JPH0716489B2 - カラー超音波診断装置 - Google Patents

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、断層像を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得る場
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foはfo＝
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。

ここで、V:平均血流速 Q: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平均血流
速Ｖを出ることができる。

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（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D.
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
ーマッピング（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，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−π乃至＋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、フレーム構成周期
（T_OF）がテレビ画面構成周期よりも長いため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フレーム構成周期（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は、同一座標（x,y）の血流速
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（ｔ）のローパスフィルタである。ちなみにCF
M像のフレーム周波数をf_OFで表わし、隣接フレーム間で
の周波数表現による血流速データの変化をｆで表わした
場合、ｆ＝f_OF≧1/2が成立すると、階調変化の所謂フレ
ーム相関処理による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）のような階調変
化のみで符号の変化の無いデータ間の相関による時間的
平滑化処理は、第12図のように正側のみで行われるの
で、問題は生じない。

一方、CFM像では、ドプラ偏移信号を超音波パルスの繰
返し周波数frで離散的にサンプリングするため、血流速
度Ｖ（ｔ）がfr/2以上又は−fr/2以下となると、「サン
プリングによる折返し現象」が発生する。このため、第
13図に示すように、実際は×印のような血流速度Ｖ
（ｔ）の変化となっているにもかかわらず、「サンプリ
ングによる折返し現象」によって、後半の●印で示すよ
うにデータ2a以降で折返して、赤→青，青→赤へ移行し
てしまう。このようにサンプリングによる折返し現象が
起きた場合に、データ2aと2b及びデータ2cと2dのように
異符号間でフレーム相関処理を行うと、処理結果２に示
すように平滑化されてしまうため、周波数ゼロラインと
交差するように血流速度Ｖ（ｔ）が変化してしまう。こ
のゼロ交差部分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、サンプリングによる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］ （課題を解決するための手段） 本発明は、被検体に対して超音波パルスの送受信を行う
送受信手段と、この送受信手段にてサンプリング周波数
frで得られた受信データに基づき被検体の血流速データ
を検出する検出手段と、前記血流速データにフレーム相
関による時間的平滑化処理を施す平滑化処理手段と、こ
の平滑化処理手段の処理結果をカラー表示する表示手段
とを有するカラー超音波診断装置において、前記平滑化
処理手段は、−fr/2から＋fr/2の範囲で入力された新旧
の血流速データの符号が異なる場合に、それらのデータ
値の差の絶対値の閾値とを比較して、その絶対値が閾値
より大きいときは、前記時間的平滑化処理の処理結果に
代えて旧データの血流方向の最高階調に等しい値を与え
ることを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、血流分布像データの血流速度が−fr/2
乃至＋fr/2を越えるようなサンプリングによる折返し現
像が発生した場合に、平滑化処理手段により血流速度の
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
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
波プローブであり、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、12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（カラーフローマッピング）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1
9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20の後段には、平均血流速
（），トータルパワー（），分散（）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、血流分布像データの血
流速度が−fr/2乃至＋fr/2を越える場合に、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（リードオンリメモリ）であ
り、この係数ROM25の出力は、後段に配置された加算器2
6に取込まれ、この加算器26において、後述する係数ROM
29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。MP
X27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
ROM30は画像メモリ28の出力と入力信号Ｖ（ｔ）との比
較を行い、その比較結果に応じてMPX27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、この画像メモリ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OFO、CMFスキャンラスタ先頭信号IN
ITO、CFM演算部からの転送クロックDEPIXCK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28の出力をａ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
CPU（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）。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28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より小さい場合には、初期条件RO
M30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、０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検波され、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読出され、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演算部21に取込まれ、平均
血流速（），トータルパワー（），分散（）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
ム間での処理である。

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CFMスキャン
ラスタ先頭信号（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
ト周波数（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CFM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１レート内に
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10F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ROM29でａ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、両データがの加算器26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M
PX27を介して画像メモリ28に書込まれる（データ更
新）。そしてこの書込みとほぼ同時に新（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CFM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ROM30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 |V（ｎ）−Ｖ（ｎ＋１）｜＜TH 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 |V（ｎ）−Ｖ（ｎ＋１）｜≧TH が成立する場合には、初期条件ROM30より選択信号SELと
ともに初期条件が出力され、MPX27は、この選択信号SEL
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
カラーフレームメモリ16に与えられるのである。

このような処理によれば、サンプリングによる折返し現
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、サンプリングによる折
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
うに周波数ゼロラインと交差しない方向に平滑化される
のである。これによれば、サンプリングによる折返し現
像を生じた場合に平滑化を行ってもゼロ交差部分３は存
在せず、従ってCFM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RO
M30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内に平滑化処理手段2
2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、第13図はCFM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15図は平均血流
速の角度表現，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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に対して超音波パルスの送受信を行
   う送受信手段と、 この送受信手段にてサンプリング周波数frで得られた受
   信データに基づき被検体の血流速データを検出する検出
   手段と、 前記血流速データにフレーム相関による時間的平滑化処
   理を施す平滑化処理手段と、 この平滑化処理手段の処理結果をカラー表示する表示手
   段とを有するカラー超音波診断装置において、 前記平滑化処理手段は、−fr/2から＋fr/2の範囲で入力
   された新旧の血流速データの符号が異なる場合に、それ
   らのデータ値の差の絶対値と閾値とを比較して、その絶
   対値が閾値より大きいときは、前記時間的平滑化処理の
   処理結果に代えて旧データの血流方向の最高階調に等し
   い値を与えることを特徴とするカラー超音波診断装置。