JP3675754B2

JP3675754B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3675754B2
Application number: JP2001333379A
Authority: JP
Inventors: 孝篠辺; 英夫宮川
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003135465A

Description

【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、特に心機能を評価するための指標の計測に関する。
【０００２】
【従来の技術】
左室の収縮能を表す指標としてｄＰ／ｄｔが知られている。これは、僧帽弁逆流についてその流速が１．０ｍ／ｓから３．０ｍ／ｓになるまでの期間をΔｔとした場合、例えば以下の計算式によって演算されるものである。
【０００３】
ｄＰ／ｄｔ＝（３６−４）ｍｍＨｇ×１０００／Δｔ・・・（１）
上記の指標ｄＰ／ｄｔは、心機能を診断する上で重要な指標であり、循環器医療の分野において周知である。
【０００４】
超音波診断装置を用いて上記指標を計測する場合、胸部に超音波探触子を当接し、その状態で超音波ビームの電子走査を行い、それにより得られた受信信号に基づいて左室の二次元断層画像（カラーフローマッピング画像を含む）を作成し、それを画面表示させる。その二次元断層画像上において、連続波ドプラ法によって計測を行うビーム方位がユーザー設定され、当該方位について超音波の連続波が送受波される。それにより得られる受信信号に対して周波数解析演算（ＦＦＴ演算）を実行すると、いわゆるドプラ波形が得られる。このドプラ波形の縦軸は正負の速度軸であり、横軸は時間軸である。また、ドプラ波形における輝度がパワーに相当する。
【０００５】
従来においては、超音波診断装置に標準装備されている時間計測機能を用いて、具体的には、表示画面上に２つのマーカーを表示させ、それらを１．０ｍ／ｓ及び３．０ｍ／ｓの流速点にマニュアルで合わせることによって、２つのマーカーの時間軸上の距離から上記Δｔが演算されていた。そして、例えば卓上の電子計算機などを利用して、上記（１）式を実行することにより、指標ｄＰ／ｄｔが求められていた。なお、超音波診断装置上において、上記（１）を登録しておき、Δｔが求まった段階で指標を演算することも可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ドプラ波形は単純な１本ラインではなく、各時刻において多様な速度成分つまり速度分布を有している波形である。よって、ドプラ波形は、上下突出した無数のヒゲが密集したような形態をもっている。そのようなドプラ波形において、上記の２つの流速値をユーザーが再現性よく特定することは一般に難しい。そこで、従来においては、ドプラ波形を時間軸方向に伸長させて表示し、あるいはドプラ波形を拡大表示し、幾分でも再現性よいマーキングを行えるように配慮していた。しかし、その場合でも、２つの流速値を特定する精度を上げるのには限度があり、また客観性の点でも問題がある。また、従来においては、指標ｄＰ／ｄｔを演算するために、複数のツールを用いた一連のユーザー操作が求められ、煩雑であるという問題がある。そのため、集団検診などにおいて、検査業務の効率化を図れないという問題がある。
【０００７】
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、超音波診断装置において、客観性に優れた指標を演算できるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、超音波診断装置において、ユーザー負担を少なくして指標を演算できるようにすることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、自動的に流速点を特定した後に、その流速点をマニュアルで修正できるようにして、状況に適合した計測を行え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