JP4497873B2 - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波のドプラ効果を利用して、生体内の血流の流速情報や組織の移動情報などの計測を行なう超音波ドプラ診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記圧電振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像が容易に観察できるため、生体の各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。生体内の組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、これらの技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波画像診断において不可欠のものとなっている。

一方、被検体の任意の位置における血流速度を定量的且つ正確に得る方法としてドプラスペクトラム法がある。このドプラスペクトラム法では、被検体の同一部位に対して一定間隔で複数回の超音波送受波を行ない、血球などの移動反射体において反射した超音波反射波に対し、超音波送受波に使用した圧電振動子の共振周波数と略等しい周波数の基準信号を用いて直交位相検波しドプラ信号を検出する。そして、このドプラ信号の中から所望部位におけるドプラ信号をレンジゲートによって抽出し、更に、抽出したドプラ信号をＦＦＴ分析することによってドプラスペクトラムデータを生成する。

このような手順により、被検体の所望部位から得られたドプラ信号に対してドプラスペクトラムデータを連続的に生成し、生成した複数のドプラスペクトラムデータを順次配列することによって、所謂ドプラスペクトラム画像データを生成する。尚、一般には、レンジゲートを被検体における所望の観測部位に正確に設定するために、レンジゲートの設定はＢモード画像観測下において行なわれ、レンジゲートの位置はＢモード画像上に表示される。

この超音波ドプラ診断装置によって得られるドプラスペクトラムデータは、一般に、縦軸に周波数（ｆ）、横軸に時間（ｔ）、各周波数成分のパワー（強さ）を輝度（階調）として生成され、このドプラスペクトラムデータに基づいて、各種の診断パラメータの計測を行なっている。

即ち、この計測法においては、まず、時間的に連続して得られるドプラスペクトラムデータの各々に対して、その周波数軸方向に分布するドプラ周波数成分の最大周波数ｆｐに対応する最大流速Ｖｐ、あるいは平均周波数ｆｃに対応する平均流速Ｖｃの位置を設定し、これら最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｃの位置の時間変化を示すトレース波形を生成する。次いで、このトレース波形において、心拍区間の1区間毎に心臓収縮期において生ずる波形ピークＰＳ（Peak of Systolic）及び心臓拡張期において生ずる波形ピークＥＤ（End of Diastolic）の検出を行なう。そして、これらのＰＳあるいはＥＤの位置情報に基づいて、血管内血流のＨＲ（Heart Rate：心拍数）を計測し、更には、ＰＳあるいはＥＤによって設定された心拍区間におけるトレース波形から末梢血管の診断パラメータであるＰＩ（Pulsatility Index）やRＩ（Resistance Index）等の計測を行なう。

尚、上述のＶｐやＶｃのトレース波形の生成、ＰＳ／ＥＤの検出、ＰＩやＲＩ等の診断パラメータの計測は、従来、フリーズされたドプラスペクトラム画像を対象としたマニュアル操作が基本であったが、近年では、リアルタイム表示されたドプラスペクトラム画像を対象としたＶｐやＶｃの自動トレースやＨＲ，ＰＩあるいはＲＩの自動計測が可能となってきている（例えば、特許文献１参照。）。
米国特許第５６２８３２１号明細書（第７−９頁、第５−８図）

しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、自動生成されたＶｐあるいはＶｃのトレース波形において検出されたＰＳ及びＥＤの位置情報に基づいて、自動計測された診断パラメータの計測値をモニタに表示する際、操作者は、前記診断パラメータが計測された心拍区間と、同じモニタ上に表示された複数心拍分のトレース波形における当該心拍区間との対応付けを容易に行なうことができなかった。

即ち、自動計測によって得られた各種診断パラメータの値が、正確に生成されたトレース波形あるいは正確に設定されたＰＳやＥＤに基づいているか否かを把握することが出来なかったため、得られた診断パラメータの計測値における信頼性に問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ドプラスペクトラム画像データにおけるＶｐあるいはＶｃのトレース波形からＰＩやＲＩ等の診断パラメータを自動計測する際、計測区間あるいは計測タイミングを前記トレース波形において明示することが可能な超音波ドプラ診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波ドプラ診断装置は、被検体に対し超音波送受波を行なって得られた受信信号に対してドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、前記ドプラ信号に基づいて時系列的な複数のドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成手段と、前記ドプラスペクトラムデータの各々において所望の特徴量を検出し、この特徴量の時間的変化をトレース波形データとして生成するトレース波形生成手段と、前記トレース波形データに対して複数の心拍区間を検出するＰＳ／ＥＤ検出手段と、前記複数の心拍区間の中の所定心拍区間におけるトレース波形データに基づいて診断パラメータを計測するパラメータ計測手段と、計測された前記診断パラメータの計測値及び前記トレース波形データの少なくとも何れかを表示する表示手段を備え、
前記表示手段は、前記診断パラメータが計測された前記所定心拍区間の前記トレース波形データをスクロールバック表示することを特徴としている。

本発明によれば、ドプラスペクトラムデータに基づいて得られたトレース波形から各種診断パラメータを計測する際に、前記診断パラメータの計測区間が前記トレース波形において強調表示されるため、診断パラメータの計測結果と当該計測区間におけるトレース波形との関連の把握が容易となり、前記計測結果に対する信頼性が向上する。

ドプラスペクトラム画像データにおいて自動設定された最大流速Ｖｐのトレース波形に基づいて、ＨＲやＰＩ，更にはＲＩなどの診断パラメータを自動計測すると共に、このときの計測区間を、モニタ上に静止表示された前記トレース波形において明示する。

（装置の構成）
以下では、本発明の実施例における超音波ドプラ診断装置の構成と各ユニットの動作につき図1乃至図７を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波ドプラ診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波ドプラ診断装置を構成する送受信部及びデータ生成部のブロック図を示す。

