JPH07284496A

JPH07284496A - 超音波血流イメージング装置

Info

Publication number: JPH07284496A
Application number: JP5759595A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Baba; 達朗馬場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】０シフトした場合でも流速と出力階調との対
応がとり易い血流情報のイメージングを行うこと。【構成】最大ドプラ偏移周波数をドプラ信号のサンプ
リング周波数にまで見かけ上広げ得るゼロシフト機能を
備えたものにおいて、ゼロシフト量に応じて出力階調の
ダイナミックレンジを拡大して入力データのＲＧＢ変換
を行うカラー処理手段を有し、この手段により前記ゼロ
シフト機能を実現させた。

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。

【０００２】

【従来の技術】超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用
することによっ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
っ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。

【０００３】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って散乱さ
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ｆ
ｃ，ｆｄは次式のように示される。

【０００４】

【数１】ここで、ｖ：血流速度 θ：超音波ビームと血管とのなす角度ｃ：音速

【０００５】従って、ドプラ偏移ｆｄを検出することに
よって血流速度ｖを得ることができる。

【０００６】このようにして得られた血流速度ｖの２次
元画像表示は次のように行われる。先ず図１７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）
スキャンを行うにあたり、図１８の構成の超音波血流イ
メージング装置によってその超音波パルスのスキャン制
御が行われる。

【０００７】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によって受波され、電気信
号に変換されて受信回路２に送られる。

【０００８】次に位相検波回路３によってドプラ偏移信
号が検出される。このドプラ偏移信号は超音波パルスの
方向に設けられた例えば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、Ｄ．Ｓ．Ｃ（デ
ィジタル・スキャン・コンバータ）５に送られここで走
査変換された後に、画像処理表示装置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。

【０００９】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、各スキャン方向に対応した血流像
（流速分布像）が表示されることになる。この血流像表
示においては、一方向の流れを赤色で表現し、逆方向の
流れを青色で表現し、流速の違いを赤色，青色の輝度変
化で表現している。

【００１０】ところで、血流イメージング装置において
は、同一周波数ラスタを数回走査し、その受信エコーを
直交検波した後に周波数解析してドプラ偏移周波数を検
出するのであるが、この周波数解析においては、ＤＣ
（直流）乃至数ＫＨｚのドプラ信号を、繰返し走査周波
数ｆｒで離散的にサンプリングするため、ｆｒ／２以上
あるいは−ｆｒ／２以下のドプラ信号では、「折返し」
と称される現象を生ずる。

【００１１】すなわち、繰返し走査周波数ｆｒの周期で
ドプラ信号のデータ列が作られることからドプラ信号の
サンプリング周波数もｆｒとなり、この場合の最大ドプ
ラ偏移周波数ｆｄmax は、サンプリング定理より、ｆｄmax ＝ｆｒ／２となり、カラー表示の場合、赤→青，青→赤へと色彩が
反転してしまうのである。

【００１２】そこで従来装置では、この「折返し現象」
に起因する不都合を緩和するため、（ゼロ（「０」と表
わす）を中心に観察可能な−ｆｒ／２乃至＋ｆｒ／２の
範囲の帯域｜ｆｒ｜を−ｆｒ乃至ｆｒの範囲内でシフト
可能とし、ｆｄmax をｆｒにまで見かけ上広げ得るよう
にしている（図４参照）。この機能を「ゼロシフト（０
シフト）機能」と称する。すなわち、このゼロシフト機
能は、本願出願前公知の特開昭６２−１０６７４６号公
報にも開示されているように、図１９に示すように、測
定範囲−ｆｒ／２乃至＋ｆｒ／２を越えて折り返された
ドプラ波形が発生した場合に、その折返しが発生した流
速データをメモリに書き込む際又はメモリから読み出す
際に、図２０に示すように、周波数０の横軸を例えばｆ
ｒ／４マイナス側にすなわち観察範囲を全体的に１／４
ｆｒシフトしてそのゼロシフト量分だけアドレスをずら
して、書込み又は読出しを行うものである。図４では、
シフト量を横軸にとり、観察可能な帯域を縦軸にとって
いる。ＦＦＴ（ファーストフーリエ変換）表示の場合に
は、ベースライン（０ライン）を上下方向にシフトした
画面表示とすればよいが、ＣＦＭ（カラーフローマッピ
ング）表示の場合には、周波数（平均周波数）と赤，青
の表示色の階調とが対応しているため若干工夫が必要と
なる。

