JP2014008174A

JP2014008174A - 超音波診断装置及びその制御プログラム

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Publication number: JP2014008174A
Application number: JP2012146212A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Ogasawara; 正文小笠原
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN104412124A; US20150182199A1; DE112013003241T5; WO2014004052A1; KR20150036257A; CN104412124B; JP5838383B2

Abstract

【課題】ドプラスペクトル信号が非定常信号であっても、欠落部分の信号推定によって得られた信号が十分な品位を有する超音波診断装置を提供する。
【解決手段】ドプラモード用の超音波送受信と、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信とを行なう超音波プローブと、前記ドプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に対して、直交検波処理を行なった後に、ドプラスペクトル信号を生成するドプラ処理部４２と、を備え、前記ドプラ処理部４２は、前記他のモード用の超音波送受信によって生じる前記ドプラスペクトル信号の欠落部分を、補外処理によって推定する信号推定部４２５を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ドプラモード（ｄｏｐｐｌｅｒｍｏｄｅ）用の超音波送受信と、Ｂモードやカラー（ｃｏｌｏｒ）ドプラモードなど、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信とを行なう超音波診断装置及びその制御プログラムに関する。

超音波診断装置においては、種々のモードの画像が表示される。例えば、ドプラモード画像は、被検体内の血流などを観察することができる画像である。

超音波診断装置において、ドプラモード画像が、Ｂモード画像やカラードプラ画像などとともに表示される場合がある。この場合、Ｂモード用の超音波の送受信とカラードプラモード用の超音波の送受信の時には、ドプラモード用の超音波の送受信は行なわれない。このため、ドプラ画像を作成するにあたっては、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信による信号の欠落を補う必要がある。

欠落信号を推定する手法としては、種々のものが考えられる。例えば、特許文献１に記載されているように、欠落期間が始まる前の所定の期間におけるデータ（ｄａｔａ）を、欠落期間のデータとしてそのまま用いる手法がある。また、ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）による周波数解析を行なう対象となる位相検波後のデータ群をメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）から読み出す際に、スライディング（ｓｌｉｄｉｎｇ）量が少なくするようにする手法がある。さらに、ＭＡフィルタ（ｍｏｖｉｎｇａｖｅｒａｇｅｆｉｌｔｅｒ）をホワイトノイズ（ｗｈｉｔｅｎｏｉｓｅ）で駆動する手法がある。

特開平５−３４４９７１号公報（第２頁、段落［０００６］〜［０００８］、図５）

しかし、上記いずれの手法も、定常信号の欠落部分を推定する場合には、十分な品位を有する信号を得ることができる。しかし、時間とともに変化する非定常信号に関しては、信号の欠落部分を、上記手法によって推定しても、十分な追従性をもった信号を推定することは困難である。このため、十分な品位を有する信号を得ることはできない。

上述の課題を解決するためになされた発明は、ドプラモード用の超音波送受信と、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信とを行なう超音波プローブと、前記ドプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に対して、直交検波処理を行なった後に、ドプラスペクトル信号を生成するドプラ処理部と、を備え、前記ドプラ処理部は、前記他のモード用の超音波送受信によって生じる前記ドプラスペクトル信号の欠落部分を、補外処理によって推定する信号推定部を有することを特徴とする超音波診断装置である。

上記観点の発明によれば、前記ドプラ処理部が、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信によって生じる前記ドプラスペクトル信号の欠落部分を、補外処理によって推定することにより、ドプラスペクトル信号が非定常信号であっても、欠落部分と補外処理によって推定された部分とが連続的になって品位に優れる信号を得ることができる。

