JP2006181058A - 超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤモードやＭモード等の時間変化を表す波形データを表示する場合に、所望の範囲の波形データを容易かつ適切に表示させることが可能な超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法である。
【解決手段】超音波診断装置は、時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成手段と、波形データ生成手段により生成された波形データを表示させる表示器の時間枠に所望の心拍数分の波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールを設定する時間軸スケール設定手段３６とを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＤモードやＭモード等の時間変化を表す波形データを表示することが可能な超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記圧電振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像が容易に観察できるため、生体の各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。生体内の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、これらの技術を用いて得られるＢモード画像、Ｍモード画像およびカラードプラ画像は、今日の超音波画像診断において不可欠のものとなっている。

一方、被検体の任意の位置における血流速度を定量的且つ正確に得る方法としてドプラスペクトラム法がある。このドプラスペクトラム法では、被検体の同一部位に対して一定間隔で複数回の超音波送受波を行ない、血球などの移動反射体において反射した超音波反射波に対し、超音波送受波に使用した圧電振動子の共振周波数と略等しい周波数の基準信号を用いて直交位相検波しドプラ信号を検出する。そして、このドプラ信号の中から所望部位におけるドプラ信号をレンジゲートによって抽出し、更に、抽出したドプラ信号をＦＦＴ（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）分析することによってドプラスペクトラムデータを生成する。

このような手順により、被検体の所望部位から得られたドプラ信号に対してドプラスペクトラムデータを連続的に生成し、生成した複数のドプラスペクトラムデータを順次配列することによって、所謂ドプラスペクトラム画像データ（Ｄモード像）を生成する。尚、一般には、レンジゲートを被検体における所望の観測部位に正確に設定するために、レンジゲートの設定はＢモード画像観測下において行なわれ、レンジゲートの位置はＢモード画像上に表示される。

この超音波ドプラ診断装置によって得られるドプラスペクトラムデータは、一般に、縦軸に周波数（ｆ）、横軸に時間（ｔ）、各周波数成分のパワー（強さ）を輝度（階調）として生成され、このドプラスペクトラムデータに基づいて、各種の診断パラメータの計測を行なっている。

即ち、この計測法においては、まず、時間的に連続して得られるドプラスペクトラムデータの各々に対して、その周波数軸方向に分布するドプラ周波数成分の最大周波数ｆｐに対応する最大流速Ｖｐ、あるいは平均周波数ｆｃに対応する平均流速Ｖｃの位置を設定し、これら最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｃの位置の時間変化を示すトレース波形を生成する。次いで、このトレース波形において、心拍区間の1区間毎に心臓収縮期において生ずる波形ピークＰＳ（Peak of Systolic）及び心臓拡張期において生ずる波形ピークＥＤ（End of Diastolic）の検出を行なう。そして、これらのＰＳあるいはＥＤの位置情報に基づいて、血管内血流のＨＲ（Heart Rate：心拍数）を計測し、更には、ＰＳあるいはＥＤによって設定された心拍区間におけるトレース波形から末梢血管の診断パラメータであるＰＩ（Pulsatility Index）やRＩ（Resistance Index）等の計測を行なう。

尚、上述のＶｐやＶｃのトレース波形の生成、ＰＳ／ＥＤの検出、ＰＩやＲＩ等の診断パラメータの計測は、従来、フリーズされたドプラスペクトラム画像を対象としたマニュアル操作が基本であったが、近年では、リアルタイム表示されたドプラスペクトラム画像を対象としたＶｐやＶｃの自動トレースやＨＲ，ＰＩあるいはＲＩの自動計測が可能となってきている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、ＶｐやＶｃのトレース波形の生成、ＰＳ／ＥＤの検出、ＰＩやＲＩ等の診断
パラメータの自動計測等の各処理において、感度や診断部位、ノイズの影響に起因する誤動作の発生や誤った計測値の表示を回避させるための技術として、各処理に用いるパラメータを変更できるようにした超音波診断装置が考案されている（例えば、特許文献２参照）。

この超音波診断装置では、ＶｐやＶｃのトレース波形や心電波形に同期したトリガを生成し、生成された同期トリガを用いてＰＳ／ＥＤを検出する技術も考案されている。

また、関連する技術として、Ｍモード画像やスペクトラムドプラ画像等のスイープ画像を表示する場合に、心臓等の臓器の時相にあわせて表示タイミングを設定できるようにした超音波診断装置も考案されている（例えば、特許文献３参照）。
米国特許第５６２８３２１号明細書 特開２００３−２８４７１８号公報 特開２００３−５２６９２号公報

しかしながら、従来の技術では、心臓や頸動脈などの拍動血流のスペクトラム画像を表示する場合、横軸の時間軸スケールを決めるスィープ速度を、例えば１、２、４、６、８秒とする場合のように離散的にしか設定することができない。一方、心拍数は、被検者によってばらつくことがあることから、計測に必要な数心拍の波形以外の余分な時相のスペクトラムを表示することが困難となり、また、心拍波形が途中で途切れる恐れもある。つまり、従来の技術では、必要な心拍数分の波形（スペクトラム）データを過不足なく適切に表示することが困難である。

この結果、ユーザは、ドプラ計測のたびに最適なスペクトラムの場所（時相）を探し出し、連続した前後の複数心拍の計測範囲を設定するという煩雑な操作を行う必要がある。例えば、計測に使う領域を得るのにスィープ速度を変更してスペクトラムデータを取り直すかシネで最適な場所を探し、スペクトラム画像が表示された表示枠中にタイムカーソルの必要な場所（最大１心拍のズレがある。）から所望の心拍数の波形が入ることを確認しておく必要がある。

