JPWO2009031309A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

操作者による煩雑な操作を必要とすることなく、被検体の心拍数に応じてドップラ画像やＭモード画像の掃引速度を自動的に最適化することができる超音波診断装置を提供する。体内組織に対して超音波ビームを送信する手段と、体内組織および血流から反射された超音波信号を受信する手段と、受信した超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段と、血流により体内組織から反射された超音波ドップラ血流信号を位相検波する手段と、位相検波されたドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段と、算出された周波数成分をドップラ画像として時系列的に掃引表示する手段とを備え、所定のタイミングで被検体の心拍数を計測する心拍数計測手段を有し、心拍数計測手段によって得られた心拍数に基づいて最適掃引速度を算出する最適掃引速度算出手段と、ドップラ画像およびＭモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する最適掃引速度設定手段とを備える。

Description

本発明は、超音波ドップラ効果を利用して被検体体内の血流信号を計測する超音波診断装置に関し、特に、装置のドップラ画像およびＭモード画像の表示における自動最適化の技術に関する。

従来、超音波プローブから発生される超音波ビームを用いて、被検体体内の血流信号をリアルタイムに把握する超音波診断装置が用いられている。このような超音波診断装置では、検出された信号の周波数によっては、得られたドップラ画像が折り返されてしまう場合があり、このようなドップラ画像の折り返しが生じると、操作者が血流速度に応じてパルス繰り返し周波数を調整しなくてはならなくなる。

そこで、このような煩雑な操作を操作者に強いることがないよう、検出可能周波数範囲に対する信号存在領域を検出することによって、ドップラ画像が折り返しを起こさないように超音波ビーム送受信の繰り返し周波数（ＰＲＦ）とベースライン位置（０Ｈｚ位置）とを自動的に調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この、特許文献１に開示されている技術は、まず、ＦＦＴによって得られたドップラスペクトラムを、閾値によって「値０」の部分と「値１」の部分に分類する操作を、ドップラ画像の一定範囲に対して行う。次に、信号存在比率、すなわち信号存在領域の占める割合を求めて、この信号存在比率が０．６〜０．８程度になるようにＰＲＦを設定する。そして、設定されたＰＲＦによって得られたドップラスペクトラムに対して、同様の操作を行って信号存在領域を求め、信号が存在しない領域の中心が画面の両端にくるようにベースライン位置を移動させるというものである。

一方、血流測定において超音波造影剤を用いる場合など、血流信号の強さが変化する場合に、得られる血流信号の強さを最適化するために、ドップラ信号検出部から取り込まれた信号のレベルを検出し、信号のゲインを自動的に調整する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この、特許文献２に開示されている技術は、あらかじめＲＯＭなどの記憶手段に格納されたテーブルを用いて、ドップラ血流信号の信号レベルに応じた適正ゲイン値を決定することによって、得られたドップラ画像の輝度信号であるゲインを自動的に最適化するというものである。
特開平８−３０８８４３号公報 特開平８−１７３４２６号公報

これら従来の超音波診断装置に関する自動化技術は、特許文献１に記載された技術は、ドップラ画像の流速軸、つまり、ドップラ画面上では通常縦軸として表される方向における信号の最適化であり、一方の特許文献２に記載された技術は、ドップラ画像のＺ軸に相当する、ドップラ画像面に対して垂直方向の軸についての最適化であるということができる。しかしながら、これら従来技術のいずれかを用いた場合、もしくは、その双方を同時に用いた場合であっても、ドップラ画像を時間軸、つまり、ドップラ画像における横軸の方向への最適化（操作者が所望する速度に設定すること）を行うことはできない。

ここで、ドップラ信号から得られるドップラ画像の掃引速度に関しては、例えば心拍数が１分当たり４０回の被検体のドップラ画像を表示させた場合に、ドップラ画像の掃引速度が一画面当たり２秒だったとすると、一画面中には約１．３心拍分の画像しか表示できないことになる。操作者にとって見にくく判別しにくい状態となってしまい、最適化した状態、つまり操作者が所望する掃引速度に設定した状態とはいいがたく、もし、より多くの心拍分の画像を画面上に表示させることを所望した場合には、掃引速度を低下させて、一画面当たりの表示時間を長く、例えば４秒程度として最適化する必要がある。

このようにドップラ画像の最適な（操作者が所望する）掃引速度は、被検体の心拍数によって左右されるのであるが、当然ながら、心拍数は被検体によって、また、測定時の被検体の状態によって大きくばらつくものであるため、操作者はドップラ画像を見ながら被検体毎に最適な掃引速度を、その都度設定する必要があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、操作者による煩雑な操作を必要とすることなく、被検体の心拍数に応じてドップラ画像やＭモード画像の掃引速度を自動的に最適化（操作者が所望する速度に設定）する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。

上記課題を解決するために、本発明の超音波診断装置は、体内組織に対して超音波ビームを送信する手段と、体内組織および血流から反射された超音波信号を受信する手段と、受信した超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段と、血流により体内組織から反射された超音波ドップラ血流信号を位相検波する手段と、位相検波されたドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段と、算出された周波数成分をドップラ画像として時系列的に掃引表示する手段とを備える超音波診断装置であって、所定のタイミングで被検体の心拍数を計測する心拍数計測手段を有し、前記心拍数計測手段によって得られた心拍数に基づいて最適掃引速度を算出する最適掃引速度算出手段と、前記ドップラ画像およびＭモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する最適掃引速度設定手段とを備えている。

この構成により、本発明にかかる超音波診断装置では、操作者が煩雑な操作を行うことなく所望する最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、被検体の心電図波形を取得する手段と、取得された前記心電図波形からＲ波を検出するＲ波検出手段とをさらに備え、前記心拍数計測手段が、前記Ｒ波検出手段によって得られるＲ波の時間間隔に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである。

