JP4814766B2

JP4814766B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4814766B2
Application number: JP2006319512A
Authority: JP
Inventors: 孝岡田; 貴之内田
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: JP2008132095A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に血管の評価を行う超音波診断装置に関する。

超音波診断装置を利用した血管の評価、例えば血管内皮機能評価の方法として血流反応性血管拡張（ＦＭＤ：Flow Mediated Dilatation）が知られている（特許文献１参照）。

ＦＭＤによる血管内皮機能測定は、血管の内皮機能の評価や動脈硬化の評価などに有用とされている。その測定手順は、例えば次のとおりである。まず被検者の安静時における上腕動脈の血管径を計測し、次に被検者の前腕部分をカフなどで５分程度駆血する。その後駆血を解除すると上腕動脈の血管径が拡張し、徐々に安静時の血管径に戻る。そして、駆血解除からの血管径変化と安静時の血管の状態から上腕動脈の内皮機能が評価される。

ＦＭＤによる血管内皮機能評価において、血管径の測定には超音波診断装置が利用されている。つまり、超音波診断装置のエコートラッキング処理により、安静時、駆血時、駆血解除後の血管壁の位置がトラッキングされ、例えば、安静時から駆血解除後までの血管径の変化波形などが形成される。

特開２００４−２９０４０８号公報

ＦＭＤによる血管内皮機能評価において、血管径は、安静時から駆血解除後に亘って約１０分間ほど連続的に測定される。ところが、従来の超音波診断装置では、血管径の変化波形として、数秒から数十秒程度の期間の波形を表示するものが一般的であった。そのため、従来の超音波診断装置では、血管径の変化の時間的な全貌を確認するのが困難であった。

このような背景のもと、本願発明者らは、超音波診断装置を利用した血管の評価、例えば血管内皮機能評価における測定結果の表示技術について研究開発を重ねてきた。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、血管の評価に関する測定結果の時間的な全貌を表示する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、血管に対して超音波を送受波することによりエコー信号を得る送受波部と、エコー信号に基づいて血管壁の位置をトラッキングするトラッキング処理部と、トラッキングされた血管壁の位置に基づいて血管の形態データを得る形態測定部と、血管内の血液の流れを制御することによって生じる時間的変化状態における血管の形態データに基づいて、血管の形態についての時間的変化を示した形態変化波形を生成する波形生成部と、形態データを測定した測定期間の略全域における形態変化波形を表示した波形全貌画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。

上記構成において、血管内の血液の流れの制御とは、例えば、カフなどにより駆血を行った後に駆血を解除することである。また、形態データを測定した測定期間とは、例えば測定開始時刻から最新の測定が行われた時刻までの期間である。上記構成によれば、波形全貌画像が形成されるため、測定期間の略全域に亘る形態変化波形の全貌を容易に確認することが可能になる。

望ましい態様において、前記表示画像形成部は、前記波形全貌画像として、測定の経過に伴って次々に生成される最新波形部分を形態変化波形に対して次々に付加することにより形態変化波形を更新した画像を形成することを特徴とする。

望ましい態様において、前記表示画像形成部は、形態変化波形の最新波形部分を拡大表示した波形拡大画像と前記波形全貌画像とを並べて表示した波形ウィンドウを形成し、時間経過に伴って、その波形ウィンドウ内において波形全貌画像の表示領域を徐々に大きくして波形拡大画像の表示領域を徐々に小さくすることを特徴とする。

本発明により、血管の評価に関する測定結果の時間的な全貌を表示する技術が提供される。例えば本発明の好適な態様により、血管内皮機能評価に関する測定結果について、測定期間の略全域における形態変化波形を表示した波形全貌画像が形成され、形態変化波形の全貌を容易に確認することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。送受信部１２は、プローブ１０を介して被検者１４内の血管１６に対して超音波の送受波を行うことで受信信号を取得し、断層画像形成部２０およびエコートラッキング処理部２２に受信信号を出力する。

断層画像形成部２０は受信信号に基づいて血管１６の断層画像（Ｂモード画像）を形成する。形成された断層画像は表示画像形成部４２において表示処理が施されてディスプレイ４４に表示される。なお、断層画像形成部２０において形成された断層画像（画像データ）は、図示しない画像データメモリなどに記憶されてもよい。また、断層画像の他に、血管径の時間的変化の様子を示すＭモード画像が形成されてもよい。

