JP4851141B2

JP4851141B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4851141B2
Application number: JP2005234355A
Authority: JP
Inventors: 孝岡田; 烈光原田
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: JP2007044408A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、血流などの流体を観測する技術に関する。

血流などの流体の特性を評価するために、速度プロファイルなどの特性データを生成する超音波診断装置が知られている。速度プロファイルは、ある線分上における血流などの速度分布を示す特性データである。

従来、速度プロファイルを得るための線分は、ユーザがトラックボールやマウスなどを操作して線分の始点と終点を設定することなどによって決定されていた。このため、特に複数の線分を設定する場合などにおいては、設定のための繰り返し操作をユーザに強いることや、設定に時間がかかるなどの問題があった。さらに、血流などの流体の流れの方向に対して垂直に線分を設定する観測条件においては、ユーザの手動操作のみに頼る手法では正確な垂線を設定することが困難であり、観測条件を正確に反映させた適切なデータを取得することが難しかった。

このため、容易な操作で且つ適切に、速度プロファイルなどの特性データを生成することができる装置が望まれていた。

ちなみに、特許文献１は、後に本発明の好適な実施形態を説明する際に参照される文献であり、速度ベクトルに関する技術を開示している。速度プロファイルを生成する際には、例えば、特許文献１に記載された速度ベクトルを利用することが好適である。

特開２００５−１１０９３９号公報

本発明は上述した背景において成されたものであり、その目的は、容易な操作で且つ適切に速度プロファイルなどの特性データを得る技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、流体を含む走査領域内で超音波ビームを走査する送受波部と、走査領域内における各点のビーム方向速度成分に基づいて流体の速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部と、流体の流れ方向を基準とした所定の設定条件に基づいて観測線分を設定する観測線分設定部と、前記速度ベクトルに基づいて、前記観測線分を横切る流体の流れを反映させた特性データを生成する特性データ生成部と、を有することを特徴とする。

上記構成では、流体の流れ方向を基準とした所定の設定条件に基づいて観測線分が設定される。所定の設定条件としては、例えば、流体の流れ方向に対する角度や位置などを挙げることができる。このため、例えば、所定の設定条件が予め装置内に設定されていれば、装置自身がその設定条件に基づいて自動的に観測線分を設定することができる。つまり、ユーザ操作を強いることがない。もちろん、例えば、設定条件として角度のみが予め設定されており、設定条件のうちの一部である位置のみをユーザが設定するような構成でもよい。

上記構成によれば、観測線分設定部が観測線分を設定するため、観測線分の設定のためのユーザ操作が大幅に簡略化される。また、所定の設定条件を満たした観測線分が設定されるため、観測線分を利用して得られる特性データの信頼性などが向上する。つまり、観測条件を正確に反映させた適切な特性データを得ることができる。

望ましくは、前記観測線分設定部は、速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を基準として前記観測線分を設定することを特徴とする。望ましくは、前記観測線分設定部は、前記流線に対して略垂直に交差するように前記観測線分を設定することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、血流を含む走査領域内で超音波ビームを走査する送受波部と、超音波ビームを走査して得られたエコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、走査領域内における複数点のビーム方向速度成分に基づいて、各点における血流の速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部と、血流の流れ方向を示す基準線を設定する基準線設定部と、前記基準線に対して略垂直に交差する速度プロファイル線分を設定する速度プロファイル線分設定部と、前記速度ベクトルに基づいて、前記速度プロファイル線分上における血流の速度分布を示した速度プロファイルを生成する速度プロファイル生成部と、を有することを特徴とする。

望ましくは、前記速度プロファイル線分設定部は、前記速度プロファイル線分として、ユーザによって指定された始点を通り前記基準線に対して略垂直に交差する線分を設定することを特徴とする。望ましくは、前記速度プロファイル線分設定部は、前記速度プロファイル線分として、前記始点側から前記基準線に向かって伸長された線分であって前記血流を内側に含んだ対象組織の内壁との交点を端点とする線分を設定することを特徴とする。望ましくは、前記基準線設定部は、前記基準線として、ユーザによって指定された基準点を通り速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を設定することを特徴とする。望ましくは、前記基準線設定部は、前記基準線として、ユーザによって指定された２点を通る直線を設定することを特徴とする。

本発明により、容易な操作で且つ適切に速度プロファイルなどの特性データを得ることが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

