JP2008173448A - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な数値配列変換処理を用いることで、単純な回路構成で周波数の折り返し現象によるデータ補間の不具合を解消する。
【解決手段】第１ないし第３補間処理回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図３に示すように、
データ判定部５１、データ変換部５２、データ補間部５３、データ再変換部５４及び４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４より構成される。データ判定部５１にて速度データの値を判別し、データ変換部５２、データ補間部５３及びデータ再変換部５４により、スカラー配列に基づく複素空間のベクトル演算とカラーパレット配列に基づく複素空間のベクトル演算に切り替えて補間処理を実行する
【選択図】図３

Description

本発明は、血流等の生体内の運動反射体の速度を測定する超音波ドプラ診断装置に関するものである。

従来から生体内部の血流速度等を測定する超音波ドプラ診断装置が知られているが、このような超音波ドプラ診断装置において、血流等の運動反射体速度の空間分布を表す２次元ドプラ断層像を表示する際、ドプラシフト信号を自己相関器に通し、この自己相関器からの複素出力データより平均周波数を演算により求め、算出した該平均周波数を空間的に補間して表示している。

ところが、ドプラシフト信号のサンプリング周波数によって決定されるナイキスト周波数付近で発生する周波数の折り返し現象に対して、正の速度の最大値（明るい赤）と負の速度の最大値（明るい青）とを平均化するため、本来明るい青もしくは明るい赤が補間されるべきところ、平均周波数を誤ったデータ（速度がほぼ０の暗い色）に補間するといった問題があった。

このような問題を解決するために、例えば特許第２６７８１２４号公報等では、走査線間の各画素についての複素補間データを求め、この複素補間データの偏角より速度データを演算することで、周波数の折り返し現象によるデータ補間の不具合を解消する超音波ドプラ診断装置が提案されている。
特許第２６７８１２４号公報

しかしながら、上記特許第２６７８１２４号公報の超音波ドプラ診断装置では、周波数の折り返し現象によるデータ補間の不具合を解消するためには、複素補間データを求めるために複素演算を行う必要がある。このため、特殊な空間複素補間器を構成し、かつ速度演算器による速度演算を行うための複素補間データを記憶する２次元配列メモリが必要となり、装置の構成が複雑かつ、演算量が増大するといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な数値配列変換処理を用いることで、単純な回路構成で周波数の折り返し現象によるデータ補間の不具合を解消することのできる超音波ドプラ診断装置を提供することを目的としている。

本発明の超音波ドプラ診断装置は、超音波を発射し走査して、運動反射体に対して送受する超音波送受手段と、前記超音波送受手段が送受した前記運動反射体からの超音波信号によりドプラシフト信号を抽出し、前記運動反射体の音線及び走査線の交点の速度データを算出する速度データ算出手段と、前記音線及び前記走査線間の速度データを補間し補間速度データを生成する速度データ補間手段と、前記速度データ及び前記補間速度データに基づく前記運動反射体のカラーフローマッピング画像を生成するカラー画像生成手段と、を備えた超音波ドプラ診断装置において、前記速度データ補間手段は、複数の前記速度データ及び前記補間速度データの値を判別する数値判別手段を有し、前記数値判別手段の判別結果に基づき、判別結果が所定の判別結果の場合には第１の数値配列に前記速度データ及び前記補間速度データを変換し、補間速度データを生成することを特徴として構成される。

本発明によれば、簡単な数値配列変換処理を用いることで、単純な回路構成で周波数の折り返し現象によるデータ補間の不具合を解消することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

（実施例１）
図１ないし図１３は本発明の実施例１に係わるものである。図１は超音波ドプラ診断装置の構成を示す構成図である。図２は図１の補間処理部の構成を示すブロック図である。図３は図２の第１ないし第３補間処理回路の構成を示すブロック図である。図４は図２の補間処理部の作用を説明する第１の説明図である。図５は図２の補間処理部の作用を説明する第２の説明図である。図６は図１の超音波ドプラ診断装置の速度データのカラーパレット配列表現例を説明する図である。図７は図６の速度データのスカラー配列表現とカラーパレット配列表現との表現変換を説明する図である。図８は図７の表現変換による速度データのスカラー配列表現例を説明する図である。図９は図３の第１補間処理回路の作用を説明する第１の説明図である。図１０は図３の第１補間処理回路の作用を説明する第２の説明図である。図１１は図３の第１補間処理回路の作用を説明する第３の説明図である。図１２は図３の第１補間処理回路の作用を説明する第４の説明図である。図１３は図３の第１補間処理回路の作用を説明する第５の説明図である。

