JP4122453B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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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、特に血流の速度、強度、分散等の血流情報を計測して画像等により表示する機能を備えた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、超音波探触子を介して被検体である生体に超音波ビームを送信し、生体の組織等から反射されるエコー信号を計測し、そのエコー信号に基づいて診断に必要な情報を画像等により表示するものであり、例えば血管に関する情報を血流像として画像化することが知られている。
【０００３】
血流情報は、血球の移動によりエコー信号の超音波周波数がドプラシフトすることを利用して計測するものであり、エコー信号の周波数の偏移量(シフト量)を抽出し、血流速度等として画像化して可視化することが行なわれている。このような血流像を得る方法として、ドプラモード、カラーモード、あるいはパワーモードと称される手法が知られている。ドプラモードは、あるサンプリング点の周波数応答をファーストフーリエ変換（ＦＦＴ）処理により求め、縦軸を周波数、横軸を時間としてグラフに表わしている。
【０００４】
一方、カラーモード又はパワーモードは、ある関心領域において同一のビームラインに送波ビームを複数回照射し、これに対応する複数回の受波ビーム信号を受信し、各サンプリング点の自己相関をとって、血流の平均流速、分散量、強度等を求めてカラー画像化するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法は、血流情報を抽出するために、同一のビームラインに対して複数回の送受波を必要としている。例えば、ドプラモードの場合は２ｎ（例えば、１２８回又は２５６回等）、カラーモードやパワーモードの場合は約１０回程度繰返す必要がある。そのため、単位時間あたりに表示できる画像枚数であるフレームレートが低下し、血流像の時間分解能を向上することができないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、他の手法として、超音波断層像のＲＦ信号について２回〜４回程度の差分処理を行なうとともに、血流に対応する高周波成分を抽出して低周波成分を除去する広域通過フィルタ処理をして血流情報を計測することが提案されている。この手法によれば、血流像のフレームレートを高くして、時間分解能を向上することができる。しかし、カラーモードやパワーモードに比べて、血流情報の検出感度が低下し、しかも得られる血流情報が血流速度などの変化の有無に止まり、物理的な定量性がないという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、物理的な定量性のある血流情報を計測でき、かつ時間分解能を向上させることができる血流計測法を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体に超音波の送波ビームを照射するとともに被検体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、該超音波探触子から出力されるエコー信号を整相して受波ビーム信号を生成する整相手段と、該整相手段から出力される受波ビーム信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される受波ビーム信号に基づいて表示画像情報を生成する画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを有してなり、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段を有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、血球から反射されるエコー信号は血球の速度に応じてドプラ効果により周波数が偏移する。この周波数偏移に応じて受波ビーム信号の角速度が変化するから、その角速度を検出すれば血流速度を検出することができる。したがって、本発明によれば、１ビームラインに対して送波ビームの１回照射し、その受波ビーム信号の角速度の変化を検出するだけで、血流速度を定量的に検出することができる。その結果、２次元血流像を撮像する時間を短縮することができるから、フレームレートを高くして、時間分解能を向上することができる。
【００１０】
ここで、受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段の第１の構成として、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出し、今回サンプリング時の位相と一サンプリング周期前の位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有して構成することができる。
【００１１】
また、血流速度検出手段の第２の構成として、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する位相検出手段と、複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する１次元空間フィルタと、該１次元空間フィルタから出力される検出位相のうち前後するサンプリング周期間の位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有して構成することができる。
【００１２】
この第２の構成によれば、サンプリング方位とビームラインの時間ずれ方位の２次元的な位相差に基づいて血流速度を求めていることから、検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、前記位相差検出手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号を複素数に変換する複素変換手段により複素数に変換された複素数信号に基づいて、受波ビーム信号の位相を検出することができる。
【００１４】
さらに、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の強度を検出する信号強度検出手段と、該信号強度検出手段から出力される信号強度と前記血流速度検出手段から出力される血流速度に、それぞれ信号強度と血流速度の範囲に応じて定められた係数を乗じて血流らしさの度合いを求める血流判定手段とを有して構成することができる。
【００１５】
また、送波ビームは、高帯域な超音波であることが好ましい。
【００１６】
さらに、血流速度検出手段を、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する第１の位相検出手段と、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出するとともに、複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する第２の位相検出手段とを備えて構成し、前記第１又は第２の位相検出手段により検出された今回サンプリング時の検出位相と前回のサンプリング時の検出位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求めるようにすることができる。
