JP5443082B2 - 超音波診断装置及び血流速度計測用制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置及び血流速度計測用制御プログラムに係り、特に、被検体の診断対象部位に対する超音波連続波の送受信によって得られたドプラ信号に基づいて速い血流速度を正確に計測することが可能な超音波診断装置及び血流速度計測用制御プログラムに関する。

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（送信超音波）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反射波（受信超音波）を前記振動素子により電気信号に変換してモニタ上に表示するものである。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２次元画像データや３次元画像データがリアルタイムで観察できるため、各種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、上記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。

一方、被検体の診断対象部位における血流速度を定量的に計測する方法としてドプラスペクトラム法があり、このドプラスペクトラム法は、パルスドプラスペクトラム法と連続波ドプラスペクトラム法に分類される。パルスドプラスペクトラム法では、診断対象部位に対して超音波パルスの送受信を所定時間間隔で複数回行ない、このとき得られる受信信号に対しサンプルゲートを設定して前記診断対象部位における生体組織からの反射波に基づいた受信信号成分（クラッタ成分）及び血球からの反射波に基づいた受信信号成分（血流ドプラ成分）を抽出する。そして、これらの受信信号成分をフィルタリング処理して検出した血流ドプラ成分をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）分析することによりドプラスペクトラムデータを生成し、更に、前記診断対象部位から所定時間間隔で得られる受信信号成分に対し同様の処理を行なって得られた複数のドプラスペクトラムデータを時間軸方向に配列することによりスペクトラム画像データを生成する。

上述のパルスドプラスペクトラム法に対し連続波ドプラスペクトラム法では、診断対象部位の方向に対して超音波連続波の送受信を行ない、このとき得られる受信信号をフィルタリング処理して検出した血流ドプラ成分をＦＦＴ分析することによりＣＷドプラスペクトラムデータを生成する。そして、時系列的に得られる複数のＣＷドプラスペクトラムデータを時間軸方向に配列することによりスペクトラム画像データを生成する。

上述のパルスドプラスペクトラム法によれば、サンプルゲートの適用により診断対象部位からの血流情報を選択的に抽出することが可能となる。しかしながら、計測可能な最大血流速度は超音波パルスの繰り返し周波数に依存し、速い血流速度の計測に際してはドプラスペクトラムデータに折り返り現象が発生するため正確な血流計測は困難となる。一方、連続波ドプラスペクトラム法によれば、距離分解能を有していないため診断対象部位からの血流情報のみを選択的に抽出することは不可能であるが、このとき得られるＣＷドプラスペクトラムデータには上述のような折り返り現象が発生しないため、速い血流速度の計測に広く用いられている。このようなドプラスペクトラムデータの収集位置や収集方向は、リアルタイム表示されるＢモード画像データあるいはカラードプラ画像データの観測下において操作者がマニュアル設定し、設定された収集位置や収集方向を示すマーカは上述の画像データに重畳されて表示部に表示される。

ところで、速い血流速度を有する部位（以下では、高流速部位と呼ぶ。）の血流計測を目的とする連続波ドプラ計測モードが適用された超音波検査の医師や検査技師（以下では、操作者と呼ぶ。）は、先ず、被検体の診断対象部位に対するカラードプラモードの超音波走査によって得られたカラードプラ画像データを表示部において観察し、このカラードプラ画像データにおいて折り返り現象が発生している領域（例えば、モザイク状のパターンが発生している領域）あるいはその可能性を有している領域をマウスやトラックボール等の入力デバイスを用いて指定あるいは所定のマーカを配置することにより高流速部位の位置をマニュアル設定する。次いで、計測モードをカラードプラモードから連続波ドプラ計測モードに切り替えた後、前記高流速部位と交叉する走査方向に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいて時系列的なＣＷドプラスペクトラムデータを生成し、このＣＷドプラスペクトラムデータにおける最大ドプラ周波数に基づいて高流速部位における最大血流速度を計測する（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８−２２９０３９号公報

上述のように従来の連続波ドプラ計測モードにおける高流速部位の設定は、カラードプラ画像データを観測した操作者が入力部に設けられた入力デバイスを用いて行なってきた。一方、多くの被検体に対して超音波検査を行なわなくてはならない大きな医療施設においては、一人の被検体の超音波検査に要する時間を可能な限り短縮することが要求されている。そして、このような医療施設において上述のような高流速部位のマニュアル設定を含む連続波ドプラ計測モードの超音波検査が行なわれる場合、検査効率が著しく低下するのみならず医師や検査技師の負担が増大するという問題点を有していた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カラードプラ画像データの血流速度情報に基づいて検出した高流速部位の方向に連続波ドプラ計測モードの超音波送受信方向を容易かつ正確に設定することが可能な超音波診断装置及び血流速度計測用制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態に係る超音波診断装置は、被検体に対する超音波パルスの送受信によって得られた受信信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する超音波診断装置において、前記カラードプラ画像データの流速値データと所定の閾値とを比較し、前記閾値より大きな流速値を有する高流速部位を検出する高流速部位検出手段と、前記高流速部位と交叉する超音波連続波の送受信方向をCW走査方向として設定するCW走査方向設定手段と、前記CW走査方向に対する超音波連続波の送受信を制御する走査制御手段と、前記超音波連続波の送受信によって得られた受信信号に基づいてCWドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成手段とを備えた。

