JP5726081B2 - Ultrasonic diagnostic apparatus and elasticity image classification program - Google Patents
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Description
本発明は、超音波診断装置、弾性画像の分類方法、及び弾性画像の分類プログラムに係り、特に、被検体の断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報に基づいて生成された弾性画像を、組織の疾患の進行の程度に応じて設定された複数のステージのいずれかに分類する技術に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, an elasticity image classification method, and an elasticity image classification program, and in particular, elasticity generated based on elasticity information indicating the hardness or softness of a tissue on a tomographic plane of a subject. The present invention relates to a technique for classifying an image into one of a plurality of stages set according to the degree of progression of a disease in a tissue.
超音波診断装置は、複数の超音波振動子を備えた超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部から生体組織の構造に応じた反射エコー信号を受信し、反射エコー信号に基づいて例えばBモード画像等の断層画像を生成して診断用に表示するものである。 The ultrasonic diagnostic device transmits ultrasonic waves to the inside of the subject using an ultrasonic probe having a plurality of ultrasonic transducers, receives a reflected echo signal corresponding to the structure of the living tissue from the inside of the subject, and reflects it. For example, a tomographic image such as a B-mode image is generated based on the echo signal and displayed for diagnosis.
近年、特許文献1に記載されているように、手動又は機械的な方法により超音波探触子で被検体を圧迫しながら超音波受信信号(RF信号)を計測し、断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性画像を生成することが行なわれている。つまり、組織に対する圧迫状態が異なる1対のRF信号のフレームデータに基づいて圧迫により組織各部に生じた変位を求め、求めた変位のフレームデータに基づいて歪み量又は弾性率などの弾性情報のフレームデータを演算し、弾性フレームデータに基づいて弾性画像を生成して表示することが行なわれている。 In recent years, as described in Patent Document 1, an ultrasonic reception signal (RF signal) is measured while pressing a subject with an ultrasonic probe by a manual or mechanical method, and the tissue on the tomographic plane is hardened. An elastic image representing the softness or softness is generated. In other words, the displacement generated in each part of the tissue due to compression based on a pair of RF signal frame data with different compression states on the tissue, and a frame of elastic information such as strain amount or elastic modulus based on the obtained displacement frame data Data is calculated, and an elastic image is generated and displayed based on elastic frame data.
弾性画像は癌など腫瘤性の病変の診断だけでなく、びまん性疾患の診断への適用も期待されている。すなわち、びまん性疾患において結節など局所的な硬化組織が周囲の軟らかい組織中に散在する場合、弾性画像には硬化組織のまだら模様が反映される。例えば、肝炎から肝硬変のように疾患が進行して線維化が進むと、結節が肝実質内に拡がり、弾性画像の硬化組織のまだら模様が複雑化していく。検者は弾性画像を観察し、弾性画像における硬化組織のまだら模様の状態に基づいて疾患の進行具合を評価する。つまり、弾性画像を組織の疾患の進行の程度に応じて設定された複数のステージのいずれかに分類する(病期分類する)。 Elastic images are expected not only to diagnose mass lesions such as cancer, but also to diagnose diffuse diseases. That is, in the case of a diffuse disease, when local hard tissues such as nodules are scattered in the surrounding soft tissue, the elastic image reflects the mottled pattern of the hard tissue. For example, when the disease progresses from hepatitis to cirrhosis and fibrosis progresses, the nodule spreads into the liver parenchyma, and the mottled pattern of the sclerosing tissue in the elastic image becomes complicated. The examiner observes the elasticity image and evaluates the progress of the disease based on the state of the mottled pattern of the sclerotic tissue in the elasticity image. That is, the elastic image is classified into one of a plurality of stages set according to the degree of progression of the disease of the tissue (stage classification).
しかしながら、検者が目視で弾性画像を観察して弾性画像の病期分類を行なうと、評価結果が検者間でばらつくため、客観的に疾患の進行具合を評価することが求められている。 However, when the examiner visually observes the elastic image and classifies the stage of the elastic image, the evaluation results vary among the examiners, so that it is required to objectively evaluate the progress of the disease.
この点、特許文献2に記載されているように、例えば弾性フレームデータの各計測点の弾性情報を2値化して硬化組織の領域を求め、この領域の形状の複雑度を、複雑度=(領域の周囲長)2/領域の面積という式で求めて、複雑度の大小により疾患の進行具合を客観的に評価することが知られている。 In this regard, as described in Patent Document 2, for example, the elasticity information of each measurement point of the elastic frame data is binarized to obtain a region of the hardened tissue, and the complexity of the shape of this region is expressed as Complexity = ( It is known to objectively evaluate the progress of disease based on the degree of complexity, using the formula of (perimeter of region) 2 / area of region.
しかしながら、上記特許文献2の技術には、弾性画像の病期分類の結果を精度よく安定させることについて改良の余地があると考えられる。 However, it is considered that the technique of Patent Document 2 has room for improvement in terms of stabilizing the result of staging of elastic images with high accuracy.
すなわち、弾性画像を適切に病期分類するためには、被検体の断層面の組織に対して適切な圧迫が加えられている状態で生成された弾性フレームデータを用いる必要がある。この点、特許文献2の技術は、時系列に取得される複数の弾性フレームデータのうち断層面の組織に加わる圧力が同等な弾性フレームデータを選択して、各弾性フレームデータのそれぞれに対して病期分類をするものである。したがって、圧迫状態が適切でない弾性フレームデータに基づいて病期分類が行なわれるおそれがある。また、単一の弾性フレームデータに基づいて病期分類をするものであるから、弾性フレームデータのばらつきに起因して分類結果がばらつくおそれがある。 That is, in order to appropriately stage the elasticity image, it is necessary to use elasticity frame data generated in a state where appropriate compression is applied to the tissue on the tomographic plane of the subject. In this regard, the technique of Patent Document 2 selects the elastic frame data with the same pressure applied to the tissue of the tomographic plane from the plurality of elastic frame data acquired in time series, and for each elastic frame data It is for staging. Therefore, there is a risk that staging is performed based on elastic frame data whose compression state is not appropriate. In addition, since staging is performed based on a single elastic frame data, the classification result may vary due to variations in elastic frame data.
