JP3609688B2

JP3609688B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP3609688B2
Application number: JP2000132136A
Authority: JP
Inventors: 孝岡田; 烈光原田
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-05-01
Also published as: JP2001309918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特にエコー信号を用いて被検体の関心領域をトラッキングし、その変位を計測する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血管の性状や心臓などの機能を診断するために超音波診断装置が利用される。超音波診断装置を利用して血管壁の変位を計測する場合、血管を通過する超音波ビーム上において、エコー信号に基づいて、血管壁を自動的にトラッキングし、それにより血管壁の変位が計測される。血管壁の変位の時間変化は、心臓の拍動に同期したものであるが、その波形の形態を観察することによって、動脈硬化などの疾病を診断するための基礎データを取得できる。
【０００３】
図６は従来の血管壁のトラッキングの原理を説明する模式図である。血管壁からは強いエコー信号が得られることが知られている。そこで、振幅に対する閾値を利用し、血管壁からのエコー信号を弁別、特定することが可能である。図６（ａ）はｎ回目の送受波に対する受信信号中において特定された血管壁からのエコー信号部分の波形の模式図である。このエコー信号に対して基本的に送信超音波１周期の幅のゲートが時間軸上にて移動可能に設定され、そのゲート内の信号波形の正側の面積と負側の面積とが同一となるゲート位置が探索される。図６（ｂ）はこのｎ回目の受信信号に対して設定されたゲートＧ_ｎを示す波形図である。
【０００４】
図６（ｃ）は（ｎ＋１）回目の送受波に対する受信信号中において特定された血管壁からのエコー信号部分の波形の模式図である。送受波の周期内での脈動により血管壁は変位するため、それに応じて血管壁から生じるエコー信号の遅延時間が変動する。すなわち、図６（ｃ）に示す波形は、基本的に図６（ａ）に示す波形を時間軸方向にシフトさせたものとなる。このエコー信号の遅延時間の変化量は、ゲートＧ_ｎに捉えられた波形Ｓのシフト量から得られる。具体的には、ゲート内での受信信号の正側の面積と負側の面積とが同一となる新たなゲートＧ_ｎ＋１が前回のゲートＧ_ｎの時間軸上での位置を中心にして探索され、正負それぞれの面積が同一となったとき、ゲートＧ_ｎ＋１にはゲートＧ_ｎに捉えられていたと同じ部位からのエコー信号波形Ｓが捉えられたと判断する。図６（ｄ）はこのように探索された新たなゲートＧ_ｎ＋１を示す波形である。この新たなゲートＧ_ｎ＋１と前回のゲートＧ_ｎとのずれを音速を考慮して距離に換算することにより、血管壁の変位量が求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来技術においては、ゲートを移動させつつ面積を演算して、新たなゲート位置の探索が行われ、それによって血管壁からのエコー信号の追随が実現される。この従来の方法はそれを実現する回路の規模が大きくなり、かつコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、簡単な回路構成でエコー信号をトラッキングし、関心領域の変位を計測可能とする超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波を行って被検体の関心領域からの目的エコー信号を取得する送受波手段と、前記目的エコー信号において振幅の極性が反転するゼロクロス点を検知する手段であって、前記目的エコー信号の符号ビットに基づいて前記極性を判定するゼロクロス検知手段と、前記ゼロクロス点のタイミングの変化に基づいて、前記関心領域の変位を計測する変位計測手段とを有し、ユーザ設定されたゲート内で初回の送受波によるゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス点の位置に基づいて、そのゼロクロス点が中心に来るようにゲートの位置を調整し、調整後のゲート内で次回の送受波によるゼロクロス点を検知するものである。
【０００８】
本発明によれば、エコー信号の代表点としてゼロクロス点を選び、この移動に基づいてエコー信号の遅延時間が計測され、その遅延時間から関心領域の変位が計測される。ゼロクロス点は、目的エコー信号の各時刻での振幅の極性の判別という簡単な処理で検出され、回路の簡素化、処理負荷の軽減が図られる。
【０００９】
本発明の好適な態様の超音波診断装置においては、前記目的エコー信号がデジタル信号であり、前記ゼロクロス検知手段は、前記目的エコー信号の符号ビットに基づいて前記極性を判定する。デジタル信号はその値の正負が１ビットの符号ビットで表される。よって、極性の判定は１ビットの判定回路で足りる。
【００１０】
望ましくは、前記変位計測手段は、前記超音波の周波数より高い周波数のクロックを発生させるクロック発生手段と、前記クロックに基づいてカウントを行い、相前後する２回の前記送受波間での前記ゼロクロス点のタイミングの変化量に応じたカウント値を出力するカウンタとを有する。このカウント値により、２回の送受波間での変位量の差分値が求まる。
【００１１】
望ましくは、さらに前記変位計測手段は、前記カウント値を積算し、その積算値に基づいて前記関心領域の位置を定める位置決定手段を有する。カウント値を送受波ごとに積算して得られる積算値に基づけば、多数の送受波タイミングにわたる変位の時間変動の様子が表される。
【００１２】
本発明の他の好適な態様の超音波診断装置は、前回の送受波で検知したゼロクロス点が中心に来るようにゲートの位置を調整し、調整後のゲート内で次回の送受波によるゼロクロス点を検知することにより、ゼロクロス点の動きに追従してゲートの位置を調整する。
