(57)【要約】【課題】折り返しなしドプラ速度を推定する技術において、クラッタフィルタに起因するＳＮの低下を防止し、ドプラ速度算出の精度を向上する。【解決手段】本発明の超音波撮像装置は、血流速度演算部が、複数の異なる超音波送受条件を用いて測定したＲＦ信号から、所定の指標を用いてドプラ速度のＳＮ比低下領域を判定する判定部を備える。判定結果は、例えば、ドプラ速度推定に用いる超音波送受条件を変更するために用いられる。或いは、ユーザーが適切な処理を遂行できるように、ユーザーに提示される。【選択図】図２
2018186923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子を有し、所定の超音波送受条件で超音波パルスを送信し、被検体からの反射波であるエコー信号を受信する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部が受信したエコー信号を用いて、前記被検体中の血流速度を算出する血流速度演算部と、
前記超音波送受信部が受信した超音波信号に対し、前記被検体の、前記血流以外の組織からの反射信号を遮断するフィルタ部と、
を備えた超音波撮像装置であって、
前記血流速度演算部は、前記超音波送受信部が複数の異なる超音波送受条件で取得したエコー信号を用いて、血流速度の折り返しを解消する演算を行う折り返し回避部を備え、
前記折り返し回避部によって折り返しを解消した血流速度について、ＳＮ比低下領域の有無を判定するＳＮ比低下領域判定部を更に備えたことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記超音波送受条件は、パルス繰り返し周波数及び超音波の基本周波数の少なくとも一方であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記ＳＮ比低下領域判定部は、サンプル毎にエコー信号の信号強度から算出した指標を比較することにより、ＳＮ比低下領域の有無の判定を行うことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記指標が、エコー信号の信号強度であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記指標が、エコー信号の信号強度の分散であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項３に記載の超音波撮像装置であって、
前記超音波送受信装置が受信したエコー信号を用いて、信号強度を算出するパワー算出部及び前記信号強度の分散を算出する分散推定部の少なくとも一方を備え、
前記ＳＮ比低下領域判定部は、信号強度及び分散の少なくとも一方を用いてＳＮ比低下領域か否か判定を行うことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記血流速度演算部は、前記ＳＮ比低下領域判定部がＳＮ比低下領域有と判定したときに、速度算出に用いる超音波送受条件を変更して、血流速度を再計算することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記血流速度演算部は、算出した血流速度を補正する補正部をさらに備え、
前記補正部は、前記ＳＮ比低下領域判定部がＳＮ比低下領域である判定した領域の血流速度について、ＳＮ比低下領域以外の領域の血流速度を用いて補正することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記ＳＮ比低下領域判定部がＳＮ比低下領域有と判定したときに、前記超音波送受信部の超音波送受条件を変更する制御部を更に備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の超音波撮像装置であって、
前記制御部が制御する前記超音波送受条件は、パルス繰り返し周波数またはパルス繰り返し時間、もしくは、送信超音波の基本周波数であることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記ＳＮ比低下領域判定部がＳＮ比低下領域有と判定したときに、判定結果を表示装置に表示させる表示画像生成部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記折り返し回避部を動作させるモードと、動作させないモードとを切り替える指令を受け付ける入力部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１３】
