JPH02215446A

JPH02215446A - 超音波血流イメージング装置

Info

Publication number: JPH02215446A
Application number: JP3634289A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Miyajima; 泰夫宮島; Takanobu Uchibori; 孝信内堀
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1990-08-28
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPH064073B2

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、これを表示して診断に供するようにした
超音波血流イメージング装置に関する。

（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（白黒Ｂモ
ード像）情報を得、この断層像に重ねて血流情報をリア
ルタイムでカラー表示するようにした超音波血流イメー
ジング装置が知られている。このような装置によって血
流速度を測定する場合の動作原理は次の通りである。

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、■＝血流速度 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ｆｄを検出することによって血流速
度Ｖを得ることができる。

このようにして得られた血流速度Ｖの２次元画像表示は
次のように行われる。先ず第４図のように超音波プロー
ブ１から被検体に対してＡ、　　Ｂ。

Ｃ２・・・方向に順次超音波パルスを送波してセクタ（
又はリニア）スキャンを行うにあたり、第５図の構成の
装置によってその超音波パルスのスキャン制御が行われ
る。

最初にＡ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２に送られる。

次に位相検波回路３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
けられた例えば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４で周波数分析され、Ｄ、Ｓ、Ｃ（ディジタル
・スキャン・コンバータ）５に送られここで走査変換さ
れた後に、表示部６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
が表示されることになる。

血流分布像情報の収集は複数レート分の情報によって血
流分布像の１ラスクが形成される。

ところで、このような従来の超音波血流イメージング装
置においては、得られる画像の空間分解能（走査線数ｎ
に依存）、速度分解能（１ラスタを構成するレート数ｍ
に依存）、表示視野角、リアルタイム性（フレーム数Ｆ
Ｎ）等には次のような関係があり、ｎＸｍＸ１／ｆｒ　ＸＦＮ＝１ｆｒ　：超音波繰り返し周波数どれかを良くしようとすると他のものが劣化してしまう
という関係がある。

そのため、フレーム数を上げようとして、１ラスクを構
成するレート数を減らすと、速度分解能が低下し、演算
エラーが生じ、血流イメージの画質の低下を生じてしま
う。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の超音波血流イメージング装置には、フ
レーム数を増やすと画質の劣化を生じてしまうという問
題がある。

そこで、ドプラ偏移データ又は血流分布像データを空間
方向に平均化する方式が本願発明者によって先に提案さ
れた（平成元年１月２６日特許出願済）。

この方式によれば、レート数を減らしてフレーム数を増
やした場合でも、上記の平均化処理により血流イメージ
の画質劣化を抑えることができる。

しかし、上記平均化処理における処理条件、例えば平均
の幅や重み関数の設定のための操作が複雑で面倒である
という新たな欠点を生じた。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、その目的
とするところは、レート数を減らしてフレーム数を増や
した場合でもドプラ偏移データ又は血流分布像データの
空間方向への平均化処理により血流イメージの画質劣化
を抑えることができ、しかもこの平均化処理における処
理条件設定を容易に行い得る超音波血流イメージング装
置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため本発明では、超音波の走査を行
う超音波走査手段と、この超音波走査条件を設定する走
査条件設定手段とを有し、被検体に向けて送波した超音
波の反射成分をサンプリングし、各サンプル点毎にドプ
ラ偏移データを求めて前記被検体の血流分布像を形成し
、これを表示して診断に供するようにした超音波血流イ
メージング装置において、前記各サンプル点毎のドプラ
偏移データを空間方向に平均化処理し、それを前記血流
分布像形成に供する平均化処理手段とを備えている。

（作　用）本発明では、各サンプル点毎の情報の空間的な相関を利
用し、上記の平均化処理手段によりドプラ偏移データ又
は血流分布像データを空間方向に平均化することにより
、レート数を減らしてフレーム数を増やした場合の血流
イメージの画質劣化を抑えている。

また、この平均化処理における処理条件が、前記平均化
処理制御手段により超音波走査条件に応じて制御される
ので、オペレータは平均化処理における処理条件を個別
的に設定する必要がない。