、二次元断層画像上において僧帽弁逆流部位を通過するビーム方位を設定する手段と、アレイ振動子を有し、そのアレイ振動子上に送信開口と受信開口とを別々に設定して、前記ビーム方位に対して連続波としての超音波の送受波を行って、受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号に基づいて、前記ビーム方位と血流の向きとの交差角度から流速の角度補正を行いつつ、一方軸が流速軸で他方軸が時間軸であるドプラ波形を作成するドプラ演算手段と、前記ドプラ波形に対して逆流波形部分を含むトレース期間を設定する手段と、前記ドプラ波形に対して設定されたトレース期間内において当該ドプラ波形のオートトレースを実行し、トレースラインを作成するオートトレース手段と、前記トレースラインに対して第１流速ラインと第２流速ラインとを設定する手段と、前記トレースラインと前記第１流速ラインの第１交点、及び、前記トレースラインと前記第２流速ラインの第２交点を求める手段と、前記第１交点を通る第１垂線と前記第２交点を通る第２垂線とを設定する手段と、前記ドプラ波形を背景とし、前記トレースライン、前記第１流速ライン、前記第２流速ライン、前記第１垂線、及び、前記第２垂線を表示する手段と、前記表示された第１垂線及び第２垂線の時間軸上の位置を画面上でユーザーが個別的に修正するための修正手段と、前記第１垂線と前記第２垂線との間を変動期間として決定する手段と、前記計測された変動期間を用いて心機能を評価する指標を計算する計算手段と、を含むことを特徴とする。望ましくは、逆流の立ち上がりにおいて前記指標を演算する場合に、前記トレース期間において時間軸の正方向から前記第１交点及び前記第２交点が検出される。望ましくは、逆流の立ち下がりにおいて前記指標を演算する場合に、前記トレース期間において時間軸の負方向から前記第１交点及び前記第２交点が検出される。
【００１１】
上記構成によれば、複雑なドプラ波形をトレースラインに置き換えて、そのトレースライン上で第１流速点と第２流速点の特定を行うことができるので、客観性及び再現性がよい。また、トレースラインは、自動的に作成することができる。トレースラインを作成することによりその後における計測演算を自動化することができるので、従来よりもユーザー操作を削減できる。よって、検査効率を高められる。
【００１２】
上記構成は、前記ドプラ波形に対して設定されたトレース期間内において当該ドプラ波形のオートトレースを実行し、前記トレースラインを作成するオートトレース手段を含む。トレース期間は自動的にあるいはユーザー設定される（表示区間をトレース区間としてもよい）。そのトレース期間内において、ドプラ波形をトレースする場合、各時刻ごとに流速分布の代表点（ピーク点、ピークから所定レベル低下した点、中央点、平均点、エッジ点など）を特定し、それらの代表点の集合として、あるいはそれらを連結して、トレースラインを作成できる。いずれにしても、客観的基準に従ってトレース点を定めることになるので再現性を向上することができる。
【００１３】
なお、前記ドプラ波形をマニュアルでトレースして前記トレースラインを作成するマニュアルトレース手段を設けることもできる。この場合にはポインティングデバイスなどを利用してマーカーをドプラ波形に沿って移動させる操作がなされる。なお、このマニュアルトレースが他の目的でなされる場合も多く、その場合には、そのトレース結果をそのまま利用して指標の演算を行える。
【００１５】
上記構成は、前記表示された第１垂線及び第２垂線の時間軸上の位置を画面上でユーザーが修正するための修正手段を含む。この構成によれば、トレースラインにトレース上の問題がある場合などにおいて、より正しい特定を行うことができ、また他の事情がある場合にも各垂線の位置を移動できる。よって、時間計測をより適切なものにできる。トレースラインはドプラ波形を背景として合成表示される。
【００１６】
上記構成において、前記心機能を評価する指標は、心臓内における僧帽弁逆流部位で計測されたドプラ波形から求められる。すなわち、上記（１）式によって演算されるｄＰ／ｄｔである。
【００１７】
