JP4537754B2 - 超音波診断装置及びパルスドプラ計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、血球等の移動体から得られるドプラ信号に基づいて移動体の可視化を行なう超音波診断装置及びパルスドプラ計測装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を前記圧電振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像が容易に観察できるため、生体の各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。

生体内の各組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波画像診断において不可欠なものとなっている。

カラードプラ法は、超音波パルスにより生体内の所定断面を走査し、血液（血球）など移動する反射体に対して超音波が照射された場合に、上記反射体の速度（血流速度）に対応して生ずるドプラ周波数偏移を捉えて画像化を行なうものである。このカラードプラ法は、当初、血流速度の速い心腔内血流の画像化に用いられたが、今日では、腹部臓器の組織血流など極めて遅い血流の画像化に対しても適用が可能となってきている。

このカラードプラ法における診断能を高めるためには、優れた計測精度（低流速検出能及び高流速検出能）や時間分解能、更には、空間分解能が要求される。

移動している反射体に対して時間間隔Ｔ毎に超音波パルスを照射し、その反射波のドプラ周波数偏移から反射体の移動速度を計測する場合、折り返りなく検出可能な最高流速Ｖｍａｘはサンプリング定理より次式（１）で決定される。但し、Ｃは被検体内の超音波速度、ｆ０は受信超音波の中心周波数、Ｔは送信間隔である。

受信超音波の中には血球からの反射波の他に組織からの反射波（クラッタ信号）が含まれ、このクラッタ信号を取り除くために同一方向からの受信超音波のデータ列（以下パケットと呼ぶ）に対してウォールフィルタと呼ばれるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が用いられる。血流の低流速検出能は、このウォールフィルタのカットオフ周波数と肩特性で略決定され、低いカットオフ周波数と急峻な肩特性を実現するにはある一定以上の観測時間が必要となる。

同一設計法によるウォールフィルタの場合、カットオフ周波数は観測時間に比例して小さくすることができる。即ち、低流速検出能は観測時間に比例する。従って、送信周期Ｔｒを長くするかあるいはパケットサイズＮ（同一方向に送信する数）を多くすることによって低流速検出能は向上することができる。送信周期Ｔｒを長くする方法として、所定の走査方向に対して超音波送受波（以下、送受波）を繰り返す間に他の走査方向に対する送受波を行なう方法（以下では、交互走査法と呼ぶ）がある（例えば、特許文献１参照。）。

図１９は、上記特許文献１に記載されているＭ（Ｍ＝３）段の交互走査法の具体例を示したものであり、上段はセクタ走査における送受波方向（以下では、ラスタと呼ぶ）Ｒ１乃至ＲＰを、又、下段は各ラスタに対する超音波の送受波順序を示している。即ち、図１９（ａ）に示す方法では、まず、時刻ｔ１においてラスタＲ１に送受波を行い、次いで、時刻ｔ２においてラスタＲ２に、又、時刻ｔ３においてラスタＲ３に対する送受波を行う。次いで、時刻ｔ４乃至ｔ６及び時刻ｔ７乃至時刻ｔ９において再度ラスタＲ１乃至Ｒ３に対する送受波を繰り返し行う。即ち、Ｍ（Ｍ＝３）の方向に対して交互に超音波の送受波を繰り返す。このようにしてラスタＲ１乃至Ｒ３の各々の方向に対し送信間隔Ｔｓ（Ｔｓ＝３Ｔｒ）でＮ（Ｎ＝３）回の送受波が完了したならば、ラスタＲ４乃至Ｒ６、ラスタＲ７乃至Ｒ９・・・に対しても同様にして送信間隔ＴｓによるＮ回の送受波を行う。

一方、図１９（ｂ）に示す方法では、先ず、時刻ｔ１においてラスタＲ１に対して送受波を行ったならば、時刻ｔ２及びｔ３において送受波を休止し、時刻ｔ４において再びラスタＲ１に対して、そして時刻ｔ５においてラスタＲ２に対して送受波を行う。次いで、時刻ｔ６で休止した後、時刻ｔ７乃至ｔ９においてラスタＲ１乃至Ｒ３に送受波を行い、更に、時刻ｔ１０乃至ｔ１３においてラスタＲ１乃至Ｒ４に、又、時刻ｔ１４乃至ｔ１７においてラスタＲ２乃至Ｒ５に対して送受波を行う。このようにしてラスタを１本ずつシフトさせながら、Ｍ（Ｍ＝４）段の交互走査を行ない、１つのラスタに対して送信間隔Ｔｓ（Ｔｓ＝３Ｔｒ）でＮ＝４回の送受波を行う。

所定のラスタにおいて間隔Ｔｓで得られるデータ数（パケットサイズ）をＮ、１枚の画像データを生成するための送受波方向数（ラスタ数）をＬ、交互スキャンの段数をＭとした場合、カラードプラ画像データの生成あるいは表示におけるフレームレート（単位時間当たりの画像枚数）Ｆｒは次式（２）によって示される。即ち、フレームレートＦｒはパケットサイズＮに反比例し、交互スキャン段数Ｍに比例する。

尚、以下では、図１９（ａ）の交互走査法を順次交互走査法、図１９（ｂ）の交互走査法を定間隔交互走査法と呼ぶ。

一方、フレームレートを低下させることなく高流速検出能と低流速検出能を維持する方法として複数の周波数を使用する方法と不等間隔の送受波を行なう方法がある。

複数の周波数を使用する方法は、上式（１）において複数の超音波周波数を用いる方法であり、例えば、中心周波数がｆ１及びｆ２の超音波パルスを用いて被検体に対して送受波を行ない、得られた夫々の受信信号におけるドプラ信号成分の位相差に基づいて折り返り補正を行なう。

又、不等間隔の送受波を行なう方法は一般にスタガパルス方式と呼ばれ、２つの異なる送信間隔Ｔ１及びＴ２（Ｔ１＜Ｔ２）で超音波送受信を行なう。そして、送信間隔Ｔ１及びＴ２で隣接して得られた受信信号の位相差から規格化速度（折り返り速度を０．５とした速度）Ｖ１及びＶ２を求め、次式（３）によって血流速度Ｖ１２を求める。この方法によって、折り返り速度（即ち、高流速検出能Ｖｍａｘ）は従来方法の折り返り速度のＴ１／（Ｔ２−Ｔ１）に改善される（例えば、特許文献２参照。）。

特開昭６４−４３２３７号公報（第３−４頁、第５−６図） 特開平４−１９７２５０号公報（第３−５頁、第３−４図）

しかしながら、上述の特許文献１の方法は、腹部などの比較的遅い血流の計測を目的として提案されたものであり、フレームレートを一定とした場合、低流速検出能はＭ倍に向上するが高流速検出能Ｖｍａｘは１／Ｍとなり、速い血流に対する折り返り現象の発生頻度が高くなる。即ち、この方法を比較的速い血流の計測に適用することはできない。

一方、複数の周波数を使用する方法によれば、使用する超音波周波数が異なるため生体内における超音波減衰や受信信号間の干渉（所謂、スペックル）が異なり、高い計測精度を得ることができない。

