JPH02167148A

JPH02167148A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH02167148A
Application number: JP32425988A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kawasaki; 河崎　修一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-27

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、超音波を用いて生体のＢモード像の如くの解
剖学的情報、Ｍモード像の如くの生体内の運動臓器の運
動情報、ドプラ効果を利用した血流速情報の如くの生体
内の移動物体の移動に伴う機能情報を得て映像化する超
音波診断装置に関し、特に白黒処理したＢ又はＭモード
像情報とカラー処理した血流速情報とを単独又は重畳し
て表示する超音波診断装置に関する。

（従来の技術）超音波診断法では、Ｂモード像を代表例とする解剖学的
情報、Ｍモード像を代表例とする生体内の器官の運動情
報、血流イメージングを代表例とするドプラ効果を利用
した生体内の移動物体の移動に伴う機能情報等を用いて
診断に供するようにしている。

また、超音波の生体内に対する走査法の代表的なものに
は、電子走査と機械走査とがある。ここで、電子走査法
について説明する。

すなわち、複数の超音波振動子を並設してなるアレイ型
超音波プローブを用い、リニア電子走査であれば、超音
波振動子の複数個を１単位とし、この１単位の超音波振
動子について励振を行い超音波ビームの送波を行う方法
でおり、例えば、順次１振動子分づつピッチをずらしな
がら１単位の素子の位置が順々に変わるようにして励振
してゆくことにより、超音波ビームの送波点位置を電子
的にずらしてゆく走査でおる。

そして、超音波ビームがビームとして集束するように、
励振される超音波振動子は、ビームの中心部に位置する
ものと側方に位置するものとでその励振のタイミングを
ずらし、これによって生ずる超音波振動子の各発生音波
の位相差を利用し反射される超音波を集束（電子フォー
カス）ざぜる。

そして、励振したのと同じ振動子により反射超音波を受
波して電気信号に変換して、各送受波によるエコー情報
を例えば断層像として形成し、陰極線管等に画像表示す
る。

また、セクタ電子走査でおれば、励振される１単位の超
音波振動子群に対し、超音波ビームの送波方向が超音波
ビーム１パルス分毎に順次扇形に変わるように各振動子
の励振タイミングを所望の方向に応じて変化させてゆく
ものであり、後の処理は基本的には上述したリニア電子
走査と同じである。

以上のようなリニア、セクタ電子走査の他に、振動子（
探触子）を走査機構に取付け、走査機構を運動させるこ
とにより超音波走査を行うは械走査もおる。

一方、映像法には、超音波送受信に伴う信号を合成して
断層像化するＢモード像以外に、同一方向固定走査によ
るＭモード像が代表的でおる。これは、超音波送受波部
位の時間的変化を表したものであり、特に心臓の如く動
きのめる臓器の診断には好適である。

また、血流イメージングを代表例とする超音波ドプラ法
は、生体内の移動物体の移動に伴う機能情報を得て映像
化する方法でおり、これを以下詳細に説明する。すなわ
ち、超音波ドアラ法は、超音波が移動物体により反射さ
れると反射波の周波数が上記移動物体の移動速度に比例
して偏移する超音波ドアラ効果を利用したものでおる。

具体的には、超音波レートパルス或いは連続波を生体内
に送波し、その反射波エコーの位相変化より、ドアラ効
果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た深さ位
置における移動物体の運動情報を得ることができる。こ
れによれば、生体内における一定位冒での、血流の流れ
の向き、乱れているか整っているかの流れの状態、流れ
のパターン、速度の絶対値等の血流の状態を知ることが
できる。

次に装置について説明する。すなわち、超音波エコーか
ら血流情報を得るためには、ある所定方向に超音波パル
スを所定回数繰返して送波し、受波されたエコーを位相
検波することにより、位相情報を取出す。この信号をデ
ィジタル化し、動いていない或いは動きの遅い成分（ク
ラッタ成分）を除去するために、ディジタルフィルタに
通す。

そして、フィルタを通過した信号を周波数解析する。

これにより、解析した周波数は、移動物体の勤ぎによっ
て生じたドプラ偏移周波数でおり、血流の方向及び速度
を示した２次元血流速像等の血流情報として、単独又は
Ｂモード像やＭモード像に重畳して表示する。

上述したディジタルフィルタは、１５域通過フィルタで
あり、どこまで遅い成分を検出するかを決定するつまり
通過帯域の下限を設定するカット３７周波数ｆｃが設定
されており、例えば、腹部血管のように、血液の速度が
比較的遅く、血管、臓器等もその動ぎが必まり速くない
場合には、カットオフ周波数ｆｃをできるだけ低く設定
している。

