JP2004329609A

JP2004329609A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2004329609A
Application number: JP2003130330A
Authority: JP
Inventors: Fumiyasu Sakaguchi; 文康坂口; Kazuto Nakada; 一人中田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: US7371219B2; CN1589746A; CN100403991C; US20050004462A1; JP4381028B2

Abstract

【課題】複数に分割された領域単位で超音波によるドプラ情報の収集と画像化を行う際に、分割領域の境界の画像データに発生する不連続部分を低減する。
【解決手段】超音波走査における送受波方向（ラスタ）Ｒ１乃至Ｒｍを所定ラスタ数Ｑ（例えばＱ＝３）によって分割し、この分割した領域内におけるＱ段の交互走査によりカラードプラ画像データを生成する際、上記各分割領域の境界において発生する不連続の位置を連続する画像データ（例えば第１フレーム乃至第３フレーム）において順次変更する。そして、これら複数の画像データに対して画像データ間画像データ間演算処理を行なうことによって上記不連続を相対的に低減させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に係り、被検体から得られるドプラ情報の画像化が可能な超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動子から発生する超音波パルスを被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を超音波振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像が容易に観察できるため、生体の各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。
【０００３】
生体内の各組織あるいは血球からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法の２つの大きな技術開発により急速な進歩を遂げ、上記技術を用いて得られるＢモード画像とカラードプラ画像は、今日の超音波画像診断において不可欠のものとなっている。
【０００４】
カラードプラ法は、超音波パルスにより生体内の所定断面を走査し、血液（血球）など移動する反射体に対して超音波が照射された場合に、上記反射体の速度（血流速度）に対応して生ずるドプラ周波数偏移を捉えて画像化を行うものである。このカラードプラ法は、当初、血流速度の速い心腔内血流状態の画像化に用いられたが、今日では、腹部臓器の組織血流など極めて遅い血流の画像化に対しても適用が可能となってきている。
【０００５】
移動している反射体に対して超音波パルスを照射し、その反射波のドプラ周波数偏移から反射体の速度を計測する場合、この反射体に対して超音波による送受波をレート間隔Ｔｒで複数回（ｎ回）繰り返して行い、得られた一連の反射波から反射体の移動速度を計測する必要がある。この場合、低流速の反射体に対する検出能（測定可能な流速の下限値）Ｖｍｉｎは、上記ｎからなる一連の反射波に対して行われる周波数分析の周波数分解能Δｆｄに依存し、この周波数分解能Δｆｄは、超音波の送受波繰り返し周波数（レート周波数）をｆｒ（ｆｒ＝１／Ｔｒ）とすれば
Δｆｄ＝ｆｒ／ｎ・・・（１）
で示される。即ち、低流速検出能を向上させるためにはレート周波数ｆｒを遅くするか、所定方向に対して繰り返し行う送受波回数ｎを大きくする必要がある。一方、超音波画像に要求されるリアルタイム性は、単位時間当たりの表示画像枚数（フレーム周波数）Ｆｎによって決定され、このフレーム周波数Ｆｎは
Ｆｎ＝ｆｒ／ｎ／ｍ＝Δｆｄ／ｍ・・・（２）
によって示される。但し、ｍは、１枚の画像の構成に必要な走査線総数（ラスタ総数）である。即ち、フレーム周波数Ｆｎと検出能Ｖｍｉｎは相反する関係にあり、これらを同時に満足させることは従来困難であったが、新しい走査方法（以下では、「交互走査法」と呼ぶ。）の改良により上記問題点は大幅に改善された（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図８は、上記特許文献１に記載されている交互走査法の具体例を示したものであり、上段はセクタ走査における送受波方向（以下では、ラスタと呼ぶ）Ｒ１乃至Ｒｍを、また、下段は各ラスタに対する超音波の送受波順序を示している。即ち、図８（ａ）に示す方法では、まず、時刻ｔ１においてラスタＲ１の方向に送受波を行い、次いで、時刻ｔ２においてラスタＲ２の方向に、また、時刻ｔ３においてラスタＲ３の方向に送受波を行う。次いで、時刻ｔ４乃至ｔ６及び時刻ｔ７乃至時刻ｔ９において再度ラスタＲ１乃至Ｒ３の方向に送受波を繰り返し行う。即ちＱ（Ｑ＝３）の方向に対して交互に超音波の送受波を繰り返す。このようにしてラスタＲ１乃至Ｒ３の各々の方向において夫々送受波間隔Ｔｓ（Ｔｓ＝３Ｔｒ）でｎ回（ｎ＝３）の送受波が完了したならば、ラスタＲ４乃至Ｒ６、ラスタＲ７乃至Ｒ９・・・の方向に対しても同様にして送受波間隔Ｔｓによるｎ回の送受波を行う。
【０００７】
一方、図８（ｂ）に示す方法では、まず、時刻ｔ１においてラスタＲ１の方向に送受波を行ったならば、時刻ｔ２及びｔ３において送受波を休止し、時刻ｔ４において再びラスタＲ１の方向、そして時刻ｔ５においてラスタＲ２の方向に夫々送受波を行う。次いで、時刻ｔ６で休止した後、時刻ｔ７乃至ｔ９においてラスタＲ１乃至Ｒ３方向に送受波を行い、更に、時刻ｔ１０乃至ｔ１３においてラスタＲ１乃至Ｒ４方向に、また、時刻ｔ１４乃至ｔ１７においてラスタＲ２乃至Ｒ５方向に送受波を行う。このようにしてラスタの方向を１本ずつシフトさせながら、１つのラスタの方向に対して送受波間隔Ｔｓ（Ｔｓ＝３Ｔｒ）でｎ＝４回の送受波を行う。
【０００８】
上記の図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した方法によれば、低流速検出能Ｖｍｉｎを決定する周波数分解能Δｆｄは