このため、ユーザが最適なスペクトラムの場所（時相）を探し出し、複数心拍の計測範囲を設定するといった煩雑な操作を伴うことなく、所望の範囲の、例えば必要な心拍数分の画像を過不足なく表示させるような範囲のドプラスペクトラム画像を適切に表示させる技術の開発が望まれる。そして、このような技術の開発は、ドプラスペクトラム画像（Ｄモード像）のみならずＭモード像等の時間変化を表す波形データを表示する場合にも同様に重要である。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、ＤモードやＭモード等の時間変化を表す波形データを表示する場合に、所望の範囲の波形データを容易かつ適切に表示させることが可能な超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成手段と、前記波形データ生成手段により生成された前記波形データを表示させる表示器の時間枠に所望の心拍数分の前記波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールを設定する時間軸スケール設定手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る超音波診断画像の表示方法は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、時間変化を表す波形データを表示させる表示器の時間枠に所望の心拍数分の前記波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールを設定するステップと、設定した前記時間軸スケールに従って前記波形データを前記表示器に表示させるステップとを有することを特徴とするものである。

本発明に係る超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法においては、ＤモードやＭモード等の時間変化を表す波形データを表示する場合に、所望の範囲の波形データを容易かつ適切に表示させることができる。

本発明に係る超音波診断装置および超音波診断画像の表示方法の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図であり、図２は、図１に示す超音波診断装置におけるＤＳＰ３１、ＰＳ／ＥＤ検出部３２および計測部３３の詳細構成図である。

この超音波診断装置は、超音波断層像（Ｂモード断層像）を表示するＢモード、超音波ビーム方向の反射源の時間的位置変化を運動曲線として表示するＭモード、血流情報を表示するドプラモード（パルスドプラ（ＰＷ）／連続波ドプラ（ＣＷ））、血流情報を二次元的に表示するＣＦＭ（カラー・フロー・マッピング）モード、ＭモードにＣＦＭモードによるカラー画像を重ねたＭＣモード等の既知の各種モードに応じて動作可能なものである。

超音波診断装置は、被検体ＰＳ内の血流ＢＬを含む診断部位に対し超音波を送信しその超音波エコーをそれに対応する電圧信号に変換して受信する複数の圧電振動子を有する電子走査型の超音波プローブ１と、この超音波プローブ１に接続される装置本体２とを備える。装置本体２には、被検体ＰＳの心電波形（ＥＣＧ波形）を計測するＥＣＧモジュール３ａおよび心音波形（ＰＣＧ：ｐｈｏｎｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ波形）を計測するＰＣＧモジュール３ｂが接続される。

装置本体２は、装置全体の制御中枢としての全体コントローラ１１のほか、この全体コントローラ１１からの制御信号に基づきその動作が制御可能な各部（後述）を備える。すなわち、この装置本体２には、超音波プローブ１に接続される送受信部（Ｔ／Ｒ）２１が含まれる。この送受信部２１には、図示しない送信側の構成要素として、超音波プローブ１に接続されその各圧電振動子を励振するパルサ、そのパルサに遅延を与えた駆動信号を供給するディレイライン（受信時の遅延も兼用）、及びそのディレイラインに基準クロックを与える基準発信器が、また図示しない受信側の構成要素として、超音波プローブ１の各圧電振動子に接続されたプリアンプ、そのプリアンプの出力信号に遅延を与えるディレイライン、及びそのディレイラインからの遅延を与えた出力信号を整相加算する加算器が、それぞれ内蔵されている。

また、装置本体２には、上記のＴ／Ｒ２１の出力側に、その加算器出力を対数増幅及び包絡線検波に付す検波器（ＥＰ）２２と、その検波出力をＢモード断層像及びＭモード画像等の画像信号として超音波走査から標準ＴＶ走査の信号に変換するデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）２３と、そのＤＳＣ２３の変換信号をＤ／Ａ変換器２４を介してＢモード断層像等として表示あるいは音声出力する出力装置２５（表示器２５ａおよびオーディオ出力器２５ｂ）とが含まれる。

また、装置本体２には、上記のＴ／Ｒ２１の出力側に、ドプラモード（ＣＷ／ＰＷ）モード等に関する信号処理系として、２チャンネル構成で基準発信器からの基準信号及びその９０度の位相差をもつ基準信号とＴ／Ｒ２１の加算器出力を混合する位相検波用のミキサ２６と、その混合信号の内の高周波成分を除去してドプラ偏移周波数成分のみから成るドプラ信号を得て、その内、被検体ＰＳ内の所望深さ位置（ＲＯＩに相当するレンジゲートで指定された位置）のドプラ信号を抽出するローパスフィルタ及びサンプルホールド回路を有するレンジゲート（ＲＧ）処理部２７と、その出力から比較的動きの遅い血管壁、心臓壁等の不要低周波ドプラ信号を除去して検出すべき血流ＢＬのドプラ信号を抽出するドプラフィルタとしてのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２８と、そのドプラ信号の出力に対し周波数解析を行なってその解析結果であるドプラスペクトラム信号を得て、前述のＤＳＣ２３に出力する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２９とが装備される。これにより、表示器２５ａ上には、例えばＢモード断層像と共にドプラスペクトラム画像が表示される。

