JPH0838474A

JPH0838474A - 血流パラメータの割り当て

Info

Publication number: JPH0838474A
Application number: JP7008204A
Authority: JP
Inventors: Benjamin Sabbah; サバーベンジャミン; Avraham Bruck; ブルックアヴラハム; Zvi Freedman; フリードマンツヴィ
Original assignee: Elscint Ltd
Current assignee: Elscint Ltd
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1996-02-13
Also published as: IL112335A0

Abstract

(57)【要約】【目的】解剖学的臓器内への血液の拡散例えば腎臓、
胎盤、末梢血管内での血流の特性を診断するための血流
指数の割り当てを行う血流スペクトル分析超音波システ
ムを提供する。【構成】超音波診断イメージングシステムにおいて、
関心領域（ＲＯＩ）を選択する段階と、前記関心領域内
の血管を横断する少なくとも１本の走査線に沿って超音
波信号を送信する段階と、心臓周期の間に前記少なくと
も１本の走査線の各々に沿って一連のパルスを印加する
段階と、時間の関数としてスペクトル密度関数を生成す
る段階と、前記スペクトル密度関数から求めた選択した
血流特性を表示する段階を有する流量パラメータの自動
割り当てである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断イメージン
グシステム(ultrasonic diagnostic imagingsystems)
、より詳しくは複数の血流パラメータ(flow parameter
s) を単独で又は解剖学的画像に重ね合わせて表示する
ことができるシステムに関する。

【０００２】

【従来技術】診断用超音波イメージングシステムは、被
験者の健康状態について包括的な評価を提供する。超音
波技術の有用性により、患者と医師の双方から超音波イ
メージングは広く支持を受けてきた。一般に、診断用超
音波イメージングシステムは非常に周波数の高い音波
（通常３．０〜１０．０ＭＨｚの範囲）を送信し、体内
の構造から反射して戻ってきた音波を分析することで、
患者体内の解剖学的構成についての画像を生成する。広
汎に使用されている超音波診断システムでは選択した臓
器の断面の２次元画像の形状でその臓器に関する構造的
情報を表示する。一般に、超音波は「断面スキャン(cro
ss sectional scan)」の形状で該臓器を横断する方向に
掃引する。スキャンはリアルタイムで実行し解剖学的構
成の動力学(dynamics)を視覚化できるようになっている
のが普通である。

【０００３】今日利用可能な超音波システムでは、解剖
学的情報以外にも、ドップラー法(Doppler principle)
又はその他の既知の技術を使用して血流(blood flow)に
ついての情報が提供されることも多い。超音波エネルギ
ーのパルスを有するビームを血流情報が所望の血管に向
けて放射する。例えば、母体と胎児の間で血管が接して
いても継がっていない胎盤に対してスキャンを行う。ド
ップラー法を使用するには、超音波エネルギーのビーム
を血管に向けて放射する。移動する血球が超音波エネル
ギーを反射し、周知のドップラー法に従って血流の方向
により反射されたエネルギーの周波数が増加したり減少
したりする。

【０００４】周波数偏移(frequency shift) の大きさと
偏移方向を検出して血流の速度ならびに方向が確定でき
る。このようなドップラー式の超音波装置では従来技術
による超音波診断技術を用いて通常の解剖学的情報も提
供できるのが普通である。

