JPH07250835A - 超音波パルスエコー装置及び該装置を用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 各試料容積に超音波のパルスを繰返し照射す
る手段； 照射源から前記試料容積までの深さの関数と
して超音波エコー情報を獲得する手段； 深さと照射の
繰返しに対応する前記超音波エコー情報の２次元自己相
関を実施する手段； および、速度推定値を計算するた
めの前記２次元自己相関手段に応答する手段、からなる
ドップラ推算により該試料容積での流れ速度を推算する
２次元自己相関処理による超音波パルスドップラ流れ測
定装置及び該装置を用いた超音波診断装置。 【効果】受信エコー信号の帯域に存在する全ての情報成
分を利用するので、測定対象の深さに依存する周波数の
減少、干渉信号の打ち消しに起因する不正確さ等を防止
することができる。特に、遅い流れの状態において、よ
り良い性能、より良い時間的および空間的解像度、そし
て改善された雑音感度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスドップラ信号発
信により流体の流れを測定する超音波診断装置に関し、
さらに、２次元自己相関を使用したパルスドップラ情報
信号を処理する超音波パルスエコー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドップラ信号発信により流体の流れを測
定する超音波診断装置は、血液その他体液の流れに関す
る患者の医学データを得るために広く使用されている。
ドップラ流れ測定装置は、連続発信かパルス波発信か、
という使用する超音波の発信技術を基準として特徴づけ
ることができる。連続波ドップラ装置においては、超音
波エネルギーの波動が目標領域に向かって連続的に発信
される。戻りエコー信号は、発信軸に沿っての目標の速
度に比例した位相または周波数のずれによって、位相ま
たは周波数が発信波と対比される。パルスドップラ装置
においては、一連の超音波パルスが、目標領域に向かっ
て発信され、１つのエコーから次へと相対的位相または
周波数の偏移が計算され、その偏移は流体の流速に比例
する。ドップラ周波数偏移ｆD は、下記ドップラ速度式
により与えられる。

【０００３】

【数１】

【０００４】式中、ｆo は目標に照射する超音波の周波
数、Ｖは、エコーを発生させた目標の速度、θは、目標
の運動方向に対する発信軸の角度、そしてＣは、発信パ
ルスの伝播速度である。この式から、ドップラ偏移周波
数ｆD は、移動目標の速度Ｖに比例することがわかる。

【０００５】パルスドップラ装置においては、戻りエコ
ー信号は、通常位相または周波数に関して、特定の連続
対照信号とは比較されない。その代わり、ドップラ周波
数情報は、発信パルスの繰返しに現れており、それはサ
ンプリング時間である、パルス繰返し間隔Ｔs で発信さ
れ、パルス繰返し周波数もしくはＰＲＦとして知られる
繰返し周波数を表示する。パルスのシーケンスもしくは
集合は、解析用のデータ値の対応する時間順序のシーケ
ンスを作る。ドップラ周波数情報を抽出するために、受
信したエコー信号は、Ｔs の関数として解析される。こ
の目的に使用される２つの一般的処理装置は、高速フー
リエ変換および自己相関処理装置である。これらの処理
装置は、各試料容積から受け取ったエコーが、パルス繰
返し間隔Ｔs 当たり１つのデータ値に集約されるので、
１次元である。ドップラ信号の自己相関処理の例は、米
国特許４，５７３，４７７， ４，９０５，２０６，
および４，９３０，５１３に見ることができる。

【０００６】ドップラ信号処理を集中的に使用している
ドップラ測定の、１つの現在の応用は、色ー流れ写像で
ある。この色ー流れ写像においては、例えば心臓などの
体内の領域に、超音波が連続的に発信され、その戻りエ
コー信号が、血液の流れ速度を決定するために比較され
る。この発信は、 心臓の２次元扇形領域（ｓｅｃｔｏ
ｒ）に対して実施され、発信された領域全体にわたり、
該領域中の全ての点、これを試料容積（ｓａｍｐｌｅ
ｖｏｌｕｍｅ）と言う、において流れの速度が測定され
る。計算された流速値は、次いで、測定位置の関数とし
て色画像の形式で表示され、そこでは、種々の陰影およ
び色強度が、流れが生じている画像中の各点での異なる
速度および方向の血液の流れを表している。色ー流れ写
像装置は、画像中の各試料容積中の流れの平均軸速度成
分の実時間カラーコード化表示を与える。

【０００７】前記ドップラ速度式において、流れ速度を
正確に推算するためには、発信パルスの周波数ｆo をで
きるだけ正確に知ることが望ましい。この周波数は、試
料容積に実際に照射されたパルスの中心周波数であるは
ずであるが、発信パルス長さは通常長いため、狭く輪郭
のはっきりした帯域幅を発信されたパルスに与える。し
かしながらドップラ信号発信への、この従来の狭帯域に
よるアプローチは、良好な軸解像度と正確な組織特徴の
識別のためには、高周波数成分を有する広い帯域幅が望
まれるＢモード写像の要求と相容れないものである。

【０００８】事実上広帯域である、多くの方法が提案さ
れており、それによって、狭帯域処理技術の先の欠点が
指摘されている。これらの方法においては、受信したエ
コー信号の２次元のデータの組について処理することに
より、運動している目標の軸方向速度を推算する。