（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すブロック図である。

同図に示すように本実施例装置は、電子走査型超音波プ
ローブ（以下「プローブ」という）１１゜電子走査装置
アナログ部１２．９０’移相器２５゜ミキサ２４ａ、２
４ｂ、　　ローパスフィルタ２６ａ。

２６　ｂ、　ＭＴ　Ｉ　　（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｔａｒｇｅ
ｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部２７．走査変換手段（
ディジタル・スキャン・コンバータ）　３４．　３５．
表示処理手段３６．マルチプレクサ（ＭＰＸ）３７．Ｄ
／Ａ　（ディジタル・アナログ）変換手段３８９表示手
段３９を有する。

電子走査装置アナログ部１２は、超音波の走査を行うも
ので、プリアンプ１３．パルサ１４２発振器１５．デイ
レイライン１６．加算器１７．検波器１８から構成され
ている。ここでこのアナログ部１２が、本発明における
超音波走査手段に相当する。

また、７０は操作パネルであり、前記アナログ部１２に
よる超音波走査の条件例えば視野角度。

レート周波数、フレーム数等を設定するもので、この操
作パネル７０が、本発明における走査条件設定手段に相
当する。

加算器１７から出力された信号のうち一方は検波器１８
を介して走査変換手段３４へ送られ、他方はライン１９
以下へ送られる。ライン１９がら加えられた信号は二分
され各々ミキサ２４ａ。

２４ｂに加えられる。各ミキサ２４ａ、２４ｂにはまた
９０°移相器２５によって発振器１５からの基準信号ｆ
。が９０°の位相差で加えられる。

この結果ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂにはドプラ偏
移差信号ｆｄと（２ｆｏ＋ｆｄ　）信号が入力され、ロ
ーパスフィルタ２６ａ、２６ｂによって高周波数成分が
除去されてドプラ偏移信号ｆｄのみが得られる。これは
血流情報演算のための位相検波出力信号となる。

げ−バスフィルタ２６ａ、２６ｂより出力された位相検
波出力信号がＭＴＩ演算部２７に加えられる。

このＭＴＩ演算部２７はＡ／Ｄ変換器２８ａ。

２８ｂ、ＭＴｒフィルタ２９ａ、２９ｂ、自己相関器３
０．平均速度演算部３１、分散演算ｇ５３２、パワー演
算部３３から構成されている。このＭＴＩはドプラ効果
を利用して移動目標のみを検知する技術で、移動目標は
血球である。

自己相関器３０は周波数分析法の一種であり２次元の多
点の周波数分析をリアルタイムで行う必要性から用いら
れている。

前記ＭＴＩフィルタ２９ａ、２９ｂの出力信号は下式の
ように与えられる。

Ｄ　Ｃ＋）　＝　Ｘ　（＋）　＋　ｊ　Ｙ　（＋）　　
　　　　　　　　　−（１）そして、平均化処理手段５
ｏによって、空間方向への平均処理が下式の如くなされ
る。

１＝ｉ−号ここで、Ｄ’（＋）：平均後のデータ ω　：空間方向に平均する幅（ｐａｉｎｔ）の条件は、
平均化処理制御手段６０によって制御されるようになっ
ている。すなわち、この平均化処理制御手段６０は、上
記の平均化処理の条件を少音波操作条件に応じて制御す
ることにより、平均化処理条件例えば平均の幅や重み関
数等の自動設定を可能とするものである。具体的には、
次のようにして平均化処理条件が設定される。

１ラスクを構成するためのレート数Ｎは次式で表わされ
る。

である。

すなわち、本実施例装置では、ＭＴ■フィルタ２９ａ、
２９ｂの出力Ｄｍ（これは位相検波情報であり、ドプラ
偏移データである）が平均化処理手段５０に取込まれ、
ここで空間方向に平均化処理され、その平均化処理出力
が自己相関器３０に取込まれ、自己相関処理に供される
ようになっている。

