(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に当接され、超音波を送信し、且つ反射波を受信するプローブと、
前記プローブを駆動して、前記被検体内の第１スキャン領域を超音波ビームでスキャンするスキャン手段と、
前記スキャン手段の出力に基づいて前記第１スキャン領域に関する断層データを得る手段と、
前記スキャン手段の出力に基づいて前記第１スキャン領域内の第２スキャン領域に関する速度データを得る手段と、
前記断層データを複数フレーム分記憶する第１の記憶手段と、
前記速度データを複数フレーム分記憶する第２の記憶手段と、
前記第２スキャン領域の方向と角度範囲を操作するための操作部と、
前記スキャン手段によるスキャンが終了した後、前記第１の記憶手段に記憶されている前記断層データに基づいて断層像を再生表示する表示手段と、
前記表示手段により再生表示された断層像上であって前記第２スキャン領域内にＲＯＩを設定するための操作手段と、
前記第２の記憶手段に記憶されている前記ＲＯＩ上の速度データに基づいて、血流速度分布、血流量、組織速度の少なくとも１つを求める手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記速度データが得られたスキャン領域を表すスキャン領域データを記憶する第３の記憶手段をさらに備え、前記スキャン領域データに基づく前記スキャン領域を示すマーカと前記速度データに基づく速度画像との一方が前記表示手段により前記断層像に重ねて表示されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記第１の記憶手段に記憶されている断層データと、前記第２の記憶手段に記憶されている速度データとは相互のデータ収集時刻が対応して記憶されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記被検体の心電図を測定し、記憶する手段をさらに備え、前記断層データ、前記速度データ及び前記心電図データは相互にデータ収集時刻が対応付けて記憶されていることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記第１の記憶手段は前記断層データを少なくとも１心拍期間に相当する複数フレーム分記憶し、前記第２の記憶手段は前記速度データを少なくとも１心拍期間に相当する複数フレーム分記憶することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記表示手段は前記血流量の時間的変化をグラフとして前記断層像と共に同一画面に表示し、表示されている断層像の時相を表すためのマーカを前記グラフの時間軸に沿って表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記マーカの表示位置を移動するための入力手段をさらに備え、前記表示手段により前記マーカの位置に応じた時相の断層像が表示されることを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記表示手段は前記血流量の経時的変化を表すグラフを表示し、時相が異なる複数の前記血流速度分布を時系列に配列して表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、組織画像及び速度データを取得可能な超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
循環器の診断では、心筋の動態観測、血流動態観測及び血流量、特に心臓から大動脈を通して全身に供給される心拍出量の計測が重要である。従来種々の方法が提案されており、なかでも超音波を用いた方法が無侵襲でしかも簡易であることから非常に期待されている。この方法の１つは、超音波ビームを複数方向に走査し、その反射波の位相情報に基づいて血速度度を求め、この血速度度に基づいて血流量を求めるものである。
【０００３】
しかし、この超音波を用いた血流量の計測方法には、計測精度を低下させる次のような要因があった。心拍出量を計測するケースを考えよう。なお、心臓検査に最適なセクタスキャンが用いられるとする。
【０００４】
医師は、被検体の胸壁に超音波プローブを当接し、リアルタイムで断層像を観察しながら、胸壁に対する超音波プローブの角度及び位置を変化させて、心臓の流出路を縦断するような最適な断面にスキャン面を合わせる。このスキャン面の断層像は、モニタにリアルタイムで表示される。そして、医師は、マウスやトラックボール等を操作して、流出路を横断するような最適な位置に関心線又は関心領域（以下単に関心線という）を断層像上に設定する。最後に、医師は、関心線の設定が完了した時点で、血流量の演算開始を指示する。
【０００５】
