JP2008104640A - 超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号に基づく心拍同期信号を正確かつ短時間で生成する。
【解決手段】標準波形情報保管部１３は、予め収集された標準心電波形（第１の心電波形）におけるＰ−Ｒ間隔を検出する。Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４は、略リアルタイムで供給される第２の心電波形と閾値αとの比較によって第２の心電波形におけるＰ波の近傍位置に基準位置Ｐ１を設定し、更に、基準位置Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ経過した基準位置Ｐ２をＲ波の近傍位置に設定する。そして、利得制御部１５は、第２の心電波形におけるＲ波の近傍領域に対する増幅度が最大となるように増幅部１６の利得特性を基準位置Ｐ１及び基準位置Ｐ２に基づいて設定する。次いで、同期信号発生部１７は、増幅部１６によってＲ波が強調された第２の心電波形と閾値βとの比較によって第２の心電波形におけるＲ波を検出し、このＲ波を基準として心拍同期信号を発生する。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法に係り、特に、心電波形等の生体信号に基づく心拍同期信号を正確に得ることが可能な超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素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振動素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。

この装置を用いた診断法は、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次元あるいは３次元の超音波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、心臓領域における超音波診断では、心機能を客観的かつ定量的に評価することが極めて重要とされており、その測定項目として心臓組織の運動速度、血流の速度や乱れ、心腔内容積の変化に基づく心臓駆出率等がある。

特に、心臓の拡張末期及び収縮末期における心腔内容積から算出される心臓駆出率は心機能評価に極めて有効な情報を与えてくれる。この心腔内容積の計測は、従来、医師や検査技師（以下、操作者と呼ぶ。）が超音波診断装置によって得られた心臓の２次元画像データにおける心筋内壁に輪郭線をマニュアル設定し、この輪郭線によって囲まれる心腔内の長軸を基準としたModified-Simpson法を適用することによって行なわれてきたが、ボリュームデータの短時間収集が可能な超音波診断装置の実用化により、従来の２次元画像データから推定する方法と比較してその計測精度は著しく向上し、又、操作者の負担も低減した。

ところで、所望の心拍時相における画像データやボリュームデータの収集、更には、これらのデータに基づいた心臓駆出率等の各種診断パラメータの計測は、通常、被検体から得られる心電波形等の生体信号に同期して行なわれる。

例えば、当該被検体に対する時系列的な画像データの生成と並行して生体信号に基づく心拍時相を計測し、画像データを保存する際に前記心拍時相を画像データの付帯情報として保存する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、上述の画像データを表示する際に、心拍時相情報に基づいて画像データを読み出すことができるため所望の心拍時相における画像データを短時間かつ容易に表示することが可能となる。同様にして、診断パラメータの計測においても、付帯情報として付加された心拍時相情報に基づいて読み出した画像データやボリュームデータに対して所定の処理を行なうことにより所望の心拍時相における診断パラメータを精度よく計測することが可能となる。

一方、被検体によってその振幅や形状が異なる生体信号に基づいて心拍時相の設定に必要な心拍同期信号を生成する際、正確な心拍同期信号を生成するために種々の工夫がなされている。例えば、心電波形を用いて心拍同期信号の生成を行なう場合、最大振幅を有するＲ波の検出位置（検出時刻）に基づいて心拍同期信号を生成する方法が通常行なわれており、第１の方法として、Ｒ波の振幅値近傍に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を検出することによって心拍同期信号を生成する方法がある。又、第２の方法として、当該被検体から予め検出された標準的な心電波形（テンプレート）と略リアルタイムで検出される心電波形との相関処理（所謂、パターンマッチング）を行ない、相関値が最大となるＲ波の位置（時刻）に基づいて心拍同期信号を生成する方法も行なわれている。
特開２００４−３０５４５３号公報

上述の心電波形と所定の閾値とを比較する第１の方法は、リアルタイムかつ簡単な回路構成で心拍同期信号を生成することができるため、所望の心拍時相における各種診断パラメータの計測を効率よく行なうことが可能となる。しかしながら、Ｒ波に先行するＰ波やＲ波に後続するＴ波の振幅に対してＲ波の振幅が顕著に大きくない場合、Ｐ波やＴ波の発生タイミングにおいてもＲ波の場合と同様な心拍同期信号が生成される可能性がある。即ち、１心拍周期において複数個の心拍同期信号が生成されるという問題が発生する。この場合、心電波形の振幅や形状は被検体によって異なり時間的な変動も発生するため、Ｐ波や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が検出される好適な閾値を常時設定することは不可能となる。

