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再表2017-150355超音波診断装置及び超音波情報処理方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2017年9月8日
【発行日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】超音波診断装置及び超音波情報処理方法
(51)【国際特許分類】
   A61B 8/08 20060101AFI20181130BHJP
【FI】
   A61B8/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】22
【出願番号】特願2018-503094(P2018-503094)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2017年2月24日
(31)【優先権主張番号】特願2016-37136(P2016-37136)
(32)【優先日】2016年2月29日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高木 一也
(72)【発明者】
【氏名】武田 義浩
【テーマコード(参考)】
4C601
【Fターム(参考)】
4C601BB08
4C601DD19
4C601DD23
4C601EE10
4C601EE11
4C601GB04
4C601JC16
4C601JC21
4C601JC37
4C601KK01
4C601KK24
4C601KK31
4C601LL03
(57)【要約】
超音波診断装置100は、超音波を送受信する超音波探触子2により被検体に圧迫を加え被検体の対象に超音波を送受信し対象の硬さを測定する。超音波診断装置100は、超音波探触子2に駆動信号を送信する送信部12と、超音波探触子2から出力された受信信号を処理する受信部13と、処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出する特徴量算出部17と、算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報を生成する評価値算出部18と、生成された安定区間の情報を表示部20に表示する表示画像生成部19と、を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超音波を送受信する超音波探触子により被検体に圧迫を加え当該被検体の対象に超音波を送受信し当該対象の硬さを測定する超音波診断装置であって、
前記超音波探触子に駆動信号を送信する送信部と、
前記超音波探触子から出力された受信信号を処理する受信部と、
前記処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報を生成する評価値算出部と、
前記生成された安定区間の情報を表示部に表示する表示制御部と、を備える超音波診断装置。
【請求項2】
前記受信信号に基づいて、弾性画像データを生成する弾性画像生成部を備え、
前記特徴量算出部は、前記算出した複数の特徴量の表示情報を生成し、
前記生成された弾性画像データ及び複数の特徴量の表示情報を記憶する記憶部と、
記憶された弾性画像データを選択して表示するシネモードにおいて、前記複数の特徴量のうち表示する特徴量の種類の入力と、表示する弾性画像データの表示フレームの入力と、を受け付ける操作入力部と、を備え、
前記表示制御部は、前記入力された表示フレームに対応する前記記憶された弾性画像データと、当該表示フレーム及び前記入力された特徴量の種類に対応する前記記憶された特徴量の表示情報と、を前記表示部に表示する請求項1に記載の超音波診断装置。
【請求項3】
前記特徴量の表示情報は、前記表示フレームが安定区間であるか否かを示す表示情報を含む請求項2に記載の超音波診断装置。
【請求項4】
前記評価値算出部は、前記生成された安定区間の情報として、複数のフレームのうち安定区間のフレームを示し、弾性画像の表示フレームを示し且つ移動変更操作が可能なカーソルを有するシネフレーム選択バーを生成し、当該カーソルに対応する初期設定の表示フレームを前記安定区間内の表示フレームに設定する請求項2又は3に記載の超音波診断装置。
【請求項5】
前記評価値算出部は、前記生成された安定区間の情報として、複数のフレームのうち安定区間のフレームを示し、弾性画像の表示フレームを示し且つ移動変更操作が可能なカーソルを有するシネフレーム選択バーを生成し、
前記カーソルが前記安定区間内にある場合に、当該安定区間以外にある場合よりも当該カーソルの移動速度を遅く設定するカーソル制御部を備える請求項2から4のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項6】
前記評価値算出部は、前記評価値を算出する際に、フリーズ操作直前以外のフレームよりもフリーズ操作直前のフレームの評価値を相対的に高くして安定区間の情報を生成する請求項2から5のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項7】
前記受信信号に基づいて、弾性画像データを生成する弾性画像生成部を備え、
前記表示制御部は、ライブモードにおいて、前記生成された弾性画像データと、前記生成された安定区間の情報と、を前記表示部に表示する請求項1から6のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項8】
前記算出された評価値が所定の条件を満たした場合に、フリーズ設定を行うフリーズ制御部を備える請求項7に記載の超音波診断装置。
【請求項9】
超音波を送受信する超音波探触子により被検体に圧迫を加え当該被検体の対象に超音波を送受信し当該対象の硬さを測定する超音波情報処理方法であって、
前記超音波探触子に駆動信号を送信する工程と、
前記超音波探触子から出力された受信信号を処理する工程と、
前記処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出する工程と、
前記算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報を生成する工程と、
