(57)【要約】【課題】メカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において、フレキシブルシャフトの回転ムラの影響を低減することにより、設定されるＲＯＩやゲート位置に対して安定したドプラモード画像を生成する。【解決手段】超音波診断装置は、超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて生成される少なくとも２フレーム分の複素ベースバンド信号を格納するメモリと、複素ベースバンド信号に基づいて、複数のラインの内からフレーム毎に１つのラインを選択するライン選択手段と、ライン選択手段によって選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する画像信号生成手段とを具備する。【選択図】図１
2010279506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波トランスデューサを含むメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置であって、
前記超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、
前記超音波トランスデューサが回転する際に複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて生成される少なくとも２フレーム分の複素ベースバンド信号を格納するメモリと、
前記メモリに格納されている複素ベースバンド信号に基づいて、複数のラインの内からフレーム毎に１つのラインを選択するライン選択手段と、
前記ライン選択手段によってフレーム毎に選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する画像信号生成手段と、
を具備する超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサを回転させるモータを制御することにより、前記超音波トランスデューサの回転速度及び停止位置を制御するモータ制御手段をさらに具備する、請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記画像信号生成手段が、前記メモリに格納されている複素ベースバンド信号に基づいて被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢ（ブライトネス）モード画像を表す画像信号を生成すると共に、血流に関する情報をカラー画像としてＢモード画像に重ねて表示するＣＦ（カラーフロー）モード画像を表す画像信号を生成する、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記画像信号生成手段が、パルス波の送受信に基づいて検出される血流の速度を表示するＰＷ（パルスウエイブ）モード画像を表す画像信号を生成する、請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記ライン選択手段が、あるラインを選択した場合に、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１のフレームにおいて選択されたラインに対応する複素ベースバンド信号と最も相関が高い複素ベースバンド信号に対応するラインを選択する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記ライン選択手段が、前記超音波トランスデューサが回転する際に被検体内の所定の深さから複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいてそれぞれ生成される複数の複素ベースバンド信号における位相情報を比較することにより、第１のフレームにおいて、あるラインを選択した場合に、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１のフレームにおいて選択されたラインに対応する複素ベースバンド信号と最も位相が近い複素ベースバンド信号に対応するラインを選択する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波診断装置。
【請求項７】
超音波を送受信する超音波トランスデューサを含むメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において、前記超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより生成される複素ベースバンド信号を処理するための信号処理プログラムであって、
前記超音波トランスデューサが回転する際に複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて生成される少なくとも２フレーム分の複素ベースバンド信号に基づいて、第１のフレームにおいて、あるラインを選択した場合に、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１のフレームにおいて選択されたラインに対応する複素ベースバンド信号と最も相関が高い複素ベースバンド信号に対応するラインを選択する手順（ａ）と、
手順（ａ）においてフレーム毎に選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する手順（ｂ）と、
をＣＰＵに実行させる信号処理プログラム。
【請求項８】
超音波を送受信する超音波トランスデューサを含むメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において、前記超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより生成される複素ベースバンド信号を処理するための信号処理プログラムであって、