上記構成では、逆流の向きと超音波ビームとの間における交差角度を計測し、その交差角度に応じてドプラ波形の流速（あるいは流速軸レンジ）が補正される。その場合には、より正確に指標を演算できる。
【００１８】
（２）また上記目的を達成するために、本発明は、二次元断層画像上において僧帽弁逆流部位を通過するビーム方位を設定する手段と、前記ビーム方位に対して連続波としての超音波の送受波を行って、縦軸が流速軸で横軸が時間軸であるドプラ波形を作成する手段と、前記ドプラ波形に沿って描かれたトレースライン上において逆流速が１．０ｍ／ｓになる第１流速点と逆流速が３．０ｍ／ｓになる第２流速点との間の変動期間を計測する手段と、前記計測された変動期間を用いて左室の収縮能を評価するための指標ｄＰ／ｄｔを求める手段と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
望ましくは、前記トレースラインが表示された画面上に、前記１．０ｍ／ｓの逆流速レベルを表す第１水平ラインと前記３．０ｍ／ｓの逆流速レベルを表す第２水平ラインとを表示する手段と、前記画面上に、水平のベースラインに直交する第１垂直ライン及び第２垂直ラインを表示する手段と、前記変動期間を計測するために、前記第１垂直ライン及び第２垂直ラインを個別的に水平方向に平行移動させる手段であって、前記トレースラインと前記第１水平ラインとの交点に基づいて前記第１垂直ラインを位置決めし、且つ、前記トレースラインと前記第２水平ラインとの交点に基づいて前記第２垂直ラインを位置決めする手段と、を含む。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【００２２】
プローブ１０は例えば胸部表面上に当接して用いられる超音波探触子である。このプローブ１０には複数の振動素子からなるアレイ振動子が設けられている。このアレイ振動子により超音波ビームが形成され、その超音波ビームを走査することによって二次元データ取込領域（走査面）が形成される。その走査面上において取り込まれたエコーデータを画像化すれば、二次元断層画像（Ｂモード画像）やカラーフローマッピング画像（カラードプラ画像）などを表示することができる。また、本実施形態においては、後に説明するように、固定設定されるビーム方位上において連続波ドプラ法を用いてドプラ波形も観測されている。
【００２３】
送受信部１２は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。送受信部１２から出力された整相加算後の受信信号は画像形成部１４に出力される。画像形成部１４は断層画像形成機能、ドプラ処理機能カラーフローマッピング処理機能、ドプラ波形生成機能、の他、各種の超音波画像を形成する機能を具備している。そのように形成された超音波画像の情報は表示処理部１６を介して表示部１８へ出力される。表示部１８には二次元断層画像やカラーフローマッピング画像などが表示される。また、後述するドプラ波形も表示される。
【００２４】
制御部２０は本装置内における各構成の動作制御を行っている。入力部２２は操作パネルなどによって構成され、入力部２２を用いてユーザーは、トレース区間の設定、マニュアルトレース、あるいはライン設定や修正などを行うことができる。
【００２５】
計測演算部２４は、各種の計測機能を具備しているが、本実施形態においては、僧帽弁逆流について指標ｄＰ／ｄｔを計測演算する機能を有している。このような指標は心機能、具体的には左室収縮能の指標として用いられているものであり、循環器医療の分野において周知かつ重要なものである。後述するように、計測演算部２４は上記（１）式中におけるΔｔの計測を行い、その計測されたΔｔを用いて上記（１）式を実行しその結果を表示処理部１６を介して表示部１８へ出力する。
【００２６】
以上のような指標の計測演算を行う場合において、本実施形態においては、その演算精度を高め、かつ計測の再現性を良好にするために、計測演算部２４が自動トレース機能や交点検出機能などを具備しており、それについては後に図３などを用いて説明する。
【００２７】
