形態１における超音波診断装置であれば、操作者は断層画像２１を見ながら、血管壁２４を幾つかの部分に区切って部分毎に複数点を指定する必要がある。この場合、傾斜角検出部８は区切られた部分毎に傾斜角を測定する。

また、実施の形態１においては、操作者にトラックボール１４によって血流と血管との境界線を入力させる態様とすることができる。この態様では、制御部９（図１参照）は、この境界線に対して常に超音波ビームの方向が垂直となるように、音響走査線毎に偏向角を制御する。

更に、実施の形態２における超音波診断装置であれば、内部組織検出部１５（図４〜図７参照）によって、粥腫３２と血液との境界線を検出できる。実施の形態２においては、制御部９（図４〜図７参照）は、この内部組織検出部１５で検出された境界線に対して常に超音波ビームの方向が垂直となるように、音響走査線毎に偏向角を制御する。

また、実施の形態３における超音波診断装置であれば、血流ドプラ画像処理部１６（図９参照）によって血流ドプラ画像を得ることができ、血流ドプラ画像から粥腫３２と血液との境界線を検出できる。実施の形態３においては、制御部９（図９参照）は、血流ドプラ画像から検出された境界線に対して常に超音波ビームの方向が垂直となるように、音響走査線毎に偏向角を制御する。

なお、図１１を用いた上述の説明では、血管３１に粥腫３２が発生している場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、心臓の心臓壁に粥腫等が発生している場合であっても、音響走査線毎に偏向角を算出することによって対応することができる。

以上のように、本発明における超音波診断装置は、操作者の負担を従来よりも小さくしつつ、被検体の内部組織における大振幅運動のトラッキング精度や、内部組織の組織性状（歪み量、弾性率、運動速度、粘性率等）の測定精度を向上することができる。このため、本発明によれば、有用な疾病診断機器を提供することができる。

本発明の実施の形態１における超音波診断装置のブロック図 図１に示す超音波診断装置の動作及び外観を示す図 図１に示す超音波診断装置の表示画面の他の例を示す図 本発明の実施の形態２における超音波診断装置（第１例）のブロック図 本発明の実施の形態２における超音波診断装置（第２例）のブロック図 本発明の実施の形態２における超音波診断装置（第３例）のブロック図 本発明の実施の形態２における超音波診断装置（第４例）のブロック図 図４〜図８に示す超音波診断装置の表示画面の一例を示す図 本発明の実施の形態３における超音波診断装置のブロック図 図９に示す超音波診断装置の表示画面の一例を示す図 血管に粥腫がある場合における実施の形態１〜３に示す超音波診断装置の超音波ビームの走査方法を示す図 従来の超音波診断装置における被検体の内部組織の大振幅変位運動のトラッキングを説明する図 図１３（ａ）は探触子と被検体との位置関係を示す図、図１３（ｂ）は従来の超音波診断装置における血管壁の局所弾性率の算出を説明する図 従来の超音波診断装置によって得られた血管壁の弾性率画像の一例を示す図 従来の超音波診断装置を用いた血管の短軸断面での超音波ビームの送信を示す図

符号の説明

１ 探触子
２ 送信部
３ 受信部
４ 画像処理部
５ 組織追跡部
６ 組織性状算出部
７ 画像合成部
８ 傾斜角算出部
９ 制御部
１０ 本体
１１ 表示部
１２ 入力部
１３ キーボード
１４ トラックボール
１５ 内部組織検出部
１６ 血流ドプラ画像処理部
２０ 表示画面
２１ 断層画像
２２ 被検体の皮膚組織
２３ 血管壁（前壁）
２４ 血管壁（後壁）
２５ 弾性率画像
２７ａ、２７ｂ 血管壁として検出された領域
２８ 血流ドプラ画像
２９ 血流の方向を示す矢印
３０ 被検体
３１ 血管
３２ 粥腫

Claims (9)

