(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波によって超音波画像を形成する超音波診断装置において、
前記超音波画像の各フレームについて、心臓の左室内腔の面積を演算する面積演算手段と、
前記左室内腔の面積から当該左室内腔の体積を演算する体積演算手段と、
前記超音波の送受波に基づく体積演算と同時進行で、前記心臓の左室の圧力又はそれに相当する圧力を計測する圧力計測手段と、
心電信号を生成する心電計と、
前記超音波の送受波により演算された体積と、前記圧力計測手段によって計測された圧力と、に基づいて、前記心電信号が表す心拍周期に同期させて、体積軸と圧力軸とを有する座標系上に、前記左室内腔に関する各時刻の体積及び圧力の関係をプロットして機能評価グラフを作成するグラフ作成手段と、
前記機能評価グラフ上に描かれるループの面積から左室の仕事量に相当する所定の評価指標を演算する手段と、
前記超音波画像、前記機能評価グラフ及び前記所定の評価指標をリアルタイムで同時表示する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記圧力計測手段は、血管内に挿入されるカテーテルとそれに設けられた圧力検出器とを含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
各フレームごとの前記機能評価グラフが多重表示されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記機能評価グラフにおいては一回のループ形成ごとにループがリセットされることを特徴とする超音波診断装置。
【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、特に心機能の評価に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
心臓（例えば左室）の収縮・弛緩に伴って、左室の圧力が周期的に変化する。つまり、その圧力は収縮期に上昇し、拡張期に低下する。一方、左室の体積（容積）も周期的に変化し、収縮期に減少し、拡張期に増加する。ここで、左室の圧力と体積はそれぞれ独立に変化するのではなく、相互に関連しながら変化する。
【０００３】
従来、左室内腔の体積を演算する機能を搭載した超音波診断装置が実用化されている。一方、左室の圧力及びそれに相関する圧力は、例えば、心臓内あるいは所定の血管内へ圧力検出機能をもったカテーテルを挿入することにより計測可能である。
【０００４】
そこで、従来においては、超音波診断装置に表示された体積値と、それとは別に計測された圧力を座標系上に手作業でプロットし、これにより圧力−体積の関係を示す心機能評価グラフを作成していた。この手法では、圧力と体積とを同時に計測することはできず、それ故グラフの信頼性に問題があり、また、多くの手作業を要することから煩雑であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、信頼性ある運動臓器の機能評価を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波の送受波によって超音波画像を形成する超音波診断装置において、前記超音波画像に含まれる運動臓器の内腔について体積を演算する体積演算手段と、前記運動臓器に関して圧力を計測する圧力計測手段と、体積軸と圧力軸とを有する座標系上に各時刻の体積及び圧力の関係をプロットして機能評価グラフを作成するグラフ作成手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、超音波診断を利用して運動臓器（特に左室）の内腔の体積を計測し、一方、圧力センサ付きカテーテルや体表に装着される圧力計などの圧力計測手段によって運動臓器の圧力あるいはそれに相関する圧力が計測され、それらの２つの計測値が相関付けられて機能評価グラフが作成される。その機能評価グラフは例えば超音波診断装置の画面に表示される。その場合には、断層画像や他の生体信号波形とともに機能評価グラフを表示するのが望ましく、かかる構成によれば、計測対象の断層像などを観察しつつ総合的な診断を行うことが可能となる。
【０００８】
内腔の体積は、公知の各種の手法を利用して演算でき（例えば、特開平８−１０３４４２号公報参照）、例えば、断層画像上でエッジ検出法などを利用して内腔の輪郭を検出し、その輪郭から内腔の面積を求め、その面積に基づく積分演算などを行えば、体積を推定可能である。この演算は超音波画像の取り込みと同時進行でリアルタイムに行うことができる。
【０００９】
圧力計測手段としては、血管を介して運動臓器内にカテーテルを挿入して直接的に圧力をリアルタイムで計測することもでき、また、所定の血管部位にカテーテルを挿入してその圧力から運動臓器内の圧力を推定するようにしてもよい。また、集団検診などのためには、腕部などに血圧計を巻いて、間接的に圧力を検出する簡略化手法を利用することもできる。超音波診断装置には生体信号を入力する入力端子が設けられ、その入力端子に入力された圧力信号と超音波画像処理により算出される体積値とに基づいてグラフ処理を行うのが望ましい。
