JPH0236101B2

JPH0236101B2 -

Info

Publication number: JPH0236101B2
Application number: JP59147080A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Takeuchi; Takao Tosen; Hideya Akasaka; Takao Jibiki; Shinichi Sano
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1984-07-16
Filing date: 1984-07-16
Publication date: 1990-08-15
Also published as: EP0222913B1; US4817617A; EP0222913A4; EP0222913A1; DE3580111D1; WO1986000516A1; JPS6125534A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、Ｂモード２次元イメージングとパル
スドプラ方式によるドプラ信号の獲得との双方の
動作を実時間的に共存、協調せしめることができ
るようにした画像診断装置に関する。

（従来の技術）超音波を用いた画像診断技術には、Ｂモード２
次元イメージにより行うのが一般的である。Ｂモ
ード２次元イメージ法は、被検体に超音波を照射
し、反射波を受けて電気信号に変換処理して、主
として被検体内の反射源の反射強度の空間分布を
表わすところの２次元のイメージを得、それを
CRT等の表示装置に表示させるものである。他
の画像診断技術としては、Ｍモードイメージ方式
やパルスドプラ方式による診断法がある。この
内、パルスドプラ方式はドプラ効果を利用したも
ので、動いている被写体（例えば心臓、血行系
等）の動きの様子を知ることができる。

ところで、ドプラ情報を抽出すべきサンプリン
点乃至その反射源の位置を被検体の目的領域、例
えば人体内部において動的に或いは連続的に定位
乃至同定するためには、リアルタイムのＢモード
イメージを見ながらそれを参照しつつパルスドプ
ラシステムのサンプル点を設定することができる
画像診断装置が、必須とされる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の画像診断装置で、Ｂモー
ドイメージングとパルスドプラシステムによるデ
ータ収集の双方のモード（以下Ｂ／Ｄモードと略
す）を互いに干渉なく、時分割的に実行しようと
すると非常に困難な制約があつた。即ち、従来装
置でＢモードイメージをリアルタイム性を十分維
持した状態で得ようとすると、所定の到達深度に
対する最大繰返しパルス周期（例えば周波数とし
て4KHz）のうち、例えば半分をＢモードに半分
をパルスドプラモードにする、即ち、パルス毎に
交互に実行するものになる。しかしながら、この
ような方法によれば、パルスドプラモードの方の
データレートが、パルスドプラ単独モードの場合
の半分となるので、あいまいさ（ドプラ・アンビ
ギユイテイ）を生ぜしめないで観察できる最高視
線速度が著しく低くなつてしまう。従つて、通常
人の動脈血流の部分で既に折り返し領域となつて
しまい、それより速い視線速度を有する部分のド
プラ信号を正しく得ることは実質上不可能とな
り、実用上の制約が大きい。

このような不具合をなくすため、逆にパルスド
プラモードを全ての時間に割りつけてしまうと、
今度はサンプル点の確認のためのＢモード画像を
得ることができなくなつてしまい、操作者は盲同
然になつてしまう。そこで、パルスドプラモード
の実行中の１秒の内に１〜２回程度だけＢモード
を瞬時的に割り込ませることが考えられる。例え
ば１秒毎に20ｍｓ〜40ｍｓ、間けつ的に休止が入
つても、パルスドプラモードの観測、分析の目的
には特に大きな支障は生じない。しかしながら、
このような方法によつても尚イメージの動的追従
把握乃至パルスドプラモードの方のサンプリング
点や音線の動的確認は非常に困難である。このよ
うな不具合は、１台のエコーサウンダ（送受信及
びビームフオーミングの機能）をＢ／Ｄ両モード
の使用のために時分割で使用する限り発生が避け
られないと考えられていた。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、１台のエコーサウンダを時分割
で用いてＢ／Ｄ両モードで使用する場合において
も、Ｂモードイメージングのリアルタイム性を維
持しつつ、且つパルスドプラ方式のドプラ信号の
獲得を所定のデータレートにより完全に両立実施
することができるＢ／Ｄ両モードの画像診断装置
で簡単な構成のものを実現することにある。