又、実施形態に係る血流速度計測用制御プログラムは、被検体に対する超音波パルスの送受信によって得られた受信信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する超音波診断装置に対し、前記カラードプラ画像データの流速値データと所定の閾値とを比較し、前記閾値より大きな流速値を有する高流速部位を検出する高流速部位検出機能と、前記高流速部位と交叉する超音波連続波の送受信方向をＣＷ走査方向として設定するＣＷ走査方向設定機能と、前記ＣＷ走査方向に対する超音波連続波の送受信を制御する走査制御機能と、前記超音波連続波の送受信によって得られた受信信号に基づいてＣＷドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成機能とを実行させる。

本発明によれば、カラードプラ画像データの血流速度情報に基づいて検出した高流速部位の方向に連続波ドプラ計測モードの超音波送受信方向を容易かつ正確に設定することが可能となる。このため、連続波ドプラ計測モードを適用した超音波検査の効率が改善され、操作者の負担を大幅に軽減することができる。

本発明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超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例において生成されるＣＷドプラスペクトラムデータ及びスペクトラム画像データを説明するための図。 同実施例における高流速部位の位置を示す高流速部位マーカとこの高流速部位と交叉するＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカを説明するための図。 同実施例の表示部において表示されるスペクトラム画像データの具体例を示す図。 同実施例における最大血流速度の計測手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本実施例の超音波診断装置では、被検体に対しＢモード及びカラードプラモードの超音波走査を行なってＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成すると共に、カラードプラモードにおいて得られる２次元的な流速値データと所定閾値との比較により高流速部位を検出する。次いで、この高流速部位と交叉する連続波ドプラ計測モード（以下では、ＣＷドプラモードと呼ぶ。）の走査方向（以下では、ＣＷ走査方向と呼ぶ。）に対する超音波送受信によって時系列的なＣＷドプラスペクトラムデータを生成し、このＣＷドプラスペクトラムデータの各々における最大ドプラ周波数を計測する。そして、時間的に変化する最大ドプラ周波数の極大値に基づいて計測した前記高流速部位における最大血流速度の情報と極大値の位置を示す極大値マーカをＣＷドプラスペクトラムデータに基づいて生成したスペクトラム画像データに付加して表示部に表示する。

この場合、上述の流速値データに基づいて自動検出された高流速部位を示す高流速部位マーカがカラードプラ画像データが重畳されたＢモード画像データ（以下では、Ｂモード／カラードプラ画像データと呼ぶ。）に付加され、ＣＷドプラスペクトラムデータにおいて自動計測された最大ドプラ周波数の極大値を示す極大値マーカがスペクトラム画像データに付加され表示部において夫々表示される。そして、操作者は、これらの画像データを観察することにより高流速部位の自動検出及び極大値の自動計測が正確に行なわれたか否かを判定し、不正確な場合には、これらの画像データに付加されている高流速部位マーカ及び極大値マーカの位置を入力部の入力デバイスを用いて更新することにより正確な高流速部位及び極大値の設定を行なう。

（装置の構成）
本発明の実施例における超音波診断装置の構成と機能につき図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り、図２及び図３は、この超音波診断装置が備える送受信部／超音波データ生成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である。

図１に示す超音波診断装置１００は、被検体の体内に送信超音波（超音波パルス及び超音波連続波）を放射し、この送信超音波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が配列された超音波プローブ３と、前記被検体の所定方向に対して送信超音波を放射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、Ｂモード／カラードプラモード及びＣＷドプラモードの各計測モードにて得られる整相加算後の受信信号を処理してＢモードデータ、カラードプラデータ及びＣＷドプラスペクトラムデータを生成する超音波データ生成部４と、超音波データ生成部４において得られるＢモードデータ及びカラードプラデータを超音波送受信方向（走査方向）に対応させて保存することにより２次元的なＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成し、更に、後述のＣＷ走査方向設定部７によって設定されたＣＷドプラモードの超音波送受信方向（ＣＷ走査方向）に対する超音波連続波の送受信によって得られる時系列的なＣＷドプラスペクトラムデータを時間軸方向に順次保存することによりスペクトラム画像データを生成する画像データ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、画像データ生成部５に設けられた後述の流速値データ生成部５２に保存されている血流の２次元的な流速値データと所定の閾値との比較によりカラードプラモードでは計測が困難な速い血流速度を有する部位（高流速部位）を検出する高流速部位検出部６と、この高流速部位と交叉したＣＷ走査方向を設定するＣＷ走査方向設定部７と、ＣＷ走査方向にて時系列的に得られたＣＷドプラスペクトラムデータにおける最大ドプラ周波数の極大値に基づいて高流速部位における最大血流速度を計測する最大流速計測部８と、高流速部位の位置を示す高流速部位マーカ及びＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカが付加されたＢモード／カラードプラ画像データや最大ドプラ周波数の極大値を示す極大値マーカが付加されたスペクトラム画像データ等を表示する表示部９を備え、更に、Ｂモード／カラードプラモードにおける超音波走査の制御やＣＷドプラモードにおける超音波走査（即ち、ＣＷ走査方向に対する超音波送受信）の制御を行なう走査制御部１０と、高流速部位の更新、極大値マーカの更新、計測モードの選択、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１１と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１２を備えている。

超音波プローブ３は、配列されたＮ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、前記先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気的な駆動信号を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。そして、これら振動素子の各々は、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。尚、本実施例では、Ｎ個の振動素子を有するセクタ走査用の超音波プローブ３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、図２に示す送受信部２は、被検体の所定方向に対し送信超音波（即ち、Ｂモード／カラードプラモードにおける超音波パルス及びＣＷドプラモードにおける超音波連続波）を放射するための駆動信号を超音波プローブ３の振動素子へ供給する送信部２１と、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受信部２２を備え、送信部２１は、レートパルス発生器２１１、送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３を備えている。

