(57)【要約】【課題】簡単な処理によって血流速度の各成分を求めることを目的とする。【解決手段】副ビーム法においては、主ビームとしてのドプラ計測用超音波ビーム４２が走査され、各ドプラ計測用超音波ビーム方向から受信された超音波に基づいて、各ドプラ計測成分が計測される。そして、ドプラ計測用超音波ビーム方向に交差する方向を有する副ビーム５８を形成する超音波が送受信され、ドプラ計測用超音波ビーム４２と副ビーム５８との交点における副ビーム方向成分がドプラ計測される。さらに、その交点を積分開始位置として、各ドプラ計測用超音波ビーム４２に交差する経路に沿って質量保存則に基づく積分演算が実行され、交差経路方向成分が求められる。積分の初期値は積分開始位置ＰＡにおける交差経路方向への成分であり、積分開始位置におけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分に基づき求められる。【選択図】図５
2015198777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する送受信部と、
前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成する主ビームを走査する主ビーム制御部と、
各主ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、各主ビーム方向について血流速度の主ビーム方向成分をドプラ計測する主ドプラ計測部と、
各主ビーム方向に交差する交差経路上における、血流速度の各主ビーム方向成分に基づいて、前記交差経路上の位置について血流速度の交差経路方向成分を求める演算部と、
前記交差経路上の点を通る副ビームを形成する超音波を、前記送受信部に送受信させる副ビーム制御部と、
副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記交差経路における前記副ビームの通過点について血流速度の副ビーム方向成分をドプラ計測する副ドプラ計測部と、を備え、
前記副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームの方向と異なる方向を有し、
前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分を用いて、血流速度の交差経路方向成分を求め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、
前記演算部は、
前記交差経路上における血流速度の各主ビーム方向成分について、それぞれの主ビーム方向への変化量である主ビーム方向変化量を求め、前記交差経路に沿って各主ビーム方向変化量を積分する積分演算を実行し、
前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分に基づいて、前記積分演算の初期条件を求め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、
前記通過点は、前記交差経路の一端の点であり、
前記演算部は、前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記通過点は、前記交差経路の中途点であり、
前記演算部は、
前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より一方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第１積分部と、
前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より他方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部による各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記副ビーム制御部は、
前記交差経路の一端を前記通過点とする第１副ビームと、前記交差経路の他端を前記通過点とする第２副ビームと、を前記副ビームとしてそれぞれ形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、
前記演算部は、
前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部と、
前記他端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成するＢモードビームを走査するＢモード制御部と、
各Ｂモードビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、断層画像データを生成する断層画像生成部と、
時間経過と共に生成される複数の断層画像データに基づいて、前記交差経路の一端における血流速度の交差経路方向成分を求める速度演算部と、を備え、
前記演算部は、前記一端における血流速度の交差経路方向成分、および、前記一端の位置を初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部を備え、
前記通過点は、前記交差経路の他端の点であり、
前記演算部は、
前記他端の位置を前記積分演算の初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記副ビーム制御部は、
前記通過点を通る追加副ビームを形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、
前記副ドプラ計測部は、前記追加副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記通過点について血流速度の追加副ビーム方向成分を求め、
前記追加副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームおよび前記副ビームの各方向と異なる方向を有し、
前記演算部は、血流速度の副ビーム方向成分および追加副ビーム方向成分を用いて、前記通過点における血流速度の交差経路方向成分を求め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、血流速度を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドプラ法によって被検体の血流速度を計測する超音波診断装置が広く用いられている。このような超音波診断装置では、ベクトル量である血流速度を矢印等によって断層画像に重ねて表示することで、血管、心臓等の循環器の診断が行われる。このようなＶＦＭ（vector flow mapping）を実行する超音波診断装置では、血流速度がドプラ法を用いて計測される。ドプラ法では、血流速度の成分のうち、超音波の送受信方向の成分のみが計測されるため、超音波の送受信方向に直交する方向の成分を計測することは困難である。そこで、血流速度の２つの成分を求める技術として、特許文献１および２に記載されている技術が考えられている。
【０００３】
特許文献１には、血流速度の超音波ビーム方向の成分をドプラ法によって計測し、超音波ビームに直交する方向の成分（直交方向成分）を演算によって求める技術が記載されている。図１５には、特許文献１に記載されている速度検出処理が概念的に示されている。この処理は、連続の式から血流速度の直交方向成分Ｖθを求めるものである。初めに各超音波ビーム方向について、血流速度の超音波ビーム方向成分Ｖｒがドプラ法により計測される。そして、超音波ビームに直交する直交経路Ｃにおいて、直交方向成分Ｖθの直交経路方向への変化量がビーム方向成分Ｖｒを用いて求められ、さらに、直交経路Ｃに沿って変化量を積分することで、直交方向成分Ｖθが求められる。積分開始位置Ｐは、心臓、血管等の循環器の壁面Ｗ上の位置であり、積分の初期値は、積分開始位置Ｐの運動速度の直交経路方向成分ＶＷである。
【０００４】
特許文献２には、超音波ビームの走査面をずらした２つの走査条件のそれぞれについて超音波ビームの走査を行い、各走査条件についてドプラ計測された各超音波ビーム方向成分に基づいて、血流速度を求める超音波診断装置が記載されている。この超音波診断装置では、第１の走査条件によって計測される超音波ビーム方向成分と、第２の走査条件によって計測される超音波ビーム方向成分とに基づいて、共通の直交座標における血流速度が求められる。２つの走査条件のそれぞれの走査面はずれているため、第１の走査条件による超音波ビームの方向と、第２の走査条件による超音波ビームの方向は、直交座標における各点において異なる方向を有する。これにより、各超音波ビーム方向成分に基づいてベクトル演算を行い、血流速度の各軸方向成分が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９２６４３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６５９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている超音波診断装置では、直交経路Ｃにおける積分開始位置Ｐは循環器の壁面Ｗ上の位置とされ、積分の初期値は、積分開始位置Ｐの運動速度の直交経路方向成分ＶＷとされる。積分開始位置Ｐは断層画像に基づいて求められ、積分の初期値は時間経過と共に順次取得される複数の断層画像に基づいて求められる。具体的には、時間経過と共に取得される複数の断層画像データ同士のパターンマッチングに基づき、循環器の壁面のパターンのトラッキングを行い、複数の断層画像データに対して得られた各積分開始位置の運動速度を求めることによって積分の初期値が求められる。しかし、循環器の形状や測定状態の良好度等によっては、積分開始位置Ｐが得られず、血流速度の直交方向成分を求めることが困難な場合がある。
