JP2018110656A - 超音波診断装置の制御装置、超音波診断装置およびクラッター成分低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低流速の血流検出時にも、クラッター成分を低減して血流信号を正確に検出することができる超音波診断装置の制御装置、超音波診断装置およびクラッター成分低減方法を提供する。
【解決手段】超音波探触子が受信した反射超音波に基づいて生成した受信信号を取得し、受信信号に基づいて生成したドップラー信号を用いて超音波画像を生成する超音波画像生成部を有し、超音波画像生成部は、ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを生成し、周波数スペクトルにおける正負の周波数に関する対称性に基づいて、周波数スペクトルからクラッター成分を低減させるクラッター成分低減部を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、超音波を利用した超音波診断装置の制御装置、超音波診断装置およびクラッター成分低減方法に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に送信し、その反射エコーに含まれる情報を解析することにより、被検体内の画像を作成する。超音波診断装置では、カラーフローマッピング（Color Flow Mapping、以下ＣＦＭと略す場合がある）と呼ばれる手法によって被検体内の血流を画像化することが可能であり、医療分野全般において、血流状態を表示することのできる超音波診断装置が広く利用されている。

カラーフローマッピングはドップラー効果を利用する手法である。超音波が血流を照射すると、ドップラー効果により血流速度や反射強度に応じたドップラー偏移が反射エコーに生じる。このドップラー偏移の情報を直交検波によって検出し、ＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルターと呼ばれるハイパスフィルター処理、自己相関処理およびノイズカット処理を施すことによって、血流速度、パワー（反射強度）、分散等に関する情報が得られる。

カラーフローマッピングにより血流を検出する際、低流速の血流にクラッター成分（血流検出に不要な血管壁や組織等の情報）が現れることがある。血流信号にクラッター成分が混入すると、血流を正確に検出することが困難となる。このため、低流速の血流信号からクラッター成分を低減することが要望されている。血流信号からクラッター成分を低減する技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。

特開２０００−３４２５８５号公報

超音波診断装置を用いた血流検出においては、クラッターを低減する手段の一つとして、ＭＴＩフィルターのようなハイパスフィルターが用いられる。フィルターの周波数特性を調整することで、クラッターを低減することができる一方、低流速血流の検出性能が落ち、本来血流が存在する領域に血流を検出できなくなる場合がある。反対に、低流速血流を検出できるようにフィルターの周波数特性を調整すると、クラッターによるノイズが画像上に大きく現れてしまったり、やはり本来血流が存在する領域に血流が存在しないかのような画像となったりする場合がある。

特許文献１に開示された技術では、クラッター成分の低減と、低流速血流の検出性能とを両立させるため、クラッター低減において、正規分布モデルを計算して元のスペクトルから減ずるという処理を行っている。

静止している組織からのクラッターは、正規分布に近いスペクトルとなるため、特許文献１に開示された技術を用いて低減できる。しかしながら、例えば心臓付近において心臓の拍動により組織が動くことで発生するクラッターは、正規分布とはかけ離れたスペクトルとなるため、特許文献１に開示された技術では低減できず、減算後のスペクトルにもクラッター成分が残ってしまうことがある。また、特許文献１に開示された技術では、血流とクラッターのパワーが近い場合には、クラッター成分だけでなく、血流信号も低減してしまうことがある。このような場合、正確に血流を検出することが困難となる。

本発明は、低流速の血流検出時にも、クラッター成分を低減して血流信号を正確に検出することができる超音波診断装置の制御装置、超音波診断装置およびクラッター成分低減方法を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、超音波診断装置の制御装置であって、被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号から、ドップラー信号を検波する検波部と、前記ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルにおいて血流成分の非対称性と区別されるクラッター成分の対称性に基づいて、取得した周波数スペクトルからクラッター成分を低減させるクラッター成分低減部と、を有する。

本発明の超音波診断装置は、上記した制御装置と、前記クラッター成分を低減させた前記周波数スペクトルに基づいて超音波画像を表示装置に表示させる表示処理部と、を有する。

本発明のクラッター成分低減方法は、超音波を送信し、送信された超音波が被検体の反射面で反射された反射超音波を受信する超音波探触子と接続可能な超音波診断装置のクラッター成分低減方法であって、前記超音波探触子から超音波を送信させるための送信信号を生成し、前記超音波探触子の受信した反射超音波に基づいて受信信号を生成し、前記受信信号に基づいてドップラー信号を生成し、前記ドップラー信号に基づいて超音波画像を生成し、前記ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを生成し、前記周波数スペクトルにおける正負の周波数に関する対称性に基づいて、前記周波数スペクトルからクラッター成分を低減させる。

