JPH088920B2 - 血液散乱パワ用算出装置 - Google Patents
血液散乱パワ用算出装置Info
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Description
にもとづき、正確に血液散乱パワを算出することを目的
とし、 超音波反射信号を直交検波し、サンプル・ホールド
し、これにもとづき血液散乱パワを得る超音波診断装置
において、ドップラスペクトルを各時刻において出力す
るドップラスペクトル算出手段と、各時刻のドップラス
ペクトルの不要の周波数範囲を定める不要周波数範囲設
定手段と、前記ドップラスペクトル算出手段の出力した
ドップラスペクトルが入力され、各時刻において上記不
要周波数範囲設定手段により指示された周波数範囲を除
いたドップラスペクトルの各周波数成分の和を累積演算
するドップラスペクトル累積手段を具備する。
ーブ等により生体組織からの反射信号が血液散乱信号に
重なり、見掛け上血液散乱パワが大きく測定されるのを
効果的に除去して正確に血液散乱パワを算出可能にした
ものである。
パワを測定することが超音波診断装置で研究されてい
る。血液散乱パワが個人差が少なく、また血液のヘマト
クリット値を測定することによりその補正が可能であ
り、診断上有効な手段である血液散乱パワを計測するこ
とにより、血液とその血液が流れている回りの生体組織
との散乱パワの比を求めることにより生体組織の性質を
定量的に測定して正確な診断を行うことができ、また血
液散乱パワを、例えば心臓内の2個所で測定することに
より、その中間部分の生体組織の減衰係数を求めること
ができ、正確な診断を行うことができる。
特に血液散乱パワに比較して大きな値を有する壁等の生
体組織からの反射パワ等を除去して血液散乱パワを測定
することが必要である。
検波回路100、サンプル・ホールド回路101、102、ハイ
パス・フィルタ103、104、2乗回路105、106、加算回路
107を具備し、第17図(C)に示す血液散乱パワを得て
いた。
号を第17図(A)に示す直交検波回路100で受信し、乗
算器108、109により90度移相したcos信号、sin信号が乗
算されてリアルとイマジナリ成分が得られ、これらの出
力がサンプル・ホールド回路101、102によりサンプル・
ホールドされる。そしてハイパスフィルタ103、104によ
り、周波数の低い壁や弁等の生体組織からの反射成分が
除去されて速度の速い血液からの散乱成分が抽出され
る。2乗回路105、106によりそれぞれ2乗されたのち、
これらを加算回路107により加算して、第17図(C)に
示す如き血液散乱パワが得られる。
ド回路101、102により保持されるドップラ周波数成分
(ドップラ信号)は、第17図(B)に示す如く、血液散
乱成分Pと壁や弁等の反射成分Qを含んでいる。したが
って、これらサンプル・ホールド回路101、102に保持さ
れるドップラ信号をハイパス・フィルタ103、104を経由
させて、動きの少ない壁や弁等の生体組織からの成分を
除去していた。
ドップラ・サンプル・ボリュームがひっかかり弁を測定
位置に設定することもあるので、これらの動きよりも高
い周波数にハイパス・フィルタ103、104のカットオフ周
波数を設定しなければならなかった。即ち、第17図
(B)に示す如く、前記カットオフ周波数を±faに設定
して、壁や弁からの反射成分Qを除去しなければならな
かった。
削ってしまうことになり、血液散乱パワを実際よりも小
さく見積もることになるとい問題が存在した。
を与えることなく、生体組織からの反射成分等の不要な
成分を除去して血液散乱パワを算出できる血液散乱パワ
算出装置を提供することである。
如く、超音波反射信号を直交検波回路1に入力してリア
ル成分とイマジナリ成分である直交した2種類のベース
