JP4373762B2 - Medical image diagnostic apparatus and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、医用の画像診断装置に係わり、特に心電（ＥＣＧ）波を発生することが可能な医用画像診断装置に関する。 The present invention relates to a medical image diagnostic apparatus, and more particularly, to a medical image diagnostic apparatus capable of generating an electrocardiogram (ECG) wave.
従来、超音波を被検体に照射しその反射波により診断部位の画像を作成する超音波診断装置が普及しており、この種の超音波診断装置には、超音波反射波に含まれるドプラ成分を検出して、被検体内の規則的に動くもの、例えば血流を検知して表示することがなされている。このような検知対象は、心電図（ＥＣＧ）波形に同期して調べることが便宜であり、この種の超音波診断装置では、ＥＣＧ波形が重要であり、このＥＣＧ波形を抽出する装置としてフィジオ（Ｐｈｙｓｉｏ）モジュールが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic diagnostic apparatus that irradiates a subject with ultrasonic waves and creates an image of a diagnostic region using the reflected waves has been widespread. This type of ultrasonic diagnostic apparatus includes Doppler components included in the reflected ultrasonic waves. In order to detect and display an object that moves regularly in a subject, for example, blood flow. It is convenient to examine such a detection target in synchronization with an electrocardiogram (ECG) waveform. In this type of ultrasonic diagnostic apparatus, the ECG waveform is important. As an apparatus for extracting this ECG waveform, Physio (Physio) is used. ) Module is known.
ところが、胎児を被検体とする場合などでは、胎児は母親の胎内にいるから、母親のＥＣＧ波形と混じっていること、胎児の心拍はまだ微弱であることなどのゆえに、胎児からＥＣＧ波形を抽出することが困難であった。そのほかにも被検体のＥＣＧ波を抽出することができないことがあり、このような場合に被検体のＥＣＧ波形を何らかの方法で生成することが求められていた。この生成（推定）されるＥＣＧ波形をここでは擬似ＥＣＧ波形という。 However, when the fetus is the subject, the fetus is in the mother's womb, so the ECG waveform is extracted from the fetus because it is mixed with the mother's ECG waveform and the fetal heartbeat is still weak. It was difficult to do. In addition, there is a case where the ECG wave of the subject cannot be extracted, and in such a case, it is required to generate the ECG waveform of the subject by some method. This generated (estimated) ECG waveform is referred to herein as a pseudo ECG waveform.
なお、本発明のシステム同定に用いる数学モデルは制御のためのモデルとしては知られている（非特許文献１参照）。
本発明は上記のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、上記のような擬似ＥＣＧ波を生成する医用画像診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a medical image diagnostic apparatus that generates the pseudo ECG wave as described above.
本発明の請求項１によれば、被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を基に少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルを同定モデルとして用いて擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、を有することを特徴とする医用画像診断装置を提供する。 According to claim 1 of the present invention, at least based on the heartbeat information obtained by the heartbeat information acquisition means, heartbeat information acquisition means for obtaining heartbeat information that changes according to the heartbeat cycle of the heart for each diagnostic part of the subject. There is provided a medical image diagnostic apparatus comprising: a pseudo ECG wave generating unit that generates a pseudo ECG wave using a mathematical model having one external definite input as an identification model.
本発明の請求項２によれば、被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を基に少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルを同定モデルとして用いて擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、を有することを特徴とする医用画像診断装置を提供する。 According to claim 2 of the present invention, at least based on the heartbeat information obtained by the heartbeat information acquisition means, heartbeat information acquisition means for obtaining heartbeat information that changes according to the heartbeat cycle of the heart for each diagnostic part of the subject. A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave using a mathematical model having one external definite input as an identification model, and Doppler auto measurement of the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generating means for each heartbeat synchronization Or a heartbeat synchronization processing means used for collecting electrocardiographic triggers .
本発明の請求項３によれば、被検体の擬似ＥＣＧ波を生成する同定モデルとして用いる少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルに前記被検体の個人データを入力してパラメータを決定するモデルパラメータ決定手段と、前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を、前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを入れた同定モデルに入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、を有することを特徴とする医用画像診断装置を提供する。 According to claim 3 of the present invention, model parameters for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject. Determining means; heart rate information acquiring means for obtaining heart rate information that varies depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic region of the subject; and the heart rate information obtained by the heart rate information acquiring means is determined by the model parameter determining means. A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave by inputting it into an identification model including the specified parameters, and the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generating means using Doppler auto measurement or electrocardiogram for each heartbeat synchronization. There is provided a medical image diagnostic apparatus characterized by comprising a heartbeat synchronization processing means used for trigger collection .
