JPH0716226A - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実走査線からの取込みデータにより補間デー
タを生成する補間処理を行う超音波ドプラ診断装置にお
いて、自己相関値の振幅も考慮して補間して、補間した
速度の推定精度を高くすることができ、折り返し判定が
不要となり、表示における黒抜け現象を防止することが
でき、雑音を低減でき、カラーフローのＳＮ比を改善で
きる超音波ドプラ診断装置を提供する。 【構成】 ベクトル補間器１４により、走査線＃ｉ番目
の自己相関器１３の出力Ｒ（ｉ）と走査線＃ｉ＋２番目
の自己相関器１３の出力Ｒ（ｉ＋２）を平均化し、この
平均化された複素データを速度演算器１５と分散演算器
１６に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体内部の血流速度、
血流量等を測定する超音波ドプラ診断装置に関し、特に
カラーフロー表示の走査線密度を向上させるために実走
査線間に仮想的な複素補間データを生成する超音波ドプ
ラ診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波ドプラ診断装置では、カラーフロ
ー表示のＳＮ比を改善するために、同一の走査線で超音
波を１０回程度送受信し、平均化処理してスカラー量の
速度データを求めている。そして、次の走査線でも同様
に演算し、順次走査する走査線を移動させて二次元のカ
ラーフロー画像を形成している。

【０００３】従って、カラーフロー画像１フレーム分の
完像時間は、通常のエコー断層像１フレーム分の完像時
間に比べて長くなり、フレームレートの低下は、細かな
時相分析が困難になるという問題があった。

【０００４】そこで、この問題点を解消するために、図
８に示すように、白黒エコー表示の走査線密度とカラー
フロー表示の走査線密度を２：１程度にし、カラーフロ
ーを粗く表示してフレームレートの低下を抑えるように
している。すなわち、カラーフローは破線で示す走査線
で表示し、白黒（Ｂ／Ｗ）エコーは実線と破線で示す走
査線で表示する。しかし、このままでは表示が粗いた
め、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）等の表示系
においてスカラー量の速度出力をＲθ変換（極座標変
換）等の補間処理（スカラー補間処理）を行ってカラー
フロー表示を滑らかにしている。

【０００５】例えば、２点の自己相関値Ｒ₁ 、Ｒ₂ が、
図９に示すように、 Ｒ₁ ＝Ａ₁ ｅ^{j θ}1 Ｒ₂ ＝Ａ₂ ｅ^{j θ}2 の場合、それぞれの偏角は、 θ₁ ＝Ａｒｇ｛Ｒ₁ ｝ θ₂ ＝Ａｒｇ｛Ｒ₂ ｝ となり、補間すべき値は θ＝（θ₁ ＋θ₂ ）／２ となる。

【０００６】ここで、Ａ₁ はＲ₁ の振幅、Ａ₂ はＲ₂ の
振幅である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たスカラー補間処理において、速度が折返し速度近傍に
空間的に分布した場合、正の速度の最大値と負の速度の
最大値とを平均化するため、誤ってほぼゼロに推定さ
れ、カラーフロー表示において黒抜け現象が生じてしま
うという問題点がある。

【０００８】そこで、この問題点を解消するために、所
定値以上の速度に対しては折り返し条件を考慮して速度
の補間処理を行うか、又は正の速度の最大値と負の速度
の最大値近傍に対して同じカラーで表示するといった方
法が提案されている。

【０００９】しかし、上述したスカラー補間処理では、
単に自己相関値の偏角（速度）のみを補間しているた
め、補間した速度の推定精度が悪いという問題点があっ
た。更に、上述したスカラー補間処理では、図１０に示
すように、孤立したカラーノイズに対しても補間を行っ
てしまうため、ノイズの出現頻度を増大させることとな
り、カラーフローのＳＮ比が補間前に比べて悪くなると
いう問題点があった。

