JP2000051215A - Ultrasonic spectrum doppler diagnosing device - Google Patents

Ultrasonic spectrum doppler diagnosing device

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JP2000051215A
JP2000051215A JP22805698A JP22805698A JP2000051215A JP 2000051215 A JP2000051215 A JP 2000051215A JP 22805698 A JP22805698 A JP 22805698A JP 22805698 A JP22805698 A JP 22805698A JP 2000051215 A JP2000051215 A JP 2000051215A
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filter
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doppler
function
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達朗 馬場
Takanobu Uchibori
孝信 内堀
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Toshiba Corp
Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the circuit scale of a filter for emphasizing bloodstream components while attenuating the clutter components in an ultrasonic spectrum doppler diagnosing device. SOLUTION: This device is provided with a transmitting/receiving circuit 24 transmitting/receiving ultrasonic waves to a subject and detecting an obtaining echo signal by an orthogonal phase to obtain a doppler signal expressing a doppler shifting frequency component, an FFT window circuit 26 segmenting the doppler signal by folding a window function into the doppler signal on a time area, an FFT 27 frequency-analyzing the segmented doppler signal to obtain a frequency spectrum, a post filter 28 folding a filtering function into the frequency spectrum on a frequency area to attenuate the clutter component to emphasize a bloodstream component, a DSC 32 and a display 33 which arranges and displays the frequency spectrum passing through the filter 28 along the time base.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波スペクトラ
ムドプラ診断装置に係り、特にクラッタ成分に対応する
低周波成分を減衰し、且つ血流成分に対応する高周波成
分を相対的に強調するフィルタリングの改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus, and more particularly to a filtering apparatus which attenuates low frequency components corresponding to clutter components and relatively emphasizes high frequency components corresponding to blood flow components. Regarding improvement.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の血流ドプラの信号処理において
は、心臓などの臓器壁からの反射成分であるところの低
周波でパワーの大きいクラッタ成分がエコー信号に混入
しており、周波数解析器で解析する際に微少な血流成分
を感度良く解析するためには、周波数解析器に入力する
前に高域通過型フィルタ(HPF)で上記クラッタ成分
を十分に除去する必要があった。
2. Description of the Related Art In conventional signal processing of a blood flow Doppler, a clutter component having a low frequency and a high power, which is a reflection component from an organ wall such as a heart, is mixed into an echo signal. In order to analyze a minute blood flow component with high sensitivity at the time of analysis, it is necessary to sufficiently remove the clutter component by a high-pass filter (HPF) before inputting to a frequency analyzer.

【0003】図6に従来の超音波スペクトラムドプラ診
断装置のブロック図を示している。プローブ1を介して
受信した信号を送受信回路(T&R)2で直交検波にか
けることにより、ドプラ信号(複素の直交検波成分)が
得られる。このドプラ信号に対してパルス波(PW)モ
ード時にはレート周期毎にレンジゲート(RG)4をか
ける。なお、連続波(CW)モード時にはレンジゲート
4に代えて、ドプラ信号の周波数帯域を高速フーリエ変
換器(FFT)7のサンプリング周波数まで落とすこと
になる。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus. A Doppler signal (complex quadrature detection component) is obtained by subjecting the signal received via the probe 1 to quadrature detection by the transmission / reception circuit (T & R) 2. In the pulse wave (PW) mode, a range gate (RG) 4 is applied to the Doppler signal for each rate cycle. In the continuous wave (CW) mode, the frequency band of the Doppler signal is reduced to the sampling frequency of the fast Fourier transformer (FFT) 7 instead of the range gate 4.

【0004】次の高域通過型フィルタ5でドプラ信号に
対して時間領域上でフィルタ処理を行うことにより、上
記クラッタ成分を十分に除去している。なお、この高域
通過型フィルタ5は、信号処理の流れでFFT7の上流
に位置することから、以下、プリフィルタと称する。こ
のプリフィルタ5としては、実際には、時系列のIIR
型フィルタが採用されている。
The clutter component is sufficiently removed by performing a filtering process on the Doppler signal on the time domain by the next high-pass filter 5. Note that the high-pass filter 5 is located upstream of the FFT 7 in the flow of signal processing, and is hereinafter referred to as a pre-filter. The pre-filter 5 is actually a time-series IIR
A type filter is employed.