本発明の請求項４によれば、被検体の擬似ＥＣＧ波を生成する同定モデルとして用いる少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルに前記被検体の個人データを入力してパラメータを決定するモデルパラメータ決定手段と、前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、前記被検体と同種の検体の同種ＥＣＧ波を得る同種ＥＣＧ波取得手段と、前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを用いた前記同定モデルに、前記心拍情報取得手段により得られる心拍情報を入力し前記同種ＥＣＧ波が得られるように前記同定モデルの前記パラメータを修正するモデルパラメータ修正手段と、このモデルパラメータ修正手段により前記パラメータを修正された前記同定モデルに、前記心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、を有することを特徴とする医用画像診断装置を提供する。 According to claim 4 of the present invention, model parameters for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject. Determining means, heart rate information acquiring means for obtaining heart rate information that changes according to the heartbeat period of the heart for each diagnostic part of the subject, homogenous ECG wave acquiring means for obtaining the same type of ECG wave of the same type of specimen as the subject, Model parameters for correcting the parameters of the identification model so that the same kind of ECG waves can be obtained by inputting the heart rate information obtained by the heart rate information obtaining unit to the identification model using the parameters determined by the model parameter determining unit. Correction means and the identification model whose parameters have been corrected by the model parameter correction means, Serial heartbeat information and the pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo-ECG waves enter the heartbeat information obtained by the obtaining unit, Doppler auto per heartbeat synchronizes the pseudo ECG wave generated by the pseudo-ECG wave generator There is provided a medical image diagnostic apparatus comprising a heartbeat synchronization processing means used for measurement or electrocardiographic trigger collection .
本発明の請求項６によれば、被検体の擬似ＥＣＧ波を生成する同定モデルとして用いる少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルに前記被検体の個人データを入力してパラメータを決定するモデルパラメータ決定手段と、前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍ドプラ情報を得る心拍ドプラ情報取得手段と、前記被検体と同種の検体の同種ＥＣＧ波を得る同種ＥＣＧ波取得手段と、前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを用いた前記同定モデルに、前記心拍ドプラ情報取得手段により得られる心拍情報を入力し前記同種ＥＣＧ波が得られるように前記同定モデルの前記パラメータを修正するモデルパラメータ修正手段と、このモデルパラメータ修正手段により前記パラメータを修正された前記同定モデルに、前記心拍ドプラ情報取得手段により得られた前記心拍ドプラ情報を入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を用いて前記被検体の超音波診断画像を表示する超音波診断画像表示手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置を提供する。 According to claim 6 of the present invention, model parameters for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject. Determining means; heart rate Doppler information obtaining means for obtaining heart rate Doppler information that changes according to a heartbeat period of each heart of the subject; and homogeneous ECG wave obtaining means for obtaining the same kind ECG wave of the same kind of specimen as the subject; The heart rate information obtained by the heart rate Doppler information acquisition unit is input to the identification model using the parameter determined by the model parameter determination unit, and the parameter of the identification model is corrected so that the homogeneous ECG wave is obtained. Model parameter correcting means for correcting the parameter by the model parameter correcting means A pseudo ECG wave generation unit that generates the pseudo ECG wave by inputting the heart rate Doppler information obtained by the heart rate Doppler information acquisition unit to the identification model, and the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation unit And an ultrasonic diagnostic image display means for displaying an ultrasonic diagnostic image of the subject using the ultrasonic diagnostic apparatus.
本発明によれば、被検体のＥＣＧ波が得られない場合に、擬似ＥＣＧ波を生成することができる効果がある。例えば、妊婦の臍帯動脈の超音波ドプラ血流波形から胎児の擬似ＥＣＧ波形を生成することができる。 According to the present invention, there is an effect that a pseudo ECG wave can be generated when an ECG wave of a subject cannot be obtained. For example, a fetal pseudo ECG waveform can be generated from an ultrasonic Doppler blood flow waveform of a umbilical artery of a pregnant woman.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明を超音波診断装置に適用した場合の一実施形態の構成例を図１に示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of one embodiment when the present invention is applied to an ultrasonic diagnostic apparatus.
