JP7249855B2 - 超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波スキャン制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波スキャン制御プログラムに関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（圧電振動子）を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づくエコー信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

超音波診断装置は、心電計から出力される心電図（ＥＣＧ：Electrocardiogram）信号の波形からＲ波を検知し、Ｒ波に同期した心電同期スキャンを行うことができる。具体的には、超音波診断装置は、Ｒ波から遅延時間（Delay）の後にスキャンを開始することができる。ここで、遅延時間は、初期のＲＲ間隔に基づいて設定される。つまり、複数の心拍においてＲＲ間隔が変化しても遅延時間は固定値となる。

特表２００６－５０７９０７号公報

本発明が解決しようとする課題は、心臓の動きの変化に応じた超音波データを取得することである。

実施形態に係る超音波診断装置は、算出手段と、スキャン制御手段とを有する。算出手段は、心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相とそれより後の第２の心拍における特定心位相とを検出し、第１の心拍の特定心位相と第２の心拍の特定心位相との時間間隔に基づいて、第２の心拍における特定心位相からの遅延時間を逐次算出する。スキャン制御手段は、第２の心拍の特定心位相から、逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで超音波スキャンを開始するように超音波プローブを制御する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。 図２は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の機能を示すブロック図。 図３は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図４は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。 図５は、固定の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図。 図６は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、変動の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図。 図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、ＲＲ間隔と変動の遅延時間との関係の例を表として示す図。 図８は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、変動の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図。 図９は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置の構成を示す概略図。 図１０は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置において、複数のサブボリュームデータと、フルボリュームデータとの関係を示す図。 図１１は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置において、複数のサブボリュームデータの例を示す図。

以下、図面を参照しながら、超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波スキャン制御プログラムの実施形態について詳細に説明する。

１．第１の実施形態
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１０を示す。また、図１は、超音波プローブ２０、入力インターフェース３０、ディスプレイ４０、及び心電計５０を示す。なお、超音波診断装置１０に、超音波プローブ２０、入力インターフェース３０、ディスプレイ４０、及び心電計５０の少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置１０の外部に、超音波プローブ２０、入力インターフェース３０、ディスプレイ４０、及び心電計５０の全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置１０は、送受信回路１１、Ｂモード処理回路１２、ドプラ処理回路１３、画像生成回路１４、画像メモリ１５、表示制御回路１６、ネットワークインターフェース１７、処理回路１８、及びメインメモリ１９を備える。回路１１～１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Circuit）等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路１１～１４の機能の全部又は一部は、処理回路１８がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

送受信回路１１は、送信回路及び受信回路（図示省略）を有する。送受信回路１１は、処理回路１８による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路１１が超音波診断装置１０に設けられる場合について説明するが、送受信回路１１は、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波診断装置１０及び超音波プローブ２０の両方に設けられてもよい。なお、送受信回路１１は、送受信部の一例である。

送信回路は、パルス発生回路、送信遅延回路、及びパルサ回路等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。送信遅延回路は、超音波プローブ２０の超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。

受信回路は、アンプ回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、及び加算器等を有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正されたエコー信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理されたエコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

Ｂモード処理回路１２は、処理回路１８による制御の下、受信回路からエコーデータを受信し、対数増幅、及び包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。なお、Ｂモード処理回路１２は、Ｂモード処理部の一例である。

ドプラ処理回路１３は、処理回路１８による制御の下、受信回路からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織を抽出し、平均速度、分散、パワー等の移動態情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。なお、ドプラ処理回路１３は、ドプラ処理部の一例である。

画像生成回路１４は、処理回路１８による制御の下、超音波プローブ２０が受信したエコー信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像を画像データとして生成する。例えば、画像生成回路１４は、超音波画像として、Ｂモード処理回路１２によって生成された２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。また、画像生成回路１４は、超音波画像として、ドプラ処理回路１３によって生成された２次元のドプラデータから移動態情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。なお、画像生成回路１４は、画像生成部の一例である。

画像メモリ１５は、１フレーム当たり２軸方向に複数のメモリセルを備え、それを複数フレーム分備えたメモリである２次元メモリを含む。画像メモリ１５としての２次元メモリは、処理回路１８の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された１フレーム、又は、複数フレームに係る超音波画像を２次元画像データとして記憶する。なお、画像メモリ１５は、記憶部の一例である。

画像生成回路１４は、処理回路１８による制御の下、画像メモリ１５としての２次元メモリに配列された超音波画像に対し、必要に応じて補間処理を行う３次元再構成を行うことで、画像メモリ１５としての３次元メモリ内に超音波画像をボリュームデータとして生成する。補間処理方法としては、公知の技術が用いられる。

