JP5173235B2 - 超音波診断装置及び心拍同期信号生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、心電波形に基づいて生成された心拍同期信号に基づいて画像データの収集や表示を行なう超音波診断装置及び心拍同期信号生成装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素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振動素子によって受信することにより各種生体情報を収集するものである。

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なものとなっている。

ところで、循環器領域におけるＢモード画像データやカラードプラ画像データ等の超音波画像データ（以下では、画像データと呼ぶ。）は、通常、同一被検体から得られる心電波形等の生体信号に同期して生成あるいは表示される。例えば、被検体に対する時系列的な画像データの生成と並行して心電波形に基づく心拍時相を計測し、画像データを保存する際に前記心拍時相を画像データの付帯情報として保存する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、上述の画像データを表示する際に、心拍時相情報に基づいて画像データを読み出すことができるため所望の心拍時相における画像データを短時間かつ正確に表示することが可能となる。

特に、同一被検体の異なる断面において得られた複数枚の画像データ、あるいは、薬物負荷や運動負荷の前後における同一診断対象部位の画像データを比較する際に、各々の画像データに付加された心拍同期信号を用いることにより所望の心拍時相における時系列的な画像データを比較観察することができ、又、心拍同期信号に基づいて所望の心拍時相における時系列的な画像データの生成と表示をリアルタイムで行なうことも可能となる。

被検体によってその振幅や形状が異なる心電波形から心拍同期信号を生成する際、この心拍同期信号のタイミングを安定かつ正確に検出するために種々の工夫がなされており、例えば、心電波形において最も振幅の大きなＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を生成する方法が通常行なわれている。この場合、超音波診断装置が備える心拍同期信号生成部は、予め設定された閾値とＱＲＳ波の振幅とを比較し、ＱＲＳ波が閾値を超えたタイミングにおいて心拍同期信号を生成する。

しかしながら、この方法によればＱＲＳ波に後続するＴ波の振幅も前記閾値より大きい場合には、Ｔ波の振幅が前記閾値を超えるタイミングにおいて新たな心拍同期信号が発生する。このようなＴ波に基づく心拍同期信号の発生を抑えるためにマスク期間を設定する方法が考えられる。このマスク期間をＱＲＳ波からＴ波までの間隔（Ｒ−Ｔ間隔）より長く、又、ＱＲＳ波から次のＱＲＳ波までの間隔（Ｒ−Ｒ間隔：心拍周期）より短く設定することにより、ＱＲＳ波に基づく心拍同期信号のみを得ることが可能となる。

一方、上述のような心拍同期信号の収集や心電波形の観察を目的とした心電波形の計測と並行して計測された呼吸波形を継続的にモニタリングする方法が緊急医療の場等で行なわれつつあり、この場合の呼吸波形は、被検体胸部に装着された複数の電極間に微弱な交流電圧を印加して得られる胸部組織のインピーダンスの時間的変化から計測される。
特開２００４−３０５４５３号公報

ところで、レート適用型心臓ペースメーカのように外部装置からの電磁的な干渉ノイズに対し耐性の低い心臓ペースメーカが体内に装着された被検体に対し上述のようなインピーダンス測定による呼吸波形の計測を行なう場合、印加された交流電圧に起因する干渉ノイズがそのセンサ部から混入することにより心臓ペースメーカは誤動作する危険性を有している。このような場合、装置の操作者は、干渉ノイズに対して耐性が低い心臓ペースメーカが当該被検体に装着されているか否かを被検体からの申告によって確認し、装着されている場合には呼吸波形計測ユニットの動作を手動によって停止させる方法がとられてきた。

しかしながら、心臓ペースメーカの種別や機能、更には、干渉ノイズに対する耐性の有無等に関する情報を被検体から直接得ることは通常困難であり、特に、緊急に搬送された被検体や高齢の被検体から上述の情報を得ることは不可能である。このため、レート適用型心臓ペースメーカのように干渉ノイズに対する耐性が低い心臓ペースメーカが装着された被検体に対して心拍同期法を適用した超音波診断を行なう場合、呼吸波形計測ユニットの動作を確実に停止させることが困難となり、心臓ペースメーカが誤動作するという危険性を常に有していた。

一方、心臓ペースメーカが装着された被検体の心電波形には、心臓ペースメーカから出力されるインパルス状のトリガ波形（以下では、ペースメーカ波形と呼ぶ。）が重畳されており、このペースメーカ波形の振幅が所定の閾値を越えた場合には誤った心拍同期信号が生成される。そして、この心拍同期信号に基づいて誤った時相における画像データが収集された場合、画像データの再収集が必要となり診断効率が低下するのみならず操作者の負担が増大する。又、造影剤や薬物が投与された被検体に対する超音波検査の場合には、これらの再投与が必要となるため被検体に与える負担も増大するという問題点を有していた。