エコートラッキング処理部２２は、受信信号に基づいて血管壁の位置をトラッキングする。血管壁は比較的強いエコーを生じるため、受信信号のエコーデータレベルを所定の閾値と比較することによって血管壁が検出される。エコートラッキング処理部２２は、測定ライン１７上においてプローブ１０側に位置する前壁１８とプローブ１０から遠方側に位置する後壁１９とを、血管１６の変動に伴う位置変化に追従して検出する。

血管径測定部２４は、エコートラッキング処理部２２により特定される血管１６の前壁１８および後壁１９の位置に基づいて、前壁１８と後壁１９との間の距離である血管径を測定し、血管径変化波形生成部２８へ出力する。血管径変化波形生成部２８は時々刻々と変化する血管径の値を表す血管径変化波形を生成して表示画像形成部４２へ出力する。表示画像形成部４２へ出力された血管径変化波形はディスプレイ４４に表示される。なお、血管径変化波形生成部２８に供給される心電波形が、血管径変化波形と共にディスプレイ４４に表示されてもよい。

図２は、図１の超音波診断装置を利用して得られる血管径変化波形を示す図であり、縦軸は血管径を、横軸は計測時刻を示している。図２に示す血管径変化波形６０は、ＦＭＤの検査手順によって得られる。そこで、ＦＭＤの検査手順を説明する。

まず、被検者の安静時状態をベースラインデータとして、上腕動脈の血管径を計測する。つまり、プローブ１０を被検者１４の上腕部に当接させて超音波を送受波することによりエコー信号を得て、血管径変化波形生成部２８により生成される血管径変化波形６０を取得する。安静時状態の波形期間は図２の期間Ｉである。

次に、被検者の前腕部をカフなどで駆血して血管径変化波形６０を取得する。駆血状態の波形期間は図２の期間ＩＩである。期間ＩＩの波形が示すように、血管径は駆血直後から徐々に減少した後、ほぼ一定値を維持する。駆血は例えば５分程度行われる。

次に、カフを開放して血管径変化波形６０を取得する。カフ開放後の波形期間は図２の期間ＩＩＩである。期間ＩＩＩの波形が示すように、カフ開放後、血管径は例えば３０秒から４０秒程度の後、時刻Ｔ₁ごろから拡大をはじめる。そして血管径が最大値に達した後、徐々に減少して安静時状態の血管径に戻る。

上記手順により、図２に示す血管径変化波形６０が取得される。ＦＭＤによる血管内皮機能評価では、駆血解除から安静時状態に戻るまでの血管径の拡大縮小の様子や血流速度の増加減少の様子などを評価する。

なお、安静時から、カフによる約５分間の駆血を経て、駆血解除後に安静時状態の血管径に戻るまでの時間、つまり血管径の測定時間は、約１０分間ほどである。図２では、測定時間のほぼ全域の血管径変化波形６０が示されている。ちなみに、血管径は脈動の影響で一心拍内において変化している。つまり、血管径変化波形６０は、図２に示す巨視的な変化に加えて、微視的に見ると脈動の影響で周期的に変化している。

図１に示す表示画像形成部４２は、断層画像形成部２０で形成された断層画像（Ｂモード画像）や血管径変化波形生成部２８で形成された血管径変化波形を含んだ表示画像を形成する。そこで、図３および図４を利用して、表示画像形成部４２によって形成されてディスプレイ４４に表示される表示画像について説明する。なお、図１に既に示した部分（構成）については、以下の説明において、図１の符号を利用する。

図３は、本実施形態の表示態様１を示す図である。この表示態様１は、Ｂモード画像７０とＭモード画像８０を左右に並べ、さらにこれらの画像の下に波形ウィンドウ６１を配置したものである。なお、Ｂモード画像７０、Ｍモード画像８０、波形ウィンドウ６１の配置位置は、例えば、ユーザ操作などに応じて適宜変更されてもよい。

Ｂモード画像７０は、断層画像形成部２０で形成される画像であり、血管１６の血管壁１６Ｗの断層画像を含んでいる。なお、Ｂモード画像７０内に、エコートラッキング用の超音波ビームに対応した測定ライン１７が表示されてもよい。

