JP6871478B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、例えば、特許文献1に開示されている超音波診断装置において血流量を測定する場合には、ドプラゲートを用いて血流速度を測定することはできるものの、血流速度の測定に加えて、別途、血管の断面積の測定を行い、測定した断面積と血流速度に基づいて血流量を計算する必要がある。このように、ユーザは、血流量を得るために、超音波診断装置に対して追加の操作を行わなければならず、多大な手間と時間を要していた。
この際に、血管壁検出部は、閉区間内における血管領域の輪郭を血管前壁および血管後壁として検出することができる。
もしくは、血管壁検出部は、閉区間内における血管領域の輪郭に基づいてそれぞれ定められた範囲を有する上側検出領域および下側検出領域を設定し、上側検出領域内において血管前壁を検出し、下側検出領域内において血管後壁を検出することもできる。
また、ドプラ処理部により算出された血流速度に基づいて1心拍期間の平均血流速度を算出する平均血流速度算出部を備え、血流量計測部は、断面積算出部により算出された血管の断面積と平均血流速度算出部により算出された平均血流速度とに基づいて血流量を計測することができる。
また、ドプラ処理部は、ドプラゲート内のドプラデータに基づいてドプラ波形画像を生成し、表示部は、Bモード画像とドプラ波形画像とを表示することができる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、「垂直」および「平行」とは、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、「垂直」および「平行」とは、厳密な垂直あるいは平行に対して±10°未満の範囲内であることなどを意味し、厳密な垂直あるいは平行に対しての誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。また、本明細書において、「全部」、「いずれも」または「全面」などというとき、100%である場合のほか、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合を含むものとする。
図1に、本発明の実施の形態1に係る超音波診断装置1の構成を示す。図1に示すように、超音波診断装置1は、振動子アレイ2を備えており、振動子アレイ2に送信部3および受信部4がそれぞれ接続されている。受信部4には、Bモード処理部5およびドプラ処理部6が並列に接続され、これらBモード処理部5およびドプラ処理部6に表示制御部7を介して表示部8が接続されている。Bモード処理部5およびドプラ処理部6は、画像生成部9を構成している。
また、振動子アレイ2は、超音波プローブ20に含まれており、送信部3、受信部4、表示制御部7、画像生成部9、血管壁検出部10、ゲート設定部11、断面積算出部12、血流量計測部13、平均血流速度算出部14、装置制御部15、位置指定受付部18により、プロセッサ21が構成されている。
信号処理部25は、受信部4で生成された受信データに対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像信号を生成する。
DSC26は、信号処理部25で生成されたBモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換(ラスター変換)する。
画像処理部27は、DSC26から入力されるBモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Bモード画像信号を表示制御部7に出力する。
直交検波部28は、受信部4で生成された受信データに参照周波数のキャリア信号を混合することで、受信データを直交検波して複素データに変換する。
ハイパスフィルタ29は、いわゆるウォールフィルタ(Wall Filter)として機能するもので、直交検波部28で生成された複素データから被検体の体内組織の運動に由来する周波数成分を除去する。
ドプラ波形画像生成部31は、高速フーリエ変換部30で生成されたスペクトル信号を時間軸上に揃えつつ各周波数成分の大きさを輝度で表すことによりドプラ波形画像信号を生成する。ドプラ波形画像は、横軸に時間軸を示し、縦軸にドプラシフト周波数すなわち流速を示し、波形の輝度が各周波数成分におけるパワーを表すものである。
