JPH03121058A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波診断装置に係り、特に被検体内の血管や
心臓等の運動部位の診断を容易にすることができるよう
にした超音波診断装置に関するものである。

〔従来の技術〕

被検体内の血流や心臓等を超音波を用いてリアルタイム
で画像表示する方法は、Ｂモード表示。

ドプラモード表示等が知られているが、最新の手法とし
て、超音波断層像間の演算により差分画像を得る試みが
、ブリティッシュ・ハート・ジャーナル５９　（１９８
８年）第１２頁から第１９頁（Ｂｒｉｔｊｓｈ　ｔ（ｅ
ａｒｔ　ＪｏｕｒｎｏＬ　　５９　（１９８８）　ｔＰ
Ｐ　（１２−１９））に論じられている。この手＄１ 法は、造影剤を用いて造影剤の注入の爾後の断層像間で
引算を行い、心臓の関心領域にコントラストを付けてａ
察できるようにすることをねらっているもので、第５図
にその概念を示す。

この方法では、まず造影剤を被検体へ注入する以前に、
超音波断層像を４フレーム取り込み、この４フレームの
画像を加算平均し、マスク・フレームを作成し、引き続
いて、造影剤を被検体へ注入し、造影剤が診断部位へ到
達した時刻から経時的に断層像を取り込み、前記マスク
・フレームと造影剤注入後の各断層像との間で引算を行
って順法 数差分画像を得てゆくという方法が噂られている。

なお、この方法において、マスク・フレームとなる画像
の各画素の濃度は４枚のフレームの対応する画素の濃度
の平均値である。この理由は、差分画像にランダム・ノ
イズの影響が出るのを少なくし、より良い差分画像を得
るためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、造影剤を被検体の血液中に注入し、血
液が移動する場所、例えば心室や心房をコン１〜ラスト
を強調して描出しようとするものである。したがって、
血流が少ない部位、例えば組織そのものの運動情報を得
ることが困難であり、また、心室や心房の内壁の運動状
況は把握できるが、外壁の運動状況は１１察ができない
ものであった。また造影剤を被検８体へ注入するため、
それに耐えられない人には適用することができないもの
であった。

本発明は上記従来技術の抱えた課題を解消すること、よ
り詳しくは、運動臓器の全体の動きを描出できるととも
に、かつ造影剤を使用せずにそれを行うことができる超
音波診断装置を提供することを目的とする。そしてまた
、臓器の移動方向を亀 も欅別可能な新規の超音波診断装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、超音波送受信手
段によって運動組織を含む被検体内の断層像データを所
定周期で繰り返して得る断層走査手段と、この断層走査
手段によって得た時系列の画像間で引算を行ってそれら
の差分画像データを生成する手段と、前記差分画像デー
タを表示する画像表示手段とを備えて超音波診断装置を
構成したことを特徴としている。

そして、差分画像の生成は、超音波送受信手段によって
順次取り込まれた断層像データを少なくとも、時系列的
に隣接する画像同志で行う手段を設けると良い。

また、差分画像の生成は、超音波送受信手段によって順
次取り込まれた断層像データから、時系列的にｍ枚毎に
指定して行う手段を設けても良い。

さらに、ｌｌ器の動作１周期分の断層画像データから生
成した差分画像を記憶する手段を設けると良い。

そしてさらに１時系列的に取り込んだ断層像データと、
それらの断層像データから生成した差分シ 画像データを鵜別に記憶する手段と、差分画像データに
カラー情報を付与する手段と、断層像データとカラー情
報が付与された差分画像データとを重畳して表示するカ
ラー表示手段を設けると良い。

〔発明の原理〕

本発明が前記従来技術と異なる点は、造影剤を用いるこ
となく、かつ、固定のマスク像を使うことなく、順繰り
に一方の画像が他方の画像のマスク像となる点にある。

これは対象像の時間微分を求めることに相当し、これに
より臓器の運動情報を描出するものである。

〔作用〕

超音波送受信手段は断層走査手段によって制御され、超
音波の送受信方向を順次変更し被検体内から運動組織を
含む断面の断層像データを時系列的に取り込む。そして
、取り込まれた断層像データは順次、差分画像データ生
成手段へ送られる。

差分画像データ生成手段は１時系列的に入力した画像デ
ータの一方をマスク像とし、このマスク像ともう一つの
画像とを、各画像の画素データが対応するようにして引
算を行い、その結果として差分画像データを生成する。

