JPH0548692B2

JPH0548692B2 -

Info

Publication number: JPH0548692B2
Application number: JP62201245A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Baba; Ryoichi Kanda; Ikuji Seo
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-08-12
Filing date: 1987-08-12
Publication date: 1993-07-22
Also published as: DE3827514C2; US4930514A; DE3827514A1; JPS6443238A

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、超音波のドプラ効果を利用して被検
体内の血流情報を求め、これを２次元表示する超
音波血流イメージング装置に関する。

（従来の技術）超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用するこ
とによつて一つの超音波プローブで血流情報と断
層像（Ｂモード像）情報を得、断層像に重ねて血
流情報をリアルタイムでカラー表示するようにし
た超音波血流イメージング装置が知られている。
このような装置によつて血流速度を測定する場合
の動作原理は次の通りである。

すなわち、被検体である生体内を流れている血
流に対して超音波パルスを送波すると、この超音
波ビームの中心周波数fcは流動する血球によつて
散乱されドプラ偏移を受けて周波数fdだけ変化し
て、この受波周波数ｆはｆ＝fc＋fdとなる。この
とき周波数fc、fdは次式のように示される。

fd≒2vcosθ／ｃ・fc ……(1) ここで、ｖ：平均血流速 θ：超音波ビームと血管とのなす角度ｃ：音速従つて、ドプラ偏移fdを検出することによつて
平均血流速ｖを得ることができる。

このようにして得られた平均血流速ｖの２次元
画像表示は次のように行われる。先ず第１８図の
ように超音波プローブ１から被検体に対してＡ，
Ｂ，Ｃ、……方向に順次超音波パルスを送波して
セクタ（又はリニア）スキヤンを行うにあたり、
第１９図の構成の超音波血流イメージング装置に
よつてその超音波パルスのスキヤン制御が行われ
る。

最初にＡ方向に数回超音波パルスが送波される
と、被検体内の血流でドプラ偏移されて反射され
たエコー信号は同一プローブ１によつて受波さ
れ、電気信号に変換されて受信回路２に送られ
る。

次に位相検波回路３によつてドプラ偏移信号が
検出される。このドプラ偏移信号は超音波パルス
の送波方向に設定された例えば256個のサンプル
点ごとにとらえられる。各サンプル点でとらえら
れたドプラ偏移信号は周波数分析器４で周波数分
析され、フレームメモリを備えたD.S.C.（デイジ
タル・スキヤン・コンバータ）５に送られここで
走査変換された後に、表示部６に送出されＡ方向
の血流像が２次元画像としてリアルタイムで表示
される。

以下Ｂ，Ｃ、……の各方向に対しても同様な動
作が繰り返されて、各スキヤン方向に対応した血
流像（血流速分布像）が表示されることになる。

第１７図は平均血流速の角度表現、周波数表現
とそれに対応する表示色との関係を示すもので、
角度表現の場合には−π乃至＋πに対応して、周
波数表現の場合には＋fr／２乃至−fr／２に対応
して、表示色が青色、黒色、赤色となる。尚、fr
は超音波パルス繰返し周波数である。

ところで、このような装置においては、FFT
（高速フーリエ変換）やCFM（カラーフローマツ
ピング）における周波数分析の演算がレート周波
数を基準とする離散値系の計算であるため、＋
fr／２（＋π）を越えたりあるいは＋fr／２（−
π）を越えたりする入力周波数により所謂“折り
返し現象”を生ずる。この場合のデータ補間を第
１３図及び第１５図に示す。第１３図は平均血流
速を周波数で表現した場合を示し、横軸は平均流
速のデータ系列であり、A₁，A₂，A₃が真の値で
ある。また、第１５図は平均血流速を角度で表現
した場合を示している。高輝度の赤A₁から高輝
度の青A₂に移る際にI₁乃至I₇が補間される。A₁か
ら徐々に赤の階調が下り、I₄が黒となる。そして
徐々に青の階調が上りやがてA₂に移る。高輝度
の青A₂から高輝度の赤A₃に移る際も同様にデー
タ補間される。しかし、このような補間アルゴリ
ズムでは、折り返しの際に必ず黒（０）を通るた
め、この黒によつて血流速分布像上に“縁どり”
を生ずることがある。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように従来装置においては折り返し現
象を生じた場合に血流速分布像上に黒の縁どりを
生じ、ぞれは表示上好ましいものではなかつた。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、
折り返し現象が生じても血流速分布像上に黒の縁
どりを生じない超音波血流イメージング装置の提
供を目的としている。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、被検体に対して超音波パルスの送受
信を行う送受信手段と、前記送受信手段にてサン
プリング周波数frで得られた受信データに基づき
被検体の血流情報データを検出する検出手段と、
複数の血流情報データに入力し該血流情報データ
間で所定の補間アルゴリズムにて補間を行い血流
情報データを求める補間手段と、前記検出手段と
前記補間手段にて得られた血流情報データを血流
像として表示する表示手段とを備え、前記補間手
段は、＋fr／２から−fr／２の範囲で入力された
正負の符号が異なる血流情報データ間のデータ値
の差の絶対値と閾値THとを比較して該絶対値が
この閾値THよりも大きい場合には該血流情報デ
ータ間の周波数０を含む範囲の外側において補間
血流情報データを求めることを特徴とするもので
ある。

