JP4891590B2 - 超音波ドプラ計測装置及びドプラ信号処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波のドプラ効果を利用して、生体内の血流の流速情報や組織の移動情報などの計測を行なう超音波ドプラ計測装置、及びドプラ信号処理プログラムに関する。

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前記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。生体内の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、これらの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。

一方、被検体の任意の観測部位における血流情報を定量的且つ高精度で得る方法としてドプラスペクトラム法がある。このドプラスペクトラム法では、被検体の同一部位に対して一定間隔で複数回の超音波送受信を行ない、血球などの移動反射体において反射した超音波反射波に対し、超音波送受信に使用した超音波振動子の共振周波数と略等しい周波数の基準信号を用いた直交位相検波によってドプラ信号を検出する。そして、このドプラ信号の中から所望部位におけるドプラ信号をレンジゲートによって抽出し、更に、抽出したドプラ信号をＦＦＴ分析することによってドプラスペクトラムデータを生成している。

このような手順により、被検体の所望部位から得られたドプラ信号に対してドプラスペクトラムデータを連続的に生成し、得られた複数のドプラスペクトラムデータを順次配列することによって、ドプラスペクトラム画像データを生成する。尚、レンジゲートを被検体における所望の観測部位に正確に設定するために、レンジゲートの設定はＢモード画像観測下において行なわれ、このとき、レンジゲート位置はＢモード画像によってモニタリングされる。

この超音波ドプラ計測装置によって得られるドプラスペクトラムデータでは、一般に、縦軸に周波数（ｆ）、横軸に時間（ｔ）、各周波数成分のパワー（強さ）が輝度（階調）として表示される。このドプラスペクトラムデータに基づいて各種診断パラメータの計測が行なわれており、その代表的なものとして周波数軸方向の最大周波数成分ｆｐに対応する最高血流速Ｖｐを検出し、この最高血流速Ｖｐの時間変化を示すトレース波形データに基づいて診断パラメータを計測する方法がある。

最高血流速Ｖｐのトレース波形データの生成では、ノイズのスペクトラムに埋もれていないドプラスペクトラム成分の最大値から最高血流速Ｖｐを計測する方法が行なわれ、従来はフリーズ（静止表示）されたドプラスペクトラムデータを対象としたマニュアルトレース操作が基本であった。

これに対して、近年では、リアルタイムで得られるドプラスペクトラムデータに設定した所定閾値に基づいて最高血流速Ｖｐを自動トレースする方法が開発され、更に、上記閾値をドプラスペクトラムデータの平均信号レベル及び平均ノイズレベルに基づいて自動設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。又、複数の閾値を予め設定し、これらの閾値に基づいて生成された複数のトレース波形データの中から好適なトレース波形データを最高血流速Ｖｐのトレース波形データとして選択する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第６５２８３２１号明細書 特開平７−３０３６４１号公報

しかしながら、上述の特許文献１の方法によれば、平均信号レベルや平均ノイズレベルの時間的変動に伴い、最高血流速Ｖｐがノイズの影響を受けて検出不能となる場合がある。このため、医師や検査技師（以下、操作者と呼ぶ。）は、前記閾値を順次更新し、このとき生成されるトレース波形データを観測することによって所望のトレース波形データが得られる閾値を設定する手順が不可欠となっている。

ところで、ドプラスペクトラムデータに対する閾値を所定間隔で更新しながらトレース波形データの生成を行なう場合、閾値の変化量に対するトレース波形データの変位量はドプラスペクトラムデータにおける平均信号レベル及び平均ノイズレベルに依存する。例えば、総頚動脈の血流から得られるドプラスペクトラムデータのように平均信号レベルと平均ノイズレベルの差（以下では、ドプラ感度と呼ぶ。）が大きな場合には閾値を多少変化させてもトレース波形データに対して大きな影響を与えないが、中大脳動脈や椎骨動脈のドプラスペクトラムデータのようにドプラ感度が悪い場合には、同じ閾値の変位量に対してトレース波形データが周波数軸方向に著しく変位する。又、ドプラ感度は、計測部位のみならず被検体の性別や体質（例えば、肥満度）等にも依存することが知られており、このような被検体に対して得られたトレース波形データにおいても上述と同様な現象が発生する。

図１４（ａ）はドプラ感度が良好な総頸動脈から得られるドプラスペクトラムデータに対して３つの閾値を所定間隔で設定した場合のトレース波形データであり、縦軸は血流速度（周波数）、横軸は時間を示している。一方、図１４（ｂ）は、ドプラ感度が悪い、例えば、中大脳動脈のドプラスペクトラムデータに対し図１４（ａ）の場合と同一の間隔で３つの閾値を設定して得られたトレース波形データであり、縦軸及び横軸は図１４（ａ）の場合と同様である。

従って、予め設定された複数の閾値の中から所望のトレース波形データが生成される場合の閾値を効率よく選択するためには、ドプラ感度の悪いドプラスペクトラムデータに対し比較的小さな間隔で閾値を更新し、ドプラ感度の良いドプラスペクトラムデータに対し比較的大きな間隔で閾値を更新して得られたトレース波形データを比較観測することが望ましいが、上述の特許文献１あるいは特許文献２の方法においてはドプラ感度の差異に伴う閾値間隔の設定方法については何等記載されていない。

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、時系列的に得られるドプラスペクトラムデータに対し閾値を設定して所望のトレース波形データを生成する際に、スペクトラム形状モデルとドプラ感度に基づいて前記ドプラスペクトラムデータに対する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に設定された所定数の閾値を順次更新することにより前記所望のトレース波形データを高効率かつ高精度で生成することが可能な超音波ドプラ計測装置、及びドプラ信号処理プログラムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の第１の視点は、被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を有した超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動して超音波の送信を行なう送信ユニットと、前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信する受信ユニットと、前記受信信号に対しドプラ信号を検出するドプラ信号検出ユニットと、前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによってドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータ生成ユニットと、ドプラスペクトラムデータからトレース波形データを生成するための条件を設定する所定のパラメータに対して閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定する閾値設定ユニットと、前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記スペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を、前記トレース波形データとして生成するトレースデータ生成ユニットと、前記トレース波形データを表示する表示ユニットを、を具備し、前記閾値設定ユニットは、前記生成されたドプラスペクトラムデータの波形に基づいて、前記閾値範囲又は前記閾値を設定すること、を特徴とする超音波ドプラ計測装置である。

本発明の第２の視点は、被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を有した超音波プローブと、前記超音波振動子を駆動して超音波の送信を行なう送信ユニットと、前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信する受信ユニットと、前記受信信号からドプラ信号を検出するドプラ信号検出ユニットと、前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる所定部位の前記ドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータ生成ユニットと、このスペクトラムデータ生成ユニットによって生成された複数の前記ドプラスペクトラムデータに基づいてドプラ感度を計測するドプラ感度計測ユニットと、前記窓関数に基づいてスペクトラム形状モデルを作成するスペクトラム形状モデル作成ユニットと、前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定する閾値設定ユニットと、前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記ドプラスペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を前記トレース波形データとして生成するトレースデータ生成ユニットと、前記トレース波形データを表示する表示ユニットと、を具備することを特徴とする超音波ドプラ計測装置である。

