JP2004188213A - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic measuring device and method capable of correctly analyzing complicated and subtle characteristics. <P>SOLUTION: Ultrasonic pulse beams are transmitted from a probe 10, and their echoes are detected. The echoes are simply converted into electric signals to form RF receiving signals, brightness signals obtained by envelope detection of the RF signals, or Doppler signals obtained by orthogonal detection of the RF signals, and they are embedded in an m-dimensional phase space by an attractor composing part 42 to compose an attractor. Characteristic values for a correlation dimension or the like are determined from the attractor by a characteristics extracting part 44. They are combined with existing diagnosis images such as B-mode images in a display device 36. By using gates such as brightness signal gates 20 and RF signal gates 30, chaos analysis can be conducted to a plurality of parts. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波を用いて生体としての被計測物体内部の状態を計測するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring a state inside a measured object as a living body using ultrasonic waves.

医療分野で利用される超音波診断装置は、超音波ビームを生体内に送波し、これに対する生体内からのエコーを検知してこれを画像化する。電子走査方式などにより断層画像をリアルタイム表示する装置が広く普及しており、体内の非侵襲的な診断に大きな威力を発揮している。   An ultrasonic diagnostic apparatus used in the medical field transmits an ultrasonic beam into a living body, detects an echo from the living body in response to the ultrasonic beam, and forms an image of the echo. 2. Description of the Related Art Devices for displaying a tomographic image in real time by an electronic scanning method or the like have been widely used, and are exerting great power for noninvasive diagnosis of a body.

広く普及している超音波診断装置には、ＢモードやＭモードなどのようにエコーの強さを輝度変調などで画像化するものと、カラードプラなどのように反射体の運動によるエコーのドプラシフト成分を画像化するものとがあり、これら両者の機能を併せ持つ装置もよく用いられている。   Widely used ultrasonic diagnostic devices include those that image the intensity of echoes by brightness modulation, such as B-mode and M-mode, and Doppler shift of echoes due to the motion of reflectors, such as color Doppler. There is a device for imaging a component, and a device having both of these functions is often used.

超音波診断装置は、リアルタイム画像の画質向上や、画像からの血流量の算出その他の応用ソフトウエアの開発など、様々な面で進歩しつつある。なお、以下の公知文献がある。 Ultrasound diagnostic apparatuses are making progress in various aspects, such as improving the quality of real-time images, calculating blood flow from the images, and developing other application software. In addition, there are the following known documents.

特開平８−６３２号公報JP-A-8-632 特開平７−５５２２６号公報JP-A-7-55226 特開平８−５８６号公報JP-A-8-586 特開平８−２９９４６９号公報JP-A-8-299469 特開平２−３０７０５３号公報JP-A-2-307053 特開平６−７３５２号公報JP-A-6-7352 特開平４−２７２７５０号公報JP-A-4-272750 山家智之他，健常者における左室収縮時系列曲線のカオス解析の試み，Journal of Cardiology，１９９４年，vol.24，pp.469-474Tomoyuki Yamake et al., Chaos analysis of left ventricular contraction time series curve in healthy subjects, Journal of Cardiology, 1994, vol.24, pp.469-474

このように、超音波診断装置の進歩は続いているが、開発の方向性がある程度定まって来ており技術的に成熟に近づいている面もある。これからの超音波診断装置の発展のためのブレークスルーが求められている。   As described above, although the progress of the ultrasonic diagnostic apparatus continues, the direction of the development has been determined to some extent, and there is also a side where the technical approach is approaching maturity. There is a need for a breakthrough for the development of future ultrasonic diagnostic apparatuses.

また、生体の構造や動きなどの性状は、非常に複雑且つ微妙であり、従来の超音波診断装置でそのような複雑性が評価・診断の対象として十分に解析されていたかどうかには疑問がある。例えば、心臓に軽い異常が起こった場合の動きの変化などは、リアルタイム画像で見ていては判断が難しい場合が多く、血流量などのマクロな計測量で評価しようとしても検出できない場合もある。そのような複雑微妙な性状を的確に分析できる計測技術が求められている。   In addition, the characteristics of the structure and movement of the living body are very complex and subtle, and it is questionable whether such complexity has been sufficiently analyzed for evaluation and diagnosis by conventional ultrasonic diagnostic equipment. is there. For example, it is often difficult to determine a change in motion when a slight abnormality occurs in the heart by looking at a real-time image, and it may not be detected even if an attempt is made to evaluate it with a macro measured amount such as blood flow. There is a need for a measurement technique that can accurately analyze such complicated and delicate properties.

以上から、超音波の送受波を用いて生体内の性状を表示する新しい計測技術が要望される。In view of the above, a new measurement technique for displaying a property in a living body using transmitted and received ultrasonic waves is demanded.

本発明は、超音波を用いた従来にない新たな計測・解析のための装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、どの部位のカオス解析結果かを一目で理解できるようにすることにある。本発明の更に他の目的は、生体内におけるカオス的な特徴の分布を一目で把握できるようにすることにある。 The present invention aims to provide an apparatus for the new measurement and analysis unconventional using ultrasound. Another object of the present invention is to make it possible to understand at a glance which part of the chaos analysis result. Still another object of the present invention is to make it possible to grasp at a glance the distribution of chaotic features in a living body.

発明者らは、心臓等の診断対象を超音波診断装置で診断したときの受信信号に対しカオス解析手法を適用して解析を行った結果、受信信号の時系列がカオスであることを発見した。そして、その受信信号のカオス的な特徴、例えばアトラクタや相関次元（フラクタル次元）、リアプノフ指数などが、診断対象の状態変化に応じて変化することを確認した。本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、超音波計測装置で得られた受信信号にカオス解析処理を施すことにより、診断対象のカオス的な特徴を求め、これを診断のための情報として提示する。   The inventors have applied a chaos analysis method to a reception signal when a diagnosis target such as a heart is diagnosed by an ultrasonic diagnostic apparatus and analyzed the result, and found that the time series of the reception signal is chaos. . Then, it was confirmed that the chaotic features of the received signal, for example, attractor, correlation dimension (fractal dimension), Lyapunov exponent, etc., change according to the state change of the diagnosis target. The present invention has been made based on such knowledge, and by performing chaos analysis processing on a received signal obtained by an ultrasonic measurement device, a chaotic feature of a diagnosis target is obtained, and this is used for diagnosis. As information.

望ましくは、超音波計測装置は、被計測物体内に超音波を送波し、被計測物体を透過した超音波又は被計測物体内で反射された超音波を受波する送受波手段と、前記送受波手段の受信信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、前記カオス解析手段の解析結果を出力する出力手段とを有する。 Desirably, the ultrasonic measuring device transmits an ultrasonic wave into the object to be measured, and a transmitting and receiving means for receiving the ultrasonic wave transmitted through the object to be measured or the ultrasonic wave reflected in the object to be measured, and and chaos analysis means for performing chaos analysis processing on the received signal transducing means, that having a output means for outputting an analysis result of the chaos analysis means.

カオス解析手段が行うカオス解析処理には、例えば信号を相空間に埋め込んでアトラクタを構築する処理や、そのアトラクタから相関次元（フラクタル）やリアプノフ指数などの特徴量を求める処理などがある。解析対象となる送受波手段の受信信号には、例えば超音波診断装置の場合の高周波（ＲＦ）の受信信号がある。この他にもＲＦ受信信号に包絡線検波や直交検波等の信号処理を施して得た信号や、それら検波結果から生成した画像の画素値なども、解析対象の受信信号の概念に含まれる。カオス解析処理の結果は、画面表示その他の方式で出力され、ユーザに提供される。   The chaos analysis process performed by the chaos analysis means includes, for example, a process of constructing an attractor by embedding a signal in a phase space, and a process of obtaining a feature amount such as a correlation dimension (fractal) and a Lyapunov exponent from the attractor. The reception signal of the transmitting / receiving means to be analyzed includes, for example, a high-frequency (RF) reception signal in the case of an ultrasonic diagnostic apparatus. In addition, the concept of a received signal to be analyzed includes a signal obtained by performing signal processing such as envelope detection and quadrature detection on an RF reception signal, and a pixel value of an image generated from the detection result. The result of the chaos analysis processing is output on a screen display or another method and provided to the user.

好適な態様では、アトラクタやその特徴量などの正常値などの参照情報を予め本装置に登録しておき、実際の計測で得たアトラクタ等をその参照情報と比較することにより、計測対象の異常判定を行うことができる。   In a preferred embodiment, reference information such as a normal value such as an attractor and its characteristic amount is registered in advance in the present apparatus, and an attractor or the like obtained by actual measurement is compared with the reference information to thereby detect an abnormality in the measurement target. A determination can be made.

また、別の好適な態様では、カオス解析処理を、一定時間間隔ごと等、時間を追って順次行い、その解析結果の経時変化を一覧表示したり、あるいはその経時変化の特徴を表す評価値（例えば相関次元の変化の傾きなど）を求めたり、などの経時変化解析を行う。この態様によれば、負荷その他の影響を加えた後の被計測物体の変化などをカオスの観点から解析することができる。なお、解析結果の一覧表示には、例えば各時点でのアトラクタの一覧表示や、各時点での相関次元の値の変化を表すグラフなどが含まれる。   In another preferred embodiment, the chaos analysis processing is sequentially performed over time, such as at regular time intervals, and a temporal change in the analysis result is displayed in a list, or an evaluation value (for example, an evaluation value representing a characteristic of the temporal change) Or a temporal change analysis such as the inclination of a change in the correlation dimension. According to this aspect, it is possible to analyze, for example, a change in the measured object after applying a load or other influence from the viewpoint of chaos. Note that the list display of the analysis results includes, for example, a list display of attractors at each time point, a graph representing a change in the value of the correlation dimension at each time point, and the like.

望ましくは、超音波計測装置は、超音波パルスを被計測物体内に送波して被計測物体内からのエコーを受波する送受波手段と、前記送受波手段の受信信号の時系列の中から、予め設定された範囲に対応する信号を取り出す信号抽出手段と、前記信号抽出手段で抽出された範囲の信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、前記カオス解析手段の解析結果を出力する出力手段とを有する。 Desirably, the ultrasonic measuring device transmits and receives an ultrasonic pulse from the inside of the object to be measured by transmitting an ultrasonic pulse into the object to be measured, and a time series of a reception signal of the wave transmitting and receiving unit. From, a signal extraction means for extracting a signal corresponding to a preset range, a chaos analysis means for performing a chaos analysis process on the signal in the range extracted by the signal extraction means, and an analysis result of the chaos analysis means that having a and output means for outputting.

