JPH02152447A - カラー超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の血
流情報を求め、これを２次元表示するカラー超音波診断
装置に関する。

（従来の技術） 超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用することによっ
て一つの超音波プローブで血流情報と断層像（Ｂモード
像）情報を得、断層像に重ねて血流情ｔａをリアルタイ
ムでカラー表示するようにしたカラー超音波診断装置が
知られている。このような装置によって血流情報を１ｑ
る場合の動作原理は次の通りでおる。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対し
て超音波パルスを送波すると、この超音波ビームの中心
周波数ｆｃは流動する血球によって散乱されドプラ偏移
を受けて周波数ｆｄだけ変化して、この受波周波数ｆは
ｆ＝ｆｃ　＋ｆｄとなる。このとき周波数ｆｃ、ｆｄは
次式のように示される。

に こで、■＝平均血流速 θ：超音波ビームと血管とのなす角度 Ｃ：音速 従って、ドプラ偏移ｆ（ｌを検出することによって平均
血流速Ｖを得ることができる。

このようにして得られた平均血流速Ｖの２次元画像表示
は次のように行われる。先ず第１４図のように超音波プ
ローブ１から被検体に対してＡ。

Ｂ、Ｃ，・・・方向に順次超音波パルスを送波してセク
タく又はリニア）スキャンを行うにあたり、その超音波
パルスのスキャン制御が行われる。

最初に六方向に数回超音波パルスが送波されると、被検
体内の血流でドプラ偏移されて反射されたエコー信号は
同一プローブ１によって受波され、電気信号に変換され
て受信回路に送られる。

次に位相検波回路によってドプラ偏移信号が検出される
。このドプラ偏移信号は超音波パルスの送波方向に設定
された例えば２５６個のサンプル点ごとにとらえられる
。各サンプル点でとらえられたドプラ偏移信号は周波数
分析器で周波数分析され、フレームメモリを備えたり、
Ｓ、Ｃ，（ディジタル・スキャン・コンバータ）に送ら
れここで走査変換された後に、表示部に送出されＡ方向
の血流分布像が２次元画像としてリアルタイムで表示さ
れる。

以下Ｂ、Ｃ，・・・の各方向に対しても同様な動作が繰
り返されて、各スキャン方向に対応した血流分布像（カ
ラーフローマツピング（ＣＦＭ）像とも称される）が表
示されることになる。

第１５図は平均血流速の角度表現１周波数表現とそれに
対応する表示色との関係を示すもので、角度表現の場合
には一π乃至十πに対応して、周波数表現の場合には＋
ｆｒ／２乃至−ｆｒ／２に対応して、表示色が青色、黒
色、赤゛色となる。尚、ｆｒは超音波パルスの繰返し周
波数である。

ところで、従来装置において、ＣＦＭ像の時間的平滑化
（残光効果）処理が行われ、この時間的平滑化処理には
フレーム相関が用いられている。

このフレーム相関による時間的平滑化処理は、第９図に
示すように１フレーム構成周明（Ｔ　ＯＦ　＞毎に連続
する複数のＣＦＭ像が形成される場合において、同一座
標（ｘ、ｙ）のデータの相関を取る手法である。原理的
には第１０図に示すように巡回型のディジタルフィルタ
であり、物理的には時間軸（１）のローパスフィルタで
ある。ここでＣＦＭ＠のフレーム周波数をｆ　ＯＦで表
わし、隣接フレーム間でのデータ変化をｆで表わした場
合、ｆ　／　ｆ　ＯＦ≧１７２が成立すると、階調変化
の所謂「折返し現象」を生じてしまう（第１１図参照〉
。

（発明が解決しようとする課題） Ｂモード像データ（白黒エコーデータ）のような符号無
しデータの相関による時間的平滑化処理は、第１２図の
ように何ら問題無く行われる。

しかしＣＦＭ像では第１３図において実線２で示すにう
に平滑化され、ドプラ周波数のパルス繰返し周期による
折返し現象により赤→青、青→赤へ移行する際に周波数
ゼロラインと交差するように血流速度Ｖ　（ｔ）が変化
する。このぜ０交差部分３に対して黒色が割当てられる
ため、そこでＣＦＭ像をフリーズ（静止画像表示）する
と、実際には高速血流部位が存在するのにもかかわらず
、表示画像上では当該部位が黒色となり血流が無いよう
に表示されてしまう。