前記生成された安定区間の情報を表示部に表示する工程と、を含む超音波情報処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波診断装置及び超音波情報処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、超音波を被検体内部に照射し、その反射波を受信して画像化または解析することにより組織構造や性状を観察できる超音波診断装置がある。超音波診断では、被検体を非破壊、非侵襲で調べることが出来る。
【0003】
また、超音波診断装置において、超音波探触子を用いて被検体の対象に圧迫を加えることで生じる歪み分布を画像化するストレインエラストグラフィ(Strain Elastography)の技術が知られている。ストレインエラストグラフィでは、対象(例えば腫瘍)とリファレンス(例えば脂肪)との相対的な歪みの差から対象の硬さを評価できる。
【0004】
硬さの確かな評価には、被検体への安定した圧迫が求められる。このような背景に対して、取得したフレーム群と圧迫方向を紐付け、ユーザーによる均一な圧迫がなされたフレームの選択の簡便化を図った超音波診断装置が知られている(特許文献1参照)。この超音波診断装置は、圧迫方向がよいフレームの弾性画像を表示することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第4769715号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記従来の超音波診断装置では、押圧状態を確認することができるが、基本的には単一の特徴量を表示するものであり、例えば、圧迫の強さや圧迫の方向など、複数の特徴に基づいて総合的に判断したい場合には、表示の切り替えが必要になり、操作が煩雑になる可能性があった。
【0007】
本発明の課題は、複数の種類の特徴量に基づいて押圧状態が良好な弾性画像のフレームを簡便に選択できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の超音波診断装置は、
超音波を送受信する超音波探触子により被検体に圧迫を加え当該被検体の対象に超音波を送受信し当該対象の硬さを測定する超音波診断装置であって、
前記超音波探触子に駆動信号を送信する送信部と、
前記超音波探触子から出力された受信信号を処理する受信部と、
前記超音波探触子に駆動信号を送信し当該超音波探触子から出力された受信信号を処理する送受信部と、
前記処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報を生成する評価値算出部と、
前記生成された安定区間の情報を表示部に表示する表示制御部と、を備える。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波診断装置において、
前記受信信号に基づいて、弾性画像データを生成する弾性画像生成部を備え、
前記特徴量算出部は、前記算出した複数の特徴量の表示情報を生成し、
前記生成された弾性画像データ及び複数の特徴量の表示情報を記憶する記憶部と、
記憶された弾性画像データを選択して表示するシネモードにおいて、前記複数の特徴量のうち表示する特徴量の種類の入力と、表示する弾性画像データの表示フレームの入力と、を受け付ける操作入力部と、を備え、
前記表示制御部は、前記入力された表示フレームに対応する前記記憶された弾性画像データと、当該表示フレーム及び前記入力された特徴量の種類に対応する前記記憶された特徴量の表示情報と、を前記表示部に表示する。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の超音波診断装置において、
前記特徴量の表示情報は、前記表示フレームが安定区間であるか否かを示す表示情報を含む。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の超音波診断装置において、
前記評価値算出部は、前記生成された安定区間の情報として、複数のフレームのうち安定区間のフレームを示し、弾性画像の表示フレームを示し且つ移動変更操作が可能なカーソルを有するシネフレーム選択バーを生成し、当該カーソルに対応する初期設定の表示フレームを前記安定区間内の表示フレームに設定する。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項2から4のいずれか一項に記載の超音波診断装置において、
前記評価値算出部は、前記生成された安定区間の情報として、複数のフレームのうち安定区間のフレームを示し、弾性画像の表示フレームを示し且つ移動変更操作が可能なカーソルを有するシネフレーム選択バーを生成し、
前記カーソルが前記安定区間内にある場合に、当該安定区間以外にある場合よりも当該カーソルの移動速度を遅く設定するカーソル制御部を備える。
【0013】
請求項6に記載の発明は、請求項2から5のいずれか一項に記載の超音波診断装置において、
前記評価値算出部は、前記評価値に基づいて、フリーズ操作直前以外のフレームよりもフリーズ操作直前のフレームを安定区間にしやすくして安定区間の情報を生成する。
【0014】
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の超音波診断装置において、
前記受信信号に基づいて、弾性画像データを生成する弾性画像生成部を備え、
前記表示制御部は、ライブモードにおいて、前記生成された弾性画像データと、前記生成された安定区間の情報と、を前記表示部に表示する。
【0015】
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の超音波診断装置において、
前記算出された評価値が所定の条件を満たした場合に、フリーズ設定を行うフリーズ制御部を備える。
【0016】
請求項9に記載の発明は、
超音波を送受信する超音波探触子により被検体に圧迫を加え当該被検体の対象に超音波を送受信し当該対象の硬さを測定する超音波情報処理方法であって、
前記超音波探触子に駆動信号を送信する工程と、
前記超音波探触子から出力された受信信号を処理する工程と、
前記処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出する工程と、