この超音波診断装置１１は、超音波を送波し反射超音波を受波する超音波プローブ１２と、この超音波プローブ１２から被検体に超音波を送波させるための駆動波形を生成する駆動波生成部１３と、この駆動波生成部１３からの駆動波を超音波プローブ１２に供給しこれにより受波した反射超音波を処理する送受信処理部１４と、この送受信処理部１４から出力される反射超音波からスペクトラムドプラ信号を抽出するスペクトラムドプラ信号処理部１５と、上記送受信処理部１４から出力された信号からカラードプラ信号を抽出処理するカラードプラ信号処理部１６と、擬似ＥＣＧ波形を生成する擬似ＥＣＧ波生成部１７と、この擬似ＥＣＧ波生成部１７により生成された擬似ＥＣＧ波に同期して被検体内の画像を表示する画像表示部１８と、被検体のＥＣＧ波形を出力するフィジオモジュール１９とから成る。 The ultrasonic diagnostic apparatus 11 generates an ultrasonic probe 12 that transmits ultrasonic waves and receives reflected ultrasonic waves, and a drive that generates a drive waveform for transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic probe 12 to a subject. A wave generation unit 13, a transmission / reception processing unit 14 that supplies a drive wave from the drive wave generation unit 13 to the ultrasonic probe 12 and processes a reflected ultrasonic wave received thereby, and is output from the transmission / reception processing unit 14 A spectrum Doppler signal processing unit 15 that extracts a spectrum Doppler signal from reflected ultrasound, a color Doppler signal processing unit 16 that extracts a color Doppler signal from the signal output from the transmission / reception processing unit 14, and a pseudo ECG waveform are generated. A pseudo ECG wave generation unit 17 and an image display unit 18 that displays an image in the subject in synchronization with the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation unit 17. Consists Physio module 19 for outputting the ECG waveform of the subject.
上記擬似ＥＣＧ波生成部１７は、被検体の心拍周期の信号を取る心拍周期信号収集部２１と、被検体の診断部位のデータを収集する診断部位データ収集部２２と、被検体のデータを収集する被検体個人データ収集部２３と、この被検体データ個人データ収集部２３お呼び上記診断部位データ収集部２２により収集されたデータから同定パラメータを決める同定パラメータデータベース（ＤＢ）２４と、この同定パラメータＤＢ２４により決められたパラメータを用いて被検体の擬似ＥＣＧ波を生成処理する擬似ＥＣＧ波生成処理部２５とから成る。 The pseudo ECG wave generation unit 17 collects data of a subject, a heartbeat cycle signal collection unit 21 that takes a signal of a heartbeat cycle of the subject, a diagnosis part data collection unit 22 that collects data of a diagnosis part of the subject, and a subject Subject personal data collection unit 23, identification parameter database (DB) 24 for determining identification parameters from the data collected by the subject data personal data collection unit 23 and the diagnostic part data collection unit 22, and the identification parameter DB 24 And a pseudo ECG wave generation processing unit 25 for generating and processing a pseudo ECG wave of the subject using the parameters determined by the above.
この超音波診断装置において、擬似ＥＣＧ波を生成する場合には、まえもって同定モデルを作成しパラメータを決める準備モードと、その後、実際に心拍信号から擬似ＥＣＧ波を生成する生成モードがある。 In this ultrasonic diagnostic apparatus, when a pseudo ECG wave is generated, there are a preparation mode in which an identification model is created and parameters are determined in advance, and a generation mode in which a pseudo ECG wave is actually generated from a heartbeat signal.
まず、前者の準備モードにおける動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２１において、同定モデルを作成するための数学モデルを選定する。数学モデルとしては外部確定入力を有する、ＡＲＸ(Auto Regressive（自己回帰） Exogeneous)モデル、ＦＩＲ(Finite Impulse Response)モデル、ＡＲＭＡ(Auto Regressive Moving Average Exogenious)モデル、ＡＲＡＲＸモデル、ＡＲＡＲＭＡＸモデル、ＯＥ(Output Error)モデル、ＢＪ(Box and Jenkins)モデルなどを用いることができる。 First, the operation in the former preparation mode will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In step S21, a mathematical model for creating an identification model is selected. Mathematical models have external deterministic inputs, ARX (Auto Regressive (Autoregressive) Exogeneous) model, FIR (Finite Impulse Response) model, ARMA (Auto Regressive Moving Average Exogenious) model, ALARX model, ARARMAX model, OE (Output Error) ) Model, BJ (Box and Jenkins) model, etc. can be used.
これらの数学モデルは、一般的には自己出力は自己入力と外部確定入力により、図４（ａ）に示すように伝達関数で表現でき、これらの入出力の間には、次のような式が成立する。 In these mathematical models, in general, the self-output can be expressed by a transfer function as shown in FIG. 4A by a self-input and an external deterministic input. Is established.
