(57)【要約】【課題】医療用超音波診断において、空間的に微細な生体組織の運動や変化を正確に且つ容易に判定するための超音波信号の解析方法とそれを画像化する手段とで構成される超音波診断システムを提供すること。【解決手段】微細運動を行う生体組織からの反射超音波信号（ＲＦ信号）に対し、ＲＦ信号をディジタル化し、その包絡線をヒルベルト変換により求めた後、注目点近傍の包絡線についてウェーブレット変換により時間・周波数スペクトルを求める。そしてその結果に基づいて組織の動態図を導出し、ディスプレー上に表示する。本発明による超音波診断支援システムは、動きの早い心筋等に対して好適に用いられる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に超音波パルスを送波して、生体内の対象粒子にて反射された反射超音波パルスを受信し、対象粒子の運動を解析することにより生体組織を診断する方法において、超音波エコー生信号をディジタル信号に変換する手段と、該ディジタル信号上に注目点を定め該注目点の各時刻における移動位置を求める手段と、各時刻における該ディジタル信号の包絡線をヒルベルト変換により求めた後、該包絡線上にある前記注目点とその近傍に対応する限定包絡線から時間・周波数スペクトルを求める手段とで構成される超音波診断支援システム。
【請求項２】
前記注目点の移動位置を求める手段が、相関法を用いることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断支援システム。
【請求項３】
前記限定包絡線から時間・周波数スペクトルを求める手段が、ウェーブレット変換を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断支援システム。
【請求項４】
前記時間・周波数スペクトルを生体組織動態図としてディスプレー上に表示することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の超音波診断支援システム
【請求項５】
前記生体組織が心筋組織であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の超音波診断支援システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて心臓、肝臓等の臓器や子宮内の胎児の局所組織の動態を精密に診断する方法に関するものであり、特に局所心筋の粒子の大きさの変化から、疾患部の範囲と程度を判定する超音波診断支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波による医用画像計測は、非侵襲、動画撮像可能で可搬性に優れ、リアルタイムに生体内の情報を可視化できることから、医療の現場では日常的に利用されている。例えば「非特許文献１」「非特許文献２」「非特許文献３」に示されるように、超音波断層像では臓器の形状とその動態の可視化、カラードプラ画像では血流の可視化が可能となっている。また、心臓、血管等の機能解析に超音波心エコー画像を用いて、心機能の定量的評価を行う技術開発が進んでいる（「特許文献１」）。
これに関する診断応用例としては、狭心症、心筋梗塞、拡張型心筋症、肥大型心筋症があり、このために使用される超音波診断装置には、後方散乱信号（ＩＢＳ）の計測機能が組み込まれている。ＩＢＳの値はＲＦ信号をフーリエ変換し、周波数軸での平均値を求める方法と、散乱・反射された超音波を一定時間ごとに積分し、パワーを繰り返し測定し求める方法が一般的に用いられる。
【０００３】
【非特許文献１】
「医用超音波ハンドブック」、社団法人  日本電子機械工業会、コロナ社、日本、１９９７年
【非特許文献２】
堀正二、増山理、伊藤浩、「超音波で心筋を見る−超音波心筋組織性状診断」、最新医学社、日本、１９９８年
【非特許文献３】
張  旭、宿谷昌弘、山本克之、「相関法を用いた単一超音波ビームによる変位・流速ベクトルの計測−生体組織変位・血流速度計測の可能性について」、第３５回ＭＥ学会大会論文集ｐ２３３、日本、１９９６年
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−００５２２６
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
医療用超音波診断装置を用いて診断を行う医師、技師および看護師は、超音波診断装置の時間分解能の高さを利用して生体組織の早い運動を画像化し、得られる画像を経験に基づき主観的に診断を行ってきた。しかし、この画質はノイズを多く含み、空間的に微細な生体組織の運動や変化を判定するのに困難を伴っていた。また軽度な疾患を判定するには従来の信号・画像変換技術では不充分であり、精密な信号解析方法とその結果としての精細な画像表示の開発が待たれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明者らは微細運動を行う生体組織からの反射超音波信号に対し、幾つかの数学的方法を適切に組み合わせることにより、精度の高い超音波信号解析・画像変換法を開発し本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、生体組織に超音波パルスを送波して、生体内の対象粒子にて反射された反射超音波パルスを受信し、対象粒子の運動を解析することにより生体組織を診断する方法において、超音波エコー生信号（以後ＲＦ信号と表記する）をディジタル信号に変換する手段と、該ディジタル信号上に注目点を定め該注目点の各時刻における移動位置を求める手段と、各時刻における該ディジタル信号の包絡線をヒルベルト変換により求めた後、該包絡線上にある前記注目点とその近傍に対応する限定包絡線から時間・周波数スペクトルを求める手段とで構成される超音波診断支援システムである。
【０００８】