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、その第１の目的は、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて生成された心拍同期信号を用いて前記被検体の所望心拍時相における画像データを収集する際、ペースメーカ波形が重畳された前記被検体の心電波形を用いて正確な心拍同期信号の生成を可能とする超音波診断装置及び心拍同期信号生成装置を提供することにある。

更に、本発明の第２の目的は、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて生成された心拍同期信号を用いて前記被検体の所望心拍時相における画像データと呼吸波形を収集する際、前記心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある呼吸波形計測ユニットの動作停止を目的とした警告信号の発生を可能とする超音波診断装置及び心拍同期信号生成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に係る本発明の心拍同期信号生成装置は、体内に心臓ペースメーカが装着されているか否かが不明な被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置であって、前記心電波形のＱＲＳ波と、前記被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されている場合に前記心電波形に重畳されるペースメーカ波形とに分離して検出する波形検出手段と、この波形検出手段によって検出された前記ＱＲＳ波の振幅と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて前記心拍同期信号を発生する心拍同期信号発生手段と、前記波形検出手段によって検出された前記ペースメーカ波形の振幅と予め設定された第２の閾値との比較結果に基づいて警告信号を発生する警告信号発生手段とを備え、前記警告信号発生手段は、前記ペースメーカ波形の振幅が前記第２の閾値を所定回数超えた場合、前記被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されていることを報知するための前記警告信号を発生することを特徴としている。

又、請求項５に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する超音波の送受信によって得られた受信信号に基づいて所望心拍時相における画像データを生成する超音波診断装置であって、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載した心拍同期信号生成装置を心拍同期信号生成手段として備え、この心拍同期信号生成手段によって生成された前記被検体の心拍同期信号に基づいて前記所望心拍時相における画像データを生成することを特徴としている。

本発明によれば、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて生成された心拍同期信号を用いて前記被検体の所望心拍時相における画像データと呼吸波形の収集を行なう際、前記心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある呼吸波形計測ユニットの動作を確実に停止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の第１の実施例における超音波診断装置の心拍同期信号生成部は、被検体から得られた心電波形に基づいて心拍同期信号を生成し、送受信部は、システム制御部が前記心拍同期信号に基づいて生成した所望の心拍時相における時系列的なフレームトリガ信号に従って超音波プローブに設けられた複数の振動素子を駆動し被検体に対して超音波の送受信を行なう。次いで、画像データ生成部は、前記被検体の複数方向から収集された受信信号を信号処理して前記心拍時相における画像データを生成し、表示部は、フレームトリガ信号の各々に同期して生成された時系列的な前記画像データを順次表示する。

このとき、前記心拍同期信号生成部は、ペースメーカ波形が重畳された当該被検体の心電波形におけるＱＲＳ波とペースメーカ波形を分離して検出し、検出されたＱＲＳ波に基づいて上述の心拍同期信号を生成すると共にペースメーカ波形に基づいて警告信号を生成する。そして、前記システム制御部は、前記心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある呼吸波形計測ユニットを前記警告信号に従って制御しその動作を停止させる。

尚、本実施例では、薬物投与前の被検体に対して動画像データの収集と表示を行ない、更に、薬物投与後の前記被検体の所望心拍時相において時系列的な画像データ（以下では、心拍同期画像データと呼ぶ。）の収集と表示を行なう場合について述べるが、これに限定されるものではなく、例えば、運動負荷前後や造影剤投与前後における画像データの生成／表示であってもよい。又、以下の実施例では、所望の心拍時相において収集されたＢモードデータに基づいて薬物投与前後のＢモード画像データを生成する場合について述べるが、カラードプラデータに基づくカラードプラ画像データやＴＤＩ(Tissue Doppler Imaging)画像データ、更には、受信超音波の高調波成分を用いたＴＨＩ（Tissue Harmonic Imaging）等の他の画像データであっても構わない。

（装置の構成）
本発明の第１の実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図６を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。又、前記超音波診断装置が備えた送受信部及び画像データ生成部の構成と心拍同期信号生成部の構成を図２及び図４に示す。

図１に示した本実施例の超音波診断装置１００は、心臓ペースメーカが装着された被検体に対し超音波パルス（送信超音波）を送信し、この送信によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を有した超音波プローブ３と、前記被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を前記振動素子に供給し、これらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理して動画像データあるいは所望の心拍時相における画像データ（心拍同期画像データ）を生成する画像データ生成部４と、前記被検体の心電波形を計測する心電波形計測ユニット５と、前記心臓ペースメーカのペースメーカ波形が重畳された前記被検体の心電波形に基づいて心拍同期画像データの時相を決定する心拍同期信号の生成と前記心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある後述の呼吸波形計測ユニット７の動作停止を目的とした警告信号の生成を行なう心拍同期信号生成部６を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、心電波形計測ユニット５から供給される心電波形及び呼吸波形計測ユニット７から供給される呼吸波形を画像データ生成部４から供給される動画像データあるいは心拍同期画像データに重畳して表示する表示部８と、被検体情報の入力や画像データ生成条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部９と、超音波診断装置１００における上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１０を備えている。

