JP2005034342A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに格別の負担を生じさせずに、血流方向の真の血流速度を簡便に求める。
【解決手段】血管壁変位計測ビーム４０は、血管１４の血管壁４４に対して垂直に交差するように、その偏向角度φが設定される。血流速計測用ビーム方向設定部は、血管１４の前壁４６の位置と後壁４８の位置に基づいて、中点５０の位置を演算し、流速計測ビーム４２が中点５０を通過するように、偏向角度ξを設定する。交差角度演算部は、偏向角度φと偏向角度ξとから、θ＝９０−｜φ｜−｜ξ｜の関係に基づいて、流速計測ビーム４２の血流に対する交差角度θを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に血流速度を計測する超音波診断装置に関する。

例えば、下記の特許文献１には、血流速度を計測する超音波診断装置が開示されている。この装置によれば、血管に対して直交するように第１ビームが設定され、その第１ビーム上において血管の前壁及び後壁に対するトラッキング、つまり微小変位計測が開始される。一方、前壁と後壁の中点を交差するようにドプラ計測用の第２ビームが自動的に設定され、その第２ビーム上で血流速度が計測される。そして、微小変位計測により得られた血管径及び血流速度から、循環動態指標としてのウエーブインテンシティが演算されている。なお、その図７には、２ビーム同時形成技術によって血流の速度ベクトルを演算することが示されている。

特開２００１−２１８７６８号公報

ドプラ法により血流速度を計測する超音波診断装置において、ドプラ情報から直接計測できる速度情報は、ドプラ計測用ビーム方向の血流速度情報である。つまり、血流方向に対して、斜めに交差するドプラ計測用ビーム方向の血流速度成分が計測される。従って、血流方向の血流速度を計測するためには、ドプラ計測用ビームと血流との交差角度を利用して、ビーム方向の血流速度成分から血流方向の真の血流速度を導出することが望ましい。しかし、特許文献１には、ドプラ計測用ビーム（第２ビーム）と血流との交差角度から、血流速度を導出することについては記載されていない。

血流方向の真の血流速度を計測するために、ドプラ計測用ビームと血流との交差角度を求める際、ディスプレイに表示される断層画像上において、ユーザが交差角度を計測する手法が知られている。但しこの手法の場合、ユーザによる繁雑な操作が必要となる。

そこで、本発明は、ユーザに格別の負担を生じさせずに、血流方向の真の血流速度を簡便に求めることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、血管に対して所定角度で交差する第１ビームを設定する第１ビーム設定手段と、前記第１ビームによって特定される血管内の基準点を通過し、且つ、前記血管内の血流に対して斜めから交差する第２ビームを設定する第２ビーム設定手段と、前記第２ビームによって取得されるドプラ情報に基づいて、前記第２ビーム方向の血流速度成分を演算する速度成分演算手段と、前記第１ビームの血管に対する交差角度、前記第１ビームの偏向角度および前記第２ビームの偏向角度に基づいて、前記第２ビームの血流に対する交差角度を演算する角度演算手段と、前記血流速度成分および前記第２ビームの血流に対する交差角度に基づいて、血流速度を演算する速度演算手段と、を有するものとする。

上記構成によれば、角度演算手段において、第２ビームの血流に対する交差角度が演算され、速度演算手段において、その交差角度と血流速度成分とに基づいて血流速度が演算されるため、ユーザに格別の負担を生じさせずに、血流方向の真の血流速度を簡便に求めることができる。

望ましくは、前記第１ビームは、血管壁変位計測用のビームであって、その第１ビーム上において血管の前壁位置および後壁位置が特定され、前記血管内の基準点は、前記前壁位置および後壁位置に基づいて設定されるものとする。さらに望ましくは、前記血管の前壁位置および後壁位置は、血管壁の運動に追従して特定されるものとする。

また望ましくは、前記第２ビーム設定手段は、前記第２ビームの血流に対する交差角度が所定角度以下になるように、前記第２ビームの偏向角度を設定するものとする。また望ましくは、前記第１ビーム上において特定される血管の前壁位置および後壁位置に基づいて、血管径を演算する血管径演算手段と、前記血管径および前記血流速度に基づいて、血流に関する評価値を演算する評価値演算手段と、をさらに有するものとする。また望ましくは、前記速度成分演算手段は、前記血管内における前記第２ビーム上の各位置ごとに、前記血流速度成分を演算し、前記速度演算手段は、前記各位置に対応する血流速度成分に基づいて、前記各位置ごとに血流速度を演算するものとする。