本発明によれば、低流速の血流検出時にも、クラッター成分を低減して血流信号を正確に検出することができる超音波診断装置の制御装置、超音波診断装置およびクラッター成分低減方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を例示した図 超音波画像診断装置のハードウエアの主要な構成を示す図 Ｃモード画像生成部の内部構成を示すブロック図 直交検波回路の内部構成を示すブロック図 複素平面表示の複素ドップラー信号を示す図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図 クラッター成分低減部におけるクラッター成分低減処理の過程を説明するための図 クラッター成分低減部におけるクラッター成分低減処理の過程の他の例を説明するための図 周波数スペクトルＣ（ω）に基づいて血流速度ＶおよびパワーＰを算出する他の方法について説明するための図 クラッター追従処理の考え方について説明するための図 クラッター追従処理の考え方について説明するための図 クラッター追従処理の考え方について説明するための図 クラッター追従処理の考え方について説明するための図 本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図 本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図 本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図 本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図 本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図

以下、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示した例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜超音波診断装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置１００の構成を例示した図である。図１に示すように、超音波診断装置１００は、制御器１および操作部２を備える。制御器１は、本発明の制御装置の一例である。制御器１は、送信部３、受信部４、Ｂモード画像生成部５、ＲＯＩ設定部６、Ｃモード画像生成部７、表示処理部８および制御部９を含んでいる。

図２は、超音波診断装置１００のハードウエアの主要な構成を示す図である。ハードウエアの観点では、超音波診断装置１００は、例えば、パルサー５２、増幅器５３、ＡＤコンバータ５４、送信ビームフォーマー５５、受信ビームフォーマー５６、Ｂモード画像処理器５８、Ｃモード画像処理器５９、メモリ６０および演算処理器６１を有する。

超音波探触子１０１は、超音波を送受信する複数の圧電変換素子５１を含み、ケーブルとコネクタまたは無線通信手段等を介して超音波診断装置１００に接続される。パルサー５２、ＡＤコンバータ５４および増幅器５３は、圧電変換素子５１の数に対応して複数用意される。メモリ６０には、図１に示す各構成要素の機能を実現するための手順を規定したプログラム、および、各構成要素を所定の手順で動作させることにより、超音波診断装置１００、超音波探触子１０１および表示器１０２を制御し、以下のＢモード画像およびＣモード画像の生成および表示するための手順を規定したプログラムが記憶されている。これらのプログラムがメモリ６０から逐次読み出され、演算処理器６１により実行される。

図１に示す各構成要素は、図２に示すハードウエアによって構成される。

送信部３は、図２に示すパルサー５２および送信ビームフォーマー５５に対応する。受信部４は、図２に示す増幅器５３、ＡＤコンバータ５４および受信ビームフォーマー５６に対応する。Ｂモード画像生成部５は図２に示すＢモード画像処理器５８に、Ｃモード画像生成部７は図２に示すＣモード画像処理器５９に、表示処理部８はＢモード画像処理器５８およびＣモード画像処理器５９に、それぞれ対応する。

一方、ＲＯＩ設定部６の機能は、ソフトウエアによって実現される。具体的には、メモリ６０に記憶されたプログラムを演算処理器６１が実行することにより、ＲＯＩ設定部６の機能が実現される。つまり、ＲＯＩ設定部６は、プログラムによって構成されているともいえる。

上述したハードウエアの構成は一例であって種々の改変が可能である。例えば、Ｂモード画像生成部５やＣモード画像生成部７の機能は、ソフトウエアにより実現されてもよい。また、送信ビームフォーマー５５および受信ビームフォーマー５６の機能は、ソフトウエアにより実現されてもよい。演算処理器６１およびメモリ６０を含むパソコンを、図２に示すハードウエアの代わりに用いてもよい。

また、制御器１の各機能ブロックについて、各々の機能ブロックの一部または全部の機能を、典型的には集積回路であるＬＳＩ（Large Scale Integration）として実現することもできる。各機能ブロックを実現するＬＳＩは、個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムできるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサー（ReConfigurable Processor）を利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。

上述したように、超音波探触子１０１は、一次元方向に配列された複数の圧電変換素子５１を有し、この圧電変換素子５１それぞれが後述する送信部３からの送信電気信号を超音波へと変換し、超音波ビームを生成する。従って、操作者は、被計測物である被検体表面に超音波探触子１０１を接触させることで、被検体内部に超音波ビームを照射することができる。そして、超音波探触子１０１は、被検体内部からの反射超音波を受信し、複数の圧電変換素子５１でその反射超音波を受信電気信号へと変換して後述する受信部４に供給する。

なお、本発明の実施の形態においては、超音波探触子１０１は、一例として、複数の圧電変換素子５１が一次元方向に配列された超音波探触子１０１を説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の圧電変換素子が２次元的に配列された超音波探触子や、一次元方向に配列された複数の圧電変換素子が揺動する超音波探触子等を用いるようにしてもよい。また、制御部９の制御に基づいて、送信部３が、複数の圧電変換素子５１のうち、使用する素子を選択し、選択した素子に電圧を与えるタイミングや電圧の値を素子毎に変化させることによって、超音波探触子１０１が送信する超音波ビームの照射位置や照射方向を制御することができる。

また、超音波探触子１０１は、後述する送信部３や受信部４の一部の機能を含んでいてもよい。具体的には、例えば、超音波探触子１０１は、送信部３から出力された送信電気信号を生成するための制御信号（以下、「送信信号」とする。）に基づき、超音波探触子１０１内で送信電気信号を生成し、この送信信号を圧電変換素子５１により超音波に変換するとともに、受信した反射超音波を受信電気信号に変換し、超音波探触子１０１内で受信電気信号に基づき後述する受信信号を生成するようにしてもよい。

