JPH11125549A

JPH11125549A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH11125549A
Application number: JP9289309A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzaki; 寛則須崎
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】血管内の血流や心臓壁のような組織の動きを
表現する画像を、組織状態を空間的な位置に表現する基
本画像に対して、動きが前記空間的な位置に正確に対応
するものにして形成することができる超音波診断装置を
提供する。【解決手段】被検体内の測定対象から反射されるエコ
ー信号のうち、運動物体により散乱されて形成されるス
ペックルパターンの信号部分を強調するスペックル強調
手段２２と、前記エコー信号に基づいて被検体内の状態
を二次元的に表示すると共に、前記スペックルパターン
を表示する表示手段１とを備える構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の微小球を含
む血流等の流れのような被検体内の測定対象の運動を超
音波を用いて診断する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉通路を微小球体を含んで流れる流
体、例えば、血管中を流れる血液の超音波を用いた観測
は、主に以下のようにして行われていた。血流を測定し
ようとする人体の特定の部位に向けて超音波を照射し、
照射部位の組織に応じた強さに反射される超音波のエコ
ー信号を受信し、このエコー信号に対する各種の信号処
理を施すことによって、血管を含む人体の各部位との対
応付けが可能に色彩表現される画像や、血液の流速や方
向に対応して色彩表現される画像を得る。そして、これ
らの画像により、血管中の特定部位における血液の流速
や方向を判別することが行われていた。ここで、前記血
液の流速等を判別するための画像を形成する処理の具体
例について、その概略を以下に説明する。

【０００３】超音波が照射された各部位に対する前記エ
コー信号の強さの二次元的即ち空間的な分布が求めら
れ、一般にＢモード画像と呼ばれるエコー信号の強さの
空間分布に応じて変化する白黒の濃淡からなる基本色画
像が形成される。このＢモード画像における白黒の濃淡
は、エコー信号の強さが超音波の照射された部位の組織
状態を反映して得られることから、血管中の各部位の位
置関係を視覚的に把握することが可能なものに形成され
ることになる。

【０００４】また、観測されるエコー信号の周波数につ
いて、照射された超音波の周波数に対する変移であるド
ップラーシフトが求められる。そして、求められた血液
中の各部位のドップラーシフトに基づいて、血管中の各
部位の血液の流速と方向とが求められ、一般にカラーフ
ロー画像と呼ばれる血管中の各部位の血液の流速や方向
に応じて変化する色彩や濃淡からなる画像が形成され
る。そして、前記Ｂモード画像とカラーフロー画像を重
畳して表示することにより、血管中の各部位の血液の流
速と方向とを視覚的に確認することが可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記カラー
フロー画像により表現される血液の流速等は、上記で説
明したように、前記エコー信号のドップラーシフトに基
づいて求められるものである。そのため、血液の流れる
方向と照射される超音波の伝搬方向とが直角をなす場合
には、前記ドップラーシフトを得ることができないの
で、血液の流速等を求めることができない。また、前記
Ｂモード画像がエコー信号の強さの空間分布のみによっ
て形成され得るのに対して、カラーフロー画像は、観測
されたエコー信号より前記ドップラーシフトを求める演
算処理と、該ドップラーシフトより流速と流れの方向を
求める演算処理とが行われた後に形成されるものであ
る。そのため、Ｂモード画像用のエコー信号とカラーフ
ロー画像用のエコー信号は別個のものになり、時間をず
らして受送信する。通常一回のＢモード用の送信、次に
通常複数回例えば８回の送信を連続して行うカラーフロ
ー用の送信というように繰り返す。Ｂモード用の送信と
カラーフロー用の送信の回数が異なるということは、Ｂ
モード画像とカラーフロー画像との間に時間的なズレを
発生させる。人体は常に運動しているため、時間のズレ
により人体構造の位置が微妙に変化する。また、特にカ
ラーフロー用の送信は、前のＢモード送信のエコーの影
響を受けないように異なる方向に送信する。これによっ
て、時間のズレに加えて位置のズレも発生して加算され
る。従って、前記Ｂモード画像とカラーフロー画像を重
畳して表示される画像において、血液の流速等と血管中
の各部位とが時間と位置に関して正確に対応していると
限らず、血管中の各部位における血液の流速等に関する
正確な情報を得ることができない。

【０００６】また、前記Ｂモード画像はエコー信号が受
信されると比較的に速やかに形成されるので、血液の流
速等の情報を表す画像についても、できるだけ速やかに
形成されるのが、血液の流れを観測する観点から望まし
い。

【０００７】そこで、本発明は、血液等の流体の流速等
に関する組織情報を表現する画像を、形状に関する空間
的な位置を表現する基本色画像に対して、動きに関する
空間的な位置が正確に対応するものに形成することがで
き、かつ、速やかに形成することのできる超音波診断装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明にかかる請求項１記載の発明は、所定の密閉
通路内を流れ多数の小球を含んでなる流体と前記密閉通
路とからなる測定対象に超音波を放射する超音波放射手
段と、前記測定対象から反射された超音波の反射信号を
受信する受信手段と、前記測定対象の時間とともに変化
する状態を前記超音波の反射信号に基づく色分布として
表した色画像を表示する画像表示手段とを備える超音波
診断装置であって、前記反射信号のうち前記小球により
散乱されて形成されるスペックルパターンの信号部分を
強調するスペックル強調手段を備え、前記画像表示手段
は、前記反射信号の強さをそのまま色分布として表した
基本色画像と、前記スペックル強調手段により強調され
たスペックルパターンをそのまま色分布として表したス
ペックル画像とを重畳させて表示できるように構成され
る超音波診断装置である。

【０００９】前記受信手段により受信される超音波の反
射信号はエコー信号と一般に呼ばれるが、このエコー信
号には、流体中に存在する小球により散乱される超音波
の干渉模様として形成されるスペックルパターンが含ま
れる。従来においては、エコー信号に対する演算処理に
より流体の各種の物理量を視覚的に把握できるように流
体の流速等を表す色画像を形成する場合に、このスペッ
クルパターンは、画像により本来表現したい情報に対す
るノイズ成分として除去するように処理されていた。

