JP4476619B2 - ドプラ超音波診断装置 - Google Patents
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Description
1)ドプラ周波数のスペクトラム画像上で、その周波数f軸方向の周波数分布内での最大周波数に対応する最大流速Vp(Vpeak)及び平均周波数に対応する平均流速Vm(Vmean)の位置を求め(図24(a)参照)、
2)その最大流速Vp、平均流速Vmの位置の時間変化をその時間軸t方向にトレースし(トレース波形検出処理:図24(b)参照)、
3)そのVp、Vmの時間的な位置変化曲線を示すトレース波形上で、心周期(1心拍)毎に心臓収縮期の波形ピークPS(Peak of Systolic)及び心臓拡張期の波形ピークED(End of Diastolic)の同期検出を行い(ピーク検出処理:図24(c)参照)、
4)そのPS/EDの情報を元に、血管内の血液流量や拍動流のHR(Heart Rate:心拍数)、PI(Pulsatility Index)、及びRI(Resistance Index)等の診断に関する各種パラメータ(指標)を計測し、その計測値を表示する処理(パラメータ計測処理)が実行される。
図1は、本実施形態に係るドプラ超音波診断装置の全体的な概要を示すブロック図である。このドプラ超音波診断装置は、超音波断層像(Bモード断層像)を表示するBモード、超音波ビーム方向の反射源の時間的位置変化を運動曲線として表示するMモード、血流情報を表示するドプラモード(パルスドプラ(PW)/連続波ドプラ(CW))、血流情報を二次元的に表示するCFM(カラー・フロー・マッピング、或いはカラードプラともいう。)モード等の既知の各種モードに応じて動作可能なものである。
続いて、オートレンジ/オートBLS処理部49で実行される速度レンジ及びベースラインシフトの自動最適調整のアルゴリズムについて説明する。図3は、この処理に関する一連の処理の概略の流れを示すフローチャートである。
このように、オートレンジ/オートBLS処理部49は、現在の速度レンジ及びベースラインの位置を基準に1ステップずつ自動調整を行う。また、拍動やプローブの当て方(角度)の変化に素早く追従する必要がある。そのため、応答速度を速くするためには、フィードバック制御を行うことが有効である。本実施形態に係るドプタ超音波診断装置では、パラメータ設定部37内にPID制御回路50を備える。本実施形態においては、応答速度を速める制御例としてPID制御を示したが、IIR(Infinite Impulse Response)型等の平滑化フィルタで制御に最適なレスポンスを持つものを備える構成としてもよい。
図14(a)にも示したように、速度レンジの変化が観測時間に対して激しい場合には、速度レンジの自動調整に時間遅れが生じることがある。これは、スペクトルドプラモードを起動する場合、すなわち、自動速度レンジ調整を開始する場合にも当てはまる。速度レンジが0或いは最大の状態からオート速度レンジ調整を開始すると、所望の速度レンジを得るまでに長い時間を要することもある。そこで、速度レンジに何らかの初期値を与えておき、その値から処理を開始するようにすれば、所望の速度レンジに到るまでの時間を短縮することができる。
速度レンジの自動調整は、上述のように、診断部位のドプラトレース波形データを逐次抽出して行われるので、演算に先立って一定時間血流を観測する必要がある。この観測時間は、診断部位の態様等に合せて、1秒、2秒、4秒、8秒の中からユーザインt−フェース37を介して設定することができる。また、速度レンジの更新は、基本的には、4秒、8秒、12秒、16秒の中から設定するようになっている。なお、観測時間より短い時間で速度レンジの更新を行うことはできない。
以上説明してきたのは、リアルタイム動作での動作モードの切り替えであるが、フリーズ後であっても自動BLSを選択することができる。これは、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ45に蓄えられた画像データをオートレンジ/BLS処理部49で上述の演算処理を行い、その結果を計測部33のシネ・フリーズ後の再計測処理部33bを介して表示器25に送信することにより実現される。
