JP3665406B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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JP3665406B2
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Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、超音波をバースト波として送信する超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波診断装置は、X線のような被曝の問題が無く、またリアルタイムで断層像や血流情報を観察できるという他のモダリティにはない優位性を備えている。
ところで血流情報はドプラ効果による周波数偏移に基づいて計測される。したがって、超音波の送信周波数を狭帯域化することが、血流情報の測定精度を向上させる点で重要となる。このため近年では、特定の送信周波数の超音波パルスを一定周期(バースト周波数)で繰り返し送信するいわゆるバースト駆動が採用されることがある。
【0003】
しかし、このバースト波はその時間幅(バースト長)が単一のパルスより長いため、単一のパルスの場合より距離分解能が低下し、位置がずれるという反面性がある。これは、同タイミングでプローブに到達する反射波には、バースト長に相当する様々な深度からの反射波が重畳されていることに起因する。したがって、装置側で認識している深さが、実際の深さとは相違してしまう。
【0004】
ところで、通常、断層像を得るためのBモードに用いるバースト波のバースト長に対して、血流情報を得るためのドプラモードに用いるバースト波のバースト長は著しく長い。例えばBモードに用いるバースト波のバースト波数は2波であるが、ドプラモードに用いるバースト波のバースト波数は8波以上である。したがって、両モードのバースト長の相違に応じて、両モード間で位置のずれ量が相違してしまい、次のような不具合が発生する。スペクトラムドプラモードでは、断層像上にサンプルボリュームが設定される。このサンプルボリュームの位置は、断層像の座標系で求められる。求めたサンプルボリュームの位置に対応する画素の血流速度データを用いて血流速度分布が作成される。したがって、上記位置のずれ量の相違により、断層像上のサンプルボリュームと異なる位置の血流速度分布が提供されてしまう。また、濃淡の断層像に血流速度等の2次元分布(血流画像)をカラーで重ね合わせて表示するいわゆるカラーフローマッピングモードでは、断層像と血流画像との位置関係がずれて表示されてしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するべくなされたもので、その目的は、バースト波を用いた場合でも位置ずれの問題を解決する超音波診断装置を提供することである。
【0006】
【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、被検体の断面を超音波のバースト波でスキャンするスキャン手段と、前記スキャン手段の出力に基づいて断層像を生成する手段と、前記スキャン手段の出力を位相検波する位相検波手段と、前記バースト波のバースト周波数とバースト波数で決まる帯域幅に含まれる周波数成分だけを通過させるために、前記位相検波手段からのドプラ信号を前記バースト波のバースト長に応じたタップ長Tでフィルタ処理する帯域フィルタと、前記帯域フィルタの出力からクラッタ成分を除去するためのハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの出力に基づいて2次元の血流画像を生成する手段と、前記断層像と前記血流画像とを1画面に合成して表示する手段と、前記ハイパスフィルタの処理のスタートタイミングを前記帯域フィルタからの出力タイミングに対してT/2だけ遅延させる遅延手段とを具備する。
【0009】
本発明によれば、ハイパスフィルタの処理のスタートタイミングを帯域フィルタからの出力タイミングに対してT/2だけ遅延させるという簡単な処理により、断層像と血流画像との位置ずれが解消される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による超音波診断装置の一実施の形態について説明する。
(第1実施の形態)
図1は第1実施の形態に係る超音波診断装置のブロック図である。プローブ11は、圧電セラミック等の音響/電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。複数の圧電振動子が並列され、プローブ11の先端に装備される。プローブ11には送信系13と受信系15とが接続される。送信系13は、図示しないが、パルス発生器、送信遅延回路、パルスドライバとを有する。パルス発生器は例えば5KHzのレート周波数でレートパルスを発生する。このレートパルスはチャンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路は、超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。パルスドライバは、送信遅延回路からレートパルスを受けたタイミングでプローブ11からバースト波を送信させるために、プローブ11の圧電振動子をチャンネル毎にバースト駆動する。このバースト駆動により、プローブ11からは、超音波パルスが一定周期1/fb (fb はバースト周波数)でn回繰り返し送信される。なお、nはバースト波数と定義する。このようなn個の超音波パルスのまとまりを、バースト波と定義する。
【0011】