バンド信号を得る。そしてサンプル・ホールド回路2、
3により所望の深さのベースバンド信号をサンプル・ホ
ールドし、これらをドップラスペクトル算出回路4によ
り高速フーリエ変換(FFT)し、2乗和してドップラス
ペクトルを得る。
述する不要周波数範囲設定部6により、そのQで示す壁
や弁からの反射成分を除去し、その他をドップラスペク
トル累積部5で累積する。
射成分Qを不要周波数範囲設定部6により削除して、ド
ップラスペクトルを累積するので、第17図(B)に示す
特定の周波数範囲(±fa)を一律に除去するものと異な
り、血液散乱成分をカットしすぎることがなく、血液散
乱パワを従来よりも広い区間で安定に測定できる。
る。
ップラスペクトル累積部の詳細図、第4図はその動作状
態説明図である。
1は直交検波回路、2、3はサンプル・ホールド回路、
4はドップラスペクトル算出回路、5はドップラスペク
トル累積部、6は不要周波数範囲設定部、7はディスプ
レイである。
した2種類のベースバンド信号を得るものであり、乗算
器1−1、1−2を具備して90度移相したcos信号、sin
信号が乗算されてリアル成分、イマジナリ成分が得られ
る。
回路2、3より出力された信号からドップラスペクトル
を得るものであり、高速フーリエ変換部4−1、2乗回
路4−2、4−3、加算回路4−4を具備する。
ル算出回路4から出力されたドップラスペクトルをその
周波数が不要周波数範囲設定部6により指定された周波
数範囲のものを除いたものを累積するものであり、第3
図に示す如く、不要周波数指示部5−1、ゲート5−
2、加算器5−3、レジスタ5−4を具備する。不要周
波数指示部5−1は、不要周波数範囲設定部6から伝達
された演算不要の最高周波数fh(t)と、最低周波数fl
(t)により演算不要の周波数範囲fh(t)〜fl(t)
に対して、ゲート5−2に例えばゼロを出力してゲート
5−2をオフに制御して、fh(t)〜fl(t)の周波数
範囲のドップラスペクトルを加算器5−3に出力しな
い。また加算器5−3の出力はレジスタ5−4で保持さ
れて再び加算器5−3の一方の入力値となりゲート5−
2から入力される値と加算され、このようなことを繰返
してゲート5−2の出力すなわちドップラスペクトルを
累積演算することができる。
を行わない不要周波数範囲を指定するものであり、ポイ
ンテング・デバイス6−1、ポインテング・デバイス状
態読み取り回路6−2、最高周波数用メモリ6−3、最
低周波数用メモリ6−4、切換スイッチSWを具備する。
なお、ポインテング・デバイス6−1として、例えばマ
ウス、トラックボール、ジョイステック等が使用され
る。
の直交したベースバンド信号が出力され、所望の深さの
ベースバンド信号がサンプル・ホールド回路2、3で保
持、出力される。そしてこれらの信号によりドップラス
ペクトル算出回路4によりドップラスペクトルPD(f、
t)が出力され、ディスプレイ7に、例えば第4図
(A)に示す如き画面が表示される。このディスプレイ
7に表示されるドップラスペクトル画面は通常はスクロ
ール画面であるが、オペレータはこれをフリーズ状態
(静止状態)にし、図示省略した表示メモリに保持し、
切換スイッチSWの可動接点MCを例えば固定接点CH側に接
触させる。それからマウスの如きポインテング・デバイ
ス6−1を使用して不要周波数範囲である壁や弁からの
反射成分Qの上側部分のラインFHをカーソルでトレース
する。このカーソル位置がポインテング・デバイス状態
読み取り回路6−2により読み取られ、最高周波数用メ
モリ6−3に、第4図(A)に示す時刻t0〜t6の間にお
けるサンプリング時間Δt毎の、多数のFHが順次記憶さ
れる。次に切換スイッチSWの可動接点MCを固定接点CL側
に接触させて、ポインテング・デバイス6−1を使用し
て不要周波数範囲である前記反射成分Qの下側ラインFL
