JP2017127528A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】胎児の心臓の時相をできるだけ正確に特定できる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】胎児の心臓を含む三次元空間内にドプラ情報観測用のサンプルゲートが設定される。超音波の送受波によりサンプルゲートからドプラ情報が取得され、そのドプラ情報を周波数解析することによりドプラ波形７８が生成される。胎児の心臓を横切る走査面が設定され、その走査面に対する超音波の送受波により、その走査面から組織表示フレーム列（Ｂモード断層画像列）が生成される。組織表示フレーム列を解析することにより、胎児の心臓の動きを表す運動グラフ７６が生成される。運動グラフ７６とドプラ波形７８は、両方の時間軸が揃えられた状態で並列して表示される。
【選択図】図１０

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、周期的な運動をする臓器の周期情報を得る技術に関する。

超音波診断においては、周期的な運動をする臓器の周期情報を取得する場合がある。例えば、心電計を用いて胎児の心臓の心拍等を直接的に計測することは極めて難しい。このような場合、超音波診断装置を用いることにより、心拍等の情報を取得することができる。一般的に、超音波ドプラ法を適用することにより、周期情報としてのドプラ波形が取得される（例えば特許文献1参照）。

特開２００５−９５２７８号公報

ところで、ドプラ波形単独では、心臓の収縮末期や拡張末期等の時相を正確に判読することができない場合がある。この場合、ドプラ波形中の異常部分の時相を正確に判読できないという問題が生じ得る。

本発明の目的は、胎児の心臓の時相をできるだけ正確に特定できるようにすることにある。

本発明に係る超音波診断装置は、胎児の心臓を含む三次元空間内にドプラ情報観測用のサンプルゲートを設定するサンプルゲート設定手段と、超音波の送受波により前記サンプルゲートから取得されるドプラ情報を周波数解析してドプラ波形を生成するドプラ波形生成手段と、前記三次元空間内に設定され前記胎児の心臓を横切る計測面からのエコー情報に基づいてフレーム列を生成するフレーム列生成手段と、前記フレーム列の解析により前記胎児の心臓の動きを表すグラフを生成する解析手段と、前記ドプラ波形と前記グラフを両方の時間軸を揃えつつ並列表示する表示処理手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によると、心臓の動きを表すグラフとドプラ波形の両方が時間軸を揃えつつ並列に表示される。それ故、ドプラ波形とグラフとに基づいて総合的な診断が可能となる。例えば、ドプラ波形単独では時相を正確に判読できない場合であっても、グラフに基づいて心臓の収縮末期や拡張末期等の時相を特定し、それとの関係でドプラ波形中の異常部分の時相を推定することが可能となる。心臓の動きを表すグラフは、例えば、心臓の短軸長、面積の変化、輝度の変化等を示すものである。例えば、フレーム列にトラッキング技術を適用することにより、そのグラフが得られる。上記構成における処理は、リアルタイム処理であってもよいし、事後処理であってもよい。リアルタイム処理においては、ドプラ情報の取得とフレーム列の取得がほぼ同時に進行して実行され、ドプラ波形とグラフがほぼ同時に生成される。事後処理においては、ドプラ情報の取得とボリュームデータの取得がほぼ同時に進行して実行される。ボリュームデータを取得した後に、ボリュームデータから計測面に対応するフレーム列が取得され、そのフレーム列に基づいてグラフが生成される。

望ましくは、前記サンプルゲート設定手段は、超音波の送受波により得られた第１断面における断層画像上に前記サンプルゲートを設定し、当該超音波診断装置は、前記第１断面又はそれとは別の第２断面を前記計測面とし、超音波の送受波により得られた前記計測面における断層画像上に、グラフ生成用の関心領域を設定する関心領域設定手段を更に含み、前記解析手段は、前記フレーム列における前記関心領域の解析により前記グラフを生成する。

上記構成において、サンプルゲートと関心領域は、同一断面又は異なる断面に設定される。サンプルゲートと関心領域を同一断面上に設定することにより、複数断面の断層画像を生成せずに済むので、フレームレートの点で有利である。サンプルゲートと関心領域を異なる断面上に設定することにより、それぞれ異なる断面から得られたドプラ波形とグラフとを対比して総合的な診断が可能となる。

望ましくは、前記計測面は前記第２断面であり、前記第１断面又は前記第２断面のいずれか一方の断面は、超音波の送受波を行うプローブの操作により設定され、他方の断面は、前記一方の断面を基準にして超音波の電子的な偏向により設定される。

上記構成において、作業者の手技によりプローブが操作されて、第１断面又は第２断面のいずれか一方の断面が設定される。例えば、プローブに対して超音波ビームの走査面（断面）の位置を固定しつつビーム走査を行って断層画像を生成して表示し、サンプルゲート又は関心領域を設定する部位が断層画像上に現れるようにプローブの位置及び姿勢を変える。その位置及び姿勢が確定すると、その断層画像上にサンプルゲート又は関心領域のいずれか一方が設定される。また、その断面画像が得られる走査面を基準として、超音波の電子的な偏向により、別の走査面（断面）が設定され、その走査面における断層画像が取得される。その断層画像上に、サンプルゲート又は関心領域のいずれかの他方が設定される。

望ましくは、前記第２断面は、前記プローブの操作により設定され、前記第１断面は、前記第２断面が設定された後、前記第２断面を基準にして超音波の電子的な偏向により設定される。

