(57)【要約】【課題】被検体組織の性状の診断精度を向上する。【解決手段】受波した超音波の受信信号をパワースペクトラム演算部２０により処理し、パワースペクトラム形状を得る。この形状に関するフラクタル次元を、フラクタル次元演算部２２により算出する。被検体組織に対する加圧力を変化させて、その前後のフラクタル次元を求め、さらにその差分を算出する。差分を加圧力で割って正規化し、この値を評価指標とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送波し、被検体を透過した超音波、または被検体内で反射した超音波を受波する超音波診断装置であって、
受波した超音波の受信信号のパワースペクトラムの形状を解析する解析手段と、
被検体を異なる加圧状態として取得したそれぞれの受信信号を、前記解析手段にて解析し、得られた解析結果に基づく評価指標を算出する指標算出手段と、
算出された指標を出力する出力手段と、
を有する、超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記解析手段は、フラクタル次元を算出するものであり、
前記指標算出手段は、異なる加圧状態でそれぞれ得られたフラクタル次元の差分に基づき評価指標を算出する、
超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波診断装置であって、関心領域を複数の領域に分割する分割手段を有し、分割された領域ごとに評価指標の算出を行う、超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置であって、さらに前記被検体に対する加圧の圧力を検出する圧力検出手段を有する、超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置であって、前記圧力検出手段は、被検体に対して超音波を送受するプローブに設けられた力センサと、前記力センサの出力信号に基づき前記圧力を算出する、超音波診断装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の超音波診断装置であって、前記指標算出手段は、前記圧力検出手段により得られた圧力により正規化された評価指標を算出する、超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置であって、前記出力手段は、被検体の超音波断層画像または超音波立体画像に、前記評価指標の値に基づく色を付与した画像を出力する、超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に対し超音波を送受し、受診した超音波信号に基づき被検体内の状態を計測する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体の臓器などの被検体に対して超音波を送受し、受信した信号に基づく情報を提供する超音波診断装置が知られている。多くの診断装置は、受信信号に基づき断層画像や立体画像を表示する機能が備えられており、様々な臓器の診断に用いられている。また、一部の臓器において、組織が異常に硬くなった場合、腫瘍などの病変であることが知られており、これは、前記の断層画像等では輝度の違いとなって現れる。
【０００３】
しかしながら、断層画像などの表示を見て診断を行う場合、術者の技術や経験により十分に正確な診断が行われない場合がある。より確実な診断を行うために、様々な解析手法を用いる計測装置が例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３７２４０公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、超音波による断層画像などにより、生体内を可視化して診断を行う手法が用いられているが、術者の技術や経験によるところが大きく、より確実で、また簡便な診断を行うために、被検体の組織の性状を客観的に評価することが求められている。
【０００６】
本発明は、被検体の組織の性状を評価する新たな評価指標を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、被検体に加える圧力を変えたときに生じる被検体の組織の性状に関する変化が、病変部位と正常部位にて異なることを利用して評価指標を提供する。具体的には、受信した超音波信号のパワースペクトラムの形状を解析、評価し、加圧状態と非加圧状態の解析結果の違いに基づき評価指標を算出している。
【０００８】
パワースペクトラム形状の解析は、例えばフラクタル次元の算出であり、このフラクタル次元の差分に基づいて評価指標が算出できる。正常部位よりも硬い組織を有する場合においては、被検体をより加圧した場合、正常部位においては、フラクタル次元の変化が大きいのに対し、硬い病変部位ではフラクタル次元の変化が少ない。例えば、この変化の程度を評価の指標とすることができる。
【０００９】
また、ある関心領域について、これを複数の領域に細分化し、その領域ごとに加圧時と非加圧時の変化を求め、評価指標を算出するようにもできる。
【００１０】
また、加えた圧力によって、評価指標を正規化することもできる。
【００１１】