【００１３】
受信信号にはゼロクロス点が多数存在し、基本的に超音波の１／２周期ごとに現れる。検知されたゼロクロス点を含むゲートを設定することにより、次回の送受波における追従すべきゼロクロス点をそのゲートによって特定することが容易となる。
【００１４】
上記構成は、望ましくは、前記ゲートの幅が前記超音波の１波長分以下とされる。ゼロクロス点は正から負へのものと、又は負から正へのものとを区別することができ、この区別を行えば１波長分以下のゲートに含まれるゼロクロス点は基本的に１つになり、追従すべきゼロクロス点の特定が容易となる。
【００１５】
本発明に係る他の超音波診断装置は、超音波の送受波を行って、被検体の血管壁からの目的エコー信号としてのデジタル信号を取得する送受波手段と、前記目的エコー信号において振幅の極性が反転するゼロクロス点を検知する手段であって、前記目的エコー信号の符号ビットに基づいて前記極性を判定するゼロクロス検知手段と、前記ゼロクロス点のタイミングの変化に基づいて、前記血管壁の変位を計測する変位計測手段とを有し、ユーザ設定されたゲート内で初回の送受波によるゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス点の位置に基づいて、そのゼロクロス点が中心に来るようにゲートの位置を調整し、調整後のゲート内で次回の送受波によるゼロクロス点を検知し、検知したゼロクロス点の位置に基づいて、そのゼロクロス点が中心に来るようにゲートの位置を再調整し、再調整後のゲート内で次々回の送受波によるゼロクロス点を検知することにより、ゼロクロス点の動きに追従してゲートの位置を調整するものである。
【００１６】
本発明によれば、関心領域は血管壁である。血管壁は比較的強いエコーを生じ、振幅の所定の閾値を設定することによりそのエコー信号を弁別することが容易である。血管壁の変位は、血管の性状や心臓の機能などについての診断について有用な情報を与えるものであり、本発明により、当該情報を簡単な回路構成で取得することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施の形態である超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。本装置は、特に血管壁の変位計測機能を有し、これを用いて血管の性状等を診断することができる。
【００１８】
図１において、プローブ１０は、超音波パルスの送波及びエコーの受波を行う超音波探触子である。このプローブ１０はアレイ振動子を有しており、そのアレイ振動子の電子走査によって超音波ビームが電子的に走査される。その電子走査方式としては例えば電子リニア走査や電子セクタ走査などを挙げることができる。
【００１９】
送信回路１２は送受信制御回路１４による制御に従って、振動子アレイの各チャネルごとに遅延された送信パルスをプローブ１０へ出力する。振動子ごとの遅延量は、送波される超音波がビームを形成するように制御され、また、送波ビームの方向に応じて制御される。
【００２０】
一方、受信系は、受信増幅回路２０、Ａ／Ｄ変換器（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２、整相加算回路２４、低域通過フィルタ２６、受信信号処理回路２８、表示処理回路３０、表示器３２を含んで構成される。
【００２１】
受信増幅回路２０は、各チャネルごとに受信信号を増幅する。また、Ａ／Ｄ変換器２２は、受信増幅回路２０から出力されるアナログの受信信号を各チャネルごとにデジタル信号に変換する。
【００２２】
整相加算回路２４は、デジタル遅延器を用いて各チャネル間の位相を調節した後、加算器により各チャネルの受信信号を互いに加算し、受信フォーカスを実現する。ここで送受信制御回路１４がデジタル遅延器の遅延量を各チャネルごとに調節、制御する。整相加算回路２４は加算により複数チャネルの受信信号を１つのデジタル受信信号にまとめる。このデジタル受信信号は、低域通過フィルタ２６を経由した後、受信信号処理回路２８へ入力される。
【００２３】
受信信号処理回路２８は、断層画像形成部４０、変位計測部４２等の各信号処理を行うユニットを含んで構成される。
【００２４】
断層画像形成部４０は、受信信号から断層画像すなわちＢモード画像を形成する回路である。形成された断層画像のイメージ情報は表示処理回路３０に出力される。
【００２５】
変位計測部４２は、血管壁の位置の変位を計測する回路である。この変位計測部４２は、前壁の位置と後壁の位置とから血管径を演算する機能を有している。変位計測を行う際には、表示器３２に表示される断層画像を参照して、超音波ビームが血管になるべく直交するように調整される。当該超音波ビームの軸線を変位計測ラインと称し、これに沿った血管壁の変位量が計測される。
【００２６】
表示処理回路３０は、表示器３２に表示する表示画像を構成する回路である。表示処理回路３０は画像合成機能などを有している。
【００２７】
本装置の主たる特徴は、この変位計測部４２にある。図２は変位計測部４２の概略のブロック構成図である。変位計測部４２は、ゼロクロス検知器５０、カウンタ５２、トラッキングゲート設定器５４、トラッキングゲート選択器５６、加算器５８を含んで構成される。
【００２８】
変位計測部４２のゼロクロス検知器５０に、低域通過フィルタ２６から出力されたデジタル受信信号が入力される。ゼロクロス検知器５０は後述するトラッキングゲートを設定し、そのゲートが開いている期間内のデジタル受信信号のゼロクロス点を検知する。ゼロクロス点は、デジタル受信信号が正から負へ、または負から正へと極性が反転するタイミングである。デジタル受信信号はデジタルデータの時系列であり、デジタルデータの極性は、例えばその最上位ビット（ＭＳＢ）の１ビットに割り当てられる符号ビットにより表される。例えば符号ビットが“０”の場合、当該デジタルデータは正であり、一方、符号ビットが“１”である場合、当該デジタルデータは負である。ゼロクロス検知器５０は、デジタル受信信号の符号ビットの値を判別し、例えば受信信号が正から負へ変化する際のゼロクロス点を検知する。なお、ゼロクロス検知器５０では、デジタル受信信号の符号ビットのみが利用される。よって、低域通過フィルタ２６からゼロクロス検知器５０へはデジタル受信信号の符号ビットのみを入力する構成としてもよい。