（問題点を解決するための手段）このような問題点を解決する本発明は、被検体
に超音波を照射し、反射波を受けて電気信号に変
換処理してＢモードの２次元イメージを得ると共
に、被検体断面の一走査線上のサンプル点に関し
てパルスドプラ方式によるドプラ信号の獲得を行
うようにした画像診断装置において、パルスドプ
ラ方式の信号を得るための連続した送受信シーケ
ンスのうち１回分を間引く操作を周期的に繰り返
し、前記間引かれる時間帯にＢモードの画像獲得
を行うと共に、前記送受信シーケンスを１回分周
期的に間引かれたパルスドプラシステム側におい
ては、前記間引きのため紛失したデータを、前記
間引きの前後の送受信シーケンスで得たサンプル
データを用いて補間処理により復元し、実用上完
全なドプラ信号を得るように構成したことを特徴
とするものである。

レンジゲート方式のパルスドプラシステムにお
いては、ベースバンドドプラ信号のサンプリング
値は、その送受信シーケンスの都度１つの複素
数、即ち１つのベクトルとして得られる。このこ
とは、パルスドプラ信号が可聴領域のオーデイオ
信号とほぼ等価な性格を有していることから、パ
ルスドプラシステムの特性を考察するにあたつ
て、音声のサンプル値列伝送、例えば、PCM方
式の電話回線等における会話音声の扱われ方が十
分に参考となりうることを意味している。

ところで、音声信号の伝送等においては、会話
音声を8KHzのサンプリング周波数でサンプル値
列化した後、サンプル間引きによるデータレート
低減の後、巧みな予測復元工程を経るならば、実
用上全く遜色のない復元と会話の維持とを行いう
ることがわかつている（THE BELL SYSTEM
TECHNICAL JOURNAL VOL.62.NO.6、1983
に記載されている論文Sample Reduction and
Subsequent Adaptive Interpolation of Speech
Signals…以下引例文献と略す）。同様の考えが音
声因業と酷似した性質を有するCWドプラ乃至パ
ルスドプラシステムにおけるベースバンドドプラ
信号についても成り立ちうる筈である。

引例文献には、４サンプル中１サンプル間引い
た場合が示されているが、このことはパルスドプ
ラモードのデータ獲得（サンプリング）について
も妥当する。本発明においては、この間引いた時
間をＢモードイメージの実時間処理に用いる。即
ち、パルスドプラシステムでの４回の送受信の内
１回分を間引き、その間引きの時間にパルスドプ
ラシステム側では紛失するデータの復元処理を行
い、一方Ｂモードシステム側ではその間にＢモー
ドのための音線の順次送信とエコーの受信による
イメージ処理を１回分だけ行うのである。この場
合において、受信の際マルチビーム受信を行えば
一気に隣り合う４音線を探査することもできる。
このようにして得られたＢモードイメージは、１
音線ずる順次に受信していく場合と実用上品質に
差異が生じない。２音線受信とすれば、常識的な
フレームレート（例えば30FPS）が半分
（15FPS）におちるのみで済み、心臓等のイメー
ジを得る場合等にも十分に実時間動態観察を行う
ことができる。

次に１サンプリング間引くことにより紛失した
データの復元処理について説明する。引例文献に
記載されている補間方法を説明する。今、会話信
号をｘ（ｔ）、そのバンドリミツトをfc［Hz］、サン
プリング周波数fs［Hz］とすると、標本化定理に
より fs≧2fc (1) が成立することが必要である。サンプリングして
得られた原信号列を｛xk｝、ｎ回のサンプリング
ごとに１サンプルを捨てるものとする。第２図は
補間装置の一実施例の構成ブロツク図で、本発明
においてもそのまま適用することができる。

