(57)【要約】【課題】被検体組織の拡張収縮運動の速度成分のみを求めることができる超音波診断装置を提供する。【解決手段】並進速度演算部５１０は、被検体組織輪郭の慣性中心の座標の変位から並進運動速度［Ｖ］を算出する。角速度演算部５１２は、被検体組織輪郭の慣性主軸の傾きの変化から被検体組織の回転角速度ωを算出する。回転速度演算部５１４は、角速度ωを用いて被検体組織各点の回転運動の速度成分ｒωを求める。接線速度演算部５１８は、並進運動速度［Ｖ］と各点の回転運動の速度成分ｒωとを用いて各点の接線方向速度成分ｖφを求める。二次元速度ベクトル演算部５２０は、各点の接線方向速度成分ｖφと超音波ビーム方向速度成分ｖk から各点の二次元速度ベクトル［ｖ］を求める。そして、拡張収縮速度演算部５２２は、二次元速度ベクトル［ｖ］と並進運動の速度［Ｖ］とに基づき、各点の拡張収縮運動の速度成分ｖr を算出する。【選択図】図２
2004230200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波ビームを送受波し、超音波エコー信号に基づいて超音波画像を生成して表示する超音波診断装置において、
各フレームごとに超音波画像における被検体組織の輪郭を検出する輪郭検出手段と、
各フレームの前記輪郭の慣性主軸の傾きを求める慣性主軸演算手段と、
前記慣性主軸の傾きのフレーム間の変化から、前記被検体組織の一体的な回転運動の角速度を求める角速度演算手段と、
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記載の超音波診断装置において、
前記超音波エコー信号に基づき前記被検体組織各点の運動速度を求める運動速度演算手段と、
各フレームにおける前記輪郭の慣性中心を求め、フレーム間の前記慣性中心の変位から前記被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める並進速度演算手段と、
前記角速度演算手段によって求められた前記角速度に基づき、前記被検体組織各点の前記一体的回転運動による速度成分を求める回転速度演算手段と、
前記被検体組織各点ごとについて、前記運動速度から前記一体的並進運動の速度と前記一体的回転運動による速度成分とを減算することにより、前記被検体組織各点の拡張収縮運動による速度成分を求める拡張収縮速度演算手段と、
を有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記載の超音波診断装置において、
前記超音波エコー信号に基づき前記被検体組織の各点の超音波ビーム方向速度成分を求めるドプラ速度検出手段と、
各フレームにおける前記輪郭の慣性中心を求め、フレーム間の前記慣性中心の変位から前記被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める並進速度演算手段と、
前記角速度演算手段によって求められた前記角速度に基づき、前記被検体組織各点の前記一体的回転運動による速度成分を求める回転速度演算手段と、
前記一体的並進運動の速度と前記一体的回転運動による前記被検体組織各点の速度成分とに基づき、前記被検体組織各点の慣性中心周りの速度成分を求める接線速度演算手段と、
前記被検体組織各点の超音波ビーム方向速度成分と慣性中心周りの速度成分とに基づいて、前記被検体組織各点の二次元速度ベクトルを求める速度ベクトル演算手段と、
を有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、被検体組織の運動速度を検出し、表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波エコーのドプラシフト周波数に基づいて血流の速度を求め、その分布をカラー表示する超音波ドプラ法が広く普及しているが、近年、この超音波ドプラ法を心筋等の被検体組織の運動速度の検出に利用する研究が進んでいる。このように超音波ドプラ法によって被検体組織の運動速度を求めリアルタイムで二次元表示する手法は、組織ドプライメージングと呼ばれ、心筋梗塞部位の同定や心筋の収縮機能の診断等、心機能の定量的な診断に有効な手法として注目されている。
【０００３】
被検体組織の運動は、被検体組織全体が一体となって動く一体的運動成分と、被検体組織各点同士の相対的な運動成分、すなわち被検体組織の変形による運動成分とに分解できると考えられる。従って、被検体組織の特定の運動機能を評価する場合には、その運動機能に関係する運動成分のみを抽出する必要がある。例えば、心臓の運動には、心臓全体の一体的運動と心筋の拡張収縮運動とが含まれているので、心筋の拡張収縮機能を正しく評価しようとする場合には、超音波ドプラ法によって検出される速度から心臓全体の一体的運動による速度成分を除去し、拡張収縮運動のみによる速度成分を求める必要がある。
【０００４】
そこで、心臓の拡張収縮運動の速度成分を抽出するための装置もしくは方法として、従来、例えば特許文献１や非特許文献１が提案されていた。これらの技術では、まず心筋の拡張収縮の中心となる点を求め、この点の動きから心臓全体の並進運動の速度を求める。そして、この並進運動の速度を超音波ドプラ法で求められる心筋組織の速度から減算することにより心筋組織の拡張収縮運動による速度成分を算出していた。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１４０５９号公報
