(57)【要約】本発明の超音波診断装置は、生体の組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブ１３を駆動する送信部１４と、超音波送信波が生体組織において反射することにより得られ、超音波プローブ１３により受信する超音波反射波を増幅し、受信信号を生成する受信部１５と、受信信号から組織の形状測定値を求め、組織の形状測定値から生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するフレーム演算部１９と、心周期毎に得られる複数の空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求める差異演算部１９と、形状測定値、性状測定値、および差異のうち少なくともいずれか１つを記憶する記憶部と、空間分布フレームを表示する表示部２１とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブを駆動する送信部と、
前記超音波送信波が前記生体組織において反射することにより得られ、前記超音波プローブにより受信する超音波反射波を増幅し、受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するフレーム演算部と、
前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求める差異演算部と、
前記形状測定値、性状測定値、および、差異のうち少なくともいずれか１つを記憶する記憶部と、
前記空間分布フレームを表示する表示部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記差異演算部は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記差異演算部は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記差異演算部は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記差異演算部は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記表示部は前記差異を表示する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記表示部は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記差異演算部は、前記差異に基づいて、画像情報を生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
音響変換器をさらに備え、
前記差異演算部は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
音響変換器をさらに備え、
前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記差異演算部は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、比較結果に基づいて、前記フレーム演算部は前記表示部に表示する空間分布フレームを更新する請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記差異演算部は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記表示部は特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項１から１３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項３から５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である請求項１から１５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である請求項１から１５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、
超音波プローブを用いて、超音波送信波を送信し、前記超音波送信波が生体組織において反射することにより得られる超音波反射波を受信し、受信信号を生成するステップ（ａ）と、
前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するステップ（ｂ）と、
前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求めるステップ（ｃ）と、
前記空間分布フレームを表示するステップ（ｄ）と、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｃ）は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める請求項２０に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｃ）は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２３】
前記差異を表示するステップ（ｅ１）をさらに包含する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２４】
前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示するステップ（ｅ２）をさらに包含する請求項２０に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２５】
前記ステップ（ｅ１）は、前記差異に基づいて画像情報を生成し、前記画像情報を表示する請求項２３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２６】
前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ３）をさらに包含する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２７】
前記ステップ（ｅ２）は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記画像情報を表示する請求項２４に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２８】
前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ４）をさらに包含する請求項８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２９】
前記ステップ（ｃ）は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、
前記ステップ（ｄ）は、前記比較結果に基づいて、表示する空間分布フレームを更新する請求項２２に記載の超音波診断装置の製造方法。
【請求項３０】
前記ステップ（ｃ）は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、
前記ステップ（ｄ）は、前記特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する請求項２２に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３１】
前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項１８から３０のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３２】
前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項２０から２６のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３３】
前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である請求項１８から３２のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３４】
前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である請求項１８から３２のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、超音波診断装置に関し、特に、生体内の組織の性状診断を行う超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。【０００３】  心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。具体的には、動脈壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作られなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、硬く、脆くなる。そして、粥腫が形成された部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を早期に診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。【０００４】  従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって行われていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、被験者への負荷が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験者に対して、その場所を特定するために用いられ、例えば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。【０００５】  動脈硬化の一因であるコレステロール値を測定したり、血圧値を測定したりすることは、被験者への負担が少なく、容易に行うことのできる検査である。しかし、これらの値は、動脈硬化の度合いを直接示すものではない。【０００６】  また、動脈硬化を早期に診断して、動脈硬化の治療薬を被験者に対して投与することができれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと、治療薬によって動脈硬化の進展を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に回復させることは難しいと言われている。【０００７】  こうした理由から、被験者への負担が少なく、動脈硬化が進行する前に早期段階で診断する診断方法あるいは診断装置が求められている。【０００８】  一方、被験者への負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置やＸ線診断装置が従来用いられている。超音波やＸ線を体外から照射することによって、被験者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報（運動情報）が得られると、測定対象物の性状情報を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性特性を求めることができ、動脈硬化の度合いを直接知ることが可能となる。【０００９】  特に超音波診断は、Ｘ線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてるだけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点やＸ線被爆のおそれがない点で優れている。【００１０】  また、近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。例えば、特許文献１に記載された技術を用いると、血管運動の振幅数ミクロンで数百Ｈｚまでの速い振動成分を高精度に計測できるため、血管壁の厚み変化や歪みを数ミクロンのオーダーで高精度な計測をすることが可能になると報告されている。【００１１】  このような高精度な計測手法を用いることにより、動脈壁の弾性特性の二次元分布を詳細に測定することが可能となる。例えば非特許文献１では、頸動脈血管壁の弾性率の二次元分布の様子をＢモード断層像に重ねて表示した一例を示している。動脈壁の硬さ度合いは一様ではなく、ある分布を持って存在しており、動脈硬化症の診断においては、動脈の硬化度合いを示す特徴量である弾性率の局所的な分布を的確に把握することが重要なためである。
【特許文献１】特開平１０−５２２６号公報
【非特許文献１】Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｋａｎａｉ  ｅｔ  ａｌ，″Ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ａｔｈｅｒｏｍａ  Ｗｉｔｈ  Ｔｒａｎｓｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  Ｓｔｕｄｙ″，Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１０７，ｐ．３０１８−３０２１，２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  動脈等の循環器組織は、心臓の拍動にともなって変位や伸縮を繰り返している。したがって、超音波診断装置を用いて循環器組織の歪みや弾性特性を求める場合には、心臓の一心周期毎に一回の測定を行うことが好適であり、一心周期毎に歪み分布や弾性特性分布が得られる。しかしながら、得られた弾性特性は一心周期毎に異なっていることが多い。その理由として、心周期は厳密には一定の周期ではないこと、測定中に超音波プローブを操作する者や被験者が不要な動きをしてしまうこと、測定環境に応じて様々なノイズの影響を受けること等があげられる。このような要因により、得られた弾性特性は変動している可能性があり、測定結果が正しい数値であるのかどうか判断することは難しい。【００１３】  以上に鑑み、本発明は、上述したような要因によって計測値が変動しているかどうかを評価することのできる超音波診断装置および超音波診断装置の制御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】