超音波探触子を有し、所定の超音波送受条件で超音波パルスを送信し、被検体からの反射波であるエコー信号を受信する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部が受信したエコー信号を用いて、前記被検体中の血流速度を算出する血流速度演算部と、
前記超音波撮像部が受信した超音波信号に対し、前記被検体の、前記血流以外の組織からの反射信号を遮断するフィルタ部と、
を備えた超音波撮像装置であって、
前記血流速度演算部は、血流速度を算出する動作モードとして、折り返しを解消する演算を行う折り返し回避モードと、折り返しを解消しないで速度を算出する通常モードとを備え、
前記血流速度演算部の動作モードの選択を受け入れる入力部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の超音波撮像装置であって、
前記血流速度演算部は、前記折り返し回避モードで算出した折り返しを解消した血流速度について、ＳＮ比低下領域の有無を判定するＳＮ比低下領域判定部をさらに備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項１５】
複数の異なる超音波送受条件で計測した超音波信号を用いて、折り返しを解消した血流速度を算出する血流速度算出方法であって、
折り返しを解消した血流速度について、前記超音波信号の信号強度及び信号強度の分散の少なくとも一方を用いて、ＳＮ比低下領域を判定し、
ＳＮ比低下領域と判定された領域について、前記超音波送受条件の異なる値を用いて血流速度を算出することを特徴とする血流速度算出方法。
【請求項１６】
複数の異なる超音波送受条件で計測した超音波信号を用いて、折り返しを解消した血流速度を算出する血流速度算出方法であって、
折り返しを解消した血流速度について、前記超音波信号の信号強度及び信号強度の分散の少なくとも一方を用いて、ＳＮ比低下領域を判定し、
ＳＮ比低下領域と判定された領域の血流速度を、ＳＮ比低下領域以外と判定された領域の血流速度を用いて補正することを特徴とする血流速度算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドプラ計測機能を備えた超音波撮像装置に関し、特に、複数の異なる超音波送信条件、例えば異なるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で計測したドプラ信号から、折り返しのない速度の推定を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドプラ計測は、超音波撮像の主要な技術の一つであり、血流速度を可視化することで血管が関わる各種疾患の診断に役立っている。ドプラ計測の主な手法であるカラードプラ法においては、所定のパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で超音波パルスを照射し、被検体からの反射波である信号波形から一次元自己相関によって位相シフト量を求め、超音波の送受信方向に対し移動する組織の速度即ち血流速度（ドプラ速度）を算出する。この際、血流以外の組織、例えば心壁から生じる動き成分を除去するためにクラッタフィルタと呼ばれる低周波遮断フィルタが用いられる。
【０００３】
こうして算出されるドプラ速度は、クラッタフィルタ或いはウォールフィルタと呼ばれる低域除去フィルタによる制限とエイリアシングによる制限を受ける。前者の制限は、クラッタフィルタで除去されるような低速の血流速度は算出できないというものである。エイリアシングは、位相差を検出する際に、ＰＲＦで決まる計測限界速度（ナイキスト速度）を超える速度では位相が折り返す（反転する）現象であり、それより遅い速度であって位相が同じものは判別できなくなる。
【０００４】
