(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波により得られたデータに基づいて、前記送受波領域内の流れ上に設定された複数の計測点について特定時相での複数の速度ベクトルからなる速度ベクトルアレイを求める速度ベクトル演算手段と、
前記複数の計測点について求められた前記特定時相での速度ベクトルアレイに基づいて当該特定時相での流れの状態を示す散布図を作成する手段であって、それぞれの速度ベクトルの始点を一致させつつそれぞれの速度ベクトルの終点を座標系上にマッピングすることによって前記散布図を作成する散布図作成手段と、
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、
前記送受波領域内に関心領域を設定する関心領域設定手段を含み、
前記関心領域内の複数の計測点についての複数の速度ベクトルに基づいて前記散布図が作成される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記送受波領域を表す参照画像と前記散布図を表す散布図画像とを有する表示画像を形成する表示処理手段を含む、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記参照画像は、前記送受波領域内の組織を表す断層画像と前記複数の速度ベクトルを表す速度ベクトル画像とからなる合成画像である、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの１項に記載の装置において、
前記散布図における終点群の分布状態を解析する流れ評価手段を含む、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記流れ評価手段は、
前記散布図における流れの主方向を演算する主方向演算手段と、
前記散布図上の前記主方向を中心とした注目範囲内に属する有効終点数に基づいて評価値を演算する評価値演算手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置において、
前記速度ベクトル演算手段は各時相ごとに前記速度ベクトルアレイを求め、
前記散布図作成手段は各時相ごとに前記散布図を作成し、
前記各時相ごとの散布図が動画像として表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
コンピュータにおいて実行され、超音波の送受波領域内の流れ上に設定された複数の計測点について求められた特定時相での複数の速度ベクトルからなる速度ベクトルアレイを処理する処理プログラムであって、
前記特定時相での速度ベクトルアレイに基づいて前記特定時相での流れの状態を示す散布図を作成する機能と、
前記散布図の内容を解析して前記特定時相での流れの状態についての評価値を演算する機能と、
を含み、
前記散布図は、前記各速度ベクトルの始点を一致させつつ前記各速度ベクトルの終点を所定の座標系上にマッピングすることによって作成され、
前記評価値は、前記散布図上における複数の終点の分布状態を表すものである、
ことを特徴とする処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置及び処理プログラムに関し、特に、生体内運動体について計測された速度ベクトルの表示及び評価に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、生体内運動体としての血流の画像を表示する機能を有する。一般に、血流画像はカラー画像であり、それは白黒画像としての二次元組織画像（Ｂモード断層画像）上に合成表示される。血流画像は従来からカラードプラ画像あるいはカラーフローマッピング画像と称されている。特許文献１に記載されているように、典型的な血流画像においては、例えば、超音波探触子に近付く方向に流れる血液が赤で表現され、超音波探触子から遠ざかる方向に流れる血液が青で表現される。そして、各方向における速さが輝度に対応付けられている。高速で運動する血流は高輝度で表現され、低速で運動する血流は低輝度で表現される。なお、速度情報と一緒に分散情報も表示される場合があり、その場合において、分散の大小は色相の変化によって表現されている。従来の血流画像は、走査面上における血流の速度分布を単にカラー表示した画像であり、しかもビーム方向の速度成分しか表していないものなので、その血流画像から実際の流れの様子を認識するのは非常に難しい。
【０００３】