【０００５】１つの検査方法はいくつかの心臓周期(hea
rt cycles)程度の長さの時間間隔において時間の関数と
して大きさが１〜２ミリメートル程度の何らかの点にお
ける血流を完全に調べることである。この検査を行った
何らかの点は「ゲート(gates) 」又は「サンプル量(sam
ple volumes)」と称することが多い。この方法で得られ
た情報は、主として血流速度(flow velocity) 、体積流
量(volum flow)、及び例えばＰＩ（脈波指数：Pulsitil
ity Index ）、ＲＩ（抵抗指数：Resistance Index）な
どの流速指数(velocimetry indicies)である。もう一つ
の検査方法は同じ時間間隔の間に複数のゲートについて
検査を行うことである。つまり検査時間中に、１つのゲ
ートについて集中的に検査を行うか、又は複数のゲート
について大まかな検査を行なうかのどちらかである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在使用され
ている超音波装置は、血流の平均速度又は最大速度以外
に血流の本質を示す血流指数の割り当て(mapping of fl
ow indicies)を提供することはできない。つまり超音波
を用いた血流の分析は近年になって多種多様な応用が行
われるようになったが、平均速度又は最大速度以外の効
率的な血流パラメータの割り当て(mapping of flow par
ameters) indicies)を実行するためには使用されてこな
かった。

【０００７】血流指数の応用の１つの例としては胎盤内
での血液の拡散の研究がある。この種の研究では、正常
な胎児の成長は妊娠期間の臍帯循環をとおして一般に胎
児の血液により胎児へ運搬される酸素と栄養が十分量あ
るか否かに左右されるという事実に基づく胎児の成長の
モニターに使用されている。ヒト胎児の胎児循環に関す
る研究は前述した血流の超音波検査を用いることで大幅
に簡素化された。最近では、血流速度の波形を調べる研
究が行われている。しかしこれらの研究の大半は臍帯動
脈に着目している。臍帯動脈より先の胎児循環の特徴に
関する研究は施術上の理由から現在までほとんど行われ
ていないが、臨床超音波を使用する効果的な方法がこれ
までに開発されていないため、このような研究が増加し
なかった。

【０００８】血流パラメータの特徴についての研究が有
用であることの別の例は、疑わしい腫瘤が悪性腫瘍か否
かの検査である。悪性腫瘍性の腫瘤では、一般に脈管形
成を伴うことが多く、これによって拡張期の血流量が増
加する。この血流量は血流スペクトル分析を用いて測定
し特定することができる。例えば、過去において、スペ
クトルドップラー法を用いる腫瘍診断の方法は最新の技
術をもってしても腫瘍領域で必要とされる精密検査が非
現実的であったことから全面的に成功したとは言えな
い。現在ではカラー流量イメージングを用いて血管を検
出する。これは各々の測定点でスペクトル分析を用いて
独立した分析を行うものである。これは非常に悠長で時
間のかかる検査方法であることから、比較的少数の測定
点に対しての検査に限定されてしまい、信頼性の高い診
断目的には時として不十分なことがある。

【０００９】本発明によれば、解剖学的臓器内への血液
の拡散例えば腎臓、胎盤、末梢血管内での血流の特性を
診断するための血流指数の割り当てを行う血流スペクト
ル分析超音波システムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講ずる技術手段は、患者を走査して２次元画
像を取得して検査しようとする領域を選択する段階と、
少なくとも一つの超音波ビームに沿って複数の超音波パ
ルスを送信し少なくとも１つの心臓周期(heart cycle)
に亙る血流量について複数のゲートを分析することと、
所定の間隔で数回に亙って各々のビームをサンプリング
してエコースペクトルデータを得ることと、血流に対応
するデータを選択することと、静止している反射物から
のデータを排除することと、該データについてのスペク
トル分析を行ってスペクトルデータを得ることと、更な
るデータ処理のために該スペクトルデータを保存するこ
とと、該保存したスペクトルデータを血流指数に変換す
ることと、得られた該血流指数の分布を２次元画像上に
表示することによって前記選択した領域内の血流の特徴
を分析する段階と、を有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】従来技術でも幾つかの血流指数の検査を提
供している。但し、これは主として血流を検出するため
の指標としてカラー化血流割り当て法を用手的に使用す
ることで実現していた。さらに血流が検出される各々の
測定点をその点でのより詳細な検査により独立して検査
し、スペクトル波形を得てからこれを分析していた。従
来技術のシステムにおける主な欠点は、過去において実
用化するには時間がかかりすぎていたことで、これは各
々の測定点を順次検査して分析する必要があるため。臓
器全体の血流量指数を得るには遅々として子細にわたる
方法であったことによる。