以上のような超音波送信系と、Ｂ又はＭモード像情報を
得て白黒処理するＢ又はＭモードイメージング処理系と
、血流速情報を得てカラー処理する血流イメージング処
理系と、これらの画像を単独又は重畳して表示する表示
系とを備えて超音波診断装置を構成したものがある。

ところで上記の血流イメージング系では、超音波エコー
信号の位相検波出力をＡ／Ｄコンバータによりディジタ
ル化し、ディジタルフィルタを通すことによりクラッタ
成分を除去して所望速度域の信号を取出し、相関部によ
りその信号の自己相関を求め、演算部により平均血流速
９分散、パワーを求めるようにしている。ここで、平均
血流速は自己相関係数から次のように求めることができ
る。

すなわら、相関部により相関を取られた２種の信号（Ｘ
ｉ　”！／ｉ＋Ｉ　　Ｘｉ＋１’Ｖｉ）と（Ｘ　＋　’
　Ｘｉ＋１　＋　’Ｉ　ｉ　”　Ｖｉａｌ　＞とをそれ
ぞれ加算して虚数部信号Ｉ　ｍ（Ｃ（τ））及び実数部
信号Ｒｅｔｃ（τ））を求め、そしてこの虚数部信号Ｉ
　ｍ（Ｃ（τ））と実数部信号Ｒｅ（Ｃ（τ））との商
Ｉ　ｍ（Ｃ（ｒ　））／　Ｒｅｔｃ（ｚ：　））を求め
、更にこの商に対して下記（１）式の演算を実行して平
均流速信号ｆｄを求める。

ここでｆｒは超音波の繰返し周波数である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら従来装置では、上記（１）式をダイナミッ
クに演算するようにしていたため、演算処理のための加
算器９乗算器やｓｉｎ　、　ｃｏｓ関数テーブル、及び
複雑なタイミングコントロール回路等が必要であり、血
流イメージング系の回路規模及びコストが増大するとい
う欠点がある。また、加算器や乗算器の演算ｈＲ艮の制
約によりｆｄの演算精度が低いという欠点もめる。

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、血流イメージング系の回路規模の低減
及びコストの低下が図れ、しかも平均血流速信号ｆｄを
精度良く求めることができる超音波診断装置を提供する
ことにおる。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明に係る超音波診断装置
では、超音波ドプラ偏移信号の自己相関を求める相関部
の出力を加算してそれぞれ虚数部信号及び実数部信号を
求める第１．第２の加算部に加えて、虚数部信号をＬＯ
Ｇ圧縮して出力する第１のテーブルメモリと、実数部信
号をＬＯＧ圧縮して出力する第２のテーブルメモリと、
この第１゜第２のテーブルメモリ出力に応じて平均血流
速信号ｆｄを出力する第３のテーブルメモリとを有して
血流イメージング系における演算部を形成している。

（作　用）前記第１．第２のテーブルメモリにより、虚数部信号及
び実数部信号のＬＯＧ圧縮が行われ、前記第３のテーブ
ルメモリにより平均血流速信号が出力される。ここで従
来装置では前（１）式の演算処理のための加算器１乗算
器やｓｉｎ　、　ｃｏｓ関数テーブル、及び複雑なタイ
ミンクコントロール回路等が必要であったが、本発明で
は上記第１．第２の加算器の他に３個のテーブルメモリ
を用いることで平均血流速信号ｆｄを求めることができ
、また演算処理のための複雑な、タイミンクコントロー
ル回路も不要でおる。従って、血流イメージング系の回
路規模の低減が図れる。

更に、最適な演算精度を確保するための前記第３のテー
ブルメモリの出力をＮビットとすると、前記第１．第２
のテーブルメモリ出ツノの語長は次のように求められる
（　ＡＢＳは絶対値の略である）。

・・・（３）・・・（４）ここで第３のテーブルメモリ出力の語長の精度に応じて
第１．第２のテーブルメモリの出力語長を最適に選７玉
ことができるため、第３のテーブルメモリの出力は理論
値通りとなる。故に上記構成によれば、平均血流速信号
を精度良く求めることができる。

（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図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示し
ている。

超音波プローブ（探触子）１は、複数の超音波振動子を
アレイ状に並設して成り、例えばＢ又はＭモード用セク
タ電子走査が行える部分と、超音波ドプラ法を実施する
ための部分とを、複合又は個別の構成としている。

