JPH04288153A - ゲインコントロール回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スキャンシステムに
関するものであり、より詳細には、システムにオーバロ
ードを課することなく、関心のある媒体内におけるスキ
ャンラインの部分に対して達成されるべき、より高いゲ
インを許容する方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】ドップラスキャンシステム
のようなシステムにおいては、複数本のスキャンライン
がある選択された角度において伝えられ、また、これら
のラインからのエコーは移動媒体の流速に関連する情報
を得るために既知のやり方で処理される。このようなシ
ステムは多くの適用において用いられるものであるが、
以下の検討は主として超音波式のドップラスキャナに関
係するものであり、特にこのようなスキャナは医学的な
適用のために用いられているものであって、ここでのド
ップラ効果は、心臓、静脈または動脈、もしくは他の身
体内のチャンネルにおける血液の流速を定めるために用
いられている。

【０００３】超音波によるドップラ式の血液サンプリン
グシステムにおける一つの問題は、血液から反射される
超音波信号が、スキャンラインが通過する血管壁または
他の組織から受け入れられる信号を３０ｄｂも下回って
いることである。組織、骨、または任意の他の身体の構
成物質から受け入れられる信号は、超音波によるドップ
ラ式のスキャンの間における血液からよりも反射がある
ことから、これを「クラッタ」として参照することがで
きる。このようなクラッタからの不所望の信号は血液か
らの所望の信号よりも遥かに強いものであることから、
アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータに対する入力
のために血液のエコーを十分に増幅するように受け入れ
た信号のゲインが調整されるときには、特に、血液の流
速を指示する明確なカラーによる差別を得ようとするた
めには、システムにおいて用いられるＡ／Ｄコンバータ
の入力範囲がクラッタに対しては超過することになる（
即ち、飽和することになる）。より大きい入力範囲を有
するより高価なＡ／Ｄコンバータを用いることにより、
この問題はある程度軽減することができるけれども、こ
れはシステムのコストについて受け入れられない増大を
もたらすことがある。更に重要なことは、組織からの信
号によって飽和されないときに、ある所定のシステムに
おける血液信号に対して最大のゲインを許容するような
コンバータは、商業的には利用可能ではないということ
である。

【０００４】従って、ここで必要とされることは、Ａ／
Ｄコンバータを飽和させることなく血液信号に対する最
適のゲインを達成できるように、ラインが血液をスキャ
ンしているときにはドップラスキャンラインに対するゲ
インの増大を許容し、ラインが組織をスキャンしている
ときにはそのゲインが減少するような技術が存在するこ
とである。しかしながら、ある所与のスキャンラインに
とって、該ラインが血液内にあるとき、および組織その
他の構成物質内にあるときを予測する簡便なやり方がな
いために、この目標は容易に達成できるものではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従って、この発明の教示
によれば、ある所与の問題のある角度において複数本の
ラインを用いるスキャンシステムにおいて、このような
角度における媒体の流速を決定するゲインをコントロー
ルするための方法および装置が提供される。一般的にい
えば、所与のスキャン角度におけるフロー媒体内にスキ
ャンラインが存在する部分、および、クラッタ内にスキ
ャンラインが存在する部分を決定するために、トレーニ
ングラインが使用される。そして、クラッタ内に存在す
るときのＡ／Ｄコンバータが飽和しないようにフロー媒
体内にスキャンラインが減少されているときにそのゲイ
ンが実質的に最大になるように、このトレーニングライ
ンからの情報が、トレーニングラインと同じ角度に沿っ
ている全ての後続のスキャンラインのゲインをコントロ
ールするために使用される。

【０００６】これをより詳細にいえば、ここでの技術に
含まれていることは、ドップラその他のフローの決定が
所望されるある所与の角度においてトレーニングライン
を発生させることである。このトレーニングラインに応
答して発生する信号は、ラインに沿って選択された時点
において、ラインが通過する媒体につれて変動するもの
である。信号の振幅における差異に対する理由は、媒体
による超音波エネルギ（またはその他のスキャンエネル
ギ）の吸収および反射の差異によるものである。次に、
選択された時点においてトレーニングラインからサンプ
リングされた信号は、適当な値に変換されてからメモリ
に記憶される。そして、該記憶された値は、所与の時点
におけるそれぞれに対応のスキャンラインに対するゲイ
ンをコントロールするために、対応の時点に対して使用
される。この発明の一つの実施例に対しては、受け入れ
た信号における変動は信号の振幅の変動に相当しており
、このような信号の振幅を指示する値を記憶するように
されている。そして、そのゲインは、それぞれの時点に
おけるトレーニングラインの信号の振幅に反比例するよ
うにコントロールされる。