【００２９】
トラッキングゲート選択器５６は、ゼロクロス点を基準とし所定幅を有するトラッキングゲートを設定する。例えばトラッキングゲートはゼロクロス点を中心とする送信超音波の１波長分の時間幅を有するように設定される。
【００３０】
カウンタ５２は、前回の送受波と直近の送受波との間でのゼロクロス点のタイミングの変化をクロックに基づいて計測する。つまり、カウンタ５２はゼロクロス点のタイミングシフト量に相当するクロック数をカウントするものである。ここでタイミングシフト量の測定精度はクロックの周波数が高くなるほど向上する。例えば、送受信制御回路１４等をマイクロプロセッサにより構成する場合、その駆動クロックをカウンタ５２のクロックとして利用することができる。ここで、直近の送受波でのゼロクロス点のタイミングはゼロクロス検知器５０から得られ、一方、前回のゼロクロス点のタイミングとして、現在設定されているトラッキングゲートの基準点のタイミング信号がトラッキングゲート選択器５６から入力される。
【００３１】
加算器５８はカウンタ５２から出力されるカウント数と、トラッキングゲート選択器５６から出力される現在のトラッキングゲートの基準点とされているゼロクロス点の座標（クロックカウント数で表される）とを加算して、直近の送受波でのゼロクロス点の座標を表すクロックカウント数を出力する。すなわち、加算器５８により、各送受波ごとのゼロクロス点のシフト量を累積加算する処理が行われ、ゼロクロス点の時間軸上での座標が求められる。この新たなゼロクロス点座標は、トラッキングゲート選択器５６に入力され、新たなトラッキングゲートの設定に利用される。また、後述するようにゼロクロス点の変位はそれに対応する被検体部位の変位を表すものであり、加算器５８から出力されたゼロクロス点の座標は、表示処理回路３０に入力され当該部位の変位波形の表示等に利用される。
【００３２】
トラッキングゲート設定器５４は、トラッキングゲートの初期設定を行うものである。これは、上述のようにトラッキングゲート選択器５６は前回の送受波でのゼロクロス点を基準にして次の送受波に対するトラッキングゲートを設定するため、ゼロクロス点の位置が未だ得られていない初回の送受波では、トラッキングゲートを設定することができないことから必要とされる。例えば、ユーザがトラックボール等によりトラッキングゲート設定器５４を操作して、変位計測ライン上にて変位計測の対象となる被検体部位にトラッキングゲートをマニュアル設定するように構成することができる。
【００３３】
図３は、本装置の血管壁の変位計測動作を説明するフロー図である。以下、本装置の血管壁の変位計測動作を説明する。
【００３４】
ユーザは、断層画像形成部４０により表示器３２に表示される断層画像に血管の縦断面が現れるようにプローブ１０の位置を定める。そして、この血管の断層画像を参照して、血管壁に直交するように変位計測ラインを設定する。具体的には、超音波ビームの方位がユーザによるダイヤル操作等によりステアリングされ、そのビーム方位が表示器３２の断層画像上に変位計測ラインとして表示される。ユーザはさらに、トラッキングゲート設定器５４を操作して、表示器３２の変位計測ライン上に表示されるトラッキング点を移動させ、トラッキングゲートを血管壁の位置に設定する（Ｓ１００）。また、表示器３２に受信信号波形を表示させ、その波形に沿って所定幅のトラッキングゲートの表示が移動するようなユーザインターフェースを提供することもできる。
【００３５】
送受信制御回路１４は設定された変位計測ラインに沿って超音波ビームが形成されるように送受信系を制御する。トラッキングゲート設定器５４によりユーザ設定されたトラッキングゲート内のゼロクロス点は、必ずしもその中心Ｍには位置しない。本装置では、まず初回の送受波において、ユーザ設定されたトラッキングゲート内のゼロクロス点Ｚ_０が中心に来るようにトラッキングゲートの位置を調整する（Ｓ１０５〜Ｓ１１５）。具体的には、ユーザ設定されたトラッキングゲートの中心点Ｍに対応する座標を所定の初期値、例えば０に設定する。次に、初回の送受波を行う（Ｓ１０５）。図４は、初回の送受波において行われる動作を説明する信号波形の模式的なタイミング図であり、図４（ａ）は、この送受波により得られる受信信号波形を示す。
【００３６】
図４（ｂ）はユーザ設定されたトラッキングゲートパルスであり、Ｈレベルの期間Ｗ_Ｇにおいてゼロクロス検知器５０のゲートが開き、受信信号が取り込まれる。ゼロクロス検知器５０は、この取り込まれた受信信号のゼロクロス点Ｚ_０（ここでは正から負への変化点を用いる）を検知する（Ｓ１１０）。一方、トラッキングゲート選択器５６は、中心点Ｍの初期値０のタイミングで基準点パルスをカウンタ５２へ出力する。
【００３７】
カウンタ５２は、基準点パルスに対するゼロクロス検知パルスのタイミングＺ_０を図４（ｃ）に示すクロックをカウントすることにより計測する。そのカウント値をΔｔ_０とする。具体的には、カウンタ５２はアップカウンタとダウンカウンタとを含んで構成される。基準点パルスがゼロクロス検知パルスよりも先に入力された場合には、アップカウンタが起動され、ゼロクロス検知パルス入力までのクロック数をカウントアップする。一方、ゼロクロス検知パルスが基準点パルスよりも先に入力された場合には、ダウンカウンタが起動され、基準点パルス入力までのクロック数をカウントダウンする。すなわち、ユーザ設定されたトラッキングゲート内のゼロクロス点が基準点０より遅延している場合にはΔｔ_０として正のカウント値がカウンタ５２から出力され、反対に基準点より先行している場合には負のカウント値が出力される。
【００３８】
