超音波診断装置および超音波診断方法
【課題】高精度に血管壁の弾性特性を測定することが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】第１の超音波ビームで超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信を行った際に超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を血管壁拡張収縮方向検出部９が検出し、検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信が行われるように送受信制御部１１が送受信部３を制御し、第２の超音波ビームで送受信を行った際に超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁トラッキング部１３が血管壁の動きをトラッキングし、トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁弾性特性演算部１４が血管壁の弾性特性を演算する。
【解決手段】第１の超音波ビームで超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信を行った際に超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を血管壁拡張収縮方向検出部９が検出し、検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信が行われるように送受信制御部１１が送受信部３を制御し、第２の超音波ビームで送受信を行った際に超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁トラッキング部１３が血管壁の動きをトラッキングし、トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁弾性特性演算部１４が血管壁の弾性特性を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置および超音波診断方法に係り、特に、血管壁の弾性特性を測定するための超音波診断装置および超音波診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成されると共に様々な疾患情報が得られる。
【０００３】
疾患の種類に応じて超音波診断される被検体の部位は異なり、例えば、脳梗塞などの循環器系疾患では、その原因となるプラークが形成され易い頸動脈の測定が試みられる。このような頸動脈超音波診断では、プラークの厚さや弾性特性を測定することで、血管の狭窄の程度やプラークの破裂性（破れ易さ）等の情報が得られる。これらの情報を正確に得るには、超音波ビームを血管壁に対して垂直に入射させ、心拍動に伴う血管壁の微小な変化を高精度に検出することが望まれる。しかし、頸動脈はプラークが形成され易い位置（総頸動脈が内頸動脈と外頸動脈に分岐する位置）において体表に対して平行に延びていないことが多いため、超音波ビームを血管壁に垂直に入射させることが困難であった。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、超音波ビームの方向をステアリングして様々な方向に超音波ビームを送信し、反射された超音波エコーの振幅が極大値を示すような超音波ビームの方向を血管壁に垂直に入射する方向として選択する超音波診断装置が開示されている。
また、特許文献２には、超音波ビームが血管の中心を通るように走査することで超音波ビームと血管壁を直交させる超音波診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９９７５２号公報
【特許文献２】特開２００５−０７４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の超音波診断装置では、超音波ビームが血管壁に対して垂直に入射するか否かを振幅の極大値により判断するため、壁の厚さが一定の血管に対しては垂直に入射する超音波ビームの方向を正確に選定することが可能となる。しかしながら、血管壁の厚さがプラーク等で一定でない場合は、プラーク周辺の血管壁に傾斜面が形成され、その傾斜面に垂直に入射した超音波ビームにより得られた超音波エコーの振幅も極大値を示すため、頸動脈エコーに基づいて血管壁の弾性特性を高精度に測定することができないおそれがある。
特許文献２の超音波診断装置では、血管壁に接する円を近似することによりその中心を設定するため、壁の厚さが一定の血管に対しては超音波ビームを血管壁に直交させることが可能となる。しかしながら、血管壁の厚さが一定でない場合や血管の中心軸に沿った長軸断面では、血管の中心を設定することが困難であるため頸動脈エコーに基づいて血管壁の弾性特性を高精度に測定することができないおそれがある。
【０００７】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、高精度に血管壁の弾性特性を測定することが可能な超音波診断装置および超音波診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る超音波診断装置は、送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する血管壁拡張収縮方向検出部と、前記血管拡張収縮方向検出部で検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信が行われるように前記送受信部を制御する送受信制御部と、前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする血管壁トラッキング部と、前記血管壁トラッキング部でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する血管壁弾性特性演算部とを備えるものである。
【０００９】
ここで、前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより血管壁の拡張収縮方向を検出してもよい。
また、前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出してもよい。
【００１０】
また、前記血管壁トラッキング部は、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る超音波診断方法は、送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断方法であって、第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出し、検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行い、前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングし、トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算するものである。
【００１２】
ここで、血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより行われてもよい。
また、血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出することにより行われてもよい。
【００１３】
また、血管壁の動きのトラッキングは、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、第１の超音波ビームにより得られた振幅情報に基づいて血管壁の拡張収縮方向を検出し、この拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームを送受信するため、高精度に血管壁の弾性特性を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態１に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態１における超音波診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】拡張収縮する血管壁に対して第１の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【図４】血管壁の拡張収縮方向に平行に第２の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【図５】１心拍における各反射点の位置の変動を示す図である。
【図６】（Ａ）は１心拍における反射点Ｒ１とＲ２の間の厚みの変化を示す図であり、（Ｂ）は１心拍における反射点Ｒ２とＲ３の間の厚みの変化を示す図である。