ところで、胸壁に対する超音波プローブの角度及び位置の調整は厳密である必要がある。つまり、超音波プローブの角度や位置がわずかに変化しても、最適な断面に対してスキャン面が外れてしまう。さらに心臓の動きに応じて最適な断面の位置も移動してしまうもで、これに追従するように超音波プローブの角度及び位置を微妙に調整しなければならない。したがって、医師は、当該計測が終了するまで、スキャン面が最適な断面から外れないように、超音波プローブを調整することに集中しなければならない。この状態で、関心線を設定するための操作を行うことは実際的には非常に困難であり、スキャン面が最適な断面から外れてしまたり、関心線が所望の場所に正確に設定できず、血流量等の計測の精度は低下してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スキャン面の最適な断面への位置合わせと、ＲＯＩの最適な位置への設定とにそれぞれ専念でき、それにより血流量等を高い精度で計測できる超音波診断装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、被検体に当接され、超音波を送信し、且つ反射波を受信するプローブと、前記プローブを駆動して、前記被検体内の第１スキャン領域を超音波ビームでスキャンするスキャン手段と、前記スキャン手段の出力に基づいて前記第１スキャン領域に関する断層データを得る手段と、前記スキャン手段の出力に基づいて前記第１スキャン領域内の第２スキャン領域に関する速度データを得る手段と、前記断層データを複数フレーム分記憶する第１の記憶手段と、前記速度データを複数フレーム分記憶する第２の記憶手段と、前記第２スキャン領域の方向と角度範囲を操作するための操作部と、前記スキャン手段によるスキャンが終了した後、前記第１の記憶手段に記憶されている前記断層データに基づいて断層像を再生表示する表示手段と、前記表示手段により再生表示された断層像上であって前記第２スキャン領域内にＲＯＩを設定するための操作手段と、前記第２の記憶手段に記憶されている前記ＲＯＩ上の速度データに基づいて、血流速度分布、血流量、組織速度の少なくとも１つを求める手段とを具備する。
【０００８】
【作用】
本発明では次のような作用が実現される。被検体に当接され、超音波を送信し、且つ反射波を受信するプローブを介して、被検体の断面が超音波ビームによりスキャンされる。受信信号に基づいて断層データと、速度データとが得られる。複数フレーム分の断層データと、速度データとが記憶される。スキャンが終了した後に、記憶されている断層データに基づいて断層像が再生され表示される。オペレータの操作により、再生され表示される断層像上にＲＯＩが設定される。このＲＯＩ上の速度データに基づいて血流量が計算される。オペレータは、断層像を再生しながらＲＯＩを設定できる。つまり、オペレータは、スキャン中はプローブを操作してスキャン面を最適な断面に合わせる作業に専念でき、また再生中はプローブの操作に煩わされることなくＲＯＩを最適な場所に設定することに専念できる。これにより、プローブを操作することと、ＲＯＩを最適な場所に設定するという２つの操作を同時に行う繁雑さが解消され、スキャン面を最適な断面に合わせる精度が向上し、且つＲＯＩを最適な場所に設定する精度が向上する。したがって、血流量等の計測精度が向上する。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
まず、ここで取り扱われる様々な血流の量に関する名称を簡単に定義する。
瞬間血流量とは、関心領域（ＲＯＩ）を極短時間に流動する血液量のことをいい、簡単には血管断面内の微小面積毎の血速度度を積分することにより与えられる。以下では、瞬間血流量を単に血流量と称する。なお、関心領域が流出路に設定されたとき、血流量は流出量として求められ、関心領域が流入路に設定されたとき、血流量は流入量として求められる。
【００１０】
１回拍出量とは、１回の拍動により心室から拍出される血液量のことをいい、１回の拍動期間内に求められた流出量又は流入量の積分値として与えられる。
心拍出量とは、１分間に心室から拍出される血液量のことをいい、１回拍出量に心拍数を乗算することにより与えられる。
【００１１】
図１は本発明の一実施例による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置はＣＰＵ２７を制御中枢として以下のように構成される。クロック発生器１１は、クロックパルスを発生する。レートパルス発生器１２は、クロックパルスを分周し、例えば５ＫＨｚのレートパルスを発生する。このレートパルスはチャンネル数分に分配され、送信遅延回路１３で超音波をビーム状に集束し、且つ超音波ビームを予定の方向に振るために必要な遅延時間がチャンネル毎に与えられ、パルサ１５に送り込まれる。パルサ１５は、レートパルスを受けたタイミングで高周波の電圧パルスをチャンネル毎に出力する。この電圧パルスはケーブル１６を介してプローブ１０の先端に装備された振動子アレイの各素子に供給される。これにより、プローブ１０から超音波パルスが被検体内に送信される。送信された超音波パルスは、音響インピーダンスの境界で反射する。この反射波は、プローブ１０の振動子アレイの各素子で受信され、電気信号に変換され、ケーブル１６、増幅器１７を介して受信遅延回路１４に送り込まれる。この信号は受信遅延回路１４でチャンネル毎に遅延時間を与えられ、加算される。受信遅延回路１４の出力信号は、Ｂ／Ｗイメージング部２８で検波される。この検波信号はディジタルに変換される。これにより、Ｂモード画像、つまり組織断層像の元になる断層データが生成される。この断層データは、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）２９を介してディスプレイ２６に送られ、そこで断層像としてビジュアルに濃淡表示される。また、断層データは、メモリユニット２４に送られ、記憶される。