【０００７】
引用文献２に記載されている超音波診断装置では、血流速度の各成分が求められる全ての領域において、２つの走査条件による２通りの超音波ビーム走査が行われる。そのため、計測処理の負担が重くなることがある。
【０００８】
本発明は、簡単な処理によって血流速度の各成分を求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
超音波を送受信する送受信部と、前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成する主ビームを走査する主ビーム制御部と、各主ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、各主ビーム方向について血流速度の主ビーム方向成分をドプラ計測する主ドプラ計測部と、各主ビーム方向に交差する交差経路上における、血流速度の各主ビーム方向成分に基づいて、前記交差経路上の位置について血流速度の交差経路方向成分を求める演算部と、前記交差経路上の点を通る副ビームを形成する超音波を、前記送受信部に送受信させる副ビーム制御部と、副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記交差経路における前記副ビームの通過点について血流速度の副ビーム方向成分をドプラ計測する副ドプラ計測部と、を備え、前記副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームの方向と異なる方向を有し、前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分を用いて、血流速度の交差経路方向成分を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、送受信される超音波が形成する主ビームが走査され、各主ビーム方向から受信された超音波に基づいて血流速度の主ビーム方向成分がドプラ計測される。一般に、ドプラ計測においては、超音波ビームに交差する方向の血流速度成分を求めることは困難である。そこで、本発明においては、交差経路上における血流速度の各主ビーム方向成分に基づいて、交差経路上の位置について血流速度の交差経路方向成分が求められる。このようにして求められた主ビーム方向成分および交差経路方向成分を併せたものが血流速度として求められる。血流速度の交差経路方向成分を求める際には、交差経路上の副ビームの通過点における副ビーム方向成分がドプラ計測され、副ビーム方向成分が用いられる。副ビームは交差経路上の１つの通過点で主ビームに交差するものでもよい。
【００１１】
望ましくは、前記演算部は、前記交差経路上における血流速度の各主ビーム方向成分について、それぞれの主ビーム方向への変化量である主ビーム方向変化量を求め、前記交差経路に沿って各主ビーム方向変化量を積分する積分演算を実行し、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分に基づいて、前記積分演算の初期条件を求める。
【００１２】
望ましくは、前記通過点は、前記交差経路の一端の点であり、前記演算部は、前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する。
【００１３】
本発明によれば、交差経路上の主ビーム方向の変化量が、交差経路に沿って積分される。これによって、質量保存則に基づく積分が実行され、血流速度の経路方向成分が求められる。質量保存則に基づく積分は、ある微小領域に流入する血液の流量と、その微小領域から流出する血液の流量が等しいことを示す連続の式に基づく。質量保存則に基づく積分の初期条件は、例えば、時間経過と共に得られた複数の断層画像データにより求められる。しかし、循環器の形状や測定状態の良好度によっては、複数の断層画像データから初期条件を得ることが困難な場合がある。本発明においては、交差経路上の副ビームの通過点における副ビーム方向成分に基づいて、積分演算の初期条件が求められる。これによって、断層画像データを用いなくとも積分演算の初期条件が得られる。
【００１４】
望ましくは、前記通過点は、前記交差経路の中途点であり、前記演算部は、前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より一方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第１積分部と、前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より他方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第２積分部と、前記第１積分部および前記第２積分部による各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、を備える。
【００１５】
望ましくは、前記副ビーム制御部は、前記交差経路の一端を前記通過点とする第１副ビームと、前記交差経路の他端を前記通過点とする第２副ビームと、を前記副ビームとしてそれぞれ形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、前記演算部は、前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部と、前記他端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、を備える。
【００１６】
望ましくは、前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成するＢモードビームを走査するＢモード制御部と、各Ｂモードビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、断層画像データを生成する断層画像生成部と、時間経過と共に生成される複数の断層画像データに基づいて、前記交差経路の一端における血流速度の交差経路方向成分を求める速度演算部と、を備え、前記演算部は、前記一端における血流速度の交差経路方向成分、および、前記一端の位置を初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部を備え、前記通過点は、前記交差経路の他端の点であり、前記演算部は、前記他端の位置を前記積分演算の初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、を備える。
【００１７】
本発明によれば、第１積分部および第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分が求められる。これによって、２つの積分結果が血流速度に反映され、１つの積分結果による場合に比べて、求められる血流速度の信頼度が高まる。
【００１８】
望ましくは、前記副ビーム制御部は、前記通過点を通る追加副ビームを形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、前記副ドプラ計測部は、前記追加副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記通過点について血流速度の追加副ビーム方向成分を求め、前記追加副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームおよび前記副ビームの各方向と異なる方向を有し、前記演算部は、血流速度の副ビーム方向成分および追加副ビーム方向成分を用いて、前記通過点における血流速度の交差経路方向成分を求める。
【００１９】
本発明によれば、血流速度の副ビーム方向成分に加えて、追加副ビーム方向成分を用いて、交差経路上の副ビームの通過点における血流速度の交差経路方向成分が求められる。これによって、複数の副ビームによる計測結果が血流速度に反映され、１つの副ビームによる場合に比べて、求められる血流速度の信頼度が高まる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な処理によって血流速度の各成分を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】超音波診断装置の構成を示す図である。
