JP3677281B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波造影剤による診断に適用する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波パルスを生体内に放射し、固有音響インピーダンス（両媒質の密度と音速との積）の異なる組織の境界面から反射してくる反射波を受信した後、これを処理して画像を得るものであり、Ｘ線診断法のような被曝障害がなく臨床上有益な装置である。しかも、電子走査技術に代表される各種技術の進歩によりリアルタイム性能が向上し、動体計測がより容易になった。

ところで、近年、超音波造影剤の開発が進み、Ｘ線アンギオに匹敵するような綿密な血流診断への期待が高まっている。この超音波造影剤は生体からの受信信号とその強度において明確に相違する性質を有している。これによりＢモード像上で超音波造影剤が流入した部分は他の部分と輝度または階調レベルが相違するので、観察者は超音波造影剤の流入の様子を観察することができる。

ところで、このような超音波造影剤の流入の様子を視覚的に観察するだけではその精度は非常に低い。診断精度を向上するには、造影剤の関心領域への流入出量の経時的変化やその立ち上がり時間等の各種情報が必要となる。従来の超音波診断装置ではこのような各種情報を提供することはできず、このため観察者は各フレーム毎に関心領域内の濃度合計を計測し、その結果をグラフにまとめて診断に供していた。このように各種情報を入手するために観察者は不快な手間と時間を要求される。また、その情報がリアルタイムで得られないという問題もある。さらに、受信信号には生体成分と造影剤成分とが含まれていて、関心領域への流入出量を正確に測定するためには、受信信号から造影剤成分を抽出する必要があるが、超音波はＸ線に比べて態動の影響を受け易く同じ生体部分の生体成分であってもその強度は経時的に不安定であり、このため受信信号から造影剤成分を正確に抽出することができないという問題もある。

また、一般に超音波診断装置のダイナミックレンジは、コントラストを高めるため生体組織からの受信信号の予想される強度幅に設定されている。このため受信信号の造影剤成分は、生体からの受信信号とその強度において明確に相違しているので、このダイナミックレンジから突出し飽和することがあり、そのため画像化できないという問題もある。

さらに、造影剤の流入状況は、離れた２つの部分、例えば頸動脈と内脈の２つの部分を同時観察することが有効である。このため従来は、２台の超音波診断装置を使用していた。しかし互いに他方の超音波の影響でビートノイズが画像に発生する問題があった。また、両装置間で各別に画像を生成するため、両装置のプローブの電気／超音波変換特性やプリアンプ等のゲイン特性の相違により両装置の標準信号レベルが相違し、このため画像間比較できないという問題もある。

また、上述し他に、異なるダイナミックレンジの入出力特性を記憶したＲＯＭを有し、いずれかを選択できる超音波診断装置が知られている（特許文献１参照）。

さらに、ダイナミックレンジ切り替え機能を有する対数圧縮回路を備える超音波診断装置が知られている（特許文献２参照）。

またさらに、関心領域を指定することができ、該関心領域内の統計量を算出する手段を備える超音波診断装置が知られている（特許文献３参照）。
特開昭６２−１４４６４２号公報（第２図、第４図及び第３頁） 特開平０４−２２４７３９号公報（図１） 特開平０４−０３５６５３号公報（第１図、第２図）

しかし、上述したいずれの先行技術においても、造影剤を用いた超音波診断においては不充分であり、その改善が求められていた。

本発明の目的は、造影剤の関心領域への流入出量の経時的変化等の各種情報をリアルタイムで提供できる、又は、離れた２つの部分の画像を互いに他方の超音波の影響でビートノイズの発生を押さえながらそれぞれリアルタイムで収集できる超音波診断装置を提供することである。

上記目的は、次の超音波診断装置により達成される。すなわち、本発明は、造影剤が投与された被検体に対して超音波を送受信し超音波受信信号を得る送受信手段と、この送受信部により得られる超音波受信信号を信号処理してフレーム単位の超音波画像を得る信号処理手段と、この信号処理手段により得られるフレーム単位の超音波画像中に関心領域を設定する設定手段と、この設定手段により設定されたフレーム毎の関心領域間にフィルタリングを施すフィルタリング手段と、このフィルタリング手段によりフィルタリングされたフレーム毎の関心領域の画像データに基づき、造影剤に起因する前記関心領域における画像データの時間的な変化曲線を求める算出手段と、この算出手段により求められた前記時間的変化曲線を表示する表示手段と、を具備する超音波診断装置である。

以上本発明によれば、造影剤の関心領域への流入出量の経時的変化等の各種情報をリアルタイムで提供できる、又は、離れた２つの部分の画像を互いに他方の超音波の影響でビートノイズの発生を押さえながらそれぞれリアルタイムで収集できる超音波診断装置を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明による超音波診断装置の実施形態を説明する。

図１は本発明による超音波診断装置の第１実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、被検体Ｐに当てられた超音波プローブ１は、送信部２００及び受信部２０１により送受信駆動される。受信部２０１からは超音波受信信号が得られる。この超音波受信信号は信号処理部２０２に与えられ、ここでＢモード像、ドプラ像、ＣＦＭ（カラーフローマッピング）像の如き超音波画像が得られる。変換部２０３は、信号処理部２０２から出力された超音波画像のダイナミックレンジを変換する。表示部２０４は、変換されたダイナミックレンジを有する超音波画像を表示する。制御部２０５は、送信部２００、受信部２０１、信号処理部２０２、変換部２０３及び表示部２０４を制御する。