前記超音波トランスデューサが回転する際に被検体内の所定の深さから複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいてそれぞれ生成される複数の複素ベースバンド信号における位相情報を比較することにより、第１のフレームにおいて、あるラインを選択した場合に、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１のフレームにおいて選択されたラインに対応する複素ベースバンド信号と最も位相が近い複素ベースバンド信号に対応するラインを選択する手順（ａ）と、
手順（ａ）においてフレーム毎に選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する手順（ｂ）と、
をＣＰＵに実行させる信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置、及び、そのような超音波診断装置において用いられる信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。
【０００４】
また、体腔内において超音波を用いた走査を行うことにより超音波診断画像を得る超音波内視鏡が、従来から提案されている。超音波内視鏡においては、従来のメカニカル走査方式に対して、近年では電子走査方式が提案されている。電子走査方式は、メカニカル走査方式と比較して、自由度の高い走査を行うことができるので、Ｂ（ブライトネス）モード以外に、ドプラモード（ＣＦ（カラーフロー）モード、及び、ＰＷ（パルスウエイブ）モードを含む）が実現可能であり、主流となりつつある。
【０００５】
ここで、Ｂモードとは、超音波エコーの振幅を輝度に変換して２次元断層画像を表示するモードのことである。また、ＣＦモードとは、平均血流速度、フロー変動、フロー信号の強さ、又は、フローパワー等を様々な色にマッピングしてＢモード画像に重ねて表示するモードのことであり、ＰＷモードとは、パルス波の送受信に基づいて検出される超音波エコー源の速度を表示するモードのことである。
【０００６】
さらに、超音波内視鏡に類似した機器として、内視鏡の鉗子孔に挿入される超音波プローブがあるが、この超音波プローブは径が細いので、メカニカルラジアル走査方式のみが実現されている。メカニカルラジアル走査方式においては、超音波トランスデューサを回転させるフレキシブルシャフトの回転ムラ（ジッタ）に起因して、表示画像が回転してしまうことがしばしば起こる。特に、ドプラモードにおいては、設定されるＲＯＩ（関心領域）やゲート位置に対して表示画像（被写体）が回転し、本来観察したい領域が視野から外れてしまうという問題があった。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、低コストかつ短時間（リアルタイム）に心臓血管（冠状血管）内の定量的な画像診断を行うことができる装置が開示されている。この装置は、血管内に挿入したカテーテルに設置した超音波プローブから照射される超音波ビームの反射波（超音波エコー）に基づいて血管断面画像を得る装置であって、（１）超音波プローブを回転させながら血管壁全周に超音波ビームを照射し、血管壁からの超音波エコーを観測し、照射超音波ビームの周波数と超音波エコーの周波数の差すなわちドプラ効果によって生じる偏移変化量であるドプラ偏移周波数を解析する手段と、（２）ドプラ偏移周波数の内、拍動の影響によるカテーテル中心の移動に依拠するドプラ偏移周波数を取り除くために、ある照射方向のドプラ偏移周波数ならびにそれと１８０度の方向から観測されたドプラ偏移周波数を足し合わすことによって、カテーテル中心の移動の影響を除去し、血管壁からのドプラ偏移周波数のみを取り扱う手段と、（３）血管壁によるドプラ偏移周波数を基に血管の断面画像を計算するために、超音波周波数をＡ／Ｄ変換によりディジタル化してコンピュータ画像情報処理装置で解析を行い、血管壁の構造を画像表示する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
即ち、特許文献１には、ドプラモードにおいて、ドプラ偏移量を観察する際に、超音波プローブ中心位置の変動をキャンセルする手法が提案されているが、この手法は、観察領域が回転してしまう場合に対応することができない。
【０００９】
また、特許文献２には、超音波断層像の視野を狭めることなく、また画像ずれが生じても画像が回転してしまうことなく画像データを得ることができ、これによって構築される３次元画像を歪みの生じない正確な画像とすることができる超音波画像診断装置が開示されている。この超音波画像診断装置は、連続した複数の超音波断層像からなる３次元画像データを得る超音波プローブを有する超音波画像診断装置であって、上記複数の超音波断層像の内、第１の超音波断層像に回転処理を施す回転手段と、この回転手段により回転処理が施された上記第１の超音波断層像と上記複数の超音波断層像の内の第２の超音波断層像との相関演算を行って相関値を出力する相関演算手段とを設け、上記回転手段が、上記相関演算手段によって演算された相関値の最も高い角度で上記第１の超音波断層像に対して再び回転処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
特許文献２の超音波画像診断装置は、Ｂモード画像の３次元表示において、連続する複数の画像を表す画像データの相関値から回転量を求め、角度ずれを補正する極座標変換を行うことにより補正された３次元画像を得るものであるが、リアルタイム性が要求されるドプラモードについては全く考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２７０１４９号公報（第４頁、図８）