【００１０】ところが、このスッペクルパターンを形成
する前記小球は流体中に介在して流体とともに移動する
ので、スペックルパターンの動きを鮮明に表示できる
と、時間とともに変化する流体の流れの状況を視覚的に
把握することができ、流体に関する流速等の情報の把握
に寄与しうることが判った。一方、流体の流速等を表す
画像を形成するにあたり、照射した超音波の周波数に対
する前記エコー信号の周波数の変移であるドップラーシ
フトを求め、該ドップラーシフトに基づく自己相関演算
等により求められた流速値や流れの方向に応じて、色彩
やその濃淡を変化させた画像を形成することが従来より
行われている。

【００１１】しかし、ドップラーシフトの観測に基づい
て流速等を表す画像を形成しようとすると、流体の流れ
の方向と超音波が照射される方向とが直角をなす場合に
は、前記エコー信号中にドップラーシフトを生成させる
ことができず、流速等の情報を欠落する部分を生じると
いう制約がある。また、前記ドップラーシフトから流速
等を求めるためのエコー信号に対する演算処理は、複数
回の送受信を要する。そのため、流速等を表す画像の形
成を事象に応じてリアルタイムに実行することができな
い。また、プローブが相対的に移動する手振れ等による
カラーフラッシュが発生する。更に、ドップラーシフト
に基づいて形成された画像における流速の表現によって
は、測定対象の位置と流速との関係を正確に把握するこ
とができない。これは、以下の理由による。

【００１２】エコー信号の強度がそのまま色分布として
表わされる前記基本色画像は、一般にＢモード画像と呼
ばれ、該画像により測定対象の空間的な位置関係を把握
できるので、流速等の位置関係を視覚的に把握できるよ
うに、流速等を表す画像をＢモード画像に重畳して表示
することが従来より行われる。そして、流速等を表す画
像を形成するためのエコー信号と、Ｂモード画像を形成
するためのエコー信号とを時間的、空間的に一致させる
ことができないので、前記Ｂモード画像と流速等を表す
画像とを重畳して表示される画像において、Ｂモード画
像より特定される位置と、流速等を表す画像における位
置とが正確に対応していると限らず、測定対象における
各位置の流れに関する情報を正確に得ることができな
い。

【００１３】一方、前記のスペックルパターンは、前記
Ｂモード画像の形成に用いられるエコー信号にそのまま
含まれるので、Ｂモード画像により表される測定対象の
位置関係にそのまま正確に対応するのであり、また、ド
ップラーシフトに基づいて流速等を表す画像を形成する
がごとき複数の送受信データを基に演算を行うための計
測時間を要するということがなく、その画像を速やかに
形成することができる。従って、Ｂモード画像に含まれ
るスペックルパターンを強調して表示することにより、
時間とともに変化する流れの情報を、空間的に正確な位
置関係により、また、実時間で得ることができる。

【００１４】また、エコー信号のドップラーシフトに基
づく自己相関演算等により流速等を求めて画像を形成す
る場合には、計測された個々のエコー信号のパルスの間
での演算が必要となることがあり、かかる場合には、エ
コー信号の各パルス単位の観測が必要となる乱流の発生
状況等を表現する画像を生成することができない。しか
し、スペックルパターンに基づき画像を形成する場合に
は、前記自己相関等の演算処理が不要であり、計測され
た個々のエコー信号の各パルス単位に流れの状況を表す
画像を生成することが可能であるので、乱流の発生状況
のごとき短時間内の観測と信号処理とが要求される流れ
の現象をも表現することが可能である。さらに、ドップ
ラーシフトに基づいて流速を計測する場合等と異なり、
測定対象に送信する超音波の波数を多くしなくとも、有
為なエコー信号を得ることができ、計測における空間分
解能を高めることができる。これにより、スペックルパ
ターンを表示する画像についても、空間分解能の高いも
のを形成することができる。

【００１５】請求項２記載の発明は、前記画像表示手段
による基本色画像に対するスペックル画像の重畳が、ス
ペックル画像のうちのー部のみを選択して重畳するよう
に構成される請求項１記載の超音波診断装置である。こ
れにより、空間的に広がりを持って運動している流体の
うち、特に観察する必要のある部位のみを抽出して表示
することができる。

【００１６】請求項３記載の発明は、前記スペックル強
調手段は、前記スペックルパターンの信号部分に所定の
利得を付与するように構成される請求項１又は請求項２
記載の超音波診断装置である。これにより、前記受信手
段を前記基本色画像の形成に適するように設定しつつ、
スペックル画像を形成することができる。また、受信手
段の煩雑な調整を要せずして、基本色画像とスペックル
画像とを得ることができる。

【００１７】請求項４記載の発明は、記密閉通路が血管
であり、前記流体が血液であり、前記小球が赤血球であ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のいずれ
かの超音波診断装置である。これにより、血管の各部位
における血液の流れに関する情報を、ドップラーシフト
の観測等に基づいて血液の流れに関する情報を得ていた
従来の診断装置に比べると、極めて正確かつ迅速に把握
することができる。従って、血管の各部位における血液
の流れに関する正確な情報に基づくことが不可欠とさ
れ、従来の診断装置によっては限界があるとされた癌の
予知の診断等にも貢献することができる。

【００１８】請求項５記載の発明は、被検体内に音波信
号を送信する送信手段と、被検体内の測定対象から反射
されたエコー信号を受信する受信手段と、前記測定対象
の時間とともに変化する状態を前記エコー信号に基づい
て表示する表示手段とを具備する超音波診断装置であっ
て、前記反射信号のうち運動物体により散乱されて形成
されるスペックルパターンの信号部分を強調するスペッ
クル強調手段とを備え、前記表示手段は、前記エコー信
号に基づいて被検体内の状態を二次元的に表示すると共
に、前記スペックルパターンを表示することを特徴とす
る超音波診断装置である。請求項６記載の発明は、前記
スペックル強調手段が、血管内の赤血球より散乱されて
形成されるスペックルパターンの信号部分を強調するこ
とを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置であり、
請求項７記載の発明は、前記スペックル強調手段が、心
臓壁等の組織により散乱されて形成されるスペックルパ
ターンの信号部分を強調することを特徴とする請求項５
記載の超音波診断装置である。