画像メモリ１５は、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向）に複数のメモリセルを備えたメモリである３次元メモリを含む場合もある。画像メモリ１５としての３次元メモリは、処理回路１８の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された超音波画像をボリュームデータとして記憶する。

表示制御回路１６は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＶＲＡＭ（Video RAM）等を含む。表示制御回路１６は、処理回路１８の制御による制御の下、処理回路１８から表示出力要求のあった超音波画像（例えば、ライブ画像）をディスプレイ４０に表示させる。なお、表示制御回路１６は、表示制御部の一例である。

ネットワークインターフェース１７は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース１７は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置１０と、外部の医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

また、ネットワークインターフェース１７は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波診断装置１０は、例えば超音波プローブ２０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース１７は、ネットワーク接続部の一例である。

処理回路１８は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processor unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、処理回路１８は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ１９は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ１９が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路１８は、処理部の一例である。

メインメモリ１９は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メインメモリ１９は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ１９は、処理回路１８において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース３０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。なお、メインメモリ１９は、記憶部の一例である。

超音波プローブ２０は、前面部に複数個の微小な振動子（圧電素子）を備え、スキャン対象を含む領域、例えば管腔体を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ２０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波診断装置１０に接続される。

超音波プローブ２０は、スキャン方式の違いにより、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等の種類に分けられる。また、超音波プローブ２０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向に１次元（１Ｄ）的に複数個の振動子が配列された１Ｄアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向に２次元（２Ｄ）的に複数個の振動子が配列された２Ｄアレイプローブとの種類に分けられる。なお、１Ｄアレイプローブは、エレベーション方向に少数の振動子が配列されたプローブを含む。

ここで、３Ｄスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブが利用される。又は、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた１Ｄプローブが利用される。後者のプローブは、メカ４Ｄプローブとも呼ばれる。

入力インターフェース３０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路１８に出力する。なお、入力インターフェース３０は、入力部の一例である。

ディスプレイ４０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ４０は、処理回路１８の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ４０は、表示部の一例である。

心電計５０は、患者の心位相を表す信号としてのＥＣＧ信号を計測する。心電計５０は、ＥＣＧセンサ及びＥＣＧユニット（図示省略）を含む。ＥＣＧセンサは、患者の体表に付着され、患者のＥＣＧ信号を電気信号として検出する。ＥＣＧユニットは、ＥＣＧ信号にデジタル化処理を含む各種の処理を施した上で、超音波診断装置１０に出力する。心電計５０としては、例えばベクトル心電計を用いることができる。

また、図１は、超音波診断装置１０の外部機器である医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０を示す。医用画像管理装置６０は、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）サーバであり、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０等の機器に接続される。医用画像管理装置６０は、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像等の医用画像をＤＩＣＯＭファイルとして管理する。

医用画像処理装置７０は、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０や医用画像管理装置６０等の機器に接続される。医用画像処理装置７０としては、例えば、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像に対して各種画像処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等が挙げられる。なお、医用画像処理装置７０はオフラインの装置であって、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。

続いて、超音波診断装置１０の機能について説明する。

図２は、超音波診断装置１０の機能を示すブロック図である。

処理回路１８は、メインメモリ１９に記憶された、又は、処理回路１８内に直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することで、算出機能２１、スキャン制御機能２２、及び選択機能２３を実現する。以下、機能２１～２３がソフトウェア的に機能する場合を例に挙げて説明するが、機能２１～２３の全部又は一部は、超音波診断装置１０にＡＳＩＣ等の回路等として設けられるものであってもよい。

算出機能２１は、心電図信号に基づいて、第１の心拍（例えば、Ｒ波から次のＲ波直前までの間）における特定心位相（例えば、Ｒ波）とそれより後の第２の心拍における特定心位相とを検出する機能と、第１の心拍の特定心位相と第２の心拍の特定心位相との時間間隔に基づいて、第２の心拍における特定心位相からの遅延時間を変動の遅延時間として逐次算出する機能とを含む。ここで、特定心位相をＲ波とすることが好適である。なお、特定心位相は、Ｒ波である場合に限定されるものではなく、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、及びＴ波等であってもよい。Ｒ波は、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、及びＴ波と比較して信号振幅が大きいため、検出することが容易である。なお、算出機能２１は、算出手段の一例である。