血流に関して二次元速度ベクトルを演算する技術が既に幾つか提案されている（特許文献２−８）。特許文献２−４には、互いに偏向角度が異なる２つのビーム上で得られた２つの速度成分から二次元速度ベクトル（あるいはそれに相当する情報）を演算することが記載されている。特許文献５−６には、ターゲット上で交差する２つのビーム上で得られた２つの速度成分から二次元速度ベクトルを演算することが記載されている。特許文献７には、走査面上に分布するビーム方向速度成分から、流れについてのある仮定に基づいて、二次元速度ベクトルを演算することが記載されている。特許文献８には二次元ベクトル情報を色相の変化を利用して表示することが記載されている。なお、本願に関連する未公開の先願として、特願２００６−２５６７４３号がある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−２０８２０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５２４３６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１５２４３７号公報
【特許文献４】特開平３−４８４２号公報
【特許文献５】特開平３−４７２４１号公報
【特許文献６】特開平７−２０４２０４号公報
【特許文献７】特開２００５−１１０９３９号公報
【特許文献８】特開昭６２−１５２４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の計測点について求められた複数の速度ベクトルを矢印のようなグラフィック要素を使って空間的に表現することも可能である。しかし、そのような画像から、流れの全体的な傾向を把握することは難しい。特に、流れの広がりを定量的に把握することは難しい。
【０００６】
本発明の目的は、複数の速度ベクトルに基づいて流れの状態を直感的に認識できる画像を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、複数の速度ベクトルに基づいて流れの状態を定量的に評価できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、超音波の送受波により得られたデータに基づいて、送受波領域内の複数の計測点について複数の速度ベクトルを求める速度ベクトル演算手段と、前記複数の計測点について求められた複数の速度ベクトルに基づいて散布図を作成する手段であって、それぞれの速度ベクトルの始点を一致させつつそれぞれの速度ベクトルの終点を座標系上にマッピングすることによって前記散布図を作成する散布図作成手段と、を含むことを特徴とする超音波診断装置に関する。
【０００９】
上記構成によれば、例えば血流内に設定された複数の計測点について複数の速度ベクトル（速度ベクトルアレイ）が求められると、それらに基づいて流れの状態を示す散布図が作成される。散布図は、複数の速度ベクトルの始点を一致させて、複数の速度ベクトルの終点を座標系上にマッピングした画像に相当する。散布図の内容から、流れの傾向、特に、流れの広がり、流れの強さ、等を直感的に且つ容易に把握できる。速度ベクトルは二次元速度ベクトルであるのが望ましいが、三次元速度ベクトルであってもよい。その場合には三次元空間内に各速度ベクトルの終点がマッピングされる。また、速度ベクトルは速度情報に相当する情報を表す運動ベクトルであればよい。散布図は、望ましくは二次元グラフとして構成され、各時相ごとにその内容が更新される。計測と同時進行で、つまりリアルタイムで散布図が更新されるようにしてもよい。その場合、散布図は動画像となる。少なくとも特定時相（後に説明する実施形態では拡張期及び収縮期）の散布図が作成される。記憶部に格納されたデータに基づいて散布図を作成するようにしてもよい。
【００１０】
望ましくは、前記送受波領域内に関心領域を設定する関心領域設定手段を含み、前記関心領域内の複数の計測点についての複数の速度ベクトルに基づいて前記散布図が作成される。関心領域は、マニュアルで又は自動で設定される。関心領域は例えば心臓の血流中に設定される。心壁等が含まれないように関心領域を設定するのが望ましい。心臓の運動に伴って関心領域の位置及び大きさを動的に可変するようにしてもよい。
【００１１】
望ましくは、前記送受波領域を表す参照画像と前記散布図を表す散布図画像とを有する表示画像を形成する表示処理手段を含む。望ましくは、前記参照画像は、前記送受波領域内の組織を表す断層画像と前記複数の速度ベクトルを表す速度ベクトル画像とからなる合成画像である。参照画像を表示すれば、散布図の基礎となったデータを認識できる。また、流れの空間的な把握とベクトル集団の全体傾向とを同時に把握することが容易となる。
【００１２】
望ましくは、前記散布図における終点群の分布状態を解析する流れ評価手段を含む。望ましくは、前記流れ評価手段は、前記散布図における流れの主方向を演算する主方向演算手段と、前記散布図上の前記主方向を中心とした注目範囲内に属する有効終点数に基づいて評価値を演算する評価値演算手段と、を含む。流れの評価方法としては各種の手法を採用できるが、終点分布の偏り等を定量的に把握できる手法を採用するのが望ましい。主方向を定義すれば、流れの全体傾向との関係において、流れの向き及び様子を定量的に把握することが容易となる。
【００１３】
