(57)【要約】【課題】操作者の手を煩わせることなく血管の前壁および後壁のＩＭＴ値を同時に測定することができる超音波診断装置を提供すること。【解決手段】振幅情報処理部６は、超音波エコー信号の振幅情報から深度でのエコー強度と深度でのエコー強度の深さ方向での変化率を求め、位相情報処理部７は、超音波エコー信号の位相情報から生体組織の移動速度と深度での組織の硬さ値を求め、関心領域設定部８は、エコー強度と生体組織の移動速度に基づいて、血管３０の血流領域３３を検出し、血管の前壁３１と後壁３２それぞれの関心領域を設定し、境界位置検出部９は、関心領域設定部８が出力した前壁３１の関心領域、後壁３２の関心領域、それぞれにおいてエコー強度、エコー強度の深さ方向の変化率、組織の硬さ値に基づいて血流−内膜境界位置と中膜−外膜境界位置とを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体の体表面から前記被験体の内部の血管に向かって少なくとも一つの超音波信号を送信する送信手段と、前記血管によって反射された超音波信号を受信し、電気信号に変換して超音波エコー信号として出力する受信手段と、前記超音波エコー信号の位相情報を処理して処理結果を出力する位相情報処理部と、前記超音波エコー信号の振幅情報を処理して処理結果を出力する振幅情報処理部と、前記位相情報処理部が出力する生体組織の移動速度と前記振幅情報処理部が出力する前記超音波エコー信号の強度のうち少なくとも一方を用いて前記血管の血流領域を検出し、前記血管の体表面に近い前壁と体表面から遠い後壁のそれぞれの関心領域を設定する関心領域設定部と、前記位相情報処理部が出力する処理結果および前記振幅情報処理部が出力する処理結果から、前記関心領域において、前記血管の血流領域と内膜との境界位置および内膜と外膜の境界位置を検出する境界位置検出部と、前記境界位置検出部が検出した境界位置から前記前壁および後壁それぞれのＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記位相情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の硬さ値を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記位相情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の歪値を出力す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装置。
【請求項４】
前記振幅情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記振幅情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度の変化率を出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管の状態を超音波によって診断する超音波診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動脈硬化の診断は、血管の内膜中膜複合体厚（Intima-Media Thickness、以下ＩＭＴという）を測定することによって行われる。
【０００３】
ここで、頚動脈は他の部位と比較してＩＭＴ値が動脈硬化の初期段階から大きくなり、動脈硬化の発見に有効であることが知られている。また、頚動脈は皮膚表面から２から３cmと比較的浅い深さに位置するため、動脈硬化の診断には頚動脈がよく測定対象とされる。
【０００４】
従来、超音波によって頚動脈の血管壁のＩＭＴ値を測定する方法として、標準的な血管構造を有していることを前提として、血管によって反射された超音波に基づくB-mode画像データにおける輝度信号の最大ピーク値と第二ピーク値とに基づいて、血管壁のＩＭＴ値を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、この方法では、エコー強度を利用しているため、測定対象となる血管壁の内膜輝度が低い場合や、輝度情報がノイズを含む場合には、血流−内膜境界位置や中膜−外膜境界位置を正確に検出できず、血管壁の正確なＩＭＴ値を計測することができないという問題があった。また、測定対象となる血管壁の構造が正常状態にあることが前提条件となっているため、測定対象となる血管内にアテロームのような局所病変が存在していると、上述の境界位置を正確に計測することができないという問題があった。
【０００６】
このような問題を回避可能な方法として、超音波エコー信号の位相変化から算出した組織の硬さに基づいて、血流−内膜境界位置や中膜の位置を検出し、血管壁のＩＭＴ値を計測する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
