JP2003061964A

JP2003061964A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2003061964A
Application number: JP2001254630A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Kamiyama; 直久神山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP4907798B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スペックルパタンの統計的性質を利用して画
像の平滑化を行い、微小構造物を抽出することで、肝硬
変の進行度をはじめ、均質な組織構造の中にある微小な
異常病変を観察することが可能な解析アルゴリズムを具
備した超音波診断装置を提供する。【解決手段】被検体に超音波パルスを照射することに
より断層像を得る超音波診断装置において、前記被検体
部位Ｐから発生するエコー信号の強度あるいは振幅情報
の統計的性質を用いて特定の信号を抽出する解析演算手
段（２３、２４、２６）と、該解析演算手段より抽出し
た結果を表示する表示手段（１４）とを備えたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に照射した
超音波に依るエコー信号に基づき、被検体内の超音波画
像を得る超音波診断装置に関し、特に、そのエコー信号
の強度分布から被検体内の生体臓器中の微小な構造物を
抽出する機能を備えた超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波信号を医学的に応用した例は多岐
にわたっており、超音波診断装置もその１つである。

【０００３】この超音波診断装置の主流は、超音波パル
ス反射法を用いて生体の軟部組織の断層像を得るタイプ
である。この撮像法は無侵襲で組織の断層像を得ること
ができ、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ装
置、および核医学診断装置など、他の医用モダリティに
比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小形で比較的
安価、Ｘ線などによる被曝が無い、超音波ドプラ法に拠
り血流イメージングができるなど、多くの利点を有して
いる。このため、循環器（心臓）、腹部（肝臓、腎臓な
ど）、乳腺、甲状腺、泌尿器、および産婦人科などの診
断において広く利用されている。特に、超音波プローブ
を体表に当てるだけの簡単な操作によって心臓の拍動や
胎児の動きをリアルタイムに観察できること、Ｘ線被曝
の心配も無いことから何度も繰り返して検査できるこ
と、さらには、超音波診断装置をベッドサイドに移動さ
せて容易に検査を行うことができる等の利点が好まれて
いる。

【０００４】また、現在使用されている超音波診断装置
は通常、種々の計測機能を有している。ここで言う「計
測」とは、被検体内の物理的事象を定量化することであ
り、計測結果は数値自体、及び／又は、数値に相当する
色や輝度などの量に変換されて提示される。

【０００５】従来の超音波診断装置に搭載されている計
測機能の主なものを以下に列挙する。１、形状計測：この形状計測機能により、例えば肝臓腫
瘍の大きさ、心筋の壁厚、胎児の大きさなどが計測され
る。２、速度計測：この速度計測機能には、例えば、ドプラ
法を用いた動脈の血流速度、カラードプラ法を用いた肝
臓内血管の血流速度マッピングがある。３、体積、流量などの計測：この計測機能により、例え
ば、心腔内のいくつかの長さを元にした心腔の容積推
定、造影剤の信号強度の経時変化からの血流量の計測が
行われる。

【０００６】このような計測によって得られる計測値
は、当然のことながら、疾病の重症度を評価する上で有
用な情報になるものが多い。例えば、腫瘍サイズや血管
内の逆流の程度などの情報はすぐさま、治療の必要性の
度合いを示している。

【０００７】その一方で、疾病を直接評価するためのも
のではなくても、被検体の健康状態の診断に間接的に役
立つ計測情報も数多く存在している。むしろ、日常の身
近な計測としては、この方が一般的である。例えば、被
検体の身長、体重、血圧、或いは血液検査によって得ら
れる様々な数値などが、この範疇に入る。

【０００８】さらに、このような様々な計測機能とは一
線を画す事項として、医師の経験的な判断に拠る、定量
化に近い診断がある。この貴重な診断は、医療現場にお
いて随所にみることができる。例えば、このような診断
の一つに、肝臓の硬変度の診断がある。

【０００９】肝硬変とは、肝細胞の破壊と再生が繰り返
されることにより肝臓内に繊維化組織が増え、次第に肝
細胞数が減り、肝臓が硬く縮小した状態になることを言
う。肝硬変の初期の段階では、患者の自覚症状もない上
に、超音波診断画像においても、その微小な繊維化構造
を視認することは難しい。しかしながら肝硬変度が高く
なるに連れ、肝臓実質のスペックルパタンの不均一さが
視認できるようになるため、医療現場ではこの不均一さ
を目視観察することで、肝硬変の度合いを判断する基準
としている。

【００１０】この超音波診断画像に現れるスペックルパ
タンとは、無数の散乱体が超音波の解像度以下の細かさ
で分布しているときに、散乱波の無数の重畳によってエ
コー信号強度に高い部分と低い部分とが生じる現象であ
る。これは、いわゆる干渉縞に近い物理現象であり、そ
のパタン自体は臓器の構造を直接に反映するものではな
いことは良く知られている。上記の肝硬変の観察も、ス
ペックルパタンが繊維化組織の構造の様子を直接は反映
していない。しかしながら、肝硬変の重症度が増すにつ
れて、このスペックルパタンが特徴的な視覚的パタンを
呈するため、これが診断に利用されているのである。

【００１１】例えば、図１５（ａ）、（ｂ）に、上記の
肝硬変の観察の際に参考とされる肝臓の断層像を模式的
に示す。同図（ａ）は、肝臓に異常の無い正常者の断層
像であり、肝臓のスペックルパタンと呼ばれる模様が比
較的一様に見えている。これに対し、同図（ｂ）は、疾
病を持つ異常な肝臓の断層像を模式的に示しており、そ
のスペックルパタンが、上記同図（Ａ）の画像に比べて
不均一になっていることが確認できる。

【００１２】従って、肝臓の超音波診断画像が提示され
たときに、そのスペックルパタンの「均一さ」を目視観
察し、その不均一な様相が強い場合には、肝硬変の異常
肝の疑いがあると診断されるわけである。

