JP3532809B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特に複数のドプラ波形に基づいて心臓などの臓器の
機能を評価する指標を演算する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置はドプラ波形表示
モードを有する。このモードでは、まず二次元断層画像
（Ｂモード画像）上でユーザーに指定されたサンプル点
を通過するように超音波ビームが形成される。そして、
受信信号からサンプル点のドプラ情報が抽出され、その
ドプラ情報の振幅が時間軸上に波形として表される。

【０００３】ところで、心臓の機能を総合評価する指標
として、tei index(テイ・インデックス)（Total Eject
ion Isovolume Index）などの各種の指標が提案されて
おり、各種心疾患の心機能評価に有効利用されている。
ここで、tei indexは、例えば、僧帽弁血流（左室流入
血流）と大動脈血流（左室駆出血流）の２つのドプラ波
形、あるいは三尖弁血流（右室流入血流）と肺動脈弁血
流（右室駆出血流）の２つのドプラ波形に基づいて特定
される２つの時間値を所定の演算式に代入することによ
って算出されるものである。

【０００４】図４（Ａ）、（Ｂ）には 左室流入血流及
び左室駆出血流のドプラ波形が示されている。ここにお
いて、ａは左室流入血流の終了点から開始点までの期間
として定義され、ｂは左室駆出血流の開始点から終了点
までの期間として定義される。上記のtei index（Ｔ
Ｉ）は例えば、 ＴＩ＝（ａ−ｂ）／ｂ で定義される。なお、これ以外の計算式によって定義さ
れる場合もある。

【０００５】いずれにしても、上記のような運動する臓
器の機能を評価する指標を演算する場合には、複数のサ
ンプル点のドプラ波形が必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波診断装置では、複数のドプラ波形の観測に対応し
ていなかった。特に、同時に又は同一心拍内で互いに異
なる複数のサンプル点のドプラ波形を取得することはで
きなかった。それゆえ、従来において上記のような指標
を演算する場合には、サンプル点の指定を２回行い、こ
れにより互いに異なる時刻（異なる心拍周期）で取得さ
れた２つのドプラ波形を心電信号などを基準として照合
して同じような心拍周期を選抜し、その上で上記のよう
な各パラメータを読み取っていた。従って、同じ心拍で
２つのパラメータが読み取られていないので、計測の信
頼性が低下するという問題があった。なお、上記問題
は、同時相又は同時相とみなせる複数のドプラ波形を取
得する要請がある計測においても同様に指摘される。

【０００７】なお、特願平９−２３８１６５号には、同
時相の複数のドプラ波形を別々に同時表示する構成が提
案されている。

【０００８】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、同一時相の複数のドプラ波形
を合成した波形を表示でき、また、心機能を評価する指
標（テイ・インデックス）の計測の信頼性を高められる
超音波診断装置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、上記の指標（テイ・
インデックス）の時間的な変化を表示できるようにする
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、複数のサンプル点に対応した複数
の超音波ビームが同時又は時分割で形成されるように、
超音波の送受波の制御を行う送受波制御手段と、前記複
数の超音波ビームに対応した複数の受信信号に基づい
て、前記複数のサンプル点のドプラ波形を形成するドプ
ラ波形形成手段と、前記複数のドプラ波形の互いの時間
軸を一致させることにより波形合成を実行し、これによ
り前記複数のドプラ波形を合成して１つの合成波形を得
る波形合成手段と、前記合成波形から、波形の立ち上が
り点及び波形の立ち下がり点を認識することにより複数
の時間値を読み取る波形解析手段を有し、前記合成波形
から読み取れる複数の時間値に基づいて心臓の機能を総
合評価するための所定の指標としてのテイ・インデック
スを演算する指標演算手段と、前記合成波形とともに前
記テイ・インデックスを表示する手段と、を含み、前記
波形合成手段は心拍に同期して繰り返し波形合成を実行
し、前記指標演算手段は心拍に同期して繰り返し前記テ
イ・インデックスを演算し、各心拍ごとに前記合成波形
及び前記テイ・インデックスが表示されることを特徴と
する。

【００１１】上記構成によれば、複数のサンプル点が指
定されると、そのサンプル点を通過するように複数の超
音波ビームが設定され、その超音波ビーム上でドプラ計
測用の送受波が行われる。これにより得られる複数の受
信信号において、各サンプル点に対応するドプラ情報が
抽出され、それがドプラ波形として時間軸上に合成され
る。すなわち、別々のドプラ波形が１つのドプラ波形と
して合成表示される。

