JPH042336A - 超音波ドップラ流れ計測および画像化装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は超音波診断技術に関し、詳細には超音波ドツプ
ラ流れ画像化および表示システムに関する。特に本発明
はドツプラ超音波血流画像化システムのダイナミックレ
ンジを改善するに有効である。

〔従来の技術〕

超音波を用いた血流の生体外部での画像化を行うための
種々の技術かこれまで用いられている。

ドツプラ超音波心臓検査法の最近の発展はそのつの例で
ある。本発明は他のものにも使用出来るかドツプラ超音
波血流画像化への応用について以降で説明する。

一般的な超音波血流画像化システムには診断される生体
の領域に超音波パルスを送りそして走査されている領域
内の血流により反射される超音波のエコー信号を受ける
ための超音波送受信変換器を含む。超音波による一般的
診断は動脈、静脈または心臓内の血流を測定するために
患者を超音波プルーブで走査して行われる。信号処理シ
ステムが受信エコー信号を処理してエコー信号のドツプ
ラシフト周波数を測定しそれにより血流の速度を計算Ｉ
７、そしてこの速度分布測定の結果をドツプラ血流画像
として表示する。一般にエコーの振幅はグレースケール
で表示される（ｒＢモート」表示）。ドツプラ血流画像
はこのグレースケールに重ねてカラーで表示される。

血球から入るエコーのドツプラシフトを予測するために
超音波画像システムは診断される領域の一位置に数個（
４〜１６個）のパルスを共通に送りそしてパルス毎にエ
コーの位相変化を検出する。

血流によりドツプラシフトを受けたエコー信号成分は生
体の内部の動く部分の情報を含んだドツプラ信号成分か
ら抽出される。静１Ｆまたは動きの少い、例えば心臓ま
たは血管の壁のような、血流の速度より低い速度で動く
ものからの反射エコー信号成分は除去される。これら信
号は「クラッタ」と呼ばれそして測定されている血流に
よりドツプラシフトを受けた信号成分のみを抽出するた
めに除去される。

ＭＴＩ（ムービング・ターゲット・インジケーション）
フィルタ（遅延フィルタ（ＤＬＦ）または静止キャンセ
ラとも呼ばれる）がこれらクラッタ信号の除去に用いら
れる。代表的なＭＴＩフィルタでは連続する音響受信に
ついてエコー信号が減算される。血流からのエコーは血
管あるいは心臓の壁のような強（２んな組織からのエコ
ーに重畳するから、これら減算ステップは静止または動
きの遅いところによる信号を平均的に除去しモし、て血
流を表わすドツプラ成分のみを抽出する。

ＰｖＩＴＩフィルタの出力はドツプラ周波数情報を抽出
するように処理され、そしてこれかエコーの従来のＢモ
ートグレースケール表示と共にカラーで表示される速度
へと変換される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ドツプラ血流画像化システムの設計と開発における主目
的は流れ画像品質の改善である。これはより高いドツプ
ラ信号−クラソタ比を得る信号処理技術により達成出来
る。また、コストおよび画像フレームレートを損うこと
なくそのような改善を行うことも重要である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は改善されたドツプラ信号−雑音比を有する超音
波流れ画像化用のアナログ帰還静止信号キャンセラを提
供する。

本発明の一実施例は予定の時間インターバルにわたり生
体に向１−）そしてその内・＼と超音波を順次送りそし
てそのエコー信号を受信するための超音波送受信装置を
含む。夫々の流れ測定、シーケンスにおいてパルス一二
コーシーケンスまたはデータラインサンプルの形の一連
の超音波信号か予定の時間インターバルにおいて診断さ
れる選択された位置に送られそして反射を受ける。夫々
の受信エコー信号は本質的に静止した組織からの反射を
表わす静止成分と血流のような生体のより高速で動く部
分からの反射を表わすドツプラ成分を有する。次々に連
続する時間インターバルにおいて受信されるエコー信号
は、（ｉ）受信エコー信号から静止成分を減算してエコ
ー信号から受信エコー信号のドツプラ成分を表わすドツ
プラ信号を抽出する手段と（ｉｊ）そのドツプラ信号を
増幅する反射エコー信号の増幅されたドツプラ成分を表
わす一連の出力信号を発生する手段とを含む信号処理手
段により処理される。これらの抽出され増幅されたドツ
プラ出力信号は診断される生体の動く部分の画像化に用
いるドツプラ流れ画像データ信号を発生するように処理
される。