超音波探触子１０１と超音波診断装置１００とは、ケーブル等を介して電気的に接続されるように構成されてもよいし、送信信号や受信信号の送受信を無線通信により行うように構成されてもよい。ただし、無線通信を行う構成の場合は、超音波診断装置１００および超音波探触子１０１が無線通信可能な通信部を有する必要がある。

表示器１０２は、超音波診断装置１００（後述する表示処理部８）から出力された画像を表示する表示デバイスである。なお、本実施の形態においては、表示器１０２と超音波診断装置１００とが別体であって、表示器１０２と超音波診断装置１００とが接続された構成を例示しているが、本発明はこれに限定されない。具体的には、例えば、表示器１０２と後述の操作部２とが一体化され、タッチパネルとなっていてもよい。

操作部２は、操作者から入力を受け付け、操作者の入力に基づく指令を超音波診断装置１００、具体的には制御器１の制御部９に出力する操作デバイスである。操作部２は、例えば、Ｂモード画像のみを表示器１０２に表示させるモード（以下、「Ｂモード」とする。）か、Ｂモード画像上にＣモード画像を表示器１０２に重畳表示させるモード（以下、「Ｃモード」か、を選択する操作者の操作を受け付ける。

Ｂモード画像は、反射超音波の振幅強度を輝度で表示することで被検体の内部組織を画像化した画像である。一方、Ｃモード画像は、Ｂモード画像中に指定した関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）内において、血流情報をカラー表示した画像である。Ｃモード画像は、ＲＯＩ内の血流情報を、例えば、超音波探触子に近づく方向の血流を赤色成分で、遠ざかる方向の血流を青色成分に割り当てて表示した画像であって、Ｂモード画像上に重畳表示される。操作部２は、Ｃモードが選択された場合に、操作者がＲＯＩの位置を指定する操作を受け付ける。

また、操作部２は、Ｃモードが選択された場合に、血流の状態を示す血流信号としての血流速度Ｖにより血流の流速および方向をカラー表示するＶモード、血流信号としての血流のパワーＰにより血流のパワーをカラー表示するＰモード、方向を含めて血流のパワーをカラー表示するｄＰ（方向付パワー）モード等、複数の表示モードからいずれかを選択する操作を受け付ける。

送信部３は、圧電変換素子５１を有する超音波探触子１０１から超音波ビームを送信させるための送信信号を生成する。そして、送信部３は、生成した送信信号に基づいて所定のタイミングで高圧の送信電気信号を図示しない電源から超音波探触子１０１に対して供給させ、超音波探触子１０１の圧電変換素子５１を駆動させる。これにより、超音波探触子１０１が、送信電気信号を超音波へと変換し、被検体に対して超音波ビームを照射する。以下では、送信部３が行う送信信号の生成処理と、超音波探触子１０１への送信電気信号の供給処理とを合わせて送信処理と称する。

送信部３は、Ｃモード画像を表示させる場合には、Ｂモード画像を表示させるための送信処理に加え、Ｃモード画像を表示させるための送信処理を行う。具体的には、例えば、Ｂモード画像を表示させるための電気的な送信信号を供給した後に、ＲＯＩ設定部６で設定されたＲＯＩの全方向（全ライン）に対して、Ｃモード画像を表示させるためのＱＳＰ（Quad Signal Processing：４列並列受信）用の電気的な送信信号を同一方向（同一ライン）にｎ（ｎは例えば６〜１２）回繰り返し供給する。また、送信部３は、送信処理時にＢモード画像用の送信処理あるいはＣモード画像用の送信処理の付加情報を指定しておき、この付加情報を受信部４に供給する。

受信部４は、ＱＳＰに対応する反射超音波に基づく電気的なＲＦ（Radio Frequency）信号としての受信信号を生成する受信処理を行う。受信部４は、例えば、ＱＳＰにより超音波探触子１０１で反射超音波を受信し、その反射超音波に基づき変換された受信電気信号に対し、受信電気信号を増幅してＡ／Ｄ変換を行うことで受信信号を生成する。そして、送信部３による送信処理と受信部４による受信処理とが複数回繰り返されることで、受信部４は複数枚の画像フレームに対応する複数の受信信号を取得する。

受信部４は、上述したように、送信部３から付加情報を取得する。受信部４は、取得した付加情報がＢモード画像用の付加情報であれば、受信信号をＢモード画像生成部５に供給し、取得した付加情報がＣモード画像用の付加情報であれば受信信号をＣモード画像生成部７に供給する。以下、Ｂモード画像生成用の受信信号を「Ｂモード受信信号」、Ｃモード画像生成用の受信信号を「Ｃモード受信信号」と称する。

なお、本発明の実施の形態においては、生成した画像フレームに対応する受信信号を、受信部４が、Ｂモード画像用かＣモード画像用かを選別して各ブロックに供給する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、受信部４が生成した画像フレームに対応する受信信号を、Ｂモード画像生成部５とＣモード画像生成部７とが各々選別するようにしてもよい。