Δｆｄ＝ｆｓ／ｎ＝ｆｒ／Ｑ／ｎ（Ｑ＝３）・・・（３）
となる。但し、ｆｓ（ｆｓ＝１／Ｔｓ）は、各ラスタの方向に対する送受波繰り返し周波数である。即ち、この具体例によれば、送受波繰り返し周波数ｆｓはレート周波数ｆｒの１／３となり、しかもフレーム周波数Ｆｎは不変のため、フレーム周波数を低下させること無く低流速検出能を３倍に向上させることが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６４−４３２３７号公報（第３−４頁、第５−６図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の図８（ａ）に示した方法によれば、ラスタＲ１乃至ラスタＲ３、ラスタＲ４乃至ラスタＲ６・・・のように分割された各領域におけるラスタ数Ｑが増加するに従って、分割領域の境界（例えば、図８（ａ）のラスタＲ３とラスタＲ４などの間）において不連続な部分が発生する。この現象は、特に拍動性の血流の場合、血管を取り巻く生体組織が呼吸性移動あるいは心臓の拍動の影響を伴う場合、更には、超音波プローブが移動している場合などにおいて顕著であり、診断の妨げとなる。
【００１１】
一方、上記特許文献１の図８（ｂ）に示した方法によれば、走査の制御が複雑であり、また、視野深度の深いＢモード画像と視野深度の浅いカラードプラ画像を同時表示する場合、視野深度の深い画像のレート周波数に統一しなくてはならないためフレーム周波数Ｆｎが大幅に低減する欠点を有している。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、交互走査法を適用した超音波カラードプラ法の画像データ生成において、画像の不連続を低減することが可能な超音波診断装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波振動子より被検体の所定領域に対して超音波送受波を行う超音波送受波手段と、前記被検体の前記所定領域を超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波の順次変更を複数回繰り返して行う第１の走査制御手段と、この第１の走査制御手段によって設定される前記超音波送受波に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいてドプラモード信号を検出するドプラモード信号検出手段と、前記ドプラモード信号検出手段によって得られたドプラモード信号に基づいてドプラ画像データを生成して記憶する第１の画像データ生成記憶手段と、この第１の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記ドプラ画像データに対して画像データ間の演算を行うための演算手段と、この演算手段によって得られた画像データを表示する表示手段とを備え、前記演算手段によって演算される少なくとも２枚のドプラ画像データを生成する前記分割領域の境界位置は互いに異なることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２に係る本発明の超音波診断装置は、超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記超音波振動子より被検体の所定領域に対して超音波送受波を行う超音波送受波手段と、前記被検体の前記所定領域を超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の前記超音波送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波の順次変更を複数回繰り返して行う第１の走査制御手段と、前記被検体の前記所定領域を前記超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の前記超音波送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波を行う第２の走査制御手段と、
前記第１の走査制御手段によって設定される前記超音波送受波に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいてドプラモード信号を検出するドプラモード信号検出手段と、前記第２の走査制御手段によって設定される所定の送受波方向に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいて前記送受波方向のＢモード信号を検出するＢモード信号検出手段と、前記ドプラモード信号検出手段によって得られた前記ドプラモード信号に基づいてドプラ画像データを生成して記憶する第１の画像データ生成記憶手段と、前記Ｂモード信号検出手段によって得られた前記Ｂモード信号に基づいてＢモード画像データを生成して記憶する第２の画像データ生成記憶手段と前記第１の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記ドプラ画像データ及び前記第２の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記Ｂモード画像データに対して画像データ間の演算を行うための演算手段と、この演算手段によって得られた画像データを表示する表示手段とを備え、前記演算手段によって演算される少なくとも２枚のドプラ画像データあるいはＢモード画像データを生成する前記分割領域の境界位置は互いに異なることを特徴としている。
【００１５】
従って本発明によれば、分割領域の境界の画像データに発生する不連続部分を低減することができるため、良質な超音波画像の表示が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に述べる本発明の実施の形態の特徴は、超音波画像データの収集を目的として行う超音波走査の送受波方向（ラスタ）Ｒ１乃至Ｒｍを所定ラスタ数Ｑ（例えばＱ＝３）によって分割し、各分割領域内におけるＱ本のラスタに対してカラードプラ画像データを生成する際、上記分割領域の境界の位置が連続して表示される複数枚のカラードプラ画像データの夫々において異なるように上記送受波方向を制御することを特徴としている。
【００１７】
（装置の構成）
