JP3266723B2 - 超音波信号処理方法 - Google Patents
超音波信号処理方法Info
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- JP3266723B2 JP3266723B2 JP29298293A JP29298293A JP3266723B2 JP 3266723 B2 JP3266723 B2 JP 3266723B2 JP 29298293 A JP29298293 A JP 29298293A JP 29298293 A JP29298293 A JP 29298293A JP 3266723 B2 JP3266723 B2 JP 3266723B2
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- signal processing
- ultrasonic signal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】超音波による物体のベクトル的速
度計測を行なうための超音波信号処理方法に関する。
度計測を行なうための超音波信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波のドプラ効果により対象物の速度
を計測する方法は知られている。また、超音波の進行方
向に直交する方向の速度成分を計測可能とする、本発明
者による方法もある（プロシーディング アイ イー
イー イー １９９２ ウルトラソニックス シンポジ
ウム ｐｐ．１１８７〜１１９０（Ｐｒｏｃ． ＩＥＥ
Ｅ １９９２ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳ
ＩＵＭ ｐｐ．１１８７〜１１９０））。この方法は、
超音波を送信し特定方向からの反射信号を複数の素子に
より受信する動作を複数回行い、特定方向における距離
に対応する受信信号を配列方向にフーリエ変換し、この
結果の時間変化を二次元信号と考え放射状フーリエ変換
を行なうことによりベクトル的運動速度の計測を行なう
方法（以下ＣＶと呼ぶ）である。
を計測する方法は知られている。また、超音波の進行方
向に直交する方向の速度成分を計測可能とする、本発明
者による方法もある（プロシーディング アイ イー
イー イー １９９２ ウルトラソニックス シンポジ
ウム ｐｐ．１１８７〜１１９０（Ｐｒｏｃ． ＩＥＥ
Ｅ １９９２ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ ＳＹＭＰＯＳ
ＩＵＭ ｐｐ．１１８７〜１１９０））。この方法は、
超音波を送信し特定方向からの反射信号を複数の素子に
より受信する動作を複数回行い、特定方向における距離
に対応する受信信号を配列方向にフーリエ変換し、この
結果の時間変化を二次元信号と考え放射状フーリエ変換
を行なうことによりベクトル的運動速度の計測を行なう
方法（以下ＣＶと呼ぶ）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このＣＶによると、放
射状のフーリエ変換が必要であり特殊な構成が必要とな
る。そこで、本発明の目的は、この問題点を解決し通常
技術により、特にベクトル的運動速度の時間的変化を効
果的に計測可能とする、超音波信号処理方法を提供する
ことにある。
射状のフーリエ変換が必要であり特殊な構成が必要とな
る。そこで、本発明の目的は、この問題点を解決し通常
技術により、特にベクトル的運動速度の時間的変化を効
果的に計測可能とする、超音波信号処理方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】超音波を送信し特定方向
からの反射信号を複数の素子により受信する動作を複数
回行い、特定方向における距離に対応する各素子の受信
信号を時系列的に求める。この結果に対し通常の一次元
あるいは二次元のフーリエ変換を行なう。フーリエ変換
の結果である二次元信号を特定方向に積分することによ
りベクトル的運動速度の計測を行ない、得た二次元信号
の特定位置について上記の積分を経時的に行う。
からの反射信号を複数の素子により受信する動作を複数
回行い、特定方向における距離に対応する各素子の受信
信号を時系列的に求める。この結果に対し通常の一次元
あるいは二次元のフーリエ変換を行なう。フーリエ変換
の結果である二次元信号を特定方向に積分することによ
りベクトル的運動速度の計測を行ない、得た二次元信号
の特定位置について上記の積分を経時的に行う。
【０００５】
【作用】本発明の方法においては、フーリエ変換の結果
である二次元信号を特定方向に積分することによりベク
トル的運動速度の計測を行ない、得た二次元信号の特定
位置について上記の積分を経時的に行なので、従来技術