この構成により、最適な掃引速度を算出する基準となる心拍数を、ドップラ画像を用いることなく心電図波形から得られたＲ波によって計測することができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、前記ドップラ画像中の各最高流速点をトレースするドップラトレース手段をさらに備え、前記心拍数計測手段が、前記ドップラトレース手段によって得られるドップラトレース波形から各心拍に要する時間を推定する推定手段と、前記推定手段によって得られた各心拍に要する時間に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである。

この構成により、最適な掃引速度を算出する基準となる心拍数を、ＥＣＧ波形を用いることなくドップラ画像のみを用いて計測することができる。

さらに、本発明にかかる超音波診断装置では、前記最適掃引速度設定手段は、操作者が操作可能なユーザインタフェースによって実現されるものであって、操作者が前記ユーザインタフェースを操作することによって前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度が最適化されることが好ましい。

この構成により、操作者はユーザインタフェースを操作することで所望する最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

さらにまた、本発明にかかる超音波診断装置は、前記最適掃引速度設定手段は、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像表示を含むモードに遷移した際に、自動的に最適掃引速度設定を実行することが好ましい。

この構成により、モード遷移時に自動的に最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、前記最適掃引速度設定手段は、一画面中に何心拍分の前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像を表示するかを操作者があらかじめ設定することを可能にする手段を含む。

この構成により、操作者は一画面中に何心拍分のドップラ画像やＭモード画像を表示するかを意図的に設定することができる。

さらにまた、本発明にかかる超音波診断装置は、前記ドップラ血流信号を記録する記録手段を備え、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像をフリーズした後には、前記心拍数計測手段が前記記録手段によって記録されたデータを用いて心拍数を得て、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する。

この構成により、ドップラ画像やＭモード画像をフリーズした後においても、ドップラ画像の掃引速度を最適化することができる。

本発明の超音波診断装置は、検出された被検体の心拍数に基づいてドップラ画像の掃引速度を自動的に最適化することにより、操作者が煩雑な操作をすることなしに、常に最適なドップラ画像を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置のプロセッサの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部を示すブロック図である。 図４は、Ｍモード画像を表示するための信号処理の流れを説明する図である。

符号の説明

１０１ プローブ
１０２ ＡＤ変換器
１０３ ビームフォーマ
１０４ 検波器
１０５ ウォールフィルタ
１０６ 周波数解析部
１２１ ＥＣＧ電極
１２２ ＡＤ変換器
１４０ プロセッサ
１４１ Ｒ波検出部
１４２ ドップラトレース算出部
１４３ 心拍数計測部
１４４ 掃引速度算出部
１４５ 掃引速度制御部
１６１ 表示制御部
１６２ モニタ
１８１ 最適化ボタン
３０１ データメモリ
３０２ データメモリ
３０３ シネメモリ

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部分を示したブロック図である。

図１では、本発明にかかる超音波診断装置の、特に、超音波ドップラ信号を得てからこれをドップラ画像として表示する部分を示している。したがって、通常の超音波診断装置と同じ構成である、体内組織に超音波ビームを送信する手段であるパルス発生回路やパルサー、また、体内組織から反射された超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段の部分は図示を省略している。

プローブ１０１は超音波ドップラ信号を受信する手段であり、ＡＤ変換器１０２で受信した超音波ドップラ信号をデジタル信号に変換し、ビームフォーマ１０３でＡＤ変換された超音波受信信号の遅延合成を行い、検波器１０４で遅延合成された超音波信号からドップラシフト成分、すなわちドップラ信号位相を検波する手段であり、ウォールフィルタ１０５でドップラ信号中のウォール成分を除去し、周波数解析部１０６は受信された信号を周波数分析しドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段である。

また、ＥＣＧ電極１２１は被検体である生体の心電図波形、ＥＣＧ波形を取得する手段であり、ＡＤ変換器１２２は取得したＥＣＧ波形をデジタル信号に変換する。プロセッサ１４０でユーザからの指令を受け取りドップラ画像の最適掃引速度を決定する。表示制御部１６１は周波数解析部１０６によって求められた周波数成分とＡＤ変換器１２２から得られたＥＣＧ信号をそれぞれドップラ画像、ＥＣＧ画像として時系列的に掃引表示する手段である。モニタ１６２はドップラ画像およびＥＣＧ画像を表示し、操作ボタン１８１は操作者がドップラ画像の掃引速度を最適化するために操作する。

プローブ１０１によって送信された超音波ビームは、被検体である生体内で反射してプローブ１０１によって受信され、ＡＤ変換器１０２によってデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、ビームフォーマ１０３によって遅延合成され、検波器１０４に入力される。

検波器１０４は、直交検波として知られている方法によってドップラ信号を分離する。ウォールフィルタ１０５はハイパスフィルタであり、被検体の体動や生体内臓器の壁動によって発生する低周波雑音（ウォール）を除去する。周波数解析部１０６はプロセッサ１４０によって通知されるタイミングで、ウォールフィルタ１０５の出力信号から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数成分を算出し、各周波数成分を輝度値に変換してドップラ画像として表示制御部１６１に出力する。

一方、被検体の体表に接するように装着されたＥＣＧ電極１２１の出力信号は、ＡＤ変換器１２２によってデジタル信号に変換され、表示制御部１６１に出力される。表示制御部１６１は、周波数解析部１０６から入力されるドップラ画像と、ＡＤ変換器１２２から入力されるＥＣＧ信号とを同時相で合成し、モニタ１６２へ出力する。モニタ１６２は入力されたドップラ画像とＥＣＧ信号とを掃引表示する。

