JP4301606B2

JP4301606B2 - 超音波画像診断装置

Info

Publication number: JP4301606B2
Application number: JP30870798A
Authority: JP
Inventors: 真人大貫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JPH11197152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢモードやＭモード等の超音波画像上で２点間距離を計測することのできる超音波画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々あるが、その主流は、超音波パルス反射法を用いて、生体の軟部組織の組織断層像（Ｂモード）や、その１ラインの組織像を時間軸に沿って平行に配列することにより心臓や血管等の経時的な形態変化を詳細に観察できるようにしたいわゆるＭモードを生成するものである。
【０００３】
このような超音波画像診断は、Ｘ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｘ線ＣＴスキャナ）、磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）、ＳＰＥＣＴやＰＥＴ等の核医学診断装置といった他の映像装置と比較すると、超音波プローブを体表から割り当てるだけの簡単な操作で心臓や胎児の動きをリアルタイムで観察でき、また血流イメージングが可能であるといった優位性を備えている。さらに、生体への害が非常に少なく、繰り返して検査が行えるほか、非常に小型なので、装置をベッドサイドへ移動していって検査できるといった様々な特徴がある。このためその活用範囲は、心臓、腹部、乳腺、泌尿器、産婦人科等に広く及んでいる。
【０００４】
ところで、このような超音波画像診断装置の多くは、Ｂモード像から距離、面積、容積等の構造的な寸法を計測したり、Ｍモード像から時間的な変化量を計測することができる計測ソフトが標準又はオプションで装備できるようになっている。さらに、最近では、計測ソフトも胎児用や循環器用等といった専用化が進み、臨床科目毎により有効な情報を提供できるようになってきている。例えば、循環器用の計測ソフトでは、左室径や左室面積から、１回拍出量（ＳＶ）、心拍出量（ＣＯ）、駆出率（ＥＦ）といった心機能に関する指標（インデックス）を計算できるようになってきている。
【０００５】
このように計測項目の多様化や専用化は非常に進んできてはいるが、それに対してオペレータの作業の効率化に関する開発が立ち後れているのが現状である。
例えば、血管壁厚や血管腔径を計測する場合を考えてみる。計測ソフトを起動すると、図１１に示すように、十字ポインタが画像上に現れる。この十字ポインタは、トラックボール等の出力に従って、画面内を上下左右に自由に動かせるようになっていて、この十字ポインタをオペレータは血管前壁の内位置Ｐ１、血管前壁の外位置Ｐ２、血管後壁の内位置Ｐ３、血管後壁の外位置Ｐ４に順番に合わせて合計４つの計測点Ｐ１〜Ｐ４を指定すると、計測点の間の距離、つまり血管壁厚及び血管腔径が計算されるようになっている。
【０００６】
この４つの計測点Ｐ１〜Ｐ４の指定作業は、非常に面倒であり、４つの計測点Ｐ１〜Ｐ４が、血管に対して斜めに又ジグザグに並んでしまい、何度もやり直さなければならないこともしばしばである。
【０００７】
次に、１回拍出量（ＳＶ）等の心機能の指標を計測する場合を考える。この心機能の指標を計測する手法には様々なものがあり、Ｍモード像を使う代表的手法としては、TEICHHOLZ 法、CUBE法、GIBSON法が代表的であり、また、Ｂモード像を使う代表的手法としては、Modified SIMPSON法、SINGLE PLANE ELLIPSE法がある。
【０００８】
例えば、ＭモードのTEICHHOLZ 法では、図１２に示すように、拡張末期（Ｄ）と収縮末期（Ｓ）それぞれの心時相で、４つずつ計測点（Ｐ101 〜Ｐ104 、Ｐ201 〜Ｐ204 ）を指定すると、これらから心室中隔厚（ＩＶＳＴ）、左室短軸径（ＬＶＩＤ）、左室後壁厚（ＬＶＰＷ）が計算され、そして心室中隔厚等から１回拍出量が計算されるようになっている。このために必要なオペレータの作業としては、各心時相で４つの計測点を連続的に指定すればよく、比較的簡易な操作で、その計算結果（心拍出量）が得られる利点ある。
【０００９】
