(57)【要約】【課題】超音波を利用して流動体の渦度を得るにあたっての改良技術を提供する。【解決手段】速度ベクトル演算部１６は、超音波が送受される空間に対応した演算用座標系において複数のサンプル点について、各サンプル点ごとに速度ベクトルを得る。渦度演算部２０は、演算用座標系において各サンプル点ごとに得られる速度ベクトルに基づいて演算用座標系における注目サンプル点の渦度を算出する。渦度演算部２０は、注目サンプル点の周囲にある複数のサンプル点における速度ベクトルに基づいて、その注目サンプル点の渦度を算出する。循環演算部３０は、注目領域に含まれる複数の注目サンプル点の渦度に基づいて、注目領域Ｒにおける循環を算出する。循環演算部３０は、注目領域に含まれる全ての注目サンプル点の渦度を加算処理して、注目領域における循環を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受するプローブと、
プローブを送信制御して流動体を含む領域内から超音波の受信信号を得る送受信部と、
前記領域内から得られる受信信号に基づいて、その領域に関する演算用座標系における複数のサンプル点について、各サンプル点ごとに速度ベクトルを得る速度ベクトル演算部と、
前記領域内に注目領域を設定する注目領域設定部と、
注目領域における循環を算出する循環演算部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記注目領域設定部は、ユーザから受け付けた設定情報に基づいて前記領域内に前記循環を算出するための注目領域を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
前記循環演算部は、前記注目領域設定部により設定される注目領域に含まれる全ての注目サンプル点の渦度を加算処理し、その加算処理の結果を注目領域における循環とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
前記循環演算部は、前記注目領域設定部により設定される注目領域の境界上の血流速度に基づいて、その注目領域における循環を算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記領域内から得られる受信信号に基づいて、その領域の超音波画像を形成する画像形成部と、
超音波画像の表示用座標系において、流動体の流れを視覚的に表現した流動表示を形成する流動表示形成部と、
超音波画像上に流動表示を重ね合わせたガイド表示画像を表示する表示部と、
ガイド表示画像を参照するユーザから流動体の渦に対する設定情報を受け付けるユーザ操作部と、
をさらに有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
演算用座標系において前記注目領域に含まれる複数の注目サンプル点について、各注目サンプル点ごとに渦度を算出する渦度演算部、
をさらに有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断装置において、
前記渦度演算部は、ｘｙｚ直交座標系で表される演算用座標系において超音波の走査面に対応したｘｙ平面内で、注目サンプル点に対してｘ方向に隣接する２つのサンプル点から得られる速度ベクトルのｙ方向成分と、その注目サンプル点に対してｙ方向に隣接する２つのサンプル点から得られる速度ベクトルのｘ方向成分と、に基づいて、その注目サンプル点における渦度のｚ方向成分を算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、流動体の渦を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
血流などの流動体に超音波を送受して得られるエコー信号からドプラ情報を抽出し、そのドプラ情報から流動体の流速情報を得ることができる。例えば、特許文献１には、血流から得られるエコー信号に基づいて血流を含む断面内の２次元速度ベクトル分布を得て、その２次元速度ベクトル分布から血流の粘性率を算出する技術が記載されている。また、特許文献１には、２次元速度ベクトル成分から、血流内に発生する渦に関する渦度を算出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６６９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波を利用して流動体の渦を計測する技術について、特に、流動体の渦に関する指標値を算出するにあたっての超音波診断装置内における具体的な処理について、研究開発を重ねてきた。
【０００５】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波を利用して流動体の渦度に関する指標を得るにあたっての改良技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブを送信制御して流動体を含む領域内から超音波の受信信号を得る送受信部と、前記領域内から得られる受信信号に基づいて、その領域に関する演算用座標系における複数のサンプル点について、各サンプル点ごとに速度ベクトルを得る速度ベクトル演算部と、前記領域内に注目領域を設定する注目領域設定部と、注目領域における循環を算出する循環演算部とを有する、ことを特徴とする。