【特許文献２】特開平１０−２４８８４４号公報（第３頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、内視鏡の鉗子孔に挿入される超音波プローブのようなメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において、フレキシブルシャフトの回転ムラ（ジッタ）の影響を低減することにより、設定されるＲＯＩやゲート位置に対して安定したドプラモード画像を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波トランスデューサを含むメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置であって、超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、超音波トランスデューサが回転する際に複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて生成される少なくとも２フレーム分の複素ベースバンド信号を格納するメモリと、メモリに格納されている複素ベースバンド信号に基づいて、複数のラインの内からフレーム毎に１つのラインを選択するライン選択手段と、ライン選択手段によってフレーム毎に選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する画像信号生成手段とを具備する。
【００１４】
また、本発明の１つの観点に係る信号処理プログラムは、超音波を送受信する超音波トランスデューサを含むメカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において、超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより生成される複素ベースバンド信号を処理するための信号処理プログラムであって、超音波トランスデューサが回転する際に複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて生成される少なくとも２フレーム分の複素ベースバンド信号に基づいて、第１のフレームにおいて、あるラインを選択した場合に、第１のフレームに続く第２のフレームにおいて、第１のフレームにおいて選択されたラインに対応する複素ベースバンド信号と最も相関が高い複素ベースバンド信号に対応するラインを選択する手順（ａ）と、手順（ａ）においてフレーム毎に選択されるラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成する手順（ｂ）とをＣＰＵに実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の１つの観点によれば、メモリに格納されている複素ベースバンド信号に基づいてフレーム毎に選択される１つのラインを基準として、複素ベースバンド信号に基づいて血流に関する情報を表す画像信号を生成することにより、フレキシブルシャフトの回転ムラ（ジッタ）の影響を低減して、設定されるＲＯＩやゲート位置に対して安定したドプラモード画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波診断装置の信号処理手段の第１の構成例を示す図である。
【図３Ａ】図２に示すＡＤＣによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。
【図３Ｂ】図２に示すＡＤＣによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。
【図４】図１に示す超音波診断装置の信号処理手段の第２の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。
【図６】図１に示す超音波診断装置のＢモードにおける動作を示すタイミングチャートである。
【図７】図１に示す超音波診断装置のライン選択部の動作を説明するための図である。
【図８】図１に示す超音波診断装置のライン選択部の動作を示すフローチャートである。
【図９】ＣＦモードにおけるＲＯＩの設定を説明するための図である。
【図１０】図１に示す超音波診断画像におけるジッタの低減を説明するための図である。
【図１１】図１に示す超音波診断装置のＣＦモード画像信号生成部の動作を説明するための図である。
【図１２】図１に示す超音波診断装置のＣＦモード画像信号生成部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】ＰＷモードにおけるＲＯＩの設定を説明するための図である。
【図１４】図１に示す超音波診断装置のＰＷモードにおける動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１と、超音波診断装置本体２と、表示部３と、操作卓４とによって構成される。
【００１８】
超音波プローブ１は、メカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブであり、本実施形態においては、内視鏡の鉗子孔に挿入される超音波プローブを例として説明する。図１に示すように、超音波プローブ１は、超音波トランスデューサ１０と、回転伝達ケーブル１１と、保護カバー１２と、支持部１３と、駆動モータ１４と、コネクタ部１５とを含んでいる。
【００１９】
超音波トランスデューサ１０は、印加される駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して受信信号を出力する。超音波トランスデューサ１０は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
【００２０】
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生する。また、振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。その電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２１】