【非特許文献１】「組織ドプラ法におけるWall Motion Imaging 」,日本超音波医学会論文集,１９９３．１１．ｐｐ６７１〜６７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、被検体組織全体の一体的な運動には、並進運動のほかに回転運動もある。前述の従来技術では、被検体組織の並進運動の影響を取り除くことはできるが、回転運動に関しては全く考慮されていない。従って、それら従来技術によって求められた速度成分は、被検体組織の一体的な回転運動の速度成分を含んでおり、純粋な拡張収縮運動による速度成分を表すものとはならない。よって、従来の装置では心筋の純粋な拡張収縮運動の速度成分を精度よく求めることができないという問題があった。更に言えば、従来は、心筋の一体的な回転運動の速度成分を適切に求めることもできなかった。
【０００７】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、被検体組織全体の一体的な回転運動の角速度を求めることをその目的の一つとする。また本発明の別の側面では、更に超音波ドプラ法によって検出される被検体組織の運動速度から被検体組織の一体的並進運動及び回転運動による速度成分を除去し、純粋な拡張収縮運動の速度成分のみを抽出することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。また、本発明の更に別の側面では、求めた被検体組織全体の一体的な回転運動の速度成分を利用して、被検体組織各部の２次元速度ベクトルを求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するために、本発明の第１の構成は、各フレームごとに超音波画像における被検体組織の輪郭を検出する輪郭検出手段と、各フレームの被検体組織の輪郭の慣性主軸の傾きを求める慣性主軸演算手段と、慣性主軸の傾きのフレーム間の変化から、被検体組織の一体的な回転運動の角速度を求める角速度演算手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第２の構成は、更に、超音波エコー信号に基づき被検体組織各点の運動速度を求める運動速度演算手段と、各フレームにおける被検体組織の輪郭の慣性中心を求め、フレーム間の慣性中心の変位から被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める並進速度演算手段と、角速度演算手段によって求められた角速度に基づき被検体組織各点の一体的回転運動による速度成分を求める回転速度演算手段と、被検体組織各点ごとについて、その運動速度から一体的並進運動の速度と一体的回転運動による速度成分とを減算することにより、被検体組織各点の拡張収縮運動による速度成分を求める拡張収縮速度演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第３の構成は、前記第１の構成に加え、更に超音波エコー信号に基づき被検体組織の各点の超音波ビーム方向速度成分を求めるドプラ速度検出手段と、各フレームにおける被検体組織の輪郭の慣性中心を求め、フレーム間の慣性中心の変位から被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める並進速度演算手段と、角速度演算手段によって求められた角速度に基づき被検体組織各点の一体的回転運動による速度成分を求める回転速度演算手段と、一体的並進運動の速度と一体的回転運動による被検体組織各点の速度成分とに基づき、被検体組織各点の慣性中心周りの速度成分を求める接線速度演算手段と、被検体組織各点の超音波ビーム方向速度成分と慣性中心周りの速度成分とに基づいて被検体組織各点の二次元速度ベクトルを求める速度ベクトル演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、更に被検体組織の各点ごとについて二次元速度ベクトルの慣性中心に対する動径方向の成分から一体的並進運動の速度の前記動径方向の成分を減算することにより、被検体組織各点の拡張収縮運動による速度成分を求める拡張収縮速度演算手段を設けてもよい。
【００１２】
本発明の第１の構成では、まず輪郭検出手段が超音波画像の各フレームごとに被検体組織の輪郭、例えば心臓の場合では心筋部分と血流部分との境界を検出する。次に慣性主軸演算手段が、前記輪郭検出手段で検出された輪郭の慣性主軸の傾きを求める。ここで慣性主軸とは、輪郭図形の慣性中心（重心）を原点とする直交軸のうちで、各軸まわりの輪郭図形の慣性モーメントがそれぞれ最大及び最小となるような直交軸のことである。この慣性主軸は、輪郭図形の方向性を示す軸であるといえる。被検体組織が多少変形したとしても、その変形によっては輪郭図形の方向性はほとんど変わらないと考えられるので、慣性主軸の傾きの変化は被検体組織全体の一体的な回転によるものと考えることができる。従って、慣性主軸の傾きがフレーム間でどれだけ変化したかを角速度演算手段によって検出することにより、被検体組織の一体的回転運動の角速度が求められる。