また、データメモリ32は、直交検波部28で受信データから変換された複素データを保存する。
プロセッサ21の表示制御部7は、装置制御部15の制御の下、画像生成部9により生成されたBモード画像信号に所定の処理を施して、表示部8に表示可能な画像を生成する。
超音波診断装置1の操作部16は、ユーザが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等を備えて構成することができる。
プロセッサ21の平均血流速度算出部14は、ドプラ処理部6により算出された血流速度に基づいて1心拍期間の平均血流速度を算出する。
プロセッサ21の血流量計測部13は、断面積算出部12により算出された血管の断面積と、平均血流速度算出部14により算出された平均血流速度とに基づいて、血管内を流れる血液の単位時間当たりの体積を表す血流量を計測する。
なお、ゲート設定部11により設定されたドプラゲートDGおよび血流量計測部13により計測された血流量の情報は、表示制御部7を介して表示部8に送られ、表示部8に表示される。
まず、ステップS1において、少なくとも血管領域BRが撮像されているBモード画像UBを取得し、表示部8に表示させる。この際に、送信部3からの駆動信号に従って振動子アレイ2の複数の振動子から超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各振動子から受信信号が受信部4に出力され、増幅部22で増幅され、AD変換部23でAD変換された後、ビームフォーマ24で整相加算されて、受信データが生成される。この受信データは、Bモード処理部5において、信号処理部25で包絡線検波処理が施されることでBモード画像信号となり、DSC26および画像処理部27を経て表示制御部7に出力され、表示制御部7によりBモード画像UBが表示部8に表示される。
ステップS3において、位置指定受付部18によりステップS2で受け付けられた指定位置SPが血管領域BR内の位置であるか否かが装置制御部15により判定される。ステップS2で受け付けられた指定位置SPが血管領域BRの外側の位置である場合には、ステップS4に進み、表示部8においてエラー表示がなされ、超音波診断装置1の動作が終了する。
次に、ステップS12において、血管壁検出部10の閉区間探索部35は、図7に示すように、ステップS11で設定された閉区間R内を探索することにより、血管前壁W1および血管後壁W2を検出する。例えば、閉区間探索部35は、指定位置SPと閉区間Rの境界を結ぶ探索線RLを定められた角度ずつ360°にわたって回転移動させながら、探索線RL上を外向きに探索し、探索線RL上におけるBモード強度の変化量が極大値となる血管前壁W1および血管後壁W2のエッジ点を検出することにより、血管前壁W1および血管後壁W2を検出する。このようにして、ステップS5の処理が血管壁検出部10によりなされる。
このようにして血管の断面積が算出されると、ステップS7において、ゲート設定部11は、図8に示すように、Bモード画像UB上にドプラゲートDGを設定する。この際に、ゲート設定部11は、例えば、特許第4749592号に開示されている方法を用いてBモード画像UB上にドプラゲートDGを設定することができる。
具体的には、血流量計測部13は、血流量を計測する際に、血管の断面積をCSA(cm2)、平均血流速度をMNV(m/s)とすると、血流量VF(ml/min)は、次の式(1)により算出することができる。
VF=CSA×MNV×60(s/min)×100(cm/m) ・・・(1)
これにより、超音波診断装置1の動作が終了する。
本発明の実施の形態1では、特許第4749592号に開示されている方法と同様に、Bモード画像UBに対して画像解析を施すことにより、血管前壁W1および血管後壁W2を検出することが示されているが、血管前壁W1および血管後壁W2は、血管勾配を用いて検出されることもできる。本発明の実施の形態2に係る超音波診断装置は、図1に示す実施の形態1における血管壁検出部10の代わりに血管壁検出部10Aを備えていることを除いて、図1に示す超音波診断装置1と同一の装置構成を有している。