この問題を回避し、低速域から高速域の血流速度を正しく計測するために、複数種類のＰＲＦの超音波パルスを送受信して速度レンジを拡大する手法がある。例えば、非特許文献１には、複数のＰＲＦを組み合わせて計測したＲＦ信号から折り返し回数を推定し、折り返しなしのドプラ速度を推定する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＰＲＦ  ｕｔｒａｆａｓｔ  ｃｏｌｏｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ”  Ｄａｎｉｅｌ  Ｐｏｓａｄａ  ｅｔ  ａｌ．  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＦ  ＭＥＤＩＣＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ，  ＶＯＬ，  ＸＸ，  ＮＯ．Ｘ，２０１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１等に開示される折り返しなしドプラ速度を推定する手法を採用しても、ＳＮが低下する領域（ＳＮ比低下領域）が存在することがある。これは速度がナイキスト速度の偶数倍の時に、その折り返し成分がクラッタフィルタで除去されてしまうために起こる。ＳＮ比低下領域では正確な速度が求められないため、例えば２つのＰＲＦ毎に推定した速度を平均した場合の速度の精度が低下する。
【０００７】
本発明は、折り返しなしドプラ速度を推定する技術において、クラッタフィルタに起因するＳＮの低下を防止し、ドプラ速度算出の精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は複数の異なる超音波送受条件を用いて測定したＲＦ信号から、所定の指標を用いてドプラ速度のＳＮ比低下領域を判定する。判定結果は、例えば、ドプラ速度推定に用いる超音波送受条件を変更するために用いられる。或いは、ユーザーが適切な処理を遂行できるように、ユーザーに提示される。
【０００９】
すなわち本発明の超音波撮像装置の一態様は、超音波探触子を有し、所定の超音波送信条件で超音波パルスを送信し、被検体からの反射波である超音波を受信する超音波送受信部と、前記超音波送受信部が受信した超音波信号を用いて、前記被検体中の血流の速度を算出する血流速度演算部と、前記超音波送受信部撮像部が受信した超音波信号に対し、前記被検体の、前記血流以外の組織からの反射信号を遮断するフィルタ部と、を備え、前記血流速度演算部は、異なる超音波送信条件で取得した超音波信号を用いて、算出した血流速度の折り返しを解消する演算を行う折り返し回避部と、前記血流速度について、ＳＮ比低下領域を判定するＳＮ比低下領域判定部とを備える。
【００１０】
また本発明の超音波撮像装置の他の態様は、血流速度演算部が、動作モードとして、折り返しを解消する演算を行う折り返し回避モードと、折り返しを解消しないで速度を算出する通常モードとを備え、血流速度演算部の動作モードの選択を受け入れる入力部をさらに備える。血流速度演算部は入力部を介して折り返し回避モードが選択されたときに、前記折り返し回避部により折り返しを解消する演算を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フレームレートを低下することなく且つ冗長な計測を行うことなく、広い速度レンジに亘って正確なドプラ速度を推定することができる。これにより血流動態等の診断に資する情報を正確かつ速やかに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】超音波撮像装置の一実施形態の全体概要を示す図
【図２】実施形態の超音波撮像装置の動作の概要を示す図
【図３】送受シーケンス例を示す図で、（ａ）は一つのＰＲＦを用いた送受シーケンス、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ複数の異なるＰＲＦを用いた送受シーケンスを示す。
【図４】第一実施形態の血流速度演算部の構成例を示す機能ブロック図
【図５】ドプラ処理部の構成例を示す機能ブロック図
【図６】第一実施形態の血流速度演算部の処理の流れを示す図
【図７】ＳＮ比低下領域の発生を説明する図
【図８】ＳＮ比低下領域判定部の判定手法を説明する図
【図９】ＳＮ比低下領域判定のシミュレーション結果を示す図で、（ａ）は２つのＰＲＦ条件で求めた血流速度と折り返しなし速度を示す図、（ｂ）は分散による判定結果を示す図、（ｃ）はパワーによる判定結果を示す図である。
【図１０】第二実施形態の血流速度演算部の構成例を示す機能ブロック図
【図１１】第二実施形態の血流速度演算部の処理の流れを示す図
【図１２】第三実施形態の血流速度演算部の処理の流れを示す図
【図１３】ＳＮ比低下領域の判定結果の表示例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の超音波撮像装置の実施形態を説明する。