本発明の第３の視点は、コンピュータに、被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を駆動して超音波を送信させる送信機能と、前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信させる受信機能と、前記受信信号に対しドプラ信号を検出させる検出機能と、前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによってドプラスペクトラムデータを時系列的に生成させるドプラスペクトラムデータ生成機能と、ドプラスペクトラムデータからトレース波形データを生成するための条件を設定する所定のパラメータに対して閾値範囲を設定させ、且つこの閾値範囲に複数の閾値を設定させる閾値設定機能と、前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記スペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を、前記トレース波形データとして生成させる経時的変化生成機能と、前記トレース波形データを表示させる表示能と、を実現させ、前記閾値設定機能においては、前記生成されたドプラスペクトラムデータの波形に基づいて、前記閾値範囲又は前記閾値を設定させること、を特徴とするするドプラ信号処理プログラムである。

本発明の第４の視点は、コンピュータに、被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を駆動して超音波を送信させる送信機能と、前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信させる受信機能と、前記受信信号に対しドプラ信号を検出させる検出機能と、前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる所定部位の前記ドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータを生成させるスペクトラムデータ生成機能と、生成された複数の前記ドプラスペクトラムデータに基づいてドプラ感度を計測させるドプラ感度計測機能と、前記窓関数に基づいてスペクトラム形状モデルを作成するスペクトラム形状モデルを作成させるスペクトラム形状モデル作成機能と、前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定させる閾値設定機能と、前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記ドプラスペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を前記トレース波形データとして生成させるトレース波形データ生成機能と、前記トレース波形データを表示させる表示機能と、を実現させることを特徴とするドプラ信号処理プログラムである。

以上本発明によれば、時系列的に得られるドプラスペクトラムデータに対し閾値を設定して所望のトレース波形データを生成する際に、スペクトラム形状モデルとドプラ感度に基づいて前記ドプラスペクトラムデータに対する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に設定された所定数の閾値を順次更新することにより前記所望のトレース波形データを高効率かつ高精度で生成することが可能な超音波ドプラ計測装置、及びドプラ信号処理プログラムを実現することができる。

以下、本発明の第１及び第２の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
（装置の構成）
以下に述べる本発明の実施形態では、被検体の所定部位に対する超音波送受信によって得られたドプラスペクトラムデータの平均信号レベルと平均ノイズレベルとからドプラ感度を計測する。次いで、上述のドプラスペクトラムデータを生成する際の窓関数に基づいて作成したスペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づきトレース波形データが周波数軸方向に所定量変化する閾値範囲を設定し、この閾値範囲において所定数の閾値を略等間隔に設定する。そして、設定された複数の閾値の中から所望のトレース波形データが得られる閾値を選択し、選択した閾値を用いてトレース波形データの生成と表示を継続する。

以下では、本発明の実施形態における超音波ドプラ計測装置の構成と各ユニットの基本動作につき図面を用いて説明する。尚、図１は、本実施形態における超音波ドプラ計測装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波ドプラ計測装置を構成する送受信部及びデータ生成部のブロック図を示す。

図１に示す超音波ドプラ計測装置１００は、被検体に対して超音波の送受信を行なう超音波プローブ３と、超音波プローブ３に対して送受信を行なう送受信部２と、送受信部２から得られた受信信号からＢモードデータやカラードプラデータ、更には、ドプラスペクトラムデータを得るための信号処理を行なうデータ生成部４を備え、更に、データ生成部４において生成されたドプラスペクトラムデータに基づいて最高血流速Ｖｐのトレース波形データを生成するトレース波形生成部５と、データ生成部４において時系列的に得られる上述の各データからＢモード画像データ、カラードプラ画像データ及びドプラスペクトラム画像データの生成と保存を行ない、更にトレース波形生成部５にて生成されたトレース波形データを保存するデータ記憶部６を備えている。

更に、超音波ドプラ計測装置１００は、送受信部２、あるいはデータ生成部４に対して、例えば、超音波パルスの中心周波数とほぼ等しい周波数の連続波あるいは矩形波を発生する基準信号発生部１と、データ記憶部６において保存された画像データやトレース波形データ等を表示する表示部７と、操作者によって患者情報の入力、画像表示モードの設定、各種画像データやトレース波形データの生成における条件設定、更には種々のコマンド信号の入力等が行なわれる入力部８と、超音波ドプラ計測装置１００における上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１０を備えている。

超音波プローブ３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なうものであり、１次元に配列された複数個（Ｎ個）の微小な超音波振動子をその先端部に有している。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を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、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。そして、上述の複数個の超音波振動子の各々は図示しないケーブルを介して送受信部２に接続されている。超音波プローブ３にはセクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、診断部位に応じて任意に選択される。以下ではセクタ走査用の超音波プローブ３を用いた場合について述べるが、この方法に限定されるものではなく、リニア走査対応、あるいはコンベックス走査対応であってもよい。

次に、図２に示した送受信部２は、超音波プローブ３から送信超音波を放射するための駆動信号を生成する送信部２１と、超音波プローブ３からの受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、基準信号発生部１から供給される連続波あるいは矩形波を分周することによって送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成し、このレートパルスを送信遅延回路２１２に供給する。

送信遅延回路２１２は、送信に使用される超音波振動子と同数（Ｎチャンネル）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送信超音波を収束するための遅延時間と所定の方向に送信超音波を放射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駆動回路２１３に供給する。駆動回路２１３は、Ｎチャンネルの独立な駆動回路を有し、超音波プローブ３に内蔵された超音波振動子を駆動するための駆動パルスを前記レートパルスに基づいて生成する。

一方、受信部２２は、Ｎチャンネルから構成されるＡ／Ｄ変換器２２１及び受信遅延回路２２２と、加算器２２３を備えている。超音波プローブ３から供給されるＮチャンネルの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２２１にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路２２２に送られる。受信遅延回路２２２は、所定の深さからの超音波反射波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換器２２１から出力されるＮチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２３は、これら受信遅延回路２２２からの受信信号を整相加算（所定の方向から得られた受信信号の位相を合わせて加算）する。

次に、データ生成部４は、受信部２２の加算器２２３から出力された受信信号に対してＢモードデータを生成するためのＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号に対して直交検波を行なってドプラ信号の検出を行なうドプラ信号検出部４２と、検出されたドプラ信号に基づいてカラードプラデータの生成を行なうカラードプラデータ生成部４３と、前記ドプラ信号の周波数分析によってスペクトラムデータを生成するスペクトラムデータ生成部４４を備えている。

Ｂモードデータ生成部４１は、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２を備え、包絡線検波器４１１は、受信部２２の加算器２２３から供給された整相加算後の受信信号を包絡線検波し、この包絡線検波信号は対数変換器４１２においてその振幅が対数変換される。尚、包絡線検波器４１１及び対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成しても構わない。

一方、ドプラ信号検出部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備えており、後述する動作により受信部２２の加算器２２３から供給される受信信号に対して直交位相検波を行なってドプラ信号を検出する。

又、カラードプラデータ生成部４３は、図示しないドプラ信号記憶回路４３１、ＭＴＩフィルタ４３２、自己相関演算器４３３等を備え、ドプラ信号検出部４２によって検出されたドプラ信号に基づいて血流の平均流速値や分散値などを算出する。但し、本実施形態において、本ユニットは必須な構成要素ではないため詳細な説明は省略する。

次に、スペクトラムデータ生成部４４は、ＳＨ（サンプルホールド回路）４４１と、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４４２と、窓関数設定部４４３と、ＦＦＴ（Fast-Fourier-Transform）分析器４４４を備えており、ドプラ信号検出部４２において得られたドプラ信号に対してＦＦＴ分析を行なう。尚、ＳＨ４４１及びＬＰＦ４４２は何れも２チャンネルで構成され、夫々のチャンネルにはドプラ信号検出部４２から出力されるドプラ信号の複素成分、即ち実成分（Ｉ成分）と虚成分（Ｑ成分）が供給される。

