JP2018166656A - 超音波撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の超音波撮像装置100は、図2に示すように、検査対象に超音波ビームを送信する送信部11と、検査対象が反射するエコー信号を受信する受信部12と、受信部12により受信されたエコー信号を処理する信号処理部15と、を備えている。受信部12は、1回の超音波ビームの送信に対し複数の受信ビームを生成するパラレル受信処理部121を有している。また、信号処理部15は、エコー信号から検査対象の所定領域に含まれる複数の計測点における血流の送受信方向速度を抽出するドプラ速度抽出部151と、送受信方向速度を用いて、質量保存則に基づく演算により、送受信方向と直交する方向の速度を算出する速度ベクトル分布演算部153と、質量保存則に基づく演算において初期値として用いる直交方向速度の演算起点を設定する演算起点設定部(不図示)と、演算起点における組織の直交方向速度を算出する直交方向速度算出部155と、を備えている。直交方向速度算出部155は、演算起点に対するパケット送信時に前記パラレル受信部により得られた複数の受信ビームを用いて、演算起点における組織のパケット間移動量を算出し、パケット間移動量から直交方向速度を算出する。
本実施形態は、2次元血流ベクトル分布計測機能を有する超音波撮像装置に適用した実施形態である。図6は、本実施形態の装置の構成例を示すブロック図である。
超音波探触子2は、被検者の生体3に接し、送信部11で生成された信号に従い、生体3内の心血管30に対し超音波を照射し、受信部12は心血管30のエコー信号を受信する。超音波探触子2は、スキャン方式に応じて連続波あるいはパルス波を発生し、平面的撮像法により2次元的な断面を撮像する。
ドプラ速度抽出部151は、受信部12が出力したエコー信号を受け取った後、カラードプラ法を用いてエコー信号から血流の送受信方向速度を抽出する。その際、パルス波ドプラ法などの血流速度測定方式を用いてもよい。また、抽出したドプラ速度の空間分布や時間変化に対して、例えばローパスフィルタや、バンドパスフィルタ、平滑化フィルタなどの様々なフィルタを適用し所望の分布を得てもよい。
演算起点設定部154は、ステップS11のドプラ計測において撮像した範囲について、所定の深さの直交経路毎に、少なくとも1点の演算起点を決定する。例えば、ここでは図1に示す経路C1について、撮像範囲200の端の送信ビーム上の点P1を演算起点とする。なお図1において、扇型で示された範囲が送信ビーム22をスキャンする撮像範囲200であり、θはスキャンの角度、rは深さ方向を示している。
なお検者による演算起点の指定を受け付ける場合には、図9(A)のようなBモード画像を表示部17に表示し、検者がポインティングデバイス(入力部16)等を用いて、表示画像(GUI)上でカーソル50等より指定した位置を、起点として受け付けてもよい。またはBモード画像から血流と他の組織の境界を自動的に判断する場合には、例えば、図9(B)に示すように、Bモード画像の任意の座標を開始点として深さ方向と直交する方向に輝度値の変化を追跡し、複数ピクセルの輝度値の平均値が所定の閾値の範囲に入った場合(a)や、それに続く複数ピクセルの輝度値の平均値との差が所定の閾値を超えた場合(b)に血流と他の組織の境界であると判断する等、輝度値の変化から判断することができる。
パケット間移動演算部159は、図7に示す送信パルスのうち、演算起点を含む例えば計測点1用のパケット送信により受信部12(パラレル受信処理部121)が生成した複数のエコー信号を受け取った後、演算起点における組織速度の直交方向速度を算出する。直交方向速度の算出は、パラレル受信エコー信号の範囲内において、時相の異なるパラレル受信エコー信号間で信号トラッキングを行うことにより行う。一例として、同じ計測点に超音波を送信する時間間隔において、パケット間における信号分布の移動が、離散化したエコー信号の構成単位(以下、ピクセルという)に収まる場合を説明する。図10は、パラレル受信による分割数が4であって(受信ビーム24が4本)、深さ方向に離散化した単位数が4であり、合計4×4のピクセルが観察対象(トラッキング範囲)26である場合を示している。図示するように、一つのスペックル35に対応する信号分布が、超音波を送信する時間間隔即ちパケット間で、点線に示す位置から実線で示す位置に移動したとする。つまり信号分布の移動はサブピクセル単位であり、この場合、次の式(1)または式(2)に示すKanade−Lucas−Tomasi(以下、KLTという)の計算式を用いて、信号分布のサブピクセル移動を算出することができる。