【０００９】米国特許４，８０３，９９０および４，９
２８，６９８に示されているこれらの中の１つの方法
は、共通の発信軸に沿って急速に採取されたエコーの連
続列の相互相関を実施することによって、時間領域内で
操作される。この技術では、２つの列の相対時間偏移後
のエコーの、２つの列の間の最良の組み合わせに対応す
る相互相関関数のピークを探す。この技術は、通常、単
一速度の流れを検知するときには正確なのであるが、多
くの異なる流れ速度成分が、その試料容積内に存在する
ときには偽ピークを生成しがちである。

【００１０】他の２次元技術が、米国特許４，９３０，
５１３および５，０４８，５２８に示されており、そこ
ではエコーの連続列は、２次元フーリエ変換により処理
される。エコーデータの２次元配列は、ドップラ周波数
とＲＦ周波数との関数としてフーリエ変換され、周波数
領域における不連続なフーリエ変換試料点の配列が得ら
れる。このフーリエ周波数領域において、一定速度ドッ
プラスペクトル成分は、放射状の線として表示され、変
換されたエコーは、一般には試料点の楕円分布として写
像される。速度を計算するために、目標の速度と関係す
る放射投射の角度をもって、点の楕円分布の主軸を通っ
て、放射投影が行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この２次元フーリエ変
換技術は、事実上広帯域であるが、それはまた計算量が
膨大であり、これが経済的な実時間システムには障害と
なる。その上、このフーリエ法は、複雑な推算、即ちフ
ーリエ変換に続くフーリエ空間における放射投影を必要
とする。文献中で提案されている他の広帯域処理技術に
は、信号中に存在する全ての速度を考慮するマッチド・
フィルター・アプローチ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅ
ｒ ａｐｐｒｏａｃｈ）を基礎とする、最大尤推定器
（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｅｓｔｉｍ
ａｔｏｒ）； ＲＦエコー列と数個の測定されたサンプ
リング間隔の間の、期待相関のモデルに依拠して平均時
間偏移を推算する内挿法；および角度ー独立速度推算技
術が含まれる。

【００１２】広帯域パルス技術は、ドップラ周波数偏移
の推算中に不正確さを入り込ませうるさらに２つの現象
の影響を受ける。１つは、組織の深さの関数としての高
い側の伝播周波数成分の減衰である。深さによる受信エ
コーの、この高周波数側成分の欠落は、受信された深さ
の関数としての、低周波数側への受信エコーの中心周波
数の、連続的偏移をもたらすこととなる。２つめの現象
は、超音波の干渉性に起因するものである。目標領域の
近傍にある多くの散乱源から戻るエコーは、互いに消去
するように妨害しあい、受信信号スペクトル成分を消去
する結果となる。中心周波数における成分は、このよう
な消去を被ることがあり、これによって受信エコー信号
のスペクトルを歪め、変化させる。ドップラ処理装置
は、これらの現象の影響にもかかわらず、色ー流れ写像
における異なる全ての試料容積で、試料容積から発せら
れるエコー信号の、実際の中心周波数を正確に測定する
手段を備えなければならない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の原理によると、
広帯域パルス伝達で向上した正確さを示す、パルスドッ
プラエコー情報のための処理技術が提供される。多数の
パルスが一定のパルスサンプリング間隔Ｔs で、ある試
料容積に発信され、そしてエコー信号の受信列が深さの
関数として採取され、記憶され、そして１次元は深さに
対応し、他の次元はパルス間隔に対応する２次元配列方
式で処理される。次いで２次元自己相関が、これら２次
元について、該配列に対して実施される。深さの次元に
ついての自己相関処理は、この試料容積のエコーの平均
中心周波数ｆc に関する相関関数を与え、パルス間隔次
元の自己相関処理は、平均ドップラ偏移周波数ｆD に関
する相関関数を与える。次いで平均軸方向速度が、ドッ
プラ速度式中のｆc およびｆD の解析的に導かれた値を
使用して推算される。この技術は、ドップラ速度推算に
効率的に適用される自己相関技術を有利に利用し、偽速
度ピーク推算の、時間領域の技術の欠点を克服する。従
来技術の自己相関の検討と比較して、本技術は、遅い流
れの状態において、より良い性能、より良い時間的およ
び空間的解像度、そして、改善された雑音感度を示す。

【００１４】長年、自己相関処理は、色ー流れ写像に利
用されるドップラ周波数偏移の推算のための主要技術で
あった。自己相関処理は、色ー流れ写像に先立つ、ドッ
プラ測定システムに長く使用されてきた高速フーリエ変
換（ＦＦＴ）スペクトル推算技術に代わって、高密度計
算色ー流れ写像のためにしばしば選択されている。ドッ
プラ信号の自己相関処理の原理は、良く知られている。
狭帯域（長期持続）超音波パルスが、目標または体内の
個々の試料容積に向けて発信される。該試料容積から戻
ってきたエコー信号は、受信され、通常は、ＩおよびＱ
の直角位相成分に復調される。この発信ー受信の連続に
は、パルス繰返し間隔Ｔs により、第１のものからそし
てお互いから分けられた多数の同様のシーケンスが続
く。ここにパルス繰返し間隔Ｔs のパルスの周波数が、
パルス繰返し周波数ＰＲＦである。ある特定の試料容積
に発信されるパルスのグループは、集合（ｅｎｓｅｍｂ
ｌｅ）と呼ばれ、該グループ中のパルスの数は、ここ
に、集合長さ（ｅｎｓｅｍｂｌｅ ｌｅｎｇｔｈ）と呼
ばれる。該試料容積からの信号は、次いで、受信された
シーケンス中で１次元の自己相関により処理される。受
信シーケンスを表示する下付け文字によって表すと、こ
のシーケンスは、以下のように表わされる。 Ｉ1、Ｑ1 Ｉ2，Ｑ2 Ｉ3，Ｑ3・・・Ｉn，Ｑn