【００１４】  本発明の超音波診断装置は、生体の組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブを駆動する送信部と、前記超音波送信波が前記生体組織において反射することにより得られ、前記超音波プローブにより受信する超音波反射波を増幅し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するフレーム演算部と、前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求める差異演算部と、前記形状測定値、性状測定値、および差異のうち少なくともいずれか１つを記憶する記憶部と、前記空間分布フレームを表示する表示部とを備える。【００１５】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める。【００１６】  ある好ましい実施形態において前記差異演算部は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する。【００１７】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める。【００１８】  ある好ましい実施形態において前記差異演算部は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する。【００１９】  ある好ましい実施形態において、前記表示部は前記差異を表示する。【００２０】  ある好ましい実施形態において、前記表示部は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示する。【００２１】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異に基づいて、画像情報を生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する。【００２２】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、音響変換器をさらに備え、前記差異演算部は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する。【００２３】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する。【００２４】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、音響変換器をさらに備え、前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する。【００２５】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、比較結果に基づいて、前記フレーム演算部は前記表示部に表示する空間分布フレームを更新する。【００２６】  ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記表示部は特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する。【００２７】  ある好ましい実施形態において前記差異は、複��の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。【００２８】  ある好ましい実施形態において前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。【００２９】  ある好ましい実施形態において、前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である。【００３０】  ある好ましい実施形態において、前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である。【００３１】  本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、超音波プローブを用いて、超音波送信波を送信し、前記超音波送信波が生体組織において反射することにより得られる超音波反射波を受信し、受信信号を生成するステップ（ａ）と、前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するステップ（ｂ）と、前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求めるステップ（ｃ）と、前記空間分布フレームを表示するステップ（ｄ）とを包含する。【００３２】  ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める。【００３３】  ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する。【００３４】  ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める。【００３５】  ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する。【００３６】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異を表示するステップ（ｅ１）をさらに包含する。【００３７】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示するステップ（ｅ２）をさらに包含する。【００３８】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｅ１）は、前記差異に基づいて画像情報を生成し、前記画像情報を表示する。【００３９】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ３）をさらに包含する。【００４０】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｅ２）は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記画像情報を表示する。【００４１】  ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ４）をさらに包含する。【００４２】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｃ）は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、前記ステップ（ｄ）は、前記比較結果に基づいて、表示する空間分布フレームを更新する。【００４３】  ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｃ）は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記ステップ（ｄ）は、前記特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する。【００４４】  ある好ましい実施形態において、前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。【００４５】  ある好ましい実施形態において、前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。【００４６】  ある好ましい実施形態において、前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である。【００４７】  ある好ましい実施形態において、前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である。
【発明の効果】
【００４８】  本発明によれば、超音波を用いて得られた生体組織内の任意領域における位置情報や運動情報から求められる最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性等のフレーム間の差異を演算する。この差異は、フレームを構成するデータの変化の度合いを示す。あるいは、複数の差異を求め、さらにフレームの変化の度合いを示す特徴量を生成する。これにより、差異または特徴量から計測の安定性を判断することができ、正確な生体組織の形状あるいは性状特性を測定することができる。また、差異または特徴量を利用して形状あるいは性状特性を表示させることにより、測定結果の信頼性を向上させ、また、測定結果を見易く表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による超音波診断装置を用いて血管壁組織性状の診断を行うための構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による超音波診断装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す超音波診断装置の演算部の構成を詳細に示すブロック図である。る。
【図４】血管壁を伝播する超音波ビームと測定対象位置とを模式的に示す図である。
【図５】測定対象位置と弾性率を求める対象組織との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は血管壁に設定するＲＯＩを模式的に示す図であり、（ｂ）は表示部に表示される空間分布フレームを模式的に示す図である。
【図７】空間分布フレームと、空間分布フレーム間の差異および差異の特徴量の関係を模試的に説明する図である。
【図８】本発明による超音波診断装置の第２の実施形態における動作を説明するフローチャートである。
【図９】第２の実施形態において、計測中に求められる差異を模式的に示すグラフである。
【図１０】本発明による超音波診断装置の第３の実施形態における動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第３の実施形態において、計測中に求められる差異を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】  １  血管外組織
２  体表
３  血管
４  血管前壁
５  血液
１１  超音波診断装置
１２  血圧計
１３  超音波プローブ
１４  送信部
１５  受信部
１６  遅延時間制御部
１７  位相検波部
１８  フィルタ部
１９  演算部
２０  演算データ記憶部
２１  表示部
２２  心電計
３１  形状測定値演算部
３２  性状特性値演算部
３３  差異演算部
３４  フレーム演算部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】  本発明の超音波診断装置は測定対象物である生体組織の各部の形状測定値である最大厚さ変化量や、性状測定値である歪みや弾性特性を演算し、その二次元分布を心周期毎のフレームとして求める。以下、血管壁の弾性特性の二次元分布を求める場合を例にとり、本発明の超音波診断装置に関して説明する。【００５２】  （第１の実施形態）
以下、本発明による超音波診断装置の第１の実施形態を説明する。【００５３】  図１は、本実施形態の超音波診断装置１１を用いて血管壁組織の性状診断を行うための構成を示すブロック図である。超音波診断装置１１に接続された超音波プローブ１３は被験者の体表２に密着するよう設置され、血管外組織１の内部へ超音波を送信する。送信された超音波は血管３や血液５にて反射、散乱し、その一部が超音波プローブ１３へ戻り、エコー（超音波反射波）として受信される。超音波診断装置１１は、受信信号の解析、演算を行い、血管前壁４の形状情報や運動情報を求める。また、超音波診断装置１１には血圧計１２が接続されており、血圧計１２が測定した被験者の血圧データは超音波診断装置１１へと入力される。超音波診断装置１１は、例えば特許文献１に開示されている方法にしたがって、検波信号の振幅および位相の両方を用い、制約付最小二乗法によって対象の瞬時の位置を決定する。高精度な（位置変化量の測定精度は±０．２ミクロン）位相トラッキングを行うことにより、血管前壁４における微小部位の厚みや厚み変化量の時間変化の様子を十分な精度で測定することができる。さらに、血圧計１２から得た血圧データを用いることで、血管前壁４における微小部位の弾性特性を求めることができる。また、超音波診断装置１１には心電計２２が接続されており、心電計２２が測定した心電波形は超音波診断装置１１へと入力され、データ取得やデータリセットのタイミングを決定するトリガ信号として使用される。心電計２２は他の生体信号検出手段である心音計や脈波計と置き換えることも可能であり、心電波形の替わりに心音波形や脈波波形をトリガ信号として用いることも可能である。【００５４】  以下、超音波診断装置１１の構成および動作を詳細に説明する。図２は、超音波診断装置１１の構成を示すブロック図である。超音波診断装置１１は、送信部１４、受信部１５、遅延時間制御部１６、位相検波部１７、フィルタ部１８、演算部１９、演算データ記憶部２０および表示部２１を備えている。また、これら各部を制御するために、マイクロコンピュータなどを含む制御部３０をさらに備えている。【００５５】  送信部１４は、所定の駆動パルス信号を生成し、超音波プローブ１３に出力する。駆動パルス信号により超音波プローブ１３から送信される超音波送信波は、血管３等の生体組織において反射、散乱し、生じた超音波反射波が超音波プローブ１３で受信される。超音波を発生させる駆動パルスの周波数は、時間軸上で隣接している前後の超音波パルスが重ならないように、測定対象の深さと超音波の音速とを考慮して決定される。【００５６】  受信部１５は超音波プローブ１３を用いて超音波反射波を受信する。受信部１５はＡ／Ｄ変換部を含み、超音波反射波を増幅して受信信号を生成し、さらにデジタル信号に変換する。送信部１４および受信部１５は電子部品などを用いて構成される。【００５７】  遅延時間制御部１６は送信部１４および受信部１５に接続されており、送信部１４から超音波プローブ１３の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制御する。これにより、超音波プローブ１３から送信される超音波送信波の超音波ビームの音響線の方向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ１３によって受信され、受信部１５によって増幅された受信信号の遅延時間を制御することにより、開口径を変化させたり、焦点位置を変化させたりすることができる。遅延時間制御部１６の出力は位相検波部１７に入力される。【００５８】  位相検波部１７は、遅延時間制御部１６で遅延制御された受信信号を位相検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号はフィルタ部１８に入力される。フィルタ部１８は、高周波成分、測定対象以外からの反射成分およびノイズ成分等を除去する。位相検波部１７およびフィルタ部１８はソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。【００５９】  位相検波された受信信号の実部信号および虚部信号は、演算部１９へ入力される。図３は演算部１９の構成を詳細に示すブロック図である。演算部１９は、形状測定値演算部３１、性状測定値演算部３２および差異演算部３３を含む。形状測定値演算部３１および性状測定値演算部３２はフレーム演算部３４を構成している。演算部１９は、ソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。【００６０】  形状測定値演算部３１は、受信信号の実部信号および虚部信号に基づいて、複数の測定対象位置における生体組織の運動速度を求め、運動速度を積分することによって、位置変位量（位置の時間変位量）を求める。