JPH07506519A - カラー・フロー作像システム用の円形畳込み積分を用いた障壁フィルタ - 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】 カラー・フロー作像システム用の円形畳込み積分を用いた障壁フィルタ 発明の背景 本発明は、音響エネルギのような振動エネルギを用いることによる作像に関し、 特に、超音波信号のドツプラ・シフトに基づいたカラー・フロー（流れ）像の作 成に関する。

超音波のような振動エネルギを用いて物体の像を作成することのできる多数のモ ードがある。超音波送信器を物体の一方の側に配置し、物体を透過した音波を反 対側に配置されている超音波受信器で受け取る（「送信モード」）。

この送信モードの方法では、画素の各々の輝度が受信器に達する超音波の振幅の 関数である（「減衰」モード）か、又は画素の各々の輝度が音波が受信器に到達 するのに要した時間の関数である（「飛行時間」又は「音速」モード）ような像 を発生することができる。この代わりに、送信器と同じ物体の側に受信器を配置 し、画素の各々の輝度が物体から受信器に反射された超音波の振幅の関数である （「屈折」、　「後方散乱」又は「エコー」モード）ような像を発生することが できる。本発明は、超音波像を作成する後方散乱方法に関連する。

超音波データを収集する多数の後方散乱方法がよく知られている。所謂「八−走 査」方法では、送信器によって超音波パルスを物体に送り込み、ある期間にわた って反射された音波の振幅を記録する。エコー信号の振幅は、物体内にある反射 体の散乱強度に比例し、遅延時間は、送信器からの反射体の距離に比例する。所 謂「Ｂ−走査」方法では、送信器が１つの運動軸線に沿って物体を走査するとき に一連の超音波パルスを送信する。この結果得られるエコー信号が八−走査方法 の場合のように記録され、エコー信号の振幅を用いて、遅延時間における表示装 置の画素の輝度を変調する。Ｂ−走査方法では、反射体の像を再生することがで きるようにするのに十分なデータが収集される。

所謂Ｃ−走査方法では、変換器を物体の上方の平面にわたって走査し、変換器の 焦点深度から反射されるエコーのみを記録する。ＣＲＴ表示装置の電子ビームの 掃引を変換器の走査と同期させて、変換器のＸ座標及びＸ座標が像のＸ座標及び Ｘ座標と対応するようにする。

医療用の超音波変換器は、一対の電極の間に挟まれている１つ又は更に多くの圧 電素子から構成されている。このような圧電素子は典型的にはチタン酸ジルコン 酸鉛（ＰＺＴ）、二弗化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）又はＰＺＴセラミック／ポ リマ複合体で構成されている。電極は電圧源に接続されており、電圧波形が印加 されたときに、圧電素子は印加電圧の周波数に対応する周波数で、寸法が変化す る。

電圧波形が印加されたとき、圧電素子は、圧電素子が結合されている媒質内に超 音波を放出する。逆に、超音波が圧電素子に入射すると、素子はその電極の間に 対応する電圧を発生する。典型的には、素子の前側は音響整合層で覆われており 、音響整合層は、超音波がその中を伝搬する媒質との結合を改善する。更に、圧 電素子の背側には支持材料が接続されており、支持材料は素子の裏側から出て来 る超音波を吸収し、超音波が干渉しないようにする。このような超音波変換器の 多数の構造が、いずれも本出願人に譲渡された米国特許番号第４２１７６８４号 、同第４４２５５２５号、同第４４４１５０３号、同第４４７０３０５号及び同 第４５６９２３１号に記載されている。

超音波作像に用いるとき、典型的には、変換器は列に配置されている多数の圧電 素子を有しており、これら多数の圧電素子は別々の電圧で駆動される（アポダイ ゼーション）。

印加電圧の遅延時間（又は位相）及び振幅を制御することにより、圧電素子によ って発生される超音波が組み合わさって、選択されたビーム方向に沿って進むと 共にそのビームに沿った選択された点に焦点を合わされた正味の超音波を発生す る。印加電圧の遅延時間及び振幅を制御することにより、ビームをその焦点と共 に平面内で移動させて、被検体を走査することができる。

変換器を用いて、反射された音波を受信するときにも（受信モード）、同じ原理 が働く。即ち、配列内の変換器素子に発生される電圧は、正味の信号が被検体の １つの焦点から反射された音波を表すように合計される。送信モードの場合と同 じく、超音波エネルギをこのように焦点を合わせて受信することは、配列の各々 の変換器素子がらの信号に別々の遅延時間（及び／又は位相シフト）並びに利得 を与えることにより達成される。

このような形式の超音波作像は、［位相調整アレイ扇形走査」又は”ＰＡＳＳ” と呼ばれる。この走査は一連の測定で構成されており、この測定で、進路を決め られた超音波を送信し、短い期間の後にシステムが受信モードに切り換わり、反 射された超音波を受信して記憶する。典型的には、音響ビーム又は走査線に沿っ た一連の点からのデータを収集するために、毎回の測定の間、送信及び受信は同 じ方向（θ）に方向決めされる。反射された超音波を受信するとき、受信器は走 査線に沿った一連の距離（Ｒ）の所に動的に焦点合わせされる。走査全体を行う のに必要な時間は、毎回の測定を行うのに要する時間と、所望の分解能及び信号 対雑音比で関心のある領域全体をカバーするのに必要な測定の回数との関数であ る。例えば、各々の走査線を０．７０°の増分で進め、合計１２８本の走査線を ９０゜の扇形にわたって取得することができる。このような多数の超音波作像シ ステムが、本出願人に譲渡された米国特許番号第４１５５２５８号、同第４１５ ５２６０号、同第４１５４１１３号、同第４１５５２５９号、同第４１８０７９ ０号、同第４４７０３０３号、同第４６６２２２３号、同第４６６９３１４号及 び同第４８０９１８４号に記載されている。

ドツプラ・シフトを利用して心臓及び血管の血液流を測定する技術は、周知であ る。反射波の振幅は解剖組織の黒白画像を発生するために用いられているが、組 織又は血液からの反射散乱材の速度を測定するために、反射波の周波数シフトを 用いてもよい。カラー・フロー画像は、血液のような移動する物質の速度のカラ ー画像を解剖組織の黒白画像に重ねることにより発生される。各画素で測定され た流れの速度によって、そのカラー（色）が決定される。

血液から反射された超音波のドツプラ効果による測定をめる際の困難さの主な点 は、受は取ったエコー信号には典型的には、静止した又はゆっくりと移動する組 織によって発生された多くの成分が含まれているのに対し、血液は超音波を非常 に弱くしか反射しないことにある。静止した組織は反射波におけるいかなる周波 数シフトも発生せず、これらの成分は、流れの測定に影響を及ぼすことなく、容 易にフィルタで取り除くことができる。しかしながら、心臓又は呼吸の運動によ り移動する組織によって発生された反射波は、周波数シフトされ、ゆっくりと流 れる血液からの信号を完全に圧倒してしまうことがある。従来のシステムには、 　「障壁（ウオール・）フィルタ」が設けられており、このフィルタは、定常信 号が存在する搬送周波数の中心に位置しているエコー信号の狭帯周波数を取り除 くように、オペレータによって手動で調節されている。

低速の流れを検出しようとする場合、血液流れ信号を除外しないようにするため に、非常に狭い障壁フィルタを用いなければならない。一般的に、ディンタル式 に構成されている狭いフィルタは、広いフィルタよりも一層多くのフィルタ係数 を必要とする。フィルタの出力に利用し得るエコー信号サンプルの数が、入力サ ンプルの数からフィルタ係数の数を差し引いた値に１を加えたものであるから、 この意味するところとしては、狭い障壁フィルタを用いるとき、流れを計算する ために利用し得るエコー信号サンプルの数は一層少なくなる。例えば、１６個の ディジタル・サンプルを有する信号を、係数が８つのＦＩＲフィルタを用いてフ ィルタ作用にかけた場合、フィルタの出力において、その出力から流れを評価で きるようにするためのサンプルは９つしか利用できない。データ・サンプルの数 が増加するにつれて、雑音（ノイズ）による流れ評価値の誤差が減少するので、 このことは望ましくない。このため、障壁フィルタを狭（して低速の流れからの 信号を増加させると、測定精度が低下する。