図１に示す超音波ドプラ診断装置１００は、被検体に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ２０と、超音波プローブ２０に対して電気信号の送受信を行なう送受信部４０と、送受信部４０から得られた受信信号からＢモード画像データやカラードプラ画像データ、更には、ドプラスペクトラムデータを得るための信号処理を行なうデータ生成部５０と、前記データ生成部５０において時間方向に連続して得られる複数のドプラスペクトラムデータに基づいて最大血流速Ｖｐあるいは平均血流速Ｖｃのトレース波形を生成し、更に、このトレース波形に基づいて血流動態診断に関する各種診断パラメータを計測する血流評価部３０と、データ生成部５０において得られた各データ、あるいは血流評価部３０において得られたトレース波形や各種診断パラメータの計測結果などを保存するデータ記憶部８を備えている。

更に、超音波ドプラ診断装置１００は、送受信部４０、あるいはデータ生成部５０に対して、例えば、超音波パルスの中心周波数（ｆｏ）とほぼ等しい周波数の連続波あるいは矩形波を発生する基準信号発生部１と、データ生成部５０において生成される画像データやドプラスペクトラムデータ、更には、血流評価部３０で生成されるトレース波形や診断パラメータの計測値などを表示する表示部１５と、操作者によって患者情報、画像表示モード、超音波データ収集条件、更には種々のコマンド信号などが入力される入力部１６と、被検体の心電波形を別途収集するＥＣＧユニット６０と、上記超音波ドプラ診断装置１００の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１７を備えている。

超音波プローブ２０は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受波を行なうものであり、１次元に配列された複数個（Ｎ個）の微小な圧電振動子をその先端部に有している。この圧電振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルス（送信超音波）に変換し、また受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。そして、超音波画像の解像度や感度に大きな影響を与える超音波パルスの中心周波数（ｆｏ）は圧電振動子の厚みによってほぼ決定される。この超音波プローブ２０は小型、軽量に構成されており、ケーブルを介して送受信部４０の送信部２及び受信部３に接続されている。超音波プローブ２０にはセクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、診断部位に応じて任意に選択される。以下では頚動脈等の血管診断を目的とし、セクタ走査対応の超音波プローブ２０を用いた場合について述べるが、この方法に限定されるものではなく、リニア走査対応、あるいはコンベックス走査対応であってもよい。

次に、図２に示した送受信部４０は、超音波プローブ２０から送信超音波を放射するための駆動信号を生成する送信部２と、前記超音波プローブ２０からの受信超音波を受信する受信部３を備えている。

そして、送信部２は、レートパルス発生器４１と、送信遅延回路４２と、パルサ４３を備え、レートパルス発生器４１は、被検体内に放射する送信超音波の繰り返し周期（Ｔｒ）を決定するレートパルスを、基準信号発生部１から供給される連続波あるいは矩形波を分周することによって生成し、このレートパルスを送信遅延回路４２に供給する。

又、送信遅延回路４２は、送信に使用される圧電振動子と同数（Ｎチャンネル）の独立な遅延回路から構成されており、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波を収束するための遅延時間と所定の方向に送信超音波を放射するための遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサ４３に供給する。一方、パルサ４３は、送信に使用される圧電振動子と同数（Ｎチャンネル）の独立な駆動回路を有し、超音波プローブ２０に内蔵された圧電振動子を駆動するための駆動パルスを前記レートパルスに基づいて生成する。

そして、受信部３は、プリアンプ４４と、受信遅延回路４５と、加算器４６とを備えている。プリアンプ４４は、圧電振動子によって電気信号（受信信号）に変換された微小信号を増幅し十分なＳ／Ｎを確保する。又、受信遅延回路４５は、細い受信ビーム幅を得るため所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間と、所定方向からの受信超音波に対して強い受信指向性を設定するための遅延時間をプリアンプ４４の出力に与え、次いで、所定の遅延時間が与えられた受信遅延回路４５の出力は加算器４６に送られて加算合成される。

次に、データ生成部５０は、受信部３の加算器４６から出力された受信信号に対してＢモード画像データを生成するためのＢモードデータ生成部４と、前記受信信号に対して直交検波を行なってドプラ信号の検出を行なうドプラ信号検出部５と、検出されたドプラ信号に基づいてカラードプラ画像データの生成を行なうカラードプラデータ生成部６と、前記ドプラ信号の周波数スペクトラムを計測するスペクトラムデータ生成部７を備えている。

そして、Ｂモードデータ生成部４は、対数変換器５１と包絡線検波器５２とＡ／Ｄ変換器５３とを備えている。Ｂモードデータ生成部４の入力信号、即ち、受信部３の加算器４６から出力された受信信号は、対数変換器５１において、その振幅が対数変換されて弱い信号が相対的に強調される。次いで、包絡線検波器５２は、対数変換された上記受信信号に対して包絡線検波を行ない、超音波周波数成分を除去して振幅情報のみを検出する。又、Ａ／Ｄ変換器５３は、この包絡線検波器５２の出力信号をデジタル信号に変換し、Ｂモード画像データを生成する。

一方、図２のドプラ信号検出部５は、π／２移相器５４、ミキサ５５−１及び５５−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）５６−１及び５６−２を備えており、後述する動作により送受信部４０の受信部３から供給された受信信号に対して直交位相検波を行なってドプラ信号を検出する。

次に、カラードプラデータ生成部６は、２チャンネルから構成されるＡ／Ｄ変換器５７、ドプラ信号記憶回路５８、ＭＴＩフィルタ５９、自己相関演算器６０を備えている。そして、Ａ／Ｄ変換器５７は、ドプラス信号検出部５のＬＰＦ５６−１及び５６−２から出力されたドプラ信号、即ち、直交位相検波されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、ドプラ信号記憶部５８に保存する。次いで、高域通過用のデジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ５９は、ドプラ信号記憶部５８に一旦保存された前記ドプラ信号を読み出し、このドプラ信号に対して臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。又、自己相関演算器６０は、ＭＴＩフィルタ５９によって血流情報のみが抽出されたドプラ信号に対して自己相関値を算出し、更に、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値や分散値などを算出する。

