JP6895697B1 - Blood flow measuring device using ultrasonic Doppler and its operation method - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波ドップラーを利用した血流測定装置及びその動作方法を提供する。【解決手段】本発明による超音波ドップラーを利用した血流測定装置は、超音波信号を送受信する複数のトランスデューサが２次元的に配列された２次元トランスデューサアレイ；一部のトランスデューサを駆動して超音波信号を送受信し、一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出し、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する音響窓探索部；確認されたトランスデューサを含む隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出し、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する血流探索部；及び確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出し、血流情報を獲得するドップラー処理部；を含む。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler and an operation method thereof. A blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler according to the present invention is a two-dimensional transducer array in which a plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic signals are arranged in a two-dimensional manner; Acoustic window searcher that sends and receives ultrasonic signals, detects Doppler signals for each of some transducers, and identifies the transducer that corresponds to the highest intensity Doppler signal; multiple adjacent transducers including the identified transducers. A blood flow transducer that detects the Doppler signal for each of multiple steering vectors by beam steering and confirms the steering vector corresponding to the maximum intensity Doppler signal; and performs beam steering with the confirmed steering vector to obtain the Doppler signal. Includes a Doppler processing unit that detects and acquires blood flow information; [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、超音波診断技術に係り、超音波ドップラーを利用した血流測定装置及びその動作方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic technique, and relates to a blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler and an operation method thereof.
一般的に、血管内血流の速度測定が疾病の診断のために広く活用されており、血流速度測定には、ドップラー効果（ｄｏｐｐｌｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を利用した超音波診断システムが広く使われている。
超音波のドップラー効果を利用した血流測定方法は、非侵襲的にリアルタイムに血流速度を測定することができるという特徴を有しているので、現代医学の診断に広く活用されている。
ドップラー効果を利用した超音波診断システムでは、超音波信号を赤血球のような目標物に送信し、目標物から反射した信号を受信した後、目標物の移動による受信信号の周波数偏移を検出して目標物の速度を決定する。
すなわち、特定周波数を有する超音波を人体に入射させ、血管を流れる赤血球によって反射した超音波を検出するが、検出される超音波の周波数は、入射させた超音波の周波数と異なる周波数を有するので、このような周波数の変化量を検出して血流速度を測定する。
超音波信号を用いて血流速度を測定する原理を簡単に説明すれば、超音波プローブを通じて超音波信号を目標物に送信し、目標物から反射する超音波信号を再び超音波プローブを通じて獲得する。
この際、目標物が移動するならば、反射した信号の中心周波数が送信された信号の中心周波数から変化するが、反射した信号の中心周波数の変化量から目標物の移動速度を計算することができる。ここで、目標物の移動速度は、目標物から反射する信号のドップラー変異に比例する。
中風など心血管疾患患者の場合、血管の血流速度を測定して疾病の状態をモニタリングする必要があるが、このために、超音波ドップラーを用いて血流速度を測定する。例えば、経頭蓋ドップラー超音波（Ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ、ＴＣＤ）は、２ＭＨｚの低い周波数の超音波を用いて、頭蓋腔内の血管の血流速度及びドップラースペクトル波形を測定する装置である。ＴＣＤは、頭蓋内に超音波を発射し、血管の赤血球によって反射するエコーを分析して、ドップラー変異を速度に変換してドップラースペクトルで表現する。
ところで、一般的に、頭蓋骨は、超音波信号が通過しにくいために、ＴＣＤでは、頭蓋骨のうち、薄い部分（例えば、側頭葉こめかみ付近）である音響窓（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗｉｎｄｏｗ）を通じて血流を測定しなければならない。音響窓は、頭蓋骨のうち、解剖学的に比較的薄くて、超音波信号が容易に通過することができる部位であって、側頭窓（Ｔｅｍｐｏｒａｌ ｗｉｎｄｏｗ）、眼窩窓（Ｏｒｂｉｔａｌ ｗｉｎｄｏｗ）、喉頭下窓（Ｓｕｂｏｃｃｉｐｉｔａｌ ｗｉｎｄｏｗ）、顎下窓（Ｓｕｂｍａｎｄｉｂｕｌａ ｗｉｎｄｏｗ）、下顎後窓（Ｒｅｔｒｏｍａｎｄｉｂｕｌａｒ ｗｉｎｄｏｗ）などが用いられる。
しかし、音響窓は、その領域が狭く、人ごとに解剖学的な位置が少しずつ異なり、肉眼で確認されないために、使用者の経験に頼って、その位置を探すしかなく、通常試行錯誤を伴う。また、超音波プローブが音響窓に位置するとしても、使用者が血管がある方向を解剖学的によく理解して超音波プローブの方向をその側に向かうようにして初めて正確なドップラー信号が得られる。
したがって、ＴＣＤなどの血流測定は、熟練された専門家のみが行うことができ、患者の動きや姿勢によってリアルタイムで補正が要求されて、測定に長時間と努力とが必要である。
In general, blood flow velocity measurement in blood vessels is widely used for diagnosing diseases, and an ultrasonic diagnostic system using the Doppler effect is widely used for blood flow velocity measurement. ..