プローブ１０は、対象組織である心臓を含む空間内に超音波５０を送受波する超音波探触子である。プローブ１０は、図示しない複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が電子走査制御され、対象組織を含む空間内で超音波ビームが走査される。プローブ１０は、ユーザ（検査者）に把持されて被検者の体表面上に当接して用いられる。プローブ１０は、被検者の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。

送受信部１２は、送信ビームフォーマーおよび受信ビームフォーマーとして機能する。つまり、送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対して送信信号を供給することによって超音波ビームを形成する一方、複数の振動素子の各々から受信信号を取得し、得られた複数の受信信号に対して整相加算処理などを実行する。これにより各超音波ビームごとにエコー信号が形成され、送受信部１２から出力される。

なお、送受信部１２は、送受信制御部１４によって制御されて超音波ビームを走査し、走査面内の全域からエコー信号を取得する。

断層画像形成部１６は、送受信部１２から供給されるエコー信号に基づいて、対象組織である心臓の断層画像を形成する。つまり、断層画像形成部１６は、周知のＢモード画像の画像形成処理を実行して、各フレームごとに心臓の断層画像（Ｂモード画像）を形成する。なお、断層画像形成部１６は、送受信部１２から供給されるエコー信号に基づいて、カラードプラ画像の画像データを形成してもよい。カラードプラ画像の形成には、周知の技術が利用される。つまり、エコー信号から心臓内の各点における血流の速度情報が抽出され、心臓の断層画像上の各部に、その速度に応じた色が施されてカラードプラ画像が形成される。

速度ベクトル演算部２０は、超音波５０の走査領域内における各点のビーム方向速度成分の値から、心臓内の血流の２次元速度ベクトルを演算する。２次元速度ベクトルの演算には、例えば、特許文献１（特開２００５−１１０９３９号公報）に記載された手法が利用される。この文献に記載された演算の概要は次のとおりである。

まず、各点のビーム方向速度成分をビームに直交する経路に沿って積分することで血流の流量関数を計算する。そして、その経路に沿ってビーム方向速度成分の正の値のみの積分値と負の値のみの積分値とを求め、両者のうちの小さい方を渦流の流量とみなし、両者のうちの大きい方に対する渦流の流量の割合から、渦流のビーム方向の速度成分を求める。この成分の値から渦流の流れ関数が計算でき、さらに、その流れ関数からビームに直交する方向の渦流の速度成分が計算できる。また、流れ関数を流量関数から引くことにより基本流の流量関数が求められる。こうして、基本流の流量関数から血流の基本流の各方向の速度成分が求められ、渦流と基本流の速度成分から２次元速度ベクトルが求められる。

なお、速度ベクトルの演算として、特許文献１に記載の手法に換えて、複数の超音波ビームにより複数方向の速度成分を求める手法を利用してもよい。つまり、例えば、走査領域内における各点ごとに、互いに異なる方向から２本の超音波ビームを形成し、２本の超音波ビームの各々の速度成分から、各点の２次元速度ベクトルを求めてもよい。

また、表示画像形成部３０は、求められた２次元速度ベクトルに基づいて、血流の速度ベクトル画像を形成する。速度ベクトル画像としては、例えば、Ｂモード画像上に各点の速度ベクトルを矢印で表現した画像が形成される。つまり、血流の各点における速度が矢印で表現された画像である。速度ベクトル画像として、各点の速度ベクトルの方向を接線とする流線をＢモード画像上に表現した画像を形成してもよい。つまり、血流が流線（曲線）によって表現された画像が形成されてもよい。なお、流線の形成処理は、後に図３に基づいて詳述する手法を利用する。

流れ方向基準線設定部２２は、血流の速度プロファイル線分を設定する際の基準線を設定する。そして、速度プロファイル線分設定部２６は、流れ方向基準線設定部２２によって設定された基準線に対して垂直に交差する速度プロファイル線分を設定する。流れ方向基準線設定部２２および速度プロファイル線分設定部２６は、マウスやキーボードやトラックボールなどの入力デバイス２４を介して入力されるユーザ操作に応じて、基準線や速度プロファイル線分を設定する。