【００１４】
まず超音波撮像装置の全体概要を説明する。超音波撮像装置は、主な構成として、超音波プローブと、超音波プローブを介した超音波送受信を行う送受信回路と、受信したエコー信号を処理する信号処理部と、を備え、信号処理部は、エコー信号を用いて血流速度の演算を行う血流速度演算部を備える。一例として、図１に示す超音波撮像装置１００は、被検体３０に当接させて超音波信号の照射及びエコー信号の検出を行う超音波プローブ（以下、単にプローブという）２０と、プローブ２０が接続される本体１０とを備え、本体１０は送受信回路１１０、送受信回路１１０の動作を制御する送受シーケンス制御部１３０、及び送受信回路１１０が受信した超音波信号を処理し、Ｍモード画像やカラードプラ法による画像などを生成する信号処理部１５０を含む。本体１０は、さらに、送受シーケンス制御部１３０に対し指令や条件などを設定する入力部４０及び信号処理部１５０が生成した画像等を表示する表示部５０を備えることができる。
【００１５】
超音波プローブ２０は、複数のトランスデューサ（振動子）を一次元方向或いは二次元方向に配列した装置で、送受信回路１１０からの電気信号を超音波信号として被検体３０に照射するとともに、被検体３０からの反射波であるエコー信号を検出する。
【００１６】
送受信回路１１０は、所定の周波数の信号を発生する発振器を備え、所定の走査方式で超音波探触子に駆動信号を送る送信回路１１１と、超音波探触子によって受信されたエコー信号に対し整相加算、検波、増幅などの信号処理を行う受信回路１１３とからなる。送信回路１１１は、超音波プローブの各振動子に別個の遅延時間を与え、超音波ビームに指向性を与える送信ビームフォーマを、また受信回路１１３は各振動子に受波された信号に遅延時間を与えて加算する受信ビームフォーマ（整相加算部）を、備えた構成とすることができる。ビームフォーミング後に受信回路１１３から出力される受信信号は、血流速度に依存する周波数成分を持つＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号であり、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号として信号処理部１５０に入力される。ＲＦ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器は受信回路１１３内に備えていてもよいし、受信回路１１３の後段に備えていてもよい。
【００１７】
送受シーケンス制御部１３０は、入力部４０が受け付けた撮像条件やスキャン条件に基き送受信回路１１０の動作を制御する。撮像法としては、２次元的な断面を撮像する平面的撮像方法と、３次元的な領域を撮像する立体的撮像方法があり、本実施形態はいずれも採用できる。またスキャン方式は連続波を用いる方式やパルス波を用いる方式があり、特に、カラードプラ法においては、送信回路１１１に対し複数の超音波送受条件を採用した超音波の送受信制御（ドプラビーム送受シーケンス制御）を行う。
【００１８】
またカラードプラ法において、複数の動作モードがある場合には、設定された動作モードで送受信回路１１０や信号処理部１５０が動作するよう制御する。動作モードとしては、例えば、折り返し回避演算を行う動作モードと、このような演算を行わない動作モードがある。動作モードの選択は、例えば、入力部４０（ＧＵＩを含む）に折り返し回避モードを選択するスイッチ或いはボタン等の操作具４１を設け、ユーザーが操作具を操作することで発生する電気信号を送受シーケンス制御部１３０が受け付けることにより行われる。
【００１９】
信号処理部１５０は、受信回路１１３で受信した信号（デジタルＲＦ信号）を処理し、超音波断層画像の作成と、血流速度の演算とを行う。このため、信号処理部１５０は、ＲＦ信号を断層画像作成用の信号と血流速度演算用の信号とに振り分けるデータ振り分け部１５１、Ｂモード像などの断層像を生成する断層画像演算部１５３、ドプラ速度を算出する血流速度演算部１５５、及び、断層画像演算部１５３及び血流速度演算部１５５の演算結果を用いて表示画像を作成する表示画像生成部１５７を備える。血流速度演算部１５５の前段には、ＲＦ信号を実部と虚部とからなるＩＱ信号に変換する直交検波部１５４が設けられる。従って血流速度演算部１５５は超音波複素信号（ＩＱ信号）を処理対象とする。
【００２０】
