JPH0412739A

JPH0412739A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0412739A
Application number: JP11520690A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Satake; 望佐竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1992-01-17

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、例えば被検体内に超音波を送受波し、得られ
る超音波からドプラ偏移信号を検出しこの信号をディジ
タル変換してフィルタによりクラッタを除去して血流の
ドプラ信号のみを抽出し血流情報を得る超音波診断装置
に関する。

（従来の技術）超音波ドプラ法は、生体内の移動物体の移動に伴う機能
情報を得て映像化する方法である。すなわち、超音波ド
プラ法は、超音波が移動物体により反射されると反射波
の周波数が上記物体の移動速度に比例して偏移する超音
波ドプラ効果を利用したものである。まず、超音波パル
スを生体に送波し、その反射波エコーの位相変化よりド
プラ効果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た
深さ位置における移動物体の運動情報を得ることができ
る。

この超音波ドプラ法によれば、生体内における位置での
血流の流れの向き、乱れているか整っているかの流れの
状態を知ることができる。

次にこの超音波診断装置について説明する。超音波エコ
ーから血流情報を得るためには、超音波探触子および送
受波回路を駆動しである方向に超音波パルスを所定回数
繰り返し送波し、受波された超音波エコーを位相検波回
路により検波して位相情報すなわちドプラ信号とクラッ
タ成分信号とからなるドプラ偏移信号を得る。このドプ
ラ偏移信号をＡＤ変換器でディジタル信号化し、フィル
タによりクラッタ成分信号を除去し、血流によるドプラ
信号を得る。そしてこのドプラ信号は自己相関方式など
の高速の周波数分析器により周波数分析し、ドプラ偏移
の平均値、ドプラ偏移の分散値、ドプラ偏移の平均強度
などを得る。

ここで超音波ビームをセクタスキャンの画面に対応させ
て一方側から他方側にスキャンしながら前述の一連の処
理を行なうことにより、２次元に分布する血流の情報を
検出することができる。そして前述の血流の方向および
速度を示した２次元血流速度画像等の血流情報（カラー
フローマツピング画像（以下ＣＦＭという。））と、Ｂ
モード像や血流速度の時間変化画像（ＦＦＴ像）とＭモ
ード像とをＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバータ
）にて重畳合成し、モニタに表示する。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の超音波診断装置においてＦＦＴ像を得る
ためのＦＦＴドプラでは、生体に超音波を送波し、その
エコーを受信して、この受信信号をアナログ態様で位相
検波し、レンジゲート処理する。そして得られたドプラ
偏移信号を一定の間隔（パルス波は送信レートに比例、
連続波はサンプルレートを任意に設定）でサンプリング
し、ＡＤ変換器で量子化しさらにディジタル演算してい
る。しかるのち、ディジタル信号をＦＦＴにより周波数
解析し、第８図に示すように血流速度の時間的変化を示
すＦＦＴ像を得ている。

そして第９図に示すようにドプラ偏移信号中に大振幅の
クラッタ成分信号（血管壁の動き）が混入していても、
ＡＤ変換器が飽和することなく、しかも小振幅信号（細
い血管や生体深部の血流など）であるドプラ信号を検出
する必要があった。

しかしながら、ＡＤ変換器の量子化ダイナミックレンジ
が狭い場合（量子化ビット数が小さい場合）、小振幅信
号であるドプラ信号を検出しようとして、増幅器を用い
てゲインを上昇させると、第１０図に示すようにこれに
伴ってクラッタ成分信号によりＡＤ変換器が飽和し易く
なる。このため飽和している期間ｔ。では、所定値以下
の有効なドプラ信号を検出できず、ゲイン（飽和期間ｔ
ｏにおいて振幅Ａ。で飽和）を上昇させてもこれに比例
して感度が向上するわけではなかった。