以下では、本実施の形態における超音波診断装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、超音波診断装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１８】
この超音波診断装置１００は、被検体表面に接触させて超音波の送受波を行う超音波プローブ１と、被検体の所定方向に対して超音波パルスを照射するために超音波プローブ１に駆動信号を供給する超音波送信部２と、被検体の所定方向からの超音波反射波を受信信号として受信する超音波受信部３と、この受信信号に対してＢモード信号を検出するためのＢモード処理部４と、上記受信信号に対してドプラモード信号を検出するためのドプラモード処理部５と、Ｂモード信号及びドプラモード信号に基づいてＢモード画像データ及びカラードプラ画像データの生成と保存、更には画像データ間の演算を行う画像演算・記憶部６を備えている。
【００１９】
更に、超音波診断装置１００は、上記Ｂモード画像データあるいはカラードプラ画像データを表示する表示部１０と、操作者によって各種の撮影条件や画像条件、更にはコマンド信号などが入力される操作部９と、上記各ユニットを統括して制御するシステム制御部８を備えている。
【００２０】
超音波プローブ１は、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受波を行うものであり、例えば、１次元に配列された複数個の超音波振動子をその先端部分に有している。この超音波振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、また受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する機能を有している。超音波画像の解像度や感度に大きな影響を与える超音波周波数はこの超音波振動子の厚みによってほぼ決定される。この超音波プローブ１は小型、軽量に構成されており、多芯ケーブルによって超音波送信部２及び超音波受信部３に接続されている。この超音波プローブ１はセクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の各種超音波プローブの中から診断部位に応じて選択されるが、以下ではセクタ走査用の超音波プローブ１を用いた場合について述べる。
【００２１】
超音波送信部２は、レートパルス発生器１１と、送信遅延回路１２と、パルサ１３を備えている。レートパルス発生器１１は、被検体内に放射する超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパルスを送信遅延回路１２に供給する。この送信遅延回路１２は、送信に使用される超音波振動子と同数の複数の独立な遅延回路から構成されており、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波パルスを収束するための遅延時間と超音波パルスを所定の方向に順次偏向し被検体を走査するための遅延時間をレートパルスに与え、パルサ１３に供給する。また、パルサ１３は、送信遅延回路１２同様、送信に使用される超音波振動子と同数の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ１を構成する超音波振動子を駆動して送信超音波を放射するための駆動パルスを生成する。
【００２２】
一方、超音波受信部３は、プリアンプ１４と、受信遅延回路１５と、加算器１６を備えている。プリアンプ１４は、超音波振動子によって受信超音波から変換された受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保する。受信遅延回路１５は、細い受信ビーム幅を得るために所定の深さからの超音波を収束するための収束用遅延時間と、受信超音波に対する受信指向性を順次変更して被検体内を走査するための遅延時間をプリアンプ１４の出力に与えた後加算器１６に送り、加算器１６は、受信遅延回路１５から出力される複数の出力信号を加算して１つに纏める。
【００２３】
Ｂモード処理部４は、対数変換器１７と、包絡線検波器１８と、Ａ／Ｄ変換器１９とを備えている。対数変換器１７は、超音波受信部３の出力の振幅を対数変換し、弱い信号を相対的に強調する働きをしている。一般に被検体内からの受信信号は、８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジをもった振幅を有しており、これを２０〜３０ｄＢ程度のダイナミックレンジをもつ通常のテレビモニタに表示するためには弱い信号を強調する振幅圧縮が必要となる。また、包絡線検波器１８は、対数変換された受信信号に対して包絡線検波を行い、超音波周波数成分を除去して振幅情報のみのＢモード信号を検出する。そして、Ａ／Ｄ変換器１９は、この包絡線検波器１８からのＢモード信号をＡ／Ｄ変換する。
【００２４】
ドプラモード処理部５は、基準信号発生器２０、π／２移相器２１、ミキサ２２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２３、Ａ／Ｄ変換器２４、ドプラモード信号記憶回路２５、ＭＴＩフィルタ２６、自己相関器２７及び演算器２８を備え、上記超音波受信部３の出力に対して主に直交位相検波と周波数分析が行われる。
【００２５】
即ち、ドプラモード処理部５の入力信号は、ミキサ２２−１及び２２−２の第１の入力端子に入力される。一方、この入力信号の中心周波数とほぼ等しい周波数を有し、レートパルス発生器１１のレートパルスと同期した基準信号発生器２０の連続波出力は、ミキサ２２−１の第２の入力端子に直接供給されると共に、π／２移相器２１に供給され、π／２移相器２１において位相が９０度シフトされてミキサ２２−２の第２の入力端子に送られる。そして、ミキサ２２−１及び２２−２の出力は、ローパスフィルタ２３−１及び２３−２に送られ、ドプラモード処理部５の入力信号周波数と基準信号発生器２０の出力信号周波数との和の成分が除去され、差の成分のみが検出される。
【００２６】
