JP6716020B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に開示の技術では、クラッタ成分の発生源となる被検体の組織の移動速度が十分に大きい場合、および、クラッタ成分の発生源となる被検体の組織の移動速度が大きく変化する場合には、クラッタ成分の中心周波数に基づく位相の補正だけでは、クラッタ成分の抑制効果を十分に得ることができない。
データ除外部は、位置ずれ量推定部により推定された散乱体の移動距離が定められた閾値を超える複数の抽出データに亘る複数の時系列データを時系列データ列から除外することもできる。
もしくは、データ除外部は、第4のデータ群の時系列データを除外してもよい。
また、データ除外部は、時系列データの除外の結果として残された複数の時系列データのうち、定められたデータ数よりも少ないデータ数だけ時系列に連続した時系列データを除外してもよい。
実施の形態1
図1に、本発明の実施の形態1に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置1は、振動子アレイ2Aを内蔵する超音波プローブ2を備え、超音波プローブ2に、データ取得部3が接続されている。
さらに、データ取得部3、解析対象データ選択部7、MTIフィルタ部8、血流情報推定部9および表示制御部11に、装置制御部13が接続され、装置制御部13に、操作部14および格納部15がそれぞれ接続されている。なお、装置制御部13と格納部15とは、それぞれ双方向に情報を受け渡し可能に接続される。
受信ビームフォーマ18は、装置制御部13からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、設定された音速に従う各素子データにそれぞれの遅延を与えて加算(整相加算)を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成され、生成された音線信号は、直交検波回路19に出力される。
直交検波回路19は、受信ビームフォーマ18により生成された音線信号を複素信号に変換し、この複素信号を、画像生成部6および解析対象データ選択部7に出力する。
また、被検体内部の散乱体からの反射波に含まれている周波数偏移情報に基づくカラードプラ画像およびパワードプラ画像等のドプラ画像が生成される場合に、データ取得部3は、複数の走査線に亘る範囲において同一の走査線に対して複数回の超音波ビームの送信を繰り返し行って、同一の位置からの複数の反射波の受信を行う。
Bモード処理部20は、受信部4により生成された信号に対し、超音波の反射した位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施して、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像信号を生成する。Bモード処理部20において生成されたBモード画像信号は、画像処理部21に出力される。
画像処理部21は、Bモード処理部20において生成されたBモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換(ラスター変換)し、Bモード画像信号に諧調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Bモード画像信号を表示制御部11に出力する。
データ除外部23は、位置ずれ量推定部22から、時系列データ列に含まれる散乱体の位置ずれ量の情報を受け取ると共に、データ取得部3の受信部4から時系列データ列を受け取る。データ除外部23は、散乱体の位置ずれ量に基づいた除外条件を満たす時系列データを、時系列データ列から除外して、ドプラ解析の対象となる解析対象データを選択する。また、データ除外部23が時系列データの除外を行った結果、時系列に連続している解析対象データが複数の分割区間に分割されることがある。このような場合には、解析対象データは、複数の分割区間毎にMTIフィルタ部8に送信される。
このように、MTIフィルタ部8により解析対象データのクラッタ成分を除去することにより、ドプラ解析を行う際に、血流以外の余分な周波数成分の影響を小さくすることができるため、ドプラ解析の結果として得られる血流情報の精度を向上することができる。
血流情報合成部10は、解析対象データ選択部7のデータ除外部23により解析対象データが複数の分割区間に分割されている際に、血流情報推定部9によりそれぞれの分割区間の解析対象データに対して推定された複数の血流情報を合成する。