このため良好な超音波画像が得られず、診断能の向上が
図れなかった。

そこで本発明の目的は、ＡＤ変換器を飽和させることな
く、量子化ダイナミックレンジを拡大して、小振幅信号
を容易に検出でき、診断能率を向上し得、装置の信頼性
を向上し得る超音波診断装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講じた。本発明は、被検体に対して超音波を
送受波し得られた受信信号に基きドプラ偏移信号を検出
しこれを演算部で周波数解析して血流情報を得る超音波
診断装置において、所定値以下のドプラ信号を含む前記
ドプラ偏移信号に加算すべく予め周波数、振幅１位相を
管理設定した加算信号を発生する発生手段と、前記発生
手段で得た加算信号と前記ドプラ偏移信号とを加算する
加算手段と、前記演算部の周波数解析出力と前記発生手
段から出力される加算信号の周波数との差を求める減算
手段とを具備したことを特徴とする。

（作用）このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。ＡＤ変換器で量子化ビット変換を行なう前に、
周波数、振幅１位相などの管理された加算信号をドプラ
偏移信号に加算することで、所定値以下のドプラ信号す
なわち、量子化ダイナミックレンジ以下の小振幅信号に
対して、振幅を大きくすることができるので、容易に小
振幅信号であるドプラ信号を検出できるようになる。

これにより微小振幅の加算信号を管理設定すれば、量子
化ダイナミックレンジを拡大でき、ゲインを上昇するこ
となく、ＡＤ変換器のクラッタ成分信号による飽和劣化
を無視できるほど小さくできる。

（実施例）第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図である。第１図において、超音波診断装
置は、超音波探触子１、送受波回路としてのＴ／Ｒ２、
位相検波回路３、ＦＦＴ処理系５、ＣＦＭ（カラーフロ
ーマツピング）処理系６を有する。また前記装置は、Ｂ
モード処理系４としてＢモード処理部４Ａ、表示系７と
してＤＳＣ７Ａ、カラー処理部７Ｂ、ＤＡＣ７Ｃ（ディ
ジタル・アナログ変換器）、カラーモニタ７Ｄを有する
。

前記ＦＦＴドプラ系５は、Ｓ／Ｈ５Ａ　（サンプリング
・ホールド器）、加算手段としての加算器５Ｂ、ＢＰＦ
５Ｃ（バンドパスフィルタ）、増幅器５Ｄ、　　ドプラ
偏移信号の量子化ビット変換を行なうＡＤＣ５Ｅ　（ア
ナログ・ディジタル変換器）。

ウィンドウ回路５Ｆ、ＦＦＴ５Ｇ、減算手段としての減
算器５Ｈからなっている。

前記ＣＦＭ処理系６は、加算手段としての加算器６Ａ、
　　ドプラ偏移信号の量子化ビット変換を行なうＡＤＣ
６Ｂ、ＭＴＩフィルタ６Ｃ，自己相関器６Ｄ、演算部６
Ｅ、減算手段としての減算器６Ｆからなる。

発生手段としてのシンセサイザー８は、所定値以下（量
子化ダイナミックレンジ以下）のドプラ信号を含むドプ
ラ偏移信号に加算すべく周波数。

振幅１位相などを設定した加算信号（以下疑似ノイズ信
号）を発生するものである。前記シンセサイザ−８は、
ノイズ発生器８Ａ、ＢＰＦ８Ｂから構成されている。ノ
イズ発生器８Ａはホワイトノイズを発生し、ＢＰＦ８Ｂ
は帯域通過フィルターであり、ノイズ発生器８Ａから入
力するホワイトノイズのある周波数範囲を抽出し、この
抽出ホワイトノイズを加算器５Ｂ、６Ａに出力する。

さらに装置は、前記シンセサイザー８で発生する疑似ノ
イズ信号の周波数、振幅１位相などを最適値に調整する
ための制御系１０を有している。

この制御系１０は、セレクトコ・−ド入力により予め記
憶された前記疑似ノイズ信号の周波数、振幅。

位相などのデータを読み出すメモリ１５と、このメモリ
１５から出力されるデータとフィードバック情報とに基
き、絶対値・相対値を発生する絶対値・相対値発生部１
６と、この発生部１６から出・力される絶対値・相対値
を用いてキーボード１７ａ〜１７ｅによりパワー、平均
周波数１分散。