速度ベクトル分布演算部153は、所定の深さの直交経路に関して、ステップS12で設定した演算起点を起点とし、ステップS13で算出した演算起点における初期速度を初期値として、質量保存則に基づく血流の直交方向速度演算を行うことにより、所定の計測点群で血流の直交方向速度を算出する。質量保存則に基づく血流の直交方向速度演算においては、図4に示したように、深さ方向にdr、角度方向にdθの微小領域に流入する血流の総和と、前記微小領域から流出する血流の総和が等しいとする質量保存則から、次の式(4)が導かれる。
速度ベクトル分布演算部153は、さらに、ステップS14において求めた血流の直交方向速度Vθと、ドプラ速度抽出部151が求めた血流の送受信方向速度Vrと、を組み合わせることにより、2方向成分を有する速度ベクトルを得る。速度ベクトルを各計測点において求めることにより、2次元速度ベクトルの2次元的な空間分布が得られる。
表示画像形成部157は、Bモード画像形成部152から心血管30のBモード画像、ドプラ速度抽出部151からドプラ速度、演算起点設定部154から所定の深さにおける演算起点、速度ベクトル分布演算部153から2次元速度ベクトルの2次元的な空間分布、の各情報を受け取った後、それらの情報の全部または一部を、予め決められた形式や入力部16から入力される指示に従い、表示画像として形成する。表示画像は任意の形態を取ることができる。例えば、本実施例の装置構成においては、表示部17はBモード画像形成部152が算出したBモード画像に、速度ベクトル分布演算部153が算出した2次元速度ベクトルの2次元的な空間分布を重ねて表示してもよい。その際、速度ベクトルの空間分布は、例えば、図11に示すように、速度ベクトルの絶対値に応じて長さや色を変えた矢印を表示してもよいし、図12に示すように、速度ベクトル分布から算出される流線分布などの形態によって表示してもよい。
本実施形態は、3次元血流ベクトル分布計測機能を有する超音波撮像装置に適用した実施形態である。装置の基本的な構成は、図6に示す実施形態2の構成と同様であり、以下、適宜図6を参照し、実施形態2と異なる点を中心に本実施形態を説明する。
本実施形態は、血流の2次元又は3次元速度ベクトル分布を用いて診断パラメータを算出する機能を付加したことが特徴であり、上述した実施形態1〜3のいずれにも適用できる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、技術的に矛盾しない限り、実施形態の要素を組み合わせたり、要素を付加したりすることも本発明に包含される。
3・・・生体
10・・・装置本体
11・・・送信部
12・・・受信部
14・・・制御部
15・・・信号処理部
16・・・入力部
17・・・表示部
18・・・メモリ
22・・・送信ビーム
24・・・受信ビーム
26・・・トラッキング範囲
30・・・心血管
33・・・画像が不鮮明な壁面
35・・・微小領域
121・・・パラレル受信処理部
151・・・ドプラ速度抽出部
152・・・Bモード画像形成部
153・・・速度ベクトル分布演算部
154・・・演算起点設定部
155・・・直交方向速度算出部
156・・・壁速度演算部
157・・・表示画像形成部
158・・・診断パラメータ演算部
159・・・パケット間移動演算部
200・・・撮像範囲
Claims (15)
- 検査対象に超音波ビームを送信する送信部と、
前記検査対象が反射するエコー信号を受信する受信部と、
前記受信部により受信された前記エコー信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記受信部は、1回の超音波ビームの送信に対し複数の受信ビームを生成するパラレル受信部を有し、
前記信号処理部は、
前記エコー信号から前記検査対象の所定領域に含まれる複数の計測点における血流の送受信方向速度であるドプラ速度を抽出するドプラ速度抽出部と、
前記送受信方向速度を用いて、質量保存則に基づく演算により、前記送受信方向と直交する方向の速度を算出する速度ベクトル分布演算部と、
前記質量保存則に基づく演算において初期値として用いる直交方向速度の演算起点を設定する演算起点設定部と、
前記演算起点における組織の直交方向速度を算出する直交方向速度算出部と、を備え、