発明の要約 本発明は、非常に狭くてもよいが、流速を計算するために利用し得るデータ・サ ンプルの数を減少させない適応型障壁フィルタを用いている、超音波作像システ ム用のカラー・フロー・プロセッサに関する。このカラー・フロー・プロセッサ は、復調されたベースバンド・エコー信号を１組のサンプルとして受け取ると共 に障壁信号を直流（即ち、周波数ゼロ）に又は直流の近（に置くのに必要な分だ け周波数がシフトした１組の変更エコー信号サンプルを発生するミクサと、１組 の変更エコー信号サンプルを受け取ると共に、１組の変更エコー信号サンプルに ついて障壁フィルタ核に関する円形畳込み積分を実施することにより、対応する １組のフィルタ処理されたエコー信号サンプルを発生する円形畳込み積分フィル タと、１組のフィルタ処理されたエコー信号サンプルの平均周波数を示す出力信 号を発生する自己相関評価器と、自己相関評価器に応答して、速度を示すカラー 信号を発生する手段とを含んでいる。

本発明の全般的な目的は、超音波カラー・フロー測定の精度及び感度を改善する ことにある。エコー信号について円形畳込み積分を実施することにより、障壁フ ィルタによるフィルタ過程でサンプルが失われず、多くの係数を有する非常に狭 いフィルタ核を用いても、一層よい流れ評価値を計算することができる。

本発明の他の目的は、構成し易く、且つ流れの計算に利用し得るエコー信号サン プルの数を減少させない非常に狭い障壁フィルタを提供することにある。円形畳 込み積分フィルタの特別な場合、１組の変更エコー信号サンプルにあるすべての サンプルの平均値を計算し、その平均値を各々のサンプルから減算する。これは 実効的には、変更エコー信号から直流成分を除去するものであり、これは、ミク サかエコー信号サンプルに最適の周波数シフトを生ずる場合に、障壁信号成分に なる。この直流除去は、障壁信号を抑圧するのに十分であり、標準的な円形畳込 み積分又は従来のＦＩＲフィルタよりも必要とする計算が非常に少ない。

本発明の上述及びその他の目的及び利点は、以下説明するところから明らかにな ろう。以下の説明では、本発明の実施例を示す図面を参照する。しかしながら、 この実施例は必ずしも本発明の範囲全体を表すものではなく、本発明の要旨を解 釈するに当たっては、請求の範囲によるべきである。

図面の簡単な説明 第１図は本発明を用いた振動エネルギ作像システムのブロック図である。

第２図は第１図のシステムの一部を形成している送信器のブロック図である。

第２Ａ図及び第２Ｂ図は第２図の送信器５０の任意のチャンネルの信号を図示す るグラフである。

第３図は第１図のシステムの一部を形成している受信器のブロック図である。

第４図は第１図のシステムの一部を形成している表示システムのブロック図であ る。

第５図は第３図の受信器の一部を形成している受信チャンネルのブロック図であ る。

第６図は第３図の受信器の一部を構成している本発明によるカラー・フロー・プ ロセッサの回路図である。

第７Ａ図及び第７Ｂ図は第６図のカラー・フロー・プロセッサの動作を説明する ために用いられるグラフである。

第８Ａ図及び第８Ｂ図は第６図のカラー・フロー・プロセッサに用いられている 円形畳込み積分フィルタの２つの実施例のブロック図である。

第９Ａ図〜第９Ｅ図は第５図の受信チャンネルの種々の点に現れる信号を示すグ ラフである。

好ましい実施例の説明 第１図について具体的に説明すると、振動エネルギ作像システムは変換器配列１ １を含んでおり、変換器配列１１は別々に駆動される複数の素子１２で構成され ている。各々の素子は、送信器１３によって発生されたパルス波形によりエネル ギを与えられたときに、超音波エネルギのような振動エネルギのバーストを発生 する。被検体から変換器配列１１に反射された振動エネルギは、変換器素子１２ の各々によって電気信号に変換され、−組の送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１５ を介して受信器１４に別々に印加される。送信器１３、受信器１４及びスイッチ １５は、オペレータの指令に応答して、ディジタル制御装［１６の制御の下に作 動される。一連のエコーを収集することにより完全な走査が行われる。このとき 、スイッチ１５を送信位置に設定し、送信器１３を一時的にオンにゲート駆動し て、変換器素子１２の各々にエネルギを与え、その後スイッチ１５を受信位置に 設定して、変換器素子１２の各々によって発生された後続のエコー信号を受信器 １４に印加する。変換器素子１２の各々からのこれらの別々のエコー信号を受信 器１４で組み合わせて、１つのエコー信号を発生し、そのエコー信号を用いて、 表示システム１７の像内の・線を発生する。

送信器１３は、発生される振動エネルギ、例えば超音波エネルギがビームとして 差し向けられ又は方向法めされるように、変換器配列１１を駆動する。従って、 変換器配列１１を物理的に動かす代わりに、このビームを一組の角度にわたって 点から点へ移動させることによりＢ−走査を行うことができる。このためには、 送信器１３が相次ぐ変換器素子１２に印加されるそれぞれのパルス波形２０に遅 延時間（Ｔ１）を加える。遅延時間がＯ（Ｔ、＝０）であれば、すべての変換器 素子１２は同時にエネルギを与えられ、その結果生ずる超音波ビームは、変換器 の面に対して法線方向で、変換器配列１１の中心から発する軸２１に沿った向き になる。遅延時間（Ｔ１）が増加するにつれて、第１図に示すように、超音波ビ ームは中心軸２１から角度０分だけ下向きに向けられる。変換器配列１１の一端 （ｉ−１）から他端（ｉ　＝ｎ）までのｉ番目の信号の各々に順次加えられる遅 延時間の増分子、は、次の式で表される。

−２ｘＲｙｓｉｎθ／　ｃ　’　ｌ　ｌ　／　２　（１）ここで、Ｘは変換器配 列の中心から素子ｉの中心までの距離、θは送信ビーム角度、Ｃは被検体内での 音速、及びＲ丁は送信ビームが焦点合わせされる距離である。

式（１）における遅延時間Ｔ、は、ビームを所望の角度θに方向決めすると共に ビームを固定された距離Ｒｒの所で焦点合わせさせる効果を有している。相次ぐ 励振で遅延時間Ｔ（を漸進的に変化させることにより、扇形走査が行われる。こ のため、角度θが増分に分けて変えられて、送信ビームを一連の方向に方向決め する。ビームの方向が中心軸２１より上方であるときに、パルス２０のタイミン グは反対になるが、それでも式（１）は依然として成立する。

更に第１図の説明を続けると、超音波エネルギのバーストの各々によって発生さ れるエコー信号は、超音波ビームに沿って相次ぐ位置の所にある反射物体から来 る。これらのエコー信号は変換器配列１１のセグメント１２の各々によって別々 に感知され、特定の時点におけるエコー信号の大きさのサンプルが、特定の距離 （Ｒ）で起こった反射の大きさを表す。しかしながら、反射点Ｐと変換器素子１ ２の各々との間の伝搬経路の違いのため、これらのエコー信号は同時には発生せ ず、又、それらの振幅は等しくない。

受信器１４の動作は、これらの別々のエコー信号を増幅して復調し、各々に正し い遅延時間及び位相変化（シフト）を加え、これらを加算して、角度θに向いて いる超音波ビームに沿って距離Ｒの所にある点Ｐから反射された全超音波エネル ギを正確に表す１つのエコー信号を発生することである。

各々の変換器素子からのエコーによって発生される電気信号を同時に加算するた め、受信器１４の各々別個の変換器素子のチャンネルに遅延時間及び位相シフト が導入される。受信時のビーム遅延時間は、前に述べた送信時の遅延と同じ遅延 （Ｔ＋）である。しかしながら、動的に焦点合わせするために、各受信チャンネ ルの遅延時間及び位相シフトは、エコーを受信する間、連続的に変化して、エコ ー信号が出てきた距離Ｒに受信ビームを動的に焦点合わせする。各変換器素子に よって受け取られた信号に課される遅延時間の式は、次の通りである。