The blood flow measurement method using the Doppler effect of ultrasonic waves has a feature that the blood flow velocity can be measured in real time non-invasively, and is therefore widely used for diagnosis in modern medicine.
In an ultrasonic diagnostic system using the Doppler effect, an ultrasonic signal is transmitted to a target such as red blood cells, the signal reflected from the target is received, and then the frequency shift of the received signal due to the movement of the target is detected. To determine the speed of the target.
That is, an ultrasonic wave having a specific frequency is incident on the human body, and the ultrasonic wave reflected by the red blood flowing through the blood vessel is detected, but the frequency of the detected ultrasonic wave has a frequency different from the frequency of the incident ultrasonic wave. , Such a change in frequency is detected to measure the blood flow velocity.
To briefly explain the principle of measuring blood flow velocity using ultrasonic signals, an ultrasonic signal is transmitted to a target through an ultrasonic probe, and the ultrasonic signal reflected from the target is acquired again through the ultrasonic probe. ..
At this time, if the target moves, the center frequency of the reflected signal changes from the center frequency of the transmitted signal, but the moving speed of the target can be calculated from the amount of change in the center frequency of the reflected signal. it can. Here, the moving speed of the target is proportional to the Doppler variation of the signal reflected from the target.
In the case of patients with cardiovascular diseases such as midwind, it is necessary to measure the blood flow velocity of blood vessels to monitor the state of the disease. For this purpose, the blood flow velocity is measured using an ultrasonic Doppler. For example, transcranial Doppler Ultrasound (TCD) is a device that measures blood flow velocity and Doppler spectral waveforms of blood vessels in the cranial cavity using low frequency ultrasound of 2 MHz. TCD emits ultrasonic waves into the skull, analyzes the echoes reflected by red blood cells in blood vessels, converts Doppler mutations into velocities, and expresses them in the Doppler spectrum.
By the way, in general, since it is difficult for ultrasonic signals to pass through the skull, in TCD, blood flow is measured through an acoustic window, which is a thin part of the skull (for example, near the temporal lobe temple). Must. The acoustic window is an anatomically relatively thin part of the skull through which ultrasonic signals can easily pass, such as the temporal window, the Orbital window, and the retromandibular vein. A window (Suboccipital window), a submandibular window (Submandibular window), a retromandibular window (Retromandibular window), and the like are used.
However, since the area of the acoustic window is narrow and the anatomical position is slightly different for each person and cannot be confirmed with the naked eye, there is no choice but to rely on the user's experience to find the position, which is usually a trial and error process. Accompany. Also, even if the ultrasonic probe is located in the acoustic window, an accurate Doppler signal can only be obtained if the user has a good anatomical understanding of the direction in which the blood vessel is located and the direction of the ultrasonic probe is directed toward that side. Be done.
Therefore, blood flow measurement such as TCD can be performed only by a skilled specialist, and correction is required in real time depending on the movement and posture of the patient, and the measurement requires a long time and effort.
本発明が解決しようとする技術的課題は、超音波ドップラーを利用した血流測定時に、音響窓と血管方向との探しにかかる時間と努力とを著しく減らしうる超音波ドップラーを利用した血流測定装置及びその動作方法を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、言及されていない。さらに他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
The technical problem to be solved by the present invention is the blood flow measurement using the ultrasonic Doppler, which can significantly reduce the time and effort required for searching the acoustic window and the blood vessel direction when measuring the blood flow using the ultrasonic Doppler. The purpose is to provide an apparatus and a method of operating the apparatus.
The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems and is not mentioned. Yet other issues will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
前記技術的課題を解決するための本発明による超音波ドップラーを利用した血流測定装置は、対象体と超音波信号を送受信するための複数のトランスデューサが２次元的に配列された２次元トランスデューサアレイ；前記複数のトランスデューサのうち、一部のトランスデューサを駆動して超音波信号を送受信し、前記一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する音響窓探索部；前記確認されたトランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する血流探索部；及び前記確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号から血流情報を獲得するドップラー処理部；を含むことを特徴とする。 The blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler according to the present invention for solving the above technical problems is a two-dimensional transducer array in which a plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic signals to and from an object are arranged in two dimensions. Of the plurality of transducers, a part of the transducers is driven to transmit and receive an ultrasonic signal, a Doppler signal is detected for each of the part of the transducers, and the maximum intensity of the detected Doppler signals is obtained. Acoustic window search unit for confirming the transducer corresponding to the Doppler signal of the above; the Doppler signal for each of the plurality of steering vectors is detected by beam steering with a plurality of transducers adjacent to each other including the confirmed transducer, and the detected transducer is detected. Among the Doppler signals, a blood flow transducer that confirms the steering vector corresponding to the highest intensity Doppler signal; and beam steering is performed with the confirmed steering vector to detect the Doppler signal, and blood is detected from the detected Doppler signal. It is characterized by including a Doppler processing unit for acquiring flow information;