表示部12は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)等のディスプレイ装置を含んでおり、装置制御部13による制御の下、超音波画像を表示する。
操作部14は、オペレータが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボールおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。
格納部15は、超音波診断装置1の動作プログラム等を格納するもので、HDD(Hard Disc Drive:ハードディスクドライブ)、SSD(Solid State Drive:ソリッドステートドライブ)、FD(Flexible Disc:フレキシブルディスク)、MOディスク(Magneto-Optical disc:光磁気ディスク)、MT(Magnetic Tape:磁気テープ)、RAM(Random Access Memory:ランダムアクセスメモリ)、CD(Compact Disc:コンパクトディスク)、DVD(Digital Versatile Disc:デジタルバーサタイルディスク)、SDカード(Secure Digital card:セキュアデジタルカード)、USBメモリ(Universal Serial Bus memory:ユニバーサルシリアルバスメモリ)等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
まず、ステップS1において、解析対象データ選択部7の位置ずれ量推定部22は、取得した時系列データ列から、定められたデータ数を隔てるように離散的に抽出されたデータである複数の抽出データを設定する。抽出データ間の間隔は、ドプラ解析の精度が低下しないデータ数に設定されることができ、例えば、4以上のデータ数に設定されることができる。このように、時系列データ列から複数の抽出データを設定することにより、位置ずれ量の計算に要する演算負荷を軽減することができる。また、時系列データ列に含まれる散乱体の位置ずれ量を離散的な抽出データに対して推定することにより、きわめて短い時間間隔において散乱体の位置ずれ量を推定することを防ぎ、散乱体の位置ずれ量の推定に対して十分な精度を得ることができる。
この際に、まず、位置ずれ量推定部22は、互いに時系列に隣接する抽出データのうち一方をテンプレートマッチングにおける基準データとして設定する。基準となる抽出データにおいて、位置ずれ量推定部22は、図6に示すように、抽出データに含まれる散乱体S内に点P1が配置されるように関心領域O1を設定する。関心領域O1は、点P1が中心に位置するように設定される。次に、位置ずれ量推定部22は、他方の抽出データにおいて、図7に示すように、関心領域O1内に配置された点P1を中心とし、関心領域O1よりも大きい領域である探索領域Dを設定する。位置ずれ量推定部22は、探索領域D内において関心領域O1を移動させながら、基準となる一方の抽出データの関心領域O1と他方の抽出データの関心領域O1との類似度を算出して、最も類似度が高くなる関心領域O2を特定する。さらに、位置ずれ量推定部22は、基準となる抽出データの関心領域O1の点P1から他方の抽出データの関心領域O2の点P2に至る移動ベクトルVを推定し、この移動ベクトルVの絶対値を計算することにより、散乱体Sの相対的な移動距離を推定する。
このように、散乱体の移動距離が閾値を超える時系列データを除外することにより、ドプラ解析の際に、被検体の組織の動きと血流の動きとを共に解析してしまうことを防ぐことができるため、血流情報の推定精度を向上させることができる。
このように、ステップS3において解析対象データが複数の分割区間に分割されている場合に、ステップS6において、血流情報合成部10は、複数の分割区間に対して推定された血流情報を合成する。このようにして、血流情報の取得動作は終了する。
定められた範囲とは、複数の走査線に亘る走査範囲すべてが対象となり得るが、望ましくは、解析対象データの近傍の関心領域として定められる。解析対象データの近傍とは、具体的には、解析対象データと近接する複数の走査線および深さ範囲に亘る2次元の範囲か、もしくは、解析対象データの走査線における近接する深さ範囲の1次元の範囲のことである。また、解析対象データ自身に含まれる血流信号の影響を除くために、定められた範囲を、解析対象データ近傍の領域から解析対象データ自身を除いた範囲として定めても良い。
