DE69902829T2

DE69902829T2 - Diagnostiches Ultraschallgerät

Info

Publication number: DE69902829T2
Application number: DE69902829T
Authority: DE
Inventors: Masunori Matuzaki; Masaru Murashita
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: EP0934724A1; DE69902829D1; US6135959A; JPH11221210A; EP0934724B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und insbesondere eine Vorrichtung, welche die Bewegung des Herzmuskels als Graph anzeigt.

Beschreibung des Standes der Technik

In der JPA-09-253085, die vom japanischen Patentamt am 30. September 1997 veröffentlicht wurde, schlägt der Anmelder eine Vorrichtung zum graphischen Anzeigen einer Muskelbewegung im menschlichen Herzen vor, welche ausgesandte/empfangene Ultraschallwellen verwendet. Diese Vorrichtung zeigt ein zweidimensionales Schnittbild der linken Kammer des Herzens an. Ein Referenzpunkt wird manuell oder automatisch in die Mitte der linken Kammer gesetzt, und mehrere Referenzlinien, die sich radial vom Referenzpunkt erstrecken, werden automatisch gesetzt. Die Fläche des Herzmuskels (speziell des Endokards) wird unter Durchführung einer Technik wie Kantenerfassung etc. auf den Referenzlinien erkannt, und die Herzmuskelbewegung auf den Referenzlinien wird als Graph angezeigt.
Die horizontale Achse in dem Graph zeigt den Azimuth (Ortsangabe der Referenzlinie) von dem Referenzpunkt aus gesehen. Die vertikale Achse in dem Graph zeigt das Maß der Bewegung des Herzmuskels (Abstand vom Referenzpunkt).
Der Graph wird in Echtzeit aktualisiert. Wenn dieser Graph, der sich mit der Zeit ändert, kontinuierlich beobachtet wird, so kann leicht identifiziert werden, welcher die linke Kammer umgebende Azimuth, d. h. welcher Teilbereich des Herzmuskels eine Krankheit hat. Speziell unterscheidet sich die Bewegung der Herzmuskelteile, die eine Krankheit wie z. B. Herzinfarkt haben, von der Bewegung anderer, gesunder Teile. Im Allgemeinen ist das Maß der Bewegung des erkrankten Teils klein oder abnormal.
In der zuvor genannten graphischen Anzeige kann jedoch der Teilbereich, in dem die Bewegung behindert ist, nicht einfach durch blosses Beobachten eines Graphs zu einem gewissen Zeitpunkt bestimmt werden. Das heißt, es ist nur durch kontinuierliches Beobachten des Graphen möglich, einen erkrankten Teilbereich zu identifizieren.
Aus der US 5,669,387 ist eine Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik bekannt, bei der ein Gewebe eines sich bewegenden Organs mit Ultraschallstrahlen abgetastet wird. Auf der Basis der empfangenen Ultraschall-Echosignale werden Bewegungsgeschwindigkeiten des Gewebes an vorbestimmten Abschnitten von einem Referenzpunkt, welcher in dem Organ gesetzt ist, berechnet. Die berechneten Geschwindigkeiten werden als Graphen für die nachfolgende Diagnose angezeigt.
Um die Diagnose einer Herzerkrankung zu erleichtern ist es daher wünschenswert, die graphische Anzeige zu verbessern. Es ist beispielsweise vorzuziehen, jeden Teilbereich des Herzmuskels durch die Beobachtung nur eines Graphen zu beurteilen.

ZUSAMMENSETZUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, welche angesichts der oben genannten Probleme getätigt wurde, einen neuartigen Graph, der zur Diagnose von inneren Organen (insbesondere des Herzens) zweckmäßig ist, in einer Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik anzuzeigen.
Weiter ist bei dieser Erfindung ein Graph vorgesehen, der eine zeitabhängige Änderung der Bewegung von jedem Teilbereich des Herzmuskels im Herz zeigt.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu lösen, schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik gemäß dem Anspruch 1 vor.
Das oben genannte System gewinnt eine Umrisslinie der Kammer oder des Vorhofs des Herzens auf der Basis von zweidimensionalen Bilddaten. Für die Gewinnung können verschiedene Techniken verwendet werden, z. B. die in der JPA- 09-253085 beschriebene Technik. Die Fläche (der Bereich) innerhalb der gewonnenen Umrisslinie wird in mehrere sektorförmige Bereiche geteilt. Die Zahl der Teilbereiche, in welche die Fläche aufgeteilt wird, hängt von der Wahrscheinlichkeit einer Erkrankung und der Funktion des Herzmuskels ab. Ein Graph, der die Fläche oder die Flächenänderungsrate jedes Teilbereichs zeigt, wird gezeichnet, und dieser Graph wird angezeigt. Eine Achse des Graphen ist die Zeitachse, und die andere Achse stellt die Fläche oder die Flächenänderungsrate dar.
In diesem Graph hat eine Kurve, welche einem Teilbereich entspricht, in dem ein Herzinfarkt vorliegt, eine Form, die sich von anderen Kurven in dem Graph unterscheidet. Folglich kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Krankheit leicht bestimmt und der erkrankte Teil identifiziert werden.
Bevorzugterweise wird die Flächenänderungsrate unter Verwendung eines Elektrokardiosignals eines Elektrokardiographen berechnet.
Weiter ist die Zahl der Teilgebiete innerhalb der Umrisslinie bevorzugt eine ganze Zahl in dem Bereich 4-6. Wenn es zu viele Teilbereiche gibt wird der Graph komplex, was die Diagnose stört. Wenn andererseits eine nicht ausreichende Zahl von Teilbereichen vorliegt, kann ein Graph, welcher eine Erkrankung klar anzeigt, nicht erhalten werden, und es wird schwierig, einen erkrankten Teilbereich zu identifizieren. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist die Zahl der Teilregionen bevorzugt 4, 5 oder 6. Sogar mit solch einer breiten Teilung können Teilbereiche, die wahrscheinlich erkrankt sind, bis zu einem gewissen Grad identifiziert werden, so dass eine spezifische Identifizierung erkrankter Teile leicht durchgeführt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik im Zusammenhang mit dieser Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches das Konzept eines zweidimensionalen Schnittbildes zeigt, das die linke Kammer umfasst. Die Fläche innerhalb der linken Kammer ist in vier sektorförmige Bereiche aufgeteilt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches im Zusammenhang mit dieser Erfindung ein Beispiel eines Graphen zeigt, der eine Veränderung einer Flächenänderungsrate von mehreren Teilbereichen darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik gemäß dieser Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ihre Gesamtkonstruktion zeigt.
Eine Sonde 10 ist eine Vorrichtung, welche im Kontakt z. B. mit der Oberfläche der Brust verwendet wird. Die Sonde 10 hat einen eingebauten Ultraschall-Transducer, welcher Ultraschallwellen aussendet und empfängt. Dieser Ultraschall- Transducer ist eine Messwandler-Anordnung, die z. B. aus vielen Elementen besteht. Ein elektronisches Sektor-Scannen oder elektronisches Linear-Abtasten wird relativ zu der Messwandler-Anordnung entsprechend der Bildrate der ausgesendeten/empfangenen Wellen durchgeführt. Auf diese Weise wird ein Ultraschall-Wellenstrahl-Abtasten durchgeführt und im Ergebnis wird ein rechteckiger oder sektorförmiger zweidimensionaler Datenaufnahmebereich gebildet.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik hat einen Betriebsmodus, welcher insbesondere die Funktion des Herzens misst. Der Aufbau der Vorrichtung, im Wesentlichen im Zusammenhang mit diesem Betriebsmodus, ist in Fig. 1 gezeigt.
Durch eine Transmitterschaltung 12 wird der Sonde 10 ein Signal zugeführt. Ein Ausgangs-Empfangssignal wird von der Sonde 10 an eine Empfangsschaltung 14 ausgegeben.
In der Empfangsschaltung 14 werden Verstärkung, Detektion und Koordinatentransformation des Eingangssignals durchgeführt. Im Ergebnis wird ein zweidimensionales Schnittbild (B-Mode-Bild) entsprechend dem zweidimensionalen Datenaufnahmebereich gebildet. Diese Bilddaten werden an eine Endokard-Erkennungseinheit 16 übermittelt.
Die Endokard-Erkennungseinheit 16 ist eine Einheit, welche z. B. ein Endokard, das die linke Kammer des Herzens umgibt, auf dem zweidimensionalen Schnittbild erkennt. Um das Endokard zu erkennen, kann beispielsweise ein Rand-Erfassungsverfahren verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird nach Erkennung des Endokards ein Referenzpunkt unter Verwendung einer Referenzpunkt-Setzeinheit 18 manuell oder automatisch in die Mitte des Hohlraums des Herzens (z. B. die linke Kammer) gesetzt. Wenn der Referenzpunkt gesetzt ist, wird eine Anzahl von (z. B. vier) Teilungslinien automatisch gesetzt, welche sich radial von dem Referenzpunkt erstrekken. Durch diese Teilungslinien werden Teilbereiche definiert.