【００１２】
また、受信遅延回路１４の出力信号は、参照信号発生器１８で発生される超音波の基本周波数ｆ0 （例えばｆ0 ＝３．５ＭＨｚ）の参照信号とミキサ１９により掛け合わされ、ローパスフィルタ２０に導入される。ミキサ１９とローパスフィルタ２０とはそれぞれ２系統設けられ、直交検波回路を構成する。直交検波回路によりドプラ偏移周波数の情報を有するドプラ信号が実部、虚部に相当する２つの信号として得られる。２系統のミキサ１９には位相が９０°異なる参照信号がそれぞれ供給される。ドプラ信号はＡ／Ｄ変換器２１によりディジタル化され、ＭＴＩフィルタ２２を通してドプラ演算部２３に送られ、そこで複数のサンプル点各々について血速度度が演算される。ＭＴＩフィルタ２２は、ドプラ信号から心筋などの運動速度の遅い反射体からのクラッタ成分を除くためのハイパスフィルタとして構成される。ＭＴＩフィルタ２２を通過した血流のドプラ信号だけが、ドプラ演算部２３に供給される。１本の走査線に対して、例えば０．５ｍｍ間隔で複数のサンプル点が設定される。ドプラ演算部２３はサンプル点毎に血速度度を演算する。速度データはＤＳＣ２９を介してディスプレイ２６に送られ、リアルタイム表示される。これは、通常カラードプラと呼ばれて実用化されているものである。ＭＴＩフィルタ２２のカットオフ周波数を心筋の移動速度以下にすると、同様にして心筋の速度がカラーで表示される。これを通常、組織ドプラと読んでいる。ドプラ演算部２３からの速度データは、メモリユニット２４にも送られ、記憶される。メモリユニット２４に記憶されている速度データは、流量演算部２５に送られる。流量演算部２５は速度データに基づいて血流量、１回拍出量、心拍出量等の血流に関する定量的情報を計算する。
【００１３】
心電計５４は、心臓の動きに応じた心電図波形を電圧変化として測定する。心電計５４の出力は、ＣＰＵ２７、ＤＳＣ２９を介してディスプレイ２６に断層像の下部等に心電図波形として刻々表示される。また、心電図データは、ＣＰＵ２７からメモリユニット２４に送られ、記憶される。
【００１４】
図２は、コンソール３０の主要部の構成図である。コンソール３０には、血流量測定モードをＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ１０１、ドプラモードのスキャン領域の視野角を選択するためのスイッチ１０２〜１０４、ドプラモードのスキャン領域をステアリングするためのスイッチ１０５、断層像データ、速度データ、オーバレイデータ及び心電図データのメモリユニット２４へのメモリスタートを指示するためのスイッチ１０６が装備される。また、コンソール３０には、スキャン終了後に、記憶された断層データを断層像として再生し表示することに関連するものとして、再生スタートを指示するためのスイッチ１０７、再生ストップを指示するためのスイッチ１０８、スロー再生を指示するためのスイッチ１０９、フリーズ（静止）を指示するためのスイッチ１１０、早送り再生をを指示するためのスイッチ１１１、逆再生を指示するためのスイッチ１１２等が装備される。また、コンソール３０には、血流量を求める場所としてのＲＯＩの設定に関連するものとして、ＲＯＩの設定スタートを指示するスイッチ１１３、ディスプレイ２６の画面上にカーソルでＲＯＩを掃引するためのトラックボール（又はマウス又はディジタイザ）１１３及びサブスイッチ１１５が装備される。さらに、コンソール３０には、ＲＯＩの設定が完了した後に血流量計算のスタートを指示するスイッチ１１６が装備される。
【００１５】
図３は、メモリユニット２４のブロック図である。メモリユニット２４は、ＣＰＵ２７のサブコントローラとしてのメモリコントローラ２０１を制御中枢として、オーバレイデータを記憶するためのオーバレイフレームメモリ２０２、ｎ≧１として、ｎフレーム分の断層データを記憶するための第１のフレームメモリ群２０３、ｎフレーム分の速度データを記憶するための第２のフレームメモリ群２０４、流量演算部２５で計算された流量データを記憶するための流量データメモリ２０５、心電図データを記憶するための心電図データメモリ２０６とから構成される。
【００１６】