上述した信号処理部１５０の機能の一部又は全部は、計算機のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が機能部毎の演算アルゴリズムを含むプログラムを読み込んで実行することで実現してもよいし、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のハードウェアで実現してもよい。
【００２１】
表示部５０は、表示画像生成部１５７が生成した画像の表示のほか、入力部として機能するＧＵＩ等を表示することも可能である。表示部５０には、設定された撮像条件やデフォルトで設定されている撮像条件や撮像のガイドとなる情報や画像等も表示される。例えば、カラードプラでは、設定されたＰＲＦやそのＰＲＦにおいて計測可能な速度レンジなどを表示する構成としてもよい。
【００２２】
本実施形態の超音波撮像装置は、血流速度演算部１５５が複数の超音波送受条件で計測した超音波信号を用いて、折り返しを展開したドプラ速度を算出する機能を持つ。超音波送受条件には、ＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｉｔｉｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ）や超音波の基本周波数が含まれる。さらに血流速度演算部１５５は、超音波撮像部が異なる超音波送受条件で取得した超音波信号を用いて、折り返しを解消する演算を行う折り返し回避部（折り返しなし速度計算部）を備え、折り返し回避部によって折り返しを解消した血流速度（折り返しなし速度）について、ＳＮ比低下領域の有無を判定するＳＮ比低下領域判定部を備える。判定結果の利用については種々の態様があり、後述する実施形態において詳述する。
【００２３】
本実施形態の超音波撮像装置の動作の概要を図２に示す。ここでは超音波送受条件としてＰＲＦを制御する場合を例に説明する。図示するように、折り返し回避モードにおいてドプラ撮像が開始されると、送受シーケンス制御部１３０は、入力部４０を介して設定された複数のＰＲＦに基づき、送受信回路１１０を制御し、所定の領域（計測領域）に対し超音波パルスの送信及びエコー信号の受信を行う（Ｓ１１）。
【００２４】
送受シーケンスの例を図３に示す。図３（ａ）は、基本的な送受シーケンスであり、初期条件として或いは入力部４０を介して設定されたＰＲＦ（単一のＰＲＦ）でパルスを送信し受信する。図３（ｂ）は、２種のＰＲＦを用いたシーケンスであり、２つの異なるＰＲＦを交互に繰り返す。図３（ｃ）は、３種のＰＲＦをサイクリックに繰り返す。ＰＲＦの種類の数は図示するものに限定されないが、複数種のＰＲＦを用いる送受シーケンスでは、各ＰＲＦは次の関係を保つものとする。
［数１］
ｐｒｆ１＝ｐ／ｑ（ｐｒｆｉ）        （１）
上式（１）において、ｐｒｆ１は、例えば１番目と２番目のパルスのＰＲＦ、ｐｒｆｉは、ｐｒｆ１以外のＰＲＦである。またｐとｑは割り切れない関係の整数である。
【００２５】
送受シーケンス制御部１３０は、ドプラ計測かＢモード計測かによって、送受信回路１５０から送られるエコー信号を、断層画像演算部１５３と血流速度演算部１５５とに振り分ける（Ｓ１２）。ここではドプラ計測で計測されたエコー信号が血流速度演算部１５５に送られる。Ｂモード計測であれば、２次元のエコー信号からなるデータをフレーム毎のデータとして断層画像演算部１５３に送る。
【００２６】
血流速度演算部１５５は、直交検波後のエコー信号（ＩＱ信号）から、サンプルゲートが設定された所定の領域のデータを取出し、さらにＰＲＦ毎に振り分けて、ＰＲＦ毎にドプラ速度の推定を行う（Ｓ１３）。ＰＲＦ毎のデータの振り分けは、図３（ｂ）に示した２種のＰＲＦを用いたシーケンスの場合、１番目パルスと２番目パルスの組、３番目パルスと４番目パルスの組のように、奇数番目パルスとそれに続く偶数番目パルスの組からなるデータと、２番目パルスと３番目パルスの組のように、偶数番目パルスとそれに続く奇数番目パルスの組からなるデータと、に振り分けられる。
【００２７】
一方、血流速度演算部１５５は、エコー信号を用いて、折り返しなし速度の算出においてＳＮ比低下領域が発生するか否かの判定を行い（Ｓ１４）、ＳＮ比低下領域についての判定結果を参照して、例えば、血流速度の推定や折り返しなし速度の演算を行う（Ｓ１５）。或いは、判定結果はユーザーに提示され、ユーザーが再計測の必要性等を判断するための材料となる。
【００２８】