次に、本発明のドプラスペクトラムデータの生成において重要な構成要素となるドプラ信号検出部４２とスペクトラムデータ生成部４４の基本動作につき、図３のタイムチャートを参照して更に詳しく説明する。尚、図３では、説明を容易にするためにアナログ受信信号に対しドプラ成分を検出する場合について示すが、実際の処理は受信部２２から出力されるデジタル受信信号に対して行なわれる。

図３において、図３（ａ）は、基準信号発生部１から出力される基準信号、図３（ｂ）は、送受信部２のレートパルス発生器２１１から出力されるドプラスペクトラム用のレートパルス、図３（ｃ）は、受信部２２の加算器２２３から得られる整相加算後の受信信号を示している。又、図３（ｄ）は、ドプラ信号検出部４２のＬＰＦ４２３から出力される直交位相検波出力、図３（ｅ）は、スペクトラムデータ生成部４４におけるＳＨ４４１のサンプリング（レンジゲート）位置を設定するためにシステム制御部１０から供給されるサンプリングパルス、図３（ｆ）は、ＳＨ４４１によってサンプルホールドされたドプラ信号、そして、図３（ｇ）は、ＬＰＦ４４２によって平滑化されたレンジゲートにおけるドプラ信号を示している。

即ち、図２の受信部２２から出力された受信信号（図３（ｃ））は、ドプラ信号検出部４２のミキサ４２２−１及び４２２−２の第１の入力端子に入力される。一方、この受信信号の中心周波数と略等しい繰り返し周波数をもった基準信号発生部１の基準信号（図３（ａ））は、ミキサ４２２−１の第２の入力端子に直接供給され、π／２移相器４２１において９０度位相がシフトした基準信号はミキサ４２２−２の第２の入力端子に送られる。そして、ミキサ４２２−１及び４２２−２の出力は、ＬＰＦ４２３−１及び４２３−２に送られ、受信部２２から供給された前記受信信号の周波数と基準信号発生部１から供給された基準信号の繰り返し周波数との和の成分が除去され、差の成分のみがドプラ信号として抽出される（図３（ｄ））。

次に、スペクトラムデータ生成部４４のＳＨ４４１には、ＬＰＦ４２３−１及び４２３−２から出力されたドプラ信号と、システム制御部１０が基準信号発生部１の基準信号を分周して生成したサンプリングパルス（レンジゲートパルス）が供給され（図３（ｅ））、このサンプリングパルスによって所望の距離からのドプラ信号がサンプルホールドされる（図３（ｆ））。尚、このサンプリングパルスは、送信超音波が放射されるタイミングを決定するレートパルス（図３（ｂ））から遅延時間Ｔｓ後に発生し、この遅延時間Ｔｓは入力部８において任意に設定可能である。

即ち、操作者は、サンプリングパルスの遅延時間Ｔｓを変更することによって超音波プローブ３から所望の距離Ｌｇにおけるドプラ信号を抽出することが可能となる。尚、遅延時間Ｔｓと所望距離Ｌｇは、被検体の音速度をＣとすれば、２Ｌｇ／Ｃ＝Ｔｓの関係にある。

次に、ＳＨ４４１から出力された所望距離Ｌｇのドプラ信号に重畳した階段状のノイズ成分は、ＬＰＦ４４２によって除去され（図３（ｇ））、更に、平滑化されたドプラ信号に対して窓関数設定部４４３は、ドプラスペクトラムデータの生成におけるドプラ信号のデータ長を設定し、更に、このドプラ信号に対し所定の重み付け処理を行なう。そしてＦＦＴ分析器４４４は、窓関数設定部４４３にて重み付け処理されたドプラ信号に対して高速フーリエ変換を行なってドプラスペクトラムデータを生成する。

窓関数設定部４４３は、矩形、ハニング、ハミング等の窓形状に対応する係数データが予め保管された記憶回路と、ＬＰＦ４４２から供給されるドプラ信号と上記係数データとの乗算を行なう演算回路を備えている。そして、演算回路は、予め設定された窓関数のデータ長（観測時間幅）に基づいて抽出された所定区間のドプラ信号に対し、上述の窓形状に基づいた重み付け処理を行なう。一方、ＦＦＴ分析器４４４は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、重み付け関数設定部４４３から出力される重み付け処理後のドプラ信号は前記記憶回路に一旦保存される。そして、前記演算回路は、この記憶回路に保存された所定区間のドプラ信号に対してＦＦＴ分析を行なってドプラスペクトラムデータを生成する。

図４は、窓関数設定部４４３及びＦＦＴ分析器４４４によるドプラスペクトラムデータの生成方法を示したものであり、図４（ａ）は、窓関数設定部４４３に入力されるドプラ信号Ａｘ、図４（ｂ）は、ドプラ信号Ａｘに設定されたデータ長ｍのドプラ信号成分ｑ１乃至ｑｍに対するハニング窓形状を示している。

一方、図４（ｃ）は、重み付け関数設定部４４３において窓関数（即ち、データ長ｍとハニング窓形状）が設定されたドプラ信号をＦＦＴ分析して得られたドプラスペクトラムデータＢ１、Ｂ２，Ｂ３、・・・を示す。即ち、スペクトラムデータ生成部４４のＬＰＦ４４２から供給された離散的なドプラ信号（図４（ａ））のうち、例えば、ｑ１乃至ｑｍのｍ個のドプラ信号成分に対して重み付け処理とＦＦＴ分析が行なわれ、スペクトラム成分ｆ１乃至ｆｍに対する最初のドプラスペクトラムデータＢ１が生成される。次いで、ΔＴ後のｍ個のドプラ信号成分ｑ１＋ｊ乃至ｑｍ＋ｊに対し重み付け処理とＦＦＴ分析が行なわれて新たなドプラスペクトラムデータＢ２が生成される。

以下、同様にして、２ΔＴ後のｑ１＋２ｊ乃至ｑｍ＋２ｊ、３ΔＴ後のｑ１＋３ｊ乃至ｑｍ＋３ｊ・・・のｍ個のドプラ信号成分に対しても順次重み付け処理とＦＦＴ分析が行なわれてスペクトラム成分ｆ１乃至ｆｍに対するドプラスペクトラムデータＢ３、Ｂ４、・・・・が生成される。（図４（ｃ））。尚、図４（ａ）ではｊ＝３の場合について示している。

図１に戻って、トレース波形生成部５は、ドプラ感度計測部５１とスペクトラム形状モデル作成部５２と閾値設定部５３とトレースデータ生成部５４を備えている。

ドプラ感度計測部５１は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給される複数のドプラスペクトラムデータの各々における最大パワーの時間軸方向平均値（平均信号レベル）Ｓａ（ｄＢ）とノイズ成分の周波軸方向及び時間軸方向平均値（平均ノイズレベル）Ｎａ（ｄＢ）の計測を行ない、更に、平均信号レベルＳａと平均ノイズレベルＮａの差からドプラ感度Ｄｓ（ｄＢ）を計測する。

図５は、良好なドプラ感度を有するドプラスペクトラムデータ（図５（ａ））と、劣悪なドプラ感度を有するドプラスペクトラムデータ（図５（ｂ））を示したものであり、既に述べた総頸動脈のドプラスペクトラムデータは図５（ａ）に、又、中大脳動脈のドプラスペクトラムデータは図５（ｂ）に対応している。尚、これらのドプラスペクトラムデータにおける縦軸はパワー、横軸は周波数（血流速度）を示す。そして、ドプラ感度計測部５１は、このように異なるドプラ感度を有するドプラスペクトラムデータの各々に対し平均信号レベルＳａ及び平均ノイズレベルＮａの計測とドプラ感度Ｄｓの計測を行なう。