回転伝達ケーブル１１は、フレキシブルシャフトを含み、駆動モータ１４によって発生する回転力を超音波トランスデューサ１０に伝達する。また、回転伝達ケーブル１１は、超音波診断装置本体２において生成される駆動信号を超音波トランスデューサ１０に伝送し、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号を超音波診断装置本体２に伝送する。超音波トランスデューサ１０及び回転伝達ケーブル１１をカバーして保護する保護カバー１２の一端は、支持部１３によって支持されており、他端は、内視鏡の鉗子孔に挿入される。
【００２２】
駆動モータ１４は、回転速度及び停止位置が制御可能なモータであり、超音波診断装置本体２から供給される制御信号に従って超音波トランスデューサ１０を回転させ、１回転に付き１つのパルス（Ｚ相信号）を出力する。コネクタ部１５は、超音波プローブ１を超音波診断装置本体２に取り付けるために使用される。
【００２３】
超音波診断装置本体２は、送信部２０と、受信部２１と、直交検波処理部２２と、ＩＱメモリ２３と、ライン選択部２４と、画像信号生成部２５と、ＤＳＣ部２６と、制御部２７と、格納部２８と、モータ制御部２９とを含んでいる。送信部２０は、例えば、パルサによって構成されており、高圧パルスの駆動信号を生成し、生成された駆動信号を超音波トランスデューサ１０に供給する。
【００２４】
受信部２１は、プリアンプを含み、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号（ＲＦ信号）を増幅する。直交検波処理部２２は、受信部２１から出力される受信信号に対して直交検波処理等を施すことにより、複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を生成する。ここで、受信部２１及び直交検波処理部２２は、超音波トランスデューサ１０から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段に該当する。
【００２５】
図２は、図１に示す超音波診断装置の信号処理手段の第１の構成例を示す図である。図２に示すように、信号処理手段は、受信部２１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２ａと、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２２ｂと、ミキサ（掛算器）２２ｃ及び２２ｄと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２ｅ及び２２ｆと、サンプリング部２２ｇ及び２２ｈとを含んでいる。
【００２６】
ＬＰＦ２２ａは、受信部２１から出力される受信信号の帯域を制限することにより、Ａ／Ｄ変換におけるエリアジングを防止する。ＡＤＣ２２ｂは、ＬＰＦ２２ａから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。ＡＤＣ２２ｂによって生成されるディジタルの受信信号は、ミキサ２２ｃ及び２２ｄに入力される。
【００２７】
ミキサ２２ｃが、ＡＤＣ２２ｂによってディジタル信号に変換された受信信号に局部発振信号ｃｏｓω０ｔを掛け合わせて、ＬＰＦ２２ｅが、ミキサ２２ｃから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成される。一方、ミキサ２２ｄが、ＡＤＣ２２ｂによってディジタル信号に変換された受信信号に位相をπ／２だけ回転させた局部発振信号ｓｉｎω０ｔを掛け合わせて、ＬＰＦ２２ｆが、ミキサ２２ｄから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。
【００２８】
サンプリング部２２ｇ及び２２ｈは、Ｉ信号及びＱ信号をそれぞれサンプリング（再サンプリング）する。サンプリングされたＩ信号及びＱ信号は、ＩＱメモリ２３に供給される。本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからＩＱメモリ２３に格納することにより、メモリ容量を低減させている。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示すＡＤＣによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。図３Ａは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、ＡＤＣ２２ｂによるサンプリングを示しており、図３Ｂは、３つのチャンネルＣｈ．１〜Ｃｈ．３について、サンプリング部２２ｇによるサンプリングを示している。図３Ａに示すようにＲＦ信号をサンプリングしてサンプルデータを伝送する場合と比較して、図３Ｂに示すようにベースバンド信号をサンプリングすることにより、データ量を大幅に低減することができる。
【００３０】
図４は、図１に示す超音波診断装置の信号処理手段の第２の構成例を示す図である。図４に示す第２の構成例においては、図２に示す第１の構成例におけるミキサ２２ｃ及び２２ｄの替わりに直交サンプリング部２２ｉが設けられ、サンプリング部２２ｇ及び２２ｈの替わりに時分割サンプリング部２２ｊが設けられている。
【００３１】
図５は、図４に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。直交サンプリング部２２ｉは、ＡＤＣ２２ｂによってディジタル信号に変換された受信信号をｃｏｓω０ｔの位相に同期してサンプリングして第１の信号系列を生成すると共に、受信信号をｓｉｎω０ｔの位相に同期してサンプリングして第２の信号系列を生成する。
【００３２】