以下に、速度レンジやBLSの自動調整の開始の指示を出したり、種々のパラメータを設定したりするための主な操作スイッチについて説明する。これらの操作スイッチは、ユーザインターフェース37の操作パネルのボタンに割り当てられ、或いはTCS、又は表示器25に立ち上がるGUIとしてのポップアップ・メニューに表示される。また、これらの内の複数の方法で操作できるようにしてもよい。操作スイッチにより出された指示や設定されたパラメータは、パラメータ設定部36を介して所定の各部に伝達される。
自動速度レンジ/BLS調整を行わない「Off」、自動速度レンジの調整のみ行う「自動速度レンジ」、及び自動速度レンジ/BLSの両方の調整を行う「自動速度レンジ/BLS」の三態様を選択するためのスイッチである。
速度レンジの更新を手動で行う「マニュアル」と、自動更新では、画像表示1スクロールに1回更新を行う1EOS、2スクロールに1回行う2EOS以下、3EOS、4EOSの中から選択できる。
速度レンジの更新のための波形の観測を、速度レンジ更新がOnになった時点から何秒前までの時間演算するかを選択するスイッチであり、1,2,4,8秒の中から選択することができる。
速度レンジの調整において、最大速度の何倍を表示の上限値とするかを選択するスイッチであり、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍の中から選択できる。
速度レンジ/BLSの更新タイミング選択スイッチで、「マニュアル」が選択されている場合において、速度レンジ/BLS更新の指示を出すスイッチである。
リアルタイム観測時に手動操作でベースラインをシフトする場合や、フリーズ後において、ベースラインをシフトさせる場合に指示を出すスイッチである。
速度レンジ調整演算で採用するモデルを選択するためのスイッチで、正規分布モデル、平滑化後閾値処理モデルのいずれかを選択できる。また、正規分布モデルで得られたVp、Vmの上限及び下限のうち速度レンジの大きい方を選択する方法、平滑化後閾値処理モデルで得られたVp、Vmの上限及び下限のうち速度レンジの大きい方を選択する方法、正規分布モデル及び平滑化後閾値処理モデルの両方で得られたVp又はVmの上限及び下限のうち速度レンジの大きい方を選択する方法、正規分布モデル及び平滑化後閾値処理モデルの両方で得られたVp及びVmの上限及び下限の中から速度レンジの最大のものを選択する方法の中からいずれかを選択できる機能を持たせることも可能である。
先行するカラードプラモードで設定された値をスペクトラムドプラモードにおける速度レンジやBLSの自動調整の初期値として採用するか、或いは診断部位を指定することによりその部位の一般的な速度レンジを初期値に設定するかを選択するためのスイッチである。
速度レンジ及びベースラインシフト自動最適調整の全体の流れについて、いくつかのケースに分けて説明する。まず、リアルタイムで観測中に、連続して自動速度レンジ更新及びBLS更新の両方が行われる場合について、図17に示すフローチャートを参照して説明する。前提として、自動速度レンジ/BLS調整選択スイッチでは「自動速度レンジ/BLS調整」スイッチが選択されていることが必要である。また、オートトレースのパラメータのひとつである、トレースライン描画の極性(正(+又はForward)、負(−又はReverse)、両方(±又はBoth)のいずれかが選択されているものとする。
以上のように構成され作動する本発明に係るドプラ超音波診断装置を用いて観察した例を2つ、以下説明する。
2 装置本体
3 ECGモジュール
11 全体コントローラ
21 送受信部
22 包絡線検波器
23 デジタル・スキャン・コンバータ(DSC)
24 D/A変換器
25 表示機
26 直交位相検波器
27 RG処理部
28 スペクトラムドプラ処理ブロック
29 PS/EDバッファ
30 CFMモード処理ブロック
31 DSP
32 PS/ED検出部、32a CPU、32b ピーク検出処理部
33 計測部、33a リアルタイムオート計測処理部、33b シネ・フリーズ後の再計測処理部
34 ビデオ・インターフェース(I/F)、34a ピンポンバッファ
35 画像ストレージ部
36 パラメータ設定部
37 ユーザインターフェース
38 操作パネル回路
39 TCS回路
40 GUI回路
41 ウォール・フィルタ
42 シネメモリバッファ
43 FFTスペクトラム処理部
44 Vp,Vmトレース波形検出処理部
45 表示用オーディオ・ビデオ・バッファ
46 オーディオ処理部
47 オーディオ・インターフェース(I/F)
48 オーディオ出力器
49 オートレンジ/オートBLS処理部
50 PID制御回路
51 比較器
52 調整器
53 変換器
54 ECG波形処理部