尚、図５（ａ）のドプラスペクトラムデータのノイズ成分は、入力部８にて初期設定された窓関数をフーリエ変換する際に発生する周波数軸方向の副極大と、ドプラ信号に対し比較的小さな値を有する装置のシステムノイズや血球以外からの反射波成分によって構成されている。一方、図５（ｂ）のドプラスペクトラムデータのノイズ成分は、図５（ａ）と同じ大きさの副極大と比較的大きな値を有するシステムノイズや血球以外からの反射波成分によって構成されている。

次に、スペクトラム形状モデル作成部５２は、システム制御部１０から供給される窓関数の情報を受信し、この窓関数をフーリエ変換することによってスペクトラム形状モデルを作成する。図６は、各種窓形状に対するスペクトラム形状モデルの具体例を示したものであり、図６（ａ）に示す矩形窓形状ａ１、ハニング窓形状ａ２、及びハニング窓形状におけるスペクトラム形状モデルを図６（ｂ）のｂ１乃至ｂ３に示す。

一方、閾値設定部５３は、ドプラ感度計測部５１から供給されるドプラ感度Ｄｓ、スペクトラム形状モデル作成部５２から供給されるスペクトラム形状モデル、更には、システム制御部１０より供給される閾値範囲や閾値数の情報に基づいて所望のトレース波形データを生成するための閾値を複数個設定する。

この場合の閾値設定方法の原理につき図７の模式図を用いて説明する。但し、図７の横軸は周波数、縦軸はパワーに対応している。図７（ａ）は、システム制御部１０から供給された窓関数の情報に基づいてスペクトラム形状モデル作成部５２が作成したスペクトラム形状モデルＭＤと、ドプラ感度計測部５１から供給されたドプラ感度Ｄｓに基づいて設定された相対ノイズレベルＮｒを示している。但し、図７（ａ）では、ドプラ感度がＤｓ１（ｄＢ）乃至Ｄｓ３（ｄＢ）の場合について示しており、この場合の相対ノイズレベルＮｒ１乃至Ｎｒ３は、スペクトラム形状モデルの最大値を基準（０ｄＢ）としてＤｓ１乃至Ｄｓ３だけ下方に設定される。

又、図７（ｂ）は、図７（ａ）の破線枠内に示したスペクトラム形状モデルＭＤと相対ノイズレベルＮｒ１乃至Ｎｒ３を拡大表示したものであり、更に、夫々の相対ノイズレベルＮｒ１乃至Ｎｒ３を基準として所定の周波数変位量Δｆだけ変位させるために必要な閾値範囲ΔＴｈ１乃至ΔＴｈ３が設定される。但し、ΔＴｈ１は相対ノイズレベルＮｒ１を基準に設定された閾値範囲であり、ΔＴｈ２及びΔＴＨ３は、相対ノイズレベルＮｒ２及びＮｒ３を基準に設定された閾値範囲である。そして、通常、これらの閾値範囲ΔＴｈ１乃至ΔＴｈ３は、ドプラ感度Ｄｓ１乃至Ｄｓ３の大きさに対応しΔＴｈ１＞ΔＴＨ２＞ΔＴｈ３の関係にある。

一方、閾値設定部５３は、上述のスペクトラム形状モデルＭＤと相対ノイズレベルＮｒ１乃至Ｎｒ３に基づいて設定した閾値範囲ΔＴｈ１乃至ΔＴｈ３の各々において、予め設定されたＫ個の閾値ＴＬ１ｋ、ＴＬ２ｋ及びＴＬ３ｋ（ｋ＝１乃至Ｋ）を略等間隔で設定する。但し、図７（ｂ）では、Ｋ＝５の場合について示すが、これに限定されない。尚、上述の説明では、３つの相対ノイズレベルＮｒ１乃至Ｎｒ３について述べたが、例えば、被検体から得られたドプラスペクトラムデータにおける相対ノイズレベルがＮｒｘの場合には、閾値設定部５３は、上述と同様の手順によって閾値ＴＬｘｋ（ｋ＝１乃至Ｋ）を設定する。

次に、トレースデータ生成部５４は、データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から供給される当該ドプラスペクトラムデータに対し閾値設定部５３によって得られた閾値ＴＬｘｋ（ｋ＝１乃至Ｋ）を順次設定して最高血流速Ｖｐに関するトレース波形データを生成する。即ち、トレースデータ生成部５４は、スペクトラムデータ生成部４４においてΔＴ間隔で得られた複数のドプラスペクトラムデータＢ１，Ｂ２、Ｂ３・・・の各々に対し前記閾値ＴＬｘｋに基づく最大周波数ｆｐを検出し、更に、最大周波数ｆｐに対応した最高血流速Ｖｐの時間的変化を示すトレース波形データを生成する。図８は、上述の最大周波数ｆｐの検出方法を示したものであり、最大周波数ｆｐは、閾値設定部５３によって設定された閾値ＴＬｘｋとスペクトラムデータ生成部４４から供給されるドプラスペクトラムデータＢｘとの交点に基づいて検出される。

次に、図１のデータ記憶部６は、データ生成部４において時系列的に得られたＢモードデータ、カラードプラデータ及びドプラスペクトラムデータに基づいてＢモード画像データ、カラードプラ画像データ及びドプラスペクトラム画像データを生成して保存すると共に、トレース波形生成部５において生成されたトレース波形データを前記ドプラスペクトラム画像データに対応させて保存する。

一方、表示部７は、図示しない表示用データ生成回路、変換回路及びモニタを備えている。そして、データ記憶部６に一旦保存された上述のＢモード画像データ、カラードプラ画像データ、ドプラスペクトラム画像データ、更には、トレース波形データは、前記表示用データ生成回路にて合成された後所定の走査変換が行なわれ、次いで、変換回路においてＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換が行われてモニタに表示される。このとき、ドプラスペクトラム画像データとトレース波形データは重畳して表示される。例えば、表示部７のモニタには、Ｂモード画像データあるいはＢモード画像データとカラードプラ画像データが合成表示される画像データ表示領域と、ドプラスペクトラム画像データに重畳したトレース波形データが表示されるスペクトラムデータ表示領域と、これらの各データに対するデータ収集条件や表示条件、あるいは被検体情報等の付帯情報が表示される付帯情報表示領域が設定される。

次に、入力部８は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン等の入力デバイスを備えたインタラクティブなインターフェースであり、患者情報の入力、画像データ収集条件の設定、画像表示モードの選択、周波数変位量Δｆや閾値数Ｋの設定、閾値更新等の各種コマンド信号の入力が行なわれる。尚、上述の画像表示モードとして、Ｂモード画像、カラードプラ画像及びドプラスペクトラム画像があり、更に、ドプラスペクトラム画像の画像表示モードにおいては最高血流速Ｖｐのトレース波形データに関する選択がある。

又、システム制御部１０は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、操作者によって入力部８から入力された入力情報や設定情報、更には選択情報は前記記憶回路に保存される。一方、ＣＰＵは、入力部８から入力された上述の情報に基づいて、超音波ドプラ計測装置１００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なう。

