(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブから生体内に超音波を送信する送信手段と、生体内から得られた超音波エコーを受信する受信手段と、前記超音波の送受信の音響線方向を制御する遅延制御手段と、前記超音波エコーを位相検波する位相検波手段と、前記位相検波した信号から組織からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、前記位相検波した信号から血流からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、前記組織からの超音波エコー成分を除去した信号と前記血流からの超音波エコー成分を除去した信号を比較する検波信号比較手段と、前記位相検波した信号から血流速度を演算する血流速度演算手段と、前記位相検波した信号から血管壁を主とする組織の運動速度を演算する組織運動速度演算手段と、前記血流速度と血管壁を主とする組織の運動速度を表示する表示手段とを具備し、前記検波信号比較手段からの比較結果に基いて、前記組織からの超音波エコー成分を除去した信号の位相と前記血流からの超音波エコー成分を除去した信号の位相がそれぞれ分離できるように前記遅延制御手段により超音波送受信の音響線の向きを制御することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記検波信号比較手段からの比較結果に基いて、前記組織からの超音波エコー成分を除去した信号の振幅と前記血流からの超音波エコー成分を除去した信号の振幅がそれぞれ分離できるように、前記遅延制御手段により超音波送受信の音響線の向きを制御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３】
前記血流速度演算手段と前記組織運動速度演算手段は、前記血流速度と前記血管壁を主とする組織の運動速度をリアルタイムに演算する手段を備え、前記表示手段は、前記血流速度と前記血管壁を主とする組織の運動速度を同時に表示する手段を備えたことを特徴とする請求項１、２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記表示手段は、Ｂモード断層画像上に前記血流速度と前記血管壁を主とする組織の運動速度を重ねて表示する手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、生体内の超音波エコー信号から血流速度や血管壁の運動速度を表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動脈硬化診断を目的とした頸動脈の超音波診断は、現在の汎用超音波診断装置の主要機能であるＢモード機能、Ｍモード機能を用いた形状診断、ＦＦＴドプラ機能、カラードプラ機能を用いた血流速度診断の結果を用いて行っている。
【０００３】
Ｂモード機能では、血管内径の評価、血管壁厚の評価、隆起病変の評価が行われ、Ｍモード機能では、時間的な血管径の変化の評価が行われ、ＦＦＴドプラ機能とカラードプラ機能では、隆起病変による血管狭窄部位の血流速度の評価が行われる。
【０００４】
Ｂモード機能を用いた隆起病変の評価においては、隆起病変の存在や大きさの観測と、モニタに表示される超音波エコー画像の輝度から、病変の性状を判断することが行われている。しかし、Ｂモード機能を用いた評価法では、主に血栓による隆起病変のような輝度の低いものは発見しにくく、輝度により性状を判断しているために、定量的に評価できないという問題がある。
【０００５】
組織性状診断を目的とした超音波診断装置の機能として、第一に、特開平９−３１３４８５号公報に開示されているように、組織ドプライメージングを用いたものがあげられるが、超音波プローブに対する組織の運動を計測するため、組織全体の運動の中で、機能が停止して運動していない部分の検出が難しい。また、生体からの超音波エコー信号は組織だけでなく、血流からのエコー信号が含まれているが、組織ドプライメージングでは、超音波エコー信号のドプラ偏移周波数について位相検波した信号について、組織運動以外の不要なドプラ成分を除去しているため、組織の運動速度と血流速度を同一の超音波の送受信で行うことができない。
【０００６】
同様な組織性状診断を目的とした超音波診断装置の機能として、第二に、特開平１０−５２２６号公報に開示されているように、超音波エコーの検波出力信号の振幅と位相の情報から、最小二乗法を用いて、対象の瞬時的な位置を決定することによって、高精度なトラッキングを行い、拍動などによって大きく動いている組織の中の微小運動を計測することができる利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波診断装置では、血管内の隆起病変を診断する際に隆起病変の性状を知ることはできるが、同一の超音波の送受信では隆起病変部を流れる血流の速度を知ることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するものであり、生体組織からの超音波エコーの成分と血流からの成分を分離して、組織の微小運動速度と血流速度の計測を同一の超音波の送受信で同時に行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、超音波診断装置