JP2010000198A - 超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】心電信号を基準に超音波プローブの揺動やスキャンタイミングを制御し、少ない収集時間で広範囲かつ高レートのボリュームデータを収集可能とすることで、三次元超音波画像のリアルタイム表示を安価に実行することができる超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラムプログラムを提供すること。
【解決手段】測定されるＥＣＧトリガ信号と揺動走査条件とに従って、プローブの揺動速度や折り返し位置での揺動停止時間、スキャンの開始タイミング等を制御しながら、揺動走査を複数心拍分繰り返す。また、この揺動走査によって得られた複数の小領域の超音波画像データを同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成し、これを用いて三次元画像を生成し表示する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、三次元像表示可能な超音波診断装置に関するものであり、特に医用画像診断に使用される超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラムに関する。

超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。この他、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便な診断手法であると言える。この超音波診断において用いられる超音波診断装置は、それが具備する機能の種類によって様々に異なるが、小型なものは片手で持ち運べる程度のものが開発されており、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。

この様な超音波診断装置を用いて、例えば、モータにより超音波プローブをメカニカルに揺動させて、被検体の診断部位に関する三次元画像データ（ボリュームデータ）を収集しリアルタイムに表示する技術（メカニカル四次元スキャン）がある。また、超音波プローブを低速で揺動させることで、異なるプローブ揺動位置においてそれぞれ１心拍分のフレームデータを取得し、同時相のデータを事後的に組合わせて、全体の走査範囲に対応する四次元画像を生成する手法も行われている。さらに、超音波振動子が二次元マトリックス状に配列された二次元アレイプローブを用いて、心電信号に基づいて三次元走査範囲における走査開始位置を変更することで、異なる走査範囲においてそれぞれ１心拍分のデータを取得して、同時相のデータを事後的に組合わせて、全体の走査範囲に対応する四次元画像を生成する手法も行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２１５６３０号公報

しかしながら、従来の超音波診断装置を用いて三次元画像を生成しリアルタイム表示する場合、次の様な問題がある。

すなわち、従来のメカニカル四次元スキャンにおいては、モータ等の機構を利用してプローブを揺動させることで三次元領域を超音波走査している。このため、広い範囲を超音波走査し、得られたデータを用いて三次元画像を生成しリアルタイム表示することは困難である。また、低速でプローブを揺動させる手法は、全走査範囲のデータを取得するまでに時間がかかる等の欠点がある。さらに、二次元アレイプローブを用いる手法は、高度なＨＷとＳＷを必要とするため、装置が高価になる等の欠点がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、心電信号を基準に超音波プローブの揺動やスキャンタイミングを制御し、少ない収集時間で広範囲かつ高レートのボリュームデータを収集可能とすることで、三次元超音波画像のリアルタイム表示を安価に実行することができる超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラムを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１に記載の発明は、複数の超音波振動子が配列された超音波プローブを揺動させながら被検体を超音波走査する揺動走査を実行する超音波走査手段と、推定された被検体の心拍周期、一心拍を複数の時相に分割する際の分割数、走査範囲を複数の小領域に分割する際の分割数、前記超音波プローブの揺動速度、前記超音波走査タイミング、心拍の規準時刻と超音波走査タイミングとを対応させるための揺動の折り返し位置での待ち時間を少なくとも含む揺動走査条件を決定する条件決定手段と、前記揺動走査条件に従って超音波走査手段を制御する制御手段と、複数の心拍について前記被検体を揺動走査することで、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを取得する画像データ取得手段と、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを用いて、前記走査範囲に関する前記時相毎のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。

請求項５に記載の発明は、超音波診断装置に内蔵されたコンピュータに、複数の超音波振動子が配列された超音波プローブを揺動させながら被検体を超音波走査する揺動走査を実行させる超音波走査機能と、推定された被検体の心拍周期、一心拍を複数の時相に分割する際の分割数、走査範囲を複数の小領域に分割する際の分割数、前記超音波プローブの揺動速度、前記超音波走査タイミング、心拍の規準時刻と超音波走査タイミングとを対応させるための揺動の折り返し位置での待ち時間を少なくとも含む揺動走査条件を決定させる条件決定機能と、前記揺動走査条件に従って超音波走査手段を制御させる制御機能と、複数の心拍について前記被検体を揺動走査することで、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを取得させる画像データ取得機能と、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを用いて、前記走査範囲に関する前記時相毎のボリュームデータを生成させるボリュームデータ生成機能と、を実現させることを特徴とする超音波診断装置制御プログラムである。