設定部２０６は、超音波条件の設定を初めとする診断条件を設定する。この他に、設定部２０６では、造影剤モードである造影剤が注入された被検体からの超音波画像と、通常モードである造影剤が注入されていない被検体からの超音波画像とに応じて変換部２０３の変換特性を変更するべく制御部２０５に指令を与える。変換部２０３は、ダイナミックレンジの異なる２つのログ圧縮器を用いて、通常モードと造影剤モードとで適宜選択的に使用して、通常モードでは良好なコントラストを有する超音波画像を得ることができ、造影剤モードでは造影剤の信号を飽和することなく超音波画像をログ圧縮することができる。

図２は本発明による超音波診断装置の第２実施形態を示すブロック図である。図２に示すように、第２実施形態の超音波診断装置は、第１実施形態の超音波診断装置とは異なる変換部２０７を有する。この変換部２０７は、一のログ圧縮カーブデータを記憶したメモリ２０７Ａと、他のログ圧縮カーブデータを記憶したメモリ２０７Ｂと、演算部２０７Ｃとからなる。例えば、一のログ圧縮カーブデータは通常モードに使用するログ圧縮特性であり、他のログ圧縮カーブデータは造影剤モードに使用するログ圧縮特性である。この変換部２０７は、入力値を、ログ圧縮カーブデータに基づき所定の出力値に変換する。従って、この変換部２０７は、入力値をログ圧縮し、該ログ圧縮した値を出力するものである。この変換部２０７にあっても、通常モードと造影剤モードとで適宜選択的に使用して、通常モードでは良好なコントラストを有する超音波画像を得ることができ、造影剤モードでは造影剤の信号を飽和することなく超音波画像をログ圧縮することができる。

図３は本発明による超音波診断装置の第３実施形態を示すブロック図である。セクタ式電子走査型のプローブ１は、一次元に配列された複数の振動子からなる。なおプローブ１はセクタ式電子走査型に限定されず、リニア式でも、機械走査型でもよい。このプローブ１には送信系２が接続される。送信系２は、プローブ１の各振動子に駆動パルスを供給する。送信系２は、この駆動パルスの出力タイミングを振動子間で相違させ、これにより任意の方向に超音波ビームを送信させる。

被検体Ｐからの反射波は送信時と同じ振動子で受信され、その受信信号は受信系３に供給される。受信系３は各受信信号に送信時とは逆の遅延時間を与えてそれらを加算する。受信系３の出力には２系統のログ圧縮器４，５が接続される。第１のログ圧縮器４は通常モード時に起動され、第２のログ圧縮器５は造影剤モード時に起動される。ログ圧縮器４，５は、受信系３の出力を以下の式（１）にしたがってログ圧縮に供し、この結果を輝度情報として出力する。なお、θはログ圧縮器出力、Ｉはログ圧縮器入力、Ａは所定の係数、DRは圧縮率を決定するパラメータである。

θ＝Ａ・log DR・Ｉ …（１）
このパラメータDRは、第１のログ圧縮器４と第２のログ圧縮器５とで相違する。第１のログ圧縮器４は、パラメータDR１またはDR２（DR１＜DR２）を使用する。第２のログ圧縮器５は、パラメータDR２より大きいDR３を使用する。ログ圧縮器４，５への入力レンジはＩmin 〜Ｉmax であり、その出力レンジはθmin 〜θmax で固定されている。したがって、ログ圧縮結果が、出力レンジθmin 〜θmax より小さい場合または大きい場合には、その出力はそれぞれＩmin 、Ｉmax に統一される。図５はパラメータDR１、DR２、DR３のそれぞれに対応する対数曲線ａ、ｂ、ｃ及びそれぞれのダイナミックレンジを示す図である。パラメータDR１の場合のダイナミックレンジはＩ0 〜Ｉa 、パラメータDR２の場合のダイナミックレンジはＩ0 〜Ｉb 、パラメータDR１の場合のダイナミックレンジはＩ0 〜Ｉmax となる。

従って、第２のログ圧縮器５のダイナミックレンジは、第１のログ圧縮器４のそれより広く、造影剤の信号を飽和することなくログ圧縮することができる。

第１のログ圧縮器４の出力は、第１のフレームメモリ６に供給され、２次元マトリクス上に展開され、そこから所定の順序で一次元に配列されて出力される。この出力は、ＲＯＩマーカ付加器７を介して表示器８に供給される。

第２のログ圧縮器５の出力は、第２のフレームメモリ９に供給され、２次元マトリクス上に展開され、そこから所定の順序で一次元に配列されて出力される。この出力は、造影剤信号検出部１０に送られる。造影剤信号検出部１０は、第２のフレームメモリ９の出力から造影剤成分（以下これを「造影剤信号」という）を抽出する。この造影剤信号は２次元の造影剤信号メモリ１１を介して表示器８に供給される。

この造影剤信号はグラフ演算部１２にも供給される。グラフ演算部１２は、造影剤信号を用いて、造影剤の関心領域（ＲＯＩ）への流入出量の経時的変化曲線（以下これを「タイムデンシティカーブ」という）のグラフ情報を作成したり、その流入、流出時間等の各種時間情報を計測する。グラフ演算部１２の出力は２次元のグラフ情報メモリ１３を介して表示器８に供給される。