【００１０】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、その目的は、複数のカラーフロー
の実走査線から得られる複素自己相関器出力の実数部及
び虚数部データをもとに、複素データの各成分を各々補
間するベクトル補間処理により実走査線間に補間した複
素データを発生させ、このデータから速度を演算し、カ
ラーフロー表示の走査線密度を向上させると共に、速度
の推定精度を高くし、かつノイズを低減できる超音波ド
プラ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、上述事情に鑑
みなされたものであって、第１には、生体内へ所定の繰
返し周期で超音波パルスを送信し、生体内運動反射体に
より反射された反射波のドプラシフト周波数を検出して
運動反射体の運動速度を表示する超音波ドプラ診断装置
で、実走査線からの取込みデータにより補間データを生
成する補間処理を行う超音波ドプラ診断装置において、
運動反射体の運動速度を推定し、複素信号を出力する自
己相関演算器を有するとともに、該自己相関演算器の複
素信号出力の実数部に基づきデータ補間を行う実数部デ
ータ補間回路と該自己相関演算器の複素信号出力の虚数
部に基づきデータ補間を行う虚数部データ補間回路とを
有するベクトル補間器を備え、複数の実走査線における
複素データから実走査線間に仮想的な複素補間データを
生成することを特徴とするものであり、第２には、第１
の構成において、自己相関演算器とベクトル補間器間
に、超音波パルスの送信方向の複数の自己相関器出力の
平均値を演算する平均値演算器を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】上述構成に基づく超音波ドプラ診断装置におい
ては、自己相関演算器からの複素出力がベクトル補間器
に送られる。該ベクトル補間器における実数部データ補
間回路は、複素信号出力の実数部に基づきデータ補間を
行い、該ベクトル補間器における虚数部データ補間回路
は、複素信号出力の虚数部に基づきデータ補間を行う。

【００１３】以上のようにしてデータ補間を行い、複数
の実走査線における複素データから実走査線間に仮想的
な複素補間データを生成し、このデータから運動速度を
演算して表示における走査線密度を向上する。従って、
自己相関値の振幅も考慮して補間するため、補間した速
度の推定精度を高くし得るとともに、折り返し判定が不
要となる。更に、距離方向で複数の複素データを平均化
すると、ノイズの分散が小さくなるためノイズの出現頻
度が低くなり、ＳＮ比が改善される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図を用いて説明
する。

【００１５】図１は、本発明に係る超音波ドプラ診断装
置の構成を示すブロック図である。超音波ドプラ診断装
置は、生体１００へ超音波を送受するプローブ１を有し
ており、プローブ１には、プローブ１へ所定の繰返し周
期で電気信号を送信すると共に、生体１００内部の運動
反射体により反射された反射波を受けたプローブ１の受
信信号を受信する送受信器２が接続されている。そし
て、送受信器２には、プローブ１から発射される超音波
パルスビームを機械的又は電気的な角度偏向などによっ
て走査させて、超音波パルスビームで生体１００内を周
期的に走査あるいは所望の偏向角にて走査を停止する走
査制御器３と、送受信器２が受信した受信信号を増幅す
る増幅器４と、送受信器２が受信した受信信号を複素信
号に変換する直交検波器５とが並列に接続されており、
走査制御器３には、直交検波器５へ入力される参照信号
とベクトル補間器１４に入力される補間制御信号とを生
成するタイミング信号発生器６が接続されている。

【００１６】また、増幅器４には検波器７が接続されて
おり、検波器７には検波器７のアナログ出力をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器８が接続されている。更
に、Ａ／Ｄ変換器８には、デジタルスキャンコンバータ
（ＤＳＣ）９が接続されており、ＤＳＣ９には、ＤＳＣ
９の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１０が
接続されており、Ｄ／Ａ変換器１０には表示器１１が接
続されている。

【００１７】一方、直交検波器５にはクラッタ除去フィ
ルタ１２が接続されており、クラッタ除去フィルタ１２
には、運動反射体の運動速度を推定する自己相関器１３
が接続されている。更に、自己相関器１３には、自己相
関器１３の出力の実数部及び虚数部に対してそれぞれベ
クトル補間処理を行うベクトル補間器１４が接続されて
おり、ベクトル補間器１４には、ベクトル補間器１４か
ら出力される複素データからスカラー量の速度Ｖを演算
する速度演算器１５と、分散データを演算する分散演算
器１６とが並列に接続されており、速度演算器１５と分
散演算器１６とはＤＳＣ９に接続されている。

【００１８】図２は、本発明に係るベクトル補間器１４
の構成を示すブロック図である。

【００１９】ベクトル補間器１４は、実数部データ補間
回路部１４ａと虚数部データ補間回路部１４ｂとから成
り、実数部データ補間回路部１４ａはマルチプレクサ１
９とディレーライン１７と加算器１８とから成り、自己
相関器１３の複素出力の実数部Ｒ_x に基づきデータ補間
を行う。虚数部データ補間回路部１４ｂも同様にマルチ
プレクサ２２とディレーライン２０と加算器２１とから
成り、自己相関器１３の複素出力の虚数部Ｒ_y に基づき
データ補間を行う。ディレーライン１７、２０は、送信
繰返し周期に等しい遅延処理を行う。