そこで本発明は、弾性画像の病期分類の結果を精度よく安定させること、特に単一の弾性フレームデータに基づいて病期分類を行なうのに比べて、病期分類の結果を安定させることを課題とする。
Therefore, the present invention stabilizes the result of staging of an elastic image with high accuracy , in particular, stabilizes the result of staging compared to performing staging based on a single elastic frame data. Let it be an issue.
本発明の超音波診断装置は、超音波探触子と、該超音波探触子で計測された反射エコー信号に基づいて被検体の断層面のRF信号フレームデータを生成する整相加算手段と、 前記被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が異なる一対のRF信号フレームデータに基づいて該断層面の組織の変位を計測して変位フレームデータを生成する変位計測手段と、生成された変位フレームデータに基づいて前記断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を演算して弾性フレームデータを生成する弾性情報演算手段と、前記弾性フレームデータに基づいて弾性画像を生成する弾性画像構成手段と、前記弾性フレームデータに基づいて、前記弾性画像を前記被検体の断層面の組織の疾患の進行の程度に応じて設定された複数のステージのいずれかに分類する画像分類手段と、前記弾性画像及び該弾性画像の分類結果を表示する画像表示器と、を備えた超音波診断装置であって、前記被検体の心電波形に基づいて、前記被検体の心電波形に繰り返し現れる複数の特徴波形のうち、あらかじめ設定された前記特徴波形が出現してからあらかじめ設定された時間後の複数の弾性フレームデータを、前記被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切な複数の解析用弾性フレームデータとして判定し、前記複数の解析用弾性フレームデータを選択する弾性フレーム選択手段を有し、前記画像分類手段は、前記複数の解析用弾性フレームデータに基づいて弾性画像の病期分類を行ない、前記画像表示器は、さらに前記判定した結果を表示することを特徴としている。
The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe, and phasing addition means for generating RF signal frame data of a tomographic plane of a subject based on a reflected echo signal measured by the ultrasonic probe. A displacement measuring means for generating displacement frame data by measuring the displacement of the tissue on the tomographic plane based on a pair of RF signal frame data having different compression states on the tissue on the tomographic plane of the subject; and the generated displacement frame Elastic information calculation means for generating elastic frame data by calculating elastic information representing the hardness or softness of the tissue on the tomographic plane based on the data, and an elastic image configuration for generating an elastic image based on the elastic frame data And the elasticity image is classified into one of a plurality of stages set according to the degree of disease progression of the tissue on the tomographic plane of the subject based on the means and the elasticity frame data An ultrasonic diagnostic apparatus having an image classifying unit, and an image display for displaying the classification result of the elasticity image and the elastic image, and on the basis of the electrocardiographic waveform of the subject, the mind of the subject Among a plurality of feature waveforms repeatedly appearing in the radio wave shape, a plurality of elastic frame data after a preset time from the appearance of the preset feature waveform is expressed as a compression state on the tissue on the tomographic plane of the subject. It is determined as appropriate plural elastic frame data for analysis, and has elastic frame selecting means for selecting the plural elastic frame data for analysis , and the image classification means is elastic based on the plural elastic frame data for analysis. Image staging is performed, and the image display further displays the determined result .
本発明によれば、弾性画像の病期分類の結果を精度よく安定させること、特に単一の弾性フレームデータに基づいて病期分類を行なうのに比べて、病期分類の結果を安定させることができる。
According to the present invention, it is possible to stabilize the result of staging of an elastic image with high accuracy , particularly to stabilize the result of staging compared to performing staging based on a single elastic frame data. Can do.
以下、本発明を適用してなる超音波診断装置、弾性画像の分類方法、及び弾性画像の分類プログラムの実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of an ultrasonic diagnostic apparatus, an elastic image classification method, and an elastic image classification program to which the present invention is applied will be described. In the following description, the same functional parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の断層面の組織の断層画像を生成するとともに、組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を求めて弾性画像を生成するものである。(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment. This ultrasonic diagnostic apparatus generates a tomographic image of a tissue on a tomographic plane of a subject using ultrasonic waves, and generates an elastic image by obtaining elastic information indicating the hardness or softness of the tissue. .