入力会話信号ｘ（ｔ）はフイルタ１を経た後、
サンプリング回路２でサンプリングされる。この
サンプリング周波数は第１の発振器３の周波数fs
で規定される。サンプリングされた原信号列
｛xk｝がギアダウンバツフア４に入つて、ｎ回の
サンプルごとに１サンプル間引かれる。間引かれ
た後、第２の発振器５の発振周波数Fsで規定さ
れる周波数の信号列｛yk｝に変換される。ここ
で、Fsとバンドリミツトfcとの間には Fs＜2fc (2) の関係が成立するもとのする。尚、間引き操作を
行うために、サンプリング周波数fsが分周回路６
で１／ｎ分周された信号と、第１の発振器３の出
力を受けて演算処理を行う演算器７の出力がギア
ダウンバツフア４に入つている。

圧縮された信号列｛yk｝は純粋チヤネル（デ
イジタル伝送路）８を経由してギアアツプバツフ
ア９に入る。ギアアツプバツフア９はギアダウン
バツフア４と同様、第２の発振器５及び演算器７
の出力を受け、もとの周波数fsの信号列｛Zk｝
に変換する。但し、この信号列｛Zk｝は周波数
のみ元の信号に復元されたのみで、間引かれた情
報は補填されていない。この信号列｛Zk｝は補
間回路１０に入つて紛失データの復元がなされた
信号列x^（ｔ）となる。この復元信号ｘ（ｔ）はフ
イルタ１１を介して外部に取り出される。

第３図は第２図に示す補間装置の各部の波形を
模式化したタイミングチヤードである。図におい
て、イは原信号列｛xk｝を、ロは圧縮信号列
｛yk｝を、ハは周波数のみ復元された信号列
｛Zk｝を、ニは補間して完全に復元された信号列
｛x^k｝をそれぞれ示す。圧縮信号列｛yk｝は、図
に示すようにサンプル値とサンプル値の間の周期
が１／Fsになりイ図に示す原信号列｛xk｝のそ
れ１／fsよりも長くなつている。又、周波数のみ
復元され復元された信号列｛Zk｝には、ハ図に
示すように間引きにより紛失したデータは復元さ
れずにそのままである。補間回路１０により紛失
データが補間された復元信号列｛x^k｝はニ図に
示すようにイに示す原信号列｛xk｝とほぼ同様
のデータが再現されている。ニ図の破線で示すデ
ータが復元データである。

復元信号列｛x^k｝を原信号列｛xk｝にどの程
度近づけることできるかは、ひとえに補間回路１
０の性能のよしあしで決定される。引例文献に記
載されている補間方法は以下のとおりである。

前述した信号列｛Zk｝はお互いの距離が１／
fs秒だけ離れたサンプル数Ｗの連続したブロツク
に分割することができる。信号列｛Zk｝はそれ
故ｎ回のサンプルごとに１サンプル間引かれたＷ
個のサンプルから構成される。今、第１のブロツ
クが x₁、…、x_o-1、Z^、x_o+1、…、x_w-2、x_w-1、Z^w なるコンポーネントで構成されているものとす
る。ここで、Z^rは補間すべきサンプルを示し、
ｒとしてはｒ＝ｎ、2n、…、Ｗ−ｎ、Ｗのうちの任意の値をとりうるものとする。各会話
信号サンプルを補間するにあたり、間引きサンプ
ルの前のサンプル数をλとする。但しλとしては λ≦ｎ−１ (3) の制約がある。

ここで、第３図のハに示す第ｒ番目の紛失デー
タ点における補間データZ^rは次式で与えられる。

Z^r＝_-1 〓^i=- 〓aixr＋ｉ＋〓〓ⁱ⁼¹ aixr＋ｉ (4) ここで、aiは補間計数である。(4)式は次のよう
に書くこともできる。

Z^r＝Σaixr＋ｉ (5) ここで、a₀＝Ｏである。第ｒ番目のサンプルに
対する補間誤差erは次式で与えられる。

er＝xr＝Z^ (6) 引例文献によれば、(6)式で与えられる補間誤差
erの２乗er²が最小になるような係数aiを選択す
れば補間誤差erが最小になることがわかつてい
る。更に、１ブロツクのサンプル数Ｗが256以上
になると補間係数aiを求めるための補間マトリク
スも簡略化されうることが記述されている。

