JP4705231B2 - 超音波診断像表示方法及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断像表示方法及び超音波診断装置に係り、具体的には生体内の血流像を表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、被検体内に超音波を送信し、診断部位から反射するエコー信号を受信し、その受信信号に基づいて診断部位における超音波診断像ないし超音波画像と称される画像を再構成して表示装置に表示することにより、生体の様々な診断に資するものである。例えば、生体内の血流の動きを計測し、その血流動態（血流速度、速度分散、反射強度、等）を可視化した血流像を表示し、的確な診断を行うことが提案されている。
【０００３】
このような超音波血流計測は、例えば、特開昭61−191345号公報、特開昭61−191346号公報又は特開昭63−257534号公報等に記載されているように、生体内の同一方向に超音波送受信を繰り返し、エコー信号から血流の速度に応じてドプラ偏移を受けた周波数信号を検出し、そのドプラ偏移量に基づいて血流の速度等の血流情報を演算により求める。この血流情報を二次元断層像全体にわたって演算し、これに基づいて二次元の血流像を構成して、例えば断層像などに重ねて表示することが行なわれている。特に、血流に係るエコー信号の強度を高くすべく、超音波造影剤を血管内に注入して血流の反射強度を大きくして、振幅の大きなドプラ信号を得ることも行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超音波血流計測においては、造影剤の位置変化等の造影効果を表示することについて配慮されていない。したがって、例えば、造影剤の生体内の浸達の時間的変化を観察し、血液が流れていない部位を観察できれば、診断を一層的確に行なえるという要望に応えることができない。
【０００５】
本発明は、造影剤の造影効果を画像表示可能にすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、超音波造影剤が注入された血管を含む被検体の部位に、超音波探触子を介して送信フォーカス処理した送信波を心拍周期に対応させて周期的に送信し、前記超音波探触子から出力される受信波を受信フォーカス処理し、該受信フォーカス処理された受信信号に基づいて血流情報を演算し、演算結果の前記血流情報を前記送信波の送信周期に対応させて複数周期にわたって蓄積し、互いに前後する送信周期に係る２つの前記血流情報の差分を求め、該求めた差分の大きさに応じて設定した異なる画像表示態様に基づいて血流像を生成し、複数の心拍周期にわたって求められた血流情報の差分に基づいて、血流情報の差分の大きさがしきい値以上の血流像の画素に心拍周期ごとに異なる色付けを行い、複数の心拍周期にわたって血流像を生成することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、異なる送信周期に係る２つの血流情報の演算結果の差分は、例えば、それら送信周期の時間差に対応した超音波造影剤の位置変化に相当するものになる。この場合、超音波造影剤の到達位置における血流情報の差分は大きな値となるので、これを画像化することにより超音波造影剤の位置変化を表示画面上で容易に視認することができる。つまり、超音波造影剤が血管内を動く様子がわかり、また造影剤効果が生じない部位が明確になるので、例えば心筋の虚血状況等の病変診断に役立つことになる。
【０００８】
ここで、送信周期は、心電波形の周期に同期させることができる。特に、心電波形のＲ波に同期させて超音波を送信し、その受信信号に同期して血流情報の演算をすることが好ましい。血流情報としては、血流速度、血流速度分散、血流反射強度、等が知られている。
【０００９】
具体的な超音波診断装置は、超音波造影剤が注入された血管を含む被検体の部位に超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に送信波の送信フォーカス処理をして心拍周期に対応させて周期的に送信する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段と、該受信フォーカス処理された受信信号に基づいて血流情報を演算する血流情報演算手段と、演算結果の前記血流情報を前記送信波の送信周期に対応させて複数周期にわたって記憶する記憶手段と、該記憶手段から互いに前後する送信周期に係る２つの前記血流情報を読み出してそれらの差分を求める差分演算手段と、該求めた差分の大きさに応じて設定した異なる画像表示態様に基づいて血流像を生成する血流像生成手段と、該血流像生成手段により生成された前記血流像を表示する表示手段とを備え、前記血流像生成手段は、複数の前記心拍周期にわたって前記差分演算手段により求められる前記血流情報の差分に基づいて、該血流情報の差分の大きさがしきい値以上の前記血流像の画素に前記心拍周期ごとに異なる色付けを行い、複数の前記心拍周期にわたって前記血流像を生成することを特徴とする。
