JP6536357B2 - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像診断装置に関する。

超音波診断は、超音波探触子を体表から当てるという簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子が超音波画像として得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査を行うことができる。超音波診断を行うために用いられ、超音波画像を表示する超音波画像診断装置が知られている。

また、超音波画像診断装置は、被検体の２次元の輝度値による超音波断層画像を表示するＢモード（Ｂ：Brightness）と、被検体の血流の音声信号を音声出力し血流速度を表示するＤモード（Ｄ：Doppler、パルスドプラモード）と、被検体の血流などの動きを検出してその動き部分の移動速度に応じて画像に色を付けるカラーフローモードと、被検体の血流などのパワーを検出してそのパワーの大きさに応じて画像に色を付けるパワードプラモードと、組織の弾性に応じて画像に色を付けるエラストモード、などの超音波画像診断装置として表示可能な各種表示モードを複数表示可能である。
この中で、Ｄモード用の超音波送信とＤモード以外の超音波送信とを１つずつ交互に行い、ＤモードおよびＤモード以外の超音波送信の画像を同時に表示する超音波画像診断装置が知られている。
以下、Ｄモード以外の表示モードでは、一例としてＢモードを取り上げて説明するが、Ｄモードと同時に表示されるモードは、Ｂモードに限定されるものではない。

しかし、この超音波画像診断装置では、Ｂモードの超音波送信がＤモードの超音波送信の間に送信されるので、Ｄモードの超音波送信の時間間隔が長くなるため、早い血流速度に対応できない。この課題を解決するため、図５に示す超音波の送信方法が知られている。図５は、セグメントスキャンにおける時間に対する超音波の送信を示す図である。

図５に示すように、セグメントスキャンでは、Ｄモード用の複数分の超音波送信と、Ｂモード用の複数ライン分の超音波送信と、が順に交互に行われる。横方向の矢印が超音波送信を示す。このため、Ｄモードの超音波受信に応じた受信信号は、Ｂモード時の期間ＴＢ分の超音波送信により不連続となる。

この不連続の期間ＴＢにより、Ｄモードの血流の音声信号がとぎれとぎれになる。このため、セグメントスキャンとして、Ｄモード時の超音波の受信により得られた複素ドプラ信号（ＩＱ信号）について、不連続部分の欠損信号を推定して埋め、音声信号及び画像信号への変換を行うドプラ信号ギャップ処理システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
不連続部分の欠損信号を推定して埋める処理は、補間、内挿、などの表現が用いられることがあるが、ここでは埋めると記載する。

ここで、図６を参照して、上記ドプラ信号ギャップ処理システムとしての従来の超音波画像診断装置３を説明する。図６は、従来の超音波画像診断装置３の機能構成を示すブロック図である。

図６に示すように、超音波画像診断装置３において、制御部１０による各部の制御により、送受信部１２がＢモードの複数ラインの送信信号及びＤモードの複数の送信信号を交互に生成して超音波探触子１１に出力する。超音波探触子１１は、送信信号に応じて送信超音波を被検体に送信し、その反射超音波を受信してその受信信号を送受信部１２に出力する。送受信部１２は、Ｂモード、Ｄモードの受信信号について、それぞれ、デジタルの音線データ、複素ドプラ信号（Ｉ信号／Ｑ信号）を生成する。スイッチ１３は、送受信部１２で生成されたＢモードのデジタルの音線データをＢモード処理部１４に出力し、同じくＤモードのデジタルのＩ信号／Ｑ信号をウォールフィルター１７に出力する。Ｂモード処理部１４は、入力されたＢモードのデジタルの音線データからＢモード画像データを生成する。ＤＳＣ１５は、生成されたＢモード画像データを表示用の画像信号に変換する。表示部１６は、変換された画像信号に応じて、Ｂモード画像を表示する。

ウォールフィルター１７は、入力されたＤモードのデジタルのＩ信号／Ｑ信号から、被検体の内臓壁の動き及び体動に基づく血流と比較して速度の遅いウォール成分を除去する。ＭＳＥ（Missing Signal Estimation：欠損信号推定）部１９Ｂは、ウォール成分が除去されたデジタルのＩ信号／Ｑ信号からＢモードの不連続部分の欠損信号を推定して埋めて連続化する。セパレーター１８Ｂは、連続化されたＩ信号／Ｑ信号から、血流の順流成分と逆流成分とのデジタルの音声信号（順流成分：Ｆｗｄ、逆流成分：Ｂｗｄ）に分離する。スピーカー２０は、順流成分の音声信号ＦｗｄをＬ側から音声出力し、逆流成分の音声信号ＢｗｄをＲ側から音声出力する。

ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部２２は、連続化されたＩ信号／Ｑ信号を高速フーリエ変換してＦＦＴ波形用の血流速度のスペクトラムデータを生成し、ＤＳＣ１５に出力する。ＤＳＣ１５は、スペクトラムデータを表示用のＦＦＴ波形の画像信号に変換し、Ｂモード画像とともに、ＦＦＴ波形の画像を表示部１６に表示する。

