JP2005028165A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズの影響を少なくして最高周波数を検出することでその検出精度を向上さ
せ、操作者の負担を軽減でき、さらに、診断時間を著しく短縮できる超音波診断装置を提
供する。
【解決手段】 被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ信
号を抽出し、このドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラム
の各周波数についての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数と
の時間経過に伴う推移を表示する超音波診断装置において、一定期間前記最高周波数が検
出できなかったとき、該期間の直前の期間における最高周波数値及び又は該期間の直後の
期間における最高周波数値を用いて該期間の最高周波数値を補間することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波のドプラ効果を利用して血液等、被検体内の運動状態を診断する超音
波診断装置に係り、特に高精度でドプラ偏移の最高周波数を検出する超音波診断装置に関
する。

従来より、超音波パルスドプラ法とパルス反射法とを併用することによって一つの超音
波プローブで血流情報と断層像（白黒Ｂモード像）情報を得、血流情報をリアルタイムで
表示するようにした超音波診断装置が知られている。

図１１は、従来の超音波診断装置の機能ブロック図を示している。図１１に示すように
、従来の超音波診断装置１００は、超音波振動子１０１と、パルサ１０３と、前置増幅器
１０５と、ミキサ１０７と、ローパスフィルタ１０９と、サンプルホールド回路１１１と
、バンドパスフィルタ１１３と、高速フーリエ変換器（以下ＦＦＴと記す）１１５と、表
示器１１７と、レンジゲート回路１１９と、パルス発生回路１２１とを備えている。

次に、従来の超音波診断装置１００を用いて血流速度を測定する場合の動作原理を図１
１と図１２を用いて説明する。

まず、パルス発生回路１２１は、クロックパルスａを発振し、このクロックパルスａを
レンジゲート回路１１９に出力する。また、パルス発生回路１２１は、分周回路およびゲ
ート回路等を備え、このクロックパルスａに基づき超音波繰り返し周波数に相当するレー
トパルスｂを発生し、パルサ１０３およびレンジゲート回路１１９に出力する。

パルサ１０３は、供給されたレートパルスｂから高電圧の駆動パルスを作り、超音波振
動子１０１を駆動する。超音波振動子１０１は、電気信号を機械振動に変換し、生体表面
Ｐを介して生体内へ超音波を送波する。この超音波は生体内の血管壁および血管内の血流
（主に赤血球）により一部反射され、そのエコー信号は同一の超音波振動子１０１で受信
され、電気信号ｄに変換される。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対して超音波パルスを送波すると、
この超音波ビームの中心周波数ｆｃは、流動する血流によって散乱され、ドプラ偏移を受
けて周波数ｆｄだけ変化する。このため、受信周波数ｆはｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。このと
き、周波数ｆｃ，ｆｄは、次の式（１）により現される。

ｆｄ＝（２・Ｖ・ｃｏｓθ／Ｃ）・ｆｃ …（１）
ここで、Ｖは血流速度、θは超音波ビームと血流との成す角度、Ｃは生体内の音速（約
１５３０ｍ／Ｓ）を表している。

したがって、ドプラ偏移ｆｄを検出することによって血流速度Ｖを得ることができる。

前置増幅器１０５は、超音波振動子１０１から入力する前記電気信号ｄを増幅した後、
ミキサ１０７に入力する。ミキサ１０７は前置増幅器１０５から入力する電気信号ｄとク
ロックパルス発生部１２１から入力するクロックパルスａとを混合する。そしてローパス
フィルタ１０９は、ミキサ１０７から入力する混合信号の内、超音波周波数等の高周波成
分を除去する。

そして生体内の血流が流れている深さの位置Ｏだけのドプラ信号を抽出するために、ロ
ーパスフィルタ１０９からの信号をサンプルホールド回路１１１に出力する。

レンジゲート回路１１９は、遅延時間が任意に設定できるが、ここでは、超音波が超音
波振動子１０１からレンジゲート位置（サンプリングポイント位置）Ｏまでの往復する時
間だけ、信号ｄより遅延させ、設定された長さに対応する幅を有するサンプリングパルス
ｃをサンプルホールド回路１１１に加える。

前記レンジゲート位置Ｏは操作者が超音波断層像中の血流信号を得たい血管に、トラッ
クボールやジョイスティック等のポインティングデバイスを用いて自由に位置を合わせる
ことが可能である。

サンプルホールド回路１１１は、サンプリングパルスｃによりローパスフィルタ１０９
の出力信号をサンプルホールドする。バンドパスフィルタ１１３は、サンプルホールド回
路１１１でのサンプリングにより生じた高周波成分並びに血管等の固定反射信号または比
較的ゆっくりした動きによるドプラ偏移周波数を除去し、血流によるドプラ信号のみを抽
出する。次に周波数分析器としてのＦＦＴ１１５を介して周波数スペクトルパターンを表
示器１１７に表示する。