55 M/Mカラー処理部
P 被検体
BF 血流
Claims (6)
- 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号に基づきスペクトラム画像を表示するドプラ超音波診断装置において、
前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
所定観測時間毎に前記最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布に対する統計値に基づき、ドプラ速度レンジを調整する速度レンジ調整手段と、
を備え、
前記速度レンジ調整手段は、
所定観測時間毎に前記最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布を少なくとも±3ナイキスト周波数分折り返して拡大し、その分布形状に表示レンジ内と折り返しレンジ内とで設定されたベースラインに応じて適切な重みをかける重み付け手段と、
該重みをかけられた最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布からドプラ速度レンジの上限と下限の統計計算を行う統計値計算手段と、
を備えることを特徴とするドプラ超音波診断装置。 - 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号に基づきスペクトラム画像を表示するドプラ超音波診断装置において、
前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
所定観測時間毎に前記最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布に対する統計値に基づき、ドプラ速度レンジを調整する速度レンジ調整手段と、
前記最大流速Vpの正側最大値及び負側最大値を計算し、ドプラスペクトラム画像表示におけるベースラインのシフト量を求めて、該ベースラインを調整するベースライン調整手段と、
を備え、
前記速度レンジ調整手段は、
所定観測時間毎に前記最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布を少なくとも±3ナイキスト周波数分折り返して拡大し、その分布形状に表示レンジ内と折り返しレンジ内とで設定されたベースラインに応じて適切な重みをかける重み付け手段と、
該重みをかけられた最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布からドプラ速度レンジの上限と下限の統計計算を行う統計値計算手段と、
を備えることを特徴とするドプラ超音波診断装置。 - 前記統計値計算手段は、前記重み付けした最大流速Vp及び平均流速Vmの少なくとも一方の分布から平均と分散を計算し、平均±係数*σを速度レンジの上限及び下限の推定値とすることを特徴とする請求項1又は2記載のドプラ超音波診断装置。
- 前記統計値計算手段は、前記重み付けした最大流速Vpの分布から、ピーク値の係数%に相当する値を速度レンジの上限及び下限の推定値とすることを特徴とする請求項1又は2記載のドプラ超音波診断装置。
- 前記統計値計算手段は、前記重み付けした平均流速Vmの分布のピーク値の位置から周波数レンジの上下方向にレンジを拡げ、該分布が予め設定された閾値以下となる点を速度レンジの上限及び下限の推定値とすることを特徴とする請求項1又は2記載のドプラ超音波診断装置。
- 前記統計値計算手段は、
1)前記重み付けした最大流速Vpの分布から平均と分散を計算して、平均±係数*σを速度レンジの上限及び下限の推定値とする演算と、
2)前記重み付けした平均流速Vmの分布から夫々平均と分散を計算して、平均±係数*σを速度レンジの上限及び下限の推定値とする演算と、
3)前記重み付けした最大流速Vpの分布から、ピーク値の係数%に相当する値を速度レンジの上限及び下限を推定値とする演算と、
4)前記重み付けした平均流速Vmの分布のピーク値の位置から周波数レンジの上下方向にレンジを拡げ、該分布が予め設定された閾値以下となる点を速度レンジの上限及び下限を推定し、該夫々の上限及び下限の推定値とする演算と、
の中の少なくとも2つの演算を実行し、得られた夫々の推定値の中の最大値を、速度レンジの上限及び下限の推定値として選択することを特徴とする請求項1又は2記載のドプラ超音波診断装置。
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