この構成では、超音波パルスを生体としての被計測物体内に送波し、そのエコーを検出する。送信波をパルス波としたことにより、距離分解能が得られる。すなわち、被計測物体内の音速（これは被計測物体の材質から分かる）から、目標とする深さ（送受波手段からの距離）に超音波が到達し、そこで反射して戻ってくるまでの時間が分かるので、ゲート回路などの信号抽出手段によりその時間の前後の間だけ信号（部分信号）を取り出すことができる。抽出した所望の深さ範囲の信号に対してカオス解析処理を施すことにより、その範囲の診断部位のカオス特徴を求めることができる。このように、この構成によれば、所望の範囲の部位のカオス特徴を求めることができる。なお、この信号抽出の範囲は、最も小さい場合としては１つの点の場合も考えられる。１つの超音波パルス当たりの信号抽出の範囲が小さい場合には、各超音波パルスの送信毎に得られたその範囲の信号を連結して１つの時系列信号と捉え、その時系列信号に対してカオス解析処理を適用することもできる。これにより、十分な長さの信号に対してカオス解析を行えるという利点が得られる。 In this configuration, an ultrasonic pulse is transmitted into an object to be measured as a living body , and its echo is detected. By using a pulse wave as the transmission wave, a distance resolution can be obtained. That is, from the speed of sound in the object to be measured (which is known from the material of the object to be measured), the ultrasonic wave reaches the target depth (the distance from the transmitting and receiving means), and is reflected and returned there. since the time is known, it is possible to take out the only signal s during the time before and after the (partial signal) by the signal extraction means such as a gate circuit. By performing the chaos analysis processing on the extracted signal in the desired depth range, the chaos feature of the diagnostic site in the range can be obtained. As described above, according to this configuration, it is possible to obtain a chaotic feature of a portion in a desired range. It should be noted that the range of the signal extraction may be one point as the smallest case. If the range of the signal extraction per one ultrasonic pulse is small, regarded as one of the time-series signals by connecting a signal of the range obtained for each transmission of each ultrasonic pulse, for the time series signal Chaos analysis processing can also be applied. Thus, advantage obtain row chaos analysis on a sufficient length of the signal is obtained.

この構成の好適な態様は、前記受信信号を用いて前記被計測物体内各部の超音波反射特性を表す計測画像を生成して表示する計測画像表示手段と、前記計測画像に関連付けて前記信号抽出手段の抽出対象の範囲の指定を受け付けて前記信号抽出手段に設定する範囲設定手段とを備える。   In a preferred aspect of this configuration, a measurement image display unit that generates and displays a measurement image representing an ultrasonic reflection characteristic of each part in the object to be measured using the reception signal, and the signal extraction in association with the measurement image Range setting means for receiving designation of a range to be extracted by the means and setting the range in the signal extracting means.

超音波反射特性には、反射の強さ（エコー強度）だけでなく、血流その他の運動体速度によるドプラシフト（ドプラ情報）なども含まれる。この態様では、超音波診断装置におけるＢモード断層像などの計測画像（超音波画像）上で解析対象としたい部位を指定できるので、解析したい範囲を的確に指定することができる。 The ultrasonic reflection characteristics include not only the intensity of the reflection (echo intensity), but also the Doppler shift (Doppler information) due to the blood flow and other moving body velocities. In this aspect, a part to be analyzed can be specified on a measurement image (ultrasonic image) such as a B-mode tomographic image in the ultrasonic diagnostic apparatus, so that a range to be analyzed can be accurately specified.

このようにして指定した範囲についてのカオス解析結果を、計測画像（超音波画像）の対応位置に重畳表示することにより、どの部位の解析結果かが一目で理解できる。 By superimposing and displaying the chaos analysis result for the designated range on the corresponding position of the measurement image (ultrasonic image) , it is possible to understand at a glance which part is the analysis result.

また、信号抽出手段で、複数の範囲についての信号を抽出し、それぞれについてカオス解析を行ってその結果を計測画像（超音波画像）上に重畳して表示すれば、被計測物体各部のカオス特徴の分布が表示できる。 Also, if the signal extraction means extracts signals for a plurality of ranges, performs chaos analysis on each of them, and superimposes and displays the results on a measurement image (ultrasonic image) , the chaos characteristic of each part of the measured object can be obtained. Can be displayed.

本発明に係る超音波計測装置は、被計測物体としての生体内に超音波パルスを送波し、生体を透過した超音波又は生体内で反射された超音波を受波する送受波手段と、前記送受波手段の受信信号に基づき超音波画像を形成する手段と、前記送受波手段の受信信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、前記超音波画像上に前記カオス解析手段の解析結果を重畳表示する手段と、を有することを特徴とする。 The ultrasonic measuring apparatus according to the present invention transmits and receives an ultrasonic pulse into a living body as a measured object, and a transmitting and receiving unit that receives ultrasonic waves transmitted through the living body or ultrasonic waves reflected inside the living body, Means for forming an ultrasonic image based on the received signal of the wave transmitting / receiving means, chaos analyzing means for performing chaos analysis processing on the received signal of the wave transmitting / receiving means, and analysis of the chaos analyzing means on the ultrasonic image Means for superimposing and displaying the results.

また、本発明に係る超音波計測装置は、被計測物体としての生体内に超音波パルスを送波し、生体を透過した超音波又は生体内で反射された超音波を受波する送受波手段と、前記超音波パルスの送信ごとに前記送受波手段から出力される受信信号に基づき超音波画像を形成する手段と、前記超音波パルスの送信ごとに前記送受波手段から出力される受信信号の中から、予め設定された範囲に対応する部分信号を取り出す部分信号抽出手段と、前記部分信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、前記超音波画像上における前記範囲に対応する位置に前記カオス解析手段の解析結果を重畳表示する手段と、を有することを特徴とする。 Further, the ultrasonic measuring device according to the present invention is a transmitting / receiving means for transmitting an ultrasonic pulse into a living body as an object to be measured and receiving ultrasonic waves transmitted through the living body or ultrasonic waves reflected inside the living body. A means for forming an ultrasonic image based on a reception signal output from the transmission / reception means for each transmission of the ultrasonic pulse, and a reception signal output from the transmission / reception means for each transmission of the ultrasonic pulse. From among them, a partial signal extraction unit that extracts a partial signal corresponding to a preset range, a chaos analysis unit that performs chaos analysis processing on the partial signal, and a position corresponding to the range on the ultrasonic image. Means for superimposing and displaying the analysis result of the chaos analysis means .

望ましくは、前記超音波パルスの送信ごとに取り出された複数の部分信号を連結して時系列信号を生成する連結手段を含み、前記カオス解析手段は前記複数の部分信号を連結した時系列信号に対してカオス解析処理を施す。望ましくは、前記超音波画像上において前記部分信号を取り出す複数の範囲の指定を受け付けて前記部分信号抽出手段に設定する範囲設定手段を含み、前記超音波画像上における前記複数の範囲に対応する複数の位置にカオス解析結果が重畳表示される。望ましくは、前記超音波画像上にカオス解析結果の分布が重畳表示される。望ましくは、前記超音波画像はＢモード断層画像であり、前記Ｂモード断層画像上に前記カオス解析結果がカラーで重畳表示される。望ましくは、前記受信信号として、高周波信号、検波後の輝度信号、又は、ドプラ信号を選択する手段を有する。Desirably, the apparatus further includes a connection unit that generates a time-series signal by connecting a plurality of partial signals extracted for each transmission of the ultrasonic pulse, wherein the chaos analysis unit converts the time-series signal obtained by connecting the plurality of partial signals to a time-series signal. A chaos analysis process is performed on the chaos. Preferably, the apparatus further includes a range setting unit that receives designation of a plurality of ranges from which the partial signals are extracted on the ultrasound image and sets the plurality of ranges on the partial signal extraction unit, and a plurality of ranges corresponding to the plurality of ranges on the ultrasound image. The chaos analysis result is superimposed and displayed at the position of. Preferably, the distribution of the chaos analysis result is superimposed on the ultrasonic image. Preferably, the ultrasound image is a B-mode tomographic image, and the chaos analysis result is displayed in color on the B-mode tomographic image. Preferably, there is provided means for selecting a high-frequency signal, a luminance signal after detection, or a Doppler signal as the reception signal.

以上説明したように、本発明によれば、被計測物体内に超音波を送波し、これに起因する被計測物体内からの超音波信号を受波してカオス解析することにより、従来にない新たな超音波計測／診断のための手法が得られた。特に、超音波パルスのエコーを用いることにより、距離分解能が得られ、被計測物体内の特定部位のカオス的な特徴を求めることが可能になった。本発明によれば、重畳表示により、どの部位のカオス解析結果かを一目で理解できる。本発明によれば、分布表示により、生体内におけるカオス的な特徴の分布を一目で把握できる。 As described above, according to the present invention, an ultrasonic wave is transmitted into an object to be measured, and an ultrasonic signal from the object to be measured is received and chaos analysis is performed. No new ultrasonic measurement / diagnosis techniques have been obtained. In particular, by using the echo of the ultrasonic pulse, a distance resolution can be obtained, and it becomes possible to obtain a chaotic feature of a specific portion in the measured object. According to the present invention, it is possible to understand at a glance which part of the chaos analysis result by the superimposed display. According to the present invention, the distribution of chaotic features in a living body can be grasped at a glance by the distribution display.