前記音響窓探索部は、前記一部のトランスデューサを同時に駆動することができる。
前記超音波ドップラーを利用した血流測定装置は、前記一部のトランスデューサが同時に駆動されるように、前記２次元トランスデューサアレイと連結されるマルチプレクサをさらに含みうる。
前記一部のトランスデューサは、前記２次元トランスデューサアレイに散在するように分布される。
前記一部のトランスデューサのそれぞれから送信される超音波信号は、球面波信号である。
前記一部のトランスデューサの数は、可用なチャネル数以下でもある。
前記血流探索部は、前記検出されたドップラー信号のうち、所定の臨界値よりも大きなドップラー信号に該当する２つ以上のステアリングベクトルを確認することができる。
前記音響窓探索部は、機械学習を通じて前記最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認することができる。
前記技術的課題を解決するための本発明による超音波ドップラーを利用した血流測定装置の動作方法は、（ａ）対象体と超音波信号を送受信するための複数のトランスデューサが２次元的に配列された２次元トランスデューサアレイの一部のトランスデューサを駆動して超音波信号を送受信し、前記一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出する段階；（ｂ）前記検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する段階；（ｃ）前記確認されたトランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出する段階；（ｄ）前記検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する段階；及び（ｅ）前記確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号から血流情報を獲得する段階；を含むことを特徴とする。
前記一部のトランスデューサは、同時に駆動される。
前記一部のトランスデューサは、前記２次元トランスデューサアレイに散在するように分布される。
前記一部のトランスデューサのそれぞれから送信される超音波信号は、球面波信号である。
前記一部のトランスデューサの数は、可用なチャネル数以下でもある。
前記（ｄ）段階は、前記検出されたドップラー信号のうち、所定の臨界値よりも大きなドップラー信号に該当する２つ以上のステアリングベクトルを確認することができる。
前記（ｂ）段階は、機械学習を通じて前記最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認することができる。
The acoustic window search unit can drive some of the transducers at the same time.
The blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler may further include a multiplexer connected to the two-dimensional transducer array so that the partial transducers are driven at the same time.
The partial transducers are distributed so as to be scattered in the two-dimensional transducer array.
The ultrasonic signal transmitted from each of the partial transducers is a spherical wave signal.
The number of some of the transducers is also less than or equal to the number of available channels.
The blood flow search unit can confirm two or more steering vectors corresponding to the Doppler signal larger than a predetermined critical value among the detected Doppler signals.
The acoustic window search unit can confirm the transducer corresponding to the maximum intensity Doppler signal through machine learning.
The operation method of the blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler according to the present invention for solving the above technical problem is as follows: (a) A plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic signals to and from an object are arranged two-dimensionally. A step of driving a part of the transducers of the two-dimensional transducer array to transmit and receive an ultrasonic signal and detecting a Doppler signal for each of the part of the transducers; (b) Of the detected Doppler signals. , The step of confirming the transducer corresponding to the maximum intensity Doppler signal; (c) the step of detecting the Doppler signal for each of a plurality of steering vectors by beam steering with a plurality of transducers adjacent to each other including the confirmed transducer; (D) A step of confirming the steering vector corresponding to the maximum intensity Doppler signal among the detected Doppler signals; and (e) Beam steering is performed with the confirmed steering vector to detect the Doppler signal, and the transducer signal is detected. It is characterized by including a step of acquiring blood flow information from the detected Doppler signal;
Some of the transducers are driven at the same time.
The partial transducers are distributed so as to be scattered in the two-dimensional transducer array.
The ultrasonic signal transmitted from each of the partial transducers is a spherical wave signal.
The number of some of the transducers is also less than or equal to the number of available channels.
In step (d), it is possible to confirm two or more steering vectors corresponding to the Doppler signal larger than a predetermined critical value among the detected Doppler signals.
In step (b), the transducer corresponding to the maximum intensity Doppler signal can be confirmed through machine learning.
前記した本発明によれば、超音波ドップラーを利用した血流測定時に、音響窓と血管方向との探しにかかる時間と努力とを著しく減らしうる。
本発明の効果は、前述した効果に制限されず、言及されていないさらに他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
According to the present invention described above, when measuring blood flow using an ultrasonic Doppler, the time and effort required for searching between the acoustic window and the blood vessel direction can be significantly reduced.
The effects of the present invention are not limited to those described above, and yet other issues not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
以下、図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。以下、説明及び添付図面で実質的に同じ構成要素は、それぞれ同じ符号で示すことにより、重複説明を省略する。また、本発明を説明するに当って、関連した公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, duplicate description will be omitted by indicating substantially the same components in the description and the accompanying drawings with the same reference numerals. In addition, in explaining the present invention, if it is determined that a specific explanation about a related known function or configuration may obscure the gist of the present invention, a detailed explanation about the same may be given. Omit.
