JPH01277541A - 超音波血流イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の血
流情報を求めこれを２次元表示する超音波血流イメージ
ング装置に関する。

（従来の技術） 超音波ドアラ法とパルス反射法とを併用することによっ
て一つの超音波プローブで血流情報と断層像（Ｂモード
像）情報を得、断層像に重ねて血流情報をリアルタイム
でカラー表示するようにした超音波血流イメージング装
置が知られている。

このような装置によって血流速度を測定する場合の動作
原理は次の通りである。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対し
て超音波パルスを送波すると、この超音波ビームの中心
周波数ｆｃは流動する血球によって散乱されドプラ偏移
を受けて周波数ｆｄだけ変化して、この受波周波数ｆは
ｆ＝ｆｃ　＋ｆｄとなる。このとき周波数ｆｃ、ｆｄは
次式のように示される。

２ＶＣＯ３θ ｆｄ’ｙ　　□　争　ｆｃ に こで、■＝血流速度 θ：超音波ビームと血管とのなす角度 Ｃ：音速 従って、ドプラ偏移ｆｄを検出することによって血流速
度Ｖを１グることができる。

このようにして得られた血流速度■の２次元画像表示は
次のように行われる。先ず第８図のように超音波プロー
７１から被検体に対してＡ、Ｂ。

Ｃ１・・・方向に順次超音波パルスを送波してセクタ（
又はリニア）スキャンを行うにあたり、第９図の構成の
超音波血流イメージング装置によってその超音波パルス
のスキャン制御が行われる。

最初に六方向に数回超音波パルスが送波されると、被検
体内の血流でドプラ偏移されて反射されたエコー信号は
同一プロー７１によって受波され、電気信号に変換され
て受信回路２に送られる。

次に位相検波回路３によってドプラ偏移信号が検出され
る。このドプラ偏移信号は超音波パルスの方向に設けら
れた例えば２５６個のサンプル点ごとにとらえられる。

各サンプル点でとらえられたドプラ偏移信号は周波数分
析器４で周波数分析され、Ｏ，Ｓ、Ｃ＜ディジタル・ス
キャン・コンバータ）５に送られここで走査変換された
後に、画像処理表示装置６に送出され六方向の血流像が
２次元画像としてリアルタイムで表示される。

以下Ｂ、Ｃ，・・・の各方向に対しても同様な動作が繰
り返されて、各スキャン方向に対応した血流像〈流速分
布像）が表示されることになる。この血流像表示におい
ては、一方向の流れを赤色で表現し、逆方向の流れを青
色で表現し、流速の違いを赤色、青色の輝度変化で表現
している。

ところで、血流イメージング装置においては、同一周波
数ラスタを数回走査し、その受信エコーを直交検波した
後に周波数解析してドプラ偏移周波数を検出するのであ
るが、この周波数解析においては、ＤＣ＜直流）乃至数
ＫＩＩＺのドプラ信号を、繰返し走査周波数ｆｒで離散
的にサンプリングするため、ｆｒ／２以上あるいは−ｆ
ｒ／２以下のドプラ信号では、「折返し」と称される現
象を生ずる。

すなわち、繰返し走査周波数ｆｒの周期でドプラ信号の
データ列が作られることからドプラ信号のサンプリング
周波数もｆｒとなり、この場合の最大ドプラ偏移周波数
ｆ　ｄｍａｘは、ザンブリング定理より、 ｆ　ｄｍａｘ　＝　ｆ　ｒ／２ となり、カラー表示の場合、赤→青、青−〉赤へと色彩
が反転してしまうのである。

そこで従来装置では、この「折返し現像」に起因する不
都合を緩和するため、〈ゼロ（「０」と表わす）を中心
に観察可能な帯域１ｆｒｌを−ｆｒ／２乃至ｆｒ／２の
範囲でシフトし、ｆ　ｄｍａｘをｆｒにまで見かけ上広
げるようにしている（第３図（ａ＞参照）。この機能を
［ゼロシフト（０シフｈ　）機能］と称する。第３図＜
ａ＞では、シフト量を横軸にとり、観察可能な帯域を縦
軸にとっている。ＦＦＴ（ファーストフーリエ変換）表
示の場合には、ベースライン（０ライン）を上下方向に
シフトした画面表示とすればよいが、ＣＦＭ（カラーフ
ローマツピング）表示の場合には、周波数（平均周波数
）と赤、青の表示色の階調とが対応しているため若干工
夫が必要となる。

