JP2003190167A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 臓器組織の関心領域を２次元あるいは３次元
的に精度良く高速に追跡可能な超音波診断装置を提供す
る。 【解決手段】 被検体を走査する走査装置と、走査装置
で得られた走査信号から被検体の画像を生成する画像生
成装置と、走査装置で得られた走査信号から速度データ
を得る速度算出装置と、速度データに基づいて被検体の
注目地点の移動先の探索範囲を設定する探索範囲設定装
置と、被検体画像において関心領域の移動先を探索する
追跡装置とからなる。これにより被検体の関心領域の２
次元ないし３次元運動を精度良く高速に追跡でき、関心
領域の運動を正確にとらえることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】心臓病等の診断において、臓器組織の運
動を正確に測定することは重要である。このような目的
に対して、従来の超音波診断装置では、カラードップラ
ー法による速度検出が提案されている。

【０００３】カラードップラー法は、運動する組織に向
けて発射した超音波ビームに対する受信エコー信号の、
ドップラー効果による運動速度に応じた波長の偏移（ド
ップラーシフト）を検出し、ドップラーシフトから算出
した当該組織の速度と運動の方向を色分けして表示する
技術である。

【０００４】しかし、ドップラーシフトから算出可能な
速度成分は、超音波ビームの進行方向と同一の成分のみ
であり、超音波ビームの進行方向に対して垂直な速度成
分は測定不能である。図１１は超音波で心臓をスキャン
して得られた画像である。扇形の領域１１０１はスキャ
ン範囲で、扇形の中心から半径方向に伸びている破線１
１０３は、心臓組織のある地点の速度を検出する際に放
出した超音波ビームの進行方向である。図１１のように
超音波ビームで心臓１１０２をスキャンして速度を検出
しようとした場合、心臓組織の実際の運動方向が矢印１
１０５方向であったとしても、検出されるドップラー速
度は矢印１１０４方向の超音波信号の進行方向の速度成
分である。従って、超音波ビームに対して垂直方向に運
動する組織は、あたかも運動していないように見えてし
まう。つまり、測定される速度値が超音波ビームと組織
の運動方向の関係に依存するという問題がある。

【０００５】これに対して特開平６−１１４０５９号公
報では、プローブの開口を２領域に分割し、異なる角度
の超音波ビームを形成することで、本来の２次元速度ベ
クトルを得る方法や、組織の輪郭を抽出して運動方向を
仮定して速度ベクトルを推定する方法が開示されてい
る。

【０００６】しかしながら、プローブの開口を２領域に
分割して形成した超音波ビームのなす角度の差は僅少で
あり、算出された速度ベクトルは誤差を含みやすいとい
う問題がある。また、推定された速度ベクトルも必ずし
も正しいとは限らない。

【０００７】一方、特開２０００−２１７８１８号公報
では、画像パターンにより心臓の弁輪部分をテンプレー
トマッチングで追跡する手法が提案されているが、特徴
の不明瞭な部位では追跡の精度が劣り、また複数の部位
を同時に追跡するためには多くの処理時間を要するとい
う問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波診断装置
では、人体の組織や臓器の運動を正確に調べると演算量
が膨大になり処理時間を多く必要としていた。また、特
徴的な形状を目印に追跡を行うために、特徴に乏しい点
を追跡する場合は、追跡の精度が悪くなるという問題も
あった。

【０００９】本発明では、臓器組織の任意の領域を２次
元ないし３次元的に精度良くかつ高速に追跡でき、２次
元ないし３次元速度を精度良くかつ高速に求めることが
できる超音波診断装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波ビーム
を発射してエコー信号を受信する走査部と、前記エコー
信号からフレーム単位の被検体画像を順次生成して出力
する画像生成部と、前記エコー信号の周波数偏移を検出
して被検体各点の超音波ビーム進行方向成分の速度であ
るドップラー速度を検出する速度検出部と、前記被検体
画像及び被検体各点の前記ドップラー速度を順次記憶し
ておくフレームメモリと、第Ｎフレーム（Ｎは自然数）
内の被検体各点の移動先を第Ｎ＋ｎフレーム（Ｎ、ｎと
もに自然数）内で探索して移動先の座標データを求める
探索部と、前記被検体画像を表示する表示部と、前記移
動先の座標データを外部に順次出力する運動情報出力部
とを有し、前記探索部は、前記第Ｎ＋ｎフレーム内での
移動先の探索を行う範囲を、第Ｎフレームの被検体各点
について検出した前記ドップラー速度によって限定され
る領域に設定することを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明の超音波診断装置は、第Ｎ
フレームの被検体各点の座標データとこれらの移動先の
座標データを用いて第Ｎフレーム目の被検体各点におけ
る速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出部を有し、
前記運動情報出力部は前記速度ベクトルを外部に順次出
力することを特徴としてもよい。

【００１２】本発明によれば、被検体各点を追跡して速
度ベクトルを検出する際に、探索範囲を限定することが
可能なために少ない演算量で探索が行えるので、速度ベ
クトル検出の精度を維持しつつ処理を高速化することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図８は本発明の第１の実施形態乃
至第３の実施形態の超音波診断装置の主な機能とそれを
実現するための主な処理を説明する流れ図である。各実
施形態ごとの機能及び詳細な構成等に関してはそれぞれ
の実施形態の説明時に行う。本発明の特徴的な点は、フ
レーム間でのブロックマッチングにより心臓組織各点の
移動先を求める際に、エコー信号のドップラーシフトか
ら求まるドップラー速度を利用してブロックマッチング
による探索範囲を設定して行っている点である。これに
より、心臓組織各点の高精度な追跡と高速処理を両立す
ることができる。また、各点の追跡を高精度かつ高速に
行えるので、各点の速度ベクトルも精度を高く維持しつ
つ高速に求めることが可能となっている。

