JP5396173B2

JP5396173B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP5396173B2
Application number: JP2009156584A
Authority: JP
Inventors: 崇史嘉山
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-07-01
Also published as: JP2011010789A

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に血流速度に関する角度補正機能を有する超音波診断装置に関する。

生体内の血流に対するパルスドプラ計測を行う場合、まず、断層画面上においてドプラビーム方向がユーザーにより指定される。そして、そのドプラビーム方向上の任意の深さに任意の幅をもってサンプルゲート（サンプルボリューム）が設定される。例えば心臓内の弁の付近にサンプルゲートが設定される。ドプラビーム方向に対して、ドプラ情報を得るために、超音波パルスが繰り返し送信され、それにより得られる各受信信号中におけるサンプルゲートに対応するゲート期間内のドプラ情報が抽出される。そのドプラ情報に対する周波数解析処理により血流速度が演算される。具体的には、ドプラ情報に対してＦＦＴ解析処理が実行され、その結果としてドプラ波形（周波数スペクトルを時間軸上に表したもの）が生成され、それが画面上に表示される。ドプラ波形の横軸は時間軸であり、その縦軸は正負の血流速度に対応している。

しかし、ドプラ情報として観測できるのはドプラビーム方向の速度成分であり、真の血流速度ではない。そこで、従来から、流速の角度補正が実行されている（特許文献１参照）。すなわち、真の血流速度をＶとし、送信周波数をＦ０とし、ドプラシフト周波数をｆｄとし、生体内音速をｃとし、ドプラビーム方向と真の血流独度の方向とがなす交差角度をθとした場合、以下の計算によって真の血流速度Ｖが求められる。

V = c/2cosθ× Fd/F0 …(1)
以上の角度補正を行うためには、血流の方向を断層画像上に棒状の方向マーカーを登場させ、その角度が血流の方向に合致するようにユーザー指定させるのが一般的である。なお、角度補正は実際にはドプラ波形の縦軸のスケールを補正するものである。

特表２００３−５１１１４４号公報

しかしながら、上記の角度補正においては、交差角度が増大するに従い、誤差が著しく増大する。そのような誤差増大を良く知っているユーザーであれば、表示された血流速度情報を読み取る際に、そこに含まれる誤差を考慮することが可能であるが、そのような現象を良く知っていないユーザーにおいては、誤差を含有する流速をそのまま信じてしまう可能性も否定できない。あるいは、誤差がかなり大きい場合に測定条件の再設定が望まれるような場合であっても、従来においてはユーザーにその契機を与えることができていない。

本発明の目的は、流速計測結果の信頼性を高めるための情報をユーザーに提供できるようにすることにある。

あるいは、本発明の目的は、許容できない誤差が生じるような流速計測ができるだけ回避されるようにすることにある。

本発明に係る超音波診断装置は、断層画像上において、ドプラビーム方向、当該ドプラビーム方向上のサンプルゲート及び当該サンプルゲートの設定地点での血流方向を設定する設定手段と、前記サンプルゲートに対応するドプラ情報に基づいて流速を演算する流速演算手段と、前記ドプラビーム方向と前記血流方向とがなす交差角度に基づいて前記流速を補正する補正手段と、前記交差角度の大きさに基づいて前記流速の角度補正時に生じ得る誤差の大きさを示す情報を提供する提供手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、断層画像上においてサンプルゲートに対して血流方向が指定されると、サンプルゲートから抽出されたドプラ情報に基づく流速が、ビーム方向と血流方向とのなす角度に従って補正され、その際に角度補正で生じ得る誤差の程度が所定の情報としてユーザーに提供される。血流方向の設定は自動的に又は手動で行うことが可能である。通常、ユーザーにより血流方向が指定される。そのような場合において上記のような情報が提示されるならば、補正誤差が大きくなっている事態を認識でき、また、そのような事態を回避する措置をとることが可能となる。例えば、所望の誤差範囲以内となるように走査面の再設定や観測ビーム方向の再設定をうながすことが可能である。従って、結果として計測の信頼性を高められる。特に、交差角度が大きくなると、誤差量が極端に増大するので、そのような状況に至った段階から、上記の情報を表示するのが望ましい。当該情報は、表示態様の変化（高輝度表示、輝度反転表示、点滅表示、色表示等）として提供されてもよい。そのような変化が生じる対象として、表示される角度（数値）、方向ライン等をあげることができる。また、文字情報、音や光の情報として誤差の程度が提供されてもよい。誤差の大小を段階的な表示変化で表現するようにしてもよい。誤差限界を定め、それ以上の交差角度が設定されないように、血流方向の指定を制限してもよい。