【００１３】しかしながら、これまで、この例における
「スペックルパタンの不均一さ」、すなわち「異常度」
が数値化されたケースはなく、あくまで診断は医師の経
験的な判断に拠っていた。

【００１４】そして、近年になってようやく、上述のよ
うな医師の経験的な判断による診断が人間のどのような
認識パタンの元で行われているのか、という疑問を客観
的に且つ科学的に解明しようという研究がなされるよう
になった。例えば：１、ＹａｍａｇｕｃｈｉＴ，ＨａｃｈｉｙａＨ，
“ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅＣｉｒｒｈｏｔｉ
ｃＬｉｖｅｒＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅＬ
ｉｖｅｒＬｏｂｕｌｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ”，Ｊｐ
ｎ，Ｊ．Ａｐｐ；．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３８（１９９
９）ｐｐ．３３８２−３３９２；２、大塚、山口、蜂屋：”病変肝の超音波Ｂモード画
像のシミュレーションによる検討”，信学技報，ＵＳ９
６−１６（１９９６−０６），ｐｐ．１５−２２：３、菊池恒夫、中澤敏弘他、”超音波診断装置のエ
コー波形スペクトル形状による間疾患定量診断技術の開
発”，日超医基礎技術研究会，ＢＴ−２０００−３１，
ｐｐ．９−１５（２００１）；などの論文がある。

【００１５】これらの文献によれば、前記肝臓の断層像
のスペックルパタンが肝硬変の進行に伴い変化していく
（図１５（ａ）、（ｂ）参照）理由は、肝硬変の進行に
伴い発生する結節と繊維化組織が、その進行と共に大き
さを増していく過程で超音波パルスに対して構造物とし
て認知されるに至ると、そのスペックルパタンにも構造
物としての情報が徐々に現れ、増加していくため、これ
に伴いその様相も徐々に変化していくものと考察されて
いる。

【００１６】また、これまでに開示されている従来技術
においても、この肝硬変の進行度を定量化しようという
試みがいくつかなされている。例えば、特願２０００−
０５４２０１において、『超音波診断装置及び超音波に
よる組織正常の定量解析手法』なる発明がある。

【００１７】この特願２０００−０５４２０１記載の発
明は、以下に示すようなスペックルパタンの統計的性質
に基づくものである。

【００１８】図１６（Ａ）の曲線５１は、正常な肝臓か
ら反射されるエコー信号の輝度値の確率密度分布を示
す。確率・統計的な観点から言えば、散乱体がランダム
に分布しているならば、それらの散乱体から反射される
エコー信号の強度である振幅値の確率密度分布Ｐ（ｘ）
は、Ｐ（ｘ）＝（ｘ／σ^２）ｅｘｐ（−ｘ^２／２σ^２）
で表されるレイリー分布に従うことになる。ここでσ^２
は分散を表し、平均０と規格化される。

【００１９】肝臓が正常である場合、肝臓内には多くの
散乱体（血管などの自明な構造物は除く）がランダムに
存在していると仮定できるので、肝臓を表すエコー信号
強度（振幅）の確率密度関数は図１６（Ａ）で示す曲線
５１のようにレイリー分布を呈する。しかし肝臓に上述
のような繊維化構造が増加していくと、そのスペックル
パタンは構造物を反映するようになり、ランダムとは言
えなくなる。その結果、輝度の確率密度関数は、同図
（Ｂ）の曲線５２に示すごとく、レイリー分布から逸脱
することになる。

【００２０】このように、肝臓が正常であるか、異常で
あるかの判断は、エコー信号強度の確率密度分布曲線が
呈する概形を観察することにより可能となる。すなわ
ち、実測により得られた確率密度分布と理論値としての
レイリー分布との誤差がその評価の判断基準とされてい
る。

【００２１】しかしながら、超音波診断画像の分解能
は、送信周波数、送信波数、送信口径などによって決定
されており、上述のような肝硬変における初期の繊維化
構造、あるいは組織の中に存在する微小な病変（一般的
な診断時の分解能の限界に近いかそれ以下の病変）は、
スペックルパタンに埋もれて見えないか、あるいはスペ
ックルパタンと識別が難しい状態で映像化されている現
状がある。肝硬変の診断としては、患者の自覚症状があ
まり出てこない初期段階で画像を元に診断できるのが理
想であるのだが、超音波診断には前述のような特性があ
るために、スペックルの中に微小構造物を見つけ、さら
に定量化することは非常に困難なことであった。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、ス
ペックルパタンの統計的性質を利用してスペックル部の
画像の平滑化を行うと共に微小構造物を抽出すること
で、肝硬変の進行度をはじめ、均質な組織構造の中にあ
る微小な異常病変を観察することが可能な解析アルゴリ
ズムを具備した超音波診断装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、被検体に超音波パルスを照
射することにより断層像を得る超音波診断装置におい
て、前記被検体部位から発生するエコー信号の強度ある
いは振幅情報の統計的性質を用いて特定の信号を抽出す
る解析演算手段と、該解析演算手段より抽出した結果を
表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

【００２４】上記課題を解決するために、請求項１３記
載の発明は、被検体に超音波パルスを照射することによ
り断層像を得る超音波診断装置において、前記パルスの
エコー信号のあるサンプル領域から第１の統計量を演算
する手段と、前記演算するサンプルの近傍に存在する別
のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイリー
分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、前記
探索した領域から、第２の統計量を演算する手段と、前
記第１、第２の統計量を利用して、前記サンプル領域の
前記エコー信号がレイリー分布に従うという仮説を検定
する検定処理を行う手段と、前記検定によって得られた
結果を用いて、前記サンプル領域の組織性状の重症度を
判定する手段と、前記判定した結果を表示部に画像ある
いは数値表示する機能とを具備したことを特徴とする。