被検体内の音響インピーダンスの不連続面で反射した反射波はプローブ11で受信される。プローブ11からチャンネル毎に出力される受信信号は、受信系15に取り込まれる。受信系15は、図示しないが、プリアンプ、受信遅延回路、加算器を有する。受信信号は、チャンネル毎にプリアンプで増幅され、チャンネル毎に受信遅延回路により受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与えられ、そして加算器で加算される。これにより受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される。一般的には送信指向性と受信指向性は一致される。このような送受信を総合的指向性を変化させながら繰り返すことで1フレーム分のスキャンがなされる。
【0012】
受信系15からの出力信号は、包絡線検波回路17と、直交位相検波回路19とに送られる。包絡線検波回路17は受信系15からの出力信号の包絡線を検波する。この検波信号はディジタルスキャンコンバータ(DSC)27を介してモニタ29にビデオ映像信号として供給され、組織断層像(Bモード画像)としてビジュアルに濃淡表示される。
【0013】
直交位相検波回路19は、図示しないが、基準信号発生器、90°移相器、2系統のミキサ、2系統のローパスフィルタを有する。受信系15からの出力信号は、2系統のミキサにそれぞれ取り込まれる。基準信号発生器は、送信超音波の基本周波数f0 (例えばf0 =3.5MHz)の基準信号を発生する。この基準信号は、一方のミキサで受信系15からの出力信号と掛け合わされる。また、基準信号は、90°移相器を介して他方のミキサで受信系15からの出力信号と掛け合わされる。2系統のミキサそれぞれの出力信号には高調波成分が含まれている。この高調波成分は、ローパスフィルタで除去される。これにより、ドプラ効果により周波数偏移を受けた偏移周波数成分だけを有するドプラ信号が抽出される。
【0014】
レンジゲート積分回路21は、レンジゲートとしての機能と、積分回路としての機能とを合わせ持つ。レンジゲート積分回路21は、直交位相検波回路19からのドプラ信号に対して第1の深度に相当するタイミングで積分を開始し、第1の深度より深い第2の深度に相当するタイミングで積分を終了する。積分期間以外に供給されるドプラ信号は破棄される。これにより第1の深度から第2の深度までの範囲のみのドプラ信号を積分信号として検出することができる。この積分期間は、ゲートコントローラ37により制御される。
【0015】
レンジゲート積分回路21からの出力信号には、血流成分の他に、比較的動きの遅い臓器等からのクラッタ成分が含まれる。このクラッタ成分はハイパスフィルタ(HPF)23で除去される。ハイパスフィルタ23を通過した血流成分だけのドプラ信号は、周波数解析部としての高速フーリエ変換部(FFT)25に送られる。高速フーリエ変換部25は、血流成分だけのドプラ信号に含まれる複数の周波数成分を分離する。高速フーリエ変換部25の出力はディジタルスキャンコンバータ27を介して、モニタ29に図3に示すようなスペクトラム(血流速度分布)として時間軸に沿って表示される。
【0016】
モニタ29に表示された断層像には、図3に示すように、サンプルボリュームマーカがオーバレイされる。このオーバレイデータは、システム全体の制御中枢としてのCPU31からのサンプルボリュームの位置情報に基づいてグラフィックディスプレイコントローラ(GDC)35により作成され、ディジタルスキャンコンバータ27を介してモニタ29に送られる。CPU31には入力機器としてのトラックボール33が接続され、オペレータがトラックボール33を適当に操作すると、それに応じてサンプルボリュームマーカが断層像上を移動するようになっている。
【0017】
サンプルボリュームの位置情報は、CPU31からゲートコントローラ37にも送られる。ゲートコントローラ37は、この位置情報に基づいて、レンジゲート積分回路21の積分期間を制御する。
【0018】
次に本実施の形態の動作について説明する。バースト波のバースト長Cを次の(1)式で定義する。
C=n×(V/fb )×1/2 …(1)
但し、 n;バースト波数
V;生体内の超音波の伝搬速度(音速)
fb ;超音波の送信周波数
(1)式で、1/2を乗ずるのは、位置ずれが超音波の送信過程と受信過程とで生じるのではなく、送信過程でのみで生じるためである。
【0019】
なお、位置ずれはBモードのバースト長とドプラモードのバースト長との相違に起因するので、この位置ずれを解消させるためには、厳密的にはバースト長C´は(2)式に変形する必要がある。
【0020】
C´=(n−m)×(V/fb )×1/2 …(2)
但し、 m;Bモードのバースト波数
しかし、実用上は、n>>mであるので、(1)式を使用したとしても、Bモードとドプラモードとの位置ずれの問題を実質的に解消することはできる。
【0021】
図2は、サンプルボリューム上のラスタに関する信号波形を模式的に示した図である。オペレータのトラックボール33の操作により、図3に示すように断層像上の所望の位置にサンプルボリュームが設定される。このサンプルボリュームの位置情報はCPU31からゲートコントローラ37に供給される。ゲートコントローラ37は、この位置情報に基づいてレンジゲート積分回路21を制御し、サンプルボリュームの深さに応じたタイミングでレンジゲートをかける。直交位相検波回路19から当該レンジゲートの時間幅に応じた期間内に送り込まれるドプラ信号がレンジゲート積分回路21で積分される。
【0022】