再び図４を参照すると、ＬＰＦ２２ｅが、直交サンプリング部２２ｉから出力される第１の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すＩ信号が生成され、ＬＰＦ２２ｆが、直交サンプリング部２２ｉから出力される第２の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すＱ信号が生成される。これにより、図２に示すミキサ２２ｃ及び２２ｄを省略することができる。
【００３３】
時分割サンプリング部２２ｊは、Ｉ信号及びＱ信号を交互に時分割でサンプリング（再サンプリング）する。例えば、時分割サンプリング部２２ｊは、Ｉ信号をｃｏｓω０ｔの位相に同期してサンプリングし、Ｑ信号をｓｉｎω０ｔの位相に同期してサンプリングする。サンプリングされたＩ信号及びＱ信号は、ＩＱメモリ２３に供給される。
【００３４】
以上において、ミキサ２２ｃ及び２２ｄ、ＬＰＦ２２ｅ及び２２ｆ、サンプリング部２２ｇ及び２２ｈ、直交サンプリング部２２ｉ、及び、時分割サンプリング部２２ｊは、ディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成しても良い。あるいは、ミキサ２２ｃ及び２２ｄ、及び、ＬＰＦ２２ｅ及び２２ｆをアナログ回路によって構成することにより、ＡＤＣ２２ｂを省略しても良い。その場合には、サンプリング部２２ｇ及び２２ｈ、又は、時分割サンプリング部２２ｊによって、複素ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
【００３５】
再び図１を参照すると、ＩＱメモリ２３は、超音波トランスデューサ１０が回転する際に複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいて連続的に生成される複素ベースバンド信号（Ｉ信号及びＱ信号）を、ライン番号に対応付けて、少なくとも２フレーム単位で順次格納する。ライン選択部２４は、ＩＱメモリ２３に格納されている複素ベースバンド信号に基づいて、複数のラインの内からフレーム毎に１つのラインを選択する。
【００３６】
画像信号生成部２５は、Ｂモード画像信号生成部２５ａと、ＣＦモード画像信号生成部２５ｂと、ＰＷモード画像信号生成部２５ｃとを含んでいる。Ｂモード画像信号生成部２５ａは、ライン選択部２４によってフレーム毎に選択されるラインを基準として、ＩＱメモリ２３から読み出された複数のラインに対応する複素ベースバンド信号に対して対数圧縮や振幅演算等の処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像を表す画像信号を生成する。
【００３７】
ＣＦモード画像信号生成部２５ｂは、ライン選択部２４によってフレーム毎に選択されるラインを基準として、ＩＱメモリ２３から読み出された複数のラインに対応する複素ベースバンド信号に対して自己相関処理を施すことにより、血流に関する情報を表す画像信号を生成し、これをＢモード画像信号生成部２５ａによって生成されるＢモード画像信号に重畳することにより、血流に関する情報をカラー画像としてＢモード画像に重ねて表示するＣＦモード画像を表す画像信号を生成する。
【００３８】
ＰＷモード画像信号生成部２５ｃは、ライン選択部２４によってフレーム毎に選択されるラインを基準として、ＩＱメモリ２３から読み出された当該ラインに対応する複素ベースバンド信号に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施すことにより、パルス波の送受信に基づいて検出される血流の速度を表示するＰＷモード画像を表す画像信号を生成する。なお、ＣＦモード及びＰＷモードの各々は、ドプラ現象を利用して血流に関する情報（移動状態や移動速度等）を得るドプラモードの一形態である。
【００３９】
ＤＳＣ部２６は、画像信号生成部２５によって生成された画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に座標変換（ラスター変換）し、補間処理等の必要な画像処理やＤ／Ａ変換を施すことにより、表示用の画像信号を生成する。表示部３は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、ＤＳＣ部２６によって生成された表示用の画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。
【００４０】
制御部２７は、操作卓４を用いたオペレータの操作に従って、超音波診断装置本体２の各部を制御する。また、制御部２７は、超音波トランスデューサ１０の回転速度を指定するスピード指定信号、超音波トランスデューサ１０の停止位置を指定する停止位置指定信号、及び、ライブモードとフリーズモードとを切り換えるライブ／フリーズ信号を、モータ制御部２９に供給する。ここで、ライブモードとは、超音波の送受信を行うことによって順次得られる受信信号に基づいて動画像を表示するモードのことであり、フリーズモードとは、メモリ等に格納されている複素ベースバンド信号又は画像信号に基づいて静止画像を表示するモードのことである。
【００４１】
モータ制御部２９は、制御部２７の制御の下で制御信号を駆動モータ１４に供給することにより、超音波トランスデューサ１０の回転速度及び停止位置を制御する。また、モータ制御部２９は、撮像動作の開始を表すスタート信号を送信部２０や受信部２１等に供給する。
【００４２】
本実施形態においては、ライン選択部２４、画像信号生成部２５、ＤＳＣ部２６、制御部２７、及び、モータ制御部２９が、中央演算装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵに各種の処理を行わせるためのソフトウェア（プログラム）とによって構成されるが、それらをディジタル回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部２８に格納される。格納部２８における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の動作について説明する。