更に、特許文献２の方法では、固定反射体からの受信信号（クラッタ信号）を排除するためのウォールフィルタ（ＭＴＩフィルタ）の周波数特性において、Ｔｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）の整数倍の規格化速度成分は十分な感度が得られないブラインド速度となり、このブラインド速度近傍における血流速度の推定が困難となる。又、この方法では、異なる送信間隔Ｔ１及びＴ２の送受波によって得られたドプラ信号における位相差θ１及びθ２を求め、更に、これらの位相差θ１及びθ２の差に基づいて血流速度を推定するため、得られた血流速度はノイズの影響を受けて不安定になり易く、特に、受信超音波の干渉によって発生するスペックルノイズにより無視できない計測誤差が発生する。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレーム周波数を低減させることなく低流速検出能と高流速検出能に優れた移動体の可視化を可能とする超音波診断装置及びパルスドプラ計測装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対して超音波送受波を行なうための電気音響変換素子を備えた超音波プローブと、前記被検体の複数方向に対して超音波送波を行なう送波方向制御手段と、前記電気音響変換素子を駆動して前記被検体内の所定方向に対して異なる送信間隔を有する第１の送信間隔の超音波送波と第２の送信間隔の超音波送波を行ない、更に、前記所定方向あるいはこの所定方向に近接した方向に対して前記第１の送信間隔及び前記第２の送信間隔の何れより小さな間隔の第３の送信間隔の超音波送波を行なう送信手段と、前記超音波送波によって得られた受信信号から前記被検体内の移動体によるドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、前記第１の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた前記移動体の第１の速度推定値と前記第２の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた第２の速度推定値を加算して第３の速度推定値を算出する第１の速度演算手段と、前記第３の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて前記移動体の第４の速度推定値を算出する第２の速度演算手段と、前記第４の速度推定値に基づいて前記第３の速度推定値における折り返りを補正する折り返り補正手段と、この折り返り補正手段によって折り返りが補正された速度推定値に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。

一方、請求項２に係る本発明のパルスドプラ計測装置は、移動体が置かれた媒体中の複数方向に対して送波を行なう送波方向制御手段と、前記媒体中の所定方向に対して異なる送信間隔を有する第１の送信間隔の超音波送波と第２の送信間隔の送波を行ない、更に、前記所定方向あるいはこの所定方向に近接した方向に対して前記第１の送信間隔及び前記第２の送信間隔の何れより小さな間隔の第３の送信間隔の送波を行なう送信手段と、前記送波によって得られた反射信号から前記移動体によるドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、前記第１の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた前記移動体の第１の速度推定値と前記第２の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた第２の速度推定値を加算して第３の速度推定値を算出する第１の速度演算手段と、前記第３の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて前記移動体の第４の速度推定値を算出する第２の速度演算手段と、前記第４の速度推定値に基づいて前記第３の速度推定値における折り返りを補正する折り返り補正手段と、この折り返り補正手段によって折り返りが補正された速度推定値に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データを表示する表示手段を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、フレーム周波数を低減させることなく低流速検出能と高流速検出能に優れた移動体の可視化が可能となる。

以下、図１乃至図１３を参照して本発明の実施例について説明する。

本実施例では、先ず、被検体の所定ラスタに対して第一の送信間隔Ｔ１と第２の送信間隔Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）の送受波を複数回繰り返し、送信間隔Ｔ１の送信ペアと送信間隔Ｔ２の送信ペアによって得られた規格化速度Ｖ１及びＶ２の和から規格化速度Ｖ３を求める。

次いで、前記所定ラスタあるいはこのラスタの近傍におけるラスタに対して第３の送信間隔Ｔ３（Ｔ３＜Ｔ１）の送受波を複数回行ない、この間隔Ｔ３の送信ペアによって得られた受信信号に基づいて折り返り速度範囲（速度レンジ）の広い規格化速度Ｖ４を求める。

そして、規格化速度Ｖ４に基づいて規格化速度Ｖ３の折り返りを補正することによって大きな速度レンジを有する規格化速度Ｖ５を得る。

（装置の構成）
以下では、本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図４を用いて説明する。尚、図１は、本実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波診断装置を構成する送受信部及び画像データ生成部のブロック図を示す。

図１に示す超音波診断装置１００は、被検体に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ１と、所定の送受波方向（ラスタ）に対して超音波の送受波を行なうために超音波プローブ１に対して電気信号の送受信を行なう送受信部２と、前記ラスタから得られた受信信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成部３を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、前記画像データ生成部３において生成された超音波画像データを表示する表示部４と、画像データの収集条件や生成条件、更には種々のコマンド信号の入力などを行なう入力部６と、上記各ユニットを統括して制御するシステム制御部７を備えている。

超音波プローブ１は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受波を行なうものであり、例えば、１次元に配列された複数個（Ｑ個）の圧電振動子をその先端部分に有している。この圧電振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。この超音波プローブ１は小型、軽量に構成されており、Ｑチャンネルのケーブルを介して送受信部２に接続されている。超音波プローブ１は、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、これらの超音波プローブの中から診断部位に応じて任意に選択される。以下では、セクタ走査対応の超音波プローブ１について述べるが、コンベックス走査など他の走査に対応した超音波プローブであっても構わない。

次に、図２に示した送受信部２は、超音波プローブ１から送信超音波を発生するための駆動信号を生成する送信部２１と、超音波プローブ１の圧電振動子から得られる複数チャンネルの受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備え、一方、画像データ生成部３は、整相加算された受信信号に対してＢモード画像データを生成するための信号処理を行なうＢモード画像データ生成部３１と、上記整相加算された受信信号を複素信号に変換し、更に、この複素信号に基づいてカラードプラ画像データを生成するための信号処理を行なうドプラ画像データ生成部３２を有している。

送受信部２の送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、パルサ２１３を備えている。レートパルス発生器２１１は、被検体に対して超音波の送受波を行なう際の送信間隔Ｔｒを決定するレートパルスを送信遅延回路２１２に供給する。

一方、送信遅延回路２１２は、超音波プローブ１において送信に使用される圧電振動子と同数（Ｑチャンネル）の独立な遅延回路から構成され、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波を収束するための集束用遅延時間と、所定の方向に超音波を送信するための偏向用遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをパルサ２１３に供給する。

パルサ２１３は、送信に使用される圧電振動子と同数（Ｑチャンネル）の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ１に内蔵されたＱ個の圧電振動子を駆動し、被検体に対して送信超音波を放射するための駆動パルスを生成する。

一方、受信部２２は、Ｑチャンネルのプリアンプ２２１及び受信遅延回路２２２と、加算器２２３を備えている。プリアンプ２２１は、圧電振動子によって電気信号に変換された微小な受信信号を増幅し十分なＳ／Ｎを確保する。又、受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を集束して細い受信ビーム幅を得るための収束用遅延時間と、所定の方向に超音波ビームの受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をプリアンプ２２１の出力に与えた後、加算器２２３に送り、加算器２２３において受信遅延回路２２２からのＱチャンネルの受信信号は加算合成される。

次に、画像データ生成部３は、Ｂモード画像データ生成部３１とドプラ画像データ生成部３２と画像データ記憶部３３を備え、Ｂモード画像データ生成部３１は、対数変換器３１１と、包絡線検波器３１２と、Ａ／Ｄ変換器３１３を有している。Ｂモード画像データ生成部３１の入力信号振幅は、対数変換器３１１において対数変換され、弱い信号が相対的に強調される。又、包絡線検波器３１２は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行なって超音波周波数成分を除去し、Ａ／Ｄ変換器３１３は、包絡線検波器３１２の出力信号をＡ／Ｄ変換してＢモード画像データを生成する。尚、対数変換器３１１と包絡線検波器３１２は順序を入れ替えて構成してもよい。

