JP2009261748A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の観測面上の各点のビーム方向速度成分から推定した渦流についての定量化された情報を提供する。
【解決手段】渦流演算部４１６は、カラードプラ演算部４１２が求めた観測面内各点のビーム方向速度成分に基づき、観測面内を循環する流れの成分である渦流成分の流れ関数を計算する。そして、その流れ関数における各ピークの位置と値（流量値）を求め、求めた値を各ピークに対応する渦流の最大流量として画面表示する。また、渦流演算部４１６は、流れ関数において渦流の最大流量の半値に対応する等流量線で囲まれた面積を、その渦流の大きさを示す半値面積として表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、血流中の渦流を観測する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置では、例えば心臓内の血流における各点からドプラ情報（速度情報）が取得され、それらを二次元マッピングすることにより二次元血流画像が構成される。これはカラードプラ法あるいはカラーフローマッピング法といわれている。一般にカラードプラ法で表示される速度情報は、血流の真の速度ではなく、ビーム方向に沿った速度成分である。

特許文献１には、走査面上の各点において演算された速度（ビーム方向速度成分）から二次元速度ベクトルを推定する方法が記載されている。この方法では、血流の流れ全体が「渦流」とそれ以外の「基本流」とで構成されるという前提の下で、まず、観測されたビーム方向速度成分が渦流成分と基本流成分とに分解される。次に、渦流については所定の流れ関数を利用することにより、直交方向速度成分が求められ、基本流については所定の流線を描くことにより、直交方向成分が求められる。本発明者らの実験によれば、この方法によれば、心臓の血流について、臨床上価値のある二次元速度ベクトルを求められることが確認されている。この方法によれば、計算の途中で、渦流についてのビーム方向速度成分及び直交方向速度成分が求まるので、渦流だけについて、二次元速度ベクトルを表示しあるいは多重リングのような流線を表示することが可能である。

上記特許文献１に記載された方法を使って、心臓（例えば左室）内の渦流についての速度成分を算出し、弁別した上で渦流を二次元表示すると、具体的には多重リングのような流線表示を行うと、心臓内に１又は複数の渦流が現れる。例えば、左室においては、心尖部付近や僧帽弁付近に、１又は複数の渦流が現れる傾向にある。しかも、疾患の内容及び程度によって、心臓内において渦の出現（個数、大小、位置等）が異なるということが判明している。この極めて興味深い研究成果を、現在又は将来における循環器医療その他に役立てることが期待されている。

特開２００５−１１０９３９号公報

渦流の視覚化技術を臨床に役立てる際に重視されるのは客観的な渦流の評価である。換言すれば渦流の定量化である。走査面上の各点のビーム方向速度成分から推定した渦流の定量化についての技術は、従来提供されていない。

本発明の目的は、被検体の観測面上の各点のビーム方向速度成分から推定した渦流についての定量化された情報を提供できる超音波診断装置を提供することにある。

本発明は、生体内の観測面に対する超音波の送受波により得られたドプラ情報に基づいて、前記観測面上に存在する渦流の状態を示す流れ状態関数を求める関数算出手段と、流れ状態関数のピークを特定する特定手段と、特定されたピークについての流れ状態関数の値に基づき、当該ピークに対応する渦流の定量指標値を計算する指標値算出手段と、を備える超音波診断装置に関する。

ここで、流れ状態関数として、流体力学における流れ関数を用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば２方向の超音波ビームにより、観測面内の各点の二次元速度を求め、これら各点の二次元速度から流れの渦を特定することも考えられ、この場合、各点の二次元速度の分布が流れ状態関数の一例となる。

１つの態様では、前記指標値算出手段は、前記ピークに対応する渦流の定量指標値として、当該ピークについての前記流れ状態関数の値である渦流最大流量、前記流れ状態関数において当該渦流最大流量に対して所定割合の流量値を持つ点を結んだ閉曲線の面積、前記面積をもつ円の直径又は半径、前記渦流流量を前記面積で除して得られる渦強度、のうちの少なくとも１つを算出する。