でなされていた放射方向に関する特殊なフーリエ変換は
不要となる。通常のフーリエ変換のみによりベクトル速
度計測が可能となり、特に検査対象の時間的な状態変化
の経過観察が可能となる。
である二次元信号を特定方向に積分することによりベク
トル的運動速度の計測を行ない、得た二次元信号の特定
位置について上記の積分を経時的に行なので、従来技術
でなされていた放射方向に関する特殊なフーリエ変換は
不要となる。通常のフーリエ変換のみによりベクトル速
度計測が可能となり、特に検査対象の時間的な状態変化
の経過観察が可能となる。
【０００６】
【実施例】本方式の送受信動作を図１により説明する。
まず、図１に示す送信用素子１から比較的広い範囲２
に、時間間隔Ｔなる超音波信号Ｔｐ（ｐ＝−Ｐ・・・＋
Ｐ）を順次送波する。反射体からの信号を配列形受波器
３により受波し、反射体までの距離に依存する波面の曲
率を凹面遅延回路４により補正する。このようにして得
られた受信信号Ｒ(n,m,p)は、時間と共に変化する反射
体位置に対応して５、６、７と変化する。このような受
信信号の特定時刻（サンプル番号ｎ0）の信号Ｒ0(m,p)
( =Ｒ(n0,m,p) )は８、９、１０に示す信号のように変
化する。つまり目的信号の空間周波数は、反射体の方位
方向移動に対応し、図２（ａ）に示すように時間と共に
変化することとなる。ここでＭは素子の総数である。こ
のような信号を配列方向にフーリエ変換すると図２
（ｂ）となり、傾斜した直線１１上に信号Ｒ1(ω,p)が
得られる。ここで、この直線の勾配θ0が反射体の方位
方向速度に対応する。ここで、図３（ａ）に示すように
反射体が距離方向の速度成分を同時に有する場合には、
図３（ｂ）に示すように信号の位相が回転する。この位
相回転速度が反射体の距離方向速度に対応する。つい
で、図４（ａ）の１１に示すこのＲ1(ω,p)を二次元フ
ーリエ変換すると、図４ｂ）に示すＲ2(ｍ，ｆ)とな
る。ここでＲ2の第一変数は、フーリエ変換における関
係から、当初変数である配列素子位置変数ｍに戻る。図
４（ｂ）における距離ｒ0は、Ｒ1(ω,p)の傾斜直線１１
上の周波数に対応し、従って対象の距離方向速度に対応
する。このＲ2(ｍ，ｆ)を図５の１２、１３、１４に示
すように種々の方向に投影する。この投影結果を投影方
向θと中心からの距離ｒに対応して表示すると、図５
（ｂ）のＲ（ｒ，θ）となり、１３に示す方向の投影結
果である、対象の方位方向及び距離方向速度に対応する
位置（ｒ0，θ0）に大きな信号が表示されることにな
り、この位置から対象のベクトル速度が求まることにな
る。以上の処理の全体をまとめて図６に示す。ここで、
１５が配列方向への一次元フーリエ変換、１６が二次元
フーリエ変換、１７が放射方向への投影処理である。
まず、図１に示す送信用素子１から比較的広い範囲２
に、時間間隔Ｔなる超音波信号Ｔｐ（ｐ＝−Ｐ・・・＋
Ｐ）を順次送波する。反射体からの信号を配列形受波器
３により受波し、反射体までの距離に依存する波面の曲
率を凹面遅延回路４により補正する。このようにして得
られた受信信号Ｒ(n,m,p)は、時間と共に変化する反射
体位置に対応して５、６、７と変化する。このような受
信信号の特定時刻（サンプル番号ｎ0）の信号Ｒ0(m,p)
( =Ｒ(n0,m,p) )は８、９、１０に示す信号のように変
化する。つまり目的信号の空間周波数は、反射体の方位
方向移動に対応し、図２（ａ）に示すように時間と共に
変化することとなる。ここでＭは素子の総数である。こ
のような信号を配列方向にフーリエ変換すると図２
（ｂ）となり、傾斜した直線１１上に信号Ｒ1(ω,p)が
得られる。ここで、この直線の勾配θ0が反射体の方位
方向速度に対応する。ここで、図３（ａ）に示すように
反射体が距離方向の速度成分を同時に有する場合には、
図３（ｂ）に示すように信号の位相が回転する。この位
相回転速度が反射体の距離方向速度に対応する。つい
で、図４（ａ）の１１に示すこのＲ1(ω,p)を二次元フ
ーリエ変換すると、図４ｂ）に示すＲ2(ｍ，ｆ)とな
る。ここでＲ2の第一変数は、フーリエ変換における関
係から、当初変数である配列素子位置変数ｍに戻る。図
４（ｂ）における距離ｒ0は、Ｒ1(ω,p)の傾斜直線１１
上の周波数に対応し、従って対象の距離方向速度に対応
する。このＲ2(ｍ，ｆ)を図５の１２、１３、１４に示
すように種々の方向に投影する。この投影結果を投影方
向θと中心からの距離ｒに対応して表示すると、図５
（ｂ）のＲ（ｒ，θ）となり、１３に示す方向の投影結
果である、対象の方位方向及び距離方向速度に対応する
位置（ｒ0，θ0）に大きな信号が表示されることにな
り、この位置から対象のベクトル速度が求まることにな
る。以上の処理の全体をまとめて図６に示す。ここで、
１５が配列方向への一次元フーリエ変換、１６が二次元
