(57)【要約】【課題】超音波診断装置における速度分布画像の画質を改善する。【解決手段】心電波形に含まれるＲ波のタイミングを基準とし、各心拍ごとにシフト時間Ｔだけ時相がずれるように、フレームｆ１〜ｆ１５が順次形成される。形成されたフレームｆ１〜ｆ１５は、Ｒ波のタイミングに時間的に近い順に並べ替えられ、１心拍に対応したフレームセットとして纏められる。そのフレームセットに基づいてカラードプラ画像が形成される。これにより、送受信時におけるフレームレートＦｒが、カラードプラ画像の表示時に擬似的に３倍のフレームレート３Ｆｒに高められ、カラードプラ画像の動画の画質が改善され、例えば血流の時間的な変化の連続性が向上する。【選択図】図２
2015012950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な運動をする診断対象を含む診断領域内において超音波を送受するプローブと、
プローブを送信制御することにより、診断領域内において前記周期的な運動の複数周期に亘って複数フレームを形成して受信信号を得る送受信部と、
前記周期的な運動を反映した周期信号に基づいて、互いに異なる周期同士で周期内におけるフレームの時相をずらすように前記送受信部を制御する制御部と、
複数周期に亘って形成された複数フレームを周期内における時相の順に並べ替えて１つの周期に対応したフレームセットに纏め、当該フレームセットに基づいて診断領域内の速度分布を示した速度分布画像を形成する画像形成部と、
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、
前記診断対象である心臓から、前記周期信号として、複数心拍に亘る心電波形を得る波形測定部をさらに有し、
前記送受信部は、複数心拍に亘って複数フレームを形成し、
前記制御部は、複数心拍に亘る心電波形内において各心拍ごとに発生する特徴波のタイミングを時相の基準とし、互いに異なる心拍同士で初期フレームの時相をずらすように前記送受信部を制御する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記送受信部は、フレームレートＦｒで複数フレームを形成し、
前記制御部は、前記特徴波であるＲ波のタイミングを時相の基準とし、各心拍の初期フレームの時相をＮ回の心拍に亘って各心拍ごとにシフト時間Ｔ＝１／（Ｆｒ×Ｎ）ずつ段階的にずらすように、前記送受信部を制御する、
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、速度分布画像を形成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置において、血流等の速度分布画像を形成するにあたり、カラードプラ法を利用する装置が知られている。例えば、特許文献１には、カラードプラ法を利用して２次元的な速度ベクトルを得る画期的な発明が記載されている。また、カラードプラ法によれば、例えば、血流等を含む診断領域内の各位置からドプラ情報を得て、診断領域内の各位置における速度情報を色と輝度で表現したカラードプラ画像を形成することができる。
【０００３】
カラードプラ法においては、同じビーム方向に超音波が繰り返し送受され、そのビーム方向に沿った各位置（各深さ）からドプラ情報を得ている。同じビーム方向に超音波が繰り返し送受されるため、カラードプラ法により得られるカラードプラ画像は、Ｂモード画像等に比べてフレームレートが低くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０８１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、例えば、カラードプラ画像においては、Ｂモード画像等に比べてフレームレートが低くなってしまう。そのため、カラードプラ画像の特に動画について高い時間分解能の画像が望まれていた。
【０００６】
こうした背景技術に鑑み、本願の発明者は、カラードプラ画像を含む一般的な速度分布画像を形成する技術について、研究開発を重ねてきた。
【０００７】
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、超音波診断装置における速度分布画像の画質を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、周期的な運動をする診断対象を含む診断領域内において超音波を送受するプローブと、プローブを送信制御することにより、診断領域内において前記周期的な運動の複数周期に亘って複数フレームを形成して受信信号を得る送受信部と、前記周期的な運動を反映した周期信号に基づいて、互いに異なる周期同士で周期内におけるフレームの時相をずらすように前記送受信部を制御する制御部と、複数周期に亘って形成された複数フレームを周期内における時相の順に並べ替えて１つの周期に対応したフレームセットに纏め、当該フレームセットに基づいて診断領域内の速度分布を示した速度分布画像を形成する画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記装置によれば、互いに異なる周期同士で周期内におけるフレームの時相をずらすように送受信部が制御され、さらに、画像形成部が、複数周期に亘って形成された複数フレームを周期内における時相の順に並べ替えて１つの周期に対応したフレームセットに纏める。