【０００７】
望ましい具体例において、前記注目領域設定部は、ユーザから受け付けた設定情報に基づいて前記領域内に前記循環を算出するための注目領域を設定する、ことを特徴とする。
【０００８】
望ましい具体例において、前記循環演算部は、前記注目領域設定部により設定される注目領域に含まれる全ての注目サンプル点の渦度を加算処理し、その加算処理の結果を注目領域における循環とする、ことを特徴とする。
【０００９】
望ましい具体例において、前記循環演算部は、前記注目領域設定部により設定される注目領域の境界上の血流速度に基づいて、その注目領域における循環を算出する、ことを特徴とする。
【００１０】
望ましい具体例において、前記領域内から得られる受信信号に基づいて、その領域の超音波画像を形成する画像形成部と、超音波画像の表示用座標系において、流動体の流れを視覚的に表現した流動表示を形成する流動表示形成部と、超音波画像上に流動表示を重ね合わせたガイド表示画像を表示する表示部と、ガイド表示画像を参照するユーザから流動体の渦に対する設定情報を受け付けるユーザ操作部と、をさらに有する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、演算用座標系において前記注目領域に含まれる複数の注目サンプル点について、各注目サンプル点ごとに渦度を算出する渦度演算部をさらに有する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記渦度演算部は、ｘｙｚ直交座標系で表される演算用座標系において超音波の走査面に対応したｘｙ平面内で、注目サンプル点に対してｘ方向に隣接する２つのサンプル点から得られる速度ベクトルのｙ方向成分と、その注目サンプル点に対してｙ方向に隣接する２つのサンプル点から得られる速度ベクトルのｘ方向成分と、に基づいて、その注目サンプル点における渦度のｚ方向成分を算出する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、超音波を利用して流動体の渦度に関する指標を得るにあたっての改良技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成図である。
【図２】渦度演算部における渦度の算出を説明するための図である。
【図３】循環演算部における循環の算出を説明するための図である。
【図４】表示部に表示されるベクトル表示を示す図である。
【図５】表示部に表示される流線表示を示す図である。
【図６】表示部に表示される領域表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置（本超音波診断装置）の全体構成図である。本超音波診断装置は、血流などの流動体に関する渦を計測することができる。そこで、以下においては、診断対象となる流動体の一例である心臓内の血流に関する渦の計測について説明する。
【００１６】
プローブ１０は、心臓を含む空間内に超音波を送受波する超音波探触子である。プローブ１０は、図示しない複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が電子的に走査制御され、心臓を含む空間内で超音波ビームが走査される。プローブ１０は、例えば、ユーザ（検査者）に把持されて被検者の体表面上に当接して用いられる。なお、プローブ１０は被検者の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。
【００１７】
送受信部１２は、送信ビームフォーマーおよび受信ビームフォーマーとして機能する。つまり、送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対して送信信号を出力することによって超音波ビームを形成する一方、複数の振動素子から得られる複数の受信信号に対して整相加算処理などを実行する。これにより、超音波ビームが走査面内において走査され、超音波ビームに沿ってエコー信号が形成され、送受信部１２から出力される。
【００１８】
ドプラ処理部１４は、超音波ビームに沿って得られるエコー信号に含まれるドプラシフト量を計測する。これにより、超音波ビーム方向に沿った血流の速度情報が得られる。
【００１９】
速度ベクトル演算部１６は、超音波ビームに沿って得られる血流の速度情報から、走査面内における２次元の速度ベクトル分布を形成する。超音波ビーム方向に沿った１次元の速度情報から、走査面内における２次元の速度ベクトル分布を形成するにあたっては、公知の様々な手法を利用することができる。
【００２０】
