JP2007014541A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マウス等の小動物から検出された心拍同期信号に基づいて所望時相における超音波データの表示を行なう。
【解決手段】 超音波診断装置１００の超音波プローブ３、送受信部２、データ生成部４及び画像データ生成記憶部８は、例えば、薬物投与前後におけるマウス（被検体）の複数方向に対し超音波送受波を行なって時系列的な画像データを生成する。この画像データの生成と並行して同期信号生成部７は、生体信号計測ユニット５が前記被検体に対して計測した心電波形に対し予め設定された閾値と小動物用の不感時間を適用しＲ波に基づく心拍同期信号を生成する。そして、この心拍同期信号と同一時相において生成された画像データに対し同期情報を付加して保存する。一方、薬物投与前後の画像データを比較観察する際、これらの画像データに付加された前記同期情報に基づいて同一時相における画像データを読み出して比較観察する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、心電波形や心音波形等の生体信号から生成された心拍同期信号に基づいて画像データの生成あるいは表示を行なう超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波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超音波振動子によって受信することにより各種生体情報を収集するものである。

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モード画像と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なものとなっている。又、被検体の血流情報や心臓壁等の運動機能を定量的且つ精度よく計測する方法としてドプラスペクトラム法やＭモード法が用いられている。

ところで、循環器領域における上述のBモード画像データ及びカラードプラ画像データ等の超音波画像データや、ドプラスペクトラムデータ及びMモードデータ等の超音波時系列データ（以下では、これらを纏めて超音波データと呼ぶ。）は、通常、同一被検体から得られる心電波形（ＥＣＧ）あるいは心音波形（ＰＣＧ）等の生体信号に同期して生成あるいは表示される場合が多い。

例えば、当該被検体に対し画像データの生成と心電波形の計測を行ない、この画像データの保存に際し、心電波形のR波に基づいて生成した心拍同期信号を付帯情報として画像データと共に保存する。そして、画像データの表示に際し、心拍同期信号に基づいて画像データを読み出すことにより所望の時相における画像データの表示を容易に行なうことが可能となる（例えば、特許文献１参照。）。

特に、同一被検体の異なる断面において得られた複数枚の画像データ、あるいは、薬物負荷や運動負荷の前後における画像データを比較する際に、各々の画像データに付加された心拍同期信号を用いることにより同一時相における複数枚の画像データを比較観察することができる。

ところで、被検体によってその振幅や形状が異なる心電波形から心拍同期信号を生成する際に、この心拍同期信号のタイミングを安定かつ正確に検出するための工夫がなされており、心電波形の最も振幅の大きなＲ波の検出による心拍同期信号の生成が通常行なわれている。この場合、例えば、心拍同期信号の生成部は、予め設定された閾値と心電波形を比較し、心電波形が閾値を超えたタイミングで心拍同期信号を生成する。

しかしながら、この方法によれば当該被検体の心電波形において、例えば、Ｒ波に後続するＴ波の振幅も前記閾値より大きな場合には、このＴ波が閾値を超えるタイミングにおいて新たな同期信号が生成される。即ち、１心拍周期において複数個の同期信号が生成されるという問題が発生する。この場合、心電波形の振幅は被検体間で異なり、又、時間的に変動するため、Ｔ波の振幅がＲ波の振幅に接近した場合にはＲ波のタイミングのみを検出可能にする閾値を常時設定することは困難である。

このようなＴ波に起因する同期信号の発生を抑えるために不感時間（ｄｅａｄ ｔｉｍｅ）を設定する方法が考えられる。この不感時間をＲ波からＴ波までの間隔（Ｒ−Ｔ間隔）より大きく、又、Ｒ波から次のＲ波までの間隔（Ｒ−Ｒ間隔：心拍周期）より小さく設定することにより、Ｒ波に起因する心拍同期信号のみを得ることが可能となる。
特開２００４−３０５４５３号公報