前記算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報を生成する工程と、
前記生成された安定区間の情報を表示部に表示する工程と、を含む。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、複数の種類の特徴量に基づいて押圧状態が良好な弾性画像のフレームを簡便に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の実施の形態の超音波診断装置の外観図である。
図2】超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
図3】複数の特徴量からの評価値算出を示す概念図である。
図4A】時間に対する評価値の分布を示す図である。
図4B】シネフレーム選択バーを示す図である。
図5】弾性画像表示処理を示すフローチャートである。
図6】合成弾性画像を含む表示画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
添付図面を参照して本発明の一例に係る実施の形態及び変形例を詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。
【0020】
(実施の形態)
図1図5を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図1及び図2を参照して、本実施の形態の超音波診断装置100の装置構成を説明する。図1は、本実施の形態の超音波診断装置100の外観図である。図2は、超音波診断装置100の機能構成を示すブロック図である。
【0021】
超音波診断装置100は、患者の生体等の被検体の生体内部組織の状態を超音波画像にして表示出力する装置である。すなわち、超音波診断装置100は、生体等の被検体内に対して超音波(送信超音波)を送信するとともに、この被検体内で反射した超音波の反射波(反射超音波:エコー)を受信する。超音波診断装置100は、受信した反射超音波を電気信号に変換し、これに基づいて超音波画像データを生成する。超音波診断装置100は、生成した超音波画像データに基づき、被検体内の内部状態を超音波画像として表示する。また、超音波診断装置100は、圧迫を加えた被検体内部の歪み分布を示すストレインエラストグラフィ機能を有する。
【0022】
図1に示すように、超音波診断装置100は、操作入力部11、表示部20を有する超音波診断装置本体1と、超音波探触子2と、ケーブル3と、を備える。超音波探触子2は、被検体内に対して送信超音波を送信するとともに、被検体内からの反射超音波を受信する。超音波診断装置本体1は、超音波探触子2とケーブル3を介して接続され、超音波探触子2に電気信号の駆動信号を送信することによって超音波探触子2に被検体内に対して送信超音波を送信させる。また、超音波診断装置本体1は、超音波探触子2にて受信した被検体内からの反射超音波に応じて超音波探触子2で生成された電気信号である受信信号を受信し、受信信号を用いて超音波画像データを生成し表示する。
【0023】
超音波探触子2は、圧電素子からなる振動子2a(図2参照)を備えており、この振動子2aは、例えば、方位方向(走査方向)に一次元アレイ状に複数配列されている。本実施の形態では、例えば、192個の振動子2aを備えた超音波探触子2を用いている。なお、振動子2aは、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子2aの個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子2としてリニア電子スキャンプローブを用いて、リニア走査方式による超音波の走査を行うものとするが、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。超音波診断装置本体1と超音波探触子2との通信は、ケーブル3を介する有線通信に代えて、UWB(Ultra Wide Band)等の無線通信により行うこととしてもよい。
【0024】
図2に示すように、超音波診断装置本体1は、例えば、操作入力部11と、送信部12と、受信部13と、Bモード画像生成部14と、記憶部14aと、弾性画像生成部15と、記憶部15aと、弾性画像合成部16と、特徴量算出部17と、評価値算出部18と、表示制御部としての表示画像生成部19と、表示部20と、カーソル制御部、フリーズ制御部としての制御部21と、を備える。
【0025】
操作入力部11は、例えば、医師、技師等の検査者が、診断開始を指示するコマンドや被検体の個人情報等のデータの入力などを行うための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を備えており、操作信号を制御部21に出力する。操作入力部11は、表示部20の表示画面上に設けられたタッチパネルを含むものとする。
【0026】
送信部12は、制御部21の制御に従って、超音波探触子2にケーブル3を介して電気信号である駆動信号を供給して超音波探触子2に送信超音波を発生させる回路である。また、送信部12は、例えば、クロック発生回路、遅延回路、時間及び電圧設定部、パルス発生回路を備えている。クロック発生回路は、駆動信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる回路である。遅延回路は、駆動信号の送信タイミングを振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を設定し、設定された遅延時間だけ駆動信号の送信を遅延させて送信超音波によって構成される送信ビームの集束を行うための回路である。時間及び電圧設定部は、パルス発生回路から発生されるパルス信号のパルス幅の時間及び振幅の電圧を設定する回路である。パルス発生回路は、時間及び電圧設定部により設定された時間及び電圧に応じて、駆動信号としてのパルス信号を発生させるための回路である。上述のように構成された送信部12は、例えば、超音波探触子2に配列された複数(例えば、192個)の振動子2aのうちの連続する一部(例えば、64個)を駆動して送信超音波を発生させる。そして、送信部12は、送信超音波を発生させる毎に駆動する振動子を方位方向にずらすことで走査(スキャン)を行う。
【0027】