【００１３】
このように、本発明の第１の構成によれば、被検体組織の一体的回転運動の角速度を求めることができ、この角速度を被検体組織の運動の定量的な評価値として利用することができる。
【００１４】
本発明の第２の構成では、このようにして求められた被検体組織の一体的な回転運動の角速度を利用して、被検体組織の運動から純粋な拡張収縮運動による成分のみを抽出する。
【００１５】
すなわち、被検体組織の運動は、被検体組織の一体的な並進運動、被検体組織の一体的な回転運動、及び被検体組織の拡張収縮運動を重ね合わせたものであると考えられる。従って、被検体組織のある点の速度は、一体的並進運動による速度成分、一体的回転運動による速度成分、及び拡張収縮運動による速度成分の和となる。よって、超音波ドプラ法を用いて求められる被検体組織各点の運動速度から、一体的並進運動による速度成分と、一体的回転運動による速度成分とを差し引くことにより、純粋な拡張収縮運動による速度成分を求めることができる。
【００１６】
よって、本発明の第２の構成では、運動速度演算手段において超音波ドプラ法を利用して被検体組織の各点の運動速度を求めるとともに、並進速度演算手段において輪郭の慣性中心の位置のフレーム間の変位に基づき被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める。また、回転速度演算手段によって、一体的回転運動の角速度から被検体組織各点の一体的回転運動の速度成分を求める。そして、拡張収縮速度演算手段によって、被検体組織各点の運動速度から一体的並進運動及び一体的回転運動による速度成分を差し引くことにより、拡張収縮運動の速度成分を求める。
【００１７】
本発明の第３の構成は、超音波ドプラ法で超音波ビーム方向の速度成分しか求められない場合についての構成である。第３の構成は、輪郭情報から求められる被検体組織各点の一体的並進及び回転運動の速度成分とドプラ法によって求められる超音波ビーム方向の速度成分とから、被検体組織各点の二次元速度ベクトルを算出する。また、第４の構成は、被検体組織各点の二次元速度ベクトルに基づき拡張収縮運動の速度成分を算出する。
【００１８】
すなわち、被検体組織の慣性中心を原点とした極座標系を考えた場合、被検体組織各点の二次元速度ベクトルは、被検体組織の慣性中心周りの接線方向速度成分と、その慣性中心に対する動径方向（拡張収縮方向）の速度成分とに分解できる。ここで、被検体組織の一体的回転運動の速度は接線方向速度成分のみを有し、被検体組織の拡張収縮運動の速度は動径方向速度成分のみを有する。また、被検体組織の一体的並進運動の速度は、それら接線方向及び動径方向の両方向の速度成分を有する。従って、被検体組織の各点の二次元速度ベクトルの接線方向成分は、一体的回転運動による速度成分と、被検体組織の一体的並進運動速度の接線方向成分との和となる。一方、各点の二次元速度ベクトルの動径方向成分は、その点における拡張収縮運動による速度成分と、被検体組織の一体的並進運動の速度の動径方向成分との和となる。
【００１９】
ここで、一体的並進運動及び一体的回転運動の速度は、超音波ドプラ法による超音波ビーム方向速度成分とは独立に、被検体組織の輪郭情報から求めることができる。従って、これら一体的並進運動及び一体的回転運動の速度成分に基づき、被検体組織の各点の二次元速度ベクトルの接線方向成分を求めることができる。この接線方向速度成分を、超音波ドプラ法で求められる超音波ビーム方向の速度成分と組み合わせれば、真の二次元速度ベクトルを求めることができる。
【００２０】
よって、本発明の第３の構成では、ドプラ速度検出手段が、被検体組織各点の超音波ビーム方向速度成分を求め、並進速度演算手段が被検体組織の輪郭の慣性中心位置のフレーム間変位に基づき被検体組織の一体的な並進運動の速度を求める。また、回転速度演算手段が、一体的回転運動の角速度から、被検体組織各点の一体的回転運動による速度成分を求める。そして、接線速度演算手段は、一体的並進運動の速度と一体的回転運動による速度成分とに基づき、被検体組織各点の接線方向速度成分を求める。速度ベクトル演算手段は、このようにして求められた被検体組織各点の接線方向速度成分と超音波ビーム方向速度成分とに基づいて、被検体組織各点の二次元速度ベクトルを算出する。
【００２１】
また、前述したように、被検体組織各点の二次元速度ベクトルの動径方向成分は、拡張収縮運動による速度成分と、一体的並進運動の速度の動径方向成分との和となるので、二次元速度ベクトルの動径方向成分から一体的並進運動の速度の動径方向成分を減算することにより、被検体組織各点の拡張収縮運動の速度を求めることができる。
【００２２】
そこで、拡張収縮速度演算手段を設ければ、被検体組織の各点ごとについて、二次元速度ベクトルの動径方向速度成分から一体的並進運動の速度の動径方向の成分を減算することにより、被検体組織各点の拡張収縮の速度を求めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、被検体組織の輪郭情報に基づき、被検体組織全体の一体的回転運動の角速度を求めることができる。この角速度は、被検体組織の運動の評価値として利用することができる。
【００２４】
