超聲波攝像裝置以及超聲波攝像方法
【專利摘要】本發(fā)明提供超聲波攝像裝置以及超聲波攝像方法，求取在血流流程映射顯示中估計出的血流速度信息的似然度。超聲波攝像裝置的信號處理部具備根據(jù)回波信號且利用多普勒效應來計算多[普勒速度的多普勒速度運算部，并且具備根據(jù)回波信號來創(chuàng)建組織斷層圖像并以該組織斷層圖像為基礎而根據(jù)組織的運動來計算給定的部位的血流速度的第一血流速度運算部。另外具備使用由多普勒速度運算部計算出的多普勒速度來計算所述給定的部位的血流速度的第二血流速度運算部。針對所述給定的部位來計算由第一速度運算部計算出的血流速度與由第二速度運算部計算出的血流速度的一致度，并根據(jù)一致度來求取、顯示血流速度信息的似然度/可靠度。
【專利說明】超聲波攝像裝置以及超聲波攝像方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療用的超聲波攝像裝置，尤其涉及具有估計血流的速度信息的功能 的超聲波攝像裝置。
【背景技術】
[0002] 存在基于超聲波攝像裝置的在斷層圖像上對血流圖像進行合成顯示的血流流程 映射顯示法。作為主要的流程映射顯示法，存在以顏色來識別血流的流動方向和大小的彩 色多普勒法、以及以箭頭等來表現(xiàn)流動中的多處的血流方向和大小的矢量顯示法。彩色多 普勒法是利用多普勒效應來計測相對于超聲波波束方向的血流方向的方法，例如通過對正 方向的血流分配暖色系的色相、對負方向的血流分配冷色系的色相，來對血流的流動方向 進行顏色識別顯示。
[0003] 然而，在彩色多普勒法中，能直接計測的只是超聲波波束方向的速度分量，不能顯 示血流在斷層面內朝哪個方向流動的流動方向。為此，提出了一種方法，根據(jù)與血流形成交 界的組織的速度以及二維流動的連續(xù)方程式來估計超聲波波束方向和正交方向的速度分 量，并根據(jù)超聲波波束方向和正交方向的速度分量來求取速度矢量（非專利文獻1)。然而， 實際的流動是三維流動，以二維流動的法則求出的速度矢量能有多可靠是不明確的。
[0004] 另外，在專利文獻1中，為了對沿血流的流動的方向的速度的變化進行顯示，提出 了通過彩色多普勒法來計算二維速度矢量、且基于計算出的二維速度矢量來估計血流的流 動路徑的手法。此時，公開了根據(jù)與附近的數(shù)據(jù)點的匹配性來評價流動路徑的估計是否適 當?shù)氖址ā?br>
[0005] 然而，在該方法中，作為估計的評價的基準的附近的多個數(shù)據(jù)自身是以二維流動 的法則而求出的數(shù)據(jù)，因此其似然度也不明確仍然作為根本的課題遺留。即，即使基于被評 價為與附近的數(shù)據(jù)點的匹配性高的速度矢量來估計了流動路徑，其流動路徑的可靠性也不 一定商。
[0006] 先行技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :JP特開2010-125203號公報
[0009] 非專利文獻
[0010] 非專利文獻 1 'Two-Dimensional Intraventricular Flow Mapping by Digital Processing Conventional Color-Doppler Echocardiography Images，'IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, Vol. 29, No. 10, October 2010
【發(fā)明內容】
toon] 發(fā)明要解決的課題
[0012] 本發(fā)明的課題在于，提供能準確地評價在血流流程映射顯示中估計出的血流速度 信息的似然度、且通過對其進行顯示而有助于超聲波診斷的提高的超聲波攝像裝置。
[0013] 用于解決課題的手段
[0014] 為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供對在血流流程映射顯示中估計出的血流速 度信息策定估計的似然度/可靠度的手段。
[0015] 即，本發(fā)明的超聲波攝像裝置具備：超聲波探頭，其對檢查對象發(fā)送超聲波并接收 從所述檢查對象反射的回波信號；信號處理部，其處理由所述超聲波探頭接收到的回波信 號；以及顯示部，其顯示所述信號處理部的處理結果，所述信號處理部具備：運算部，其根 據(jù)所述回波信號來估計血流的速度信息；圖像形成部，其基于所述估計出的血流速度信息 來對血流信息進行映射顯示；以及估計部，其求取所述映射顯示出的血流速度信息的似然 度。