【0005】このプリフィルタ5でクラッタ成分を除去
した信号にFFTウインドウ回路6により時間領域上で
ハニング関数(Hanning )等の窓関数を畳み込むことに
より、FFT7の入力データを有限長で切り出し、FF
T7で周波数解析を行う。これにより、各周波数成分の
強さを表す周波数スペクトラムが計算される。この周波
数スペクトラムをその強さに応じて輝度変調をかけて時
間軸に沿って並べることにより、スペクトラムの時間的
な変化を表示するようになっている。
The input signal of the FFT 7 is cut out to a finite length by convolving a window function such as a Hanning function in the time domain by the FFT window circuit 6 with the signal from which the clutter component has been removed by the pre-filter 5.
A frequency analysis is performed at T7. As a result, a frequency spectrum representing the strength of each frequency component is calculated. By arranging the frequency spectrum along the time axis by performing luminance modulation according to the intensity, a temporal change of the spectrum is displayed.

【0006】ここでFFT7の入力語長は8ビット程度
と比較的短く、パワーの大きいクラッタ成分を充分減衰
しないと、たちどころに飽和してしまい感度よく解析で
きないようになっていた。そのため、操作パネル10か
らフィルタコントローラ8を介して、プリフィルタ5の
カットオフ周波数を部位等に応じて切り替えることがで
きるようになっていた。
Here, the input word length of the FFT 7 is relatively short, about 8 bits, and if the high power clutter component is not sufficiently attenuated, it becomes saturated quickly and cannot be analyzed with high sensitivity. Therefore, the cut-off frequency of the pre-filter 5 can be switched from the operation panel 10 via the filter controller 8 in accordance with the position or the like.

【0007】また、操作パネル10を操作することによ
りレート周波数fr やスクロールスピード等を自由に変
えられるようになっている。これらレート周波数fr や
スクロールスピードを変えると、スペクトラムの表示に
おいて、時間(横方向)の分解能に対する周波数(縦方
向)の分解能の比率が変化してしまう。この比率を最適
に保つために、ウインドウコントローラ9でFFTウイ
ンドウ回路6の窓幅を調整するようになっている。例え
ば、窓幅を短くすると、周波数分解能が落ちて、スペク
トラム表示が縦方向に粗くなる。
Further, by operating the operation panel 10, the rate frequency fr, scroll speed and the like can be freely changed. When the rate frequency fr and the scroll speed are changed, the ratio of the resolution of the frequency (vertical direction) to the resolution of the time (horizontal direction) in the spectrum display changes. In order to keep this ratio optimal, the window controller 9 adjusts the window width of the FFT window circuit 6. For example, when the window width is reduced, the frequency resolution is reduced, and the spectrum display becomes coarse in the vertical direction.

【0008】このような従来の装置では、周波数解析
器、つまりFFT7の入力語長が短いため、プリフィル
タ5でクラッタ成分を十分除去しないと、血流成分がク
ラッタ成分に埋もれてしまい、血流信号の感度が低下し
てしまう。また、FFT7の内部がクラッタ成分で飽和
してしまうという事態が生じる。
In such a conventional apparatus, since the input word length of the frequency analyzer, that is, the FFT 7, is short, the clutter component is buried in the clutter component unless the pre-filter 5 sufficiently removes the clutter component. The sensitivity of the signal is reduced. In addition, a situation occurs in which the inside of the FFT 7 is saturated with the clutter component.

【0009】このような事態を回避するために、プリフ
ィルタ5の高性能化、つまりカットオフ周波数が可変の
高次のIIRフィルタが必要とされる。このためプリフ
ィルタ5の回路規模が膨大になってしまう。
In order to avoid such a situation, it is necessary to improve the performance of the pre-filter 5, that is, a high-order IIR filter whose cutoff frequency is variable. For this reason, the circuit scale of the prefilter 5 becomes enormous.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、超音
波スペクトラムドプラ診断装置において、クラッタ成分
に対応する低周波成分を減衰し、且つ血流成分に対応す
る高周波成分を相対的に強調するためのフィルタの回路
規模を小さくすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus which attenuates low frequency components corresponding to clutter components and relatively emphasizes high frequency components corresponding to blood flow components. To reduce the circuit scale of the filter for the purpose.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】(1)本発明は、被検体
に対して超音波を送受信する送受信手段と、前記送受信
手段により得られたエコー信号を直交位相で検波するこ
とにより、ドプラ偏移周波数成分を表すドプラ信号を得
る手段と、前記ドプラ信号に時間領域上で窓関数を畳み
込むことにより切り出したドプラ信号を周波数解析にか
けて、周波数スペクトラムを得る手段と、前記周波数ス
ペクトラムに周波数領域上でフィルタリング関数を畳み
込むことにより、クラッタ成分に対応する低周波成分を
減衰し、血流成分に対応する高周波成分を相対的に強調
するフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通った周波数
スペクトラムを時間軸に沿って並べて表示する手段とを
具備する。
According to the present invention, there is provided a transmitting / receiving means for transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a subject, and detecting Doppler polarization by detecting an echo signal obtained by the transmitting / receiving means in a quadrature phase. Means for obtaining a Doppler signal representing a shift frequency component, means for performing frequency analysis on a Doppler signal cut out by convolving a window function on the Doppler signal in the time domain, and means for obtaining a frequency spectrum, and means for obtaining the frequency spectrum in the frequency domain. Filter means for attenuating low-frequency components corresponding to clutter components by convolving a filtering function and relatively enhancing high-frequency components corresponding to blood flow components, and a frequency spectrum passing through the filter means along a time axis. Means for displaying the images side by side.

