JP5139143B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
本発明は超音波診断装置に関し、特に、血流中の渦流を観測する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that observes eddy currents in a bloodstream.
超音波診断装置では、例えば心臓内の血流における各点からドプラ情報(速度情報)が取得され、それらを二次元マッピングすることにより二次元血流画像が構成される。これはカラードプラ法あるいはカラーフローマッピング法といわれている。一般にカラードプラ法で表示される速度情報は、血流の真の速度ではなく、ビーム方向に沿った速度成分である。 In the ultrasonic diagnostic apparatus, for example, Doppler information (velocity information) is acquired from each point in the blood flow in the heart, and a two-dimensional blood flow image is constructed by two-dimensional mapping them. This is called a color Doppler method or a color flow mapping method. In general, velocity information displayed by the color Doppler method is not a true velocity of blood flow but a velocity component along the beam direction.
特許文献1には、走査面上の各点において演算された速度(ビーム方向速度成分)から二次元速度ベクトルを推定する方法が記載されている。この方法では、血流の流れ全体が「渦流」とそれ以外の「基本流」とで構成されるという前提の下で、まず、観測されたビーム方向速度成分が渦流成分と基本流成分とに分解される。次に、渦流については所定の流れ関数を利用することにより、直交方向速度成分が求められ、基本流については所定の流線を描くことにより、直交方向成分が求められる。本発明者らの実験によれば、この方法によれば、心臓の血流について、臨床上価値のある二次元速度ベクトルを求められることが確認されている。この方法によれば、計算の途中で、渦流についてのビーム方向速度成分及び直交方向速度成分が求まるので、渦流だけについて、二次元速度ベクトルを表示しあるいは多重リングのような流線を表示することが可能である。
上記特許文献1に記載された方法を使って、心臓(例えば左室)内の渦流についての速度成分を算出し、弁別した上で渦流を二次元表示すると、具体的には多重リングのような流線表示を行うと、心臓内に1又は複数の渦流が現れる。例えば、左室においては、心尖部付近や僧帽弁付近に、1又は複数の渦流が現れる傾向にある。しかも、疾患の内容及び程度によって、心臓内において渦の出現(個数、大小、位置等)が異なるということが判明している。この極めて興味深い研究成果を、現在又は将来における循環器医療その他に役立てることが期待されている。
When the velocity component of the vortex in the heart (for example, the left ventricle) is calculated using the method described in the above-mentioned
渦流の視覚化技術を臨床に役立てる際に重視されるのは客観的な渦流の評価である。換言すれば渦流の定量化である。走査面上の各点のビーム方向速度成分から推定した渦流の定量化についての技術は、従来提供されていない。 The objective of evaluating eddy current visualization techniques in clinical practice is the objective evaluation of eddy currents. In other words, quantification of vortex flow. A technique for quantifying the eddy current estimated from the beam direction velocity component at each point on the scanning plane has not been provided.
本発明の目的は、被検体の観測面上の各点のビーム方向速度成分から推定した渦流についての定量化された情報を提供できる超音波診断装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of providing quantified information about eddy currents estimated from beam direction velocity components at each point on the observation surface of a subject.
本発明は、生体内の観測面に対する超音波の送受波により得られたドプラ情報に基づいて、前記観測面上に存在する渦流の状態を示す流れ状態関数を求める関数算出手段と、流れ状態関数のピークを特定する特定手段と、特定されたピークについての流れ状態関数の値に基づき、当該ピークに対応する渦流の定量指標値を計算する指標値算出手段と、を備える超音波診断装置に関する。 The present invention provides a function calculation means for obtaining a flow state function indicating a state of eddy currents existing on the observation surface based on Doppler information obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to the observation surface in the living body, and a flow state function The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a specifying means for specifying a peak of the current and an index value calculating means for calculating a quantitative index value of the eddy current corresponding to the peak based on the value of the flow state function for the specified peak.
ここで、流れ状態関数として、流体力学における流れ関数を用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば2方向の超音波ビームにより、観測面内の各点の二次元速度を求め、これら各点の二次元速度から流れの渦を特定することも考えられ、この場合、各点の二次元速度の分布が流れ状態関数の一例となる。 Here, a flow function in hydrodynamics can be used as the flow state function, but is not limited to this. For example, it is conceivable that the two-dimensional velocity of each point in the observation plane is obtained by a two-direction ultrasonic beam, and the flow vortex is specified from the two-dimensional velocity of each point. Is an example of the flow state function.
1つの態様では、前記指標値算出手段は、前記ピークに対応する渦流の定量指標値として、当該ピークについての前記流れ状態関数の値である渦流最大流量、前記流れ状態関数において当該渦流最大流量に対して所定割合の流量値を持つ点を結んだ閉曲線の面積、前記面積をもつ円の直径又は半径、前記渦流流量を前記面積で除して得られる渦強度、のうちの少なくとも1つを算出する。 In one aspect, the index value calculation means uses a vortex maximum flow rate that is a value of the flow state function for the peak as the quantitative index value of the vortex flow corresponding to the peak, and the vortex maximum flow rate in the flow state function. Calculate at least one of an area of a closed curve connecting points having a predetermined flow rate value, a diameter or radius of a circle having the area, and a vortex intensity obtained by dividing the vortex flow rate by the area. To do.