このカウント値Δｔ_０は加算器５８にて、トラッキングゲート選択器５６から出力される現在の基準値０と加算され、トラッキングゲート選択器５６に設定される。これにより、トラッキングゲート選択器５６から、初回の送受波により得られた受信信号のゼロクロス点を中心に捉えたトラッキングゲートが生成される。すなわち、ユーザ設定されたトラッキングゲートがゼロクロス点を中心とするトラッキングゲートに調整される（Ｓ１１５）。図４（ｄ）は、この調整後のトラッキングゲートパルスを示す。
【００３９】
次に２回目以降の送受波での血管壁の変位計測の動作を説明する。図５は、以下説明する２回目以降の送受波において行われる動作を説明する信号波形の模式的なタイミング図である。
【００４０】
図５（ａ）は、（ｎ−１）回目の受信波形７０とｎ回目の受信波形７２とを示している。また図５（ｂ）はクロック信号であり、図５（ｃ）は（ｎ−１）回目の受信波形７０に基づいて生成されたｎ回目の受信波形に対するトラッキングゲートパルス７４を示している。
【００４１】
ｎ回目の送受波が行われたとき（Ｓ１２０）、トラッキングゲート選択器５６からは（ｎ−１）回目の受信波形のゼロクロス点Ｚ_ｎ−１の位置に対応する累積値Ｔ_ｎ−１が加算器５８へ出力される。またゼロクロス点Ｚ_ｎ−１のタイミングで基準点パルスがカウンタ５２へ出力される。また、トラッキングゲート選択器５６では、当該基準点が中心に位置する幅Ｗ_Ｇのトラッキングゲートパルス７４が生成されゼロクロス検知器５０へ供給される。
【００４２】
ゼロクロス検知器５０はこのトラッキングゲートで切り出されるｎ回目送受波の受信信号のゼロクロス点Ｚ_ｎをデジタル受信信号の符号ビットに基づいて検知し、ゼロクロス検知パルスを出力する（Ｓ１２５）。
【００４３】
カウンタ５２は、基準点パルスに対するゼロクロス検知パルスのタイミングに対応するカウント値Δｔ_ｎを出力する（Ｓ１３０）。
【００４４】
加算器５８は、現在の基準点位置を示す累積値Ｔ_ｎ−１にΔｔ_ｎを加算して新たな基準点位置の累積値Ｔ_ｎを出力する。この処理から理解されるように、Δｔ_ｋ（ｋ＝０〜ｎ）の累積値Ｔ_ｎは基準点位置を示し、血管壁に設定されたトラッキング点から得られる受信信号の遅延時間が変位計測開始からどれだけ変化したかを表す。したがって、累積値Ｔ_ｎはトラッキング点の計測開始からの変位量に比例する。表示処理回路３０は、この累積値Ｔ_ｎの時間変化を血管壁の変位波形として表示器３２に表示することができる。また、変位の距離が必要である場合には、累積値Ｔ_ｎを時間に換算し、さらに超音波の速度を用いて距離に換算される。
【００４５】
また、新たな基準点はトラッキングゲート選択器５６に入力され、この基準点を中心点とする更新されたトラッキングゲートパルス７６が生成される（Ｓ１４０）。
【００４６】
以上、処理Ｓ１２０〜Ｓ１４０は変位計測の停止が指示されるまで（Ｓ１４５）、繰り返される。
【００４７】
ちなみに、上記構成において低域通過フィルタ２６は受信信号を平滑化して雑音を低減し、ゼロクロス点がトラッキングゲート内に多数発生することを防止し、血管壁のトラッキングの精度向上を図るものである。
【００４８】
また、上述の例ではトラッキングゲートの幅は超音波の１周期に設定したが、これに限定されない。但し、トラッキングゲート内に所定方向の極性反転を行うゼロクロス点が複数存在せず、送受波間でのゼロクロス点の対応付けが容易である点で、１周期以下が望ましい。
【００４９】
また、本装置の変位計測機能は血管壁の変位以外の用途にも用いることができる。この場合、その計測対象が超音波の波長の１／２以上の比較的大きな変位を伴う場合、トラッキング点に対応するゼロクロス点がトラッキングゲートの外へ外れてしまい、他のゼロクロス点が検知されることが考えられる。そのような測定対象に対しては、送受波の繰り返しレートを可変とすることで対応可能である。すなわち、変位量が大きな測定対象に対しては、送受波の繰り返しレートを上げ、２回の送受波間での変位がトラッキングゲート内に収まるように調節する。また、送受波の繰り返しレートを上げることは、変位の周期が早い測定対象に追随して、正確な変位波形を得る場合にも有効である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、上述のように変位計測対象からの受信信号のゼロクロス点を、受信信号の極性に基づいて検知し、このゼロクロス点をトラッキングすることで対象部位の変位を計測するものである。この本発明によれば、対象部位のトラッキングを行う回路構成が簡素化され、装置コストの低減が図られる。特に、デジタル受信信号に対しては符号ビットを用いて極性反転を判断することにより、当該効果が一層大きなものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である超音波診断装置の全体構成のブロック図である。
【図２】変位計測部の概略のブロック構成図である。
【図３】本装置の血管壁の変位計測動作を説明するフロー図である。
【図４】本装置を用いた変位計測において初回の送受波時に行われる動作を説明する信号波形のタイミング図である。
【図５】本装置を用いた変位計測において２回目以降の送受波での動作を説明する信号波形のタイミング図である。
【図６】従来の血管壁のトラッキングの原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
１０プローブ、１２送信回路、１４送受信制御回路、２２Ａ／Ｄ変換器、２４整相加算回路、２６低域通過フィルタ、２８受信信号処理回路、３０表示処理回路、３２表示器、４０断層画像形成部、４２変位計測部、５０ゼロクロス検知器、５２カウンタ、５４トラッキングゲート設定器、５６トラッキングゲート選択器、５８加算器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that tracks a region of interest of a subject using an echo signal and measures the displacement thereof.