さらに、装置本体２には、ＣＦＭモードに関する信号処理系として、ミキサ２６の出力側に、ミキサ２６の出力から心臓壁等の不要固定反射信号を除去するＭＴＩフィルタ及びその出力に対し自己相関法を用いて各点の平均速度演算、分散演算、及びパワー演算を行ない、その演算結果である二次元の血流情報（血流ＢＬの速度、方向、分散）を前述のＤＳＣ２３に出力するＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）３０が接続される。これにより、表示器２５ａ上には、例えばＢモード断層像上に２次元的に血流情報、例えば、血流ＢＬの速度を輝度、その方向を赤と青、その分散をグリーンの色相とするカラー情報として表示される。

また、装置本体２には、超音波診断装置の要部構成（波形データ生成手段としてのオートトレース装置、ピーク検出装置、及びオート計測装置）として、レンジゲート処理部２７からのドプラスペクトラム信号を入力して、そのスペクトラムの周波数方向の最大速度Ｖｐ、平均速度Ｖｍの位置を時間方向にトレースしてそのトレース波形をリアルタイムで検出する機能を有するＤＳＰ（Digital Signal Processor）３１と、このＤＳＰ３１からのＶｐ、Ｖｍトレース波形から上述のＰＳ／ＥＤのピーク位置をリアルタイム又はフリーズ後に検出する機能を有するＰＳ／ＥＤ検出部３２と、このＰＳ／ＥＤ検出部３２により検出されたＰＳ／ＥＤの情報を元に血管内の血液流量や拍動流のＨＲ、ＰＩ、及びＲＩ（Resistance Index）等の診断に関する各種パラメータを計測する機能を有する計測部３３とを備える。この内、ＰＳ／ＥＤ検出部３２及び計測部３３は、例えば装置本体２に搭載されるコンピュータで実行されるソフトウェア部品を構成するアプリケーション・ソフトとして実装される。

尚、最大流速Ｖｐおよび平均速度Ｖｍのトレース方法やＰＳ／ＥＤのピーク位置の検出方法は任意であるが、詳細例については、例えば特開２００３−２８４７１８や米国特許５，６２８，３２１号明細書に開示されている。

上記のＤＳＰ３１及び計測部３３の各出力は、Ｉ／Ｆ３４を介してＤＳＣ２３に供給される。これにより、表示器２５ａ上には、Ｖｐ、Ｖｍのトレース波形の画像上に、ＰＳ／ＥＤ、及び各計測結果がリアルタイムで表示される。また、ＤＳＰ３１のＶｐ、Ｖｍのトレース波形データは、画像ストレージ部３５に保持され、フリーズ後にＰＳ／ＥＤ検出部３２に供給可能となっている。

ＤＳＰ３１は、図２に示す例では、上述のハイパスフィルタ２８及びＦＦＴ２９の機能を一体に搭載して成り、機能上、レンジゲート処理部２７からのレンジゲートで指定された被検体ＰＳ内の所望位置のドプラ信号から、上述のハイパスフィルタ２８と同様の処理を行なって検出すべき血流ＢＬのドプラ信号を抽出するウォール・フィルタ（Wall Filter）４１と、その抽出されたドプラ信号をシネメモリバッファ４２を介して入力し、上述のＦＦＴ２９と同様の処理を行なってそのドプラスペクトラム信号を得るＦＦＴスペクトラム処理部４３と、そのスペクトラム信号からＶｐ、Ｖｍのトレース波形を得るＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４と、そのＶｐ、Ｖｍのトレース波形を入力する表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５とを備える。

つまり、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４とその前段の構成要素により、超音波診断装置には、時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成手段としての機能が備えられる。

また、このＤＳＰ３１には、ＦＦＴスペクトラム処理部４３からのドプラスペクトラム信号を音声信号（ドプラ音）に変換して表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力するオーディオ処理部４６と、ＥＣＧモジュール３ａからのＥＣＧ波形データおよびＰＣＧモジュール３ｂからのＰＣＧ波形データに所定の波形処理を施して、ＥＣＧ波形のＲ波トリガやＰＣＧ波形のＳ１、Ｓ２トリガを検出し、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力する波形処理部４７と、上述の検波器（ＥＰ）２２からのＭモード像等の検波出力やＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）３０からの二次元的な血流情報に所定のカラー処理を施してＭＣモード像等のデータを表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力するＭ／Ｍカラー処理部４８とを備える。さらに、Ｍ／Ｍカラー処理部４８では、必要に応じて、Ｍモード像やＭＣモード像から心拍同期に連動したトリガが検出され、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力される。

これにより、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４からのトレース波形データは、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５からピンポンバッファ３４ａを介してビデオ・インターフェース３４ｂに供給され、表示器２５ａ上でＶｐ、Ｖｍのオートトレース波形としてリアルタイム表示される。また、オーディオ処理部４６からのドプラ信号の音声信号は、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５からピンポンバッファ３４ａを介してオーディオインターフェース３４ｃに供給され、オーディオ出力器（スピーカ）２５ｂから音声出力される。

また、図２に示す例では、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４からのトレース波形データは、ＰＳ／ＥＤ検出部３２（図２中ではＣＰＵ３２ａの処理により実行されるピーク検出処理部３２ｂを有する）及び計測部３３（図２中では、リアルタイムオート計測処理部３３ａ及びシネ・フリーズ後の再計測処理部３３ｂの機能上の各部を有する）を介して、オーディオインターフェース３４ｃに供給され、表示器２５ａ上で、Ｖｐ、Ｖｍのオートトレース波形に加え、ＰＳ／ＥＤの情報に基づくオート計測値としてリアルタイムに数値表示される。