図２には、超音波画像の一例として二次元断層画像２６が示されている。もちろん、この画像はドプラ情報が合成表示されたカラーフローマッピング画像などであってもよい。このように断層画像が表示されている状態において、図１に示した入力部２２を用いて、ユーザーにより連続波ドプラ法によって計測を行うためのビーム方位３４が設定される。図２において、符号２８は左室を示しており、符号３０は左房を示している。それらの間には僧帽弁３２が存在している。心拍周期に従って、左房３０から左室２８へ血流が流れ込むが、その場合において僧帽弁３２に閉鎖不全があると僧帽弁からの逆流が認められる。その逆流についてドプラ波形を観測するために、上記のビーム方位３４が当該逆流部位を通過するように設定される。
【００２８】
なお、超音波の送受波によって観測されるのは、ビーム方位３４の方向における速度成分であり、このため真の血流速度を求めるためにはいわゆる角度補正を行う必要がある。その場合においては、ユーザーにより血流の向きとビーム方位３４とのなす角度を数値入力したり、あるいはビーム方位３４上における所定箇所に別途ラインを表示させ、そのラインの角度を変更することにより、すなわちそのラインを血流の流れの方向に合わせることにより、装置側に交差角度を認識させるようにしてもよい。そのような技術は公知である。
【００２９】
図２に示したように、ビーム方位３４が設定されると、そのビーム方位において連続波の送受信がなされる。この場合においてはアレイ振動子における右半分と左半分がそれぞれ送信部及び受信部として機能し、すなわち送信開口と受信開口とが別々に設定されて、送信ビーム及び受信ビームが形成される。なお、断層画像とドプラ波形とを同時表示する側には、所定のシーケンスに従って超音波ビームの走査と連続波ドプラ法による計測とを交互に行うようにすればよい。
【００３０】
図３には、連続波ドプラ法に従って形成されるドプラ波形３６が示されている。ドプラ波形３６における横軸１０３は時間軸であり、またベースラインを構成する。このベースラインは計測レンジに従ってシフトする。縦軸１０５は血流の速度を表す流速軸であり、血流（プローブに近づく方向）には正方向と負方向（プローブから遠ざかる方向）とがあり、それらを含めて所定のレンジ内において流速を表現することができる。ドプラ波形３６における輝度は各時刻における各速度成分のパワーを表している。したがってドプラ波形３６は一般的にかなり複雑な形態をもっており、ドプラ波形３６自体から上記指標を計測するための２点をユーザーが特定するのは容易ではない。
【００３１】
そこで、本実施形態においては、ユーザーにより例えば２つのライン１００、１０１などを画面上で移動させてトレース区間１０２が設定され、そのトレース区間１０２内において計測演算部２４が自動トレースを実行する。この場合、自動トレースの手法としては各種のものがあるが、例えば各時刻における速度分布のピークやそのピークから所定レベルだけ下がった点などを代表点として特定するようにしてもよい。すなわちそのような代表点を繋げることによってトレースライン１０４を構成することができる。このように自動トレースによればトレースライン１０４を客観的に設定することができるので、計測の再現性の面で有利である。
【００３２】
図３に示されるように、トレース区間１０２は逆流が生じている波形部分を含んでおり、そのトレース区間１０２内においてトレースライン１０４がドプラ波形３６上に描かれる。この場合においてドプラ波形３６を白黒表示し、トレースライン１０４を含む各種のラインをカラー表示したりあるいは各ラインの輝度を変えたりすることなどにより、各ラインの視認性を向上することができる。
【００３３】
本実施形態においては、トレースライン１０４と共に、上記の指標を計測するための基準の流速となる１．０ｍ／ｓと３．０ｍ／ｓの２つの流速値を表示するとともに、この２つの流速レベルに対応する第１水平ライン１０６及び第２水平ライン１０７が描かれる。そして、トレースライン１０４と第１水平ライン及び第２水平ライン１０７との交点１１２，１１４が自動的に検出され、その検出された交点１１２，１１４の時間軸方向の距離すなわち期間Δｔが特定される。この場合においては、交点１１２，１１４を通過する第１垂直ライン１０８及び第２垂直ライン１１０を表示させ、そのライン間の期間としてΔｔを求めるようにしてもよい。ちなみに、これらの垂直ライン１０８，１１０はベースライン１０３に対する垂線に相当する。
