| 【発明の名称】 |
ＰＲＦ調節方法および装置並びに超音波撮影装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】片岡 宏章
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| 【要約】 |
【課題】最適なＰＲＦを得るＰＲＦ調節方法および装置並びにそのようなＰＲＦ調節装置を備えた超音波撮影装置を実現する。
【解決手段】超音波エコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、速度分布のプロファイルを求め（１７２）、プロファイルの折り返しを補正し（１７４）、補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し（１７６）、それに基づいて前記超音波の送波のＰＲＦを調節する（１７８）。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、前記速度分布のプロファイルを求め、前記プロファイルの折り返しを補正し、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する、ことを特徴とするＰＲＦ調節方法。
【請求項２】 前記折り返しの補正は折り返し部分におけるプロファイルの段差に相当する値を用いて行う、ことを特徴とする請求項１に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項３】 前記プロファイルは１次元プロファイルである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項４】 前記プロファイルは２次元プロファイルである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項５】 予め定められた複数の周波数の中から前記最大値に相当するドップラシフト周波数に最も近い周波数を前記繰り返し周波数として採用する、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項６】 前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えるものの中から選定する、ことを特徴とする請求項５に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項７】 前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えないものの中から選定する、ことを特徴とする請求項５に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項８】 超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、を具備することを特徴とするＰＲＦ調節装置。
【請求項９】 前記折り返し補正手段は折り返し部分におけるプロファイルの段差に相当する値を用いて補正する、ことを特徴とする請求項８に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項１０】 前記プロファイル計算手段は１次元プロファイルを計算する、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のＰＲＦ調節装置。
【請求項１１】 前記プロファイル計算手段は２次元プロファイルを計算する、ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のＰＲＦ調節装置。
【請求項１２】 繰り返し周波数調節手段は予め定められた複数の周波数の中から前記最大値に相当するドップラシフト周波数に最も近い周波数を前記繰り返し周波数として選定する繰り返し周波数選定手段を有する、ことを特徴とする請求項８ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載のＰＲＦ調節装置。
【請求項１３】 前記繰り返し周波数選定手段は前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えるものの中から選定する、ことを特徴とする請求項１２に記載のＰＲＦ調節装置。
【請求項１４】 前記繰り返し周波数選定手段は前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えないものの中から選定する、ことを特徴とする請求項１２に記載のＰＲＦ調節装置。
【請求項１５】 超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記速度分布を画像として表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項１６】 前記折り返し補正手段は折り返し部分におけるプロファイルの段差に相当する値を用いて補正する、ことを特徴とする請求項１５に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項１７】 超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきドップラ信号のパワーの分布を求めるパワー分布計算手段と、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記パワーの分布を画像として表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項１８】 前記折り返し補正手段は折り返し部分におけるプロファイルの段差に相当する値を用いて補正する、ことを特徴とする請求項１７に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項１９】 前記表示手段はドップラシフトの方向を区別して前記パワーを表示する、ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の超音波撮影装置。