以上本発明によれば、心電信号を基準に超音波プローブの揺動やスキャンタイミングを制御し、少ない収集時間で広範囲かつ高レートのボリュームデータを収集可能とすることで、三次元超音波画像のリアルタイム表示を安価に実行することができる超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラムを実現することができる。

以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置１１は、超音波プローブ１２、入力装置１３、モニター１４、超音波送信ユニット２１、超音波受信ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、画像生成ユニット２５、ボリュームデータ生成ユニット２６、画像合成ユニット２７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８、揺動走査条件決定ユニット２９、内部記憶部３１、インターフェース部３３を具備している。また、超音波診断装置１には、被検体の心電波形（ＥＣＧ波形）を取得するＥＣＧ波形取得ユニット４０が接続されている。以下、超音波診断装置１の個々の構成要素の機能について説明する。

超音波プローブ１２は、超音波送受信ユニット２１からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１２から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ１２に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。

なお、本超音波装置が具備する超音波プローブ１２は、被検体の三次元領域を超音波走査可能なものである。そのため、超音波プローブ１２は、振動子をその配列方向の直交方向に沿って機械的に揺動させ、三次元領域を超音波走査する構成を有する。従って、被検体の三次元的走査は揺動回路（揺動機構）によって行われるため、検査者はプローブ本体を被検体に接触させるだけで、自動的に複数の二次元断層像を取得することができ、制御された揺動速度から断面間の正確な距離も検知できる。

入力装置１３は、装置本体１１に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が入力装置１３の終了ボタンやＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。

モニター１４は、画像生成ユニット２５からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報（通常のＢモード画像）、血流情報（平均速度画像、分散画像、パワー画像等）等を所定の形態で表示する。

超音波送信ユニット２１は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ１２に駆動パルスを印加する。

超音波受信ユニット２２は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ１２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。

Ｂモード処理ユニット２３は、送受信ユニット２１からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、画像生成ユニット２５に送信され、反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像としてモニター１４に表示される。

ドプラ処理ユニット２４は、送受信ユニット２１から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。

画像生成ユニット２５は、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、ボリュームデータ生成ユニット２６から受け取ったデータを用いて、超音波画像を生成する。

ボリュームデータ生成ユニット２６は、後述する三次元画像のリアルタイム表示機能において、揺動走査によって得られた小領域に関する時相毎の超音波画像データを用いて、各時相に対応するボリュームデータを生成する。

画像合成ユニット２７は、画像生成ユニット２５から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニター１４に出力する。

制御プロセッサ２８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を制御する。制御プロセッサ２８は、内部記憶部３１から後述する三次元画像のリアルタイム表示機能を実現するための専用プログラム、所定のスキャンシーケンスを実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。

揺動走査条件決定ユニット２９は、後述する三次元画像のリアルタイム表示機能において、揺動走査条件を決定する。

内部記憶部３１は、異なる画角設定により複数のボリュームデータを収集するための所定のスキャンシーケンス、後述する三次元画像のリアルタイム表示機能を実現するための専用プログラム、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラム、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件、ボディマーク生成プログラムその他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、画像生成ユニット２５、ボリュームデータ生成ユニット２６、画像合成ユニット２７中の画像の保管などにも使用される。内部記憶部３１のデータは、インターフェース部３３を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。

インターフェース部３３は、入力装置１３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインターフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インターフェース部３３よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。

（三次元画像のリアルタイム表示機能）
次に、本超音波診断装置１が有する、三次元画像のリアルタイム表示機能について説明する。この機能は、被検体の心臓をリアルタイムに映像化する場合において、心電信号（ばＥＣＧ波形）を基準に超音波プローブの揺動やスキャンタイミングを制御することで、少ない収集時間で広範囲かつ高レートのボリュームデータを収集可能とし、三次元超音波画像のリアルタイム表示を安価に実行するものである。