ゲートコントローラ37は、レンジゲートをかけるタイミングを次のように設定する。このタイミングは、バースト波の送信タイミングT0 を起点とした経過時間により計られる。この経過時間はサンプルボリュームの深さに基づいて決定される。従来では、レンジゲートをかけるタイミングT1 は、起点T0 からサンプルボリュームの深さに相当する経過時間を経たタイミングに設定される。
【0023】
本実施の形態では、レンジゲートをかけるタイミングT2 は、起点T0 からサンプルボリュームの深さに相当するタイミングT1 から、バースト長Cの半分、つまりC/2の時間だけ遅延して設定される。
【0024】
このようにレンジゲートをかけるタイミングを、サンプルボリュームの深さに相当するタイミングからC/2の時間だけ遅延させることは、バースト長に相当する距離dに対してd/2だけ深い位置にレンジゲートをかけることと等価である。上述したように、バースト波ではその反射波の感度中心はd/2だけ深いところに位置する。したがって、バースト波のバースト長(時間幅)による位置ずれが解消され、サンプルボリュームを設定した特定の深度に関する血流情報を得ることができる。
(第2実施の形態)
図4は第2実施の形態に係る超音波診断装置のブロック図である。プローブ51は、圧電セラミック等の音響/電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。複数の圧電振動子が並列され、プローブ51の先端に装備される。プローブ51には送信系53と受信系55とが接続される。送信系53は、図示しないが、パルス発生器、送信遅延回路、パルスドライバとを有する。パルス発生器は例えば5KHzのレート周波数でレートパルスを発生する。このレートパルスはチャンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路は、超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。パルスドライバは、送信遅延回路からレートパルスを受けたタイミングでプローブ51からバースト波を送信させるために、プローブ51の圧電振動子をチャンネル毎にバースト駆動する。このバースト駆動により、プローブ51からは、超音波パルスが一定周期1/fb (fb はバースト周波数)でn回繰り返し送信される。なお、nはバースト波数と定義する。このようなn個の超音波パルスのまとまりを、バースト波と定義する。
【0025】
被検体内の音響インピーダンスの不連続面で反射した反射波はプローブ51で受信される。プローブ51からチャンネル毎に出力される受信信号は、受信系55に取り込まれる。受信系55は、図示しないが、プリアンプ、受信遅延回路、加算器を有する。受信信号は、チャンネル毎にプリアンプで増幅され、チャンネル毎に受信遅延回路により受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与えられ、そして加算器で加算される。これにより受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される。一般的には送信指向性と受信指向性は一致される。このような送受信を総合的指向性を変化させながら繰り返すことで1フレーム分のスキャンがなされる。
【0026】
受信系55からの出力信号は、包絡線検波回路17と、直交位相検波回路59とに送られる。包絡線検波回路17は受信系55からの出力信号の包絡線を検波する。この検波信号はディジタルスキャンコンバータ(DSC)71を介してモニタ73にビデオ映像信号として供給され、組織断層像(Bモード画像)としてビジュアルに濃淡表示される。
【0027】
直交位相検波回路59は、図示しないが、基準信号発生器、90°移相器、2系統のミキサ、2系統のローパスフィルタを有する。受信系55からの出力信号は、2系統のミキサにそれぞれ取り込まれる。基準信号発生器は、送信超音波の基本周波数f0 (例えばf0 =3.5MHz)の基準信号を発生する。この基準信号は、一方のミキサで受信系55からの出力信号と掛け合わされる。また、基準信号は、90°移相器を介して他方のミキサで受信系55からの出力信号と掛け合わされる。2系統のミキサそれぞれの出力信号には高調波成分が含まれている。この高調波成分は、ローパスフィルタで除去される。これにより、ドプラ効果により周波数偏移を受けた偏移周波数成分だけを有するドプラ信号が抽出される。
【0028】
マッチドフィルタ61は、バースト周波数とバースト波数で決まる帯域幅に含まれる周波数成分だけを通過させる帯域フィルタであり、具体的な処理はバースト長=タップ長となるように、タップ長を決定し、そのタップ数分だけ移動平均をする。
【0029】
マッチドフィルタ61の出力信号はカラーフローマッピング処理系63に供給される。カラーフローマッピング処理系63は、マッチドフィルタ61の出力信号に基づいて2次元の血流画像を生成する。血流画像とは、平均速度画像、分散画像、パワー画像、又はこれらの適当な組み合わせ画像のことをいう。カラーフローマッピング処理系63は、MTIフィルタ65、高速性を有する自己相関器等の周波数解析部67、演算部69を有する。MTIフィルタ65は、多数のサンプル点各々についてマッチドフィルタ61の出力信号(ドプラ信号)から心筋などの運動速度の遅い反射体からのクラッタ成分を実時間で除去するための高速なハイパスフィルタとして構成される。1本のラスタに対して、例えば0.5mm間隔でサンプル点が設定される。MTIフィルタ65の出力は周波数解析部67に送られ、そこで実時間で周波数解析される。この解析結果は、演算部69に供給される。演算部69は周波数解析結果に基づいて平均速度、その速度分布の分散、反射強度に応じたパワーをサンプル点毎に演算する。演算部69の出力はディジタルスキャンコンバータ71を介して、図6に示すように、モニタ73に血流画像(CFM画像)としてカラーで断層像に重ね合わせて表示される。