一方、ドプラ画像データ生成部３２は、基準信号発生器３２１、π／２移相器３２２、ミキサ３２３−１及び３２３−２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２４−１及び３２４−２、Ａ／Ｄ変換器３２５−１及び３２５−２、更に、ドプラ信号記憶回路３２６を備え、送受信部２から供給される受信信号に対して直交位相検波を行なって複素信号を生成する。

即ち、受信部２２から供給されるドプラ画像データ生成部３２の入力信号は、ミキサ３２３−１及び３２３−２の第１の入力端子に入力される。一方、この入力信号の中心周波数とほぼ等しい周波数を有し、レートパルス発生器２１１のレートパルスに同期した基準信号発生器３２１の連続波出力は、ミキサ３２３−１の第２の入力端子に直接供給されると共に、π／２移相器３２２において位相が９０度シフトされてミキサ３２３−２の第２の入力端子に供給される。そして、ミキサ３２３−１及び３２３−２の出力は、ＬＰＦ３２４−１及び３２４−２に供給され、受信部２２の出力信号周波数と基準信号発生器３２１の出力信号周波数の差の成分のみが検出される。

次いで、Ａ／Ｄ変換器３２５−１及び３２５−２は、ＬＰＦ３２４−１及び３２４−２の出力信号、即ち、直交位相検波して得られた複素信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしデジタル信号に変換する。

即ち、ドプラ画像データ生成部３２は、所定のラスタに対する所定送信間隔の送受波によって得られた受信信号に対して直交位相検波を行ない、得られたＩ成分（複素信号の実数成分）及びＱ成分（複素信号の虚数成分）を順次ドプラ信号記憶回路３２６に保存する。

更に、ドプラ画像データ生成部３２は、ウォールフィルタ３２７と自己相関器３２８と演算器３２９を備えている。

ウォールフィルタ３２７は、ドプラ信号記憶回路３２６に一旦保存された複素信号に対し、臓器などの固定反射体からの反射信号や臓器の呼吸性移動あるいは拍動性移動などに起因するドプラ信号（クラッタ信号）の除去を行なう。即ち、ウォールフィルタ３２７は、ドプラ信号記憶回路３２６に保存されている所定ラスタの同一位置（深さ）におけるＮ個の複素信号を抽出してフィルタ処理を行ないＮ個の信号列からなる血流信号を生成する。

一方、自己相関器３２８は、ウォールフィルタ３２７によって得られた血流信号の中から、所定間隔で隣接した血流信号を選択し、これらの血流信号に対して自己相関演算を行なう。そして、演算器３２９は、自己相関器３２８の出力信号及びウォールフィルタ３２７の出力信号を用いて、血流の流速値画像データ、分散値画像データ及びパワー値画像データを生成する。

尚、上述のウォールフィルタ３２７、自己相関器３２８及び演算器３２９は、本実施例において最も重要な部分であるため、後述するカラードプラ画像データの収集における走査法と信号処理法の説明においてその詳細を述べる。

次に、画像データ記憶部３３は、Ｂモード画像データ生成部３１のＡ／Ｄ変換器３１３より供給されるＢモード画像データや、ドプラ画像データ生成部３２の演算器３２９より供給される流速値画像データ、パワー値画像データ及び分散値画像データを順次保存し、２次元のＢモード画像データ、流速値画像データ、パワー値画像データ及び分散値画像データを生成する。

図１に戻って、表示部４は、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）４１とカラーモニタ４２を備えている。ＤＳＣ４１は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）と記憶回路を備え、画像データ生成部３の画像データ記憶部３３より供給されるＢモード画像データと流速値画像データ、あるいはＢモード画像データとパワー値画像データを合成して表示用画像データを生成する。そして、カラーモニタ４２は、ＤＳＣ４１において生成された表示用画像データの表示を行なう。尚、上記流速値画像データの代りに流速値と分散値が合成された流速値／分散値画像データとＢモード画像データを合成して表示用画像データを生成してもよい。

この場合、ＤＳＣ４１は、背景画像としてのＢモード画像データに流速値画像データやパワー値画像データ等のカラードプラ画像データが重畳された１枚の表示用画像データを生成し、カラーモニタ４２は、白黒のＢモード画像データを背景にカラードプラ画像データをカラー表示する。

尚、上記の表示において、パワー値画像データは、演算器３２９において得られたパワー値をそのまま、あるいは対数変換して表示されるが、流速値画像データや流速値／分散値画像データの各画素は、この画素に対応したパワー値画像データの画素における画素値（パワー値）が予め設定された閾値以上の場合のみ表示される。

次に、入力部６は、入力パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等の入力デバイスと表示パネルを備え、患者情報、診断部位、画像データ収集モード、画像データ生成方法、画像データ表示方法、更には各種コマンド信号の入力が行なわれる。例えば、この入力部６において、超音波走査方法や表示モードの選択、送受波間隔や交互走査、更にはウォールフィルタ３２７に関する条件設定等が行なわれる。

そして、システム制御部７は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、超音波診断装置１００の上記各ユニットの制御やシステム全体を統括的に制御する。特に、入力部６において設定された超音波走査方法及び表示モード、送受波間隔や交互走査、更にはウォールフィルタ３２７に関する設定条件を上記記憶回路に一旦保存した後当該ユニットに供給する。

次に、カラードプラ画像データ及びＢモード画像データを生成するための超音波走査法と信号処理法につき図３を用いて説明する。

図３は、本実施例のカラードプラ画像データ及びＢモード画像データの収集における超音波走査法を示したものであり、図３（ｂ）の超音波走査チャートにおける横方向Ｒ１、Ｒ２・・・は図３（ａ）に示した送受波方向に対応し、縦方向は時間軸（即ち、所定ラスタにおける送受波の順序）に対応している。

この走査方法の特徴は、細斜線部で示した従来の３段順次交互走査に対して黒塗部で示した送受波が新たに追加されてカラードプラ画像データ生成のための送受波が行なわれることである。この場合、太枠で囲われたブロックＢ１、Ｂ２・・・を単位に３段の順次交互走査が行なわれ、各ブロックの最後には太斜線部によって示したＢモード画像データを収集するための送受波が行なわれる。尚、図中の縦方向に示された送受波タイミングｔ０、ｔ１、・・・の時間間隔は、例えばレート間隔Ｔｒに設定される。

先ず、網線部で示した画像データの収集に直接関与しないダミー送波を時刻ｔ０において行ない、次いで、時刻ｔ１乃至ｔ３においてラスタＲ１乃至Ｒ３に対する送受波を行なった後、時刻ｔ４で再びラスタＲ３に対する送受波を行なう。そして、時刻ｔ５乃至ｔ７においてラスタＲ１乃至Ｒ３に対する送受波を行なう。

次いで、時刻ｔ８乃至ｔ１４、時刻ｔ１５乃至ｔ２１、時刻ｔ２２乃至ｔ２８においても同様にして送受波を行ない、更に時刻ｔ２９乃至ｔ３２においてラスタＲ３に対する送受波を繰り返す。即ち、上述の時刻ｔ１乃至ｔ３２においてラスタＲ１乃至Ｒ３に対するカラードプラ用送受波を行なう。次に、時刻ｔ３３乃至ｔ３５においてラスタＲ１乃至Ｒ３に対するＢモード用送受波を行なう。