【００１９】請求項８記載の発明は、被検体内に音波信
号を送信する送信手段と、被検体内の測定対象から反射
されたエコー信号を受信する受信手段と、前記測定対象
の時間とともに変化する状態を前記エコー信号に基づい
て表示する表示手段とを具備する超音波診断装置であっ
て、前記反射信号のうち運動物体により散乱されて形成
されるスペックルパターンの信号部分を強調するスペッ
クル強調手段と、前記エコー信号に基づいて被検体内の
状態を二次元的に表示する画像と、前記スペックルパタ
ーンに基づくスペックル画像とに半透明処理を施して合
成画像とする半透明化処理手段とを備え、前記表示手段
は、前記半透明化処理手段が施された前記合成画像を表
示することを特徴とする。ここで、被検体内の状態を二
次元的に表示する前記画像としては、Ｂモード画像のみ
ならず、カラーフロー画像、スペクトルドプラ画像又は
これらの組み合わせ画像がある。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１乃至図３に基づいて説明する。図１は、流体の例とし
ての血液の流れである血流を超音波により計測し、その
計測結果に基づいて色画像を形成して、血流を視覚的に
把握できるようにした超音波診断装置について、その信
号処理系のブロック構成を示している。本発明にかかる
超音波診断装置は、画像表示部１と画像生成部２と超音
波送受信部３とを備えて構成される。

【００２１】超音波送受信部３は、被検体内の測定対象
である血管５に対して超音波を送信し、被検体内の測定
対象である血管５中の血管壁や血液によって反射された
超音波の信号であるエコー信号を受信するための送信手
段や受信手段を構成する。このエコー信号には、移動す
る血液等により反射されることによって、その周波数が
送信された超音波の周波数に対してドップラーシフトを
生じている成分が含まれており、また、エコー信号のう
ち赤血球により形成される超音波の干渉模様であるスペ
ックルパターンも含まれている。なお、測定の対象であ
る血管５は、その径が、μ単位〜数ｃｍである。また、
血流中においてエコー信号にスペックルパターンを形成
させる赤血球は、粒径が５〜１０μｍ程度であり、血流
とともに数ｍｍ／ｓ〜数ｍ／ｓの速度で移動している。

【００２２】送受信器１１はー方向に列設される多数の
振動子を備えており、この振動子により血管５に対して
超音波が送信され、また、血管５からのエコー信号が受
信される。ここに示す例においては、送受信器１１は、
振動子が曲線状に配列されて構成される、一般にカーブ
ドアレイと称されるものを用いている。このカーブドア
レイ式の送受信器を用いると、送受信器の大きさに対し
て広範囲に測定を行えるという利点がある。

【００２３】送受信器１１より超音波を送信する場合に
あっては、発振器１２より送出される所定の発振周波数
ｆ₀からなる基本信号が、ディレイユニット１３により
各振動子毎に時間的に遅延して伝送され、各振動子毎に
順次に異なる位相で入力されることになる。このディレ
イユニット１３による各振動子に対する時間的な遅延の
与え方により、各振動子より送信される超音波間の干渉
が強く形成される方向、即ち、測定対象４に対する超音
波の送信伝送線が決まる。パルサー１５は、ディレイユ
ニット１３より出力された信号を、所定の波数からなる
パルスとして切り出し、送受信器１１の各振動子へと伝
送する。

【００２４】送受信器１１により超音波を受信する場合
にあっては、送受信器１１の各振動子毎に受信されたエ
コー信号は、各振動子毎にプリアンプ１４により増幅さ
れ、ディレイユニット１３へと入力される。そして、デ
ィレイユニット１３により各振動子の信号毎に時間的な
遅延が与えられ、各振動子の信号毎に順次に異なる位相
で加算器１６へと出力され、かかる遅延を受けた各振動
子の信号が加算器１６で加え合わされて合成されること
によりエコー信号からなる受信信号が形成される。この
ディレイユニット１３による各振動子に対する時間的な
遅延の与え方により、送受信器１１により受信される超
音波の径路、即ち、受信されるエコー信号が血管５より
伝送される径路である受信伝送線が決まる。

【００２５】画像表示部１は、周知のＣＲＴ（Ｃａｔｈ
ｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）により構成され、測定対象
を時間とともに変化する状態をエコー信号に基づいて表
示する表示手段を構成している。そして、画像生成部２
より出力される色画像データーに基づいてＣＲＴの走査
線の動きが制御され、前記エコー信号に基づいて被検体
内の状態を二次元的に表示する。具体的には、以下に説
明する各種の画像が表示されるようになっている。画像
表示部１には、以下に順番に定義されるような、Ｂモー
ド画像３１と、Ｍモードドプラー画像３２と、スペクト
ルドプラー画像３３と、カラーフロー画像３４と、血流
をスペックルを用いて表示するスペックルフロー画像３
５とが表示されるようになっている。

【００２６】Ｂモード画像３１は、前記受信信号の強度
が白黒の濃淡からなる色画像として形成されるものであ
り、血管５からのエコー信号の強度の空間的な分布を表
現するものである。血管５の各部位より生ずるエコー信
号の強度はそれら各部位の物質密度により決まるので、
Ｂモード画像３１中の白黒の濃淡により表現されている
各部位と、血管５中の各部位との対応関係を明白に求め
ることができる。

【００２７】Ｍモードドプラー画像３２は、血管５中の
前記受信伝送線上における特定の部位についてのエコー
信号の強度が時間的に変化する状況を表示している。こ
のエコー信号を観測する血管５中の特定の部位の設定
は、受信されたエコー信号のうち、血管５中の特定の部
位より生じたエコー信号のみを信号処理することにより
行われる。この血管５中の特定の部位より生じたエコー
信号の選別は、エコー信号を受信するまでに超音波が送
信されてから経過した時間を求めることにより、該時間
と血管５中のエコー信号を生じた部位までの距離との対
応に基づき選別することができる。

