JPH04307040A - ドプラの相互相関フローマッピング装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波のドプラ信号の相
互相関によりフローマッピングを行うドプラの相互相関
フローマッピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波ドプラ装置は超音波が運動体から
反射された時、ドプラ効果により偏移した周波数を解析
して運動体の音線方向における移動の方向及び移動の速
度を求め、画像表示する装置である。このドプラスキャ
ン法でも、或る程度は例えば異常血流の分布を見ること
ができるが、一本のビーム上での分布に過ぎず、２次元
的な広がりを見るためには、フローマッピング法が用い
られる。

【０００３】従来、この方法として反射波信号を先ずＭ
ＴＩフィルタで処理してドプラ信号を得、これをドプラ
シフトの振幅や方向を色表示に付すために変換作業をし
ていた。この方法では音線方向のドプラシフトしか検出
できない。

【０００４】一方、２つのサンプルボリュームからの信
号の相互相関を取る方法がある。この方法はある小区間
のＲＦエコーのシーケンス間の位相のずれを検出するの
ではなく、エコー時間のずれを検出しようとするもので
、これによれば原理的にアリアジングは起こらない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】流れの計測ということ
に関しては、ドプラという概念は長い歴史を持っており
、また、相互相関法は一見別のやり方で流れの計測を行
っている。一方、２次元的な広がりを見るためのフロー
マッピングを行う方法としてＭＴＩ出力を方向性も含め
てカラー表示することが広く行われている。これに対し
て既述の相互相関法をフローマッピングに応用した手法
も用いられている。

【０００６】併しながら、上記の方式のいずれも処理の
中枢部は、各サンプルの値の複素数の時間変化か、空間
変化（ＭＴＩもしくは動き検出）のいずれか一方にしか
注目していない。

【０００７】相互相関法についてみると、従来は相互相
関に付す信号がエコー信号そのものであった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
、その目的は、エコー信号そのものでなく、ドプラ信号
を用いて相関処理を行う方法を２次元又は３次元のフロ
ーマッピングに用い、音場内の隣接する３乃至４点のサ
ンプル点から抽出したドプラ信号を相互相関演算を行う
ことにより、フローマッピングを得ることのできるドプ
ラの相互相関フローマッピング装置を実現することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する本
発明は、太目のビームを送波し、反射体から反射された
多音線の信号を受波する探触子アレイ、前記受波した信
号中から設定した複数のサンプルボリュームを含む複数
の音線の信号に分離するビームスプリッタと、各音線の
検波後の信号を複数のサンプルボリュームのドプラ信号
に分離するためのサンプルボリュームの数に等しい数量
のレンジゲートと、該レンジゲートにサンプルボリュー
ムを分離するためのレンジゲートパルスを供給するレン
ジゲートパルス発生回路と、各サンプルボリュームのド
プラ信号の相互相関演算を行うＤＳＰとを具備し、設定
したサンプルボリュームのドプラ信号の相互相関を求め
ることによりフローマッピングを行うことを特徴とする
ものである。

【００１０】

【作用】複数音線の超音波を照射し、帰投したドプラ偏
移を受けた受信信号をビームスプリッタで音線毎に分離
し、レンジゲートで各音線上のサンプルボリュームを分
離してＤＳＰで相互相関演算を行って相互相関関数を求
め、フローマッピングを行う。

【００１１】

【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。

【００１２】先ず、本発明の基本的な方法及び原理を図
２を参照して説明する。図において、１はパルス超音波
を送受信する振動子アレイで、例えば血管２中の血液の
流速を測定しようとするものである。血管２中に流れの
方向とそれに直角方向にサンプルボリュームＳＶ１　，
ＳＶ２　，ＳＶ３　，ＳＶ４　を図示のように設ける。 ｄ１　は振動子アレイ１からサンプルボリュームＳＶ１
　とＳＶ３　に至る距離、ｄ２　は振動子アレイ１から
サンプルボリュームＳＶ２　とＳＶ４　に至る距離であ
る。３は振動子アレイ１から血管２中の流れの方向に沿
って照射された太目のビームの送波信号の中サンプルボ
リュームＳＶ１とサンプルボリュームＳＶ２　から反射
された受信信号である音線Ａ、４はサンプルボリューム
ＳＶ３　とサンプルボリュームＳＶ４　から反射された
受信信号である音線Ｂである。音線Ａ３と音線Ｂ４とは
同時に受信される。本発明ではこの４つのサンプルボリ
ュームＳＶ１〜ＳＶ４　から得られるドプラ信号を相互
相関にかけて時間シフトを持つ共通成分を発見し、抽出
しようとするものである。サンプルボリュームＳＶ１　
〜ＳＶ４　の長さは適当に短かい方がよく、相互相関を
確実にするためには、太さを太くする方がよい。