ここで、プロセッサ１４０は、内部に心拍数を計算する計算手段である心拍数計測部１４３を備えており、ユーザインタフェースとしての最適化ボタン１８１（例えば超音波診断装置の操作卓上に設けられたボタン）で、操作者が所定のタイミングでこのボタンを押下することによって、プロセッサ１４０、より詳細には心拍数計測部１４３で心拍数を計測し、その度にドップラ画像の掃引速度が最適化（操作者が所望する速度に設定）される。すなわち、プロセッサ１４０は、最適化ボタン１８１が押下されることによってドップラ画像の最適な掃引速度を計算し、算出された最適な掃引速度を実現するために周波数解析部１０６に対してＦＦＴの実行タイミングを指示する。

次に、プロセッサの構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、プロセッサ１４０の構成を示すブロック図である。

Ｒ波検出手段であるＲ波検出部１４１は、ＡＤ変換器１２２より入力されるＥＣＧ波形を分析し、その波形中からＲ波を検出して、検出時刻を、心拍数を計算する計算手段である心拍数計測部１４３に通知する。

そして、本実施形態にかかる超音波診断装置において、ドップラ画像の掃引速度の設定の基準となる被検体の心拍数を、Ｒ波の時間間隔に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する場合には、この通知された検出時刻に基づいて計算された心拍数が用いられることになる。

一方、ドップラトレース手段、および、推定手段でもあるドップラトレース算出部１４２は、周波数解析部１０５によって得られたドップラ信号の周波数成分データを分析し、最高流速点を推定する。このドップラトレース算出部１４２は、推定された最高流速点を時系列に繋ぐこと、すなわちトレースすることによって、いわゆるドップラトレース波形として一般的に知られている波形を生成し、計算手段である心拍数計測部１４３に出力する。

そして、本実施形態にかかる超音波診断装置において、ドップラ画像の掃引速度の設定の基準となる被検体の心拍数を、ドップラトレース波形から各心拍に要する時間を推定して計算する場合には、この通知された検出時刻に基づいて計算された心拍数が用いられることになる。

心拍数計測手段である心拍数計測部１４３は、Ｒ波検出部１４１によって得られたＲ波検出時刻、もしくは、ドップラトレース算出部１４２によって得られたドップラトレース波形のいずれかを用いて、被検体の単位時間あたりの心拍数を算出し、得られた心拍数を最適掃引速度算出手段である掃引速度算出部１４４に通知する。

なお、心拍数算出のために、Ｒ波検出時刻とドップラトレース波形のいずれを使用するかは、操作者によってプリセットされている。また、操作者は、モニタ１６２の一画面中に何心拍分のドップラ画像を表示するかを、あらかじめプロセッサ１４０に設定しておく。

掃引速度算出部１４４は、操作者によってあらかじめ設定された一画面中に表示したい心拍数（操作者が所望する、掃引速度に対応して一画面中に表示したい心拍数）をＮ、一画面の幅（ドット数）をＷ、心拍数計測部１４３で計測された一心拍に要する時間をＴとして、（Ｎ×Ｔ）／Ｗという計算式によって周波数解析部１０６のＦＦＴ実行周期を決定する。

最適掃引速度設定手段である掃引速度制御部１４５は、掃引速度算出部１４４で算出されたＦＦＴ実行周期で周波数解析部１０６に対してＦＦＴの実行を指示する。

例えば、一画面中に表示したい心拍数が２心拍分、一画面の幅が５００ドット、一心拍に要する時間が１秒であった場合、周波数解析部１０６は４ミリ秒の周期でＦＦＴを実行する。

なお、本実施形態にかかる超音波診断装置においては、一回のＦＦＴで生成されるドップラ画像は、モニタ１６２の画面上で縦１ドットのライン上に描画される。

また、本実施形態にかかる超音波診断装置では、掃引速度を最適化するためにまず、心拍数計測部１４３に所定のタイミングの信号を与えるための手段として、操作者が押下するべきボタンを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、断層像表示モード（Ｂモード）の最中に、Ｒ波検出部１４１と心拍数検出部１４３と掃引速度算出部１４４によってあらかじめ最適な掃引速度を求めておき、ドップラモードに遷移したときに、自動的に求めた最適掃引速度を実現するようにすることも可能である。また、所定のタイミングとしては、モード切替の操作スイッチが押された場合、画面切換えのためのボタンが押された場合、または任意に設定した時間間隔ごと等に、心拍数計測部１４３に信号を出すようにしてもよく、このような場合には、最適化ボタン１８１を特別に設ける必要は、必ずしもない。

また、上記したように、併せて、一画面中に何心拍分のドップラ画像を表示するかを操作者が設定することができるようにしてもよく、その場合には、プロセッサに対して操作者の設定を伝える表示心拍数設定手段を適宜設ければよい。

なお、このような表示心拍数設定手段は、本発明において必須のものではないため、必ずしも設けなくてもよい。

また、本実施形態おいては、最適掃引速度を求めるための心拍数算出の手段として、Ｒ波検出時刻とドップラトレース波形の両方から求められる構成としているが、この内の一方のみの構成としても問題がないことは言うまでもない。

（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる超音波診断装置についての第２の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の主要部分の構成例を示すブロック図である。なお、図３においても、図１と同じように本発明にかかる超音波診断装置の主要構成部分のみを示している。また、上記第１の実施形態として図１を用いて説明したものと同じ構成および機能を有する部分には、図１と同一の符号を付し、この部分の説明は省略する。