送信器２は、探触子１に対してＢ又はＭモード用の励振
信号を与え、また超音波ドプラ用の励（辰信号を与える
ようになっている。

受信器３は、探触子１から与えられるＢ又はＭモードの
受信信号及び超音波ドプラの受信信号を取込んで増幅検
波するようになっている。

Ｂ又はＭモードの受信部ＵＲを成すＬＯＧアンプ４は、
受信器３から与えられるＢ又はＭモードの受信信号を対
数増幅し、Ａ／Ｄコンバータ５は、ＬＯＧアンプ４の出
力をディジタル化するようになっている。

検波器６は、受信器３から与えられる、ドプラ偏移を受
けた受信信号を位相検波するようになっている。

血流イメージング処理部ＵＤ１は、検波器６の出力をＡ
／Ｄコンバータ７によりディジタル化し、カットオフ周
波数ｆｃが、後述するコントローラ１８により設定され
たディジタルフィルタ８に通してクラッタ成分を除去し
て所望の速度域の信号を取出し、相関部９によりその信
号の相関を求め、演算部１０により血流速度１分散、パ
ワーを求めるようになっている。

超音波ドプラ処理部ＵＤ２は、検波器６の出力をＳ／Ｈ
（サンプルホールド）回路１１によりサンプルホールド
し、該ホールド信号からバンドパスフィルタ１２により
不要な周波数成分を除去し、該不要周波数成分除去後の
信号をアンプ１３により増幅し、該増幅後信号を「ＦＴ
（高速フーリエ解析）回路１４により周波数解析してド
プラ信号を得るようになっている。

ＤＳＣ（ディジタルスキャンコンバータ〉１５は、Ｂ又
はＭモード受信部ＵＲによるＢ又はＭモード像超音波ス
キャンをＴＶスキャンに変換し、血流イメージング処理
部ＵＤｔによる血流速情報超音波スキャンをＴＶスキャ
ンに変換し、超音波ドプラ処理部ＵＤ２によるドプラ情
報超音波スキャンをＴＶスキャンに変換するようになっ
ている。

カラープロセッサ１６は、血流イメージング処理部ＵＤ
１による血流速情報に対し流速に対応してＲＧＢ方式で
カラー輝度を付けるようになっている。

カラーモニタ１７は、ＤＳＣ１５の出力をアナログ信号
として白黒輝度処理のＢ又はＭモード受信部ＵＲによる
例えばＢモード像情報ＵＩＢ、カラー輝度処理の血流イ
メージング処理部ＵＤ１による血流速情報ＵＩＦ１．白
黒輝度処理の超音波ドプラ処理部ＵＤ２によるドプラ情
報ＵＩＦ２を重畳表示するようになっている。

コントローラ１８は血流イメージング処理部ＵＤｚのデ
ィジタルフィルタ８にあ（プるカットオフ周波数ｆｃを
設定し、ＤＳＣ１５及びカラープロセッサ１６における
血流速情報を表示するか否かを決定するスレシホールド
を、超音波繰返し周波数ｆｒとラスク方向繰返し送受波
数Ｎとによるパラメータｆｒ／Ｎ及びカットオフ周波数
ｆｃの少なくとも一方として、例えばカットオフ周波数
ｆｃに連動させて設定するようになっている。

また、エンコーダ１９によりＲＧＢ方式のテレビ信号を
コンポジットビデオ信号に変換し、ビデオテープレコー
ダ２０にてカラーモニタ１７上に表示中の画像を記録で
きるようになっている。