【図７】プラークのひずみ画像を示す図である。
【図８】実施形態２に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図９】実施形態３において第１の超音波ビームおよび第２の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１に、この発明の実施形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波探触子１と、超音波探触子１に接続された診断装置本体２を備えている。診断装置本体２は、超音波探触子１による超音波の送受信を制御すると共に取得された受信信号に基づいて超音波画像を表す画像データを生成し、さらに血管壁の弾性特性を演算し、ひずみ画像を表示する機能を有する。
【００１７】
超音波探触子１は、コンベックスタイプ、リニアスキャンタイプ、または、セクタスキャンタイプ等の、被検体の体表に当接させて用いられるプローブである。超音波探触子１は、１次元または２次元に配列された複数の超音波トランスデューサを備えている。これらの超音波トランスデューサは、印加される駆動信号に基づいて被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体で反射された超音波エコーを受信することにより受信信号を出力する。
【００１８】
各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。このような振動子の電極に、パルス状または連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮によって、それぞれの振動子からパルス状または連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１９】
診断装置本体２は、超音波探触子１に接続された送受信部３を有し、この送受信部３に断層画像形成部４が接続され、断層画像形成部４に表示制御部５を介して表示部６が接続されている。また、断層画像形成部４には、血管壁検出部７、血管壁各部動き方向検出部８、血管壁拡張収縮方向検出部９およびビーム方位設定部１０を順次介して送受信制御部１１が接続され、この送受信制御部１１が送受信部３に接続されている。さらに、送受信部３には、位相情報演算部１２、血管壁トラッキング部１３および血管壁弾性特性演算部１４が順次接続され、血管壁弾性特性演算部１４が表示制御部５に接続されている。
【００２０】
送受信制御部１１は、送受信部３を介して超音波探触子１による超音波ビームの送信方向および超音波エコーの受信方向を順次設定するもので、設定された送信方向に応じて送信遅延パターンを選択する送信制御機能と、設定された受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する受信制御機能とを有している。
ここで、送信遅延パターンとは、超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために各超音波トランスデューサの駆動信号に与えられる遅延時間のパターンであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサによって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために受信信号に与えられる遅延時間のパターンである。複数の送信遅延パターン及び複数の受信遅延パターンが送受信制御部１１に内蔵された記憶装置に格納されていて、局面に応じ選択して利用される。
【００２１】
送受信部３は、送信回路と受信回路を内蔵している。送信回路は、複数のチャンネルを備えており、超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサにそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する。その際に、送受信制御部１１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の駆動信号にそれぞれの遅延時間を与えることができる。送信回路は、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するように、複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波探触子１に供給するようにしてもよいし、複数の超音波トランスデューサから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように構成した複数の駆動信号を超音波探触子１に供給するようにしてもよい。
【００２２】
送受信部３の受信回路は、複数のチャンネルを備えており、複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数のアナログの受信信号を受信して増幅し、デジタルの受信信号に変換する。さらに、送受信制御部１１によって選択された受信遅延パターンに基づいて、複数の受信信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの受信信号を加算することにより、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って、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（音線データ）が形成される。
次に、音線データは、ローパスフィルタ処理等によって包絡線検波処理を施して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control）により超音波の反射位置の深度に応じて距離に応じた減衰の補正をする。
【００２３】
このように処理された音線データは、複数フレーム分の音線データを蓄積するためのメモリ容量を有するデータメモリに順次格納される。受信回路は、画像データ生成機能を備えており、ライブモードにおいては直接供給される音線データを、フリーズモードにおいてはデータメモリから供給される音線データをそれぞれ入力し、これら音線データに対して、Ｌｏｇ（対数）圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理を施して画像データを生成し、断層画像形成部４に出力する。
断層画像形成部４は、送受信部３の受信回路から供給された超音波画像の画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データにラスター変換し、階調処理等の必要な画像処理を施して表示制御部５に供給する。また、断層画像形成部４は、超音波画像の画像データを血管壁検出部７に供給する。
【００２４】
表示制御部５は、断層画像形成部４から供給された画像データに基づいて、表示部６に超音波診断画像を表示させる。表示部６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２５】
血管壁検出部７は、断層画像形成部４から供給された画像データに画像処理を施す等により血管壁の位置を検出する。血管壁各部動き方向検出部８は、血管壁検出部７で検出された超音波画像における血管壁を複数部分に分割し、その分割された各部のフレーム毎に変動する位置に基づいて心拍に伴う血管壁の各部の動き方向を検出する。血管壁の各部の動き方向は、例えばパターンマッチング法で検出される。血管壁拡張収縮方向検出部９は、血管壁動き方向検出部８で検出された血管壁の各部の動き方向に基づいて、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する。ビーム方位設定部１０は、血管壁拡張収縮方向検出部９で検出された血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームが送信されるようにその方位を設定する。
送受信制御部１１は、ビーム方位設定部１０で設定された方位に超音波探触子１から超音波ビームが送信されるような送信遅延パターンを設定し、その送信遅延パターンを送受信部３に出力する。送信制御部１１で設定された送信遅延パターンに基づいて、超音波探触子１から血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームが送信される。
【００２６】
位相情報演算部１２には、血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームの送受信を行った際の超音波探触子１からの受信信号が送受信部３を介して入力される。位相情報演算部１２は、送受信部３からの受信信号に基づいて位相情報を演算する。
血管壁トラッキング部１３は、位相情報演算部１２を介して入力された受信信号の振幅情報と位相情報を用いて血管壁の動きを高精度にトラッキングする。トラッキングは、例えば特許第３６５２７９１号の方法により行われる。