【0030】
モニタ73に表示された断層像には、図6に示すように、血流画像を表示する関心領域を表すROIマーカがオーバレイされる。このオーバレイデータは、システム全体の制御中枢としてのCPU75からの真のROI位置信号に対してグラフィックディスプレイコントローラ(GDC)79により作成され、ディジタルスキャンコンバータ71を介してモニタ73に送られる。CPU75には入力機器としてのトラックボール77が接続され、オペレータがトラックボール77を適当に操作すると、それに応じてROIマーカの位置及び範囲が変更するようになっている。
【0031】
MTIコントローラ81は、マッチドフィルタ61の出力タイミングに対して、カラーフローマッピング処理系63の処理開始のタイミングをマッチドフィルタ61のタップ長に基づいて制御する。
【0032】
次に本実施の形態の動作について説明する。バースト波のバースト長Cについては第1実施の形態を参照されたい。
オペレータのトラックボール77の操作により、図6に示すように断層像上の所望の位置及び範囲にROIが設定される。このROIの位置及び範囲情報はCPU75からMTIコントローラ81に供給される。
【0033】
図5は、ROI内の或る1本のラスタに関するマッチドフィルタ61の出力信号に対するMTIコントローラ81からMTIフィルタ65に供給される動作制御信号のタイミングを示す図である。MTIコントローラ81は、MTIフィルタ65に動作制御信号を供給する。MTIフィルタ65は動作制御信号を受けている期間、フィルタ動作を実行する。周波数解析部67、演算部69はMTIフィルタ65からの出力を受けて波及的に動作する。したがって、カラーフローマッピング処理系63の処理開始のタイミングとしては、MTIフィルタ65の動作開始のタイミングに依存して決まる。
【0034】
マッチドフィルタ61は、CPU75の制御により、ROI内に相当するドプラ信号だけをフィルタ処理して通過させ、他のドプラ信号は廃棄する。
MTIコントローラ81は、MTIフィルタ65への動作制御信号の供給開始タイミングを制御することにより実質的にCFM処理を開始するタイミングを次のように設定する。従来は、このタイミングは、マッチドフィルタ61からの出力信号がMTIフィルタ65に供給されるタイミングに同期されている。本実施の形態では、このタイミングが、マッチドフィルタ61のタップ長Tの半分、つまりT/2の時間だけ、マッチドフィルタ61からの出力信号がMTIフィルタ65に供給されるタイミングに対して遅延される。タップ長Tは、上述したようにバースト長に応じて決定される。
【0035】
マッチドフィルタ61より以降では、マッチドフィルタ61の最初の出力を、ROIの最浅部として位置認識する。バースト波を用いる場合に不可欠のマッチドフィルタ処理によると、ROIの最浅部に相当する信号は、マッチドフィルタ61で演算が開始されてからT/2の時間だけ遅延したところに位置する。したがって、上述したようにCFM処理を開始するタイミングT1'を、マッチドフィルタ61からの出力信号がCFM処理系63、具体的にはMTIフィルタ65に供給開始されるタイミングT1 からT/2の時間だけ遅延させることにより、バースト波を用いる場合に不可欠のマッチドフィルタ処理による断層像と血流画像との位置ずれが解消される。
本発明は上述した実施の形態に限定されることなくその要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【0036】
【発明の効果】
発明によれば、ハイパスフィルタの処理のスタートタイミングを帯域フィルタからの出力タイミングに対してT/2だけ遅延させるという簡単な処理により、断層像と血流画像との位置ずれが解消される。
【0037】
請求項2の発明によれば、血流画像生成手段の生成処理のスタートタイミングが、フィルタ手段からの出力タイミングに同期するのではなく、T/2だけ遅延される。これによりフィルタ手段のタップ長に応じた断層像と血流画像との位置ずれが解消される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施の形態に係る超音波診断装置のブロック図。
【図2】第1実施の形態によるレンジゲートをかけるタイミングを示す図。
【図3】モニタの表示画面の一例を示す図。
【図4】第2実施の形態に係る超音波診断装置のブロック図。
【図5】第2実施の形態によるMTIフィルタの動作開始タイミングを示す図。
【図6】モニタの表示画面の一例を示す図。
【符号の説明】
11…プローブ、 13…送信系、
15…受信系、 17…包絡線検波回路、
19…直交位相検波回路、 21…レンジゲート積分回路、
23…ハイパスフィルタ、 25…高速フーリエ変換部、
27…ディジタルスキャンコンバータ、 29…モニタ、
31…CPU、 33…トラックボール、
35…グラフィックディスプレイコントローラ、
37…ゲートコントローラ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves as burst waves.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic diagnostic apparatus has an advantage that does not exist in other modalities that do not have the problem of exposure like X-rays and that can observe a tomographic image and blood flow information in real time.