更なる態様では、超音波診断装置は、前記流れ状態関数の等流量線を求める手段と、前記等流量線及び前記ピークに対応する渦流の定量指標値を、前記ドプラ情報と重畳して表示する表示手段と、を更に備える。

なお、上記の構成において、関数算出手段は、前記観測面に設定された複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路をドプラ情報が正である範囲と負である範囲とに分け、それら各範囲のうちドプラ情報の積分結果の絶対値が小さい方を基本流を含まない渦流に対応する範囲と判定する判定手段と、複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路のうち前記判定手段が前記渦流に対応すると判定した範囲のドプラ情報に基づき、前記流れ状態関数を算出する第２の算出手段と、を備えていてもよい。

また、この第２の算出手段は、前記複数の積分経路のそれぞれについて、当該積分経路のうち前記判定手段が前記渦流に対応すると判定した範囲内のドプラ情報を、前記範囲内における前記渦流のビーム方向速度成分とし、当該積分経路のうち前記範囲以外の部分における前記渦流のビーム方向速度成分を、前記範囲以外の部分での前記ビーム方向速度成分の積分結果が前記範囲内の前記ビーム方向速度成分の積分結果と等しくなるように決定し、決定した前記範囲内及び前記範囲以外の部分の前記ビーム方向速度成分に基づき、前記渦流についての流れ状態関数を算出してもよい。

本発明によれば、観測面内の渦流の定量指標値を求めることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

この実施形態では、特許文献１と同様の手法により観測面内の渦流成分の流れ関数を求め、その流れ関数から渦流の定量指標値を計算する。以下、その計算の手法の例を説明する。
［渦流成分の推定］
［１］観測面内の血流速度ベクトル

まず図１を参照して、流れの速度成分について説明する。この図は、リニア走査方式を想定した場合の図であり、ｘ方向が超音波ビーム方向を、ｘｙ平面がリニア走査の断層面を示している。

実際の血流速度Ｖ(x,y,z)は３次元ベクトルであるが、このベクトルＶは、次式（１）に示すように、カラードプラ画像の断層面（以下、観測面と呼ぶ）の２次元ベクトルＵ(x,y)と、観測面に垂直方向（z方向)の速度成分ｗとに分解できる。

ここで、ｅzは観測面に垂直方向の単位ベクトルである。

そして、観測面内の２次元速度ベクトルＵ(x,y)は、さらに、次式（２）に示すように、ビーム方向の成分ｕ(x,y)とビームに直角方向の成分ｖ(x,y)とに分けることができる。

ここで、ｅ_ｘは超音波ビーム方向の単位ベクトルであり、ｅ_ｙはビームに直交する方向の単位ベクトルである。

以下、観測面領域内の２次元血流速度ベクトルＵの推定法について説明する。なお、以下で言う「観測面領域」は、無限の平面ではなく、超音波ビームの走査範囲である有限の面領域である。
［２］観測面領域内の流れの分離：渦流と基本流

図２に示すように、本実施形態では、観測面領域１００内の流れが、有限の観測面領域１００内のみの流れである「渦流」１１０と、観測面領域１００を通して該領域１００外の領域との間での流出及び流入がある「基本流」１２０とに分解される、と仮定する。

この流れの分解では、観測面領域１００内の流れには、該領域１００内で閉じて循環する流れの成分が存在すると仮定し、そのような面内循環流の成分を「渦流」１１０と名付ける。このように本実施形態の「渦流」１１０は、流体力学における「渦(vortex)」とはまったく独立した概念なので、注意されたい。そして、観測面領域１００内の流れ全体から渦流１１０を除いた残りを、「基本流」１２０と呼ぶ。したがって、基本流１２０は、観測面領域１００内に対して３次元的に流出入する成分と、観測面領域１００と同一平面内の、該領域１００の外部との間で流出入する成分とを含んでいる。

このように観測面領域１００内の流れを渦流１１０と基本流１２０とに分解した場合、式（２）のビーム方向の速度成分ｕ(x,y)は、次式（３）のように、渦流１１０が担う速度成分ｕ_ｓ(x,y)と、基本流１２０が担う速度成分ｕ_ｂ(x,y)との和で表される。