一方、テンプレートと心電波形とのパターンマッチングによる第２の方法は、Ｒ波の振幅がＰ波やＴ波の振幅に対して著しく大きくない場合においても正確な心拍同期信号を生成することが可能となるが、パターンマッチングの処理に多くの時間を要するため各種診断パラメータの短時間計測を困難にするという問題点を有している。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体から検出された生体信号に基づき、正確な心拍同期信号を短時間で生成することが可能な超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法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に係る本発明の心拍同期信号生成装置は、被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置において、前記被検体から予め収集された第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置情報に基づいて前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に設定されたＲ波近傍領域を強調増幅する増幅手段と、この増幅手段によって強調増幅された前記第２の心電波形におけるＲ波を検出して心拍同期信号を発生する同期信号発生手段とを備えたことを特徴としている。

又、請求項２に係る本発明の心拍同期信号生成装置は、被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置において、前記被検体から予め収集された第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波を検出するＰ／Ｒ波検出手段と、前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に対し第１の閾値及び前記第１の閾値より大きな値を有する第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記第１の閾値と前記Ｐ波及びＲ波の位置情報に基づき前記第２の心電波形のＰ波近傍における第１の基準点とＲ波近傍における第２の基準点を設定するＰ／Ｒ波近傍位置設定手段と、前記第２の心電波形を増幅する増幅手段と、前記第２の基準点の利得が前記第１の基準点の利得より大きくなるように前記増幅手段の利得特性を制御する利得制御手段と、前記増幅手段によって増幅された前記第２の心電波形と前記第２の閾値に基づいて心拍同期信号を発生する同期信号発生手段とを備えたことを特徴としている。

一方、請求項７に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する超音波の送受信によって得られた受信信号に基づいて所望の心拍時相における超音波データを生成する超音波診断装置において、前記心拍時相を設定する手段として請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載した心拍同期信号生成装置を備えることを特徴としている。

又、請求項８に係る本発明の心拍同期信号生成方法は、被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成方法であって、Ｐ／Ｒ波検出手段が、前記被検体から予め収集された第１の心電波形に対してＰ波及びＲ波を検出するステップと、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定手段が、前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に第１の閾値を設定して前記第２の心電波形のＰ波近傍に第１の基準点を設定し、前記第１の心電波形における前記Ｐ波及びＲ波の位置情報に基づき前記第１の基準点から所定間隔経過した前記第２の心電波形のＰ波近傍に第２の基準点を設定するステップと、増幅手段が、前記第２の基準点を最大利得として前記第２の心電波形を増幅するステップと、同期信号発生手段が、増幅された前記第２の心電波形に第２の閾値を設定してＲ波を検出し、このＲ波に基づいて心拍同期信号を発生するステップとを有することを特徴としている。

本発明によれば、被検体から検出された生体信号に基づいて心拍同期信号を生成する際、正確な心拍同期信号を短時間で生成することが可能となる。

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第１の実施例における超音波診断装置では、振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いて当該被検体から収集した受信信号に基づき時系列的なボリュームデータを生成し、更に、前記被検体から得られた心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する。そして、心拍同期信号に基づいて設定された心臓の収縮末期及び拡張末期において生成されたボリュームデータを用いて心腔内容積を計測し、これらの心拍時相における心腔内容積の変化に基づいて心臓駆出率を診断パラメータとして算出する。

このとき、上述の超音波診断装置に備えられ心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置は、予め収集された当該被検体の標準心電波形（第１の心電波形）に対してＰ波及びＲ波の位置とＰ−Ｒ間隔を検出する。次いで、当該被検体から略リアルタイムで検出される心電波形（第２の心電波形）と閾値α（第１の閾値）との比較によって第２の心電波形におけるＰ波の近傍位置に基準位置Ｐ１（第１の基準位置）を設定し、更に、基準位置Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ経過した基準位置Ｐ２（第２の基準位置）を第２の心電波形におけるＲ波の近傍位置に設定する。そして、第２の心電波形におけるＲ波の近傍領域に対する増幅度が最大となるように増幅部の利得特性を基準位置Ｐ１及び基準位置Ｐ２に基づいて設定する。次いで、増幅部によってＲ波が強調された第２の心電波形と閾値β（第２の閾値）との比較によって第２の心電波形におけるＲ波を検出し、このＲ波を基準として心拍同期信号を生成する。

尚、本実施例では、診断パラメータとして収縮末期及び拡張末期の心腔内容積に基づく心臓駆出率を計測する場合について述べるが、これに限定されない。又、Ｂモードデータから生成されたボリュームデータに基づいて上述の診断パラメータを計測する場合について述べるが、カラードプラデータのような他のデータから生成されたボリュームデータに基づいて各種診断パラメータを計測してもよい。