【００１２】上記複数の超音波ビームは、同時に形成さ
れ、あるいは時分割で交互に形成されるのが望ましい。
心臓の動きに比べて、時分割切替が高速で行われるので
あれば、同一時相のドプラ波形を取得できる。そのよう
な同一時相のドプラ波形が合成された合成波形に基づい
て上記指標が演算されるので、計測の信頼性を高められ
る。

【００１３】本発明においては、合成波形とともにテイ
・インデックスを表示でき、しかも、各心拍ごとに、合
成波形及びテイ・インデックスを表示できるという利点
がある。

【００１４】本発明は特に運動体である心臓の計測に好
適であり、例えば不整脈（心房細動など）の心機能評価
の診断精度を高められるという臨床上の利点がある。

【００１５】望ましくは、前記心拍に同期して繰り返し
演算された指標を記憶する記憶手段と、前記記憶手段か
ら指標を読み出して出力する出力手段と、を含む。望ま
しくは、前記各心拍ごとのテイ・インデックスがグラフ
として表示される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１７】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おり、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、生体に
対して超音波の送受波を行って生体の超音波診断を行う
装置であり、特に、この超音波診断装置は心臓の計測に
好適な機能を有している。

【００１８】図１において、超音波探触子１０は例えば
生体の胸部等に当接して使用されるものであり、その超
音波探触子１０は本実施形態においてアレイ振動子１２
を有している。このアレイ振動子１２は、複数の超音波
振動素子を直線状あるいは円弧状に配列してなるもので
あり、そのアレイ振動子１２を電子走査（リニア走査あ
るいはセクタ走査など）することによって超音波ビーム
１０１が走査される。これによって二次元データ取り込
み領域が形成される。

【００１９】アレイ振動子１２における送受波の制御は
送受信制御部１４によって制御されており、その制御の
下送信部１６からの送信信号がアレイ振動子１２に供給
され、アレイ振動子１２からの受信信号が受信部２２に
出力されている。

【００２０】本実施形態の超音波診断装置は同時に２つ
の超音波ビーム１０２Ａ，１０２Ｂを形成する機能を有
している。この超音波ビーム１０２Ａ，１０２Ｂは二次
元断層画像上に設定される２つのサンプル点を通過する
ようにそれぞれ設定されるものであり、この超音波ビー
ム１０２Ａ，１０２Ｂ上においていわゆるドプラ用の送
受波が行われる。一般に、Ｂモードの送受波においては
広帯域の超音波パルスが利用され、ドプラ用の計測にお
いては狭帯域の超音波パルスが利用される。なお、超音
波ビーム１０２Ａ，１０２Ｂ上における診断深さは、指
定されたサンプル点の深さで規定される。

【００２１】送信部１６はアレイ振動子１２が電子走査
される場合、従来同様に送信信号をアレイ振動子１２の
１又は複数の振動素子に供給する。一方、２つの超音波
ビーム１０２Ａ，１０２Ｂが形成される場合には、送信
部１６が有する２つの送信回路１８，２０が機能し、そ
れぞれの送信回路１８，２０によって各超音波ビーム１
０２Ａ，１０２Ｂが形成される。それらの送信回路１
８，２０は各振動素子に供給する送信信号に所定の遅延
量を設定することによってビームフォーミングを行う回
路である。

【００２２】図１に示されるように、２つの超音波ビー
ム１０２Ａ，１０２Ｂが形成される場合、アレイ振動子
１２はＡグループ及びＢグループの２つのグループに分
割され、Ａグループを利用して超音波ビーム１０２Ａが
形成され、Ｂグループを利用して超音波ビーム１０２Ｂ
が形成される。もちろん、本実施形態では２つのサンプ
ル点が指定されているが、３つ以上のサンプル点が指定
されるような場合、それに対応した個数の超音波ビーム
が形成されるように装置を構成すればよい。

【００２３】受信部２２においては、アレイ振動子１２
が電子走査される場合には、従来同様に各振動素子から
出力された受信信号に対して整相加算処理を実行する。
一方、２つの超音波ビーム１０２Ａ，１０２Ｂが形成さ
れる場合、それぞれの超音波ビームに対応した受信回路
２４，２６において整相加算処理が実行される。すなわ
ち、送信回路１８，２０によって２つの送信ビームが形
成され、これに対応して受信回路２４，２６によって２
つの受信ビームが形成される。ちなみに、図１に示され
る超音波ビーム１０１，１０２Ａ，１０２Ｂは送信ビー
ム及び受信ビームを統合した超音波ビームの概念を示し
ている。