（作用）折り返し現象を生じた場合に、第１４図に示す
ように周波数０を含む範囲の外側においてデータ
補間すれば、折り返し現象を生じているのにもか
かわらず補間データ中に黒は存在しないから血流
速分布像上に黒の縁どりを生ずることはない。第
１６図は平均血流速を角度で表現した場合を示し
ている。

（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図は本発明一実施例装置のブロツク図であ
る。

同図において、１０は複数の振動子をアレイ状
に配列して成る超音波プローブであり、１１はこ
のプローブ１０を介して超音波パルスの送受信を
行う送受信部であり、１２は超音波エコー（被検
体よりの反射成分）の包絡線検波を行う包絡線検
波部であり、１３はこの包絡線検波出力をデイジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ／デイジタ
ル）変換部である。１４はｒ方向（距離方向）の
データ補間処理を行うｒ方向補間部であり、１５
はθ方向（超音波走査方向）のデータ補間処理を
行うθ方向補間部である。１６はθ方向補間部１
５の出力を書込むことで被検体Ｂモード像を形成
する白黒フレームメモリであり、１７はＨ方向
（テレビモニタの水平方向）のデータ補間処理を
行うＨ方向補間部であり、１８はＨ方向補間部１
７の出力を適宜に減衰し得るアテネータである。

また、２２は受信エコーの直交検波を行う直交
検波部であり、２３は直交検波出力をＡ／Ｄ変換
した後に周波数解析を行いＶ（平均血流速）、Ｐ
（トータルパワー）、σ（分散）を出力するCFM演
算部であり、２４ａはCFM演算部２３の出力を
取り込みｒ方向のデータ補間処理を行うｒ方向補
間部であり、２４ｂはθ方向のデータ補間処理を
行うθ方向補間部であり、２５はθ方向補間部２
４ｂの出力を書込むことで血流速分布像を形成す
るカラーフレームメモリであり、２４ｃはＨ方向
のデータ補間処理を行うＨ方向補間部である。

ここで、上記ｒ方向補間部２４ａ、θ方向補間
部２４ｂ、Ｈ方向補間部２４ｃにより、本発明に
おけるデータ補間手段２４が構成され、各補間部
においては、＋fr／２又は−fr／２を越える血流
データ入力によつて折り返し現象を生じた場合
に、周波数ゼロ側を通らない方向にデータ補間さ
れるようになつている。

更に、２６はＨ方向補間部２４ｃの出力すなわ
ちＶ（平均血流速）、Ｐ（トータルパワー）、σ（分
散）、α（加速度データ）のうち表示するものを適
宜に選択するMPX（マルチプレクサ）であり、２
７はMPX出力をRGB信号に変換するRGB変換
テーブルである。１９はアテネータ１８の出力と
RGB変換テーブル２７の出力とを合成する白
黒／カラー合成部であり、２０は白黒／カラー合
成部１９の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換部であり、２１はＤ／Ａ変換出力を可視化す
るRGBモニタ（テレビモニタ）である。

ここで、データ補間手段２４における補間アル
ゴリズムについて説明する。

第５図は補間論理を示すものである。本アルゴ
リズムは基本的には２点An，Amの中間点ある
いは中間に近い点を計算するもので、補間点数が
多い場合にはAnと中間点、Amとで本アルゴリ
ズムを逐次繰返してゆく。

更に詳細に説明すると、第５図の条件１によ
り、ユーザの好みに応じて可変なるスレツシヨル
ド（TH）レベルと、Am，Anの差の絶対値との
大小関係を検出し、条件２により、Am，Anと
の符号が同一か否かを検出し、条件３によりAm
とAnとの和と符号を検出する。以上の検出によ
り３ケースＡ，Ｂ，Ｆに分類できる。第６図はケ
ースＡの場合の補間方向を示し、第７図はケース
Ｂの場合の補間方向を示し、第８図及び第９図は
ケースＣの場合の補間方向を示している。

