JPH0226972B2 - - Google Patents

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JPH0226972B2
JPH0226972B2 JP60292113A JP29211385A JPH0226972B2 JP H0226972 B2 JPH0226972 B2 JP H0226972B2 JP 60292113 A JP60292113 A JP 60292113A JP 29211385 A JP29211385 A JP 29211385A JP H0226972 B2 JPH0226972 B2 JP H0226972B2
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signal
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Koroku Namekawa
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52053—Display arrangements
    • G01S7/52057—Cathode ray tube displays
    • G01S7/52071—Multicolour displays; using colour coding; Optimising colour or information content in displays, e.g. parametric imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8979—Combined Doppler and pulse-echo imaging systems
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
    • G09G5/02—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators characterised by the way in which colour is displayed

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波画像形成装置、特に血流等の運
動部の速度分布あるいは組織の性状を２次元的に
カラー表示することのできる超音波画像形成装置
の改良に関する。
［従来の技術］ 超音波ビームを被検体内に送波し、被検体内の
音響インピーダンスの差から得られる反射エコー
を受波して画像を形成する超音波画像形成装置が
周知である。そして、これらの超音波画像形成装
置を用いた装置は、超音波診断装置、超音波ドプ
ラ診断装置等として実用化されており、例えば人
体患部の画像診断に用いられ、人体に悪影響を与
えることなく内部観察ができる利点を有すること
から多く用いられている。
前記超音波ドプラ診断装置は、超音波パルスビ
ームを被検体に送波し、被検体内の血流等の運動
反射体にこのパルスビームが到達したときに生じ
るドプラ効果を利用して運動速度を画像表示する
装置である。そして、この超音波ドプラ診断装置
にて得られた速度をカラー画像表示することが行
われており、例えば特願昭57−130503（特開昭59
−20820号）に詳細に記載されている。
この装置によれば、血流速度の正負の向きに対
してそれぞれ異なる色相を与えて画像表示してお
り、例えばプローブに近づく速度を正として赤色
で表示し、また遠ざかる速度を負として青緑で表
示している。また、この色相表示に加えて速度の
大きさを輝度変化に対応させているので、二次元
の表示が可能となり生体内の運動部の状態が極め
て読み取りやすくなり、画像診断に有益な情報を
提供することができる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の装置では近づくかあるい
は遠ざかるかの限られた方向の動きに対してしか
カー表示することができず、全ての方向を正確に
表すことができないという問題があつた。
これは、運動反射体の運動方向を全方向におい
て正確かつ迅速に求められなかつたということに
も起因するが、近年では運動反射体のベクトル速
度を演算して全方向の運動方向を求めることが行
われている。例えば、異なる２方向から超音波ビ
ームを挿入してビーム方向の速度成分からベクト
ル速度を測定する方法があり、また本発明者にお
いても、単一ビームでベクトル速度を測定する方
法を提案している。
従つて、全運動方向を分かりやすくカラー表示
する装置が望まれている。
また、従来装置では組織間の境界線を中心とし
た形態的表示が主に行われており、組織の例えば
硬さ、質等の性状を正確に画像表示できないとい