超音波プローブ３は、図示しないＮ個の振動素子を有した先端部を被検体の体表に接触させ体内に対し超音波の送受信を行なう。そして、前記振動素子の各々は、図示しないＮチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。この超音波プローブ３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、本実施例ではセクタ走査用の超音波プローブ３を用いた場合について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであっても構わない。

次に、送受信部２と画像データ生成部４の具体的な構成につき図２のブロック図を用いて説明する。図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３におけるＮ個の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、前記振動素子から得られたＮチャンネルの受信信号を整相加算する受信部２２を備えている。

送信部２１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するためのレートパルスを発生するレートパルス発生器２１１と、送信超音波を所定の深さに集束するための遅延時間と所定の方向に送信するための遅延時間を前記レートパルスに与える送信遅延回路２１２と、このレートパルスの遅延時間に基づいて駆動パルスを生成し超音波プローブ３に内蔵されたＮ個の振動素子を駆動する駆動回路２１３を有している。

一方、受信部２２は、振動素子から供給されたＮチャンネルの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２１と、所定の深さからの受信超音波を集束するための遅延時間と所定方向に対して受信指向性を設定するための遅延時間をＡ／Ｄ変換されたＮチャンネルの受信信号の各々に与える受信遅延回路２２２と、受信遅延回路２２２から出力されたＮチャンネルの受信信号を加算合成する加算器２２３を有し、受信遅延回路２２２と加算器２２３により、被検体の所定方向から得られた受信信号は整相加算される。

次に、画像データ生成部４は、送受信部２の受信部２２から出力される整相加算後の受信信号に対し所定の信号処理を行なってＢモードデータを生成する超音波データ生成部４１と、このＢモードデータを当該被検体に対する超音波の送受信方向に対応させて保存しＢモード画像データを生成する超音波データ記憶部４２を備えている。そして、超音波データ生成部４１は、受信部２２の加算器２２３から供給された受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１１と、包絡線検波された信号の振幅を対数変換してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。但し、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成しても構わない。

図１に戻って、心電波形計測ユニット５は、心電波形の検出を目的として当該被検体の体表面に装着された計測用電極と、この計測用電極が検出した心電波形を所定の振幅に増幅する増幅回路と、増幅された心電波形をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（何れも図示せず）を備えている。

図３は、例えば、レート適合型の心臓ペースメーカが体内に装着された当該被検体の心電波形とこの心電波形に重畳された前記心臓ペースメーカのペースメーカ波形を示したものであり、心臓ペースメーカから所定周期Ｔｒで繰り返し発生されるインパルス状のペースメーカ波形Ｐｍが、このペースメーカ波形Ｐｍの刺激によって被検体の心筋組織から発生したＰ波、ＱＲＳ波及びＴ波を有する心電波形Ｅｃに重畳して心電波形計測ユニット５から出力される。

そして、心電波形ＥｃのＰ波、ＱＲＳ波、Ｔ波に先行するペースメーカ波形Ｐｍは、Ｐ波、ＱＲＳ波及びＴ波と比較して極めて広帯域な周波数成分を有している。尚、以下では、ペースメーカ波形Ｐｍに従って発生するＰ波、ＱＲＳ波及びＴ波の中で最も振幅が大きいが故に心拍同期信号の生成に通常用いられるＱＲＳ波の検出について述べるが、これに限定されるものではない。

次に、心拍同期信号生成部６の構成につき図４を用いて説明する。この心拍同期信号生成部６は、図１の心電波形計測ユニット５から時系列的に供給される当該被検体の心電波形におけるＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出する波形検出部６１と、この波形検出部６１によって検出されたＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を発生する同期信号発生部６２と、前記波形検出部６１によって検出されたペースメーカ波形に基づいて警告信号を発生する警告信号発生部６３を備えている。

上述の波形検出部６１は、図３に示したようにペースメーカ波形が重畳された状態で心電波形計測ユニット５から供給される当該被検体の心電波形Ｅｃの中からＱＲＳ波を強調して検出するＱＲＳ波検出部６１１と、心電波形Ｅｃの中からペースメーカ波形のみを検出するペースメーカ波形検出部６１２を備えている。そして、ＱＲＳ波検出部６１１及びペースメーカ波形検出部６１２の各々には、例えば、所定の帯域や遮断周波数を有する図示しないフィルタ回路が設けられている。