次に上記血流イメージング処理部ＵＤＩの演算部１０に
ついて説明する。

この演算部１０は、第２図に示すように第１゜第２の加
算器３１ａ、３１ｂ、第１．第２．第３のＲＯ）ｌ（リ
ードオンリメモリ＞３２ａ、３２ｂ。

３３、ゼロシフト処理回路３４１階調切り回路３５　、
　ＢＬＡＮＫ制御回路３６とを有して成る。

第１．第２の加算器３１ａ、３１ｂは、それぞれ相関部
９により相関を取られた２種の信号（Ｘ　ｉ　”　Ｖ＋
＋ｔ　　Ｘｉ＋１°Ｖｉ）と（ｘ＋　・ｙｉ＋１　＋　
ｙｉ　”　’ｙ’　ｉ＋１　＞とを加算して虚数部信号
Ｉｍ（Ｃ（τ））及び実数部信号Ｒｅ（Ｃ（τ））を送
出するものである。そして、この第１の加算器３１ａの
後段に配置された第１のＲＯ）ｌ’　３２　ａには、Ｌ
ＯＧテーブルが形成されており、前記第１の加算器３１
ａの出力Ｉｍ（Ｃ（τ））をアドレスとして取込むこと
により、このＩｍ（Ｃ（τ））のＬＯＧ圧縮結果を出力
するようになっている。ここでこの第１のＲＯＭ　３２
　ａが、本発明にあける第１のテーブルメモリの一例で
ある。また、第２の加１３１ｂの後段に配置された第２
のＲＯＨ３２ｂにもＬＯＧテーブルが形成されており、
前記第２の加算器３１ｂの出力Ｒｅ（Ｃ（τ））をアド
レスとして取込むことにより、このＲｅ（Ｃ（τ））の
ＬＯＧ圧縮結果を出力するようになっている。ここでこ
の第２のＲＯ）Ｉ　３２　ｂが、本発明における第２テ
ーブルメモリの一例である。更に第１．第２のＲＯＭ３
２ａ、３２ｂの後段に配置された第３のＲＯＭ３３には
、ＡＮＴＩ−ＬＯＧ（アンチログ）テーブルが形成され
ており、前記第１．第２のＲＯＭ３２ａ、３２ｂの出力
Ｙ、Ｘをアドレスとして取込むことにより、平均血流速
信号ｆｄを出力するようになっている。この第３のＲＯ
Ｍ３３の出力ｆｄは次式によって示される。

・・・（５）ここでこの第３のＲＯＭ３３が、本発明にあける第３の
テーブルメモリの一例である。また、ゼロシフト処理回
路３４−は、第３のＲＯＭ３３の出力ｆｄを取込み、こ
れに対して、図示しない入力手段から入力されるゼロシ
フト量信号（０，前方向に１／８　、２／８　、３／８
　、４／８　、赤方向に１／８　、２／８　。

３／８　、４／８　）に基づくゼロシフト演算を実行し
てゼロシフト流速信号ｆＯを送出するもので、例えばＲ
ＯＭが適用されている。また、ゼロシフト処理回路３４
の各アドレスＯＯＯ乃至８ＦＦには、第４図（ａ）乃至
第４図（ｇ）にそれぞれ示すように、２５６個ずつ７種
類の赤色若しくは青色の段階的な階調が予め割当てられ
ている。更に第３のＲＯＭ３３の出力ｆｄ及びコントロ
ーラ１８からのディジタルフィルタ８のカットオフ周波
数制御信号Ｒ１（ＰＦを階調切り回路３５に入力し、そ
の出力信号として速度出力ブランク信号（ＶＶＢＬＡＮ
Ｋ）をＢＬＡＮＫ制御回路３６に出力するようにしてい
る。

またＢＬＡＮＫ制御回路３６では、階調切り回路３５か
らのＶＶＢＬＡＮＫ信号がアクティブになったとき、ゼ
ロシフト処理回路３４からの入力ｆ１をゼロ（ブランク
コード）にして出力ｆｏを送出する。

そしてコントローラ１８からカットオフ周波数ｆｃが例
えば８００１１ｚである旨の信号コードＲＨＰＦがディ
ジタルフィルタ８及び階調切り回路３５に与えられると
、この階調切り回路３５では、超音波繰返し周波数ｆｒ
により青、赤、各１階調に対応する血流情報を算出する
。この階調切り回路３５の一例を第３図に示す。

今、例として、ｆ　ｒ　＝　４０００Ｈｚの場合を第７
図に示す。８００Ｈｚのカットオフ周波数ｆｃは第７図
に示すように、青第５１階調、赤第７７階調となる。

従って、赤第１２８階調乃至第７７階調まで、青第１階
調乃至第５１階調まではゼロシフト処理回路３４からの
出力ｆ１をＢＬＡＮに制御回路３６によりｆＯ・０とし
て出力する。

次にコントローラ１８から上述と同様にカットオフ周波
数ｆｃが４００Ｈ２とする旨の信号コードＲ）ＩＰＦが
ディジタルフィルタ８及び階調切り回路３５に与えられ
た場合、上述と同様に階調切り回路３５では赤第１２８
階調乃至第１０３階調まで、青第１階調乃至第２５階調
までは出力信号ｆｏをピロ（ブランクコード）とするよ
うにＢＬＡＮに制御回路３６に対し制御信号を出力する
。

上述のことをまとめると第６図に示すようになる。また
、その表示例を第５図に示す。例えばディジタルフィル
タ８のカットオフ周波数ｆｃがｆ　ｃ２Ｈｚのとき、演
算部１’０の階調切り範囲も−ｆＣ２至ｆＣ２となり、
このときの出力階調（速度）信号もゼロ（ブランクコー
ド）となる。