制御器１４は、バスライン１５を介して、ログ圧縮器４，５、フレームメモリ６，９、ＲＯＩマーカ付加器７、造影剤信号検出部１０、造影剤信号メモリ１１、グラフ演算部１２、グラフ情報メモリ１３の各部に制御信号及び必要な情報を供給し、各部を関連させて動作させると共に各部の処理を実行させる。

造影剤モード入力部１６は、通常モードと造影剤モードの切換えの指示を入力するための装置である。この通常モードと造影剤モードの切換えは、キーボードのキー操作に依存して行われるものでもよいし、造影剤注入装置を起動することを検知するスイッチの出力に依存して行われるものでもよい。造影剤注入装置は、図４に示すように、一端に突出口をまた他端に挿入口を備えた円筒部２０とそれに挿入される挿入部２１とからなるシリンジを主構成要素とする。造影剤注入装置を用いて造影剤を注入するときには、挿入部２１は円筒部２０内に深く挿入されるか、またはジョイント２２を介して突出口にチューブ２３が接続される。したがって、突出口にチューブ２３が接続されたことを検知する電極スイッチ２４をジョイント２２に設けるか、またはシリンジに電磁スイッチ２５を設けることにより、造影剤注入装置を起動することを検知することができる。電極スイッチ２４は突出口にチューブ２３が接続されたときＯＮ信号を出力する。電磁スイッチ２５は、挿入部２１の先端付近に設けられた磁石と、挿入部２１を円筒部２０に深く挿入したときに磁石と対峙する円筒部２０に設けられたコイルとからなり、挿入部２１を円筒部２０に深く挿入したときのコイルに発生する誘導電流を発生して、造影剤注入装置を起動することを検知し、ＯＮ信号を出力する。制御器１４は、このＯＮ信号を受けて、動作モードを通常モードから造影剤モードに切換える。

図６は、ＲＯＩマーカ付加器７の構成を示すブロック図である。ＲＯＩマーカ発生器４１には制御器１４からマーカ情報が供給される。マーカ情報は制御器１４に接続された図示しないマウスの如き入力装置を観察者が操作することにより入力される。ＲＯＩマーカ発生器４１はマーカ情報に基づいて関心領域を示す例えば矩形のマーカデータを出力する。このマーカデータは、スイッチ４２を介して加算器４３に供給され、第１のメモリ６からの画像に合成される。スイッチ４２は制御器１４からの制御信号にしたがって開閉を行い、マーカ情報に基づくマーカデータがＲＯＩマーカ発生器４１から出力されるときにＲＯＩマーカ発生器４１を加算器４３に接続する。加算器４３の出力は表示器８に供給される。

図７は造影剤信号検出器１０の構成を示すブロック図である。第２のメモリ９から関心領域（ＲＯＩ）内の画像（以下「ＲＯＩ画像」という）が出力され、このＲＯＩ画像は、そのまま減算器５７に供給されると共に、平均値演算部５１とＲＯＩフレーム平均値メモリ５６を介してやはり減算器５７に供給される。減算器５７の減算結果は、フレーム差分値、つまり造影剤信号として累積加算演算部６０とフレーム差分値メモリ６３に供給される。累積加算演算部６０とフレーム差分値メモリ６３の出力は、スイッチ６４を介し択一的に造影剤信号メモリ１１及びグラフ演算部１２に供給される。平均値演算部５１は所定数フレームの関心領域（ＲＯＩ）内の各画素の平均値を演算するための手段であり、加算器５２、ＲＯＩフレームメモリ５３、スイッチ５４、割り算器５５を備える。加算器５２では第２のメモリ９から入力したＲＯＩ画像と、ＲＯＩフレームメモリ５３からスイッチ５４を介して入力した加算画像とを画素毎に加算し、その加算画像をＲＯＩフレームメモリ５３に供給する。スイッチ５４は、所定数フレームのＲＯＩ画像の加算が終了するまでＲＯＩフレームメモリ５３を加算器５２に接続し、これにより所定数フレームのＲＯＩ画像が加算される。この加算画像は、加算されたフレーム数で割り算器５５により割り算され、平均処理に供される。ここで、平均処理を行うのは、造影剤信号の時間的な変動を低減し、スパイク状のノイズ成分を除去するためである。この平均画像は、ＲＯＩフレーム平均値メモリ５６を介して減算器５７に送られ、その−１乗算器５７で極性を反転された後、加算器５９で第２のメモリ９からのＲＯＩ画像と画素毎に加算される。これにより、当該ＲＯＩ画像に含まれる造影剤信号が画素毎に検出され、造影剤画像が生成される。この造影剤画像は、累積加算演算部６０とフレーム差分値メモリ６３に供給される。累積加算演算部６０は、加算器６１にフィードバック接続されたフレーム差分値メモリ６３を備え、造影剤画像を画素毎に累積加算する。累積加算演算部６０とフレーム差分値メモリ６３の出力は、スイッチ６４のスイッチングにより択一的に読み出され、造影剤信号メモリ１１及びグラフ演算部１２に供給される。スイッチ６４のスイッチング動作は、観察者により図示しない入力装置から入力された表示切換え指示にしたがって行われる。造影剤信号メモリ１１の出力は表示器８に供給される。