【００１５】次いで、自己相関が、複素数共役型の数列
で、隣り合う試料を掛け合わせ、その積が合計されるこ
とにより実施され、Ｉ’＋ｊＱ’の形式の結果を得る。
数学的に、この過程は、以下のように表される。

【００１６】

【数２】

【００１７】式中、Ｘk＝Ｉk＋ｊＱk そしてｎは数列
中の試料の数である。複素数形式の結果から、ドップラ
位相偏移ＯＤが、Ｑ’とＩ’の商のアークタンジェント
として、若しくは下式により、計算される。

【００１８】

【数３】

【００１９】ドップラ偏移周波数ｆD は、位相偏移φD
を、パルス繰返し間隔Ｔs および２πの積で割ることに
より計算される。次いで、目標の速度が、ｆD の推算値
を使用し、ｆo を発信パルスの中心周波数と仮定して、
ドップラ速度式から計算される。しかしながら、１次元
自己相関処理の使用は、不正確であり、いくつかの点で
制限される。長期継続する狭帯域発信パルスは、パルス
発信周波数と、目標領域から発せられるエコーパルスの
周波数との間の同一性を可能な限り強い度合いで維持す
るために採用される。これはｆo を実際に目標に照射さ
れるパルスの周波数に等しいとする仮定に、何とか最低
限の信頼性を認めることを可能とする。しかし深さに依
存する減衰のために、エコー信号の高周波数側の成分、
および受信エコー信号周波数の中心周波数は、エコー
が、より大きな深度から受信されるほど連続的に減少・
低下する。浅い深度でさえも、エコー周波数の帯域は、
目標領域内の多数の散乱物質から同時に戻ってくる信号
成分の干渉妨害のために、信号成分内に異常を示すこと
がある。これらの要因は、変換器の発信周波数と、実際
に該試料容積に到達する目標照射周波数との間の同一性
の仮定に疑問を投げかける。

【００２０】広帯域では、より高い解像度または画像パ
ルス技術との適合性のために、より高い周波数を含むパ
ルスが採用され、このジレンマが大きくなる。パルスが
短くそしてそれらの帯域幅が広くされるほど、１次元自
己相関器の精度は悪くなる。さらに、１次元自己相関の
性能は、雑音状態下では、特に低速度流れに対応する小
さな周波数偏移においては、目立って悪化する。さら
に、１次元自己相関の精度は、同数のパルス繰返し間隔
Ｔs で引き継がれる相当数の試料の使用に依存する。即
ちサンプリング間隔の数が減少すると、それに対応して
この技術の精度は低下する。これが色ー流れ写像装置の
フレーム速度の性能および柔軟性および／または線密度
性能に限界を設けている。

【００２１】本発明の１つの具体例は、多試料の１つの
シーケンスよりむしろ、１つの試料容積についての信号
試料の２次元配列を得ることによって、これらの限界を
克服する。配列の２次元は、深さ次元、もしくはエコー
信号のサンプリング間隔の方向、およびパルス時間の次
元、時間間隔Ｔs の方向である。２つの自己相関計算
が、信号試料の配列の、これらの直交する次元のそれぞ
れについて実施される。パルス時間次元についての自己
相関は、ドップラ周波数に関する自己相関関数を与え、
深さ次元についての自己相関は、受信エコー信号の周波
数に関する自己相関関数を与える。次いで２つの経験的
に決定された周波数が、ドップラ速度推算中に使用さ
れ、与えられた試料容積での運動速度の推定値を与え
る。

【００２２】１次元自己相関技術と異なり、本発明の技
術は、好ましくは、超音波画像処理に一般に採用されて
いるものと互換性のある広帯域発信パルスを使用する。
本発明の具体例は、受信エコー信号の帯域幅に存在する
全情報を利用するので、その性能は帯域幅が広くなるほ
ど向上する。パルス照射周波数として一定値を推定する
よりもむしろ、深さ次元における自己相関は、問題とし
ている該試料容積から受信されるエコー信号の、真の中
心周波数を経験的に推算する。この推定が、いくらかの
深さに依存する周波数の減少または干渉信号成分の消去
を明らかにするであろう。さらに本発明の具体例では、
同等の１次元自己相関と比較して、より良い遅い流れで
の性能および雑音感度が得られるであろう。さらに、配
列試料のウィンドウは、以下に詳細に述べるように、一
定のドップラ精度を維持したまま、フレーム速度対軸解
像度の性能相殺条件を与えるために形状を変えることが
できる。

【００２３】数学的に、本発明は以下のように説明する
ことができる。目標領域には、パルス繰返し間隔Ｔs で
の多数の発信パルスが照射される。各パルス発信の後、
戻ってきたエコー信号の列がサンプリング間隔ｔs で、
ＲＦ周波数領域でまたは復調後に、採取される。各試料
列は、先行する受信列と平行に、２次元配列ストアの１
つの縦列として記憶される。この列は深さの関数とし
て、列と交差する試料の横行が、共通深さに対応するよ
うに並べられる。この対応は、各行について戻りエコー
の深度とサンプリング時間の間の一定の関係を維持する
ことによって達成することができる。このように、試料
の２次元配置は、行のサンプリング間隔ｔs とパルス繰
返し間隔Ｔs の、直交する次元を有する。