図1に示すように、超音波診断装置100は、被検体に当接させて用いる超音波探触子12と、超音波探触子12を介して被検体に時間間隔をおいて超音波を繰り返し送信する送信部14と、被検体から発生する時系列の反射エコー信号を受信する受信部16と、送信部14及び受信部16を制御する超音波送受信制御部17と、受信された反射エコーを整相加算してRF信号フレームデータを時系列に生成する整相加算部18と、整相加算部18で整相加算されたRF信号フレームデータに対して各種信号処理を行ない濃淡断層像例えば白黒断層像を生成する断層画像構成部20と、断層画像構成部20の出力信号を画像表示器26の表示に合うように変換する白黒スキャンコンバータ22が備えられている。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic
また、超音波診断装置100は、整相加算部18から出力されるRF信号フレームデータについて、取得時刻の異なる一対のRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部28と、一対のRF信号フレームデータに基づいて被検体(図示省略)の断層面の組織に生じた変位を計測して変位フレームデータを生成する変位計測部30と、変位計測部30で計測された変位フレームデータに基づいて連続的な圧迫過程における被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報(歪み量又は弾性率)を求めて弾性フレームデータを生成する弾性情報演算部32と、弾性情報演算部32で演算した弾性情報に基づいて弾性画像を構成する弾性画像構成部34と、弾性画像構成部34の出力信号を画像表示器26の表示に合うように変換するカラースキャンコンバータ36が備えられている。
The ultrasound
また、超音波診断装置100は、弾性情報演算部32で生成された弾性フレームデータが格納されるシネメモリ48と、シネメモリ48に格納された弾性フレームデータから弾性画像の病期分類に用いられる解析用弾性フレームデータを選択するフレーム選択部50と、解析用フレームデータに基づいて弾性画像の病期分類に用いる評価データを生成する評価データ生成部52、評価データに基づいて弾性画像の病期分類を行なう画像分類部54とを備えている。評価データ生成部52と画像分類部54により画像分類手段が構成される。フレーム選択部50と、評価データ生成部52と、画像分類部54の詳細については後述する。なお、本明細書において、弾性画像を病期分類するということは、弾性画像を、被検体の断層面の組織の疾患の進行の程度に応じて設定された複数のステージのいずれかに分類することを指すものとする。
The ultrasonic
また、上記の各構成要素を制御する例えばCPU(Central Processing Unit)からなる制御部56と、制御部56に例えば弾性画像のROI(Region Of Interest:関心領域)やフレームレート等を制御する指示を与えるマウス、キーボード、タッチパネル、或いはトラックボールなどのインターフェース部58が備えられている。
Further, for example, a
超音波探触子12は、多数の振動子を短冊状に配列して形成されたものであり、機械式又は電子的にビーム走査を行う。超音波探触子12は、被検体に当接され被検体内へ超音波を送信し、被検体からのエコー信号を受信するものである。超音波探触子12は、図示は省略したがその中には超音波の発生源であると共に反射エコーを受信する振動子が内蔵されている。各振動子は、一般に、入力されるパルス波、又は連続波の送波信号を超音波に変換して発射する機能と、被検体の内部から発射する超音波を受けて電気信号の受波信号に変換して出力する機能を有して形成される。
The
一般に、超音波を用いた弾性画像における被検体の圧迫動作は、超音波探触子12で超音波送受信を行ないつつ、被検体の診断部位の体腔内に効果的に応力分布を与える目的で超音波探触子12の超音波送受信面に面を合わせて圧迫板を装着し、超音波探触子12の超音波送受信面と圧迫板にて構成される圧迫面を被検体の体表に接触させ、圧迫面を用手的に上下動させて被検体を圧迫するという方法がとられる。しかし、被検体の体表からのアプローチが容易である乳腺などの表在領域とは異なり、肝臓などの腹部領域は超音波探触子12で対象組織を圧迫して変位や歪み量を生じさせるのが困難な場合がある。そこで、肝臓などの腹部領域を対象とする場合には、心臓や動脈などの拍動により生じた変位や歪み量を利用することができる。
In general, the operation of compressing a subject in an elastic image using ultrasound is performed for the purpose of effectively giving a stress distribution in the body cavity of the diagnosis site of the subject while performing ultrasound transmission / reception with the
送信部14は、超音波探触子12を駆動して超音波を発生させるための送波パルスを生成すると共に、内蔵された送波整相加算部によって送信される超音波の収束点をある深さに設定するものである。
The
受信部16は、超音波探触子12で受信した反射エコー信号を所定のゲインで増幅するものである。増幅された各振動子の数に対応した数の受波信号がそれぞれ独立した受波信号として整相加算部18に入力される。整相加算部18は、受信部16で増幅された受波信号の位相を制御し、一点又は複数の収束点に対して超音波ビームを形成するものである。超音波送受信制御部17は、超音波を送信及び受信するタイミングを制御するものである。
The
断層画像構成部20は、整相加算部18からのRF信号フレームデータに対してゲイン補正、ログ補正、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の各種信号処理を行ない、被検体の濃淡断層画像、例えば白黒断層画像を構成する。
The tomographic
白黒スキャンコンバータ22は、断層画像構成部20から出力される信号を画像表示器26に表示するためのものであり、例えばテレビジョン方式の周期で読み出すための断層走査手段及びシステムの制御を行うための手段、例えば、断層画像構成部20から出力される信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、このA/D変換器でディジタル化された断層像データを時系列に記憶する複数枚のフレームメモリと、これらの動作を制御するコントローラなどを含んで構成される。
The black-and-
RF信号フレームデータ選択部28は、整相加算部18から超音波診断装置のフレームレートで経時的に次々と出力されるRF信号フレームデータをRF信号フレームデータ選択部28に備えられたフレームメモリ内に順次確保し(現在確保されたRF信号フレームデータをRF信号フレームデータNとする)、超音波診断装置の制御命令に従って時間的に過去のRF信号フレームデータN-1、N-2、N-3・・・N-Mの中から圧迫状態が異なる1つのRF信号フレームデータを選択し(これをRF信号フレームデータXとする)、変位計測部30に1対のRF信号フレームデータNとRF信号フレームデータXを出力する役割を担うものである。整相加算部18から出力される信号をRF信号フレームデータと記述したが、これは例えば、RF信号を複合復調したI,Q信号の形式になった信号であっても良い。