【００１３】サンプルボリュームＳＶ１　〜ＳＶ４　に
よるドプラ信号がＡＤ変換され、メモリに格納されてい
るものとし、それらのデータをＳ１　〜Ｓ４　とする。 このデータの間で、次式の組み合わせで相互相関を求め
る。

【００１４】 　　　　　　　　　　（Ｓ１　＋Ｓ２　）対（Ｓ３　＋
Ｓ４　）→Ｃｘ　　　　　　　　　　………　　（１）
　　　　　　　　　　（Ｓ１　＋Ｓ３　）対（Ｓ２　＋
Ｓ４　）→Ｃｚ　　　　　　　　　　………　　（２）
ここで、Ｃｘ：横（走査）方向の相互相関関数Ｃｚ：縦
（距離）方向の相互相関関数 図３は相互相関によって得られる波形で、サンプルボリ
ュームＳＶ１　の波形にサンプルボリュームＳＶ２　の
波形を相関ピークを得るようにタイムシフトすると、図
のように重なって得られる。５は原点で、６は流れの主
成分の相関ピーク、７は別に現れたピークである。８は
サンプルボリュームＳＶ１　による波形、９はサンプル
ボリュームＳＶ２　による波形である。ＳＶ１　による
波形８にＳＶ２　による波形９を重ねるために移動した
時間シフトは図の原点５から相関ピーク６に至る時間間
隔Ｔであり、このＴがパーチクルのサンプルボリューム
ＳＶ１　とＳＶ２間の経過時間を意味している。これら
から流速ｖは次式で表される。式中、ｄ１　，ｄ２　は
図２に示されている距離である。

【００１５】 　　　　　　　　　　　　ｖ＝（ｄ２　−ｄ１　）／Ｔ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　………
　　（３）サンプルボリュームＳＶ３　とＳＶ４　につ
いても同様に行われる。流速ｖの限界を考えてみると、
各サンプルボリュームＳＶ１　〜ＳＶ４　のドプラ信号
を得る段階で、ローカットフィルタが入ってくるのと、
相関演算のフレーム長にも与えられた制約があることか
ら、（３）式で求められる流速ｖには下限があるが、上
限については理論上の限界はない。

【００１６】この一対の音線は各回の送受信の都度エコ
ーデータが得られるわけなので、その繰り返し周期がそ
のデータレートとなる。各サンプルボリュームＳＶ１　
〜ＳＶ４　のドプラ信号同士に干渉があると、相互相関
を作っても原点５に大きなピークが生じてしまうので、
各サンプルボリュームＳＶ１　〜ＳＶ４　は結局の所一
番近付けても系の空間分解能の単位より密にすることは
適切でない。また、余り離すと、その距離の間を観測対
象の血流が流れてくるまでスペックル成分が保存されず
相関ピークが検出しにくくなってしまうので好ましくな
い。そこで、相関ピークの位置の与える到達時間差でそ
の距離を割ると、（１）式に示す距離方向（ｚ方向）の
速度となる。又、サンプルボリュームＳＶ１　とＳＶ３
　の間の時間差でその間隔を割ると、横方向（ｘ方向）
の速度が得られる。その上でｘ，ｚ各成分の速度をベク
トル合成すると、２次元における血流の動きが分る。

【００１７】流れの成分が複数ある場合にはピークがそ
の数だけ生ずるが、成分間の強弱の順序はｘ方向，ｚ方
向共同じに出るから混乱することはない。山の位置と大
きさ（高さ）を同定して順序づけて判断することは容易
にソフトウェア化することができる。一般にはカラーフ
ローマッピングのためならぱ、単純なＭＴＩ方式又は個
別ＦＦＴにおけるように主成分が認識できさえすれば十
分である。その主成分の成す流れベクトルに応じてフロ
ーマッピングのための色を決めたりする。

【００１８】上記の原理に基づくフローマッピング装置
の一実施例を図１のブロック図に示す。図１の説明を適
時図２を参照して行うものとする。図において、図２と
同等の部分には同一の符号を付してある。図中、１１は
送波信号の基準となる送波トリガを発生する送波トリガ
発生回路である。１２は送波トリガ発生回路１１の出力
信号を受けて送波のためのビームを形成する送波ビーム
フォーマである。送波ビームフォーマ１２は太目のビー
ムを形成する。この出力は送受信回路１３の送信信号回
路で増幅されて探触子アレイ１から超音波送波信号とし
て送波される。ここで送受信回路１３は送信信号回路と
受信信号回路とで構成されており、それぞれ探触子アレ
イ１のエレメントの数に等しい数の回路から成っている
。