図１に示すように、本実施例の超音波ドプラ診断装置１は、生体（図示せず）へ超音波を送受するプローブ２を有している。そして、プローブ２には、生体（図示せず）へ所定の繰返し周期で電気信号を送信すると共に、生体内部の血流等の運動反射体により反射された反射波を受けたプローブ２の受信信号を受信する送受信回路５が接続されている。

ここで、送受信回路５は、プローブ２から発射される超音波パルスビームを機械的又は電気的な角度偏向などによって走査させて超音波パルスビームで生体内を周期的に走査あるいは所望の偏向角にて走査を停止するように構成されている。

さらに、超音波ドプラ診断装置１は、送受信回路５が受信した受信信号を検波し、Bモード画像を生成するBモード画像生成回路７及びカラーフローマッピング（ＣＦＭ）によりドプラ断層画像を生成するドプラ断層画像生成部６と、Ｂモード画像及びドプラ断層画像を合成した合成画像をモニタに表示する合成回路８とを備えている。

ドプラ断層画像生成部６は、送受信回路５が受信した受信信号を直交座標に割り当てる直交検波回路１１を有している。また、直交検波回路１１には直交検波回路１１の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１２、１３が接続されている。

ここで、直交検波回路１１は、入力されたアナログ信号に対して、公知の直交検波処理を行い、偏移周波数のみを含んだ、位相が９０°異なる２つの信号をＡ／Ｄ変換器１２、１３に出力するようになっている。

また、超音波ドプラ診断装置１は、Ａ／Ｄ変換器１２、１３の後段に、変換したデジタルデータを記憶するメモリ１４、１５と、公知の処理を用いつつ、メモリ１４、１５に記憶されたデジタルデータから生体等の低速度で運動する成分を除去し、運動反射体のＩデータ（Ｉｎ Ｐｈａｓｅデータ）及びＱデータ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅデータ）を出力するＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ１６、１７と、ＭＴＩフィルタ１６、１７からのＩデータ及びＱデータに対して複素自己相関処理を行う自己相関回路１８とを有している。

さらに、ドプラ断層画像生成部６は、自己相関回路１８により複素自己相関処理された処理信号より血流等の速度を算出する速度演算回路１９と、速度演算回路１９により算出された速度データを補間する補間処理部２０と、補間処理部２０からの速度データ値を速度に応じた輝度値に変換することにより、ドプラカラー画像を合成回路８に出力するＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）２１と、を備えている。

補間処理部２０は、図２に示すように、３つの補間処理回路である、第１ないし第３補間処理回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃより構成されている。この補間処理部２０の詳細は後述する。

また、第１ないし第３補間処理回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、図３に示すように、データ判定部５１、データ変換部５２、データ補間部５３、データ再変換部５４及び４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４より構成される。この第１ないし第３補間処理回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃの詳細も後述する。

次に、このように構成された本実施例の作用について説明する。本実施例の超音波ドプラ診断装置１は、プローブ２を介して、送受信回路５より所定の繰返し周期で超音波パルスを送信し、送受信回路５により発射されかつ血流等の運動反射体により反射された反射波を受信する。

さらに、送受信回路５が受信する反射波は直交検波回路１１により検波され、直交検波回路１１により検波されたドプラシフト信号は、Ａ／Ｄ変換器１２、１３によりデジタル化され、メモリ１４、１５に格納される。

そして、メモリ１４、１５に格納されたドプラシフト信号はＭＴＩフィルタ１６、１７により運動反射体のＩデータ（Ｉｎ Ｐｈａｓｅデータ）及びＱデータ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅデータ）を抽出し、自己相関回路１８へ送られ、自己相関回路１８はＩデータ及びＱデータより偏角を求め、算出した偏角データを速度演算回路１９に出力する。速度演算回路１９は、偏角データより血流等の運動反射体の速度データを算出し、算出した速度データを補間処理部２０に出力する。

補間処理部２０は、速度データに対して後述する補間処理を行い、補間処理部２０からの出力は、ＤＳＣ２１により２次元座標に座標変換され、Ｂモード画像生成回路７からのＢモード画像と合成回路８にて合成され、モニタ３に表示される。

ここで、補間処理部２０について説明する。図４に示すように、音線と走査線との隣接する交点での速度データをｘ００，ｘ０１，ｘ１０，ｘ１１としたとき、補間処理部２０は、第１ないし第３補間処理回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ（図２参照）により、図５に示すように、まず、第１補間処理回路２０ａにおいて、交点（音線位置、走査線位置）＝（Ｌｉｎｅ，Ｐｏｉｎｔ）の速度データ：ｘ００と、交点（音線位置、走査線位置）＝（Ｌｉｎｅ，Ｐｏｉｎｔ＋１） の速度データ：ｘ０１とから、この交点間の位置（座標）における速度データｕ０を補間処理により以下の数式（１）を用いた補間演算を実施し算出する。