例えば、特許文献１（特開２００６−１６６９７４号公報）に説明されるように、流体力学の非圧縮条件を用いて、走査面内の各位置における２次元の速度ベクトルを得るようにしてもよい。また、互いに方向が異なる２本の超音波ビームを形成して、２本の超音波ビームの各々から速度情報を得て、２次元の速度ベクトルを形成してもよい。
【００２１】
速度ベクトル演算部１６は、超音波が送受される空間に対応した演算用座標系において複数のサンプル点について、各サンプル点ごとに速度ベクトルを得る。例えば、演算用座標系をｘｙｚ直交座標系で表し、超音波の走査面に対応したｘｙ平面内で、各サンプル点ごとに速度ベクトルを得て、２次元の速度ベクトル分布を形成する。
【００２２】
渦度演算部２０は、演算用座標系において各サンプル点ごとに得られる速度ベクトルに基づいて、演算用座標系における注目サンプル点の渦度を算出する。渦度は、血流の渦に関する指標値の一つである。
【００２３】
図２は、渦度演算部２０（図１）における渦度の算出を説明するための図である。図２において、ｘｙｚ直交座標系は演算用座標系を示しており、図２には、その演算用座標系における走査面に対応したｘｙ平面の一部が図示されている。図２において、そのｘｙ平面には、格子状に配列された複数の破線が示されており、破線と破線の交点が各サンプル点の位置である。なお、ｘ方向のサンプル点間隔はΔｘであり、ｙ方向のサンプル点間隔はΔｙである。
【００２４】
渦度演算部２０は、注目サンプル点Ｐの周囲にある複数のサンプル点Ｐ１〜Ｐ４における速度ベクトルに基づいて、注目サンプル点Ｐの渦度を算出する。図２の具体例では、注目サンプル点Ｐは座標（ｘ，ｙ）にあり、サンプル点Ｐ１は座標（ｘ＋１，ｙ）にあり、サンプル点Ｐ２は座標（ｘ，ｙ＋１）にあり、サンプル点Ｐ３は座標（ｘ−１，ｙ）にあり、サンプル点Ｐ４は座標（ｘ，ｙ−１）にある。
【００２５】
渦度演算部２０は、注目サンプル点Ｐに対してｘ方向に隣接するサンプル点Ｐ１，Ｐ３の各々から得られる速度ベクトルのｙ方向成分Ｖ（ｘ＋１，ｙ），Ｖ（ｘ−１，ｙ）と、注目サンプル点Ｐに対してｙ方向に隣接するサンプル点Ｐ２，Ｐ４の各々から得られる速度ベクトルのｘ方向成分Ｕ（ｘ，ｙ＋１），Ｕ（ｘ，ｙ−１）とに基づいて、次式を用いて注目サンプル点Ｐにおける渦度のｚ方向成分ωｚを算出する。
【００２６】
【数１】
2014036735.tif 000003
【００２７】
なお、渦度のｚ方向成分ωｚは、図２に示すように、ｚ方向に沿った矢印を中心とした回転運動の成分であり、例えば、図２に示す反時計回りの回転方向を正回転とし、その逆方向である時計回りの回転方向を負回転とする。
【００２８】
図１に戻り、循環演算部３０は、渦度演算部２０において算出された渦度に基づいて、血流の渦に関するもう一つの指標値である循環を算出する。
【００２９】
図３は、循環演算部３０（図１）における循環の算出を説明するための図である。図３には、図２と同様に、ｘｙｚ直交座標系である演算用座標系における走査面に対応したｘｙ平面の一部が図示されている。図３においても、ｘｙ平面には、格子状に配列された複数の破線が示されており、破線と破線の交点が各サンプル点の位置である。また、ｘ方向のサンプル点間隔はΔｘであり、ｙ方向のサンプル点間隔はΔｙである。
【００３０】
循環の算出に先立ち、渦度演算部２０（図１）は、演算用座標系において注目領域Ｒに含まれる複数の注目サンプル点について、各注目サンプル点ごとに渦度ωｚ(ｉ，ｊ)を算出する。そして、循環演算部３０（図１）は、注目領域Ｒに含まれる複数の注目サンプル点の渦度ωｚ(ｉ，ｊ)に基づいて、注目領域Ｒにおける循環を算出する。
【００３１】
循環演算部３０は、次式に示すように、注目領域Ｒに含まれる全ての注目サンプル点の渦度ωｚ(ｉ，ｊ)を加算処理して、注目領域Ｒにおける循環であるΓを得る。
【００３２】
【数２】
2014036735.tif 000004
【００３３】
数２式におけるΣは、注目領域Ｒに含まれる全ての注目サンプル点についての総和を意味する。なお、注目領域Ｒは、後に説明するように、渦の形状に合わせて例えば円形や楕円形とされることが望ましい。そのため、図３に示すように、その円形や楕円形の注目領域Ｒをサンプル点の位置に応じて近似した近似領域Ｒ´を利用し、近似領域Ｒ´に含まれる全ての注目サンプル点の渦度ωｚ(ｉ，ｊ)を加算処理して、数２式のΓを算出してもよい。
【００３４】
また、循環演算部３０は、注目領域Ｒの境界である閉曲線Ｃに沿って、閉曲線Ｃの接線方向の血流速度ｖを周回積分する次式により、循環であるΓを得てもよい。
【数３】
2014036735.tif 000005
【００３５】
図１に戻り、超音波画像形成部１８は、走査面内において超音波ビームに沿って得られるエコー信号に基づいて、走査面に対応したＢモード画像を形成する。つまり、心臓内の断面を映し出したＢモード画像が形成される。
【００３６】
流動表示形成部４０は、速度ベクトル演算部１６において演算用座標系の各サンプル点ごとに得られる速度ベクトルに基づいて、Ｂモード画像の表示用座標系において血流の流れを視覚的に表現した流動表示を形成する。そして、心臓内の断面を映し出したＢモード画像上に流動表示を重ね合わせたガイド表示画像が表示部５０に表示される。そこで、ガイド表示画像の具体例であるベクトル表示と流線表示について説明する。