【００３４】
以上のように期間Δｔが求められると、上記（１）式を実行することにより指標ｄＰ／ｄｔが演算される。本実施形態では、逆流波形部分の立ち上がりにおいて指標の演算を行ったが、立ち下がりについて指標を演算するようにしてもよい。すなわち交点１１６，１１８を検出し、それらの時間間隔から上記（１）式を実行するようにしてもよい。本実施形態のように立ち上がり部分において指標を演算する場合には、時間軸の正の方向に沿って交点検出を行えばよい。同様に、立ち下がり部分について交点検出を行う場合には時間軸の負の方向に沿って交点検出を行えばよい。もちろん、トレース区間１０２をあらかじめ限定することにより、誤りのない指標演算を行うことができる。
【００３５】
なお、表示画面上においてはドプラ波形３６を背景としてトレースライン１０４を視認性良く表示し、さらに各ライン１０６，１０７，１０８，１１０をそれぞれ識別して表示するようにするのが望ましい。ただし、ドプラ波形３６を指標の計測演算にあたって消去するようにしてもよい。本実施形態においては、第１垂直ライン１０８及び第２垂直ライン１１０は基本的に自動設定されるが、その設定後においてマニュアルでそのラインの位置を時間軸方向に平行移動させることができる。すなわち、トレース結果があまり良好でないような場合には、実際にユーザーがドプラ波形３６やそのトレースライン１０４を見つつ適切に計測点を探し出すために各垂直ライン１０８，１１０の位置の修正が許容されている。
【００３６】
図４には、図１に示した装置の動作例がフローチャートとして示されている。
【００３７】
まず、Ｓ１０１では、プローブ１０が体表面上に当接している状態において超音波パルスの送受波がなされ、これにより超音波ビームが形成される。その超音波ビームは電子走査され、それにより得られる受信信号に基づいて二次元断層画像が形成され、それが画像表示される。なお、電子走査方式としては電子セクタ走査や電子リニア走査あるいは他の走査方式をあげることができる。
【００３８】
Ｓ１０２では、画面表示された断層画像上において、図２に示したビーム方位３４が設定される。この場合においては僧帽弁３２の逆流部位にビーム方位３４が設定されるようにする。
【００３９】
Ｓ１０３では、必要に応じて、補正用の角度が指定される。その指定の方式としては各種のものがあり、例えば補助的なラインを画面上に表示し、そのラインの向きを血流の向きに合わせることにより装置側に補正用の角度を認識させるようにしてもよい。
【００４０】
Ｓ１０４では、連続波ドプラ法に従って、設定されたビーム方位において連続波の送受信がなされる。そして、Ｓ１０５では、その連続波の送受信により得られた受信信号に対して周波数解析演算（例えばＦＦＴ演算）などを実行することによりその演算結果としてドプラ波形が求められる。そしてそのドプラ波形が画面表示される。
【００４１】
画面表示されたドプラ波形に対して、Ｓ１０６では、ユーザーによりトレース区間が指定される。そして、そのトレース区間内において、Ｓ１０７では自動トレースが上述のとおり実行される。ちなみに、Ｓ１０８で示されるように、自動トレースに代えてマニュアルトレースを行うようにしてもよい。例えば、他の計測の必要上からドプラ波形のマニュアルトレースがなされた場合には、そのマニュアルトレース結果を本計測にそのまま利用することもできる。
【００４２】
Ｓ１０９では、トレースラインの他、上述した２つの水平ラインが画面表示される。これによりユーザーは指標演算のポイントとなる流速レベルを把握することができる。
【００４３】
Ｓ１１０では、図３に示したように、トレースライン１０４に沿ってあるいは各水平ライン１０６，１０７に沿って交点を逐次的に検出する処理が実行される。もちろん座標演算によって直ちに交点座標を求めるようにしてもよい。
【００４４】
Ｓ１１２では、求められた２つの交点１１２，１１４を通過する垂直ライン１０８，１１０が画面表示される。これによってユーザーは水平ラインと垂直ラインとの交差関係においてどのポイントが計測対象となっているのかを認識することができる。