一方、近年では、マウス等の小動物を用いた種々の基礎研究においても心拍同期信号を用いて所望時相における超音波データの生成や表示が行なわれている。このような場合、単位持間あたりの心拍数が約６０／ｓｅｃの正常人に対して、例えば、マウスの心拍数は３００／ｓｅｃ乃至４００／ｓｅｃと極めて多く、従がって、人体用に設定した不感時間をそのまま上述の小動物に適用する場合、小動物の心拍周期は上述の不感時間より短くなる場合が多い。そして、この不感時間の期間中に発生した心電波形のＲ波から心拍同期信号を生成することが不可能となるという問題点を有していた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、正常人体の心拍周期と著しく異なる被検体から検出された心拍同期信号に基づいて所望時相における超音波データの生成あるいは表示を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体の１つあるいは複数の方向に対して超音波の送受波を行なうための超音波振動素子を有した超音波プローブと、前記超音波振動素子を駆動して前記被検体に対し超音波を送信すると共に前記超音波振動素子によって得られた前記被検体からの反射信号を受信する送受信手段と、この送受信手段によって得られた受信信号を信号処理して時系列的な複数枚の超音波データを生成する超音波データ生成手段と、前記被検体に対して生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記被検体に応じて不感時間を設定する不感時間設定手段と、前記生体信号に対し予め設定された閾値及び前記不感時間を適用して心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号と略同一の時相において生成された超音波データに対して同期情報を付加する同期信号生成手段と、前記超音波データに付加された同期情報に基づいて所望時相における超音波データを読み出して表示データを生成する表示データ生成手段と、前記表示データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。

又、請求項２に係る本発明の超音波診断装置は、被検体の１つあるいは複数の方向に対して超音波の送受波を行なうための超音波振動素子を有した超音波プローブと、前記超音波振動素子を駆動して前記被検体に対し超音波を送信すると共に前記超音波振動素子によって得られた前記被検体からの反射信号を受信する送受信手段と、この送受信手段によって得られた受信信号を信号処理して時系列的な複数枚の超音波データを生成する超音波データ生成手段と、前記被検体に対して生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記被検体に応じて不感時間を設定する不感時間設定手段と、前記生体信号に対し予め設定された閾値及び前記不感時間を適用して心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号と略同一の時相において生成された超音波データを基準として時間軸方向における複数の超音波データに対し同期情報を付加する同期信号生成手段と、前記複数枚の超音波データに付加された同期情報に基づき所望時相における超音波データを読み出して表示データを生成する表示データ生成手段と、前記表示データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、正常人体の心拍周期と著しく異なる被検体に対しても正確な心拍同期信号の検出が可能となる。このため、この心拍同期信号に基づいて前記被検体の所望時相における超音波データの生成あるいは表示を確実に行なうことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、マウス（以下、被検体と呼ぶ。）から得られた心電波形に対し予め設定した閾値と小動物用の不感時間Ｔｘを適用してＲ波の発生タイミングを検出し、この発生タイミングに基づいて心拍同期信号を生成する。又、心電波形の計測と並行して薬物投与前後の被検体に対する超音波送受波を行ない、時系列的に得られるＢモード画像データ（以下では、画像データと呼ぶ。）の中の前記心拍同期信号と同一時相において生成された画像データに対し所定の同期情報を付帯情報として付加する。

一方、薬物投与前後の画像データを比較観察する際、これらの画像データに付加された前記同期情報に基づいて同一時相における画像データを読み出し、静止画像あるいは動画像として比較観察する。

尚、本実施例では、薬物投与前後の被検体に対して得られた画像データを比較表示する場合について述べるが、これに限定されるものではなく、運動負荷前後における画像データ、あるいは、同一被検体の異なる複数の走査断面における画像データの比較であってもよい。

又、以下の実施例では、Ｂモード画像データ（画像データ）に対して同期情報を付加する場合について述べるが、カラードプラ画像データや他の超音波画像データであってもよく、又、ドプラスペクトラムデータやMモードデータ等の超音波時系列データであっても構わない。更に、心拍同期信号の生成に際しては、心音波形等の他の生体信号を用いてもよい。

（装置の構成）
本発明の実施例における超音波診断装置の構成と基本動作につき図１乃至図４を用いて説明する。尚、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図を図１に、又、この超音波診断装置を構成する送受信部及びデータ生成部の構成を示すブロック図を図２に示す。

図１に示す超音波診断装置１００は、Ｍ１個の振動素子を備え薬物投与前後の被検体に対し超音波の送受波を行なうリニア走査用の超音波プローブ３と、Ｍ１個の振動素子の中から選択された隣接するＭ２個の振動素子（送信振動素子群）に対し駆動パルスを供給すると共に、Ｍ１個の振動素子の中から選択された隣接するＭ３個の振動素子（受信振動素子群）により得られた受信信号に対し整相加算を行なう送受信部２と、送受信部２から得られた受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するデータ生成部４と、被検体の心電波形（ＥＣＧ）を計測する生体信号計測ユニット５と、後述の入力部１１において入力される検査モードの情報に基づいて心拍同期信号の生成における不感時間Ｔｘを設定する不感時間設定部６と、生体信号計測ユニット５から供給された心電波形に対し予め設定された閾値及び前記不感時間Ｔｘを適用して心拍同期信号を生成する同期信号生成部７を備えている。

