JPH07255721A

JPH07255721A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH07255721A
Application number: JP4921594A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nakayama; 淑中山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、超音波を用いて被検体内の組織の変
位，速度，歪み速度等を計測することにより被検体内組
織の運動状況や固さを推定しその情報を提供する機能を
備えた超音波診断装置に関し、比較的演算量が少く、か
つ組織の変位等を比較的正確に検出する。【構成】２つの各時刻に得られた２つのフレームの各部
分領域を切り出してそれぞれフーリエ変換し、複素共役
積を求め、その複素共役積の位相の傾きから変位を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体内に超音波を送
波し被検体内で反射した超音波を受信して受信信号を
得、その受信信号に基づく被検体内の画像を表示する超
音波診断装置に関し、詳細には、超音波を用いて被検体
内の組織の変位、速度、歪み、歪み速度等を計測するこ
とにより被検体内組織の運動状況や固さを推定しその情
報を提供する機能を備えた超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体、特に人体内に超音波を送波し被
検体内で反射した超音波を受信して受信信号を得、この
受信信号に基づく断層像等を表示することにより人体の
内臓等の疾患の診断に役立たせる超音波診断装置が従来
より用いられている。この超音波診断装置には、体内を
流れる血流で反射された超音波を受信して血流の速度、
分散、パワー等の血流情報を得ることができるように構
成されたものがある。また近年では、例えば狭心症や心
筋梗塞等の虚血性心疾患の診断に役立たせるため、ある
いは、組織内の硬いガン組織等を発見するために、心筋
やその他の組織の動きや硬さを観察することが提案され
ている。この組織の動きや硬さは、生体に外的に振動を
与えたときの振動伝播性状や、内的な心拍に起因する臓
器の動き等を超音波を用いて観察することにより知るこ
とができる。

【０００３】また、近年では、組織の動き（速度）を検
出するだけでなく、その速度を被検体内の、例えば深さ
方向について微分して速度勾配を求めることで組織の伸
縮度に関連する量（硬さ）を得ることも提案されている
（例えば特公昭５４−４３３８１号公報参照）。従来、
被検体内の血液や組織の動きを検出する手法の１つとし
て、ドプラ法が知られている（例えば、「パルスドプラ
法を用いた組織変位速度断層法の基礎検討」日本超音波
医学会講演論文集第６８９〜６９０頁新木陽一八
木晋一中山淑１９８９年１０月参照）。このパルス
ドプラ法は、被検体内組織等で反射した超音波は、ドプ
ラ効果により周波数変調を受け、その結果、受信信号に
時間的な位相変化が生じることを利用して、被検体内の
組織等の動きを検出する手法である。このパルスドプラ
法は、演算量は比較的少なくて済むものの、実際に使用
される超音波はかなり広い帯域を有しているにも拘ら
ず、超音波の周波数としてある１つのタイプ周波数が仮
定されており、したがって組織等の動きが必ずしも正確
には検出されない。

【０００４】一方、組織等の動きを比較的正確に検出す
ることのできる手法として、相互相関法が知られている
（例えば、「解析信号の空間相関関数を用いた不均一組
織の微小変位計測」日本超音波医学会講演論文集第３
５９〜３６０頁八木晋一中山淑１９８９年５月参
照）。図１８は、相互相関を用いた、被検体内組織等の
動きを検出する超音波診断装置の構成ブロック図であ
る。尚、超音波診断装置で断層像を得る一般的な手法は
既に広く知られているため、ここでは被検体内の組織等
の動きの検出に関連するブロックのみ図示、説明する。

【０００５】この超音波診断装置１０の送信系１１から
は、プローブ１２を構成する複数の超音波振動子（図示
せず）に向けて各所定のタイミングで電圧パルスが送信
され、これを受けてプローブ１２から被検体（図示せ
ず）内部に向けて超音波が送波される。被検体内で反射
した超音波はプローブ１２を構成する複数の超音波振動
子で受信され受信系１３に送信される。受信系１３で
は、複数の超音波振動子それぞれで得られた受信信号が
整相処理されるとともに互いに加算され（以下これを
「整相加算」と称する）、これにより被検体内に延びる
一本の走査線に沿う被検体内の情報を担う受信信号が生
成される。この整相加算された受信信号はメモリ１４に
格納される。以上のサイクルを繰り返すことにより、被
検体内に広がる二次元的な断層面内の複数の走査線に沿
う情報を担う受信信号が得られ、これらの受信信号がメ
モリ１４に格納される。

【０００６】ここで、プローブ１２を構成する複数の超
音波振動子に向けて各所定のタイミングの電圧パルスを
印加することにより被検体内に延びる走査線に沿う超音
波ビームを送波する手法、被検体内で反射して戻ってき
た超音波を複数の超音波振動子で受信して複数の受信信
号を得、それら複数の受信信号を整相加算することによ
り走査線に沿う被検体内の情報を担う受信信号を得る手
法については、広く知られた一般的な技術であり、ここ
ではそれらの詳細説明は省略する。また、１本の走査線
に沿う超音波ビームが形成されるように各所定のタイミ
ングの電圧パルスを各超音波振動子に印加することに代
え、超音波の送波については被検体内のかなり広い領域
に超音波が広がるように送波し、受信信号の整相加算処
理により、複数の各走査線に沿う情報を担う複数の受信
信号を同時に得ることができることも知られている。さ
らに、プローブ１２に超音波振動子を二次元的に配列し
ておき、それら二次元的に配列された超音波振動子で超
音波を送受信することにより、被検体内に立体的に延び
る複数の走査線に沿う情報を担持する受信信号を、各走
査線毎に順次に、もしくは複数の走査線について同時に
得ることができることも知られている。

【０００７】図１８に戻って、ここでは二次元的な断層
面についての受信信号を得る場合について説明を続行す
る。複数の走査線（走査番号＃１，＃２…，＃Ｎ）につ
いての超音波の送受信を繰り返し、メモリ１４に同一の
断層面についての２つの時点における受信信号が格納さ
れた後、各受信信号がメモリから読み出されて各データ
切出し手段１５，１６に入力され、各受信信号の各一部
がそれぞれ切り出される。