【００２５】上記課題を解決するために、請求項１４記
載の発明は、被検体に超音波パルスを照射することによ
り断層像を得る超音波診断装置において、前記パルスの
エコー信号のあるサンプル領域から第１の統計量を演算
する手段と、前記演算するサンプルの近傍に存在する別
のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイリー
分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、前記
探索した領域から第２の統計量を演算する手段と、前記
第２の統計量を利用して、前記サンプル領域にＣＦＡＲ
処理を施す演算手段と、前記ＣＦＡＲ処理の結果を表示
する表示手段とを具備したことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面に
基づき説明する。図１は、本実施形態における超音波診
断装置の制御構成を示すブロック図である。

【００２７】本発明は、種々の診断装置に対して適応可
能であるが、本実施例は超音波診断装置の場合について
説明する。また、診断部位は、正常時には比較的均質な
組織構造を持つ、肝臓、膵臓、心筋などに応用が可能で
あるが、本例では肝臓の肝硬変重症度を診断する場合に
ついて説明を行う。

【００２８】［構造の説明］図１に示すように、本実施
形態における超音波診断装置は、被験者との間で超音波
信号の送受信を担う超音波プローブ１２と、この超音波
プローブ１２を駆動し且つ超音波プローブ１２の受信信
号を処理する装置本体１１と、この装置本体１１に接続
され且つオペレータからの指示情報を装置本体１１に入
力可能な入力装置１３と、モニタ１４を具備する。入力
装置１３には、診断装置の制御や様々な画質条件設定を
行うことが可能な、ボタン、キーボード、トラックボー
ルなどが含まれる。

【００２９】装置本体１１は、超音波送信ユニット２
１，超音波受診ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２
３，ドプラ処理ユニット２４、画像生成回路２５，（本
発明で主要な）信号解析ユニット２６、制御プロセッサ
（ＣＰＵ）２７、記憶媒体２８，その他のインターフェ
ース２９、を具備する。これらは集積回路などのハード
ウェアで構成されることもあるが、ソフトウェア的にモ
ジュール化されたソフトウェアプログラムである場合も
ある。

【００３０】超音波送信ユニット２１は、図示省略の、
遅延回路及びパルサ回路といった送信回路から構成され
ており、また超音波受診ユニット２２はＡ／Ｄ変換器、
加算器といった受信回路からなり、パルス状の超音波を
生成してプローブ１２の振動素子に送り、被検体内の組
織で散乱したエコー信号を再びプローブ１２で受信する
ことで受信信号を得る。

【００３１】超音波受診ユニット２２からの出力は、Ｂ
モード処理ユニット２３に送られる。ここでエコー信号
対数増幅、包絡線検波処理などが施され、信号強度が輝
度の明るさで表現されるデータとなる。ドプラ処理ユニ
ット２４は、エコー信号から速度情報を周波数解析し、
解析結果を画像生成回路２５に送る。

【００３２】画像生成回路２５では、超音波スキャンの
走査線信号列から、テレビなどに代表される一般的なビ
デオフォーマットの走査線信号列に変換される、また種
々の設定パラメータの文字情報や目盛などと共に合成さ
れ、ビデオ信号としてモニター１４に出力する。かくし
て被検体組織形状を表す断層像がモニタ１４に表示され
る。また画像生成回路２５には、画像データを格納する
記憶メモリを搭載し、例えば診断の後に操作者が呼び出
すことが可能となっている。

【００３３】制御プロセッサ２７は、情報処理装置（計
算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動
作を制御する制御手段である。また本発明の信号解析に
おいても、必要なプログラムやデータを記憶媒体２８か
ら信号解析ユニット２６へ転送する旨の指令を送る。

【００３４】記憶媒体２８は、前記診断画像の保存を行
う他、前述の種々の解析ソフトウェアプログラムを保管
している（詳細は後述する）。

【００３５】信号解析ユニット２６は、超音波受信ユニ
ット２２直後の出力信号（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ（ＲＦ）信号と呼ばれる）、もしくはＢモード処理
部２３通過後の画像輝度信号を読み込み、後述する本発
明の解析処理を行い、その結果を画像処理ユニット２５
を経由して表示部に表示する、或いは記憶媒体２８に保
存する、若しくはネットワークインターフェース２９を
経由して外部のＰＣ、プリンタなどに転送する。

【００３６】［解析手法の説明］次に、信号解析ユニッ
ト２６における解析手法について図２を基に説明する。

【００３７】初めに、解析の対象となるエコー信号が、
操作者によって選択される。この信号はＲＦ信号を使用
する場合であっても、肝臓実質から得られたエコー信号
であることが望ましいので、図２のように画像内に領域
４１（以下、ＲＯＩ４１と称す。）を指定することで、
空間的に対応するエコーデータが、信号解析ユニット２
６に取り込まれるようになっている。尚、本例ではＲＯ
Ｉ４１の形状は方形であるが、円形（楕円）、或いは自
由閉曲線などの指定も可能である。また、複数のＲＯＩ
４１を指定することも可能である。

【００３８】次に、ＲＯＩ４１内の信号について以下の
処理が行われる。ここで、ＲＯＩ４１内のＲＦ信号若し
くは画像輝度信号は、診断画像に空間的に対応した２次
元配列で番号付けされているものとする。例えば図３に
示すように、ＲＯＩ４１内にはｘ方向にＮｘ個、ｙ方向
にＮｙ個、計Ｎｘ×Ｎｙ個のデータがあるものとする。
また、ＲＯＩ４１内にある点Ｐの座標を（ｘ，ｙ）とす
る（ただし１≦ｘ≦Ｎｘ，１≦ｙ≦Ｎｙ）。