これら従来の超音波診断装置において、血管に平行な断面を観測した場合、一本の血管に対して被験体の皮膚表面に近い側と遠い側の二つの血管壁が抽出される。
【０００８】
一般に、超音波プローブに近い皮膚表面側の血管壁（以下、前壁という）からのエコーデータは、超音波の多重反射等の影響を受けやすく、得られるB-mode画像は輪郭が不鮮明になりやすい。そのため、皮膚表面から遠い血管壁（以下、後壁という）をＩＭＴ値の測定対象にする場合が多い。
【０００９】
しかし、測定条件によっては前壁を測定対象としたほうがよい場合もあるため、操作者は、B-mode画像から、測定対象を前壁にするか後壁にするかを判断し、適切な関心領域マウス等によって設定する必要があった。
【００１０】
このような判断や操作は手間がかかるほか、定期健康診断のような多数の被験体を対象にして診断を行うような場合には、総合診断時間を延伸させる原因となっていた。
【００１１】
また、ＩＭＴ値測定対象として選択した血管壁の近傍にB-mode画像では明確に判断できないプラークやノイズが存在する場合などは、血管の血流−内膜、中膜−外膜境界を正確に検出できず、誤ったＩＭＴ値を測定してしまうことになる。
【００１２】
これを解決する方法として、設定する関心領域を前壁と後壁の両方が含まれるように設定し、前壁と後壁それぞれのＩＭＴ値を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１８８９６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４／１１２５６８号パンフレット
【特許文献３】特開２００４−３５７８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献３に記載のようなものにおいても、関心領域の設定や配置は操作者自らが行わなければならず、手間がかかっていた。
【００１４】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、操作者の手を煩わせることなく血管の前壁および後壁のＩＭＴ値を同時に測定することができる超音波診断装置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】
【００１５】
本発明の超音波診断装置は、被験体の体表面から前記被験体の内部の血管に向かって少なくとも一つの超音波信号を送信する送信手段と、前記血管によって反射された超音波信号を受信し、電気信号に変換して超音波エコー信号として出力する受信手段と、前記超音波エコー信号の位相情報を処理して処理結果を出力する位相情報処理部と、前記超音波エコー信号の振幅情報を処理して処理結果を出力する振幅情報処理部と、前記位相情報処理部が出力する生体組織の移動速度と前記振幅情報処理部が出力する前記超音波エコー信号の強度のうち少なくとも一方を用いて前記血管の血流領域を検出し、前記血管の体表面に近い前壁と体表面から遠い後壁のそれぞれの関心領域を設定する関心領域設定部と、前記位相情報処理部が出力する処理結果および前記振幅情報処理部が出力する処理結果から、前記関心領域において、前記血管の血流領域と内膜との境界位置および内膜と外膜の境界位置を検出する境界位置検出部と、前記境界位置検出部が検出した境界位置から前記前壁および後壁それぞれのＩＭＴ値を算出するＩＭＴ値算出部とを備える構成を有している。
【００１６】
この構成により、前壁と後壁の関心領域が自動的に設定され、操作者の手間を削減しながら、前壁および後壁のＩＭＴ値を同時に測定することができる。
【００１７】
ここで、前記位相情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の硬さ値を出力する構成とした。
【００１８】
この構成により、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の硬さ値を使って境界位置が検出され、より正確にＩＭＴ値を測定することができる。
【００１９】
また、前記位相情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の歪値を出力する構成とした。
【００２０】
この構成により、体表面からの深さ方向に沿った生体組織の歪値を使って境界位置が検出され、より正確にＩＭＴ値を測定することができる。
【００２１】
また、前記振幅情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度を出力する構成とした。
【００２２】
この構成により、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度を使って境界位置が検出され、より正確にＩＭＴ値を測定することができる。