上記構成においては、関心領域設定用の第２断面が設定された後に、サンプルゲート設定用の第１断面が設定される。サンプルゲートの設定が工程の後の方に行われるので、プローブの位置ずれ等の影響をできるだけ受けずに、精度の高いドプラ波形を取得することが可能となる。

本発明によると、胎児の心臓の時相をできるだけ正確に特定することが可能となる。

本発明の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 走査面の一例を示す模式図である。 断層画像と関心領域の一例を示す模式図である。 断層画像と関心領域の別の例を示す模式図である。 断層画像とサンプルゲートの一例を示す模式図である。 フレーム列の一例を示す模式図である。 運動グラフの一例を示す図である。 本実施形態に係る超音波診断装置による処理の一例を示すフローチャートである。 計測時における超音波ビームの送受波シーケンスの一例を示す図である。 表示部に表示される画像の一例を示す図である。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されている。図１は、その全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は医療分野において用いられ、超音波の送受波により生体内の組織の画像を形成する装置である。

プローブ１０は超音波を送受波する送受波器である。プローブ１０は、例えば２Ｄアレイ振動子を有している。２Ｄアレイ振動子は、複数の振動素子が二次元的に配列されて形成されたものである。この２Ｄアレイ振動子により超音波ビームが形成され、それが繰り返し電子走査される。これにより、電子走査毎に生体内に走査面１２が形成される。走査面１２は、二次元エコーデータ取込空間に相当する。また、超音波ビームが二次元的に走査されると、三次元エコーデータ取込空間としての三次元空間１４が形成される。電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査等が知られている。胎児の超音波診断においては、プローブ１０が母体の腹部表面上に当接され、その状態において超音波の送受波が行われる。なお、プローブ１０は、２Ｄアレイ振動子の代りに、複数の振動素子が一次元的に配列されて形成された１Ｄアレイ振動子を有していてもよい。この場合、二次元エコーデータ取込空間が形成される。

送受信部１６は、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマとして機能する。送信時において、送受信部１６は、プローブ１０に含まれる複数の振動素子に対して一定の遅延関係をもった複数の送信信号を供給する。これにより、超音波の送信ビームが形成される。受信時において、生体内からの反射波がプローブ１０により受波され、これによりプローブ１０から送受信部１６へ複数の受信信号が出力される。送受信部１６では、複数の受信信号に対する整相加算処理が適用され、これにより、受信ビームが形成され、そのビームデータが出力される。なお、超音波の送受波において、送信開口合成等の技術が利用されてもよい。また、送受信部１６は、パラレル受信処理を実行してもよい。

送受信部１６の作用により、超音波ビーム（送信ビーム及び受信ビーム）が電子的に走査され、これにより、走査面が形成される。走査面は複数のビームデータに相当し、それらは受信フレームデータ（ＲＦ信号フレームデータ）を構成する。なお、各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。超音波ビームの電子走査を繰り返すことにより、送受信部１６から時間軸上に並ぶ複数の受信フレームデータが出力される。それらが受信フレーム列を構成する。また、送受信部１６の作用により超音波ビームが二次元的に電子走査されると、三次元エコーデータ取込空間が形成され、その三次元エコーデータ取込空間からエコーデータ集合体としてのボリュームデータが取得される。超音波ビームの電子走査を繰り返すことにより、送受信部１６から時間軸上に並ぶ複数のボリュームデータが出力される。それらがボリュームデータ列を構成する。

本実施形態においては、エコーデータ（組織の輝度情報）及びドプラデータ（血流の流れを示す情報）の両者を取得するために、エコーデータ取得用の超音波の送受波とドプラデータ取得用の超音波の送受波が行われる。送受信部１６は、例えば、ユーザにより指定された特定の方位に対して間欠的にドプラ観測用の超音波ビームを繰り返し形成する。本実施形態では、一例として、超音波パルスドプラ法が適用されることによりドプラ波形が形成される。

信号処理部１８は、送受信部１６から出力されるビームデータに対して、検波、対数圧縮、座標変換、等の信号処理を適用するモジュールである。信号処理後のビームデータは断層画像生成部２０に出力される。また、信号処理後のビームデータはメモリ２２に格納されてもよい。もちろん、そのような信号処理が適用されていないビームデータがメモリ２２に格納され、ビームデータの読み出し時に、上記の処理が適用されてもよい。

断層画像生成部２０は一例としてＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）であり、座標変換機能及び補間処理機能等を備えている。断層画像生成部２０は、信号処理部１８から出力された受信フレーム列に基づいて組織表示フレーム列を生成する。個々の組織表示フレーム列はＢモード断層画像のデータである。組織表示フレーム列は、表示処理部３２を介してモニタ等の表示部３４に表示される。これにより、リアルタイムでＢモード断層画像が動画像として表示される。

メモリ２２は、送受波空間としての三次元空間１４に対応する記憶空間を有している。メモリ２２には、信号処理部１８から出力されたビームデータが格納される。超音波ビームが二次元的に走査された場合、三次元空間１４から取得されたボリュームデータがメモリ２２に記憶される。ボリュームデータは、実際には、複数本のビームデータに対する座標変換及び補間処理により構成されたデータである。もちろん、そのような処理が適用されていないデータがメモリ２２に記憶され、データの読み出し時に、上記の処理が適用されてもよい。また、走査面１２（二次元エコーデータ取込空間）から取得された受信フレームデータがメモリ２２に格納されてもよい。