更なる態様では、超音波診断装置は、前記流れ状態関数の等流量線を求める手段と、前記等流量線及び前記ピークに対応する渦流の定量指標値を、前記ドプラ情報と重畳して表示する表示手段と、を更に備える。 In a further aspect, the ultrasonic diagnostic apparatus superimposes and displays the means for obtaining an isoflow line of the flow state function and the quantitative index value of the eddy current corresponding to the isoflow line and the peak, with the Doppler information. Display means.
なお、上記の構成において、関数算出手段は、前記観測面に設定された複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路をドプラ情報が正である範囲と負である範囲とに分け、それら各範囲のうちドプラ情報の積分結果の絶対値が小さい方を基本流を含まない渦流に対応する範囲と判定する判定手段と、複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路のうち前記判定手段が前記渦流に対応すると判定した範囲のドプラ情報に基づき、前記流れ状態関数を算出する第2の算出手段と、を備えていてもよい。 In the above configuration, the function calculation means divides the integration path into a range in which the Doppler information is positive and a range in which the Doppler information is negative for each of the plurality of integration paths set on the observation surface. Determining means for determining the smaller absolute value of the integration result of the Doppler information as a range corresponding to the vortex flow not including the basic flow, and for each of a plurality of integration paths, the determination means among the integration paths includes the vortex flow. And a second calculation unit that calculates the flow state function based on Doppler information in a range determined to correspond to.
また、この第2の算出手段は、前記複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路のうち前記判定手段が前記渦流に対応すると判定した範囲内のドプラ情報を、前記範囲内における前記渦流のビーム方向速度成分とし、当該積分経路のうち前記範囲以外の部分における前記渦流のビーム方向速度成分を、前記範囲以外の部分での前記ビーム方向速度成分の積分結果が前記範囲内の前記ビーム方向速度成分の積分結果と等しくなるように決定し、決定した前記範囲内及び前記範囲以外の部分の前記ビーム方向速度成分に基づき、前記渦流についての流れ状態関数を算出してもよい。 In addition, the second calculation means, for each of the plurality of integration paths, converts the Doppler information in the range determined by the determination means to correspond to the eddy current among the integration paths, to the beam of the eddy current in the range. The beam direction velocity component of the eddy current in the part other than the range in the integration path is the directional velocity component, and the integration result of the beam direction velocity component in the part other than the range is the beam direction velocity component within the range. The flow state function for the eddy current may be calculated based on the beam direction velocity component in the determined range and the portion other than the determined range.
本発明によれば、観測面内の渦流の定量指標値を求めることができる。 According to the present invention, the quantitative index value of the eddy current in the observation surface can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施形態では、特許文献1と同様の手法により観測面内の渦流成分の流れ関数を求め、その流れ関数から渦流の定量指標値を計算する。以下、その計算の手法の例を説明する。
[渦流成分の推定]
[1]観測面内の血流速度ベクトル
In this embodiment, the flow function of the eddy current component in the observation surface is obtained by the same method as in
[Estimation of eddy current components]
[1] Blood flow velocity vector in the observation plane
まず図1を参照して、流れの速度成分について説明する。この図は、リニア走査方式を想定した場合の図であり、x方向が超音波ビーム方向を、xy平面がリニア走査の断層面を示している。 First, the velocity component of the flow will be described with reference to FIG. In this figure, a linear scanning method is assumed, and the x direction indicates the ultrasonic beam direction, and the xy plane indicates a linear scanning tomographic plane.
実際の血流速度V(x,y,z)は3次元ベクトルであるが、このベクトルVは、次式(1)に示すように、カラードプラ画像の断層面(以下、観測面と呼ぶ)の2次元ベクトルU(x,y)と、観測面に垂直方向(z方向)の速度成分wとに分解できる。
そして、観測面内の2次元速度ベクトルU(x,y)は、さらに、次式(2)に示すように、ビーム方向の成分u(x,y)とビームに直角方向の成分v(x,y)とに分けることができる。
以下、観測面領域内の2次元血流速度ベクトルUの推定法について説明する。なお、以下で言う「観測面領域」は、無限の平面ではなく、超音波ビームの走査範囲である有限の面領域である。
[2]観測面領域内の流れの分離:渦流と基本流
Hereinafter, a method for estimating the two-dimensional blood flow velocity vector U in the observation surface area will be described. The “observation surface region” described below is not an infinite plane, but a finite surface region that is the scanning range of the ultrasonic beam.
[2] Flow separation in the observation area: Eddy current and basic flow
図2に示すように、本実施形態では、観測面領域100内の流れが、有限の観測面領域100内のみの流れである「渦流」110と、観測面領域100を通して該領域100外の領域との間での流出及び流入がある「基本流」120とに分解される、と仮定する。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, the flow in the observation surface region 100 includes a “vortex” 110 that is a flow only in the finite observation surface region 100 and a region outside the region 100 through the observation surface region 100. Assume that there is an outflow and an inflow to and from a “basic flow” 120.
