JP5826984B2

JP5826984B2 - 超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法

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Publication number: JP5826984B2
Application number: JP2007004470A
Authority: JP
Inventors: 勝輝倉俣
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP2008167975A

Description

本発明は、心電波形等の生体信号から生成された心拍同期信号に基づいて画像データの
生成や表示を行なう超音波診断装置、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法に
関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動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
射波を前記超音波振動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上述の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生体信号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。同様にして、各種診断パラメ
ータの計測においても、付帯情報として付加された心拍時相情報に基づいて読み出した画
像データに対し所定の処理を行なうことにより所望の心拍時相における診断パラメータを
精度よく計測することができる。

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。

ところで、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、被検体が人の場合には、心電波形において最も振幅の大きなＲ波に起
因するトリガ信号を心拍同期信号として生成する方法が通常行なわれている。この場合、
心拍同期信号の生成部は、予め設定された閾値と心電波形の振幅とを比較し、心電波形が
閾値を超えたタイミングにおいて前記トリガ信号を発生する。

しかしながら、この方法によればＲ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トリガ信号が発生する。
即ち、１心拍周期において複数個のトリガ信号が発生するという問題が生ずる。この場合
、心電波形の振幅は被検体間で異なり、又、時間的にも変動するため、Ｔ波の振幅がＲ波
の振幅に対して十分小さくない場合にはＲ波に起因したトリガ信号のみの発生を可能とす
る閾値を常時設定することは困難である。

このようなＴ波に起因するトリガ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Ｒ波からＴ波までの間隔（Ｒ−Ｔ間隔）より長く、又、
Ｒ波から次のＲ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、Ｒ
波に起因するトリガ信号のみを得ることが可能となる。
特開２００４−３０５４５３号公報

一方、近年では、マウスをはじめとする各種動物を用いて行なわれる循環器疾患の病態
解明を目的とした基礎研究や創薬研究においても超音波診断装置が広く用いられるように
なり、これらの動物から得られる心拍同期信号に基づいて所望の心拍時相における画像デ
ータの生成や表示が行なわれている。しかしながら、上述の各種動物から計測された心電
波形に基づいて心拍同期信号を生成する場合、心電波形における周期や波高値等は正常人
の心電波形に対して著しく異なる。

そして、例えば、人体用に設定したマスク期間をそのまま上述の動物から計測された心
電波形に適用してＲ波に起因したトリガ信号を得るとき、マスク期間が短過ぎる場合には
Ｒ波に起因したトリガ信号と前記Ｒ波に後続するＴ波に起因したトリガ信号が発生し、マ
スク期間が長過ぎる場合には次の心拍周期におけるＲ波に起因したトリガ信号を得ること
ができない。

又、人体用に設定した閾値を上述の動物から計測された心電波形に適用してＲ波に起因
したトリガ信号を得るとき、閾値が小さ過ぎる場合にはＰ波等に起因したトリガ信号が発
生し、閾値が大き過ぎる場合にはトリガ信号を得ることができなくなる。即ち、人間用に
設定された閾値及びマスク期間が各種動物から収集された心電波形に対して適当でない場
合、Ｒ波に起因するトリガ信号を得ることは困難であった。

このような場合、動物毎に定められた標準的なマスク期間や閾値を予め設定する方法も
考えられるが、心電波形における心拍周期、形状及び振幅（波高値）等の特徴量は同種の
動物であっても固体差が大きく、従って、標準的な閾値やマスク期間を用いてＲ波に起因
するトリガ信号を常に安定して得ることも困難であった。