【００１７】
この場合、制御部により表示部に血流計測について感度重視又はフレームレート重視の一方を選択するメニュー画面を表示し、選択されたメニューに応じて前記送波ビームの照射を制御するとともに、前記第１と第２の位相検出手段を制御するものとすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置は、送信部１、探触子３、受信部５、整相部７、信号処理部９、画像処理部１１、表示部１３、制御部１５及び入力手段１７を有して構成される。送信部１は、制御部１５から与えられる指令に応答して、超音波パルス信号を生成して探触子３に出力する。探触子３は、列状または面状に並べられてなる図示しない複数の振動子を有し、送信部１から出力された超音波パルス信号により複数の振動子が駆動され、被検体内に超音波の送波ビームを照射するようになっている。この送波ビームが被検体内の組織や血球により反射されてなるエコー信号は、探触子３の振動子で受波され、受信信号として受信部５に入力される。受信信号は受信部５において増幅された後、整相部７において整相加算処理され、受波ビーム信号が生成される。
【００１９】
信号処理部９は、帯域制御フィルタ１９、強度検出部２１、ドプラ演算部（ＤＯＰ）２２、カラードプラ演算部（Ｃｏｌｏｒ）２３、位相差検出部２４、角速度偏移検出部２５、強度検出部２６及び血流判定部２７を備えて構成される。また、画像処理部１１は、強度輝度変換部３１、周波数輝度変換部３２、カラーマッピング部３３、カラーマッピング部３４、血流輝度変換部３５、データメモリ３６、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３７、フレームメモリ３８、重畳処理部３９、画像メモリ４０、画像インターフェイス部４１を有して構成される。制御部１５は超音波計測に係る一連の処理や動作を制御するものであり、入力手段１７から入力される指令に応じて制御を開始する。
【００２０】
ここで、本実施形態の特徴部は、図中破線で囲まれた位相差検出部２４、角速度偏移検出部２５、強度検出部２６及び血流判定部２７と、カラーマッピング部３４及び血流輝度変換部３５にある。
【００２１】
このように構成される信号処理部９と画像処理部１１の基本動作を説明する。整相部７から出力された受波ビーム信号は、周知の帯域制御フィルタ１９において体動などのノイズ周波数成分が除去される。強度検出部２１は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に対して検波処理、圧縮処理等の処理を施して信号強度を検出する。検出された信号強度は画像処理部１１の強度輝度変換部３１において輝度信号に変換されてデータメモリ３６に格納される。ドプラ演算部（ＤＯＰ）２２は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に基づいて血流速度に相当する周波数偏移を算出する。算出された周波数偏移は画像処理部１１の周波数輝度変換部３２において輝度信号に変換されてデータメモリ３６に格納される。カラードプラ演算部２３は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に基づいて、平均血流速度及び血流速度の分布を表わす分散を抽出する。抽出された平均血流速度及び分散情報は、画像処理部１１のカラーマッピング部３３においてカラー表示するためマッピング処理され、データメモリ３６に格納される。データメモリに格納されたデータ配列は、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３７により画像表示配列に変換されてフレームメモリ３８に格納される。フレームメモリ３８に格納された各種の画像フレームや状態設定などのキャラクタ表示フレームは、適宜読み出されて重畳処理部３９で合成される。重畳処理部３９から出力される画像データは、画像インターフェイス４１を介して表示部１３に送られて表示される。また、画像メモリ４０は、重畳処理部３９から出力される画像データを格納するとともに、適宜読み出されて表示部１３に表示される。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴部である図中破線で囲まれた部分の信号処理部及び画像処理部について詳細に説明する。図１において、位相差検出部２４と角速度偏移検出部２５は、本発明に係る血流速度検出手段を構成する。位相差検出部２４と角速度偏移検出部２５の詳細構成図を図２に示す。同図に示すように、位相差検出部２４は、複素変換手段２４aと位相演算手段２４ｂと位相差演算手段２４ｃとから構成され、さらに位相差演算手段２４ｃはレジスタなどの遅延手段２４ｄと差分演算手段２４ｅとから構成されている。また、角速度偏移検出部２５は角速度演算手段２５ａと角速度差演算手段２５ｂとから構成され、さらに角速度差演算手段２５ｂはレジスタなどの遅延手段２５ｃと差分演算手段２５ｄとから構成されている。
【００２３】
このように構成される超音波診断装置の特徴部の詳細構成を、生体の血流を観察する場合を例にとって動作とともに説明する。制御部１５は入力手段１７から入力される計測条件を含めた開始指令に基づいて動作し、送信部１に対して血流計測用の超音波送波ビームを生成させる制御指令を出力する。送信部１は、制御部１５の制御指令に従って、指定されたビームアドレスに対応するパルス状の超音波信号を生成して探触子３に出力する。これにより、探触子３から指定されたビームアドレスの方向の生体内に送波ビームが送波される。すなわち、図３の模式図に示すように、探触子３の複数の振動子から発せられる複数の超音波は、波面が一致する方向に進行する送波ビーム５１として生体内に送波される。この送波ビーム５１が生体内の血管５２の壁や血流内の血球５３で反射され、その反射波であるエコー信号５４が探触子３に受信される。血球５３によって反射されるエコー信号５４は、血球の移動速度(血流速度)及び探触子３に近づく方向か、あるいは遠ざかる方向かによって異なるドプラ効果を受け、エコー信号５４の角速度ωが偏移を受ける。つまり、送波ビーム超音波の角速度ω０に対し、エコー信号５４の角速度がΔω偏移されてω＝（ω０＋Δω）となる。
【００２４】
このように周波数偏移を受けたエコー信号が探触子３で受信され、受信部５と整相部７で周知の信号処理がなされ、受波ビーム信号として信号処理部９の帯域制御フィルタ１９に入力される。受波ビーム信号は、帯域制御フィルタ１９においてノイズ等の周波数成分が除去された後、位相差検出部２４に入力される。
【００２５】
位相差検出部２４に入力される復調後の受波ビーム信号ｘ(ｔ)は、図４に示す実数部Ｉ(t)と虚数部Ｑ(t)のベクトル値を用い、次式の数１で表すことができる。
【００２６】
【数１】
ｘ(t)＝（Ｉ(t)、Ｑ(t)）