【００１４】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態の超音波診断装置の構成を表すブロック図であ
る。本実施形態の超音波診断装置は心臓を撮像し、心臓
組織各部分の運動の大きさ（速度）に応じて色付けを行
ったカラーコーディング画像を表示する装置である。

【００１５】本実施形態の超音波診断装置は、（１）心
臓組織のＢモード画像の取得及び心臓組織各点の超音波
ビームの進行方向成分の速度（ドップラー速度）の検出
のために心臓組織に超音波ビームを発射してエコー信号
を受け取る処理と、（２）エコー信号からＢモード画像
を取得する処理と、（３）エコー信号のドップラーシフ
トを検出して心臓組織各点のドップラー速度を求める処
理と、（４）ブロックマッチングで心臓組織各点の移動
先の座標を求め、移動ベクトルを求める処理と、（５）
心臓組織各点の速度ベクトルを求めて速度ベクトルに応
じた色を割り当てたカラーコーディング画像を生成し
て、これをＢモード画像に重ねて表示する処理とを行
う。

【００１６】上記処理を行うために、本実施形態の超音
波診断装置は超音波ビームの送受信を行う超音波プロー
ブ１０１と、プローブの駆動と得られたエコー信号を処
理するプローブ駆動・エコー信号処理部１０２と、エコ
ー信号からＢモード画像生成するＢモード用ＤＳＣ（デ
ジタルスキャンコンバータ）部１０３とを有する。本装
置はさらに、エコー信号から心臓組織各部分のドップラ
ー速度を検出する速度検出部１０５と、Ｂモード画像及
び画像のフレーム番号及びドップラー速度を順次蓄積す
るフレームメモリ１０４と、得られた速度をもとに心臓
組織各点の次フレームにおける移動先の座標を求める探
索部１０６と、得られた座標をもとに速度ベクトルを求
めて、心臓組織各点の速度ベクトルの方向と大きさに応
じて色を割り当てたカラーコーディング画像を生成する
解析部１０７と、本装置の使用者から命令を受けるため
のインターフェースであるグラフィカルインターフェー
ス（ＧＵＩ）を生成し、カラーコーディング画像とＢモ
ード画像をＧＵＩ上に合成して出力する制御部１０８
と、速度検出スキャン範囲を決定・制御する速度スキャ
ン範囲設定部１０９と、制御部１０８から出力されたＧ
ＵＩを画面に表示する表示部１１０から構成される。

【００１７】超音波プローブ１０１はプローブ駆動・エ
コー信号処理部１０２からの駆動信号によって駆動され
るトランスデューサーを内蔵する。トランスデューサー
は駆動信号を受けて超音波信号を心臓に向けて発する。
心臓組織各部分によって反射された超音波信号はトラン
スデューサーが受信して電気信号（エコー信号）に変換
する。

【００１８】超音波プローブ１０１のトランスデューサ
ーは短冊状の複数の圧電振動子を一列に配列した構成に
なっている。各圧電振動子はプローブ駆動・エコー信号
処理部１０２からの駆動信号によって振動して超音波信
号を発生させる。短冊状の複数の圧電振動子各々に対す
る各駆動信号の遅延時間を制御することにより、超音波
信号の発射方向を変えられるようになっていて、スキャ
ン方向を自在に変えることができる。

【００１９】プローブ駆動・エコー信号処理部１０２
は、超音波プローブ１０１を制御して、画像取得スキャ
ンと速度検出スキャンの２回のスキャンを１セットにし
て行わせる。２回のスキャンはいずれも２次元スキャン
（人体組織の断層スキャン）を行う。そして、超音波プ
ローブ１０１から戻ってきたそれぞれのエコー信号に対
して検波処理を施す。そして、Ｂモード用ＤＳＣ部１０
３には画像取得用エコー信号とフレーム番号（１セット
のスキャンで得られる１フレームの画像ごとに付するフ
レーム番号Ｎ）を、速度検出部１０５には速度検出用エ
コー信号とフレーム番号Ｎを出力する。

【００２０】プローブ駆動・エコー信号処理部１０２は
超音波プローブ１０１を制御して、１セットのスキャン
を一定の時間間隔Δｔ毎に開始するように動作させる。

【００２１】速度検出スキャンは画像取得スキャンより
も狭い範囲のスキャンなので、プローブ駆動・エコー信
号処理部１０２は、速度スキャン範囲設定部１０９から
本装置の使用者が指定した速度スキャン範囲の中心点の
座標データを読み出して、超音波プローブ１０１へ出力
する駆動信号の遅延時間の制御を変更して速度検出スキ
ャン範囲を変更する。後述の通り、本装置の使用者はポ
インティングデバイスを用いて速度検出スキャン範囲を
変える事ができる。

【００２２】プローブ駆動・エコー信号処理部１０２は
スキャンして得られたエコー信号に対しても、駆動信号
に施した遅延時間制御に対応する遅延処理を施して、ス
キャン方向に超音波ビームを絞って放出した際に得られ
るエコー信号と等価なエコー信号に変換する。

【００２３】Ｂモード用ＤＳＣ部１０３は、画像取得ス
キャンで得られたエコー信号を画像に変換する。本実施
形態の超音波診断装置はセクタスキャンを行うので、エ
コー信号から得られる心臓組織各点の情報はプローブ位
置を中心とする扇形の半径方向を１行とし、角度方向を
列とする２次元配列に格納される。そこで、通常のテレ
ビと同じ画像（Ｂモード画像）になるように、情報を並
べ替えてＢモード画像に変換する。Ｂモード用ＤＳＣ部
１０３は、Ｂモード画像とフレーム番号Ｎをフレームメ
モリ１０４に出力して順次記憶させる。