（装置の構成）
本発明の第１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６を用いて説明する。尚、図１は、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であり、図２は、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である。

図１に示した本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の３次元領域に対し超音波パルス（送信超音波）を送信し、この送信によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を有した超音波プローブ３と、当該被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を前記振動素子に供給し、この振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を処理してボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部４と、当該被検体の生体信号として心電波形（ＥＣＧ信号）を計測する生体信号計測ユニット５と、計測された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置１と、心拍同期信号に基づいてボリュームデータ生成部４が生成した心臓の収縮末期及び拡張末期におけるボリュームデータを用いて診断パラメータを計測する診断パラメータ計測部６を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、生体信号計測ユニット５によって計測された心電波形や心拍同期信号生成装置１が生成した心拍同期信号、更には、診断パラメータ計測部６による診断パラメータの計測結果等を表示する表示部７と、被検体情報の入力やボリュームデータ生成条件の設定、閾値の入力、利得特性における最大利得及び最小利得の設定等を行なう入力部８と、超音波診断装置１００における上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部９を備えている。

超音波プローブ３は、２次元配列されたＮｘ個の図示しない振動素子を有した先端部を被検体の体表に接触させ体内の３次元領域に対し超音波の送受信を行なう。そして、超音波プローブ３における振動素子の各々は、図示しないＮｘチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）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）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。この超音波プローブ３には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、本実施例ではセクタ走査用の超音波プローブ３を用いた場合について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであっても構わない。

次に、図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３におけるＮｘ個の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、前記振動素子から得られたＮｘチャンネルの受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１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発生するレートパルス発生器２１１と、送信超音波を所定の深さに集束するための遅延時間と所定の方向に送信するための遅延時間を前記レートパルスに与える送信遅延回路２１２と、このレートパルスの遅延時間に基づいて駆動パルスを生成し超音波プローブ３に内蔵されたＮｘ個の振動素子を駆動する駆動回路２１３を有している。

一方、受信部２２は、振動素子から供給されたＮｘチャンネルの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２１と、所定の深さからの受信超音波を集束するための遅延時間と所定方向に対して受信指向性を設定するための遅延時間をＡ／Ｄ変換されたＮｘチャンネルの受信信号の各々に与える受信遅延回路２２２と、受信遅延回路２２２から出力されたＮｘチャンネルの受信信号を加算合成する加算器２２３を有し、受信遅延回路２２２と加算器２２３により、被検体の所定方向から得られた受信信号は整相加算される。

次に、ボリュームデータ生成部４は、送受信部２の受信部２２から出力される整相加算後の受信信号に対し所定の処理を行なってＢモードデータを生成する受信信号処理部４１と、このＢモードデータを当該被検体の３次元領域における超音波の送受信方向に対応させて順次保存しボリュームデータを生成するデータ記憶部４２を備えている。そして、受信信号処理部４１は、受信部２２の加算器２２３から供給された受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１１と、包絡線検波された信号の振幅を対数変換してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。但し、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成しても構わない。

生体信号計測ユニット５は、被検体の心電波形を計測する機能を有し、被検体体表面に配置され心電波形を検出する計測用電極と、この計測用電極が検出した心電波形を所定の振幅に増幅する増幅回路と、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。

次に、図３に示した心拍同期信号生成装置１は、生体信号計測ユニット５によって計測された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する機能を有し、微分処理部１２と、標準波形情報保管部１３と、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４を備え、更に、利得制御部１５と、増幅部１６と、同期信号発生部１７と、閾値設定部１８を備えている。

微分処理部１２は、心電波形において急峻な特性を有するＲ波を確実に検出するための前処理として生体信号計測ユニット５から供給されるＡ／Ｄ変換後の心電波形を微分処理あるいは差分処理する。

標準波形情報保管部１３は、当該被検体から予め収集された微分処理後の標準心電波形（第１の心電波形）におけるＰ波及びＲ波の位置とこれらの間隔（Ｐ−Ｒ間隔）を検出し、更に、検出されたＰ波及びＲ波の位置情報やＰ−Ｒ間隔の情報を保存する機能を有している。この標準波形情報保管部１３は、微分処理部１２から複数心拍周期分（例えば、５心拍周期分）にわたって供給される複数の心電波形を合成し第１の心電波形として保存する波形記憶部１３１と、第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置を検出するための閾値γ（第３の閾値）を設定する閾値設定部１３２と、閾値γに基づいて第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置とＰ−Ｒ間隔を検出するＰ／Ｒ波検出部１３３と、検出されたＰ波及びＲ波の位置情報やＰ−Ｒ間隔の情報を保存する波形位置情報記憶部１３４を備えている。尚、上述の標準心電波形とは、Ｒ波がＰ波やＴ波に較べて明らかに大きな振幅を呈する心電波形を意味しており、被検体体表面の好適な位置に計測用電極を配置したり時系列的に得られる複数の心電波形を加算合成することによりこのような標準心電波形を収集することができる。