【００１０】
この場合において、表示手段は、受信フォーカス処理された受信信号に基づいて再構成される通常の断層像（例えば、Ｂモード像）に重ねて、血流像を表示することができる。これによれば、超音波造影剤が到達しない生体内の部位を容易に特定できる。
【００１１】
また、血流像生成手段において、血流情報の差分に応じて表示画像の色付けを変えることができ、これによれば視認性を向上できる。
【００１２】
また、超音波の送信周期は、及び血流情報の演算周期は、心電波形の周期に同期させることが好ましい。しかし、これに限られるものではなく、診断の必要性に応じて、心電波形の任意の時相に同期させるようにしてもよく、あるいはタイマーなどによる一定周期に同期させるようにしてもよい。
【００１３】
【実施の形態】
（第1の実施の形態）
以下、本発明に係る一実施の形態の超音波診断像表示方法を適用してなる超音波診断装置について、図１乃至図３用いて説明する。図１は、超音波診断装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。図示のように、超音波診断装置は、被検体の計測対象の部位に超音波を送受信する超音波探触子１と、この超音波探触子１に送信波の送信フォーカス処理をして送信する送信手段である送信回路系２と、超音波探触子１から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段を含んでなる受信回路系３とを有して構成されている。また、受信回路系３により整相処理された受信信号を入力とし、受信信号に基づいて超音波断層像（例えば、Ｂモード像）を再構成する断層像表示回路系４と、受信信号のドプラ周波数偏移に基づいて血流情報を演算する血流情報演算手段である血流演算回路系５と、血流演算回路系５の演算結果に基づいて血流像を生成する血流像生成手段である血流像表示回路系６とを有して構成されている。そして、断層像表示回路系４と血流像表示回路系６により生成された超音波断層像及び血流像は表示重ね合わせ回路７に入力され、ここにおいて両者の画像が重ね合わせされ、表示モニタ８に表示出力されるようになっている。
【００１４】
本発明の特徴に係る血流像表示回路系６は、血流演算回路系５から出力される血流の演算結果を記憶する２つの血流メモリ１０ａ，１０ｂと、この血流メモリ１０ａ，１０ｂに記憶されている２つの演算結果を読み出してそれらの差分を求める差分演算手段である血流情報差分演算回路１１と、これにより求めた血流情報の差分に応じて画像の表示態様（本実施形態では、色付）を変えて画像を生成する血流像生成手段であるカラーエンコーダー回路１２とを備えて構成されている。また、心電検出回路９から心電波形に同期した同期信号が送信回路系２と血流メモリ１０ａ，１０ｂに入力されている。
【００１５】
このように構成される超音波診断装置の詳細構成と動作について、超音波造影剤を血管に注入して血流計測を行なう場合を例にして、次に説明する。超音波探触子１は被検体内に超音波を送信するとともに、被検体内からの超音波の反射波を受信する機能を備えており、超音波を打ち出すとともに反射波を受信する複数の振動子を有して構成されている。送信回路系２は、超音波探触子１に対して超音波の送信を行なうものであり、複数の振動子を駆動して複数チャンネルの超音波を送信するにあたって、チャンネルごとに異なった遅延時間を与える送信フォーカス処理をして送信する。特に、本実施形態の場合は、超音波造影剤が注入された血管を含む被検体の計測対象部位に、周期的に超音波の送信を行なうようになっている。ここで、超音波の送信周期は、心電検出回路９から入力される心電波形に同期した信号の周期に一致させて行なわれる。心電波形の同期信号は、本実施形態ではＲ波に同期させた場合を説明するが、これに限らず、診断の目的に照らして必要な血流計測に応じ、任意の心時相に同期させることができる。
【００１６】
受信回路系３は、超音波探触子１の複数の振動子により受信された複数チャンネルの反射波を取込み、チャンネル毎に異なった遅延時間を与えてフォーカス処理、つまり整相処理を行なう。断層像表示回路系４では、受信回路系３から出力される整相処理された受信信号に基づいて、周知の手法により超音波断層像（Ｂモード像）を再構成する。