本発明に係る超音波診断装置により、ユーザに格別の負担を生じさせずに、血流方向の真の血流速度を簡便に求めることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の好適な実施形態である超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。図１において、プローブ１０は、超音波パルスの送波及びエコーの受波を行う超音波探触子である。このプローブ１０は、複数のアレイ振動子を有しており、そのアレイ振動子の電子走査によって超音波ビームが電子的に走査される。その電子走査方式としては、例えば電子リニア走査や電子セクタ走査などを挙げることができる。本実施形態に係る超音波診断装置は、血管１４の性状を計測する機能を有しており、その計測にあたっては、血管１４の中心軸に超音波ビームの走査によって形成される走査面が一致するようにプローブ１０の生体表面１２への当接位置や当接姿勢が手操作によって調整される。

送受信部１６は、プローブ１０に対して送信信号を供給し、また、プローブ１０からの受信信号に対して増幅や整相加算などの処理を行う。送受信部１６の動作は送受信制御部１８によって制御されている。

送受信制御部１８は、送信ビームの形成及び受信ビームの形成を行うための送受信制御を実行する。この送受信制御部１８は、後に説明するように、血管壁変位計測用ビーム方向設定部２において設定される偏向角度に基づいて、血管壁変位計測用の超音波ビーム（血管壁変位計測ビーム）を形成し、また、血流速計測用ビーム方向設定部４において設定される偏向角度に基づいて、血流速計測用の超音波ビーム（流速計測ビーム）を形成する。

ここで、図２を利用して、血管壁変位計測ビームおよび流速計測ビームの偏向角度について説明する。血管壁変位計測ビーム４０は、血管１４の血管壁４４に対して垂直に交差するように、その偏向角度φが設定される。偏向角度φはプローブ１０の振動子面の法線に対するビーム角度である。偏向角度φは、血管壁変位計測用ビーム方向設定部２（図１）において設定される。血管壁変位計測用ビーム方向設定部２は、例えば、ユーザが表示部３６（図１）に表示される画像を見ながらトラックボールなどのポインティングデバイスを利用して指定するビーム方向に基づいて、偏向角度φを設定する。もちろん、血管壁変位計測用ビーム方向設定部２自身が、例えば、公知の手法等を利用して、偏向角度φを自動設定してもよい。

流速計測ビーム４２は、血管１４内の血流に対して、斜めから交差するように、その偏向角度ξが設定される。偏向角度ξはプローブ１０の振動子面の法線に対するビーム角度である。偏向角度ξは、血流速計測用ビーム方向設定部４（図１）において設定される。血流速計測用ビーム方向設定部４は、後に説明する変位演算部２６から出力される血管１４の前壁４６の位置と後壁４８の位置とに基づいて、中点５０の位置を演算し、流速計測ビーム４２が中点５０を通過するように、流速計測ビームを設定する。なお、中点５０は、前壁４６の位置と後壁４８の位置とに基づいて決定される位置の一例にすぎない。例えば、中点５０の代わりに、前壁４６の位置そのものや後壁４８の位置そのものを利用してもよく、あるいは、前壁４６と後壁４８との間の任意の点を利用してもよい。

図１に戻り、変位演算部２６は、血管壁の位置の変位、具体的にはプローブ１０から見た手前側にある前壁４６（図２）の位置と、プローブ１０から見て奥側にある後壁４８（図２）の位置を演算するものである。変位演算部２６で演算された前壁４６と後壁４８の位置情報は、血流速計測用ビーム方向設定部４において、偏向角度ξの設定に利用される。また、変位演算部２６は、前壁４６の位置と後壁４８の位置とから血管径を演算する機能も有している。

この際、変位演算部２６は、血管壁変位計測ビーム４０（図２）上において、血管壁の位置をトラッキングしている。血管壁の位置は、エコーデータのレベルを所定の閾値とを比較することによって特定され、エコーデータの信号の位相の変化を追従検出することによって、血管壁の変位がトラッキングされている。これ自体は公知の手法である。