【請求項２０】 超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度の拍動強度分布を求める拍動強度分布計算手段と、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記拍動強度分布を画像として表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項２１】 前記折り返し補正手段は折り返し部分におけるプロファイルの段差に相当する値を用いて補正する、ことを特徴とする請求項２０に記載のＰＲＦ調節方法。
【請求項２２】 前記表示手段は前記拍動強度分布に前記速度分布を組み合わせて表示する、ことを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の超音波撮影装置。
【請求項２３】 前記プロファイル計算手段は１次元プロファイルを計算する、ことを特徴とする請求項１５ないし請求項２２のうちのいずれか１つに記載の超音波撮影装置。
【請求項２４】 前記プロファイル計算手段は２次元プロファイルを計算する、ことを特徴とする請求項１５ないし請求項２２のうちのいずれか１つに記載の超音波撮影装置。
【請求項２５】 繰り返し周波数調節手段は予め定められた複数の周波数の中から前記最大値に相当するドップラシフト周波数に最も近い周波数を前記繰り返し周波数として選定する繰り返し周波数選定手段を有する、ことを特徴とする請求項１５ないし請求項２２のうちのいずれか１つに記載の超音波撮影装置。
【請求項２６】 前記繰り返し周波数選定手段は前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えるものの中から選定する、ことを特徴とする請求項２５に記載の超音波撮影装置。
【請求項２７】 前記繰り返し周波数選定手段は前記最も近い周波数を前記最大値に相当するドップラシフト周波数を超えないものの中から選定する、ことを特徴とする請求項２５に記載の超音波撮影装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＲＦ調節方法および装置並びに超音波撮影装置に関し、特に、超音波エコー（ｅｃｈｏ）のドップラシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ）に基づく画像を撮影する場合のＰＲＦ（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を調節する方法および装置、並びに、ＰＲＦ調節装置を備えた超音波撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波撮影では、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトを利用して血流像等を撮影することが行われる。血流像は血流速度の２次元分布を示すＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）像、血流の所在を血流方向とともに示すＤＰＤＩ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ）像、あるいは、血流の拍動強度の２次元分布を示すＰＦＤ（Ｐｕｌｓａｔｉｌｅ Ｆｌｏｗ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）像等として表示される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＣＦＭ像、ＤＰＤＩ像、ＰＦＤ像等を適切に得るためには、送波超音波の繰り返し周波数すなわちＰＲＦを適切に設定する必要があるが、最適ＰＲＦの設定を自動化する技術が無かったので、操作者が手動により試行錯誤的に設定しなければならない不便さがあった。
【０００４】本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、最適なＰＲＦを得るＰＲＦ調節方法および装置、並びに、そのようなＰＲＦ調節装置を備えた超音波撮影装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決する１つの観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、前記速度分布のプロファイルを求め、前記プロファイルの折り返しを補正し、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節することを特徴とするＰＲＦ調節方法である。
【０００６】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいてＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。
【０００７】（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段とを具備することを特徴とするＰＲＦ調節装置である。
【０００８】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいて、繰り返し周波数調節手段によりＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。
【０００９】（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記速度分布を画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【００１０】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいて、繰り返し周波数調節手段によりＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影した速度分布像を表示手段で表示する。これにより適正なＣＦＭ像を得ることができる。