同様に、式（２）におけるビームに直交する方向の速度成分ｖ(x,y) も、次式（４）のように、渦流１１０による成分ｖ_ｓ(x,y)と基本流１２０による成分ｖ_ｂ(x,y)との和で表される。

超音波ドプラ法で直接、観測できるのはビーム方向の速度成分ｕ(x,y)のみである。本実施形態では、このビーム方向速度成分ｕ(x,y)の情報に基づき、ビーム方向の渦流１１０の速度成分ｕ_ｓ(x,y)を推定する。そして、求めた渦流１１０の速度成分ｕ_ｓ(x,y)を利用することで、さらにビームと直交する速度成分のうちの渦流１１０の成分ｖ_ｓ(x,y)、および基本流１２０の成分ｖ_ｂ(x,y)を推定する。これら各成分の推定法を、以下に説明する。
［３］渦流成分の流れ関数の推定
イ）流れ関数

２次元の非圧縮性流体は、流れ関数を用いて流れの状態を記述できる。ここで観測面内の渦流１１０が２次元の非圧縮性流体の流れであると仮定すると、渦流１１０のビーム方向の速度成分ｕ_ｓと、ビームに直交方向の速度成分ｖ_ｓは、流れ関数Ｓ(x,y)を用いて、次式（５）及び（６）で表すことができる（図３参照）。

したがって、渦流１１０のビーム方向の速度成分ｕ_ｓが分かれば（ｕ_ｓの推定法は次に述べる）、流れ関数Ｓは次式（７）から求められる。

ロ）流量関数と距離流量関数

以上に説明した流れ関数Ｓ(x,y)は２次元流に関するものである。本実施形態では、この流れ関数Ｓの考え方を３次元流の中の観測面内の流れに拡張した、流量関数Ｆ(x,y)を用いる。流量関数Ｆ(x,y)は、式（７）と同様に、ドプラ法により求めることができるビーム方向の速度成分ｕ(x,y)を、ビームに直交する方向（ｙ方向）に沿って積分することにより計算する。すなわち、流量関数Ｆ(x,y)は次式（８）で定義される。

ここでは、図４の（ａ）に示すように、観測面領域１００内に、ビーム方向に平行にｘ軸を、ビーム方向に直交する方向にｙ軸をとっている。そして、ビーム走査範囲は[ｙ_１,ｙ_２]で示される範囲とする。式（８）の積分は、（ａ）において、ｙ軸からの距離がｘである直線の積分経路２００に沿って、ｕ(x,y)をｙ＝０からｙ＝ｙまで積分する処理である。数値計算では、この積分は、ドプラ法で求められる各点(x,y)のビーム方向速度成分ｕの値を、その積分経路２００に沿ってｙ＝０からｙ＝ｙまで足し合わせることにより行う。積分経路２００に沿った各点(x,y)のビーム方向速度成分ｕの分布が曲線２１０であるとすると、その積分経路２００に沿った流量関数Ｆ(x,y)は図４の（ｂ）における曲線２２０で示される。

また、ビーム方向に沿って距離ｘの位置にある積分経路２００において、ビーム方向の速度成分ｕをビーム走査範囲[ｙ_１,ｙ_２]に渡って距離積分した値を、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)と定義する。すなわち、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)は次式（９）で示すことができる。

距離流量関数Ｆ_ｒ(x)は、距離ｘの位置でのビーム方向に垂直な直線を横切る流量（ただしビーム方向速度成分ｕのみによるもの）の総計を示す。図４の（ｃ）は、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)の曲線２３０の例を示している。
ハ）渦流成分の流量の推定

次に、このように求めた距離流量関数Ｆ_ｒ(x)から渦流の成分による流量を計算する。このために、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)を、次式（１０）に示すように、ｕの正の成分であるｕ_＋からの寄与Ｆ_ｒ＋と、ｕの負の成分であるｕ₋からの寄与Ｆ_ｒ−とに分解する。

