JP2004350964A - 超音波診断装置のデータ処理方法及び超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な回路構成でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去する。
【解決手段】トリガパルス発生器３１は、所定の同一深さの複数のデータ（ａ〜ｈ）の最初のデータａと同期するタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈに変化するパルスを発生する。サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１からのパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の入力データａをホールドする。減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。データ減算器１６，１７の出力データは、初期値が必ず０で始まるデータとなる。その結果データ減算器１６，１７の後段にあるＭＴＩフィルタ１８，１９には、初期値が必ず０で始まるデータが入力されることになり、ＭＴＩフィルタ１８，１９の過渡応答を抑制することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】トリガパルス発生器３１は、所定の同一深さの複数のデータ（ａ〜ｈ）の最初のデータａと同期するタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈに変化するパルスを発生する。サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１からのパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の入力データａをホールドする。減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。データ減算器１６，１７の出力データは、初期値が必ず０で始まるデータとなる。その結果データ減算器１６，１７の後段にあるＭＴＩフィルタ１８，１９には、初期値が必ず０で始まるデータが入力されることになり、ＭＴＩフィルタ１８，１９の過渡応答を抑制することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織に対して超音波を送受波して生体内部の断層像を得る超音波診断装置のデータ処理方法及び超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波振動子から生体組織に対して超音波を送受信して生体組織の断層像を得る超音波診断装置が種々実用化されている。
【０００３】
さらに、超音波診断装置においては、生体組織からの受信信号のドプラ偏移周波数を演算して血流の２次元像を表示するドプラ診断装置がある。
【０００４】
ここで、超音波診断装置で復調されたドプラ信号は、心臓壁や心臓弁膜の運動による低周波ドプラ信号も含んでいる。血流情報を正確に検出するためには、この低周波ドプラ信号を取り除くこと必要がある。心臓壁や心臓弁膜の運動による低周波ドプラ信号は、通常極めて大きなレベルの直流成分で、血流によるドプラ信号よりおよそ数百倍も大きな振幅を有する。このため、ドプラ診断装置では、低周波ドプラ信号を取り除くために、ディジタル高域通過フィルタの一種であるＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ） フィルタを用いている。ＭＴＩフィルタはＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ） レーダーの原理を用いるもので、主として低い次数（ｏｒｄｅｒ） の無限衝撃応答（ＩＩＲ）が使われる。
【０００５】
ドプラ診断装置のＭＴＩフィルタをＩＩＲフィルタで構成した場合、生体組織からの動きの遅い成分の除去能力に優れる一方、フィルタの過渡応答が血流速度の演算結果に誤差を与えるという問題点がある。そのため、ＭＴＩフィルタとしてＩＩＲフィルタを用いた場合の過渡応答を抑える方法が従来から考案されている。
【０００６】
このような従来の過渡応答を抑える方法としては、ＭＴＩフィルタの最終正常状態の出力データの値をＭＴＩフィルタの初期値として用いるとともに、ＭＴＩフィルタの出力データのうち初期の数データを血流速度演算に使用しないことで、ＩＩＲフィルタが持つ過渡応答の影響を除去する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１０２１２号公報（第４−５頁、図２−３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の過渡応答を抑える方法では、ＭＴＩフィルタの最終正常状態の出力データの値をＭＴＩフィルタの初期値として用いるとともに、ＭＴＩフィルタの出力データのうち初期の数データを血流速度演算に使用しないことで、ＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるが、回路構成が複雑になるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できる超音波診断装置のデータ処理方法及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に記載の超音波診断装置のデータ処理方法は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波送受信手段により得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップと、前記データ抽出ステップで得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから少なくとも先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップと、前記データ減算ステップで減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップと、前記フィルタ入力ステップの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の超音波診断装置は、超音波振動子により所定の時間間隔で同一の音線方向に対する複