The RF signal frame
変位計測部30は、RF信号フレームデータ選択部28によって選択された1対のRF信号フレームデータに基づいて1次元もしくは2次元相関処理を実行し、断層像上の各計測点の変位もしくは移動ベクトル(変位の方向と大きさ)を計測し、変位フレームデータを生成するものである。この移動ベクトルの検出法としては、例えば、ブロック・マッチング法やグラジェント法がある。ブロック・マッチング法は、画像を例えばN×N画素からなるブロックに分け、現フレーム中の着目しているブロックにもっとも近似しているブロックを前フレームから探索し、これらを参照して予測符号化を行うものである。
The
弾性情報演算部32は、変位計測部30から出力される変位フレームデータから断層像上の各計測点の歪み量及び弾性率を演算して歪み量もしくは弾性率の数値データ(弾性フレームデータ)を生成し、弾性画像構成部34に出力するものである。弾性情報演算部32において行なう歪み量の演算については、変位を空間微分することによって計算上で求めるものとする。つまり、変位計測部30により計測された変位をΔLとすると、歪み量(S)は、ΔLを空間微分することによって算出することができるから、S=ΔL/ΔXという式を用いて求められる。また、弾性率の内の一つである例えばヤング率Ymの演算については、以下の式に示すように、各演算点における応力(圧力)を各演算点における歪み量で除することにより求める。
The elasticity
Ymi,j=圧力(応力)i,j/(歪み量i,j) (i,j=1,2,3,・・・)ここで、i,jの指標は、フレームデータの座標を表す。被検体の体表に与えられた圧力は、被検体の体表と超音波探触子12の超音波送受信面との接触面に圧力センサを介在させ、この圧力センサによって直接的に計測することができる。心臓や動脈などの拍動により対象組織に変位や歪み量を生じさせる場合には、弾性情報として歪み量を用いる。なお、弾性情報演算部32は、算出された弾性フレームデータに座標変面内におけるスムージング処理、コントラスト最適化処理や、フレーム間における時間軸方向のスムージング処理などの様々な画像処理を施し、処理後の弾性フレームデータを歪み量として出力しても良い。
Ymi, j = pressure (stress) i, j / (strain amount i, j) (i, j = 1, 2, 3,...) Where the indices of i and j represent the coordinates of the frame data. . The pressure applied to the body surface of the subject should be directly measured by a pressure sensor interposed between the body surface of the subject and the ultrasonic transmission / reception surface of the
弾性画像構成部34は、フレームメモリと画像処理部とを含んで構成されており、弾性情報演算部32から時系列に出力される弾性フレームデータをフレームメモリに確保し、確保されたフレームデータを画像処理部により画像処理を行うものである。
The elastic
カラースキャンコンバータ36は、階調化回路と、色相変換回路とから構成され、弾性画像構成部34から出力される弾性画像フレームデータに対して、赤、緑、青などの色相情報を付与する色相変換処理を含むものである。また、カラースキャンコンバータ36は白黒スキャンコンバータ22のように、歪が大きく計測された領域は、弾性画像データ内の該領域の輝度を明るくさせ、逆に歪が小さく計測された領域は、弾性画像データ内の該領域の輝度を暗くさせるようにしても良い。
The
カラースキャンコンバータ36内の階調化回路は、弾性画像構成部34から出力される弾性画像フレームデータの各要素データの値の大小に応じて例えば256段階に変換して弾性階調化フレームデータを生成する。この際、階調化を行う領域は関心領域(ROI)内であるが、インターフェース部58を介して検者により任意に変更することが可能である。
The gradation circuit in the
切替加算部24は、白黒スキャンコンバータ22から出力された白黒の断層像データとカラースキャンコンバータ36から出力された弾性画像フレームデータとを入力し、両画像を加算又は切り替える手段である。白黒の断層像データだけ又はカラーの弾性画像データだけを出力したり、或いは両画像データを加算合成して出力したりするように切り替えるようになっている。また、例えば、本願の出願人が先に出願した特開2004-135929号公報に記載されているように、白黒断層像にカラーの断層画像を半透明的に重畳して表示するようにしても良い。この時、白黒断層像とは一般的なBモード画像に限らず、受信信号の高調波成分を画像化したティシューハーモニック断層像を用いても良い。また、白黒断層像の代わりに、ティシュードプラ像を表示しても良い。
The switching
画像表示器26は、切替加算部24を介して白黒スキャンコンバータ22或いはカラースキャンコンバータ36から出力される画像データをアナログ信号に変換するD/A変換器と、このD/A変換器からアナログビデオ信号を入力して画像として表示するカラーテレビモニタとからなる。
The
ところで、超音波診断装置100の弾性画像は、びまん性疾患の診断への適用が期待されている。すなわち、びまん性疾患において結節など局所的な硬化組織が周囲の軟らかい組織中に散在する場合、弾性画像には硬化組織のまだら模様が反映される。例えば、肝炎から肝硬変のように疾患が進行し線維化が進むと結節が肝実質内に拡がり、弾性画像の硬化組織のまだら模様が複雑化していく。そこで、超音波診断装置100により生成された弾性画像を検者が観察し、弾性画像における硬化組織の例えばまだら模様の状態に基づいて、弾性画像の病期分類が行なわれている。
By the way, the elasticity image of the ultrasonic
しかしながら、検者が目視で弾性画像を観察して弾性画像の病期分類を行なうと、評価結果が検者間でばらつくため、客観的な弾性画像の病期分類が求められているとともに、病期分類の結果を精度よく安定させることが要望されている。 However, when the examiner visually observes the elasticity image and classifies the elasticity image, the evaluation results vary between the examiners. There is a demand for accurate and stable results of period classification.