又、超音波診断装置１００は、データ生成部４において生成されたＢモードデータに基づいて時系列的な２次元の画像データを生成し、生体信号計測ユニット５が計測した心電波形や同期信号生成部７が生成した心拍同期信号に対応する同期情報を付加して保存する画像データ生成記憶部８と、この画像データ生成記憶部８に一旦保存された薬物投与前及び薬物投与後における時系列的な画像データの中から同一時相における夫々の画像データを前記同期情報に基づいて読み出し、これらを合成して表示データを生成する表示データ生成部９と、この表示データを表示する表示部１０と、操作者によって被検体情報や装置の初期設定情報、更には、各種コマンド信号の入力等が行なわれる入力部１１と、超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１２を備えている。

超音波プローブ３は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受波を行なうものであり、被検体との接触面にはＭ１個の振動素子が１次元配列されている。この振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気的なパルス（駆動パルス）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。

次に、図２に示した送受信部２は、超音波プローブ３におけるＭ１個の振動素子の中からＭ２個の送信用振動素子とＭ３個の受信用振動素子を選択する素子選択部２２と、送信音場を形成するためにＭ２個の送信用振動素子に対し所定の遅延時間と駆動振幅を有した駆動パルスを供給する送信部２１と、受信音場を形成するためにＭ３個の受信用振動素子から得られた受信信号に対し整相加算処理を行なう受信部２３と、前記素子選択部２２を制御する素子選択制御部２４を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備えている。レートパルス発生器２１１は、システム制御部１２から供給される制御信号に基づいて送信超音波の繰り返し周期（レート周期）を決定するレートパルスを生成し、Ｍ２チャンネルで構成される送信遅延回路２１２は、送信超音波を所定距離に収束させるための送信遅延時間を前記レートパルスに与える。そして、Ｍ２チャンネルで構成される駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２において所定の遅延時間が与えられたレートパルスに同期して所定振幅の駆動パルスを生成する。

次に、受信部２３は、Ｍ３チャンネルから構成されるプリアンプ２３１及びＡ／Ｄ変換器２３２と、ビームフォーマ２３３を備えている。プリアンプ２３１は、素子選択部２２から供給される隣接したＭ３チャンネルの受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保するためのものであり、その初段部には、送信部２１の駆動回路２１３において発生する高電圧の駆動パルスから保護するための図示しないリミッタ回路が設けられている。

プリアンプ２３１において所定の大きさに増幅され、Ａ／Ｄ変換器２３２にてデジタル信号に変換されたＭ３チャンネルの受信信号はビームフォーマ２３３に供給される。ビームフォーマ２３３は、図示しない遅延回路と加算回路を有し、Ｍ３チャンネルの受信信号の各々に対し、所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間を与えた後加算合成（整相加算）する。但し、ビームフォーマ２３３では、受信タイミングに伴って収束領域が深部に順次更新される所謂ダイナミックフォーカスが行なわれ、このダイナミックフォーカスにより深さによらずに略均一なビーム幅を有した受信音場が形成される。

次に、送受信部２の素子選択部２２は、素子選択制御部２４から供給される素子選択制御信号に基づき、送信時には、超音波プローブ３に備えられたＭ１個の振動素子の中から隣接したＭ２個の振動素子を送信振動素子群として選択し、受信時には、前記Ｍ１個の振動素子の中から隣接したＭ３個の振動素子を受信振動素子群として選択する。そして、選択した送信振動素子群を送信部２１に接続し受信振動素子群を受信部２３に接続する。この場合、送信振動素子群の中心位置と受信振動素子群の中心位置は略一致するように振動素子の選択制御が行なわれる。

一方、素子選択制御部２４は、システム制御部１２から供給される走査制御信号に基づいて、Ｍ２個の振動素子からなる送信振動素子群及びＭ３個の振動素子からなる受信振動素子群をレート周期で順次シフトして選択するための素子選択制御信号を素子選択部２２に供給する。

次に、図２のデータ生成部４は、上述の受信部２３のビームフォーマ２３３から出力された受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモード処理部４１の他に、前記受信信号を信号処理してカラードプラデータやドプラスペクトラムデータ等を生成するドプラモード処理部４２を備えているが、ここでは、Ｂモード画像データ（画像データ）の生成に必要なＢモード処理部４１についてのみ示す。

Ｂモード処理部４１は、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２を備えている。この包絡線検波器４１１は、送受信部２の受信部２３におけるビームフォーマ２３３から出力された整相加算後の受信信号に対して包絡線検波を行ない、対数変換器４１２は、この包絡線検波後の受信信号に対する対数変換処理によって小さな信号振幅が相対的に強調されたＢモードデータを生成する。