上記のＤＳＰ３１及びＰＳ／ＥＤ検出部３２には、図１に示すように、時間軸スケール設定手段としての機能を備えたパラメータ設定回路３６が接続又は内蔵され、このパラメータ設定回路３６は、オペレータ操作用のユーザーインターフェース３７に接続される。

ユーザーインターフェース３７には、図１に示すように、装置本体２の操作パネル上の各種操作器（スイッチ、ジョイスティック、キーボード、マウス等）からの操作信号（パラメータ設定等）を入力する操作パネル回路３８と、その操作パネル上に搭載されたＴＣＳ（タッチ・コマンド・スクリーン）の画面上からの操作信号（パラメータ設定等）を入力するＴＣＳ回路３９と、表示器２５ａ上のＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェース）からの操作信号（パラメータ設定等）を入力するＧＵＩ回路４０とが含まれる。なお、上記のレンジゲート（ＲＯＩ）指定は、このユーザーインターフェース３７により操作可能となっている。

そして、ユーザーインターフェース３７を通してパラメータ設定回路３６により、ドプラスペクトラム波形やＶｐ、Ｖｍのオートトレース波形等の拍動波形データを表示器２５ａに表示させる場合における横軸の時間軸スケールや波形データの切出し位置を手動あるいは自動的に切り換えて設定することができる。特に、パラメータ設定回路３６では、波形データを表示させる場合における時間枠に所定の心拍数分の波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールや波形データの切出し位置を自動設定することができる。

また、パラメータ設定回路３６には、適宜、波形データ表示のために必要なパラメータの設定機能が備えられる。例えば、特開２００３−２８４７１８に記載された各種機能をパラメータ設定回路３６に備えることができる。

尚、拍動波形データとして、Ｄモード像（ドプラスペクトラム波形やＶｐ、Ｖｍのオートトレース波形）の他、Ｍモード像等の時間変化を表す画像を表示させる場合にも、パラメータ設定回路３６により横軸の時間軸スケールや波形データの切出し位置を手動あるいは自動的に切り換えて設定することができる。以下、ここではＤモード像を例にとって説明する。

図３は、図１に示す超音波診断装置におけるパラメータ設定回路３６の詳細機能を示す機能ブロック図である。

パラメータ設定回路３６には、表示領域時間軸計算部３６ａ、スイープ速度設定部３６ｂ、心拍同期平均値計算部３６ｃ、平均計算用心拍数設定部３６ｄ、心拍同期検出部３６ｅ、時間スケール切出し位置設定部３６ｆが設けられる。また、これらの構成要素に合わせて、例えば表示器２５ａに自動時間軸設定機能スイッチＳＷ１、スイープ速度設定スイッチＳＷ２、平均計算用心拍数スイッチＳＷ３、トリガ選択スイッチＳＷ４、時間スケール切出し位置スイッチＳＷ５が表示され、あるいは操作パネルに操作器として設けられ、これらのスイッチの操作信号がユーザーインターフェース３７からパラメータ設定回路３６に与えられる。パラメータ設定回路３６は、コンピュータにプログラムを読み込ませて構築することもできるし、回路を用いて構成することもできる。

表示領域時間軸計算部３６ａは、適切な時間軸スケールおよび表示器２５ａへの波形データの切出し位置を計算する機能を有する。このとき、表示領域時間軸計算部３６ａは、自動時間軸設定機能スイッチＳＷ１から自動時間軸設定機能オン（AutoTimeRange On）の信号を受けた場合には所望の心拍数Ｎが含まれる波形データが表示器２５ａに表示されるように、心拍同期周期に応じて自動的に時間軸スケールおよび波形データの切出し位置を計算する一方、自動時間軸設定機能オフ（AutoTimeRange Off）の信号を受けた場合にはユーザーインターフェース３７から指定されたスイープ速度ＳＳに従って時間軸スケールおよび波形データの切出し位置を計算する。

ただし、自動時間軸設定機能スイッチＳＷ１を設けずに、常時、自動時間軸設定機能オンとして、心拍同期周期に応じて自動的に時間軸スケールおよび波形データの切出し位置を計算するようにしてもよい。また、自動時間軸設定機能オフの場合にスイープ速度ＳＳに依らず、他の任意の方法により時間軸スケールおよび波形データの切出し位置を計算するよう構成してもよい。つまり、自動時間軸設定機能のオンオフ操作により、時間軸スケールの設定方法を任意の他の設定方法に切り換えることができるように構成してもよい。

そして、表示領域時間軸計算部３６ａによって計算された時間軸スケールおよび波形データの切出し位置は、ＦＦＴスペクトラム処理部４３に与えられ、ＦＦＴスペクトラム処理部４３は、時間軸スケールおよび波形データの切出し位置で定まる範囲のドプラ信号をシネメモリバッファ４２から読み込んで、表示用のドプラスペクトラム信号を生成するように構成される。

次に、自動時間軸設定機能の詳細について説明する。

自動時間軸設定機能オフの場合には、時間軸スケールＲａｔｅは、式（１−１）により、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは式（１−２）により計算される。
［数１］
Ｒａｔｅ＝Ｘｓｉｚｅ／ＳＳ ・・・（１−１）
Ｘｓｔａｒｔ＝０ ・・・（１−２）
但し、Ｘｓｉｚｅは画像時間軸のコラム数、ＳＳはスイープ速度である。スイープ速度ＳＳは、例えば画面スクロールする時間１、２、４、６、８秒等の離散的な設定値を設定することができる。スイープ速度ＳＳは、ユーザーインターフェース３７からスイープ速度設定スイッチＳＷ２の操作情報としてスイープ速度設定部３６ｂにより取得され、スイープ速度設定部３６ｂから表示領域時間軸計算部３６ａに与えられる。すなわち、ユーザーインターフェース３７によってスイープ速度ＳＳを離散的な値として任意に設定することができる。