【００２８】スペクトルドプラー画像３３は、血管５中
の特定の部位より生じたエコー信号のドプラーシフトの
シフト周波数のスペクトル分布を表す画像が表示され
る。ここで、シフト周波数のスペクトル分布の観測が行
われる血管５中の特定の部位の設定は、観測したい部位
に対応する前記受信伝送線上の位置にゲートを設けるこ
とに相当する操作を、受信されたエコー信号に施すこと
により行われる。そのため、このスペクトルドプラー画
像３３にあっては、血管５中の着目している特定の部位
のドップラーシフトのシフト周波数のスペクトル分布を
極めて高い精度で表示することができる。

【００２９】カラーフロー画像３４は、血管５中の各部
位の血流の流速値と方向とを表す色画像が表示されてい
る。そして、流速値や方向を表現するにあたって、送受
信器１１に近づく方向の流れが例えば赤色で表現され、
送受信器１１より遠ざかる方向の流れが例えば青色で表
示される。また、これらの色彩の濃淡により流速の大小
が表現される。

【００３０】スペックルフロー画像３５は、時間ととも
に移動するスペックルパターンの空間的な分布が表示さ
れている。ここに表示されるスペックルパターンは、血
管５中に分布しつつ血流とともに移動する赤血球により
反射されたエコー信号の干渉模様として形成されるもの
である。従って、該スペックルパターンを動的に表示す
ることにより、血管５中の各部位における血流の状態を
視覚的に把握することができる。

【００３１】このスペックルフロー画像３５は、加算器
１６に得られる受信信号に基づいて、その信号の強度を
白黒の色彩からなる濃淡により表す処理のみによって形
成される。そのため、スペックルフロー画像３５は、カ
ラーフロー画像３４を形成する場合のようにエコー信号
のドップラーシフトに基づく自己相関等の演算処理を行
う必要がなく、受信信号の強度から速やかに血流の流速
を表現する画像を形成することができる。また、スペッ
クルフロー画像３５によると、乱流の発生状況等を表示
することも可能である。

【００３２】ここで、画像表示部１に表示させ得る上記
の各画像のうち、Ｂモード画像３１と、流速等を表現す
るスペックルフロー画像３５やカラーフロー画像３４を
重畳して表示することにより、Ｂモード画像３１に表現
されている血管５中の各部位とスペックルフロー画像３
５等に表現されている血液の流速等の分布とを対応付け
ることができるので、血管５中の各部位における流速や
方向等を把握することができる。ここで、上記の複数の
種類の画像のうち、いずれの画像を重畳して表示するか
は、操作部４の操作により、重畳して表示する画像の種
類を選択できるようになっている。

【００３３】画像生成部２は、超音波送受信部３に形成
された受信信号に基づいて、前記画像表示部１に表示さ
れる各画像の形成に必要な色画像データーの生成を行
う。画像生成部２は、Ｂ画像検波部２１と、スペックル
強調回路２２と、カラーフロー部２３と、スペクトルド
プラー部２６とを備えて構成される。Ｂ画像検波部２１
は、Ｂモード画像３１を形成するために必要な受信信号
の強度を加算器１６より検出する。スペックル強調回路
２２は、加算器１６に形成される受信信号のうち、スペ
ックルパターンの部分のみを選択的に強調することを行
うスペックル強調手段を構成している。エコー信号全体
の強度に対してスペックルパターンに相当する部分の強
度は小さいので、スペックルパターンの部分を選択的に
強調することにより、スペックルフロー画像３５におけ
るスペックルパターンの表示を視覚的に鮮明にすること
ができる。

【００３４】図２は、このスペックル強調回路２２の内
部の構成のー例を示している。図２に示されるスペック
ル強調回路２２にあっては、加算器１６に形成された受
信信号が出力される二つのディジタルフィルタ４１、４
２と、ディジタルフィルタ４１、４２の出力が加算され
る加算器４３と、階調補正部４４とを備えて構成されて
いる。ディジタルフィルタ４１、４２は、加算器１６に
形成される受信信号のうち、スペックルフロー画像３５
として表示しようとするスペックルパターンの部分の選
別を行う。即ち、血管５より反射されたエコー信号のう
ち、スペックルパターンに相当する部分の抽出を行うの
である。この例におけるディジタルフィルタ４１、４２
にあっては、さらに、スペックルパターンを構成する個
々の模様の粒径による選別が行われるように構成されて
おり、ディジタルフィルタ４１により大粒径からなる部
分が選別され、ディジタルフィルタ４２により小粒径か
らなる部分が選別される。

【００３５】ディジタルフィルタ４１、４２によるスペ
ックルパターンの粒径の選別は、プロセッサ４５による
演算結果に基づいてディジタルフィルタ４１、４２を制
御することによって行われるようになっている。ディジ
タルフィルタ４１、４２は、プロセッサ４５により、そ
れぞれ中心周波数や信号帯域幅が制御される。プロセッ
サ４５は、例えば、スペックルパターンの強度が変化す
る空間的な周期の長さに基づいて選別する演算を行う。
この空間的な周期の長さは、スペックルの粒径により異
なっている。プロセッサ４５による演算結果に基づいて
ディジタルフィルタ４１、４２を制御する。また、ディ
ジタルフィルタ４１、４２において、該フィルタに選別
されたスペックルパターンに相当する信号の部分に所定
の利得を付与することが行われ、これにより、スペック
ルフロー画像３５として表示しようとするスペックルパ
ターンの部分を強調することができる。この選別された
スペックルパターンの信号に利得を付与するために必要
な演算についても、プロセッサ４５により行われるよう
になっている。

【００３６】そして、ディジタルフィルタ４１、４２に
より選別されたスペックルパターンに相当する信号の部
分は、加算器４３により加え合わされ、スペックルフロ
ー画面３５を生成するための画像データとして合成され
る。階調補正部４４は、加算器４３に得られた画像デー
タについて、これに基づき生成されるスペックルフロー
画像３５の視認性を高めるように、白黒の濃淡に対応す
る階調の補正を行う。なお、かかる画像データーの階調
を補正するために必要な演算についても、プロセッサ４
５により行われる。なお、階調補正部４４による階調の
補正は、画像を強調するために行うものである。これの
代わりに、公知のヒストグラム平坦化の技術を使って
も、画像を強調することができる。