【００２０】ここで、ベクトル補間処理の原理について
説明する。

【００２１】例えば、自己相関器１３の複素信号出力の
うちの実走査線からの複素データのうちの２点の自己相
関値Ｒ₁ 、Ｒ₂ が、図３に示すように、 Ｒ₁ ＝Ａ₁ ｅ^{j θ}1 Ｒ₂ ＝Ａ₂ ｅ^{j θ}2 の場合、補間すべき値は Ｒ＝Ｒ₁ ＋Ｒ₂ となる。

【００２２】次に、本実施例の作用について説明する。
自己相関器１３の複素信号出力のうちの図４（ａ）の＃
ｉ、＃ｉ＋２に示すような実走査線からの複素データ
は、直接図２に示すマルチプレクサ１９、２２へ入力さ
れ、実走査線の表示タイミングで出力される。

【００２３】一方、実走査線間の仮想的な走査線＃ｉ＋
１の複素データＲ（ｉ＋１）は、実走査線＃ｉの複素デ
ータＲ（ｉ）と実走査線＃（ｉ＋２）の複素データＲ
（ｉ＋２）の平均出力Ｒ_m （ｉ＋１）から演算され、仮
想走査線の出力タイミングに応じてマルチプレクサ１
９、２２で切り換えて出力される。すなわち、以下の式
に従い演算される。

【００２４】 Ｒ_m （ｉ＋１）＝｛Ｒ（ｉ）＋Ｒ（ｉ＋２）｝／２ …（１） このベクトル補間した複素データＲ_m （ｉ＋１）を速度
演算器１５、分散演算器１６に入力し、 Ｖ（ｉ＋１）＝Ａｒｇ｛Ｒ_m （ｉ＋１）｝ …（２） σ² （ｉ＋１）＝１−｛｜Ｒ_m （ｉ＋１）｜／Ｒ_m0（ｉ＋１）｝ …（３） の演算式からスカラー量の速度及び分散データを演算す
る。Ｒ_m0（ｉ＋１）は、自己相関器入力のパワーをベク
トル補間した量である。

【００２５】本発明では、上記のように自己相関器１３
からの出力のうち偏角のみだけでなく、振幅値をも考慮
するので、速度が折り返し速度近傍に空間的に分布した
場合であっても、黒抜け現象を生じることがなく、また
図４に示すように、実走査線＃ｉ＋２の点が速度が０
で、実走査線＃ｉの点がカラーノイズの場合でも、補間
される仮想的なカラーフローの走査線＃ｉ＋１の補間値
は速度がほぼ０に近い値となり表示されなくなる。

【００２６】次に示す第２実施例は、上記第１実施例と
同様にベクトル補間処理を行うが、本実施例の特徴とす
るところは、超音波ビームの送受信方向に隣接した２点
の複素データを加算することによりＳＮ比を改善するも
のである。すなわち、図５に示すように、超音波ドプラ
診断装置では血流の表示に際して、振幅における所定の
しきい値でノイズと血流とを弁別している。しかし、図
５の斜線部に示すように、ノイズの一部がしきい値を超
え、表示器の出力に混入することがある。一般に、ノイ
ズのようなランダム信号の分散（σ² ）はデータ長
（Ｎ）の逆数に比例する。従って、距離方向に隣接した
２点の複素データを加算すれば、ノイズの分散が小さく
なり、しきい値以上のノイズの出現頻度は低くなる。そ
の結果、カラーフロー表示のＳＮ比が改善される。

【００２７】本実施例における作用を具体的に示すと、
本実施例の構成は上記実施例とほぼ同一構成であるが、
図７に示すように、自己相関器１３とベクトル補間器１
４との間に平均値演算器２５を有するものである。ここ
で、平均値演算器２５は、走査線が＃ｉ番目で深さ＃ｊ
番目の自己相関器１３の出力をＲ（ｉ，ｊ）とし、距離
方向で平均化した複素データをＲ_m （ｉ，ｊ）とする
と、 Ｒ_m （ｉ，ｊ）＝｛Ｒ（ｉ，ｊ）＋Ｒ（ｉ，ｊ＋１）｝／２ …（４） を演算する。