【図２】断層画像とドプラ計測成分との関係を概念的に示す図である。
【図３】質量保存則に基づく積分における処理を概念的に示す図である。
【図４】不完全領域を示す図である。
【図５】副ビーム法について説明する図である。
【図６】各ベクトルの関係を示す図である。
【図７】両端ビーム法について説明する図である。
【図８】単一副ビーム法について説明する図である。
【図９】副ビーム法のみによって血管内腔の血流速度を求める例を示す図である。
【図１０】副ビーム法と壁面法とを組み合わせて血管内腔の血流速度を求める例を示す図である。
【図１１】各領域において２つのβ軸方向成分が求められる例を示す図である。
【図１２】各領域において２つのβ軸方向成分が求められる例を示す図である。
【図１３】セクタ走査による断層画像およびドプラ計測用超音波ビームを概念的に示す図である。
【図１４】不完全領域近傍の拡大図である。
【図１５】先行技術に係る速度検出処理を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１には、本発明の実施形態に係る超音波診断装置が示されている。超音波診断装置は、被検体に対して送受信される超音波のビームを走査し、受信された超音波に基づいて断層画像を表示すると共に、被検体の循環器内の血流速度を計測して表示する。血流速度は、方向および大きさを有するベクトル量であり、矢印等の図形や、色および輝度の組み合わせ、または２つの成分値によって表示される。
【００２３】
計測において、プローブ１０は被検体の表面に接触した状態とされる。プローブ１０は、複数の超音波振動子を備える。送受信回路１２は、制御部１４による制御に基づいてプローブ１０の各超音波振動子に送信信号を送信する。これによって、プローブ１０からは超音波が送信される。被検体内で反射した超音波がプローブ１０の各超音波振動子で受信されると、各超音波振動子は、電気信号を送受信回路１２に出力する。送受信回路１２は、各超音波振動子から出力された電気信号に対してレベル調整等を行うと共に整相加算を行う。
【００２４】
超音波診断装置は、次のようなＢモード計測によって断層画像を表示する。送受信回路１２は、制御部１４による制御に従い、プローブ１０において送信超音波ビームを形成し、その送信超音波ビームを被検体に対して走査する。また、送受信回路１２は、制御部１４による制御に従い、プローブ１０の各超音波振動子から出力された電気信号を整相加算してＢモード計測用の受信信号を生成し、断層画像データ生成部１６に出力する。これによって、プローブ１０において受信超音波ビームが形成され、その受信超音波ビームに応じた受信信号が、Ｂモード計測用の受信信号として送受信回路１２から断層画像データ生成部１６に出力される。
【００２５】
断層画像データ生成部１６は、各超音波ビーム方向に対して得られた受信信号に基づいて断層画像データを生成し、信号処理部２０に出力する。信号処理部２０は、断層画像データに基づく断層画像を表示部３０に表示する。
【００２６】
超音波診断装置は、次のようなドプラ計測によって血流速度を求め、断層画像に重ねて血流速度を表示部３０に表示する。Ｂモード計測用の超音波の送受信と、ドプラ計測用の超音波の送受信とは時分割で行われ、Ｂモード計測およびドプラ計測は時分割で行われる。
【００２７】
制御部１４は、送受信回路１２を制御して、プローブ１０において形成される送信超音波ビームを走査し、各送信超音波ビーム方向にドプラ計測用の超音波を送信する。ドプラ計測用の超音波ビームを走査する領域は、Ｂモード計測用の超音波ビームを走査する領域内とする。送受信回路１２は、制御部１４による制御に従い、プローブ１０の各超音波振動子から出力された電気信号を整相加算してドプラ計測用の受信信号を生成し、ドプラ計測部１８に出力する。これよって、プローブ１０において受信超音波ビームが形成され、その受信超音波ビームに応じた受信信号が、ドプラ計測用の受信信号として送受信回路１２からドプラ計測部１８に出力される。
【００２８】
ドプラ計測部１８は、各超音波ビーム方向に対して得られた受信信号のドプラシフト周波数を解析し、各超音波ビーム上の各位置における血流速度の超音波ビーム方向成分（以下、ドプラ計測成分とする。）を求める。ドプラ計測部１８は、例えば、受信信号のうち計測位置のビーム方向深さに対応する時間範囲の信号区間と、送信信号との相関演算を行い、超音波ビーム上の各位置におけるドプラシフト周波数を求め、各位置におけるドプラシフト周波数に基づいてドプラ計測成分を求める。ドプラ計測部１８は、ドプラ計測成分を信号処理部２０に出力する。
【００２９】
図２には、断層画像３２とドプラ計測成分４０との関係が概念的に示されている。この例では、プローブ１０によって形成されるドプラ計測用超音波ビーム４２が、ｘ軸正方向に対して角度φだけ傾けられ、ｙ軸方向に超音波ビーム４２がリニア走査されている。断層画像３２には、血管の前壁３４および後壁３６の像が現れている。前壁３４および後壁３６に挟まれた領域は血管内腔３８である。ドプラ計測用超音波ビーム４２は血管の長手方向に対して垂直でない方向とされ、血管の長手方向に沿ってリニア走査される。図２には、ドプラ計測によって求められた各ドプラ計測成分４０が、矢印によって概念的に示されている。
【００３０】
図１のドプラ計測部１８は、ドプラ計測成分を求めるものの、ドプラ計測用超音波ビームに直交する方向の成分を求めることはできない。そこで、信号処理部２０は、以下に説明する質量保存則に基づく積分によって、断層画像データ生成部１６から時間経過と共に順次出力される複数の断層画像データと、各位置におけるドプラ計測成分とに基づいて、血流速度のドプラ計測用超音波ビームに直交する方向の成分を求める。
【００３１】
図３には、質量保存則に基づく積分における処理が概念的に示されている。質量保存則に基づく積分においては、ドプラ計測用超音波ビーム方向にα軸、ドプラ計測用超音波ビームに直交する方向にβ軸が定められる。図３に示される例では、ドプラ計測用超音波ビーム方向がｘ軸方向（縦方向）に対し角度φだけ傾けられている。
【００３２】
血流速度のドプラ計測用超音波ビームに直交する方向の成分（以下、β軸方向成分とする。）Ｖβは、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量（∂Ｖα／∂α）を、β軸方向に積分することで求められる。すなわち、点Ｑにおけるβ軸方向成分Ｖβ（Ｑ）は次の（数１）によって表される。
【００３３】
【数１】
2015198777.tif 000003
【００３４】
（数１）は縦横の長さがそれぞれｄαおよびｄβである微小領域に流入する血液の流量と、その微小領域から流出する血液の流量とが等しいという質量保存の法則から導かれる。すなわち、（数１）は、血流速度の発散（divV→）を０とおいた式をβについて積分することによって得られ、連続の式と称される。積分開始位置Ｐは、前壁面上または後壁面上の位置である。前壁面上の位置を積分開始位置とすることが可能な場合には、前壁面上の点を積分開始位置Ｐとし、後壁面上の位置を積分開始位置とすることが可能な場合には、後壁面上の点を積分開始位置Ｐとすればよい。（数１）の右辺は、偏微分および積分で表されているが、実際の演算は、積分経路上の各位置におけるＶαの差分を加算合計することで行われる。
【００３５】
例えば、図３の点Ｑ１におけるβ軸方向成分Ｖβ（Ｑ１）は、後壁面上の位置Ｐ１を積分開始位置とし、点Ｑ１に至るβ軸正方向の積分経路４６に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量を積分することで求められる。また、点Ｑ２におけるβ軸方向成分Ｖβ（Ｑ２）は、前壁面上の位置Ｐ２を積分開始位置とし、点Ｑ２に至るβ軸負方向の積分経路４８に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量を積分することで求められる。
【００３６】
図１の信号処理部２０がこれらの積分値を求めるに際しては、積分開始位置Ｐにおける運動速度のβ軸方向成分Ｖβ（Ｐ）が積分の初期値として必要である。そこで、信号処理部２０は、断層画像データ生成部１６から時間経過と共に順次出力される複数の断層画像データに基づいて、積分開始位置Ｐの運動速度のβ軸方向成分を積分の初期値として求める。そして、求められた積分の初期値を用いて質量保存則に基づく積分を行い、血管内腔における各位置Ｑにおけるβ軸方向成分Ｖβ（Ｑ）を求める。
【００３７】
信号処理部２０が、質量保存則に基づく積分に基づいて血流速度を求め、断層画像と共に血流速度を表示部３０に図形表示する具体的な処理について説明する。この処理の前提として、制御部１４、送受信回路１２、プローブ１０、および断層画像データ生成部１６は、Ｂモード計測によって断層画像データを生成する処理を繰り返し実行するものとする。これによって、断層画像データ生成部１６は、時間経過と共に複数の断層画像データを信号処理部２０に順次出力する。
【００３８】