【００２４】この配置は、希望する１つのまたは多数の
試料容積に対応する試料の１つまたは複数のウィンドウ
に縦方向に再分される。このように該試料容積は、ウィ
ンドウ中の試料の２次元配列により明確にされ、それ
は、深さ次元における試料の縦次元と、パルス繰返し間
隔Ｔs 上に得られる行の番号の横次元を有する。試料容
積ウィンドウの試料は、次いで該２次元における２つの
直交自己相関により操作され、受信エコー信号の平均中
心周波数ｆc および該試料容積での平均ドップラ偏移周
波数ｆD を計算する。この自己相関は以下２式の操作を
行う：

【００２５】

【数４】

【００２６】ここでは、ｔs は、縦もしくは深さ次元に
おける自己相関間隔、そしてＴs は、横もしくは集合時
間次元における自己相関間隔である。各得られた自己相
関式は、実数部と虚数部を共に有する複素数表示で表す
ことができる。

【００２７】次いで下式のように、それぞれのサンプリ
ング間隔で分けられた相関式の、それぞれの虚数部と実
数部の商のアークタンジェントを計算することにより、
エコーの平均中心周波数およびドップラシフト周波数が
推算される。

【００２８】

【数５】

【００２９】該試料容積でのパルス発信方向における運
動速度は、次いで、速度式 ｖ＝ｃ・ｆD ／２・ｆc における、ｆc およびｆD を使用して推算される。もし
望むなら、角度補正を、従来公知の軸外（ｏｆｆ ａｘ
ｉｓ）速度の推算に適用することができる。

【００３０】本発明技術が、復調信号に適用されると、
復調周波数ｆdem が、ｆdem の復調周波数偏移を明らか
にするために、測定された平均ＲＦ周波数に加えられな
ければならない。全速度式は、従って、下記のように表
される：

【００３１】

【数６】

【００３２】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。本発明の原理を具体化する超音波信号処理システ
ムは、図１のブロック図の形式で示される。多素子変換
器１０ａを含む走査ヘッド１０は、患者の身体の扇形領
域２６内に超音波パルスを発信する。ドライバー１２
は、希望の周波数、長さ、およびパルス成形器１３によ
り成形されたパルス形状の多くのパルスの発信のため
に、パルス・タイミング回路１５により決定された予め
定められた時間で変換器の個々の素子を作動させる。パ
ルス成形およびパルス・タイミングの特性は、パルスが
適正に成形され、予め定められた線または扇形領域２６
中へのベクトルに沿って進むようにビーム成形器１６に
制御される。図２はパルスが、該ベクトルに沿って発信
され、該ベクトルに沿って空間的に位置する試料容積
Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ・・・Ｃn の系列に照射する空間ベク
トルＶn を表している。

【００３３】各パルス発信に応答して試料容積から戻る
エコーは、多素子変換器１０ａにより電気信号に変換さ
れる。電気エコー信号は、増幅され、受信器１４により
独立したエコー試料に数値化される。数値化されたエコ
ー信号は、ビーム成形器１６により適当に遅延化され、
重み付けされ、結合され、各発信パルスに対応するベク
トルＶn に沿って、干渉エコー情報試料の一系列を形成
する。

【００３４】ビーム成形器１６により形成されたエコー
情報試料は、まず、ＲＦ周波数にある。この情報は、復
調器と、これもその情報を低い側の周波数域に復調する
フィルタ１８により複素数形式に変換される。本発明の
原理は、復調ドップラ情報信号に、またはＲＦ信号の解
析的（複素数）形式を使用する非復調（ＲＦ）ドップラ
情報信号に適用することができることは注目すべきであ
る；説明した具体例における復調の使用は、データ取扱
の要請および本発明と無関係の他条件の考慮によって、
決定される。流れ速度情報はしばしば組織の動きおよび
身体と走査ヘッドとの間の相対運動の影響により乱され
るので、エコー情報試料のシーケンスは、第１に、ウォ
ール・フィルタ（ｗａｌｌ ｆｉｌｔｅｒ）および運動
消去プロセッサ２０により処理される。ウォールフィル
タおよび運動消去プロセッサは、心臓の壁の動きが作り
出す低周波数信号による雑音を除去し、その詳細は、米
国特許第５，１９７，４７７号に見いだすことができ
る。

【００３５】空間ベクトルＶn に沿って採取されたエコ
ー情報試料の各列は、２次元配列ストア２２の、１つの
縦列に記憶される。試料の行系列の一部を、配列ストア
を可動化する深さ依存領域ゲート信号によって特定の試
料容積として割り当てることができ、そのゲート化試料
は、Ｉ，Ｑ試料クロックによりストア２２に同期記憶さ
れる。ストア２２内の分割線は、縦列を横切る各横行
が、ベクトルＶn に沿って同じ深さから採取された試料
に対応するように、深さの関数として横方向に並べられ
る。好ましい具体例においては、試料の全系列が、記憶
され、後に試料容積領域に区画され、そして深さ配置
は、サンプリング時間に依存して同じ深さでの各戻り系
列をサンプリングすることにより与えられる。