また、本発明の別の側面によれば、被検体組織の各点について、ドプラ法を用いて求められる運動速度から、一体的並進運動の速度成分と一体的回転運動に起因する速度成分とを差し引くことにより、様々な運動成分が重畳した被検体組織の速度から、純粋に拡張収縮運動のみによる速度成分を抽出することができる。この拡張収縮運動の速度成分は、心臓の拡張収縮機能の評価などに利用することができる。
【００２５】
また、本発明の更に別の側面によれば、超音波ドプラ法で超音波ビーム方向の速度成分しか求められない場合においても、被検体組織の輪郭情報を利用することにより被検体組織各点の二次元速度ベクトルを求めることができ、更に被検体組織各点の拡張収縮運動による速度成分を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
以下、本発明に係る超音波診断装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施例を示すブロック図である。図１において、走査制御部７０は、タイミング信号発生部７２からのタイミング信号に基づき、送受信部２０を介して探触子１０による超音波の送受波を制御する。このとき走査制御部７０は、超音波の送受波によって得られるエコー情報やドプラ情報を表示する際の指標として、現在送受波中の超音波ビームの方向を示す単位ベクトル［ｅk ］と、その超音波ビーム上の各点の座標（ｘ，ｙ）を順次生成し出力する。なお、以下の説明において、括弧［］で括ったものはベクトル量を示すものとする。また、走査制御部７０によって生成される座標（ｘ，ｙ）は、探触子１０を原点とする所定の直交座標系（以下、探触子座標系と呼ぶ）で表される。
【００２９】
超音波の送受波によって得られたエコー信号は、探触子１０から送受信部２０に入力され、以降２つの経路に分かれて処理される。一方の経路では、被検体のＢモード断層画像を生成するための処理が行われ、他方では、ドプラ断層画像の生成のため処理が行われる。以下、それぞれの信号処理の流れを詳述する。
【００３０】
まず、Ｂモード画像生成のための信号処理から説明する。
【００３１】
送受信部２０から出力されたエコー信号は、まず増幅部２２によって所定レベルまで増幅される。検波部２４は、増幅されたエコー信号を検波して、エコー信号の振幅に応じた輝度信号を生成する。この輝度信号は、Ａ／Ｄ変換部２６でデジタル化された後、ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）６０に入力され、表示部６４の走査形式に適合するように走査変換される。ＤＳＣ６０の出力信号は、Ｄ／Ａ変換部６２でアナログ信号に変換され、表示部６４にてＢモード画像として表示される。
【００３２】
次に、ドプラ画像生成のための信号処理について説明する。
【００３３】
送受信部２０から出力されたエコー信号は、直交検波部２８によって直交検波される。このとき、直交検波部２８は、エコー信号に対してタイミング信号発生部７２から出力された９０度位相の異なる参照信号を掛け合わせて直交検波を行う。直交検波部２８からは、実数部及び虚数部の２つの信号から構成されるドプラ信号が出力される。
【００３４】
直交検波部２８から出力されたドプラ信号はＡ／Ｄ変換部３０でデジタル化された後、ローパスフィルタ３２に入力される。ローパスフィルタ３２は、入力されたデジタル信号から低周波数帯域のドプラ信号のみを抽出する。例えば、被検体を心臓とした場合、心腔内の血流は速度が大きいので、血流部分のドプラ信号は比較的高周波となり、一方心筋等の組織は血流に比べて運動速度が小さいので低周波帯域のドプラ信号を生成する。従って、ローパスフィルタ３２によって、血流部分の高周波数帯域のドプラ信号が除去され、心筋等の組織部分のドプラ信号が抽出される。ローパスフィルタ３２によって抽出された被検体組織のドプラ信号は、自己相関部３４に入力され、公知の相関演算処理により自己相関が求められる。
【００３５】
そして、この自己相関部３４で得られた相関信号に基づき、ドプラ速度演算部３６は、被検体組織各点の超音波ビーム方向の速度（ドプラ速度）ｖk を求める。また、分散演算部３８は、同じく相関信号に基づき、被検体組織の速度分布の状態を示すドプラ信号の分散σ2 を求める。
【００３６】
通常の超音波ドプラ診断装置では、このようにして得られたドプラ速度と分散が表示されるが、本実施例の装置では、これに加え、更に被検体（例えば、心筋）組織各点の二次元速度ベクトルや拡張収縮運動による速度成分を求めるための処理を行う。
【００３７】
被検体組織の拡張収縮運動による速度成分を求めるためには、前述したように、被検体組織全体の一体的な並進、回転運動の速度成分を求め、これらの成分を除去する必要がある。そこで、本実施例では、Ｂモード情報を用いて被検体組織の一体的並進運動及び一体的回転運動の速度成分を求める。
【００３８】
本実施例では、各フレームごとに被検体組織の輪郭の慣性中心を求め、フレーム間の慣性中心の変位に基づいて、被検体組織の一体的並進運動の速度を求める。また、各フレームごとに被検体組織の輪郭の慣性主軸の傾きを求め、フレーム間の傾きの変化に基づいて一体的回転運動の角速度を求める。
【００３９】
まず、慣性中心演算部４０が、Ａ／Ｄ変換部２６から出力された輝度信号に基づいて被検体組織の輪郭を検出し、その輪郭の慣性中心の座標を求める。