信号処理部２０は、断層画像データ生成部１６から順次出力される断層画像データに基づいて、断層画像を動画として表示部３０に表示する。また、信号処理部２０は、１つの断層画像データに基づいて、断層画像を静止画として表示部３０に表示してもよい。
【００３９】
運動検出部２２は、複数の断層画像データが示す各断層画像から血管壁面のパターンを抽出し、複数の断層画像のそれぞれから抽出された血管壁面のパターンに基づいて、血管壁面の運動速度を求める。すなわち、運動検出部２２は、過去に遡った複数画像分の複数の断層画像データに対するパターン認識処理を実行し、各断層画像における血管壁面のパターンを抽出する。運動検出部２２は、血管壁面のパターン上に積分開始位置を設定し、各断層画像に対して設定された積分開始位置に基づいて、積分開始位置の運動速度のβ軸方向成分を積分の初期値として求める。この処理は、例えば、時間を前後して生成された２つの断層画像データ同士のパターンマッチングに基づき、血管壁面のパターンのトラッキングを行い、複数の断層画像データのそれぞれに対して得られた積分開始位置の運動速度を求めることによって行われる。速度演算部２４は、求められた積分の初期値を用いて質量保存則に基づく積分を行い、積分経路上の各位置におけるβ軸方向成分を求める。
【００４０】
運動検出部２２は、前壁面および後壁面のそれぞれに沿って複数の積分開始位置を設定し、速度演算部２４は、各積分開始位置から質量保存則に基づく積分を行う。これによって、血管内腔の各位置におけるβ軸方向成分が求められる。
【００４１】
血管内腔には、前壁面上の点を積分開始位置とする積分に基づいて求められたβ軸方向成分ＶＦ、および、後壁面上の点を積分開始位置とする積分に基づいて求められたβ軸方向成分ＶＢの２つのβ軸方向成分が求められる位置がある。この場合、特許文献１に示されている処理と同様、次の（数２）に従う重み付け加算（重み付け合成）に基づいてβ軸方向成分Ｖβを求めてもよい。
【００４２】
【数２】
2015198777.tif 000004
【００４３】
ここで、ω（β）は重み付け関数である。ω（β）は、例えば、βに関する増加関数であり、後壁面上の積分開始位置で０の値を有し、前壁面上の積分開始位置で１の値を有するものとする。
【００４４】
このような処理によって、血管内腔の各位置に対し、ドプラ計測成分およびβ軸方向成分によって表される血流速度が求められる。
【００４５】
なお、ドプラ計測用超音波ビームが通過しなかった領域については、血流速度は求められない。また、ドプラ計測用超音波ビームが通過した領域であっても、質量保存則に基づく積分の積分開始位置が定まらず、積分経路が通過しなかった領域については、β軸方向成分が求められず、血流速度は求められない。すなわち、図４に示されているように前壁面、積分経路５４および右端のドプラ計測用超音波ビーム４２Ｒによって囲まれる上側の略三角形の領域では血流速度が求められる。同様に、後壁面、積分経路５６、および左端のドプラ計測用超音波ビーム４２Ｌによって囲まれる下側の略三角形の領域でもまた、血流速度が求められる。しかし、積分経路５４、積分経路５６、左端のドプラ計測用超音波ビーム４２Ｌ、および右端のドプラ計測用超音波ビーム４２Ｒによって囲まれる不完全領域５３については、ドプラ計測用超音波ビームが通過するものの、質量保存則に基づく積分の経路が通過しないため、血流速度は求められない。
【００４６】
そこで、超音波診断装置は、次に説明する副ビーム法によって、不完全領域５３における血流速度を求める。副ビーム法は、主ビームとしてのドプラ計測用超音波ビームとは別に、副ビームを形成する超音波を送受信することで、質量保存則に基づく積分の初期条件を得て、不完全領域における血流速度を求めるものである。
【００４７】
図５には、副ビーム法の原理を説明する図が示されている。プローブ１０においては、ドプラ計測用超音波ビーム４２とは別に、方向を揃えて並ぶ複数の副ビーム５８を形成する超音波が送受信される。各副ビーム５８は、ドプラ計測用超音波ビーム４２の方向とは異なる方向を有し、不完全領域５３を通過する。ここでは、ドプラ計測用超音波ビーム４２と副ビームとがなす角度はψであるものとする。また、各副ビーム５８の方向と同一方向の座標軸をｓ軸とし、ｓ軸に直交する方向の座標軸をｔ軸とする。
【００４８】
副ビーム法では、複数の副ビーム５８と、複数のドプラ計測用超音波ビーム４２のうちの１つである積分開始位置ビーム４２Ｓとの各交点に、積分開始位置ＰＡが設定される。また、各副ビーム５８を形成する超音波の送受信に基づいて、各積分開始位置ＰＡにおける副ビーム方向成分がドプラ計測される。さらに、各積分開始位置ＰＡからβ軸正方向に向かう積分経路Ａ＋に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく正方向積分演算（第１積分演算）によって、積分経路Ａ＋上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。また、積分開始位置ＰＡからβ軸負方向に向かう積分経路Ａ−に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく負方向積分演算（第２積分演算）によって、積分経路Ａ−上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。
【００４９】
正方向積分演算および負方向積分演算のそれぞれの初期値は、積分開始位置ＰＡにおけるβ軸方向成分である。このβ軸方向成分は、積分開始位置ＰＡにおけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分に基づいて、次のようにして求められる。
【００５０】
図６の右側には、α軸およびβ軸に対応する単位ベクトルα→およびβ→と、ｓ軸およびｔ軸に対応する単位ベクトルｓ→およびｔ→が示されている。図６の左側には、ドプラ計測用超音波ビームに基づいて計測されるドプラ計測成分Ｖαα→、および、副ビームに基づいて計測される副ビーム方向成分Ｖｓｓ→が示されている。さらに、未知のベクトル成分として、β軸方向成分Ｖββ→、および、副ビーム直交方向成分Ｖｔｔ→が示されている。
各成分Ｖα、Ｖβ、ＶｓおよびＶｔには、次の（数３）に示される関係がある。
【００５１】
【数３】
2015198777.tif 000005
【００５２】
ここで、行列［Ｔ］は、ｓｔ座標系における値をαβ座標系における値に変換する座標変換行列（回転角ψの回転行列）である。ただし、ｓｔ座標系およびαβ座標系の原点は、積分開始位置で共通であるものとしている。座標変換行列［Ｔ］は既知量であり、ドプラ計測成分Ｖαおよび副ビーム方向成分Ｖｓはドプラ計測によって求められる。したがって、（数３）をβ軸方向成分Ｖβについて解くことによって、正方向積分演算および負方向積分演算のそれぞれの初期値としてβ軸方向成分Ｖβが求められる。
【００５３】
これを図６の左側の図に従って説明すると次のようになる。先にドプラ計測成分Ｖαα→および副ビーム方向成分Ｖｓｓ→がドプラ計測によって求められる。そして、ドプラ計測成分Ｖαα→および副ビーム方向成分Ｖｓｓ→を用い、Ｖ→＝Ｖαα→＋Ｖββ→、と、Ｖ→＝Ｖｓｓ→＋Ｖｔｔ→とが等しくなるような、Ｖββ→およびＶｔｔ→を求めることで、初期値としてβ軸方向成分Ｖβが求められる。
【００５４】
このような処理によって、不完全領域内の各点についてβ軸方向成分が求められる。不完全領域内の各点について求められたドプラ計測成分とβ軸方向成分とを併せたものが、各点における血流速度となる。
【００５５】
超音波診断装置が副ビーム法に基づき不完全領域の血流速度を求める処理について、図１に戻って説明する。初めに超音波診断装置は、Ｂモード計測用超音波ビームおよびドプラ計測用超音波ビームを形成する超音波の送受信に基づき、不完全領域外の領域の各位置に対し、上記の処理によって血流速度を求めたものとする。
【００５６】
制御部１４は、ドプラ計測用超音波ビームを形成する処理と同様の処理によって、送受信回路１２を制御して、プローブ１０から送信される超音波による複数の副ビームを形成する。この複数の副ビームは方向を揃えて並ぶものであるため、１つの副ビームをリニア走査することで形成してもよい。また、送受信回路１２は、制御部１４による制御に従って各副ビーム方向に対する受信信号を生成し、ドプラ計測部１８に出力する。ドプラ計測部１８は、各副ビーム方向に対して得られた各受信信号のドプラシフト周波数を解析し、各副ビームと積分開始位置ビームとの交点である積分開始位置における副ビーム方向成分を求める。ドプラ計測部１８は、各積分開始位置における副ビーム方向成分を信号処理部２０に出力する。
【００５７】
副ビーム法演算部２６は、副ビーム法に基づき不完全領域内の各点について血流速度を求める。すなわち、副ビーム法演算部２６は、各積分開始位置におけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分に基づいて、各積分開始位置についてβ軸方向成分を初期値として求める。そして、各積分開始位置について正方向積分演算および負方向積分演算を実行し、不完全領域内の各点についてβ軸方向成分を求める。副ビーム法演算部２６は、不完全領域内の各点について先に求められたドプラ計測成分と、副ビーム法によって各点について求められたβ軸方向成分とを併せたものを、各点における血流速度とする。