求めた位置変位量から各測定対象位置間における生体組織の厚さ変化量（伸縮量）を求める。また、心電計２２から一心周期に関する情報を受け取り、一心周期における厚さ変化量の最大値と最小値との差分である最大厚さ変化量と厚さの最大値を求める。【００６１】  性状測定値演算部３２は、最大厚さ変化量と厚さの最大値を受け取り、生体組織の歪みを求める。さらに血圧計１２から得られる血圧データを用いて、各測定対象位置間の組織の弾性特性を求める。【００６２】  このようにして求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性は、計測領域に対応してマッピングされ、形状測定値または性状測定値の空間分布を示す心周期毎の空間分布フレームとして表示部２１へ出力される。【００６３】  図４および図５を参照して、フレーム演算部３４におけるこれらの演算をさらに詳しく説明する。図４は、生体６０を伝播する超音波ビーム６７を模式的に示しており、図では血管壁６４および血管以外の生体組織６２が示されている。生体６０の表面に配置された超音波プローブ１３から送信した超音波送信波は、生体６０中を進行する。超音波送信波は、ある有限の幅を持つ超音波ビーム６７として生体６０中を伝播し、その過程において生体組織６２および血管壁６４によって反射または散乱した超音波の一部が超音波プローブ１３へ戻り、超音波反射波として受信される。超音波反射波は時系列信号ｒ（ｔ）として検出され、超音波プローブ１３に近い組織から得られる反射の時系列信号ほど、時間軸上で原点近くに位置する。超音波ビーム６７の幅（ビーム径）は、遅延時間を変化させることにより制御することができる。【００６４】  超音波ビームの中心軸である音響線６６上に位置する血管壁６２中の複数の測定対象位置Ｐｎ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３���Ｐｋ・・・Ｐｎ、ｎは３以上の自然数）は、ある一定間隔Ｌで超音波プローブ１３に近い順にＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐｋ・・・Ｐｎと配列している。生体６０の表面を原点とする深さ方向の座標をＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚｋ、・・・Ｚｎとすると、測定対象位置Ｐｋからの反射は、時間軸上でｔｋ＝２Ｚｋ／ｃに位置することになる。ここでｃは生体内での超音波の音速を示す。反射波信号ｒ（ｔ）を位相検波部１７において位相検波し、検波した信号を実部信号および虚部信号に分離してフィルタ部１８を通過させる。演算部１０の形状測定値演算部３１では、反射波信号ｒ（ｔ）と微小時間Δｔ後の反射波信号ｒ（ｔ＋Δｔ）において振幅は変化せず、位相および反射位置のみが変化するという制約のもとで、反射波信号ｒ（ｔ）とｒ（ｔ＋Δｔ）との波形の整合誤差が最小となるよう最小二乗法によって位相差を求める。この位相差から、測定対象位置Ｐｎの運動速度Ｖｎ（ｔ）が求められ、さらにこれを積分することにより、位置変位量ｄｎ（ｔ）を求めることができる。【００６５】  図６は、測定対象位置Ｐｎと弾性率演算の対象組織Ｔｎとの関係を示している。対象組織Ｔｋは、隣接する測定対象位置ＰｋとＰｋ＋１とに挟まれた範囲に厚みＬを有して位置している。ｎ個の測定対象位置Ｐ１・・・・Ｐｎからは（ｎ−１）個の対象組織Ｔ１・・・・Ｔｎ−１を設けることができる。【００６６】  対象組織Ｔｋの伸縮量である厚み変化量Ｈｋ（ｔ）は、測定対象位置ＰｋとＰｋ＋１の位置変位量ｈｋ（ｔ）とｈｋ＋１（ｔ）とから、Ｈｋ（ｔ）＝ｈｋ＋１（ｔ）−ｈｋ（ｔ）として求められる。【００６７】  血管壁６４の組織Ｔｋの厚みの変化は、心拍による血圧の変化に応じて生じ、心周期におよそ同期して繰り返される。したがって、弾性特性も心周期に同期して一心拍毎の数値を求めることが好適である。一心周期内の厚み変化量Ｈｋ（ｔ）から最大値と最小値とを抽出し、最大値と最小値との差分を最大厚み変化量Δｈｋとする。また、血圧の最大値と最小値との差分を脈圧Δｐとする。対象組織の厚みの最大値をＨｍとしたとき、歪みＳｋおよび弾性特性χｋはそれぞれ次式で求めることができる。【００６８】  Ｓｋ＝Δｈｋ／Ｈｍ
χｋ＝Δｐ／Ｓｋ＝Δｐ・Ｈｍ／Δｈｋ【００６９】  測定対象位置Ｐｎの数やその間隔は、測定の目的や測定対象物である生体組織の特性に応じて任意に設定できる。また、上述の説明では、隣接する測定対象位置間の厚さ変化量や弾性特性を求める例を示しているが、厚さ変化量や弾性特性は、１つ以上の測定対象位置を挟む２点間の値を求めてもよい。この場合、その２点間の位置変位量は、その２点およびその間の測定対象位置の位置変位量の平均値を用いることが好ましい。【００７０】  厚さ変化量や弾性特性を求める範囲は、任意の２点で挟まれた１箇所でもかまわないが、本実施の形態で用いている超音波プローブ１３は、アレー状に配列された複数の超音波振動子を有しており、断層面内の任意の領域内すべての箇所の弾性特性を求めることが可能である。任意領域は、ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔの略）によって操作者が規定することができる。ＲＯＩは、操作者が弾性特性を求めたい領域を指定するための表示で、その大きさや位置を表示部２１上で確認しながら、超音波診断装置１１のインターフェース部（図示しない）を介して自由に設定することが可能である。【００７１】  フレーム演算部は、このようにして求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性をマッピングし、形状測定値または性状測定値の空間分布を示す心周期毎の空間分布フレームとして表示部２１へ出力する。空間分布フレームは１次元であってもよいし、２次元あるいは３次元であってもよい。図６（ａ）は、表示部２１上に示された血管壁４０とＲＯＩ４１とを模式的に示している。血管壁４０の画像はたとえば上述の演算とは別に受信信号を振幅強度に応じた輝度で変調することにより得られる。図６（ｂ）は、血管壁４０のＲＯＩ４１で規定される領域における弾性特性を示している。ＲＯＩ４１で規定される領域には、６行×５列にマッピングされたフレームデータｆ（ｋ）１１〜ｆ（ｋ）６５が配置され、フレームデータｆ（ｋ）１１〜ｆ（ｋ）６５が空間分布フレームＦｋを構成している。前述したようにフレームデータｆ（ｋ）１１〜ｆ（ｋ）６５は、生体組織の最大厚さ変化量などの形状測定値あるいは歪みや弾性特性などの性状特性値である。【００７２】  フレーム演算部３４は、空間分布フレームＦｋを演算データ記憶部２０へ出力し、記憶させる。また表示部２１へ出力する。表示部２１は受け取った空間分布フレームＦｋを表示する。図６（ｂ）ではたとえば、弾性特性をその値に応じた濃淡で示している。フレーム中の弾性特性の値に応じた配色を用いて弾性特性分布を二次元カラー画像としてもよい。【００７３】  前述したように生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性は心周期毎に求められるため、フレームデータｆ（ｋ）１１〜ｆ（ｋ）６５および空間分布フレームＦｋも心周期毎に更新される。【００７４】  フレーム演算部３４で演算された最大厚さ変化量、歪み、弾性特性等のデータは、記憶容量の許す範囲内で演算データ記憶部２０に記憶され、随時読み取ることが可能である。演算データ記憶部２０に例えばリングメモリ等の素子を用いれば、常に最新のデータを更新蓄積することができる。したがって、演算データ記憶部２０に記憶���れた各種データは、表示部２１に随時表示することもできる。【００７５】  差異演算部３３は、心周期毎の複数の空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、空間分布フレームを構成する各形状測定値または性状測定値の差異を求める。具体的には、最新の空間分布フレームＦｋをフレーム演算部３４または演算データ記憶部２０から受け取り、演算データ記憶部２０に記憶されていた直前の空間分布フレームＦｋ−１とにおいて、対応するフレームデータ間の差分の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を求め、これを差異ｄｋとする。つまり以下の式で示される演算を行う。【００７６】
【数１】
2006043528.tif 000002
【００７７】  求めた差異ｄｋは、演算データ記憶部２０へ出力され記憶される。また表示部２１に表示される。一心周期が経過すると、フレーム演算部３４は最新の空間分布フレームＦｋ＋１を演算し、差異演算部３３は最新フレームＦｋ＋１と直前の空間分布フレームＦｋとの間で差異ｄｋ＋１を求め、演算データ記憶部２０へ出力する。また表示部２１に差異ｄｋ＋１を表示する。このように新しい空間分布フレームＦｎが求められると、その都度直前の空間分布フレームＦｎ−１との間で差異ｄｎが求められる。差異ｄｎの値は、空間分布フレームＦｎともに心周期に同期して表示部２１に更新されて表示される。【００７８】  差異ｄｎは、連続する二枚のフレーム間の差分のＲＭＳであり、測定が安定しているほど小さくなる。すなわち、差異ｄｎは計測の安定性を示す評価値である。このため、超音波診断装置１１の操作者は、超音波プローブ１３を操作しながら表示されている差異ｄｎの値を確認し、測定安定化の参考とすることができる。【００７９】  差異ｄｎは数値以外の表示方法によって表示部２１に表示してもよい。たとえば、差異演算部３３において、さらに差異ｄｎの値の大きさに基づいて画像情報を生成し、その画像情報を表示してもよい。より具体的には差異ｄｎが大きい場合には振幅や周波数が大きい波形、あるいは、任意の形状を有する大きい図形の動画を作成し、差異ｄｎが小さい場合には振幅や周波数が小さい波形、あるいは、任意の形状を有する小さい図形の動画を作成する。このような動画を表示部２１に表示させる場合、差異ｄｎが小さくなるにつれて、動画で示される図形、あるいは、波形の振幅や周波数が小さくなって示される。したがって、操作者は表示部２１に数値が表示される場合に比べて直感的に差異ｄｎの変化を理解することが可能となる。【００８０】  このほか、図形や線画、文字などの輝度、色調、長さ、大きさ、個数、角度、形状などを差異ｄｎの大きさに応じた変化させてもよい。また、動画に限られず、静止画を差異ｄｎに応じて生成してもよい。【００８１】  また、差異演算部３３において、差異ｄｎの大きさに基づいて音声情報を生成し、生成した音声情報を超音波診断装置１１に設けたスピーカなどの電気的信号を音声に変換する音響変換器３１から出力してもよい。たとえば、差異ｄｎの値が大きい場合には周波数の高い音を生成し、差異ｄｎが小さい場合には周波数の低い音を生成してもよい。このような音声情報を音響変換器３１から出力する場合、差異ｄｎが小さくなるにつれて音響変換器３１から出力される音声の周波数は低下する。あるいは、音響変換器３１として圧電ブザーなどを用い、差異ｄｎの値に応じて断続的に出力されるブザー音の周期を変化させてもよい。【００８２】  差異ｄｎの値の変化が、直感的に理解しやすい画像情報として表示されたり、聴覚によって認識できる音声情報として出力されたりすることによって、超音波診断装置１１を用いた測定中、操作者がプローブの位置や、表示部に表示される弾性特性などの他の計測情報、被験者の状態など多くの状態など、他の多くの情報の把握に注意を集中させることが可能となる。【００８３】  なお、表示部２１に表示される空間分布フレーム内に形状測定値ま���は性状測定値を求める必要がない領域が含まれている場合には、差異演算部３３は、空間分布フレーム内の形状測定値または性状測定値を求めたい領域についてのみを抽出し、差異を求めてもよい。たとえば、図６（ａ）に示すようにＲＯＩ４１に血管壁４０以外の生体組織の領域が含まれており、血管壁４０のみの形状測定値または性状測定値を求めたい場合、空間分布フレーム中から血管壁に相当する領域のフレームデータだけを抽出して、血管壁組織における差異を求めてもよい。空間分布フレーム中から血管壁に相当する領域を抽出するには、たとえば音響インピーダンスの差を利用することができる。また、逆に、図６（ａ）に示すようにＲＯＩ４１に血管壁４０以外の生体組織の領域が含まれており、血管壁４０のみの形状測定値または性状測定値を求めたい場合、血管壁４０のみを含むようにＲＯＩ４１を修正してもよい。【００８４】  また、差異ｄｎはＲＭＳ以外に差分の平均値、差分の絶対値の平均値、差分の和、差分の絶対値の和、差分の分散、差分の標準偏差、差分の最大値と最小値との差などを用いて求めてもよい。これらの演算によって求められる差異ｄｎは、値が小さいほど、空間分布フレームの形状測定値または性状測定値の変化が小さく測定が安定していることを示す。しかし、値が大きいほど形状測定値または性状測定値の変化が小さいことを示す演算方法を採用してもよい。たとえば、これらの演算の結果得られる値の逆数を差異ｄｎとしてもよい。【００８５】  また、差異ｄｎを複数個用いて、測定の安定性を評価してもよい。フレーム演算部３４が最新の空間分布フレームＦｋを演算した後、差異演算部３３は一心周期前のフレームＦｋ−１からＮ−１心周期前のフレームＦｋ−（Ｎ−１）までの連続したＮ−１データを演算データ記憶部２０から読み出す。次に差異演算部３３は、最新フレームＦｋからフレームＦｋ−（Ｎ−１）までの連続したＮ個のデータにおいて、隣接するフレーム間にてフレームデータの差分のＲＭＳを求めて、これらを差異ｄｋ、ｄｋ−１、ｄｋ−２、・・・ｄｋ−（Ｎ−２）とする。そして差異演算部３３はこれらＮ−１個の差異の平均値を求めて、これを差異の特徴量Ｄｋとする。差異の特徴量Ｄｋは、演算データ記憶部２０へ記憶され、さらに表示部２１にて表示される。差異演算部３３は一心周期毎に、つまり、最新の空間分布フレームが更新されるたびにこれら動作を繰り返し行う。【００８６】  前述したように特徴量Ｄｋは数値としてそのまま表示部２１に表示してもよいし、特徴量Ｄｋの値の大きさに応じた図形や線画などの動画や静止画による画像情報として表示部２１に表示してもよい。また、特徴量Ｄｋの大きさに応じた音声情報を生成し、音声変換器３１から出力してもよい。【００８７】  特徴量Ｄｋを求めるために用いる差異ｄｎの個数Ｎの好ましい範囲は、操作者および被験者がどれだけの期間、安定な姿勢を維持できるかに依存する。たとえば、人体の頸動脈を測定する場合、Ｎは２〜６の範囲であることが好ましい。【００８８】  図７を参照してＮ＝５の場合を説明する。フレーム演算部３４が最新の空間分布フレームＦｋを演算した後、差異演算部３３は一心周期前のフレームＦｋ−１から四心周期前のフレームＦｋ−４までの連続した４データを演算データ記憶部２０から読み出す。次に差異演算部３３は、最新フレームＦｋからフレームＦｋ−４までの連続した５データにおいて、隣接するフレーム間にてフレームデータの差分のＲＭＳを求めて、これらを差異ｄｋ、ｄｋ−１、ｄｋ−２、ｄｋ−３とする。そして差異演算部３３はこれら４個の差異の平均値を求めて、これを差異の特徴量Ｄｋとする。図に示すように、一心周期前の空間分布フレームＦｋ−１が得られたときの特徴量Ｄｋ−１は差異ｄｋ−１、ｄｋ−２、ｄｋ−３、ｄｋ−４から求められる。このように最新の空間分布フレームが更新されるたびに特徴量Ｄｋも更新される。【００８９】  このようにして求められた差異の特徴量Ｄｎは、測定が安定しているほど小さくなる。