JP5269535B2 - 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に超音波のドップラ効果を利用して、血流等の体内の移動体の状態をリアルタイムに３Ｄ表示可能にした超音波診断装置及び超音波画像表示方法に関するものある。

従来、医用画像診断装置として超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、被検体との間で超音波信号の送受信を行って、被検体内の情報を得ることができ、特に被検体内の移動体(血流等)の動きを検出する場合は、ドップラ法により動態観察が可能である。

一方、超音波診断装置では、Ｂモード画像に血流画像を重ね合わせて表示する場合もある。この場合、血流画像はカラー画像で表示され、超音波プローブから遠ざかる方向の血流は青の色相で表示し、超音波プローブに近づく方向の血流は赤の色相で表示するようにしている。また血流の速度は輝度の変化で表示するようにしている。

特許文献１には、このようなカラー表示を可能にした超音波ドップラ診断装置が記載されている。しかしながら、上記したような血流画像の表示方法は、２次元的な表示方法であり、血流の方向や速度を色の変化で判断する必要があるため、直観的に血流の方向等を判断することが難しかった。
特開平６−２８５０６５号公報

従来の超音波診断装置においては、血流等の移動体画像を２次元的に表示し、移動体の移動方向や速度を色や輝度の変化で表すようにしているが、直観的に血流等の方向や速度を判断することが難しいという課題があった。

本発明は上記事情に鑑み、被検体内のドップラ成分を３次元的に表示可能にした超音波診断装置及び超音波画像表示方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の超音波診断装置は、被検体に対して超音波の送受信を行う送受信部と、前記送受信部によって得られる受信信号を処理して診断部位の３次元画像データを生成する第１の画像データ生成部と、前記３次元画像に対して任意の断面位置を設定するサンプルマーカを生成するサンプルマーカ処理部と、前記受信信号を処理して前記被検体内の移動体の運動に関わるドップラ信号を抽出し、前記サンプルマーカで指定された断面位置での移動体の運動方向及び速度を表すベクトル情報を生成する第２の画像データ生成部と、前記第１の画像データ生成部からの前記３次元画像データ及び前記第２の画像データ生成部からのベクトル情報を処理して、前記移動体の移動方向に延びるブロックで表し、前記移動体の速度を前記ブロックの長さ又は太さで表す３次元的な棒グラフ画像で成るベクトル画像を生成し、少なくとも前記ベクトル画像を含むドップラ画像を表示部に表示するための画像表示処理部と、を具備したことを特徴とする。

請求項２記載の本発明の超音波画像表示方法は、被検体に対して超音波の送受信を行い、受信信号を処理して診断部位の３次元画像データを生成し、前記３次元画像データに基づく３次元画像を表示部に表示し、前記３次元画像に対してサンプルマーカを表示して前記３次元画像の任意の断面位置を設定し、前記受信信号を処理して前記被検体内の移動体の運動に関わるドップラ信号を抽出し、前記ドップラ信号を処理して前記サンプルマーカで指定された断面位置での前記移動体の運動方向及び速度を表すベクトル情報を生成し、前記３次元画像データ及び前記ベクトル情報を処理して、前記サンプルマーカで指定された断面部での移動体の動きを前記移動体の移動方向に延びるブロックで表し、前記移動体の速度を前記ブロックの長さ又は太さで表す３次元的なベクトル画像を生成し、前記ベクトル画像を表示部に表示することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、リアルタイムな３Ｄ画像に合致したドップラ画像を表示することができる。ドップラ画像は、３Ｄ表示されたベクトル画像を含むため、移動体（血流等）の方向と速度を視覚的に直観できるように表示することができ、血流内の乱流、逆流等を容易に判別することができる。

以下、この発明の超音波診断装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

図１において、超音波診断装置１０は、被検体（図示せず）に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ１１と、超音波プローブ１１を駆動して被検体に対して超音波走査を行う送受信部１２と、送受信部１２によって得られた受信信号を処理してＢモード画像データ、ドップラ画像データ等の画像データを生成する画像データ生成部１３を備えている。画像データ生成部１３は、Ｂモード画像データ生成部１４と、ドップラ画像データ生成部１５から成る。