血管壁弾性特性演算部１４は、血管壁トラッキング部１３でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算すると共にひずみ画像データを生成し、表示制御部５を介してひずみ画像を表示部６に表示させる。
【００２７】
次に、図２のフローチャートを参照して、実施形態１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１で、図３に示すように、超音波探触子１が体表Ｓに接するように配置されると、診断装置本体２における送受信部３の送信回路からの駆動信号により、超音波探触子１から第１の超音波ビームが体表Ｓに対して垂直方向に送信される。超音波探触子１から送信された第１の超音波ビームは血管Ｖの長軸方向に沿って入射すると共に血管壁で反射され、その超音波エコーが超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサで受信される。受信された超音波エコーに応じた受信信号は、超音波探触子１から送受信部３の受信回路に出力され、この受信回路によりデジタル化されると共にそのデジタル信号の強度（振幅の大きさ）に基づいて血管Ｖの長軸方向に沿った断層画像の画像データがフレーム毎に生成される。このようにして生成された断層画像の画像データは、送受信部３から断層画像形成部４に出力される。
【００２８】
ステップＳ２で、断層画像形成部４に入力された血管Ｖの長軸方向に沿った画像データは、階調処理等の必要な画像処理が施された後、表示制御部５に出力され、表示部６に血管Ｖの長軸断層画像が表示される。一方、断層画像形成部４は、長軸断層画像の画像データを血管壁検出部７に出力する。血管壁検出部７は、ステップＳ３で、入力された長軸断層画像の画像データにおいて血管壁と血管内腔との振幅の差を利用することで血管壁の位置を認識し、ステップＳ４で、その認識された血管壁の位置にパターンマッチングのための関心領域（ROI: Region of Interest）の設定を行う。すなわち、血管壁検出部７は、長軸断層画像をぼかし画像とした後、長軸断層画像における振幅が血管壁と比べて血管内腔で小さくなることを利用して２値化処理を行い、黒白エッジ部から例えば約２ｍｍの深さの範囲を血管壁としてフレーム毎にそれぞれ関心領域を設定する。
【００２９】
関心領域が設定された長軸断層画像の画像データは、血管壁検出部７から血管壁各部動き方向検出部８に出力される。図３に示すように、関心領域が設定された長軸断層画像を用いて、血管壁各部動き方向検出部８により関心領域内が複数の部分Ｐに分割される。その分割された関心領域内の各部Ｐは、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮により、フレーム毎に位置が変動している。そこで、ステップＳ５で、血管壁各部動き方向検出部８は、フレーム毎に変動する関心領域内の各部Ｐについて動きベクトルをパターンマッチング法で検出する。すなわち、心拍に伴う血管壁各部Ｐの位置変動方向が動きベクトルとして血管壁各部動き方向検出部８により求められる。
【００３０】
血管壁各部Ｐの動きベクトルは、血管壁各部動き方向検出部８から血管壁拡張収縮方向検出部９に出力される。ステップＳ６で、血管壁拡張収縮方向検出部９は、血管壁各部Ｐの動きベクトルを平均化する等により、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を求める。このようにして求められた血管壁の拡張収縮方向は血管壁拡張収縮方向検出部９からビーム方位設定部１０に出力され、その拡張収縮方向と平行に第２の超音波ビームが超音波探触子１から送信されるようにビーム方位設定部１０により第２の超音波ビームの方位が設定される。設定された第２の超音波ビームの方位はビーム方位設定部１０から送受信制御部１１に出力され、送受信制御部１１により、その第２の超音波ビームの方位に基づいて送信遅延パターンが設定される。送信遅延パターンは送信制御部１１から送受信部３の送信回路に出力され、送信回路が送信遅延パターンに基づく駆動信号を超音波探触子１に供給する。これにより、図４に示されるように、ステップＳ７で、血管壁の拡張収縮方向に平行にステアリングさせた第２の超音波ビームが超音波探触子１から送信される。
【００３１】
このように、第１の超音波ビームにより得られた血管壁の振幅情報に基づいて第２の超音波ビームを送信する方位を血管壁の拡張収縮方向に平行な向きに設定するため、血管壁の厚さがプラーク等で不均一であっても血管壁の拡張収縮方向に対して平行に第２の超音波ビームを入射させることができる。
【００３２】
超音波探触子１から送信された第２の超音波ビームは、血管壁の拡張収縮方向に対して平行に入射すると、血管壁内において弾性特性などの特性の異なる組織の界面等からなる反射点で反射される。例えば、図４に示すように、血管後壁側に形成されたプラークに入射した第２の超音波ビームが血管壁内の反射点Ｒ１〜Ｒ５でそれぞれ反射されるものとすると、反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーが超音波探触子１で受信される。超音波探触子１で受信された反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーに応じたそれぞれの受信信号は、超音波探触子１から送受信部３の受信回路に出力されると、この受信回路によりデジタル化されると共にその振幅情報が求められて送受信部３から位相情報演算部１２に出力される。位相情報演算部１２は、反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーに応じたそれぞれの受信信号の位相情報を演算し、これらの振幅情報と位相情報が血管壁トラッキング部１３に供給される。血管壁トラッキング部１３は、振幅情報および位相情報に基づいて、ステップＳ８で、血管壁の反射点Ｒ１〜Ｒ５のフレーム間の動きを高精度にトラッキングする。このトラッキングにより、図５に示すように、例えば１心拍における反射点Ｒ１〜Ｒ５の位置の変化がそれぞれ求められる。
【００３３】
トラッキングされた血管壁の反射点Ｒ１〜Ｒ５の動きは血管壁トラッキング部１３から血管壁弾性特性演算部１４に出力され、血管壁弾性特性演算部１４が反射点Ｒ１〜Ｒ５の動きに基づいて隣り合う反射点間における位置（位相）の差分をとって厚みを算出し、その厚みの時間変化波形を求める。例えば、図６（Ａ）に示すように、反射点Ｒ１とＲ２の１心拍における位置の差分をとることでこれらの間の厚みの時間変化波形が求められ、図６（Ｂ）に示すように、反射点Ｒ２とＲ３の１心拍における位置の差分をとることでこれらの間の厚みの時間変化波形が求められる。求められた各反射点間の厚みの時間変化波形に基づいて、各反射点間の血管壁径方向のひずみ量εｉが下記式（１）により演算される。
εｉ＝Δｈｉ／ｈｄｉ ・・・（１）
ここで、ｈｄｉは血管壁が最も厚くなる心臓拡張期末期での各反射点間の厚みを、Δｈｉは１心拍内で厚みが最も薄くなる心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値をそれぞれ示す。式（１）に基づいて、例えば図６（Ａ）における反射点Ｒ１とＲ２の間のΔｈ１と図６（Ｂ）における反射点Ｒ２とＲ３の間のΔｈ２を比較するとΔｈ１よりΔｈ２が大きく、反射点Ｒ２とＲ３の間の組織よりも反射点Ｒ１とＲ２の間の組織が硬いことが示唆される。このようにして、ステップＳ９で、血管壁の弾性特性としてひずみ量が血管壁弾性特性演算部１４により計測される。
【００３４】
続いて、ステップＳ１０で、血管Ｖの各反射点間のひずみ量を対応するカラーマップに合わせて画像処理することで、ひずみ画像が表示制御部５を介して表示部６に表示される。例えば、図７に示すようなひずみ画像では、プラークの中央部にひずみ量が大きい部分Ｃを含んでおり、そのプラークの中央部Ｃに周囲より柔らかい脂質が多く含まれていることが示唆される。
【００３５】
本実施形態によれば、血管壁に対して平行に第２の超音波ビームを入射させるため、位相の微小な変化を高精度に測定することができる。また、弾性特性を正確に求めることで、断層像では把握し得ない臨床に有益な情報を得ることができる。
【００３６】
なお、弾性特性として、弾性率、ストレインレイト、およびスティフネスパラメータなどを求めることができ、ひずみ画像はこれらを含んだ画像であってもよい。
弾性率は、血管の径方向の弾性率Ｅｒｉまたは円周方向の弾性率Ｅθｉであってもよく、例えば下記式（２）および（３）を用いて求められる。
Ｅｒｉ＝Δｐ／（Δｈｉ／ｈｄｉ） ・・・（２）
Ｅθｉ＝１／２（ｒｄ／ｈｄ＋１）Δｐ／（Δｈｉ／ｈｄｉ） ・・・（３）
ここで、ｒｄは心臓拡張末期での血管内半径を、ｈｄは心臓拡張末期での血管壁厚を、ｈｄｉは心臓拡張末期での各反射点間の厚みを、Δｈｉは心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値を、Δｐは心臓収縮期と拡張末期の血圧差をそれぞれ示す。