この流れの分解では、観測面領域100内の流れには、該領域100内で閉じて循環する流れの成分が存在すると仮定し、そのような面内循環流の成分を「渦流」110と名付ける。このように本実施形態の「渦流」110は、流体力学における「渦(vortex)」とはまったく独立した概念なので、注意されたい。そして、観測面領域100内の流れ全体から渦流110を除いた残りを、「基本流」120と呼ぶ。したがって、基本流120は、観測面領域100内に対して3次元的に流出入する成分と、観測面領域100と同一平面内の、該領域100の外部との間で流出入する成分とを含んでいる。 In this flow decomposition, it is assumed that the flow in the observation plane region 100 includes a component of the flow that is closed and circulated in the region 100, and such a component of the in-plane circulation flow is named “vortex flow” 110. . Thus, it should be noted that the “vortex flow” 110 of the present embodiment is a completely independent concept from the “vortex” in fluid dynamics. The remainder obtained by removing the vortex 110 from the entire flow in the observation surface region 100 is referred to as a “basic flow” 120. Therefore, the basic flow 120 includes a component that flows in and out three-dimensionally into the observation surface region 100 and a component that flows in and out between the observation surface region 100 and the outside of the region 100 in the same plane. Contains.
このように観測面領域100内の流れを渦流110と基本流120とに分解した場合、式(2)のビーム方向の速度成分u(x,y)は、次式(3)のように、渦流110が担う速度成分us(x,y)と、基本流120が担う速度成分ub(x,y)との和で表される。
同様に、式(2)におけるビームに直交する方向の速度成分v(x,y) も、次式(4)のように、渦流110による成分vs(x,y)と基本流120による成分vb(x,y)との和で表される。
超音波ドプラ法で直接、観測できるのはビーム方向の速度成分u(x,y)のみである。本実施形態では、このビーム方向速度成分u(x,y)の情報に基づき、ビーム方向の渦流110の速度成分us(x,y)を推定する。そして、求めた渦流110の速度成分us(x,y)を利用することで、さらにビームと直交する速度成分のうちの渦流110の成分vs(x,y)、および基本流120の成分vb(x,y)を推定する。これら各成分の推定法を、以下に説明する。
[3]渦流成分の流れ関数の推定
イ)流れ関数
Only the velocity component u (x, y) in the beam direction can be observed directly by the ultrasonic Doppler method. In the present embodiment, the velocity component u s (x, y) of the vortex 110 in the beam direction is estimated based on the information on the beam direction velocity component u (x, y). Then, by using the obtained velocity component u s (x, y) of the vortex flow 110, the component v s (x, y) of the vortex flow 110 and the component of the basic flow 120 among the velocity components orthogonal to the beam are used. Estimate v b (x, y). An estimation method for each of these components will be described below.
[3] Estimation of flow function of eddy current component a) Flow function
2次元の非圧縮性流体は、流れ関数を用いて流れの状態を記述できる。ここで観測面内の渦流110が2次元の非圧縮性流体の流れであると仮定すると、渦流110のビーム方向の速度成分usと、ビームに直交方向の速度成分vsは、流れ関数S(x,y)を用いて、次式(5)及び(6)で表すことができる(図3参照)。
以上に説明した流れ関数S(x,y)は2次元流に関するものである。本実施形態では、この流れ関数Sの考え方を3次元流の中の観測面内の流れに拡張した、流量関数F(x,y)を用いる。流量関数F(x,y)は、式(7)と同様に、ドプラ法により求めることができるビーム方向の速度成分u(x,y)を、ビームに直交する方向(y方向)に沿って積分することにより計算する。すなわち、流量関数F(x,y)は次式(8)で定義される。
ここでは、図4の(a)に示すように、観測面領域100内に、ビーム方向に平行にx軸を、ビーム方向に直交する方向にy軸をとっている。そして、ビーム走査範囲は[y1,y2]で示される範囲とする。式(8)の積分は、(a)において、y軸からの距離がxである直線の積分経路200に沿って、u(x,y)をy=0からy=yまで積分する処理である。数値計算では、この積分は、ドプラ法で求められる各点(x,y)のビーム方向速度成分uの値を、その積分経路200に沿ってy=0からy=yまで足し合わせることにより行う。積分経路200に沿った各点(x,y)のビーム方向速度成分uの分布が曲線210であるとすると、その積分経路200に沿った流量関数F(x,y)は図4の(b)における曲線220で示される。