図４は、自動時間軸設定機能をオフとした場合における時間軸スケールおよび波形データの切出し位置の設定例を説明するための概念図、図５は、図４に示すドプラオートトレース波形においてスイープ速度ＳＳを２ｓとした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図、図６は、図４に示すドプラオートトレース波形においてスイープ速度ＳＳを４ｓとした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図である。

図４、図５、図６において横軸は時間（ｓ）、縦軸は血流の速度（ｃｍ／ｓ）であり、破線は表示対象となる波形データの一例としてのドプラオートトレース波形である。また逆三角印はＰＳ／ＥＤ検出部３２において検出されたＰＳを、三角印はＰＳ／ＥＤ検出部３２において検出されたＥＤをそれぞれ示す。

スイープ速度ＳＳを２ｓ、４ｓとすると図４に示す範囲が時間枠に表示される範囲となるように時間軸スケールＲａｔｅが設定される。また、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは最新時相となる。例えば、図４のようにスクロールが左から右へ移動する場合には右端が現最新時相であるため、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは右端となる。

このため、表示器２５ａの時間枠に表示される画像は、スイープ速度ＳＳが２ｓの場合には図５のようになり、スイープ速度ＳＳが４ｓの場合には図６のようになる。図５および図６では心拍数に関係なくドプラオートトレース波形が表示器２５ａの時間枠に表示されている。

一方、自動時間軸設定機能オンの場合には、所望の心拍数Ｎが含まれる波形データが表示器２５ａに表示されるように、時間軸スケールＲａｔｅは、式（２−１）により、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは式（２−２）により計算される。
［数２］
Ｒａｔｅ＝Ｘｓｉｚｅ／｛（ＭＨＲ／６０）×（Ｎ＋２α）｝・・・（２−１）
Ｘｓｔａｒｔ＝α×ＭＨＲ ・・・（２−２）
ただし、ＭＨＲは心拍同期平均周期（同期させる各心拍の平均周期）、Ｎは表示させる波形データに含まれる心拍数、αは切出し位置および波形データの表示範囲を指定するためのパラメータであり任意に設定することができる。

図７は、自動時間軸設定機能をオンとした場合における時間軸スケールおよび波形データの切出し位置の設定例を説明するための概念図、図８は、図７に示すドプラオートトレース波形において心拍数Ｎを２とした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図、図９は、図７に示すドプラオートトレース波形において心拍数Ｎを３とした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図である。

図７、図８、図９において横軸は時間（ｓ）、縦軸は血流の速度（ｃｍ／ｓ）であり、破線は表示対象となる波形データの一例としてのドプラオートトレース波形である。また逆三角印はＰＳ／ＥＤ検出部３２において検出されたＰＳを、三角印はＰＳ／ＥＤ検出部３２において検出されたＥＤをそれぞれ示す。

時間軸スケールＲａｔｅおよび波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔを式（２−１）および式（２−２）により設定すると、時間スケールＲａｔｅは表示させたい心拍数Ｎ＋α分の時間となり、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは最新時相に近い計測スタートポイントとなる。

例えば、心拍数Ｎを２心拍、３心拍とすると図７に示す範囲が時間枠に表示される範囲となるように時間軸スケールＲａｔｅが設定される。また、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは最新時相からα×ＭＨＲだけシフトした位置となる。例えば、図７のようにスクロールが左から右へ移動する場合には右端が現最新時相であるため、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔは右端からα×ＭＨＲだけ左側にシフトした位置となる。

このため、表示器２５ａの時間枠に表示される画像は、心拍数Ｎが２心拍の場合には図８のようになり、心拍数Ｎが３心拍の場合には図９のようになる。図８および図９では所望の心拍数分のドプラオートトレース波形が表示器２５ａの時間枠に表示されている。

つまり、計測特徴点である心拍波形トリガ（図７のように例えばドプラオートトレース波形のＥＤの検出点）の時相の先の（時間的に後の）αの位置から過去のＮ心拍の波形データが表示器２５ａの表示枠に入るように、時間軸スケールＲａｔｅおよび波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔを設定することができる。

心拍同期平均周期ＭＨＲは、心拍同期平均値計算部３６ｃによって計算されて表示領域時間軸計算部３６ａに与えられる。心拍同期平均周期ＭＨＲの計算には、時間軸に表示する複数心拍の数（心拍数Ｎ）と心拍同期が必要である。そこで、心拍同期平均周期ＭＨＲの計算に用いる平均計算用心拍数Ｎは、ユーザーインターフェース３７から平均計算用心拍数（Auto Time Scale HRNumber）スイッチＳＷ３の操作情報として平均計算用心拍数設定部３６ｄにより任意の値として取得され、平均計算用心拍数設定部３６ｄから心拍同期平均値計算部３６ｃに与えられる。また、心拍同期検出部３６ｅによって心拍同期平均周期ＭＨＲの計算に用いる心拍同期が波形トリガに基づいて検出され、検出された心拍同期が心拍同期検出部３６ｅから心拍同期平均値計算部３６ｃに与えられる。