フーリエ変換、１７が放射方向への投影処理である。
【０００７】以上は、先ず配列方向にフーリエ変換し次
いで二次元フーリエ変換することによりを形成する基本
的構成法である。ここで、図４（ｂ）に示したように、
Ｒ2(ｍ，ｆ)の第一の次元は当初の素子位置に関する変
数ｍに戻っている。このため、受信信号Ｒ0（ｍ，ｐ）
を送波時刻ｐに関してフーリエ変換することにより、直
接Ｒ2(ｍ，ｆ)が得られることになる。このＲ2(ｍ，ｆ)
を投影することにより、基本構成と同様に、対象のベク
トル速度が求まることになる。この簡略化構成の全体を
図７に示す。ここで、１８は時間方向への一次元フーリ
エ変換、また１７は放射方向への投影処理である。
いで二次元フーリエ変換することによりを形成する基本
的構成法である。ここで、図４（ｂ）に示したように、
Ｒ2(ｍ，ｆ)の第一の次元は当初の素子位置に関する変
数ｍに戻っている。このため、受信信号Ｒ0（ｍ，ｐ）
を送波時刻ｐに関してフーリエ変換することにより、直
接Ｒ2(ｍ，ｆ)が得られることになる。このＲ2(ｍ，ｆ)
を投影することにより、基本構成と同様に、対象のベク
トル速度が求まることになる。この簡略化構成の全体を
図７に示す。ここで、１８は時間方向への一次元フーリ
エ変換、また１７は放射方向への投影処理である。
【０００８】図６あるいは図７の構成において、Ｒ
2(ｍ，ｆ)を求めるためには時間軸方向ｐに関するフー
リエ変換がどこかで行われるが、この変換において図８
（ａ）に示す受信信号Ｒ0（ｍ，ｐ）のｐ方向について
図８（ｂ）に示す振幅重みを付加する。このような重み
付けを行うと、加重結果のｐに関するフーリエ変換は図
８（ｃ）に示すように、目的信号出力の両脇に振幅が半
分で位相が逆の部分が付加される。このため、図９に示
すように、対象物の方位方向速度に対応するθ0方向１
３への投影は大きな値に成長するが、その方向から微小
量Δθずれた方向１２あるいは１４への投影はこの逆位
相部分の打消効果により大幅に低下する。このため方位
方向の速度分解能が大幅に向上する。またこのフーリエ
変換における重み付けはこの方法に限られるものではな
く、任意の方向につき種々の形状により可能であり、そ
れぞれ固有の効果が期待される。
2(ｍ，ｆ)を求めるためには時間軸方向ｐに関するフー
リエ変換がどこかで行われるが、この変換において図８
（ａ）に示す受信信号Ｒ0（ｍ，ｐ）のｐ方向について
図８（ｂ）に示す振幅重みを付加する。このような重み
付けを行うと、加重結果のｐに関するフーリエ変換は図
８（ｃ）に示すように、目的信号出力の両脇に振幅が半
分で位相が逆の部分が付加される。このため、図９に示
すように、対象物の方位方向速度に対応するθ0方向１
３への投影は大きな値に成長するが、その方向から微小
量Δθずれた方向１２あるいは１４への投影はこの逆位
相部分の打消効果により大幅に低下する。このため方位
方向の速度分解能が大幅に向上する。またこのフーリエ
変換における重み付けはこの方法に限られるものではな
く、任意の方向につき種々の形状により可能であり、そ
れぞれ固有の効果が期待される。
【０００９】また、図７に典型例が見られるが、時間軸
方向にフーリエ変換を行う場合においては、図１０に示
すように、Ｒ2(ｍ，ｆ)から最も古い信号による部分Ａ
をフーリエの領域において取り除き、最新の信号による
部分Ｂを追加配置し、次の時刻のＲ2(ｍ，ｆ)である
Ｒ2'(ｍ，ｆ)を導出する、（数１）で示される逐次処
理、
方向にフーリエ変換を行う場合においては、図１０に示
すように、Ｒ2(ｍ，ｆ)から最も古い信号による部分Ａ
をフーリエの領域において取り除き、最新の信号による
部分Ｂを追加配置し、次の時刻のＲ2(ｍ，ｆ)である
Ｒ2'(ｍ，ｆ)を導出する、（数１）で示される逐次処
理、
【００１０】
【数１】 Ｒ2'(ｍ，ｆ)＝Ｒ2(ｍ，ｆ)−Ａ＋Ｂ …（数１） により、連続計測などの場合におけるフーリエ変換が大
幅に簡略化される。
幅に簡略化される。
【００１１】次に、固定した反射体が存在する場合を考
えるとこのままでは計測精度が低下する。そこで、送波
時間方向ｐに関して隣接する信号間の差Ｒ'0（ｍ，ｐ）
を（数２）に示すように、
えるとこのままでは計測精度が低下する。そこで、送波
時間方向ｐに関して隣接する信号間の差Ｒ'0（ｍ，ｐ）
を（数２）に示すように、
【００１２】
【数２】 Ｒ'0（ｍ，ｐ）＝Ｒ0（ｍ，ｐ）−Ｒ0（ｍ，ｐ＋１） …（数１） とすると、時間と共に変化する運動物体に対応する信号
のみが大きく残ることになり、その後の速度計測処理を
行なうことにより、計測精度の低下なしに目的とする速
度計測が可能となる。この差分処理は、固定信号を抑圧
する手段であればどのような構成でもよく、この構成に
限定されるものではない。
のみが大きく残ることになり、その後の速度計測処理を