また、ストレインレイトＳＲiは、心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値Δｈｉ、心臓拡張期末期から心臓収縮期までの時間ΔTを用いて、下記式（４）を用いて求められる。
ＳＲi＝Δｈｉ／ΔT ・・・（４）
また、スティフネスパラメータβは、血管径Ｄの変化により最大血管径Ｄｓと最小血管径Ｄｄを求めると共に血圧を測定して血圧指示値の最高値Ｐｓと最低値Ｐｄを求め、これらに基づいて下記式（５）で算出される。
β＝｛Ｌｏｇ（Ｐｓ／Ｐｄ）｝／（Ｄｓ／Ｄｄ−１） ・・・（５）
【００３７】
実施形態２
図８に実施形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置では、図１に示した実施形態１の装置における診断装置本体２に代えて診断装置本体２１が用いられている。診断装置本体２１は、実施形態１の診断装置本体２において、血管壁検出部７および血管壁各部動き方向検出部８の代わりに、血管壁境界検出部２２および垂直ベクトル算出部２３が順次断層画像形成部４と血管壁拡張収縮方向検出部９の間に接続されている。
【００３８】
実施形態１と同様にして、第１の超音波ビームを超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信し、超音波探触子１から出力される受信信号に基づいて生成された長軸断層画像の画像データが断層画像形成部４から血管壁境界検出部２２に入力される。血管壁境界検出部２２は、入力された長軸断層画像の画像データにおいて血管内腔と血管壁の振幅の差を利用することで両者の境界を検出し、検出された境界上に複数の点を設定する。境界上に各点が設定された長軸断層画像の画像データは垂直ベクトル算出部２３に出力され、垂直ベクトル算出部２３が境界上の各点において境界に垂直な方向の単位ベクトルを算出する。血管壁拡張収縮方向検出部９は、垂直ベクトル算出部２３により算出された境界上の各点における単位ベクトルを加算して境界に対してほぼ垂直となる方向を求めることにより血管壁の拡張収縮方向を検出する。
このようにして検出された血管の拡張収縮方向に基づいて第２の超音波ビームの方位が設定され、超音波探触子１から第２の超音波ビームが送受信される。続いて、第２の超音波ビームにより得られた血管壁の各反射点からの受信信号に基づき、血管壁トラッキング部１３により血管壁の各反射点の動きが高精度にトラッキングされることで、心拍に伴う血管壁の各反射点の位置の変化が求められる。この各反射点の位置の変化に基づいて、血管壁弾性特性演算部１４が隣り合う反射点間の厚みを算出すると共に時間変化波形を算出し、これを用いて血管壁の弾性特性が求められる。
【００３９】
本実施形態によれば、位相の微小な変化を高精度に測定することができると共に断層像では把握し得ない臨床に有益な情報を得ることができる。また、境界に垂直な方向の単位ベクトルを加算することで血管壁の拡張収縮方向を検出するので、心拍による血管壁の動き方向が血管壁に対して垂直方向でなくても血管壁の拡張収縮方向を正確に求めることができる。
【００４０】
実施形態３
図９に示すように、心拍に伴い血管壁が径方向に拡張収縮移動すると共にその拡張収縮方向と垂直な方向に横移動する場合には、実施形態２の超音波診断装置を利用して血管壁の拡張収縮方向を求めると共に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングするようにしてもよい。
【００４１】
まず、実施形態２と同様に、第１の超音波ビームを超音波探触子１から被検体の血管Ｖに対して送受信し、超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報に基づいて、血管壁境界検出部２２により血管内腔と血管壁の境界が検出されると共に境界上に複数の点が設定される。続いて、垂直ベクトル算出部２３により境界上の各点における境界に垂直な単位ベクトルがそれぞれ算出されると共に血管壁拡張収縮方向検出部９により境界上の各点における単位ベクトルを加算することにより血管壁の拡張収縮方向が検出される。
このようにして検出された血管壁の拡張収縮移動方向に基づいて第２の超音波ビームの方位が設定され、超音波探触子１から血管壁の拡張収縮方向と平行に複数の走査線からなる第２の超音波ビームが送信される。ここで、図９に示すように、心拍に伴って血管壁が拡張収縮移動すると共に横移動することで血管壁の所定部分が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動し、移動前後における血管壁の所定部分が、位置Ｐ１では第２の超音波ビームの走査線Ｌ１上に位置し、位置Ｐ２では第２の超音波ビームの走査線Ｌ２上に位置するものとする。移動前後において血管壁の所定部分で反射されたそれぞれの超音波エコーは超音波探触子１で受信され、超音波エコーに応じた受信信号が送受信部３および位相情報演算部１２を介して血管壁トラッキング部１３にそれぞれ入力される。
【００４２】
血管壁トラッキング部１３は、受信信号から得られる振幅情報と位相情報に基づいて、血管壁の動きを高精度にトラッキングすることで心拍に伴う血管壁の位置の変化を求める。例えば、図９に示す血管壁の所定部分では、受信信号から得られる振幅情報と位相情報に基づいてフレーム間のその動きを高精度にトラッキングし、移動前後における位置Ｐ１および位置Ｐ２をそれぞれ求めると共に第２の超音波ビームの走査線のうち位置Ｐ１およびＰ２をそれぞれ通る走査線Ｌ１およびＬ２を求める。続いて、第２の超音波ビームの走査線Ｌ１から得られた受信信号と第２の超音波ビームの走査線Ｌ２から得られた受信信号に基づいて、移動前における血管壁の所定部分の位置Ｐ１と移動後における血管壁の所定部分の位置Ｐ２との位相差から、これらの位置Ｐ１およびＰ２間の拡張収縮方向における位置変化量が算出される。このようにして、血管壁トラッキング部１３は、第２の超音波ビームの各走査線のうち移動前後の血管壁の各部分の位置に対応する走査線から得られた受信信号の位相に基づいて、心拍に伴う血管壁の拡張収縮方向の位置の変化を算出する。同様のトラッキングは血管壁の複数の反射点について行われ、例えば１心拍における各反射点の拡張収縮方向の位置の変化が求められる。
血管壁トラッキング部１３により求められた血管壁の各反射点の拡張収縮方向の位置の変化に基づいて、血管壁弾性特性演算部１４が隣り合う反射点間の厚みを算出すると共に時間変化波形を算出し、これを用いて血管壁の弾性特性が求められる。
【００４３】
本実施形態によれば、心拍に伴って血管壁が横移動する場合においても位相の微小な変化を高精度に測定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 超音波探触子、２，２１ 診断装置本体、３ 送受信部、４ 断層画像形成部、５ 表示制御部、６ 表示部、７ 血管壁検出部、８ 血管壁各部動き方向検出部、９ 血管壁拡張収縮方向検出部、１０ ビーム方位設定部、１１ 送受信制御部、１２ 位相情報演算部、１３ 血管壁トラッキング部、１４ 血管壁弾性特性演算部、２２ 血管壁境界検出部、２３ 垂直ベクトル算出部、Ｖ 血管、Ｐ 血管壁各部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置および超音波診断方法に係り、特に、血管壁の弾性特性を測定するための超音波診断装置および超音波診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成されると共に様々な疾患情報が得られる。
【０００３】
疾患の種類に応じて超音波診断される被検体の部位は異なり、例えば、脳梗塞などの循環器系疾患では、その原因となるプラークが形成され易い頸動脈の測定が試みられる。このような頸動脈超音波診断では、プラークの厚さや弾性特性を測定することで、血管の狭窄の程度やプラークの破裂性（破れ易さ）等の情報が得られる。これらの情報を正確に得るには、超音波ビームを血管壁に対して垂直に入射させ、心拍動に伴う血管壁の微小な変化を高精度に検出することが望まれる。しかし、頸動脈はプラークが形成され易い位置（総頸動脈が内頸動脈と外頸動脈に分岐する位置）において体表に対して平行に延びていないことが多いため、超音波ビームを血管壁に垂直に入射させることが困難であった。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１には、超音波ビームの方向をステアリングして様々な方向に超音波ビームを送信し、反射された超音波エコーの振幅が極大値を示すような超音波ビームの方向を血管壁に垂直に入射する方向として選択する超音波診断装置が開示されている。
また、特許文献２には、超音波ビームが血管の中心を通るように走査することで超音波ビームと血管壁を直交させる超音波診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９９７５２号公報