米国特許出願公開第２０１０／０１０６０２１号明細書

しかし、上記従来の超音波画像診断装置３では、Ｉ信号及びＱ信号の両方に順流成分及び逆流成分の音声信号の成分が含まれるため、順流成分及び逆流成分の音声信号のどちらか一方が非定常成分である場合に、ＭＳＥ部１９ＢのＩ信号及びＱ信号の欠損信号推定により、非定常でないもう一方の音声信号の成分も影響を受け、連続化した複素ドプラ信号（Ｉ信号／Ｑ信号）の精度が低下していた。また、ＭＳＥ部１９Ｂは、複素ドプラ信号に対する処理を行うため、欠損信号推定の方式が制限され、且つ処理速度が遅かった。

本発明の課題は、欠損信号推定の精度を上げ、欠損信号推定を容易に行い、且つその処理速度を上げることである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
複数の表示モードの画像を生成する超音波画像診断装置であって、
前記複数の表示モードの一つであるＤモードの複数の送信超音波と前記複数の表示モードのＤモード以外の表示モードの複数の送信超音波とを交互に送信する送信部と、反射超音波を受信して受信信号を生成する超音波探触子から入力された前記受信信号からＤモードの複素ドプラ信号としての第１の複素信号及び第２の複素信号の２種の複素信号を生成する受信部と、
前記生成された第１の複素信号及び第２の複素信号から血流の第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号を分離する分離部と、
前記分離された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号から前記Ｄモード以外の表示モードの欠損信号を推定して埋めて連続化する欠損信号推定部と、
前記連続化された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号から連続化された第１の複素信号及び連続化された第２の複素信号を生成する逆分離部と、
前記連続化された第１の複素信号及び連続化された第２の複素信号を周波数解析し血流速度のスペクトラム信号を生成する周波数解析部と、を備える。

請求項２は、請求項１に記載の超音波画像診断装置において、
前記連続化された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号を音声出力する音声出力部と、
前記生成された血流速度のスペクトラム信号を表示する表示部と、を備える。

請求項３は、請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置において、
前記欠損信号推定部は、前記分離された第１の方向成分の音声信号及び第２の方向成分の音声信号に対して、異なるアルゴリズムで前記Ｄモード以外の表示モード分の欠損信号を推定して埋めて連続化する。

請求項４は、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置において、
前記分離部は、
前記受信部により生成された第１の複素信号を濾過する第１のフィルターと、
前記受信部により生成された第２の複素信号を濾過する第２のフィルターと、
前記濾過された第２の複素信号の正負を反転する第１の反転部と、
前記濾過された第１の複素信号と前記濾過された第２の複素信号とを加算して前記第１の方向成分の音声信号を生成する第１の加算部と、
前記濾過された第１の複素信号と前記反転された第２の複素信号とを加算して前記第２の方向成分の音声信号を生成する第２の加算部と、を備え、
前記第１及び第２のフィルターの位相シフト量の差が９０度である。

請求項５は、請求項４に記載の超音波画像診断装置において、
前記受信部により生成された第１の複素信号及び第２の複素信号からウォール成分を除去して前記分離部に出力するウォール成分除去部を備え、
前記第１のフィルターは、前記ウォール成分が除去された第１の複素信号を遅延する第１のディレイフィルターであり、
前記第２のフィルターは、前記ウォール成分が除去された第２の複素信号の位相をシフトする第１の位相シフトフィルターである。

請求項６は、請求項４に記載の超音波画像診断装置において、
前記第１のフィルターは、前記受信部により生成された第１の複素信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過する第２の位相シフトフィルターであり、
前記第２のフィルターは、前記受信部により生成された第２の複素信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過する第３の位相シフトフィルターである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置において、
前記逆分離部は、前記欠損信号推定部により生成された連続化された第１の方向成分の音声信号の位相をシフトする第４の位相シフトフィルターと、
前記欠損信号推定部により生成された連続化された第２の方向成分の音声信号を遅延する第２のディレイフィルターと、
前記遅延された第２の方向成分の音声信号の正負を反転する第２の反転部と、
前記位相シフトされた第１の方向成分の音声信号と前記反転された第２の方向成分の音声信号とを加算して連続化された第１の複素信号を生成する第３の加算部と、
前記位相シフトされた第１の方向成分の音声信号と前記遅延された第２の方向成分の音声信号とを加算して連続化された第２の複素信号を生成する第４の加算部と、を備え、
前記第４の位相シフトフィルター及び前記第２のディレイフィルターの位相シフト量の差が９０度である。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置において、
前記第１の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＩ信号であり、
前記第２の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＱ信号であり、
前記第１の方向成分は、血流の順流成分であり、
前記第２の方向成分は、血流の逆流成分である。

