JP5558932B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置の画像形成技術に関する。

例えば骨折部の癒合状態を評価するために、骨の力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。従来から、骨折部の癒合状態の評価にはＸ線写真が広く用いられている。しかし、Ｘ線写真では患部で成長中の仮骨を明瞭に撮影できないため、癒合状態を定量的に診断することが困難である。なお、骨の力学的特性の測定は、骨折を伴う骨に限らず、健常骨に対して行われてもよい。例えば、健常骨の骨強度などを測定して骨粗鬆症などの診断に利用してもよい。

Ｘ線写真を利用せず骨の力学的特性を定量評価する手法として、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが挙げられる。しかし、これらの手法には、適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、及び、定量評価の指標の精度が不十分であること、といった問題が残されている。

こうした背景において、骨に侵襲を加えない測定を実現するために、超音波を利用して骨患部の治癒状態を計測する装置が提案されている。例えば、特許文献１には、骨に対して超音波を送受波することにより、骨折部を挟んだ二つの骨片の間の角度を計測し、その角度に基づいて骨の力学的特性を反映させた特性情報を生成する旨の技術が記載されている。

特開２００５−１５２０７９号公報

本願の発明者らは、特許文献１に記載された画期的な技術をさらに改良した新しい画像形成技術について研究開発を重ねてきた。特に、例えば骨などの対象組織の診断に適した画像形成技術に注目した。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、対象組織を視覚的に明示するための新しい画像形成技術を提供することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、振動を加えられた対象組織を含む被検体に対して超音波を送受するプローブと、プローブを送受信制御することにより被検体内から受信信号を得る送受信部と、受信信号に基づいて被検体内の超音波画像を形成する画像形成部と、受信信号から得られるドプラ情報に基づいて前記振動を検出する振動検出部と、前記超音波画像内において前記振動が検出された画像部分を視覚的に明示する表示処理を施す表示処理部と、を有することを特徴とする。

望ましい具体例において、前記プローブは、振動を加えられた骨を含む被検体に対して超音波を送受し、前記表示処理部は、前記表示処理により骨を視覚的に明示した診断画像を形成する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、疾患部を介して連なる二つの骨片を含む前記骨の一方の骨片に対して振動が加えられ、前記表示処理部は、振動を加えられた一方の骨片を視覚的に明示しつつ疾患部を介して他方の骨片へ振動が伝わる様子を示した前記診断画像を形成することを特徴とする。

望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、検体内の骨と当該被検体内に挿入される器具に対して振動を加える振動発生部をさらに有し、前記表示処理部は、振動を加えられた骨と器具を視覚的に明示した前記診断画像を形成する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記振動発生部は、骨と器具に対して時間をずらして別々に振動を加え、前記表示処理部は、骨と器具を互いに区別して明示した前記診断画像を形成する、ことを特徴とする。

本発明により、対象組織を視覚的に明示するための新しい画像形成技術が提供される。

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。 図１の超音波診断装置を利用した好適な診断例を示す図である。 図２の診断例により得られる診断画像を示す図である。 図１の超音波診断装置を利用した他の好適な診断例を示す図である。

以下に本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、例えば被検者１００の体表に当接して用いられる超音波探触子である。プローブ１０は、被検者１００の体内の骨１１０に向けて超音波ビームを形成し、その超音波ビームを走査する。プローブ１０としては、例えば、二次元平面内で超音波ビームをリニア走査するリニアプローブが好適であるため、以下においてはリニアプローブを利用した形態について説明する。なお、プローブ１０として、コンベックスプローブや、三次元空間内で超音波ビームを立体的に走査する三次元プローブが利用されてもよい。

送受信部１２は、プローブ１０を制御して、断層面内において超音波ビームを電子走査する。例えば、プローブ１０がリニア走査を行い、１２０本程度の超音波ビームが次々に電子走査され、各超音波ビームごとにエコー信号が取得される。取得された複数のエコー信号は、Ｂモード処理部２２とドプラ処理部２４に出力される。