本発明に係る超音波診断装置の実施形態の概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示す超音波診断装置におけるエコーデータ処理部の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す超音波診断装置におけるエコーデータ処理部の構成の他例を示すブロック図である。図２又は図３に示すエコーデータ処理部におけるドプラ処理部の構成の一例を示すブロック図である。表示部に表示された超音波画像の一例を示す図である。表示部に表示された超音波画像の他例を示す図である。ドプラ処理部におけるメモリからのデータ群の読み出しを説明するための図である。ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルにおける平均周波数を示す図である。補外処理により欠落部分を補うドプラスペクトルデータの概念図である。補外処理により欠落部分が補われたドプラスペクトルデータの概念図である。欠落期間が終了した後のドプラスペクトルデータの概念図である。ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルにおいて、ピークのパワーを有する周波数を示す図である。ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルにおける最大周波数を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。図１に示す超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送受信ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）３、エコーデータ処理部４、表示制御部５、表示部６、操作部７、制御部８、スピーカー（ｓｐｅａｋｅｒ）９を備える。

前記超音波プローブ２は、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配置された複数の超音波振動子（図示省略）を有して構成され、この超音波振動子によって被検体に対して超音波を送信し、そのエコー信号を受信する。

前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２から所定のパラメータで超音波を送信するための電気信号を、前記制御部８からの制御信号に基づいて前記超音波プローブ２に供給する。また、前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２で得られたエコー信号について、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理、整相加算処理等の信号処理を所定のパラメータで行ない、信号処理後のエコーデータを前記エコーデータ処理部４へ出力する。前記送受信ビームフォーマ３における送受信パラメータは、Ｂモード、ドプラモード、カラードプラモード等のモードに応じて設定されている。

前記エコーデータ処理部４は、図２に示すように、Ｂモード処理部４１及びドプラ処理部４２を有している。また、前記エコーデータ処理部４は、図３に示すように、Ｂモード処理部４１、ドプラ処理部４２及びカラードプラ処理部４３を有していてもよい。

前記Ｂモード処理部４は、前記送受信ビームフォーマ３から出力されたエコーデータに対し、対数圧縮処理、包絡線検波処理等のＢモード処理を行ってＢモードデータを作成する。前記カラードプラ処理部４３は、直交検波処理、ＭＴＩフィルタ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒ）処理、自己相関演算処理等のカラードプラ処理を行なってカラードプラデータを作成する。

前記ドプラ処理部４２は、前記エコーデータに対してドプラ処理を行なって血流等の流速スペクトル（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得る（ドプラ処理機能）。前記ドプラ処理部４２は、図４に示すように、直交検波部４２１、ウォールフィルタ（ｗａｌｌｆｉｌｔｅｒ）部４２２、メモリ４２３、ＦＦＴ処理部４２４、信号推定部４２５、ＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部４２６、音声処理部４２７を有している。詳細は後述する。前記ドプラ処理部４２は、本発明におけるドプラ処理部の実施の形態の一例である。また、前記信号推定部４２５は、本発明における信号推定部の実施の形態の一例である。

前記表示制御部５は、前記エコーデータ処理部４から出力されたデータを、スキャンコンバータ（ＳｃａｎＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって超音波画像データに走査変換する。そして、前記表示制御部５は、この超音波画像データに基づく超音波画像を前記表示部６に表示させる。前記エコーデータ処理部４から出力されるデータは、前記Ｂモード処理部４１で得られたＢモードデータ、前記ドプラ処理部４２で得られたドプラスペクトルデータ、前記カラードプラ処理部４３で得られたカラードプラデータである。また、前記超音波画像データは、Ｂモード画像データ、ドプラ画像データ、カラードプラ画像データである。前記表示制御部５は、Ｂモードデータに基づいてＢモード画像を表示させ、ドプラスペクトルデータに基づいてドプラ画像を表示させ、カラードプラデータに基づいてカラードプラ画像を表示させる。

前記表示部６は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）などで構成される。前記操作部７は、操作者が指示や情報を入力するためのキーボード及びポインティングデバイス（図示省略）などを含んで構成されている。