また、上述した例では、Ｃモード画像を表示させるための送信部３および受信部４の処理は、においてＱＳＰを使用する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば６並列受信等、他の複数並列受信に対応する送信処理・受信処理としてもよい。

Ｂモード画像生成部５は、主にＢモード受信信号の振幅を解析して、被検体の内部構造が画像化されたデータ（「Ｂモード画像データ」）を生成する。Ｂモード画像データは、主に受信信号の信号強度に応じて輝度信号へと変換され、その輝度信号を直交座標系に対応するように座標変換が施された画像信号を含む。Ｂモード画像生成部５で生成されたＢモード画像データは、表示処理部８に供給される。

ＲＯＩ設定部６は、操作者の操作部２に対する操作により指定されたＢモード画像上の所望の位置にＲＯＩを設定する。そして、ＲＯＩ設定部６は、Ｂモード画像上の所望の位置に設定されたＲＯＩに関する情報を送信部３および表示処理部８に供給する。送信部３は、このＲＯＩに係る情報を用いて、ＲＯＩが指定された範囲内の被検体に対してＣモードに対応した送信処理を行う。

Ｃモード画像生成部７は、受信部４で取得したＣモードでの受信信号に基づいて、Ｃモード画像を生成する。図３は、Ｃモード画像生成部７の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、具体的には、Ｃモード画像生成部７は、直交検波回路７１と、コーナーターン制御部７２と、クラッター成分低減部７３と、ノイズカットフィルター部７４と、フレーム間フィルター７５と、Ｃモード画像変換部７６と、を有し、それぞれ以下の機能を実行する。

直交検波回路７１は、受信部４で取得したＣモードでの受信信号を直交検波することにより、取得したＣモードでの受信信号と、参照信号との位相差を算出し、複素ドップラー信号を取得する。図４Ａは、直交検波回路７１の内部構成を示すブロック図である。図４Ｂは、複素平面表示の複素ドップラー信号を示す図である。

図４Ａに示すように、直交検波回路７１は、乗算部７１１、７１２と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）７１３、７１４と、を有する。以下、Ｃモードでの受信信号（正弦波）をａ・ｓｉｎ（ω_０＋ω_ｄ）ｔで表す。ω_０は、参照波の角振動数である。乗算部７１１は、Ｃモードでの受信信号と参照波（ｓｉｎω_０ｔ）との乗算を行う。乗算部７１２は、Ｃモードでの受信信号と参照波（ｃｏｓω_０ｔ）との乗算を行う。

ＬＰＦ７１３は、乗算部７１１の乗算結果の信号の高周波成分をフィルタリングして、複素ドップラー信号の実成分であるドップラー信号Ｉとして出力する。ＬＰＦ７１４は、乗算部７１２の乗算結果の信号の高周波成分をフィルタリングして、複素ドップラー信号の虚成分であるドップラー信号Ｑとして出力する。すると、図４Ｂに示すように、ドップラー信号（Ｉ，Ｑ）は、複素平面上では、複素ドップラー信号ｚ＝Ｉ＋ｉＱ＝Ａｅｉθ（ｉ：虚数単位）として表される。

振幅Ａ、位相θは、参照波の角振動数ω_０に対応する周波数ｆ_０を中心とする帯域の信号成分の振幅、位相である。このようにして、直交検波回路７１は、振幅Ａ、位相θを検出する。

コーナーターン制御部７２は、直交検波回路７１から出力されたドップラー信号Ｉ，Ｑに対して、同一音響線（ライン）毎に、超音波探触子１０１から被検体への深さ方向と、超音波の送受信の繰り返し回数ｎ（アンサンブル数）のアンサンブル方向と、に配列してメモリ（図示略）に格納する。アンサンブル方向の番号毎のドップラー信号Ｉ，Ｑのデータは、ヘッダ部と実データ部と、を含み、コーナーターン制御部７２は、メモリに格納されたドップラー信号Ｉ，Ｑの実データ部を、深さ毎に読み出して出力する。

ここで、ドップラー信号（Ｉ，Ｑ）には、Ｃモード画像生成に必要な血流の信号成分に加えて、不要な情報であるクラッター成分が混在している。クラッター成分低減部７３は、ドップラー信号（Ｉ，Ｑ）からクラッター成分を抽出して低減し、クラッター成分を低減した血流速度ＶおよびパワーＰを出力するクラッター成分低減処理を行う。クラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理についての詳細は後述する。

ノイズカットフィルター部７４は、例えばモフォロジー処理や、キーホールフィルター、空間フィルター等を用いたフィルタリング処理等により、クラッター成分低減部７３が出力した血流速度ＶおよびパワーＰに対してノイズカット処理を行う。

フレーム間フィルター７５は、ノイズカットフィルター部７４によりフィルタリングされた血流速度ＶおよびパワーＰのうち、操作者が操作部２により選択した表示モードに対応して、Ｃモード画像を構成する各フレームの血流成分に対してフレーム間の変化を滑らかにし、かつ残像を残すようにフィルタリングを行う。

