JP4590609B2

JP4590609B2 - 超音波検査装置

Info

Publication number: JP4590609B2
Application number: JP2004063700A
Authority: JP
Inventors: 裕長井; 勝洋佐々木
Original assignee: 東京マイクロデバイス株式会社
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP2005245911A

Description

本発明は超音波連続波または超音波断続波（パルス波）によるドプラ効果を利用し、生体内の血流ドプラ情報を三次元的にとらえ、その情報をリアルタイムに透過的二次元表示し、血流速度エネルギ総和の時系列変化波形を表示し、血流速度エネルギ総和の時系列変化波形の一心拍分を積分することにより、心臓からの駆出血流をモニタする装置に関する。

従来の心臓などの臓器における超音波診断の評価では、Ｂモード画像における定性的な評価やＭモード画像による波形を解析して心機能を計測している。ここで、心機能の評価例として具体的な定量値は、左心室のＥＤＶ（End Diastolic Volume；拡張末期容積、ＥＳＶ（Ｅnd Ｓystolic Ｖolume ；収縮末期容積）、ＥＦ（Ｅjection Ｆraction ；駆出率）、ＦＳ（Ｆractional Ｓhortenig；左室径短縮率）などがある。しかし、これらを計測するには超音波断層を的確に描出するための技量が必要であった。これらの問題を解決するための工夫も提案されているが、それらにはまた別の問題点が存在する。

心腔内境界の認識率を向上するために、特許文献１により、従来のＢモードによる輝度境界検出または、パワードプラ法による境界検出が提案されている。しかしながら、この方法において前述の輝度境界検出では閾値（シキイチ、境目の値の意）における輝度の設定に関しデータごとに設定しなければならないという問題があった。また、その問題点の対策として、特許文献１により前述のパワードプラ法が提案されたが、この手法においても、境界認識の精度は向上するものの、データＱを取得する間隔であるフレームレートの低下、すなわち時間分解能が低下するため、収縮期間が０．２秒程度である心臓診断では大きな問題となるのと同時に、臓器自体は立方体（三次元）のため断面（二次元）での診断では精度が問題となる。また、装置自体はＭＴＩ（Ｍoving Ｔarget Ｉndicator）解析のために大型化、高価格化が否めない。
特開平9-051894

また、生体内の三次元情報取得方法については、生体内に三次元的に超音波ビームを走波および受波する方法が特許文献２により提案されている。しかしながら、この方法は超音波ビームごとに送受波するため、超音波のデータが時系列的に並ぶことになる。つまり、一つのデータを取得するためには数多くの超音波ビームを送受波するため、最初の１本目の超音波ビームと最後の１本には時間差（タイムラグ）が生じるという問題がある。これは、時間変化の大きい心臓などの臓器の定量的な診断では精度として問題となる。また、装置自体は三次元とするため、従来の二次元断層用装置における回路数の二乗倍の規模となることは否めない。
特開2000-210289

現在循環器系、特に心機能を診断、評価するにあたり非侵襲的な診断方法として超音波診断装置におけるＢモード、ＣＦＭと呼ばれるカラードプラ、Ｍモード、パルスドプラ等の診断方法が使用されている。この超音波診断装置による診断において、例えば心機能の評価においては、まず、Ｂモードによる断層像を得、関心領域を探索、決定しその後Ｍモードにより運動機能を診断し、ドプラにより血流動態を診断し総合的に評価している。本発明の超音波診断装置は超音波パルスを送波し、受波信号から二次元Ｍモ−ド断層像を作像もしくは、受波信号のドプラ情報から血流動態の二次元カラー断層像を作像する。また、Ｍモード、パルスドプラにおいては、それぞれ前記Ｂモードの二次元断層像および、カラードプラの二次元断層像をガイドとして一次元の情報を得ている。

しかしながら、上述した手法による診断法は精度が高い反面、走査には熟練を要し、かつ熟練者においても、診断結果を得るまでに時間を要するので、集団検診などにおける健康管理等の簡易検査に向いていないという問題があった。さらに、装置が大型化、高価格化することも否めなかった。一方、心臓からの駆出血流量を非侵襲的にモニタする装置は無かった。本発明は、上記の通り従来の課題に鑑みなされたものであり、関心領域全体、例えば心機能における左室血流全体を三次元的にとらえ、血流動態を透過的二次元表示でおこない、血流速度エネルギを受信信号の解析結果の総和として得ることにより、心機能を波形で表示し検査する機能と、心臓の駆出血流量をモニタする機能を有する装置を小型、廉価に提供せんとするものである。

ここにおいて本発明者は二次元に配列された複数の振動子を備え、送波振動子により連続波もしくは周期的な間隔で断続波を生体内に送波し、受波振動子により生体内からの反射波を受波する機能を有するプローブと、プローブにおける受波振動子個々に対応して設けけられているドプラ解析回路と、ドプラ解析回路個々に対応して設けられているＡＤコンバータと、ＡＤコンバータから得た前記受波振動子のドプラ情報をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析するデジタル回路とを有し、ＦＦＴ解析情報を二次元表示し、ＦＦＴ解析情報の全てから血流速度エネルギ総和の時系列変化を表示し、血流速度エネルギ総和の時系列変化波形の一心拍分を積分することにより心臓からの駆出血流をモニタ表示することを特徴とする超音波連続波または、超音波断続波（パルス波）ドプラ法による超音波検査装置を見出すに至った。

