JP3866368B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内部を超音波で走査し、得られたエコー信号に基づいて超音波画像を生成し表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々の装置があるが、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断層像を超音波診断装置である。この超音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表示するものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩおよび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線などの被曝がなく安全性が高く、さらに超音波ドプラ法により血流イメージングが可能であるなどの独自の特徴を有している。
【０００３】
このため心臓、腹部、乳腺、泌尿器、および産婦人科などでその活用範囲は広い。特に、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の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便である。
【０００４】
このように様々な優位性のある超音波診断であるが、近年ではさらに胎児や病変部や臓器等の大きさを２点間距離や周囲長や面積等で計測する機能が装備されているものが多く、その有用性は増加傾向にある。
【０００５】
ところで、上述の計測機能、例えば２点間距離計測では、キャリパーと呼ばれる計測用ノギスが超音波画像に重ねて表示される。このキャリパーはトラックボール等の動きに従って画面上を移動するようになっていて、オペレータはこのキャリパーを計測対象部位にポジショニング（位置合わせ）するだけで後は装置側で演算してくれるようになっている。
【０００６】
このキャリパーの位置合わせは、まず、キャリパーの一方の端点（以下、“支点”と称する）を所望位置に固定する。そして、もう一方の端点（以下、“遊点”と称する）を計測対象部位の対角まで動かして、確定操作することにより行われる。遊点を動かしている間、その移動に追従してキャリパーは伸縮するようになっていて、どの距離を計測するのかがよく分かるようになっている。
【０００７】
ところでこの計測精度は、支点と遊点を如何に計測対象部位に正確に位置合わせするかにかかっている。計測対象部位が超音波画像上で大きくとらえられている場合には比較的位置合わせがやり易く、ある程度の計測精度を維持できていると考えられる。
【０００８】
しかし、計測対象部位が超音波画像上で小さくしかとらえられていない場合には、位置合わせが困難で十分な計測精度を維持することはできないでいるのが現状である。
【０００９】
また、支点や遊点のマーカは見易さを考慮してある程度の大きさで表示される。このため、計測対象部位があまりに小さいと、この支点や遊点のマーカに隠れて非常に見え難くなってしまい、計測精度をより低下させる結果となってしまう。
さらに、Ｓ／Ｎの関係と同様で、計測対象部位が小さければ小さいほど、誤差の影響が相対的に大きくなってしまうということもある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、計測精度を向上できる超音波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、超音波で被検体の内部を走査して得られたエコー信号に基づいて得られた超音波画像上に伸縮性の計測キャリパーを表示し、このキャリパーに従って定量的情報を計測する超音波診断装置において、前記キャリパーの長さが所定長より短くなったとき、前記超音波画像を拡大表示することを特徴とする。
【００１３】
（作用）
本発明では、キャリパーの長さが所定長より短くなったとき、超音波画像が拡大表示される。これにより計測対象部位が超音波画像上で小さくて、計測用具を合わせ難いことに起因する計測精度の低下が解消される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による超音波診断装置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診断装置の構成を示す。この装置は、図示しない中央制御回路をシステム中枢として、超音波プローブ２と、送信ユニット３と、受信ユニット４と、エコー信号からＢモード（断層イメージ）の画像を生成するためのＢモード処理ユニット５と、エコー信号からカラードップラモード（血流イメージ）の画像を生成するためのカラードップラ処理ユニット９と、画像記録ユニット６と、表示ユニット７と、計測ユニット８とから構成される。なお、ここでは説明の便宜上、Ｂモードとカラードップラモードの処理ユニット５，９しか示していないが、Ｍモード、連続波ドプラモード、パルス波ドプラモード等の他のモードの処理ユニットを適当に組み合わせて装備していてもよい。これらの処理ユニットの構成は従来から周知のものを採用すればよいので、ここでは説明を省略するものとする。