ここで、ω≒ω０と近似し、かつ十分に短いサンプリング周期にすれば、送信ビームと受波ビーム信号の実数部Ｉ(t)および虚数部Ｑ(t)は、回転座標系で考えると相対的な位相のずれを無視できる。したがって、受波ビーム信号ｘ(ｔ)の実数部Ｉ(t)および虚数部Ｑ(t)は、次式の数２により求めることができる。
【００２７】
【数２】
Ｉ(t) ≒ｘ(ｔ)×cosω０
Ｑ(t) ≒ｘ(ｔ)×sinω０
数２によって、受波ビーム信号ｘ(ｔ)のＩ(t)とＱ(t)が求まれば、次式の数３により、受波ビーム信号ｘ(t)の任意の時点の位相φ(t)を求めることができる。
【００２８】
【数３】
φ(t)＝atan(Ｑ(t)/Ｉ(t))
但し、
Ｉ(t)及びＱ(t)が正のとき ０≦φ＜π／２
Ｉ (t) が負及びＱ (t) が正のとき π／２≦φ＜π
Ｉ (t) 及びＱ (t) が負のとき π≦φ＜３π／２
Ｉ (t) が正及びＱ (t) が負のとき ３π／２≦φ＜２π
そこで、位相差検出部２４の複素数変換手段２４aは、数２に従って、受波ビーム信号ｘ(ｔ)にcosω０及びsinω０を乗じてＩ(t)とＱ(t)を求めるように構成されている。そして、位相演算手段２４ｂは、求められたＩ(t)とＱ(t)から、数３に従ってφ(t)を求めるように構成されている。ここで、Ｉ(t)とＱ(t)の正負と値に対応させて予め数３の演算をしてφ(t)を求めておき、Ｉ(t)、Ｑ(t)をアドレスとしてφ(t)を読み出すテーブルをメモリに格納しておくことにより、位相演算手段２４ｂを形成することができる。
【００２９】
このようにして、受波ビーム信号ｘ(ｔ)をサンプリング周波数fs（サンプリング周期Ts＝１／fs）でサンプリングしてφ(t)を求める。いま、サンプリング周波数fsによりタイミング（ｔ−１）、（ｔ）、（ｔ＋１）でサンプリングしたとし、各回のサンプリングにより求められた位相がそれぞれφ(t-１)、 φ(t)、 φ(t+１)であったとする。この場合の、受波ビーム信号ｘ(t-１)、 ｘ(ｔ)、ｘ(t+１)の位相関系は、極座標で表わすと図５に示すようになっている。図５から判るように、受波ビーム信号ｘ(ｔ)は、サンプリング周期Tsの間に、角速度ωでｘ(t-１)、 ｘ(ｔ)、ｘ(t+１)のように位相が変化したのであるから、それらの位相差Δφを求めれば、角速度ωを逆算できる。
【００３０】
そこで、位相差検出部２４の位相差演算手段２４ｃは、レジスタなどの遅延手段２４ｄに前回サンプリング時の位相φ(t-１)を格納しておき、差分演算手段２４ｅは今回サンプリング時に求めた位相φ(t)から前回サンプリング時のφ(t-１)を引いて、つまり、次式の数４によって位相差Δφ(t）を求めるように形成されている。
【００３１】
【数４】
Δφ(t)＝φ(t)−φ(t-1)
このようにして求めた位相差Δφ(t）は、角速度偏移検出部２５の角速度演算手段２５ａに入力される。角速度演算手段２５ａは、次式の数５によって今回サンプリング時の角速度ω(t）を求めるように形成されている。なお、サンプリング周波数ｆsは予め設定されているので、位相差Δφ(t）とω(t)を対応付けたテーブルをメモリに格納しておき、位相差Δφ(t）をアドレスとしてω(t)を読み出すようにすることにより、角速度演算手段２５ａを形成することができる。
【００３２】
【数５】
ω(t)＝Δφ(t)ｆs
ここで、血流速度は、送波ビーム超音波の角速度ω ０ に対する受波ビーム信号ｘ（ｔ）の角速度ωの偏移Δωに対応することから、血流速度を求めるには角速度の偏移Δωを求める必要がある。そこで、角速度差演算手段２５ｂは、サンプリングタイミング（ｔ−１）で求められたω（ｔ−１)を遅延手段２５ｃに格納しておき、差分演算手段２５ｄにおいて次式の数６のように、今回のサンプリングで求められたω（ｔ）から前回のω（ｔ−１）を引くことによって、サンプリング間の角速度の変化量Δω´（ｔ）を求めるようになっている。
【００３３】
【数６】
Δω´ (t)＝ω(t)−ω（t-1）
このようにして、１ビームラインに対して１回の送波ビーム照射により、血球の移動により生じた受波ビーム信号の周波数偏移をサンプリングごとに角速度の変化量Δω´（ｔ）から求めることができ、これに基づいて血流速度を求めることができる。その結果、従来のように、１ビームラインに対して複数回の送波ビーム照射をすることなく、血流情報を得ることができるから、フレームレートを高めて、時間分解能を高めることができる。また、フレームレートを従来と同一にすれば、送波ビームのスキャン領域を広げることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の他の特徴部である強度検出部２６及び血流判定部２７について詳細構成を動作とともに説明する。強度検出部２６は、複素数演算手段２４aにより求められた実数部Ｉ(t)と虚数部Ｑ(t)をそれぞれ取り込みそれらの自乗を求める自乗手段２６a、２６bと、自乗手段２６a、２６bにより求められたＩ２(t)とＱ２(t)を加算する加算手段２６ｃと、加算手段２６ｃの出力の平方根を演算する平方根手段２６ｄを有し、これによって受波ビーム信号の信号強度を求めて血流判定部２７に出力するように構成されている。
【００３５】
一方、血流判定部２７は、角速度偏移検出部２５によって計測された角速度の変化量Δω´ (t) に基づいて求めた血流速度に重み付けを行なう判定係数部２７ａと、強度検出部２６によって計測された強度信号に重み付けを行なう判定係数部２７ｂとを有する。そして、これら判定係数部２７a、２７bの出力信号に基づいて、エコー信号が血流に係るものであるか否かを判断する判定手段２７ｃが設けられている。判定手段２７ｃの出力信号は血流判定部２７の出力信号、すなわち血流らしさの度合いを表わす信号として出力される。また、判定手段２７ｃの出力信号は一時的に記憶する判定結果記憶手段２７ｄを介して判定手段２７ｃにフィードバックされるようになっている。
【００３６】
すなわち、受波ビーム信号のサンプリング成分の角速度偏移Δω(t)には、血流により生じた成分の他に、心拍などの体動に係る体動成分に起因するものが含まれているから、それらを区別して血流による成分を抽出する必要がある。一般に、図６に示すように、体動成分１０１の速度は血流成分１０２の速度に比べて低く、血流成分１０２の信号強度は体動成分１０１の信号強度に比べて低いことが知られている。そこで、図２の血流判定部２７の判定係数部２７ａは、図６の関係に基づいて、一定速度以上の信号の場合は重み係数１０３を出力し、判定係数部２７ｂは、信号強度が血流成分に相当する範囲の場合は重み係数１０４を出力する。そして、血流判定部２７は、それらの重み係数１０３，１０４の値から、受波ビーム信号のサンプリング成分が血流成分に係る信号成分か、あるいは心拍などの体動に係る体動成分かを判定し、血流らしさの度合い信号を出力するようになっている。このように構成される血流判定部２７は、メモリ及びディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現できる。
【００３７】
このようにして求められた角速度の変化量Δω´（ｔ）及び血流らしさの度合いは、それぞれカラーマッピング部３４及び血流輝度変換部３５に入力され、血流速度に応じた色付け及び血流らしさの度合いに応じた輝度に変換されてデータメモリ３１に格納される。データメモリ３１に格納された血流速度の応じた色付けデータ及び血流らしさの度合いに応じた輝度データは、ＤＳＣ３７により画像データに変換され、フレームメモリ３８、重畳処理部３９、画像インターフェイス４１を介して表示部に血流像として表示される。