【００３９】このＲＯＩ４１内の各点Ｐ（ｘ，ｙ）に対
して、以下に説明する演算処理が施される。

【００４０】まず、図４に示すように、Ｐ（ｘ，ｙ）の
近傍領域が確保される。この近傍領域は点Ｐを中心とし
た円形である方がより理想的な形となるが、ここでは簡
単のため、図４に示すようにｘ方向に±ａ，ｙ方向に±
ｂとなるような方形の領域で考えることにする。（注
意：図４の近傍領域は、図３のＲＯＩ４１内に含まれる
ものであり、一般的には図３に示すＲＯＩ４１より十分
小さい。）ここで、この近傍領域内にある点をＱ（ｉ，
ｊ）、点Ｐ，Ｑにおける信号強度の値をそれぞれＩｐ，
Ｉｑとする。

【００４１】次に、上記近傍領域に対して「類似度」な
る観点から平滑処理を施す。以下、この平滑処理につい
て一般的説明を行った後、本発明に係る平滑処理の具体
的説明を行うことにする。

【００４２】＜Ａ：一般的説明＞この平滑処理とは、あ
る点の値に、近傍の点の情報（値）が幾分重み付けされ
ることで、いわゆる「ぼかし」の効果を得る処理のこと
である。従来の一般的な平滑化処理は、２点間の距離に
相関した重み付けがなされる場合が多い（すなわち近い
点の重み係数は大きく、遠い点の重み系数は小さい）。

【００４３】＜Ｂ：本発明に係る平滑処理の具体的説明
＞これに対して、本発明の手法による重み係数は２点間
の距離に無関係で、２点が統計的に似ているか否かとい
う「類似度」なる観点から決定される。上記点Ｐに対し
て、近傍の点Ｑの類似度が高い場合には、例えば１に近
い係数によって点Ｑの値が点Ｐに重み付けされ、類似度
が低い場合には、例えば０に近い係数によって点Ｑの値
が点Ｐに重み付けされる。このように、類似度によって
平滑化される処理を「コヒーレントフィルタ」処理と呼
ぶ。

【００４４】以下に、コヒーレントフィルタ処理の一例
を説明する。

【００４５】まず始めに、以下の評価関数Ｗを定義す
る：Ｗ＝Ｄ−｜Ｉｑ−Ｉｐ｜／σ …（１）ここで、σはＲＯＩ４１内のエコー信号強度の確率密度
分布から得られる標準偏差であり、Ｄは別途設定される
しきい値である（図５参照）。仮にＷ＜０の場合（すな
わち、右辺第２項がしきい値Ｄより大きい場合）には、
点Ｑは点Ｐと「似ていない」と判断され、重み付けの対
象から除外される（これは統計学の検定という手法で、
棄却域をＤと選んだ場合に相当する）。仮にＷ＞０の場
合は点Ｑの振幅値ＩｑはＩｐに重み付けされることにな
る。但し、その際の重み付け係数Ｃｗ（ｉ，ｊ）は、以
下のような強度の差の関数となる：Ｃｗ（ｉ，ｊ）＝［１−｛（Ｉｑ−Ｉｐ）／σＤ｝^２］
^２。

【００４６】この重み係数を近傍領域の全ての点につい
て求め、点Ｐに加算したものが、演算後の点Ｐの値Ｉｐ
´となる：Ｉｐ´＝Ｉｐ＋｛Σ（Ｃｗ（ｉ，ｊ）×Ｉｑ（ｉ，
ｊ））｝／ＣｔｏｔただしＣｔｏｔはＣｗの総加算量である。

【００４７】上記棄却域Ｄは、操作者によって指定、変
更が可能であるが、言うまでもなく最適な条件が超音波
診断装置内に予め保管されるものとする。先に説明した
ように、エコー信号の振幅はレイリー分布に従うといっ
た統計的性質があるため、この棄却域Ｄは、レイリー分
布の確率密度関数から決定される。

【００４８】本手法で得られる画像処理の結果を図６に
示す。但し、（Ａ）は原画像であり、対象は正常な肝臓
であるが、肝臓上部には境界が、また肝臓内にも比較的
大きな血管の断面といった構造物が確認されている例で
ある。そして、（Ｂ）が演算後の画像である。ここで標
準偏差σには、本データにおける肝臓実質内の比較的均
質な部分の統計量を元に計算した値を使用した。

【００４９】一般に、単純な平滑化処理を行うと、所謂
「エッジぼけ」が発生し、画像の空間分解能が損なわ
れ、画像全体がぼやけてしまう。しかしながら、本手法
により得られた結果（Ｂ）を見ると、実質部の輝度はレ
イリー分布に従うスペックルパタンのため、互いの類似
性が認められ、結果として非常に大きな平滑化処理が施
されている。一方、肝臓境界壁や血管壁の構造物は、肝
臓実質部の統計的分布に従わないため、平滑処理の対象
にはならず、そのままの構造物として描出されている。
このように、本手法で得られる画像処理結果は、通常の
平滑処理に比べて、構造物の境界が非常に急峻であるこ
とが特徴である。

【００５０】次に操作者の手続きのフローを図７に示し
説明する。

【００５１】まず初めに、操作者は被検体の肝臓をスキ
ャンし、解析対象となる断面を選定する（Ｓ７１）。次
に、解析するＲＯＩを指定する（Ｓ７２）。次に、評価
関数に必要な標準偏差σを得る。この時、操作者によっ
て、標準偏差σを求めるためのＲＯＩを別途指定する方
法（Ｓ７３）と、その時の画像全体のエコー信号から又
解析対象のＲＯＩ内のデータから予め標準偏差σを演算
し、この値が呼び出される方法（Ｓ７４）を選択するこ
とが可能である。次に、実際の解析が行われ（Ｓ７
５）、この解析結果が表示部に表示される（Ｓ７６）。
この時、しきい値Ｄは任意の値をとるが、このしきい値
Ｄを変えることで、スペックルパタンとは類似しない、
すなわち構造物としての認識の度合いが変化することに
なるため、前記解析結果に応じてしきい値Ｄの値を変化
させ、再計算を行う（Ｓ７７）。繰り返して行った演算
の結果、所望の画像が得られた時点で解析は終了する
（Ｓ７８）。