ＣＦＭ表示を可能とする従来装置においては、０シフｈ
機能がプリプロセス（Ｄ、Ｓ、Ｃを形成するフレームメ
モリよりも前）にあったため、０シフト量を増すと、赤
又は青の階調レンジが周波数の絶対値に比べて狭くなっ
てしまう（第３図（ｂ）参照）。例えばｆ　ｒ／４の入
力信号に対して０シフト量を変化させた場合の階調変化
は第３図＜ｂ＞において破線で示すようになり、同一流
速であるにもかかわらず階調が変化してしまう。

更に、上記とは異なる方式の０２７１機能として第３図
（Ｃ）に示すものが挙げられる。これによれば、階調ダ
イナミックレンジの関係に対応して表示系の赤や肖の最
高階調までしか使用できないため、０シフトを増やした
場合、赤や青の最高階調で飽和してしまい、折返し部分
で流速が上昇しているか否かを画面上で把握スることが
できない。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来装置においては、Ｏシフトした場合
に、周波数の絶対値に比べて階調ダイナミックレンジが
狭くなるために、あるいは赤や青の最高階調で飽和して
しまうために、流速の絶対値と出力階調との対応がとれ
ず、良好な血流情報のイメージができない。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、その目的
とするところは、０シフトした場合でも流速と出力階調
との対応がとり易い血流情報のイメージングを行うこと
ができる超音波血流イメージング装置を提供することに
ある。

［発明の構成１ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明では、Ｏシフト量に応じ
て出力階調のダイナミックレンジを拡大して入力データ
のＲＧＢ変換を行うカラー処理手段を有し、この手段に
より０９７１〜機能を実現させている。

（作　用） 本発明によれば、０シフドロに応じて出力階調のダイナ
ミックレンジが拡大されるため、流速の絶対値と出力階
調（表示輝度）との対応がとり易くなり、また、赤や青
の最高階調で飽和することもない。

〈実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図＜ａ＞は本発明の一実施例装置を示している。

同図に示すようにこの超音波血流イメージング装置は、
電子走査型超音波プローブ（以下、［プローブ」という
＞　１１．２ＩＨ子走査装置アナログ部１２．９０°移
相器２５．ミキサ２４ａ、２４ｂ。

ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂ、ＭＴＩ　＜Ｍｏｖ−
ｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部２
７．白黒フレームメモリ２０．カラーフレームメモリ２
１．システムコントローラ１つ２画像処理表示装置２２
を有する。

電子走査装置アナログ部１２は、プリアンプ１３、パル
サ１４２発振器１５．デイレーライン１６、加粋器１７
．検波器１８から構成されている。

加算器１７から出力された信号のうち一方は検波器１８
を介して白黒フレームメモリ２０へ送られ、他方はライ
ン２８以下へ送られる。ライン２８から加えられた信号
は二分され各々ミキサ２４ａ、２４ｂに加えられる。各
ミキサ２４ａ。

２４ｂには、９０’移相器２５を介することで発振器１
５からの基準信号ｆｏが９０”の移相差で加えられる。

この結果ローパスフィルタ２６ａ２２６ｂにはドプラ偏
移信号ｆｄと（２ｆｏ＋ｆ弓）信号が入力され、ローパ
スフィルタ２６ａ、２６ｂによって高周波成分が除去さ
れてドプラ偏移信号ｆｄのみが得られる。これは血流情
報演専のための位相検波用ノｊ信号であり、ＭＴＩ演算
部２７に加えられる。

