JP2723467B2

JP2723467B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2723467B2
Application number: JP3584994A
Authority: JP
Inventors: 信康井上
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH07241290A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置におけ
るドプラ波形のトレースラインや超音波波形等に対して
行う演算機能に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、心機能や血管機能等を診断する
超音波診断装置として、超音波ビームを走査して得られ
る受信信号が、血流等の運動体によってドプラシフトを
受けることを利用した超音波診断装置が公知である。

【０００３】この超音波診断装置では、得られた受信信
号に対して所定の直交検波を行ってドプラ信号を抽出
し、更にこのドプラ信号に対して自己相関処理及び速度
演算処理を行うことによりドプラ偏移周波数を求めてい
る。

【０００４】そして、求められたドプラ偏移周波数の経
時変化、即ちドプラ波形（ドプラスペクトラム）を観察
するために、横軸を時間ｔ、縦軸をドプラ偏移周波数ψ
d としてこのドプラ波形をモニタに表示し、その波形か
ら所定の診断を行う。

【０００５】ドプラ波形の診断方法としては、いわゆる
トレース計測が知られている。このトレース計測は、例
えば、オペレータがトラックボール等を用い、表示され
たドプラ波形をトレースすることによって、トレースラ
インによってドプラ波形を区画して行うものである。そ
して、このトレースラインに基づいて、所定期間内にお
ける運動体の平均運動速度や、別途求めた血管の断面積
を積算して血流量等を演算し、得られた演算結果から心
機能や血管機能等の診断を行うことができるものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ドプラ波形のトレース
をオペレータがマニュアルで実行すると、トレースに個
人差が生じて、診断結果がばらつきその信頼性が低下し
てしまうという問題があった。

【０００７】そこで、このばらつきを低減するため、超
音波診断装置に、ドプラ波形を自動的にトレースするオ
ートトレース機能を設けることが提案されている。

【０００８】一方、被検体が心臓等の循環系である場合
において、例えば、一心拍（心臓の収縮期−拡張期の１
サイクル）期間における血液の流出を、ドプラ波形で表
示すると、このドプラ波形が二峰性ピークを有すること
が知られている。そして、このドプラ波形の２つのピー
クの比率等を計測することにより、心機能等の診断を行
うことができる。

【０００９】しかしながら、一般的に超音波画像にはノ
イズが多く発生し、平滑性の高いドプラ波形が得られな
い。従って、このドプラ波形をトレースして得られるト
レースラインもその平滑性が低く、特にオートトレース
の場合にはノイズの影響を受ける傾向が強かった。

【００１０】このようなトレースラインから上記二峰性
ピークを検出するには、トレースラインを微分する方法
が考えられる。しかし、上述のようにトレースラインの
平滑性が低いため、微分した場合には極めて多くの変極
点が検出され、真のピークを検出するには装置が複雑化
してしまう等の問題があった。

【００１１】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたものであり、トレースラインから容易に真のピ
ークを検出可能な超音波診断装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る超音波診断装置は、以下のような特徴
を有する。

【００１３】超音波ビームを被検体に送受波し、得られ
た受信波に基づいて超音波波形を表示する超音波診断装
置であって、前記超音波波形を、時間軸上において所定
区間毎に分割する分割手段と、前記各区間を、時間軸上
で連動して所定量ずつ所定回数シフトさせるシフト手段
と、前記所定回数のシフト毎に、前記各区間における超
音波波形の区間ピークの座標を検出する区間ピーク検出
手段と、複数の前記区間ピークの座標のなかで不変の座
標を判定し、これを前記超音波波形の真のピークとして
検出するピーク検出手段と、を有することを特徴とす
る。