次に、第１０図を基に補間論理を具体的に説明
する。

先ずAnとAmの関係を見る。

条件１では、｜Am−An｜＝TH （ただしTH≧fr／２としておく）であり、条件２では、Am、Anが異符号であり、
条件３では、 Am＋An＜０である。従つてこの場合、中間点Am₁は、 Am₁＝fr／２＋Am＋An／２となる。

次に、Am₁とAnとの中間点Am₃を求める。

条件１では、｜Am₁−An｜＞TH であり、条件２では、Am₁，Anが異符号であり、
条件３では、 An＋Am₁≦０である。従つてこの場合、中間点Am₃は、 Am₃＝−fr／２＋An＋Am₁／２となる。

次に、Am₁とAmとの中間点Am₂を求める。

条件１では、｜Am₁−An｜＜TH であるからAm₂は、 Am₂＝Am＋Am₁／２となる。

次に、上記構成の実施例装置の作用について説
明する。

超音波プローブ１０から被検体に向けて送波さ
れた超音波パルスの該被検体よりの反射成分が再
び超音波プローブ１０によつて受波され、これが
送受信部１１を介して包絡線検波部１２に取り込
まれて包絡線検波され、その検波出力がＡ／Ｄ変
換部１３によりデイジタル信号に変換される。そ
してｒ方向補間部１４により距離方向の補間処理
が施され、θ方向補間部１５により走査方向の補
間処理が施され、それがサンプリング系のタイミ
ングで白黒フレームメモリ１６に書込まれる。フ
レームメモリ１６の記憶内容はモニタ系のタイミ
ングで読出され、Ｈ方向補間部１７によりモニタ
の水平方向の補間処理が施され、これが、アテネ
ータ１８を介して白黒カラー合成部１９に送出さ
れる。

一方、ドプラ情報を得るための超音波パルスの
送受によつて得られたパルスエコーが直交検波部
２２に取り込まれ、ここで直交検波され、その検
波出力がCFM演算部２３に送出される。そして
このCFM演算部２３により周波数解析され、Ｖ
（平均血流速）、Ｐ（トータルパワー）、σ（分散）
が求められ、それらはラインデータとして転送さ
れる際にｒ方向補間部２４ａにより距離方向の補
間処理を受け、更に、カラーフレームメモリ２５
への書込みの際にθ方向補間部２４ｂにより走査
方向の補間処理を受ける。カラーフレームメモリ
２５の記憶内容の読出しの際にＨ方向補間部２４
ｃにより水平方向の補間処理が施される。そして
Ｖ、Ｐ、σ、αがMPX２６によつて適宜に選択
され、それがRGB変換テーブル２８を介して白
黒カラー合成部１９に送出される。そして白黒カ
ラー合成部１９においてアテネータ１８の出力と
RGB変換テーブル２７の出力とが合成され、そ
れがＤ／Ａ変換部２０を介してRGBモニタ２１
に送出され、表示される。

ここで、ｒ方向、θ方向、Ｈ方向の補間につい
て詳述する。

第１１図及び第１２図はカラーフローマツピン
グにおける補間方向、補間箇所を示すものであ
る。

第１１図において真のデータA₁，B₁がラスタ
１上にあるとすると、ｒ方向の補間によりr₁₁，
r₁₂の補間データが発生し、真のデータA₂，A₂，
B₂がラスタ２上にあるとすると、ｒ方向の補間
によりr₂₁，r₂₂の補間データが発生する。そして
この真のデータと補間データとによつてセクタの
同心円上にθ方向の補間が行われ、これにより補
間データθ₁乃至θ₈が発生する。このようなθ方
向、ｒ方向の補間処理後のデータをフレームメモ
リに書込んだ場合には、第１２図において斜線を
施した画素にのみデータが存在し、それ以外の画
素にはデータが存在しない。そこで、モニタの水
平方向走査タイミングでフレームメモリの記憶内
容を読出す際に水平方向の補間を行い、前記の空
画素（ｈ１乃至ｈ４０）を埋める。

このようにして距離方向（ｒ方向）、走査方向
（θ方向）、水平方向（Ｈ方向）の補間が行われ
る。

白黒データ（Ｂモード像データ）Ｅや分散値σ
は符号（±）を持たないので、第５図のケースＤ
のみとなる。これは単にTH＝frという条件にし
ていれば同図のアルゴリズム中に包含される。