図６は、図１に示す超音波診断装置のＢモードにおける動作を示すタイミングチャートである。制御部２７は、操作卓４を用いたオペレータの操作に従って、ライブ／フリーズ信号をハイレベルに活性化することによりライブモードを設定する。その後、所定の回転ロック期間が経過した後に、モータ制御部２９は、スタート信号をハイレベルに活性化すると共に、駆動モータ１４に回転運動を開始させる。
【００４４】
駆動モータ１４は、回転運動を開始すると、Ｚ相信号として、１回転に１つのパルスを発生する。送信部２０が、Ｚ相信号のパルス周期を等間隔に分割して得られるタイミングで駆動信号を発生することにより、超音波トランスデューサ１０が、回転しながら複数のラインに沿って複数の送信パルスを被検体に順次送信する。また、超音波トランスデューサ１０は、被検体において反射された超音波エコーを複数のラインに沿って順次受信して、受信信号を出力する。
【００４５】
直交検波処理部２２は、受信信号に基づいて複素ベースバンド信号を生成し、Ｂモード画像信号生成部２５ａは、複素ベースバンド信号に基づいて、各フレームにおいて複数のラインＬ１、Ｌ２、・・・、ＬＮを含むＢモード画像信号を生成する。ＤＳＣ部２６は、Ｂモード画像信号に基づいて、複数のフレームＦ１、Ｆ２、・・・を含む表示用の画像信号を生成し、表示用の画像信号をＤ／Ａ変換してアナログ信号として出力する。
【００４６】
図７は、図１に示す超音波診断装置のライン選択部の動作を説明するための図である。図７に示すように、超音波トランスデューサ１０は、回転しながら複数のラインに沿って複数の送信パルスを順次発生し、被検体において反射された超音波エコーを複数のラインに沿って順次受信する。ここで、ライン選択部２４は、α本のラインの内から１つのラインを選択する（αは、２以上の整数）。
【００４７】
図８は、図１に示す超音波診断装置のライン選択部の動作を示すフローチャートである。本実施形態においては、格納部２８に格納されている信号処理プログラムが、以下のステップ（手順）をＣＰＵに実行させる。最初に、ＩＱメモリ２３には、少なくともフレームＦ１及びＦ２の複素ベースバンド信号が格納されているものとする。
【００４８】
図８に示すステップＳ１１において、Ｎの値が１に初期設定される。ステップＳ１２において、ライン選択部２４が、フレームＦＮにおいて、オペレータによって設定されたＲＯＩ（関心領域）のほぼ中心に位置するラインθ１を選択する。
【００４９】
ステップＳ１３において、ライン選択部２４が、フレームＦ（Ｎ＋１）におけるα本のラインの内から、フレームＦＮのラインθ１と最も相関の高いラインを選択し、これを新たなラインθ１とする。即ち、ライン選択部２４は、フレームＦＮにおいて選択されたラインθ１に対応する複素ベースバンド信号と最も相関が高い複素ベースバンド信号に対応するラインを、フレームＦ（Ｎ＋１）において選択する。
【００５０】
ここで、２つのライン間における複素ベースバンド信号の相関を求める方法としては、次のような方法が挙げられる。例えば、２つのライン間でＩ信号の相関係数ＣＩを求めると共に、２つのライン間でＱ信号の相関係数ＣＱを求めて、相関係数ＣＩと相関係数ＣＱとの平均値Ｃ＝（ＣＩ＋ＣＱ）／２が最大となるライン同士が最も高い相関を有すると判定する。あるいは、２つのライン間でＩ信号の誤差ＥＩ１、ＥＩ２、・・・を求めると共に、２つのライン間でＱ信号の誤差ＥＱ１、ＥＱ２、・・・を求めて、誤差の自乗の総和Ｅ＝ＥＩ１２＋ＥＩ２２＋・・・＋ＥＱ１２＋ＥＱ２２＋・・・が最小となるライン同士が最も高い相関を有すると判定する。
【００５１】
ステップＳ１４において、ライン選択部２４は、フレームＦ（Ｎ＋１）において選択されたラインのライン番号を記憶し、そのラインに対応する複素ベースバンド信号を画像信号生成部２５に供給する。画像信号生成部２５は、フレーム毎に選択されるラインに対応する複素ベースバンド信号に基づいて、血流に関する情報を表す画像信号を生成する。
【００５２】
ステップＳ１５において、ライン選択部２４が、新たなフレームの複素ベースバンド信号がＩＱメモリ２３に格納されたか否かを判定する。新たなフレームの複素ベースバンド信号がＩＱメモリ２３に格納された場合には、処理がステップＳ１６に移行し、そうでない場合には、処理がステップＳ１７に移行する。
【００５３】
ステップＳ１６において、Ｎの値が１だけインクリメントされて、処理がステップＳ１３に戻る。これにより、ステップＳ１３及びＳ１４の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１７において、フリーズモードが設定されているか否かが判定される。フリーズモードが設定されていない場合には、処理がステップＳ１５に戻り、フリーズモードが設定されている場合には、処理が終了する。
【００５４】
あるいは、ステップＳ１３において、ライン選択部２４が、超音波トランスデューサ１０が回転する際に被検体内の所定の深さから複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいてそれぞれ生成される複数の複素ベースバンド信号における位相情報を比較することにより、フレームＦ（Ｎ＋１）におけるα本のラインの内から、フレームＦＮのラインθ１と最も位相の近いラインを選択し、これを新たなラインθ１とするようにしても良い。即ち、ライン選択部２４は、フレームＦＮにおいて選択されたラインθ１に対応する複素ベースバンド信号と最も位相が近い複素ベースバンド信号に対応するラインを、フレームＦ（Ｎ＋１）において選択する。
【００５５】
ここで、複素ベースバンド信号の振幅をＡとし、位相をθとすると、Ｉ信号及びＱ信号は、次のように表される。
Ｉ＝Ａｃｏｓθ
Ｑ＝Ａｓｉｎθ
これらより、振幅Ａが、次のように求められる。