【００２４】Ｂモードに対応した超音波ビームの電子走
査が行われる場合、受信部２２から受信信号がＢモード
処理回路３０に出力され、このＢモード処理回路３０に
よっていわゆる二次元断層画像が形成される。その画像
データは表示処理回路３２に出力され、その表示処理回
路３２から表示装置３４へその画像データが出力されて
表示装置３４において二次元断層画像が表示される。こ
れは従来と同様の処理である。

【００２５】一方、２つの超音波ビーム１０２Ａ，１０
２Ｂが形成される場合、２つの受信回路２４，２６がと
もに機能し、それらから出力された受信信号が並列的に
設けられたドプラ検出回路３６，３８に入力され、その
ドプラ検出回路３６，３８においてそれぞれのサンプル
点に対応したドプラ情報が検出される。すなわちサンプ
ル点で指定された場所の血流の速度情報がドプラ波形と
して解析される。そのドプラ検出回路３６，３８から出
力されたドプラ波形のデータはドプラ波形記憶回路４
０，４２に一旦格納され、そのドプラ波形記憶回路４
０，４２から読み出されたドプラ波形が表示処理回路３
２を介して表示装置３４に出力され、これによって表示
装置３４では２つのサンプル点に対応した２つのドプラ
波形が画面内において上下２段の配列で同時表示され
る。なお、これは二段表示モードの場合である。本実施
形態の装置は後述の合成波形表示モードを有する。

【００２６】入力装置４３は例えばキーボードやトラッ
クボールなどで構成されるものであり、この入力装置４
３を利用してユーザーによって２つのサンプル点の指定
及び後述するドプラ波形上における所定区間の指定が行
われる。入力装置４３でサンプル点の指定が行われる場
合、その入力装置４３からサンプル点指定信号２００が
送受信制御部１４に出力され、送受信制御部１４はその
サンプル点上に超音波ビームが形成されるように送信部
１６及び受信部２２を制御する。また、送受信制御部１
４は、ドプラ検出回路３６，３８においてサンプル点に
対応するドプラ情報が抽出されるように制御を行う。

【００２７】入力装置４３において、後述する図４に示
す各時相Ｌ１〜Ｌ４が指定される場合、その入力装置４
３から開始終了指定信号２０２が指標演算回路４４に出
力される。この指標演算回路４４は、上述したテイ・イ
ンデックスを演算する回路であり、開始終了指定信号２
０２で示されるパラメータａ，ｂに基づいて、（ａ−
ｂ）／ｂを演算することによってそのテイ・インデック
スを演算する。その演算結果は表示処理回路３２を介し
て表示装置３４に出力され、表示装置３４にその指標が
数値で表示されることになる。

【００２８】図１に示す構成例において、２つの超音波
ビーム１０２Ａ，１０２Ｂの同時形成に当たっては例え
ばそれらのビームの形成に使用する超音波の周波数を互
いに異ならせるのが望ましい。これによれば信号弁別精
度を高めてよりドプラ抽出を正確に行うことができる。
また、図１に示す実施形態では２つの超音波ビーム１０
２Ａ，１０２Ｂが同時に形成されていたが、例えばそれ
らの形成を時分割で切り替えてもよい。この場合には、
送信回路１８，２０や受信回路２４，２６等の各回路を
１チャンネルのみ設ければよい。ただし、そのような超
音波ビームの切り替えは高速に行うことが望ましく、少
なくとも心臓の動きに対して無視できる程度の高速性が
要求される。

【００２９】なお、Ｂモード用の超音波ビーム１０１の
電子走査とドプラ波形観測用の２つの超音波ビーム１０
２Ａ，１０２Ｂの形成は同時に行われてもよいが、２つ
のドプラ波形をより滑らかに表現するために、ドプラ波
形の表示時にはＢモードの電子走査を中断するのが望ま
しい。

【００３０】次に、合成波形表示モードに関する構成に
ついて説明する。波形合成回路５０は、ドプラ波形記憶
回路４０，４２から出力される２つのドプラ波形を合成
する機能を有する。この場合、互いに時間軸が一致する
よう波形合成を行う。必要に応じて、ドプラ波形に同期
して取得される生体信号を利用してもよい。図５には、
合成波形の一例が示されている。すなわち、この合成波
形は例えば図４に示した２つのドプラ波形を時間軸を一
致させて合成したものである。つまり、図４及び図５か
ら明らかなように、時間軸を共通として２つのドプラ波
形が重合されている。