前記制御部８は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔＲａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を有して構成される。この制御部８は、図示しない記憶部に記憶された制御プログラムを読み出し、前記超音波診断装置１の各部における機能を実行させる。

前記スピーカー９は、前記エコーデータ処理部４から出力される信号に基づいて、ドプラ音を出力する。

さて、本例の超音波診断装置１の作用について説明すると、前記超音波プローブ２によって超音波の送受信を行なうと、得られたエコー信号に基づいて前記表示部６に超音波画像Ｇが表示される。この超音波画像Ｇとしては、図５に示すように、Ｂモード画像ＢＧとドプラ画像ＤＧとが上下に並んで表示されてもよい。また、前記超音波画像Ｇとしては、図６に示すように、Ｂモード画像ＢＧにカラードプラＣＤＧ画像が重畳された画像とドプラ画像ＤＧとが上下に並んで表示されてもよい。

ちなみに、図５及び図６において、符号Ｃはドプラカーソルを示している。

図５に示すように前記Ｂモード画像ＢＧ及び前記ドプラ画像ＤＧが表示される場合、前記制御部８は、Ｂモード用の超音波送受信とドプラモード用の超音波送受信とを分けて行なうように、前記送受信ビームフォーマ３へ制御信号を出力する。また、図６に示すように前記Ｂモード画像ＢＧ、前記ドプラ画像ＤＧ及び前記カラードプラ画像ＣＤＧが表示される場合、前記制御部８は、Ｂモード用の超音波送受信、ドプラモード用の超音波送受信及びカラードプラモード用の超音波送受信を分けて行なうように、前記送受信ビームフォーマ３へ制御信号を出力する。例えば、前記制御部８は、各モード用の超音波送受信がフレーム（ｆｌａｍｅ）毎に切り替わるように、前記送受信ビームフォーマ３へ制御信号を出力する。

ちなみに、ドプラモードには、ＰＷ（ｐｕｌｓｅｗａｖｅ）ドプラとＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅ）ドプラが含まれる。ＰＷドプラには、ＨＰＲＦ（ＨｉｇｈＰｕｌｓｅＲｅｐｅｔｉｔｉｏｎＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）ドプラが含まれる。

Ｂモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に基づいて、前記Ｂモード処理部４１はＢモードデータを作成する。また、ドプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に基づいて、前記ドプラ処理部４２はドプラスペクトルデータを作成する。さらに、カラードプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に基づいて、前記カラードプラ処理部４３はカラードプラデータを作成する。

前記ドプラ処理部４２による信号処理について、詳細に説明する。前記送受信ビームフォーマ３から前記ドプラ処理部４２へ入力されるデータは、図４に示すように、先ず前記直交検波部４２１へ入力される。そして、入力されたデータが前記直交検波部４２１で直交検波処理され、前記ウォールフィルタ部４２２でフィルタ処理されてドプラデータが作成される。前記ウォールフィルタ部４２２から出力されたドプラデータは、前記メモリ４２３に格納される。

前記メモリ４２３は、例えばスライディングリングバッファ（ｓｌｉｄｉｎｇｒｉｎｇ−ｂｕｆｆｅｒ）である。前記メモリ４２３からは、図７に示すように所定のスライディング量Ｓｄを有するようにして、ＦＦＴ処理の対象となるデータ群Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，・・・が読み出され、前記ＦＦＴ処理部４２４へ入力される。

前記ＦＦＴ処理部４２４は、前記メモリ４２３から入力されたデータに対してＦＦＴ処理を行ない、ドプラスペクトルデータを作成する。そして、ドプラスペクトルデータの欠落部分推定処理を行なわない場合、前記ＦＦＴ処理部４２４は、ドプラスペクトルデータを、前記表示制御部５及び前記ＩＦＦＴ処理部４２６へ出力する。一方、ドプラスペクトルデータの欠落部分推定処理を行なう場合、前記ＦＦＴ処理部４２４は、ドプラスペクトルデータを前記信号推定部４２５へ出力する。すなわち、前記ＦＦＴ処理部４２４は、前記表示制御部５及び前記ＩＦＦＴ処理部４２６へのドプラスペクトルデータの出力と、前記信号推定部４２５へのドプラスペクトルデータの出力とを切り替えて行なう。