【０００８】図１９は、超音波の送受信のタイミング、
受信信号の切り出しの様子を示す概念図である。各送信
タイミングパルスに同期して、順次、走査番号＃１，＃
２，…，＃Ｎ，＃１，＃２，…，＃Ｎの各走査線に沿う
超音波の送受信が行なわれ、最初の、走査番号＃１，＃
２，…，＃Ｎの走査線に沿う超音波の送受信により得ら
れた受信信号により、１フレーム分の断層像（「フレー
ム１」を称する）が構成され、次の、走査番号＃１，＃
２，…，＃Ｎの走査線に沿う超音波の送受信により得ら
れた受信信号により次の１フレーム分の断層像（「フレ
ーム２」を称する）が構成される。

【０００９】各フレームは、図示の縦方向が被検体内に
延びる走査線に沿う深さ方向ｔ、図示の横方向が複数の
走査線が並ぶ走査方向ｘに対応している。被検体内に送
波された超音波は被検体内の各組織で反射されながら被
検体内を進むため、被検体内の深い領域で反射した超音
波ほど遅れたタイミングで受信される。このため、深さ
方向ｔは、各超音波パルスの送波のタイミングを起点と
した時間軸方向ｔにそのまま対応しており、以下、深さ
方向と時間方向とを特に区別しない場合がある。

【００１０】以上のようにしてフレーム１、フレーム２
の受信信号が得られると、上述のようにそれらの受信信
号はそれぞれデータ切出手段１５，１６に入力され、各
フレームの各一部分（図１９に示す太枠に囲まれた領
域）の各受信信号が切り出される。それら切り出された
受信信号は、相互相関演算手段１７に入力され、それら
切り出された各受信信号どうしの二次元相互相関演算が
行なわれる。その演算結果は、ピーク検出手段１８に入
力される。

【００１１】図２０は、二次元相互相関演算結果の例を
示す図である。二次元相互相関演算の結果、各画素に対
応した数値データが得られるが、ピーク検出手段１８で
はそれらの数値のピーク値（図２０に例示する場合の
‘９’）を有する画素の位置が検出され、その画素がど
こに位置するかにより、フレーム１を得た時刻（例え
ば、図１９の送波タイミングパルス１の時刻で代表させ
る）と、フレーム２を得た時刻（例えば図１９の送波タ
イミングパルス２の時刻で代表させる）との間におけ
る、切り出し領域に対応する被検体内の組織の変位（ｄ
ｔ，ｄｘ）が検出される。切り出し領域を順次変更する
ことにより、被検体内の各組織の変位を検出することが
できる。また、この変位をフレーム１を得た時刻とフレ
ーム２を得た時刻との間の時間で除することにより組織
の動きの速度を求めることができ、またこの速度を空間
微分することにより、もしくは、変位の空間微分を上記
時間で除することにより歪み速度を求めることができ
る。

【００１２】このようにして求められた、例えば変位
（ｄｔ，ｄｘ）は、ＣＲＴディスプレイ等の表示手段１
９に表示される。

【００１３】

【発明を解決するための課題】上述した相互相関法は、
相互相関の演算そのものは比較的単純ではあるものの、
演算量が多いことと、また相互相関法を用いることによ
り組織の変位を比較的正確に求めることはできるもの
の、相互相関関数のピーク位置を決定するにあたって精
度を上げるには、画素の間を正確に補間するといった複
雑な演算を行わなければならないということ二つが、装
置化のネックとなっており、実用には至っていない。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑み、比較的演算量
が少なく、かつ組織の変位等を比較的正確に検出するこ
とができる検出手段が組み込まれた超音波診断装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の超音波診断装置は、被検体内に超音波を送波
し被検体内で反射した超音波を受信して受信信号を得、
該受信信号に基づく被検体内の画像を表示する超音波診
断装置において、（１）超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体
内に延びる同一の走査線に沿う被検体内の情報を担う複
数の受信信号を得る送受信手段（２）互いに異なる２つの時刻に得られた同一の走査線
に沿う情報を担う２つの受信信号それぞれから切り出さ
れた上記走査線に沿う所定区間内の情報を担う各受信信
号部分の各フーリエ変換信号の一方と、それら各フーリ
エ変換信号の他方の複素共役との積の位相の傾斜に基づ
いて、上記２つの時刻の間の、上記所定区間内の組織
の、上記走査線に沿う方向の変位及び／又はその変位か
ら算出される量を求める演算手段（３）上記変位及び／又はその変位から算出される量を
表示する表示手段を備えたことを特徴とする。

【００１６】また、上記目的を達成する本発明の第２の
超音波診断装置は、被検体内に超音波を送波し被検体内
で反射した超音波を受信して受信信号を得、該受信信号
に基づく被検体内の画像を表示する超音波診断装置にお
いて、（４）超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体
内に広がる同一の断層面に沿う被検体内の情報を担う複
数の受信信号を得る送受信手段（５）互いに異なる２つの時刻に得られた同一の断層面
に沿う情報を担う２つの受信信号それぞれから切り出さ
れた上記断層面内の所定区域内の情報を担う各受信信号
部分の各フーリエ変換信号の一方と、それら各フーリエ
変換信号の他方の複素共役との積の位相の傾斜に基づい
て、上記２つの時刻の間の、上記所定区域内の組織の断
層面内の変位及び／又はその変位から算出される量を求
める演算手段（６）上記変位及び／又はその変位から算出される量を
表示する表示手段を備えたことを特徴とする。

【００１７】さらに、上記目的を達成する本発明の第３
の超音波診断装置は、被検体内に超音波を送波し被検体
内で反射した超音波を受信して受信信号を得、該受信信
号に基づく被検体内の画像を表示する超音波診断装置に
おいて、（７）超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体
内の三次元的な各点の情報を担う複数の受信信号を得る
送受信手段（８）互いに異なる２つの時刻に得られた被検体内の三
次元的な各点の情報を担う２つの受信信号それぞれから
切り出された被検体内の所定の立体区域内の情報を担う
各受信信号部分の各フーリエ変換信号の一方と、それら
各フーリエ変換信号の他方の複素共役との積の位相の傾
斜に基づいて、上記２つの時刻の間の、上記立体区域内
の組織の三次元的な変位及び／又はその変位から算出さ
れる量を求める演算手段（９）上記変位及び／又はその変位から算出される量を
表示する表示手段を備えたことを特徴とする。