【００１３】ＣＦＭ表示を可能とする従来装置において
は、０シフト機能がプリプロセス（Ｄ．Ｓ，Ｃを形成す
るフレームメモリよりも前）にあったため、「折返し」
の起きる最大周波数を赤又は青の表示色の一方につき拡
げるために０シフト量を増すと、一方における周波数レ
ンジは拡がるものの階調レンジは一定であるため、赤又
は青の階調レンジが周波数の絶対値に比べて狭くなって
しまう（図５参照）。例えばｆｒ／４の入力信号に対し
て０シフト量を変化させた場合の階調変化は図５におい
て破線で示すようになり、同一流速であるにもかかわら
ず階調が変化してしまう。

【００１４】この図５における階調の変化を図８，図９
をも参照してより詳しく説明する。図８及び図９はそれ
ぞれゼロシフトを行わない場合及び＋１／４ｆｒシフト
時のドプラ偏移周波数ｆｄと赤階調（実線）及び青階調
（破線）との関係を示す図である。ゼロシフトを行わな
い場合は、図８に示すように、測定範囲は−ｆｒ／２乃
至＋ｆｒ／２となり、０乃至ｆｒ／２の血流速度は赤の
階調（Ｒ＝０乃至１）に、−ｆｒ／２乃至０の血流速度
は青の階調（Ｂ＝０乃至１）にそれぞれ割り当てられ、
血流速度に対応した階調で表される。しかし、シフト量
を＋１／４ｆｒとすると、図９に示すように、測定範囲
は−１／４ｆｒ乃至３／４ｆｒとなり、０乃至３／４ｆ
ｒの血流速度は赤の階調（Ｒ＝０乃至１）に、０乃至−
１／４ｆｒの血流速度は青の階調（Ｂ＝０乃至０．３
３）にそれぞれ割り当てられる。ここで、ドプラ偏移周
波数ｆｄが１／４ｆｒについてみてみると、ゼロシフト
を行わないときは赤の階調Ｒ＝０．５で表され、シフト
量＋１／４ｆｒの場合は、赤の階調

【数２】で表され、同じ血流速であるにも拘らず異なった階調で
表示されてしまう。

【００１５】更に、上記とは異なる方式の０シフト機能
として図６に示すものが挙げられる。これによれば、階
調ダイナミックレンジの関係に対応して表示系の赤や青
の最高階調までしか使用できないため、０シフトを増や
した場合、赤や青の最高階調で飽和してしまい、折返し
部分で流速が上昇しているか否かを画面上で把握するこ
とができない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来装
置においては、０シフトした場合に、周波数の絶対値に
比べて階調ダイナミックレンジが狭くなるために、ある
いは赤や青の最高階調で飽和してしまうために、流速の
絶対値と出力階調との対応がとれず、良好な血流情報の
イメージができない。

【００１７】そこで本発明は上記の欠点を除去するもの
で、その目的とするところは、０シフトした場合でも流
速と出力階調との対応がとり易い血流情報のイメージン
グを行うことができる超音波血流イメージング装置を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、０シフト量に応じて出力階調のタイナミッ
クレンジを拡大して入力データのＲＧＢ変換を行うカラ
ー処理手段を有し、この手段により０シフト機能を実現
させている。

【００１９】

【作用】本発明によれば、ゼロシフト量に応じて表示階
調のダイナミックレンジが拡大されるため、血流速の絶
対値と表示階調との対応がとり易くなり、赤や青の最高
階調で飽和することもない。また、輝度階調に加え彩度
変化を伴うことにより、表示階調のダイナミックレンジ
を容易に拡大することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２１】図１は本発明の一実施例装置を示してい
る。

【００２２】同図に示すようにこの超音波血流イメージ
ング装置は、電子走査型超音波プローブ（以下、「プロ
ーブ」という）１１，電子走査装置アナログ部１２，９
０°移相器２５，ミキサ２４ａ，２４ｂ，ローパスフィ
ルタ２６ａ，２６ｂ，ＭＴＩ（Moving Target Indicato
r）演算部２７，白黒フレームメモリ２０，カラーフレ
ームメモリ２１，システムコントローラ１９，画像処理
表示装置２２を有する。