断層画像生成部２０は、メモリ２２から受信フレーム列を取得し、その受信フレーム列に基づいて組織表示フレーム列を生成してもよい。別の例として、ボリュームデータがメモリ２２に格納されている場合、断層画像生成部２０は、ユーザにより指定された任意断面に対応するデータをメモリ２２から取得し、そのデータに基づいて二次元のＢモード断層画像のデータを生成してもよい。断層画像生成部２０は、ユーザにより指定された複数断面におけるＢモード断層画像を生成してもよい。

三次元画像生成部２４は、メモリ２２からボリュームデータを取得し、レンダリング条件に従って、そのボリュームデータに対してレンダリング処理を適用する。これにより、三次元画像が生成される。この三次元画像のデータは表示処理部３２に出力される。

解析部２６は、組織表示フレーム列（Ｂモード断層画像列）を解析することにより、心臓等の診断部位の動きを示す運動情報を生成する機能を備えている。解析部２６は、例えば、組織表示フレーム（Ｂモード断層画像）上に設定された関心領域（ＲＯＩ）の位置を追跡（トラッキング）する。解析部２６の処理結果は、関心領域の運動情報を表すものである。その運動情報は、表示処理部３２を介して表示部３４に表示される。解析部２６は、例えば、２つの組織表示フレーム（Ｂモード断層画像）間においてマッチング処理を適用することにより、関心領域の移動先（移動先の座標）を特定する。具体的には、解析部２６は、第１の組織表示フレームに対して関心領域（テンプレート）を設定し、第２の組織表示フレームにおいて当該関心領域（テンプレート）内の画像部分に適合する参照エリア（画像部分）を特定することにより、関心領域の移動先を特定する。例えば、関心領域（テンプレート）内の画像部分との間の類似度（相関値）が最も高いエリア（画像部分）が、最良のマッチング結果が得られるエリアであり、そのエリアが、関心領域に適合する参照エリアとして特定される。もちろん、演算の簡易化等の目的から、必ずしもマッチング結果が最良ではないが、良好なマッチング結果が得られた参照エリアが特定されてもよい。解析部２６は、組織表示フレーム列に含まれる各組織表示フレームを対象として、順次、上記のマッチング処理を実行することにより、関心領域の移動先を探索してトラッキングする。このトラッキング処理により、関心領域の運動情報が得られる。一例として、胎児の心臓を表す組織表示フレーム列が生成され、その組織表示フレーム列に基づいて、胎児の心臓の動きを表す運動情報が生成される。別の例として、解析部２６は、関心領域内の画素の輝度（例えば総画素の輝度の合計、総画素の輝度の平均等）の時間変化を運動情報として生成してもよい。

超音波パルスドプラ法に従って、特定のドプラビーム方位に対して繰り返し超音波の送受波が行われると、それにより得られた受信信号がゲート回路２８に出力される。ゲート回路２８は、ドプラビーム方位上に設定されたサンプルゲート（サンプルボリューム）内に相当する部分信号を抽出し、それをドプラ波形生成部３０に出力する。ドプラ波形生成部３０は、直交検波回路、周波数解析回路（ＦＦＴアナライザ）等を有しており、入力された信号からドプラ情報（ドプラシフト周波数成分）を抽出し、そのドプラ情報を周波数軸上に展開する。これにより、周波数解析結果として、周波数（速度）毎のパワーからなる速度スペクトル（血流速度情報）が得られる。ドプラ波形生成部３０は、その速度スペクトルに対して角度補正を適用する。これにより、角度補正がなされた血流速度が得られる。すなわち、速度スペクトルの大きさ（振幅）が補正され、あるいはその縦軸スケール（目盛）が補正される。そして、ドプラ波形生成部３０は、角度補正がなされた速度スペクトルに基づいてドプラ波形を生成する。周知のように、ドプラ波形の横軸は時間軸であり、その縦軸は血流速度に相当する。また、その波形における各画素の輝度は各速度におけるパワーの大きさに対応付けられている。そのドプラ波形は表示処理部３２を介して表示部３４に表示される。

表示処理部３２は、断層画像、運動情報、三次元画像、ドプラ波形等に対して、必要なグラフィックデータをオーバーレイ処理し、これにより表示画像を生成する。この画像データは表示部３４に出力され、表示モードに従った表示態様で１又は複数の画像が並べて表示される。本実施形態では、表示処理部３２は、関心領域の運動情報とドプラ波形とを両者の時間軸を揃えつつ並列に並べた状態で表示部３４に表示させる。

表示部３４は例えば液晶ディスプレイ等の表示デバイスにより構成されている。表示部３４は複数の表示デバイスにより構成されてもよい。

なお、表示処理部３２は、複数の画像を合成してもよい。例えば、カラー血流画像が取得された場合、表示処理部３２は、任意断面の断層画像上に、その任意断面におけるカラー血流画像を合成してもよい。

制御部３６は、図１に示す各構成の動作制御を行う機能を備えている。また、制御部３６は、関心領域設定部３８とサンプルゲート設定部４０を含む。

関心領域設定部３８は、組織表示フレーム（Ｂモード断層画像）上に、追跡対象の関心領域（ＲＯＩ）を設定する機能を備えている。その関心領域の位置、大きさ、形状等は、例えばユーザにより指定される。その指定は、例えば入力部４２を用いて行われる。