Here, as shown in FIG. 4A, the observation surface region 100 has an x axis parallel to the beam direction and a y axis perpendicular to the beam direction. The beam scanning range is a range indicated by [y 1 , y 2 ]. The integration of Expression (8) is a process of integrating u (x, y) from y = 0 to y = y along a
また、ビーム方向に沿って距離xの位置にある積分経路200において、ビーム方向の速度成分uをビーム走査範囲[y1,y2]に渡って距離積分した値を、距離流量関数Fr(x)と定義する。すなわち、距離流量関数Fr(x)は次式(9)で示すことができる。
ハ)渦流成分の流量の推定
Further, in the
C) Estimating the flow rate of eddy current components
次に、このように求めた距離流量関数Fr(x)から渦流の成分による流量を計算する。このために、距離流量関数Fr(x)を、次式(10)に示すように、uの正の成分であるu+からの寄与Fr+と、uの負の成分であるu−からの寄与Fr−とに分解する。
ここで、渦流110の流れ関数Sを求めるとき、usの正の成分us+からの寄与S+と、usの負の成分us−からの寄与S−とに分解する。観測面領域100内の渦流110は2次元流と考えられ、しかも定義上観測面領域100の外周の境界線を介して外部との間で流出入がないため、観測面領域100を横切る経路の端点からもう一方の端点までusを積分すれば、その結果はゼロとなる(図3の(b))。従って、次式(11)の関係が成り立つ。
ここで、観測面領域100内の流れのうち、渦流110の成分が最大であると仮定する。すなわちここでは、y軸から見て距離xの経路200上の流量関数F(x,y)の曲線において、該経路200全体での総流量(すなわち距離流量Fr(x))とは逆向きの流れとなっている区間の流量は、すべて渦流110によるものと仮定する。
Here, it is assumed that the component of the vortex 110 is the largest in the flow in the observation surface region 100. That is, here, in the curve of the flow rate function F (x, y) on the
この仮定を、図5を用いて説明する。経路200上のビーム方向速度成分uの分布が、(a)の曲線300に示すようなものであったとすると、この経路200を横切る流れは経路全体で見ればx軸の正の方向であるといえる。ここで、この流れのうち、観測面領域100内で循環している渦流110による流量成分は経路200全体で総計すれば零になるので、総流量Fr(x)は基本流120によるものと言える。そして、基本流120の流れ方向がその経路200の全域にわたって同一方向(すなわち総流量の方向)であるとし、これとは逆向きの流れはすべて渦流110によるものであると仮定する。すなわち図5の(a)で言えば、uが負の区間の流量は、渦流110によるものとする。
This assumption will be described with reference to FIG. Assuming that the distribution of the beam direction velocity component u on the
なお、この場合、必然的に、総流量の向きと同一方向の流れ成分による流量よりも、その「逆向きの流れ」の成分による流量の方が小さいものとなる。 In this case, the flow rate due to the “reverse flow” component is inevitably smaller than the flow rate due to the flow component in the same direction as the total flow rate.
したがって、この仮定の下では、次の関係式(12)が成り立つ。
ここで図5の例のように距離流量関数Fr(x)が正の場合((b)参照)には、−Fr−の値がFr+の値より小さい(ここでは絶対値同士を比較している)ので、次式(13)及び(14)が成り立つ。
これは、負方向の流れが渦流110によるものと見なした場合である。すなわち、この場合図5の(b)に示すように、負方向の流れによる流量Fr−が、渦流110の負方向の成分us−による寄与S−と等しくなる。ここで、1つの例では正の流量Fr+に対する渦流の正の流量S+の割合k+を、次式(15)で定義する。
なお、ここではFr+及びFr−は既知なので、式(13)からS+の値が決まり、式(15)により割合k+の値が決まる。 Here, since F r + and F r− are known, the value of S + is determined from Equation (13), and the value of the ratio k + is determined from Equation (15).
一方、Fr(x)が負またはゼロの場合には、Fr+が−Fr−より小さいか等しいので、次式(16)及び(17)が成り立つ。
これは、正方向の流れが渦流110によるものと見なした場合である。この場合は、正方向の流れによる流量Fr+が、渦流110の正方向の成分us+による寄与S+と等しくなる。ここで、1つの例では負の流量Fr−に対する渦流の負の流量S−の割合k−を、次式(18)で定義する。この割合k−の値も、上述の割合k+の値と同様の考え方で求めることができる。
ここでは、推定のために、一例として、観測面領域100内で湧出や吸込が一様に発生していると仮定する。 Here, for the sake of estimation, it is assumed as an example that the springs and the suction are uniformly generated in the observation surface region 100.
