JP5683210B2 - ３次元ｐｗスペクトル超音波診断装置および３次元ｐｗスペクトルデータ生成方法 - Google Patents

Description

本発明は３次元ＰＷ（パルス波）スペクトル超音波診断装置および３次元ＰＷスペクトルデータの生成方法に関し、より詳細には、３次元ＰＷスペクトルを生成する構成に関する。

超音波診断システムは、被検体の体表から体内の所定部位に向けて超音波信号を送信し、体内の組織から反射される超音波信号の情報を用いて軟部組織の断層像や血流に関する情報を取得するものである。このような超音波診断システムは、小型かつ低価格であり、その上、リアルタイムで表示可能であるという利点がある。さらに、超音波診断システムは、Ｘ線などの被爆がなく、安全性が高いという長所を有している。このため、超音波診断システムは、現在、Ｘ線診断装置、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）スキャナ、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）装置、核医学診断装置など他の画像診断装置と共に被検体を映像化する装置として広く用いられている。

一方、従来のパルス波ドップラー法（Ｐｕｌｓｅｄ Ｗａｖｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ、ＰＷドップラー）は、血流の速度を正確に測定する手段として極めて重要である。特に、心臓エコーにおいては、ＰＷを用いて狭窄や逆流などによって血流速度が正常範囲より速くなる度合いを判別し、診断の基準に使用している。

ところが、従来のＰＷドプラー法では、診断時に、患者の呼吸やソノグラファ（検査技師）の動き（手振れ）によってサンプルゲートの位置が変わる場合が時折発生する。このようなことが起こると検査を何回か行わなければならず、正確な診断ができなくなってしまう。

図１は、従来技術に係るスペクトル波形の一例を示す。

図１を参照すれば、従来の超音波診断システムは、ＰＷモードで心臓の弁膜の位置にサンプルゲートを置き、スペクトル波形を得ている。このとき、患者の呼吸またはソノグラファの動き（手振れ）により、観測位置にスペクトルが現われない場合が時折発生する。例えば、図１に示すように、患者の呼吸によって３番目のスペクトル（点線で示されている円の内部）が消えてしまう場合がある。

したがって、患者の呼吸またはソノグラファの動きによって診断が不正確になったり遅れてしまうのを解決する必要がある。

本発明の一実施形態は、患者の呼吸やソノグラファの動きによってサンプルゲートの位置がターゲット位置からずれてしまって正確な診断が困難になるという問題点を解決し、迅速かつ正確に診断できるようにする３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置および３次元ＰＷスペクトルデータ生成方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置は、２次元アレイプローブを用いて対象体に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信し、前記対象体から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信する送受信部と、前記受信した第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて３次元状のサンプルゲートを形成するサンプルゲート形成部と、前記形成された３次元サンプルゲートを用いて３次元ＰＷスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部とを含む。

このとき、前記サンプルゲートは、ＸＹ面からなる複数の面で構成され、前記送受信部は、前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応してＸ軸断面と関連する複数の第１ＰＷドップラー応答信号を受信し、前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応してＹ軸断面と関連する複数の第２ＰＷドップラー応答信号を受信する。

この場合、前記サンプルゲート形成部は、前記複数の第１、第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、前記サンプルゲートの複数の面でキューブサンプルゲートを形成する。

また、前記スペクトルデータ生成部は、前記３次元サンプルゲートの幅だけ、前記対象体に対する３次元ＰＷスペクトルデータを生成する。

本発明の一実施形態は、３次元ＰＷスペクトルデータの生成方法に係るものであって、２次元アレイプローブを用いて対象体に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信するステップと、前記対象体から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信するステップと、前記受信された第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて３次元状のサンプルゲートを形成するステップと、前記形成された３次元サンプルゲートを用いて３次元ＰＷスペクトルデータを生成するステップとを含む。

本発明によれば、心臓エコー法におけるスペクトル測定時に患者の呼吸やソノグラファの動きによって、スペクトル波形からスペクトルが欠落（消失）してしまう場合でも、その消失した場所の空間的なデータを確保することができる。即ち、この空間的なスペクトルデータ取得（生成）法は、複数の断面をキューブサンプルゲートの幅だけスペクトルデータを一度にスキャンして得るのと同じ効果を有する。

また、本発明の一実施形態によれば、３次元ＰＷスペクトルには患者やソノグラファの動きによって欠落したスペクトル波形と完全なスペクトル波形とが含まれており、この完全な波形のデータが患者診断の基準として使われる。この完全な波形はオートトレースなどの機能を用いて複数の波形から抽出することにより、迅速に得ることができる。