図４は、Ｐ／Ｒ波検出部１３３によるＰ波及びＲ波の位置検出の具体例を示したものであり、Ｐ／Ｒ波検出部１３３は、波形記憶部１３１から読み出された当該被検体の第１の心電波形ＷＦ１と閾値設定部１３２から供給された閾値γとを比較することによって第１の心電波形ＷＦ１におけるＰ波とＲ波の位置を検出する。この第１の心電波形ＷＦ１におけるＲ波の振幅はＰ波やＴ波の振幅より大きな値を有しており、Ｐ波の振幅より大きな値で初期設定された閾値γを順次低減させながら第１の心電波形ＷＦ１と交叉する位置を検出する。この場合、最初に閾値γ（γ＝γ１）と交叉する第１の心電波形ＷＦ１に基づいてＲ波の位置が検出され、次いで、このＲ波より先行する第１の心電波形ＷＦ１と閾値γ（γ＝γ２）との交点に基づいてＰ波の位置が検出される。このような方法によりＴ波の振幅がＰ波の振幅より大きな場合においてもＲ波とＰ波を確実に検出することが可能となる。

次に、図３のＰ／Ｒ波近傍位置設定部１４は図示しない比較回路を有し、微分処理部１２から略リアルタイムで供給される微分処理後の心電波形（第２の心電波形）ＷＦ２１に対して閾値設定部１８から供給される閾値α（第１の閾値）を設定することにより、第２の心電波形ＷＦ２１におけるＰ波の近傍に基準点Ｐ１（第１の基準点）を設定する。

更に、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４は、標準波形情報保管部１３の波形位置情報記憶部１３４に保管された第１の心電波形ＷＦ１におけるＰ―Ｒ間隔の情報に基づいて第２の心電波形ＷＦ２１における基準点Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ離れた位置（即ち、第２の心電波形ＷＦ２１におけるＲ波の近傍）に基準点Ｐ２（第２の基準点）を設定する。そして、基準点Ｐ１及び基準点Ｐ２の位置情報を利得制御部１５に供給する。

利得制御部１５は、上述の基準点Ｐ１及び基準点Ｐ２の位置情報に基づいて増幅部１６に対する利得制御信号を生成し、増幅部１６は、利得制御部１５から供給される利得制御信号に基づいて微分処理部１２から供給される第２の心電波形ＷＦ２１を所定の大きさに増幅する。この場合、増幅部１６の利得特性は利得制御信号に基づいて時間的に変化し、第２の心電波形ＷＦ２１におけるＲ波の近傍領域に対して最大の利得が得られるように利得制御部１５によって制御される。

次に、利得制御部１５による増幅部１６の利得制御につき図５を用いて更に詳しく説明する。

図５（ａ）は、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４において所定の閾値αが設定された第２の心電波形ＷＦ２１を、図５（ｂ）は、利得制御部１５によって設定された増幅部１６の利得特性を、又、図５（ｃ）は、増幅部１６から出力された増幅後の第２の心電波形ＷＦ２２を夫々示している。

図５（ａ）に示すように、微分処理部１２から供給される第２の心電波形ＷＦ２１と閾値設定部１８から供給される閾値αはＰ／Ｒ波近傍位置設定部１４において比較され、第２の心電波形ＷＦ２１が閾値αと交叉する位置に基準点Ｐ１が設定される。次いで、標準波形情報保管部１３の波形位置情報記憶部１３４から供給される第１の心電波形ＷＦ１におけるＰ−Ｒ間隔Ｐｘに基づき、基準点Ｐ１からＰｘだけ経過した位置に基準点Ｐ２が設定される。即ち、基準点Ｐ１は第２の心電波形ＷＦ２１におけるＰ波の近傍に設定され、基準点Ｐ２は第２の心電波形ＷＦ２１におけるＲ波の近傍に設定される。