同様にして、時刻ｔ３６乃至ｔ７１においてはブロックＢ２に示したラスタＲ４乃至Ｒ６に対するカラードプラ用及びＢモード用の送受波を行ない、図示しないブロックＢ３以降についても同様な順次交互走査による送受波を行なう。

従来の順次交互走査に黒塗部で示した間隔７Ｔｒの送受波を挿入することにより、所定走査方向の細斜線部で示した送受波は、送信間隔Ｔ１＝３Ｔｒと送信間隔Ｔ２＝４Ｔｒの送受波を繰り返して行なう、所謂「スタガパルス送受波」を形成する。

又、各ブロックの最初の時刻（時刻ｔ０、ｔ３６、・・・）にダミー送波を設定することによって残留エコーの影響を低減することができる。例えば、ブロックＢ１の送受波からブロックＢ２の送受波に移行する際、時刻ｔ３６におけるラスタＲ３に対する送受波からラスタＲ４に切り替わった直後の受信信号にはラスタＲ４における他の受信信号とは異なる方向からの残留エコーが混入する。このため、ブロックの切り換え時にはラスタＲ６に対し画像データに直接寄与しないダミー送波を行なう。このダミー送波を追加することによって、常に同じ送受波方向からの残留エコーが混入した状態となるので、低域通過特性をもつウォールフィルタで残留エコーによる影響を相殺することが可能となる。

次に上述の送受波によって得られる受信信号を用いた血流の流速値、分散値及びパワー値の推定方法について説明する。

ブロックＢ１のラスタＲ１乃至Ｒ３における細斜線部の送受波によって収集され、画像データ生成部３のドプラ信号記憶回路３２６に保存された受信信号列［Ｙａ］はレート間隔Ｔｒを最小送信間隔とした時系列Ｔ［１,５,８,１２,１５,１９,２２,２６］で表現できる。

一方、画像データ生成部３のウォールフィルタ３２７は、上記受信信号列に対して２次多項式によるウォールフィルタ行列［Ｗａ］を次式によって形成する。但し、［］^Tは転置行列、［I］は単位行列を示す。

即ち、上記受信信号列［Ｙａ］を［Ｙａ］＝［ｙａ１、ｙａ２、ｙａ３、ｙａ４，ｙａ５，ｙａ６，ｙａ７，ｙａ８］^Ｔとすれば、クラッタ信号を除去した受信信号列［Ｕａ］＝［ｕａ１，ｕａ２，ｕａ３，ｕａ４，ｕａ５，ｕａ６，ｕａ７，ｕａ８］^Ｔは次式によって得られる。

次に、自己相関器３２８は、上述のウォールフィルタ３２７によってクラッタ成分が除去された受信信号列［Ｕａ］の中から、送信間隔Ｔ１の送信ペアによって得られた受信信号列の受信ペアｕａ２とｕａ３、ｕａ４とｕａ５、ｕａ６とｕａ７と送信間隔Ｔ２の送信ペアによって得られた受信信号列の受信ペアｕａ３とｕａ４、ｕａ５とｕａ６を用いて下式（６−ａ）及び（６−ｃ）によって自己相関値を求め、演算部３２９は、下式（６−ｂ）及び（６−ｄ）に基づいて規格化速度Ｖ１及びＶ２を算出する。尚、ａｔａｎ２はＦｏｒｔｒａｎ言語における同名の関数と同じ処理を表わし、＊は複素共役を示す。

スタガパルス方式による速度推定値Ｖ１２は通常下式（７）によって求められるが、本実施例では夫々の折り返り速度で規格化した［−０．５〜０．５］の範囲における規格化速度推定値Ｖ３を下式（８）によって求める。

一方、図３において、上記送信間隔Ｔ１より小さな送信間隔Ｔ３（本実施例ではＴ３＝Ｔｒ）を有する黒塗部の送受波（以下では微小間隔送受波と呼ぶ。）によって得られた受信信号列［Ｙｃ］＝［ｙｃ１、ｙｃ２、ｙｃ３、ｙｃ４，ｙｃ５，ｙｃ６，ｙｃ７，ｙｃ８］^Ｔは、レート間隔Ｔｒを最小送信間隔とした時系列Ｔ［１，８，１５，２２，２６，２７，２８，２９］で表現される。そして、ウォールフィルタ３２７は、この受信信号列［Ｙｃ］に対し２次多項式によるウォールフィルタ行列［Ｗｃ］を下式（９−ａ）によって形成し、クラッタ信号除去後の受信信号列［Ｕｃ］＝［ｕｃ１，ｕｃ２，ｕｃ３，ｕｃ４，ｕｃ５，ｕｃ６，ｕｃ７，ｕｃ８］^Ｔは、このウォールフィルタ行列［Ｗｃ］を用いた式（９−ｂ）によって得られる。

次に、自己相関器３２８は、上述のウォールフィルタ３２７によってクラッタ成分が除去された受信信号列［Ｕｃ］の中から、送信間隔Ｔｒの送信ペアによって得られた受信信号列の受信ペアｕｃ５とｕｃ６、ｕｃ６とｕｃ７を選択し下式（１０−ａ）によって自己相関値を求め、演算部３２９は、下式（１０−ｂ）に基づいて規格化速度Ｖ４を算出する。

次に、演算器３２９は、上記規格化速度Ｖ３を速度レンジの広い規格化速度Ｖ４の情報に基づいて折り返り補正して速度レンジが改善された規格化速度Ｖ５を算出する。この折り返り補正のアルゴリズムを図４のフローチャートに示す。尚、ｓｉｇｎ（ｘ）は、ｘ＞０のとき１、ｘ＝０のとき０、ｘ＜０のとき−１を返す関数である。又、ｎＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）は折り返りが発生する規格化速度であり、Ｔ１＝３Ｔｒ，Ｔ２＝４Ｔｒの場合にはｎＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）＜０．５を満たす整数ｎは１乃至４となる。そのために、図４のフローチャートでは条件分岐が４つとなっているが、一般的には条件分岐の数はｎＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）＜０．５を満たす最大の整数ｎとなる。

演算器３２９は、速度レンジの狭い規格化速度Ｖ３と速度レンジの広い規格化速度Ｖ４の差の絶対値｜Ｖ３−Ｖ４｜を算出し、この値と前記折り返り規格化速度ｎＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）との比較結果に基づきｎＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）（ｎ＝１乃至４）のバイアスを加算あるいは減算して折り返り補正を行なう。この折り返り補正により、規格化速度Ｖ５の折り返り速度はＶ３の折り返り速度の（Ｔ１＋Ｔ２）／（２Ｔｒ）倍に拡大される。

一方、血流のパワー値Ｐは、細斜線部の送受波によって得られたウォールフィルタ処理後の受信信号列［Ｕａ］（ｕａ１乃至ｕａ８）を用い下式（１１）によって算出される。

又、血流の分散値Ｖａｒは、上記パワー値Ｐと式（６）において示した自己相関値ａｃ１及びａｃ２を用いた次式（１２）によって算出される。ただし、Ｎ０はパワー値Ｐの計算に用いたデータ数、Ｍ０は自己相関値ａｃ１及びａｃ２の計算に用いた送信ペアの総和を示す。