ここで、渦流１１０の流れ関数Ｓを求めるとき、ｕ_ｓの正の成分ｕ_ｓ＋からの寄与Ｓ_＋と、ｕ_ｓの負の成分ｕ_ｓ−からの寄与Ｓ₋とに分解する。観測面領域１００内の渦流１１０は２次元流と考えられ、しかも定義上観測面領域１００の外周の境界線を介して外部との間で流出入がないため、観測面領域１００を横切る経路の端点からもう一方の端点までｕ_ｓを積分すれば、その結果はゼロとなる（図３の（ｂ））。従って、次式（１１）の関係が成り立つ。

ここで、観測面領域１００内の流れのうち、渦流１１０の成分が最大であると仮定する。すなわちここでは、ｙ軸から見て距離ｘの経路２００上の流量関数Ｆ(x,y)の曲線において、該経路２００全体での総流量（すなわち距離流量Ｆ_ｒ(x)）とは逆向きの流れとなっている区間の流量は、すべて渦流１１０によるものと仮定する。

この仮定を、図５を用いて説明する。経路２００上のビーム方向速度成分ｕの分布が、（ａ）の曲線３００に示すようなものであったとすると、この経路２００を横切る流れは経路全体で見ればｘ軸の正の方向であるといえる。ここで、この流れのうち、観測面領域１００内で循環している渦流１１０による流量成分は経路２００全体で総計すれば零になるので、総流量Ｆ_ｒ(x)は基本流１２０によるものと言える。そして、基本流１２０の流れ方向がその経路２００の全域にわたって同一方向（すなわち総流量の方向）であるとし、これとは逆向きの流れはすべて渦流１１０によるものであると仮定する。すなわち図５の（ａ）で言えば、ｕが負の区間の流量は、渦流１１０によるものとする。

なお、この場合、必然的に、総流量の向きと同一方向の流れ成分による流量よりも、その「逆向きの流れ」の成分による流量の方が小さいものとなる。

したがって、この仮定の下では、次の関係式（１２）が成り立つ。

ここで図５の例のように距離流量関数Ｆ_ｒ(x)が正の場合（（ｂ）参照）には、−Ｆ_ｒ−の値がＦ_ｒ＋の値より小さい（ここでは絶対値同士を比較している）ので、次式（１３）及び（１４）が成り立つ。

これは、負方向の流れが渦流１１０によるものと見なした場合である。すなわち、この場合図５の（ｂ）に示すように、負方向の流れによる流量Ｆ_ｒ−が、渦流１１０の負方向の成分ｕ_ｓ−による寄与Ｓ₋と等しくなる。ここで、１つの例では正の流量Ｆ_ｒ＋に対する渦流の正の流量Ｓ_＋の割合ｋ_＋を、次式（１５）で定義する。

なお、ここではＦ_ｒ＋及びＦ_ｒ−は既知なので、式（１３）からＳ_＋の値が決まり、式（１５）により割合ｋ_＋の値が決まる。

一方、Ｆ_ｒ(x)が負またはゼロの場合には、Ｆ_ｒ＋が−Ｆ_ｒ−より小さいか等しいので、次式（１６）及び（１７）が成り立つ。

これは、正方向の流れが渦流１１０によるものと見なした場合である。この場合は、正方向の流れによる流量Ｆ_ｒ＋が、渦流１１０の正方向の成分ｕ_ｓ＋による寄与Ｓ_＋と等しくなる。ここで、１つの例では負の流量Ｆ_ｒ−に対する渦流の負の流量Ｓ₋の割合ｋ₋を、次式（１８）で定義する。この割合ｋ₋の値も、上述の割合ｋ_＋の値と同様の考え方で求めることができる。

ニ）流れ関数の推定

ここでは、推定のために、一例として、観測面領域１００内で湧出や吸込が一様に発生していると仮定する。

まず、図５に示したように、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)が正の場合について説明する。この場合、上記の仮定の下では、式（１５）の割合ｋ_＋は、ビーム方向の速度成分ｕに対する正の場合の渦流速度成分ｕ_ｓとの割合になる。すなわち、次式（１９）が成り立つ。