【００３８】
図７に本実施形態による血流像の一例を示す。血流速度又は平均速度、及び血流速度の分布に相当する分散に応じてカラーマッピング部３４において色付けすることにより、血流カラー信号と血流らしさの度合い信号とを同一画像情報として融合することができる。また、血流が存在する部位の信号強度の輝度を低い値にすることにより、血流と組織との分別を明瞭にすることができ、血流の微妙な変化を表現することができる。
【００３９】
上述したように、本実施形態によれば、１ビームラインに対して１回の送波ビーム照射により、血球の移動により生じた受波ビーム信号の周波数偏移を求めて血流速度を計測でき、同様に、血流の信号強度を計測することができる。その結果、従来のように、１ビームラインに対して複数回の送波ビーム照射をすることなく、血流情報を得ることができるから、フレームレートを高めて、時間分解能を高めることができる。また、フレームレートを従来と同一にすれば、送波ビームのスキャン領域を広げることができる。
【００４０】
図８に、位相差検出部２４の他の実施形態を示す。本実施形態は、図示のように、位相演算手段２４ｂと位相差演算手段２４ｃとの間に、ラインメモリ２４ｆと１次空間フィルタ２４ｇを挿入している点が、図２の位相差検出部２４と相違する。本実施形態は、１本のビームラインに２回以上送波ビームを照射し、それに対応して２回以上受信される受波ビームの角速度偏移に基づいて、血流速度を計測することにより、検出感度ないし精度を向上させるようにしたものである。すなわち、位相演算手段２４ｂからサンプリング周期ごとに出力される位相φ(t)を、ラインメモリ２４ｆに前回以前に受波された１本又は複数本の受波ビーム分記憶しておく。そして、今回計測された受波ビームの位相φ(t)と前回以前に受波された受波ビームの位相φ(t)とを１次元空間フィルタ２４ｇに入力する。１次元空間フィルタ２４ｇは、受波ビームラインの深度方向が対応するサンプリング点における複数の位相φ(t)の値に基づいて、一定の範囲で一致する位相φ(t)の値を出力するようになっている。これにより、位相検出の精度を向上させることができる。その結果、図２の実施形態に比べて、位相差演算手段２４ｃにおいて求まる位相差Δφ(t)は、サンプリング方向(深度方向)とビームラインの時間ずれ方向の２次元空間の位相差になるから、血流速度の計測精度及び血流判定における判定精度を向上させることができる。
【００４１】
また、図２の実施形態と図８の実施形態の両方の機能を設け、図９に示すように、感度重視か、フレームレート重視（時間分解能重視）かの選択メニューを画像に一部に表示して、入力手段１７などにより選択可能にすることができる。この場合、制御部１５により、送受信回数や各部の演算係数を選択に合わせて制御する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物理的な定量性のある血流情報を計測でき、かつ血流像の時間分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】図１の超音波診断装置の特徴部に係る血流情報計測部の詳細な構成を示す図である。
【図３】血流によるドプラー効果を説明する図である。
【図４】送信波とドプラ効果を受けた受信波を実数部Ｉと虚数部Ｑとに分けて複素数のベクトル量として示した図である。
【図５】サンプリング周期ごとの受波ビーム信号のベクトルを極座標で表わした図である。
【図６】血流成分と体動成分の速度と強度の関係及び重み係数の設定パターンを示した線図である。
【図７】図２の実施形態により得られる血流像の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る位相差検出部の他の実施形態を示す構成図である。
【図９】図１と図２の実施形態を組合わせた超音波診断装置により得られる血流像及び選択メニューの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 送信部
３ 探触子
５ 受信部
７ 整相部
９ 信号処理部
１１ 画像処理部
１３ 表示部
１５ 制御部
１７ 入力手段
１９ 帯域制御フィルタ
２４ 位相差検出部
２５ 角速度偏移検出部
２６ 強度検出部
２７ 血流判定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に血流の速度、強度、分散等の血流情報を計測して画像等により表示する機能を備えた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、超音波探触子を介して被検体である生体に超音波ビームを送信し、生体の組織等から反射されるエコー信号を計測し、そのエコー信号に基づいて診断に必要な情報を画像等により表示するものであり、例えば血管に関する情報を血流像として画像化することが知られている。
【０００３】
血流情報は、血球の移動によりエコー信号の超音波周波数がドプラシフトすることを利用して計測するものであり、エコー信号の周波数の偏移量(シフト量)を抽出し、血流速度等として画像化して可視化することが行なわれている。このような血流像を得る方法として、ドプラモード、カラーモード、あるいはパワーモードと称される手法が知られている。ドプラモードは、あるサンプリング点の周波数応答をファーストフーリエ変換（ＦＦＴ）処理により求め、縦軸を周波数、横軸を時間としてグラフに表わしている。
【０００４】
一方、カラーモード又はパワーモードは、ある関心領域において同一のビームラインに送波ビームを複数回照射し、これに対応する複数回の受波ビーム信号を受信し、各サンプリング点の自己相関をとって、血流の平均流速、分散量、強度等を求めてカラー画像化するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法は、血流情報を抽出するために、同一のビームラインに対して複数回の送受波を必要としている。例えば、ドプラモードの場合は２ｎ（例えば、１２８回又は２５６回等）、カラーモードやパワーモードの場合は約１０回程度繰返す必要がある。そのため、単位時間あたりに表示できる画像枚数であるフレームレートが低下し、血流像の時間分解能を向上することができないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、他の手法として、超音波断層像のＲＦ信号について２回〜４回程度の差分処理を行なうとともに、血流に対応する高周波成分を抽出して低周波成分を除去する広域通過フィルタ処理をして血流情報を計測することが提案されている。この手法によれば、血流像のフレームレートを高くして、時間分解能を向上することができる。