すなわち、差異の特徴量Ｄｎも測定の安定性を示しており、本発明による超音波診断装置１１の操作者は、超音波プローブ１３を操作しながら表示されている差異の特徴量Ｄｎの値を確認し、測定安定化の参考とすることができる。このとき、差異ｄｎもあわせて表示部２１に表示してもよい。【００９０】  差異の特徴量Ｄｎは、複数個の差異ｄｎの平均値として求める以外に、差異の和、差異の分散、差異の標準偏差、差異のＲＭＳ、および差異の最大値と最小値との差などとして求めてもよい。差異ｄｎについて説明したように、これらの値も一般に小さいほうが変化が少ないことを示す。しかし、値が大きいほうが変化が小さいことを示すように演算を選んでもよい。【００９１】  また、特徴量を求めるために用いる差異は、隣接あるいは連続する２つの空間分布フレーム間から求めなくてもよい。たとえば、５つの連続した空間分布フレームＦｋ−４〜Ｆｋを用いて差異の特徴量を求め場合、ＦｋとＦｋ−１との差異ｄ’ｋ、ＦｋとＦｋ−２との差異ｄ’ｋ−１、ＦｋとＦｋ−３との差異ｄ’ｋ−２およびＦｋとＦｋ−４との差異ｄ’ｋ−３を求め、これら４つの差異ｄ’ｋ〜ｄ’ｋ−３の平均Ｄ’ｋを求めてもよい。【００９２】  なお、本実施形態では血管壁の弾性特性の二次元分布を求める場合を例示しているが、本発明の超音波診断装置は、心臓等の血管壁以外の循環器組織や、肝臓や乳房等の体組織も好適に測定できる。【００９３】  また、本実施形態では、形状測定値や性状測定値の二次元分布を測定し、心周期毎のフレームとして表示する超音波診断装置を説明したが、３Ｄメカニカルプローブなどを用いて形状測定値や性状測定値の三次元分布を測定し、心周期毎のフレームとして表示してもよい。【００９４】（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で詳細に説明した差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を行う超音波診断装置およびその制御方法を説明する。差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎの演算方法は第１の実施形態で説明した通りである。また、以下において、特に言及しない超音波診断装置の構成は第１の実施形態と同じである。【００９５】  図８は、差異ｄｎを用いて超音波診断装置１１を制御する一例を示すフローチャートである。差異演算部３３が求めた差異ｄｎと超音波診断装置１１の操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓとの比較結果に基づいて、空間分布フレームの表示を制御する方法を示している。以下で説明する手順は、たとえば、コンピュータに実行可能なプログラムあるいはファームウエアなどとして超音波診断装置１１に設けられたＲＯＭなどの記録媒体に記録されている。【００９６】  まず、測定を行う前に、操作者は差異の閾値ｄｓを定め、超音波診断装置１１に設定する（ステップＳ１）。具体的には、ｄｓは連続する二枚の空間分布フレーム間の差分のＲＭＳの閾値である。【００９７】  次に、操作者は超音波診断装置１１を操作し、第１の実施形態において詳細に説明したようにフレーム演算部３４に所望の箇所の形状測定値や性状測定値、たとえば、弾性特性の空間分布である空間分布フレームＦを演算させ、これを演算データ記憶部２０へ記憶させる（ステップＳ２）。ここで測定した空間分布フレームＦは、測定開始後、最初のフレームという意味でＦ０と示す。さらにフレーム演算部３４はフレームＦ０を表示部２１にて表示する（ステップＳ３）。【００９８】  次の心周期において、フレーム演算部３４はフレームＦ１を演算し、これを演算データ記憶部２０に記憶し（ステップＳ４）する。さらに演算データ記憶部２０に記憶されているフレームＦ０と演算したフレームＦ１とから、差異ｄ１を演算し、これを表示部２１にて表示する（ステップＳ５）。【００９９】  差異演算部３３は、差異ｄ１と閾値ｄｓとを比較し（ステップＳ６）、閾値ｄｓよりも演算した差異ｄ１が計測の安定性が高いことを示しているかどうかを判断する。具体的にはＲＭＳが閾値ｄｓよりも小さいか否かの判断を行う（ステップＳ７）。ここで差異ｄ１が閾値ｄｓよりも小さい場合、差異演算部３３はフレームＦ１を表示部１９に表示させ（ステップＳ８）、この心周期における動作を完了する。そしてステップＳ４へ戻り、ステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返し実行する。【０１００】  なお、ステップＳ７における閾値ｄｓとの比較は、差異ｄｎをどのように定義しているかによって、計測の安定性が高いと判断する基準は異なる。つまり、差異ｄｎの定義によっては、閾値ｄｓよりも差異ｄｎが大きくなった場合に計測の安定性が高くなる場合がある。【０１０１】  差異ｄ１が閾値ｄｓよりも大きい場合、演算部１９はこの心周期における動作を完了し、最新の空間分布フレームを表示させることなく、ステップ４へ戻り、ステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返し実行する。【０１０２】  操作者が測定を中断あるいは終了したい場合、操作者は超音波診断装置１１にフリーズ信号を入力することができる。フリーズ信号は、図８に示したどのステップにおい��も入力することが可能であり、超音波診断装置１１はフリーズ信号の入力を確認すると、すべての測定を中止する。表示部２１上には差異ｄが閾値ｄｓよりも安定していることを示しているフレームのなかで最後に得られたフレームＦと、このときの差異ｄとを表示する。このような動作を行うために、ステップＳ８においてフレームＦを表示し、かつフレームＦとこのときの差異ｄとを演算データ記憶部２０に記憶することが必要となる。【０１０３】  図９は、本実施形態の超音波診断装置において、心周期毎に求められた差異ｄｎを示すグラフである。横軸は計測開始から空間分布フレームが得られた回数、つまり計測開始からの心周期の回数を示している。計測開始直後は、被験者あるいは、超音波プローブ１３を保持する操作者の姿勢や呼吸状態が安定していないなどの理由により、差異ｄｎは大きいが、次第に差異ｄｎは小さくなってゆく。図９において、横軸上の数字に丸をつけて示すように、５〜８および１０心周期目に得られた差異ｄｎは、閾値ｄｓより小さい。超音波診断装置１１は、閾値ｄｓよりも小さい差異が得られたときの空間分布フレームを表示部２１に表示する。具体的には、計測開始後、４心周期までは表示部２１に空間分布フレームが表示されず、その後、５心周期目に初めて空間分布フレームＦ５が表示される。以降、８心周期まで心周期毎に空間分布フレームが更新される。９心周期目に得られる際ｄｎは閾値ｄｓよりも大きい。このため、９心周期目では、空間分布フレームの更新を行わず、空間分布フレームＦ８の表示を維持する。その後、１０心周期目で表示を更新し空間分布フレームＦ１０を表示する。【０１０４】  このように、本実施形態によれば、差異演算部３３が求めた差異ｄと操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓと比較し、閾値ｄｓよりも優れた差異ｄの場合のみフレームＦを表示する。このため、操作者はある一定の安定性を有する測定結果のみを選択的に見ることができ、より正確な診断を行うことが可能となる。【０１０５】  本実施の形態では差異ｄｎを用いた制御方法について詳細に説明したが、差異の特徴量Ｄｎを用いて設定した閾値Ｄｓと比較し、比較結果に基づいて空間分布フレームの表示を制御する超音波診断装置を実現できる。差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を制御する場合、図８のフローチャートにおいて、最初の差異の特徴量Ｄ４を求めるためにステップ２を５回繰り返して５個の差異を求め、ｄ０〜ｄ４を平均することによってＤ４を求める点が、差異ｄｎを用いた制御方法と異なっている。この場合、Ｄ４が得られるまでの５心周期においては、ステップ３を実行するたびにフレームＦｎを表示してもよく、表示しなくてもよい。測定が実施されていることを操作者に示すためには表示したほうが好ましい。【０１０６】  また、差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎを利用して測定の終了を制御してもよい。たとえば、閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓとして、十分計測が安定していることを示す値を設定し、差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎが閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓよりも計測の安定性が高いことを示しているかどうかを判断する。差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎが、閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓより計測が安定していることを示す値に達した場合、計測を終了し、最後に得られた空間分布フレームをプリントアウトしたり、記録媒体に記録を行う。この制御は、上述した空間分布フレームの表示の制御と組み合わせてもよい。空間分布フレームの表示も行う場合には、測定終了の制御に用いる閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓは、空間分布フレームの表示させるために閾値ｄｓまたはＤｓよりも計測の安定性が高いことを示す数値であることが好ましい。これにより、計測開始後空間分布フレームが表示され、安定性が高まった時点で自動的に測定を終了させることができる。【０１０７】（第３の実施形態）
本実施形態では、第２の実施形態と同様、第１の実施形態で詳細に説明した差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を行う超音波診断装置およびその制御方法を説明する。差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎの演算方法は第１の実施形態で説明した通りである。また、以下において、特に言及しない超音波診断装置の構成は第１の実施形態と同じである。【０１０８】  図１０は、差異ｄｎを用いて超音波診断装置１１を制御する一例を示すフローチャートである。差異演算部３３が求めた差異ｄｎと超音波診断装置１１の操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓとの比較結果に基づいて、空間分布フレームの表示を制御する方法を示している。【０１０９】  まず、操作者は超音波診断装置１１を操作し、第１の実施形態において詳細に説明したようにフレーム演算部３４に所望の箇所の形状測定値や性状測定値、たとえば、弾性特性の空間分布である空間分布フレームＦを演算させ、これを演算データ記憶部２０へ記憶させ、そして表示部２１にて表示する（ステップＳ２１）。ここで測定したフレームＦは、測定開始後最初の空間分布フレームという意味でＦ０と示す。【０１１０】  次の心周期において、フレーム演算部３４は空間分布フレームＦ１を演算し、演算データ記憶部２０へ記憶し、そして表示部２１にて表示する（ステップＳ２２）。フレーム演算部３４は、演算データ記憶部２０に記憶されている空間分布フレームＦ０と演算した空間分布フレームＦ１とから、差異ｄ１を演算してこれを表示部２１にて表示する（ステップＳ２３）。【０１１１】  差異演算部３３は、フレームＦ１と差異ｄ１とをこの時点での最良値Ｆｂｅｓｔとｄｂｅｓｔとしてそれぞれ記憶する（ステップＳ２４）。【０１１２】  次の心周期において、フレーム演算部３４はフレームＦ２を演算し、これを演算データ記憶部２０に記憶させる（ステップＳ２５）。さらに演算データ記憶部２０に記憶されているフレームＦ１と演算したフレームＦ２とから、差異ｄ２を演算してこれを表示部２１にて表示する（ステップＳ２６）。【０１１３】  差異演算部３４は、差異ｄ２と差異の最良値ｄｂｅｓｔとを比較し（ステップＳ２７）、最良値ｄｂｅｓｔよりも演算した差異ｄ２が計測の安定性が高いかどうか、具体的にはＲＭＳがｄｂｅｓｔよりも小さいか否かの判断を行う（ステップＳ２８）。ここで差異ｄ２がｄｂｅｓｔよりも計測の安定性が高い（小さい）場合、差異演算部３３はフレームＦ２と差異ｄ２とを新たな最良値Ｆｂｅｓｔとｄｂｅｓｔとしてそれぞれ記憶する（ステップＳ２９）。そしてフレームＦｂｅｓｔを表示部１９に表示させ（ステップＳ３０）、この心周期における動作を完了する。その後、ステップＳ２５へと戻り、ステップＳ２５から２８を繰り返し実行する。【０１１４】  差異ｄ２がｄｂｅｓｔよりも大きい場合、差異演算部３３はこの心周期における動作を完了し、最新の空間分布フレームを表示させることなく、ステップＳ２５へと戻り、ステップＳ２５から２８を繰り返し実行する。【０１１５】  図１１は、本実施形態の超音波診断装置において、心周期毎に求められた差異ｄｎを示すグラフである。図９と同様、横軸は計測開始から空間分布フレームが得られた回��、つまり計測開始からの心周期の回数を示している。計測開始直後は、被験者あるいは、超音波プローブ１３を保持する操作者の姿勢や呼吸状態が安定していないなどの理由により、差異ｄｎは大きいが、次第に差異ｄｎは小さくなってゆく。図１１において、横軸上の数字に丸をつけて示す心周期では、最良値Ｆｂｅｓｔとｄｂｅｓｔが更新される。このため、空間分布フレームが更新される。つまり、開始直後は、心周期毎に差異ｄｎが小さくなるため、心周期毎に空間分布フレームが更新される。やがて、計測が安定し、差異ｄｎがほぼ一定の値をとるようになると、差異ｄｎがさらに計測の安定性が高い値を示す場合のみ空間分布フレームが更新される。【０１１６】  このように本実施形態によれば、測定開始直後は頻繁に空間分布フレームを更新して表示するが、計測が安定してくると、最も安定したときの空間分布フレームを維持する。このため、計測が安定するにつれて表示部に表示される画像が見易くなり、また、安定性の高い測定結果を選択的に見ることができる。これにより、操作者はより正確な診断を行うことが可能となる。【０１１７】  本実施形態においても差異ｄｎの代わりに差異の特徴量Ｄｎを用いても同様な制御を行うことができる。差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を制御する場合、図１０のフローチャートにおいて、最初の差異の特徴量Ｄ４を求めるためにステップＳ２３を５回繰り返して５個の差異を求め、ｄ０〜ｄ４を平均することによってＤ４求める点が、差異ｄｎを用いた制御と異なっている。この場合、Ｄ４が得られるまでの５心周期においては、ステップＳ２３を実行するたびにフレームＦｎを表示してもよく、表示しなくてもよい。測定が実施されていることを操作者に示すためには表示したほうが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】  本発明の超音波診断装置は、血管壁、心臓等の血管壁以外の循環器組織や肝臓や乳房等の体組織など、生体組織の形状および性状特性を好適に測定できる。また、医師が生体組織の形状および性状特性を正確に診断することが可能な超音波診断装置として有用である。
【図１】
2006043528.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年11月15日(2006.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブを駆動する送信部と、