【特許文献２】特開２００５−０７４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の超音波診断装置では、超音波ビームが血管壁に対して垂直に入射するか否かを振幅の極大値により判断するため、壁の厚さが一定の血管に対しては垂直に入射する超音波ビームの方向を正確に選定することが可能となる。しかしながら、血管壁の厚さがプラーク等で一定でない場合は、プラーク周辺の血管壁に傾斜面が形成され、その傾斜面に垂直に入射した超音波ビームにより得られた超音波エコーの振幅も極大値を示すため、頸動脈エコーに基づいて血管壁の弾性特性を高精度に測定することができないおそれがある。
特許文献２の超音波診断装置では、血管壁に接する円を近似することによりその中心を設定するため、壁の厚さが一定の血管に対しては超音波ビームを血管壁に直交させることが可能となる。しかしながら、血管壁の厚さが一定でない場合や血管の中心軸に沿った長軸断面では、血管の中心を設定することが困難であるため頸動脈エコーに基づいて血管壁の弾性特性を高精度に測定することができないおそれがある。
【０００７】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、高精度に血管壁の弾性特性を測定することが可能な超音波診断装置および超音波診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る超音波診断装置は、送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する血管壁拡張収縮方向検出部と、前記血管拡張収縮方向検出部で検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信が行われるように前記送受信部を制御する送受信制御部と、前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする血管壁トラッキング部と、前記血管壁トラッキング部でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する血管壁弾性特性演算部とを備えるものである。
【０００９】
ここで、前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより血管壁の拡張収縮方向を検出してもよい。
また、前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出してもよい。
【００１０】
また、前記血管壁トラッキング部は、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る超音波診断方法は、送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断方法であって、第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出し、検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行い、前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングし、トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算するものである。
【００１２】
ここで、血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより行われてもよい。
また、血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出することにより行われてもよい。
【００１３】
また、血管壁の動きのトラッキングは、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、第１の超音波ビームにより得られた振幅情報に基づいて血管壁の拡張収縮方向を検出し、この拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームを送受信するため、高精度に血管壁の弾性特性を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態１に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態１における超音波診断装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】拡張収縮する血管壁に対して第１の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【図４】血管壁の拡張収縮方向に平行に第２の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【図５】１心拍における各反射点の位置の変動を示す図である。
【図６】（Ａ）は１心拍における反射点Ｒ１とＲ２の間の厚みの変化を示す図であり、（Ｂ）は１心拍における反射点Ｒ２とＲ３の間の厚みの変化を示す図である。
【図７】プラークのひずみ画像を示す図である。
【図８】実施形態２に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図９】実施形態３において第１の超音波ビームおよび第２の超音波ビームを送信する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１に、この発明の実施形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波探触子１と、超音波探触子１に接続された診断装置本体２を備えている。診断装置本体２は、超音波探触子１による超音波の送受信を制御すると共に取得された受信信号に基づいて超音波画像を表す画像データを生成し、さらに血管壁の弾性特性を演算し、ひずみ画像を表示する機能を有する。
【００１７】
超音波探触子１は、コンベックスタイプ、リニアスキャンタイプ、または、セクタスキャンタイプ等の、被検体の体表に当接させて用いられるプローブである。超音波探触子１は、１次元または２次元に配列された複数の超音波トランスデューサを備えている。これらの超音波トランスデューサは、印加される駆動信号に基づいて被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体で反射された超音波エコーを受信することにより受信信号を出力する。
【００１８】
各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。このような振動子の電極に、パルス状または連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮によって、それぞれの振動子からパルス状または連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１９】
診断装置本体２は、超音波探触子１に接続された送受信部３を有し、この送受信部３に断層画像形成部４が接続され、断層画像形成部４に表示制御部５を介して表示部６が接続されている。また、断層画像形成部４には、血管壁検出部７、血管壁各部動き方向検出部８、血管壁拡張収縮方向検出部９およびビーム方位設定部１０を順次介して送受信制御部１１が接続され、この送受信制御部１１が送受信部３に接続されている。さらに、送受信部３には、位相情報演算部１２、血管壁トラッキング部１３および血管壁弾性特性演算部１４が順次接続され、血管壁弾性特性演算部１４が表示制御部５に接続されている。
【００２０】
送受信制御部１１は、送受信部３を介して超音波探触子１による超音波ビームの送信方向および超音波エコーの受信方向を順次設定するもので、設定された送信方向に応じて送信遅延パターンを選択する送信制御機能と、設定された受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する受信制御機能とを有している。
ここで、送信遅延パターンとは、超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために各超音波トランスデューサの駆動信号に与えられる遅延時間のパターンであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサによって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために受信信号に与えられる遅延時間のパターンである。複数の送信遅延パターン及び複数の受信遅延パターンが送受信制御部１１に内蔵された記憶装置に格納されていて、局面に応じ選択して利用される。
【００２１】