[0016] 估計部例如基于以兩種不同的方法求出的血流速度信息來策定上述似然度。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，通過具有策定在血流流程映射顯示中估計出的血流速度信息的似然 度/可靠度的手段，從而降低因血流為三維血流所引起的可靠度自身所蘊含的不確定性， 能提供對檢查有效的信息。由此，能對更確切的診斷作出貢獻。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示第一實施方式的超聲波攝像裝置的裝置構成的框圖。
[0020] 圖2是表示第一實施方式的信號處理部的動作的流程圖。
[0021] 圖3(a)是表示由超聲波攝像裝置攝像出的圖像的圖，（b)是組織速度計算的說明 圖。
[0022] 圖4是座標系的說明圖。
[0023] 圖5是血流矢量計算的說明圖。
[0024] 圖6是表示一致度信息計算的動作的流程圖。
[0025] 圖7是統(tǒng)計處理的使用數(shù)據(jù)的說明圖。
[0026] 圖8是統(tǒng)計處理的概率密度函數(shù)的說明圖。
[0027] 圖9是表示顯示形態(tài)的一例的圖。
[0028] 圖10是表示顯示形態(tài)的另一例的圖。
[0029] 圖11是顯示形態(tài)的又一例的圖。
[0030] 圖12是表示第二實施方式的信號處理部的動作的流程圖。
[0031] 圖13是表示第三實施方式的超聲波診斷裝置的構成例的框圖。
[0032] 圖14是表示第三實施方式的信號處理部的動作的流程圖。
[0033] 圖15(a)以及（b)是表示歷史記錄信息的一例的圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下，基于附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
[0035] 本實施方式的超聲波攝像裝置（1)具備：超聲波探頭（2)，其對檢查對象（3, 30) 發(fā)送超聲波，并接收從檢查對象反射的回波信號；信號處理部（15)，其對由超聲波探頭（2) 接收到的回波信號進行處理；以及顯示部（14)，其顯示信號處理部（15)的處理結果。信號 處理部（15)具備：運算部（152?154)，其根據(jù)回波信號來估計血流的速度信息；圖像形成 部（156)，其基于估計出的血流速度信息來對血流信息進行映射顯示；以及估計部（155)， 其求取映射顯示出的血流速度信息的似然度。估計部（155)例如基于以兩種不同的方法求 出的血流速度信息來策定似然度。
[0036] 圖1是表示本發(fā)明的超聲波攝像裝置的裝置構成例的框圖。該超聲波攝像裝置如 圖1所示，具有裝置主體1和超聲波探頭2。
[0037] 裝置主體1控制超聲波探頭2來生成超聲波圖像，具備：輸入部10、控制部11、超 聲波信號發(fā)生器12、超聲波接收電路13、顯示部14以及信號處理部15。
[0038] 超聲波探頭2遵照由超聲波信號發(fā)生器12生成的信號，與生物體（被檢查者）3 相接觸，對照射區(qū)域30照射超聲波，而且接收照射區(qū)域30的反射波回波信號。超聲波探頭 2根據(jù)掃描方式來產(chǎn)生連續(xù)波或脈沖波。
[0039] 對裝置主體1的各構成要素進行說明。輸入部10具備由操作超聲波攝像裝置的 檢查者對控制部11設定超聲波攝像裝置的動作條件的鍵盤或定點設備，并在使用心電圖 的情況下，還作為心電圖信號輸入部發(fā)揮功能。
[0040] 控制部11基于由輸入部10設定的超聲波攝像裝置的動作條件來對超聲波信號發(fā) 生器12、超聲波接收電路13、顯示部14以及信號處理部15進行控制，例如是計算機系統(tǒng)的 CPU。
[0041] 超聲波信號發(fā)生器12具備產(chǎn)生給定的頻率的信號的振蕩器，對超聲波探頭2送出 驅動信號。超聲波接收電路13對由超聲波探頭2接收到的反射回波信號進行放大、調相等 信號處理。超聲波接收電路13包含：接收電路、包絡線檢波單元、進行Log壓縮的單元。顯 示部14將由信號處理部15得到的信息進行輸出。信號處理部15具有根據(jù)來自超聲波探 頭2的反射回波信號來生成超聲波圖像的功能。其細節(jié)將后述。
