JP3744550B2

JP3744550B2 - 超音波ドプラ血流計測装置

Info

Publication number: JP3744550B2
Application number: JP18466592A
Authority: JP
Inventors: 聡玉野
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JPH06188A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被検体内へ超音波を送受信して得られた反射エコー信号から血流によりドプラ偏移を受けた信号を取り出し、血流情報を二次元表示する超音波ドプラ血流計測装置に関し、特に診断部位の血流について圧較差を実時間で計測して表示することができる超音波ドプラ血流計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の超音波ドプラ血流計測装置は、図５に示すように、被検体内に超音波を送受信する探触子１と、この探触子１を制御して超音波を送信すると共に受信した反射波の信号を増幅する超音波送受信回路２と、この超音波送受信回路２で得た反射エコー信号から上記被検体内の血流によりドプラ偏移を受けた周波数信号を取り出すドプラ復調回路３と、このドプラ復調回路３からの周波数信号を用いて被検体内の血流速度を演算する血流速度演算回路４と、この血流速度演算回路４からの血流速度情報を記憶する血流速度フレームメモリ５と、この血流速度フレームメモリ５からのデータを入力して血流状態に応じた色信号に変換する色信号変換表示回路６と、この色信号変換表示回路６からの色信号を入力して色分け表示する画像表示器７とを有して成っていた。そして、上記探触子１で被検体内部の診断部位の血管に向けて超音波を送信し、上記血管内の赤血球で反射し受信した超音波のドプラ偏移周波数を計測して、その血流情報を画像表示器７に二次元に表示していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波ドプラ血流計測装置においては、上記色信号変換表示回路６により、血流速度フレームメモリ５からのデータを入力して血流速度に応じた色信号に変換し、例えば探触子１の方へ向かってくる血流を赤色系の色で、探触子１から遠去かる血流を青色系の色で色分け表示することはできるが、その表示された血流から診断部位の血流について圧較差を実時間で計測し表示することはできなかった。例えば、診断部位が心臓であるとして、この心臓領域において弁狭窄や中隔欠損があった場合は、その重症度を判定するのに、当該部位への血流の流入及び流出部の血流速度を計測してその圧較差を計算することにより判定することが多く行われているが、従来は、上記血流について圧較差を実時間で自動的に計測，表示することはできなかった。従って、正確な診断情報を短時間で得ることができず、診断に時間がかかり、能率が低下するものであった。
【０００４】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、診断部位の血流について圧較差を実時間で計測して表示することができる超音波ドプラ血流計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波ドプラ血流計測装置は、被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を制御して超音波を送信すると共に受信した反射波の信号を増幅する超音波送受信回路と、この超音波送受信回路で得た反射エコー信号から上記被検体内の血流によりドプラ偏移を受けた周波数信号を取り出すドプラ復調回路と、このドプラ復調回路からの周波数信号を用いて被検体内の血流速度を演算する血流速度演算回路と、この血流速度演算回路からの血流速度情報を記憶する血流速度フレームメモリと、この血流速度フレームメモリからのデータを入力して血流状態に応じた色信号に変換する色信号変換表示回路と、この色信号変換表示回路からの色信号を入力して色分け表示する画像表示器とを有し、２次元に血流表示を行う超音波ドプラ血流計測装置において、時系列的に並ぶ複数の画像データを、一つの記憶手段に一フレーム分の画像データを書き終えると次の記憶手段にその次の一フレーム分の画像データを順次書き込み、前記血流速度演算回路から継続して出力されるフレーム単位の血流速度情報を時系列的な複数フレーム分記憶保持する複数の記憶手段と、前記記憶手段に取り込まれた血流速度情報の各フレームに対し診断部位に対応した 2 次元的な複数の関心領域を設定し、これらの関心領域における血流情報のみを抽出する関心領域設定手段と、前記記憶手段に記憶されている全フレームの血流速度情報から前記関心領域設定手段によって設定された関心領域内のみの血流速度情報を読出し、いずれが最大血流速度であるかを判定する最大血流速度判定手段と、いずれが最小血流速度であるかを判定する最小血流速度判定手段と、前記最大血流速度判定手段及び前記最小血流速度判定手段によって求められた最大血流速度、又は最大血流速度と最小血流速度に基づいて前記診断部位の血流について圧較差を計算する圧較差計算手段と、この圧較差計算手段によって求められた圧較差を前記画像表示器へビデオ表示させる手段とを備える。