ここで、算出機能２１で使用される心電図信号は、心電計５０の出力に基づくことが代表例であるが、その場合に限定されるものではない。例えば、心電図信号は、心音計（図示省略）の出力である心音図（ＰＣＧ）信号から特定される波形に基づいてもよいし、超音波画像の変化から特定される波形に基づいてもよい。本明細書では、心電図信号が、心電計５０の出力に基づく場合について説明する。

スキャン制御機能２２は、送受信回路１１、Ｂモード処理回路１２、ドプラ処理回路１３、及び画像生成回路１４等を制御して、超音波プローブ２０を用いた心電同期スキャンを実行させて超音波画像（例えば、ライブ画像）を生成する機能を含む。スキャン制御機能２２は、第２の心拍の特定心位相（例えば、Ｒ波）から、算出機能２１によって逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで心電同期スキャンを開始するように超音波プローブ２０を制御する。なお、スキャン制御機能２２は、スキャン制御手段の一例である。

特定心位相であるＲ波からの遅延時間が「０」に設定され、Ｒ波に同期させてスキャンが行われる場合、スキャン制御機能２２は、カラードプラ画像を生成することにより、僧帽弁閉鎖時における逆流の診断に用いる画像等を操作者に提示することができる。また、Ｒ波からの遅延時間が設定され、Ｔ波に同期させてスキャンが行われる場合、スキャン制御機能２２は、カラードプラ画像を生成することにより、大動脈弁閉鎖時における逆流の診断に用いられる画像等を操作者に提示することができる。

選択機能２３は、算出機能２１によって遅延時間を逐次算出する逐次算出モード、又は、算出機能２１によらずに固定の遅延時間を予め設定する固定モードを選択する機能を含む。逐次算出モードの場合、前述したとおり、算出機能２１は、遅延時間を逐次算出し、スキャン制御機能２２は、特定心位相から、逐次算出された遅延時間が経過したタイミングでスキャンを開始するように超音波プローブ２０を制御する。一方で、固定モードの場合、スキャン制御機能２２は、全ての心拍において、特定心位相から、固定の遅延時間が経過したタイミングでスキャンを開始するように超音波プローブ２０を制御する。なお、選択機能２３は、選択手段の一例である。

機能２１～２３の詳細については、図３～図７を用いて説明する。

続いて、超音波診断装置１０の動作について説明する。

図３及び図４は、超音波診断装置１０の動作をフローチャートとして示す図である。図３及び図４において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。また、図４において、図３に示すステップと同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。

選択機能２３は、遅延時間を逐次算出する逐次算出モードであるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。例えば、選択機能２３は、入力インターフェース３０を介した操作者の操作に従って、逐次算出モード、又は、固定モードを判断する。

ステップＳＴ１の判断にてＹＥＳ、即ち、逐次算出モードであると判断される場合、算出機能２１は、入力インターフェース３０を介した操作者からの指示に従って心電計５０を制御して、心電図信号の取得を開始することで（ステップＳＴ２）、心電同期スキャンが開始される。算出機能２１は、複数の心拍において複数の特定心位相、例えばＲ波を検出すると、複数の心拍におけるＲＲ間隔に基づいて、初期の遅延時間（「固定の遅延時間」と同義）Ｄ０を算出する（ステップＳＴ３）。

算出機能２１は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出したか否かを判断する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ４の判断にてＮＯ、即ち、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出していないと判断される場合、算出機能２１は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出するまで待機する。

ステップＳＴ４の判断にてＹＥＳ、即ち、第ｎ回目の心拍におけるＲ波が検出されたと判断された場合、算出機能２１は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波に相当する遅延時間Ｄｎを算出する（ステップＳＴ５）。算出機能２１は、ステップＳＴ５において、第ｎ－１回目の心拍におけるＲ波と、第ｎ回目の心拍におけるＲ波との間隔（ＲＲ間隔）に基づいて、第ｎ回目の心拍におけるＲ波からの遅延時間Ｄｎを算出する。

ステップＳＴ５の後、スキャン制御機能２２は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波から、ステップＳＴ５によって算出された遅延時間Ｄｎが経過したタイミングでスキャンを開始するように超音波プローブ２０等を制御することで、スキャンを実行する（ステップＳＴ６）。スキャン制御機能２２は、ステップＳＴ６によって実行されたスキャンで生成された超音波画像を、ライブ画像としてディスプレイ４０に表示させることもできるし、画像メモリ１５に記憶させることもできる。