図５は、ＱＲＳ波の周波数成分Ｆｒ及びペースメーカ波形の周波数成分ＦｐとＱＲＳ波検出部６１１が備えるフィルタ回路（第１のフィルタ回路）の周波数特性Ｈｒ及びペースメーカ波形検出部６１２が備えるフィルタ回路（第２のフィルタ回路）の周波数特性Ｈｒ及びＨｐの具体例を示したものであり、ペースメーカ波形は、例えば、１０Ｈｚ乃至２０Ｈｚの周波数成分Ｆｒを有するＱＲＳ波の信号帯域より広い信号帯域を有している。このような周波数成分ＦｒのＱＲＳ波と周波数成分Ｆｐのペースメーカ波形に対し、フィルタ特性Ｈｒ（第１のフィルタ特性）を有したＱＲＳ波検出部６１１のフィルタ回路はＱＲＳ波の周波数成分Ｆｒを選択的に抽出し、フィルタ特性Ｈｐ（第２のフィルタ特性）を有したペースメーカ波形検出部６１２のフィルタ回路は、ＱＲＳ波の周波数成分Ｆｒを排除しペースメーカ波形の高域成分を抽出する。

図６は、心電波形計測ユニット５から供給され波形検出部６１のＱＲＳ波検出部６１１及びペースメーカ波形検出部６１２へ入力されるペースメーカ波形が重畳された当該被検体の心電波形（図６（ａ））と、ＱＲＳ波検出部６１１の出力波形（図６（ｂ））及びペースメーカ波形検出部６１２の出力波形（図６（ｃ））を模式的に示した図であり、図６（ｂ）に示すＱＲＳ波検出部６１１の出力波形においてペースメーカ波形Ｐｍの振幅は大幅に低減されＱＲＳ波が相対的に強調される。一方、図６（ｃ）に示すペースメーカ波形波検出部６１２の出力波形においてＱＲＳ波形は削除されペースメーカ波形Ｐｍの成分（特に高域成分）のみが出力される。

図４に戻って、心拍同期信号生成部６の同期信号発生部６２は、ＱＲＳ波がペースメーカ波形より相対的に強調されたＱＲＳ波検出部６１１の出力波形と予め設定された閾値α（第１の閾値）とを比較し、例えば、前記出力波形が閾値αを越えた時点で心拍同期信号としてのトリガ信号を発生する。

一方、警告信号発生部６３は、ＱＲＳ波の成分が排除されペースメーカ波形の高周波成分のみからなるペースメーカ波形検出部６１２の出力波形に基づいて当該被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記心臓ペースメーカに対して有害な干渉ノイズを与える危険性が有る呼吸波形計測ユニット７の動作を停止させるための警告信号を発生する。具体的には、ペースメーカ波形検出部６１２の出力波形と予め設定された閾値β（第２の閾値）とを比較し、前記出力波形が閾値βを所定回数超えた時点で警告信号を発生する。

図１に戻って、呼吸波形計測ユニット７は、胸部組織のインピーダンス計測を目的として当該被検体の体表面に配置された計測用電極と、この計測用電極に印加された交流電圧に伴なう交流電流を計測して得られた胸部組織のインピーダンスに基づいて呼吸波形を推定する呼吸波形推定部と、この呼吸波形をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（何れも図示せず）を備えている。但し、上述の胸部組織に対するインピーダンスの計測は、通常、心電波形の計測を目的として心電波形計測ユニット５に設けられた計測用電極を用いて行なわれる。

一方、表示部８は、表示データ生成部８１と、データ変換部８２と、モニタ８３を備えている。表示データ生成部８１は、例えば、画像データ生成部４において生成された薬物投与前における当該被検体の動画像データ、薬物投与後の所望心拍時相における心拍同期画像データ、心電波形計測ユニット５が計測した心電波形及び呼吸波形計測ユニット７が計測した呼吸波形を合成して表示データを生成する。そして、データ変換部８２は、前記表示データに対してＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なって映像信号を生成しモニタ８３に表示する。更に、表示部８の各ユニットは、心拍同期信号生成部６の警告信号発生部６３が生成した警告信号に基づいて「被検体内に心臓ペースメーカが装着されている」旨の警告文言や警告情報を表示（報知）する。

一方、入力部９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、入力ボタン等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、観察モードの選択、画像データ収集モードの選択、画像データ収集条件や画像データ表示条件の設定、閾値α及び閾値βの設定、更には、種々のコマンド信号の入力等を行なう。尚、観察モードとして動画像観察モードと心拍同期画像観察モードがあり、画像データ収集モードとしてＢモードデータに基づく画像データの収集モードやカラードプラデータに基づく画像データの収集モード等がある。

