JP2005185763A

JP2005185763A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2005185763A
Application number: JP2003434645A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Motokawa; 勝史本川
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4230904B2

Abstract

【課題】血流速度を演算する改良された超音波診断装置を提供する。
【解決手段】血流速度成分演算部２０は、計測ビーム上における血管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。血流角度演算部２２は、計測ビームのうちの２本の角度計測ビームから得られる各角度計測ビーム方向における血流の速度成分と各角度計測ビームの偏向角度から血流角度を演算する。送受信制御部１４は、血流角度演算部２２から取得した血流角度に基づいて、血流に対してより小さい角度で交差する速度計測ビームを形成する。血流速度成分演算部２０は、速度計測ビームから得られる血流の速度成分を演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波の送受波により血流速度を演算する超音波診断装置に関する。

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。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設定する手法が知られている。しかし、この手法ではユーザによる繁雑な操作が必要となる。

ユーザによる交差角度の設定操作を回避するために、２本のドプラ計測用ビームを利用して血流方向の真の血流速度を演算する手法も存在する（例えば、特許文献１など）。この手法では、２本のドプラ計測用ビームの各々の方向における血流速度成分と２本のドプラ計測用ビーム間の角度から、真の血流速度が演算される。

特開平４−９２６４９号公報

一方、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、血管のＢモード画像と血流速度結果を反映させたドプラ波形とを同時表示する手法が知られている。この場合、Ｂモード画像を形成するための超音波ビームの送受波と血流速度を計測するための超音波ビームの送受波とを時分割で行う、いわゆる時分割スキャンが実行される。

ところが、特許文献１のようにドプラ計測用ビームを２本用いる場合、時分割スキャンにおいて血流速度を計測する際にビーム２本分の送受波時間が必要となる。このため、ビーム１本で血流速度を計測する場合に比べて、速度計測用のビーム１本分のスキャン時間を短くする、あるいは、Ｂモード画像用のスキャン時間を短くするなどの犠牲が強いられる。

そこで本発明は、血流速度を演算する改良された超音波診断装置を提供す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、血流に対して超音波を送受波する送受波部と、前記送受波部を制御して、互いに異なる偏向角度による少なくとも２本の角度計測ビームを形成する送受制御部と、前記少なくとも２本の角度計測ビームによって取得されるドプラ情報に基づいて、各角度計測ビーム方向における前記血流の速度成分を演算する速度成分演算部と、前記各角度計測ビーム方向の速度成分を利用して、前記血流の血流角度を演算する血流角度演算部と、を有し、前記送受制御部は、前記演算された血流角度に基づいて、前記血流に対してより小さい角度で交差する速度計測ビームを形成する、ことを特徴とする。

この構成によれば、速度計測ビームが血流に対してより小さい角度で交差するため、比較的大きな速度成分を取得することができ、より高い精度で速度成分の計測が可能になる。しかも、血流角度が演算されているため、１本の速度計測ビームに関する速度成分から血流方向の真の血流速度を求めることが可能になる。なお、速度計測ビームは、血流の速度成分の計測値がより大きいビームとして形成されてもよい。

望ましくは、前記送受制御部は、各振動素子ごとの遅延時間データを含むフォーカステーブルを利用して、前記少なくとも２本の角度計測ビームを形成することを特徴とする。なお、速度計測ビームを形成する際にフォーカステーブルを利用してもよい。望ましくは、前記送受制御部は、開口内における各振動素子ごとの遅延時間データであって各偏向角度ごとの遅延時間データを含むフォーカステーブルを利用して、開口位置を制御することにより、所定の偏向角度で計測ポイントを通る前記少なくとも２本の角度計測ビームを形成する、ことを特徴とする。

望ましくは、前記速度計測ビームは、前記少なくとも２本の角度計測ビームの中から選択される、ことを特徴とする。望ましくは、前記送受制御部は、偏向角度が互いに対称関係にある２本の角度計測ビームを形成する、ことを特徴とする。