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得手段と、前記超音波データ取得手段で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応するデータを得るデータ抽出手段と、前記データ抽出手段で得られた所定の同一の深さに対応するデータそれぞれから少なくとも先頭のデータを減算するデータ減算手段と、所定のフィルタ特性を有し、前記データ減算手段で減算されたデータを入力するフィルタ手段と、前記フィルタ手段からの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の超音波診断装置は、請求項２に記載の超音波診断装置であって、前記速度演算手段により得られた速度情報のデータに所定のカラー化処理を行って表示可能な超音波画像データを生成するカラー化手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１乃至図７は本発明の実施の形態に係り、図１は超音波診断装置の全体構成を示す説明図、図２はデータ減算器のブロック図、図３は超音波診断装置のデータ処理方法の概要を示すフローチャート、図４はデータ減算器に入力する超音波データを示す説明図、図５はデータ減算器が出力する超音波データを示す説明図、図６はデータ減算器の動作を示すタイミングチャート、図７は図３の超音波診断装置のデータ処理方法を更に具体的に示すフローチャートである。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波探触子１１と、超音波送受信部１２と、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）１３と、直交変換器１４と、遅延器１５と、データ減算器１６，１７と、ＭＴＩフィルタ１８，１９と、血流情報演算部２０と、Ｂモード像演算部２１と、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと呼ぶ）２２と、モニタ２３とを含んで構成されている。
【００１５】
超音波探触子１１は、超音波送受信部１２に接続され、超音波の送信及び受信を行う。
【００１６】
ここで、超音波探触子１１は、電気的な走査を行うアレイ振動子、または機械的な走査を行う単板あるいはアレイ振動子のいずれでも良い。
【００１７】
超音波送受信部１２は、超音波探触子１１にパルス信号を供給して超音波探触子１１に超音波パルスの送信を行わせるとともに、生体から戻ってくる反射エコーを超音波探触子１１を介して受信する。
【００１８】
ここで、超音波探触子１１にアレイ振動子に用いた場合、超音波送受信部１２は、ビームフォーミング処理を行い、音線データを生成する。
【００１９】
超音波送受信部１２は、血流情報を取得する場合に、同一の音線に対して所定の時間間隔で複数回送受信を行うように動作する。同一の音線に対する送受信の回数は８回程度である。各音線では、所定の同一深さのデータが送受信の回数分得られる。
【００２０】
超音波送受信部１２で生成された音線データは、Ａ／Ｄ変換器１３に入力され、所定のサンプリング周波数にてデジタルデータ化される。なお、超音波送受信部１２とＡ／Ｄ変換器１３の間には図示しないアンチエリアジングフィルタを備えており、Ａ／Ｄ変換時にエリアジングを防止している。
【００２１】
ここで、エリアジングとは、アナログ信号をＡ／Ｄ変換する際に、本来の信号の周波数とは違う偽物の信号が発生してしまう現象のことである。エリアジングが発生するのは、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の１／２を越える周波数の信号がＡ／Ｄ変換器に入力された場合である。例えば、４ＭＨｚのＡ／Ｄ変換器であれば２ＭＨｚ以上の信号を入力するとエリアジングが発生する。このため、本実施の形態では、サンプリング周波数の１／２を超える周波数成分をカツトするアンチエリアジングフィルタ（ローパスフィルタ）をＡ／Ｄ変換器１３の前に置いている。
【００２２】
直交変換器１４は、Ａ／Ｄ変換器１３に接続されており、直交変換を行う部分である。
【００２３】
直交変換器１４は、ヒルベルト変換フィルタで構成されており、入力された信号の位相を９０度遅らせる働きを持つ。ビルベルト変換フィルタは所定のフィルタ係数を持つデジタルＦＩＲフィルタで実現することができる。
【００２４】
遅延器１５は、直交変換器１４にて発生するデータ遅延量と等価な遅延を与える働きを持つ。直交変換器１４及び遅延器１５の出力データは互いに９０度の位相差を持つペア信号となる。
【００２５】
データ減算器１６，１７は、本発明の特徴であるデータ処理を行う部分であり、それぞれ直交変換器１４及び遅延器１５からの出力に対して後述の減算処理を行い、それぞれＭＴＩフィルタ１８，１９に出力する。
【００２６】
ＭＴＩフィルタ１８，１９は、それぞれデータ減算器１６，１７からのデータに対して、血流以外の組織からのゆっくりとしたドプラ信号を除去するためのハイパスフィルタであり、デジタルＩＩＲフィルタで構成する。フィルタ係数は、図示しない外部入力部から任意に設定可能とする。
【００２７】
血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する部分であり、血流速度、血流速度の分散値、血流パワーなどの演算を行う。血流速度、血流速度の分散値、血流パワーの演算方法は公知の技術であり、いわゆる自己相関法などにより演算することができる。
【００２８】
Ｂモード像演算部２１は、直交変換器１４及び遅延器１５の出力データを基にＢモード画像データを生成する部分である。直交変換器１４及び遅延器１５の出力データは互いに直交する関係にあり、両者の２乗和の平方根を計算することで、反射エコーの振幅情報を得ることができる。得られた振幅情報は、対数圧縮、ゲイン調整、コントラスト調整などの処理を行いＢモード画像データとなる。
【００２９】
ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データ及びＢモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データを基に超音波探触子１１のスキャン形状にあった形に座標変換及び補間処理し、血流情報データ及びＢモード画像データが合成された超音波画像データを生成する。
【００３０】