【００２８】同様に、次式で与えられる実走査線＃ｉ＋
２番目の平均値｛Ｒ_m （ｉ＋２，ｊ）｝を演算する。

【００２９】 Ｒ_m （ｉ＋２，ｊ）＝｛Ｒ（ｉ＋２，ｊ）＋Ｒ（ｉ＋２，ｊ＋１）｝／２ …（５） そして、ベクトル補間器１４が、第４及び第５式で求め
た距離方向の複素データの平均値を用いて仮想的なカラ
ーフローの走査線＃ｉ＋１番目の補間データＲ_m （ｉ＋
１，ｊ）を次式から求める。

【００３０】 Ｒ_m （ｉ＋１，ｊ）＝｛Ｒ_m （ｉ，ｊ）＋Ｒ_m （ｉ＋２，ｊ）｝／２…（６） そして、この複素補間データを速度演算器１５及び分散
演算器１６に入力し、第２及び第３式からスカラー量の
速度及び分散データを演算してＤＳＣ９に入力する。そ
れから、ＤＳＣ９は白黒エコー画像上にカラーフローを
重ねて表示器１１上に表示する。ここで、複素データを
平均化することにより演算された分散データは、分散が
小さくなり、しきい値以上のノイズの出現頻度は低くな
る。

【００３１】なお、図６に示す上述実施例においては、
４点のデータＲ（ｉ，ｊ）、Ｒ（ｉ，ｊ＋１）、Ｒ（ｉ
＋２，ｊ）、Ｒ（ｉ＋２，ｊ＋１）により仮想的な走査
線＃ｉ＋１の複素データＲ（ｉ＋１，ｊ）を求めている
が、これに限らず、６点、８点等のデータとしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波ド
プラ診断装置によれば、自己相関演算器からの複素出力
の実数部に基づきベクトル補間器における実数部データ
補間回路がデータ補間を行うとともに、自己相関演算器
からの複素出力の虚数部に基づきベクトル補間器におけ
る虚数部データ補間回路がデータ補間を行い、複数の実
走査線における複素データから実走査線間に仮想的な複
素補間データを生成して走査線密度を向上するように構
成したので、自己相関値の振幅も考慮して補間するた
め、補間した速度の推定精度を高くすることができ、折
り返し判定が不要となり、表示における黒抜け現象を防
止することができる。更に、距離方向で複数の複素デー
タを平均化する場合は、雑音を低減でき、カラーフロー
のＳＮ比を改善することができ、これにより滑らかで連
続性のあるカラーフロー画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の超音波ドプラ診断装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るベクトル補間器の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】本発明に係るベクトル補間処理の原理を説明す
るための図である。

【図４】本発明に係るベクトル補間処理によるカラーノ
イズの低減を説明するための説明図であり、（ａ）は取
込みデータと補間データの表示位置を示す図であり、
（ｂ）は各表示位置の速度を示す図である。

【図５】ノイズの振幅と血流の振幅ヒストグラムとの関
係を示す図である。

【図６】本発明に係る距離方向で平均化処理後のベクト
ル補間処理を説明するための図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る超音波ドプラ診断装
置の構成の一部を示すブロック図である。

【図８】白黒エコーとカラーフローの走査線密度を示す
図である。

【図９】従来のスカラー補間処理を説明するための図で
ある。

【図１０】従来のスカラー補間処理でカラーノイズが出
現してしまうことを説明するための図である。

【符号の説明】

１ プローブ ２ 送受信器 １１ 表示器 １３ 自己相関器 １４ ベクトル補間器 １４ａ 実数部データ補間回路部 １４ｂ 虚数部データ補間回路部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 孝 東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号 アロカ 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体内へ所定の繰返し周期で超音波パル
   スを送信し、生体内運動反射体により反射された反射波
   のドプラシフト周波数を検出して運動反射体の運動速度
   を表示する超音波ドプラ診断装置で、実走査線からの取
   込みデータにより補間データを生成する補間処理を行う
   超音波ドプラ診断装置において、 運動反射体の運動速度を推定し、複素信号を出力する自
   己相関演算器を有するとともに、該自己相関演算器の複
   素信号出力の実数部に基づきデータ補間を行う実数部デ
   ータ補間回路と該自己相関演算器の複素信号出力の虚数
   部に基づきデータ補間を行う虚数部データ補間回路とを
   有するベクトル補間器を備え、複数の実走査線における
   複素データから実走査線間に仮想的な複素補間データを
   生成することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. 【請求項２】 前記自己相関演算器とベクトル補間器間
   に、超音波パルスの送信方向の複数の自己相関器出力の
   平均値を演算する平均値演算器を備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載の超音波ドプラ診断装置。