ｕ０＝（１−α）×ｘ００＋α×ｘ０１＝ｘ００＋α×（ｘ０１−ｘ００） （１）

同様に、第２補間処理回路２０ｂにおいて、交点（音線位置、走査線位置）＝（Ｌｉｎｅ＋１，Ｐｏｉｎｔ）の速度データ：ｘ１０と、交点（音線位置、走査線位置）＝（Ｌｉｎｅ＋１，Ｐｏｉｎｔ＋１）の速度データ：ｘ１１とから、この交点間の位置（座標）における速度データｕ１を補間処理により以下の数式（２）を用いた補間演算を実施し算出する。

ｕ１＝（１−α）×ｘ１０＋α×ｘ１１＝ｘ１０＋α×（ｘ１１−ｘ１０） （２）

そして、第２補間処理回路２０ｂにおいて、速度データｕ０と速度データｕ１とを補間処理し、速度データｕ０と速度データｕ１と間の速度データｖ０を以下の数式（３）を用いた補間演算を実施し算出する。

ｖ０＝（１−β）×ｕ０＋β×ｕ１＝ｘ００＋β×（ｕ１−ｕ０) （３）

なお、αは音線位置における補正係数、βは走査線位置における補正係数とする。

上述したように、速度演算回路１９は、偏角データより血流等の運動反射体の速度データを算出するが、これを概念的に示すと、運動反射体のＩデータ及びＱデータからなる複素ベクトルＰ１，Ｐ２が図６に示すような場合、速度データｋ１，ｋ２はそれぞれの複素ベクトルＰ１，Ｐ２の偏角φ１，φ２より算出される。

具体的には、標準的な超音波ドプラ表示に準拠させた場合、図７に示すように、交点（音線位置、走査線位置）において、血流が近づく方向の場合は赤色、血流が遠ざかる方向の場合は青色にて表現され、また、その速度の大きさが輝度により表現される。また、偏角データは正、負を示す符号情報をデータの最上位ビットに有しており、赤領域の偏角データは輝度：暗〜明において０〜＋π、青領域の偏角データは輝度：暗〜明において０〜−πを対応させて表現される。

なお、このような符号あり数値データ配列（図７の左側配列）を以下、カラーパレット配列と記す。

一方、速度演算回路１９は、符号を有する偏角データに対して、最上位ビットを符号とは扱わず、数値として扱い速度データを算出する。具体的な、例えば、偏角データが−π／２（青領域）の場合、符号を示す最上位ビットは「１」であるために、符号を有する数値データとしての速度データでは「−６３」であるが、符号を数値の一部と見なした速度データでは「１９１」となる。偏角データが＋π／２（赤領域）の場合、符号を示す最上位ビットは「０」であるために、符号を有する数値データとしての速度データでは「＋６３」であるが、符号を数値の一部と見なした速度データでは「６３」となる。符号を数値の一部と見なした速度データである符号なし数値データを基準に、偏角データを表現すると、図７の右側に示すような、符号なし数値データ配列（以下、スカラー配列）と記す。速度演算回路１９では、このスカラー配列の符号なし数値データを速度データとして扱う。

また、このスカラー配列を基準にした複素ベクトルＰ１，Ｐ２を図８に示す。図８においては、図６に示した複素ベクトルＰ１，Ｐ２の偏角（φ１，φ２）が偏角（−（π−φ１），π−φ２）として表される。

以下、符号を数値の一部と見なした速度データ（符号なし数値データ）を表す数値にはアンダーラインを付して示す。また、符号を有する数値データ（符号あり数値データ）を表す数値には符号（＋または−）を付して示す。

図９に示すように、スカラー配列において、２つの速度データのうち、一方が例えば「１９２〜２５５（＋π／２〜＋π）：青色の暗側」の値２３３、かつ他方が例えば「０〜６３（−π〜−π／２）赤色の暗側」の値４３の場合、補間処理部２０の第１補間処理回路２０ａにおいて、２つの速度データを補間処理すると、補間結果として１３１が算出される。この結果は、図１０及び図１１に示すように、本来のベクトル演算に基づく補間とは異なる結果となる。

なお、第１補間処理回路２０ａに限らず、第２補間処理回路２０ｂ、２０ｃでも同様であるので、以下、第１補間処理回路２０ａを例に説明する。

そこで、本実施例では、図９に示すように、第１補間処理回路２０ａは、データ判定部５１（図３参照）により入力する２つのスカラー配列の速度データのうち、一方が「１９２〜２５５（＋π／２〜＋π）：青色の暗側」の値で、かつ他方が「０〜６３（−π〜−π／２）赤色の暗側」の値かどうかを判断する。