Ｃモード画像変換部７６は、フレーム間フィルター７５によりフィルタリングされた血流速度Ｖ、パワーＰを、Ｃモード画像に変換する。

表示処理部８は、Ｂモード画像生成部５が出力したＢモード画像データと、ＲＯＩ設定部６が出力したＲＯＩに関する情報と、Ｃモード画像生成部７が生成したＣモード画像データと、に基づいて、表示器１０２に表示させる表示画像データを構築し、表示器１０２にその表示画像データを表示させる処理を行う。具体的には、Ｂモードが選択されている場合は、Ｂモード画像生成部５で生成したＢモード画像を表示器１０２に表示させる。また、Ｃモードが選択されている場合は、Ｂモード画像上のＲＯＩの位置に、Ｃモード画像を重畳させた合成画像データを生成して、表示器１０２に表示させる。

＜クラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理＞
以下では、クラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理について詳細に説明する。

図５Ａ〜図５Ｆは、クラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理の考え方について説明するための図である。

クラッター成分低減部７３は、最初に、コーナーターン制御部７２から入力されたドップラー信号（Ｉ，Ｑ）に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を行い、周波数スペクトルＡ（ω）を取得する（図５Ａ）。この周波数スペクトルＡ（ω）は、血流成分とクラッター成分とを含んでいる。なお、図５Ａ〜図５Ｆにおいて、縦軸は血流パワー（対数表示）、横軸は周波数ωである。

本発明の実施の形態において、クラッター成分低減部７３がドップラー信号（Ｉ，Ｑ）から周波数スペクトルＡ（ω）を取得するための変換として、ＦＦＴを例示したが、本発明はこれに限定されない。クラッター成分低減部７３は、他の周波数変換方法を用いて周波数スペクトルを取得してもよい。

次に、クラッター成分低減部７３は、生成した周波数スペクトルＡ（ω）を左右反転（正負反転）する（図５Ｂ）。そして元の周波数スペクトルＡ（ω）と、左右反転した周波数スペクトルとを重ねる（図５Ｃ）。さらに、元の周波数スペクトルＡ（ω）と反転した周波数スペクトルとが重なっている状態において、ω毎に、パワーが大きくない方を抽出し、抽出した結果に基づいて新たな周波数スペクトルＢ（ω）を生成する（図５Ｄ）。図５Ｄに示すように、周波数スペクトルＢ（ω）は必ず正負で対称となる。

図５Ａ〜図５Ｄの処理において、クラッター成分低減部７３は、周波数スペクトルＡ（ωの正負対称性に着目して、Ａ（＋ω）とＡ（−ω）を比較し、そのうちの大きくない方を抽出して新たな周波数スペクトルＢ（ω）を生成している。この新たな正負対称の周波数スペクトルＢ（ω）は、ドップラー信号（Ｉ，Ｑ）に基づいて取得された周波数スペクトルＡ（ω）に含まれるクラッター成分に対応する周波数スペクトルであると考えられる。その理由は、以下の通りである。

クラッター成分はランダム性が高いため、クラッター成分に対応する周波数スペクトルの平均値は、正負対称となると考えられる。従って、Ａ（＋ω）とＡ（−ω）のうちの大きくない方を抽出することで、周波数スペクトルＡ（ω）のうち、正負対称な成分を抽出することができ、当該成分がクラッターに相当する成分であると考えることができる。

上記した理由により、図５Ｄにおいてクラッター成分に相当する周波数スペクトルＢ（ω）を抽出することができる。従って、図５Ｅに示すように、元の周波数スペクトルＡ（ω）から、クラッター成分に対応する周波数スペクトルＢ（ω）を減算（図５Ａ〜図５Ｆの縦軸は対数表示であるため、より正確には除算）することにより、クラッター成分を低減した、ほぼ血流成分のみに対応する周波数スペクトルＣ（ω）を生成する（図５Ｆ）ことができる。

図６は、クラッター成分低減部７３におけるクラッター成分低減処理の過程を説明するための図である。

クラッター成分低減部７３は、コーナーターン制御部７２からドップラー信号（Ｉ，Ｑ）が入力されると、ドップラー信号（Ｉ，Ｑ）を数点ずつのデータ列に区切り（プロセスＰ１）、区切ったデータ列に基づいて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により（プロセスＰ２）、周波数スペクトルへと変換する（プロセスＰ３）。

なお、プロセスＰ１において、クラッター成分低減部７３がドップラー信号（Ｉ，Ｑ）をデータ列に区切る際に、あるデータ列の末尾数点のデータとその次のデータ列の先頭数点のデータとを重複させるようにしてもよい。具体的には、例えば、複素ドップラー信号ｚ１，ｚ２，ｚ３，…，ｚＭを１２８点ずつのデータ列に区切る場合、各データ列を、以下のデータ列のように１２０点ずつ重複するように区切ってもよい。
（１）ｚ１，ｚ２，ｚ３，…，ｚ１２８
（２）ｚ９，ｚ１０，ｚ１１，…，ｚ１３６
（３）ｚ１７，ｚ１８，ｚ１９，…，ｚ１４４
（４）・・・
このような処理により、データ列毎に周波数スペクトルＡ（ω）が得られる（プロセスＰ３）。