受信部13は、制御部21の制御に従って、超音波探触子2からケーブル3を介して電気信号である受信信号を受信し、受信信号を信号処理して音線データを生成する回路である。受信部13は、例えば、増幅器、A/D変換回路、整相加算回路を備えている。増幅器は、受信信号を、振動子毎に対応した個別経路毎に、予め設定された増幅率で増幅させるための回路である。A/D変換回路は、増幅された受信信号をA/D変換するための回路である。整相加算回路は、A/D変換された受信信号に対して、振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算(整相加算)して音線データを生成するための回路である。
【0028】
Bモード画像生成部14は、制御部21の制御に従って、受信部13からの音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅などを実施し、ダイナミックレンジやゲインの調整を行って輝度変換することにより、断層画像データとしてのB(Brightness)モードの超音波画像データ(Bモード画像データ)を生成する。すなわち、Bモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。
【0029】
記憶部14aは、フラッシュメモリーなどの半導体メモリーによって構成された記憶部である。Bモード画像生成部14は、生成したBモード画像データをフレーム番号(時刻)に対応付けてフレーム単位で記憶部14aにシネフレームのシネ画像データとして記憶する。Bモード画像生成部14は、制御部21の制御に従って、記憶部14aに記憶したBモード画像データを読み出して弾性画像合成部16に出力する。
【0030】
弾性画像生成部15は、制御部21の制御に従って、受信部13からの音線データに対して演算を実施し、弾性情報としての歪み量に変換し、カラーマッピングすることにより、弾性画像データを生成する。弾性画像生成部15により生成される弾性画像データの画像の大きさは、操作入力部11を介して検査者から指定入力されたROI(Region Of Interest:関心領域)の大きさとするが、これに限定されるものではなく、Bモード画像データの画像の大きさと同じとしてもよい。記憶部15aは、フラッシュメモリーなどの半導体メモリーによって構成された記憶部である。
【0031】
ここで、歪み量について説明する。検査者は、超音波探触子2を把持して被検体の体表に圧迫を加える。このとき、検査者自身の振動や、被検体の呼吸により、超音波探触子2から被検体に加わる圧迫が変化する。例えば、圧迫が加わる前の被検体内には、超音波探触子2と接触する体表から深さ方向(X方向)へ距離xrの位置に腫瘍等の対象物の上端があるものとする。また、この対象物の深さ方向の幅がLであるものとする。被検体に圧迫ρ(応力)が加えられた状態で、対象物にも同様に圧迫ρがかかるとすると、この対象物の上端位置が深さ方向へ距離xsと変化し、対象物の深さ方向の幅がL−ΔLとなるように変化するものとする。すると、これら2つの状態における対象物を計測することで、歪み量ε=ΔL/Lが求められる。
【0032】
より具体的には、例えば、特開2015−211733号公報に記載のように、弾性画像生成部15は、受信部13からの音線データをフレーム毎に記憶部15aに適宜記憶及び読み出しすることにより、時間的に連続する2フレームの音線データを取得する。この2つのフレームのうち、第1フレームの音線データの第1信号波形に対応する被検体の加圧状態を第1加圧状態とし、第2フレームの音線データの第2信号波形に対応する被検体の加圧状態を第2加圧状態とする。そして、弾性画像生成部15は、第1信号波形と第2信号波形との間での各時間における位相差成分を抽出し、各時間と当該各時間における位相差成分との相関関係に応じて、第1信号波形と第2信号波形との間の各周波数の差分に係る歪み差及び初期位相差を算出し、当該歪み差に基づいて歪み量を算出する。弾性画像生成部15は、この歪み量の算出を全ての画素について行い、歪み量の画素からなる画像データを生成する。
【0033】
そして、弾性画像生成部15は、例えば、青→緑→黄→赤の順に歪み量が高くなるカラーマッピングにより歪み量の画像データに色付けを行い弾性画像データを生成する。但し、後述する図5の図面上では、弾性画像において、黒→白の順に歪み量が高くなる表現としている。
【0034】
また、弾性画像生成部15は、生成した弾性画像データをフレーム番号(時刻)に対応付けてフレーム単位で記憶部15aにシネフレームのシネ画像データとして記憶する。弾性画像生成部15は、制御部21の制御に従って、記憶部15aに記憶した弾性画像データを読み出して弾性画像合成部16に出力する。
【0035】
弾性画像合成部16は、制御部21の制御に従って、Bモード画像生成部14で生成されたBモード画像データに対して、弾性画像生成部15で生成された同時刻の弾性画像データを、所定の合成率で合成して合成弾性画像データを生成する。
【0036】
特徴量算出部17は、制御部21の制御に従って、弾性画像生成部15で生成された弾性画像データと、受信部13で生成された音線データと、記憶部17aに記憶された情報との少なくとも1つを用いて、弾性画像データのフレーム毎の被検体の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出し、それらの算出した特徴量を示す複数の特徴量の表示情報を生成し、弾性画像データ及び複数の特徴量の表示情報を評価値算出部18に出力し、複数の特徴量の表示情報を記憶部17aに記憶する。記憶部17aは、フラッシュメモリーなどの半導体メモリーによって構成された不揮発性の記憶部である。
【0037】
具体的な一例として、特徴量算出部17が、弾性画像の歪み量d、歪み量のテンポb、信頼値s、の3種類の特徴量を算出する例を説明する。但し、特徴量算出部17が算出する特徴量の種類及び数は、この例に限定されるものではない。
【0038】
特徴量算出部17は、弾性画像生成部15で生成された弾性画像データを用いて次式(1)により、弾性画像(ROI)内の平均歪み量で定義される弾性画像の歪み量dを算出する。
【数1】
但し、ROI:弾性画像データの全画素、x:弾性画像内の画素の変数qにおける歪み量、n:ROI内の画素数、である。
【0039】