By the way, blood flow information is measured based on the frequency shift due to the Doppler effect. Therefore, it is important to narrow the ultrasonic transmission frequency in terms of improving the measurement accuracy of blood flow information. For this reason, in recent years, so-called burst driving in which an ultrasonic pulse having a specific transmission frequency is repeatedly transmitted at a constant period (burst frequency) is sometimes employed.
[0003]
However, since the time width (burst length) of this burst wave is longer than that of a single pulse, the distance resolution is lower than that of a single pulse and the position is shifted. This is due to the fact that reflected waves from various depths corresponding to the burst length are superimposed on the reflected waves that reach the probe at the same timing. Therefore, the depth recognized on the device side is different from the actual depth.
[0004]
By the way, the burst length of the burst wave used in the Doppler mode for obtaining blood flow information is usually significantly longer than the burst length of the burst wave used in the B mode for obtaining a tomographic image. For example, the burst wave number of the burst wave used in the B mode is 2 waves, but the burst wave number of the burst wave used in the Doppler mode is 8 waves or more. Therefore, depending on the difference in burst length between the two modes, the amount of positional deviation differs between the two modes, causing the following problems. In the spectrum Doppler mode, the sample volume is set on the tomographic image. The position of the sample volume is obtained in the coordinate system of the tomographic image. A blood flow velocity distribution is created using blood flow velocity data of pixels corresponding to the obtained position of the sample volume. Therefore, the blood flow velocity distribution at a position different from the sample volume on the tomographic image is provided due to the difference in the positional deviation amount. In the so-called color flow mapping mode in which a two-dimensional distribution (blood flow image) such as blood flow velocity is superimposed on a color tomographic image and displayed in color, the positional relationship between the tomographic image and the blood flow image is shifted. End up.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that solves the problem of misalignment even when burst waves are used.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a scanning unit that scans a cross section of a subject with an ultrasonic burst wave, a unit that generates a tomographic image based on an output of the scanning unit, and an output of the scanning unit In order to pass only the frequency component included in the bandwidth determined by the burst frequency and the number of burst waves of the burst wave, the phase detection means for detecting the Doppler signal from the phase detection means according to the burst length of the burst wave A band-pass filter for filtering with a tap length T, a high-pass filter for removing clutter components from the output of the band-pass filter, means for generating a two-dimensional blood flow image based on the output of the high-pass filter, and the tomography Means for synthesizing and displaying the image and the blood flow image on one screen, and the start timing of the processing of the high-pass filter. Serial comprising a delay means for delaying T / 2 with respect to the output timing from the bandpass filter.
[0009]
According to the present invention, the positional deviation between the tomographic image and the blood flow image is eliminated by a simple process of delaying the start timing of the high-pass filter processing by T / 2 with respect to the output timing from the bandpass filter .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment. The probe 11 has a piezoelectric vibrator as an acoustic / electric reversible conversion element such as a piezoelectric ceramic. A plurality of piezoelectric vibrators are arranged in parallel and are provided at the tip of the probe 11. A transmission system 13 and a reception system 15 are connected to the probe 11. Although not shown, the transmission system 13 includes a pulse generator, a transmission delay circuit, and a pulse driver. The pulse generator generates a rate pulse at a rate frequency of 5 KHz, for example. This rate pulse is distributed to the number of channels and sent to the transmission delay circuit. The transmission delay circuit provides each rate pulse with a delay time necessary for focusing the ultrasonic wave into a beam and determining transmission directivity. The pulse driver burst-drives the piezoelectric vibrator of the probe 11 for each channel in order to transmit a burst wave from the probe 11 at the timing of receiving the rate pulse from the transmission delay circuit. By this burst driving, an ultrasonic pulse is repeatedly transmitted from the probe 11 n times at a constant period 1 / fb (fb is a burst frequency). Note that n is defined as the burst wave number. Such a group of n ultrasonic pulses is defined as a burst wave.
[0011]
The reflected wave reflected by the discontinuous surface of the acoustic impedance in the subject is received by the probe 11. A reception signal output from the probe 11 for each channel is taken into the reception system 15. Although not shown, the reception system 15 includes a preamplifier, a reception delay circuit, and an adder. The received signal is amplified by a preamplifier for each channel, given a delay time necessary for determining the reception directivity by a reception delay circuit for each channel, and added by an adder. Thereby, the reflection component from the direction according to the reception directivity is emphasized. The overall directivity of ultrasonic transmission / reception is determined by the transmission directivity and the reception directivity. In general, transmission directivity and reception directivity are matched. By repeating such transmission and reception while changing the overall directivity, scanning for one frame is performed.
[0012]
An output signal from the reception system 15 is sent to an envelope detection circuit 17 and a quadrature phase detection circuit 19. The envelope detection circuit 17 detects the envelope of the output signal from the reception system 15. This detection signal is supplied as a video image signal to a monitor 29 via a digital scan converter (DSC) 27, and is visually displayed as a tomographic image (B-mode image) in grayscale.
