JP2009178185A - 医用撮像装置及び医用撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧迫板によって乳房を圧迫しながら乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置及び医用撮像方法において、組織内の弾性的な性質を画像化することにより腫瘤部分を明確化する。
【解決手段】この医用撮像装置は、被検体が載置される撮影台と、撮影台との間で被検体を圧迫する圧迫板と、圧迫板を垂直方向又は水平方向に移動させる圧迫板移動機構と、放射線又は超音波を発生し、被検体を通過した放射線又は被検体によって反射された超音波を検出して信号を生成する第１の手段と、圧迫板が撮影台との間で被検体を垂直方向に圧迫するように圧迫板移動機構を制御すると共に、圧迫板が被検体を水平方向に振動させるように圧迫板移動機構を制御して、第１の手段によって生成される信号に基づいて、被検体の画像を表す画像信号を生成する第２の手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、乳癌等を診断するために、圧迫板によって乳房を圧迫しながら乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置及び医用撮像方法に関する。

従来より、放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等）を用いた撮影方法は様々な分野で利用されており、特に医療分野においては、診断のための最も重要な手段の１つとなっている。乳癌を診断するために行われる乳腺・乳房のＸ線撮影（Ｘ線マンモグラフィー）によって得られる放射線画像は、癌の前兆である石灰化を発見するために有用であるが、被検者の年齢によっては、石灰化を発見することが困難な場合がある。そこで、放射線及び超音波を併用することにより、放射線画像と超音波画像との両方に基づいて診断を行うことが検討されている。Ｘ線マンモグラフィー及び超音波撮像は、それぞれ次のような特徴を有している。

Ｘ線マンモグラフィーは、癌の初期症状の１つである石灰化を写し出すのに適しており、高解像度で高感度な検出が可能である。特に、閉経後の女性のように、乳腺組織が萎縮を始めて脂肪に置換された脂肪質（所謂、"ｆａｔ ｂｒｅａｓｔ"）の場合には、Ｘ線マンモグラフィーによって得られる情報が多くなる。しかしながら、Ｘ線撮影は、組織の特異性（組織性状）の検出能力が低いという短所を有している。

また、Ｘ線画像において、乳腺は均一な軟部組織の濃度を呈するので、思春期〜閉経前の女性のように、乳腺が発達している乳腺質（所謂、"ｄｅｎｓｅ ｂｒｅａｓｔ"）の場合には、腫瘤の検出が困難になる。さらに、Ｘ線マンモグラフィーにおいては、立体である被検体を平面に投影した２次元画像しか得ることができないので、仮に腫瘤が発見されても、その腫瘤の深さ方向の位置や大きさ等の情報を把握するのが困難である。

一方、超音波撮像は、組織の特異性（例えば、嚢腫と固形物との違い）を検出でき、小葉癌を検出することもできる。また、リアルタイムに画像を観察したり、３次元画像を生成することも可能である。しかしながら、超音波撮像検査の精度は、医師等のオペレータの技術に依存することが多く、再現性も低い。また、超音波画像においては、微小な石灰化を観察することが困難である。

このように、Ｘ線マンモグラフィー検査と超音波撮像検査とは互いに一長一短であるので、乳癌を確実に発見するためには、両方の検査を行うことが望ましい。Ｘ線マンモグラフィー検査は、圧迫板によって被検体（乳房）を圧迫した状態で行われるので、同じ状態における被検体のＸ線画像と超音波画像とに基づいて診断を行うためには、超音波撮像検査も、Ｘ線マンモグラフィーの検査が行われたときと同じ状態、即ち、圧迫板によって被検体（乳房）を圧迫した状態で行うことが必要である。さらに、放射線及び超音波を併用して乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置も検討されている。

関連する技術として、特許文献１には、患者を移動させたり装置を再調整したりせずに、病変の所在を検出するＸ線照射及び超音波照射を行うことを目的としたマンモグラフィー装置が開示されている。このマンモグラフィー装置は、Ｘ線管と、Ｘ線管から照射されるＸ線を受光するように構成されている受像器と、利用者が手動で移動させることが可能な超音波プローブと、Ｘ線管と受像器との間に設けられており、Ｘ線及び超音波に対して透明な圧迫板と、当該装置に関する超音波プローブの位置センサとを備えている。特許文献１のマンモグラフィー装置によれば、対応するＸ線画像と超音波画像とを１回の検査において取得することが可能となる。しかしながら、乳房を圧迫して超音波撮像を行うと、非圧迫下における超音波撮像と比較してスラスト方向の分解能が低下するというデメリットもあるので、互いに対応するＸ線画像と超音波画像とを得ること以上のメリットが期待されている。