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、その目的は、被検体
から得られた生体信号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の生成や表示を行なう際、正常人の生体信号に対して心拍周期や
波高値等が著しく異なった生体信号を呈する被検体に対し安定かつ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、心拍同期信号生成装置及び心拍同期信号生成方法を提
供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る心拍同期信号生成装置は、生体信号計測手段から供給された、被検体の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において、心拍同期信号の生成以前に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第１の心電波形におけるＱＲＳ波の周期及び前記第１の心電波形におけるＱＲＳ波の最大振幅の極性および絶対値を計測する特徴量計測手段と、前記周期に基づいて、前記周期より短いマスク期間を設定するマスク期間設定手段と、前記極性および前記絶対値に基づいて、前記最大振幅の極性と同一極性であり、前記最大振幅の絶対値より絶対値が小さい閾値を設定する閾値設定手段と、前記第１の心電波形の供給後に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第２の心電波形に対して、前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を設定し、前記第２の心電波形におけるＱＲＳ波が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超えた各時刻を基準として、前記マスク期間設定手段によって設定された前記マスク期間を繰り返し開始し、前記マスク期間外にある前記第２の心電波形が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超える度に、前記トリガ信号を心拍同期信号として発生するトリガ信号発生手段と、を備える。

更に、請求項６に係る超音波診断装置は、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にお
いて、請求項１乃至請求項５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、前記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。

一方、請求項７に係る心拍同期信号生成方法は、生体信号計測手段から供給された、被検体の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方法であって、特徴量計測手段が、心拍同期信号の生成以前に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第１の心電波形におけるＱＲＳ波の周期及び前記第１の心電波形におけるＱＲＳ波の最大振幅の極性および絶対値を計測するステップと、マスク期間設定手段が、前記周期に基づいて、前記周期より短いマスク期間を設定するステップと、閾値設定手段が、前記極性および前記絶対値に基づいて、前記最大振幅の極性と同一極性であり、前記最大振幅の絶対値より絶対値が小さい閾値を設定するステップと、トリガ信号発生手段が、前記第１の心電波形の供給後に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第２の心電波形に対して、前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を設定し、前記第２の心電波形におけるＱＲＳ波が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超えた各時刻を基準として、前記マスク期間設定手段によって設定された前記マスク期間を繰り返し開始し、前記マスク期間外にある前記第２の心電波形が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超える度に、前記トリガ信号を心拍同期信号として発生するステップと、
を備える。

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システム制御部は、被検
体の心電波形に基づいて心拍同期信号生成部が生成した心拍同期信号に基づき、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を生成し、送受信部は、このフレームトリ
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、上述の超音波診断装置に備えられ心拍同期信号を生成する心拍同期信号生成
部の特徴量計測部は、生体信号計測ユニットによって予め収集された当該被検体の心電波
形（第１の心電波形）におけるＱＲＳ波の周期及び波高値を計測する。次いで、マスク期
間設定部は、特徴量計測部によって計測されたＱＲＳ波の周期に基づいてマスク期間を設
定し、閾値設定部は、ＱＲＳ波の波高値に基づいて閾値を設定する。そして、トリガ信号
発生部は、前記生体信号計測ユニットからリアルタイムで供給される心電波形（第２の心
電波形）に対して上述のマスク期間と閾値を設定し、ＱＲＳ波に同期したトリガ信号を心
拍同期信号として生成する。

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
づいて上述の各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等の他
の超音波データに基づいた画像データであっても構わない。更に、心電波形に基づいて心
拍同期信号を生成する場合について述べるが、心音波形等の他の生体信号に基づいて心拍
同期信号を生成してもよい。

（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り
、図２及び図３は、この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と心拍同
期信号生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示した本実施例の超音波診断装置１００は、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（即ち、
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生体信
号として計測する生体信号計測ユニット５と、計測された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部１を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、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生体信号計測ユニット５から供給される心電波形等を重畳して
表示する表示部６と、被検体情報の入力や画像データ生成条件の設定等を行なう入力部７
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
８を備えている。

超音波プローブ３は、図示しないＮｘ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
Ｎｘ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Ｎｘ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Ｎｘ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
ｘ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Ｎｘ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Ｎｘ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
ｘ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受信信号処理部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データ記憶部４２を備えている。そして、受信信号処理部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４
１１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。

一方、図１に示した生体信号計測ユニット５は、被検体の心電波形を計測する機能を有
し、心電波形の検出を目的として被検体体表面に配置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。

次に、心拍同期信号生成部１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
。心拍同期信号生成部１は、生体信号計測ユニット５によって計測された心電波形に基づ
いて心拍同期信号を生成する機能を有し、特徴量計測部１１と、マスク期間／閾値データ
保管部１２と、マスク期間設定部１３と、閾値設定部１４と、トリガ信号発生部１５を備
えている。

