JP2008168016A - 超音波診断装置、ｉｍｔ計測方法及びｉｍｔ計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】定量性が高く、検査者ごとのばらつきの少ないＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）計測を行うことができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより検出信号を出力する超音波用探触子１００と、該超音波用探触子から出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する信号処理部２８と、包絡線データの値の差分又は微分と、画像データの値の変化量とに基づいて、血管の内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出する境界検出部４１と、該境界検出部によって検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴを算出するＩＭＴ算出部４６とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体に超音波を送信及び受信することによって得られる検出信号に基づいて血管の内膜中膜複合体厚（intima media thickness：ＩＭＴ）を計測する機能を有する超音波診断装置に関する。さらに、本発明は、そのようなＩＭＴ計測を行う際に用いられるＩＭＴ計測方法及びＩＭＴ計測プログラムに関する。

近年、動脈硬化を判定する指標として、内膜中膜複合体厚が注目されている。図９を参照すると、動脈壁は、内膜９０１と、中膜９０２と、外膜９０３とを含む３層構造を有している。ＩＭＴは、その内の内膜９０１と中膜９０２とを合わせた厚さ（即ち、血管腔９００と内膜９０１との境界から、中膜９０２と外膜９０３との境界までの長さ）のことである。近年の研究により、動脈硬化が進行するほど内膜中膜複合体が厚くなったり、プラークが形成されたりすることがわかってきている。ここでプラークとは、血管壁が内側に盛り上がった部分のことである。プラークの組織は、血栓や、脂肪性、繊維性等の様々であり、頚動脈の狭窄や脳梗塞や脳虚血等の原因ともなっている。

図１０及び図１１は、頚動脈の一部を示す模式図である。図１０及び図１１に示すように、心臓から押し出された血液は、総頚動脈（common carotid artery：ＣＣＡ）９１１に導入され、顔面の動脈につながる外頚動脈（external carotid artery：ＥＣＡ）９１２と、脳動脈につながる内頚動脈（internal carotid artery：ＩＣＡ）９１３とに分岐する。

先に説明したＩＭＴは、超音波検査（頚動脈超音波検査）によって計測される。即ち、複数の超音波トランスデューサが配列された超音波トランスデューサアレイを備える超音波用探触子を、被検体（患者）の頸部に当接して超音波を送信する。ここで、頚動脈においてＩＭＴが計測されるのは、頚動脈が動脈硬化の好発部位だからである。その際に、複数の超音波トランスデューサを順次駆動することにより、複数の超音波の合成によって超音波ビームが形成され、被検体が電子的に走査される。そのようにして送信された超音波は、被検体内の構造物の表面（異なる組織の界面）において反射されるので、それによって生じる超音波エコーを超音波用探触子によって受信し、検出信号を生成する。これらの検出信号を、超音波用探触子に接続された超音波診断装置本体において処理することにより、超音波画像が生成される。さらに、そのようにして生成された超音波画像において、検査者（医師等のオペレータ）がノギス等を用いて血管壁を計測することにより、ＩＭＴが求められる。さらに、このＩＭＴに基づいて動脈硬化の程度を測定したり、その結果に基づいて心臓や脳を含む全身の血管状態を推測する。

しかしながら、このような計測方法によれば、計測に時間がかかると共に、検査者の熟練度によって計測精度が大きく異なることが問題となっている。そのため、集団検診等においてもＩＭＴを積極的に活用できるように、検査者ごとに生じる計測結果の差が少なく、短時間に効率良くＩＭＴ計測できることが望まれている。

関連する技術として、非特許文献１には、血管を超音波検査する際の注意点及びポイントが記載されている。例えば、頚動脈超音波検査においては、血管径と、ｍａｘ（最大）ＩＭＴと、ｍｅａｎ（平均）ＩＭＴとが計測される。ここで、プラーク９１５は、総頚動脈の入口付近や、血管分岐部（ＢＩＦ）９１４付近のように、血流の方向が変化する領域に形成され易い。そのため、図１０に示すように、ｍａｘＩＭＴは、総頚動脈９１１と、球部（血管分岐部（ＢＩＦ）９１４）から内頚動脈９１３に至る領域（ＢＩＦ〜ＩＣＡ）との２箇所において計測される。また、図１１に示すように、ｍｅａｎＩＭＴは、ｍａｘＩＭＴとその両側１ｃｍの位置ｂ及びｃにおけるＩＭＴとを求め、それら３点の平均値｛ｍａｘＩＭＴ＋ＩＭＴ（ａ）＋ＩＭＴ（ｂ）｝／３を計算することにより得られる。

特許文献１には、超音波により撮影した画像のデータをデジタルデータとして出力する超音波装置と、該超音波装置のデジタル出力を光結合により伝送するデータ伝送装置と、該データ伝送装置により伝送された血管の画像データに基づいて、血管の内膜中膜複合厚を算出するデータ解析装置であって、デジタルの画像データの輝度値の移動平均値に基づいて基準位置を算出し、基準位置から血管の管壁部方向に向かって所定のピクセル範囲内における輝度値の極大値及び極小値に基づいて血管の内膜中膜複合体厚を算出するデータ解析装置とを備える血管膜厚測定装置が開示されている。