スキャン制御機能２２は、心電同期スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ７）。例えば、スキャン制御機能２２は、入力インターフェース３０を介した操作者の操作に従って、心電同期スキャンを終了するか否かを判断する。ステップＳＴ７の判断にてＹＥＳ、即ち、心電同期スキャンを終了すると判断される場合、算出機能２１は、心電計５０を制御して、ステップＳＴ２によって開始された心電図信号の取得を終了することで（ステップＳＴ８）、心電同期スキャンが終了される。

一方で、ステップＳＴ７の判断にてＮＯ、即ち、心電同期スキャンを終了しないと判断される場合、算出機能２１は、次の心拍に進む（ステップＳＴ９）。

超音波診断装置１０は、複数の心拍においてステップＳＴ４～ＳＴ６の動作を繰り返すことで、変動の遅延時間を逐次算出しながら、変動の遅延時間を用いたスキャンを実行する。ここで、変動の遅延時間を逐次算出する意義について、図５及び図６を用いて説明する。

図５は、固定の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図である。図５（Ａ）は、ＲＲ間隔が一定の場合における心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）と比較して、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合における心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）と比較して、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合における心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す。

図５（Ａ）に示すように、スキャンが心電図信号の所定の心位相、例えば、Ｔ波から開始されるように、初期のＲＲ間隔に基づいてＲ波からの固定の遅延時間Ｄ０が設定される。ＲＲ間隔が安定している場合、固定の遅延時間Ｄ０が採用されても、スキャンはほぼＴ波から開始される。

しかし、図５（Ｂ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合に固定の遅延時間Ｄ０が採用されると、ＲＴ間隔が短くなる。そして、図５（Ｂ）に示すように、スキャン開始がＴ波から徐々に離れてしまい、スキャンがＴ波より後から開始されてしまう。また、図５（Ｃ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合に固定の遅延時間Ｄ０が採用されると、ＲＴ間隔が長くなる。そして、図５（Ｃ）に示すように、スキャン開始がＴ波から徐々に離れてしまい、スキャンがＴ波より前から開始されてしまう。

ＲＲ間隔の変動に応じて、Ｒ波からの遅延時間を変動させることができないと、実際の生体の動きに合わせてスキャンを開始することができない。そこで、ＲＲ間隔の変動に合わせて自動的に遅延時間を補正して変動の遅延時間を逐次算出することを考える。

図６は、変動の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図である。図６（Ａ）は、図５（Ａ）と比較して、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合における心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す。図６（Ｂ）は、図５（Ａ）と比較して、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合における心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す。

図６（Ａ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合、第ｎ－１回目及び第ｎ回目の２心拍におけるＲＲ間隔に基づく変動の遅延時間Ｄｎが算出される。例えば、第２回目の心拍における変動の遅延時間Ｄ２は、第１回目の心拍におけるＲ波と、第２回目の心拍におけるＲ波とに基づくＲＲ間隔から算出される。よって、図６（Ａ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合であっても、スキャン開始のＴ波からのずれ（遅れ）が最小限に抑えられる。

また、図６（Ｂ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合、第ｎ－１回目及び第ｎ回目の２心拍におけるＲＲ間隔に基づく変動の遅延時間Ｄｎが採用される。例えば、第２回目の心拍における変動の遅延時間Ｄ２は、第１回目の心拍におけるＲ波と、第２回目の心拍におけるＲ波とに基づくＲＲ間隔から算出される。よって、図６（Ｂ）に示すように、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合であっても、スキャン開始のＴ波からのずれ（早まり）が最小限に抑えられる。

ここで、変動の遅延時間の算出方法について説明する。

初期の遅延時間Ｄ０をＴｄｓとし、その場合のＲＲ間隔をＲＲｓとする。超音波診断装置１０が変動の遅延時間を算出する場合に、遅延時間Ｔｄｓ及びＲＲ間隔ＲＲｓを利用する。また、変動の遅延時間をＴｄｃとする。

まず、ＱＴ間隔をＱＴとすると、ＱＴ間隔の補正値ＱＴｃは、従来から知られる次のBazettの補正式（１）、Fridericiaの補正式（２）、Hodgesの補正式（３）、又は、Framinghamの補正式（４）によって算出することができる。ＲＲ間隔の変動はＱＴ間隔に影響を与える。つまり、ＲＲ間隔が長くなると、ＱＴ間隔も長くなり、ＲＲ間隔が短くなると、ＱＴ間隔も短くなる。