このようにして、超音波診断装置１００は血流速度に対応するドプラ偏移周波数を検出
、表示するとともに、最高周波数を検出して表示している。

次に、従来の最高周波数の検出アルゴリズムを図１３に示す周波数スペクトルが得られ
た場合を例に説明する。従来の超音波診断装置１００は、図１３（ａ），（ｂ）に示すよ
うにパワー値のピーク値を基準にし、このピーク値より所定の比率低い値を閾値とし、こ
の閾値を最初に越える所のドプラ偏移周波数を最高周波数としている。

なお、最高周波数とは、流れの方向（順流方向（超音波プローブに近付く方向）の場合
は図１３中、（＋）ｆ側、逆流方向（超音波プローブから遠ざかる方向）の場合は図１３
中、（−）ｆ側）から０Ｈｚ側へ向かってパワー値をサーチしていき、パワー値が閾値を
最初に越えた所のドプラ偏移周波数としている。また、前記流れの方向は、周波数スペク
トラムにて最大周波数ｆｐｅａｋまたは平均周波数ｆｍｅａｎがプラス側（（＋）ｆ側）
にあれば順流方向、マイナス側（（−）ｆ側）にあれば逆流方向となる。

しかしながら、従来の超音波診断装置の最高周波数の検出アルゴリズムでは、閾値を最
初に越える所のドプラ偏移周波数を最高周波数としているので、ノイズ成分でも最高周波
数と検出する場合があった。

さらに、従来の超音波診断装置の最高周波数の検出アルゴリズムでは、平均処理をして
いない周波数スペクトルを用いて最高周波数の検出を行っているため、ノイズ成分でも最
高周波数と検出する場合があった。

このため、正確な最高周波数の検出に時間が掛かり、操作者の大きな負担となっていた
と同時に、診断に非常に多くの時間が掛かっていた。

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ノイズ等の影響により少
しの期間だけ最高周波数の時間経過に伴う推移（最高周波数のトレース）を誤った場合に
、操作者の介入によりこの誤りを修正することが可能な超音波診断装置を提供することに
ある。

また本発明は、被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ
信号を抽出し、このドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラ
ムの各周波数についての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数
との時間経過に伴う推移を表示する超音波診断装置において、一定期間前記最高周波数が
検出できなかったとき、該期間の直前の期間における最高周波数値及び又は該期間の直後
の期間における最高周波数値を用いて該期間の最高周波数値を補間することを特徴とする
。

ここでいう最高周波数が“検出できなかった”とは、最高周波数が実際に検出されず、
検出出力が０Ｈｚになる場合と、直前の期間で検出された最高周波数値から当該期間に検
出された最高数周波数値が所定以上離れている場合を含むものとする。

この補間方法には、直線補間や曲線補間がある。なお、実時間で周波数スペクトラム及
び最高周波数を検出して表示するリアルタイムオートトレースを行う場合には、最後に検
出された最高周波数値を検出できなかった期間の最高周波数値とするホールドを行う。

また本発明は、被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ
信号を抽出し、このドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラ
ムの各周波数についての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数
との時間経過に伴う推移を表示する超音波診断装置において、第１の期間において第１の
最高周波数値が検出されたとき、第１の期間に引き続く第２の期間における最高周波数検
出窓を前記第１の最高周波数値から所定の範囲内とし、該最高周波数検出窓の範囲以外の
最高周波数値が検出されたときは、最高周波数が検出できなかったとすることを特徴とす
る。

この最高周波数検出窓ｆｗは、前記第１の最高周波数値をｆ１とすると、定数ａ，ｂ（
０＜ｂ＜１）を使用して、
（ｆ１−ａ）≦ｆｗ≦（ｆ１＋ａ） …（２）
または、
ｆ１×（１−ｂ）≦ｆｗ≦ｆ１×（１＋ｂ） …（３）
式（２）、式（３）としてもよく、また等号を含まなくても良い。

また本発明は、被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ
信号を抽出し、このドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラ
ムの各周波数についての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数
との時間経過に伴う推移を表示する超音波診断装置において、前記周波数スペクトラム及
び前記最高周波数が表示された画面上に第１の時刻及び第２の時刻を指定することが可能
な入力手段と、第１の時刻及び第２の時刻で挟まれた期間に検出された最高周波数値を除
外し、該期間以外に検出された最高周波数値を用いて該期間内の最高周波数値を補間する
補間手段と、を備えたことを特徴とする。この補間方法には、直線補間や曲線補間がある
。

また本発明は、被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ
信号を抽出し、このドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラ
ムの各周波数についての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数
との時間経過に伴う推移を表示する超音波診断装置において、前記周波数スペクトラム及
び前記最高周波数が表示された画面上に第１の時刻及び第２の時刻を指定するととももに
、任意の最高周波数値を入力することが可能な入力手段と、第１の時刻及び第２の時刻で
挟まれた期間に検出された最高周波数値を除外し、前記入力手段より入力された最高周波
数値に基づいて、該期間内の最高周波数値を修正する修正手段と、を備えたことを特徴と
する。