【０００７】この発明の第２の実施例に対しては記憶さ
れる値は２進値であって、その第１の２進値はトレーニ
ングラインが所望の媒体を通過する時点に対して記憶さ
れており、また、その第２の２進値はトレーニングライ
ンがこのような媒体を通過していない時点に対して記憶
されている。そして、該第２の２進値を有する時点に対
するゲインよりも、該第１の２進値を有する時点に対す
るゲインの方が高くなるようにゲインのコントロールが
なされる。スレッショルド値の設定がなされて、信号の
振幅が選択されたスレッショルドを下回っているときに
は第１の２進値を記憶し、該振幅が選択されたスレッシ
ョルドを超えているときには第２の２進値を記憶するよ
うにされる。好適な実施例に対しては、アナログ信号の
振幅値がデジタル値に変換されて記憶され、そして、こ
の記憶されたデジタル値はゲインコントロールのために
アナログ値の変換して戻される。

【０００８】この発明についての前述された目的、特徴
および利点は、および、その他の目的、特徴および利点
は、添付の図面において例示されているような、この発
明の好適な実施例についての、以下の更に詳細な説明か
ら明らかにされる。

【０００９】

【実施例】ドップラ式のカラーフロー能力を備えた超音
波スキャンニングシステムにおいては、ある所与の角度
において単一の超音波ラインが投射されて、スキャンさ
れたエリアの二次元イメージが、例えば陰極線管（ＣＲ
Ｔ）スクリーン上に発生することを許容するようにされ
る。ドップラ式のカラーフローイメージが所望されてい
るエリアに対しては、ここでのイメージが、スキャンさ
れた点における血液流の方向がカラーによって指示する
ものであり（このイメージは、例えば、血液がある一つ
の方向に流れているときには青であり、血液がこれと反
対の方向に流れているときには赤である）、また、カラ
ー強度または色合いによって速度の大きさを指示するも
のであって、複数本の付加的なライン、例えば８本のラ
インが同じ角度において投射されている。これら８本の
ラインは、該当する特定のスキャン角度に沿ってカラー
フローイメージを発生させるために必要な情報を得るた
めに処理される。概略的に上記のように動作するカラー
フローのドップラ式の超音波スキャンニングシステムの
一例としては、ヒューレット・パッカード・モデル「Ｈ
Ｐ　ＳＯＮＯＳ　１０００」がある。

【００１０】上記されたように、このタイプのシステム
についての一つの問題は、血液による超音波信号の反射
が、組織によるものよりも遥かに微弱であるという傾向
があることである。典型的には、反射された信号におけ
る３０ｄｂの差異のために大方の関連するエリアからの
信号が微弱になり、かくして、血液流のイメージにおい
ては明確な差別ができなくなる。

【００１１】図１には、この発明の方法および装置を用
いることができる環境が例示されている。この環境にお
いて、超音波スキャンニングシステム１０によって選択
された角度において発生された超音波ビーム１２は、イ
メージ化されるべき身体のエリアを通過するようにされ
る。 この場合において、ビームが通過するものは、動脈１３
、心臓の室房１４および心臓弁１６である。ビーム１２
上には複数個の時点１８が存在する。点１８はビーム１
２がその移動パスに沿って連続的な時間インタバルにお
いて到達する点である。

【００１２】このイメージビーム１２に加えて、カラー
フロー情報が必要とされるエリア内において、ビーム１
２と同じ角度において複数本のドップラビームまたはラ
イン２０もシステム１０から投射される。ある典型的な
システムにおいては、ビーム１２と符合して投射される
８本の分離したドップララインがある。図１においては
、可視性を許容する目的のためにライン１２および２０
は空間的に分離したものとして示されているが、これら
のラインは実際には連続的な時間的インタバルをもって
実質的に同じパスに沿って投射されている。

【００１３】図１から認めることができるように、ビー
ム１２および２０は、血液が流れるのと同様に動脈１３
の壁部を通過し、室房１４の壁部を通過し、そして、図
示されていない他の組織を通過するようにされている。 かくして、時点Ａにおいてはライン１２は組織内にあり
、これに対して、時点Ｂにおいてはそれは血液内にある
。時点Ｃにおいては、ラインは再び組織内にあり、これ
に対して、それに続く時点においては、配置されている
室房の部分に依存して、血液または組織のいずれかであ
り得る室房１４内にある。先に指示されたように、ある
特定の時点において超音波スキャンラインが通過する媒
体に依存して、システム１０に戻される信号の振幅が変
動する。