システム制御部１０は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部９にて入力あるいは設定された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力／設定情報に基づいて超音波診断装置１００の送受信部２及び画像データ生成部４を制御し、被検体に対しセクタ走査を行なって動画像データをリアルタイムで生成する。又、心拍同期信号生成部６から供給される心拍同期信号に基づいて所望の心拍時相に対応したフレームトリガ信号を生成し、このフレームトリガ信号により送受信部２及び画像データ生成部４を制御して前記心拍時相における時系列的な心拍同期画像データを生成する。

更に、システム制御部１０は、心拍同期信号生成部６の警告信号発生部６３から供給される警告信号に基づいて呼吸波形計測ユニット７を制御しその動作を停止させる機能を有している。

（心拍同期画像データの収集手順）
次に、本実施例における心拍同期画像データの収集手順につき図７のフローチャートに沿って説明する。

当該被検体に対する画像データの収集に先立ち超音波診断装置１００の操作者は、被検体の胸部体表面に心電波形計測ユニット５及び呼吸波形計測ユニット７の計測用電極を装着し、次いで、入力部９において被検体情報の入力、画像データ収集条件の設定、画像データ表示条件の設定、閾値α及び閾値βの設定等を行なう。そして、これらの入力／設定情報は、システム制御部１０の記憶回路に保存される（図７のステップＳ１）。

上述の初期設定が終了したならば、操作者は、入力部９において動画像データ観察モードを選択した後、超音波プローブ３を薬物投与前の被検体体表面に接触させた状態で入力部９より画像データ収集開始コマンドを入力する。そして、このコマンド信号がシステム制御部１０に供給されることにより当該被検体に対する動画像データの収集が開始される（図７のステップＳ２）。

動画像データの収集に際し、図２に示した送信部２１のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１０から供給された制御信号に従ってレートパルスを生成し送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波を集束するための遅延時間と、最初の送受信方向θ１に超音波を送信するための遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＮチャンネルの駆動回路２１３に供給する。次いで、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに基づいて所定の遅延時間を有した駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ３におけるＮ個の振動素子に供給して被検体内に送信超音波を放射する。

放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器境界面や組織にて反射し、前記振動素子によって受信されてＮチャンネルの電気的な受信信号に変換される。この受信信号は、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１においてデジタル信号に変換された後、Ｎチャンネルの受信遅延回路２２２において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送受信方向θ１からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための遅延時間が与えられ、加算器２２３にて整相加算される。

整相加算後の受信信号が供給された画像データ生成部４の超音波データ生成部４１における包絡線検波器４１１及び対数変換器４１２は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なってＢモードデータを生成し超音波データ記憶部４２に保存する。

送受信方向θ１に対するＢモードデータの生成と保存が終了したならば、送受信方向θ２乃至θＰの各々に対し同様の手順で超音波の送受信が行なわれ、このとき得られたＢモードデータも超音波データ記憶部４２に保存される。即ち、超音波データ記憶部４２では、送受信方向θ１乃至θＰに対する超音波送受信に基づいて生成されたＢモードデータが送受信方向に対応して保存され画像データが生成される。そして、生成された画像データは表示部８の表示データ生成部８１に供給される。

一方、上述の画像データの生成と並行し、心電波形計測ユニット５及び呼吸波形計測ユニット７は、当該被検体に対して計測した心電波形及び呼吸波形を所定の大きさに増幅した後Ａ／Ｄ変換して表示部８の表示データ生成部８１に供給する。表示データ生成部８１は、画像データ生成部４から供給された画像データに心電波形計測ユニット５から供給された心電波形と呼吸波形計測ユニット７から供給された呼吸波形を重畳して表示データを生成し、データ変換部８２を介してモニタ８３に表示する。

更に、送受信方向θ１乃至θＰに対する超音波送受信を繰り返すことにより、同一時相における心電波形及び呼吸波形が重畳された時系列的な複数の画像データは動画像データとして表示部８のモニタ８３にリアルタイム表示される（図７のステップＳ３）。

このとき、心拍同期信号生成部６の波形検出部６１におけるペースメーカ波形検出部６１２は、心電波形計測ユニット５から供給される心電波形をフィルタリング処理して前記心電波形に重畳されているペースメーカ波形の有無を検出し（図７のステップＳ４）、ペースメーカ波形が検出された場合、警告信号発生部６３は、この検出結果に基づいて警告信号を発生する（図７のステップＳ５）。次いで、この警告信号を受信したシステム制御部１０は、表示部８を制御して「被検体内に心臓ペースメーカが装着されている」旨の警告文言あるいは警告情報を表示（報知）する（図７のステップＳ６）。更に、システム制御部１０は、前記警告信号に基づいて生成した制御信号（動作停止信号）を呼吸波形計測ユニット７に供給してその動作を停止させる（図７のステップＳ７）。