本発明の一実施例では反射エコー信号は静止信号取得お
よびドツプラ信号取得モートを有するフナロク帰還信号
キャンセラムにおいて処理される。

夫々の流れ測定シーケンスにおいて、１つの超音波ライ
ンからの信号はディジタル化されそしてラインバッファ
に記憶される。次にこれはドツプラ取得モードに切換わ
りそしてその測定シーケンスにおける以降のパルスの夫
々についてこれらの記憶されたラインサンプルがライン
バッファからとり出されてアナログ変換されそ１７て以
降の反射エコー信号から減算される。その差か増幅され
、ディジタル化され、そしてＭＴＩフィルタと速度予測
装置により処理されて診断下の領域の血流（速度）のカ
ラー画像化を含む画像化に用いるためのドツプラ流れ画
像データを発生する。

本発明の一つの利点は高いドツプラ信号−量子化ノイズ
比を与えそして仁かな画像フレームレートの低下を伴う
のみてより安価なアナログ−ディジタル変換器の使用を
可能にするということである。

〔実施例〕

第１，３図は血流測定および画像化システムの従来の要
素を示している。第２図は超音波流れ画像化のための従
来の静止信号キャンセラの要素を示している。第１図は
第２図のシステムへの入力信号を発生する手段の一例を
示し２、第３図は第２図のシステムの出力を処理するだ
めの信号処理および表示手段の一つの例を示す。第４図
は本発明の原理による超音波流れ画像化のためのアナロ
グ帰還静止信号キャンセラの要素を示す。第４図のシス
テムは第１図のシステムからとり出される入力で第３図
の信号処理および画像表示システムと共に使用出来る。

第１図において、この血流測定システムは発振器１０を
含み、この発振器は分周同期化回路１２に加えられる安
定した高周波発振信号を発生する。

この発振信号に応じて回路コ２は超音波パルスビーム送
信用のディジタルパルス信号１４と矩象検出用の信号１
６を発生する。信号１４に応じドライバ回路１８かアナ
ログパルス信号２０を送受信切換回路２４を介してプロ
ーブ２２に送る。このプローブは検査される生体のセク
タ２８内の血管２６に超音波パルスビームを送るように
励起される。血管２６からの反射信号はプローブ２２に
より電気信号に変換されそしてそれか送受信切換回路２
４を介して高周波増幅器３０に加えられる。

その出力信号３２は第２，４図の超右波信号処理システ
ム内の矩象検出器（バランスド・ミキサ）３４．３６に
加えられる。プローブ２２に入り増幅器３０て増幅され
た反射波は第２．４図の矩象復調回路に加えられる。こ
の変換器からとり出されて矩象チャンネル３２て入れら
れる信号はＲＦまたはＩＦてあり、ＲＦビーム形成信号
を用いるとよい。

発振器１０は同期化回路１２に安定な高周波信号を発生
して与え、回路１２は所望の周波数の種々の出力信号を
発生する。これら出力信号は超音波パルスビームをくり
返し送信させるための信号を含む。この信号は送信回路
および切換回路１６を介してプローブ２２に加えられ、
このプローブ内に含まれる振動装置が診断される生体の
内部の動く部分に向けて超音波パルスビームを送るよう
に励起される。この動く部分はこの例では血管２６内の
血液である。セクタ２８はドツプラ血流画像の測定のた
めに走査される領域である。送信器制御回路かセクタ２
８に予定の走査角、方向および深さで超音波パルスビー
ムを送るべくこのビームを制御する。生体のセクタ２８
内の種々の組織の界面からの反射ビームパルスかこのプ
ローブにより受信される。受信エコー信号は増幅器３０
で増幅後に第２，４図の処理システムに送られる。