また、特許文献２には、横方向変位に対応して変位分布を推定できるようにすると共に、超音波ビーム方向（軸方向）の歪み分布のみから弾性係数分布を再構成できるようにすることを目的とした超音波診断システムが開示されている。この超音波診断システムは、被検体組織に接触する超音波探触子によって取得した超音波エコー信号を出力する超音波エコー信号出力手段と、被検体組織に対する超音波探触子の圧縮前後における超音波エコー信号を直交検波して包絡線信号を作成する直交検波手段と、圧縮前後における包絡線信号間の相関係数を２次元相関窓内の軸方向及びこの軸方向に直交する横方向にそれぞれ所定値ずつ離散した走査線毎に計算し、相関係数が最大となる位相情報を求め、位置情報の位置における圧縮前後の超音波エコー信号間の位相差情報を求める相関演算手段と、相関演算手段によって求められた位置情報及び位相差情報に基づいて圧縮に伴う被検体組織内の軸方向及び横方向における変位情報を求める変位演算手段と、被検体組織内の軸方向及び横方向の各点における変位情報を空間微分することによって歪み分布情報を求める歪み演算手段とを備えている。しかしながら、特許文献２に記載されているようなエラストグラフィーは、被検体組織内の歪み分布情報を求めるという性質上、現在のところ、被検体の表皮付近においてしか有効に活用できない。

さらに、特許文献３には、検査対象のいかなる位置においても、その表面からの距離に関係なく、機械的特性及び／又は弾性特性を決定することを目的としたＭＲＩ（magnetic resonance imaging：磁気共鳴撮像）装置におけるエラストグラフィー（磁気共鳴エラストグラフィー：ＭＲＥ）が開示されている。この装置は、検査対象の特に弾性パラメータのような機械的パラメータを決定する装置であって、ａ）前記検査対象の少なくとも１つの検査領域における磁性粒子の空間分布を決定する少なくとも１つの装置であって、少なくとも１つの検査領域に、低い磁界強度を持つ第１の部分領域及びより高い磁界強度を持つ第２の部分領域が生成されるような磁界強度の空間プロファイルを有する磁界を生成する手段と、前記粒子の空間的変化によって影響を及ぼされる特に検査領域における検査対象の磁化に依存する信号を検出する手段と、前記検査領域の磁性粒子の特に時間的に変化する空間分布に関する情報を得るために、前記信号を評価する手段とを有する装置と、ｂ）少なくとも検査対象の検査領域に及び／又はその近傍に、特に振動のような少なくとも機械的変位を生成する少なくとも１つの手段とを有する。しかしながら、特許文献３の装置においては、ＭＲＩの性質上、リアルタイムでの測定は困難であり、また、電磁石コイル等を必要とするので、装置が高価で大型になってしまう。
特開２００３−２６００４６号公報（第１頁、図１） 特開２００４−５７６５２号公報（第１−２頁、図１０） 特表２００６−５２４０８６号公報（第１頁）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、圧迫板によって乳房を圧迫しながら乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置及び医用撮像方法において、組織内の弾性的な性質を画像化することにより腫瘤部分を明確化することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る医用撮像装置は、被検体が載置される撮影台と、被検体を圧迫する第１の面と該第１の面に対向する第２の面とを有し、撮影台との間で被検体を圧迫する圧迫板と、圧迫板を第１の面に略垂直な第１の方向又は第１の面に略平行な第２の方向に移動させる圧迫板移動機構と、放射線又は超音波を発生し、被検体を通過した放射線又は被検体によって反射された超音波を検出して信号を生成する第１の手段と、圧迫板が撮影台との間で被検体を第１の方向に圧迫するように圧迫板移動機構を制御すると共に、圧迫板が被検体を第２の方向に振動させるように圧迫板移動機構を制御して、第１の手段によって生成される信号に基づいて、被検体の画像を表す画像信号を生成する第２の手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る医用撮像方法は、被検体が載置される撮影台と、被検体を圧迫する第１の面と該第１の面に対向する第２の面とを有し、撮影台との間で被検体を圧迫する圧迫板と、圧迫板を第１の面に略垂直な第１の方向又は第１の面に略平行な第２の方向に移動させる圧迫板移動機構とを有する医用撮像装置において用いられる医用撮像方法であって、圧迫板が撮影台との間で被検体を第１の方向に圧迫するように圧迫板移動機構を制御するステップ（ａ）と、圧迫板が被検体を第２の方向に振動させるように圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ）と、放射線又は超音波を発生し、被検体を通過した放射線又は被検体によって反射された超音波を検出して信号を生成するステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）において生成される信号に基づいて、被検体の画像を表す画像信号を生成するステップ（ｄ）とを具備する。

本発明によれば、圧迫板が撮影台との間で被検体を圧迫しながら振動させるようにして被検体の撮像を行うので、組織内の弾性的な性質を画像化することにより腫瘤部分を明確化することができる。