【００１９】１４は送受信回路１３からの受信信号を整
相加算する受波ビームフォーマ、１５は図２に示すサン
プルボリュームＳＶ１　，ＳＶ２　とサンプルボリュー
ムＳＶ３　，ＳＶ４　から反射された音線Ａ３と音線Ｂ
４の２音線に分離するビームスプリッタである。１６は
検波回路、フィルタ等を含むドプラ信号処理回路として
音線Ａ３のデータを処理するドプラ処理部Ａ、１７は音
線Ｂ４による受信信号を処理するドプラ処理部Ｂである
。１８はドプラ処理部Ａ１６からの音線Ａ３の信号にサ
ンプルボリュームＳＶ１　の探触子アレイ１からの距離
ｄ１　に相当する位置にゲートを設けて、サンプルボリ
ュームＳＶ１　からのエコー信号を通過させるレンジゲ
ートＡ、１９は同様に音線Ａ３の信号にサンプルボリュ
ームＳＶ２の探触子アレイ１からの距離ｄ２　に相当す
る位置にゲートを設けたレンジゲートＢである。同様に
、２０は音線Ｂ４のサンプルボリュームＳＶ３　に対す
る距離ｄ１　、２１は音線Ｂ４のサンプルボリュームＳ
Ｖ４　に対する距離ｄ２　に相当する位置にゲートを設
けたレンジゲートＣ及びレンジゲートＤである。２２は
送波トリガ発生回路１１からのトリガが入力され、この
トリガを基準として距離ｄ１　，ｄ２　に相当するレン
ジゲートパルスを発生して、各レンジゲート１８〜２１
に入力するレンジゲートパルス発生回路である。

【００２０】２３〜２６はそれぞれサンプルボリューム
ＳＶ１　〜ＳＶ４　のドプラ信号をそれぞれのレンジゲ
ートの区間、積分するボックスカー積分器である積分器
、２７〜３０はそれぞれ積分器２３〜２６から入力され
たドプラ信号の不要な周波数成分を除去するためのドプ
ラフィルタ、３１〜３４はそれぞれドプラフィルタ２７
〜３０からのディジタル信号をアナログ信号に変換する
ＡＤ変換器、３５〜３８はそれぞれＡＤ変換器３１〜３
４の出力を適当な時間格納するメモリで、その信号はＳ
１　〜Ｓ４　として出力される。３９は入力されたＳ１
　〜Ｓ４　信号に対し（１）式，（２）式に示す相互相
関演算を行い、相互相関関数Ｃｘ，Ｃｚを出力するＤＳ
Ｐ（ディジタルシグナルプロセッサ）である。

【００２１】次に、上記のように構成された実施例の動
作を説明する。送波トリガ発生回路１１は一定の周期の
トリガパルスを発生し、送波ビームフォーマ１２に入力
する。送波ビームフォーマ１２は少なくとも２音線が形
成し得るような太目の送波ビームを形成して、送受波回
路１３を経て、探触子アレイ１に入力する。探触子アレ
イ１は図に示す音線Ａ３と音線４を形成し得る太目のビ
ームである超音波ビームを送波する。血管中にサンプル
ボリュームＳＶ１　，ＳＶ２　，ＳＶ３　，ＳＶ４　を
図２に示す位置に設ける。送波信号は各サンプルボリュ
ームＳＶ１　〜ＳＶ４　から反射され、探触子アレイ１
に受波される。受波信号はサンプルボリュームＳＶ１　
〜ＳＶ４　に限らず、音線Ａ３と音線Ｂ４と他の音線上
の各部分からのエコー信号が含まれている。

【００２２】エコー信号は送受信回路１３で増幅され受
波ビームフォーマ１４に入力され、受波ビームフォーマ
１４は各音線を形成している受信信号をシリヤル信号に
変換し、ビームスプリッタ１５に入力する。ビームスプ
リッタ１５は音線Ａ３による受信信号と音線Ｂ４による
受信信号とに分離し、他の音線による受信信号を取り除
き、音線Ａ３の信号をドプラ処理部Ａ１６に、音線Ｂ４
の信号をドプラ処理部Ｂ１７に入力する。ドプラ処理部
Ａ１６とドプラ処理部Ｂ１７はそれぞれ入力信号を検波
し、増幅し、濾波する等の処理を行う。ドプラ処理部Ａ
１６は音線Ａ３の信号をレンジゲートＡ１８とレンジゲ
ートＢ１９とに入力し、レンジゲートパルス発生回路２
２からのレンジゲートパルスにより、サンプルボリュー
ムＳＶ１　とサンプルボリュームＳＶ２　のエコー信号
をそれぞれ出力する。レンジゲートＣ２０とレンジゲー
トＤ２１は同様にサンプルボリュームＳＶ３　とＳＶ４
　のエコー信号を出力する。これらの信号はそれぞれ積
分器２３〜２６で、サンプルボリュームの期間だけ積分
され、ドプラフィルタ２７〜３０で不要な周波数成分が
除去される。