【００１８】ここで、上記第１〜第３の超音波診断装置
において、上記演算手段が、１つもしくは複数の各周波
数軸方向についての各平均的な傾斜を求めるものである
ことが好ましく、この平均的な傾斜を求めるにあたって
は、上記演算手段が、最小二乗法により、その傾斜を求
めるものであることが好ましく、その、最小二乗法が、
上記積の絶対値もしくはその絶対値を変数とする関数を
重みとした重み付き最小二乗法であることがさらに好ま
しい。

【００１９】また、上記傾斜を求めるにあたっては、上
記演算手段が、１つもしくは複数の各周波数軸に沿う各
所定の周波数範囲内の信号成分のみを用いて傾斜を求め
るものであることが好ましい。さらに、上記傾斜を求め
るにあたっては、上記演算手段が、１つもしくは複数の
各周波数軸に沿う各所定の最高周波数以下の信号成分を
用いて傾斜を求めるものであるか、これに代えて、もし
くはこれとともに、上記演算手段を、上記積の位相が０
に近づく方向に、上記積および上記各フーリエ変換信号
の中から選択される少なくとも１つの信号の位相を回転
させる位相回転手段と、その位相回転手段における位相
の回転量もしくはその位相の回転量に換算される量を積
算する積算手段とを備えた構成とすることが好ましい。

【００２０】ここで、上記第１〜第３の超音波診断装置
において、上記「変位から算出される量」には、例え
ば、上記変位を２つの時刻の時間間隔で除することによ
り得られる速度、上記変位の空間的な傾斜、上記速度の
空間的な傾斜、および上記変位の空間的な傾斜を上記時
間間隔で除した量からなる群の中から選択される１つも
しくは複数が含まれる。

【００２１】また、上記第１〜第３の超音波診断装置の
いずれにおいても、上記表示手段は、上記変位及び／又
はその変位から算出される量の絶対値を輝度もしくは色
に割り当てて表示するものであることが好ましく、これ
に代えて、もしくはこれとともに、上記表示手段は、上
記変位及び／又はその変位から算出される量のベクトル
の方向を、方向に応じた色、矢印、線分、および流線か
らなる群の中から選択される少なくとも１つを用いて表
示するものであることが好ましい。

【００２２】

【作用】ここでは、先ず、本発明の原理について説明す
る。（本発明の第１の超音波診断装置（一次元の変位等の検
出）の場合）所定の時間間隔Ｔだけ隔てた２つの各時刻
に同一の走査線に沿って超音波を送受信し、これにより
得た２つの受信信号をｐ１（ｔ），ｐ２（ｔ）とし、こ
れら２つの受信信号ｐ１（ｔ），ｐ２（ｔ）から切り出
した、被検体内の走査線に沿う所定区間〔ｔ₀−ｔｗ／
２，ｔ₀＋ｔｗ／２〕の信号をｐｗ１（ｔ），ｐｗ２
（ｔ）とする。また、この２つの各時刻の間にこの切り
出した所定区間内の組織が深さ方向にｄｔだけ変位して
いるものとする。このときｐｗ２（ｔ）＝ｐｗ１（ｔ＋ｄｔ） ……（１）が成立する。

【００２３】ｐｗ２（ｔ）のフーリエ変換をＰｗ２
（ｆ）、ｐｗ１（ｔ）のフーリエ変換をＰｗ１（ｆ）と
し、上式（１）のフーリエ変換を行うと、Ｐｗ２（ｆ）＝Ｐｗ１（ｆ）ｅｘｐ（ｊ２πｆｄｔ） ……（２）であることがわかる。これより、Ｐｗ１（ｆ）の複素共
役Ｐｗ１（ｆ）^*をＰｗ２（ｆ）に乗じた積（複素共役
積）Ｍ（ｆ）は、Ｍ（ｆ）＝Ｐｗ１（ｆ）^*Ｐｗ２（ｆ）＝｜Ｐｗ１（ｆ）｜²ｅｘｐ（ｊ２πｆｄｔ） ……（３）となり、変位ｄｔはＭ（ｆ）の位相の周波数方向の傾き
を２πで除したものであることがわかる。

【００２４】すなわち、上記（３）式に従って算出され
る複素共役積Ｍ（ｆ）の位相をθ（ｆ）としたとき θ（ｆ）＝２πｆｄｔ ……（４）であるから、変位ｄｔは、ｄｔ＝（１／２π）・（θ（ｆ）／ｆ） ……（５）となる。

【００２５】（４）式は、周波数空間でｆ＝０の原点を
通る直線を表わしており、周波数ｆ＝０におけるＭ
（ｆ）の位相θ（ｆ）はθ（０）＝０であるから、変位
ｄｔを単純に計算するには、例えばタイプ周波数ｆ０に
ついての位相θ（ｆ０）を２πで除すればよい。すなわ
ち

【００２６】

【数１】

【００２７】但し、

【００２８】

【数２】

【００２９】と演算すればよい。ここで、ｉｍａｇ
（…），ｒｅａｌ（…）は、かっこ内の複素数の、それ
ぞれ虚数部、実数部を表わしている。上記（５）式で表
わされる変位ｄｔは周波数ｆの関数であることから、複
数の周波数ポイントｆ_i 毎の変位ｄｔ（ｆ_i ）の平均的
な変位を求めることにより、変位の検出精度を向上させ
ることができる。平均的な変位を求めるにあたっては、
例えば、最小二乗法を採用した以下の式（８）に基づい
て、変位、すなわちＭ（ｆ）の位相の周波数方向の傾き
を求めることができる。

