JPH0431265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、受波マルチビームフオーミングによ
る受信形式を取り、Ｂモード表示とMTI表示と
を同時に行い得るパルスドライブMTI装置に関
する。

（従来の技術） 超音波パルスを被検体に放射すると反射体から
エコーが戻つてくるが、この反射体が運動してい
ると、受信されたエコーの周波数は送信周波数と
異なり、反射体が探触子の方に向かつて動いてい
るときは受信周波数は送信周波数より高く、逆に
遠ざかるときは低くなる。そして、その周波数偏
移は反射体の運動速度に比例する。このドプラ効
果を利用して、例えば心臓や血管内を流れる血液
の方向と速さを知ることができる。

ところで、超音波パルスの反射には固定物体に
よるものと運動物体によるものとがあり、特に運
動物体による反射に注目するときは、固体物体に
よる反射信号を消去して運動物体の反射信号のみ
を表示した方が分り易いので、その目的のため
に、運動物体の反射信号のみを取り出す運動目標
表示方式（以下MTIという）が用いられている。

このMTIはRF信号によるデータ又はコヒーレ
ント検波して得られたバイポーラビデオの同相信
号（以下ｉ信号という）と直交信号（以下ｑ信号
という）に関して、１つの照射超音波ビーム（以
下音線という）に注目してその超音波の照射方向
即ち視線方向の位相分布の時間的変化を捕えてお
り、そのようなMTIフイルタを用いてきた。マ
ルチビーム受信方式を取つた場合も、その各々の
ビームについて上記のような信号処理を個別に実
施しているのに過ぎなかつた。ところで、循環器
の超音波診断装置において、血流等を測定する場
合、その流速、方向等は常に視線方向にかぎら
れ、音線に対する直角成分に関しては速度成分を
全く測ることができなかたつたため、正確な流速
を測定することができず、特に音線に直交する血
管等に対しては、その血流の速度、運動方向等を
測ることができなかつた。従つて、血流等の正確
な速度を測定するには視線方向ばかりでなく視線
方向に直交する成分を加えた２次元のMTIを行
うことが必要である。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、ビデオMTI（インコヒーレントMTI）
によれば断層面であるzx面内のどの向きの運動
も平等に分かるので、この手法は十分応用できる
筈である。しかしこのビデオ検波後のMTIでは、
例えば門脈の中等にもやもやとした流れる映像を
見ることができるが、血流のエコーというよりむ
しろ血液自身のエコーはスペツクルノイズそのも
のとして現れるので、その振幅を表示させても良
好な像として得られることは少ない。従つて、ビ
デオ検波しないで複素量のまま、現象に対してよ
り忠実な信号を画像表示させることが要望されて
いる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の第１の目的は、断層面内に２次元複素MTIを
行い、更には接線方向の運動もMTI表示画像の
対象として得ることのできるパルスドプラMTI
装置を実現することにある。第２の目的は、正確
なMTIを行え、従つて正確なMTI表示画像を得
ることのできるパルスドプラMTI装置を実現す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、Ｂモード表
示とMTI表示とを同時に行い得るパルスドプラ
MTI装置において、複数の振動子エレメントを
有する超音波探触子と、該超音波探触子からフア
ンビームを送波できるように高周波発振器の出力
信号を遅延処理する送波ビームフオーマと、該送
波ビームフオーマの出力信号を前記超音波探触子
に加え、逆に前記超音波探触子で受信したエコー
信号を受ける送受信回路と、前記超音波探触子で
のエコー信号を前記送受信回路を経て受け、この
マルチビーム受信の複数チヤネルのデイレイの入
力信号を纏めて出力する受波サブアレイビームフ
オーマと、該受波サブアレイビームフオーマにお
いて纏められた信号を角度が少しづつ異なる複数
本のビーム出力としてビームを少しづつ振らせる
機能を持つビームスプリツタと、該ビームスプリ
ツタの出力信号をコヒーレント検波するコヒーレ
ント検波器と、該コヒーレント検波器で検波して
得たバイポーラビデオデータを１回の送受信毎に
各１個のフレームに格納する複数個のフレームで
構成されたビデオ記憶手段と、前記複数個のフレ
ームを貫くデータから固定目標成分を取除く手段
と、前記複数個のフレームに格納されたデータを
隣接するフレーム毎に２次元相互相関処理を行う
処理手段と、該処理手段の出力信号から前記フレ
ーム面内の運動ベクトルを求める演算手段と、前
記フレーム面内の前記運動ベクトルの直交成分を
識別表示する色付け手段とを具備するものであ
る。ことを特徴とするものである。