以下、本発明の実施形態について、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医用撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明は、圧迫板によって乳房を圧迫しながら放射線及び／又は超音波を照射して乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置全般に適用可能であるが、以下においては、乳房に放射線を照射し、乳房を透過する放射線を検出することによって放射線画像を生成する放射線マンモグラフィー装置の機能と、乳房に超音波を送信し、乳房の内部において反射した超音波エコーを受信することによって超音波画像を生成する超音波診断装置の機能とを併せ持った医用撮像装置について説明する。また、以下においては、放射線としてＸ線を使用する場合について説明するが、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等も使用可能である。

図１に示すように、医用撮像装置は、Ｘ線管１０と、フィルタ１１と、Ｘ線管１０によって発生され被検体１を透過したＸ線を検出するＸ線検出部１２と、被検体１である乳房を押さえるための圧迫板１３と、圧迫板１３を移動させる圧迫板移動機構１４と、圧迫板１３に印加される圧力を検出する圧力センサ１５と、超音波の送受信を行う複数の超音波トランスデユーサを含む超音波探触子１６と、超音波探触子１６を移動させる探触子移動機構１７と、超音波探触子１６の位置を検出する位置センサ１８とを、撮像部において有している。

さらに、医用撮像装置は、圧迫板移動機構１４及び探触子移動機構１７等を制御する移動制御部２０と、放射線撮像制御部３０と、超音波撮像制御部４０と、画像処理部５０と、表示部６１及び６２と、操作卓７０と、制御部８０と、格納部９０とを有している。

図２は、図１に示す医用撮像装置の撮像部の外観を示す側面図である。図２に示すように、医用撮像装置の撮像部は、アーム部２と、アーム部２を上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に保持する基台３と、アーム部２を基台３に連結する軸部４とを有している。アーム部２には、Ｘ線管１０と、フィルタ１１と、Ｘ線検出部１２と、被検体１が載置される撮影台１９と、撮影台１９との間で被検体１を圧迫する圧迫板１３と、圧迫板１３を移動させる圧迫板移動機構１４と、超音波探触子１６と、超音波探触子１６をＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸方向に移動させる探触子移動機構１７とが設けられている。

Ｘ線管１０及びフィルタ１１は、放射線発生部を構成する。Ｘ線管１０は、管電圧が印加されることによってＸ線を発生する。フィルタ１１は、モリブデン（Ｍｏ）又はロジウム（Ｒｈ）等の材料によって作成され、Ｘ線管１０が発生するＸ線に含まれている複数の波長成分の内から所望の波長成分を選択的に透過する。Ｘ線検出部１２は、被検体１を通過したＸ線を２次元領域における複数の検出ポイントにおいて検出することによりＸ線画像を撮影するフラットパネル・ディテクタ（ＦＰＤ）である。Ｘ線管１０から放射され被検体１を透過したＸ線が各検出ポイントに照射されることにより、Ｘ線の強度に応じた大きさを有する検出信号がＸ線検出部１２から出力される。この検出信号は、ケーブルを介して、放射線撮像制御部３０（図１）に入力される。

圧迫板１３は、Ｘ線の照射方向に沿って被検体１を圧迫する圧迫面（図２における下面）と、圧迫面に対して反対側の面（図２における上面）とを有している。圧迫板１３は、撮影台１９に対して平行に設置されており、移動制御部２０の制御の下で、圧迫板移動機構１４が、圧迫板１３を圧迫面に略垂直な方向（Ｚ軸方向）及び／又は圧迫面に略平行な方向（例えば、Ｘ軸方向）に移動させる。圧力センサ１５は、圧迫板１３に印加される圧力を検出し、その検出結果に基づいて、移動制御部２０（図１）が、圧迫板移動機構１４を制御する。圧迫板１３と撮影台１９とによって被検体（乳房）１を挟み込むことにより、乳房の厚さを均一にした状態でＸ線撮影及び超音波撮像が行われる。

ここで、圧迫板１３は、乳房を圧迫する際の位置合わせや圧迫状態の確認を行うために光学的に透明であることが必要であり、Ｘ線管１０から放射されるＸ線を透過させると共に、超音波探触子１６から送信される超音波を伝播し易い材料によって形成されていることが望ましい。圧迫板１３の材料としては、例えば、超音波の反射率に影響する音響インピーダンスと超音波の減衰に影響する減衰係数とにおいて適した値を有するアクリルやポリメチルペンテン等の樹脂を用いることができる。

本実施形態においては、移動制御部２０が、圧迫板１３が被検体１を圧迫しながら圧迫面に略平行な方向に振動させるように圧迫板移動機構１４を制御することにより、予圧を受けながら振動している被検体１を撮像することが可能である。圧迫板１３が被検体１を振動させる周波数は、癌組織の共振周波数に合わせて予め設定しておいても良いし、周波数をスイープさせながら複数回の撮像を行うようにしても良い。あるいは、圧迫板１３が被検体にインパルス又はステップ状の振動を与えるようにしても良い。

超音波探触子１６は、１次元状、又は、２次元状に配列された複数の超音波トランスデューサを備えている。各々の超音波トランスデューサは、印加される駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信することにより受信信号を出力する。

