CN113331864B - 超声波诊断装置、方法以及程序存储介质 - Google Patents

超声波诊断装置、方法以及程序存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超声波诊断装置、方法以及程序存储介质，目的在于，避免检测出多普勒波形中的不是检测对象的峰值。运算设备(18)基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形，对多普勒波形实施二阶微分处理，确定通过二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线相应的极性的峰值检测区间。运算设备(18)针对多个峰值检测区间的每一个，求出基于峰值检测区间的时间长度和峰值检测区间中的多普勒波形的波高值的峰值规模，并基于与各峰值检测区间对应的峰值规模，检测多普勒波形中的峰值。

Description

超声波诊断装置、方法以及程序存储介质
技术领域
本发明涉及超声波诊断装置、方法以及程序存储介质，尤其涉及检测多普勒波形中的峰值的技术。
背景技术
超声波诊断装置被广泛使用。在超声波诊断装置中，存在以测定被检体的血液的速度的多普勒模式进行动作的装置。在多普勒模式中，测定向被检体发送并由被检体反射的超声波的多普勒偏移频率，由此利用多普勒波形示出关于超声波的发送接收方向的血液的速度。
通常，多普勒波形被定义为以横轴为时间轴且以纵轴为多普勒偏移频率轴(速度轴)的情况下的时间波形。在通过纵横排列有多个像素的图像来表示多普勒波形的情况下，相对于某个时间在纵向上排列的多个像素(像素行)的各像素值表示多普勒偏移频率轴上的频谱。即，多普勒波形通过在时间轴方向上排列配置有分别沿多普勒偏移频率轴方向延伸的多个像素行而表示。
在以下的专利文献1及2中记载了通过超声波诊断装置生成多普勒波形。在专利文献1中记载了如下技术：根据多普勒波形图像中的特定区域的像素值，求出针对噪声电平的阈值，基于所求出的阈值追踪图像上的多普勒波形。在专利文献2中记载有检测多普勒波形的峰值的技术。
关于多普勒波形，有时根据表示峰值的高度的波高值来进行被检体的诊断。例如，关于心脏中的血液的速度，有时进行使用了E波的波高值和A波的波高值的诊断。但是，有时基于噪声的峰值出现在多普勒波形中，会检测出不是检测对象的峰值。在专利文献2中记载了解决这样的问题的技术，但该技术是避免随着时间经过而时间轴上的位置变化的噪声峰值的误检测的技术，因此有时会检测出与检测对象的峰值处于一定的时间关系的噪声峰值。
专利文献1：日本特开平7-241291号公报
专利文献2：日本特开平7-241290号公报
发明内容
本发明的目的在于，避免检测出多普勒波形中的不是检测对象的峰值。
本发明具备运算设备，该运算设备基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形，对上述多普勒波形实施二阶微分处理，确定通过上述二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线对应的极性的峰值检测区间，针对多个上述峰值检测区间的每一个，求出基于上述峰值检测区间的时间长度和上述峰值检测区间中的上述多普勒波形的波高值的峰值规模，基于与各上述峰值检测区间对应的上述峰值规模，检测上述多普勒波形中的峰值。
根据本发明，能够避免检测出多普勒波形中的不是检测对象的峰值。
附图说明
图1是表示超声波诊断装置的结构的图。
图2是表示示出心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形的图。
图3是表示针对心脏的二尖瓣口处的血流速度实测出的多普勒波形的图。
图4是表示峰值检测处理的流程的流程图。
图5是通过时间波形说明针对多普勒波形的峰值检测处理的图。
图6是表示实测出的多普勒波形的图。
图7是表示示出心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形的图。
符号说明
10超声波探头、12发送接收部、14发送电路、16接收电路、18运算设备、20显示部、22控制部、24操作部、26心电计、28多普勒波形生成部、30测量时相搜索部、32追踪处理部、34峰值检测处理部、36存储器、38显示处理部、50脉冲状噪声。