レートパルス発生器２１１は、超音波パルスを送信超音波として用いるＢモード及びカラードプラモードにおいて用いられ、被検体内に放射する送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスをシステム制御部１２から供給される基準信号を分周することによって生成し送信遅延回路２１２へ供給する。

送信遅延回路２１２は、例えば、超音波プローブ３に内蔵されたＮ個の振動素子の中から選択されたＮｔ個の送信用振動素子と同数の独立な遅延回路から構成され、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波（超音波パルス）を集束するための集束用遅延時間と所定方向に対して前記送信超音波を放射するための偏向用遅延時間を設定する。

駆動回路２１３は、超音波プローブ３に内蔵されたＮｔ個の送信用振動素子を駆動する機能を有し、例えば、上述の集束用遅延時間と偏向用遅延時間が与えられたレートパルスに基づいてＢモード及びカラードプラモードにおける駆動用パルスを生成し、更に、走査制御部１０から直接供給される制御信号に基づいて所定の深さに送信超音波（超音波連続波）を収束するための集束用遅延時間と所定方向へ前記送信超音波を放射するための偏向用遅延時間を有するＣＷドプラモードの駆動用連続波を生成する。

一方、受信部２２は、超音波プローブ３に内蔵されたＮ個の振動素子の中から選択されたＮｒ個の受信用振動素子に対応するＮｒチャンネルのプリアンプ２２１、Ａ／Ｄ変換器２２２及び受信遅延回路２２３と加算器２２４を備え、Ｂモード／カラードプラモード及びＣＷドプラモードにおいて受信用振動素子からプリアンプ２２１を介して供給されたＮｒチャンネルの受信信号はＡ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路２２３に送られる。

受信遅延回路２２３は、所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換器２２２から出力されるＮｒチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２４は、受信遅延回路２２３から出力されるＮｒチャンネルの受信信号を加算合成する。即ち、受信遅延回路２２３と加算器２２４により、所定方向からの受信超音波に対応した受信信号は整相加算される。

次に、超音波データ生成部４は、受信部２２の加算器２２４から出力されるＢモードの受信信号を処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、カラードプラモード及びＣＷドプラモードの受信信号を直交検波してドプラ信号を検出するドプラ信号検出部４２と、カラードプラモードにおいて検出されたドプラ信号に基づいてカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４３と、ＣＷドプラモードにおいて検出されたドプラ信号に基づいてＣＷドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成部４４を備えている。

Ｂモードデータ生成部４１は、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２を備え、包絡線検波器４１１は、受信部２２の加算器２２４から供給される整相加算後の受信信号を包絡線検波し、対数変換器４１２は、包絡線検波された受信信号の振幅を対数変換してＢモードデータを生成する。

ドプラ信号検出部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備え、受信部２２の加算器２２４から供給される受信信号を直交検波して実部と虚部とからなる複素型のドプラ信号を検出する。

一方、カラードプラデータ生成部４３は、ドプラ信号記憶回路４３１、ＭＴＩフィルタ４３２及び自己相関演算器４３３を備え、同一方向に対する複数回の超音波走査においてドプラ信号検出部４２から出力されるドプラ信号はドプラ信号記憶部４３１に順次保存される。次いで、高域通過用のデジタルフィルタであるＭＴＩフィルタ４３２は、当該被検体の同一部位にて収集された時系列的なドプラ信号をドプラ信号記憶部４３１から読み出し、これらのドプラ信号に含まれている臓器の呼吸性移動や拍動性移動等に起因した成分（クラッタ成分）を除去する。そして、自己相関演算器４３３は、ＭＴＩフィルタ４３２によって血流情報のみが抽出されたドプラ信号に対し自己相関演算を行なって血流の平均流速値や血流速度の乱れを示す速度分散値をカラードプラデータとして算出する。

一方、スペクトラムデータ生成部４４は、図示しない演算処理部と記憶部を有したＦＦＴ分析器４４１を備え、ＣＷ走査方向に対する超音波送受信によって得られた受信信号に対してドプラ信号検出部４２が検出した複素型のドプラ信号は前記記憶部に保存される。そして、前記演算処理部は、前記記憶部に保存された所定期間のドプラ信号に対しＦＦＴ分析を行なって時系列的なＣＷドプラスペクトラムデータを生成する。

次に、図１に示した画像データ生成部５の具体的な構成につき図３のブロック図を用いて説明する。この画像データ生成部５は、図３に示すように、Ｂモード画像データ生成部５１、流速値データ生成部５２、分散値データ生成部５３、カラードプラ画像データ生成部５４及びスペクトラム画像データ生成部５５を備えている。

Ｂモード画像データ生成部５１は、図示しない記憶回路を備え、超音波データ生成部４のＢモードデータ生成部４１から走査方向単位で順次供給される対数変換後の受信信号（Ｂモードデータ）を前記記憶回路に保存してＢモード画像データを生成する。

同様にして、流速値データ生成部５２及び分散値データ生成部５３も図示しない記憶回路を備え、流速値データ生成部５２は、超音波データ生成部４のカラードプラデータ生成部４３にて算出されるドプラ信号の中心周波数に基づいた血流の平均流速値を前記記憶回路に保存して２次元の流速値データを生成し、分散値データ生成部５３は、カラードプラデータ生成部４３にて算出されるドプラ信号の周波数分布に基づいた速度分散値を前記記憶回路に保存して２次元の分散値データを生成する。