【００５２】＜精度向上のための種々のアイデア…その
１＞次に、本解析演算の精度を向上させるための第一手
法について説明する。

【００５３】本解析を行う際、操作者は解析を始める旨
をシステムに入力することで、本発明の超音波診断装置
は、専用の送受信条件に変化する。これは、以下のよう
な目的を達成するためである：［１］取得データのサンプル数増大による解析精度向上
…解析は統計的性質を利用するため、エコーデータのサ
ンプル数は多い方がよい。しかし単に送受信回数を増や
すのみでは、同じ情報を持つエコー信号を取るばかり
で、実質的な情報量の増大にはならない。本目的を達成
するために、送受信の走査線密度は、通常の診断時のそ
れより多くなる、例えば２倍、４倍となる。もしくは、
同一走査線に対して、周波数の異なる送信条件にて複数
回の超音波送受信を行う。

【００５４】上記の処理は、フレームレート低下による
リアルタイム観察能力の低下につながるため、解析直前
までは、通常の走査線条件でシステムは稼働し、解析開
始のタイミング（操作者が指示するなど）で、本送受信
条件に変化するようになっている。

【００５５】［２］高周波帯域でのＳ／Ｎ比向上…超音
波の基本性質上、高周波帯域で送受信を行う方が解像度
は高く、空間的な情報量は多いと言える。その一方、高
周波数では音波の減衰が大きく、深部領域まで受信信号
が取得できないという問題が生じる。これを解決するた
めに、同一走査線での同一の送受信数が増大し、ＲＦ信
号レベルで加算平均処理が行われる。例えば２回の同一
受信ＲＦデータの加算平均処理を施すと、ランダムノイ
ズは低減し定常なエコー信号振幅レベルは約６ｄＢ増加
する。この手法も前記［１］と同様に、走査線密度の増
大はフレームレート低下によるリアルタイム観察能力の
低下につながるため、解析直前までは、通常の走査線条
件でシステムは稼働し、解析開始のタイミング（操作者
が指示するなど）で、本送受信条件に変化するようにな
っている。

【００５６】［３］信号飽和の回避…大きな散乱係数を
もつ媒体などが存在すると、受信信号は飽和してしまう
場合がある。また操作者が装置上のゲイン設定などを誤
ると、同様に受信信号飽和が起こる。信号が飽和する
と、信号の統計量が変わり誤った解析結果を提示してし
まう危険性が生じる。本システムにおいては、受信信号
の取り得る最大値の情報を基に、図１に示す信号解析ユ
ニット２６は、超音波受信ユニット２２の信号レベルを
監視し、最大値に至る信号が発生した場合（或いは、そ
れに近い値が発生した場合）、解析を中止し、操作者に
再計測を促すメッセージを表示する。

【００５７】［４］複数フレームに対する解析…信号解
析ユニット２６には複数フレーム分のＲＦデータを保管
するメモリが具備され、図８に示すように、近傍（ｘ，
ｙ）に加えて複数フレームｚ方向の情報を加味し、３次
元的な近傍に対して前述の解析処理（コヒーレントフィ
ルタ処理）を施すことも可能である。この場合、ｚ方向
の信号の情報量を増やすためには、プローブを動かすこ
とで生体内のスキャン面を経時的に変化させることが望
ましいが、我々の検討では、例えプローブを意図的に動
かさなくとも、操作者の微小な動きあるいは被験者の心
拍、呼吸といった動きによって、エコー信号の情報が経
時的に変化することが確認され、上記複数フレームによ
る解析により、本手法の解析精度が向上する。

【００５８】＜その他の機能＞［５］解析領域の表示・非表示…解析結果の画像は、ス
ペックルパタンから構造物という特徴量が抽出され、新
たな情報として診断に利用されることを目的とするが、
それでもなお解析前のエコー像を再確認したいという状
況も発生する。解析前の診断画像の情報は、図１の信号
解析ユニット２６が記憶するか、あるいは一旦、記憶媒
体２８に記録されることで保持され、解析後であっても
入力装置を使った操作者の呼び出し指令で、モニタ１４
に表示することが可能となる。その際の表示形態として
は、並列表示、重畳表示、あるいはボタン入力などで交
互に入れ替わるような表示が可能となっている。

【００５９】［６］解析領域の拡大…本発明の超音波診
断装置では、解析領域として指定されたＲＯＩの部分
を、解析前、解析時、あるいは解析後に拡大して表示す
ることが可能となっている。一般的に、画像生成回路で
処理される診断画像の情報は、表示部にテレビフォーマ
ットとして表示される画素数よりも多い。よって、この
場合の拡大表示とは、単に写真などを拡大するのとは異
なり、ＲＯＩ内の表示される情報量自体が増える結果と
なる。さらに、前述のように本発明による送受信制御法
（アイデア［１］）では、走査線密度も従来法に比べて
密となっているため、この拡大表示は、診断画像の精査
を行う場合などに有利となる。

【００６０】＜精度向上のための種々のアイデア…その
２＞次に、本解析演算の精度を向上させるための第二手
法について説明する。

【００６１】診断画像から組織性状を定量化しようとす
る場合、画像の局所領域を「標本（サンプル）」として
解析するのが一般的である。なぜならば、診断画像には
組織の領域の他に、血管、臓器境界、胆嚢などが含まれ
ており、これらを含んだまま解析するのは誤差を大きく
する結果を生んでしまうからである。

【００６２】このように、画像の限られた一部（標本）
から母集団を推定する手法として、「検定」という統計
的手法がよく知られる。これは、母集団の性質について
１つの仮説を立て、標本の性質を調べることによって、
この仮説を棄却するか否かを判定するという手法であ
る。

