(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の断面を超音波ビームで一定のフレームレートで繰り返しスキャンして受信信号を収集する手段と、
前記受信信号に基づいて画像データを前記一定のフレームレートで繰り返し生成する画像データ生成手段と、
前記画像データ生成手段からの画像データが順次入力される記憶手段と、
前記被検体の心臓の動きを検出して心拍信号を出力する心電図用センサと、
前記心拍信号による心拍周期の変動に追従して特定の心時相で収集信号を発生する手段とを備え、
前記記憶手段は、前記収集信号が供給されたとき、前記画像データ生成手段から供給されている画像データを記憶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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被検体の断面を超音波ビームで繰り返しスキャンし、画像データを繰り返し取得する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断において、ストレスエコー法、コントラストエコー法と呼ばれる診断方法がある。ストレスエコー法とは、被検体に運動等の負荷をかけて心臓の動きの変化を断層像上で経時的に観察する方法である。また、コントラストエコー法とは、血管に造影剤を注入し、その広がりの様子を断層像上で経時的に観察する方法である。
【０００３】
これらの方法では、心拍サイクルの繰り返しの中で、収縮終期や拡張期等の特定の心時相の断層像だけを追跡することは診断効率及び精度の観点から非常に有効であるとされる。このため、心拍同期と呼ばれる機能が普及的に装備されているものが多い。この心拍同期機能は、心電図上でオペレータが特定の心時相を指定すると、この心時相の断層像だけを選択的に表示し、また記録することを可能とする非常に優位的なものである。装置側では、指定された特定の心時相の到来を、心電波形上でスパイク状に表れるＲ波を起点としてクロックをカウントし、このカウント数がＲ波から上記特定の心時相までの期間に対応する数に達したタイミングで図っている。
【０００４】
ところで、心拍周期には個人差があるし、また同一個人であっても一定であるとは限らない。したがって、カウント数がＲ波から上記特定の心時相までの期間に対応する数に達したにも関わらず、実際には特定の心時相には至っていない、または過ぎているという事態が生じる。通常、このような事態を、オペレータが心電図を見ながら特定の心時相を心拍周期の変動に応じてマニュアルで随時修正することで対処している。
【０００５】
したがって、オペレータは心電波形にも注意を払い、適宜修正操作を行わねばならず、肝心の断層像を観察することに専念することができないという不具合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、心拍周期の変動に追従して特定の心時相の画像データを記憶できる超音波診断装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、被検体の断面を超音波ビームで一定のフレームレートで繰り返しスキャンして受信信号を収集する手段と、前記受信信号に基づいて画像データを前記一定のフレームレートで繰り返し生成する画像データ生成手段と、前記画像データ生成手段からの画像データが順次入力される記憶手段と、前記被検体の心臓の動きを検出して心拍信号を出力する心電図用センサと、前記心拍信号による心拍周期の変動に追従して特定の心時相で収集信号を発生する手段とを備え、前記記憶手段は、前記収集信号が供給されたとき、前記画像データ生成手段から供給されている画像データを記憶することを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明では次のような作用が実現される。心拍周期が変動すると、それに応じて心拍信号の周波数が変化する。逓倍された心拍信号の周波数にクロック信号の周波数が追従して変化する。画像データの記録タイミングはクロック信号に基づいて計られるので、心拍周期が変動しても、画像データを記憶するタイミングを特定の心時相に固定することが可能となる。したがって、オペレータは心電波形に注意を払う必要がなくなり、画像を観察することに専念することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。なお、ここではセクタ電子走査方式を一例に説明するが、リニア電子走査方式等他の走査方式であることは制限されない。プローブ１０はその先端に複数の圧電素子が配列された振動子が装備される。プローブコントロール部１１は、図示しないが、クロック発生器、レートパルス発生器、送信遅延回路、パルサから構成される。