図１は、本発明の一実施形態による超音波ドップラーを利用した血流測定装置の構成を示す。
図１を参照すれば、本実施形態による超音波ドップラーを利用した血流測定装置は、２次元トランスデューサアレイ１１０、マルチプレクサ１２０、送受信部１３０、パールス生成部１４０、信号処理部１５０、ビームステアリング部１６０、プロセッサ１７０、通信部１８０、ディスプレイ装置１９０を含みうる。
FIG. 1 shows a configuration of a blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, the blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler according to the present embodiment includes a two-
２次元トランスデューサアレイ１１０は、対象体と超音波信号を送受信するための複数のトランスデューサが２次元的に配列されたものであって、２次元トランスデューサアレイ１１０に含まれた複数のトランスデューサのそれぞれは、入力された電気信号を超音波信号に変換し、該変換された超音波信号を対象体に送信することができ、対象体から反射した超音波信号を受信し、該受信された超音波信号を電気信号に変換することができる。
The two-
マルチプレクサ１２０は、２次元トランスデューサアレイ１１０のトランスデューサのうち、装置が支援するチャネル数（あるいは、それ以下）ほどのトランスデューサを駆動するためのものであって、駆動しようとするトランスデューサを選択し、２次元トランスデューサアレイ１１０とマルチプレクサ１２０後段との信号ライン個数を整合する役割を果たす。すなわち、マルチプレクサ１２０は、超音波信号送信及びエコー信号受信時に２次元トランスデューサアレイ１１０の一部トランスデューサが駆動されるように、当該トランスデューサと送受信部１３０とを連結する。
The
送受信部１３０は、プロセッサ１７０の制御によって、パルス生成部１４０から生成された高電圧パルス信号をマルチプレクサ１２０を通じて２次元トランスデューサアレイ１１０に伝達するか、２次元トランスデューサアレイ１１０からマルチプレクサ１２０を通じて受信されるアナログエコー信号を信号処理部１５０に伝達する。具体的に、送受信部１３０は、超音波信号送信時にはプロセッサ１７０、ビームステアリング部１６０、パルス生成部１４０からなるＴＸ回路と２次元トランスデューサアレイ１１０とを連結するスイッチング動作を、超音波エコー信号受信時には２次元トランスデューサアレイ１１０と、信号処理部１５０、ビームステアリング部１６０、プロセッサ１７０からなるＲＸ回路と、を連結するスイッチング動作を行う。
The transmission /
パルス生成部１４０は、超音波信号を発生させるために、２次元トランスデューサアレイ１１０（正確には、２次元トランスデューサアレイの一部トランスデューサ）に印加される高電圧パルス信号を生成する。パルス信号は、周波数が、例えば、２ＭＨｚであり、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ、Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する。各トランスデューサに印加される各チャネルのパルス信号には、送信指向性（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を決定するための遅延時間（ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ）が適用可能である。
The
信号処理部１５０は、対象体から反射して受信されたアナログエコー信号を処理して超音波データを生成する。信号処理部１５０は、各チャネルごとにエコー信号を増幅し、ノイズを除去し、アナログ−デジタル変換することができる。デジタル変換されたエコー信号には、受信指向性（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を決定するための遅延時間が適用可能である。
The
ビームステアリング部１６０は、プロセッサ１７０の制御によって、特定ステアリングベクトル（すなわち、特定距離と特定方向）の関心領域に超音波信号を送信し、エコー信号を獲得するためのビームステアリングを行う。ビームステアリング部１６０は、パルス生成部１４０に送信遅延時間を適用し、信号処理部１５０に受信遅延時間を適用することにより、ビームステアリングを行うことができる。
The
プロセッサ１７０は、装置を構成する要素、すなわち、マルチプレクサ１２０、送受信部１３０、パルス生成部１４０、信号処理部１５０、ビームステアリング部１６０、通信部１８０などの動作を制御し、超音波データからドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号に基づいて血流の速度、方向などの血流情報を獲得し、それをカラーまたは波形で表現するドップラー映像を生成することができる。ドップラー映像は、血液の流れを示す血流ドップラー映像（または、カラーフロー映像とも呼ばれる）、組織の動きを示すティッシュドップラー映像、及び対象体の移動速度を波形で表示するスペクトラルドップラー映像などを含みうる。
The
プロセッサ１７０は、音響窓探索部１７１、血流探索部１７２、ドップラー処理部１７３を含みうる。これらの具体的な動作は、図２の以下をさらに参照して後述する。
通信部１８０は、ディスプレイ装置１９０など他の装置とデータを送受信するためのものであって、プロセッサ１７０の制御によって、血流情報またはドップラー映像をディスプレイ装置１９０に伝送しうる。通信部１８０は、データ伝送のために有線または無線通信方式を使用することができる。有線通信方式としては、ＵＳＢケーブルなどの有線ケーブルを用いてデータを送受信することができる。無線通信方式としては、ブルートゥース（登録商標）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、無線ＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ（ＷｉＦｉ）、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）などを利用できる。
ディスプレイ装置１９０は、血流情報またはドップラー映像を受信し、それを画面に表示する。ディスプレイ装置１９０は、スマートフォン（ｓｍａｒｔｐｈｏｎｅ）、タブレットＰＣ（ｔａｂｌｅｔ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、携帯電話（ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ）、画像電話機、電子ブックリーダー機（ｅ−ｂｏｏｋ ｒｅａｄｅｒ）、デスクトップＰＣ（ｄｅｓｋｔｏｐ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ラップトップＰＣ（ｌａｐｔｏｐ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ネットブックコンピュータ（ｎｅｔｂｏｏｋ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ワークステーション（ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ＰＭＰ（ｐｏｒｔａｂｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｐｌａｙｅｒ）などを含みうる。