そして、Ａ／Ｄ変換器２４は、ＬＰＦ２３−１及び２３−２の出力信号、即ち、直交位相検波されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、一旦ドプラモード信号記憶回路２５に保存する。次いで、ＭＴＩフィルタ２６は、高域通過用のデジタルフィルタであり、ドプラモード信号記憶回路２５に一旦保存されたドプラモード信号を読み出し、このドプラモード信号に対して臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因する成分（クラッタ成分）の除去を行う。また、自己相関器２７は、ＭＴＩフィルタ２６によって血流情報のみが抽出されたドプラモード信号に対して自己相関値を算出し、演算器２８は、この自己相関値に基づいて血流の平均流速値や分散値などを算出する。
【００２７】
画像演算・記憶部６は、演算回路２９、画像データ記憶回路３０及び表示用画像データ記憶回路３１を備えており、画像データ記憶回路３０は、Ｂモード処理部４から供給されるＢモード信号やドプラモード処理部５から供給されるドプラ情報を順次蓄積しＢモード画像データ及びカラードプラ画像データを生成と保存を行い、演算回路２９は、複数枚のＢモード画像データあるいはカラードプラ画像データを用いた重み付け加算やＢモード画像データとカラードプラ画像データの合成などの画像演算を行う。また、表示用画像データ記憶回路３１は、表示部１０に表示される上記画像演算前の画像データや、画像演算後の画像データに対して操作部９から入力される数値や文字などの付帯情報を重畳し一旦保存する。
【００２８】
一方、システム制御部８は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、ＣＰＵは、操作パネル２１から送られる各種のデータやコマンド信号を記憶回路に一旦保存し、これらのデータや信号に基づいて超音波送信部２、超音波受信部３、Ｂモード処理部４、ドプラモード処理部５、画像演算・記憶部６などの各ユニットの制御やシステム全体の制御を統括して行う。
【００２９】
操作部９は、操作パネル上にキーボード、トラックボール、マウス等を備え、操作者が患者情報や装置の撮影条件、更には、各種コマンド信号などを入力する際に用いられる。
【００３０】
表示部１０は、変換回路３２とＣＲＴあるいは液晶などのカラーモニタ３３を備え、変換回路３２は、表示用画像メモリ３１において保存されたＢモード画像データやカラードプラ画像データに対してＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行い、変換された各画像データはカラーモニタ３３に表示される。また、カラードプラ画像データに対するカラー処理も変換回路３２において行われる。
【００３１】
ここで、ドプラモード信号及びＢモード信号の収集における交互走査法の概略につき図２を用いて説明する。尚、以下に示す本実施の形態では、説明の都合上、図２に示すように、１つの分割領域を構成するラスタ数（即ち、交互走査段数Ｑ）を３とし、これらのラスタの各々に対して送受波回数３（ｎ＝３）の交互走査を行ってドプラモード信号の収集を行うが、実際の装置では、例えばｎ＝１２乃至１６、Ｑ＝８乃至１６がシステム制御部８によって設定される。
【００３２】
図２に示す最初の分割領域のラスタＲ１乃至Ｒ３において、所定のレート間隔ＴｒでラスタＲ１−Ｒ２−Ｒ３−Ｒ１−Ｒ２−Ｒ３−Ｒ１−Ｒ２−Ｒ３の順に送受波を行ってドプラモード信号の収集と保存を行い、更に、ラスタＲ１−Ｒ２−Ｒ３の順に送受波を行ってＢモード信号の収集と保存を行う。同様にして、ラスタＲ４乃至Ｒ６、ラスタＲ７乃至Ｒ９・・・についてもドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存を行う。
【００３３】
（画像データの収集手順及び装置動作）
次に、上記交互走査モデルを用いて本実施の形態における超音波画像データの生成手順と装置動作について図１乃至図５を用いて説明する。
【００３４】
まず、操作者は、操作部９において患者情報の入力と装置の撮影条件の設定を行い、これらの設定値をシステム制御部８の図示しない記憶回路に保存する。次いで、操作部９においてＢモード画像及びカラードプラ画像の表示モードを選択し、更に、Ｂモード画像データ及びカラードプラ画像データを表示するためのコマンド信号を入力する。
【００３５】
操作部９よりＢモード画像データ及びカラードプラ画像データの表示コマンドを受信したシステム制御部８は、超音波診断装置１００の各ユニットに対してこれらの画像データを生成するための制御信号を供給し、この制御信号を受信した上記各ユニットは、まず第１フレームの第１の分割領域におけるラスタＲ１乃至Ｒ３に対してカラードプラ画像データ生成のためのドプラモード信号とＢモード画像データ生成のためのＢモード信号の収集を開始する。
【００３６】
ラスタＲ１に対する超音波の送信に際して、図１に示した超音波送信部２のレートパルス発生器１１は、システム制御部８からの制御信号に同期し、被検体に放射する超音波パルスの繰り返し周期（レート間隔）Ｔｒを決定するレートパルスを送信遅延回路１２に供給する。
【００３７】
送信遅延回路１２は、送信に使用される超音波振動子とほぼ同数の独立な遅延回路から構成されており、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波を収束するための遅延時間と、最初の送受波方向（ラスタＲ１方向）に超音波を送信するための遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスをパルサ１３に供給する。
【００３８】
パルサ１３は、送信遅延回路１２と同様にして、超音波プローブ１の超音波振動子とほぼ同数の独立な駆動回路を有しており、レートパルスの駆動によって超音波振動子駆動信号を生成し、上記超音波振動子を駆動して被検体のラスタＲ１方向に超音波パルスを放射する。
【００３９】
被検体内に放射された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体内の臓器境界面あるいは組織にて反射する。また、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体において反射する場合は、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。
【００４０】