図１に戻って、生体信号計測ユニット５は、被検体体表に装着するＥＣＧ用電極と、このＥＣＧ用電極から得られた心電波形を所定の振幅に増幅する増幅器と、増幅された心電波形をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（何れも図示せず）を備えている。尚、本実施例では、生体信号計測ユニット５として、被検体の心電波形を計測するＥＣＧユニットについて述べるが、ＰＣＧ波形等の他の生体信号を計測する計測ユニットであってもよい。

次に、不感時間設定部６は、図示しない記憶回路を備え、この記憶回路には心拍同期信号の生成に用いられる不感時間の情報が検査対象別に予め保管されている。例えば、システム制御部１２を介し入力部１１から供給された被検体情報において被検体がマウスの場合、不感時間設定部６は、前記記憶回路に保管された各種検査対象に対する不感時間の中から小動物計測モードに対する不感時間Ｔｘを選択して同期信号生成部７に供給する機能を有している。

一方、同期信号生成部７は、生体信号計測ユニット５から供給された当該被検体の心電波形におけるＲ波に基づいて心拍同期信号を生成し、次いで、この心拍同期信号に対応した同期情報を画像データ生成記憶部８に保存されている前記心拍同期信号と同一時相の画像データに付加する。

即ち、同期信号生成部７は、生体信号計測ユニット５から供給される心電波形の振幅とシステム制御部１２を介して入力部１１から供給される閾値とを比較し、心電波形が閾値を超えたタイミングで同期信号を発生する。次いで、不感時間設定部６から供給される不感時間に基づいて前記同期信号の中のＴ波に起因する同期信号を排除し、Ｒ波に起因する同期信号のみからなる心拍同期信号を生成する。

図３は、上述の心拍同期信号の生成方法を模式的に示したものであり、図３（ａ）に示した心電波形ＥｃのＲ波を検出することにより心拍同期信号が生成される。この場合、同期信号生成部７は、予め設定された閾値ＶＬと心電波形Ｅｃとを比較し、心電波形ＥｃのＲ波が閾値ＶＬを超えるタイミングｔ１において同期信号Ｂｒを発生する。しかしながら、心電波形ＥｃのＴ波の振幅も閾値ＶＬより大きい場合には、Ｔ波が閾値ＶＬを超えるタイミングｔ２において同期信号Ｂｔが発生する。即ち、１心拍周期Ｔ０において２つの同期信号Ｂｒ及びＢｔが発生する。

次いで、同期信号生成部７は、不感時間設定部６から供給された小動物用不感時間Ｔｘの情報（図３（ｃ））に基づきＴ波に起因する同期信号Ｂｔを排除する。この場合、Ｒ波からＴ波までの間隔（Ｒ−Ｔ間隔）Ｔ１とＴ波からＲ波までの間隔（Ｔ−Ｒ間隔）Ｔ２は常にＴ１＜Ｔ２の関係にあるため、不感時間ＴｘをＴ１＜Ｔｘ＜Ｔ２となるように設定することによりＲ波に起因する同期信号Ｂｒのみから構成される心拍同期信号（図３（ｄ））を生成することができる。

尚、図３では、心拍同期信号の生成方法の理解を容易にするために、閾値ＶＬとの比較により同期信号Ｂｒ及びＢｔを生成するステップと不感時間Ｔｘにより同期信号Ｂｔを排除するステップを分離して説明したが、上述の各ステップを同時に行なうことも可能である。

例えば、同期信号生成部７は、心電波形Ｅｃと閾値ＶＬとの比較を継続的に行なって同期信号を発生し、時間軸方向に隣接する２つの同期信号Ｂａ１とＢａ２の発生タイミングｔａ１及びｔａ２を検出する。そして、（ｔａ２−ｔａ１）≦Ｔｘならば同期信号Ｂａ２はＴ波に起因する同期信号Ｂｔであり、（ｔａ２−ｔａ１）＞Ｔｘならば同期信号Ｂａ２は同期信号Ｂｒと判定する。そして、同期信号Ｂｒのみによる心拍同期信号を生成して画像データ生成記憶部８に供給する。

次に図１の画像データ生成記憶部８は、データ生成部４において走査方向単位で生成されるＢモードデータを順次保存して、２次元の画像データを生成する。更に、生体信号計測ユニット５が計測した心電波形や同期信号生成部７が生成した心拍同期信号に対応する同期情報を前記画像データに付加して保存する。

図４は、画像データ生成記憶部８において保存される薬物投与前の画像データＰａ１乃至ＰａＮと薬物投与後の画像データＰｂ１乃至ＰｂＮを模式的に示したものであり、心拍同期信号が生成されるタイミングｔ１を基準として時間間隔Ｔｆで生成された薬物投与前後の画像データが保存されている。