ここで、例えば、超音波探触子１１として曲率６ｍｍで画角１８０度のコンベツクス探触子を用いた場合は、放射状の半円の２次元音線データが得られる。２次元音線データは、円の中心からの距離と音線の角度によって決まる極座標（ｒ，θ）形式のデータである。この場合、ＤＳＣ２２は、座標変換の処理として、極座標のデータをモニター表示に適した直交座標（ｘ，ｙ座標）に変換する。具体的には、以下の関係式（１）、（２）を利用して極座標（ｒ，０）と直交座標（ｘ，ｙ）の変換を行う。
【００３１】
ｘ＝ｒ×ｃｏｓθ …（１）
ｙ＝ｒ×ｓｉｎθ …（２）
その際、音腺データの密度が荒いとデータとデータの間に隙間ができてしまうため、ＤＳＣ２２は、周囲のデータから補間処理によってデータを作り出す。例えば、ＤＳＣ２２は、周囲の４点のデータを利用して補間する４点補間を行う。
【００３２】
モニタ２３は、ＤＳＣ２２で生成された超音波画像データを映像表示する。
図２を用いてデータ減算器１６，１７の内部構成を詳細に説明する。
データ減算器１６（または１７）は、トリガパルス発生器３１と、サンプルホールド回路３２と、減算器３３とを含んで構成されている。
【００３３】
トリガパルス発生器３１は、所定のタイミングでパルスを発生する部分である。
サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１で発生するパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の直交変換器１４（または遅延器１５）のデータをホールドする。
【００３４】
減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない直交変換器１４（または遅延器１５）からの原データから、サンプルホールド回路３２の出力データを減算してＭＴＩフィルタ１８（または１９）に出力する。
【００３５】
（作用）
以下、実施の形態の作用を図３乃至図５を参照して超音波診断装置の観察動作を説明する。
【００３６】
まず、図３に示すステップＳ１において、超音波探触子１１と超音波送受信部１２は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る。
【００３７】
これにより、各音線では、所定の同一深さのデータが送受信の回数分得られる。
次に、超音波送受信部１２は、図３に示すステップＳ２において、図３に示すステップＳ１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを抽出する。
【００３８】
このようなステップＳ１，Ｓ２の処理において、例えば、同一の音線に対して８回送受信を繰り返した場合は、所定の同一深さの超音波データ（ａ〜ｈ）が図４及び図６（ａ）に示すように８個得られる。
【００３９】
次に、図３に示すステップＳ３において、トリガパルス発生器３１は、図６（ｂ）に示すように所定の同一深さの複数のデータ（ａ〜ｈ）の最初のデータ（図４の場合データａに相当）と同期するタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈに変化するパルスを発生する。
【００４０】
サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１で発生するパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の入力データをホールドする。例えば、図４及び図６（ａ）に示すデータが入力された場合であれば、図６（ｃ）に示すようにデータａがホールドされる。
【００４１】
減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。これにより、データ減算器１６，１７の出力データは、図５び図６（ｄ）に示すに示すように、初期値が必ず０で始まるデータとなる。その結果、図３に示すステップＳ４において、データ減算器１６，１７の後段にあるＭＴＩフィルタ１８，１９には、初期値が必ず０で始まるデータが入力されることになり、ステップ状のデータが入力されることがないため、ＭＴＩフィルタ１８，１９の過渡応答を抑制することができる。
【００４２】
さらに、一般に生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号は、図４のデータａを中心にほぼ一定値となる傾向にあるため、データａの値を減算するということは、データ減算器１６，１７が生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号を除去する働きをも持つことを意味する。
【００４３】
ここで、ゆっくりとした動きの信号は、図４のデータａを中心にほぼ一定値となる理由について、以下に詳細に説明する。
【００４４】
血流（その中の赤血球）からのエコーに比べて生体組織からのエコーは振幅が非常に大きい。そのため、受信したエコーは生体組織からのエコー成分が支配的となる。
【００４５】
一方、超音波の送信は数ｍｓｅｃ以下の間隔で行っており、その間に生体組織が動く距離はごくわずかである。そのため、所定の同一深さのデータを送信繰り返し回数分取り出したとき、データはほとんど変動せず、ほぼ一定値となる。従って、所定の同一深さのデータが値ａから始まる場合はデータａを中心にほぽ一定値となる。
【００４６】
以上のように、データ減算器１６，１７により、ＭＴＩフィルタの過渡応答を抑制することができ、さらに生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号をより効果的に除去することができる。
【００４７】
次に、図３に示すステップＳ５において、血流情報演算部２０は、ＭＴＩフィルタ１８，１９の出力からドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する。これにより、血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する。
【００４８】
ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データ及びＢモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データを基に血流情報データ及びＢモード画像データが合成された超音波画像データを生成して、モニタ２３に表示する。
【００４９】