（トレース波形データの生成及び表示の手順）
次に、本実施形態におけるトレース波形データの生成及び表示の手順につき図９のフローチャートに沿って説明する。

尚、以下では、ドプラスペクトラムデータを生成する際の窓関数に基づいて作成したスペクトラム形状モデルに対し前記ドプラスペクトラムデータの相対ノイズレベルＮｒを基準とした閾値範囲ΔＴｈを設定し、この閾値範囲ΔＴｈに対してＫ個の閾値ＴＬ１乃至ＴＬＫを等間隔に設定する場合について述べる。

被検体に対する超音波送受信に先立って、操作者は、入力部８にて患者情報の入力、画像データ生成条件の設定、画像表示モードの選択、更には、ドプラスペクトラムデータ生成時の窓関数、トレース波形データ生成時の周波数変位量Δｆ及び閾値数Ｋの設定を行ない、これらの入力情報、設定情報及び選択情報を、システム制御部１０の記憶回路に保存する。尚、本実施形態では、画像表示モードとしてＢモード画像とドプラスペクトラム画像の表示モードを選択し、更に、最高血流速Ｖｐのトレース波形データの表示モードを選択する（図９のステップＳ１）。

これらの入力／選択／設定が終了したならば、操作者は、超音波プローブ３の先端（超音波送受信面）を被検体体表面の所定の位置に固定し、最初の超音波送受信方向（走査方向θ１）に対してＢモードデータ及びドプラスペクトラムデータを得るための超音波送受信を行なう。即ち、図２の送受信部２におけるレートパルス発生器２１１は、基準信号発生部１から供給される基準信号を分周することによって、被検体内に放射される超音波パルスの繰り返し周期Ｔｒを決定するレートパルスを生成し、このレートパルスを送信遅延回路２１２に供給する。

送信遅延回路２１２は、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、走査方向θ１に超音波を送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与え、このレートパルスを駆動回路２１３に供給する。そして、駆動回路２１３は、レートパルスによって生成された駆動信号を図示しないケーブルを介して超音波プローブ３におけるＮ個の超音波振動子に供給し、被検体の走査方向θ１に対して超音波パルスを放射する。

被検体に放射された超音波パルスの一部は、音響インピーダンスの異なる臓器間の境界面あるいは組織にて反射する。又、この超音波が心臓壁や血球などの動きのある反射体で反射する場合、その超音波周波数はドプラ偏移を受ける。

被検体の組織や血球にて反射した超音波反射波（受信超音波）は、超音波プローブ３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、この受信信号は、受信部２２におけるＮチャンネルの独立なＡ／Ｄ変換器２２１によってデジタル信号に変換される。更に、デジタル信号に変換された受信信号は、受信遅延回路２２２にて所定の遅延時間が与えられた後、加算器２２３において加算合成されてデータ生成部４のＢモードデータ生成部４１に供給される。

このとき、受信遅延回路２２２では、所定の深さからの超音波反射波を集束するための遅延時間と、超音波反射波に対して走査方向θ１に強い受信指向性をもたせるための遅延時間が、システム制御部１０からの制御信号によって設定される。

Ｂモードデータ生成部４１に供給された加算器２２３の出力信号は、包絡線検波と対数変換がなされた後、図１のデータ記憶部６におけるＢモード画像データ記憶領域に保存される。

次いで、システム制御部１０は、走査方向θ２乃至走査方向θＰに対しても同様の手順で超音波送受信を行ない、このとき得られたＢモードデータは、データ記憶部６におけるＢモード画像データ記憶領域に保存される。即ち、データ記憶部６のＢモード画像データ記憶領域には走査方向θ１乃至θＰに対するＢモードデータが順次保存されて１フレーム分のＢモード画像データが生成される。

一方、表示部７の表示データ生成回路は、データ記憶部６に保存された１フレーム分のＢモード画像データを所定の表示フォーマットに従って走査変換し、変換回路は、操作変換後の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なってモニタに表示する。以下同様にして、θ１乃至θＰに対する超音波送受信が繰り返し行なわれ、得られたＢモード画像データは表示部７においてリアルタイム表示される。

次いで、操作者は、入力部８の入力デバイスを用い、表示部７のモニタに表示された被検体のＢモード画像データに対してドプラマーカをθＤ方向に設定する。そして、このドプラマーカ上の距離Ｌｇにレンジゲートを移動してドプラスペクトラムデータの計測部位を設定する（図９のステップＳ２）。

このとき、繰り返し周期２Ｔｒで行なわれる走査方向θ１乃至θＰのＢモード用超音波送受信と交互して、ドプラスペクトラムデータを得るための超音波送受信が走査方向θＤに対し繰り返し周期２Ｔｒで行なわれ、加算器２２３から出力された受信信号はドプラ信号検出部４２に供給される。

ドプラ信号検出部４２は、供給された受信信号をミキサ４２２−１、４２２−２及びＬＰＦ４２３−１、４２３−２において直交位相検波して２チャンネルのドプラ信号（複素信号）を検出し、スペクトラムデータ生成部４４のＳＨ４４１に供給する。そして、ＳＨ４４１は、システム制御部１０から供給されたレンジゲート位置Ｌｇのサンプリングパルスに基づいて、このレンジゲート位置からのドプラ信号を所定期間（例えば２Ｔｒ）の間サンプルホールドする。

更に、走査方向θＤに対し繰返し周期２Ｔｒで行なわれる超音波送受信によってＳＨ４４１から時系列的に得られるレンジゲート位置のドプラ信号は、ＬＰＦ４４２において平滑化された後、窓関数設定部４４３においてドプラスペクトラムデータを生成するためのデータ長の設定とこれらのデータに対する重み付け処理が行なわれてＦＦＴ分析器４４４の図示しない記憶回路に保存される。

次いで、ＦＦＴ分析器４４４の図示しない演算回路は、窓関数設定部４４３が設定した所定データ長のドプラ信号をＦＦＴ分析してドプラスペクトラムデータを生成する。即ち、ＦＦＴ分析器４４４の演算回路は、データ長ｍで離散的に供給される重み付け処理後のドプラ信号を用いてＦＦＴ分析を行ない、周波数ｆ１乃至ｆｍに対するドプラスペクトラムデータＢ１を生成する（図４参照）。そして、生成されたドプラスペクトラムデータＢ１をデータ記憶部６のスペクトラムデータ記憶領域に保存すると共にトレース波形生成部５のドプラ感度計測部５１における図示しない記憶回路に保存する。

同様にして、ΔＴ後、２ΔＴ後、３ΔＴ後・・・に供給される重み付け処理後のドプラ信号に対して、スペクトラムデータ生成部４４のＦＦＴ分析器４４４はドプラスペクトラムデータＢ２，Ｂ３，Ｂ４・・・を時系列的に生成する。そして、データ記憶部６のスペクトラムデータ記憶領域に保存してドプラスペクトラム画像データを生成すると共にドプラ感度計測部５１の記憶回路に保存する（図９のステップＳ３）。

又、ドプラ感度計測部５１の演算回路は、記憶回路に保存された複数のドプラスペクトラムデータを読み出して平均信号レベルＳａと平均ノイズレベルＮａを計測し、得られた平均信号レベルＳａと平均ノイズレベルＮａに基づいてドプラ感度Ｄｓを計測する（図９のステップＳ４）。

一方、トレース波形生成部５のスペクトラム形状モデル作成部５２は、システム制御部１０から供給されるドプラスペクトラムデータ生成のための窓関数情報を受信し、この窓関数をフーリエ変換することによってスペクトラム形状モデルＭＤを作成する（図９のステップＳ５）。