【００３６】分離パルスＰm によりベクトルＶn から採
取された試料は、図３に示すように、２次元配列ストア
に記憶される。ストア２２は、空間的にそして時間的に
ベクトルＶn に対応し、その中では、ストアの縦次元
は、ベクトルに沿った深さに対応し、ストアの横次元
が、該ベクトルのパルス照射に対応する。この具体例に
おいて、８本の列が、Ｐ1 からＰ8 に番号付けされた８
つのパルスの発信により得られている。各パルス番号の
下のＩおよびＱ試料の列は、この特定の列用に採取され
た試料を表わす。パルスは、パルス繰返し間隔Ｔs で発
信されている。ベクトルＶn に沿って、増加する深さｚ
で採取された各列の下の試料は、各々の連続試料が、そ
れによりサンプリング間隔ｔs で、時間的に前のものか
ら分離されるサンプリングクロックｔにより得られてい
る。

【００３７】図３は、連続する試料容積に分割された２
次元配列ストア２２の一部を示したものである。試料容
積Ｃ1 とＣ3 の試料の一部分が示され、試料容積Ｃ2 か
らなる試料の部分配列の全体が示される。各試料は、Ｉ
yx，Ｑyxの形式の同じ下付き文字を有するＩおよびＱ成
分を有し、ここにｙは、系列サンプリング時間（サンプ
リング間隔ｔs での）を表し、ｘはパルス番号（Ｐm の
ｍ）を表す。

【００３８】試料容積の境界は、連続的に表示されてい
るが、試料容積は重なり合って区画されうると理解すべ
きである。例えば、図３の配列中の上の８つの試料は、
試料容積Ｃ1 からなり、下側の８つの試料は、試料容積
Ｃ3 からなることができ、そして中間の８つの試料は、
試料容積Ｃ2 からなることができる（このようにして、
Ｃ1 の下半分とＣ3 の上半分は重複する）。図３に説明
された区画分けにおいて、試料容積Ｃ2 は、深さである
縦次元と、パルス時間である横次元を有する試料の２次
元ウィンドウであると見ることができる。このＣ2 ウィ
ンドウは、６４試料の８掛ける８の配列である。

【００３９】Ｃ2 ウィンドウの試料は２次元自己相関を
実施することにより、試料容積Ｃ2での流れ速度の推算
に使用される。列自己相関器３２は、Ｃ2 ウィンドウ内
の試料に対して作動し、下式で表されるドップラ周波数
偏移の自己相関関数を計算する：

【００４０】

【数７】

【００４１】式中、ＷＬは深さの次元におけるＣ2 ウィ
ンドウの長さ（一般的には、ＣＬと表される）、そして
ＥＬは、時間、もしくは集合長さの次元での試料の数で
ある。指数ｋは、ベクトルＶn の方向に発信されたパル
スを数えたもの、そして指数ｉは試料容積ＣＬの深さ次
元における試料を数えたものである。同様に、行自己相
関器３４は、Ｃ2 ウィンドウ中の６４試料について作動
し、該試料容積のパルス周波数の自己相関関数を計算す
る。この第２の自己相関は、下式のように表すことがで
きる：

【００４２】

【数８】

【００４３】本質的に、列自己相関器３２は、配列の各
横方向列において、隣り合うまたは一定間隔に離れた試
料の積を計算し、列当たりのこのような積の数は、採用
される試料の数より１少ない数となる。各列の積の項
は、合計され、これらの合計は全ての列から累積され、
第１次自己相関関数が得られる。同様にして、行自己相
関器３４は、配列の各縦方向の列において、隣り合うま
たは一定間隔に離れた試料の積を計算し、列当たりのこ
のような積の数は、採用される試料の数より１少ない数
である。各列の積の項は、合計され、これらの合計は全
ての列から累積され、第２次自己相関関数が得られる。
もし望むなら、自己相関器に入力される信号試料は、周
辺部の試料よりウィンドウの中心部における試料をより
大きく空間的に重み付けすることでさらに応答を整形す
るために、重み付けすることができる。

【００４４】各自己相関関数は、実数項と虚数項を共に
有する複素数 Ｉ＋ｊＱ の形式で表される。速度処理
装置３６においては、ドップラ偏移周波数ｆD およびエ
コーの平均中心周波数ｆc が、虚数項を実数項で割った
商のアークタンジェントを計算し、適当なサンプリング
間隔で割ることにより、計算される：

【００４５】

【数９】

【００４６】これらの周波数値から、速度処理装置３６
は、ｖ＝ｃ・ｆD ／２ｆc により試料容積Ｃ2 におけ
る速度を推算する。試料容積Ｃ2 での推算速度の値は、
次いで、続く処理と画像形成に利用される。自己相関
が、単式増分試料間隔よりもより高いオーダーの遅れに
ついて計算されることは、ある種の応用にとって好まし
い。ドップラ周波数偏移の計算における、より高いオー
ダーの遅れの一般的表示は、下式のように表すことがで
きる：

【００４７】

【数１０】

【００４８】式中、ｐはより高いオーダーの遅れの増分
間隔を表す。より高いオーダーの遅れによってパルス周
波数を計算する数式は、深さ次元でのそれに対応した追
加増分を示すであろう。

【００４９】従来の１次元自己相関速度推算器において
は、推算の精度は、原理的に、試料容積に照射されるパ
ルス集合中のパルスの数によって決定される。各々のパ
ルスとその結果として得られる試料は、自己相関が実施
される試料系列に、もう１つの試料を追加する。集合中
のパルスの数を増加させると、精度は向上する； パル
スの数を減少させると、精度は低下する。しかしなが
ら、精度の向上は、より長い獲得時間を要するという犠
牲をもたらし、その結果フレーム速度は遅くなってしま
う。