なお、データ減算器１６，１７は、入力された信号の初期値をそれぞれ強制的にゼロにするため、データ減算器１６，１７に入力された信号相互間の位相関係と、データ減算器１６，１７の出力信号の相互間の位相関係は狂うことになる。この位相の狂いは、データ減算器１６，１７において直流に相当する量だけ値をシフトさせたことに起因するものであり、ハイパスフィルタであるＭＴＩフィルタ１８，１９を通すことで徐々に軽減される。従って、ＭＴＩフィルタ１８，１９の出力データのうち、最初の数データを排除してから血流情報演算部２０にて血流情報を演算した方がより正確な速度情報を得ることができる。
【００５０】
このような動作により、図３に示すステップＳ１は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得ステップとなっている。
【００５１】
図３に示すステップＳ２は、前記ステップＳ１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップとなっている。
【００５２】
図３に示すステップＳ３は、前記ステップＳ２で得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップとなっている。
【００５３】
図３に示すステップＳ４は、前記ステップＳ３で減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップとなっている。
【００５４】
図３に示すステップＳ５は、前記ステップＳ４の出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップとなっている。
【００５５】
図３に示した超音波診断装置のデータ処理方法について、図７を用いて具体的な処理として説明する。
【００５６】
まず、図７に示すステップＳ１１において、超音波探触子１１と超音波送受信部１２は、複数の超音波データを取得する。
【００５７】
次に、図７に示すステップＳ１２において、直交変換器１４により複数の超音波データの直交変換を行う。
【００５８】
次に、図７に示すステップＳ１３において、超音波送受信部１２は、、図７に示すステップＳ１１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを抽出する。
【００５９】
このようなステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の処理により、所定の同一深さの超音波データ（ａ〜ｈ）が図４及び図６（ａ）に示すように８個得られる。
【００６０】
次に、図７に示すステップＳ１４において、減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。これにより、ＭＴＩフィルタ１８，１９は、図７に示すステップＳ１５において、初期値が必ず０で始まるデータをＭＴＩフィルタ演算する。
【００６１】
次に、図７に示すステップＳ１６において、血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する。この後、図７に示すステップＳ１７において、血流情報演算部２０は、すべての計算対象データの演算が終了したかの判別を行い、演算が終了していない場合にはステップＳ１３の処理に戻り、演算が終了した場合にはステップＳ１８の処理に移行する。
【００６２】
図７に示すステップＳ１８において、ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データに色相と輝度の割り当てを行い、図７に示すステップＳ１９において、ＤＳＣ２２は、Ｂモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データと合成された超音波画像データを生成して、モニタ２３に表示する。この後、図７に示すステップＳ１１の処理に戻る。
【００６３】
（効果）
このような実施の形態によれば、簡易な回路構成のデータ減算器１６，１７でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるので、血流情報を正確に検出できる超音波診断装置の低コストで実現できる。
【００６４】
［付記］
以上詳述したような本発明の前記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００６５】
（付記項１） 所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得ステップと、
前記超音波データ取得ステップで得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップと、
前記データ抽出ステップで得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップと、
前記データ減算ステップで減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップと、
前記フィルタ入力ステップの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６６】
（付記項２）前記超音波送受信は超音波探触子を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６７】
（付記項３）前記所定のフィルタは、ＭＴＩフィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６８】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば、簡易な回路構成でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるので、血流情報を正確に検出できる超音波診断装置の低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施の形態に係るデータ減算器のブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る超音波診断装置のデータ処理方法の概要を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態に係るデータ減算器に入力するデータを示す説明図。
【図５】本発明の実施の形態に係るデータ減算器が出力するデータを示す説明図。
【図６】本発明の実施の形態に係るデータ減算器の動作を示すタイミングチャート。
【図７】図３の超音波診断装置のデータ処理方法を更に具体的に示すフローチャート。
（構成）
【符号の説明】
１ …超音波診断装置
１１ …超音波探触子
１２ …超音波送受信部
１３ …Ａ／Ｄ変換器
１４ …直交変換器
１５ …遅延器