次に、閾値設定部５３は、ドプラ感度計測部５１から供給されるドプラ感度Ｄｓ、スペクトラム形状モデル作成部５２から供給されるスペクトラム形状モデルＭＤ、更には、システム制御部１０より供給される周波数変位量Δｆに基づいて閾値範囲ΔＴｈを設定し（図９のステップＳ６）、更に、システム制御部１０より供給される閾値数Ｋに基づいて閾値範囲ΔＴｈにＫ個の閾値ＴＬ１乃至ＴＬＫを略等間隔で設定する（図９のステップＳ７）。

閾値ＴＬ１乃至ＴＬＫが設定されたならば、トレースデータ生成部５４は、閾値設定部５３から供給される閾値ＴＬ１乃至ＴＬＫの中から例えば平均ノイズレベルに最も近い閾値ＴＬ１を自動選択する（図９のステップＳ８）。次いで、データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から時系列的に供給される当該ドプラスペクトラムデータの各々に対し閾値ＴＬ１を設定して最大周波数ｆｐを検出し、更に、最大周波数ｆｐに対応した最高血流速Ｖｐの時間的変化を示すトレース波形データを生成する（図９のステップＳ９）。そして、得られたトレース波形データをデータ記憶部６に供給し、既に保存されているドプラスペクトラム画像データに対応させて保存する。

次に、表示部７は、データ記憶部６に一旦保存されたドプラスペクトラム画像データとトレース波形データを合成した後所定の表示フォーマットに変換し、更に、Ｄ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行なってモニタに表示する（図９のステップＳ１０）。

一方、操作者は、表示部７のモニタにおいてドプラスペクトラム画像データと共にリアルタイム表示される上述のトレース波形データを観測し、ノイズ等により本来の最高血流速Ｖｐのトレース波形データが表示されていないと判断した場合には、入力部８より閾値を更新するためのコマンド信号を入力する。システム制御部１０を介して上記コマンド信号を受信したトレースデータ生成部５４は、閾値ＴＬ１を例えばＴＬ２に更新し、データ生成部４のスペクトラムデータ生成部４４から新たに供給されるドプラスペクトラムデータの各々に対し閾値ＴＬ２を設定してトレース波形データを生成する。

そして、得られたトレース波形データと、このトレース波形データと並行して生成されたドプラスペクトラム画像データを表示部７のモニタに表示する。このようにして閾値の更新と更新された閾値に基づくトレース波形データの生成及び表示を所望のトレース波形データが表示されるまで繰り返す（図９のステップＳ８乃至Ｓ１０）。

所望のトレース波形データが表示されたならば、閾値を固定した状態でトレース波形データの生成を継続し、得られたトレース波形データをドプラスペクトラム画像データと共に表示部７において表示する（図９のステップＳ１１）。このとき、上述のドプラスペクトラム画像データ及びトレース波形データと並行して生成されるＢモード画像データを表示部７に表示することが望ましく、このＢモード画像データとの同時表示によって計測部位の確認が容易となる。

即ち、上述の実施形態における閾値の設定では、例えば、平均ノイズレベルＮａに最も近い閾値（上述の場合では閾値ＴＬ１）が自動的に設定されて最初のトレース波形データの生成と表示が行なわれる。次いで、このトレース波形データを更新する場合には、入力部８より閾値更新のコマンド信号が入力される度に閾値ＴＬ１は閾値ＴＬ２、ＴＬ３・・・の順にステップ状に更新され、更新された閾値に基づいて生成されたトレース波形データがドプラスペクトラム画像データと共に表示部７にリアルタイム表示される。

但し、最初に自動設定される閾値は平均ノイズレベルＮａに最も近い閾値に限定されるものでは無く、例えば、閾値設定部５３にて設定されたＫ個の閾値の中の中央の閾値が最初に自動設定され、操作者はこの閾値に基づいて生成されたトレース波形データを観察することによって閾値の増減を指示してもよい。

以上述べたように、本実施形態によれば、被検体の計測部位に対する超音波送受信によって得られたドプラスペクトラムデータに基づいて所望のトレース波形データを生成する際に、スペクトラム形状モデルとドプラ感度に基づいて閾値範囲を設定し、この閾値範囲において所定間隔で設定された複数の閾値を順次更新することによって所望のトレース波形データが得られる最適閾値を効率良く選択することが可能となる。図１１は、各時相毎に周波数軸上の期待値と本装置で得られる実測値とをプロットした相関図を示している。係る相関図では、傾き＝４５度の直線上にデータが存在する場合（すなわち、期待値と実測値との比が１である場合）に、理想的なエンベロープトレース処理となる。同図に示す様に、本装置で得られる結果は、期待値と実測値との比がおおよそ０．９〜１．１の間に存在している。従って、本超音波ドプラ計測装置によれば、好適なトレース波形データが得られる最適閾値を効率良く選択することができる。

又、上述の実施形態における最適閾値の選択では、隣接した閾値の間隔はトレース波形データの変位量、即ち、周波数変位量が略等しくなるように設定されるため、ドプラ感度の大きさにかかわらず、所望のトレース波形データを生成するための閾値を高精度かつ短時間で設定することが可能となる。

従って、診断精度と診断効率が向上するのみならず操作者の負担を大幅に軽減することができる。

以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは無く、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施形態におけるスペクトラム形状モデルは窓関数に基づいて作成されたが、この窓関数の他にトレース波形データの計測部位、被検体の年齢や疾患名、レンジゲート幅等の超音波送受信条件などを考慮して作成してもよい。

例えば、レンジゲートが狭い場合には単一周波数のドプラ信号が検出されるが、レンジゲートが広い場合には広帯域の周波数成分を有したドプラ信号が検出され、この場合の帯域幅は血流の乱流／層流に依存する。従って、トレース波形生成部５のスペクトラム形状モデル作成部５２は、先ず、窓関数に基づいてスペクトラム形状モデルを作成し、次いで、上述の諸条件に基づいて予め設定された補正係数により前記スペクトラム形状モデルを補正することが望ましい。

図１０は、レンジゲート幅及び乱流／層流に基づいて補正されたスペクトラム形状モデルの具体例を示したものであり、図１０（ａ）は極めて狭いレンジゲートを用いた場合のスペクトラム形状モデルである。これに対して図１０（ｂ）は、比較的広いレンジゲートで乱流を計測する場合のスペクトラム形状モデル、又、図１０（ｃ）は比較的広いレンジゲートで層流を計測する場合のスペクトラム形状モデルを示す。

一方、上述の実施形態では、ハニング窓形状を有した窓関数に基づいてスペクトラム形状モデルを作成したが、矩形窓形状、ハミング窓形状、ガウス窓形状等、他の窓形状を有した窓関数であっても構わない。

又、閾値範囲ΔＴｈにおいて複数の閾値を等間隔に設定する場合について述べたが、閾値間隔は不等間隔であってもよく、例えば、トレース波形データが周波数軸方向に略等間隔に変位するように上記閾値間隔を設定してもよい。

（第２の実施形態）
次に、本願発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、ミストレース波形の発生率を基準として、アダプティブに閾値範囲、及び当該閾値範囲内の複数の閾値を設定するものである。

図１２は、本実施形態に係る超音波ドプラ計測装置のブロック図である。本超音波ドプラ計測装置は、図１に示した構成に加えて、ミストレース波形発生率計算部６０をさらに具備している。

データ記憶部５は、Ｂモードデータ生成部４１において生成された画像データ、スペクトラムデータ生成部４４において生成されたスペクトラムデータ、トレース処理によって得られるトレース波形の閾値毎の期待値データを記憶する。