各々の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、そ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。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力され、ケーブルを介して、超音波撮像制御部４０（図１）に入力される。

超音波探触子１６は、圧迫板１３に密着させて移動させても良いし、圧迫板１３との間にエコーゼリー等の超音波伝達媒体を挿入することにより、圧迫板１３から離して移動させても良い。より好ましくは、圧迫板１３にエコーゼリー等の超音波伝達媒体を塗布し、超音波探触子１６を圧迫板１３に接触させながら移動させるのが良い。また、オペレータが超音波探触子１６を移動させても良いし、探触子移動機構１７が超音波探触子１６を移動させても良い。以下においては、後者の場合について説明する。

超音波探触子１６の位置は、超音波探触子１６に内蔵されている位置センサ１８によって検出される。移動制御部２０は、位置センサ１８の出力信号に基づいて超音波探触子１６の位置を把握し、探触子移動機構１７を制御する。探触子移動機構１７が超音波探触子１６を移動させながら、超音波探触子１６が超音波を送受信することにより、超音波撮像が行われる。

再び図１を参照しながら、Ｘ線撮像系について説明する。
放射線撮像制御部３０は、管電圧・管電流制御部３１と、高電圧発生部３２と、Ａ／Ｄ変換器３３と、放射線画像データ生成部３４と、サブトラクション部３５と、画像データ格納部３６とを含んでいる。

Ｘ線管１０においては、陰極と陽極との間にかける管電圧によってＸ線の透過性が決定され、陰極と陽極との間に流れる管電流の時間積分値によってＸ線の発生量が決定される。管電圧・管電流制御部３１は、目標値に従って、管電圧や管電流等の撮影条件を調整する。管電圧及び管電流の目標値は、オペレータが、操作卓７０を用いてマニュアルで調整することができる。高電圧発生部３２は、管電圧・管電流制御部３１の制御の下で、Ｘ線管１０に印加される高電圧を発生する。

Ａ／Ｄ変換器３３は、Ｘ線検出部１２から出力されるアナログの放射線検出信号をディジタル信号（放射線検出データ）に変換し、放射線画像データ生成部３４は、放射線検出データに基づいて放射線画像データを生成する。サブトラクション部３５は、放射線画像データ生成部３４によって生成された放射線画像データを画像データ格納部３６に一旦格納し、画像データ格納部３６に格納されている複数枚の放射線画像を表す放射線画像データを用いて、複数の異なる条件の下で得られた放射線画像データの差分を取るサブトラクション処理を行う。

図３は、乳房内の各種の組織に予圧をかけた場合の弾性定数を示す図である。ここで、予圧の値は、所定の方向に予圧をかけて乳房を圧迫する場合に、所定の方向における無荷重での乳房の厚さを１００％として、予圧をかけたときに圧縮された部分の厚さを割合（％）で表したものである。具体的には、図２に示すように圧迫板１３と撮影台１９との間で乳房を圧迫する場合に、圧迫板１３が乳房に接した状態（無荷重状態）における圧迫板１３と撮影台１９との間の距離をＤ１とし、加圧状態における圧迫板１３と撮影台１９との間の距離をＤ２とすると、予圧の値は、｛（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１｝×１００（％）で表される。

図３に示すように、脂肪や乳腺の弾性定数は、予圧５％〜２０％において１００に満たない比較的小さな値であり、予圧を５％から２０％に増加させて圧迫厚さ（圧迫時の加圧方向における乳房の厚さ）を変化させても弾性定数の変化は２倍以内である。また、繊維組織の弾性定数は、予圧５％において約１０７と比較的大きな値であるが、予圧を２０％に増加させて圧迫厚さを変化させても、その２倍程度の約２３３に留まっている。

一方、非浸潤乳管癌の弾性定数は、予圧５％において約２５と小さな値であるが、予圧を２０％に増加させて圧迫厚さを変化させると、その１２倍程度の約３０１となる。また、浸潤性乳癌の弾性定数は、予圧５％で約９３であるが、予圧を２０％に増加させて圧迫厚さを変化させるとその５倍程度の約４９０となる。そこで、予圧を例えば２０％程度に高めて乳房内の弾性定数の大きい部分を検出することにより、その部分が癌組織である可能性が高いと診断することができる。あるいは、比較的小さな予圧（例えば５％程度）における弾性定数と比較的大きな予圧（例えば２０％程度）における弾性定数とが大きく変化する部分を検出することにより、その部分が癌組織である可能性が高いと診断することができる。

Ｘ線撮影によって癌組織を検出するためには、予圧を高めたときに癌組織の弾性定数が大きくなることを利用して、被検体をＸ線の照射方向に対して略直交する方向に振動させながらＸ線撮影を行うことが有効である。即ち、弾性定数が大きい部分は、振動によって大きく変位するので、Ｘ線画像における陰影が薄められる。これを、静止している被検体のＸ線画像と比較することにより、弾性定数が大きい部分を認識することができる。