本発明は上記欠点を除去するもので、その目的とすると
ころは、血流分布像のフレーム相関による時間的平滑化
処理において折返し現象を生じた場合の高血流部位の黒
色表示を排除することにより、適切な血流分布像表示を
可能とするカラー超音波診断装置を提供することにある
。

［発明の構成１ （課題を解決するための手段） 本発明は、被検体よりの超音波エコーに基づいて形成さ
れた血流分布像に対してフレーム相関による時間的平滑
化処理を施し、その処理結果をカラー表示するようにし
たカラー超音波診断装置において、血流分布像のフレー
ム周波数をｆ　ＯＦとし、隣接するフレーム間での血流
分布像データの変化をｆとしたとき、ｆ　／　ｆ　ＯＦ
≧１７２の場合に血流情報の周波数表現上の周波数ぜロ
ラインと交差ジノない方向に血流分布像のフレーム相関
による時間的平滑化処理を行う平滑化処理手段を具備す
るものである。

（作　用） 本発明ではｆ　／　ｆ　ＯＦ≧１７２の場合に血流情報
の周波数表現上の周波数ゼロラインと交差しない方向に
時間的平滑化処理を行うようにしているので、折返し現
象が生じても周波数ゼロラインと交差する部分は存在せ
ず、従って、折返し現象を生じた場合の高血流速部位の
黒色表示を排除できる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示している。

１０は複数の超音波振動子をアレイ状に配列して成る超
音波プローブで必り、１１はこの超音波プローブ１０を
介して超音波パルスの送受信を行う送受信部であり、１
２は超音波エコーの包絡線検波を行い、それをディジタ
ル信号に変換して出力するレシーバであり、１３はこの
レシーバ１３の出力が書込まれる白／黒フレームメモリ
である。

また、１４は超音波エコーの直交検波を行う直交検波部
であり、１５はＣＦＭ（カラーフローマツピング）処理
を行うＣＦＭユニットであり、１６はこのＣＦＭ処理出
力が書込まれるカラーフレームメモリである。このカラ
ーフレームメモリ１６及び白／黒フレームメモリ１３の
後段には、両メモリからの読出しデータを合成する合成
処理部１７が配置され、更にこの合成処理部１７の後段
には、この合成処理出力をカラー表示するＲＧＢモニタ
１８が配置されている。

ここで前記ＣＦＭユニット１５は次のように構成されて
いる。

１９はＡ／Ｄ　（アナログ・ディジタル）変換器であり
、前記直交検波部１４の出力がこのＡ／Ｄ変換器１９に
よりディジタル信号に変換されるようになっている。こ
のＡ／Ｄ変換器１９の後段には、クラッタ成分を除去す
るＭＴＩフィルタ２０が配置され、またこのフィルタ２
０の後段には、平均血流速（Ｖ）、トータルパワー（Ｐ
）９分散（写）の算出を行うＣＦＭ演算部２１が配置さ
れ、更にこのＣＦＭ演算部２１の後段には、フレーム相
関により血流分布像の時間的平滑化処理を行う平滑化処
理手段２２が配置されている。ここでこの平滑化処理手
段２２においては、血流分布像のフレーム周波数をｆ　
ＯＦとし、隣接するフレーム間での血流分布像データの
変化をｆとしたとき、ｆ　／　ｆ　ＯＦ≧１７２ の成立により折返しを生じた場合に血流情報の周波数表
現上の周波数ゼロラインと交差しない方向に血流分布像
の時間的平滑化処理が行われるようになっており、これ
が本実施例装置の特徴点の一つとなっている。

次に、この平滑化処理手段２２の機能を実現する。ため
の構成例について説明する。

第２図は平滑化処理手段２２の詳細な構成を示している
。

２５は第１図のＣＦＭ演算部２１からの血流速信号Ｖ　
（ｔ）を（１−ａ）倍する係数ＲＯＭ（＋、Ｊ−ドオン
リメモリ）であり、この係数ＲＯＭ２５の出力は、後段
に配置された加算器２６に取込まれ、この加算器２６に
おいて、後述する係数ＲＯＭ２９の出力と加算された後
にＭＰＸ　（マルチプレクサ）２７を介して画像メモリ
２８に取込まれるようになっている。ここでａはフレー
ム相関処理における係数を意味する。ＭＰＸ２７は加算
器２６の出力と初期条件ＲＯＭ３０の出力とを択一的に
画像メモリ２８に伝達する機能を有し、いずれを選択す
るかは初期条件ＲＯＭ３０より選択信号ＳＥＬによる。