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

以下、本発明に係る超音波診断装置の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成例を示す機能ブロック図である。この構成において、プローブ１０は、被検体に対して超音波の送受波を行うための装置であり、超音波振動子のアレイを含む。送信ビームフォーマ１２は、プローブ１０の各振動子に対してそれぞれ適切な遅延量を与えた駆動パルスを供給することにより、プローブ１０の振動子アレイから発せられる送信超音波パルスを指向性のあるビームとする。プローブ１０の各振動子は、この超音波パルスビームに対する被検体内部からのエコーを受信し、電気的な受信信号に変換する。各振動子の各受信信号は受信ビームフォーマ１４により整相加算されて、受信ビームに対応する１つの受信信号となる。制御器５０は、超音波診断装置各部を総合的に制御するためのものであり、送信ビームフォーマ１２及び受信ビームフォーマ１４はこの制御器５０からの制御に従って上記の処理を実行する。送信ビームフォーマ１２及び受信ビームフォーマ１４を制御することにより、送信ビーム及び受信ビームを形成するとともに、これらビームを例えば所定の面に沿って２次元的に走査する。 Hereinafter, an embodiment of an ultrasonic diagnostic equipment according to the present invention. FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. In this configuration, the probe 10 is a device for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the subject, and includes an array of ultrasonic transducers. The transmission beamformer 12 supplies a driving pulse with an appropriate delay amount to each transducer of the probe 10 to transmit a transmission ultrasonic pulse emitted from the transducer array of the probe 10 to a directional beam. And Each transducer of the probe 10 receives an echo of the ultrasonic pulse beam from inside the subject and converts it into an electrical reception signal. Each reception signal of each transducer is subjected to phasing and addition by the reception beam former 14, and becomes one reception signal corresponding to the reception beam. The controller 50 is for comprehensively controlling each section of the ultrasonic diagnostic apparatus. By controlling the transmission beam former 12 and the reception beam former 14, a transmission beam and a reception beam are formed, and these beams are two-dimensionally scanned, for example, along a predetermined plane.

受信ビームフォーマ１４から出力される受信信号は、包絡線検波器１６、直交検波器１８及びＲＦ信号ゲート３０に供給される。包絡線検波器１６は、受信信号に対数圧縮を施した上で包絡線検波を行う。包絡線検波器１６の出力は、受信エコーの強度を表し、ＢモードやＭモード等の表示のための輝度信号として用いられる。Ｂ・Ｍモード信号処理回路２６は、この輝度信号に基づき、Ｂモード断層画像やＭモード画像を生成し、その画像データをＤＳＣ（ディジタルスキャンコンバータ）３４に書き込む。   The reception signal output from the reception beamformer 14 is supplied to an envelope detector 16, a quadrature detector 18, and an RF signal gate 30. The envelope detector 16 performs logarithmic compression on the received signal and then performs envelope detection. The output of the envelope detector 16 indicates the intensity of the received echo, and is used as a luminance signal for displaying a B mode, an M mode, or the like. The B / M mode signal processing circuit 26 generates a B-mode tomographic image or an M-mode image based on the luminance signal, and writes the image data into a DSC (digital scan converter) 34.

直交検波器１８は、受信ビームフォーマ１４から入力された受信信号を２つのミキサに加え、プローブ１０の送信周波数と同じ周波数で位相が互いに９０°異なる２つの参照周波数と混合する。直交検波出力は、エコーのドプラシフトの情報を含んでいる。カラードプラ信号演算処理部２８は、この直交検波出力に対してフィルタリングや自己相関演算などの周知のカラードプラ演算処理を行い、その結果をＤＳＣ３４に入力する。   The quadrature detector 18 adds the reception signal input from the reception beamformer 14 to the two mixers, and mixes the received signal with two reference frequencies having the same frequency as the transmission frequency of the probe 10 and a phase different from each other by 90 °. The quadrature detection output includes information on the Doppler shift of the echo. The color Doppler signal operation processing unit 28 performs a well-known color Doppler operation such as filtering and autocorrelation operation on the quadrature detection output, and inputs the result to the DSC 34.

直交検波器１８の出力は、上記カラードプラ演算処理の他、特定サンプル点の血流スペクトルを得るためにスペクトルドプラ処理に供される。このスペクトルドプラ処理では、まず直交検波器１８のＩ，Ｑ出力はそれぞれサンプルゲート２２ａ、２２ｂを通される。サンプルゲート２２ａ、２２ｂには、断層像１フレームのうちの何番目のビームのどの深さ範囲の信号を抽出するかが予め設定されている。サンプルゲート２２ａ、２２ｂは、入力される直交検波出力のうち、この設定された範囲の信号のみを取り出す。各サンプルゲート２２ａ、２２ｂのゲート範囲の設定は、ユーザが操作パネル５２から行うことができ、このゲート範囲は制御器５０に設定され、制御器５０はその設定に応じてゲート信号をサンプルゲート２２ａ、２２ｂに供給し、各サンプルゲートはそのゲート信号に応じて入力信号をゲートする。各サンプルゲート２２ａ、２２ｂで取り出された信号は、それぞれ帯域通過フィルタ２４ａ、２４ｂに通され、これにより血管壁などの低速部分の反射信号の成分が除去される。スペクトルドプラ信号演算処理部３２は、このフィルタ出力に対して高速フーリエ変換を施し、その周波数分析結果である血流パワースペクトルの画像をＤＳＣ３４に書き込む。   The output of the quadrature detector 18 is subjected to spectral Doppler processing in order to obtain a blood flow spectrum at a specific sample point in addition to the above-described color Doppler operation processing. In this spectral Doppler processing, first, the I and Q outputs of the quadrature detector 18 are passed through sample gates 22a and 22b, respectively. In the sample gates 22a and 22b, it is set in advance which signal of which beam in one frame of the tomographic image and in which depth range the signal is to be extracted. The sample gates 22a and 22b take out only signals within the set range from the input quadrature detection output. The user can set the gate range of each of the sample gates 22a and 22b from the operation panel 52. This gate range is set in the controller 50, and the controller 50 outputs the gate signal to the sample gate 22a in accordance with the setting. , 22b, and each sample gate gates the input signal according to its gate signal. The signals extracted by the sample gates 22a and 22b are passed through band-pass filters 24a and 24b, respectively, whereby the components of the reflected signal at a low-speed portion such as a blood vessel wall are removed. The spectrum Doppler signal processing unit 32 performs a fast Fourier transform on the filter output, and writes an image of a blood flow power spectrum as a frequency analysis result in the DSC 34.

ＤＳＣ３４は、書き込まれたＢモード画像、Ｍモード画像、カラードプラ画像及びパワースペクトル画像を、表示装置３６の表示走査に同期して読み出し、Ｄ／Ａ変換して表示装置３６に供給する。これにより、表示装置３６に、Ｂモード断層画像やカラードプラ画像などの生体診断用の超音波画像が表示される。 The DSC 34 reads out the written B-mode image, M-mode image, color Doppler image, and power spectrum image in synchronization with the display scanning of the display device 36, performs D / A conversion, and supplies it to the display device 36. As a result, an ultrasonic image for biological diagnosis such as a B-mode tomographic image or a color Doppler image is displayed on the display device 36.

以上説明したＢモード画像、カラードプラ画像等の超音波画像を形成するための構成は、従来周知の一般的な構成と同様のものを用いることができる。 Above-described B-mode image, a configuration for forming an ultrasonic image such as a color Doppler image can be the same as the conventionally known common configuration.

次に、本実施形態の特徴であるカオス解析のための構成について説明する。本実施形態の装置は、受信ビームフォーマ１４から出力される高周波（ＲＦ）の受信信号、Ｂ・Ｍモード画像形成に用いられる輝度信号、及びスペクトルドプラ処理に用いるドプラ信号に対してカオス解析処理を行う機能を有している。いずれの信号に対してカオス解析処理を行うかは、切換器４０で切り換えることができる。どの信号を解析対象とするかは、例えば解析したい対象部位／組織の特性に応じて選べばよい。例えば血流についてのカオス解析が行いたい場合は、ドプラ信号を選択すればよい。同じ部位でも、用いる信号を切り換えれば、当該部位についての異なった観点からの性状情報が得られる。 Next, a configuration for chaos analysis which is a feature of the present embodiment will be described. The apparatus according to the present embodiment performs chaos analysis processing on a high-frequency (RF) reception signal output from the reception beamformer 14, a luminance signal used for BM mode image formation, and a Doppler signal used for spectrum Doppler processing. It has a function to perform. Which signal is subjected to the chaos analysis processing can be switched by the switch 40. Which signal is to be analyzed may be selected, for example, according to the characteristics of the target site / tissue to be analyzed. For example, when it is desired to perform a chaos analysis on a blood flow, a Doppler signal may be selected. Even at the same site, it is switched signals to be used, Ru property information from different viewpoints for that site is obtained.

また、本実施形態では、超音波パルスの利用及び範囲指定により、受信信号のうち、所望の部位の信号のみを取り出してカオス解析を行う機構、つまり局所カオス解析の機能を備えている。ＲＦ信号ゲート３０や輝度信号ゲート２０などがそのための機構である。これらゲート３０及び２０には、スペクトルドプラ処理のためのサンプルゲート２２ａ、２２ｂと同様、断層像１フレームの信号のうち、どのビームのどの深さ範囲の信号を抽出すべきかが予め設定されている。したがって、ＲＦ信号ゲート３０は受信ビームフォーマ１４から出力されたＲＦの受信信号を、輝度信号ゲート２０は包絡線検波器１６から出力された輝度信号を、それぞれゲートし、予め設定された範囲の信号のみを取り出して後段に出力する。ＲＦ信号ゲート３０、輝度信号ゲート２０のゲート範囲は、サンプルゲート２２ａ、２２ｂと同様、操作パネル５２からのユーザ入力に応じて制御器５０に設定され、制御器５０はこの設定に応じてゲート２０又は３０を制御する。 In the present embodiment, a mechanism for extracting only a signal of a desired part from the received signal and performing chaos analysis by using an ultrasonic pulse and specifying a range , that is, a function of local chaos analysis is provided. The RF signal gate 30 and the luminance signal gate 20 are mechanisms for that purpose. In these gates 30 and 20, similarly to the sample gates 22a and 22b for the spectral Doppler processing, out of the signals of one frame of the tomographic image, which beam and which depth range signal should be extracted is set in advance. . Therefore, the RF signal gate 30 gates the RF reception signal output from the reception beamformer 14, and the luminance signal gate 20 gates the luminance signal output from the envelope detector 16, and outputs a signal within a preset range. Extract only and output to the subsequent stage. The gate ranges of the RF signal gate 30 and the luminance signal gate 20 are set in the controller 50 in response to a user input from the operation panel 52, as in the case of the sample gates 22a and 22b. Or 30 is controlled.

このように、予め設定した範囲の信号のみを抽出して後段のカオス解析処理に渡す機構を設けたことにより、所望部位のカオス的特徴を求めることができる。なお、このようなゲートを設けず、例えば１ビーム分の信号全体、又は１フレーム（画面）分の信号全体に対してカオス解析を施すことでも、その範囲全体についての何らかのカオス的特徴を求めることももちろん可能である。これに加え、本実施形態のようにゲートを設けてカオス解析対象部位の限定を可能としたことで、その部位のカオス特徴を弁別してより精密に解析できる。   As described above, by providing a mechanism for extracting only a signal in a predetermined range and passing the signal to the subsequent chaos analysis processing, a chaotic feature of a desired portion can be obtained. Note that, without providing such a gate, for example, by performing a chaos analysis on the entire signal for one beam or the entire signal for one frame (screen), it is also possible to obtain some chaotic features for the entire range. Of course, it is possible. In addition to this, by providing a gate to limit the chaos analysis target site as in the present embodiment, it is possible to discriminate the chaos characteristics of the site and analyze it more precisely.