また、各フレームに対し診断部位に対応した 2 次元的な複数の関心領域を設定し、これらの関心領域における血流情報のみを抽出する関心領域設定手段と、前記関心領域設定手段によって設定された関心領域内のみの血流速度情報を読出し、いずれが最大血流速度であるかを判定する最大血流速度判定手段と、いずれが最小血流速度であるかを判定する最小血流速度判定手段と、前記最大血流速度判定手段及び前記最小血流速度判定手段の後段にそれぞれ接続され、過去の血流速度情報を記憶する血流速度フレーム記憶手段と、前記最大血流速度判定手段により、前記血流速度演算回路から新たに取得された血流速度と前記血流速度フレーム記憶手段に記憶されている最大血流速度とを比較して速度が速い方を最大血流速度として判定し、前記最小血流速度判定手段により、前記血流速度演算回路から新たに取得された血流速度と前記血流速度フレーム記憶手段に記憶されている最小血流速度とを比較して速度が遅い方を最小血流速度として判定し、該判定された最大血流速度及び最小血流速度に基づいて圧較差を計算する圧較差計算手段と、この圧較差計算手段によって求められた圧較差を前記画像表示器へビデオ表示させる手段とを備える。
【０００６】
【作用】
このように構成された超音波ドプラ血流計測装置は、上記被検体の診断部位について異なる時系列での血流速度を検出するための関心領域を設定し、上記異なる時系列での上記関心領域内の血流速度情報のいずれが最大血流速度であるかまたは最小血流速度であるかを判定し、上記最大血流速度または最小血流速度の情報に基づいて上記診断部位の血流について圧較差を計算するように動作する。これにより、被検体の診断部位の血流について圧較差を実時間で計測して、画像表示器に表示することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波ドプラ血流計測装置の実施例を示すブロック図である。この超音波ドプラ血流計測装置は、被検体内へ超音波を送受信して得られた反射エコー信号から血流によりドプラ偏移を受けた信号を取り出し血流情報を二次元表示するもので、探触子１と、超音波送受信回路２と、ドプラ復調回路３と、血流速度演算回路４と、血流速度フレームメモリ５と、色信号変換表示回路６と、画像表示器７とを有し、さらに関心領域設定器８と、最大血流速度判定回路９ａ及び最小血流速度判定回路９と、圧較差計算器１０とを備えて成る。
【０００８】
上記探触子１は、超音波を被検体内の診断部位に向けて打ち出すと共にその反射波を受信するもので、図示省略したがその中には超音波の発生源であると共に反射波を受信する振動子が内蔵されている。超音波送受信回路２は、上記探触子１を制御して超音波を発生させると共に受信した反射波の信号を増幅するもので、図示省略したがその内部には制御回路及びパルス発生器並びに受信増幅器等を有している。
【０００９】
ドプラ復調回路３は、上記超音波送受信回路２で得た反射エコー信号を入力し被検体内の血流によりドプラ偏移を受けた周波数信号を取り出すもので、図示省略したがその内部には、上記探触子１から送受信する超音波の周波数付近で発振する参照周波数信号を発生する局部発振器と、この局部発振器からの参照周波数信号の位相を例えば９０度ずらす９０度位相器と、上記反射エコー信号と局部発振器又は９０度位相器からの参照周波数信号とを乗算するミキサ回路と、このミキサ回路の出力のうち低周波数成分を取り出す高域遮断フィルタとを有している。
【００１０】
血流速度演算回路４は、上記ドプラ復調回路３から出力されるドプラ偏移を受けた周波数信号（以下「ドプラ信号」という）を用いて被検体内の血流速度を演算するもので、その内部には、上記ドプラ信号を入力して診断部位血管の血流の平均速度を求める平均速度演算部及び上記血流の速度分散を求める速度分散演算部などを有している。また、血流速度フレームメモリ５は、上記血流速度演算回路４から出力される血流速度情報を一旦記憶するものである。