また、通信部１８０は、有線または無線でネットワークと連結されて外部デバイスやサーバと通信することもできる。通信部１８０は、医療映像情報システム（ＰＡＣＳ、Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）を通じて連結された病院サーバや病院内の他の医療装置とデータを送受信することができる。また、通信部１８０は、医療用デジタル映像及び通信（ＤＩＣＯＭ、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）標準によってデータ通信することができる。さらに、通信部１８０は、病院内のサーバや医療装置だけではなく、医師や患者または保護者の携帯用端末とデータ通信を行うこともできる。
The
The
The
In addition, the
図２は、２次元トランスデューサアレイ１１０の一例を示す。例えば、２次元トランスデューサアレイ１１０は、示したように、Ｍ個の行とＮ個の列とで配列されたＭ×Ｎ個のトランスデューサ１１００を含みうる。ここで、Ｍ、Ｎは、同じ数でも、異なる数でもある。
装置がＫ個のチャネルを支援するとすれば、マルチプレクサ１２０は、送受信部１３０とＫ個の信号ラインを通じて連結され、２次元トランスデューサアレイ１１０とＭ×Ｎ個の信号ラインを通じて連結される。Ｍ×Ｎ個の信号ラインは、それぞれ２次元トランスデューサアレイ１１０に含まれたそれぞれのトランスデューサ１１００に対応する。マルチプレクサ１２０は、プロセッサ１７０の制御によって、Ｍ×Ｎ個の信号ラインのうち、駆動するトランスデューサに該当する信号ラインをＫ個の信号ラインと連結するスイッチング動作を行うことにより、要求されるＫ個（または、それ以下）のトランスデューサを駆動することができる。
FIG. 2 shows an example of the two-
If the device supports K channels, the
音響窓探索部１７１は、２次元トランスデューサアレイ１１０のトランスデューサのうち、一部のトランスデューサを同時に駆動して超音波信号を送受信し、駆動される一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出する。この際、駆動されるそれぞれのトランスデューサによって送信される超音波信号は、指向性がないか、少ない球面波信号になる。そして、音響窓探索部１７１は、検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認して、このトランスデューサを音響窓に位置したトランスデューサと見なす。
図３は、音響窓探索部１７１によって駆動される一部のトランスデューサと２次元トランスデューサアレイ１１０とが配された対象体の音響窓を示し、図４は、頭蓋骨の音響窓部分の断面を概略的に示す。
The acoustic
FIG. 3 shows the acoustic window of the object in which a part of the transducers driven by the acoustic
図４を参照すれば、超音波信号は、頭蓋骨ほとんどの厚い骨部分ではほとんど反射して、その内側深さまで到達しないが、骨が薄い側頭葉こめかみ付近のように周辺と比較して薄い部分である音響窓（Ｗ）領域は、超音波信号が通過して血管（Ｐ）まで到達することができる。
音響窓探索部１７１は、２次元トランスデューサアレイ１１０のトランスデューサのうち、可用なチャネル数内で比較的均一であり、散在するように分布されるように駆動するトランスデューサを選択することができる。図３では、例えば、９個のチャネルに対応する９個のトランスデューサ（１１０１、１１０２、．．．、１１０９）が選択された場合を示す。
Referring to FIG. 4, the ultrasonic signal is hardly reflected in most thick bone parts of the skull and does not reach its medial depth, but is thin compared to the periphery, such as near the thin temporal lobe temple. The acoustic window (W) region, which is, can reach the blood vessel (P) through which the ultrasonic signal passes.
The acoustic
図３の例において、音響窓（Ｗ）は（実際には見えない）、示したように、トランスデューサ１１０４とトランスデューサ１１０５とにわたって位置し、トランスデューサ１１０４が音響窓（Ｗ）のさらに多い部分と重なる。
トランスデューサ１１０４、１１０５によって送信される超音波信号は、音響窓（Ｗ）を通過するので、超音波信号が血管の血流に反射すれば、ドップラー信号が検出される。ここで、送信される超音波信号は、指向性がないか、少ないので、血管が音響窓（Ｗ）の真下を通らなくても、ドップラー信号が検出される。しかし、トランスデューサ１１０１、１１０２、１１０３、１１０６、１１０７、１１０８、１１０９から送信される超音波信号は、音響窓（Ｗ）を通過することができないために、血管の血流まで至ることができないので、ドップラー信号が検出されない。
In the example of FIG. 3, the acoustic window (W) (which is not actually visible) is located across the
Since the ultrasonic signal transmitted by the
図５は、９個のチャネル、すなわち、９個のトランスデューサ（１１０１、１１０２、．．．、１１０９）のそれぞれに対して検出されるドップラー信号を示す。図５を参照すれば、４番チャネルで最も大きな強度のドップラー信号が検出され、５番チャネルでは、ドップラー信号が検出されるが、４番チャネルよりは小さな強度のドップラー信号が検出される。これは、４番チャネルに該当するトランスデューサ１１０４が５番チャネルに該当するトランスデューサ１１０５よりも音響窓（Ｗ）のさらに多い部分と重なるためである。
したがって、音響窓探索部１７１は、最大強度のドップラー信号に該当する４番チャネルのトランスデューサ１１０４を音響窓（Ｗ）に位置したトランスデューサと見なす。
音響窓探索部１７１は、前記のような動作を通じて一回に音響窓の位置を探すこともできるが、必要に応じて、駆動するトランスデューサを変更しながら複数回にわたって最適の音響窓を探すこともできる。例えば、ドップラー信号強度の臨界値を定め、検出されるドップラー信号がいずれも臨界値よりも小さければ、トランスデューサを変更（例えば、それぞれをシフトするか、既に選択したものを除き、再び選択）して、再び超音波信号を送受信することにより、臨界値よりも大きなドップラー信号が検出されるトランスデューサを探すことができる。