以上、ＲＦ受信信号及び輝度信号について、所望範囲の信号を取り出すゲートを備えた旨を説明したが、もう一つのカオス解析対象であるドプラ信号については、スペクトルドプラ処理のためのサンプルゲート２２ａ、２２ｂで既に所定の範囲の信号が抽出されているので、新たにゲート手段を設ける必要はない。すなわち、超音波診断装置はスペクトルドプラ処理機能を備えていることが多く、そのような超音波診断装置であれば、スペクトルドプラ処理のためのゲートをカオス解析のためのゲートとして兼用することができる。なお、切換器４０には、サンプルゲート２２ａ、２２ｂの出力そのものではなく、帯域通過フィルタ２４ａ、２４ｂを通過した成分のみが入力される。これは、注目する血流に係る信号成分についてカオス解析を行うためである。なお、帯域通過フィルタ２４ａ、２４ｂの通過帯域を低い帯域に切り換えれば、低速な体組織の動きに関するカオス解析も可能である。   As described above, a gate for extracting a signal in a desired range is provided for the RF reception signal and the luminance signal. However, for the Doppler signal to be subjected to another chaos analysis, sample gates 22a and 22b for spectral Doppler processing are provided. Since a signal in a predetermined range has already been extracted, it is not necessary to newly provide a gate means. That is, an ultrasonic diagnostic apparatus often has a spectral Doppler processing function, and with such an ultrasonic diagnostic apparatus, a gate for spectral Doppler processing can also be used as a gate for chaos analysis. . The switch 40 receives only the components that have passed through the band-pass filters 24a and 24b, not the outputs of the sample gates 22a and 22b. This is for performing chaos analysis on the signal component relating to the blood flow of interest. If the pass bands of the band-pass filters 24a and 24b are switched to a lower band, chaos analysis relating to slow movement of body tissue is possible.

このようにゲート処理により注目範囲のみ取り出されたＲＦ受信信号、輝度信号、ドプラ信号が入力された切換器４０は、それら３種の信号のうちユーザが解析対象に指定した１つを選び、後段のカオス解析機構に渡す。解析対象信号の指定は操作パネル５２から行われ、その指定内容に応じて制御器５０が切換器４０の接続を切り換える。   As described above, the switch 40 to which the RF reception signal, the luminance signal, and the Doppler signal extracted only in the range of interest by the gate processing selects one of the three signals designated by the user as an analysis target, and Hand over to the chaos analysis mechanism. The specification of the analysis target signal is performed from the operation panel 52, and the controller 50 switches the connection of the switch 40 according to the specified content.

切換器４０の後段のカオス解析処理機構は、大きく分けてアトラクタ構築部４２と特徴抽出部４４から構成される。アトラクタ構築部４２は、入力される信号からアトラクタを構築する。アトラクタは、例えば、ターケンス（Ｔａｋｅｎｓ）の手法を用いて入力信号を相空間へ埋め込むことにより再構成することができる。周知のようにターケンスの手法では、時系列信号ｘ（ｔ）（ｔは時間）から、時間遅れτを用いてｍ個の変数の組｛ｘ（ｔ）、ｘ（ｔ＋τ）、ｘ（ｔ＋２τ）、…、ｘ（ｔ＋（ｍ−１）τ）｝を作り、これをｍ次元空間（相空間）にプロットすることによりアトラクタを再構成する。アトラクタ構築部４２は、例えばこのターケンスの手法を用いて、入力される信号時系列をｍ次元相空間に埋め込んでいくことによりアトラクタを構築する。このようにして構築されたアトラクタは、対象信号の相空間での軌道（トラジェクトリ）とも言える。   The chaos analysis processing mechanism at the subsequent stage of the switch 40 is roughly composed of an attractor construction unit 42 and a feature extraction unit 44. The attractor construction unit 42 constructs an attractor from the input signal. The attractor can be reconfigured, for example, by embedding the input signal into the phase space using the Takens technique. As is well known, in the Turkens method, a set of m variables {x (t), x (t + τ), x (t + 2τ) is obtained from a time-series signal x (t) (t is time) using a time delay τ. ,..., X (t + (m−1) τ)}, and plotting this in an m-dimensional space (phase space) to reconstruct the attractor. The attractor constructing unit 42 constructs an attractor by embedding an input signal time series in an m-dimensional phase space using, for example, the Turkens method. The attractor constructed in this way can be said to be a trajectory (trajectory) of the target signal in the phase space.

具体的な信号処理としては、例えば入力される信号の値を順次メモリに蓄えていき、そのメモリから順次時刻ｔを変えてτ間隔のｍ個のデータを並列的に読み出していく処理方法がある。この方法によれば、メモリに蓄えた各時点での信号データからアトラクタを動的に構築できる。この方式は容易にハードウエアとして実装可能である。   As a specific signal processing, for example, there is a processing method in which values of input signals are sequentially stored in a memory, and m data at intervals of τ are sequentially read from the memory at different times t in parallel. . According to this method, the attractor can be dynamically constructed from the signal data at each time point stored in the memory. This method can be easily implemented as hardware.

なお、ドプラ信号は複素信号（Ｉ，Ｑ）なので、これからアトラクタを構成する場合は、例えばＩ，Ｑをそれぞれ独立と考えて２ｍ次元の相空間｛Ｉ（ｔ），Ｉ（ｔ＋τ），…Ｉ（ｔ＋（ｍ−１）τ），Ｑ（ｔ），Ｑ（ｔ＋（ｍ−１）τ）｝に埋め込めばよい。また、Ｉ，Ｑの一方を選んでアトラクタを描かせてもよい。   Since the Doppler signal is a complex signal (I, Q), when constructing an attractor from this, for example, considering that I and Q are each independent, a 2m-dimensional phase space ｛I (t), I (t + τ),. (T + (m-1) τ), Q (t), Q (t + (m-1) τ)}. Alternatively, an attractor may be drawn by selecting one of I and Q.

ターケンスの手法を用いる場合の時間遅れτは、有意なトラジェクトリを得るためには適切に定めなければならない。時間遅れτは、与えられる解析対象信号の周波数帯域などの信号特性に応じて定めることが好適である。例えばＲＦ受信信号をカオス解析する場合には、送信超音波の周波数が信号波形に大きく影響するので、適切な時間遅れτは送信超音波の周波数帯域に依存して決めることも考えられる。ある周波数帯域に対して適切な時間遅れτは、予め実験等で求めておき、アトラクタ構築部４２に設定しておけばよい。また、操作パネル５２から時間遅れτの微調整ができるようにしておくことも好適である。複数の送信周波数が使用可能な超音波診断装置の場合、各周波数帯域ごとに適切な時間遅れτを登録しておき、送信周波数帯域の選択に連動して時間遅れτが自動的に選択されるようにしておくことも好適である。輝度信号やドプラ信号をカオス解析する場合は、それら信号の周波数帯域を求め、その周波数帯域に応じて時間遅れτを選択するなどの手法が考えられる。この場合も、ある周波数帯域に対してどの程度の時間遅れが適切かは、実験等で定めてその関係を予めアトラクタ構築部４２に登録しておけばよい。   The time delay τ when using the Turkens method must be appropriately determined in order to obtain a significant trajectory. The time delay τ is preferably determined according to signal characteristics such as a frequency band of a given analysis target signal. For example, when chaos analysis is performed on an RF reception signal, the frequency of the transmission ultrasonic wave greatly affects the signal waveform. Therefore, an appropriate time delay τ may be determined depending on the frequency band of the transmission ultrasonic wave. An appropriate time delay τ for a certain frequency band may be determined in advance by an experiment or the like and set in the attractor construction unit 42. It is also preferable that the time delay τ can be finely adjusted from the operation panel 52. In the case of an ultrasonic diagnostic apparatus capable of using a plurality of transmission frequencies, an appropriate time delay τ is registered for each frequency band, and the time delay τ is automatically selected in conjunction with the selection of the transmission frequency band. It is also preferable to keep it. When chaos analysis is performed on a luminance signal or a Doppler signal, a method of obtaining a frequency band of the signal and selecting a time delay τ according to the frequency band can be considered. Also in this case, how much time delay is appropriate for a certain frequency band may be determined by an experiment or the like, and the relationship may be registered in the attractor construction unit 42 in advance.

本実施形態では、ゲート２０、２２ａ、２２ｂ又は３０により、断層画像形成のための多数の走査線のうちの１本の、しかも特定の深さ範囲の信号のみを解析対象として抽出しているので、画像１フレームの間に得られた解析対象の信号（その深さ範囲分の長さしかない）だけでは、解析処理に足る長さのアトラクタが得られない場合も起こりうる。そのような場合は、各フレームごとに抽出された信号を、十分な長さのアトラクタが得られる程度まで複数フレームにわたって連結し、その連結した信号からアトラクタを求めればよい。すなわち、この方法では、図２に示すように、順次同じ方向に送波した各超音波パルスビーム１１０に対する受信信号（あるいはその検波結果等）から、ゲート１００（上記輝度信号ゲート２０等）により、予め指定された同じ深さ範囲の信号のみを取りだす。そして、アトラクタ構築部４２でそれらを時間順に繋ぎ合わせて１つの時系列信号１２０とみなし、この時系列信号１２０からアトラクタを構築する。   In the present embodiment, only one signal of a large number of scanning lines for forming a tomographic image, and more specifically, a signal in a specific depth range is extracted as an analysis target by the gates 20, 22a, 22b, or 30. In some cases, only the signal to be analyzed obtained during one frame of an image (having only a length corresponding to the depth range) may not be able to obtain an attractor long enough for the analysis process. In such a case, the signal extracted for each frame may be connected over a plurality of frames until an attractor of a sufficient length is obtained, and the attractor may be obtained from the connected signal. That is, in this method, as shown in FIG. 2, a gate 100 (such as the luminance signal gate 20) obtains a reception signal (or a detection result thereof) for each ultrasonic pulse beam 110 sequentially transmitted in the same direction. Only signals in the same depth range specified in advance are extracted. Then, the attractor constructing unit 42 connects them in chronological order and regards them as one time-series signal 120, and constructs an attractor from this time-series signal 120.