以下、この点に鑑みた本実施形態の超音波診断装置100の特徴構成について説明する。図2は、第1実施形態の超音波診断装置の特徴構成のブロック図である。図2に示すように、弾性情報演算部32は、弾性フレームデータの各計測点の弾性情報の例えば平均値や中央値などの統計値であるフレーム評価データを算出する弾性フレーム統計処理部60を有して構成されている。
Hereinafter, a characteristic configuration of the ultrasonic
シネメモリ48は、弾性情報演算部32にて生成された弾性フレームデータとフレーム評価データをそれぞれ時系列に格納する弾性フレームデータメモリ62とフレーム評価データメモリ64とを有して構成されている。
The
フレーム選択部50は、シネメモリ48内のフレーム評価データメモリ64に格納されているフレーム評価データを解析フレームデータとして用いて、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定し、適切な圧迫状態における弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとして複数選択するものである。
The
図3は、フレーム選択部50による解析用弾性フレームデータの選択手法について説明する図である。図3上段のグラフは、横軸に時間、縦軸に弾性フレームデータの複数計測点の歪み量の平均値をとった歪みグラフである。図3に示すように、時系列に並んだ複数の弾性フレームデータのうち、歪み量の平均値がマイナスのピークとなる弾性フレームデータが、解析用弾性フレームデータA-解析用弾性フレームデータEとして選択される。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of selecting the elastic frame data for analysis by the
なお、弾性フレームデータの複数計測点の歪み量の平均値がプラスのピークとなる弾性フレームデータを、解析用弾性フレームデータとすることもできる。また、弾性フレームデータの複数計測点の歪み量の平均値の絶対値があらかじめ設定された閾値より大きい弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとすることもできる。また、弾性フレームデータの複数計測点の歪み量の中央値を用いることもできる。また、弾性フレームデータの複数計測点の歪み量の平均値や中央値に代えて、弾性フレームデータの複数計測点の弾性率の平均値や中央値、変位フレームデータの複数計測点の変位の平均値や中央値を用いることもできる。要は、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定するための指標となるデータを用いることができる。 Note that elastic frame data in which the average value of the strain amount at a plurality of measurement points of the elastic frame data has a positive peak can be used as the elastic frame data for analysis. Further, elastic frame data in which the absolute value of the average value of strain amounts at a plurality of measurement points of the elastic frame data is larger than a preset threshold value can be used as the elastic frame data for analysis. In addition, the median strain amount at a plurality of measurement points of the elastic frame data can be used. Also, instead of the average value or median of the strain amount at multiple measurement points in the elastic frame data, the average value or median of the elastic modulus at multiple measurement points in the elastic frame data, or the average of displacement at multiple measurement points in the displacement frame data A value or a median can also be used. In short, it is possible to use data serving as an index for determining whether or not the compression state of the tomographic surface of the subject is appropriate.
被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定するためには、例えば断層画像或いは弾性画像上の病期分類の対象となる組織に、インターフェース部58を介して2点の追跡点を設定し、この2点の追跡点が設定された組織の変位に応じて追跡点の位置を変更しながら2点間距離を計測する。そして、2点間距離の変化率があらかじめ設定された閾値より大きい場合に、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切と判定することもできる。
In order to determine whether or not the compression state of the tissue on the tomographic plane of the subject is appropriate, for example, two points are tracked via the
評価データ生成部52は、図3に示すように、フレーム選択部50から転送された解析用弾性フレームデータA-解析用弾性フレームデータEのそれぞれに基づいて、弾性画像の病期分類に用いる評価データA-評価データEを生成するものである。より具体的には、評価データ生成部52は、図2に示すように、ヒストグラム演算部70と、統計処理部72と、描出領域評価部74とで構成される。評価データA-評価データEはそれぞれ、ヒストグラム演算部70、統計処理部72、及び描出領域評価部74の演算結果の少なくとも1つを含んで構成される。
As shown in FIG. 3, the evaluation
ヒストグラム演算部70は、フレーム選択部50から出力される解析用弾性フレームデータの複数計測点の歪み量或いは弾性率の出現回数をカウントしてヒストグラムを作成するとともに、このヒストグラムの歪み度及び尖度の少なくとも一方をヒストグラムデータとして演算する。ヒストグラムの歪み度及び尖度は以下の数1,2により求める。
The
統計処理部72は、フレーム選択部50から出力される解析用弾性フレームデータの複数計測点の歪み量或いは弾性率の平均値及び標準偏差の少なくとも一方を統計処理データとして算出し、歪み量或いは弾性率の分布を数値化する。なお、解析用弾性フレームデータの複数計測点の歪み量或いは弾性率の平均値、標準偏差の他に、統計的にテクスチャを算出する方法として一般的である同時生起行列を用いた特徴量、例えば均質性、異質性、コントラスト、角二次モーメント、エントロピーを統計処理データとすることも可能である。
The
描出領域評価部74は、超音波診断装置100にあらかじめ設定されているか、或いはインターフェース部58,制御部56を介して検者が任意に設定可能な2値化閾値Ethによって、弾性フレームデータの複数計測点の弾性情報をそれぞれ2値化して検出フレームデータを作成する。そして、検出フレームデータの例えば弾性情報がEthより小さい、つまり硬化組織の領域の個数、面積、形状の複雑度などを描出領域評価データとして算出する。複雑度は以下の式によって求めることができる。複雑度=(周囲長)2/面積
これにより、目的とする歪み量或いは弾性率を有する組織の領域の拡がりや形状を数値化している。Ethは検者が任意に設定することも可能であるが、描出領域が強調される2値化画像が得られるよう複雑度が最大となる閾値を算出して使用することも可能である。また、Ethにより2値化するのではなく、あらかじめ設定された閾値範囲に属する弾性情報により形成される領域の数、該領域の面積、及び該領域の形状の複雑度の少なくとも1つを描出領域評価データとして演算するようにしてもよい。The drawing
評価データ生成部52は、図3に示すように、評価データA-評価データEの演算結果を平均するか、或いは評価データA-評価データEの演算結果の中央値を選択することにより分類用評価データ(分類用演算結果)を生成して、画像分類部54に送る。画像分類部54は、分類用評価データに基づいて弾性画像の病期分類を行なう。例えば評価データA-評価データEが、フレーム選択部50から出力される解析用弾性フレームデータの複数計測点の弾性情報のヒストグラムの歪み度の場合は、分類用評価データは、5つの歪み度の平均値或いは中央値となる。
As shown in FIG. 3, the evaluation
なお、本実施形態では、評価データA-評価データEの演算結果の平均や中央値を分類用評価データとしたが、これに限らず、評価データA-評価データEをそのまま画像分類部54に送り、画像分類部54は、評価データA-評価データEのそれぞれについて弾性画像の病期分類をするようにしてもよい。