したがって上記式（３）から、ビーム方向の基本流１２０の速度成分ｕ_ｂが次式（２０）で表される。

以上の計算では、図５の（ｃ）に示されるように、正の範囲にあるビーム方向速度成分ｕを、渦流１１０による成分と基本流１２０による成分とに比例配分していることになる。すなわち、図５の（ｃ）では、破線の曲線３０５が渦流１１０の成分を示し、曲線３００と曲線３０５との差分が基本流１２０の成分を示している。

以上、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)が正の場合について説明したが、距離流量関数Ｆ_ｒ(x)が負又は０の場合同様に考えることができる。すなわち、負の流量Ｆ_ｒ−に対する渦流の負の流量Ｓ₋の割合ｋ₋から、ビーム方向の渦流及び基本流の速度成分ｕ_ｓ及びｕ_ｂは、次の式（２１）及び（２２）で表される。

式（１９）または（２１）式で求めたｕ_ｓを用いることで、式（７）から渦流成分の流れ関数Ｓ(x,y)を求めることができる。

以上、リニア走査の場合を例にとって説明したが、セクタ走査やコンベックス走査の場合は極座標系にて上記と同様の考え方の演算を行うことで、観測面領域内の渦流成分の流れ関数を求めることができる。極座標系では、ビーム方向が径方向であり、ビームに直交する方向が円周方向となる。どのような走査方式の場合でも、ある点（仮に点Ａとする）の流量関数Ｆは、その点を通る「ビーム方向に直交する経路」（言い換えれば、ビーム方向についての距離が同一である点を繋げた経路。セクタ走査の場合は半径に垂直な円弧）に沿って、観測面領域の所定の端辺上の該経路上の点からその点Ａまで、該経路上の各点のビーム方向速度成分を順次加算していくことにより求めることができる。また、距離流量関数は、ビーム方向の距離が異なる各積分経路での総流量（すなわち該経路の全区間にわたる積分結果）を、距離の関数として表したものである。

以上、超音波ビーム操作により得られたビーム方向の速度成分から、観測面内で閉じて循環する「渦流」成分の流量を表す流れ関数Ｓを求める方法の例を説明した。

以上の例では、積分経路のうち渦流成分に対応するとみなした範囲（すなわち、積分経路のうち、当該経路に沿った総流量の流れの向き（こちらを「順方向」とする）に対し逆方向の流れとなっている区間）の流量と等量の流量を、その範囲外の部分について割合ｋで比例配分したものを、その範囲外の部分での渦流成分のビーム方向速度成分とした。しかし、これはあくまで一例に過ぎず、これにとらわれるものでない。
［渦流成分の定量化］

この実施形態では、このように求めた渦流の流れ関数に基づき、渦流の定量的指標値を計算する。計算する指標値としては、例えば、以下のようなものがある。
（１）渦流の最大流量

流れ関数Ｓのピーク値（ピークの流量値）を、当該ピークを中心とする渦流の最大流量とする。流れ関数Ｓが計算されていれば、その関数Ｓのピークを探索することで、ピーク値を求めることができる。観測面領域内に複数の渦流が存在する場合、個々の渦流ごとにピーク値を求めることができる。なお、ここでの流量は、２次元の観測面内の流れについてのものなので、（長さ）^２／時間の次元の値（例えば単位がｃｍ^２／ｓ）となる。
（２）渦流の半値面積

渦流の最大流量（すなわち、流れ関数Ｓのピーク値）の１／２の流量となる面を流れ関数Ｓから求め、その面の面積を渦流の半値面積とする。換言すれば、流れ関数Ｓのピークを取り囲む流れ関数Ｓの等レベル線（すなわち等流量線）のうち、当該ピークの流量値の半分の流量値に対応する等レベル線が取り囲む面積を、渦流の半値面積とする。これも、流れ関数Ｓが分かれば計算できる。この指標値は、渦流の空間的な広がりを定量化する。

なお、「半値」はあくまで一例に過ぎない。一般化すれば、ピーク値に対しあらかじめ定めた割合となる流量の面の面積を指標に用いることができる。対象の特性にあった割合の値を実験等で求めて用いてもよい。なお、このことは以下の（３）及び（４）でも同様である。
（３）渦流の半値面積の直径又は半径

