JP2002534187A

JP2002534187A - 超音波カラーフロー／ドップラーでのドップラー角の展開

Info

Publication number: JP2002534187A
Application number: JP2000592667A
Authority: JP
Inventors: ホール，アン・リンゼイ; ドン，ファン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2002-10-15
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP4584458B2; DE69942145D1; WO2000041002A1; EP1060413A1; US6193665B1; EP1060413B1

Abstract

(57)【要約】【解決手段】流体速度を表示する超音波イメージングシステムは、トランスジューサ・アレイによって２つの異なる位置から受信された反射超音波信号を復調する受信器を備える。その結果得られたデータは２つの異なる位置からの複数のデータフレームにまとめられる。このデータを使って、フレーム間の回転角度を計算する。そして、データフレームと回転角度から流体が流れる速度を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、音響ドップラー速度の推定に関し、特に、超音波信号のドップラー
・シフトに基づく血液速度等の体内流体速度の計算に関する。

【０００２】

【従来の技術】

既存の超音波システムでのカラーフロー(color flow)／ドップラー・イメージ
ングは、共に同じ制限からの影響を受ける。もし、ドップラーのフーリエ変換や
カラーフローの自己相関等のドップラー型処理(Doppler style processing)（即
ち、時間領域の相互相関アルゴリズム等の排他的射程領域処理exclusively down
-range processing）を行って血流か組織の動きのいずれか一方を計測すると、
超音波ビームの方向の速度成分だけが計測されて、直交成分は通常計算されない
。この問題を補うために、様々な方法が提案され実施されている。ドップラー法
では、ユーザは、普通、血流方向を示すカーソルを位置決めするための機会が与
えられるので、ドップラー角の余弦によって真の速度ベクトルを調整することが
できる。カラーフローでは、三角測量と横方向の相互相関を含む様々な方法が研
究されており、その文献が出版されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、周知のシステムのどれも、オペレータの誤りを取り除いて真の
血流速度を効果的に計算することはなかった。本発明はこの問題を解決する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本発明は、被検体の少なくとも一部の血流等の流体の流速を計算する超音波イ
メージングシステムに有用である。本明細書と請求項で使われているように、流
体流には、血流、組織の流れ、血液流中に泡をもたらすものを含む診断用コント
ラスト作用物質の流れが含まれる。好適には、従来の超音波トランスジューサに
よって、超音波は第１の位置から前記被検体の一部に送られる。前記第１の位置
から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前記一部から第１の反射
超音波が超音波トランスジューサによって受信される。第２の位置から前記被検
体の前記一部に超音波が送られる。前記第２の位置から前記超音波を送ったこと
に基づいて、前記被検体の前記一部から第２の方向に向かう第２の反射超音波が
受信される。好適にはドップラによって、前記第１の反射超音波に基づいて前記
被検体の少なくとも一部の流体流の速度成分に関する第１の値をもつ第１の信号
を生成する。好適にはドップラにより、前記第２の反射超音波に応答する前記被
検体の少なくとも一部の流体流の速度成分に関する第２の値をもつ第２の信号が
生成される。前記第１の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、好適には
Ｂモードもしくは色超音波スキャナとメモリにより、前記被検体の前記一部から
受信された前記第１の超音波に対応する第１のスキャンデータが生成され格納さ
れる。前記第２の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前
記一部から受信された前記第２の超音波に対応する第２のスキャンデータが生成
され格納される。好適にはプロセッサ等の論理部によって、前記第１と第２のス
キャンデータに基づいて前記第１の位置と前記第２の位置間の回転角度を計算す
る。前記回転角度と前記第１と第２の信号の前記第１と第２の値に基づいて前記
被検体の少なくとも前記一部の流体流の速度を推定する。

【０００５】

【発明の実施の形態】

図１を参照して、振動エネルギー・イメージングシステムはトランスジューサ
・アレイ１１を備える。ここで、このトランスジューサ・アレイ１１は個々に駆
動される複数の構成要素１２を備え、これらの各々は送信器１３が生成するパル
ス状波形によって能動化され、超音波の集中エネルギーを作り出す。被検体で反
射した超音波エネルギーは、トランスジューサ・アレイ１１に戻り、各トランス
ジューサ要素１２によって電気信号に変換され、そのそれぞれが一連の送信／受
信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５を介して受信機１４に供給される。送信器１３、受信
器１４、スイッチ１５は、人間のオペレータからのコマンドに従うデジタル・コ
ントローラ１６によって制御される。１つの全スキャンは、複数のスイッチ１５
が送信位置に置かれ、送信器１３が瞬間的にゲートされることで各トランスジュ
ーサ要素１２が能動化され、次に、複数のスイッチ１５が受信位置におかれ、各
トランスジューサ要素１２により続いて生成される複数の反射信号が受信器１４
に与えられる、という一連の反射音の捕捉を実行することにより実現される。受
信器１４は、各トランスジューサ要素１２からの個々の反射信号を加算して、表
示システム１７に描線するための１つの反射信号を生成する。