特許文献１においては、輝度のピーク値を探索することにより、ＩＭＴ値を自動計算している。ここで、内膜側の境界（血管腔と中膜との境界）を表す輝度はあまり高くないので、境界を検出するのが困難な場合があり、そのために、特許文献１においては回帰曲線補正を行っている。或いは、検出されたポイントの平均値を用いる場合もある。しかしながら、このような方法によれば、検出できないポイントが多数ある場合には、ＩＭＴ計測の精度が低下すると共に、ｍａｘＩＭＴを算出する場合に真の値を求めることができなくなってしまう。

また、単に輝度のピーク値に基づいて境界を探索すると、ノイズが大きい場合に検出エラーが生じるおそれがある。例えば、図１２に示すように、輝度データにおいて比較的大きなピーク（１）〜（３）が複数観察される場合に、実際には、最大のピーク（３）がＩＭＴの外膜側境界（中膜と外膜との境界）であり、その隣のピーク（２）が内膜側境界であるにも関わらず、ベース位置から境界探索を開始すると、最初のピーク（１）が内膜側境界として、また、その次のピーク（２）が外膜側境界として検出されてしまう。そうすると、ｍａｘＩＭＴを利用する診断に大きな影響を与えてしまう。

特許文献２には、超音波プローブにより被験者の体内から取得された反射超音波に基づいて体内の画像を表示すると共に血管の内膜中膜複合体膜厚の測定を行う超音波診断装置において、（ａ）表示された画像内で測定対象とする領域を設定するための測定領域設定手段と、（ｂ）測定領域内に１箇所又は複数箇所存在する血管壁を検出する血管壁検出手段と、（ｃ）検出された血管壁毎に内膜中膜複合体膜厚の測定を行うＩＭＴ測定手段とを備える超音波診断装置が開示されている。上記血管壁検出手段は、画素の輝度値が急変する箇所を検出した後で、隣接する輝度値急変箇所間の距離に基づいて血管壁の位置を決定しており、上記ＩＭＴ測定手段は、同一の血管壁に属する輝度値隣接急変箇所間の距離に基づいて血管壁毎の内膜中膜複合体膜厚を決定している。

ここで、１つの血管壁を通る計測ラインにおいては、内膜中膜複合体の血管腔側の境界と、外膜側の境界との２箇所に輝度値急変箇所が観察される。そこで、特許文献２においては、ある計測ラインに３箇所以上の輝度値急変箇所が検出された場合に、それらの輝度値急変箇所が同一の血管壁に属するものであるか否かを、それらの間の距離に基づいて判定している（段落００１６）。しかしながら、血管壁は、方位方向において連続性を有しているので、距離（深度）方向における輝度変化に基づいて血管壁の状態を判断するのは合理的ではない。
特開平１１−３１８８９６号公報（第２頁） 特開２００４−３５７８９２号公報（第２、４頁） 戸出浩之、「正しい血管超音波検査」、超音波検査技術、２００６年、第３１巻、第２号、第８０頁

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、定量性が高く、検査者ごとのばらつきの少ないＩＭＴ計測を行う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。また、本発明は、超音波診断装置においてそのようなＩＭＴ計測を行うために用いられる超音波画像処理方法及び超音波画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより検出信号を出力する超音波用探触子と、該超音波用探触子から出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する信号処理手段と、包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、血管の内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出する境界検出手段と、該境界検出手段によって検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を算出するＩＭＴ算出手段とを具備する。

本発明に係る超音波画像処理方法は、被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する超音波診断装置において、包絡線データに基づいて血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を計測する方法であって、包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴを算出するステップ（ｂ）とを具備する。

本発明に係る超音波画像処理プログラムは、被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する超音波診断装置において、包絡線データに基づいて血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を計測するために用いられるプログラムであって、包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出する手順（ａ）と、手順（ａ）において検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴを算出する手順（ｂ）とをＣＰＵに実行させる。

本発明によれば、超音波画像を構成する画素の輝度の変化（差分及び微分）及び変化量に着目して境界を検出するので、定量性が高く、検査者ごとのばらつきの少ないＩＭＴ計測を行うことが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波用探触子１００と、超音波の送受信を制御すると共に、取得された検出信号に基づいて超音波画像を生成し、さらに、動脈の内膜中膜複合体厚（ＩＭＴ）を計測する機能を有する超音波診断装置本体２００とを含んでいる。両者は、ケーブルによって互いに接続されている。また、このような超音波診断装置は、ＬＡＮ等のネットワークＮＷを介して、レポートシステム３００やプリンタ４００に接続されていても良い。

超音波用探触子１００は、コンベックスタイプ、リニアスキャンタイプ又はセクタスキャンタイプ等の被検体に当接させて用いられるプローブである。この超音波用探触子１００は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０を備えている。これらの超音波トランスデューサ１０は、印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信して検出信号を出力する。