１６，１７ …データ減算器
１８，１９ …ＭＴＩフィルタ
２０ …血流情報演算部
２１ …Ｂモード像演算部
２２ …ＤＳＣ
２３ …モニタ
３１ …トリガパルス発生器
３２ …サンプルホールド回路
３３ …減算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織に対して超音波を送受波して生体内部の断層像を得る超音波診断装置のデータ処理方法及び超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波振動子から生体組織に対して超音波を送受信して生体組織の断層像を得る超音波診断装置が種々実用化されている。
【０００３】
さらに、超音波診断装置においては、生体組織からの受信信号のドプラ偏移周波数を演算して血流の２次元像を表示するドプラ診断装置がある。
【０００４】
ここで、超音波診断装置で復調されたドプラ信号は、心臓壁や心臓弁膜の運動による低周波ドプラ信号も含んでいる。血流情報を正確に検出するためには、この低周波ドプラ信号を取り除くこと必要がある。心臓壁や心臓弁膜の運動による低周波ドプラ信号は、通常極めて大きなレベルの直流成分で、血流によるドプラ信号よりおよそ数百倍も大きな振幅を有する。このため、ドプラ診断装置では、低周波ドプラ信号を取り除くために、ディジタル高域通過フィルタの一種であるＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ） フィルタを用いている。ＭＴＩフィルタはＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ） レーダーの原理を用いるもので、主として低い次数（ｏｒｄｅｒ） の無限衝撃応答（ＩＩＲ）が使われる。
【０００５】
ドプラ診断装置のＭＴＩフィルタをＩＩＲフィルタで構成した場合、生体組織からの動きの遅い成分の除去能力に優れる一方、フィルタの過渡応答が血流速度の演算結果に誤差を与えるという問題点がある。そのため、ＭＴＩフィルタとしてＩＩＲフィルタを用いた場合の過渡応答を抑える方法が従来から考案されている。
【０００６】
このような従来の過渡応答を抑える方法としては、ＭＴＩフィルタの最終正常状態の出力データの値をＭＴＩフィルタの初期値として用いるとともに、ＭＴＩフィルタの出力データのうち初期の数データを血流速度演算に使用しないことで、ＩＩＲフィルタが持つ過渡応答の影響を除去する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１０２１２号公報（第４−５頁、図２−３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の過渡応答を抑える方法では、ＭＴＩフィルタの最終正常状態の出力データの値をＭＴＩフィルタの初期値として用いるとともに、ＭＴＩフィルタの出力データのうち初期の数データを血流速度演算に使用しないことで、ＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるが、回路構成が複雑になるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できる超音波診断装置のデータ処理方法及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に記載の超音波診断装置のデータ処理方法は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波送受信手段により得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップと、前記データ抽出ステップで得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから少なくとも先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップと、前記データ減算ステップで減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップと、前記フィルタ入力ステップの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の超音波診断装置は、超音波振動子により所定の時間間隔で同一の音線方向に対する複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得手段と、前記超音波データ取得手段で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応するデータを得るデータ抽出手段と、前記データ抽出手段で得られた所定の同一の深さに対応するデータそれぞれから少なくとも先頭のデータを減算するデータ減算手段と、所定のフィルタ特性を有し、前記データ減算手段で減算されたデータを入力するフィルタ手段と、前記フィルタ手段からの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の超音波診断装置は、請求項２に記載の超音波診断装置であって、前記速度演算手段により得られた速度情報のデータに所定のカラー化処理を行って表示可能な超音波画像データを生成するカラー化手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１乃至図７は本発明の実施の形態に係り、図１は超音波診断装置の全体構成を示す説明図、図２はデータ減算器のブロック図、図３は超音波診断装置のデータ処理方法の概要を示すフローチャート、図４はデータ減算器に入力する超音波データを示す説明図、図５はデータ減算器が出力する超音波データを示す説明図、図６はデータ減算器の動作を示すタイミングチャート、図７は図３の超音波診断装置のデータ処理方法を更に具体的に示すフローチャートである。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波探触子１１と、超音波送受信部１２と、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）１３と、直交変換器１４と、遅延器１５と、データ減算器１６，１７と、ＭＴＩフィルタ１８，１９と、血流情報演算部２０と、Ｂモード像演算部２１と、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣと呼ぶ）２２と、モニタ２３とを含んで構成されている。
【００１５】