[0002]
[Prior art]
An ultrasonic diagnostic apparatus is used for diagnosing blood vessel properties and functions such as the heart. When measuring the displacement of a blood vessel wall using an ultrasonic diagnostic device, the blood vessel wall is automatically tracked based on an echo signal on the ultrasonic beam passing through the blood vessel, thereby measuring the displacement of the blood vessel wall. Is done. The temporal change in the displacement of the blood vessel wall is synchronized with the heartbeat, but basic data for diagnosing a disease such as arteriosclerosis can be acquired by observing the shape of the waveform.
[0003]
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the principle of tracking of a conventional blood vessel wall. It is known that a strong echo signal can be obtained from the blood vessel wall. Therefore, it is possible to discriminate and specify an echo signal from the blood vessel wall using a threshold value for the amplitude. FIG. 6A is a schematic diagram of the waveform of the echo signal portion from the blood vessel wall specified in the reception signal for the nth transmission / reception wave. With respect to this echo signal, a gate having a width of one cycle of transmission ultrasonic waves is basically set to be movable on the time axis, and the area on the positive side and the area on the negative side of the signal waveform in the gate are the same. The gate position is searched. FIG. 6B is a waveform diagram showing the gate _Gn set for the nth received signal.
[0004]
FIG. 6C is a schematic diagram of the waveform of the echo signal portion from the blood vessel wall specified in the received signal for the (n + 1) th transmission / reception wave. Since the blood vessel wall is displaced by the pulsation within the transmission / reception wave cycle, the delay time of the echo signal generated from the blood vessel wall varies accordingly. That is, the waveform shown in FIG. 6C is basically the waveform shown in FIG. 6A shifted in the time axis direction. The amount of change in the delay time of the echo signal is obtained from the shift amount of the waveform S captured by the gate _Gn . Specifically, a new gate G _{n + 1 in} which the area on the positive side and the area on the negative side of the received signal in the gate is the same is searched around the position of the previous gate G _{n on} the time axis. When the positive and negative areas are the same, it is determined that the echo signal waveform S from the same part as that captured by the gate _Gn is captured by the gate _{Gn + 1} . FIG. 6D is a waveform showing the new gate G _{n + 1} searched in this way. By converting the deviation between the new gate G _{n + 1} and the previous gate G _n into a distance in consideration of the speed of sound, the displacement amount of the blood vessel wall can be obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the prior art, the area is calculated while moving the gate to search for a new gate position, thereby realizing the tracking of the echo signal from the blood vessel wall. This conventional method has a problem that the scale of a circuit for realizing the method is large and the cost is high.
[0006]
The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of tracking an echo signal with a simple circuit configuration and measuring a displacement of a region of interest.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a transmission / reception unit that performs transmission / reception of ultrasonic waves to acquire a target echo signal from a region of interest of a subject, and a zero-cross point at which an amplitude polarity is inverted in the target echo signal. A means for detecting, a zero cross detecting means for determining the polarity based on a sign bit of the target echo signal; a displacement measuring means for measuring a displacement of the region of interest based on a change in timing of the zero cross point; Detect the zero cross point by the first transmission / reception within the gate set by the user, adjust the gate position based on the detected zero cross point position so that the zero cross point is at the center, and after adjustment The zero crossing point due to the next transmission / reception wave is detected within the gate.
[0008]
According to the present invention, the zero cross point is selected as the representative point of the echo signal, the delay time of the echo signal is measured based on this movement, and the displacement of the region of interest is measured from the delay time. The zero cross point is detected by a simple process of determining the polarity of the amplitude at each time of the target echo signal, thereby simplifying the circuit and reducing the processing load.
[0009]
In the ultrasonic diagnostic apparatus according to a preferred aspect of the present invention, the target echo signal is a digital signal, and the zero-cross detection means determines the polarity based on a sign bit of the target echo signal. The digital signal is represented by a 1-bit sign bit. Therefore, a 1-bit determination circuit is sufficient for determining the polarity.
[0010]
Preferably, the displacement measuring means includes a clock generating means for generating a clock having a frequency higher than the ultrasonic frequency, and the zero cross point between the two transmitted and received waves that are counted in succession by performing counting based on the clock. And a counter that outputs a count value corresponding to the amount of change in timing. From this count value, the difference value of the displacement amount between the two transmission / reception waves is obtained.
[0011]
Preferably, the displacement measuring means further includes position determining means for integrating the count values and determining the position of the region of interest based on the integrated values. Based on the integrated value obtained by integrating the count value for each transmission / reception wave, the time variation of the displacement over a large number of transmission / reception timings can be expressed.
[0012]
The ultrasonic diagnostic apparatus according to another preferred embodiment of the present invention adjusts the position of the gate so that the zero cross point detected in the previous transmission / reception wave is at the center, and the zero cross point by the next transmission / reception in the adjusted gate. By detecting this, the position of the gate is adjusted following the movement of the zero cross point.
[0013]
There are many zero-cross points in the received signal, which basically appear every half cycle of the ultrasonic wave. By setting a gate including the detected zero cross point, it becomes easy to specify the zero cross point to be followed in the next transmission / reception wave by the gate.
[0014]
In the above configuration, desirably, the width of the gate is equal to or less than one wavelength of the ultrasonic wave. Zero cross points can be distinguished from positive to negative or from negative to positive. By making this distinction, there is basically one zero cross point included in the gate for one wavelength or less. This makes it easy to specify the zero cross point to be followed.