初期条件ＲＯＭ３．０は画像メモリ２８の出力と入力信
号Ｖ（［）との比較を行い、その比較結果に応じてＭＰ
Ｘ２７に選択信号ＳＥＬを送出すると共に初期条件を送
出する。尚、この初期条件及びＭＰＸ２７の選択論理に
ついては後に詳述する。

また画像メモリ２８は第５図に示すように方位方向にＭ
ラスタ分、距離方向にＮ画素分の記憶容量を持つ２次元
構造のメモリであり、この画仰メモリ２８へのデータ書
込み動作とこの画像メモリ２８らのデータ読出し動作と
の切換え、及びアドレス指定はメモリコントローラ３１
によって行われる。そしてこのメモリコントローラ３１
には、１フレーム構成周期信号ＯＦＯ１ＣＭＦスキャン
ラスタ先頭信号ＩＮＩＴＯ、ＣＦＭ演算部からの転送ク
ロックＤＥＰＩＸＣにが入力されるようになっている。

更にこの画像メモリ２８の後段には、この画像メモリ２
８の出力を８倍する係数ＲＯＭ２９が配置されている。

そして係数ＲＯＭ２５．２９には第１図のホストＣＰｔ
Ｊ　（中央処理装置）２３からの係数選択信号が取込ま
れるようになっている。この信号によって係数ａの値が
決定される。すなわち係数ＲＯＭ２５．２９における係
数ａの値はホストＣＰＵ２３の制御下で決定されるので
ある。

またＭＰＸ２７の出力がこの平滑化処理手段２２の出力
として第１図のカラーフレームメモリ１６に送出される
ようになっている。

第８図は前記ＭＰＸ２７の選択論理を示しており、以下
、これについて説明する。

現在のデータをＶ（ｎ）とし、このＶ　（ｎ）より１フ
レーム前のデータをＶ　（ｎ＋１）とする。このＶ（ｎ
）　、　Ｖ（ｎ＋１）の符号が等しい場合、初期条件Ｒ
ＯＭ３０より選択信号ＳＥＬは出力されず、ＭＰＸ２７
は加算器２６の出力を選択する（フレーム相関処理継続
）。また、Ｖ（ｎ）　、　Ｖ（ｎ＋１）の符号が異なる
場合であって、それらの差の絶対値がスレッショルドレ
ベルＴＨ以上である場合には、フレーム相関処理が一旦
停止され、初期条件が与えられる。すなわち、この場合
には初期条件ＲＯＭ３０より選択信号ＳＥＬ及び初期条
件が出力され、ＭＰＸ２７は初期条件ＲＯＭ３０よりの
初期条件を選択してそれを画像メモリ２Ｂ及びカラーフ
レームメモリ１６に送出する。更に、Ｖ（ｎ）　、　Ｖ
（ｎ＋１）の符号が異なる場合であって、それらの差の
絶対値がスレッショルドレベルＴＨより小ざい場合には
、初期条件ＲＯＭ３０より選択信号ＳＥＬは出力されず
、ＭＰＸ２７は加算器２６の出力を選択する（フレーム
相関処理継続）。

ここで、スレッショルドレベルＴＨは通常ｆｒ　／２　
（ｆｒは超音波パルスの繰返し周波数）に設定されてい
るが、Ｏからｆｒまで必要に応じて調整できるようにな
っている。また、初期条件は、Ｖ　（ｎ＋１）が正の場
合には＋ｆｒ　／２であり、逆にＶ　（ｎ＋１）が負の
場合には−ｆｒ　／２である。

次に、上記構成による実施例装置の作用について説明す
る。

超音波プローブ１０から被検体に向けて送波された超音
波パルスの該被検体よりの反射成分は再び超音波プロー
ブ１０によって受波され、それが送受信部１１を介して
レシーバ１２に取込まれた包絡線快波され、それがディ
ジタル信号に変換された後に白／黒フレームメモリ１３
に転送され、ここに書込まれる。この白／黒フレームメ
モリ１３の記憶内容はモニタ系のタイミングで続出され
、合成処理部１７を介してＲＧＢモニタ１８に伝達され
る。