前記超音波送信波が前記生体組織において反射することにより得られ、前記超音波プローブにより受信する超音波反射波を増幅し、受信信号を生成する受信部と、
前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するフレーム演算部と、
前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求める差異演算部と、
前記形状測定値、性状測定値、および、差異のうち少なくともいずれか１つを記憶する記憶部と、
前記空間分布フレームを表示する表示部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記差異演算部は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記差異演算部は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記差異演算部は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記差異演算部は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記表示部は前記差異を表示する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記表示部は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記差異演算部は、前記差異に基づいて、画像情報を生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
音響変換器をさらに備え、
前記差異演算部は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
音響変換器をさらに備え、
前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記差異演算部は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、比較結果に基づいて、前記フレーム演算部は前記表示部に表示する空間分布フレームを更新する請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項１３】
前記差異演算部は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記表示部は特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項１４】
前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項１から１３のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１５】
前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項３から５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１６】
前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である請求項１から１５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１７】
前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である請求項１から１５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１８】
超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、
超音波プローブを用いて、超音波送信波を送信し、前記超音波送信波が生体組織において反射することにより得られる超音波反射波を受信し、受信信号を生成するステップ（ａ）と、
前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するステップ（ｂ）と、
前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求めるステップ（ｃ）と、
前記空間分布フレームを表示するステップ（ｄ）と、
を包含する超音波診断装置の制御方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｃ）は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める請求項２０に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｃ）は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する請求項１７に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２３】
前記差異を表示するステップ（ｅ１）をさらに包含する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２４】
前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示するステップ（ｅ２）をさらに包含する請求項２０に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２５】
前記ステップ（ｅ１）は、前記差異に基づいて画像情報を生成し、前記画像情報を表示する請求項２３に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２６】
前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ３）をさらに包含する請求項１８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２７】
前記ステップ（ｅ２）は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記画像情報を表示する請求項２４に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２８】
前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ４）をさらに包含する請求項８に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項２９】
前記ステップ（ｃ）は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、
前記ステップ（ｄ）は、前記比較結果に基づいて、表示する空間分布フレームを更新する請求項２２に記載の超音波診断装置の製造方法。
【請求項３０】
前記ステップ（ｃ）は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、
前記ステップ（ｄ）は、前記特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する請求項２２に記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３１】
前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項１８から３０のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３２】
前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである請求項２０から２６のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３３】
前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である請求項１８から３２のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【請求項３４】
前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である請求項１８から３２のいずれかに記載の超音波診断装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、生体内の組織の性状診断を行う超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。
【０００３】
心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。具体的には、動脈壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作られなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、硬く、脆くなる。そして、粥腫が形成された部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を早期に診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。
【０００４】
従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって行われていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、被験者への負荷が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験者に対して、その場所を特定するために用いられ、例えば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。
【０００５】
動脈硬化の一因であるコレステロール値を測定したり、血圧値を測定したりすることは、被験者への負担が少なく、容易に行うことのできる検査である。しかし、これらの値は、動脈硬化の度合いを直接示すものではない。
【０００６】
また、動脈硬化を早期に診断して、動脈硬化の治療薬を被験者に対して投与することができれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと、治療薬によって動脈硬化の進展を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に回復させることは難しいと言われている。
【０００７】
こうした理由から、被験者への負担が少なく、動脈硬化が進行する前に早期段階で診断する診断方法あるいは診断装置が求められている。
【０００８】
一方、被験者への負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置やＸ線診断装置が従来用いられている。超音波やＸ線を体外から照射することによって、被験者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報（運動情報）が得られると、測定対象物の性状情報を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性特性を求めることができ、動脈硬化の度合いを直接知ることが可能となる。
【０００９】
特に超音波診断は、Ｘ線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてるだけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点やＸ線被爆のおそれがない点で優れている。
【００１０】
また、近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。例えば、特許文献１に記載された技術を用いると、血管運動の振幅数ミクロンで数百Ｈｚまでの速い振動成分を高精度に計測できるため、血管壁の厚み変化や歪みを数ミクロンのオーダーで高精度な計測をすることが可能になると報告されている。
【００１１】
このような高精度な計測手法を用いることにより、動脈壁の弾性特性の二次元分布を詳細に測定することが可能となる。例えば非特許文献１では、頸動脈血管壁の弾性率の二次元分布の様子をＢモード断層像に重ねて表示した一例を示している。動脈壁の硬さ度合いは一様ではなく、ある分布を持って存在しており、動脈硬化症の診断においては、動脈の硬化度合いを示す特徴量である弾性率の局所的な分布を的確に把握することが重要なためである。
【特許文献１】特開平１０−５２２６号公報
【非特許文献１】Hiroshi Kanai et al,"Elasticity Imaging of Atheroma With Transcutaneous Ultrasound Preliminary Study", Circulation, Vol.107, p.3018-3021, 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
動脈等の循環器組織は、心臓の拍動にともなって変位や伸縮を繰り返している。したがって、超音波診断装置を用いて循環器組織の歪みや弾性特性を求める場合には、心臓の一心周期毎に一回の測定を行うことが好適であり、一心周期毎に歪み分布や弾性特性分布が得られる。しかしながら、得られた弾性特性は一心周期毎に異なっていることが多い。その理由として、心周期は厳密には一定の周期ではないこと、測定中に超音波プローブを操作する者や被験者が不要な動きをしてしまうこと、測定環境に応じて様々なノイズの影響を受けること等があげられる。このような要因により、得られた弾性特性は変動している可能性があり、測定結果が正しい数値であるのかどうか判断することは難しい。
【００１３】
以上に鑑み、本発明は、上述したような要因によって計測値が変動しているかどうかを評価することのできる超音波診断装置および超音波診断装置の制御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】
【００１４】
本発明の超音波診断装置は、生体の組織へ超音波送信波を送信するための超音波プローブを駆動する送信部と、前記超音波送信波が前記生体組織において反射することにより得られ、前記超音波プローブにより受信する超音波反射波を増幅し、受信信号を生成する受信部と、前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するフレーム演算部と、前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求める差異演算部と、前記形状測定値、性状測定値、および差異のうち少なくともいずれか１つを記憶する記憶部と、前記空間分布フレームを表示する表示部とを備える。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める。
【００１６】