【0012】このように、周波数解析後の周波数スペク
トラムに対して周波数領域上でフィルタをかけることに
より、従来のように周波数解析前にドプラ信号に対して
時間領域上でフィルタをかけるよりも、フィルタの回路
規模を小さくできる。 (2)本発明は、(1)の装置において、前記フィルタ
リング関数は、高域通過型のフィルタ特性を示すフィル
タリング関数に、前記窓関数に対応する周波数領域上の
標本化関数を畳み込んだ関数に設定される。
As described above, by applying a filter on the frequency domain to the frequency spectrum after the frequency analysis, the filter is more filtered than the conventional Doppler signal on the time domain before the frequency analysis. Circuit size can be reduced. (2) The invention provides the apparatus according to (1), wherein the filtering function is a function obtained by convolving a sampling function on a frequency domain corresponding to the window function with a filtering function indicating a high-pass filter characteristic. Is set to

【0013】周波数領域でのフィルタは周波数スペクト
ラムに対してフィルタリング関数を畳み込むだけなの
で、クラッタ成分に対応する低周波成分を完全に除去
し、且つ血流成分に対応する高周波成分だけを残すよう
な急峻で理想的なフィルタリング関数を与えることは容
易であるが、これでは、周波数スペクトラムの見え方
が、従来のように、周波数解析前にドプラ信号に対して
時間領域上で急峻でない緩やかなフィルタをかける場合
と大きく異なってしまうので、従来の見え方に馴染んで
いる医師にとっては診断し難いばかりか、誤診の危険す
ら生じかねない。実際にドプラ信号には、プリフィルタ
だけでなく、窓関数に対応する標本化関数が周波数領域
上でかかってくる。従って、従来の時間領域上でかける
フィルタの高域通過型のフィルタ特性に近い緩やかなフ
ィルタリング関数に、標本化関数を畳み込んだ関数を、
フィルタ手段に与えることにより、従来に近い見え方を
提供できるようになる。 (3)本発明は、(1)の装置において、前記クラッタ
成分を減衰し、前記血流成分を強調するためのカットオ
フ周波数と、前記窓関数の窓幅とに基づいて、前記フィ
ルタリング関数を変更する手段をさらに備える。
Since the filter in the frequency domain only convolves the filtering function with respect to the frequency spectrum, the steepness such that the low frequency component corresponding to the clutter component is completely removed and only the high frequency component corresponding to the blood flow component is left. , It is easy to give an ideal filtering function, but in this case, the frequency spectrum looks like the conventional one, and a gentle filter that is not steep in the time domain is applied to the Doppler signal before frequency analysis. Since it is very different from the case, it is difficult for a physician who is familiar with the conventional appearance to make a diagnosis, and even a risk of a misdiagnosis may occur. Actually, not only the pre-filter but also a sampling function corresponding to the window function is applied to the Doppler signal in the frequency domain. Therefore, a function obtained by convolving the sampling function with a gentle filtering function that is close to the high-pass filter characteristic of a conventional filter applied in the time domain,
By giving it to the filter means, it becomes possible to provide a conventional appearance. (3) In the apparatus according to (1), the filtering function may be determined based on a cutoff frequency for attenuating the clutter component and enhancing the blood flow component, and a window width of the window function. The apparatus further includes means for changing.