【００２４】一方、速度検出部１０５は速度検出スキャ
ンで得られたエコー信号のドップラーシフトを検出し
て、心臓組織各点のドップラー速度を求め、フレームメ
モリ１０４に順次記憶させる。

【００２５】速度検出部１０５は、速度スキャン範囲設
定部１０９から関心速度帯を読み込んで関心速度帯に応
じたフィルタを選択し、エコー信号に対してフィルタを
かけて所定の範囲の大きさの速度成分を効率よく検出で
きるようにする。心臓を診断対象とする場合、運動速度
は「心筋＜弁＜血流」であるから、心筋の運動情報を調
べる際にはローパスフィルタをかけ、血流を調べる際に
はハイパスフィルタをかければよい。さらに速度検出部
１０５は、フィルタを通したエコー信号に対してＦＦＴ
（高速フーリエ変換）や自己相関法等の周波数解析を行
って平均速度、分散値、最大速度などを計算する。計算
した心臓組織各点のドップラー速度のデータをフレーム
メモリ１０４に出力する。

【００２６】探索部１０６では、フレームメモリ１０４
に蓄積された連続する２フレーム（Ｎフレーム目とＮ＋
１フレーム目）のＢモード画像間で、ブロックマッチン
グ処理を用いて速度検出スキャン範囲内の心臓組織各部
分の移動先の座標を調べて移動ベクトルを求める。ただ
し、Ｎフレーム目及びＮ＋１フレーム目に関してＢモー
ド画像の取得とドップラー速度の検出の両方が完了し
て、フレームメモリ１０４にＢモード画像及びドップラ
ー速度が蓄積されていない場合は処理を中断して蓄積さ
れるまで待機する。

【００２７】探索部１０６は、ブロックマッチング処理
に先立って、フレームメモリ１０４から読み込んだＮフ
レーム目の速度検出スキャン範囲内の心臓組織各部分の
ドップラー速度と、所定のフレーム間時間間隔Δｔか
ら、速度検出スキャン範囲内の心臓組織各部分につい
て、Ｎ＋１フレーム目におけるブロックマッチングの探
索範囲を設定する。

【００２８】ブロックマッチングの探索範囲の設定方法
を図２を用いて説明する。図２は速度検出スキャン範囲
内の心臓組織のある点（注目地点）が線分ａｂを通る超
音波信号で速度検出スキャンされる場合の図である。時
刻ｔにおいて、注目地点のドップラー速度の大きさがｖ
だったとすると、時刻ｔ＋Δｔにおける注目地点の存在
位置は注目地点から超音波信号の進行方向にΔＬ＝ｖ・
Δｔ移動した点を通り、超音波信号の進行方向（図２の
線分ａｂ）に垂直な線上（図２の線分ｃｄ）の「どこ
か」にあると予測することができる（予測移動領域）。
従って、探索部１０６は、Ｎフレーム目（時刻ｔ）にお
ける注目地点のドップラー速度がｖである場合、Ｎ＋１
フレーム目（時刻ｔ＋Δｔ）では、Ｎフレーム目の注目
地点から超音波信号の進行方向にΔＬ＝ｖ・Δｔ移動し
た点を通る超音波信号の進行方向に対する垂線を予測移
動領域に設定し、この垂線を探索領域に設定する。尚、
本実施例ではドップラー速度ｖは、速度検出部１０５で
求めたドップラー速度のデータのうち、平均速度を用い
るものとする。

【００２９】探索範囲を設定した後、注目地点の移動先
の座標を調べるために、探索部１０６はフレームメモリ
１０４からＮフレーム目の画像とＮ＋１フレーム目の画
像を読み込む。そして、Ｎフレーム目の注目地点周辺の
画像と、Ｎ＋１フレーム目に関して設定された探索範囲
の画像との間でマッチングを行う。

【００３０】図５は実際のマッチングを説明する図であ
る。領域ｆはＮフレーム目の注目地点を中心としたａ×
ｂ画素の大きさの領域である。領域ｇはＮ＋１フレーム
目の探索範囲内の探索対象点を中心としたａ×ｂ画素の
大きさの領域である。図５に示すように、領域ｆと領域
ｇとでブロックマッチングを行う。ブロックマッチング
は、領域ｆと、探索範囲内の全探索対象点について抽出
した領域ｇ相当の領域との間で行い、数１の式で計算さ
れる相互相関値Ｃが最も高くなる点を探すことで行う。

【００３１】

【数１】

【００３２】本実施形態ではａ＝ｂ＝16とする。尚、本
実施形態では輝度値の相互相関値を用いる例を示した
が、輝度値の差分絶対値和を用いる方法等、一般にパタ
ーンマッチングやブロックマッチングに利用される方法
を用いることができる。

【００３３】探索部１０６は、上記のブロックマッチン
グをＮフレーム目の速度検出スキャン範囲内の心臓組織
各部分について行って、速度検出スキャン範囲内の心臓
組織各部分の移動先の座標を求める。移動元の座標と求
めた移動先の座標から移動ベクトルを計算して、求めた
移動ベクトル全てとフレーム番号Ｎを解析部１０７へ出
力する。

【００３４】解析部１０７では、探索部１０６で求めた
移動ベクトルをフレーム間時間間隔Δｔで除して、速度
検出スキャン範囲内の心臓組織各部分の速度ベクトルを
求める。そして、速度検出スキャン範囲内の心臓組織各
部分毎に求められた速度ベクトルを、ベクトルの大きさ
と方向に応じた色相に変換したカラーコーディング画像
を生成し、フレーム番号Ｎとともに制御部１０８へ出力
する。