上述した渦流の半値面積と同じ面積の円の直径又は半径である。これは、渦流の形状を円と仮定したときの渦流の空間的な広がりを表す。
（４）渦流の渦強度

渦流の最大流量を渦流の半値面積で除した結果の値を、渦流の渦強度とする。これは単位面積当たりの流量を示し、この値が大きいほど強い渦である。すなわち、渦強度が大きいほど、流れ関数の勾配が急（言い換えれば渦流量の等レベル線の間隔が密）になり、面積当たりの渦の流量が大きくなる。なお、最大流量の次元が（長さ）^２／時間、半値面積の次元が（長さ）^２なので、渦強度の次元は１／時間である。
［装置構成の例］

上記の方法を実装した超音波診断装置の装置構成の例を図６に示す。図６に示した装置構成のうち、渦流演算部４１６は上記の方法による渦流の流れ関数の計算、及び指標値の計算を行う機能モジュールである。その他の構成要素は、従来一般的な超音波診断装置の構成要素と同等のものでよい。

この装置では、入力装置４００からの操作に応じた制御部４０２からの制御に従い送信部４０４にて送信信号を生成し、この送信信号によりプローブ４０６中の振動子アレイを駆動して、被検体５００内に超音波パルスのビームを送信する。そして、このビームの被検体５００内からのエコーをプローブ４０６で受信し、電気的な受信信号を生成する。この受信信号は受信部４０８で所定の信号処理を受けてビームデータとなり、Ｂモード演算部４１０、カラードプラ演算部４１２及びスペクトルドプラ演算部４１４に入力される。これらは、Ｂモードデータ、カラードプラデータ（すなわち各点のビーム方向速度成分）、及びスペクトルドプラデータをそれぞれ計算する。

例えば、Ｂモード演算部４１０は、ビームデータに対する検波、対数圧縮処理等を実行する。また、カラードプラ演算部４１２は、例えば直交検波回路により、ビームデータとしての受信信号に対して参照信号を混合することにより直交検波処理を実行し、その結果である複素信号を求める。そして、その複素信号に対して自己相関演算を実行し、その演算結果である複素信号に対して逆正接演算を行うことにより速度を演算する。その速度は超音波ビーム方向に沿った速度成分である。

関心領域設定部４２２は、超音波ビームの走査領域（観察面領域）の中に、渦流演算部４１６が演算を行う対象となる関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の設定を行う。関心領域の設定は、例えば、表示部４２０に表示された断層画像上で、トラックボールなどのポインティングデバイスを含む入力装置４００により、関心領域の外周線を規定する制御点を指定していくなどの操作で行えばよい。この場合、入力装置４００に入力された各制御点の位置情報が、制御部４０２経由で関心領域設定部４２２に入力され、関心領域設定部４２２は例えばそれら制御点を順に繋いでできる閉曲線の内部を関心領域に設定する。設定された関心領域の情報（例えば、関心領域の外周を規定する閉曲線の情報）は、渦流演算部４１６に入力される。例えば心室内の流れを見る場合、心室を囲む閉曲線が関心領域として設定される。

渦流演算部４１６は、カラードプラ演算部４１２で求められた観測面内の各点のビーム方向速度成分の値から、上述の方法に従った演算処理を実行することにより、流れ関数を計算する。また、計算した流れ関数から上述した指標値を計算する。流れ関数又は指標値の計算では、計算範囲を関心領域設定部４２２で設定された関心領域内に限ってもよい。すなわち図６の構成では、カラードプラ演算部４１２の出力のラインデータを少なくとも１フレーム分記憶しておき、これを渦流演算部４１６により上述の方法に基づいて演算処理する。

図７に、渦流演算部４１６の機能構成の一例を示す。この例では、まず流れ関数計算部６００が、上述の方法を実装したプログラム又は回路により、観測面内各点のビーム方向速度成分に基づき、観測面内の渦流の流れ関数を計算する。