なお、アトラクタの構築手法はターケンスの方法に限られるものではない。入力信号の性質がよければ、入力信号から１次、２次、…、（ｍ−１）次の微分を求め、それら各微分値を座標成分として相空間にプロットする方法も可能である。   The method of constructing the attractor is not limited to the method of Turkens. If the properties of the input signal are good, it is also possible to obtain a first-order, second-order,..., (M−1) -order derivative from the input signal, and to plot the respective differential values in the phase space as coordinate components.

アトラクタを構築する際の適切な相空間の次元ｍは、診断対象や診断装置の特性に応じて変わる可能性があるので、予め実験等を行って決めておくことが望ましい。例えば、後述する人間の心臓を対象とした実験では、ｍ＝１０程度で相関次元（フラクタル次元）がほぼ収束したとみなしてよいことが確認されたので、その実験に用いた装置では心臓をカオス解析する場合、１０次元の相空間でアトラクタを構築すればよいことがわかる。   Since the appropriate dimension m of the phase space when constructing the attractor may vary depending on the characteristics of the diagnostic object or the diagnostic device, it is desirable to determine the dimension m in advance by performing experiments or the like. For example, in an experiment on a human heart, which will be described later, it was confirmed that the correlation dimension (fractal dimension) may be regarded as substantially converging at about m = 10. In the case of analysis, it is understood that the attractor should be constructed in a 10-dimensional phase space.

特徴抽出部４４は、そのアトラクタの情報から、アトラクタの相関次元（フラクタル次元）やリアプノフ指数、ポアンカレ断面、あるいはこのポアンカレ断面上でのリターンマップなどを求める。これらアトラクタの諸特徴は、必ずしもすべてを求める必要はなく、どれか一つでも有益な情報が得られる場合がある。特に相関次元やリアプノフ指数は１つの数値となるので扱いやすい。発明者らは、実験で、心臓の状態の変化に応じて相関次元やリアプノフ指数が変化することを確認している。上記諸特徴の求め方自体は、カオスに関する様々な成書に説明されているので、ここでは説明を省略する。特徴抽出部４４は、そのような公知のアルゴリズムを例えばソフトウエア的に実装することにより実現できる。   The feature extraction unit 44 obtains a correlation dimension (fractal dimension) of the attractor, a Lyapunov exponent, a Poincare section, or a return map on the Poincare section from the information of the attractor. It is not always necessary to determine all the features of these attractors, and any one of them may provide useful information. In particular, the correlation dimension and Lyapunov exponent are easy to handle because they are one numerical value. The inventors have confirmed through experiments that the correlation dimension and the Lyapunov exponent change according to changes in the state of the heart. The method of obtaining the above characteristics is described in various documents relating to chaos, and thus the description thereof is omitted here. The feature extracting unit 44 can be realized by implementing such a known algorithm, for example, as software.

また、特徴抽出部４４は、上記諸特徴の時間的変化を解析する機能を備える。例えば心臓に運動負荷をかけた後、平常な状態にもどるまでの間に心臓の状態は刻々変化するが、発明者らの実験によれば、その変化が上記相関次元やリアプノフ指数等のカオス諸特徴に現れることが分かった。例えば、健常者を対象にした運動負荷実験では、相関次元が運動前の値に向かってほぼ線形的に回復していくことが確認されている。特徴抽出部４４は、適度な時間間隔ごとに相関次元やリアプノフ指数を求め、その時間変化をグラフ化したり、あるいはその変化の傾き（線形変化の場合）等の評価値を求めたりする。時間変化を表す評価値の一例として変化の「傾き」を挙げたが、どのような評価値が適切かは診断対象等の特性によって変わってくる可能性がある。したがって、診断対象ごとに実験を行い、カオス特徴の変化を近似する関数を求め、その関数を特定するパラメータを評価値とするなどの処置をとることが望ましい。特徴抽出部４４には、このようにして予め求めた診断対象ごとの評価値算出アルゴリズムを登録しておき、ユーザが適宜切り換えて利用できるようにしておけばよい。   Further, the feature extracting unit 44 has a function of analyzing a temporal change of the above-mentioned various features. For example, after applying an exercise load to the heart, the state of the heart changes momentarily before returning to a normal state.According to experiments by the inventors, the change indicates that the change in chaos such as the above-mentioned correlation dimension and Lyapunov exponent. It turned out to appear in the features. For example, in an exercise load experiment for healthy persons, it has been confirmed that the correlation dimension recovers almost linearly toward the value before exercise. The feature extraction unit 44 obtains a correlation dimension and a Lyapunov exponent at appropriate time intervals, graphs the time change, or obtains an evaluation value such as a gradient of the change (in the case of a linear change). Although the “slope” of the change has been described as an example of the evaluation value representing the time change, what evaluation value is appropriate may vary depending on the characteristics of the diagnosis target or the like. Therefore, it is desirable to perform an experiment for each diagnostic object, obtain a function approximating the change in the chaotic feature, and take measures such as using a parameter specifying the function as an evaluation value. The evaluation value calculation algorithm for each diagnostic object obtained in advance in this way is registered in the feature extraction unit 44 so that the user can switch and use it as appropriate.

以上の各種特徴のうちどれを求めるかを、ユーザが操作パネル５２等から選択できるようにしておくことも好適である。   It is also preferable that the user can select which of the above various characteristics is desired from the operation panel 52 or the like.

なお、特徴抽出部４４の処理のためには、アトラクタは必ずしも陽に求められている必要はない。すなわち、アトラクタ構築手法の一例として前に挙げたターケンスの手法は、信号値の時系列から時間遅れτずつ異なるｍ個（ｍ次元の場合）の値を１組としてプロットするというものなので、信号値時系列の情報があれば動的に作り出すことができる。したがって、特徴抽出部４４で信号値時系列からｍ個の値の組を逐次読み出しながら、上記特徴量を計算するという処理も可能である。   Note that the attractor does not necessarily need to be explicitly obtained for the processing of the feature extraction unit 44. That is, the Turkens method described above as an example of an attractor construction method plots m (in the case of m-dimensional) values different from each other by a time delay τ from a time series of signal values as a set. If there is time-series information, it can be created dynamically. Therefore, it is also possible to perform a process of calculating the above-mentioned feature value while sequentially reading out a set of m values from the signal value time series in the feature extraction unit 44.

特徴抽出部４４で求められた上記カオス諸特徴は、表示装置３６に表示される。表示の形態としては、例えば通常の断層画像等とは別の表示枠を設けてその中に表示する方式がある。ポアンカレ断面やリターンマップ、相関次元の時間変化のグラフなどについては、この方式が好適であろう。相関次元やリアプノフ指数は１つの数値として求められるので、そのような数値自体を専用の表示領域に表示することも可能だが、超音波画像としてのＢモード断層画像上に重畳表示することも好適である。すなわち、図１の装置では、ゲート２０、２２ａ、２２ｂ又は３０でカオス解析処理の範囲を限定しているので、断層画像上のその範囲の位置に、その特徴を数値を表示したり、あるいはその特徴の値をカラーや輝度で表示することも好適である。また、アトラクタ構築部４２で求められたアトラクタそのものを表示装置３６に表示し、診断に供することも好適である。 The various chaotic features obtained by the feature extracting unit 44 are displayed on the display device 36. As a display form, for example, there is a method in which a display frame different from a normal tomographic image or the like is provided and displayed therein. This method may be suitable for a Poincare section, a return map, and a graph of a temporal change in a correlation dimension. Since the correlation dimension and the Lyapunov exponent are obtained as one numerical value, such a numerical value itself can be displayed in a dedicated display area, but it is also preferable to superimpose and display the numerical value on a B-mode tomographic image as an ultrasonic image. is there. That is, in the apparatus of FIG. 1, since the range of the chaos analysis processing is limited by the gates 20, 22a, 22b, or 30, a numerical value of the feature is displayed at the position of the range on the tomographic image, or It is also preferable to display the value of the feature in color or brightness. It is also preferable that the attractor itself obtained by the attractor construction unit 42 is displayed on the display device 36 and used for diagnosis.

次に、図３を参照して、本実施形態の装置による処理手順の一例を示す。まず、プローブ１０を診断部位に当接し、超音波の送受を行わせ、ＢモードやＭモード、カラードプラなどの従来からある超音波画像を表示装置３６に表示させる（Ｓ１０）。カオス解析という目的から見た場合、この超音波画像表示は、カオス解析対象部位の位置決めを行うために用いる。また、ユーザは、操作パネル５２にて、解析対象の信号の種類（図１の例では、ＲＦ、輝度又はドプラ）を選択する（Ｓ１２）。この選択に応じて、制御器５０は切換器４０の接続を切り換え、選択された種類の信号をアトラクタ構築部４２に入力できる状態とする。このＳ１０とＳ１２の処理は、どちらを前に行ってもよい。   Next, an example of a processing procedure performed by the apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. First, the probe 10 is brought into contact with a diagnostic site to transmit and receive an ultrasonic wave, and a conventional ultrasonic image such as a B mode, an M mode, or a color Doppler is displayed on the display device 36 (S10). When viewed from the purpose of chaos analysis, this ultrasonic image display is used to position a chaos analysis target site. Further, the user selects the type of the signal to be analyzed (in the example of FIG. 1, RF, luminance, or Doppler) on the operation panel 52 (S12). In response to this selection, the controller 50 switches the connection of the switch 40 so that a signal of the selected type can be input to the attractor construction unit 42. Either of the processes of S10 and S12 may be performed.