（作用） マルチビーム受信を行い、コヒーレント検波し
たデータを１回の送受信毎に１個のフレームに格
納し、複数個の送受信により得た複数個のフレー
ムからのデータに対してMTI処理を行い、２個
づつのフレームのデータを相互相関処理をして運
動方向と大きさを表すベクトルを演算し、断層面
内における視線方向の運動と、視線方向に直角な
方向の運動量とを示すMTIカラー表示画像を得
る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略構成図であ
る。図において、１は送波トリガを受けて超音波
送波のための高周波信号を発生する高周波発振器
で、出力信号は送波ビームフオーマ２においてフ
アンビームを送波できるように遅延処理を受け、
64チヤネルの信号を出力する。３は送受信回路で
ある。４は送受信回路３からの送信高周波信号を
超音波信号に変換して被検体内に送波し、被検体
内からの反射波を受波して高周波受信信号に変換
する64個の振動子エレメントを有する超音波探触
子で、その出力の64チヤネルの高周波受信信号
は、送受信回路３を経て受波サブアレイビームフ
オーマ５に入力される。受波サブアレイビームフ
オーマ５はマルチビーム受信の64チヤネルのデイ
レイの異なる入力を８：１に纏めて出力する。６
は受波サブアレイビームフオーマ５において８：
１に纏められた信号を角度が少しづつ異なる８本
のビーム出力としてビームを少しづつ振らせる機
能を持つビームスプリツタで、その出力はコヒー
レント検波器７で検波され、AD変換器８でデイ
ジタル信号に変換されてバイポーラビデオフアイ
ル９にフアイルされる。バイポーラビデオフアイ
ル９の構造は第２図に示す通りで、各スキヤン毎
に１個のフレームを用い、ｍ個のフレームで構成
されている。そして、個々のフレームは縦軸（ｚ
軸）が深さで、横軸（ｘ軸）がｎ本の音線番号の
音線で構成されていて、ｉ信号とｑ信号の複素デ
ータが書き込まれている。ｘ軸のｎ本の音線はマ
ルチビーム的にデータが同時に得られるものであ
る。従つて、ｍ個のフレームを貫いている図に示
す複素（iq）データ２１は同じ位置からの反射波
による各スキヤン毎のデータである。１０はバイ
ポーラビデオフイルム９に格納されているデータ
に対しMTIの処理と、Ｂモード表示の処理とを
同時に行う高速デイジタル信号処理回路である。
高速デイジタル信号処理回路１０の出力の中、Ｂ
モード表示の処理をそれたデータは、Ｂモードデ
ータフイルム１１に標準テレビジヨンフオーマツ
トで書き込まれ、MTI処理されたデータは、
MTIデータフイルム１２に標準テレビジヨンフ
オーマツトで書き込まれる。MTIデータフアイ
ル１２は、輝度フアイル１２ａ、色相データフア
イル１２ｂ及び彩度データフイルム１２ｃで構成
されている。１３はＢモードデータフアイル１１
から白黒の輝度データを読み出してRGBの３原
色データに分離し、MTIデータフアイル１２か
ら輝度、色相、彩度データを読み出してRGBの
３原色データに分類する色エンコーダで、RGB
出力信号はDA変換器１４においてアラログ信号
に変換されてCRT（図示せず）に表示される。

次に、上記のように構成された実施例の動作を
説明する。高周波発振器１で発振して出力された
た高周波信号は送波ビームフオーマ２においてフ
アンビームを形成する64チヤネルの信号に変換さ
れ、送受信回路３を経て超音波探触子４に入力さ
れる。超音波探触子４の64個の振動子エレメント
に供給された64チヤネルの高周波信号は超音波に
変換され、フアンビームを形成して被検体内を照
射する。被検体内からの反射波は超音波探触子４
に受波されて反射体の状態に応じて振幅、位相等
の異なる高周波信号に変換される。この信号は送
受信回路３を経て受波サブアレイビームフオーマ
５に入力され、複数の音線によるデータとして８
チヤネルの信号を出力する。この信号は受波サブ
アレイビームフオーマ５において８：１に纏めら
れた信号を角度が少しづつ異なる８本のビーム出
力としてビームを少しづつ振らせるように整相さ
れる。整相された出力信号はコヒーレント検波器
７で検波され、低周波のｉ信号とｑ信号とに分離
され、AD変換器８でデイジタル信号に変換され
る。このデイジタル化された複素信号はバイポー
ラビデオフアイル９に格納される。バイポーラビ
デオフアイル９は既述のように第２図に示す構成
で、各１個のフレームにはＢモード表示の形式で
データが収納されており、スキヤン毎に即ち送受
信番号毎に１個のフレームを構成しているので、
ｍ個のフレームを貫通している線は時間軸ｔとな
つている。図においては、ｍ個のフレームで構成
され、各フレームにはｎ本の音線の複素データが
格納されていて、深さ方向のデータフアイルを２
×ｍ×ｎ個持つていることになる。