表示を行う場合においては、超音波断層画像や立体画像の全体または各領域ごとに、評価値に対応した色を付すことによって、評価指標を容易に知ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置１０の概略構成を示す図である。送受信部１２の送信信号に基づき、プローブ１４は被検体に超音波を送信し、被検体内で反射した超音波の反射波を受信して、その信号を送受信部１２に送る。プローブ１４からの受信信号は、送受信部１２で処理されて断層画像演算部１６に送られ、Ｂモード画像などの断層画像を得るための信号処理がなされ、さらに表示装置１８に送られる。また、受信信号は、送受信部１２を介して、パワースペクトラム演算部２０にも送られる。パワースペクトラム演算部２０は、送られてきた受信信号について周波数解析する。解析結果のパワースペクトラムの形状は、被検体内の散乱体の密度や空間分布に依存してその形状が敏感に変化することが知られており、この変化を本実施形態においては、フラクタル解析、すなわちフラクタル次元の算出を行うことによって定量化する。
【００１３】
本実施形態におけるフラクタル解析およびこの解析結果の利用については、後に詳述するが、ここで簡単に触れておく。パワースペクトラム演算部２０の解析結果であるパワースペクトラムの形状をフラクタル次元演算部２２にて解析する。具体的にはフラクタル次元の算出を行う。フラクタル次元は、被検体を異なる加圧状態で得たそれぞれの受信データに対して算出される。先に、算出されたフラクタル次元は、フラクタル次元結果格納部２４に一旦格納され、後から算出されるフラクタル次元と、比較演算部２６にて比較が行われる。比較演算部２６は、比較結果に基づき評価指標を算出し、この指標に対応した色をカラーコーディング部２８は表示装置１８の断層画像上に付与する。
【００１４】
前述のように、本実施形態においては、被検体に異なる圧力を加え、それぞれの受信信号の相異に基づき被検体の性状に関する指標の算出を行っている。この被検体を加圧するためにプローブ１４を押し込んで加圧を行う加圧制御部３０が設けられている。加圧制御部３０は、プローブ１４に備えられた力センサ３２の出力信号をフィードバックすることにより、所定の圧力での加圧を達成している。また、このときの圧力または変位量が加圧情報表示装置３４に送られ、ここに表示される。術者は、この加圧情報を見ることにより、適切な圧力が加えられているかの判断ができる。また圧力に関する情報は、前述の比較演算部２６にも送られ、評価指標の算出に用いられる。
【００１５】
図２は、超音波診断装置１０の画像の表示例である。断層画像の範囲３６内に、術者の指示により関心領域３８が設定されている。この術者の指示は超音波診断装置の操作パネルより行うことができる。関心領域３８を通過する超音波ビーム４０の、関心領域３８からの反射波を得るように、受信信号に対して時間窓が設定される。この時間窓を通過した受信信号がパワースペクトラム演算部２０に送られる。パワースペクトラム演算部２０では、時間領域の受信信号が周波数領域のパワースペクトラム、すなわち周波数と強度の関係に変換される。このパワースペクトラムのグラフの形状に対してフラクタル次元の算出を行う。
【００１６】
パワースペクトラムの周波数軸を、ある長さｄｆで分割し、そのｄｆの間隔で折れ線近似したパワースペクトラムの形状の平均長Ｌ（ｄｆ）を、長さｄｆを変えて算出する。平均長Ｌ（ｄｆ）と、長さｄｆの関係が式（１）で表されるとき、ＨをＨｕｒｓｔ指数といい、フラクタル次元Ｄは、式（２）で表される。なお、式中ｌｎは自然対数を表す。
【００１７】
【数１】
ｌｎ｛Ｌ（ｄｆ）｝＝Ｈ×ｌｎ（ｄｆ）＋ａ  ・・・（１）
Ｄ＝２−Ｈ                    ・・・（２）
【００１８】
フラクタル次元Ｄは、被検体の組織の性状によって変化する。例えば肝臓にあっては、正常肝では散乱体の数が少ないためパワースペクトラム形状が複雑であり、フラクタル次元Ｄは大きな値となる。一方、脂肪肝や肝硬変などでは組織の脂肪滴や硬化により、散乱体数が多くなるためパワースペクトラム形状が単純となり、フラクタル次元Ｄも小さな値となる。
【００１９】
また、被検体組織を加圧することによってパワースペクトラム形状のフラクタル次元Ｄが変化するが、この変化の様子が、正常な組織と、そうでないものとに差がある。前述の肝臓の場合では、正常肝の場合、加圧することによってフラクタル次元が大きく変化する一方、脂肪肝や肝硬変などを生じている場合には加圧前後によって、フラクタル次元Ｄの変化は小さい。この正常組織と異常組織との加圧前後のフラクタル次元Ｄの変化ΔＤを、組織に加える加圧力の変化ΔＰで割った値を診断評価指標として用いる。
【００２０】
実際の診断手順について説明する。まず、被検体に対してプローブ１４を軽く当てて、超音波断層画像を得る。この断層画像において、術者は、ポインティングデバイスなどを用いて手動で関心領域３８を設定する。設定された関心領域を通過する各超音波ビームについて、前述のように時間窓を設定し、得られた受信信号に対してパワースペクトラム形状を求め、さらにフラクタル次元Ｄを算出する。ｋ番目のビームに対するフラクタル次元ＤをＤｋ  と表記する。また、このときのプローブ１４の加圧値Ｐを記憶する。
【００２１】
次に、プローブ１４で被検体を加圧する。加圧後の被検体に対して、加圧前と同様にフラクタル次元の算出を行う。この加圧後のフラクタル次元をＤ’ｋとする。また、このときの加圧値Ｐ’  を記憶する。各超音波ビームごとに加圧前と加圧後のフラクタル次元の変化を次式により算出する。