一方、スペクトラムデータ生成部７は、ＳＨ（サンプルホールド回路）６１と、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）６２と、Ａ／Ｄ変換器６３と、ＦＦＴ（Fast-Fourier-Transform）分析器６４を備えている。そして、ドプラ信号検出部５において得られたドプラ信号に対してＦＦＴ分析を行なう。尚、前記ＳＨ６１、ＨＰＦ６２、及びＡ／Ｄ変換器６３は何れも２チャンネルで構成され、夫々のチャンネルにはドプラ信号検出部５から出力されるドプラ信号の複素成分、即ち実成分（Ｉ成分）と虚成分（Ｑ成分）が供給される。

次に、本発明のドプラスペクトラムデータの生成において重要な構成要素となるドプラ信号検出部５とスペクトラムデータ生成部７の基本動作につき、図３のタイムチャートを参照して更に詳しく説明する。

図３において、図３（ａ）は、基準信号発生器１から出力される基準信号、図３（ｂ）は、送受信部４０のレートパルス発生器４１から出力される周期Ｔｒのレートパルス、図３（ｃ）は、受信部３の加算器４６から得られる受信信号を示している。

又、図３（ｄ）は、ドプラ信号検出部５のＬＰＦ５６から出力される直交位相検波出力、図３（ｅ）は、スペクトラムデータ生成部７におけるＳＨ６１のサンプリング（レンジゲート）位置を決定するためにシステム制御部１７供給されるサンプリングパルス、図３（ｆ）は、ＳＨ６１によってサンプルホールドされたドプラ信号、そして、図３（ｇ）は、ＨＰＦ６２によって平滑化された前記レンジゲートにおけるドプラ信号を示している。

即ち、図２の受信部３から出力された受信信号（図３（ｃ））は、ドプラ信号検出部５のミキサ５５−１及び５５−２の第１の入力端子に入力される。一方、この受信信号の中心周波数とほぼ等しい繰り返し周波数ｆｏをもった基準信号発生部１の基準信号（図３（ａ））は、ミキサ５５−１の第２の入力端子に直接供給され、π／２移相器５４において９０度位相がシフトした基準信号はミキサ５５−２の第２の入力端子に送られる。そして、ミキサ５５−１及び５５−２による乗算出力は、ＬＰＦ５６−１及び５６−２に送られ、ドプラ信号検出部５の入力信号の周波数と基準信号発生部１から供給される基準信号の繰り返し周波数（ｆｏ）との和の成分（２ｆｏ近傍の成分）が除去され、差の成分（零周波数近傍の成分）のみがドプラ信号として抽出される（図３の（ｄ））。

次に、ＳＨ６１には、上記ＬＰＦ５６−１及び５６−２から出力されたドプラ信号と、システム制御部１７が基準信号発生部１の基準信号を分周して生成したサンプリングパルス（レンジゲートパルス）が供給され（図３の（ｅ））、このサンプリングパルスによって所望の距離からのドプラ信号がサンプルホールドされる（図３の（ｆ））。尚、このサンプリングパルスは、送信超音波が放射されるタイミングを決定するレートパルス（図３の（ｂ））から遅延時間Ts後に発生し、この遅延時間Tsは入力部１６において任意に設定可能である。

即ち、操作者は、サンプリングパルスの遅延時間Ｔｓを変更することによって超音波プローブ２０から所望の距離Ｌｇにおけるドプラ信号を抽出することが可能となる。尚、このとき、遅延時間Ｔｓと所望距離Ｌｇは、被検体の音速度をＣとすれば、２Ｌｇ／Ｃ＝Ｔｓの関係にある。

次に、ＳＨ６１から出力された所望距離Ｌｇのドプラ信号に重畳した階段状のノイズ成分は、ＨＰＦ６２によって除去され（図３の（ｇ））、更に、平滑化された上記ドプラ信号は、Ａ／Ｄ変換器６３によってデジタル信号に変換された後、ＦＦＴ分析器６４に供給されて周波数スペクトラムデータ（ドプラスペクトラムデータ）が生成される。

ＦＦＴ分析器６４は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、Ａ／Ｄ変換器６３から出力されるドプラ信号は記憶回路に一旦保存され、演算回路は、この記憶回路に保存された一連のドプラ信号の所定区間においてＦＦＴ分析を行なう。

図４は、ＦＦＴ分析器６４におけるＦＦＴ分析方法を示したものであり、図４（ａ）は、ＦＦＴ分析器６４に入力されるドプラ信号Ａｘ、図４（ｂ）は、このドプラ信号Ａｘの所定区間をＦＦＴ分析して得られたドプラスペクトラムデータＢｘ（ｘ＝１、２、・・・）を示す。そして、スペクトラムデータ生成部７のＡ／Ｄ変換器６３から出力された離散的なドプラ信号（図４（ａ））のうち、例えば、ｑ１乃至ｑｍのｍ個のドプラ信号成分に対してＦＦＴ分析が行なわれ、スペクトラム成分ｐ１乃至ｐｍに対する最初のドプラスペクトラムデータＢ１が生成される。次いで、時間ΔＴ後のｍ個のドプラ信号成分ｑ１＋ｊ乃至ｑｍ＋ｊがＦＦＴ分析されて新たなドプラスペクトラムデータＢ２が生成される。尚、図４（ａ）ではｊ＝３の場合について示している。

以下、同様にして、時間２ΔＴ後のｑ１＋２ｊ乃至ｑｍ＋２ｊ、時間３ΔＴ後のｑ１＋３ｊ乃至ｑｍ＋３ｊ・・・のｍ個のドプラ信号成分に対しても順次ＦＦＴ分析が行なわれてスペクトラム成分ｐ１乃至ｐｍに対するドプラスペクトラムデータＢ３、Ｂ４、・・・・が生成される。（図４（ｂ））。