まず、図5に示したように、距離流量関数Fr(x)が正の場合について説明する。この場合、上記の仮定の下では、式(15)の割合k+は、ビーム方向の速度成分uに対する正の場合の渦流速度成分usとの割合になる。すなわち、次式(19)が成り立つ。
したがって上記式(3)から、ビーム方向の基本流120の速度成分ubが次式(20)で表される。
以上の計算では、図5の(c)に示されるように、正の範囲にあるビーム方向速度成分uを、渦流110による成分と基本流120による成分とに比例配分していることになる。すなわち、図5の(c)では、破線の曲線305が渦流110の成分を示し、曲線300と曲線305との差分が基本流120の成分を示している。
In the above calculation, as shown in FIG. 5C, the beam direction velocity component u in the positive range is proportionally distributed between the component due to the vortex 110 and the component due to the basic flow 120. That is, in FIG. 5C, the
以上、距離流量関数Fr(x)が正の場合について説明したが、距離流量関数Fr(x)が負又は0の場合同様に考えることができる。すなわち、負の流量Fr−に対する渦流の負の流量S−の割合k−から、ビーム方向の渦流及び基本流の速度成分us及びubは、次の式(21)及び(22)で表される。
式(19)または(21)式で求めたusを用いることで、式(7)から渦流成分の流れ関数S(x,y)を求めることができる。 By using the u s obtained by equation (19) or (21) can be obtained an expression for the vortex component from (7) the stream function S (x, y).
以上、リニア走査の場合を例にとって説明したが、セクタ走査やコンベックス走査の場合は極座標系にて上記と同様の考え方の演算を行うことで、観測面領域内の渦流成分の流れ関数を求めることができる。極座標系では、ビーム方向が径方向であり、ビームに直交する方向が円周方向となる。どのような走査方式の場合でも、ある点(仮に点Aとする)の流量関数Fは、その点を通る「ビーム方向に直交する経路」(言い換えれば、ビーム方向についての距離が同一である点を繋げた経路。セクタ走査の場合は半径に垂直な円弧)に沿って、観測面領域の所定の端辺上の該経路上の点からその点Aまで、該経路上の各点のビーム方向速度成分を順次加算していくことにより求めることができる。また、距離流量関数は、ビーム方向の距離が異なる各積分経路での総流量(すなわち該経路の全区間にわたる積分結果)を、距離の関数として表したものである。 As described above, the case of linear scanning has been described as an example. However, in the case of sector scanning or convex scanning, the flow function of the eddy current component in the observation plane region is obtained by performing the same calculation as described above in the polar coordinate system. Can do. In the polar coordinate system, the beam direction is the radial direction, and the direction orthogonal to the beam is the circumferential direction. Regardless of the scanning method, the flow function F of a certain point (assumed to be point A) is a “path perpendicular to the beam direction” (that is, the distance in the beam direction is the same). (In the case of sector scanning, an arc perpendicular to the radius), the beam direction of each point on the path from the point on the path on the predetermined edge of the observation surface area to the point A It can be obtained by sequentially adding velocity components. The distance flow rate function represents the total flow rate (that is, the integration result over the entire section of the path) as a function of distance in each integration path having different beam direction distances.
以上、超音波ビーム操作により得られたビーム方向の速度成分から、観測面内で閉じて循環する「渦流」成分の流量を表す流れ関数Sを求める方法の例を説明した。 The example of the method for obtaining the flow function S representing the flow rate of the “vortex” component that is closed and circulated in the observation plane from the velocity component in the beam direction obtained by the ultrasonic beam operation has been described.
以上の例では、積分経路のうち渦流成分に対応するとみなした範囲(すなわち、積分経路のうち、当該経路に沿った総流量の流れの向き(こちらを「順方向」とする)に対し逆方向の流れとなっている区間)の流量と等量の流量を、その範囲外の部分について割合kで比例配分したものを、その範囲外の部分での渦流成分のビーム方向速度成分とした。しかし、これはあくまで一例に過ぎず、これにとらわれるものでない。
[渦流成分の定量化]
In the above example, the range considered to correspond to the eddy current component in the integration path (that is, the reverse direction to the direction of the total flow along the integration path (this is referred to as “forward direction”). The flow rate equal to the flow rate in the section) is proportionally distributed by the ratio k for the portion outside the range, and the beam direction velocity component of the eddy current component in the portion outside the range is defined. However, this is only an example and is not limited to this.
[Quantification of eddy current components]
この実施形態では、このように求めた渦流の流れ関数に基づき、渦流の定量的指標値を計算する。計算する指標値としては、例えば、以下のようなものがある。
(1)渦流の最大流量
In this embodiment, a quantitative index value of the eddy current is calculated based on the flow function of the eddy current thus obtained. Examples of index values to be calculated include the following.
(1) Maximum flow of vortex
流れ関数Sのピーク値(ピークの流量値)を、当該ピークを中心とする渦流の最大流量とする。流れ関数Sが計算されていれば、その関数Sのピークを探索することで、ピーク値を求めることができる。観測面領域内に複数の渦流が存在する場合、個々の渦流ごとにピーク値を求めることができる。なお、ここでの流量は、2次元の観測面内の流れについてのものなので、(長さ)2/時間の次元の値(例えば単位がcm2/s)となる。
(2)渦流の半値面積
The peak value (peak flow rate value) of the flow function S is defined as the maximum flow rate of the vortex centered on the peak. If the flow function S is calculated, the peak value can be obtained by searching for the peak of the function S. When there are a plurality of eddy currents in the observation surface region, the peak value can be obtained for each eddy current. Note that the flow rate here is for a flow in the two-dimensional observation plane, and therefore the value of the dimension of (length) 2 / time (for example, the unit is cm 2 / s).