本発明により血流速度を演算する改良された超音波診断装置を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成図である。

プローブ１０は、超音波パルスを送受波してエコーデータを取得する超音波探触子である。このプローブ１０は、複数の振動素子を有しており、電子走査によって超音波ビームが走査される。電子走査方式としては、例えばリニア走査やセクタ走査などが挙げられる。本実施形態に係る超音波診断装置は、血管の性状を計測するのに適しており、計測にあたっては、超音波ビームの走査によって形成される走査面が血管を含むように、プローブ１０の生体表面への当接位置や当接姿勢が調整される。

送受信部１２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から出力される各振動素子ごとのエコーデータに対して増幅や整相加算などの処理を行う。送受信部１２の動作は送受信制御部１４によって制御される。

送受信制御部１４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。つまり、送受信制御部１４は、送受信部１２を制御して超音波ビームをステアリングさせてＢモード画像用の走査面を形成し、また、血管の血流角度を計測するための角度計測ビームや血流速度を計測するための速度計測ビームを形成する。Ｂモード画像用の超音波ビームと、計測ビーム（角度計測ビームおよび速度計測ビーム）は、時分割スキャンによって形成される。なお、計測ビームを形成する場合、ビーム角度設定部１６においてビームの偏向角度が設定され、開口位置設定部１８においてビームの開口位置が設定される。計測ビームの設定手法については、後に図３を利用して詳述する。

血流速度成分演算部２０は、計測ビーム上における血管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。ドプラ情報の抽出には従来周知の技術が利用される。つまり、血流速度成分演算部２０は、送波したパルスとその受波結果との比較からパルスに含まれる周波数成分のドプラシフトを検出し、計測ビーム方向における血流の速度成分を演算する。

血流角度演算部２２は、計測ビームのうちの角度計測ビームから得られる角度計測ビーム方向における血流の速度成分の演算結果と角度計測ビームの偏向角度から、血流角度を演算する。以下、血流角度の演算について説明する。

図２は、血流角度の演算を説明するための図であり、図２には、プローブ１０、血管４０、第１角度計測ビーム４２および第２角度計測ビーム４４の位置関係が示されている。以下、図１に示した部分には図１の符号を付して、血流角度の演算について説明する。

プローブ１０は、その送受波面が被験者の体表６０に当接され、被験者体内の血管４０に対して超音波を送受波する。図２には、送受波される超音波のうち、第１角度計測ビーム４２および第２角度計測ビーム４４の２本の計測ビームが示されている。なお、プローブ１０は、時分割スキャン走査により図示されないＢモード画像形成用の超音波ビームも形成する。

第１角度計測ビーム４２は、プローブ１０の開口Ａ５２で形成される。つまり、プローブ１０が有する複数の振動素子のうちの開口Ａ５２に含まれる複数の振動素子によって、偏向角度βで第１角度計測ビーム４２が形成される。ここで、偏向角度とは、プローブ１０の送受波面の法線ｈに対する角度であり、ビーム角度設定部１６において設定される角度である。一方、第２角度計測ビーム４４は、プローブ１０の開口Ｂ５４で形成される。つまり、開口Ｂ５４に含まれる複数の振動素子によって第２角度計測ビーム４４が形成され、その偏向角度は０度、つまり法線ｈの方向にビームが形成される。開口Ａ５２と開口Ｂ５４はオーバーラップしていてもよい。つまり、開口Ａ５２と開口Ｂ５４において振動素子が共用されてもよい。なお、偏向角度と開口の設定については、後に図３を利用して詳述する。

第１角度計測ビーム４２および第２角度計測ビーム４４は、血管４０内に設定された計測ポイント４６を通るように形成される。計測ポイント４６は、血管４０内で血流速度を計測するポイントであり、ユーザによって設定される。ユーザは、表示部３０に表示される血管４０のＢモード画像を見ながら、その画面上において、操作パネル３２を利用して計測ポイント４６を設定する。