Ｍモード画像８０は、断層画像形成部２０または表示画像形成部４２で形成される。Ｍモード画像８０の横方向（横軸）は時間の経過に対応している。Ｍモード画像８０は、測定ライン１７の位置における血管壁１６Ｗの画像の時間変化の様子を示している。

また、Ｍモード画像８０内には、血管径変化波形（図２の符号６０）の拡大波形６２が表示されている。拡大波形６２は、例えば血管径変化波形のうちの測定直後の部分（最新波形部分）を拡大表示したものである。拡大波形６２に含まれる周期的な波は、脈動の影響による血管径の周期的な変化を示している。なお、拡大波形６２の時間軸（横軸）と、Ｍモード画像８０の時間軸（横軸）は同一であることが望ましい。拡大波形６２とＭモード画像８０の時間軸の長さは、例えば、数秒から十秒程度である。もちろん、ユーザ操作などに応じて、各々の時間軸のスケールが変更できるように構成されてもよい。

波形ウィンドウ６１は、血管径変化波形を表示するウィンドウであり、図３において、波形ウィンドウ６１内には、全貌波形６４が表示されている。全貌波形６４は、血管径変化波形生成部２８において形成される血管径変化波形の全貌、つまり、例えば測定開始時刻から測定直後の時刻までの期間の血管径変化波形（図２の符号６０）を示したものであり、例えば、約１０分間程度の期間に亘る波形が示される。

例えば、拡大波形６２に含まれる各心拍期間ごとに、その心拍期間内における最小値が抽出され、複数の心拍期間に亘って抽出される最小値を時間軸方向に沿って繋ぎ合わせることにより、全貌波形６４が形成される。

表示画像形成部４２は、例えば、測定開始直後から全貌波形６４を表示し、測定の経過に伴って次々に生成される最新波形部分を全貌波形６４に対して次々に付加していく。これにより、測定開始直後から測定の経過に伴って徐々に成長するように、全貌波形６４が形成される。

図４は、本実施形態の表示態様２を示す図である。この表示態様２は、表示態様１（図３）と同様に、Ｂモード画像７０とＭモード画像８０を左右に並べ、さらにこれらの画像の下に波形ウィンドウ６１を配置したものである。表示態様２は、表示態様１との比較において、波形ウィンドウ６１のみが異なっている。

図４の表示態様２において、波形ウィンドウ６１は、血管径変化波形を表示するウィンドウであり、波形ウィンドウ６１内には、全貌波形６４と拡大波形６２が左右に並べて表示されており、全貌波形６４の表示領域と拡大波形６２の表示領域との間の境界には、境界カーソル６６が設けられている。

全貌波形６４は、血管径変化波形生成部２８において形成される血管径変化波形の全貌、つまり、例えば測定開始時刻から測定直後の時刻までの期間の血管径変化波形（図２の符号６０）を示したものである。また、拡大波形６２は、例えば血管径変化波形のうちの測定直後の部分（最新波形部分）を拡大表示したものである。

表示画像形成部４２は、例えば、測定開始直後から全貌波形６４を表示し、測定の経過に伴って次々に生成される最新波形部分を全貌波形６４に対して次々に付加していく。これにより、測定開始直後から測定の経過に伴って徐々に成長するように、全貌波形６４が形成される。そして、全貌波形６４の成長に伴って、境界カーソル６６を図の右方向に移動させ、全貌波形６４の表示領域を徐々に大きくし、その一方、拡大波形６２の表示領域を徐々に小さくする。なお、拡大波形６２は、その表示領域内においてスクロール表示されてもよい。

このように、図４に示す表示態様２では、波形ウィンドウ６１内に、血管径変化波形を巨視的に捉えた全貌波形６４と、血管径変化波形を微視的に捉えた拡大波形６２が表示される。そこで、波形ウィンドウ６１内におけるこれら二つの波形の表示レンジについて説明する。

図５は、全貌波形（図４の符号６４）の縦軸の表示レンジ設定処理を説明するためのフローチャートである。

まず、安静時の血管径Ｄ_dが計測されると（Ｓ５０１）、図示しない制御部により、その安静時の血管径Ｄ_dに基づいて、表示レンジの最大値Ｄ_maxと最小値Ｄ_minが算出される（Ｓ５０２）。例えば、Ｄ_max＝Ｄ_d＋Ｄ_d×ｋ₁、Ｄ_min＝Ｄ_d−Ｄ_d×ｋ₂と算出される。なお、ｋ₁とｋ₂は表示レンジの係数であり、例えば予め装置に設定されている。また、ユーザが表示レンジの係数を変更設定できるように構成されてもよい。