【００１６】
超音波プローブ２は、電気信号を扱う側と、超音波に内部情報を付与する被検体側との間を媒介するために、配列された複数の微小圧電素子を先端部分に有している。このプローブ２の形態としては、セクタ対応、リニア対応、コンベックス対応等の中から任意に選択される。
【００１７】
超音波プローブ２から超音波を送信するための送信ユニット３は、クロック発生器３１、レートパルス発生器３２、送信遅延回路３３、パルサ３４とから構成されている。クロック発生器３１から発振されたクロックに従ってレートパルス発生器３２から超音波の送信レート（毎秒送信回数）を決定するためのレートパルスが出力される。このレートパルスは、送信遅延回路３３で超音波の指向性を決めるために必要な適当な遅延を受けて、パルサ３４にトリガパルスとして与えられる。このトリガパルスに同期してパルサ３４からプローブ２の圧電素子に個別に又は近隣グループ単位で高周波の信号パルスが印可される。プローブ２の圧電素子は、この信号パルスを受けて振動する。これにより超音波が発生され、被検体に送信される。
【００１８】
この超音波は生体内を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で次々と反射する。この反射強度は不連続面の音響インピーダンスの差に主に依存している。また、超音波は心臓壁や血球でも反射するが、これら移動体での反射には、そのドップラ効果による周波数偏移の動きが含まれている。
【００１９】
このような反射によるエコーはプローブ２に返ってきて、圧電素子を振動する。これにより、圧電素子からは微弱な電気信号が発生する。この電気信号は、受信ユニット４に取り込まれる。受信ユニット４は、プリアンプ４１、受信遅延回路４２、加算器４３とから構成される。プローブ２からの電気信号はまずプリアンプ４１で増幅され、受信遅延回路４２で例えば送信時とは逆の適当な遅延を受けた後、加算器で加算される。これにより受信指向性を持った１つのエコー信号が取得される。
【００２０】
このエコー信号は、Ｂモード処理ユニット５とカラードップラ処理ユニット９とにそれぞれ送り込まれる。Ｂモード処理ユニット５は、検波回路５１と、対数増幅器５２と、アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）５３とから構成される。検波回路５１は、エコー信号を検波して、その包絡線を出力する。この出力信号を対数増幅器５２で対数増幅して、さらにアナログデジタルコンバータ５３でディジタル信号に変換してから出力する。
【００２１】
カラードップラ処理ユニット９は、ミキサ９１と、ローパスフィルタ９２と、アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）９３と、ＭＴＩフィルタ９４と、自己相関器９５と、演算部９６とから構成される。ミキサ９１とローパスフィルタ９２とは、直交位相検波回路を構成し、送信周波数と同じ中心周波数の参照信号とそれから９０゜移相した参照信号とをそれぞれ個別にエコー信号に掛け合わせ、そしてこの掛け合わせにより得られた信号それぞれから高周波成分を除去することにより、偏移周波数成分を取り出し、ドップラ信号として出力する。なお、このドップラ信号には、主に血球等の速い移動体での反射により周波数偏移を受けた高周波成分と、主に心臓壁等の遅い移動体での反射により周波数偏移を受けた低周波成分とが含まれている。
【００２２】
このドプラ信号をアナログデジタルコンバータ６３で、１本の走査線に対して例えば０．５ｍｍ間隔に相当する所定のサンプリング周波数に従ってサンプリングして、ディジタル信号に変換してから、ＭＴＩフィルタ６４に送り込む。
【００２３】
ＭＴＩフィルタ６４は、ハイパスフィルタとして機能し、主に血球等の速い移動体での反射により周波数偏移を受けた高周波成分（血流成分）だけを通過し、主に心臓壁等の遅い移動体での反射により周波数偏移を受けた低周波成分（クラッタ成分）を除去する。そして、この血流成分だけになったドップラ信号を自己相関器６５により周波数解析して、血球による偏移周波数を求める。この偏移周波数に基づいて、演算部６６では血流速度（平均速度）と、その分散と、主に血流量を反映しているパワー（ドップラ信号の振幅）とを、サンプル点毎に演算する。