本発明の実施の形態1において、MTIフィルタ部8は、複数の抽出データに含まれる点mの移動距離が定められた閾値以下となる点mの時系列データのみを相関行列の計算に用いることができる。この際に、例えば、MTIフィルタ部8は、下記式(2)を用いて相関行列の計算を行うことができる。
実施の形態1における血流情報の取得動作において、超音波診断装置1は、互いに時系列に隣接した抽出データに含まれる散乱体の移動距離を推定し、散乱体の移動距離に基づいて解析対象データの選択を行った。ここで、例えば、散乱体に対して推定された複数の移動距離がそれぞれ小さい値であっても、それぞれの移動距離に対応する散乱体の移動方向が同一方向である等の場合に、最終的に積算される散乱体の移動距離が大きくなるため、時系列データにおける最初のデータと最後のデータとの相関性が低くなることがある。このような問題を解消するために、超音波診断装置1は、散乱体の移動距離に加えて散乱体の移動ベクトルの向きを考慮することにより、解析対象データの算出を行うこともできる。
ステップS1において時系列データ列から複数の抽出データが設定されると、解析対象データ選択部7の位置ずれ量推定部22は、ステップS7において、互いに時系列に隣接する抽出データに含まれる散乱体の移動ベクトルを推定する。散乱体の移動ベクトルの推定方法は、実施の形態1における方法と同一である。
ステップS8の時系列データの除外動作は、図12に示されるように、ステップS9〜ステップS13のステップにより構成される。
ステップS11において、データ除外部23は、各データ点を中心とする複数の円のうち、時系列に連続したデータ点を最も多く含む円を特定する。そして、データ除外部23は、その円に含まれる複数のデータ点の区間、すなわち、複数のデータ点に対応する複数の抽出データに亘る複数の時系列データを解析対象データとして選択する。図13に示す例においては、データ点Q0〜Q6をそれぞれ中心とする複数の円のうち、データ点Q2を中心とする円C2が時系列に連続するデータ点を最も多く含んでおり、この円C2に含まれる4つのデータ点Q0〜Q3の区間が、解析対象データとして取り出される。
また、以上のように、データ除外部23は、ステップS12およびステップS13において、時系列に連続した複数のデータ点の区間を、データ点の個数が多い順に、順次、解析対象データとして取り出した結果、各データ点を中心とする円に含まれるデータ点の数が2つ以上となる区間がなくなった場合に、ステップS13に進む。
以上により、ステップS8における時系列データの除外動作が終了すると、続くステップS4において複数の解析対象データからクラッタ成分が除去される。次に、ステップS5およびステップS6において血流情報の推定と合成が行われると、実施の形態2における血流情報の取得動作が終了する。
この際に、例えば、解析対象データ選択部7の位置ずれ量推定部は、時系列データ列に含まれる散乱体、すなわち基準となる点の移動ベクトルと、基準となる点以外の各点の相対的な移動距離および移動方向をそれぞれ絶対値および方向とする複数の周辺変位ベクトルとを推定する。そして、MTIフィルタ部8は、定められた範囲において、基準となる点の移動ベクトルと複数の周辺変位ベクトルとの相関性が高いほど、複数の解析対象データに対して大きな重み付けをして、複数の解析対象データに対する相関行列の平均値を計算する。MTIフィルタ部8が計算する相関行列の平均値を表す式として、実施の形態1における式(2)を用いることができるが、実施の形態2において、式(2)のm=jの点の重み値Wjとして、下記式(3)を用いることができる。
実施の形態1および実施の形態2において取得された時系列データ列は、互いに類似度の低い時系列データを含む場合がある。類似度が低くなる要因として、例えば、被検体の組織が、超音波プローブの振動子アレイの配列面に対して垂直な方向に移動した場合、および、超音波ビームの反射した点において赤血球等の微小な散乱体が流れていることにより超音波エコーのパターンが複雑に変化する場合等が挙げられる。このように、時系列データ列において互いに類似度が低い時系列データが含まれる場合には、解析対象データからクラッタ成分を除去するためのフィルタの特性を、時系列データに応じて適切な特性に変化させることが望ましい。
解析対象データ選択部24は、相関係数算出部25と、データ分割部26と、位置ずれ量推定部22と、データ除外部23とを有している。また、相関係数算出部25に、データ分割部26が接続され、データ分割部26に、データ除外部23が接続されている。また、データ分割部26に、位置ずれ量推定部22が接続されている。