【００３０】

【数３】

【００３１】但し、

【００３２】

【数４】

【００３３】ここでＭ_i は各周波数ポイントｆ_i に対応
するＭ（ｆ_i ）を略して記述したものである。また、Ｍ
_i の振幅Ａ_i を重みとして、重み付き最小自乗法に基づ
く以下の式に基づく演算を実行した場合は、さらなる精
度向上を期待できる。

【００３４】

【数５】

【００３５】但し

【００３６】

【数６】

【００３７】である。これら平均二乗法、重み付き平均
二乗法あるいはその他の手法を用いて平均的な変位を求
めるにあたっては、ｐｗ１（ｔ），ｐｗ２（ｔ）に含ま
れる有効な周波数成分の帯域に制限した演算、即ち、Ｐ
ｗ１（ｆ），Ｐｗ２（ｆ）の、所定のパワー以上のパワ
ーを有する周波数帯域内の信号のみを演算に用いると、
Ｓ／Ｎの良い、より高精度な変位が求められる。

【００３８】また、上記（５）式等からわかるように、
変位ｄｔは位相θ（ｆ）から求められるため、位相が−
π〜＋πの範囲を越えると変位ｄｔが正しく求められな
い、いわゆるラップアラウンドの問題が生じる。この場
合に、位相θ（ｆ）は周波数ｆの直線的な関数であるた
め、周波数ｆの低い側からサーチしていき、位相θ
（ｆ）が−π〜＋πの範囲から外れたか否かを検出し、
外れた場合にその補正をすることにより、このラップア
ラウンドによる変位ｄｔの誤検出を避けることができ
る。

【００３９】もしくは、被検体内の組織毎にその変位
（速度＝変位／Ｔ）の最大値はあらかじめ見積ることが
できるため、変位ｄｔの演算にあたっては、時間間隔Ｔ
との関連で、その演算に用いる位相θ（ｆ）の最高周波
数ｆ_maxを規定しておくことにより、そのラップアラウ
ンドの問題を避けることができる。この最高周波数ｆ
_maxは、被検体内の組織の、走査線に沿う方向の最大速
度をＶ_max 、被検体内の音速をＣ（ｍ／ｓｅｃ）（例え
ばＣ＝１５４０ｍ／ｓｅｃ）、データ取得の時間間隔を
Ｔ（ｓｅｃ）としたとき、ｆ_max＝Ｃ／（４・Ｖ_max ・Ｔ） ……（１２）として規定することができる。

【００４０】もしくは、ラップアラウンドが生じること
を許容し、例えば（９）式に従って位相を検出する毎
に、Ｍ（ｆ）の位相、もしくは、Ｍ（ｆ）を求める前の
Ｐｗ１（ｆ）又はＰｗ２（ｆ）の位相を、Ｍ（ｆ）の位
相が小さくなる方向に、その検出された位相分だけ、あ
るいはあらかじめ定めた一定量だけ回転させ、その位相
回転量もしくはその位相回転量に換算される量を積算す
ることによりラップアラウンドの問題を避け、位相を正
しく求めることができ、従って変位を正しく検出するこ
とができる。（本発明の第２の超音波診断装置（二次元
の変位等の検出）の場合）所定の時間間隔Ｔだけ隔てた
２つの各時刻に得られた同一の断層面に沿う情報を担う
２つの受信信号をｐ１（ｔ，ｘ），ｐ２（ｔ，ｘ）と
し、これら２つの受信信号ｐ１（ｔ，ｘ），ｐ２（ｔ，
ｘ）から切り出した、上記断層面内の所定区域〔ｔ₀−
ｔｗ／２，ｔ₀＋ｔｗ／２〕，〔ｘ₀−ｘｗ／２，ｘ₀
＋ｘｗ／２〕の信号をそれぞれｐｗ１（ｔ，ｘ），ｐｗ
２（ｔ，ｘ）とする。またこの２つの各時刻の間にこの
切り出した所定区域内の組織が断層面内で（ｄｔ，ｄ
ｘ）だけ変位しているものとする。このときｐｗ２（ｔ，ｘ）＝ｐｗ１（ｔ＋ｄｔ，ｘ＋ｄｔ） ……（１３）が成立する。

【００４１】ｐｗ２（ｔ，ｘ）のフーリエ変換をＰｗ２
（ｆ，Ｘ）、ｐｗ１（ｔ，ｘ）のフーリエ変換をＰｗ１
（ｆ，Ｘ）とすると、上式（１３）のフーリエ変換を行
うと、Ｐｗ２（ｆ，Ｘ）＝Ｐｗ１（ｆ，Ｘ）ｅｘｐ（ｊ２π（ｆｄｔ＋Ｘｄｘ）） ……（１４）であることがわかる。

【００４２】これより、Ｐｗ１（ｆ，Ｘ）の複素共役Ｐ
ｗ１（ｆ，Ｘ）^*をＰｗ２（ｆ，Ｘ）に乗じた複素共役
積Ｍ（ｆ）はＭ（ｆ，Ｘ）＝Ｐｗ１（ｆ，Ｘ）^*Ｐｗ２（ｆ，Ｘ）＝｜Ｐｗ１（ｆ）｜²ｅｘｐ（ｊ２π（ｆｄｔ＋Ｘｄｘ）） ……（１５）となり、変位ｄｔはＭ（ｆ，Ｘ）の位相の周波数ｆ方向
の傾きを２πで除したものであり、ｄｘはＭ（ｆ，Ｘ）
の位相の空間周波数Ｘ方向の傾きを２πで除したもので
あることがわかる。

【００４３】最も単純には適当な周波数ｆ０と空間周波
数Ｘ０を選んで、変位（ｄｔ，ｄｘ）を、

【００４４】

【数７】

【００４５】

【数８】

【００４６】と求めれば良い。もしくは、最小自乗法に
よる次式に基づき演算することにより精度向上が望め
る。

【００４７】

【数９】

【００４８】

【数１０】

【００４９】さらに、重み付き最小自乗法による以下の
式に基づき精度をより向上できる。

【００５０】

【数１１】

【００５１】

【数１２】

【００５２】と求めれば良い。ラップアラウンドの回避
の手法についても、前述した一次元の場合と同様であ
り、二次元に拡張された手法がそのままあてはまる。Ｘ
方向の最高周波数Ｘ_max を規定する場合、被検体内の組
織のｘ方向の最大速度をＶ_xmax、走査線どうしの間隔を
Ｄ（例えば１ｍｍ）、データ取得の時間間隔をＴとした
とき、Ｘ_max＝Ｄ／（２・Ｖ_xmax・Ｔ） ……（２２）（本発明の第３の超音波診断装置（三次元の変位等の検
出）の場合）三次元フーリエ変換演算を行ない、最も単
純には適当な周波数ｆ０と空間周波数Ｘ０，Ｙ０を選ん
で、変位（ｄｔ，ｄｘ，ｄｙ）を、