【００３５】制御部１０８は、ＣＰＵとメモリを内蔵
し、ポインティングデバイスからの入力を受け、本装置
の使用者が本装置の設定を行うためのインターフェース
であるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵ
Ｉ）を生成し、ポインティングデバイスのポインタとと
もに表示する。ＧＵＩ上には速度スキャン範囲設定部１
０９から読み出した関心速度帯の情報が表示されてい
る。制御部１０８は、解析部１０７から出力されたフレ
ーム番号Ｎに対応するＢモード画像をフレームメモリ１
０４から読み込み、Ｂモード画像上に解析部１０７で生
成したカラーコーディング画像重ねた画像を生成する。
生成した画像は、Ｎ−１フレーム目の画像を表示してか
らフレーム間時間間隔Δｔ経過後に、ＧＵＩ上に設けた
画像表示部分を更新して表示する。さらに制御部１０８
は、速度スキャン範囲設定部１０９から速度検出スキャ
ン範囲を読み込んで速度検出スキャン範囲を表す枠を生
成し、ＧＵＩ上の画像表示部分に重ねて表示する。本装
置の使用者は、制御部１０８に接続されたポインティン
グデバイスを用いてこの枠を動かすことで、速度検出ス
キャン範囲をインタラクティブかつリアルタイムに設定
することができる。

【００３６】制御部１０８は、枠の移動を検出した場合
は枠を新しく描画しなおすとともに、新たな枠に対応す
る速度検出スキャン範囲を計算して速度スキャン範囲設
定部１０９に出力する。

【００３７】また、制御部１０８は、使用者がＧＵＩ上
で設定した関心速度帯を速度スキャン範囲設定部１０９
に出力する。

【００３８】速度スキャン範囲設定部１０９は、制御部
１０８から入力された新たな速度検出スキャン範囲と関
心速度帯を記憶する。速度検出スキャン範囲の変更があ
った場合は、前述の通り、速度スキャン範囲設定部１０
９はプローブ駆動・エコー信号検出部１０２に制御信号
を送って速度検出スキャン範囲の変更を反映させる。関
心速度帯に変更があった場合は、前述の通り、速度検出
部１０５に制御信号を送って関心速度帯の変更を反映さ
せる。

【００３９】以上、本発明の第１の実施形態によれば、
ドップラー速度を用いてブロックマッチング処理を行う
範囲を限定しているので、従来より高速な速度検出処理
を行うことが可能である。

【００４０】尚、本実施形態では、探索部１０６で設定
する探索範囲の形状は図２の線分ｃｄのように線状であ
るが、ドップラー速度の誤差を考慮して予測移動領域に
幅を持たせて、図３のように探索範囲をΔＬを中心とす
る長方形の領域で設定しても良い。このように設定すれ
ば、移動ベクトル及び速度ベクトルをより精度よく求め
ることができる。この場合、ドップラー速度の誤差は、
速度検出部１０５で求めたドップラー速度のデータのう
ち、分散値と最大速度を利用して決めればよい。

【００４１】また、本実施形態ではセクタスキャンを用
いているので、フレームに超音波スキャンの範囲外の領
域も含まれている。そこで、図４のように、予測移動領
域と超音波による画像取得スキャン範囲が重なる範囲を
探索範囲として設定しても良い。このように設定すれ
ば、画像データのない領域に対する無駄なブロックマッ
チング処理を行わずに済むので、演算量を削減でき、高
速処理が可能となる。

【００４２】さらに、本実施形態では断層スキャンを行
っているので予測移動領域は２次元形状であるが、超音
波プローブ１０１として２次元アレイ超音波プローブを
用いて心臓を３次元スキャンする場合は、探索部１０６
で予測する予測移動領域は超音波信号の進行方向に垂直
な面で定義される。従って、探索範囲は図６および図７
に示すように面もしくは誤差を考慮して３次元領域で設
定すれば良い。３次元領域としては図７に示した直方体
状領域だけでなく、円柱状領域を用いても構わない。
尚、３次元スキャンを行った場合は速度ベクトルを３次
元で求めることが可能になる。心臓は３次元立体構造で
あるから、心臓各部分の運動も３次元的である。よっ
て、３次元速度ベクトルを求めることができれば、より
正確な運動を調べることが可能である。

【００４３】（第２の実施形態）図９は本発明の第２の
実施形態の超音波診断装置の構成を表すブロック図であ
る。本実施形態の超音波診断装置は心臓を撮像し、心臓
組織のうち、本装置の使用者が設定した注目地点の運動
の軌跡を表示する装置である。

【００４４】本実施形態の超音波診断装置は、（１）心
臓組織のＢモード画像の取得及び心臓組織各点の超音波
ビームの進行方向成分の速度（ドップラー速度）の検出
のために心臓組織に超音波ビームを発射してエコー信号
を受け取る処理と、（２）エコー信号からＢモード画像
を取得する処理と、（３）エコー信号のドップラーシフ
トを検出して心臓組織各点のうち、ドップラー速度を求
める処理と、（４）心臓組織各点のうち本装置の使用者
が指定した注目地点の移動先の座標をブロックマッチン
グで求め、移動ベクトルを求める処理と、（５）注目地
点の移動ベクトルを順次蓄積して、移動ベクトルから注
目地点の軌跡を描いた画像を生成して、これをＢモード
画像とともに表示する処理とを行う。