ここで、心拍同期を検出するための波形トリガは、ドプラオートトレース波形のＰＳ、ＥＤの他、左心室（ＬＶ：ｌｅｆｔ ｖｅｎｔｒｉｃｌｅ）診断時において検出可能なドプラオートトレース波形のＡ波、Ｅ波ピーク、ＥＣＧ信号のＲ波トリガ、ＰＣＧ信号のＳ１、Ｓ２トリガ、Ｍモード波形やＭＣモード波形の心拍周期に連動したトリガ等の任意の心拍波形トリガから選択することができる。

波形トリガの選択は、トリガ選択（HRCSel）スイッチＳＷ４の操作により行うことが可能であり、ユーザーインターフェース３７から心拍同期検出部３６ｅに与えられる。つまり、心拍同期検出部３６ｅへの入力信号である波形トリガの切換機能がパラメータ設定回路３６に設けられる。

そして、心拍同期検出部３６ｅは、選択された波形トリガをＰＳ／ＥＤ検出部３２や表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５から取得する。ただし、波形処理部４７やＭ／Ｍカラー処理部４８から直接、ＥＣＧ信号のＲ波トリガ、ＰＣＧ信号のＳ１、Ｓ２トリガ、Ｍモード波形やＭＣモード波形の心拍周期に連動したトリガ等の波形トリガを取得してもよい。また、ドプラオートトレース波形のＡ波、Ｅ波ピークを検出機能が適宜ＰＳ／ＥＤ検出部３２に備えられるか、あるいは別途Ａ波、Ｅ波ピークの検出部が設けられる。

一方、パラメータαは、ユーザーインターフェース３７から時間スケール切出し位置スイッチ（Trace Disp Start）ＳＷ５の操作情報として時間スケール切出し位置設定部３６ｆにより取得され、時間スケール切出し位置設定部３６ｆから表示領域時間軸計算部３６ａに与えられる。すなわち、ユーザーインターフェース３７によってパラメータαを任意に設定することができる。

ただし、実用的なパラメータαの値は、平均計算用心拍数スイッチＳＷ３で設定した心拍数Ｎの心拍の平均周期の０％〜５０％程度の値である。このため、パラメータαの値は、５０％〜１００％の値や１００％以上の値、負値とすることも可能であるが、心拍数Ｎの心拍の平均周期の０％〜５０％程度の値が任意に設定できれば十分である。

図１０は、表示対象となるドプラオートトレース波形と時間スケールの設定例を示す図である。

図１０において横軸は時間（ｓ）、縦軸は血流の速度（ｃｍ／ｓ）であり、画像は表示対象となるスペクトラムおよびドプラオートトレース波形である。このような画像を表示器２５ａの時間枠に表示させる場合に、自動時間軸設定機能をオフにしてスイープ速度ＳＳを２ｓ、４ｓとして時間軸スケールＲａｔｅを設定することもできるし、自動時間軸設定機能をオンにして心拍数Ｎを２心拍、３心拍として時間軸スケールＲａｔｅを設定することもできる。自動時間軸設定機能をオンにした場合には、波形データの切出し位置Ｘｓｔａｒｔをパラメータαによって調整することもできる。

図１１は、図１０に示す画像データにおいてスイープ速度ＳＳを２ｓとした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図、図１２は、図１０に示す画像データにおいてスイープ速度ＳＳを４ｓとした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図、図１３は、図１０に示す画像データにおいて心拍数Ｎを２とした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図、図１４は、図１０に示す画像データにおいて心拍数Ｎを３とした場合に表示器２５ａの時間枠に表示される画像を示す図である。

図１１、図１２、図１３、図１４において横軸は時間（ｓ）、縦軸は血流の速度（ｃｍ／ｓ）であり、画像は表示対象となるスペクトラムおよびドプラオートトレース波形である。

図１１、図１２、図１３、図１４に示すように、パラメータ設定回路３６によれば、時間軸スケールを決めるスィープ速度を、従来のように例えば１、２、４、６、８秒とする場合のように離散的に設定することもできるし、所望の心拍数分の波形データが表示器２５ａの時間枠に入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールや波形データの切出し位置を自動設定することもできる。

このため、被検者によって心拍数がばらついたとしても、所望の心拍数分の波形データが表示器２５ａの時間枠に入るように時間軸スケールや波形データの切出し位置を自動設定すれば、心拍波形が途中で途切れることなく計測に必要な数心拍の波形データを過不足なく適切に表示することが可能となる。

このような、時間軸スケールや波形データの切出し位置の自動設定は、ライブ時においてリアルタイムに波形データを表示する場合およびフリーズ後に波形データを表示する場合のいずれにおいても独自に行うことができる。

図１５は、図１に示す超音波診断装置により、ライブ時およびフリーズ後において表示器２５ａの時間枠にそれぞれ表示させる波形データの心拍数を個別に設定する場合の処理の流れを示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まずステップＳ１において、ライブ時における表示心拍数Ｎが、予めユーザーインターフェース３７を介して平均計算用心拍数スイッチＳＷ３の操作によりパラメータ設定回路３６に入力される。また、自動時間軸設定機能スイッチＳＷ１の操作により、自動時間軸設定機能がオンにされる。さらに、時間スケール切出し位置スイッチＳＷ５の操作によりパラメータαがパラメータ設定回路３６に入力される。そして、例えば、トリガ選択スイッチＳＷ４によりドプラオートトレース波形のＰＳ、ＥＤが波形トリガとして選択される。

このため、表示心拍数Ｎおよびパラメータαがそれぞれ平均計算用心拍数設定部３６ｄおよび時間スケール切出し位置設定部３６ｆによって取得される。そして、平均計算用心拍数設定部３６ｄは、取得した表示心拍数Ｎを心拍同期平均値計算部３６ｃに与え、時間スケール切出し位置設定部３６ｆは、取得したパラメータαを表示領域時間軸計算部３６ａに与える。