ここで、この平均化処理手段５０における処理（レート
周波数）Ｆ：フレーム数Ｍ：操作線数超音波パルスの繰返し周波数（ｆｒ）、走査線数（Ｍ）
が設定された状態でフレーム数（Ｎ）が決定されると、
前（３）式より、レート数（Ｎ）が求まる。

ここで、Ｗ＝Ｆｕｎｃ目ｏｎｌ　　（Ｎ）Ｗ（ｍ）＝Ｆｕｎｃｔｉｏｎ２　（Ｎ）と表わしたとき
、このＦｕｎｅ！１ｏｎｌ及びＦｕｎｃｔｉｏｎ２を平
均化制御手段６０に備えるようにすれば、すなわちこの
手段６０内に関数テーブルを形成しておけば、フレーム
数（Ｎ）情報の入力によりω。

Ｗ（ω）が自動的に求まり、これによって平均化処理条
件が設定される。

また、平均速度演算部３１９分散演算部３２及びパワー
演算部３３においては、それぞれ所定の演算実行により
血流速９分散及びパワーが求められる。

ＭＴＩ演算部２７の出力は走査変換手段３５を介して表
示処理手段３６に取込まれ、ここで白黒表示用及びカラ
ー表示用の処理がなされてＭＰＸ３７へ送出され、Ｄ／
Ａ変換手段でアナログ信号に変換された後、表示手段３
９に取込まれるようになっている。

次に、前記平均化処理手段５０の詳細な構成について第
２図を基に説明する。

同図に示すようにこの平均化処理手段５０は、ドプラ偏
移データを遅延する複数の遅延素子（ｚ’）　５１１　
、　５１２　、・・・、５１ｎ（ｎは正の整数）と、重
み関数（Ｗ（ω））を発生する重み関数発生器５４と、
前記複数の遅延素子に対応して配置され、各遅延素子の
出力と重み関数との乗算を行う乗算器５２１，５２２．
・・・５２ｎと、この乗算器出力を加算する加算器５３
とを有して成る。

そしてこの加算器５３の出力が自己相関器３０に送出さ
れるようになっている。

次に上記のように構成された実施例装置の作用について
説明する。

操作パネル７０を介してオペレータにより超音波の走査
条件（視野角度、レート周波数、フレーム数等）が設定
されると、この走査条件で電子走査アナログ部１２によ
り超音波の走査が行われ、被検体よりの超音波エコーの
収集が行われる。

一方、操作パネル７０を介して上記の走査条件が設定さ
れると、平均化処理制御手段６０におい処理されるよう
になっているため、操作パネル７０を介して超音波ラス
タ数を減少させ、これによりフレーム数を増やした場合
でもデータの空間方向への変動が抑えられることから、
平均速度演算部３１１分散演算部３２．パワー演算部３
３の演算出力に基づいて形成される血流分布像において
は血流イメージの画質の劣化が少なく、診断上良好なも
のとなる。

例えば小児の心臓などの早い動きを正確に（情報の欠落
なく）とらえる場合等に有効である。

また、平均化処理手段５０における処理条件が平均化処
理制御手段６０により超音波操作条件に応じて自動的に
設定されるようになっているため、超音波走査条件を変
更する毎に平均化処理条件を再設定する必要もなく、オ
ペレータの大幅な負担軽減が図れる。

尚、Ａ／Ｄ変換器２８ａ、２８ｂの出力を平均化処理手
段５０に取込み、平均化処理するようにしてもよい。

また、上記実施例では各サンプル点ごとの位相検波出力
（ドプラ偏移データ）に対して平均化処理を施すように
したが、以下に述べるように血流分布像データ例えば自
己相関処理出力に対して上記の平均化処理を施すように
してもよい。

ここで、自己相関器３０の出力信号は下式のように与え
られる。

Ｒｅ　　＝ＲｅｆＣｎ＋）（１）Ｉ　ｍ　’（Ｄ　＝　Ｉ　Ｉｎ　Ｉｃ　（１１）　　（
＋）そして、平均化処理手段５０によって空間方向への
平均処理が下式の如くなされる。