各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮によって、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。

あるいは、超音波トランスデューサとして、超音波変換方式の異なる複数種類の素子を用いても良い。例えば、超音波を送信する素子として上記の振動子を用い、超音波を受信する素子として光検出方式の超音波トランスデューサを用いるようにする。光検出方式の超音波トランスデューサとは、超音波信号を光信号に変換して検出するものであり、例えば、ファブリーペロー共振器やファイバブラッググレーティングによって構成される。

超音波診断装置本体２００は、超音波診断装置全体の動作を制御する制御部２１と、操作卓２２と、格納部２３と、走査制御部２４と、送信回路２５、受信回路２６及びＡ／Ｄ変換器２７を含む送受信部と、信号処理部２８と、シネメモリ２９と、Ｂモード画像データ生成部３０と、ＩＭＴ計測部３１と、ＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバータ）３２と、Ｄ／Ａ変換器３３と、表示部３４と、外部インタフェース３５とを含んでいる。

操作卓２２は、超音波診断装置本体２００に種々の命令や情報を入力する際に検査者（オペレータ）によって用いられる入力デバイスである。操作卓２２は、患者情報等を入力する際に用いられる文字入力キー（キーボード）や、画面上において領域指定を行う際に用いられるトラックボールや、種々の入力ボタンを含んでいる。また、操作卓２２は、画面に表示されている超音波画像についてライブモード（動画）とフリーズモード（静止画）とを切り替えるフリーズボタンを含んでおり、フリーズボタンを押下するごとに、フリーズ信号及びフリーズ解除信号が制御部２１に交互に入力される。

格納部２３は、ハードディスク又はメモリ等によって構成されており、超音波診断装置本体２００に含まれるＣＰＵに動作を実行させるための基本プログラム及び種々の処理を行うために用いられるプログラム（ソフトウェア）や、それらの処理に用いられる情報等を格納する。

走査制御部２４は、制御部２１の制御の下で、超音波ビームの送信方向又は超音波エコーの受信方向を順次設定し、設定された送信方向に応じて送信遅延パターンを選択する送信制御機能と、設定された受信方向に応じて受信遅延パターンを選択する受信制御機能とを有している。

ここで、送信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波によって所望の方向に超音波ビームを形成するために駆動信号に与えられる遅延時間のパターンであり、受信遅延パターンとは、複数の超音波トランスデューサ１０によって受信される超音波によって所望の方向からの超音波エコーを抽出するために検出信号に与えられる遅延時間のパターンである。複数の送信遅延パターン及び複数の受信遅延パターンが、メモリ等に格納されている。

送信回路２５は、複数の超音波トランスデューサ１０にそれぞれ印加される複数の駆動信号を生成する。その際に、走査制御部２４によって選択された送信遅延パターンに基づいて複数の駆動信号にそれぞれの遅延時間を与える。ここで、送信回路２５は、複数の超音波トランスデューサ１０から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波用探触子１０に供給するようにしても良いし、複数の超音波トランスデューサ１０から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように、複数の駆動信号を超音波用探触子１０に供給するようにしても良い。

受信回路２６は、複数の超音波トランスデューサ１０からそれぞれ出力される複数の検出信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器２７は、受信回路２６によって増幅されたアナログの検出信号をディジタルの検出信号（本願においては、「ＲＦデータ」ともいう）に変換する。Ａ／Ｄ変換器２７から出力されるＲＦデータは、信号処理部２８に入力される。信号処理部２８は、走査制御部２４によって選択された受信遅延パターンに基づいて、ＲＦデータによって表される複数の検出信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの検出信号を加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データが形成される。

さらに、信号処理部２８は、音線データに対して、ＳＴＣ（Sensitivity Time gain Control：センシティビティ・タイム・ゲイン・コントロール）によって、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、ローパスフィルタ等によって包絡線検波処理を施すことにより、包絡線データを生成する。この包絡線データの値は、被検体においては超音波の反射の強さに対応しており、超音波画像においては音線上における画素の輝度値に対応している。以下において、この包絡線データのことを輝度データともいう。

信号処理部２８によって生成された包絡線データは、シネメモリ２９に順次格納されると共に、Ｂモード画像データ生成部３０に供給される。シネメモリ２９は、少なくとも１フレーム分、より好ましくは複数フレーム分の包絡線データを蓄積するためのメモリ容量を有している。Ｂモード画像データ生成部３０は、包絡線データに対して、Ｌｏｇ（対数）圧縮やゲイン調整等のプリプロセス処理を施してＢモード画像データを生成し、生成されたＢモード画像データをＤＳＣ３２に出力する。

ＩＭＴ計測部３１は、包絡線メモリ４０と、境界検出部４１と、ＲＯＩ設定部４２と、探索範囲設定部４３と、閾値設定部４４と、エラー検出部４５と、ＩＭＴ算出部４６と、ＩＭＴ表示処理部４７とを有しており、輝度データに基づいてＩＭＴを計測する。