一方、操作者は、上述のステップＳ３においてリアルタイム表示された動画像データの観測下にて超音波プローブ３の位置や方向を調節することにより好適な撮影位置を決定した後被検体に対し薬物投与を行ない（図７のステップＳ８）、入力部９において心拍同期画像観察モードを選択する（図７のステップＳ９）。

このとき、心電波形計測ユニット５から心電波形の供給を受けた心拍同期信号生成部６の波形検出部６１におけるＱＲＳ波検出部６１１は、この心電波形をフィルタリング処理してＱＲＳ波を抽出し、同期信号発生部６２は、ＱＲＳ波検出部６１１によって抽出されたＱＲＳ波と予め設定された閾値αとを比較することによって心拍同期信号としてのトリガ信号を生成する（図７のステップＳ１０）。

次に、心拍同期信号生成部６から心拍同期信号の供給を受けたシステム制御部１０は、心拍同期信号と同一のタイミングあるいはこの心拍同期信号から所定時間遅延したタイミングにおいてフレームトリガ信号を生成する（図７のステップＳ１１）。

次いで、システム制御部１０は、このフレームトリガ信号を用いて送受信部２及び画像データ生成部４を制御し、上述のステップＳ３と同様の手順によってフレームトリガ信号に同期した画像データ（心拍同期画像データ）を生成する。一方、表示部８の表示データ生成部８１は、心電波形計測ユニット５から供給された心電波形あるいはこの心電波形と呼吸波形計測ユニット７から供給された呼吸波形にシステム制御部１０から供給されたフレームトリガ信号のタイミング情報を合成し、更に、合成後の心電波形あるいは心電波形と呼吸波形を上述の心拍同期画像データに重畳して表示データを生成する。そして、データ変換部８２は、前記表示データに対してＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なってモニタ８３に表示する（図７のステップＳ１２）。

更に、上述のステップＳ１０乃至ステップＳ１２を繰り返すことにより、表示部８のモニタ８３には、フレームトリガ信号のタイミング情報を有する心電波形あるいは心電波形と呼吸波形が重畳された所望心拍時相における時系列的な心拍同期画像データが表示される（図７のステップＳ１０乃至Ｓ１２）。

以上述べた第１の実施例によれば、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号を用いて前記被検体の所望心拍時相における画像データを収集する際、心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出し、検出されたＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を生成することにより正確な心拍同期信号の生成が可能となる。このため、心臓ペースメーカが装着された被検体に対しても所望の心拍時相における画像データを容易かつ正確に収集することができ、高い精度を有した超音波診断を効率よく行なうことができる。

更に、上述の実施例によれば、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成し、この心拍同期信号を用いて前記被検体の所望心拍時相における画像データと呼吸波形を収集する際、心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出し、ペースメーカ波形の検出結果に基づいて生成された警告信号に従って呼吸波形計測ユニットの動作を制御することにより、心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある呼吸波形計測ユニットの動作を確実に停止させることが可能となる。このため、呼吸波形計測ユニットの干渉ノイズによる心臓ペースメーカの誤動作を未然に防止することができ超音波検査における安全性が飛躍的に向上する。

次に、本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置について説明する。本実施例における心拍同期信号生成装置は、心臓ペースメーカが装着された被検体から計測される心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出し、検出されたＱＲＳ波に基づいて心拍同期画像データの時相を決定する心拍同期信号を生成すると共に検出されたペースメーカ波形に基づいて心臓ペースメーカに対し干渉ノイズを与える可能性がある呼吸波形計測ユニット等の動作を停止させるための警告信号を生成する。

（装置の構成）
本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置の構成につき図８のブロック図を用いて説明する。但し、図８において、図４に示した心拍同期信号生成部６の各ユニットと同一の構成と機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

図８に示した本実施例の心拍同期信号生成装置２００は、心臓ペースメーカが装着された被検体に対し別途設置された心電波形計測ユニットが計測した心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出する波形検出部６１と、この波形検出部６１によって検出されたＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を発生する同期信号発生部６２と、前記波形検出部６１によって検出されたペースメーカ波形に基づいて警告信号を発生する警告信号発生部６３と、入力部６４及び制御部６５とを備えている。

波形検出部６１は、ペースメーカ波形が重畳された状態で心電波形計測ユニットから供給される当該被検体の心電波形からＱＲＳ波を検出するＱＲＳ波検出部６１１と、前記心電波形からペースメーカ波形を検出するペースメーカ波形検出部６１２を備えている。そして、ＱＲＳ波検出部６１１及びペースメーカ波形検出部６１２の各々には、所定の帯域や遮断周波数を有する図示しないフィルタ回路が設けられている。