図８はグラフ演算部１２の構成を示すブロック図である。造影剤信号検出器１０の出力は総和値演算部７１に供給される。総和値演算部７１は、造影剤信号検出器１０の出力に接続された加算器７２に第１のＲＯＩピクセル総和値メモリ７３をスイッチ７４を介してフィードバック接続してなり、ＲＯＩ内の全画素の造影剤信号を加算し、総和値Ｄを得る。

マックスホールド部７５は、総和値演算部７１から順次出力される複数の総和値Ｄの中からその最大値Ｄmax 及びフレーム番号ＦＮmax を検出し、それらを一時的に記憶する。総和値演算部７１からの最新の総和値Ｄは、スイッチ７６と−１乗算器７７を介して極性反転され、加算器７８とメモリ７９に送られる。加算器７８ではこの最新の総和値Ｄが、メモリ７９から−１乗算器８０を介して再度極性反転された過去の総和値Ｄと加算される。ＡＮＤゲート８１では加算器７８の出力の極性、つまり最新の総和値Ｄと過去の総和値Ｄとの大小関係を論理判定し、その判定結果をメモリ７９の更新制御としてメモリ７９に出力する。メモリ７９は、この判定結果に応じて、過去の総和値Ｄより最新の総和値Ｄが大きいとき、過去の総和値Ｄに代えて最新の総和値Ｄを記憶する。したがって、メモリ７９には常に現在までに供給された複数の総和値Ｄの中の最大値Ｄmax が記憶されることになる。またＡＮＤゲート８１の判定結果は他方のメモリ８２にも供給され、その判定結果に応じて、メモリ８２に記憶するフレーム番号ＦＮを更新することにより、メモリ７９に記憶された最大値Ｄmax に対応するフレーム番号ＦＮmax が記憶されることになる。なおメモリ８２には、最新の総和値Ｄに対応するフレーム番号ＦＮが制御器１４から供給される。

最大値Ｄmax は、しきい値発生部８３の乗算器８３に供給される。乗算器８３は、この最大値Ｄmax に、制御器１４から供給されるしきい値係数Ｋ（通常は１／２）を乗算し、しきい値Ｄthを出力する。このしきい値Ｄthは、時間計測部８４に送られる。

時間計測部８４には、総和値演算部７１から出力される連続する複数の総和値Ｄを記憶する第２ＲＯＩピクセル総和値メモリ８５が設けられる。第２ＲＯＩピクセル総和値メモリ８５は、各総和値Ｄを入力順序にしたがって順番に出力する。第２ＲＯＩピクセル総和値メモリ８５の出力は、−１乗算器８６を介して極性反転されて加算器８６に供給され、そこでしきい値Ｄthと加算される。この加算結果はＡＮＤゲート８９に送られ、その正負が論理判定される。この判定の結果、総和値Ｄがしきい値Ｄthより大きいとき、カウンタ９０が１つずつアップカウントされる。カウンタ９０は、制御器１４の制御にしたがって、フレーム番号ＦＮmax の前後で別々にカウントを実行する。これによってカウンタ９０では、最大値Ｄmax のフレームに至るまでのしきい値Ｄth以上の総和値Ｄを有するフレーム数と、最大値Ｄmax のフレーム以後のしきい値Ｄth以上の総和値Ｄを有するフレーム数とが計数される。それぞれのフレーム数は各別に乗算器９１で、制御器１４から供給された超音波送受信時のフレーム周期時間Ｆt と乗算され、実時間に換算される。前者のフレーム数に基づく実時間を造影剤がＲＯＩへ流入するに要する時間を示す流入時間ｔwi、後者のフレーム数に基づく実時間を造影剤がＲＯＩから流出するに要する時間を示す流出時間ｔw0、この流入時間ｔwiと流出時間ｔw0との合計時間を半値幅時間ｔh と称する。これら流入時間ｔwi、流出時間ｔw0、半値幅時間ｔh は、計測時間メモリ９２を介してグラフィック発生器９３に出力される。

グラフィック発生器７７は、総和値演算部７１からの総和値Ｄを順次入力し、この総和値Ｄに応じて時間軸に沿って点をプロットしながら徐々にタイムデンシティカーブを完成していく。このタイムデンシティカーブは未完成でもプロットする毎に表示器１３に出力する。したがって、表示器１３にはリアルタイムでタイムデンシティカーブが徐々に成長し、完成に近付いていくことになる。

次にこの実施形態の作用について説明する。

まず通常モードが起動される。この通常モード下では、第１ログ圧縮器４が作動される。送信器２からの駆動信号によりプローブ１からの超音波ビームにより被検体Ｐの断面が繰り返し走査される。その反射波はプローブ１で受信され、その受信信号は受信器３を介して第１ログ圧縮器４に順次出力される。第１ログ圧縮器４は上述したようにパラメータDR１またはDR２を用いて受信信号をログ圧縮し、その結果を第１のフレームメモリ６に供給する。したがって、生態組織の受信信号は、出力レンジに対して最適にログ圧縮され、コントラストの良好な画像が得られる。この通常モード下では、ＲＯＩマーカ付加器７のスイッチ４３はＯＦＦ状態に設定されている。したがって、第１のフレームメモリ６の画像は、図９（ａ）に示すように、そのまま表示器８に表示される。