−（ｘ　ｔ／ｃ）　ｓ　ｉ　ｎθ］””　（２）ここで、［は変換器配列の中心 からの音波の送信（即ち、開始）後の経過時間、Ｃは被検体内の音速、θはビー ム角度、及びＸは受信素子の中心と変換器配列の中心との間の距離である。

適当な倍率にすれば、同じ計算によって、正しい位相シフト（移相）も得られる 。

ディジタル制御装置１６の指示の下に、受信器１４は、受信器１４の方向決めが 送信器１３によって方向決めされたビームの方向を追跡するように、走査の間遅 延を発生すると共に、一連の距離（Ｒ）の所でエコー信号をサンプリング（標本 化）して、ビームに沿った点Ｐに動的に焦点合わせするのに適当な遅延及び位相 シフトを発生する。このため、超音波パルス波形が発せられる度に、その超音波 ビームに沿った所にある対応する一連の点Ｐからの反射された音波の大きさを表 す一連のデータ点が収集される。

表示システム１７は、受信器１４によって発生された一連のデータ点を受け取り 、このデータを所望の像を発生する形式に変換する。例えば、八−走査を所望す る場合には、一連のデータ点の大きさは単に時間の関数として図示される。Ｂ− 走査を所望する場合には、この一連の中の各々のデータ点は像の画素の輝度を制 御するために用いられ、相次ぐ方向決め角（θ）における一連の走査で構成され た走査が実施されて、解剖学的な表示に必要なデータを発生する。

第１図、第２Ａ図及び第２Ｂ図と共に、第２図を特に参照して説明すると、送信 器Ｉ３は、包括的にメモリ５０として示す一組のチャンネル・パルス・コード・ メモリを含んでいる。好ましい実施例では、１２８個の別個の変換器素子１２が あり、従って、１２８個の別個のチャンネル・パルス・コード・メモリ５０があ る。パルス・コード・メモリ５０の各々は典型的には、１ビツト×５１２ビツト ・メモリであり、第２Ｂ図に示す発生すべき超音波パルス５２の周波数を決定す る第２Ａ図に示すビット・パターン５１を記憶している。好ましい実施例では、 このビット・パターンを４０ＭＨｚのマスククロックによって、各々のパルス・ コード・メモリ５０から読み出し、駆動器５３に印加する。この駆動器はこの信 号を、変換器１１を駆動するのに適した電力レベルまで増幅する。第２Ａ図に示 す例では、ビット・パターンは４つのｒｌＪビットと４つの「０」ビットとが交 互に並んだ順序であって、５ＭＨｚの超音波パルス５２を発生している。しかし ながら、他の搬送波周波数（Ｆｏ）として、２．５ＭＨｚ、３．７５ＭＨｚ１６ ２５ＭＨｚ、７．５ＭＨｚ、８．７５ＭＨｚ及び１０ＭＨｚのような周波数が、 好ましい実施例において用いられる。

これらの超音波パルス５２が印加される変換器素子１１（第１図）は、それに応 答して超音波エネルギを発生する。

５１２個のビットすべてを用いた場合、　（５ＭＨｚの搬送波周波数では）その 搬送波周波数を中心とする４０ｋＨｚという幅の狭い帯域幅のパルスが放出され る。

前に述べたように、超音波エネルギの送信ビームを所望の方向（θ）に方向決め するためには、第２Ｂ図に示すよ　。

うなＮチャンネルの各々に対するパルス５２を適正量だけ遅延させなければなら ない。これらの遅延は送信制御装置５４によって行われる。この制御装置は、デ ィジタル制御装置１６（第１図）から４つの制御信号（開始、マスタクロック、 Ｒｖ及びθ）を受け取る。入力制御信号θ、一定の送信焦点Ｒｔ及び前掲の式（ １）を用いて、送信制御装Ｗ１５４は、相次ぐ送信チャンネルの間に必要な遅延 増分子Ｓを計算する。開始制御信号を受け取ったとき、送信制御装置５４は４０ ＭＨｚのマスタクロツタ信号が取り得る４つの位相のうちの１つを第１の送信チ ャンネル５ｏにゲートする。その後、相次ぐ遅延期間（Ｔｉ　）をおいて、４０ ＭＨｚのマスタクロック信号の位相のうちの１つの位相が、次のチャンネルのパ ルス・コード・メモリ５ｏを介してゲートされ、これがＮ＝１２８個のチャンネ ル全部がその超音波パルス５２（第２Ｂ図）を発生するまで続けられる。

各々の送信チャンネル５０は、第２Ａ図に示すようなそのビットパターン５１全 体が送信された後にリセットされ、その後、送信器１３はディジタル制御装置１ ６からの次の入力制御信号θ及び次の開始制御信号を待つ。前に述べたように、 本発明の好ましい実施例では、完全なり一走査は変換器１１の中心軸２１（第１ 図）を中心とする９０６の扇形にわたって、０．７０°のΔθ増分に分けて方向 決めされる１２８個の超音波パルスで構成されている。カラーによる流れの（カ ラー・フロー）作像のために、送信器１３の４回から１６回までの点弧が各々の ビーム角度θにおいて実施され、流れを計算するために用いることのできる十分 なエコー・データを収集する。

送信器１３についての詳しいことは、１９９１年５月１４日に付与された発明の 名称「振動エネルギビームの送信の動的な焦点合わせを行うための符号化された 励振（Ｃｏｄｅｄ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｆｏｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ 　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　Ｅｎｅｒｇ ｙ　Ｂｅａｉ＋　）　Ｊという米国特許番号第５０１４７１２号を参照されたい 。

第１図と共に、特に第３図を参照すると、受信器１４は３つの部分、即ち、時間 −利得制御部１００と、受信ビーム形成部１０１と、中心プロセッサ１０２とで 構成されている。時間−利得制御部１００は、Ｎ＝１２８の受信チャンネルの各 々に対する増幅器１０５と、時間−利得制御回路１０６とを含んでいる。各々の 増幅器１０５の入力はそれぞれ１つの変換器素子１２に接続されており、増幅器 １０５は変換器素子１２が受信したエコー信号を受け取って増幅する。増幅器１ ０５による増幅の程度は、時間−利得制御回路１０６によって駆動される制御ラ イン１０７を介して制御される。周知のように、エコー信号の距離が増加するに つれて、エコー信号の振幅は減少する。その結果、より遠い反射体から出るエコ ー信号が近くの反射体からのエコー信号よりも一層大きく増幅されなければ、像 の輝度は距離（Ｒ）の関数として急速に低下する。この増幅はオペレータによっ て制御される。オペレータは手作業で（典型的には）８つのＴＧＣ線形ポテンシ ョメータ１０８を、扇形走査の範囲全体にわたって比較的一様な輝度が得られる ような値に設定する。エコー信号が収集される期間が、エコー信号が出てきた距 離を決定し、この期間をＴＧＣ制御回路１０６によって８つのセグメントに分割 する。８つのポテンショメータの設定により、８つのそれぞれの期間の各々の間 、増幅器１０５の利得を設定して、エコー信号がエコー信号収集期間にわたって 次第に増加する分だけ増幅されるようにする。

受信器１４の受信ビーム形成部１０１は、Ｎ＝１２８個の別個の受信チャンネル １１０を含んでいる。後で更に詳しく説明するが、各々の受信チャンネル１１０ は、その人力１１１に１つのＴＧＣ増幅器１０５からのアナログ・エコー信号を 受け取ると共に、■母線１１２及びＱ母線１１３にディジタル化された出力値の ストリームを発生する。

これらの１及びＱの値の各々が、特定の距離（Ｒ）におけるエコー信号の包絡線 の復調されたサンプルを表す。これらのサンプルは遅延及び位相シフトさせられ て、サンプルを加算点１１４及び１１５で他の各々の受信チャンネル１１０から の１サンプル及びＱサンプルと加算したとき、加算されたサンプルが方向決めさ れたビーム（θ）上の距離Ｒの所にある点Ｐから反射されたエコー信号の大きさ 及び位相を示すようにする。好ましい実施例では、各々のエコー信号は、走査線 の範囲全体（典型的には４０ミリから２００ミリ）にわたって約１５０ミクロン の増分の所でサンプリングされる。