【００２３】電子走査装置アナログ部１２は、プリアン
プ１３，パルサ１４，発振器１５，ディレーライン１
６，加算器１７，検波器１８から構成されている。

【００２４】加算器１７から出力された信号のうち一方
は検波器１８を介して白黒フレームメモリ２０へ送ら
れ、他方はライン２８以下へ送られる。ライン２８から
加えられた信号は二分され各々ミキサ２４ａ，２４ｂに
加えられる。各ミキサ２４ａ，２４ｂには、９０°移相
器２５を介することで発振器１５からの基準信号ｆｏが
９０°の移相差で加えられる。この結果ローパスフィル
タ２６ａ，２６ｂにはドプラ偏移信号ｆｄと（２ｆｏ＋
ｆｄ）信号が入力され、ローパスフィルタ２６ａ，２６
ｂによって高周波成分が除去されてドプラ偏移信号ｆｄ
のみが得られる。これは血流情報演算のための位相検波
出力信号であり、ＭＴＩ演算部２７に加えられる。

【００２５】このＭＴＩ演算部２７はＡ／Ｄ変換器，Ｍ
ＴＩフィルタ，自己相関器，平均速度演算部，分散演算
部，パワー演算部から構成されている。ＭＴＩフィルタ
は移動目標（血球）のみのドプラ情報を抽出するもので
ある。自己相関器での処理は周波数分析法の一種であ
り、２次元の多点の周波数分析をリアルタイムで行う必
要性から用いられている。また、平均速度演算部，分散
演算部及びパワー演算部においては、それぞれ所定の演
算実行により血流速Ｖ，分散σ及びトータルパワーＰが
求められる。

【００２６】ＭＴＩ演算部２７の出力はカラーフレーム
メモリ２１に送出される。

【００２７】白黒フレームメモリ２０及びカラーフレー
ムメモリ２１それぞれの走査変換出力は、後段に配置さ
れた画像処理表示装置２２に取り込まれ、適宜の処理の
後に可視化されるようになっている。

【００２８】システムコントローラ２９は本実施例装置
全体の動作制御を司るものであり、ＣＰＵ（中央処理装
置）を中心に構成されている。

【００２９】次に画像処理表示装置２２の詳細について
図２を基に説明する。

【００３０】同図に示すように画像処理表示装置２２
は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）２７０，ゲインアテネー
タ２８０，カラー処理手段２９，白黒／カラー合成回路
３０，Ｄ／Ａ変換器３１，ＲＧＢモニタ３２を有して成
る。

【００３１】ＭＰＸ２７０は、前記カラーフレームメモ
リ２１の走査変換出力（すなわち血流速Ｖ，トータルパ
ワーＰ，分散σ，加速度Ａ）中より、表示に供するａ，
ｂ２種類のデータを適宜に選択するものであり、この選
択出力が、後段に配置されたカラー処理手段２９に取り
込まれるようになっている。

【００３２】このカラー処理手段２９は、ＭＰＸ２７０
によって選択されたデータのカラー処理（ＲＧＢ変換処
理）を行うもので、２９ａ，２９ｂ，２９ｃで示すよう
に、Ｒ（レッド），Ｇ（グリーン），Ｂ（ブルー）に対
応する３個の変換テーブルより成る。

【００３３】例えば変換テーブル２９ａは、図３に示す
ように第１のＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３３と
第２のＲＯＭ３４とを有して成る。

【００３４】第１のＲＯＭ３３は、前記ＭＰＸ２７０を
介してａ，ｂ２種類の血流データ（いずれも５ビッ
ト），流速や分散表示などの表示モード切換信号（２ビ
ット），及び流速データのリジェクションやγ補正など
の選択のためのポストプロセス選択信号（３ビット）が
アドレス入力端を介して入力されると、それらに応じた
変換処理データ（７ビット）を出力する。また、第２の
ＲＯＭ３４は、０シフト選択データ(0-SHIFT，４ビッ
ト），ドプラフローコントラスト（DF-CONTRAST)選択信
号（２ビット），表示モード切換信号（２ビット），及
び第１のＲＯＭ３３の変換処理出力（７ビット）がアド
レス入力端を介して入力されると、図７に示すようなシ
フト量／色階調変換テーブルを参照してそれらに応じた
変換処理データ（８ビット）を出力する。ここで上記の
各選択及び切換信号は図１のシステムコントローラ１９
より送出されるものである。