ここで、変動の遅延時間Ｔｄｃを求める計算式として、上記式（４）を変形する場合を考える。なお、変動の遅延時間Ｔｄｃを求める計算式は、上記式（４）を変形する場合に限定されるものではなく、上記式（１）～（３）を変形して求めることもできる。上記式（４）を式（５）のように変形する。また、式（５）において、係数Ｃ＝Ｔｄ／ＱＴ≒１とみなすと、式（６）のように表せる。これは、ＲＲ間隔が１０００［ｍｓ］からＲＲに変動した場合の変動値を示す。変動の遅延時間Ｔｄｃがｍｓ単位である場合、係数Ｃ≒１とみなしても問題ない。

また、ＲＲ間隔がＲＲｓからＲＲに変動した場合は、次の式（７）で表すことができる。また、式（７）において、係数Ｃ＝Ｔｄ／ＱＴを考慮すると、式（８）のように表せる。式（８）によれば、変動の遅延時間Ｔｄｃがｍｓより小さい単位（例えば、ｕｓ）である場合、係数Ｃを調整することで、より細かい補正ができる。

図６（Ａ）に示すように、ＲＲ間隔が短くなる場合のＲＲ間隔（ＲＲｓ）が１５００［ｍｓ］であり、初期の遅延時間（Ｔｄｓ）が４００［ｍｓ］として設定された場合、ＲＲ間隔が１０００［ｍｓ］に変化した場合、変動の遅延時間Ｔｄｃが、上記式（７）から次に示すように求められる。

Ｒ波から変動の遅延時間（Ｔｄｃ）の３２３［ｍｓ］の分だけ遅延を行い、スキャン開始のタイミングを早めることで、生体の動きの変動に応じたＴ波の時点でスキャンを開始することができる。

図６（Ｂ）に示すように、ＲＲ間隔が長くなる場合のＲＲ間隔（ＲＲｓ）が１５００［ｍｓ］であり、初期の遅延時間（Ｔｄｓ）が４００［ｍｓ］として設定された場合、ＲＲ間隔が２０００［ｍｓ］に変化した場合、変動の遅延時間Ｔｄｃが、上記式（７）から次に示すように求められる。

Ｒ波から変動の遅延時間（Ｔｄｃ）の４７７［ｍｓ］の分を使って遅延を行い、スキャン開始のタイミングを遅らせることで、生体の動きの変動に応じたＴ波の時点でスキャンを開始することができる。なお、ＲＲ間隔（ＲＲｓ）が１５００［ｍｓ］であり、初期の遅延時間（Ｔｄｓ）が４００［ｍｓ］である場合の、ＲＲ間隔（ＲＲ）と変動の遅延時間（Ｔｄｃ）との関係の例を図７に示す。なお、ＱＴ間隔に基づいて変動の遅延時間（Ｔｄｃ）を算出する場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。例えば、ＲＴ間隔に基づいて変動の遅延時間（Ｔｄｃ）を算出してもよい。

図３の説明に戻って、ステップＳＴ１の判断にてＮＯ、即ち、固定モードであると判断される場合、図４に進み、算出機能２１は、入力インターフェース３０を介した操作者からの指示に従って心電計５０を制御して、心電図信号の取得を開始することで（ステップＳＴ１２）、心電同期スキャンが開始される。算出機能２１は、複数の心拍において複数のＲ波を検出すると、複数の心拍におけるＲＲ間隔に基づいて、固定の遅延時間Ｄ０を算出する（ステップＳＴ１３）。

算出機能２１は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出したか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。ステップＳＴ１４の判断にてＮＯ、即ち、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出していないと判断される場合、算出機能２１は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波を検出するまで待機する。

ステップＳＴ１４の判断にてＹＥＳ、即ち、第ｎ回目の心拍におけるＲ波が検出されたと判断された場合、スキャン制御機能２２は、第ｎ回目の心拍におけるＲ波から、ステップＳＴ１３によって算出された固定の遅延時間Ｄ０が経過したタイミングでスキャンを開始するように超音波プローブ２０等を制御することで、スキャンを実行する（ステップＳＴ１５）。つまり、超音波診断装置１０は、複数の心拍においてステップＳＴ１４～ＳＴ５の動作を繰り返すことで、全ての心拍において固定の遅延時間Ｄ０を用いたスキャンを実行する（図５参照）。

超音波診断装置１０によると、心位相の、異なる複数の間隔（例えば、ＲＲ間隔）のそれぞれに応じて特定心位相からの遅延時間を逐次算出することができるので、心臓の動きの変化に応じた超音波画像を取得することができる。特に、患者に負荷をかけるストレス・エコーが行われる場合、ＲＲ間隔が変動するので、遅延時間の逐次算出はより効果的である。また、患者が不整脈をもつ場合も同様にＲＲ間隔が変動するので、遅延時間の逐次算出はより効果的である。