さらに本発明は、前記における注目点の移動位置を求める手段が、相関法を用いることを特徴とする超音波診断支援システムであり、さらには、前記における限定包絡線から時間・周波数スペクトルを求める手段が、ウェーブレット変換を用いることを特徴とする超音波診断支援システムである。又さらに本発明は、前記の生体組織が心筋組織であり、さらには前記時間・周波数スペクトルを生体組織動態図としてディスプレー上に表示することを特徴とする超音波診断支援システムである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な一実施の形態を詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の実施形態によって限定されるものでなく、その要旨を変更することなく様々に改変して実施することができる。
【００１０】
以下に本発明について詳細に説明する。図１に本発明における超音波診断支援システムの概要が示されるが、先ず生体組織からのＲＦ信号は、Ａ／Ｄコンバータを介してディジタル信号に変換され、電子計算機に取り込まれる。ここで使用される発信周波数は、心臓、肝臓等の臓器にあっては２〜３ＭＨｚが、また体表面近くの血管にあってはより高い周波数例えば１０ＭＨｚが選ばれる。
【００１１】
次にディジタル化されたＲＦ信号上に注目点を定め、該注目点の各時刻における移動位置を求める。その方法として、相関法と超音波Ｂモード画像を用いる方法があるが、生体組織の詳細な機能評価を行うには相関法を用いる方法が適している。本発明者らは、各時刻における注目点の移動位置を精確に求めるため、相関法の改良法を開発した（非特許文献４）。すなわち、注目点の移動位置を２段階で絞り込む階層的相関法と、更に該階層的相関法に加えて相関係数を運動追跡の信頼度と考え、これによる注目点の移動位置の補正を行う信頼度付き階層的相関法である。本発明においては、これらの何れの方法を用いても良いが、好ましくは階層的相関法が、更に好ましくは信頼度付き階層的相関法が好適に用いられる。
【００１２】
【非特許文献４】
国定紀宏、吉川大弘、鶴岡信治、関岡清次、「信頼度付き階層的相関法を用いた局所心筋の運動追跡」、計測自動制御会中部支部平成１１年度計測制御研究講演論文集、ｐ．４４−４７、日本、１９９９年
【００１３】
次に各時刻におけるＲＦ信号のディジタル値に対し、ヒルベルト変換により包絡線を求めるが、これは次の理由による。すなわちＲＦ信号には高周波ノイズ成分が含まれ、画質低下の原因となっており、ヒルベルト変換により高周波ノイズ成分を除去するいわゆる直交検波を行う。次に該包絡線上にある前記注目点とその近傍に対応する限定包絡線に対し、時間・周波数解析を実施する。ここで、時間・周波数スペクトルを求めるために、ウェーブレット変換を用いる。ウェーブレット変換は、波形信号解析において時間分解能が高く、突発的事象、時間の経過とともに周波数が変化する非定常波形信号の解析に適した方法である。ウェーブレット変換には連続ウェーブレット変換と離散ウェーブレット変換があるが、実数によるスケーリングが可能である連続ウェーブレット変換が一般に用いられている。
【００１４】
上述の超音波診断支援システムは、生体組織の中でも動きの早い心臓特に心筋組織の解析に好適に用いられる。次に生体組織の中で関心領域の各位置における時間・周波数スペクトルを、生体組織動態図としてディスプレー上に図示する。ここで図示化は、各位置における時間・周波数スペクトルデータと超音波Ｍモード像、Ｂモード像または心電図等の臨床データを比較参照しながら導出される。これにより、医師等の診断者は経験に頼ることなく、定量的で正確な診断を実施できる。
【００１５】
【実施例１】
超音波診断装置（日立メディコ社製ＥＵＢ５６５Ａ改良型）を用い、送信中心周波数２．５ＭＨｚ、繰り返し周波数１ｋＨｚを正常および異常（アミロイドーシス）心筋組織に対して発信し、そこから反射超音波信号（ＲＦ信号）を受信した。そして該受信ＲＦ信号をＡ／Ｄコンバータを用いてディジタル化し、結果をコンピュータディスクに記憶した。
次に、該ディジタル信号上に注目点を定め、各時刻での移動位置を信頼度付き階層的相関法により求めた。また各時刻におけるディジタル化されたＲＦ信号に対しヒルベルト変換を実施して包絡線を求め、各時刻における包絡線上に注目点の移動位置を追跡した（図２）。
次に、上述の注目点とその近傍に対応する限定包絡線に対し、ガボール・ウェーブレット変換による時間・周波数解析を実施し、時間・周波数スペクトルを求めた。ここで、図３には正常心筋に対する（ａ）Ｍモード画像、（ｂ）運動追跡結果、（３）時間・周波数スペクトルを示した。また図４にはアミロイドーシス心筋に対する結果を同様に示した。
次に図５には、該時間・周波数スペクトルデータに基づいて導出された心筋の動態図をディスプレ−上に表示した。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明者らは微細運動を行う生体組織からの反射超音波信号に対し、幾つかの数学的方法を適切に組み合わせることにより、精度の高い超音波信号解析・画像変換法を開発した。  本発明により生体の局所組織における粒子の大きさの変化が計測でき、正常部と異常部の判定が、正確に且つ容易にできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における超音波診断支援システムの概要を示す図である。
【図２】ディジタル化されたＲＦ信号の包絡線と、注目点の移動軌跡を示す図である。
【図３】正常心筋に対する（ａ）Ｍモード画像、（ｂ）運動追跡結果。（ｃ）時間・周波数スペクトルを示す図である。
【図４】アミロイドーシスに対する（ａ）Ｍモード画像、（ｂ）運動追跡結果。（ｃ）時間・周波数スペクトルを示す図である。
【図５】時間・周波数スペクトルに基づいて導出された心筋の動態を示す図である。
【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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