このＭＴＩ演算部２７はＡ／Ｄ変換器、ＭＴＩフィルタ
、自己相関器、平均速度演算部２分散演算部、パワー演
算部から構成されている。ＭＴＩフィルタは移動目標（
血球）のみのドプラ情報を抽出するものである。自己相
関器での処理は周波数分析法の一種であり、２次元の多
点の周波数分析をリアルタイムで行う必要性から用いら
れている。また、平均速度演算部１分散演算部及びパワ
ー演峰部においては、それぞれ所定の演算実行により血
流速Ｖ１分散σ及びトータルパワーＰが求められる。

ＭＴＩ演算部２７の出力はカラーフレームメモリ２１に
送出される。

白黒フレームメモリ２０及びカラーフレームメモリ２１
それぞれの走査変換出力は、後段に配置された画像処理
表示装置２２に取り込まれ、適宜の処理の後に可視化さ
れるようになっている。

システムコントローラ２つは本実施例装置全体の動作制
御を司るものであり、ＣＰｔＪ　（中央処理装置）を中
心に構成されている。

次に画像処理表示装置２２の詳細について第１図（ｂ）
を基に説明する。

同図に示すように画像処理表示装置２２は、マルチプレ
クサ（ＭＰＸ）２７．ゲインアテネータ２８、カラー処
理手段２９．白黒／カラー合成回路３０．Ｄ／Ａ変換器
３１．ＲＧＢモニタ３２を有して成る。

ＭＰＸ２７は、前記カラーフレームメモリ２１の走査変
換出力（すなわち血流速Ｖ、トータルパワーＰ１分散σ
、加速度Ａ）中より、表示に供するａ、ｂ２種類のデー
タを適宜に選択するものであり、この選択出力が、後段
に配置されたカラー処理手段２９に取り込まれるように
なっている。

このカラー処理手段２つは、ＭＰＸ２７によって選択さ
れたデータのカラー処理（ＲＧＢ変換処理）を行うもの
で、２９ａ、２９ｂ、２９ｃで示すように、Ｒ（レッド
）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）に対応する３個の変
換テーブルより成る。

例えば変換テーブル２９ａは、第２図に示すように第１
のＲＯＭ　（リード・オンリ・メモリ）３３と第２のＲ
ＯＭ３４とを有して成る。

第１のＲＯＭ３３ｔ、ｉ、前記ＭＰＸ２７を介シテａ、
ｂ２種類の血流データくいずれも５ピッ１−）。

流速や分散表示などの表示モード切換信号（２ビツト）
、及び流速データのりジエクションやγ補正などの選択
のためのポストプロセス選択信号（３ビツト）がアドレ
ス入力端を介して入力されると、それらに応じた変換処
理データ（７ビツト）を出力する。また、第２のＲＯＭ
３４は、Ｏシフト選択データ（０−ＳＨＩＦＴ、　４ビ
ツト）、ドプラフローコントラスｈ　（ＣＦ−ＣＯＮＴ
ＲΔＳＴ）選択信号（２ビット）２表示モード切換信号
（２ビツト）、及び第１のＲＯＭ３３の変換処理出力（
７ビツト）がアドレス入力端を介して入力されると、そ
れらに応じた変換処理データ（８ビツト）を出力する。

ここで上記の各選択及び切換信号は第１図＜ａ）のシス
テムコントローラ１つより送出されるものである。

尚、Ｇ、Ｂについての変換テーブル２９ｂ。

２９ｃも上記と同様に形成されている。

ここで、このカラー処理手段２つにおいては、０シフト
選択信号が入力され、この入力信号に応じて上記のＯシ
フトが行われるようになっており、これが本実施例装置
の特徴点の一つとなっている。

つまり、Ｏシフト選択信号が入力されると、この選択信
号によって特定されるシフドロに応じて出力階調（表示
輝度）のダイナミックレンジが拡大されるのである。こ
のタイナミツクレンジ拡大は、淡紅→赤→黒→青→空の
ように彩度変化を伴うことで行われ（第３図（ｄ）参照
）、これによってＯシフｌ−機能が実現される。このＯ
シフトによれば第３図＜ｄ）に示すように、例えばｆｒ
／４信号についても、０シフト量にかかわらず常に一定
輝度の表示階調となる。Ｈ３Ｉ表示系でのＩ（輝度）イ
メージを第４図に示す。