受信器１４についての更に詳しいことは、１９９１年１月８日に付与された発明 の名称［ディジタル位相配列作像の方法及び装置（Ｉｉｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　Ａ ｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｈａｓｅ　Ａｒｒａｙ　Ｉｍａ ｇｉｎｇ）　Ｊという米国特許番号第４９８３９７０号を参照されたい。

更に第３図の説明を続けると、中心プロセッサ部１０２が加算点１１４及び１１ ５からの受信ビーム・サンプルを受け取る。ビーム・サンプルの各々のＩ及びＱ の値は、点（Ｒ，θ）から反射された音波の大きさの同相及び直角位相成分を表 す２０ビツトのディジタル数である。中心プロセッサ１０２は、これらのビーム ・サンプルに対して種々の計算を行うことができ、どれを選択するかは、再生す る像の種類によって決定される。例えば、普通の大きさの解剖学的な像を発生す る場合には、検出プロセッサ１２０が設けられており、この検出プロセッサで、 各々のビーム信号サンプルからディンタルの大きさくＭ）を次の式に従って計算 し、反射点の座標Ｒ１座標θと共に出力１２１に供給する。

Ｍ　＝＜　ＩＩ　＋　Ｑ　１　）Ｉ　／　２検出プロセツサ１２０は又、１９８ ９年５月３０日に付与された発明の名称「位相共役を用いた適応可能なコヒーレ ント・エネルギ・ビームの形成（＾ｄａｐｔｉｖｅ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　’Ｅｎ ｅｒｇｙ　ＢｅａｆｆｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｈａｓｅ　Ｃｏｎ ｊｕｇａｔｉｏｎ　）　Ｊという本出願人に譲渡された米国特許番号第４８３５ ６８９号に開示されているような補正方法をも実施し得る。このような補正方法 は、受は取ったビーム・サンプルを検査し、ビームの焦点合わせ及び方向法めを 向上させるように、送信器１３及び受信器１４によるその後の測定において使用 され得る補正値を算出する。このような補正は、例えば各変換器素子からの音波 が走査の間に進む媒体の非均質性を考慮に入れるために必要である。

本発明は、中心プロセッサ１０２に配置されているカラー・フロー・プロセッサ １２３を含んでいる。カラー・フロー・プロセッサ１２３は、第６図に関して後 で詳しく説明するように、加算点１１４及び１１５からのそれぞれ復調及び焦点 合わせされた信号サンプルの値Ｉ及びＱを受け取っており、中心プロセッサの出 力１２１に１２ビツトの流れ値を発生する。この流れ信号は、赤色、緑色及び青 色の表示を決定し、同じ点に対する大きさＭと共に表示システム１７（第１図） に印加される。後で詳しく説明するように、この流れの値によって示されるカラ ー（色）は、カラー・フロー・プロセッサ１２３によって測定される流れの速度 及び方向の関数である。

特に第１図及び第４図について説明すると、受信器１４はその出力１２１にディ ジタル数のストリームを発生し、このストリームは表示システム１７の入力に印 加される。

出力１２１における信号には、８ビツトの組織の大きさと、１２ビツトの流れ値 とが含まれている。この「走査データ」が配列として別々のメモリ１５０に記憶 され、走査データ配列１５０の行が、収集されたそれぞれのビーム角度（θ）に 対応し、走査データ配列１５０の列が、各々のビームに沿ってサンプルが収集さ れたそれぞれの距離（Ｒ）に対応する。受信器１４からのＲ制御信号１５１及び θ制御信号１５２は、配列１５０内のどこに各々の入力の値を記憶すべきかを指 示し、メモリ制御回路１５３がその値を配列１５０内の正しいメモリ位置に書き 込む。この走査を連続的に繰り返すことができ、受信器１４がらの値の流れが走 査データ配列１５０を連続的に更新する。

更に第４図について説明すると、各々の配列１５０内にある走査データは、ディ ジタル走査変換器１５４によって読み取られ、所望の像を発生する形式に変換さ れる。°例えば、通常のＢ−走査像を発生するとき、走査データ配列１５０に記 憶されている組織の大きさ及び流れの値Ｍ（Ｒ。

θ）は、像内の画素位置（Ｘ、ｙ）における（組織に対する）灰色（グレイ）の 等級を示す値Ｍ（ｘ、ｙ）、及び（流れに対する）カラーに変換される。このよ うな超音波像データの極座標からデカルト座標への変換は、例えばヒユーレット パラカード・ジャーナル誌、１９８３年】０月号、第３０頁〜第３３頁所載のス テイーブンＣリービッヒ等の論文［超音波像を表示するための走査変換アルゴリ ズム（＾５ｃａｎ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　Ｄｉ ｓｐｌａｙｉｎｇ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　Ｉａ＋ａｇｅｓ）　Ｊに記載されて いる。

ディジタル走査変換器１５４によって行われる特定の変換が何であっても、こう して得られた像データはメモリ１５５に書き込まれる。このメモリは、変換され た走査データの２次元配列を記憶する。メモリ制御回路１５６がメモリ１５５に アクセスする二重ボートを有しており、ディジタル走査変換器１５４がメモリ１ ５５内の値を新しいデータで連続的に更新することができるようにすると共に、 表示プロセッサ１５７が更新されたデータを読み取るようにする。表示プロセッ サ１５７は制御パネル１５８から受け取ったオペレータの指令に応答して、メモ リ１５５内の変換された走査データに対する通常の像処理作用を行う。例えば、 メモリ１５５内の変換された走査データが示す輝度レベルの範囲は、表示装置１ ６０の輝度範囲をずっと超えることがある。実際、メモリ１５５内の変換された 走査データの輝度の分解能は、人間の目の輝度の分解能を遥かに超えることがあ り、典型的には、オペレータが、最大の像コントラストを達成しようとする輝度 の値のウィンドウを選択することができるようにする手動で操作し得る制御装置 が設けられている。表示プロセッサはメモリ】５５から、変換された走査データ を読み込んで、所望の像の強化を行い、強化された値を表示メモリ１６１に書き 込む。

表示メモリ１６１はメモリ制御回路１６３を介して、表示制御回路１６２と共有 されており、表示メモリ１６１内の値が表示装置１６０の対応する画素の輝度及 びカラーを制御するために写像される。表示制御回路１６２は、用いられる特定 の型の表示装置１６０を作動するように設計された市場で入手し得る集積回路で ある。例えば、表示装置１６０はＣＲＴ　（陰面線管）であってもよく、この場 合、表示制御回路１６２は、水平及び垂直掃引回路に対して必要な同期パルスを 供給すると共に掃引中の適当な時刻に表示データをＣＲＴに写像するＣＲＴ制御 チップである。

当業者であれば、特定の超音波システムの能力及び融通性に応じて、表示システ ム１７がいろいろな形式のどの形式にしてもよいことは当業者に明らかであろう 。上に述べた好ましい実施例では、プログラムされたマイクロプロセッサを用い て、ディジタル走査変換器及び表示プロセッサの機能を実行するが、このため、 この結果として得られる表示システムは非常に融通性があって強力である。

、前に第３図について述べたように、受信器１４のビーム形成部１０１は、変換 器１１の各々の素子１２に１つずつ、−組の受信チャンネル１１０で構成されて いる。特に第５図について説明すると、各々の受信チャンネルはディジタル制御 装置１６（第１図）からの開始指令、４０ＭＨｚのマスククロンク、及びビーム 角度信号（θ）に応答して、ディジタルビーム形成機能を実施する。その機能の 中には、アナログ／ディジタル変換器２００でアナログ入力信号をサンプリング し、サンプリングされた信号を復調器２０１で復調し、復調器２０１によって発 生された高周波数の和信号を低域フィルタ２０２のフィルタ作用にかけ、減数器 ２０３でデータ速度を下げ、その結果得られたディジタル・データ・ストリーム を遅延ＦＩＦＯ（即ち、先入れ／先出しメモリ）２０４及び位相回転装置２０５ で時間的に遅延させると共に位相調節をすることが含まれている。これらのすべ ての素子は、ディジタル制御装置１６からの指令に応答して、必要なりロック及 び制御信号を発生する受信チャンネル制御装置２０６によって制御される。好ま しい実施例では、これらのすべての素子は１つの集積回路に収容されている。