超音波探触子１１は、超音波送受信部１２に接続され、超音波の送信及び受信を行う。
【００１６】
ここで、超音波探触子１１は、電気的な走査を行うアレイ振動子、または機械的な走査を行う単板あるいはアレイ振動子のいずれでも良い。
【００１７】
超音波送受信部１２は、超音波探触子１１にパルス信号を供給して超音波探触子１１に超音波パルスの送信を行わせるとともに、生体から戻ってくる反射エコーを超音波探触子１１を介して受信する。
【００１８】
ここで、超音波探触子１１にアレイ振動子に用いた場合、超音波送受信部１２は、ビームフォーミング処理を行い、音線データを生成する。
【００１９】
超音波送受信部１２は、血流情報を取得する場合に、同一の音線に対して所定の時間間隔で複数回送受信を行うように動作する。同一の音線に対する送受信の回数は８回程度である。各音線では、所定の同一深さのデータが送受信の回数分得られる。
【００２０】
超音波送受信部１２で生成された音線データは、Ａ／Ｄ変換器１３に入力され、所定のサンプリング周波数にてデジタルデータ化される。なお、超音波送受信部１２とＡ／Ｄ変換器１３の間には図示しないアンチエリアジングフィルタを備えており、Ａ／Ｄ変換時にエリアジングを防止している。
【００２１】
ここで、エリアジングとは、アナログ信号をＡ／Ｄ変換する際に、本来の信号の周波数とは違う偽物の信号が発生してしまう現象のことである。エリアジングが発生するのは、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数の１／２を越える周波数の信号がＡ／Ｄ変換器に入力された場合である。例えば、４ＭＨｚのＡ／Ｄ変換器であれば２ＭＨｚ以上の信号を入力するとエリアジングが発生する。このため、本実施の形態では、サンプリング周波数の１／２を超える周波数成分をカツトするアンチエリアジングフィルタ（ローパスフィルタ）をＡ／Ｄ変換器１３の前に置いている。
【００２２】
直交変換器１４は、Ａ／Ｄ変換器１３に接続されており、直交変換を行う部分である。
【００２３】
直交変換器１４は、ヒルベルト変換フィルタで構成されており、入力された信号の位相を９０度遅らせる働きを持つ。ビルベルト変換フィルタは所定のフィルタ係数を持つデジタルＦＩＲフィルタで実現することができる。
【００２４】
遅延器１５は、直交変換器１４にて発生するデータ遅延量と等価な遅延を与える働きを持つ。直交変換器１４及び遅延器１５の出力データは互いに９０度の位相差を持つペア信号となる。
【００２５】
データ減算器１６，１７は、本発明の特徴であるデータ処理を行う部分であり、それぞれ直交変換器１４及び遅延器１５からの出力に対して後述の減算処理を行い、それぞれＭＴＩフィルタ１８，１９に出力する。
【００２６】
ＭＴＩフィルタ１８，１９は、それぞれデータ減算器１６，１７からのデータに対して、血流以外の組織からのゆっくりとしたドプラ信号を除去するためのハイパスフィルタであり、デジタルＩＩＲフィルタで構成する。フィルタ係数は、図示しない外部入力部から任意に設定可能とする。
【００２７】
血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する部分であり、血流速度、血流速度の分散値、血流パワーなどの演算を行う。血流速度、血流速度の分散値、血流パワーの演算方法は公知の技術であり、いわゆる自己相関法などにより演算することができる。
【００２８】
Ｂモード像演算部２１は、直交変換器１４及び遅延器１５の出力データを基にＢモード画像データを生成する部分である。直交変換器１４及び遅延器１５の出力データは互いに直交する関係にあり、両者の２乗和の平方根を計算することで、反射エコーの振幅情報を得ることができる。得られた振幅情報は、対数圧縮、ゲイン調整、コントラスト調整などの処理を行いＢモード画像データとなる。
【００２９】
ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データ及びＢモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データを基に超音波探触子１１のスキャン形状にあった形に座標変換及び補間処理し、血流情報データ及びＢモード画像データが合成された超音波画像データを生成する。
【００３０】
ここで、例えば、超音波探触子１１として曲率６ｍｍで画角１８０度のコンベツクス探触子を用いた場合は、放射状の半円の２次元音線データが得られる。２次元音線データは、円の中心からの距離と音線の角度によって決まる極座標（ｒ，θ）形式のデータである。この場合、ＤＳＣ２２は、座標変換の処理として、極座標のデータをモニター表示に適した直交座標（ｘ，ｙ座標）に変換する。具体的には、以下の関係式（１）、（２）を利用して極座標（ｒ，０）と直交座標（ｘ，ｙ）の変換を行う。
【００３１】
ｘ＝ｒ×ｃｏｓθ …（１）
ｙ＝ｒ×ｓｉｎθ …（２）
その際、音腺データの密度が荒いとデータとデータの間に隙間ができてしまうため、ＤＳＣ２２は、周囲のデータから補間処理によってデータを作り出す。例えば、ＤＳＣ２２は、周囲の４点のデータを利用して補間する４点補間を行う。
【００３２】
モニタ２３は、ＤＳＣ２２で生成された超音波画像データを映像表示する。
図２を用いてデータ減算器１６，１７の内部構成を詳細に説明する。
データ減算器１６（または１７）は、トリガパルス発生器３１と、サンプルホールド回路３２と、減算器３３とを含んで構成されている。
【００３３】
トリガパルス発生器３１は、所定のタイミングでパルスを発生する部分である。
サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１で発生するパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の直交変換器１４（または遅延器１５）のデータをホールドする。
【００３４】
減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない直交変換器１４（または遅延器１５）からの原データから、サンプルホールド回路３２の出力データを減算してＭＴＩフィルタ１８（または１９）に出力する。
【００３５】
（作用）
以下、実施の形態の作用を図３乃至図５を参照して超音波診断装置の観察動作を説明する。
【００３６】
まず、図３に示すステップＳ１において、超音波探触子１１と超音波送受信部１２は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る。
【００３７】
これにより、各音線では、所定の同一深さのデータが送受信の回数分得られる。