前記直交方向速度算出部は、前記演算起点に対するパケット送信時に前記パラレル受信部により得られた前記複数の受信ビームを用いて、前記演算起点における組織のパケット間移動量を算出し、前記パケット間移動量から前記直交方向速度を算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記演算起点設定部は、前記所定領域の前記送受信方向と直交する方向の端部に、前記演算起点を設定することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記演算起点設定部は、Bモード画像から血流と他の組織の境界を自動的に判断し、前記境界を基準として演算起点を決定することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記演算起点の設定を受け付ける入力部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記直交方向速度算出部は、前記演算起点のパケット間移動量を用いて、前記演算起点の移動ベクトルを算出することにより、前記直交方向速度を算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項5に記載の超音波撮像装置であって、
前記直交方向速度算出部は、前記パケット間移動量をサブピクセルの信号移動に対して算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項5に記載の超音波撮像装置であって、
前記直交方向速度算出部は、前記パケット間移動量を隣接するピクセルの相互相関演算により算出すことを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記演算起点設定部は、1つの深さ方向について、2以上の演算起点を設定し、
前記速度ベクトル分布演算部は、前記2以上の演算起点をそれぞれ用いて行った質量保存則に基づく演算の結果を、重み付け合成し、当該深さ方向における複数の計測点における血流の直交方向速度を算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記速度ベクトル分布演算部は、平面的撮像法により撮像した2次元的な断面において、
2次元速度ベクトルを算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記速度ベクトル分布演算部は、立体的撮像法により撮像した3次元的な空間において、
3次元速度ベクトルを算出することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記信号処理部で得られた情報を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記演算起点設定部が選出した前記演算起点をBモード画像に重ねて表示することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記信号処理部で得られた情報を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記ドプラ速度抽出部が抽出した血流の前記送受信方向速度と、前記速度ベクトル分布演算部が算出した血流の前記直交方向速度と、を組み合わせた速度ベクトルの空間分布を、ベクトルの空間分布図として表示することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記信号処理部で得られた情報を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記ドプラ速度抽出部が抽出した血流の前記送受信方向速度と、前記速度ベクトル分布演算部が算出した血流の前記直交方向速度と、を組み合わせた速度ベクトルの空間分布を、流線の空間分布図として表示することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、
前記速度ベクトル分布演算部の演算結果を用いて、前記検査対象の診断に必要なパラメータを算出する診断パラメータ演算部をさらに備えたことを特徴とする超音波撮像装置。 - 超音波ビームを送信する送信部と、検査対象から反射するエコー信号を受信する受信部と、受信したエコー信号を用いて、質量保存則に基づく演算を行って検査対象の所定領域における血流の速度ベクトルを算出する信号処理部とを備えた超音波撮像装置の動作を制御する方法であって、
前記所定領域において、前記質量保存則に基づく演算の演算起点を設定し、
前記送信部が前記演算起点に対しパケット送信し、前記パケット送信における1回の超音波ビームの送信に対し前記受信部が複数の受信ビームを生成する制御を行い、
前記信号処理部が、
前記所定領域からのエコー信号を用いて、前記所定領域に含まれる複数の計測点における血流の、超音波の送受信方向の速度を算出し、
前記パケット送信により得た複数の受信ビームを用いて、前記演算起点における組織の直交方向の速度を算出し、
前記演算起点における組織の直交方向の速度を初期値として、前記送受信方向の速度を用いて、質量保存則に基づく演算を行う制御を行うことを特徴とする方法。
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