【００４５】上記処理を実現するために、本実施形態の
超音波診断装置は超音波プローブ１０１とプローブ駆動
・エコー信号処理部１０２とＢモード用ＤＳＣ（デジタ
ルスキャンコンバータ）部１０３と、フレームメモリ１
０４と、速度検出部１０５と、探索部１０６と、解析部
１０７と、制御部１０８と、表示部１１０と、注目地点
設定部１１１から構成される。本実施形態の超音波診断
装置は、第１の実施形態の超音波診断装置の速度スキャ
ン範囲設定部１０９に代えて注目地点設定部１１１を用
いている。尚、第１の実施形態の超音波診断装置と機
能、構成が同一の部分については説明を省略する。ま
た、以下は注目地点が１つの場合について説明する。

【００４６】プローブ駆動・エコー信号処理部１０２
は、Ｎフレーム目の速度検出スキャンを行う前に注目地
点設定部１１１からＮ−１フレーム目の注目地点の座標
を読み込む。注目地点の座標が速度検出スキャン範囲の
中心から所定の閾値以上離れている場合は、注目地点が
速度検出スキャン範囲の中央に位置するように速度検出
スキャン範囲を修正する。

【００４７】探索部１０６は、注目地点設定部１１１か
らＮフレーム目の注目地点の座標を読み込み、注目地点
の移動先の座標を求める。第１の実施形態と同様にして
探索範囲を限定し、ブロックマッチング法でＮ＋１フレ
ーム目の画像の探索範囲との比較を行い数１に基づいて
計算した相互相関値が最も高い地点を移動先とする。ブ
ロックマッチングの際のマッチング単位は、注目地点を
中心とする16×16画素の正方形の領域とする。

【００４８】探索部１０６は、フレーム番号Ｎ＋１と注
目地点の移動先の座標を注目地点設定部１１１に出力
し、さらに、注目地点の移動元と移動先の座標から注目
地点の移動ベクトルを計算して、移動ベクトルとフレー
ム番号Ｎ＋１を解析部１０７へ出力する。

【００４９】解析部１０７は、探索部１０６から受け取
った注目地点の移動ベクトルとフレーム番号Ｎ＋１を解
析部１０７の内部で順次蓄積しておく。また、これまで
に蓄積してきた注目地点の移動ベクトルと注目地点設定
部１１１から与えられた注目地点の座標の初期値を用い
て注目地点の運動の軌跡を表す画像を作成する。作成し
た軌跡画像はフレーム番号Ｎ＋１とともに制御部１０８
へ出力する。

【００５０】制御部１０８は、解析部１０７からのフレ
ーム番号Ｎに対応するＢモード画像をフレームメモリ１
０４から読み込み、Ｎ−１フレーム目の画像を表示して
からフレーム間時間間隔Δｔ経過後に、ＧＵＩ上に設け
た画像表示部分を更新する。制御部１０８は、解析部１
０７で生成した注目地点の軌跡の画像をＧＵＩ上に合成
する。制御部１０８は、注目地点設定部１１１からＮフ
レーム目の注目地点の座標を読み込んで注目地点を表す
マークを生成し、ＧＵＩ上の画像表示部分のＢモード画
像と合成する。本装置の使用者は、制御部１０８に接続
されたポインティングデバイスを用いてこのマークを動
かすことで、注目地点をインタラクティブかつリアルタ
イムに設定することができる。

【００５１】制御部１０８は、本装置の使用者によるマ
ークの移動を検出した場合は、新たなマークに対応する
注目地点の座標を計算して注目地点設定部１１１に出力
する。

【００５２】また、制御部１０８は、使用者がＧＵＩ上
で設定した関心速度帯を注目地点設定部１１１に出力
し、注目地点設定部１１１は注目地点設定部１１１が記
憶している関心速度帯を更新する。

【００５３】表示部１１０は制御部１０８で生成したＧ
ＵＩを画面上に表示する。

【００５４】注目地点設定部１１１は、探索部１０６か
らのフレーム番号及び注目地点の座標を順次記憶する。
プローブ駆動・エコー信号処理部１０２及び探索部１０
６が注目地点の座標データを注目地点設定部１１１から
読み込もうとした場合に、プローブ駆動・エコー信号処
理部１０２及び探索部１０６がそれぞれ示したフレーム
番号に対応する注目地点の座標のデータを提供する。こ
れにより、時々刻々移動する注目地点を自動的に追跡す
ることが可能となっている。

【００５５】尚、注目地点設定部１１１は、制御部１０
８から新たな注目地点の座標が入力された場合（すなわ
ち使用者が注目地点を変更した場合）は、入力直後にス
キャンするフレームから注目地点の変更を反映させる。
具体的には、注目地点設定部１１１で順次記憶した注目
地点の座標を制御部１０８からの新しい注目地点の座標
で更新する。更新後に最初にプローブ駆動・エコー信号
処理部１０２が参照した注目地点の座標に関連付けられ
たフレーム番号（Ｍとする）を記憶しておき、フレーム
番号Ｍまでの注目地点の座標に関しては、注目地点設定
部１１１は探索部１０６から出力される注目地点の更新
データを無視する。注目地点設定部１１１は探索部１０
６からフレーム番号Ｍ＋１以降の注目地点の更新データ
が入力された時点で、解析部１０７へ制御信号と注目地
点の初期値（フレーム番号Ｍの注目地点。すなわち使用
者が設定した注目地点の座標）を送信して今まで解析部
１０７が蓄積していた移動ベクトルを消去させて、使用
者が設定した注目地点の座標を初期値とする軌跡画像を
作成させるようにする。