尚、上述の速度推定において、受信信号ｕａ１、ｕａ８、ｕｃ１、ｕｃ８は端部のデータであるため速度推定誤差が大きい。このため、これらを除いた受信信号を用いて演算を行なうことが望ましい。一方、パワー値Ｐを算出する場合には前記端部データの影響は小さいため、上式（１１）に示すようにウォールフィルタ３２７より得られた受信信号列の全てを用いる。

（画像データの生成手順）
次に、順次交互走査法を適用した本発明の実施例における画像データの生成手順を図５に示したフローチャートに沿って説明する。尚、以下の説明では、図３と同様に交互段数Ｍが３、パッケージサイズＮが８の場合の順次交互走査による画像データの生成手順について述べるが、これらに限定されない。

順次交互走査によるカラードプラ画像データ及びＢモード画像データの収集に先立って、操作者は、入力部６にて患者情報、診断部位、画像データ収集モード、画像データ生成方法、画像データ表示方法等に関する初期設定を行ない、これらの設定情報をシステム制御部７の記憶回路に保存する。本実施例では、画像データ収集モードとして、セクタ走査によるＢモード画像データとカラードプラ画像データの収集モードを設定する。又、画像データ生成方法として、交互段数（Ｍ＝３）とパッケージサイズ（Ｎ＝８）を設定する。（図５のステップＳ１）。

上記初期設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ１の先端（送受波面）を被検体の体表面上の所定の位置に固定してカラードプラ画像データ及びＢモード画像データの収集を開始する。先ず、カラードプラ用送受波に際して、図２のレートパルス発生器２１１は、システム制御部７からの制御信号に同期し、被検体内に放射する送信超音波の放射タイミングを決定するレートパルスを送信遅延回路２１２に供給する。

送信遅延回路２１２は、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波を収束するための遅延時間と、ラスタＲ３にダミー走査用の超音波を送信するための遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサ２１３に供給する。次いで、パルサ２１３は、前記レートパルスの供給によって生成される圧電振動子駆動パルスを用い、超音波プローブ１に内蔵されている圧電振動子を駆動して被検体内に超音波パルス（送信超音波）を放射する。

次いで、レートパルス発生器２１１は、ダミー走査用のレートパルスからレート周期Ｔｒ後に次のレートパルスを送信遅延回路２１２に供給し、送信遅延回路２１２は、収束用の遅延時間と、ラスタＲ１に超音波を送信するための遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサ２１３に供給する。そして、パルサ２１３は、超音波プローブ１に内蔵されている圧電振動子を駆動して被検体内に超音波パルス（送信超音波）を放射する。

被検体内に放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この送信超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ１の圧電振動子によって受信されて電気信号（受信信号）に変換され、この受信信号は、送受信部２の受信部２２におけるＱチャンネルの独立なプリアンプ２２１にて増幅されてＱチャンネルの受信遅延回路２２２に供給される。

受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を収束するための集束用遅延時間と、ラスタＲ１に強い受信指向性をもたせて受信するための偏向用遅延時間を前記受信信号に与えた後、この受信信号を加算器２２３に供給する。そして、加算器２２３は、受信遅延回路２２２から出力されるＱチャンネルの受信信号を加算合成し、１つの受信信号に纏めた後、画像データ生成部３のドプラ画像データ生成部３２に供給する。

図２の画像データ生成部３におけるドプラ画像データ生成部３２に供給された受信部２２の出力信号は、ミキサ３２３−１、３２３−２及びＬＰＦ３２４−１、３２４−２によって直交位相検波されて複素信号に変換される。そして、この複素信号のＩ成分及びＱ成分の各々は、Ａ／Ｄ変換器３２５−１、３２５−２にてデジタル信号に変換された後、ドプラ信号記憶回路３２６に保存される。

同様の手順により、システム制御部７は送受信部２及び画像データ生成部３を制御し、時刻ｔ２及びｔ３においてラスタＲ２及びラスタＲ３、時刻ｔ４においてラスタＲ３、時刻ｔ５乃至ｔ７においてラスタＲ１乃至ラスタＲ３に対する送受波を順次行ない、得られた複素信号はドプラ信号記憶回路３２６に保存される。

時刻ｔ１乃至ｔ７において行なったラスタＲ１乃至ラスタＲ３に対する送受波と同様な送受波を時刻ｔ８乃至ｔ１４、時刻ｔ１５乃至ｔ２１、時刻ｔ２２乃至ｔ２８において繰り返した後、時刻ｔ２９乃至ｔ３２においてラスタＲ３に対する送受波が行なわれ、得られた複素信号はドプラ信号記憶回路３２６に保存される（図５のステップＳ２）。

図６は、ドプラ信号記憶回路３２６の構成について示したものであり、行方向（Ｘ方向）はラスタＲ１乃至ラスタＲ３、あるいは送受波時刻ｔ１、ｔ２、・・・に対応し、列方向（Ｙ方向）は反射体の深さ（反射体と超音波プローブ１の距離）に対応している。例えば、ｔ１の列には、時刻ｔ１におけるラスタＲ１の送受波によって得られた複素信号が保存され、ｔ５、ｔ８、・・・ｔ２６には時刻ｔ５、ｔ８、・・・ｔ２６のラスタＲ１に対する送受波によって得られた複素信号が保存されて受信信号列［Ｙａ］が生成される。同様にして、ｔ２、ｔ６、ｔ９・・・ｔ２７にはラスタＲ２に対応する複素信号、ｔ３、ｔ７、ｔ１０・・・ｔ２８にはラスタＲ３に対応する複素信号が保存されて受信信号列［Ｙａ］が生成される。更に、ｔ４、ｔ１１、ｔ１８・・・ｔ３２には、図３の微小間隔送受波によって得られた複素信号が保存され受信信号列［Ｙｃ］が生成される。

上述の手順によって順次交互走査のブロックＢ１におけるカラードプラ用の複素信号の保存が終了したならば、システム制御部７は、先ず、ラスタＲ１のｔ１乃至ｔ２６における８つの複素信号の夫々において所定深さに対応した受信信号列［Ｙａ］をＸ方向に順次読み出してウォールフィルタ３２７に供給する。

ウォールフィルタ３２７は、供給された８個の受信信号列［Ｙａ］に対して時間方向（図６のＸ方向）でハイパスフィルタ処理を行なってクラッタ信号を除去し、血流に起因したドプラ信号で構成される受信信号列［Ｕａ］を検出する（図５のステップＳ３）。

次に、自己相関器３２８は、ウォールフィルタ３２７によってクラッタ成分が除去された受信信号列［Ｕａ］の中から、送信間隔Ｔ１の送信ペアによって得られた受信信号ベクトルの受信ペアｕａ２とｕａ３、ｕａ４とｕａ５、ｕａ６とｕａ７と送信間隔Ｔ２の送信ペアによって得られた受信信号ベクトルの受信ペアｕａ３とｕａ４、ｕａ５とｕａ６を選択し式（６−ａ）及び（６−ｃ）によって自己相関値を求める（図５のステップＳ４）。そして、演算部３２９は、式（６−ｂ）及び（６−ｄ）に基づいて規格化速度Ｖ１及びＶ２を算出し（図５のステップＳ５）、更に式（８）によって規格化速度推定値Ｖ３を算出する（図５のステップＳ６）。