次に本実施例の動作について説明する。ここでのスキャン方式は、セクタスキャンであるとする。Ｂモードのスキャン領域は例えば９０°の視野角を有し、ドプラモードのスキャン領域はそれより狭い例えば１５°、２０°、３０°、４５°又は６０°の視野角の中から選択される。ドプラモードのスキャン領域は、Ｂモードのスキャン領域に含まれる。超音波の送信及び受信の遅延制御により決まる超音波の総合的な伝搬経路を、走査線と称する。Ｂモードのスキャン領域には複数の走査線が含まれる。ドプラモードのスキャン領域にはそれより少ない例えば８本の走査線が含まれる。ＢモードスキャンではＢモードのスキャン領域内の各走査線に関して超音波の送受信が１回ずつ行われる。ドプラモードスキャンではドプラモードのスキャン領域内の走査線１本１本に対して超音波の送受信が２回以上、例えば１６回ずつ行われる。断層データと流量データとが略同一の時相で得られるように、１フレーム分のスキャンには、Ｂモードスキャンとドプラモードスキャンとが混合される。この混合スキャンをＢ／Ｄモードスキャンと称する。このＢ／Ｄモードスキャンでは、ドプラモードのスキャン領域外であって、Ｂモードのスキャン領域に含まれる複数の走査線に対して個々に送受信が１回ずつ行われる。Ｂモードのスキャン領域内であって、ドプラモードのスキャン領域に含まれる８本の走査線に対しては個々に、Ｂモードのために送受信が１回行われ、その後、ドプラモードのために送受信が１６回繰り返される。
【００１７】
図４は本実施例による血流量測定のために要求されるオペレータの操作手順を示すタイムチャートである。血流量を測定するために、Ｂ／Ｄモードスキャンが実行される。当初は、スイッチ１０１はＯＦＦの状態である。この状態では、従来と同様に図５（ａ）に示すようにカラーの速度画像が断層像に重ねられてリアルタイムでディスプレイ２６に表示される。スイッチ１０１をＯＮに切り替えると、血流量測定モードが起動する。血流量測定モードでは、ＣＰＵ２７は、画面上でドプラモードのスキャン領域を示すためのオーバレイデータを作成する。このオーバレイデータは、フレームデータであり、ドプラモードのスキャン領域がそれを囲む例えば点線マーカとして表現されている。血流量測定モードが起動した状態では、図５（ａ）に示すようにカラーの流速画像が断層像に重ねられてリアルタイムでディスプレイ２６に表示されるか、又は図５（ｂ）に示すように速度画像のカラー表示が消え、ドプラモードのスキャン領域を示す点線マーカがオーバレイとして断層像に重ねられてリアルタイムでディスプレイ２６に表示される。
【００１８】
オペレータは、この表示態様で、まず断層像を観察しながらスキャン面を最適な断面、ここでは左室流出路の横断面の中心を通る心臓の縦断面に合致させるために、プローブ１０を操作する。つまり、オペレータは、被検体の胸部表面に対するプローブ１０の当接位置及び角度を調整する。心臓を代表的な臓器とする循環器疾患の診断では、最適断面を選ぶことが、血流量を高精度で得るために不可欠である。図５（ａ）のカラー流速画像を断層像に重ねて表示する表示態様では血流状態をリアルタイムでとらえ易く、一方、速度画像の表示が消え、点線マーカを断層像に重ねて表示する表示態様では断層像が速度画像に隠れて見えにくくなるという不具合が解消され、スキャン面を最適断面に合わせ易くなる。スキャン面を最適断面に合わせ易い表示態様をオペレータは選択できる。
【００１９】
スキャン面が最適断面に合わせられた後、オペレータは当該プローブ１０の位置及び角度を保持したままで、ドプラモードのスキャン領域が左室流出路断面を最小限カバーするようにマーカを参照してスイッチ１０５を操作して図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すようにドプラモードのスキャン領域をステアリングし、またスイッチ１０２〜１０４を操作して図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようにドプラモードのスキャン領域の視野角を選択する。
【００２０】
次に、オペレータは、メモリスタートのスイッチ１０６を操作する。このときのオーバレイデータ（図８（ａ）参照）が、ＣＰＵ２７からメモリユニット２４のオーバレイフレームメモリ２０２に送られ、記憶される。また、スイッチ１０６の操作後の複数の心拍サイクル（例えば５〜１０心拍サイクル）分に相当するｎフレーム分の断層データ（図８（ｂ）参照）が、メモリユニット２４の第１のフレームメモリ群２０３に記憶される。断層データにはフレーム単位でデータ収集時刻がメモリスタートからの経過時間として属性される。また、スイッチ１０６の操作後の複数の心拍サイクル（例えば５〜１０心拍サイクル）分に相当するｎフレーム分の速度データ（図８（ｃ）参照）が、メモリユニット２４の第２のフレームメモリ群２０４に記憶される。同様に、速度データにはフレーム単位でデータ収集時刻がメモリスタートからの経過時間として属性される。さらに、スイッチ１０６の操作後の複数の心拍サイクル分の心電図データが心電図データメモリ２０６に記憶される。同様に、心電図データにはデータ収集時刻がメモリスタートからの経過時間として属性される。
【００２１】
断層データ、速度データ、心電図データにはデータ収集時刻が属性されているので、これらデータを時系列で表示することが可能であり、且つ各データ間で時間的に対応させることが可能となる。
【００２２】