サンプルゲート設定部４０は、ドプラビーム方位、サンプルゲートの位置及びサンプルゲートの幅を設定する機能を備えている。ドプラビーム方位、サンプルゲートの位置及びサンプルゲートの幅は、例えばユーザにより指定される。その指定は、例えば入力部４２を用いて行われる。

制御部３６には入力部４２が接続されている。入力部４２は、一例として、トラックボール、キーボード、各種のボタン、各種のツマミ、等の入力デバイスを含む操作パネルにより構成されている。ユーザは入力部４２を用いて、走査面の位置、断面の位置、関心領域に関する情報、サンプルゲートに関する情報、等を指定又は入力することができる。

上述した超音波診断装置においてプローブ１０以外の構成は、例えばプロセッサや電子回路等のハードウェア資源を利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、プローブ１０以外の構成は、例えばコンピュータによって実現されてもよい。つまり、コンピュータが備えるＣＰＵやメモリやハードディスク等のハードウェア資源と、ＣＰＵ等の動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により、プローブ１０以外の構成の全部又は一部が実現されてもよい。当該プログラムは、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体を経由して、又は、ネットワーク等の通信経路を経由して、図示しない記憶装置に記憶される。別の例として、プローブ１０以外の構成は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により実現されてもよい。

以下、本実施形態に係る超音波診断装置について詳しく説明する。一例として、プローブ１０が２Ｄアレイ振動子を有するものとする。

まず、図２を参照して走査面について説明する。図２には、模式的な胎児４４が示されている。本実施形態では、一例として、２つの走査面（走査面４６，４８）が設定される。走査面４６，４８は、超音波ビームの送受波により形成された二次元の走査面である。走査面４６は、胎児の心臓の運動情報を取得するための走査面であり、走査面４８は、サンプルゲートを設定するための走査面である。もちろん、走査面４６が、サンプルゲートを設定するための走査面であり、走査面４８が、運動情報を取得するための走査面であってもよい。

走査面４６は、一例として、偏向角度がゼロ度（０度）の位置に形成された走査面である。θ方向は走査面に直交する方向であり、φ方向はθ方向に直交し走査面に平行な方向である。例えば、ゼロ度の偏向角度θ，φを持つ走査面を形成する指示を与えるスイッチが入力部４２に設けられており、そのスイッチがユーザにより押下されると、偏向角度θ，φがゼロ度の位置に走査面４６が形成される。走査面４６における組織表示フレーム（Ｂモード断層画像）が生成されて表示部３４に表示される。ユーザはそのＢモード断層画像を観察しながら、そのＢモード断層画像に胎児４４の心臓が現れるようにプローブ１０の位置及び姿勢を変える。すなわち、走査面４６が胎児４４の心臓を横切るように、プローブ１０の位置及び姿勢が調整される。もちろん、２Ｄアレイ振動子を備えたプローブ１０が用いられている場合、走査面を電子的に偏向させることにより、胎児４４の心臓を横切るように走査面を設定してもよい。例えば、走査面を偏向させるためのツマミやトラックボールが入力部４２に設けられており、そのツマミやトラックボールがユーザにより操作されると、走査面が偏向される。

走査面４８は、走査面４６の位置を基準にしてθ方向に電子的に偏向された走査面である。例えば、走査面を偏向させるためのツマミやトラックボールがユーザにより操作され、その操作に応じた位置に走査面４８が設定される。走査面４８における組織表示フレーム（Ｂモード断層画像）が生成されて表示部３４に表示される。ユーザはそのＢモード断層画像を観察しながら、そのＢモード断層画像に胎児４４の血管（実際の血流方向）が現れるように走査面４８の位置を調整する。すなわち、走査面４８上に血管が位置するように、走査面４８の位置が調整される。

なお、サンプルゲートを設定するための走査面として走査面４６が設定され、運動情報を取得するための走査面として走査面４８が設定されてもよい。この場合、走査面４６上に血管が位置するように、プローブ１０の位置及び姿勢がユーザにより調整され、走査面４８が胎児４４の心臓を横切るように、走査面４８の位置が調整される。

図３には、走査面４６から取得されたＢモード断層画像５０（組織表示フレーム）が示されている。走査面４６が設定されて超音波ビームの送受波が行われると、Ｂモード断層画像５０が表示部３４に表示される。Ｂモード断層画像５０には、胎児の心臓像５２が含まれている。胎児の心臓の動きを表す運動情報を得るために、心臓像５２に対して関心領域（ＲＯＩ）が設定される。例えば、ユーザがＢモード断層画像５０を観察しながら、入力部４２を用いることによりＢモード断層画像５０上に関心領域を設定する。例えば、心臓の短軸長（例えばＦＳ）の時間変化を運動情報として求める場合、心臓像５２に表された心臓壁において互いに向かい合う部分に関心領域５４，５６が設定される。ユーザは、関心領域５４，５６の位置、形状及び大きさを変更することができる。関心領域５４，５６は、マッチング処理におけるテンプレートとして用いられ、関心領域５４，５６の移動先が解析部２６によりトラッキングされる。

図４には、別の関心領域が示されている。例えば、心臓像５２の輝度の時間変化が運動情報として用いられる場合、心臓像５２内に関心領域５８が設定される。もちろん、心臓像５２の全体を囲むように関心領域が設定されてもよい。関心領域５８内の総画素の輝度の合計の時間変化、又は、総画素の輝度の平均の時間変化が、運動情報として演算される。ユーザは、関心領域５８の位置、形状及び大きさを変更することができる。