ある好ましい実施形態において前記差異演算部は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める。
【００１８】
ある好ましい実施形態において前記差異演算部は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記表示部は前記差異を表示する。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記表示部は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示する。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異に基づいて、画像情報を生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、音響変換器をさらに備え、前記差異演算部は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記表示部は、前記画像情報を表示する。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置は、音響変換器をさらに備え、前記差異演算部は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音響変換器は、前記音声情報を出力する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、比較結果に基づいて、前記フレーム演算部は前記表示部に表示する空間分布フレームを更新する。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記差異演算部は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記表示部は特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。
【００２８】
ある好ましい実施形態において前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である。
【００３１】
本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波診断装置の制御部による超音波診断装置の制御方法であって、超音波プローブを用いて、超音波送信波を送信し、前記超音波送信波が生体組織において反射することにより得られる超音波反射波を受信し、受信信号を生成するステップ（ａ）と、前記受信信号から前記組織の形状測定値を求め、前記組織の形状測定値から前記生体の心周期毎の形状測定値および性状測定値の少なくともいずれか一方の空間分布を示す空間分布フレームを演算するステップ（ｂ）と、前記心周期毎に得られる複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の差異を求めるステップ（ｃ）と、前記空間分布フレームを表示するステップ（ｄ）とを包含する。
【００３２】
ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームと直前の空間分布フレームとの差異を求める。
【００３３】
ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、最新の空間分布フレームおよび直前の連続したＮ−１個の空間分布フレームからＮ−１個の差異を求め、Ｎ−１個の差異に基づいて、Ｎ個の空間分布フレームの変化の度合いを示す１個の特徴量をさらに演算する。
【００３４】
ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、時間軸上において連続する２つの空間分布フレーム間の差異を求める。
【００３５】
ある好ましい実施形態において前記ステップ（ｃ）は、前記心周期毎に前記特徴量を更新する。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異を表示するステップ（ｅ１）をさらに包含する。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方を表示するステップ（ｅ２）をさらに包含する。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｅ１）は、前記差異に基づいて画像情報を生成し、前記画像情報を表示する。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は、前記差異に基づいて音声情報を生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ３）をさらに包含する。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｅ２）は、前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて画像情報をそれぞれ生成し、前記画像情報を表示する。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、超音波診断装置の制御方法は前記差異および前記特徴量の少なくとも一方に基づいて音声情報をそれぞれ生成し、前記音声情報を音響変換器から出力するステップ（ｅ４）をさらに包含する。
【００４２】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｃ）は、前記差異または前記特徴量と所定の値とを比較し、前記ステップ（ｄ）は、前記比較結果に基づいて、表示する空間分布フレームを更新する。
【００４３】
ある好ましい実施形態において、前記ステップ（ｃ）は、空間分布フレームの変化が最も小さいことを示す差異または特徴量を特定し、前記ステップ（ｄ）は、前記特定された差異または特徴量が得られたときの空間分布フレームを表示する。
【００４４】
ある好ましい実施形態において、前記差異は、複数の前記空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間における、前記空間分布フレームを構成する形状測定値または性状測定値の平均値、絶対値の平均値、和、絶対値の和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。
【００４５】
ある好ましい実施形態において、前記特徴量は、Ｎ−１個の差異の平均値、和、分散、標準偏差、二乗平均平方根、および最大値と最小値との差のうちの少なくともいずれかひとつである。
【００４６】
ある好ましい実施形態において、前記形状測定値は、生体組織の最大厚さ変化量である。
【００４７】
ある好ましい実施形態において、前記性状測定値は、生体組織の歪みおよび弾性特性の少なくともいずれか一方である。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、超音波を用いて得られた生体組織内の任意領域における位置情報や運動情報から求められる最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性等のフレーム間の差異を演算する。この差異は、フレームを構成するデータの変化の度合いを示す。あるいは、複数の差異を求め、さらにフレームの変化の度合いを示す特徴量を生成する。これにより、差異または特徴量から計測の安定性を判断することができ、正確な生体組織の形状あるいは性状特性を測定することができる。また、差異または特徴量を利用して形状あるいは性状特性を表示させることにより、測定結果の信頼性を向上させ、また、測定結果を見易く表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明の超音波診断装置は測定対象物である生体組織の各部の形状測定値である最大厚さ変化量や、性状測定値である歪みや弾性特性を演算し、その二次元分布を心周期毎のフレームとして求める。以下、血管壁の弾性特性の二次元分布を求める場合を例にとり、本発明の超音波診断装置に関して説明する。
【００５０】
（第１の実施形態）
以下、本発明による超音波診断装置の第１の実施形態を説明する。
【００５１】
図１は、本実施形態の超音波診断装置１１を用いて血管壁組織の性状診断を行うための構成を示すブロック図である。超音波診断装置１１に接続された超音波プローブ１３は被験者の体表２に密着するよう設置され、血管外組織１の内部へ超音波を送信する。送信された超音波は血管３や血液５にて反射、散乱し、その一部が超音波プローブ１３へ戻り、エコー（超音波反射波）として受信される。超音波診断装置１１は、受信信号の解析、演算を行い、血管前壁４の形状情報や運動情報を求める。また、超音波診断装置１１には血圧計１２が接続されており、血圧計１２が測定した被験者の血圧データは超音波診断装置１１へと入力される。超音波診断装置１１は、例えば特許文献１に開示されている方法にしたがって、検波信号の振幅および位相の両方を用い、制約付最小二乗法によって対象の瞬時の位置を決定する。高精度な（位置変化量の測定精度は±０．２ミクロン）位相トラッキングを行うことにより、血管前壁４における微小部位の厚みや厚み変化量の時間変化の様子を十分な精度で測定することができる。さらに、血圧計１２から得た血圧データを用いることで、血管前壁４における微小部位の弾性特性を求めることができる。また、超音波診断装置１１には心電計２２が接続されており、心電計２２が測定した心電波形は超音波診断装置１１へと入力され、データ取得やデータリセットのタイミングを決定するトリガ信号として使用される。心電計２２は他の生体信号検出手段である心音計や脈波計と置き換えることも可能であり、心電波形の替わりに心音波形や脈波波形をトリガ信号として用いることも可能である。
【００５２】
以下、超音波診断装置１１の構成および動作を詳細に説明する。図２は、超音波診断装置１１の構成を示すブロック図である。超音波診断装置１１は、送信部１４、受信部１５、遅延時間制御部１６、位相検波部１７、フィルタ部１８、演算部１９、演算データ記憶部２０および表示部２１を備えている。また、これら各部を制御するために、マイクロコンピュータなどを含む制御部３０をさらに備えている。
【００５３】
送信部１４は、所定の駆動パルス信号を生成し、超音波プローブ１３に出力する。駆動パルス信号により超音波プローブ１３から送信される超音波送信波は、血管３等の生体組織において反射、散乱し、生じた超音波反射波が超音波プローブ１３で受信される。超音波を発生させる駆動パルスの周波数は、時間軸上で隣接している前後の超音波パルスが重ならないように、測定対象の深さと超音波の音速とを考慮して決定される。
【００５４】
受信部１５は超音波プローブ１３を用いて超音波反射波を受信する。受信部１５はＡ／Ｄ変換部を含み、超音波反射波を増幅して受信信号を生成し、さらにデジタル信号に変換する。送信部１４および受信部１５は電子部品などを用いて構成される。
【００５５】
遅延時間制御部１６は送信部１４および受信部１５に接続されており、送信部１４から超音波プローブ１３の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制御する。これにより、超音波プローブ１３から送信される超音波送信波の超音波ビームの音響線の方向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ１３によって受信され、受信部１５によって増幅された受信信号の遅延時間を制御することにより、開口径を変化させたり、焦点位置を変化させたりすることができる。遅延時間制御部１６の出力は位相検波部１７に入力される。
【００５６】
位相検波部１７は、遅延時間制御部１６で遅延制御された受信信号を位相検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号はフィルタ部１８に入力される。フィルタ部１８は、高周波成分、測定対象以外からの反射成分およびノイズ成分等を除去する。位相検波部１７およびフィルタ部１８はソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。
【００５７】
位相検波された受信信号の実部信号および虚部信号は、演算部１９へ入力される。図３は演算部１９の構成を詳細に示すブロック図である。演算部１９は、形状測定値演算部３１、性状測定値演算部３２および差異演算部３３を含む。形状測定値演算部３１および性状測定値演算部３２はフレーム演算部３４を構成している。演算部１９は、ソフトウエアによってもハードウエアによっても構成することができる。
【００５８】
形状測定値演算部３１は、受信信号の実部信号および虚部信号に基づいて、複数の測定対象位置における生体組織の運動速度を求め、運動速度を積分することによって、位置変位量（位置の時間変位量）を求める。求めた位置変位量から各測定対象位置間における生体組織の厚さ変化量（伸縮量）を求める。また、心電計２２から一心周期に関する情報を受け取り、一心周期における厚さ変化量の最大値と最小値との差分である最大厚さ変化量と厚さの最大値を求める。
【００５９】
性状測定値演算部３２は、最大厚さ変化量と厚さの最大値を受け取り、生体組織の歪みを求める。さらに血圧計１２から得られる血圧データを用いて、各測定対象位置間の組織の弾性特性を求める。
【００６０】
このようにして求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性は、計測領域に対応してマッピングされ、形状測定値または性状測定値の空間分布を示す心周期毎の空間分布フレームとして表示部２１へ出力される。
【００６１】
図４および図５を参照して、フレーム演算部３４におけるこれらの演算をさらに詳しく説明する。図４は、生体６０を伝播する超音波ビーム６７を模式的に示しており、図では血管壁６４および血管以外の生体組織６２が示されている。生体６０の表面に配置された超音波プローブ１３から送信した超音波送信波は、生体６０中を進行する。超音波送信波は、ある有限の幅を持つ超音波ビーム６７として生体６０中を伝播し、その過程において生体組織６２および血管壁６４によって反射または散乱した超音波の一部が超音波プローブ１３へ戻り、超音波反射波として受信される。超音波反射波は時系列信号ｒ（ｔ）として検出され、超音波プローブ１３に近い組織から得られる反射の時系列信号ほど、時間軸上で原点近くに位置する。超音波ビーム６７の幅（ビーム径）は、遅延時間を変化させることにより制御することができる。
【００６２】
超音波ビームの中心軸である音響線６６上に位置する血管壁６２中の複数の測定対象位置Ｐｎ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐｋ・・・Ｐｎ、ｎは３以上の自然数）は、ある一定間隔Ｌで超音波プローブ１３に近い順にＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐｋ・・・Ｐｎと配列している。生体６０の表面を原点とする深さ方向の座標をＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚｋ、・・・Ｚｎとすると、測定対象位置Ｐｋからの反射は、時間軸上でｔｋ＝２Ｚｋ／ｃに位置することになる。ここでｃは生体内での超音波の音速を示す。反射波信号ｒ（ｔ）を位相検波部１７において位相検波し、検波した信号を実部信号および虚部信号に分離してフィルタ部１８を通過させる。演算部１０の形状測定値演算部３１では、反射波信号ｒ（ｔ）と微小時間Δｔ後の反射波信号ｒ（ｔ＋Δｔ）において振幅は変化せず、位相および反射位置のみが変化するという制約のもとで、反射波信号ｒ（ｔ）とｒ（ｔ＋Δｔ）との波形の整合誤差が最小となるよう最小二乗法によって位相差を求める。この位相差から、測定対象位置Ｐｎの運動速度Ｖｎ（ｔ）が求められ、さらにこれを積分することにより、位置変位量ｄｎ（ｔ）を求めることができる。