ＳＮ比低下領域の判定は、例えば、計測領域のサンプル毎（画素毎）に行われる。計測領域全体としてＳＮ比低下領域がない場合は計測領域全体について、或いはＳＮ比低下領域ではないと判定された場合はその領域について、ＰＲＦ毎に推定した速度、ＰＲＦの比（ｐ／ｑ）、及びナイキスト速度などを用いて、折り返しなし速度の算出を行う。
【００２９】
以下、血流速度演算部の構成と動作の具体的な実施形態を説明する。
【００３０】
＜第一実施形態＞
本実施形態は、ＳＮ比低下領域判定部の判定結果に基づき血流速度演算部がＰＲＦを変えて再計算することが特徴である。
【００３１】
本実施形態の血流速度演算部１５５の構成を、図４を参照して説明する。血流速度演算部１５５は、図４に示すように、ウォールフィルタ（ＷＦ部）２１０、ＰＦＲ振り分け部２２０、用いるＰＦＲの種類数と同じ数（図示する例では２つ）のドプラ処理部２３０−１及び２３０−２、及び、折り返し速度計算部２４０を備え、さらに各ドプラ処理部２３０−１及び２３０−２の結果を用いてＳＮが低下する領域を判定するＳＮ比低下領域判定部２５０を備える。なお以下の説明において、特に区別する必要がないときには、複数のドプラ処理部をまとめてドプラ処理部２３０として説明する。
【００３２】
ウォールフィルタ２１０は、クラッタフィルタ或いはＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタとも呼ばれ、血管壁などから反射されるエコー信号を除去するための低域除去フィルタである。
【００３３】
ＰＦＲ振り分け部２２０は、エコー信号をＰＦＲ毎に振り分けて各ドプラ処理部２３０で渡す。本実施形態では、図３（ｂ）に示したように二つのＰＲＦ（ｐｒｆ１及びｐｒｆ２）が用いられ、ｐｒｆ１となるデータの組がドプラ処理部２３０−１に、ｐｒｆ２となるデータの組がドプラ処理部２３０−２に信号が振り分けられる。
【００３４】
ドプラ処理部２３０は、図５に示すように自己相関法等の公知の手法でドプラ速度を推定する速度推定器２３１、信号強度を算出するパワー演算器２３３、及び所定のサンプル数の信号強度の分散を算出する分散演算器２３５を備える。カラードプラ法では、血流の有無や血流の乱れを確認する指標としてパワーや分散を算出する場合があるが、本実施形態において、パワー演算器２３３及び分散演算器２３５は、ＳＮ比低下領域判定部２５０が折り返し速度計算部２４０で算出される折り返しなし速度にＳＮ比低下領域が生じうるか否かを判定する際の指標となる数値を算出する指標算出部２３２として機能する。指標算出部２３２は、パワー演算器２３３及び分散演算器２３５のいずれか一方のみでもよいし、パワー演算器２３３及び分散演算器２３５以外の指標を与えるものであってもよい。指標算出部の出力は、ＳＮ比低下領域判定部２５０に与えられる。
【００３５】
次に以上の構成を踏まえ、本実施形態の超音波撮像装置によりドプラ撮像を行う場合の動作を、血流速度演算部１５５における処理を中心に説明する。図６に処理のフローを示す。ここでは一例として２種類のＰＦＲを用いてドプラ撮像する場合を説明する。
【００３６】
まず折り返し回避モード選択ボタン４１（図１）が操作されると、表示部５０に表示される測定可能な速度レンジが拡大する（Ｓ２１）。また送受シーケンス制御部１３０は、送受シーケンスを例えば基準の送受シーケンス（図３（ａ））から、パルス間隔（ＰＲＴ＝１／ＰＲＦ）が順次切り替わる送受シーケンスに変更し、その送受シーケンスに基き送受信回路１１０を制御し、所定の領域（計測領域）に対し超音波パルスの送信及びエコー信号の受信を行う（Ｓ２２）。このような制御では、例えば図３（ｂ）に示したように、パルス毎にパルス間隔が交互に変化する。
【００３７】
信号処理部１５０は、受信したエコー信号を直交検波し、ウォールフィルタ２１０で低域信号を除去した後、ＰＦＲ振り分け部２２０により、ｐｒｆ１であるデータの組と、ｐｒｆ２であるデータの組とを振り分けて、それぞれ、ドプラ処理部２３０−１、２３０−２に送る。上記処理は、計測領域のサンプル毎に行われる。
【００３８】
ドプラ処理部２３０では、サンプル毎に、速度推定器２３１が所定のＰＲＦのデータの組を用いて、速度の推定を行う（Ｓ２３）。速度は、ｎ番目のパルスと（ｎ＋１）番目のパルスとの位相差をもとにドプラ偏移Δｆを算出することで推定することができ、位相差の算出は自己相関法やその改良法など公知の手法を行うことができる。位相差からドプラ偏移を算出する過程で、折り返しが発生する。従って速度推定器２３１で推定される速度は、次の式（２）で表される。