血流角度演算部２２は、図２に示される偏向角度β、速度成分Ｙおよび速度成分Ｚから、法線ｈに対する血流の角度である血流角度αを算出する。偏向角度βは、第１角度計測ビーム４２の偏向角度であり、ビーム角度設定部１６から出力される角度設定情報から得られる。速度成分Ｙおよび速度成分Ｚは、それぞれ、第１角度計測ビーム４２方向および第２角度計測ビーム４４方向における血流の速度成分であり、血流速度成分演算部２０において演算される。

速度成分Ｚと血流速度Ｘ（血流方向の真の血流の流速）は次式の関係を満たしている。

また、速度成分Ｙと血流速度Ｘは次式の関係を満たしている。

（１）式および（２）式から次式が導かれる。

（３）式に加法定理を利用して整理すると以下のようになる。

（４）式に示されるように、偏向角度β、速度成分Ｙおよび速度成分Ｚからｔａｎαが算出され、血流角度αも算出される。また、算出された血流角度αを（１）式または（２）式に代入して、血流速度Ｘを算出することもできる。以上のようにして、血流角度演算部２２において血流角度αが算出される。

図１に戻り、送受信制御部１４は、血流角度演算部２２から取得した血流角度αに基づいて、第１角度計測ビーム（図２の符号４２）および第２角度計測ビーム（図２の符号４４）のうち、血流に対する角度が小さい方を速度計測ビームとして選択する。または、血流の速度成分の計測値が大きい方を速度計測ビームとして選択する。つまり、より速度成分の計測精度が高い計測ビームを選択する。図２の例では、第１角度計測ビーム４２と血流速度Ｘとの角度は（α−β）であり、第２角度計測ビーム４４と血流速度Ｘとの角度はαである。従って第１角度計測ビーム４２が速度計測ビームとして選択される。

速度計測ビームが設定されると、送受信制御部１４は、Ｂモード画像形成用の超音波ビームと速度計測ビームとの時分割スキャンを実行させる。また、血流速度成分演算部２０は、速度計測ビームから得られる血流の速度成分を演算する。

なお、速度計測ビームは、二つの角度計測ビームからの選択に限定されない。つまり、角度計測ビームとは異なるビームをさらに形成し、それを速度計測ビームとしてもよい。この場合、角度計測ビームよりもさらに血流に対する角度が小さいことが望ましい。

ドプラ処理部２４は、速度計測ビームにおける血流速度成分、速度計測ビームの偏向角度および血流角度から血流速度を算出する。図２の例で、第１角度計測ビーム４２が速度計測ビームとして選択された場合、速度成分Ｙが血流速度成分演算部２０で演算され、偏向角度βがビーム角度設定部１６において設定され、また、血流角度αは血流角度演算部２２で既に演算されている。ドプラ処理部２４は、前述の（２）式にこれらの値を代入して血流速度Ｘを算出する。このように、１本の速度計測ビームにより血流方向の流速が計測される。

本実施形態では、１本の速度計測ビームにより血流方向の流速が計測されるため、２本の速度計測ビームを利用する場合に比べて、パルス繰り返し周波数を高めることができる。つまり、２本の速度計測ビームを利用して時分割スキャンを行う装置の場合、速度計測用に割り当てられたスキャン時間内に２本の速度計測ビームに対して送信パルスを供給するのに対して、本実施形態では、同じスキャン時間内に１本の速度計測ビームに対してのみ送信パルスを供給すればよいためである。

パルスドプラ法により検出可能な最大検出可能流速Ｖ_maxは、パルス繰り返し周波数ＰＲＦおよび送信パルスの周波数Ｆ₀に依存して、Ｖ_max＝（ＰＲＦ×Ｃ）／４Ｆ₀となる（Ｃは音速）。つまり、パルス繰り返し周波数に依存して最大検出可能流速が定まる。本実施形態では、２本の速度計測ビームを利用する場合に比べて、パルス繰り返し周波数を高めることができるため、最大検出可能流速も高まる。