このように、あるデータ列の末尾数点のデータとその次のデータ列の先頭数点のデータとを重複させることによって、より詳細に各データ列から得られる周波数スペクトルＡ（ω）の時間的な変化を捉えることができるようになる。ただし、重複させるデータを増やすと、同じ時間分のデータを処理するのに時間がかかるようになるため、重複させるデータの数については、例えば操作者の操作によって好適な数に設定されればよい。

次に、各ωについて、Ａ（＋ω）の値とＡ（−ω）の値とを比較して、大きくない方のみを抽出し（プロセスＰ４）、抽出した値に基づいて周波数スペクトルＢ（ω）を生成する（プロセスＰ５）。プロセスＰ５において生成された周波数スペクトルＢ（ω）は、上述したように、クラッター成分に対応する周波数スペクトルと考えられる。

そして、元の周波数スペクトルＡ（ω）から新たに生成した周波数スペクトルＢ（ω）を除算し（プロセスＰ６）、クラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）を生成する（プロセスＰ７）。そして、クラッター成分が低減され、ほぼ血流成分のみとなった周波数スペクトルＣ（ω）を用いて、血流速度ＶとパワーＰとを算出する（プロセスＰ８、Ｐ９）。

なお、周波数スペクトルＣ（ω）から血流速度Ｖを算出するには、以下の式（１）を用いる。

また、周波数スペクトルＣ（ω）からパワーＰを算出するには、以下の式（２）を用いる。

ただし、Ｍは入力されたドップラー信号のデータ点の個数である。

以上のようにして、クラッター成分低減部７３はクラッター成分を低減した血流速度ＶとパワーＰとを算出し、出力することができる。

＜クラッター成分低減処理の変形例＞
上記説明した本発明の実施の形態に係るクラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理は一例であって、本発明はこれに限定されない。以下では、クラッター成分低減部７３によるクラッター成分低減処理の変形例について説明する。

［変形例１］
図５に説明した方法では、周波数スペクトルＡ（ω）を左右（正負）反転し、Ａ（＋ω）とＡ（−ω）のうち大きくない方を抽出して、クラッター成分に相当する周波数スペクトルＢ（ω）を生成していた。変形例１では、周波数スペクトルＢ（ω）を生成する他の方法について説明する。

図７は、クラッター成分低減部７３におけるクラッター成分低減処理の過程の他の例を説明するための図である。図７に示すように、プロセスＰ１〜Ｐ３、プロセスＰ７〜９は、図６に関連づけて説明したクラッター成分低減処理と同様であり、図６に示すプロセスＰ４〜６の代わりにプロセスＰ１１が行われる点が図６に関連づけて説明したクラッター成分低減処理と異なっている。

プロセス１１において、クラッター成分低減部７３は、あるωの値について、比較値ｄ＝Ａ（ω）−Ａ（−ω）を算出する。そして、比較値ｄの値に応じて、以下の表１のようにクラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）を生成する。

このようにして生成した周波数スペクトルＣ（ω）は、図５Ｆに示す周波数スペクトルＣ（ω）と同じものである。

従って、このような方法により、クラッター成分低減部７３はクラッター成分を低減した血流速度ＶとパワーＰとを算出し、出力することができる。変形例１にて説明したクラッター成分低減処理は、上記図６に関連づけて説明したクラッター成分低減処理と比較して、プロセス数が少ないため高速に処理を行うことができ、より好適である。

［変形例２］
上記図６および図７に関連づけて説明したクラッター成分低減処理では、クラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）に基づいて、式（１）および式（２）を用いて血流速度ＶおよびパワーＰを算出している。

変形例２では、周波数スペクトルＣ（ω）に基づいて血流速度ＶおよびパワーＰを算出する他の方法について説明する。

図８は、周波数スペクトルＣ（ω）に基づいて血流速度ＶおよびパワーＰを算出する他の方法について説明するための図である。プロセスＰ７において周波数スペクトルＣ（ω）を生成するところまでは、図６または図７に関連づけて説明したクラッター成分低減処理と同様であるため、説明を省略する。

プロセスＰ１２において、クラッター成分低減部７３は、生成された周波数スペクトルＣ（ω）に対してＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）等を行い、クラッター成分が低減されたドップラー信号（Ｉ，Ｑ）を生成する。なお、クラッター成分低減部７３は、周波数変換としてＦＦＴ以外の方法を用いている場合は、周波数変換方法の逆変換を行ってドップラー信号を生成すればよい。

プロセスＰ１３において、クラッター成分低減部７３は、クラッター成分が低減されたドップラー信号（Ｉ，Ｑ）（複素ドップラー信号ｚ）に対して、以下の式（３）を用いて相関演算処理を行い、ドップラー信号の自己相関演算の平均値Ｓ（位相差ベクトルの平均値）の実部Ｄおよび虚部Ｎを算出する。