【００１２】本発明の特徴は単一ビームで横断する又は
複数ビームで横断する複数のゲートを通る血流を調べ、
該ゲートの各々での血流指数を決定することによってこ
れによって実用上で同時にシステムの時間効率が臨床的
に有効となるように血流指数の割り当てを提供すること
である。

【００１３】本発明の上述の及びその他の目的ならびに
特徴は本発明の好適実施例に関する以下の説明を玩味熟
読することでよりよく理解されるであろう。

【００１４】

【実施例】図１には例としてドップラー方式(Doppler s
ystem)が図示してある。その他の速度検査システムを本
発明の範囲内で使用できることは理解されるべきであ
る。例示したドップラー方式において、超音波ドップラ
ー・チャネル(ultrasound Doppler channel)１１がブロ
ック図の態様で図示してある。チャネル１１は発振器(o
scillator)１３と連係して作動する送受信ユニット１２
を有するように図示してある。送受信ユニット１２の送
信部分は変換器(transducer)１４経由で通常３〜１０Ｍ
Ｈｚ程度の超音波パルスを送信する。変換器１４は送信
された音波の経路内で患者又は被検者(subject) １５の
臓器からエコーが反射した時に、音波から得られたエコ
ーを受信するようにも機能する。送受信ユニット１２の
受信部分はこれらのエコーを受信して復調器(demodulat
or) １６及び２次元イメージング・チャネル(ultrasoun
d Doppler channel)１７へ送信する。復調器１６は位相
（Ｉ）信号と象限（Ｑ）信号を供給する。復調器１６か
らと２次元イメージング・チャネルからの信号は画像処
理のためにプロセッサ１８へ送られる。処理した信号は
表示ユニット(display unit)１９へ送られ、ここで画像
２１が表示される。

【００１５】図２に図示したように、表示された画像２
１は一般に関心領域（ＲＯＩ：region of interest）２
２を包含するセクタスキャン(sector scan) の解剖学的
画像を有する。関心領域２２はビーム２３などの複数ビ
ームで掃引される。ビーム各々に沿って、ゲート２４、
２６、２７などのゲートが位置しており、ドップラー法
で血流即ち血管の中を流れる血液が示される。サンプリ
ング点の各々で受信したドップラー情報はプロセッサ１
８でスペクトル処理され、様々な流速指数（又はスペク
トルの広がりなどのその他の指数）が計算される。結果
は２次元グレースケール(grayscale) 画像上に重ねてカ
ラーマップとして表示できる。また評価用に各々のゲー
トでスペクトルを表示することもできる。

【００１６】ユーザが所望の血流パラメータを決定しこ
れを例えばキーボード（ＫＢ）２９を使用して入力した
後で血流情報の処理が制御器(controller)２８の制御下
にプロセッサ１８内部で行われる。プロセッサ１８は特
に図３に図示したように心臓周期(cardiac cycle) あた
りの最大周波数偏移曲線(maximum frequency shift cur
ve) 又はエンベロプ(envelope)を決定する。必須ではな
いが心搏度数監視器(heart rate monitor)３０によって
患者１５の心臓周期を監視・検査し又は応用可能ならゲ
ート処理することが有利である。心臓周期は心搏の拡張
期(diastolic period)Ｄの最小速度から延期し（又は拡
張期で終止し）、拡張期と拡張期の間の収縮期(systoli
c period) の間に発生する最大速度Ｓを有する。最大周
波数偏移の平均をＡとして図示してある。