【００６３】肝臓の組織診断を例にとれば次のようであ
る。

【００６４】まず、肝臓（母集団）が正常であると仮説
を立てる。正常な肝臓から得られるエコー信号の振幅の
集合は、前述したようにレイリー分布に従うことが知ら
れている。従って、取り出した標本がこの仮説が当ては
まるか否かを判定するのが検定という手法である。

【００６５】一般に、検定には、χ^２検定、ｔ検定、Ｆ
検定など様々な方法があるが、その手法自体は既に広く
知られているため、その詳細についてはここでは省略す
る。

【００６６】しかしながら、上記組織正常診断にこれら
の検定を利用しようとした場合、以下の問題が生じるこ
とになる。

【００６７】それは、上記組織正常診断においては、母
集団に相当する「正常な組織」の統計量が直接的に得ら
れないということである。この統計量は、「肝硬変の患
者が正常な肝臓だった場合の平均値、或いは分散値」を
意味しており、この値を肝硬変の患者（肝硬変の疑いの
ある患者）から取得することは不可能である。また、こ
の値は、正常な肝臓を持つ別の被検体（人体）のエコー
信号から求めた平均値、分散値では意味をなさない。な
ぜなら、これらの統計量は超音波の照射音圧やゲイン設
定によって変化するからである。この問題は、たとえ診
断装置の設定を同一にしたとしても、前記値が被検体の
生体減衰の違いなどで変わるために、問題の解決にはな
らない。

【００６８】そこで、本発明においては、現在診断中の
被検体から、「正常組織」の統計量として相応しい局所
領域を抽出して、これを母集団の統計量（分散値σ^２、
標準偏差σ）として利用する手法をとる。

【００６９】以下、この手法について説明する。

【００７０】図９は、肝硬変と診断された肝臓のエコー
信号を基に、診断画像と同様な空間配置（図８参照）を
行ったものから算出した分散値σ^２を示す前記肝臓の解
析結果である。以下に図中Ａ，Ｂの曲線の解析手法を説
明する。

【００７１】Ａ：まず、図１０に示すように、サンプル
を取るための一定サイズの小領域Ｒ０１を設定し、その
位置を少しずつずらしながらその平均値μ、分散σ_１ ^２
を計算し、この分散値σ_１ ^２を表示したものが、図９に
示す曲線Ａである。Ｂ：次に、上記の平均値μを、以下
の式に代入して分散σ_２ ^２を求めたのが、曲線Ｂであ
る。 σ_２ ^２＝（４／π―１）μ …（１）上記式（１）は、サンプルの確率密度分布が「レイリー
分布に従う」という仮定が成り立つときのみ有効であ
る。従って、仮にサンプルが非レイリー分布の場合に
は、この式（１）は成立しない。

【００７２】図９から明らかなように、同図における区
間（１）の範囲では、両者の値はほぼ一致している。こ
のことから、区間（１）においては式（１）を用いて計
算した分散値σ_２ ^２と実際に求めた分散値σ_１ ^２がほぼ
一致するものであろうと予測することができる。従っ
て、この区間（１）においては、サンプルの確率密度分
布はレイリー分布にほぼ従うものと判断することができ
る。

【００７３】一方、区間（２）の範囲においては両者の
値は大きく異なっている。これは、式（１）が成り立っ
ていないことを示している。従って、この区間（２）に
おいては、サンプルの確率密度分布が非レイリー分布で
ある可能性が強いと判断することができる。

【００７４】ここで重要なのは、区間（１）のような範
囲が局所的にでも見つかるという事実である。このよう
に、肝硬変と診断される組織領域内であっても、サンプ
ルの位置を変えながら探索することで、レイリー分布に
従う小領域を見つけることが可能となる。

【００７５】本発明では、上述の手法によりレイリー分
布と似た分散値を持つサンプルを探索し（図１１参
照）、この分散値を母集団の分散σ_０ ^２をとし、且つそ
の近傍の解析領域内の分散値をσ_１ ^２とした上で、両者
の値から検定を行う。このように、「擬似的な母集団の
分散」を探索によって得ることが本発明の特徴である。

【００７６】前述のように、検定の手法そのものはいく
つかの種類があり、既に広く行われる手法であるため、
ここではその記載を省略することにする。また、ここで
の「検定」とは、広く解釈すれば、「サンプルがレイリ
ー分布を示すか否か」を判断する判断方法であり、特に
厳密な検定方法を用いなくとも良い。例えば、上記σ _１
^２とσ_２ ^２との比が２倍以上であれば棄却するといった
方法であってもよい。

【００７７】いずれにせよ、検定の結果、もし仮説が棄
却されれば、その領域は「非レイリー」であるとして判
断されることになる。

【００７８】＜ＣＦＡＲへの適用＞本発明の前記手法
は、所謂、ＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍ
Ｒａｔｅ処理（ＣＦＡＲ処理）に応用することも可能
である。このＣＦＡＲとは、超音波診断装置と原理が類
似しているレーダーの技術でよく知られている手法であ
る。

【００７９】以下にその原理を簡単に説明する。

【００８０】図１２は、レーダーに表示された信号を例
に示している（このようにビデオ輝度信号に対して行う
ＣＦＡＲ処理はＬＯＧ／ＣＦＡＲ処理と呼ばれるが、こ
こでは単にＣＦＡＲ処理と称す。）。本例においては、
雲に代表される散乱物の中に飛行機に代表される信号が
３個含まれている。

【００８１】本例においては抽出すべき点は明白である
が、輝度情報として表示された場合、上記散乱物の影響
でこの抽出物が見にくくなる場合がある。そこで、この
散乱物を除くために、あるしきい値以下を表示させな
い、所謂ゲイン調節が行われることになる。

【００８２】しかしながら、本例のような場合、仮に同
図に示すＴ１をしきい値とすれば、点Ｃは抽出されない
ことになる。また、同図に示すＴ２をしきい値とする
と、点Ｃは表示されるが、代わりに点Ａ付近の散乱物が
視認されることになる。そこで、このような場合には、
さらにＣＦＡＲ処理が行われることになる。