（以下余白）ここで、Ｃ（０）（ｉ）’　、　Ｒｅ　（ｉ）’　、　　Ｉ　ｍ
　（ｉ）’　　：平均後のデータω　：空間方向に平均
する幅（ｐａｉｎｔ）Ｗ（ω）：データ平均時の重み付
は関数である。

また、これらの平均は平均速度９分散、パワーから、Ｃ
（０）、Ｒｅ　、Ｉｎを逆算して実現することもでき、
この場合は走査変換手段３５内で平均をとることも可能
である。例えば、走査変換手段３５内のフレームメモリ
に各データを一旦記憶させた後（フリーズ操作）、平均
の長さや重み付けを変えて表示するようにするとよい。

更に、第３図は他の実施例を示している。この実施例で
は血流情報の解析を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により
行っている。すなわち、第３図の構成では、ＭＴＩフィ
ルタ２９ａ、２９ｂの後段にＦＦＴ演算器５５が配置さ
れており、このＦＦＴ演算器５５により血流情報の解析
が行われるようになっている。

ここでＦＦＴ演算器５５の出力信号Ｐ　（Ｎ、　ｉ）は
、ＭＴＩ７４ルタ２９ａ、２９ｂの出力信号を、ＦＦＴ
処理したパワースペクトラムである。

そして、平均化処理手段５０Ａによって空間方向の平均
処理が下式の如くなされる。

（以下余白）ここで、Ｐ’　（Ｎ、　ｉ）　：平均後のパワースペクトラムデ
ータω　：空間方向に平均する幅（ｐａｉｎｔ）Ｗ（ω
）：データ平均時の重み付は関数である。

このようにＭＴＩフィルタ２９ａ、２９ｂの出力信号を
ＦＦＴ処理し、その処理出力に対して空間方向に平均化
処理を施すようにしても、上記実施例と同様の効果を奏
する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可
能であるのはいうまでもない。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、レート数を減らし
てフレーム数を増した場合でも、ドプラ偏移データ又は
血流分布像データの空間方向への平均化処理により血流
イメージングの画質劣化を押えることができ、しかもこ
の平均化処理における処理条件設定を容易に行い得る超
音波血流イメージング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の主要部の詳細を示すブロック図、第３図は他の
実施例を示すブロック図、第４図及び第５図はそれぞれ
従来例を示すスキャンパターン図及びブロック図である
。１２・・・電子走査アナログ部（超音波操作手段）、３
０・・・自己相関器、３９・・・表示手段、５０．５０
Ａ・・・平均化処理手段、５１乃至５１ｎ・・・遅延素子、５２１乃至５２ｎ・・・乗算器、５３・・・加算器、５
４・・・重み関数発生器、５５・・・ＦＦＴ演算器、６
０・・・平均化処理制御手段、第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波の走査を行う超音波走査手段と、この超音
波走査条件を設定する走査条件設定手段とを有し、被検
体に向けて送波した超音波の反射成分をサンプリングし
、各サンプル点毎にドプラ偏移データを求めて前記被検
体の血流分布像を形成し、これを表示して診断に供する
ようにした超音波血流イメージング装置において、前記
各サンプル点毎のドプラ偏移データを空間方向に平均化
処理し、それを前記血流分布像形成に供する平均化処理
手段と、この平均化処理における処理条件を前記超音波
走査条件に応じて制御する平均化処理制御手段とを備え
たことを特徴とする超音波血流イメージング装置。
（２）超音波の走査を行う超音波走査手段と、この超音
波走査条件を設定する走査条件設定手段とを有し、被検
体に向けて送波した超音波の反射成分をサンプリングし
、各サンプル点毎のドプラ偏移データより血流分布像デ
ータを求め、このデータに基づいて前記被検体の血流分
布像を形成して診断に供するようにした超音波血流イメ
ージング装置において、前記血流分布像データを空間方
向に平均化処理し、それを血流分布像形成に供する平均
化処理手段と、この平均化処理における処理条件を前記
超音波走査条件に応じて制御する平均化処理制御手段と
を備えたことを特徴とする超音波血流イメージング装置
。