この差分画像データは、差分を行った各画像の静止部位
は零となり、運動部分のデータのみが残ることとなる。

差分画像データは画像表示手段へ出力されて表示される
。表示画像は結局運動情報のみを表示する。

この差分画像を時系列に入力する断層像データの隣接す
るもの同志で行うと、高速で移動する組織を表示するこ
とができ、ｍ枚毎に行うと低速で移動する組織を適度な
速さの動画像にできるので見易くすることができる。

また、差分画像を記憶する手段を設けたので、任意の時
に、かつ繰り返して観察できる。

そして、断層像データと差分画像データとを別別に記憶
する手段と、差分画像データへカラー情報を付与する手
段とを設け、断層像データと差分画像データとを同時に
読み出してカラー表示手段へ重畳して表示すると、差分
画像データによって表示される運動部位の位置関係が解
がるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図乃至第４図により説明す
る。

〔実施例１〕 第１図は本発明の第１の実施例のブロック図を示す。図
において、１は超音波探触子で被検体２０へ超音波を送
波し、被検体２ｏ内の音響インピーダンスの異なる境界
にて反射されるエコーを受信するもの、２は超音波送受
信回路春内部に、探触子１に設けられた超音波振動子か
ら被検体２０へ送波する超音波ビームを形成するための
公知の、パルサ、送波遅延回路、及び被検体２０内より
のエコーを前記超音波振動子で受波し電気信号に変換し
た信号を増幅する増幅器、前記超音波振動子で受信した
各エコー信号の位相を揃えて加算し受波の超音波ビーム
を形成する受波遅延回路。

富 加算器佛より成る整相回路を備えている。

１１は前記超音波送受信回路２から出力されたエコー信
号（以下、ビデオ信号という。）をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、１２はＡ／Ｄ変換器１１の出力信
号を超音波ビームの１走査線毎に（又は複数の走査線ず
つ）書き込み読み出しを返り返し、後述の画像メモリへ
出力するスキャンコンバータ、１３は前記画像メモリで
、複数フレームの画像を記憶可能な記憶容量を有した半
導体メモリより成る。１４は引算器で画像メモリ１３か
ら出力された２つの画像間の引算を行い。

差分画像データを生成して出力するもの、ＩＳは引算器
１４から出力された差分画像データをＤ／Ａ変換しビデ
オ信号とするＤ／Ａ変換器、１６はＤ／Ａ変換器１５か
ら出力されたビデオ信号をＴＶ表示方式により表示する
表示器である。なお、図中１７はコントローラである。

次に、本実施例１の動作を説明する。被検体２０へ超音
波探触子１を当接し、診断部位へ超音波を送波する。こ
のとき、送波される超音波は送波遅延回路によって診断
部位において細いビームを形成するようにされる。この
送波ビームのエコーは超音波探触子１によって受波され
、前記増幅器及び受波遅延回路、加算器を介して取り込
まれ、受波ビームが形成される。そして、超音波探触子
１からは所定周期で順次超音波送受波方向を変更して、
診断部位を超音波走査するように送受波が繰り返して行
われる。

超音波送受信回路２がら出力されたエコー信号（アナロ
グ信号）はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号に変換さ
れスキャンコンバータ１２へ出力される。スキャンコン
バータ１２は複数のラインメモリを有し、コントローラ
１７によって超音波送受波方向が変化するたびに切換え
て書込みと読出しを制御され、順次入力する各超音波受
信ビーム毎にディジタルエコー信号を画像メモリ１３へ
出力する。画像メモリ１３へ入力したエコー信号はコン
トローラ１７の制御信号により第１の画像記憶エリア１
３ａへ順次超音波ビーム毎にそれらの送受波方向を対応
させて、第１画像となる１枚の超音波断層像を形成する
ように書き込まれる。

超音波探触子１は送受波回路２の制御で１画像分の超音
波走査が終了すると、再び送受波方向を初期方向へ戻し
、送受波を繰り返すとともに、送受波方向を各送受波毎
に順次変更して走査を行う。

したがって、エコー信号も上記と同様に、Ａ／Ｄ変換さ
れ、スキャンコンバータ１２を介して画像メモリ１３へ
出力される。画像メモリ１３は今回の走査によって取り
込まれたエコー信号を第２の画像記憶エリア１３ｂへ書
き込むようにコントローラ１７によって制御される。第
２の画像記憶エリア１３ｂへのデータ書込みが超音波走
査の進行とともに終了すると第２画像が形成される。次
いで、コントローラ１７は第１の画像記憶エリア１３ａ
及び第２の画像記憶エリア１３ｂより、互の画像の画素
を対応させて、双方の記憶データを読み出させ、引算器
１４へ出力させる。引算器１４はそれぞれ対応して入力
されたデータ（画素データ）毎に引算を行って、順次第
１画像と第２画像との差分データを出力する。引算器１
４より出力された各差分データは、Ｄ／Ａ変換器１５で
アナログ変換され、順次表示器１６へ出力される。