上記のカラー処理を可能とするために変換テーブル２９
ａ、２９ｂ、２９ｃを次にように形成する。

正方向の血流速を ０≦Ｘ≦１／２ とし、これに赤色を割り当てるものとし、負方向の血流
速を 一１／２≦Ｘ≦０ とし、これに青色を割り当てるものとし、赤色や青色の
最高到達輝度をα１．α２とすると、ＲＧＢ変換アルゴ
リズムは第５図に示すようになる。

但し換募輝度Ｙは Ｙ＝　０．６Ｇ＋　０．３Ｒ＋０．１Ｂとなるから、 ０≦Ｒ≦１．０≦Ｇ≦１．　０≦８≦１の範囲のＲＧＢ
出力で輝度を換算するものとした場合、 Ｒｍａｘ　＝（３ｍａｘ　＝１３ｍａｘ　＝　１．０と
すれば、Ｙは白黒で換算輝度１．０となる。

また、赤色系のカラーコントラストは、α１／　０．３
　＜”、’　０．３≦α１≦１）で与えられ、青色系の
カラーコン１−ラストは、α２　／　０．１（’、”　
０．１≦α２≦１〉で与えられる。

第６図（ａ）乃至＜ｈ＞は、平均流速Ｘが一〇、５乃至
十〇、５の範囲をとるときのＲＧＢ変検出力く通常はＲ
ＧＢ変換出力電圧）と換算輝度との関係を示している。

入力に対して換算輝度Ｙがα１゜α２まで直線的に伸び
ていることが解る。

次に、上記のように構成された実施例装置の作用につい
て説明する。

電子走査装置アナログ部１２により被検体Ｂモード像を
１９るためのスキャンが実行され、このスキャンにより
得られたＢモード情報が白黒フレームメモリ２０を介す
ることで表示系の走査に変換され、これがゲインアテネ
ータ２８．白黒／カラー合成回路３０及びＤ／Ａ変換器
３１を介してＲＧＢモニタ３２に送出され濃淡表示され
ることになる。

また、ドプラ情報は、ミキサ２４ａ、２４ｂ及びローパ
スフィルタ２６ａ、２６ｂを介してＭＴＩ演算部２７に
取込まれる。そしてＭＴＩ演算部２７内の平均速度演算
部２分散演算部、パワー演算部において所定め演算処理
が実行され、その演算結果がカラーフレームメモリ２１
及びＭＰＸ２７を介してカラー処理手段２９に取込まれ
る。

このカラー処理手段２つにおいては、システムコントロ
ーラ１９よりの表示モード切換信号により変換モードが
切換えられ、ＭＰＸ２７の選択出力に対応するテーブル
情報が読出される。

ここで、０シフト選択データによりシフト量が特定され
ている場合には、該シフト量に応じて出力階調のダイナ
ミックレンジを拡大して入力データのＲＧＢ変換が行わ
れる。

そして、このカラー処理手段２９の変換出力は白黒／カ
ラー合成回路３０及びＤ／Ａ変換手段３１を介してＲＧ
Ｂモニタ３２に送出され、白黒Ｂモード像上に重畳して
カラー表示される。

以上は、赤色、青色のみを用いた場合であるが、血流速
に別の色相を割り当てることもできる。また、血流速１
分散の同時表示においては分散の大きさにより色相が若
干変化するだけなので、それぞれの色相について第５図
に示すのと同様のアルゴリズムを実現することが可能で
ある。

また、本実施例装置においては、Ｏシフトとは別に、表
示色の１ｆｆｉ度飽和点を越える入力データに対して彩
度変化を伴うことで輝度が直線的に変化するようにＲＧ
Ｂ変換することができる。これは、０Ｆ−ＣＯＮＴＲＡ
ＳＴ選択信号をカラー処理手段２９に入力することで可
能となる。