次に、ユーザは、超音波画像上で、カオス解析対象の範囲（すなわちゲートによる信号の抽出範囲）を指定する（Ｓ１４）。この範囲指定のための操作手順の一例を図４を用いて説明する。この例では、Ｂモード（あるいはＢモード＋カラードプラ）の超音波画像２００が表示装置３６の画面に表示されている。ユーザは、時々刻々変化するこの画像２００を見ながら、カオス解析の対象範囲２５０を決定し、本装置付属のマウスやトラックボール等のポインティングデバイス等を用いて画面上でその範囲を指定する。対象範囲２５０は、典型的には、超音波ビームの１本の走査線２１０に沿ったある深さからある深さまでの範囲である。したがって、例えばユーザが超音波画像２００上でその範囲の始点と終点を指定すると、制御器５０がその始点、終点に近い走査線２１０を選び、その走査線２１０上で、指定された始点、終点に近い点をその対象範囲の始点、終点に選ぶ。制御器５０は、その始点から終点までの範囲が、１フレームの超音波ビーム走査におけるどの走査線のどの期間かを求め、これをゲート範囲として記憶する。   Next, the user specifies the range of the chaos analysis target (that is, the signal extraction range by the gate) on the ultrasonic image (S14). An example of an operation procedure for specifying the range will be described with reference to FIG. In this example, an ultrasonic image 200 of B mode (or B mode + color Doppler) is displayed on the screen of the display device 36. The user determines the target range 250 of the chaos analysis while looking at the image 200 that changes every moment, and designates the target range on the screen using a pointing device such as a mouse or a trackball attached to the apparatus. The area of interest 250 is typically a range from one depth to a certain depth along one scan line 210 of the ultrasound beam. Therefore, for example, when the user specifies the start point and the end point of the range on the ultrasonic image 200, the controller 50 selects the scan line 210 near the start point and the end point, and the specified start point and end point on the scan line 210. Is selected as the start and end points of the target range. The controller 50 determines which scanning line and which period in the ultrasonic beam scanning of one frame the range from the start point to the end point, and stores this as a gate range.

以上、Ｂモード等の断層画像上でカオス解析対象範囲を指定する手順の例を説明したが、対象範囲はＭモード画像上で指定することももちろん可能である。Ｂ・Ｍモードが同時表示可能な超音波診断装置の場合、Ｍモード画像は既にある１つの走査線を選んでそれについて形成されているので、Ｍモード画像上では深さ範囲を指定すれば、それで走査線及び深さ範囲の両方が決まる。したがって、例えばＢモード断層画像を見ながらＭモード表示の走査線を選び、この走査線に関するＭモード表示を見てカオス解析対象の深さ範囲を絞り込むという手順も可能である。   The example of the procedure for specifying the chaos analysis target range on the tomographic image such as the B mode has been described above. However, the target range can of course be specified on the M mode image. In the case of an ultrasonic diagnostic apparatus capable of simultaneously displaying the B and M modes, since the M mode image is already formed by selecting one existing scanning line, if a depth range is specified on the M mode image, It determines both the scan line and the depth range. Therefore, for example, it is also possible to select a scanning line of the M-mode display while viewing the B-mode tomographic image and narrow down the depth range of the chaos analysis target by looking at the M-mode display related to the scanning line.

以上の例では、解析対象範囲として１本の走査線の中のある深さ範囲を選択したが、Ｍモードと同様、１本の走査線全体を解析対象範囲と指定することも可能であり、これによっても有益な診断情報が得られるものと期待される。   In the above example, a certain depth range in one scanning line is selected as the analysis target range. However, as in the M mode, the entire one scanning line can be designated as the analysis target range. This is expected to provide useful diagnostic information.

Ｓ１２で解析対象信号の種類が選択され、Ｓ１４で解析対象範囲の指定がなされると、制御器５０は、それら選択された信号種類のゲート２０、（２２ａ，２２ｂ）、又は３０に対して、指定された範囲の信号を取り出すためのゲート信号を供給し始める。これにより、選択された信号種類の信号のうち、ゲートで抽出された部分（部分信号）が順次アトラクタ構築部４２に供給され、アトラクタが構築される（Ｓ１６）。そして、特徴抽出部４４がそのアトラクタから相関次元やポアンカレ断面などのカオス特徴情報を求め、表示装置３６に表示する（Ｓ１８）。上記のように部分信号を連結して生成される時系列信号からアトラクタが構築されてもよい。 When the type of the signal to be analyzed is selected in S12 and the range to be analyzed is specified in S14, the controller 50 sends the selected signal type to the gate 20, (22a, 22b), or 30 for the selected signal type. Start supplying a gate signal for extracting a signal in a specified range. As a result, of the signals of the selected signal type, the portion (partial signal) extracted by the gate is sequentially supplied to the attractor construction unit 42, and the attractor is constructed (S16). Then, the feature extraction unit 44 obtains chaos feature information such as a correlation dimension and a Poincare section from the attractor, and displays it on the display device 36 (S18). An attractor may be constructed from a time-series signal generated by concatenating partial signals as described above.

相関次元等の時間変化を解析する場合は、適当な時間間隔ごとにアトラクタを求め、そのアトラクタから相関次元等を求めて記憶しておく。そして、所定時間分の相関次元等の算出結果が蓄積されたところで、グラフ表示や傾き等の評価値算出を行うようにすればよい。   When analyzing a temporal change in a correlation dimension or the like, an attractor is obtained at appropriate time intervals, and a correlation dimension or the like is obtained from the attractor and stored. Then, when the calculation results of the correlation dimension and the like for the predetermined time are accumulated, the evaluation values such as the graph display and the inclination may be calculated.

以上、本実施形態に係る装置及びその装置を用いた処理手順の一例を説明した。次に本実施形態に係る装置に関して行った実験の結果を例示する。この実験では、健常人に所定の運動負荷を与えた後の心臓左心室の様子をカオス的な観点から解析した。カオス解析の対象信号としては、超音波診断装置のＲＦ受信信号を用い、超音波パルスの数回送波分についての受信信号から１つのアトラクタを構築し、相関次元を求めた。解析に使用する信号の範囲は、１走査線分全体とした。このアトラクタ構築及び相関次元算出の処理を、運動負荷前、運動負荷直後、及びその後３分ごとの各時点でその処理を行った。   The example of the apparatus according to the present embodiment and the processing procedure using the apparatus has been described above. Next, results of an experiment performed on the device according to the present embodiment will be exemplified. In this experiment, the state of the left ventricle of the heart after applying a predetermined exercise load to a healthy person was analyzed from a chaotic viewpoint. As an object signal of the chaos analysis, an RF attracted signal of the ultrasonic diagnostic apparatus was used, one attractor was constructed from the received signals for several times transmitted ultrasonic pulses, and a correlation dimension was obtained. The range of the signal used for the analysis was the whole of one scanning line. The process of constructing the attractor and calculating the correlation dimension was performed before, immediately after, and every three minutes thereafter.

図５は、各時点での受信信号のトラジェクトリ（アトラクタ）の様子を示す図である。表示の都合上、受信信号を３次元相空間に埋め込んだ場合のトラジェクトリを例にとる。この図によれば、運動前のトラジェクトリは、比較的きれいなカオスアトラクタとなっているが、運動直後は乱雑さが増しており、以降時間が経過するにつれて徐々に運動前のトラジェクトリに近いもの戻っていくのが分かる。   FIG. 5 is a diagram showing a trajectory (attractor) of the received signal at each time point. For convenience of display, a trajectory in a case where a received signal is embedded in a three-dimensional phase space is taken as an example. According to this figure, the trajectory before exercise is a relatively clean chaos attractor, but the disorder is increasing immediately after exercise, and as time goes on, the trajectory gradually returns to something close to the trajectory before exercise. You can see it going.

アトラクタの相関次元Ｄ₂は、次式に従って求めた。 The correlation dimension D _{2 of the} attractor was determined according to the following equation.

ここでＲはスケーリングの半径を表し、Ｃ（Ｒ）は次式に示す相関積分である。   Here, R represents the radius of the scaling, and C (R) is the correlation integral shown in the following equation.

ここでσはヘビサイト関数であり、Ｎ_datはｍ次元相空間に含まれるアトラクタのデータ点の総数、Ｎ_refは十分大きな参照信号のデータ点の数である。ｘ_i、ｘ_jはアトラクタ上の点である。この計算式自体は公知のものであり、詳細についてはカオスに関する成書を参照されたい。なお、この相関次元の計算方式はあくまで一例である。 Here, σ is the Heavisite function, N _dat is the total number of attractor data points included in the m-dimensional phase space, and N _ref is the number of sufficiently large reference signal data points. x _i and x _j are points on the attractor. This calculation formula itself is publicly known, and for details, refer to a book concerning chaos. Note that this correlation dimension calculation method is merely an example.

実験では、１時点の受信信号をｍ＝３〜１０の各次元の相空間にそれぞれ埋め込んで８個のアトラクタを構成し、それら各アトラクタごとに、上記計算式を用いて相関次元を求めた。図６は、横軸にスケーリング半径Ｒ、縦軸に相関積分Ｃ（Ｒ）をとった両対数グラフであり、ｍ＝３〜１０の各埋め込み次元ごとに、（ｌｏｇＲ，ｌｏｇＣ（Ｒ））をプロットしたものである。各次元ｍごとのグラフ３００、３１０の傾きの極限が、当該埋め込み次元ｍでのアトラクタの相関次元Ｄ₂である。グラフ３２０は、埋め込み次元ｍを増やしていった時のグラフ３００等の傾き（すなわち相関次元）の変化を示す図である。この図から分かるように、左心室に関する受信信号では、埋め込み次元ｍが高くなるにつれて相関次元が急速に収束しており、ｍ＝８〜１０程度でほぼ一定に近くなっていることが分かる。受信信号の最終的な相関次元（フラクタル次元）Ｄ₂は、この収束値である。この結果に基づき、心臓のカオス解析には、埋め込み次元としてｍ＝１０を採用した。 In the experiment, the received signal at one time was embedded in the phase space of each dimension of m = 3 to 10 to form eight attractors, and the correlation dimension was obtained for each of the attractors by using the above formula. FIG. 6 is a log-log graph with the horizontal axis representing the scaling radius R and the vertical axis representing the correlation integral C (R). For each embedding dimension of m = 3-10, (logR, logC (R)) is It is a plot. The limit of the inclination of the graphs 300 and 310 for each dimension m is the correlation dimension D ₂ of the attractor at the embedding dimension m. The graph 320 is a diagram illustrating a change in the slope (that is, the correlation dimension) of the graph 300 and the like when the embedding dimension m is increased. As can be seen from this figure, in the received signal relating to the left ventricle, the correlation dimension rapidly converges as the embedding dimension m increases, and it is seen that the correlation dimension is almost constant when m = 8 to 10. The final correlation dimension of the received signal (fractal dimension) D ₂ is the convergence value. Based on this result, m = 10 was adopted as the embedding dimension in the chaos analysis of the heart.