【００５０】しかしながら、２次元自己相関処理におい
ては、時間的および空間的解像度の相殺条件は、速度推
算の精度を犠牲にすることなしに行うことができる。こ
れは、精度は、単にパルス集合長さによってでなく、試
料容積ウィンドウ内の試料数によって決定されるからで
ある。従って、ウィンドウの形状は、特別の性能の要求
に合致するように適応させることができる。図４および
図５は、試料容積Ｃにおける２つの異なる試料ウィンド
ウを示している。図４の試料ウィンドウは、各行に沿っ
ての深さ次元での４つの試料を有し、８つのパルス発信
に応答した８つの列が得られている。図５の試料ウィン
ドウは、深さ次元での８つの試料を有し、４つのパルス
間隔について得られている。図４のような試料容積ウィ
ンドウで構成される色ー流れ画像は、深さ次元での試料
長さが小さいため、図５のものよりも高い空間的解像度
を有するであろう。図５のような試料容積ウィンドウで
構成される色ー流れ画像は、パルス発信がより少ないた
め、図４のものよりもより高い時間的解像度を有し、よ
り高いフレーム速度が得られるであろう。各場合におい
て、空間的または時間的解像度のどちらを望むかによっ
て相殺条件が決められる。しかしながら、各ウィンドウ
からの速度推算の精度は、各ウィンドウにおける試料数
が一定であるから、同一である。

【００５１】本発明の２次元自己相関技術は、発明技術
が、受信エコー信号の帯域に存在する全情報を利用する
ことから、従来の１次元ドップラ自己相関と比較して、
改良された精度と雑音性能を提供することができる。１
次元自己相関と相違して、本発明の技術の精度と雑音性
能は、帯域パルスが広くなるほど向上する。２次元フー
リエ変換と比較して、２次元自己相関技術は雑音に、よ
り鈍感であり、２つの連続する推算器（フーリエ変換に
続く放射投影）を必要としない、そして計算密度が高く
ない。従って、いずれの従来技術よりも色ー流れ写像お
よびＭモードドップラシステムへの応用により適してい
る。

【００５２】当業者は、ＲＦ周波数およびドップラ偏移
項の推定計算をするために、選びうる解析技術として、
図３，図４または図５の、試料の２次元配列での操作を
使用することができることを理解するであろう。例え
ば、各試料で瞬間位相を測定し、各列を横切って隣り合
う試料位相の間の差分をとり、該差分を累積し、そして
その累積値を平均してドップラ偏移の推定値を計算する
ことによる配列内での、試料から試料への瞬間位相変化
を計算する解析技術を適用することができる。同様に差
分が、各列の下の隣り合う試料位相の間に取られ、これ
ら差分が累積され平均され、そしてＲＦ周波数の推定値
が計算される。次いで、ドップラ偏移とＲＦ周波数の配
列からの推定値は、速度式に使用され、試料配列がそこ
から得られた該試料容積での速度を計算する。

【００５３】以上述べたように、本発明は１つの試料容
積から、多くの試料の１つの２次元配列が得られる１つ
の速度推算技術が、パルスエコー超音波診断装置に提供
される。配列の２次元とは、深さ、そこでは該試料容積
への１つのパルスの発信に応答して多くのエコー信号試
料が得られる、およびパルス時間、そこでは該試料容積
へのパルス集合中のパルスの発信に応答して試料が得ら
れる、である。２つの自己相関の計算が該配列に対して
実施される。その１つは、深さ次元についてであり、も
う１つは、パルス時間次元についてであり、２つの相関
関数が得られ、第１のものはエコー周波数に関し、第２
のものはドップラ周波数に関する。２つの相関関数は次
いで、ドップラ速度推算に使用され、該試料容積での運
動の速度が測定される。本技術は、受信エコー信号の帯
域に存在する全ての情報成分を利用するものであり、こ
れによって、深さに依存する周波数の減少または干渉信
号の打ち消しに起因する不正確さを克服する。精度は、
特定次元でのそのサイズでなく、配列中の試料の数を前
提とするので、性能は、速度推算の精度を維持したま
ま、フレーム速度もしくは軸解像度にとって良好に設定
される。