う問題があつた。
発明の目的 本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、運動反射体のベクトル速度
あるいは組織の硬さ等の性状を表すベクトル量を
カラー表示する超音波画像形成装置を提供するこ
とにある。
［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、カラー
画像信号を形成するカラー演算部を用いて超音波
受信信号から得られたベクトル信号に基づき運動
部を含む生体内情報を２次元的に表示する超音波
画像形成装置において、前記カラー演算部は、ベ
クトル信号のベクトル角度に対応させて色相を変
化させる色相演算器と、色相の輝度をベクトル信
号の振幅に対応させて調整する輝度演算器と、を
備えたことを特徴とする。
すなわち、本発明はベクトル信号から得られる
ベクトル量、つまりベクトル角あるいはベクトル
信号の振幅をカラー表示しようとするものであ
り、例えば運動反射体のベクトル速度を表示する
場合はベクトル角度が運動方向を示し、この運動
方向が異なるごとに異なる色相にて画像表示され
る。一方、ベクトル信号の振幅が速度の大きさを
示し、その速度の大きさに対応させて色相の輝度
を調整して画面上にカラー表示することになる。
また、組織の硬さ等の性状を表示する場合にも
振幅と位相をもつベクトル量で表すことができ
る。
一方、他の発明はカラー画像信号をを形成する
カラー演算部を用いて超音波受信信号から得られ
たベクトル信号に基づき運動部を含む生体内情報
を２次元的に表示する超音波画像形成装置におい
て、前記カラー演算部は、ベクトル信号のベクト
ル角度に対応させて色相を変化させる色相演算器
と、色相の輝度をベクトル信号の振幅に対応させ
て変更する輝度演算器と、超音波受信信号から得
られた第３の生体内情報に応じて前記色相演算器
から出力された色相にこの色相の補色を混合させ
る補色混合演算器と、を備えたことを特徴とす
る。
すなわち、他の発明はベクトル角度に対応させ
て色相を変え、振幅に対応させて輝度を変えるこ
とに加えて、超音波受信信号から得られる第３の
情報、例えば偏差を彩度にて表示するものであ
る。この偏差は、運動反射体のふらつきの大きさ
を示し、この大きさに対応させてその色相の補色
を加えることにより、彩度にて運動反射体のふら
つきを表示しており、これによつて渦流などの状
態を知ることができる。
また、第３の情報として、組織診断の場合には
組織の構成物質が水分をどの程度含んでいるか、
あるいはその物質が繊維性のものであるか等の情
報があり、これらの状態は信号のスペクトル解析
によつて表示可能となる。
［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。
第１図には、人体内の所望部位の断層像を形成
するための超音波診断装置に本発明を適用した好
適な実施例が示され、この超音波診断装置では、
白黒画像によるＢモード断層像とこれに重ね合わ
せてパルスドプラ法により得られた血流等の運動
反射体の速度分布が表示される。
この超音波送受波装置１０は超音波パルスビー
ムを用いてＢモード断層像信号を形成し、また超
音波パルスビームの送受波によつて前記Ｂモード
による断層面内の血流等の速度分布信号が得られ
る。
すなわち、実施例における超音波送受波装置は
通常のＢモードエコー装置と超音波ドプラ装置と
を組み合わせた構成からなり、前記断層像はリニ
アあるいはセクタのいずれの電子走査によつても
得ることができる。
また、この超音波送受波装置１０は、第２図に
示されるように、一定の距離ｌをもつて配置され
た２個の探触子O1，O2を有するデユアルビーム
ドプラ装置であり、２個の探触子から同一部位、
ここではＰ点に偏向角α，βにてパルス波を放射
し、Ｐ点における血流からの反射波を受信してラ
ジアル速度V1，V2を測定する。そして、このラ
ジアル速度からベクトル速度を演算し、速度の大
きさであるベクトル速度の絶対値と走査角の中心
線O1Xに対するベクトル角度θとを決定して出力
する。
以上のように構成された超音波送受波装置１０
からは、４個の異なる信号が得られる。すなわ
ち、第１の信号は端子Ａから得られる断層像信号
であり、所望の断層面を示すＢモード断層像信号
から成る。第２の信号はパルスドプラ法により得
られる速度信号であり、実施例においては、血流
の平均流速の絶対値の信号が端子Ｂから取り出さ
れる。第３の信号は端子Ｃから得られるベクトル
速度のベクトル角度の信号であり、例えば運動方
向を示す信号である。そして、第４の信号は端子
Ｄから得られる第３の生体内情報としての偏差信
号であり、パルスドプラ法による速度信号の一種
であるが、瞬時流速の平均流速に対する偏差値情
報を含み、例えば標準偏差値または標準偏差値の