【００２３】
また、前記振幅情報処理部は、前記処理結果として、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度の変化率を出力する構成とした。
【００２４】
この構成により、体表面からの深さ方向に沿った前記超音波エコー信号の信号強度の変化率を使って境界位置が検出され、より正確にＩＭＴ値を測定することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、位相情報処理部が出力する生体組織の移動速度と振幅情報処理部が出力する前記超音波エコー信号の強度のうち少なくとも一方を用いて血管の血流領域を検出し、血管の体表面に近い前壁と体表面から遠い後壁のそれぞれの関心領域を設定し、それぞれの関心領域において、血管の血流領域と内膜との境界位置および内膜と外膜の境界位置を検出してＩＭＴ値を求めているので、操作者の手を煩わせることなく血管の前壁および後壁のＩＭＴ値を同時に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を示す図である。送信部１は、超音波パルスを生成して超音波プローブ２へと供給する。超音波プローブ２は、送信部１から供給された超音波パルスを生体の皮膚表面２０から生体内の血管３０に向かって発信する。
【００２８】
血管３０は、血液が流れる血流領域３３を囲むように形成された血管壁を有しており、皮膚表面２０に近い側の前壁３１と、遠い側の後壁３２とに分ける。
【００２９】
前壁３１は、外膜３１１と内中膜３１２とで形成され、外膜３１１と内中膜３１２の境界を中膜−外膜境界３１３、内中膜３１２と血流の境界を血流−内膜境界３１４という。
【００３０】
後壁３２は、外膜３２１と内中膜３２２とで形成され、外膜３２１と内中膜３２２の境界を中膜−外膜境界３２３、内中膜３２２と血流の境界を血流−内膜境界３２４という。なお、後壁３２の内側には、局所的病変であるアテローム３２５が形成されている。
【００３１】
血管３０によって反射された超音波パルスは、超音波プローブ２で受信され、受信部３および遅延合成部４を経由してＢモード処理部５、振幅情報処理部６、位相情報処理部７へ供給される。
【００３２】
振幅情報処理部６は、超音波エコー信号の振幅情報から深度Dでのエコー強度B(D)を求めて関心領域設定部８に出力する。
【００３３】
位相情報処理部７は、超音波エコー信号の位相情報から生体組織の移動速度を求めて関心領域設定部８に出力する。
【００３４】
関心領域設定部８は、エコー強度と生体組織の移動速度に基づいて、血管３０の血流領域３３を検出し、血管の前壁３１と後壁３２それぞれの関心領域を設定する。
【００３５】
図２は、ある音響走査線Ｈにおける深度とエコー強度との関係を示す模式図である。一般に、血管３０の血流領域３３におけるエコー強度B(D)は、血管壁である前壁３１および後壁３２におけるそれと比べ、振幅比で-20dBから-40dBと非常に小さいことが分かっている。そこで、以下の手順によって前壁３１の関心領域を設定する。
（１）音響走査線Ｈにおいて、皮膚表面２０に近い側から体内（深さD方向）に向かって、エコー強度B(D)が最低値をとる深度Dminを検出する。
（２）皮膚表面２０に一番近い深度D0から深度Dminとの間を音響走査線Ｈ上の前壁側の境界位置を検出するための関心領域（Region Of Interest）ROI(H)=[D0,Dmin]とする。
（３）（１）、（２）の手順を各走査線毎に行って得られたROI(H)=[D0(H),Dmin(H)]を前壁３１側の関心領域ROInとする。
【００３６】
同様に、以下の手順によって後壁３２の関心領域を設定する。
（１）音響走査線Ｈにおいて、皮膚表面２０に近い側から体内（深さD方向）に向かって、エコー強度B(D)が最低値をとる深度Dminを検出する。
（２）皮膚表面２０から最も遠い深度Dendから深度Dminとの間を音響走査線Ｈ上の後壁側の境界位置を検出するための関心領域ROI(H)=[Dmin,Dend]とする。
（３）（１）、（２）の手順を各走査線毎に行って得られたROI(H)=[Dmin(H),Dend(H)]を後壁３２側の関心領域ROIfとする。
【００３７】
ここで、血管壁と血流領域３３におけるエコー強度B(D)の差が大きくなく、またノイズが多く含まれる場合、上述の手順におけるDminの位置が、前壁３１や後壁３２内に存在してしまう可能性も否定できない。一般に、血流領域３３におけるエコー強度B(D)は、血管壁におけるそれと比べ非常に小さいことが知られている他、超音波エコー信号の位相情報から算出される移動速度については、血流領域３３においては移動速度は速く、血管壁では遅いと言うことが知られている。
【００３８】