また、特徴量算出部17は、弾性画像生成部15で生成された連続する複数フレームの弾性画像データを用いて次式(2)により、弾性画像(ROI)の歪み量の時間波形の、正弦波形・余弦波形への類似度で定義される弾性画像の歪み量のテンポbを算出する。このとき、特徴量算出部17は、弾性画像生成部15で生成された弾性画像データを適宜記憶部17aに書き込み及び読み出しをして、連続する複数フレームの弾性画像データとして使用する。
【数2】
但し、D(ω)=FFT(D(t))、D(t):歪み量の時間波形、t:時間・フレーム番号、である。式(2)は、一定の間隔で歪みが生じている場合、特定の周波数が強くなり、分子が大きくなる。この状態をテンポが良い状態と定義している。このとき、分子では周波数成分の最大値を算出するが、単に強い押圧に反応しないよう低周波成分を最大値の算出対象から除き、中周波または高周波成分を最大値の算出対象としても良い。分母は、歪み量に依存しない特徴量として算出するために歪み量の総和で正規化している。また、テンポbと歪み量とを同時に考慮していい場合に、弾性画像の歪み量のテンポbは次式(2A)により算出される。
【数3】
【0040】
また、特徴量算出部17は、受信部13で生成された連続フレームの音線データを用いて次式(3)により、連続する2フレームの音線データの相関値で定義される弾性画像の信頼値(復元率)sを算出する。このとき、特徴量算出部17は、受信部13で生成された各フレームの音線データを適宜記憶部17aに書き込み及び読み出しをして連続フレームの音線データとして使用する。
s=AutoCorr(f(x),fprev(x+Δx)) …(3)
但し、AutoCorrは自己相関演算、f(x):現在のフレームの深さ方向の位置(深さx)における音線データの信号波形、fprev(x+Δx):前フレームの深さ方向の位置(深さx+Δx)における音線データの信号波形、である。
【0041】
また、その他の特徴量として、特徴量算出部17は、上記算出した現在及び過去の特徴量を用いて、次式(4)により、算出した現在の特徴量と、過去の特徴量の最高値との誤差で定義される過去の特徴量との類似度pを算出しても良い。このとき、特徴量算出部17は、算出した各フレームの特徴量を適宜記憶部17aに書き込み及び読み出しをして過去の特徴量として使用する。
p=|y−ypast| …(4)
但し、y:現在の特徴量、ypast:過去の特徴量の最高値、である。特徴量y,ypastとしては、例えば、歪み量dを用いる構成とするが、これに限定されるものではない。特徴量y,ypastとして、テンポb又は信頼値sを用いたり、複数の特徴量に重み係数をかけた値の和を用いる構成としてもよい。
【0042】
また、その他の特徴量として、特徴量算出部17が、弾性画像データの画素の水平方向(走査方向)の歪み量の分布(深さ方向の列毎の全画素の歪み量の和又は平均値)から歪み分布の回帰直線を生成し、当該回帰直線の傾きに対応するバランス直線の傾き0を満点としたスコアを特徴量として算出する構成としてもよい。この構成において、特徴量表示情報として、歪み分布のスコアとともに、バランス直線を表示させる構成としてもよい。
【0043】
また、特徴量算出部17は、算出した各特徴量の表示情報を生成する。例えば、特徴量としての歪み量dの表示情報は、過去の所定期間前から現在までの歪み量を示すグラフの表示情報とする。このとき、特徴量算出部17は、現在及び過去の特徴量を適宜記憶部17aから読み出して特徴量の表示情報の生成に使用する。特徴量算出部17は、生成した特徴量の表示情報をフレーム番号(時刻)に対応付けて、シネフレーム用に記憶部17aに記憶する。
【0044】
評価値算出部18は、制御部21の制御に従って、特徴量算出部17で生成された複数の特徴量を用いて、評価値scoreを算出し、評価値scoreに基づくシネフレームバーを生成し、特徴量算出部17で生成された複数の特徴量の表示情報と、生成したシネフレームバーとを表示画像生成部19に出力する。
【0045】
評価値算出部18は、例えば、次式(5)により、評価値scoreを算出する。
score=w・d+w・b+w・s …(5)
但し、w:歪み量dの重み係数、w:テンポbの重み係数、w:信頼値sの重み係数、である。
【0046】
図3は、複数の特徴量からの評価値算出を示す概念図である。図3に示すように、評価値算出部18は、同時刻のフレームの複数の特徴量(歪み量d、テンポb、信頼値s、類似度p)から評価値を算出する。
【0047】
但し、評価値算出部18が、評価値scoreを式(5)により算出する構成に限定されるものではなく、例えば式(6)により算出する構成としてもよい。
score=d・b・s …(6)
【0048】
評価値算出部18は、算出した評価値をフレーム番号(時刻)に対応付けて、シネフレーム用に記憶部18aに記憶する。記憶部18aは、フラッシュメモリーなどの半導体メモリーによって構成された不揮発性の記憶部である。
【0049】
また、評価値算出部18は、記憶部18aに記憶された現在及び過去の評価値に基づき、評価値が高く時間的に連続したフレーム群からなる安定区間を有するシネフレーム選択バーを生成する。ここで、図4A図4Bを参照して、シネフレーム選択バーの生成を説明する。図4Aは、時間に対する評価値の分布を示す図である。図4Bは、シネフレーム選択バー300を示す図である。
【0050】
時間に対する1フレーム毎の評価値の分布は、例えば図4Aに示される。1フレームの時間は、例えば1/5〜1/20[s]とする。評価値算出部18は、全てのシネフレームの評価値について、経時的に所定時間分(例えば、1秒間の区間)の評価値の移動平均値を算出していく。そして、評価値算出部18は、移動平均値が所定の閾値以上となった所定時間分の区間を安定区間として設定したシネフレーム選択バーを生成する。なお、移動平均値算出の区間と、安定区間との時間を異にする構成としてもよい。評価値算出部18は、例えば、図4Aの評価値の分布に対応する図4Bに示すシネフレーム選択バー300を生成する。シネフレーム選択バー300は、安定区間301と、通常区間302と、を有する。安定区間301は、全てのシネフレームのうち、評価値の移動平均値が所定の閾値以上のシネフレームを示す安定区間である。通常区間302は、全てのシネフレームのうち、評価値の移動平均値が所定の閾値未満のシネフレームを示す通常区間である。
【0051】