本発明による超音波検査装置により、従来のように技術を要し、時間を要した検査方法に比し、簡易に心機能を検査することが可能になる。さらに、従来患者に苦痛を与えることの多かった、心拍出量のモニタリングが苦痛を与えることなくモニタリングすることが可能になる。

上記構成の超音波検査装置により、生体内の三次元領域における血流速度の情報が二次元配列された複数の振動子による送受波器により超音波ドプラ信号として取り出される。この超音波ドプラ信号を同時にＦＦＴ解析することにより血流速度として前記振動子のそれぞれの血流情報として表示器に二次元表示される。ここで信号処理は２０分の１秒よりも速く演算処理がなされるため、前記二次元表示はリアルタイムに表示される。さらに、前記複数振動子の血流速度エネルギ総和を時系列表示することにより、例えば、心臓左室の流入血流状態から左室機能を検査するに値する波形が得られる。これは、超音波ビーム上の流速エネルギ情報を実時間で得られるため、超音波ビーム全体の総和をとることにより、心腔内全体の血流の流速エネルギが簡易なシステムで高速に算出される。また、この波形の一心拍分の積分値から一心拍の駆出血流量（ＳＶ）と一分間の心拍出量（ＣＯ）の変化分をモニタリングすることが可能である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。第１図には本発明による超音波検査装置の好適な実施例を示している。図において、プローブは二次元アレー型超音波振動子を備えており、連続波ドプラを使用する場合ならびに断続波ドプラを使用する場合に、それぞれ内部に複数の送波振動子と受波振動子とを有している。

送信回路から送信信号がプローブの送波振動子に送られ、生体内に超音波が送信される。生体内の血流に反射しドプラ変位を受けた反射波はプローブの受波振動子で受信され、受信回路に送られる。

その後、ドプラ回路で変位周波数のみを検出し、ＡＤ回路でアナログ信号がデジタル信号に変換される。さらに、ＦＦＴ回路にてフーリエ演算により周波数解析をおこない、周波数情報から血流の速度情報を、信号強度から血流パワーを算出し、表示器のある表示回路に転送する。

表示回路はＦＦＴ解析情報を色彩により、例えば、速度が速い順に赤、黄、緑のようにわかりやすく二次元表示する。また、ＦＦＴ解析情報の全てから血流速度エネルギ総和の時系列変化を波形として表示し、表示した波形から左室拡張機能計測を自動的におこなうことができる。このときの血流速度エネルギ総和はそれぞれ空間方向に積分している。

このように、連続して表示する方法と、心電図（ＥＣＧ）のＲ波により同期をとり、一心拍における波形をそのままの波形で表示するか、心拍平均をとることにより時間的なばらつきを排除した波形を表示する。この表示は、基本的には２峰性の波形であり、時間的に先に生じるのはＥ波と呼ばれ、左室の拡張により左室内に流入する血流と相関が取れるものである。一方、時間的に後に生じるのはＡ波とよばれ、左房の収縮により左室内に流入する血流と相関が取れるものである。

これらの波形から、Ｅ波とＡ波の波高値の比、Ｅ波とＡ波の面積の比、心電のＲ波からＡ波のピークまでの時間、心電のＲ波からＥ波のピークまでの時間、Ａ波のピークとＥ波のピークまでの時間などが自動計測される。

本発明による超音波検査装置により、従来よりもはるかに簡易に心機能を検査することが可能となり、さらに、従来のごとく患者に苦痛を与えることなくモニタリングすることが可能になるので、かかる超音波検査装置を用いた検査方法が急速に普及することが充分予測され、機器の生産が産業界に及ぼす影響が大きいと思われる。

本発明による超音波検査装置の好適な実施例のフローを示すブロック図心臓の状態をモニタする表示画面例

Claims

二次元に配列された複数の振動子を備え、送波振動子により連続波もしくは周期的な間隔で断続波を生体内に送波し、受波振動子により生体内からの反射波を受波する機能を有するプローブと、プローブにおける受波振動子個々に対応して設けけられているドプラ解析回路と、ドプラ解析回路個々に対応して設けられているＡＤコンバータと、ＡＤコンバータから得た前記受波振動子のドプラ情報をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析するデジタル回路とを有し、
生体内の血流に反射しドプラ変位を受けた反射波をプローブの受波振動子で受信した後、
ドプラ回路で変位周波数のみを検出して得た周波数情報を、ＡＤコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換し、
デジタル回路にてフーリエ演算により周波数解析をおこなって、周波数情報から血流の速度情報を、信号強度から血流パワーを算出し、得られたＦＦＴ解析情報を表示器のある表示回路に転送するものであって、
表示回路では、転送されたＦＦＴ解析情報を、モニタ中の血流マッピングエリア内に、速度が速い順に色彩を変えてカラー表示で二次元表示し、
これと同時に、ＦＦＴ解析情報の算出した血流の速度情報、血流パワーに基づく血流速度エネルギ総和の時系列変化波形を、前記二次元表示したモニタ中の時系列変化波形表示エリア内に表示すると共に、
これと同時に、血流速度エネルギ総和の時系列変化波形の一心拍分を空間方向に積分することによる心臓からの駆出血流を、前記二次元表示したモニタ中の駆出血流モニタエリア内にモニタ表示することで、
連続して表示する方法と、心電図のＲ波により同期をとり、一心拍における波形をそのままの波形で表示するか、心拍平均をとることにより時間的なばらつきを排除した２峰性の波形を表示することを特徴とする超音波連続波または、超音波断続波ドプラ法による超音波検査装置。