図４は、被検体としてマンモファントムに対してＸ線撮影を行うことにより得られた画像を示す図である。図４の（ａ）は、被検体に振動を与えずにＸ線撮影を行った場合の画像であり、図４の（ｂ）は、被検体に４７Ｈｚの振動を与えながらＸ線撮影を行った場合の画像である。マンモファントムには、癌組織と同様に予圧を高めたときに弾性定数が大きくなる粒子が含まれている。以下においては、予圧を高めたときに弾性定数が大きくなる組織又は粒子のことを「癌組織」という。両者の画像を比較すると、被検体に振動を与えながらＸ線撮影を行った場合の画像においては、図４の（ｂ）において矢印で示すように、癌組織の大きな変位によって癌組織の陰影が薄れている。

例えば、移動制御部２０が、圧迫板１３が被検体を比較的小さな予圧（例えば５％程度）で圧迫しながら振動させるように圧迫板移動機構１４を制御して、放射線撮像制御部３０が各部を制御してＸ線撮影を行い、さらに、移動制御部２０が、圧迫板１３が被検体を比較的大きな予圧（例えば２０％程度）で圧迫しながら振動させるように圧迫板移動機構１４を制御して、放射線撮像制御部３０が各部を制御してＸ線撮影を行うようにしても良い。

診断においては、両者の画像を肉眼で対比観察しても良いし、図１に示すサブトラクション部３５が、一方の画像を表す放射線画像データと他方の画像を表す放射線画像データとの差分を取るサブトラクション処理を行うことによって癌組織を検出しても良い。サブトラクション処理によって得られた癌組織の画像は、例えば、静止又は振動している被検体の画像にカラー画像として重畳されて、癌組織が強調して表示される。

次に、超音波撮像系について説明する。
超音波撮像制御部４０は、走査制御部４１と、送信回路４２と、受信回路４３と、Ａ／Ｄ変換器４４と、信号処理部４５と、Ｂモード画像データ生成部４６と、Ｍモード処理部４７と、ドプラ処理部４８と、画像合成部４９とを含んでいる。

走査制御部４１は、移動制御部２０の制御の下で、送信回路４２から超音波探触子１６の各超音波トランスデューサに印加される駆動信号の周波数及び電圧を設定して、送信される超音波の周波数及び音圧を調節する。また、走査制御部４１は、超音波ビームの送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、超音波エコーの受信方向を順次設定し、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、超音波探触子１６に含まれている複数の超音波トランスデューサ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複数の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複数の受信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は、メモリ等に格納されている。

送信回路４２は、複数の超音波トランスデューサ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、送信回路４２は、走査制御部４１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ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探触子１６に供給しても良いし、複数の超音波トランスデューサ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探触子１６に供給しても良い。

受信回路４３は、複数の超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の超音波受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器４４は、受信回路４３によって増幅されたアナログの超音波受信信号をディジタルの超音波受信信号に変換する。信号処理部４５は、走査制御部４１によって選択された受信遅延パターンに基づいて、複数の超音波受信信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの超音波受信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信号が形成される。

さらに、信号処理部４５は、音線信号に対して、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、包絡線信号を生成する。

Ｂモード画像データ生成部４６は、包絡線信号に対して、対数圧縮やゲイン調整等の処理を施して画像データを生成し、この画像データを、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像データに変換（ラスター変換）することにより、Ｂモード画像データを生成する。

Ｍモード処理部４７は、被検体の断面内の１つの音線に注目し、受信フォーカス処理が施された音線信号に基づいて、その音線からの超音波エコー強度の経時変化を表すＭモード画像データを生成する。図５は、Ｍモード画像データによって表される画像の例を示す図である。図５において、横軸は時間を表し、縦軸は超音波エコー強度を表している。

Ｍモード撮像に際し、移動制御部２０は、圧迫板１３が被検体を比較的大きな予圧（例えば２０％程度）で圧迫しながら振動させるように圧迫板移動機構１４を制御して、超音波撮像制御部４０が、各部を制御して超音波撮像を行う。ここでは、移動制御部２０が、被検体を振動させる周波数をスイープさせているので、図５の横軸は、被検体の振動周波数をも表している。

振動周波数をスイープさせると、図５に示すように、被検体内の物体の変位の振幅が、共振によって特定の周波数において大きくなる。Ｍモード処理部４７は、超音波エコー強度の経時変化に基づいて変位の大きさを判定し、変位の大きさが最大となったときの振動周波数を共振周波数であると判定する。

ある物体の共振周波数ｆと弾性定数Ｋとは、次式（１）によって表される関係を有している。
ここで、ρは物体の密度を表しており、Ｖは物体の体積を表している。弾性定数Ｋは、次式（２）によって、共振周波数ｆを用いて表される。
Ｋ＝４π^２ρＶｆ^２ ・・・（２）