図５には、走査面４８から取得されたＢモード断層画像６０（組織表示フレーム）の一例が示されている。走査面４８が設定されて超音波ビームの送受波が行われると、Ｂモード断層画像６０が表示部３４に表示される。図５には図示されていないが、Ｂモード断層画像６０には血管像が含まれている。ドプラ情報を得るために、Ｂモード断層画像６０に対してサンプルゲートが設定される。この設定のために、方位ラインマーカ６２とゲートマーカ６４がＢモード断層画像６０上に表示される。方位ラインマーカ６２は、ドプラビーム方位を表すマーカであり、ゲートマーカ６４は、サンプルゲートを表すマーカである。ゲートマーカ６４が設定された位置にサンプルゲートが設定され、その位置におけるドプラ情報が取得される。方位ラインマーカ６２は、Ｂモード断層画像６０上において矢印Ａで示す方位方向に移動可能なマーカである。ゲートマーカ６４は、方位ラインマーカ６２上において矢印Ｂで示す深さ方向に移動可能なマーカである。ユーザは、入力部４２を用いることにより、方位ラインマーカ６２を方位方向に移動させ、ゲートマーカ６４を深さ方向に移動させ、深さ方向におけるゲートマーカ６４の幅を変えることができる。この操作により、ドプラビーム方位、サンプルゲートの位置及び幅が設定される。例えば、心臓の弁の出口付近等にサンプルゲートが設定される。また、補正角度（血流方向）が設定される。サンプルゲートが設定されると、一定の送受信シーケンスに従って、そのドプラビーム方位に対して超音波ビームの送受波が繰り返し行われる。これにより、そのサンプルゲート内のドプラ情報（例えば血流速度）が観測される。ドプラ波形生成部３０では、観測された血流速度と補正角度とから実際の血流速度が演算され、これにより、実際の血流速度を示すドプラ波形が生成される。

なお、上記の例では、２つの走査面（走査面４６，４８）が設定され、関心領域とサンプルゲートが、それぞれ別々のＢモード断層画像上に設定されている。別の例として、関心領域とサンプルゲートは、同一のＢモード断層画像上に設定されてもよい。例えば、走査面４６から取得されたＢモード断層画像上に、関心領域とサンプルゲートが設定されてもよい。プローブ１０が２Ｄアレイ振動子の代りに１Ｄアレイ振動子を備えている場合、１つの走査面（例えば走査面４６）が設定され、その走査面から取得されたＢモード断層画像上に、関心領域とサンプルゲートが設定される。もちろん、プローブ１０が２Ｄアレイ振動子を備えている場合であっても、１つのＢモード断層画像上に、関心領域とサンプルゲートが設定されてもよい。

以下、図６を参照して、解析部２６によるトラッキング処理について詳しく説明する。図６には、走査面４６から取得された組織表示フレーム列６６が示されている。走査面４６に対する超音波ビームの送受波が繰り返されることにより、組織表示フレーム列６６が生成される。組織表示フレーム列６６は、時間軸上に並ぶ複数の組織表示フレーム（組織表示フレーム６６ａ〜６６ｎ）を含む。個々の組織表示フレームはＢモード断層画像である。

トラッキング処理は、時系列順に整列した組織表示フレーム列６６における各組織表示フレームに対して実行される処理である。リアルタイムに取得される組織表示フレーム列６６に対してトラッキング処理が適用されてもよいし、メモリ２２に格納されている組織表示フレーム列６６に対してトラッキング処理が適用されてもよい。ユーザが任意の時相を指定することにより、トラッキング処理を開始する最初の組織表示フレームである初期フレームを選択できるようにしてもよい。例えば、組織表示フレーム６６ａが初期フレームとして選択され、その組織表示フレーム６６ａに含まれる心臓像５２に対して、２つの関心領域（関心領域５４，５６）がトラッキング用のテンプレートとして設定されている。組織表示フレーム６６ａに対してテンプレートが設定されると、解析部２６は、組織表示フレーム６６ａとその次のフレームである組織表示フレーム６６ｂとを対象としてマッチング処理を実行する。これにより、組織表示フレーム６６ｂにおいて関心領域５４内の画像部分に適合する参照エリア（画像部分）が特定され、同様に、組織表示フレーム６６ｂにおいて関心領域５６内の画像部分に適合する参照エリア（画像部分）が特定される。その結果、関心領域５４，５６のそれぞれの移動先が特定される。解析部２６は、組織表示フレーム列６６に含まれる各組織表示フレームに対してマッチング処理を適用することにより、関心領域５４，５６のそれぞれの位置を追跡する。つまり、組織表示フレーム６６ａ，６６ｂ，・・・，６６ｍ，６６ｎのそれぞれにおいて、関心領域５４，５６のそれぞれの位置が特定される。解析部２６は、個々の組織表示フレームにおける関心領域５４と関心領域５６との間の距離を、心臓の短軸長（ＦＳ）として演算する。具体的には、解析部２６は、組織表示フレーム６６ａ，６６ｂ，・・・，６６ｍ，６６ｎのそれぞれにおいて、関心領域５４と関心領域５６との間の距離を短軸長として演算する。その短軸長の時間変化を示す情報が、胎児の心臓の動きを表す運動情報に相当する。解析部２６は、その短軸長の時間変化を表す運動グラフを運動情報として生成する。