前記信号推定部４２５は、ドプラスペクトルデータの欠落部分を推定する処理を行なう（信号推定機能）。ドプラスペクトルデータの欠落部分は、Ｂモード用の超音波送受信やカラードプラモード用の超音波送受信が行われ、ドプラモード用の超音波送受信が行われない期間において生じる。

前記信号推定部４２５は、補外処理によって、ドプラスペクトルデータの欠落部分を推定する。本例では、前記信号推定部４２５は、図８に示すように、ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルＦＳにおける平均周波数ｆａｖの時間変化に基づいて補外処理を行なう。

具体的に説明すると、図９に示すように、時刻ｔ１まではドプラスペクトルデータＤｄｓが取得され、時刻ｔ１以降においてドプラスペクトルデータＤｄｓの欠落期間が始まったとする。前記信号推定部４２５は、ドプラスペクトルデータＤｄｓにおける平均周波数ｆａｖの時間変化ラインＬに基づいて補外処理を行なう。例えば、前記信号推定部４２５は、平均周波数ｆａｖの変化ラインＬのデータ列における二点から求められる一次関数Ｆを補外関数として用いて補外処理を行なう。前記変化ラインＬにおける二点は、時刻ｔ１における点ｐ１（平均周波数ｆａｖ１）と、時刻ｔ１よりも前の時刻ｔ０における点ｐ０（平均周波数ｆａｖ０）である。ちなみに、補外処理によって補われる周波数軸（速度軸）方向の幅は、欠落期間が始まる直前である時刻ｔ１のドプラスペクトルデータＤｄｓの周波数軸（速度軸）方向の幅とする。

ここで、ドプラスペクトルデータＤｄｓの時間変化度合（波形）は、被検体の部位に応じて異なる。従って、ドプラスペクトルデータＤｄｓの時間変化度合に応じて、より信号品位が良好になるような補外処理が行われるように、前記信号推定部４２５は、補外関数を求めるためのデータの間隔（点ｐ０と点ｐ１の間隔）を、被検体の部位に応じて設定してもよい。

上述の補外処理により、図１０に示すように、ドプラスペクトルデータＤｄｓの欠落部分の推定データＤｄｓ′が補われる。図１１に示すように、欠落期間が始まる前のドプラスペクトルデータＤｄｓをＤｄｓ１、欠落期間が終了した後のドプラスペクトルデータＤｄｓをＤｄｓ２とすると、前記推定データＤｄｓ′は、前記ドプラスペクトルデータＤｄｓ１及び前記ドプラスペクトルデータＤｄｓ２と連続性を有する。従って、ドプラスペクトルデータＤｄｓが、図９〜図１１に示すように、時間と共に変化していても、品位に優れたデータを得ることができる。また、補外処理であれば、欠落期間が始まるとすぐにデータを補うことができるので、例えば補間処理のように欠落期間が終わるまで処理を待つ必要がない。従って、遅滞なく欠落部分を補うことができる。

前記信号推定部４２５によって欠落部分が補われたドプラスペクトルデータＤｄｓは、前記表示制御部５及び前記ＩＦＦＴ処理部４２６へ出力される。

前記表示制御部５は、前記信号推定部４２５又は前記ＦＦＴ処理部４２４から直接入力されたドプラスペクトルデータに基づいて作成されたドプラ画像を前記表示部６に表示させる。

前記ＩＦＦＴ処理部４２６は、前記信号推定部４２５又は前記ＦＦＴ処理部４２４から入力されたドプラスペクトルデータに対してＩＦＦＴ処理を行なう。ＩＦＦＴ処理後のデータは前記音声処理部４２７へ出力される。