そのため、送受信部における各周期内のフレーム数に比べ、画像形成部において１つの周期に対応したフレームセットとして纏められたフレーム数が多くなる。これにより、送受信時において低フレームレートであっても、画像形成時において擬似的に高フレームレートが実現され、速度分布画像の例えば動画の時間分解能が改善される。
【００１０】
また、上記装置において、速度分布画像の好適な具体例は、診断領域内の各位置における速度の大きさと方向をそれぞれ輝度と色で示したカラードプラ画像であるが、例えば、速度の方向を輝度（白黒）や記号（矢印）や文字等により示した速度分布画像が形成されてもよい。もちろん、速度分布画像は、上記列挙の具体例に限定されない。
【００１１】
望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、前記診断対象である心臓から、前記周期信号として、複数心拍に亘る心電波形を得る波形測定部をさらに有し、前記送受信部は、複数心拍に亘って複数フレームを形成し、前記制御部は、複数心拍に亘る心電波形内において各心拍ごとに発生する特徴波のタイミングを時相の基準とし、互いに異なる心拍同士で初期フレームの時相をずらすように前記送受信部を制御する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記送受信部は、フレームレートＦｒで複数フレームを形成し、前記制御部は、前記特徴波であるＲ波のタイミングを時相の基準とし、各心拍の初期フレームの時相をＮ回の心拍に亘って各心拍ごとにシフト時間Ｔ＝１／（Ｆｒ×Ｎ）ずつ段階的にずらすように、前記送受信部を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、超音波診断装置における速度分布画像の画質が改善される。例えば、本発明の好適な態様によれば、送受信時において低フレームレートであっても、画像形成時において擬似的に高フレームレートが実現され、速度分布画像の例えば動画の時間分解能が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本超音波診断装置によるフレーム形成と並べ替えの具体例を示す図である。
【図３】本超音波診断装置における送受信処理の詳細を示すフローチャートである。
【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）の全体構成を示す機能ブロック図である。本超音波診断装置の好適な診断対象の一例は心臓であり、本超音波診断装置は、心臓内における血流速度の分布を示すドプラ画像を形成する。もちろん、本超音波診断装置の診断対象は心臓に限定されず、例えば血管や心臓以外の臓器が診断対象とされてもよい。
【００１６】
プローブ１０は、診断対象である例えば心臓に対して超音波を送受する超音波探触子であり、各々が超音波を送受する複数の振動素子を備えている。本超音波診断装置においては、例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像（断層画像）用や三次元画像用等の各種のプローブ１０を診断用途に応じて利用することができる。
【００１７】
送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子を送信制御して送信ビームを形成し、例えば心臓を含む診断領域内で送信ビームを走査し、複数フレームを形成する。つまり、送受信部１２は、送信ビームフォーマの機能を備えている。
【００１８】
また、送受信部１２は、複数の振動素子から得られる複数の受信信号を整相加算処理するなどして各フレームを構成する複数の受信ビームを形成し、各受信ビームに沿って診断領域内から受信信号（エコー信号）を収集する。つまり、送受信部１２は、受信ビームフォーマの機能も備えている。送受信部１２において得られた受信信号は、断層画像形成部２０と速度情報演算部３０に出力される。
【００１９】
断層画像形成部２０は、心臓を含む診断領域内から収集された受信信号に基づいて、心臓の断層画像データを形成する。例えば、断層画像形成部２０は、公知のＢモード画像の形成処理により断層画像データとしてＢモード画像データを形成する。断層画像形成部２０は、複数フレームについて、各フレームごとに断層画像データを形成する。形成された断層画像データはデータ記憶部４０に記憶される。