この修正手段による修正には、入力手段による第１の時刻及び第２の時刻で挟まれた修
正期間を指定する段階と、入力手段より修正期間中の任意の時刻の最高周波数値を入力す
る段階と、入力された最高周波数値に基づいて補間または近似により修正する段階を含ん
でもよい。

例えば、第１の時刻及び第２の時刻をそれぞれ指定し、第１の時刻及び第２の時刻で挟
まれた修正期間中の任意の時刻と最高周波数値との組からなる点を１点、または数点入力
し、期間両端の２つの最高周波数値を持つ点とこれら入力された点の値を折れ線や２次曲
線、３次曲線またはスプライン曲線で結んでも良い。スプライン曲線には、入力された点
列を通過する内挿スプライン曲線と、必ずしも点列を通らない近似スプライン曲線とがあ
り、いずれを使用してもよい。さらに、グラフイック入力手段により、修正期間中の最高
周波数値を示す曲線そのものを入力してもよいし、この入力された曲線に対して適当な平
均化または平滑化を施してもよい。

本発明によれば、ノイズ等の影響により、最高周波数トレースが少しだけ誤った場合に
は、マニュアルで誤った期間を修正期間と指定し、修正期間の前後の期間の最高周波数値
から補間したり、必要ならば推測される正しい値である修正点ないし修正トレースそのも
のをマニュアルで入力することにより、誤ったデータを簡単に修正することができるので
、再度データ収集する必要がなくなり、診断時間を短縮し、操作者の負担を軽減すること
ができる。

次に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。

図１に示すように、本実施例の超音波診断装置１０は、電子走査型超音波プローブ（以
下超音波プローブと記す）１１と、電子走査装置アナログ部１３と、走査変換手段（ディ
ジタル・スキャン・コンバータ，以下ＤＳＣと記す）３０と、Ｄ／Ａ変換器３１と、表示
器３３と、入力手段としてのトラックボール３５と、ミキサ４０と、９０゜位相器４１と
、ローパスフィルタ４３と、スペクトラムドプラ演算部５０と、最高周波数検出部８０と
を備えている。

また、電子走査装置アナログ部１３は、基準信号発生器２０と、ディレーライン２１と
、パルサ２３と、プリアンプ２５と、加算器２７と、検波器２９とから成る。

まず、電子走査装置アナログ部１３では、基準信号発生器２０から出力される基準信号
を基に、ディレーライン２１により超音波プローブ１１の振動子の駆動タイミングが制御
された後、パルサ２３により超音波プローブ１１の振動子が駆動される。これにより超音
波プローブ１１の振動子は生体内に超音波を送波する。また、その反射波信号がプリアン
プ２３により増幅され、ディレーライン２１により受信タイミングが制御されて加算器２
５により加算される。

次いで加算器２５から出力された信号の一方は検出器２９に供給され、そこで対数増幅
処理、包絡線検波処理を経てＤＳＣ３０へ送られＢモード像として形成され、Ｄ／Ａ変換
器３１を介して表示器３３に表示される。

他方、加算器２５からの出力はミキサ４０にも加えられる。また、９０゜位相器４１よ
って基準信号発生器２０からの基準信号ｆ０ が９０゜の位相差でミキサ４０に加えられ
る。

この結果、ローパスフィルタ４３にはドプラ偏移信号ｆｄと（２ｆ０ ＋ｆｄ）信号が
入力され、ローパスフィルタ４３によって高周波成分が除去されてドプラ偏移信号ｆｄの
みが得られる。これは血流情報演算のための位相検波出力信号となる。

ローパスフィルタ４３より出力された位相検波出力信号はスペクトラムドプラ演算部５
０に加えられる。なお、血流が流れている深さの位置だけのドプラ信号を抽出するために
、前記ローパスフィルタ４３からの位相検波出力信号はサンプルホールド回路６１に出力
する。

レンジゲート回路６０は、遅延時間が任意に設定できるが、ここでは、超音波が超音波
プローブ１１の振動子からレンジゲート位置（サンプリングポイント位置）までの往復す
る時間だけレートパルスより遅延させ、設定された長さに対応する幅を有するサンプリン
グパルスをサンプリングホールド回路６１に加える。

サンプルホールド回路６１は、サンプリングパルスによりローパスフィルタ４３の出力
信号をサンプルホールドする。バンドパスフィルタ６３は、サンプルホールド回路６１で
のサンプリングにより生じた高周波成分並びに血管等の固定反射信号または比較的ゆっく
りした動きによるドプラ偏移周波数を除去し、血流によるドプラ信号のみを抽出する。バ
ンドパスフィルタ６３からの出力は、Ａ／Ｄ変換器６５でディジタル信号に変換された後
、周波数分析器としてのＦＦＴ６７を介して周波数スペクトルに変換され、ＤＳＣ３０、
Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示器３３に表示される。