次に、図１に戻って、血流評価部３０は、トレース波形生成部９と、ＰＳ／ＥＤ検出部１０と、パラメータ計測部１１を備えている。そしてトレース波形生成部９は、スペクトタムデータ生成部７においてΔＴ間隔で得られた複数のドプラスペクトラムデータ（Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３・・・）の各々に対して最大周波数ｆｐ（即ち最大流速Ｖｐ）や平均周波数ｆｃ（即ち平均流速Ｖｃ）を算出し、更に、最大周波数ｆｐに対応した最大血流速Ｖｐあるいは平均周波数ｆｃに対応した平均血流速Ｖｃの時間的変化を示すトレース波形を生成する。

図５は、上述の最大周波数ｆｐ及び平均周波数ｆｃの算出方法を示したものであり、最大周波数ｆｐは、予め設定された周波数スペクトル閾値Ｓ０とドプラスペクトラムデータＢｘとの交点に基づいて得られる。一方、平均周波数ｆｃは、例えば、下式（１）によって算出することができる。

但し、Ｓ（ｆｓ）はＦＦＴ分析器６４によって得られる周波数ｆｓにおけるスペクトラムパワーを示す。

尚、以下の説明では、説明を簡単にするためにドプラスペクトラムデータの最大周波数ｆｐに対応した最大血流速Ｖｐはドプラスペクトラムデータの最大流速Ｖｐ、同様にして、平均周波数ｆｃに対応した平均血流速Ｖｃはドプラスペクトラムデータの平均流速Ｖｃと呼ぶ。

次に、血流評価部３０のＰＳ／ＥＤ検出部１０は、トレース波形生成部９にて生成された最大流速Ｖｐ、あるいは平均流速Ｖｃのトレース波形に対して、心臓の収縮期を示すＰＳ（Peak of Systolic）と拡張期を示すＥＤ（End of Diastolic）の位置を設定する。尚、ＰＳ／ＥＤ検出部１０は、トレース波形におけるＰＳあるいはＥＤの設定が困難な場合には、別途設けられたＥＣＧユニット６０から供給される心電波形に基づいて同様な心拍区間の設定が行なわれる。

そして、パラメータ計測部１１は、ＰＳ／ＥＤ検出部１０において設定された、例えばＥＤ−ＥＤ区間の心拍区間において、前記最大流速Ｖｐあるいは平均流速Ｖｃのトレース波形に基づいて、血行動態の診断パラメータである心拍数（ＨＲ：Heat Rate）やＰＩ（Palusatility Index）,更には、ＲＩ（Resistance Index）などの計測を行なう。

図６は、ドプラスペクトラムデータとトレース波形との関係を示したものであり、左端部に時刻ｔ＝Ｔ０におけるドプラスペクトラムデータＢｘを、又、このドプラスペクトラムデータＢＸから計測された最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｃの時間的変化を示すトレース波形Ｃｐ及びＣｃを前記ドプラスペクトラムデータＢｘに対応付けて示している。そして、最大流速Ｖｐのトレース波形ＣｐにはＰＳＳ及びＥＤが設定されている。このＰＳやＥＤを自動設定する場合には、例えば、トレース波形Ｃｐを平滑化した後行なわれる変曲点検出のための1次微分演算、あるいは2次微分演算によって、１心拍中に１つのＰＳと複数のＥＤ候補点を検出し、更に、これらのＥＤ候補点の中から、前記ＰＳに対して所定範囲にあるＥＤ候補点を１つ選択してＥＤとして設定する。

このようにして得られたＥＤからＥＤ−ＥＤ間隔を心拍区間として設定し、このＥＤ−ＥＤ間隔において上述の診断パラメータの計測と表示を行なう。即ち、ＨＲについては、まず前記ＥＤ−ＥＤ間隔の時間を計測し、この計測結果から毎分の心拍数を算出することによって求めることができる。一方、ＰＩ、あるいはＲＩは通常、以下に示す式（２）に基づいて算出される。

但し、図６に示すように、ｈ１及びｈ２は、ＥＤ−ＥＤ区間におけるトレース波形Ｃｐの最大値（maximal systolic frequency）及び最小値（maximal end-diastolic frequency）であり、ｈ０は、前記区間におけるトレース波形の平均値（time averaged frequency）である。

次に、図１のデータ記憶部８は、データ生成部５０において生成されるBモード画像データやカラードプラ画像データ、更にはスペクトラムデータの保存を行なう。又、前記スペクトラムデータに基づいて血流評価部３０において生成されたトレース波形データやトレース波形上に設定されたＰＳあるいはＥＤの位置（時間）情報、更には、前記トレース波形データのＥＤ−ＥＤ周期において計測される診断パラメータＨＲ，ＰＩ，及びＲＩ等の計測値についても保存を行なう。

一方、表示部１５は、図示しない表示用データメモリと、変換回路と、モニタを備えており、Ｂモード画像データやカラードプラ画像データ、ドプラスペクトラムデータ、ＶｐあるいはＶｃのトレース波形データ、更には、診断パラメータＨＲ，ＰＩ，ＲＩなどの計測結果は、前記表示用データメモリで所定フォーマットに従って合成され、次いで、変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われた後ＣＲＴあるいは液晶などのモニタに表示される。

図７は、表示部１５のモニタにおける表示方法の具体例を示す。このモニタ上には、例えば、Ｂモード画像データとカラードプラ画像データが合成されて表示される画像データ表示領域２００と、ドプラスペクトラムデータにトレース波形データが重畳して表示されるトレース波形表示領域３００と、ＰＩやＲＩなどの診断パラメータの計測値が一覧表として表示される計測値表示領域４００が設けられている。

そして、画像データ表示領域２００に表示されるＢモード画像及びカラードプラ画像において、ドプラ信号の検出方向を示すドプラマーカ２０１と、このドプラマーカ２０１と血管画像２０２の交叉領域に設定されるドプラ信号検出用のレンジゲート位置２０３が表示される。