本実施形態においては、ＩＭＴ計測部３１（包絡線メモリ４０を除く各部４１〜４７）が、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（データ解析プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路又はアナログ回路で構成しても良い。また、制御部２１、走査制御部２４、信号処理部２８、Ｂモード画像データ生成部３０、及び、ＤＳＣ３２も、ＣＰＵ及びソフトウェアによって構成されるが、信号処理部２８、Ｂモード画像データ生成部３０、及び、ＤＳＣ３２は、ディジタル回路又はアナログ回路で構成することもできる。上記のソフトウェアは、格納部２３に格納されている。また、格納部２３に、走査制御部２４によって選択される送信遅延パターン及び受信遅延パターンを格納するようにしても良い。

ＤＳＣ３２は、Ｂモード画像データ生成部３０によって生成されたＢモード画像データを通常のテレビジョン信号の走査方式に従う超音波画像データに変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、超音波画像データを生成する。また、ＤＳＣ３２は、超音波画像データに基づいて表示用の画像データを生成する。さらに、ＤＳＣ３２は、ＩＭＴ計測部３１にから出力されるデータに基づいて、超音波画像中の内膜中膜複合体をカラー表示したり、種々の情報を超音波画像に重ね合わせて表示するための合成データを生成する。なお、ＤＳＣ３２よりも後段に、ゲイン調整及びコントラスト調整を含む線形の階調処理や、γ補正を含む非線形な階調処理等の画像処理を施す画像処理部を設けても良い。

Ｄ／Ａ変換器３３は、ＤＳＣ３２において変換された表示用の画像データをアナログ信号に変換して表示部３４に出力する。
表示部３４は、例えば、ラスタスキャン方式のＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤディスプレイであり、Ｄ／Ａ変換器３３においてアナログ変換された画像信号に基づいて、超音波画像の動画又は静止画や、種々の設定画面や、ＩＭＴ計測の結果等を表示する。なお、本実施形態においては、表示部を１つだけ設けているが、例えば、種々の設定画面を表示するための装置を別途設けても良い。

次に、図１に示す超音波診断装置におけるＩＭＴ計測部３１の機能について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図２は、ある輝度データの値の変化を示している。通常、ある計測ラインが１箇所において血管壁を横切っている場合には、その計測ラインに対応する輝度データに、血管腔と内膜との境界（以下において、内膜側境界ともいう）、及び、中膜と外膜との境界（以下において、外膜側境界ともいう）の２箇所にピークが観察される。その内でも、外膜側境界における超音波の反射は比較的強く、内膜側境界における反射はそれよりも弱いので、ピークの強度は２段階となる。そこで、そのような２つのピークを検出することにより、内膜側境界及び外膜側境界を求め、それらの境界の間隔を計算することにより、ＩＭＴが求められる。

包絡線メモリ４０は、ライブモードにおいては信号処理部２８から供給される包絡線データを、フリーズモードにおいてはシネメモリ２９から供給される包絡線データを格納する。
境界検出部４１は、包絡線メモリ４０に格納されている輝度データに基づいて、内膜側境界及び外膜側境界を検出する。即ち、境界検出部４１は、差分又は微分計算により輝度が増加する領域（グラフが立ち上がる領域）を探索し、その領域の両端における輝度の差が所定の閾値よりも大きい場合に、その領域を内膜側境界又は外膜側境界として抽出する。

ＲＯＩ設定部４２は、検査者がＢモード画像上において選択した領域を、ＩＭＴ計測のための関心領域（ＲＯＩ）として設定する。
探索範囲設定部４３は、境界検出部４１において境界検出を行う対象範囲（探索範囲）を設定する。探索範囲設定部４３は、ＲＯＩ設定部４２によって設定された関心領域を最初の探索範囲とし、その後には、境界の検出状況に応じて探索範囲を再設定する。

閾値設定部４４は、境界検出部４１において用いられる閾値を設定する。
エラー検出部４５は、境界として検出された注目点がエラー検出されたものであるか否かを、注目点とその方位方向における近隣の境界との関係に基づいて判断する。

ＩＭＴ算出部４６は、検出された内膜側境界及び外膜側境界の座標値（深度）に基づいてＩＭＴの値を算出し、その内からＩＭＴの最大値（ｍａｘＩＭＴ）を求め、さらに、ＩＭＴの平均値（ｍｅａｎＩＭＴ）を算出する。

ＩＭＴ表示処理部４７は、検出された境界を超音波画像上に色付けして表示するためのカラー表示用画像データや、ｍａｘＩＭＴの位置を矢印等により画面に表示するための位置データや、ｍａｘＩＭＴ及びｍｅａｎＩＭＴの計測値を示す計測データを生成してＤＳＣ３２に出力する。

なお、境界検出部４１の前段に、包絡線メモリ４０に格納されている輝度データについて、平滑化処理、コントラスト強調処理、エッジ強調処理、ノイズ除去処理等の画像処理を行う前処理部をさらに設けても良い。その際には、ＲＯＩ設定された領域のみに前処理を施すと効率が良い。