そして２表示器１６は入力したビデオ信号を輝度変調し
て表示する。このとき表示された映像は、前記第１画像
と第２画像との各画素毎の差分画像となっている。した
がって、第１画像と第２画像とを取り込んだ間の時間経
過において、診断部位内の組織が運動すると１組織が動
いた部分は第１画像と第２画像間でデータに差が生じ、
一方静止した組織部位では同一データとなるので差分デ
ータは零となり、運動組織部位が表示され、静止組織部
位は何も表示されない。すなわち、差分画像として表示
されるものは、第１画像を取り込んだ時から第２画像を
取り込んだ時までに動いた部分のみが表示される。

超音波探触子１はその後も引き続いて断層走査を行って
おり、引き続いて第３画像を取り込み、そのエコー信号
はＡ／Ｄ変換されてスキャンコンバータ１２を介して画
像メモリ１３の第３の画像記憶エリア１３ｃへ順次書き
込まれる。そして、第３画像が形成される。コントロー
ラ１７は、第３画像が形成され終ると、第２の画像記憶
エリア１３ｂと第３の画像記憶エリア１３ｃとから各々
画素データを対応させて読み出させ、それらを引算器１
４へ出力させる。すると引算器１４は前記と同様に、第
２画像と第３画像との間で引算を行い、その差分データ
を順次出力し、それらのデータを入力したＤ／Ａ変換は
、それらをビデオ信号に変換して表示器１５へ出力する
。そして、表示器１５には第２画像と第３画像との差分
画像が表示される。この差分画像は第２画像を取り込ん
だ時刻と第３画像を取り込んだ時刻との間に組織が動い
た部分のみが表示されている。

本動作を繰り返して行い、それらを連続的に表示すると
、運動組織のみのリアルタイム画像が得られる。但し、
本発明は心臓や血管の運動部位を対象とするものであっ
て、フレームレートについては運動組織の速度をも考慮
する必要がある。例えば、本願発明者等の実験によると
、心臓の弁の動きを表示する場合には、フレームレート
を毎秒百数士フレームとすると良いことが確認されてお
り、また頚動脈のような血管はそれ以下でも良いことが
確認されている。

超音波断層装置におけるフレームレートは、通常、診断
深さを２０ａｏ、超音波走査線を１００本程度とした場
合に約３０フレーム／秒程度であるので、上記のように
高フレームレートを得るためには、診断深さ及び超音波
走査線の値をそれに対応できるように設定する必要があ
る。なお、上記フレームレートを得るために、診断領域
が所望通りに得られない場合には、超音波送受信技術と
して、特許第１０９５３７７号（特公昭５６−２００１
７号）に記載の技術を併せて用いると良い。これは、以
下の実施例についても同様である。

〔実施例２〕 第１図において画像メモリ１３の記憶容量を、対象臓器
の動きの１周期分のフレーム数を記憶可能なだけ設けた
ものが本実施例２である。この実施例２は、他の構成は
第１図の構成と概略同じであるので、以下その動作を説
明する。

実施例１と同様に、探触子１にて時系列的に被検体２０
から取り込んだ断層像信号は、送受波回路２からＡ／Ｄ
変換器１１に入力され、ディジタル信号に変換され、ス
キャンコンバータ１２を介して画像メモリ１３に入力さ
れる。画像メモリ１３は対象臓器の１周期分のフレーム
数ｎを記憶する容量を有しており、その記憶容量をｎ個
の記憶エリアに分割して使用される。本実施例は、画像
メモリ１３へ入力したディジタルエコー信号を順次コン
トローラ１７の制御によって、第１画像。

第２画像、・・・、第ｎ画像まで、まず書き込みを行う
ようになっている。

そして、第１画像から第ｎ画像までが画像メモリ１３へ
書き込まれた後に、次のように２通りの差分画像表示を
行う。

第１の方法は、画像メモリ１３から相隣接する画像と第
ｎ画像というように読み出し、それらの画像を引算器１
４で引算し、差分画像を順次生成する。そして、その差
分画像を順次表示器１６へ表示する。この方法で高速で
動く臓器を表示できる。