二乗に当たる分散値がこの偏差信号として用いら
れる。
前記４種類の信号は、超音波送受波装置１０内
においてアナログ信号である反射エコーがデジタ
ル信号に変換され処理された後に出力される。ま
た、送受波装置１０は端子ｄに送信繰り返しパル
ス、クロツクパルスあるいは超音波ビームの送受
波方向に沿つたアドレス信号を出力し、これを同
期制御器１２に供給し、後述するメモリ演算ある
いは表示に必要な同期信号を発生させる。
このようにして、前記送受波装置１０から得ら
れた４種類の信号はそれぞれフレームメモリ１
４，１６，１８，１９に書き込まれ、このときの
書込みアドレスは前記同期制御器１２から得られ
る同期信号によつてその書込みアドレスが定めら
れる。従つて、各フレームメモリ１４，１６，１
８，１９には、それぞれ同一アドレスに対応する
断層面の断層像信号、平均流速絶対値信号、ベク
トル角信号及び第３の生体内情報としての偏差信
号が記憶されることとなる。
そして、各フレームメモリ１４，１６，１８，
１９の記憶内容は選択スイツチ２０，２２，２
４，２５を介してカラー演算部２６に供給され
る。各選択スイツチ２０，２２，２４，２５はそ
れぞれ必要に応じてオンオフ制御され、所望の検
出情報のみを画像表示することが可能である。
一方、前記カラー演算部２６は入力された情報
を所定の装置によつてカラー画像信号に変換する
作用を行い、実施例においては、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）及び青（Ｂ）なる３原色に対応した３個の
カラー画像信号を演算出力する。これら３種類の
カラー画像信号は、それぞれDA変換器２８，３
０，３２を介してカラー表示器３４の入力端に供
給され、実施例においては、カラー表示器３４は
カラーブラウン管から成り、各DA変換器２８，
３０，３２の出力はそれぞれ各RGB入力に供給
される。
また、カラー表示器３４の掃引入力には前記同
期制御器１２の同期信号が供給されているので、
カラー表示器３４は各フレームメモリ１４，１
６，１８，１９の所定アドレスに対応した各情報
の表示をカラー２次元分布像として表示すること
ができる。
実施例における表示器３４は、RGBなる各入
力に等しい電圧ER，EG，EBが印加されると表示
色は白となり、このときの輝度入力の変化に応じ
て、この白色の輝度が変化し、これにより生体内
の断層像を白黒表示することができる。
従つて、選択スイツチ２０のみがオン作動され
た場合あるいは送受波装置１０から断層像信号の
みが出力されている場合、カラー表示器３４の画
面には、Ｂモード断層像が白色表示されることに
なる。
本発明において特徴的なことは、ベクトル速度
等のベクトル量を２次元的にカラー表示すること
であり、このためにカラー演算部２６はベクトル
角度に対応して色相を設定する色相演算器と、ベ
クトル信号の振幅つまり速度の絶対値に対応して
輝度調整する輝度演算器を有している。
また、他の発明において特徴的なことは、第３
の生体内情報に応じてベクトル角度によつて設定
される色相にこの色相の補色を混合させることで
あり、このためにカラー演算部２６は補色混合演
算器を有している。
第３図には、実施例におけるカラー演算部２６
の具体的な回路が示されており、色相演算器４０
と輝度演算器５４と補色混合演算器６２の構成及
び動作を順に説明する。
前記色相演算器４０は、実施例ではベクトル角
度を３分割しそれぞれの分割領域の角度を３原色
のうち異なる２色を組み合わせ、この２色の混合
比の色相で画像表示するようにしており、３分割
した120度ごとのベクトル角度に対応させた色相
を読み出す３個のROM４２，４４，４６と、３
個の加算器４８，５０，５２とから構成される。
このROM４６には0゜〜120゜のベクトル角度θに
対応する色相が、ROM４４には120゜〜240゜のベ
クトル角度θに対応する色相が、ROM４２には
240゜〜360゜のベクトル角度θに対応する色相が記
憶されており、実施例では0゜〜120゜の分割領域を
赤と緑との混合比の色相、120゜〜240゜の分割領域
を緑と青との混合比の色相、240゜〜360゜の分割領
域を青と赤との混合比の色相にて表すようにして
いる。
第４図には、一般に知られている色度図が示さ
れており、0゜〜120゜のベクトル角度の場合はＲ
（赤）とＧ（緑）とを結ぶ線上にある色、120゜〜
240゜のベクトル角度の場合はＧ（緑）とＢ（青）と
を結ぶ線上にある色、240゜〜360゜のベクトル角度
の場合はＢ（青）とＲ（赤）とを結ぶ線上にある色
がそれぞれ設定される。例えば、Ｙ（黄色）はＲ
とＧを約１：１で混合して得られ、これはベクト
ル角度60゜付近を示すことになる。
このようにして、ROM４６からはベクトル角
度に対応したＲ―Ｇ間の色相を決定する色相信号
Kr，Kgが読み出され、端子r0，g0を介して加算