望ましくは、前記誤差の大きさを示す情報は、前記血流方向を指定する過程においてユーザーに提供される情報であって、前記交差角度が所定角度を超えたことを示す情報である。例えば、６０度を閾値として定め、それを超えた場合に何らかのアラームが生じるようにしてもよい。

望ましくは、前記誤差の大きさを示す情報は、前記交差角度を示す表示と共に表示画面上に表示される視認可能な情報である。この構成によれば、表示される交差角度を確認しながら、同時に、それが比較的誤差が少ない範囲にあるのか否かを確認できる。

望ましくは、前記所定角度を変更する手段を含む。所定角度の変更は自動的に行ってもよいし、手動で行ってもよい。前者においては、例えば、診断科目、計測条件に応じて自動的に切り換えるようにしてもよい。後者においては、要求計測精度に応じて、ユーザーに切り換えを委ねてもよい。望ましくは、前記所定角度は４０―８０度の範囲内に設定される。概ね６０度前後を標準的なアラーム判定レベルとして想定することができるが、より誤差の少ない計測が望まれる場合にはそれよりも小さな角度を所定角度とするのが望ましく、ある程度の誤差が許容される場合にはそれよりも大きな角度を所定角度とするのが望ましい。勿論、推定される誤差の大きさそれ自体を何らかの情報によって画面上に表示するようにしてもよい。

本発明によれば、流速計測結果の信頼性を高めるための情報をユーザーに提供できる。あるいは、許容できない誤差が生じるような流速計測をできるだけ回避させることができる。

本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。補正角度（交差角度）と誤差の関係を示す図である。表示例を示す図である。誤差が大きくなった場合における表示態様の変化を説明するための図である。誤差の数値表示例を示す図である。

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。この超音波診断装置は、医療の分野において用いられ、超音波の送受波により生体内から情報を取得し、その情報を画像表示するものである。

プローブ１０は、超音波の送受波を行う送受波器であり、このプローブ１０は本実施形態において１Ｄアレイ振動子を備えた超音波探触子である。アレイ振動子は複数の振動素子からなるものであり、それらにより超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査等が周知である。プローブ１０に対して２Ｄアレイ振動子を設けるようにしてもよい。本実施形態に係るプローブ１０は体表面上に当接して用いられるものであるが、もちろん体腔内に挿入されるプローブを用いるようにしてもよい。

送信部１２は送信ビームフォーマーとして機能するものである。すなわち、送信時において、複数の送信信号がアレイ振動子に対して並列的に供給される。これによりアレイ振動子上において送信ビームが形成される。受信時において、生体内からの反射波はアレイ振動子にて受波される。これによりアレイ振動子から複数の受信信号が並列的に受信部１４へ出力される。受信部１４は受信ビームフォーマーとして機能するものであり、入力される複数の受信信号に対してデジタル信号への変換を行った後、それらの複数の信号に対して整相加算処理を実行し、整相加算後の受信信号をビームデータとして出力する。そのビームデータは、信号処理部を経由して、断層像形成部１６及びドプラ波形形成部１８へ出力されている。

断層像形成部１６はＢモードにおいて機能するものであり、断層像形成部１６はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）を備えている。すなわち入力される複数のビームデータに対して座標変換処理等を適用し、これによってＢモード画像を形成する。その画像データは表示処理部２０へ出力されている。

一方、ドプラ波形形成部１８は、Ｄモード（ＰＷモード）において機能するものであり、本実施形態において、直交検波器、周波数解析器としてのＦＦＴ回路等を備えている。後に説明するように、生体内において設定されたサンプルゲートからドプラ情報が抽出され、そのドプラ情報に対して周波数解析処理を適用することにより血流の速度スペクトルが求められ、各時刻における速度スペクトルを時間軸上に展開することによりドプラ波形が形成される。そのドプラ波形の画像データは表示処理部２０へ出力される。ちなみに、後に説明するＢ−Ｄモードにおいては、断層像形成部１６及びドプラ波形形成部１８の両者が機能する。

表示処理部２０は、入力される画像に対してカラーコーディング等の処理を施し、これにより表示画像を形成し、その画像データを表示部２２へ出力する。表示処理部２０は２つの超音波画像の合成機能やグラフィック画像をそれらに合成する機能を有している。表示部２２には、断層画像、ドプラ波形画像等が表示される。必要に応じて、カラーフローマッピング画像、３次元画像等が表示されてもよい。