図３に示す、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置では、ウォールフィルタ１０５の出力データを記録する記録手段であるデータメモリ３０１、および、ＡＤ変換器１２２の出力データを記録するデータメモリ３０２、そして、輝度情報に変換されたドップラ画像およびＥＣＧ画像を記録するシネメモリ３０３を有している点が、上記図１で示した第１の実施形態と異なっている。

次に、本実施形態にかかる超音波診断装置での動作について説明する。

本実施形態にかかる超音波診断装置では、ドップラ画像がフリーズされる前のライブ状態においては、ウォールフィルタ１０５の出力信号は、処理された時刻とともにデータメモリ３０１に格納され、ＡＤ変換器１２２の出力データは、処理された時刻とともにデータメモリ３０２に格納される。

そして、ドップラ画像がフリーズされた後に操作者が最適化ボタン１８１を押下した場合に、周波数解析部１０６は、データメモリ３０１のデータに対してフリーズされる直前に設定されていたＦＦＴ実行周期でＦＦＴを実行し、その実行結果をプロセッサ１４０内のドップラトレース算出部１４２へ入力する。この時のＦＦＴ実行周期は、実際にＦＦＴを行う時刻ではなく、データメモリ３０１に格納された各ドップラデータが処理された時刻によって決定されるものである。

プロセッサ１４０は、データメモリ３０２に格納されているＥＣＧデータを読み出してＲ波検出部１４１に入力する。このとき、Ｒ波検出部１４１が心拍数計測部１４３に通知する検出時刻は、データメモリ３０２に格納されている、ＡＤ変換器１２２がＥＣＧデータを処理した時刻に基づいている。

プロセッサ１４０は、周波数解析部１０６、および、データメモリ３０２から得たデータを用いて、本発明の第１の実施形態と同様の処理を行って最適な掃引速度、すなわちＦＦＴ実行周期を決定する。ここでも実行周期のタイムベースは、データメモリ３０１に格納されている各ドップラデータが処理された時刻である。

周波数解析部１０６は、プロセッサ１４０から指示されたＦＦＴ実行周期で、データメモリ３０１の全データに対してＦＦＴを実行し、得られた周波数成分データを輝度値に変換してドップラ画像として表示制御部１６１へ入力する。

そして、表示制御部１６１は、シネメモリ３０３のデータを消去して、新たに入力されたドップラ画像を格納する。

なお、本実施形態において、操作者が最適化ボタン１８１を押下することで掃引速度の最適化を行う例で示したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の実施形態として説明したように、ドップラ画像表示を含むモードに遷移した場合に掃引速度の最適化を行ってもよい。

また、ＡＤ変換器１２２の出力データを格納するデータメモリ３０２を備えた構成を示したが、最適掃引速度を求めるための心拍数算出の手段として、ドップラトレース波形のみを用いる場合には、このデータメモリ３０２は不要となる。

以上、本発明にかかる超音波診断装置の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明にかかる超音波診断装置の動作を操作者の観点でまとめると、以下のようになる。

操作者が、ドップラ画像をフリーズした後に最適化ボタン１８１を押下すると、現在表示されているドップラ画像が消去され、新たに時間方向、すなわち横軸方向のスケールが最適化された、フリーズ状態のドップラ画像が表示される。例えば、最適化後のドップラ画像の表示幅が、一画面に２心拍分となるように操作者によってあらかじめ設定されていたとすると、最適化ボタン１８１を押下した後の画面には、２心拍分のドップラ画像が表示されていることとなる。

なお、上記本発明の超音波診断装置の実施形態の説明においては、ドップラ画像の掃引速度を設定する例を示して説明した。しかし、本発明の超音波診断装置では、Ｍモード画像についても、Ｒ波を検出することによって心拍数を計測する方法を用いることで、掃引速度を最適化することができる。

図４は、Ｍモード画像を得るための信号処理の流れの一例を示す図である。

図４に示すように、プローブで得られた超音波波形をデジタル変換し、その後に遅延合成を行ってから、包絡線検波手段によって、送信周波数に重畳された生体情報の信号を得るために包絡線検波を行う。その後、輝度情報を得るために、Ｍモード画像を構築する手段で対数（ｌｏｇ）圧縮をすることで、Ｍモード画像が得られる。なお、包絡線検波後の対数圧縮時に、操作者が見やすいように、輝度を調整するためのゲイン調整を行ってもよい。

本発明にかかる超音波診断装置では、このようにして得られるＭモード画像を表示する際にも、上記で詳細に説明したドップラ画像の表示の場合と同様に、その掃引速度を自動的に最適化することができる。なお、本実施形態の超音波診断装置におけるＭモード画像信号の各種の処理については、上記実施形態で、ドップラ画像に行う処理として説明した同等の各種の処理を行うことができる。

本発明にかかる超音波診断装置は、計測された心拍数に基づいてドップラ画像やＭモード画像の掃引速度を最適化することが可能であり、医療等の用途に有用である。

本発明は、超音波ドップラ効果を利用して被検体体内の血流信号を計測する超音波診断装置に関し、特に、装置のドップラ画像およびＭモード画像の表示における自動最適化の技術に関する。

従来、超音波プローブから発生される超音波ビームを用いて、被検体体内の血流信号をリアルタイムに把握する超音波診断装置が用いられている。このような超音波診断装置では、検出された信号の周波数によっては、得られたドップラ画像が折り返されてしまう場合があり、このようなドップラ画像の折り返しが生じると、操作者が血流速度に応じてパルス繰り返し周波数を調整しなくてはならなくなる。