そして、図示しない演算処理部を有するカラードプラ画像データ生成部５４は、流速値データ生成部５２から供給される流速値データ及び分散値データ生成部５３から供給される分散値データを受信し、これらのデータが有する平均流速値及び速度分散値に対応した色情報に基づいてカラードプラ画像データを生成する。例えば、血流の平均流速値に対応した明度情報と速度分散値に対応した色相情報を各々の画素に設定することにより平均流速値と速度分散値の同時観測が可能なカラードプラ画像データを生成する。

一方、スペクトラム画像データ生成部５５は、図示しない記憶回路を備え、超音波データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４がＣＷ走査方向から得られた受信超音波のドプラ成分に基づいて生成した時系列的なＣＷドプラスペクトラムデータを時間軸方向に配列してスペクトラム画像データを生成する。

再び、図１へ戻って、高流速部位検出部６は、図３に示した画像データ生成部５の流速値データ生成部５２において生成された２次元的な血流の流速値データと予め設定された閾値αとを比較し、閾値αより大きな平均流速値を有する流速値データの画素を高流速部位として検出する。尚、閾値αより大きな平均流速値を有する連続した複数の画素あるいは離散的な複数の画素が存在する場合、これらの画素の中心位置を計測することにより高流速部位を検出する方法が好適であるが特に限定されない。そして、ＣＷ走査方向設定部７は、高流速部位検出部６によって検出された高流速部位と交叉する超音波送受信方向（即ち、超音波プローブ３の先端部中央と前記高流速部位とを結ぶ方向）をＣＷ走査方向として設定する。

一方、最大流速計測部８は、超音波データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給されるＣＷドプラスペクトラムデータの各々における最大ドプラ周波数を計測し、更に、時間的に変化する最大ドプラ周波数の極大値を計測する。尚、ＣＷドプラスペクトラムデータにおける最大ドプラ周波数を自動計測する具体的な方法は、例えば、上述の特許文献１（特開平８−２２９０３９号公報）等に記載されているため、詳細な説明は省略する。そして、計測された最大ドプラ周波数の極大値に基づいて最大血流速度を計測し、得られた最大血流速度の計測結果は、極大値の位置情報（即ち、極大値の大きさ（周波数）及び発生タイミング（極大値時刻））と共に表示部９へ供給される。

又、極大値を示す後述の極大値マーカが付加されたスペクトラム画像データが表示部９のモニタ９２に表示され、この極大値マーカの位置が入力部１１の入力デバイスを用いて更新された場合、入力部１１からシステム制御部１２を介して極大値マーカの新たな位置情報を受信した最大流速計測部８は、この位置情報に対応するスペクトラム画像データのドプラ周波数に基づいて最大血流速度を再度計測する。そして、新たに得られた最大血流速度の計測結果は、更新された極大値マーカの位置情報と共に表示部９へ供給される。

尚、上述の最大血流速度（Ｖｍａｘ）は、最大ドプラ周波数によって一義的に決定され、極大値時刻における最大ドプラ周波数をｆｐ（ｍａｘ）、高流速部位における血流方向とＣＷ走査方向との交叉角度をφ、生体内の超音波速度をＣ、超音波周波数をｆｏとすれば次式（１）に基づいて算出することができる。

図４（ａ）は、スペクトラムデータ生成部４４において生成されたＣＷドプラスペクトラムデータＡｘに対して最大流速計測部８が計測した最大ドプラ周波数ｆｐを示している。一方、図４（ｂ）は、画像データ生成部５のスペクトラム画像データ生成部５５が、スペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給されるＣＷドプラスペクトラムデータＡｘを時間軸方向に配列して生成したスペクトラム画像データＢｘ、最大流速計測部８によって計測された最大ドプラ周波数ｆｐの時間的変化を示すトレンドデータＣｘ及びこの最大ドプラ周波数ｆｐのトレンドデータが極大値（ｆｐ（ｍａｘ））を示す極大値時刻Ｔｐを示している。

次に、図１に示す表示部９は、表示データ生成部９１とモニタ９２を備え、画像データ生成部５において生成されたＢモード画像データ、カラードプラ画像データ及びスペクトラム画像データを用いて表示データを生成する機能を有している。例えば、Ｂモード／カラードプラモードでは、カラードプラ画像データが重畳されたＢモード／カラードプラ画像データに高流速部位を示す高流速部位マーカ及びＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカが付加された表示データを生成し、ＣＷドプラモードでは、スペクトラム画像データに最大ドプラ周波数ｆｐの極大値ｆｐ（ｍａｘ）を示す極大値マーカやこの極大値ｆｐ（ｍａｘ）に基づいて算出された最大血流速度Ｖｍａｘ（式（１）参照）の情報が付加された表示データを生成する。そして、得られたこれらの表示データは、所定の表示フォーマットに変換され、更に、被検体情報等の付帯情報が付加されてモニタ９２に表示される。

図５は、心臓の僧坊弁近傍において検出された高流速部位の位置を示す高流速部位マーカＭｈとこの高流速部位と交叉するＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカＭｓを示している。一般に、図５に示すような僧坊弁Ｍｖに閉鎖不全がある場合、心筋の収縮によって高い圧力が印加された左心室Ｌｖの血流は、閉鎖不全により生じた僧坊弁ＭＶの狭い開口を介して左心房Ｌａへ逆流し、このとき、僧坊弁Ｍｖの近傍に高流速部位が形成される。