グラフィック画像生成部２４は、本実施形態において特にＢモード画像及びＤモード画像（ドプラ波形）に合成されるグラフィック画像を生成する機能を有している。その内容は制御部２６において決定されている。

制御部２６は、図１に示される各構成の動作制御を行うものであり、本実施形態において、制御部２６はＣＰＵ及び動作プログラムによって構成されている。制御部２６は、本実施形態において角度補正機能及びアラーム判定機能を有しており、それぞれの機能が図１において角度補正部２８及びアラーム判定部２９として表されている。角度補正部２８は、ユーザーによって設定された血流方向とドプラ情報を観測しているビーム方向とのなす角度（交差角度）に基づいてドプラ波形における縦軸のスケーリングを行うものである。角度補正それ自体は公知の技術である。アラーム判定部２９は、後に説明するように、上記の交差角度すなわち補正角度が所定角度以上になった場合にアラームを判定するものである。すなわち、補正角度がある程度大きくなると、無視できない或いは許容できない大きな演算上の誤差が生じ得るため、そのような事態をユーザーに認識させるためにアラーム判定部２９が当該事態を判定してユーザーへそれを報知する制御を行っている。具体的には、後に説明するようにグラフィック画像生成部２４においてグラフィック画像を生成する際に当該アラーム情報が反映される。

操作パネル３０は、キーボードやトラックボール等を含み、操作パネル３０を利用してユーザーにより動作モードや各種の条件が設定される。本実施形態においては、操作パネル３０を利用して、ユーザーにより、ドプラ情報の観測を行うビーム方位φ１、当該ビーム方位上におけるサンプルゲートの深さｒ１、そのサンプルゲートの大きさｄに加えて、サンプルゲートの中心点を通る方向であって血流の真の流れの向きを表す血流方向θ等の情報が入力されている。ちなみに、誤差関数メモリ３１は必要に応じて設けられるものであり、その誤差関数メモリ３１上には以下に説明する誤差関数が格納されている。すなわちアラーム判定部２９におけるアラーム判定にあたって必要に応じて誤差関数が参照される。

図２には、誤差関数が例示されている。横軸は補正角度θを示しており、縦軸は誤差εを示している。図示されるように、補正角度θが大きくなればなる程誤差の大きさが増大しており、特に６０度付近を越えるところから急激に誤差が増大している。このような傾向に基づき、アラーム判定にあたっての閾値をなす所定角度θ１として例えば６０度が設定される。一般的には、その所定角度として４０度〜８０度の範囲内における任意の角度が設定されるのが望ましい。そのような角度はユーザーにより、或いは自動的に変更できるように構成するのが望ましい。

図３には、図１に示した実施形態においてＢ−Ｄモードを選択した場合における表示内容の例が示されている。本実施形態においては、そのようなモードにおいてサンプルゲートとの関係で血流方向をユーザーにより指定する場合に上述したアラーム判定処理が実行される。図３において、表示画面３２上には、Ｂモード画像３４とドプラ波形３６とが表示されている。Ｂモード画像３４は白黒の２次元断層画像であり、図示の例においては送受信原点４０を頂点とする扇状の領域としてＢモード画像３４が構成されている。このような画像３４は超音波ビームの電子セクタ走査により形成されるものである。深さ方向が図３においてｒで示されており、電子走査方向がφで表されている。ドプラ波形３６において、その横軸は時間軸であり、その縦軸は周波数軸すなわち速度軸である。速度軸においては、方向の各速度及び負方向の角速度が表されており、各時点におけるスペクトラムが一本のラインのような形態で表現され、すなわち各周波数ごとのパワーが画素の輝度の大きさによって表現されている。この場合において縦軸のスケーリングは上述したように角度補正によって定まるものであり、交差角度が小さければビーム軸上で観測される速度と実際の角度は小さいが、交差角度が大きくなるにしたがって観測される速度よりも実際の角度の方が大きくなる。そのような幾何学的な相違に伴う補正を行うのが上述した角度補正であり、ドプラ波形３６上においては縦軸のスケーリング変更として現れる。

このようなドプラ波形を生成するのに先立って、Ｂモード画像３４上において、ユーザーによりドプラ観測を行うビーム方向４２が設定される。図においては方向マーカー４８が表されており、当該方向においてドプラ情報を取得するための超音波パルスの送受信が繰り返される。ビーム４２上において、所定の深さにサンプルゲート４６が設定され、その幅もユーザーにより任意に設定可能である。サンプルゲート４６は受信信号中においてドプラ情報を切り出す区間を表すものである。Ｂモード画像３４上においては、サンプルゲート４６の中心点を通過するマーカー４８が表示され、ユーザーはそのマーカー４８の角度θを変更することが可能である。すなわち血流の方向にそのマーカー４８に向きを合わせることにより、視覚的な観察の下で血流方向の指定を行える。