しかし、カラーモードやパワーモードに比べて、血流情報の検出感度が低下し、しかも得られる血流情報が血流速度などの変化の有無に止まり、物理的な定量性がないという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、物理的な定量性のある血流情報を計測でき、かつ時間分解能を向上させることができる血流計測法を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体に超音波の送波ビームを照射するとともに被検体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、該超音波探触子から出力されるエコー信号を整相して受波ビーム信号を生成する整相手段と、該整相手段から出力される受波ビーム信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される受波ビーム信号に基づいて表示画像情報を生成する画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを有してなり、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段を有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、血球から反射されるエコー信号は血球の速度に応じてドプラ効果により周波数が偏移する。この周波数偏移に応じて受波ビーム信号の角速度が変化するから、その角速度を検出すれば血流速度を検出することができる。したがって、本発明によれば、１ビームラインに対して送波ビームの１回照射し、その受波ビーム信号の角速度の変化を検出するだけで、血流速度を定量的に検出することができる。その結果、２次元血流像を撮像する時間を短縮することができるから、フレームレートを高くして、時間分解能を向上することができる。
【００１０】
ここで、受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段の第１の構成として、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出し、今回サンプリング時の位相と一サンプリング周期前の位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有して構成することができる。
【００１１】
また、血流速度検出手段の第２の構成として、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する位相検出手段と、複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する１次元空間フィルタと、該１次元空間フィルタから出力される検出位相のうち前後するサンプリング周期間の位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有して構成することができる。
【００１２】
この第２の構成によれば、サンプリング方位とビームラインの時間ずれ方位の２次元的な位相差に基づいて血流速度を求めていることから、検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、前記位相差検出手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号を複素数に変換する複素変換手段により複素数に変換された複素数信号に基づいて、受波ビーム信号の位相を検出することができる。
【００１４】
さらに、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の強度を検出する信号強度検出手段と、該信号強度検出手段から出力される信号強度と前記血流速度検出手段から出力される血流速度に、それぞれ信号強度と血流速度の範囲に応じて定められた係数を乗じて血流らしさの度合いを求める血流判定手段とを有して構成することができる。
【００１５】
また、送波ビームは、高帯域な超音波であることが好ましい。
【００１６】
さらに、血流速度検出手段を、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する第１の位相検出手段と、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出するとともに、複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する第２の位相検出手段とを備えて構成し、前記第１又は第２の位相検出手段により検出された今回サンプリング時の検出位相と前回のサンプリング時の検出位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求めるようにすることができる。
【００１７】
この場合、制御部により表示部に血流計測について感度重視又はフレームレート重視の一方を選択するメニュー画面を表示し、選択されたメニューに応じて前記送波ビームの照射を制御するとともに、前記第１と第２の位相検出手段を制御するものとすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置は、送信部１、探触子３、受信部５、整相部７、信号処理部９、画像処理部１１、表示部１３、制御部１５及び入力手段１７を有して構成される。送信部１は、制御部１５から与えられる指令に応答して、超音波パルス信号を生成して探触子３に出力する。探触子３は、列状または面状に並べられてなる図示しない複数の振動子を有し、送信部１から出力された超音波パルス信号により複数の振動子が駆動され、被検体内に超音波の送波ビームを照射するようになっている。この送波ビームが被検体内の組織や血球により反射されてなるエコー信号は、探触子３の振動子で受波され、受信信号として受信部５に入力される。受信信号は受信部５において増幅された後、整相部７において整相加算処理され、受波ビーム信号が生成される。
【００１９】
信号処理部９は、帯域制御フィルタ１９、強度検出部２１、ドプラ演算部（ＤＯＰ）２２、カラードプラ演算部（Ｃｏｌｏｒ）２３、位相差検出部２４、角速度偏移検出部２５、強度検出部２６及び血流判定部２７を備えて構成される。また、画像処理部１１は、強度輝度変換部３１、周波数輝度変換部３２、カラーマッピング部３３、カラーマッピング部３４、血流輝度変換部３５、データメモリ３６、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３７、フレームメモリ３８、重畳処理部３９、画像メモリ４０、画像インターフェイス部４１を有して構成される。制御部１５は超音波計測に係る一連の処理や動作を制御するものであり、入力手段１７から入力される指令に応じて制御を開始する。
【００２０】
ここで、本実施形態の特徴部は、図中破線で囲まれた位相差検出部２４、角速度偏移検出部２５、強度検出部２６及び血流判定部２７と、カラーマッピング部３４及び血流輝度変換部３５にある。
【００２１】