このような高流速部位における血流計測を行なう場合、所定の繰り返し周期（レート周期）を有した送信超音波（超音波パルス）が用いられる通常のカラードプラモードでは、計測可能な最大血流速度は繰り返し周期によって制約されるため定量的な計測が困難となる場合が多い。このため、カラードプラモードの計測限界を超える高流速の血流計測では、既に述べたように、計測限界を有さないＣＷドプラモードが適用される。

高流速血流の計測を目的とした本実施例では、先ず、画像データ生成部５において生成されたＢモード画像データＢｉにカラードプラ画像データＣｉが重畳されたＢモード／カラードプラ画像データが表示部９のモニタ９２に表示され、このときカラードプラ画像データＣｉにおいて、例えば、モザイク状に表示される高流速部位が画像データ生成部５の流速値データ生成部５２によって生成される流速値データに基づいて検出される。そして、この高流速部位を示す高流速部位マーカＭｈと前記高流速部位と交叉するＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカＭｓが上述のＢモード／カラードプラ画像データに付加されてモニタ９２に表示される。

一方、図６は、表示部９のモニタ９２に表示された本実施例におけるスペクトラム画像データの具体例を示したものであり、図４において既に述べたように、スペクトラム画像データＢｘは、スペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給されるＣＷドプラスペクトラムデータを時間軸方向に配列することによって生成される。そして、このスペクトラム画像データＢｘには、時間的に変化する最大ドプラ周波数ｆｐの極大値（最大ドプラ周波数ｆｐ（ｍａｘ））を示す極大値マーカＭｍが付加され、更に、最大ドプラ周波数ｆｐ（ｍａｘ）に基づいて得られた最大血流速度Ｖｍａｘの計測結果が所定の位置に配置される。

一方、図１の走査制御部１０は、Ｂモード画像データ及びカラードプラ画像データの収集を目的とした超音波走査の制御や高流速部位におけるスペクトラム画像データの収集を目的とした超音波走査の制御を行なう。特に、スペクトラム画像データの収集に際しては、高流速部位検出部６から供給される高流速部位の位置情報あるいは入力部１１から供給される高流速部位の更新情報に基づいてＣＷ走査方向設定部７が設定した前記高流速部位と交叉するＣＷ走査方向の設定情報を受信し、この設定情報に基づいて送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２３における遅延時間を制御する。

入力部１１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、選択ボタン等の入力デバイスを備え、Ｂモード／カラードプラモードやＣＷドプラモードの選択を行なう計測モード選択機能１１１、高流速部位検出部６によって設定された高流速部位の位置を更新する高流速部位更新機能１１２、スペクトラム画像データに付加された極大値マーカの位置を更新する極大値マーカ更新機能１１３を有している。更に、被検体情報の入力、各種画像データの生成条件及び表示条件の設定、流速値データに対する閾値αの設定、各種コマンド信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。

システム制御部１２は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部１１から入力／設定／選択された上述の情報は前記記憶回路に保存される。一方、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて超音波診断装置１００が有する各ユニットやシステム全体を統括的に制御し、高流速部位の検出及びこの高流速部位におけるスペクトラム画像データの生成と表示、更には、前記スペクトラム画像データに基づく最大血流速度の計測を行なう。

（最大血流速度の計測手順）
次に、本実施例の高流速部位における最大血流速度の計測手順につき図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超音波検査に先立ち、超音波診断装置１００の操作者は、入力部１１において被検体情報の入力、各種画像データの生成条件及び表示条件の設定、流速値データに対する閾値αの設定等を行ない（図７のステップＳ１）、更に、計測モードとしてＢモード／カラードプラモードの選択を行なう（図７のステップＳ２）。

次いで、操作者は、超音波プローブ３の先端部を被検体体表面の所定位置に固定し、最初の走査方向（図２のθ１方向）に対してＢモードデータ及びカラードプラデータを収集するための超音波送受信を行なう。即ち、走査方向θ１に対するＢモードデータの収集に際し図２のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１２から供給される基準信号を分周することによってレートパルスを生成し、送信遅延回路２１２は、レートパルス発生器２１１から供給されたレートパルスに対し送信超音波（超音波パルス）を所定の深さに集束するための遅延時間と、走査方向θ１に放射するための遅延時間を与えてＮｔチャンネルの駆動回路２１３へ供給する。そして、駆動回路２１３は、このレートパルスに基づいて生成した駆動信号を超音波プローブ３に配列されたＮｔ個の送信用振動素子に供給して走査方向θ１に対し超音波パルスを放射する。

被検体に放射された超音波パルスの一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波パルスが心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ３に設けられたＮｒ個の受信用振動素子によって電気信号（受信信号）に変換され、受信部２２におけるＮｒチャンネルの独立なプリアンプ２２１にて所定の大きさに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換される。そして、デジタル変換後の受信信号が供給された受信遅延回路２２３は、走査制御部１０から供給される走査制御信号に基づいて設定した所定の深さからの超音波反射波を集束するための遅延時間と、走査方向θ１からの受信超音波（超音波反射波）に対し強い受信指向性を設定するための遅延時間を前記受信信号に与える。

そして、上述の遅延時間が与えられたＮｒチャンネルの受信信号は、加算器２２４において整相加算された後、超音波データ生成部４のＢモードデータ生成部４１において包絡線検波と対数変換がなされ画像データ生成部５のＢモード画像データ生成部５１が有する記憶回路に保存される。