【０００６】送信器１３は、例えば、超音波エネルギー等の作られた振動エネルギー・ビー
ムを方向づけする、即ち、ある方向に導くという方法で、トランスジューサ・ア
レイ１１を駆動する。従って、トランスジューサ・アレイ１１を物理的に動かす
のではなく、このビームを一連の複数の角度位置に次から次へと移動させること
によって、Ｂスキャンを実行することができる。これを達成するために、送信器
１３は、連続するトランスジューサ要素１２に供給されるそれぞれのパルス状波
形２０に時間遅延（Ｔ_i）を起こさせる。もし、時間遅延が零（Ｔ_i＝０）であれ
ば、トランスジューサ要素１２の全てが同時に能動化され、その結果、超音波が
トランスジューサ面に垂直な軸２１の方向に導かれる。時間遅延（Ｔ_i）が図１
に描かれているように増大する場合には、超音波は中央の軸２１から角θ分だけ
下方に導かれることになる。この波の焦点は領域Ｒ_Tに合わせられ、そのような
ビームが形成される。トランスジューサ・アレイの一端（ｉ＝１）から他端（ｉ
＝ｎ）までの各第ｉ番目の信号に与えられた時間遅延Ｔ_iの関係は以下の関係式
：

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、ｘ＝トランスジューサ・アレイの中央からトランスジューサ要素１２の中央まで
の距離 θ＝送信ビーム角ｃ＝被検体の音響速度Ｒ_T＝送信ビームの焦点距離範囲で与えられる。

【０００９】式（数１）の時間遅延Ｔ_iは、所望の角度θの方向にビームを導くよう作用し
て、一定範囲Ｒ_Tにその焦点を合わせる。連続する励振の時間遅延Ｔ_iを漸次変え
ることによって区間スキャンを実行する。このように角度θを増加するように変
化させることで、送信されたビームを連続する方向に導く。ビームの方向が中央
軸２１の上にあればパルス２０のタイミングは反転するが、式（１）に基づく方
法を依然として適用することができる。

【００１０】図１を引き続き参照して、超音波の各集中エネルギーによってもたらされる反
射信号は、超音波ビームに沿って連続する位置（Ｒ）に置かれる物体での反射に
より発生する。これらはトランスジューサ・アレイ１１の各部分１２で個々にセ
ンスされ、ある特定時点での反射信号のサンプルの強度はある特定範囲（Ｒ）で
発生する反射量を表すことになる。しかしながら、反射点Ｐと各トランスジュー
サ要素１２間の伝達経路の違いから、これらの反射信号は同時に発生することは
なく、また、それらの振幅も等しくない。受信器１４の機能は、これらの個々の
反射信号を増幅／変調し、それぞれに適切な時間遅延を与えて加算して、角θで
方向づけられる超音波ビームに沿ったＲ内の点Ｐから反射された全超音波エネル
ギーを正確に表す１つの反射信号を出力することである。

【００１１】各トランスジューサ要素１２からの反射音から得られる電気信号を同時に加算
すると、受信器１４の個々のトランスジューサ要素のチャンネルに時間遅延と位
相シフトをもたらす。受信されるビームの時間遅延は、上述の送信遅延と同じ遅
延（Ｔ_i）である。しかしながら、動的に焦点を合わせるために、各受信器チャ
ンネルでの時間遅延と位相シフトは、反射音を受信中に連続的に変化し、これに
より、反射信号が出る範囲Ｒで受信ビームの焦点を動的に合わせることができる
。各トランスジューサ要素によって受信された信号に与えられた時間遅延Ｔ_dに
関する正確な式を以下に示す。