なお、メモリユニット２４にメモリスタートを指示しているが、常に一定量のデータ、例えば１０秒分のデータが記憶していて、１０秒を過ぎたデータはオーバーフローさせ、メモリストップを指示するとその時刻以前の１０秒間のデータがメモリされる様にしてもよい。
【００２３】
所定の心拍サイクル分の断層データ、速度データ及び心電図データの記憶が完了した時点で、ＣＰＵ２７の制御によりＢ／Ｄモードスキャンが自動的に終了される。
【００２４】
スキャン終了後、オペレータは任意の時刻に、再生スタートのスイッチ１０７を操作する。これにより、断層データがデータ収集時のフレームレートで順番にメモリユニット２４の第１のフレームメモリ群２０３から読み出され、ＤＳＣ２９を介してディスプレイ２６に断層像としてビジュアルに動画で表示される。スキャン中に画像をリアルタイムで表示するのではなく、スキャン終了後にメモリユニット２４に記憶されている断層データ等をディスプレイ２６に動画像として表示することを、“再生”と定義する。このとき、第２のフレームメモリ２０２群から流速データ又はオーバレイフレームメモリ２０２からオーバレイデータが読み出され、ディスプレイ２６に、カラー流速画像又はドプラモードのスキャン領域を表すマーカが断層像に重ねられて（オーバレイ）表示される。
【００２５】
メモリユニット２４から断層データを読み出すフレームレート及び順序は変更可能であり、オペレータはスイッチ１０９〜１１１を適当に操作することにより任意の速度で断層像を再生し、また特定の断層像をフリーズで静止させて表示させ、また逆向きに再生することが可能である。また、メモリユニット２４に記憶されているｎフレーム分の断層データを一通り再生し終わると、再び１心拍目からエンドレスで再生するようにＣＰＵ２７が制御することは好ましい。
【００２６】
次にオペレータはスイッチ１１３を操作を契機にＲＯＩの設定操作に移行する。この操作によりディスプレイ２６の断層像上にカーソルがオーバレイで表示される。オペレータは、再生された断層像上にトラックボール１１４を操作してＲＯＩを最適な場所に線引きする。図９はＲＯＩが設定された様子を示す図である。
【００２７】
ＲＯＩを最適な場所に設定した後は、オペレータはスイッチ１１６を操作して血流量の計算開始を指示する。設定されたＲＯＩの位置情報が、ＣＰＵ２７からメモリコントローラ２０１に供給される。メモリコントローラ２０１は、この情報にしたがって第２のフレームメモリ群２０４を制御し、設定されたＲＯＩの位置に対応する複数のサンプル点の速度データを流量演算部２５に読み出させる。流量演算部２５は、読み出された速度データに基づいて血流量を計算する。この流量データは、ＤＳＣ２９を介してディスプレイ２６に数値表示されるか、血流量の時間的変化を示すグラフとして表示されるか、又はその両方が表示される。なお、グラフデータは例えばＤＳＣ２９で構成される。また、流量データは、流量データメモリ２０５に送られ、データ収集時刻を属性されて記憶される。
【００２８】
上述したように循環器疾患の診断では、血流量等の定量的情報を測定する際には、断面の設定、及びＲＯＩの設定が好適に行われることが、精度の高い測定を達成するために不可欠である。本実施例では、オペレータはスキャンと平行してリアルタイムで断層像を観察しながらプローブ１０を操作して最適断面を選定する。特に、流出量と流入量とを同時に計測する場合、ドプラスキャン範囲が流出口と流入口とを含むように最新の注意を払って断面を設定しなければならない。また、スキャン終了後、再生画像を観察しながらＲＯＩを設定する。つまり、ＲＯＩの設定操作はスキャンと平行して行う必要がない。したがって、オペレータはスキャン中は最適断面を選ぶためにプローブ１０の操作に専念することができ、さらにスキャン終了後、プローブ１０の操作に煩わされることなくＲＯＩの設定操作に専念できる。したがって、断面の選定及びＲＯＩの設定が好適に行い得る環境が提供される。これにより、精度の高い血流量等の測定が実現される。
【００２９】
次に、ＲＯＩの設定方法ついて説明する。ここでは流出量を求めるケースを想定する。左室流出路の横断面は略円形である。この場合、最適な断面は、左室流出路の横断面の中心を通る心臓の縦断面である。また、最適なＲＯＩの場所は、左室流出路を横断する場所である。血流量を求める方法としてはビーム直交法と、流線直交法とが提案されているが、本実施例に採用される方法はいずれかに限定されるものではない。図１０（ａ）はビーム直交法のＲＯＩを示しており、図１０（ｂ）は流線直交法のＲＯＩを示しており、図１０（ｃ）は進歩的な流線直交法のＲＯＩを示している。図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）においてドプラモードの走査線を一点鎖線で示している。また、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）において血流の流線ベクトルを矢印で示している。
【００３０】