速度成分演算部２８は、流速計測ビーム４２（図２）上における血管１４内のエコーデータからドプラ情報を抽出し、抽出したドプラ情報に基づいて血流速度成分を演算する。血流速度演算部３０は、速度成分演算部２８において演算される血流速度成分と、交差角度演算部６において演算される流速計測ビーム４２と血流との交差角度とから、血流速度を演算する。

ここで、図２を利用して、血流速度の演算について説明する。なお、以下の説明において図１に記載した部分には図１の符号を付して説明する。ドプラ法により直接計測できる速度情報は、ドプラ情報を取得するビーム方向の速度成分である。つまり、流速計測ビーム４２において取得される血流の速度情報は、流速計測ビーム４２方向の血流速度成分Ｖｒである。流速計測ビーム４２は、血管１４内の血流に対して斜めから交差するように設定されている。このため、血流速度成分Ｖｒに基づいて、血流の方向での速度である血流速度Ｖを演算するためには、流速計測ビーム４２の血流に対する交差角度θが必要になる。この交差角度θは、交差角度演算部６において次のように演算される。

血管壁変位計測ビーム４０は、血管１４の血管壁４４に対して垂直に交差するように、その偏向角度φが設定されている。一方、流速計測ビーム４２は、血管壁変位計測ビーム４０上の中点５０を通過するように、その偏向角度ξが設定されている。つまり、交差角度θは、θ＝９０−｜φ｜−｜ξ｜の関係を満たしている。交差角度演算部６は、血管壁変位計測用ビーム方向設定部２において設定される偏向角度φと、血流速計測用ビーム方向設定部４において設定される偏向角度ξとから、θ＝９０−｜φ｜−｜ξ｜の関係に基づいて、交差角度θを算出する。

交差角度θが算出されると、血流速度Ｖは、Ｖ＝Ｖｒ／ｃｏｓθの関係から算出できる。つまり、血流速度演算部３０は、速度成分演算部２８において演算される血流速度成分Ｖｒと、交差角度演算部６において演算される交差角度θとから、血流速度Ｖを算出する。

血流速度Ｖは、血管４４内における流速計測ビーム４２上の各位置ごとに算出することが可能である。つまり、血流速度成分Ｖｒとして、流速計測ビーム４２上の各位置ごとにその速度成分を取得し、各速度成分ごとに、Ｖ＝Ｖｒ／ｃｏｓθの関係から血流速度を算出することができる。例えば、中点５０を含む範囲にサンプルゲートを設定し、サンプルゲート内の各位置において速度成分を取得し、その平均値から、サンプルゲート内の平均血流速度を算出することなども可能である。

図１に戻り、評価値演算部３４は、変位演算部２６で演算された血管径と、血流速度演算部３０で演算された血流速度から、血管機能に関する評価値を演算する。評価値として好適なものは、前記特許文献１に開示されているウエーブインテンシティである。つまり、評価値演算部３４は、変位演算部２６から出力される血管径に基づく血管径の時間変化波形に対して単位変換を実行して血圧波形を形成し、その血圧波形の時間微分を実行するとともに、血流速度演算部３０から出力される血流速度の時間変化波形の時間微分を実行し、血圧の微分結果および血流速度の微分結果を乗算することによりウエーブインテンシティを求める。

評価値演算部３４にて演算されたウエーブインテンシティの値は表示処理部２４に出力される。表示処理部２４には、断層画像形成部２２で形成された断層画像の画像情報が取り込まれており、表示処理部２４は、血管１４の断層画像とウエーブインテンシティの時間波形を表示部３６に表示する。

次に、図３を利用して、本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明する。なお、図１および図２に記載した部分については、図１および図２の符号を付して説明する。

始めに、ユーザによりプローブ１０の当接位置や当接姿勢が手動操作によって調整され、表示部３６に血管の断層画像が表示される（Ｓ１０１）。次に、血管壁変位計測ビーム４０が、血管壁４４に対して垂直に交差するように設定される（Ｓ１０２）。血管壁変位計測ビーム４０の偏向角度φは、ユーザが表示部３６に表示される断層画像を見ながら指定するビーム方向に基づいて決定される。