【００１７】例えばユーザが脈波指数［ＰＩ＝（Ｓ−
Ｄ）／Ａ］を入力する場合、次のような処理が行われ
る。１）各々のゲートで、各々のゲートにおける心臓周期中
の時間に対する周波数偏移の測定値から最大周波数偏移
エンベロプが生成される。２）エンベロプの速度最大値を記録する。３）エンベロプの収縮期終端値(end systolic value)Ｄ
を記録する。４）最大周波数偏移エンベロプの平均値Ａを記録する。５）収縮期ピーク値Ｓから収縮期終端値Ｄを減算する。６）最大周波数偏移エンベロプの平均値Ａで差分を除算
し、商を脈波指数とする。

【００１８】注目されるもう１つのパラメータは抵抗指
数ＲＩで、ＲＩ＝（Ｓ−Ｄ）／Ｓである。ここでは、同
じ２つのパラメータ（Ｓ，Ｄ）を用いて一方を他方から
減算しているが、除数は収縮期ピーク値である。

【００１９】拡張期終端値Ｄによる収縮期ピーク値Ｓの
除算を有する収縮期と拡張期との比を決定することがで
きる。注目すべきもう１つの特徴は平均拡張期比で、拡
張期終端値Ｄを心臓周期全体にわたる最大周波数偏移の
平均値Ａで除算することにより求めることができる。

【００２０】以前は、毎秒４乃至２０フレームの速度(f
rams/sec) で疑似リアルタイム的に血流速度中央値が表
示されていたが、現在では完全な心臓周期を選択した走
査線のグループ各々に配当して流量パラメータの割り当
てに必要な全てのデータが収集できるようにすることが
提案されている。ゲートの各々を検査して並列的に流量
パラメータ情報を提供することができる。

【００２１】標準的な動作モードは、ユーザが関心領域
を予め選択しておき、その全ての点でシステムが検査を
行うというものである。完全なスペクトル化に必要とさ
れる時間は１〜３秒程度、即ち１乃至３心臓周期なの
で、同一心臓周期の間に走査線又は走査ビームに沿って
全ての点を検査するようなマルチゲート・システム(mul
tgate system) が使用される。

【００２２】従来のカラー流量(color flow)イメージン
グシステムはマルチゲート・システムである。毎秒４〜
１０パルス群の速度で疑似リアルタイム的に平均流量速
度を表示するような従来のカラー流量イメージングの応
用において、１本の走査線に沿って伝送されるエコーの
個数は４〜１６走査線に制限されている。１走査線あた
りの時間は１〜４ミリ秒である。この時間は流量パラメ
ータの計算には短すぎる。最大周波数偏移エンベロプを
作成するには、走査の方法を変更する。１〜３秒ごとに
走査線グループに対して走査を実行する。この時間は走
査線により包含される画像領域内の検査点の全部につい
て完全なスペクトル分析を行うのに必要とされるデータ
を全て収集するのにも十分な時間である。

【００２３】プロセッサ１８はセクタスキャン（２次元
グレースケール）画像とそのセクタスキャン画像につい
て示される流量パラメータの間のずれも防止するのが望
ましい。これはセクタスキャン画像とドップラー画像(D
oppler image) の同時生成により成し得る。

【００２４】ずれを防止するもう１つの方法はセクタス
キャン画像内の関心領域に十字線カーソルを投影して固
定する段階を有する。サンプル量（ゲート）の各々を臓
器内の特定の位置に固定する方法は、図１の３１で図示
してあるように、画像処理の当業者には画像ＴＶトラッ
カー(image TV tracker)として周知の特別な画像ボード
(image board) を用いて実現する。このような画像ボー
ドは別個の走査の各々においてグレースケール２次元画
像内の顕著な細部を自動的に識別してドップラーゲート
(Doppler gates) を移動し、その相対位置が固定される
ようにする。これは組織と変換器１４の間の相対的移動
に起因しているかもしれない影響も補償する。

【００２５】以上で新規な超音波診断イメージングシス
テムを開示した。本発明の装置の好適実施例ではいくつ
かの詳細を説明しているが、添付の請求項に定めるとお
りの本発明の趣旨ならびにその範囲から逸脱することな
く、各種の変化を当業者により成し得ることは理解され
てしかるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すドップラー方式の超音
波診断イメージングシステムのブロック図である。