【００６３】
図６は、測定対象位置Ｐｎと弾性率演算の対象組織Ｔｎとの関係を示している。対象組織Ｔｋは、隣接する測定対象位置ＰｋとＰｋ＋１とに挟まれた範囲に厚みＬを有して位置している。ｎ個の測定対象位置Ｐ１・・・・Ｐｎからは（ｎ−１）個の対象組織Ｔ１・・・・Ｔｎ−１を設けることができる。
【００６４】
対象組織Ｔｋの伸縮量である厚み変化量Ｈｋ（ｔ）は、測定対象位置ＰｋとＰｋ＋１の位置変位量ｈｋ（ｔ）とｈｋ＋１（ｔ）とから、Ｈｋ（ｔ）＝ｈｋ＋１（ｔ）−ｈｋ（ｔ）として求められる。
【００６５】
血管壁６４の組織Ｔｋの厚みの変化は、心拍による血圧の変化に応じて生じ、心周期におよそ同期して繰り返される。したがって、弾性特性も心周期に同期して一心拍毎の数値を求めることが好適である。一心周期内の厚み変化量Ｈｋ（ｔ）から最大値と最小値とを抽出し、最大値と最小値との差分を最大厚み変化量Δｈｋとする。また、血圧の最大値と最小値との差分を脈圧Δｐとする。対象組織の厚みの最大値をＨｍとしたとき、歪みＳｋおよび弾性特性χｋはそれぞれ次式で求めることができる。
【００６６】
Ｓｋ＝Δｈｋ／Ｈｍ
χｋ＝Δｐ／Ｓｋ＝Δｐ・Ｈｍ／Δｈｋ
【００６７】
測定対象位置Ｐｎの数やその間隔は、測定の目的や測定対象物である生体組織の特性に応じて任意に設定できる。また、上述の説明では、隣接する測定対象位置間の厚さ変化量や弾性特性を求める例を示しているが、厚さ変化量や弾性特性は、１つ以上の測定対象位置を挟む２点間の値を求めてもよい。この場合、その２点間の位置変位量は、その２点およびその間の測定対象位置の位置変位量の平均値を用いることが好ましい。
【００６８】
厚さ変化量や弾性特性を求める範囲は、任意の２点で挟まれた１箇所でもかまわないが、本実施の形態で用いている超音波プローブ１３は、アレー状に配列された複数の超音波振動子を有しており、断層面内の任意の領域内すべての箇所の弾性特性を求めることが可能である。任意領域は、ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔの略）によって操作者が規定することができる。ＲＯＩは、操作者が弾性特性を求めたい領域を指定するための表示で、その大きさや位置を表示部２１上で確認しながら、超音波診断装置１１のインターフェース部（図示しない）を介して自由に設定することが可能である。
【００６９】
フレーム演算部は、このようにして求められた生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性をマッピングし、形状測定値または性状測定値の空間分布を示す心周期毎の空間分布フレームとして表示部２１へ出力する。空間分布フレームは１次元であってもよいし、２次元あるいは３次元であってもよい。図６（ａ）は、表示部２１上に示された血管壁４０とＲＯＩ４１とを模式的に示している。血管壁４０の画像はたとえば上述の演算とは別に受信信号を振幅強度に応じた輝度で変調することにより得られる。図６（ｂ）は、血管壁４０のＲＯＩ４１で規定される領域における弾性特性を示している。ＲＯＩ４１で規定される領域には、６行×５列にマッピングされたフレームデータｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65が配置され、フレームデータｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65が空間分布フレームＦｋを構成している。前述したようにフレームデータｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65は、生体組織の最大厚さ変化量などの形状測定値あるいは歪みや弾性特性などの性状特性値である。
【００７０】
フレーム演算部３４は、空間分布フレームＦｋを演算データ記憶部２０へ出力し、記憶させる。また表示部２１へ出力する。表示部２１は受け取った空間分布フレームＦｋを表示する。図６（ｂ）ではたとえば、弾性特性をその値に応じた濃淡で示している。フレーム中の弾性特性の値に応じた配色を用いて弾性特性分布を二次元カラー画像としてもよい。
【００７１】
前述したように生体組織の最大厚さ変化量、歪み、あるいは弾性特性は心周期毎に求められるため、フレームデータｆ（ｋ）11〜ｆ（ｋ）65および空間分布フレームＦｋも心周期毎に更新される。
【００７２】
フレーム演算部３４で演算された最大厚さ変化量、歪み、弾性特性等のデータは、記憶容量の許す範囲内で演算データ記憶部２０に記憶され、随時読み取ることが可能である。演算データ記憶部２０に例えばリングメモリ等の素子を用いれば、常に最新のデータを更新蓄積することができる。したがって、演算データ記憶部２０に記憶された各種データは、表示部２１に随時表示することもできる。
【００７３】
差異演算部３３は、心周期毎の複数の空間分布フレームから選ばれる２つの空間分布フレーム間において、空間分布フレームを構成する各形状測定値または性状測定値の差異を求める。具体的には、最新の空間分布フレームＦｋをフレーム演算部３４または演算データ記憶部２０から受け取り、演算データ記憶部２０に記憶されていた直前の空間分布フレームＦｋ−１とにおいて、対応するフレームデータ間の差分の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を求め、これを差異ｄｋとする。つまり以下の式で示される演算を行う。
【００７４】
【数１】
2006043528.tif 000014
【００７５】
求めた差異ｄｋは、演算データ記憶部２０へ出力され記憶される。また表示部２１に表示される。一心周期が経過すると、フレーム演算部３４は最新の空間分布フレームＦｋ＋１を演算し、差異演算部３３は最新フレームＦｋ＋１と直前の空間分布フレームＦｋとの間で差異ｄｋ＋１を求め、演算データ記憶部２０へ出力する。また表示部２１に差異ｄｋ＋１を表示する。このように新しい空間分布フレームＦｎが求められると、その都度直前の空間分布フレームＦｎ−１との間で差異ｄｎが求められる。差異ｄｎの値は、空間分布フレームＦｎともに心周期に同期して表示部２１に更新されて表示される。
【００７６】
差異ｄｎは、連続する二枚のフレーム間の差分のＲＭＳであり、測定が安定しているほど小さくなる。すなわち、差異ｄｎは計測の安定性を示す評価値である。このため、超音波診断装置１１の操作者は、超音波プローブ１３を操作しながら表示されている差異ｄｎの値を確認し、測定安定化の参考とすることができる。
【００７７】
差異ｄｎは数値以外の表示方法によって表示部２１に表示してもよい。たとえば、差異演算部３３において、さらに差異ｄｎの値の大きさに基づいて画像情報を生成し、その画像情報を表示してもよい。より具体的には差異ｄｎが大きい場合には振幅や周波数が大きい波形、あるいは、任意の形状を有する大きい図形の動画を作成し、差異ｄｎが小さい場合には振幅や周波数が小さい波形、あるいは、任意の形状を有する小さい図形の動画を作成する。このような動画を表示部２１に表示させる場合、差異ｄｎが小さくなるにつれて、動画で示される図形、あるいは、波形の振幅や周波数が小さくなって示される。したがって、操作者は表示部２１に数値が表示される場合に比べて直感的に差異ｄｎの変化を理解することが可能となる。
【００７８】
このほか、図形や線画、文字などの輝度、色調、長さ、大きさ、個数、角度、形状などを差異ｄｎの大きさに応じた変化させてもよい。また、動画に限られず、静止画を差異ｄｎに応じて生成してもよい。
【００７９】
また、差異演算部３３において、差異ｄｎの大きさに基づいて音声情報を生成し、生成した音声情報を超音波診断装置１１に設けたスピーカなどの電気的信号を音声に変換する音響変換器３１から出力してもよい。たとえば、差異ｄｎの値が大きい場合には周波数の高い音を生成し、差異ｄｎが小さい場合には周波数の低い音を生成してもよい。このような音声情報を音響変換器３１から出力する場合、差異ｄｎが小さくなるにつれて音響変換器３１から出力される音声の周波数は低下する。あるいは、音響変換器３１として圧電ブザーなどを用い、差異ｄｎの値に応じて断続的に出力されるブザー音の周期を変化させてもよい。
【００８０】
差異ｄｎの値の変化が、直感的に理解しやすい画像情報として表示されたり、聴覚によって認識できる音声情報として出力されたりすることによって、超音波診断装置１１を用いた測定中、操作者がプローブの位置や、表示部に表示される弾性特性などの他の計測情報、被験者の状態など多くの状態など、他の多くの情報の把握に注意を集中させることが可能となる。
【００８１】
なお、表示部２１に表示される空間分布フレーム内に形状測定値または性状測定値を求める必要がない領域が含まれている場合には、差異演算部３３は、空間分布フレーム内の形状測定値または性状測定値を求めたい領域についてのみを抽出し、差異を求めてもよい。たとえば、図６（ａ）に示すようにＲＯＩ４１に血管壁４０以外の生体組織の領域が含まれており、血管壁４０のみの形状測定値または性状測定値を求めたい場合、空間分布フレーム中から血管壁に相当する領域のフレームデータだけを抽出して、血管壁組織における差異を求めてもよい。空間分布フレーム中から血管壁に相当する領域を抽出するには、たとえば音響インピーダンスの差を利用することができる。また、逆に、図６（ａ）に示すようにＲＯＩ４１に血管壁４０以外の生体組織の領域が含まれており、血管壁４０のみの形状測定値または性状測定値を求めたい場合、血管壁４０のみを含むようにＲＯＩ４１を修正してもよい。
【００８２】
また、差異ｄｎはＲＭＳ以外に差分の平均値、差分の絶対値の平均値、差分の和、差分の絶対値の和、差分の分散、差分の標準偏差、差分の最大値と最小値との差などを用いて求めてもよい。これらの演算によって求められる差異ｄｎは、値が小さいほど、空間分布フレームの形状測定値または性状測定値の変化が小さく測定が安定していることを示す。しかし、値が大きいほど形状測定値または性状測定値の変化が小さいことを示す演算方法を採用してもよい。たとえば、これらの演算の結果得られる値の逆数を差異ｄｎとしてもよい。
【００８３】
また、差異ｄｎを複数個用いて、測定の安定性を評価してもよい。フレーム演算部３４が最新の空間分布フレームＦｋを演算した後、差異演算部３３は一心周期前のフレームＦｋ−１からＮ−１心周期前のフレームＦｋ−（Ｎ−１）までの連続したＮ−１データを演算データ記憶部２０から読み出す。次に差異演算部３３は、最新フレームＦｋからフレームＦｋ−（Ｎ−１）までの連続したＮ個のデータにおいて、隣接するフレーム間にてフレームデータの差分のＲＭＳを求めて、これらを差異ｄｋ、ｄｋ−１、ｄｋ−２、・・・ｄｋ−（Ｎ−２）とする。そして差異演算部３３はこれらＮ−１個の差異の平均値を求めて、これを差異の特徴量Ｄｋとする。差異の特徴量Ｄｋは、演算データ記憶部２０へ記憶され、さらに表示部２１にて表示される。差異演算部３３は一心周期毎に、つまり、最新の空間分布フレームが更新されるたびにこれら動作を繰り返し行う。
【００８４】
前述したように特徴量Ｄｋは数値としてそのまま表示部２１に表示してもよいし、特徴量Ｄｋの値の大きさに応じた図形や線画などの動画や静止画による画像情報として表示部２１に表示してもよい。また、特徴量Ｄｋの大きさに応じた音声情報を生成し、音声変換器３１から出力してもよい。
【００８５】
特徴量Ｄｋを求めるために用いる差異ｄｎの個数Ｎの好ましい範囲は、操作者および被験者がどれだけの期間、安定な姿勢を維持できるかに依存する。たとえば、人体の頸動脈を測定する場合、Ｎは２〜６の範囲であることが好ましい。
【００８６】
図７を参照してＮ＝５の場合を説明する。フレーム演算部３４が最新の空間分布フレームＦｋを演算した後、差異演算部３３は一心周期前のフレームＦｋ−１から四心周期前のフレームＦｋ−４までの連続した４データを演算データ記憶部２０から読み出す。次に差異演算部３３は、最新フレームＦｋからフレームＦｋ−４までの連続した５データにおいて、隣接するフレーム間にてフレームデータの差分のＲＭＳを求めて、これらを差異ｄｋ、ｄｋ−１、ｄｋ−２、ｄｋ−３とする。そして差異演算部３３はこれら４個の差異の平均値を求めて、これを差異の特徴量Ｄｋとする。図に示すように、一心周期前の空間分布フレームＦｋ−１が得られたときの特徴量Ｄｋ−１は差異ｄｋ−１、ｄｋ−２、ｄｋ−３、ｄｋ−４から求められる。このように最新の空間分布フレームが更新されるたびに特徴量Ｄｋも更新される。
【００８７】
このようにして求められた差異の特徴量Ｄｎは、測定が安定しているほど小さくなる。すなわち、差異の特徴量Ｄｎも測定の安定性を示しており、本発明による超音波診断装置１１の操作者は、超音波プローブ１３を操作しながら表示されている差異の特徴量Ｄｎの値を確認し、測定安定化の参考とすることができる。このとき、差異ｄｎもあわせて表示部２１に表示してもよい。
【００８８】
差異の特徴量Ｄｎは、複数個の差異ｄｎの平均値として求める以外に、差異の和、差異の分散、差異の標準偏差、差異のＲＭＳ、および差異の最大値と最小値との差などとして求めてもよい。差異ｄｎについて説明したように、これらの値も一般に小さいほうが変化が少ないことを示す。しかし、値が大きいほうが変化が小さいことを示すように演算を選んでもよい。
【００８９】
また、特徴量を求めるために用いる差異は、隣接あるいは連続する２つの空間分布フレーム間から求めなくてもよい。たとえば、５つの連続した空間分布フレームＦｋ−４〜Ｆｋを用いて差異の特徴量を求め場合、ＦｋとＦｋ−１との差異ｄ’ｋ、ＦｋとＦｋ−２との差異ｄ’ｋ−１、ＦｋとＦｋ−３との差異ｄ’ｋ−２およびＦｋとＦｋ−４との差異ｄ’ｋ−３を求め、これら４つの差異ｄ’ｋ〜ｄ’ｋ−３の平均Ｄ’ｋを求めてもよい。
【００９０】
なお、本実施形態では血管壁の弾性特性の二次元分布を求める場合を例示しているが、本発明の超音波診断装置は、心臓等の血管壁以外の循環器組織や、肝臓や乳房等の体組織も好適に測定できる。
【００９１】
また、本実施形態では、形状測定値や性状測定値の二次元分布を測定し、心周期毎のフレームとして表示する超音波診断装置を説明したが、３Ｄメカニカルプローブなどを用いて形状測定値や性状測定値の三次元分布を測定し、心周期毎のフレームとして表示してもよい。
【００９２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で詳細に説明した差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を行う超音波診断装置およびその制御方法を説明する。差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎの演算方法は第１の実施形態で説明した通りである。また、以下において、特に言及しない超音波診断装置の構成は第１の実施形態と同じである。
【００９３】