(2) Half-value area of vortex
渦流の最大流量(すなわち、流れ関数Sのピーク値)の1/2の流量となる面を流れ関数Sから求め、その面の面積を渦流の半値面積とする。換言すれば、流れ関数Sのピークを取り囲む流れ関数Sの等レベル線(すなわち等流量線)のうち、当該ピークの流量値の半分の流量値に対応する等レベル線が取り囲む面積を、渦流の半値面積とする。これも、流れ関数Sが分かれば計算できる。この指標値は、渦流の空間的な広がりを定量化する。 A surface having a flow rate ½ of the maximum flow rate of the vortex (that is, the peak value of the flow function S) is obtained from the flow function S, and the area of the surface is defined as the half-value area of the vortex. In other words, among the iso-level lines of the flow function S surrounding the peak of the flow function S (that is, the iso-flow lines), the area surrounded by the iso-level line corresponding to the flow value half the flow value of the peak is The half value area. This can also be calculated if the flow function S is known. This index value quantifies the spatial extent of the eddy current.
なお、「半値」はあくまで一例に過ぎない。一般化すれば、ピーク値に対しあらかじめ定めた割合となる流量の面の面積を指標に用いることができる。対象の特性にあった割合の値を実験等で求めて用いてもよい。なお、このことは以下の(3)及び(4)でも同様である。
(3)渦流の半値面積の直径又は半径
The “half value” is merely an example. If generalized, the area of the surface of the flow rate at a predetermined ratio with respect to the peak value can be used as an index. You may obtain | require and use the value of the ratio suitable for the characteristic of object by experiment etc. This also applies to the following (3) and (4).
(3) Diameter or radius of half-value area of vortex
上述した渦流の半値面積と同じ面積の円の直径又は半径である。これは、渦流の形状を円と仮定したときの渦流の空間的な広がりを表す。
(4)渦流の渦強度
The diameter or radius of a circle having the same area as the half-value area of the vortex described above. This represents the spatial extent of the eddy current when the shape of the eddy current is assumed to be a circle.
(4) Eddy strength of vortex
渦流の最大流量を渦流の半値面積で除した結果の値を、渦流の渦強度とする。これは単位面積当たりの流量を示し、この値が大きいほど強い渦である。すなわち、渦強度が大きいほど、流れ関数の勾配が急(言い換えれば渦流量の等レベル線の間隔が密)になり、面積当たりの渦の流量が大きくなる。なお、最大流量の次元が(長さ)2/時間、半値面積の次元が(長さ)2なので、渦強度の次元は1/時間である。
[装置構成の例]
The value obtained by dividing the maximum flow rate of the vortex by the half-value area of the vortex is defined as the vortex strength of the vortex. This indicates the flow rate per unit area, and the larger this value, the stronger the vortex. That is, as the vortex strength increases, the gradient of the flow function becomes steeper (in other words, the interval between the vortex flow rate isolevel lines is closer), and the vortex flow rate per area increases. Since the dimension of the maximum flow rate is (length) 2 / hour and the dimension of the half-value area is (length) 2 , the dimension of the vortex strength is 1 / hour.
[Example of device configuration]
上記の方法を実装した超音波診断装置の装置構成の例を図6に示す。図6に示した装置構成のうち、渦流演算部416は上記の方法による渦流の流れ関数の計算、及び指標値の計算を行う機能モジュールである。その他の構成要素は、従来一般的な超音波診断装置の構成要素と同等のものでよい。
FIG. 6 shows an example of the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus that implements the above method. In the apparatus configuration shown in FIG. 6, the eddy
この装置では、入力装置400からの操作に応じた制御部402からの制御に従い送信部404にて送信信号を生成し、この送信信号によりプローブ406中の振動子アレイを駆動して、被検体500内に超音波パルスのビームを送信する。そして、このビームの被検体500内からのエコーをプローブ406で受信し、電気的な受信信号を生成する。この受信信号は受信部408で所定の信号処理を受けてビームデータとなり、Bモード演算部410、カラードプラ演算部412及びスペクトルドプラ演算部414に入力される。これらは、Bモードデータ、カラードプラデータ(すなわち各点のビーム方向速度成分)、及びスペクトルドプラデータをそれぞれ計算する。
In this apparatus, a transmission signal is generated by the