【００１１】（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきドップラ信号のパワーの分布を求めるパワー分布計算手段と、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記パワーの分布を画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【００１２】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいて、繰り返し周波数調節手段によりＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影したパワー分布像を表示手段で表示する。これにより適正なＤＰＤＩ像を得ることができる。
【００１３】（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度の拍動強度分布を求める拍動強度分布計算手段と、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求める速度分布計算手段と、前記速度分布のプロファイルを求めるプロファイル計算手段と、前記プロファイルの折り返しを補正する折り返し補正手段と、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出する最大値検出手段と、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節する繰り返し周波数調節手段と、前記拍動強度分布を画像として表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【００１４】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいて、繰り返し周波数調節手段によりＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影した拍動強度分布像を表示手段で表示する。これにより適正なＰＦＤ像を得ることができる。
【００１５】（６）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、前記速度分布のプロファイルを求め、前記プロファイルの折り返しを補正し、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節し、前記速度分布を画像として表示することを特徴とする超音波撮影方法である。
【００１６】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいてＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影した速度分布像を表示する。これにより適正なＣＦＭ像を得ることができる。
【００１７】（７）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきドップラ信号のパワーの分布を求め、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、前記速度分布のプロファイルを求め、前記プロファイルの折り返しを補正し、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節し、前記パワーの分布を画像として表示することを特徴とする超音波撮影方法である。
【００１８】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいてＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影したパワー分布像を表示する。これにより適正なＤＰＤＩ像を得ることができる。
【００１９】（８）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度の拍動強度分布を求め、超音波を繰り返し送波して受信したエコーのドップラシフトに基づきエコー源の速度分布を求め、前記速度分布のプロファイルを求め、前記プロファイルの折り返しを補正し、前記補正後のプロファイルにおいて速度の最大値を検出し、前記最大値に基づいて前記超音波の送波の繰り返し周波数を調節し、前記拍動強度分布を画像として表示することを特徴とする超音波撮影方法である。
【００２０】この観点での発明では、折り返しを補正した速度分布プロファイルの最大値に基づいてＰＲＦを調節する。これにより最高速度に応じてＰＲＦを自動調節することができる。このＰＲＦで撮影した拍動強度分布像を表示する。これにより適正なＰＦＤ像を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に超音波撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２２】図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２（ｐｒｏｂｅ）を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を有する。個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は、操作者により撮影対象４に当接して使用される。
【００２３】超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波を送波させる。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。