図７は、各時点での埋め込み次元ｍ＝１０におけるアトラクタの相関次元Ｄ₂の時間変化を表すグラフである。このグラフによれば、運動負荷の終了直後（時間０）の時点での値を除けば、相関次元Ｄ₂は、運動前の値までほぼ直線的に回復していることが分かる。このグラフの傾きは心臓の負荷後の回復力を示すものと考えられ、心機能を評価する１つの評価値として利用できる。 Figure 7 is a graph showing the time change of the correlation attractor dimension D ₂ in the embedding dimension m = 10 at each time point. According to this graph, it can be seen that the correlation dimension D ₂ has recovered almost linearly to the value before exercise, except for the value immediately after the end of the exercise load (time 0). The slope of this graph is considered to indicate the resilience of the heart after the load, and can be used as one evaluation value for evaluating the heart function.

図８は、この実験で得られたポアンカレ断面の一例である。図示の例は、運動負荷終了後１２分の時点のアトラクタをある面で切ったときの、その面上のアトラクタの点（図上では黒点で示す）を示したポアンカレ断面である。このようなポアンカレ断面も、診断への利用が期待される。１時点のアトラクタについて異なる複数の面でのポアンカレ断面を求めて並列表示することも好適である。また、各時点のアトラクタから同一面についてのポアンカレ断面を求め、それらを並列表示すれば、経時変化の分析が可能になると期待される。   FIG. 8 is an example of a Poincare section obtained in this experiment. The illustrated example is a Poincare section showing a point of the attractor (shown by a black dot in the figure) on the surface when the attractor is cut at a certain point 12 minutes after the end of the exercise load. Such a Poincare section is also expected to be used for diagnosis. It is also preferable that the Poincare sections at a plurality of different planes are obtained for the attractor at one time and displayed in parallel. Further, if Poincare sections on the same plane are obtained from the attractors at each time point and they are displayed in parallel, it is expected that the analysis of changes over time can be performed.

図９は、運動負荷終了後１２分のあるポアンカレ断面から求めたリターンマップの例である。このようなリターンマップから、アトラクタ軌道の遷移のパターンが分かれば、有益な診断情報となると期待される。   FIG. 9 is an example of a return map obtained from a certain Poincare section 12 minutes after the end of the exercise load. If the transition pattern of the attractor trajectory is known from such a return map, it is expected to be useful diagnostic information.

以上、実験例を説明した。本実施形態の装置には、図５に示すようなアトラクタの経時変化や図７に示すような相関次元の経時変化、あるいはポアンカレ断面の経時変化などを求めて表示する機能を有する。また、本実施形態の装置は、相関次元の経時変化からその傾きなどの評価値を求め、表示する機能を有する。このような経時変化の解析表示機能は、上述した運動負荷試験以外にも応用可能である。応用の一例としては、例えば投薬効果の診断などが挙げられる。すなわち、薬剤を投与し始めてから定期的に本実施形態の装置で対象臓器・組織のカオス特徴（例えば相関次元など）を求め、その特徴の経時的変化を提示するなどである。診断者は、この変化から投薬効果の度合いを判断したり、いつ頃治癒するかの予測をしたりすることができる。   The experimental example has been described above. The apparatus according to the present embodiment has a function of obtaining and displaying a temporal change of the attractor as shown in FIG. 5, a temporal change of the correlation dimension as shown in FIG. 7, or a temporal change of the Poincare section. Further, the apparatus of the present embodiment has a function of obtaining and displaying an evaluation value such as its inclination from the temporal change of the correlation dimension. Such an analysis and display function of a temporal change can be applied to other than the exercise load test described above. An example of the application is, for example, diagnosis of a drug effect. That is, the apparatus of the present embodiment periodically obtains a chaotic feature (for example, a correlation dimension or the like) of the target organ / tissue after the administration of the drug, and presents a temporal change of the feature. From this change, the diagnostician can judge the degree of the medication effect, and can predict when it will be cured.

なお、１時点で求めたカオス特徴も、このような経時変化と同様診断に有用であることは言うまでもない。診断者は、アトラクタの形状や相関次元の値などから診断対象部位の状態、病変の有無などを判断できるであろう。また、多数の健常人についてアトラクタや相関次元等を調べてその代表値を求めておき、その代表値を参照情報として本装置に登録しておけば、実際の被検者のカオス解析結果に異常があるか否かや、異常の程度を自動判定することも可能である。   Needless to say, the chaos feature obtained at one point in time is also useful for diagnosis like such a change over time. The diagnostician will be able to determine the state of the diagnosis target site, the presence or absence of a lesion, and the like based on the shape of the attractor and the value of the correlation dimension. In addition, by examining attractors and correlation dimensions for a large number of healthy persons and calculating their representative values, and registering the representative values as reference information in this device, abnormalities in the actual chaos analysis results of the subject can be obtained. It is also possible to automatically determine whether or not there is, and the degree of abnormality.

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。以上説明したように、本実施形態によれば、超音波を用いて従来にない新たな診断情報を得ることができる。例えば心臓を対象に解析を行えば、心臓の性状の違いをアトラクタの違いや相関次元の値として評価することが可能になる。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain new diagnostic information that has not existed conventionally using ultrasonic waves. For example, if the analysis is performed on the heart, it is possible to evaluate differences in the properties of the heart as differences in attractors and values of the correlation dimension.

以上では、カオス解析対象として抽出する信号部分が１カ所である場合を例にとって説明したが、１走査線上、あるいは１画像フレーム中の複数の範囲に対応する部分信号をゲートで抽出し、各範囲ごとに並列的に上述のカオス解析を行うことも可能である。この場合、それら各範囲の相関次元等を断層画像等に重畳して表示（例えばカラー表示など）すれば、各部のカオス的な特徴の分布を一目で把握することが可能となる。 In the above, the case where the signal portion to be extracted as a chaos analysis target is one place has been described as an example. However, partial signals corresponding to a plurality of ranges on one scan line or one image frame are extracted by a gate, and each range is extracted. It is also possible to perform the above-mentioned chaos analysis in parallel every time. In this case, if the correlation dimensions and the like of each range are superimposed on a tomographic image or the like and displayed (for example, color display), the distribution of chaotic features of each part can be grasped at a glance.

また以上では、断層画像表示のための超音波ビーム走査のうちの１つの走査線についての受信信号を用いてカオス解析を行ったが、断層画像等で解析対象の範囲を決定したら、その方向にのみ超音波パルスビームを繰り返し送受波するよう、ビーム走査を制御することも好適である。これによれば、受信信号の時間的連続性が改善され、より精度の良い解析結果が得られる。   In the above description, chaos analysis was performed using a received signal for one scan line of ultrasonic beam scanning for displaying a tomographic image. It is also preferable to control beam scanning so that only the ultrasonic pulse beam is repeatedly transmitted and received. According to this, the temporal continuity of the received signal is improved, and a more accurate analysis result can be obtained.

また以上では、ビームを走査して２次元断層面を形成するタイプの超音波診断装置の場合の例を説明したが、本発明の適用はこれに限らない。例えばビームを２方向について走査して３次元情報を得るタイプの超音波診断装置にも、本発明は適用可能である。また、ビームを走査せずに１方向にのみ送受波する場合にも本発明は当然適用可能である。   In the above description, an example of the case of an ultrasonic diagnostic apparatus of a type that forms a two-dimensional tomographic plane by scanning a beam has been described, but the application of the present invention is not limited to this. For example, the present invention is also applicable to an ultrasonic diagnostic apparatus of a type that obtains three-dimensional information by scanning a beam in two directions. In addition, the present invention is naturally applicable to a case where a beam is transmitted and received in only one direction without scanning a beam.

また、以上の例では、超音波診断装置のＲＦ受信信号、またはその検波結果など、受信側に近い段階の信号に対してカオス解析を行ったが、もっと診断画像に近い側の信号に対して同様のカオス解析を行うことも可能である。例えば、図１０に示すように、Ｂモードなどの断層画像４００における同一画素（注目点４１０）の画素値の複数フレームにわたる変化を時系列信号と捉え、この時系列信号に対して上述のカオス解析を行うことも考えられる。この場合、原理上は断層画像の各画素毎にこのような解析が行えるので、各画素毎に相関次元等のカオス特徴の値を求めることができ、その値の分布を断層画像に例えばカラーで重畳表示するなどの表示が行える。   In the above example, chaos analysis was performed on a signal at a stage closer to the receiving side, such as an RF reception signal of the ultrasonic diagnostic apparatus or a detection result thereof. It is also possible to perform a similar chaos analysis. For example, as shown in FIG. 10, a change in the pixel value of the same pixel (point of interest 410) in a tomographic image 400 such as a B mode over a plurality of frames is regarded as a time series signal, and the time series signal is subjected to the above-described chaos analysis. It is also conceivable to perform In this case, in principle, such an analysis can be performed for each pixel of the tomographic image, so that the value of the chaos feature such as the correlation dimension can be obtained for each pixel, and the distribution of the value is expressed in the tomographic image in, for example, color. Display such as superimposed display can be performed.

以上ではパルス波のエコーの受信信号を解析する場合を例にとって説明したが、このようなエコー（反射波）の受信信号だけでなく、被検体内を透過した透過波の受信信号に対して同様のカオス解析を行うことも可能である。 While on more than has been described a case of analyzing an echo reception signal of the pulse wave as an example, for such echo well received signal (reflected wave), the received signal of the transmitted waves transmitted through the inside of the subject It is also possible to perform a similar chaos analysis.

また、以上の例では、カオス解析結果を表示装置に画像表示したが、これを記憶装置に蓄積したりして後の更なる解析に供することも当然可能である。   In the above example, the result of the chaos analysis is displayed as an image on the display device. However, it is naturally possible to store the result in a storage device for further analysis.

以上の超音波診断装置において、上記の重畳表示によれば、どの部位のカオス解析結果かを一目で理解できる。更に、分布表示によれば、生体内におけるカオス的な特徴の分布を一目で把握できる。In the above-described ultrasonic diagnostic apparatus, according to the superimposed display, it is possible to understand at a glance which part of the chaotic analysis result. Further, according to the distribution display, the distribution of chaotic features in the living body can be grasped at a glance.