Ｂモード画像データ生成部１４と、ドップラ画像データ生成部１５の出力は、画像表示処理部１６に供給され、画像表示処理部１６で生成された画像等を表示するため表示部１７が設けられている。

さらに超音波診断装置１０は、サンプルマーカ処理部１８と、装置全体を制御するシステム制御部１９と、各種のコマンド信号等を入力する操作部２０を備えている。尚、２１はシステム制御部１９と各回路部との間を結ぶバスラインである。

超音波プローブ１１は、複数個（Ｎ個）の超音波振動素子を２次元配列し、被検体に対して超音波パルスを送信するとともに、被検体から得られた受信超音波を受信信号に変換する。超音波プローブ１１は、セクタ走査、リニア走査、コンベックス走査等に対応して構成され、診断部位や診断目的に応じて任意に選択することが可能であるが、本実施形態では、Ｎ個の超音波振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ１１を用いた場合について述べる。

送受信部１２は、超音波パルス信号を生成する送信部１２１と、超音波プローブ１から得られる超音波受信信号を処理する受信部１２２とを備えている。送信部１２１は、超音波パルス信号を生成して超音波プローブ１１に出力し、受信部１２２は、超音波振動素子からのＮチャンネルの超音波受信信号を整相加算して１つに纏めて画像データ生成部１３に出力する。

画像データ生成部１３のＢモード画像データ生成部１４は、包絡線検波器１４１と対数変換器１４２、レンダリング処理部１４３を備え、包絡線検波器１４１は、受信部１２２からの整相加算後の受信信号を包絡線検波する。この包絡線検波信号は、対数変換器１４２においてその振幅が対数変換される。尚、包絡線検波器１４１と対数変換器１４２は順序を入れ替えて構成してもよい。

レンダリング処理部１４３は、３次元画像データを生成するもので、データ記憶部（図示せず）を含み、Ｂモード画像データを順次にデータ記憶部に保存する。また、この保存された画像データを読み出し、不透明度や色調の情報に基づいてレンダリング処理して、３次元画像データを生成する。この場合の３次元画像データとしては、例えばボリュームレンダリング画像データが生成される。

一方、ドップラ画像データ生成部１５は、直交検波器１５１、周波数変換器１５２、ドップラ変移算出部１５３を備えている。直交検波器１５１は、受信部１２２から供給された受信信号を直交位相検波してドップラ信号を抽出する。

即ち、直交検波器１５１は、π／２移相器及び第１，第２のミキサを備え、受信部１２２から供給された受信信号を、第１、第２のミキサの一方の入力端子に入力する。また送信部１２１から供給された矩形波が第１のミキサの他方の入力端子に供給され、矩形波をπ／２移相器で９０度位相シフトした信号が第２のミキサの他方の入力端子に供給される。そして、第１，第２のミキサ出力が、それぞれＬＰＦ（低域通過フィルタ）に供給され、受信部１２２の出力信号周波数と矩形波の基本周波数の差の成分が検出される。

直交検波器１５１で検出されたデータは、周波数変換器１５２で周波数変換され、周波数変移が求められる。即ち、被検体内の移動体（例えば血液）に超音波を送信した場合、移動体から得られるエコー信号は、移動体の速度によってドップラ周波数を生じる。その周波数は、移動体が超音波プローブに近づく向きに流れているときは高くなり、移動体が超音波プローブから遠ざかる向きに流れているときは低くなるため、この周波数変移を求めることでドップラ信号(移動体情報)を取り出すことができる。

ドップラ変移算出部１５３は、例えば、ＭＴＩフィルタ及び自己相関演算器を備え、直交検波器１５１によって検出されたドップラ信号は、ＭＴＩフィルタによってフィルタリング処理され、血管内の血流に起因した血流ドップラ成分が抽出される。又、自己相関演算器は、ＭＴＩフィルタによって抽出された血流ドップラ成分に対して自己相関値を算出し、自己相関処理結果に基づいて血流の平均流速値、分散値などを算出してドップラ画像データを生成する。