【００５６】注目地点が２以上ある場合について説明す
る。プローブ駆動・エコー信号処理部１０２は注目地点
設定部１１１から注目地点の座標を読み出す時に注目地
点の個数を調べてから全注目地点の座標を読み出す（こ
こでは注目地点が２つの場合を例にとる）。プローブ駆
動・エコー信号処理部１０２は２つの注目地点の座標と
１回の速度検出スキャンの範囲を比較して、一回の速度
検出スキャン範囲内でカバーできる場合は、注目地点の
座標の平均座標を計算してスキャン範囲を決定する。速
度検出スキャン範囲でカバーできない場合は、速度検出
スキャン範囲を半分にして各注目地点ごとにスキャンを
行う。ただし、分割数が増えるとスキャン範囲が狭くな
り過ぎて、マッチング処理の精度が悪くなるので、空間
的な分割は３分割までとし、これ以上の分割が必要な場
合は時間的な分割を行う（例えば１フレームおきにスキ
ャンを行うようにする）。これにより注目地点が複数存
在する場合でも追跡が可能である。

【００５７】本実施形態では注目地点の座標データを超
音波診断装置内でのみ利用したが、制御部１０８に注目
地点の座標データを外部に順次出力する端子（図示せ
ず）を設けておき、ワークステーション等でも座標デー
タを蓄積し解析できるようにしておくと一層良い。こう
することで、座標データを外部のワークステーション等
に記録しておいて過去に取得したデータと比較すること
が可能なので、診断を行う際に有用である。

【００５８】以上、本発明の第２の実施形態によれば、
ドップラー速度を用いてブロックマッチング処理を行う
範囲を限定しているので、注目地点の移動先の座標を精
度を落とさずに従来より高速に求めることができる。

【００５９】また、使用者が設定した注目地点を自動的
に追跡して注目地点の軌跡を描くことが可能なので、従
来より運動の様子を詳細に調べることができる。

【００６０】（第３の実施形態）図１０を用いて本発明
の第３の実施形態の超音波診断装置を説明する。本実施
形態の超音波診断装置は心臓を撮像し、心臓組織のう
ち、本装置の使用者が設定した注目地点の速度の時間変
化をグラフとして表現する装置である。

【００６１】本実施形態の超音波診断装置は、（１）心
臓組織のＢモード画像の取得及び心臓組織各点の超音波
ビームの進行方向成分の速度（ドップラー速度）の検出
のために心臓組織に超音波ビームを発射してエコー信号
を受け取る処理と、（２）エコー信号からＢモード画像
を取得する処理と、（３）エコー信号のドップラーシフ
トを検出して心臓組織各点のドップラー速度を求める処
理と、（４）ブロックマッチングで心臓組織各点のうち
本装置の使用者が設定した注目地点の移動先の座標を求
めて移動ベクトルを求める処理と、（５）移動ベクトル
から速度を求めてこれを順次蓄積し、速度ベクトルの時
間変化グラフを生成して、Ｂモード画像とともに表示す
る処理とを行う。

【００６２】上記処理を行うために、本実施形態の超音
波診断装置は超音波プローブ１０１とプローブ駆動・エ
コー信号処理部１０２とＢモード用ＤＳＣ（デジタルス
キャンコンバータ）部１０３と、フレームメモリ１０４
と、速度検出部１０５と、探索部１０６と、解析部１０
７と、制御部１０８と、注目地点設定部１１１と、表示
部１１０から構成される。以下の説明では、第２の実施
形態の超音波診断装置と機能、構成が同一の部分につい
ては説明を省略する。また、以下は注目地点が１つの場
合について説明する。

【００６３】探索部１０６は、注目地点設定部１１１か
ら注目地点座標を読み込み、注目地点の移動先の座標を
求める。第１の実施形態と同様にして探索範囲を限定
し、ブロックマッチング法でＮ＋１フレーム目の画像の
探索範囲との比較を行い数１に基づいて計算した相互相
関値が最も高い地点を移動先とする。尚、マッチング単
位となるブロックは16×16画素の正方形の領域である。

【００６４】探索部１０６は、フレーム番号Ｎ＋１と注
目地点の移動先の座標を注目地点設定部１１１に出力
し、さらに、注目地点の移動元と移動先の座標から注目
地点の移動ベクトルを計算して、移動ベクトルとフレー
ム番号Ｎを解析部１０７へ出力する。

【００６５】解析部１０７は、探索部１０６から受け取
った注目地点の移動ベクトルをフレーム間時間間隔Δｔ
で除して速度ベクトルを求める。フレーム番号Ｎと求め
た速度ベクトルは解析部１０７の内部で順次蓄積してお
く。また、これまでに蓄積してきた注目地点の速度ベク
トルを用いて注目地点の速度の時間変化を表すグラフを
作成する。作成したグラフはフレーム番号Ｎとともに制
御部１０８へ出力する。

【００６６】制御部１０８は、解析部１０７からのフレ
ーム番号Ｎに対応するＢモード画像をフレームメモリ１
０４から読み込み、Ｎ−１フレーム目の画像を表示して
からフレーム間時間間隔Δｔ経過後に、ＧＵＩ上に設け
た画像表示部分を更新する。制御部１０８は、解析部１
０７で生成した注目地点の速度の時間変化グラフをＧＵ
Ｉ上に合成する。制御部１０８は、注目地点設定部１１
１からＮフレーム目の注目地点の座標を読み込んで注目
地点を表すマークを生成し、ＧＵＩ上の画像表示部分の
Ｂモード画像と合成する。本装置の使用者は、制御部１
０８に接続されたポインティングデバイスを用いてこの
マークを動かすことで、注目地点をインタラクティブか
つリアルタイムに設定することができる。

【００６７】制御部１０８は、本装置の使用者によるマ
ークの移動を検出した場合は、新たなマークに対応する
注目地点の座標を注目地点設定部１１１に出力する。

【００６８】また、制御部１０８は、使用者がＧＵＩ上
で設定した関心速度帯を注目地点設定部１１１に出力
し、注目地点設定部１１１は注目地点設定部１１１が記
憶している関心速度帯を更新する。