ミストレース波形発生率計算部６０は、図１３に示すように、データ記憶部６において記憶された画像データ、スペクトラムデータ、期待値データに基づいてトレース処理の誤差を評価し、また、得られたトレース処理の誤差に基づいて、初期設定等による各閾値毎のミストレース波形の発生率を計算する。なお、このトレース処理の誤差評価の為の手法は、どの様なものであってもよい。

システム制御部１０は、トレース処理によって得られるトレース波形の閾値毎の期待値データを計算する。また、システム制御部１０は、計算されたミストレース発生率に基づいて、現在設定されている閾値を変更するか否かを判定する。閾値を設定すると判定した場合には、システム制御部１０は、ミストレース発生率が一定値以下（例えば５％以下）になるように、閾値設定部５３における閾値設定を制御する。この制御は、ミストレース波形がスペクトラム表示のエンベロープ波形の期待値波形に対して内側に出現している場合には、閾値が高くなるように、一方、期待値波形に対して外側に出現している場合には、閾値が低くなるように、例えばデータ記憶部５に記憶されるテーブルに従って実行される。

閾値設定部５３は、システム制御部１０からの指示に従って、ミストレース発生率が一定位置以下になるように、閾値範囲及び当該閾値範囲内の複数の閾値を変更・設定する。

以上述べた構成によれば、被検体の計測部位に対する超音波送受信によって得られたドプラスペクトラムデータに基づいて所望のトレース波形データを生成する際に、ミストレース波形の発生率を基準として閾値範囲を設定し、この閾値範囲において所定間隔で設定された複数の閾値を順次更新することによって所望のトレース波形データが得られる最適閾値を効率良く選択することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。

（１）上記各実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。特に、各実施形態で述べたトレース波形データの生成における閾値の適正化は、当該閾値の適正化を実現するドプラ信号処理プログラムを起動させ、記憶装置に記憶されたドプラ信号に対して各実施形態で述べた処理を実行することで実現される。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

（２）例えば、上記各実施形態においては、最適なトレース波形を得るために、所定の基準に従ってトレース波形における閾値を制御する構成を示した。しかしながら、これに拘泥されず、例えば、閾値は固定のままとし、超音波走査におけるゲインを調整することでノイズレベルを制御し、ダイナミックレンジを調整することでＳ／Ｎ比を制御してトレース波形を最適化することも可能である。また、超音波走査におけるゲイン及びダイナミックレンジ調整と、各実施形態で述べたトレース波形における閾値制御とを組み合わせる構成としてもよい。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、時系列的に得られるドプラスペクトラムデータに対し閾値を設定して所望のトレース波形データを生成する際に、スペクトラム形状モデルとドプラ感度に基づいて前記ドプラスペクトラムデータに対する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に設定された所定数の閾値を順次更新することにより前記所望のトレース波形データを高効率かつ高精度で生成することが可能な超音波ドプラ計測装置、及びドプラ信号処理プログラムを実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態における超音波ドプラ計測装置の全体構成を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態における送受信部及びデータ生成部の構成を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態におけるドプラ信号検出部とスペクトラムデータ生成部の基本動作を示すタイムチャートである。 図４は、第１の実施形態におけるドプラスペクトラムデータの生成方法を示す図である。 図５は、第１の実施形態のドプラスペクトラムデータにおける平均信号レベル、平均ノイズレベル及びドプラ感度を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態における窓形状とスペクトラム形状モデルの具体例を示す図である。 図７は、第１の実施形態における閾値設定方法の原理を示す図である。 図８は、第１の実施形態におけるドプラスペクトラムデータの最大周波数の検出方法を示す図である。 図９は、第１の実施形態におけるトレース波形データの生成と表示の手順を示すフローチャートである。 図１０は、第１の実施形態におけるスペクトラム形状モデルの変形例を示す図。 図１１は、各時相毎に周波数軸上の期待値と本装置で得られる実測値とをプロットした相関図を示している。 図１２は、第２の実施形態に係る超音波ドプラ計測装置のブロック図である。 図１３は、第２の実施形態に係るミストレース波形発生率の計算方法を説明するための概念図である。 図１４は、従来のトレース波形データの生成における問題点を説明するための図。

符号の説明

１…基準信号発生部、２…送受信部、３…超音波プローブ、４…データ生成部、５…トレース波形生成部、６…データ記憶部、７…表示部、８…入力部、１０…システム制御部、２１…送信部、２２…受信部、４１…Ｂモードデータ生成部、４２…ドプラ信号検出部、４３…カラードプラデータ生成部、４４…スペクトラムデータ生成部、５１…ドプラ感度計測部、５２…スペクトラム形状モデル作成部、５３…閾値設定部、５４…トレースデータ生成部、１００…超音波ドプラ計測装置、２１１…レートパルス発生器、２１２…送信遅延回路、２１３…駆動回路、２２１…Ａ／Ｄ変換器、２２２…受信遅延回路、２２３…加算器、４１１…包絡線検波器、４１２…対数変換器、４２１…π／２移相器、４２２…ミキサ、４２３、４４２…ＬＰＦ（低域通過フィルタ）、４４１…ＳＨ（サンプルホールド回路）、４４３…窓関数設定部、４４４…ＦＦＴ分析器

Claims (25)