血球からのエコーのドツプラシフトを予測するために、
超音波画像化システムは一つの位置に数個（４〜１６個
）のパルスを送りそしてパルス毎にエコーの位相変化を
検出しなければならない。

従来の受信プロセスの部分を第２図に示す。婚家ヘース
バンド検出プロセスが用いられ、この例では第１図のビ
ーム形成装置からのＲＦ入力信号３２が婚家検出器３４
．３６に加えられる。他方、発振器１０からの基準信号
コロが婚家検出器に加えられ、一方の婚家検出器３６に
送られる基準信号は移相回路３８により９０’位相をず
らされ、９０位相のずれた基準信号４０がビーム成形装
置からの増幅されたエコー信号３２と共に婚家検出器３
６に加えられる。婚家検出器３４に加えられる基準信号
１６は同相の婚家チャンネル４２の部分として処理され
、そして移相された信号４０は同相チャンネル４２と同
様のシステム要件を有する別の婚家チャンネル４４にお
いて処理される。

それ故、以下の説明は両方のチャンネルについてのもの
である。

バランスドミキサ３４と３６の出力は入力信号と入力基
準信号１６の積を表わすアナログ信号である。アナログ
信号４６は第１増幅器５０で増幅され、低域フィルタ５
２を通されそして第２増幅器５４により増幅される。図
示の実施例では受信ビーム形成装置からのＲＦ倍信号バ
ランスドミキサを用いてこれら婚家チャンネル内でベー
スバンドに変換される。掃引された利得機能が予めこの
ＲＦ倍信号加えられて組織内での超音波の減衰を補償す
る。フィルタ５２は約１００ＫＨｚと約２、　５Ｍ）＋
２の間に検出帯域幅をセットする。

第２増幅器５４の出力信号５５はアナログ−ディジタル
変換器５６でディジタル出力信号５７に変換されて受信
エコー信号の静止成分を打消すべくＭＴＩフィルタ５８
て処理される。生体の静止またははゾ静止の構造からの
エコーは血球からのエコーよりかなり大きく、しばしば
６０ｄＢ程度の大きなものである。アナログ−ディジタ
ル変換器５６は血流信号を量子化ノイズより充分上であ
りしかも静止信号をクリップしないようにするため大き
なダイナミックレンジを有する。このＭＴＩフィルタは
、信号かアナログ−ディジタル変換器５６によりディジ
タル化された後に静止のまたはゆっくり動く成分を除く
ために用いられる。このＭＴＩフィルタはパルス繰り返
し周波数およびその高調波においてノツチを有するくし
形のレスポンスを有する。ＭＴＩの出力信号６０と６２
は自己相関技術または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）技術
のような周波数ドメイン処理技術により別々の範囲でド
ツプラ周波数情報を抽出するように処理される。

第３図は第２図に示すシステムからとり出されるドツプ
ラ超音波血流情報の以降の処理と画像化のための従来の
システムの成分を示す。ヘンスパント情報６０と６２は
速度予測装置６４とディジタルスキャンコンバータ６６
てディジタル的に処理されそして情報を更にディジタル
処理するためにカラープロセサ６８に送られる。その結
果かディジタル−アナログ変換器７０により、カラＴＶ
７２のＣＲＴに表示されるアナログ信号の３原色、すな
わち赤、緑および青に変換される。これら出力信号はエ
ンコーダ７４により標準ＴＶ信号にも変換されてＶＣＲ
７６のような周辺装置への接続を行ってもよい。