【００３９】
【数２】
2018186923.tif 000003
式中、ＶＡは折り返しを展開した後のドプラ速度（以下、折り返しなしドプラ速度という）、ＶＤは推定されたドプラ速度、ＶＮはナイキスト速度であり、次式（３）で表される。
【００４０】
【数３】
2018186923.tif 000004
式中、ｐｒｆはパルス繰り返し周波数、ＶＮはナイキスト速度、ｃ、ｆ０は超音波の速度及び周波数である（以下、同じ）。
【００４１】
上述したドプラ速度の推定を、計測領域のサンプル毎に行うことで、その領域内の血流の速度分布（各画素の速度）が得られる。
【００４２】
一方、ドプラ処理部２３０のパワー演算器２３３及び分散演算器２３４は、サンプル毎に信号強度（パワー）と分散を算出する（Ｓ２４）。ある点ｘにおける信号のパワーＰｏｗ及び分散Ｖａｒは、次式（４）、（５）で算出することができる。
【数４】
2018186923.tif 000005
式中、Ｅは直交検波後の超音波複素信号（ＩＱ信号）、Ｎはデータ組数である（以下、同じ）。
【数５】
2018186923.tif 000006
【００４３】
ＳＮ比低下領域判定部２５０は、各ドプラ処理部２３０のパワー演算器２３３及び分散演算器２３４が算出したパワー及び分散を用いて、サンプル点毎に、折り返しなし速度計算部２４０で算出する折り返しなし速度においてＳＮ比低下領域か否かの判定を行う（Ｓ２５）。
【００４４】
ＳＮ比低下領域は、図７に示すように、速度がナイキスト速度の偶数倍のときに生じる。これはナイキスト速度ＶＮの偶数倍の速度に相当する位相差は、折り返した状態で位相差ゼロ付近（図中、斜線で示す部分）になり、ウォールフィルタ２１０によって除去されるためである。このＳＮ比低下領域では、信号値のパワーは低下し、分散は高くなる。これをＰＲＦで振り分けられた信号毎に見てみると、図８の左側２欄に示すように、いずれについても速度がナイキスト速度の偶数倍とならない場合には、ｐｒｆ１、ｐｒｆ２の場合それぞれで分散が「低」、パワーが「高」であるのに対し、一方（図８ではｐｒｆ１）で速度がナイキスト速度の倍数となった場合には、ＳＮが低下し、分散が「高」、パワーが「低」となる。その場合、もう一方（ｐｒｆ２）では、ナイキスト速度が異なるため、それを原因としてＳＮ比低下領域にはなりえないので、分散は「低」、パワーは「高」となる。
【００４５】
ＳＮ比低下領域判定部２５０は、ＰＲＦ振り分け後の２つのドプラ処理部２３０におけるパワー及び分散の違いを指標としてＳＮ比低下領域を判定する。すなわち、あるサンプル点ｘにおいて、一方のドプラ処理部２３０の出力である分散が「高」、パワーが「低」、他方のドプラ処理部２３０の分散が「低」、パワーが「高」の場合に、その位置ｘをＳＮ比低下領域と判定する。「低」と「高」の判定については、例えば、それぞれについて所定の閾値を設定し、分散であれば所定の閾値（例えば０．４）を超えた位置を「高」（ＳＮ比低下領域）と判定し、パワーが閾値（例えば平均値の１／１０）を下回った位置を「低」（ＳＮ比低下領域）と判定する。
【００４６】
なおＳＮ比低下領域の判定を、分散とパワーの両方を用いるのではなく、分散又はパワーの一方だけを用いて行ってもよい。その場合、図５に示したパワー演算器２３３及び分散演算器２３４の一方を省略することができる。但し両方を用いることで判定の精度を高めることができる。
【００４７】
ＳＮ比低下領域判定部２５０が判定した結果は、折り返しなし速度計算部２４０及びＰＲＦ振り分け部２２０に送られる。折り返し速度計算部２４０は、各ドプラ処理部２３０−１、２３０−２の速度推定器２３１で推定された速度ＶＤ１、ＶＤ２と、ＰＲＦを用いて、折り返し数と折り返しなし速度の計算を行う（Ｓ２６）。その際、ＳＮ比低下領域判定部２５０の判定結果が参照される。
【００４８】
折り返しなし速度計算部２４０は、ＳＮ比低下領域判定部２５０においてＳＮ比低下領域ではないと判定された位置（図８の左２欄の場合）について、以下の手順で折り返しなし速度を算出する。
【００４９】
ドプラ処理部２３０の速度推定器２３１で推定された速度ＶＤは、計測限界速度（ナイキスト速度）と折り返し数ｎを用いて前掲の式（２）で表される。式（２）を異なるＰＲＦ条件で推定された２つの速度ＶＤ１、ＶＤ２毎に示すと、次式（６−１）、（６−２）のようになる。
【数６】
2018186923.tif 000007
【００５０】