【００１２】

【数２】

【００１３】ここで、ｔ＝トランスジューサ・アレイの中心（即ち、開始START）から音が送信された
後の経過時間、ｃ＝被検体内での音速度 θ＝ビーム角ｘ＝トランスジューサ・アレイの中心から要素中心までの距離デジタル・コントローラ１６の制御下において受信器１４がスキャン中に遅延
を与えることにより、受信器１４の方向付け(steering)が送信器１３が方向づけ
たビームの方向θと追随するようになり、受信機１４が、連続範囲Ｒで反射信号
をサンプリングし、ビームに沿った位置Ｐで動的に焦点を合わせるために適切な
遅延を与える。このように、各超音波パルス波形の照射によって、超音波ビーム
に沿って置かれた一連の複数点Ｐからのそれぞれの反射音量を表す一連の複数デ
ータ点を得ることができる。

【００１４】表示システム１７は、受信器１４が生成した一連のデータ点信号を受信して、
所望の画像を生成するために必要な形状と幾何学配列に変換する。例えば、もし
、Ａスキャンが必要ならば、一連のデータ点を時間の関数としてグラフにするだ
けである。もし、Ｂスキャンが必要ならば、その一連の各データ点を使って画像
中の画素の輝度を制御し、また、連続する複数の操作角度（θ）で一連の測定を
実行するスキャンを行って表示に必要なデータを獲得する。

【００１５】図１に関連して図２を参照すると、送信器１３はメモリ５０として集合的に示
される一連のチャンネルパルスコードメモリを備える。好適な実施形態では、全
体で１２８個のトランスジューサ要素１２があり、そのため、１２８個の個別チ
ャンネルパルスコードメモリ５０が設けられている。各パルスコードメモリ５０
は、典型的には、生成される超音波パルス５２の周波数を確定するビットパター
ン５１を格納するための、ｎビット×５１２ビットのメモリである。好適な実施
形態では、このビットパターンは４０ＭＨｚのマスタクロックによって各パルス
コードメモリ５０から読み出され、駆動トランスジューサ１１にとって適切な電
力レベルに信号増幅用ドライバ５３に出力される。図２Ａで示される例では、ビ
ットパターンは、５ＭＨｚの超音波パルス５２を生成するために、４つの“−１
”ビットと交互に現れる一連の４つの“１”ビットからなる。しかしながら、別
の好適な実施形態では、その他の周波数（Ｆ₀）を、例えば、2.5、3.75，6.25，
8.75ＭＨｚを使ってもよい。これらの超音波パルス５２が適用されるトランスジ
ューサ要素１２は、超音波エネルギーを生成することによってその役割をはたす
。もし、５１２ビットの全てを使うと、搬送波の周波数（即ち、一例として５Ｍ
Ｈｚ）を中心とする４０ＫＨｚの狭バンド幅のパルスが照射される。

【００１６】上述のように送信された超音波エネルギー・ビームを所望の方向（θ）に向け
るために、図２Ｂに示されているように、ｎチャンネルの各々へのパルス５２に
適切な時間遅延が与えられる。これらの遅延は、４つの制御信号（開始START、
マスタクロック、Ｒ_T、θ）をデジタルコントローラ１６（図１）から受信する
ための送信制御部５４によって与えられる。送信制御部５４は、入力制御信号θ
と一定の送信焦点距離Ｒ_Tと上式（１）とを使って、連続する送信チャンネル間
で必要な遅延増加量Ｔ_iを計算する。開始制御信号STARTを受信すると、送信制御
部５４は、第１の送信チャンネル５０に向かう４０ＭＨｚのマスタクロック信号
の４つの位相のうちの１つをゲートする。その後に連続する各遅延区間（Ｔ_i）
においては、ｎ＝１２８本の全チャンネルでそれぞれの超音波パルス５２が生成
されるまで、次のチャンネルパルスコードメモリ５０に印加される４０ＭＨｚの
マスタクロック信号がゲートされることが続く。各送信チャンネル５０は、ビッ
トパターン５１の全てが送信されたのちにリセットされる。その後、送信器１３
はデジタルコントローラ１６からの次のθと次の開始制御信号を待つ。上述した
ように、本発明に係る好適な実施形態では、完全なＢスキャンでは、Δθの増加
量で方向付けされる１２８個の超音波パルスを用いる。ここで、トランスジュー
サ１１の中央軸２１（図１）を中心とする９０°区間内のθの関数としてその増
加量を変化させてもよい。