【００１７】
血流演算回路系５は、受信回路系３から出力される整相処理された受信信号を用いて、周知のドプラ周波数偏移に基づいて血流動態を２次元について演算し、血流像として出力する。具体的には、生体内の血流速度、血流速度分散、血流反射強度、等の血流情報を演算する。この演算周期は、超音波の送信周期に対応させる。
【００１８】
血流演算回路系５において演算周期毎に得られた演算結果の血流像データは、図２のタイミングチャートに示すように、心電検出回路９から入力される同期信号に合わせて、血流メモリ１０ａ、１０ｂに交互に書込まれるようになっている。すなわち、心電検出回路９からは、図２（ａ）に示す心電波形のＲ波（Ｒ(n-1)、Ｒ(n)、Ｒ(n+1)、Ｒ(n+2)、Ｒ(n+3)、…）に同期した信号が血流メモリ１０ａ、１０ｂに入力される。例えば、心拍周期Ｒ(n)において血流情報の演算結果Ｄ(n)を血流メモリ１０ａに書込む（図２(ｂ））。この書込みと同時に、血流メモリ１０ａに書込まれた演算結果Ｄ(n)が読み出され、血流情報差分回路１１に入力される（図２(ｃ））。一方、心拍周期Ｒ(n)において、血流メモリ１０ｂからは心拍周期Ｒ(n-1)の演算結果Ｄ(n-1)が読み出され（図２(ｅ））、血流情報差分回路１１に入力される。その結果、血流情報差分回路１１からは、心拍周期Ｒ(n)とＲ(n-1)の血流情報の差分演算Ｄ(n)−Ｄ(n-1)が行なわれ、カラーエンコーダー回路１２に出力される（図２(ｆ））。同様に、心拍周期Ｒ(n+1)の同期信号に合わせて血流メモリ１０ｂに演算結果Ｄ(n+1)が書込まれ（図２(ｄ））、このとき血流メモリ１０ａからは心拍周期Ｒ(n)の演算結果Ｄ(n)が読み出され（図２(ｅ））、血流情報差分回路１１に入力される。その結果、血流情報差分回路１１からは、心拍周期Ｒ(n+1)とＲ(n)の血流情報の差分演算Ｄ(n+1)−Ｄ(n)が行なわれ、カラーエンコーダー回路１２に出力される（図２（ｆ））。このようにして、前後の心拍周期における血流情報演算結果の差分が順次求められるようになっている。つまり、血流情報差分回路１１から、前後の心拍周期における例えば、血流速度差分情報、血流速度分散差分情報、血流反射強度差分情報が求められ、カラーエンコーダー回路１２に出力される。
【００１９】
カラーエンコーダ回路１２は、差分情報に基づいて血流像に色付を行なう。例えば、下記（１）〜（４）に示す基準に従って色付を行なう。
（１）血流反射強度差分に応じた色付け
（２）血流速度差分に応じた色付け
（３）血流速度分散差分に応じた色付け
（４）血流反射強度差分、血流速度差分、血流速度分散差分の2者又は3者の組合わせに応じた色付け
色付の具体例としては、上記(１)〜(３)の血流情報の差分結果については、図３(Ａ)に示すように、差分の結果が正ならば、正の大きさに応じて赤色→橙色→黄色に変わる赤い色調の色付けとし、差分の結果が負ならば、負の大きさに応じて、青色→緑色→そら色に変化する青い色調の色付けをし、差分が零に近い範囲では無色とする。あるいは、図３(Ｂ)に示すように、差分の絶対値の大きさに応じて、小さい方から無色→赤色→橙色→黄色のように変化させる。
【００２０】
また、上記(４)の場合は、例えば、図４に示すように、第一の血流情報(図示例では、血流速度)の差分結果が正ならば赤い色調の色付けとし、負ならば青い色調の色付けとし、それぞれ絶対値の大きさに応じて輝度を高くするように変化させる。さらにその上で、第二の血流情報（例えば、血流速度分散）の絶対値に応じて緑色を付加し、その緑色の輝度を絶対値の大きさに応じて高くするように変化させる。あるいは、上述した第一の血流情報の血流速度分散と、第二の血流情報の血流速度との関係を入れ替えてもよい。
【００２１】
このような色付けの結果、図５に示すように、表示モニタ８に心拍ごとに超音波造影剤の造影効果が生じた部位の色が変化して表示される。同図(Ａ)の画像は、心拍周期Ｒ(ｎ)時の画像であり、左心室１５の心筋１６内の血管１７内の超音波造影剤の造影効果を示している。図示のように、血管１７内の血流像が心筋１６の外側から順次、赤色→橙色→黄色→無色に変化していることから、造影剤が心拍ごとに心筋１６内を左心室１５に向かって浸達する様子が観察できる。そして、心拍周期Ｒ(n+1)になると、同図(Ｂ)に示すように、同図(Ａ)の心拍周期Ｒ(n)のとき無色であった部位が黄色に変化し、同様に他の部位の色も変化する。これにより、超音波造影剤が血管内を動く様子がわかることから、心筋内の虚血状況の診断に役立つ。
（第2の実施の形態）