また、ドップラ変移算出部１５３には、サンプルマーカ処理部１８が接続されている。サンプルマーカ処理部１８は、レンダリング処理部１４３によって生成された３Ｄ画像に対して断面位置マーカ（以下サンプルマーカと称す）を設定するものである。サンプルマーカ処理部１８は、操作者が操作部２０を操作することにより、システム制御部１９の制御のもとにサンプルマーカ（後述）の位置を任意に設定することができる。

ドップラ変移算出部１５３は、記憶部１５４を含み、前段で周波数変換されたドップラ信号のデータを任意のフレーム分、記憶部１５４に保持し、サンプルマーカによって指定されたサンプル領域の１区画毎の周波数変移を求め、求めた値から、その点でのベクトル情報を算出するようにしている。ベクトル情報は変移の方向データと変移量データを持っている。

画像表示処理部１６は、レンダリング処理部１４３によって生成された３Ｄ画像と、ドップラ変移算出部１５３で算出したベクトル情報をもとに、サンプルマーカで指定されたサンプル領域内の移動体（血液等）の変移の方向と速度(変移量)を表す画像（以下、ベクトル画像と称す）を生成する。

また画像表示処理部１６は、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）を含み、生成した画像データの走査変換を行い、表示部１７に表示可能な超音波画像に変換する。

一方、操作部２０は、例えばキーボード、トラックボール、マウス等の入力デバイス及び表示パネルを備えたインタラクティブなインターフェースであり、患者情報や各種コマンド信号の入力、超音波送受信条件の設定、各種画像データの生成条件の設定等を行なう。またサンプルマーカの位置や向き等の設定を行う。

サンプルマーカは、表示された診断部位の３Ｄ画像に対して任意の断面位置を設定するものであり、その断面は３Ｄ画像の広い領域、或いは３Ｄ画像上の任意の一部分の断面を設定することができる。

サンプルマーカ処理部１８は、操作部２０によって設定されたサンプルマーカをもとに３Ｄ画像の断面位置を決定し、ドップラ成分を検出したい領域が設定される。領域の設定は、設定された断面（平面）を複数の区画で分割してサンプル領域を指定する。それぞれの区画は、任意の大きさであり、例えば正方形又は長方形で区分される。

また、システム制御部１９は、ＣＰＵ及び記憶部（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）を備え、操作部２０からの指示信号に基づいて、各部の制御を行うとともに、システム全体の制御を行なう。

次に本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の動作について説明する。本発明では、画像表示処理部１６で処理された超音波画像、即ちＢモード画像データ処理部１４によって生成された３Ｄ画像データと、ドップラ画像データ生成部１５で生成されたベクトル情報の処理及び表示方法に特徴がある。

図２、図３は、超音波画像の表示例を示す図であり、図２は血管等の管状体の３Ｄ画像を示し、図３は心臓部の３Ｄ画像をそれぞれ概略的に示している。図２、図３において、左側の画像はリアルタイム３Ｄ画像であり、右側の画像はドップラ画像である。この場合、３Ｄ画像とドップラ画像を並べて表示しているが、必要に応じてドップラ画像だけを選択して拡大表示するようにしてもよい。

図２の血管画像の表示例について説明すると、３１はＢモード画像データ処理部１４によって生成された３Ｄ画像であり、３２は任意の断面位置を指定するサンプルマーカを示している。サンプルマーカ３２は、実線あるいは点線で示すように、操作部２０の操作によって任意の位置に移動可能であって、その向きも任意に設定可能であり、３Ｄ画像に対して任意の断面位置を設定することができる。

図２（ａ）においては、サンプルマーカ３２が血管の管軸と直交するように設定されており、サンプルマーカ３２のプレーンによって血管の断面位置３３が決定され、図２（ｂ）では、当該断面位置でのドップラ画像３４が表示されている。

サンプルマーカ３１のプレーンの大きさは、操作部２０の操作、あるいは予め設定された値に基いて任意に設定することができる。またサンプル領域を設定するために、プレーン上を複数の区画に分け、それぞれの区画の大きさは、操作部２０の操作、あるいは予め設定された値に基いて任意に設定することができる。