FIG. 5 shows Doppler signals detected for each of the nine channels, i.e., nine transducers (1101, 1102, ..., 1109). Referring to FIG. 5, the highest intensity Doppler signal is detected in the 4th channel, the Doppler signal is detected in the 5th channel, but the Doppler signal having a lower intensity than that of the 4th channel is detected. This is because the
Therefore, the acoustic
The acoustic
一方、一般的に、ドップラー信号は、信号対雑音比が良くなく、単一トランスデューサによる超音波信号は、信号強度が比較的微弱なので、最適の音響窓を探すために、例えば、ＣＮＮ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような機械学習アルゴリズムを利用することもできる。例えば、音響窓の位置が知られた多数の患者サンプルを対象にして図５のようなドップラー信号のパターンを得て、このデータで機械学習を通じて最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認することができる。 On the other hand, in general, the Doppler signal has a poor signal-to-noise ratio, and the ultrasonic signal produced by a single transducer has a relatively weak signal strength. Therefore, in order to find the optimum acoustic window, for example, CNN (Convolutional Neural) is used. Machine learning algorithms such as Network) can also be used. For example, to obtain a Doppler signal pattern as shown in FIG. 5 for a large number of patient samples whose acoustic window positions are known, and to confirm the transducer corresponding to the maximum intensity Doppler signal through machine learning with this data. Can be done.
音響窓探索部１７１によって音響窓の位置（すなわち、音響窓上のトランスデューサ）が確認されれば、血流探索部１７２は、当該トランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出する。そして、血流探索部１７２は、検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを血管の血流が通る地点のステアリングベクトルで確認する。
図６は、図３の９個のトランスデューサ（１１０１、１１０２、．．．、１１０９）のうち、トランスデューサ１１０４が音響窓（Ｗ）上に位置するトランスデューサと確認されることによって、トランスデューサ１１０４を含む互いに隣接したトランスデューサ（１１０４、１１１０、１１１１、．．．、１１１７）がビームステアリングのために駆動するトランスデューサで選択された場合を示す。図６の例は、トランスデューサ１１０４の中心点がビームステアリング（すなわち、ステアリングベクトル）の中心点（Ｏ）になった場合であるが、トランスデューサの形状（例えば、三角形、六角形など多様な形状になりうる）であるが、配列によっては、トランスデューサ間の特定地点が中心点にもなりうる。
If the position of the acoustic window (that is, the transducer on the acoustic window) is confirmed by the acoustic
FIG. 6 shows each of the nine transducers (1101, 1102, ..., 1109) of FIG. 3 including the
図７は、図６のトランスデューサ（１１０４、１１１０、１１１１、．．．、１１１７）でビームステアリングを行って得られる幾つかのステアリングベクトル（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、．．．）と対象体内の血管（Ｐ）とを示す。例えば、ＴＣＤの場合、血管（Ｐ）は、中大脳動脈（ｍｉｄｄｌｅ ｃｅｒｅｂｒａｌ ａｒｔｅｒｙ）、前大脳動脈（ａｎｔｅｒｉｏｒ ｃｅｒｅｂｒａｌ ａｒｔｅｒｙ）、後大脳動脈（ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ ｃｅｒｅｂｒａｌ ａｒｔｅｒｙ）、眼動脈（ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ ａｒｔｅｒｙ）、椎骨動脈（ｖｅｒｔｅｂｒａｌ ａｒｔｅｒｙ）、基底動脈（ｂａｓｉｌａｒ ａｒｔｅｒｙ）などになりうる。図７を参照すれば、ステアリングベクトル（Ｖ２）が血管（Ｐ）内の血流が通る地点のステアリングベクトルなので、ステアリングベクトル（Ｖ２）で最も大きな強度のドップラー信号が検出される。
したがって、血流探索部１７２は、最も大きな強度のドップラー信号が検出されるステアリングベクトル（Ｖ２）を血管（Ｐ）内の血流が通る地点のステアリングベクトルで確認する。
FIG. 7 shows some steering vectors (V1, V2, V3, ...) obtained by performing beam steering with the transducer (1104, 1110, 1111, ..., 1117) of FIG. 6 and blood vessels in the subject body. (P) and. For example, in the case of TCD, the blood vessels (P) are the middle cerebral artery, the anterior cerebral artery, the posterior cerebral artery, the optic artery, and the vertebral artery. It can be an artery), a basillary artery, and the like. Referring to FIG. 7, since the steering vector (V2) is the steering vector at the point where the blood flow in the blood vessel (P) passes, the Doppler signal having the highest intensity is detected in the steering vector (V2).