本発明を適用した超音波診断装置の構成例を示す機能ブロック図である。1 is a functional block diagram illustrating a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention has been applied. ゲートを用いたカオス解析対象の時系列信号の生成を説明するための図である。It is a figure for explaining generation of a time series signal of a chaos analysis object using a gate. 図１の装置における処理手順の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a processing procedure in the device in FIG. 1. 解析対象範囲の指定操作の一例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for describing an example of an operation of designating an analysis target range. 運動負荷試験にて左心室のエコー受信信号から得られた各時点のアトラクタの様子を示す図である。It is a figure showing a situation of an attractor at each time obtained from an echo reception signal of a left ventricle in an exercise load test. 相関次元の求め方を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining how to obtain a correlation dimension. 運動負荷後の時間経過による相関次元の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the correlation dimension with time progress after an exercise load. ポアンカレ断面の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a Poincare section. リターンマップの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a return map. 断層画像の注目画素の画素値の変化をカオス解析対象とする例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for describing an example in which a change in the pixel value of a target pixel of a tomographic image is a chaos analysis target.

符号の説明Explanation of reference numerals

１０ プローブ、１２ 送信ビームフォーマ、１４ 受信ビームフォーマ、１６ 包絡線検波器、１８ 直交検波器、２０ 輝度信号ゲート、２２ａ，２２ｂ サンプルゲート、２４ａ，２４ｂ 帯域通過フィルタ、２６ Ｂ・Ｍモード信号処理回路、２８ カラードプラ信号演算処理部、３０ ＲＦ信号ゲート、３２ スペクトルドプラ信号演算処理部、３４ ＤＳＣ、３６ 表示装置、４０ 切換器、４２ アトラクタ構築部、４４ 特徴抽出部。
Reference Signs List 10 probe, 12 transmit beamformer, 14 receive beamformer, 16 envelope detector, 18 quadrature detector, 20 luminance signal gate, 22a, 22b sample gate, 24a, 24b bandpass filter, 26 BM mode signal processing circuit , 28 color Doppler signal operation processing unit, 30 RF signal gate, 32 spectrum Doppler signal operation processing unit, 34 DSC, 36 display device, 40 switcher, 42 attractor construction unit, 44 feature extraction unit.

Claims (17)

被計測物体内に超音波を送波し、被計測物体を透過した超音波又は被計測物体内で反射された超音波を受波する送受波手段と、
前記送受波手段の受信信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、
前記カオス解析手段の解析結果を出力する出力手段と、
を有する超音波計測装置。 Transmitting and receiving means for transmitting an ultrasonic wave into the measured object, receiving an ultrasonic wave transmitted through the measured object or an ultrasonic wave reflected in the measured object,
Chaos analysis means for performing chaos analysis processing on the reception signal of the transmission / reception means,
Output means for outputting an analysis result of the chaos analysis means,
Ultrasonic measurement device having 前記カオス解析手段は、前記受信信号からアトラクタを構築するアトラクタ構築手段を含むことを特徴とする請求項１記載の超音波計測装置。   The ultrasonic measurement apparatus according to claim 1, wherein the chaos analysis unit includes an attractor construction unit configured to construct an attractor from the received signal. 前記カオス解析手段は、前記アトラクタ構築手段で構築されたアトラクタから、前記受信信号のカオス的特徴を表す特徴量を算出する特徴算出手段を有することを特徴とする請求項２記載の超音波計測装置。   3. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 2, wherein the chaos analysis unit includes a feature calculation unit that calculates a feature amount representing a chaotic feature of the received signal from the attractor constructed by the attractor construction unit. . 前記カオス解析手段の解析結果を前記被計測物体が正常なときの参照解析結果と比較し、その比較に基づき前記被計測物体の異常判定を行う手段を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の超音波計測装置。   The apparatus according to claim 1, further comprising a unit configured to compare an analysis result of the chaos analysis unit with a reference analysis result when the measured object is normal, and to determine an abnormality of the measured object based on the comparison. The ultrasonic measuring device according to claim 3. 前記被計測物体の経時的変化に応じて変化する前記カオス解析手段の各時点での解析結果を一覧表示する手段を更に有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の超音波計測装置。   4. The apparatus according to claim 1, further comprising means for displaying a list of analysis results of the chaos analysis means at each time point, which change in accordance with a change over time of the object to be measured. Ultrasonic measuring device. 前記特徴算出手段の特徴量の経時的変化を求め、この経時的変化から前記被計測物体の評価値を算出する手段を更に有することを特徴とする請求項３記載の超音波計測装置。   4. The ultrasonic measuring apparatus according to claim 3, further comprising: means for obtaining a temporal change of a characteristic amount of the characteristic calculating means, and calculating an evaluation value of the measured object from the temporal change. 超音波パルスを被計測物体内に送波して被計測物体内からのエコーを受波する送受波手段と、
前記送受波手段の受信信号の時系列の中から、予め設定された範囲に対応する信号を取り出す信号抽出手段と、
前記信号抽出手段で抽出された範囲の信号に対してカオス解析処理を施すカオス解析手段と、
前記カオス解析手段の解析結果を出力する出力手段と、
を有する超音波計測装置。 Transmitting and receiving means for transmitting an ultrasonic pulse into the measured object and receiving an echo from within the measured object,
From a time series of the received signal of the transmitting and receiving means, a signal extracting means for extracting a signal corresponding to a preset range,
Chaos analysis means for performing chaos analysis processing on signals in the range extracted by the signal extraction means,
Output means for outputting an analysis result of the chaos analysis means,
Ultrasonic measurement device having 前記受信信号を用いて、前記被計測物体内各部の超音波反射特性を表す計測画像を生成して表示する計測画像表示手段と、
前記計測画像に関連付けて前記信号抽出手段の抽出対象の範囲の指定を受け付けて前記信号抽出手段に設定する範囲設定手段と、
を有する請求項７に記載の超音波計測装置。 Using the received signal, measurement image display means for generating and displaying a measurement image representing the ultrasonic reflection characteristics of each part in the object to be measured,
A range setting unit configured to receive designation of a range to be extracted by the signal extraction unit in association with the measurement image and set the signal extraction unit;
The ultrasonic measuring device according to claim 7, comprising: 前記送受波手段は、超音波パルスのビームで前記被計測物体内を走査し、
前記範囲設定手段は、前記計測画像上で指定された前記範囲がビーム走査におけるどの走査線のどの深さ範囲に対応するかを判定して前記信号抽出手段に設定することを特徴とする請求項８記載の超音波計測装置。 The transmitting and receiving means scans the inside of the object to be measured with a beam of an ultrasonic pulse,
The range setting means determines which of the scanning lines in the beam scanning corresponds to the depth range specified on the measurement image, and sets the determined range in the signal extracting means. 8. The ultrasonic measurement device according to 8. 前記出力手段は、前記カオス解析手段の解析結果を、前記計測画像上の前記抽出対象の範囲の対応位置に重畳表示することを特徴とする請求項８記載の超音波計測装置。   The ultrasonic measurement apparatus according to claim 8, wherein the output unit superimposes and displays an analysis result of the chaos analysis unit on a position corresponding to the range of the extraction target on the measurement image. 前記信号抽出手段で複数の範囲の信号を抽出し、それらに対してそれぞれカオス解析処理を施し、各範囲の解析結果を前記計測画像上の対応位置に重畳表示することを特徴とする請求項８記載の超音波計測装置。   9. The apparatus according to claim 8, wherein the signal extracting means extracts signals in a plurality of ranges, performs a chaos analysis process on each of the signals, and superimposes an analysis result of each range on a corresponding position on the measurement image. The ultrasonic measuring device as described in the above. 前記カオス解析手段は、前記信号抽出手段が順次抽出した信号を連結して一連の時系列信号と捉え、この時系列信号に対してカオス解析処理を行うことを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれかに記載の超音波計測装置。   The said chaos analysis means concatenates the signal sequentially extracted by the said signal extraction means, and considers it as a series of time series signals, and performs chaos analysis processing with respect to this time series signal, The claim from Claim 7 characterized by the above-mentioned. 12. The ultrasonic measurement device according to any one of items up to 11. 前記カオス解析手段は、前記信号抽出手段で抽出された信号を連結した時系列信号からアトラクタを構築するアトラクタ構築手段を含むことを特徴とする請求項７から請求項１２までのいずれかに記載の超音波計測装置。   13. The attractor according to claim 7, wherein the chaos analyzing unit includes an attractor constructing unit configured to construct an attractor from a time-series signal obtained by connecting the signals extracted by the signal extracting unit. Ultrasonic measurement device. 前記カオス解析手段は、前記アトラクタ構築手段で構築されたアトラクタから、前記受信信号のカオス的特徴を表す特徴量を算出する特徴算出手段を有することを特徴とする請求項１３記載の超音波計測装置。   14. The ultrasonic measurement apparatus according to claim 13, wherein the chaos analysis unit has a feature calculation unit that calculates a feature amount representing a chaotic feature of the received signal from the attractor constructed by the attractor construction unit. . プローブにより被計測物体内に対して超音波パルスを送受波し、このときの受信信号から前記被計測物体内各部の超音波反射特性を表す計測画像を生成して表示するステップと、
前記計測画像上でカオス解析の対象範囲の指定を受け付けるステップと、
指定された前記対象範囲を含む範囲についての前記プローブの受信信号から前記対象範囲に対応する信号を抽出するステップと、
抽出された前記対象範囲の信号に対してカオス解析処理を行うステップと、
を含む超音波計測方法。 Transmitting and receiving an ultrasonic pulse with respect to the inside of the object to be measured by the probe, generating and displaying a measurement image representing the ultrasonic reflection characteristics of each part in the object to be measured from the received signal at this time,
Receiving a specification of a target range of chaos analysis on the measurement image,
Extracting a signal corresponding to the target range from the received signal of the probe for a range including the specified target range,
Performing a chaos analysis process on the extracted signal of the target range,
Ultrasonic measurement method including: 前記カオス解析処理を行うステップは、前記対象範囲の信号からアトラクタ、相関次元及びリアプノフ指数のうちの少なくとも１つを求めるステップを含むことを特徴とする請求項１５記載の超音波計測方法。   The ultrasonic measurement method according to claim 15, wherein the step of performing the chaos analysis processing includes a step of obtaining at least one of an attractor, a correlation dimension, and a Lyapunov exponent from the signal in the target range. 前記被計測物体の経時的変化に応じて順次求められる前記カオス解析処理の解析結果から、前記被計測物体の前記対象範囲のカオス的特徴の経時的変化の特性を示す評価値を算出するステップを更に含むことを特徴とする請求項１５記載の超音波計測方法。   Calculating an evaluation value indicating a characteristic of a temporal change of a chaotic feature of the target range of the target object from an analysis result of the chaotic analysis process sequentially obtained according to the temporal change of the measured object. The ultrasonic measurement method according to claim 15, further comprising:

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