JP2000166926A - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルスドプラモードで、ゲートマークの深度及
び幅を操作者の手を煩わせることなく自動的に調整でき
る超音波画像診断装置を提供すること。 【解決手段】本発明は、被検体に対して超音波を送受信
すること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のドプラ信号を抽
出し、このドプラ信号から、Ｂモード像上に設定された
サンプリングラインマーカの向き、ゲートマーカの深度
及びゲートマーカの幅に対応する部分に対応するドプラ
信号を切り出し、この切り出されたドプラ信号を周波数
解析にかけて血流パターンを表す周波数スペクトラムを
求め、表示する超音波画像診断装置において、サンプリ
ングラインマーカ上に存在する血流部分をカラードプラ
像に基づいて認識し、この認識した血流部分に合わせて
ゲートマーカの深度及びゲートマーカの幅を自動的に調
整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルスドプラモー
ドにおいて、サンプルボリュームに対応する部分の血流
パターン、つまり周波数スペクトラム（速度分布）を時
間軸に沿って並べて表示する超音波画像診断装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パルスドプラモードの動きとしては、周
知の通り、まず、超音波探触子を介して受信した信号を
直交検波にかけることにより、血流（血球）や心臓壁等
の移動体でドプラ偏移を受けた周波数成分のドプラ信号
を抽出する。そして、このドプラ信号に対してレンジゲ
ート（時間ゲート）をかけて、操作者が任意に設定した
サンプルボリュームに対応する部分からのドプラ成分を
切り出す。この切り出したドプラ信号をフィルタに通す
ことで、ノイズやクラッタ成分を除去し、目的とする血
流によるドプラ偏移周波数成分だけを抽出する。この抽
出したドプラ偏移周波数成分を高速フーリエ変換器（Ｆ
ＦＴ）で周波数解析にかけて、各周波数成分のパワー、
つまり周波数スペクトラムを計算する。この周波数スペ
クトラムのパワーに輝度を割り当て、そして時間軸に沿
って配列して表示することで、よく知られているような
サンプルボリューム内の血流パターン、つまり速度分布
が経時的にどのように変動するかを表現し得るドプラ像
を提供することができる。

【０００３】ところでサンプルボリュームは、次のよう
にして操作者により手動で所望の方位、所望の深度、所
望の幅に設定される。図４（ａ）〜図４（ｄ）には、こ
のサンプルボリュームの設定操作の各段階での画面を示
している。サンプルボリュームは、その方位を設定する
ためのライン形のサンプリングラインマーカと、その深
度と幅を設定するためのゲートマーカとから構成されて
いて、通常、走査断面の組織構造を表すＢモード像上で
サンプリングラインマーカとゲートマーカを、マウスや
トラックボール等のポインティングデバイスやキーボー
ドといった入力機器を操作することにより設定される。

【０００４】まず、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すよう
に、サンプリングラインマーカを左右に動かして、サン
プリングラインマーカを関心血流に交差する方位に設定
する。次に、図４（ｃ）に示すように、ゲートマーカを
サンプリングラインマーカに沿って移動し、関心血流上
に配置する。最後に、図４（ｄ）に示すように、ゲート
マーカの幅を関心血流の幅に合わせて調整する。

【０００５】つまり、サンプルボリュームを設定するた
めに操作者がしなければならない作業としては、サンプ
リングラインマーカを動かす（方位の設定）、ゲートマ
ーカを動かす（深度の設定）、ゲートマーカの幅を調整
するという大きく３つの作業が必要とされるが、このう
ち特に、Ｂモード像には血流（血管）はよく映らない
し、細い血管に対して微調整を要求されるので、ゲート
マーカを動かす作業とゲートマーカの幅を調整する作業
が、非常に厄介で、それらに要する時間が長くなりがち
であるばかりか、ゲートマーカの深度や幅が血流に対し
て多少ずれた状態で検査を進めてしまうという事態も起
こり得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、パル
スドプラモードにおいて、ゲートマークの深度及び幅を
操作者の手を煩わせることなく自動的に調整できる超音
波画像診断装置を提供することにある。