【００３７】なお、ここに示される例においては、ディ
ジタルフィルタを４１、４２のように二つ備える構成と
しているが、スペックルフロー画像３５におけるスペッ
クルパターンの表示を鮮明にすることができればよく、
他の方法、構成を使うこともできる。従って、大粒径か
らなる部分のみを表示することにより、スペックルパタ
ーンを鮮明に表示できるのであれば、ディジタルフィル
タを一つ備える構成とするのであってもよい。また、ス
ペックルパターンの表示の鮮明さに応じて三つ以上備え
る構成とするのであっても構わない。

【００３８】判定回路７１は、スペックルフロー画像３
５について、血管５中の特定の部位の血流を表すスペッ
クルパターンを選択的に表示したい場合に、該特定の部
位を選択するための判定を行う。図３は、Ｂモード画像
３１とスペックルフロー画像３５の生成にかかるエコー
信号の強度が時間とともに変化する状況を示している。
血流の状況を反映するエコー信号の強度には、図３に示
されるように組織領域と血流領域との間には遷移域７２
が存在する。画像を組織領域と血流領域に分離する方法
のうち、最も単純で高速処理ができるのは２値化であ
る。単純に、画像の組織領域は１、血流領域は０に分解
する方式である。一枚の大きな画像を、小さなセグメン
トに分割し、その各々について判別分析法を実行する。
セグメントが大きくなると、骨等がセグメントの中に入
り込み、２値化では血流領域のみを分離できなくなるた
め、この場合には多値化処理になる。例えば、血流、血
管壁、組織、骨などをそれぞれ分離する。前記判別分析
法にはモード法や最小二乗基準に基づく自動しきい値選
択法が使える。モード法は、画像のヒストグラフを求め
るとき、白い画素に対応するクラスタと黒い画素に対応
するクラスタの山が二つ現れ、二つのクラスタを分割す
るしきい値として双峰形のヒストグラフ分布の谷にあた
る濃度Ｔを設定するものである。最小二乗基準に基づく
自動しきい値選択法は、濃度ヒストグラフをあるしきい
値ｋによって二つのクラスに分割するとき、各クラスタ
間の分散が最大となるｋ′を見つけ、これを２値化のし
きい値とするものである。また、この判定回路７１にお
いては、２値化以外に、ファジーや、ニューラルネット
ワーク、遺伝的アルゴリズム等に基づく判定アルゴリズ
ムにより、エコー信号の強度についての判定を行い、血
流を表したい特定の部位を選択するようにすることもで
きる。なお、判定回路７１の動作を介してスペックルフ
ロー画像３５を生成するか否かは、操作部４の設定に基
づいて決めるようになっている。

【００３９】図１に示されるカラーフロー部２３、スペ
クトルドプラー部２６は、血管５より生じたエコー信号
のドップラーシフトに基づいて、カラーフロー画像３４
やスペクトルドプラー画像３３を形成するための画像デ
ータの生成を行う。これらの画像データを生成するにあ
たっては、エコー信号に含まれるドップラーシフトのシ
フト周波数を検出することが必要である。図１に示され
る画像生成部２にあっては、ドップラーシフトのシフト
周波数を含む信号を、加算器１６に形成される受信信号
と発振器１２より出力される基本信号とから、位相シフ
タ１７と乗算器１８、１９と低域通過フィルタ２４、２
５とによって、以下の信号処理を介して得るようになっ
ている。

【００４０】加算器１６に形成された受信信号と、発振
器１２より出力される基本信号との積が乗算器１８に形
成される。また、加算器１６に形成された受信信号と、
基本信号についてその位相が位相シフタ１７により９０
°移相された信号との積が乗算器１９に形成される。こ
の位相シフタ１７は、位相情報を得るための直交検波の
ために、同相、直交成分に分離し、実数成分と虚数成分
の複素数とするためのものである。この乗算器１８、１
９に形成される信号には、基本信号の周波数ｆ₀とエコ
ー信号の周波数ｆ₁との和からなる成分と、周波数ｆ₀
とエコー信号の周波数ｆ₁との差からなる成分とが含ま
れる。そして、低域通過フィルタ２４、２５により、前
記乗算器１８、１９に形成される信号のうち、基本信号
の周波数ｆ₀とエコー信号の周波数ｆ₁との差からなる
成分のみが選別される。そして、低域通過フィルタ２
４、２５からエコー信号のドップラーシフトのシフト周
波数を含む信号がカラーフロー部２３とスペクトルドプ
ラ部２６へと出力されることになる。

【００４１】カラーフロー部２３は、前記低域通過フィ
ルタ２４、２５より入力されるドップラーシフトのシフ
ト周波数の信号に基づいて、カラーフロー画像３４の生
成に必要な血管５中の各部位の血流の流速値やその方向
を求める。このカラーフローは二次元的に血流などの動
きを検出するが、ＦＦＴでは１点又は数点の情報しか計
算できないため、自己相関関数の計算によってリアルタ
イムでビーム方向に決められた各点の平均速度、分散、
パワーを計算する。そのため、カラーフロー部２３は、
低域通過フィルタ２４、２５より出力されるアナログ信
号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器５
１、５２と、移動する血流に相当する部分のみを入力さ
れた信号より選別するためのＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴ
ａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ５３、５４
と、カラーフロー処理演算部５５とを備えて構成され
る。

【００４２】このカラーフロー部２３は特に図示してい
ない記憶装置を備えており、Ａ／Ｄ変換器５１、５２に
よりディジタル信号とされた入力信号は、送受信器１１
による超音波の一つのパルスの送信に対応して記憶装置
に記憶されるようになっている。そして、最も簡単な構
成のＭＴＩフィルタ５３、５４は、一つのパルス送信に
より得られる入力信号を、その次の一つのパルス送信に
より得られる入力信号より差し引く操作を行う。かかる
ＭＴＩフィルタ５３、５４の操作により、最も新しく入
力される入力信号において、移動する血流に相当する部
分のみを選別することができ、血管５中の比較的に運動
の少ない血管壁等の部位からのエコー信号に相当する部
分を除去することができる。上記のＭＴＩフィルタ５
３、５４により選別された信号についても、超音波の一
つのパルスの送信に対応して、前記記憶装置に記憶され
るようになっている。