２．変形例
図６（Ａ），（Ｂ）を用いて説明したように、算出機能２１は、第ｎ－１回目及び第ｎ回目の２心拍におけるＲＲ間隔に基づく変動の遅延時間Ｄｎを算出する。これにより、ＲＲ間隔が徐々に短くなる場合であっても、ＲＲ間隔が徐々に長くなる場合であっても、スキャン開始のＴ波からのずれが最小限に抑えられる。

加えて、患者が不整脈をもつ場合には、脈がゆっくり打つ場合、脈が速く打つ場合の他に、脈が不規則に打つ場合もある。ここでは、脈が不規則に打つ場合の実施形態について説明する。

図８は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、変動の遅延時間を採用する場合の心電図波形と、スキャンのタイミングとを示す図である。

図８（Ａ）は、第１回目の心拍と、第２回目の心拍との間で心拍が１回分飛んでいる場合の心電図波形を示す。このような不整脈の場合に、第１回目及び第２回目の２心拍におけるＲＲ間隔に基づいて変動の遅延時間Ｄ２が算出されると、心拍が１回分飛んでいる影響で、変動の遅延時間Ｄ２が長く設定されてしまう場合がある（図８（Ａ）に図示）。

そこで、算出機能２１は、第ｎ－１回目の心拍における特定心位相（例えば、Ｒ波）の後所定の時間Ｕｎ－１が経過しても第ｎ回目の心拍における特定心位相が現れない場合に、第ｎ回目の心拍における遅延時間Ｄｎを、第ｎ－１回目の心拍における遅延時間Ｄｎ－１と同一とする。例えば、算出機能２１は、図８（Ｂ）に示すように、第１回目の心拍におけるＲ波の後所定の時間Ｕ１が経過しても第２回目の心拍が現れない場合には、第２回目の心拍における遅延時間Ｄ２を、第１回目の心拍における遅延時間Ｄ１と同一とする。

ここで、算出機能２１は、第ｎ回目の心拍における所定の時間Ｕｎを、同一患者における所定数のＲＲ間隔の平均時間Ｗから算出する。例えば、算出機能２１は、所定の時間Ｕｎを、当該平均時間Ｗにマージンの時間Ｍｎを加えた時間とする（Ｕｎ＝Ｗ＋Ｍｎ）。不整脈をもつ患者のスキャンを前提としているので、マージンの時間Ｍｎは一義的に決まるものではないが、算出機能２１は、マージンの時間Ｍｎを、遅延時間Ｄｎとすればよい（Ｕｎ＝Ｗ＋Ｄｎ）。例えば、算出機能２１は、図８（Ｂ）に示すように、第１回目の心拍における所定の時間Ｕ１を、当該平均時間Ｗに遅延時間Ｄ１を加えた時間とする。遅延時間Ｄｎは、各心拍の時間のずれを表す１つの指標だからである。

なお、マージンの時間Ｍｎは、遅延時間Ｄｎである場合に限定されるものではない。マージンの時間Ｍｎは、遅延時間Ｄｎに所定の係数ｊ（ｊ＝０．９、１．１等）を乗じて得られる時間であってもよい（Ｕｎ＝Ｗ＋Ｄｎ×ｊ）。また、所定の時間Ｕｎは、平均時間Ｗに、ｎに因らず予め設定された係数ｋ（ｋ＝１．１等）を乗じて得られる時間であってもよい（Ｕｎ＝Ｗ×ｋ）。

一方で、算出機能２１は、第ｎ回目の心拍における所定の時間Ｕｎを、当該平均時間Ｗ以外から求めてもよい。例えば、所定の時間Ｕｎは、ｎに因らず予め設定された一定時間であってもよい。

これにより、図８（Ａ）に示す、脈が不規則に打つ不整脈の場合に起こり得る遅延時間のずれを是正することができる。

３．第２の実施形態
前述の第１の実施形態で示した技術思想は、超音波診断装置１０の外部装置、例えば医用画像処理装置７０Ａ（図１に図示）に適用されてもよい。

図９は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置の構成を示す概略図である。

図９は、第２の実施形態に係る医用画像処理装置７０Ａを示す。医用画像処理装置７０Ａは、処理回路６１Ａ、メモリ６２、入力インターフェース６３、表示制御回路６４、及びディスプレイ６５を備える。なお、処理回路６１Ａ、メモリ６２、入力インターフェース６３、表示制御回路６４、及びディスプレイ６５は、図１に示す処理回路１８、メインメモリ１９、入力インターフェース３０、表示制御回路１６、及びディスプレイ４０と同等の構成を備えるものとして、説明を省略する。