【００５８】
表示画像形成部２８は、血管内腔の各位置における血流速度を矢印等の図形で表示する血流速度データを生成し、断層画像に血流速度を示す図形を重ねた画像を表示部３０に表示する。
【００５９】
次に、副ビーム法を応用した両端ビーム法について説明する。この方法は、右端および左端の２つのドプラ計測用超音波ビームを積分開始位置ビームとするものである。図７に示されているように、両端ビーム法では、右端の積分開始位置ビーム６４Ｒに交差する複数の第１副ビーム６０が形成される。複数の第１副ビーム６０は方向を揃えて並ぶ。複数の第１副ビーム６０と右端の積分開始位置ビーム６４Ｒとの各交点には、積分開始位置ＰＢが設定される。また、各第１副ビーム６０を形成する超音波の送受信に基づいて、各積分開始位置ＰＢにおける第１副ビーム方向成分がドプラ計測される。さらに、各積分開始位置ＰＢからβ軸正方向に向かう積分経路Ｂ＋に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく正方向積分演算によって、積分経路Ｂ＋上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。
【００６０】
正方向積分演算の初期値は、積分開始位置ＰＢにおけるβ軸方向成分である。このβ軸方向成分は、積分開始位置ＰＢにおけるドプラ計測成分および第１副ビーム方向成分に基づいて、図６を参照して説明したベクトル演算によって求められる。
【００６１】
両端ビーム法では、さらに、左端の積分開始ビーム６４Ｌに交差する複数の第２副ビーム６２が形成される。複数の第２副ビーム６２は方向を揃えて並ぶ。複数の第２副ビーム６２と左端の積分開始位置ビーム６４Ｌとの各交点には、積分開始位置ＰＣが設定される。また、各第２副ビーム６２を形成する超音波の送受信に基づいて、各積分開始位置ＰＣにおける第２副ビーム方向成分がドプラ計測される。さらに、各積分開始位置ＰＣからβ軸負方向に向かう積分経路Ｃ−に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく負方向積分演算によって、積分経路Ｃ−上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。
【００６２】
負方向積分演算の初期値は、積分開始位置ＰＣにおけるβ軸方向成分である。このβ軸方向成分は、積分開始位置ＰＣにおけるドプラ計測成分および第２副ビーム方向成分に基づいて、図６を参照して説明したベクトル演算によって求められる。
【００６３】
左右の積分開始位置ビームで挟まれる領域内には、正方向積分演算に基づいて求められたβ軸方向成分Ｖβ+と、負方向積分演算に基づいて求められたβ軸方向成分Ｖβ-の２つのβ軸方向成分が求められる位置がある。この場合、特許文献１に示されている処理と同様、次の（数４）に従う重み付け加算に基づいてβ軸方向成分Ｖβを求めてもよい。
【００６４】
【数４】
2015198777.tif 000006
【００６５】
ここで、ω（β）は重み付け関数である。ω（β）は、例えば、βに関する増加関数とし、右端の積分開始位置ビーム６４Ｒ上の積分開始位置ＰＢで０の値を有し、左端の積分開始位置ビーム６４Ｌ上の積分開始位置ＰＣで１の値を有するものとする。
【００６６】
このような処理によって、左右の積分開始位置ビームで挟まれる領域内の各点についてβ軸方向成分が求められる。この領域内の各点について求められたドプラ計測成分とβ軸方向成分とを併せたものが、各点における血流速度となる。
【００６７】
両端ビーム法によれば、血管壁面を質量保存則に基づく積分の積分開始位置としなくてもよい。したがって、断層画像データに基づく血管壁面のパターンのトラッキング等を行うことなく質量保存則に基づく積分の初期条件を求めることができる。
【００６８】
両端ビーム法に基づき超音波診断装置が実行する処理は、図５を参照して説明した副ビーム法と同様である。すなわち、プローブ１０、送受信回路１２、制御部１４、およびドプラ計測部１８が、各第１副ビームおよび各第２副ビームに基づくドプラ計測を行ない、副ビーム法演算部２６が、各積分開始位置ビーム上に設定された各積分開始位置に対し、質量保存測に基づく積分を実行する。
【００６９】
上記では複数の副ビームを用いる実施形態に説明したが、副ビームは１つであってもよい。図８には、１つの副ビーム５８を用いる単一副ビーム法の原理を説明する図が示されている。
【００７０】
単一副ビーム法においては、ドプラ計測用超音波ビーム４２が走査される領域内において、副ビーム５８と複数のドプラ計測用超音波ビーム４２との各交点に積分開始位置ＰＤが設定される。また、副ビーム５８を形成する超音波の送受信に基づいて、副ビーム５８上の各積分開始位置ＰＤについて副ビーム方向成分が計測される。
【００７１】
各積分開始位置ＰＤからは、β軸正方向に向かう積分経路Ｄ＋に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく正方向積分演算によって、積分経路Ｄ＋上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。また、積分開始位置ＰＤからβ軸負方向に向かう積分経路Ｄ−に沿って、ドプラ計測成分Ｖαのα軸方向の変化量が積分される。この質量保存則に基づく負方向積分演算によって、積分経路Ｄ−上の各点におけるβ軸方向成分が求められる。
【００７２】
正方向積分演算および負方向積分演算のそれぞれの初期値は、積分開始位置ＰＤにおけるβ軸方向成分である。β軸方向成分は、積分開始位置ＰＤにおけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分について、ベクトル演算を行うことで求められる。
【００７３】
このような処理によって、血管内腔の各点について血流速度のβ軸方向成分が求められる。血管内腔の各点について求められたドプラ計測成分とβ軸方向成分とを併せたものが、各点における血流速度となる。
【００７４】
このように、各副ビーム法においては、主ビームとしてのドプラ計測用超音波ビームが走査され、各ドプラ計測用超音波ビーム方向から受信された超音波に基づいて、各ドプラ計測成分（主ビーム方向成分）がドプラ計測される。さらに、ドプラ計測用超音波ビーム方向に交差する方向に、質量保存則に基づく積分の経路が設定される。この交差積分経路を通過する副ビームを形成する超音波が送受信され、副ビーム方向から受信された超音波に基づいて、交差積分経路における副ビームの通過点について副ビーム方向成分がドプラ計測される。副ビームは、通過点を通る前記主ビームの方向と異なる方向を有し、通過点は積分開始位置とされる。質量保存則に基づく積分の初期値は、血流速度の交差経路方向への成分であり、通過点におけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分に基づき求められる。
【００７５】
副ビームの数、すなわち、積分経路の数は、必要とされる処理速度に応じて決定してもよい。例えば、より多くの点で血流速度を求める場合には、より多くの副ビームを用い、より高速な処理が要される場合には、副ビームの数を少なくすればよい。
【００７６】
交差積分経路における副ビームの通過点は、交差積分経路の一端、他端、または中途点である。質量保存則に基づく積分は、積分開始位置としての通過点から交差積分経路に沿って行われる。この通過点が交差積分経路の中途点である場合には、中途点から交差積分経路に沿って離れる一方の方向に積分が行われると共に、中途点から交差積分経路に沿って離れる他方の方向に積分が行われる。
【００７７】
本発明に係る超音波診断装置は、上述のように、循環器の壁面を積分開始位置とする壁面法と、積分開始位置ビーム上の点を積分開始位置とする副ビーム法とを実行する。
【００７８】
図５、図７、および図８に例示されたように、本発明に係る超音波診断装置は、壁面法または副ビーム法のいずれかを単独で用いることで、あるいは、これらを組み合わせることで、様々な循環器の形状について、その循環器内の血流速度を求めることができる。ここでは、上記で取り上げられなかったその他の例について説明する。
【００７９】
図９には、副ビーム法のみによって血管内腔における血流速度を求める例が示されている。ドプラ計測用超音波ビーム４２は、血管６５の長手方向に対して垂直でない方向とされ、血管６５の長手方向に沿ってリニア走査される。積分開始位置ビーム４２Ｓを示す直線のうち、血管内腔の部分である線分ＧＨには、方向を揃えて並んだ複数の副ビーム（図示せず）が交差し、線分ＧＨと複数の副ビームとの各交点が積分開始位置として設定される。各積分開始位置からは、β軸正方向に正方向積分演算が実行され、β軸負方向に負方向積分演算が実行される。これによって、点Ｇからβ軸負方向に伸びる仮想直線６６と、点Ｈからβ軸正方向に伸びる仮想直線６８との間に挟まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８０】