請求項９に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置において、
前記第１の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＱ信号であり、
前記第２の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＩ信号であり、
前記第１の方向成分は、血流の逆流成分であり、
前記第２の方向成分は、血流の順流成分である。

本発明によれば、欠損信号推定の精度を上げることができ、欠損信号推定を容易に行うことができ、且つその処理速度を上げることができる。

本発明の実施の形態の超音波画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）は、第１のセパレーターの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、第１のカウンターセパレーターの構成を示すブロック図である。 変形例の超音波画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）は、第２のセパレーターの構成を示すブロック図である。（ｂ）は、第２のカウンターセパレーターの構成を示すブロック図である。 セグメントスキャンにおける時間に対する超音波の送信を示す図である。 従来の超音波画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。

添付図面を参照して本発明に係る実施の形態及び変形例を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。

（実施の形態）
図１及び図２を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の超音波画像診断装置１の機能構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、セパレーター１８の構成を示すブロック図である。図２（ｂ）は、カウンターセパレーター２１の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の超音波画像診断装置１は、Ｄモード画像と、Ｂモード画像を同時に表示する場合において、被検体に対してＢモード用の送信超音波を送信するとともに、受信した被検体内からの反射超音波に応じた受信信号に基づいて被検体内の内部状態を超音波断層画像（Ｂモード画像）として画像化するとともに、被検体に対してＤモード用の送信超音波を送信するとともに、受信した反射超音波に応じた受信信号に基づいて被検体の血流の音声信号を音声出力し血流速度を示すＦＦＴ波形を生成しＢモード画像と同時に表示する。超音波画像診断装置１は、図５に示すセグメントスキャンにより、Ｄモード用の複数の超音波と、Ｂモード用の複数ラインの超音波と、を交互に繰り返し送信する。
すでに説明したように、ここでのＢモードは一例であり、Ｄモードと同時に表示する他のモードは、超音波診断装置として表示可能なＤモード表示以外のモードであればいずれでもよい。

図１に示すように、超音波画像診断装置１は、制御部１０と、超音波探触子１１と、送受信部１２と、スイッチ１３と、Ｂモード処理部１４と、ＤＳＣ１５と、表示部１６と、ウォール成分除去部としてのウォールフィルター１７と、分離部としてのセパレーター１８と、欠損信号推定部としてのＭＳＥ部１９と、音声出力部としてのスピーカー２０と、逆分離部としてのカウンターセパレーター２１と、周波数解析部としてのＦＦＴ部２２と、を備える。

制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備えて構成され、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム等の各種処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムに従って超音波画像診断装置１の各部の動作を集中制御する。ＲＯＭは、半導体等の不揮発メモリー等により構成され、超音波画像診断装置１に対応するシステムプログラム及び該システムプログラム上で実行可能な各種処理プログラムや、各種データ等を記憶する。これらのプログラムは、コンピューターが読み取り可能なプログラムコードの形態で格納され、ＣＰＵは、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。また、制御部１０には、Ｂモード画像上でＤモードの血流速度を測定する部分を指定するドプラーゲート（サンプルボリューム）の入力等を受け付ける操作部（図示略）が接続されている。

超音波探触子１１は、送受信部１２から入力された送信信号に応じて、送信超音波を送信するとともに、被検体からの反射超音波を受信し、反射超音波に応じた受信信号を送受信部１２に出力する。超音波探触子１１は、圧電素子からなる振動子を備えており、この振動子が、例えば、方位方向に一次元アレイ状に複数配列されている。なお、振動子は、二次元アレイ状に配列されたものであってもよい。また、振動子の個数は、任意に設定することができる。また、本実施の形態では、超音波探触子１１について、リニア走査方式の電子スキャンプローブを採用したが、電子走査方式あるいは機械走査方式の何れを採用してもよく、また、リニア走査方式、セクタ走査方式あるいはコンベックス走査方式の何れの方式を採用することもできる。

送受信部１２は、制御部１０の制御に従って、操作入力されたドプラゲートに対応する電気信号である複数のＤモードの送信信号（駆動信号）と、電気信号である複数のＢモードの送信信号とを交互に生成して超音波探触子１１に供給し、複数のＤモード、Ｂモードの送信超音波を交互に発生させる送信部と、制御部１０の制御に従って、超音波探触子１１から電気信号としての複数のＤモードの受信信号、複数のＢモードの受信信号を交互に受信する受信部と、からなる。受信部は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路、位相検波器を備える。