[0042] 另外雖未圖示，但裝置主體1具備掃描轉換器、A/D轉換器。掃描轉換器既可以包 含在超聲波接收電路13中，也可以置于信號處理部15的后級。在超聲波接收電路13包含 掃描轉換器的情況下，具有由信號處理部15處理的數(shù)據(jù)量減少這樣的優(yōu)點。另外，在超聲 波接收電路13中不含掃描轉換器的情況下，能以信號處理部15來處理較多的數(shù)據(jù)，能實現(xiàn) 精度高的計測裝置。A/D轉換器置于信號處理部15的前級。
[0043] 接下來，說明信號處理部15的詳細的構成要素。信號處理部15具有斷層圖像形 成部151、組織速度運算部152、多普勒速度運算部153、血流矢量運算部154、一致度估計部 (估計部）155、顯示圖像形成部156,來作為與本發(fā)明相關的主要要素。
[0044] 斷層圖像形成部151根據(jù)從超聲波接收電路13輸出的反射回波信號，例如形成B 模式像，即超聲波照射對象的利用了平面的攝像法的二維的或者利用了立體的攝像法的三 維的組織形狀圖像。另外，斷層圖像形成部151從已形成的組織形狀圖像之中提取組織位 置信息。組織速度運算部152根據(jù)獲取時間不同的多個組織形狀信息來計算組織的運動信 息。
[0045] 多普勒速度運算部153從由超聲波接收電路13輸出的反射回波信號之中，提取例 如利用了彩色多普勒模式即利用了平面的攝像法的二維的或者利用了立體的攝像法的三 維的、超聲波照射對象的多普勒血流速度信息。血流矢量運算部154根據(jù)由組織速度運算 部152計算出的組織的運動信息、以及由多普勒速度運算部153提取出的多普勒血流速度 信息，利用物理法則來估計血流矢量。一致度估計部155使用統(tǒng)計的手法來策定由血流矢 量運算部154估計出的血流矢量的似然度。顯示圖像形成部156具有存儲器，對反射回波 信號、以及信號處理部15的各部的運算所關聯(lián)的信息進行存儲。
[0046] 基于以上說明的裝置的構成，來說明超聲波攝像裝置的動作的實施方式。本實施 方式的處理流程如圖2所示。在圖2中，作為具體的例子，說明將包含左心室在內的部位設 為圖1中的照射區(qū)域30的情況，但照射區(qū)域30也可以是檢查者所期望的血管或其他的心 腔。
[0047] 〈第一實施方式〉
[0048] 〈步驟Sl> (攝像步驟）
[0049] 首先，為了得到照射區(qū)域的形態(tài)信息（B模式圖像）而進行攝像。即，超聲波信號 發(fā)生器12將給定的頻率的超聲波信號送至超聲波探頭2,并將從超聲波探頭2照射且被被 檢體3反射后的回波信號由超聲波接收電路13進行接收。
[0050] B模式像的超聲波頻率設為可進行攝像的1MHz至20MHz的范圍。另外，對基于心 跳而變動的組織進行攝像時的巾貞頻設為作為能捕捉心臟的運動的范圍的15Hz以上。
[0051] 斷層圖像形成部151根據(jù)從超聲波接收電路13輸出的反射回波，例如形成B模式 像，即超聲波照射對象的利用了平面的攝像法的二維的超聲波生物體圖像或者利用了立體 的攝像法的三維的超聲波生物體圖像。此時，在時間序列上獲取數(shù)據(jù)，形成時間序列的超聲 波生物體圖像。
[0052] 通過步驟S1所得到的形狀信息的一例如圖3 (a)所示。圖3使用進行扇形掃描的 扇形探頭來作為超聲波探頭2,以左心室31作為了攝像對象。在扇形掃描的情況下，將深度 方向稱為r方向，并將掃描方向稱為Θ方向。
[0053] 〈步驟S2> (組織速度計算步驟）
[0054] 斷層圖像形成部151根據(jù)步驟S1中形成的超聲波生物體圖像來獲取給定的深度 處的組織位置信息。關于組織位置的決定，既可以通過圖像處理來檢測組織內壁，也可以由 檢查者經(jīng)由輸入部10指定組織內壁從而獲取位置信息。在以圖像處理進行檢測的情況下， 在超聲波圖像中，利用組織被識別為高亮度值這一狀況，將高亮度值部作為心臟組織，來獲 取該部分的二維或者三維的心臟組織位置。在由檢查者進行指定的情況下，例如經(jīng)由輸入 部10所具備的定點設備，指定作為血液與組織的交界面的組織內壁來給出位置。在圖3所 示的例子中，指定了位于同一深度的2個組織內壁（血液與組織的交界面）a、b的位置。
[0055] 接下來，組織速度運算部152計算至少2點被指定的位置處的組織的運動信息。在 此，如圖3 (b)所示，作為組織的運動信息，計算左側組織a的組織血流交界速度511和同一 深度的右側組織b的組織血流交界速度512。組織血流交界速度是組織與血液的交界的速 度，在流體力學上，在該交界面，血液的速度與組織的速度相等。