1. 診断対象となる被検体の内部組織に超音波ビームを照射し、且つ、前記内部組織からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する探触子と、制御部と、前記制御部の指示に応じて送信パルスを生成し、前記探触子に超音波ビームの照射を行わせる送信部と、前記探触子によって出力された受信信号から、前記制御部に指示された超音波エコーの受信信号を検出する受信部とを備えた超音波診断装置であって、
   傾斜角算出部と、組織追跡部と、組織性状算出部とを更に備え、
   前記傾斜角算出部は、前記探触子の送受波面を基準とした前記内部組織又は前記内部組織内の血流の傾斜角を検出し、
   前記制御部は、動作モードとして、前記内部組織の断層画像が得られるように前記送信部及び前記受信部を動作させる第１のモードと、前記傾斜角に基づいて、前記超音波ビームを前記内部組織又は前記内部組織内の血流に垂直に入射させる偏向角を算出し、前記送信部に、前記探触子が前記偏向角で前記超音波ビームを照射するための送信パルスを生成させ、前記受信部に、前記偏向角をなす偏向方向からの超音波エコーの受信信号を検出させる第２のモードとを少なくとも有し、
   前記組織追跡部は、前記制御部が前記第２のモードで動作しているときに前記受信部で検出された受信信号を解析し、解析結果に基づいて前記内部組織の動きを追跡し、
   前記組織性状算出部は、前記組織追跡部によって得られた追跡結果に基づいて、前記内部組織の組織性状を算出することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記内部組織の断層画像を生成する画像処理部と、
   前記探触子の送受波面に平行な方向が水平方向となるようにして、生成された前記断層画像を表示画面に表示する表示部と、
   前記断層画像上の複数点の外部からの指定を受け付け、指定された前記複数点を特定する情報を前記傾斜角算出部へと出力する入力部を更に備え、
   前記傾斜角算出部が、前記情報から前記複数点の座標を検出し、検出した前記座標に基づいて前記傾斜角を検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記内部組織の断層画像を生成する画像処理部と、
   前記探触子の送受波面に平行な方向が水平方向となるようにして、生成された前記断層画像を表示画面に表示する表示部と、
   前記断層画像に示された内部組織のなかから予め選択された内部組織を検出する内部組織検出部を更に備え、
   前記傾斜角算出部が、前記内部組織検出部によって検出された前記内部組織の前記傾斜角を検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記予め選択された内部組織が、血管又は心臓であり、
   前記傾斜角算出部が、前記断層画像に示された前記血管の血管壁又は前記心臓の心臓壁の前記傾斜角を算出する請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記内部組織検出部が、前記断層画像の輝度に基づいて、前記予め選択された内部組織を検出する請求項３または４に記載の超音波診断装置。
6. 前記内部組織検出部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号の振幅を解析し、その解析結果に基づいて、前記予め選択されている内部組織を検出する請求項３または４に記載の超音波診断装置。
7. 前記組織追跡部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号を解析して前記内部組織の動きを追跡し、該追跡の結果を特定する情報を前記内部組織検出部に出力し、
   前記内部組織検出部が、前記組織追跡部によって出力された前記情報を解析し、その解析結果に基づいて、前記予め選択されている内部組織を検出する請求項３または４に記載の超音波診断装置。
8. 前記組織追跡部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された受信信号を解析して前記内部組織の動きを追跡し、
   前記組織性状算出部が、前記制御部が第１のモードで動作しているときにおける前記組織追跡部の追跡の結果に基づいて、前記内部組織の組織性状を算出し、
   前記内部組織検出部が、前記組織性状算出部による前記組織性状の算出結果から、前記予め選択されている内部組織を検出する請求項３または４に記載の超音波診断装置。
9. 前記制御部が第１のモードで動作しているときに前記受信部によって検出された超音波エコーの受信信号からドプラ偏移信号を抽出し、前記ドプラ偏移信号から血流ドプラ画像を生成する血流ドプラ画像処理部を備え、
   前記傾斜角算出部が、前記血流ドプラ画像から前記内部組織内の血流の傾斜角を検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
   

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