【００２４】
これらＢモード信号と血流信号とは表示ユニット７に送られ表示され、それと共に画像記録ユニット６にも送られメモリや磁気ディスク等の記憶媒体に記録される。
【００２５】
表示ユニット７は、表示画像制御回路７１と、バッファとして機能するメモリ７２と、エコー像／グラフィックス混合回路７３と、ＴＶモニター７４とから構成される。表示画像制御回路７１は、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）としての機能を有しており、Ｂモード処理ユニット５やカラードップラ処理ユニット９から直接的にリアルタイムで送られてくるＢモードやカラードップラの画像信号（以下、“エコー像信号”と称する）、又は再生時に画像記録ユニット６から非リアルタイムで送られてくるエコー像信号を、ＴＶ走査方式に変換して出力する。このＴＶ走査方式に変換されたエコー像信号は、メモリ７２を介してエコー像／グラフィックス混合回路７３に送られ、ここで計測用具（キャリパー）などのグラフィックスと混合されて、ＴＶモニター７４に表示される。
【００２６】
次に本実施形態の特徴的な計測ユニット８に付いて説明する。この計測ユニット８は、オペレータが胎児や病変部や臓器等の大きさを２点間距離や周囲長や面積等で計測することを希望するときにそのためのコマンド入力により起動するものであり、図示しない中央制御回路の制御下にいるユニット内制御回路８１と、トラックボール８２と、キャリパー制御回路８３と、トラックボール８４と、ＲＯＩ制御回路８５と、演算回路８６と、グラフィックス制御回路８７と、メモリ８８とから構成されるが、２つのトラックボールは機能切り替えによりいずれか一方を排除してもよいし、マウスやディジタイザ等の座標入力装置であってもよい。
【００２７】
上述したような計測機能、例えば２点間距離計測では、計測用ノギスとしての意味合いを持つキャリパーと呼ばれるマーカのグラフィックスが、グラフィックス制御回路８７で作られ、メモリ８８を介してエコー像／グラフィックス混合回路７３で超音波画像と混合され、ＴＶモニター７４に超音波画像に重ねて表示される。
【００２８】
このキャリパーは、キャリパー制御回路８３の制御により、トラックボール８２の動きに追従して画面上を自由に移動でき、また任意に伸縮できるようになっている。そして、オペレータはトラックボール８２を動かして計測対象部位にポジショニング（位置合わせ）するだけで後は、装置側の演算回路８６で２点間距離等を自動的に演算してくれるようになっている。
【００２９】
また、この計測ユニット８では、オペレータが計測領域を自由に指定できるようになっていて、この計測領域を指定するための矩形ＲＯＩマーカのグラフィックスが、グラフィックス制御回路８７で作られ、メモリ８８を介してエコー像／グラフィックス混合回路７３で超音波画像と混合され、ＴＶモニター７４に超音波画像に重ねて表示される。このＲＯＩは、制御回路８５の制御により、トラックボール８４の動きに追従して画面上を自由に移動でき、また大きさも自由に変えられるようになっている。
【００３０】
まず、オペレータはトラックボール８４を動かして、計測対象部位の近傍にＲＯＩの支点を固定する。そして、トラックボール８４をさらに動かして、その対角点（遊点）を移動させると、それに追従してＲＯＩの大きさがリアルタイムに変化していく。オペレータはＲＯＩが計測対象部位を適当に含んだ状態を確認して遊点を確定する。これによりＲＯＩ、つまり計測領域も確定される。
【００３１】
図２には、計測領域確定後の表示画面例を示している。計測領域が確定されると、そのＲＯＩで囲まれている超音波画像の一部分（部分画像）が、画面上の所定位置のウインドウに拡大表示されるように、ユニット内制御回路８１は表示画像制御回路７１を制御する。この拡大は、表示画像制御回路７１に一時記憶されているエコー像の選択的な読み出しと、補間により実現され得る。また、ユニット内制御回路８１はこの拡大表示された部分画像上にキャリパーが重なって表示されるようにグラフィックス制御回路８７を制御する。
【００３２】
このように計測領域を指定すると、その領域内の部分画像が拡大表示されるので、計測対象部位が超音波画像上で小さくて、キャリパーを合わせ難いことに起因する計測精度の低下が解消される。
【００３３】
このような自動的な拡大機能を使って計測を行い、それが終了した後には、ユニット内制御回路８１からメモリ７２へ拡大像の消去信号が供給され、当該拡大像の表示を終了し、通常表示に自動的に復帰して、繰り返し計測を容易にできるようになっている。
【００３４】