更に、ディジタルフィルタ８のカットオフ周波数ｆｃを
ｆｃｌに下げると、−ｆｃｌ乃至ｆＣｌまでの範囲の出
力階調（血流速）信号がゼロ（ブランクコード）となる
。

以上のように本実施例装置では、第１．第２のＲＯＭ３
２ａ、３２ｂにより、虚数部（ｉ　ｆ’ｔＩ　ｍ（ｃ（
τ））及び実数部信号Ｒｅ（Ｃ（τ））のＬＯＧ圧縮を
行い、第３のＲＯ）１３３により平均血流速信号ｆｄを
求めるようにしており、従来装置のように前（１）式を
ダイナミックに演算してｆｄを求めるものではないから
、演算処理のためのハード構成が簡略化され、血流イメ
ージング系の回路規模の低減及びコスト低下が図れる。

また、第１．第２のＲＯ）Ｉ　３２ａ、３２ｂ　（それ
ぞれ第１．第２のテーブルメモリに相当）の出力語長が
前（３）、　（４）式に示すように求められるため、こ
の第１．第２のＲＯＭ３２ａ、３２ｂの出力語長を最適
に選ぶことにより第３のＲＯＭ３３の出力ｆｄを理論値
通りとすることができ、ｆｄ算出の高精度化が図れる。

更に本実施例装置では、カットオフ周波数ｆｃの変化に
対応して階調切り範囲を変化させるようにしたので、従
来階調切り値ｆＣ２が固定のときカットされていたｆｃ
ｌ乃至ｆＣ２部分の流速信号がカラー表示されるように
なり、また、カットオフ周波数ｆｃの変化に対応して階
調切り範囲を変化させるようにしたことにより、カット
オフ周波数以下の成分つまり雑音として扱われる成分は
カラー表示されない。

尚、上記実施例では、第１．第２．第３のテーブルメモ
リをＲＯＭとしたものについて説明したが、これをＲＡ
Ｉ（とじてもよい。また、大音量メモリの適用が可能な
場合には、第１．第２．第３のデープルメモリを１個の
メモリで実現できる。

更に、カットΔ）周波数ｆｃを示すデータをカラープロ
セッサ１６に与え、このカラープロセッサ１６内で上述
のカットオフ周波数ｆｃの変化に対応して階調切り範囲
を変化させるようにしてもよい。また、カットオフ周波
数ｆｃに代えて超音波繰返し周波数ｆｒとラスタ方向繰
返し送受波数Ｎとによるパラメータｆｒ／Ｎに連動され
て階調切り範囲を変化させるようにしてもよい。

この池水発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施できるものでおる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、血流イメージング
系の回路規模の低減及びコストの低下が図れ、しかも平
均血流速信号ｆｄを精度良く求めることができる超音波
診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波診断装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図は第１図における演算部の
詳細な構成を示すブロック図、第３図は第２図における
階調切り回路の詳細な構成を示す回路図、第４図（ａ）
乃至（Ｃ１＞及び第５図はそれぞれ同実施例におけるカ
ラー表示フォーマットの例を示す図、第６図及び第７図
は階調切りを説明する図でおる。］・・・探触子（超音波プローブ）、９・・・相関部、　　１０・・・演算部、３１ａ・・・
第１の加算器、３１ｂ・・・第２の加算器、３２ａ・・・第１のＲｏｌｌ　　（第１のテーブルメモ
リ）、３２ｂ・・・第２のＲＯ′Ｍ（第２のテーブルメ
モリ）、３３・・・第３の！？０）１　　（第３のテー
ブルメモリ）。（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）（ｆ）り１ａ（杷〈〕第図

Claims

【特許請求の範囲】

生体に向けて超音波の送受を行う超音波プローブと、超
音波送受結果に基づいて求められた超音波ドプラ偏移信
号の自己相関処理を行う相関部と、この相関部出力より
前記生体の血流情報を求める演算部とを有し、この演算
部出力に基づいて前記生体の血流情報を表示して診断に
供するようにした超音波診断装置において、前記相関部
出力の加算処理により虚数部信号を出力する第１の加算
部と、前記相関部出力の加算処理により実数部信号を出
力する第２の加算部と、前記虚数部信号をＬＯＧ圧縮し
て出力する第１のテーブルメモリと、前記実数部信号を
ＬＯＧ圧縮して出力する第２のテーブルメモリと、この
第１、第２のテーブルメモリ出力に応じて平均血流速信
号を出力する第３のテーブルメモリとを有して前記演算
部を形成したことを特徴とする超音波診断装置。