受信部は、入力されたＢモードの受信信号に対して、増幅器により、振動子毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅し、Ａ／Ｄ変換回路により、増幅されたアナログの受信信号をデジタルの受信信号に変換し、整相加算回路により、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子毎に対応した個別経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）して音線データを生成する。また、受信部は、入力されたＤモードの受信信号に対して、増幅器により、振動子毎に対応した個別経路毎に、予め設定された所定の増幅率で増幅させ、Ａ／Ｄ変換回路により、増幅されたアナログの受信信号をデジタルの受信信号に変換し、整相加算回路により、Ａ／Ｄ変換された受信信号を整相加算し、位相検出器により、直交検波として知られている方法により、整相加算された受信信号から位相が互いに９０度異なる血流信号を位相検波して抽出しデジタルの複素ドプラ信号（Ｉ信号／Ｑ信号）を生成する。

スイッチ１３は、１入力２出力のスイッチであり、制御部１０の制御に従って、送受信部１２から入力されたＢモードの音線データの出力をＢモード処理部１４側に切り替え、同じく入力されたＤモードのＩ信号／Ｑ信号の出力をウォールフィルター１７側に切り替える。

Ｂモード処理部１４は、制御部１０の制御に従って、スイッチ１３から入力された音線データに対して包絡線検波処理や対数増幅等を実施し、ゲインの調整等を行って輝度変換することにより、Ｂモード画像データを生成する。すなわち、Ｂモード画像データは、受信信号の強さを輝度によって表したものである。

ＤＳＣ１５は、制御部１０の制御に従って、Ｂモード処理部１４から入力されたＢモード画像データを、座標変換し、表示用の画像信号に変換し、ＦＦＴ部２２から入力されたＦＦＴ波形用のスペクトラム信号を表示用の画像信号に変換し、Ｂモード画像及びＦＦＴ波形画像を合成する。

表示部１６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬ（Electronic Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示装置である。表示部１６は、制御部１０の制御に従って、ＤＳＣ１５から入力された画像信号に従って表示画面上にＢモード画像及びＦＦＴ波形の合成画像の表示を行う。

ウォールフィルター１７は、スイッチ１３から入力されたＤモードのデジタルのＩ信号／Ｑ信号から、被検体の内臓壁の動き及び体動に基づくウォール成分を除去するフィルターである。

セパレーター１８は、ウォールフィルター１７から入力されたデジタルのＩ信号／Ｑ信号から、血流が超音波探触子１１に近づく順方向の順流成分と遠ざかる逆方向の逆流成分とのデジタルの音声信号（順流成分：Ｆｗｄ、逆流成分：Ｂｗｄ）に分離する。
ここで図２（ａ）を用いてセパレーター１８について説明する。セパレーター１８は、ディレイフィルター１８１と、位相シフトフィルター１８２と、反転部１８３と、加算部１８４，１８５と、を備える。

ディレイフィルター１８１は、ウォールフィルター１７から入力されたデジタルのＩ信号を所定時間遅らせて出力するフィルターである。位相シフトフィルター１８２は、ウォールフィルター１７から入力されたデジタルのＱ信号に対して位相を９０度ずらす位相シフトを行うとともに、当該Ｑ信号に対して低周波成分を低減し高周波成分を通過する機能をあわせもつフィルターである。つまり、ディレイフィルター１８１、位相シフトフィルター１８２の位相シフト量の差は、９０度である。
ディレイフィルター１８１による遅延の目的は、Ｑ信号を位相シフトフィルター１８２で位相シフトすることによって生じるＩ信号に対する時間遅延の補償である。したがって、ディレイフィルター１８１では位相シフトフィルター１８２による遅延時間と同等分の遅延時間でＩ信号を遅延させる。

反転部１８３は、位相シフトフィルター１８２から入力されたデジタルのＱ信号の正負を反転する。加算部１８４は、ディレイフィルター１８１から入力されたＩ信号と位相シフトフィルター１８２から入力されたＱ信号とを加算してデジタルの順流成分の音声信号Ｆｗｄを生成しＭＳＥ部１９に出力する。加算部１８５は、ディレイフィルター１８１から入力されたＩ信号と反転部１８３から入力された反転後のＱ信号とを加算してデジタルの逆流成分の音声信号Ｂｗｄを生成しＭＳＥ部１９に出力する。
ディレイフィルター１８１にはＩ信号、位相シフトフィルター１８２にはＱ信号が入力される構成を説明したが、Ｉ信号とＱ信号は相対的な信号であり、入れ替えてディレイフィルター１８１にはＱ信号、位相シフトフィルター１８２にはＩ信号を入力することも可能である。

図１に戻り、ＭＳＥ部１９は、制御部１０の制御に従って、セパレーター１８から入力されたデジタルの音声信号Ｆｗｄ／ＢｗｄからＢモードの不連続部分の欠損信号を推定して埋めて連続化する。デジタルの音声信号Ｆｗｄ／Ｂｗｄは、実数であり、且つお互いに独立した信号である。このため、ＭＳＥ部１９は、お互いに独立した実数の信号に適用可能な欠損信号推定方法として、ＡＲ（AutoRegressive:自己回帰）モデルによる予測、ＭＡ（Moving Average:移動平均）モデルによる予測、ＡＲＭＡ（AutoRegressive and Moving Average:自己回帰移動平均モデル）による予測等を用いてＢモードの不連続部分の欠損信号を推定して埋めて連続化する。