【００４３】そして、ＭＴＩフィルタ５３、５４により
選別されたドップラーシフトのシフト量を含む信号に対
して、カラーフロー演算処理部５５によって自己相関や
時間領域相関等の演算処理が行われる。かかる演算によ
り、信号の強度を表すパワーと、血流の具体的な流速値
と、ドップラーシフトの周波数のばらつきを表す分散と
が求められる。これらの演算は、ＭＴＩフィルタ５３、
５４より出力される信号について、複数回の超音波のパ
ルスの送信にわたって記憶されたものを対象として行わ
れ、超音波のパルスの送信毎に得られるエコー信号間で
の自己相関等が演算されることになる。

【００４４】スペクトルドプラ部２６は、スペクトルド
プラ画像３３を形成するために必要な血流中の観測した
い部位より生じたエコー信号の部分に相当する信号の選
別を行い、また、かかる選別された信号の部分のドプラ
シフトの周波数解析を行う。このスペクトルドプラは、
一点のスペクトル情報をＦＦＴを用いて検出するもので
あるため、スペクトルドプラ部２６は、サンプルホール
ド（Ｓ／Ｈ）部６１、６２と帯域通過フィルタ６３、６
４と、周波数解析部（ＦＦＴ）６７とを備えて構成され
ている。

【００４５】サンプルホールド部６１、６２は、受信さ
れたエコー信号に対して血管５中の観測したい部位より
生じたエコー信号の部分に対する所謂ゲートとして作用
する。受信されたエコー信号に対するゲートの具体的な
設け方としては、ここでは、時間を設定することにより
行うこととしている。即ち、送受信器１１より超音波パ
ルスを送信してからエコー信号を受信するまでの時間
は、エコー信号を生じた血管５中の部位と送受信器１１
との間の前記受信伝送線に沿う距離によって決まる。従
って、サンプルホールド部６１、６２に設定する時間を
血管５中の観測したい部位に対応させることにより、該
観測したい部位から生じたエコー信号のみをサンプルホ
ールド部６１、６２を通過させるようにすることができ
る。

【００４６】帯域通過フィルタ６３、６４は、前記サン
プルホールド部６１、６２を通過した信号のうち、血流
を反映する信号に相当する部分のみを選別する。前記サ
ンプルホールド部６１、６２を通過した信号には、血流
を反映する信号の他、血管壁等の比較的に運動の少ない
部位を反映する信号が強い強度で含まれている。ここ
で、目的とする血流を反映する信号は、血管壁等を反映
する信号に比べてドップラーシフトのシフト量は相当に
高い。従って、帯域通過フィルタ６３、６４を高帯域に
設定することによって、血流を反映する信号に相当する
部分のみを選別することができる。

【００４７】帯域通過フィルタ６３、６４より出力され
た信号は、ディジタル処理が可能なように、Ａ／Ｄ変換
器６５、６６によりディジタル信号に変換される。そし
て、Ａ／Ｄ変換器６５、６６よりディジタル信号として
出力された信号は、周波数解析部６７へ入力される。周
波数解析部６７は、ここに入力される信号のドップラー
シフトのシフト周波数のスペクトル分布を求める演算を
行う。周波数解析部６７は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）
ユニットを備えて構成されており、該ＦＦＴユニットに
よるフーリエ変換に基づく演算により、入力された信号
のシフト周波数のスペクトル分布が求められる。

【００４８】また、スペクトルドプラー部２６は、オー
ディオ処理部６８を備えている。オーディオ処理部６８
は、前記帯域通過フィルタ６３、６４より出力された血
流を反映する信号を、スピーカ６９に出力できるように
音響信号に変換する処理を行う。オーディオ処理部６８
には、左右に各一つ設けられる二つのスピーカー６９が
接続されており、血流の状況を音として把握できるよう
になっている。なお、ここでは、音による血流の状況の
表現について、送受信器１１に近づく流れを左のスピー
カに出力させ、遠ざかる流れを右のスピーカに出力させ
るようにしており、また、血流の流速を音量により表現
している。なお、二つのスピーカによる出力の仕方は自
由に切換可能な構成にすることができる。

【００４９】ディジタルスキャンコンバータ２８は、上
記で説明した画像生成部２の各部に得られた血管５のエ
コー信号に基づく各計測データを、該計測データに基づ
いて生成される各画像を画像表示部１に表示できるよう
な画像データーに変換する処理を行う。また、前記エコ
ー信号に基づく前記計測データのうち、後に説明する操
作部４により画像表示部１に表示させるべく選択された
種類の画像に対応する計測データのみを残存させる処理
も行う。さらに、画像表示部１に重畳して表示する画像
として操作部４により選択された各画像に対応する計測
データを画像データーとして合成する処理も行う。

【００５０】ここで、エコー信号に基づいて生成される
各画像を画像表示部１に表示できるような画像データー
に変換する処理は、送受信器１１に受信されるエコー信
号が血管５より伝送される受信伝送線の方向と、画像表
示部１を構成するＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴ
ｕｂｅ）に画像を表示させる際の走査線の方向とを整合
させるため、エコー信号に基づく計測データーを走査線
の方向と一致する方向に順次に読み出し得るデーター配
列に変換することを一つの処理の内容としている。ま
た、ＣＲＴの走査線と一致する方向に沿った計測データ
ーが不足する場合には、得られた計測データより補間的
なデーターの生成を行い、視覚的な滑らかさを損なわな
い画像を画像表示部１に表示できるようにしている。

【００５１】カラープロセッサ２９は、ディジタルスキ
ャンコンバータ２８に形成された画像データを、その流
速値や方向等に応じて異なる色彩や濃淡によって表現し
た色画像データに変換する部分である。そして、カラー
プロセッサ２９に形成された前記色画像データーは、画
像表示部１を構成するＣＲＴを制御し、画像としてＣＲ
Ｔ上に再生させ得るように、Ｄ／Ａ変換器３０によりア
ナログ信号に変換された上で、画像表示部１へと出力さ
れる。