解析対象データ選択部24の位置ずれ量推定部22およびデータ除外部23は、それぞれ、実施の形態1において図4に示される解析対象データ選択部7の位置ずれ量推定部22およびデータ除外部23と同一である。
データ分割部26は、相関係数算出部25により算出された時系列データ間の相関係数に応じて、時系列データ列を複数のデータ群に分割する。また、後に詳しく説明するが、データ分割部26は、複数のデータ群に分割した時系列データを、複数の時系列データ間の輝度値の変化量に基づいて、さらに分割することができる。
まず、ステップS1において、時系列データ列から複数の抽出データが設定されると、ステップS14へ進む。
続くステップS15において、解析対象データ選択部24のデータ分割部26は、ステップS14において算出された複数の相関係数のうち、定められた閾値以下の相関係数があるか否かを判定する。これは、相関係数の大きさに応じて時系列データ列を分割するためである。ステップS15の判定の際に、閾値以下の相関係数が存在すると判断された場合に、ステップS16に進む。
このように、ステップS20において、時系列データ列が第1のデータ群と第2のデータ群とに分割されると、ステップS21に進む。
ここで、時系列データ間の相関係数が閾値以下となる要因として、互いに異なる断層面に対して時系列データが取得されること、または、血管内に対して時系列データが取得されること等が挙げられる。例えば、時系列データが取得される際に、超音波プローブの角度が被検体に対して変化した場合に、また、被検体の組織が断層面に対して垂直な方向に移動した場合に、互いに異なる断層面に対する時系列データが取得される。このように、互いに異なる断層面に対して取得された時系列データ間においては、時系列データが全体として大きく変化するため、輝度値の変化量が大きくなり易い。また、血管内に対して取得された時系列データ間においては、赤血球等の微小な散乱体の移動により、相関係数が低くなるが、時系列データの振幅の空間的な平均値は短時間の間では大きく変化しないため、輝度値の変化量が小さくなり易い。そのため、時系列データ間の輝度値の変化量が大きい時系列データは、互いに異なる断層面に対して取得された時系列データであると判断することができ、また、時系列データ間の輝度値の変化量が小さい時系列データは、血管内に対して取得された時系列データであると判断することができる。したがって、時系列データ間の輝度値の変化量が大きい時系列データと、時系列データ間の輝度値の変化量が小さい時系列データとは、互いにフィルタ特性を異ならせることが望ましい。
このように、相関係数が閾値以下となる時系列データの区間は、第3のデータ群と第4のデータ群とに分割される。さらに、データ分割部26は、各データ群に分割された、相関係数が閾値以下の時系列データを、分割されたデータ群毎に、ドプラ解析の対象となる解析対象データとして選択する。
ステップS16に続くステップS17において、解析対象データ選択部24の位置ずれ量推定部22は、相関係数が閾値を超える抽出データに対して、複数の抽出データに含まれる散乱体の相対的な移動距離を推定する。ステップS17における散乱体の移動距離の推定方法は、図5のフローチャートのステップS2に示す実施の形態1における散乱体の移動距離の推定方法と同一である。
ステップS3に続くステップS18において、データ除外部23は、相関係数が閾値を超える複数の時系列データから散乱体の移動距離に基づいて時系列データが除外された結果、残された解析対象データからクラッタ成分を除去すると共に、ステップS16において分割された、相関係数が閾値以下の複数の解析対象データからクラッタ成分を除去する。相関係数が閾値を超える解析対象データに対するフィルタ処理の方法は、図5のフローチャートのステップS4において説明したフィルタ処理の方法と同一である。
このようにして、実施の形態3における血流情報の取得動作は終了する。
この際に、MTIフィルタ部8は、例えば、関心領域の相関係数が閾値を超える解析対象データに対しては、実施の形態1において説明した方法を用いて相関行列の平均値を算出することができるが、関心領域の相関係数が閾値以下の解析対象データに対しては、相関係数の低い点の重みを小さくするように重み付けをして相関行列の平均値を算出することができる。すなわち、関心領域の相関係数が閾値以下の解析対象データに対して、相関係数の平均値は、実施の形態1における式(1)を用いて算出することができるが、m=iの点の相関係数を重み値Wiとすることができる。このように重み値を設定することにより、主成分分析を行う際に、相関性の低い点の影響を小さくして、クラッタの推定精度を向上させることができる。