そして、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４から基準点Ｐ１と基準点Ｐ２の位置情報を受信した利得制御部１５は、利得特性が例えば図５（ｂ）になるような利得制御信号を生成し増幅部１６に供給する。このとき、基準点Ｐ１までは一定の値を有した増幅部１６の利得は、基準点Ｐ１から基準点Ｐ２までの期間で徐々に増大し、基準点Ｐ２以降では減少する。即ち、第２の心電波形ＷＦ２１におけるＲ波の位置に略対応する基準点Ｐ２において増幅部１６の利得特性は最大となる。このような利得特性を有する増幅部１６から出力された第２の心電波形ＷＦ２２のＲ波は、図５（ｃ）に示すように、Ｐ波やＴ波と比較して著しく増幅される。

再び図３に戻って、同期信号発生部１７は、図示しない比較回路を有し、増幅部１６から供給される第２の心電波形ＷＦ２２と閾値設定部１８から供給される閾値β（第２の閾値）（β＞α）とを比較する。そして、閾値βと交叉する第２の心電波形ＷＦ２２の位置において心拍同期信号を発生する。図６は、同期信号発生部１７による心拍同期信号の発生を説明するための図であり、増幅部１６から供給される第２の心電波形ＷＦ２２と閾値設定部１８から供給される閾値βとが交叉する位置において心拍同期信号ＳＰを発生する。

一方、閾値設定部１８は、閾値α及び閾値βの情報を保管する図示しない記憶回路を備え、閾値αの情報をＰ／Ｒ波近傍位置設定部１４に、又、閾値βの情報を同期信号発生部１７に供給する。

次に、図１に示した診断パラメータ計測部６は、心腔内容積を計測する容積計測部６１と、心腔内容積の計測結果に基づいて心臓駆出率を算出する駆出率算出部６２を備えている。

容積計測部６１は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、前記演算回路は、例えば、画像データ生成部４から出力される心臓の収縮末期及び拡張末期におけるボリュームデータに対し心臓内壁の輪郭データを生成し、得られた輪郭データに基づいて収縮末期の心腔内容積Ｖｓ及び拡張末期の心腔内容積Ｖｄを計測する。そして、得られた計測結果は前記記憶回路に保存される。

一方、駆出率算出部６２は、容積計測部６１の記憶回路に一旦保存された上述の心腔内容積Ｖｓ及び心腔内容積Ｖｄを読み出し、下式（１）に基づいて心臓駆出率Ｚｘを診断パラメータとして算出する。

Ｚｘ＝（Ｖｄ−Ｖｓ）／Ｖｄ×１００ （％） ・・・（１）
次に、表示部７は、生体信号計測ユニット５によって計測された当該被検体の心電波形や心拍同期信号生成装置１が生成した心拍同期信号、更には、診断パラメータ計測部６によって計測された心臓駆出率等の診断パラメータを表示する。又、ボリュームデータ生成部４が生成したボリュームデータに基づいて図示しない画像データ生成部が生成した所望の心拍時相におけるボリュームレンダリング画像データやＭＩＰ画像データ等を上述の診断パラメータ計測結果等と共に表示してもよい。

この表示部７は、表示用データ生成部７１とモニタ７２を備え、表示用データ生成部７１は、心拍同期信号、心電波形、診断パラメータの計測結果、更には、所望の心拍時相における画像データ等を合成して表示用データを生成し、モニタ７２に表示する。尚、上述の心拍同期信号、心電波形、診断パラメータの計測結果を入力部８に備えられた表示パネルに表示してもよい。

一方、入力部８は、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、選択ボタン、マウス、トラックボール等の入力デバイスを備えたインターラクティブなインターフェースであり、心拍同期信号生成装置１に設けられた閾値設定部１８に対し閾値α及び閾値βを入力する閾値入力部８１と、利得制御部１５に対し利得特性における最小利得及び最大利得等を設定する最大／最小利得設定部８２を備えている。又、入力部８では、被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等も上述の入力デバイスや表示パネルを用いて行なわれる。

システム制御部９は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部８にて入力／設定された上述の被検体情報やボリュームデータ生成条件等が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力／設定情報に基づき超音波診断装置１００の各ユニットを制御して診断パラメータの計測を行なう。

（心拍同期信号の生成手順）
次に、本実施例における心拍同期信号の生成手順につき、図７のフローチャートに沿って説明する。

心拍同期信号の生成に先立って、操作者は、入力部８の閾値入力部８１において閾値α及び閾値βを入力し、更に、最大／最小利得設定部８２において増幅部１６の利得特性における最小利得及び最大利得を設定する。そして、入力された閾値α及び閾値βの情報は閾値設定部１８の記憶回路に、又、設定された最小利得及び最大利得の情報は利得制御部１５の図示しない記憶回路に夫々保存される（図７のステップＳ１）。但し、上述の記憶回路に予め保管されている閾値α及び閾値βや最小利得及び最大利得の情報を用いても構わない。