前記音声処理部４２７は、前記ＩＦＦＴ処理部４２６から入力されたデータに対して音声処理を行ない前記スピーカー９へ信号を出力する。このスピーカー９からはドプラ音が出力される。前記信号推定部４２５から出力されたドプラスペクトルデータに基づいてドプラ音が出力される場合であっても、上述のように前記信号推定部４２５において、補外処理によって遅滞なく欠落部分が補われるので、遅れのないドプラ音を出力することができる。

なお、前記信号推定部４２５による処理を行なわない場合、前記ウォールフィルタ部４２２から前記音声処理部４２７へデータを入力してドプラ音を出力するようにしてもよい。

次に、実施形態の変形例について説明する。先ず、第一変形例について説明する。前記信号推定部４２５は、前記ドプラスペクトルデータにおける周波数の時間変化に基づいて補外処理を行なうものであればよく、上述のように、前記ドプラスペクトルデータにおける平均周波数の時間変化に基づいて補外処理を行なう場合に限られるものではない。例えば、前記信号推定部４２５は、図１２に示すように、前記ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルＦＳにおいて、ピーク（ｐｅａｋ）のパワー（ｐｏｗｅｒ）を有する周波数ｆｐｍａｘの時間変化に基づいて補外処理を行なってもよい。この場合においても、前記信号推定部４２５は、例えば前記周波数ｆｐｍａｘの時間変化ライン（図示省略）のデータ列における二点から求められる一次関数Ｆを補外関数として用いる。

次に、第二変形例について説明する。前記信号推定部４２５は、図１３に示すように、前記ドプラスペクトルデータの周波数スペクトルＦＳにおける最大周波数ｆｍａｘの時間変化に基づいて補外処理を行なってもよい。この場合においても、前記信号推定部４２５は、例えば前記最大周波数ｆｍａｘの時間変化ライン（図示省略）のデータ列における二点から求められる一次関数を補外関数として用いる。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。

１超音波診断装置
２超音波プローブ
４２ドプラ処理部
４２５信号推定部

Claims

ドプラモード用の超音波送受信と、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信とを行なう超音波プローブと、
前記ドプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に対して、直交検波処理を行なった後に、ドプラスペクトル信号を生成するドプラ処理部と、
を備え、
前記ドプラ処理部は、前記他のモード用の超音波送受信によって生じる前記ドプラスペクトル信号の欠落部分を、補外処理によって推定する信号推定部を有する
ことを特徴とする超音波診断装置。
前記信号推定部は、前記ドプラスペクトル信号における周波数の時間変化に基づいて補外処理を行なうことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記ドプラスペクトル信号における周波数の時間変化は、該ドプラスペクトル信号の周波数スペクトルにおける平均周波数の時間変化であることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
前記ドプラスペクトル信号における周波数の時間変化は、該ドプラスペクトル信号の周波数スペクトルにおいてピークのパワーを有する周波数の時間変化であることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
前記ドプラスペクトル信号における周波数の時間変化は、該ドプラスペクトル信号の周波数スペクトルにおける最大周波数の時間変化であることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
前記信号推定部は、補外処理に用いる補外関数を求めるためのデータ間隔を被検体の部位に応じて設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
前記ドプラ処理部は、フーリエ変換処理によって前記ドプラスペクトル信号を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
ドプラモード用の超音波送受信と、ドプラモード以外の他のモード用の超音波送受信とを行なう超音波診断装置において、前記ドプラモード用の超音波送受信によって得られたエコー信号に対して、直交検波処理を行なった後に、ドプラスペクトル信号を生成するドプラ処理機能をコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
前記ドプラ処理機能の一機能として、前記他のモード用の超音波送受信によって生じる前記ドプラスペクトル信号の欠落部分を、補外処理によって推定する信号推定機能を実行させる
ことを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。