超音波プローブ１２を揺動させながらの超音波走査（揺動走査）においては、揺動範囲と走査範囲とがある。揺動範囲とは、規準位置（０度：０degree）を中心として超音波プローブ１２が（超音波走査の実行有無に関わらず）揺動する範囲である。走査範囲とは、揺動範囲において超音波走査を実行する範囲である。また、揺動範囲の下限を「−側折返し位置」と、−側折返し位置と走査範囲との間を「−側折返し範囲」と、揺動範囲の上限を「＋側折返し位置」と、＋側折返し位置と走査範囲との間を「＋側折返し範囲」と、それぞれ呼ぶことにする。

図２は、本三次元画像のリアルタイム表示機能に従う処理（三次元画像のリアルタイム表示処理）の流れを示したフローチャートである。以下、このフローチャートに従って三次元画像のリアルタイム表示処理を説明する。

［走査範囲及び揺動範囲の設定：ステップＳ１］
まず、入力装置１３からの入力に基づいて、走査範囲及び揺動範囲が設定される（ステップＳ１）。ここでは、説明を具体的にするため、図３に示すように、走査範囲を−３０度から＋３０度までとし、揺動範囲を−３０度−α度から＋３０度＋α度までとして設定されたものとする。なお、走査範囲は、診断部位に応じて装置が自動的に設定するようにしてもよい。また、揺動範囲は、設定された走査範囲に応じて装置が自動的に設定するようにしてもよい。

［揺動走査条件の決定：ステップＳ２］
次に、揺動走査条件決定ユニット２９は、揺動走査条件を決定する（ステップＳ２）。ここで、揺動走査条件とは、一心拍を複数の時相に分割する際の分割数及びこれによって決定される分割幅（時相分割幅）、走査範囲を複数の小領域に分割する際の分割数及びこれによって決定される分割幅（走査範囲分割幅）、超音波プローブ１２の走査範囲における揺動速度、−側折返し範囲又は＋側折返し範囲において速度０から揺動速度に達するまでの時間（揺動加速時間）、−側折返し範囲又は＋側折返し範囲において揺動速度から速度０になるまでの時間（揺動減速時間）、後述するＷａｉｔ時間のうちの少なくともいずれかを含むものである。

すなわち、揺動走査条件決定ユニット２９は、ＥＣＧ波形取得ユニット４０から複数のＥＣＧ波形を取得し、これに基づいてＥＣＧトリガ間隔（例えば、Ｒ波間隔）を推測する。揺動走査条件決定ユニット２９は、推測したＥＣＧトリガ間隔に基づいて、時相分割幅及び走査範囲分割幅を決定する。ここでは、説明を具体的にするため、１心拍を６つの時相（Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）に分割するものとし、走査範囲を図３に示すように５つの小領域（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）に分割するものとする。従って、時相分割幅ΔｔはΔｔ＝推測したＥＣＧトリガ間隔／６となり、走査範囲分割幅ΔＬはΔＬ＝走査範囲／５となる。なお、説明の便宜上、時相Ｔ０はＥＣＧトリガ信号の発生時相に対応するものとし、各時相の開始時刻をそれぞれｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５と表記するものとする。

また、揺動走査条件決定ユニット２９は、決定された時相分割幅Δｔ、走査範囲分割幅ΔＬ、走査範囲、揺動範囲に基づいて、超音波プローブ１２の走査範囲における揺動速度、揺動加速度（減速度）を決定する。これらの数値は任意であるが。ここでは、プローブ１２の揺動速度は５／６心拍（＝５Δｔ）で揺動範囲の片道（往路又は復路）を揺動できる程度の速度とし、揺動加速時間Δｔｓ（揺動減速時間Δｔｅ）を１／１２心拍内（すなわち、Δｔｓ＝Δｔｅ＝Δｔ／２）として決定する。

［Ｗａｉｔ時間の計算：ステップＳ３］
次に、揺動走査条件決定ユニット２９は、Ｗａｉｔ時間を計算する（ステップＳ３）。ここで、Ｗａｉｔ時間とは、往路又は復路の超音波走査開始タイミングを、所望の時相（例えば、直近の時相）の開始時刻に合わせるために、折り返し範囲において超音波プローブの揺動を停止させる調整時間である。

例えば、図３において超音波プローブ１２が−側折返し位置で待機状態であるとし、１回目の心拍において時相Ｔ１の開始時刻ｔ１において小領域Ａの超音波走査を開始させる場合を想定する。係る走査タイミングの制御を行うために、揺動走査条件決定ユニット２９は、次の式（１）に従ってＷａｉｔ時間を決定する。