本発明に用いる補間方法は、上述のような方法
に限らず、種々の方法を用いることができる。補
間方法としては、以下のようなものがある。

(1) 直線補間法…相隣り合う２点間を直線で結び
その２点間に存在すべき紛失データを補間する
もので、両隣りのサンプルがあれば補間でき
る。

(2) ２次乃至ｎ次の偶数次補間法…両ｎ隣りまで
のサンプル数があれば補間することができる。

(3) 短期間のフーリエ変換・逆変換法…サンプル
する区間が両隣り又は一方にかなりの長さがと
れるときに、同程度の長さの長い脱落を補間す
るのに適しているが、短時間で急変し得る信号
（例えば音声信号）には向かない。

(4) カルマンフイルタによる方法…上記(3)の方法
き加えて、カルマンフイルタ技法を用いて統計
的手法により補間する。

以上の何れかの方法を用いても本発明を実現す
ることができるが、１発抜けを一定の周期で繰り
返し、しかも全体として復元信号の品質の良さと
いう点を考慮すると、引例文献記載の方法が一番
秀れている。

（実施例）以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す電気的構成図
である。図において、２１は被検物体２２に超音
波を照射し、反射波を受信する超音波プローブ、
２３は超音波送信信号を送り、該超音波プローブ
２１の受信信号を受ける送受信機アレイ、２４は
該送受信機アレイ２３に送出用をパルスを送る送
波ビームフオーマ、２５は送受信機アレイ２３か
らの受信パルスを受け、受信パルスの波形整形を
行う受波ビームフオーマ、２６はこれら送波ビー
ムフオーマ２４及び受波ビームフオーマ２５の動
作を制御すると共に、各種演算制御を行うコント
ローラである。

２７は送波ビームフオーマ２４及びコントロー
ラ２６にパルス信号を与えるパルス発生器、SW
は受波ビームフオーマ２５の出力を受けてＢモー
ドイメージ作成モード側（Ｂ側）に接続するか、
パルスドプラ信号獲得モード側（Ｄ側）に接続す
るかを決める切換スイツチである。２８は切換ス
イツチSWからの信号を受けるバンドパスフイル
タ、２９は該バンドパスフイルタ２８の出力を受
けて信号圧縮を行うログアンプ、３０は該ログア
ンプ２９の出力を受けて画像イメージに変換する
検波回路、３１は該検波回路３０の出力を受けて
ビデオ信号として出力するビデオアンプである。

３２はパルス発生器２７の出力を受けて、ビデ
オアンプ３１に時間と共に変化するゲイン信号を
与えるタイムゲインコントロール回路、３３はビ
デオアンプ３１の出力を受けるアンチアリアジン
グフイルタ、３４は該フイルタ３３の出力を受け
るデイジタルスキヤンコンバータ（DSC）であ
る。該デイジタルスキヤンコンバータ３４は図示
されていないが、各部分から必要な信号を受けて
縦方向に読み込んだデータを横方向に変換して出
力する。

３５はスイツチSWからの信号を受けるバンド
パスフイルタ、３６は該バンドパスフイルタ３５
の出力を受けるリニヤアンプ、３７はパルス発振
器２７の出力を受けて時間と共に変化するゲイン
信号をリニヤアンプ３６に与えるタイムゲインコ
ントロール回路である。３８は局部発振器３９の
出力を受けて、位相が90°ずれた２つの信号に変
換する位相器、４０，４１はそれぞれ一方の入力
にリニヤアンプ３６の出力を共通に受け、他方の
入力に位相器３８からをそれぞれ位相が90°ずれ
た交流信号を受ける乗算器（BDM）、４２，４
３はそれぞれ乗算器４０，４１の出力を受け、一
定の周期でサンプリングするサンプルホールド回
路、４４はパルス発生器２７及びコントローラ２
６の出力を受けレンジゲート用のサンプリングパ
ルスを発生されるモノマルチ回路である。該モノ
マルチ回路４４の出力はサンプルホールド回路４
２，４３に印加され、サンプリングのタイミング
を決めている。