表示画像生成部19は、制御部21の制御に従って、ライブモードでは、弾性画像合成部16で生成された合成弾性画像データを表示画像データとして生成し、シネモードでは、弾性画像合成部16で生成されたシネフレームの合成弾性画像データと、特徴量算出部17から入力された特徴量の表示情報と、評価値算出部18から入力されたシネフレーム選択バーと、を合成して表示画像データとして生成する。表示画像生成部19は、生成した表示画像データを表示部20用の画像信号に変換して表示部20に出力する。
【0052】
表示部20は、LCD(Liquid Crystal Display)、CRT(Cathode-Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electronic Luminescence)ディスプレイ、無機ELティスプレイ及びプラズマディスプレイ等の表示装置が適用可能である。表示部20は、表示画像生成部19から出力された画像信号に従って表示画面上に画像の表示を行う。
【0053】
制御部21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備えて構成され、ROMに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、展開したプログラムに従って超音波診断装置100の各部の動作を集中制御する。ROMは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波診断装置100に対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能なプログラムや、ガンマテーブル等の各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、CPUは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。RAMは、CPUにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。なお、図が複雑になるのを防ぐため、図2上で、制御部21から各部への制御線は、一部省略されている。
【0054】
超音波診断装置100が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばLSI(Large Scale Integration)であり、LSIは集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、FPGA(Field Programmable Gate Array)やLSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のROMなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。
【0055】
次に、図5を参照して、超音波診断装置100の動作を説明する。図5は、弾性画像表示処理を示すフローチャートである。
【0056】
超音波診断装置100を用いたストレインエラストグラフィによる被検体の診断において、予め、ライブモードとして、先ず被検体に超音波探触子2が接触されBモード画像データが生成されBモード画像が表示され、検査者により、操作入力部11を介して、適宜弾性画像のROIの指定入力がなされ、超音波探触子2により被検体の対象周辺の体表への圧迫が加えられる。
【0057】
そして、超音波診断装置100において、制御部21が、図5に示す弾性画像表示処理を実行する。以下、各ステップの主体として、そのステップの処理の直接の主体を記載するが、制御部21が各ステップの主体を制御している。
【0058】
先ず、送信部12は、超音波探触子2に駆動信号を供給して超音波を送受信させ、受信部13が、超音波探触子2から受信信号を受信し音線データを生成する(ステップS11)。そして、Bモード画像生成部14は、ステップS11で生成された音線データを用いて、1フレームのBモード画像データ生成及び記憶部14aへのシネフレームとしての記憶を行い、弾性画像生成部15が、ステップS11で生成された音線データ、記憶部15aに記憶された1フレーム前の音線データを用いて、1フレームの弾性画像データ生成及び記憶部15aへのシネフレームとしての記憶を行い、弾性画像合成部16が、生成されたBモード画像データ及び弾性画像データを合成して1フレームの合成弾性画像データを生成する(ステップS12)。
【0059】
そして、特徴量算出部17は、ステップS11で得られた音線データ、ステップS12で得られた弾性画像データ、記憶部17aに記憶された過去の情報を用いて、特徴量(歪み量d,テンポb,信頼値s)を算出し、各特徴量の表示情報の生成及び記憶部17aへの記憶を行う(ステップS13)。そして、評価値算出部18は、ステップS13で算出された特徴量を用いて、特徴量の評価値scoreを算出し、シネフレーム選択バーにおける安定区間の情報生成及び記憶部18aへの記憶を行う(ステップS14)。
【0060】
そして、表示画像生成部19は、ステップS12で生成した1フレームの合成弾性画像データから1フレームの表示画像データを生成し、その表示画像を表示部20に表示する(ステップS15)。検査者は、表示部20に表示された合成弾性画像を目視することにより、合成弾性画像内の腫瘍等の対象物の硬さを診断できる。
【0061】
そして、制御部21は、操作入力部11を介して検査者からフリーズ入力がされたか否かを判別する(ステップS16)。フリーズ入力がされていない場合(ステップS16;NO)、ステップS11に移行される。フリーズ入力がされた場合(ステップS16;YES)、シネモードが開始され、制御部21は、シネ画像データの初期設定の表示フレーム番号を、Bモード画像生成部14、弾性画像生成部15、特徴量算出部17、評価値算出部18に出力して設定する(ステップS17)。初期設定の表示フレームは、例えば、複数のシネフレームのうちのフリーズ直前のシネフレームとする。
【0062】
そして、Bモード画像生成部14は、入力された表示フレーム番号のBモード画像データを記憶部14aから読み出して弾性画像合成部16に出力し、弾性画像生成部15が、入力された表示フレーム番号の弾性画像データを記憶部15aから読み出して弾性画像合成部16に出力し、弾性画像合成部16が、入力されたBモード画像データ及び弾性画像データを合成して合成弾性画像データを生成する(ステップS18)。