【００４５】
Ｓ１１３では、このように設定された２つの垂直ライン１０８，１１０について、そのライン位置の修正を行うか否かが判断される。ユーザーがそのような位置の修正を求める場合、Ｓ１１４において、入力部２２を用いて垂直ラインの位置が修正される。この修正モードが設けられているため、自動的なトレースあるいは自動的な交点検出に誤りがあったりあるいはその自動処理の精度が低下したりしたような場合において、ユーザーによる目視確認を行って必要な場合にライン位置の修正を行える。
【００４６】
なお、上述した説明では自動的に交点検出などを行ったが、Ｓ１１５及びＳ１１６に示すように、まず画面上に２つの垂直ライン１０８，１１０を登場させ、ユーザーがマニュアルで各ライン１０８，１１０を水平方向に平行移動させることにより、ユーザーによって計測点への各垂直ライン１０８，１１０の位置決めの行うようにしてもよい。
【００４７】
Ｓ１１７では、設定された２つの垂直ライン１０８，１１０の間の期間Δｔが計測され、そのΔｔを用いてＳ１１８では指標ｄＰ／ｄｔが演算される。そして、Ｓ１１９ではその指標が表示されまた必要に応じて記録される。この場合において、確認のためΔｔについても数値表示するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、客観性に優れた指標を演算できる。また、本発明によれば、ユーザー負担を少なくして指標を演算できる。さらに、本発明によれば自動設定とマニュアル修正とを併用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】二次元断層画像を示す図である。
【図３】ドプラ波形を示す図である。
【図４】図１に示す装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０プローブ、１２送受信部、１４画像形成部、１６表示処理部、１８表示部、２０制御部、２２入力部、２４計測演算部。

Claims

二次元断層画像上において僧帽弁逆流部位を通過するビーム方位を設定する手段と、
アレイ振動子を有し、そのアレイ振動子上に送信開口と受信開口とを別々に設定して、
前記ビーム方位に対して連続波としての超音波の送受波を行って、受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号に基づいて、前記ビーム方位と血流の向きとの交差角度から流速の角度補正を行いつつ、一方軸が流速軸で他方軸が時間軸であるドプラ波形を作成するドプラ演算手段と、
前記ドプラ波形に対して逆流波形部分を含むトレース期間を設定する手段と、
前記ドプラ波形に対して設定されたトレース期間内において当該ドプラ波形のオートトレースを実行し、トレースラインを作成するオートトレース手段と、
前記トレースラインに対して１．０ｍ／ｓの逆流速レベルを表す第１流速ラインと３．０ｍ／ｓの逆流速レベルを表す第２流速ラインとを設定する手段と、
前記トレースラインと前記第１流速ラインの第１交点、及び、前記トレースラインと前記第２流速ラインの第２交点を求める手段と、
前記第１交点を通る第１垂線と前記第２交点を通る第２垂線とを設定する手段と、
前記ドプラ波形を背景とし、前記トレースライン、前記第１流速ライン、前記第２流速ライン、前記第１垂線、及び、前記第２垂線を表示する手段と、
前記ドプラ波形を背景とした画面上で、前記表示された第１垂線及び第２垂線の時間軸上の位置をユーザーが個別的に平行移動させて修正するための修正手段と、
前記第１垂線と前記第２垂線との間を変動期間として決定する手段と、
前記計測された変動期間を用いて心機能を評価する指標ｄＰ／ｄｔを計算する計算手段と、
を含み、
逆流の立ち上がりにおいて前記指標を演算する場合に、前記トレース期間において時間軸の正方向から前記第１交点及び前記第２交点が検出され、あるいは、逆流の立ち下がりにおいて前記指標を演算する場合に、前記トレース期間において時間軸の負方向から前記第１交点及び前記第２交点が検出されることを特徴とする超音波診断装置。