【００８３】このＣＦＡＲ処理とは、ある点Ｘに対し
て、その点自身を除いた近傍の信号の平均値をこの点Ｘ
から減算し、その後改めて表示のしきい値を設定する処
理のことを言う。

【００８４】図１２に示すレーダーに表示された信号に
このＣＦＡＲ処理を施すと、図１３のような結果とな
る。同図から明らかなように、このＣＦＡＲ処理を施す
ことにより散乱物の全体の傾きは除去され、点Ａ〜Ｃを
抽出するためのしきい値Ｔ３を容易に設定することが可
能になる。

【００８５】以上に説明したものが、所謂ＣＦＡＲ処理
である。

【００８６】既に、このＣＦＡＲを用いて肝臓の病変部
位が比較的良好に抽出できたという論文報告もあるが、
ＣＦＡＲは、抽出すべき点が疎らに存在する場合に良好
に行えるものであり、抽出すべき点が密に存在する場
合、すなわち進行した肝硬変などを想定した場合には、
理論的にうまくいかないことが解っている。なぜなら、
上記「近傍の平均値」には散乱物のみでなく隣接した抽
出点も含まれるので、もはや非レイリー性を示すことに
なる（図１４参照）。従って、このような場合、減算結
果は過小評価となる。

【００８７】従って、このような場合には、本手法を用
いて近傍のレイリー分布を呈する領域を探索し、そこか
ら求めた平均値を用いることで、前述の抽出物が疎な場
合と同程度の精度を保つことができる。

【００８８】＜判断結果の提示方法＞上記の判定法によ
って棄却された部分は正常組織でない可能性が高い。そ
こで、本例では、この部分の断層像を表示し、棄却され
なかった部分は、例えば輝度値を０として黒く表示する
ことにする。このような手法により、疾患部位の可能性
がある部分を強調して表示することができる。

【００８９】この変形例としては、例えばＢモード白黒
輝度画像において、上記棄却された領域を赤色などに彩
色表示するという強調表示方法も考えられる。

【００９０】また、以上に述べた疾患の強調表示画像が
得られた後も、元のＢモード断層像を観察できれば、解
析結果の確認やオリジナルの組織性状を確認するのに便
利である。

【００９１】そこで、本発明では、前記解析結果の強調
表示画像と元のＢモード断層像は、操作者の指示（例え
ばボタン操作）によって切り替え表示が可能に構成する
ものとする。また、並列して１画面に同時に表示するこ
とも可能とする。

【００９２】＜統計量の表示＞また、本発明では、上記
の手法で得られた母集団の分散値σ_０ ^２、或いは関心領
域の分散値σ_１ ^２、若しくはその平方根（標準偏差）、
さらにはその平均値μは表示部に表示することが可能に
構成するものとする。

【００９３】＜確率密度曲線の表示＞本発明では、前述
の解析により得られた平均値、分散値等、各領域のサン
プルデータは、言うまでもなく図１６に示したような確
率密度分布で表示されるものとする。さらに、本発明で
は、解析後に操作者が指定した画像上の１点あるいは局
所領域についての確率密度曲線を別画面にて表示するこ
とも可能である。

【００９４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る超音
波診断装置及びその解析手法によれば、超音波診断の際
に、目視ではスペックルパタンとの分別が難しい、超音
波パルスの分解能の限界に近い構造物の存在を、統計的
な性質を用いて抽出し、視認が容易な画像を生成するこ
とで、肝硬変の重症度の診断をより容易に行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の制御構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明に係る超音波診断装置において、その解
析領域の指定を行う場合の説明図である。

【図３】本発明に係る超音波診断装置において、その解
析領域のデータの並びを示す概念図である。

【図４】本発明に係る超音波診断装置において、その解
析領域中の１点に対して平滑処理のために使用される領
域を示す図である。

【図５】平滑処理を施す２点の信号強度の関係を説明す
るための概念図である。

【図６】本発明に係る超音波診断装置及びその解析手法
によって得られる画像例である。

【図７】本発明の解析を行う際の操作者の手続きを表す
フロー図である。

【図８】本発明の解析領域中の１点に対して、複数フレ
ームを用いて平滑処理を行う際の概念図である。

【図９】肝硬変と診断された肝臓のエコー信号を基に、
図８に示す診断画像と同様な空間配置を行ったものから
算出した分散値σ²を示す前記肝臓の解析結果である。

【図１０】図９に示す曲線Ａを描くためのサンプル取得
方法を説明するための説明図である。

【図１１】図１０に示す方法によりレイリー分布と似た
分散値を持つサンプルを探索する過程を示す概念図であ
る。

【図１２】レーダーに表示された信号を例に示す説明図
である。

【図１３】図１２に示す説明図にＣＦＡＲ処理を施した
結果を示す図である。

【図１４】抽出すべき点が密に存在する場合、すなわち
進行した肝硬変などを想定した場合の従来手法の平均値
とレイリー部探索後の平均値の違いを示す図である。

【図１５】正常肝臓と硬変肝臓の診断画像の見え方の違
いを表す模式図である。

【図１６】正常肝臓と硬変肝臓の信号強度の確率密度分
布の違いを表す模式図である。

【符号の説明】

１１…装置本体１２…超音波プローブ１３…入力装置１４…モニター２１…超音波送信ユニット２２…超音波受信ユニット２３…Ｂモード処理ユニット２４…ドプラ処理ユニット２５…画像再生回路画像メモリ２６…信号解析ユニット２７…制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８…記憶媒体２９…その他のインターフェース４１…領域５１…正常な肝臓から反射されるエコー信号の輝度値の
確率密度分布５２…繊維化構造が増加した肝臓から反射されるエコー
信号の輝度値の確率密度分布Ｐ…被検体Ｔ１…しきい値Ｔ２…しきい値Ｔ３…点Ａ〜Ｃを抽出するためのしきい値