を、超音波プローブから生体内に超音波を送信する送信手段と、生体内から得られた超音波エコーを受信する受信手段と、超音波の送受信の音響線方向を制御する遅延制御手段と、超音波エコーを位相検波する位相検波手段と、位相検波した信号から組織からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、位相検波した信号から血流からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、組織からの超音波エコー成分を除去した信号と血流からの超音波エコー成分を除去した信号を比較する検波信号比較手段と、位相検波した信号から血流速度を演算する血流速度演算手段と、位相検波した信号から血管壁を主とする組織の運動速度を演算する組織運動速度演算手段と、血流速度と血管壁を主とする組織の運動速度を表示する表示手段とを具備し、検波信号比較手段からの比較結果に基いて、組織からの超音波エコー成分を除去した信号の位相と血流からの超音波エコー成分を除去した信号の位相がそれぞれ分離できるように遅延制御手段により超音波送受信の音響線の向きを制御する構成とした。
【００１０】
このように構成したことにより、ユーザが容易に音響線の偏向角度を確認することができ、血流からの超音波エコーと血管壁を主とする組織からの超音波エコーから、血流速度と血管壁を主とした組織の運動速度を同時に計測することができる。
【００１１】
また、血流からの位相検波信号から血流速度演算手段で演算した結果と、血管壁を主とする組織からの位相検波信号を組織運動速度演算手段で演算した結果を、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）で映像信号に変換し、Ｂモード画像と併せてモニタに表示する構成とした。このように構成したことにより、ユーザが容易に音響線の偏向角度を確認することができ、断面像上で血流速度および血管を主とする組織の運動速度が把握できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、組織からの超音波エコー成分を除去した信号の位相と、血流からの超音波エコー成分を除去した信号の位相が、それぞれ分離できるように、遅延制御部で超音波送受信の音響線の向きを制御する超音波診断装置である。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の構成を示す機能ブロック図である。図１において、超音波プローブ１は、電気信号を超音波に変換して生体へ送信する手段である。超音波送受信部２は、超音波プローブを介して生体への超音波の送受信を行う手段である。遅延制御部３は、送信の遅延制御を行う手段である。位相検波部４は、受信信号を位相検波する手段である。フィルタ５、６は、用途に応じて遮断周波数を設定できるフィルタである。検波信号比較部７は、位相あるいは振幅等を比較する手段である。血流速度演算部８は、血流速度を演算する手段である。組織運動速度演算部９は、血管壁の運動速度を演算する手段である。検波部１０は、受信信号を包絡線検波する手段である。ＤＳＣ１２は、映像信号に変換する手段である。表示制御部１３は、映像信号を表示信号に変換する手段である。モニタ１４は、表示信号を表示する装置である。
【００１５】
上記のように構成された本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。超音波プローブ１は、生体への超音波の送受信を行う。超音波の送信は、超音波診断装置本体１８の遅延制御部３により送信の遅延制御を行った後、送受信部２を経て、超音波プローブ１で電気信号を超音波に変換し、生体へ送信する。生体から得られた超音波エコーは、超音波プローブ１で電気信号に変換し、超音波送受信部２、遅延制御部３を経て、検波部１０と位相検波部４に入力される。
【００１６】
検波部１０では、受信信号を包絡線検波し、包絡線検波した信号は、ＤＳＣ１２で映像信号に変換し、表示制御部１３を経て、モニタ１４に出力される。位相検波部４では、受信信号を位相検波する。フィルタ５、フィルタ６において、主に血流からの超音波エコー成分を除去した信号と、主に組織からの超音波エコー成分を除去した信号に分離する。検波信号比較部７を経て、ＤＳＣ１２で映像信号に変換し、表示制御部１３を経て、モニタ１４に出力される。
【００１７】
フィルタ５、フィルタ６は基本的に同じ機能のものであり、用途に応じて遮断周波数を設定することができるものである。図２は、フィルタ５、フィルタ６の特性を示す図である。生体からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）２０、２１は、組織からのものでは小さく、血流からのものでは大きい。図２では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）によって、組織からの超音波エコー成分を除去し血流からのドプラ信号を取り出し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって、血流からの超音波エコー成分を除去し、組織からのドプラ信号を抽出する例を合わせて示している。しかし、生体からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分は、組織からのものと血流からのものを分離できない場合もあるので、フィルタ５、フィルタ６の遮断周波数を任意に設定できるようにしても良い。