図８は、差異ｄｎを用いて超音波診断装置１１を制御する一例を示すフローチャートである。差異演算部３３が求めた差異ｄｎと超音波診断装置１１の操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓとの比較結果に基づいて、空間分布フレームの表示を制御する方法を示している。以下で説明する手順は、たとえば、コンピュータに実行可能なプログラムあるいはファームウエアなどとして超音波診断装置１１に設けられたＲＯＭなどの記録媒体に記録されている。
【００９４】
まず、測定を行う前に、操作者は差異の閾値ｄｓを定め、超音波診断装置１１に設定する（ステップＳ１）。具体的には、ｄｓは連続する二枚の空間分布フレーム間の差分のＲＭＳの閾値である。
【００９５】
次に、操作者は超音波診断装置１１を操作し、第１の実施形態において詳細に説明したようにフレーム演算部３４に所望の箇所の形状測定値や性状測定値、たとえば、弾性特性の空間分布である空間分布フレームＦを演算させ、これを演算データ記憶部２０へ記憶させる（ステップＳ２）。ここで測定した空間分布フレームＦは、測定開始後、最初のフレームという意味でＦ０と示す。さらにフレーム演算部３４はフレームＦ０を表示部２１にて表示する（ステップＳ３）。
【００９６】
次の心周期において、フレーム演算部３４はフレームＦ１を演算し、これを演算データ記憶部２０に記憶し（ステップＳ４）する。さらに演算データ記憶部２０に記憶されているフレームＦ０と演算したフレームＦ１とから、差異ｄ１を演算し、これを表示部２１にて表示する（ステップＳ５）。
【００９７】
差異演算部３３は、差異ｄ１と閾値ｄｓとを比較し（ステップＳ６）、閾値ｄｓよりも演算した差異ｄ１が計測の安定性が高いことを示しているかどうかを判断する。具体的にはＲＭＳが閾値ｄｓよりも小さいか否かの判断を行う（ステップＳ７）。ここで差異ｄ１が閾値ｄｓよりも小さい場合、差異演算部３３はフレームＦ１を表示部１９に表示させ（ステップＳ８）、この心周期における動作を完了する。そしてステップＳ４へ戻り、ステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返し実行する。
【００９８】
なお、ステップＳ７における閾値ｄｓとの比較は、差異ｄｎをどのように定義しているかによって、計測の安定性が高いと判断する基準は異なる。つまり、差異ｄｎの定義によっては、閾値ｄｓよりも差異ｄｎが大きくなった場合に計測の安定性が高くなる場合がある。
【００９９】
差異ｄ１が閾値ｄｓよりも大きい場合、演算部１９はこの心周期における動作を完了し、最新の空間分布フレームを表示させることなく、ステップ４へ戻り、ステップＳ４〜ステップＳ７を繰り返し実行する。
【０１００】
操作者が測定を中断あるいは終了したい場合、操作者は超音波診断装置１１にフリーズ信号を入力することができる。フリーズ信号は、図８に示したどのステップにおいても入力することが可能であり、超音波診断装置１１はフリーズ信号の入力を確認すると、すべての測定を中止する。表示部２１上には差異ｄが閾値ｄｓよりも安定していることを示しているフレームのなかで最後に得られたフレームＦと、このときの差異ｄとを表示する。このような動作を行うために、ステップＳ８においてフレームＦを表示し、かつフレームＦとこのときの差異ｄとを演算データ記憶部２０に記憶することが必要となる。
【０１０１】
図９は、本実施形態の超音波診断装置において、心周期毎に求められた差異ｄｎを示すグラフである。横軸は計測開始から空間分布フレームが得られた回数、つまり計測開始からの心周期の回数を示している。計測開始直後は、被験者あるいは、超音波プローブ１３を保持する操作者の姿勢や呼吸状態が安定していないなどの理由により、差異ｄｎは大きいが、次第に差異ｄｎは小さくなってゆく。図９において、横軸上の数字に丸をつけて示すように、５〜８および１０心周期目に得られた差異ｄｎは、閾値ｄｓより小さい。超音波診断装置１１は、閾値ｄｓよりも小さい差異が得られたときの空間分布フレームを表示部２１に表示する。具体的には、計測開始後、４心周期までは表示部２１に空間分布フレームが表示されず、その後、５心周期目に初めて空間分布フレームＦ５が表示される。以降、８心周期まで心周期毎に空間分布フレームが更新される。９心周期目に得られる際ｄｎは閾値ｄｓよりも大きい。このため、９心周期目では、空間分布フレームの更新を行わず、空間分布フレームＦ８の表示を維持する。その後、１０心周期目で表示を更新し空間分布フレームＦ１０を表示する。
【０１０２】
このように、本実施形態によれば、差異演算部３３が求めた差異ｄと操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓと比較し、閾値ｄｓよりも優れた差異ｄの場合のみフレームＦを表示する。このため、操作者はある一定の安定性を有する測定結果のみを選択的に見ることができ、より正確な診断を行うことが可能となる。
【０１０３】
本実施の形態では差異ｄｎを用いた制御方法について詳細に説明したが、差異の特徴量Ｄｎを用いて設定した閾値Ｄｓと比較し、比較結果に基づいて空間分布フレームの表示を制御する超音波診断装置を実現できる。差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を制御する場合、図８のフローチャートにおいて、最初の差異の特徴量Ｄ４を求めるためにステップ２を５回繰り返して５個の差異を求め、ｄ０〜ｄ４を平均することによってＤ４を求める点が、差異ｄｎを用いた制御方法と異なっている。この場合、Ｄ４が得られるまでの５心周期においては、ステップ３を実行するたびにフレームＦｎを表示してもよく、表示しなくてもよい。測定が実施されていることを操作者に示すためには表示したほうが好ましい。
【０１０４】
また、差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎを利用して測定の終了を制御してもよい。たとえば、閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓとして、十分計測が安定していることを示す値を設定し、差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎが閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓよりも計測の安定性が高いことを示しているかどうかを判断する。差異ｄｎまたは差異の特徴量Ｄｎが、閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓより計測が安定していることを示す値に達した場合、計測を終了し、最後に得られた空間分布フレームをプリントアウトしたり、記録媒体に記録を行う。この制御は、上述した空間分布フレームの表示の制御と組み合わせてもよい。空間分布フレームの表示も行う場合には、測定終了の制御に用いる閾値ｄ’’ｓまたはＤ’’ｓは、空間分布フレームの表示させるために閾値ｄｓまたはＤｓよりも計測の安定性が高いことを示す数値であることが好ましい。これにより、計測開始後空間分布フレームが表示され、安定性が高まった時点で自動的に測定を終了させることができる。
【０１０５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第２の実施形態と同様、第１の実施形態で詳細に説明した差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を行う超音波診断装置およびその制御方法を説明する。差異ｄｎあるいは差異の特徴量Ｄｎの演算方法は第１の実施形態で説明した通りである。また、以下において、特に言及しない超音波診断装置の構成は第１の実施形態と同じである。
【０１０６】
図１０は、差異ｄｎを用いて超音波診断装置１１を制御する一例を示すフローチャートである。差異演算部３３が求めた差異ｄｎと超音波診断装置１１の操作者が予め設定した差異の閾値ｄｓとの比較結果に基づいて、空間分布フレームの表示を制御する方法を示している。
【０１０７】
まず、操作者は超音波診断装置１１を操作し、第１の実施形態において詳細に説明したようにフレーム演算部３４に所望の箇所の形状測定値や性状測定値、たとえば、弾性特性の空間分布である空間分布フレームＦを演算させ、これを演算データ記憶部２０へ記憶させ、そして表示部２１にて表示する（ステップＳ２１）。ここで測定したフレームＦは、測定開始後最初の空間分布フレームという意味でＦ０と示す。
【０１０８】
次の心周期において、フレーム演算部３４は空間分布フレームＦ１を演算し、演算データ記憶部２０へ記憶し、そして表示部２１にて表示する（ステップＳ２２）。フレーム演算部３４は、演算データ記憶部２０に記憶されている空間分布フレームＦ０と演算した空間分布フレームＦ１とから、差異ｄ１を演算してこれを表示部２１にて表示する（ステップＳ２３）。
【０１０９】
差異演算部３３は、フレームＦ１と差異ｄ１とをこの時点での最良値Ｆbestとｄbestとしてそれぞれ記憶する（ステップＳ２４）。
【０１１０】
次の心周期において、フレーム演算部３４はフレームＦ２を演算し、これを演算データ記憶部２０に記憶させる（ステップＳ２５）。さらに演算データ記憶部２０に記憶されているフレームＦ１と演算したフレームＦ２とから、差異ｄ２を演算してこれを表示部２１にて表示する（ステップＳ２６）。
【０１１１】
差異演算部３４は、差異ｄ２と差異の最良値ｄbestとを比較し（ステップＳ２７）、最良値ｄbestよりも演算した差異ｄ２が計測の安定性が高いかどうか、具体的にはＲＭＳがｄbestよりも小さいか否かの判断を行う（ステップＳ２８）。ここで差異ｄ２がｄbestよりも計測の安定性が高い（小さい）場合、差異演算部３３はフレームＦ２と差異ｄ２とを新たな最良値Ｆbestとｄbestとしてそれぞれ記憶する（ステップＳ２９）。そしてフレームＦbestを表示部１９に表示させ（ステップＳ３０）、この心周期における動作を完了する。その後、ステップＳ２５へと戻り、ステップＳ２５から２８を繰り返し実行する。
【０１１２】
差異ｄ２がｄbestよりも大きい場合、差異演算部３３はこの心周期における動作を完了し、最新の空間分布フレームを表示させることなく、ステップＳ２５へと戻り、ステップＳ２５から２８を繰り返し実行する。
【０１１３】
図１１は、本実施形態の超音波診断装置において、心周期毎に求められた差異ｄｎを示すグラフである。図９と同様、横軸は計測開始から空間分布フレームが得られた回数、つまり計測開始からの心周期の回数を示している。計測開始直後は、被験者あるいは、超音波プローブ１３を保持する操作者の姿勢や呼吸状態が安定していないなどの理由により、差異ｄｎは大きいが、次第に差異ｄｎは小さくなってゆく。図１１において、横軸上の数字に丸をつけて示す心周期では、最良値Ｆbestとｄbestが更新される。このため、空間分布フレームが更新される。つまり、開始直後は、心周期毎に差異ｄｎが小さくなるため、心周期毎に空間分布フレームが更新される。やがて、計測が安定し、差異ｄｎがほぼ一定の値をとるようになると、差異ｄｎがさらに計測の安定性が高い値を示す場合のみ空間分布フレームが更新される。
【０１１４】
このように本実施形態によれば、測定開始直後は頻繁に空間分布フレームを更新して表示するが、計測が安定してくると、最も安定したときの空間分布フレームを維持する。このため、計測が安定するにつれて表示部に表示される画像が見易くなり、また、安定性の高い測定結果を選択的に見ることができる。これにより、操作者はより正確な診断を行うことが可能となる。
【０１１５】
本実施形態においても差異ｄｎの代わりに差異の特徴量Ｄｎを用いても同様な制御を行うことができる。差異の特徴量Ｄｎを用いて空間分布フレームの表示を制御する場合、図１０のフローチャートにおいて、最初の差異の特徴量Ｄ４を求めるためにステップＳ２３を５回繰り返して５個の差異を求め、ｄ０〜ｄ４を平均することによってＤ４求める点が、差異ｄｎを用いた制御と異なっている。この場合、Ｄ４が得られるまでの５心周期においては、ステップＳ２３を実行するたびにフレームＦｎを表示してもよく、表示しなくてもよい。測定が実施されていることを操作者に示すためには表示したほうが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の超音波診断装置は、血管壁、心臓等の血管壁以外の循環器組織や肝臓や乳房等の体組織など、生体組織の形状および性状特性を好適に測定できる。また、医師が生体組織の形状および性状特性を正確に診断することが可能な超音波診断装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明による超音波診断装置を用いて血管壁組織性状の診断を行うための構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による超音波診断装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す超音波診断装置の演算部の構成を詳細に示すブロック図である。る。
【図４】血管壁を伝播する超音波ビームと測定対象位置とを模式的に示す図である。
【図５】測定対象位置と弾性率を求める対象組織との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は血管壁に設定するＲＯＩを模式的に示す図であり、（ｂ）は表示部に表示される空間分布フレームを模式的に示す図である。
【図７】空間分布フレームと、空間分布フレーム間の差異および差異の特徴量の関係を模試的に説明する図である。
【図８】本発明による超音波診断装置の第２の実施形態における動作を説明するフローチャートである。
【図９】第２の実施形態において、計測中に求められる差異を模式的に示すグラフである。
【図１０】本発明による超音波診断装置の第３の実施形態における動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第３の実施形態において、計測中に求められる差異を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１８】
１  血管外組織
２  体表
３  血管
４  血管前壁
５  血液
１１  超音波診断装置
１２  血圧計
１３  超音波プローブ
１４  送信部
１５  受信部
１６  遅延時間制御部
１７  位相検波部
１８  フィルタ部
１９  演算部
２０  演算データ記憶部
２１  表示部
２２  心電計
３１  形状測定値演算部
３２  性状特性値演算部
３３  差異演算部
３４  フレーム演算部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006043528.tif 000015
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006043528.tif 000019
【図６】
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【図７】
2006043528.tif 000021
【図８】
2006043528.tif 000022
【図９】
2006043528.tif 000023
【図１０】
2006043528.tif 000024
【図１１】
2006043528.tif 000025
【国際調査報告】
2006043528.tif 000026
2006043528.tif 000027
2006043528.tif 000028