さらに、色信号変換表示回路６は、上記血流速度フレームメモリ５から読み出したデータについて、後述の最大血流速度判定回路８ａ及び最小血流速度判定回路８ｂと血流判定回路９とを介して得られたデータを入力してその血流状態に応じた色信号に変換すると共に、ディジタル信号をビデオ信号に変換するものである。そして、画像表示器７は、上記色信号変換表示回路６から出力される色信号（ビデオ信号）を入力して例えば赤色又は青色に色分け表示するもので、カラー表示のテレビモニタから成る。
【００１１】
ここで、本発明においては、上記血流速度フレームメモリ５は、複数枚、例えば５枚のフレームメモリ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅから成ると共に、これらの血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｂに対し関心領域設定器８が接続され、また上記血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅの出力側から分岐して最大血流速度判定回路９ａ及び最小血流速度判定回路９ｂが並列に設けられ、さらにこれらの後段に圧較差計算器１０が設けられている。上記複数の血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅは、時系列的に並ぶ複数の画像データを順次記憶するもので、一つの血流速度フレームメモリに一画面分の画像データを書き終えると、次の血流速度フレームメモリにその次の一画面分の画像データを書き込むようになっており、以下これを順次繰り返すように構成されている。
【００１２】
関心領域設定器８は、上記の血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅに対し被検体の診断部位について血流速度を検出するための関心領域を設定するもので、例えば図２に示すように、診断部位のある血管１１において図中左側から右側に向けて血流が流れているとし、一部分に狭窄１２があってこの間で圧較差が生じているとすると、領域Ａ₁の部分と領域Ａ₂の部分との間の圧較差を求めるために、上記領域Ａ₁とＡ₂とに関心領域を設定するようになっている。なお、この関心領域設定器８によって設定した領域設定信号は、後述の最大血流速度判定回路９ａ及び最小血流速度判定回路９ｂに送られるようになっている。
【００１３】
最大血流速度判定回路９ａは、上記複数の血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅの中から上記関心領域設定器８によって設定された関心領域中の同一アドレス（Ｘ，Ｙ）ごとにそれぞれの血流速度情報を一度に読み出し、それらのうちいずれが最大であるかを判定して抽出するものである。また、最小血流速度判定回路９ｂは、同じく上記複数の血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅの中から関心領域中の同一アドレス（Ｘ，Ｙ）ごとにそれぞれの血流速度情報を一度に読み出し、それらのうちいずれが最小であるかを判定して抽出するものである。
【００１４】
そして、圧較差計算器１０は、上記最大血流速度判定回路９ａ及び最小血流速度判定回路９ｂから出力される最大血流速度及び最小血流速度の情報を入力して、前記関心領域設定器８によって設定された関心領域の血流について圧較差を計算するもので、流体の圧力と流速との関係を示すベルヌーイの定理を利用して次のように計算するようになっている。
【００１５】
図３は、図２と同様に被検体の診断部位のある血管１１中の血流を示しており、一部分に狭窄１２があるとし、この狭窄１２の前方のある点１における圧力をＰ₁、その点における流速をＶ₁とする。また、上記狭窄１２の部分の点２における圧力をＰ₂、その点における流速をＶ₂とする。そして、血液の密度をρとすると、ベルヌーイの定理は次式で表される。

ここで、血液の密度ρは略一定と考えられ、
【００１６】
ρ＝１.０６×１０³（kg／ｍ³）
とすると、
【００１７】
Ｐ₁−Ｐ₂＝４(Ｖ₂ ²−Ｖ₁ ²) …（２）
となる。なお、圧較差（Ｐ₁−Ｐ₂）の単位はmmＨｇであり、流速Ｖ₁，Ｖ₂の単位はｍ／ｓである。また、前記の式（１）では、慣性や粘性による影響を考慮していないが、それらによる時間遅れや測定誤差は、実用上無視できる。従って、式（２）を用いることにより、図３における点１及び点２の流速値Ｖ₁，Ｖ₂を計測するだけで、容易に圧較差（Ｐ₁−Ｐ₂）を計算することができる。
【００１８】
さらに、心臓領域等において弁狭窄又は中隔欠損の場合は、図３において狭窄１２があるのと同等であり、Ｖ₁≪Ｖ₂であるのでＶ₁ ²は無視できる。従って、前述の式（２）において、最大圧較差（Ｐ₁−Ｐ₂）は、