Ａ（ｚ）×ｙ（ｋ）＝Ｂ（ｚ）×ｕ（ｋ）／Ｆ（ｚ）＋Ｃ（ｚ）×ｗ（ｋ）／Ｄ（ｚ）
なぜなら、
Ａ（ｚ）＝１＋ａ１×Ｚ−１＋ａ２×Ｚ−２＋・・・＋ａｎ×Ｚ−ｎ、
Ｂ（ｚ）＝ｂ１×Ｚ−１＋ｂ２×Ｚ−２＋・・・＋ｂｍ×Ｚ−ｍ、
Ｃ（ｚ）＝ｃ１×Ｚ−１＋ｃ２×Ｚ−２＋・・・＋ｃｐ×Ｚ−ｐ、
Ｄ（ｚ）＝１＋ｄ１×Ｚ−１＋ｄ２×Ｚ−２＋・・・＋ｄｑ×Ｚ−ｑ、
Ｆ（ｚ）＝１＋ｆ１×Ｚ−１＋ｆ２×Ｚ−２＋・・・＋ｆｒ×Ｚ−ｒ、
更に上記各パラメトリックモデルは、図４（ｂ）に示すように、各パラメータＡ（ｚ）、Ｂ（ｚ）、Ｃ（ｚ）、Ｄ（ｚ）、Ｆ（ｚ）を１としたときの式である。
A (z) * y (k) = B (z) * u (k) / F (z) + C (z) * w (k) / D (z)
Because
A (z) = 1 + a 1 × Z −1 + a 2 × Z −2 +... + An × Z −n ,
B (z) = b 1 × Z −1 + b 2 × Z −2 +... + B m × Z −m ,
C (z) = c 1 × Z −1 + c 2 × Z −2 +... + C p × Z −p ,
D (z) = 1 + d 1 × Z −1 + d 2 × Z −2 +... + D q × Z −q ,
F (z) = 1 + f 1 × Z −1 + f 2 × Z −2 +... + F r × Z −r ,
Further, as shown in FIG. 4B, each of the parametric models is an expression when each parameter A (z), B (z), C (z), D (z), and F (z) is 1. It is.
ここでは、ステップＳ２１でＡＲＸモデルを同定モデルとして選択したとする。次のステップＳ２２では、選択した数学モデルに、個人データや診断部位等のデータを入力し、システム同定を行う。 Here, it is assumed that the ARX model is selected as the identification model in step S21. In the next step S22, data such as personal data and diagnostic part is input to the selected mathematical model, and system identification is performed.
個人データは、ＥＣＧ波を生成しようとする被検体の年令、性別などのデータであり、例えば、ファウゲンバウム著、木下他監訳、メディカルサイエンスインターナショナル発行１９９２年「心エコー図学」に、心エコーデータの統計値として記載されているような個人データを入力する。また、同じ症例の患者や、地域毎に収集した個人データを用いることもできる。 Personal data is data such as the age and sex of the subject who wants to generate an ECG wave. For example, in 1992 "Echocardiography" published by Faugenbaum, translated by Kinoshita et al. Enter personal data as described in the statistics of echo data. Moreover, the patient of the same case and the personal data collected for every area can also be used.
これらのデータは被検体個人データ収集部２３から同定パラメータデータベース２４に入力される一方、被検体の診断部位のデータも診断部位データ収集部２２から同定パラメータデータベース２４に入力される。同定パラメータデータベース２４には診断部位毎の
同定パラメータが記憶されている。
These data are input from the subject personal data collection unit 23 to the identification parameter database 24, while the data of the diagnostic region of the subject are also input from the diagnostic region data collection unit 22 to the identification parameter database 24. The identification parameter database 24 stores identification parameters for each diagnosis site.
次のステップＳ２３では、ＥＣＧ波を生成しようとする被検体に、年令や性別その他の個性の点で、近い人のＥＣＧ波形が同定パラメータデータベース２４にあるか調べられる。なければ上記のようにして決められた同定パラメータを用いてＥＣＧ波を生成するためのモデルを決定する（ステップＳ２４）。 In the next step S23, it is checked whether the subject who is to generate an ECG wave has an ECG waveform of a close person in the identification parameter database 24 in terms of age, gender, and other personalities. If not, a model for generating an ECG wave is determined using the identification parameter determined as described above (step S24).
ステップＳ２３で被検体に近い人のＥＣＧ波データベースがある場合には、ステップＳ２５で、心拍周期信号収集部２１から得られる心拍データと、上記のように仮に決めた同定パラメータにしたがった波形を比較し、データとして有するＥＣＧ波となるように線形予測を行い、同定パラメータを修正し、同定パラメータを決定する（ステップＳ２４）。 If there is an ECG wave database of a person close to the subject in step S23, in step S25, the heart rate data obtained from the heart rate cycle signal collecting unit 21 is compared with the waveform according to the identification parameter temporarily determined as described above. Then, linear prediction is performed so as to obtain an ECG wave as data, the identification parameter is corrected, and the identification parameter is determined (step S24).