同様にして、ラスタＲ２のｔ２乃至ｔ２７における複素信号、ラスタＲ３のｔ３乃至ｔ２８、ラスタＲ３のｔ４乃至ｔ３２における複素信号に対しても同様のフィルタリング処理と演算によって規格化速度Ｖ１及びＶ２を算出し、更に規格化速度推定値Ｖ３を算出する。

更に、ウォールフィルタ３２７は、図３の微小間隔送受波によって得られた受信信号列［Ｙｃ］に対しても式（９−ａ）及び式（９−ｂ）のフィルタリング処理を行ってクラッタ信号が除去された受信信号列［Ｕｃ］を検出する（図５のステップＳ７）。そして、自己相関器３２８は、式（１０−ａ）によって自己相関関数ａｃ４を算出し（図５のステップＳ８）、演算部３２９は、式（１０−ｂ）に基づいて規格化速度Ｖ４を算出する（図５のステップＳ９）。

次に、演算器３２９は、規格化速度Ｖ４の情報に基づいて規格化速度Ｖ３に対する折り返り補正を行って速度レンジが改善された規格化速度Ｖ５を推定する（図５のステップＳ１０）。但し、ラスタＲ３方向における規格化速度Ｖ５は、微小間隔送受波によって得られた規格化速度Ｖ４をそのまま用いてもよい。

更に演算器３２９は、式（１０）及び式（１１）にしたがって血流のパワー値Ｐと分散値Ｖａｒを算出する（図５のステップＳ１１）。

そして、得られたラスタＲ１乃至ラスタＲ３における流速値、パワー値、分散値のカラードプラ画像データは画像データ生成部３の画像データ記憶部３３におけるカラードプラ画像データ記憶領域に保存される。

ｔ１乃至ｔ３２において、ラスタＲ１乃至ラスタＲ３に対するカラードプラ用送受波が終了したならば時刻ｔ３３乃至ｔ３５においてラスタＲ１乃至ラスタＲ３に対するＢモード用送受波が行なわれる（図５のステップＳ１２）。

即ち、カラードプラ用送受波の場合と同様にして、送受信部２は時刻ｔ３３においてラスタＲ１に対して送受波を行ない、得られた受信信号を画像データ生成部３のＢモード画像データ生成部３１に供給する。

そして、Ｂモード画像データ生成部３１は供給された前記受信信号に対して対数変換、包絡線検波及びＡ／Ｄ変換を行なってＢモード画像データを生成し、画像データ記憶部３３におけるＢモード画像データ記憶領域に保存する。

次いで、ラスタＲ２及びラスタＲ３に対しても同様の送受波を行ない、得られたＢモード画像データを画像データ記憶部３３のＢモード画像データ記憶領域に保存する。

以上述べた手順によって図３のブロックＢ１に対するカラードプラ画像データ及びＢモード画像データの生成が終了したならば、同様にしてブロックＢ２（ラスタＲ４乃至ラスタＲ６、ブロックＢ３（ラスタＲ７乃至ラスタＲ９）、・・・に対しても送受波を行ない、得られたカラードプラ画像データ及びＢモード画像データは画像データ記憶部３３の夫々の記憶領域に保存される（図５のステップＳ２乃至Ｓ１３）。

即ち、画像データ記憶部３３には、Ｂモード画像データ生成部３１のＡ／Ｄ変換器３１３より供給されたＢモード画像データやドプラ画像データ生成部３２の演算器３２９より供給された流速値画像データ、パワー値画像データ及び分散値画像データが順次保存され、２次元のＢモード画像データ、流速値画像データ、パワー値画像データ及び分散値画像データが生成される。そして、これらの画像データは表示部４のＤＳＣ４１に供給される。

表示部４のＤＳＣ４１は、上記画像データを記憶回路に一旦保存した後、流速値画像データ、パワー値画像データ及び分散値画像データに対してカラー情報を付加する。そして、これらの画像データとＢモード画像データを合成して表示用画像データを生成し（図５のステップＳ１４）、更に、標準テレビフォーマット信号に変換してカラーモニタ４２に表示する（図５のステップＳ１５）。

次に、本実施例の効果につき図７乃至図１２を用いて説明する。

図７は、本実施例に用いたウォールフィルタ３２７の特性の具体例を示したものであり、図７（ａ）は、図３において既に述べた送信間隔Ｔ１＝３Ｔｒ，送信間隔Ｔ２＝４Ｔｒのスタガパルス送受波（図３の細斜線部）によって得られた受信信号列［Ｙａ］（ｙａ１乃至ｙａ８）及びラスタＲ３の微小間隔送受波（図３の黒塗部）によって得られた受信信号列［Ｙｃ］（ｙｃ１乃至ｙｃ８）を示している。

一方、図７（ｂ）は、受信信号列［Ｙａ］に対して形成された式（４）のウォールフィルタ伝達特性Ｃａ（実線）及び受信信号列［Ｙｃ］に対して形成された式（９）のウォールフィルタ伝達特性Ｃｃ（破線）を示しており、横軸は周期Ｔｒの周波数に対応した規格化速度で示している。この図７（ｂ）によれば、各受信信号列の観測時間Ｔａ及びＴｃが略等しいため、低流速検出能を決定する伝達特性Ｃａ及びＣｃの低周波領域における肩特性は略等しく、又、直流成分を除いた図中の領域において振幅が零になるブラインド周波数は存在しない。

次に、図８は、式（７）に示した従来法の速度推定結果を示したものであり、図８（ａ）は、受信信号列［Ｙａ］をフィルタ処理して得られた受信信号列［Ｕａ］に対する式（６）の演算によって算出された規格化速度Ｖ１（実線）及び規格化速度Ｖ２（破線）を示している。又、図８（ｂ）は、式（７）に基づいた従来の演算法によって得られた規格化速度Ｖ１２を示している。この規格化速度Ｖ１２では、折り返りが発生するＴｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）の整数倍（即ち、この場合は１／７＝０．１４、２／７＝０．２９、３／７＝０．４３）近傍の速度で誤差が大きい。

尚、上述の演算は式（９）で示した時変(time variant)なウォールフィルタの場合について示したが、通常の時不変(time invariant)なウォールフィルタの場合においても同様な誤差が発生する。

一方、図９は本実施例における速度推定結果を示している。即ち、式（８）に示したように、図８（ａ）の規格化速度Ｖ１と規格化速度Ｖ２を用い（Ｖ１＋Ｖ２）Ｔｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）から算出された規格化速度Ｖ３の流速値特性であり、図８（ｂ）の規格化速度Ｖ１２と比較すると１／７の整数倍で折り返りが発生することは同じであるが、入力速度に対する勾配が安定して得られる。従って、正しい折り返り判定が可能であれば高流速の血流を正確に推定することが可能となる。

次に、図９に示した規格化速度Ｖ３に対する折返り補正の有効性につき図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、受信信号列［Ｙｃ］をフィルタ処理して得られた受信信号列［Ｕｃ］に対して式（１０）の演算を行なって得られた規格化速度Ｖ４であり、折り返り速度は最小送信間隔であるレート周期Ｔｒによって決定されるため速度レンジ[−０．５〜０．５]において折り返りは発生しない。一方、図１０（ｂ）は、上述のＶ３とＶ４を図４に示したアルゴリズムに基づいて比較することによりＶ３の折り返りを補正して得られた規格化速度Ｖ５を示しており、この規格化速度Ｖ５では、上記速度レンジにおいて折り返りが無く、しかも直線性に優れた特性を得ることができる。即ち、上述の折り返り補正により広い速度レンジにおける正確な速度推定が可能となる。