位相、振幅を設定し、これらの管理データを前記シンセ
サイザー８に出力するコントロールパネル１７とを有し
ている。

さらに前記制御系１０は、前記ＢＰＦ８Ｂに前記特定周
波数を抽出させるための制御信号ｓ、を与えるコントロ
ーラ１０ａと、このコントローラ１０ａから入力する制
御信号ｓ１により前記特定周波数の周波数軸データを前
記減算器５Ｈ，６Ｆに出力する周波数軸データ変換器１
１とを有する。

なお、前記加算器５Ｂは、前記ＡＤＣ５Ｅよりも前段に
設けられ前記シンセサイザー８で発生した疑似ノイズ信
号（加算信号）と前記Ｓ／Ｈ５Ａから出力されるＳ／Ｈ
されたドプラ偏移信号とを加算する。前記加算器６Ａは
、前記ＡＤＣ６Ｂの前に設けられ前記シンセサイザー８
で発生した疑似ノイズ信号（加算信号）と前記Ｓ／Ｈ５
Ａがら出力されるＳ／Ｈされたドプラ偏移信号とを加算
する。

減算器５Ｈは、前記ＦＦＴ５Ｇで周波数解析した周波数
スペクトラムと前記周波数軸データ変換器１１からの周
波数データとの差を求める。

減算手段としての減算器６Ｆは、前記演算部６Ｅで周波
数解析した周波数スペクトラムと前記周波数軸データ変
換器１１がらの周波数データとの差を求める。

次にこのように構成された実施例の動作について説明す
る。

まず、Ｔ／Ｒ２により生体内に送波される超音波パルス
の間隔を決定する繰り返しパルスに対して、送信超音波
の送波方向と収束点がら決定される所定の遅延時間が与
えられ、この遅延された繰り返しパルスにより駆動パル
スが形成される。この駆動パルスは、超音波探触子１に
出力される。

そして前記Ｔ／Ｒ２から駆動パルスを入力した前記超音
波探触子１により超音波パルスが発生し、この超音波パ
ルスは被検体に対して送波される。

一方、生体から反射される超音波ビームは、前記超音波
探触子１を介して前記Ｔ／Ｒ２に受信される。そして前
記Ｔ／Ｒ２によりエコー信号は、超音波探触子１の各位
置における伝搬距離差を揃えるような遅延時間が与えら
れ、各々の振動子からのエコー信号の位相が揃えられる
。さらに前記エコー信号は、位相検波回路３．Ｂモード
処理部４Ａに送られる−。

エコー信号は、Ｂモード処理部４Ａにより増幅され、包
路線が検波されて断層像（Ｂモード）データが得られ、
このＢモード像データはＤＳＣ７Ａに出力される。

一方、ドプラ処理系では、次のような処理が行なわれる
。まず、前記Ｔ／Ｒ３から出力されるエコー信号は、前
記位相検波回路３により直交位相検波され、ドプラ信号
りと直流成分（クラッタ成分信号など）とからなるドプ
ラ偏移信号が得られ、このドプラ偏移信号は前記位相検
波回路３の出力１こ対して並列に接続されるＦＦＴ処理
系５゜ＣＦＭ処理系６に出力される。

ここで最初にＦＦＴ処理系５について説明する。

前記位相検波回路３から入力するドプラ偏移信号は、Ｓ
／Ｈ５Ａによりサンプリング・ホールドされ、サンプリ
ング・ホールド出力は加算器５Ｂに出力される。

一方、制御系１０においては、コントローラ１０ａから
制御信号Ｓ１がＢＰＦ８Ｂに送られる。

またメモリ１５から予め記憶されたプリセットデータ（
例えば平均周波数ｆ。１分散σ２０＋　位相θ。、振幅
Ａ。、パワーＰ。）が読み出されると、絶対値・相対値
発生部１６により前記プリセットデータと前記減算器５
Ｈから出力される周波数解析後の信号（フィードバック
情報）とに基づき、プリセットデータを最適値に調整す
べく絶対値・相対値が発生される。そしてこの絶対値・
相対値がコントロールパネル１７に入力すると、これら
の値に基づき、各々のキーボード１７ａ〜１７ｅにより
前記プリセットデータが最適値（平均周波数ｆ１分散σ
２１位相θ、振幅Ａ、パワーＰ）に再設定され、設定さ
れたこれらのデータが前記シンセサイザー８に出力され
る。