特徴量計測部１１は、当該被検体から予め収集された第１の心電波形におけるＲ波ある
いはＳ波（以下では、これらを纏めてＱＲＳ波と呼ぶ。）の周期及び波高値を計測する機
能を有し、心拍同期画像データの生成に先立って生体信号計測ユニット５から供給される
連続した複数心拍周期の前記第１の心電波形を保存する生体信号記憶部１１１と、この心
電波形のＱＲＳ波において最大振幅（波高値）を呈するＲ波あるいはＳ波の周期を計測す
る周期計測部１１２と、前記ＱＲＳ波における波高値の絶対値と極性を計測する波高値計
測部１１３を備えている。

そして、周期計測部１１２は、生体信号計測ユニット５においてＡ／Ｄ変換され生体信
号記憶部１１１に保存されている第１の心電波形を複数心拍周期にわたって読み出し、こ
の心電波形と時間軸方向に所定量シフトさせた前記心電波形との自己相関演算（パターン
マッチング）を行なう。そして、相関値が最大となる時間軸方向のシフト量に基づいてＱ
ＲＳ波の周期を計測する。

一方、波高値計測部１１３は、比較回路を有し、前記複数心拍周期分の心電波形の数値
を順次比較することによりＱＲＳ波における波高値の絶対値と符号（極性）を計測する。
この場合、周期計測部１１２によって計測されたＱＲＳ波の周期の各々においてその波高
値を計測し、得られた複数の波高値を加算平均することにより測定精度を向上させること
ができる。

図４は、各種動物から収集された心電波形におけるＰ波乃至Ｔ波の具体例を示したもの
であり、被検体が霊長類の場合には、図４（ａ）に示すように心電波形ＥａのＲ波におい
て正の極性をもった最大振幅ＡａがＱＲＳ波の波高値として波高値計測部１１３によって
計測され、隣接したＲ波の間隔（Ｒ−Ｒ間隔）がＱＲＳ波の周期Ｔ０ａとして周期計測部
１１２によって計測される。

この場合、ＱＲＳ波における波高値の位置や極性は動物によって異なり、例えば、人類
等の霊長類やマウス等のげっ歯類の場合には、既に、図４（ａ）において示したように心
電波形ＥａのＲ波において正の波高値Ａａが計測されるが、同じ哺乳類でも馬や牛等の有
蹄類の場合には、図４（ｂ）に示すように心電波形ＥｂのＳ波において負の波高値Ａｂが
計測される。このような場合、波高値計測部１１３は、心電波形ＥｂのＳ波における負の
極性の最大振幅ＡｂをＱＲＳ波の波高値として計測し、周期計測部１１２は、隣接したＳ
波の間隔（Ｓ−Ｓ間隔）をＱＲＳ波の周期Ｔ０ｂとして計測する。

図３に戻って、マスク期間／閾値データ保管部１２は、ＱＲＳ波の周期データに対応し
たマスク期間データの一覧（周期−マスク期間一覧データ）が予め保管されている図示し
ないマスク期間データ保管部と、ＱＲＳ波の波高値データに対応した閾値データの一覧（
波高値−閾値一覧データ）が予め保管されている図示しない閾値データ保管部を有してい
る。

図５（ａ）は、前記マスク期間データ保管部に予め保管されているマスク期間データを
模式的に示したものであり、例えば、所定間隔で設定された周期データＴ０１、Ｔ０２、
Ｔ０３、・・・の各々に対応したマスク期間データＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３、・・・が保
管されている。一方、図５（ｂ）は、前記閾値データ保管部に予め保管されている閾値デ
ータを模式的に示したものであり、所定間隔で設定された正の極性を有する波高値データ
Ａ１、Ａ２，Ａ３，・・・の各々に対応した閾値データα１、α２、α３、・・・と、負
の極性を有する波高値データＡ１、Ａ２，Ａ３，・・・の各々に対応した閾値データβ１
、β２、β３、・・・が夫々保管されている。