Ｂモード処理部２２は、複数の超音波ビームに対応した複数のエコー信号に基づいて、骨１１０を含んだＢモード画像（断層画像）の画像データを形成する。一方、ドプラ処理部２４は、複数の超音波ビームに対応した複数のエコー信号からドプラ情報を抽出する。 本実施形態においては、振動器５０から骨１１０に対して振動が加えられ、骨１１０が振動することにより、骨１１０から得られるエコー信号内にドプラシフトが発生する。ドプラ処理部２４は、エコー信号に含まれるドプラシフトを検出する。これにより、Ｂモード画像に対応した断層面内で骨１１０の振動が検出され、Ｂモード画像内のどの位置で振動が生じているのかが確認される。

表示画像形成部３０は、Ｂモード処理部２２から得られるＢモード画像内で、ドプラ処理部２４により振動が検出された画像部分を視覚的に明示する表示処理を施し、骨１１０の診断画像を形成する。表示画像形成部３０は、例えば振動が検出された画像部分のみに色づけ処理を施すことにより、その画像部分を視覚的に明示する。

なお、ドプラ情報が検出された画像部分に色づけ処理を行う場合には、公知のカラードプラ法の技術や、例えば特許文献（特開２００６−１９８０７５公報）に記載されたカラーフローマッピング画像の形成技術（ＦＬＯＷまたはｅＦＬＯＷと呼ばれる場合もある）などを利用してもよい。もちろん、色づけ処理に代えて、その画像部分に模様などが付されてもよいし、表示画像形成部３０により形成された診断画像は、モニタなどの表示部４０に表示される。

振動器５０は、制御部６０による制御に応じて、被検者１００の骨１１０に対して振動を加える。振動器５０としては、例えば、骨伝導デバイスなどが好適であり、数ｋＨｚ程度の振動数の振動を発生させ、被検者１００の体表から骨１１０に対して振動を加える。なお、制御部６０は、振動器５０を制御するとともに、図１の超音波診断装置内の各部を集中的に制御する。

図２は、図１の超音波診断装置を利用した好適な診断例を示す図である。図２に示す被検者１００の体内の骨１１０には、疾患部１１０ｆがあり、その疾患部１１０ｆを挟むように、骨片１１０ａと骨片１１０ｂが連なっている。疾患部１１０ｆは、例えば骨折部分や骨折後に癒合が進んだ部分などである。プローブ１０は、超音波の送受波領域Ｓが疾患部１１０ｆを含むように配置される。

振動器５０は、被検者１００の体表を介して骨片１１０ｂに接するように配置される。振動器５０は、被検者１００の体表と骨１１０とが近接している部分に配置されることが望ましい。例えば、骨１１０が前腕骨であれば、尺骨または橈骨の茎状突起や肘の部分などに振動器５０が配置される。また、骨１１０が上腕骨であれば、肘または肩の部分などに振動器５０が配置される。なお、振動器５０の位置や振動の態様については、医師などの専門家による指導の下で慎重に決定されるべきことは言うまでもない。

図２に示す診断例では、例えば、振動を加えられた骨片１１０ｂを視覚的に明示しつつさらに疾患部１００ｆを介して他方の骨片１１０ａへ振動が伝わる様子を示した診断画像が形成される。

図３は、図２の診断例により得られる診断画像２００を示す図である。図３に示す診断画像２００には、骨片１１０ａと骨片１１０ｂと疾患部１１０ｆの画像が含まれている。

図２に示した診断例では、振動器５０から骨片１１０ｂに対して直接的に振動が加えられている。そして、図１を利用して説明したように、ドプラ処理部２４において、エコー信号に含まれるドプラシフトに基づいて振動が検出される。例えば、所定の閾値を超えるドプラシフト量が得られた場合に、そのドプラシフトが振動器５０からの振動によるものであると判断される。さらに、Ｂモード処理部２２から得られるＢモード画像内で、振動が検出された画像部分に表示処理が施される。