一方が「１９２〜２５５（＋π／２〜＋π）：青色の暗側」の値で、かつ他方が「０〜６３（−π〜−π／２）赤色の暗側」の値と判断すると、データ判定部５１（図３参照）は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４（図３参照）を制御し、データ変換部５２（図３参照）により２つのスカラー配列の速度データをカラーパレット配列の速度データに変換し、データ補間部５３（図３参照）に出力する。このときのデータ補間部５３は、図１２及び図１３に示すように、カラーパレット配列の複素空間のベクトル演算に基づいて速度データを補間する。そして、データ補間部５３にて補間された速度データに基づき、データ再変換部５４（図３参照）は、該速度データをカラーパレット配列からスカラー配列に逆変換し、第１補間処理回路２０ａの補間処理結果として出力する。

また、「１９２〜２５５（＋π／２〜＋π）：青色の暗側」の値でなく、かつ他方が「０〜６３（−π〜−π／２）赤色の暗側」の値でないと判断すると、データ判定部５１（図３参照）は、データ変換部５２（図３参照）において変換処理を行わせることなく、２つのスカラー配列の速度データをデータ補間部５３（図３参照）に出力する。このときのデータ補間部５３は、例えば図１２及び図１３に示すように、スカラー配列の複素空間のベクトル演算に基づいて速度データを補間し、第１補間処理回路２０ａの補間処理結果として出力する。

このように本実施例では、データ判定部５１にて速度データの値が判別された後、データ変換部５２、データ補間部５３及びデータ再変換部５４において、スカラー配列に基づく複素空間のベクトル演算とカラーパレット配列に基づく複素空間のベクトル演算とが切り替えられつつ補間処理が実行される。そのため、本実施例においては、簡単な数値判別処理により従来の公知で簡単な回路構成の補間回路を用いることで、速度データの補間処理における折り返し現象の不具合を確実に解消できる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る超音波ドプラ診断装置の構成を示す構成図。 図１の補間処理部の構成を示すブロック図。 図２の第１ないし第３補間処理回路の構成を示すブロック図。 図２の補間処理部の作用を説明する第１の説明図。 図２の補間処理部の作用を説明する第２の説明図。 図１の超音波ドプラ診断装置の速度データのカラーパレット配列表現例を説明する図。 図６の速度データのスカラー配列表現とカラーパレット配列表現との表現変換を説明する図。 図７の表現変換による速度データのスカラー配列表現例を説明する図。 図３の第１補間処理回路の作用を説明する第１の説明図。 図３の第１補間処理回路の作用を説明する第２の説明図。 図３の第１補間処理回路の作用を説明する第３の説明図。 図３の第１補間処理回路の作用を説明する第４の説明図。 図３の第１補間処理回路の作用を説明する第５の説明図。

符号の説明

１…超音波ドプラ診断装置
２…プローブ
５…送受信回路
６…ドプラ断層画像生成部
７…Ｂモード画像生成回路
８…合成回路
１１…直交検波回路
１２、１３…Ａ／Ｄ変換器
１４、１５…メモリ
１６、１７…ＭＴＩフィルタ
１８…自己相関回路
１９…速度演算回路
２０…補間処理部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…第１ないし第３補間処理回路
２１…ＤＳＣ
５１…データ判定部
５２…データ変換部
５３…データ補間部
５４…データ再変換部
ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ

Claims (3)

1. 超音波を発射し走査して、運動反射体に対して送受する超音波送受手段と、
   前記超音波送受手段が送受した前記運動反射体からの超音波信号によりドプラシフト信号を抽出し、前記運動反射体の音線及び走査線の交点の速度データを算出する速度データ算出手段と、
   前記音線及び前記走査線間の速度データを補間し補間速度データを生成する速度データ補間手段と、
   前記速度データ及び前記補間速度データに基づく前記運動反射体のカラーフローマッピング画像を生成するカラー画像生成手段と、
   を備えた超音波ドプラ診断装置において、
   前記速度データ補間手段は、
   複数の前記速度データ及び前記補間速度データの値を判別する数値判別手段を有し、
   前記数値判別手段の判別結果に基づき、判別結果が所定の判別結果の場合には第１の数値配列に前記速度データ及び前記補間速度データを変換し、補間速度データを生成する
   ことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. 前記速度データ補間手段は、２つの前記速度データより前記補間速度データを生成する複数のデータ階層補間手段により階層的に構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波ドプラ診断装置。
3. 前記数値判別手段は、２つの前記速度データのうち、一方の前記速度データの数値が第１の閾値範囲内にあり、かつ他方の前記速度データの数値が第１の閾値範囲内にある場合に、前記所定の判別結果として判断する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波ドプラ診断装置。

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