具体实施方式
图1中示出了本发明的实施方式所涉及的超声波诊断装置的结构。超声波诊断装置具备超声波探头10、发送接收部12、运算设备18、显示部20、控制部22、操作部24以及心电计26。操作部24包括键盘、鼠标、旋转旋钮、控制杆等，并将基于用户操作的操作信息输出到控制部22。控制部22基于操作信息进行超声波诊断装置的整体控制。超声波诊断装置构成为以多普勒模式进行动作。在多普勒模式中，通过控制部22的控制，发送接收部12、超声波探头10、运算设备18以及显示部20如以下说明的那样进行动作。
发送接收部12具备发送电路14以及接收电路16。超声波探头10具备多个振动元件。发送电路14以预定的重复周期向各振动元件输出发送脉冲信号。各振动元件将发送脉冲信号转换为超声波脉冲，并发送给被检体。发送电路14以使从各振动元件发出的超声波脉冲在特定的方向上强化的方式调整向各振动元件输出的脉冲信号的延迟时间，在该特定的方向上形成基于超声波脉冲的发送波束。
多个振动元件分别接收由被检体反射的超声波脉冲，将其转换为接收脉冲信号并输出到接收电路16。接收电路16以强化基于从发送波束方向接收到的超声波脉冲的接收脉冲信号的方式对从各振动元件输出的接收脉冲信号进行整相相加，生成接收信号，将该接收信号输出到运算设备18。此外，接收电路16针对由设定于被检体的闸门(成为诊断对象的区域)反射的超声波脉冲生成接收信号。即，接收电路16在发送超声波脉冲后由闸门反射超声波脉冲，在由各振动元件接收超声波脉冲的时间段中生成接收信号。通过这样的处理，接收电路16将与以重复周期发送的各超声波脉冲对应的接收信号输出到运算设备18。
运算设备18具备多普勒波形生成部28、测量时相搜索部30、追踪处理部32、峰值检测处理部34、显示处理部38以及存储器36。运算设备18可以由处理器构成，该处理器通过执行存储于存储器36或者外部的存储介质的程序来实现这些构成要素(多普勒波形生成部28、测量时相搜索部30、追踪处理部32、峰值检测处理部34以及显示处理部38)。各构成要素在运算中使用的信息、在运算的过程中应该临时存储的信息、作为运算的结果而获得的信息等可以存储在存储器36中。
多普勒波形生成部28基于以重复周期从接收电路16依次输出的接收信号，生成多普勒波形数据。多普勒波形数据所表示的多普勒波形被定义为以横轴为时间轴且以纵轴为速度轴(多普勒偏移频率轴)的情况下的时间波形。在通过纵横排列有多个像素的图像来表示多普勒波形的情况下，相对于各时间在纵向上排列的多个像素(像素行)的各像素值表示多普勒偏移频率轴上所表示的频谱。
图2中概念性地示出了表示心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形。横轴表示时间，纵轴表示血流速度。图3中示出了针对心脏的二尖瓣口处的血流速度实测出的多普勒波形。在图2及图3中示出了在各心跳周期T中出现2个峰值PE及PA的例子。在1个心跳周期中在先出现峰值的波形被称为E波，之后出现峰值的波形被称为A波。在心脏的诊断中，测定E波的波高值和A波的波高值。此外，波高值被定义为在时间波形中出现的峰值的极大值的绝对值。
如图1所示，超声波诊断装置也可以通过分时处理来形成方向不同的2个发送波束40及42。超声波诊断装置也可以针对设定在一方的发送波束上的闸门g1以及设定在另一方的发送波束上的闸门g2，通过分时处理分别求出多普勒波形。即，超声波诊断装置也可以在某个时间段针对设定在一方的发送波束40上的闸门g1求出多普勒波形，在其他的时间段针对设定在另一方的发送波束41上的闸门g2求出多普勒波形。
多普勒波形生成部28横跨多个心跳周期地生成多普勒波形数据。心电计26将表示被检体的心跳波形的心跳波形数据输出到运算设备18。显示处理部38生成横跨多个心跳周期地表示多普勒波形以及心跳波形的诊断图像数据，并输出到显示部20。显示部20可以是液晶显示器、有机EL显示器等。另外，显示部20也可以与操作部24一起构成触摸面板。显示部20基于诊断图像数据对横跨多个心跳周期地表示多普勒波形以及心跳波形的诊断图像进行显示。
以下对检测多普勒波形的峰值的峰值检测处理进行说明。可以在超声波诊断装置处于冻结状态时执行峰值检测处理。冻结状态是显示于显示部20的图像静止的状态。在冻结状态下，将横跨多个心跳周期的多普勒波形数据以及心跳波形数据存储于存储器36。另外，在冻结状态下，发送接收部12也可以停止动作，也可以不从超声波探头10发送超声波脉冲。