一方、走査方向θ１に対するカラードプラデータの収集に際しては、上述と同様の手順により走査方向θ１に対して連続した複数回の超音波送受信を行ない、このとき得られた受信信号に基づいて血流の平均流速値や速度分散値を算出する。

即ち、ドプラ信号検出部４２のミキサ４２２及びＬＰＦ４２３は、走査方向θ１に対して行なわれる複数回の超音波送受信の各々において受信部２２の加算器２２４から出力される受信信号を直交検波して実部及び虚部からなる複素型のドプラ信号を検出し、得られたドプラ信号をカラードプラデータ生成部４３のドプラ信号記憶回路４３１に順次保存する。次いで、カラードプラデータ生成部４３のＭＴＩフィルタ４３２は、ドプラ信号記憶回路４３１に保存されたドプラ信号の中から所定の位置（深さ）にて得られた時系列的な複数のドプラ信号を抽出する。そして、抽出されたドプラ信号に対してフィルタリング処理を行ない、例えば、心筋等の運動によって生ずる組織ドプラ成分（クラッタ成分）を排除し、血流の流れに起因する血流ドプラ成分を抽出する。

一方、クラッタ成分が排除されたドプラ信号の供給を受けた自己相関演算器４３３は、このドプラ信号を用いて自己相関演算を行ない、更に、この演算結果に基づいて血流の平均速度値や速度分散値等を算出する。このような演算を走査方向θ１の他の位置（深さ）に対しても行ない、得られた走査方向θ１のカラードプラデータ（即ち、血流の平均速度値及び速度分散値）は、画像データ生成部５の流速値データ生成部５２及び分散値データ生成部５３が有する記憶回路に保存される。

走査方向θ１に対するＢモードデータ及びカラードプラデータの生成と保存が終了したならば走査方向θ２乃至走査方向θＰに対しても同様な超音波送受信を行ない、このとき得られたＢモードデータ及びカラードプラデータも、画像データ生成部５のＢモード画像データ生成部５１、流速値データ生成部５２及び分散値データ生成部５３に順次保存される。即ち、Ｂモード画像データ生成部５１の記憶回路には２次元的なＢモード画像データが生成され、流速値データ生成部５２及び分散値データ生成部５３の記憶回路には平均流速値の２次元分布を示す流速値データ及び速度分散値の２次元分布を示す分散値データが生成される。そして、カラードプラ画像データ生成部５４は、流速値データ生成部５２及び分散値データ生成部５３から供給される平均流速値及び速度分散値に対応した色情報に基づいてカラードプラ画像データを生成する。

一方、表示部９の表示データ生成部９１は、画像データ生成部５のＢモード画像データ生成部５１から供給されるＢモード画像データにカラードプラ画像データ生成部５４から供給されるカラードプラ画像データを重畳してＢモード／カラードプラ画像データを生成しモニタ９２に表示する（図７のステップＳ３）。このようなステップＳ３の手順を繰り返すことにより、表示部９のモニタ９２には、Ｂモード／カラードプラ画像データがリアルタイム表示される。

一方、高流速部位検出部６は、画像データ生成部５の流速値データ生成部５２において生成された２次元的な血流の流速値データと入力部１１において予め設定された閾値αとを比較し、閾値αより大きな平均流速値を有する流速値データの画素を高流速部位として検出する（図７のステップＳ４）。次いで、ＣＷ走査方向設定部７は、この高流速部位と交叉する超音波走査方向をＣＷ走査方向として設定し、これらの設定情報を受信した表示部９の表示データ生成部９１は、上述のステップＳ３において生成したＢモード／カラードプラ画像データに高流速部位を示す高流速部位マーカ及びＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカを付加してモニタ９２に表示する（図７のステップＳ５）。

次に、操作者は、高流速部位マーカ及びＣＷ走査マーカが重畳されて表示部９のモニタ９２に表示されたＢモード／カラードプラ画像データを観察することにより高流速部位が正しく検出されたか否かを判定し、正しく検出されていない場合には、入力部１１に設けられた高流速部位更新機能１１２を用いて高流速部位マーカをＢモード／カラードプラ画像データ上の好適な位置へ更新する（図７のステップＳ６）。次いで、入力部１１からシステム制御部１２を介して上述の更新情報を受信したＣＷ走査方向設定部７は、更新された高流速部位と交叉するＣＷ走査方向を新たに設定する。そして、新たに設定されたＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカは更新後の高流速部位を示す高流速部位マーカと共にＢモード／カラードプラ画像データに重畳されて表示部９のモニタ９２に表示される（図７のステップＳ５）。

一方、上述のステップＳ５において高流速部位が正しく検出されていることを確認したならば、操作者は、入力部１１の計測モード選択機能１１１を用いてＣＷドプラモードを選択する（図７のステップＳ７）。そして、走査制御部１０は、入力部１１からシステム制御部１２を介して供給されるＣＷドプラモードの選択情報とＣＷ走査方向設定部７からシステム制御部１２を介して供給されるＣＷ走査方向（即ち、上述の高流速部位と交叉するＣＷ走査方向）の設定情報を受信し、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２３に対し前記ＣＷ走査方向に送信超音波を放射するための遅延時間を設定する。

次いで、システム制御部１２は、送受信部２の各ユニットを制御してスペクトラム画像データの収集を目的としたＣＷドプラモードの超音波送受信を上述のＣＷ走査方向に対して行なう。そして、ＣＷ走査方向（例えば、図２のθｘ）から得られた超音波反射波に対する加算器２２４の出力信号（受信信号）はドプラ信号検出部４２に供給される。