をカーソルでトレースする。これにより最低周波数用メ
モリ6−4に第4図に示す時刻t0〜t6の間におけるサン
プリング時間Δt毎の多数のFLが記憶される。
クトルPD(f、t)を第4図(A)に示す左端の時刻t0
の部分から順次出力し、これと同期して最高周波数用メ
モリ6−3、最低周波数用メモリ6−4、ドップラスペ
クトル累積部5を動作させる。
たドップラスペクトルPD(f、t)は順次ドップラスペ
クトル累積部5に伝達される。このとき、第3図に示す
ように、各サンプリング時間毎の、−fmaxから+fmaxま
での周波数信号が順次不要周波数指示部5−1に伝達さ
れる。これと同期して、ゲート5−2にはドップラスペ
クトルPD(f、t)の−fmaxから+fmaxまでの範囲の周
波数成分の値が順次入力される。ところで不要周波数指
示部5−1には、最高周波数用メモリ6−3及び最低周
波数用メモリ6−4から各サンプリング時間毎の最高周
波数fh及び最低周波数flが伝達されているので、前記−
fmax〜+fmaxの周波数信号が伝達されたとき、それがfl
〜fhの範囲にあるとき例えば「0」を出力してゲート5
−2をオフに制御し、それ以外のとき「1」を出力して
ゲート5−2をオンにする。従ってゲート5−2により
前記周波数fl〜fhのドップラスペクトルがオフにされ、
それ以外の周波数成分のドップラスペクトルが、ドップ
ラスペクトル累積部5より、血液散乱パワPとして出力
される。
示される周波数fh、flの間のドップラスペクトル成分を
除いた残りの部分が累積されて血液散乱パワとして出力
される。
間毎に、その不要周波数部が除去されて血液散乱パワが
得られるので、例えば、第4図(B)に示す、t1〜t3区
間及びt4−t5区間の血液散乱パワが正確なものとなり、
信頼のおけるデータ測定区間が非常に大きくなる。
輝度としてディスプレイ7に表示した例について説明し
たが、色相表示することもできる。例えば、第5図に示
す如く、ドップラスペクトルを8ビット表示するとき、
これをディスプレイ対応のフレームメモリ8に保持し、
ルックアップ・テーブル9によりカラー信号を得る。い
ま、第5図(A)に示す如く、8ビットオール1の255
の強さのとき赤(R)、8ビットオールゼロの0のとき
ブルー(B)、その中間をグリーンとするとき、R、
G、Bの強さをその8ビット入力に応じ各グラフに示す
ように組み合わせ、これを第5図(B)に示す如く、メ
モリ9−1に記入してルックアップ・テーブルとする。
これによりドップラスペクトルの8ビット入力すれば、
その値に応じた色相表示を行うことができる。なお、第
5図(A)に示す如く、ルックアップ・テーブル9−0
を輝度データで出力するように構成すれば、白黒表示す
ることができる。
れる血液散乱パワP(t)は、 P(t)=ΣPD(f、t)+ΣPD(f、t) −fmaxffl(t)fh(t)ffmax で表わすことができる。
する。
作説明図である。
マウスの如きマニアル操作により行うが、第2実施例の
場合には自動的に不要周波数範囲を定めるものである。
し、5′はドップラスペクトル累積部、10は比較部11は
インバータ、12は不要部分表示抑圧回路である。
範囲を指示するものである。ドップラスペクトル算出回
路4の出力は、サンプリング時間でみると、例えば第7
図に示す如く、−fmaxから+fmaxまでのドップラ周波数
のドップラスペクトルである。即ち、第7図の横軸はド
ップラ周波数、縦軸はドップラスペクトルであり、第7
図は第4図(A)におけるa−a線部分の状態を示して
いる。
壁や弁などの生体組織からの反射パワは大きい。したが
って第7図に示す如く、閾値Th0を定めてこれより大き
なドップラスペクトルの周波数部分を除けば、血液散乱
パワを正確に算出することができる。
路4の出力はドップラスペクトル累積部5′のゲート5