次に、プロセスＰ１４において、クラッター成分低減部７３は、ドップラー信号の自己相関演算の平均値Ｓの実部Ｄおよび虚部Ｎから、以下の式（４）および式（５）を用いて血流速度ＶおよびパワーＰを算出する。

このようにして算出した血流速度ＶおよびパワーＰは、計算方法が異なるため、式（１）および式（２）を用いて算出した値とは異なる。しかしながら、どちらの方法を用いて算出した血流速度ＶおよびパワーＰを用いても、Ｃモード画像変換部７６はＣモード画像を生成することができる。

［変形例３］
次に、以下説明する変形例３では、上記説明したクラッター成分低減部７３のクラッター成分低減処理において、より正確にクラッター成分の低減を行うために、以下説明するようなクラッター追従処理を追加して行う例について説明する。

図９Ａ〜図９Ｄは、クラッター追従処理の考え方について説明するための図である。図９Ａは、図６に関連づけて説明したクラッター成分低減処理のプロセスＰ３において生成された周波数スペクトルＡ（ω）を示すグラフの一例である。図９Ａに示す例では、周波数スペクトルＡ（ω）のピーク部位がグラフの中心からずれている。

そこで、クラッター成分低減部７３は、図９Ｂに示すように、全てのωに対してＡ（ω）の平均をとり、＋側と−側の合計値がほぼ等しくなるように全体をシフトして周波数スペクトルＡ’（ω）を生成する。図９Ｂの場合は、全体が左側にシフトされている。

そして、クラッター成分低減部７３は、図９Ｃに示すように、周波数スペクトルＡ’（ω）を用いて、上述した方法によりクラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ’（ω）を生成する。

さらに、クラッター成分低減部７３は、図９Ｄに示すように、周波数スペクトルＣ’（ω）を図９Ｂとは反対側に同じ量だけシフトする。図９Ｄの場合は、図９Ｂとは反対に、全体が右側にシフトされている。これにより、正負の対称性を利用して、より好適にクラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）を生成することができるようになる。

［変形例４］
以下説明する変形例４では、上記説明したクラッター成分低減部７３のクラッター成分低減処理において、クラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）に対して平滑化処理を行う例について説明する。

クラッター成分が低減された周波数スペクトルＣ（ω）に対して平滑化処理を行うことにより、算出される血流速度ＶおよびパワーＰの分散を低減することができるようになる。

なお、クラッター成分低減部７３による平滑化処理の方法については、本発明では限定しない。例えば、クラッター成分低減部７３は、周波数スペクトルＣ（ω）の移動平均をとる等によって平滑化を行うようにすればよい。

＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明の超音波診断装置の制御装置は、被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号から、ドップラー信号を検波する検波部と、ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルにおいて血流成分の非対称性と区別されるクラッター成分の対称性に基づいて、取得した周波数スペクトルからクラッター成分を低減させるクラッター成分低減部と、を有する。

より詳細には、クラッター成分低減部は、生成した周波数スペクトルに含まれるクラッター成分が有する周波数の正負に対する対称性に基づいて、周波数スペクトルからクラッター成分を低減させる。

より具体的には、クラッター成分低減部は、生成した周波数スペクトルＡ（ω）を正負反転させた周波数スペクトルＡ（−ω）の強度と、元の周波数スペクトルＡ（ω）の強度とを周波数ω毎に比較し、大きくない方の強度を選択してクラッター成分の周波数スペクトルＢ（ω）を生成し、元の周波数スペクトルＡ（ω）からクラッター成分の周波数スペクトルＢ（ω）を減算してクラッター成分を低減させた周波数スペクトルを生成する。

あるいは、クラッター成分低減部は、周波数スペクトルＡ（ω）の周波数ω毎に、正の周波数ωに対する周波数スペクトルＡ（ω）の強度と、逆符号の周波数−ωに対する周波数スペクトルＡ（−ω）の強度と、を算出して差分ｄ＝Ａ（ω）−Ａ（−ω）をとり、ｄ≧０の場合はＣ（ω）＝ｄ、ｄ＜０の場合はＣ（ω）＝０となるような新たな周波数スペクトルＣ（ω）を生成し、新たな周波数スペクトルＣ（ω）を周波数スペクトルＡ（ω）からクラッター成分を低減した周波数スペクトルとする。

このような構成を有する本発明の超音波診断装置によれば、例えば拍動等、組織が動くことによってクラッター成分が発生している場合でも、クラッターによる周波数スペクトル成分を正確に抽出し、低減することができる。

図１０Ａ〜図１０Ｅは、本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理の効果を説明するための図である。図１０Ａは、例えば心臓の拍動等により、一部の周波数領域においてクラッター成分が大きくなっている場合の、血流成分とクラッター成分とを含む周波数スペクトルを例示したグラフである。図１０Ａにおいては、領域Ｒ_Ｂが拍動によるクラッター成分に対応しているとする。