【００２４】送受信部６のブロック図を図２に示す。同図に示すように、送受信部６は送波タイミング（ｔｉｍｉｎｇ）発生ユニット（ｕｎｉｔ）６０２を有する。送波タイミング発生ユニット６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）６０４に入力する。送波タイミング信号の周期は後述の制御部１８により制御される。
【００２５】送波ビームフォーマ６０４は、送波のビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うもので、送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波ビームを形成するためのビームフォーミング信号を生じる。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差が付与された複数の駆動信号からなる。ビームフォーミングは後述の制御部１８によって制御される。送波ビームフォーマ６０４は、送波ビームフォーミング信号を送受切換ユニット６０６に入力する。
【００２６】送受切換ユニット６０６は、ビームフォーミング信号を超音波トランスデューサアレイに入力する。超音波トランスデューサアレイにおいて、送波アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波トランスデューサは、駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ超音波をそれぞれ発生する。それら超音波の波面合成により、所定方位の音線に沿った超音波ビームが形成される。
【００２７】送受切換ユニット６０６には受波ビームフォーマ６１０が接続されている。送受切換ユニット６０６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力する。受波ビームフォーマ６１０は、送波の音線に対応した受波のビームフォーミングを行うもので、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算して所定方位の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。受波のビームフォーミングは後述の制御部１８により制御される。
【００２８】超音波ビームの送波は、送波タイミング発生ユニット６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。それに合わせて、送波ビームフォーマ６０４および受波ビームフォーマ６１０により、音線の方位が所定量ずつ変更される。それによって、撮影対象４の内部が、音線によって順次に走査される。このような構成の送受信部６は、例えば図３に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる音線２０２で扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ ｓｃａｎ）を行う。
【００２９】送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図４に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることにより、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査し、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｎ）を行う。
【００３０】なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘ ａｒｒａｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線走査により、例えば図５に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベックススキャンが行えるのはいうまでもない。
【００３１】送受信部６はＢモード（ｍｏｄｅ）処理部１０およびドップラ処理部１２に接続されている。送受信部６から出力される音線ごとのエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２に入力される。ドップラ処理部１２には心電信号検出部８が接続され、撮影対象４の心電信号が入力される。
【００３２】Ｂモード処理部１０はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図６に示すように、対数増幅ユニット１０２と包絡線検波ユニット１０４を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅ユニット１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ（ｓｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成する。
【００３３】ドップラ処理部１２はドップラ画像データを形成するものである。ドップラ画像データには、後述する速度データ、分散データ、パワーデータ、周波数グラフデータおよび拍動強度データが含まれる。
【００３４】ドップラ処理部１２は、図７に示すように直交検波ユニット１２０、ＭＴＩフィルタ（ｍｏｖｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ）１２２、自己相関演算ユニット１２４、平均流速演算ユニット１２６、分散演算ユニット１２８およびパワー（ｐｏｗｅｒ）演算ユニット１３０を備えている。