左端の積分開始位置ビーム４２ＳＬを示す直線のうち、血管内腔を通る、仮想直線６８よりも左側の部分である線分ＩＪには、副ビーム法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸負方向に負方向積分演算が実行される。これによって、線分ＩＪ、仮想直線６８、および後壁面に囲まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８１】
右端の積分開始位置ビーム４２ＳＲを示す直線のうち、血管内腔を通る、仮想直線６６よりも右側の部分である線分ＫＬには、副ビーム法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸正方向に正方向積分演算が実行される。これによって、線分ＫＬ、仮想直線６６、および前壁面に囲まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８２】
このようにして求められた血管内腔におけるβ軸方向成分と、ドプラ計測用超音波ビーム４２によって求められたドプラ計測成分とを併せて、血管内腔における血流速度が求められる。
【００８３】
なお、ドプラ計測用超音波ビームと血管とが交差する角度、血管内腔の太さ等によっては、副ビーム法のみによって血流速度を求めることができない不完全領域が生じる。この場合には、壁面法を組み合わせることによって、不完全領域における血流速度を求めることができる場合がある。
【００８４】
図１０には、副ビーム法と壁面法とを組み合わせて血管内腔の血流速度を求める例が示されている。積分開始位置ビーム４２Ｓを示す直線のうち、血管内腔の部分である線分ＧＨには、副ビーム法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸正方向に正方向積分演算が実行され、β軸負方向に負方向積分演算が実行される。これによって、点Ｇからβ軸負方向に伸びる仮想直線７０と、点Ｈからβ軸正方向に伸びる仮想直線７２との間に挟まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８５】
左端の積分開始位置ビーム４２ＳＬを示す直線のうち、血管内腔の部分である線分ＭＮには、副ビーム法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸負方向に負方向積分演算が実行される。これによって、点Ｍからβ軸負方向に伸びる仮想直線７４、線分ＭＮ、および後壁面によって囲まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８６】
右端の積分開始位置ビーム４２ＳＲを示す直線のうち、血管内腔の部分である線分ＲＵには、副ビーム法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸正方向に正方向積分演算が実行される。これによって、点Ｕからβ軸正方向に伸びる仮想直線７６、線分ＲＵ、および前壁面によって囲まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８７】
仮想直線７２および仮想直線７４に挟まれる領域については、後壁面に壁面法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸正方向に正方向積分演算が実行される。これによって、仮想直線７２および仮想直線７４に挟まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８８】
仮想直線７０および仮想直線７６に挟まれる領域については、前壁面に壁面法における複数の積分開始位置が設定される。各積分開始位置からは、β軸負方向に負方向積分演算が実行される。これによって、仮想直線７０および仮想直線７６に挟まれる領域におけるβ軸方向成分が求められる。
【００８９】
このようにして求められた血管内腔におけるβ軸方向成分と、ドプラ計測用超音波ビーム４２によって求められたドプラ計測成分とを併せて、血管内腔における血流速度が求められる。
【００９０】
図１１に示される例では、各領域において２つのβ軸方向成分が求められ、２つのβ軸方向成分を、（数２）または（数４）に基づいて重み付け加算して、β軸方向成分が求められる。
【００９１】
点Ｍからβ軸負方向に後壁面まで伸びる仮想直線Ｍｊ、線分ＭＮ、および後壁面に囲まれる領域では、線分ＭＮ上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算と、後壁面上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。線分ＭＮ上における各積分開始位置は、副ビーム法に基づく積分開始位置であり、後壁面上における各積分開始位置は、壁面法に基づく積分開始位置である。
【００９２】
また、点Ｕからβ軸正方向に前壁面まで伸びる仮想直線Ｕｉ、線分ＲＵ、および前壁面に囲まれる領域では、線分ＲＵ上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算と、前壁面上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。線分ＲＵ上における各積分開始位置は、副ビーム法に基づく積分開始位置であり、前壁面上における各積分開始位置は、壁面法に基づく積分開始位置である。
【００９３】
さらに、仮想直線Ｍｊおよび仮想直線Ｕｉに挟まれる領域では、前壁面における複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算と、後壁面上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。各積分開始位置は、壁面法に基づく積分開始位置である。
【００９４】
このようにして求められた血管内腔におけるβ軸方向成分と、ドプラ計測用超音波ビーム４２によって求められたドプラ計測成分とを併せて、血管内腔における血流速度が求められる。
【００９５】
図１２に示される例においても、各領域において２つのβ軸方向成分が求められ、２つのβ軸方向成分を、（数２）または（数４）に基づいて重み付け加算して、β軸方向成分が求められる。
【００９６】
点Ｍからβ軸負方向に線分ＲＵまで伸びる仮想直線Ｍｈ、線分Ｒｈ、および前壁面に囲まれる領域では、線分Ｒｈ上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算と、前壁面上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。線分Ｒｈ上における各積分開始位置は、副ビーム法に基づく積分開始位置であり、前壁面上における各積分開始位置は、壁面法に基づく積分開始位置である。
【００９７】
また、点Ｕからβ軸正方向に線分ＭＮまで伸びる仮想直線Ｕｇ、線分ｇＮ、および後壁面に囲まれる領域では、線分ｇＮ上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算と、後壁面上における複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。線分ｇＮ上における複数の積分開始位置は、副ビーム法に基づく積分開始位置であり、後壁面上における複数の積分開始位置は、壁面法に基づく積分開始位置である。
【００９８】
さらに、仮想直線Ｍｈ、および、仮想直線Ｕｇに挟まれる領域では、線分Ｍｇにおける複数の積分開始位置のそれぞれに対する負方向積分演算と、線分ｈＵにおける複数の積分開始位置のそれぞれに対する正方向積分演算とに基づいて、２つのβ軸方向成分が求められる。各積分開始位置は、副ビーム法に基づく積分開始位置である。
【００９９】
このようにして求められた血管内腔におけるβ軸方向成分と、ドプラ計測用超音波ビーム４２によって求められたドプラ計測成分とを併せて、血管内腔における血流速度が求められる。
【０１００】
上記では、１つの積分開始位置ビームと１つの副ビームとの交点に対し、１つの積分開始位置が設定される実施形態について説明した。このように積分開始位置を設定する他、積分開始位置とされる点で交差する２つ以上の副ビームを用いてもよい。この２つ以上の副ビームの各方向は、ドプラ計測用超音波ビーム（主ビーム）の方向、および血管の長手方向に垂直な方向のいずれとも異なるものとする。例えば、２つの副ビームを用いる場合、第１の副ビームと積分開始位置ビームとの交点に対し積分開始位置を設定する。そして、その積分開始位置におけるドプラ計測成分と、第１の副ビームの方向への血流速度成分に基づいて、質量保存則に基づく積分の第１の仮初期値を求める。さらに、その積分開始位置におけるドプラ計測成分と、追加的な第２の副ビームの方向への血流速度成分に基づいて、質量保存則に基づく積分の第２の仮初期値を求める。質量保存則に基づく積分の初期値は、第１の仮初期値および第２の仮初期値の平均値や、各仮初期値の重要度を考慮した重み付け平均値等により求められる。