测量时相搜索部30根据操作部24中的用户的操作来决定测量时相。测量时相是检测出多普勒波形的峰值的心跳周期。具体而言，根据与操作部24中的操作相应的控制部22的控制，测量时相搜索部30参照存储于存储器36的心跳波形数据，从多个心跳周期中确定测量时相。
追踪处理部32对与测量时相对应的多普勒波形数据实施追踪处理。追踪处理是求出抑制了噪声的多普勒波形的处理。通过追踪处理求出表示抑制了噪声的多普勒波形的追踪后多普勒波形数据。在通过纵横排列有多个像素的图像来表示多普勒波形的情况下，例如通过提取像素值超过预定的阈值的像素来求出追踪后多普勒波形数据。
峰值检测处理部34对追踪后多普勒波形数据执行峰值检测处理。峰值检测处理是求出由追踪后多普勒波形数据表示的多普勒波形的峰值在时间轴上的位置，进而求出该峰值的波高值的处理。图4中示出了表示峰值检测处理的流程的流程图。图5中示出了通过时间波形说明针对多普勒波形的峰值检测处理的图。图5中的横轴表示时间，纵轴表示速度。
峰值检测处理部34对追踪后多普勒波形数据实施平滑化处理(S101)。平滑化处理也可以是沿着时间轴方向的移动平均化处理等。移动平均化处理是将某一时间的多普勒波形的值置换为包含该时间的预定时间长度的时间段中的多普勒波形的平均值的处理。图5的(a)中示出了实施平滑化处理之前的多普勒波形。图5的(b)中示出了实施了平滑化处理的平滑化多普勒波形。
峰值检测处理部34执行针对平滑化多普勒波形数据的一阶微分处理，进而执行二阶微分处理(S102)。图5的(c)中示出了通过一阶微分处理获得的一阶微分多普勒波形。图5的(d)中示出了通过二阶微分处理获得的二阶微分多普勒波形。一阶微分多普勒波形表示平滑化多普勒波形的斜率。
二阶微分多普勒波形根据其极性示出平滑化多普勒波形是向上凸(向速度轴的正方向凸)还是向下凸(向速度轴的负方向凸)。即，在二阶微分多普勒波形的值为负的时间段，平滑化多普勒波形向上凸，在二阶微分多普勒波形的值为正的时间段，平滑化多普勒波形向下凸。
峰值检测处理部34确定二阶微分多普勒波形的值为负的峰值检测区间(S103)。也可以通过峰值检测处理部34来确定多个峰值检测区间。对于表示心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形，通常确定多个峰值检测区间。在图5的(d)所示的例子中，从时刻t1到时刻t2的时间段和从时刻t3到时刻t4的时间段是峰值检测区间。
峰值检测处理部34针对各区间检测出检测对象多普勒波形的峰值(S104)。峰值检测处理部34进一步针对检测出的峰值取得波高值(S105)，计算出峰值规模(S106)。峰值检测区间的时间长度越大，峰值规模的值越大，峰值检测区间中的平滑化多普勒波形的波高值越大，峰值规模的值越大。峰值规模例如被定义为峰值检测区间的时间长度与波高值的积。另外，峰值规模也可以定义为峰值检测区间中的平滑化多普勒波形的时间积分值(面积)。另外，峰值规模也可以定义为峰值检测区间的时间长度与波高值的相加值。
峰值检测处理部34在确定了多个峰值检测区间时，针对多个峰值检测区间的每一个，求出平滑化多普勒波形的波高值和峰值规模。峰值检测处理部34针对多个峰值检测区间，进行基于峰值规模的排序(S107)，确定峰值规模最大的第一峰值检测区间和峰值规模第二大的第二峰值检测区间。
峰值检测处理部34确定E波及A波的峰值(S108)。即，峰值检测处理部34求出第一峰值检测区间以及第二峰值检测区间中的、时相早的一方中的检测对象多普勒波形的峰值的位置来作为E波的峰值的位置，并且求出针对该峰值在先取得的波高值作为E波的波高值。另外，峰值检测处理部34求出第一峰值检测区间以及第二峰值检测区间中的、时相晚的另一方中的检测对象多普勒波形的峰值的位置来作为A波的峰值的位置，并且求出针对该峰值在先取得的波高值作为A波的波高值。
峰值检测处理部34根据E波的波高值及A波的波高值求出评价指标。评价指标例如被定义为将E波的波高值除以A波的波高值而得的值。峰值检测处理部34将评价指标、E波的波高值以及A波的波高值输出到显示处理部38。显示处理部38使显示部20显示评价指标、E波的波高值以及A波的波高值。