【００１４】この発明の教示によれば、イメージライン
１２が利用できないとき、または、他のことではトレー
ニングラインとして使用できないときには、イメージラ
イン１２または分離して発生されたトレーニングライン
が、連続的な時点でトレーニングビームの角度において
ビームが通過する媒体を決定するためのトレーニングラ
インとして用いられる。そして、この情報は記憶され、
同じ角度における全ての後続のドップラライン２０に対
するゲインのコントロールのために用いられて、ビーム
が血液を通過する時点Ｂのような領域においてこれらの
ゲインが最適化するようにされる。トレーニングライン
に後続する全てのラインのゲインプロフィールは実質的
に同等のものである。

【００１５】図２に示されているものは、このゲインコ
ントロールの機能を達成するために、システム１０にお
いて用いるための回路である。図２において、スキャン
ラインに沿っている各時点においてスキャンヘッド２８
から受け入れたエコー信号は、適当なビーム形成回路３
０により処理されて、受け入れたエコーの関数として変
動する信号をライン３２上に生成するようにされる。ラ
インがイメージライン１２であるときにはライン３２上
の信号は第１のパス３４を通過し、また、エコー信号を
生じるラインがカラーフローライン２０であるときには
第２のパス３６を通過する。パス３４は、いかなるイメ
ージ関数ももつことなく、単独でトレーニングラインと
して作用するラインに対しても用いられる。しかしなが
ら、ここで好適なことは、ある特定のラインがシステム
のスキャン周波数には不利であることから、イメージラ
インがトレーニングラインとして用いられるということ
である。エコーを生じる超音波信号が既知であることか
ら、ライン３２上の信号を適切なパスに指向させるため
に適当なゲート手段（図示されない）を設けることがで
きる。

【００１６】初めのラインがイメージラインであるとす
ると、ライン３４上のＲＦアナログ信号は、このタイプ
のシステムにおいて普通に採用される一連の回路を通過
するようにされるが、ここでの回路はこの発明の一部を
特に形成するものではない。これらの回路に含まれてい
るものは、システム１０から系統的により大きい距離を
もって配置されている、時点１８に対する信号のために
一様なゲインを維持するタイムゲイン補償（ＴＧＣ）回
路３８、帯域通過フィルタ４０、増幅器４２、ミキサ４
４、ローパスフィルタ４６、および線型のアナログ入力
信号を対数的に出力信号に変換する対数検出回路４８で
ある。

【００１７】回路４８からの出力はＡ／Ｄコンバータ５
０に加えられる。この発明の一つの実施例について、イ
メージディスプレイのコントロールのためにスキャンコ
ンバータ回路に対して加えられるコンバータ５０からの
デジタル出力も、図示されているように常閉位置にある
スイッチ５２を介して、ラインバッファ／サンプルアド
レスカウンタ５４に対して加えられる。バッファ５４に
対して加えられたデータは、タイミング／コントロール
回路５６からの信号のコントロールの下に、その中で適
切なアドレスに対してクロックされる。回路５６により
ライン５８上で発生される出力は、ライン３２上で受け
入れている情報がカラーフロー情報であるか、またはイ
メージ情報であるかの指示をするものであり、ここでの
イメージ情報はバッファ５４内に記憶されており、カラ
ーフロー情報が受け入れられたときにバッファから読み
取るようにされている。 あるラインに対する信号が受け入れられたときにライン
６０上に信号が現れて、サンプルアドレスカウンタと同
期するようにされる。クロック信号はライン６２上に現
れる。かくして、ライン５８〜６２上の信号のコントロ
ールの下に、各時点に対する値がバッファ５４内に記憶
される。 典型的には、ある所与のトレーニングラインにおいて　
４００個の時点がサンプルにされる。トレーニングライ
ンまたはイメージライン１２からの全てのエコーが受け
入れられたときには、バッファ５４に含まれる一連の値
は、ラインに沿った一連の時点におけるトレーニングラ
インに対する信号の振幅を指示するものである。先に指
示されたように、これらの振幅は、血液における時点に
対するよりも、組織内にある時点に対する方が実質的に
大きくされている。