Eine Umrisslinie 100 des Endokards, welches mittels der oben genannten Verarbeitung erkannt wurde, und vier Teilbereiche sind in Fig. 2 gezeigt. Es wird erkannt werden, dass Kantenerfassung der Umrisslinie des Endokards nicht auf diese Vorgehensweise beschränkt ist und mittels verschiedener Techniken durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann eine große Zahl von Referenzlinien, die sich radial vom Referenzpunkt erstrecken, innerhalb des Hohlraums des Herzens gesetzt werden und Kantenerfassung an jeder dieser Referenzlinien durchgeführt werden.
Eine in Fig. 1 gezeigte Teilungseinheit 20 ist eine Vorrichtung, welche die gesamte Fläche innerhalb der von der Endokard-Erkennungseinheit 16 gewonnenen Umrisslinie in mehrere sektorförmige Bereiche teilt. Die Anzahl der Teilbereiche kann mittels einer Teilungszahl-Auswahleinheit 22 benutzerspezifiziert sein. In dieser Ausführungsform kann die Anzahl der Teilbereiche durch den Benutzer willkürlich zu 4, 5 und 6 gewählt werden. Die Teilungseinheit 20 teilt das Innere einer linken Kammer 102 in die gesetzte Anzahl von Teilbereichen auf, so wie in Fig. 2 gezeigt (in Fig. 2 ist das Innere der linken Kammer viergeteilt). In diesem Fall können die Spreizwinkel der Teilbereiche gleich sein; für Teile, wo z. B. eine Wahrscheinlichkeit für Herzinfarkt besteht, kann der Spreizwinkel aber entsprechend geändert werden. Alternativ können die Spreizwinkel aller Teilbereiche verschieden sein.
Eine in Fig. 1 gezeigte Flächenberechnungseinheit 24 ist eine Vorrichtung zur Berechnung der Fläche jedes Teilbereichs, so wie in Fig. 2 gezeigt. Speziell wird die Fläche beispielsweise in jedem Bereich, der durch die Teilungseinheit 20 abgeteilt ist, durch Zählung der Zahl der Pixel berechnet. Daher wird, wenn das elektronische Abtasten durch den Ultraschall-Wellenstrahl mittels der Sonde 10 wiederholt wird, die Fläche von jedem Teilbereich zu jeder Zeitphase der Bewegung des Herzens kontinuierlich durch die Flächenberechnungseinheit 24 für jedes ausgesendete/empfangene Wellenbild ausgegeben.
Ein Elektrokardiograph 25 ist mit einer Referenzflächen- Bestimmungseinheit 26 verbunden. Die Referenzflächen-Bestimmungseinheit 26 bestimmt den Zeitpunkt der Enddiastole des Herzens basierend auf der R-Welle im Elektrokardiosignal. Die Flächen von jedem Teilbereich zum Zeitpunkt der Enddiastole werden als Referenzflächen angenommen.
Eine Berechnungseinheit 28 für die Flächenänderungsrate ist eine Vorrichtung, mit der das Verhältnis der durch die Flächenberechnungseinheit 24 ausgegebenen Fläche jedes Teilbereiches zur Referenzfläche berechnet wird. Speziell werden die nachfolgend aufgeführten Berechnungen durchgeführt, die eine Flächenänderungsrate FAC ergeben.
FAC = ((EDA - ΔS)/EDA) · 100 (%)
In der oben genannten Gleichung steht EDA für die Fläche jedes Teilbereichs zur Zeit der Enddiastole (Referenzfläche) und ΔS steht für die Fläche jedes Teilbereichs zu jeder Zeitphase. Die Flächenänderungsrate FAC, die auf diese Weise berechnet wird, wird durch eine Graphabbildungseinheit 30 ausgegeben. Die Graphabbildungseinheit 30 zeichnet den Graph, der in Fig. 3 gezeigt ist.
Hier ist die horizontale Achse in dem Graph die Zeitachse und die vertikale Achse stellt die FAC jedes Teilbereichs dar. Wenn, wie in der Figur gezeigt, z. B. die linke Kammer viergeteilt wird, werden vier Kurven im Graph gezeigt. Diese Kurven ändern sich relativ zueinander in Echtzeit synchron mit der Bewegung des Herzens.
Eine Kurve, welche einem Teil entspricht, in dem z. B. ein Herzinfarkt vorliegt, unterscheidet sich von den anderen Kurven. Folglich kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Herzerkrankung und die Position der Herzerkrankung diagnostiziert werden. Wenn eine sehr große Zahl solcher Kurven angezeigt wird, ist es schwierig einen erkrankten Teil zu identifizieren; da jedoch gemäß dieser Ausführungsform eine angemessene Anzahl von Kurven, z. B. 4 oder 6, angezeigt wird, kann ein erkrankter Teil auf einen Blick gesehen werden. Eine Anzeigeeinheit 32 in Fig. 1 ist eine Vorrichtung, die den in Fig. 3 gezeigten Graph anzeigt.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wurde der Elektrokardiograph 25 verwendet; jedoch können die oben genannten Berechnungen auch unter Verwendung anderer Körpersignale durchgeführt werden. Außerdem kann die Flächenänderungsrate, obwohl sie bevorzugt mit der oben genannten Gleichung berechnet wird, auch mit anderer Gleichungen berechnet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik, mit einer Sende-/Empfangseinheit (10) für Wellen zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen und zum Gewinnen zweidimensionaler Bilddaten für jedes ausgesandte/empfangene Wellenbild,