【０００７】

【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こと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
数成分のドプラ信号を抽出し、このドプラ信号から、Ｂ
モード像上に設定されたサンプリングラインマーカの向
き、ゲートマーカの深度及びゲートマーカの幅に対応す
る部分に対応するドプラ信号を切り出し、この切り出さ
れたドプラ信号を周波数解析にかけて血流パターンを表
す周波数スペクトラムを求め、表示する超音波画像診断
装置において、前記サンプリングラインマーカ上に存在
する血流部分をカラードプラ像に基づいて認識し、この
認識した血流部分に合わせて前記ゲートマーカの深度及
び前記ゲートマーカの幅を自動的に調整することを特徴
とする。 （２）本発明は、（１）の装置において、前記サンプリ
ングラインマーカを左右に動かすとき、この動きに追従
して前記ゲートマーカの深度及び前記ゲートマーカの幅
が変化するようになっていることを特徴とする。 （３）本発明は、（１）の装置において、３次元のＢモ
ード像上に設定された前記サンプリングラインマーカ上
に存在する血流部分を、３次元のカラードプラ像に基づ
いて認識し、この認識した血流部分に合わせて前記ゲー
トマーカの深度及び前記ゲートマーカの幅を自動的に調
整することを特徴とする。 （４）本発明は、（１）の装置において、前記サンプリ
ングラインマーカ上に複数の血流部分が存在するとき、
前記ゲートマーカの深度の変位量が最も少ない血流部分
を選択するようになっていることを特徴とする。 （５）本発明は、（１）の装置において、前記サンプリ
ングラインマーカ上に複数の血流部分が存在するとき、
血流速度の絶対値が最も高い血流部分を選択するように
なっていることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態に
係る超音波画像診断装置の構成を示す。超音波探触子１
の先端部分には、電気信号と音響信号とを相互変換する
ための圧電セラミック等の複数の振動素子が配列されて
いる。この超音波探触子１には、送受信回路２が接続さ
れている。

【０００９】送受信回路２は、図示しないが送信系統と
受信系統とに分かれている。送信系統では、クロック発
生器からのクロック信号を分周して、例えば４ｋＨｚ乃
至５０ｋＨｚ程度の周波数にまで落とす。このクロック
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、一般的にレートパルスと呼
ばれている。また、このレートパルスの周波数は、パル
ス繰り返し周波数ＰＲＦと一般的に呼ばれている。そし
て、送信遅延回路でレートパルスをチャンネル毎に適当
に遅延させた後、これをトリガとしてパルサから超音波
探触子１の各振動素子に高周波の電圧パルスが印加され
るようになっている。これにより超音波探触子１の各振
動素子は機械的に振動し、超音波パルスを発生する。

【００１０】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、超音
波探触子１に返ってきて、振動素子を機械的に振動す
る。これにより、振動素子からは微弱な電気信号が発生
する。この電気信号は、受信系統のプリアンプでまず個
別に増幅された後、ディジタル信号に変換され、そして
いわゆるディジタルビームフォーマで整相加算される。
この整相加算により、送受信の遅延パターンに応じた方
向から返ってくるエコーが強調されたエコー信号が生成
される。

【００１１】この送受信の動きは、制御回路６により制
御されて、カラードプラモード用と、Ｂ／ＰＷ（パルス
波ドプラ）モード用とで切り替えられるようになってい
る。送受信がカラードプラモードで動いているとき、送
受信回路２で生成されたエコー信号は、カラードプラ回
路７に供給される。一方、送受信が、Ｂ／ＰＷモードで
動いているときには、送受信回路２で生成されたエコー
信号は、Ｂモード回路３とドプラ回路９とに交互に供給
される。

【００１２】カラードプラモード時の送受信の基本的な
動きとしては、周知の通り、１本の超音波走査線に対し
て数回ずつ超音波の送受信を繰り返しながら超音波走査
線を少しずつ移動していくというものである。一方、Ｂ
／ＰＷモードには、Ｂモード時の送受信の基本的な動き
と、ＰＷモード時の送受信の基本的な動きとが組み合わ
されたものとなる。Ｂモード時の送受信の基本的な動き
としては、１本の超音波走査線に対して１回（又はアベ
レージング回数）ずつ超音波を送受信しながら超音波走
査線を少しずつ移動していくというものであり、また、
ＰＷモード時の送受信の基本的な動きとしては、サンプ
ルボリュームのサンプリングラインマーカに対応する特
定の１本の超音波走査線に対して１６回とか３２回とか
比較的多い回数繰り返して超音波を送受信するというも
のである。Ｂ／ＰＷモード時には、このような１フレー
ム分（１断面分）のＢモードの動きを１セットとし、ま
た１６回等の超音波の送受信の繰り返しをＰＷの１セッ
トとして、各モードのセットを交互に切り替えるという
動きになる。