このように構成される信号処理部９と画像処理部１１の基本動作を説明する。整相部７から出力された受波ビーム信号は、周知の帯域制御フィルタ１９において体動などのノイズ周波数成分が除去される。強度検出部２１は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に対して検波処理、圧縮処理等の処理を施して信号強度を検出する。検出された信号強度は画像処理部１１の強度輝度変換部３１において輝度信号に変換されてデータメモリ３６に格納される。ドプラ演算部（ＤＯＰ）２２は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に基づいて血流速度に相当する周波数偏移を算出する。算出された周波数偏移は画像処理部１１の周波数輝度変換部３２において輝度信号に変換されてデータメモリ３６に格納される。カラードプラ演算部２３は、帯域制御フィルタ１９から出力される受波ビーム信号に基づいて、平均血流速度及び血流速度の分布を表わす分散を抽出する。抽出された平均血流速度及び分散情報は、画像処理部１１のカラーマッピング部３３においてカラー表示するためマッピング処理され、データメモリ３６に格納される。データメモリに格納されたデータ配列は、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３７により画像表示配列に変換されてフレームメモリ３８に格納される。フレームメモリ３８に格納された各種の画像フレームや状態設定などのキャラクタ表示フレームは、適宜読み出されて重畳処理部３９で合成される。重畳処理部３９から出力される画像データは、画像インターフェイス４１を介して表示部１３に送られて表示される。また、画像メモリ４０は、重畳処理部３９から出力される画像データを格納するとともに、適宜読み出されて表示部１３に表示される。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴部である図中破線で囲まれた部分の信号処理部及び画像処理部について詳細に説明する。図１において、位相差検出部２４と角速度偏移検出部２５は、本発明に係る血流速度検出手段を構成する。位相差検出部２４と角速度偏移検出部２５の詳細構成図を図２に示す。同図に示すように、位相差検出部２４は、複素変換手段２４aと位相演算手段２４ｂと位相差演算手段２４ｃとから構成され、さらに位相差演算手段２４ｃはレジスタなどの遅延手段２４ｄと差分演算手段２４ｅとから構成されている。また、角速度偏移検出部２５は角速度演算手段２５ａと角速度差演算手段２５ｂとから構成され、さらに角速度差演算手段２５ｂはレジスタなどの遅延手段２５ｃと差分演算手段２５ｄとから構成されている。
【００２３】
このように構成される超音波診断装置の特徴部の詳細構成を、生体の血流を観察する場合を例にとって動作とともに説明する。制御部１５は入力手段１７から入力される計測条件を含めた開始指令に基づいて動作し、送信部１に対して血流計測用の超音波送波ビームを生成させる制御指令を出力する。送信部１は、制御部１５の制御指令に従って、指定されたビームアドレスに対応するパルス状の超音波信号を生成して探触子３に出力する。これにより、探触子３から指定されたビームアドレスの方向の生体内に送波ビームが送波される。すなわち、図３の模式図に示すように、探触子３の複数の振動子から発せられる複数の超音波は、波面が一致する方向に進行する送波ビーム５１として生体内に送波される。この送波ビーム５１が生体内の血管５２の壁や血流内の血球５３で反射され、その反射波であるエコー信号５４が探触子３に受信される。血球５３によって反射されるエコー信号５４は、血球の移動速度(血流速度)及び探触子３に近づく方向か、あるいは遠ざかる方向かによって異なるドプラ効果を受け、エコー信号５４の角速度ωが偏移を受ける。つまり、送波ビーム超音波の角速度ω０に対し、エコー信号５４の角速度がΔω偏移されてω＝（ω０＋Δω）となる。
【００２４】
このように周波数偏移を受けたエコー信号が探触子３で受信され、受信部５と整相部７で周知の信号処理がなされ、受波ビーム信号として信号処理部９の帯域制御フィルタ１９に入力される。受波ビーム信号は、帯域制御フィルタ１９においてノイズ等の周波数成分が除去された後、位相差検出部２４に入力される。
【００２５】
位相差検出部２４に入力される復調後の受波ビーム信号ｘ(ｔ)は、図４に示す実数部Ｉ(t)と虚数部Ｑ(t)のベクトル値を用い、次式の数１で表すことができる。
【００２６】
【数１】
ｘ(t)＝（Ｉ(t)、Ｑ(t)）
ここで、ω≒ω０と近似し、かつ十分に短いサンプリング周期にすれば、送信ビームと受波ビーム信号の実数部Ｉ(t)および虚数部Ｑ(t)は、回転座標系で考えると相対的な位相のずれを無視できる。したがって、受波ビーム信号ｘ(ｔ)の実数部Ｉ(t)および虚数部Ｑ(t)は、次式の数２により求めることができる。
【００２７】
【数２】
Ｉ(t) ≒ｘ(ｔ)×cosω０
Ｑ(t) ≒ｘ(ｔ)×sinω０
数２によって、受波ビーム信号ｘ(ｔ)のＩ(t)とＱ(t)が求まれば、次式の数３により、受波ビーム信号ｘ(t)の任意の時点の位相φ(t)を求めることができる。
【００２８】
【数３】
φ(t)＝atan(Ｑ(t)/Ｉ(t))
但し、
Ｉ(t)及びＱ(t)が正のとき ０≦φ＜π／２
Ｉ (t) が負及びＱ (t) が正のとき π／２≦φ＜π
Ｉ (t) 及びＱ (t) が負のとき π≦φ＜３π／２
Ｉ (t) が正及びＱ (t) が負のとき ３π／２≦φ＜２π
そこで、位相差検出部２４の複素数変換手段２４aは、数２に従って、受波ビーム信号ｘ(ｔ)にcosω０及びsinω０を乗じてＩ(t)とＱ(t)を求めるように構成されている。そして、位相演算手段２４ｂは、求められたＩ(t)とＱ(t)から、数３に従ってφ(t)を求めるように構成されている。ここで、Ｉ(t)とＱ(t)の正負と値に対応させて予め数３の演算をしてφ(t)を求めておき、Ｉ(t)、Ｑ(t)をアドレスとしてφ(t)を読み出すテーブルをメモリに格納しておくことにより、位相演算手段２４ｂを形成することができる。
【００２９】
このようにして、受波ビーム信号ｘ(ｔ)をサンプリング周波数fs（サンプリング周期Ts＝１／fs）でサンプリングしてφ(t)を求める。いま、サンプリング周波数fsによりタイミング（ｔ−１）、（ｔ）、（ｔ＋１）でサンプリングしたとし、各回のサンプリングにより求められた位相がそれぞれφ(t-１)、 φ(t)、 φ(t+１)であったとする。この場合の、受波ビーム信号ｘ(t-１)、 ｘ(ｔ)、ｘ(t+１)の位相関系は、極座標で表わすと図５に示すようになっている。図５から判るように、受波ビーム信号ｘ(ｔ)は、サンプリング周期Tsの間に、角速度ωでｘ(t-１)、 ｘ(ｔ)、ｘ(t+１)のように位相が変化したのであるから、それらの位相差Δφを求めれば、角速度ωを逆算できる。
【００３０】
そこで、位相差検出部２４の位相差演算手段２４ｃは、レジスタなどの遅延手段２４ｄに前回サンプリング時の位相φ(t-１)を格納しておき、差分演算手段２４ｅは今回サンプリング時に求めた位相φ(t)から前回サンプリング時のφ(t-１)を引いて、つまり、次式の数４によって位相差Δφ(t）を求めるように形成されている。
【００３１】
【数４】
Δφ(t)＝φ(t)−φ(t-1)
このようにして求めた位相差Δφ(t）は、角速度偏移検出部２５の角速度演算手段２５ａに入力される。角速度演算手段２５ａは、次式の数５によって今回サンプリング時の角速度ω(t）を求めるように形成されている。なお、サンプリング周波数ｆsは予め設定されているので、位相差Δφ(t）とω(t)を対応付けたテーブルをメモリに格納しておき、位相差Δφ(t）をアドレスとしてω(t)を読み出すようにすることにより、角速度演算手段２５ａを形成することができる。
【００３２】
【数５】
ω(t)＝Δφ(t)ｆs