一方、トレース波形表示領域３００の、最大流速Ｖｐのトレース波形Ｃｐには、例えば、ＰＳマーカ（×）及びＥＤマーカ（＋）が重畳して表示される。そして、上述のトレース波形Ｃｐや平均流速Ｖｃのトレース波形Ｃｃはリアルタイム表示と静止表示（以下、フリーズ表示と呼ぶ）を行なうことが可能である。又、フリーズ表示では、診断パラメータが最終計測された区間（ＥＤ−ＥＤ区間）におけるトレース波形のハイライト表示、あるいはスクロールバック表示が自動的に行なわれる。このような表示方法によれば、計測値表示領域４００に表示されている診断パラメータの最終計測値と、最終計測が行なわれたトレース波形上の区間とを対応付けることができる。

又、トレース波形表示領域３００においてフリーズ表示されるドプラスペクトラムデータやトレース波形データは、入力部１６に備えられたトラックボールなどの入力デバイスにより、時間方向に任意にスクロールすることが可能である。尚、上述のハイライト表示あるいはスクロールバック表示は本実施例の特徴であり、これらの詳細は後述の診断パラメータ計測手順の説明において行なう。

次に、入力部１６は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン等の入力デバイスを備え、患者情報、画像表示モード、超音波データ収集条件、表示条件等の設定や種々のコマンド信号の入力を行なう。特に、ドプラ信号の収集におけるレンジゲート位置の設定、トレース波形の表示におけるリアルタイム表示とフリーズ表示の選択、フリーズ表示におけるハイライト表示とスクロールバック表示の選択、トレース波形のマニュアルスクロールなどは上記入力デバイスを用いた操作者によって行なわれる。

そして、システム制御部１７は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部１６から予め入力される患者情報、画像表示モード、超音波データ収集条件、表示条件、レンジゲート位置などの設定値や表示方法に関する選択情報は前記記憶回路に保存される。一方、ＣＰＵは、入力部１６から入力されたこれらの情報に基づいて、超音波ドプラ診断装置１００の上記各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行なう。

又、ＥＣＧユニット６０は、被検体の心電波形を収集するために備えられ、このＥＣＧユニット６０で得られた心電波形は血流評価部３０のＰＳ／ＥＤ検出器１０に供給される。そして、ＰＳ／ＥＤ検出部１０によるトレース波形のＰＳあるいはＥＤの設定が困難な場合には、ＥＣＧユニット６０から得られる心電波形に基づいて心拍区間の設定が行なわれる。

（診断パラメータの計測手順）
次に、図１乃至図１０を用いて本実施例における診断パラメータの計測手順について説明する。尚、図８は、本実施例における診断パラメータの計測手順を示すフローチャートである。

超音波データの収集に先立って、操作者は、入力部１６にて患者情報、画像表示モード、超音波データ収集条件、表示条件、そして最大流速Ｖｐを求めるためのスペクトラム閾値Ｓ０などを設定し、これらの設定情報は、システム制御部１７の図示しない記憶回路に送られ保存される。本実施例においては、画像表示モードとしてＢモード画像データ及びカラードプラ画像データ及びドプラスペクトラムデータの表示を選択し、更に、図２に示すように、ドプラ信号を収集するための超音波送受信方向（θＤ）とレンジゲート位置（Ｌｇ）の初期設定を行なう（図８のステップＳ１）。

これらの初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ２０の先端（超音波送受信面）を被検体体表面の所定の位置に固定し、最初の超音波送受波方向（θ１方向）に対してＢモードデータ及びカラードプラデータを得るための超音波送受波を行なう。即ち、図２のレートパルス発生器４１は、基準信号発生部１から供給される基準信号を分周することによって、被検体内に放射される超音波パルスの繰り返し周期Ｔｒを決定するレートパルスを生成し、このレートパルスを送信遅延回路４２に供給する。

次いで、送信遅延回路４２は、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、第１の走査方向（θ１）に超音波を送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサ４３に供給する。そして、パルサ４３は、レートパルスの駆動によって生成される駆動信号を、ケーブルを介して超音波プローブ２０におけるＮ個の圧電振動子に供給し、被検体の前記第１の走査方向に対して超音波パルスを放射する。

被検体に放射された超音波パルスの一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ２０の圧電振動子によって受信されて電気信号（受信信号）に変換され、この受信信号は、受信部３におけるＮチャンネルの独立なプリアンプ４４にて増幅されてＮチャンネルの受信遅延回路４５に送られる。

受信遅延回路４５は、所定の深さからの超音波を収束するための集束用遅延時間と、前記第1の走査方向に強い受信指向性をもたせて受信するための偏向用遅延時間を前記受信信号に与えた後、加算器４６に送る。そして、加算器４６は、受信遅延回路４５から出力されるＮチャンネルの受信信号を加算合成し、１つの受信信号に纏めた後、Ｂモードデータ生成部４に供給する。

Ｂモードデータ生成部４に供給された加算器４６の出力信号は、対数変換、包絡線検波、Ａ／Ｄ変換がなされた後、図１のデータ記憶部８におけるＢモード画像データ記憶領域に保存される。

一方、カラードプラ画像データの生成においては、受信信号のドプラ偏移を求めるために上述と同様な手順によって、前記第1の走査方向に連続して複数回（Ｌ回）の超音波送受信を行ない、このとき得られた受信信号に対して周波数解析を行なう。

即ち、送受信部４０によって第1の走査方向に対してカラードプラ用の最初の超音波送受信を行なって得られた受信信号は、前記加算器４６からドプラ信号検出部５に供給され、ミキサ５５−１、５５−２及びＬＰＦ５６−１、５６−２によって直交位相検波されて２チャンネルの複素信号に変換される。そして、この複素信号の実成分、及び虚成分の各々は、カラードプラデータ生成部６のＡ／Ｄ変換器５７にてデジタル信号に変換された後、ドプラ信号記憶部５８に保存される。前記第1の走査方向に対する2回目乃至Ｌ回目の超音波送受波によって得られた受信信号についても同様な処理を行なって複素信号を収集し、ドプラ信号記憶回路２２５に保存する。