【００１７】送信器１３を詳細に説明するために、１９９１年５月１４日発行の”振動エネ
ルギー・ビームの動的送信焦点距離合わせのために符号化された励振”というタ
イトルの援用文献であり、同譲受人に譲渡された米国特許No.５０１４７１２を
参照する。

【００１８】特に図３を参照すると、受信器１４は、時間-ゲイン制御部１００、受信ビー
ム形成部１０１、中間プロセッサ１０２を備える。時間-ゲイン制御部（即ち、
ＴＧＣ）１００は、ｎ＝１２８本の受信チャンネルの各々に対する増幅器１０５
と時間-ゲイン制御回路１０６を備える。反射信号を受信して増幅するために、
各増幅器１０５の入力はトランスジューサ要素１２の１つにそれぞれ接続されて
いる。増幅器１０５による増幅量は、ＴＧＣ回路１０６によって駆動される制御
ライン１０７を介して制御される。本技術分野では周知のことであるが、反射信
号の範囲が広がるとその振幅は減少する。その結果、もし、遠くの反射器から出
た反射信号を近くの反射器から出た反射信号よりも大きく増幅しないなら、その
画像の輝度は範囲（Ｒ）の関数として急速に減少する。一般的には、線形傾きを
有する基底ゲイン曲線base gain curveに従ってある程度の増幅がなされる。基
底ゲイン曲線の調整は、オペレータが手動で８個のＴＧＣ線形電位差計（ポテン
ショメータ）１０８を、区間スキャンの全範囲に渡って相対的に均一な輝度とな
るような値（典型的には）に設定することによって、実現できる。反射信号を出
す範囲は、反射信号を得るための時間間隔によって確定され、また、その時間間
隔は、ＴＧＣ回路１０６によって８個の区間に分割される。８個の電位差計は、
増幅器１０５のゲインを、反射信号が取り込まれる時間間隔内で常に増大する量
となるように増幅されるべく、８つのそれぞれの区間内で設定される必要がある
。

【００１９】受信器１４の受信ビーム形成部１０１は１２８本の独立した受信チャンネル１
１０を備える。以下で詳細に説明するが、各受信チャンネル１１０は、増幅器１
０５の１つからのアナログ反射信号を入力部１１１で受信し、デジタイズされた
複数の出力値の流れをＩバス１１２とＱバス１１３上に作る。これらのＩとＱの
値の各々は、特定の範囲（Ｒ）で復調された反射信号の包絡線のサンプルを表す
ことになる。これらのサンプルは時間遅延が与えられているため、これらのサン
プルとその他の受信チャンネル１１０の各々からのＩとＱのサンプルとを加算部
１１４、１１５で加算すると、それらは、方向付けられたビーム（θ）の範囲Ｒ
内にある点Ｐから反射された反射信号の強度と位相を示す。好適な実施形態では
、スキャンラインの全範囲（典型的には、４０から２００ｍｍ）に渡って１５０
μｍの増加量で各反射信号がサンプリングされる。

【００２０】受信器１４をさらに詳細に説明するために、援用文献であり、通常譲渡された
”デジタル位相アレイによるイメージング方法と装置”というタイトルの米国特
許第４，９８３，９７０号、１９９１年１月８日発行、を参照する。

【００２１】図３を引き続き参照すると、中間プロセッサ部１０２は、加算部１１４，１１
５から複数のビーム・サンプルを受信する。各ビーム・サンプルのＩとＱ値は、
点（Ｒ，θ）から反射された音の強度の同相分と直交分とを表す２０ビットのデ
ジタル値である。中間プロセッサ１０２はこれらのビーム・サンプルに対して様
々な計算を実行できるが、その計算は再生画像の種類に基づいて選択される。例
えば、従来の強度画像を生成する場合、検出論理部１２０（図３）は、

【００２２】

【数３】

【００２３】に基づいて、反射点のＲ，θ座標に対応するデジタル強度Ｍを各受信ビーム・サ
ンプルから計算して、出力部１２１から出力する。

【００２４】また、検出論理部１２０は、１９８９年５月３０日に発行され、同譲受人に譲
渡された“位相共役を用いた適応的コヒーレントエネルギービーム形成”という
タイトルの米国特許Ｎｏ．４８３５６８９に開示されているような補正方法を実
施してもよい。この補正方法では、受信したビーム・サンプルを調べて補正値を
計算する。この補正値をその後の送信器１３と受信器１４による測定で用いるこ
とにより、ビームの焦点距離合わせやその操作を改善することができる。この補
正は、例えば、スキャン中に各トランスジューサ要素からの音が通る媒体の非均
質性について検討する際に必要である。