そこで、以下に、基準線と速度プロファイル線分の設定手法について説明する。なお、既に図１に示した部分には図１の符号を利用する。

図２は、基準線として設定される血流の流線と速度プロファイル線分を説明するための図であり、表示部３４に表示される画像の一例である表示画像１００を示している。

表示画像１００には、断層画像形成部１６で形成された心臓１１２のＢモード画像１１０が含まれている。なお、Ｂモード画像１１０に換えてカラードプラ画像を表示させてもよい。さらに、Ｂモード画像１１０やカラードプラ画像上に、各点の速度ベクトルを矢印で表現した速度ベクトル画像が形成されてもよい。また、表示画像１００には、生体から得られた心電波形１２０も含まれてもよい。

Ｂモード画像１１０内には、始点Ｌと終点Ｌ´とを結ぶ曲線である流線が表示される。この流線は、速度プロファイル線分を設定する際の基準線であり、流れ方向基準線設定部２２によって設定される。流れ方向基準線設定部２２は、入力デバイス２４を介してユーザによって設定される始点Ｌを通り、血流の速度ベクトルの方向を接線方向とする流線ＬＬ´を設定する。

図３は、流れ方向基準線設定部２２による流線１１４の設定手法を説明するための図である。ユーザによって始点Ｌが設定されると、始点Ｌにおける速度ベクトル１１６の方向を接線方向として、始点Ｌから流線１１４が微小距離だけ伸長される。そして、所定の微小距離だけ伸長された後、伸長後の点における速度ベクトル１１６の方向を接線方向として、さらに流線１１４が微小距離だけ伸長される。これを繰り返すことにより、流線が微小距離ごとに終点Ｌ´まで伸長され、速度ベクトルの方向を接線方向とする流線ＬＬ´が設定される。なお、終点Ｌ´は、例えば、始点Ｌから予め定められた距離だけ離れた点として設定される。また、心臓の内壁などの特徴点を終点Ｌ´としてもよい。

なお、流れ方向基準線設定部２２は、血流速度の最大値を通る流線を設定してもよい。例えば、速度ベクトルの情報から、速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を複数本求めて（速度ベクトルから得られる全ての流線を求めてもよい）、その複数本の流線の中から血流速度の最大値を通る流線を抽出して、それを基準線としてもよい。また、速度ベクトルの情報から、血流速度が最大となる点（位置）を求めて、その点を通り、速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を設定するようにしてもよい。このように、血流速度の最大値を通る流線を設定することにより、始点Ｌを設定するためのユーザ操作が省略され、流れ方向基準線設定部２２によって流線を自動設定することが可能になる。

図２に戻り、流線ＬＬ´が設定されると、速度プロファイル線分設定部２６は、設定された流線に対して垂直に交差する速度プロファイル線分を設定する。速度プロファイル線分設定部２６は、入力デバイス２４を介してユーザによって設定される点Ａ、点Ｂ、点Ｃの各々を始点として、各始点から、流線ＬＬ´に対して垂直に交差するように直線を伸長させ、流線ＬＬ´に対して垂直に交差する３本の速度プロファイル線分ＡＡ´，ＢＢ´，ＣＣ´を設定する。この際、速度プロファイル線分設定部２６は、心臓１１２の内壁の位置を終点Ａ´、終点Ｂ´、終点Ｃ´とする。速度プロファイル線分設定部２６は、Ｂモード画像１１０の各点の輝度データに基づいて心臓１１２の内壁の位置を判断する。

例えば、始点Ａから流線ＬＬ´に対して垂直に交差するように直線を伸長させ、所定の閾値に基づいて心腔と心筋との境界を判断し、内壁の位置を終点Ａ´として速度プロファイル線分ＡＡ´を設定する。また、予め輝度データに基づいて心臓１１２の内壁の位置を求めておき、始点Ａから流線ＬＬ´に対して垂直に交差するように直線を伸長させ、予め求めておいた内壁と交差する点を終点Ａ´としてもよい。速度プロファイル線分ＢＢ´，ＣＣ´についても、線分ＡＡ´と同様な手法で終点が設定される。なお、速度プロファイル線分の本数は３本に限定されない。また、速度プロファイル線分を設定する際の基準線は、流線に限定されない。