ビーム直交法では、ＲＯＩA-A が例えば左室流出路を横断し、且つドプラモードの全ての走査線と直交するように直線、曲線、又はそれらの混合線で引かれる。流線直交法では、ＲＯＩA-A が例えば左室流出路を横断し、且つ、血流の流線ベクトルに対して直交するように、直線、曲線、又はそれらの混合線で引かれる。血流の絶対速度を求めるには、走査線と血流方向とのなす角度が必要である。ビーム直交法は、８本の走査線上の同じ深さの点を連結するようにＲＯＩを引けばよく、自動化も容易であるので、オペレータは深さだけを調整すればよく、ＲＯＩA-A の設定操作が簡易であるという優位性を持っているが、走査線毎に角度を入力する必要があり面倒であるという反面性も合わせ持っている。流線直交法は、オペレータは速度ベクトルを判断してそれに直交するようにＲＯＩを必要があり、面倒であるが、角度の入力が不要であるという優位性を有する。図１０（ｃ）のように同心円状の複数のＲＯＩを設定することもでき、この場合は１本のＲＯＩに比べてサンプル点の増加に応じて測定精度が向上する。このようにプローブ操作によるデータ収集とＲＯＩ設定の時刻を別々にすることにより、同一データに対して最適なＲＯＩ設定又は複数のＲＯＩ設定が可能となり、さらに精度が向上する。また、流出口と流入口それぞれにＲＯＩを設定して同じフレームの速度データを使って流出量と流入量とを同時に計測できる。これはプローブ操作によるデータ収集とＲＯＩ設定とを同時に行う従来では到底不可能である。なお、血管の血流量を計測する場合、ビーム直交法では図１１（ａ）のようにＲＯＩが設定され、流線直交法では図１１（ｂ）のようにＲＯＩが設定される。
【００３１】
次に血流量の計測方法について説明する。通常、血管（動脈系）や左室流出路は断面が円形で速度も軸対称で分布すると考えられる。この血管断面を同心の複数の円環の集まりと考える。各円環は、サンプル点が１つずつ幅中心に存在するように設定される。サンプル点の間隔をａとする。各円環の幅はａである。血管断面の中心に１つのサンプル点が存在するものと考えると、中心からサンプル点までの距離はそれぞれ、ａ、２・ａ、３・ａ、…となる。中心から各円環の内側の半径はそれぞれ、ａ／２、ａ＋ａ／２、２・ａ＋ａ／２、…となる。ここで中心からｉ番目の円環の内側の半径をＲi とする。円環の断面積Ｓi は、
0003713303.tif 000002
で与えられる。
【００３２】
各サンプル点の絶対速度値を中心から順にＶ1 、Ｖ2 、…、Ｖi 、…、Ｖn とする。速度分布が血管断面の中心に関して対称であるとすれば、ｉ番目の円環を流れる血流量ｑi は
ｑi ＝Ｖi ・Ｓi
で与えられる。
【００３３】
したがって、血管を流れる血流量Ｑは、
0003713303.tif 000003
で与えられる。
【００３４】
なお、速度分布は完全には対称とは限らないから、血管断面の中心から等距離にある２つのサンプル点の速度値の平均値を上記Ｓi として採用することが通常行われている。
【００３５】
次にディスプレイ２６の表示方法について説明する。図１２はディスプレイ２６の表示画面の一例を示す。ここで説明する表示画面はＣＰＵ２７の制御で実現される。スキャンのフレーム周期が６４ｍｓであるとすれば、毎秒約１６枚（１６フレーム）分の断層データ及び速度データが得られることになり、このデータは心電図データと共に例えば５秒間分がメモリユニット２４に記憶される。毎秒約１６フレームとすれば、５秒間で８０フレームの２次元データが記憶される。各データは時刻情報を持っているから、流量演算部２５で演算された流量も時刻情報を有しており、断層像のフレーム及び心電波形と対応づけることができる。
【００３６】
図１３は、断層像のフレームに時間的に早い順に番号を付け、その時刻に対応する心電図電圧、左室流出路の流量、左室流入路の流量等の表であり、この表はＣＰＵ２７で作成され、ＣＰＵ２７の内部メモリ又はメモリユニット２４に記憶される。更に、速度プロファイルを得るための各サンプル点での速度データ等が必要に応じて加えられる。ＣＰＵ２７は速度データや流量データ等に基づいて後述するような各種グラフを作成する。これらグラフデータは、図１２に示すようにディスプレイ２６に断層像と共に同一画面に各種時間波形として表示される。グラフデータは、ＣＰＵ２７で作成してもよいし、流量演算部２５で作成してもよい。
【００３７】
図１２に示すようにディスプレイ２６の画面左側に断層像とドプラモードのスキャン領域を示すマーカが表示され、右側には各種データが横軸を時間としてグラフで表示される。断層像の下側に、１回拍出量が「ＳＶ＝７３(ml)」、心拍出量が「ＣＯ＝４５７０(ml)」，平均心拍数が「ＨＲ＝６８(/sec)」のように数値表示される。
【００３８】
図１２の右側最上段は、横軸が時間経過、縦軸が血流量を表し、ＲＯＩが引かれた左室流出路から拍出する流出量の時間変化を表すグラフである。右側上から２段目には、左室流出路の径方向の位置Ｄに沿った血流量の分布を示す速度プロファイルが時系列に等間隔で配列されたグラフである。この速度プロファイルの時間的変化により、左室流出路の径方向の速度分布が時々刻々変化している様子が観察される。右側上から３段目は、横軸が時間経過、縦軸が血流量を表し、ＲＯＩが引かれた左室流入路から流入する流入量の時間変化を表すグラフである。なお、流出量の時間的変化と、流入量の時間的変化とは時相がずれているが、１回の拍動当たりの血流量の平均値としては等しい。右側下段は、心電図波形を表すグラフである。