表示レンジの最大値Ｄ_maxと最小値Ｄ_minが算出されると、制御部によって、全貌波形の縦軸の最大値がＤ_maxに設定され、縦軸の最小値がＤ_minに設定される（Ｓ５０３）。表示画像形成部４２は、設定された最小値から最大値までを表示する縦軸によって全貌波形の表示を開始する。

そして、各時刻における血管径Ｄ₁が次々に計測され（Ｓ５０４）、例えば各時刻ごとに、血管径Ｄ₁と最大値Ｄ_maxが比較されて（Ｓ５０５）、血管径Ｄ₁が最大値Ｄ_maxよりも大きい場合に、最大値Ｄ_maxの値がＤ₁に書き換えられて（Ｓ５０６）、Ｓ５０７へ進む。血管径Ｄ₁が最大値Ｄ_max以下の場合には、最大値Ｄ_maxの値が書き換えられることなくＳ５０７へ進む。

さらに、例えば各時刻ごとに、血管径Ｄ₁と最小値Ｄ_minが比較されて（Ｓ５０７）、血管径Ｄ₁が最小値Ｄ_minよりも小さい場合に、最小値Ｄ_minの値がＤ₁に書き換えられて（Ｓ５０８）、Ｓ５０３へ戻る。血管径Ｄ₁が最小値Ｄ_min以上の場合には最小値Ｄ_minの値が書き換えられることなくＳ５０３へ戻る。

Ｓ５０３へ処理が戻ると、先に説明したとおり、Ｓ５０３からＳ５０８までの処理が再び実行される。こうして、Ｓ５０４において血管径Ｄ₁が計測されるごとに、必要に応じて、全貌波形の縦軸の最小値と最大値が変更され、全貌波形が縦軸の範囲内に収まるように、できる限り大きなレンジで表示される。

なお、全貌波形が各心拍期間内の最小血管径によって形成される場合には、Ｓ５０１において計測される血管径Ｄ_dは、各心拍期間内における最小血管径となり、また、Ｓ５０４において計測される血管径Ｄ₁も、各心拍期間内における最小血管径となる。

但し、全貌波形は、各心拍期間内の最大血管径によって形成されてもよい。この場合には、血管径Ｄ_dと血管径Ｄ₁は、各心拍期間内における最大血管径となる。ちなみに、全貌波形は、各心拍期間内の血管径の平均値などから形成されてもよい。

図６は、拡大波形（図４の符号６２）の縦軸の表示レンジ設定処理を説明するためのフローチャートである。

まず、安静時の最大血管径Ｄ_sと最小血管径Ｄ_dが計測されると（Ｓ６０１）、図示しない制御部により、その安静時の血管径に基づいて、表示レンジの最大値Ｄ_maxと最小値Ｄ_minが算出される（Ｓ６０２）。例えば、Ｄ_max＝Ｄ_s＋Ｄ_s×ｋ₁、Ｄ_min＝Ｄ_d−Ｄ_d×ｋ₂と算出される。なお、ｋ₁とｋ₂は表示レンジの係数であり、例えば予め装置に設定されている。またユーザが表示レンジの係数を変更設定できるように構成されてもよい。

表示レンジの最大値Ｄ_maxと最小値Ｄ_minが算出されると、制御部によって、拡大波形の縦軸の最大値がＤ_maxに設定され、縦軸の最小値がＤ_minに設定される（Ｓ６０３）。表示画像形成部４２は、設定された最小値から最大値までを表示する縦軸によって拡大波形を表示する。

そして、各時刻ごとに血管径が次々に計測され、例えば各心拍ごとに、最大血管径Ｄ₁と最小血管径Ｄ₂が計測される（Ｓ６０４）。さらに、例えば各心拍ごとに、最大血管径Ｄ₁と最大値Ｄ_maxが比較されて（Ｓ６０５）、最大血管径Ｄ₁が最大値Ｄ_maxよりも大きい場合に、Ｄ_sの値がＤ₁に書き換えられて（Ｓ６０６）、Ｓ６０７へ進む。血管径Ｄ₁が最大値Ｄ_max以下の場合には、Ｄ_sの値が書き換えられることなくＳ６０７へ進む。