次に、図１、図３〜図５を参照しながら、本実施形態に係る超音波診断装置において行われる境界検出動作及びＩＭＴ計測動作について説明する。
検査者が患者の頸部に超音波用探触子１００（図１）を当接することにより超音波撮像を開始すると、表示部３４の画面にＢモード画像が表示される。

図３のステップＳ１１において、図４の（ａ）に示すように、検査者は、画面に表示されたＢモード画像５１上の注目箇所（例えば、プラークと見られる箇所や総頚動脈の入口付近や血管分岐部等）にＲＯＩ５２を設定する。その際には、１つの血管壁断面のみを含む（即ち、対向する２つの血管壁を含まない）ようにＲＯＩ５２を設定することが望ましい。ＩＭＴの計測は、ＲＯＩ５２内の各計測ラインＫ＝Ｋ_１〜Ｋ_ＬＡＳＴについて行われる。探索範囲設定部４３は、この計測ラインＫの長さを探索範囲の初期設定値として設定する。それに応じて、ステップＳ１２において、探索範囲に対応する輝度データが境界検出部４１に入力される。

ステップＳ１３において、閾値設定部４４は、境界検出する際に用いられる閾値を設定する。閾値としては、経験的に求められた値を用いても良いし、前回の境界検出において使用された閾値を用いても良い。なお、閾値が初期設定されている場合には、再度設定する必要はない。

ステップＳ１４において、図４の（ｂ）に示すように、境界検出部４１は、探索領域に含まれる輝度データにおいて、グラフが立ち上がっている領域（差分値又は微分値が正となる領域）を探索して抽出する。例えば、ある注目点Ｎにおける輝度値Ｉ（Ｎ）と、その隣接点Ｎ＋ａ（ａ≧１）における輝度値Ｉ（Ｎ＋ａ）とを比較し、その差分値｛Ｉ（Ｎ＋ａ）−Ｉ（Ｎ）｝／｛（Ｎ＋ａ）−Ｎ｝が正となるか否かを判定する。或いは、ある深さｚ_０おける微分値ｄＩ（ｚ）／ｄｚ（ｚ＝ｚ_０）を算出し、この微分値が正となるか否かを判定する。この立ち上がり領域が、内膜側境界又は外膜側境界の候補領域となる。

次に、ステップＳ１５において、図４の（ｃ）に示すように、境界検出部４１は、輝度の立ち上がり領域の両端における輝度の変化量（輝度差）を算出する。
ステップＳ１６において、境界検出部４１は、立ち上がり領域における輝度差と閾値とを比較し、閾値よりも輝度差が大きい領域を、内膜側境界領域又は外膜側境界領域として抽出する。その際には、輝度差の大きい方が外膜側境界領域とされ（ステップＳ１７）、輝度差の小さい方が内膜側境界領域とされる（ステップＳ１８）。また、閾値よりも輝度差が大きい領域が１つしか検出されなかった場合には、その領域は外膜側境界領域とされる。

ステップＳ１８において、内膜側境界領域が検出されなかった場合には、ステップＳ１９において、探索範囲設定部４３が新たな探索範囲を再設定し、閾値設定部４４が新たな閾値を再設定する。探索範囲としては、図４の（ｄ）に示すように、ステップＳ１７において検出された外膜側境界領域から所定の範囲内が設定される。例えば、臨床上取り得るＩＭＴの値を参考にして次の探索範囲を決定しても良いし、前回の探索範囲の５０％以内というように数値で決定しても良い。一方、閾値としては、ステップＳ１６において用いられた閾値よりも低い値（例えば、前回の閾値の８０％）が再設定される。

それにより、ステップＳ１６において、再設定された条件（探索範囲及び閾値）の下で内膜側境界領域の探索が行われる。この探索ステップＳ１６及び探索条件設定ステップＳ１８〜Ｓ１９は、内膜側境界領域が検出されるまで、探索範囲を徐々に狭くしながら、且つ、閾値を徐々に小さくしながら行われる。

次に、ステップＳ２０において、境界検出部４１は、図４の（ｄ）に示すように、検出された２つの境界領域の両端の座標値（即ち、深さの最大値及び最小値）を保存する。
ステップＳ２１において、境界検出部４１は、保存された最大値及び最小値に基づいて、内膜側境界及び外膜側境界の位置（座標）を決定する。境界の位置は、各境界領域の最大値又は最小値であっても良いし、それらの中間点であっても良い。境界の位置を表すデータ（境界データ）はエラー検出部４５に出力され、検出エラーの有無を判定するために一旦蓄積される。
図４の（ａ）に示すように、このような境界検出処理（ステップＳ１２〜Ｓ２１）は、ＲＯＩ５２内の計測ラインＫ＝Ｋ_１、Ｋ_２、…が右端（Ｋ＝Ｋ_ＬＡＳＴ）に至るまで繰り返される（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ２３において、エラー検出部４５は、ステップＳ２１において求められた境界について検出エラーがあるか否かを判定し、検出エラーがある場合には補正（真の境界の検出）を行う。補正済みの境界データは、ＩＭＴ算出部４６に出力される。この補正動作については、後で詳しく説明する。