第１の走査方向に対するＬ回の超音波送受信によって得られた複素信号のドプラ信号記憶部５８への保存が終了したならば、システム制御部１７は、ドプラ信号記憶部５８に保存されている複素信号の中から所定位置（深さ）に対応した複素信号成分を順次読み出し、ＭＴＩフィルタ５９に供給する。そして、ＭＴＩフィルタ５９は、供給された複素信号成分に対してフィルタ処理を行ない、例えば心筋などの組織の運動によって生ずる組織ドプラ成分（クラッタ成分）を排除し、血流の流れに起因する血流ドプラ成分のみを抽出する。

血流ドプラ成分が抽出された前記複素信号の供給を受けた自己相関演算器６０は、この複素信号を用いて自己相関処理を行ない、更に、自己相関処理結果に基づいて血流の平均速度値や分散値、あるいはパワー値などを算出する。このような演算を、超音波送受波方向の他の位置（深さ）に対しても行ない、算出された第１の走査方向における、血流の平均速度値、分散値あるいはパワー値などを図１のデータ記憶部８におけるカラードプラ画像データ記憶領域に保存する。

次いで、システム制御部１７は、第２の走査方向（θ２）乃至第Ｍの走査方向（θＭ）に対しても同様な超音波送受波を行なう。そして、このとき得られたＢモード画像データ及びカラードプラ画像データは、データ記憶部８におけるＢモード画像データ領域、及びカラードプラ画像データ領域に保存される。

一方、上述の第１の走査方向乃至第Ｍの走査方向に対するＢモード用あるいはカラードプラ用の超音波送受波と交互して、ドプラスペクトラムデータを収集するための超音波送受波が初期設定された方向（θＤ）に対して、例えば周期２Ｔｒで順次行なわれる。この場合も、カラードプラ用の超音波送受波と同様の手順によってθＤ方向に対して超音波送受信を行ない、加算器４６の出力信号（受信信号）をドプラ信号検出部５に供給する。

そして、ドプラ信号検出部５は、既に図３において述べたように、前記受信信号に対して直交位相検波を行なって得られる複素信号をスペクトラムデータ生成部７のＳＨ６１に供給する（図８のステップＳ２）。一方、ＳＨ６１には、初期設定されたレンジゲート位置Ｌｇに対応したサンプリングパルスがシステム制御部１７より供給され、このサンプリングパルスに基づいて上記複素信号がサンプルホールドされる。そして、走査方向θＤに対して周期Ｔｒで複数回行なわれる超音波送受波によって得られたＳＨ６１の出力は、ＨＰＦ６２において平滑化された後、Ａ／Ｄ変換器６３においてデジタル信号に変換され、ＦＦＴ分析器６４の図示しない記憶回路に保存される。

そして、ＦＦＴ分析器６４の図示しない演算回路は、図４において述べたように、連続して収集されるドプラ信号に対して所定時間（ΔＴ）づつシフトした区間を複数設定し、これらの区間におけるドプラ信号に対してＦＦＴ分析を行なってドプラスペクトラムデータを生成する（図８のステップＳ３）。

即ち、ＦＦＴ分析器６４の演算回路は、図４（ａ）に示すように、レートパルス周期Ｔｒの２倍の周期で得られた離散的なドプラ信号に対して、例えばｑ１乃至ｑｍのｍ個の信号成分を読み出してＦＦＴ分析を行ない、スペクトラム成分ｐ１乃至ｐｍから構成されるドプラスペクトラムデータＢ１を算出する。そして、算出されたドプラスペクトラムデータＢ１は、データ記憶部８に供給されて保存されると共に、血流評価部３０のトレース波形生成部９に供給され、図５に示した方法によって最大周波数ｆｐ（最大流速Ｖｐ）と平均周波数ｆｃ（平均流速Ｖｃ）が算出される。そして、前記最大流速Ｖｐと平均流速Ｖｃはデータ記憶部８に保存される（図８のステップＳ４）。

以下、同様にして、図４に示した時間ΔＴ後、時間２ΔＴ後、時間３ΔＴ後・・・のｍ個のドプラ信号成分に対して、スペクトラムデータ生成部７のＦＦＴ分析器６４はドプラスペクトラムデータＢ２，Ｂ３，Ｂ４・・・の算出を行ない、血流評価部３０のトレース波形生成部９は、これらのドプラスペクトラムデータに対して最大流速Ｖｐと平均流速Ｖｃを算出する。そして、算出されたドプラスペクトラムデータＢ２，Ｂ３，Ｂ４・・と、その最大流速Ｖｐあるいは平均流速Ｖｃはデータ記憶部８に保存される。

従って、データ記憶部８のドプラスペクトラムデータ記憶領域では、ドプラスペクトラムデータの時間的変化を２次元データとして示したドプラスペクトラム画像データと、前記ドプラスペクトラムデータに対して算出された最大流速Ｖｐあるいは平均流速Ｖｃの時間的変化を示すトレース波形データＣｐ及びＣｃが逐次保存される（図８のステップＳ５）。

次いで、血流評価部３０のＰＳ／ＥＤ検出部１０は、データ記憶部８から、例えば、トレース波形データＣｐを読み出し、このトレース波形データＣｐに対してＰＳ及びＥＤを設定する。そして、設定されたＰＳ及びＥＤの位置情報をデータ記憶部８に保存すると共に、トレース波形データＣｐと共にパラメータ計測部１１に供給する（図８のステップＳ６）。

一方、パラメータ計測部１１は、トレース波形Ｃｐにおいて次々に設定されるＥＤの間隔（ＥＤ−ＥＤ間隔）の長さからＨＲを、又、ＥＤ−ＥＤ間隔におけるトレース波形において得られる最大値ｈ１、最小値ｈ２、及び平均値ｈ０を式（２）に代入することによって、ＰＩ及びＲＩを逐次計測し、これらの計測結果をデータ記憶部８に保存する（図８のステップＳ７）。