４５はサンプルホールド回路４２，４３の出力
を受け、間引きにより紛失したデータを補間する
補間装置である。該補間装置４５には、コントロ
ーラ２６から間引きのタイミングを了知させるた
めの信号が印加されている。該補間装置４５とし
ては、例えば第２図に示したような回路が用いら
れる。補間方法としては、第２図について説明し
たように(6)式に示す補間誤差erの２乗値er²が最
小となるように補間係数を選ぶ方法を用いること
が最良である。しかしながら、本発明はこれに限
る必要はなく、直線補間法のような古典的方法を
用いてもよいことは前述したとおりである。

４６，４７はそれぞれ補間装置４５の出力を受
けるドプラフイルタ、４８はこれらドプラフイル
タ４６，４７の出力を受けてヒルベルト変換及び
変換したデータを１次結合して各方向別のベース
バンドドプラ信号を合成する合成回路である、該
合成回路４８からは、USB（上側波帯）及びLSB
（下側波帯）に相当する各々の可聴域のベースバ
ンドドプラ信号が出力される。このように構成さ
れた回路の動作を第４図のタイミングチヤートを
参照しながら詳細に説明する。

第４図において、イはパルス発生器２７の出力
Txgを、ロは切換スイツチSWの動作を、ハはＢ
モードのエコービデオ信号波形（フイルタ３３の
出力）を、ニは乗算器４０の出力波形を、ホはレ
ンジゲートパルス（モノマルチ回路４４の出力）
を、ヘはサンプルホールド回路４２の出力を、ト
はドプラフイルタ４６或いは４７の出力をそれぞ
れ示している。

パルス発生器２７から出力された第４図イに示
すようなパルスが送波ビームフオーマ２４、送受
信機アレイ２３を経て超音波プローブ２１から被
検体２２に照射される。被検体２２に入つた超音
波は被検体の各部にあたり、当該場所から反射波
を生ぜしめる。この反射波は、超音波プローブ２
１、送受信機アレイ２３を経て受波ビームフオー
マ２５に入る。該ビームフオーマ２５で波形整形
されたエコー信号は切換スイツチSWに導かれ
る。

ここで、切換スイツチSWが第４図ロに示すよ
うにＤ側（パルスドプラモード側）に接続されて
いるものとすると、エコー信号はバンドパスフイ
ルタ３５により特定の周波数領域の成分のみ抽出
された後、続くリニヤアンプ３６でタイムゲイン
コントロールされる。タイムゲインコントロール
されたエコー信号は、乗算器４０，４１で位相が
90°シフトされた交流信号と乗算され、第４図ニ
に示すようなBDM信号に変換される。この
BDM信号は、第４図ホに示すレンジゲートパル
ス（サンプリングパルス）の周期でサンプルホー
ルド回路４２，４３でサンプルホールドされる。
時刻t₁でサンプリングパルスが発生すると、t₁に
おいて、BDM信号がサンプリングされ、第４図
ヘに示すようなホールド出力が得られる。

次に時刻t₂において、第４図ハに示すように切
換スイツチSWがＢモード側に切り換わると、エ
コー信号はバンドパスフイルタ２８、ログアンプ
２９を経て検波回路３０に入る。検波回路３０は
入力エコー信号を検波してビデオ信号をつくる。
このビデオ信号は続くビデオアンプ３１でタイム
ゲインコントロールされた後、フイルタ３３でフ
イルタリングされる。この結果、該フイルタ３３
から第４図ハに示すようなＢモードエコー信号が
得られ、デイジタルスキヤンコンバータ３４に入
る。該デイジタルスキヤンコンバータ３４は被検
体２２を縦方向に超音波走査して得られるエコー
ビデオ信号列から、CRTモニタにおけるTV表示
に適した横方向走査のビデオ信号に読み替えて出
力する。これによりCRTモニタ（図示せず）に
は被検体２２の正しい内部イメージ画像が得られ
る。このようなＢモードイメージ獲得のための１
回の送受信に関するエコービデオ信号の入手が１
サンプル周期Ｔの間に完了する。