【００２２】
【数２】
ΔＤｋ  ＝（Ｄ’ｋ−Ｄｋ  ）／（Ｐ’  −Ｐ）  ・・・（３）
【００２３】
式（３）の各ビームごとのフラクタル次元の代表値、例えば平均値を算出して、これを関心領域３８のフラクタル次元の変化量ΔＤとする。このΔＤを評価指標として、被検体組織の性状の判断を行う。肝臓の場合であれば、ΔＤが小さい値となる場合、異常のある可能性が高くなると考えられる。なお、加圧値Ｐ，Ｐ’は、被検体に加えられた力の値を用いることや、被検体を加圧するためにプローブを変位させた量を用いることも可能である。
【００２４】
図３に示すように、関心領域３８を、超音波ビームを走査方向、深さ方向のそれぞれにいくつかに分割した個々の分割領域Ａｉｊごとに、評価指標ΔＤｉｊを算出することもできる。このとき、前述のように各超音波ビームごとに加圧前後のフラクタル次元の変化を算出することも可能であるが、分割領域Ａｉｊごとに加圧前、加圧後のフラクタル次元を算出し、その後これらの差分を求めることもできる。すなわち、加圧前に、分割領域Ａｉｊを通過する各超音波ビームのフラクタル次元を算出してこれらの代表値Ｄｉｊをとり、加圧後においても同様に代表値Ｄ’ｉｊ  を算出する。分割領域Ａｉｊの評価指標ΔＤｉｊは、次式となる。
【００２５】
【数３】
ΔＤｉｊ  ＝（Ｄ’ｉｊ−Ｄｉｊ  ）／（Ｐ’  −Ｐ）  ・・・（４）
【００２６】
以上は、加圧前に設定した関心領域３８を加圧後にも適用している。被検体の対象組織の加圧による収縮、変形が大きい場合は、関心領域にある組織が、加圧前後で大きく異なる場合も考えられる。このような場合は、対象組織の全周の境界が断層画像の範囲３６内に含まれるときには、この境界が関心領域の境界と一致するように、関心領域を設定する。また、関心領域を分割する際にも、加圧前後において、走査方向、深さ方向それぞれ同数に分割を行い、フラクタル次元の対比を行う。
【００２７】
上記分割を行うために、図１のパワースペクトラム演算部２０の前に、分割処理部５２を設け、上記の分割処理を行う。そして、分割された領域ごとにパワースペクトラム、フラクタル次元を算出する。加圧前のフラクタル次元は、一端格納され、加圧後のフラクタル次元が算出された後、これとの比較に用いられる。
【００２８】
この分割領域ごとの評価指標の違いを色の違いで表示するようにカラーコーディング部２８で処理し、術者の操作パネル４５の操作指示により表示装置１８に送出する。図４に示すように、カラーコーディング処理が行われた画像と、断層画像を重畳して表示部に表示し、術者に示す。この色の違いは、色相、彩度、輝度の違いを含む。また、分割領域ごとの評価指標を柱状グラフに表して、表示することもできる。
【００２９】
対象組織の境界の一部しか断層画像の範囲３６に含まれないときには、その境界の加圧前後の移動量と平行に関心領域も移動させる。図５にて説明する。図５（ａ）に示す加圧前において、対象組織の下辺４４ａに一致させて斜線で示す領域に関心領域４６ａを設定する。図５（ｂ）に示すように、加圧後対象組織が、移動して、その下辺が４４ｂに移動したとき、この下辺４４ｂに合わせて関心領域４６ｂを設定する。加圧後の関心領域４６ｂは、加圧前と等しい形状とする。
【００３０】
図６は、プローブ１４のより詳しい構成を示す図である。超音波の送受を行うプローブ本体４８の先端の周囲に、被検体を加圧するための加圧板５０を配置する。加圧板５０の被検体に当接する面には、少なくともひとつの力センサ３２が配置される。力センサ３２は、ロードセルとすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、本発明においては、受信された超音波のパワースペクトラム形状に着目し、この形状を評価することにより、被検体組織の性状を判断する。具体的には、被検体に対する加圧力を変えたときのパワースペクトラム形状の変化の違いから、組織の性状、すなわち正常か、異常かを判断する。パワースペクトラム形状の評価は、フラクタル次元を用いることができる。加圧力を加えたときのパワースペクトラム形状の変化に着目することで、単にパワースペクトラムの形状に着目する場合に比べて、診断精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】超音波断層画像の一例を示す図である。
【図３】関心領域を分割する場合の超音波断層画像の一例を示す図である。
【図４】評価指標による色分けを施した超音波断層画像の一例を示す図である。
【図５】加圧により、対象組織が大きく変形、移動する場合の関心領域の設定について説明する図である。
【図６】超音波プローブの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  超音波診断装置、１２  送受信部、１４  プローブ、１６  断層画像演算部、１８  表示装置、２０  パワースペクトラム演算部、２２  フラクタル次元演算部、２４  フラクタル次元結果格納部、２６  比較演算部、２８  カラーコーディング部、３０  加圧制御部、３２  力センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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