等流量線計算部６０２は、その流れ関数において、あらかじめ定めた流量間隔ごとの等レベル線、すなわち等流量線を計算する。等流量線は、流れ関数において、その流量間隔ごとの流量値を持つ点（座標）を求めることで計算できる。

ピーク算出部６０４は、観測面各点の流れ関数の値から、流れ関数のピーク（極大値）の点の座標と、そのピークにおける流れ関数の値（流量値）を求める。観測面内にピークが複数存在する場合もある。ピークの数だけ渦流が存在すると考えることができる。ピーク算出部６０４が求めた各ピークの座標及び流量値のペアは、ピークデータベース６０６に格納される。

指標値算出部６０８は、ピークデータベース６０６に記憶された各ピークの情報に基づき、各ピークに対応する渦流の指標値を計算する。例えば、渦流の最大流量としては、ピークデータベース６０６から読み出した各ピークの流量値をそのまま用いればよい。半値面積は、その最大流量の半分の流量の等流量線を等流量線計算部６０２に計算させ、その計算により得られた等流量線で囲まれる領域の面積を計算すればよい。半値面積に対応する半径（又は直径）は、半値面積の平方根を円周率（又は円周率の１／２）で除算すればよい。また、渦強度は、最大流量を半値面積で割ればよい。

渦流画像生成部６１０は、等流量線計算部６０２が計算した各等流量線（所定流量間隔ごとのもの、及び最大流量の半値のもの）と、指標値算出部６０８が算出した各ピークに対応する渦流指標値とを表す画像を生成する。

図８に、渦流画像生成部６１０が生成する画像の例を模式的に示す。この例では、画像には、流れ関数の等流量線７００が示される。流れ関数のピーク７１０−１，７１０−２は各渦の中心である。この例では、ピーク７１０−１の方がピーク７１０−２よりも、当該ピークを取り囲む等流量線の数が多いので、前者の方が最大流量が大きいことが分かる。図示例では、画像中にピークの位置を明示していないが、ピークの位置を明示した画像を生成してもよい。また、この例では、渦流の中心であるピークに対応づけて、指標値表示欄７２０を表示し、その欄７２０内に当該渦流についての１以上の指標値を表示している。また、この例では、最大流量がより大きいピーク７１０−１についてのみ、半値面積に対応する等流量線７０５と、指標値表示欄７２０を表示している。この例では、渦流の最大流量と渦強度とを表示しているが、これに限定されるものではない。また、この例では、指標値表示欄７２０と渦流のピーク位置とを表示上で結ぶことで両者の関連づけを行っているが、関連づけの仕方はこれに限るものではない。

渦流演算部４１６は、ソフトウエア処理で実現することもできるが、上記方法に基づく演算処理を回路的に実装したＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）として実現することで、よりリアルタイム性の高い処理が可能になる。

渦流演算部４１６の処理手順の一例を、図９に示す。この例では、まず、流れ関数計算部６００がカラードプラ演算部４１２の求めた断層面内のドプラ速度成分から流れ関数Ｓ(x,y)を求める（Ｓ１）。次に、ピーク算出部６０４が、流れ関数のピークの位置と値（流量値）を求め（Ｓ２）、関心領域内の各ピークの位置と値をピークデータベース６０６に登録する（Ｓ３）。ここで、一例として、ピークデータベース６０６では、それら各ピークの位置と値のペアを、ピークの値が大きい順にソートしておくとする。そして、カウンタｉを１に初期化し（Ｓ４）、ピークデータベース６０６からｉ番目のピーク（渦）の情報を選択し、その情報に基づき渦の指標値を計算し、選択したピークの位置と計算した指標値とを、例えば等流量線計算部６０２が計算した等流量線を示した画像上に表示する（Ｓ５）。例えば、関心領域内の全ての渦について指標値を表示すると画像が煩雑になるので、最大流量が大きい順に所定個数までの渦についてのみ指標値を表示するようにしてもよい。この場合、ステップＳ５の後、その所定個数までの処理が完了したか否かを判定し（Ｓ６）、完了していなければｉを１増加させ（Ｓ７）、ステップＳ５の処理を繰り返す。