Ｗａｉｔ時間＝Δｔ−Δｔｓ^１ （１）
なお、ここでのΔｔｓは、超音波プローブが−側折返し位置から−３０度まで揺動するのに必要な時間である。

また、２回目の心拍において、時相Ｔ０の開始時刻ｔ０で＋側折り返しのための揺動停止を行い、時相Ｔ２の開始時刻ｔ２において小領域Ｅの超音波走査を開始させる場合を想定する。係る走査タイミングの制御を行うために、揺動走査条件決定ユニット２９は、次の式（２）に従ってＷａｉｔ時間を決定する。

Ｗａｉｔ時間＝２Δｔ−Δｔｅ^１−Δｔｓ^２ （２）
なお、ここでのΔｔｅ^１は、超音波プローブが＋３０度から＋側折返し位置まで揺動するのに必要な時間であり、Δｔｓ^２は、超音波プローブが＋側折返し位置から＋３０度まで揺動するのに必要な時間である。

［揺動走査／ボリュームデータ生成：ステップＳ３］
次に、揺動走査条件、Ｗａｉｔ時間に従う揺動走査が実行され、ボリュームデータが生成される（ステップＳ３）。

図４は、揺動走査条件、Ｗａｉｔ時間に従う揺動走査の流れを示した図である。同図に示すように、制御プロセッサ２８は、１回目のＥＣＧトリガ信号の発生時刻を時相Ｔ０の開始時刻ｔ０に対応させ、式（１）に従って計算されたＷａｉｔ時間に従って揺動を停止させた後、時相Ｔ１の開始時刻ｔ１において小領域Ａの超音波走査を開始するように、揺動動作及び超音波走査タイミングを制御する。また、制御プロセッサ２８は、往路の揺動走査により１回目の心拍の時相Ｔ２において小領域Ｂ、時相Ｔ３において小領域Ｃ、時相Ｔ４において小領域Ｄ、時相Ｔ５において小領域Ｅ、のそれぞれに関する超音波画像データを取得する。なお、図４においては、例えば時相Ｔ１に対応する小領域Ａに関する超音波データを「Ａ１」といった具合に、対応する時相毎の超音波データを表記した。従って、１回目の心拍によって取得される時相毎の小領域超音波データは、Ａ１、Ｂ２、Ｃ３、Ｄ４、Ｅ５となる。

次に、制御プロセッサ２８は、２回目のＥＣＧトリガ信号に対応する心拍期間において、時相Ｔ０、Ｔ１において式（２）に従って計算されたＷａｉｔ時間に従って揺動を停止させた後、当該時相Ｔ２の開始時刻ｔ２において小領域Ｅの超音波走査を開始するように、揺動動作及び超音波走査タイミングを制御する。また、制御プロセッサ２８は、復路の揺動走査により当該心拍の時相Ｔ３において小領域Ｄ、時相Ｔ４において小領域Ｃ、時相Ｔ５において小領域Ｂのそれぞれに関する超音波画像データＤ３、Ｃ４、Ｂ５を取得する。

次に、制御プロセッサ２８は、３回目のＥＣＧトリガ信号に対応する心拍期間において、往路の揺動走査により超音波画像データＡ０、Ａ３、Ｂ４、Ｃ５を取得する。なお、３回目の心拍では、２回目の心拍の時相Ｔ５での小領域Ｂの揺動走査から継続的に時刻ｔ０における小領域Ａの揺動走査が実行される。また、当該３回目の心拍の時相Ｔ１、Ｔ２の期間内に−側折返し位置での折り返し及びＷａｉｔ時間によるタイミング調整の後、超音波画像データＡ３、Ｂ４、Ｃ５が取得されることになる。

以降、制御プロセッサ２８は、図４に示すように、同様な揺動走査を連続的に７回目の心拍まで実行する。

ボリュームデータ生成ユニット２６は、１回目の心拍から７回目の心拍までの揺動走査によって得られた小領域に関する時相毎の超音波画像データを用いて、各時相に対応するボリュームデータを生成する。すなわち、ボリュームデータ生成ユニット２６は、例えば図４に示した揺動走査によって得られた時相Ｔ０の超音波画像データＡ０（３回目の心拍の時相Ｔ０に対応）、Ｂ０（６回目の心拍の時相Ｔ０に対応）、Ｃ０（５回目の心拍の時相Ｔ０に対応）、Ｄ０（４回目の心拍の時相Ｔ０に対応）、Ｅ０（７回目の心拍の時相Ｔ０に対応）を図５に示すように同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、時相Ｔ０に対応するボリュームデータを生成する。また、ボリュームデータ生成ユニット２６は、他の時相Ｔ１〜Ｔ５のそれぞれについても同様の処理を行うことで、図５に示すように各時相に対応するボリュームデータを生成する。