ステップＳ２４において、図５に示すように、ＩＭＴ算出部４６は、内膜側境界と外膜側境界との座標値の差を求めることにより、計測ラインＫ_１、Ｋ_２、…ごとにＩＭＴを算出する。

ステップＳ２５において、ＩＭＴ算出部４６は、各計測ラインについて算出されたＩＭＴの内からＩＭＴの最大値（ｍａｘＩＭＴ）を求め、そのｍａｘＩＭＴが得られた計測ラインＫ_ｍａｘを取得する。さらに、ＩＭＴ算出部４６は、Ｋ_ｍａｘから所定の距離（例えば、両側１ｃｍ）だけ離れた計測ラインＫ_Ｌ及びＫ_ＲにおけるＩＭＴ（Ｋ_Ｌ）及びＩＭＴ（Ｋ_Ｒ）を取得し、それらの平均値ｍｅａｎＩＭＴ＝｛ｍａｘＩＭＴ＋ＩＭＴ（Ｋ_Ｌ）＋ＩＭＴ（Ｋ_Ｒ）｝／３を算出する。

ステップＳ２６において、ＩＭＴ表示処理部４７は、境界検出部４１から出力された境界データに基づいて、境界を色づけして表示するための画像データを生成してＤＳＣ３２に出力する。また、ＩＭＴ表示処理部４７は、ｍａｘＩＭＴが得られた位置を矢印等によって示すための位置データ及びｍａｘＩＭＴ等の計測値を表す計測データを出力する。それにより、図６に示すように、Ｂモード画像データ生成部３０において生成されたＢモード画像上に、内膜中膜複合体又はその境界が色分けして表示されると共に、ｍａｘＩＭＴの位置や、ｍａｘＩＭＴ及びｍｅａｎＩＭＴの値が表示される。

次に、図３のステップＳ２３における補正動作について、図１、図７及び図８を参照しながら説明する。
図７のステップＳ３１において、図１に示すエラー検出部４５は、境界検出部４１によって計測ラインごとに検出された境界データを１フレーム分蓄積する。

ここで、図８の（ａ）に示すように、ある計測ラインＫにおいて、ノイズによるピークが内膜側境界としてエラー検出された場合には、図８の（ｂ）に示すように、内膜側境界の連続性がなくなってしまう。エラー検出部４５は、このような方位方向（深さ方向に直交する方向）における連続性に着目して、境界の検出エラーの有無を判定する。

即ち、ステップＳ３２において、図８の（ｂ）に示すように、注目する計測ラインＫ_Ｘにおいて検出された座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）に対し、その周囲（前又は後ろ又は前後）の計測ラインＫ_Ｘ−１、Ｋ_Ｘ−２、…、又は、Ｋ_Ｘ＋２、Ｋ_Ｘ＋２、…において検出された境界の座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ−１）、Ｃ（Ｋ_Ｘ−２）、…の平均値ＡＶＥ（Ｃ）を算出する。そして、ステップＳ３３において、座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）と、平均値ＡＶＥ（Ｃ）との差を算出する。

ステップＳ３４において、エラー検出部４５は、座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）と平均値ＡＶＥ（Ｃ）との差を、所定の閾値と比較することにより、検出エラーの有無を判定する。この閾値としては、例えば、臨床上許容し得る固定値を用いても良いし、近傍のフレームにおける境界座標の最大値と最小値との差を用いても良い。

ステップＳ３４における判定の結果、座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）と平均値ＡＶＥ（Ｃ）との差が閾値よりも小さい場合には、境界の検出エラーはなかったものとみなされ、境界データは、補正されることなくＩＭＴ算出部４６に出力される（ステップＳ３５）。

一方、座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）と平均値ＡＶＥ（Ｃ）との差が閾値以上であった場合には、座標値Ｃ（Ｋ_Ｘ）の境界はエラー検出されたものと判断され、真の境界を検出するために、再度探索が行われる。即ち、ステップＳ３６において、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、エラー検出された境界が、周囲の計測ラインにおける境界よりも浅い（又は深い）位置にある場合には、エラー検出された境界よりも深い（又は浅い）領域が新たな探索範囲として設定される。或いは、検出エラーのあった計測ラインＫ_Ｘ上の外膜側境界の位置を基準として（例えば、外膜側境界から浅い方に数ｍｍの範囲）、新たな探索範囲を設定しても良い。閾値としては、先の境界検出時に用いられた値を用いても良いし、それよりも小さい値（例えば、８０％）を再設定して用いても良い。

そして、ステップＳ３７において、新たな探索範囲に対応する輝度データについて、真の境界を検出するための処理が行われる。この境界検出処理については、図２に示すステップＳ１６〜Ｓ２１と同様である。
ステップＳ３８において、エラー検出部４５は、補正済みの境界データをＩＭＴ算出部４６に出力する。

