JP2013212308A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】折り返し成分を含んだドプラ波形を形成するにあたっての改良技術を提供する。
【解決手段】標準表示における正の周波数端であるＶｍａｘに接する周波数帯Ｉの波形部分が、標準表示における負の周波数端である−Ｖｍａｘに接するようにコピーされ、これにより負の周波数側に周波数帯Ｉ´が追加される。また、標準表示における負の周波数端である−Ｖｍａｘに接する周波数帯ＩＩの波形部分が、標準表示における正の周波数端であるＶｍａｘに接するようにコピーされ、これにより正の周波数側に周波数帯ＩＩ´が追加される。拡張表示のドプラ波形では、負の周波数側に発生していた折り返し成分Ａのコピーが、正の周波数側で途切れていた折り返し部分Ａ´の位置に貼り付けられ、Ａ´の位置において連続的なドプラ波形となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドプラ波形を形成する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置により、例えば血流の流速などが時間的に変化する様子を示したドプラ波形を形成することができる。例えば、超音波のパルス波を繰り返し送受して血流などから得られる受信信号を周波数解析し、それにより得られるドプラシフト周波数から流速を算出し、流速を縦軸に示して横軸を時間軸としたドプラ波形が形成される。

パルス波を利用したドプラ波形の形成においては、折り返し現象を発生させずに検出することが可能な最大のドプラシフト周波数（最高検出周波数）が、パルス波の繰り返し周波数（ＰＲＦ）の１／２となる。そのため、ドプラ波形は、縦軸の範囲を＋ＰＲＦ／２から−ＰＲＦ／２までとされるのが一般的である。この一般的なドプラ波形において、最高検出周波数を超えるドプラシフト周波数が観測されると、ドプラ波形内に折り返し成分が発生する。例えば、正方向の最高検出周波数（＋ＰＲＦ／２）を超えてしまうと、その折り返し成分が負方向側に発生する。そのため、その折り返し部分において途切れたドプラ波形が形成される。この折り返し現象に関する対応技術が従来から提案されている。

例えば、特許文献１には、パルス波を利用して得られた周波数スペクトル分布（ドプラ波形）を解析し、その解析結果に基づいて折り返し成分を周波数軸方向にシフトさせて、連続的な周波数スペクトル分布（ドプラ波形）を形成する旨の技術が提案されている（例えば引用文献１の図５等参照）。ところが、特許文献１に記載された技術では、周波数スペクトル分布を解析する必要があり、その解析は必ずしも容易ではない。特に、折り返し成分と折り返していない成分が複雑に入り組んでいるような場合において、折り返し成分を的確に識別することは極めて難しい。

また、折り返しを回避するために、パルス波の繰り返し周波数（ＰＲＦ）を高める方法や周波数０（ゼロ）に対応したベースラインを上下に移動させる方法などがあるものの、ユーザに比較的煩雑な操作を強いることになる。

特開２００４−８９３０９号公報

本発明は、上述した背景技術に鑑みて成されたものであり、その目的は、折り返し成分を含んだドプラ波形を形成するにあたっての改良技術を提供することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブを送信制御して受信信号を得る送受信部と、受信信号に基づいてドプラ波形を形成するドプラ処理部と、を有し、前記ドプラ処理部は、一方端から他方端までの周波数範囲で得られる標準表示のドプラ波形に基づいて、そのドプラ波形内において一方端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において他方端に接するように転写することにより、標準表示のドプラ波形の他方端に前記波形部分を繋ぎ合せた拡張表示のドプラ波形を形成する、ことを特徴とする。

上記構成によれば、例えばドプラ波形に関する複雑な解析処理やユーザによる煩雑な操作を必要とせずに、拡張表示のドプラ波形を形成することが可能になる。その拡張表示のドプラ波形は、折り返し成分が含まれる波形部分を標準表示のドプラ波形に繋ぎ合せて形成されるため、折り返し部分において連続的なドプラ波形を得ることが可能になる。

望ましい具体例において、前記ドプラ処理部は、正の周波数端から負の周波数端までの周波数範囲で得られる前記標準表示のドプラ波形に基づいて、そのドプラ波形内において正の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において負の周波数端に接するように転写し、さらに、そのドプラ波形内において負の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において正の周波数端に接するように転写することにより、前記拡張表示のドプラ波形を形成する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記ドプラ処理部は、ドプラ波形内において可変設定されるベースラインの位置に応じて、前記転写する波形部分の周波数範囲を決定する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記ドプラ処理部は、前記転写する波形部分にベースラインが含まれないように前記周波数範囲を決定する、ことを特徴とする。