【００４０】
すなわち、慣性中心演算部４０は、Ａ／Ｄ変換部２６から与えられる１フレーム分のエコー信号データに基づいて被検体組織の輪郭を検出する。例えば、心臓の場合、心筋組織と血流部分とではエコー信号の強度（振幅）に大きな差があるので、エコーレベルのしきい値によってこれらを弁別することにより心筋組織と血流との境界、すなわち心筋組織の輪郭を求めることができる。
【００４１】
この輪郭の検出は、超音波ビームごと（すなわち走査線ごと）に行う。従って、図３に示すように探触子１０からセクタ走査される各超音波ビーム１００ごとに、その超音波ビームに沿った方向にエコー信号データを見ていき、エコーレベルがしきい値を超えるエッジの部分を輪郭点（すなわち血流領域１１０と被検体組織１２０との境界点）Ｐ1 、…Ｐi 、Ｐi+1 …、ＰN （Ｎは求められた輪郭点の総数）として検出し、その座標Ｐi （ｘi ，ｙi ）を求める。ここで、各輪郭点Ｐi の座標は、探触子座標系で表現される。血流領域の輪郭１１５は、このようにして得られた輪郭点によって代表される。例えば、１フレーム分の走査における超音波ビームの数が６４本であれば、１００点程度の輪郭点Ｐi の座標が得られる。
【００４２】
このようにして得られた輪郭点座標データに基づき、慣性中心演算部４０は、次式（１）に従って輪郭点の慣性中心Ｇの座標（ｘg ，ｙg ）を算出する。なお、この慣性中心Ｇの座標（ｘg ，ｙg ）は、探触子座標系で示されている。
【数１】
2004230200.tif 000003
【００４３】
求められた慣性中心Ｇの座標（ｘg ，ｙg ）は、各輪郭点の座標（ｘi ，ｙi ）とともに慣性主軸演算部４２に入力される。なお、慣性中心Ｇの座標（ｘg ，ｙg ）は、被検体組織の並進運動速度を求めるために速度演算処理部５０にも入力される。
【００４４】
次に、慣性主軸演算部４２は、各輪郭点の座標及び慣性中心Ｇの座標に基づき、当該フレームの画像における輪郭の慣性主軸の傾きφを求める。このために、まず慣性主軸演算部４２は、次式（２）に従って、各輪郭点の座標を、慣性中心Ｇ（ｘg ，ｙg ）を原点とする座標系（以下、慣性中心座標系と呼ぶ）に座標変換する。
【数２】
2004230200.tif 000004
【００４５】
なお、この慣性中心座標系（ＸＹ座標系）は、探触子座標系（ｘｙ座標系）と平行な座標系である。
【００４６】
このようにして座標変換が終わると、更に慣性主軸演算部４２は、慣性中心座標系の各軸回り（すなわちＸ軸回り及びＹ軸回り）の慣性モーメントＭX 及びＭY と、慣性乗積ＭXYとを以下の式（３）、（４）及び（５）に従って求める。
【数３】
2004230200.tif 000005
【数４】
2004230200.tif 000006
【数５】
2004230200.tif 000007
【００４７】
そして、慣性主軸演算部４２は、ＭX 、ＭY 及びＭXYを用いて次式（６）に従って慣性主軸の傾きφを求める。
【数６】
2004230200.tif 000008
【００４８】
このようにして求められた慣性主軸の傾きφは、速度演算処理部５０に入力される。
【００４９】
速度演算処理部５０は、このようにして求められた慣性中心座標及び慣性主軸の傾きと、ドプラ速度演算部３６で求められたドプラ速度ｖk とから、被検体組織各点の拡張収縮運動の速度成分を求める。図２は速度演算処理部５０の内部構成を示したブロック図であり、以下、この図を参照して速度演算処理部５０における演算処理過程を説明する。
【００５０】
まず、被検体組織全体の一体的並進運動速度［Ｖ］（ベクトル量）を求める過程から説明する。
【００５１】
慣性中心演算部４０で求められた慣性中心Ｇm の座標（ｘg(m)，ｙg(m)）は、速度演算処理部５０の並進速度演算部５１０及びメモリ５０２に入力される。ここで、Ｇm は、超音波画像の第ｍフレームにおける被検体組織輪郭の慣性中心を示し、座標（ｘg(m)，ｙg(m)）は、その慣性中心Ｇm の座標である。なお、この座標は探触子座標系で示されている。メモリ５０２は、入力された慣性中心の座標データを１フレームの間保持する。並進速度演算部５１０は、入力された第ｍフレームの慣性中心Ｇm の座標（ｘg(m)，ｙg(m)）と、メモリ５０２に保持されている１つ前のフレームの慣性中心Ｇm-1 の座標（ｘg(m-1)，ｙg(m-1)）とを用いて、式（７）に従って並進運動速度［Ｖ］を求める。
【数７】
2004230200.tif 000009
【００５２】
なお、ここでΔｔは、連続するフレーム間の時間間隔である。
【００５３】
このようにして求められた一体的並進運動速度［Ｖ］は、拡張収縮速度演算部５２２及び接線速度演算部５１８に入力される。
【００５４】
次に、被検体組織の一体的な回転の角速度ωを求める過程を説明する。慣性主軸演算部４２で求められた慣性主軸の傾きφm は、速度演算処理部５０内の角速度演算部５１２及びメモリ５０４に入力される。ここで、傾きφm は、第ｍフレームにおける被検体組織輪郭の慣性主軸の傾きを示している。メモリ５０４は、入力された傾きφm を１フレームの間保持する。そして、角速度演算部５１２は、入力された第ｍフレームの慣性主軸の傾きφm と、メモリ５０４に保持されている１つ前のフレームの慣性主軸の傾きφm-1 とを用いて、次式（８）に従って被検体組織の一体的な回転の角速度ωを求める。