その表示処理の結果、図３に示す表示態様２１０が形成される。表示態様２１０は、振動が検出された画像部分を明示する表示処理の結果であり、例えば、色づけ処理や模様付け処理により表示態様２１０が実現される。なお、表示態様２１０の画像部分に代えて、表示態様２１０以外の画像部分に色づけ処理や模様付け処理をすることにより、表示態様２１０の画像部分を明示するようにしてもよい。

図２に示した診断例では、振動器５０から骨片１１０ｂに対して振動が加えられて骨片１１０ｂが振動するため、図３に示す診断画像２００では、振動に対応した表示態様２１０が骨片１１０ｂの部分に比較的広く生じている。但し、振動器５０から直接的に振動が加えられていない骨片１１０ａにも、疾患部１１０ｆを介して、骨片１１０ｂから振動が伝えられる場合もある。そのため、図３に示す診断画像２００では、振動に対応した表示態様２１０が骨片１１０ａの部分にも生じている。

疾患部１１０ｆが例えば骨折直後の骨折箇所であり、骨片１１０ａと骨片１１０ｂが互いに離れている場合には、骨片１１０ｂから骨片１１０ａに伝わる振動が全く無いか又は比較的小さくなる。この場合には、骨片１１０ａの部分に表示態様２１０が全く発生しないか又は発生しても比較的小さい部分となる。一方、例えば骨折時から時間が経過し、疾患部１１０ｆにおける骨の癒合が進行すると、骨片１１０ｂから骨片１１０ａに振動が伝わりやすくなり、骨片１１０ａの部分に表示態様２１０が比較的大きく生じることが予想される。つまり、骨片１１０ａの部分に生じる表示態様２１０の広がりから、疾患部１１０ｆにおける癒合の進行状態を診断することなどが可能になる。

もちろん、疾患部１１０ｆが骨折部の場合に限らず、例えば骨粗鬆症などの場合においても、表示態様２１０の広がり方や分布の形状などから、疾患部１１０ｆの症状を確認できることが期待される。

図４は、図１の超音波診断装置を利用した他の好適な診断例を示す図である。図２に示した診断例と同様に、図４に示す診断例においても、被検者１００の体内の骨１１０には疾患部１１０ｆがあり、その疾患部１１０ｆを挟むように、骨片１１０ａと骨片１１０ｂが連なっている。疾患部１１０ｆは、例えば骨折部分などである。そして、図４に示す診断例では、被検体１００内に髄内釘１５０が挿入されている。髄内釘１５０は、骨折した骨１１０内に挿入されて骨折の回復を支援する治療器具である。

また、図４では、振動器５０が複数の箇所に配置されている。つまり、被検者１００の体表を介して、骨片１１０ｂに接するように振動器５０ｂが配置され、骨片１１０ａに接するように振動器５０ａが配置されている。さらに、髄内釘１５０に接するように振動器５０ｃが配置される。振動器５０ｃは、例えば、髄内釘１５０の被検体１００から露出した部分に接触させる。なお、振動器５０ａ，５０ｂ，５０ｃの位置や振動の態様は、医師などの専門家による指導の下において極めて慎重に決定される。

図４に示す診断例では、振動を加えられた骨片１１０ａと骨片１１０ｂを視覚的に明示しつつ、さらに、振動を加えられた髄内釘１５０を視覚的に明示した診断画像が形成される。例えば、図１の制御部６０が、振動器５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対して、互いに時間をずらして振動を発生させ、これにより、骨片１１０ａと骨片１１０ｂと髄内釘１５０に対して時間をずらして、つまり時間分割で別々に振動が加えられる。