また、前記周波数スペクトルに変換された信号は、最高周波数検出部８０に送られる。
これを基に最高周波数検出部８０では最高周波数が検出される。この検出された最高周波
数も表示器３３に表示される。

表示器３３は、ドプラ周波数の周波数スペクトルとともにドプラ周波数の最高周波数の
時間経過に伴う推移を表示し、その表示は、横軸（Ｘ軸）に時間、縦軸（Ｙ軸）にドプラ
偏移周波数、輝度軸（Ｚ軸）に信号強度または信号パワーを表示しており、この表示は通
常ソナグラム表示と呼ばれている。

トラックボール３５は、周波数スペクトラム及び最高周波数の時間経過に伴う推移が表
示された表示器３３の画面上で、ノイズなどの影響により異常な最高周波数が表示されて
いる期間をオペレータが指定して補間させたり、この期間の推測される最高周波数値をオ
ペレータが入力する際に使用される入力手段である。この入力手段は、トラックボールに
限らず、マウス、ライトペン、キーボード等の他の入力手段であってもかまわない。

図２は、本実施例の超音波診断装置１０の特徴である最高周波数検出部８０を示す機能
ブロック図である。

最高周波数検出部８０は、並べ変え部８１と、リニア軸変換部８３と、スペクトラム平
均部８５と、ノイズ検出部８７と、信号値検出部８９と、閾値演算部９１と、流れ方向検
出部９３と、最高周波数抽出部９５と、最高周波数補間部９６と、平均処理部９７と、最
高周波数補正部９８とから成る。

まず、ＦＦＴ６７により周波数スペクトルに変換された信号は最高周波数検出手段８０
の並べ変え部８１に供給される。

並べ変え部８１は、ＦＦＴ６７から供給された周波数スペクトルの各周波数軸について
平均周波数もしくは最大周波数が中心に位置にするようにデータ列の並べ換えを行う。

例えば、図３に示すような周波数スペクトルの時系列がＦＦＴ６７から供給されたとす
る。このとき、図３に示すある時刻における一周波数軸について、周波数に対するパワー
値（輝度値）を示すと図４（ａ）のようになり、ドプラ偏移周波数０が中心となっている
。なお、図３、図４中、ｔは時間、ｆは周波数、Ｐはパワー値を表し、以下図５〜図７に
ついても同様とする。

この状態で平均処理等を行うとデータの折り返りにより正確な処理が行えないため、図
４（ｂ）に示すように平均周波数ｆｍｅａｎ（または最大周波数）が中心にくるようにデ
ータ列の並べ変えを行う。なお、データの折り返りが生じない範囲の周波数帯である場合
、この処理は省略しても良い。

リニア軸変換部８３は、ＦＦＴ６７によりログ変換されたデータをリニア軸の数に変換
する。なお、前記ログ変換されたデータを用いて演算処理を行っても誤差が少ない場合、
この処理は省略しても良いし、上端、下端どちらか一方でも良い。

スペクトラム平均部８５は、前記並べ変え部８１によりデータ列の並べ変え、前記リニ
ア軸変換部８３によりリニア軸の数に変換された周波数スペクトラムについて、周波数軸
方向、時間軸方向に平均処理を行う。なお、前記周波数軸方向、時間軸方向の内、いずれ
か一方向について平均処理するようにしても良い。

ノイズ検出部８７は、スペクトラム平均部８５により平均処理された周波数スペクトラ
ムの各周波数軸について、上端側、下端側それぞれ所定の領域をノイズ領域Ｎｒとし、こ
のノイズ領域Ｎｒ内のパワー値の平均をノイズ値Ｎとする。例えば、図５（ａ）に示す一
周波数軸についてのノイズ領域Ｎｒは、図５（ｂ）に示すような領域となる。なお、ここ
では各周波数軸について、上端側、下端側それぞれ所定の領域をノイズ領域Ｎｒとしてノ
イズ値を求めているが、これに限らず、複数の周波数軸について、上端側、下端側それぞ
れ所定の領域をノイズ領域Ｎｒとしてノイズ値を求めるようにしても良い。

また、最高周波数の検出（表示）を、ある一定時間幅を指示して行う場合には、その時
間幅内の所定領域をＮｒとしても良い。

信号値検出部８９は、スペクトラム平均部８５により平均処理された周波数スペクトラ
ムの各周波数軸について、パワー値の最大値を信号値Ｓとする。例えば図６に示すような
周波数スペクトルがスペクトラム平均部８５により供給されたとき、図６に示す一周波数
軸については図６（ｂ）に示すように、パワー値の最大値（Ｐｅａｋ）が信号値Ｓとなる
。

なお、前記各周波数軸について、最大値の前後所定数の周波数に対応するパワー値の平
均もしくは平均周波数に対応するパワー値を信号値Ｓとするようにしても良い。

閾値演算部９１は、ノイズ検出部８７によりノイズ値、信号値検出部８９により信号値
が得られると、前記得られたノイズ値と信号値を基に以下に示す式（４）ないし式（６）
のいずれかを用いて閾値Ｔｈを演算する。