器４８，５０に供給される。これは、他のROM
４２，４４についても同様に行われ、ROM４４
は120゜〜240゜のベクトル角度に対応するＧ―Ｂ線
上の色相の色相信号Kg，Kbを、またROM４２
は0゜〜120゜のベクトル角度に対応するＢ―Ｒ線上
の色相の色相信号Kb，Krを、ｒ，ｇ，ｂ端子に
接続される各加算器４８，５０，５２に向けて出
力する。ここで、加算器４８，５０，５２は各
ROMから出力される２個の色相信号を加算する
ことになるが、これらKr，Kg，Kbの色相信号
は同時に重複して出力されることはない。
次に、輝度演算器５４は３個の乗算器５６，５
８，６０から構成され、これら乗算器によりベク
トル速度の絶対値｜Ｖ｜（ベクトル信号の振幅に
対応する）と前記色相信号とが乗算され、次式に
て示される輝度調整されたカラー信号Rv，Gv，
Bvを出力する。
Rv＝｜Ｖ｜Kr Gv＝｜Ｖ｜Kg Bv＝｜Ｖ｜Kb 以上のようにして、ベクトル角度が異なる色相
にて、ベクトル信号の振幅が輝度の大きさにて表
されることになるが、例えば心臓部の場合はベク
トル角度が血流方向に対応し、かつ振幅は血流速
度の速さに対応し、特に血流方向が全方位方向に
おいて異なるカラーで表示され、極めて観察しや
すい画像を得ることができる。
次に、実施例は他の発明の特徴事項である補色
混合演算器６２を備えており、前記血流のベクト
ル速度ばかりでなく、生体内の第３の情報として
の血流速度分布に対する偏差をも同時にカラー２
次元表示している。この偏差は血流の平均速度に
対して速度が細かく変化するような場合であり、
これをベクトル角度で設定した色相にその補色を
加えることにより、彩度にて２次元画面上にカラ
ー表示することができる。
この補色混合演算器６２は、180度位相反転器
６４と、色相演算器４０と同様の回路、つまり３
個のROM６６，６８，７０及び加算器７２，７
４，７６と、更には乗算器７８，８０，８２と加
算器８４，８６，８８と、によつて構成されてい
る。この場合に、180度位相反転器６４を用いず
に、それぞれのROM６６，６８，７０のベクト
ル角度に対応して色相演算器４０で設定した色相
の補色を記憶させて行うこともできる。
この補色混合演算器６２では、まずベクトル角
度信号が180度位相反転器６４に供給されてその
角度が180度位相反転され、各ROM６６，６８，
７０に供給される。この180度位相反転器６４の
出力は各ROMにおいて色相演算器４０で設定さ
れる色相の補色に対応し、この補色信号Cr，Cg，
Cbが加算器７２，７４，７６を介して乗算器７
８，８０，８２に入力される。
一方、これら乗算器７８，８０，８２には超音
波送受波装置１０から出力された第３の生体内情
報が入力されており、ここで補色信号と偏差信号
とが乗算される。
このような構成によれば、例えば、ベクトル角
度が60゜であつたとすると、色相演算器４０で得
られる色相は黄色となるが、補色混合演算器６２
では60゜＋180゜＝240゜に変換され後に補色が読み出
されるので、黄色の補色である青色の補色信号が
得られる。
そして、偏差信号が乗算された補色信号は加算
器８４，８６，８８に入力される。この加算器８
４，８６，８８には、色相演算器４０から色相信
号Kr，Kg，Kbが入力されており、前記補色信
号と加算された後に輝度演算器５４に供給され
る。
従つて、輝度演算器５４からの出力信号は次式
にて示される信号となる。
Rv＝｜Ｖ｜（Kr＋σ2Cr） Gv＝｜Ｖ｜（Kg＋σ2Cg） Bv＝｜Ｖ｜（Kb＋σ2Cb） すなわち、前記ベクトル角度のみの表示では色
相信号Kr，Kg，Kbで決定される色相で表現さ
れていたが、偏差に対応する補色信号を混合して
いるので、速度のばらつきが大きいほど鮮かさを
失い白味がかつた色に変化することとなり、彩度
が低下する。そして、ベクトル速度の絶対値に比
例して輝度が調整され、血流の速度が速いほど明
るさが増すことになる。
このようにして、血流を画像表示する場合であ
れば、血流方向は色相で、血流速度のばらつきは
彩度で、血流速度の速さは輝度で画像表示される
ことになる。特に、速度のばらつきを表す彩度に
より、血流の状態を示し渦流等を画像表示するこ
とができる。
ここで、生体組織からの断層像信号は加算器９
０，９２，９４によつて、Rv，Gv，Bvと加算さ
れ、端子ｒ，ｇ，ｂに出力される。この場合、端
子ｒ，ｇ，ｂの出力が等しいときにCRT画面上
で白色となるように表示器３４の内部で調整され
ている。
従つて、血流が存在している部位では断層像信
号Ｅは微小なので、信号Rv，Gv，Bvがほとんど
そのままｒ，ｇ，ｂ端子に現れ、血流が存在しな
い部位では断層像信号Ｅのみがｒ，ｇ，ｂ端子に
出力される。
本実施例のように、血流の情報とその周囲の静
止部の画像とを重ね合せ表示すれば、血流と静止