まず、ステップS21において、血管壁検出部10Aの血管勾配検出部36は、ユーザにより指定された指定位置SPを含む閉区間内におけるBモード画像UB上の血管領域BRに対して画像解析を施すことにより、血管勾配を検出する。例えば、図13に示すように、血管勾配検出部36は、閉区間R内における血管領域BRの慣性主軸を、血管勾配を表す血管勾配線BLとして検出することができる。
これにより、本発明の実施の形態2における血管壁検出の動作が終了する。
図15に、実施の形態3に係る超音波診断装置において用いられる血管壁検出部10Bの内部構成を示す。血管壁検出部10Bは、血管領域検出部33と、血管勾配検出部36と、画像回転部39と、平滑化部40と、前壁検出部37と、後壁検出部38と、座標取得部41とが、直列に接続された構成を有している。実施の形態3に係る超音波診断装置は、図1に示す実施の形態1の超音波診断装置1において、血管壁検出部10の代わりに血管壁検出部10Bを用いたものであり、血管壁検出部10B以外は、実施の形態1の超音波診断装置1と同様の構成を有している。また、図15に示す血管壁検出部10Bの血管領域検出部33は、図5に示す血管壁検出部10の血管領域検出部33と同一であり、血管壁検出部10Bの血管勾配検出部36、前壁検出部37および後壁検出部38は、それぞれ、図12に示す血管壁検出部10Aの血管勾配検出部36、前壁検出部37および後壁検出部38と同一である。
血管壁検出部10Bの平滑化部40は、画像回転部39により取得されたBモード画像UB1に対して水平方向に沿った平滑化処理を行う。
血管壁検出部10Bの座標取得部41は、画像回転部39により取得されたBモード画像UB1を、画像回転部39により回転される前の血管勾配だけ逆回転させて当初のBモード画像UBに戻した場合における、血管前壁W1および血管後壁W2の座標を取得する。
まず、ステップS21において、血管壁検出部10Bの血管勾配検出部36は、操作部16を介してユーザにより指定された指定位置SPを含む所定の区間内において、Bモード画像UB上の血管領域BRに対して画像解析を施すことにより、血管勾配を表す血管勾配線BLを検出する。
Bモード画像UB1においては、血管領域BRが水平方向に延び、血管前壁W1および血管後壁W2も水平方向に延びており、また、血管は層構造を有しているため、水平方向に沿った平滑化処理により、効果的に且つ容易にノイズの除去を行うことが可能となる。
このようにして、平滑化処理が行われたBモード画像UBにおいて、血管前壁W1および血管後壁W2の座標が取得されると、実施の形態3における血管壁検出の動作が終了する。
図19に示す輝度プロファイルにより算出された血管径を用いて血管の断面積が算出された場合と、図20に示す輝度プロファイルにより算出された血管径を用いて血管の断面積が算出された場合とにおいて、血流量計測部13により計測された血流量を比較すると、図19に示す輝度プロファイルを用いた場合の血流量は、図20に示す輝度プロファイルを用いた場合の血流量よりも、約15%も低下したものとなった。
図21に、実施の形態4に係る超音波診断装置において用いられる血管壁検出部10Cの内部構成を示す。血管壁検出部10Cは、血管領域検出部33と、血管勾配検出部36と、上側検出領域設定部42と、下側検出領域設定部43と、前壁検出部37と、後壁検出部38とが、直列に接続された構成を有している。実施の形態4に係る超音波診断装置は、図1に示す実施の形態1の超音波診断装置1において、血管壁検出部10の代わりに血管壁検出部10Cを用いたものであり、血管壁検出部10C以外は、実施の形態1の超音波診断装置1と同一の構成を有している。また、血管壁検出部10Cの血管領域検出部33は、図5に示す血管壁検出部10の血管領域検出部33と同一であり、血管壁検出部10Cの血管勾配検出部36、前壁検出部37および後壁検出部38は、それぞれ、図12に示す血管壁検出部10Aの血管勾配検出部36、前壁検出部37および後壁検出部38と同一である。
ここで、上記の「第2の評価値」として、類似度の代わりに、決定された血管壁境界候補点の探索線間の深さ方向の飛び量を用いることもできる。すなわち、各探索線上において血管壁境界候補点を決定し、決定された血管壁境界候補点の血管壁境界点としての確度を表す第1の評価値を算出し、決定された血管壁境界候補点の探索線間の深さ方向の飛び量に基づく第2の評価値を算出し、第1の評価値と第2の評価値とに基づいて血管壁境界候補点の中から血管壁境界点を決定するための第3の評価値を算出して、血管前壁境界線および血管後壁境界線を検出することもできる。