オペレータに任意のタイミングで、通常モードから造影剤モードに切換えられる。この切換えは、上述したように造影剤モード入力部１６でのキーボードのキー操作、または造影剤注入装置を起動することを検知するスイッチの出力に依存して行われる。なお、通常モードから造影剤モードに切換えられても、超音波走査が依然として同じように継続される。この造影剤モードの設定に前後して、ＲＯＩマーカ付加器７のスイッチ４３はＯＮ状態に設定され、ＲＯＩマーカ発生器４１からのマーカデータにしたがって、図９（ｂ）に示すように、画像にＲＯＩ（破線）が重畳されて表示される。このＲＯＩは、オペレータに任意の位置に設定される。この造影剤モード下では、第１ログ圧縮器４に代って、第２ログ圧縮器５が作動される。上述したように第２ログ圧縮器５は、第１ログ圧縮器４のパラメータDR１またはDR２より大きいDR３を用いて、受信信号をログ圧縮する。したがって、第２のログ圧縮器５のダイナミックレンジは、第１のログ圧縮器４のそれより広く、これにより生体組織より信号レベルの高い造影剤信号を飽和することなくログ圧縮することができる。

第２のログ圧縮器５の出力は、第２のフレームメモリ５に供給される。第２のフレームメモリ５からは、ＲＯＩ内の画像だけが選択的に読み出され、造影剤信号検出部１０に供給される。このＲＯＩ画像は、造影剤信号検出部１０の減算器５７と平均値演算部５１に供給される。平均値演算部５１のスイッチ５２は、所定数フレームのＲＯＩ画像が入力されるまで加算器５２側に接続される。したがって、ＲＯＩフレームメモリ５３には最新フレームのＲＯＩ画像を含めた所定数フレーム分のＲＯＩ画像が画素毎に加算される。この加算処理の概要を図１０に示す。この加算が終了すると、スイッチ５２が割り算器５５側に接続され、加算結果が割り算器５５に供給される。割り算器５５ではこの加算画像を加算されたフレーム数で割り算し、平均処理に供することにより、造影剤信号の時間的な変動を低減し、スパイク状のノイズ成分を除去して、この平均画像をＲＯＩフレーム平均値メモリ５６を介して減算器５７に供給する。この減算器５７は最新フレームのＲＯＩ画像から平均画像を減算する。減算前のＲＯＩ画像の各画素には、生体組織成分と造影剤成分が含まれている。この生体組織成分は経時的に変化しないので、最新フレームのＲＯＩ画像から平均画像を減算することにより、前フレームまでの生体組織成分と造影剤成分が除去され、前フレームに対する造影剤成分の変化量が画素毎に検出され、造影剤画像が生成される。この造影剤画像のある画素に着目すると、その値は図１１（ａ）に示すように経時的に変化する。この造影剤画像は、フレーム差分値メモリ６３に供給され、記憶される。また、造影剤画像は、累積加算演算部６０にも供給され、順次供給される造影剤画像について画素毎に順次累積加算する。この累積加算した累積加算画像のある画素に着目すると、その値は図１１（ｂ）に示すように経時的に変化する。つまり、この累積加算結果は、現在、ＲＯＩに存在している造影剤の合計量に相当することになる。フレーム差分値メモリ６３と累積加算演算部６０は、スイッチ６４を介して択一的に造影剤信号メモリ１１及びグラフ演算部１２に接続される。このスイッチ６４のスイッチングは、オペレータの指示に応じて行われる。通常は、スイッチ６４は累積加算演算部６０に接続されている。造影剤画像の入力毎に累積加算演算部６０からは累積加算画像が次々に出力される。この累積加算画像は、造影剤信号メモリ１１を介して順次切替えられながら、表示器８に表示される。図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は表示画面を時間経過に沿って示した図である。画像（Ｂモード画像）は各表示画面の左枠に、累積加算画像は各表示画面の右上枠に、またタイムデンシティカーブは各表示画面の右下枠に表示される。累積加算画像は造影剤画像の入力毎に次々と出力されるので、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すように、造影剤の流入の様子がリアルタイムで表示される。

また、この累積加算画像は順次、グラフ演算部１２に送られ、総和値演算部７１によりその全画素の総和値Ｄが順次求められる。この各フレームの総和値Ｄは順次、マックスホールド部７５、時間計測部８４、グラフィック発生器９３に供給される。このときマックスホールド部７５のスイッチ７６はＯＮ状態に設定され、メモリ７９には全フレームまでの総和値Ｄより大きいものが順次更新記憶され、これにより常に現在の最新フレームまでの総和値Ｄ中の最大値Ｄmax が記憶され、またメモリ８２には当該最大値Ｄmax のフレーム番号ＦＮmax が記憶される。時間計測部８４の第２ＲＯＩピクセル総和値メモリ８５には、現在の最新フレームまでのすべての総和値Ｄが記憶される。グラフィック発生器９３では次々と供給される総和値Ｄに基づいてタイムデンシティカーブがリアルタイムで序々に作成される。作成中のタイムデンシティカーブは、各時刻でグラフ情報メモリ１３を介して表示器８に供給され、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すように、累積加算画像と共に、造影剤の流入にしたがってタイムデンシティカーブがリアルタイムで序々に成長しながら表示される。