ここで、この実施形態で行う線形予測について説明する。数学モデルとしてＡＲＸモデルを考えると図５に示すような構成になり、ＥＣＧ波形の予測出力ｙ（ｋ）について次式が成り立つ。ｗ（ｋ）はノイズ源であり、ｕ（ｋ）はトレース信号など外部信号である。 Here, the linear prediction performed in this embodiment will be described. When the ARX model is considered as a mathematical model, the configuration is as shown in FIG. 5, and the following equation holds for the predicted output y (k) of the ECG waveform. w (k) is a noise source, and u (k) is an external signal such as a trace signal.
ｙ（ｋ）＋ａ１×ｙ（ｋ−１）＋ａ２×ｙ（ｋ−２）＋・・・＋ａｎ×ｙ（ｋ−ｎ）＝ｂ１×ｕ（ｋ−１）＋ｂ２×ｕ（ｋ−２）＋・・・＋ｂｍ×ｕ（ｋ−ｍ）＋ｗ（ｋ）
Θ＝［ａ１，ａ２，・・・，ａｎ，ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｍ］Ｔ、
ψ（ｋ）＝［−ｙ（ｋ−１），・・・，−ｙ（ｋ−ｎ），ｕ（ｋ−１），・・・，ｕ（ｋ−ｍ）］Ｔ
ここで、Θがパラメータベクトル、ψがデータベクトルとすると、上記予測出力ｙ（ｋ）は、次式で表される。
y (k) + a 1 × y (k-1) + a 2 × y (k-2) + ··· + a n × y (k-n) = b 1 × u (k-1) + b 2 × u ( k-2) +... + b m × u (k−m) + w (k)
Θ = [a 1 , a 2 ,..., An , b 1 , b 2 ,..., B m ] T ,
ψ (k) = [− y (k−1),..., −y (k−n), u (k−1),..., u (km)] T
Here, if Θ is a parameter vector and ψ is a data vector, the predicted output y (k) is expressed by the following equation.
ｙ（ｋ）＝ΘＴ＋ψ（ｋ）＋ｗ（ｋ）
図６に各波形を示して、線形予測を行う方法を説明する。図６において上方に描かれている波形６１は、被検体の左室流入血流の超音波ドプラの流速のエンベロープ波形Ｖｐであり、同図の下方に描かれている波形６２は被検体と同種の被検体から得られたＥＣＧ波形である。
y (k) = Θ T + ψ (k) + w (k)
FIG. 6 shows each waveform, and a method for performing linear prediction will be described. 6 is an envelope waveform Vp of the ultrasonic Doppler flow velocity of the left ventricular inflow blood flow of the subject, and a waveform 62 drawn in the lower portion of FIG. 6 is of the same type as the subject. It is the ECG waveform obtained from the subject.
そこで、上記ＡＲＸモデルを用い、上記波形６１を入力としたときに波形６２が得られるように各同定パラメータを修正する。波形６２の上に示されている波形６３はこのようにして決定した同定モデルを用いて擬似ＥＣＧ波発生処理部２５にて出力した擬似ＥＣＧ波形である。この場合図７に示すモデルで、Ａ（ｚ）×ｙ（ｋ）＝Ｂ（ｚ）×ｕ（ｋ）＋ｗ（ｋ）なる時系列モデルとなる。この式において、最小二乗法によりパラメータＡ（ｚ），Ｂ（ｚ）を求める。 Therefore, using the ARX model, each identification parameter is corrected so that the waveform 62 is obtained when the waveform 61 is input. A waveform 63 shown above the waveform 62 is a pseudo ECG waveform output from the pseudo ECG wave generation processing unit 25 using the identification model determined in this way. In this case, the model shown in FIG. 7 is a time series model of A (z) × y (k) = B (z) × u (k) + w (k). In this equation, parameters A (z) and B (z) are obtained by the method of least squares.
ここで、Ａ（ｚ）＝１＋ａ１×Ｚ−１＋・・・・＋ａｎ×Ｚ−ｎ、
Ｂ（ｚ）＝ｂ１×Ｚ−１＋ｂ２×Ｚ−２＋・・・＋ｂｍ×Ｚ−ｍ。
Here, A (z) = 1 + a 1 × Z −1 +... + An × Z −n ,
B (z) = b 1 × Z −1 + b 2 × Z −2 +... + B m × Z −m .
図６で波形６３を見れば明らかなように、初期に過渡的に不安定な部分があるが、その後は定常的にＥＣＧ波形とほぼ同じ波形が得られることが理解される。 As apparent from the waveform 63 in FIG. 6, there is a transiently unstable portion in the initial stage, but after that, it is understood that a waveform substantially the same as the ECG waveform is obtained steadily.