【００５２】操作部４は、上記各構成部材を動作させる
ための各条件の設定を行う部分である。具体的には、以
下の条件を設定することができる。１．超音波発振器１２より出力される基本信号の超音波
の発振周波数ｆ₀。２．ディレイユニット１３の遅延時間。３．パルサ１５の送信パルスとして切り出す超音波の波
数。４．スペックル強調回路２２におけるディジタルフィル
タ４１、４２の周期の設定と、エコー信号のうちスペッ
クルパターンの部分の信号の強度に付与する利得の設
定。５．階調補正部４４における白黒の濃度に対する最大階
調数の設定や各階調に対する濃度の割り当て。６．判定回路７１を動作させるか否かに関する設定と、
判定回路７１を動作させる場合のエコー信号の強度に関
する条件と、判定アルゴリズムの選択。７．低域通過フィルタ２４、２５に対して、該フィルタ
を通過する信号の周波数の範囲の設定。８．画像表示部１に表示する画像の選択と、重畳して表
示させる画像の種類の選択。９．帯域通過フィルタ６３、６４に対して、該フィルタ
を通過する周波数の範囲の設定。１０．サンプルホールド部６１、６２における、エコー
信号に対するサンプリング時間の設定。

【００５３】以上で説明した実施形態では、図１のディ
ジタルスキャンコンバータ２８で各種画像にスペックル
画像を重畳処理する場合を説明したが、ディジタルスキ
ャンコンバータ２８の前段に、半透明化処理手段を設け
ると、Ｂモード画像、カラーフロー画像、スペクトルド
プラ画像又はこれらの組み合わせ画像を基本画像し、ス
ペックルパターン画像を透かして前記基本画像を透視で
きる半透明化処理された合成画像で表示することができ
る。

【００５４】まず、半透明化処理の原理を図４により説
明する。典型例としてＢモード画像をカラーフロー画像
に対して半透明表示する場合を説明する。Ｂモード信号
が中間の灰色に相当する場合、その出力ｆ（ｉ，ｊ）は
０．５１となる。一方カラーフロー画像が青色の場合、
カラーフロー画像信号ベクトルＣ₂（１５３，１２６）
は数１のようになる。

【００５５】

【数１】

【００５６】半透明化法による重ね合わせで合成された
画像の色ベクトルＣ₃（１５３，１２６）は数２のよう
になる。

【００５７】

【数２】

【００５８】以上の演算の状態を図４の色座標系で説明
する。出力ｆ（ｉ，ｊ）は０．５１であって中間の灰色
で表示されるＢモード画像はベクトルＣ₁（１５３，１
２６）で表すことができ、その位置はブラックとホワイ
トの対角線上の点にある。一方青色のカラーフローモ
ードモード画像信号ベクトルＣ₂（１５３，１２６）は
ブルーの点にある。そして合成画像ベクトルＣ₃（１
５３，１２６）はブラックとブルーとの間の点に位置
する。すなわち、カラーフロー画像信号ベクトルＣ
₂（１５３，１２６）の色相が変わらず、明度が低くな
るだけで、下地となるＢモード画像ベクトルＣ₁（１５
３，１２６）の明度に応じて明度を変化させており、Ｂ
モード画像を透かしてカラーフロー画像を見ることが出
来る。

【００５９】半透明化法によらず単に重ね合わせる混合
表示法の場合、混合比率αを半々の０．５にすると、数
３のようになる。

【００６０】

【数３】

【００６１】この混合表示によると数３の重ね合わせ画
像の位置は、図４の色座標系で点の位置になり、立体
の内部に存在するため濁ってしまう。

【００６２】図５はＢモード画像を透かしてスペックル
画像を見ることが出来る半透明化処理手段１００の具体
例を示す。Ｂ画像検波部２１からのＢモード画像のベク
トルｆ（ｉ，ｊ）は、乗算部１０１で係数Ｃ_Bが乗算さ
れ、さらに加算部１０２で係数Ａ_Bが加算され、Ｃ_B・
ｆ（ｉ，ｊ）＋Ａ_Bになる。スペックル強調回路２２か
らのスペックル画像のベトクルＳ（ｉ，ｊ）は、乗算部
１０３で係数Ｃ_Sが乗算され、さらに加算部１０４で係
数Ａ_Sが加算され、Ｃ_S・Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ａ_Sになる。
加算部１０２と加算部１０４からの信号は、乗算部１０
５で乗算され、〔Ｃ_B・ｆ（ｉ，ｊ）＋Ａ_B〕・〔Ｃ_S
・Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ａ_S〕になり、さらに加算部１０６で
係数Ａ_Tが加算され、〔Ｃ_B・ｆ（ｉ，ｊ）＋Ａ_B〕・
〔Ｃ_S・Ｓ（ｉ，ｊ）＋Ａ_S〕＋Ａ_Tとなる。ここで、
各係数Ｃ_B,Ａ_B,Ｃ_S,Ａ_S,Ａ_Tは、半透明法による重ね合
わせ部分を明るく表示し、透き通った表示が見やすくな
るように選定される。

【００６３】Ｂモード画像におけるスペックル画像の半
透明表示は、Ｂモード画像上の全領域又は特定領域で可
能である。また、Ｂモード画像に代わりカラーフロー画
像を用い、スペックル画像を半透明表示する場合、カラ
ーフロー画像は通常Ｒ，Ｇ，Ｂの３信号になるため、各
信号に対して前記係数を選定することになる。

【００６４】なお、前述の実施形態では、スペックル強
調手段の対象として、血管内の赤血球より散乱されて形
成されるスペックルパターンの信号部分を強調する場合
を説明したが、スペックル強調手段の対象として、心臓
壁等の組織により散乱されて形成されるスペックルパタ
ーンの信号部分を強調する場合にも適用される。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明は、
時間とともに流体に伴って移動するスペックルパターン
を含んだスペックル画像の形成により、流体の運動を視
覚的に容易に把握できるという効果を奏する。また、ス
ペックル画像により表現される測定対象は、基本色画像
により表現される測定対象と時間的、空間的に一致して
いるので、測定対象の各部位に対して正確に流体の運動
を把握することができるという効果を奏する。さらに、
スペックル画像を形成するにあたり、自己相関計算等の
煩雑な演算処理が不要であり、スペックルパターンの受
信に基づきリアルタイムに流れの状況を画像として表示
することができ、また、乱流の発生状況のごとき短時間
の観測と信号処理とが要求される流れの現象をも表現す
ることが可能であるという効果を奏する。また、測定対
象に送信する超音波の波数を多くする必要がないため、
計測における空間分解能を高めることができ、形成され
るスペックル画像についても、空間分解能の高いものを
形成することができるという効果を奏する。