【0063】
そして、特徴量算出部17は、入力された表示フレーム番号の設定中(最初は、初期設定)の種類の特徴量の表示情報を記憶部17aから読み出して表示画像生成部19に出力する(ステップS19)。初期設定の特徴量は、例えば、歪み量dとする。そして、評価値算出部18は、安定区間の情報を記憶部18aから読み出し、当該安定区間の情報に基づき、入力された表示フレーム番号に対応する位置のカーソルを有するシネフレーム選択バーを生成して表示画像生成部19に出力する(ステップS20)。
【0064】
そして、表示画像生成部19は、入力された表示フレーム番号の合成弾性画像データ、特徴量の表示情報、シネフレーム選択バーを合成して表示画像データを生成し、その表示画像を表示部20に表示する(ステップS21)。そして、制御部21は、操作入力部11を介して検査者からカーソル移動入力がされたか否かを判別する(ステップS22)。カーソル移動入力がされた場合(ステップS22;YES)、制御部21は、ステップS22のカーソル移動に対応する変更後の表示フレーム番号を、Bモード画像生成部14、弾性画像生成部15、特徴量算出部17、評価値算出部18に出力して設定し(ステップS23)、ステップS18に移行する。
【0065】
カーソル移動入力がされていない場合(ステップS22;NO)、制御部21は、操作入力部11を介して検査者から特徴量変更入力がされたか否かを判別する(ステップS24)。特徴量変更入力がされた場合(ステップS24;YES)、特徴量算出部17は、ステップS24の変更後の特徴量に対応する種類の特徴量の表示情報を記憶部17aから読み出して表示画像生成部19に出力し(ステップS25)、ステップS21に移行する。特徴量変更入力がされていない場合(ステップS24;NO)、弾性画像表示処理が終了する。
【0066】
図6は、合成弾性画像210を含む表示画像200を示す図である。例えば、図6に示すように、シネモードにおいて、表示フレーム番号の表示画像200が表示部20に表示される。表示画像200は、合成弾性画像210と、シネフレーム選択バー300Aと、フレーム番号表示欄310と、特徴量表示情報400と、特徴量切替ボタン410と、を有する。
【0067】
合成弾性画像210は、表示フレーム番号のBモード画像データに基づくBモード画像211と、表示フレーム番号の弾性画像データに基づく弾性画像212と、の合成画像である。シネフレーム選択バー300Aは、安定区間301Aと、通常区間302Aと、カーソル303と、を有する。
【0068】
安定区間301Aは、全てのシネ画像データのシネフレームのうち、安定区間を示すバーの一部分である。通常区間302Aは、全てのシネフレームのうち、通常区間を示すバーの一部分である。カーソル303は、合成弾性画像210に対応する表示フレーム番号の位置に配置されるとともに、操作入力部11を介して検査者から表示するシネフレームの選択入力を受け付ける操作表示要素であり、安定区間301A及び通常区間302A上の左右に移動変更入力が可能である。フレーム番号表示欄310は、全てのシネ画像データのシネフレームの枚数のうちの合成弾性画像210(カーソル303)の順番のフレーム番号を示す表示欄である。安定区間301Aと通常区間302Aとの表示色は、異にするのが好ましい。
【0069】
特徴量表示情報400は、初期設定の特徴量としての歪み量dの表示欄である。特徴量表示情報400は、グラフ部401と、基準領域402と、枠部403と、を有する。グラフ部401は、横軸を時間、縦軸を特徴量の歪み量dの値とし、特徴量表示情報400の縦軸の中心を基準値とした経時的な歪み量dのグラフを示す部分である。グラフ部401の右端を、フリーズ直前のフレームの歪み量dとする。基準領域402は、特徴量表示情報400の縦軸の中心から適切な歪み量dの値の範囲を示す領域である。つまり、グラフ部401が基準領域402以内であると、その部分の歪み量dが適正であることを示し、グラフ部401が基準領域402からはみ出ると、その部分の歪み量dが適正でないことを示す。
【0070】
枠部403は、特徴量表示情報400の枠部であるとともに、表示色がカーソル303に対応するシネフレームが安定区間か否かに設定されている。例えば、カーソル303に対応するシネフレームが安定区間である場合に、枠部403は、安定区間301Aと同じ表示色で表示される。
【0071】
特徴量切替ボタン410は、操作入力部11を介して検査者から表示する特徴量表示情報400で表示する特徴量の種類の切替入力を受け付ける操作表示要素である。例えば、特徴量切替ボタン410を押す度に、特徴量表示情報400の特徴量が、歪み量d→テンポb→信頼値s→歪み量d→…のように切り替わる。ステップS24に対応して、特徴量切替ボタン410が操作入力部11を介してタッチ入力されると、制御部21は、切替後の表示特徴量情報を特徴量算出部17に出力する。特徴量算出部17は、同じ表示フレーム番号の、入力された表示特徴量情報に対応する特徴量の表示情報を記憶部17aから読み出して表示画像生成部19に出力する。表示画像生成部19は、同じ表示フレーム番号の合成弾性画像データ、切替後の特徴量の表示情報、シネフレーム選択バーを合成して表示画像データを生成し、その表示画像を表示部20に表示させる。なお、特徴量の表示情報は、経時的なグラフの表示形式に限定されるものではなく、特徴量の数値表示等、他の表示形式としてもよい。
【0072】
また、ステップS22に対応して、操作入力部11を介してカーソル303の移動により表示シネフレームが選択入力されると、選択後の表示フレーム番号に対応する、合成画像データ、シネフレーム選択バー、切替後の特徴量の表示情報と、を含む表示画像が表示される。
【0073】
以上、本実施の形態によれば、超音波診断装置100は、超音波探触子2に駆動信号を供給し超音波探触子2から出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて、弾性画像のフレーム毎の押圧状態を示す複数の種類の特徴量を算出し、算出された複数の特徴量から評価値を算出し、当該評価値に基づいて、押圧状態が良好なフレームからなる安定区間の情報としてシネフレーム選択バーを生成し、生成されたシネフレーム選択バーを表示部20に表示する。