再び図３に戻って、マスク期間設定部１３は、特徴量計測部１１の周期計測部１１２か
ら供給されるＱＭＳ波の周期Ｔ０に基づきマスク期間／閾値データ保管部１２のマスク期
間データ保管部における周期データＴ０１、Ｔ０２，Ｔ０３、・・・の中から周期Ｔ０に
最も近い周期データＴ０ｘを検索し、次いで、この周期データＴ０ｘに対応したマスク期
間データＴＭｘを読み出してＱＲＳ波のマスク期間として設定する。

同様にして、閾値設定部１４は、特徴量計測部１１の波高値計測部１１３から供給され
るＱＭＳ波の波高値Ａに基づき、例えば、波高値Ａの極性が正の場合には、マスク期間／
閾値データ保管部１２の閾値データ保管部に保管された正極性の波高値データＡ１、Ａ２
、Ａ３、・・・の中から波高値Ａに最も近い正極性の波高値データＡｘを検索し、次いで
、この波高値データＡｘに対応した閾値データαｘを読み出してＱＲＳ波に対する閾値と
して設定する。又、波高値計測部１１３から供給されるＱＭＳ波の波高値Ａの極性が負の
場合には、前記閾値データ保管部に保管された負極性の波高値データＡ１、Ａ２、Ａ３、
・・・の中から波高値Ａに最も近い負極性の波高値データＡｘを検索し、次いで、この波
高値データＡｘに対応した閾値データβｘを読み出してＱＲＳ波に対する閾値として設定
する。

次に、トリガ信号発生部１５は、上述のマスク期間設定部１３が設定したマスク期間Ｔ
Ｍｘと閾値設定部１４が設定した閾値αｘあるいは閾値βｘを生体信号計測ユニット５か
ら供給される当該被検体の心電波形に対して設定し、ＱＲＳ波に基づくトリガ信号を心拍
同期信号として発生する。

図６は、正常人の被検体から収集された正極性の波高値Ａａを有する標準的な心電波形
Ｅａに対して上述の閾値αｘとマスク期間ＴＭｘを設定した場合におけるトリガ信号の生
成を説明するための図であり、図６（ａ）に示すように、生体信号計測ユニット５から供
給される心電波形Ｅａに対しマスク期間設定部１３から供給されるマスク期間ＴＭｘと閾
値設定部１４から供給される閾値αｘを設定することにより、閾値αｘが心電波形Ｅａと
交叉する時刻ｔ１においてトリガ信号が発生する。そして、前記トリガ信号の発生時刻ｔ
１を基準としてマスク期間ＴＭｘが設定される。この場合、Ｔ波の振幅はＲ波の振幅（即
ち、波高値Ａａ）に対して十分小さいため、マスク期間ＴＭｘの設定の有無に関わらずＲ
波に同期したトリガ信号Ｓｔ１のみを時刻ｔ１にて発生させることが可能となる。

しかしながら、図６（ｂ）に示すようにＴ波の振幅が波高値Ａａに対して十分小さくな
い場合には、心電波形Ｅａに設定された閾値αｘは、時刻ｔ１において心電波形ＥａのＲ
波と、又、時刻ｔ２において心電波形ＥａのＴ波と交叉する。このとき、時刻ｔ１を基準
として設定されたマスク期間ＴＭｘに時刻ｔ２が含まれるようにマスク期間ＴＭｘを設定
することにより、時刻ｔ２におけるＴ波に同期したトリガ信号Ｓｔ２の発生は抑えられ、
時刻ｔ１においてのみＲ波に同期したトリガ信号Ｓｔ１を発生させることが可能となる。

図１に戻って、表示部６は、表示データ生成部６１と、データ変換部６２と、モニタ６
３を備えている。表示データ生成部６１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あるいは所望心拍時相における心拍同
期画像データと生体信号計測ユニット５にて計測された前記被検体の心電波形等を合成し
て表示データを生成する。そして、データ変換部６２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６３に表示する。

一方、入力部７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、観測モードの選
択、画像データ収集モードの選択、画像データの生成条件や表示条件の設定、更には、種
々のコマンド信号の入力等を行なう。尚、観測モードとして動画像観測モードと心拍同期
画像観測モードがあり、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８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
７にて入力／選択／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／選択／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。更に、心拍同期信号生成部１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を用いて送受信部
２及び画像データ生成部４を制御し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。