本発明により、折り返し成分を含んだドプラ波形を形成するにあたっての改良技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、ドプラ波形に関する複雑な解析処理やユーザによる煩雑な操作を必要とせずに、折り返し部分において連続的なドプラ波形を得ることが可能になる。

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。 標準表示のドプラ波形の具体例を示す図である。 拡張表示のドプラ波形の具体例を示す図である。 ベースラインの位置に応じた周波数範囲の設定を説明するための図である。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置（本超音波診断装置）の全体構成図である。プローブ１０は、診断対象となる血流などを含む診断領域に超音波を送波し、診断領域から反射される超音波を受波する。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送受信部１２によって送信制御されて送信ビームが形成される。また、複数の振動素子が診断領域から反射された超音波を受波し、これにより得られた信号が送受信部１２へ出力され、送受信部１２が受信ビームを形成する。

送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々に対応した送信信号を出力することにより、超音波の送信ビームを形成してその送信ビームを走査する。また、送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子の各々から得られる受信信号に対して整相加算処理などを施すことにより、走査される送信ビームに対応した受信ビームを形成し、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）を出力する。

送受信部１２は、二次元平面内で超音波ビーム（送信ビームとそれに対応した受信ビーム）を走査することにより、複数フレームに亘ってエコーデータを収集する。こうして収集されたエコーデータは、例えばメモリなどに記憶され、そのメモリなどから読み出されて、後段の各部において処理される。

Ｂモード画像形成部２０は、複数フレームに亘って得られるエコーデータに基づいて、例えば血管の断層画像を映し出したＢモード画像の画像データを形成する。そして、その画像データに対応したＢモード画像が画像表示部４０に表示される。

送受信部１２において得られたエコーデータは、ＦＦＴ処理部３０からドプラ波形形成部３４までのドプラ処理ブロックにも送られる。

ＦＦＴ処理部（高速フーリエ変換処理部）３０は、受信ビームに沿って得られるエコーデータ（受信信号）に対してＦＦＴ演算を実行する。その結果、ＦＦＴ処理部３０においてエコーデータ（受信信号）が周波数スペクトラムに変換され、その周波数スペクトラムのデータがメモリ３２に記憶される。

ドプラ波形形成部３４は、周波数スペクトラムに変換されたエコーデータ（受信信号）からドプラ信号を抽出する。つまり、周波数スペクトラムに含まれるドプラシフト周波数を抽出する。なお、ドプラ信号の抽出にあたっては、例えば、画像表示部４０に表示されるＢモード画像を見ながら、ユーザが血管内の所望の位置にドプラカーソルを設定し、そのドプラカーソル内のドプラ信号が抽出される。

これにより、複数時相に亘って血管内のドプラ信号が抽出され、ドプラ波形形成部３４は、複数時相に亘って得られるドプラ信号（ドプラシフト周波数）に基づいて、時間的に変化するドプラ信号の表示波形を形成する。こうして、横軸を時間軸として縦軸にドプラシフト周波数（血流の速さ）を示したドプラ波形が形成され、そのドプラ波形が画像表示部４０に表示される。例えば、Ｂモード画像とドプラ波形を横に並べた表示画像が画像表示部４０に表示される。

本超音波診断装置は、ドプラ波形として、標準表示のドプラ波形に基づいて拡張表示のドプラ波形を形成する。そこで、以下に本超音波診断装置におけるドプラ波形の形成処理について説明する。

図２は、標準表示のドプラ波形の具体例を示す図である。図２に示すドプラ波形は、横軸を時間軸として縦軸（縦方向）に速さを示したものであり、例えば血流の流速などが時間的に変化する様子を示した波形が形成される。

パルス波を利用したドプラ波形の形成においては、折り返し現象を発生させずに検出することが可能な最大のドプラシフト周波数（最高検出周波数）が、パルス波の繰り返し周波数（ＰＲＦ）の１／２となる。そのため、ドプラ波形は、縦軸の範囲を＋ＰＲＦ／２から−ＰＲＦ／２までとされるのが一般的である。この一般的なドプラ波形が図２に示す標準表示のドプラ波形である。