ここで、血流速度は、送波ビーム超音波の角速度ω ０ に対する受波ビーム信号ｘ（ｔ）の角速度ωの偏移Δωに対応することから、血流速度を求めるには角速度の偏移Δωを求める必要がある。そこで、角速度差演算手段２５ｂは、サンプリングタイミング（ｔ−１）で求められたω（ｔ−１)を遅延手段２５ｃに格納しておき、差分演算手段２５ｄにおいて次式の数６のように、今回のサンプリングで求められたω（ｔ）から前回のω（ｔ−１）を引くことによって、サンプリング間の角速度の変化量Δω´（ｔ）を求めるようになっている。
【００３３】
【数６】
Δω´ (t)＝ω(t)−ω（t-1）
このようにして、１ビームラインに対して１回の送波ビーム照射により、血球の移動により生じた受波ビーム信号の周波数偏移をサンプリングごとに角速度の変化量Δω´（ｔ）から求めることができ、これに基づいて血流速度を求めることができる。その結果、従来のように、１ビームラインに対して複数回の送波ビーム照射をすることなく、血流情報を得ることができるから、フレームレートを高めて、時間分解能を高めることができる。また、フレームレートを従来と同一にすれば、送波ビームのスキャン領域を広げることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の他の特徴部である強度検出部２６及び血流判定部２７について詳細構成を動作とともに説明する。強度検出部２６は、複素数演算手段２４aにより求められた実数部Ｉ(t)と虚数部Ｑ(t)をそれぞれ取り込みそれらの自乗を求める自乗手段２６a、２６bと、自乗手段２６a、２６bにより求められたＩ２(t)とＱ２(t)を加算する加算手段２６ｃと、加算手段２６ｃの出力の平方根を演算する平方根手段２６ｄを有し、これによって受波ビーム信号の信号強度を求めて血流判定部２７に出力するように構成されている。
【００３５】
一方、血流判定部２７は、角速度偏移検出部２５によって計測された角速度の変化量Δω´ (t) に基づいて求めた血流速度に重み付けを行なう判定係数部２７ａと、強度検出部２６によって計測された強度信号に重み付けを行なう判定係数部２７ｂとを有する。そして、これら判定係数部２７a、２７bの出力信号に基づいて、エコー信号が血流に係るものであるか否かを判断する判定手段２７ｃが設けられている。判定手段２７ｃの出力信号は血流判定部２７の出力信号、すなわち血流らしさの度合いを表わす信号として出力される。また、判定手段２７ｃの出力信号は一時的に記憶する判定結果記憶手段２７ｄを介して判定手段２７ｃにフィードバックされるようになっている。
【００３６】
すなわち、受波ビーム信号のサンプリング成分の角速度偏移Δω(t)には、血流により生じた成分の他に、心拍などの体動に係る体動成分に起因するものが含まれているから、それらを区別して血流による成分を抽出する必要がある。一般に、図６に示すように、体動成分１０１の速度は血流成分１０２の速度に比べて低く、血流成分１０２の信号強度は体動成分１０１の信号強度に比べて低いことが知られている。そこで、図２の血流判定部２７の判定係数部２７ａは、図６の関係に基づいて、一定速度以上の信号の場合は重み係数１０３を出力し、判定係数部２７ｂは、信号強度が血流成分に相当する範囲の場合は重み係数１０４を出力する。そして、血流判定部２７は、それらの重み係数１０３，１０４の値から、受波ビーム信号のサンプリング成分が血流成分に係る信号成分か、あるいは心拍などの体動に係る体動成分かを判定し、血流らしさの度合い信号を出力するようになっている。このように構成される血流判定部２７は、メモリ及びディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現できる。
【００３７】
このようにして求められた角速度の変化量Δω´（ｔ）及び血流らしさの度合いは、それぞれカラーマッピング部３４及び血流輝度変換部３５に入力され、血流速度に応じた色付け及び血流らしさの度合いに応じた輝度に変換されてデータメモリ３１に格納される。データメモリ３１に格納された血流速度の応じた色付けデータ及び血流らしさの度合いに応じた輝度データは、ＤＳＣ３７により画像データに変換され、フレームメモリ３８、重畳処理部３９、画像インターフェイス４１を介して表示部に血流像として表示される。
【００３８】
図７に本実施形態による血流像の一例を示す。血流速度又は平均速度、及び血流速度の分布に相当する分散に応じてカラーマッピング部３４において色付けすることにより、血流カラー信号と血流らしさの度合い信号とを同一画像情報として融合することができる。また、血流が存在する部位の信号強度の輝度を低い値にすることにより、血流と組織との分別を明瞭にすることができ、血流の微妙な変化を表現することができる。
【００３９】
上述したように、本実施形態によれば、１ビームラインに対して１回の送波ビーム照射により、血球の移動により生じた受波ビーム信号の周波数偏移を求めて血流速度を計測でき、同様に、血流の信号強度を計測することができる。その結果、従来のように、１ビームラインに対して複数回の送波ビーム照射をすることなく、血流情報を得ることができるから、フレームレートを高めて、時間分解能を高めることができる。また、フレームレートを従来と同一にすれば、送波ビームのスキャン領域を広げることができる。
【００４０】
図８に、位相差検出部２４の他の実施形態を示す。本実施形態は、図示のように、位相演算手段２４ｂと位相差演算手段２４ｃとの間に、ラインメモリ２４ｆと１次空間フィルタ２４ｇを挿入している点が、図２の位相差検出部２４と相違する。本実施形態は、１本のビームラインに２回以上送波ビームを照射し、それに対応して２回以上受信される受波ビームの角速度偏移に基づいて、血流速度を計測することにより、検出感度ないし精度を向上させるようにしたものである。すなわち、位相演算手段２４ｂからサンプリング周期ごとに出力される位相φ(t)を、ラインメモリ２４ｆに前回以前に受波された１本又は複数本の受波ビーム分記憶しておく。そして、今回計測された受波ビームの位相φ(t)と前回以前に受波された受波ビームの位相φ(t)とを１次元空間フィルタ２４ｇに入力する。１次元空間フィルタ２４ｇは、受波ビームラインの深度方向が対応するサンプリング点における複数の位相φ(t)の値に基づいて、一定の範囲で一致する位相φ(t)の値を出力するようになっている。これにより、位相検出の精度を向上させることができる。その結果、図２の実施形態に比べて、位相差演算手段２４ｃにおいて求まる位相差Δφ(t)は、サンプリング方向(深度方向)とビームラインの時間ずれ方向の２次元空間の位相差になるから、血流速度の計測精度及び血流判定における判定精度を向上させることができる。
【００４１】
また、図２の実施形態と図８の実施形態の両方の機能を設け、図９に示すように、感度重視か、フレームレート重視（時間分解能重視）かの選択メニューを画像に一部に表示して、入力手段１７などにより選択可能にすることができる。この場合、制御部１５により、送受信回数や各部の演算係数を選択に合わせて制御する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、物理的な定量性のある血流情報を計測でき、かつ血流像の時間分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる超音波診断装置の一実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】図１の超音波診断装置の特徴部に係る血流情報計測部の詳細な構成を示す図である。