【数８】
2004230200.tif 000010
【００５５】
このようにして求められた被検体組織の一体的な回転の角速度ωは、被検体組織の運動状態に関する特徴量として用いることができる。例えば、この角速度ωの変化の様子を超音波診断装置のディスプレイ上に表示することにより被検体組織の回転状態を知ることができる。また、慣性主軸の傾きφ自体をディスプレイ上に表示することにより、診断に役立てることもできる。
【００５６】
このようにして被検体組織の一体的並進運動の速度［Ｖ］及び一体的回転運動の角速度ωが求められると、次に、この一体的並進運動の速度［Ｖ］及び一体的回転運動の角速度ωを用いて、被検体組織各点の二次元速度ベクトル及び拡張収縮運動の速度を求める。以下、この方法の原理について説明する。
【００５７】
図４は、探触子座標系（ｘｙ座標系）と慣性中心座標系（ＸＹ座標系）の関係を示す図である。被検体組織内の任意の点Ｐの慣性中心座標系における位置ベクトルを［ｒ］、同じ点Ｐの探触子座標系での位置ベクトルを［ｘ］、慣性中心Ｇの探触子座標系での位置ベクトルを［Ｒ］とすると、図４に示すように、これらベクトルは、次の関係式を満たす。
【数９】
2004230200.tif 000011
【００５８】
この場合において、点Ｐの微小変位ｄ［ｘ］について考えると、この微小変位ｄ［ｘ］は、慣性中心の微小変位ｄ［Ｒ］と、慣性中心周りの微小角の回転によって生じる微小変位ｄ［φ］×［ｒ］と、慣性中心Ｇと点Ｐとを結ぶ動径方向の微小変位ｄ［ｒ］とを足し合わせたものである。
【数１０】
2004230200.tif 000012
【００５９】
この（１０）式において、ベクトルｄ［φ］は、微小回転、すなわち慣性主軸の傾きφの微小変化を示すベクトルである。図５は、ベクトルｄ［φ］、［ｒ］、ｄ［φ］×［ｒ］の関係を慣性中心座標系（ただし、回転のベクトルを導入するために三次元に拡張した）で表したものであり、この図に示されるように、微小回転を示すベクトルｄ［φ］はＺ軸方向のベクトルである。そして、回転による点Ｐの微小変位ｄ［φ］×［ｒ］は、ｄ［φ］と［ｒ］とのベクトル積であるから、ｄ［φ］と［ｒ］の両方に垂直なベクトルである。従って、図５に示すように、ｄ［φ］×［ｒ］は、ＸＹ平面内において、点Ｐにおける接線方向のベクトルとなる。
【００６０】
ここで、これら微小変位が生じた微小時間をｄｔとすると、（１０）式から次の関係式が導かれる。
【数１１】
2004230200.tif 000013
【００６１】
この（１１）式において、ｄ［Ｒ］／ｄｔは、慣性中心Ｇの速度を示すベクトルであり、これは前述の一体的並進運動の速度［Ｖ］と等しい。また、ｄ［φ］／ｄｔは、慣性主軸の傾きφの単位時間当たりの変化を示し、これは被検体組織の一体的回転運動の角速度［ω］に等しい。なお、角速度ベクトル［ω］は、前述の（８）式で求められる角速度ωの大きさを有し、その方向はｄ［φ］の方向と等しい。
【００６２】
ここで、ｄ［ｘ］／ｄｔは点Ｐの二次元速度ベクトルであり、これを［ｖ］と表す。また、点Ｐにおける拡張収縮運動の速度の大きさをｖr とし、動径方向の単位ベクトルを［ｅr ］（図５参照）とすると、ｄ［ｒ］／ｄｔ＝ｖr ［ｅr ］となる。従って、これらの関係を用いれば、前記（１１）式は次式のごとく表現できる。
【数１２】
2004230200.tif 000014
【００６３】
この式における［Ｖ］は、並進速度演算部５１０で求められる。
【００６４】
また、点Ｐにおける接線方向の単位ベクトルを［ｅφ］（図５参照）とすると、
【数１３】
2004230200.tif 000015
となる。（１３）式において、ｒはベクトル［ｒ］の大きさであり、この値は慣性中心Ｇの座標と点Ｐの座標から求めることができる。また、ωは、角速度演算部５１２で求められ、［ｅφ］は慣性中心Ｇの座標と点Ｐの座標が分かれば求めることができる。従って、（１２）式において、［Ｖ］及び［ω］×［ｒ］は被検体組織の輪郭についての幾何学的情報から求めることができる。
【００６５】
ここで、点Ｐの速度［ｖ］の接線方向成分ｖφは、ｖφ＝［ｖ］・［ｅφ］の関係を満たすが、これは（１２）式及び（１３）式の関係を用いれば、次式のように簡略化できる。
【数１４】
2004230200.tif 000016
【００６６】
（１４）式の右辺の［Ｖ］、［ｅφ］、ｒ及びωは前述のごとく求めることができるので、これらから点Ｐの速度の接線方向成分ｖφを求めることができる。
【００６７】
また、前記（１２）式を変形すると、
【数１５】
2004230200.tif 000017
となる。この（１５）式の両辺のベクトルについて、それぞれ［ｅr ］との内積をとれば、
【数１６】
2004230200.tif 000018
となる。ここで、［ｅr ］は、慣性中心Ｇの座標と点Ｐの座標が分かれば求めることができるので、（１６）式の右辺においては［ｖ］のみが未知のベクトルとなる。
【００６８】
そこで、本実施例では、（１４）式から求められる点Ｐの速度の接線方向成分ｖφと、ドプラ法によって求められる点Ｐの超音波ビーム方向速度成分ｖk とを用いて、この点Ｐの二次元速度ベクトル［ｖ］を算出する。
【００６９】
すなわち、二次元速度ベクトル［ｖ］と超音波ビーム方向速度成分ｖk との間には次の関係式が成り立つ。