【００３５】ドップラ処理部１２は、直交検波ユニット１２０でエコー受信信号を直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理してエコー信号のドップラシフトを求める。また、自己相関演算ユニット１２４でＭＴＩフィルタ１２２の出力信号について自己相関演算を行い、平均流速演算ユニット１２６で自己相関演算結果から平均流速Ｖを求め、分散演算ユニット１２８で自己相関演算結果から流速の分散Ｔを求め、パワー演算ユニット１３０で自己相関演算結果からドップラ信号のパワーＰＷを求める。
【００３６】これによって、撮影対象４内で移動するエコー源、例えば血液等の平均流速Ｖとその分散Ｔおよびドップラ信号のパワーＰＷを表すそれぞれのデータが音線ごとに得られる。これら画像データは、音線上の各点（ピクセル：ｐｉｘｅｌ）の平均流速、分散およびパワーを示す。以下、平均流速を単に速度という。なお、速度は音線方向の成分として得られる。また、超音波プローブ２に近づく方向と遠ざかる方向とが区別される。なお、エコー源は血液に限るものではなく、例えば血管等に注入されたマイクロバルーン（ｍｉｃｒｏ ｂａｌｌｏｏｎ）造影剤等であって良い。以下、血液の例で説明するがマイクロバルーン造影剤の場合も同様である。
【００３７】ドップラ処理部１２は、また、図８に示すように、ローパスフィルタ（ｌｏｗｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）１５２、サンプルホールドユニット（ｓａｍｐｌｅｈｏｌｄ ｕｎｉｔ）１５４、バンドパスフィルタ（ｂａｎｄｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｕｎｉｔ）１５６および周波数分析ユニット１５８を有する。
【００３８】ローパスフィルタ１５２は直交検波ユニット１２０の出力信号をローパスフィルタリングする。ローパスフィルタ１５２の出力信号をサンプルホールドユニット１５４により、撮影対象４内のサンプルボリューム（ｓａｍｐｌｅ ｖｏｌｕｍｅ）の位置に応じてサンプルホールドし、サンプルホールドした信号をバンドパスフィルタ１５６でバンドパスフィルタリングする。これによって、サンプルボリュームにおけるエコーのドップラシフトを表す信号、すなわち、ポイントドップラ信号が得られる。これを周波数分析ユニット１５８で周波数分析してドップラシフト周波数を表すデータを得る。以下、ドップラシフト周波数を表すデータを単にドップラ周波数データという。
【００３９】ドップラ処理部１２は、また、図９に示すように、拍動検出ユニット１３２およびメモリ１３４を有する。拍動検出ユニット１３２は、例えばＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）等で構成される。
【００４０】拍動検出ユニット１３２およびメモリ１３４には、平均流速演算ユニット１２６の出力データすなわち速度Ｖがピクセルごとに入力される。また、拍動検出ユニット１３２には、分散演算ユニット１２８から分散Ｔがピクセルごとに入力され、心電信号検出部８から心電信号のＲ波タイミング信号Ｒが入力される。
【００４１】メモリ１３４は音線走査の１フレーム（ｆｒａｍｅ）分の入力速度データＶを記憶する。記憶された速度データは、入力速度データＶのピクセルと同一ピクセルに関する１フレーム前のデータが読み出され、拍動検出ユニット１３２に入力される。これにより、速度データＶがメモリ１３４を介して１フレーム遅れで拍動検出ユニット１３２に入力される。
【００４２】なお、メモリ１３４は１フレームに限らず数フレーム分の速度データを記憶し、数フレーム遅れで読み出すようにしても良い。以下、１フレーム遅れの例で説明するが数フレーム遅れの場合も同様である。また、メモリ１３４は必ずしも記憶装置である必要なく、１フレーム時間ないし数フレーム時間に相当する遅延時間を持つ遅延ユニットであって良い。以下、メモリの例で説明するが遅延ユニットの場合も同様である。１フレーム時間は例えば１／３０秒である。
【００４３】拍動検出ユニット１３２は、平均流速演算ユニット１２６から入力された速度データＶｎ、メモリ１３４から読み出された速度データＶｏおよび分散Ｔを用いた演算に基づいて血流速度の拍動の強度を検出する。拍動強度データＰは音線上のピクセルごとの拍動強度を表す。拍動強度の検出は次のようにして行う。
【００４４】図１０に、心臓の拍動に伴う血流の速度変化すなわち血流速度の拍動を模式的に示す。同図の（ａ）は心電信号を示し、（ｂ）は動脈性流速、（ｃ）は静脈性流速を示す。（ｂ）に示すように、動脈性流速は心電信号のＲ波の発生から少し遅れた時刻ｔ１からｔ２にかけて急激に増加し、ピーク（ｐｅａｋ）を過ぎた後は時刻ｔ４からｔ５にかけて速やかに減少し、その後、残り期間中に緩やかに減少するという変化を繰り返す。静脈性流速は（ｃ）に示すように、時刻ｔ２より遅い時刻ｔ３から速度の増加が始まるが、速度の増加は小幅にとどまる。
【００４５】このような流速の変化に応じて、速度データＶｎも（ｂ）または（ｃ）のように変化する。また、メモリ１３４から読み出された速度データＶｏは、１フレーム時間の遅れを持って同様に変化する。以下、速度データＶｎを現速度Ｖｎ、速度データＶｏを過去速度Ｖｏと呼ぶ。
【００４６】拍動検出ユニット１３２は、これら入力データを用いて次式により拍動の強度Ｐを検出する。
【００４７】
【数１】
【００４８】ここで、ｋ：定数すなわち、図１１に模式的に示すように、現速度Ｖｎと過去速度Ｖｏの差に基づいて拍動の強度（拍動性）を検出する。そして、差分値ΔＶが大きいほど拍動性が大きいとする。
【００４９】あるいは、差分値ΔＶを現速度Ｖｎで除算し、次式によって拍動性を検出するようにしても良い。
【００５０】
【数２】
【００５１】ここで、ｍ：定数（２）式を用いれば、拍動性を正規化して表現できるので便利である。定数ｍを例えば図１２に示すように、現速度Ｖｎに応じて変化する可変定数とし、現速度Ｖｎに応じた重み付けを行うようにしても良い。すなわち、所定値Ｖｔｈを下回る速度については定数ｍの値を小さくして重み付けを減らす。これによって、一般的に速度が遅い静脈性血流に対する拍動検出の感度を下げることができ、動脈性血流の拍動検出を確実に行うことができる。なお、可変定数ｍの特性曲線は図示のものに限らず適宜に設定して良い。