Ａ＝（Ｉ２＋Ｑ２）１／２
また、位相θが、次のように求められる。
Ｑ／Ｉ＝ｔａｎθ
θ＝ａｔａｎ（Ｑ／Ｉ）
【００５６】
以上においては、１つのラインに注目したが、１つのラインの替わりに１つのエリアに関する情報を用いて相関値又は位相を求めるようにしても良い。その場合には、フレキシブルシャフトの回転ムラの影響をより精度良く補正することができる。
【００５７】
図９は、ＣＦモードにおけるＲＯＩの設定を説明するための図である。図１に示す超音波診断装置の操作卓４には、図９に示すＲＯＩ設定用インタフェース４１が設けられている。ＲＯＩ設定用インタフェース４１には、ＲＯＩの半径ｒ方向のサイズを設定するためのＲＯＩ半径サイズ設定ボタン４１ａと、ＲＯＩの角度θ方向のサイズを設定するためのＲＯＩ角度サイズ設定ボタン４１ｂと、ＲＯＩの位置を設定するためのＲＯＩ位置設定ボタン４１ｃと、トラックボール４１ｄとが設けられている。オペレータがそれらを操作することにより、表示部３に表示される超音波診断画像においてＲＯＩ３１が設定される。
【００５８】
図１０は、図１に示す超音波診断画像におけるジッタの低減を説明するための図である。図１０に示すように、第１のフレームにおけるラインθ１が、フレキシブルシャフトの回転ムラ（ジッタ）の影響を受けて、第１のフレームに続く第２のフレームにおいては、ラインθ１'又はθ１''の位置に移動してしまうことがある。そのままで画像信号の生成を行うと、ＲＯＩ３１ａが、ＲＯＩ３１ｂ又は３１ｃの位置に移動してしまう。そこで、本実施形態においては、ライン選択部２４が、第２のフレームにおいて、第１のフレームにおけるラインθ１と最も相関が高いラインを選択し、画像信号生成部２５が、ライン選択部２４によって選択されたラインを基準として画像信号の生成を行うことにより、ジッタに起因する画像の回転を防止することができる。
【００５９】
図１１は、図１に示す超音波診断装置のＣＦモード画像信号生成部の動作を説明するための図である。図１１に示すように、超音波トランスデューサ１０は、回転しながら複数のラインに沿って複数の送信パルスを順次発生し、被検体において反射された超音波エコーを複数のラインに沿って順次受信する。ＣＦモードにおいては、超音波トランスデューサ１０の回転がＢモードにおけるよりも遅くなるように、制御部２７がスピード指定信号を生成する。これにより、ＣＦモード画像信号生成部２５ｂは、ｎ＝１〜３のラインにおいて得られる超音波エコーを同一方向からの超音波エコーをみなして、それらの超音波エコーに基づいて得られる複素ベースバンド信号の自己相関を求める。
【００６０】
図１２は、図１に示す超音波診断装置のＣＦモード画像信号生成部の動作を示すフローチャートである。図１２に示すステップＳ２１において、ｎの値が１に初期設定される。ステップＳ２２において、ＣＦモード画像信号生成部２５ｂが、ｎ、（ｎ＋１）、（ｎ＋２）番目のラインの複素ベースバンド信号に基づいて、自己相関法によりＣＦラインデータを生成する。
【００６１】
ステップＳ２３において、ＣＦモード画像信号生成部２５ｂは、生成されたＣＦラインデータを、Ｂモード画像信号生成部２５ａによって生成されるＢモード画像信号における（ｎ＋１）番目のラインにマッピングする。
【００６２】
ステップＳ２４において、ＣＦモード画像信号生成部２５ｂは、ｎの値が（Ｎ−２）に等しいか否かを判定する。ｎの値が（Ｎ−２）に等しくない場合には、処理がステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５において、ｎの値が１だけインクリメントされて、処理がステップＳ２２に戻る。これにより、ステップＳ２２及びＳ２３の処理が繰り返される。ｎの値が（Ｎ−２）に等しくなったら、処理が終了する。
【００６３】
図１３は、ＰＷモードにおけるＲＯＩの設定を説明するための図である。図１に示す超音波診断装置の操作卓４には、図１３に示すゲート設定用インタフェース４２が設けられている。ゲート設定用インタフェース４２には、ゲートの位置を設定するためのゲート位置設定ボタン４２ａと、ゲートのサイズ（距離ｄ）を設定するためのゲートサイズ設定ボタン４２ｂと、ゲートの角度を設定するためのゲート角度設定ボタン４２ｃと、トラックボール４２ｄとが設けられている。オペレータがそれらを操作することにより、表示部３に表示される超音波診断画像においてゲート３２が設定される。
【００６４】
図１４は、図１に示す超音波診断装置のＰＷモードにおける動作を示すタイミングチャートである。この例においては、Ｂモード撮像とＰＷモード撮像とが交互に行われる。制御部２７は、操作卓４を用いたオペレータの操作に従って、ライブ／フリーズ信号をハイレベルに活性化することによりライブモードを設定する。その後、所定の回転ロック期間が経過した後に、モータ制御部２９は、スタート信号をハイレベルに活性化すると共に、駆動モータ１４に回転運動を開始させる。
【００６５】
駆動モータ１４は、回転運動を開始すると、Ｚ相信号として、１回転に１つのパルスを発生する。送信部２０が、Ｚ相信号のパルス周期を等間隔に分割して得られるタイミングで駆動信号を発生することにより、超音波トランスデューサ１０が、回転しながら複数のラインに沿って複数の送信パルスを被検体に順次送信する。また、超音波トランスデューサ１０は、被検体において反射された超音波エコーを複数のラインに沿って順次受信して、受信信号を出力する。この受信信号に基づいて複素ベースバンド信号が生成され、Ｂモード画像信号生成部２５ａが、複素ベースバンド信号に基づいてＢモード画像信号を生成する。以上により、フレームＦ１におけるＢモード画像信号が生成される。
【００６６】