クロック発生器は、クロックパルスを発生する。レートパルス発生器は、クロックパルスを分周し、例えば５ＫＨｚのレートパルスを発生する。このレートパルスはチャンネル数分に分配され、送信遅延回路で超音波をビーム状に集束し、且つ超音波ビームを予定の方向に振るために必要な遅延時間がチャンネル毎に与えられ、パルサに送り込まれる。パルサは、レートパルスを受けたタイミングで高周波の電圧パルスをチャンネル毎に出力する。この電圧パルスはケーブルを介してプローブ１０の圧電素子に供給される。これにより、プローブ１０から超音波パルスが被検体内に送信される。送信された超音波パルスは、音響インピーダンスの境界で反射する。この反射波は、プローブ１０の圧電素子で受信され、電気信号に変換され、データ処理部１２に取り込まれる。
【００１０】
データ処理部１２は、図示しないが、増幅器、受信遅延回路、加算器、包絡検波回路から構成される。データ処理部１２に取り込まれた受信信号は、まず、増幅器で増幅され、そして受信遅延回路でチャンネル毎に遅延時間を与えられ、加算器で加算される。これにより、予定の方向からの反射成分だけが強調される。この加算器の出力信号は、包絡検波回路で検波される。この検波信号はディジタルに変換される。これにより、Ｂモード画像、つまり組織断層像の元になる画像データが生成される。この画像データは、フレームバッファ１３を介して表示制御部１４に送られる。表示制御部１４は、ディジタルスキャンコンバータ及びディジタルアナログコンバータを備えてなり、画像データをビデオ映像信号に変換して表示装置（ＣＲＴ）１５に供給する。表示装置１５は、ビデオ映像信号を断層像としてビジュアルに濃淡表示する。
【００１１】
心電図用センサ１７は、心臓の動きを検出して心拍信号を電圧信号として出力する。
フレームバッファ１３は、複数フレーム分の画像データを一時的に記憶可能な容量を有するメモリである。フレームバッファコントロール部１６は、心電図用センサ１７からの心拍信号を入力し、フレームバッファ１３に収集信号を出力する。フレームバッファ１３は、収集信号を受けたタイミングでデータ処理部１２から供給されている画像データを１フレーム分記憶する。
【００１２】
図２は、フレームバッファコントロール部１６の構成を示すブロック図である。フレームバッファコントロール部１６は、逓倍器１８、位相同期ループ回路（ＰＬＬ回路;Phase Lock Loop）１９と、収集コントローラ２０とから構成される。
【００１３】
逓倍器１８は、心電図用センサ１７からの心拍信号を周波数に関して一定に逓倍する。ＰＬＬ回路１９は、逓倍器１８で一定に逓倍された心拍信号を入力し、クロック信号を出力するものであって、発振回路からのクロック信号の周波数を、逓倍された心拍信号の周波数に追従させ、１心拍周期のうちに発振するクロック信号の発振数が心拍周期の変動に依存しないで常に一定となるように制御する。収集コントローラ１９は、ＰＬＬ回路１８から出力されるクロック信号に基づいて特定のタイミングで収集信号をフレームバッファ１３に出力する。
【００１４】
ＰＬＬ回路１９は、図示しないが、電圧制御型発振回路、位相比較器、低域通過フィルタ、増幅器から構成される。電圧制御型発振回路は、フリーランニング周波数でクロック信号を発振する。このクロック信号は、収集コントローラ２０と共に、位相比較器にも供給される。位相比較器は逓倍された心拍信号とクロック信号との位相差に比例した誤差信号を出力する。この誤差信号は、低域通過フィルタで不要な高周波成分が除去され、さらに増幅されて、制御電圧として電圧制御型発振回路に供給される。電圧制御型発振回路は、心拍信号とクロック信号との位相差が小さくなるような方向にクロック信号の発振周波数を変化させる。
【００１５】
次に本実施例の動作について説明する。被検体の断面はプローブ１０からの超音波ビームにより一定のフレームレートで繰り返しスキャンされる。データ処理部１２は１フレーム分の画像データを一定のフレームレートで時系列で次々と生成する。この画像データは、フレームバッファ１３を介して表示制御部１４に送られ、表示制御部１４でビデオ映像信号に変換され、表示装置１５に動画像としてビジュアルに濃淡表示される。
【００１６】
次にフレームバッファ１３への画像データの記憶動作に関して説明する。図３はフレームバッファ１３の記憶動作を説明するためのタイムチャートである。フレームバッファ１３には、データ処理部１２で生成される画像データＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 …が順番に供給される。フレームバッファコントロール部１６から収集信号がフレームバッファ１３に供給されたとき、フレームバッファ１３は収集信号が供給されたタイミングにデータ処理部１２から供給された画像データを記憶する。