そこで、このような煩雑な操作を操作者に強いることがないよう、検出可能周波数範囲に対する信号存在領域を検出することによって、ドップラ画像が折り返しを起こさないように超音波ビーム送受信の繰り返し周波数（ＰＲＦ）とベースライン位置（０Ｈｚ位置）とを自動的に調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この、特許文献１に開示されている技術は、まず、ＦＦＴによって得られたドップラスペクトラムを、閾値によって「値０」の部分と「値１」の部分に分類する操作を、ドップラ画像の一定範囲に対して行う。次に、信号存在比率、すなわち信号存在領域の占める割合を求めて、この信号存在比率が０．６〜０．８程度になるようにＰＲＦを設定する。そして、設定されたＰＲＦによって得られたドップラスペクトラムに対して、同様の操作を行って信号存在領域を求め、信号が存在しない領域の中心が画面の両端にくるようにベースライン位置を移動させるというものである。

一方、血流測定において超音波造影剤を用いる場合など、血流信号の強さが変化する場合に、得られる血流信号の強さを最適化するために、ドップラ信号検出部から取り込まれた信号のレベルを検出し、信号のゲインを自動的に調整する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この、特許文献２に開示されている技術は、あらかじめＲＯＭなどの記憶手段に格納されたテーブルを用いて、ドップラ血流信号の信号レベルに応じた適正ゲイン値を決定することによって、得られたドップラ画像の輝度信号であるゲインを自動的に最適化するというものである。
特開平８−３０８８４３号公報 特開平８−１７３４２６号公報

これら従来の超音波診断装置に関する自動化技術は、特許文献１に記載された技術は、ドップラ画像の流速軸、つまり、ドップラ画面上では通常縦軸として表される方向における信号の最適化であり、一方の特許文献２に記載された技術は、ドップラ画像のＺ軸に相当する、ドップラ画像面に対して垂直方向の軸についての最適化であるということができる。しかしながら、これら従来技術のいずれかを用いた場合、もしくは、その双方を同時に用いた場合であっても、ドップラ画像を時間軸、つまり、ドップラ画像における横軸の方向への最適化（操作者が所望する速度に設定すること）を行うことはできない。

ここで、ドップラ信号から得られるドップラ画像の掃引速度に関しては、例えば心拍数
が１分当たり４０回の被検体のドップラ画像を表示させた場合に、ドップラ画像の掃引速度が一画面当たり２秒だったとすると、一画面中には約１．３心拍分の画像しか表示できないことになる。操作者にとって見にくく判別しにくい状態となってしまい、最適化した状態、つまり操作者が所望する掃引速度に設定した状態とはいいがたく、もし、より多くの心拍分の画像を画面上に表示させることを所望した場合には、掃引速度を低下させて、一画面当たりの表示時間を長く、例えば４秒程度として最適化する必要がある。

このようにドップラ画像の最適な（操作者が所望する）掃引速度は、被検体の心拍数によって左右されるのであるが、当然ながら、心拍数は被検体によって、また、測定時の被検体の状態によって大きくばらつくものであるため、操作者はドップラ画像を見ながら被検体毎に最適な掃引速度を、その都度設定する必要があった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたものであり、操作者による煩雑な操作を必要とすることなく、被検体の心拍数に応じてドップラ画像やＭモード画像の掃引速度を自動的に最適化（操作者が所望する速度に設定）する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。

上記課題を解決するために、本発明の超音波診断装置は、体内組織に対して超音波ビームを送信する手段と、体内組織および血流から反射された超音波信号を受信する手段と、受信した超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段と、血流により体内組織から反射された超音波ドップラ血流信号を位相検波する手段と、位相検波されたドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段と、算出された周波数成分をドップラ画像として時系列的に掃引表示する手段とを備える超音波診断装置であって、所定のタイミングで被検体の心拍数を計測する心拍数計測手段を有し、前記心拍数計測手段によって得られた心拍数に基づいて最適掃引速度を算出する最適掃引速度算出手段と、前記ドップラ画像およびＭモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する最適掃引速度設定手段とを備えている。

この構成により、本発明にかかる超音波診断装置では、操作者が煩雑な操作を行うことなく所望する最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、被検体の心電図波形を取得する手段と、取得された前記心電図波形からＲ波を検出するＲ波検出手段とをさらに備え、前記心拍数計測手段が、前記Ｒ波検出手段によって得られるＲ波の時間間隔に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである。

この構成により、最適な掃引速度を算出する基準となる心拍数を、ドップラ画像を用いることなく心電図波形から得られたＲ波によって計測することができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、前記ドップラ画像中の各最高流速点をトレースするドップラトレース手段をさらに備え、前記心拍数計測手段が、前記ドップラトレース手段によって得られるドップラトレース波形から各心拍に要する時間を推定する推定手段と、前記推定手段によって得られた各心拍に要する時間に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである。

この構成により、最適な掃引速度を算出する基準となる心拍数を、ＥＣＧ波形を用いることなくドップラ画像のみを用いて計測することができる。

さらに、本発明にかかる超音波診断装置では、前記最適掃引速度設定手段は、操作者が操作可能なユーザインタフェースによって実現されるものであって、操作者が前記ユーザ
インタフェースを操作することによって前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度が最適化されることが好ましい。

この構成により、操作者はユーザインタフェースを操作することで所望する最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

さらにまた、本発明にかかる超音波診断装置は、前記最適掃引速度設定手段は、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像表示を含むモードに遷移した際に、自動的に最適掃引速度設定を実行することが好ましい。

この構成により、モード遷移時に自動的に最適な掃引速度のドップラ画像やＭモード画像を得ることができる。

また、本発明にかかる超音波診断装置は、前記最適掃引速度設定手段は、一画面中に何心拍分の前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像を表示するかを操作者があらかじめ設定することを可能にする手段を含む。