（所望心拍時相における画像データの収集手順）
次に、本実施例の所望心拍時相における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、入
力部７において被検体情報の入力、画像データ生成条件の設定、画像データ表示条件の設
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８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７において動画像データ観測モー
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７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８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８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２
１２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Ｎｘ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Ｎｘ個の振動素子に供給して被検体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Ｎｘチャンネルの電気的な受信信号に変換される
。次いで、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、Ｎｘ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。

そして、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の受信信号処理部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θ
２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
ードデータもデータ記憶部４２に保存される。即ち、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６の
表示データ生成部６１に供給される。

一方、上述の画像データの生成と並行し、生体信号計測ユニット５は、当該被検体に対
して計測した心電波形を所定の大きさに増幅した後Ａ／Ｄ変換して表示部６の表示データ
生成部６１に供給する。そして、表示データ生成部６１は、画像データ生成部４から供給
された画像データに生体信号計測ユニット５から供給された心電波形を重畳して表示デー
タを生成し、データ変換部６２を介してモニタ６３に表示する。

更に、上述の送受信方向θ１乃至θＰに対する超音波送受信を繰り返すことにより、心
電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６のモニタ
６３にリアルタイム表示される（図７のステップＳ３）。

次に、操作者は、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って好適な撮影位置を決定した後当該被検体に対し薬物
投与を行ない（図７のステップＳ４）、入力部７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Ｓ５）。

このとき、生体信号計測ユニット５から心電波形の供給を受けた心拍同期信号生成部１
は、この心電波形に対して好適なマスク期間と閾値を設定しＱＲＳ波に同期したトリガ信
号を心拍同期信号として生成する（図７のステップＳ６）。尚、心拍同期信号の詳細な生
成手順については後述する。

次に、心拍同期信号生成部１から心拍同期信号の供給を受けたシステム制御部８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量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Ｓ７）。

次いで、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６の表示データ生成部６１は、生体信号
計測ユニット５から供給された心電波形にシステム制御部８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６２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６３に表示する（図７のステップ
Ｓ８）。

更に、上述のステップＳ６乃至ステップＳ８を繰り返すことにより、表示部６のモニタ
６３には、心電波形とフレームトリガ信号のタイミング情報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Ｓ６乃至Ｓ８）。

（心拍同期信号の生成手順）
次に、本実施例における心拍同期信号の生成手順につき図８のフローチャートに沿って
説明する。

心拍同期信号の生成に先立ち、心拍同期信号生成部１の特徴量計測部１１は、システム
制御部８の制御信号に従い生体信号計測ユニット５から供給される当該被検体の連続した
複数心拍周期における心電波形（第１の心電波形）を生体信号記憶部１１１に保存する（
図８のステップＳ１１）。

次いで、特徴量計測部１１の周期計測部１１２は、生体信号記憶部１１１に一旦保存さ
れた複数心拍周期の心電波形を読み出し、この心電波形と時間軸方向に所定量シフトさせ
た前記心電波形との自己相関演算（パターンマッチング）を行なう。そして、相関値が最
大となる時間軸方向のシフト量に基づいてＱＲＳ波の周期Ｔ０を計測する（図８のステッ
プＳ１２）。同様にして、波高値計測部１１３は、生体信号記憶部１１１に保存された上
述の心電波形を読み出し、この心電波形の数値を順次比較することによりＱＲＳ波におけ
る波高値Ａの絶対値と極性を計測する（図８のステップＳ１３）。

次に、心拍同期信号の生成に際し、心拍同期信号生成部１のマスク期間設定部１３は、
周期計測部１１２から供給されたＱＭＳ波の周期Ｔ０に基づき、マスク期間／閾値データ
保管部１２に予め保管された周期−マスク期間一覧データにおける周期データＴ０１、Ｔ
０２，Ｔ０３、・・・の中から周期Ｔ０に最も近い周期データＴ０ｘを検索し、次いで、
この周期データＴ０ｘに対応したマスク期間データＴＭｘを読み出してＱＲＳ波のマスク
期間として設定する（図８のステップＳ１４）。