【００１８】
図３に、超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分に応じて、ＬＰＦの遮断周波数を任意に設定する例を示す。図３では、ＬＰＦの例を示したが、ＨＰＦでも同様な設定が可能である。また、血流からの超音波エコーの振幅が小さいことを利用して、あるレベルの閾値で血流からの超音波エコー成分を除去しても良い。
【００１９】
フィルタ５、フィルタ６によって、血流による超音波エコー成分と、組織による超音波エコー成分に分離された信号は、検波信号比較部７で、位相あるいは振幅等を比較される。比較結果から、血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分と組織による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分の双方が分離して検出できるように、遅延制御手段３により、超音波送受信の音響線の向きを制御する。直交する血流の方向と血管壁の運動を同時に計測可能となる超音波送受信の音響線方向に、超音波プローブから送信する音響線の向きを制御する。
【００２０】
上記のように、本発明の第１の実施の形態では、超音波診断装置を、組織からの超音波エコー成分を除去した信号の位相と、血流からの超音波エコー成分を除去した信号の位相が、それぞれ分離できるように、遅延制御部で超音波送受信の音響線の向きを制御する構成としたので、血流による超音波エコー成分と、組織による超音波エコー成分を分離して測定できる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、検波信号比較部からの比較結果に基いて、組織からの超音波エコー成分を除去した信号と、血流からの超音波エコー成分を除去した信号が分離するように、遅延制御部により超音波送受信の音響線の向きを制御して観測する超音波診断装置である。
【００２２】
本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の構成は、図１と同じである。図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の超音波音響線の方向を偏向させた状態を示す図であり、図４（ｂ）は、得られる超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）を示す図である。図５（ａ）は、超音波音響線の方向が血流の方向と直交する場合の例を示す図であり、図５（ｂ）は、そのときの超音波エコー位相シフト（ドプラシフト）の例を示す図である。図６（ａ）は、超音波音響線の偏向角度を大きくした場合の例を示す図であり、図６（ｂ）は、そのときの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す図である。図７は、体表に対して血管が平行でない場合の計測の模式図である。
【００２３】
上記のように構成された本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。図１の超音波診断装置において、血流速度と組織の運動速度を同時に測定する場合は、生体からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）が分れるように超音波音響線の方向を偏向させることにより、直交する血流の方向と血管壁の運動による、超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）を同時に計測することができる。図４に、超音波音響線の方向を偏向する（血管の長手方向及び血流の垂直方向に対し、超音波プローブから送信する超音波送受信の音響線の向きを傾ける）例と、得られる超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す。
【００２４】
超音波プローブ１から送受信される超音波の音響線方向が、血管壁の運動方向と同じ場合、超音波音響線方向と血流の方向が直交するために、血流からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）は計測できない。図５に、超音波音響線の方向が血流の方向と直交する場合の例と、そのときの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す。
【００２５】
また、超音波プローブ１から送受信される超音波の音響線方向が、なるべく血流の方向と同じになるように偏向した場合、血管壁の運動による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）は微小になり、計測できない。図６に、超音波音響線の偏向角度を大きくした場合の例と、そのときの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す。
【００２６】