従って、データ記憶部８には、リアルタイムで生成されるＢモード画像データ、カラードプラ画像データ、及びドプラスペクトラム画像データの他に、前記ドプラスペクトラム画像データに対応したトレース波形データやＰＳ／ＥＤの位置情報、更には診断パラメータの計測結果が所定期間分保存される。

以上述べた手順によって、データ記憶部８に保存された上述の各データは、合成されて表示部１５に表示される。即ち、データ記憶部８のＢモード画像データ記憶領域に保存されているＢモード画像データと、カラードプラ画像データ記憶領域に保存されているカラードプラ画像データは合成され、図７に示したモニタの画像表示領域２００に表示される。又、ドプラスペクトラム画像データにはトレース波形データとＰＳ／ＥＤの位置を示すマーカが重畳されてトレース波形表示領域３００に表される。更に、診断パラメータのＨＲやＰＩ、更にはＲＩ等の最新計測値は計測値表示領域４００に表示される。

即ち、システム制御部１７は、所定の時間間隔でデータ記憶部８の各データを読み出して表示部１５の表示用データメモリに供給し、予め定められた表示フォーマットに従って合成する。そして、これらのデータを変換回路に供給し、Ｄ／Ａ変換やＴＶフォーマット変換などを行なってモニタに表示する（図８のステップＳ６）。

次に、データ記憶部８に一旦保存されたトレース波形の表示部１５におけるフリーズ表示方法につき図９及び図１０を用いて説明する。但し、これらの図では説明を簡単にするために最大流速Ｖｐのトレース波形Ｃｐのみについて示しているが、実際の場合には、図７のトレース波形表示領域３００に示すように、ドプラスペクトラム画像Ｄｓにトレース波形Ｃｐあるいはトレース波形Ｃｃを重畳表示することが好適である。

図９（ａ）は、ムービングバーＭＢを用いたトレース波形のリアルタイム表示方法であり、例えば、左端から右端に向かって所定の速度で移動するムービングバーＭＢの位置において古いトレース波形データは新しいトレース波形データに更新される。例えば、ムービングバーＭＢの移動に伴って、リアルタイム計測された最大流速Ｖｐのトレース波形ＣｐとＰＳマーカ及びＥＤマーカがＰＳ１，ＥＤ１、ＰＳ２，ＥＤ２，ＰＳ３の順に表示される。そして、ＰＳ３の時点で右端部に到達したムービングバーＭＢは左端部に戻り、引き続いて右端部に向かって移動しながら既に表示されているトレース波形とＰＳマーカ及びＥＤマーカを、ＰＳ３以降に新たに計測されるトレース波形とＰＳマーカ及びＥＤマーカに更新する。

一方、血流評価部３０のパラメータ計測部１１は、トレース波形Ｃｐにおいて最新ＥＤであるＥＤ２が表示された時点で、このＥＤ２とＥＤ１の区間で決定される１心拍区間においてＨＲ，ＰＩ、あるいはＲＩ等の診断パラメータを計測する。そして、データ記憶部８に既に保存されている古い計測値、即ち、ＥＤ１と図示しないＥＤ０との区間で計測された診断パラメータの値を上記の新しい計測値に更新し、更新されたＨＲ，ＰＩ、あるいはＲＩ等は、図７に示した診断パラメータの計測値表示領域４００において新たに表示される。

このようにして、パラメータ計測部１１は、ムービングバーＭＢの移動に伴って新しいＥＤが得られたならば、このＥＤから１心拍区間溯ったＥＤ−ＥＤ区間において診断パラメータの最新計測を行ない、診断パラメータの計測値表示領域４００において既に表示されている旧計測値を前記最新計測値に更新する。

次に、図９（ｂ）は、上述のリアルタイム表示されるトレース波形を静止（フリーズ）させて観測する場合の第１の表示方法を示しており、この表示方法は、診断パラメータの計測値表示領域４００において表示される診断パラメータの最新計測値が計測されたＥＤ−ＥＤ区間のトレース波形を高輝度表示（ハイライト表示）することを特徴としている。

トレース波形のフリーズ表示に際して、操作者は、リアルタイム表示されるトレース波形の観察中に、所望のタイミングでフリーズ表示コマンドを入力部１６より入力し（図８のステップＳ８）、更に、ハイライト表示コマンドを同じ入力部１６より入力する（図８のステップＳ９）。これらのコマンド信号を受信したシステム制御部１７は、表示部１５の表示用データメモリに対して制御信号を供給し、ＭＢの位置を基準として表示部１５のモニタに同時表示可能な心拍区間数のトレース波形データ（例えば、図９（ｂ）におけるＰＳ１からＭＢまでのトレース波形）をデータ記憶部８から読み出し、表示部１５の表示用データメモリのトレース波形データ記憶領域に保存する。

次いで、得られた前記トレース波形データにおいて最新ＥＤであるＥＤ２から１心拍区間溯ったＥＤ１−ＥＤ２区間（即ち、診断パラメータの最新計測が行なわれた区間）のトレース波形データにおける輝度信号の大きさを変更する。

上述の手順によって生成されたトレース波形データを表示部１５の変換回路を介してモニタに表示することによって、図８（ｂ）に示すように、診断パラメータの最新計測が行なわれたＥＤ−ＥＤ区間のトレース波形がハイライト表示される（図８のステップＳ１０）。

次に、図１０（ａ）は、図９（ａ）と同様にムービングバーＭＢを用いたトレース波形のリアルタイム表示方法であるため、その説明を省略する。一方、図１０（ｂ）は、このリアルタイム表示されたトレース波形を静止（フリーズ）させて観測する場合の第２の表示方法を示しており、この表示方法は、最新の診断パラメータが計測されたＥＤ−ＥＤ区間が、トレース波形表示領域３００の右端部に位置するような表示（スクロールバック表示）が自動的に行なわれることを特徴としている。