次に、同期信号発生部６２は、ＱＲＳ波がペースメーカ波形より相対的に強調されたＱＲＳ波検出部６１１の出力波形と予め設定された閾値αとを比較し、例えば、前記出力波形が閾値αを越えた時点で心拍同期信号としてのトリガ信号を発生する。

一方、警告信号発生部６３は、ＱＲＳ波の成分が排除されペースメーカ波形の高周波成分のみからなるペースメーカ波形検出部６１２の出力波形に基づいて当該被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されているか否かを判定し、その判定結果に基づいて前記心臓ペースメーカに対し有害な干渉ノイズを与える危険性が有る呼吸波形計測ユニット等の生体信号計測装置や治療装置の動作を停止させるための警告信号を発生する。具体的には、ペースメーカ波形検出部６１２の出力波形と予め設定された閾値βとを比較し、前記出力波形が閾値βを所定回数超えた時点で警告信号を発生する。

入力部６４は、上述の各ユニットにおける諸定数を設定する機能を有し、例えば、ＱＲＳ波検出部６１１及びペースメーカ波形検出部６１２の各々に設けられたフィルタ回路のフィルタ定数あるいはフィルタ特性の設定、同期信号発生部６２における閾値αや警告信号発生部６３における閾値βの設定等を行なう。そして、制御部６５は、上述の各ユニットを統括的に制御し、心臓ペースメーカが装着された当該被検体から計測される心電波形に基づいて心拍同期信号の生成と警告信号の生成を行なう。

以上述べた第２の実施例によれば、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する際、心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出し、検出されたＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を生成することにより正確な心拍同期信号の生成が可能となる。

又、上述の実施例によれば、心臓ペースメーカが装着された被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する際、心電波形のＱＲＳ波とこの心電波形に重畳されたペースメーカ波形とを夫々分離して検出し、ペースメーカ波形の検出結果に基づいて生成された警告信号に従って同時に使用される医療装置の動作を制御することにより、前記心臓ペースメーカに対して干渉ノイズを与える可能性がある前記医療装置の動作を確実に停止させることが可能となる。このため、前記医療装置の干渉ノイズによる心臓ペースメーカの誤動作を未然に防止することができ診断や治療における安全性が大幅に向上する。

更に、上述の実施例における心拍同期信号生成装置は、超音波診断装置等の医用画像診断装置に対し独立して構成されているため、これらの医用画像診断装置と接続して用いることにより、如何なる医用画像診断装置に対しても心拍同期信号及び警告信号の生成と供給を容易かつ安定して行なうことができる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上述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、上述の第１の実施例における心拍同期信号生成部６あるいは第２の実施例における心拍同期信号生成装置は、被検体から得られる心電波形のＱＲＳ波に基づいて心拍同期信号を生成する場合について述べたが、Ｐ波やＴ波に基づいて生成してもよい。

又、第１の実施例における心拍同期信号生成部６あるいは第２の実施例における心拍同期信号生成装置の波形検出部６１には、ペースメーカ波形が重畳された心電波形からＱＲＳ波を検出するためのフィルタ回路を有したＱＲＳ波検出部６１１とペースメーカ波形を検出するためのフィルタ回路を有したペースメーカ波形検出部６１２とが独立に備えられている場合について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、フィルタ特性を任意に設定可能な１つのフィルタ回路によりＱＲＳ波の検出とペースメーカ波形の検出を時系列的に行なうことができる。この場合、ＱＲＳ波又はＴ波の検出時刻から所定時間後の所定期間内においてＱＲＳ波検出用のフィルタ特性をペースメーカ波形検出用のフィルタ特性に切り替えることにより容易に実現できる。

一方、上述の第１の実施例では、「被検体内に心臓ペースメーカが装着」等の警告文言や警告情報を表示部８に表示する場合について述べたが、入力部９が備えた表示パネルや別途設けられた図示しない報知部において表示（報知）しても構わない。

又、第１の実施例では、心拍同期信号に基づいて所望の心拍時相における時系列的な画像データを生成／表示する場合について述べたが、時系列的に得られた動画像データの各々に前記心拍同期信号に基づく心拍時相データを付加して保存し、所望心拍時相における画像データを前記心拍時相データに基づいて読み出し表示してもよい。この場合、既に述べたように運動負荷前後における画像データ、あるいは、同一被検体の異なる複数走査断面における画像データ等の他の条件下で生成された画像データの比較表示であってもよく、又、この時の表示は静止画像表示あるいは動画像表示の何れであってもよい。