【００６９】表示部１１０は制御部１０８で生成したＧ
ＵＩを画面上に表示する。

【００７０】注目地点設定部１１１は、探索部１０６か
らのフレーム番号及び注目地点の座標を順次記憶する。
プローブ駆動・エコー信号処理部１０２及び探索部１０
６が注目地点の座標データを注目地点設定部１１１から
読み込もうとした場合に、プローブ駆動・エコー信号処
理部１０２及び探索部１０６がそれぞれ示したフレーム
番号に対応する注目地点の座標のデータを提供する。こ
れにより、時々刻々移動する注目地点を自動的に追跡す
ることが可能となっている。

【００７１】尚、注目地点設定部１１１は、制御部１０
８から新たな注目地点の座標が入力された場合（すなわ
ち使用者が注目地点を変更した場合）は、入力直後にス
キャンするフレームから注目地点の変更を反映させる。
具体的には、注目地点設定部１１１で順次記憶した注目
地点の座標全てを制御部１０８からの新しい注目地点の
座標で更新する。更新後に最初にプローブ駆動・エコー
信号処理部１０２が参照した注目地点の座標に関連付け
られたフレーム番号（Ｍとする）を記憶しておき、フレ
ーム番号Ｍまでの注目地点の座標に関しては、注目地点
設定部１１１は探索部１０６から出力される注目地点の
更新データを無視する。注目地点設定部１１１は探索部
１０６からフレーム番号Ｍ＋１以降の注目地点の更新デ
ータが入力された時点で、解析部１０７へ制御信号を送
信して今まで解析部１０７が蓄積していた速度ベクトル
を消去させて、新たに速度の時間変化グラフを作成させ
る。

【００７２】本実施形態では注目地点の速度ベクトルデ
ータを超音波診断装置内でのみ使用したが、制御部１０
８に注目地点の速度ベクトルを外部に順次出力する端子
（図示せず）を設けておき、ワークステーション等でも
速度ベクトルを蓄積し解析できるようにしておくと一層
良い。こうすることで、過去のデータとの対比が容易に
なるので、診断を行う上で有用となる。

【００７３】以上、本発明の第３の実施形態によれば、
注目地点のフレーム間での移動ベクトルを求め、これを
もとに速度ベクトルを算出しているので、注目地点の速
度を精度良くかつ従来よりも高速に求めることができ
る。さらに、使用者が設定した注目地点を自動的に追跡
して速度検出スキャンの範囲を設定するので、従来より
速度検出スキャン範囲を狭くすることが可能であり、ス
キャン間隔を短くして速度変化を詳細に調べるという使
い方も可能となっている。

【００７４】

【発明の効果】以上、本発明によれば対象物の本来の２
次元または３次元運動を精度良く高速に追跡することが
でき、２次元または３次元の移動ベクトル及び速度ベク
トルを得ることが可能となる。このことにより、対象物
の運動をより正確にとらえることができ、医用分野にお
いてはより早くかつ正確な診断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の構成を説明するブ
ロック図。

【図２】 ドップラーシフトから算出した速度から推測
される実際の速度の候補を示す図（探索範囲の第１の設
定例）。

【図３】 探索範囲の第２の設定例。

【図４】 探索範囲の第３の設定例。

【図５】 （ａ）ブロックマッチング処理におけるＮフ
レーム目の扱いを説明する図。（ｂ）ブロックマッチン
グ処理におけるＮ＋１フレーム目の扱いを説明する図。

【図６】 ３次元走査を行っている際に３次元速度を求
める場合の探索範囲の第１の設定例。

【図７】 ３次元走査を行っている際に３次元速度を求
める場合の探索範囲の第２の設定例。

【図８】 注目地点の移動先座標の算出処理及び算出し
た移動先座標の利用例を説明するフローチャート。

【図９】 本発明の第２の実施形態の構成を説明するブ
ロック図。

【図１０】 本発明の第３の実施形態の構成を説明する
ブロック図。

【図１１】 ドップラーシフトから算出した速度と実際
の速度の違いを説明する図。

【符号の説明】

１０１ 超音波プローブ １０２ プローブ駆動・エコー信号処理部 １０３ Ｂモード用ＤＳＣ部 １０４ フレームメモリ １０５ 速度検出部 １０６ 探索範囲算出部 １０７ トラッキング部 １０８ 制御部 １０９ 速度スキャン範囲設定部 １１０ 表示部 １１１ 注目地点設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 BB13 CC02 DD02 DD06 EE10 EE11 JB28 JC20 KK02 KK23 KK30 LL03 4C601 BB03 DD26 DE01 EE07 EE09 JB34 JB41 JB43 JC37 KK02 KK12 KK18 KK20 KK31 LL01 LL02 LL04 5B057 AA07 BA05 DA07 DB02 DB05 DB09 DC34