Claims (19)
- 被検体に対して超音波ビームの送信を複数の走査線に亘る範囲において複数回繰り返し行って、前記被検体からの反射波の時系列データ列を取得するデータ取得部と、
前記時系列データ列に含まれる、前記被検体における散乱体の相対的な位置ずれ量を推定する位置ずれ量推定部と、
前記位置ずれ量推定部により推定された前記散乱体の前記位置ずれ量に基づく除外条件を満たす時系列データを前記時系列データ列から除外することにより解析対象データを選択するデータ除外部と、
前記データ除外部により選択された前記解析対象データからクラッタ成分を除去するMTIフィルタ部と、
前記MTIフィルタ部において前記クラッタ成分が除去された前記解析対象データを解析することにより、前記被検体における血流情報を推定する血流情報推定部と、を有することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記位置ずれ推定部は、前記時系列データ列に基づいて前記散乱体の相対的な移動距離を推定し、
前記データ除外部は、前記位置ずれ量推定部により推定された前記散乱体の前記移動距離が定められた閾値を超える複数の時系列データを前記時系列データ列から除外する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記位置ずれ量推定部は、前記時系列データ列のうち定められたデータ数を隔てて抽出された複数の抽出データを設定し、前記複数の抽出データに対して前記散乱体の相対的な移動距離を推定し、
前記データ除外部は、前記位置ずれ量推定部により推定された前記散乱体の前記移動距離が定められた閾値を超える前記複数の抽出データに亘る複数の時系列データを前記時系列データ列から除外する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記MTIフィルタ部は、前記位置ずれ量推定部により前記散乱体の前記移動距離が推定された前記解析対象データに対して、前記散乱体の前記移動距離が大きいほど低周波成分を大きく減衰させるようにフィルタの特性を変化させる請求項2または3に記載の超音波診断装置。
- 前記MTIフィルタ部は、前記複数の走査線に亘る範囲のうち定められた範囲において前記解析対象データの相関行列の平均値を計算し、前記相関行列の平均値を用いてクラッタを主成分とする主成分分析を行うことにより、前記解析対象データから前記クラッタ成分を除去する請求項2または3に記載の超音波診断装置。
- 前記位置ずれ量推定部は、前記時系列データに含まれる前記散乱体の相対的な移動距離および移動方向をそれぞれ絶対値および方向とする移動ベクトルを推定し、
前記データ除外部は、前記時系列データ列から推定された複数の前記移動ベクトルの始点と終点とを時系列順となるように逐次連結して前記時系列データ列に含まれる複数の時系列データに対応するデータ点をデータ平面上に配置し、複数の前記データ点をそれぞれ中心とする同一半径の複数の円のうちいずれか1つの円に含まれる、時系列に連続した複数の前記データ点の区間を、前記データ点の個数が多い順に、順次、前記解析対象データとして取り出した結果、1つの円にのみ含まれる前記データ点に対応する時系列データを除外する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記位置ずれ量推定部は、前記時系列データ列のうち定められたデータ数を隔てて抽出された複数の抽出データを設定し、前記複数の抽出データに対して前記散乱体の相対的な移動距離および移動方向をそれぞれ絶対値および方向とする移動ベクトルを推定し、
前記データ除外部は、複数の前記抽出データから推定された複数の前記移動ベクトルの始点と終点とを時系列順となるように逐次連結して前記抽出データに対応するデータ点をデータ平面上に配置し、複数の前記データ点をそれぞれ中心とする同一半径の複数の円のうちいずれか1つの円に含まれる、時系列に連続した複数の前記データ点の区間を、前記データ点の個数が多い順に、順次、前記解析対象データとして取り出した結果、1つの円にのみ含まれる前記データ点に対応する時系列データを除外する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記MTIフィルタ部は、それぞれ取り出された複数の前記データ点の区間に対応する複数の前記解析対象データに対して、前記区間内に含まれる前記移動ベクトルの長さの合計が大きいほど低周波数成分を大きく減衰させるようにフィルタの特性を変化させる請求項6または7に記載の超音波診断装置。