einer Auswerteeinheit (16) zum Gewinnen einer Umrisslinie einer Herzkammer oder eines Herzvorhofes basierend auf den zweidimensionalen Bilddaten,

einer Teilungseinheit (20) zur radialen Unterteilung einer Fläche innerhalb der Umrisslinie in mehrere Teilbereiche ausgehend von einem in der Kammer oder dem Vorhof gesetzten Referenzpunkt,

einer Flächenberechnungseinheit (24) zum Berechnen der Fläche jedes Teilbereiches für jedes ausgesandte/emfangene Wellenbild und

einer Graphabbildungseinheit (30) zum Aufzeichnen eines Graphen, welcher eine Änderung der Fläche oder eine Flächenänderungsrate jedes Teilbereiches zeigt, dadurch gekennzeichnet,

dass der durch die Graphabbildungseinheit (30) gezeigte Graph zeitabhängig ist, wobei die horizontale Achse des Graphen die Zeitachse und die vertikale Achse des Graphen die Fläche oder die Flächenänderungsrate jedes Teilbereiches ist.

2. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei der Graph mehrere Kurven umfasst, welche die Fläche oder die Flächenänderungsrate (ΔS1,ΔS2, ΔS3, ΔS4) entsprechend den mehreren Teilungsbereichen zeigen, die den mehreren Teilungsbereichen entsprechen.

3. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Teilungsbereiche innerhalb der Umrüstline bei 4 bis 6 liegt.

4. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei die Größen der mehreren Teilbereiche zueinander gleichgesetzt werden.

5. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der mehreren Teilbereiche eine sich von den anderen Teilbereichen unterscheidende Größe aufweist.

6. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei der Spreitzwinkel der mehrern Teilbereiche variabel ist.

7. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, die ferner umfasst:

einen Elektrokardiographen (25) zur Ausgabe eines Diagnostiksignals und

eine Berechnungseinheit (28) für die Flächenänderungsrate zum Berechnen einer Flächenänderungsrate (FAC) aus der Fläche (ΔS) in jedem Zeitabschnitt und

einer Referenzfläche (EDA) für jeden Teilbereich, welche auf dem elektrokardiographischen Signal basiert, wobei die Referenzfläche (EDA) eine Fläche jedes Teilbereiches während eines vorgegeben Zeitabschnitts darstellt.

8. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 7, wobei die Berechnungseinheit (28) für die Flächenänderungsrate die folgende Berechnung durchführt:

FAC = ((EDA - ΔS)/EDA) · 100 (%)

wobei FAC die Flächenänderungsrate,

EDA die Fläche im Teilbereich am Ende der Diastole (Referenzfläche) sowie

ΔS eine Fläche des Teilbereiches zum Zeitpunkt t darstellen.

9. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 1, wobei:

die Teilungseinheit (10) zum Gewinnen einer Umrisslinie des Herzmuskels im Herzen unter Verwendung eines Kantenterfassungsverfahrens, welches auf den durch die ausgesandten und empfangenen Ultraschallwellen erhaltenen zweidimensionalen Bilddaten basiert, ausgelegt ist,

die Teilungseinheit (20) zum Unterteilen des Inneren der Umrisslinie in mehrere sektorförmige Bereiche ausgelegt ist,

die Flächenberechnungseinheit (24) zum Berechnen der Flächen der mehreren sektorförmigen Bereiche ausgelegt ist,

die Graphabbildungseinheit (30) zum Aufzeichnen eines Graphen ausgelegt ist, welcher die Flächenänderungen (ΔS1, ΔS2, ΔS3, ΔS4) der mehreren sektorförmigen Bereiche repräsentiert, und

eine Anzeigeeinheit (32) zum Anzeigen des Graphen vorgesehen ist.

10. Vorrichtung zur Ultraschalldiagnostik nach Anspruch 9, wobei der Graph mehrere den sektorförmigen Bereichen entsprechende Kurven umfasst.