本発明に係るプログラムは、コンピュータにおいて実行され、超音波の送受波領域内の複数の計測点について求められた複数の速度ベクトルを処理する処理プログラムであって、前記複数の速度ベクトルに基づいて散布図を作成する機能と、前記散布図の内容を解析して評価値を演算する機能と、を含むものであり、前記散布図は、前記各速度ベクトルの始点を一致させつつ前記各速度ベクトルの終点を所定の座標系上にマッピングすることによって作成され、前記評価値は、前記散布図上における複数の終点の分布状態を表すものである。このプログラムは、超音波診断装置に読み込まれて実行され、あるいは、コンピュータに読み込まれて実行されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、複数の速度ベクトルに基づいて流れの状態を直感的に認識できる画像を提供できる。あるいは、本発明によれば、複数の速度ベクトルに基づいて流れの状態を定量的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１には、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。この超音波診断装置は以下に詳述するように生体内の血流の様子を表現できる散布図画像を形成する機能を具備する。
【００１７】
プローブ１０はアレイ振動子を有している。アレイ振動子は複数の振動素子により構成され、アレイ振動子によって超音波ビームが形成される。超音波ビームは電子的に走査されるものである。電子走査方式としては、電子リニア走査、電子セクタ走査などが知られている。プローブ１０に対して２Ｄアレイ振動子を設け、その２Ｄアレイ振動子によって三次元エコーデータ取込空間を形成するようにしてもよい。プローブ１０は、本実施形態において生体の表面に当接して用いられるものであるが、体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。後述するように、運動情報として速度ベクトルを計測するために、必要に応じて複数のプローブあるいは複数のアレイ振動子を同時に用いることも可能である。
【００１８】
送信部１２は送信ビームフォーマーとして機能する。送信部１２は複数の振動素子に対して複数の送信信号を供給する。これによりアレイ振動子から発信する送信ビームが形成される。生体内からの反射波は複数の振動素子にて受波され、これにより複数の受信信号がプローブ１０から受信部１４へ出力される。本実施形態においては、超音波診断の対象となる臓器は心臓（例えば左室）である。生体内からの反射波には血流の速度に応じたドプラシフト周波数成分が含まれる。
【００１９】
受信部１４は受信ビームフォーマーとして機能する。受信部１４に入力された複数の受信信号に対して整相加算処理が実行され、これによって電子的に受信ビームが形成される。各受信ビームに対応する受信信号は、本実施形態において断層画像形成部１６及びベクトル演算部１８に出力される。なお、１つの送信ビームに対して複数の受信ビームが同時形成されてもよい。
【００２０】
断層画像形成部１６は、超音波ビームの電子走査によって形成される走査面上のエコーデータ群（すなわち複数の超音波ビームに対応する複数の受信信号）に基づいてＢモード画像としての断層画像を形成する。その画像データは表示処理部２２へ送られる。断層画像形成部１６はデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）等のモジュールを具備している。
【００２１】
一方、ベクトル演算部１８は受信部１４から出力される受信信号に基づいて、走査面上における各点（各座標）毎に二次元速度ベクトルを演算するものである。ベクトル演算部１８は、本実施形態において、受信信号を直交検波処理によって複素信号に変換する複素信号変換器、複素信号に対する自己相関演算を実行する自己相関器、自己相関結果からビーム方向速度成分を演算する速度演算器、等を具備している。さらに、走査面上における各位置（サンプル点としての座標）毎に、ビーム方向とビームに直交する２つの速度成分を二次元速度ベクトルとして演算するベクトル演算器を具備している。走査面上における複数の位置について演算された複数の二次元速度ベクトルはベクトルマトリックス（ベクトル集合あるいはベクトルアレイ）を構成する。このベクトルマトリックスは各フレーム毎に生成される。ベクトル演算部１８は、ＤＳＣその他のモジュールも具備している。速度成分を演算するためにＦＦＴ演算器、その他の演算器を利用することも可能である。ベクトル演算部１８の全部又は一部の機能がソフトウエアの機能として実現されてもよい。
【００２２】
二次元速度ベクトルは、上述した特許文献１−７に記載された方法、フレーム間パターンマッチング法、などの各種の方法を利用して演算することが可能である。二次元速度ベクトルに代えて三次元速度ベクトルが演算されてもよい。また、速度ベクトルに代えて、流れの向き及び大きさを表す他の運動情報が演算されてもよい。更に、ドプラ情報を利用することなく、血液部分のエコー情報（輝度情報）から運動情報を求めてもよい。例えば、２つの断層画像フレーム間において、血流部分における複数のサンプル点に対してパターンマッチング処理を適用し、各フレームごとに個々のサンプル点の時間変化を観測するようにしてもよい。