そして、図１を利用して説明したように、ドプラ処理部２４において、エコー信号に含まれるドプラシフトに基づいて振動が検出される。例えば、所定の閾値を超えるドプラシフト量が得られた場合に、そのドプラシフトが振動器５０ａ，５０ｂ，５０ｃからの振動によるものであると判断される。さらに、Ｂモード処理部２２から得られるＢモード画像内で、振動が検出された画像部分に表示処理が施される。

これにより、例えば、振動器５０ａの振動期間に対応した画像期間内で骨片１１０ａが明示され、振動器５０ｂの振動期間に対応した画像期間内で骨片１１０ｂが明示され、振動器５０ｃの振動期間に対応した画像期間内で髄内釘１５０が明示される。例えば、医師などがこれらの画像を観察することにより、骨片１１０ａと骨片１１０ｂと髄内釘１５０の位置関係を確認しつつ、髄内釘１５０を骨片１１０ａと骨片１１０ｂに挿入していくことなどが可能になる。

なお、振動器５０ａ，５０ｂ，５０ｃの各々の振動に対応した画像部分に対して、互いに異なる色づけ処理や模様付け処理を施し、これらの画像部分を一度に表示させた診断画像が形成されてもよい。

また、図４に示す診断例においては、注目したい箇所にプローブ１０（図１）が配置される。もちろん、骨片１１０ａと骨片１１０ｂと髄内釘１５０を全て含んだ断層画像が形成されるように、走査範囲の広いプローブ１０が利用されてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０ プローブ、１２ 送受信部、２２ Ｂモード処理部、２４ ドプラ処理部、３０ 表示画像形成部、５０ 振動器。

Claims (5)

1. 被検体内の対象組織と当該被検体内に挿入される器具に対して時間をずらして別々に振動を加える振動発生部と、
   前記被検体に対して超音波を送受するプローブと、
   プローブを送受信制御することにより被検体内から受信信号を得る送受信部と、
   受信信号に基づいて被検体内の超音波画像を形成する画像形成部と、
   受信信号から得られるドプラ情報に基づいて前記振動を検出する振動検出部と、
   前記超音波画像内において前記振動が検出された画像部分を視覚的に明示する表示処理を施すことにより、対象組織と器具を互いに区別して明示した診断画像を形成する表示処理部と、
   を有する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記プローブは、振動を加えられた骨を含む被検体に対して超音波を送受し、
   前記表示処理部は、前記表示処理により骨と器具を互いに区別して明示した前記診断画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、
   疾患部を介して連なる二つの骨片を含む前記骨の一方の骨片に対して振動が加えられ、
   前記表示処理部は、振動を加えられた一方の骨片を視覚的に明示しつつ疾患部を介して他方の骨片へ振動が伝わる様子を示した前記診断画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 振動を加えられた対象組織を含む被検体に対して超音波を送受するプローブと、
   プローブを送受信制御することにより被検体内から受信信号を得る送受信部と、
   受信信号に基づいて被検体内の超音波画像を形成する画像形成部と、
   受信信号から得られるドプラ情報に基づいて前記振動を検出する振動検出部と、
   前記超音波画像内において前記振動が検出された画像部分を視覚的に明示する表示処理を施す表示処理部と、
   を有し、
   前記プローブは、振動を加えられた骨を含む被検体に対して超音波を送受し、
   前記表示処理部は、前記表示処理により骨を視覚的に明示した診断画像を形成し、
   被検体内の骨と当該被検体内に挿入される器具に対して振動を加える振動発生部をさらに有し、
   前記表示処理部は、振動を加えられた骨と器具を視覚的に明示した前記診断画像を形成し、
   前記振動発生部は、骨と器具に対して時間をずらして別々に振動を加え、
   前記表示処理部は、骨と器具を互いに区別して明示した前記診断画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、
   疾患部を介して連なる二つの骨片を含む前記骨の一方の骨片に対して振動が加えられ、
   前記表示処理部は、振動を加えられた一方の骨片を視覚的に明示しつつ疾患部を介して他方の骨片へ振動が伝わる様子を示した前記診断画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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