まず、ステップS21において、血管壁検出部10Cの血管勾配検出部36は、操作部16を介してユーザにより指定された指定位置SPを含む所定の範囲内において、血管領域BRに対して画像解析を施すことにより、血管勾配を表す血管勾配線BLを検出する。
続くステップS42において、血管壁検出部10Cの前壁検出部37は、ステップS41で設定されたBモード画像上の上側検出領域R1を探索することにより、血管前壁W1を検出する。
続くステップS44において、血管壁検出部10Cの後壁検出部38は、ステップS43で設定されたBモード画像上の下側検出領域R2を探索することにより、血管後壁W2を検出する。
以上から、実施の形態4に係る超音波診断装置によれば、血管領域BRの内部に設定された上側基準点P1および下側基準点P2をそれぞれ基準として上側検出領域R1および下側検出領域R2を設定し、上側検出領域R1および下側検出領域R2において血管前壁W1および血管後壁W2を検出するため、血管領域BR内において、例えば超音波の多重反射に起因するBモード強度の極大点が現れたとしても、この極大点を誤って検出することなく、血管前壁W1および血管後壁W2を正確に検出することができる。
図24に、実施の形態5に係る超音波診断装置1Aの構成を示す。この超音波診断装置1Aは、図1に示す実施の形態1の超音波診断装置1において、血管壁検出部10の代わりに図12に示す実施の形態2における血管壁検出部10Aを用い、勾配修正受付部19をさらに設けたものである。
プロセッサ21Aの断面積算出部12は、前壁検出部37および後壁検出部38により検出された血管前壁W1および血管後壁W2の位置に基づいて血管径を算出し直し、算出した血管径に基づいて血管の断面積を算出する。
プロセッサ21Aの血流量計測部13は、断面積算出部12により算出し直された血管の断面積と、平均血流速度算出部14により算出し直された平均血流速度とに基づいて、数式(1)を用いることにより、血流量VFを算出し直す。
DSC、27 画像処理部、28 直交検波部、29 ハイパスフィルタ、30 高速フーリエ変換部、31 ドプラ波形画像生成部、32 データメモリ、33 血管領域検出部、34 閉区間設定部、35 閉区間探索部、36 血管勾配検出部、37 前壁検出部、38 後壁検出部、39 画像回転部、40 平滑化部、41 座標取得部、42
上側検出領域設定部、43 下側検出領域設定部、A1 カーソルステア角度、BL 血管勾配線、BR 血管領域、C 中心位置、DB 血管径、DG ドプラゲート、EP1,EP2 エッジ点、H1,H2,L1,L2 長さ、MV 計測値、NL 勾配垂直線、P1 上側基準点、P2 下側基準点、R 閉区間、R1 上側検出領域、R2 下側検出領域、RL,RL1,RL2 探索線、SL 走査線、SP 指定位置、SV 鉛直線、UB,UB1 Bモード画像、UD ドプラ波形画像、W1 血管前壁、W2 血管後壁、X,Y 方向。
Claims (12)
- 少なくとも血管領域が撮像されているBモード画像を表示する表示部と、
ユーザにより前記Bモード画像上の血管領域における1点のみの位置の指定を受け付ける位置指定受付部と、
前記位置指定受付部が受け付けた前記ユーザによる前記血管領域の位置の指定に基づいて前記Bモード画像を画像解析することにより血管前壁および血管後壁を検出する血管壁検出部と、
前記血管壁検出部により検出された前記血管前壁および前記血管後壁に基づいて血管の断面積を算出する断面積算出部と、
前記血管壁検出部により検出された前記血管前壁および前記血管後壁に基づいて前記Bモード画像上における前記血管領域内にドプラゲートを設定するゲート設定部と、
前記ドプラゲート内のドプラデータに基づいて血流速度を算出するドプラ処理部と、
前記断面積算出部により算出された前記血管の断面積と前記ドプラ処理部により算出された前記血流速度に基づいて血流量を計測し且つ計測結果を前記表示部に表示する血流量計測部と
を備え、前記位置指定受付部が前記ユーザによる前記血管領域における1点のみの位置の指定を受け付けると、前記血流量の計測結果が前記表示部に自動的に表示される超音波診断装置。 - 前記血管壁検出部は、
前記Bモード画像を画像解析することにより前記血管領域を検出する血管領域検出部と、