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に超音波ビームを発射してエコー信
   号を受信する走査部と、前記エコー信号からフレーム単
   位の被検体画像を順次生成して出力する画像生成部と、
   前記エコー信号の周波数偏移を検出して被検体各点の超
   音波ビーム進行方向成分の速度であるドップラー速度を
   検出する速度検出部と、前記被検体画像及び被検体各点
   の前記ドップラー速度を順次記憶しておくフレームメモ
   リと、第Ｎフレーム（Ｎは自然数）内の被検体各点の移
   動先を第Ｎ＋ｎフレーム（Ｎ、ｎともに自然数）内で探
   索して移動先の座標データを求める探索部と、前記被検
   体画像を表示する表示部と、前記移動先の座標データを
   外部に順次出力する運動情報出力部とを有し、前記探索
   部は、前記第Ｎ＋ｎフレーム内での移動先の探索を行う
   範囲を、第Ｎフレームの被検体各点について検出した前
   記ドップラー速度によって限定される領域に設定するこ
   とを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】第Ｎフレームの被検体各点の座標データと
   これらの移動先の座標データを用いて第Ｎフレーム目の
   被検体各点における速度ベクトルを算出する速度ベクト
   ル算出部を有し、前記運動情報出力部は前記速度ベクト
   ルを外部に順次出力することを特徴とする請求項１記載
   の超音波診断装置。
3. 【請求項３】被検体に超音波ビームを発射してエコー信
   号を受信する走査部と、前記エコー信号からフレーム単
   位の被検体画像を順次生成して出力する画像生成部と、
   前記エコー信号の周波数偏移を検出して被検体各点の超
   音波ビーム進行方向成分の速度であるドップラー速度を
   検出する速度検出部と、前記被検体画像及び被検体各点
   の前記ドップラー速度を順次記憶しておくフレームメモ
   リと、第Ｎフレーム内の被検体各点の移動先を第Ｎ＋ｎ
   フレーム内で探索して移動先の座標データを求める探索
   部と、第Ｎフレームの被検体各点の座標データとこれら
   の移動先の座標データを用いて第Ｎフレーム目の被検体
   各点における速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出
   部と、前記第Ｎフレーム目の被検体各点における速度ベ
   クトルを用いて第Ｎフレーム目の被検体画像を加工して
   表示画像を生成する表示画像生成部と、前記表示画像を
   表示する表示部とを有し、前記探索部は、前記第Ｎ＋ｎ
   フレーム内での移動先の探索を行う範囲を、第Ｎフレー
   ムの被検体各点について検出した前記ドップラー速度に
   よって限定される領域に設定することを特徴とする超音
   波診断装置。
4. 【請求項４】関心領域を設定する関心領域設定部を備
   え、前記探索部で求めた第Ｎフレーム目の被検体各点の
   移動先の座標データから、前記関心領域の移動先に対応
   する座標データを抽出して第Ｎ＋ｎフレーム目の関心領
   域を設定し、前記第Ｎ＋ｎフレーム目の関心領域の座標
   データに基づいて第Ｎ＋ｎ＋１フレーム目に対する前記
   走査部による走査範囲を制御することを特徴とする請求
   項１乃至請求項３記載の超音波診断装置。
5. 【請求項５】被検体に超音波ビームを発射してエコー信
   号を受信する走査部と、前記エコー信号からフレーム単
   位の被検体画像を順次生成して出力する画像生成部と、
   前記エコー信号から周波数偏移を検出して被検体各点の
   超音波ビーム進行方向成分の速度であるドップラー速度
   を検出する速度検出部と、前記被検体画像と前記ドップ
   ラー速度を順次記憶しておくフレームメモリと、関心領
   域を設定する関心領域設定部と、第Ｎフレーム目の関心
   領域の移動先を第Ｎ＋ｎフレーム内で探索して関心領域
   の座標データを求める探索部と、第Ｎフレーム目の関心
   領域の座標データとこの移動先の座標データを用いて第
   Ｎフレーム目の関心領域の速度ベクトルを算出する速度
   ベクトル算出部と、前記第Ｎフレーム目の関心領域の速
   度ベクトルを順次記憶しておき、前記速度ベクトルの時
   間変化を表す速度変化画像を生成する速度ベクトル解析
   部と、前記速度変化画像と前記被検体画像とを表示する
   表示部とを有し、前記探索部は、第Ｎ＋ｎフレーム内の
   探索範囲を第Ｎフレームについて検出した超音波ビーム
   進行方向成分の速度によって限定される領域に設定し、
   前記関心領域設定部は、第Ｎフレーム目の関心領域の移
   動先の座標データに基づいて第Ｎ＋ｎフレーム目の関心
   領域を設定することを特徴とする超音波診断装置。
6. 【請求項６】被検体に超音波ビームを発射してエコー信
   号を受信する走査部と、前記エコー信号からフレーム単
   位の被検体画像を順次生成する画像生成部と、前記エコ
   ー信号から周波数偏移を検出して被検体各点の超音波ビ
   ーム進行方向成分の速度であるドップラー速度を検出す
   る速度検出部と、前記被検体画像と前記ドップラー速度
   とを順次記憶しておくフレームメモリと、関心領域を設
   定する関心領域設定部と、第Ｎフレーム目の関心領域の
   移動先を第Ｎ＋ｎフレーム内で探索して座標データを求
   める探索部と、前記関心領域設定部で設定された関心領
   域の座標データの初期値と探索部で求めた前記第Ｎ＋ｎ
   フレーム目の関心領域の移動先の座標データを順次記憶
   しておき、関心領域の移動した軌跡を生成する軌跡生成
   部と、前記軌跡と前記被検体画像とを表示する表示部と
   を有し、前記探索部は、第Ｎ＋ｎフレーム内の探索範囲
   を第Ｎフレームについて検出した超音波ビーム進行方向
   成分の速度によって限定される領域に設定し、前記関心
   領域設定部は、第Ｎフレーム目の関心領域の移動先の座
   標データに基づいて第Ｎ＋ｎフレーム目の関心領域を設
   定することを特徴とする超音波診断装置。
7. 【請求項７】前記関心領域設定部は、第Ｎ＋ｎフレーム
   目の関心領域の座標データに基づいて第Ｎ＋ｎ＋１フレ
   ーム目に対する前記走査部による走査範囲を制御するこ
   とを特徴とする請求項５乃至請求項６記載の超音波診断
   装置。