高速デイジタル信号処理回路１０はバイポーラ
ビデオフアイル９の信号を読み出して演算処理す
る。先ず、フアイルから固定目標を取り除くた
め、第２図のｔ軸方向にハイパス処理を行つて固
定目標による直流成分を除去する。処理結果の出
力信号は処理の次数がｋであれば、一連のｋフレ
ーム毎に１つづつ得られるので、１個目のｋ−１
個目までの入力に対しては出力がなく、ｋ個目が
入力されると以後は毎回１個づつ出力される。こ
のMTI出力をもう一度順に並べて見て、フレー
ム間の２次元相互関を演算し、それが原点からず
れたところにピークが生ずる場合、その移動量に
より反射物体の運動の存在が分る。これを第３図
に示す。イ図は２次元相互関を求める図、ロ図は
イ図を上から見た図で原点からのずれを示してい
る。図において、３０はｘ軸とｚ軸の交叉してい
る原点、３１はMTIデータのｘ軸成分データと
ｚ軸成分データの２次元相互相関処理により生じ
たピーク点である。図ではピーク点３１が原点３
０からずれていて反射物体の第２図におけるフレ
ーム面内の移動を示している。この方法として
MTIフイルタの出力の数フレーム分に亘るこの
ような評価結果を平均化してSN比を向上させる。
以上の手法を一例によつて説明すると、例えば16
フレームの連続する送受信に関し、第２図のよう
なバイポーラビデオフアイル９が与えられたとす
る。この場合、ｍ＝16である。その内隣り合う８
個づつを組み合わせてMTI処理すると９個の
MTIフレームが得られる。この９個から隣り合
つたフレームの信号を相互相関に付して８個の相
互相関像を得る。これを８で割つて単純平均して
もよいし、又、中央付近に重みを付けて平均値を
求めてもよい。又、保持れている値の何％かを常
に新しい入力データで置き換える所謂ムービング
アベレージにかけてもよい。このようにして８個
のフレームのデータを平均化したデータを格納す
るフレームが得られる。

このMTI処理をする各フレームからデータを
取り出すサンプルエリアの一単位に関してこの処
理を一式行うことをサンプルエリアの数だけ行う
と、２次元平面全面に処理することになる。サン
プルエリアの大きさは例えば数波長位、サンプリ
ング点にしてRFで言つて16〜32点、マルチビー
ムの並列度数にして８〜16本位を選べば良い。２
次元平面全面でこのようなボクセル（サンプルエ
リア）が64×64位で十分である。そのボクセル単
位で、各ボクセル毎に流れのベクトルが第４図に
示すように分ることになる。図において、３０は
原点、３２はボクセル（サンプルエリア）であ
る。以上の処理を高速デイジタル信号処理回路１
０が行う。これによつて、第２図に示すフレーム
面内のｘ軸方向の移動、つまり接線方向の運動の
MTIデータが得られたことになる。

この出力信号の中、Ｂモード表示用のデータは
Ｂモードデータフアイル１１に、MTI表示用の
データはMTIデータフアイルに、テレビジヨン
フオーマツトで入力される。MTIデータはカラ
ー表示されるため、輝度データは輝度データフア
イル１２ａに、色相データは色相データフアイル
１２ｂに、彩度データは彩度データフアイル１２
ｃに格納される。この表示の方法としては、従来
のカラードプラと異なりベクトルを表示するので
２軸必要であつて、且つ方向が180°違うものに対
しては補色を用いるのが良いと考えられ、第５図
のCIE色度表から、法線方向の従来のカラードプ
ラに対しては赤−シアン又はマゼンタ−緑の軸で
ｚ方向即ち法線方向のシフトを表現し、橙−青紫
又は黄−青の軸でｘ軸方向、即ち接線方向のシフ
トを表現する。ここで、赤−シアン軸というのは
例えば近付く方向を赤、遠ざかる方向をシアンで
表示するという意味である。更に白か灰色の中性
色から離れるに従つて相関ピークの原点からのず
れが大きいことを意味し、中性色の場合はシフト
のないことを表している。更に相関ピークの程度
を色の輝度で表す方法を追加しても良い。このよ
うに配分されたMTIデータフアイル１２に格納
されたデータと、Ｂモードデータフアイル１１に
格納されているＢモード表示の輝度データとはテ
レビジヨンフオーマツトで読み出され、色エンコ
ーダ１３でRGBの３原色データに変換され、DA
変換器１４でアナログ信号に変換されてCRTで
表示される。