そこで、上述の手順におけるDminの位置が前壁３１や後壁３２内に存在してしまうことを防ぐために、深度Dminを検出する範囲を超音波エコー信号の位相情報から算出される組織の移動速度によって制限してもよい。
【００３９】
振幅情報処理部６は、超音波エコー信号の振幅情報から、深度Dでのエコー強度B(D)の深さ方向での変化率dB(D)/dDを算出し、B(D)、dB(D)/dDを境界位置検出部９に出力する。
【００４０】
位相情報処理部７は、超音波エコー信号の位相情報から、深度Dでの組織の硬さ値E(D)を算出し、E(D)を境界位置検出部９に出力する。
【００４１】
境界位置検出部９では、関心領域設定部８が出力した前壁３１の関心領域ROIn、後壁３２の関心領域ROIf、エコー強度B(D)、エコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dD、組織の硬さ値E(D)に基づいて前壁３１と後壁３２の血流−内膜境界位置と中膜−外膜境界位置とを検出する。
【００４２】
図３は、ある音響走査線Ｈにおけるエコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dD、エコー強度B(D)、組織の硬さ値E(D)の例を示す図である。
【００４３】
まず、関心領域設定部８により設定された後壁３２の関心領域ROIf内に存在する走査線Ｈ上の、血流領域に配置された点R0、血管壁と血流領域３３との境界位置に配置された点R1、血管壁のアテローム３２５内に配置された点R2、内中膜３２２と外膜３２１との境界位置に配置された点R3、外膜３２１内に配置された点R4、外膜３２１と血管外組織との境界位置に配置された点R5に着目する。
【００４４】
エコー強度B(D)の特性としては、血流−内膜境界位置の点R1に相当するB1と中膜−外膜境界位置の点R3に相当するB3とに明確な二つのピークを有するのが理想的であり、正常血管や超音波エコー信号の測定が正確に行われていれば、ピーク値を示す位置を明確に検出可能である。
【００４５】
しかし、一般的な血管や特に緻密な医療診断が必要なアテロームを持つ血管を測定する場合、エコー強度B(D)は、血流領域に対応するB0から血流−内膜境界位置の点R1に対応するB1を経て、アテロームの中の点R2に対応するB2まで緩やかに変化したり、ノイズを含んでいる等の理由から明確な二つのピークが認められない場合がある。
【００４６】
そのため、血流−内膜および中膜−外膜境界位置を正確に検出することができない。これに対し、組織の硬さ値E(D)は、図３に示すように、血流−内膜境界位置の点R1に対応するE1にてエコー強度に比べ顕著なピーク値を示し、血流−内膜境界位置をエコー強度B(D)を利用した場合に比べて正確に検出することができる。
【００４７】
しかし、設定された関心領域内にて最大のピーク値を検出する方法をとると、測定された超音波エコー信号の位相や、組織の硬さ値E(D)を算出する際に混入するノイズの影響により偽のピークが、設定された関心領域内に存在してしまう。また、組織の硬さ値E（D）には、血流−内膜境界位置を検出可能な特性があるが、中膜−外膜境界位置を検出する明確な特性がない。
そこで、境界位置検出部９は、組織の硬さ値E(D)を基に血流−内膜境界位置を検出する際に、エコー強度B(D)によって検出範囲に制限を設ける。この手順を図４に示すような場合について説明する。
【００４８】
図４は、血流−内膜境界位置検出処理を説明するための、ある音響走査線Ｈにおけるエコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dD、エコー強度B(D)、組織の硬さ値E(D)の例を示す図である。
【００４９】
境界位置検出部９は、以下の手順によって血流−内膜境界位置を検出する。
（１）関心領域ROIf内で、エコー強度B(D)が閾値Ａを上回る音響走査線Ｈ上の位置を関心領域ROIf内の被験体の皮膚表面２０に近い端点から探索し、その位置をF0とする。
（２）エコー強度B(D)が最大値をとる音響走査線Ｈ上の位置をF0からROIfの皮膚表面２０から遠い端点へ探索し、その位置をF1とする。
（３）F0からF1を検出範囲Ｂとし、その範囲内で硬さ値E(D)が最大値をとる位置P1を血流−内膜境界位置とする。
【００５０】
なお、閾値Ａは、外部から設定可能となっている。
【００５１】
また、血流−内膜境界位置を検出する際に、組織の硬さ値E(D)の特性に着目しているが、これに限定されるものではなく、例えば、組織の厚さ値、歪み値、移動速度の高周波成分など、血流と血管壁との組織の特性の差が明確に反映される値であればよい。
【００５２】
中膜−外膜境界位置を検出する際には、血流−内膜境界位置と同様に明確なピークが存在するのが理想的である。そこで、エコー強度B(D)のみに着目して、血流−内膜境界位置以外でエコー強度B(D)がピーク値をとる位置を中膜−外膜境界位置とするのが最も簡単な方法である。