送受信部３は、送信回路と受信回路を内蔵している。送信回路は、複数のチャンネルを備えており、超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサにそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する。その際に、送受信制御部１１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の駆動信号にそれぞれの遅延時間を与えることができる。送信回路は、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するように、複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波探触子１に供給するようにしてもよいし、複数の超音波トランスデューサから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように構成した複数の駆動信号を超音波探触子１に供給するようにしてもよい。
【００２２】
送受信部３の受信回路は、複数のチャンネルを備えており、複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数のアナログの受信信号を受信して増幅し、デジタルの受信信号に変換する。さらに、送受信制御部１１によって選択された受信遅延パターンに基づいて、複数の受信信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの受信信号を加算することにより、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って、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（音線データ）が形成される。
次に、音線データは、ローパスフィルタ処理等によって包絡線検波処理を施して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control）により超音波の反射位置の深度に応じて距離に応じた減衰の補正をする。
【００２３】
このように処理された音線データは、複数フレーム分の音線データを蓄積するためのメモリ容量を有するデータメモリに順次格納される。受信回路は、画像データ生成機能を備えており、ライブモードにおいては直接供給される音線データを、フリーズモードにおいてはデータメモリから供給される音線データをそれぞれ入力し、これら音線データに対して、Ｌｏｇ（対数）圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理を施して画像データを生成し、断層画像形成部４に出力する。
断層画像形成部４は、送受信部３の受信回路から供給された超音波画像の画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データにラスター変換し、階調処理等の必要な画像処理を施して表示制御部５に供給する。また、断層画像形成部４は、超音波画像の画像データを血管壁検出部７に供給する。
【００２４】
表示制御部５は、断層画像形成部４から供給された画像データに基づいて、表示部６に超音波診断画像を表示させる。表示部６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２５】
血管壁検出部７は、断層画像形成部４から供給された画像データに画像処理を施す等により血管壁の位置を検出する。血管壁各部動き方向検出部８は、血管壁検出部７で検出された超音波画像における血管壁を複数部分に分割し、その分割された各部のフレーム毎に変動する位置に基づいて心拍に伴う血管壁の各部の動き方向を検出する。血管壁の各部の動き方向は、例えばパターンマッチング法で検出される。血管壁拡張収縮方向検出部９は、血管壁動き方向検出部８で検出された血管壁の各部の動き方向に基づいて、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する。ビーム方位設定部１０は、血管壁拡張収縮方向検出部９で検出された血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームが送信されるようにその方位を設定する。
送受信制御部１１は、ビーム方位設定部１０で設定された方位に超音波探触子１から超音波ビームが送信されるような送信遅延パターンを設定し、その送信遅延パターンを送受信部３に出力する。送信制御部１１で設定された送信遅延パターンに基づいて、超音波探触子１から血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームが送信される。
【００２６】
位相情報演算部１２には、血管の拡張収縮方向と平行な向きに超音波ビームの送受信を行った際の超音波探触子１からの受信信号が送受信部３を介して入力される。位相情報演算部１２は、送受信部３からの受信信号に基づいて位相情報を演算する。
血管壁トラッキング部１３は、位相情報演算部１２を介して入力された受信信号の振幅情報と位相情報を用いて血管壁の動きを高精度にトラッキングする。トラッキングは、例えば特許第３６５２７９１号の方法により行われる。
血管壁弾性特性演算部１４は、血管壁トラッキング部１３でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算すると共にひずみ画像データを生成し、表示制御部５を介してひずみ画像を表示部６に表示させる。
【００２７】
次に、図２のフローチャートを参照して、実施形態１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１で、図３に示すように、超音波探触子１が体表Ｓに接するように配置されると、診断装置本体２における送受信部３の送信回路からの駆動信号により、超音波探触子１から第１の超音波ビームが体表Ｓに対して垂直方向に送信される。超音波探触子１から送信された第１の超音波ビームは血管Ｖの長軸方向に沿って入射すると共に血管壁で反射され、その超音波エコーが超音波探触子１の複数の超音波トランスデューサで受信される。受信された超音波エコーに応じた受信信号は、超音波探触子１から送受信部３の受信回路に出力され、この受信回路によりデジタル化されると共にそのデジタル信号の強度（振幅の大きさ）に基づいて血管Ｖの長軸方向に沿った断層画像の画像データがフレーム毎に生成される。このようにして生成された断層画像の画像データは、送受信部３から断層画像形成部４に出力される。
【００２８】
ステップＳ２で、断層画像形成部４に入力された血管Ｖの長軸方向に沿った画像データは、階調処理等の必要な画像処理が施された後、表示制御部５に出力され、表示部６に血管Ｖの長軸断層画像が表示される。一方、断層画像形成部４は、長軸断層画像の画像データを血管壁検出部７に出力する。血管壁検出部７は、ステップＳ３で、入力された長軸断層画像の画像データにおいて血管壁と血管内腔との振幅の差を利用することで血管壁の位置を認識し、ステップＳ４で、その認識された血管壁の位置にパターンマッチングのための関心領域（ROI: Region of Interest）の設定を行う。すなわち、血管壁検出部７は、長軸断層画像をぼかし画像とした後、長軸断層画像における振幅が血管壁と比べて血管内腔で小さくなることを利用して２値化処理を行い、黒白エッジ部から例えば約２ｍｍの深さの範囲を血管壁としてフレーム毎にそれぞれ関心領域を設定する。
【００２９】
関心領域が設定された長軸断層画像の画像データは、血管壁検出部７から血管壁各部動き方向検出部８に出力される。図３に示すように、関心領域が設定された長軸断層画像を用いて、血管壁各部動き方向検出部８により関心領域内が複数の部分Ｐに分割される。その分割された関心領域内の各部Ｐは、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮により、フレーム毎に位置が変動している。そこで、ステップＳ５で、血管壁各部動き方向検出部８は、フレーム毎に変動する関心領域内の各部Ｐについて動きベクトルをパターンマッチング法で検出する。すなわち、心拍に伴う血管壁各部Ｐの位置変動方向が動きベクトルとして血管壁各部動き方向検出部８により求められる。
【００３０】
血管壁各部Ｐの動きベクトルは、血管壁各部動き方向検出部８から血管壁拡張収縮方向検出部９に出力される。ステップＳ６で、血管壁拡張収縮方向検出部９は、血管壁各部Ｐの動きベクトルを平均化する等により、心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を求める。このようにして求められた血管壁の拡張収縮方向は血管壁拡張収縮方向検出部９からビーム方位設定部１０に出力され、その拡張収縮方向と平行に第２の超音波ビームが超音波探触子１から送信されるようにビーム方位設定部１０により第２の超音波ビームの方位が設定される。設定された第２の超音波ビームの方位はビーム方位設定部１０から送受信制御部１１に出力され、送受信制御部１１により、その第２の超音波ビームの方位に基づいて送信遅延パターンが設定される。送信遅延パターンは送信制御部１１から送受信部３の送信回路に出力され、送信回路が送信遅延パターンに基づく駆動信号を超音波探触子１に供給する。これにより、図４に示されるように、ステップＳ７で、血管壁の拡張収縮方向に平行にステアリングさせた第２の超音波ビームが超音波探触子１から送信される。