【００２０】
速度情報演算部３０は、受信ビームに沿って収集される受信信号（エコー信号）から得られるドプラ情報に基づいて、診断対象の心臓内における血流の速度情報を得る。速度情報を得るにあたって、速度情報演算部３０は、公知のカラードプラ法を利用する。
【００２１】
カラードプラ法においては、同じビーム方向に超音波が繰り返し送受されて、そのビーム方向に沿った各位置（各深さ）におけるドプラシフト周波数が計測される。そして、各位置（各深さ）ごとに、ドプラシフト周波数（ドプラシフト量）から、ビーム方向に沿った速度の大きさと、ビーム方向に沿った速度の方向、つまり、プローブ１０に近づく方向（正方向）又はプローブ１０から遠ざかる方向（負方向）が計測される。
【００２２】
速度情報演算部３０は、カラードプラ法を利用して、血流を含む心臓内の複数の位置において、各位置ごとに、速度の大きさに対応した数値データと、速度の方向に対応した符号データを算出する。符号データは、例えば、プローブ１０に近づく方向（正方向）であれば「＋（プラス）」とされ、プローブ１０から遠ざかる方向（負方向）であれば「−（マイナス）」とされる。
【００２３】
速度情報演算部３０は、複数フレームに亘って各フレームごとに心臓内の複数の位置における血流の速度データ、つまり速度の大きさに対応した数値データと速度の方向に対応した符号データを算出する。算出された速度データはデータ記憶部４０に記憶される。
【００２４】
ドプラ画像形成部５０は、データ記憶部４０に記憶された複数フレームについての断層画像データと速度データに基づいて、公知のカラードプラ法を利用したカラードプラ画像を形成する。ドプラ画像形成部５０において形成されたカラードプラ画像は、液晶モニタ等で構成される表示部６０に表示される。
【００２５】
心電波形測定部７０は、診断対象である心臓の心電波形（心電図波形）を測定する。心電波形測定部７０の好適な具体例は公知の心電計である。なお、心電波形測定部７０を利用せずに、例えばプローブ１０を介して心臓から得られる超音波の受信信号に基づいて、心臓の拡張収縮運動を解析して周期信号（心電波形に相当する信号）を得るようにしてもよい。
【００２６】
制御部９０は、本超音波診断装置内を集中的に制御する。操作デバイス８０は、ユーザから操作を受け付けるデバイスであり、例えば、マウス、トラックボール、キーボード、タッチパネル、その他のスイッチ類などで構成される。操作デバイス８０がユーザから受け付けた指示は、制御部９０へ送られて本超音波診断装置内の制御に反映される。
【００２７】
なお、送受信部１２と断層画像形成部２０と速度情報演算部３０とドプラ画像形成部５０は、それぞれ、例えばプロセッサや電子回路等のハードウェアを利用して実現できる。また、データ記憶部４０の好適な具体例は例えば半導体メモリ等である。そして、制御部９０は、例えば演算機能を備えたＣＰＵ等のハードウェアにより構成され、ハードウェアとその動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により、制御部９０の機能が実現される。
【００２８】
本超音波診断装置の全体構成は以上のとおりである。次に、本超音波診断装置により実現される機能等について詳述する。なお、図１に示した構成（部分）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２９】
図２は、本超音波診断装置によるフレーム形成と並べ替えの具体例を示す図である。本超音波診断装置では、心電波形測定部７０から得られる心臓の心電波形に基づいて、制御部９０が送受信部１２を制御する。送受信部１２は、複数心拍に亘って複数フレームを形成して心臓から受信信号を収集する。図２に示す具体例では、心拍１〜心拍３までの３心拍に亘って、フレームｆ１〜ｆ１５が形成されて受信信号が収集される。
【００３０】
複数心拍に亘って複数フレームを形成するにあたり、制御部９０は、心電波形に基づいて、互いに異なる心拍同士で心拍内におけるフレームの時相をずらすように、送受信部１２を制御する。図２に示す具体例では、心拍１の期間において、心電波形に含まれるＲ波のタイミングから送受信が開始されてフレームｆ１〜ｆ５が順次形成され、心拍２の期間において、Ｒ波のタイミングからシフト時間Ｔだけ遅れた時相から送受信が開始されてフレームｆ６〜ｆ１０が順次形成され、そして、心拍３の期間において、Ｒ波のタイミングからシフト時間Ｔの２倍（２Ｔ）だけ遅れた時相から送受信が開始されてフレームｆ１１〜ｆ１５が順次形成される。
【００３１】
これにより、各心拍ごとに発生するＲ波のタイミングをその心拍内における時相の基準（例えば時相０）とした場合に、心拍１のフレームｆ１〜ｆ５と心拍２のフレームｆ６〜ｆ１０がそれぞれシフト時相Ｔだけずれて形成され、心拍２のフレームｆ６〜ｆ１０と心拍３のフレームｆ１１〜ｆ１５がそれぞれシフト時相Ｔだけずれて形成される。心拍１〜心拍３までの３心拍に亘って、次々に形成されたフレームｆ１〜ｆ１５の受信信号は、断層画像形成部２０と速度情報演算部３０に送られる。