【０１０１】
副ビーム、積分開始位置ビーム、および積分経路の角度関係によっては、積分開始位置における初期値の誤差が大きくなることがある。積分開始位置とされる点で交差する２つ以上の副ビームを用いることで、このような誤差が低減され得る。
【０１０２】
次に、超音波ビームをセクタ走査する実施形態について説明する。セクタ走査は、超音波ビームを揺動させて、超音波ビーム方向を変化させる走査方式である。図１３には、セクタ走査による断層画像７８およびドプラ計測用超音波ビーム８０が概念的に示されている。この断層画像７８は、心臓の左心房８４および左心室８２を示している。左心室８２の壁面のうち破線で示された部分は、測定条件が良好でないことによって像が得られなかった部分である。図１３では、ドプラ計測用超音波ビーム８０の方向がｒ軸方向とされ、ドプラ計測用超音波ビーム８０に直交する方向がθ軸方向とされている。
【０１０３】
Ｂモード計測用超音波ビーム（図示せず）は、セクタ走査によって送受信点Ｏを中心に揺動する。そして、Ｂモード計測用超音波ビームの各方向から受信された超音波に基づいて断層画像データが生成される。ドプラ計測用超音波ビーム８０もまた、セクタ走査によって送受信点Ｏを中心に揺動し、ドプラ計測用超音波ビーム８０の各方向から受信された超音波に基づいて、ドプラ計測用超音波ビーム８０上の各位置でのドプラ計測成分Ｖｒ（ｒ軸方向成分）が求められる。超音波ビーム８０上の各位置でのθ軸方向成分Ｖθは、θ軸方向に沿った質量保存則に基づく積分によって求められる。この積分の積分開始位置は、心臓壁面上の複数の位置に設定される。図１３の点Ｐは、複数の積分開始位置のうちの１つを示している。また、積分の初期値は、時間経過と共に順次得られる断層画像データに基づいて、各積分開始位置の運動速度を求めることで得られる。このようにして求められたドプラ計測成分Ｖｒと、θ軸方向成分Ｖθとを併せたものが血流速度とされる。
【０１０４】
なお、左心室８２の壁面のうち測定条件が良好でないことによって像が得られなかった部分に挟まれる不完全領域８６については、送受信点Ｏ’から伸びる複数の副ビーム８８を用いた副ビーム法に基づいて血流速度が求められる。
【０１０５】
超音波診断装置が、超音波ビームのセクタ走査によって血流速度を求める処理について説明する。図１に示される制御部１４は、送受信回路１２を制御して、プローブ１０においてＢモード計測用超音波ビームおよびドプラ計測用超音波ビームを時分割で形成し、各超音波ビームを被検体に対してセクタ走査する。
【０１０６】
断層画像データ生成部１６は、Ｂモード計測用超音波ビームのセクタ走査に応じて送受信回路１２から出力された受信信号に基づいて断層画像データを生成し、信号処理部２０に出力する。ドプラ計測部１８は、ドプラ計測用超音波ビームのセクタ走査に応じて送受信回路１２から出力された受信信号に基づいて、各ドプラ計測用超音波ビーム上の各位置でのドプラ計測成分を求め、信号処理部２０に出力する。
【０１０７】
ドプラ計測用超音波ビーム上の各位置でのθ軸方向成分Ｖθは、質量保存則に基づく積分によって求められる。運動検出部２２は、過去に遡った複数画像分の複数の断層画像データに対するパターン認識処理を実行し、各断層画像上の心臓壁面のパターンを抽出し、心臓壁面のパターン上に複数の積分開始位置を設定する。運動検出部２２は、各断層画像に対して設定された積分開始位置に基づいて、積分開始位置の運動速度のθ軸方向成分を積分の初期値として求める。
【０１０８】
速度演算部２４は、図１３に示されているように、積分開始位置に対してθ軸方向に質量保存則に基づく積分を行い、積分経路９０上の点Ｑにおけるθ軸方向成分Ｖθ（Ｑ）を求める。具体的には、点Ｑにおけるθ軸方向成分Ｖθ（Ｑ）は次の（数５）によって表される。
【０１０９】
【数５】
2015198777.tif 000007
【０１１０】
（数５）は、直交座標系で表された（数１）を極座標系で表したものである。この質量保存則に基づく積分の初期値Ｖθ（Ｐ）は、積分開始位置Ｐの運動速度のθ軸方向成分であり、上述のように、運動検出部２２によって求められる。（数５）の中央の式および右辺は、偏微分および積分で表されているが、実際の演算は、積分経路９０上の各位置における（ｒ・Ｖｒ）の差分を加算合計することで行われる。
【０１１１】
不完全領域８６では、ドプラ計測用超音波ビーム８０が通過するものの、質量保存則に基づく積分の経路が通過しないため、θ軸方向成分が求められない。そこで、超音波診断装置は、以下に説明するように、副ビーム法に基づく処理を実行する。
【０１１２】
図１に示される制御部１４は、送受信回路１２を制御して、プローブ１０から送信される超音波プローブ１０から送信される超音波による複数の副ビームを形成する。送受信回路１２は、制御部１４による制御に従って各副ビーム方向に対する受信信号を生成し、ドプラ計測部１８に出力する。
【０１１３】
ドプラ計測部１８は、各副ビーム方向に対して得られた受信信号のドプラシフト周波数を解析し、不完全領域内における各副ビーム上の所定位置における副ビーム方向成分を求める。ドプラ計測部１８は、各位置における副ビーム方向成分を信号処理部２０に出力する。
【０１１４】
図１３に示されている各副ビーム８８は、ドプラ計測用超音波ビーム８０の方向とは異なる方向を有し、送受信点Ｏとは異なる送受信点Ｏ’点から伸びて不完全領域８６を通過する。各副ビーム８０は、同一の送受信点Ｏ’から伸びるため、送受信点Ｏ’を中心としたセクタ走査によって各副ビームを形成してもよい。副ビーム法演算部においては、次に説明するような副ビーム法に基づく処理が実行される。
【０１１５】
図１４には、不完全領域８６近傍の拡大図が示されている。副ビーム法においては、複数の副ビーム８８と、複数のドプラ計測用超音波ビーム８０のうちの１つである積分開始位置ビーム８０Ｓとの各交点に積分開始位置ＰＦが設定される。そして、各積分開始位置ＰＦについて、ドプラ計測成分および副ビーム方向成分に基づいて、血流速度のθ軸方向成分が初期値として求められる。さらに、各積分開始位置ＰＦについてθ軸正方向に沿った正方向積分演算、および、θ軸負方向に沿った負方向積分演算が実行され、不完全領域８６内の各点について、血流速度のθ軸方向成分が求められる。不完全領域８６内の各点について求められたドプラ計測成分とθ軸方向成分とを併せたものが、各点における血流速度とされる。
【０１１６】
このような処理によって、左心房および左心室の各位置に対し、血流速度が求められる。図１の表示画像形成部２８は、左心房および左心室の各位置における血流速度を矢印等の図形で表示する血流速度データを生成し、断層画像に血流速度を示す図形を重ねた画像を表示部３０に表示する。
【０１１７】
上記では、直交座標系および極座標系について取り上げた。（数１）を座標変換することで、循環器の形状に適した任意の座標系において質量保存則に基づく積分が可能である。この場合、積分開始位置におけるドプラ計測成分および副ビーム方向成分を用いて、その任意の座標系における積分の初期条件が求められる。これによって、循環器の形状に適した形状を有する積分経路に従って、質量保存則に基づく積分を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  プローブ、１２  送受信回路、１４  制御部、１６  断層画像データ生成部、１８  ドプラ計測部、２０  信号処理部、２２  運動検出部、２４  速度演算部、２６  副ビーム法演算部、２８  表示画像形成部、３０  表示部、３２，７８  断層画像、３４  前壁、３６  後壁、３８  血管内腔、４０  ドプラ計測成分、４２，８０  ドプラ計測用超音波ビーム、４２Ｓ，４２ＳＲ，４２ＳＬ，６４Ｒ，６４Ｌ  積分開始位置ビーム、４６，４８，５４，５６，９０，Ａ＋，Ａ−，Ｂ＋，Ｃ−，Ｄ＋，Ｄ−  積分経路、５３，８６  不完全領域、５８，８８  副ビーム、６０  第１副ビーム、６２  第２副ビーム、６６，６８，７０，７２，７６  仮想直線、８２  左心室、８４  左心房、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＦ  積分開始位置。
【図１】
2015198777.tif 000008
【図２】
2015198777.tif 000009
【図３】
2015198777.tif 000010
【図４】
2015198777.tif 000011
【図５】
2015198777.tif 000012
【図６】
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【図７】
2015198777.tif 000014
【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月29日(2015.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する送受信部と、