Therefore, the blood
血流探索部１７２によって血管内の血流が通る地点のステアリングベクトルが確認されれば、ドップラー処理部１７３は、当該ステアリングベクトルでビームステアリングを行って当該ステアリングベクトルで超音波信号を送受信することにより、ドップラー信号を検出する。そして、ドップラー処理部１７３は、検出されるドップラー信号から血流の速度、方向などの血流情報を獲得し、それをカラーまたは波形で表現するドップラー映像を生成することができる。
If the blood
血流探索部１７２の前記のような血流を探索する動作は、一回に留まらず、反復的、持続的に行われることにより、リアルタイムで血流を追跡することもできる。それにより、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトル、すなわち、血流が通る地点のステアリングベクトルが変更されれば、ドップラー処理部１７３は、変更されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出することができる。
また、血流探索部１７２は、前記のように最も大きな強度のドップラー信号に該当する１つのステアリングベクトルを探すこともできるが、血管は２つ以上であるので、ドップラー信号強度の臨界値を定め、臨界値よりも大きなドップラー信号に該当する２つ以上のステアリングベクトルを探すことにより、２つ以上の血管の血流を探索することもできる。この場合、ドップラー処理部１７３は、それぞれのステアリングベクトルで超音波信号を送受信することにより、２つ以上の血管の血流情報を獲得することもできる。
The operation of searching for blood flow as described above by the blood
Further, the blood
本発明の実施形態による超音波ドップラーを利用した血流測定装置の一部は、パッチ形態で製作されて患者の測定部位に付着される。例えば、患者の測定部位に付着するためのパッチは、２次元トランスデューサアレイ１１０、マルチプレクサ１２０、送受信部１３０、パルス生成部１４０、信号処理部１５０、ビームステアリング部１６０を備え、パッチと有線または無線で連結される別途のセットトップボックスがプロセッサ１７０、通信部１８０などを備えることができる。ディスプレイ装置１９０は、セットトップボックスに一体型に備えられてもよく、スマートフォンのような外部装置がディスプレイ装置１９０として使われることもある。
A part of the blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler according to the embodiment of the present invention is manufactured in a patch form and attached to the measurement site of the patient. For example, the patch for adhering to the measurement site of the patient includes a two-
図８は、本発明の一実施形態による超音波ドップラーを利用した血流測定装置の動作方法を示すフローチャートである。本実施形態による動作方法は、前述した超音波ドップラーを利用した血流測定装置で処理される段階からなるので、以下、省略された内容であるとしても、超音波ドップラーを利用した血流測定装置に関して前述した内容は、本実施形態による動作方法にも適用される。
７１０段階で、２次元トランスデューサアレイ１１０のトランスデューサのうち、一部のトランスデューサを同時に駆動して超音波信号を送受信し、駆動される一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出する。
７２０段階で、検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する。
７３０段階で、確認されたトランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出する。
７４０段階で、検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する。
７５０段階で、確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行って当該ステアリングベクトルで超音波信号を送受信することにより、ドップラー信号を検出する。
７６０段階で、検出されるドップラー信号から血流の速度、方向などの血流情報を獲得する。
FIG. 8 is a flowchart showing an operation method of a blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler according to an embodiment of the present invention. Since the operation method according to the present embodiment includes the stage of being processed by the blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler described above, the blood flow measuring device using the ultrasonic Doppler will be omitted below. The above-mentioned contents also apply to the operation method according to the present embodiment.
At 710 steps, some of the transducers in the two-
At 720 steps, among the detected Doppler signals, the transducer corresponding to the highest intensity Doppler signal is confirmed.
At 730 steps, beam steering detects Doppler signals for each of the plurality of steering vectors on a plurality of transducers adjacent to each other, including the identified transducers.
In the 740 steps, the steering vector corresponding to the maximum intensity Doppler signal among the detected Doppler signals is confirmed.
At 750 steps, the Doppler signal is detected by performing beam steering with the confirmed steering vector and transmitting and receiving ultrasonic signals with the steering vector.
At 760 steps, blood flow information such as the velocity and direction of blood flow is acquired from the detected Doppler signal.
本発明の実施形態は、機能的なブロック構成及び多様な処理段階で表われうる。このような機能ブロックは、特定機能を実行する多様な個数のハードウェアまたは／及びソフトウェア構成として具現可能である。例えば、実施形態は、１つ以上のマイクロプロセッサの制御または他の制御装置によって多様な機能を実行するメモリ、プロセッシング、ロジック（ｌｏｇｉｃ）、ルックアップテーブル（ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）のような集積回路構成を採用することができる。本発明での構成要素が、ソフトウェアプログラミングまたはソフトウェア要素で実行可能なものと同様に、実施形態は、データ構造、プロセス、ルーチンまたは他のプログラミング構成の組合わせで具現される多様なアルゴリズムを含み、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、アセンブラー（ａｓｓｅｍｂｌｅｒ）のようなプログラミングまたはスクリプト言語として具現可能である。機能的な側面は、１つ以上のプロセッサで実行されるアルゴリズムとして具現可能である。また、実施形態は、電子的な環境設定、信号処理、及び／またはデータ処理などのために、従来技術を採用することができる。「メカニズム」、「要素」、「手段」、「構成」のような用語は、広く使われ、機械的であり、物理的な構成として限定されるものではない。前記用語は、プロセッサなどと連携してソフトウェアの一連の処理（ｒｏｕｔｉｎｅｓ）の意味を含みうる。 Embodiments of the present invention may manifest themselves in functional block configurations and various processing steps. Such functional blocks can be embodied as a diverse number of hardware and / and software configurations that perform a particular function. For example, embodiments include integrated circuit configurations such as memory, processing, logic, and look-up tables that perform various functions under the control of one or more microprocessors or other control devices. Can be adopted. Just as the components in the present invention are software programming or executable in software elements, embodiments include a variety of algorithms embodied in combinations of data structures, processes, routines or other programming configurations. It can be embodied as a programming or scripting language such as C, C ++, Java, assembler. The functional aspect can be embodied as an algorithm that runs on one or more processors. Also, embodiments may employ prior art for electronic environment setting, signal processing, and / or data processing and the like. Terms such as "mechanism," "element," "means," and "construction" are widely used, mechanical, and are not limited to physical composition. The term may include the meaning of a series of software processes in cooperation with a processor or the like.