【００１９】
Ｐ₁−Ｐ₂≒４Ｖ₂ ² …（３）
で表される。すなわち、図２において、狭窄１２からの血流の流出口の部位に設定した関心領域Ａ₂の最大血流速度Ｖ₂を計測することにより、式（３）を用いて実時間で圧較差を計算することができる。
【００２０】
そして、上記のように圧較差計算器１０により計算して出力される圧較差のデータは、前記画像表示器７へ送られる。この画像表示器７では、上記入力した圧較差のデータをビデオ信号に変換し、その画面に表示する。これにより、医師等の読影者は、上記画像表示器７の画面表示により、診断部位について圧較差がどのくらいあるかを一目で判定することができる。
【００２１】
図４は本発明の第二の実施例を示すブロック図である。この実施例は、図１に示す例えば５枚の血流速度フレームメモリ５ａ〜５ｅの代りに、前記血流速度演算回路４からの血流速度情報を直接最大血流速度判定回路９ａ及び最小血流速度判定回路９ｂへ入力されると共に、それぞれの判定回路９ａ，９ｂの後段に血流速度フレームメモリ５ａ，５ｂを１枚ずつ設け、これらの血流速度フレームメモリ５ａ，５ｂからのデータを圧較差計算器１０へ入力させるようにしたものである。この場合、上記最大血流速度判定回路９ａには、前記血流速度演算回路４にて演算された新しい血流速度情報Ｖnew が次々に入力されると共に、この最大血流速度判定回路９ａで判定された過去の最大血流速度のデータを記憶している第一の血流速度フレームメモリ５ａから読み出した前回までの最大血流速度のデータＶmaxoldが順次入力される。また、最小血流速度判定回路９ｂには、前記血流速度演算回路４にて演算された新しい血流速度情報Ｖnew が次々に入力されると共に、この最小血流速度判定回路９ｂで判定された過去の最小血流速度のデータを記憶している第二の血流速度フレームメモリ５ｂから読み出した前回までの最小血流速度のデータＶminoldが順次入力される。
【００２２】
この状態で、上記最大血流速度判定回路９ａでは、例えば１心拍の期間内で、上記のデータＶnew とＶmaxoldとを比較し、
Ｖnew≧Ｖmaxold
ならば、このＶnew のデータを新たな最大血流速度のデータとして判定し、後続の第一の血流速度フレームメモリ５ａに記憶すると同時に、その後段の圧較差計算器１０に新しい最大血流速度のデータを送出する。また、もし、
Ｖnew＜Ｖmaxold
ならば、このＶmaxoldのデータをそのまま最大血流速度のデータとして判定し、第一の血流速度フレームメモリ５ａのデータを更新することなく、その最大血流速度のデータＶmaxoldを後段の圧較差計算器１０へ送出する。
【００２３】
同様にして、上記最小血流速度判定回路９ｂでは、例えば１心拍の期間内で、上記のデータＶnew とＶminoldとを比較し、
Ｖnew≦Ｖminold
ならば、このＶnew のデータを新たな最小血流速度のデータとして判定し、後続の第二の血流速度フレームメモリ５ｂに記憶すると同時に、その後段の圧較差計算器１０に新しい最小血流速度のデータを送出する。また、もし、
Ｖnew＞Ｖminold
ならば、このＶminoldのデータをそのまま最小血流速度のデータとして判定し、第二の血流速度フレームメモリ５ｂのデータを更新することなく、その最小血流速度のデータＶminoldを後段の圧較差計算器１０へ送出する。
【００２４】
その後の動作は、図１に示す第一の実施例の場合と全く同様となる。そして、この第二の実施例の場合は、血流速度フレームメモリは２枚だけでよいので、必要なフレームメモリを少なくして装置のコスト低下を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、複数枚設けられた血流速度フレームメモリから、関心領域設定器により設定された2 次元の関心領域についてその血流速度情報をアドレスごとに読み出し、同一アドレス毎又は例えば 1 心拍の期間内で、このデータを入力した最大血流速度判定回路によりいずれのデータが最大であるかを判定すると共に、最小血流速度判定回路によりいずれのデータが最小であるかを判定し、これらの判定回路から出力された最大又は最小血流速度の情報を入力した圧較差計算器で、診断部位の血流について圧較差を計算することができる。これにより、被検体の診断部位の血流について圧較差を実時間で計測して、画像表示器に表示することができる。従って、医師等の読影者は、例えば心臓の弁狭窄や中隔欠損などの重症度の表示画面を見ながら、診断部位について圧較差がどのくらいあるかを定量的なデータとして一目で判定することができる。以上のことから、短時間で正確な診断をすることが可能となり、診断の能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波ドプラ血流計測装置の実施例を示すブロック図。