【0014】最高速度検出能を上げるため等の理由でレ
ート周波数fr を変えたり、また、時間分解能を最適化
するためにスクロールスピードも変えていかなければな
らないことがある。これらレート周波数fr やスクロー
ルスピードを変えると、スペクトラムの表示において、
時間(横方向)の分解能に対する周波数(縦方向)の分
解能の比率が変化してしまう。この比率を最適に保つた
めに、周波数解析の入力データの時間幅が変えられ、こ
れに追従して窓関数の窓幅も変えられる。また、部位に
よって血流速度や臓器壁の速度は変わってくるので、部
位を変える毎に、カットオフ周波数も変えていかなけれ
ばならない。このように状況に応じて随意に変えられる
カットオフ周波数や窓関数の窓幅とに追従して、フィル
タリング関数を変更していくことで、クラッタ成分を好
適に除去し、また従来に近い見え方を安定的に提供でき
るようになる。
It may be necessary to change the rate frequency fr for reasons such as to increase the maximum speed detection capability, or to change the scroll speed in order to optimize the time resolution. By changing these rate frequency fr and scroll speed, in the spectrum display,
The ratio of the resolution of the frequency (vertical direction) to the resolution of the time (horizontal direction) changes. In order to keep this ratio optimal, the time width of the input data for frequency analysis is changed, and the window width of the window function is changed accordingly. In addition, since the blood flow velocity and the velocity of the organ wall vary depending on the site, the cutoff frequency must be changed each time the site is changed. By changing the filtering function in accordance with the cutoff frequency and the window width of the window function which can be optionally changed according to the situation, the clutter component is appropriately removed, and the appearance similar to the conventional one is obtained. Can be provided stably.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる超音波スペクトラムドプラ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ス
ペクトラムドプラ診断装置の構成を示す。超音波プロー
ブ21の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変
換するための複数の圧電素子が配列されている。この超
音波プローブ21には、送受信回路(T&R)22が接
続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus according to the present embodiment. A plurality of piezoelectric elements for mutually converting an electric signal and an acoustic signal are arranged at a tip portion of the ultrasonic probe 21. A transmission / reception circuit (T & R) 22 is connected to the ultrasonic probe 21.

【0016】送受信回路22は、送信部分と受信部分と
直交検波部分とからなり、送信部分では、まず、クロッ
ク発生器からのクロックを4kHz乃至50kHz程度
に分周する。この分周信号に従って、超音波パルスの送
受信レート(毎秒送受信回数)が決定されるため、これ
はレートパルスと一般的に呼ばれ、またこの周波数が、
レート周波数とかレート周波数fr とか呼ばれている。
このレートパルスを適当に遅延させた後、これをトリガ
としてパルサからプローブ21の圧電素子に電圧パルス
が印加されるようになっている。この印加によりプロー
ブ21の圧電素子は機械的に振動し、超音波パルスを発
生する。
The transmission / reception circuit 22 includes a transmission part, a reception part, and a quadrature detection part. In the transmission part, first, the clock from the clock generator is frequency-divided to about 4 kHz to 50 kHz. The transmission / reception rate (the number of transmissions / receptions per second) of the ultrasonic pulse is determined according to the frequency-divided signal, and this is generally called a rate pulse.
It is called a rate frequency or a rate frequency fr.
After appropriately delaying this rate pulse, a voltage pulse is applied to the piezoelectric element of the probe 21 from the pulser using this as a trigger. With this application, the piezoelectric element of the probe 21 mechanically vibrates, generating an ultrasonic pulse.

【0017】この超音波は被検体内部を伝播し、その途
中にある音響インピーダンスの不連続面で反射し、プロ
ーブ21に返ってきて、圧電素子を機械的に振動する。
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、受信部分に取り込まれ、プリアン
プで個別に増幅されら後、整相加算される。
This ultrasonic wave propagates inside the subject, is reflected on a discontinuous surface of acoustic impedance in the middle thereof, returns to the probe 21, and mechanically vibrates the piezoelectric element.
As a result, a weak electric signal is generated from the piezoelectric element. This electric signal is taken into the receiving portion, amplified individually by the preamplifier, and then subjected to phasing addition.

【0018】この整相加算により生成された受信信号
を、直交検波部分において、送信超音波の中心周波数f
0 と同じ周波数をもつ基準信号と掛け合わせ、また90
゜移相した基準信号と掛け合わせることにより、ドプラ
偏移周波数fd と(2f0 +fd )との周波数成分が得
られ、その各々から低域通過型フィルタで(2f0 +f
d )の周波数成分を除去することにより、ドプラ偏移周
波数fd の成分だけをもつ位相の異なる2チャンネルの
検波信号が得られる。
The received signal generated by the phasing addition is converted into the center frequency f of the transmitted ultrasonic wave in the quadrature detection part.
Multiplied by a reference signal having the same frequency as 0, and 90
掛 け By multiplying by the phase-shifted reference signal, frequency components of the Doppler shift frequency fd and (2f0 + fd) are obtained, and from each of them, (2f0 + f) by a low-pass filter.
By removing the frequency component of d), a detection signal of two channels having different phases and having only the component of the Doppler shift frequency fd can be obtained.

【0019】この検波信号をレンジゲート(RG)24
でゲートをかけて、任意の深さに設定したサンプルボリ
ュームのドプラ信号を切り出す。なお、連続波(CW)
モード時にはレンジゲート24に代えて、ドプラ信号の
周波数帯域を高速フーリエ変換器(FFT)27のサン
プリング周波数まで落とすことになる。
The detected signal is supplied to a range gate (RG) 24.
Apply gate to cut out the Doppler signal of the sample volume set to an arbitrary depth. In addition, continuous wave (CW)
In the mode, the frequency band of the Doppler signal is reduced to the sampling frequency of the fast Fourier transformer (FFT) 27 instead of the range gate 24.