なお、８回目以降の心拍は、上述した１〜７回目の心拍と同様の処理が逐次繰り返し実行される。

［三次元画像の生成・表示：ステップＳ４］
次に、画像生成ユニット２５は、生成された時相毎のボリュームデータを用いたレンダリング処理等により、時相毎の三次元画像を生成する。生成された三次元画像は、画像合成部２７において必要な情報と合成された後、モニター１４に所定の形態で表示される（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ３、ステップＳ４の処理を順次繰り返し実行することで、揺動走査によって取得される三次元画像をリアルタイムで表示することができる。

（効果）
本超音波診断装置によれば、測定されるＥＣＧトリガ信号と揺動走査条件とに従って、プローブの揺動速度や折り返し位置での揺動停止時間、スキャンの開始タイミング等を制御しながら、揺動走査を複数心拍分繰り返す。また、この揺動走査によって得られた複数の小領域の超音波画像データを同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成し、これを用いて三次元画像を生成し表示する。従って、機械による広範囲な揺動であるため、操作者は超音波プローブを低速で移動させる必要がなく、また二次元超プローブを使用しないため高価なＨＷ、ＳＷを用いることなしに、三次元超音波画像のリアルタイム表示を実現することができる。その結果、少ない収集時間で広範囲且つ高ボリュームレートで、三次元超音波画像のリアルタイム表示を実現することができる。

（第２の実施形態）
現実の臨床の場においては、実際のＥＣＧトリガ信号間隔は毎回同じではなく、多少のずれがある。本実施形態に係る超音波診断装置１は、実測されたＥＣＧトリガ信号間隔が推定されたＥＣＧトリガ信号間隔からずれた場合の三次元画像のリアルタイム表示機能について、実施例に従って説明する。

［実施例１］
実測によって得られるＥＣＧトリガ信号間隔が、ステップＳ２において推測されたＥＣＧトリガ信号間隔に比して長くなる場合がある。図６は、係る場合において、第１の実施形態で示した様に、小領域Ａから揺動走査を開始するタイミングでのみＥＣＧトリガ信号との同期を取りながら揺動走査する例（１回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１、８回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１においてのみＥＣＧトリガ信号との同期を取りながら揺動走査する例）を示した図である。この様な場合、実測されるＥＣＧトリガ信号間隔とのずれは、累積されることになり、図６に示すように最大でトリガ６回分の累積値となる。しかしながら、この様な場合であっても、図７に示すように、揺動走査によって得られた複数の小領域の超音波画像データを同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成することができる。

［実施例２］
実測によって得られるＥＣＧトリガ信号間隔が、ステップＳ２において推測されたＥＣＧトリガ信号間隔に比して短くなる場合がある。図８は、係る場合において、第１の実施形態で示した様に、小領域Ａから揺動走査を開始するタイミングでのみＥＣＧトリガ信号との同期を取りながら揺動走査する例を示した図である。この様な場合、実測されるＥＣＧトリガ信号間隔とのずれは累積されることになり、図８に示すように最大でトリガ７回分の累積値となる。しかしながら、この様な場合であっても、図９に示すように、揺動走査によって得られた複数の小領域の超音波画像データを同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成することができる。

［実施例３］
図６に示した例では、１回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１、８回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１においてのみＥＣＧトリガ信号との同期が取られる。従って、それ以外の心拍でのＥＣＧトリガ信号発生タイミングとのずれが累積することになる。その結果、例えば１回目〜７回目の心拍を用いて各時相のボリュームデータを作成する場合、最終的な時相のずれは最大トリガ６回分となる。本実施例では、この様なＥＣＧトリガ信号とのずれを往路及び復路の折り返しの度に修正しながら揺動走査を実行し、時相毎のボリュームデータを生成するものである。