【００１４】超音波ビームを被検体に送受波し、得られ
た受信波に基づいてドプラ偏移周波数の経時変化を表す
ドプラ波形を表示する超音波診断装置であって、前記ド
プラ波形をトレースするトレース手段と、トレースライ
ンを、時間軸上において所定区間毎に分割する分割手段
と、前記各区間を、時間軸上で連動して所定量ずつ所定
回数シフトさせるシフト手段と、前記所定回数のシフト
毎に、前記各区間におけるトレースラインの区間ピーク
を検出する区間ピーク検出手段と、複数の前記区間ピー
クの座標のなかで不変の座標を判定し、これを前記ドプ
ラ波形の真のピークとして検出するピーク検出手段と、
を有することを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明の超音波診断装置においては、ドプラ波
形のトレースラインや超音波波形を時間軸上で所定区間
毎に分割し、各区間毎にその区間ピーク（最大、最小）
の座標を検出する。この区間を、時間軸上で連動して所
定量ずつ所定回数シフトさせる。そして、シフト毎に、
各区間における区間ピークを検出する。

【００１６】このような処理において、各区間で例えば
トレースラインの傾斜部分の点を区間ピークとして検出
した場合であっても、区間をシフトさせ、シフトさせた
各区間において改めて区間ピークを検出すれば、同一座
標の点が再び区間ピークとして検出されない。

【００１７】従って、得られた複数の区間ピークの座標
のなかで、シフト処理にかかわらず不変の座標を判定
し、これをトレースライン又は超音波波形の真のピーク
として検出すれば、上記トレースラインや超音波波形か
ら容易に真のピークを検出できる。即ち、トレースライ
ンや超音波波形の平滑性が低くても、簡単な装置構成に
よって、その真のピークを正確に自動検出できる。

【００１８】また、真のピークを正確に検出できるの
で、この真のピークに基づいて行う所定の演算の結果
（ピーク間における比率等）の精度、即ち演算結果に基
づいて行う診断の信頼性が各段に向上する。

【００１９】更に、ピーク検出を自動演算処理によって
行うことができるので診断時間の短縮化に貢献すること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。

【００２１】図１は、本発明の実施例に係る超音波診断
装置を示す概略ブロック図である。

【００２２】送受信回路１２は、探触子１０の超音波ビ
ームの送受波を制御する回路である。直交検波回路１４
は、送受信回路１２に接続され、受信信号に対して所定
の参照波信号を掛け合わせて直交検波を行う検波部であ
る。

【００２３】直交検波によって得られた実数部と虚数部
の２つの信号から構成されるドプラ信号は、図示しない
所定の高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）等によっ
て高速度（高周波数帯域）のドプラ信号のみが抽出され
る。被検体を血管とすれば、この高域通過フィルタによ
って抽出されるドプラ信号は、血流に係る信号である。
なお、このフィルタを低域通過フィルタとすれば、低速
度のドプラ信号、例えば心筋等の生体組織に係る信号を
抽出することができる。

【００２４】自己相関回路１６は、抽出された高周波数
帯域のドプラ信号に対して公知の相関演算処理を行って
自己相関を求める回路であり、この自己相関回路１６に
は、自己相関回路１６で求められた相関信号に基づい
て、被検体の運動速度をドプラ偏移周波数として求める
速度演算回路１８が接続されている。そして、この速度
演算回路１８には制御回路（ＣＰＵ）２４に制御された
メモリ２０が接続され、演算されたドプラ偏移周波数を
１フレーム毎に記憶し、トレース処理部３０のノイズレ
ベル検出回路３２に出力する。

【００２５】一方、入力部２２は、オペレータが、計測
や診断の所定条件を設定したり、モニタ４２での表示状
態を設定したりするためのキーボードやトラックボール
等である。入力部２２で設定された各種条件は、ＣＰＵ
２４を介してグラフィック表示回路２６に出力される。

【００２６】グラフィック表示回路２６は、ＣＰＵ２４
に制御され、設定された各種条件に応じたラインデー
タ、スケールデータ、キャラクタ等をトレース処理部３
０に出力する回路である。