部との相対関係を極めて容易に把握することがで
き、特に超音波診断装置等のように臓器内での血
流等の動きを断層像と対応させながら観察する場
合に、極めて有効であつて多大の診断情報を提供
することが可能となる。
上記の偏差は血流のスペクトルの上では広がり
を表す量となつているが、その他のスペクトルの
鋭さを表す量も知られており、補色混合演算器６
２はこのような偏差量以外の第３の情報をも表示
することができる。
すなわち、組織診断の一つの方法として組織か
らの反射波のスペクトルの特性を調べ、組織の性
状を知ること行われているが、スペクトルは振幅
と位相を有する量であるからベクトル量として本
発明により画像表示することができる。
また、スペクトルを処理して得られる平均周波
数や偏差に対応する２次モーメント等の量も性状
を知る手掛りとなるので、第３の情報として表示
することができる。
更に、実施例においては、カラー演算部２６の
出力でカラーブラウン管の格子電圧を制御してい
るが、通常のカラーテレビジヨンと同様に副搬送
波の位相を変調した後に、その復調電圧でRGB
出力電圧を制御することも可能である。更にフレ
ームメモリ１４，１６，１８，１９からの読出し
をテレビジヨンの走査信号に同期して行えば、カ
ラーテレビジヨンやVTRの使用が可能となる。
本発明は、実施例のように、血流のような運動
反射体のカラー表示に限らず、他の生体信号のカ
ラー表示にも応用できる。例えば、超音波組織診
断では組織からのエコーを分析してその組織の性
質を知ることができ、その分析結果を振幅と位相
をもつ複素信号、すなわちベクトル量で表すこと
ができる。また、第３の生体内情報に対応する他
の情報を彩度で表示することもでき、生体内の構
造を示す断層像に組織の性質を示す多くの情報を
重ねて表示することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ベクト
ル量を色相及び輝度でカラー表示するようにした
ので、運動反射体の運動方向などを極めて分かり
やすく画像表示することができる。
また、他の発明によれば、偏差を彩度で表すよ
うにしたので、速度の分散等を画像表示すること
ができ、画像診断に有益な情報を提供することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る超音波画像形成装置を超
音波診断装置に適用した好適な実施例を示すブロ
ツク回路図、第２図は実施例におけるベクトル速
度を求める方法を示す説明図、第３図は実施例に
おけるカラー演算部を示す回路構成図、第４図は
色相演算器にて設定される色相を説明する色度図
である。 １０…超音波送受波装置、１４，１６，１８，
１９…メモリ、２６…カラー演算部、３４…カラ
ー表示器、４０…色相演算器、４２，４４，４
６，６６，６８，７０…ROM、５４…輝度演算
器、６２…補色混合演算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ カラー画像信号を形成するカラー演算部を用
    いて超音波受信信号から得られたベクトル信号に
    基づき生体内情報を２次元的に表示する超音波画
    像形成装置において、前記カラー演算部は、ベク
    トル信号のベクトル角度に対応させて色相を変化
    させる色相演算器と、色相の輝度をベクトル信号
    の振幅に対応させて変更する輝度演算器と、を備
    えたことを特徴とする超音波画像形成装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、前記
    色相演算器はベクトル角度を３分割しそれぞれの
    分割領域の角度を３原色のうち異なる色を組み合
    わせた２色の混合比の色相に設定することを特徴
    とする超音波画像形成装置。 ３ 特許請求の範囲１又は２記載の装置におい
    て、前記カラー演算部は組織形状を白色で表示す
    る組織画像信号をカラー画像信号と同時に出力す
    ることを特徴とする超音波画像形成装置。 ４ カラー画像信号を形成するカラー演算部を用
    いて超音波受信信号から得られたベクトル信号に
    基づき生体内情報を２次元的に表示する超音波画
    像形成装置において、前記カラー演算部は、ベク
    トル信号のベクトル角度に対応させて色相を変化
    させる色相演算器と、色相の輝度をベクトル信号
    の振幅に対応させて変更する輝度演算器と、超音
    波受信信号から得られた第３の生体内情報に応じ
    て前記色相演算器から出力された色相にこの色相
    の補色を混合させる補色混合演算器と、を備えた
    ことを特徴とする超音波画像形成装置。
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