【００５３】

【数１３】

【００５４】

【数１４】

【００５５】

【数１５】

【００５６】と求めれば良い。もしくは、最小自乗法に
よる以下の式に基づき演算することにより精度向上が望
める。

【００５７】

【数１６】

【００５８】

【数１７】

【００５９】

【数１８】

【００６０】さらに、重み付き最小自乗法による以下の
式に基づき精度をより向上できる。

【００６１】

【数１９】

【００６２】

【数２０】

【００６３】

【数２１】

【００６４】ラップアラウンドの回避の手法について
も、演算が三次元に拡張されたことを除き、上述した一
次元、二次元の場合と同様である。上記においてはすべ
て変位を求めることを念頭においたが、変位を時間間隔
Ｔで除して速度を得ても良いし、また、変位の空間的傾
斜を演算して歪みを得ても良いし、歪みを時間間隔Ｔで
除するか、速度の空間的傾斜を演算するかいずれかの方
法をとって歪み速度を得ても良い。

【００６５】本発明は上記原理に基づく演算により変位
等を検出するものであり、従来、装置化が困難と思われ
ていた変位計測をリアルタイムで、容易かつ高精度に行
うことができ、変位、速度、歪み、歪み速度の分布を求
めて表示することができる。変位等の表示にあたって
は、その変位等の絶対値を輝度もしくは色に割り当てて
表示すると、変位等の大きさの分布が容易に明瞭に観察
され、変位等のベクトルの方向を、方向に対応した色、
矢印、線分、又は流線で表示することにより、その変位
の方向の分布がわかりやすい形で表示される。

【００６６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。以
下に参照する各図において、図１８〜図２０を参照して
説明した従来例の各要素と同一の要素には、図１８〜図
２０に付した符号と同一の符号を付して示し、重複説明
は省略する。

【００６７】図１は、本発明の超音波診断装置の第１の
実施例の構成ブロック図、図２は、その動作説明図であ
る。データ切出手段１５，１６では、図２に示す送信タ
イミング１の時刻と送信タイミング２の時刻に得られた
＃１の走査線に沿う２つの受信信号から、その走査線＃
１に沿う所定区間内の情報を担う各受信信号部分が、そ
の所定区間を少しずつスライディングさせながら切り出
される。このように少しずつスライディングさせて切り
出された受信信号部分をＢＩＮ１，ＢＩＮ２，……と名
づける。

【００６８】このようにして各データ切出手段１５，１
６それぞれで切り出された各受信信号の各受信信号部分
ＢＩＮ１，ＢＩＮ２，……は、各フーリエ変換手段２
０，２１に入力されてそれぞれフーリエ変換される。フ
ーリエ変換手段２０で得られたフーリエ変換信号は、直
接、複素乗算手段２３に入力される。またフーリエ変換
手段２１で得られたフーリエ変換信号は、複素共役演算
手段２２に入力されてその複素共役が演算され、その後
複素乗算手段２３に入力される。複素乗算手段２３で
は、２つのデータ切出手段１５，１６で切り出された送
信タイミング１の時刻と送信タイミング２の時刻に得ら
れた２つの受信信号の、互いに対応する受信信号部分、
即ちＢＩＮ１どうし，ＢＩＮ２どうし，……のフーリエ
変換信号（もしくはその複素共役）の複素乗算が行われ
る。これによりＢＩＮ１どうし，ＢＩＮ２どうし，……
の各複素共役積Ｍ（ｆ）が求められる。これは、前掲の
式（３）の演算に相当する。

【００６９】図３は、その複素共役積Ｍ（ｆ）の絶対値
Ａ（ｆ）＝｜Ｍ（ｆ）｜および位相θ（ｆ）＝ａｔａｎ
（ｉｍａｇＭ（ｆ）／ｒｅａｌＭ（ｆ））の周波数ｆに
対する分布の一例を示した図である。位相θ（ｆ）は、
前述したように、ｆ＝０の点を通る直線で表され、絶対
値Ａ（ｆ）は超音波の中心周波数ｆ０を中心とし、その
超音波の帯域に相当する分だけ広がった分布を有してい
る。

【００７０】最も簡単には、図１に示すフーリエ変換手
段２０，２１からは、中心周波数ｆ０に相当する各フー
リエ変換信号のみが出力され、複素共役手段２２で一方
の複素共役が演算され、複素乗算手段２４では周波数ｆ
０についての複素共役積Ｍ（ｆ０）が求められる。この
複素乗算手段２３から出力された複素共役積Ｍ（ｆ０）
を表わす信号は位相演算手段２４に入力され、互いに対
応する受信信号部分毎に、タイプ周波数ｆ０についての
位相が算出される。これは前掲の式（７）の演算に相当
する。

【００７１】その後、２つの乗算手段２５，２６を経由
することにより、その位相θ（ｆ０）に、それぞれ１／
ｆ０，１／２πが乗算され、これにより変位ｄｔが算出
される。これは前掲の式（６）に相当する。このように
して算出された変位は、表示手段１９に送られ、表示手
段１９ではその変位が表示される。その表示の態様につ
いては後述する。

【００７２】以上では、＃１の走査線について説明した
が、＃２以降の各走査線についても同様である。図４
は、本発明の第１の超音波診断装置の第２の実施例の、
図１に示す第１実施例との相違部分を示すブロック図で
ある。ここでは、図１に示すフーリエ変換手段２０，２
１以降、中心周波数ｆ０のみでなく、複数の各周波数ポ
イントｆ_i 毎に演算が行われ、最小自乗演算手段２７に
より、最小自乗法を適用した演算が行われ、乗算手段２
６で１／２πが乗算される。これにより前掲の（８）式
に基づく演算が行われ、変位が高精度に求められる。