- 前記位置ずれ量推定部は、前記時系列データ列に含まれる、前記複数の走査線に亘る範囲における各点の相対的な移動距離および移動方向をそれぞれ絶対値および方向とする複数の周辺変位ベクトルを推定し、
前記MTIフィルタ部は、前記移動ベクトルとそれぞれの前記周辺変位ベクトルとの相関性が高いほど複数の前記解析対象データに対して大きな重み付けをして、前記複数の走査線に亘る範囲のうち定められた範囲において複数の前記解析対象データに対する相関行列の平均値を計算し、前記相関行列の平均値を用いてクラッタを主成分とする主成分分析を行うことにより、残された前記解析対象データから前記クラッタ成分を除去する請求項6または7に記載の超音波診断装置。 - 前記時系列データ列において同一の関心領域内の相関係数を算出する相関係数算出部と
前記時系列データ列を、前記相関係数算出部により算出された前記相関係数が定められた値を超える時系列データに亘る第1のデータ群と、前記相関係数が定められた値以下の時系列データに亘る第2のデータ群とに分割するデータ分割部とをさらに有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記MTIフィルタ部は、前記第1のデータ群の時系列データに対するフィルタの特性と、前記第2のデータ群の時系列データに対するフィルタの特性とを異ならせる請求項10に記載の超音波診断装置。
- 前記データ分割部は、前記第2のデータ群において互いに隣接する時系列データに含まれる、同一の関心領域内の輝度値の変化量を計算し、且つ、前記第2のデータ群の時系列データを前記輝度値の変化量が定められた値を超える第3のデータ群と前記輝度値の変化量が定められた値以下の第4のデータ群とに分割する請求項10または11に記載の超音波診断装置。
- 前記MTIフィルタ部は、前記第3のデータ群の時系列データに対するフィルタの特性と、前記第4のデータ群の時系列データに対するフィルタの特性とを異ならせる請求項12に記載の超音波診断装置。
- 前記データ除外部は、前記第4のデータ群の時系列データを除外する請求項12に記載の超音波診断装置。
- 前記MTIフィルタ部は、前記複数の走査線に亘る範囲において複数の点に対して算出された前記相関係数が高いほど前記解析対象データに対して大きな重み付けをして、前記複数の走査線に亘る範囲のうち定められた範囲において相関行列の平均値を計算し、前記相関行列の平均値を用いてクラッタを主成分とする主成分分析を行うことにより、前記解析対象データから前記クラッタ成分を除去する請求項10に記載の超音波診断装置。
- 前記データ除外部は、前記データ分割部により分割された時系列データのうち、定められたデータ数よりも少ないデータ数だけ時系列に連続した時系列データを除外する請求項10〜15のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記データ除外部は、前記時系列データの除外の結果として残された複数の時系列データのうち、定められたデータ数よりも少ないデータ数だけ時系列に連続した時系列データを除外する請求項1〜16のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記MTIフィルタ部は、前記時系列データ列から分割された複数の前記解析対象データを含む分割区間のそれぞれに対して前記解析対象データから前記クラッタ成分を除去し、
前記血流情報推定部は、それぞれの前記分割区間において前記MTIフィルタ部により前記クラッタ成分が除去された複数の前記解析対象データから前記血流情報を推定し、
前記血流情報推定部により推定された複数の前記分割区間における前記血流情報を合成する血流情報合成部をさらに有する請求項1〜17のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 被検体に対して超音波ビームの送信を複数の走査線に亘る範囲において複数回繰り返し行って、前記被検体からの反射波の時系列データ列を取得し、
前記時系列データ列に含まれる前記被検体における散乱体の相対的な位置ずれ量を推定し、
推定された前記位置ずれ量に基づく除外条件を満たす時系列データを前記時系列データ列から除外して解析対象データを選択し、
選択された前記解析対象データからクラッタ成分を除去し、
前記クラッタ成分が除去された前記解析対象データを解析することにより、前記被検体における血流情報を推定することを特徴とする超音波診断装置の制御方法。
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