−2に伝達される。同時に比較器10にも伝達され、−fa
mx〜+fmaxの周波数成分のドップラスペクトルが閾値Th
0よりも大きいか否か比較される。そして閾値Th0以上の
とき、比較器10は「1」を出力し、インバータ11は
「0」を出力し、ゲート5−2をオフに制御する。
周波数範囲Wfのドップラスペクトルがゲート5−2によ
りオフになるので、ドップラスペクトル累積部5′では
この部分を除いて累積演算が行われる。
おける壁や弁等からの反射成分Qに相当するものであ
り、第2実施例によれば、この部分が自動的に除去され
た血液散乱パワP(t)が自動的に得られることにな
る。
示抑圧回路12に伝達されてその部分を輝度表示しないの
で、ディスプレイ7には、この部分、即ち、第4図
(A)に示す壁や弁等からの反射成分Qが輝度表示され
ず、その範囲が黒いままの状態のドップラ周波数−時刻
のスクロール画面が表示されることになる。
成分Qをマウスの如きポインテング・デバイスをフリー
ズされた図面をみてマニアル操作して抽出する必要はな
く、自動的にこの反射成分を抽出することができ、ディ
スプレイ7にはスクロール画面を表示することができ
る。
する。
作説明図である。
ラスペクトル波形が閾値Th0を越えた部分が1つの山の
場合を示すものとして提案された。
うに、ボトムB1、B2…が存在する場合がある。勿論ボト
ムは1個の場合もある。このようなとき、このボトム
B1、B2の領域も含めた周波数範囲Wf1を反射成分とみな
して除去する方が合理的と考えられる。したがって、第
3実施例ではこのようなことを可能とするものである。
す−fmax→+fmax方向に処理する場合には、第8図にお
ける比較器10より最初に閾値Th0以上のドップラスペク
トルのドップラ周波数flを最低値検出部13に保持する。
次にこの閾値Th0以上のドップラスペクトルのドップラ
周波数を順次最大値検出部14に書替えてゆく。途中にボ
トムの存在のため閾値Th0より小さなドップラスペクト
ルのドップラ周波数が存在すれば、最大値検出部14に記
入されたドップラ周波数の書替えは行われない。そして
再び閾値Th0以上のドップラスペクトルのドップラ周波
数が比較器10より検出されるとき、最大値検出部14では
書替えが行われる。このようにして第9図に示す最低周
波数flが最低値検出部13から出力され、最高周波数fhが
最大値検出部14より出力される。
記説明の逆となり、初めにfhが検出されて最大値検出部
14に保持されることになる。
示す如く構成されている、ドップラスペクトル累積部5
に伝達されるので、第9図に示す周波数範囲Wf1に対す
るドップラスペクトルの累積加算は行われず、これらを
除いた血液散乱パワが得られることになる。
最高周波数fhが伝達されるので、前記周波数範囲Wf1を
輝度表示せずに暗く表示したものが、ディスプレイ7に
表示されることになる。
する。
作説明図である。
ペクトル波形が実質的に閾値Th0を越えた部分を除去し
ようとするものである。しかし、前記壁や弁の反射部分
は、正確にはこの閾値Th0以上の部分のみではなく、こ
れ以下の部分も存在する。第4実施例では、第11図にお
いて、閾値Th0以下の部分を含む周波数範囲Wf2の部分を
ドップラスペクトル累積演算しないように構成すること
により前記壁や弁の反射部分をほぼ完全に除去するもの
である。
を最低周波数減算部15により−Δf1だけ周波数ポイント
数を減少し、最大値検出部14の出力を最大周波数加算部
16により+Δf2だけ周波数ポイント数を拡大する。すな
わち、最低値検出部13より、第11図に示すドップラ周波
数flが出力されるとこれが最低周波数減算部15によりΔ
f1だけ減算され、第11図に示すfl′が出力される。また
最大値検出部14より、第11図に示すドップラ周波数fhが
出力されると、これが最大周波数加算部16によりΔf2だ