次に、実際の擬似ＥＣＧ信号を生成する生成モードの処理について図３を用いて説明する。この場合にはステップＳ３１で心拍周期信号処理部２１において、心拍周期信号として上記超音波ドプラ流速のエンベロープ波形の信号を得る。次のステップＳ３２で、擬似ＥＣＧ波生成処理部２５において上述のように同定パラメータを定めた同定モデルに上記心拍周期信号を入力し、ステップＳ３３で擬似ＥＣＧ波を生成する。 Next, processing in a generation mode for generating an actual pseudo ECG signal will be described with reference to FIG. In this case, in step S31, the heartbeat cycle signal processing unit 21 obtains an envelope waveform signal of the ultrasonic Doppler flow velocity as a heartbeat cycle signal. In the next step S32, the heartbeat cycle signal is input to the identification model in which the identification parameter is determined as described above in the pseudo ECG wave generation processing unit 25, and a pseudo ECG wave is generated in step S33.
このようにして生成された擬似ＥＣＧ波は画像表示装置１８に入力され、ＥＣＧ波に同期した超音波画像が得られる。 The pseudo ECG wave generated in this way is input to the image display device 18, and an ultrasonic image synchronized with the ECG wave is obtained.
なお、ＥＣＧ波が良好に得られる被検体の場合には、擬似ＥＣＧ波生成回路１７が用いられず、フィジオモジュール１９により被検体のＥＣＧ波が得られて、画像表示部１８に入力され、ＥＣＧ波に同期した超音波画像が得られる。 In the case of a subject from which an ECG wave can be obtained satisfactorily, the pseudo ECG wave generation circuit 17 is not used, and the ECG wave of the subject is obtained by the Physio module 19 and is input to the image display unit 18, and the ECG An ultrasonic image synchronized with the wave is obtained.
なお、上記実施形態において、心拍周期信号収集部２１で集める心拍周期信号としては、上記のような超音波ドプラ流速のエンベロープ波形の他これの平均流速波形、Ｍモードにおける心臓の壁（高輝度の像）の距離方向の時間変化、ＭＤＦモードの特定ＲＯＩでの壁速変化、血流速度変化、Ｂモード像の特定のＲＯＩ内での輝度平均値の時間変化、ＢＤＦモード像の特定のＲＯＩ内での組織速度変化などを用いることが可能であり、更に超音波診断装置から得られる心拍周期波形に限られず、他の医用画像装置から得られるＴＤＩの波形、ＭＣの輪郭波形、血流パワー変化や心音波形など、心拍に同期し周期性を有する信号であれば同様に用いることができる。 In the above embodiment, the heartbeat cycle signal collected by the heartbeat cycle signal collecting unit 21 includes the envelope waveform of the ultrasonic Doppler flow velocity as described above, the average flow velocity waveform thereof, the heart wall in the M mode (high luminance Image) in the direction of distance, wall speed change in specific ROI of MDF mode, blood flow velocity change, time change of luminance average value in specific ROI of B mode image, within specific ROI of BDF mode image It is possible to use a change in tissue velocity at the same time, and it is not limited to a heartbeat period waveform obtained from an ultrasonic diagnostic apparatus, but a TDI waveform, MC contour waveform, blood flow power change obtained from another medical imaging apparatus Similarly, any signal having a periodicity synchronized with a heartbeat, such as a heartbeat waveform or a heart sound waveform, can be used.
また、上記実施形態において、生成された擬似ＥＣＧ波は画像表示部１８に入力されて超音波画像が表示されていたが、この擬似ＥＣＧ波は心拍同期毎のドプラオート計測や心電トリガ収集などの心拍同期処理に用いることが可能である。 In the above embodiment, the generated pseudo ECG wave is input to the image display unit 18 and an ultrasonic image is displayed. This pseudo ECG wave is measured by Doppler auto measurement or electrocardiographic trigger collection for each heartbeat synchronization. It can be used for heartbeat synchronization processing.
上記実施形態では、１つの外部確定入力を有する数学モデルを用いる場合について説明した。しかし、本発明では図８に示すように複数、例えば２つの外部確定入力ｕ１（ｋ），ｕ２（ｋ）を有する数学モデルを同定モデルとすることもできる。この外部確定入力としては、例えばスペクトラムエンベロープトレース波形と平均流速トレース波形を用いれば、血流トレースが正負両側にある場合には、安定性のよい擬似ＥＣＧ波が得られる利点がある。 In the above embodiment, the case where a mathematical model having one external definite input is used has been described. However, in the present invention, as shown in FIG. 8, a mathematical model having a plurality of, for example, two external confirmed inputs u1 (k) and u2 (k) can be used as the identification model. As the external definite input, for example, if a spectrum envelope trace waveform and an average flow velocity trace waveform are used, there is an advantage that a pseudo ECG wave having good stability can be obtained when the blood flow trace is on both the positive and negative sides.