【００２７】トレース処理部３０は、基準ノイズレベル
を検出するノイズレベル検出回路３２と、ドプラ波形を
オートトレースするオートトレース回路３４と、得られ
たトレースのピークを検出し、これに基づいて所定の演
算処理を行うピーク検出回路３６とから構成されてい
る。

【００２８】なお、ノイズレベル検出回路３２は、ドプ
ラ波形の存在確率の低い画像領域の各画素の輝度分布か
ら基準ノイズレベルを検出する回路であるが、必ずしも
必要ではない。

【００２９】また、オートトレース回路３４は、基準ノ
イズレベルを参照してドプラ偏移周波数の経時変化を示
すドプラ波形をオートトレースする回路である。

【００３０】ピーク検出回路３６は、オートトレース回
路３４から出力されるトレースライン情報に基づいて、
トレースラインの最大、最小のピーク（真のピーク）の
座標を求め、この真のピークの座標から真のピークの比
率等を演算する回路である。そして、このピーク検出回
路３６は、具体的には、トレースラインを分割する分割
部と、分割された各区間を連動して複数回シフトさせる
シフト部と、各区間での区間ピークをシフト毎に検出す
る区間ピーク検出部と、複数の区間ピークの座標のなか
で不変の座標を有するピークをトレースラインの真のピ
−クとして検出する真ピーク検出部とから構成されてい
る。

【００３１】ここで真のピークは、例えば、Pulsatilit
y Index （脈動指数）、ＬＶＩＦ（Left Valve in Flo
w：心臓左心室の血流）等のトレース計測を行うために
用いられる。これらのトレース計測は、二峰性ピーク即
ち２つのピークからその比率を求めるものであり、Puls
atility Index においては、末梢血管のドプラ波形をと
った場合に、１つ目のピークＰ１が心臓の収縮期のピー
クを示し、２つ目のピークＰ２が拡張期のピークを示し
ている。そして、この２つのピークについてその差
（（Ｐ１−Ｐ２）／２）を演算し、その値から血液の循
環状態等を診断することができる。

【００３２】一方、ＬＶＩＦでは、心臓の左心室の血流
についてドプラ波形をとった場合に、１つ目のピークは
Ｅ波（左心室の拡張時の血流）のピーク、２つ目のピー
クはＡ波（左心房の収縮期の血流）のピークを示す。そ
して、この２つのピークの比率を求めることにより心臓
の運動状態を診断できるものである。

【００３３】なお、トレース処理部３０には、別途、平
均速度演算回路を設けて、トレースラインから所定期間
内の平均運動速度を演算したり、血管の断面積を測定し
平均運動速度と積算して血流量を演算してもよい。

【００３４】求められたピークの比率等の演算情報は、
トレースライン情報等と合成され、ＤＳＣ（デジタルス
キャンコンバータ）４０を介してモニタ４２上に表示さ
れる。

【００３５】次に、トレース処理部３０におけるデータ
処理手順について図１、図２及び図３を用いて説明す
る。ここで、図２は、図１のオートトレース回路３４に
おけるオートトレースの手順について示している。ま
た、図３は、本実施例の特徴である図１のピーク検出回
路３６におけるピーク検出手順について示している。

【００３６】まず、トレース処理におけるノイズの影響
を低減するために、ノイズレベル検出回路３２を要求に
応じて設けた場合には、このノイズレベル検出回路３２
が、ドプラ波形のベースライン位置に基づいて、基準ノ
イズレベルを検出するデータサンプル領域を求める。そ
してこのデータサンプル領域において基準ノイズレベル
を検出し、オートトレース回路３４に出力する。

【００３７】オートトレース回路３４は、この基準ノイ
ズレベルに基づいて以下のようなオートトレース処理を
行う（図２参照）。

【００３８】まず、メモリ２０からドプラ波形を含む１
フレーム分の超音波画像データを取り込み（Ｓ１）、オ
ペレータが入力部２２を操作することにより設定された
スケール条件やキャラクタデータ等が、グラフィック表
示回路２６から出力される。また、これに合わせて超音
波画像データに移動平均化等の所定の画像処理がなされ
る（Ｓ２）。そして、モニタ４２に超音波画像としてフ
リーズ表示（静止画表示）される。