【００３１】図１の自動指標演算回路５１は、合成波形
上において、複数の時間値を取得し上記指標（tei inde
x）を演算する機能を有する。すなわち、この回路は、
指標演算回路４４と同様に指標演算機能を有している
が、特に自動的なパラメータ取得機能を有している。こ
の場合、例えば、合成波形上において、心拍同期を基準
とした波形立ち上がり点又波形は立ち下がり点の自動認
識などの各種の手法を利用できる。いずれにしても、図
５において、Ｌ１〜Ｌ４の位置が自動的に決定され、そ
れらに従ってパラメータａ，ｂが特定され、最終的に指
標が演算される。

【００３２】その演算結果は表示処理回路３２に送ら
れ、表示装置３４には合成波形とともに、演算された指
標も表示される。本実施形態では、心拍周期に同期して
波形合成及び指標演算が繰り返し実行されており、表示
装置３４には各心拍ごとに指標が表示される。この場
合、数値リストを表示してもよく、あるいは指標変化を
グラフとして表示してもよい。

【００３３】図１における指標記憶回路は５２は、演算
された各指標を記憶する回路であり、指標出力回路５４
は必要に応じてデータを外部に出力する。例えば、コン
ピュータマシンなどにデータを伝送してもよく、可搬型
の記憶媒体に格納するようにしてもよい。

【００３４】図２には、表示装置３４に表示されるＢモ
ード画像１００が示されている。この図２に示される例
は左室の断層であり、その断層画像上に入力装置４３を
利用して２つのサンプル点Ａ，Ｂが指定される。この例
では、テイ・インデックスを演算するために左室流入血
流のポイントにサンプル点Ａが指定され、左室駆出血流
の観測ポイントにサンプル点Ｂが指定される。このよう
な指定が行われると、送受信制御部１４の制御によって
そのサンプル点Ａ，Ｂを通過するように２つのドプラ用
のビーム１０２Ａ，１０２Ｂが自動設定されることにな
る。なお、サンプル点Ａ、サンプル点Ｂの指定は画像認
識などを基礎として自動的に行わせることもできる。

【００３５】上述したように図４（Ａ）及び（Ｂ）には
それぞれ左室流入血流のドプラ波形及び左室駆出血流の
ドプラ波形が示されている。本実施形態において、２段
表示モードではこれらの波形は同期表示され、その波形
上において入力装置４３を利用してユーザーによって左
室流入血流の終了ポイントＬ１及び開始ポイントＬ２と
左室駆出血流の開始ポイントＬ３及び終了ポイントＬ４
の４つのポイントが指定される。このようなポイントの
指定によって、指標演算回路４４は時間パラメータであ
るパラメータａ及びｂを計算し、それらのパラメータに
基づいてテイ・インデックスを自動演算する。

【００３６】もちろん、そのような開始ポイント及び終
了ポイントの認識は例えば画像認識等を利用して自動的
に行わせることもできる。この場合、左室流入血流のド
プラ波形及び左室駆出血流のドプラ波形の固有の波形形
態をベースとして自動的に各ポイントが認識されるよう
に処理させればよい。

【００３７】一方、波形合成表示モードでは、表示装置
３４に図５に示した合成波形が表示され、その合成波形
上において自動的にパラメータａ，ｂが特定され、それ
らに基づいてテイ・インデックスが自動演算される。そ
して、その演算結果が表示装置３４に表示される。

【００３８】次に、図３を用いて上記波形合成モードに
おける装置の動作について説明する。

【００３９】まず、Ｓ１０１では、従来同様にＢモード
用の送受信が行われる。すなわち、図１に示した超音波
ビーム１０１が電子走査され、これによって二次元断層
画像が表示装置３４に表示される。