なお、図７及び図９に示した渦流演算部４１６の構成及び処理手順はあくまで一例に過ぎず、上述の方法を実装したものであれば、これ以外の構成及び手順でもよい。

生体信号計測器４２４は、例えば、生体を計測して心電信号のような生体信号を生成する装置である。生成された生体信号は、画像表示処理部４１８に入力される。

画像表示処理部４１８は、このように求められたＢモードデータ、カラードプラデータ、スペクトルドプラデータ、渦流画像（等流量線と指標値）、生体信号を用いて診断用の表示画像を形成する。この画像の形成処理では、Ｂモードデータやカラードプラデータなどについては、セクタ走査等、各種の超音波ビーム走査フォーマットに応じた走査変換を行ってもよい。走査変換により表示部４２０の画像フォーマットに合わせられた各種画像が、診断画像モードの設定に従って適宜組み合わされることで、表示画像が形成され、表示部４２０に表示される。

例えば、図１０に模式的に示す表示画像の例では、心室壁８００内の流れに含まれる渦流の等流量線７００と、心電図波形７５０とが表示されている。

以上説明したように、観測面領域内の流れが、該領域内で循環する閉じた渦流とそれ以外である基本流との重ね合わせであると仮定し、流量関数Ｆ(x,y)から渦流成分を抽出することができる。そして、渦流成分は２次元の観測面領域内で閉じた流れなので２次元の流れ関数の考え方を適用することができ、これにより渦流についての２次元的な流れを求めることができる。そして、この渦流の流れの情報から、渦流の定量指標を計算することができる。

本実施形態の装置を利用すれば、例えば心臓内の流速ベクトル分布から、異常血流の性状が客観的かつ定量的に評価できる。また、心筋疾患では心筋機能の良否の判定に有効である。

３次元の血流速度ベクトルの分解を説明するための図である。 観測面領域内の流れの分解を説明するための図である。 観測面領域内の渦流と流れ関数との関係を説明するための図である。 流量関数及び距離流量関数を説明するための図である。 渦流成分と基本流成分への分解を説明するための図である。 実施形態の手法を用いた超音波診断装置の構成の一例を示す図である。 渦流演算部の構成例を示す図である。 渦流演算部が生成する画像の一例を模式的に示す図である。 渦流演算部の処理手順の一例を示す図である。 画像表示処理部が生成する表示画像の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１００ 観測面領域、１１０ 渦流、１２０ 基本流、４００ 入力装置、４０２ 制御部、４０４ 送信部、４０６ プローブ、４０８ 受信部、４１０ Ｂモード演算部、４１２ カラードプラ演算部、４１４ スペクトルドプラ演算部、４１６ 渦流演算部、４１８ 画像表示処理部、４２０ 表示部、６００ 流れ関数計算部、６０２ 等流量線計算部、６０４ ピーク算出部、６０６ ピークデータベース、６０８ 指標値算出部、６１０ 渦流画像生成部。

Claims (3)

1. 生体内の観測面に対する超音波の送受波により得られたドプラ情報に基づいて、前記観測面上に存在する渦流の状態を示す流れ状態関数を求める関数算出手段と、
   流れ状態関数のピークを特定する特定手段と、
   特定されたピークについての流れ状態関数の値に基づき、当該ピークに対応する渦流の定量指標値を計算する指標値算出手段と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記指標値算出手段は、前記ピークに対応する渦流の定量指標値として、当該ピークについての前記流れ状態関数の値である渦流最大流量、前記流れ状態関数において当該渦流最大流量に対して所定割合の流量値を持つ点を結んだ閉曲線の面積、前記面積をもつ円の直径又は半径、前記渦流流量を前記面積で除して得られる渦強度、のうちの少なくとも１つを算出する、ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記流れ状態関数の等流量線を求める手段と、
   前記等流量線及び前記ピークに対応する渦流の定量指標値を、前記ドプラ情報と重畳して表示する表示手段と、
   を更に備える請求項１又は２に記載の超音波診断装置。

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