血流方向の流速が計測されると、ドプラ処理部２４は、時々刻々変化する血流速度を算出して、例えば、横軸を時刻、縦軸を血流速度とする血流速度の変化波形などのドプラ波形を形成する。そして、表示画像形成部２８は、ドプラ処理部２４で形成されたドプラ波形およびＢモード処理部２６で形成されたＢモード画像から表示画像を形成する。例えば、ドプラ波形を左側に、Ｂモード画像を右側に並置した表示画像を形成する。形成された表示画像は表示部３０に表示される。

図３は、計測ビーム（角度計測ビームおよび速度計測ビーム）の設定手法を説明するための図であり、送受信制御部で利用されるフォーカステーブルが示されている。以下、図１および図２に示した部分には図１および図２の符号を付して、計測ビームの設定手法を説明する。

フォーカステーブルは、開口内における各振動素子ごとの遅延時間が示されたテーブルであり、複数の偏向角度について各偏向角度ごとの遅延時間が示されている。図３では、横軸に振動素子番号が示され、縦軸に遅延時間が示されている。そして、遅延時間データとして、偏向角度０°フォーカス深さ５０ｍｍ（０°５０ｍｍ）７０、偏向角度０°フォーカス深さ９０ｍｍ（０°９０ｍｍ）７２、偏向角度＋５°フォーカス深さ５０ｍｍ（５°５０ｍｍ）７４、偏向角度＋５°フォーカス深さ９０ｍｍ（５°９０ｍｍ）７６の各データが示されている。

振動素子番号とは、プローブ１０内のある開口内における素子番号（例えば、開口の一方端から順次割り当てられた整数）である。また、遅延時間データの０°５０ｍｍ７０とは、偏向角度０°でフォーカス深さが５０ｍｍの計測ビームを形成する際のデータであり、ある開口内において、各振動素子番号に対応する振動素子に対して設定されるべき遅延時間が示されている。つまり、送受信制御部１４は、偏向角度、開口位置およびフォーカス点に応じて、必要な遅延時間データを利用して、各振動素子の遅延時間を設定する。

フォーカス点は、例えば、流速の計測ポイント（図２の符号４６）に設定される。ビーム角度設定部１６は、フォーカステーブルに登録されている遅延時間データから所定角度のデータ（例えば、図３の５°５０ｍｍ７４）を選択して計測ビームの偏向角度を決定する。遅延時間データが選択されると、開口位置設定部１８は、選択された遅延時間データによって形成されるビームが設定されたフォーカス点を通るように開口位置を制御する。

図４は、開口位置の制御を説明するための図である。例えば、図３の５°５０ｍｍ７４を利用して、開口位置Ｐ８０で計測ビーム８４を形成すると、計測ビーム８４（破線）が計測ポイント４６を通過しない。そこで、開口位置設定部１８は、開口位置Ｐ´８２に開口を移動させ、計測ビーム８４（実線）が計測ポイント４６を通過するように設定する。このようにして、所定の偏向角度の計測ビームが計測ポイント４６を通過するように形成される。また、開口位置設定部１８において、開口位置を移動させても計測ビームが計測ポイント４６を通過しない場合には、ビーム角度設定部１６において別の遅延時間データが選択され、新たに選択された遅延時間データで形成された計測ビームに対する開口位置制御を行う。このため、図３に示される遅延時間データ以外にも、様々な偏向角度に対応した遅延時間データを登録しておくことが望ましい。例えば、偏向角度に関して、１°ごとに−３０°から＋３０°までの遅延時間データを登録しておく。このように、予め登録された遅延時間データを利用して、比較的簡単に計測ビームを形成することができる。

図５は、角度計測ビームの別の設定例を説明するための図であり、図５には、プローブ１０、血管４０、第１角度計測ビーム４２´および第２角度計測ビーム４４´の位置関係が示されている。