同様にして、閾値設定部１４は、特徴量計測部１１の波高値計測部１１３から供給され
たＱＭＳ波の波高値Ａに基づき、例えば、この波高値の極性が正の場合には、マスク期間
／閾値データ保管部１２に予め保管された正極性の波高値データＡ１、Ａ２、Ａ３、・・
・の中から波高値Ａに最も近い正極性の波高値データＡｘを検索し、この波高値データＡ
ｘに対応した閾値データαｘを読み出してＱＲＳ波に対する閾値として設定する。又、波
高値計測部１１３から供給されたＱＭＳ波の波高値Ａの極性が負の場合には、マスク期間
／閾値データ保管部１２に予め保管された負極性の波高値データＡ１、Ａ２、Ａ３、・・
・の中から波高値Ａに最も近い負極性の波高値データＡｘを検索し、この波高値データＡ
ｘに対応した閾値データβｘを読み出してＱＲＳ波に対する閾値として設定する（図８の
ステップＳ１５）。

そして、トリガ信号発生部１５は、マスク期間設定部１３から供給されたマスク期間Ｔ
Ｍｘと閾値設定部１４から供給された閾値αｘあるいは閾値βｘを生体信号計測ユニット
５からリアルタイムで供給される当該被検体の心電波形（第２の心電波形）に対して設定
し、ＱＲＳ波に基づくトリガ信号を心拍同期信号として生成する（図８のステップＳ１６
）。

以上述べた第１の実施例によれば、生体信号計測ユニットからリアルタイムで供給された当該被検体の心電波形（第２の心電波形）に基づいて生成される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（心拍同期画像データ）の生成や表示を行なう際、前記被検体に対して予め収集された心電波形（第１の心電波形）における周期と波高値に基づいて好適なマスク期間と閾値を設定し、前記第２の心電波形に対し前記マスク期間と閾値を適用することによって心拍同期信号を生成しているため、心電波形の周期や波高値等の値に依存することなく正確な心拍同期信号を安定して生成することができる。

又、上述の実施例によれば、ＱＲＳ波の周期と波高値に基づいてマスク期間及び閾値の
設定を行なっているため、有蹄類等のように負の極性を有するＳ波において波高値をもつ
ような場合においても心拍同期信号の生成が可能となる。

以上の理由により、本実施例によれば、所望の心拍時相における心拍同期画像データを
正確かつ安定して生成あるいは表示することが可能となり診断効率や診断精度が大幅に向
上すると共に操作者の負担が軽減される。

更に、正常人の心電波形に対して著しく異なる周期や波高値を有する患者や各種動物に
対し同一の超音波診断を用いて心拍同期画像データの生成や表示を行なうことが可能とな
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の特徴量計測部は、生体信号計測ユニットにより予め収
集された当該被検体の心電波形（第１の心電波形）におけるＱＲＳ波の周期及び波高値を
計測する。次いで、マスク期間設定部は、特徴量計測部によって計測されたＱＲＳ波の周
期に基づいてマスク期間を設定し、閾値設定部は、前記ＱＲＳ波に於ける波高値の絶対値
と極性に基づいて閾値を設定する。そして、トリガ信号発生部は、前記生体信号計測ユニ
ットからリアルタイムで供給される心電波形（第２の心電波形）に対して上述のマスク期
間と閾値を設定し、ＱＲＳ波に同期したトリガ信号を心拍同期信号として生成する。

（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９のブロック図を
用いて説明する。但し、図９において、図３に示した心拍同期信号生成部１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９に示した本実施例の心拍同期信号生成装置２００は、別途設置された生体信号計測
ユニットによって計測される心電波形に基づいて心拍同期信号を生成する機能を有してい
る。この心拍同期信号生成装置２００は、当該検査に先立ち別途設けられた生体信号計測
ユニットから予め供給される連続した複数心拍周期の心電波形（第１の心電波形）を保存
する生体信号記憶部１１１と第１の心電波形に対しＱＲＳ波の周期を計測する周期計測部
１１２と前記第１の心電波形に対しＱＲＳ波の波高値を計測する波高値計測部１１３を有
した特徴量計測部１１と、ＱＲＳ波の周期データに対応するマスク期間データの一覧（周
期−マスク期間一覧データ）及び前記ＱＲＳ波の波高値データに対応する閾値データの一
覧（波高値−閾値一覧データ）が予め保管されているマスク期間／閾値データ保管部１２
を備えている。