標準表示のドプラ波形において、最高検出周波数を超えるドプラシフト周波数が観測されると、ドプラ波形内に折り返し成分が発生する。例えば、図２に示すように、ドプラ波形がＡ´の位置で正方向の最高検出周波数（＋ＰＲＦ／２）を超えてしまうと、その折り返し成分Ａが負方向側に発生する。そのため、その折り返し部分であるＡ´の位置においてドプラ波形が途切れてしまう。

そこで、本超音波診断装置では、標準表示のドプラ波形に基づいて拡張表示のドプラ波形を形成することにより、ドプラ波形が途切れる現象を低減しており、望ましくは、ドプラ波形が途切れないようにしている。

図３は、拡張表示のドプラ波形の具体例を示す図である。図３に示す拡張表示のドプラ波形は、図２に示す標準表示のドプラ波形から形成される。図３においても、横軸が時間軸であり縦軸（縦方向）に速さが示されている。

ドプラ波形形成部３４（図１）は、標準表示のドプラ波形内において正の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において負の周波数端に接するように転写し、さらに、そのドプラ波形内において負の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において正の周波数端に接するように転写することにより、拡張表示のドプラ波形を形成する。

つまり、図３の具体例では、標準表示における正の周波数端であるＶｍａｘに接する周波数帯Ｉの波形部分が、標準表示における負の周波数端である−Ｖｍａｘに接するようにコピーされ、これにより負の周波数側に周波数帯Ｉ´が追加される。また、標準表示における負の周波数端である−Ｖｍａｘに接する周波数帯ＩＩの波形部分が、標準表示における正の周波数端であるＶｍａｘに接するようにコピーされ、これにより正の周波数側に周波数帯ＩＩ´が追加される。

図３に示す拡張表示のドプラ波形では、負の周波数側に発生していた折り返し成分Ａのコピーが、正の周波数側で途切れていた折り返し部分Ａ´の位置に貼り付けられ、Ａ´の位置において連続的なドプラ波形となっている。これにより、負の周波数側に発生していた波形部分Ａが、負方向の流速を示すものではなく、正方向の流速の折り返しであることを、ドプラ波形の連続性から視覚的に確認することが可能になる。

なお、図２に示す標準表示のドプラ波形と図３に示す拡張表示のドプラ波形をユーザが選択できる構成としてもよい。

さらに、本超音波診断装置では、ドプラ波形のベースラインシフトを可能としている。つまり、ドプラ波形において速さ０（ドプラシフト周波数０）に対応した横軸であるベースラインを、例えばユーザが周波数軸方向に平行移動することができる。ベースラインの移動に追従するようにドプラ波形も全体的に移動する。例えば、図３に示す具体例においてベースラインが周波数軸方向（縦方向）に移動すると、その移動に追従してドプラ波形が全体的にスクロールするように移動する。

そして、本超音波診断装置では、ドプラ波形内において可変設定されるベースラインの位置に応じて、コピーされる波形部分の周波数範囲が決定される。

図４は、ベースラインの位置に応じた周波数範囲の設定を説明するための図である。図４には、図３に示した具体例と同じドプラ波形が示されており、さらに、縦方向（周波数軸方向）に関する表示座標値が示されている。例えば、標準表示（図２）は、表示座標値が−１２８から１２８までの幅（２５６）とされる。例えば１つの座標に１つの画素が対応付けられると、標準表示の縦方向は２５６画素で構成される。

また、拡張表示（図３）の縦方向は、表示座標値が例えば−１９６から１９６までの幅（３９２）を最大幅とする。例えば１つの座標に１つの画素が対応付けられると、拡張表示の縦方向の最大幅は３９２画素で構成される。なお、拡張表示の縦方向の幅は、以下に説明するようにベースライン位置に応じて変化する。

ベースライン位置は、縦方向（周波数軸方向）に、表示座標値が−１２７から１２７の範囲で変更される。ちなみに、図４に示すドプラ波形の表示例は、ベースライン位置が表示座標値０（ゼロ）に設定された場合に相当する。

正コピー幅は、標準表示において正の周波数端となる表示座標値１２８に接する周波数帯（図３の周波数帯Ｉ）の周波数幅であり、拡張表示を形成する際に負方向側にコピーされる波形部分の周波数範囲である。また、負コピー幅は、標準表示において負の周波数端となる表示座標値−１２８に接する周波数帯（図３の周波数帯ＩＩ）の周波数幅であり、拡張表示を形成する際に正方向側にコピーされる波形部分の周波数範囲である。図４の具体例では、標準表示幅が２５６であり拡張表示幅の最大値が３９２であるため、正コピー幅の最大値は６８となり、負コピー幅の最大値も６８となる。