被検体内にて反射した超音波（受信超音波）は、超音波プローブ１の超音波振動子によって受信されて電気信号（受信信号）に変換される。この受信信号は、受信に使用される超音波振動子とほぼ同数のチャンネルを有する超音波受信部３のプリアンプ１４によって増幅され、これらの出力信号は受信遅延回路１５に送られる。
【００４１】
受信遅延回路１５は、受信において細いビーム幅を得るために所定の深さからの超音波を収束するための遅延時間と、超音波ビームに対して所定の方向（ラスタＲ１の方向）に強い受信指向性をもたせて受信するための遅延時間を上記受信信号に与えた後、加算器１６に供給する。そして、加算器１６は、受信遅延回路１５から出力される複数の受信信号を加算合成し、１つの受信信号に纏めた後、ドプラモード処理部５に供給する。
【００４２】
次いで、システム制御部８は、超音波受信部３の加算器１６からの出力信号に対し、ドプラモード処理部５のミキサ２２−１及び２２−２とＬＰＦ（低域通過フィルタ）２３−１及び２３−２を用いて直交位相検波を行って複素信号を生成する。そして、この複素信号をＡ／Ｄ変換器２４にてデジタル信号に変換した後、ドプラモード信号記憶回路２５に保存する。
【００４３】
図３は、上記ドプラモード信号記憶回路２５の構成について示したものであり、行方向（Ｘ方向）はラスタＲ１乃至Ｒｍ、あるいは送受波回数ｎに対応し、列方向（Ｙ方向）は反射体の深さ（反射体と超音波プローブ１の距離）に対応している。例えば、ａ１１の列にはラスタＲ１に対する１回目の超音波送受波によって得られたドプラモード信号が保存され、ａ１２及びａ１３の列にはラスタＲ１に対する２回目及び３回目の送受波によって得られたドプラモード信号が保存される。同様にして、ａ２１乃至ａ２３の列にはラスタＲ２、ａ３１乃至ａ３３の列にはラスタＲ３に対する１回目乃至３回目の送受波によって得られたドプラモード信号が保存される。即ち、上記のラスタＲ１に対する１回目の送受波によって得られたドプラモード信号は、ドプラモード処理部５のＡ／Ｄ変換器２４にてデジタル信号に変換された後、図３に示したａ１１の領域に保存される。
【００４４】
次に、システム制御部８は、超音波送信部２の送信遅延回路１２及び超音波受信部３の受信遅延回路１５に対して制御信号を供給し、ラスタＲ２及びラスタＲ３の方向に超音波の送受波を行うための遅延時間を設定する、そして、ラスタＲ１の場合と同様な動作によってラスタＲ２及びラスタＲ３の方向に対して１回目の超音波送受波を行ってドプラモード信号を収集し、ドプラモード処理部５におけるＡ／Ｄ変換器２４の出力信号を図３に示したドプラモード信号記憶回路２５のａ２１及びａ３１の領域に保存する。
【００４５】
ラスタＲ１乃至ラスタＲ３の方向に対して１回目の超音波送受波が終了したならば、引き続いて、これらの方向に対して２回目及び３回目の送受波を行い、このとき得られる上記Ａ／Ｄ変換器２４の出力信号をドプラモード信号記憶回路２５のａ１２、ａ２２、ａ３２及びａ１３，ａ２３，ａ３３の領域に保存する。
【００４６】
次に、図３のドプラモード信号記憶回路２５のａ１１乃至ａ１３の領域に保存したドプラモード信号に対して、深さｃ１からのドプラモード信号をａ１１、ａ１２，ａ１３の順に読み出しＭＴＩフィルタ２６に供給する。そして、このＭＴＩフィルタ２６において、ドプラモード信号の中から臓器の呼吸性移動などに起因するドプラモード信号成分（クラッタ成分）を除去し、血流成分のみを抽出した後、自己相関器２７に送り自己相関値を算出する。更に、算出した自己相関値を演算器２８に供給し、演算器２８は、供給された自己相関値に基づいて血流の平均速度値や分散値、あるいはパワー値などを算出する。このような演算を、異なる深さからのドプラモード信号が保存されているＣ２，Ｃ３・・・・に対しても行い、算出したラスタＲ１のドプラモード信号における平均速度値、分散値あるいはパワー値などの血流情報を、図１の画像演算・記憶部６における画像データ記憶回路３０の図示しないカラードプラ領域に保存する。
【００４７】
同様にして、ラスタＲ２の方向に対するドプラモード信号が保存されているドプラモード信号記憶回路２５のａ２１乃至ａ２３、更には、ラスタＲ３の方向に対するドプラモード信号が保存されているａ３１乃至ａ３３に対しても同様な演算を行い、得られた血流情報は、画像データ記憶回路３０のカラードプラ領域に保存する。
【００４８】
以上述べた手順により、ラスタＲ１乃至ラスタＲ３の方向に対して３回の交互走査を行なうことによって、上記方向におけるドプラモード信号の収集と保存が終了したならば、次に、これらの方向におけるＢモード信号の収集を行う。即ち、システム制御部８は、ドプラモード信号の収集と同様にして超音波送信部２及び超音波受信部３を制御してラスタＲ１の方向に対して超音波送受波を行い、超音波受信部３の加算器１６から出力された受信信号はＢモード処理部４の対数変換機１７に送られる。
【００４９】
Ｂモード処理部４の対数変換器１７に供給された受信信号は、対数変換された後包絡線検波器１８にて包絡線検波され、更に、Ａ／Ｄ変換器１９にてデジタル信号に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器１９の出力は、ラスタＲ１のＢモード信号として画像データ記憶回路３０の図示しないＢモード領域に保存される。
【００５０】
同様にして、ラスタＲ２及びラスタＲ３の方向に対しても同様な動作によりＢモード信号が収集され、画像データ記憶回路３０のＢモード領域に保存される。
【００５１】
このようにして、第１フレームの第１の分割領域を構成するラスタＲ１乃至ラスタＲ３の方向に対して超音波送受波を行ってドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が終了したならば、第１フレームの第２の分割領域におけるラスタＲ４乃至ラスタＲ６、更に、第３の分割領域のラスタＲ７乃至ラスタＲ９・・・の方向に対しても超音波送受波を行い、得られたドプラモード信号とＢモード信号を画像データ記憶回路３０のカラードプラ領域及びＢモード領域に保存する。
【００５２】