【００５２】拍動検出ユニット１３２は、上式による演算に加えて、分散値Ｔを参照して拍動性の検出を行う。動脈性流速は静脈性流速に比べて速度の分散が大きいので、分散値Ｔを参照することにより確実性の高い拍動性検出を行うことができる。すなわち、例えば、（１）式または（２）式によるＰの値が大きい場合でも、分散値Ｔが小さい場合はそれに対応してＰの値を縮小し、拍動性検出が過度に行われるのを抑制する。
【００５３】Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２からそれぞれ入力されるデータに基づいて、それぞれＢモード画像、ドップラ画像、拍動強度画像およびドップラ周波数画像を生成するものである。
【００５４】超音波プローブ２、送受信部６、ドップラ処理部１２および画像処理部１４からなる部分は、本発明における速度分布計算手段の実施の形態の一例である。また、パワー分布計算手段の実施の形態の一例である。また、拍動強度分布計算手段の実施の形態の一例である。
【００５５】画像処理部１４は、図１３に示すように、バス（ｂｕｓ）１４０によって接続された入力データメモリ（ｄａｔａ ｍｅｍｏｒｙ）１４２、ディジタル・スキャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１４４、画像メモリ１４６およびプロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４８を備えている。
【００５６】Ｂモード処理部１０およびドップラ処理部１２から音線ごとに入力されたＢモード画像データおよびドップラ画像データは、入力データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。入力データメモリ１４２のデータは、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換されて画像メモリ１４６に記憶される。プロセッサ１４８は、入力データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施すものである。データ処理の詳細については後述する。
【００５７】画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は本発明における表示手段の実施の形態の一例である。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。なお、表示部１６は、カラー（ｃｏｌｏｒ）画像が表示可能なグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。
【００５８】以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、ドップラ処理部１２、画像処理部１４および表示部１６には制御部１８が接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。また、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。
【００５９】制御部１８の制御の下で、Ｂモード動作およびドップラモード動作が実行される。制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に適宜の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）およびその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅｌ）で構成される。
【００６０】本装置の動作を説明する。操作者は超音波プローブ２を撮影対象４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して、例えばＢモードとドップラモードを併用した撮影動作を行う。これによって、制御部１８による制御の下で、Ｂモード撮影とドップラモード撮影が時分割で行われる。これにより、例えばドップラモードのスキャンを所定回数行う度にＢモードのスキャンを１回行う割合で、Ｂモードとドップラモードの混合スキャンが行われる。
【００６１】Ｂモードにおいては、送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で撮影対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増幅ユニット１０２で対数増幅し包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線ごとのＢモード画像データを形成する。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される音線ごとのＢモード画像データを入力データメモリ１４２に記憶する。これによって、入力データメモリ１４２内に、Ｂモード画像データについての音線データ空間が形成される。
【００６２】ドップラモードにおいては、送受信部６は超音波プローブ２を通じて音線順次で撮影対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。その際、１音線当たり複数回の超音波の送波とエコーの受信が行われる。同一音線における送受信の繰り返し周波数がＰＲＦである。撮影開始時には、ＰＲＦとして予め用意されているデフォールト（ｄｅｆａｕｌｔ）値が用いられる。