この構成により、操作者は一画面中に何心拍分のドップラ画像やＭモード画像を表示するかを意図的に設定することができる。

さらにまた、本発明にかかる超音波診断装置は、前記ドップラ血流信号を記録する記録手段を備え、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像をフリーズした後には、前記心拍数計測手段が前記記録手段によって記録されたデータを用いて心拍数を得て、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する。

この構成により、ドップラ画像やＭモード画像をフリーズした後においても、ドップラ画像の掃引速度を最適化することができる。

本発明の超音波診断装置は、検出された被検体の心拍数に基づいてドップラ画像の掃引速度を自動的に最適化することにより、操作者が煩雑な操作をすることなしに、常に最適なドップラ画像を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置のプロセッサの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部を示すブロック図である。 図４は、Ｍモード画像を表示するための信号処理の流れを説明する図である。

１０１ プローブ
１０２ ＡＤ変換器
１０３ ビームフォーマ
１０４ 検波器
１０５ ウォールフィルタ
１０６ 周波数解析部
１２１ ＥＣＧ電極
１２２ ＡＤ変換器
１４０ プロセッサ
１４１ Ｒ波検出部
１４２ ドップラトレース算出部
１４３ 心拍数計測部
１４４ 掃引速度算出部
１４５ 掃引速度制御部
１６１ 表示制御部
１６２ モニタ
１８１ 最適化ボタン
３０１ データメモリ
３０２ データメモリ
３０３ シネメモリ

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる超音波診断装置の構成例の主要部分を示したブロック図である。

図１では、本発明にかかる超音波診断装置の、特に、超音波ドップラ信号を得てからこれをドップラ画像として表示する部分を示している。したがって、通常の超音波診断装置と同じ構成である、体内組織に超音波ビームを送信する手段であるパルス発生回路やパルサー、また、体内組織から反射された超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段の部分は図示を省略している。

プローブ１０１は超音波ドップラ信号を受信する手段であり、ＡＤ変換器１０２で受信した超音波ドップラ信号をデジタル信号に変換し、ビームフォーマ１０３でＡＤ変換された超音波受信信号の遅延合成を行い、検波器１０４で遅延合成された超音波信号からドップラシフト成分、すなわちドップラ信号位相を検波する手段であり、ウォールフィルタ１０５でドップラ信号中のウォール成分を除去し、周波数解析部１０６は受信された信号を周波数分析しドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段である。

また、ＥＣＧ電極１２１は被検体である生体の心電図波形、ＥＣＧ波形を取得する手段であり、ＡＤ変換器１２２は取得したＥＣＧ波形をデジタル信号に変換する。プロセッサ１４０でユーザからの指令を受け取りドップラ画像の最適掃引速度を決定する。表示制御部１６１は周波数解析部１０６によって求められた周波数成分とＡＤ変換器１２２から得られたＥＣＧ信号をそれぞれドップラ画像、ＥＣＧ画像として時系列的に掃引表示する手段である。モニタ１６２はドップラ画像およびＥＣＧ画像を表示し、操作ボタン１８１は操作者がドップラ画像の掃引速度を最適化するために操作する。

プローブ１０１によって送信された超音波ビームは、被検体である生体内で反射してプローブ１０１によって受信され、ＡＤ変換器１０２によってデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、ビームフォーマ１０３によって遅延合成され、検波器１０４に入力される。

検波器１０４は、直交検波として知られている方法によってドップラ信号を分離する。ウォールフィルタ１０５はハイパスフィルタであり、被検体の体動や生体内臓器の壁動によって発生する低周波雑音（ウォール）を除去する。周波数解析部１０６はプロセッサ１４０によって通知されるタイミングで、ウォールフィルタ１０５の出力信号から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数成分を算出し、各周波数成分を輝度値に変換してドップラ画像として表示制御部１６１に出力する。

一方、被検体の体表に接するように装着されたＥＣＧ電極１２１の出力信号は、ＡＤ変換器１２２によってデジタル信号に変換され、表示制御部１６１に出力される。表示制御部１６１は、周波数解析部１０６から入力されるドップラ画像と、ＡＤ変換器１２２から入力されるＥＣＧ信号とを同時相で合成し、モニタ１６２へ出力する。モニタ１６２は入力されたドップラ画像とＥＣＧ信号とを掃引表示する。

ここで、プロセッサ１４０は、内部に心拍数を計算する計算手段である心拍数計測部１４３を備えており、ユーザインタフェースとしての最適化ボタン１８１（例えば超音波診断装置の操作卓上に設けられたボタン）で、操作者が所定のタイミングでこのボタンを押下することによって、プロセッサ１４０、より詳細には心拍数計測部１４３で心拍数を計測し、その度にドップラ画像の掃引速度が最適化（操作者が所望する速度に設定）される。すなわち、プロセッサ１４０は、最適化ボタン１８１が押下されることによってドップラ画像の最適な掃引速度を計算し、算出された最適な掃引速度を実現するために周波数解析部１０６に対してＦＦＴの実行タイミングを指示する。

次に、プロセッサの構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、プロセッサ１４０の構成を示すブロック図である。

Ｒ波検出手段であるＲ波検出部１４１は、ＡＤ変換器１２２より入力されるＥＣＧ波形を分析し、その波形中からＲ波を検出して、検出時刻を、心拍数を計算する計算手段である心拍数計測部１４３に通知する。

そして、本実施形態にかかる超音波診断装置において、ドップラ画像の掃引速度の設定の基準となる被検体の心拍数を、Ｒ波の時間間隔に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する場合には、この通知された検出時刻に基づいて計算された心拍数が用いられることになる。