[0013]
Although not shown, the quadrature detection circuit 19 includes a reference signal generator, a 90 ° phase shifter, two systems of mixers, and two systems of low-pass filters. Output signals from the reception system 15 are respectively taken into two systems of mixers. The reference signal generator generates a reference signal having a fundamental frequency f0 (for example, f0 = 3.5 MHz) of the transmission ultrasonic wave. This reference signal is multiplied with the output signal from the receiving system 15 by one mixer. The reference signal is multiplied with the output signal from the receiving system 15 by the other mixer via a 90 ° phase shifter. The output signals of the two systems of mixers contain harmonic components. This harmonic component is removed by a low-pass filter. As a result, a Doppler signal having only a shifted frequency component subjected to frequency shift due to the Doppler effect is extracted.
[0014]
The range gate integration circuit 21 has both a function as a range gate and a function as an integration circuit. The range gate integration circuit 21 starts integration at a timing corresponding to the first depth with respect to the Doppler signal from the quadrature detection circuit 19, and performs integration at a timing corresponding to a second depth deeper than the first depth. finish. Doppler signals supplied outside the integration period are discarded. Thereby, the Doppler signal only in the range from the first depth to the second depth can be detected as the integration signal. This integration period is controlled by the gate controller 37.
[0015]
The output signal from the range gate integration circuit 21 includes clutter components from organs that move relatively slowly in addition to blood flow components. This clutter component is removed by a high pass filter (HPF) 23. The Doppler signal of only the blood flow component that has passed through the high-pass filter 23 is sent to a fast Fourier transform unit (FFT) 25 as a frequency analysis unit. The fast Fourier transform unit 25 separates a plurality of frequency components included in the Doppler signal including only blood flow components. The output of the fast Fourier transform unit 25 is displayed along the time axis as a spectrum (blood flow velocity distribution) as shown in FIG.
[0016]
A sample volume marker is overlaid on the tomographic image displayed on the monitor 29 as shown in FIG. This overlay data is created by a graphic display controller (GDC) 35 based on the position information of the sample volume from the CPU 31 as the control center of the entire system, and sent to the monitor 29 via the digital scan converter 27. A trackball 33 as an input device is connected to the CPU 31. When the operator appropriately operates the trackball 33, the sample volume marker moves on the tomographic image accordingly.
[0017]
The position information of the sample volume is also sent from the CPU 31 to the gate controller 37. The gate controller 37 controls the integration period of the range gate integration circuit 21 based on this position information.
[0018]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The burst length C of the burst wave is defined by the following equation (1).
C = n * (V / fb) * 1/2 (1)
However, n: Burst wave number V: Propagation speed of ultrasonic waves in the living body (sound speed)
fb: Multiplying by 1/2 in the ultrasonic transmission frequency (1) is because the positional shift does not occur in the ultrasonic transmission process and the reception process, but only in the transmission process.
[0019]
Since the positional shift is caused by the difference between the burst length in the B mode and the burst length in the Doppler mode, the burst length C ′ is strictly transformed into the formula (2) in order to eliminate the positional shift. There is a need.
[0020]
C ′ = (nm) × (V / fb) × 1/2 (2)
However, m: Burst wave number of B mode However, practically, n >> m, so even if equation (1) is used, the problem of positional deviation between B mode and Doppler mode is substantially solved. I can.
[0021]
FIG. 2 is a diagram schematically showing signal waveforms relating to rasters on the sample volume. By the operation of the trackball 33 by the operator, the sample volume is set at a desired position on the tomographic image as shown in FIG. The position information of the sample volume is supplied from the CPU 31 to the gate controller 37. The gate controller 37 controls the range gate integration circuit 21 based on this position information, and applies the range gate at a timing according to the depth of the sample volume. The Doppler signal sent from the quadrature detection circuit 19 within a period corresponding to the time width of the range gate is integrated by the range gate integration circuit 21.
[0022]
The gate controller 37 sets the timing for applying the range gate as follows. This timing is measured by the elapsed time starting from the burst wave transmission timing T0. This elapsed time is determined based on the depth of the sample volume. Conventionally, the timing T1 for applying the range gate is set to a timing after an elapsed time corresponding to the depth of the sample volume from the starting point T0.
[0023]
In the present embodiment, the timing T2 for applying the range gate is set with a delay of half the burst length C, that is, C / 2 from the timing T1 corresponding to the depth of the sample volume from the starting point T0.
[0024]
In this way, delaying the timing for applying the range gate by a time of C / 2 from the timing corresponding to the depth of the sample volume means that the range gate is positioned deeper by d / 2 than the distance d corresponding to the burst length. Is equivalent to applying. As described above, in the burst wave, the sensitivity center of the reflected wave is located deeper by d / 2. Therefore, the position shift due to the burst length (time width) of the burst wave is eliminated, and blood flow information regarding a specific depth in which the sample volume is set can be obtained.