け加算され、第11図に示すfh′が出力される。したがっ
て、第10図に示すドップラスペクトル累積部5では、こ
れらfl′とfh′を除いた範囲での累積演算が行われる。
このようにして壁や弁の反射成分がほぼ完全に除去され
た、信頼性の非常に高い血液散乱パワを演算することが
できる。なお、前記減算される周波数ポイントΔf1及び
加算される周波数ポイントΔf2は、それぞれ実験により
定めることができる。
る。
間平均回路の詳細図、第14図はその動作説明図である。
はバラツキが存在するため、複数点のデータを求め、平
均値をとることが希望される。そのため、第5実施例で
は、第13図に示す如きディスプレイ7に表示されたドッ
プラ周波数画面より、時刻ta〜tb、tc〜tdのように、壁
や弁等の反射成分Qを除いたとき、血液散乱成分Pが除
かれない時間のものを抽出して演算を行うようにしたも
のである。
を有用範囲最低時刻保持部6−6側の接点CLと接触さ
せ、トラックボールやマウスの如きポインテング・デバ
イス6−1′にてPとQが分離した点P1を入力すると、
ポインテング・デバイス状態読み取り回路6−2′がこ
れを解読して時刻taを出力し、これを有用範囲最低時刻
保持部6−6に保持させる。次に可動接点MCを有用範囲
最高時刻保持部6−5側の接点CHと接触させ、同様にし
てP2を入力する。これによりポインテング・デバイス状
態読み取り回路6−2′がこれを解読して時刻tbを出力
し、これを有用範囲最高時刻保持部6−5に保持させ
る。それからオペレータがフリーズ状態を解除して、図
示省略した表示メモリよりこのドップラスペクトルPDを
出力し、ドップラスペクトル累積部5で前記の如く血液
散乱パワP(t)を演算され、区間平均回路17に送出さ
れる。
要時刻指示部17-1には前記有用範囲最低時刻保持部6−
6及び有用範囲最高時刻保持部6−5よりそれぞれt lo
werとしてta、t higherとしてtbが出力されているの
で、不要時刻指示部17-1はこのta〜tbの区間だけ「1」
を出力し、ゲート17-2をオンにして血液散乱パワを加算
器17-3に伝達し、レジスタ17-4で一時保持し、これを加
算器17-3の他の入力としてta〜tbの区間の血液散乱パワ
の累積加算を行う。
高時刻保持部6−5の出力taとtbは減算器17-5に伝達さ
れてその区間の時間が出力され、これが回数算出部17-6
においてサンプリング時間Δtで割算され、taとtb間の
サンプリング回数が割算部17-7に送出される。割算部17
-7には、レジスタ17-4より送出されたta〜tbの区間の血
液散乱パワの累積加算値が入力されているので、これに
よりta〜tb間の平均血液散乱パワPavrが得られる。この
平均血液散乱パワPavrは下式で示すものとなる。
イス6−1で指示され、その平均血液散乱パワが得られ
る。
の複数の各時刻を保持し、これらにより一回の操作で各
区間毎の平均血液散乱パワを求めることも可能である。
する。
図を示す。
フリーズ表示面からポインテング・デバイスにより入力
することが必要であるが、第6実施例ではこれを自動的
に選定するように構成したものである。
される場合、その大きな谷の部分や山の部分は、血液か
らの反射信号が大きく除去されているものと考えられ、
信頼性のとぼしい部分と考えられる。したがって、本発
明の第6実施例ではこのような部分を自動的に削除しよ
うとするものである。
(A)に示す如く、W1、W2、W3…と血液散乱パワP
(t)を切り出し、下記の式で得られる分散算出を出力
する。
る。
が得られるので、これを閾値Th1と比較して、その大き
な部分が信頼性のとぼしい部分と判断される。これによ
り第16図(C)に示す如きパルス出力を得て、その立上
りのt2をt lower、立下りのt3をt higherとしてこのt2