図１０は、本実施例に揺動走査の流れを示した図である。同図に示すように、１回目の心拍の時相Ｔ５が経過しても、２回目の心拍に対応するＥＣＧトリガ信号が発生していない。このため、復路での小領域Ｅの超音波走査開始タイミングと２回目の心拍の時相Ｔ２の開始時刻ｔ２とを同期させるためには、往路から復路への折り返しにおいて調整時間Δｔ’（その時々で長さは異なる。）を追加し、超音波プローブの揺動を停止させる必要がある。従って、係る同期を実現するためのＷａｉｔ時間は、次の式（３）によって計算することができる。

Ｗａｉｔ時間＝２Δｔ＋Δｔ’−Δｔｅ^１−Δｔｓ^２ （３）
これにより、揺動の折返し毎にずれが解消されるため、全体のボリュームで見た時の時相のズレは、最大でトリガ１回分(全トリガの中で一番大きなずれ）まで減少させることができる。こうして得られた複数の小領域の超音波画像データを図１１に示すように、同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成することができる。

［実施例４］
図８に示した例では、１回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１、９回目の心拍の時相Ｔ１の開始時刻ｔ１においてのみＥＣＧトリガ信号との同期が取られる。従って、それ以外の心拍でのＥＣＧトリガ信号発生タイミングとのずれが累積することになる。その結果、例えば１回目〜８回目の心拍を用いて各時相のボリュームデータを作成する場合、最終的な時相のずれは最大トリガ７回分となる。本実施例では、この様なＥＣＧトリガ信号とのずれを往路及び復路の折り返しの度に修正しながら揺動走査を実行し、時相毎のボリュームデータを生成するものである。

図１２は、本実施例に揺動走査の流れを示した図である。同図に示すように、１回目の心拍の時相Ｔ５が経過前に２回目の心拍に対応するＥＣＧトリガ信号が発生してしまう。このため、復路での小領域Ｅの超音波走査開始タイミングと２回目の心拍の時相Ｔ２の開始時刻ｔ２とを同期させるためには、往路から復路への折り返しにおいて調整時間Δｔ’’（その時々で長さは異なる。）だけ超音波プローブの揺動停止を短縮させる必要がある。従って、係る同期を実現するためのＷａｉｔ時間は、次の式（４）によって計算することができる。

Ｗａｉｔ時間＝２Δｔ−Δｔ’’−Δｔｅ^１−Δｔｓ^２ （４）
これにより、揺動の折返し毎にズレが解消されるため、全体のボリュームで見た時の時相のズレは、最大でトリガ１回分(全トリガの中で一番大きなズレ）まで減少させることができる。こうして得られた複数の小領域の超音波画像データを図１３に示すように、同じ時相同士で組み合わせ、空間的に位置合わせし接続することで、各時相に対応するボリュームデータを生成することができる。

なお、６回目の心拍の時相Ｔ５における折返しでは、Ｗａｉｔ時間中に７回目のトリガが来てしまう。このため、式（４）で計算したＷａｉｔ時間をそのまま使用するとすれが累積してしまう。従って、Ｗａｉｔ時間中にＥＣＧトリガ信号が発生した場合は、その時点でＷａｉｔを中止し、すぐに揺動開始させる。ただし、この場合でもΔｔｓ分だけのずれは最初から残ることになる。

また、８回目の心拍の時相Ｔ０では、通常Ｗａｉｔ時間の計算に式（１）を用いる。しかしながら、図６に示すように７回目と８回目の２回連続してトリガが早く来た等の場合には、７回目で既にΔｔｓ分だけずれているので、８回目のＥＣＧトリガ信号時にまだ揺動停止処理を行っている可能性がある。このため、式（１）で計算したＷａｉｔ時間を使用するとずれを解消できない場合がある。係る場合には、次の式（５）を用いてＷａｉｔ時間を計算することが好ましい。

Ｗａｉｔ時間＝２Δｔ−Δｔ’’−Δｔｅ−２Δｔｓ （５）
また、図１４に示すように７回目は正常で８回目のみＥＣＧトリガ信号間隔が短くなってしまった場合も、まだ揺動停止処理を行っている可能性があるため、この場合のＷａｉｔ時間は式（４）で計算する。これにより、揺動の折返し毎にずれが解消されるため、全体のボリュームで見た時の時相のずれは、最大でトリガ１回分(全トリガの中で一番大きなずれ）まで減少させることができる。