そして、画像データＰａ１乃至ＰａＮ及び画像データＰｂ１乃至ＰｂＮには、同じタイミングにおいて生体信号計測ユニット５が計測した心電波形データＥａ１乃至ＥａＮ及びＥｂ１乃至ＥｂＮの情報が付加され、更に、同期信号生成部７による心拍同期信号の生成タイミングと同じタイミングにおいて生成された画像データＰａ１及びＰｂ１には心拍同期信号に基づく同期情報Ｆａ及びＦｂが付加される。この場合、画像データＰａ２乃至ＰａＮ及び画像データＰｂ２乃至ＰｂＮの時相は、画像データＰａ１及びＰｂ１を基準とした画像データ配列番号と上述の時間間隔Ｔｆの積から容易に算出可能である。

一方、表示データ生成部９は、画像データ生成記憶部８に保存された所定時相における薬物投与前のＢモード画像データと薬物投与後のＢモード画像データをその付帯情報である同期情報に基づいて読み出す。そして、夫々の画像データを所定の表示フォーマットに変換した後合成して表示データを生成する。尚、この表示データには必要に応じて被検体情報や画像データの生成条件、更には、画像データ生成記憶部８において上述の画像データと共に保存された心電波形データ等が重畳される。そして、表示部１０は、図示しない変換回路とモニタを備え、前記変換回路は、上述の表示データに対してＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行なって映像信号を生成し前記モニタに表示する。

次に、入力部１１は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、検査モードの選択、画像表示モード及び表示方法の選択、生体信号計測の選択、画像データの生成条件や表示条件の設定、心拍同期信号の生成における閾値ＶＬの設定、更には、種々のコマンド信号の入力等を行なう。尚、検査モードとして人体検査モードや小動物検査モードがあり、画像表示モードとしてＢモードやカラードプラモードがある。又、生体信号計測としてＥＣＧ計測やＰＣＧ計測等がある。

一方、システム制御部１２は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部１１から入力／選択／設定される上述の各種情報は前記記憶回路に保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて送受信部２を制御し、送信用振動素子と受信用振動素子を振動素子配列方向に順次シフトして被検体に対しリニア走査を行なう。更に、送信用振動素子に供給する駆動信号の遅延時間及び受信用振動素子から得られた受信信号の遅延時間を制御して収束された送信音場及び受信音場を形成する。

又、前記ＣＰＵは、不感時間設定部６、同期信号生成部７、画像データ生成記憶部８を制御し、薬物投与前後の被検体に対して生成した画像データに対し心電波形に基づく同期情報を付加する。更に、表示データ生成部９と表示部１０を制御し、同一時相における薬物投与前後の画像データの合成による表示データの生成とその表示を行なう。

（画像データの生成手順及び表示手順）
次に、本実施例における画像データの生成手順及び表示手順につき、図５のフローチャートに沿って説明する。但し、説明を容易にするために送信振動素子数Ｍ２と受信振動素子数Ｍ３は等しい場合について述べるが、これに限定されない。

被検体に対する超音波送受波に先立って、操作者は、患者情報の入力、検査モードの選択、画像表示モード及び表示方法の選択、生体信号計測の選択、閾値ＶＬの設定、画像データ生成条件等を入力部１１にて行なう。これらの入力／選択／設定情報は、システム制御部１２の記憶回路に保存され、更に、検査モードの選択情報は不感時間設定部６に、閾値ＶＬの設定情報は同期信号生成部７に供給され、夫々のユニットに設けられた記憶回路に保存される。

例えば、操作者は、検査モードとして小動物検査モードを、又、画像表示モードとしてＢモードを選択し、更に、生体信号計測として心電波形計測を、表示方法として薬物投与前後における画像データの比較表示法を選択する（図５のステップＳ１）。

これらの入力／選択／設定が終了したならば、操作者は、生体信号計測ユニット５に備えられたＥＣＧユニットの計測用電極を薬物投与前の被検体（マウス）における所定位置に装着した後、超音波プローブ３の先端（超音波送受波面）を被検体の体表面に固定して超音波送受波を開始する。

即ち、システム制御部１２は、画像データ生成条件に基づいて送信遅延回路２１２及びビームフォーマ２３３における遅延時間と駆動回路２１３における駆動振幅を設定し、更に、送信振動素子数Ｍ２及び受信振動素子数Ｍ２を設定する。