前記位置指定受付部を介して前記ユーザにより指定された位置を含み且つ前記血管領域検出部により検出された前記血管領域が内部を通る閉区間を設定する閉区間設定部と
を含み、前記閉区間設定部により設定された前記閉区間内において前記血管前壁および前記血管後壁を検出する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記血管壁検出部は、前記閉区間内における前記血管領域の輪郭を前記血管前壁および前記血管後壁として検出する請求項2に記載の超音波診断装置。
- 前記血管壁検出部は、前記血管領域検出部により検出された前記血管領域に基づいて血管勾配を検出する血管勾配検出部を含み、前記血管勾配検出部により検出された前記血管勾配に対して垂直な方向に探索することにより血管前壁および血管後壁を検出する請求項2に記載の超音波診断装置。
- 前記血管壁検出部は、前記血管勾配検出部により検出された前記血管勾配に対して垂直に延びる勾配垂直線に沿って探索することにより血管前壁および血管後壁を検出する請求項4に記載の超音波診断装置。
- 前記血管壁検出部は、前記閉区間内における前記血管領域の輪郭に基づいてそれぞれ定められた範囲を有する上側検出領域および下側検出領域を設定し、前記上側検出領域内において前記血管前壁を検出し、前記下側検出領域内において前記血管後壁を検出する請求項4に記載の超音波診断装置。
- 前記血管壁検出部は、
前記血管領域が水平に延びるように、前記血管勾配検出部により検出された前記血管勾配だけ前記Bモード画像を回転する画像回転部と、
前記画像回転部により回転された前記Bモード画像に対して水平方向に沿った平滑化処理を行う平滑化部を含み、
前記血管壁検出部は、前記平滑化部により平滑化された前記Bモード画像上において前記血管前壁および前記血管後壁を検出する請求項4〜6のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - ユーザにより前記血管勾配の修正を受け付ける勾配修正受付部をさらに備え、
前記血管壁検出部は、前記勾配修正受付部が受け付けた前記ユーザによる前記血管勾配の修正に基づいて修正された前記血管勾配に対して垂直な方向に探索することにより血管前壁および血管後壁を検出し直す請求項4〜7のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記ゲート設定部は、前記血管壁検出部により検出された前記血管前壁および前記血管後壁よりも内側に位置するように前記ドプラゲートを設定する請求項1〜8のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記ドプラ処理部により算出された前記血流速度に基づいて1心拍期間の平均血流速度を算出する平均血流速度算出部を備え、
前記血流量計測部は、前記断面積算出部により算出された前記血管の断面積と前記平均血流速度算出部により算出された前記平均血流速度とに基づいて血流量を計測する請求項1〜9のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記ドプラ処理部は、前記ドプラゲート内のドプラデータに基づいてドプラ波形画像を生成し、
前記表示部は、前記Bモード画像と前記ドプラ波形画像とを表示する請求項1〜10のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 少なくとも血管領域が撮像されているBモード画像を表示し、
ユーザにより前記Bモード画像上の血管領域における1点のみの位置の指定を受け付け、
受け付けた前記ユーザによる前記血管領域の位置の指定に基づいて前記Bモード画像を画像解析することにより血管前壁および血管後壁を検出し、
検出された前記血管前壁および前記血管後壁に基づいて血管の断面積を算出し、
検出された前記血管前壁および前記血管後壁に基づいて前記Bモード画像上における前記血管領域内にドプラゲートを設定し、
前記ドプラゲート内のドプラデータに基づいて血流速度を算出し、
算出された前記血管の断面積および前記血流速度に基づいて血流量を計測し且つ計測結果を表示し、
前記ユーザによる前記血管領域における1点のみの位置の指定を受け付けると、前記血流量の計測結果が自動的に表示される超音波診断装置の制御方法。
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