図７には、その運動グラフ６８が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は心臓の短軸長Ｌ（関心領域５４と関心領域５６との間の距離）を示している。運動グラフ６８は、短軸長Ｌの時間変化を示すグラフであり、表示部３４に表示される。

以下、図８を参照して、本実施形態に係る超音波診断装置による処理について説明する。図８には、その処理を示すフローチャートが示されている。一例として、プローブ１０が２Ｄアレイ振動子を有しているものとする。

まず、トラッキング用のＢモード断層画像が生成されて表示される（Ｓ０１）。具体的には、超音波ビームの送受波により、ゼロ度の偏向角度θ，φを持つ走査面４６が形成され、トラッキング用のＢモード断層画像５０（組織表示フレーム）が走査面４６から取得されて表示部３４に表示される（図２，３参照）。

次に、プローブ１０の位置決めがなされる（Ｓ０２）。具体的には、ユーザが、表示部３４に表示されているＢモード断層画像５０を観察しながら、そのＢモード断層画像５０に胎児の心臓が現れるようにプローブ１０の位置及び姿勢を変える。この作業により、胎児の心臓を横切る走査面４６が設定される（図２参照）。

次に、サンプルゲート設定用の断面が設定され（Ｓ０３）、その断面におけるＢモード断層画像（サンプルゲート設定用の断層画像）が表示される（Ｓ０４）。具体的には、ユーザが、入力部４２に設けられたツマミやトラックボールを操作することにより、電子的に偏向された走査面４８が形成され、サンプルゲート設定用のＢモード断層画像６０（組織表示フレーム）が走査面４８から取得されて表示部３４に表示される（図２，５参照）。ユーザはＢモード断層画像６０を観察しながら、Ｂモード断層画像６０に胎児の血管（実際の血流方向）が現れるように走査面４８の位置を調整する。

例えば、走査面４６，４８に対して交互に超音波ビームの送受波が行われ、走査面４６，４８から交互にＢモード断層画像が取得される。走査面４６から取得されたＢモード断層画像と走査面４８から取得されたＢモード断層画像は、表示部３４に並べて表示される。

次に、トラッキング用のＢモード断層画像５０上に関心領域が設定される（Ｓ０５）。心臓の短軸長の時間変化を運動情報として取得する場合、Ｂモード断層画像５０に含まれる心臓像５２に対して関心領域５４，５６が設定される（図３参照）。例えば、ユーザがＢモード断層画像５０を観察しながら、入力部４２を用いて関心領域５４，５６の位置、形状及び大きさを指定する。別の例として、心臓像５２の輝度の時間変化が運動情報として用いられる場合、心臓像５２内に又は心臓像５２の全体を囲むように関心領域５８が設定される（図４参照）。

次に、サンプルゲート設定用のＢモード断層画像６０上にサンプルゲートが設定される（Ｓ０６）。例えば図５に示すように、Ｂモード断層画像６０上に、方位ラインマーカ６２とゲートマーカ６４が表示される。ユーザは、入力部４２を用いることにより、Ｂモード断層画像６０上において、ドプラ波形の観測対象の位置にゲートマーカ６４を設定する。これにより、観測対象の部位にサンプルゲートが設定される。例えば、心臓の弁の出口付近等にサンプルゲートが設定される。

関心領域とサンプルゲートが設定されると、計測が実行される（Ｓ０７）。具体的には、短軸長の時間変化を表す運動グラフが運動情報として生成されるとともに、サンプルゲート内の血流速度を示すドプラ波形が生成される。運動グラフとドプラ波形は、表示部３４に並べて表示される（Ｓ０８）。別の例として、心臓像５２に対して設定された関心領域５８内の輝度の時間変化が演算され、その時間変化を表す運動グラフが運動情報として生成されてもよい。

以下、図９を参照して、計測時における超音波ビームの送受波シーケンスについて詳しく説明する。図９には、そのシーケンスの一例が示されている。図９中の符号Ｄは、ドプラモードでの超音波ビームの送受波を示している。符号Ｄで示すタイミングにおいては、ドプラ情報を取得するための超音波ビームの送受波、つまり、ドプラビーム方位への超音波ビームの送受波が行われる。図９中の符号Ｂ１は、Ｂモードでの超音波ビームの送受波を示している。符号Ｂ１で示すタイミングにおいては、トラッキング用の走査面４６への超音波ビームの送受波が行われる。図９中の符号Ｂ２は、Ｂモードでの超音波ビームの送受波を示している。符号Ｂ２で示すタイミングにおいては、サンプルゲート設定用の走査面４８への超音波ビームの送受波が行われる。本実施形態に係るシーケンスにおいては、ドプラビーム方位への超音波ビームの送受波（符号Ｄ）、走査面４６への超音波ビームの送受波（符号Ｂ１）、走査面４８への超音波ビームの送受波（符号Ｂ２）が、その順番で繰り返し実行される。もちろん、この順番は変更されてもよい。例えば、符号Ｂ１，Ｂ２，Ｄの順番で送受波が行われてもよい。