次に、ステップＳ２において、超音波の送受信によりデータ収集が実行され、収集データは図１に示す送受信部（Ｔ／Ｒ）２１、ミキサ２６、レンジゲート（ＲＧ）処理部２７を経由して図２に示すＤＳＰ３１のウォール・フィルタ（Wall Filter）４１に与えられる。ウォール・フィルタ（Wall Filter）４１では、時間変化データである血流ＢＬのドプラ信号が時間変化データプリ処理により順次抽出される。

次に、ステップＳ３において、ウォール・フィルタ（Wall Filter）４１において抽出されたドプラ信号は、ストレージ機能を有するシネメモリバッファ４２に順次記録される。このため、シネメモリバッファ４２には、時間軸で変化する過去の時系列のドプラ信号データが複数心拍分逐次記憶される。

図１６は、図２に示すＤＳＰ３１のシネメモリバッファ４２に記録されるドプラ信号データの一例を示す概念図である。

図１６において、円周方向は時間を示す。また、一点鎖線は心拍のタイミングを示す。図１６に示すように、シネメモリバッファ４２内のループ領域には、巡回するように過去から現在のドプラ信号データが順次新しいデータに更新されて記憶される。

次に、ステップＳ４において、シネメモリバッファ４２内のドプラ信号データが順次ＦＦＴスペクトラム処理部４３に読み込まれ、ＦＦＴスペクトラム処理部４３では時間変化データポスト処理が実行される。すなわち、ＦＦＴスペクトラム処理部４３ではＦＦＴによりドプラ信号データの周波数解析が行われ、解析結果としてドプラスペクトラム信号が得られる。さらに、ドプラスペクトラム信号はＦＦＴスペクトラム処理部４３からＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４に与えられ、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４ではＶｐ、Ｖｍのトレース波形がリアルタイムに得られる。そして、Ｖｐ、Ｖｍのトレース波形はＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４から表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力されて一旦保存される。

次に、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に記憶されたＶｐ、Ｖｍのトレース波形がＰＳ／ＥＤ検出部３２に読み込まれ、ＰＳ／ＥＤのピーク位置がリアルタイムに検出される。また、必要に応じて、ＰＳ／ＥＤのピーク位置は計測部３３に与えられ、血管内の血液流量や拍動流のＨＲ、ＰＩ、及びＲＩ（Resistance Index）等の診断に関する各種パラメータが計測される。

さらに、ＰＳ／ＥＤ検出部３２において検出されたＰＳ／ＥＤのピーク位置は、パラメータ設定回路３６の心拍同期検出部３６ｅを介して心拍同期平均値計算部３６ｃに与えられる。そして、心拍同期平均値計算部３６ｃは、平均計算用心拍数設定部３６ｄから受けた表示心拍数ＮとＰＳ／ＥＤのピーク位置とから心拍同期平均周期ＭＨＲを計算し、表示心拍数Ｎとともに表示領域時間軸計算部３６ａに与える。

そうすると、表示領域時間軸計算部３６ａは、心拍同期平均周期ＭＨＲ、表示心拍数Ｎおよび時間スケール切出し位置設定部３６ｆから受けたパラメータαを用いて、適切な時間軸スケールおよび表示器２５ａへの波形データの切出し位置を式（２−１）、式（２−２）により計算することができる。

この結果、得られた時間軸スケールおよび波形データの切出し位置は、ＦＦＴスペクトラム処理部４３に与えられる。そして、ＦＦＴスペクトラム処理部４３は表示領域時間軸計算部３６ａにより求められた時間軸スケールおよび波形データの切出し位置に基づいて、パラメータ設定回路３６において設定された心拍数Ｎにパラメータαで定まる時間を付加した時間分のドプラ信号データをシネメモリバッファ４２から読み込んで表示用のドプラスペクトラム信号を生成する。

例えば、図１６の点線の矢印で示す６心拍分のドプラ信号データＤ１からドプラスペクトラム信号やＶｐ、Ｖｍトレース波形が生成される。

次に、ステップＳ５において、このように生成されたドプラスペクトラム信号、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形および検出されたＰＳ／ＥＤのピーク位置は、ビデオ・インターフェース３４ｂに供給されて時間変化データ表示処理の対象とされ、表示器２５ａ上で所定心拍数分のＶｐ、Ｖｍのオートトレース波形としてリアルタイム表示される。

そして、Ｖｐ、Ｖｍのオートトレース波形の表示範囲（表示心拍数および波形データの切出し位置）は、フリーズ後において変更して再設定することもできる。

その場合には、ステップＳ６において、フリーズ後における表示心拍数Ｎおよび波形データの切出し位置がユーザーインターフェース３７を介してパラメータ設定回路３６により再設定される。

例えば、図１６の二点鎖線の矢印で示すようにライブ時より少ない、４心拍分のドプラ信号データＤ２をドプラスペクトラム信号やＶｐ、Ｖｍトレース波形の生成に用いる範囲とすることができる。つまり、ライブ時は横軸スケールを大きくして表示させる心拍数を多め設定し、フリーズ後は最適に波形データが切出せるように心拍数を設定することができる。

そして、フリーズ後において表示心拍数Ｎおよび波形データの切出し位置が再設定されると、再びステップＳ４において、該当するドプラ信号データがＦＦＴスペクトラム処理部４３に読み込まれて時間変化データポスト処理が実行される。さらに、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形が生成される。このため、計測等の目的にあった精度の良い画像を表示器２５ａに表示させることが可能となる。