【００３１】
このように、第１の超音波ビームにより得られた血管壁の振幅情報に基づいて第２の超音波ビームを送信する方位を血管壁の拡張収縮方向に平行な向きに設定するため、血管壁の厚さがプラーク等で不均一であっても血管壁の拡張収縮方向に対して平行に第２の超音波ビームを入射させることができる。
【００３２】
超音波探触子１から送信された第２の超音波ビームは、血管壁の拡張収縮方向に対して平行に入射すると、血管壁内において弾性特性などの特性の異なる組織の界面等からなる反射点で反射される。例えば、図４に示すように、血管後壁側に形成されたプラークに入射した第２の超音波ビームが血管壁内の反射点Ｒ１〜Ｒ５でそれぞれ反射されるものとすると、反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーが超音波探触子１で受信される。超音波探触子１で受信された反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーに応じたそれぞれの受信信号は、超音波探触子１から送受信部３の受信回路に出力されると、この受信回路によりデジタル化されると共にその振幅情報が求められて送受信部３から位相情報演算部１２に出力される。位相情報演算部１２は、反射点Ｒ１〜Ｒ５からの超音波エコーに応じたそれぞれの受信信号の位相情報を演算し、これらの振幅情報と位相情報が血管壁トラッキング部１３に供給される。血管壁トラッキング部１３は、振幅情報および位相情報に基づいて、ステップＳ８で、血管壁の反射点Ｒ１〜Ｒ５のフレーム間の動きを高精度にトラッキングする。このトラッキングにより、図５に示すように、例えば１心拍における反射点Ｒ１〜Ｒ５の位置の変化がそれぞれ求められる。
【００３３】
トラッキングされた血管壁の反射点Ｒ１〜Ｒ５の動きは血管壁トラッキング部１３から血管壁弾性特性演算部１４に出力され、血管壁弾性特性演算部１４が反射点Ｒ１〜Ｒ５の動きに基づいて隣り合う反射点間における位置（位相）の差分をとって厚みを算出し、その厚みの時間変化波形を求める。例えば、図６（Ａ）に示すように、反射点Ｒ１とＲ２の１心拍における位置の差分をとることでこれらの間の厚みの時間変化波形が求められ、図６（Ｂ）に示すように、反射点Ｒ２とＲ３の１心拍における位置の差分をとることでこれらの間の厚みの時間変化波形が求められる。求められた各反射点間の厚みの時間変化波形に基づいて、各反射点間の血管壁径方向のひずみ量εｉが下記式（１）により演算される。
εｉ＝Δｈｉ／ｈｄｉ ・・・（１）
ここで、ｈｄｉは血管壁が最も厚くなる心臓拡張期末期での各反射点間の厚みを、Δｈｉは１心拍内で厚みが最も薄くなる心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値をそれぞれ示す。式（１）に基づいて、例えば図６（Ａ）における反射点Ｒ１とＲ２の間のΔｈ１と図６（Ｂ）における反射点Ｒ２とＲ３の間のΔｈ２を比較するとΔｈ１よりΔｈ２が大きく、反射点Ｒ２とＲ３の間の組織よりも反射点Ｒ１とＲ２の間の組織が硬いことが示唆される。このようにして、ステップＳ９で、血管壁の弾性特性としてひずみ量が血管壁弾性特性演算部１４により計測される。
【００３４】
続いて、ステップＳ１０で、血管Ｖの各反射点間のひずみ量を対応するカラーマップに合わせて画像処理することで、ひずみ画像が表示制御部５を介して表示部６に表示される。例えば、図７に示すようなひずみ画像では、プラークの中央部にひずみ量が大きい部分Ｃを含んでおり、そのプラークの中央部Ｃに周囲より柔らかい脂質が多く含まれていることが示唆される。
【００３５】
本実施形態によれば、血管壁に対して平行に第２の超音波ビームを入射させるため、位相の微小な変化を高精度に測定することができる。また、弾性特性を正確に求めることで、断層像では把握し得ない臨床に有益な情報を得ることができる。
【００３６】
なお、弾性特性として、弾性率、ストレインレイト、およびスティフネスパラメータなどを求めることができ、ひずみ画像はこれらを含んだ画像であってもよい。
弾性率は、血管の径方向の弾性率Ｅｒｉまたは円周方向の弾性率Ｅθｉであってもよく、例えば下記式（２）および（３）を用いて求められる。
Ｅｒｉ＝Δｐ／（Δｈｉ／ｈｄｉ） ・・・（２）
Ｅθｉ＝１／２（ｒｄ／ｈｄ＋１）Δｐ／（Δｈｉ／ｈｄｉ） ・・・（３）
ここで、ｒｄは心臓拡張末期での血管内半径を、ｈｄは心臓拡張末期での血管壁厚を、ｈｄｉは心臓拡張末期での各反射点間の厚みを、Δｈｉは心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値を、Δｐは心臓収縮期と拡張末期の血圧差をそれぞれ示す。
また、ストレインレイトＳＲiは、心臓収縮期での各反射点間の厚み変化の最大値Δｈｉ、心臓拡張期末期から心臓収縮期までの時間ΔTを用いて、下記式（４）を用いて求められる。
ＳＲi＝Δｈｉ／ΔT ・・・（４）
また、スティフネスパラメータβは、血管径Ｄの変化により最大血管径Ｄｓと最小血管径Ｄｄを求めると共に血圧を測定して血圧指示値の最高値Ｐｓと最低値Ｐｄを求め、これらに基づいて下記式（５）で算出される。
β＝｛Ｌｏｇ（Ｐｓ／Ｐｄ）｝／（Ｄｓ／Ｄｄ−１） ・・・（５）
【００３７】
実施形態２
図８に実施形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この超音波診断装置では、図１に示した実施形態１の装置における診断装置本体２に代えて診断装置本体２１が用いられている。診断装置本体２１は、実施形態１の診断装置本体２において、血管壁検出部７および血管壁各部動き方向検出部８の代わりに、血管壁境界検出部２２および垂直ベクトル算出部２３が順次断層画像形成部４と血管壁拡張収縮方向検出部９の間に接続されている。
【００３８】
実施形態１と同様にして、第１の超音波ビームを超音波探触子１から被検体の血管に対して送受信し、超音波探触子１から出力される受信信号に基づいて生成された長軸断層画像の画像データが断層画像形成部４から血管壁境界検出部２２に入力される。血管壁境界検出部２２は、入力された長軸断層画像の画像データにおいて血管内腔と血管壁の振幅の差を利用することで両者の境界を検出し、検出された境界上に複数の点を設定する。境界上に各点が設定された長軸断層画像の画像データは垂直ベクトル算出部２３に出力され、垂直ベクトル算出部２３が境界上の各点において境界に垂直な方向の単位ベクトルを算出する。血管壁拡張収縮方向検出部９は、垂直ベクトル算出部２３により算出された境界上の各点における単位ベクトルを加算して境界に対してほぼ垂直となる方向を求めることにより血管壁の拡張収縮方向を検出する。
このようにして検出された血管の拡張収縮方向に基づいて第２の超音波ビームの方位が設定され、超音波探触子１から第２の超音波ビームが送受信される。続いて、第２の超音波ビームにより得られた血管壁の各反射点からの受信信号に基づき、血管壁トラッキング部１３により血管壁の各反射点の動きが高精度にトラッキングされることで、心拍に伴う血管壁の各反射点の位置の変化が求められる。この各反射点の位置の変化に基づいて、血管壁弾性特性演算部１４が隣り合う反射点間の厚みを算出すると共に時間変化波形を算出し、これを用いて血管壁の弾性特性が求められる。
【００３９】
本実施形態によれば、位相の微小な変化を高精度に測定することができると共に断層像では把握し得ない臨床に有益な情報を得ることができる。また、境界に垂直な方向の単位ベクトルを加算することで血管壁の拡張収縮方向を検出するので、心拍による血管壁の動き方向が血管壁に対して垂直方向でなくても血管壁の拡張収縮方向を正確に求めることができる。
【００４０】
実施形態３
図９に示すように、心拍に伴い血管壁が径方向に拡張収縮移動すると共にその拡張収縮方向と垂直な方向に横移動する場合には、実施形態２の超音波診断装置を利用して血管壁の拡張収縮方向を求めると共に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングするようにしてもよい。
【００４１】
まず、実施形態２と同様に、第１の超音波ビームを超音波探触子１から被検体の血管Ｖに対して送受信し、超音波探触子１から出力される受信信号の振幅情報に基づいて、血管壁境界検出部２２により血管内腔と血管壁の境界が検出されると共に境界上に複数の点が設定される。続いて、垂直ベクトル算出部２３により境界上の各点における境界に垂直な単位ベクトルがそれぞれ算出されると共に血管壁拡張収縮方向検出部９により境界上の各点における単位ベクトルを加算することにより血管壁の拡張収縮方向が検出される。