血管断面部のドップラ画像３４は、血管の断面画像３５とその断面部を流れる血液（移動体）の血流の方向と血流の速度を表すベクトル画像３６を含む。即ち、ベクトル画像３６は、血流の方向と角度を矢印で表し、血流の速度を矢印の長さで表している。またサンプルマーカ３２も表示されている。

したがって、医師等の操作者は、ベクトル画像３６を観察することにより、任意の断面位置での血流の方向、角度、及び速度（流速、流量）を一目瞭然で判断することができる。

また、図３の例では、サンプルマーカ３２のプレーンが水平の向きに設定され、心臓部の３Ｄ画像３１を水平方向に切断するように設定した状態を示している。この場合もサンプルマーカ３２の位置は実線あるいは点線で示すように、任意の位置に設定することができる。

図３（ｂ）は、断面部３３のドップラ画像３４を示している。図３（ｂ）においても、断面画像３５とベクトル画像３６が表示されている。この場合、血流（移動体）の方向が左画と右側で逆になっているため、ベクトル画像３６の矢印の向きが左画と右側で異なっている。

図４は、図２のドップラ画像３４を拡大して示す説明図である。

ドップラ画像３４には、３Ｄ画像３１上に設定されたサンプルマーカ３２の平面画像（ドップラ表示用プレーン３２と呼ぶ）が表示されており、ドップラ表示用プレーン３２は、複数に区画されたサンプル領域３２１で構成されている。各サンプル領域３２１は、例えば正方形や長方形に区画されている。

ドップラ画像３４は、断面画像３５とベクトル画像３６を含み、ベクトル画像３６が各サンプル領域３２１の区画の中心部に、プレーンに対して所定の角度と大きさを持つ矢印として表示される。矢印の角度は、ドップラ処理されたベクトルデータとドップラ表示用プレーン３２とのなす角から算出された角度であり、血流の方向を示す。また矢印の大きさ（長さ）は血流の速度を示す。

図４においては、ベクトル画像３６の矢印が奥側から手前側に向いているが、ドップラ表示用プレーン３２に対し奥側に向かう場合は、手前から奥側に向かう矢印で表示し、表示ドップラ表示用プレーン３２は半透明または透明で表示するようにすれば、手前側からでも血流の向き等を判断することができる。

図５は、ドップラ画像３４の別の表示形態を拡大して説明する説明図である。

ドップラ画像３４には、ドップラ表示用プレーン３２が表示されており、ドップラ表示用プレーン３２は、複数に区画されたサンプル領域３２１で構成されている。ドップラ画像３４は、断面画像３５とベクトル画像３６を含み、ベクトル画像３６が各サンプル領域３２１の区画の中心部に、プレーンに対して所定の方向に延びるブロックとして表示されている。ブロックの延びる方向は血流の方向を示し、ブロックの大きさ（長さ）は血流の速度を示す。したがって、ベクトル画像３６は、棒グラフ状に表示される。

図５においても、ベクトル画像３６のブロックがドップラ表示用プレーン３２に対し奥側に向かう場合は、表示ドップラ表示用プレーン３２は半透明または透明で表示するようにすれば、手前側からでも血流の向き等を判断することができる。またブロックの集まりを色付けして表示するようにしても良い。

尚、以上の説明では、ベクトル画像３６の大きさを矢印の長さやブロックの長さで表示するようにしたが、矢印やブロックの太さを変えて表示するようにしても良い。

図６（ａ）は、ドップラ画像３４の他の表示形態を示すもので、ベクトル画像３６の矢印を移動体（血流）の速度に応じて太さを変えて表示した例である。また、矢印の長さと太さの両方を移動体の速度に応じて変えるようにしても良い。

さらに、図６（ｂ）は、ドップラ画像３４の他の表示形態を示すものである。この例では、ドップラ画像を回転させて表示した例を示している。即ち、図６（ａ）の表示では、奥側（矢印Ｘ）に位置するベクトル画像３６１（他と区別するため点線で示す）が見にくいような場合に、図６（ａ）の画像をＹ方向に回転させることで、注視したい部分を見易く表示したものである。