【図３】血流によるドプラー効果を説明する図である。
【図４】送信波とドプラ効果を受けた受信波を実数部Ｉと虚数部Ｑとに分けて複素数のベクトル量として示した図である。
【図５】サンプリング周期ごとの受波ビーム信号のベクトルを極座標で表わした図である。
【図６】血流成分と体動成分の速度と強度の関係及び重み係数の設定パターンを示した線図である。
【図７】図２の実施形態により得られる血流像の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る位相差検出部の他の実施形態を示す構成図である。
【図９】図１と図２の実施形態を組合わせた超音波診断装置により得られる血流像及び選択メニューの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 送信部
３ 探触子
５ 受信部
７ 整相部
９ 信号処理部
１１ 画像処理部
１３ 表示部
１５ 制御部
１７ 入力手段
１９ 帯域制御フィルタ
２４ 位相差検出部
２５ 角速度偏移検出部
２６ 強度検出部
２７ 血流判定部
Claims (7)
- 被検体に超音波の送波ビームを照射するとともに被検体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、該超音波探触子から出力されるエコー信号を整相して受波ビーム信号を生成する整相手段と、該整相手段から出力される受波ビーム信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される受波ビーム信号に基づいて表示画像情報を生成する画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを有してなり、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段を有し、該血流速度検出手段は、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出し、今回サンプリング時の位相と一サンプリング周期前の位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有してなることを特徴とする超音波診断装置。
- 被検体に超音波の送波ビームを照射するとともに被検体から反射されるエコー信号を受信する超音波探触子と、該超音波探触子から出力されるエコー信号を整相して受波ビーム信号を生成する整相手段と、該整相手段から出力される受波ビーム信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される受波ビーム信号に基づいて表示画像情報を生成する画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを有してなり、前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段を有し、該血流速度検出手段は、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する位相検出手段と、
複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する１次元空間フィルタと、
該１次元空間フィルタから出力される検出位相のうち前後するサンプリング周期間の位相差を求める位相差検出手段と、
該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有してなることを特徴とする超音波診断装置。 - 前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号を複素数に変換する複素変換手段を有し、前記位相差検出手段は前記複素数に変換された複素数信号に基づいて前記受波ビーム信号の位相を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
- 前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の強度を検出する信号強度検出手段と、該信号強度検出手段から出力される信号強度と前記血流速度検出手段から出力される血流速度に、それぞれ信号強度と血流速度の範囲に応じて定められた係数を乗じて血流らしさの度合いを求める血流判定手段とを有してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。
- 前記送波ビームは、高帯域な超音波であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
- 被検体に超音波の送波ビームを照射するとともに被検体から反射されるエコーを受信する超音波探触子と、該超音波探触子から出力されるエコー信号を整相して受波ビーム信号を生成する整相手段と、該整相手段から出力される受波ビーム信号を処理する信号処理手段と、該信号処理手段から出力される受波ビーム信号に基づいて表示画像情報を生成する画像生成手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを有してなり、
前記信号処理手段は、前記整相手段から出力される受波ビーム信号の角速度の変化を検出して血流速度を検出する血流速度検出手段を有し、
前記血流速度検出手段は、１ビームラインへの１回の送波ビームの照射に対応する受波ビーム信号を一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出する第１の位相検出手段と、前記送波ビームを同一のビームライン方向に複数回照射して得られる複数の受波ビーム信号について、受波ビーム信号ごとに一定周期でサンプリングしてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の位相を検出するとともに、複数の受波ビーム信号の対応するサンプリング周期において前記位相検出手段により検出された位相を比較して、確度の高い位相を検出位相として出力する第２の位相検出手段と、 前記第１又は第２の位相検出手段により検出された今回サンプリング時の検出位相と前回のサンプリング時の検出位相との位相差を求める位相差検出手段と、該位相差検出手段により求められた位相差に基づいてサンプリング周期ごとの受波ビーム信号の角速度を求め、今回サンプリング時の角速度と一サンプリング周期前の角速度との差を求めて角速度の変化量を求める角速度変化検出手段とを有してなることを特徴とする超音波診断装置。 - 前記制御部は、前記表示部に血流計測について感度重視又はフレームレート重視の一方を選択するメニュー画面を表示し、選択されたメニューに応じて前記送波ビームの照射を制御するとともに、前記第１と第２の位相検出手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
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