次に、ユーザにより、前壁４６および後壁４８のそれぞれの位置にトラッキングポイントが設定され（Ｓ１０３）、変位演算部２６は、設定されたトラッキングポイントに基づいて、血管壁変位計測ビーム４０上において、血管壁の位置をトラッキングする（Ｓ１０４）。そして、血流速計測用ビーム方向設定部４は、前壁４６の位置と後壁４８の位置に基づいて、中点５０の位置を演算し（Ｓ１０５）、流速計測ビーム４２が中点５０を通過するように、流速計測ビーム４２を仮設定する（Ｓ１０６）。

流速計測ビーム４２が仮設定されると、その際の偏向角度ξと、Ｓ１０２で設定された血管壁変位計測ビーム４０の偏向角度φとから、交差角度演算部６において交差角度θが演算される。但し、血流速度をより正確に計測するためには、交差角度θが小さいことが望ましい。そこで、交差角度θが所定の角度以下（例えば６０°以下）になるように、流速計測ビーム４２の偏向角度ξが修正される（Ｓ１０７）。偏向角度ξの修正は、表示部３６に表示される流速計測ビーム４２を見ながら、ユーザがビーム方向を指定することで実施される。あるいは、血流速計測用ビーム方向設定部４が、交差角度演算部６から出力される交差角度θを参照して自動設定してもよい。

次に、修正された流速計測ビーム４２に対応する偏向角度ξから、交差角度演算部６において、θ＝９０−｜φ｜−｜ξ｜の関係から交差角度θが算出される（Ｓ１０８）。そして、血流速度演算部３０において、Ｖ＝Ｖｒ／ｃｏｓθの関係から血流速度Ｖが演算され（Ｓ１０９）、評価値演算部３４において、血管径と血流速度に基づく評価値であるウエーブインテンシティが演算される（Ｓ１１０）。

以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上述の実施の形態と同様な手法により血流方向の真の血流速度を演算し、血流速度に対応する色を血管の断層画像上に表示させる、いわゆるカラードプラ機能に応用することも可能である。また、血流方向の真の血流速度についての経時変化のグラフ表示や、血流速度の数値表示などを行ってもよい。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 血管壁変位計測ビームおよび流速計測ビームの偏向角度、および、血流速度の演算を説明するための図である。 本実施形態に係る超音波診断装置の動作例を説明するための図である。

符号の説明

２ 血管壁変位計測用ビーム方向設定部、４ 血流速計測用ビーム方向設定部、６ 交差角度演算部、２６ 変位演算部、２８ 速度成分演算部、３０ 血流速度演算部、３４ 評価値演算部。

Claims (6)

1. 血管に対して所定角度で交差する第１ビームを設定する第１ビーム設定手段と、
   前記第１ビームによって特定される血管内の基準点を通過し、且つ、前記血管内の血流に対して斜めから交差する第２ビームを設定する第２ビーム設定手段と、
   前記第２ビームによって取得されるドプラ情報に基づいて、前記第２ビーム方向の血流速度成分を演算する速度成分演算手段と、
   前記第１ビームの血管に対する交差角度、前記第１ビームの偏向角度および前記第２ビームの偏向角度に基づいて、前記第２ビームの血流に対する交差角度を演算する角度演算手段と、
   前記血流速度成分および前記第２ビームの血流に対する交差角度に基づいて、血流速度を演算する速度演算手段と、
   を有する超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置であって、
   前記第１ビームは、血管壁変位計測用のビームであって、その第１ビーム上において血管の前壁位置および後壁位置が特定され、
   前記血管内の基準点は、前記前壁位置および後壁位置に基づいて設定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置であって、
   前記血管の前壁位置および後壁位置は、血管壁の運動に追従して特定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１に記載の超音波診断装置であって、
   前記第２ビーム設定手段は、前記第２ビームの血流に対する交差角度が所定角度以下になるように、前記第２ビームの偏向角度を設定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項２に記載の超音波診断装置であって、
   前記第１ビーム上において特定される血管の前壁位置および後壁位置に基づいて、血管径を演算する血管径演算手段と、
   前記血管径および前記血流速度に基づいて、血流に関する評価値を演算する評価値演算手段と、
   をさらに有する、ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１に記載の超音波診断装置であって、
   前記速度成分演算手段は、前記血管内における前記第２ビーム上の各位置ごとに、前記血流速度成分を演算し、
   前記速度演算手段は、前記各位置に対応する血流速度成分に基づいて、前記各位置ごとに血流速度を演算する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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