このような回転表示は、例えば操作部２０に回転を指示するボタン等を設け、操作部２０から回転の指示があった場合に、システム制御部１９は画像表示処理部１６を制御して、ドップラ画像３４を所定の角度だけ回転した画像を生成するようにすれば良い。

また、以上の説明では、ドップラ画像３４を表示する際に、ドップラ表示用プレーン３２及びサンプル領域３２１を表示すようにしているが、このドップラ表示用プレーン３２及びサンプル領域３２１表示は省略しても良い。さらに図２、図３においては、３Ｄ画像３１とドップラ画像３４を並べて表示するようにしているが、表示部１７にはドップラ画像３４のみを選択的に表示するようにしても良い。

このように本発明の実施形態によれば、リアルタイムな３Ｄ画像に合致した、ドップラ画像を表示することができ、ドップラ画像は、３Ｄ表示されたベクトル画像を含むため、移動体（血流等）の方向と速度を視覚的に直観できるように表示することができる。したがって、血流内の乱流、逆流等を容易に判別することができる。また、リアルタイムに診断することができ、診断効率の向上、診断精度を向上することができる。

尚、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。 同実施形態に係る超音波診断装置における表示画像の一例を示す説明図。 同実施形態に係る超音波診断装置における表示画像の他の例を示す説明図。 同実施形態に係る超音波診断装置におけるドップラ画像の表示例を示す説明図。 同実施形態に係る超音波診断装置におけるドップラ画像の他の表示例を示す説明図。 同実施形態に係る超音波診断装置におけるドップラ画像のさらに他の表示例を示す説明図。

符号の説明

１０…超音波診断装置
１１…超音波プローブ
１２…送受信部
１３…画像データ生成部
１４…Ｂモード画像データ生成部
１４１…包絡線検波器
１４２…対数変換器
１４３…レンダリング処理部
１５…ドップラ画像データ生成部
１５１…直交検波器
１５２…周波数変換器
１５３…ドップラ変移算出部
１６…画像表示処理部
１７…表示部
１８…サンプルマーカ処理部
１９…システム制御部
２０…操作部

Claims (2)

1. 被検体に対して超音波の送受信を行う送受信部と、
   前記送受信部によって得られる受信信号を処理して診断部位の３次元画像データを生成する第１の画像データ生成部と、
   前記３次元画像に対して任意の断面位置を設定するサンプルマーカを生成するサンプルマーカ処理部と、
   前記受信信号を処理して前記被検体内の移動体の運動に関わるドップラ信号を抽出し、前記サンプルマーカで指定された断面位置での移動体の運動方向及び速度を表すベクトル情報を生成する第２の画像データ生成部と、
   前記第１の画像データ生成部からの前記３次元画像データ及び前記第２の画像データ生成部からのベクトル情報を処理して、前記移動体の移動方向に延びるブロックで表し、前記移動体の速度を前記ブロックの長さ又は太さで表す３次元的な棒グラフ画像で成るベクトル画像を生成し、少なくとも前記ベクトル画像を含むドップラ画像を表示部に表示するための画像表示処理部と、
   を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体に対して超音波の送受信を行い、受信信号を処理して診断部位の３次元画像データを生成し、
   前記３次元画像データに基づく３次元画像を表示部に表示し、
   前記３次元画像に対してサンプルマーカを表示して前記３次元画像の任意の断面位置を設定し、
   前記受信信号を処理して前記被検体内の移動体の運動に関わるドップラ信号を抽出し、前記ドップラ信号を処理して前記サンプルマーカで指定された断面位置での前記移動体の運動方向及び速度を表すベクトル情報を生成し、
   前記３次元画像データ及び前記ベクトル情報を処理して、前記サンプルマーカで指定された断面部での移動体の動きを前記移動体の移動方向に延びるブロックで表し、前記移動体の速度を前記ブロックの長さ又は太さで表す３次元的なベクトル画像を生成し、
   前記ベクトル画像を表示部に表示することを特徴とする超音波画像表示方法。

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