【００１８】カラーフローラインが発生されているとき
には、ライン５８上の信号によりこれが指示され、対応
の時点に到達するカラーフローラインに同期して、バッ
ファ５４をして各時点に対して記憶されている値を読み
取るようにさせる。バッファ５４からの出力はアドレス
入力としてゲインＲＯＭ６４に加えられるが、このＲＯ
Ｍ６４には各時点の値の入力に対する適切なデジタル値
が含まれていて、このデジタル値はバッファ５４からの
アドレス入力に応答して読み出される。例えば、時点Ａ
がカラーフローライン２０に到達すると、この時点のた
めにライン１２に対してバッファ５４に記憶されている
値がゲインＲＯＭ６４をアドレスするために読み出され
る。このアドレスされた箇所に含まれているものは、Ｄ
／Ａコンバータ６６に対する入力のためのある所定のゲ
イン値である。コンバータ６６も、ライン６２上の信号
によりクロックされて、ライン１２に対する該当の時点
のアナログ信号に対応する（必ずしも等しくはない）ア
ナログ出力を発生させるものである。

【００１９】コンバータ６６からのアナログ出力信号は
加算回路６８に加えられるが、ここでタイムゲインコン
トロール信号７０と加算されて、サンプルの深さによる
減衰に対する価値を修正するようにされる。回路６８か
らの出力は可変ゲインの増幅器７２に対するコントロー
ル入力として付与される。ＰＯＭ６４およびＤ／Ａコン
バータ６６からの出力は、ある時点に対する増幅器７２
の出力が、このような時点に対してバッファ５４に記憶
されている値に反比例して変動するように選択される。 増幅器７２に対する情報入力はカラーフローエコー信号
であって、標準的な増幅回路７４およびカラーフローフ
ィルタ回路７６を先に通過したものである。増幅器７２
からの出力は、標準的なフィルタ回路７８を通過して、
リアル（実数）パス８０およびイマジナリ（虚数）パス
８２に至るようにされる。各パスに含まれているものは
、ミキサー８４、フィルタ８６、増幅器８８およびＡ／
Ｄコンバータ９０である。これらの要素は全て標準的な
ものである。

【００２０】かくして、イメージラインまたはトレーニ
ングライン１２の間に、ある特定の時点１８に対して、
ラインが血液を通過していると決定され、その結果とし
て、このような時点に対してバッファメモリ５４に記憶
されている信号が比較的低いレベルのものであるときに
は、このような信号に対してＲＯＭ６４に記憶されてい
る値を選択することが可能にされ、また、増幅器７２を
調節することが可能にされて、その増幅器のゲインのた
めに、該当の時点におけるカラーフローラインに対する
出力がコンバータ９０の最大の能力に近似した振幅のも
のであるようにされる。しかしながら、ある特定の時点
に対するトレーニングラインまたはイメージラインから
所与の角度におけるスキャンラインに対するものが決定
され、このような時点が組織内にあり、その結果として
、このような時点に対してバッファ５４内に記憶されて
いる出力信号がより高いレベルのものであったときには
、このような時点に対する結果としてのＲＯＭの出力に
より増幅器７２がコントロールされ、その出力における
信号のレベルが十分に低くなるように減少または維持す
るようにされて、このような時点におけるカラーフロー
ラインに対する出力ではコンバータ９０を飽和しないよ
うにされる。

【００２１】このようにして提供される比較的簡単な方
法および装置によれば、システムにオーバロードを課す
ることなく、ラインが血液または他の関心のある媒体を
通過しているときに、特にＡ／Ｄコンバータ９０におい
て、このようなラインがクラッタを通過しているときに
、カラーフローラインに対する信号のレベルが最適にさ
れる。

【００２２】図２にも示されているこの発明の代替的な
実施例によれば、スイッチ５２が図２に示されている位
置からその代替的な位置に転位されたときに動作するよ
うにされる。これらの状況の下に、コンバータ５０から
の出力は、バッファ５４に加えられるのに先立って、ス
レッショルド回路９４を通過するようにされる。回路９
４に対するスレッショルドは、信号ライン９６によって
コントロールすることができる。スレッショルド回路９
４はマルチビット（例えば、８ビット）の信号値をコン
バータ５０から受け入れて、ライン９８上に１ビットの
出力を発生させる。 この値は、例えば、入力がある所定のスレッショルドを
下回っていて、所与の時点に対するトレーニングライン
が血液内にあることを指示しているときには「１」であ
り、該入力が該スレッショルドを超えているときには「
０」である。選択されたスレッショルド値は使用されて
いるシステムの種々のパラメータに依存するものであっ
て、ある所与のシステムに対してプリセットされ、ある
所定の基準に基づくシステムに対して調節可能にされ、
または経験に即して決定されるかのいずれかにされてい
る。