【0074】
このため、検査者が、複数の種類の特徴量に基づいて押圧状態が良好な安定区間の弾性画像のフレームを視覚的に確認して簡便に選択できる。
【0075】
また、超音波診断装置100は、受信信号に基づいて、弾性画像データを生成し、算出した複数の特徴量の表示情報を生成し、生成された弾性画像データ及び複数の特徴量の表示情報を記憶部15a,17aに記憶し、シネモードにおいて、複数の特徴量のうち表示する特徴量の種類の入力と、表示する弾性画像データの表示フレームの入力と、を受け付け、入力された表示フレームに対応する記憶された弾性画像データと、表示フレーム及び入力された特徴量の種類に対応する記憶された特徴量の表示情報と、を表示部20に表示する。このため、検査者が、表示しているシネフレームの特徴量を視覚的に認識できる。
【0076】
また、特徴量表示部400は、表示フレームが安定区間であるか否かを表示色により示す枠部403を含む。このため、検査者が、表示しているシネフレームの特徴量を、安定区間であるか否かの情報とともに容易に認識できる。
【0077】
(変形例)
上記実施の形態の複数の変形例を順に説明する。
【0078】
第1の変形例は、超音波診断装置100において、制御部21が、シネモードの開始時に、カーソルに対応する初期設定の表示するシネ画像データの表示フレーム番号を、フリーズ直後以外のシネフレームの表示フレーム番号に設定する構成である。例えば、制御部21が、シネモードの開始時に表示するシネ画像データの表示フレーム番号を安定区間内(例えば安定区間の中央)のシネフレームのフレーム番号に設定する構成である。この構成によれば、診断に重要な安定区間のシネフレームの情報を最初に確認でき、診断を正確に行うことができるとともに、診断時間を短縮できる。
【0079】
第2の変形例は、超音波診断装置100において、制御部21が、シネフレーム選択バーのカーソルの移動表示において、操作入力部11を介する検査者からの同じ移動操作に対して、通常区間内よりも安定区間内のカーソルの移動速度を遅く設定する構成である。この構成によれば、診断に重要な安定区間の表示シネフレームの選択が容易になる。
【0080】
第3の変形例は、超音波診断装置100において、評価値算出部18が、シネフレーム選択バーのフリーズ直前のシネフレームを、フリーズ直前以外のシネフレームよりも安定区間に設定しやすくする構成である。例えば、フリーズ直前のシネフレームの評価値に1以上の所定係数を乗じる構成や、フリーズ直前のシネフレームの評価値を含む評価値の移動平均値に対する安定区間判別のための閾値を低くする構成等がある。この構成によれば、検査者が重要と判断してフリーズ操作した直近のフレームを診断に重要な安定区間に設定しやすくでき、診断をより正確に行うことができる。
【0081】
第4の変形例は、超音波診断装置100において、評価値算出部18が、ライブモード中に、現在までの所定数のフレームに対応して移動平均値を算出した評価値に基づく安定区間及び通常区間の情報を表示画像生成部19に出力し、表示画像生成部19が、入力された安定区間の情報をライブの合成画像データとともに表示部20に表示させる構成である。この構成によれば、ライブモード時にも、検査者が、複数の種類の特徴量に基づいて押圧状態が良好な安定区間の弾性画像のフレームを視覚的に認識できる。
【0082】
第5の変形例は、超音波診断装置100において、評価値算出部18が、ライブモード中に、現在までの所定数のフレームに対応して移動平均値を算出した評価値に基づく安定区間及び通常区間の情報を制御部21に出力する構成である。さらに、制御部21が、評価値が予め設定された所定の条件を満たすか否かを判別し、所定の条件を満たす場合に、フリーズを自動設定する。所定の条件とは、例えば、評価値の移動平均値が、安定区間を判定するための第1の所定閾値とは別の第2の所定閾値以上となることである。この構成によれば、ライブモード時にも、検査者が、安定区間に対応する診断に重要な弾性画像のフレームを静止画のフレームの弾性画像として容易に視覚的に確認できる。
【0083】
なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る好適な超音波診断装置及び超音波情報処理方法の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態及び変形例の少なくとも2つを組み合わせる構成としてもよい。
【0084】
また、上記実施の形態及び変形例では、シネフレーム選択バーにおける安定区間を同じ色に設定する構成としたが、これに限定されるものではない。安定区間を評価値の高さに応じて表示色を異にする構成としてもよい。例えば、評価値が高くなるにつれて安定区間の表示色の濃さを濃くする構成としてもよい。この構成によれば、安定区間の評価値の高さを容易に確認できるとともに、特に、シネフレーム選択バーに複数の安定区間が存在する場合に、各安定区間を容易に識別できる。
【0085】
また、上記実施の形態では、弾性画像データとして、ストレインエラストグラフィにより弾性データとしての歪み量を示す画像データを生成して用いる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、シアウェーブエラストグラフィ(Shear Wave Elastography)により弾性データとしてのせん断波速度を示す画像データを弾性画像データとして生成して用いる構成としてもよい。
【0086】
また、以上の実施の形態及び変形例における超音波診断装置100を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【0087】
以上のように、本発明の超音波診断装置及び超音波情報処理方法は、弾性画像を用いた超音波診断に適用できる。
【符号の説明】
【0088】
100 超音波診断装置
1 超音波診断装置本体
11 操作入力部
12 送信部
13 受信部
14 Bモード画像生成部
14a,15a,17a,18a 記憶部
15 弾性画像生成部
16 弾性画像合成部
17 特徴量算出部
18 評価値算出部
19 表示画像生成部
20 表示部
21 制御部
2 超音波探触子
2a 振動子
3 ケーブル
図1
図2
図3
図4A
図4B
図5
図6
【国際調査報告】