実施形態で説明する特定実行は、一実施形態であって、如何なる方法でも実施形態の範囲を限定するものではない。明細書の簡潔のために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的な側面の記載は省略される。また、図面に示された構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結及び／または物理的または回路的連結を例示的に示したものであって、実際の装置では、代替可能であるか、追加の多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路連結として表われうる。また、「必須的な」、「重要に」のように具体的な言及がなければ、本発明の適用のために必ずしも必要な構成要素ではない。 The specific execution described in the embodiment is an embodiment and does not limit the scope of the embodiment in any way. For the sake of brevity, the description of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of said systems is omitted. Also, the line connections or connecting members between the components shown in the drawings exemplify functional connections and / or physical or circuit connections and can be replaced in actual equipment. Or can be manifested as an additional variety of functional connections, physical connections, or circuit connections. In addition, unless there is a specific reference such as "essential" or "important", it is not necessarily a necessary component for the application of the present invention.
以上、本発明について、その望ましい実施形態を中心に説明した。当業者ならば、本発明が、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として具現可能であるということを理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれたと解釈しなければならない。 The present invention has been described above, focusing on its preferred embodiments. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied as a modified form without departing from the essential properties of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments must be considered from a descriptive point of view, not from a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and any differences within the equivalent scope shall be construed as included in the present invention.
Claims (15)
前記複数のトランスデューサのうち、一部のトランスデューサを駆動して超音波信号を送受信し、前記一部のトランスデューサのそれぞれに対してドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する音響窓探索部と、
前記確認されたトランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する血流探索部と、
前記確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号から血流情報を獲得するドップラー処理部と、
を含むことを特徴とする超音波ドップラーを利用した血流測定装置。 A two-dimensional transducer array in which multiple transducers for transmitting and receiving ultrasonic signals to and from an object are arranged in two dimensions;
Among the plurality of transducers, a part of the transducers is driven to transmit and receive an ultrasonic signal, a Doppler signal is detected for each of the part of the transducers, and the maximum intensity of the detected Doppler signals is obtained. An acoustic window search unit that confirms the transducer corresponding to the Doppler signal,
Doppler signals for each of the plurality of steering vectors are detected by beam steering with a plurality of transducers adjacent to each other including the confirmed transducer, and the steering vector corresponding to the highest intensity Doppler signal among the detected Doppler signals. Blood flow search unit to confirm
A Doppler processing unit that performs beam steering with the confirmed steering vector, detects a Doppler signal, and acquires blood flow information from the detected Doppler signal.
A blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler characterized by containing.
（ｂ）前記検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するトランスデューサを確認する段階と、
（ｃ）前記確認されたトランスデューサを含む互いに隣接した複数個のトランスデューサでビームステアリングによって複数のステアリングベクトルのそれぞれに対するドップラー信号を検出する段階と、
（ｄ）前記検出されたドップラー信号のうち、最大強度のドップラー信号に該当するステアリングベクトルを確認する段階と、
（ｅ）前記確認されたステアリングベクトルでビームステアリングを行ってドップラー信号を検出し、該検出されたドップラー信号から血流情報を獲得する段階と、
を含むことを特徴とする超音波ドップラーを利用した血流測定装置の動作方法。 (A) A plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic signals to and from an object drive a part of the transducers in a two-dimensional transducer array in which a plurality of transducers are arranged two-dimensionally to transmit and receive ultrasonic signals, and the partial transducers The stage of detecting the Doppler signal for each of
(B) Among the detected Doppler signals, the step of confirming the transducer corresponding to the maximum intensity Doppler signal, and
(C) A step of detecting a Doppler signal for each of a plurality of steering vectors by beam steering with a plurality of transducers adjacent to each other including the confirmed transducer.
(D) Among the detected Doppler signals, the step of confirming the steering vector corresponding to the maximum intensity Doppler signal, and
(E) A step of performing beam steering with the confirmed steering vector to detect a Doppler signal and acquiring blood flow information from the detected Doppler signal.
A method of operating a blood flow measuring device using an ultrasonic Doppler, which comprises.
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