次にキャリパーの位置合わせについて説明する。このキャリパーの位置合わせのためには、図３に示すように、まず、オペレータがトラックボール８２を動かして、キャリパーの一方の端点（以下、“支点”と称する）を、計測対象部位の所望位置に固定する（図４参照）。
【００３５】
そして、トラックボール８２をさらに動かして、もう一方の端点（以下、“遊点”と称する）を計測対象部位の対角まで動かして行く。この遊点を動かしている間、その移動に追従してキャリパーは伸縮するようになっている。
【００３６】
このキャリパーの長さはユニット内制御回路８１により随時監視されており、キャリパーの長さが所定の長さより短くなったとき、ユニット内制御回路８１は表示画像制御回路７１を制御して、超音波画像の表示を、キャリパーの画面上での支点の位置が拡大の前後で変化しないように、拡大表示に切り替える。この拡大も、表示画像制御回路７１に一時記憶されているエコー像の選択的な読み出しと、補間により実現され得る。
【００３７】
オペレータはトラックボール８２を動かして、拡大画像上で遊点を所望の位置に正確に合わせ、そして確定する。こうしてキャリパーが確定されると、つまり２点が確定されると、この２点間の距離は演算回路８６で実寸に換算され、ＴＶモニター７４に表示される。
【００３８】
なお、自動的な拡大機能を使って計測を行い、それが終了した後には、ユニット内制御回路８１から表示画像制御回路７１に表示縮尺を元に戻すための制御信号を供給し、表示画像制御回路７１にてメモリ７２内のデータを再設定できるようにして、繰り返し計測を容易にできるようになっている。
【００３９】
このようにキャリパーの長さが所定長より短くなったとき、超音波画像が拡大表示されるので、計測対象部位が超音波画像上で小さくて、キャリパーを合わせ難いことに起因する計測精度の低下が解消される。また、拡大の前後で、キャリパーの画面上での支点の位置は動かないので、オペレータが幻惑されることも少ない。
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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、超音波画像上に計測領域を指定したとき、この指定した計測領域内の部分画像が拡大されて、計測用具と共に表示される。これにより計測対象部位が超音波画像上で小さくて、計測用具を合わせ難いことに起因する計測精度の低下が解消される。
【００４１】
また、本発明では、キャリパーの長さが所定長より短くなったとき、超音波画像が拡大表示される。これにより計測対象部位が超音波画像上で小さくて、計測用具を合わせ難いことに起因する計測精度の低下が解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１のユニット内制御回路の制御により計測範囲を限局するための矩形ＲＯＩを設定した後に自動的に切り替えられる表示画面例を示す図。
【図３】２点間距離を計測するためのキャリパーの操作に伴って図１のユニット内制御回路の制御による画面の切り替え制御の手順を示すフローチャート。
【図４】図３の画面切り替え動作を補足するための表示画面例を示す図。
【図５】２点間距離を計測するための従来の表示画面例を示す図。
【符号の説明】
２…超音波プローブ、
３…超音波送信ユニット、
４…超音波受信信ユニット、
５…Ｂモード処理ユニット、
６…画像記録ユニット、
７…表示ユニット、
８…計測ユニット、
３１…クロック発生器、
３２…レートパルス発生器、
３３…送信遅延回路、
３４…パルサ、
４１…プリアンプ、
４２…受信遅延回路、
４３…加算器、
５１…検波回路、
５２…対数増幅器、
５３…アナログ・ディジタル・コンバータ、
７１…表示画像制御回路、
７２…メモリ、
７３…エコー像／グラフィックス混合回路、
７４…ＴＶモニター、
８１…ユニット内制御回路、
８２…トラックボール、
８３…キャリパー制御回路、
８４…トラックボール、
８５…ＲＯＩ制御回路、
８６…演算回路、
８７…グラフィックス制御回路、
８８…メモリ。

Claims (2)

1. 超音波で被検体の内部を走査して得られたエコー信号に基づいて得られた超音波画像上に伸縮性の計測キャリパーを表示し、このキャリパーに従って定量的情報を計測する超音波診断装置において、前記キャリパーの長さが所定長より短くなったとき、前記超音波画像を拡大表示することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記拡大の前後で、前記キャリパーの特定点が画面上で動かないように拡大表示に切り替える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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