ドプラ信号検出部４２は、前記受信信号に対し直交検波を行なって検出した時系列的なドプラ信号をスペクトラムデータ生成部４４のＦＦＴ分析器４４１が備える記憶回路に一旦保存する。一方、ＦＦＴ分析器４４１の演算回路は、前記記憶回路に保存された所定期間のドプラ信号をＦＦＴ分析してＣＷドプラスペクトラムデータを生成し、画像データ生成部５のスペクトラム画像データ生成部５５が備える記憶回路に保存する。

同様にして、ＦＦＴ分析器４４１は、後続して得られる所定期間のドプラ信号に対してもＦＦＴ分析を行なってＣＷドプラスペクトラムデータを生成し、前記記憶回路に逐次保存する。即ち、スペクトラム画像データ生成部５５は、時系列的に生成されたＣＷドプラスペクトラムデータを自己の記憶回路において時間軸方向に配列することによりスペクトラム画像データを生成する（図７のステップＳ８）。

一方、最大流速計測部８は、超音波データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給されるＣＷドプラスペクトラムデータの各々における最大ドプラ周波数を計測し、更に、時間的に変化する最大ドプラ周波数の極大値を計測する（図７のステップＳ９）。そして、計測された最大ドプラ周波数の極大値に基づいて最大血流速度を計測し（図７のステップＳ１０）、得られた最大血流速度の計測結果は、極大値の位置情報と共に表示部９へ供給される。

表示部９は、上述のステップ８において生成されたスペクトラム画像データに極大値の位置情報に基づいて生成した極大値マーカや最大血流速度の計測結果、更には、被検体情報等の付帯情報を付加してモニタ９２に表示する（図７のステップＳ１１）。

次に、操作者は、上述の極大値マーカが付加されて表示部９に表示されたスペクトラム画像データを観察することによって極大値マーカの位置が適切か否かを判定し、その位置が不適切な場合には、入力部１１に設けられた極大値マーカ更新機能１１３を用いて極大値マーカをスペクトラム画像データ上の好適な位置へ更新する（図７のステップＳ１２）。

そして、更新された極大値マーカの位置情報を受信した最大流速計測部８は、この極大値マーカの位置に対応するドプラ周波数に基づいて最大血流速度を再度計測し、このとき得られた最大血流速度の計測結果と更新された極大値マーカはスペクトラム画像データに付加されて表示部９のモニタ９２に表示される（図７のステップＳ１０及びＳ１１）。

以上述べた本実施例によれば、カラードプラ画像データの血流速度情報に基づいて検出した高流速部位に対しＣＷドプラモードの超音波送受信方向（ＣＷ走査方向）を容易かつ正確に設定することが可能となる。このため、ＣＷドプラモードを適用した超音波検査の効率が改善され、操作者の負担を大幅に軽減することができる。

特に、平均流速値の２次元分布を示す流速値データと所定閾値との比較により高流速部位を短時間で自動検出することができるため、リアルタイムで収集されるカラードプラ画像データの各々における高流速部位の検出が可能となり、従って、その位置が変動するような高流速部位に対しても好適なＣＷ走査方向を常時設定することができる。

又、高流速部位の位置を示す高流速部位マーカは、Ｂモード／カラードプラ画像データに付加されて表示部に表示されるため、高流速部位の検出が正確に行なわれているか否かをモニタリングすることが可能となり、更に、高流速部位更新機能を有した入力部を備えているため、高流速部位の検出が正しく行なわれない場合には、高流速部位更新機能を用いて高流速部位マーカを移動させることによりＣＷ走査方向を好適な方向に設定することができる。

一方、上述の実施例によれば、最大血流速度は、高流速部位に対するＣＷドプラモードの超音波送受信によって得られるＣＷドプラスペクトラムデータの最大ドプラ周波数及び時間的に変化する前記最大ドプラ周波数の極大値に基づいて自動計測されるため、ＣＷドプラモードにおける検査効率を更に改善することができる。

又、最大ドプラ周波数の極大値を示す極大値マーカがスペクトラム画像データに付加されて表示部に表示されるため、最大ドプラ周波数及びその極大値の計測が正確に行なわれているか否かを判定することが可能となり、更に、極大値マーカ更新機能を有した入力部を備えているため、最大ドプラ周波数あるいは最大ドプラ周波数の極大値が正しく計測されていない場合には、極大値マーカ更新機能を用いて極大値マーカを好適な位置へ移動させることにより正確な最大血流速度を得ることができる。

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、上述の実施例では、高流速部位検出部６による高流速部位の検出が正確に行なわれない場合、Ｂモード／カラードプラ画像データに付加された高流速部位マーカを入力部１１に設けられた高流速部位更新機能１１２を用いて移動させることにより高流速部位を好適な位置に更新し、更新後の高流速部位と交叉するＣＷ走査方向をＣＷ走査方向設定部７によって設定する場合について述べたが、高流速部位更新機能１１２に替わるＣＷ走査方向更新機能を入力部１１に設け、Ｂモード／カラードプラ画像データに付加されたＣＷ走査マーカを前記ＣＷ走査方向更新機能を用いて好適な方向へ更新させてもよい。

又、上述の実施例では、カラードプラ画像データが重畳されたＢモード画像データ（Ｂモード／カラードプラ画像データ）にＣＷ走査マーカ及び高流速部位マーカを付加して表示部９に表示する場合について述べたが、カラードプラ画像データにＣＷ走査マーカ及び高流速部位マーカを付加してもよい。