尚、本実施例では、送信間隔Ｔ１と送信間隔Ｔ２の送受波を繰り返すことによって速度レンジ［−０．５〜０．５］におけるブラインド周波数を無くしている。即ち、図１１に示すように、本実施例の送信間隔Ｔ１＝３Ｔｒ、送信間隔Ｔ２＝４Ｔｒの送受波におけるウォールフィルタ特性（実線）は、送信間隔Ｔ１＝Ｔ２＝３．５Ｔｒの等間隔送受波の場合のウォールフィルタ特性（破線）と比較してブラインド周波数が消滅するため、全ての速度成分に対して正確な速度推定を行なうことが可能となる。

図１２は、低流速検出能を同一とするためにパッケージサイズを２６とした場合の３ラスタ分の送受波に要する時間を比較したものであり、図１２（ａ）は、本実施例の超音波走査チャート、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）と同等の低流速検出能及び高流速検出能を有する従来法の超音波走査チャートである。この図でも明らかなように、本実施例における３ラスタ分の送受波に要する時間は従来法の約４０％となり、したがってフレームレートを約２．５倍改善することができる。

一方、図１３は、本実施例の超音波走査チャートと本発明者が特願２００３−４１９５５７において提案している方法の超音波走査チャートを比較したものである。特願２００３−４１９５５７の方法では、不等間隔に送信を行って得られた受信信号列に対して最小２乗法によるウォールフィルタ処理を行なった後、最小間隔の送信ペアを用いて血流速度の推定を行なう。この方法によれば従来法と比較し高流速検出能と低流速検出能を維持した状態でフレームレートを向上させることが可能である。しかしながら、この方法では図１３（ｂ）に示すように残留エコーの影響を排除するためのダミー走査を高い頻度で行なう必要がある。一方、本実施例の方法では順次交互走査のブロック内で１回のダミー走査を行なえばよい。このため、本実施例のフレームレートは特願２００３−４１９５５７の方法と比較して約１．８倍改善されると共に制御方法が大幅に簡略化される。

以上述べた本実施例によれば、画像表示におけるフレームレートを低減させることなく低流速検出能と高流速検出能に優れた血流速度の推定が可能となり、又、従来法における低流速検出能と高流速検出能を維持した状態でフレームレートを大幅に向上させることができる。

又、上述の実施例では、所定ラスタに対するスタガパルス送受波によって得られた規格化速度を、同一ラスタあるいはこのラスタの近傍における他のラスタに対する微小間隔送受波によって得られた高流速検出能に優れた規格化速度に基づいて折り返り補正を行なうため正確な補正が可能となる。

更に、上記実施例では順次交互走査法をベースにしているため、Ｂモード画像データ用の送受波をブロック間に挿入することが容易となり、比較的簡単な制御方法によってカラードプラ画像データの生成を行なうことができる。

又、同一ラスタに対し送信間隔Ｔ１及び送信間隔Ｔ２の送受波を行ない、夫々の間隔で隣接した受信信号から得られた２つの規格化速度の加算を行なっているため、差分を算出する従来の方法と較べてノイズの影響を受け難く、従って高い推定精度を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施例であるパルスドプラ計測装置について説明する。この実施例の特徴は、移動体に対し超音波等を用いて送受波を行ない、前記移動体からの反射波に基づいてその移動速度を推定することにある。

本実施例におけるパルスドプラ計測装置の全体構成につき図１４のブロック図を用いて説明する。尚、図１４において、図１の超音波診断装置の各ユニットと同様の機能を有するユニットは同一の符号を付加する。

即ち、図１４のパルスドプラ計測装置２００は、移動体１１に対して電磁波や光あるいは超音波等の送受波を行なう送受波器１０と、所定の走査方向に対して送受波を行なうために送受波器１０に対して電気信号の送受信を行なう送受信部２と、前記走査方向から得られた受信信号に対してドプラ信号を検出して画像データを生成する画像データ生成部３を備えている。

更に、パルスドプラ計測装置２００は、前記画像データ生成部３において生成された画像データを表示する表示部４と、画像データの収集条件や生成条件、更には種々のコマンド信号の入力などを行なう入力部６と、上記各ユニットを統括して制御するシステム制御部７を備えている。

そして、送受信部２は、送受信器１０から超音波等を発生するための駆動信号を生成する送信部２１と、前記送受信器１０から得られる受信信号に対して信号処理を行なう受信部２２を備え、一方、画像データ生成部３は、受信部２２から供給される受信信号からドプラ信号を検出し、更に、このドプラ信号に基づいて前記移動体１１の速度情報を算出するドプラ画像データ生成部３２と、得られたドプラ画像データを保存する画像データ記憶部３３を有している。

前記画像データ生成部３は、本実施例における最重要部分であるが、その詳細な構成と画像データの生成手順は上述の第１の実施例と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施例によれば、第１の実施例と同様な効果を有し、例えば、画像表示におけるフレームレートを低減させることなく低流速検出能と高流速検出能に優れた血流速度の推定が可能となり、更に、ノイズの影響を受け難いため高い推定精度を得ることができる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は上記の実施例に限定されるものでは無く、変形して実施することが可能である。例えば、送受波方法は、図３に示した方法に限定されない。例えば、黒塗部で示した間隔Ｔｒの微小間隔送受波を順次交互走査のブロックの初段部や図１５（ａ）に示すようにブロックの中央部に設定してもよく、図１５（ｂ）のように微小間隔走査における間隔Ｔｒの送受波を所定時刻に集中させて行なってもよい。又、図１５（ｃ）や図１５（ｄ）に示すようにＴ１＝３Ｔｒ／Ｔ２＝２Ｔｒ、あるいはＴ１＝５Ｔｒ／Ｔ２＝４Ｔｒであってもよい。

又、上述の実施例では、最小送受波間隔をレート周期Ｔｒに設定した場合について述べたが、腹部血管や末梢血管の血流のように遅い血流の中に混在する狭窄部の比較的速い血流等を計測する走査方法を図１６に示す。この図１６の走査方法において最小送信間隔は２Ｔｒに設定されるため高流速検出能は上記実施例の場合の１／２となるが、交互段数及びパッケージサイズ（即ち観測時間）が２倍となるため低流速検出能を２倍に改善することができる。尚、この方法では順次交互走査の１つのブロックにおいて２ラスタ分（ラスタＲ３及びラスタＲ６）の微小間隔送受波を行なうことが可能である。

一方、上述の実施例では、時変(time variant)のウォールフィルタを用いてクラッタ信号の除去を行なったが、時不変(time invariant)なＦＩＲフィルタをウォールフィルタに用いることも可能である。

図１７（ａ）は時不変(time invariant)なＦＩＲフィルタのフィルタ係数であり、０でない係数を左から順にａ１、ａ２、・・・ａ７とした場合、ウォールフィルタ行列Ｗは次式（１３）の行列で示すことができる。但しＴ１＝３Ｔｒ、Ｔ２＝４Ｔｒとし、入力時系列をＴ［１，５，８，１２，１５，１９，２２，２６，２９］の９データとしている。