ドプラビーム方位への超音波ビームの送受波（符号Ｄ）が繰り返し実行されることにより、ドプラ波形生成部３０にてドプラ波形が生成される。

トラッキング用の走査面４６に対する超音波ビームの送受波が繰り返し実行されることにより、その走査面４６における組織表示フレーム列６６が生成される（図６参照）。解析部２６は、組織表示フレーム列６６に含まれる各組織表示フレームに対してマッチング処理を適用することにより、関心領域５４，５６のそれぞれの位置を追跡し、個々の組織表示フレームにおける関心領域５４と関心領域５６との間の距離を、心臓の短軸長（ＦＳ）として演算する。その短軸長の時間変化を示す情報が、胎児の心臓の動きを表す運動情報に相当し、その時間変化を表す運動グラフが生成される（図７参照）。

サンプルゲート設定用の走査面４８に対する超音波ビームの送受波が繰り返し実行されることにより、その走査面４８における組織表示フレーム列が生成される。

運動グラフの生成、ドプラ波形の生成、走査面４６からのＢモード断層画像の取得、及び、走査面４８からのＢモード断層画像の取得は、リアルタイムで実行され、それらは表示部３４に並べて表示される。リアルタイム処理により、ドプラ波形の取得とＢモード断層画像の取得がほぼ同時に実行され、ドプラ波形と運動グラフがほぼ同時に生成される。これにより、両者の時間軸がほぼ一致するドプラ波形と運動グラフが生成される。

なお、図８に示す例では、トラッキング用の走査面４６が先に設定され、その後に、サンプルゲート設定用の走査面４８が設定されているが、その順番は逆であってもよい。つまり、サンプルゲート設定用の走査面４８が先に設定され、トラッキング用の走査面４６が後に設定されてもよい。別の例として、トラッキング用のＢモード断層画像５０上に関心領域５４，５６が設定された後に、サンプルゲート設定用の走査面４８が設定されて、サンプルゲート設定用のＢモード断層画像６０上にサンプルゲートが設定されてもよい。もちろん、その順番は逆であってもよい。

上記の処理は、リアルタイムで実行されずに事後的に実行されてもよい。事後処理においては、まず、サンプルゲート設定用の走査面４８が設定され、その走査面４８から取得されたＢモード断層画像６０が表示部３４に表示される。そのＢモード断層画像６０上においてサンプルゲートが設定される。次に、送受信部１６の作用により、ドプラビーム方位への超音波ビームの送受波と、胎児の心臓を含む三次元領域への超音波ビームの送受波と、が繰り返し実行される。これにより、ドプラ波形が生成されるとともに、時間軸上に並ぶ複数のボリュームデータが生成される。複数のボリュームデータはボリュームデータ列を構成し、メモリ２２に格納される。ドプラ波形の取得とボリュームデータ列の取得はほぼ同時に実行される。ユーザによりトラッキング用の断面が指定されると、断層画像生成部２０は、その断面におけるデータをメモリ２２から取得し、そのデータに基づいてトラッキング用の表示組織フレーム（Ｂモード断層画像）を生成する。そのＢモード断層画像は表示部３４に表示され、そのＢモード断層画像上に関心領域５４，５６が設定される。断層画像生成部２０は、ボリュームデータ列に基づいて、トラッキング用断面における表示組織フレーム列（Ｂモード断層画像列）を生成する。解析部２６は、その表示組織フレーム列にトラッキング処理を適用することにより、関心領域５４，５６の移動先を追跡し、心臓の短軸長の時間変化を示す運動グラフを生成する。ドプラ波形の取得とボリュームデータ列の取得がほぼ同時に実行されているので、両者の時間軸がほぼ一致するドプラ波形と運動グラフが生成される。

以下、図１０を参照して、表示部３４に表示される画像等について説明する。図１０には、その画像等が示されている。表示部３４の画面７０には、Ｂモード断層画像７２，７４、運動グラフ７６及びドプラ波形７８が表示される。Ｂモード断層画像７２は、トラッキング用の走査面４６から取得された画像であり、Ｂモード断層画像７４は、サンプルゲート設定用の走査面４８から取得された画像である。運動グラフ７６は、例えば、心臓の短軸長の時間変化を示すグラフである。ドプラ波形７８は、ドプラ波形生成部３０により生成された波形である。

表示処理部３２は、運動グラフ７６とドプラ波形７８とを両者の時間軸を揃えつつ並べた状態で表示部３４に表示させる。図１０に示す例では、運動グラフ７６とドプラ波形７８は、上下方向に並べられた状態で表示されている。左右方向が時間軸に相当する。運動グラフ７６とドプラ波形７８には、バー状のカーソル８０が重畳して表示されている。カーソル８０は時間軸上の時相を示しており、左右方向に移動可能な像である。例えば、カーソル８０は、時間軸に沿って左側から右側へ自動的に移動する。また、ユーザが入力部４２を用いることにより、カーソル８０の位置を指定してもよい。カーソル８０が示す時相において取得されたＢモード断層画像７２，７４が表示される。カーソル８０を時間軸に沿って自動的に移動させることにより、各時相において取得されたＢモード断層画像７２，７４が動画像として表示される。