しかし、周知の通り、Ｍモード像を撮り難い患者があり、このためTEICHHOLZ 法等が使えないことがよくある。その場合には、ＢモードのSINGLE PLANE ELLIPSE法等に切替えられる。このＢモードのSINGLE PLANE ELLIPSE法は、比較的高精度で心拍出量を求めることができるものであるが、オペレータの作業は比較的複雑で時間がかかるという欠点がある。つまり、このSINGL PLANE ELLIPSE 法では、図１３に示すように、心拍出量を計算するのに、長軸左室面積（ＬＶＡＬ）、僧帽弁レベル左室面積（ＬＶＡＭ）、左室短軸径（ＬＶＩＤ）が必要とされ、さらに長軸左室面積（ＬＶＡＬ）等を計算するためには、オペレータは、図１３（ａ）に示すように、長軸断層像上で十字ポインタを動かして、左室内壁に沿ってトレースラインＴＬ１を描き、また図１３（ｂ）に示すように、短軸断層像上で十字ポインタを動かして、左室内壁に沿ってトレースラインＴＬ２を描き、さらに左室短軸径のための２つの計測点Ｐａ、Ｐｂを指定しなければならない。しかも、このトレースラインＴＬ１，ＴＲ２及び計測点Ｐａ、Ｐｂを、拡張末期（Ｄ）と収縮末期（Ｓ）との両方で行わなければならないのである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、断層像上で複数の計測点を簡易に且つ正確に指定することのできる超音波画像診断装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体内の断面を超音波で走査する手段と、前記走査により得られるエコー信号に基づいて前記断面に関する断層像を生成する手段と、計測点を指定するためのツールを作成する手段と、前記作成されたツールを、前記断層像と共に表示する手段と、前記ツールを操作するための入力手段と、前記ツールにより指定された計測点間の距離を計算する手段とを具備する超音波画像診断装置において、前記ツールには、前記断層像上に任意位置及び任意角度で設けられる第１バーと、この第１バーに対して任意角度で交差する第２バーとが含まれ、この第２バーを動かして前記第１バー上に複数の計測点を連続的に指定することができるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態に係る超音波画像診断装置の構成を示す。なお、本発明は、超音波画像上に指定される複数の計測点の間の距離を計測する技術に関わるものであり、この計測は、被検体内部の断面に関する組織断層像（Ｂモード像）、被検体内部の断面の血流分布をカラーで提供するカラーフローマッピング像（カラー血流画像）に適用できるものであるが、ここでは計測に関して代表的に使われるＢモード像を一例にして説明するものとする。
【００１３】
まず、超音波プローブ１は、その先端付近に、圧電セラミックス等の圧電体の両面に電極が形成されてなる複数の振動子が配列されている。この振動子を介して電気信号（高周波電圧）を超音波に変換し、また逆に超音波を電気信号に変換する。送信時に振動子に高周波電圧を印加し、また受信時に電気信号から特定の方向成分が強調されたエコー信号を生成するために、送受信回路３が設けられている。
【００１４】
この送受信回路３の送信系では、まず、クロック発生器２１からのクロックをレートパルス発生器２２で数分の１に分周することにより例えば６ｋＨｚという周波数でレートパルスを生成する。なお、周知の通り、この周波数は、パルス繰り返し周波数ＰＲＦと呼ばれるもので、このパルス繰り返し周波数ＰＲＦに同期して超音波送受信動作が繰り返されることになる。このレートパルスを送信遅延回路２３で遅延した後、パルサ２４に供給する。パルサ２４では、レートパルスに同期して、周波数ｆ0 の高周波電圧を発生して振動子に印加する。これによりプローブ１からは、中心周波数ｆ0 の超音波ビームが、パルス繰り返し周波数ＰＲＦの逆数の周期で被検体に向けて繰り返し送信される。
【００１５】
一方、送受信回路３の受信系では、振動子からの電気信号を、まず、プリアンプ３１で増幅した後、受信遅延回路３２で遅延し、そして加算器３３で加算する。これにより送受信の総合的な遅延パターンで決まる特定方向からのエコー成分が強調されたエコー信号を生成することができる。
【００１６】
送受信回路３の出力には、Ｂ／Ｍモード処理ユニット４が接続されている。このＢ／Ｍモード処理ユニット４では、送受信回路３で生成されたエコー信号を検波回路４１で検波し、そしてこの検波信号を対数増幅器４２で対数増幅にかける。このような処理により、１本のビームライン（超音波走査線ともいう）上の組織構造（音響インピーダンスの差）が、振幅変化により表されることになる。
【００１７】