【００３９】
流出量と、流入量とを同時に計測するには、左室流出路と左室流入路とを含むようにドプラモードのスキャン領域が広く設定される必要がある。また、左室流出路と左室流入路とにそれぞれ１つずつ合計２本のＲＯＩを設定し、ＲＯＩ毎に血流量を求めることが必要である。２本のＲＯＩを設定することに代えて、１本のＲＯＩを左室流出路から左室流入路に至るように長く設定してもよい。この場合、正極性の血流速度に基づいて流出量が求められ、負極性の血流速度に基づいて流入量が求められる。右側最下段には、心電図波形が表示される。
【００４０】
右側の全てのグラフは時相が一致されて表示される。ＣＰＵ２７により、右側のグラフの時間軸に沿って時相マーカが配置される位置は、左側の断層像の時相に対応している。例えば、断層像が動画として再生されたり、早送り再生や逆再生等で表示されると、それに合わせてこの時相マーカが左右に移動して、断層像の時相とグラフ上の数値との関係が明瞭に示されるようになっている。オペレータがトラックボール１１４を使って時相マーカを移動させると、ＣＰＵ２７の制御により、時相マーカの位置に対応する時相の断層像が表示される。右側上から２段目のプロファイルに於ても、点線で示すように対応する時相が示されている。
【００４１】
心電図波形はフレーム間隔より細かい間隔でデータを表示する必要が有り、後述するように図１３のフレーム間にさらに細かい時間間隔を設定し、心電図以外のデータについては補間データを用いることができる。
【００４２】
１回拍出量に平均心拍数を掛ければ心拍出量となり、単位を(ml/min)として、平均心拍数と共に断層像の下側に数値表示される。
これらのデータを記録する場合には、図示しない専用のキーボードあるいは通常のキーボード又はマウス等で必要なデータのみを選択して記録することができ、また必要な所見等も追記することが容易である。
【００４３】
以上説明したように、複数フレーム分の断層データ及び速度データをメモリユニット２４に一時的に蓄えることで、断面の選定操作とＲＯＩの設定操作とを時分割で行うこと、つまり、スキャン中はオペレータはプローブ１０の操作に専念でき、またスキャン終了後にプローブ１０の操作に煩わされることなくＲＯＩの設定操作に専念できる。これは、最適な断面にスキャン面を合わせられ、しかも最適な場所にＲＯＩを設定できるような余裕をオペレータに与えることを意味し、高精度の血流量計測の実現につながる。
【００４４】
このような時分割方式の採用は、流量測定のみならず、他の循環器疾患の診断に必要な他のデータも同時に得ることを可能とする。以下に、他のデータも同時に得ることを可能にする第１実施例の変形例について述べる。
【００４５】
通常はプローブ１０は１個であるが、血流量と同時に血圧の変化に比例する血管（例えば大動脈）の径の変化を計測すると、循環器系あるいは心機能の評価に有益な指標（例えば圧・容積曲線など）が得られる。図１４には２個のプローブ１０ａ、１０ｂを用いた超音波診断装置の構成が簡略的に示されている。図１のレートパルス発生器１２、送信遅延回路１３、パルサ１５、ＡＭＰ１７、受信遅延回路１４をまとめて送受信回路５０としてあり、ミキサ１９、ローパスフィルタ２０、参照信号発生器１８、Ａ／Ｄ変換器２１、ＭＴＩフィルタ２２、ドプラ演算部２３をまとめてドプラ部５２としてある。その他、図１と同じ部分には同符号を付してある。
【００４６】
イメージング部２８、ドプラ部５２の出力はメモリユニット２４に入力すると共にＤＳＣ２９に入力されディスプレイ２６に表示される。変位計測部５３で求められた血管径の変位計測のデータは、同一トランスジューサで検出された血管断面像と共にメモリユニット２４に入力しメモリされる。また、心電計５４から得られる心電図波形あるいはＲ波のタイミングが入力器３０、ＣＰＵ２７を経由してメモリユニット２４にメモリされる。医師は２個のプローブ１０ａ、１０ｂによりそれぞれ血流量と血管径の変位を測定するに適した断面を選んでコンソール３０のメモリスタートボタン１０６を押すと夫々のデータはメモリユニット２４に記憶され血流量測定の場合と同様数心拍（例えば５〜１０心拍）分記憶され、この後の種々の操作により目的とする心機能の評価指標をＣＰＵ２７で演算させ、ディスプレイ２６上にグラフ又は数値で表示されることができる。この場合、既に計測しておいた患者の最高血圧値、最低血圧値をコンソール３０を通して入力し心機能パラメータの計算に用いることができる。
【００４７】