【００１０】
上記の機能評価グラフによれば、その大きさや形態を標準パターンと比較することによって、疾病診断などを容易に行うことができる。超音波画像と一緒に機能評価グラフを撮像、保存しておけるように構成するのが望ましい。
【００１１】
望ましくは、前記機能評価グラフ上に描かれるループの面積から所定の評価指標を演算する手段を含む。例えば左室であれば、ループ面積は仕事量に相当し、その面積から左室の駆出機能を評価できる。
【００１２】
望ましくは、前記体積演算及び前記圧力計測が同時進行で遂行され、前記体積演算及び前記圧力計測に従ってリアルタイムで前記機能評価グラフが表示される。このようなリアルタイムでの同時計測によって、従来手法よりも、より信頼できるグラフを形成できる。特に、間欠的な症状の場合には同時計測が極めて有意義であるものと考えられる。
【００１３】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波の送受波によって超音波画像を形成する超音波診断装置において、前記超音波画像の各フレームについて、心臓の左室内腔の面積を演算する面積演算手段と、前記左室内腔の面積から当該左室内腔の体積を演算する体積演算手段と、前記心臓の左室の圧力又はそれに相当する圧力を計測する圧力計測手段と、体積軸と圧力軸とを有する座標系上に、前記左室内腔に関する各時刻の体積及び圧力の関係をプロットして機能評価グラフを作成するグラフ作成手段と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
望ましくは、前記圧力計測手段は、血管内に挿入されるカテーテルとそれに設けられた圧力検出器とを含む。望ましくは、各フレームごとの前記機能評価グラフ（ループ）が多重表示される。多重表示に当たっては、各フレームのグラフについて均等の重み付けを行ってもよいが、時間経過に応じて重み付けを小さく設定するようにしてもよい。
【００１５】
望ましくは、心臓の心拍周期に基づいて前記機能評価グラフの表示が制御される。心拍周期に連動してグラフ形成を行えば、所定時相のみを周期的にグラフ表現することなど、疾病診断の上で有益な情報を提供できる。
【００１６】
望ましくは、前記超音波画像としての左室の断層画像と前記機能評価グラフとが同時表示される。この構成によれば、観察される左室の状態との比較において、その左室の機能を数値で評価することができ、総合的な診断が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、心臓の左室の体積と圧力とをリアルタイムで計測し、圧力−体積の関係を示すグラフを超音波画像と共に表示する装置である。
【００１９】
図１において、探触子１０は超音波の送受波を行う送受波器であり、探触子１０内にはアレイ振動子が内蔵されている。このアレイ振動子は複数の振動素子を直線配列してなるものであって、そのアレイ振動子に対する電子リニア走査や電子セクタ走査などにより超音波ビームがスキャンされる。これにより図１に仮想的に示されるような走査面１２が形成される。本実施形態では、左室の体積を演算するために、超音波断層画像を見ながら探触子１０の当接位置や当接姿勢を調整することによって左室に対して走査面１２が適正に設定される。図１においては符号１４が左室の内腔を表している。
【００２０】
一方、圧力計１６は、本実施形態において、カテーテル１８とその先端に設けられた圧力センサ２０とによって構成される。このカテーテル１８は例えば血管を介して左室あるいは血管内の所定部位まで導かれ、左室内あるいは血管内において血流の圧力を計測するものである。この圧力計１６自体は公知である。もちろん、図１に示されるような圧力計１６以外の圧力計を用いるようにしてもよい。いずれにしても、超音波診断と同時に圧力の計測を行うのが望ましい。
【００２１】
送受信部２２は、探触子１０に対して送信信号を供給すると共に、探触子１０から出力された受信信号に対する所定の処理を行う回路である。この送受信部２２の作用によって超音波ビームが走査される。画像形成部２４は、例えばデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）などによって構成されるものであり、この画像形成部２４によって断層画像１０１が形成される。もちろん、いわゆる二次元ドプラ画像や他の画像が形成されてもよい。断層画像のデータ１０１は画像合成部２６に出力されている。また、画像形成部２４で形成された断層画像のデータ１０１は面積演算部２８に出力され、面積演算部２８は公知の手法を利用して左室内腔を抽出すると共に、その内腔の面積を演算する。この場合においては、上記に示した通り例えば特開平８−１０３４４２号などに記載された手法を利用することもできる。体積演算部３０は、面積演算部２８が演算した左室の内腔の面積に基づき左室の体積を推定演算する回路である。体積を表すデータがグラフ作成部３２に出力されている。