図４は、基準線として設定される直線と速度プロファイル線分を説明するための図であり、表示部３４に表示される画像の一例である表示画像１００を示している。

表示画像１００には、断層画像形成部１６で形成された心臓１１２のＢモード画像１１０が含まれている。Ｂモード画像１１０に換えてカラードプラ画像を表示させてもよい。さらに、Ｂモード画像１１０やカラードプラ画像上に速度ベクトル画像が形成されてもよい。また、表示画像１００には、生体から得られた心電波形１２０も含まれている。

Ｂモード画像１１０内には、始点Ｌと終点Ｌ´とを結ぶ直線が表示される。この直線は、速度プロファイル線分を設定する際の基準線であり、流れ方向基準線設定部２２によって設定される。流れ方向基準線設定部２２は、入力デバイス２４を介してユーザによって設定される始点Ｌと終点Ｌ´を結ぶ直線ＬＬ´を設定する。

直線ＬＬ´が設定されると、速度プロファイル線分設定部２６は、図２を利用して説明した手法により、設定された直線に対して垂直に交差する速度プロファイル線分を設定する。つまり、速度プロファイル線分設定部２６は、入力デバイス２４を介してユーザによって設定される点Ａ、点Ｂ、点Ｃの各々を始点として、各始点から、直線ＬＬ´に対して垂直に交差するように直線を伸長させ、直線ＬＬ´に対して垂直に交差する３本の速度プロファイル線分ＡＡ´，ＢＢ´，ＣＣ´を設定する。この際、速度プロファイル線分設定部２６は、心臓１１２の内壁の位置を終点Ａ´、終点Ｂ´、終点Ｃ´とする。

図２または図４を利用して説明した手法により、速度プロファイル線分設定部２６によって速度プロファイル線分が設定されると、表示画像形成部３０内の速度プロファイル生成部３２は、速度ベクトル演算部２０において演算された速度ベクトルに基づいて、速度プロファイル線分を横切る流体の流れを反映させた特性データとして、速度プロファイルを生成する。

図５は、速度プロファイルを説明するための図であり、表示部３４に表示される速度プロファイルの表示例を示している。速度プロファイルは、速度プロファイル線分上の血流の速度情報を示したものであり、図５には、３本の速度プロファイル線分（図２または図４の線分ＡＡ´、線分ＢＢ´、線分ＣＣ´）の各々に対応した３本のプロファイル曲線（実線、破線、一点鎖線）が示されている。なお、図５の横軸は各速度プロファイル線分上の位置を示し、縦軸は線分上の各位置における血流の速度を示している。各プロファイル曲線から、各速度プロファイル線分上における血流の速度分布を知ることができる。

図５に示す速度プロファイルは、例えば、図２または図４の表示画像１００と共に表示部３４へ表示される。例えば、表示画像形成部３０は、図２または図４の表示画像１００の下に図５の速度プロファイルを表示した画像を表示部３４へ表示させる。この際、図２または図４の表示画像１００内の３本の速度プロファイル線分に、互いに異なる色を付しておき、図５の３本のプロファイル曲線に対して、対応する速度プロファイル線分と同じ色を施すことにより、図２または図４の速度プロファイル線分と、図５のプロファイル曲線の対応関係が明らかになる。

なお、図５に示す速度プロファイルと図２または図４の表示画像１００とを、ユーザ操作などに応じて切り替えて表示部３４へ表示させてもよいし、図２または図４の表示画像１００をメインディスプレイに表示させ、図５の速度プロファイルをサブディスプレイに表示させるなどの態様でもよい。

図６は、本実施形態の超音波診断装置を利用して速度プロファイルを表示させるまでの手順１を示すフローチャートである。以下、各ステップごとにその内容を説明する。

まず、ユーザは、超音波診断装置のモードを速度プロファイル計測モードに設定ＯＮする（Ｓ６０１）。速度プロファイルモードに設定されると、流れ方向基準線設定部２２は、速度ベクトル演算部２０において求められる心腔内の血流速度ベクトル情報から、速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を複数本求める（Ｓ６０２）。そして、求めた複数本の流線の中から、血流速度の最大値を通る流線を抽出して、それを速度プロファイル線分のガイドライン（基準線）とする（Ｓ６０３）。

次に、ユーザによって速度プロファイル線分の始点が設定され（Ｓ６０４）、速度プロファイル線分設定部２６は、設定された始点からガイドライン（基準線）に対して垂直に交差するように直線（垂線）を伸長させる（Ｓ６０５）。そして、垂線上の断層像の情報（輝度データ）に基づいて心腔と心筋の境界（内壁）を検出し（Ｓ６０６）、検出した境界を速度プロファイル線分の終点とする（Ｓ６０７）。