このように、弾性定数Ｋは共振周波数ｆの自乗に比例しているので、被検体内において密度ρが一定であると仮定した場合には、被検体の各部に対してＭモード撮像を行うことにより、Ｍモード処理部４７が、被検体内における弾性定数の違いを表す画像データを生成することができる。

あるいは、被検体内における密度ρが既知である場合には、Ｍモード処理部４７が、各部の体積をＢモード超音波画像に基づいて推定することにより、弾性定数の分布を表す画像データを生成することができる。大きな弾性定数を有している部分は、癌組織である可能性が高いと診断することができる。

また、Ｍモード処理部４７が、比較的小さな予圧（例えば５％程度）における測定値と比較的大きな予圧（例えば２０％程度）における測定値との比の値を求めて、比の値が大きい部分が癌組織である可能性が高いと診断するようにしても良い。

一方、ドプラ処理部４８は、被検体内の物体が運動しているときに、超音波エコーの周波数がドプラ効果によって変化することを利用して、物体が超音波探触子に近付いているのか遠ざかっているのかを判定することができる。ドプラ処理部４８は、被検体の断面内の１つの音線に注目し、受信フォーカス処理が施された音線信号から高周波成分を除去した後に、音線信号に対して直交位相検波処理を行うことにより、その音線からの超音波エコー強度の周波数分布を表すドプラ画像データを生成する。図６は、ドプラ画像データによって表される画像の例を示す図である。図６において、横軸は周波数を表し、縦軸は超音波エコー強度を表している。

ドプラ撮像に際し、移動制御部２０は、圧迫板１３が被検体を比較的大きな予圧（例えば２０％程度）で圧迫しながら振動させるように圧迫板移動機構１４を制御して、超音波撮像制御部４０が、各部を制御して超音波撮像を行う。ここでは、移動制御部２０が、被検体を振動させる周波数をスイープさせているので、被検体内の物体の変位の振幅が、共振によって特定の周波数において大きくなる。ドプラ処理部４８は、超音波エコーの周波数偏移の大きさに基づいて変位の大きさを判定し、変位の大きさが最大となったときの振動周波数を共振周波数であると判定する。

上記と同様に、被検体内において密度ρが一定であると仮定した場合には、被検体の各部に対してドプラ撮像を行うことにより、ドプラ処理部４８が、被検体内における弾性定数の違いを表す画像データを生成することができる。

あるいは、被検体内における密度ρが既知である場合には、Ｍモード処理部４７が、各部の体積をＢモード超音波画像に基づいて推定することにより、弾性定数の分布を表す画像データを生成することができる。大きな弾性定数を有している部分は、癌組織である可能性が高いと診断することができる。

また、Ｍモード処理部４７が、比較的小さな予圧（例えば５％程度）における測定値と比較的大きな予圧（例えば２０％程度）における測定値との比の値を求めて、比の値が大きい部分が癌組織である可能性が高いと診断するようにしても良い。なお、移動制御部２０は、圧迫板１３が被検体にインパルス又はステップ状の振動を与えるように、圧迫板移動機構１４を制御するようにしても良い。その場合に、被検体の各部は、それぞれの共振周波数において振動する。

再び図１を参照すると、画像合成部４９は、Ｂモード画像データ生成部４６によって生成されたＢモード画像データと、Ｍモード処理部４７によって生成されたＭモード画像データと、ドプラ処理部４８によって生成されたドプラ画像データとの内のいずれか１つを選択して、超音波画像データとして出力する。あるいは、画像合成部４９は、Ｍモード処理部４７又はドプラ処理部４８によって検出された大きな弾性定数を有している部分の画像を、例えば、Ｂモード画像データによって表される被検体の画像にカラー画像として重畳することにより、超音波画像データを生成するようにしても良い。

画像処理部５０は、放射線撮像制御部３０から出力される放射線画像データ、及び、超音波撮像制御部４０から出力される超音波画像データに対し、階調処理等の必要な画像処理を施して表示用の画像データを生成する。それにより、放射線画像及び超音波画像が、表示部６１及び６２にそれぞれ表示される。

操作卓７０は、オペレータが医用撮像装置を操作するために用いられる。制御部８０は、オペレータの操作に基づいて各部を制御する。以上において、移動制御部２０、放射線画像データ生成部３４、サブトラクション部３５、走査制御部４１、信号処理部４５〜画像処理部５０、及び、制御部８０は、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（プログラム）とによって構成されるが、こ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。このソフトウェア（プログラム）は、ハードディスク又はメモリ等によって構成された格納部９０に格納されている。また、格納部９０に、走査制御部４１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。

本発明は、乳癌等を診断するために、圧迫板によって乳房を圧迫しながら乳腺・乳房の撮像を行う医用撮像装置及び医用撮像方法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医用撮像装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す医用撮像装置の撮像部の外観を示す側面図である。 乳房内の各種の組織に予圧をかけた場合の弾性定数を示す図である。 被検体としてマンモファントムに対してＸ線撮影を行うことにより得られた画像を示す図である。 Ｍモード画像データによって表される画像の例を示す図である。 ドプラ画像データによって表される画像の例を示す図である。