この検波信号を、アナログディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）４３でディジタル信号に変換してから、表示ユニット５に送り、そこでまずディジタルスキャンコンバータ（Ｄ・Ｓ・Ｃ）５１で直交座標系にマッピングし、そしてディジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａ）５２でアナログ信号に戻してディスプレイ５３に表示することにより、組織構造が濃淡で表現される。
【００１８】
ここで、送受信の総合的な遅延パターンを送受信毎に少しずつ変えながら、ディジタルスキャンコンバータ５１で縦軸を深さで横軸を方位方向に対応させた直交座標系にマッピングすることにより、断面の組織画像（Ｂモード像）を生成できるし、その内の任意の１本のビームラインの信号を取り出してこれを縦軸を深さで横軸を時間軸に対応させた直交座標系にマッピングすることにより、当該ビームライン上の１次元の組織構造の時間変化画像（Ｍモード像）を生成することができる。
【００１９】
本超音波画像診断装置には、このようなＢモード像を使って２点間距離や心機能に関する指標を計測することができるように、計測点を画像上に指定するための計測用道具（計測ツール）を、Ｂモード像上に重畳表示させるためのグラフィック演算器６、この計測ツールをオペレータが自由に操作するためのトラックボール７、そして指定された２点間の実寸換算した距離や、その距離から心拍出量（ＣＯ）等の心機能に関する指標を計算するための計算器８が設けられている。ここで重要なのは、グラフィック演算器６による計測ツールの表示コントロールにある。なお、この表示コントロールは、記憶媒体に記憶可能で、且つコンピュータで実行可能なプログラムコードにより実現するのが一般的である。
【００２０】
図２に、この表示コントロールに従って、Ｂモード像上に複数の計測点を一直線状に連続的に指定する手順を示している。まず、計測ツールとしては、交差する２本のバー（第１バーと第２バー）からなる。この２本のバーは、トラックボール７やその付属ボタンの適当な操作によりそれぞれ個別にＢモード像上で移動することができるように、グラフィック演算器６により表示制御されている。この２本のバーの交点が、計測点の候補を表している。オペレータは、この２本のバーを適当に動かして、その交点が目的の位置に合致したとき、確定指示をすることにより、その位置に計測点を指定することができるようになっている。
【００２１】
まず、ステップＳ１で、基準線となる第１バーが、Ｂモード像上の縦軸（深さ）に対して初期角度（例えば０゜）で、垂直に表示される（図３）。このとき、第２バーも同時に表示してもよいが、ここでは説明の便宜上、第２バーはまだ表示されていないものとする。次に、ステップＳ２で、トラックボール７等が適当に操作されると、それに従って第１バーが注目位置まで平行に移動される（図３）。このとき、演算部６によりトラックボール７の動きの中で縦方向成分（画面の垂直成分）分は無視され、横方向成分（画面の水平成分）だけが認識され、この認識された横方向成分の移動量だけに従って第１バーが横方向に動かされるので、トラックボール７の操作が簡素化する。
【００２２】
なお、図４に示すように、縦軸に対する第１バーの角度（傾斜角）は任意に変えられるようになっており、オペレータは必要に応じてトラックボール７等を操作して第１バーを適当に傾斜させることができるようになっている（ステップＳ３，Ｓ４）。この傾斜機能は、血管が縦軸に対して傾いて表示されているときや、また第１バーを心臓長軸断層像や短軸断層像上でその長軸や短軸に合わせて心室中隔厚や左室短軸径や左室後壁厚を計測するときに使用される。
【００２３】
この第１バーの位置や角度が決まると、ステップＳ５で、この第１バーに対して、初期的な交差角度（例えば９０゜）で第２バーが表示され、第１バーから第２バーに表示コントロール対象が代わる（図５）。なお、この交差角度は、任意に変えられるようになっており、オペレータは必要に応じてトラックボール７等を操作して第２バーを第１バーに対して適当に傾斜させることができるようになっている（ステップＳ６，Ｓ７）。この機能は、例えば第２バーを血管軸と平行にするようなとき等に使用される。
【００２４】
第２バーの角度が決まると、次に、ステップＳ８で、図６に示すように、トラックボール７等の適当な操作に従って、第２バーが、第１バーと初期的な交差角度又は変更された交差角度を維持した状態で、平行移動される。このとき、演算部６によりトラックボール７の動きの中で横方向成分は無視され、縦方向成分だけが認識され、この認識された縦方向成分の移動量だけに従って第２バーが縦方向に動かされるので、トラックボール７の操作が簡素化する。