【００６６】請求項２記載の発明は、空間的に広がりを
持って運動している流体のうち、特に観測する必要のあ
る部位のみを抽出して表示することができるという効果
を奏する。

【００６７】請求項３記載の発明は、前記受信手段を前
記基本色画像の形成に適するように設定しつつ、スペッ
クル画像を形成することができるという効果を奏する。
これにより、受信手段の煩雑な調整を要せずして、基本
色画像とスペックル画像とを形成することができるとい
う効果を奏する。

【００６８】請求項４記載の発明は、血管の各部位にお
ける血液の流れに関する情報を、従来の診断装置により
得られるものに比べ、極めて正確かつ迅速に把握するこ
とができるという効果を奏する。これにより、血管の各
部位における血液の流れに関する正確な情報に基づくこ
とが不可欠とされ、従来の診断装置によっては限界があ
るとされた癌の予知の診断等にも貢献できるという効果
を奏する。

【００６９】請求項５記載の発明は、請求項１と同様の
効果を奏する。請求項６の発明は、請求項４と同様の効
果を奏する。請求項７は、心臓の動きに関する情報を、
従来の診断装置により得られるものに比べ、極めて正確
かつ迅速に把握することができるという効果を奏する。

【００７０】請求項８記載の発明は、被検体内の状態を
二次元的に表示する画像と、前記スペックルパターンに
基づくスペックル画像とに半透明処理を施して合成画像
とする半透明処理手段とを備えるため、スペックル画像
を重ね合わせても画像が濁らずに表示され、重ね合わせ
部分の画像を透かして見ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる超音波診断装置の信号処理系の
ブロック構成を示す図である。

【図２】スペックル強調回路の構成例を示す図である。

【図３】エコー信号の強度が時間とともに変化する状況
を示す図である。

【図４】半透明化処理の原理を示すＲＢＧ直交図であ
る。

【図５】半透明化処理手段のフローを示す図である。

【符号の説明】

１画像表示部（表示手段）２画像生成部３超音波送受信部（送信手段及び受信手段）４操作部１１送受信器１２超音波発振器１３ディレイユニット１４プリアンプ１５パルサ１６加算器１７位相シフタ１８、１９乗算器２１Ｂ画像検波部２２スペックル強調回路（スペックル強調手段）２３カラーフロー部２４、２５低域通過フィルタ２６スペクトルドプラ部２８ディジタルスキャンコンバータ２９カラープロセッサ３０Ｄ／Ａ変換器３１Ｂモード画像３２Ｍモードドプラ画像３３スペクトルドプラ画像３４カラーフロー画像３５スペックルフロー画像４１、４２ディジタルフィルタ４３加算器４４階調補正部４５プロセッサ５１、５２Ａ／Ｄ変換器５３、５４ＭＴＩフィルタ５５演算処理部６１、６２サンプルホールド部６３、６４帯域通過フィルタ６５、６６Ａ／Ｄ変換器６７周波数解析部６８オーディオ処理部６９スピーカー７１判定回路７２遷移域１００半透明化処理

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の密閉通路内を流れ多数の小球を含
んでなる流体と前記密閉通路とからなる測定対象に超音
波を送信する送信手段と、前記測定対象から反射された超音波の反射信号を受信す
る受信手段と、前記測定対象の時間とともに変化する状態を前記超音波
の反射信号に基づく色分布として表した色画像を表示す
る画像表示手段とを備える超音波診断装置であって、前記反射信号のうち前記小球により散乱されて形成され
るスペックルパターンの信号部分を強調するスペックル
強調手段を備え、前記画像表示手段は、前記反射信号の強さをそのまま色
分布として表した基本色画像と、前記スペックル強調手
段により強調されたスペックルパターンをそのまま色分
布として表したスペックル画像とを重畳させて表示でき
るように構成される超音波診断装置。
【請求項２】前記画像表示手段による基本色画像に対
するスペックル画像の重畳が、スペックル画像のうちの
ー部のみを選択して重畳するように構成される請求項１
記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記スペックル強調手段は、前記スペッ
クルパターンの信号部分に所定の利得を付与するように
構成される請求項１又は請求項２記載の超音波診断装
置。
【請求項４】前記密閉通路が血管であり、前記流体が
血液であり、前記小球が赤血球であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３記載のいずれかの超音波診断装
置。
【請求項５】被検体内に音波信号を送信する送信手段
と、被検体内の測定対象から反射されたエコー信号を受信す
る受信手段と、前記測定対象の時間とともに変化する状態を前記エコー
信号に基づいて表示する表示手段とを具備する超音波診
断装置であって、前記反射信号のうち運動物体により散乱されて形成され
るスペックルパターンの信号部分を強調するスペックル
強調手段とを備え、前記表示手段は、前記エコー信号に基づいて被検体内の
状態を二次元的に表示すると共に、前記スペックルパタ
ーンを表示することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】前記スペックル強調手段が、血管内の赤
血球より散乱されて形成されるスペックルパターンの信
号部分を強調す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】前記スペックル強調手段が、心臓壁等の
組織により散乱されて形成されるスペックルパターンの
信号部分を強調す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８】被検体内に音波信号を送信する送信手段
と、被検体内の測定対象から反射されたエコー信号を受信す
る受信手段と、前記測定対象の時間とともに変化する状態を前記エコー
信号に基づいて表示する表示手段とを具備する超音波診
断装置であって、前記反射信号のうち運動物体により散乱されて形成され
るスペックルパターンの信号部分を強調するスペックル
強調手段と、前記エコー信号に基づいて被検体内の状態を二次元的に
表示する画像と、前記スペックルパターンに基づくスペ
ックル画像とに半透明処理を施して合成画像とする半透
明化処理手段とを備え、前記表示手段は、前記半透明化処理手段が施された前記
合成画像を表示することを特徴とする超音波診断装置。