【００６３】ドップラ処理部１２は、エコー受信信号を直交検波ユニット１２０で直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理し、自己相関演算ユニット１２４で自己相関を求め、自己相関結果から、平均流速演算ユニット１２６で平均流速を求め、分散演算ユニット１２８で分散を求め、パワー演算ユニット１３０でパワーを求める。また、拍動検出ユニット１３２により前述のようにして拍動の強度を求める。これらの算出値は、それぞれ、例えば血流等の平均速度とその分散、ドップラ信号のパワーおよび血流等の拍動性を、音線ごとかつピクセルごとに表す画像データとなる。
【００６４】ドップラ処理部１２は、また、ローパスフィルタ１５２、サンプルホールドユニット１５４、バンドパスフィルタ１５６および周波数分析ユニット１５８からなる構成により、サンプルボリュームにおけるドップラ周波数データを求める。
【００６５】画像処理部１４は、ドップラ処理部１２から入力される音線ごとかつピクセルごとの各ドップラ画像データ、および、ドップラ周波数データを入力データメモリ１４２に記憶する。これによって、入力データメモリ１４２内に、各ドップラ画像データについての音線データ空間、および、ドップラ周波数データ空間がそれぞれ形成される。
【００６６】プロセッサ１４８は、入力データメモリ１４２のＢモード画像データ、ドップラ画像データおよびドップラ周波数データをディジタル・スキャンコンバータ１４４でそれぞれ走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。その際、ドップラ画像データは、速度に分散を加味したＣＦＭ画像データ、パワードップラ（ＰＤＩ）画像データおよび拍動強度（ＰＦＤ）画像データとして書き込まれる。ＰＤＩ画像データには、ドップラシフトの極性に応じた方向性を付与する。このＰＤＩ画像を特にＤＰＤＩ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｏｗｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒｉｍａｇｉｎｇ）という。
【００６７】ＰＦＤ画像データは、拍動強度に速度を加味したＣＦＭ類似画像データとして書き込むようにしても良い。また、拍動強度にＰＤＩ画像データを加味したＰＤＩ類似画像データとして書き込むようにしても良い。ドップラ周波数データについては、縦軸を周波数、横軸を時間とするグラフ（ｇｒａｐｈ）上の座標として書き込む。
【００６８】プロセッサ１４８は、Ｂモード画像データ、ＣＦＭ画像データ、ＤＰＤＩ画像データ、拍動強度画像データおよびドップラ周波数データを別々な領域に書き込む。Ｂモード画像は、音線走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。ＣＦＭ画像は、音線走査面における血流速度等の２次元分布を示す画像となる。この画像では血流の方向に応じて表示色を異ならせる。また、速度に応じて表示色の輝度を異ならせる。また、分散に応じて所定の色の混色率を高め表示色の純度を変える。
【００６９】ＤＰＤＩ画像は、音線走査面における血流等の存在を方向とともに示す画像となる。ＤＰＤＩ画像では、血流の方向を区別するため表示色は２色とする。表示色はＣＦＭ画像に用いる色とは異ならせる。信号強度に応じて表示色の輝度を変える。
【００７０】拍動強度画像は、音線走査面における血流等の拍動強度の２次元分布を示す画像となる。拍動強度画像は１色で表される。表示色はＣＦＭ画像およびＰＤＩ画像に用いる色とは異ならせる。拍動の強度に応じて表示色の輝度を変える。
【００７１】拍動強度画像をＣＦＭ類似画像またはＰＤＩ類似画像として生成するときは、拍動の強度に応じて速度またはパワーの表示色の純度を変える。ただし、分散との区別が明確になるように、混入する色の種類を変える。
【００７２】これらの画像を表示部１６に表示させる場合には、例えばＢモード画像とＣＦＭ画像を重ね合わせて表示する。これにより、体内組織との位置関係が明確な血流速度分布像を観察することができる。また、Ｂモード画像とＤＰＤＩ画像を重ね合わせて表示する。この場合は、体内組織との位置関係が明確な血管走行状態を観察することができる。
【００７３】また、Ｂモード画像と拍動強度画像を重ね合わせて表示する。この場合は、体内組織との位置関係が明確な動脈走行状態を観察することができる。これによって、血管が動脈性か否かを一目で確認することができる。特に、ＣＦＭ類似画像またはＰＤＩ類似画像で表示した場合は、速度分布とその拍動性、または、流動するエコー源の分布と速度の拍動性を一挙に視認することができる。
【００７４】ドップラ周波数の時間変化を示すグラフは、必要に応じて上記の各画像に並べて同一画面に表示する。これによってサンプルボリュームにおけるドプラ周波数の時間変化を観察することができる。
【００７５】図１４に、ＰＲＦ調節の観点でのプロセッサ１４８のブロック図を示す。同図における各部ロックは、例えばコンピュータプログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ）等により実現される。同図に示すように、プロセッサ１４８はプルファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）計算ユニット１７２を有する。プロファイル計算ユニット１７２は、入力データメモリ１４２または画像メモリ１４６からＣＦＭ画像を読み出してそのプロファイルを求める。プロファイル計算ユニット１７２は、本発明におけるプロファイル計算手段の実施の形態の一例である。
【００７６】プロファイルを求める箇所は表示画面上で操作者により指定される。すなわち、例えば図１５に示すようなＣＦＭ画像が表示されているとすると、この画面上でポインティングデバイス等により２点Ａ，Ｂを指定することにより、点Ａ，Ｂを結ぶ直線がプロファイルを求める箇所として指定される。
【００７７】プロファイル計算ユニット１７２は、直線ＡＢに沿うＣＦＭ画像の１次元プロファイルすなわち直線ＡＢ上の流速分布を求める。これによって例えば図１６に示すようなプロファイルが得られる。同図に示すプロファイルは、ＰＲＦが血流の最高速度に適合していない場合のものであり、ドップラ周波数に換算した流速は、ＰＲＦの１／２に相当する周波数を超えた部分が−ＰＲＦ／２側から折り返すようになる。このような折り返しを含む図１５のＣＦＭ画像では、部分的に血流方向が逆に表示されるので、正しい血流状態が表示されない。