そうすると、前記設定データに基づいてシンセサイザー
８内のノイズ発生器８Ａにより周波数。

位相、振幅などの設定された疑似ノイズ信号が発生し、
この疑似ノイズ信号のうち、ＢＰＦ８Ｂにより前記コン
トローラ１０ａからの制御信号に応じて前記特定周波数
の疑似ノイズ信号のみが抽出される。

そしてこの疑似ノイズ信号が、前記加算器５Ｂに出力さ
れると、加算器５Ｂにより前記Ｓ／Ｈ５ＡからのＳ／Ｈ
されたドプラ偏移信号と疑似ノイズ信号（加算信号）と
が加算される。さらに加算出力は、ＢＰＦ５Ｃにより所
定の周波数成分のみが抽出され、増幅器５Ｄにより所定
レベルまで増幅され、ＡＤＣ５Ｅに出力される。

さらに前記ＡＤＣからの出力は、前記ＡＤＣ５Ｅにより
量子化ビット数変換され、ウィンドウ回路５Ｆによりウ
ィンドウ（ウィンドウレベル。

ウィンドウワイズ）がかけられ、ＦＦＴ５Ｇにより周波
数解析（ＦＦＴ演算）される。

ここで、前記加算出力をＦＦＴ演算した周波数解析出力
（周波数スペクトラム）を第３図乃至第７図を用いて詳
細に説明する。

第３図（ａ）〜第３図（ｅ）は量子化ビット数を４乃至
８に規定して、前記加算出力を周波数解析したＦＦＴ出
力を示す図である。同図において、横軸は右半分がＯ〜
３１．左半分が３２〜６３からなる周波数であり、縦軸
は左側が相対値、右側が前記相対値を対数に換算したデ
シベル値である。

ここでドプラ偏移信号は、正弦波であって、周波数１７
．振幅１／１２８ととし、量子化ビット数を変えていく
と、高調波成分が含まれるため、折り返ってノイズ成分
になっている。

第４図（ａ）〜第４図（ｅ）は前記ドプラ偏移信号の振
幅変化による基本周波数の検出を示す図である。同図に
おいて、ドプラ偏移信号の振幅を下げていくと、基本周
波数が検出できなくなる。ＡＤＣ５Ｅによる６ビツト量
子化では、１／１２８−２６を対数に換算すると、２０
１ｏｇ２’により３６ｄＢ　（約４０　ｄ　Ｂ）となり
、第４図（ｅ）に示すように一６０ｄＢまでの微小振幅
のドプラ信号を検出できない。

第５図（ａ）〜第５図（ｆ）は前記ドプラ偏移信号に疑
似ノイズ信号を加算した場合における低い振幅信号の基
本周波数の検出を示す図である。

６ビツト量子化で周波数１７．振幅１／１２８であるド
プラ偏移信号を用い、疑似ノイズ信号は、コントロール
パネル１７から周波数、振幅情報をシンセサイザー８に
出力することにより、周波数０．１，１．振幅１／１２
８．１／２５６で評価する。なお疑似ノイズ信号は、こ
れらの周波数。

振幅に限定されるものではない。第５図からもわかるよ
うに、第４図（ｅ）で検出できなかった微小振幅のドプ
ラ信号であっても、疑似ノイズ信号、周波数０．１．振
幅１／２５６を加算することにより、加算出力を一４０
ｄＢ以上で検出できる。