又、心拍同期信号生成装置２００は、マスク期間／閾値データ保管部１２に保管された
周期−マスク期間一覧データの中から特徴量計測部１１が計測した第１の心電波形におけ
るＱＭＳ波の周期に最も近い周期データを検索し、この周期データに対応したマスク期間
データを読み出してＱＲＳ波のマスク期間として設定するマスク期間設定部１３と、マス
ク期間／閾値データ保管部１２に保管された波高値−閾値一覧データの中から特徴量計測
部１１が計測した第１の心電波形におけるＱＭＳ波の波高値に最も近い波高値データを検
索し、この波高値データに対応した閾値データを読み出してＱＲＳ波の閾値として設定す
る閾値設定部１４と、上述のマスク期間と閾値を生体信号計測ユニットからリアルタイム
で供給される当該被検体の心電波形（第２の心電波形）に対して設定し、この第２の心電
波形のＱＲＳ波に同期したトリガ信号を心拍同期信号として発生するトリガ信号発生部１
５を備えている。

更に、心拍同期信号生成装置２００は、被検体情報の入力、観測モードの選択、画像デ
ータ収集モードの選択、画像データの生成条件や表示条件の設定、更には、種々のコマン
ド信号の入力等を行なう入力部７ｘと、心拍同期信号生成装置２００における上述の各ユ
ニットを統括的に制御し心拍同期信号の生成を行なうシステム制御部８ｘを備えている。
尚、本実施例の心拍同期信号生成装置２００による心拍同期信号の生成手順は、図８に示
したフローチャートと略同様であるため説明は省略する。

以上述べた第２の実施例によれば、生体信号計測ユニットからリアルタイムで供給され
た当該被検体の心電波形（第２の心電波形）に基づいて心拍同期信号を生成する際、前記
被検体に対して予め収集された心電波形（第１の心電波形）における周期と波高値に基づ
いて好適なマスク期間と閾値を設定し、前記第２の心電波形に対し前記マスク期間と閾値
を適用することによって心拍同期信号を生成しているため、心電波形の周期や波高値等の
値に依存することなく正確な心拍同期信号を常に安定して生成することができる。

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装置に
対し独立して設置されているため、これらの医用装置と接続して用いることにより、如何
なる医用装置に対しても正確な心拍同期信号を容易に供給することが可能となる。

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、第１の心電
波形におけるＱＲＳ波の周期と波高値に基づいて第２の心電波形に対するマスク期間と閾
値を設定する場合について述べたが、前記ＱＲＳ波の周期に基づくマスク期間及び前記Ｑ
ＲＳ波の波高値に基づく閾値の設定の何れか一方のみを行なってもよい。特に、ＱＲＳ波
の波高値がＴ波の波高値より大きな場合には、マスク期間を設定することなく安定した心
拍同期信号を生成することが可能となる。

又、第２の心電波形に対して設定されるマスク期間や閾値は、特徴量計測部１１によっ
て計測された第１の心電波形における周期及び波高値に基づき、マスク期間／閾値データ
保管部１２に保管された周期−マスク期間一覧データ及び波高値−閾値一覧データの中か
ら抽出する場合について述べたが、第１の心電波形における周期及び波高値に所定のマス
ク期間率Ｒｍ（Ｒｍ＝マスク期間／周期）及び閾値率Ｒｔ（Ｒｔ＝閾値／波高値）を乗算
して求めてもよい。

更に、心電波形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、心音波形等
の他の生体信号に基づいて心拍同期信号を生成してもよい。