在上述的峰值检测处理中，将E波及A波的各峰值作为检测对象峰值，确定平滑化多普勒波形的二阶微分值为负的多个峰值检测区间。然后，求出各峰值检测区间中的峰值规模，根据基于峰值规模的排序，确定与E波以及A波对应的峰值检测区间。进而，在与E波对应的峰值检测区间中求出E波的峰值的位置及波高值，在与A波对应的峰值检测区间中求出A波的峰值的位置及波高值。
将平滑化多普勒波形的二阶微分值为负的时间段设为峰值检测区间的理由是因为检测对象峰值向速度轴的正侧凸(向上凸)。在检测对象峰值向速度轴的负侧凸(向下凸)的情况下，将平滑化多普勒波形的二阶微分值为正的时间段设为峰值检测区间。
图6中示出了实测出的多普勒波形。图6的(a)中示出了表示心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形，图6的(b)中示出了表示心脏的二尖瓣环的运动速度的多普勒波形。可以基于方向不同的2个发送波束，通过分时处理来求出图6的(a)以及(b)所示的多普勒波形。此外，图6的(c)中示出了基于由心电计26获得的心跳波形数据的心跳波形。
表示心脏的二尖瓣环的运动速度的多普勒波形中的E波及A波的各峰值向下凸。因此，在确定E波及A波的峰值的情况下，执行如下的处理。即，在峰值检测处理中确定平滑化多普勒波形的二阶微分值为正的多个峰值检测区间。然后，求出各峰值检测区间中的峰值规模，根据基于峰值规模的排序，确定与E波以及A波对应的峰值检测区间。进而，在与E波对应的峰值检测区间中求出E波的峰值的位置及波高值，在与A波对应的峰值检测区间中求出A波的峰值的位置及波高值。
峰值检测处理部34也可以求出被定义成根据二尖瓣口处的血流速度求出的E波的波高值与根据二尖瓣环的运动速度求出的E波的波高值的比的舒张功能。峰值检测处理部34将表示E波的峰值的位置以及A波的峰值的位置的信息输出到显示处理部38。显示处理部38使表示各峰值的位置的信息显示于显示部20。另外，峰值检测处理部34也可以将基于二尖瓣口处的血流速度的评价指标、E波的波高值以及A波的波高值输出到显示处理部38，并且将基于二尖瓣环的运动速度的评价指标、E波的波高值以及A波的波高值、舒张功能输出到显示处理部38。显示处理部38使显示部20显示从峰值检测处理部34输出的各值。
此外，在上述中示出了将2个峰值作为检测对象峰值的实施方式，但检测对象峰值也可以是1个。在该情况下，在确定了多个峰值检测区间的情况下，在峰值规模最大的峰值检测区间中求出峰值的位置及波高值。另外，检测对象峰值也可以为3个以上。在该情况下，将检测对象峰值的数量设为N，以峰值规模从大到小的顺序在前N个峰值检测区间中求出峰值的位置及波高值。
峰值检测处理基于包含以下的(1)～(5)的事项的方法。(1)基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形。(2)对多普勒波形实施二阶微分处理。(3)确定通过二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线相应的极性的峰值检测区间。例如，在检测对象峰值向上凸的情况下，将二阶微分值为负的时间段设为峰值检测区间，在检测对象峰值向下凸的情况下，将二阶微分值为正的时间段设为峰值检测区间。(4)针对多个峰值检测区间的每一个求出峰值规模。峰值规模是基于峰值检测区间的时间长度和峰值检测区间中的多普勒波形的峰值波高值的值。可以是峰值检测区间的时间长度越大，峰值规模的值越大，峰值检测区间中的多普勒波形的波高值越大，峰值规模的值越大。(5)基于与各峰值检测区间对应的峰值规模，检测多普勒波形中的峰值。具体而言，针对1次心跳的多普勒波形，检测峰值规模为前2位的2个峰值检测区间中的、时相早的一方的峰值检测区间中的多普勒波形的峰值来作为E波的峰值，检测时相晚的一方的峰值检测区间中的多普勒波形的峰值来作为A波的峰值。
在作为运算设备18中的存储介质的存储器36中，也可以存储用于执行按照基于上述(1)～(5)的事项的方法的处理的程序。
根据这样的峰值检测处理，在根据多普勒波形的凹凸确定了峰值检测区间的基础上，基于各峰值检测区间中的峰值的规模，确定在多普勒波形中出现的多个峰值中的检测对象峰值。由此，能够避免误检测出峰值规模较小的不是检测对象的峰值。
例如，在表示心脏的二尖瓣口处的血流速度的多普勒波形中，如图7所示，有时出现与E波及A波在时间轴上的位置关系为一定的脉冲状噪声50。这样的脉冲状噪声50有时不仅因血液，还因心脏的组织位于发送波束上而产生。根据各实施方式的峰值检测处理，能够避免将这样的脉冲状噪声误检测为检测对象噪声。