これらの入力／設定が終了したならば、操作者は、入力部８にて診断パラメータの計測を開始するためのコマンド信号を入力し、このコマンド信号に従って心拍同期信号の生成を開始するための指示信号がシステム制御部９より心拍同期信号生成装置１に供給される（図７のステップＳ２）。

心拍同期信号の生成に際し、心拍同期信号生成装置１の標準波形情報保管部１３に備えられた波形記憶部１３１には、生体信号計測ユニット５にて予め検出され心拍同期信号生成装置１の微分処理部１２において微分された当該被検体の標準的な心電波形（第１の心電波形）が保存される（図７のステップＳ３）。

次いで、Ｐ／Ｒ波検出部１３３は、上述の波形記憶部１３１から読み出した第１の心電波形と閾値設定部１３２から供給された閾値γとを比較することによって第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置を検出し、更に、Ｐ−Ｒ間隔を検出する。そして、検出されたＰ波及びＲ波の位置情報とＰ−Ｒ間隔の情報は波形位置情報記憶部１３４に保存される（図７のステップＳ４）。

第１の心電波形におけるＲ波及びＲ波の位置とＰ−Ｒ間隔の検出が終了したならば、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４は、微分処理部１２から略リアルタイムで供給される微分処理後の心電波形（第２の心電波形）に対して閾値設定部１８から供給される閾値α（第１の閾値）を設定することにより、第２の心電波形におけるＰ波の近傍に基準点Ｐ１（第１の基準点）を設定する。

更に、Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部１４は、標準波形情報保管部１３の波形位置情報記憶部１３４に保管された第１の心電波形におけるＰ―Ｒ間隔の情報に基づき第２の心電波形における基準点Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ経過した位置に基準点Ｐ２（第２の基準点）を設定する（図７のステップＳ５）。そして、基準点Ｐ１及び基準点Ｐ２の位置情報を利得制御部１５に供給する。

一方、利得制御部１５は、基準点Ｐ１及び基準点Ｐ２の位置情報に基づいて増幅部１６に対する利得制御信号を生成し（図７のステップＳ６）、増幅部１６は、利得制御部１５から供給された利得制御信号に基づき、微分処理部１２から供給された第２の心電波形を所定の大きさに増幅する（図７のステップＳ７）。

次に、同期信号発生部１７は、増幅部１６から供給された第２の心電波形と閾値設定部１８から供給された閾値β（第２の閾値）とを比較し、閾値βと交叉する第２の心電波形の位置において心拍同期信号を発生する（図７のステップＳ８）。

そして、微分処理部１２を介して時系列的に供給される当該被検体の第２の心電波形の各々に対し上述のステップＳ５乃至ステップＳ８の手順を繰り返し行なうことにより周期的な心拍同期信号が連続的に生成される。

以上述べた上述の第１の実施例によれば、被検体から検出された心電波形のＲ波に基づいて心拍同期信号を生成する際、Ｒ波をより大きな利得で増幅することにより正確な心拍同期信号を短時間で生成することが可能となる。このため、所望の心拍時相における超音波画像データの表示や各種診断パラメータの計測等を効率よく行なうことができる。

又、この実施例によれば、心電波形の前処理としてＲ波を強調するための微分処理を行なっているため、Ｒ波の検出を更に確実に行なうことが可能となる。

更に、上述の実施例では、複数心拍周期において収集された複数の心電波形を合成することによりノイズの影響や時間的な変動の影響が低減された第１の心電波形を生成し、得られた第１の心電波形を用いてＰ波やＲ波の位置検出やＰ−Ｒ間隔の検出を行なっているため高い検出精度を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置について説明する。本実施例における心拍同期信号生成装置では、先ず、予め収集された被検体の標準心電波形（第１の心電波形）においてＰ波及びＲ波の位置とＰ−Ｒ間隔を検出する。次いで、当該被検体から略リアルタイムで検出される心電波形（第２の心電波形）と閾値α（第１の閾値）との比較によって第２の心電波形におけるＰ波の近傍位置に基準位置Ｐ１（第１の基準位置）を設定し、更に、基準位置Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ経過した基準位置Ｐ２（第２の基準位置）を第２の心電波形におけるＲ波の近傍位置に設定する。そして、第２の心電波形におけるＲ波の近傍領域に対する増幅度が最大となるように増幅部の利得特性を基準位置Ｐ１及び基準位置Ｐ２に基づいて設定する。次に、増幅部によってＲ波が強調された第２の心電波形と閾値β（第２の閾値）との比較によって第２の心電波形におけるＲ波を検出し、このＲ波を基準として心拍同期信号を生成する。