前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成する主ビームを走査する主ビーム制御部と、
各主ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、各主ビーム方向について血流速度の主ビーム方向成分をドプラ計測する主ドプラ計測部と、
各主ビーム方向に交差する交差経路上における、血流速度の各主ビーム方向成分に基づいて、前記交差経路上の位置について血流速度の交差経路方向成分を求める演算部と、
前記交差経路上の点を通る副ビームを形成する超音波を、前記送受信部に送受信させる副ビーム制御部と、
副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記交差経路における前記副ビームの通過点について血流速度の副ビーム方向成分をドプラ計測する副ドプラ計測部と、を備え、
前記副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームの方向と異なる方向を有し、
前記演算部は、前記交差経路上における血流速度の各主ビーム方向成分について、それぞれの主ビーム方向への変化量を表す主ビーム方向変化量を求め、前記交差経路に沿って各主ビーム方向変化量を積分する積分演算を実行し、その積分演算によって血流速度の交差経路方向成分を求め、
前記積分演算を実行するに際して、前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分に基づく値を、前記積分演算の初期条件と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、
前記通過点は、前記交差経路の一端の点であり、
前記演算部は、前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行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に記載の超音波診断装置において、
前記通過点は、前記交差経路の中途点であり、
前記演算部は、
前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より一方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第１積分部と、
前記中途点の位置を初期条件とし、前記中途点より他方側における前記交差経路に沿って前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部による各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記副ビーム制御部は、
前記交差経路の一端を前記通過点とする第１副ビームと、前記交差経路の他端を前記通過点とする第２副ビームと、を前記副ビームとしてそれぞれ形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、
前記演算部は、
前記一端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部と、
前記他端の位置を前記積分演算の初期条件として、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成するＢモードビームを走査するＢモード制御部と、
各Ｂモードビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、断層画像データを生成する断層画像生成部と、
時間経過と共に生成される複数の断層画像データに基づいて、前記交差経路の一端における血流速度の交差経路方向成分を求める速度演算部と、を備え、
前記演算部は、前記一端における血流速度の交差経路方向成分に基づく値、および、前記一端の位置を初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部を備え、
前記通過点は、前記交差経路の他端の点であり、
前記演算部は、
前記他端の位置を前記積分演算の初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、
前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記副ビーム制御部は、
前記通過点を通る追加副ビームを形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、
前記副ドプラ計測部は、前記追加副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記通過点について血流速度の追加副ビーム方向成分をドプラ計測し、
前記追加副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームおよび前記副ビームの各方向と異なる方向を有し、
前記積分演算を実行するに際して、前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分と、前記通過点における血流速度の追加副ビーム方向成分の交差経路方向成分とに基づく値を、前記積分演算の初期条件とすることを特徴とする超音波診断装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明は、超音波を送受信する送受信部と、前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成する主ビームを走査する主ビーム制御部と、各主ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、各主ビーム方向について血流速度の主ビーム方向成分をドプラ計測する主ドプラ計測部と、各主ビーム方向に交差する交差経路上における、血流速度の各主ビーム方向成分に基づいて、前記交差経路上の位置について血流速度の交差経路方向成分を求める演算部と、前記交差経路上の点を通る副ビームを形成する超音波を、前記送受信部に送受信させる副ビーム制御部と、副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記交差経路における前記副ビームの通過点について血流速度の副ビーム方向成分をドプラ計測する副ドプラ計測部と、を備え、前記副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームの方向と異なる方向を有し、前記演算部は、前記交差経路上における血流速度の各主ビーム方向成分について、それぞれの主ビーム方向への変化量を表す主ビーム方向変化量を求め、前記交差経路に沿って各主ビーム方向変化量を積分する積分演算を実行し、その積分演算によって血流速度の交差経路方向成分を求め、前記積分演算を実行するに際して、前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分に基づく値を、前記積分演算の初期条件とすることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
望ましくは、前記送受信部を制御して、前記送受信部が送受信する超音波が形成するＢモードビームを走査するＢモード制御部と、各Ｂモードビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、断層画像データを生成する断層画像生成部と、時間経過と共に生成される複数の断層画像データに基づいて、前記交差経路の一端における血流速度の交差経路方向成分を求める速度演算部と、を備え、前記演算部は、前記一端における血流速度の交差経路方向成分に基づく値、および、前記一端の位置を初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第１積分部を備え、前記通過点は、前記交差経路の他端の点であり、前記演算部は、前記他端の位置を前記積分演算の初期条件とし、前記交差経路に沿った前記積分演算を実行する第２積分部と、前記第１積分部および前記第２積分部の各演算結果に基づいて、血流速度の交差経路方向成分を求める合成部と、を備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
望ましくは、前記副ビーム制御部は、前記通過点を通る追加副ビームを形成する超音波を前記送受信部に送受信させ、前記副ドプラ計測部は、前記追加副ビーム方向から前記送受信部で受信された超音波に基づいて、前記通過点について血流速度の追加副ビーム方向成分をドプラ計測し、前記追加副ビームは、前記通過点を通る前記主ビームおよび前記副ビームの各方向と異なる方向を有し、前記積分演算を実行するに際して、前記演算部は、前記通過点における血流速度の副ビーム方向成分の交差経路方向成分と、前記通過点における血流速度の追加副ビーム方向成分の交差経路方向成分とに基づく値を、前記積分演算の初期条件とする。