次に補間のタイミング関係について第２図乃至
第４図を参照しながら説明する。

第２図はｒ方向の補間タイミングを示してい
る。超音波血流イメージング装置の場合、１ラス
タスタートタイミングクロツク（レート）RPO
を１ラスタの単位としてCFM演算部２３から
DFPIXOの転送クロツクで転送データ乃至
が転送されるが、ASMCKOのサンプリングクロ
ツクのタイミングでサンプリングされ、ｒ方向の
補間処理がなされるため時相が変わる。この補間
では真のデータ，，，の間にi₁，i₂，i₃，
i₄という補間データが生成される。

第３図はθ方向の補間タイミングを示してい
る。超音波ビーム走査による１画素構成周期信号
を0FOとすると、その中にISAENAOというタイ
ミング信号がある。この信号は走査ビームラスタ
を数回重ねて走査するタイミング信号であり、こ
の例ではRPOを５回走査した後に次の走査ビー
ムラスタに移るようにしている。このRPOが₁
乃至₅、₁乃至₅、₁乃至₅となつている。
この走査を受けてCFM演算部２３の出力タイミ
ングはDFCMDOとなり、５レート毎に真のデー
タ，が出力される。このラスタデータのイメ
ージは第２図の１ライン分のｒ出力データと同じ
であり、それぞれの画素に対応した補間データが
同心状にi₁乃至i₄ラスタ生成される。

第４図はＨ方向の補間タイミングを示してい
る。フレームメモリの水平読出し周期信号
HSYNCOを１ライン単位として走査変換後のデ
ータを読出し転送時に補間する。読み出し転送ク
ロツクXUPOに合わせてi₁乃至i₁₂の補間データが
生成される。

このように本実施例装置においては、第５図の
補間アルゴリズムに従つて、折り返し現象を生じ
た場合に周波数ゼロ側を通らない方向にデータ補
間するようにしているので、折り返し現象を生じ
ているにもかかわらず補間データ中に黒が存在し
ないから血流速分布像中に黒に縁どりが生じな
い。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、種々の変形実施が可能であるのはいうまで
もない。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、折り返し
現象が生じても血流速分布像上に黒の縁どりを生
じない超音波血流イメージング装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例装置のブロツク図、第
２図乃至第４図は同上装置におけるデータ補間の
タイミング図、第５図は補間論理の説明図、第６
図乃至第９図は補間方向の説明図、第１０図は補
間論理の具体例説明図、第１１図及び第１２図は
カラーフローマツピングにおける補間方向、補間
箇所説明図、第１３図及び第１５図は従来装置の
補間アルゴリズム説明図、第１４図及び第１６図
は本発明に係る補間アルゴリズムの説明図、第１
７図は平均血流速の角度表現、周波数表現とそれ
に対応する表示色との関係説明図、第１８図及び
第１９図はそれぞれ従来例を示すスキヤンパター
ン図及びブロツク図である。１０……超音波プローブ、２１……モニタ、２
４……データ補間手段。

Claims

【特許請求の範囲】１被検体に対して超音波パルスの送受信を行う
送受信手段と、前記送受信手段にてサンプリング周波数frで得
られた受信データに基づき被検体の血流情報デー
タを検出する検出手段と、複数の血流情報データを入力し該血流情報デー
タ間で所定の補間アルゴリズムにて補間を行い血
流情報データを求める補間手段と、前記検出手段と前記補間手段にて得られた血流
情報データを血流像として表示する表示手段とを
備え、前記補間手段は、＋fr／２から−fr／２の範囲
で入力された正負の符号が異なる血流情報データ
間のデータ値の差の絶対値と閾値THとを比較し
て該絶対値がこの閾値THよりも大きい場合には
該血流情報データ間の周波数０を含む範囲の外側
において補間血流情報データを求めることを特徴
とする超音波血流イメージング装置。２前記補間手段は、入力された血流情報データ
の値をAm、Anとするとき、 (a) ｜Am−An｜＞THかつAn＋Am≧０かつ
AmとAnの正負の符号が異なる場合には、 −fr／２＋（Am＋An）／２の補間アルゴリズムで、 (b)｜ Am−An｜＞THかつAn＋Am＜０かつ
AmとAnの正負の符号が異なる場合には fr／２＋（Am＋An）／２の補間アルゴリズムで、 (c) ｜Am−An｜≦THの場合には（Am＋An）／２の補間アルゴリズムで補間を行い血流情報デー
タを求めることを特徴とする請求項１記載の超
音波血流イメージング装置。３前記閾値THは、TH≧fr／２であること
を特徴とする請求項１または２気記載の超音波
血流イメージング装置。