【００３７】
図４は、表示部５０（図１）に表示されるベクトル表示５２を示す図である。ベクトル表示５２は、心臓の心筋と心臓の内部の断面を映し出したＢモード画像上に、速度ベクトルに対応した複数の矢印Ｖを表示したものである。各矢印Ｖの向きは、その矢印Ｖの位置における速度ベクトルの向きに対応しており、各矢印Ｖの長さは、その矢印Ｖの位置における速度ベクトルの大きさに対応している。
【００３８】
複数の矢印Ｖは、速度ベクトル演算部１６（図１）において算出された速度ベクトルから得られる。速度ベクトル演算部１６において、速度ベクトルは演算用座標系の各サンプル点ごとに得られる。一方、図４のベクトル表示５２における複数の矢印Ｖは、Ｂモード画像の表示用座標系における複数の表示サンプル点に配置される。
【００３９】
演算用座標系の各サンプル点の位置と、表示用座標系の各表示サンプル点の位置は、互いに一致しているとは限らず、例えば、演算用座標系のサンプル点間隔よりも、表示用座標系の表示サンプル点間隔の方が大きい。
【００４０】
そこで、流動表示形成部４０（図１）は、表示座標系の各表示サンプル点の近傍にある演算用座標系の１つ以上のサンプル点の速度ベクトルから、補間処理などにより、その表示サンプル点における速度ベクトルを算出し、算出した速度ベクトルの大きさと向きに応じてその表示サンプル点における矢印Ｖを形成する。
【００４１】
図４に示すベクトル表示５２から、ユーザ（検査者）は心臓内における血流の流れを視覚的に確認することができ、例えば、複数の矢印Ｖが円を描くように並んで表示される箇所に、血流の渦があることを確認できる。
【００４２】
図５は、表示部５０（図１）に表示される流線表示５４を示す図である。流線表示５４は、心臓の心筋と心臓の内部の断面を映し出したＢモード画像上に、速度ベクトルに基づいて得られる流線Ｌを表示したものである。
【００４３】
流線Ｌは、例えば、Ｂモード画像内の任意の位置に設定された始点から、接線が血流の速度ベクトルの向きと一致するように描画される。図５において、流線Ｌは、破線で示されているが、実線やその他の線で示されてもよいし、着色されてもよい。
【００４４】
図５に示す流線表示５４からも、ユーザ（検査者）は心臓内における血流の流れを視覚的に確認することができ、例えば、流線Ｌが円を描くように表示される箇所に、血流の渦があることを確認できる。
【００４５】
図１に戻り、表示部５０にベクトル表示５２（図４）または流線表示５４（図５）が表示されると、ユーザ（検査者）はベクトル表示５２または流線表示５４を視覚的に確認して、血流の渦と考えられる箇所に、例えば操作デバイス６２を利用して、注目領域Ｒ（図３）の設定情報を入力する。注目領域設定部６０は、ユーザから受け付けた設定情報に基づいて注目領域Ｒを設定する。
【００４６】
図６は、表示部５０（図１）に表示される領域表示５６を示す図である。領域表示５６は、心臓の心筋と心臓の内部の断面を映し出したＢモード画像上に、注目領域Ｒ（Ｒ１〜Ｒ３）を表示したものである。図６には、３つの注目領域Ｒ１〜Ｒ３が設定された例を示している。
【００４７】
ベクトル表示５２（図４）または流線表示５４（図５）を見て血流の流れを確認したユーザ（検査者）は、例えばベクトル表示５２または流線表示５４上において血流の渦と思われる箇所を指定する。その指定された箇所が例えば注目領域Ｒの中心点に設定される。そして、ユーザはその注目領域Ｒの半径を設定し、これにより、例えば図６に示す注目領域Ｒ１が設定される。同様に、必要に応じて、注目領域Ｒ２，Ｒ３と複数の注目領域Ｒが設定されてもよい。なお、図６に示す注目領域Ｒ３のように楕円形の領域が設定されてもよいし、円形や楕円形以外の領域が設定されてもよい。
【００４８】
また、領域表示５６には、注目領域Ｒに関する設定情報も表示される。図６には、３つの注目領域Ｒ１〜Ｒ３の各々についての中心座標が表示されている。例えば超音波の送信開始点を原点Ｏとして、注目領域Ｒ１〜Ｒ３の各々についての中心座標（ｘ，ｙ）が表示される。さらに注目領域Ｒ１〜Ｒ３の各々についての半径の長さ等が表示されてもよい。
【００４９】
こうして、例えば、複数の注目領域Ｒが設定されると、各注目領域Ｒごとに、図３を利用して説明した循環の算出が行われる。そして、各注目領域Ｒごとに算出された循環の値が、例えば図６の領域表示５６と共に数値で表示される。もちろん、循環の値を表示するための専用の表示画面が形成されてもよい。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５１】
１０  プローブ、１６  速度ベクトル演算部、２０  渦度演算部、３０  循環演算部、４０  流動表示形成部、６０  注目領域設定部。
【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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