【００７３】図５は、本発明の第１の超音波診断装置の
第３の実施例の、図１に示す第１実施例との相違部分を
示すブロック図である。複素乗算手段２３で算出された
各周波数ポイントｆ_i 毎の複素乗算積Ｍ（ｆ_i）は、位
相演算手段２４に入力されるとともに絶対値演算手段２
８にも入力され、それぞれ、複素乗算積Ｍ（ｆ_i ）の位
相θ（ｆ_i ）および絶対値Ａ（ｆ_i ）が算出され、重み
付最小自乗演算手段２９に入力され、絶対値Ａ（ｆ_i ）
を重みとした重み付最小自乗演算が行われ、さらに乗算
手段２６で１／２πが乗算される。これにより前掲の
（１０）式に基づく演算が行われ、変位がさらに高精度
に求められる。

【００７４】尚、絶対値Ａ（ｆ）は、図３に示すよう
に、所定の中心周波数ｆ０を中心としたある帯域を持っ
た信号として観測される。そこで最小自乗法ないし重み
付最小自乗法等により変位を算出する際は、ノイズ成分
の混入をできるだけ避けるために、絶対値Ａ（ｆ）の、
所定の信号レベル以上の周波数領域内の周波数ポイント
のみを演算に用いることが好ましい。

【００７５】また、図３に示すように、位相θ（ｆ）
は、ｆ＝０を通る直線として観測される。したがって周
波数が高くなると位相θ（ｆ）が−π〜＋πの領域を越
える、いわゆるラップアラウンドの問題が生じる場合が
ある。そこで、最小自乗法等による演算の際の最高の周
波数ポイントｆ_imaxを定め、ラップアラウンドの問題を
回避することが好ましい。この場合、被検体の最高速度
の見積りから、絶対値Ａ（ｆ）の帯域よりも高い最高周
波数ポイントｆ_imaxが設定されるように、送信タイミン
グ１と送信タイミング２（図２参照）の時間間隔Ｔを定
めることが好ましい。

【００７６】ラップアラウンドにより変位の誤検出を回
避する他の手法については後述する。図６は、本発明の
第２の超音波診断装置の第一実施例の構成ブロック図、
図７は、図６に示す実施例の動作シーケンスを示す図で
ある。図７に示す動作シーケンスでは、各送信タイミン
グ毎に各走査番号＃１，＃２，……，＃Ｎの走査線に沿
って順次送受信が行われ、これによりフレーム１とフレ
ーム２の２つの二次元画像が得られる。データ切出手段
１５，１６では、それら各フレーム１，２の所定領域
が、スライディングされながら切り出される。フーリエ
変換手段２０，２１、複素共役手段２３、複素乗算手段
２３では、２つの周波数軸ｆ，Ｘについての二次元的な
演算が行われ、位相演算手段２４では、二次元的な位相
Ｍ（ｆ０，Ｘ０）が求められる。

【００７７】ここで、周波数ｆ０は超音波の中心周波数
であって被検体の深さ方向に対応する。また空間周波数
Ｘ０は、走査方向（走査線＃１，＃２，…，＃Ｎの並ぶ
方向）の代表周波数である。この位相Ｍ（ｆ０，Ｘ０）
の各周波数ｆ，Ｘ方向の成分は、それぞれ、乗算手段２
５，２６の系列、および乗算手段３０，３１の系列に入
力され、それぞれ（１／ｆ０）・（１／２π）、（１／
Ｘ０）・（１／２π）が演算され、断層面内の二次元的
な変位（ｄｔ，ｄｘ）が求められる。この二次元的な変
位（ｄｔ，ｄｘ）は表示手段１９に入力されて表示され
る。

【００７８】図８は、図６に示す実施例の、他の動作シ
ーケンスを示す図である。ここでは、プローブ１２か
ら、被検体内のかなり広い範囲に超音波が広がるように
送信され、受信側で、その一回の送信で＃１〜＃Ｎの複
数の走査線に沿う受信信号が得られるように整数加算が
行われる。図７に示す動作シーケンスでは、１つのフレ
ーム内でも各走査線は順次ずれた時刻に得られることに
なるが、図８に示す動作シーケンスでは同時刻の情報を
担うフレームを得ることができる。

【００７９】尚、最小自乗法、重み付最小自乗法につい
ては、前述した一次元の例（図４，図５参照）を二次元
に拡張すればそのまま適用することができ、ここでは図
示および説明は省略する。図９は、本発明の第３の超音
波診断装置の一実施例の構成ブロック図、図１０は、図
９に示す実施例の動作シーケンスを示す図である。

【００８０】図９に示す超音波診断装置のプローブ１２
には、二次元的に配列された超音波振動子（図示せず）
が備えられており、各送信タイミング毎に、ｘ方向，ｙ
方向の二次元的に配列された多数の走査線＃１，１〜＃
Ｎ，Ｎに沿う受信信号が得られ、これを繰り返し、被検
体内の三次元的な情報を担う２つの三次元フレーム１，
２が得られる。データ切出手段１５，１６では、各三次
元フレーム１，２内の立体区域が順次スラィディングさ
れながら切り出される。フーリエ変換手段２０，２１、
複素共役手段２３、複素乗算手段２３では、３つの周波
数軸ｆ，Ｘ，Ｙについての三次元的な演算が行われ、位
相演算手段２４では三次元的な位相Ｍ（ｆ０，Ｘ０，Ｙ
０）が求められる。周波数ｆ０は深さ方向ｔに対応す
る、超音波の中心周波数であり、空間周波数Ｘ０，Ｙ０
は、それぞれ、ｘ方向，ｙ方向（図９参照）に対応する
各代表周波数である。