【００２３】
ベクトル画像形成部２４は、上述したように、走査面上における複数の位置（計測点）について求められた複数の二次元速度ベクトルを表すベクトル画像を形成するモジュールである。その具体例については後に図２を用いて説明するが、ベクトル画像上において各二次元速度ベクトルは本実施形態において矢印のようなグラフィック要素として表示されている。ベクトル画像を表す画像データは表示処理部２２へ出力されている。
【００２４】
散布図形成部２６は、複数の計測点について求められた複数の二次元速度ベクトルに基づいてすなわち散布図画像を形成するモジュールである。その具体例については後に図２を用いて説明する。散布図は、各二次元速度ベクトルの始点を一致させつつ各二次元速度ベクトルの終点をマッピングすることにより作成されるものである。その画像データは表示処理部２２へ出力されている。
【００２５】
流れ評価部２８は、本実施形態において、主方向演算部３０及び評価値演算部３２を有している。流れ評価部２８は、上述した散布図の内容を解析及び評価するモジュールであり、具体的には、複数の計測点について求められた複数の二次元速度ベクトルから流れの主方向を演算し、その主方向を基準として流れについての評価値を演算している。その評価結果である評価値は表示処理部２２へ出力されている。流れの評価に関しては図２以降の各図を用いて説明する。
【００２６】
表示処理部２２は、図示されていない表示器に表示する表示画像を生成するユニットであり、後に説明する図２等に示される画像を形成する。表示処理部２２は、具体的には、参照画像と散布図画像と心電波形とを有する表示画像を生成する機能を有している。
ここで、参照画像は、二次元断層画像と複数の二次元速度ベクトルを表すベクトル画像とを合成して成る画像である。
【００２７】
制御部３４は、図１に示される各構成の動作制御を行うものであり、制御部３４はCPU及び動作プログラムによって構成される。ちなみに、ベクトル演算部１８、ベクトル画像形成部２４、散布図形成部２６、流れ評価部２８等の各モジュールを実質的にソフトウェアの機能として実現するようにしてもよい。操作パネル３６はキーボード及びトラックボールを含んでおり、操作パネル３６を利用して動作条件の設定等を行える。本実施形態においては、操作パネル３６を利用してユーザーにより関心領域（ROI）の設定を行うことが可能である。関心領域は各フレームの共通領域として設定され、あるいは各フレームごとに個別的に設定される。
【００２８】
生体信号計測部３８は、生体信号としての心電信号を計測するユニットであり、その心電信号は制御部３４に送られており、また表示処理部２２に送られている。
【００２９】
図２には、表示器に表示される表示画像の一例が示されている。符号１００は参照画像を表しており、符号１０２は散布図画像１０２を表しており、符号１０４は心電波形を表している。参照画像１００は、後に説明するように、二次元断層画像とベクトル画像とを合成した画像である。図２においては、参照画像１００内に関心領域を表す閉曲線が含まれている。図示の例では、心臓の左室内に関心領域が設定されている。関心領域は血流部内に設定するのが望ましく、すなわち心臓壁等が含まれないように関心領域を設定するのが望ましい。関心領域は固定領域として設定することも可能であるし、心臓の並進運動に伴って移動する領域として設定することも可能である。
【００３０】
散布図１０２において、横軸及び縦軸はそれぞれ速度の大きさを表している。複数の二次元速度ベクトルについてそれらの始点を共通の原点に合わせ、それらの終点を図２に示される座標系上にマッピングすることにより、散布図画像１０２を構築することができる。マッピングされている複数の点は上述した関心領域内において計測された複数の計測点に対応するものであり、具体的にはそれらの計測点について求められた複数の二次元速度ベクトルの終点を表している。散布図画像１０２において散布図の形態を観測することにより、流れの全体的な傾向を直感的に且つ容易に把握することができる。例えば、左室への流入血量あるいは流出血量についての流れの様子、例えば流れに広がりがあるのか否か等を容易に把握することが可能である。また、疾患がある場合にはそれが散布図の形態として現れるため、散布図の形態から疾患の内容や程度を評価することも可能である。散布図の評価手法については後に説明する。
【００３１】
図３には、左室の拡張期における参照画像１００Ａ及び散布図画像１０２Ａが表されている。参照画像１００Ａは、上述したように、二次元断層画像１０６Ａと、複数の二次元速度ベクトルを表したベクトル画像１０８Ａと、から成るものである。ベクトル画像１０８Ａは、グラフィックとしての複数のベクトルから成るものであり、各ベクトル１１０は始点１１１と終点１１２とを有している。終点１１２は図示の例では丸マークとして表されているが、それは矢印に相当するものである。ベクトル１１０の長さが流れの速さに対応し、ベクトル１１０の向きが流れの方向に対応している。