ＡＲモデルは、時系列信号における過去の観測値と正規雑音とを用いて現在の値を表現するモデルである。次数ｍのＡＲモデルは、下記の式（１）の通り定式化される。

但し、ε_n：ホワイトノイズを満たす撹乱項（誤差項）、ε_n〜Norm(0,σ)、σ^２：分散であり、ｙ_n：ｎ番目の予測値（推定値）である。
つまり、ＡＲモデルでは、予測値ｙ_nは、ｍ個過去の値の加重値に誤差が加わった値である。式（１）における係数ａ_nはYule-Walker方程式として知られる以下の関係式（２），（３）から導出することができる。

ＭＡモデルは、予測値が今期から過去に遡った撹乱項（観測不可能なホワイトノイズ）の加重和となるモデルである。ＡＲＭＡモデルは、ＡＲモデルとＭＡモデルとを合わせたモデルである。

ＭＳＥ部１９は、欠損信号推定方法（アルゴリズム）として、他にも、入力された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄを時間的に反転することで欠損信号を推定して埋める方法や、入力された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄの信号レベルが小さい場合に、音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄの欠損信号の値を０に置き換えて埋める方法がある。また、ＭＳＥ部１９は、入力された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄに対してそれぞれ異なるアルゴリズムでＢモード分の欠損信号を推定して埋めて連続化する構成としてもよい。例えば、入力された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄのいずれか一方の信号レベルが小さい場合に、信号レベルが小さい音声信号の欠損信号を０に置き換えて埋め、信号レベルが大きい音声信号に対して、ＡＲモデルによる予測等の精度が高い欠損信号推定方法で欠損信号を埋めることとしてもよい。

スピーカー２０は、Ｌ（左），Ｒ（右）のステレオのスピーカーであり、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの順流成分の音声信号ＦｗｄをＬ側から音声出力し、同じく入力されたデジタルの逆流成分の音声信号ＢｗｄをＲ側から音声出力する。

カウンターセパレーター２１は、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの順流成分及び逆流成分の音声信号を、デジタルの複素ドプラ信号（Ｉ信号／Ｑ信号）に変換する。
ここで図２（ｂ）を用いて、カウンターセパレーター２１について説明する。
図２（ｂ）に示すように、カウンターセパレーター２１は、位相シフトフィルター２１１と、ディレイフィルター２１２と、反転部２１３と、加算部２１４，２１５と、を備える。

位相シフトフィルター２１１は、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの順流成分の音声信号Ｆｗｄに対して、位相を９０度ずらす位相シフトを行い出力するともに、音声信号Ｆｗｄの低周波成分を低減するフィルターである。ディレイフィルター２１２は、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの逆流成分の音声信号Ｂｗｄを所定時間遅らせて出力するフィルターである。つまり、位相シフトフィルター２１１、ディレイフィルター２１２の位相シフト量の差は、９０度である。
ディレイフィルター２１２による遅延の目的は、音声信号Ｆｗｄを位相シフトフィルター２１１で位相シフトすることによって生じる音声信号Ｂｗｄに対する遅延時間の補償である。したがって、ディレイフィルター２１２では位相シフトフィルター２１１による遅延時間と同等分の遅延時間で音声信号Ｂｗｄを遅延させる。

反転部２１３は、ディレイフィルター２１２から入力されたデジタルの逆流成分の音声信号Ｂｗｄの正負を反転する。加算部２１４は、位相シフトフィルター２１１から入力されたデジタルの順流成分の音声信号Ｆｗｄと反転部２１３から入力されたデジタルの反転後の逆流成分の音声信号Ｂｗｄとを加算してデジタルのＩ信号を生成しＦＦＴ部２２に出力する。加算部２１５は、位相シフトフィルター２１１から入力されたデジタルの順流成分の音声信号Ｆｗｄとディレイフィルター２１２から入力されたデジタルの逆流成分の音声信号Ｂｗｄとを加算してデジタルのＱ信号を生成しＦＦＴ部２２に出力する。
なお、ディレイフィルター１８１にはＱ信号、位相シフトフィルター１８２にはＩ信号を入力すれば、順流成分の音声信号Ｆｗｄと、逆流成分の音声信号Ｂｗｄとがそれぞれ入れ替わって出力される。

図１に戻り、ＦＦＴ部２２は、制御部１０の制御に従い、カウンターセパレーター２１から入力されたＩ信号／Ｑ信号を周波数解析として高速フーリエ変換してＦＦＴ波形用の血流速度のスペクトラムデータを生成し、ＤＳＣ１５に出力する。