処理回路６１Ａは、メモリ６２に記憶された、又は、処理回路６１Ａ内に直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することで、算出機能２１Ａ及び再構成機能２４Ａを実現する。以下、機能２１Ａ，２４Ａがソフトウェア的に機能する場合を例に挙げて説明するが、機能２１Ａ，２４Ａの全部又は一部は、医用画像処理装置７０ＡにＡＳＩＣ等の回路等として設けられるものであってもよい。

メモリ６２は、予め、超音波診断装置によってトリガードスキャン周期Ｔ分のデータとして生成された複数のサブボリュームデータ（図１１に図示するｖ１１～ｖ４６）を記憶する。サブボリュームデータは、サブボリュームにデータが配置されたものである。また、空間的に隣り合う複数のサブボリュームデータは、フルボリュームデータを形成する。

図１０は、複数のサブボリュームデータと、フルボリュームデータとの関係を示す図である。

図１０は、４個のサブボリューム領域ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４と、４個のサブボリューム領域ｖ１～ｖ４によって構成されるフルボリューム領域Ｖ（＝ｖ１＋ｖ２＋ｖ３＋ｖ４）とを示す。４個のサブボリューム領域ｖ１～ｖ４についてそれぞれ、超音波診断装置により固定の遅延時間に基づいて心電同期スキャンが行われることで、１心拍期間Ｔ内に６個のサブボリュームデータを生成することができる（図１１参照）。言い換えれば、超音波診断装置により、固定の遅延時間に基づいて心電同期スキャンが行われることで、合計２４個のサブボリュームデータが取得されることになる（図１１参照）。

図９の説明に戻って、算出機能２１Ａは、メモリ６２に記憶されたサブボリュームデータに対応付けられた心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相（例えば、Ｒ波）とそれより後の第２の心拍における特定心位相とを検出する機能と、第１の心拍の特定心位相と第２の心拍の特定心位相との時間間隔に基づいて、第２の心拍における特定心位相からの遅延時間を変動の遅延時間として算出する機能とを含む。ここで、特定心位相をＲ波とすることが好適である。なお、特定心位相は、Ｒ波である場合に限定されるものではなく、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、及びＴ波等であってもよい。Ｒ波は、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、及びＴ波と比較して信号振幅が大きいため、検出することが容易である。なお、算出機能２１Ａは、算出手段の一例である。

再構成機能２４Ａは、特定心位相と、算出機能２１Ａによって算出された変動の遅延時間から、メモリ６２に記憶された各サブボリュームデータの心位相を求める機能と、複数のサブボリュームデータの、変動の遅延時間に基づく心位相による対応付けを行うことで、フルボリュームデータを生成する機能とを含む。なお、再構成機能２４Ａは、再構成手段の一例である。

図１１は、複数のサブボリュームデータの例を示す図である。

図１１は、４個のサブボリューム領域ｖ１～ｖ４にそれぞれ対応する６個のサブボリュームデータを示す。心電同期スキャンにおいて、同一心拍内で、Ｒ波から固定の遅延時間経過後に６回のスキャンにより６個のサブボリュームデータｖ１１～ｖ１６が順に生成される。次の心拍内において、Ｒ波から固定の遅延時間経過後に６回のスキャンにより６個のサブボリュームデータｖ２１～ｖ２６が順に生成される。以下同様に、６個のサブボリュームデータｖ３１～ｖ３６、６個のサブボリュームデータｖ４１～ｖ４６が生成される。

算出機能２１Ａは、各サブボリュームに対応づけられる心電図信号に基づいて、各サブボリュームに対応に対応する、変動の遅延時間経過時からの時間を算出することができる。そこで、再構成機能２４Ａは、固定の遅延時間経過時からの時間ではなく、変動の遅延時間経過時からの時間がほぼ一致するサブボリュームデータをサブボリューム領域ｖ１～ｖ４から１つずつ抽出することで、フルボリュームデータを生成することができる。これにより、再構成機能２４Ａは、実際の心臓の動きに応じたサブボリュームデータを空間的につなぎ合わせることができる。

医用画像処理装置７０Ａによると、心位相の、異なる複数の間隔（例えば、ＲＲ間隔）のそれぞれに応じて特定心位相からの遅延時間を算出することができるので、心臓の動きの変化に応じた複数のサブボリュームデータに基づいてボリュームデータを取得することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、心臓の動きの変化に応じた超音波データを取得することができる。