In the present embodiment, the average or median of the calculation results of the evaluation data A-evaluation data E is used as the evaluation data for classification. However, the present invention is not limited to this, and the evaluation data A-evaluation data E is directly input to the
また、評価データA-評価データEの演算結果の平均や中央値を分類用評価データとすることに代えて、フレーム選択部50は、複数の解析用弾性フレームデータの対応する計測点の弾性情報を平均するか、或いは複数の解析用弾性フレームデータの対応する計測点の弾性情報の中央値を選択することにより解析用弾性フレームデータを生成し、生成された解析用弾性フレームデータを評価データ生成部52に送るようにしてもよい。この場合、評価データ生成部52は、送られた解析用弾性フレームデータを用いて評価データを生成する。
Further, instead of using the average or median of the calculation results of the evaluation data A-evaluation data E as the evaluation data for classification, the
続いて、画像分類部54の構成を説明する。図4は画像分類部の構成を示すブロック図である。図4に示すように、画像分類部54には、ヒストグラムデータ、統計処理データ、及び描出領域評価データが入力される。画像分類部54は、ヒストグラムデータ、統計処理データ、及び描出領域評価データの中から少なくとも1つの評価データを選択する評価データ選択部80と、メモリ82と、多変量解析部84を有して構成されている。なお、画像分類部54には、ヒストグラムデータ、統計処理データ、及び描出領域評価データの他、例えば検者の血液検査の結果を入力し、評価の指標に加えることも可能である。
Next, the configuration of the
評価データ選択部80における評価データの選択方法としては、インターフェース部58,制御部56を介して検者が選択する方法のほか、メモリ82に格納されている各グループの弾性画像を分類する際に相関の高かった評価データを選択する方法がある。評価データ選択部80にて選択された少なくとも1つ以上の評価データは、多変量解析部84に入力され分類結果が画像表示器26に出力されて表示される。
As a method of selecting evaluation data in the evaluation
多変量解析部84は多変量解析、例えば重回帰分析、判別分析、主成分分析、数量化法、因子分析、クラスター分析、多次元尺度法、ニューラルネットワークなどを用いて弾性画像の病期分類を行うものである。ここではニューラルネットワークのパーセプトロンを用いた分類方法について説明する。
The
図5は、ニューラルネットワークの一例として単純パーセプトロンの構造を示す図である。図5に示すように、単純パーセプトロンは、入力層及び単一のユニット(ニューロン)からなる出力層からなる。入力層には、評価データ選択部80で選択されたパラメータの評価データが入力される。例えば、パラメータとして、ヒストグラムの歪み度、歪み量の標準偏差、2値化画像において歪み量が閾値より小さい領域の面積、及びこの領域の形状の複雑度の4つのパラメータが選択されたとすると、これらがx1、x2、x3、x4として入力層に入力される。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of a simple perceptron as an example of a neural network. As shown in FIG. 5, the simple perceptron includes an input layer and an output layer composed of a single unit (neuron). Evaluation data of the parameter selected by the evaluation
出力層では、以下の数3により、入力値xiに結合荷重ωiを重み付けした総和uを求める。そして、所定の関数f(u)で変換し、その値を出力する。 In the output layer, the sum u obtained by weighting the coupling load ωi to the input value xi is obtained by the following equation (3). Then, it is converted by a predetermined function f (u) and the value is output.
例えば病期分類の対象臓器が肝臓の場合には、線維化なし(ステージ0)、門脈域の線維性拡大(ステージ1)、線維性架橋形成(ステージ2)、小葉のひずみを伴う線維性架橋形成(ステージ3)、肝硬変(ステージ4)の各ステージへの分類を行なうことができる。 For example, if the target organ for staging is the liver, there is no fibrosis (stage 0), portal vein fibrosis (stage 1), fibrous bridge formation (stage 2), fibrosis with lobular strain Classification into each stage of bridge formation (stage 3) and cirrhosis (stage 4) can be performed.
パーセプトロンでは、出力信号を教師信号(正解)と比較し、それが異なっているときに結合荷重ωiと閾値hを変更する、すなわち学習することが特徴である。具体的には、教師信号z*と出力値zとの差分をδとしたとき、以下の数4に示すように、δ2が最小となるように結合荷重ωiを修正する。 The perceptron is characterized in that the output signal is compared with a teacher signal (correct answer), and when it is different, the coupling weight ωi and the threshold value h are changed, that is, learning is performed. Specifically, when the difference between the teacher signal z * and the output value z is δ, the coupling load ωi is corrected so that δ2 is minimized as shown in the following equation 4.
多変量解析部84による分類結果は、画像表示器26に送られて表示される。表示の方法としては、分類されたステージ名(例えばステージ0,ステージ1,ステージ2,ステージ3,ステージ4)を表示する他、ステージ名を横軸とし、縦軸を出力値(u)とするグラフ上にプロットするなどの任意の方法を採用することができる。
The classification result by the
本実施形態の超音波診断装置によれば、フレーム選択部50によって、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切な弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとして選択しているので、圧迫状態が適切でなく病期分類に適さない弾性フレームデータが病期分類に用いられることがない。これにより、病期分類の精度を向上させることができる。また、評価データ生成部52と画像分類部54が、フレーム選択部50により選択された複数の解析用弾性フレームデータに基づいて弾性画像の病期分類を行なうことにより、単一の弾性フレームデータに基づいて病期分類を行なうのに比べて、病期分類の結果を安定させることができる。
According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, the
なお上述の実施形態は、主に超音波診断装置、及び弾性画像の分類方法について説明したものであるが、本発明はこれには限定されない。例えば超音波診断装置やPCなどのコンピュータにインストールして実行可能な弾性画像の分類プログラムとすることができる。 In addition, although the above-mentioned embodiment mainly demonstrated the ultrasonic diagnostic apparatus and the classification method of an elastic image, this invention is not limited to this. For example, an elastic image classification program that can be installed and executed in a computer such as an ultrasonic diagnostic apparatus or a PC can be used.