【００２５】
そして、図７に示すように、ステップＳ９において、所定の確定操作が行われると、そのときの第１バーと第２バーとの交差点が、計測点として確定され、さらにこのステップＳ８〜Ｓ１０のループを繰り返して、第１バーと初期的な交差角度又は変更された交差角度を維持した状態で第２バーを平行移動しながら、例えば血管前壁の外縁、血管前壁の内縁、血管後壁の内縁、血管後壁の外縁に対して複数の計測点を第１バー上に一直線状に手連続的に次々と指定していくことができる。この指定と同時に、ステップ１２において計算器８は、隣り合う計測点の間の距離を実寸換算で計算する。
【００２６】
また、ステップＳ１１を介してステップＳ２に戻って他の部位に対して別に計測点を指定できるようになっており（多チャネル計測機能）、計測点の指定と同時に、ステップ１２において計算器８はチャネルごとに隣り合う計測点の間の距離を実寸換算で計算する。
【００２７】
このように本実施形態によると、基準線（第１バー）を一旦決めてしまうと、第２バーはそれに対して一定の角度を保ったままで平行移動するようになっており、これにより複数の計測点を一直線状に並べて基準線上に次々と連続的に指定していくことができる。なお、距離計算後に、第１バーの角度や第２バーの交差角度を再度変更したり、また図８に示すように、確定した第１、第２バー及び計測点をそのまま任意の方向に移動させることができるような様々な補足的機能を追加することは、操作の利便性にとって非常に有益であると考えられる。
【００２８】
次に、上述した計測点の簡易な指定方法の具体的な応用例について説明する。従来技術のところでも述べたように、１回拍出量（ＳＶ）等の心機能の指標を計測するのは、Ｍモード像でも、Ｂモード像でもどちらを使っても求めることができる。Ｍモード像を使う手法は、オペレータに課せられる作業としては比較的少なくて簡易であるが、計測精度は比較的低く、一方、Ｂモード像を使う手法は、オペレータに課せられる作業としては比較的多くて複雑にして面倒であるという反面、比較的高い計測精度が得られるというそれぞれ長所短所があり、適時使い分けられるのが現状である。一般的には、Ｍモード像を使う手法を選択するのは、ごくごく参考程度に１回拍出量（ＳＶ）等の心機能の指標を見る場合、つまり計測精度は低くてもよいが、あまり時間をかけずに簡単に計測したいときであるが、実際には、Ｍモード像が撮り難い患者がいる場合は、操作の面倒なＢモード像を使う手法を選択せざるを得ないというケースが現実に生じることがある。
【００２９】
このようなケースに対処するために、Ｂモード像を使って、計測精度は低くてもよいが、あまり時間をかけずに簡単に心拍出量等の心機能に関する指標を計測できるような手法に対する要望が強い。この応用手法は、このような要望に応えるためになされたものである。
【００３０】
図９に、この応用例の手順を示している。図１０は、図９の手順の補足図であり、図１０（ａ）は拡張末期の長軸断面に関するＢモード像を示し、図１０（ｂ）は収縮末期の長軸断面に関するＢモード像を示している。なお、拡張末期の長軸断面に関するＢモード像と収縮末期の長軸断面に関するＢモード像とは、計測前に心拍同期を使って予め収集し図示しないフレームメモリに記憶しておいて計測点指定時に読み出してフリーズで表示させるようにしてもよいし、計測点指定時に心拍同期を使って収集しフリーズで表示させるようにしてもよい。
【００３１】
まず、ステップＳ１０１で、基準線となる第１バーＢ１が、拡張末期の長軸断面に関するＢモード像上に表示される。次に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４において、トラックボール７等を適当に操作して、第１バーＢ１を移動し、適当に傾けて、第１バーＢ１が心臓の短軸に合致される。
【００３２】
この第１バーＢ１の位置や角度が決まると、ステップＳ１０５で、第２バーＢ２をトラックボール７等の適当な操作に従って平行移動しながら、当該計測に必要な位置、つまり本応用例では心室中隔の外縁、心室中隔の内縁、左室後壁の内縁、左室後壁の外縁上に４つの計測点（Ｐ１１〜Ｐ１４）を一直線状に並べて連続的に次々と指定していくことができる。そして、４つの計測点（Ｐ１１〜Ｐ１４）がそれぞれ適当な位置に指定されたことを確認して、ステップＳ１０６において当該拡張末期画像上での計測点の指定作業が完了する。
【００３３】