第６図（ａ）〜第６図（ｅ）はドプラ偏移信号の周波数
変化による影響を示す図である。コントロールパネル１
７から周波数を９．１７，２５゜４１．５７と変化させ
た場合、これら全てにおいて加算出力を一４０ｄＢ以上
で検出できる。

第７図（ａ）〜第７図（ｆ）はドプラ偏移信号と疑似ノ
イズ信号との位相差による影響を示す図である。両方の
信号の位相差π／２．π／３゜π／４．π１５．π／６
．π／７とするべく、コントロールパネル１７から位相
を調整し、加算出力で評価する。第７図（ａ）に示すπ
／２のときミラーが発生し、加算出力が一４０ｄＢ以下
になるので、この場合には、検出できないが、π／２以
外は、加算出力が一４０ｄＢ以上になるので、良好に検
出できる。

そしてドプラ偏移信号は、ＦＦＴ５Ｇにより周波数分析
されて周波数スペクトラムが得られ、この周波数スペク
トラムは減算器５Ｈに出力される。

減算器５Ｈには、前記周波数軸データ変換器１１から前
記加算信号の周波数が入力され、この減算器５Ｈにより
前記周波数スペクトラムと加算信号の周波数との差が求
められる。すなわち真のドプラ信号に対する周波数スペ
クトラムが求められ、ＤＳＣ７Ａに出力される。なおこ
の減算器５Ｈからの周波数スペクトラムは、一部前記絶
対値・相対値発生部１６に前記疑似ノイズ信号の振幅な
どを適切に調整するためのフィードバック情報として出
力される。

一方、ＣＦＭ処理系６も、前記ＦＦＴ処理系５と同一構
成部分は、上述したような処理が行なわれる。すなわち
、前記位相検波回路３から入力するドプラ偏移信号と前
記ＢＰＦ８Ｂから入力する疑似ノイズ信号とは、加算器
６Ａにより加算され、ＡＤＣ６Ｂにより量子化ビット変
換される。

さらに量子化された合成出力は、ＭＴＩフィルタ６Ｃに
よりフィルタ処理され、さらに自己相関器６Ｄを介して
演算部６Ｅにより、ＭＴＩフィルタ６Ｃからの合成出力
に基づき血流の平均速度Ｖ。

分散σ２．パワーＰが演算され、これらの血流情報は減
算器６Ｆに出力される。

減算器６Ｆにより前記血流情報から、周波数軸データ変
換器１１からの前記疑似ノイズ信号の周波数データが減
算される。したがって、真のドプラ信号に対する周波数
データを得ることができる。

さらに前記Ｂモード処理部４Ａからからの信号。

減算器５Ｈ，６ＦからのＦＦＴデータ、ＣＦＭデータは
、ＤＳＣ７Ａにより内部のフレームメモリに書き込まれ
、超音波スキャンからＴＶスキャンに変換されてカラー
処理部７Ｂに出力される。さらにカラー処理部７Ｂによ
り前記ＤＳＣ７Ａがらの血流信号の平均速度Ｖ１分散σ
２　パワーＰに基づき血流の方向は、赤または青にカラ
ー変換され、血流速度の大きさは輝度に変換され、がっ
分散は緑に変換され、これらのカラー情報はＤＡＣ７Ｃ
に出力される。このＤＡＣ７Ｃにより前記ディジタル態
様の信号は、アナログ態様の信号に変換され、カラーモ
ニタ７Ｄに出力される。

かくして従来通りのドプラ信号が得られることから、カ
ラーモニタ７Ｄには、ＦＦＴ像及びカラー表色された断
層像を得ることができる。

このように本実施例によれば、ＡＤＣ５Ｅ。

６Ｂで量子化ビット変換を行なう前に、加算器５Ｂ、６
Ａにより周波数、振幅１位相などの管理された加算信号
をドプラ偏移信号に加算することで、所定値以下のドプ
ラ信号すなわち、量子化ダイナミックレンジ以下の小振
幅信号に対して、振幅を大きくすることができるので、
容易に小振幅信号であるドプラ信号を検出できるように
なる。