符号の説明

１ 被検体
２ アーム部
３ 基台
４ 軸部
１０ Ｘ線管
１１ フィルタ
１２ Ｘ線検出部
１３ 圧迫板
１４ 圧迫板移動機構
１５ 圧力センサ
１６ 超音波探触子
１７ 探触子移動機構
１８ 位置センサ
１９ 撮影台
２０ 移動制御部
３０ 放射線撮像制御部
３１ 管電圧・管電流制御部
３２ 高電圧発生部
３３ Ａ／Ｄ変換器
３４ 放射線画像データ生成部
３５ サブトラクション部
３６ 画像データ格納部
４０ 超音波撮像制御部
４１ 走査制御部
４２ 送信回路
４３ 受信回路
４４ Ａ／Ｄ変換器
４５ 信号処理部
４６ Ｂモード画像データ生成部
４７ Ｍモード処理部
４８ ドプラ処理部
４９ 画像合成部
５０ 画像処理部
６１、６２ 表示部
７０ 操作卓
８０ 制御部
９０ 格納部

Claims (20)

1. 被検体が載置される撮影台と、
   被検体を圧迫する第１の面と該第１の面に対向する第２の面とを有し、前記撮影台との間で被検体を圧迫する圧迫板と、
   前記圧迫板を第１の面に略垂直な第１の方向又は第１の面に略平行な第２の方向に移動させる圧迫板移動機構と、
   放射線又は超音波を発生し、被検体を通過した放射線又は被検体によって反射された超音波を検出して信号を生成する第１の手段と、
   前記圧迫板が前記撮影台との間で被検体を第１の方向に圧迫するように前記圧迫板移動機構を制御すると共に、前記圧迫板が被検体を第２の方向に振動させるように前記圧迫板移動機構を制御して、前記第１の手段によって生成される信号に基づいて、被検体の画像を表す画像信号を生成する第２の手段と、
   を具備する医用撮像装置。
2. 前記第１の手段が、放射線を発生する放射線発生部と、前記放射線発生部によって発生され被検体を通過した放射線を検出して検出信号を出力するＸ線検出部とを含み、
   前記第２の手段が、前記圧迫板移動機構を制御する移動制御部と、振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、放射線画像を表す画像信号を生成する放射線撮像制御部とを含む、
   請求項１記載の医用撮像装置。
3. 前記第２の手段が、振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第１の放射線画像を表す第１の画像信号を生成すると共に、振動していない被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第２の放射線画像を表す第２の画像信号を生成し、第１及び第２の画像信号に基づいて、弾性係数の大きい部分を検出する、請求項２記載の医用撮像装置。
4. 前記第２の手段が、前記圧迫板が被検体を第１の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御して、第１の予圧で圧迫されながら振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第１の放射線画像を表す第１の画像信号を生成すると共に、前記圧迫板が被検体を第１の予圧とは異なる第２の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御して、第２の予圧で圧迫されながら振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第２の放射線画像を表す第２の画像信号を生成し、第１及び第２の画像信号に基づいて、前記圧迫板による圧迫時の加圧方向における被検体の厚さの違いによる弾性係数の変化の大きい部分を検出する、請求項２記載の医用撮像装置。
5. 前記第２の手段が、前記圧迫板が被検体を振動させる周波数をスイープさせるように前記圧迫板移動機構を制御する、請求項１〜４のいずれか１項記載の医用撮像装置。
6. 前記第１の手段が、前記圧迫板の第２の面に沿って移動しながら、駆動信号に従って超音波を送信し、超音波エコーを受信して受信信号を出力する超音波探触子を含み、
   前記第２の手段が、前記圧迫板移動機構を制御する移動制御部と、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて、被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求める超音波撮像制御部とを含む、
   請求項１記載の医用撮像装置。
7. 前記第２の手段が、前記圧迫板が被検体を振動させる周波数をスイープさせるように前記圧迫板移動機構を制御して、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号の振幅変化に基づいて被検体内の所望の部分における共振周波数を求め、共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求める、請求項６記載の医用撮像装置。
8. 前記第２の手段が、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号のドプラシフトに基づいて被検体内の所望の部分における共振周波数を求め、共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求める、請求項６記載の医用撮像装置。
9. 前記第２の手段が、前記圧迫板が被検体にインパルス又はステップ状の振動を与えるように前記圧迫板移動機構を制御する、請求項８記載の医用撮像装置。
10. 前記第２の手段が、前記圧迫板が被検体を第１の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御して、第１の予圧で圧迫されながら振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて被検体内の所望の部分における第１の共振周波数を求め、第１の共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する第１の情報を求めると共に、前記圧迫板が被検体を第１の予圧とは異なる第２の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御して、第２の予圧で圧迫されながら振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて被検体内の所望の部分における第２の共振周波数を求め、第２の共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する第２の情報を求めることにより、第１及び第２の情報に基づいて、予圧の違いによる弾性係数の変化の大きい部分を検出する、請求項６〜９のいずれか１項記載の医用撮像装置。