以上説明したように本実施例によれば、パルス
ドプラ装置において、従来の視線方向である法線
方向の運動に限らず、それに直交する方向の接線
方向の運動までを把握し、色付け表示することが
できるようになつた。

又、本発明では、受波サブアレイビームフオー
マとビームスプリツタとを設け、１つの超音波探
触子から、受波マルチビームフオーミングで２つ
のビームを得ているため、１つの開口を共用して
いることになり、方位分解能は良いし、比較され
る成分同志（相互相関に付す成分同志）のマツチ
ングも良く、正確なMTI処理を行え、従つて正
確なMTI表示画像を得ることのできる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。例えば、実施例において述べた２次元相互
相関処理においてフレーム間を平均化してSN比
を上げる工程を、例えばSN比の良好な高速の心
臓、大血管等における流れの場合には省略するよ
うにして高速化してもよい。又、相関値の成す２
次元像をフレーム間で平均する代わりに、直交成
分に分離されたデータを絶対値比較（二乗平均値
化）若しくは二乗したものを加えて平均化しても
よい。こうすればスペツクル性に由来するゆらぎ
を減少させることができる。更に、色付けの手法
として行つている色の割り付けは任意に選ぶこと
ができ、更に相関ピークの程度を色の輝度で表わ
すようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
視線方向の従来のMTIのみでなく、断層面内に
おける視線方向に直角な方向のMTIも表示でき
るようになり、真の２次元MTI表示が可能にな
つて、実用上の効果は大きい。

しかも、本発明では、１つの超音波探触子か
ら、受波マルチビームフオーミングで２つのビー
ムを得ているため、１つの開口を共用しているこ
とになり、方位分解能は良いし、比較される成分
同志（相互相関に付す成分同志）のマツチングも
良く、正確なMTI処理を行え、従つて正確な
MTI表示画像を得ることのできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２
図はバイポーラビデオフアイルの構造図、第３図
は２次元相互相関処理の説明図、第４図はバイポ
ーラビデオフアイルのフレーム上のボクセル毎の
流れのベクトルを示す図、第５図はCIE色度表の
図である。 １……高周波発振器、２……送波ビームフオー
マ、４……超音波探触子、５……受波サブアレイ
ビームフオーマ、６……ビームスプリツタ、７…
…コヒーレント検波器、８……AD変換器、９…
…バイポーラビデオフアイル、１０……高速デイ
ジタル信号処理回路、１１……Ｂモードデータフ
アイル、１２……MTIデータフアイル、１２ａ
……輝度データフアイル、１２ｂ……色相データ
フアイル、１２ｃ……彩度データフアイル、１３
……色エンコーダ、１４……DA変換器、２１…
…複素データ、３０……原点、３１……ピーク、
３２……ボクセル（サンプルエリア）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｂモード表示とMTI表示とを同時に行い得
   るパルスドプラMTI装置において、 複数の振動子エレメントを有する超音波探触子
   と、 該超音波探触子からフアンビームを送波できる
   ように高周波発振器の出力信号を遅延処理する送
   波ビームフオーマと、 該送波ビームフオーマの出力信号を前記超音波
   探触子に加え、逆に前記超音波探触子で受信した
   エコー信号を受ける送受信回路と、 前記超音波探触子でのエコー信号を前記送受信
   回路を経て受け、このマルチビーム受信の複数チ
   ヤネルのデイレイの入力信号を纏めて出力する受
   波サブアレイビームフオーマと、 該受波サブアレイビームフオーマにおいて纏め
   られた信号を角度が少しづつ異なる複数本のビー
   ム出力としてビームを少しづつ振らせる機能を持
   つビームスプリツタと、 該ビームスプリツタの出力信号をコヒーレント
   検波するコヒーレント検波器と、 該コヒーレント検波器で検波して得たバイポー
   ラビデオデータを１回を送受信毎に各１個のフレ
   ームに格納する複数個のフレームで構成されたビ
   デオ記憶手段と、 前記複数個のフレームを貫くデータから固定目
   標成分を取除く手段と、前記複数個のフレームに
   格納されたデータを隣接するフレーム毎に２次元
   相互相関処理を行う処理手段と、 該処理手段の出力信号から前記フレーム面内の
   運動ベクトルを求める演算手段と、 前記フレーム面内の前記運動ベクトルの直交成
   分を識別表示する色付け手段と を具備することを特徴とするパルスドプラMTI
   装置。 ２ 前記色付け手段は、CIE色度表を用い、法線
   軸における運動に対して赤−シアン又はマゼンタ
   ー緑の補色軸を用い、接触軸に対しては橙−青紫
   又は黄−青の補色軸を用いて表示するとを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のパルスドプラ
   MTI装置。