一方、ドプラ情報を得るための超音波パルスの送受によ
って得られたパルスエコーは直交検波部１４において直
交検波され、その検波出力がＣＦＭユニット１５に送出
される。そして上記の直交検波出力はＡ／Ｄ変換器１９
によりディジタル信号に変換され、ＭＴＩフィルタ２０
によりクラッタ成分が除去された後にＣＦＭ＠Ｒ部２１
に取込まれ、平均血流速（Ｖ）、トータルパワー（Ｐ）
２分散（σ）の算出に供される。そしてこのＣＦＭ演算
部２１での算出結果が平滑化処理手段２２に取込まれ、
この平滑化処理手段２２においてフレーム相関による時
間的平滑化処理が行われ、その処理結果がカラーフレー
ムメモリ１６及び合成処理部１７を介してＲＧＢモニタ
１８に伝達され、白黒Ｂモード像に重畳して表示される
。

ここでこの時間的平滑化処理の詳細について説明する。

フレーム相関による時間的平滑化処理は第９図に示すよ
うにＣＦＭ像の１フレーム構成周期（ＯＦ周期毎）のフ
レーム間での処理でおる。

第３図及び第４図はＣＦＭ出力タイミングを示しており
、第３図は方位方向のデータ出力タイミング図、第４図
は距離方向のデータ出力タイミング図である。

ＣＦＭ１フレーム構成周期（ＯＦＯ信号周期）中にＣＦ
Ｍスキャンラスク先頭信号（ＩＮＩＴＯ）がＭ（Ｍは正
の整数）個発生する。またＣＦＭ像の１ラスタのデータ
を得るためにレー１〜周波数（ＰＲＦ）周期で同一ラス
タを数回スキャンしている。このようにして得られるＣ
ＦＭ出力信号Ｖ　（ｔ）は第３図中の斜線部のタイミン
グで出力される。またＣＦＭ１ラスタ分の出力信号Ｖ（
ｔ）における距離方向のデータ１’　　　２’　　　３
’・・・。

Ｎ′は第４図に示すようにル−ト内に順次出力される。

第６図は画素（ｍ、ｎ）のフレーム相関処理タイミング
を示し、第７図は第６図のＴａ部分を拡大して示してい
る。

第６図に示すように画像メモリ２８のアドレスはメモリ
ＲＤ信号に同期してインクリメントされ、（ｍ、１）、
（ｍ、２）、−・・（ｍ、ｎ−１）、（ｍ、ｎ）、・・
・のように変化する。このメモリアドレスの確定後、そ
れまで画像メモリ２８に蓄えられた１叶周期前のデータ
が読出され、それが現在取込まれたデータと合わせて処
理され、この処理結果がメモリＷＲ信号により再び画像
メモリ２８に書込まれる。

この画素（ｍ、ｎ）についての相関処理の詳細は次の通
りである。

すなわち第７図に示すように画像メモリ２８よりアドレ
ス（ｍ、ｎ）の旧データが読出され、それが係数ＲＯＭ
２９で８倍されて加算器２６に取込まれ、又現在の入力
データＶ　（ｔ）が係数ＲＯＭ２５で（ａ−１）倍され
て加算機２６に取込まれると、両データがこの加算器２
６で加算され、そしてその加算結果がアドレス（ｍ、ｎ
）の新たなデータとしてＭＰＸ２７を介して画像メモリ
２８に書込まれる（データ更新）。そしてこの占込みと
ほぼ同時にｆｒ（ｍ、ｎ）データがカラーフレームメモ
リ１６（第１図）に転送される。このような処理がＣＦ
Ｍ像の全画素について行われる。