【数１７】
2004230200.tif 000019
【００７０】
なお、［ｅk ］は、超音波ビーム方向を示す単位ベクトルであり、探触子に向かう方向のベクトルである。また、θは、［ｅk ］と［ｖ］とのなす角度である。
【００７１】
図６には、被検体組織内の点Ｐの速度ベクトル［ｖ］と各速度成分との関係が図示されている。角度γは、点Ｐにおける接線方向と超音波ビーム方向とのなす角度である。図６から分かるように、二次元速度ベクトル［ｖ］の接線方向成分ｖφは次式を満たす。
【数１８】
2004230200.tif 000020
【００７２】
（１７）式を用いて（１８）式からｖを消去し、θについて解くと、
【数１９】
2004230200.tif 000021
となる。この式の右辺において、ｖk はドプラ法で検出でき、ｖφは（１４）式から算出でき、γは超音波ビームの方向と慣性中心Ｇ及び点Ｐの座標から一意的に決まるので、この式によってcos θを求めることができる。
【００７３】
そして、求められたcos θを用いれば、（１７）式によって速度ベクトル［ｖ］の絶対値ｖが算出できる。このようにして、ｖとcos θが求まれば、超音波ビーム方向との関係から、点Ｐの速度ベクトル［ｖ］が特定される。
【００７４】
このように、本実施例では、ドプラ速度と、被検体組織の輪郭情報から求めた一体的並進運動及び回転運動の速度成分とから、被検体組織内の点Ｐの速度ベクトル［ｖ］を求めることができる。
【００７５】
そして、求められた速度ベクトル［ｖ］を（１６）式に用いることにより、点Ｐの拡張収縮運動による速度成分ｖr が求められる。
【００７６】
以上が、速度演算処理部５０にて、被検体組織内の点の速度ベクトル［ｖ］と、その点の拡張収縮運動の速度成分ｖr を求めるための原理である。
【００７７】
このような原理に従い、図２に示す速度演算処理部５０は、被検体組織各点の二次元速度ベクトル［ｖ］及び拡張収縮運動の速度成分ｖr を求める。
【００７８】
この演算に必要な被検体組織の一体的並進運動の速度［Ｖ］及び一体的回転運動の角速度ωは、既に説明したように、被検体組織の輪郭情報と用いてそれぞれ並進速度演算部５１０及び角速度演算部５１２によって求められる。
【００７９】
そして、回転速度演算部５１４は、角速度演算部５１２で求められた角速度ωを用いて、一体的回転運動に起因する慣性中心周りの回転運動の速度成分を求める。
【００８０】
すなわち、回転速度演算部５１２には、動径演算部５０６より、慣性中心Ｇm から被検体組織各点までの動径の長さｒが与えられる。この動径の長さｒは、慣性中心演算部４０によって求められた慣性中心Ｇm の座標（ｘg(m)，ｙg(m)）と、走査制御部７０から出力される被検体組織各点の座標（ｘ，ｙ）とに基づき、動径演算部５０６によって算出される。従って、回転速度演算部５１４は、被検体組織各点それぞれについて、動径の長さｒと角速度ωとを乗算することにより、順次各点の慣性中心周りの回転運動の速度ｒωを算出する。求められた各点の回転運動の速度ｒωは、接線速度演算部５１８に入力される。
【００８１】
接線速度演算部５１８は、このようにして求められた被検体組織各点の回転運動の速度ｒωと、並進速度演算部５１０で求められた並進運動速度［Ｖ］と、単位ベクトル発生部５０８から与えられる被検体組織各点についての接線方向単位ベクトル［ｅφ］とを用いて、被検体組織各点の速度の接線方向成分ｖφを求める。このうち、被検体組織各点における接線方向単位ベクトル［ｅφ］は、慣性中心演算部４０で求められた慣性中心Ｇm の座標（ｘg(m)，ｙg(m)）と、走査制御部７０で求められた被検体組織各点の座標（ｘ，ｙ）とに基づいて、単位ベクトル発生部５０８によって求められる。従って、接線速度演算部５１８は、これら［Ｖ］、ｒω、［ｅφ］を前記（１４）式に代入することにより、被検体組織各点の速度の接線方向成分ｖφを求める。求められた接線方向速度成分ｖφは、二次元速度ベクトル演算部５２０に入力される。
【００８２】
二次元速度ベクトル演算部５２０は、このようにして求められた被検体組織各点の接線方向速度成分ｖφに基づき、被検体組織各点の二次元速度ベクトル［ｖ］を求める。
【００８３】
すなわち、二次元速度ベクトル演算部５２０には、被検体組織各点について、接線方向速度成分ｖφと、ドプラ速度演算部３６で求められたドプラ速度ｖk と、三角関数発生部５１６で求められるsin γ及びcos γとが入力される。ここで角度γは、点Ｐについての接線方向と超音波ビーム方向とのなす角度である。三角関数発生部５１６は、単位ベクトル発生部５０８から入力される接線方向単位ベクトル［ｅφ］と走査制御部７０から入力される超音波ビーム方向単位ベクトル［ｅk ］との内積演算によりcos γを求め、更にこのcos γを用いてsin γを求める。従って、二次元速度ベクトル演算部５２０は、このようにして求められたsin γ及びcos γと、既に求められている接線方向速度成分ｖφ及びドプラ速度ｖk とを用いて、前記（１９）式によってcos θを算出する。この角度θは、超音波ビーム方向と二次元速度ベクトル［ｖ］とのなす角であり、cos θを算出することにより二次元速度ベクトル［ｖ］の方向が定められる。また、二次元速度ベクトル演算部５２０は、求められたcos θとドプラ速度ｖk とを用い、前記（１７）式に基づいて二次元速度ベクトル［ｖ］の絶対値ｖを算出する。このようにして求められたcos θ及びｖにより、被検体組織各点の二次元速度ベクトル［ｖ］が特定される。