図６に、本発明に係る第２の実施の形態の超音波診断像表示方法を適用してなる超音波診断装置のブロック構成図を示す。本実施の形態は、心電波形のＲ波等の心拍周期に同期させて血流像の差分画像を演算表示する例である。本実施形態が図１の実施形態と異なる点は、血流情報差分回路１１とカラーエンコーダ回路１２との間に血流差分情報メモリ１３を設けると共に、心電検出回路９からの心電波形に同期した信号（同期信号）がカラーエンコーダ回路１２と血流差分情報メモリ１３に入力されていることにある。
【００２２】
このように構成される第２の実施形態の特徴部の詳細構成を、図７〜図９を参照しながら、動作と共に説明する。図１の実施形態と同様、心電波形のＲ波に同期させて超音波を送受信することにより、計測部位の断層像と血流計測を行なう。血流演算回路系５と血流像表示回路系６の動作は、次のとおりである。図７に示すように、心電波形のＲ波に同期させて、心拍周期Ｒ(0)において血流演算回路５により演算された血流諸元（血流速度、血流速度分散、血流反射強度、等）の演算結果Ｄ(0)を血流メモリ１０ａに書込む（図７(ｂ)）。次の心拍周期Ｒ(1)の演算結果Ｄ(1)は血流メモリ１０ｂに書込む(図７(ｄ))。一方、血流メモリ１０aに書き込まれた演算結果Ｄ(0)は、その書込みと同時に読み出され、心拍周期Ｒ(2)の演算結果Ｄ(2)の書込みが開始されるまで読み出し可能になっている(図７(ｃ))。このように、心拍周期Ｒ(0)、Ｒ(2)、Ｒ(4)、…の演算結果は血流メモリ１０ａに書き込まれ、心拍周期Ｒ(1)、Ｒ(3)、…の演算結果は血流メモリ１０ｂに書き込まれ、それぞれ次の書込みが開始されるまで読み出されるようになっている(図７(ｃ)、(ｅ))。血流メモリ１０ａ、１０ｂから読み出された演算結果は血流情報差分回路１１に入力され、心拍周期ごとに新しい演算結果から古い演算結果を減算して差分を求める(図７(ｆ))。すなわち、心拍周期ごとにＤ(1)-Ｄ(0)、Ｄ(2)-Ｄ(1)、…を演算し、その演算結果を血流差分情報メモリ１３に格納する。つまり、血流差分情報メモリ１３には、心拍周期ごとの差分情報である血流速度差分情報、血流速度分散差分情報、血流反射強度差分情報が格納される(図７(ｇ))。
【００２３】
例えば、心拍周期Ｒ(4)の時点では、
4心拍目と３心拍目の血流情報の差分：Ｄ(4)-Ｄ(3)と、
3心拍目と２心拍目の血流情報の差分：Ｄ(3)-Ｄ(2)と、
2心拍目と1心拍目の血流情報の差分：Ｄ(2)-Ｄ(1)と、
1心拍目と0心拍目の血流情報の差分：Ｄ(1)-Ｄ(0)の情報が、格納されている。
【００２４】
そして、血流差分情報メモリ１３に格納された各心拍周期ごとの差分情報は、心拍周期に同期させてカラーエンコーダー回路１２に読み出され、図８に示す色付け基準に従って血流像に色付けが行なわれる。同図の例では、第１心拍目が赤色、第２心拍目が桃色、第３心拍目が橙色、第４心拍目が黄色に設定されている。その結果、図９に示すように、第１心拍目では血管部１７-１に示すように心壁の外側に位置した造影剤が、第４心拍目には血管部１７-４に示すように心壁の内側近くまで造影剤効果が達していることを確認できる。なお、色付けは、一定のしきい値以上の差分を有する画素にのみ行なうことにより、造影剤の到達位置の心拍ごとの変化が明瞭になる。
【００２５】
このように、図６の実施形態によれば、造影剤の到達位置が心拍ごとに判るので、病変診断の役に立つ。
【００２６】
以上説明した第１と第２の実施の形態では、超音波断層像に血流象を重ねて表示する例について説明したが、超音波断層像を表示する必要がない場合は、断層像表示回路系４及び表示重ね合わせ回路７は設ける必要がない。また、超音波血流像を色付けして表示するか否かは必要に応じて選択できる。
【００２７】
また、第１と第２の実施の形態では、心電波形のＲ波に同期させて血流像等の計測を行なう例を示したが、これに限らず、Ｒ波から任意の心時相ずれた時点に同期して、画像の取得、表示を行なうようにしてもよい。
【００２８】
また、心電検出回路９から出力される心電波形に同期した信号に基づいて血流情報の差分等を演算し、表示する例について説明したが、これに限らず、タイマなどにより設定した任意の時間ごとに、血流情報の差分等を演算して表示するようにしてもよい。
【００２９】
さらに必要ならば、本発明に係る血流情報差分画像と、リアルタイムの超音波断層像あるいは通常の血流像、またはこれの組合わせ画像を、同一表示モニタの画面の例えば左右に並べて表示するようにすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、造影剤の造影効果を画像表示できるので、診断に役立たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置に係る一実施形態のブロック構成図である。