11. 被検体が載置される撮影台と、被検体を圧迫する第１の面と該第１の面に対向する第２の面とを有し、撮影台との間で被検体を圧迫する圧迫板と、前記圧迫板を第１の面に略垂直な第１の方向又は第１の面に略平行な第２の方向に移動させる圧迫板移動機構とを有する医用撮像装置において用いられる医用撮像方法であって、
    前記圧迫板が前記撮影台との間で被検体を第１の方向に圧迫するように圧迫板移動機構を制御するステップ（ａ）と、
    前記圧迫板が被検体を第２の方向に振動させるように前記圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ）と、
    放射線又は超音波を発生し、被検体を通過した放射線又は被検体によって反射された超音波を検出して信号を生成するステップ（ｃ）と、
    ステップ（ｃ）において生成される信号に基づいて、被検体の画像を表す画像信号を生成するステップ（ｄ）と、
    を具備する医用撮像方法。
12. ステップ（ｃ）が、放射線発生部を用いて放射線を発生し、前記放射線発生部によって発生され被検体を通過した放射線を、Ｘ線検出部を用いて検出して検出信号を出力することを含み、
    ステップ（ｄ）が、振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、放射線画像を表す画像信号を生成することを含む、
    請求項１１記載の医用撮像方法。
13. ステップ（ｄ）が、振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第１の放射線画像を表す第１の画像信号を生成するステップ（ｄ１）と、振動していない被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第２の放射線画像を表す第２の画像信号を生成するステップ（ｄ２）と、第１及び第２の画像信号に基づいて、弾性係数の大きい部分を検出するステップ（ｄ３）とを含む、請求項１２記載の医用撮像方法。
14. ステップ（ｂ）が、前記圧迫板が被検体を第１の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ１）と、前記圧迫板が被検体を第１の予圧とは異なる第２の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ２）とを含み、
    ステップ（ｄ）が、第１の予圧で圧迫されながら振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第１の放射線画像を表す第１の画像信号を生成するステップ（ｄ１）と、第２の予圧で圧迫されながら振動している被検体を通過した放射線を検出することによって生成される検出信号に基づいて、第２の放射線画像を表す第２の画像信号を生成するステップ（ｄ２）と、第１及び第２の画像信号に基づいて、予圧の違いによる弾性係数の変化の大きい部分を検出するステップ（ｄ３）とを含む、
    請求項１２記載の医用撮像方法。
15. ステップ（ｂ）が、前記圧迫板が被検体を振動させる周波数をスイープさせるように前記圧迫板移動機構を制御することを含む、請求項１１〜１４のいずれか１項記載の医用撮像方法。
16. ステップ（ｃ）が、超音波探触子を前記圧迫板の第２の面に沿って移動させながら、駆動信号に従って超音波を送信し、超音波エコーを受信して受信信号を出力することを含み、
    ステップ（ｄ）が、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて、被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求めることを含む、
    請求項１１記載の医用撮像方法。
17. ステップ（ｂ）が、前記圧迫板が被検体を振動させる周波数をスイープさせるように前記圧迫板移動機構を制御することを含み、
    ステップ（ｄ）が、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号の振幅変化に基づいて被検体内の所望の部分における共振周波数を求め、共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求めることを含む、
    請求項１６記載の医用撮像方法。
18. ステップ（ｄ）が、振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号のドプラシフトに基づいて被検体内の所望の部分における共振周波数を求め、共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する情報を求めることを含む、請求項１６記載の医用撮像方法。
19. ステップ（ｂ）が、前記圧迫板が被検体にインパルス又はステップ状の振動を与えるように前記圧迫板移動機構を制御することを含む、請求項１８記載の医用撮像方法。
20. ステップ（ｂ）が、前記圧迫板が被検体を第１の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ１）と、前記圧迫板が被検体を第１の予圧とは異なる第２の予圧で圧迫しながら振動させるように前記圧迫板移動機構を制御するステップ（ｂ２）とを含み、
    ステップ（ｄ）が、第１の予圧で圧迫されながら振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて被検体内の所望の部分における第１の共振周波数を求め、第１の共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する第１の情報を求めるステップ（ｄ１）と、第２の予圧で圧迫されながら振動している被検体によって反射された超音波エコーを受信することによって生成される受信信号に基づいて被検体内の所望の部分における第２の共振周波数を求め、第２の共振周波数に基づいて被検体内の所望の部分における弾性定数に関する第２の情報を求めるステップ（ｄ２）と、第１及び第２の情報に基づいて、予圧の違いによる弾性係数の変化の大きい部分を検出するステップ（ｄ３）とを含む、
    請求項１６〜１９のいずれか１項記載の医用撮像方法。