【００１３】カラードプラ回路７は、ミキサと低域通過
型フィルタとからなる２チャンネルの直交検波回路を有
しており、ここでエコー信号から、血流や心臓壁といっ
た移動体の速度を反映したドプラ偏移周波数ｆd の成分
が支配的なドプラ信号が抽出される。そして、このドプ
ラ信号から、ＭＴＩフィルタにより、比較的速度の遅い
心臓壁等での反射に対応する比較的低周波数成分、いわ
ゆるクラッタ成分を除去し、比較的速度の速い血球での
反射に対応する高周波数成分（血流成分）を抽出する。
この血流成分が支配的なドプラ信号を周波数分析し、こ
の分析結果に基づいて演算部で平均周波数（平均速度）
と分散とパワーとを演算する。このような処理を超音波
走査面内の複数の点を対象としてほぼリアルタイムで完
了できるように、周波数分析器としては、自己相関器が
採用されている。なお、このカラードプラ回路７で生成
される平均周波数、分散、パワー又は任意の２つの組み
合わせを画素値とする画像をカラードプラ画像と称す
る。何れの要素を画素値としても、カラードプラ画像に
は、Ｂモード像に比べて、鮮明に血流が映り込んでいる
ものである。

【００１４】Ｂモード回路３は、エコー信号を検波して
その包絡線を抽出し、その値を対数圧縮にかける。これ
により、組織断層構造を表すＢモード像の基になるデー
タが生成される。このデータは、図示しないディジタル
スキャンコンバータを介してモニタ４にＢモード像とし
て表示される。

【００１５】また、ドプラ回路９は、カラードプラ回路
７と共有する直行検波回路で生成されたドプラ信号に対
して、時間ゲートをかけて、サンプルボリュームのサン
プリングラインマーカの向き、サンプルボリュームのゲ
ートマーカの深度、さらにサンプルボリュームのゲート
マーカの幅により決まる生体部分からのドプラ信号を切
り出す。レートパルスから時間ゲートの遅れ時間は、サ
ンプルボリュームのゲートマーカの深度に従って、また
ゲートの時間幅はサンプルボリュームのゲートマーカの
幅に従って制御回路６により制御される。

【００１６】この切り出したドプラ信号の１セット分を
高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）で周波数分析にかけて各
周波数成分（血流速度）のパワーを計算する。この周波
数分析結果は、図示しないディジタルスキャンコンバー
タに送られ、ここで血流パターン（周波数スペクトラ
ム）の時間変化を表す画像（ドプラ画像）に構成され、
モニタ４に表示される。

【００１７】入力機器５には、マウスやトラックボール
等のポインティングデバイスや、タッチパネル式等の各
種スイッチが装備されている。このスイッチの中には、
ゲートオートセットスイッチが含まれている。このゲー
トオートセットスイッチを操作者が押すと、制御回路６
によってサンプルボリュームのゲートマークの深度及び
幅が自動的に調整及び設定されるゲートオートセットモ
ードが起動するようになっている。

【００１８】ゲートオートセットモードが起動すると、
超音波の送受信がカラードプラ用で行われる。これによ
り少なくとも１フレームのカラードプラ画像がカラード
プラ回路７で生成され、制御回路６を経由してゲート深
度／ゲート幅演算回路８に送られ、そこに保持される。
このゲート深度／ゲート幅演算回路８は、ゲートマーカ
の深度と幅をカラードプラ画像に基づいて自動計算する
という本発明の特徴的な回路であり、その機能を画面上
の動きと合わせて以下に詳細に説明する。

【００１９】図２には、ゲートオートセットモード時の
本実施形態による画面上の動きを示している。上述した
ようにサンプルボリュームは、パルス波ドプラによりド
プラ画像を生成する場所を指定するためのツールであ
り、その場所はサンプリングラインマーカとゲートマー
カとにより特定される。サンプリングラインマーカは、
ドプラ画像を生成する場所の向きを指定するためのツー
ルであり、一方、ゲートマーカは、その深度と幅とによ
り、ドプラ画像を生成する場所の深度と範囲とを指定す
るためのツールである。