例えば、特許文献１に開示された技術のように、周波数スペクトルの正規分布をクラッター成分とした場合、図１０Ｂに示すように、周波数スペクトルの正規分布は元の周波数スペクトルから大きく離れた値をとり、クラッター成分を正確に抽出できていない。このため、図１０Ｂに示す周波数スペクトルの正規分布を元の周波数スペクトルから低減すると、図１０Ｃに示すように、拍動によるクラッター成分が低減しきれていない周波数スペクトルが生成される。

一方、本発明を適用した超音波診断装置によるクラッター成分低減処理では、図１０Ｄに示すように、クラッター成分の正負の対称性に基づいてクラッター成分を抽出するので、図１０Ｅに示すように、クラッター成分を正確に低減し、ほぼ血流成分のみとなった周波数スペクトルを生成することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲の記載範囲内において、当業者が想到できる各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本発明は、超音波を利用した超音波診断装置の超音波探触子に好適である。

１００ 超音波診断装置
１０１ 超音波探触子
１０２ 表示器
１ 制御器
２ 操作部
３ 送信部
４ 受信部
５ Ｂモード画像生成部
６ ＲＯＩ設定部
７ Ｃモード画像生成部
７１ 直交検波回路
７１１ 乗算部
７１２ 乗算部
７１３，７１４ ＬＰＦ
７２ コーナーターン制御部
７３ クラッター成分低減部
７４ ノイズカットフィルター部
７５ フレーム間フィルター
７６ Ｃモード画像変換部
８ 表示処理部
９ 制御部
５１ 圧電変換素子
５２ パルサー
５３ 増幅器
５４ ＡＤコンバータ
５５ 送信ビームフォーマー
５６ 受信ビームフォーマー
５８ Ｂモード画像処理器
５９ Ｃモード画像処理器
６０ メモリ
６１ 演算処理器

Claims (8)

1. 超音波診断装置の制御装置であって、
   被検体内で反射した反射超音波に基づく受信信号から、ドップラー信号を検波する検波部と、
   前記ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを取得し、取得した周波数スペクトルにおいて血流成分の非対称性と区別されるクラッター成分の対称性に基づいて、取得した周波数スペクトルからクラッター成分を低減させるクラッター成分低減部と、
   を有する、
   制御装置。
2. 前記クラッター成分低減部は、生成した前記周波数スペクトルに含まれる前記クラッター成分が有する周波数の正負に対する対称性に基づいて、前記周波数スペクトルから前記クラッター成分を低減させる、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記クラッター成分低減部は、生成した前記周波数スペクトルＡ（ω）を正負反転させた周波数スペクトルＡ（−ω）の強度と、元の周波数スペクトルＡ（ω）の強度とを周波数ω毎に比較し、大きくない方の強度を選択して前記クラッター成分の周波数スペクトルＢ（ω）を生成し、元の周波数スペクトルＡ（ω）から前記クラッター成分の周波数スペクトルＢ（ω）を減算して前記クラッター成分を低減させた周波数スペクトルを生成する、
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記クラッター成分低減部は、前記周波数スペクトルＡ（ω）の周波数ω毎に、周波数ωに対する周波数スペクトルＡ（ω）の強度と、逆符号の周波数−ωに対する周波数スペクトルＡ（−ω）の強度と、を算出して差分ｄ＝Ａ（ω）−Ａ（−ω）をとり、ｄ≧０の場合はＣ（ω）＝ｄ、ｄ＜０の場合はＣ（ω）＝０となるような新たな周波数スペクトルＣ（ω）を生成し、前記新たな周波数スペクトルＣ（ω）を前記周波数スペクトルＡ（ω）から前記クラッター成分を低減した周波数スペクトルとする、
   請求項１または２に記載の制御装置。
5. 前記クラッター成分低減部は、前記周波数スペクトルＡ（ω）における正の全周波数に対する強度の平均と、負の全周波数に対する強度の平均とが等しくなるように前記周波数スペクトルを正負いずれかにシフトした周波数スペクトルＡ’（ω）を生成し、周波数スペクトルＡ’（ω）から前記クラッター成分を低減させた後に前記シフトと反対方向に同じ量だけシフトして前記クラッター成分を低減させた前記周波数スペクトルを生成する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記クラッター成分低減部は、前記クラッター成分を低減させた周波数スペクトルに対して平滑化処理を行う、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置と、
   前記クラッター成分を低減させた前記周波数スペクトルに基づいて超音波画像を表示装置に表示させる表示処理部と、
   を有する超音波診断装置。
8. 超音波を送信し、送信された超音波が被検体の反射面で反射された反射超音波を受信する超音波探触子と接続可能な超音波診断装置のクラッター成分低減方法であって、
   前記超音波探触子から超音波を送信させるための送信信号を生成し、
   前記超音波探触子の受信した反射超音波に基づいて受信信号を生成し、
   前記受信信号に基づいてドップラー信号を生成し、前記ドップラー信号に基づいて超音波画像を生成し、
   前記ドップラー信号に基づいて周波数スペクトルを生成し、前記周波数スペクトルにおける正負の周波数に関する対称性に基づいて、前記周波数スペクトルからクラッター成分を低減させる、
   クラッター成分低減方法。
   

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