[0056] 組織血流交界速度的計算方法既可以使用二張時間上連續(xù)的圖像的圖形匹配，也 可以對時間上連續(xù)的圖像中的組織位置的移動進行追蹤。作為圖形匹配的運算手法，例如 能使用互相關法或 SAD(Sum of absolute difference;絕對差和）法、SSD(Sum of Squared Difference ;平方差和）法、KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)法。將組織的移動量除以圖像的 攝像間隔而得到組織血流交界速度。在此所計算的速度是圖3所示的掃描平面中的速度， 具有r方向（波束方向）的速度分量和Θ方向（與波束方向正交的方向）的速度分量。
[0057] 〈步驟S3〉（血流速度計算步驟）
[0058] 接下來，多普勒速度運算部153關注于由斷層圖像形成部151獲取的超聲波生物 體圖像中的血流部，來獲取血流速度分布信息。該運算能使用作為通用手法的彩色多普勒 法來進行。通過該步驟S3而得到的血流速度是波束方向的速度分量。
[0059]〈步驟S4> (血流矢量估計步驟）
[0060] 在步驟S4中，血流矢量運算部154基于由組織速度運算部152計算出的組織血流 交界速度（左側組織a的速度511以及右側組織b的速度512的任一者）、以及由多普勒速 度運算部153獲取的血流速度分布信息，來估計血流矢量。
[0061] 參照圖4來說明血流矢量的估計方法。在步驟S3中的利用了多普勒效應的速度計 測中，只能求取三維的血流速度V的超聲波波束方向分量的速度但通過使用物理法則， 能進行與波束方向正交的方向（以下稱為正交方向或Θ方向）的速度分量ν θ的估計?？?慮以超聲波波束的深度方向為r方向且以超聲波波束的扇形掃描的方向為Θ方向的極座 標系。若將血流的r方向的速度分量設為且將Θ方向的速度分量設為 V0，則極座標系 中的連續(xù)方程式在忽視垂直通過攝像面的血流的影響的情況下通過下式（1)來表示。
[0062] [數(shù)學式1]
[0063]
【權利要求】
1. 一種超聲波攝像裝置，具備：超聲波探頭，其對檢查對象發(fā)送超聲波并接收從所述 檢查對象反射的回波信號；信號處理部，其處理由所述超聲波探頭接收到的回波信號；以 及顯示部，其顯示所述信號處理部的處理結果， 所述信號處理部具備： 運算部，其根據(jù)所述回波信號來估計血流的速度信息； 圖像形成部，其基于所述估計出的血流速度信息來對血流信息進行映射顯示；以及 估計部，其求取所述映射顯示出的血流速度信息的似然度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部基于根據(jù)所述回波信號且通過第一方法而計算出的第一血流速度與根據(jù) 所述回波信號且通過第二方法而計算出的第二血流速度的一致度，來求取所述血流速度信 息的似然度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述運算部具備：血流矢量運算部，其根據(jù)所述回波信號來估計表征血流的流動的矢 量， 所述估計部基于根據(jù)所述回波信號且通過第一方法而計算出的第一血流速度與根據(jù) 所述回波信號且通過第二方法而計算出的第二血流速度的一致度，來求取所述估計出的血 流矢量的似然度。
4. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述信號處理部具備： 組織斷層圖像創(chuàng)建部，其根據(jù)所述回波信號來創(chuàng)建組織斷層圖像； 第一速度運算部，其以所述組織斷層圖像創(chuàng)建部所創(chuàng)建的組織斷層圖像為基礎，針對 給定的部位來計算所述第一血流速度； 多普勒速度運算部，其根據(jù)所述回波信號且利用多普勒效應來計算多普勒速度；以及 第二速度運算部，其利用所述多普勒速度來計算所述給定的部位的第二血流速度， 所述估計部具備：一致度估計部，其估計針對所述給定的部位所計算出的第一血流速 度與第二血流速度的一致度。
5. 根據(jù)權利要求2所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述第一血流速度是以組織斷層圖像中的組織位置隨時間的變動為基礎而計算出的 組織血流交界速度， 所述第二血流速度是使用多普勒速度而計算出的血流速度，所述多普勒速度是根據(jù)所 述回波信號且利用多普勒效應而計算出的。