【００４０】Ｓ１０２では、そのＢモード画像上におい
て図２に示したように２つのサンプル点Ａ，Ｂがユーザ
ーによって指定される。このような指定が行われると、
Ｓ１０３において送受信制御部１４の制御によりそれら
のサンプル点を通過する２つのドプラ用のビーム１０２
Ａ，１０２Ｂが自動的に形成される。すなわちドプラ用
の送受信が行われることになる。なお、この場合Ｂモー
ド用の送受信は停止される。Ｓ１０４では、２つのドプ
ラ波形の合成が実行される。Ｓ１０５では、合成波形上
においてパラメータａ，ｂが自動的に決定され、Ｓ１０
６ではそれらのパラメータに基づいてテイ・インデック
スが自動的に演算される。Ｓ１０７では、そのテイ・イ
ンデックスが画面上に表示される。ここで、合成波形を
同時に表示するようにしてもよい。Ｓ１０８では、テイ
・インデックスの表示と並行してそのデータが格納さ
れ、Ｓ１０９では必要に応じてそのデータが読み出され
て出力される。なお、テイ・インデックスが複数の心拍
周期において繰り返し演算される場合、それらの平均値
を画面表示してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一時相の複数のドプラ波形を合成した波形を表示で
き、また、心機能を評価する指標（テイ・インデック
ス）の計測の信頼性を高められる。また、本発明によれ
ば、指標（テイ・インデックス）の時間変化を表示でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の実施形態を示
すブロック図である。

【図２】 Ｂモード画像上における２つのサンプル点の
指定を示す概念図である。

【図３】 超音波診断装置の動作を示すフローチャート
である。

【図４】 ２つのドプラ波形に基づくテイ・インデック
スの演算原理を示す説明図である。

【図５】 合成波形を示す図である。

【符号の説明】

１０ 超音波探触子、１２ アレイ振動子、１４ 送受
信制御部、１６ 送信部、２２ 受信部、３６，３８
ドプラ検出回路、４０，４２ ドプラ波形記憶回路、４
３ 入力装置、４４ 指標演算回路、５０ 波形合成回
路、５１ 自動指標演算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−76237（ＪＰ，Ａ) Ｃｈｕｗａ Ｔｅｉ，Ｎｅｗ Ｎｏｎ −Ｉｎｖａｓｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ ｆｏ ｒ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｓｙｓｔｏｌｉ ｃ ａｎｄ Ｄｉａｓｔｏｌｉｃ Ｖｅ ｎｔｒｉｃｕｌａｒ Ｆｕｎｃｔｉｏ ｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃａｒｄｉ ｏｌｏｇｙ，日本心臓病学会，1995年 ８月15日，ｖｏｌ．26， ｎｏ．２， ｐｐ．135−136 Ｃｈｕｗａ Ｔｅｉ ｅｔ ａｌ，Ｄ ｏｐｐｌｅｒ Ｉｎｄｅｘ Ｃｏｍｂｉ ｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｏｌｉｃ ａｎｄ Ｄｉａｓｔｏｌｉｃ Ｍｙｏｃａｒｄｉ ａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｊｏｕ ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃ ａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃａｒｄ ｉｏｌｏｇｙ，1996年 ９月，ｖｏｌ. 28， ｐｐ．658−664 鄭忠和，心不全と Ｄｏｐｐｌｅｒ ｉｎｄｅｘ，超音波医学，（社）日本超 音波医学会，1999年 ４月15日，第26 巻、第４号、第264頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のサンプル点に対応した複数の超音
   波ビームが同時又は時分割で形成されるように、超音波
   の送受波の制御を行う送受波制御手段と、 前記複数の超音波ビームに対応した複数の受信信号に基
   づいて、前記複数のサンプル点のドプラ波形を形成する
   ドプラ波形形成手段と、前記複数のドプラ波形の互いの時間軸を一致させること
   により波形合成を実行し、これにより 前記複数のドプラ
   波形を合成して１つの合成波形を得る波形合成手段と、前記合成波形から、波形の立ち上がり点及び波形の立ち
   下がり点を認識することにより複数の時間値を読み取る
   波形解析手段を有し、前記合成波形から読み取れる複数
   の時間値に基づいて心臓の機能を総合評価するための所
   定の指標としてのテイ・インデックスを演算する指標演
   算手段と、 前記合成波形とともに前記テイ・インデックスを表示す
   る手段と、 を含み、 前記波形合成手段は心拍に同期して繰り返し波形合成を
   実行し、 前記指標演算手段は心拍に同期して繰り返し前記テイ・
   インデックスを演算し、 各心拍ごとに前記合成波形及び前記テイ・インデックス
   が表示される ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記心拍に同期して繰り返し演算されたテイ・インデッ
   クスを記憶する記憶手段と、 前記記憶手段からテイ・インデックスを読み出して出力
   する出力手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記各心拍ごとのテイ・インデックスがグラフとして表
   示されることを特徴とする超音波診断装置。