[0015]
Another ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a transmission / reception unit that performs transmission / reception of ultrasonic waves to acquire a digital signal as a target echo signal from a blood vessel wall of a subject, and an amplitude of the target echo signal A means for detecting a zero-cross point at which the polarity is reversed, a zero-cross detecting means for determining the polarity based on a sign bit of the target echo signal; and a displacement of the blood vessel wall based on a change in timing of the zero-cross point Displacement detection means for measuring the zero cross point by the first transmission / reception wave within the gate set by the user, and based on the detected zero cross point position, the zero cross point is centered position was adjusted to detect a zero-cross point by the next wave transceiver within the gate after adjustment, based on the position of the detected zero-cross point, its zero-crossing point The position of the gate is readjusted so as to come to mind, and the position of the gate is adjusted to follow the movement of the zero-cross point by detecting the zero-cross point due to successive transmission and reception waves in the gate after readjustment. .
[0016]
According to the invention, the region of interest is a blood vessel wall. The vessel wall produces a relatively strong echo, and it is easy to discriminate the echo signal by setting a predetermined threshold value of the amplitude. The displacement of the blood vessel wall provides useful information about the diagnosis of the blood vessel properties, the heart function, and the like. According to the present invention, the information can be acquired with a simple circuit configuration.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus has a blood vessel wall displacement measurement function in particular, and can be used to diagnose blood vessel properties and the like.
[0018]
In FIG. 1, a probe 10 is an ultrasonic probe that transmits ultrasonic pulses and receives echoes. The probe 10 has an array transducer, and an ultrasonic beam is electronically scanned by electronic scanning of the array transducer. Examples of the electronic scanning method include electronic linear scanning and electronic sector scanning.
[0019]
The transmission circuit 12 outputs a transmission pulse delayed for each channel of the transducer array to the probe 10 under the control of the transmission / reception control circuit 14. The delay amount for each transducer is controlled so that the ultrasonic wave to be transmitted forms a beam, and is controlled according to the direction of the transmitted beam.
[0020]
On the other hand, the reception system includes a reception amplification circuit 20, an A / D converter (analog-to-digital converter) 22, a phasing addition circuit 24, a low-pass filter 26, a reception signal processing circuit 28, a display processing circuit 30, and a display. The device 32 is configured.
[0021]
The reception amplification circuit 20 amplifies the reception signal for each channel. The A / D converter 22 converts the analog reception signal output from the reception amplification circuit 20 into a digital signal for each channel.
[0022]
The phasing / adding circuit 24 adjusts the phase between the channels using a digital delay device, and then adds the received signals of the channels to each other by the adder to realize reception focus. Here, the transmission / reception control circuit 14 adjusts and controls the delay amount of the digital delay unit for each channel. The phasing addition circuit 24 combines the reception signals of a plurality of channels into one digital reception signal by addition. This digital received signal passes through the low-pass filter 26 and is then input to the received signal processing circuit 28.
[0023]
The reception signal processing circuit 28 includes units that perform signal processing such as a tomographic image forming unit 40 and a displacement measuring unit 42.
[0024]
The tomographic image forming unit 40 is a circuit that forms a tomographic image, that is, a B-mode image from the received signal. Image information of the formed tomographic image is output to the display processing circuit 30.
[0025]
The displacement measuring unit 42 is a circuit that measures the displacement of the position of the blood vessel wall. The displacement measuring unit 42 has a function of calculating a blood vessel diameter from the position of the front wall and the position of the rear wall. When the displacement measurement is performed, the tomographic image displayed on the display device 32 is referred to and the ultrasonic beam is adjusted so as to be orthogonal to the blood vessel. The axis of the ultrasonic beam is referred to as a displacement measurement line, and the displacement amount of the blood vessel wall along the axis is measured.
[0026]
The display processing circuit 30 is a circuit constituting a display image to be displayed on the display device 32. The display processing circuit 30 has an image composition function and the like.
[0027]
The main feature of this apparatus is in the displacement measuring unit 42. FIG. 2 is a schematic block diagram of the displacement measuring unit 42. The displacement measuring unit 42 includes a zero-cross detector 50, a counter 52, a tracking gate setting unit 54, a tracking gate selector 56, and an adder 58.
[0028]
The digital reception signal output from the low-pass filter 26 is input to the zero cross detector 50 of the displacement measuring unit 42. The zero-cross detector 50 sets a tracking gate, which will be described later, and detects the zero-cross point of the digital reception signal within the period when the gate is open. The zero cross point is a timing at which the polarity of the digital reception signal is inverted from positive to negative or from negative to positive. The digital received signal is a time series of digital data, and the polarity of the digital data is represented by, for example, a sign bit assigned to one bit of the most significant bit (MSB). For example, when the sign bit is “0”, the digital data is positive, while when the sign bit is “1”, the digital data is negative. The zero cross detector 50 discriminates the value of the sign bit of the digital received signal and detects, for example, a zero cross point when the received signal changes from positive to negative. In the zero cross detector 50, only the sign bit of the digital reception signal is used. Therefore, only the sign bit of the digital reception signal may be input from the low-pass filter 26 to the zero cross detector 50.
[0029]
The tracking gate selector 56 sets a tracking gate having a predetermined width with reference to the zero cross point. For example, the tracking gate is set to have a time width corresponding to one wavelength of the transmission ultrasonic wave centered on the zero cross point.
[0030]
The counter 52 measures the change in the timing of the zero crossing point between the previous transmission / reception wave and the latest transmission / reception wave based on the clock. That is, the counter 52 counts the number of clocks corresponding to the timing shift amount at the zero cross point. Here, the measurement accuracy of the timing shift amount is improved as the clock frequency is increased. For example, when the transmission / reception control circuit 14 or the like is constituted by a microprocessor, the drive clock can be used as the clock of the counter 52. Here, the timing of the zero cross point in the latest transmission / reception wave is obtained from the zero cross detector 50, while the timing signal of the reference point of the currently set tracking gate is the tracking gate selector as the timing of the previous zero cross point. 56.