次に、表示画像が、収縮末期の長軸断面に関するＢモード像に切り替わり、この収縮末期の長軸断面に関するＢモード像上に、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様な手順で、心室中隔の外縁、心室中隔の内縁、左室後壁の内縁、左室後壁の外縁上に４つの計測点（Ｐ２１〜Ｐ２４）を指定する（Ｓ１０７〜Ｓ１１２）。
【００３４】
次に、指定した計測点（Ｐ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２４）から、Ｍモード用のTEICHHOLZ 法等と同じ計算処理方法により心拍出量等の心機能に関する指標を求め、この心拍出量等の心機能に関する指標を、その計算中に求めた拡張末期の心室中隔厚（ＩＶＳＴＤ）、左室短軸径（ＬＶＩＤＤ）、左室後壁厚（ＬＶＰＷＤ）及び収縮末期の心室中隔厚（ＩＶＳＴＳ）、左室短軸径（ＬＶＩＤＳ）、左室後壁厚（ＬＶＰＷＳ）と一緒に同画面に表示する（Ｓ１１３）。
【００３５】
以上のように、心拍出量等の心機能に関する指標をＢモード像を使って簡易に計測することができる。しかも、このために必要な計測点（Ｐ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２４）を、基準線を使って一直線状に且つ連続的に簡単に指定していくことができる。
本発明は、上述してきたような実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、第１バー又は基準線上に計測点を一直線状に並べて連続的に指定していくことができ、従来のように十字ポイントを完全にフリーな状態で動かして複数の計測点を個々に指定していくよりも、簡易に且つ対象に対して正確に指定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る超音波画像診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態による計測点指定処理の流れを示すフローチャート、
【図３】図２のステップＳ１，Ｓ２に対応したディスプレイ表示画面の一例を示す図。
【図４】図２のステップＳ３，Ｓ４に対応したディスプレイ表示画面の一例を示す図。
【図５】図２のステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７に対応したディスプレイ表示画面の一例を示す図。
【図６】図２のステップＳ８に対応したディスプレイ表示画面の一例を示す図。
【図７】図２のステップＳ９，Ｓ１０に対応したディスプレイ表示画面の一例を示す図。
【図８】図１のグラフィック演算器による付加的な機能の説明図。
【図９】本実施形態による計測点指定処理の具体的な応用例を示すフローチャート。
【図１０】図９の補足図であり、（ａ）は拡張末期の断層像（Ｂモード像）上に指定される計測点を示し、（ｂ）は収縮末期の断層像（Ｂモード像）上に指定される計測点を示す図。
【図１１】従来の計測点指定作業の説明図。
【図１２】従来のＭモード像から心拍出量を計算するために必要な計測点を示す図。
【図１３】従来の断層像（Ｂモード像）から心拍出量を計算するために必要なトレースラインと計測点とを示す図。
【符号の説明】
１…プローブ、
２…送信ユニット、
３…受信ユニット、
４…Ｂ／Ｍモード処理ユニット、
５…表示ユニット、
６…グラフィック演算器、
７…トラックボール、
８…計算器、
２１…クロック発生器、
２２…レートパルス発生器、
２３…送信遅延回路、
２４…パルサ、
３１…プリアンプ、
３２…受信遅延回路、
３３…加算器、
４１…検波回路、
４２…対数増幅器、
４３…アナログディジタルコンバータ、
５１…ディジタルスキャンコンバータ、
５２…ディジタルアナログコンバータ、
５３…ディスプレイ。

Claims

被検体内の断面を超音波で走査する手段と、
前記走査により得られるエコー信号に基づいて前記断面に関する断層像を生成する手段と、
計測点を指定するためのツールを作成する手段と、
前記作成されたツールを、前記断層像と共に表示する手段と、
前記ツールを操作するための入力手段と、
前記ツールにより指定された計測点間の距離を計算する手段とを具備する超音波画像診断装置において、
前記ツールには、前記断層像上に任意位置及び任意角度で設けられる第１バーと、この第１バーに対して任意角度で交差する第２バーとが含まれ、この第２バーを動かして前記第１バー上に複数の計測点を連続的に指定することができるようになっていることを特徴とする超音波画像診断装置。
前記計測点間の距離に基づいて、心機能に関する指標を計算する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。