以上説明したように、本実施形態によれば、輝度データの値の傾きと輝度の変化量とに着目することにより、境界を簡単且つ正確に検出することができる。特に、探索領域及び閾値を徐々に小さくすることにより、比較的輝度が小さい内膜側境界についても、ノイズと区別して検出することが可能になる。また、本実施形態によれば、方位方向における境界の位置関係に基づいて検出エラーの有無を判定するので、合理的な判定結果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、検出エラーがあった場合に、近隣の境界との位置関係や、外膜側境界の位置に基づいて探索範囲を再設定して真の境界を再探索するので、精度の高い補正を行うことができる。その結果、誤差の少ないｍａｘＩＭＴを得ることができ、信頼性の高い医療診断を行うことが可能になる。

以上の説明においては、輝度データに基づいて境界を検出しているが、被検体における超音波の反射の強さに対応するデータであれば、直接的に輝度を表すデータでなくても利用することができる。例えば、必要に応じて各種の信号処理が施された包絡線データを利用しても良い。

本発明は、被検体に超音波を送信及び受信することによって得られる検出信号に基づいて血管の内膜中膜複合体厚（ＩＭＴ）を計測する機能を有する超音波診断装置、並びに、ＩＭＴ計測を行う際に用いられるＩＭＴ計測方法及びＩＭＴ計測プログラムにおいて利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 血管壁の断面を含む領域を表す輝度データを示す模式図である。 図１に示す超音波診断装置における境界検出動作及びＩＭＴ計測動作を示すフローチャートである。 境界検出動作を説明するための図である。 ＩＭＴ計測動作を説明するための図である。 Ｂモード画像上に内膜中膜複合体が重ね合わせて表示された画面を示す図である。 図１に示す超音波診断装置における補正動作を示すフローチャートである。 補正動作を説明するための図である。 動脈の構造を説明するための図である。 頚動脈の形状及びｍａｘＩＭＴの計測位置を示す図である。 頚動脈の形状及びｍｅａｎＩＭＴの計測位置を示す図である。 境界の検出エラーを説明するための図である。

符号の説明

１０ 超音波トランスデューサ
２１ 操作卓
２２ 制御部
２３ 記録部
２４ 走査制御部
２５ 駆動信号発生部
２６ 送受信切換部
２７ Ａ／Ｄ変換器
２８ 信号処理部
２９ シネメモリ
３０ Ｂモード画像データ生成部
３１ ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）
３２ Ｄ／Ａ変換器
３３ 表示部
３４ 外部インタフェース
４０ 包絡線メモリ
４１ 境界検出部
４２ ＲＯＩ設定部
４３ 探索範囲設定部
４４ 閾値設定部
４５ エラー検出部
４６ ＩＭＴ算出部
４７ ＩＭＴ表示処理部
５１ Ｂモード画像
５２ 関心領域（ＲＯＩ）
１００ 超音波用探触子
２００ 超音波診断装置本体
３００ レポートシステム
４００ プリンタ
９００ 血管腔
９０１ 内膜
９０２ 中膜
９０３ 外膜
９１１ 総頚動脈（ＣＣＡ）
９１２ 外頚動脈（ＥＣＡ）
９１３ 内頚動脈（ＩＣＡ）
９１４ 血管分岐部（ＢＩＦ）

Claims (21)