フロントページの続きＦターム(参考） 4C301 AA02 CC02 DD02 DD30 EE20 HH31 HH52 JB03 JB11 JB29 JB34 JC07 JC16 JC20 KK08 KK25 KK30 KK31 LL02 LL03 LL04 LL20 4C601 DD30 DE01 EE30 JB01 JB11 JB19 JB21 JB22 JB34 JB45 JB49 JB55 JC04 JC15 JC20 JC37 KK10 KK12 KK28 KK29 KK31 KK33 LL01 LL02 LL04 LL40 5B057 AA07 BA05 CA02 CA08 CA13 CA16 CB08 CB12 CB13 CB16 CE11 DB02 DB09 DC30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に超音波パルスを照射することに
より断層像を得る超音波診断装置において、前記被検体
部位から発生するエコー信号の強度あるいは振幅情報の
統計的性質を用いて特定の信号を抽出する解析演算手段
と、該解析演算手段より抽出した結果を表示する表示手
段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記解析演算手段は、前記解析対象とな
るエコー信号の中の第１信号振幅値と第２信号振幅値の
類似度を検定によって判定する判定手段を備えたことを
特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記解析演算手段は、前記第１信号振幅
値と第２信号振幅値の類似度によって決まる重みを数値
化する数値化手段と、この数値化された重みを使って、
前記第１信号振幅値と第２信号振幅値とを重み付け平均
する平均化手段とをさらに備えたことを特徴とする請求
項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】前記平均化手段は、加重平均によって前
記第１信号振幅値に関する新たな数値を得ることを特徴
とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】前記平均化手段は、前記第１信号振幅値
と第２信号振幅値の類似度が高い場合には前記第２信号
振幅に大きな重み係数を乗算し、前記第１信号振幅値と
第２信号振幅値の類似度が低い場合には前記第２信号振
幅に小さな重み係数を乗算し、重み付けされた該第１及
び第２の信号振幅を加重平均することを特徴とする請求
項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】前記解析演算手段は、前記エコー信号が
画像データに変換される前のデータを取り込んで、当該
データを前記解析演算に用いるデータ取込み手段を備え
たことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一
項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】前記加重平均の結果を、被検体の断層面
と空間的に対応するように再構築し、表示する表示手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６
のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】前記表示手段は、被検体の断層面と空間
的に対応するように再構築された前記加重平均の結果
を、解析前の診断画像と並列表示、あるいは重畳表示す
る手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の超音波
診断装置。
【請求項９】前記類似度の検定は、信号振幅の確率密
度分布がレイリー分布に従う理論値からなる確率密度分
布に従う仮説から、検定を行うことを特徴とする請求項
１乃至請求項８のいずれか一項に記載の超音波診断装
置。
【請求項１０】前記検定のための棄却域を操作者によ
って設定可能な手段をさらに備えたことを特徴とする請
求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の超音波診断
装置。
【請求項１１】前記超音波診断装置は、前記解析手段
で解析を行う領域に対して超音波を送受波する送受信手
段を含み、前記送受信手段は、前記解析を行う領域と他
の領域で異なる送受信条件で送受信を行うように構成さ
れたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１
０のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項１２】前記エコー信号の強度演算時に信号強
度の飽和状態を監視する監視手段と、この飽和状態が生
じたときに再計測を指令する再指令手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に
記載の超音波診断装置。
【請求項１３】被検体に超音波パルスを照射すること
により断層像を得る超音波診断装置において、前記パル
スのエコー信号のあるサンプル領域から第１の統計量を
演算する手段と、前記演算するサンプルの近傍に存在す
る別のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイ
リー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、
前記探索した領域から、第２の統計量を演算する手段
と、前記第１、第２の統計量を利用して、前記サンプル
領域の前記エコー信号がレイリー分布に従うという仮説
を検定する検定処理を行う手段と、前記検定によって得
られた結果を用いて、前記サンプル領域の組織性状の重
症度を判定する手段と、前記判定した結果を表示部に画
像あるいは数値表示する機能とを具備したことを特徴と
する超音波診断装置。
【請求項１４】被検体に超音波パルスを照射すること
により断層像を得る超音波診断装置において、前記パル
スのエコー信号のあるサンプル領域から第１の統計量を
演算する手段と、前記演算するサンプルの近傍に存在す
る別のエコー信号から、前記エコー信号の振幅値がレイ
リー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段と、
前記探索した領域から第２の統計量を演算する手段と、
前記第２の統計量を利用して、前記サンプル領域にＣＦ
ＡＲ処理を施す演算手段と、前記ＣＦＡＲ処理の結果を
表示する表示手段とを具備したことを特徴とする超音波
診断装置。
【請求項１５】前記演算するサンプルの近傍に存在す
る別のエコー信号から前記エコー信号の振幅値がレイリ
ー分布に従う統計量を有する領域を探索する手段は、前
記近傍のエコー信号サンプルから得られた平均値μを、
レイリー分布を仮定して算出された分散値σ_２ ^２と、前
記サンプルから直接計算した分散値σ_２ ^２を比較し、両
者の比が１に近いサンプルを探す手段であることを特徴
とする請求項１４記載の超音波診断装置。
【請求項１６】前記σ_１ ^２，σ_２ ^２を各々の値を表示
部に表示する表示手段をさらに具備したことを特徴とす
る請求項１５に記載の超音波診断装置。
【請求項１７】被検体に超音波パルスを照射すること
により断層像を得る超音波診断装置において、表示診断
画像に解析領域をユーザによって指定することが可能な
機能と、前記解析領域の統計量を演算する演算機能と、
前記解析領域に対応する前記σ_１，σ_２を各々の値を表
示部に表示する機能とを具備したことを特徴とする請求
項１５に記載の超音波診断装置。