【図２】図１の超音波診断装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１の超音波診断装置に係る血流像の色付けの例を説明する図である。
【図４】図１の超音波診断装置に係る血流像の色付けの他の例を説明する図である。
【図５】図１の超音波診断装置に係る表示画像の例を示す図である。
【図６】本発明の超音波診断装置に係る他の実施形態のブロック構成図である。
【図７】図６に係る超音波診断装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】図６の超音波診断装置に係る血流像の色付けの例を説明する図である。
【図９】図６の超音波診断装置に係る表示画像の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波探触子
２ 送信回路系
３ 受信回路系
４ 断層像表示回路系
５ 血流演算回路系
６ 血流像表示回路系
７ 表示重ね合わせ回路
８ 表示モニタ
９ 心電検出回路
１０ａ，１０ｂ 血流メモリ
１１ 血流情報差分回路
１２ カラーエンコーダー回路
１３ 血流差分情報メモリ

Claims (5)

1. 超音波造影剤が注入された血管を含む被検体の部位に超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に送信波の送信フォーカス処理をして心拍周期に対応させて周期的に送信する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段と、該受信フォーカス処理された受信信号に基づいて血流情報を演算する血流情報演算手段と、演算結果の前記血流情報を前記送信波の送信周期に対応させて複数周期にわたって記憶する記憶手段と、該記憶手段から互いに前後する送信周期に係る２つの前記血流情報を読み出してそれらの差分を求める差分演算手段と、該求めた差分の大きさに応じて設定した異なる画像表示態様に基づいて血流像を生成する血流像生成手段と、該血流像生成手段により生成された前記血流像を表示する表示手段とを備え、
   前記血流像生成手段は、複数の前記心拍周期にわたって前記差分演算手段により求められる前記血流情報の差分に基づいて、該血流情報の差分の大きさがしきい値以上の前記血流像の画素に前記心拍周期ごとに異なる色付けを行い、複数の前記心拍周期にわたって前記血流像を生成することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記表示手段は、前記受信フォーカス処理された受信信号に基づいて再構成される断層像に重ねて前記血流像を表示することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記画像表示態様は、前記差分の大きさに応じて表示画像の色付けであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記送信周期は、心電波形の周期に同期させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 超音波造影剤が注入された血管を含む被検体の部位に超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に送信波の送信フォーカス処理をして心拍周期に対応させて送信する送信手段と、前記超音波探触子から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段と、該受信フォーカス処理された受信信号に基づいて血流情報を演算する血流情報演算手段と、演算結果の前記血流情報を前記心拍周期に対応させて複数周期にわたって記憶する第１の記憶手段と、該記憶手段から互いに前後する前記心拍周期に係る２つの前記血流情報を読み出してそれらの差分を求める差分演算手段と、該求めた差分を前記心拍周期に対応させて複数周期にわたって記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段の前記血流情報の差分の大きさがしきい値以上の前記血流像の画素に前記心拍周期ごとに異なる色付けを行って複数の前記心拍周期にわたって前記血流像を生成する血流像生成手段と、該血流像生成手段により生成された血流像を表示する表示手段とを備えてなる超音波診断装置。

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