行なうことにより、計測精度の低下なしに目的とする速
度計測が可能となる。この差分処理は、固定信号を抑圧
する手段であればどのような構成でもよく、この構成に
限定されるものではない。
【００１３】ここで、血流の進行方向が。図１１に示す
ような、細い血管中における場合のように特定の方向に
一定していて、血流の早さのみが心臓の拍動に従い時間
的に変動する場合においては、横方向速度ｖθと距離方
向速度ｖrとは比例する。このように両方向速度成分が
比例関係を有する場合には、幾何学的関係から、図４
ｂ）に示したＲ2（ｍ，ｆ）はどのような速度において
も図１２に示す特定の点Ｑを必ず通過する。ここにおけ
る角度ηが流速の大きさに比例する。そこで、このＱを
図１３に示すように仮定し、このＱを通り（ｑ0−ｑn）
なる方向を設定し、それぞれにつきＲ2（ｍ，ｆ）を積
分することにより、図１４に示すように流速の大きさに
対応する加算結果が大きく成長し速度の計測が可能とな
る。この成長部分の径時的な移動が速度の時間変動に対
応する。この積分を、Ｒ2（ｍ，ｆ）の絶対値について
行う構成も可能である。このＱの設定は、手動による構
成あるいは、自動による設定等が可能である。
ような、細い血管中における場合のように特定の方向に
一定していて、血流の早さのみが心臓の拍動に従い時間
的に変動する場合においては、横方向速度ｖθと距離方
向速度ｖrとは比例する。このように両方向速度成分が
比例関係を有する場合には、幾何学的関係から、図４
ｂ）に示したＲ2（ｍ，ｆ）はどのような速度において
も図１２に示す特定の点Ｑを必ず通過する。ここにおけ
る角度ηが流速の大きさに比例する。そこで、このＱを
図１３に示すように仮定し、このＱを通り（ｑ0−ｑn）
なる方向を設定し、それぞれにつきＲ2（ｍ，ｆ）を積
分することにより、図１４に示すように流速の大きさに
対応する加算結果が大きく成長し速度の計測が可能とな
る。この成長部分の径時的な移動が速度の時間変動に対
応する。この積分を、Ｒ2（ｍ，ｆ）の絶対値について
行う構成も可能である。このＱの設定は、手動による構
成あるいは、自動による設定等が可能である。
【００１４】本発明の方法を簡潔に要約すると以下のよ
うになる。超音波を送信し特定方向からの反射信号を複
数の素子により受信する動作を複数回行い、特定方向に
おける距離に対応する受信信号を配列方向につきフーリ
エ変換し、次いで二次元フーリエ変換を行う、あるいは
時間軸方向にフーリエ変換を行いその結果を放射方向に
投影することによりベクトル的運動速度の計測を行な
う。
うになる。超音波を送信し特定方向からの反射信号を複
数の素子により受信する動作を複数回行い、特定方向に
おける距離に対応する受信信号を配列方向につきフーリ
エ変換し、次いで二次元フーリエ変換を行う、あるいは
時間軸方向にフーリエ変換を行いその結果を放射方向に
投影することによりベクトル的運動速度の計測を行な
う。
【００１５】本発明による超音波信号処理方法が適用さ
れる超音波装置の全体の構成を図１５に示す。ここで、
１９が配列形超音波送受波器であり、その一部分を駆動
信号源２０からの信号により振動させることにより対象
領域中に超音波を発生する。反射体からの信号は１９に
より受信される。この受信信号は増幅器２１により増幅
され、アナログーディジタル変換器２２によりディジタ
ル化され、速度演算部２３に入力する。この速度演算部
により、各種のフーリエ変換、積分等の速度計測処理が
行なわれ、２４の表示部に色相あるいは輝度あるいは数
字等により表示する。この他の、超音波装置での通常の
処理は当然併用される。また、ＣＶにおいて行われる三
次元ベクトル計測等の各種拡張構成は、この方式におい
ても同様に可能である。
れる超音波装置の全体の構成を図１５に示す。ここで、
１９が配列形超音波送受波器であり、その一部分を駆動
信号源２０からの信号により振動させることにより対象
領域中に超音波を発生する。反射体からの信号は１９に
より受信される。この受信信号は増幅器２１により増幅
され、アナログーディジタル変換器２２によりディジタ
ル化され、速度演算部２３に入力する。この速度演算部
により、各種のフーリエ変換、積分等の速度計測処理が
行なわれ、２４の表示部に色相あるいは輝度あるいは数
字等により表示する。この他の、超音波装置での通常の
処理は当然併用される。また、ＣＶにおいて行われる三
次元ベクトル計測等の各種拡張構成は、この方式におい
ても同様に可能である。
【００１６】
【発明の効果】このような方法により、通常のフーリエ
変換のみによりベクトル速度計測が可能となり、特に検
査対象の時間的な状態変化の経過観察が可能となる。
変換のみによりベクトル速度計測が可能となり、特に検
査対象の時間的な状態変化の経過観察が可能となる。
【図１】受信信号を説明する図。
【図２】配列方向での一次元フーリエ変換出力を説明す