[0031]
The adder 58 adds the count number output from the counter 52 and the coordinate (expressed by the clock count number) of the zero-cross point that is the reference point of the current tracking gate output from the tracking gate selector 56. Then, the clock count number representing the coordinates of the zero cross point in the latest transmission / reception wave is output. That is, the adder 58 performs a process of accumulating the shift amount of the zero cross point for each transmission / reception wave, and obtains the coordinates of the zero cross point on the time axis. The new zero cross point coordinates are input to the tracking gate selector 56 and used to set a new tracking gate. As will be described later, the displacement of the zero-cross point represents the displacement of the subject region corresponding thereto, and the coordinates of the zero-cross point output from the adder 58 are input to the display processing circuit 30 and the displacement waveform of the region. It is used for display etc.
[0032]
The tracking gate setting unit 54 performs initial setting of the tracking gate. As described above, since the tracking gate selector 56 sets the tracking gate for the next transmission / reception with reference to the zero crossing point in the previous transmission / reception wave, the first transmission / reception for which the position of the zero crossing point has not yet been obtained. The wave is required because the tracking gate cannot be set. For example, the tracking gate setting device 54 can be operated by a user with a trackball or the like, and the tracking gate can be manually set on the subject site to be subjected to displacement measurement on the displacement measurement line.
[0033]
FIG. 3 is a flowchart for explaining the blood vessel wall displacement measurement operation of the present apparatus. Hereinafter, the displacement measuring operation of the blood vessel wall of this apparatus will be described.
[0034]
The user determines the position of the probe 10 so that the longitudinal section of the blood vessel appears in the tomographic image displayed on the display 32 by the tomographic image forming unit 40. Then, referring to the tomographic image of the blood vessel, a displacement measurement line is set so as to be orthogonal to the blood vessel wall. Specifically, the azimuth of the ultrasonic beam is steered by a dial operation or the like by the user, and the beam azimuth is displayed on the tomographic image of the display 32 as a displacement measurement line. The user further operates the tracking gate setting unit 54 to move the tracking point displayed on the displacement measurement line of the display 32, and sets the tracking gate to the position of the blood vessel wall (S100). It is also possible to provide a user interface in which the display 32 displays the received signal waveform and the tracking gate display having a predetermined width moves along the waveform.
[0035]
The transmission / reception control circuit 14 controls the transmission / reception system so that an ultrasonic beam is formed along the set displacement measurement line. The zero cross point in the tracking gate set by the user by the tracking gate setting unit 54 is not necessarily located at the center M thereof. In this apparatus, first, in transmitting and receiving waves for the first time, the zero-crossing point Z ₀ in the tracking gate which is set by the user to adjust the position of the tracking gate to center (S105~S115). Specifically, the coordinates corresponding to the center point M of the tracking gate set by the user are set to a predetermined initial value, for example, 0. Next, the first transmission / reception is performed (S105). FIG. 4 is a schematic timing diagram of signal waveforms for explaining operations performed in the first transmission / reception wave, and FIG. 4 (a) shows a reception signal waveform obtained by this transmission / reception wave.
[0036]
4 (b) is a tracking gate pulse, which is set the user to open the gate of the zero crossing detector 50 in the period W _G H level, the received signal is taken. The zero-cross detector 50 detects a zero-cross point Z ₀ (here, using a change point from positive to negative) of the received reception signal (S110). On the other hand, the tracking gate selector 56 outputs the reference point pulse to the counter 52 at the timing of the initial value 0 of the center point M.
[0037]
Counter 52, a timing Z ₀ of the zero-cross detection pulse relative to the reference point pulse is measured by counting the clock shown in FIG. 4 (c). Let the count value be Δt ₀ . Specifically, the counter 52 includes an up counter and a down counter. When the reference point pulse is input prior to the zero cross detection pulse, an up counter is activated to count up the number of clocks until the zero cross detection pulse is input. On the other hand, when the zero cross detection pulse is input prior to the reference point pulse, the down counter is activated to count down the number of clocks until the reference point pulse is input. That is, when the zero cross point in the tracking gate set by the user is delayed from the reference point ₀ , a positive count value is output from the counter 52 as Δt ₀ , and conversely, when it precedes the reference point. A negative count value is output.
[0038]
The count value Δt ₀ is added to the current reference value 0 output from the tracking gate selector 56 by the adder 58 and set in the tracking gate selector 56. As a result, the tracking gate selector 56 generates a tracking gate that captures the zero cross point of the received signal obtained by the first transmission / reception. That is, the user-set tracking gate is adjusted to a tracking gate centered on the zero cross point (S115). FIG. 4D shows the tracking gate pulse after this adjustment.
[0039]
Next, the operation of measuring the displacement of the blood vessel wall in the second and subsequent transmission / reception waves will be described. FIG. 5 is a schematic timing diagram of signal waveforms for explaining operations performed in the second and subsequent transmission / reception waves described below.
[0040]
FIG. 5A shows an (n−1) th received waveform 70 and an nth received waveform 72. FIG. 5B shows a clock signal, and FIG. 5C shows a tracking gate pulse 74 for the nth received waveform generated based on the (n−1) th received waveform 70.
[0041]
When n-th wave transceiver has been performed (S120), from the tracking gate selector 56 (n-1) th cumulative value T _n-1 is added corresponding to the position of the zero-crossing point Z _n-1 of the received waveform To the device 58. A reference point pulse is output to the counter 52 at the timing of the zero cross point Z _n−1 . Further, the tracking gate selector 56, a tracking gate pulse 74 of width W _G of the reference point is located at the center are supplied to the zero crossing detector 50 is generated.
[0042]
The zero cross detector 50 detects the zero cross point Z _n of the received signal of the _nth transmission / reception wave cut out by the tracking gate based on the sign bit of the digital received signal, and outputs a zero cross detection pulse (S125).
[0043]
The counter 52 outputs a count value Δt _n corresponding to the timing of the zero cross detection pulse with respect to the reference point pulse (S130).