次に、超音波送受信部１２は、図３に示すステップＳ２において、図３に示すステップＳ１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを抽出する。
【００３８】
このようなステップＳ１，Ｓ２の処理において、例えば、同一の音線に対して８回送受信を繰り返した場合は、所定の同一深さの超音波データ（ａ〜ｈ）が図４及び図６（ａ）に示すように８個得られる。
【００３９】
次に、図３に示すステップＳ３において、トリガパルス発生器３１は、図６（ｂ）に示すように所定の同一深さの複数のデータ（ａ〜ｈ）の最初のデータ（図４の場合データａに相当）と同期するタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈに変化するパルスを発生する。
【００４０】
サンプルホールド回路３２は、トリガパルス発生器３１で発生するパルスがＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がる瞬間の入力データをホールドする。例えば、図４及び図６（ａ）に示すデータが入力された場合であれば、図６（ｃ）に示すようにデータａがホールドされる。
【００４１】
減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。これにより、データ減算器１６，１７の出力データは、図５び図６（ｄ）に示すに示すように、初期値が必ず０で始まるデータとなる。その結果、図３に示すステップＳ４において、データ減算器１６，１７の後段にあるＭＴＩフィルタ１８，１９には、初期値が必ず０で始まるデータが入力されることになり、ステップ状のデータが入力されることがないため、ＭＴＩフィルタ１８，１９の過渡応答を抑制することができる。
【００４２】
さらに、一般に生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号は、図４のデータａを中心にほぼ一定値となる傾向にあるため、データａの値を減算するということは、データ減算器１６，１７が生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号を除去する働きをも持つことを意味する。
【００４３】
ここで、ゆっくりとした動きの信号は、図４のデータａを中心にほぼ一定値となる理由について、以下に詳細に説明する。
【００４４】
血流（その中の赤血球）からのエコーに比べて生体組織からのエコーは振幅が非常に大きい。そのため、受信したエコーは生体組織からのエコー成分が支配的となる。
【００４５】
一方、超音波の送信は数ｍｓｅｃ以下の間隔で行っており、その間に生体組織が動く距離はごくわずかである。そのため、所定の同一深さのデータを送信繰り返し回数分取り出したとき、データはほとんど変動せず、ほぼ一定値となる。従って、所定の同一深さのデータが値ａから始まる場合はデータａを中心にほぽ一定値となる。
【００４６】
以上のように、データ減算器１６，１７により、ＭＴＩフィルタの過渡応答を抑制することができ、さらに生体からの反射エコーのようにゆっくりとした動きの信号をより効果的に除去することができる。
【００４７】
次に、図３に示すステップＳ５において、血流情報演算部２０は、ＭＴＩフィルタ１８，１９の出力からドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する。これにより、血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する。
【００４８】
ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データ及びＢモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データを基に血流情報データ及びＢモード画像データが合成された超音波画像データを生成して、モニタ２３に表示する。
【００４９】
なお、データ減算器１６，１７は、入力された信号の初期値をそれぞれ強制的にゼロにするため、データ減算器１６，１７に入力された信号相互間の位相関係と、データ減算器１６，１７の出力信号の相互間の位相関係は狂うことになる。この位相の狂いは、データ減算器１６，１７において直流に相当する量だけ値をシフトさせたことに起因するものであり、ハイパスフィルタであるＭＴＩフィルタ１８，１９を通すことで徐々に軽減される。従って、ＭＴＩフィルタ１８，１９の出力データのうち、最初の数データを排除してから血流情報演算部２０にて血流情報を演算した方がより正確な速度情報を得ることができる。
【００５０】
このような動作により、図３に示すステップＳ１は、所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得ステップとなっている。
【００５１】
図３に示すステップＳ２は、前記ステップＳ１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップとなっている。
【００５２】
図３に示すステップＳ３は、前記ステップＳ２で得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップとなっている。
【００５３】
図３に示すステップＳ４は、前記ステップＳ３で減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップとなっている。
【００５４】
図３に示すステップＳ５は、前記ステップＳ４の出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップとなっている。
【００５５】
図３に示した超音波診断装置のデータ処理方法について、図７を用いて具体的な処理として説明する。
【００５６】
まず、図７に示すステップＳ１１において、超音波探触子１１と超音波送受信部１２は、複数の超音波データを取得する。
【００５７】
次に、図７に示すステップＳ１２において、直交変換器１４により複数の超音波データの直交変換を行う。
【００５８】
次に、図７に示すステップＳ１３において、超音波送受信部１２は、、図７に示すステップＳ１１で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを抽出する。
【００５９】
このようなステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の処理により、所定の同一深さの超音波データ（ａ〜ｈ）が図４及び図６（ａ）に示すように８個得られる。