【００２５】また、援用文献であり、本発明の出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許Ｎｏ
．５３４９５２４（ダフト他）の図６に示されているような方法で構成すること
ができるカラーフロー・プロセッサ１２３がプロセッサ１０２に備えられている
。

【００２６】プロセッサ１０２は、マイクロプロセッサ、マイクロシーケンサ、マイクロコ
ントローラ、デジタル信号プロセッサ、結線論理演算器を含む様々な種類の論理
装置によって実施されてもよい。

【００２７】特に図１と図４を参照すると、受信器１４は、表示システム１７の入力部に与
えられる複数の８ビット・デジタル値の流れを出力部１２１に生成する。各出力
には、８ビットの組織大きさtissue magnitudeと１２ビットのフロー値flow val
ueが含まれる。これらの”スキャンデータ”は、アレイ（配列）であるメモリ１
５０に格納される。尚、ここで、スキャンデータ配列１５０の各行は、得られた
それぞれのビームの角度（θ）に対応し、他方、スキャンデータ配列１５０の各
列は各ビームに対応するサンプルが獲得されたそれぞれの範囲Ｒに対応する。受
信器１４からのＲ制御信号１５１とθ制御信号１５２は各入力値が格納される配
列１５０内の場所を示し、メモリ制御回路１５３は配列１５０内の適切なメモリ
位置に前記データを書きこむ。スキャンを連続的に繰り返してもよく、受信器１
４からの値の流れによりスキャンデータ配列１５０を連続的に更新できる。

【００２８】図４を引き続き参照して、配列１５０中のスキャンデータはデジタルスキャン
・コンバータ１５４によって読み出され、所望の画像を生成する形態に変換され
る。従来のＢスキャン画像を生成する場合は、例えば、スキャンデータ配列１５
０内に格納された組織の大きさと複数のフロー値Ｍ（Ｒ，θ）が、画像の画素位
置（ｘ、ｙ）での（組織に対する）濃淡と（フローに対する）色を表す複数の値
Ｍ（ｘ、ｙ）に変換される。極座標からデカルト座標への超音波画像データの変
換について、例えば、“超音波画像表示のためのスキャン変換アルゴリズム”と
いうタイトルのスティーブンＣ．リービット他の文献、１９８３年１０月、ヒ
ューレットパッカード・ジャーナル、pp.３０−３３に記載されている。

【００２９】デジタルスキャン・コンバータ１５４で実行される特定の変換とは無関係に、
そこで得られた画像データは、２次元直交座標配列構成の変換スキャンデータを
格納するメモリ１５６、１５８に書き込まれる。

【００３０】受信器１４が実行する色スキャンに基づくフレームＮの色データがメモリ１５
６に格納される。他方、フレームＮ＋１の色データは、スキャン・コンバータ１
５４からバス１６０を介してフロー速度演算プロセッサ１６６に伝送される。援
用文献である、オーバベック他の“ベクトル・ドップラー：２次元の血流速度の
正確な測定”というタイトルの論文（医療と生物学の超音波（Ultrasound in Me
dicine and Biology）、第１８巻、Ｎｏ．１、pp.19-31、1992年出版）に記載の
情報に基づいてフロー速度演算プロセッサ１６６を構成して、実行させてもよい
。

【００３１】スキャン・コンバータ１５４からのフレームＮのＢモード・スキャンデータは
、メモリ１５８に格納される。他方、フレームＮ＋１のＢモードデータは、スキ
ャン・コンバータ１５４からバス１６２を介して回転角補正プロセッサ１６４と
表示プロセッサ１７２に送信される。

【００３２】援用文献である、チェン他の“画像の整合と再生のためのフーリエ-メリン変
換の対称位相一致フィルタリング”というタイトルの論文、パタン分析と機械知
能（Pattern Analysis and Machine Intelligence）のＩＥＥＥトランザクショ
ン（第１６巻、Ｎｏ．１２、pp.1156-1168、1994年12月出版）に記載の情報に基
づいてプロセッサ１６４を構成して、実行させてもよい。

【００３３】プロセッサ１６４からの入力を使って、プロセッサ１６６はバス１６０，１６
８に送信されたフレームＮとフレームＮ＋１の色データに基づいて血流の真の速
度を推定する。そして、その結果としてのデータをフレームＮ＋１処理済色バッ
ファ１７０に格納する。