【0020】レンジゲート24で切り出されたドプラ信
号は、プリフィルタ25とFFTウインドウ回路26と
を介して高速フーリエ変換器(FFT)27で周波数解
析にかけられる。このプリフィルタ25は、オーディオ
音の処理をするユニットのためにダイナミックレンジを
狭くするためだけの機能を有しており、従来のプリフィ
ルタのようなクラッタ成分に対応する低周波成分を減衰
し、血流成分に対応する高周波成分を相対的に強調する
機能は有していない。このためプリフィルタ25を除去
しても、周波数解析に影響を与えるものではない。
The Doppler signal cut out by the range gate 24 is subjected to frequency analysis by a fast Fourier transformer (FFT) 27 via a prefilter 25 and an FFT window circuit 26. This pre-filter 25 has a function only to narrow the dynamic range for the unit for processing the audio sound, and attenuates a low-frequency component corresponding to a clutter component like a conventional pre-filter, It has no function of relatively emphasizing high frequency components corresponding to blood flow components. Therefore, removing the pre-filter 25 does not affect the frequency analysis.

【0021】FFTウインドウ回路26は、ドプラ信号
に対して時間領域上でハニング関数(Hanning )等の窓
関数を畳み込むことにより、FFT27への入力データ
を有限長で切り出す。FFT7では、このドプラ信号に
対して周波数解析を行う。これにより、各周波数成分の
強さを表す周波数スペクトラムが計算される。
The FFT window circuit 26 cuts out the input data to the FFT 27 to a finite length by convolving the Doppler signal with a window function such as a Hanning function in the time domain. The FFT 7 performs a frequency analysis on the Doppler signal. As a result, a frequency spectrum representing the strength of each frequency component is calculated.

【0022】ここでFFT27の入力語長は、クラッタ
成分が除去されていないでパワーが比較的不安定なドプ
ラ信号に対して安定的に飽和を起こさないように、例え
ば32ビット程度と充分長く与えられている。
Here, the input word length of the FFT 27 is set to be sufficiently long, for example, about 32 bits, so that the Doppler signal whose power is relatively unstable due to the removal of the clutter component is not stably saturated. Have been.

【0023】操作パネル31は、レート周波数fr やス
クロールスピード等を自由に変えられるようになってい
る。これらレート周波数fr やスクロールスピードを変
えると、スペクトラムの表示において、時間(横方向)
の分解能に対する周波数(縦方向)の分解能の比率が変
化してしまう。この比率を最適に保つように、ウインド
ウコントローラ30では、FFTウインドウ回路26の
窓関数の窓幅を調整するようになっている。
The operation panel 31 can freely change the rate frequency fr, scroll speed, and the like. When these rate frequency fr and scroll speed are changed, time (horizontal)
The ratio of the resolution of the frequency (vertical direction) to the resolution of the image changes. The window controller 30 adjusts the window width of the window function of the FFT window circuit 26 so as to keep this ratio optimal.

【0024】信号処理の流れにおいて、FFT27の直
ぐ下流に位置するポストフィルタ28は、FFT7で得
られた周波数スペクトラムに対して、そのまま周波数領
域上でフィルタリング関数を畳み込む、つまり各周波数
成分に対して重み付けをする。このフィルタリング関数
は、高域通過型のフィルタ特性に設定されているので、
このポストフィルタ28において、クラッタ成分に対応
する低周波成分が減衰され、血流成分に対応する高周波
成分が相対的に強調されることになる。
In the signal processing flow, the post filter 28 located immediately downstream of the FFT 27 convolves the filtering function on the frequency spectrum obtained by the FFT 7 in the frequency domain, that is, weights each frequency component. do. Since this filtering function is set to high-pass type filter characteristics,
In the post filter 28, a low frequency component corresponding to the clutter component is attenuated, and a high frequency component corresponding to the blood flow component is relatively emphasized.

【0025】このポストフィルタ28のフィルタリング
関数は、フィルタコントローラ29により、操作パネル
31からを部位に応じて設定されるカットオフ周波数
と、時間(横方向)の分解能に対する周波数(縦方向)
の分解能の比率を最適に保つためにウインドウコントロ
ーラ30で調整されたFFTウインドウ回路26の窓関
数の窓幅とに基づいて、最適なものに切り替えられ、設
定されるようになっている。
The filtering function of the post-filter 28 includes a cut-off frequency set by the filter controller 29 from the operation panel 31 according to the position, and a frequency (vertical direction) with respect to the resolution of time (horizontal direction).
The optimum resolution is switched and set based on the window width of the window function of the FFT window circuit 26 adjusted by the window controller 30 in order to maintain the optimal resolution ratio.