【００６０】
次に、図７に示すステップＳ１４において、減算器３３は、サンプルホールド回路３２を通っていない原データ（ａ〜ｈ）から、サンプルホールド回路３２の出力データａを減算する。これにより、ＭＴＩフィルタ１８，１９は、図７に示すステップＳ１５において、初期値が必ず０で始まるデータをＭＴＩフィルタ演算する。
【００６１】
次に、図７に示すステップＳ１６において、血流情報演算部２０は、ＭＩＴフィルタ１８，１９の出力から血流情報データを演算する。この後、図７に示すステップＳ１７において、血流情報演算部２０は、すべての計算対象データの演算が終了したかの判別を行い、演算が終了していない場合にはステップＳ１３の処理に戻り、演算が終了した場合にはステップＳ１８の処理に移行する。
【００６２】
図７に示すステップＳ１８において、ＤＳＣ２２は、血流情報演算部２０で演算された血流情報データに色相と輝度の割り当てを行い、図７に示すステップＳ１９において、ＤＳＣ２２は、Ｂモード像演算部２１で演算されたＢモード画像データと合成された超音波画像データを生成して、モニタ２３に表示する。この後、図７に示すステップＳ１１の処理に戻る。
【００６３】
（効果）
このような実施の形態によれば、簡易な回路構成のデータ減算器１６，１７でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるので、血流情報を正確に検出できる超音波診断装置の低コストで実現できる。
【００６４】
［付記］
以上詳述したような本発明の前記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００６５】
（付記項１） 所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得ステップと、
前記超音波データ取得ステップで得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップと、
前記データ抽出ステップで得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップと、
前記データ減算ステップで減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップと、
前記フィルタ入力ステップの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６６】
（付記項２）前記超音波送受信は超音波探触子を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６７】
（付記項３）前記所定のフィルタは、ＭＴＩフィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置のデータ処理方法。
【００６８】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明によれば、簡易な回路構成でＩＩＲフィルタの過渡応答を除去できるので、血流情報を正確に検出できる超音波診断装置の低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施の形態に係るデータ減算器のブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る超音波診断装置のデータ処理方法の概要を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態に係るデータ減算器に入力するデータを示す説明図。
【図５】本発明の実施の形態に係るデータ減算器が出力するデータを示す説明図。
【図６】本発明の実施の形態に係るデータ減算器の動作を示すタイミングチャート。
【図７】図３の超音波診断装置のデータ処理方法を更に具体的に示すフローチャート。
（構成）
【符号の説明】
１ …超音波診断装置
１１ …超音波探触子
１２ …超音波送受信部
１３ …Ａ／Ｄ変換器
１４ …直交変換器
１５ …遅延器
１６，１７ …データ減算器
１８，１９ …ＭＴＩフィルタ
２０ …血流情報演算部
２１ …Ｂモード像演算部
２２ …ＤＳＣ
２３ …モニタ
３１ …トリガパルス発生器
３２ …サンプルホールド回路
３３ …減算器
Claims (3)
- 所定の時間間隔で同一の音線方向に対して複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波送受信手段により得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応する複数のデータを得るデータ抽出ステップと、
前記データ抽出ステップで得られた所定の同一の深さに対応する複数のデータのそれぞれから少なくとも先頭のデータの値を減算するデータ減算ステップと、
前記データ減算ステップで減算されたデータを所定のフィルタに入力するフィルタ入力ステップと、
前記フィルタ入力ステップの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算ステップと、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置のデータ処理方法。 - 超音波振動子により所定の時間間隔で同一の音線方向に対する複数回の超音波送受信を行って複数の超音波データを得る超音波データ取得手段と、
前記超音波データ取得手段で得られた複数の超音波データの中から所定の同一の深さに対応するデータを得るデータ抽出手段と、
前記データ抽出手段で得られた所定の同一の深さに対応するデータそれぞれから少なくとも先頭のデータを減算するデータ減算手段と、
所定のフィルタ特性を有し、前記データ減算手段で減算されたデータを入力するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段からの出力に基づきドプラ偏移周波数を演算し、運動反射体の速度情報を演算する速度演算手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記速度演算手段により得られた速度情報のデータに所定のカラー化処理を行って表示可能な超音波画像データを生成するカラー化手段を更に備えたことを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
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