【００３２】
断層画像形成部２０は、フレームｆ１〜ｆ１５までの受信信号に基づいて、各フレームごとに断層画像データを形成し、これにより得られるフレームｆ１〜ｆ１５までの断層画像データがデータ記憶部４０に記憶される。
【００３３】
速度情報演算部３０は、フレームｆ１〜ｆ１５までの受信信号に基づいて、各フレームごとに血流の速度データを算出し、これにより得られるフレームｆ１〜ｆ１５までの速度データがデータ記憶部４０に記憶される。
【００３４】
ドプラ画像形成部５０は、複数心拍に亘って形成された複数フレームを心拍内における時相の順に並べ替えて１つの周期に対応したフレームセットに纏め、そのフレームセットに基づいて心臓を含む診断領域内の速度分布を示したカラードプラ画像を形成する。
【００３５】
図２に示す具体例において、ドプラ画像形成部５０は、Ｒ波のタイミングを心拍内における時相の基準（例えば時相０）とし、データ記憶部４０に記憶されたフレームｆ１〜ｆ１５までのデータ（断層画像データと速度データ）を、Ｒ波のタイミング（例えば時相０）に時間的に近いフレームから順に並べ替える。これにより、図２に示すように、フレームｆ１，ｆ６，ｆ１１，ｆ２，・・・，ｆ５，ｆ１０，ｆ１５の順にフレームのデータ（断層画像データと速度データ）が並べ替えられ、１心拍に対応したフレームセットのデータとして纏められる。
【００３６】
ドプラ画像形成部５０は、１心拍に対応したフレームセットに纏められた複数フレームのデータ（各フレームの断層画像データと速度データ）に基づいて、１心拍分のカラードプラ画像を形成する。図２に示す具体例では、１心拍内において、フレームｆ１，ｆ６，ｆ１１，ｆ２，・・・，ｆ５，ｆ１０，ｆ１５の順に時相を変化させるカラードプラ画像が形成される。これにより、送受信時におけるフレームレートＦｒが、カラードプラ画像の表示時に擬似的に３倍のフレームレート３Ｆｒに高められ、カラードプラ画像の動画の時間分解能が改善され、例えば血流の時間的な変化の連続性が向上する。
【００３７】
図３は、本超音波診断装置における送受信処理の詳細を示すフローチャートである。まず、並べ替えに利用される心拍数Ｎ（Ｎは自然数）が設定される（Ｓ３０１）。心拍数Ｎは、例えば、操作デバイス８０を介してユーザ（検査者）が設定してもよいし、予め本超音波診断装置に設定された値を制御部９０が利用してもよい。なお、図２の具体例では、心拍数Ｎ＝３である。
【００３８】
次に、被検者を安静に保ちつつ心電波形測定部７０から得られる心電波形に基づいて、１心拍の期間Ｒが計測される（Ｓ３０２）。例えば、心電波形に含まれる互いに隣接する２つのＲ波の間隔について、制御部９０がいくつの間隔の平均値を算出して１心拍の期間Ｒとする。
【００３９】
次に、制御部９０は、送受信のフレームレートＦｒと１心拍の期間Ｒから、１心拍ごとに収集するフレーム数Ｆ＝ＩＮＴ（Ｒ×Ｆｒ）を算出する（Ｓ３０３）。つまり、１心拍の期間ＲとフレームレートＦｒの積以下となる最大の整数をフレーム数Ｆとする。なお、図２の具体例では、フレーム数Ｆ＝５である。
【００４０】
さらに、制御部９０は、送受信のフレームレートＦｒと心拍数Ｎから、送受信タイミングのシフト時間Ｔ＝１／（Ｆｒ×Ｎ）を算出し（Ｓ３０４）、変数Ｉを０（ゼロ）に初期化する（Ｓ３０５）。
【００４１】
そして、制御部９０は、心電波形測定部７０から得られる心電波形に含まれるＲ波のタイミングから（Ｔ×Ｉ）時間後に送受信を開始するように送受信部１２を制御し（Ｓ３０６）、フレーム数Ｆだけフレームを形成した後に送受信を休止して次のＲ波のタイミングまで待機するように送受信部１２を制御する（Ｓ３０７）。その後、制御部９０は、変数Ｉを１つだけ増加させ（Ｓ３０８）、変数Ｉが心拍数Ｎよりも小さいか否かを確認する（Ｓ３０９）。
【００４２】
Ｓ３０９において変数Ｉが心拍数Ｎよりも小さければ、Ｓ３０６〜Ｓ３０８の処理が繰り返し実行され、制御部９０は、次々に各心拍に関する送受信制御を行う。Ｓ３０６〜Ｓ３０８の処理が繰り返し実行され、心拍数Ｎに亘って複数フレームが形成されると、Ｓ３０９において変数Ｉが心拍数Ｎ以上となり、制御部９０は、図３に示す送受信処理を終了する。
【００４３】
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】
【００４４】
１０  プローブ、１２  送受信部、２０  断層画像形成部、３０  速度情報演算部、４０  データ記憶部、５０  ドプラ画像形成部、６０  表示部、７０  心電波形測定部、８０  操作デバイス、９０  制御部。
【図１】
2015012950.tif 000003
【図２】
2015012950.tif 000004
【図３】
2015012950.tif 000005