このＢモードイメージ獲得が行われている期
間、モノマルチ回路４４は第４図ホに示すように
サンプリングパルスを発生しない。即ち、この期
間はパルスドプラモード用のサンプルが１回間引
かれる。時刻t₃において、切換スイツチSWが再
びパルスドプラモード側に接続されると、前述の
動作を繰り返してサンプルホールド回路４２には
第４図ヘに示すようなホールド出力が得られる。
このパルスドプラモードを第４図に示すように３
周期分続けて行い、再びＢモードに移る。即ち、
第１図に示す回路は４サンプルのうち１サンプル
周期分をＢモードイメージ処理に用い、残りの３
サンプル周期をパルスドプラモードに使用してい
る。このことをパルスドプラシステム側からなが
めてみると、４サンプルに１回の割り合いで常に
データが間引かれていることになる。

補間装置４５は、このように間引かれたサンプ
ルデータを種々の補間法を用いて復元し、合成回
路４８からドプラ信号として出力する。

上述の操作では、４サンプルに１サンプルの間
引きの場合を例にとつたが、本発明はこれに限る
必要はなく、目的とするベースバンドドプラを遜
色なく再現できる程度であれば、その間引き率に
制限はない。

又、間引きの周期も、完全に一律な周期性をも
つ手法の他、一定の規則に沿つて周期が変化する
如き手法も可能であり、それも又本発明の主旨の
中に含まれるものである。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、
パルスドプラモードのサンプリングのうち、１回
分の間引き、その間引いた時間内にＢモードイメ
ージ処理を行うと共に、間引かれたパルスドプラ
システム側では間引きのため紛失したデータを間
引きの前後の送受信シーケンスで得たサンプルデ
ータを用いて補間処理により復元して完全なドプ
ラ信号を得るようにすることにより、１台のエコ
ーサウンダを時分割で用いてＢ／Ｄ両モードで使
用する場合においてもＢモードイメージのリアル
タイム性を維持しつつ、且つパルスドプラ方式に
よるドプラ信号の獲得を所定のデータレートによ
り実質的に完全に得ることができるＢ／Ｄ両モー
ドのイメージを得ることができる画像診断装置を
簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気的構成
図、第２図は補間装置の一実施例を示す構成ブロ
ツク図、第３図は第２図に示す補間装置の各部の
波形を模式化したタイミングチヤート、第４図は
第１図に示す装置の各部の動作を示すタイミング
チヤートである。１，１１……フイルタ、２……サンプリング回
路、３，５……発振器、４……ギアダウンバツフ
ア、６……分周回路、７……演算器、８……チヤ
ネル、９……ギアアツプバツフア、１０……補間
回路、２１……超音波プローブ、２２……被検
体、２３……送受信機アレイ、２４……送波ビー
ムフオーマ、２５……受波ビームフオーマ、２６
……コントローラ、２７……発振器、２８，３５
……バンドパスフイルタ、３０……検波回路、３
１……ビデオアンプ、３２，３７……タイムゲイ
ンコントロール回路、３３……アンチアリアジン
グフイルタ、３４……デイジタルスキヤンコンバ
ータ、３６……リニヤアンプ、３８……位相器、
３９……局部発振器、４０，４１……乗算器、４
２，４３……サンプルホールド回路、４４……モ
ノマルチ回路、４５……補間装置、４６，４７…
…ドプラフイルタ、４８……合成回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１被検体に超音波を照射し、反射波を受けて電
気信号に変換処理してＢモードの２次元イメージ
を得ると共に、被検体断面の一走査線上のサンプ
ル点に関してパルスドプラ方式によるドプラ信号
の獲得を行うようにした画像診断装置において、
パルスドプラ方式の信号を得るための連続した送
受信シーケンスのうち１回分を間引く操作を周期
的に繰り返し、前記間引かれる時間帯にＢモード
の画像獲得を行うと共に、前記送受信シーケンス
を１回分周期的に間引かれたパルスドプラシステ
ム側においては、前記間引きのため紛失したデー
タを、前記間引きの前後の送受信シーケンスで得
たサンプルデータを用いて補間処理により復元
し、実用上完全なドプラ信号を得るように構成し
たことを特徴とする画像診断装置。