6. 根據(jù)權利要求2所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述第一血流速度以及所述第二血流速度分別是與由所述超聲波探頭發(fā)出的超聲波 波束的波束方向正交的方向的血流速度矢量、或將與波束方向正交的方向的速度分量進行 了合成后的血流速度矢量。
7. 根據(jù)權利要求2所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部計算同一部位處的所述血流速度矢量之差、同一部位處的所述血流速度矢 量之比、同一部位處的所述血流速度矢量的差分的比例、或者它們的經(jīng)統(tǒng)計處理而得到的 各個量，來作為所述一致度。
8. 根據(jù)權利要求2所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部對多個一致度進行統(tǒng)計處理來計算所述血流速度信息的似然度。
9. 根據(jù)權利要求8所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部利用中心極限定理來計算所述多個一致度的均值和方差，并根據(jù)所述一致 度的均值以及方差來計算所述似然度。
10. 根據(jù)權利要求8所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部處理的多個一致度由空間上和/或時間上不同的多個一致度組成。
11. 根據(jù)權利要求10所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 關于所述時間上不同的多個一致度，各自的心臟的心動周期或心動時相是不同的。
12. 根據(jù)權利要求8所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部具備對所述多個一致度的歷史記錄進行存儲的存儲部，并計算所述多個一 致度的平均值、方差、最大值、最小值。
13. 根據(jù)權利要求8所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述估計部使用所述統(tǒng)計處理的結果來校正由所述運算部估計出的血流速度信息。
14. 根據(jù)權利要求13所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述信號處理部使用所述校正后的血流速度信息來再次計算所述第二血流速度，并求 取所述校正后的血流速度信息的似然度。
15. 根據(jù)權利要求1所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述顯示部顯示所述血流速度信息的似然度。
16. 根據(jù)權利要求15所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述顯示部對于所述似然度以數(shù)值來進行顯示、按多個等級的每個等級來分顏色進行 顯示、或將檢查者應采取的措施作為評論進行顯示。
17. 根據(jù)權利要求15所述的超聲波攝像裝置，其特征在于， 所述顯示部將所述血流速度信息的似然度與斷層圖像和/或血流矢量一起顯示。
18. -種超聲波攝像方法，使用從檢查對象反射的超聲波的回波信號來形成斷層圖像 并對血流流程映射進行顯示，該超聲波攝像方法包括： 根據(jù)所述回波信號來計算血流速度信息并對血流速度信息進行映射顯示的步驟； 使用所述回波信號且通過第一方法來計算給定的位置處的血流速度的步驟； 使用所述回波信號且通過第二方法來計算所述給定的位置處的血流速度的步驟；以及 計算通過所述第一方法而計算出的血流速度與通過所述第二方法而計算出的血流速 度的一致度，并以所述一致度為基礎來求取所述映射后的血流速度信息的似然度的步驟。
19. 根據(jù)權利要求18所述的超聲波攝像方法，其特征在于， 在求取所述血流速度信息的似然度的步驟中，針對多個位置來計算所述一致度，并通 過統(tǒng)計處理來求取所述似然度。
20. 根據(jù)權利要求18所述的超聲波攝像方法，其特征在于， 還包括：顯示和/或通知所述血流速度信息的似然度的步驟。
【文檔編號】A61B8/06GK104220005SQ201380020124
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權日:2012年4月18日
【發(fā)明者】田中智彥, 橋場邦夫, 岡田孝 申請人:日立阿洛卡醫(yī)療株式會社