【0026】ポストフィルタ28を通った周波数スペク
トラムは、ディジタルスキャンコンバータ32において
その強さに応じて輝度変調をかけられ、時間軸に沿って
並べられ、そしてディスプレイ33でスペクトラムの時
間的な変化として濃淡で表示されるようになっている。
The frequency spectrum that has passed through the post filter 28 is subjected to luminance modulation according to its intensity in the digital scan converter 32, arranged along the time axis, and displayed on the display 33 as a time-dependent change in the spectrum. Is displayed.

【0027】以上のように、クラッタ成分に対応する低
周波成分を減衰し、血流成分に対応する高周波成分を相
対的に強調するフィルタ機能を、従来のようにプリフィ
ルタ25にもたせるのではなくて、FFT27の下流の
ポストフィルタ28にもたせるようにしたことで、クラ
ッタ成分に対応する低周波成分を減衰し、血流成分に対
応する高周波成分を相対的に強調するフィルタ回路の規
模を縮小することができる。この理由は、従来のように
周波数解析前にドプラ信号に対して時間領域上でフィル
タをかける場合、カットオフ周波数可変の7次程度の高
次のIIRフィルタが必要になるが、当該フィルタ処理
を周波数領域上で行うことで、各周波数成分に対してフ
ィルタリング関数に応じた重みを付けるという簡素な回
路で捏減できることになる。
As described above, the pre-filter 25 is not provided with the filter function of attenuating the low-frequency component corresponding to the clutter component and relatively emphasizing the high-frequency component corresponding to the blood flow component as in the related art. By providing the post-filter 28 downstream of the FFT 27, the size of a filter circuit that attenuates low-frequency components corresponding to clutter components and relatively emphasizes high-frequency components corresponding to blood flow components is reduced. be able to. The reason for this is that when a Doppler signal is filtered in the time domain before frequency analysis as in the prior art, a high-order IIR filter of about the 7th order with a variable cutoff frequency is required. By performing on the frequency domain, it is possible to reduce the weight of each frequency component by a simple circuit that assigns a weight according to the filtering function.

【0028】次に、ポストフィルタ28に与えるフィル
タリング関数(フィルタ特性)について説明する。周波
数領域でのフィルタ処理は周波数スペクトラムに対して
フィルタリング関数を畳み込むだけなので、クラッタ成
分に対応する低周波成分を完全に除去し、且つ血流成分
に対応する高周波成分だけを残すようなカットオフ周波
数で急峻に変化する理想的なフィルタ特性を与えること
は容易であるが、これでは、周波数スペクトラムの表示
の見え方が、従来のように、周波数解析前にドプラ信号
に対して時間領域上で急峻でないフィルタをかける場合
と大きく異なってしまうので、従来の見え方に馴染んで
いる医師にとっては診断し難いばかりか、誤診の危険す
ら生じかねない。
Next, a filtering function (filter characteristic) given to the post filter 28 will be described. The filter processing in the frequency domain only convolves the filtering function with the frequency spectrum, so that the low-frequency component corresponding to the clutter component is completely removed, and the cut-off frequency that leaves only the high-frequency component corresponding to the blood flow component It is easy to give the ideal filter characteristics that change steeply in this case, but in this case, the appearance of the display of the frequency spectrum is steep in the time domain with respect to the Doppler signal before the frequency analysis as in the past. This is significantly different from the case of applying a non-filter, so that it is difficult for a doctor who is familiar with the conventional appearance to make a diagnosis and even a risk of a misdiagnosis may occur.

【0029】従って、従来のプリフィルタと同様なフィ
ルタ特性、つまりカットオフ周波数付近で減衰率が緩や
かに変化する急峻でないフィルタ特性を示すフィルタリ
ング関数をポストフィルタ28に与えることにより、従
来に近い見え方が実現される。
Therefore, by giving to the post-filter 28 a filtering function showing a filter characteristic similar to that of the conventional pre-filter, that is, a non-steep filter characteristic whose attenuation rate gradually changes near the cut-off frequency, a view similar to the conventional one can be obtained. Is realized.

【0030】さらに、この従来のプリフィルタと同様な
フィルタ特性に対応するフィルタリング関数に、次に説
明する標本化関数を畳み込んで得られるフィルタリング
関数を、ポストフィルタ28に与えることにより、スペ
クトラムの見え方がさらに従来に近くなる。
Further, a filtering function obtained by convolving a sampling function described below with a filtering function corresponding to a filter characteristic similar to that of the conventional pre-filter is given to the post-filter 28, so that the spectrum Is even more conventional.