次に、最初の走査方向Ｌ１に対する超音波送受波に際し、素子選択制御部２４は、システム制御部１２から供給された送信時及び受信時における振動素子数Ｍ２の情報に基づいて素子選択部２２の図示しないマルチプレクサに対し制御信号を供給し、素子選択部２２は、超音波プローブ３に設けられた振動素子３２−１乃至３２−Ｍ１の中から最初の走査方向の超音波送受波に用いる振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２を選択する。

一方、図２のレートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成して送信遅延回路２１２に供給し、Ｍ２チャンネルの送信遅延回路２１２は、送信超音波を所定距離に収束させるための遅延時間を前記レートパルスに与えて駆動回路２１３に供給する。そして、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに同期した所定駆動振幅の駆動パルスを生成し、素子選択部２２によって選択された振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２に供給して被検体に送信超音波を放射する。

振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２の駆動によって被検体に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、既に素子選択部２２において選択されている振動素子３２−１乃至３２−Ｍ２で受信されて電気信号（受信信号）に変換される。更に、この受信信号は、素子選択部２２を介して受信部２３に供給され、受信部２３のプリアンプ２３１にて所定の大きさに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２３２にてデジタル信号に変換される。そして、この受信信号はビームフォーマ２３３に供給され、ビームフォーマ２３３は、Ｍ２チャンネルの受信信号を整相加算してダイナミックフォーカスを行なう。

ビームフォーマ２３３において整相加算された受信信号は、データ生成部４におけるＢモード処理部４１に供給され、包絡線検波と対数変換がなされた後、図１の画像データ生成記憶部８に保存される。

同様の手順によって、システム制御部１２は素子選択制御部２４を制御して、振動素子３２−２乃至３２−（Ｍ２＋１）による走査方向Ｌ２の超音波送受波、振動素子３２−３乃至３２−Ｍ２＋２による走査方向Ｌ３の超音波送受波、・・・を走査方向ＬＮｘに至るまで繰り返す。次いで、走査方向Ｌ１乃至ＬＮｘに対して得られたＢモードデータは画像データ生成記憶部８に順次保存され２次元の画像データが生成される。そして、走査方向Ｌ１乃至ＬＮに対する超音波送受波を繰り返すことによって時系列的に得られた複数枚の画像データは、画像データ生成記憶部８において順次保存される（図５のステップＳ２）。

一方、上述の画像データの生成及び保存と並行し、生体信号計測ユニット５に設けられたＥＣＧユニットは、被検体に対して計測した心電波形をＡ／Ｄ変換して同期信号生成部７に供給する（図５のステップＳ３）。又、不感時間設定部６は、システム制御部１２から供給された検査モードの情報に基づいて自己の記憶回路に予め保管されている小動物計測モードの不感時間Ｔｘを読み出して同期信号生成部７に供給する。

そして、被検体の心電波形と小動物計測モードにおける不感時間Ｔｘの情報を受信した同期信号生成部７は、先ず、心電波形の振幅と自己の記憶回路に保存されている閾値ＶＬとの比較を継続的に行なってＲ波及びＴ波に起因する複数の同期信号Ｂｒ及びＢｔを発生する（図３（ａ）及び（ｂ）参照。）。更に、同期信号生成部７は、上述の不感時間Ｔｘに基づいて前記複数の同期信号の中からＲ波に起因する同期信号を抽出して心拍同期信号を生成し（図３（ｃ）及び（ｄ）参照。）、画像データ生成記憶部８に供給する（図５のステップＳ４）。

一方、画像データ生成記憶部８は、供給された心拍同期信号と同一のタイミング（時相）において生成された画像データに対し所定の同期情報を付帯情報として付加する（図５のステップＳ５）。

薬物投与前の被検体に対する画像データの生成と同期情報の付加が終了したならば、この被検体に薬物を投与した後（図５のステップＳ６）、上述と同様の手順によって時系列的な画像データの生成と同期情報の付加を行なう（図５のステップＳ７乃至Ｓ１０）。

次に、画像データの表示に際し、表示データ生成部９は、画像データ生成記憶部８に保存された画像データに付加されている同期情報を検出し、この同期情報を基準として所定時相における薬物投与前の画像データと薬物投与後の画像データを読み出す。そして、読み出した画像データを合成して表示データを生成する（図５のステップＳ１１）。

次いで、表示部１０の変換回路は、表示データ生成部９において生成された表示データに対しＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行なってモニタに表示する（図５のステップＳ１２）。尚、動画像の比較観察を行なう場合には、時間間隔Ｔｆの各時相における薬物投与前後の画像データを用いて時系列的な表示データの生成を行なう。