また２つの外部確定入力として、母親のＥＣＧ波形と胎児の臍帯動脈のスペクトラムエンベロープ波形を用いれば、母子が混在した場合のＥＣＧ波を分離しやすい利点がある。 Further, if the mother's ECG waveform and the fetal umbilical artery spectrum envelope waveform are used as the two external deterministic inputs, there is an advantage that the ECG wave when the mother and the child are mixed can be easily separated.
外部確定入力としては２つに限られず３以上であってもよく、ＥＣＧ（心電図）波形やの他、ＰＣＧ（心音）、Ｍエコー信号、Ｍカラー（ＭＣ）信号のパワー、速度、分散などを用いることもできる。これらの信号とドプラ波形は相関があり、複数の外部確定入力により同定モデルの妥当性が高まれば予測精度が向上し、精度の高い擬似ＥＣＧ波が得られることになる。 The number of externally determined inputs is not limited to two, and may be three or more. In addition to ECG (electrocardiogram) waveform, PCG (heart sound), M echo signal, M color (MC) signal power, speed, dispersion, etc. It can also be used. These signals and the Doppler waveform have a correlation. If the validity of the identification model is increased by a plurality of external deterministic inputs, the prediction accuracy is improved, and a highly accurate pseudo ECG wave is obtained.
また本発明は超音波診断装置に限られず、リアルタイムもしくはオフラインによる心拍時相内の形状診断、機能診断ができる医用画像診断装置に用いることが可能である。 The present invention is not limited to an ultrasonic diagnostic apparatus, but can be used for a medical image diagnostic apparatus capable of performing shape diagnosis and functional diagnosis within a heartbeat time phase in real time or offline.
例えば、ＭＲＩアンギオでのＲＯＩを固定した断層像中の励起したプロトンスピンの流入流出量の心拍周期での変化信号を線形予測数学モデルの入力信号として擬似ＥＣＧ波を生成することができる。ＭＲＩなどの強力な磁場中において電極金具を付けるのは危険なので上記の方法は有効である。 For example, a pseudo ECG wave can be generated by using a change signal in the cardiac cycle of the inflow / outflow amount of the excited proton spin in the tomographic image in which the ROI is fixed in the MRI angio as the input signal of the linear prediction mathematical model. Since it is dangerous to attach electrode fittings in a strong magnetic field such as MRI, the above method is effective.
また例えば、光オキメトリのヘモグロビン量に応じた透過率あるいは反射率の時間変化から擬似ＥＣＧ波を生成することができる。この場合、拍動性のある体表血管の波形から擬似ＥＣＧ波を得ることができる。 In addition, for example, a pseudo ECG wave can be generated from a temporal change in transmittance or reflectance according to the amount of hemoglobin in optical oximetry. In this case, a pseudo ECG wave can be obtained from a pulsatile body surface blood vessel waveform.
１１・・・超音波診断装置、
１２・・・超音波プローブ、
１３・・・駆動波生成部、
１４・・・送受信処理部、
１５・・・スペクトラムドプラ信号処理部、
１６・・・カラードプラ信号処理部、
１７・・・擬似ＥＣＧ波生成部、
１８・・・画像表示部、
１９・・・フィジオモジュール、
２１・・・心拍周期信号収集部、
２２・・・診断部位データ収集部、
２３・・・被検体個人データ収集部、
２４・・・同定パラメータデータベース、
２５・・・擬似ＥＣＧ波生成処理部。
11 ... Ultrasonic diagnostic apparatus,
12 ... Ultrasonic probe,
13: Drive wave generation unit,
14: Transmission / reception processing unit,
15: Spectrum Doppler signal processing unit,
16: Color Doppler signal processing unit,
17... Pseudo ECG wave generator,
18 ... image display part,
19 ... Physio module,
21 ... heartbeat cycle signal collection unit,
22 ... diagnostic part data collection unit,
23 ... Subject personal data collection unit,
24 ... Identification parameter database,
25: Pseudo ECG wave generation processing unit.