こうして、速度プロファイル線分が設定され、速度プロファイル生成部３２は、速度プロファイル線分上の速度プロファイルを生成し、表示部３４に速度プロファイルが表示され（Ｓ６０８）、本フローチャートが終了する。

図７は、本実施形態の超音波診断装置を利用して速度プロファイルを表示させるまでの手順２を示すフローチャートである。以下、各ステップごとにその内容を説明する。

まず、ユーザは、超音波診断装置のモードを速度プロファイル計測モードに設定ＯＮする（Ｓ７０１）。そしてユーザは、マウスやトラックボールなどの入力デバイス２４を利用して始点Ｌと終点Ｌ´を指定し、流れ方向基準線設定部２２が始点Ｌと終点Ｌ´を通る直線をガイドライン（基準線）として設定する（Ｓ７０２）。

さらに、ユーザによって速度プロファイル線分の始点が設定され（Ｓ７０３）、速度プロファイル線分設定部２６は、設定された始点からガイドライン（基準線）に対して垂直に交差するように直線（垂線）を伸長させる（Ｓ７０４）。そして、垂線上の断層像の情報（輝度データ）に基づいて心腔と心筋の境界（内壁）を検出し（Ｓ７０５）、検出した境界を速度プロファイル線分の終点とする（Ｓ７０６）。

こうして、速度プロファイル線分が設定され、速度プロファイル生成部３２は、速度プロファイル線分上の速度プロファイルを生成し、表示部３４に速度プロファイルが表示され（Ｓ７０７）、本フローチャートが終了する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上述の実施形態では、観測線分（速度プロファイル線分）を横切る流体（血流）の流れを反映させた特性データとして速度プロファイルを生成しているが、特性データとして、観測線分を通過する血流の流量などを求めてもよい。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。血流の流線と速度プロファイル線分を説明するための図である。流線の設定手法を説明するための図である。基準線として設定される直線と速度プロファイル線分を説明するための図である。速度プロファイルを説明するための図である。速度プロファイルを表示させるまでの手順１を示すフローチャートである。速度プロファイルを表示させるまでの手順２を示すフローチャートである。

符号の説明

１６断層画像形成部、２０速度ベクトル演算部、２２流れ方向基準線設定部、２６速度プロファイル線分設定部、３２速度プロファイル生成部。

Claims

血流を含む走査領域内で超音波ビームを走査する送受波部と、
超音波ビームを走査して得られたエコー信号に基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、
走査領域内における複数点のビーム方向速度成分に基づいて、各点における血流の速度ベクトルを演算する速度ベクトル演算部と、
血流の流れ方向を示す基準線を設定する基準線設定部と、
前記基準線に対して略垂直に交差する速度プロファイル線分を設定する速度プロファイル線分設定部と、
前記速度ベクトルに基づいて、前記速度プロファイル線分上における血流の速度分布を示した速度プロファイルを生成する速度プロファイル生成部と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記速度プロファイル線分設定部は、前記速度プロファイル線分として、ユーザによって指定された始点を通り前記基準線に対して略垂直に交差する線分を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記速度プロファイル線分設定部は、前記速度プロファイル線分として、前記始点側から前記基準線に向かって伸長された線分であって前記血流を内側に含んだ対象組織の内壁との交点を端点とする線分を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記基準線設定部は、前記基準線として、ユーザによって指定された基準点を通り速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記基準線設定部は、前記基準線として、ユーザによって指定された２点を通る直線を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記基準線設定部は、始点における速度ベクトルの方向を接線方向として、始点から所定の微小距離だけ流線を伸長させ、伸長後の点における速度ベクトルの方向を接線方向として、その点から所定の微小距離だけ流線を伸長させ、これを繰り返すことにより終点まで伸長される流線を、前記基準線として設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記基準線設定部は、速度ベクトルの方向を接線方向とする複数の流線の中から、血流速度の最大値を通る流線を抽出して、前記基準線として設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記基準線設定部は、速度ベクトルに基づいて血流速度が最大となる点を求め、その点を通り速度ベクトルの方向を接線方向とする流線を、前記基準線として設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。