【００２２】
一方、圧力信号入力部３４には、圧力計１６から出力される圧力信号が入力され、その圧力信号入力部３４を介してグラフ作成部３２に圧力値のデータが入力されている。また、心電計３６から出力される心電信号が心電信号入力部３８を介してグラフ作成部３２に入力されている。グラフ作成部３２は、後に説明する圧力−体積グラフすなわち心機能評価グラフを形成する回路である。その場合において、必要に応じて心電信号に同期してグラフ作成が行われる。これについては後に説明する。
【００２３】
グラフ作成部３２によって形成された心機能評価グラフのデータ１０２は、画像合成部２６に出力されると共に、仕事量演算部４０にも出力されている。仕事量演算部は心機能評価グラフに表される閉ループの面積から左室の仕事量を演算する回路である。すなわち、医学的な研究から当該ループの面積が左室の仕事量に相当することが解明されており、仕事量演算部４０は左室の仕事量をリアルタイムで演算する。その演算結果である仕事量のデータ１０４は画像合成部２６に出力されている。
【００２４】
画像合成部２６は、断層画像のデータ１０１、心機能評価グラフのデータ１０２及び仕事量のデータ１０４に基づいて画像合成を行い、合成された画像を表示部４２に出力する。
【００２５】
図２には、左室の圧力と容積との関係がグラフとして示されている。まず、（Ａ）には時間軸上における左房圧、左室圧、大動脈圧のそれぞれの時間変化が表されている。また（Ｂ）には時間軸上における左室容積の時間変化が表されている。（Ｃ）には左室容積に対する左室圧力をプロットしたものが示され、図示されるように心臓の心拍にしたがって再帰的に閉ループが形成される。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ（Ａ）に示した時相に相当しており、反時計周り方向に当該ループが連続的に形成される。ちなみに、この図２に示す相関関係は公知である。しかしながら、従来においてはこのようなループをグラフとして描かせること自体は知られていたが、超音波診断装置上においてそのようなグラフを形成することは全く実現されておらず、特にリアルタイムで圧力と容積とを計測し、それらを実時間でグラフ化するという装置は実現されていなかった。
【００２６】
そこで、本実施形態においては図１に示すような構成によって、図３に示す画像１００を形成可能である。画像１００において符号１０１Ａは従来同様の断層画像を表している。この断層画像１０１Ａはリアルタイムで表示されるものである。符号１０２Ａは心機能評価グラフを表しており、これは図２（Ｃ）に示したものと同じである。符号１０４Ａは仕事量演算部４０によって演算された仕事量を数値として表したものを示している。
【００２７】
この図３に示されるような画像によれば、左室の断層像を観察しながら左室の機能をグラフ上において評価することができ、その結果、心機能を総合的に診断することが可能となる。ひいては疾病診断をより正確に行えるという利点がある。
【００２８】
図３に示した心機能評価グラフ１０２Ａに関しては、１回のループ形成ごとに当該ループ像をリセットするようにしてもよいし、また複数の心拍にわたって多重的にループ像を表示するようにしてもよい。そのような多重的な表現によれば、一定の時間範囲にわたって左室がどのような動きを行っているかを観察することができ、突発的に生ずる異常な動きなどをとらえることも可能となる。また、図１に示したように、超音波診断装置には心電信号が入力されているため、その心電信号に基づいて特定される所定期間だけグラフを描かせるようにしてもよい。例えば拡張期あるいは収縮期だけをグラフ化するものである。また、上記の多重表示を行う場合には、最新のループ像に対して輝度などの重み付けを最も大きくし、過去に遡るにしたがって重み付けを段階的に小さくすれば、いわゆる残像表現を実現することができ、過去との対比において現在の心機能を評価できるという利点がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機能評価グラフを表示できるので、運動臓器の疾病診断をより適確に行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  左室の容積と圧力との関係を説明するための図である。
【図３】  表示部に表示される画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  探触子、１２  走査面、１４  左室の内腔、１６  圧力計、１８  カテーテル、２０  圧力センサ、２２  送受信部、２４  画像形成部、２６  画像合成部、２８  面積演算部、３０  体積演算部、３２  グラフ作成部、３４  圧力信号入力部、３６  心電計、３８  心電信号入力部、４０  仕事量演算部、４２表示部。
【図１】
0004527838.tif 000002
【図２】
0004527838.tif 000003
【図３】
0004527838.tif 000004