Claims (5)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，
具备运算设备，所述运算设备基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形，对所述多普勒波形实施二阶微分处理，确定多个通过所述二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线相应的一定的极性的时间段作为峰值检测区间，针对多个所述峰值检测区间的每一个，求出基于所述峰值检测区间的时间长度和所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的波高值的峰值规模，基于针对与多个所述峰值检测区间对应的多个所述峰值规模的排序，从多个所述峰值检测区间中确定任意一个，从所确定的所述峰值检测区间检测所述多普勒波形中的峰值，
所述峰值规模是基于所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的时间积分值的值。
2.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述峰值检测区间的时间长度越大，所述峰值规模的值越大，所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的波高值越大，所述峰值规模的值越大。
3.根据权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，
所述运算设备针对1次心跳的所述多普勒波形，检测所述峰值规模为前2位的2个所述峰值检测区间中的、时相早的一方的所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的峰值来作为E波的峰值，检测时相晚的一方的峰值检测区间中的所述多普勒波形的峰值来作为A波的峰值。
4.一种超声波诊断方法，其特征在于，包含如下步骤：
基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形，
对所述多普勒波形实施二阶微分处理，
确定多个通过所述二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线相应的一定的极性的时间段作为峰值检测区间，
针对多个所述峰值检测区间的每一个，求出基于所述峰值检测区间的时间长度和所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的波高值的峰值规模，
基于针对与多个所述峰值检测区间对应的多个所述峰值规模的排序，从多个所述峰值检测区间中确定任意一个，从所确定的所述峰值检测区间检测所述多普勒波形中的峰值，
所述峰值规模是基于所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的时间积分值的值。
5.一种程序存储介质，其存储使超声波诊断装置具备的运算设备执行的超声波诊断程序，其特征在于，
所述超声波诊断程序使所述运算设备执行如下处理：
基于通过超声波的发送接收所获得的信号来生成多普勒波形，
对所述多普勒波形实施二阶微分处理，
确定多个通过所述二阶微分处理获得的二阶微分值的极性成为与检测对象峰值的曲线相应的一定的极性的时间段作为峰值检测区间，
针对多个所述峰值检测区间的每一个，求出基于所述峰值检测区间的时间长度和所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的波高值的峰值规模，
基于针对与多个所述峰值检测区间对应的多个所述峰值规模的排序，从多个所述峰值检测区间中确定任意一个，
从所确定的所述峰值检测区间检测所述多普勒波形中的峰值，
所述峰值规模是基于所述峰值检测区间中的所述多普勒波形的时间积分值的值。
CN202011345967.5A 2020-02-18 2020-11-25 超声波诊断装置、方法以及程序存储介质 Active CN113331864B (zh)

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