【００８１】この位相Ｍ（ｆ０，Ｘ０，Ｙ０）の各周波
数ｆ，Ｘ，Ｙ方向の成分は、それぞれ、乗算手段２５，
２６、乗算手段３０，３１、乗算手段３２，３３の各系
列に入力され、それぞれ（１／ｆ０）・（１／２π）、
（１／Ｘ０）・（１／２π）、（１／Ｙ０）・（１／２
π）が演算され、被検体内の各立体区域内の組織の三次
元的な変位（ｄｔ，ｄｘ，ｄｙ）が求められる。この三
次元的な変位（ｄｔ，ｄｘ，ｄｙ）は、表示手段１９に
入力されて表示される。

【００８２】図１１は、図９に示す実施例の、他の動作
シーケンスを示す図である。図６の実施例における図８
に示す動作シーケンスを三次元に拡張したものであり、
同時刻の情報を担う立体フレームを得ることができる。
尚、最小自乗法、重み付け最小自乗法については、前述
した一次元の例（図４，図５参照）を三次元に拡張すれ
ばそのまま適用することができ、ここでは図示および説
明は省略する。

【００８３】図１２は、本発明の超音波診断装置のもう
１つの実施例の構成の一部を示すブロック図、図１３
は、その説明図である。ここでは一次元の場合を例に挙
げて説明する。図１２に示す実施例には、位相回転手段
４０と、積算手段４１が備えられている。複素乗算手段
２３で得られた複素共役積Ｍ（ｆ_i ）は、先ず最初、位
相回転手段４０を素通りし、位相演算手段２４で位相θ
（ｆ_i ）が算出される。このとき算出された位相θ（ｆ
_i ）が図１３に示すグラフＡが図示のように周波数ｆ_i
で位相πをオーバし、位相が＋πから−πに遷移してい
るものとする。重み付最小自乗演算手段２９では、この
ように位相の遷移を含んだ位相θ（ｆ_i ）に基づいて、

【００８４】

【数２２】

【００８５】という、位相の平均的な傾きが求められ
る。この位相の傾きは積算手段４１に入力されて記憶さ
れ、またこの位相の傾きが位相回転手段４０に入力され
る。位相回転手段４０では、複素乗算手段２３から出力
された複素共役積Ｍ（ｆ）の位相が、入力された位相の
傾きに対応する分だけ位相θ（ｆ）＝０に近づく方向に
回転される。このときの、複素共役積Ｍ（ｆ）’の位相
θ（ｆ）’は、例えば図１３のグラフＢのようになり、
位相の遷移ポイントが、高周波側の周波数ｆ₂ に移る。

【００８６】次に、位相演算手段２４で位相回転された
複素共役積Ｍ（ｆ）’の位相θ（ｆ）’、即ち図１３に
示すグラフＢが求められ、この位相θ（ｆ）’に基づい
て、重み付最小自乗法により位相θ（ｆ）’の傾きが求
められる。この位相の傾きは積算手段４１に入力され、
前回入力された位相の傾きに加算される。その加算量が
位相回転手段４０に入力され、位相回転手段４０ではそ
の加算量分だけ、複素乗算手段２３から出力された複素
共役積Ｍ（ｆ）の位相が回転される。その回転後の位相
θ（ｆ）”は、例えば図１３に示すグラフＣのようにな
る。位相が０となるまで以上を繰り返し、そのときの積
算手段４１に記憶された位相の傾きの積算量に、乗算手
段２６で１／２πが乗算される。これにより、複素乗算
手段２３から出力された複素共役積Ｍ（ｆ）に位相の遷
移が生じていた場合であっても、正確な変位が求められ
る。この変位は表示手段１９に送られて表示される。

【００８７】図１４は、本発明の超音波診断装置のさら
に異なる実施例の構成の一部を示すブロック図である。
図１２に示す実施例と比べ、位相回転手段４０がフーリ
エ変換手段２１と複素共役演算手段２２との間に配置さ
れている。図１２に示す実施例では、複素乗算手段２３
で複素共役積Ｍ（ｆ）を求めた後、その複素共役積Ｍ
（ｆ）の位相を回転したが、図１３に示すように、複素
乗算前のフーリエ変換信号の一方の位相を回転し、その
後複素共役積を求めても同一の結果が得られる。この位
相回転手段４０は、図１３に示すフーリエ変換手段２１
と複素共役演算手段２２との間に配置することに代え
て、フーリエ変換手段２０と複素乗算手段２３との間に
配置してもよい。いずれに配置するかに応じて位相回転
の方向は異なるが、いずれにしろ最終的に求められる複
素共役積Ｍ（ｆ）の位相θ（ｆ）がθ（ｆ）＝０に近づ
く方向に位相が回転される。

【００８８】図１５〜図１７は、表示手段１９に表示さ
れる変位の各表示態様を示した図である。図１５は、変
位の絶対値を色もしくは輝度に対応づけた表示例であ
り、例えば腫瘍等の固い組織は、変位の小さい領域とし
て画面上にあらわれる。図１６、図１７は、図１５に示
す変位の絶対値の表示に、変位の方向（ベクトル）を、
それぞれ流線もしくは矢印で示した図である。このよう
な表示により、変位の大きさ（絶対値）と変位方向（ベ
クトル）との双方が容易に観察される。

【００８９】尚、上記各実施例は、全て変位を検出して
その変位を表示する例であるが、本発明は変位に限定さ
れず、その変位から算出される量、例えば前述した速度
（変位／Ｔ）、歪速度等を検出して表示してもよい。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば相互相関法と比べ少ない演算量で変位等が正確に
求められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波診断装置の第１の実施例の構成
ブロック図である。