オペレータは、このタイムデンシティカーブが例えば図１３（ａ）に示した状態になり、この状態から造影剤がＲＯＩから十分流出したと判断したときに、図示しない入力装置の例えばフリーズボタンを指示すると、各種時間の計測が開始される。このときマックスホールド部７５のスイッチ７６はＯＦＦ状態に設定され、マックスホールド部７５には新たなフレームの総和値Ｄが入力しない。したがって、メモリ７９には時間計測開始以前の全フレームの総和値Ｄの最大値Ｄmax が記憶され、またメモリ８２には当該最大値Ｄmax のフレーム番号ＦＮmax が記憶される。

そして、この最大値Ｄmax はしきい値発生部８３で制御器１４からの係数Ｋ（１／２）と乗算されることにより、しきい値Ｄthが発生する。このしきい値Ｄthは、時間計測部８４の加算器８７に供給される。時間計測部８４の第２ＲＯＩピクセル総和値メモリ８５に記憶されている現在の最新フレームまでのすべての総和値Ｄが、過去のものから順番に−１乗算器８６を介して加算器８７に供給され、しきい値Ｄthと加算される。この加算結果の正負が、ＡＮＤゲート８９で判定され、負の場合、つまり総和値Ｄがしきい値Ｄthより大きい場合、その都度カウンタ９０の計数値がカウントアップされる。ここでカウンタ９０には、制御器１４からメモリ８２に記憶されているフレーム番号ＦＮmax が供給され、このフレーム番号ＦＮmax の前後で別々にカウントが実行される。これによって最大値Ｄmax のフレームに至るまでのしきい値Ｄth以上の総和値Ｄを有するフレーム数（以下「流入フレーム数」という）と、最大値Ｄmax のフレーム以後のしきい値Ｄth以上の総和値Ｄを有するフレーム数（以下「流出フレーム数」という）とが計数される。

それぞれのフレーム数は各別に乗算器９１で、制御器１４から供給された超音波送受信時のフレーム周期時間Ｆt と乗算され、実時間に換算される。したがって、図１４に示すように、流入時間ｔwi、流出時間ｔw0、この流入時間ｔwiと流出時間ｔw0との合計時間である半値幅時間ｔh が計測される。これら流入時間ｔwi、流出時間ｔw0、半値幅時間ｔh は、計測時間メモリ９２とグラフィック発生器９３を介して、図１３（ｂ）に示すように、表示器１３に表示される。

このように本実施形態によると、造影剤の関心領域（ＲＯＩ）への流入出量の経時的変化曲線、つまりタイムデンシティカーブがリアルタイムで作成することができ、また造影剤の関心領域（ＲＯＩ）への流入、流出時間、半値幅時間の時間情報を計測することができる。

また、本実施形態では、ダイナミックレンジの異なる２つのログ圧縮器を用いて、通常モードと造影剤モードとで適宜選択的に使用していることにより、通常モードでは良好なコントラストを得ることができ、造影剤モードでは造影剤の信号を飽和することなくログ圧縮することができる。

なお上述した実施形態ではダイナミックレンジの異なる２つのログ圧縮器を用いていたが、１つのログ圧縮器を用いて、通常モードと造影剤モードとでそのダイナミックレンジを切換えるようにしてもよい。この場合の構成は、図１５に示すように、少なくとも２種のダイナミックレンジで動作可能なログ圧縮器１７の出力をスイッチ１８を介して第１のフレームメモリ６と第２のフレームメモリ９とに択一的に供給できるようにして、制御器１４の制御を受けてログ圧縮器１７のダイナミックレンジおよびスイッチ１８のスイッチングを通常モードと造影剤モードで切換え制御を行う切換信号発生器１９を設けることにより実現できる。

図１６は、本発明の第３実施形態の構成を示している。この実施形態で、造影剤モードが設定されると、受信信号は、スイッチ５Ａによって、第２ログ圧縮器５を通らないで、第２フレームメモリ９，造影剤信号検出部１０，造影剤信号メモリ１１，グラフ演算部１２及びグラフ情報メモリ１３に供給される場合と、第２ログ圧縮器５を通り、第２フレームメモリ９，造影剤信号検出部１０，造影剤信号メモリ１１，グラフ演算部１２及びグラフ情報メモリ１３に供給される場合とが実現される。この構成は、ダイナミックレンジが調整されない超音波画像中の関心領域における画像データの時間的変化曲線と、ダイナミックレンジが調整された超音波画像中の関心領域における画像データの時間的変化曲線とを適宜得ることができる。

図１７〜図２０を参照して本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態は、一つの超音波画像中に複数の関心領域ＲＯＩを設定し、各ＲＯＩ内の散乱強度から各ＲＯＩ毎にタイムデンシティカーブを作成し、例えばＲＯＩ間に存在する診断対象の特徴量（臨床データ）を演算により抽出し、該臨床データを表示しようとするものである。この例においては、各ＲＯＩ毎のタイムデンシティカーブの相関関係を調べる必要がある。そして、腫瘍等の診断対象が血流に対して、どのような応答を示すかを定量化する必要がある。図１７に示すように、画面８Ａに超音波画像４００が表示されている。該画像４００中には、血管の流入路４０１、流出路４０２、及び診断対象４０３が存在する。流入路４０１に相当する領域をＲＯＩ１とし、流出路４０２に相当する領域をＲＯＩ２として規定する。右グラフに示すように各ＲＯＩ１，ＲＯＩ２の散乱強度曲線は、上述した実施形態により容易に得られる。