【００２０】まず、図２（ａ）に示すように、操作者が
入力機器２の例えばトラックボールを操作すると、それ
に追従してサンプリングラインマーカがＢモード像上を
左右に移動する。このときサンプリングラインマーカの
動きに追従して、図２（ｂ）に示すように、ゲートマー
クの深度と幅とが、そのときのサンプリングラインマー
カ上の血流部分の深度と幅とに従ってゲート深度／ゲー
ト幅演算回路８によって自動的に調整される。これによ
り操作者は、ゲートマークの深度と幅とを目的の血流部
分に合わせて手動で調整するという面倒な作業から解放
されるものである。

【００２１】カラードプラ画像では、血流が存在する部
分の画素だけにゼロでない画素値が与えられており、血
流が存在していない部分には画素値が与えられていな
い、換言すると血流が存在していない部分の画素にはゼ
ロという画素値が与えられている。このためカラードプ
ラ画像に対してサンプリングラインマーカ上を探索する
と、画素値がゼロか否かという簡単なルールにより、サ
ンプリングラインマーカ上の血流部分を抽出することが
できる。従って、この抽出した血流部分に合わせて、ゲ
ートマークの深度と幅とを自動的に調整することができ
る。

【００２２】次に、このようなゲートマークの深度と幅
とを自動的に調整する原理を使って、ゲート深度／ゲー
ト幅演算回路８による最も好ましいと考えられる処理に
ついて以下に説明する。

【００２３】図３には、この説明のための補足図であ
り、Ｐ０は超音波プローブ１の開口中心であるところの
基準点である。また、ｒは、この基準点Ｐ０からゲート
マーカの中心までの距離（ゲートマーカの深度）、ｒ０
は、基準点Ｐ０から血流部分上の各点までの距離を表し
ている。Δｒは、ゲートマーカの幅の１／２を示してい
る。まず、ゲート深度／ゲート幅演算回路８では、ゲー
トマーカの深度を、 ∫（ｒ−ｒ０）・ｄ（ｒ）ｄｘ が最小になるように調整する。つまり、この式は、ゲー
トマーカの中心とサンプリングラインマーカ上の血流部
分の各点との距離の合計が最小になるような位置に、ゲ
ートマーカの中心を移動するという処理を意味してい
る。この処理により、ゲートマーカの中心位置は、サン
プリングラインマーカ上の血流部分の中心に一致するよ
うに収束する。これによりゲートマークの深度が血流部
分に対して最適に設定され得る。次に、ゲートマークの
幅であるが、これはゲートマークの中心から上又は下に
向かってカラードプラ画像の画素値を順番に探索してい
き、最初に画素値がゼロに変化するピックアップし、こ
の点とゲートマークの中心との距離をΔｒ、つまりゲー
トマークの幅の半分として求め、ゲートマークの幅を最
終的にそのΔｒの２倍に調整する。

【００２４】このような処理はほぼリアルタイムで完了
できるので、操作者はサンプリングラインマーカを動か
しながら、その時々のゲートマーカを確認して、最終的
に所望の深度及び幅に確定することができる。

【００２５】なお、このようなゲートオートセットモー
ド時には、Ｂモード用の超音波送受信だけが行われ、ゲ
ートマークの確定指示、つまりゲートオートセットモー
ドの終了指示を継起として、制御回路６の制御により、
上述したようなＢ／ＰＷ用の超音波送受信の動きに切り
替わり、そのサンプルボリュームに応じた場所のドプラ
画像が生成されるようになっている。

【００２６】ここで、サンプリングラインマーカ上に複
数の血流部分が存在するという事態が起こることは十分
想定され得る。この場合、いずれか１つの血流部分を特
定しなければならないが、この特定のルールとしては、
（Ａ）ゲートマーカの深度の変位量が最も少ない血流部
分、つまり移動前のサンプリングラインマーカ上のゲー
トマーカの中心と、移動後のサンプリングラインマーカ
上の血流部分の中心との距離が最も短い血流部分を選択
するというもので、このルール（Ａ）によれば、サンプ
リングラインマーカを移動しても常に同じ血流に対して
ゲートマークを設定できる確率が高くなるという効果が
ある、（Ｂ）血流速度の絶対値、例えば血流部分の中の
最高速度が最も高い血流部分を選択するというもので、
このルール（Ｂ）によれば、サンプリングラインマーカ
を移動しても常に幹流に対してゲートマークを設定でき
る確率が高くなるという効果がある、といったものが考
えられるが、これらに限定されることなく、他のルール
を採用したり、上記（Ａ）と（Ｂ）の２つのルール又は
それらを含めて複数のルールをプログラムコードとして
装備させておいて、操作者が選択的に使うことができる
ようにしておいてもよい。