【図２】複数のゲートのセクタスキャンを示す略図であ
る。

【図３】最大周波数又は速度偏移エンベロプとして図示
した時間の関数として速度に比例する変数の典型的なス
ペクトル密度関数である。

【符号の説明】

１１超音波ドップラー・チャネル１２送受
信ユニット１３発振器１４変換
器１５患者又は被検者１６復調
器１７２次元イメージング・チャネル１８プロ
セッサ１９表示ユニット２１画像２２関心領域２３ビー
ム２４、２６、２７ゲート２８制御
器２９キーボード３０心搏
度数監視器３１ＴＶトラッカー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セクタスキャン画像内の関心領域を選択
する段階と、前記選択した関心領域を横断する少なくとも１本の走査
線に沿って超音波信号を送信する段階と、複数のゲートを指定して前記走査線が血管を横断する前
記少なくとも１本の走査線の各々に沿ったゲート化断面
を定義する段階と、前記ゲートを通って送信される前記少なくとも１本の走
査線の各々に沿って一連のパルスを印加する段階と、前記ゲートから戻ってくる反射スペクトル信号を受信す
る段階と、前記ゲートの各々について少なくとも１心臓周期に亙り
延在する時間の関数として速度に比例する変数のスペク
トル密度関数へ前記反射したスペクトル信号を変換する
段階と、少なくとも１つの血流パラメータを選択する段階と、前記スペクトル密度関数から前記選択した流量パラメー
タを求める段階を有することを特徴とする血流を分析す
るための血流パラメータを提供する超音波診断イメージ
ング方法。
【請求項２】前記スペクトル密度関数が最大速度偏移
エンベロプを提供することを特徴とする請求項１記載の
超音波診断イメージング方法。
【請求項３】前記スペクトル密度関数が最大周波数偏
移エンベロプを提供することを特徴とする請求項１記載
の超音波診断イメージング方法。
【請求項４】前記走査線の各々に沿って一連のパルス
を印加する前記段階が前記少なくとも１心臓周期の間に
前記ゲートを通して送信しようとする前記走査線の各々
に沿って個別に前記一連のパルスを印加することを有す
ることを特徴とする請求項１記載の超音波診断イメージ
ング方法。
【請求項５】前記走査線の各々に沿った前記一連のド
ップラーパルスの個別の印加が前記少なくとも１心臓周
期にわたる前記走査線の各々における前記ゲートの全て
を通って送信されることを特徴とする請求項１記載の超
音波診断イメージング方法。
【請求項６】前記走査線の各々に沿って一連のパルス
を印加する前記段階が前記少なくとも１心臓周期に対応
する一連のパルスをゲート処理することを有することを
特徴とする請求項１記載の超音波診断イメージング方
法。
【請求項７】前記選択した血流パラメータ値を複数の
色で表示する段階を含み、前記少なくとも１つの選択し
た血流パラメータ値のある値以下では第１の色を用い、
その値以上では第２の色を用いることを特徴とする請求
項１記載の超音波診断イメージング方法。
【請求項８】前記選択した血流パラメータ値を複数の
色で表示する段階を含み、前記値と前記色の間に１対１
の対応が成してあることを特徴とする請求項１記載の超
音波診断イメージング方法。
【請求項９】前記選択した血流パラメータ値を複数の
シェードで表示する段階を含み、前記選択した血流パラ
メータ値のある値以下では第１のシェードを用い前記選
択した血流パラメータの前記ある値以上では第２のシェ
ードを用いることを特徴とする請求項１記載の超音波診
断イメージング方法。
【請求項１０】前記選択した血流パラメータ値を複数
のシェードで表示する段階を含み、前記値と前記シェー
ドの間に１対１の対応が成してあることを特徴とする請
求項１記載の超音波診断イメージング方法。