【００３５】尚、Ｇ，Ｂについての変換テーブル２９
ｂ，２９ｃも上記と同様に形成されている。

【００３６】ここで、このカラー処理手段２９において
は、０シフト選択信号が入力され、この入力信号に応じ
て上記の０シフトが行われるようになっており、これが
本実施例装置の特徴点の一つとなっている。つまり、操
作者の操作に基づいて０シフト選択信号が入力される
と、この選択信号によって特定されるシフト量に応じて
出力階調（表示輝度）のダイナミックレンジが拡大され
るのである。このタイナミックレンジ拡大は、淡紅→赤
→黒→青→空のように彩度変化を伴うことで行われ（図
７参照）、これによって０シフト機能が実現される。シ
フト量を＋１／４ｆｒとすると、図１０に示すように、
表示色の階調に対応させる周波数レンジ、すなわち観察
範囲は−１／４ｆｒ乃至３／４ｆｒとなり、０乃至３／
４ｆｒの血流速度は赤の階調（Ｒ＝０乃至１．５）に、
０乃至−１／４ｆｒの血流速度は青の階調（Ｂ＝０乃至
０．５）にそれぞれ割り当てられ、血流速度に対応した
一定の階調で表される。従って、ドプラ偏移周波数ｆｄ
がｆｒ／４の場合に、ゼロシフトのシフト量がいずれの
場合でも、赤の階調Ｒ＝０．５で表され、同じ血流速は
同じ階調で表示される。すなわち、この０シフトによれ
ば図７に示すように、例えばｆr/４信号についても、０
シフト量にかかわらず常に一定輝度の表示階調となる。
ＨＳＩ表示系でのＩ（輝度）イメージを図１１に示す。

【００３７】上記のカラー処理を可能とするために変換
テーブル２９ａ，２９ｂ，２９ｃを次にように形成す
る。

【００３８】正方向の血流速を０≦ｘ≦１／２とし、これに赤色を割り当てるものとし、負方向の血流
速を −１／２≦ｘ≦０とし、これに青色を割り当てるものとし、赤色や青色の
最高到達輝度をα₁，α₂とすると、ＲＧＢ変換アルゴリ
ズムは図１２に示すようになる。但し換算輝度Ｙは、Ｙ＝０．６Ｇ＋０．３Ｒ＋０．１Ｂとなるから、０≦Ｒ≦１，０≦Ｇ≦１，０≦Ｂ≦１の範
囲のＲＧＢ出力で輝度を換算するものとした場合、Ｒmax ＝Ｇmax ＝Ｂmax ＝１．０とすれば、Ｙは白黒で換算輝度１．０となる。

【００３９】また、赤色系のカラーコントラストは、 α₁ ／０．３（∴０．３≦α₁ ≦１）で与えられ、青色系のカラーコントラストは、 α₂ ／０．１（∴０．１≦α₂ ≦１）で与えられる。

【００４０】図１３（ａ）乃至（ｈ）は、平均流速ｘが
−０．５乃至＋０．５の範囲をとるときのＲＧＢ変換出
力（通常はＲＧＢ変換出力電圧）と換算輝度との関係を
示している。入力に対して換算輝度Ｙがα₁ ，α₂ まで
直線的に伸びていることが解る。

【００４１】次に、上記のように構成された実施例装置
の作用について説明する。

【００４２】電子走査装置アナログ部１２により被検体
Ｂモード像を得るためのスキャンが実行され、このスキ
ャンにより得られたＢモード情報が白黒フレームメモリ
２０を介することで表示系の走査に変換され、これがゲ
インアテネータ２８０，白黒／カラー合成回路３０及び
Ｄ／Ａ変換器３１を介してＲＧＢモニタ３２に送出され
濃淡表示されることになる。

【００４３】また、ドプラ情報は、ミキサ２４ａ，２４
ｂ及びロ―パスフィルタ２６ａ，２６ｂを介してＭＴＩ
演算部２７に取込まれる。そしてＭＴＩ演算部２７内の
平均速度演算部，分散演算部，パワー演算部において所
定の演算処理が実行され、その演算結果がカラーフレー
ムメモリ２１及びＭＰＸ２７０を介してカラー処理手段
２９に取込まれる。このカラー処理手段２９において
は、システムコントローラ１９よりの表示モード切換信
号により変換モードが切換えられ、ＭＰＸ２７０の選択
出力に対応するテーブル情報が読出される。

【００４４】ここで、０シフト選択データによりシフト
量が特定されている場合には、該シフト量に応じて出力
階調のダイナミックレンジを拡大して入力データのＲＧ
Ｂ変換が行われる。

【００４５】そして、このカラー処理手段２９の変換出
力は白黒／カラー合成回路３０及びＤ／Ａ変換手段３１
を介してＲＧＢモニタ３２に送出され、白黒Ｂモード像
上に重畳してカラー表示される。