Ｔｈ＝（Ｓ＋Ｎ）／２ …（４）
またはＴｈ＝（Ｓ／Ｎ）１／２ ＊Ｎ …（５）
またはＴｈ＝Ｎ＊Ｃ（ｃｏｎｓｔ．） …（６）
流れ方向検出部９３は、スペクトラム平均部８５により平均処理された周波数スペクト
ラムの各周波数軸について、最大周波数ｆｐｅａｋ（または平均周波数ｆｍｅａｎ）がプ
ラス側にある場合は、流れの方向を順流方向（超音波プローブに近付く方向）とし、最大
周波数ｆｐｅａｋ（または平均周波数ｆｍｅａｎ）がマイナス側にある場合は、流れの方
向を逆流方向（超音波プローブから遠ざかる方向）とする。また、スペクトラム平均部８
５により平均処理された周波数スペクトラムを最高周波数抽出部９５に供給する。

例えば図６に示すような周波数スペクトルがスペクトラム平均部８５により供給され、
このとき、図６に示す一周波数軸について、周波数に対するパワー値を示すと図６（ｂ）
に示すようになる。この場合、最大周波数はプラス側にあるので流れの方向は順流方向と
検出される。なお、前記流れの方向および閾値は、操作者が入力するようにしても良い。

最高周波数抽出部９５は、閾値演算部９１により閾値が演算されるとともに、流れ方向
検出部９３により流れ方向が検出され、かつ、流れ方向検出部９３から周波数スペクトラ
ムが供給されると、前記周波数スペクトラムの各周波数軸について、前記検出された流れ
の方向の端部から０Ｈｚ側に向かってパワー値をサーチして行き、前記パワー値が閾値を
連続してＮ個越えた最初の位置のドプラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａｘとする。

例えば、閾値を連続して４個越えた最初の位置のドプラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａ
ｘとするように最高周波数抽出部９５に設定し、そして、図７（ａ）に示すような周波数
スペクトラムがスペクトラム平均部８５から流れ方向検出部９３を介して供給され、図７
（ａ）に示す一周波数について、周波数に対するパワー値が図７（ｂ）に示すように得ら
れたとする。このとき、流れの方向は順流方向であるので、最高周波数抽出部９５はプラ
ス側の端部から０Ｈｚ側に向かってサーチしていき、図７（ｂ）に示すように閾値を連続
して４個越えた最初の位置のドプラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａｘとする。

なお、ここでは前記パワー値が閾値を連続してＮ個越えた最初の位置のドプラ偏移周波
数を最高周波数ｆｍａｘ としているが、連続して越えていなくても、Ｍ個中Ｒ個越えた
場合は、その最初に越えた位置のドプラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａｘ とするように
しても良い。さらに、スペクトラム平均部８５により時間軸方向に平均処理を行った場合
は、その平均幅の分、元に戻すように最高周波数を補正しても良い。

最高周波数抽出部９５による周波数スペクトラムのサーチにおいて、上記のように流れ
方向端部からサーチする他に、パワー値が最大となる最大周波数またはパワー値が平均と
なる平均周波数から流れ方向端部に向かってサーチしても良い。この場合には、閾値より
十分大きいパワー値を持つ周波数から検索を開始して、各周波数のパワー値が閾値を下回
る周波数を求めることとなるので、例えば、閾値を連続して４個下回った最初の位置のド
プラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａｘとする。

また最高周波数抽出部９５による最高周波数抽出において、最高周波数検出窓という概
念を導入し、最高周波数抽出の耐ノイズ性を高めることも考えられる。即ち、ある時刻ｔ
１の周波数スペクトルから最高周波数ｆ１が抽出されたとしたとき、次の時刻ｔ２の周波
数スペクトルから抽出される最高周波数はｆ１から大きく離れているとは考えられないの
で、ｆ１に基づいて妥当な範囲であるｆｗを定数ａ，ｂを使用して、
（ｆ１−ａ）≦ｆｗ≦（ｆ１＋ａ） …（２）
または、
ｆ１×（１−ｂ）≦ｆｗ≦ｆ１×（１＋ｂ） …（３）
式（２）または式（３）によって定める。

そして、時刻ｔ２の周波数スペクトルから抽出される最高周波数は、このｆｗの範囲に
入る最高周波数値のみを有効な値とし、この範囲に入らない値はノイズ等による誤りとし
て最高周波数値が検出されなかったとする。

また、従来は図８（ａ）に示すように、最高周波数値が実際に検出されず０Ｈｚとなっ
た場合、その期間の最高周波数値の軌跡は、０Ｈｚとなり不自然な表示となっていたが、
本発明を適用すれば、最高周波数値が実際に検出されず０Ｈｚとなった場合、または上記
最高周波数検出窓の範囲に入らなかった場合に、その期間が一定範囲内であれば、この期
間の最高周波数値を補間することができる。この補間機能は、最高周波数補間部９６のソ
フトウェアにより実現され、最高周
波数値が検出されなかった期間の前後の期間に抽出された最高周波数値を用いて、最高周
波数値を補間するものであり、その表示は図８（ｂ）に示すようになる。補間方法には、
直線補間、２次曲線補間、３次曲線補間等があり、いずれの補間方法を選んでも良い。