第２の方法は、必要に応じてｍ枚目毎の画像間で、つま
り、第１画像と第ｍ画像、第ｍ画像と第２ｍ画像、第２
ｍ画像と第３ｍ画像、・・・のように指定して、それら
の画像同志で引算を行う。そして、その差分画像を表示
器１６へ表示する。診断部位の動きが遅い場合には、こ
の方が適度な速度の動画像となり、Ｉｌ察し易い場合が
ある。

この実施例２によれば、［１に必要なフレーム数の断層
像を先に取り込んで、それらを全て記憶しておくので、
繰り返して上記の読出し方法により差分画像を表示する
ことが可能である。

〔実施例３〕 第２図に実施例３の主要部のブロック図を示す。

第２図に示す構成の特徴とするところは、上記実施例２
における引算器１４の後段に、差分画像を記憶する画像
メモリ（Ｂ）１８を設けた点にある。

そして、画像メモリ（Ｂ）１８は実施例２における差分
画像のフレーム数を記憶するに必要な記憶容量を持たせ
ておくのである。

本実施例３は、時系列的に被検体２０より取り込まれた
断層像データを画像メモリ１３Ａへ対象臓器の１周期分
に相当するｎ個のフレーム数を書き込み、それが終了し
た後、上記実施例２の方法により差分画像データを生成
する。この差分画像データを順次画像メモリ（Ｂ）１８
へ記憶する。

そして、必要に応じて画像メモリ（Ｂ）１８から差分画
像データを順次読み出し、それらを表示する。

この実施例３によれば、差分画像を表示する際に、差分
画像を得るための演算処理を表示器のリフレッシュ動作
に同期させる必要がなくなり、このため、差分画像の処
理を独自のタイムチャートに則って行うことができる。

〔実施例４〕 上記実施例１乃至実施例３は表示器１６へ差分画像のみ
を表示するようにしたものであるが、本実施例４は断層
像と差分画像とを同時表示又はいずれか一方の表示とを
可能にしたものである。

第３図は本実施例４の主要部を示すブロック図である。

第３図において１画像メモリ１３Ａ及び画像メモリ（Ｂ
）１８は上記実施例３と同様に構成されている。４１は
カラーエンコーダ、４２は画像合成を行う加算器、４６
はカラー表示器、４７はコントローラである。

次に、本実施例４の動作を説明する。実施例３と同様に
、時系列的に被検体２０から取り込まれた断層像データ
はＡ／Ｄ変換器１１にてディジタル信号に変換され、ス
キャンコンバータ１２を介して画像メモリ１３Ａへ記憶
される０画像メモリ１３Ａへは、実施例３と同様に、対
象Ｓ器の動きの１周期分のフレーム数ｎの画像が、第１
画像から第ｎ画像まで先ず記憶される。この後、第１画
像と第２画像との引算、第２画像と第３画像との引算、
・・・、第（ｎ−１）画像と第ｎ画像との引算を順次行
い、それらの差分画像を画像メモリ（Ｂ）１８へ書き込
む。以上の動作が終了すると、次のようにコントローラ
４７により表示を行う。本実施例４は前述のように断層
像と差分画像とを同時に又は択一的に表示可能としたも
のであるが、同時表示を主として詳細に説明する。

第４図は、断層像と差分画像との表示対応を示している
。断層像は画像メモリ１３Ａに第１画像１１から第ｎ画
像Ｉ。まで順次記憶されており、差分画像は第１差分画
像ｌ５１（＝ＩＩ　　Ｉ２）から第（。−１，）差分画
像Ｉ　５（ｎ−ｔ）　（＝　Ｉ　（。−ｔ）　　Ｉ　ｎ
）まで順次記憶されている。

コントローラ４７が画像メモリ１３Ａ及び画像メモリ（
Ｂ）１８へ読出し信号を出力すると、画像メモリ１３Ａ
からは第１画像１が読み出され、一方画像メモリ（Ｂ）
１８からは第１差分画像ＩＳＩが読み出される。第１差
分画像Ｉｓｘはカラーエンコーダにて、Ｒ（赤）、Ｇ（
緑）、Ｂ（青）のいずれかの色相情報が付与されて、第
１画像Ｉｒとともに加算器４２へ入力される。加算器４
２は第１画像１１と色相情報が付与された第１差分画像
１ｓｃ１との各々のアドレス対応の画素毎に加算して、
そのデータをＤ／Ａ変換器１５へ出力する。そして、ア
ナログ化された合成ビデオ信号がカラー表示器４６の表
示画面へ表示される。