一方、ドップラトレース手段、および、推定手段でもあるドップラトレース算出部１４２は、周波数解析部１０５によって得られたドップラ信号の周波数成分データを分析し、最高流速点を推定する。このドップラトレース算出部１４２は、推定された最高流速点を時系列に繋ぐこと、すなわちトレースすることによって、いわゆるドップラトレース波形として一般的に知られている波形を生成し、計算手段である心拍数計測部１４３に出力する。

そして、本実施形態にかかる超音波診断装置において、ドップラ画像の掃引速度の設定の基準となる被検体の心拍数を、ドップラトレース波形から各心拍に要する時間を推定して計算する場合には、この通知された検出時刻に基づいて計算された心拍数が用いられることになる。

心拍数計測手段である心拍数計測部１４３は、Ｒ波検出部１４１によって得られたＲ波検出時刻、もしくは、ドップラトレース算出部１４２によって得られたドップラトレース波形のいずれかを用いて、被検体の単位時間あたりの心拍数を算出し、得られた心拍数を最適掃引速度算出手段である掃引速度算出部１４４に通知する。

なお、心拍数算出のために、Ｒ波検出時刻とドップラトレース波形のいずれを使用するかは、操作者によってプリセットされている。また、操作者は、モニタ１６２の一画面中に何心拍分のドップラ画像を表示するかを、あらかじめプロセッサ１４０に設定しておく。

掃引速度算出部１４４は、操作者によってあらかじめ設定された一画面中に表示したい心拍数（操作者が所望する、掃引速度に対応して一画面中に表示したい心拍数）をＮ、一画面の幅（ドット数）をＷ、心拍数計測部１４３で計測された一心拍に要する時間をＴとして、（Ｎ×Ｔ）／Ｗという計算式によって周波数解析部１０６のＦＦＴ実行周期を決定する。

最適掃引速度設定手段である掃引速度制御部１４５は、掃引速度算出部１４４で算出されたＦＦＴ実行周期で周波数解析部１０６に対してＦＦＴの実行を指示する。

例えば、一画面中に表示したい心拍数が２心拍分、一画面の幅が５００ドット、一心拍に要する時間が１秒であった場合、周波数解析部１０６は４ミリ秒の周期でＦＦＴを実行する。

なお、本実施形態にかかる超音波診断装置においては、一回のＦＦＴで生成されるドップラ画像は、モニタ１６２の画面上で縦１ドットのライン上に描画される。

また、本実施形態にかかる超音波診断装置では、掃引速度を最適化するためにまず、心拍数計測部１４３に所定のタイミングの信号を与えるための手段として、操作者が押下するべきボタンを設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、断層像表示モード（Ｂモード）の最中に、Ｒ波検出部１４１と心拍数検出部１４３と掃引速度算出部１４４によってあらかじめ最適な掃引速度を求めておき、ドップラモードに遷移したときに、自動的に求めた最適掃引速度を実現するようにすることも可能である。また、所定のタイミングとしては、モード切替の操作スイッチが押された場合、画面切換えのためのボタンが押された場合、または任意に設定した時間間隔ごと等に、心拍数計測部１４３に信号を出すようにしてもよく、このような場合には、最適化ボタン１８１を特別に設ける必要は、必ずしもない。

また、上記したように、併せて、一画面中に何心拍分のドップラ画像を表示するかを操
作者が設定することができるようにしてもよく、その場合には、プロセッサに対して操作者の設定を伝える表示心拍数設定手段を適宜設ければよい。

なお、このような表示心拍数設定手段は、本発明において必須のものではないため、必ずしも設けなくてもよい。

また、本実施形態おいては、最適掃引速度を求めるための心拍数算出の手段として、Ｒ波検出時刻とドップラトレース波形の両方から求められる構成としているが、この内の一方のみの構成としても問題がないことは言うまでもない。

（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる超音波診断装置についての第２の実施形態を、図面を参照して説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置の主要部分の構成例を示すブロック図である。なお、図３においても、図１と同じように本発明にかかる超音波診断装置の主要構成部分のみを示している。また、上記第１の実施形態として図１を用いて説明したものと同じ構成および機能を有する部分には、図１と同一の符号を付し、この部分の説明は省略する。

図３に示す、本発明の第２の実施形態にかかる超音波診断装置では、ウォールフィルタ１０５の出力データを記録する記録手段であるデータメモリ３０１、および、ＡＤ変換器１２２の出力データを記録するデータメモリ３０２、そして、輝度情報に変換されたドップラ画像およびＥＣＧ画像を記録するシネメモリ３０３を有している点が、上記図１で示した第１の実施形態と異なっている。

次に、本実施形態にかかる超音波診断装置での動作について説明する。

本実施形態にかかる超音波診断装置では、ドップラ画像がフリーズされる前のライブ状態においては、ウォールフィルタ１０５の出力信号は、処理された時刻とともにデータメモリ３０１に格納され、ＡＤ変換器１２２の出力データは、処理された時刻とともにデータメモリ３０２に格納される。

そして、ドップラ画像がフリーズされた後に操作者が最適化ボタン１８１を押下した場合に、周波数解析部１０６は、データメモリ３０１のデータに対してフリーズされる直前に設定されていたＦＦＴ実行周期でＦＦＴを実行し、その実行結果をプロセッサ１４０内のドップラトレース算出部１４２へ入力する。この時のＦＦＴ実行周期は、実際にＦＦＴを行う時刻ではなく、データメモリ３０１に格納された各ドップラデータが処理された時刻によって決定されるものである。