例えば、Bモード演算部410は、ビームデータに対する検波、対数圧縮処理等を実行する。また、カラードプラ演算部412は、例えば直交検波回路により、ビームデータとしての受信信号に対して参照信号を混合することにより直交検波処理を実行し、その結果である複素信号を求める。そして、その複素信号に対して自己相関演算を実行し、その演算結果である複素信号に対して逆正接演算を行うことにより速度を演算する。その速度は超音波ビーム方向に沿った速度成分である。
For example, the B
関心領域設定部422は、超音波ビームの走査領域(観察面領域)の中に、渦流演算部416が演算を行う対象となる関心領域(ROI:Region of Interest)の設定を行う。関心領域の設定は、例えば、表示部420に表示された断層画像上で、トラックボールなどのポインティングデバイスを含む入力装置400により、関心領域の外周線を規定する制御点を指定していくなどの操作で行えばよい。この場合、入力装置400に入力された各制御点の位置情報が、制御部402経由で関心領域設定部422に入力され、関心領域設定部422は例えばそれら制御点を順に繋いでできる閉曲線の内部を関心領域に設定する。設定された関心領域の情報(例えば、関心領域の外周を規定する閉曲線の情報)は、渦流演算部416に入力される。例えば心室内の流れを見る場合、心室を囲む閉曲線が関心領域として設定される。
The region-of-
渦流演算部416は、カラードプラ演算部412で求められた観測面内の各点のビーム方向速度成分の値から、上述の方法に従った演算処理を実行することにより、流れ関数を計算する。また、計算した流れ関数から上述した指標値を計算する。流れ関数又は指標値の計算では、計算範囲を関心領域設定部422で設定された関心領域内に限ってもよい。すなわち図6の構成では、カラードプラ演算部412の出力のラインデータを少なくとも1フレーム分記憶しておき、これを渦流演算部416により上述の方法に基づいて演算処理する。
The eddy
図7に、渦流演算部416の機能構成の一例を示す。この例では、まず流れ関数計算部600が、上述の方法を実装したプログラム又は回路により、観測面内各点のビーム方向速度成分に基づき、観測面内の渦流の流れ関数を計算する。
FIG. 7 shows an example of a functional configuration of the eddy
等流量線計算部602は、その流れ関数において、あらかじめ定めた流量間隔ごとの等レベル線、すなわち等流量線を計算する。等流量線は、流れ関数において、その流量間隔ごとの流量値を持つ点(座標)を求めることで計算できる。
The equal flow
ピーク算出部604は、観測面各点の流れ関数の値から、流れ関数のピーク(極大値)の点の座標と、そのピークにおける流れ関数の値(流量値)を求める。観測面内にピークが複数存在する場合もある。ピークの数だけ渦流が存在すると考えることができる。ピーク算出部604が求めた各ピークの座標及び流量値のペアは、ピークデータベース606に格納される。
The
指標値算出部608は、ピークデータベース606に記憶された各ピークの情報に基づき、各ピークに対応する渦流の指標値を計算する。例えば、渦流の最大流量としては、ピークデータベース606から読み出した各ピークの流量値をそのまま用いればよい。半値面積は、その最大流量の半分の流量の等流量線を等流量線計算部602に計算させ、その計算により得られた等流量線で囲まれる領域の面積を計算すればよい。半値面積に対応する半径(又は直径)は、半値面積の平方根を円周率(又は円周率の1/2)で除算すればよい。また、渦強度は、最大流量を半値面積で割ればよい。
The index
渦流画像生成部610は、等流量線計算部602が計算した各等流量線(所定流量間隔ごとのもの、及び最大流量の半値のもの)と、指標値算出部608が算出した各ピークに対応する渦流指標値とを表す画像を生成する。
The eddy current
図8に、渦流画像生成部610が生成する画像の例を模式的に示す。この例では、画像には、流れ関数の等流量線700が示される。流れ関数のピーク710−1,710−2は各渦の中心である。この例では、ピーク710−1の方がピーク710−2よりも、当該ピークを取り囲む等流量線の数が多いので、前者の方が最大流量が大きいことが分かる。図示例では、画像中にピークの位置を明示していないが、ピークの位置を明示した画像を生成してもよい。また、この例では、渦流の中心であるピークに対応づけて、指標値表示欄720を表示し、その欄720内に当該渦流についての1以上の指標値を表示している。また、この例では、最大流量がより大きいピーク710−1についてのみ、半値面積に対応する等流量線705と、指標値表示欄720を表示している。この例では、渦流の最大流量と渦強度とを表示しているが、これに限定されるものではない。また、この例では、指標値表示欄720と渦流のピーク位置とを表示上で結ぶことで両者の関連づけを行っているが、関連づけの仕方はこれに限るものではない。
FIG. 8 schematically shows an example of an image generated by the eddy current
渦流演算部416は、ソフトウエア処理で実現することもできるが、上記方法に基づく演算処理を回路的に実装したDSP(デジタルシグナルプロセッサ)として実現することで、よりリアルタイム性の高い処理が可能になる。
The eddy
渦流演算部416の処理手順の一例を、図9に示す。この例では、まず、流れ関数計算部600がカラードプラ演算部412の求めた断層面内のドプラ速度成分から流れ関数S(x,y)を求める(S1)。次に、ピーク算出部604が、流れ関数のピークの位置と値(流量値)を求め(S2)、関心領域内の各ピークの位置と値をピークデータベース606に登録する(S3)。ここで、一例として、ピークデータベース606では、それら各ピークの位置と値のペアを、ピークの値が大きい順にソートしておくとする。そして、カウンタiを1に初期化し(S4)、ピークデータベース606からi番目のピーク(渦)の情報を選択し、その情報に基づき渦の指標値を計算し、選択したピークの位置と計算した指標値とを、例えば等流量線計算部602が計算した等流量線を示した画像上に表示する(S5)。例えば、関心領域内の全ての渦について指標値を表示すると画像が煩雑になるので、最大流量が大きい順に所定個数までの渦についてのみ指標値を表示するようにしてもよい。この場合、ステップS5の後、その所定個数までの処理が完了したか否かを判定し(S6)、完了していなければiを1増加させ(S7)、ステップS5の処理を繰り返す。
An example of the processing procedure of the eddy
なお、図7及び図9に示した渦流演算部416の構成及び処理手順はあくまで一例に過ぎず、上述の方法を実装したものであれば、これ以外の構成及び手順でもよい。
Note that the configuration and processing procedure of the eddy
生体信号計測器424は、例えば、生体を計測して心電信号のような生体信号を生成する装置である。生成された生体信号は、画像表示処理部418に入力される。
The biological
画像表示処理部418は、このように求められたBモードデータ、カラードプラデータ、スペクトルドプラデータ、渦流画像(等流量線と指標値)、生体信号を用いて診断用の表示画像を形成する。この画像の形成処理では、Bモードデータやカラードプラデータなどについては、セクタ走査等、各種の超音波ビーム走査フォーマットに応じた走査変換を行ってもよい。走査変換により表示部420の画像フォーマットに合わせられた各種画像が、診断画像モードの設定に従って適宜組み合わされることで、表示画像が形成され、表示部420に表示される。