ここで、図１８に示すシステムモデルが想定される。ここで、ステップ関数ｓ（ｔ）のフーリエ変換はＳ（ω）であり、Ｓ（ω）の逆フーリエ変換はｓ（ｔ）である。入力関数ｉ（ｔ）のフーリエ変換はＩ（ω）であり、Ｉ（ω）の逆フーリエ変換はｉ（ｔ）である。出力関数ｏ（ｔ）のフーリエ変換はＯ（ω）であり、Ｏ（ω）の逆フーリエ変換はｏ（ｔ）である。応答関数ｈ（ｔ）のフーリエ変換はＨ（ω）であり、Ｈ（ω）の逆フーリエ変換はｈ（ｔ）である。

求める応答関数ｈ（ｔ）をフーリエ変換したＨ（ω）は、次の式の通りである。

Ｈ（ω）＝Ｓ（ω）・（Ｏ（ω）／Ｉ（ω））
特徴量の例としては、ｈ（ｔ）が最大となる時間ｔｐやｈ（ｔ）の半値幅時間ｔ1/2 である。

上述したシステムモデルの具体的な演算ブロックは図１９に示される。図１９に示されるシステムは、フーリエ変換部３０１と、Ｓ（ω）メモリ３０２と、レジスタ３０３〜３０５，３０７〜３０９と、ｈ（ｔ）演算部３０６と、スイッチ３１０〜３１２と、加算部３１３と、上述した制御器１４を兼用する制御器１４´とを具備する。このシステムは、ハードウェアによる構成及びソフトウェアよよる構成のいずれであってもよい。

また、ｈ（ｔ）演算部３０６は、上式を参照するに、Ｉ（ω）に対してｚｅｒｏ ｄｉｖｉｄｅ処理を施すと共にＨ（ω）を求め、このＨ（ω）を逆フーリエ変換することによりｈ（ｔ）を求めるものである。

ｉ（ｔ）、ｏ（ｔ）は、各々タイムデンシティカーブを作成終了後に、各々フーリエ変換部に入力される。図２０はｈ（ｔ）の表示例である。次に第４，第５の実施形態について説明する。

本実施形態は、離れた２つの部分、例えば頸動脈と内脈の２つの部分の同時観察を、互いの超音波の影響でビートノイズが各画像に発生する問題を解決するものである。

第４，第５の実施形態は、図２１または図２２のいずれの構成でもかまわない。いずれの構成でも、少なくとも２つの同じ構成のプローブ１０１，１０２を有する。各プローブ１０１，１０２は、複数の振動子を一次元に配列してなる。

図２１の場合、各プローブ１０１，１０２に対応して、送受信回路１０３，１０４、Ｂモード処理系１０５，１０６、カラーフローマッピング（ＣＦＭ）処理系１０７，１０８、表示系１０９，１１０をそれぞれ２系統ずつ設け、両表示系１０９，１１０にモニタ１１１を接続する。また、各送受信回路１０３，１０４によるプローブ１０１，１０２それぞれの送受信駆動を、互いの超音波の影響でビートノイズが各画像に発生しないように同時に、またはフレーム毎あるいはラスタ（走査線）毎に時分割で行うように制御する制御回路１１２を設ける。Ｂモード処理系１０５，１０６は、図３と同様の構成を有し、Ｂモード画像を生成すると共に、タイムデンシティカーブを作成し、また各種時間を計測することができる。

Ｂモード処理系１０５，１０６は、図３に示したと同じ構成を有し、つまり、送受信回路の出力には異なるダイナミックレンジを有する２系統のログ圧縮器が接続され、送受信回路１０３，１０４の出力をそれぞれログ圧縮に供し、この結果を輝度情報としてＲＯＩマーカ付加器を介して表示系１０９，１１０に出力する。

そして、第１のログ圧縮器の出力には第１のフレームメモリが接続される。また第２のログ圧縮器の出力は、第２のフレームメモリを介して造影剤成分を抽出する造影剤信号検出部に送られる。この造影剤信号は２次元の造影剤信号メモリを介して表示系１０９，１１０に供給される。この造影剤信号はグラフ演算部にも供給される。グラフ演算部は、造影剤信号を用いて、タイムデンシティカーブを作成したり、その流入、流出時間等の各種時間情報を計測する。グラフ演算部の出力は、２次元のグラフ情報メモリを介して表示系１０９，１１０に供給される。

また、カラーフローマッピング処理系１０７，１０８は、図示しないが位相検波回路、Ａ／Ｄ変換器、ＭＴＩ（Moving-Target-Indicator ）フィルタ、自己相関器、演算部を備えている。位相検波回路は、受信系５から受信信号を受けて、この受信信号について直交位相検波し、図示しないローパスフィルタにより高周波成分を除去してドップラ偏移信号、即ち、血流像のためのをドップラ検波出力を得る。このドップラ検波出力には血流情報以外に心臓の壁等のように動きの遅い物体からの不要な反射信号（クラッタ成分）も含まれている。そこで、ドップラ検波出力をＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ＭＴＩフィルタを通す。