【００３４】図５を参照すると、トランスジューサ１１は、患者等の被検体Ｓの血管ＢＶの
少なくとも一部を流れる血流速度を計算するために使われる。超音波を血管ＢＶ
に送り、また、血管ＢＶからの方向ベクトルＤ１に沿って走る反射超音波を受信
する位置Ｐ₁にトランスジューサ１１を配置する。送信器１３と受信器１４が位
置Ｐ₁で血管ＢＶの領域をスキャンすることによって、位置Ｐ₁で受信された反射
超音波から色データとＢモードデータが得られ、それらはフレームＮ色バッファ
１５６とフレームＮ・Ｂモードバッファ１５８（図４）に格納される。

【００３５】次に、トランスジューサ１１は位置Ｐ₂に回転して、その処理を繰り返す。超
音波が血管ＢＶに送られて、血管ＢＶから方向ベクトルＤ２に沿って走る反射超
音波が受信される。送信器１３と受信器１４が位置Ｐ₂で血管ＢＶの領域をスキ
ャンすることによって、フレームＮ＋１のＢモードデータがスキャン・コンバー
タ１５４からバス１６２に送信され、また、フレームＮ＋１の色データがスキャ
ン・コンバータ１５４からバス１６０に送信される。従って、図５に示されてい
るように、トランスジューサ１１が位置Ｐ₁にある間に、バッファ１５６、１５
８に格納されるフレームＮのデータが得られ、他方、トランスジューサ１１が位
置Ｐ₂にある間に、バス１６０、１６２に転送されるフレームＮ＋１のデータが
得られる。

【００３６】プロセッサ１６４は、ＢモードスキャンのフレームＮとＢモードスキャンのフ
レームＮ＋１からのデータに基づいて、チェン他の論文で述べられている周波数
領域整合アルゴリズムを使って、位置Ｐ₁とＰ₂間の角度を表すＢモードフレーム
間の回転角を計算する。図５に示すように、これは、角∀と角-∀の加算値であ
る。角∀と角-∀を表すデジタル値がバス１６５Ａ（図４）に送られる。

【００３７】ＢモードのフレームＮとＮ＋１の整合に基づいて、色フレームＮとＮ＋１の整
合に関する情報がバス１６５Ｂに送られる。色フレームとＢモードフレームの対
応データの整合は、対応するメモリ位置にデータを格納することによって保たれ
る。その結果、被検体内の空間と同じ容量の（即ち、血管ＢＶ（図５）の同じ部
分の）超音波スキャンを行うことで得られる一対のデータについてプロセッサ１
６６は演算を実行する。

【００３８】角∀、-∀と、プロセッサ１６４で計算された整合データに基づいて、プロセ
ッサ１６６は直交速度ベクトル成分を分析して、オーバベック他の論文に記載の
以下に示す方程式から血管ＢＶ（図５）の血流速度を計算する。

【００３９】

【数４】

【００４０】

【数５】

【００４１】ここで、上記式の下線部の項はシステムの幾何学的並びに起因する所定の深さで
の定数であり、これを縮尺因子として使うことで周波数スペクトルが速度スペク
トルに変換される。また、ｆ_Lは、角∀（配置Ｐ₂）でトランスジューサ１１によ
って受信されたドップラー周波数、ｆ_Rは角-∀（配置Ｐ₁）でトランスジューサ
によって受信されたドップラー周波数、Ｆ₀は送信周波数、Ｖは角度２で流れる
血液の速度の大きさ、ｃは血液中の音の速さである。オーバベック他の論文の図
１で示されたフィルタのあとに、バス１２１（図３）のＩ，Ｑデータを導入する
ことができる。その加算結果と複数の差周波数を含む全周波数を直角位相を用い
て処理する。その結果の２つの成分は直交するので、ベクトル加算によって真の
大きさ（直角三角形の斜辺）を求めることができる。また、三角法を使ってその
角度を求めることができる。

【００４２】前述の方程式と前出のオーバベック他の論文の別の情報に基づいて、プロセッ
サ１６６はフレームＮとフレームＮ＋１の色データによって表される血管ＢＶ（
図５）内の真の血流速度を計算する。その結果得られた速度データをフレームＮ
＋１処理色バッファ１７０に格納する。