る図。
る図。
【図３】距離方向速度を説明する図。
【図４】二次元フーリエ変換出力を説明する図。
【図５】放射方向投影を説明する図。
【図６】信号処理の基本構成を説明する図。
【図７】信号処理の簡易構成を説明する図。
【図８】重み付けを説明する図。
【図９】重み付けの効果を説明する図。
【図１０】逐次フーリエ変換を説明する図。
【図１１】血流方向の一様性を示す説明図。
【図１２】特定の交点を示す説明図。
【図１３】特定の積分用直線群を示す説明図。
【図１４】分析出力の一例を示す説明図。
【図１５】本発明による超音波信号処理方法が適用され
る装置の全体構成を示す図。
る装置の全体構成を示す図。
１９…送受波器、２０…送波信号源、２１…増幅器、２
２…アナログーディジタル変換器、２３…速度演算部、
２４…表示部、２５…血管。
２…アナログーディジタル変換器、２３…速度演算部、
２４…表示部、２５…血管。
Claims (4)
- 【請求項１】超音波を送信し特定方向からの反射信号を
複数の素子により受信する動作を複数回行い、前記特定
方向における距離に対応する受信信号を時系列方向につ
きフーリエ変換し、該フーリエ変換の結果である二次元
信号を放射方向に投影処理することによりベクトル的運
動速度の計測を行なう超音波信号処理方法において、前
記二次元信号平面内における任意の点を中心として前記
放射方向の投影処理を、血流の時間的変化に従い行うこ
とを特徴とする超音波信号処理方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記フー
リエ変換時に信号の差分処理を行なうことを特徴とする
超音波信号処理方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の方法において、前記フー
リエ変換処理を逐次処理により行なうことを特徴とする
超音波信号処理方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の方法において、前記フー
リエ変換時に信号の重み付けを行なうことを特徴とする
超音波信号処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29298293A JP3266723B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 超音波信号処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29298293A JP3266723B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 超音波信号処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07146304A JPH07146304A (ja) | 1995-06-06 |
| JP3266723B2 true JP3266723B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=17788944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29298293A Expired - Lifetime JP3266723B2 (ja) | 1993-11-24 | 1993-11-24 | 超音波信号処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3266723B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027899A1 (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Hitachi Medical Corporation | 超音波撮像装置 |
| JP5355327B2 (ja) * | 2009-09-18 | 2013-11-27 | 日立アロカメディカル株式会社 | 超音波診断装置 |
| CN112362120B (zh) * | 2020-11-12 | 2024-06-18 | 中北大学 | 流量检测器及流量检测方法 |
-
1993
- 1993-11-24 JP JP29298293A patent/JP3266723B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07146304A (ja) | 1995-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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