[0044]
The adder 58 adds Δt _n to the accumulated value T _n−1 indicating the current reference point position, and outputs a new accumulated value T _n of the reference point position. As understood from this processing, the cumulative value T _n of Δt _k (k = 0 to _n ) indicates the reference point position, and the delay time of the received signal obtained from the tracking point set on the blood vessel wall starts the displacement measurement. It represents how much has changed since. Therefore, the accumulated value T _n is proportional to the amount of displacement from the start of tracking point measurement. Display processing circuit 30 may display the time variation of the accumulated value T _n on the display 32 as a displacement waveform of the vessel wall. Furthermore, where necessary distance displacement, converts the accumulated value T _n in time, is converted into the distance further by using an ultrasonic velocity.
[0045]
The new reference point is input to the tracking gate selector 56, and an updated tracking gate pulse 76 having the reference point as the center point is generated (S140).
[0046]
The processes S120 to S140 are repeated until an instruction to stop displacement measurement is given (S145).
[0047]
Incidentally, in the above configuration, the low-pass filter 26 smoothes the received signal to reduce noise, prevents a large number of zero-cross points from occurring in the tracking gate, and improves the tracking accuracy of the blood vessel wall.
[0048]
In the above example, the width of the tracking gate is set to one cycle of the ultrasonic wave, but is not limited to this. However, one cycle or less is desirable in that there are not a plurality of zero cross points that perform polarity reversal in a predetermined direction in the tracking gate, and the zero cross points can be easily associated between transmission and reception waves.
[0049]
Moreover, the displacement measuring function of this apparatus can be used for purposes other than the displacement of the blood vessel wall. In this case, when the measurement target is accompanied by a relatively large displacement of 1/2 or more of the wavelength of the ultrasonic wave, the zero cross point corresponding to the tracking point moves out of the tracking gate, and another zero cross point is detected. It is possible. Such a measurement object can be dealt with by changing the repetition rate of transmission and reception waves. That is, for a measurement object with a large amount of displacement, the repetition rate of transmission / reception waves is increased and adjustment is performed so that the displacement between the two transmission / reception waves is within the tracking gate. Further, increasing the repetition rate of transmission / reception waves is also effective in obtaining an accurate displacement waveform following a measurement object having a fast displacement period.
[0050]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above, the zero cross point of the received signal from the displacement measurement target is detected based on the polarity of the received signal, and the displacement of the target part is measured by tracking the zero cross point. According to the present invention, the circuit configuration for tracking the target part is simplified, and the apparatus cost can be reduced. In particular, the effect is further increased by determining polarity inversion using a sign bit for a digital reception signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic block diagram of a displacement measuring unit.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a blood vessel wall displacement measuring operation of the apparatus.
FIG. 4 is a signal waveform timing chart for explaining an operation performed at the time of the first transmission / reception in the displacement measurement using this apparatus.
FIG. 5 is a signal waveform timing chart for explaining the operation in the second and subsequent transmissions in displacement measurement using this apparatus.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the principle of tracking of a conventional blood vessel wall.
[Explanation of symbols]
10 probe, 12 transmission circuit, 14 transmission / reception control circuit, 22 A / D converter, 24 phasing addition circuit, 26 low-pass filter, 28 received signal processing circuit, 30 display processing circuit, 32 display, 40 tomographic image formation Part, 42 displacement measuring part, 50 zero cross detector, 52 counter, 54 tracking gate setting device, 56 tracking gate selector, 58 adder.

Claims

A transmission / reception means for performing transmission / reception of ultrasonic waves to acquire a digital signal as a target echo signal from a region of interest of the subject;
Means for detecting a zero-cross point at which the polarity of the amplitude in the target echo signal is inverted, and zero-cross detection means for determining the polarity based on a sign bit of the target echo signal ;
A displacement measuring means for measuring a displacement of the region of interest based on a change in timing of the zero cross point;
Have
The zero cross point by the first transmission / reception wave is detected within the gate set by the user, and based on the detected zero cross point position , the gate position is adjusted so that the zero cross point is at the center. Detect the zero cross point by the next transmission / reception wave,
An ultrasonic diagnostic apparatus.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
Adjust the position of the gate so that the zero cross point detected in the previous transmission / reception wave is centered, and detect the zero cross point by the next transmission / reception in the adjusted gate to follow the movement of the zero cross point. Adjust the position of
An ultrasonic diagnostic apparatus.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
The displacement measuring means includes
Clock generating means for generating a clock having a frequency higher than the frequency of the ultrasonic wave;
A counter that counts based on the clock and outputs a count value according to the amount of change in the timing of the zero-crossing point between the two transmission and reception waves that precede and follow;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
The displacement measuring means includes position determining means for integrating the count value and determining the position of the region of interest based on the integrated value.
An ultrasonic diagnostic apparatus.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the width of the gate is equal to or less than one wavelength of the ultrasonic wave.

A transmission / reception means for performing transmission / reception of ultrasonic waves to acquire a digital signal as a target echo signal from the blood vessel wall of the subject;
Means for detecting a zero-cross point at which the polarity of the amplitude in the target echo signal is reversed, and zero-cross detection means for determining the polarity based on a sign bit of the target echo signal;
A displacement measuring means for measuring the displacement of the blood vessel wall based on a change in timing of the zero cross point;
Have
The zero cross point by the first transmission / reception wave is detected within the gate set by the user, and based on the detected zero cross point position, the gate position is adjusted so that the zero cross point is at the center. Detect the zero cross point by the next transmission / reception wave, readjust the gate position so that the zero cross point is at the center based on the detected zero cross point position, By detecting the zero cross point, adjust the gate position following the movement of the zero cross point.
An ultrasonic diagnostic apparatus.