Ｂモード断層画像７２には、右上隅にマーカ８２が設けられており、Ｂモード断層画像７４には、右上隅にマーカ８４が設けられている。マーカ８２は、Ｂモード断層画像７２が取得された走査面４６を識別するためのマーカであり、マーカ８４は、Ｂモード断層画像７４が取得された走査面４８を識別するためのマーカである。画面７０には、３Ｄマーカ８６が表示されている。３Ｄマーカ８６は三次元の画像であり、例えば、プローブマーカ、胎児像及び２つの断面マーカを含む。プローブマーカは、プローブ１０を模式的に示す画像である。胎児像は、実際に撮影された胎児の三次元画像であってもよいし、三次元のモデル画像であってもよい。一方の断面マーカは、Ｂモード断層画像７２が取得された走査面４６を模式的に表す画像であり、他方の断面マーカは、Ｂモード断層画像７４が取得された走査面４８を模式的に表す画像である。一方の断面マーカはマーカ８２に対応するマーカを含み、他方の断面マーカはマーカ８４に対応するマーカを含む。３Ｄマーカ８６に、走査面４６，４８に対応する断面マーカが含まれ、各断面マーカに、マーカ８２，８４に対応するマーカが含まれている。それ故、三次元空間における走査面４６，４８の位置及び方向を容易に把握することが可能となる。

上述した実施形態によると、心臓の動きを表す運動グラフとドプラ波形の両方が時間軸を揃えて表示される。それ故、運動グラフとドプラ波形に基づいて総合的な診断が可能となる。例えば、ドプラ波形単独では時相を正確に判読できない場合であっても、運動グラフに基づいて心臓の収縮末期や拡張末期等の時相を特定し、それとの関係でドプラ波形中の異常部分の時相を指定することが可能となる。例えば、短軸長（ＦＳ）を示す運動グラフにおいて、短軸長が最大となる時相が拡張末期に相当し、短軸長が最小となる時相が収縮末期に相当する。それ故、ドプラ波形単独からでは拡張末期や収縮末期を特定することが困難な場合であっても、短軸長を示す運動グラフを参照することにより、それらを特定することが可能となる。

なお、ドプラ波形７８上に運動グラフ７６が重畳して表示されてもよい。これにより、運動グラフ７６から判読可能な時相と、その時相に対応するドプラ波形７８上の部分と、の対応関係をより簡便に把握することが可能となる。

トラッキング用の走査面４６を設定した後に、サンプルゲート設定用の走査面４８を設定することにより、サンプルゲートの設定が工程の後の方に行われる。これにより、プローブ１０の位置ずれ等の影響をできるだけ受けずに、精度の高いドプラ波形を取得することが可能となる。

なお、カラー血流画像が取得されてもよい。この場合、サンプルゲート設定用のＢモード断層画像７４上にカラー血流画像が重畳して表示される。サンプルゲート設定用の走査面４８への超音波ビームの送受波が行われなくてもよい。つまり、図９中の符号Ｂ２で示す送受波が行われなくてもよい。この場合、符号Ｄ，Ｂ１で示す送受波が繰り返し行われ、トラッキング用のＢモード断層画像７２、運動グラフ７６及びドプラ波形７８が表示部３４に表示され、サンプルゲート設定用のＢモード断層画像７４は表示されない。

上述した実施形態では、２Ｄアレイ振動子を備えたプローブ１０が用いられているが、１Ｄアレイ振動子を備えたプローブ１０が用いられてもよい。この場合、１つのＢモード断層画像上に、関心領域とサンプルゲートが設定される。例えば、走査面４６が設定され、その走査面４６から取得されたＢモード断層画像上に関心領域とサンプルゲートが設定される。関心領域とサンプルゲートを同一のＢモード断層画像上に設定することにより、複数の走査面に対して超音波ビームを送受波せずに済むので、フレームレートの点で有利である。一方、関心領域とサンプルゲートをそれぞれ異なるＢモード断層画像上に設定することにより、それぞれ異なる走査面から得られた運動グラフとドプラ波形とを対比して総合的な診断が可能となる。

２０ 断層画像生成部、２６ 解析部、３０ ドプラ波形生成部、３８ 関心領域設定部、４０ サンプルゲート設定部。

Claims (4)

1. 胎児の心臓を含む三次元空間内にドプラ情報観測用のサンプルゲートを設定するサンプルゲート設定手段と、
   超音波の送受波により前記サンプルゲートから取得されるドプラ情報を周波数解析してドプラ波形を生成するドプラ波形生成手段と、
   前記三次元空間内に設定され前記胎児の心臓を横切る計測面からのエコー情報に基づいてフレーム列を生成するフレーム列生成手段と、
   前記フレーム列の解析により前記胎児の心臓の動きを表すグラフを生成する解析手段と、
   前記ドプラ波形と前記グラフを両方の時間軸を揃えつつ並列表示する表示処理手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記サンプルゲート設定手段は、超音波の送受波により得られた第１断面における断層画像上に前記サンプルゲートを設定し、
   当該超音波診断装置は、
   前記第１断面又はそれとは別の第２断面を前記計測面とし、超音波の送受波により得られた前記計測面における断層画像上に、グラフ生成用の関心領域を設定する関心領域設定手段を更に含み、
   前記解析手段は、前記フレーム列における前記関心領域の解析により前記グラフを生成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記計測面は前記第２断面であり、
   前記第１断面又は前記第２断面のいずれか一方の断面は、超音波の送受波を行うプローブの操作により設定され、他方の断面は、前記一方の断面を基準にして超音波の電子的な偏向により設定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３に記載の超音波診断装置において、
   前記第２断面は、前記プローブの操作により設定され、
   前記第１断面は、前記第２断面が設定された後、前記第２断面を基準にして超音波の電子的な偏向により設定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。