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment. The probe 51 has a piezoelectric vibrator as an acoustic / electric reversible conversion element such as a piezoelectric ceramic. A plurality of piezoelectric vibrators are arranged in parallel and mounted at the tip of the probe 51. A transmission system 53 and a reception system 55 are connected to the probe 51. Although not shown, the transmission system 53 includes a pulse generator, a transmission delay circuit, and a pulse driver. The pulse generator generates a rate pulse at a rate frequency of 5 KHz, for example. This rate pulse is distributed to the number of channels and sent to the transmission delay circuit. The transmission delay circuit provides each rate pulse with a delay time necessary for focusing the ultrasonic wave into a beam and determining transmission directivity. The pulse driver burst-drives the piezoelectric vibrator of the probe 51 for each channel in order to transmit a burst wave from the probe 51 at the timing of receiving the rate pulse from the transmission delay circuit. By this burst driving, an ultrasonic pulse is repeatedly transmitted from the probe 51 n times at a fixed period 1 / fb (fb is a burst frequency). Note that n is defined as the burst wave number. Such a group of n ultrasonic pulses is defined as a burst wave.
[0025]
The reflected wave reflected by the discontinuous surface of the acoustic impedance in the subject is received by the probe 51. The reception signal output from the probe 51 for each channel is taken into the reception system 55. Although not shown, the receiving system 55 includes a preamplifier, a reception delay circuit, and an adder. The received signal is amplified by a preamplifier for each channel, given a delay time necessary for determining the reception directivity by a reception delay circuit for each channel, and added by an adder. Thereby, the reflection component from the direction according to the reception directivity is emphasized. The overall directivity of ultrasonic transmission / reception is determined by the transmission directivity and the reception directivity. In general, transmission directivity and reception directivity are matched. By repeating such transmission and reception while changing the overall directivity, scanning for one frame is performed.
[0026]
An output signal from the reception system 55 is sent to the envelope detection circuit 17 and the quadrature phase detection circuit 59. The envelope detection circuit 17 detects the envelope of the output signal from the reception system 55. This detection signal is supplied as a video image signal to a monitor 73 via a digital scan converter (DSC) 71, and is visually displayed as a tomographic image (B-mode image) in grayscale.
[0027]
Although not shown, the quadrature detection circuit 59 includes a reference signal generator, a 90 ° phase shifter, two systems of mixers, and two systems of low-pass filters. Output signals from the reception system 55 are respectively taken into two mixers. The reference signal generator generates a reference signal having a fundamental frequency f0 (for example, f0 = 3.5 MHz) of the transmission ultrasonic wave. This reference signal is multiplied with the output signal from the receiving system 55 by one mixer. The reference signal is multiplied with the output signal from the receiving system 55 by the other mixer via a 90 ° phase shifter. The output signals of the two systems of mixers contain harmonic components. This harmonic component is removed by a low-pass filter. As a result, a Doppler signal having only a shifted frequency component subjected to frequency shift due to the Doppler effect is extracted.
[0028]
The matched filter 61 is a bandpass filter that allows only frequency components included in the bandwidth determined by the burst frequency and the burst wave number to pass. The specific process is to determine the tap length so that the burst length = tap length. The moving average is performed for the number of taps.
[0029]
The output signal of the matched filter 61 is supplied to the color flow mapping processing system 63. The color flow mapping processing system 63 generates a two-dimensional blood flow image based on the output signal of the matched filter 61. The blood flow image refers to an average velocity image, a dispersion image, a power image, or an appropriate combination image thereof. The color flow mapping processing system 63 includes an MTI filter 65, a frequency analysis unit 67 such as a high-speed autocorrelator, and a calculation unit 69. The MTI filter 65 is configured as a high-speed high-pass filter for removing, in real time, clutter components from a reflector having a slow motion speed such as a myocardium from the output signal (Doppler signal) of the matched filter 61 for each of a large number of sample points. The For one raster, sample points are set at intervals of 0.5 mm, for example. The output of the MTI filter 65 is sent to the frequency analysis unit 67 where the frequency analysis is performed in real time. The analysis result is supplied to the calculation unit 69. Based on the frequency analysis result, the calculation unit 69 calculates the average velocity, the distribution of the velocity distribution, and the power corresponding to the reflection intensity for each sample point. As shown in FIG. 6, the output of the calculation unit 69 is displayed on the monitor 73 as a blood flow image (CFM image) superimposed on the tomographic image in color via the digital scan converter 71.
[0030]
As shown in FIG. 6, the tomographic image displayed on the monitor 73 is overlaid with the ROI marker representing the region of interest for displaying the blood flow image. This overlay data is generated by a graphic display controller (GDC) 79 with respect to a true ROI position signal from the CPU 75 as a control center of the entire system, and is sent to the monitor 73 via the digital scan converter 71. A trackball 77 as an input device is connected to the CPU 75, and when the operator appropriately operates the trackball 77, the position and range of the ROI marker are changed accordingly.