更に第５図について説明すると、アナログ／ディジタル変換器２００は、第９Ａ 図の波形２１０のグラフで示すアナログ人力信号を、受信チャンネル制御装置２ ０６からの遅延サンプル・クロック信号の曲縁によって決定された規則的な間隔 でサンプリングする。好ましい実施例では、サンプル・クロックは４０ＭＨｚの クロック信号であり、２０ＭＨｚまでの超音波周波数を用いても、ナイキストの サンプリング判断基準に違反しない。例えば、５ＭＨｚの超音波搬送波周波数を 用いるとき、搬送波の１サイクルごとに８回サンプリングされ、アナログ／ディ ジタル変換器の出力には４０ＭＨｚの速度で１０ビツトのディジタル・サンプル が発生される。これらのサンプルは復調器２０１に供給され、この復調器は、各 々のサンプルを送信された超音波搬送波と同相の基準、及び送信された超音波搬 送波と直角位相の基準の両方と混合する。復調器の基準信号は、記憶されている 正弦及び余弦テーブルから発生される。これらのテーブルは受信チャンネル制御 信号２０６からの４０　Ｍ　Ｈｚの基準クロック信号によって、それぞれのＲＯ Ｍメモリから読み出される。正弦値にサンプリングされた入力信号をディジタル 乗算して、低域フィルタ２０２に供給される復調同相値Ｉ信号を発生し、余弦値 に同じサンプリングされた入力信号をディジタル乗算して、別個の低域フィルタ ２０２に対して復調直角位相値Ｑ出力信号を発生する。低域フィルタ２０２は、 復調器２０１によって出力される差周波数を通過させるが、それよりも高い和周 波数を阻止するように同調された有限インパルス応答フィルタである。第９Ｂ図 のグラフにおける波形２１５で示すように、このため、各々の低域フィルタの出 力信号は４０ＭＨｚのディジタル値のストリームであり、これがエコー信号の包 絡線のＩ成分又はＱ成分の大きさを示す。

アナログ／ディジタル変換器、復調器及び低域フィルタ回路についての詳しいこ とは、１９８９年６月１３日に付与された発明の名称「高速ディジタル位相調整 アレイコヒーレント作像システム用の方法及び装置（ｌｌｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　 Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ　ｌｌｉｇｈ　５ｐｅｅｄ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｈ ａｓｅｄ　Ａｒｒａｙ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｗ＋） 　Ｊという本出願人に譲渡された米国特許番号第４８３９６５２号を参照された い。

更に第５図の説明を続けると、エコー信号の復調された■成分及びＱ成分をサン プリングする速度を減数器２０３によって下げる。１２ビツトのディジタル・サ ンプルが４０　Ｍ　Ｈｚの速度で減数器２０３に供給されるが、この速度は精度 の観点からすると不必要に高く、これはシステム全体にわたって維持することが 困難である。このため、減数器２０３は８番目ごとのディジタル・サンプルを選 択して、データ速度を５ＭＨｚの速度に下げる。このことは、受信チャンネル制 御装置２０６によって発生され、受信チャンネルの他の素子を動作するのに用い られるベースバンド・クロック信号の周波数に対応する。こうして、減数器２０ ３の１出力信号及びＱ出力信号が、第９Ｃ図のグラフの破線２２０で示すエコー 信号の包絡線のディジタル化されたサンプル２１９である。減数比及びベースバ ンド・クロック周波数は、８・ｌ及び５ＭＨｚ以外の値に変えることができる。

この後、復調されて減数されたディジタル・サンプルにより表されるエコー信号 の包絡線は、遅延ＦＩＦＯ２０４によって遅延され、位相回転装置２０５によっ て位相がシフトされて、所望のビームの方向決め及びビームの焦点合わせを行う 。遅延ＦＩＦＯ２０４は、相次ぐディジタル・サンプルの値が５ＭＨｚの速度で 減数器２０３によって発生されたときに書き込まれるメモリ装置である。これら の記憶された値は、メモリの相次ぐアドレスに書き込まれ、その後メモリ装置か ら読み出されて、位相回転装置２０５に供給される。第９Ｄｆｆｌのグラフに示 す初期の遅延の太きさは、そこからディジタル・サンプルを現在供給しているメ モリ位置と、現在量は取ったディジタル・サンプルが記憶されているメモリ位置 との間の差によって決定される。

５　Ｍ　Ｈｚのベースバンド・クロック信号が、記憶されているディジタル・サ ンプルの間の２００ナノ秒の間隔を定め、従って、ＦＩＦＯ２０４は、２００ナ ノ秒の増分で測って、最大２５．６マイクロ秒までの遅延時間を発生することが できる。

遅延ＦＩＦＯ２０４によって発生される遅延時間は、減数器２０３によってサン プリングされたデータ点を前進させることにより、エコー信号を受け取っている 開動的に変化し得る。サンプリングされた各データの前進により、遅延ＦＩＦＯ ２０４に供給されているデータ・ストリームは、更に２５ナノ秒（１／　４０　 Ｍ　Ｈｚ　）だけ実効的に遅延させられる。受信チャンネル制御装置２０６によ って駆動されるサンプル前進制御線２２４が、このような各々の前進が行われる ときを決定する。

位相回転装置２０５はエコー信号のディジタル表示を、位相回転させることがで きるようにする。位相回転装置２０５に供給されたＩディジタル・サンプル及び Ｑディジタル・サンプルは、第９Ｅ図に示すようにフェーサ２２１によって表す ことができ、位相回転装置２０５によって発生された回転Ｉディジタル・サンプ ル及びＱディジタル・サンプルは、フェーサ２２２によって表すことができる。

フェーサの大きさく即ち、Ｉ成分及びＱ成分のベクトル和）は変化していないが 、■及びＱの値は互いに変化しており、出カフェーザ２２２は入カフェーザ２２ １から量Δφだけ回転している。受信チャンネル制御装置２０６から母線を介し て位相回転装置２０５が位相制御信号を受け取ることに応答して、位相は（＋Δ φ）進めることも（−Δφ）遅らせることもできる。位相回転装置２０５につい ての詳しいことは、１９９０年１月２３日に付与された発明の名称「コルディッ ク複素数乗算器（Ｃｏｒｄｉｃ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）Ｊと いう本出願人に譲渡された米国特許番号第４８９６２８７号を参照されたい。

受信チャンネル１１０の一般的な説明、並びに各受信チャンネル１１０の１及び Ｑ出力信号がビーム信号を形成するためにどのように加算されているかについて の詳しい説明については、１９９１年１月８日に付与され本出願人に譲渡された 発明の名称［ディジタル位相配列作像の方法及び装置（Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　 Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｐｈａｓｅ　Ａｒｒａｙ１腸ａ ｇｉｎｇ）　Ｊという米国特許番号第４９８３９７０号を参照されたい。受信チ ャンネル制御装置２０６の詳しい説明については、１９９２年４月１３日に出願 された発明の名称［改良された動的焦点合わせを用いた超音波作像システム（Ｕ ｌｔｒａｓｏｕｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ　５ｙｓｔｅ＋ｎ　ｆｉｔｈ　Ｉｍｐｒｏ ｖｅｄ　ＤｙｎａｍｉｃＦｏｃｕｓｉｎｇ）　Ｊという本出願人に譲渡された米 国特許出願番号＠８６７５９７号を参照されたい。

カラー・フロー・プロセッサ１２３は、第６図に詳しく示されており、市場で入 手可能な集積回路で構成することができるが、受信器のビーム形成部によって発 生された復調されたエコー信号の１サンプル及びＱサンプルを記憶するバッファ ・メモリ３００を含んでいる。送信器が点弧される度に、２０００個までの１組 のエコー・ビーム信号サンプルが収集されて、バッファ・メモリ３００に記憶さ れる。典型的には、各々のビーム角度θで４回〜１６回の点弧が行われ、このた め、バッファ・メモリ３００は、各々の距ｌＩＲで４個〜１６個の１組のエコー ・ビーム信号サンプルを記憶する。各々の位置Ｒ１θで流れを測定するために用 いられるのは、これら４個〜１６個のエコー信号サンプルであり、正確な測定を しようとすれば、これらのすべてのサンプルを必要とすることが理解されよう。