【請求項１１】前記関心領域の走査が連続的な走査線
単位で複数の走査線に亙り実行されることを特徴とする
請求項１記載の超音波診断イメージング方法。
【請求項１２】前記関心領域の前記走査が１本おきの
間引走査で行われることを特徴とする請求項１記載の超
音波診断イメージング方法。
【請求項１３】各々の走査線について送信しようとす
るパルスの総数のうちの少なくとも１つの超音波パルス
を次の走査線に対して送信する前に送信する段階を有す
ることを特徴とする請求項９記載の超音波診断イメージ
ング方法。
【請求項１４】各々の走査線について送信しようとす
るパルスの総数のうちの少なくとも１つの超音波パルス
を次の走査線に対して送信する前に送信する段階を有す
ることを特徴とする請求項１０記載の超音波診断イメー
ジング方法。
【請求項１５】各々の走査線について送信しようとす
るパルスの総数を次の走査線に対して送信する前に送信
する段階を有することを特徴とする請求項１１記載の超
音波診断イメージング方法。
【請求項１６】セクタスキャン画像と前記流量パラメ
ータ画像の間のずれを防止する段階を有することを特徴
とする請求項１記載の超音波診断イメージング方法。
【請求項１７】前記セクタスキャン画像と前記流量パ
ラメータ画像の間のずれを防止する段階を有することを
特徴とする請求項１記載の超音波診断イメージング方
法。
【請求項１８】前記セクタスキャン画像と前記流量パ
ラメータ画像の間のずれを防止する前記段階が、ＴＶト
ラッカーを画像に固定して前記走査の間に撮影した一連
の２次元画像に本来の画像を対応させ、組織と変換器の
間の相対的な動きに起因するアーチファクトを減少させ
ることを有することを特徴とする請求項１７記載の超音
波診断イメージング方法。
【請求項１９】前記セクタスキャン画像と前記流量パ
ラメータ画像の間のずれを防止する段階が前記関心領域
全体に亙り前記セクタスキャン画像と前記流量パラメー
タ画像を両方とも同時生成して前記２次元セクタスキャ
ン画像に重ね合わせた流量パラメータ画像を提供するこ
とを有することを特徴とする請求項１７記載の超音波診
断イメージング方法。
【請求項２０】セクタスキャン画像と流量パラメータ
画像の間のずれを防止する超音波診断イメージング方法
であって、もとのセクタスキャン画像において関心領域を選択する
段階と、前記選択した関心領域を横断する少なくとも１本の走査
線に沿って超音波信号を送信する段階と、複数のゲートを指定して血管を横断する前記少なくとも
１本の走査線の各々に沿ってゲート処理した断面を定義
する段階と、前記ゲートを通って送信しようとする前記少なくとも１
本の走査線の各々に沿って一連のパルスを印加する段階
と、前記ゲートから戻ってくるスペクトル信号を受信する段
階と、前記ゲートの各々について時間の関数として速度に比例
する変数のスペクトル密度関数へと前記スペクトル信号
を変換する段階と、少なくとも１つの血流パラメータを選択する段階と、前記スペクトル密度関数から前記選択した血流パラメー
タを求める段階と、前期もとのセクタスキャン画像の関心領域に十字線カー
ソルを固定して前期もとのセクタスキャン画像を前記パ
ルス走査の間に撮影した一連のセクタスキャン画像に相
関させ、前記セクタスキャン画像内の組織と前記少なく
とも１本の走査線に沿って超音波信号を送信するために
使用する変換器の間の相対的動きに起因するアーチファ
クトを減少させる段階と、を有することを特徴とするシ
ステム。
【請求項２１】前記スペクトル密度関数が最大速度偏
移エンベロプであることを特徴とする請求項２０記載の
超音波診断イメージングシステム。
【請求項２２】前記スペクトル密度関数が最大周波数
偏移エンベロプであることを特徴とする請求項２０記載
の超音波診断イメージングシステム。