図２に示したものと同様に、プローブ１０は、その送受波面が被験者の体表６０に当接され、被験者体内の血管４０に対して超音波を送受波する。第１角度計測ビーム４２´は、プローブ１０の開口Ａ５２で形成され、その偏向角度はβである。一方、第２角度計測ビーム４４´は、プローブ１０の開口Ｃ５６で形成され、その偏向角度は−βである。このようにプローブ１０の中心線９０に対して左右対称に二つの角度計測ビームが形成される。

図５に示す位置関係において、速度成分Ｚ´と血流速度Ｘ´（血流方向の真の血流の流速）は次式の関係を満たしている。

また、速度成分Ｙ´と血流速度Ｘ´は次式の関係を満たしている。

（５）式および（６）式から次式が導かれる。

（７）式に示されるように、偏向角度β、速度成分Ｙ´および速度成分Ｚ´から血流角度αが算出される。以上のようにして、血流角度演算部（図１の符号２２）において血流角度αが算出される。

図５に示されるように、二つの角度計測ビームが左右対称に形成されると、二つの角度計測ビームの形成に利用される遅延時間データについても中心線９０の位置において対称なデータを利用することができる。つまり、例えば、第１角度計測ビーム４２´の遅延時間データとして図３の偏向角度＋５°フォーカス深さ５０ｍｍ７４のデータを利用した場合、第２角度計測ビーム４４´の遅延時間データは、図３の偏向角度＋５°フォーカス深さ５０ｍｍ７４のデータを図３において左右反転させたデータとなる。このように、左右対称な二つの角度計測ビームを利用する場合、一方の角度計測ビームに対応する遅延時間データのみを登録しておくことで、反転処理により、他方の遅延時間データを得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、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。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成図である。血流角度の演算を説明するための図である。計測ビームの設定手法を説明するための図である。開口位置の制御を説明するための図である。角度計測ビームの別の設定例を説明するための図である。

符号の説明

１６ビーム角度設定部、１８開口位置設定部、２０血流速度成分演算部、２２血流角度演算部、２４ドプラ処理部。

Claims

血流に対して超音波を送受波する送受波部と、
前記送受波部を制御して、互いに異なる偏向角度による少なくとも２本の角度計測ビームを形成する送受制御部と、
前記少なくとも２本の角度計測ビームによって取得されるドプラ情報に基づいて、各角度計測ビーム方向における前記血流の速度成分を演算する速度成分演算部と、
前記各角度計測ビーム方向の速度成分を利用して、前記血流の血流角度を演算する血流角度演算部と、
を有し、
前記送受制御部は、前記演算された血流角度に基づいて、前記血流に対してより小さい角度で交差する速度計測ビームを形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
血流に対して超音波を送受波する送受波部と、
前記送受波部を制御して、互いに異なる偏向角度による少なくとも２本の角度計測ビームを形成する送受制御部と、
前記少なくとも２本の角度計測ビームによって取得されるドプラ情報に基づいて、各角度計測ビーム方向における前記血流の速度成分を演算する速度成分演算部と、
前記各角度計測ビーム方向の速度成分を利用して、前記血流の血流角度を演算する血流角度演算部と、
血流速度を演算する血流速度演算部と、
を有し、
前記送受制御部は、血流の速度成分の計測値がより大きい速度計測ビームを形成し、
前記血流速度演算部は、前記速度計測ビームを利用して得られる血流の速度成分、前記速度計測ビームの偏向角度、および、前記演算された血流角度に基づいて血流速度を演算する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
前記送受制御部は、各振動素子ごとの遅延時間データを含むフォーカステーブルを利用して、前記少なくとも２本の角度計測ビームを形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
前記送受制御部は、開口内における各振動素子ごとの遅延時間データであって各偏向角度ごとの遅延時間データを含むフォーカステーブルを利用して、開口位置を制御することにより、所定の偏向角度で計測ポイントを通る前記少なくとも２本の角度計測ビームを形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記速度計測ビームは、前記少なくとも２本の角度計測ビームの中から選択される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送受制御部は、偏向角度が互いに対称関係にある２本の角度計測ビームを形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。