一方、上述の第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、上述の第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、上述の実
施例では、Ｂモードデータに基づいて画像データを生成する場合について述べたが、カラ
ードプラデータ等の他の超音波データに基づいた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。同実施例におけ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。同実施例における心拍同期信号生成部の具体的な構成を示すブロック図。心電波形におけるＱＲＳ波の周期と波高値を説明するための図。本発明の第１の実施例におけるマスク期間／閾値データ保管部に保管された周期−マスク期間一覧データ及び波高値−閾値一覧データの具体例を示す図。同実施例において、閾値及びマスク期間が設定された心電波形に基づいて生成されるトリガ信号を説明するための図。同実施例の所望心拍時相において生成される画像データの生成手順を示すフローチャート。同実施例における心拍同期信号の生成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

１…心拍同期信号生成部
１１…特徴量計測部
１１１…生体信号記憶部
１１２…周期計測部
１１３…波高値計測部
１２…マスク期間／閾値データ保管部
１３…マスク期間設定部
１４…閾値設定部
１５…トリガ信号発生部
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…受信信号処理部
４１１…包絡線検波器
４１２…対数変換器
４２…データ記憶部
５…生体信号計測ユニット
６…表示部
６１…表示データ生成部
６２…データ変換部
６３…モニタ
７、７ｘ…入力部
８、８ｘ…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

生体信号計測手段から供給された、被検体の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において、
心拍同期信号の生成以前に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第１の心電波形におけるＱＲＳ波の周期及び前記第１の心電波形におけるＱＲＳ波の最大振幅の極性および絶対値を計測する特徴量計測手段と、
前記周期に基づいて、前記周期より短いマスク期間を設定するマスク期間設定手段と、
前記極性および前記絶対値に基づいて、前記最大振幅の極性と同一極性であり、前記最大振幅の絶対値より絶対値が小さい閾値を設定する閾値設定手段と、
前記第１の心電波形の供給後に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第２の心電波形に対して、前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を設定し、前記第２の心電波形におけるＱＲＳ波が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超えた各時刻を基準として、前記マスク期間設定手段によって設定された前記マスク期間を繰り返し開始し、前記マスク期間外にある前記第２の心電波形が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超える度に、前記トリガ信号を心拍同期信号として発生するトリガ信号発生手段と、
を備えたことを特徴とする心拍同期信号生成装置。
前記トリガ信号発生手段は、前記生体信号計測手段からリアルタイムで供給され、前記マスク期間外にある前記第２の心電波形が前記閾値を超えたときに、前記トリガ信号を発生することを特徴とする請求項１に記載の心拍同期信号生成装置。
マスク期間データ保管手段を備え、前記マスク期間設定手段は、前記特徴量計測手段が計測した前記周期に対応したマスク期間データを前記マスク期間データ保管手段から読み出して前記マスク期間を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の心拍同期信号生成装置。
閾値データ保管手段を備え、前記閾値設定手段は、前記特徴量計測手段が計測した前記極性及び前記絶対値に対応した閾値データを前記閾値データ保管手段から読み出して前記閾値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した心拍同期信号生成装置。
前記特徴量計測手段は、前記第１の心電波形に対する時間軸方向の自己相関演算によって前記周期を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した心拍同期信号生成装置。
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において、
請求項１乃至請求項５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、前記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。
生体信号計測手段から供給された、被検体の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方法であって、
特徴量計測手段が、心拍同期信号の生成以前に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第１の心電波形におけるＱＲＳ波の周期及び前記第１の心電波形におけるＱＲＳ波の最大振幅の極性および絶対値を計測するステップと、
マスク期間設定手段が、前記周期に基づいて、前記周期より短いマスク期間を設定するステップと、
閾値設定手段が、前記極性および前記絶対値に基づいて、前記最大振幅の極性と同一極性であり、前記最大振幅の絶対値より絶対値が小さい閾値を設定するステップ
と、
トリガ信号発生手段が、前記第１の心電波形の供給後に前記生体信号計測手段から供給された、前記被検体の第２の心電波形に対して、前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を設定し、前記第２の心電波形におけるＱＲＳ波が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超えた各時刻を基準として、前記マスク期間設定手段によって設定された前記マスク期間を繰り返し開始し、前記マスク期間外にある前記第２の心電波形が前記閾値設定手段によって設定された前記閾値を超える度に、前記トリガ信号を心拍同期信号として発生するステップと、
を備えたことを特徴とする心拍同期信号生成方法。