【００２７】なお、サンプリングラインマーカをＢモー
ド像上で左右に移動させたとき、このサンプリングライ
ンマーカの動きに追従して、上述した処理を極短い周期
で繰り返し、ゲートマークの深度と幅とをほぼリアルタ
イムで調整することができるが、この処理をさらに高速
化するために、例えば予めカラードプラ画像上の特定の
血流の中心線ＣＬを最小二乗法等により求めておき、こ
の中心線ＣＬ上にゲートマークの中心を合わせるように
ゲートマークを動かすようにしてもよい。この場合、サ
ンプリングラインマーカに追従させるための処理として
は、上述の式を使ったゲートマークの深度計算にかかる
分だけ減少させて、ほとんどゲートマークの幅計算だけ
になるので、非常に高速化が可能である。さらに高速化
を望むのであれば、サンプリングラインマーカ確定まで
は、ゲートマークの幅を固定としておき、確定後に、ゲ
ートマークの幅の計算を開始するようなことも考えられ
る。

【００２８】以上のように本実施形態によれば、ゲート
マーカの深度及び幅の設定が不要になるので、操作者の
作業負担が著しく減少する。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】カラードプラ像には、血流が映っている
ので、サンプリングラインマーカ上に存在する血流部分
を認識することは可能である。この認識した血流部分に
合わせてゲートマーカの深度及びゲートマーカの幅を自
動的に調整することができる。従って、操作者の作業と
しては、サンプリングラインマーカを所望の位置に動か
すだけでよく、ゲートマークの深度及び幅を手動で調整
するという作業から解放される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態に係る超音波画像診
断装置のブロック図。

【図２】本実施形態によるゲートマーカの画面上の動き
を示す図。

【図３】本実施形態によるゲートマーカの深度及び幅の
演算処理の説明補足図。

【図４】従来のゲートマーカの画面上の動きを示す図。

【符号の説明】

１…超音波探触子、 ２…送受信回路、 ３…Ｂモード回路、 ４…モニタ、 ５…入力機器、 ６…制御回路、 ７…カラードプラ回路、 ８…ゲート深度／ゲート幅演算回路、 ９…ドプラユニット。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に対して超音波を送受信すること
   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のドプラ信号を抽出し、こ
   のドプラ信号から、Ｂモード像上に設定されたサンプリ
   ングラインマーカの向き、ゲートマーカの深度及びゲー
   トマーカの幅に対応する部分に対応するドプラ信号を切
   り出し、この切り出されたドプラ信号を周波数解析にか
   けて血流パターンを表す周波数スペクトラムを求め、表
   示する超音波画像診断装置において、 前記サンプリングラインマーカ上に存在する血流部分を
   カラードプラ像に基づいて認識し、この認識した血流部
   分に合わせて前記ゲートマーカの深度及び前記ゲートマ
   ーカの幅を自動的に調整することを特徴とする超音波画
   像診断装置。
2. 【請求項２】 前記サンプリングラインマーカを左右に
   動かすとき、この動きに追従して前記ゲートマーカの深
   度及び前記ゲートマーカの幅が変化するようになってい
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装
   置。
3. 【請求項３】 ３次元のＢモード像上に設定された前記
   サンプリングラインマーカ上に存在する血流部分を、３
   次元のカラードプラ像に基づいて認識し、この認識した
   血流部分に合わせて前記ゲートマーカの深度及び前記ゲ
   ートマーカの幅を自動的に調整することを特徴とする請
   求項１記載の超音波画像診断装置。
4. 【請求項４】 前記サンプリングラインマーカ上に複数
   の血流部分が存在するとき、前記ゲートマーカの深度の
   変位量が最も少ない血流部分を選択するようになってい
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装
   置。
5. 【請求項５】 前記サンプリングラインマーカ上に複数
   の血流部分が存在するとき、血流速度の絶対値が最も高
   い血流部分を選択するようになっていることを特徴とす
   る請求項１記載の超音波画像診断装置。