【0031】図2(a)に、時間領域での窓関数W1
(t)を示している。fr はレート周波数(単位H
z)、FFT27のデータ数はN、FFT27の時間幅
WwはN/fr、窓関数W1(t)の窓幅はN・Ww/
frになる。ドプラ信号に時間領域上で窓関数W1
(t)をかける場合、周波数領域上では、図2(b)に
示すような標本化関数PW(f)がドプラ信号に周波数
領域上で畳み込まれることになる。従って、従来では、
ドプラ信号のスペクトラムは、プリフィルタだけでな
く、このFFTウインドウ回路26における窓関数によ
る切り出し時にも変化を受けることになる。
FIG. 2A shows a window function W1 in the time domain.
(T) is shown. fr is the rate frequency (unit H)
z), the number of data of the FFT 27 is N, the time width Ww of the FFT 27 is N / fr, and the window width of the window function W1 (t) is N · Ww /
fr. Window function W1 in Doppler signal in time domain
When (t) is applied, in the frequency domain, the sampling function PW (f) as shown in FIG. 2B is convolved with the Doppler signal in the frequency domain. Therefore, conventionally,
The spectrum of the Doppler signal is changed not only by the pre-filter but also by the FFT window circuit 26 at the time of clipping by the window function.

【0032】従って、図3に示すように、従来のプリフ
ィルタと同様なフィルタ特性に対応するフィルタリング
関数P1(f)に、窓関数W1(t)に対応する標本化
関数PW(f)を畳み込んで得られるフィルタリング関
数P2(f)を、ポストフィルタ28に与えることによ
り、スペクトラムの見え方がさらに従来に近くなるので
ある。
Therefore, as shown in FIG. 3, the sampling function PW (f) corresponding to the window function W1 (t) is convolved with the filtering function P1 (f) corresponding to the same filter characteristics as the conventional prefilter. By giving the filtering function P2 (f) obtained by the embedding to the post-filter 28, the appearance of the spectrum becomes further closer to the conventional one.

【0033】なお、この従来のプリフィルタのフィルタ
リング関数P1(f)はカットオフ周波数により変えら
れる。また、標本化関数PW(f)は窓関数W1(t)
により決まり、この窓関数W1(t)は窓幅により定義
され、さらに窓関数W1(t)の窓幅はFFT27の時
間幅N/fr に依存して決められる。そして、カットオ
フ周波数は部位に応じて変更され、また、FFT27の
時間幅N/fr は、レート周波数fr を変えた場合に、
時間(横方向)の分解能に対する周波数(縦方向)の分
解能の比率を最適に保つように変更される。従って、カ
ットオフ周波数と、窓関数の窓幅とに追従して、ポスト
フィルタ28に与えるフィルタリング関数P2(f)
を、フィルタコントローラ29で変更することにより、
カットオフ周波数と、窓幅とが変わっても、安定的に、
スペクトラムの見え方を従来に近くすることができる
(図4,図5参照)。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。
The filtering function P1 (f) of the conventional prefilter can be changed by the cutoff frequency. The sampling function PW (f) is a window function W1 (t)
The window function W1 (t) is defined by the window width, and the window width of the window function W1 (t) is determined depending on the time width N / fr of the FFT 27. Then, the cut-off frequency is changed according to the part, and the time width N / fr of the FFT 27 is changed when the rate frequency fr is changed.
It is changed so that the ratio of the resolution of the frequency (vertical direction) to the resolution of the time (horizontal direction) is kept optimal. Accordingly, the filtering function P2 (f) applied to the post filter 28 following the cutoff frequency and the window width of the window function.
Is changed by the filter controller 29 so that
Even if the cutoff frequency and the window width change,
The appearance of the spectrum can be made closer to the conventional one (see FIGS. 4 and 5). It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、超音波スペクトラムド
プラ診断装置において、クラッタ成分に対応する低周波
成分を減衰し、且つ血流成分に対応する高周波成分を相
対的に強調するためのフィルタの回路規模を小さくする
ことができる。
According to the present invention, in an ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus, a filter for attenuating low frequency components corresponding to clutter components and relatively emphasizing high frequency components corresponding to blood flow components is provided. The circuit scale can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好ましい実施形態に係る超音波スペク
トラムドプラ診断装置のブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1のFFTウインドウ回路図に与え
られる窓関数の一例を示し、(b)はこの窓関数の周波
数領域上の標本化関数を示す図。
2A is a diagram showing an example of a window function given to the FFT window circuit diagram of FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram showing a sampling function in the frequency domain of the window function.