ここで、ＭＴＩとは、レーダで使用されている技術で、前述したようにMoving-Target-Indicator の略であり、移動目標だけをドップラ効果を利用して検出する方法である。従って、ＭＴＩフィルタは、所定回数繰り返し送波したレートパルスにおける同一ピクセル間の位相変化により血流の動きを検出し、クラッタ成分を除去することになる。自己相関器は、このクラッタ成分を除去した信号を２次元の多点数毎にリアルタイムで周波数分析する。自己相関器による周波数分析の演算数は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法における演算数より非常に少ないものであり、そのためリアルタイム処理が可能となった。演算部はこの自己相関器の出力を受けるものであり、平均速度演算部、分散演算部、パワー演算部を有している。この演算部において、平均速度演算部は平均ドップラシフト周波数ｆｄを求め、分散演算部は分散σ2 を求め、パワー演算部はパワーＰを求める。

また、図２２の場合、少なくとも２つのプローブ１０１，１０２に切換器（ＭＵＸ）１１３を介して１つの送受信回路１１４を接続することで、プローブ１０１と１０２とを送受信回路１１４に選択的に接続できるようにする。送受信回路１１４の出力にはＢモード処理系１１５とカラーフローマッピング（ＣＦＭ）処理系１１６とを並列に接続する。これらＢモード処理系１１５とカラーフローマッピング処理系１１６の出力は、１つの表示系１１７を介してモニタ１１８に表示される。切換器１１３の切換動作により、プローブ１０１と１０２は送受信回路１１４によりフレーム毎またはラスタ毎に時分割で交互に駆動される。同時このような装置を実際に用いるときには、図２３に示すように、一方のプローブ１０１を例えば頸動脈に設置し、また他方のプローブ１０２をプローブ１０１から離間した例えば門脈に設置する。

造影剤注入装置１２０から造影剤を被検体Ｐに注入した後、２つのプローブ１０１，１０２を同期して、またはフレーム毎あるいはラスタ毎に時分割で送受信駆動することにより、互いに他方のプローブから発せられる超音波の影響を受けることなく、したがってビートノイズが各画像に発生することなく、図２４に示すように両画像を同時表示することができる。

また、図２２に示した構成の場合、２つのプローブ１０１，１０２を同じ送受信回路１１４で駆動し、また、同じ処理系でＢモード画像やカラーフローマッピング画像を得ているので、プリアンプ等のゲイン特性の相違等による標準信号レベルの相違が解消され、したがって両画像間の比較を同一条件のもとで実施できる。

以上本発明によれば、造影剤の関心領域への流入出量の経時的変化等の各種情報をリアルタイムで提供できる、又は、離れた２つの部分の画像を互いに他方の超音波の影響でビートノイズの発生を押さえながらそれぞれリアルタイムで収集できる超音波診断装置を実現することができる。

本発明による超音波診断装置の第１実施形態の構成を示すブロック図。 本発明による超音波診断装置の第２実施形態の構成を示すブロック図。 本発明による超音波診断装置の第３実施形態の構成を示すブロック図。 図３の造影剤モード入力部の一例を示す図。 図３のログ圧縮器のダイナミックレンジを示す図。 図３のＲＯＩマーカ付加器の構成を示すブロック図。 図３の造影剤信号検出部の構成を示すブロック図。 図３のグラフ演算部の構成を示すブロック図。 ＲＯＩマーカを画像に付加する前後の画面を示す図。 図７の平均値演算部による平均値演算処理を説明する図。 図３の造影剤信号検出部から出力されるフレーム間の造影剤信号の変化量とその累積値との２種の信号を示す図。 時間計測開始までの表示画面の変化を示す図。 完成したタイムデンシティカーブおよび計測時間の表示位置を示す図。 図８の時間計測部により計測される各種時間を示す図。 第３実施形態の変形例の構成を示すブロック図。 第３実施形態の別の変形例の構成を示すブロック図。 第４実施形態における原理を示す図。 第４実施形態のシステムモデルを示す図。 第４実施形態の構成を示すブロック図。 第４実施形態における表示例を示す図。 第５実施形態の構成を示すブロック図。 第５実施形態の他の構成を示すブロック図。 ２つのプローブの被検体への設置の様子を示す図。 表示画面を示す図。

符号の説明

１…超音波プローブ、２…送信系、３…受信系、４…第１ログ圧縮器、５…第２ログ圧縮器、６…第１フレームメモリ、７…ＲＯＩマー付加器、８…表示器、９…第２フレームメモリ、１０…造影剤信号検出部、１１…造影剤信号メモリ、１２…グラフ演算部、１３…グラフ情報メモリ、１４…制御器、１５…バスライン、１６…造影剤モード入力部、２００…送信部、２０１…受信部、２０２…信号処理部、２０３，２０７…変換部、２０４…表示部、２０５…制御部、２０６…設定部。

Claims (2)

1. 造影剤が投与された被検体に対して超音波を送受信し超音波受信信号を得る送受信手段と、
   この送受信部により得られる超音波受信信号を信号処理してフレーム単位の超音波画像を得る信号処理手段と、
   この信号処理手段により得られるフレーム単位の超音波画像中に関心領域を設定する設定手段と、
   この設定手段により設定されたフレーム毎の関心領域間にフィルタリングを施すフィルタリング手段と、
   このフィルタリング手段によりフィルタリングされたフレーム毎の関心領域の画像データに基づき、造影剤に起因する前記関心領域における画像データの時間的な変化曲線を求める算出手段と、
   この算出手段により求められた前記時間的変化曲線を表示する表示手段と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記フィルタリング手段は、フレーム毎の前記関心領域間に対して、平均化処理及び減算処理の少なくとも一方を含むフィルタリングを施すことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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