【００４６】以上は、赤色，青色のみを用いた場合であ
るが、血流速に別の色相を割り当てることもできる。ま
た、血流速，分散の同時表示においては分散の大きさに
より色相が若干変化するだけなので、それぞれの色相に
ついて図１２に示すのと同様のアルゴリズムを実現する
ことが可能である。

【００４７】また、本実施例装置においては、０シフト
とは別に、表示色の輝度飽和点を越える入力データに対
して彩度変化を伴うことで輝度が直線的に変化するよう
にＲＧＢ変換することができる。これは、DF-CONTRAST
選択信号をカラー処理手段２９に入力することで可能と
なる。

【００４８】図１４は本実施例装置（ポストプロセス）
でのDF-CONTRAST 特性図であり、DF-CONTRAST （×２．
０）をＯＮした場合とＯＦＦした場合を示している。DF
-CONTRAST をＯＮした場合、彩度変化を伴って輝度のダ
イナミックレンジが拡大されているのが解る。低流速領
域を観測するためにDF-CONTRAST により低流速領域の階
調を上げた場合でも、高流速領域の輝度飽和を回避する
ことができる。

【００４９】更に、本実施例装置において、DF-CONTRAS
T と０シフトとを併用することもできる。図１５は従来
装置（プリプロセス）でのDF-CONTRAST ，０シフト特性
図、図１６は本実施例装置（ポストプロセス）での同上
特性図である。尚、０シフト量は＋ｆｒ／４である。本
実施例装置においてDF-CONTRAST と０シフトとの両者を
機能させた場合でも、表示階調のダイナミックレンジが
拡大するので、従来のように階調のダイナミックレンジ
の圧縮がなく、階調の飽和が生じない。

【００５０】以上本発明の一実施例について説明した
が、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。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ゼ
ロシフトした場合でも表示階調の圧縮や飽和がなく、血
流速と表示階調との対応がとり易い血流情報のイメージ
ングを行うことができ、また、輝度階調に加え彩度変化
を伴うことにより、表示階調のダイナミックレンジを容
易に拡大することができる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】

【図１】本発明の一実施例装置のブロック図

【図２】図１における画像処理表示装置の詳細な構成ブ
ロック図

【図３】図２における変換テーブルの構成ブロック図

【図４】０シフト機能説明のための特性図

【図５】従来装置での０シフト特性図

【図６】従来装置での０シフト特性図

【図７】本実施例での０シフト特性図

【図８】従来装置での０シフト特性図

【図９】従来装置での０シフト特性図

【図１０】本実施例装置での０シフト特性図

【図１１】ＨＳＩ表色系でのＩ（輝度）表示の説明図

【図１２】本実施例装置におけるカラー処理手段のアル
ゴリズム説明図

【図１３】同上装置におけるＲＧＢ変換出力と換算輝度
との関係を示す特性図

【図１４】本実施例装置（ポストプロセス）でのDF-CON
TRAST 特性図

【図１５】従来装置（プリプロセス）でのDF-CONTRAST
，０シフト特性図

【図１６】本実施例装置（ポストプロセス）でのDF-CON
TRAST ，０シフト特性図

【図１７】超音波血流イメージング装置のスキャンパタ
ーン図及び基本構成ブロック図

【図１８】超音波血流イメージング装置のスキャンパタ
ーン図及び基本構成ブロック図

【図１９】ゼロシフト機能を説明するための図

【図２０】ゼロシフト機能を説明するための図

【符号の説明】２２画像処理表示装置２９カラー処理手段２９ａ，２９ｂ，２９ｃ変換テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に向けて送波した超音波のドプラ
効果を利用して得たドプラ信号に基づいて被検体血流情
報の２次元カラーイメージングを行う超音波血流イメー
ジング装置であって、最大ドプラ偏移周波数をドプラ信
号のサンプリング周波数にまで見かけ上広げ得るゼロシ
フト機能を備えたものにおいて、ゼロシフト量に応じて
出力階調のダイナミックレンジを拡大して入力データの
ＲＧＢ変換を行うカラー処理手段を有し、この手段によ
り前記ゼロシフト機能を実現させたことを特徴とする超
音波血流イメージング装置。
【請求項２】上記のカラー処理手段における、表示輝
度のダイナミックレンジ拡大は、表示色の彩度変化を伴
う請求項１記載の超音波血流イメージング装置。