弾性画像の分類プログラムは、あらかじめ超音波探触子12で計測された反射エコー信号から得られた圧迫状態の異なる1対のRF信号フレームデータに基づいて生成された被検体の断層面の組織の変位フレームデータ、変位フレームデータに基づいて生成された断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性フレームデータ、及び前記被検体の心電波形の少なくとも1つに基づいて、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定し、適切な圧迫状態における弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとして複数選択するステップと、複数の解析用弾性フレームデータに基づいて、弾性フレームデータに基づく弾性画像を、被検体の断層面の組織の疾患の進行の程度に応じてあらかじめ設定された複数のステージのいずれかに分類するステップと、分類結果を弾性画像とともに表示するステップとを含んで構成される。
The elastic image classification program is a method for analyzing the tissue of the tomographic plane of the subject generated based on a pair of RF signal frame data with different compression states obtained from the reflected echo signals measured in advance by the
ところで、複数の弾性画像を病期分類する場合には、なるべく同じ条件で撮像された弾性画像を選択した方が安定した結果が得られる。そこで、例えば肝臓のように心拍による拍動を利用して弾性画像を取得する場合は、図3上段に示した歪みグラフを利用して、メモリに記憶されている1心拍前の歪波形と現在の歪波形の一致率を自己相関関数等で評価し、その一致率を画像表示器26に表示することができる。つまり、検者は一致率が高ければ安定して弾性画像が取得されていることを認識することができる。また、一致率をあらかじめ設定された閾値と比較して安定して画像取得が行えているか否かを判定し、その判定結果を画像表示器26に表示することにより検者にフィードバックしてもよい。
By the way, when staging a plurality of elastic images, a more stable result can be obtained by selecting elastic images captured under the same conditions as much as possible. Therefore, for example, when acquiring an elastic image using heartbeat beats such as the liver, the distortion waveform shown in the upper part of FIG. It is possible to evaluate the coincidence rate of the distorted waveform with an autocorrelation function or the like and display the coincidence rate on the
また、例えば肝臓のように心拍による拍動を利用して弾性画像を取得する場合、超音波探触子12の被検体に対する当て方によっては、超音波断層面の組織に充分な変位や歪みが生じず、その結果、弾性画像の病期分類に適した弾性フレームデータが取得できないおそれもある。そこで、例えばフレーム選択部50により、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定し、判定結果を画像表示器26に表示することもできる。これによれば、仮に超音波探触子12の被検体に対する当て方が適切でない場合には、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切でないとの判定がなされ、その旨が表示される。検者はその表示を見て、超音波探触子12の被検体に対する当て方が適切でないことを認識することができる。
In addition, for example, when an elastic image is acquired using heartbeat beats such as the liver, depending on how the
(第2実施形態)
続いて、本発明を適用してなる超音波診断装置の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、心電波形取得装置を用いて被検体の心電波形を計測し、計測された心電波形に基づいて、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切か否かを判定する点が第1実施形態と異なる。したがって、第1実施形態と重複する部分についての説明を省略する。(Second embodiment)
Subsequently, a second embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described. In the second embodiment, an electrocardiogram waveform of a subject is measured using an electrocardiogram waveform acquisition device, and whether or not the compression state of the tissue on the tomographic plane of the subject is appropriate is determined based on the measured electrocardiogram waveform. The point of determination is different from the first embodiment. Therefore, the description of the same part as the first embodiment is omitted.
図6は、第2実施形態の超音波診断装置の特徴構成を示すブロック図である。図6に示すように、第2実施形態では、第1実施形態で用いられていた弾性フレーム統計処理部60やフレーム評価データメモリ64を設けない代わりに、心電波形取得装置により計測された心電波形90(ECG)が、フレーム選択部50に入力される。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a characteristic configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, in the second embodiment, instead of providing the elastic frame
図7は、フレーム選択部50による解析用弾性フレームデータの選択手法について説明する図である。図7上段のグラフは、横軸に時間、縦軸に心電波形取得装置により計測された信号強度をとった心電波形のグラフである。図7に示すように、フレーム選択部50は、心電波形に現れる複数の特徴波形(P波,Q波,R波,S波,T波)のうち、あらかじめ設定されたT波が出現してからあらかじめ設定された時間後の弾性フレームデータを、解析用弾性フレームデータA-解析用弾性フレームデータEとして選択する。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of selecting elastic frame data for analysis by the
本実施形態は、T波の直後の時相において被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切になることをあらかじめ調べていたため、T波の直後の時相の弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとして選択している。したがって、T波に限らず、心電波形に現れる複数の特徴波形のうち、いずれの特徴波形に同期して被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切になるかをあらかじめ調べておいて、その特徴波形と同期する弾性フレームデータを圧迫状態が適切な弾性フレームデータとして選択することができる。 In this embodiment, since it has been checked beforehand that the compression state of the tissue on the tomographic plane of the subject is appropriate in the time phase immediately after the T wave, the elastic frame data of the time phase immediately after the T wave is used as the elastic frame for analysis. Selected as data. Therefore, it is not limited to the T wave, among the plurality of feature waveforms appearing in the electrocardiogram waveform, in advance it is examined in advance whether the compression state for the tissue of the tomographic plane of the subject is appropriate in synchronization with the feature waveform, Elastic frame data synchronized with the characteristic waveform can be selected as elastic frame data with an appropriate compression state.