図４は、システム制御部８によって、超音波画像上のラスタ総数Ｒｍが交互走査段数Ｑ（Ｑ＝３）の整数倍に対して１少ないように設定された場合に、上記方法によって行われるドプラモード信号の収集順序を示している。即ち、各分割領域は３方向（Ｑ＝３）のラスタから構成され、第１フレームにおいては、ラスタＲ１乃至Ｒｍ−２の方向に対して図４に示した分割領域毎にドプラモード信号とＢモード信号の収集が行われ、収集された各々の信号は、画像データ記憶回路３０のカラードプラ領域及びＢモード領域に保存される。
【００５３】
次いで、第１フレームの最後の分割領域における超音波送受波では、ラスタＲｍ−１及びラスタＲｍの方向に対して１回目の送受波が行われたならば、引き続いて第２フレームのラスタＲ１の方向に対して１回目の送受波が行われ、更に、第１フレームのラスタＲｍ−１，ラスタＲｍ、第２フレームのラスタＲ１の方向に対して２回目及び３回目の送受波が順次行われる。次いで、これらのラスタに対してＢモード信号のための走査が１回ずつ行われ、各ラスタ方向に対して得られた受信信号に対してドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が行われる。
【００５４】
更に、第２フレームのラスタＲ２乃至Ｒｍ−１の方向に対しても新たに設定された分割領域単位でドプラモード信号及びＢモード信号の収集と保存を行った後、第２フレームの最後の分割領域のラスタＲｍと第３フレームの最初の分割領域のラスタＲ１及びラスタＲ２の方向に対してドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存を行い、更に、第３フレームの第２の分割領域のラスタＲ３乃至最後の分割領域のラスタＲｍの方向に対しても分割領域単位でドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存を行う。
【００５５】
以下、上記と同様にしてシステム制御部８は、第４フレーム乃至第６フレーム、第７フレーム乃至第９フレーム・・・・についてもドプラモード信号とＢモード信号の収集を継続して行い、得られたこれらの信号を画像演算・記憶部６の画像データ記憶回路３０に保存することによって、画像データ記憶回路３０ではカラードプラ画像データ及びＢモード画像データが生成される。
【００５６】
ところで、上記の手順によって得られた各画像データでは、被検体の動き等に起因する画像上の不連続が各分割領域の境界において発生する。例えば、第１フレームのラスタＲ３とラスタＲ４、ラスタＲ６とラスタＲ７、・・・第２フレームのラスタＲ１とラスタＲ２、ラスタＲ４とラスタＲ５、・・・また、第３フレームのラスタＲ２とラスタＲ３、ラスタＲ５とラスタＲ６・・・において画像の不連続が発生する。
【００５７】
このような画像上の不連続を低減するために、画像演算・記憶部６の演算回路２９は、画像データ記憶回路３０に保存されたカラードプラ画像データ及びＢモード画像データを順次読み出し、フレーム間画像演算処理を行う。図５は、フレーム間画像演算処理の原理を示したものであり、例えば、演算回路２９は、シフトレジスタ４１と、重み付け回路４２と、加算器４３を備えている。ここで、第Ｐフレームの画像データＧｐの画素（ｉ，ｊ）をＧｐ（ｉ，ｊ）とすれば、演算回路２９は、画像データ記憶回路３０から第Ｐフレームの画像データＧｐ（ｉ，ｊ）から順にＧｐ＋１（ｉ，ｊ）、Ｇｐ＋２（ｉ，ｊ），Ｇｐ＋３（ｉ，ｊ）・・・を読み出してシフトレジスタ４１に入力する。シフトレジスタ４１の３つの出力端子からの出力信号は重み付け回路４２においてＷ１乃至Ｗ３の重み付けが行われた後、加算器４３において加算される。従って、フレーム間画像演算処理後の第Ｐフレームの画像データＧ^０ｐ（ｉ，ｊ）は、
Ｇ^０ｐ（ｉ，ｊ）＝Ｗ１＊Ｇｐ（ｉ，ｊ）＋Ｗ２＊Ｇｐ＋１（ｉ，ｊ）＋Ｗ３＊Ｇｐ＋２（ｉ，ｊ）・・・（４）
によって演算される。
【００５８】
以上述べた手順により、フレーム間画像演算処理がなされたカラードプラ画像データ及びＢモード画像データは、直接あるいは合成されて画像演算・記憶部６の画像データ記憶回路３０に保存されると共に、表示部１０に表示される。尚、表示部１０における上記画像データの表示に際して、システム制御部８は、画像データ記憶回路３０に保存されているフレーム間画像演算処理後のカラードプラ画像データ、Ｂモード画像データあるいは合成画像データを読み出し、これらの画像データに対して付帯情報である数字や文字などを重畳して表示用画像データ記憶回路３１に保存する。そして、これらの画像データは、変換回路３２においてカラー処理、Ｄ／Ａ変換、ＴＶフォーマット変換などがなされカラーモニタ３３に表示される。
【００５９】
尚、図４では、超音波画像上のラスタ総数Ｒｍが交互走査段数Ｑの整数倍に対して１ラスタ分少ない場合について示したが、ラスタ総数が交互走査段数Ｑの整数倍と異なる場合は同様の方法によって画像上の不連続を低減することが可能となる。
【００６０】
（変形例）
次に、上述した本発明の実施の形態の変形例について図６及び図７を用いて説明する。この変形例では、超音波画像上のラスタ総数Ｒｍが交互走査段数Ｑ（Ｑ＝３）の整数倍に等しい場合に対して本発明を適用した２つの超音波送受波方法について述べる。
【００６１】
まず、画質、即ち画像上の不連続の低減を画像表示のリアルタイム性より優先させた場合の送受波方法を図６に示す。この場合、第１フレームでは、ラスタＲ１乃至Ｒｍに対し図６に示した分割領域毎にドプラモード信号とＢモード信号の収集が行われ、収集された各信号は、画像データ記憶回路３０のカラードプラ領域及びＢモード領域に夫々保存される。
【００６２】
引き続いて、第２フレーム及び第３フレームについても各分割領域単位でドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が行われる。但し、第２フレームにおける第１の分割領域のラスタＲ−１及びラスタＲ０と最後の分割領域のラスタＲｍ＋１、第３フレームにおける第１の分割領域のラスタＲ０と最後の分割領域のラスタＲｍ＋１及びラスタＲｍ＋２は仮想のラスタであり、実際には、これらの方向に対する超音波の送受波は休止される。この方法によれば、第２フレームと第３フレームにおいて夫々３回の仮想ラスタが追加されるためガラードプラ画像データとＢモード画像データの表示におけるフレーム周波数は低下するが、これらの画像データは、いずれのフレームにおいても第１の分割領域より順次収集されたドプラモード信号あるいはＢモード信号によって生成されているため、分割領域の境界において発生する画像上の不連続を小さく抑えることができる。