第７図（ａ）は本実施例装置（ポストプロセス）での叶
−ＣＯＮＴＲＡＳＴ特性図であり、叶−ＣＯＮＴＲＡＳ
Ｔ（ｘ　２．０）をＯＮｔ、た場合とＯＦＦした場合を
示している。叶−ＣＯＮＴＲＡＳＴをＯＮした場合、彩
度変化を伴って輝度のダイナミックレンジが拡大されて
いるのが解る。低流速領域を観測するためにＤＦ−ＣＯ
ＮＴＲＡＳＴにより低流速領域の階調を上げた場合でも
、高流速領域の輝度飽和を回避することができる。

更に、本実施例装置において、ＤＦ−ＣＯＮＴＲＡＳＴ
とＯシフトとを併用することもできる。第７図＜ｂ）は
従来装置（プリプロセス）でのＤＦ−ＣＯＮＴＲＡＳＴ
　。

０シフト特性図、第７図（Ｃ）は本実施例装置（ポスト
プロセス）での同上特性図である。尚、０シフト足は＋
ｆｒ／４である。本実施例装置において０Ｆ−ＣＯＮＴ
ＲＡＳＴと０シフ（へとの両者を機能させた場合でも、
表示階調のダイナミックレンジが拡大するので、従来の
ように階調のダイナミックレンジの圧縮がなく、階調の
飽和が生じない。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が
可能であるのはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、０シフトした場合
でも表示階調の圧縮や飽和がなく、流速と出力階調との
対応がとり易い血流情報のイメージングを行うことがで
きる超音波血流イメージング装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図＜ａ）は本発明の一実施例装置のブロック図、第
１図＜ｂ＞は同図（ａ）における画像処理表示装置の詳
細な構成ブロック図、第２図は第１図＜ｂ）における変
換テーブルの構成ブロック図、第３図（ａ）乃至（ｄ）
は０シフトと階調ダイナミックレンジどの関係を示すも
ので、同図（ａ）はＯシフト機能説明のための特性図、
同図（ｂ）、（ｃ）は従来装置での０シフト特性図、同
図（ｄ）は本実施例装置でのＯシフト特性図、第４図は
８８１表色系でのＩ　（？Ｅ！：度）表示の説明図、第
５図は本実施例装置におけるカラー処理手段のアルゴリ
ズム説明図、第６図（ａ）乃至＜ｈ＞は同上装置におけ
るＲＧＢ変換出力と換算輝度との関係を示ず特性図、第
７図（ａ）は本実施例装置（ポストプロセス）での叶−
ＣＯＮＴＲＡＳＴ特性図、第７図（ｂ）は従来装置（ブ
リプロセス）での０Ｆ−ＣＯＮＴＲＡＳＴ　、　Ｏシフ
ト特性図、第７図（Ｃ）は本実施例装置（ポストプロセ
ス）での０Ｆ−ＣＯＮＴＲＡＳＴ　。 ０シフト特性図、第８図及び第９図はそれぞれ超音波血
流イメージング装置のスキャンパターン図及び基本構成
ブロック図である。 ＼　　　２２・・・画像処理表示装置、２つ・・・カラ
ー処理手段、 ２９ａ、２９ｂ、２９ｃｍ・・変換テーブル。 第　　３　　図 己の〉賢匿 （Ｃ） （ｄ） （ＣＩ）　　　　　　　　　　　　（ｈ）第６図 （Ｃ１）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に向けて送波した超音波のドプラ効果を利
   用して得たドプラ信号に基づいて被検体血流情報の２次
   元カラーイメージングを行う超音波血流イメージング装
   置であって、最大ドプラ偏移周波数をドプラ信号のサン
   プリング周波数にまで見かけ上広げ得るゼロシフト機能
   を備えたものにおいて、ゼロシフト量に応じて出力階調
   のダイナミックレンジを拡大して入力データのＲＧＢ変
   換を行うカラー処理手段を有し、この手段により前記ゼ
   ロシフト機能を実現させたことを特徴とする超音波血流
   イメージング装置。
2. （２）上記のカラー処理手段における、表示輝度のダイ
   ナミックレンジ拡大は、表示色の彩度変化を伴う請求項
   １記載の超音波血流イメージング装置。