【００４３】表示プロセッサ１７２がメモリ１７０とバス１６２から更新データを読み出す
一方で、デジタルスキャン・コンバータ１５４はその値を新たなデータで連続的
に更新することができる。表示プロセッサ１７２は、制御パネルから受信したオ
ペレータのコマンドに従ってメモリ１７０中の色スキャンデータとバス１６２か
ら受信したＢモードデータに対して通常の画像処理を施す。例えば、メモリ１７
０内の変換されたスキャンデータによって示される輝度レベルの範囲は表示装置
１７８の輝度範囲をかなり越えてもよい。実際は、メモリ１７０内の変換された
スキャンデータの輝度の解像度は人間の目の輝度に対する解像度をはるかに越え
ることがあるので、普通、手動操作可能な制御を提供することによりオペレータ
は１つのウインドーの輝度値を選択することができる。これにより、最大の画像
コントラストを得ることができる。表示プロセッサは変換されたスキャンデータ
をメモリ１７０から読み出し、画像を所望のレベルに改善し、表示メモリ１７４
にその改善された値を書きこむ。また、表示プロセッサ１７２は、バス１６２上
のフレームＮ＋１のＢモードデータとバッファ１７０からの色データを周知の方
法で結合する。通常、色データはディスプレイ１７８の小領域だけで使われる。

【００４４】表示メモリ１７４は表示制御回路１７６によって制御され、また、メモリ１７
４内の値は、対応するディスプレイ１７８上の画素の輝度と色を制御するために
１対１の写像が取られる。表示制御部１７６は、使用される特定の種類のディス
プレイ１７８を制御するために設計された商業的に入手可能な集積回路である。
例えば、ディスプレイ１７８はＣＲＴ（ブラウン管）でよい。この場合、表示制
御部１７８はＣＲＴ制御チップであり、水平／垂直掃引回路に対して必要な同期
パルスを提供して、掃引中の適当な時間に表示データをＣＲＴに対応させる。

【００４５】特定の超音波システムの能力と柔軟性に基づく多くの形態のうちの１つを表示
システム１７に取り込みできることは当業者にとっては明らかなことである。上
述の好適な実施形態では、プログラムされたマイクロプロセッサを使ってデジタ
ルスキャン・コンバータと表示プロセッサの機能を実行する。従って、その結果
としての表示システムは非常に柔軟でかつ強力である。

【００４６】本発明に係るある好適な実施形態だけが示され、説明されたが、当業者は様々
な修正や変更を行うことができる。従って、本発明の真の精神の中で添付の請求
項がその修正や変更の全てを含むという意図を理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る好適な一実施形態を使った超音波イメージングシステム
の模式的ブロック図である。