更に、図５に示したように、ＣＷ走査マーカ及び高流速部位マーカをＢモード／カラードプラ画像データに付加して表示する場合について述べたが、ＣＷ走査マーカあるいは高流速部位マーカの何れか一方を上述の画像データに付加しても構わない。例えば、入力部１１の高流速部位更新機能１１２を用いて更新した高流速部位に基づいてＣＷ走査方向を設定する場合には高流速部位マーカを画像データに付加し、ＣＷ走査方向更新機能を用いてＣＷ走査方向を直接更新する場合にはＣＷ走査マーカを画像データに付加してもよい。

又、上述の実施例では、図６に示したように、スペクトラム画像データに極大値マーカを付加して表示する場合について述べたが、図４のように最大ドプラ周波数の時間的変化を示すトレンドデータを更に付加しても構わない。このトレンドデータの付加により極大値マーカの更新が更に容易となる。

尚、上述の実施例では、被検体の診断対象部位（例えば、心臓）に対する２次元走査によって得られた２次元の流速値データに基づいて高流速部位の検出とＣＷ走査方向の設定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、前記診断対象部位に対する３次元走査によって得られた３次元の流速値データに基づいて高流速部位の検出とＣＷ走査方向の設定を行なってもよい。

２…送受信部
２１…送信部
２２…受信部
３…超音波プローブ
４…超音波データ生成部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…ドプラ信号検出部
４３…カラードプラデータ生成部
４４…スペクトラムデータ生成部
５…画像データ生成部
５１…Ｂモード画像データ生成部
５２…流速値データ生成部
５３…分散値データ生成部
５４…カラードプラ画像データ生成部
５５…スペクトラム画像データ生成部
６…高流速部位検出部
７…ＣＷ走査方向設定部
８…最大流速計測部
９…表示部
９１…表示データ生成部
９２…モニタ
１０…走査制御部
１１…入力部
１１１…計測モード選択機能
１１２…高流速部位更新機能
１１３…極大値マーカ更新機能
１２…システム制御部
１００…超音波診断装置

Claims (9)

1. 被検体に対する超音波パルスの送受信によって得られた受信信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する超音波診断装置において、
   前記カラードプラ画像データの流速値データと所定の閾値とを比較し、前記閾値より大きな流速値を有する高流速部位を検出する高流速部位検出手段と、
   前記高流速部位と交叉する超音波連続波の送受信方向をCW走査方向として設定するCW走査方向設定手段と、
   前記CW走査方向に対する超音波連続波の送受信を制御する走査制御手段と、
   前記超音波連続波の送受信によって得られた受信信号に基づいてCWドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記CWドプラスペクトラムデータに基づいて前記高流速部位における最大血流速度を計測する最大流速計測手段と
   を更に備えた請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波連続波の送受信によって得られた受信信号を処理してドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段を備え、前記スペクトラムデータ生成手段は、前記ドプラ信号検出手段によって検出されたドプラ信号を周波数分析することにより前記ＣＷドプラスペクトラムデータを生成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記最大流速計測手段は、前記スペクトラムデータ生成手段によって生成された時系列的な前記ＣＷドプラスペクトラムデータの各々における最大ドプラ周波数を計測し、時間的に変化する前記最大ドプラ周波数の極大値に基づいて前記最大血流速度を計測することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
5. 表示手段を備え、前記表示手段は、前記高流速部位を示す高流速部位マーカ及び前記ＣＷ走査方向を示すＣＷ走査マーカの少なくとも何れかを前記カラードプラ画像データに付加して表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 高流速部位更新手段を備え、前記表示手段において表示された前記カラードプラ画像データに付加されている前記高流速部位マーカあるいは前記ＣＷ走査マーカの位置が不適切な場合、前記高流速部位更新手段は、前記高流速部位マーカあるいは前記ＣＷ走査マーカを好適な位置へ移動させることにより高流速部位あるいはＣＷ走査方向を更新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. 前記スペクトラムデータ生成手段において生成される時系列的な複数のＣＷドプラスペクトラムデータに基づいてスペクトラム画像データを生成するスペクトラム画像データ生成手段と、このスペクトラム画像データを表示する表示手段を備え、前記表示手段は、前記最大ドプラ周波数の極大値を示す極大値マーカ及び前記最大血流速度の計測結果の少なくとも何れかを前記スペクトラム画像データに付加して表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
8. 極大値マーカ更新手段を備え、前記表示手段にて表示された前記スペクトラム画像データに付加されている前記極大値マーカの位置が不適切な場合、前記極大値マーカ更新手段は、前記極大値マーカの位置を更新し、前記表示手段は、更新された極大値マーカにおけるドプラ周波数に基づいて前記最大流速計測手段が計測した最大血流速度の情報を前記スペクトラム画像データに付加して表示することを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
9. 被検体に対する超音波パルスの送受信によって得られた受信信号に基づいてカラードプラ画像データを生成する超音波診断装置に対し、
   前記カラードプラ画像データの流速値データと所定の閾値とを比較し、前記閾値より大きな流速値を有する高流速部位を検出する高流速部位検出機能と、
   前記高流速部位と交叉する超音波連続波の送受信方向をＣＷ走査方向として設定するＣＷ走査方向設定機能と、
   前記ＣＷ走査方向に対する超音波連続波の送受信を制御する走査制御機能と、
   前記超音波連続波の送受信によって得られた受信信号に基づいてＣＷドプラスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成機能とを
   実行させることを特徴とする血流速度計測用制御プログラム。

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