第４図の実施例は本発明の原理にもとづく超音波流れ画
像化のためのアナログ帰還静止信号キャンセラを示す。

受信ビーム形成装置からのＲＦ信号３２は婚家チャンネ
ルでベースバンドに変換されそして第１増幅器５０と低
域フィルタ５２かこれら出力信号を増幅しそして同じく
約１００　ＫＨｚと約２．５Ｍ）Ｉｚの間に検出帯域幅
をセットする。

このキャンセラは二つのモートすなわち静止信号取得モ
ードとドツプラ信号取得モードで動作する。

これらモードは夫々のデータ取得インターバル内で次々
に生しる。電子的スイッチ８０と８２およびデマルチプ
レクサ８４は第４図に静止信号取得モードにあるものと
して示されている。アナログ−ディジタル変換器８６、
ラインバッファ８８のアドレスおよびディジタル−アナ
ログ変換器９０はすべて流れ画像の分解セルの長さに対
応するサンプル周波数でクロックされる。このサンプル
周波数は一般に約２００　ＫＨｚと約５　ＭＨｚの間で
ある。

夫々の流れ測定シーケンスにおいて、超音波ビームは生
体のセクタ２８内の予定の位置に向けられる。これらビ
ームは予定の時間インターバルでプローブ２２から送ら
れそしてそれにより受信されるバパルスエコーンーケン
スの形をとる。このプロセスは順次的であり、次の流れ
画像ラインについてくり返される。静止取得モートでは
１本の超音波ビーム（パルスエコー）かまず送信され受
信される。この静止信号は次にラインバッファ８８に記
憶され、その後にシステムかドツプラ取得モトに切換わ
る。この記憶された信号は主として静止目標を表わす。

静止信号を得るために用いられたこの超音波ビームは流
れ予測には用いられない。

このビームに沿って同一のターゲツトに向いパルス化さ
れる以降のパルスの夫々について、これら記憶されたサ
ンプルかハソファ８８からとり出されてディジタル−ア
ナログ変換器９０によりアナログ化されそして新しいベ
ースバンド信号９６から減算される。ドツプラ取得モー
ドにおいてスイッチ８０は、データラインに沿った静止
信号成分を表わす変換器９０からのアナログ信号９２か
新しいベースバンド信号９６からの減算のために加算接
続点９４に帰還されるように閉しられる。加算点９４か
らの残りのアナログ信号９８は原理的にドツプラ信号を
構成する、パルス毎の変化を含む。ドツプラ取得モート
においては、増幅器１００により利得を高くされている
これら残りの信号９９がアナログ−ディジタル変換器８
６によりディジタル化され、デマルチプレクサ８４によ
りシフトされそしてＭＴ！フィルタ１０２て処理される
ようにスイッチ８２が閉しられる。ドツプラ信号の利得
を上げることにより、改善されたダイナミックレンジを
有する大きなこのドツプラ信号は速度予測をつくるだめ
の次の処理を受ける。

信号９９はいくつかの望ましくない成分と共にドツプラ
信号を構成するパルス毎の変化を含む。

組織からの信号は完全に静止している場合完全に打消さ
れる。ＭＴＩフィルタ１０２はクラッタのゆっくり変化
する成分を除去する。静止エコーがなく強いドツプラが
入る場合にもエラーが生しうる。この場合、最悪の場合
のエラーの大きさはビクドップラ信号振幅に等しい。こ
のエラーは４−１６サンプルシーケンスで直流成分とし
て生じ、またこれもアナログ−ディジタル変換器８６の
前の従来のＭＴＩフィルタで除去出来る。これらエラー
は増幅器１００の利得を制限しそれによりドツプラー信
号−クラソタ比の改善を制限する。この実施例では、こ
の利得は異るパルス周波数、動作周波数等に合うように
任意に変えることが出来る。この回路は、また画像フレ
ーム周波数の小さい低下でも問題でありそしてドツプラ
ークラッタ比か問題の領域において著しく望ましいもの
でない場合にはユーザにより動作不動とすることか出来
る。