超音波画像診断装置１が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路として実現することができる。集積回路とは、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）であり、ＬＳＩは集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。また、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能をソフトウェアにより実行するようにしてもよい。この場合、このソフトウェアは一つ又はそれ以上のＲＯＭなどの記憶媒体、光ディスク、又はハードディスクなどに記憶されており、このソフトウェアが演算処理器により実行される。

以上、本実施の形態によれば、超音波画像診断装置１は、Ｄモード及びＢモードの画像を生成する。超音波画像診断装置１は、Ｄモードの複数の送信超音波とＢモードの複数の送信超音波とを交互に超音波探触子１１に送信させ、反射超音波を受信して受信信号を生成した超音波探触子１１から入力されたＤモードの受信信号からＤモードの複素ドプラ信号としてのＩ信号及びＱ信号を生成する送受信部１２と、生成されたＩ信号及びＱ信号から血流の順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄを分離するセパレーター１８と、分離された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，ＢｗｄからＢモード分の欠損信号を推定して埋めて連続化するＭＳＥ部１９と、連続化された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄから連続化されたＩ信号及びＱ信号を生成するカウンターセパレーター２１と、連続化されたＩ信号及びＱ信号を周波数解析し血流速度のスペクトラム信号を生成するＦＦＴ部２２と、を備える。

このため、実数であり互いに独立した順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄから欠損信号を推定して埋めて連続化するので、Ｂモード分の欠損信号推定の精度を上げることができ、欠損信号推定を容易に行うことができ、且つその処理速度を上げることができる。

また、超音波画像診断装置１は、連続化された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄを音声出力するスピーカー２０と、生成された血流速度のスペクトラム信号を表示する表示部１６と、を備える。このため、Ｄモードの受信信号に基づき、順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄを音声出力できるとともに、血流速度のスペクトラム信号をＦＦＴ波形として表示できる。

また、ＭＳＥ部１９は、分離された順流成分の音声信号及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄに対して、異なるアルゴリズムでＢモード分の欠損信号を推定して埋めて連続化する。このため、順流成分の音声信号及び逆流成分の音声信号に応じて、異なるアルゴリズムでＢモード分の欠損信号を推定して埋めて連続化できる。例えば、入力された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄのいずれか一方の信号レベルが小さい場合に、信号レベルが小さい音声信号の欠損信号を０に置き換えて埋めて計算量を低減させ、信号レベルが大きい音声信号に対して、ＡＲモデルによる予測等の精度が高い欠損信号推定方法で欠損信号を埋めて欠損信号推定の精度を高めることができる。

また、超音波画像診断装置１は、送受信部１２により生成されたＩ信号及びＱ信号からウォール成分を除去してセパレーター１８に出力するウォールフィルター１７を備える。セパレーター１８は、ウォール成分が除去されたＩ信号を遅延するディレイフィルター１８１と、ウォール成分が除去されたＱ信号の位相をシフトし低周波成分を低減し高周波成分を通過する位相シフトフィルター１８２と、位相シフトされたＱ信号の正負を反転する反転部１８３と、遅延されたＩ信号と位相シフトされたＱ信号とを加算して順流成分の音声信号Ｆｗｄを生成する加算部１８４と、遅延されたＩ信号と反転されたＱ信号とを加算して逆流成分の音声信号Ｂｗｄを生成する加算部１８５と、を備える。ディレイフィルター１８１、位相シフトフィルター１８２の位相シフト量の差は、９０度である。このため、フィルタリングの機能がないディレイフィルター１８１を用いて、セパレーター１８の構成を簡単にできる。

また、カウンターセパレーター２１は、ＭＳＥ部１９により生成された連続化された順流成分の音声信号Ｆｗｄの位相をシフトする位相シフトフィルター２１１と、ＭＳＥ部１９により生成された連続化された逆流成分の音声信号Ｂｗｄを遅延するディレイフィルター２１２と、遅延された逆流成分の音声信号Ｂｗｄの正負を反転する反転部２１３と、位相シフトされた順流成分の音声信号Ｆｗｄと反転された逆流成分の音声信号Ｂｗｄとを加算して連続化されたＩ信号を生成する加算部２１４と、位相シフトされた順流成分の音声信号Ｆｗｄと遅延された逆流成分の音声信号Ｂｗｄとを加算して連続化されたＱ信号を生成する加算部２１５と、を備える。位相シフトフィルター２１１及びディレイフィルター２１２の位相シフト量の差は、９０度である。このため、連続化された順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄから連続化されたＩ信号及びＱ信号を容易に生成できる。

（変形例）
図３及び図４を参照して、上記実施の形態の変形例を説明する。図３は、本変形例の超音波画像診断装置１の機能構成を示すブロック図である。図４（ａ）は、セパレーター１８Ａの構成を示すブロック図である。図４（ｂ）は、カウンターセパレーター２１Ａの構成を示すブロック図である。