なお、算出機能２１，２１Ａは、算出手段の一例である。スキャン制御機能２２は、スキャン制御手段の一例である。選択機能２３は、選択手段の一例である。再構成機能２４Ａは、再構成手段の一例である。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 超音波診断装置
１８ 処理回路
２１，２１Ａ 算出機能
２２ スキャン制御機能
２３ 選択機能
７０，７０Ａ 医用画像処理装置
６１Ａ 処理回路

Claims (9)

1. 心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相とそれより後の第２の心拍における前記特定心位相とを検出し、前記第１の心拍の前記特定心位相と前記第２の心拍の前記特定心位相との時間間隔に基づいて、前記第２の心拍における前記特定心位相からの遅延時間を逐次算出する算出手段と、
   前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで超音波スキャンを開始するように超音波プローブを制御するスキャン制御手段と、
   前記遅延時間を逐次算出する逐次算出モード、又は、固定の遅延時間を予め設定する固定モードを選択する選択手段と、
   を有し、
   前記逐次算出モードの場合に、
   前記算出手段は、前記遅延時間を逐次算出し、
   前記スキャン制御手段は、前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで前記超音波スキャンを開始するように前記超音波プローブを制御し、
   前記固定モードの場合に、
   前記スキャン制御手段は、前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記固定の遅延時間が経過したタイミングで前記超音波スキャンを開始するように前記超音波プローブを制御する、
   超音波診断装置。
2. 心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相とそれより後の第２の心拍における前記特定心位相とを検出し、前記第１の心拍の前記特定心位相と前記第２の心拍の前記特定心位相との時間間隔に基づいて、前記第２の心拍における前記特定心位相からの遅延時間を逐次算出する算出手段と、
   前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで超音波スキャンを開始するように超音波プローブを制御するスキャン制御手段と、
   を有し、
   前記算出手段は、前記第１の心拍における特定心位相の後所定の時間が経過しても前記第２の心拍における特定心位相が現れない場合に、前記第２の心拍における遅延時間を、前記第１の心拍における遅延時間と同一とする、
   超音波診断装置。
3. 前記算出手段は、前記所定の時間を、複数の特定心位相の間隔の平均時間にマージンの時間を加えた時間とする、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記算出手段は、前記第２の心拍における前記マージンの時間を、前記第２の心拍における遅延時間とする、
   請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記算出手段は、前記第１の心拍の前記特定心位相と前記第２の心拍の前記特定心位相との時間間隔に乗じる係数を調整することで、前記遅延時間を逐次算出する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 前記算出手段及び前記スキャン制御手段は、前記特定心位相を、前記心電図信号の波形に基づくＲ波とする、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
7. 前記心電図信号は、心電計の出力に基づく、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. コンピュータに、
   心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相とそれより後の第２の心拍における前記特定心位相とを検出する検出機能と、
   前記第１の心拍の前記特定心位相と前記第２の心拍の前記特定心位相との時間間隔に基づいて、前記第２の心拍における前記特定心位相からの遅延時間を逐次算出する算出機能と、
   前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで超音波スキャンを開始するように超音波プローブを制御するスキャン制御機能と、
   前記遅延時間を逐次算出する逐次算出モード、又は、固定の遅延時間を予め設定する固定モードを選択する選択機能と、
   を実現させ、
   前記逐次算出モードの場合に、
   前記算出機能は、前記遅延時間を逐次算出する機能を含み、
   前記スキャン制御機能は、前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで前記超音波スキャンを開始するように前記超音波プローブを制御する機能を含み、
   前記固定モードの場合に、
   前記スキャン制御機能は、前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記固定の遅延時間が経過したタイミングで前記超音波スキャンを開始するように前記超音波プローブを制御する機能を含む、
   超音波スキャン制御プログラム。
9. コンピュータに、
   心電図信号に基づいて、第１の心拍における特定心位相とそれより後の第２の心拍における前記特定心位相とを検出する検出機能と、
   前記第１の心拍の前記特定心位相と前記第２の心拍の前記特定心位相との時間間隔に基づいて、前記第２の心拍における前記特定心位相からの遅延時間を逐次算出する算出機能と、
   前記第２の心拍の前記特定心位相から、前記逐次算出された遅延時間が経過したタイミングで超音波スキャンを開始するように超音波プローブを制御するスキャン制御機能と、
   を実現させ、
   前記算出機能は、前記第１の心拍における特定心位相の後所定の時間が経過しても前記第２の心拍における特定心位相が現れない場合に、前記第２の心拍における遅延時間を、前記第１の心拍における遅延時間と同一とする機能を含む、
   超音波スキャン制御プログラム。

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