（装置の構成）
本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置の構成につき図８のブロック図を用いて説明する。但し、図８において、図３に示した心拍同期信号生成装置１の各ユニットと同一の構成あるいは機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

図８に示した本実施例の心拍同期信号生成装置１ａは、別途設置されている生体信号計測ユニットによって計測された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する機能を有し、心電波形において急峻な特性を有するＲ波を確実に検出するための前処理として前記生体信号計測ユニットから供給されるＡ／Ｄ変換後の心電波形を微分処理する微分処理部１２と、当該被検体から予め収集された微分処理後の標準心電波形（第１の心電波形）におけるＰ波及びＲ波の位置とこれらの間隔（Ｐ−Ｒ間隔）を検出し、得られたＰ波及びＲ波の位置情報やＰ−Ｒ間隔の情報を保存する標準波形情報保管部１３と、微分処理部１２から略リアルタイムで供給される微分処理後の心電波形（第２の心電波形）に対し後述の閾値設定部１８から供給される閾値α（第１の閾値）を設定して第２の心電波形におけるＰ波の近傍に基準点Ｐ１（第１の基準点）を設定し、更に、標準波形情報保管部１３の波形位置情報記憶部１３４に保管された第１の心電波形におけるＰ―Ｒ間隔の情報に基づいて第２の心電波形における基準点Ｐ１からＰ−Ｒ間隔だけ経過した位置（即ち、第２の心電波形におけるＲ波の近傍）に基準点Ｐ２（第２の基準点）を設定するＰ／Ｒ波近傍位置設定部１４を備えている。

又、心拍同期信号生成装置１ａは、上述の基準点Ｐ１及び基準点Ｐ２の位置情報に基づいて増幅部１６に対する利得制御信号を生成する利得制御部１５と、利得制御部１５から供給される利得制御信号に基づき、第２の心電波形を所定の大きさに増幅する増幅部１６と、増幅部１６から供給される第２の心電波形と閾値設定部１８から供給される閾値β（第２の閾値）とを比較することにより閾値βと交叉する第２の心電波形の位置において心拍同期信号を発生する同期信号発生部１７と、閾値αの情報をＰ／Ｒ波近傍位置設定部１４に、又、閾値βの情報を同期信号発生部１７に供給する閾値設定部１８を備え、更に、閾値設定部１８に対する閾値α及び閾値βの入力や利得制御部１５の利得特性における最小利得及び最大利得の設定等を行なう入力部８ａと、心拍同期信号生成装置１ａにおける上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部９ａを備えている。尚、本実施例の心拍同期信号生成装置１ａによる心拍同期信号生成手順は図７に示したフローチャートと略同様であるため説明は省略する。

以上述べた上述の第２の実施例によれば、被検体から検出された心電波形のＲ波に基づいて心拍同期信号を生成する際、Ｒ波をより大きな利得で増幅することにより正確な心拍同期信号を短時間で生成することが可能となる。このため、所望の心拍時相における医療データの生成や表示を正確かつ効率よく行なうことができる。更に、心電波形の前処理としてＲ波を強調するための微分処理を行なっているため、Ｒ波の検出を更に確実に行なうことが可能となる。

又、複数心拍周期において収集された複数の心電波形を合成することによりノイズの影響や時間的な変動の影響が低減された第１の心電波形を生成し、得られた第１の心電波形を用いてＰ波やＲ波の位置検出やＰ−Ｒ間隔の検出を行なっているため高い検出精度を得ることができる。

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、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に基づいて心拍同期信号を生成してもよい。

又、複数心拍周期において収集された複数の心電波形を合成して得られた第１の心電波形に対してＰ波及びＲ波の位置を検出する場合について述べたが、前記複数の心電波形の各々においてＰ波及びＲ波の位置を検出し、得られた位置情報を加算平均して第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置情報としてもよい。

本発明の第１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。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部及びボリュームデータ生成部の構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える心拍同期信号生成装置の構成を示すブロック図。 同実施例の心拍同期信号生成装置に設けられたＰ／Ｒ波検出部によるＰ波及びＲ波の位置検出方法を示す図。 同実施例の心拍同期信号生成装置に設けられた利得制御部による利得制御方法を示す図。 同実施例の同期信号発生部による心拍同期信号の発生を示す図。 同実施例における心拍同期信号の生成手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置の全体構成を示すブロック図。