特定のビーム角度θにおけるすべての点弧が完了した後に、バッファ・メモリ３ ００は、各々の距離Ｒに対する１組のエコー・ビーム・サンプルを記憶する。こ のような各組のエコー・ビーム・サンプルは、自己相関評価装置３０１及び遅延 ＦＩＦＯ３０２の１入力及びＱ入力に印加される。自己相関評価装置は、アイ・ イー・イー・イー・トランザクション・オン・ソエックス・アンド・ウルトラソ エックス誌、　（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　５ｏｎｉｃｓ　 ａｎｄ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　）、５Ｕ−３２巻第３号、１９８５年５月号 所載のＣカサイ等の論文「自己相関方式を用いた実時間２次元血流作像（Ｒｅａ ｌ−Ｔｉｍｅ　Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｂｌｏｏｄ　Ｆｌｏｗ　Ｉｅ ａｇｉｎｇ　Ｕｓｉｎｇ　Ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕ ｅ）　Ｊに記載されているように、複素共役乗算器と、一対の遅延装置と、一対 の積分器とで構成されている。この回路は、その入力に印加された１組のエコー 信号サンプルの周波数の平均値を表す出力信号φ（Ｔ）を発生する。従って、反 射体の動きがなければ、エコー・サンプルの周波数にドツプラ変化は全くなく、 この出力信号はゼロである。１つの方向に動きがあれば、出力信号φ（Ｔ）は正 の値を有しており、動きが反対方向であれば、出力信号φ（Ｔ）は負の値を有し ている。

平均値出力信号φ（Ｔ）は、複合ミクサ３０３の基準入力に印加される。同時に 、信号φ（Ｔ）を発生するために用いられたの同じ１組の復調されたエコー信号 サンプルの遅延された１値及びＱ値は、複合ミクサ３０３の入力に印加される。

周波数のシフトされた出力信号１′及びＱ−が、次の式に従って複合ミクサ３０ ３によって発生される。

１’＝ｌｃｏｓφ（Ｔ）＋Ｑｓｉｎφ（Ｔ）Ｑ−＝Ｉｓｉｎφ（Ｔ）−Ｑｃｏｓ φ（Ｔ）この平均周波数φ（Ｔ）との複合ミキシングの効果は、すべての復調エ コー信号の周波数を−φ（Ｔ）の値だけシフトさせることにある。たいていの状 況下では障壁信号の成分がエコー信号を支配しているので、測定された平均周波 数は障壁信号成分の平均周波数であり、複素ミクサ３０３によってこの結果生じ た周波数シフトは、実質的に障壁信号周波数の平均値をゼロ又は直流にシフトさ せる。例えば第７Ａ図に示すように、例えばエコー信号は、ドツプラ効果のため 搬送波からある方向に周波数においてシフトされた障壁信号成分３０５を含んで いてもよい。エコー信号は又、ドツプラ効果によって他の方向にシフトされた相 対的に非常に小さな流れ信号成分３０６を含んでいる。全信号の測定された平均 周波数φ（Ｔ）は本質的には、相対的に非常に大きな障壁信号成分３０５の平均 周波数であり、複合ミクサ３０３の出力におけるシフトされたエコー信号は、破 線３０７及び３０８によって示されている。このようにして、大きな障壁信号成 分は周波数においてシフトされていると共に、実質的に直流を中心としている。

第６図に戻って説明すると、シフトされたエコー・ビーム・サンプル１′及びＱ ′が、第７Ｂ図の実線３１１で示すような直流を中心とする拒絶帯（ストップ・ バンド）を有している円形畳込み積分フィルタ３１０の入力に印加される。この 拒絶帯は、直流に対して対称的であり、その幅は、フィルタ係数ルックアップ・ テーブル（ＬＵＴ）３１６からフィルタ３１０に供給されるフィルタ係数によっ て決定される。例えば、他の１組のフィルタ係数を印加すると、第７Ｂ図に破線 ３１３で示すような一層狭い拒絶帯を作成することができる。

ここで再び第６図について説明すると、自動相関評価装置回路３０１は、更に２ つの出力Ｒ（Ｏン及びＲ（Ｔ）を有しており、これらの出力から、フィルタのか けられていないベースバンド・エコー信号の変動σ１が計算され得る。

この計算は、乱流計算器回路３１３によって次の式に従って実行される。

σ２＝（１−ＩＲ（Ｔ）ｌ／Ｒ（０））／Ｔ’ここで、Ｔは超音波パルスの放出 間隔である。第７Ａ図に示すように、この変動σ２は、障壁信号成分の幅を示す ものであり、第６図に示すフィルタ係数ルック・アップ・テーブル３１６のアド レス端子に供給されるものである。

フィルタ係数ＬＵＴ３１６は、そのアドレス可能な線路の各々に、母線３１２を 介して円形畳込み積分フィルタ３１０に読み出される１組のフィルタ係数を記憶 する。これらのフィルタ係数は、任意の所与の変動σ′に対する入力信号として 、フィルタ３１０のストップ・バンドを印加されをフィルタ係数ＬＵＴ３１６が 発生するように予め選択されている。その結果、円形畳込み積分フィルタ３１０ の出力信号は、第７Ａ図に示されている流れ信号成分３０８から主として成って いるフィルタのかけられたエコー信号である。

第６図について説明すると、フィルタ処理されたエコー信号成分１′及びＱ′は 、第２の自動相関評価装置回路３１８に供給される。回路３１８は、自動相関評 価装置３０１と同一のものであって、１つの出力３１９に、シフトされた流れ信 号成分の周波数の平均値を評価する平均値信号φ′　（Ｔ）を発生する。ディジ タル加算器３２０で、信号φ′　（Ｔ）に自己相関評価器３０１の出力信号φ（ Ｔ）を加算することによって、複素ミクサ３０３によってこの流れ信号成分に加 えられた周波数シフトが打ち消される。この結果得られる信号は、流れる反射体 の平均ドツプラ・シフトの評価値であり、流れる反射体の平均速度に比例する。

加算器３２０の出力信号Ｖは、カラー・フロー・プロセッサ１２３によって発生 される流れ信号の成分の１つを形成している。この流れ信号の成分Ｖは、表示シ ステム（第４図）に設けられている色度差（クロミナンス）制御ルック・アップ ・テーブル・メモリ３２５の最下位ディジット・アドレス入力に印加される。ル ック・アップ・テーブル３２５に設けられているアドレス可能な線路の各々は、 母線１２１に読み出される２４ビツトのデータを記憶している。これらのビット のうちの８ビツトが赤の強度を示し、８ビツトが緑の強度を示し、８ビツトが青 の強度を示す。

これらのビット・パターンは、流速信号Ｖの方向又は大きさが変化するときに、 位置Ｒ１θにある画素の色が変わるように予め選択されている。例えば、変換器 に向かう流れは赤として示されていてもよく、変換器から遠去かる流れは青とし て示されていてもよい。流れが速ければ速いほど、色は一層明るくなる。

流れる反射体の性質を示すために、乱流計算器３２６が第２の自動相関評価装置 ３１８の出力Ｒ’　（０）及びＲ′（Ｔ）に接続されている。乱流計算器３２Ｇ は、上述の乱流計算器３１５と同一のものであって、ベースバンド・エコー信号 の流れ信号成分の周波数の拡がりを示す出力信号（σ２）′を発生する。乱流が 多くの速度を合成したものであるのに対して層流は非常に狭い範囲の速度を有し ているので、この値は流れの乱れを示すものである。４ビツトの乱流値（σり′ は、流れ信号の一部としてカラー・フロー・プロセッサ１２３から母線１２１に 発生されて、色度差制御ＬＵＴ３２５の最上位ディジット・アドレス端子に印加 される。母線１２１に出力信号を発生するためのＬＵＴ３２５の線路を選択する ことにより、アドレスが完成する。例えば、速度入力信号Ｖによって色度差制御 ＬＵＴ３２５にアドレス可能な赤及び青の各々の値に対して、異なる量の緑を有 している１組の１６個の項目（エントリ）がＬＵＴ２３５に設けられている。緑 の量は乱流測定値（σ２）′によって選択されている。その結果、画像内の一点 における流れの速度は赤又は青の量によって示され、乱流の程度は緑の量によっ て示される。