【００３２】
それらの複数のベクトルの終点を原点１１４に一致させ、それぞれのベクトルの終点をマッピングしたものが散布図画像１０２Ａである。散布図画像１１２Ａは散布図としての終点分布図であって、終点群１１９Ａによって構成されている。終点群１１９Ａは上述したように個々の終点１２０によって構成されるものである。横軸１１６及び縦軸１１８は速度の大きさを表している。
【００３３】
心電波形１０４Ａは心臓の周期的な動きを表すものであり、心電波形１０４Ａ上には解析対象となったフレームの時刻あるいは時相を表すマーカ１２２が表示されている。
【００３４】
図３に示されるように、拡張期において、血流はある方向に強く流れており、図３に示す例では流れの広がりはあまり大きくはない。また逆流もあまり生じていない。
【００３５】
一方、図４には収縮期における参照画像１００Ｂ及び散布図画像１０２Ｂが示されている。参照画像１００Ｂは上述したように二次元断層画像１０６Ｂとベクトル画像１０８Ｂとを合成して成るものである。散布図画像１０２Ｂは終点群１１９Ｂを有している。図示されるように、ある方向に沿って流れが生じており、その流れの広がりはあまり大きくない。
【００３６】
以上のような散布図あるいは複数の二次元速度ベクトルを定量解析するために、図１に示した流れ評価部が設けられている。以下に、その流れ評価部が有する主方向演算部及び評価値演算部の処理内容を説明する。
【００３７】
図５において、Ｓ１０１では、関心領域内におけるベクトル数Ｎが演算される。Ｓ１０２では、関心領域内の全てのベクトルを加算することにより主方向が求められる。Ｓ１０３では求められた主方向を中心に正方向の角度及び負方向の角度としてα／２が設定され、すなわち主方向を中心とする角度範囲αが設定され、そこに含まれるベクトル数Ｍが演算される。Ｓ１０４では、流れの評価値ＥがＭ／Ｎにより求められる。すなわち流れの主方向を中心として一定の角度範囲内に含まれるベクトル数を全体のベクトル数との比率を演算することにより流れの評価を行うことが可能である。例えば、図６に示す例では、終点群１１９Ａから主方向１２２Ａが求められており、それを中心とする角度範囲α内におけるベクトル数が求められ、そこから評価値が演算されている。図６に示す例では角度範囲α内に多数のベクトルが含まれるため、評価値Ｅとしては大きな値が求められることになる。一方、図７に示す例では、終点群１１９Ｃに対して上記の主方向１２２Ａと同様の主方向１２２Ｃが求められているが、それを中心とする角度範囲α内においてはあまり多くはないベクトルが所属しており、その結果、評価値Ｅとしては小さな値が求められることになる。したがって、このように散布図の評価を行うことにより流れの様子を定量的に評価することが可能となる。
【００３８】
なお、図６および図７に示すように、主方向１２２Ａおよび１２２Ｃについてベクトルの長さが求められるので、その情報を用いて角度範囲を動的に変更するようにしてもよい。またその角度範囲内に含まれる終点については色づけ処理を行って他の終点と差別化するようにしてもよい。
【００３９】
図２等に示した散布図を多数の被検者について求め、疾患事例を類型化して蓄積することにより、パターンマッチング方法などを利用して個々の被検者について疾患の可能性を評価することも可能である。したがって、本発明に係る手法は臨床上有益なる効果をもたらすものである。例えば、従来の二次元カラーフローマッピング画像を観察しただけでは診断困難であった疾病を散布図から容易に診断できる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかか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】表示器に表示される表示画像の一例を示す図である。
【図３】参照画像および散布図画像の一例を示す図である。
【図４】参照画像および散布図画像の他の例を示す図である。
【図５】散布図の定量解析の手法を説明するためのフローチャートである。
【図６】散布図の定量解析の一例を説明するための図である。
【図７】散布図の定量解析の他の例を示すための図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  プローブ、１８  ベクトル演算部、２２  表示処理部、２４  ベクトル画像形成部、２６  散布図形成部、２８  流れ評価部、３０  主方向演算部、３２  評価値演算部。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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