符号の説明

１、１ａ…心拍同期信号生成装置
１２…微分処理部
１３…標準波形情報保管部
１３１…波形記憶部
１３２…閾値設定部
１３３…Ｐ／Ｒ波検出部
１３４…波形位置情報記憶部
１４…Ｐ／Ｒ波近傍位置設定部
１５…利得制御部
１６…増幅部
１７…同期信号発生部
１８…閾値設定部
２…送受信部
２１…送信部
２２…受信部
３…超音波プローブ
４…ボリュームデータ生成部
４１…受信信号処理部
４２…データ記憶部
５…生体信号計測ユニット
６…診断パラメータ計測部
６１…容積計測部
６２…駆出率算出部
７…表示部
７１…表示用データ生成部
７２…モニタ
８、８ａ…入力部
８１…閾値入力部
８２…最大／最小利得設定部
９、９ａ…システム制御部
１００…超音波診断装置

Claims (8)

1. 被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置において、
   前記被検体から予め収集された第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波の位置情報に基づいて前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に設定されたＲ波近傍領域を強調増幅する増幅手段と、
   この増幅手段によって強調増幅された前記第２の心電波形におけるＲ波を検出して心拍同期信号を発生する同期信号発生手段とを
   備えたことを特徴とする心拍同期信号生成装置。
2. 被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置において、
   前記被検体から予め収集された第１の心電波形におけるＰ波及びＲ波を検出するＰ／Ｒ波検出手段と、
   前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に対し第１の閾値及び前記第１の閾値より大きな値を有する第２の閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記第１の閾値と前記Ｐ波及びＲ波の位置情報に基づき前記第２の心電波形のＰ波近傍における第１の基準点とＲ波近傍における第２の基準点を設定するＰ／Ｒ波近傍位置設定手段と、
   前記第２の心電波形を増幅する増幅手段と、
   前記第２の基準点の利得が前記第１の基準点の利得より大きくなるように前記増幅手段の利得特性を制御する利得制御手段と、
   前記増幅手段によって増幅された前記第２の心電波形と前記第２の閾値に基づいて心拍同期信号を発生する同期信号発生手段とを
   備えたことを特徴とする心拍同期信号生成装置。
3. 前記Ｐ／Ｒ波近傍位置設定手段は、前記第２の心電波形と前記第１の閾値との比較によって前記第１の基準点を設定し、前記第２の心電波形におけるＰ波とＲ波との間隔に基づき、前記第１の基準点から前記間隔だけ経過した位置に前記第２の基準点を設定することを特徴とする請求項２記載の心拍同期信号生成装置。
4. 前記利得制御手段は、前記第２の基準点の利得が心拍周期において最大となるように前記増幅手段の利得特性を制御することを特徴とする請求項２記載の心拍同期信号生成装置。
5. 前記同期信号発生手段は、前記増幅手段によって増幅された前記第２の心電波形と前記第２の閾値を比較することによって前記第２の心電波形におけるＲ波を検出し、検出された前記Ｒ波に基づいて心拍同期信号を発生することを特徴とする請求項２記載の心拍同期信号生成装置。
6. 微分処理手段を備え、前記微分処理手段は、前記被検体から検出された心電波形を微分処理して前記第１の心電波形及び前記第２の心電波形を生成することを特徴とする請求項２記載の心拍同期信号生成装置。
7. 被検体に対する超音波の送受信によって得られた受信信号に基づいて所望の心拍時相における超音波データを生成する超音波診断装置において、
   前記心拍時相を設定する手段として請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載した心拍同期信号生成装置を備えることを特徴とする超音波診断装置。
8. 被検体から収集された心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成方法であって、
   Ｐ／Ｒ波検出手段が、前記被検体から予め収集された第１の心電波形に対してＰ波及びＲ波を検出するステップと、
   Ｐ／Ｒ波近傍位置設定手段が、前記被検体からリアルタイムで収集される第２の心電波形に第１の閾値を設定して前記第２の心電波形のＰ波近傍に第１の基準点を設定し、前記第１の心電波形における前記Ｐ波及びＲ波の位置情報に基づき前記第１の基準点から所定間隔経過した前記第２の心電波形のＰ波近傍に第２の基準点を設定するステップと、
   増幅手段が、前記第２の基準点を最大利得として前記第２の心電波形を増幅するステップと、
   同期信号発生手段が、増幅された前記第２の心電波形に第２の閾値を設定してＲ波を検出し、このＲ波に基づいて心拍同期信号を発生するステップとを
   有することを特徴とする心拍同期信号生成方法。

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