ここで、画像メモリ２８より読出されたデータ（旧デー
タ）は係数ＲＯＭ２９に転送されるとともに初期条件Ｒ
ＯＭ３０に伝達される。このデータをＶ（ｎ＋１）とす
る。そしてこのとき、新たに取込まれたデータＶ（ｔ）
　　（これをＶ（ｎ）とする）と旧データＶ　（ｎ＋１
）とが同符号の場合及び、それらが異符号であって、し
かも が成立する場合には、ＭＰＸ２７により加算器２６の出
力が選択されるため、上記のフレーム相関処理が継続さ
れる（第８図参照）。しかし、Ｖ　（ｎ）　　、　Ｖ　
（ｎ＋１）が異符号であって、しかもが成立する場合に
は、初期条件ＲＯＭ３０より選択信号ＳＦＬとともに初
期条件が出力され、ＭＰＸ２７は、この選択信号ＳＥＩ
入力により、初期条件ＲＯＭ３０の初期条件を選択する
（第８図参照）。ここで、初期条件はＶ（ｎ＋１）が正
の場合は＋ｆｒ／２であり、逆にＶ（ｎ＋１）が負の場
合に−ｆｒ／２である。すなわち前記加算器２６の出力
に代えてそれぞれの血流方向の最高階調に等しい値が画
像メモリ２８及びカラ」フレームメモリ１６に与えられ
るのである。

このような処理によれば、ｆ　／　ｆ　ＯＦ≧１７２に
より折返し現像を生じた場合、血流情報の周波数表現上
の周波数ゼロラインと交差しない方向にフレーム相関に
よる時間的平滑化処理が行われる。すなわち、折返し現
象を生じた場合、従来装置では第１３図において実線２
で示すように周波数ゼロラインと交差する方向に平滑化
されるのに対し、本実施例装置では破線４で示すように
周波数ぜロラインと交差しない方向に平滑化されるので
おる。

これによれば、ゼロ交差部分３は存在せず、従ってＣＦ
Ｍ像をフリーズした場合でも、高速血流部位が黒色表示
されるといった不都合は生じない。

尚、本発明は上記実施例に限定されない。

上記実施例では一定条件下で初期条件ＲＯＭ３０より初
期条件（＋ｆｒ／２及び−ｆｒ／２）を与えるようにし
たものについて説明したが、係数ａ＝１としてリセット
する方式と等価な方法を採用することもできる。この場
合、画像メモリ２８の出力データについてそのままの状
態で初期条件ＲＯＭ３０を通過させ、それをＭＰＸ２７
で選択させればよい。

また上記実施例ではＣＦＭユニット１５内に平滑止処理
手段２２を設けたものについて説明したが、フレーム相
関処理は第１図のカラーフレームメモリ１６を利用して
行うこともできるから、このＣＦＭユニット１５の後段
に平滑化処理手段を配置することもできる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、血流分布（ＣＦＭ
）像のフレーム相関による時間的平滑化処理において折
返し現象を生じた場合の高血流速部位の黒色表示を排除
することができ、適切な血流分布象表示を可能とするカ
ラー超音波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置のブロック図第２図は同
上装置の主要部の詳細な構成ブロック図、第３図、第４
図、第６図、第７図は本実施例装置の動作タイミング図
、第５図は同上装置における画像メモリのフォーマット
図、第８図は同上装置におけるＭＰＸのデータ選択論理
の説明図、第９図はフレーム相関処理におけるデータサ
ンプリング説明図、第１０図はフレーム相関処理を実行
する巡回型フィルタのブロック図、第１１図はフレーム
相関処理の特性図、第１２図は符号無しデータのフレー
ム相関による時間的平滑化処理の説明図、爪１３図はＣ
ＦＭ像データのフレーム相関による時間的平滑化処理の
説明図、第１４図は超音波スキャンのパターン図、第１
５図は平均血流速の角度表現１周波数表現とそれに対応
する表示色との関係説明図である。 １０・・・超音波プローブ、 １５・・・ＣＦＭユニット、 １８・・・ＲＧＢモニタ、 ２１・・・ＣＦＭ演算部、 ２２・・・平滑化処理手段。 ＯＦＯ 第 図 ＲＦ 第 図 第 図 第 ■ 図 （１＝０．７５ 第 ■ ■ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体よりの超音波エコーに基づいて形成された血流分
   布像に対してフレーム相関による時間的平滑化処理を施
   し、その処理結果をカラー表示するようにしたカラー超
   音波診断装置において、血流分布像のフレーム周波数を
   ｆ＿Ｄ＿Ｆとし、隣接するフレーム間での血流分布像デ
   ータの変化をｆとしたとき、ｆ／ｆ＿Ｄ＿Ｆ≧１／２の
   場合に血流情報の周波数表現上の周波数ゼロラインと交
   差しない方向に血流分布像のフレーム相関による時間的
   平滑化処理を行う平滑化処理手段を具備することを特徴
   とするカラー超音波診断装置。