[0031]
The MTI controller 81 controls the processing start timing of the color flow mapping processing system 63 based on the tap length of the matched filter 61 with respect to the output timing of the matched filter 61.
[0032]
Next, the operation of the present embodiment will be described. For the burst length C of the burst wave, refer to the first embodiment.
By operating the trackball 77 by the operator, the ROI is set at a desired position and range on the tomographic image as shown in FIG. The ROI position and range information is supplied from the CPU 75 to the MTI controller 81.
[0033]
FIG. 5 is a diagram illustrating the timing of the operation control signal supplied from the MTI controller 81 to the MTI filter 65 with respect to the output signal of the matched filter 61 for a certain raster in the ROI. The MTI controller 81 supplies an operation control signal to the MTI filter 65. The MTI filter 65 performs the filter operation while receiving the operation control signal. The frequency analysis unit 67 and the calculation unit 69 operate in response to the output from the MTI filter 65. Therefore, the processing start timing of the color flow mapping processing system 63 is determined depending on the operation start timing of the MTI filter 65.
[0034]
The matched filter 61 filters and passes only the Doppler signal corresponding to the ROI under the control of the CPU 75, and discards the other Doppler signals.
The MTI controller 81 controls the start timing of supplying the operation control signal to the MTI filter 65 to set the timing at which the CFM processing is substantially started as follows. Conventionally, this timing is synchronized with the timing at which the output signal from the matched filter 61 is supplied to the MTI filter 65. In the present embodiment, this timing is delayed with respect to the timing at which the output signal from the matched filter 61 is supplied to the MTI filter 65 by a half of the tap length T of the matched filter 61, that is, a time of T / 2. . The tap length T is determined according to the burst length as described above.
[0035]
After the matched filter 61, the position of the first output of the matched filter 61 is recognized as the shallowest part of the ROI. According to the matched filter processing that is indispensable when a burst wave is used, the signal corresponding to the shallowest portion of the ROI is located at a position delayed by a time of T / 2 after the operation of the matched filter 61 is started. Therefore, as described above, the timing T1 ′ at which the CFM processing is started is the time T / 2 from the timing T1 at which the output signal from the matched filter 61 is started to be supplied to the CFM processing system 63, specifically, the MTI filter 65. By delaying, the positional deviation between the tomographic image and the blood flow image due to the matched filter processing indispensable when the burst wave is used is eliminated.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the positional deviation between the tomographic image and the blood flow image is eliminated by a simple process of delaying the start timing of the high-pass filter processing by T / 2 with respect to the output timing from the bandpass filter.
[0037]
According to the invention of claim 2, the start timing of the generation process of the blood flow image generation means is not synchronized with the output timing from the filter means, but is delayed by T / 2. Thereby, the positional deviation between the tomographic image and the blood flow image corresponding to the tap length of the filter means is eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing timing for applying a range gate according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a monitor display screen.
FIG. 4 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an operation start timing of the MTI filter according to the second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a monitor display screen.
[Explanation of symbols]
11 ... probe, 13 ... transmission system,
15 ... Reception system, 17 ... Envelope detection circuit,
19 ... Quadrature detection circuit, 21 ... Range gate integration circuit,
23: high-pass filter, 25 ... fast Fourier transform,
27: Digital scan converter, 29 ... Monitor,
31 ... CPU, 33 ... trackball,
35 ... Graphic display controller,
37 ... Gate controller.

Claims (1)

被検体の断面を超音波のバースト波でスキャンするスキャン手段と、
前記スキャン手段の出力に基づいて断層像を生成する手段と、
前記スキャン手段の出力を位相検波する位相検波手段と、
前記バースト波のバースト周波数とバースト波数で決まる帯域幅に含まれる周波数成分だけを通過させるために、前記位相検波手段からのドプラ信号を前記バースト波のバースト長に応じたタップ長Tでフィルタ処理する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタの出力からクラッタ成分を除去するためのハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの出力に基づいて2次元の血流画像を生成する手段と、
前記断層像と前記血流画像とを1画面に合成して表示する手段と、
前記ハイパスフィルタの処理のスタートタイミングを前記帯域フィルタからの出力タイミングに対してT/2だけ遅延させる遅延手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
Scanning means for scanning the cross section of the subject with an ultrasonic burst wave;
Means for generating a tomogram based on the output of the scanning means;
Phase detection means for phase detection of the output of the scanning means;
In order to pass only frequency components included in the bandwidth determined by the burst frequency and the number of burst waves of the burst wave, the Doppler signal from the phase detection means is filtered with a tap length T corresponding to the burst length of the burst wave. A bandpass filter,
A high-pass filter for removing clutter components from the output of the bandpass filter;
Means for generating a two-dimensional blood flow image based on the output of the high-pass filter;
Means for combining and displaying the tomographic image and the blood flow image on one screen;
The ultrasonic diagnostic apparatus of characterized by comprising a delay means for delaying T / 2 relative to the output timing of the band filter or we start timing of the processing of the high-pass filter.
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