【００６３】
次に、画像表示のリアルタイム性を、画像上の不連続の低減より優先させた場合の超音波送受波方法を図７に示す。この場合、第１フレームでは図６の場合と同様にして、ラスタＲ１乃至Ｒｍに対し分割領域毎にドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が行われる。次いで、第２フレームにおいては、ラスタＲ２乃至ラスタＲ４を第１の分割領域、ラスタＲ５乃至ラスタＲ７を第２の分割領域の如く選択され、夫々の分割領域単位でラスタＲ２乃至ラスタＲｍ−１の方向に対するドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が行われる。そして、第２フレームの最後の分割領域では、ラスタＲｍ−１及びラスタＲｍの方向に対し１回目の送受波が行われ、引き続いて第２フレームのラスタＲ１に対し１回目の送受波が行われる。更に、第２フレームのラスタＲｍ−１，ラスタＲｍ、ラスタＲ１の方向に対して２回目及び３回目の送受波が順次行われる。次いで、これらのラスタの方向に対してＢモード信号を収集するための送受波が１回ずつ行われ、各ラスタ方向において得られた信号は画像データ記憶回路３０のカラードプラ領域及びＢモード領域に保存される。
【００６４】
次に、第３フレームのラスタＲ３乃至ラスタＲｍの方向に対して分割領域単位でドプラモード信号及びＢモード信号の収集と保存が順次行われた後、第３フレームにおける最後の分割領域のラスタＲｍと第３フレームのラスタＲ１及びラスタＲ２の方向に対してドプラモード信号とＢモード信号の収集と保存が行われる。
【００６５】
以下、上記と同様にしてシステム制御部８は、第４フレーム乃至第６フレーム、第７フレーム乃至第９フレーム・・・・についてもドプラモード信号とＢモード信号の収集を継続して行い、得られたこれらの信号を画像演算・記憶部６の画像データ記憶回路３０に保存することによって、画像データ記憶回路３０ではカラードプラ画像データ及びＢモード画像データが生成される。
【００６６】
この方法によれば、第２フレームのラスタＲ１とラスタＲ２あるいは第３フレームのラスタＲ２とラスタＲ３の間は時相差が他の分割領域の境界より大きいため、被検体の動きが大きい場合には図６の方法と較べて不連続は残存しやすいが、仮想のラスタが無いため画像データの表示におけるリアルタイム性は改善される。
【００６７】
上記の変形例によれば、超音波画像上のラスタ総数Ｒｍが交互走査段数Ｑ（Ｑ＝３）の整数倍に等しい場合であっても、分割領域の境界の位置を連続する画像データ（画像フレーム）において順次変更することが可能となる。
【００６８】
以上述べた本実施の形態によれば、超音波走査における送受波方向（ラスタ）Ｒ１乃至Ｒｍを所定ラスタ数Ｑ（例えばＱ＝３）によって分割し、この分割した領域内におけるＱ段の交互走査によりカラードプラ画像データを生成する際、上記各分割領域の境界において発生する不連続の位置を連続して得られる画像データにおいて順次変更することができる。従って、これら複数の画像データに対して画像データ間演算処理を行なうことによって上記不連続は相対的に低減することが可能となる。また、従来の方法と同様に、フレーム周波数を低減させること無く低流速検出能を向上させることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することが可能である。例えば、上記の説明では、交互走査段数Ｑ及び１ラスタ当たりの超音波送受波回数ｎが３の場合について述べたが、これらの値に限定されるものではない。また、図４では超音波画像上のラスタ総数Ｒｍが交互走査段数Ｑの整数倍に対して１ラスタ分少ない場合について示したが、２ラスタ以上であっても構わない。更に、上記実施の形態の説明では、各分割領域単位でドプラモード信号とＢモード信号を収集する際、上記信号を交互に収集する方法について述べたが、複数の分割領域のドプラモード信号を連続して収集した後Ｂモード信号の収集を行ってもよい。また、図５に示したフレーム間画像演算処理において重み付け加算される画像データ枚数は３枚に限定されない。
【００７０】
一方、本発明が適用される超音波診断装置１００は、セクタ電子走査方式に限定されるものではなく、リニア電子走査方式、更にはコンベックス電子走査方式であってもよく、またドプラ信号の検出方式としてＦＦＴ法など、自己相関法以外の方式であってもよい。また、ドプラモード処理部５によって検出されるドプラ信号は、例えば心筋などの組織の運動に関する情報であってもよく、血流情報に限定されない。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数に分割された領域単位で超音波によるドプラ情報の収集と画像化を行う際に、分割領域の境界の画像データに発生する不連続部分を低減することができるため、良質な超音波画像の表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における超音波診断装置全体の構成を示すブロック図。
【図２】同実施の形態における交互走査モデルを示す図。
【図３】同実施の形態におけるドプラモード信号記憶回路の構成を示す図。
【図４】同実施の形態におけるドプラモード信号の収集順序を示す図。
【図５】同実施の形態における画像データ間演算処理の原理を示す図。
【図６】同実施の形態の変形例におけるドプラモード信号の収集順序を示す図。
【図７】同実施の形態の他の変形例におけるドプラモード信号の収集順序を示す図。
【図８】従来のドプラモード信号収集時の送受波方法を示す図。
【符号の説明】
１…超音波プローブ
２…超音波送信部
３…超音波受信部
４…Ｂモード処理部
５…ドプラモード処理部
６…画像演算・記憶部
８…システム制御部
９…操作部
１０…表示部
２０…基準信号発生器
２１…π／２移相器
２２…ミキサ
２３…ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
２４…Ａ／Ｄ変換器
２５…ドプラモード信号記憶回路
２６…ＭＴＩフィルタ
２７…自己相関器
２８…演算器
２９…演算回路
３０…画像データ記憶回路
３１…表示用画像データ記憶回路
１００…超音波診断装置