【００８４】
このようにして求められた被検体組織各点についての二次元速度ベクトル［ｖ］は、マルチプレクサ５２４に入力される。
【００８５】
また、被検体組織各点についての二次元速度ベクトル［ｖ］のデータは、拡張収縮速度演算部５２２に入力され、被検体組織各点の拡張収縮運動による速度成分ｖr の算出のために用いられる。
【００８６】
すなわち、拡張収縮速度演算部５２２は、被検体組織各点についての二次元速度ベクトル［ｖ］データに加え、被検体組織の一体的並進運動の速度［Ｖ］と被検体組織各点についての動径方向単位ベクトル［ｅr ］とを用いて、（１６）式に基づき拡張収縮運動による速度成分ｖr を算出する。なお、動径方向単位ベクトル［ｅr ］は、慣性中心Ｇm の座標（ｘg(m)，ｙg(m)）と、被検体組織各点の座標（ｘ，ｙ）とに基づいて、単位ベクトル発生部５０８によって求められる。
【００８７】
このようにして求められた被検体組織各点の拡張収縮運動の速度成分ｖr は、マルチプレクサ５２４に入力される。
【００８８】
マルチプレクサ５２４は、図示しない表示切換制御部からの制御信号に応じて、二次元速度ベクトル［ｖ］及び拡張収縮運動の速度成分ｖr のいずれか一方、あるいは両方のデータをＤＳＣ６０に出力する。
【００８９】
そして、ＤＳＣ６０は、このようにして求められた二次元速度ベクトル［ｖ］及び拡張収縮運動の速度成分ｖr を、Ｂモード情報や分散（σ2 ）情報に重畳して表示画像を形成する。このようにして形成された表示画像は、Ｄ／Ａ変換部６２でアナログ信号に変換され、表示部６４にて表示される。なお、表示においては、例えば二次元速度ベクトル［ｖ］は矢印として表現する。また、拡張収縮運動の速度成分ｖr は、ドプラ画像と同様、拡張又は収縮の方向を異なった色で表し、速度成分の大きさを輝度で表す。このとき、慣性中心演算部４０で求められる慣性中心Ｇの座標も同時に表示する構成としてもよい。もちろん、各情報の表現形式はこれに限らない。
【００９０】
このように、本実施例によれば、超音波ドプラ法によって求められる超音波ビーム方向速度成分と、被検体組織の輪郭情報から求められる一体的並進運動及び回転運動の速度成分とに基づき、被検体組織各点の二次元速度ベクトル及び被検体組織各点の拡張収縮運動の速度成分を求めて表示することができる。拡張収縮運動の速度成分ｖr は、例えば心臓の診断において、拡張収縮機能を正確に評価するのに有用である。本実施例は、心臓のほか、動脈などの診断にも用いることができる。
【００９１】
なお、本実施例では、被検体組織の一体的な並進及び回転運動の速度成分を求めるのにＢモード情報を用いたが、これに限らず、ドプラ情報から被検体組織の輪郭を求め、この輪郭から一体的な並進及び回転運動の速度成分を求める構成としてもよい。この場合、被検体組織と血流部分とは、ドプラ信号のパワー、又はドプラ速度の大小によって判別することができる。
【００９２】
また、本実施例では、ドプラ情報からは超音波ビーム方向の速度成分しか求めないので、被検体組織の輪郭情報を用いて二次元速度ベクトルを算出した上で拡張収縮運動の速度成分を求めたが、例えば２ビーム法などを用いてドプラ情報から二次元速度ベクトルを求めることができる場合には、前記（１５）式から直接的に拡張収縮運動の速度成分を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図２】速度演算処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】被検体組織と輪郭点との関係を示す図である。
【図４】探触子座標系と慣性中心座標系の関係を示す図である。
【図５】諸ベクトルの関係を示す図である。
【図６】被検体組織内の点Ｐの二次元速度ベクトル［ｖ］と各速度成分との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  探触子、２０  送受信部、２２  増幅部、２４  検波部、２６，３０  Ａ／Ｄ変換部、２８  直交検波部、３２  ローパスフィルタ、３４  自己相関部、３６  ドプラ速度演算部、３８  分散演算部、４０  慣性中心演算部、４２  慣性主軸演算部、５０  速度演算処理部、６０  ＤＳＣ（ディジタルスキャンコンバータ）、６２  Ｄ／Ａ変換部、６４  表示部、５０２，５０４  メモリ、５０６  動径演算部、５０８  単位ベクトル発生部、５１０  並進速度演算部、５１２  角速度演算部、５１４  回転速度演算部、５１６  三角関数発生部、５１８  接線速度演算部、５２０  二次元速度ベクトル演算部、５２２  拡張収縮速度演算部、５２４  マルチプレクサ。
【図１】
2004230200.tif 000022
【図２】
2004230200.tif 000023
【図３】
2004230200.tif 000024
【図４】
2004230200.tif 000025
【図５】
2004230200.tif 000026
【図６】
2004230200.tif 000027