【００２３】ドプラフィルタ２７〜３０の出力のサンプ
ルボリュームＳＶ１〜ＳＶ４　のドプラ信号はそれぞれ
メモリ３５〜３８に一旦格納される。メモリ３５〜３８
に格納された信号をメモリの番号順にＳ１　，Ｓ２　，
Ｓ３　，Ｓ４　とする。この信号Ｓ１　〜Ｓ４　はＤＳ
Ｐ３９において、（１）式、（２）式に示すように相互
相関演算が行われ、相互相関関数Ｃｘ，Ｃｙが出力され
る。これらは表示器（図示せず）に表示されるが、以下
の回路の動作は通常の超音波診断装置の動作と同じなの
で、説明を省略する。

【００２４】以上説明した様に、隣り合う４個のサンプ
ルボリュームＳＶ１〜ＳＶ４　から相互相関演算により
、ｚ方向の速度とｘ方向の速度とが求められる。このサ
ンプルボリュームをｚ方向に多数並べると、１音線分の
カラーフローマッピングになる。その時、ｚ方向へは１
つずつずらして使えばよいので、分解能単位は元のまま
得られるが、ｘ方向には同時に多数の音線を受信するの
は自ずと限界があるから（３〜４本までが実用限界）時
間軸別にしなければならない。結局、或る一対の音線に
留まることになる時間もしくは送受信回数というものは
、普通のカラーフローマッピングの場合と大して変らな
い。この方法の利点は、理論上高速側の限界が生じない
という点である。

【００２５】ＲＦエコーの成すイメージ内の２次元相互
相関法による動き検出型のフローマッピングにおいても
高速側の限界がないのでその特長を主張するが、それは
時間をおいて２面のデータを取るといっても、相互相関
に付しているのが空間分布信号であるため、ＳＮ比には
限界がある（つまり、２面のサンプルしかないから）。 これに対し、本実施例による手法はサンプルの成す面が
多数あるので、上記のエコーによる相互相関法よりも良
好なＳＮ比で検出できる。

【００２６】尚、本実施例はでは１次元の例を示したが
、図４に示すように２次元表示にすることもできる。 図３は相関値の時間軸の表現であったが、図４は時間差
の逆数（速度）の２次元表示である。図において、５０
はｘ方向の相関ピーク、５１はｚ方向の相関ピークで、
５２はその合成の速度ベクトルである。５３は検出不能
領域を示している。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、エコー信号によるのではなく、ドプラ信号を用いた
相互相関法によるフローマッピング装置を実現すること
ができ、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】本発明による測定の原理を示す図である。

【図３】相互相関波形の図である。

【図４】本発明の他の実施例の２次元による測定の原理
を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　探触子アレイ３　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　音線Ａ４　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　音線Ｂ１４　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　受波ビームフォーマ１５　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ビ
ームスプリッタ１６，１７　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　ドプラ処理部１８，１９，２０，２
１　　　　　　　　　　レンジゲート２２　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　レンジ
ゲートパルス発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　太目のビームを送波し、反射体から反
   射された多音線の信号を受波する探触子アレイ（１）と
   、前記受波した信号中から設定した複数のサンプルボリ
   ューム（ＳＶ１　〜ＳＶ４　）を含む複数の音線（３，
   ４）の信号に分離するビームスプリッタ（１５）と、各
   音線（３，４）の検波後の信号を複数のサンプルボリュ
   ーム（ＳＶ１　〜ＳＶ４　）のドプラ信号に分離するた
   めのサンプルボリュームの数に等しい数量のレンジゲー
   ト（１８〜２１）と、該レンジゲート（１８〜２１）に
   サンプルボリュームを分離するためのレンジゲートパル
   スを供給するレンジゲートパルス発生回路（２２）と、
   各サンプルボリューム（ＳＶ１　〜ＳＶ４　）のドプラ
   信号（Ｓ１　〜Ｓ４　）の相互相関演算を行うＤＳＰ（
   ３９）とを具備し、設定したサンプルボリューム（ＳＶ
   １　〜ＳＶ４　）のドプラ信号の相互相関を求めること
   によりフローマッピングを行うことを特徴とするドプラ
   相互相関フローマッピング装置。