本実施形態の超音波診断装置においても第1実施形態と同様に、フレーム選択部50によって、被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切な弾性フレームデータを解析用弾性フレームデータとして選択しているので、圧迫状態が適切でなく病期分類に適さない弾性フレームデータが病期分類に用いられることがない。これにより、病期分類の精度を向上させることができる。また、評価データ生成部52と画像分類部54が、フレーム選択部50により選択された複数の解析用弾性フレームデータに基づいて弾性画像の病期分類を行なうことにより、単一の弾性フレームデータに基づいて病期分類を行なうのに比べて、病期分類の結果を安定させることができる。
Also in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present embodiment, as in the first embodiment, the
上記の各実施形態では、画像分類部54に分類される疾患の進行の程度に応じた複数ステージがあらかじめ設定された例を説明した。しかしながら、疾患の進行の程度の基準が変更されたり、被検体の個体差の情報をフィードバックして学習させたりすることにより複数ステージを変更させてもよい。これによって、後発的に変更された設定値にも対応させることができる。
In each of the above-described embodiments, an example in which a plurality of stages according to the degree of progression of the disease classified by the
12 超音波探触子、18 整相加算部、26 画像表示器、28 RF信号フレームデータ選択部、30 変位計測部、32 弾性情報演算部、34 弾性画像構成部、50 フレーム選択部、52 評価データ生成部、54 画像分類部、70 ヒストグラム演算部、72 統計処理部、74 描出領域評価部、80 評価データ選択部、84 多変量解析部、90 心電波形、100 超音波診断装置、 12 Ultrasonic probe, 18 Phase adjusting and adding unit, 26 Image display, 28 RF signal frame data selecting unit, 30 Displacement measuring unit, 32 Elastic information calculating unit, 34 Elastic image composing unit, 50 Frame selecting unit, 52 Evaluation Data generation unit, 54 Image classification unit, 70 Histogram calculation unit, 72 Statistical processing unit, 74 Image area evaluation unit, 80 Evaluation data selection unit, 84 Multivariate analysis unit, 90 ECG waveform, 100 Ultrasound diagnostic device,
Claims (6)
該超音波探触子で計測された反射エコー信号に基づいて被検体の断層面のRF信号フレームデータを生成する整相加算手段と、
前記被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が異なる一対のRF信号フレームデータに基づいて該断層面の組織の変位を計測して変位フレームデータを生成する変位計測手段と、
生成された変位フレームデータに基づいて前記断層面の組織の硬さ又は軟らかさを表す弾性情報を演算して弾性フレームデータを生成する弾性情報演算手段と、
前記弾性フレームデータに基づいて弾性画像を生成する弾性画像構成手段と、
前記弾性フレームデータに基づいて、前記弾性画像を前記被検体の断層面の組織の疾患の進行の程度に応じて設定された複数のステージのいずれかに分類する画像分類手段と、
前記弾性画像及び該弾性画像の分類結果を表示する画像表示器と、を備えた超音波診断装置であって、
前記被検体の心電波形に基づいて、前記被検体の心電波形に繰り返し現れる複数の特徴波形のうち、あらかじめ設定された前記特徴波形が出現してからあらかじめ設定された時間後の複数の弾性フレームデータを、前記被検体の断層面の組織に対する圧迫状態が適切な複数の解析用弾性フレームデータとして判定し、前記複数の解析用弾性フレームデータを選択する弾性フレーム選択手段を有し、
前記画像分類手段は、前記複数の解析用弾性フレームデータに基づいて弾性画像の病期分類を行ない、
前記画像表示器は、さらに前記判定した結果を表示することを特徴とする超音波診断装置。 An ultrasound probe,
Phasing addition means for generating RF signal frame data of the tomographic plane of the subject based on the reflected echo signal measured by the ultrasonic probe;
A displacement measuring means for generating displacement frame data by measuring displacement of the tissue on the tomographic plane based on a pair of RF signal frame data having different compression states on the tissue on the tomographic plane of the subject;
Elastic information calculation means for calculating elasticity information representing the hardness or softness of the tissue of the tomographic plane based on the generated displacement frame data; and
Elastic image constructing means for generating an elastic image based on the elastic frame data;
Based on the elastic frame data, the image classification means for classifying the elastic image into any of a plurality of stages set according to the degree of disease progression of the tissue on the tomographic plane of the subject;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising the elastic image and an image display that displays a classification result of the elastic image,
Based on the electrocardiogram waveform of the subject, among the plurality of feature waveforms that repeatedly appear in the electrocardiogram waveform of the subject, a plurality of elasticity after a preset time after the preset feature waveform appears The frame data is determined as a plurality of analysis elastic frame data in which the compression state of the tomographic plane of the subject is appropriate, and has elastic frame selection means for selecting the plurality of analysis elastic frame data,
The image classification means performs staging of an elastic image based on the plurality of elastic frame data for analysis,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the image display further displays the determined result.
前記ヒストグラムデータと前記統計処理データと前記描出領域評価データの少なくとも1つを含む評価データ生成部を備え、
前記複数の解析用弾性フレームデータのそれぞれに対する前記ヒストグラム演算部、前記統計演算部、及び前記描出領域演算部の少なくとも1つの演算結果を平均するか、或いは前記演算結果の中央値を選択することにより得られた分類用演算結果に基づいて前記弾性画像の分類を行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 The image classification means includes a histogram calculation unit that calculates at least one of the degree of distortion and kurtosis of the histogram of elasticity information at a plurality of measurement points of the elastic frame data for analysis as histogram data, and a plurality of measurements of the elastic frame data for analysis A statistical calculation unit that calculates at least one of the average value and the standard deviation of the elasticity information of the points as statistical processing data; and the elasticity information that belongs to a preset threshold range among the elasticity information of the plurality of measurement points of the elastic frame data for analysis A drawing region calculation unit that calculates at least one of the number of regions formed by the area, the area of the region, and the complexity of the shape of the region as drawing region evaluation data;
An evaluation data generation unit including at least one of the histogram data, the statistical processing data, and the rendering area evaluation data;
By averaging at least one calculation result of the histogram calculation unit, the statistical calculation unit, and the drawing area calculation unit for each of the plurality of elastic frame data for analysis, or by selecting a median of the calculation results 3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the elasticity image is classified based on the obtained classification calculation result.
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