以上述べた本実施例によれば、被検体に対して計測された心電波形のＲ波に基づいて心拍同期信号を生成する際に、Ｒ波の発生タイミングを基準とする不感時間を設定することによりＴ波の影響を排除することができるため、Ｒ波とＴ波の振幅に顕著な差が無い場合においても正確な心拍同期信号を安定して生成することが可能となる。

又、本実施例によれば、上述の不感時間は、検査モード別に設定されるため、例えば、心拍数が正常人体と比較して著しく多いマウス等の小動物に対しても正確な心拍同期信号を生成することができる。

従がって、前記被検体に対する超音波送受波によって生成された画像データに対して上述の心拍同期信号に基づく同期情報を付加することにより、マウスのように心拍周期の短い被検体に対しても所望の時相における画像データを正確に読み出し表示することが可能となるため検査精度が向上する。

更に、薬物投与前後の被検体等に対して得られた画像データを比較観察する場合においても、これらの画像データに付加された前記同期情報に基づいて同一時相における画像データを正確に抽出することができるため精度のよい比較観察が可能となる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述の実施例に限定されるものでは無く、変形して実施することが可能である。例えば、本実施例における不感時間Ｔｘは、入力部１１から入力される検査モードの情報に基づき、不感時間設定部６が自己の記憶回路に予め保管している複数種類の不感時間の中から好適な不感時間を選択する場合について述べたが、操作者が、入力部１１において好適な不感時間を直接入力してもよい。

又、上述の実施例では、心拍同期信号のタイミングと同一の時相において生成された画像データにのみ同期情報を付加する場合について述べたが、これに限定されない。例えば、心拍同期信号のタイミングを基準とした時相を示す同期情報を時系列的な複数枚の画像データの各々に対して付加してもよい。この方法によれば、画像データの配列番号に関係なく所望の時相における画像データを効率よく読み出すことが可能となる。

更に、心拍同期信号の生成における閾値ＶＬは、操作者が入力部１１において設定する場合について述べたが、同期信号生成部７の記憶回路に予め保管されていてもよい。又、入力部１１において選択される検査モードの情報に基づいて自動設定されてもよい。

一方、上述の実施例では、心拍同期信号に基づいて選択された所定時相における薬物投与前後の画像データを比較表示する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、既に述べたように運動負荷前後における画像データ、あるいは、同一被検体の異なる複数走査断面における画像データ等の他の条件下で生成された画像データの比較表示であってもよく、又、この時の表示は静止画像表示あるいは動画像表示の何れであってもよい。更に、所望の時相における１枚の画像データの表示であってもよい。

又、Ｂモード画像データに対して同期情報を付加する場合について述べたが、既に述べたようにカラードプラ画像データ等の他の超音波画像データであってもよく、又、ドプラスペクトラムデータやＭモードデータ等の超音波時系列データであっても構わない。更に、超音波画像データは３次元画像データであってもよい。

一方、上述の実施例では、心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する場合について述べたが、心音波形等の他の生体信号を用いて心拍同期信号を生成してもよい。図６は、心音波形から心拍同期信号を生成する方法を模式的に示したものであり、図６（ａ）に示した心音波形ＰｃのＳ１波を検出することにより心拍同期信号が生成される。この場合、同期信号生成部７は、予め設定された閾値ＶＬａと心音波形Ｐｃとを比較し、心音波形ＰｃのＳ１波及びＳ２波が閾値ＶＬａを超えるタイミングｔ１ａ及びｔ２ａにおいて同期信号Ｂｒａ及びＢｔａを発生する（図６（ｂ））。

次いで、同期信号生成部７は、不感時間設定部６から供給された不感時間Ｔｘａの情報（図６（ｃ））に基づきＳ２波に起因する同期信号Ｂｔａを排除する。この場合、Ｓ１波からＳ２波までの間隔（Ｓ１−Ｓ２間隔）Ｔ１ａとＳ２波からＳ１波までの間隔（Ｓ２−Ｓ１間隔）Ｔ２ａは常にＴ１a＜Ｔ２ａの関係にあるため、不感時間ＴｘａをＴ１ａ＜Ｔｘａ＜Ｔ２ａとなるように設定することによりＳ１波に起因する同期信号Ｂｒａのみから構成される心拍同期信号（図６（ｄ））を生成することができる。

尚、上述の実施例では、画像データを表示する際に、既に生成された時系列的な画像データの中から所望時相における画像データを同期情報に基づいて読み出す場合についで述べたが、心拍同期信号に基づいて所望時相における画像データの生成を行なってもよい。