Claims

超音波振動子を備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子より被検体の所定領域に対して超音波送受波を行う超音波送受波手段と、
前記被検体の前記所定領域を超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波の順次変更を複数回繰り返して行う第１の走査制御手段と、
この第１の走査制御手段によって設定される前記超音波送受波に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいてドプラモード信号を検出するドプラモード信号検出手段と、
前記ドプラモード信号検出手段によって得られたドプラモード信号に基づいてドプラ画像データを生成して記憶する第１の画像データ生成記憶手段と、
この第１の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記ドプラ画像データに対して画像データ間の演算を行うための演算手段と、
この演算手段によって得られた画像データを表示する表示手段とを備え、
前記演算手段によって演算される少なくとも時刻の異なる２枚のドプラ画像データを生成する前記分割領域の境界位置は互いに異なることを特徴とする超音波診断装置。
超音波振動子を備えた超音波プローブと、
前記超音波振動子より被検体の所定領域に対して超音波送受波を行う超音波送受波手段と、
前記被検体の前記所定領域を超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の前記超音波送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波の順次変更を複数回繰り返して行う第１の走査制御手段と、前記被検体の前記所定領域を前記超音波送受波方向と直交する方向において複数領域に分割し、各々の分割領域の前記超音波送受波に対して送受波方向を順次変更しながら超音波送受波を行う第２の走査制御手段と、
前記第１の走査制御手段によって設定される前記超音波送受波に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいてドプラモード信号を検出するドプラモード信号検出手段と、
前記第２の走査制御手段によって設定される所定の送受波方向に対応して前記超音波送受波手段から得られた受信信号に基づいて前記送受波方向のＢモード信号を検出するＢモード信号検出手段と、
前記ドプラモード信号検出手段によって得られた前記ドプラモード信号に基づいてドプラ画像データを生成して記憶する第１の画像データ生成記憶手段と、
前記Ｂモード信号検出手段によって得られた前記Ｂモード信号に基づいてＢモード画像データを生成して記憶する第２の画像データ生成記憶手段と
前記第１の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記ドプラ画像データ及び前記第２の画像データ生成記憶手段によって生成された複数枚の前記Ｂモード画像データに対して画像データ間の演算を行うための演算手段と、
この演算手段によって得られた画像データを表示する表示手段とを備え、
前記演算手段によって演算される少なくとも２枚のドプラ画像データあるいはＢモード画像データを生成する前記分割領域の境界位置は互いに異なることを特徴とする超音波診断装置。
前記第１の走査制御手段は、前記第１の画像データ生成記憶手段によって連続して生成された前記複数枚のドプラ画像データの各々に対して、前記分割領域の境界位置を順次変更するように前記超音波送受波を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置。
前記第２の走査制御手段は、前記第２の画像データ生成記憶手段によって連続して生成された前記複数枚のＢモード画像データの各々に対して、前記分割領域の境界位置を順次変更するように前記超音波送受波を制御することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
前記第１の走査制御手段は、前記複数枚のドプラ画像データのうち、少なくとも２枚のドプラ画像データにおいて超音波送受波の開始方向が異なるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載した超音波診断装置。
前記第２の走査制御手段は、前記複数枚のＢモード画像データのうち、少なくとも２枚のＢモード画像データにおいて超音波送受波の開始方向が異なるように制御することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の超音波診断装置。
前記演算手段は、前記複数枚のドプラ画像データあるいは前記複数枚のＢモード画像データに対して重み付け加算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置。
前記表示手段は、前記演算手段によって演算された前記ドプラ画像データと前記Ｂモード画像データを合成して表示することを特徴とする請求項２又は請求項４又は請求項６に記載の超音波診断装置。
前記第１の走査制御手段と第２の走査制御手段の少なくともいずれか一方は、前記被検体の前記所定領域における超音波送受波方向数を前記分割領域の送受波方向数の整数倍と異なるように設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載した超音波診断装置。
前記第１の走査制御手段と第２の走査制御手段の少なくともいずれか一方は、前記複数枚のドプラ画像データあるいは前記複数枚のＢモード画像データのうち、少なくとも１枚のドプラ画像データあるいはＢモード画像データにおいて最初の送受波方向と最後の送受波方向が隣接するように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載した超音波診断装置。
前記第１の走査制御手段と第２の走査制御手段の少なくともいずれか一方は、前記被検体の前記所定領域に設定した端部の前記分割領域に対する超音波送受波に際して所定の休止期間を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載した超音波診断装置。