〜t3を有用な区間と判断してこの区間内の血液散乱パワ
の平均値を求めるものである。このようなことをスクロ
ール図面にもとづき順次行うことになる。
スペクトル累積部5より得られた血液散乱パワ信号P
(t)を分散算出回路18にも伝達し、分散算出回路18に
おいて前記のスライデングウインドウにもとづき分散算
出を行い、この分散算出出力を比較器19に送出して、第
16図(B)に示す閾値Th1と比較して有用範囲最低時刻
(t lower)t2と有用範囲最高時刻(t higher)t3を出
力する。これらの各時刻はそれぞれ有用範囲最低時刻保
持部20、有用範囲最高時刻保持部21に保持され、別に血
液散乱パワP(t)が入力されている区間平均回路19′
に伝達される。
に構成されており、かくして有用な時刻範囲のみの平均
血液散乱パワPavrが自動的に得られるものとなる。
ィスプレイ上で輝度あるいは色相画像として表示する側
について説明したが、勿論3次元プロット等で表示する
こともできる。
なく、ドップラスペクトル上の血液の成分を極力保存し
た状態で、例えば心臓の壁、弁などの反射成分のみを除
去したうえで血液散乱パワが算出できる。このため、本
発明では、小型の装置で正確な血液散乱パワを算出で
き、さらには生体組織の特徴付けを正確に行うことが可
能となり、確実な診断に寄与するところが大きい。
平均値自体のブレの大きいところを除いて血液散乱パワ
の平均値を、正確に、しかも自動的に求めることができ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】超音波反射信号を直交検波し、サンプル・
ホールドし、これにもとづき血液散乱パワを得る超音波
診断装置において、 ドップラスペクトルを各時刻において出力するドップラ
スペクトル算出手段(4)と、 各時刻のドップラスペクトルの不要の周波数範囲を定め
る不要周波数範囲設定手段(6)と、 前記ドップラスペクトル算出手段(4)の出力したドッ
プラスペクトルが入力され、各時刻において上記不要周
波数範囲設定手段(6)により指示された周波数範囲を
除いたドップラスペクトルの各周波数成分の和を累積演
算するドップラスペクトル累積手段(5)を具備したこ
とを特徴とする血液散乱パワ用算出装置。 - 【請求項2】上記不要周波数範囲設定手段(6)を、ド
ップラスペクトル画像上で不要周波数範囲を設定するポ
インテングデバイスで構成したことを特徴とする請求項
1記載の血液散乱パワ用算出装置。 - 【請求項3】上記不要周波数範囲設定手段(6)として
ドップラスペクトルの値が予め定めた範囲を越えた周波
数ポイントを検出する検出手段を具備することを特徴と
する請求項1記載の血液散乱パワ用算出装置。 - 【請求項4】上記不要周波数範囲設定手段(6)とし
て、ドップラスペクトルの値が予め定めた範囲を越えた
周波数ポイントの最大周波数ポイントを保持する最大周
波数保持手段と、同じく最低周波数ポイントを保持する
最低周波数保持手段を具備することを特徴とする請求項
1記載の血液散乱パワ用算出装置。 - 【請求項5】ドップラスペクトルの値が予め定めた範囲
を越えた周波数ポイントを検出した上で、予め定めた周
波数ポイント数だけ付与する周波数付加手段を具備する
ことを特徴とする請求項1記載の血液散乱パワ用算出装
置。 - 【請求項6】血液散乱パワを切り出し分散算出を出力す
る分散算出手段(18)と、この分散算出が予め設定した
バラツキ以下となる時刻を検出する有用時刻範囲設定手
段(19)と、 各時刻の散乱パワを累積加算有用な時刻範囲において平
均する区間平均手段(17′)を具備することを特徴とす
る血液散乱パワ用算出装置。
Priority Applications (4)
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