【００３９】オペレータは、フリーズ表示された超音波
画像に対して、入力部２２を操作してトレース範囲（本
実施例では、二峰性のドプラスペクトラムの範囲）や、
トレース方向（トレースの基準：例えばドプラ偏移周波
数の最大値／最小値等をトレースする）等の条件の選択
を行う（Ｓ３）。

【００４０】次に、設定された所定のトレース条件に基
づき、更に基準ノイズレベルを求めた場合には、この基
準ノイズレベルを閾値として過去のドプラ波形から順次
トレースする画素が判定され（Ｓ４）、トレースライン
が順次モニタ４２に表示される（Ｓ５）。なお、このト
レースラインは、ドプラ波形と合成してモニタ４２に表
示してもよい。指定範囲内についての以上の処理が終了
すると（Ｓ６）、得られたトレースライン情報が図１の
ピーク検出回路３６に出力され、ここでピーク検出が行
われる。

【００４１】ピーク検出回路３６におけるピーク検出手
順については、二峰性ピーク検出の場合を例にとって以
下に説明する（図３参照）。

【００４２】まず、図４（ａ）に示すように、分割部
が、指定範囲内のトレースラインを時間軸上において所
定区間毎に分割（本実施例では６〜８分割）する（Ｓ１
０）。なお、図４は、二峰性ドプラスペクトラムのトレ
ースラインを示しており、横軸は時間ｔ、縦軸は被検体
の運動速度情報を表すドプラ偏移周波数ψd である。

【００４３】次に区間ピーク検出部が、分割された各区
間におけるトレースラインの区間ピークの座標、即ち最
大点／最小点を検出する（Ｓ１１）。ここで、求める区
間ピークは診断の目的によって、最大でも最小でもよ
い。また、両方を同時に検出してもよい。

【００４４】各区間での区間ピークが検出されると、次
に、各区間をシフトさせ、これを所定回数（例えば５
回）繰り返す（Ｓ１２）。なお、この区間ピーク検出処
理の回数は、真ピークの誤検出を防止するための値であ
り、これには限らない。

【００４５】区間ピーク検出回数が５回になるまでは、
図４（ｂ）、（ｃ）のように、シフト部により、各区間
を連動して所定量（本実施例ではモニタ４２における２
〜４画素分）だけ時間軸方向にシフトさせる（Ｓ１
３）。そして、シフト後、各区間における区間ピークを
それぞれ検出し（Ｓ１１）、上記検出回数が５回になる
と区間ピーク検出が終了する。

【００４６】次に、複数回の検出処理によって得られた
複数の区間ピークの座標のなかで、同一の座標を有する
点、即ちシフト処理に関わらず不変な点の座標を判定
し、これをトレースラインの真ピークとして検出する
（Ｓ１４）。この不変点の座標の判定は、各区間毎では
なく、トレースラインの全区間を検索して行うものであ
る。

【００４７】また、各区間で得られた最大及び最小の点
について、その差の小さいものを除外してから（Ｓ１
５）、真ピークを検出することにより、真ピークの検出
精度が更に向上する。

【００４８】なお、本実施例においてトレースラインの
分割数は、二峰性ドプラスペクトラムを対象とした場合
で６〜８としたが、これには限らず、分割数は増やして
もよい。一方、区間のシフト量は２〜３画素としたが、
この値は超音波画像におけるノイズ変動分を考慮して決
定され、画像のノイズの状態によってその最適値は異な
るものである。

【００４９】次に、上記手順により検出された真ピーク
に対して、所定の演算処理がなされる。そして、その演
算結果がモニタ４２に表示される。なお、得られた真ピ
ークは、要求により、図４のトレースライン上の黒点の
ように、モニタ４２に表示することができる。真ピーク
をモニタ４２に表示することにより、オペレータは演算
結果の基準である真ピークの位置を確認することができ
る。