以上述べた各実施例に従う構成によれば、ＥＣＧトリガ信号の間隔がずれた場合であっても、好適な三次元画像のリアルタイム表示を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、心電信号を基準に超音波プローブの揺動やスキャンタイミングを制御することで、少ない収集時間で広範囲かつ高レートのボリュームデータを収集可能とし、三次元超音波画像のリアルタイム表示を安価に実行することができる超音波診断装置及び超音波診断装置制御プログラムを実現することができる。

図１は、実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。 図２は、三次元画像のリアルタイム表示機能に従う処理（三次元画像のリアルタイム表示処理）の流れを示したフローチャートである。 図３は、走査範囲、揺動範囲等を説明するための図である。 図４は、第１の実施形態に係る揺動走査の流れを示した図である。 図５は、各時相に対応するボリュームデータの生成を説明するための図である。 図６は、第２の実施形態の実施例１に係る揺動走査の流れの一例を示した図である。 図７は、第２の実施形態の実施例１に係るボリュームデータ生成処理を説明するための図である。 図８は、第２の実施形態の実施例１に係る揺動走査の流れの他の例を示した図である。 図９は、第２の実施形態の実施例２に係るボリュームデータ生成処理を説明するための図である。 図１０は、第２の実施形態の実施例３に係る揺動走査の流れを示した図である。 図１１は、第２の実施形態の実施例３に係るボリュームデータ生成処理を説明するための図である。 図１２は、第２の実施形態の実施例４に係る揺動走査の流れを示した図である。 図１３は、第２の実施形態の実施例４に係るボリュームデータ生成処理を説明するための図である。 図１４は、第２の実施形態の実施例４の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１…超音波診断装置、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…モニター、２１…超音波送信ユニット、２２…超音波受信ユニット、２３…Ｂモード処理ユニット、２４…ドプラ処理ユニット、２５…画像生成ユニット、２６…ボリュームデータ生成ユニット、２７…画像合成ユニット、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２９…揺動走査条件決定ユニット、３１…内部記憶装置、３３…インターフェースユニット、４０…ＥＣＧ波形取得ユニット

Claims (5)

1. 複数の超音波振動子が配列された超音波プローブを揺動させながら被検体を超音波走査する揺動走査を実行する超音波走査手段と、
   推定された被検体の心拍周期、一心拍を複数の時相に分割する際の分割数、走査範囲を複数の小領域に分割する際の分割数、前記超音波プローブの揺動速度、前記超音波走査タイミング、心拍の規準時刻と超音波走査タイミングとを対応させるための揺動の折り返しでの待ち時間を少なくとも含む揺動走査条件を決定する条件決定手段と、
   前記揺動走査条件に従って超音波走査手段を制御する制御手段と、
   複数の心拍について前記被検体を揺動走査することで、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを取得する画像データ取得手段と、
   前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを用いて、前記走査範囲に関する前記時相毎のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、
   を具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記条件決定手段は、前記揺動の折り返しでの待ち時間を、前記揺動走査の最初の心拍についてのみ決定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. 前記条件決定手段は、前記被検体の心電信号に基づいて、前記揺動の折り返しでの待ち時間を一心拍毎に決定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記時相毎のボリュームデータを用いて三次元画像を生成する画像生成手段と、
   前記三次元画像をリアルタイム表示する表示手段と、
   を具備することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
5. 超音波診断装置に内蔵されたコンピュータに、
   複数の超音波振動子が配列された超音波プローブを揺動させながら被検体を超音波走査する揺動走査を実行させる超音波走査機能と、
   推定された被検体の心拍周期、一心拍を複数の時相に分割する際の分割数、走査範囲を複数の小領域に分割する際の分割数、前記超音波プローブの揺動速度、前記超音波走査タイミング、心拍の規準時刻と超音波走査タイミングとを対応させるための揺動の折り返しでの待ち時間を少なくとも含む揺動走査条件を決定させる条件決定機能と、
   前記揺動走査条件に従って超音波走査手段を制御させる制御機能と、
   複数の心拍について前記被検体を揺動走査することで、前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを取得させる画像データ取得機能と、
   前記時相毎の前記小領域に関する超音波画像データを用いて、前記走査範囲に関する前記時相毎のボリュームデータを生成させるボリュームデータ生成機能と、
   を実現させることを特徴とする超音波診断装置制御プログラム。

Images