Claims (7)
この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を基に少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルを同定モデルとして用いて擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、
を有することを特徴とする医用画像診断装置。 Heart rate information acquisition means for obtaining heart rate information that varies depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic part of the subject;
A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave using, as an identification model, a mathematical model having at least one external deterministic input based on the heartbeat information obtained by the heartbeat information acquiring means;
A medical image diagnostic apparatus comprising:
この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を基に少なくとも１つの外部確定入力を有する数学モデルを同定モデルとして用いて擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、
この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、
を有することを特徴とする医用画像診断装置。 Heart rate information acquisition means for obtaining heart rate information that varies depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic part of the subject;
A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave using, as an identification model, a mathematical model having at least one external deterministic input based on the heartbeat information obtained by the heartbeat information acquiring means;
Heart rate synchronization processing means for using the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation means for Doppler auto measurement or electrocardiographic trigger collection for each heartbeat synchronization;
A medical image diagnostic apparatus comprising:
前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、
この心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を、前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを入れた同定モデルに入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、
この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、
を有することを特徴とする医用画像診断装置。 Model parameter determining means for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject;
Heart rate information acquisition means for obtaining heart rate information that varies depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic region of the subject;
A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave by inputting the heart rate information obtained by the heart rate information acquiring means into an identification model including the parameters determined by the model parameter determining means;
Heart rate synchronization processing means for using the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation means for Doppler auto measurement or electrocardiographic trigger collection for each heartbeat synchronization;
A medical image diagnostic apparatus comprising:
前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍情報を得る心拍情報取得手段と、
前記被検体と同種の検体の同種ＥＣＧ波を得る同種ＥＣＧ波取得手段と、
前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを用いた前記同定モデルに、前記心拍情報取得手段により得られる心拍情報を入力し前記同種ＥＣＧ波が得られるように前記同定モデルの前記パラメータを修正するモデルパラメータ修正手段と、
このモデルパラメータ修正手段により前記パラメータを修正された前記同定モデルに、前記心拍情報取得手段により得られた前記心拍情報を入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、
この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を心拍同期毎のドプラオート計測又は心電トリガ収集に用いる心拍同期処理手段と、
を有することを特徴とする医用画像診断装置。 Model parameter determining means for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject;
Heart rate information acquisition means for obtaining heart rate information that varies depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic region of the subject;
Homogeneous ECG wave acquisition means for obtaining the same kind of ECG wave of the same kind of specimen as the subject;
A model for correcting the parameters of the identification model so that the heartbeat information obtained by the heartbeat information acquisition means is input to the identification model using the parameters determined by the model parameter determination means and the homogeneous ECG wave is obtained. Parameter correction means;
A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave by inputting the heart rate information obtained by the heart rate information acquiring means to the identification model whose parameters have been corrected by the model parameter correcting means;
Heart rate synchronization processing means for using the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation means for Doppler auto measurement or electrocardiographic trigger collection for each heartbeat synchronization;
A medical image diagnostic apparatus comprising:
前記被検体の診断部位毎に心臓の心拍周期により変化する心拍ドプラ情報を得る心拍ドプラ情報取得手段と、
前記被検体と同種の検体の同種ＥＣＧ波を得る同種ＥＣＧ波取得手段と、
前記モデルパラメータ決定手段により決定されたパラメータを用いた前記同定モデルに、前記心拍ドプラ情報取得手段により得られる心拍情報を入力し前記同種ＥＣＧ波が得られるように前記同定モデルの前記パラメータを修正するモデルパラメータ修正手段と、
このモデルパラメータ修正手段により前記パラメータを修正された前記同定モデルに、前記心拍ドプラ情報取得手段により得られた前記心拍ドプラ情報を入力して擬似ＥＣＧ波を生成する擬似ＥＣＧ波生成手段と、
この擬似ＥＣＧ波生成手段により生成された前記擬似ＥＣＧ波を用いて前記被検体の超音波診断画像を表示する超音波診断画像表示手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 Model parameter determining means for determining parameters by inputting personal data of the subject to a mathematical model having at least one external definite input used as an identification model for generating a pseudo ECG wave of the subject;
Heart rate Doppler information acquisition means for obtaining heart rate Doppler information that changes depending on the heart cycle of the heart for each diagnostic part of the subject;
Homogeneous ECG wave acquisition means for obtaining the same kind of ECG wave of the same kind of specimen as the subject;
The heart rate information obtained by the heart rate Doppler information acquisition unit is input to the identification model using the parameter determined by the model parameter determination unit, and the parameter of the identification model is corrected so that the homogeneous ECG wave is obtained. Model parameter correction means;
A pseudo ECG wave generating means for generating a pseudo ECG wave by inputting the heartbeat Doppler information obtained by the heartbeat Doppler information acquiring means to the identification model whose parameters have been corrected by the model parameter correcting means;
Ultrasonic diagnostic image display means for displaying an ultrasonic diagnostic image of the subject using the pseudo ECG wave generated by the pseudo ECG wave generation means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
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