又、この実施例では、正常人体の心拍周期と著しく異なるマウス等の小動物に対する心拍同期信号の生成について述べたが、循環器疾患の被検体に対しても同様の方法によって心拍同期信号を精度よく生成することができる。この場合、不感時間は疾患別あるいは被検体別に予め設定される。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における送受信部及びデータ生成部の構成を示すブロック図。 同実施例における心拍同期信号の生成方法を模式的に示す図。 同実施例の画像データ生成記憶部に保存される画像データとその付帯情報を模式的に示す図。 同実施例における画像データの生成手順及び表示手順を示すフローチャート。 同実施例における心拍同期信号生成方法の変形例を模式的に示す図。

符号の説明

２…送受信部
３…超音波プローブ
４…データ生成部
５…生体信号計測ユニット
６…不感時間設定部
７…同期信号生成部
８…画像データ生成記憶部
９…表示データ生成部
１０…表示部
１１…入力部
１２…システム制御部
２１…送信部
２２…素子選択部
２３…受信部
２４…素子選択制御部
４１…Ｂモード処理部
４２…ドプラモード処理部
１００…超音波診断装置
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２３１…プリアンプ
２３２…Ａ／Ｄ変換器
２３３…ビームフォーマ
４１１…包絡線検波器
４１２…対数変換器

Claims (9)

1. 被検体の１つあるいは複数の方向に対して超音波の送受波を行なうための超音波振動素子を有した超音波プローブと、
   前記超音波振動素子を駆動して前記被検体に対し超音波を送信すると共に前記超音波振動素子によって得られた前記被検体からの反射信号を受信する送受信手段と、
   この送受信手段によって得られた受信信号を信号処理して時系列的な複数枚の超音波データを生成する超音波データ生成手段と、
   前記被検体に対して生体信号を計測する生体信号計測手段と、
   前記被検体に応じて不感時間を設定する不感時間設定手段と、
   前記生体信号に対し予め設定された閾値及び前記不感時間を適用して心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号と略同一の時相において生成された超音波データに対して同期情報を付加する同期信号生成手段と、
   前記超音波データに付加された同期情報に基づいて所望時相における超音波データを読み出して表示データを生成する表示データ生成手段と、
   前記表示データを表示する表示手段を
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体の１つあるいは複数の方向に対して超音波の送受波を行なうための超音波振動素子を有した超音波プローブと、
   前記超音波振動素子を駆動して前記被検体に対し超音波を送信すると共に前記超音波振動素子によって得られた前記被検体からの反射信号を受信する送受信手段と、
   この送受信手段によって得られた受信信号を信号処理して時系列的な複数枚の超音波データを生成する超音波データ生成手段と、
   前記被検体に対して生体信号を計測する生体信号計測手段と、
   前記被検体に応じて不感時間を設定する不感時間設定手段と、
   前記生体信号に対し予め設定された閾値及び前記不感時間を適用して心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号と略同一の時相において生成された超音波データを基準として時間軸方向における複数の超音波データに対し同期情報を付加する同期信号生成手段と、
   前記複数枚の超音波データに付加された同期情報に基づき所望時相における超音波データを読み出して表示データを生成する表示データ生成手段と、
   前記表示データを表示する表示手段を
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
3. 前記被検体に応じて検査モードを選択する検査モード選択手段を備え、前記不感時間設定手段は、前記検査モード選択手段が選択した検査モードに基づき予め保管されている複数の不感時間情報の中から好適な不感時間情報を選択し、心拍同期信号の生成における前記不感時間を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
4. 前記被検体に応じて検査モードを選択する検査モード選択手段と閾値設定手段を備え、前記閾値設定手段は、前記検査モード選択手段が選択した検査モードに基づいて心拍同期信号の生成における前記閾値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
5. 前記同期信号生成手段は、前記送受信手段による受信信号に基づいて前記超音波データ生成手段が生成するＢモード画像データ、カラードプラ画像データ、Ｍモードデータ及びドプラスペクトラムデータの少なくとも何れかに対して前記同期情報を付加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
6. 前記生体信号計測手段は、前記被検体に対し心電波形あるいは心音波形の計測を行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
7. 前記同期信号生成手段は、前記被検体に対して前記生体信号計測手段が計測した心電波形に前記閾値と前記不感時間を適用しＲ波に基づく心拍同期信号を生成することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
8. 前記同期信号生成手段は、前記被検体に対して前記生体信号計測手段が計測した心音波形に前記閾値と前記不感時間を適用しＳ１波に基づく心拍同期信号を生成することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
9. 前記表示データ生成手段は、薬物投与前後あるいは運動負荷前後の前記被検体に対する超音波送受波によって生成された超音波データに対して同期信号生成手段が付加した同期情報に基づき略同一の時相における前記薬物投与前後あるいは運動負荷前後の超音波データを合成して表示データを生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。

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