このようにして検出された血管壁の拡張収縮移動方向に基づいて第２の超音波ビームの方位が設定され、超音波探触子１から血管壁の拡張収縮方向と平行に複数の走査線からなる第２の超音波ビームが送信される。ここで、図９に示すように、心拍に伴って血管壁が拡張収縮移動すると共に横移動することで血管壁の所定部分が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動し、移動前後における血管壁の所定部分が、位置Ｐ１では第２の超音波ビームの走査線Ｌ１上に位置し、位置Ｐ２では第２の超音波ビームの走査線Ｌ２上に位置するものとする。移動前後において血管壁の所定部分で反射されたそれぞれの超音波エコーは超音波探触子１で受信され、超音波エコーに応じた受信信号が送受信部３および位相情報演算部１２を介して血管壁トラッキング部１３にそれぞれ入力される。
【００４２】
血管壁トラッキング部１３は、受信信号から得られる振幅情報と位相情報に基づいて、血管壁の動きを高精度にトラッキングすることで心拍に伴う血管壁の位置の変化を求める。例えば、図９に示す血管壁の所定部分では、受信信号から得られる振幅情報と位相情報に基づいてフレーム間のその動きを高精度にトラッキングし、移動前後における位置Ｐ１および位置Ｐ２をそれぞれ求めると共に第２の超音波ビームの走査線のうち位置Ｐ１およびＰ２をそれぞれ通る走査線Ｌ１およびＬ２を求める。続いて、第２の超音波ビームの走査線Ｌ１から得られた受信信号と第２の超音波ビームの走査線Ｌ２から得られた受信信号に基づいて、移動前における血管壁の所定部分の位置Ｐ１と移動後における血管壁の所定部分の位置Ｐ２との位相差から、これらの位置Ｐ１およびＰ２間の拡張収縮方向における位置変化量が算出される。このようにして、血管壁トラッキング部１３は、第２の超音波ビームの各走査線のうち移動前後の血管壁の各部分の位置に対応する走査線から得られた受信信号の位相に基づいて、心拍に伴う血管壁の拡張収縮方向の位置の変化を算出する。同様のトラッキングは血管壁の複数の反射点について行われ、例えば１心拍における各反射点の拡張収縮方向の位置の変化が求められる。
血管壁トラッキング部１３により求められた血管壁の各反射点の拡張収縮方向の位置の変化に基づいて、血管壁弾性特性演算部１４が隣り合う反射点間の厚みを算出すると共に時間変化波形を算出し、これを用いて血管壁の弾性特性が求められる。
【００４３】
本実施形態によれば、心拍に伴って血管壁が横移動する場合においても位相の微小な変化を高精度に測定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 超音波探触子、２，２１ 診断装置本体、３ 送受信部、４ 断層画像形成部、５ 表示制御部、６ 表示部、７ 血管壁検出部、８ 血管壁各部動き方向検出部、９ 血管壁拡張収縮方向検出部、１０ ビーム方位設定部、１１ 送受信制御部、１２ 位相情報演算部、１３ 血管壁トラッキング部、１４ 血管壁弾性特性演算部、２２ 血管壁境界検出部、２３ 垂直ベクトル算出部、Ｖ 血管、Ｐ 血管壁各部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する血管壁拡張収縮方向検出部と、
前記血管拡張収縮方向検出部で検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信が行われるように前記送受信部を制御する送受信制御部と、
前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする血管壁トラッキング部と、
前記血管壁トラッキング部でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する血管壁弾性特性演算部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより血管壁の拡張収縮方向を検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記血管壁トラッキング部は、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断方法であって、
第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出し、
検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行い、
前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングし、
トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する
ことを特徴とする超音波診断方法。
【請求項６】
血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより行われる請求項５に記載の超音波診断方法。
【請求項７】
血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出することにより行われる請求項５に記載の超音波診断方法。
【請求項８】
血管壁の動きのトラッキングは、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて行われる請求項５〜７のいずれか一項に記載の超音波診断方法。
【請求項１】
送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出する血管壁拡張収縮方向検出部と、
前記血管拡張収縮方向検出部で検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信が行われるように前記送受信部を制御する送受信制御部と、
前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする血管壁トラッキング部と、
前記血管壁トラッキング部でトラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する血管壁弾性特性演算部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより血管壁の拡張収縮方向を検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記血管壁拡張収縮方向検出部は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記血管壁トラッキング部は、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
送受信部により超音波探触子から被検体に対して超音波ビームの送受信を行い、前記超音波探触子から出力された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断方法であって、
第１の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管の長軸像における心拍に伴う血管壁の径方向の拡張収縮方向を検出し、
検出された血管壁の拡張収縮方向に平行な第２の超音波ビームで前記超音波探触子から被検体の血管に対して送受信を行い、
前記第２の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報および位相情報を用いて血管壁の動きをトラッキングし、
トラッキングされた血管壁の動きに基づいて血管壁の弾性特性を演算する
ことを特徴とする超音波診断方法。
【請求項６】
血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管壁の動きをトラッキングすることにより行われる請求項５に記載の超音波診断方法。
【請求項７】
血管壁の拡張収縮方向の検出は、前記第１の超音波ビームで送受信を行った際に前記超音波探触子から出力される受信信号の振幅情報に基づいて血管内腔と血管壁の境界を検出し、検出された境界と略垂直な方向を血管壁の拡張収縮方向として検出することにより行われる請求項５に記載の超音波診断方法。
【請求項８】
血管壁の動きのトラッキングは、心拍に伴って血管壁が前記拡張収縮方向と垂直な方向に移動する場合に、移動前後のそれぞれの位置に対応する受信信号の振幅情報および位相情報を用いて行われる請求項５〜７のいずれか一項に記載の超音波診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１００８５０（Ｐ２０１２−１００８５０Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５１５０５（Ｐ２０１０−２５１５０５）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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