さらに、例えば各心拍ごとに、最小血管径Ｄ₂と最小値Ｄ_minが比較されて（Ｓ６０７）、最小血管径Ｄ₂が最小値Ｄ_minよりも小さい場合に、Ｄ_dの値がＤ₂に書き換えられて（Ｓ６０８）、Ｓ６０９へ進む。最小血管径Ｄ₂が最小値Ｄ_min以上の場合にはＤ_dの値が書き換えられることなくＳ６０９へ進む。

そして、Ｄ_sの値とＤ_dの値が確認されて（Ｓ６０９）、「Ｄ_s＝Ｄ₁またはＤ_d＝Ｄ₂」の場合には、Ｓ６０２に戻り、さらにＳ６０３において縦軸の表示レンジが変更される。一方、「Ｄ_s＝Ｄ₁またはＤ_d＝Ｄ₂」でなければ、Ｓ６０４に戻り、縦軸の表示レンジが変更されずに計測が継続される。

こうして、拡大波形の縦軸の最小値と最大値が必要に応じて変更され、拡大波形が縦軸の範囲内に収まるように、できる限り大きなレンジで表示される。

図７は、波形ウィンドウの境界カーソル（図４の符号６６）の移動処理を説明するためのフローチャートである。

まず、例えば図示しない制御部によって、波形ウィンドウ内における全貌波形の表示領域の時間軸の単位が「ｍ秒／ピクセル」に設定される（Ｓ７０１）。ここで、ピクセルは、波形ウィンドウ内における時間軸方向の最小表示単位である。また、波形ウィンドウ内における拡大波形の表示領域の時間軸の単位が「ｎ秒／ピクセル」に設定される（Ｓ７０２）。

次に、波形ウィンドウ内において境界カーソルが左端に設定され（Ｓ７０３）、血管径の計測が開始される。そして、全貌波形の表示領域に血管径の計測値がプロットされる（Ｓ７０４）。なお、拡大波形は、その表示領域内において、つまり波形ウィンドウ内の境界カーソルの位置から右端の位置までの間の領域内でスクロール表示される（Ｓ７０５）。

そして、計測開始からｍ秒が経過するごとに、境界カーソルが１ピクセル分だけ右方向に移動される（Ｓ７０６）。Ｓ７０４からＳ７０６までの処理が繰り返し実行されることにより、計測時間の経過に伴って、境界カーソルが波形ウィンドウを右方向に移動し（図４参照）、全貌波形が右方向に成長してその表示領域が拡大され、一方、拡大波形の表示領域が縮小される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態により、ＦＭＤ計測中の長時間に亘る血管径の変化を確認することが可能になる。例えば、カフ開放後の反応性充血に伴う血管径拡大の変化をリアルタイムで確認することが可能になる。

なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。血管径変化波形を示す図である。本実施形態の表示態様１を示す図である。本実施形態の表示態様２を示す図である。全貌波形の表示レンジ設定処理を説明するためのフローチャートである。拡大波形の表示レンジ設定処理を説明するためのフローチャートである。境界カーソルの移動処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０プローブ、１２送受信部、２２エコートラッキング処理部、２４血管径測定部、２８血管径変化波形生成部、４２表示画像形成部。

Claims

血管に対して超音波を送受波することによりエコー信号を得る送受波部と、
エコー信号に基づいて血管壁の位置をトラッキングするトラッキング処理部と、
トラッキングされた血管壁の位置に基づいて血管の形態データを得る形態測定部と、
血管内の血液の流れを制御することによって生じる時間的変化状態における血管の形態データに基づいて、血管の形態についての時間的変化を示した形態変化波形を生成する波形生成部と、
形態データを測定した測定期間の略全域における形態変化波形を表示した波形全貌画像を形成する表示画像形成部と、
を有し、
前記表示画像形成部は、前記波形全貌画像として、測定の経過に伴って次々に生成される最新波形部分を形態変化波形に対して次々に付加することにより形態変化波形を更新した画像を形成し、さらに、形態変化波形の最新波形部分を拡大表示した波形拡大画像と前記波形全貌画像とを並べて表示した波形ウィンドウを形成し、時間経過に伴って、その波形ウィンドウ内において波形全貌画像の表示領域を徐々に大きくして波形拡大画像の表示領域を徐々に小さくする、
ことを特徴とする超音波診断装置。