【図２】図１に示す第１の実施例の動作説明図である。

【図３】複素共役積の絶対値および位相の周波数に対す
る分布の一例を示した図である。

【図４】本発明の第１の超音波診断装置の第２の実施例
の、図１に示す第１実施例との相違部分を示すブロック
図である。

【図５】本発明の第１の超音波診断装置の第３の実施例
の、図１に示す第１実施例との相違部分を示すブロック
図である。

【図６】本発明の第２の超音波診断装置の第一実施例の
構成ブロック図である。

【図７】図６に示す実施例の動作シーケンスを示す図で
ある。

【図８】図６に示す実施例の、他の動作シーケンスを示
す図である。

【図９】本発明の第３の超音波診断装置の一実施例の構
成ブロック図である。

【図１０】図９に示す実施例の動作シーケンスを示す図
である。

【図１１】図９に示す実施例の、他の動作シーケンスを
示す図である。

【図１２】本発明の超音波診断装置のもう１つの実施例
の構成の一部を示すブロック図である。

【図１３】図１２に示す実施例の説明図である。

【図１４】本発明の超音波診断装置のさらに異なる実施
例の構成の一部を示すブロック図である。

【図１５】表示手段に表示される変位の表示態様を示し
た図である。

【図１６】表示手段に表示される変位の表示態様を示し
た図である。

【図１７】表示手段に表示される変位の表示態様を示し
た図である。

【図１８】相互相関を用いた、被検体内組織等の動きを
検出する超音波診断装置の構成ブロック図である。

【図１９】超音波の送受信のタイミング、受信信号の切
り出しの様子を示す概念図である。

【図２０】二次元相互相関演算結果の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０超音波診断装置１１送信系１２プローブ１３受信系１４メモリ１５，１６データ切出手段１９表示手段２０，２１フーリエ変換手段２２複素共役演算手段２３複素乗算手段２４位相演算手段２５，２６，３０，３１，３２，３３乗算手段２７最小自乗演算手段２８絶対値演算算手段２９重み付最小自乗演算手段４０位相回転手段４１積算手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内に超音波を送波し被検体内で反
射した超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基
づく被検体内の画像を表示する超音波診断装置におい
て、超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体内に延
びる同一の走査線に沿う被検体内の情報を担う複数の受
信信号を得る送受信手段と、互いに異なる２つの時刻に得られた同一の走査線に沿う
情報を担う２つの受信信号それぞれから切り出された前
記走査線に沿う所定区間内の情報を担う各受信信号部分
の各フーリエ変換信号の一方と、該各フーリエ変換信号
の他方の複素共役との積の位相の傾斜に基づいて、前記
２つの時刻の間の、前記所定区間内の組織の前記走査線
に沿う方向の変位及び／又は該変位から算出される量を
求める演算手段と、前記変位及び／又は該変位から算出される量を表示する
表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】被検体内に超音波を送波し被検体内で反
射した超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基
づく被検体内の画像を表示する超音波診断装置におい
て、超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体内に広
がる同一の断層面に沿う被検体内の情報を担う複数の受
信信号を得る送受信手段と、互いに異なる２つの時刻に得られた同一の断層面に沿う
情報を担う２つの受信信号それぞれから切り出された前
記断層面内の所定区域内の情報を担う各受信信号部分の
各フーリエ変換信号の一方と、該各フーリエ変換信号の
他方の複素共役との積の位相の傾斜に基づいて、前記２
つの時刻の間の、前記所定区域内の組織の前記断層面内
の変位及び／又は該変位から算出される量を求める演算
手段と、前記変位及び／又は該変位から算出される量を表示する
表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】被検体内に超音波を送波し被検体内で反
射した超音波を受信して受信信号を得、該受信信号に基
づく被検体内の画像を表示する超音波診断装置におい
て、超音波の送受信を複数回繰り返しながら、被検体内の三
次元的な各点の情報を担う複数の受信信号を得る送受信
手段と、互いに異なる２つの時刻に得られた被検体内の三次元的
な各点の情報を担う２つの受信信号それぞれから切り出
された被検体内の所定の立体区域内の情報を担う各受信
信号部分の各フーリエ変換信号の一方と、該各フーリエ
変換信号の他方の複素共役との積の位相の傾斜に基づい
て、前記２つの時刻の間の、前記立体区域内の組織の三
次元的な変位及び／又は該変位から算出される量を求め
る演算手段と、前記変位及び／又は該変位から算出される量を表示する
表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】前記演算手段が、１つもしくは複数の各
周波数軸方向についての各平均的な前記傾斜を求めるも
のであることを特徴とする請求項１から３記載のうちい
ずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項５】前記演算手段が、最小二乗法により、前
記傾斜を求めるものであることを特徴とする請求項４記
載の超音波診断装置。
【請求項６】前記最小二乗法が、前記積の絶対値もし
くは該絶対値を変数とする関数を重みとした重み付き最
小二乗法であることを特徴とする請求項５記載の超音波
診断装置。
【請求項７】前記演算手段が、１つもしくは複数の各
周波数軸に沿う各所定の周波数範囲内の信号成分のみを
用いて前記傾斜を求めるものであることを特徴とする請
求項１から６のうちいずれか１項記載の超音波診断装
置。
【請求項８】前記演算手段が、１つもしくは複数の各
周波数軸に沿う各所定の最高周波数以下の信号成分を用
いて前記傾斜を求めるものであることを特徴とする請求
項１から６のうちいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項９】前記演算手段が、前記積の位相が０に近
づく方向に、前記積および前記各フーリエ変換信号の中
から選択される少なくとも１つの信号の位相を回転させ
る位相回転手段と、該位相回転手段における位相の回転
量もしくは該位相の回転量に換算される量を積算する積
算手段とを備えたことを特徴とする請求項１から８のう
ちいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１０】前記変位から算出される量が、前記変
位を前記２つの時刻の時間間隔で除することにより得ら
れる速度、前記変位の空間的な傾斜、前記速度の空間的
な傾斜、および前記変位の空間的な傾斜を前記時間間隔
で除した量からなる群の中から選択される１つもしくは
複数であることを特徴とする請求項１から９のうちいず
れか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１１】前記表示手段が、前記変位及び／又は
該変位から算出される量の絶対値を輝度もしくは色に割
り当てて表示するものであることを特徴とする請求項１
から１０のうちいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項１２】前記表示手段が、前記変位及び／又は
該変位から算出される量のベクトルの方向を、方向に応
じた色、矢印、線分、および流線からなる群の中から選
択される少なくとも１つを用いて表示するものであるこ
とを特徴とする請求項１から１１のうちいずれか１項記
載の超音波診断装置。