The image
例えば、図10に模式的に示す表示画像の例では、心室壁800内の流れに含まれる渦流の等流量線700と、心電図波形750とが表示されている。
For example, in the example of the display image schematically shown in FIG. 10, an eddy
以上説明したように、観測面領域内の流れが、該領域内で循環する閉じた渦流とそれ以外である基本流との重ね合わせであると仮定し、流量関数F(x,y)から渦流成分を抽出することができる。そして、渦流成分は2次元の観測面領域内で閉じた流れなので2次元の流れ関数の考え方を適用することができ、これにより渦流についての2次元的な流れを求めることができる。そして、この渦流の流れの情報から、渦流の定量指標を計算することができる。 As described above, the flow in the observation surface region is assumed to be a superposition of the closed vortex flow circulating in the region and the other basic flow, and the vortex flow is calculated from the flow function F (x, y). Ingredients can be extracted. Since the eddy current component is a flow that is closed in the two-dimensional observation surface region, the concept of a two-dimensional flow function can be applied, thereby obtaining a two-dimensional flow for the eddy current. Then, a quantitative index of eddy current can be calculated from the information on the flow of eddy current.
本実施形態の装置を利用すれば、例えば心臓内の流速ベクトル分布から、異常血流の性状が客観的かつ定量的に評価できる。また、心筋疾患では心筋機能の良否の判定に有効である。 If the apparatus of this embodiment is utilized, the characteristic of abnormal blood flow can be objectively and quantitatively evaluated from the flow velocity vector distribution in the heart, for example. In myocardial disease, it is effective for determining the quality of myocardial function.
100 観測面領域、110 渦流、120 基本流、400 入力装置、402 制御部、404 送信部、406 プローブ、408 受信部、410 Bモード演算部、412 カラードプラ演算部、414 スペクトルドプラ演算部、416 渦流演算部、418 画像表示処理部、420 表示部、600 流れ関数計算部、602 等流量線計算部、604 ピーク算出部、606 ピークデータベース、608 指標値算出部、610 渦流画像生成部。 100 observation surface area, 110 vortex flow, 120 basic flow, 400 input device, 402 control unit, 404 transmission unit, 406 probe, 408 reception unit, 410 B mode calculation unit, 412 color Doppler calculation unit, 414 spectral Doppler calculation unit, 416 Eddy current calculation unit, 418 image display processing unit, 420 display unit, 600 flow function calculation unit, 602 isoflow line calculation unit, 604 peak calculation unit, 606 peak database, 608 index value calculation unit, 610 eddy current image generation unit.
Claims (3)
流れ状態関数のピークを特定する特定手段と、
特定されたピークについての流れ状態関数の値に基づき、当該ピークに対応する渦流の定量指標値を計算する指標値算出手段と、
を備える超音波診断装置。 Function calculation means for obtaining a flow state function indicating the state of eddy current existing on the observation surface based on Doppler information obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to the observation surface in the living body;
A specific means for identifying the peak of the flow state function;
Based on the value of the flow state function for the identified peak, an index value calculating means for calculating a quantitative index value of the eddy current corresponding to the peak;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記等流量線及び前記ピークに対応する渦流の定量指標値を、前記ドプラ情報と重畳して表示する表示手段と、
を更に備える請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 Means for obtaining an isoflow line of the flow state function;
Display means for displaying the quantitative index value of the eddy current corresponding to the isoflow line and the peak superimposed on the Doppler information;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, further comprising:
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