検波信号比較部７は、血管壁の運動による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分と、血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分を比較し、それぞれが位相シフト（ドプラシフト）成分を検出できる超音波送受信の音響線の偏向角度を、遅延制御部３に伝えるものである。図７に示すように、体表に対して血管が平行でない場合に非常に有用である。
【００２７】
なお、血管壁の運動による超音波エコーと、血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の他に、周波数スペクトルの振幅等も含めて比較しても良い。また、超音波送受信の音響線の方向をＢモード画像に図示し、ユーザが容易に修正できるようにしても良い。
【００２８】
上記のように、本発明の第２の実施の形態では、超音波診断装置を、検波信号比較部からの比較結果に基いて、組織からの超音波エコー成分を除去した信号と、血流からの超音波エコー成分を除去した信号が分離するように、遅延制御部により超音波送受信の音響線の向きを制御して観測する構成としたので、組織の微小運動速度と血流速度の計測を同時に行うことができる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、血流速度と血管壁の運動速度をリアルタイムに演算して、血流速度の波形と血管壁の運動速度を、同時にモニタのＢモード画像上に表示する超音波診断装置である。
【００３０】
本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の構成は、図１と同じである。図８は、Ｂモード画像上に、血流速度と血管壁の運動速度を波形で表示した例の模式図である。
【００３１】
上記のように構成された本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。図１の超音波診断装置において、受信した１つの音響線の超音波エコーを、フィルタ５とフィルタ６により分離し、血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分と、血管壁の運動による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分を得る。血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分と、血管壁の運動による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分は、検波信号比較部７を経て、それぞれ、血流速度演算部８と組織運動速度演算部９において、血流速度と血管壁の運動速度がＦＦＴドプラ法に基づき演算される。
【００３２】
ＤＳＣ１２では、血流速度と血管壁の運動速度を演算した結果を映像信号に変換する。表示制御部１３において、Ｂモード画像上に、血流速度と血管壁の運動速度を表示波形信号に変換し、モニタ１４に出力する。図８は、Ｂモード画像上に、血流速度と血管壁の運動速度を波形表示した例である。図８の例では、Ｂモード画面上に波形を表示しているが、Ｍモード等、他の診断モード上に表示しても良い。また、血流速度と血管壁の運動速度の他に、血管壁の運動速度から求められる血管壁厚変化、心電波形（ＥＣＧ）、心音波形（ＰＣＧ）、血圧波形を同時に表示しても良い。また、表示の形態は波形の他に、数値、音、棒グラフでも良い。
【００３３】
血管壁の運動速度の演算をＦＦＴドプラ法によるものとして説明したが、その他の方法として、高精度なトラッキングを行い、大きく動いている組織の中の微小運動速度の波形を表示する方法がある。この方法によれば、血流の渦の乱れの分布の状態と血管壁の運動の関係のよりよい把握が可能となる。
【００３４】
上記のように、本発明の第３の実施の形態では、超音波診断装置を、血流速度と血管壁の運動速度をリアルタイムに演算して、血流速度の波形と血管壁の運動速度の波形を、モニタのＢモード画像上に同時に表示する構成としたので、音響線の偏向角度を確認しながら、断面像上で血流速度および血管の運動速度を計測できる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、血流速度と血管壁の運動速度をリアルタイムに演算し、Ｂモード断層画像上に、血流速度と血管壁の運動速度を重ねて表示する超音波診断装置である。ここでは、例として血流速度と血管壁の運動速度をカラーで表示する場合について説明する。
【００３６】
本発明の第４の実施の形態における超音波診断装置の構成は、図１と同じである。図１の超音波診断装置において、受信した複数の音響線の超音波エコーを、フィルタ５とフィルタ６により分離する。血流による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分と、血管壁の運動による超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分は、検波信号比較部７を経て、それぞれ血流速度演算部８と組織運動速度演算部９に送られて、血流速度と血管壁の運動速度が演算される。
【００３７】
ＤＳＣ１２では、血流速度と血管壁の運動速度を演算した結果を映像信号に変換する。表示制御部１３において、Ｂモード画像上に血流速度と血管壁の運動速度を二次元のカラー表示する信号に変換されて、モニタ１４に出力される。血流速度のカラー表示は、速度表示の他に、自己相関法による分散表示とパワー表示を行う。また、血管壁の運動については、速度表示、分散表示、パワー表示の他に、血管壁の運動速度からもとめられる血管壁厚変化の表示を行う。