この行列Ｗにおける３つの行の周波数−振幅特性は図１７（ｂ）に示すように既に示した図７（ｂ）のグラフＣａと略同様の特性が得られる。

一方、図１８（ａ）は、受信信号列ａ１、ａ２、・・・ａ７をフィルタ処理した受信信号列に対して式（６）の演算を行なって得られた規格化速度Ｖ１（実線）及び規格化速度Ｖ２（破線）であり、図８（ｂ）は、式（７）に基づいた従来の演算法によって得られた規格化速度Ｖ１２（実線）と、規格化速度Ｖ１と規格化速度Ｖ２を用い（Ｖ１＋Ｖ２）Ｔｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）から得られた規格化速度Ｖ３を示している。図１８（ｂ）の破線の結果から、時不変なフィルタを使用した場合であっても、折り返りはあるものの、一様な勾配を得ることができ、ウォールフィルタとして使用することが可能である。

尚、図３におけるＢモード用送受波はカラードプラ用送受波と同一のラスタにおいて行なっているが、ラスタの位置やその回数は任意に設定してもよい。この場合のＢモード用送受波は上述の方法に限定されるものではなく、例えば、各ブロックの最初や中間で行なってもよく、又、カラードプラ用送受波によって得られた受信信号の一部を用いてもよい
又、規格化速度Ｖ３と高速流検出能に優れる規格化速度Ｖ４を用いた所定のアルゴリズムによって折り返り補正を行う場合について述べたが、補正方法は上述のアルゴリズムに限定されない。即ち、送信間隔Ｔ１及びＴ２、送受波方法、ウォールフィルタ特性が予め設定されれば入力速度に対する規格化速度Ｖ３及び規格化速度Ｖ４は一義的に決定されるため、これらの情報に基づく手法であればどのような方法でもよい。例えば、規格化速度Ｖ３及び規格化速度Ｖ４を入力とするＲＡＭテーブルを用いて補正することも可能である。

一方、上述の実施例では、順次交互走査法について述べたが、定間隔交互走査法のようにラスタの位置を少しずつシフトさせる方法も可能である。又、送波方向と受波方向が略等しい走査法について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、１つの送波に対して複数方向からの同時受波を可能とする並列同時受信においても適用可能である。

本発明の第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例における送受信部及び画像データ生成部の構成を示すブロック図。 同実施例における超音波走査法を示す超音波走査チャート。 同実施例における折り返り補正のアルゴリズムを示す図。 同実施例における画像データ生成手順を示すフローチャート。 同実施例におけるドプラ信号記憶回路の構成を示す図。 同実施例におけるウォールフィルタ特性の具体例を示す図。 従来法における折り返り補正前の速度推定結果を示す図。 本発明の第１の実施例における折り返り補正前の速度推定結果を示す図。 同実施例における折り返り補正後の速度推定結果を示す図。 同実施例におけるウォールフィルタ特性を示す図。 同実施例と従来例におけるフレームレートを比較するための図。 同実施例と他の方法におけるフレームレートを比較するための図。 本発明の第２の実施例におけるパルスドプラ計測装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施例及び第２の実施例における超音波走査法の変形例を示す超音波走査チャート。 本発明の第１の実施例及び第２の実施例における超音波走査法の他の変形例を示す超音波走査チャート。 同実施例における他のウォールフィルタの特性を示す図。 同実施例における他のウォールフィルタの出力信号に基づいて得られた速度推定値を示す図。 従来の交互走査法を示す図。

符号の説明

１…超音波プローブ
２…送受信部
３…画像データ生成部
４…表示部
６…入力部
７…システム制御部
２１…送信部
２２…受信部
３１…Ｂモード画像データ生成部
３２…ドプラ画像データ生成部
３３…画像データ記憶部
４１…ＤＳＣ
４２…カラーモニタ
３２１…基準信号発生器
３２２…π／２移相器
３２３…ミキサ
３２４…ＬＰＦ
３２５…Ａ／Ｄ変換器
３２６…ドプラ信号記憶回路
３２７…ウォールフィルタ
３２８…自己相関器
３２９…演算器
１００…超音波診断装置

Claims (8)

1. 被検体に対して超音波送受波を行なうための電気音響変換素子を備えた超音波プローブと、
   前記被検体の複数方向に対して超音波送波を行なう送波方向制御手段と、
   前記電気音響変換素子を駆動して前記被検体内の所定方向に対して異なる送信間隔を有する第１の送信間隔の超音波送波と第２の送信間隔の超音波送波を行ない、更に、前記所定方向あるいはこの所定方向に近接した方向に対して前記第１の送信間隔及び前記第２の送信間隔の何れより小さな間隔の第３の送信間隔の超音波送波を行なう送信手段と、
   前記超音波送波によって得られた受信信号から前記被検体内の移動体によるドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、
   前記第１の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた前記移動体の第１の速度推定値と前記第２の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた第２の速度推定値の加算結果に基づいて第３の速度推定値を算出する第１の速度演算手段と、
   前記第３の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて前記移動体の第４の速度推定値を算出する第２の速度演算手段と、
   前記第４の速度推定値に基づいて前記第３の速度推定値における折り返りを補正する折り返り補正手段と、
   この折り返り補正手段によって折り返りが補正された速度推定値に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
   前記画像データを表示する表示手段を
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記送波方向制御手段は、前記所定方向に対する前記第１の送信間隔あるいは前記第２の送信間隔の少なくとも何れかの間に、前記所定方向に近接する１つあるいは複数の方向に対して超音波送波を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記送信手段は、前記電気音響変換素子を所定の駆動間隔で駆動し、この駆動間隔の整数倍の前記第１の送信間隔乃至第３の送信間隔で超音波送波を行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の速度演算手段は、前記第１の送信間隔Ｔ１の送信によって得られた速度推定値をＶ１，前記第２の送信間隔Ｔ２の送信において得られた速度推定値をＶ２、前記駆動間隔をＴｒとした場合、前記第３の速度推定値を（Ｖ１＋Ｖ２）Ｔｒ／（Ｔ１＋Ｔ２）に基づいて算出することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記送信手段は、前記第１の送信間隔の超音波送波と前記第２の送信間隔の超音波送波を交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記ドプラ信号検出手段は、前記超音波送波によって得られた受信信号の中から固定反射体あるいは動きの少ない移動体からの反射信号を除去することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 移動体が置かれた媒体中の複数方向に対して送波を行なう送波方向制御手段と、
   前記媒体中の所定方向に対して異なる送信間隔を有する第１の送信間隔の超音波送波と第２の送信間隔の送波を行ない、更に、前記所定方向あるいはこの所定方向に近接した方向に対して前記第１の送信間隔及び前記第２の送信間隔の何れより小さな間隔の第３の送信間隔の送波を行なう送信手段と、
   前記送波によって得られた反射信号から前記移動体によるドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、
   前記第１の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた前記移動体の第１の速度推定値と前記第２の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて得られた第２の速度推定値の加算結果に基づいて第３の速度推定値を算出する第１の速度演算手段と、
   前記第３の送信間隔の送信によるドプラ信号に基づいて前記移動体の第４の速度推定値を算出する第２の速度演算手段と、
   前記第４の速度推定値に基づいて前記第３の速度推定値における折り返りを補正する折り返り補正手段と、
   この折り返り補正手段によって折り返りが補正された速度推定値に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
   前記画像データを表示する表示手段を
   備えたことを特徴とするパルスドプラ計測装置。
8. 前記送信手段は、前記移動体に対して超音波、光、電磁波の何れかを送波することを特徴とする請求項６記載のパルスドプラ計測装置。

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