次に、制御部２７が、停止位置指定信号として１つのパルスをモータ制御部２９に出力することにより、モータ制御部２９が、指定された角度で駆動モータ１４に回転運動を停止させる。ここで、指定された角度は、Ｚ相信号のパルスからの時間によって判定される。これにより、超音波トランスデューサ１０が、指定された角度（即ち、ライン）θ１（図１３参照）で停止して、１つのラインに沿って複数の送信パルスを被検体に順次送信する。また、超音波トランスデューサ１０は、被検体において反射された超音波エコーを１つのラインに沿って順次受信して、受信信号を出力する。この受信信号に基づいて複素ベースバンド信号が生成され、ＰＷモード画像信号生成部２５ｃが、複素ベースバンド信号に基づいてＰＷモード画像信号を生成する。以上により、フレームＦ１におけるＰＷモード画像信号が生成される。
【００６７】
フレームＦ１におけるＰＷモード撮像の終了時に、制御部２７が、停止位置指定信号として１つのパルスをモータ制御部２９に出力することにより、モータ制御部２９が、駆動モータ１４に回転運動を再び開始させる。駆動モータ１４は、回転運動を開始すると、Ｚ相信号として、１回転に１つのパルスを発生する。送信部２０が、Ｚ相信号のパルス周期を等間隔に分割して得られるタイミングで駆動信号を発生することにより、超音波トランスデューサ１０が、回転しながら複数のラインに沿って複数の送信パルスを被検体に順次送信する。また、超音波トランスデューサ１０は、被検体において反射された超音波エコーを複数のラインに沿って順次受信して、受信信号を出力する。この受信信号に基づいて複素ベースバンド信号が生成され、Ｂモード画像信号生成部２５ａが、複素ベースバンド信号に基づいてＢモード画像信号を生成する。以上により、フレームＦ２におけるＢモード画像信号が生成される。
【００６８】
また、ライン選択部２４は、フレームＦ２におけるα本のラインの内から、フレームＦ１のラインθ１と最も相関の高いラインを選択し、これを新たなラインθ１とする。即ち、ライン選択部２４は、フレームＦ１において選択されたラインθ１に対応する複素ベースバンド信号と最も相関が高い複素ベースバンド信号に対応するラインを、フレームＦ２において選択し、そのライン番号を記憶する。これにより、超音波プローブ１に対して被検体が回転したとしても、被検体の関心領域を追跡することができる。
【００６９】
あるいは、ライン選択部２４は、超音波トランスデューサ１０が回転する際に被検体内の所定の深さから複数のラインに沿って受信される超音波エコーに基づいてそれぞれ生成される複数の複素ベースバンド信号における位相情報を比較することにより、フレームＦ２におけるα本のラインの内から、フレームＦ１のラインθ１と最も位相の近いラインを選択し、これを新たなラインθ１とするようにしても良い。即ち、ライン選択部２４は、フレームＦ１において選択されたラインθ１に対応する複素ベースバンド信号と最も位相が近い複素ベースバンド信号に対応するラインを、フレームＦ２において選択し、そのライン番号を記憶する。
【００７０】
次に、制御部２７が、停止位置指定信号として１つのパルスをモータ制御部２９に出力することにより、モータ制御部２９が、指定された角度で駆動モータ１４に回転運動を停止させる。ここで、指定された角度は、ライン選択部２４がフレームＦ２において選択したラインに対応するものである。これにより、超音波トランスデューサ１０が、指定された角度で停止して、１つのラインに沿って複数の送信パルスを被検体に順次送信する。また、超音波トランスデューサ１０は、被検体において反射された超音波エコーを１つのラインに沿って順次受信して、受信信号を出力する。この受信信号に基づいて複素ベースバンド信号が生成され、ＰＷモード画像信号生成部２５ｃが、複素ベースバンド信号に基づいてＰＷモード画像信号を生成する。以上により、フレームＦ２におけるＰＷモード画像信号が生成される。
【００７１】
このような動作を繰り返すことにより、Ｂモード画像信号を生成しながらＰＷモード画像信号を生成することができる。なお、Ｂモード画像信号を生成せずに、ライン選択部２４が選択したラインに対応する角度で超音波トランスデューサ１０を停止させて、ＰＷモード画像信号のみを生成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、メカニカルラジアル走査方式の体腔内観察用超音波プローブを用いる超音波診断装置において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  超音波プローブ
２  超音波診断装置本体
３  表示部
４  操作卓
１０  超音波トランスデューサ
１１  回転伝達ケーブル
１２  保護カバー
１３  支持部
１４  駆動モータ
１５  コネクタ部
２０  送信部
２１  受信部
２２  直交検波処理部
２２ａ、２２ｅ、２２ｆ  ＬＰＦ
２２ｂ  ＡＤＣ
２２ｃ、２２ｄ  ミキサ
２２ｇ、２２ｈ  サンプリング部
２２ｉ  直交サンプリング部
２２ｊ  時分割サンプリング部
２３  ＩＱメモリ
２４  ライン選択部
２５  画像信号生成部
２５ａ  Ｂモード画像信号生成部
２５ｂ  ＣＦモード画像信号生成部
２５ｃ  ＰＷモード画像信号生成部
２６  ＤＳＣ部
２７  制御部
２８  格納部
２９  モータ制御部
【図１】
2010279506.tif 000003
【図２】
2010279506.tif 000004
【図３Ａ】
2010279506.tif 000005
【図３Ｂ】
2010279506.tif 000006
【図４】
2010279506.tif 000007
【図５】
2010279506.tif 000008
【図６】
2010279506.tif 000009
【図７】
2010279506.tif 000010
【図８】
2010279506.tif 000011
【図９】
2010279506.tif 000012
【図１０】
2010279506.tif 000013
【図１１】
2010279506.tif 000014
【図１２】
2010279506.tif 000015
【図１３】
2010279506.tif 000016
【図１４】
2010279506.tif 000017