【００２３】回路９４からの２進出力はラインバッファ
５４に加えられ、該当の時点に対するバッファ内のアド
レス位置に記憶される。このプロセスは、例えば、８ビ
ットではなく単一ビットを記憶するものであることを除
いて、この発明についての先の実施例のために説明され
たものと同じである。

【００２４】その読み出しをすると、該単一ビットがゲ
インＲＯＭ６４に加えられ、その結果としてある所定の
デジタル入力がコンバータ６６に加えられる。この結果
としてのアナログコントロール信号のために、例えば１
が存在するときには増幅器７２からのゲインがより高く
なり、また、０が存在するときにはゲインがより低くな
る。ゲインＲＯＭ６４およびコンバータ６６からの出力
が使用される態様は、この発明のこの実施例に対するカ
ラーフローラインのための各時点において、この発明の
先の実施例で説明されたと同様なゲインのコントロール
をすることである。

【００２５】図２においてスイッチ５２が設けられてい
るのは、ゲインについて見かけ上連続的なコントロール
をもって、または血液内にある時点に対する第１のゲイ
ンについて２進的なモードをもって、また組織内にある
第２のより低いゲインをもって回路が動作することを許
容し、可変的なゲインまたは２進的なモードをもってシ
ステムが正常に動作するようにされるためであり、いず
れのモードで動作させるためのオプションを付与するも
のではない。また、この図２における加算手段６８は、
タイムゲインコントロール機能を果たすために設けられ
ているものであるが、この機能もＲＯＭ６４によって付
与できるものであり、加算手段６８は除外されることに
なる。このような実施例に対して、ＴＧＣライン７０は
ＲＯＭ６４に対する付加的なアドレス操作入力であり、
バッファ５４から各潜在的なＲＯＭ入力に対して付与さ
れる複数個の異なるＲＯＭ出力がある。別のオプション
は増幅器７４においてＴＧＣ機能を実行させることであ
る。

【００２６】更に、上記の検討はドップラ式の超音波医
療スキャンニングシステムに関してなされたものであり
、特に図２に示されているような種々の構成部品を備え
たシステムに関するものであるが、これらは発明上の限
定事項ではない。このために、この発明はドップラその
他の速度指示をするラインを用いた任意のシステムにつ
いて使用できるものであり、ここに、関心のある媒体か
らの反射は周囲の媒体のそれよりは小さくされている。 特に、このシステムは図示されているものとは別の超音
波ドップラシステムについて用いることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、Ａ／Ｄコンバ
ータを飽和させることなく血液信号に対する最適のゲイ
ンを達成できるように、ラインが血液をスキャンしてい
るときにはドップラスキャンラインに対するゲインの増
大を許容し、ラインが組織をスキャンしているときには
そのゲインが減少するようなシステムが提供される。す
なわち、本発明によれば、システムにオーバロードを課
することなく、ラインが血液または他の関心のある媒体
を通過しているときに、特にＡ／Ｄコンバータにおいて
、このようなラインがクラッタを通過しているときに、
カラーフローラインに対する信号のレベルが最適にされ
る。

【００２８】かくして、この発明は好適な実施例に関連
して上記のように特に示され、説明されたけれども、そ
の形式および詳細における前述の変更およびその他の変
更は、この発明の精神および範囲から逸脱することなく
、当業者によって実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の開示において用いられる環境を示す概
略図である。

【図２】超音波スキャンシステムで受信されるイメージ
及びカラーフロー信号を処理するあめの本発明の開示を
実装した回路の概略図である。

【符号の説明】

１０　　超音波スキャンニングシステム１２　　超音波
ビーム １３　　動脈 １４　　室房 １６　　心臓弁 １８　　時点 ２０　　ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ある角度での所定の媒体の運動の速度を決
   定するために前記角度で複数のスキャンラインを発生す
   るシステムで用いられるゲインコントロール回路であっ
   て：前記ある角度でトレーニングラインを発生し、それ
   に応答するエコー信号を受信するための手段と；トレー
   ニングラインからの受信エコー信号に応答して、ライン
   に沿って選択された時点をラインが通過する媒体につれ
   て変動する信号を発生するための手段と；前記選択され
   た時点の信号に応答して、選択された値を記憶するため
   の手段と；さらに、ある時点に関して記憶された値を用
   いて、ある時点に関するある角度における各スキャンラ
   インのゲインを制御するための手段と；から成ることを
   特徴とする、ゲインコントロール回路。