なお、実時間で周波数スペクトラム及び最高周波数を検出して表示するリアルタイムオ
ートトレースを行う場合には、最後に検出された最高周波数値をホールドし、この値を最
高周波数が検出されなかった期間の最高周波数値として表示し、これ以後新たに最高周波
数値が検出されるとその値を表示するようにしてもよい。

平均処理部９７は、最高周波数抽出部９５により最高周波数が求められると、
この最高周波数に対し、時間軸方向に平均処理を施す。なお、平均処理部９７に
よる平均処理は省略しても良い。
こうして得られた最高周波数はＤＳＣ３０に供給され、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示
器３３に表示される。

このように本実施例の超音波診断装置１０では、周波数分析器であるＦＦＴ６７から供
給される周波数スペクトラムを各周波数軸について、データ列の並べ変え、リニア軸の数
への変換および平均処理を行った後、ノイズ値と信号値を求め、それを基に閾値を演算す
るとともに流れ方向を検出し、前記検出された流れの方向の端部から０Ｈｚ側に向かって
、または最大のパワー値を持つ最大周波数ないし平均のパワー値を持つ平均周波数から流
れ方向端部へ向かって、パワー値をサーチして行き、前記パワー値が閾値を連続してＮ個
越えた最初の位置のドプラ偏移周波数を最高周波数ｆｍａｘとしているので、ノイズの影
響を少なくすることができ、そのため、最高周波数の検出精度を向上させることが可能と
なる。また、特別な操作を行うこと無く前記検出精度を向上させることができるので、操
作者の負担が軽減し、さらに、診断時間を著しく短縮することができる。

なお、最高周波数をリアルタイム表示する場合は、演算処理時間を短縮させるために所
定の演算処理（並べ変え部８１によるデータ列の並べ変え、リニア軸変換部８３によるリ
ニア軸の数への変換、スペクトラム平均部８５による周波数軸方向の平均処理または時間
軸方向の平均処理、平均処理部９７による平均処理の内、少なくとも一つ）を省いて最高
周波数を求め、また、最高周波数をフリーズ後に表示させる命令が出力されたときは全て
の演算処理を行って最高周波数を求めるようにしても良い。さらに、本実施例の超音波診
断装置１０では、最高周波数をリアルタイムで求める場合を例に説明したが、これに限ら
ず、例えば、周波数スペクトルをフリーズさせる命令が図示しない入力手段を介してオペ
レータにより出されたときのみ前記最高周波数を求めるようにしても良い。これらにより
、スペクトラム平均部８５、閾値演算部９１、最高周波数抽出部９５に掛かる負担を軽減
させることができる。

また、並べ変え部８１と、リニア軸変換部８３とスペクトラム平均部８５とノイズ検出
部８７と信号値検出部８９と流れ方向検出部９３と閾値演算部９１と最高周波数抽出部９
５と平均処理部９７の各処理については、その一部または全てをソフトウェアで行うよう
にしても良い。

また、本発明によれば、オペレータの判断により最高周波数の時間経過をマニュアルで
修正することができる。このマニュアル修正機能は、最高周波数補間部９６及び最高周波
数修正部９８のソフトウェアによって実現され、ノイズなどの影響を受けた周波数スペク
トラムにより上記の自動最高周波数検出を行った結果、ほんの僅かの最高周波数のミスト
レースが生じた場合、この僅かのミストレースのために再度データを収集、分析するので
はなく、ノイズによりミストレースした部分をマニュアル修正するものである。

図９（ａ）ないし（ｄ）は、マニュアル修正機能による最高周波数トレースの修正の様
子を示す周波数スペクトラム及び最高周波数を表示する画面の変遷である。また図１０は
、マニュアル修正の操作を示すフローチャートである。

図１０のフローチャートにおいて、まず、ドプラ周波数偏移の周波数スペクトラム及び
自動検出された最高周波数の時間経過であるトレースが表示器３３に表示される（ステッ
プＳ１０）。この表示が例えば、図９（ａ）に示すようにノイズ等の影響により、ドプラ
周波数偏移トレースの一部に最高周波数が高い値へ突出していたとする。

オペレータはノイズの影響の程度を判断して、再度データを取るか、マニュアル修正機
能を使用してデータを修正するかを決め、マニュアル修正をする場合、修正作業開始を入
力する（ステップＳ１２）。修正作業開始の入力には、修正作業開始スイッチを別途設け
て認識してもよいし、トラックボールにより修正作業開始のアイコンを指定するか又はト
ラックボール３５の作動を検知して入力作業開始を認識してもよい。