本変形例において、上記実施の形態と同じ部材には、同じ符号を付し、その説明を省略する。図３に示すように、本変形例の超音波画像診断装置２は、上記実施の形態の超音波画像診断装置１と同様に、超音波探触子１１と、送受信部１２と、スイッチ１３と、Ｂモード処理部１４と、ＤＳＣ１５と、表示部１６と、ＭＳＥ部１９と、スピーカー２０と、カウンターセパレーター２１と、ＦＦＴ部２２と、を備え、さらに、セパレーター１８Ａを備える。

セパレーター１８Ａは、スイッチ１３から入力されたデジタルのＩ信号／Ｑ信号をデジタルの順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄに変換する。図４（ａ）に示すように、セパレーター１８Ａは、位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａと、反転部１８３と、加算部１８４，１８５と、を備える。

セパレーター１８Ａは、スイッチ１３から入力されたデジタルのＩ信号／Ｑ信号のウォール成分を除去するとともに、デジタルの順流成分及び逆流成分の音声信号Ｆｗｄ，Ｂｗｄに変換する。位相シフトフィルター１８１Ａは、スイッチ１３から入力されたデジタルのＩ信号の位相を−４５度ずらす位相シフトを行い出力するフィルターであるとともに、ウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過するフィルターである。位相シフトフィルター１８２Ａは、スイッチ１３から入力されたデジタルのＱ信号のウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過するとともに、当該Ｑ信号に対して、位相を＋４５度ずらす位相シフトを行い出力するフィルターである。つまり、位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａは、ウォールフィルターとしてのウォール成分除去機能を有する。

また、位相シフトフィルター１８１Ａ、位相シフトフィルター１８２Ａの位相シフト量の差は、９０度である。なお、位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａの位相シフト量は、上記の例に限定されるものではない。位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａの位相シフト量は、それらの差が９０度であるような他の値としてもよい。

また、超音波画像診断装置２において、カウンターセパレーター２１に代えて、図４（ｂ）に示すカウンターセパレーター２１Ａを設ける構成としてもよい。図４（ｂ）に示すように、カウンターセパレーター２１Ａは、位相シフトフィルター２１１Ａ，２１２Ａと、反転部２１３と、加算部２１４，２１５と、を備える。

位相シフトフィルター２１１Ａは、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの順流成分の音声信号Ｆｗｄの位相を−４５度ずらす位相シフトを行い出力するとともに、音声信号Ｆｗｄの低周波成分を低減し高周波成分を通過するフィルターである。位相シフトフィルター２１２Ａは、ＭＳＥ部１９から入力されたデジタルの逆流成分の音声信号Ｂｗｄの低周波成分を低減し高周波成分を通過するとともに、当該音声信号Ｂｗｄに対して、位相を＋４５度ずらす位相シフトを行い出力するフィルターである。つまり、位相シフトフィルター２１１Ａ、位相シフトフィルター２１２Ａの位相シフト量の差が９０度である。なお、位相シフトフィルター２１１Ａ，２１２Ａの位相シフト量は、上記の例に限定されるものではない。位相シフトフィルター２１１Ａ，２１２Ａの位相シフト量は、それらの差が９０度であるような他の値としてもよい。

また、超音波画像診断装置１と同様に、超音波画像診断装置２が備える各部について、各々の機能ブロックの一部又は全部の機能は、集積回路などのハードウェア回路又はソフトウェアにより実行するようにしてもよい。

以上、本変形例によれば、セパレーター１８Ａは、送受信部１２により生成されたＩ信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を除去し高周波成分を通過する位相シフトフィルター１８１Ａと、送受信部１２により生成されたＱ信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を除去し高周波成分を通過する位相シフトフィルター１８２Ａと、位相シフトされたＱ信号の正負を反転する反転部１８３と、位相シフトされたＩ信号とＱ信号とを加算して順流成分の音声信号Ｆｗｄを生成する加算部１８４と、位相シフトされたＩ信号と反転されたＱ信号とを加算して逆流成分の音声信号を生成する加算部１８５と、を備え、位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａの位相シフト量の差が９０度である。このため、ウォールフィルター１７を備えないので、超音波画像診断装置２の構成を簡単にできる。

なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係る好適な超音波画像診断装置の一例であり、これに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態の超音波画像診断装置１において、カウンターセパレーター２１をカウンターセパレーター２１Ａに代える構成としてもよい。

また、超音波画像診断装置１において、セパレーター１８を、ウォール成分除去機能のないセパレーター１８Ａに代える構成としてもよい。この構成では、位相シフトフィルター１８１Ａ，１８２Ａは、ウォールフィルターとしてのウォール成分除去機能を有しない。