【００５４】本発明の主たる特徴および態様は以下の通
りである。 １．試料容積に超音波のパルスを繰返し照射する手段；
照射源から前記試料容積までの深さの関数として超音
波エコー情報を獲得する手段； 深さと照射の繰返しに
対応する前記超音波エコー情報の２次元自己相関を実施
する手段； および 速度推定値を計算するための、前
記２次元自己相関を実施する手段に応答する手段、から
なるドップラ推算により該試料容積での流れ速度を推算
するための超音波診断装置。 ２．２次元自己相関を実施するための手段が、ドップラ
周波数および照射波周波数に関する自己相関関数を作成
するものである、上記１に記載の超音波診断装置。 ３．速度推定値を計算するための手段が、速度推算値の
計算において、前記ドップラ周波数と照射波周波数の自
己相関関数を利用するものである、上記１または２に記
載の超音波診断装置。 ４．体内の領域内の位置に関する、超音波エコー試料の
２次元配列を獲得する手段、ここに第１の次元は、１つ
の発信された超音波パルスの応答として時間の経過と共
に受信されたエコー試料に対応し、そして第２の次元
は、時間の経過と共に発信された多数の超音波パルスの
応答として受信されたエコー試料に対応する； エコー
周波数に関する第１の相関関数を得るために、前記第１
の次元内の前記配列の前記試料の自己相関を実施する手
段； ドップラ偏移に関する第２の相関関数を得るため
に、前記第２の次元内の前記配列の前記試料の自己相関
を実施する手段；および 前記位置での運動の速度を測
定するために、前記自己相関関数に応答する手段、から
なる体内の前記領域に超音波を照射する超音波パルスエ
コー装置。 ５．前記発信された超音波パルスが広帯域である、上記
４に記載の超音波パルスエコー装置。 ６．さらに解析的、即ち複素数形式に受信エコー信号を
変換する手段を含む上記４または５に記載の超音波パル
スエコー装置。 ７．前記獲得する手段がさらに、行サンプリング間隔ｔ
s によって分けられた前記第１の次元に超音波エコー試
料を獲得する手段、およびパルス繰返し間隔Ｔsにより
分けられた前記第２の次元に超音波エコー試料を獲得す
る手段を有する、上記４から６までのいずれか１に記載
の超音波パルスエコー装置。 ８．前記第１の次元の自己相関手段が、ｔs の自己相関
間隔を利用し、そしてここに前記第２の次元の自己相関
手段が、Ｔs の自己相関間隔を利用するものである、上
記４から７までのいずれか１に記載の超音波パルスエコ
ー装置。 ９．領域内の位置に関する超音波エコー試料の２次元配
列を獲得する手段、ここに第１の次元は、前記領域内で
の深さに対応し、そして第２の次元は、前記位置に発信
された多数のパルスの集合長さに対応する； エコー周
波数に関する第１の相関関数を得るために、前記第１の
次元内の前記配列の前記試料の自己相関を実施するため
の手段； ドップラ偏移に関する第２の相関関数を得る
ために、前記第２の次元内の前記配列の前記試料の自己
相関を実施するための手段；および前記位置での運動の
速度を測定するために、前記自己相関関数に応答する手
段、からなる体内の領域に超音波を照射する、超音波パ
ルスエコー装置。 １０．前記獲得する手段がさらに、サンプリング間隔ｔ
s で深さの関数として超音波エコー試料を獲得する手
段、および前記パルス集合を分ける時間間隔Ｔs で前記
第２の次元中の超音波エコー試料を獲得する手段を有す
る、上記９に記載の超音波パルスエコー装置。 １１．前記第１の次元の自己相関を実施する手段が、ｔ
s の自己相関間隔を利用し、そしてここに前記第２の次
元の自己相関手段が、Ｔs の自己相関間隔を利用するも
のである、上記９または１０に記載の超音波パルスエコ
ー装置。 １２．体内の領域内の位置に関する超音波エコー試料の
２次元配列を獲得する手段、ここに前記配列の試料の縦
列は、前記領域内の深さに対応し、そして前記配列の試
料の横行は、前記位置に発信された多数のパルスの集合
長さに対応する；各列内の一定間隔離れた試料の積を計
算し、前記積を合計してエコー周波数に関する自己相関
関数を得ることにより、前記配列の前記試料の自己相関
を実施するための手段； 各行内の一定間隔離れた試料
の積を計算し、前記積を合計してドップラ偏移に関する
第２の自己相関関数を得ることにより、前記配列の前記
試料の自己相関を実施するための手段；および 前記位
置での運動の速度を測定するために、前記自己相関関数
に応答する手段、からなる体内の領域に超音波を照射す
る、超音波パルスエコー装置。 １３．前記獲得する手段がさらに、一定間隔離れたサン
プリング間隔ｔs での深さ関数としての超音波エコー試
料を獲得する手段、および前記パルスの集合を分離して
いる一定間隔離れた時間間隔Ｔs で前記行内の、超音波
エコー試料を獲得する手段を有する、上記１２に記載の
超音波パルスエコー装置。 １４．前記獲得する手段が、さらに自己相関の前に前記
試料を相対的重み付けをするための重み付け手段を有す
る、上記１２または１３に記載の超音波パルスエコー装
置。 １５．前記重み付け手段が、前記配列の中心部にある試
料に、相対的に大きな重み付けを与える上記１２から１
４までのいずれか１に記載の超音波パルスエコー装置。 １６．前記自己相関を実施するための手段の１つの、前
記試料の一定の間隔が、前記獲得手段の対応する試料の
間隔よりもより高いオーダーの遅れである、上記１３に
記載の超音波パルスエコー装置。 １７．試料容積に超音波のパルスを繰返し照射する手
段； 前記試料容積の前記繰返し照射源からの深さと照
射時間の関数として、超音波エコー情報試料の２次元配
列を獲得する手段； ドップラ偏移の推算値を計算する
ための、照射時間を表す次元における試料の前記配列に
対して、解析的操作を実施する手段； 照射パルスの周
波数の推算値を計算するための、深度を表す次元におけ
る試料の前記配列に対して解析的操作を実施する手段；
および 速度推算値を計算するために、前記ドップラ偏
移と、照射パルス周波数の各推算値を利用する手段から
なるドップラ推算によって、体内のある深さの該試料容
積での流れ速度を推算する超音波診断装置。 １８．少なくとも１つの前記解析的操作を実施する手段
が、その次元での位相偏移情報を計算する、上記１７に
記載の超音波診断装置。 １９．各々の前記解析的操作を実施する手段が、試料の
前記配列の異なる直交次元での位相偏移情報を計算す
る、上記１７または１８に記載の超音波診断装置。 ２０．実時間カラーコード化表示装置を有する色ー流れ
写像システムを含む、上記１から１９までのいずれか１
に記載の超音波診断装置。 ２１．Ｂモード画像処理に使用する、上記１から２０ま
でのいずれか１に記載の超音波診断装置。