【００１７】
次にフレームバッファコントロール部１６が収集信号を出力する動作を図４を参照して説明する。収集コントローラ２０は、ＰＬＬ回路１９からのクロック信号に基づいて収集信号を出力するタイミングを計る。図４（ａ）には心拍サイクルの前段でクロック信号に基づいて４回収集信号が出力され、１心拍サイクルにつき４フレームの画像データずつ記憶されるケースが示されている。図４（ｂ）には心拍サイクルの中央付近で１回収集信号が出力され、１心拍サイクルにつき１フレームの画像データずつ記憶されるケースが示されている。
【００１８】
ここで、心拍周期が変動した場合を考えよう。ＰＬＬ回路１９の逓倍器１８により、心拍信号は、周波数に関して一定に逓倍される。逓倍された心拍信号の周波数に追従してクロック信号の周波数がＰＬＬ回路１９により変化される。例えば、心拍数が一時的に高くなり、心拍周期が短く、心拍信号の周波数が高くなったとき、それに追従（比例）してクロック信号の周波数も高くなる。心拍数が一時的に低くなり、心拍周期が長く、心拍信号の周波数が低くなったとき、それに追従（比例）してクロック信号の周波数も低くなる。１心拍周期のうちに発振するクロック信号の発振数が心拍周期の変動に依存しないで常に一定となるように、ＰＬＬ回路１９からのクロック信号の周波数は心拍信号の周波数の変化に応じて変化される。
【００１９】
収集コントローラ１９は、心拍サイクルの起点から特定の心時相までの期間を、心拍サイクルの起点から計数したクロック数に基づいて認識する。ここで、特定の心時相として、例えば拡張初期を考えよう。心拍サイクルの起点から、この拡張初期までの期間は、心拍周期の変動に応じて変化する。定常的な心拍周期であれば、上記期間はクロック周期×ｎに一致する。拡張初期はクロックの計数値が、ｎに達したタイミングとして計られる。クロック周期が一定であるとすると、心拍周期が変動すると、心拍サイクルの起点から上記期間経過した時点は特定の心時相、つまり拡張初期から外れてしまう。しかし、本実施例では、心拍信号の周波数が変動すると、それに比例してクロック信号の周波数も変化する。したがって、クロック周期×ｎの期間も変化し、これにより心拍サイクルの起点から上記期間経過した時点は、特定の心時相、つまり拡張初期から外れない。
【００２０】
したがって、心拍周期が変動しても、常に同じ心時相に対応する画像データだけをフレームバッファ１３に記憶することができる。
これにより、オペレータは心電図を見ながら心拍周期の変動に応じて画像を記憶するタイミングをマニュアルで随時修正することという煩わしさから解放され、肝心の断層像を観察にのみ専念することができる。
【００２１】
なお本実施例においてフレームバッファコントローラ１６は図５のように変形することができる。この変形例では、ＣＰＵ２２はカウンタ２１を介して心拍周期の変動を計測し、この変動に応じて収集コントローラ１９が収集信号を出力するタイミングを制御する。このような構成によっても心拍周期の変動に対応して特定の心時相の画像データだけを自動的に記憶する効果が得られる。
本発明は上述した実施例に限定されることなく種々変形して実施可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明では次のような効果が達成される。心拍周期が変動すると、それに応じて心拍信号の周波数が変化する。逓倍された心拍信号の周波数にクロック信号の周波数が追従して変化する。画像データの記録タイミングはクロック信号に基づいて計られるので、心拍周期が変動しても、画像データを記憶するタイミングを特定の心時相に固定することが可能となる。したがって、オペレータは心電波形に注意を払う必要がなくなり、画像を観察することに専念することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置のブロック図。
【図２】図１のフレームバッファコントローラのブロック図。
【図３】フレームバッファの入力画像と記憶画像との関係を示すタイムチャート図。
【図４】心拍信号の周波数の変化に対するクロック信号の周波数の変化を示す図。
【図５】フレームバッファコントローラの変形例のブロック図。
【符号の説明】
１０…プローブ、                        １１…プローブコントローラ、
１２…データ処理部、                    １３…フレームバッファ、
１４…表示制御部、                      １５…表示装置、
１６…フレームバッファコントローラ、    １７…心電図用センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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