ベースバンド・エコー信号における流れ信号成分が最低レベル以下に低下すると 、流れをバックグラウンド・ノイズから識別することが不可能になる。こうなる と、色度差制御ＬＵＴ３２５からのカラー信号がディセーブルされて、色は発生 されなくなり、画素はエコー信号の大きさのみによって決定される通りのグレイ として現れる。このことは、自動相関評価装置３１８のＲ’　（０）出力に応答 して、色度差制御ＬＵＴ３２５に対して制御線路３３１を介して論理信号を供給 する出力しきい値検出器３３０によって達成される。自動相関評価装置３１８に よって発生されるＲ′（０）出力信号は、流れ信号成分の曲線３０８（第７Ａ図 ）の下方の面積を示すものであり、従って、流れ信号出力を示すものである。こ の出力が予め設定された（プリセット）レベルを超えると、色度差制ａｌＵＬＵ Ｔ３２５は制御線路３３１を通じてイネーブルされ、流れ信号出力がプリセット ・レベル以下に低下すると、ＬＵＴ３２５はディセーブルされる。

第８Ａ図に示すように、円形畳込み積分フィルタ３１０（第６図）は、プレッシ ＰＤＳＰ１６２５６Ａのような普通の畳込み積分機能を実行する集積回路３５０ と、フィルタ作用にかけるべき１組のエコー・ビーム・サンプルを記憶するバッ ファ・メモリ３５２とを用いて形成することができる。畳込み積分回路３５０は 、例えばＦＩＲフィルタに用いられる。この回路では、フィルタ係数又は核（ｈ ）が母線３１２を介して回路３５０にロードされ、フィルタ作用にかけようとす るディジタル化された１組のサンプル・データ（ｆ）が、バッファ・メモリ３５ ２から供給される。畳込み積分回路３５０は入力データ（ｆ）と核（ｈ）との普 通の畳込み積分を行って、次のような１組のディジタル化された出力エコー信号 サンプル（ｇｋ　）を発生する。

０≦に≦Ｎ−ｎ（３） ここで、Ｎはデータ（ｆ）にあるエコー信号サンプルの数であり、ｎは核（ｈ） にある係数の数である。例えば、係数が４つのフィルタ核を用いてフィルタ作用 にかけるべき１６つのエコー・ビーム・サンプルがあるとすると、すンプル・デ ータ（ｆ）はクロック作用によって畳込み積分回路３５０に送り込まれ、最初の ４つの入力サンプルが処理された後に、最初の処理フィルタされた出力サンプル が発生される。１６番目の入力サンプルが処理されたときに、１３個（Ｎ−ｎ＋ １）の出力サンプルが発生されており、前に述べたようにこの後の処理のために 用いることができる。

本発明を実施するために、同じ１組のエコー・ビーム・サンプルを２度目に逐次 的に送り込むことにより、円形畳込み積分が実行される。上に述べた例では、最 初の３つのビーム・サンプルが畳込み積分回路３５０に再び供給されて、更に３ つの出力サンプルを発生して、合計１６個にする。これを数学的に表すと次のよ うになる。

０　≦に≦Ｎ−１（４） 一層狭いフィルタにするために、核にあるフィルタ係数の数を増加するとき、円 形畳込み積分フィルタ３１０は、ビーム・サンプルを２度目に用いることによっ て、送り込まれたのと同じ数の出力サンプルを相変わらず発生することが理解さ れよう。たいていの場合、フィルタ核の寸法は、処理されるべきビーム・サンプ ルの数と等しく設定されており、この１組のビーム・サンプルが、畳込み積分回 路３５０に対して順番に２回送り込まれるようにする。

式（４）に示すように、円形畳込み積分の背後にある基本的な考えは、フィルタ 作用にかけられる信号が時間的に反復的であることである。この考えが有効であ るのは、信号の支配的な周波数成分が第６図に示す複素ミクサ３０３によって、 既に直流までシフトさせられているからに過ぎない。更に、この反復性の仮定は 、複素ミクサ３０３が支配的な周波数成分をｆ　＝ｎ／Ｔで与えられる任意の周 波数までシフトさせていれば、やはり有効である。この式のｆは、支配的な周波 数成分がシフトされた後の周波数であり、ｎは整数であり、Ｔはデータ・サンプ ルが及ぶ時間の長さくサンプルの数にサンプリング速度を乗じたもの）である。

しかしながら、ｎが０以外の任意の整数であれば、この後のフィルタは、実現す ることが一層困雌になる。

第８Ａ図に示す装置では、直流成分のみをフィルタ作用によって除去するように 設定された核フィルタ係数を用いて、直流を中心とする非常に狭い障壁信号成分 をフィルタ作用で除去することができる。１６個１組のエコー・ビーム・サンプ ルでは、１６個のフィルタ係数は次のように設定されている。

１５／１６．１／１６．１／１６．１／１６、ｌ／１６、ｌ／１６．１／１６． １／１６．１／１６．１／１６．１／１６、Ｉ／１Ｇ、１／１６．１／１６．１ ／１６．１／１６障壁信号成分の範囲がこれよりもわずかに広いときには、直流 周波数ビン及び直流のいずれの側の成分も、下記の１組のフィルタ係数を用いて フィルタ作用で除去することができる。

］、　０　、０．４１３０２］６、−Ｊ、０、−０．７４６０３５、−３．０、 −０．６１９９１４、−３．８２４３．６．４４１５５．１３，０、−１２．１ ３７Ｌ〜１．０、−２．９１０８２．１．０．０．２７６７６９．１．８２８４ ３、］、　２］５３０ 特に第８Ｂ図について説明すると、障壁信号成分を抑制するのに直流成分のみを 除去すれば十分であるような用途では、ずっと簡単な回路を用いて円形畳込み積 分を実行することができる。この特別の場合の円形畳込み積分では、１組のエコ ー・ビーム・サンプルの平均値を各々のエコー・ビーム・サンプルから減算して 、信号の直流成分を実効的に除去する。この作用は、アキュムレータ３６０及び ３６１、割算器３６２及び３６３、並びに減算器３６４及び３６５を用いて、Ｉ ′信号成分及びＱ′信号成分に対して行うことができる。更に具体的に言うと、 バッファ・メモリ３６６に記憶されている各々の周波数シフトしたビーム・サン プルのＩ′値及びＱ′値は、それぞれのアキュムレータ３６０及び３６１に印加 される。アキュムレータは別々の値を合算する。次に、その和をその組にあるサ ンプルの数で除することにより、各々の成分１′及びＱ′の平均値を見つける。

これが割算器３６２及び３６３で行われる。

各々の組にあるサンプルの数が２のべき数（即ち、２．４．８又は１６）に等し い数に制限されている場合には、この割算は、アキュムレータ３６０及び３６１ の出力における２進数の簡単なシフト動作によって行うことができる。周波数シ フトしたビーム・サンプルの組をバッファ・メモリ３６６から再び読み出して、 各々の割算器３６２及び３６３からの平均値出力信号を減算器３６４及び３６５ によって各サンプルからそれぞれ減算する。第８Ａ図の実施例の場合と同じく、 出力に利用し得るビーム・サンプルの数を減少させずに、非常に狭いフィルタ作 用が達成される。しかしながら、第８Ｂ図の実施例は、周波数シフトされたエコ ー信号サンプルの直流成分をフィルタ作用によって除去するだけであるから、第 ８Ａ図の実施例よりも融通性が小さい。

本発明のある好ましい実施例を図面に示して説明したが、当業者には種々の改変 及び変更が考えられよう。従って、請求の範囲は、本発明の考えに含まれるこの ようなすべての改変及び変更を包括するものであることを承知されたい。

フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号Ｇ　０６　Ｔ　１１０ ０ ９１９１−５Ｌ ９１９１−５Ｌ ９２８７−５Ｌ Ｉ ＧＯ６Ｆ　１５／６８　３１０　Ａ １５／６２　３９０　Ｄ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．超音波変換器から受け取った超音波エコー信号を復調して１組のベースバン ド・エコー信号サンプルを発生する受信器と、表示システムとを含んでいる超音 波作像システムに用いられるカラー・フロー・プロセッサであって、前記１組の ベースバンド・エコー信号サンプルにある障壁信号成分が本質的に直流になるよ うに、前記受信器により発生された１組のベースバンド・エコー信号サンプルの 周波数をシフトさせるミクサと、 該ミクサからのシフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルのう ち、直流に近い周波数を有している信号成分をフィルタ作用により除去する円形 畳込み積分フィルタと、 該円形畳込み積分フィルタにより供給されたシフトされてフィルタ作用にかけら れた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均周波数を示す自己相関 評価器と、該自己相関評価器に応答して前記表示システムにおける表示の色を制 御する色度差制御手段とを備えたカラー・フロー・プロセッサ。
2. ２．前記円形畳込み積分フィルタは、 前記１組のシフトされたベースバンド・エコー信号サンプルを記憶するメモリ手 段と、 同数のシフトされてフィルタ作用にかけられたベースバンド・エコー信号サンプ ルを発生するように、前記メモリ手段から前記シフトされたベースバンド・エコ ー信号サンプルを逐次的に反復的に受け取る畳込み積分回路とを含んでいる請求 項１に記載の装置。
3. ３．前記１組のシフトされたベースバンド・エコー信号サンプルにあるサンプル の数と同数のフィルタ係数を有している核を前記畳込み積分回路に供給するルッ クアップテーブルを含んでいる請求項２に記載の装置。
4. ４．前記円形畳込み積分フィルタは、 シフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルを記憶するメモリ手 段と、 該メモリ手段に応答して前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サン プルの平均値を計算する手段と、前記シフトされたベースバンド・エコー信号サ ンプルのうちのそれぞれのサンプルから、計算された平均値を減算することによ り、前記シフトされてフィルタ作用にかけられたベースバンド・エコー信号サン プルを発生する手段とを含んでいる請求項１に記載の装置。
5. ５．前記円形畳込み積分フィルタは、直流を中心とするストップ・バンドを有し ている請求項１に記載の装置。
6. ６．受け取った前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルに応答して、前記 受信器により発生された前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの周波数 の平均値を表す出力信号を前記ミクサに供給する他の自己相関評価器を含んでい る請求項１に記載の装置。
7. ７．前記ルックアップ・テーブルに接続されており、前記受信器により発生され た前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの変動値を前記ルックアップ・ テーブルに供給する手段を含んでいる請求項３に記載の装置。
8. ８．前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均値を計算 する手段は、前記メモリ手段に接続されており、該メモリ手段に記憶されている 各々の周波数シフトされたサンプルの値を加算するアキュムレータ手段と、 該アキュムレータ手段に接続されており、該アキュムレータ手段にある和を前記 組にあるサンプルの数で除する割算手段とを含んでいる請求項４に記載の装置。
9. ９．受信した超音波エコー信号を１組のベースバンドエコー信号サンプルに変換 する超音波作像システムに用いるカラー・フロー・プロセッサであって、前記１ 組のベースバンド・エコー信号サンプルにある障壁信号成分が本質的に直流にな るように該１組のベースバンド・エコー信号サンプルの周波数をシフトさせるミ クサ手段と、 該ミクサ手段からのシフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプル のうち、直流に近い周波数を有している信号成分をフィルタ作用により除去する 手段と、該フィルタ手段により供給されたシフトされてフィルタ作用にかけられ た前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均周波数を示す自己相関評 価器と、各々別々のエコー信号に応答して、線が発生されるような像を発生する 表示手段と、 前記自己相関評価器に応答して、前記表示手段に表示される前記像の色を制御す る色度差制御手段とを備えたカラー・フロー・プロセッサ。
10. １０．前記フィルタ作用により除去する手段は、円形畳込み積分フィルタを含ん でいる請求項９に記載のカラーフロー・プロセッサ。
11. １１．前記円形畳込み積分フィルタは、シフトされた前記１組のベースバンド・ エコー信号サンプルを記憶するメモリ手段と、 同数のシフトされてフィルタ作用にかけられたベースバンド・エコー信号サンプ ルを発生するように、前記シフトされたベースバンド・エコー信号サンプルを逐 次的に反復的に受け取る畳込み積分回路とを含んでいる請求項１０に記載のカラ ー・フロー・プロセッサ。
12. １２．前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サンプルにあるサンプ ルの数と同数のフィルタ係数を有している核を前記畳込み積分回路に供給するル ックアップ・テーブルを含んでいる請求項１１に記載のカラー・フロー・プロセ ッサ。
13. １３．前記円形畳込み積分フィルタは、シフトされた前記１組のベースバンド・ エコー信号サンプルを記憶するメモリ手段と、 前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均値を計算する 手段と、 前記シフトされたベースバンド・エコー信号サンプルのうちのそれぞれのサンプ ルから、計算された平均値を減算することにより、前記シフトされてフィルタ作 用にかけられたベースバンド・エコー信号サンプルを発生する手段とを含んでい る請求項１０に記載のカラー・フロー・プロセッサ。
14. １４．前記円形畳込み積分フィルタは、直流を中心とするストップ・バンドを含 んでいる請求項１０に記載のカラー・フロー・プロセッサ。
15. １５．受け取った前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルに応答して、該 １組のベースバンド・エコー信号サンプルの周波数の平均値を表す出力信号を前 記ミクサ手段に供給する他の自己相関評価器を含んでいる請求項９に記載のカラ ー・フロー・プロセッサ。
16. １６．前記ルックアップ・テーブルに接続されており、前記受信器により発生さ れた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの変動値を前記ルックアップ ・テーブルに供給する手段を含んでいる請求項１２に記載のカラー・フロー・プ ロセッサ。
17. １７．前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均値を計 算する手段は、前記メモリ手段に接続されており、該メモリ手段に記憶されてい る周波数シフトされた各々のサンプルの値を加算するアキュムレータ手段と、 該アキュムレータ手段に接続されており、該アキュムレータ手段にある和を前記 組にあるサンプルの数で除する割算手段とを含んでいる請求項１３に記載のカラ ー・フロープロセッサ。
18. １８．超音波変換器から受け取った超音波エコー信号を復調して１組のベースバ ンド・エコー信号サンプルを発生する受信器と、表示システムとを含んでいる超 音波作像システムに設けられているカラー・フロー・プロセッサを動作させる方 法であって、 前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルにある障壁信号成分が本質的に直 流になるように、前記受信器により発生された前記１組のベースバンド・エコー 信号サンプルの周波数をシフトさせる工程と、 シフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルのうち、直流に近い 周波数を有している信号成分をフィルタ作用により除去する工程と、 シフトされてフィルタ作用にかけられた前記１組のベースバンド・エコー信号の 平均周波数を決定する工程と、前記表示システムの表示の色を前記平均周波数に 従って制御する工程とを備えた方法。
19. １９．前記信号成分をフィルタ作用により除去する工程は、 前記シフトされた１組のベースバンド・エコー信号サンプルを記憶する工程と、 記憶装置から反復的に逐次的に供給される記憶されているシフトされたベースバ ンド・エコー信号サンプルの数と同数のシフトされてフィルタ作用にかけられた ベースバンド・エコー信号サンプルを発生する工程とを含んでいる請求項１８に 記載の方法。
20. ２０．前記信号成分をフィルタ作用にかけて除去する工程は、 シフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルを記憶する工程と、 記憶されているシフトされた前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平 均値を決定する工程と、記憶されている前記１組のシフトされたベースバンド・ 前記エコー信号サンプルのうちのそれぞれのサンプルから、周波数シフトされた 前記１組のベースバンド・エコー信号サンプルの平均値を減算する工程とを含ん でいる請求項１８に記載の方法。