本実施形態においては、Ｂモード画像３４の近傍に角度表示３８を表示することができ、具体的には補正角度を数値により表示することが可能である。ユーザーがマーカー４８を回転させると、それに伴って角度表示３８の内容を変更されることになる。そして、設定された交差角度が所定角度（例えば６０度）を越えると、そのような角度表示３８の表示態様が変化することになる。具体的には、図４に示されるように、角度表示３８から角度表示３８Ａへの変更が行われ、この場合においてはハイライト表示が実行されている。これは白黒反転表示であってもよいし、カラー表示であってもよいし、点滅表示であってもよい。いずれにしても誤差がかなり大きくなった状態をユーザーに確実に伝達できるような表示態様を採用するのが望ましい。このような数値情報の表示態様変化に代えて或いはそれと共に図３に示したグラフィック要素としてのマーカー４８の色を変えたりそれを点滅表示させたりすることも有効である。また、段階的に制御を切り替えるのも有効である。例えば、０度〜６０度までは通常の表示態様で表示を行わせ、６０度〜８０度の間においては上述したようなアラーム表示を行わせ、８０度以上についてはそもそもそのような設定が行えないように禁止制御を行うようにしてもよい。すなわち図３に示した断層画像３４上においてマーカー４８が＋方向及び−方向のいずれの方向においても８０度以上回転しないように強制的に制御を行うようにしてもよい。この結果、ある程度誤差を許容できる範囲内においては実際にその交差角度の設定が許容され、それ以上については計測の信頼性を優先させてそもそも設定を行えなくなるためその意味において計測の信頼性の著しい低下を防止できるという利点がある。もちろんそのような段階的な制御におけるそれぞれの閾値についてはユーザーにより或いは自動的に可変設定できるように構成するのが望ましい。

上述した実施形態においては交差角度が数値と表示されていたが、それと共に誤差の程度を図５に示すような態様で表示するようにしてもよい。例えばε＝２０という表示をもって誤差が２０％であることを表示するようにしてもよい。また図２に示した誤差関数そのものを画面上に表示し、現在の補正角度を表示することにより誤差関数から誤差の程度を直読できるようにしてもよい。このような構成によれば、補正角度の変化に伴う誤差の変動を直感的に認識できるので、計測状況に応じてまた誤差状況に応じて計測を進行させることができるという利点がある。例えばより精度が要求される計測を行う場合には、補正角度を小さくできない場合には、プローブの当接位置や姿勢そのものを変更して補正角度が一定の角度範囲内に収まるようにしてもよい。そのような操作を可能とするためにはユーザーに対して上述したような各種の情報を提供するのが望ましい。更に、上述したような角度情報、アラーム情報等については画像記録の際に画像と共に属性情報として記録されるように構成してもよい。

１０プローブ、１２送信部、１４受信部、１６断層像形成部、１８ドプラ波形形成部、２０表示処理部、２４グラフィック画像生成部、２６制御部、２８角度補正部、２９アラーム判定部、３０操作パネル、３１誤差関数。

Claims

断層画像上において、ドプラビーム方向、当該ドプラビーム方向上のサンプルゲート及び当該サンプルゲートの設定地点での血流方向を設定する設定手段と、
前記サンプルゲートに対応するドプラ情報に基づいて流速を演算する流速演算手段と、
前記ドプラビーム方向と前記血流方向とがなす交差角度に基づいて前記流速を補正する補正手段と、
前記交差角度の大きさに基づいて前記流速の角度補正時に生じ得る誤差の大きさを示す情報を提供する提供手段と、
を含み、更に、
前記交差角度の大きさを表した横軸と前記流速の角度補正時に生じる誤差の大きさを表した縦軸とを有する誤差関数を格納した誤差関数メモリを含み、
前記誤差関数が表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記誤差の大きさを示す情報は、前記血流方向を指定する過程においてユーザーに提供される情報であって、前記交差角度が所定角度を超えたことを示す情報である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２記載の装置において、
前記誤差の大きさを示す情報は、前記交差角度を示す表示と共に表示画面上に表示される視認可能な情報である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２又は３記載の装置において、
前記所定角度を変更する手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記所定角度は４０―８０度の範囲内に設定される、ことを特徴とする超音波診断装置。