プロセッサ１４０は、データメモリ３０２に格納されているＥＣＧデータを読み出してＲ波検出部１４１に入力する。このとき、Ｒ波検出部１４１が心拍数計測部１４３に通知する検出時刻は、データメモリ３０２に格納されている、ＡＤ変換器１２２がＥＣＧデータを処理した時刻に基づいている。

プロセッサ１４０は、周波数解析部１０６、および、データメモリ３０２から得たデータを用いて、本発明の第１の実施形態と同様の処理を行って最適な掃引速度、すなわちＦＦＴ実行周期を決定する。ここでも実行周期のタイムベースは、データメモリ３０１に格納されている各ドップラデータが処理された時刻である。

周波数解析部１０６は、プロセッサ１４０から指示されたＦＦＴ実行周期で、データメモリ３０１の全データに対してＦＦＴを実行し、得られた周波数成分データを輝度値に変換してドップラ画像として表示制御部１６１へ入力する。

そして、表示制御部１６１は、シネメモリ３０３のデータを消去して、新たに入力されたドップラ画像を格納する。

なお、本実施形態において、操作者が最適化ボタン１８１を押下することで掃引速度の最適化を行う例で示したが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の実施形態として説明したように、ドップラ画像表示を含むモードに遷移した場合に掃引速度の最適化を行ってもよい。

また、ＡＤ変換器１２２の出力データを格納するデータメモリ３０２を備えた構成を示したが、最適掃引速度を求めるための心拍数算出の手段として、ドップラトレース波形のみを用いる場合には、このデータメモリ３０２は不要となる。

以上、本発明にかかる超音波診断装置の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明にかかる超音波診断装置の動作を操作者の観点でまとめると、以下のようになる。

操作者が、ドップラ画像をフリーズした後に最適化ボタン１８１を押下すると、現在表示されているドップラ画像が消去され、新たに時間方向、すなわち横軸方向のスケールが最適化された、フリーズ状態のドップラ画像が表示される。例えば、最適化後のドップラ画像の表示幅が、一画面に２心拍分となるように操作者によってあらかじめ設定されていたとすると、最適化ボタン１８１を押下した後の画面には、２心拍分のドップラ画像が表示されていることとなる。

なお、上記本発明の超音波診断装置の実施形態の説明においては、ドップラ画像の掃引速度を設定する例を示して説明した。しかし、本発明の超音波診断装置では、Ｍモード画像についても、Ｒ波を検出することによって心拍数を計測する方法を用いることで、掃引速度を最適化することができる。

図４は、Ｍモード画像を得るための信号処理の流れの一例を示す図である。

図４に示すように、プローブで得られた超音波波形をデジタル変換し、その後に遅延合成を行ってから、包絡線検波手段によって、送信周波数に重畳された生体情報の信号を得るために包絡線検波を行う。その後、輝度情報を得るために、Ｍモード画像を構築する手段で対数（ｌｏｇ）圧縮をすることで、Ｍモード画像が得られる。なお、包絡線検波後の対数圧縮時に、操作者が見やすいように、輝度を調整するためのゲイン調整を行ってもよい。

本発明にかかる超音波診断装置では、このようにして得られるＭモード画像を表示する際にも、上記で詳細に説明したドップラ画像の表示の場合と同様に、その掃引速度を自動的に最適化することができる。なお、本実施形態の超音波診断装置におけるＭモード画像信号の各種の処理については、上記実施形態で、ドップラ画像に行う処理として説明した同等の各種の処理を行うことができる。

本発明にかかる超音波診断装置は、計測された心拍数に基づいてドップラ画像やＭモード画像の掃引速度を最適化することが可能であり、医療等の用途に有用である。

Claims (7)

1. 体内組織に対して超音波ビームを送信する手段と、体内組織および血流から反射された超音波信号を受信する手段と、受信した超音波信号から体内組織の断層像を構築する手段と、血流により体内組織から反射された超音波ドップラ血流信号を位相検波する手段と、位相検波されたドップラ血流信号の周波数成分を算出する手段と、算出された周波数成分をドップラ画像として時系列的に掃引表示する手段とを備える超音波診断装置であって、
   所定のタイミングで被検体の心拍数を計測する心拍数計測手段を有し、
   前記心拍数計測手段によって得られた心拍数に基づいて最適掃引速度を算出する最適掃引速度算出手段と、前記ドップラ画像およびＭモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する最適掃引速度設定手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体の心電図波形を取得する手段と、取得された前記心電図波形からＲ波を検出するＲ波検出手段とをさらに備え、
   前記心拍数計測手段が、前記Ｒ波検出手段によって得られるＲ波の時間間隔に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記ドップラ画像中の各最高流速点をトレースするドップラトレース手段をさらに備え、
   前記心拍数計測手段が、前記ドップラトレース手段によって得られるドップラトレース波形から各心拍に要する時間を推定する推定手段と、前記推定手段によって得られた各心拍に要する時間に基づいて単位時間あたりの心拍数を計算する計算手段を有するものである請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記最適掃引速度設定手段は、操作者が操作可能なユーザインタフェースによって実現されるものであって、操作者が前記ユーザインタフェースを操作することによって前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度が最適化される請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
5. 前記最適掃引速度設定手段は、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の表示を含むモードに遷移した際に、自動的に最適掃引速度設定を実行する請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 前記最適掃引速度設定手段は、一画面中に何心拍分の前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像を表示するかを操作者があらかじめ設定することを可能にする手段を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
7. 前記ドップラ血流信号を記録する記録手段を備え、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像をフリーズした後には、前記心拍数計測手段が前記記録手段によって記録されたデータを用いて心拍数を得て、前記ドップラ画像および前記Ｍモード画像の少なくともいずれか一方の画像の掃引速度を設定する請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。

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