【００５０】トレースラインの指定範囲として二峰性ド
プラスペクトラムを指定した場合、真ピークは二峰性ピ
ークとなる。この場合には、得られた２つのピークの比
率等を演算することによって、上述の脈動指数やＬＶＩ
Ｆ等の計測を行うことができ、血液の循環状態や心臓の
運動状態等を診断することができる。

【００５１】なお、トレース条件は、入力部２２からの
操作によって変更可能であり、条件を変えて、再度真ピ
ークを検出することも可能である。

【００５２】このように、本実施例においては、トレー
スラインの平滑性が低くてもその真ピークを正確に検出
できる。従って、検出された真ピークに基づいて行う所
定の演算の結果の信頼性、即ち、診断の精度が向上す
る。また、ピーク検出を自動で行うことができるので診
断時間の短縮に貢献することができる。

【００５３】更に、本実施例では、トレース処理につい
ても自動的に行うこととしたので、より一層、診断時間
の短縮に貢献することができる。なお、オートトレース
処理に先立って基準ノイズレベルを検出し、この値を参
照してオートトレース処理を行うことにより、よりノイ
ズの影響の小さく平滑性の高いトレースラインが得ら
れ、真ピークの検出精度が更に向上するという効果を有
する。

【００５４】また、真ピークの検出にあたり、微分演算
を行わないので、装置構成が複雑化するという問題も発
生しない。

【００５５】なお、本実施例においては、ドプラ波形の
トレースラインに対して真ピークを求める例について説
明したが、ドプラ波形のトレースラインに限らず、被検
体組織からの輝度情報（エコー信号）の経時変化を表す
超音波波形（いわゆるＡモードやＭモードの超音波診
断）対してその真ピークを求めるものでもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波診断装置によれば、トレースラインの平滑性が低くて
も、簡単な装置構成によって、その真ピークを正確に検
出できる。従って、検出された真ピークに基づいて行う
所定の演算の結果の精度、即ち、診断の信頼性が各段に
向上する。また、ピーク検出を自動で行うことができる
ので診断時間の短縮に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る超音波診断装置を示す概
略ブロック図である。

【図２】図１のオートトレース回路３４におけるオート
トレースの手順を示す図である。

【図３】図１のピーク検出回路３６におけるピーク検出
手順を示す図である。

【図４】本発明の実施例に係る二峰性ドプラスペクトラ
ムのトレースラインからのピーク検出手順を示す概念図
である。

【符号の説明】

３０トレース処理部３２ノイズレベル検出回路３４オートトレース回路３６ピーク検出回路４２モニタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波ビームを被検体に送受波し、得ら
れた受信波に基づいて超音波波形を表示する超音波診断
装置であって、前記超音波波形を、時間軸上において所定区間毎に分割
する分割手段と、前記各区間を、時間軸上で連動して所定量ずつ所定回数
シフトさせるシフト手段と、前記所定回数のシフト毎に、前記各区間における超音波
波形の区間ピークの座標を検出する区間ピーク検出手段
と、複数の前記区間ピークの座標のなかで不変の座標を判定
し、これを前記超音波波形の真のピークとして検出する
ピーク検出手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】超音波ビームを被検体に送受波し、得ら
れた受信波に基づいてドプラ偏移周波数の経時変化を表
すドプラ波形を表示する超音波診断装置であって、前記ドプラ波形をトレースするトレース手段と、トレースラインを、時間軸上において所定区間毎に分割
する分割手段と、前記各区間を、時間軸上で連動して所定量ずつ所定回数
シフトさせるシフト手段と、前記所定回数のシフト毎に、前記各区間におけるトレー
スラインの区間ピークを検出する区間ピーク検出手段
と、複数の前記区間ピークの座標のなかで不変の座標を判定
し、これを前記ドプラ波形の真のピークとして検出する
ピーク検出手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置。