【図3】図1のポストフィルタに与えるフィルタ特性の
導出原理を示す図。
FIG. 3 is a view showing a principle of deriving a filter characteristic given to the post filter of FIG. 1;

【図4】窓幅が64でカットオフが1/4のときに設定
されるポストフィルタのフィルタ特性を示す図。
FIG. 4 is a diagram illustrating filter characteristics of a post filter set when a window width is 64 and a cutoff is 4.

【図5】窓幅が256でカットオフが1/64のときに
設定されるポストフィルタのフィルタ特性を示す図。
FIG. 5 is a view showing filter characteristics of a post filter set when a window width is 256 and a cutoff is 1/64.

【図6】従来の超音波スペクトラムドプラ診断装置のブ
ロック図。
FIG. 6 is a block diagram of a conventional ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…超音波プローブ、 22…送受信回路(T&R)、 24…レンジゲート、 25…プリフィルタ、 26…FFTウインドウ回路、 27…高速フーリエ変換器(FFT)、 28…ポストフィルタ、 29…フィルタコントローラ 30…ウインドウコントローラ、 31…操作パネル、 32…ディジタルスキャンコンバータ(DSC)、 33…ディスプレイ。 Reference Signs List 21 ultrasonic probe, 22 transmission / reception circuit (T & R), 24 range gate, 25 prefilter, 26 FFT window circuit, 27 fast Fourier transformer (FFT), 28 post filter, 29 filter controller 30 ... window controller, 31 ... operation panel, 32 ... digital scan converter (DSC), 33 ... display.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内堀 孝信 東京都北区赤羽2丁目16番4号 東芝医用 システムエンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 4C301 AA02 DD01 DD03 DD04 EE05 EE15 GB02 HH04 HH54 JB06 JB07 JB32 JB34 JB35 JB38 JB42 JB50 KK09 KK36 LL04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takanobu Uchibori 2-16-4 Akabane, Kita-ku, Tokyo F-term (reference) in Toshiba Medical System Engineering Co., Ltd. 4C301 AA02 DD01 DD03 DD04 EE05 EE15 GB02 HH04 HH54 JB06 JB07 JB32 JB34 JB35 JB38 JB42 JB50 KK09 KK36 LL04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体に対して超音波を送受信する送受
信手段と、 前記送受信手段により得られたエコー信号を直交位相で
検波することにより、ドプラ偏移周波数成分を表すドプ
ラ信号を得る手段と、 前記ドプラ信号に時間領域上で窓関数を畳み込むことに
より切り出したドプラ信号を周波数解析にかけて、周波
数スペクトラムを求める手段と、 前記周波数スペクトラムに周波数領域上でフィルタリン
グ関数を畳み込むことにより、クラッタ成分に対応する
低周波成分を減衰し、血流成分に対応する高周波成分を
相対的に強調するフィルタ手段と、 前記フィルタ手段を通った周波数スペクトラムを時間軸
に沿って並べて表示する手段とを具備することを特徴と
する超音波スペクトラムドプラ診断装置。
A transmitting / receiving means for transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a subject; and a means for obtaining a Doppler signal representing a Doppler shift frequency component by detecting an echo signal obtained by the transmitting / receiving means in a quadrature phase. A means for obtaining a frequency spectrum by subjecting the Doppler signal cut out by convolving a window function to the Doppler signal on a time domain to obtain a frequency spectrum, and convolving a filtering function on the frequency domain with the frequency spectrum to cope with a clutter component. Filter means for attenuating the low-frequency component to be applied and relatively emphasizing the high-frequency component corresponding to the blood flow component, and means for displaying the frequency spectrum passing through the filter means along the time axis. Ultrasound spectrum Doppler diagnostic equipment.
【請求項2】 前記フィルタリング関数は、カットオフ
周波数付近で緩やかに変化する高域通過型のフィルタ特
性を示すフィルタリング関数に、前記窓関数に対応する
周波数領域上の標本化関数を畳み込んだ関数に設定され
ることを特徴とする請求項1記載の超音波スペクトラム
ドプラ診断装置。
2. The filtering function according to claim 1, wherein the filtering function is a function obtained by convolving a sampling function on a frequency domain corresponding to the window function with a filtering function indicating a high-pass filter characteristic that changes gradually near a cutoff frequency. 2. The ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記クラッタ成分を減衰し、前記血流成
分を強調するためのカットオフ周波数と、前記窓関数の
窓幅とに基づいて、前記フィルタリング関数を変更する
手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の超
音波スペクトラムドプラ診断装置。
3. The apparatus according to claim 2, further comprising: a unit configured to change the filtering function based on a cutoff frequency for attenuating the clutter component and enhancing the blood flow component, and a window width of the window function. The ultrasonic spectrum Doppler diagnostic apparatus according to claim 1, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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