正コピー幅と負コピー幅はベースライン位置に応じて、例えば次式により決定される。次式では、正コピー幅Ｐｗ、負コピー幅Ｎｗ、ベースライン位置Ｂｐ、標準表示幅Ｓｗ、拡張表示幅の最大値Ｅｍａｘであり、Ｍｉｎはいずれか小さい方を選択する関数である。

Ｐｗ＝Ｍｉｎ（Ｓｗ／２−Ｂｐ，Ｅｍａｘ／２−Ｓｗ／２）・・・式１
Ｎｗ＝Ｍｉｎ（Ｓｗ／２＋Ｂｐ，Ｅｍａｘ／２−Ｓｗ／２）・・・式２

式１と式２により、コピーされる波形部分にベースラインが含まれないように、正コピー幅と負コピー幅が決定される。例えば、図４の具体例に式１と式２を適用すると、ベースライン位置Ｂｐ＝０の場合に、正コピー幅Ｐｗ＝６８、負コピー幅Ｎｗ＝６８となり、ベースラインはコピーに含まれず、拡張表示が最大幅３９２で形成される。ベースライン位置Ｂｐが正方向に移動されると、ベースライン位置Ｂｐ＝６０までは、正コピー幅Ｐｗ＝６８、負コピー幅Ｎｗ＝６８となり、ベースラインはコピーに含まれず、拡張表示も最大幅３９２で形成される。

ところが、ベースライン位置Ｂｐが座標値６０を超えてさらに正方向に移動されると、例えばベースライン位置Ｂｐ＝１００になると、正コピー幅Ｐｗ＝２８、負コピー幅Ｎｗ＝６８となる。つまり、正コピー幅Ｐｗ内にベースラインが含まれように正コピー幅Ｐｗが狭められる。この場合には、拡張表示の縦方向は、表示座標値が−１５６から１９６までの幅（３５２）となる。

また、ベースライン位置Ｂｐが負方向に移動されると、ベースライン位置Ｂｐ＝−６０までは、正コピー幅Ｐｗ＝６８、負コピー幅Ｎｗ＝６８となり、ベースラインがコピーに含まれず、拡張表示が最大幅３９２で形成される。ところが、ベースライン位置Ｂｐがさらに負方向に移動されると、例えばベースライン位置Ｂｐ＝−１００になると、正コピー幅Ｐｗ＝６８、負コピー幅Ｎｗ＝２８となる。つまり、負コピー幅Ｎｗ内にベースラインが含まれように負コピー幅Ｎｗが狭められる。この場合には、拡張表示の縦方向は、表示座標値が−１９６から１５６までの幅（３５２）となる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０ プローブ、１２ 送受信部、２０ Ｂモード画像形成部、３０ ＦＦＴ処理部、３４ ドプラ波形形成部、４０ 画像表示部。

Claims (4)

1. 超音波を送受するプローブと、
   プローブを送信制御して受信信号を得る送受信部と、
   受信信号に基づいてドプラ波形を形成するドプラ処理部と、
   を有し、
   前記ドプラ処理部は、一方端から他方端までの周波数範囲で得られる標準表示のドプラ波形に基づいて、そのドプラ波形内において一方端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において他方端に接するように転写することにより、標準表示のドプラ波形の他方端に前記波形部分を繋ぎ合せた拡張表示のドプラ波形を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記ドプラ処理部は、正の周波数端から負の周波数端までの周波数範囲で得られる前記標準表示のドプラ波形に基づいて、そのドプラ波形内において正の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において負の周波数端に接するように転写し、さらに、そのドプラ波形内において負の周波数端に接する周波数帯の波形部分を、そのドプラ波形外において正の周波数端に接するように転写することにより、前記拡張表示のドプラ波形を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波診断装置において、
   前記ドプラ処理部は、ドプラ波形内において可変設定されるベースラインの位置に応じて、前記転写する波形部分の周波数範囲を決定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３に記載の超音波診断装置において、
   前記ドプラ処理部は、前記転写する波形部分にベースラインが含まれないように前記周波数範囲を決定する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

Images