次いで、最高周波数トレースを修正すべき修正期間の始点ｔ１にトラックボールにより
カーソルを合わせて始点ｔ１を指定する（ステップＳ１４）。次いで、修正期間の終点ｔ
２にトラックボールによりカーソルを合わせて終点ｔ２を指定する（ステップＳ１６）。
始点と終点とが指定された状態を図９（ｂ）に示す。なお、始点と終点の指定は順序が入
れ替わってもよい。ここで、修正期間が指定されると同時に修正期間の最高周波数の自動
トレースを消してもよいが、補間によるトレースまたはマニュアルトレースにより最高周
波数トレースが確定するまで異なる色で２つのトレースを表示してもよい。

次いで、修正期間の最高周波数値をマニュアルで入力するか、入力しないで修正期間の
前後の期間の値から補間するかを指定する（ステップＳ１８）。これは極めて僅かのミス
トレースであれば、人手により修正値を入力しなくても補間により十分修正できるからで
ある。

マニュアルトレースしない場合には（ステップＳ１８でＮｏの場合）、修正期間の前後
の期間の最高周波数値から補間を行い（ステップＳ３０）、修正期間の最高周波数値を補
間曲線（または補間直線）により代替して（ステップＳ３２）、終了する。

一方マニュアルトレースする場合には（ステップＳ１８でＹｅｓの場合）、トラックボ
ールによりカーソルを移動させて、時間軸座標と周波数軸座標とからなる修正点を入力す
る（ステップＳ２０）。修正点を入力した状態を図９（ｃ）に示す。修正点は複数入力し
てもよい。修正点の入力が終了すれば（ステップＳ２２でＹｅｓ）、修正期間両端の２つ
の最高周波数値と、入力された修正点（または修正点列）よりスプライン曲線を計算して
表示器の画面に描画する（ステップＳ２４）。次いで、修正期間の最高周波数値をスプラ
イン曲線により代替して（ステップＳ２６）、マニュアル修正作業を終了する。

なお、図１０のフローチャートでは、１つまたは複数の修正点を入力してスプライン曲
線により最高周波数トレースを修正するとしたが、トレース（修正曲線）そのものを入力
してもよい。この場合には、入力されたトレースを自動的に滑らかにする平均化ないし平
滑化をさらに行ってもよい。

以上好ましい実施の形態をパルスドプラを用いた場合を例にして説明したが、これに限
らず、連続波ドプラを用いた場合でも、本発明を適用できることは明らかである。

以上説明したように本発明によれば、周波数スペクトルの各周波数について、そのデー
タ値の内、流れ方向側端部から順にサーチしていき、該値が予め設定されている閾値を所
定のデータ幅中で所定数越えた時、その最初に越えた位置を最高周波数としているので、
ノイズの影響を少なくすることができ、そのため、最高周波数の検出精度を向上させるこ
とが可能となる。また、特別な操作を行うこと無く前記検出精度を向上させることができ
るので、操作者の負担が軽減し、さらに、診断時間を著しく短縮することができる。

また、周波数スペクトラムを時間方向、周波数方向の少なくとも一方向について平均処
理した後、その周波数スペクトルの各周波数について、そのデータ値の内、流れ方向側端
部から順にサーチしていき、該値が予め設定されている閾値を所定のデータ幅中で所定数
越えた時、その最初に越えた位置を最高周波数としているので、ノイズの影響を少なくす
ることができ、そのため、最高周波数の検出精度を向上させることが可能となる。また、
特別な操作を行うこと無く前記検出精度を向上させることができるので、操作者の負担が
軽減し、さらに、診断時間を著しく短縮することができる。

さらに、周波数スペクトラムを時間方向、周波数方向の少なくとも一方向について平均
処理した後、その周波数スペクトルの各周波数について、その信号値とノイズ値とを基に
、最高周波数の閾値を演算するとともに、前記平均処理された周波数スペクトルの各周波
数について、そのデータ値の内、流れ方向側端部から順にサーチしていき、該値が前記閾
値演算手段により演算された閾値を所定のデータ幅中で所定数越えた時、その最初に越え
た位置を最高周波数としているので、ノイズの影響を少なくすることができ、そのため、
最高周波数の検出精度を向上させることが可能となる。また、特別な操作を行うこと無く
前記検出精度を向上させることができるので、操作者の負担が軽減し、さらに、診断時間
を著しく短縮することができる。

さらに、最高周波数をリアルタイム表示する場合は、所定の演算処理を省いて最高周波
数を求め、前記最高周波数をフリーズ後に表示させる命令が出力されたときは全ての演算
処理を行って最高周波数を求めるようにしているので、前記演算処理に掛かる負担を軽減
させることができる。