この場合、操作者は、リアルタイム表示されるトレース波形の観察中に、所望のタイミングでフリーズ表示コマンドを入力部１６より入力し（図８のステップＳ７）、更に、スクロールバック表示コマンドを同じ入力部１６より入力する（図８のステップＳ８）。これらのコマンド信号を受信したシステム制御部１７は、表示部１５の表示用データメモリに対して制御信号を供給して、最新のＥＤが設定された位置を基準として表示部１５のモニタに同時表示可能な複数心拍区間数のトレース波形データをデータ記憶部８から読み出し、表示部１５の表示用データメモリのトレース波形データ記憶領域に保存する。

上述の手順によって生成されたトレース波形データを表示部１５の変換回路を介してモニタに表示することによって、図１０（ｂ）に示すように、診断パラメータの最新計測が行なわれたＥＤ−ＥＤ区間が常にトレース波形表示領域３００の右端部になるようなトレース波形が表示される（図８のステップＳ１０）。

以上述べたように、本実施例によれば、トレース波形を静止して詳細な観察を行なう場合、診断パラメータが最新計測された区間がハイライト表示あるいはスクロールバック表示により容易に認識できるため、診断パラメータの計測における信頼性を当該トレース波形から容易に把握することができ、診断効率を向上させることが可能となる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものでは無く、変形して実施することが可能である。例えば、本実施例では、診断パラメータとしてＨＲ、ＰＩ、及びＲＩを例に説明したが、他の診断パラメータであってもよい。又、これらの診断パラメータの計測においてドプラスペクトラムの最大流速Ｖｐのトレース波形Ｃｐを主に用いたが、平均流速Ｖｃのトレース波形Ｃｃ、あるいは他のトレース波形であってもよい。

一方、トレース波形に表示されるＰＳ及びＥＤは、上述のマーカに限定されるものではなく、例えば、文字や記号を用いて識別することも可能である。更に、トレース波形表示領域３００では、ドプラスペクトラム画像上にトレース波形データが重畳される場合について述べたが、トレース波形データのみの表示やトレース波形データとドプラスペクトラム画像データを分離して表示する方法であってもよい。

更に、上述の実施例における心拍区間の設定はＥＤ−ＥＤ間隔で行なったが、例えばＰＳ−ＰＳ間隔など他の設定方法であってもよい。

又、図１に示したように、心電計や脳波計などの生体信号計測装置などを別途備え、ＰＳ／ＥＤ検出器１０における心拍区間の計測が困難な場合には、前記生体信号計測装置などが供給する生体信号から心拍区間の区間を設定し、このとき設定された区間に基づいて診断パラメータの計測や、トレース波形のハイライト表示あるいはスクロールバック表示を行なってもよい。

更に、上述のハイライト表示やスクロールバック表示は、トレース波形データのフリーズ表示に限定されるものではなく、リアルタイム表示において行なってもよい。

本発明の実施例における超音波ドプラ診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における送受信部及びデータ処理部の構成を示すブロック図。 同実施例におけるドプラ信号検出部と、スペクトラムデータ生成部の基本動作を示すタイムチャート。 同実施例のＦＦＴ分析方法を示す図。 同実施例におけるドプラスペクトラムの最大周波数成分及び平均周波数成分の算出方法を示す図。 同実施例におけるドプラスペクトラムデータとトレース波形の関係を示す図。 同実施例の表示部における表示方法の具体例を示す図。 同実施例における診断パラメータの計測手順を示すフローチャート。

トレース波形のリアルタイム表示法と第１のフリーズ表示法を示す図。
同実施例におけるトレース波形のリアルタイム表示法と第１のフリーズ表示法を示す図。 同実施例におけるトレース波形のリアルタイム表示法と第２のフリーズ表示法を示す図。

符号の説明

１…基準信号発生部
２…送信部
３…受信部
４…Ｂモードデータ生成部
５…ドプラ信号検出部
６…カラードプラデータ生成部
７…スペクトラムデータ生成部
８…データ記憶部
９…トレース波形生成部
１０…ＰＳ／ＥＤ検出部
１１…パラメータ計測部
１５…表示部
１６…入力部
２０…超音波プローブ
３０…血流評価部
４０…送受信部
５０…データ生成部
６０…ＥＣＧユニット
１００…超音波ドプラ診断装置

Claims (5)

1. 被検体に対し超音波送受波を行なって得られた受信信号に対してドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、
   前記ドプラ信号に基づいて時系列的な複数のドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成手段と、
   前記ドプラスペクトラムデータの各々において所望の特徴量を検出し、この特徴量の時間的変化をトレース波形データとして生成するトレース波形生成手段と、
   前記トレース波形データに対して複数の心拍区間を検出するＰＳ／ＥＤ検出手段と、
   前記複数の心拍区間の中の所定心拍区間におけるトレース波形データに基づいて診断パラメータを計測するパラメータ計測手段と、
   計測された前記診断パラメータの計測値及び前記トレース波形データの少なくとも何れかを表示する表示手段を備え、
   前記表示手段は、前記診断パラメータが計測された前記所定心拍区間におけるトレース波形データをスクロールバック表示することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. 前記トレース波形データのフリーズ表示を選択するフリーズ表示選択手段を備え、前記表示手段は、前記フリーズ表示選択手段の選択情報に基づいてフリーズ表示された前記トレース波形データにおいて、前記診断パラメータが計測された前記所定心拍区間におけるトレース波形データをスクロールバック表示することを特徴とする請求項１記載の超音波ドプラ診断装置。
3. ＥＣＧ計測手段を備え、前記ＥＣＧ計測手段は、前記ＰＳ／ＥＤ検出手段による前記心拍区間の検出が困難な場合、前記被検体から収集された心電波形に基づいて前記心拍区間を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記表示手段は、前記ＰＳ／ＥＤ検出手段あるいは前記ＥＣＧ計測手段によって検出された前記トレース波形データの最新心拍区間において計測された診断パラメータの計測値を表示することを特徴とする請求項３記載の超音波ドプラ診断装置。
5. 前記表示手段は、前記所定心拍区間におけるトレース波形データと前記診断パラメータの計測値を同一画面上に表示することを特徴とする請求項１記載の超音波ドプラ診断装置。

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