【００７８】プロファイルは折り返し補正ユニット１７４に入力される。補正ユニット１７４は、本発明における折り返し補正手段の実施の形態の一例である。折り返し補正ユニット１７４は、プロファイルについて折り返しの有無を調べ、折り返しのあるところではそれを補正する。折り返しは直線ＡＢ上に並んだデータが０を通過することなく＋から−へ、または、−から＋に変化したことによって検出する。そして、そのような箇所ではＰＲＦに相当する値をデータに加算することにより折り返しを補正する。これによって、例えば図１７に示すようなプロファイルを得る。
【００７９】折り返しを補正したプロファイルは最大値検出ユニット１７６に入力される。最大値検出ユニット１７６は、入力されたプロファイルについてその最大値ｍａｘを求めてＰＲＦ調節ユニット１７８に入力する。ＰＲＦ調節ユニット１７８は、入力された最大値ｍａｘに基づいて新たなＰＲＦを決定する。新たなＰＲＦは、例えばプロファイルの最大値ｍａｘを超える値に決定する。これによって、例えば図１８に示すような新たなＰＲＦ’が得られる。
【００８０】最大値検出ユニット１７６は、本発明における最大値検出手段の実施の形態の一例である。ＰＲＦ調節ユニット１７８は、本発明における繰り返し周波数調節手段の実施の形態の一例である。
【００８１】新たなＰＲＦ’は制御部１８に入力される。制御部１８は新たなＰＲＦ’を送受信部６に設定し、それに基づく超音波送受信の繰り返しを行わせる。これによって血流の最高速度に適合した繰り返し周波数で超音波の送受信が行われ、方向表示の逆転がない正しいＣＦＭ画像を得ることができる。
【００８２】ＰＲＦ調節ユニット１７８は、例えば図１９に示すように、ＰＲＦ選定ユニット１９２とメモリ１９４で構成するようにしても良い。メモリ１９４には予め値の異なる複数のＰＲＦが記憶されている。ＰＲＦ選定ユニット１９２は、メモリに記憶された複数のＰＲＦのうち、最大値検出ユニット１７６から入力された最大値ｍａｘに最も近い値を持つもの選定する。ＰＲＦ選定ユニット１９２は、本発明における繰り返し周波数選定手段の実施の形態の一例である。
【００８３】選定に当たっては、最大値ｍａｘに最も近くかつそれを上回る値を選定する。あるいは、最大値ｍａｘに対する大小に関わらず最も近い値を選定する。この場合は最大値ｍａｘを下回るＰＲＦが選定される可能性があるが、観察の目的によっては少し折り返しがあったほうが都合がよい場合もある。それを目的として最大値ｍａｘに最も近くかつそれを下回る値を選定するようにしても良い。いずれの様式の選定にするかは、予め操作者が操作部２０を通じて設定する。
【００８４】プロファイルを求める箇所を直線ＡＢで指定する代わりに、例えば図２０に示すように２次元のエリア（ａｒｅａ）Ｃで指定するようにしても良い。エリアＣで指定した場合は、プロファイル計算ユニット１７２はエリアＣについて２次元のプロファイルを求める。
【００８５】折り返し補正ユニット１７４は２次元プロファイルについて折り返し部分の検出と補正を行い、最大値検出ユニット１７６は補正後の２次元プロファイルについて最大値ｍａｘを求め、それに基づいてＰＲＦ調節ユニット１７８がＰＲＦの最適値を求める。このようにエリアＣで指定するときは、そのエリア内での最大値ｍａｘが求まるので、ＰＲＦをＣＦＭ画像を得るためのより適切な値に調節することができる。
【００８６】上記の操作は、ＣＦＭ画像ばかりでなく、ＤＰＤＩ画像またはＰＦＤ画像についても行えるようになっている。ＤＰＤＩ画像およびＰＦＤ画像については、それらと対をなすＣＦＭ画像を画像メモリ１４６に記憶するようになっている。そこで、表示画面上のＤＰＤＩ画像またはＰＦＤ画像につき直線ＡＢまたはエリアＣによりプロファイル計算箇所が指定されたときは、対応するＣＦＭ画像について同じ位置のプロファイルを求める。以下、上記と同様にして最適ＰＲＦを求める。そして、最適ＰＲＦにより精度の良いＤＰＤＩ画像またはＰＦＤ画像を得る。
【００８７】上記のようにして求めたＰＲＦは、ポイントドップラのＰＲＦを決めるのに利用することができる。ただし、ＣＦＭ画像が表現する流速は平均流速であるから、それに基づいて調整したＰＲＦは平均流速の最大値に適合したものになる。これに対して、ポイントドップラでは瞬時流速のドップラ周波数が表示される。平均流速と瞬時流速とは概ね２倍の相違がある。そこで、上記のようにした求めたＰＲＦの２倍の値をポイントドップラ用のＰＲＦとする。これによって、ポイントドプラのＰＲＦ調節をも自動化することができる。
【００８８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば、最適なＰＲＦを得るＰＲＦ調節方法および装置、並びに、そのようなＰＲＦ調節装置を備えた超音波撮影装置を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０００１９２３８
【氏名又は名称】ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月５日（１９９９．１１．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５１８７
【弁理士】
【氏名又は名称】井島 藤治 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２８９７６（Ｐ２００１−１２８９７６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１５日（２００１．５．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３１４６１４ |
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