この動作を順次行うことによって、断層像中に心臓の弁
等の運動部位をカラーで表示することができ、また、そ
の動きを鮮明に表示することができる。さらに、運動部
位の位置関係を把握しながら観察が可能となる。

なお、断層像のみの表示又は差分画像のみの表示を行う
には、コントローラ４７からの画像メモリへの読出し信
号を適宜出力すれば可能であることは容易に理解される
ので、詳細な説明は省略する。

最後に本発明の表示における特徴事項の１．っについて
触れておく。本発明は基本的には、医療用Ｘ線診断技術
分野におけるディジタル・サブＩ−ラクション・アンギ
オクラフイ（ＤｉｇｉｔａｌＳｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ　
Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）の応用ではあるが、非常に高
フレームレートで断層像を取り込み、隣接する断層像間
で差分画像を生成する際に、移動部分の新しいデータと
旧データとが残るが、それらを輝度レベルを異らせて表
示することができ、例に表示すると、臓器がどの方向へ
動いているかが識別できるという効果を生ずるのである
。

明度によって臓器の移動方向が識別され得るのである。

それゆえに、実施例４において、カラーエンコーダ４１
でＲ，Ｇ、Ｂの色相を複数使用しても良いが、そこまで
せずども充分であろう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以上説明したように次の優れた効果が
もたらされるものである。すなわち、（イ）造影剤を用
いることなく安全に、心臓や血管のように運動する臓器
の内壁及び外壁をも明瞭に描出することができ、なおか
つ、その臓器の運動方向をも併せて表示することができ
る。

この基本的な効果に加え、 （ロ）請求項２によれば、高フレームレートで断Ｍ像デ
ータを取り込む技術を併せて用いることにより、心臓の
弁の動きを明瞭に描出することができる。

（ハ）請求項３によれば、腹部血管のように動きの遅い
碍管を適度な速さの動画焔として表示することができ、
観察し易くすることができる。

（ニ）請求項４によれば、差分画像を予め作成して記憶
しておくので、表示の際に引算を表示装置の掃引に同期
させる必要がなく、また差分画像を所望のときにＩＩｍ
することができる。

（ホ）請求項５によれば、断層像中に運動する臓器をカ
ラー表示するので、運動臓器の位置関係を把握しながら
観察することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の第３の実施例を示すブロック図、第３図は
本発明の第４の実施例を示すブロック図、第４図は第３
図に示す第４の実施例における断層像と差分画像との対
応を示す図、第５図は従来技術の差分画像生成概念を示
す図である。 １・・・超音波探触子、２・・・超音波送受信回路、１
１・・Ａ／Ｄａ換器、１２・・・スキャンコンバータ、
１３・・・画像メモリ、１４・・・引算器、１５・・・
Ｄ／Ａ変換器、１６・・・表示器、１７・・・コントロ
ーラ、１８・・・画像メモリＢ、４１・・・カラーエン
コーダ。 ４２・・・加算器、４６・・・カラー表示器。 高１図 造隻制志Ｎ ↓ 表介昌傳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波送受信手段によつて運動組織を含む被検体内
   の断層像データを所定周期で繰り返して得る断層走査手
   段と、この断層走査手段によつて得た時系列の画像間で
   計算を行つてそれらの差分画像データを生成する手段と
   、前記差分画像データを表示する画像表示手段とを備え
   たことを特徴とする超音波診断装置。 ２、差分画像データを生成する手段は、超音波送受信手
   段によつて順次取り込まれた断層像データを、時系列的
   に隣接する画像同志で引算を行う手段を含むことを特徴
   とする請求項１に記載の超音波診断装置。 ３、差分画像データを生成する手段は、超音波送受信手
   段によつて順次取り込まれた断層像デーから、時系列的
   にｍ枚（ｍは２≧なる整数）ごとに指定して行う手段を
   含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置
   。 ４、対象とする運動臓器の１周期分に相当する複数の断
   層画像データより生成した差分画像データを記憶する手
   段と、この記憶手段から差分画像データを時系列的に読
   み出す手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３
   に記載の超音波診断装置。 ５、超音波送受信手段によつて運動組織を含む被検体内
   の断層像データを所定周期で繰り返して得る断層走査手
   段と、この断層走査手段によつて得た時系列の断層画像
   データとそれらの断層画像データから生成した差分画像
   データとを別個に記憶する手段と、この記憶手段から読
   み出した差分画像データへカラー情報を付与する手段と
   、前記記憶手段から読み出した断層画像データと前記カ
   ラー情報を付与された差分画像データとを重畳させて表
   示するカラー表示手段とを備えたことを特徴とする超音
   波診断装置。