従来技術に係る血流のスペクトル波形の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置を示すブロック図である。 従来の１次元アレイプローブと本発明の２次元アレイプローブを比較した一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置でキューブサンプルゲートを形成する一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトルデータ生成方法の順序を示すフローチャートである。

以下、添付の図面および添付の図面に記載された内容を参照しながら本発明の多様な実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態によって限定されるものではない。

図２は、本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置を示すブロック図である。

図２に示すように、３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置２００は、送受信部２１０、サンプルゲート形成部２２０およびスペクトルデータ生成部２３０を備えている。

送受信部２１０は、振動子がＸＹ平面に配列された２次元アレイプローブ２４０を用いて対象体２５０に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信し、対象体２５０から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信する。このとき、前記第１、第２ＰＷドップラー応答信号は、前記第１、第２ＰＷドップラー超音波信号によって対象体２５０から透過または反射した信号である。また、対象体２５０は身体であってもよい。

実施形態において、送受信部２１０は、前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応してＸ軸断面と関連する複数の第１ＰＷドップラー応答信号を受信し、前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応してＹ軸断面と関連する複数の第２ＰＷドップラー応答信号を受信する。

サンプルゲート形成部２２０は、前記で受信された第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、３次元状のサンプルゲートを形成する。実施形態において、サンプルゲート形成部２２０は、前記複数の第１、第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、サンプルゲートを複数の断面で形成してキューブサンプルゲートを形成する。すなわち、本実施形態では、２次元アレイプローブ２４０を用いているため、図４に示すように、時間軸（ｘ）と速度軸（ｙ）のｘｙ平面に対応する複数のスペクトル（複数のｚ（空間）軸断面）が形成される。この複数のｚ軸断面により、キューブサンプルゲートを形成している。

一般に、従来の１次元アレイでは一断面に対してのみスペクトルが生成されるため、患者の呼吸やソノグラファの動きによって一部のスペクトル波形が欠落してしまう短所がある。このような短所を補うために、本発明では、２次元アレイプローブ２４０を用いて数個または数十個の断面を形成することができる第１、第２ＰＷドップラー応答信号を受信することにより、患者の呼吸やソノグラファの動きによって一部のスペクトル波形が喪失するのを最小化することができる。

スペクトルデータ生成部２３０は、前記で形成された３次元サンプルゲートを用いて３次元ＰＷスペクトルデータを生成する。本実施形態において、スペクトルデータ生成部２３０は、前記３次元サンプルゲートであるキューブサンプルゲートの幅（各ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対応する辺の長さ）だけ、対象体２５０に対する３次元ＰＷスペクトルデータを生成する。

例えば、前記で生成された３次元ＰＷスペクトルデータには、患者の呼吸やソノグラファの動きによって喪失してしまったスペクトルを含むスペクトル波形と、完全なスペクトル波形の両方が存在する。スペクトルデータ生成部２３０は、前記の多数のスペクトル波形のうちから完全なスペクトル波形をオートトレースなどの機能によって抽出する。このようにして完全に形成されたスペクトル波形を用いることにより、より正確かつ迅速に患者を診断することができる。

前記方法でスペクトルデータ生成部２３０によって生成された３次元ＰＷスペクトルデータは、表示装置２６０に表示される。

図３は、従来の１次元アレイプローブと本発明の２次元アレイプローブを比較した一例を示す。

図３に示すように、従来の１次元アレイプローブ（１Ｄ Ａｒｒａｙ）では、一断面に対するスペクトルのみしか得ることができないのに対し、本発明の２次元アレイプローブ（２Ｄ Ａｒｒａｙ）によれば、Ｘ、Ｙの２軸に対してスキャニングすることにより、数個〜数十個の断面に対するスペクトルを得ることができる。

図４は、本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置でキューブサンプルゲートを形成する一例を示す図である。

図４を参照すれば、３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置２００は、前記複数の第１、第２ＰＷドップラー応答信号を用いてサンプルゲートを複数の断面で形成してキューブサンプルゲート４１０を形成することができる。

例えば、心臓の弁膜は複数の面からなるため、サンプルゲートをキューブサンプルゲート４１０と同じ幅を有するように設定すると、その複数の面からなる弁膜のスペクトルをキューブサンプルゲート４１０と同じ幅だけ取得することができる。この結果、３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置２００は、患者の呼吸によってサンプルゲートの位置がずれてスペクトルが喪失してしまうのを最小化することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る３次元ＰＷスペクトルデータを生成する方法の順序を示すフローチャートである。