【００５５】

【発明の効果】受信エコー信号の帯域に存在する全ての
情報成分を利用するので、測定対象の深さに依存する周
波数の減少、干渉信号の打ち消しに起因する不正確さ等
を防止することができる。特に、遅い流れの状態におい
て、より良い性能、より良い時間的および空間的解像
度、そして改善された雑音感度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ブロック図形式により、本発明の原理に従
って構成された２次元ドップラ自己相関処理システムを
説明したものである。

【図２】 走査ヘッドの走査平面における試料容積の
空間位置を示す。

【図３】 多数の発信パルスの繰返しからの複素数エ
コー情報試料の２次元配列である。

【図４】 本発明の原理に従って処理したときの、空
間的および時間的解像度の相違をもたらす、信号試料配
列のウィンドウの例を示す。

【図５】 本発明の原理に従って処理したときの、空
間的および時間的解像度の相違をもたらす、信号試料配
列のウィンドウの他の例を示す。

【符号の説明】

１０・・・走査ヘッド １０ａ・・多素子変換器 １２・・・ドライバー １３・・・パルス成形器 １４・・・受信器 １５・・・パルス・タイミング回路 １６・・・ビーム成形器 １８・・・復調器及びフィルタ ２０・・・ウォールフィルタ及び運動除去プロセッサ ２２・・・２次元配列ストア ２６・・・扇形領域 ３２・・・列自己相関器 ３６・・・行自己相関器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・イー・パワーズ アメリカ合衆国98258ワシントン州、レイ ク・スティーブンス、デイビーズ・ロード 125番 (72)発明者 サナシス・ルーパス オーストラリア2060ニューサウスウェール ズ州、マクマホンズ・ポイント、イース ト・クレッセント・ストリート ７／７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料容積に超音波のパルスを繰返し照射
   する手段；照射源から前記試料容積までの深さの関数と
   して超音波エコー情報を獲得する手段；深さと照射の繰
   返しに対応する前記超音波エコー情報の２次元自己相関
   を実施する手段； および速度推定値を計算するため
   の、前記２次元自己相関を実施する手段に応答する手
   段、からなるドップラ推算により該試料容積での流れ速
   度を推算するための超音波診断装置。
2. 【請求項２】 体内の領域内の位置に関する、超音波エ
   コー試料の２次元配列を獲得する手段、ここに第１の次
   元は、１つの発信された超音波パルスの応答として時間
   の経過と共に受信されたエコー試料に対応し、そして第
   ２の次元は、時間の経過と共に発信された多数の超音波
   パルスの応答として受信されたエコー試料に対応する；
   エコー周波数に関する第１の相関関数を得るために、前
   記第１の次元内の前記配列の前記試料の自己相関を実施
   する手段；ドップラ偏移に関する第２の相関関数を得る
   ために、前記第２の次元内の前記配列の前記試料の自己
   相関を実施する手段；および前記位置での運動の速度を
   測定するために、前記自己相関関数に応答する手段、か
   らなる体内の前記領域に超音波を照射する超音波パルス
   エコー装置。
3. 【請求項３】 領域内の位置に関する超音波エコー試料
   の２次元配列を獲得する手段、ここに第１の次元は、前
   記領域内での深さに対応し、そして第２の次元は、前記
   位置に発信された多数のパルスの集合長さに対応する；
   エコー周波数に関する第１の相関関数を得るために、前
   記第１の次元内の前記配列の前記試料の自己相関を実施
   するための手段；ドップラ偏移に関する第２の相関関数
   を得るために、前記第２の次元内の前記配列の前記試料
   の自己相関を実施するための手段；および前記位置での
   運動の速度を測定するために、前記自己相関関数に応答
   する手段、からなる体内の領域に超音波を照射する、超
   音波パルスエコー装置。
4. 【請求項４】 体内の一領域内の位置に関する超音波エ
   コー試料の２次元配列を獲得する手段、ここに前記配列
   の試料の縦列は、前記領域内の深さに対応し、そして前
   記配列の試料の横行は、前記位置に発信された多数のパ
   ルスの集合長さに対応する；各列内の一定間隔離れた試
   料の積を計算し、前記積を合計してエコー周波数に関す
   る自己相関関数を得ることにより、前記配列の前記試料
   の自己相関を実施するための手段；各行内の一定間隔離
   れた試料の積を計算し、前記積を合計してドップラ偏移
   に関する第２の自己相関関数を得ることにより、前記配
   列の前記試料の自己相関を実施するための手段；および
   前記位置での運動の速度を測定するために、前記自己相
   関関数に応答する手段、からなる体内の領域に超音波を
   照射する、超音波パルスエコー装置。
5. 【請求項５】 試料容積に超音波のパルスを繰返し照射
   する手段；前記試料容積の前記繰返し照射源からの深さ
   と照射時間の関数として、超音波エコー情報試料の２次
   元配列を獲得する手段；ドップラ偏移の推算値を計算す
   るための、照射時間を表す次元における試料の前記配列
   に対して、解析的操作を実施する手段；照射パルスの周
   波数の推算値を計算するための、深度を表す次元におけ
   る試料の前記配列に対して解析的操作を実施する手段；
   および速度推算値を計算するために、前記ドップラ偏移
   と、照射パルス周波数の各推算値を利用する手段からな
   るドップラ推算によって、体内のある深さの該試料容積
   での流れ速度を推算する超音波診断装置。