1. 被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより検出信号を出力する超音波用探触子と、
   前記超音波用探触子から出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する信号処理手段と、
   包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、血管の内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出する境界検出手段と、
   前記境界検出手段によって検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を算出するＩＭＴ算出手段と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 包絡線データの値の変化量を比較する閾値を設定する閾値設定手段をさらに具備し、
   前記境界検出手段が、前記閾値設定手段によって設定される閾値よりも包絡線データの値の変化量が大きい領域を境界として検出する、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記閾値設定手段が、２つの境界の内の少なくとも一方が検出されない場合に、閾値の値をより小さく再設定する、請求項２記載の超音波診断装置。
4. 境界の探索範囲を設定する探索範囲設定手段をさらに具備し、
   前記境界検出手段が、前記探索範囲設定手段によって設定された探索範囲に対応する包絡線データに基づいて境界を探索する、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
5. 前記探索範囲設定手段が、前記境界検出手段によって１つの境界のみが検出された場合に、該１つの境界の位置に基づいて、もう１つの境界を検出するための探索範囲を再設定する、請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記境界検出手段によって検出された境界について、方位方向における境界の位置関係に基づいて検出エラーを判定するエラー検出手段をさらに具備する請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波診断装置。
7. 前記エラー検出手段が、注目する境界の座標値と、該境界の方位方向における近隣の境界の座標値の平均値との差に基づいて、境界の検出エラーの有無を判定する、請求項６記載の超音波診断装置。
8. 前記エラー検出手段による判定の結果、境界の検出エラーが存在する場合に、
   前記探索範囲設定手段が、エラー検出された境界の方位方向における近隣の境界に基づいて探索範囲を再設定し、又は、エラー検出された境界の距離方向に存在するもう１つの境界に基づいて探索範囲を再設定し、
   前記境界検出手段が、再設定された探索範囲内を探索することにより真の境界を検出する、
   請求項６又は７記載の超音波診断装置。
9. 前記ＩＭＴ算出手段が、複数の計測ラインにおいてそれぞれ算出された複数のＩＭＴに基づいて、ＩＭＴの最大値を求めると共に、ＩＭＴが最大となる位置を求める、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波診断装置。
10. 被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する超音波診断装置において、包絡線データに基づいて血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を計測する方法であって、
    包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出するステップ（ａ）と、
    ステップ（ａ）において検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴを算出するステップ（ｂ）と、
    を具備するＩＭＴ計測方法。
11. ステップ（ａ）において包絡線データの値の変化量を比較する際に用いられる閾値を設定するステップ（ｃ）をさらに具備し、
    ステップ（ａ）が、ステップ（ｃ）において設定された閾値よりも包絡線データの値の変化量が大きい領域を境界として検出することを含む、請求項１０記載のＩＭＴ計測方法。
12. ステップ（ａ）における境界の探索範囲を設定するステップ（ｄ）をさらに具備し、
    ステップ（ａ）が、ステップ（ｄ）において設定された探索範囲に対応する包絡線データに基づいて境界を探索することを含む、請求項１０又は１１記載のＩＭＴ計測方法。
13. ステップ（ａ）において検出された境界について、方位方向における境界の位置関係に基づいて検出エラーを判定するステップ（ｅ）をさらに具備する請求項１０〜１２のいずれか１項記載のＩＭＴ計測方法。
14. ステップ（ｅ）における判定の結果、境界の検出エラーが存在する場合に、
    ステップ（ｄ）が、エラー検出された境界の方位方向における近隣の境界に基づいて探索範囲を再設定し、又は、エラー検出された境界の距離方向に存在するもう１つの境界に基づいて探索範囲を再設定することを含み、
    ステップ（ａ）が、再設定された探索範囲内を探索することにより真の境界を検出することを含む、
    請求項１３記載のＩＭＴ計測方法。
15. ステップ（ｂ）が、複数の計測ラインにおいてそれぞれ算出された複数のＩＭＴに基づいて、ＩＭＴの最大値を求めると共に、ＩＭＴが最大となる位置を求めることを含む、請求項１０〜１４のいずれか１項記載のＩＭＴ計測方法。
16. 被検体に向けて超音波を送信し、該超音波が被検体において反射することによって生じる超音波エコーを受信することにより出力される検出信号に対して少なくとも包絡線検波処理を施すことにより包絡線データを生成する超音波診断装置において、包絡線データに基づいて血管のＩＭＴ（内膜中膜複合体厚）を計測するために用いられるプログラムであって、
    包絡線データの値の差分又は微分と、包絡線データの値の変化量とに基づいて、内膜中膜複合体を表す２つの境界を検出する手順（ａ）と、
    手順（ａ）において検出される２つの境界に基づいて、血管のＩＭＴを算出する手順（ｂ）と、
    をＣＰＵに実行させるＩＭＴ計測プログラム。
17. 手順（ａ）において包絡線データの値の変化量を比較する際に用いられる閾値を設定する手順（ｃ）をさらにＣＰＵに実行させ、
    手順（ａ）が、手順（ｃ）において設定された閾値よりも包絡線データの値の変化量が大きい領域を境界として検出することを含む、請求項１６記載のＩＭＴ計測プログラム。
18. 手順（ａ）における境界の探索範囲を設定する手順（ｄ）をさらにＣＰＵに実行させ、
    手順（ａ）が、手順（ｄ）において設定された探索範囲に対応する包絡線データに基づいて境界を探索することを含む、請求項１６又は１７記載のＩＭＴ計測プログラム。
19. 手順（ａ）において検出された境界について、方位方向における境界の位置関係に基づいて検出エラーを判定する手順（ｅ）をさらにＣＰＵに実行させる請求項１６〜１８のいずれか１項記載のＩＭＴ計測プログラム。
20. 手順（ｅ）における判定の結果、境界の検出エラーが存在する場合に、
    手順（ｄ）が、エラー検出された境界の方位方向における近隣の境界に基づいて探索範囲を再設定し、又は、エラー検出された境界の距離方向に存在するもう１つの境界に基づいて探索範囲を再設定することを含み、
    手順（ａ）が、再設定された探索範囲内を探索することにより真の境界を検出することを含む、
    請求項１９記載のＩＭＴ計測プログラム。
21. 手順（ｂ）が、複数の計測ラインにおいてそれぞれ算出された複数のＩＭＴに基づいて、ＩＭＴの最大値を求めると共に、ＩＭＴが最大となる位置を求めることを含む、請求項１６〜２０のいずれか１項記載のＩＭＴ計測プログラム。

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