さらに、周波数スペクトラムをフリーズさせる命令が出力されたときのみ前記最高周波
数を求めるようにしているので、前記演算処理に掛かる負担を軽減させることができる。

さらに、ノイズ等の影響により、最高周波数トレースが少しだけ誤った場合には、マニ
ュアルで誤った期間を修正期間と指定し、修正期間の前後の期間の最高周波数値から補間
したり、必要ならば推測される正しい値である修正点ないし修正トレースそのものをマニ
ュアルで入力することにより、誤ったデータを簡単に修正することができるので、再度デ
ータ収集する必要がなくなり、診断時間を短縮し、操作者の負担を軽減することができる
。

本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す機能ブロック図である。 図１に示す超音波診断装置の最高周波数検出部８０を示す機能ブロック図である。 周波数スペクトルの一例を示す説明図である。 図３に示す周波数スペクトルの一周波数軸について、周波数に対するパワー値を示す説明図である。 周波数スペクトル上のノイズ領域Ｎｒ（図５（ａ））と、周波数スペクトルの一周波数軸についてのノイズ領域Ｎｒ（図５（ｂａ））を示す説明図である。 周波数スペクトル（図６（ａ））の一周波数軸について、パワー値の最大値（図６（ｂ））を示す説明図である。 周波数スペクトル（図７（ａ））の一周波数軸について、最高周波数ｆｍａｘ （図７（ｂ））を示す説明図である。 従来の最高周波数値が検出できなかった期間を含むトレース（図８（ａ））、及び本発明による最高周波数値の補間を含むトレース（図８（ｂ））を示す説明図である。 マニュアル修正機能による最高周波数トレースの修正の様子を示す周波数スペクトラム及び最高周波数値を表示する画面の変遷を示す説明図である。 マニュアル修正の操作を示すフローチャートである。 従来の超音波診断装置を示す機能ブロック図である。 従来の超音波診断装置により発生されるクロックパルスと、レートパルスと、サンプリングパルスおよび超音波診断装置により受信されたエコー信号を示す説明図である。 従来の最高周波数の検出アルゴリズムの例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 超音波診断装置
１１ 超音波プローブ
１３ 電子走査装置アナログ部
２０ 基準信号発生器
２１ ディレーライン
２３ パルサ
２５ プリアンプ
２７ 加算器
２９ 検波器
３０ ＤＳＣ
３１ Ｄ／Ａ変換器
３３ 表示器
３５ トラックボール
４０ ミキサ
４１ ９０゜位相器
４３ ローパスフィルタ
５０ スペクトラムドプラ演算部
６０ レンジゲート回路
６１ サンプルホールド回路
６３ バンドパスフィルタ
６５ Ａ／Ｄ変換器
６７ ＦＦＴ
８０ 最高周波数検出部
８１ 並べ変え部
８３ リニア軸変換部
８５ スペクトラム平均部
８７ ノイズ検出部
８９ 信号値検出部
９１ 閾値演算部
９３ 流れ方向検出部
９５ 最高周波数抽出部
９６ 最高周波数補間部
９７ 平均処理部
９８ 最高周波数修正部

Claims (4)

1. 被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ信号を抽出し、こ
   のドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラムの各周波数につ
   いての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数との時間経過に伴
   う推移を表示する超音波診断装置において、
   一定期間前記最高周波数が検出できなかったとき、該期間の直前の期間における最高周
   波数値及び又は該期間の直後の期間における最高周波数値を用いて該期間の最高周波数値
   を補間することを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ信号を抽出し、こ
   のドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラムの各周波数につ
   いての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数との時間経過に伴
   う推移を表示する超音波診断装置において、
   第１の期間において第１の最高周波数値が検出されたとき、第１の期間に引き続く第２
   の期間における最高周波数検出窓を前記第１の最高周波数値から所定の範囲内とし、該最
   高周波数検出窓の範囲以外の最高周波数値が検出されたときは、最高周波数が検出できな
   かったとすることを特徴とする超音波診断装置。
3. 被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ信号を抽出し、こ
   のドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラムの各周波数につ
   いての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数との時間経過に伴
   う推移を表示する超音波診断装置において、
   前記周波数スペクトラム及び前記最高周波数が表示された画面上に第１の時刻及び第２
   の時刻を指定することが可能な入力手段と、
   第１の時刻及び第２の時刻で挟まれた期間に検出された最高周波数値を除外し、該期間
   以外に検出された最高周波数値を用いて該期間内の最高周波数値を補間する補間手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
4. 被検体内に超音波を送受波し、これにより得られた受信信号からドプラ信号を抽出し、こ
   のドプラ信号を処理して周波数スペクトラムを得、該周波数スペクトラムの各周波数につ
   いての最高周波数を検出し、前記周波数スペクトラムと前記最高周波数との時間経過に伴
   う推移を表示する超音波診断装置において、
   前記周波数スペクトラム及び前記最高周波数が表示された画面上に第１の時刻及び第２
   の時刻を指定するととももに、任意の最高周波数値を入力することが可能な入力手段と、
   第１の時刻及び第２の時刻で挟まれた期間に検出された最高周波数値を除外し、前記入
   力手段より入力された最高周波数値に基づいて該期間内の最高周波数値を修正する修正手
   段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。