【図２】図１のシステムの一部を構成する送信器の模式的ブロック図である。

【図２Ａ】図２Ａは、図２の送信器５０のチャンネル上の信号を示す図である。

【図２Ｂ】図２Ｂは、図２の送信器５０のチャンネル上の信号を示す図である。

【図３】図３は、図１のシステムの一部を構成する受信器の模式的ブロック図である。

【図４】図４は、図１のシステムの一部を形成する表示システムの速度計算回路の模式
的ブロック図である。

【図５】図５は、好適な実施形態を使った図１のトランスジューサの位置決め処理を示
す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドン，ファンアメリカ合衆国、53562、ウィスコンシン州、ミドルトン、センチュリー・アベニュー、5317、アパートメント・６番Ｆターム(参考） 4C301 AA01 BB06 BB22 CC01 DD01 DD02 EE11 HH01 HH14 HH37 HH38 HH54 JB02 JB22 JB29 KK22 LL03 LL04 5J083 AA02 AD08 BA01 BD03 CA01 CA12 DC05 EB02 EB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の少なくとも一部分の流体流の速度を計算する超音波イメ
ージングシステムにおいて、第１の位置内において超音波を前記被検体の一部に送って前記一部からの第１
の反射超音波を受信可能であると共に、第２の位置内において超音波を前記被検
体の一部に送って前記一部からの第２の反射超音波を受信可能であるトランスジ
ューサ・アセンブリと、前記第１の反射超音波に基づいて前記被検体の少なくとも一部の流体流の速度
成分に関する第１の値をもつ第１の信号を生成すると共に、前記第２の反射超音
波に基づいて前記被検体の少なくとも一部の流体流の速度成分に関する第２の値
をもつ第２の信号を生成するための超音波受信器と、前記第１の位置で前記被検体の前記一部から受信された前記第１の超音波に基
づく第１のスキャンデータと、前記第２の位置で前記被検体の前記一部から受信
された前記第２の超音波に基づく第２のスキャンデータを格納するメモリと、前記第１と第２のスキャンデータに基づいて前記第１の位置と前記第２の位置
の間にある前記トランスジューサ・アセンブリの回転角度を計算するために接続
され、また、前記被検体の少なくとも前記一部の流体流の速度を、前記回転角度
と前記第１と第２の信号の前記第１と第２の値に基づいて、推定するために接続
された論理部とを備えることを特徴とする改良されたイメージング装置。
【請求項２】前記トランスジューサ・アセンブリは超音波を連続的に送り、ま
た、受信することを特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項３】前記トランスジューサ・アセンブリは、超音波パルスを送ること
を特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項４】前記論理部は、周波数領域整合アルゴリズムを使って前記回転角
度を計算することを特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項５】前記論理部は、直交速度ベクトル成分を分析することによって、
前記被検体の少なくとも前記一部の流体流の速度を推定することを特徴とする請
求項４のイメージング装置。
【請求項６】前記第１のスキャンデータは第１のフレームのスキャンデータを
少なくとも有し、また、前記第２のスキャンデータは第２のフレームのスキャン
データを少なくとも有することを特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項７】直角座標に基づいて前記第１のフレームのデータと前記第２のフ
レームのデータを変換するために接続されたスキャン・コンバータをさらに備え
ることを特徴とする請求項６のイメージング装置。
【請求項８】前記第１と第２のスキャンデータはＢモードスキャンデータをさ
らに有することを特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項９】前記第１と第２のスキャンデータは色スキャンデータをさらに有
することを特徴とする請求項１のイメージング装置。
【請求項１０】被検体の少なくとも一部の流体流速度を計算する超音波イメー
ジングシステムにおいて、第１の位置から前記被検体の一部に超音波を送る工程と、前記第１の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前記一
部から第１の反射超音波を受信する工程と、第２の位置から前記被検体の前記一部に超音波を送る工程と、前記第２の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前記一
部から第２の反射超音波を受信する工程と、前記第１の反射超音波に基づいて前記被検体の少なくとも一部の流体流の速度
成分に関する第１の値をもつ第１の信号を生成する工程と、前記第２の反射超音波に応答する前記被検体の少なくとも一部の流体流の速度
成分に関する第２の値をもつ第２の信号を生成する工程と、前記第１の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前記一
部から受信された前記第１の超音波に基づく第１のスキャンデータを生成して格
納する工程と、前記第２の位置から前記超音波を送ったことに基づいて、前記被検体の前記一
部から受信された前記第２の超音波に基づく第２のスキャンデータを生成して格
納する工程と、前記第１と第２のスキャンデータに基づいて前記第１の位置と前記第２の位置
間の回転角度を計算する工程と、前記回転角度と前記第１と第２の信号の前記第１と第２の値に基づいて前記被
検体の少なくとも前記一部の流体流の速度を推定する工程とを備えることを特徴
とする改良されたイメージング方法。
【請求項１１】前記送る工程のそれぞれは、超音波を連続的に送り、また、受
信する工程を備えることを特徴とする請求項１０のイメージング方法。
【請求項１２】前記送る工程のそれぞれは、超音波パルスを送る工程を備える
ことを特徴とする請求項１０のイメージング方法。
【請求項１３】前記回転角度を計算する工程は、周波数領域整合アルゴリズム
を使う工程を備えることを特徴とする請求項１０のイメージング方法。
【請求項１４】前記推定する工程は、直交速度ベクトル成分を分析する工程を
備えることを特徴とする請求項１３のイメージング方法。
【請求項１５】前記第１のスキャンデータは、第１のフレームのスキャンデー
タを少なくとも有し、また、前記第２のスキャンデータは、第２のフレームのス
キャンデータを少なくとも有することを特徴とする請求項１０のイメージング方
法。
【請求項１６】前記第１のフレームのデータと前記第２のフレームのデータは
、直角座標に基づくものであることを特徴とする請求項１５のイメージング方法
。
【請求項１７】前記第１と第２のスキャンデータを生成して格納する工程は、
Ｂモードスキャンを行う工程を備えることを特徴とする請求項１０のイメージン
グ方法。
【請求項１８】前記第１と第２のスキャンデータを生成して格納する工程は、
色スキャンを行う工程を備えることを特徴とする請求項１７のイメージング方法
。