更に、第１の実施例では、薬物投与前の被検体に対して動画像データの収集と表示を行ない、更に、薬物投与後の前記被検体の所望心拍時相において時系列的な心拍同期画像データの生成と表示を行なう場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、運動負荷前後における画像データの生成／表示であってもよい。又、この実施例では、所望の心拍時相において収集されたＢモードデータに基づいてＢモード画像データを生成する場合について述べたが、カラードプラデータに基づくカラードプラ画像データやＴＤＩ(Tissue Doppler Imaging)画像データ、更には、受信超音波の高調波成分を用いたＴＨＩ（Tissue Harmonic Imaging）等の他の画像データであっても構わない。

本発明の第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部及び画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の心電波形計測ユニットにて計測されるペースメーカ波形が重畳された心電波形を示す図。 同実施例の超音波診断装置が備える心拍同期信号生成部の構成を示すブロック図。 同実施例におけるＱＲＳ波及びペースメーカ波形の周波数成分とＱＲＳ波検出部及びペースメーカ波形検出部の各々が備えるフィルタ回路の周波数特性を示す図。 同実施例の心拍同期信号生成部が備える波形検出部の入出力波形を説明するための図。 同実施例における心拍同期画像データの収集手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施例における心拍同期信号生成装置の全体構成を示すブロック図。

符号の説明

２…送受信部
２１…送信部
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２…受信部
２２１…Ａ／Ｄ変換器
２２２…受信遅延回路
２２３…加算器
３…超音波プローブ
４…画像データ生成部
４１…超音波データ生成部
４１１…包絡線検波器
４１２…対数変換器
４２…超音波データ記憶部
５…心電波形計測ユニット
６…心拍同期信号生成部
６１…波形検出部
６１１…ＱＲＳ波検出部
６１２…ペースメーカ波形検出部
６２…同期信号発生部
６３…警告信号発生部
６４…入力部
６５…制御部
７…呼吸波形計測ユニット
８…表示部
８１…表示データ生成部
８２…データ変換部
８３…モニタ
９…入力部
１０…システム制御部
１００…超音波診断装置
２００…心拍同期信号生成装置

Claims (7)

1. 体内に心臓ペースメーカが装着されているか否かが不明な被検体から得られる心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成装置であって、
   前記心電波形のＱＲＳ波と、前記被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されている場合に前記心電波形に重畳されるペースメーカ波形とに分離して検出する波形検出手段と、
   この波形検出手段によって検出された前記ＱＲＳ波の振幅と予め設定された第１の閾値との比較結果に基づいて前記心拍同期信号を発生する心拍同期信号発生手段と、
   前記波形検出手段によって検出された前記ペースメーカ波形の振幅と予め設定された第２の閾値との比較結果に基づいて警告信号を発生する警告信号発生手段とを備え、
   前記警告信号発生手段は、前記ペースメーカ波形の振幅が前記第２の閾値を所定回数超えた場合、前記被検体の体内に心臓ペースメーカが装着されていることを報知するための前記警告信号を発生することを特徴とする心拍同期信号生成装置。
2. 前記波形検出手段は、前記ＱＲＳ波の抽出を目的とした第１のフィルタ回路を有するＱＲＳ波検出手段と前記ペースメーカ波形の抽出を目的とした第２のフィルタ回路を有するペースメーカ波形検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の心拍同期信号生成装置。
3. 前記第１のフィルタ回路は、前記ＱＲＳ波の信号成分を強調して抽出する帯域通過フィルタ特性を有し、前記第２のフィルタ回路は、前記ＱＲＳ波の信号成分を排除し前記ペースメーカ波形の高域成分を抽出する高域通過フィルタ特性を有することを特徴とする請求項２記載の心拍同期信号生成装置。
4. 前記波形検出手段は、前記ＱＲＳ波を抽出する第１のフィルタ特性と前記ペースメーカ波形を抽出する第２のフィルタ特性とを時系列的に繰り返すことにより前記ＱＲＳ波と前記ペースメーカ波形を検出することを特徴とする請求項１記載の心拍同期信号生成装置。
5. 被検体に対する超音波の送受信によって得られた受信信号に基づいて所望心拍時相における画像データを生成する超音波診断装置であって、
   請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載した心拍同期信号生成装置を心拍同期信号生成手段として備え、この心拍同期信号生成手段によって生成された前記被検体の心拍同期信号に基づいて前記所望心拍時相における画像データを生成することを特徴とする超音波診断装置。
6. 呼吸波形計測ユニットを備え、この呼吸波形計測ユニットは、前記心拍同期信号生成手段が発生した警告信号に基づいてその動作を停止することを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
7. 警告情報を報知する報知手段を備え、前記報知手段は、前記被検体に心臓ペースメーカが装着されている旨の警告情報を前記警告信号に基づいて報知することを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。

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