同図で、３次元ＰＷスペクトルデータを生成するため、まず、２次元アレイプローブ２４０を用いて対象体２５０に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信する（５１０）。

次に、対象体２５０から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信する（５２０）。

そして、前記で受信された第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて３次元状のサンプルゲートを形成する（５３０）。

最後に、前記で形成された３次元サンプルゲートを用いて３次元ＰＷスペクトルデータを生成する（５４０）。

図５に示した３次元ＰＷスペクトルデータの生成方法は、図２〜４を参照しながら説明した３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置２００の内容をそのまま適用したものである。したがって、ここでは、前記３次元ＰＷスペクトルデータの生成方法についての詳細な説明は省略する。

なお、本発明に係る実施形態は、コンピュータにより実現される多様な動作を実行するためのプログラム命令を含むコンピュータで読取可能な記録媒体に記録することができる。当該記録媒体は、前記のプログラム命令、データファイル、データ構造などの単独のものまたは組み合わせたものを含むこともできる。記録媒体およびプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもコンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータで読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、オプティカルディスクのような磁気−光媒体、の他、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。更にまた、当該記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを保存する信号を送信する搬送波を含む光または金属線、導波管などの送信媒体であってもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。

以上、本発明に係る実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限度内で多様な変形が可能であることはもちろんである。そのため、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されてはならず、添付の特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

２００：３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置
２１０：送受信部
２２０：サンプルゲート形成部
２３０：スペクトルデータ生成部
２４０：２次元アレイプローブ
２５０：対象体
２６０：表示装置
４１０：キューブサンプルゲート

Claims (7)

1. ２次元アレイプローブを用いて対象体に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信し、前記対象体から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信する送受信部と、
   前記受信された第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、複数個の面を含む３次元状のサンプルゲートを形成するサンプルゲート形成部と、
   前記形成された３次元サンプルゲートを用いて、複数個のＰＷスペクトル波形を含む３次元ＰＷスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部と、
   を含む３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置。
2. 前記２次元アレイプローブは、Ｘ軸及びＹ軸に対して全てスキャニングし、前記複数個の面に対する前記複数個のＰＷスペクトル波形を獲得できるようにする請求項１に記載の３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置。
3. 前記サンプルゲート形成部は、前記複数の第１および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、前記サンプルゲートの前記複数の面でキューブサンプルゲートを形成する、請求項２に記載の３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置。
4. 前記スペクトルデータ生成部は、前記３次元サンプルゲートの幅だけ、前記対象体に対する前記３次元ＰＷスペクトルデータを生成する、請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元ＰＷスペクトル超音波診断装置。
5. ２次元アレイプローブを用いて対象体に第１ＰＷドップラー超音波信号および第２ＰＷドップラー超音波信号を送信するステップと、
   前記対象体から前記第１ＰＷドップラー超音波信号に対応する第１ＰＷドップラー応答信号および前記第２ＰＷドップラー超音波信号に対応する第２ＰＷドップラー応答信号を受信するステップと、
   前記受信された第１ＰＷドップラー応答信号および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて、複数個の面を含む３次元状のサンプルゲートを形成するステップと、
   前記形成された３次元サンプルゲートを用いて、複数個のＰＷスペクトル波形を含む３次元ＰＷスペクトルデータを生成するステップと、
   を含む３次元ＰＷスペクトルデータ生成方法。
6. 前記第１ＰＷドップラー超音波信号及び第２ＰＷドップラー超音波信号を送信するステップは、
   前記２次元アレイプローブを用いて、Ｘ軸及びＹ軸に対して全てスキャニングし、
   前記複数個の面に対する前記複数個のＰＷスペクトル波形を獲得できるように、前記２次元アレイプローブを使って前記対象体に前記第１ＰＷドップラー超音波信号及び前記第２ＰＷドップラー超音波信号を送信するステップを含む請求項５に記載の３次元ＰＷスペクトルデータ生成方法。
7. ３次元状のサンプルゲートを形成するステップは、
   前記複数の第１および第２ＰＷドップラー応答信号を用いて前記サンプルゲートの前記複数の面でキューブサンプルゲートを形成するステップを含み、
   ３次元ＰＷスペクトルデータを生成するステップは、
   前記３次元サンプルゲートの幅だけ、前記対象体に対する前記３次元ＰＷスペクトルデータを生成するステップを含む請求項６に記載の３次元ＰＷスペクトルデータ生成方法。

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