【００３８】
上記のように、本発明の第４の実施の形態では、超音波診断装置を、血流速度と血管壁の運動速度をリアルタイムに演算し、Ｂモード断層画像上に、血流速度と血管壁の運動速度に応じた二次元のカラー表示をする構成としたので、断面像上で血流速度および血管を主とする組織の運動速度やその他の状態パラメータを容易に把握できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、超音波診断装置を、超音波プローブから生体内に超音波を送信する送信手段と、生体内から得られた超音波エコーを受信する受信手段と、超音波の送受信の音響線方向を制御する遅延制御手段と、超音波エコーを位相検波する位相検波手段と、位相検波した信号から組織からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、位相検波した信号から血流からの超音波エコー成分を除去するフィルタと、組織からの超音波エコー成分を除去した信号と血流からの超音波エコー成分を除去した信号を比較する検波信号比較手段と、位相検波した信号から血流速度を演算する血流速度演算手段と、位相検波した信号から血管壁を主とする組織の運動速度を演算する組織運動速度演算手段と、血流速度と血管壁を主とする組織の運動速度を表示する表示手段と、検波信号比較手段からの比較結果に基いて、組織からの超音波エコー成分を除去した信号の位相と血流からの超音波エコー成分を除去した信号の位相がそれぞれ分離できるように、遅延制御手段により超音波送受信の音響線の向きを制御する手段とを具備する構成としたので、超音波音響線方向を自由に偏向させて、血流からの超音波エコーと血管壁を主とする組織からの超音波エコーを分離して、血流速度と血管壁を主とした組織の運動速度を同時に計測できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜４の実施の形態における超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）によって、組織からの超音波エコー成分を除去し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって、血流からの超音波エコー成分を除去した例を示す図、
【図３】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）成分に応じて、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の遮断周波数を任意に設定する例を示す図、
【図４】（ａ）本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の超音波音響線の方向を偏向させた状態を示す概念図と、
（ｂ）得られる超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す図、
【図５】（ａ）本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の超音波音響線の方向が血流の方向と直交する場合を示す図、
（ｂ）得られる超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す図、
【図６】（ａ）本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の超音波音響線の偏向角を大きくした場合を示す図、
（ｂ）得られる超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）の例を示す図、
【図７】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の体表に対して血管が平行でない場合の計測例の模式図、
【図８】本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置のＢモード画像上に血流速度と血管壁の運動速度を波形表示した例の模式図である。
【符号の説明】
１  超音波プローブ
２  超音波送受信部
３  遅延制御部
４  位相検波部
５  フィルタ
６  フィルタ
７  検波信号比較部
８  血流速度演算部
９  組織運動速度演算部
１０  検波部
１１  利得制御部
１２  ＤＳＣ
１３  表示制御部
１４  モニタ
１５  ＣＰＵ
１６  ＥＣＧ
１７  血圧波形
１８  超音波診断装置本体
１９  ＰＣＧ
２０  組織からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）
２１  血流からの超音波エコーの位相シフト（ドプラシフト）
【図１】
0003578680.tif 000002
【図２】
0003578680.tif 000003
【図３】
0003578680.tif 000004
【図４】
0003578680.tif 000005
【図５】
0003578680.tif 000006
【図６】
0003578680.tif 000007
【図７】
0003578680.tif 000008
【図８】
0003578680.tif 000009