これにより従来のドプラ信号に対してゲインを上げる方
法では、ダイナミックレンジは一定であるが、本実施例
では、微小振幅の加算信号を用いるのみで、飽和劣化を
無視できるほど小さくできる。

したがって、ゲイン設定による飽和を意識しなくとも良
いことから、検査時間を短縮でき、しかも適切な診断を
行なえ、また量子化ダイナミックレンジを拡大できるの
で、検出率が向上する。

また制御系１０により疑似ノイズ信号のレベルを管理設
定できるので、ＦＦＴ表示像上で検出ダイナミックレン
ジが目視で確認でき、信号強度をＳ／Ｎ比として定量化
でき、装置の信頼性が向上する。

さらには量子化ダイナミックレンジを一定とすると、低
ビットでＡＤＣを構成できることから、ＡＤＣの構成が
簡単になり、低コスト化できる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能で
あるのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、ＡＤ変換器で量子化ビット変換を行な
う前に、周波数、振幅１位相などの管理された加算信号
をドプラ偏移信号に加算することで、所定値以下のドプ
ラ信号すなわち、量子化ダイナミックレンジ以下の小振
幅信号に対して、振幅を大きくすることができるので、
容易に小振幅信号であるドプラ信号を検出できるように
なる。

その結果、検査時間を短縮でき、装置の信頼性を向上し
て、装置の信頼性を向上し得る超音波診断装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図、第２図は前記実施例におけるコントロ
ールパネル周辺の回路を示す図、第３図は量子化ビット
数による高調波ノイズを示す図、第４図は入力信号振幅
による基本周波数検出を示す図、第５図は疑似ノイズ信
号加算による低振幅信号の基本周波数検出を示す図、第
６図は入力信号の周波数による影響を示す図、第７図は
入力信号と疑似ノイズ信号の位相差による影響を示す図
、第８図はＦＦ７画像を示す図、第９図はドプラ信号及
びクラッタ成分信号からなるドプラ偏移信号を示す図、
第１０図はゲインを上昇させたときのドプラ偏移信号の
飽和を示す図である。１・・・超音波探触子、２・・・Ｔ／Ｒ，３・・・位相
検波回路、４・・・Ｂモード処理系、４Ａ・・・Ｂモー
ド処理部、５・・・ＦＦＴ処理系、５Ａ・・・Ｓ／Ｈ，
５Ｂ。６Ａ・・・加算器、５Ｃ・・・ＢＰＦ、５Ｄ・・・増幅
器、５Ｅ、６Ｂ・・・ＡＤＣ，５Ｆ・・・ウィンドウ回
路、５Ｇ・・・ＦＦＴ、５Ｈ，６Ｆ・・・減算器、６Ｃ
・・・ＭＴＩフィルタ、６Ｄ・・・自己相関器、６Ｅ・
・・演算部、７Ａ・・・ＤＳＣ，７Ｂ・・・カラー処理
部、７Ｃ・・・ＤＡＣ・・・　７Ｄ・・・カラーモニタ
、訃・・シンセサイザー　８Ａ・・・ノイズ発生器、８
Ｂ・・・ＢＰＦ。１０・・・制御系、１０ａ・・・コントローラ、］１・
・・周波数軸データ変換、１５・・・メモリ、１６・・
・絶対値・相対値発生部、１７・・・コントローラパ・
ネル。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

被検体に対して超音波を送受波し得られた受信信号に基
きドプラ偏移信号を検出しこれを演算部で周波数解析し
て血流情報を得る超音波診断装置において、所定値以下
のドプラ信号を含む前記ドプラ偏移信号に加算すべく予
め周波数、振幅、位相を管理設定した加算信号を発生す
る発生手段と、前記発生手段で得た加算信号と前記ドプ
ラ偏移信号とを加算する加算手段と、前記演算部の周波
数解析出力と前記発生手段から出力される加算信号の周
波数との差を求める減算手段とを具備したことを特徴と
する超音波診断装置。