このように、血管や心臓を代表的な臓器とする循環器疾患の診断では、計測のための最適断面を選ぶことが、精度の高い再現性のあるデータを得るために不可欠であるが、本実施例では、医師が最適断面を選ぶことに専念し、その断面でのデータを一旦記憶し、再生された画像上で各種操作を行うことで流量計測のためのＲＯＩを最適な位置に設定することにより容易に高精度で再現性のある流量データを得ることができ、超音波による定量的な心機能パラメータの計測が実用的となる。さらに、複数方向の超音波ビームを用いた血流量、特に心拍出量計測において、同一のデータに対してビーム直交法、流線直交法、両方のいずれかを選択することができ、またさらに複数の曲線あるいは、左室流出路と左室流入路となどの複数の領域を設定してデータ数を多くした場合などは、本実施例のようにプローブ操作とＲＯＩ設定とを時間的に分離したことによって初めて精度を上げることができる。特に左室流出路を十分カバーできるが操作性がやや繁雑であった流線直交法では操作性向上の効果が大きく、精度の高い計測が実用可能となる。また、走査線のそれぞれに時間遅れがあるが、数心拍分のメモリされたデータから補間によって時間差の誤差を極小にする様な演算を施すことが容易にできるようになる。また、血流のみならず、さらに心電図、血管径の変位、最高血圧、最低血圧などの多くのデータを入力しそれらの値と関連させた心機能パラメータを算出することも可能となり、機能が大幅に拡大される。
【００４８】
さらに、断層像と血流量等の時間的に変化するグラフデータを同一画面に、且つ時相を対応付けて表示することができ、各時相での詳細な心機能解析が可能である。また、このようにすれば、必要な情報のみを確実に記録することができ、また添付情報も追記することができるため、医療データの記録として最適なものとなる。
【００４９】
心拍動に伴って心臓自体が動いており、従って流入口や流出口も時々刻々と位置が変化する。このような場合は、大動脈あるいは僧帽弁の弁輪部を輪郭抽出の手法により自動的に求め、それをもとに一旦マニュアルで設定されたＲＯＩを流入口や流出口の移動に追従させるようにすることも可能である。
本発明は上述した実施例に限定されることなく種々変形して実施可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明では次のような効果が実現される。被検体に当接され、超音波を送信し、且つ反射波を受信するプローブを介して、被検体の断面が超音波ビームによりスキャンされる。受信信号に基づいて断層データと、速度データとが得られる。複数フレーム分の断層データと、速度データとが記憶される。スキャンが終了した後に、記憶されている断層データに基づいて断層像が再生され表示される。オペレータの操作により、再生され表示される断層像上にＲＯＩが設定される。このＲＯＩ上の速度データに基づいて血流量が計算される。オペレータは、断層像を再生しながらＲＯＩを設定できる。つまり、オペレータは、スキャン中はプローブを操作してスキャン面を最適な断面に合わせる作業に専念でき、また再生中はプローブの操作に煩わされることなくＲＯＩを最適な場所に設定することに専念できる。これにより、プローブを操作することと、ＲＯＩを最適な場所に設定するという２つの操作を同時に行う繁雑さが解消され、スキャン面を最適な断面に合わせる精度が向上し、且つＲＯＩを最適な場所に設定する精度が向上する。したがって、血流量等の計測精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置のブロック図。
【図２】図１のコンソールの主要部の構成を示す図。
【図３】図１のメモリユニットのブロック図。
【図４】本実施例の動作を示すタイムチャート。
【図５】血流量計測モードの起動前後の表示画像の変化を示す図。
【図６】ドプラモードのスキャン領域のステアリングの説明図。
【図７】ドプラモードのスキャン領域の視野角の選択の説明図。
【図８】オーバレイイメージ、断層イメージ、速度イメージを示す図。
【図９】ＲＯＩが設定された状態でのディスプレイの表示画面の一例を示す図。
【図１０】ＲＯＩの設定方法の説明図。
【図１１】代表的な２種類の血流量計測方法の説明図。
【図１２】ディスプレイの表示画面の一例を示す図。
【図１３】各種データの対応表を示す図。
【図１４】変形例に係る超音波診断装置のブロック図。
【符号の説明】
１０…プローブ、                １１…クロック発生器、
１２…レートパルス発生器、      １３…送信遅延回路、
１４…受信遅延回路、            １５…パルサ、
１６…ケーブル、                １７…増幅器、
１８…参照信号発生器、          １９…ミキサ、
２０…ローパスフィルタ、        ２１…アナログディジタル変換器、
２２…ＭＴＩフィルタ、          ２３…ドプラ演算部、
２４…メモリユニット、          ２５…流量演算部、
２６…ディスプレイ、            ２７…ＣＰＵ、
２８…Ｂ／Ｗイメージング部、    ２９…ディジタルスキャンコンバータ、
３０…コンソール、              ５４…心電計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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