また、以上の実施の形態及び変形例における超音波画像診断装置１，２を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１，２，３ 超音波画像診断装置
１０ 制御部
１１ 超音波探触子
１２ 送受信部
１３ スイッチ
１４ Ｂモード処理部
１５ ＤＳＣ
１６ 表示部
１７ ウォールフィルター
１８，１８Ａ，１８Ｂ セパレーター
１８１ ディレイフィルター
１８２，１８１Ａ，１８２Ａ 位相シフトフィルター
１８３ 反転部
１８４，１８５ 加算部
１９，１９Ｂ ＭＳＥ部
２０ スピーカー
２１，２１Ａ カウンターセパレーター
２１１，２１１Ａ，２１２Ａ 位相シフトフィルター
２１２ ディレイフィルター
２１３ 反転部
２１４，２１５ 加算部
２２ ＦＦＴ部

Claims (9)

1. 複数の表示モードの画像を生成する超音波画像診断装置であって、
   前記複数の表示モードの一つであるＤモードの複数の送信超音波と前記複数の表示モードのＤモード以外の表示モードの複数の送信超音波とを交互に超音波探触子に送信させる送信部と、反射超音波を受信して受信信号を生成した前記超音波探触子から入力された前記受信信号からＤモードの複素ドプラ信号としての第１の複素信号及び第２の複素信号の２種の複素信号を生成する受信部と、
   前記生成された第１の複素信号及び第２の複素信号から血流の第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号を分離する分離部と、
   前記分離された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号から前記Ｄモード以外の表示モードの欠損信号を推定して埋めて連続化する欠損信号推定部と、
   前記連続化された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号から連続化された第１の複素信号及び連続化された第２の複素信号を生成する逆分離部と、
   前記連続化された第１の複素信号及び連続化された第２の複素信号を周波数解析し血流速度のスペクトラム信号を生成する周波数解析部と、を備える超音波画像診断装置。
2. 前記連続化された第１の方向成分及び第２の方向成分の音声信号を音声出力する音声出力部と、
   前記生成された血流速度のスペクトラム信号を表示する表示部と、を備える請求項１に記載の超音波画像診断装置。
3. 前記欠損信号推定部は、前記分離された第１の方向成分の音声信号及び第２の方向成分の音声信号に対して、異なるアルゴリズムで前記Ｄモード以外の表示モード分の欠損信号を推定して埋めて連続化する請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置。
4. 前記分離部は、
   前記受信部により生成された第１の複素信号を濾過する第１のフィルターと、
   前記受信部により生成された第２の複素信号を濾過する第２のフィルターと、
   前記濾過された第２の複素信号の正負を反転する第１の反転部と、
   前記濾過された第１の複素信号と前記濾過された第２の複素信号とを加算して前記第１の方向成分の音声信号を生成する第１の加算部と、
   前記濾過された第１の複素信号と前記反転された第２の複素信号とを加算して前記第２の方向成分の音声信号を生成する第２の加算部と、を備え、
   前記第１及び第２のフィルターの位相シフト量の差が９０度である請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。
5. 前記受信部により生成された第１の複素信号及び第２の複素信号からウォール成分を除去して前記分離部に出力するウォール成分除去部を備え、
   前記第１のフィルターは、前記ウォール成分が除去された第１の複素信号を遅延する第１のディレイフィルターであり、
   前記第２のフィルターは、前記ウォール成分が除去された第２の複素信号の位相をシフトする第１の位相シフトフィルターである請求項４に記載の超音波画像診断装置。
6. 前記第１のフィルターは、前記受信部により生成された第１の複素信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過する第２の位相シフトフィルターであり、
   前記第２のフィルターは、前記受信部により生成された第２の複素信号の位相をシフトしウォール成分を含む低周波成分を低減し高周波成分を通過する第３の位相シフトフィルターである請求項４に記載の超音波画像診断装置。
7. 前記逆分離部は、前記欠損信号推定部により生成された連続化された第１の方向成分の音声信号の位相をシフトする第４の位相シフトフィルターと、
   前記欠損信号推定部により生成された連続化された第２の方向成分の音声信号を遅延する第２のディレイフィルターと、
   前記遅延された第２の方向成分の音声信号の正負を反転する第２の反転部と、
   前記位相シフトされた第１の方向成分の音声信号と前記反転された第２の方向成分の音声信号とを加算して連続化された第１の複素信号を生成する第３の加算部と、
   前記位相シフトされた第１の方向成分の音声信号と前記遅延された第２の方向成分の音声信号とを加算して連続化された第２の複素信号を生成する第４の加算部と、を備え、
   前記第４の位相シフトフィルター及び前記第２のディレイフィルターの位相シフト量の差が９０度である請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。
8. 前記第１の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＩ信号であり、
   前記第２の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＱ信号であり、
   前記第１の方向成分は、血流の順流成分であり、
   前記第２の方向成分は、血流の逆流成分である請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。
9. 前記第１の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＱ信号であり、
   前記第２の複素信号は、Ｄモードの複素ドプラ信号のＩ信号であり、
   前記第１の方向成分は、血流の逆流成分であり、
   前記第２の方向成分は、血流の順流成分である請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。

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