つまり以上のような超音波診断装置は、必要な心拍数のドプラ波形データが表示器２５ａの表示枠に一定の余裕を持って表示されるように、自動的にスィープ速度を設定する機能を備えた装置である。そして、これによってＤモードやＭモード等の時間変化を表す画像を表示する場合に、所望の範囲の画像を適切に表示させることが可能となり、スペクトラム画像やドプラ計測の最適化に要する時間の短縮ができる。

超音波診断装置の実施の形態を示す構成図。 図１に示す超音波診断装置におけるＤＳＰ、ＰＳ／ＥＤ検出部および計測部の詳細構成図。 図１に示す超音波診断装置におけるパラメータ設定回路の詳細機能を示す機能ブロック図。 自動時間軸設定機能をオフとした場合における時間軸スケールおよび波形データの切出し位置の設定例を説明するための概念図。 図４に示すドプラオートトレース波形においてスイープ速度を２ｓとした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図４に示すドプラオートトレース波形においてスイープ速度を４ｓとした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 自動時間軸設定機能をオンとした場合における時間軸スケールおよび波形データの切出し位置の設定例を説明するための概念図。 図７に示すドプラオートトレース波形において心拍数を２とした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図７に示すドプラオートトレース波形において心拍数を３とした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 表示対象となるドプラオートトレース波形と時間スケールの設定例を示す図。 図１０に示す画像データにおいてスイープ速度を２ｓとした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図１０に示す画像データにおいてスイープ速度を４ｓとした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図１０に示す画像データにおいて心拍数を２とした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図１０に示す画像データにおいて心拍数を３とした場合に表示器の時間枠に表示される画像を示す図。 図１に示す超音波診断装置により、ライブ時およびフリーズ後において表示器の時間枠にそれぞれ表示させる波形データの心拍数を個別に設定する場合の処理の流れを示すフローチャート。 図２に示すＤＳＰのシネメモリバッファに記録されるドプラ信号データの一例を示す概念図。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ 装置本体
３ａ ＥＣＧモジュール
３ｂ ＰＣＧモジュール
１１ 全体コントローラ
２１ 送受信部（Ｔ／Ｒ）
２２ 検波器（Ｅ／Ｐ）
２３ デジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）
２４ Ｄ／Ａ変換器
２５ 出力装置
２５ａ 表示器
２５ｂ オーディオ出力器（スピーカ）
２６ ミキサ
２７ レンジゲート（ＲＧ）処理部
２８ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２９ 高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）
３０ ＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）
３１ ＤＳＰ
３２ ＰＳ／ＥＤ検出部
３３ 計測部
３４ Ｉ／Ｆ
３４ａ ピンポンバッファ
３４ｂ ビデオ・インターフェース
３４ｃ オーディオインターフェース
３５ 画像ストレージ部
３６ パラメータ設定回路
３６ａ 表示領域時間軸計算部
３６ｂ スイープ速度設定部
３６ｃ 心拍同期平均値計算部
３６ｄ 平均計算用心拍数設定部
３６ｅ 心拍同期検出部
３６ｆ 時間スケール切出し位置設定部
３７ ユーザーインターフェース
３８ 操作パネル回路
３９ ＴＣＳ回路
４０ ＧＵＩ回路
４１ ウォール・フィルタ（Wall Filter）
４２ シネメモリバッファ
４３ ＦＦＴスペクトラム処理部
４４ Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部
４５ 表示用オーディオ・ビデオ・バッファ
４６ オーディオ処理部
４７ 波形処理部
４８ Ｍ／Ｍカラー処理部
ＳＷ１ 自動時間軸設定機能スイッチ
ＳＷ２ スイープ速度設定スイッチ
ＳＷ３ 平均計算用心拍数スイッチ
ＳＷ４ トリガ選択スイッチ
ＳＷ５ 時間スケール切出し位置スイッチ

Claims (7)

1. 時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成手段と、
   前記波形データ生成手段により生成された前記波形データを表示させる表示器の時間枠に所望の心拍数分の前記波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールを設定する時間軸スケール設定手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記時間軸スケール設定手段は、前記時間軸スケールの設定方法を他の設定方法に切り換えることができるように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記時間軸スケール設定手段は、前記表示器の時間枠に表示させる前記波形データの切出し位置を設定することができるように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記時間軸スケール設定手段は、ドプラオートトレース波形の波形ピーク、ＥＣＧ信号のＲ波トリガ、ＰＣＧ信号のＳ１トリガ、ＰＣＧ信号のＳ２トリガ、Ｍモード波形の心拍周期に連動したトリガおよびＭＣモード波形の心拍周期に連動したトリガの少なくとも１つを切換可能なトリガとして心拍同期を検出し、検出した心拍同期に基づいて前記時間軸スケールを設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記時間軸スケール設定手段は、ライブ時およびフリーズ後のそれぞれにおいて個別に前記時間軸スケールを設定することができるように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記時間軸スケール設定手段は、ライブ時およびフリーズ後のそれぞれにおいて個別に前記波形データの切出し位置を設定することができるように構成したことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
7. 時間変化を表す波形データを表示させる表示器の時間枠に所望の心拍数分の前記波形データが入るように、心拍同期周期に応じて時間軸スケールを設定するステップと、
   設定した前記時間軸スケールに従って前記波形データを前記表示器に表示させるステップと、
   を有することを特徴とする超音波診断画像の表示方法。

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