【図２】診断部位に関心領域を設定する状態を示す説明図。
【図３】ベルヌーイの定理を利用して診断部位の血流について圧較差を計算する状態を示す説明図。
【図４】本発明の第二の実施例を示すブロック図。
【図５】従来の超音波ドプラ血流計測装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１探触子
２超音波送受信回路
３ドプラ復調回路
４血流速度演算回路
５血流速度フレームメモリ
５ａ〜５ｅ血流速度フレームメモリ
６色信号変換表示回路
７画像表示器
８関心領域設定器
９ａ最大血流速度判定回路
９ｂ最小血流速度判定回路
１０圧較差計算器

Claims

被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動制御して超音波を送信すると共に受信したエコー信号を収集する超音波送受信回路と、この超音波送受信回路で得られたエコー信号から前記被検体内でドプラ偏移を受けた信号を取り出すドプラ復調回路と、このドプラ復調回路からの信号を用いて被検体内の血流速度を演算しその血流速度情報を出力する血流速度演算回路と、この血流速度演算回路からの血流速度情報を表示のための色信号に変換する色信号変換表示回路と、この色信号変換表示回路から出力された信号を表示する画像表示器とを有し、２次元に血流表示を行う超音波ドプラ血流計測装置において、
時系列的に並ぶ複数の画像データを、一つの記憶手段に一フレーム分の画像データを書き終えると次の記憶手段にその次の一フレーム分の画像データを順次書き込み、前記血流速度演算回路から継続して出力されるフレーム単位の血流速度情報を時系列的な複数フレーム分記憶保持する複数の記憶手段と、前記記憶手段に取り込まれた血流速度情報の各フレームに対し診断部位に対応した2次元的な複数の関心領域を設定し、これらの関心領域における血流情報のみを抽出する関心領域設定手段と、前記記憶手段に記憶されている全フレームの血流速度情報から前記関心領域設定手段によって設定された関心領域内のみの血流速度情報を読出し、いずれが最大血流速度であるかを判定する最大血流速度判定手段と、いずれが最小血流速度であるかを判定する最小血流速度判定手段と、前記最大血流速度判定手段及び前記最小血流速度判定手段によって求められた最大血流速度、又は最大血流速度と最小血流速度に基づいて前記診断部位の血流について圧較差を計算する圧較差計算手段と、この圧較差計算手段によって求められた圧較差を前記画像表示器へビデオ表示させる手段とを備えることを特徴とする超音波ドプラ血流計測装置。
被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動制御して超音波を送信すると共に受信したエコー信号を収集する超音波送受信回路と、この超音波送受信回路で得られたエコー信号から前記被検体内でドプラ偏移を受けた信号を取り出すドプラ復調回路と、このドプラ復調回路からの信号を用いて被検体内の血流速度を演算しその血流速度情報を出力する血流速度演算回路と、この血流速度演算回路からの血流速度情報を表示のための色信号に変換する色信号変換表示回路と、この色信号変換表示回路から出力された信号を表示する画像表示器とを有し、 2 次元に血流表示を行う超音波ドプラ血流計測装置において、
各フレームに対し診断部位に対応した 2 次元的な複数の関心領域を設定し、これらの関心領域における血流情報のみを抽出する関心領域設定手段と、前記関心領域設定手段によって設定された関心領域内のみの血流速度情報を読出し、いずれが最大血流速度であるかを判定する最大血流速度判定手段と、いずれが最小血流速度であるかを判定する最小血流速度判定手段と、前記最大血流速度判定手段及び前記最小血流速度判定手段の後段にそれぞれ接続され、過去の血流速度情報を記憶する血流速度フレーム記憶手段と、前記最大血流速度判定手段により、前記血流速度演算回路から新たに取得された血流速度と前記血流速度フレーム記憶手段に記憶されている最大血流速度とを比較して速度が速い方を最大血流速度として判定し、前記最小血流速度判定手段により、前記血流速度演算回路から新たに取得された血流速度と前記血流速度フレーム記憶手段に記憶されている最小血流速度とを比較して速度が遅い方を最小血流速度として判定し、該判定された最大血流速度及び最小血流速度に基づいて圧較差を計算する圧較差計算手段と、この圧較差計算手段によって求められた圧較差を前記画像表示器へビデオ表示させる手段とを備えることを特徴とする超音波ドプラ血流計測装置。