静止信号キャンセラの部分としてアナログ−ディジタル
変換器のまイっりにアナロク帰還路を有する従来のシス
テムでは、このキャンセラはパルス繰り返し周波数およ
びその高調波においてノツチを有する１次反復フィルタ
である。このキャンセラはパルス毎に静止信号成分のそ
の予測を更新する。

本発明の技術は、１ラインに沿った流れを予測するため
に、獲得される静止信号の１個の「スナップショット」
を使用するという点で異る。

流れの画像化については各ラインに沿ったドツプラ信号
の予測を形成するために僅が数個のバルスーエコーシー
ケンスを用いるだけでよい。本発明は４−１６パルスに
用いられる短い時間インターバル（せいぜい数ミリ秒）
内で、ゆっくり動く組織からの疑似静止エコーか事実上
充分安定であるということの利点を利用する。かくして
、これらエコーの１ラインサンプルで「静止」成分を殆
んど打消すに充分である。その結果、本発明のシステム
はより高い画像情報精度をもってより高いドツプラ信号
対量子化ノイズ比をつくり出す。このシステムはまた画
像フレーム周波数の低下を最少として安価なアナログ−
ディジタル変換器の使用を可能にするものである。

発生される情報の従来の使用を示す機能ブロック図、第
４図は本発明のアナログ帰還静止信号キャンセラの機能
ブロック図である。

１０・・・発振器、１２・・・分周／同期回路、２２・
・プローブ、２６・・・血管、２４・・・送／受信切換
回路、３０・・・増幅器、３４．３６・・婚家検出器（
バランスドミキサ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記要件を含む超音波ドップラ流れ計測および画像
   化装置； （ａ）予定の時間インターバルにわたり生体に向けそし
   て体内に順次超音波を送りそして、夫々その生体の本質
   的に静止している組織からの反射を表わす静止成分とそ
   の生体の動く部分からの反射を表わすドップラ成分とを
   有するエコー信号を受けるための超音波受信手段； （ｂ）次々に連続する上記予定の時間インターバルにお
   いて受信したエコー信号を処理するための、（ｉ）上記
   受信エコー信号から静止成分を減算してドップラ成分を
   表わすドップラ信号を抽出する手段と（ｉｉ）その後に
   このドップラ信号を増幅して反射エコー信号の増幅され
   たドップラ成分を表わす一連の出力信号を発生する手段
   とを含む手段；（ｃ）これら出力信号を処理して生体の
   動く部分の画像化に用いるドップラ流画像データを発生
   する手段。 ２、超音波血液測定装置である請求項１記載の装置。 ３、前記エコー信号処理手段は夫々の時間インターバル
   において複数反射エコー信号をサンプリングする手段と
   それからドップラ成分より、数の少いサンプリングされ
   たエコー信号にもとづく静止成分を減算する手段を含む
   請求項１記載の装置。 ４、夫々の時間インターバルについて１個の反射エコー
   信号を記憶する手段と、複数の他の反射エコー信号をサ
   ンプリングする手段と、上記サンプリングされた他の反
   射エコー信号から上記記憶された反射エコー信号を減算
   して前記ドップラ信号を抽出するための手段を含む請求
   項３記載の装置。 ５、各時間インターバルについて１個の反射エコー信号
   を記憶する手段を含む請求項４記載の装置。 ６、前記エコー信号処理手段は前記増幅されたドップラ
   信号をアナログ−ディジタル変換する手段とそのディジ
   タル出力をＭＴＩフィルタでフィルタする手段とを含む
   請求項４記載の装置。 ７、前記フィルタ出力は速度予測装置および表示システ
   ムに入る請求項６記載の装置。 ８、超音波ドップラ血流測定および表示装置を含む請求
   項７記載の装置。 ９、前記画像化装置はカラー画像装置である請求項８記
   載の装置。