【００５３】
しかし、上述したように、実際の測定においては、血流−内膜境界位置が不明瞭な場合が多く、理想的な血流−内膜境界および中膜−外膜境界位置において明確な二つのピークが認められない、もしくは、ノイズにより偽のピークが生ずるといったことが考えられ、正確な中膜−外膜境界位置の検出が困難となる。
【００５４】
エコー強度の深さ方向の変化率dB(D)/dDがゼロクロスする位置やピークをとる位置を基に境界位置を検出するという方法も考えられるが、同様の理由からB(D)もしくはdB(D)/dDのいずれか一方のみを利用した場合では、正確な中膜−外膜境界位置の検出は困難となる。さらに、組織の硬さ値E(D)には中膜−外膜境界位置を検出できるような明確な特性はない。
【００５５】
そこで、図４に示すように、エコー強度の深さ方向への変化率dB(D)/dDが正の最大ピーク値をとる位置をエコー強度B(D)によって制限された検出範囲にて検出し、その位置を基に中膜−外膜境界位置を検出する。
【００５６】
具体的には、上述の血流−内膜境界位置を検出する際に決定した範囲F0からF1において、エコー強度の深さ方向への変化率dB(D)/dDが最後にピーク値を有する位置をF0から探索し、その点を中膜−外膜境界位置とする。
【００５７】
このようにすることで、例えば、エコー強度B(D)が血流−内膜境界と内膜−外膜境界位置において明確なピークを持たない特性であっても、血流−内膜境界、中膜−外膜境界位置の正確な検出が可能である。
【００５８】
なお、中膜−外膜境界位置を検出する際に検出範囲を設けたが、検出範囲の決定方法は、エコー強度やその深さ方向への変化率のみではなく、エコー強度の変曲点などの特性によって決定するなど、中膜−外膜境界位置が正確に検出できる決定方法であればよい。
【００５９】
なお、前壁の血流−内膜境界位置ならびに中膜−外膜境界位置については、深さ方向を逆にして考え、上述の後壁と同様の手順で行えばよいので、ここでは説明は省略する。
【００６０】
ＩＭＴ値算出部１０では、境界位置検出部９において検出された、前壁の血流−内膜境界位置、前壁の中膜−外膜境界位置、後壁の血流−内膜境界位置、後壁の中膜−外膜境界位置から前壁および後壁のＩＭＴ値を算出する。
【００６１】
ＩＭＴ値算出部１０で算出された前壁および後壁のＩＭＴ値は、画像合成部１１に出力される。
【００６２】
Ｂモード処理部５では、遅延合成部４を経由して供給された超音波エコー信号に基づいて、血管３０の断面を表す画像情報を生成して画像合成部１１に出力する。
【００６３】
画像合成部１１は、Ｂモード処理部５から供給された画像情報と、境界位置検出部９から供給された各境界位置とを合成して表示部１２にモニタ表示する。
【００６４】
なお、表示部１２に表示されたＢモード画像と検出された境界位置とに微妙なずれが生じる場合があるため、境界位置検出部９にオフセット値を設定できるようにし、検出された前壁および後壁の血流−内膜境界位置、中膜−外膜境界位置に設定されたオフセット値を加算もしくは減算するようにしてもよい。
【００６５】
また、画像合成部１１は、操作者からの指示などの必要に応じて、ＩＭＴ値算出部１０で算出されたＩＭＴ値を表示するようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、操作者の手を煩わせることなく血管の前壁および後壁のＩＭＴ値を同時に測定することができるという効果を有し、血管の状態を超音波によって診断する超音波診断装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の関心領域設定部の動作を説明するための模式図
【図３】ある音響走査線Ｈにおけるエコー強度の深さ方向の変化率、エコー強度、組織の硬さ値の例を示す模式図
【図４】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の境界位置検出部の動作を説明するための模式図
【符号の説明】
【００６８】
１  送信部
２  超音波プローブ
３  受信部
４  遅延合成部
５  Ｂモード処理部
６  振幅情報処理部
７  位相情報処理部
８  関心領域設定部
９  境界位置検出部
１０  ＩＭＴ値算出部
１１  画像合成部
１２  表示部
２０  皮膚表面
３０  血管
３１  前壁
３２  後壁
３３  血流領域
３１１  外膜
３１２  内中膜
３１４  血流−内膜境界
３２１  外膜
３２２  内中膜
３２４  血流−内膜境界
３２５  アテローム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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