1. 被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を有した超音波プローブと、
   前記超音波振動子を駆動して超音波の送信を行なう送信ユニットと、
   前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信する受信ユニットと、
   前記受信信号に対しドプラ信号を検出するドプラ信号検出ユニットと、
   前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる複数のドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータ生成ユニットと、
   前記窓関数の周波数領域への変換によってスペクトラム形状モデルを作成するスペクトラム形状モデル作成ユニットと、
   前記ドプラスペクトラムデータに基づいて、ドプラ感度を計測するドプラ感度計測ユニットと、
   前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度とに基づいて、前記ドプラスペクトラムデータからトレース波形データを生成するための条件を設定する所定のパラメータに対して閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定する閾値設定ユニットと、
   前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記スペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を、前記トレース波形データとして生成するトレースデータ生成ユニットと、
   前記トレース波形データを表示する表示ユニットとを具備することを特徴とする超音波ドプラ計測装置。
2. 前記閾値設定ユニットは、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波ドプラ計測装置。
3. 前記閾値設定ユニットは、隣接した閾値の各々に基づいて生成されるトレース波形データが周波数軸方向に略等間隔となるように、前記閾値範囲における閾値の間隔を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波ドプラ計測装置。
4. 前記閾値設定ユニットによって設定された前記複数の閾値の中から所定の閾値を選択あるいは更新するための指示信号を入力する入力ユニットを備え、
   前記トレースデータ生成ユニットは、前記入力ユニットによって選択あるいは更新された前記閾値に基づいてトレース波形データを生成すること、
   を特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超音波ドプラ計測装置。
5. 前記閾値設定ユニットは、前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定すること、
   を特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の超音波ドプラ計測装置。
6. 前記ドプラ感度計測ユニットは、時系列的に得られた複数のドプラスペクトラムデータにおいて得られた平均信号レベルと平均ノイズレベルに基づいて前記ドプラ感度を計測することを特徴とする請求項５記載の超音波ドプラ計測装置。
7. 前記ドプラ感度計測ユニットは、時系列的に得られた複数のドプラスペクトラムデータの各々における最大信号成分の時間軸方向の平均値から前記平均信号レベルを計測し、ノイズ成分の周波数軸方向及び時間軸方向の平均値から前記平均ノイズレベルを計測することを特徴とする請求項５記載の超音波ドプラ計測装置。
8. 前記スペクトラム形状モデル作成ユニットはモデル補正ユニットを備え、前記モデル補正ユニットは、トレース波形データの計測部位、超音波送受信条件及び被検体情報の少なくとも何れかに基づいて前記スペクトラム形状モデルを補正することを特徴とする請求項５記載の超音波ドプラ計測装置。
9. 前記閾値設定ユニットは、前記ドプラ感度に基づいて前記スペクトラム形状モデルに相対ノイズレベルを設定し、この相対ノイズレベルを基準として前記閾値範囲を設定することを特徴とする請求項５記載の超音波ドプラ計測装置。
10. 前記スペクトラムデータ生成ユニットは、前記窓関数によって重み付け処理された所定区間のドプラ信号をフーリエ変換して前記ドプラスペクトラムデータを生成することを特徴とする請求項５記載の超音波ドプラ計測装置。
11. 前記スペクトラムデータ生成ユニットは、矩形窓形状、ハニング窓形状、ハミング窓形状、ガウス窓形状の何れかに基づいて重み付け処理することを特徴とする請求項１０記載の超音波ドプラ計測装置。
12. 被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を有した超音波プローブと、
    前記超音波振動子を駆動して超音波の送信を行なう送信ユニットと、
    前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信する受信ユニットと、
    前記受信信号からドプラ信号を検出するドプラ信号検出ユニットと、
    前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる前記ドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータ生成ユニットと、
    このスペクトラムデータ生成ユニットによって生成された複数の前記ドプラスペクトラムデータに基づいてドプラ感度を計測するドプラ感度計測ユニットと、
    前記窓関数の周波数領域への変換によってスペクトラム形状モデルを作成するスペクトラム形状モデル作成ユニットと、
    前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定する閾値設定ユニットと、
    前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記ドプラスペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を前記トレース波形データとして生成するトレースデータ生成ユニットと、
    前記トレース波形データを表示する表示ユニットと、
    を具備することを特徴とする超音波ドプラ計測装置。
13. コンピュータに、
    被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を駆動して超音波を送信させる送信機能と、
    前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信させる受信機能と、
    前記受信信号に対しドプラ信号を検出させる検出機能と、
    前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる複数のドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータ生成機能と、
    前記窓関数の周波数領域への変換によってスペクトラム形状モデルを作成するスペクトラム形状モデル作成機能と、
    前記ドプラスペクトラムデータに基づいて、ドプラ感度を計測するドプラ感度計測ユニットと、
    前記スペクトラム形状モデルと、前記ドプラ感度とに基づいて、前記ドプラスペクトラムデータからトレース波形データを生成するための条件を設定する所定のパラメータに対して閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定する閾値設定機能と、
    前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記スペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を、前記トレース波形データとして生成させる経時的変化生成機能と、
    前記トレース波形データを表示させる表示機能と、を実現させること、
    を特徴とするドプラ信号処理プログラム。
14. 前記閾値設定機能においては、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定することを特徴とする請求項１３記載のドプラ信号処理プログラム。
15. 前記閾値設定機能においては、隣接した閾値の各々に基づいて生成されるトレース波形データが周波数軸方向に略等間隔となるように、前記閾値範囲における閾値の間隔を設定することを特徴とする請求項１３又は１４記載のドプラ信号処理プログラム。
16. コンピュータに、
    設定された前記複数の閾値の中から所定の閾値を選択あるいは更新するための指示信号を受信する受信機能をさらに実現させ、
    前記トレースデータ生成機能においては、選択あるいは更新された前記閾値に基づいてトレース波形データを生成すること、
    を特徴とする請求項１３又は１４記載のドプラ信号処理プログラム。
17. コンピュータに、
    生成された複数の前記ドプラスペクトラムデータに基づいて、ドプラ感度を計測させるドプラ感度計測機能と、
    前記窓関数に基づいてスペクトラム形状モデルを作成させるモデル生成機能と、
    をさらに実現させ、
    前記閾値設定機能においては、前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度とに基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定すること、
    を特徴とする請求項１３乃至１６のうちいずれか一項記載のドプラ信号処理プログラム。
18. 前記ドプラ感度計測機能においては、時系列的に得られた複数のドプラスペクトラムデータにおいて得られた平均信号レベルと平均ノイズレベルに基づいて前記ドプラ感度を計測することを特徴とする請求項１７記載のドプラ信号処理プログラム。
19. 前記ドプラ感度計測機能においては、時系列的に得られた複数のドプラスペクトラムデータの各々における最大信号成分の時間軸方向の平均値から前記平均信号レベルを計測し、ノイズ成分の周波数軸方向及び時間軸方向の平均値から前記平均ノイズレベルを計測することを特徴とする請求項１７又は１８記載のドプラ信号処理プログラム。
20. 前記スペクトラム形状モデル作成機能においては、前記窓関数をフーリエ変換して前記スペクトラム形状モデルを作成することを特徴とする請求項１７乃至１９のうちいずれか一項記載のドプラ信号処理プログラム。
21. 前記スペクトラム形状モデル作成機能においては、トレース波形データの計測部位、超音波送受信条件及び被検体情報の少なくとも何れかに基づいて前記スペクトラム形状モデルを補正する請求項１７乃至２０のうちいずれか一項記載のドプラ信号処理プログラム。
22. 前記閾値設定機能においては、前記ドプラ感度に基づいて前記スペクトラム形状モデルに相対ノイズレベルを設定し、この相対ノイズレベルを基準として前記閾値範囲を設定することを特徴とする請求項１８乃至２２のうちいずれか一項記載のドプラ信号処理プログラム。
23. 前記スペクトラムデータ生成機能においては、前記窓関数によって重み付け処理された所定区間のドプラ信号をフーリエ変換して前記ドプラスペクトラムデータを生成することを特徴とする請求項１７乃至２２のうちいずれか一項記載のドプラ信号処理プログラム。
24. 前記スペクトラムデータ生成機能においては、矩形窓形状、ハニング窓形状、ハミング窓形状、ガウス窓形状の何れかに基づいて重み付け処理することを特徴とする請求項２３記載のドプラ信号処理プログラム。
25. コンピュータに、
    被検体の所定方向に対して超音波送受信を行なう超音波振動子を駆動して超音波を送信させる送信機能と、
    前記超音波の送受信によって得られた前記被検体からの受信信号を受信させる受信機能と、
    前記受信信号に対しドプラ信号を検出させる検出機能と、
    前記所定方向に対し超音波送受信を繰り返すことによって時系列的に得られる前記ドプラ信号に対し所定の窓関数を設定してドプラスペクトラムデータを時系列的に生成するスペクトラムデータを生成させるスペクトラムデータ生成機能と、
    生成された複数の前記ドプラスペクトラムデータに基づいてドプラ感度を計測させるドプラ感度計測機能と、
    前記窓関数の周波数領域への変換によってスペクトラム形状モデルを作成させるスペクトラム形状モデル作成機能と、
    前記スペクトラム形状モデルと前記ドプラ感度に基づいて、トレース波形データが周波数軸方向に対して所定量変位する閾値範囲を設定し、この閾値範囲に複数の閾値を設定させる閾値設定機能と、
    前記複数の閾値の中から選択された閾値に対応する前記ドプラスペクトラムデータのドプラ周波数の経時的変化を前記トレース波形データとして生成させるトレース波形データ生成機能と、
    前記トレース波形データを表示させる表示機能と、
    を実現させることを特徴とするドプラ信号処理プログラム。

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