上式に示すように折り返し数（ｎ１、ｎ２）及びナイキスト速度（ＶＮ１、ＶＮ２）はＰＲＦ条件によって異なる。下付の数字（１又は２）をｉで表すとナイキスト速度は次式（７）で表される。
【数７】
2018186923.tif 000008
【００５１】
一方、ｐｒｆ２は、前掲の式（１）で示したようにｐｒｆ１にｐ／ｑを乗じた値に設定されているので、ＶＮ１とＶＮ２は同じ関係性を持ち、次式（８）で表される。
【数８】
2018186923.tif 000009
【００５２】
上述した式（６）〜（８）から次式（９）が導かれる。
【数９】
2018186923.tif 000010
【００５３】
以下の拘束条件を使い、式（９）を解くことで式（６）の折り返し数ｎ１、ｎ２が求まる。
【数１０】
2018186923.tif 000011
【００５４】
求まったｎ１、ｎ２を式（６）に代入することで、それぞれのＰＲＦ条件において折り返しなし速度ＶＡ１、ＶＡ２が求まる。本来、ＶＡ＝ＶＡ１＝ＶＡ２となるはずであり、これらの平均値をとって、計測対象の速度ＶＡとする。
ＶＡ＝（ＶＡ１＋ＶＡ２）／２
【００５５】
図８の左２欄に示すように、計測対象の速度がナイキスト速度の偶数倍にならない場合即ちＳＮ比低下領域以外の領域は、上述した計算により、速度を算出することができる。一方、ＳＮ比低下領域と判定された位置では、速度がナイキスト速度の偶数倍になっているため、上述した計算の精度が大幅に低下する。
【００５６】
このため、ＰＲＦ振り分け部２２０は、ＳＮ比低下領域判定部２５０においてＳＮ比低下領域と判定された位置については、ドプラ計算に使うデータの組を変更するように、データの振り分けを異ならせる（Ｓ２７）。例えば、ｐｒｆ１において分散が「高」でパワーが「低」であった場合、次のように変更する。図３（ｂ）において、データを奇数番目のパルスとそれに続く偶数番目のパルスの組（ｐｒｆ１のデータ）と、偶数番目のパルスとそれに続く奇数番目のパルスの組（ｐｒｆ２のデータ）とに振り分けて、ドプラ処理部２３０−１、２３０−２に渡したのに対し、奇数番目のパルスとその次の奇数番目のパルスの組（ｐｒｆ３のデータ）と、偶数番目のパルスとその次の偶数番目のパルスの組（ｐｒｆ２のデータ）とに振り分ける。
【００５７】
その後、各ドプラ処理部２３０の速度推定器２３１において速度の推定を行うこと（Ｓ２３）、推定した速度（ＶＤ３、ＶＤ２）を用いて、折り返しなし速度を求めること（Ｓ２６）は上記計算と同様である。但し、式（８）におけるｐとｑの値は、次のように変更される。
ｐ／ｑ→ｑ／（ｐ＋ｑ）
【００５８】
このようにＰＲＦを変更することで、速度推定部で推定される速度がナイキスト速度の偶数倍になることを回避することができ、ＳＮ比低下領域と判定された領域についても正確な折り返しなし速度を求めることができる。
【００５９】
なおＰＲＦを変更後の速度推定及び折り返しなし速度計算の繰り返しにおいても、それ以前のドプラ処理と同様に、分散及びパワーを算出し、変更後のＰＲＦにおいてＳＮ比低下領域の判定を行ってもよい。
【００６０】
ＳＮ比低下領域と判定された位置についてＳ２３〜Ｓ２７の処理を行うことで、最終的に計測対象領域全体の血流速度（２次元ドプラ速度）が算出される（Ｓ２８）。こうして算出され折り返しなし速度は、例えば、公知のカラーマッピングの手法で、断層画像演算部１５３が生成したＢモード画像に重畳して表示される（Ｓ２９）。またそれと共に或いはそれに代えて、折り返しなし速度自体を数値やグラフ等で表示してもよい。
【００６１】
本実施形態によれば、速度とは別に信号値から算出した指標を用いて、その後の折り返しなし速度が不成功となるＳＮ比低下領域を判定する。そして判定結果を参照して、ｐｒｆを変更して折り返しなし速度の計算を繰り返す。これによりＳＮ比低下領域を発生することなく、広い速度レンジにおいて精度よく折り返しなし速度を算出することができる。
また本実施形態によれば、超音波スキャン時のエコー信号それぞれから独立の速度を算出することができ、情報が劣化することなく保たれるので、高い空間分解能が維持される。
【００６２】
さらに本実施形態によれば、ＳＮ比低下領域の判定を、パワー及び分散を指標として行うことにより高い精度の判定結果が得られる。判定結果の精度が高いことを示すシミュレーション結果を図９に示す。図９（ａ）は、理想的なポワズイユ流れを持つ速度分布を異なるＰＲＦを持つ条件１、条件２でドプラ計測したときの速度分布と、この速度分布を用いて折り返しなし速度を算出した結果を示している。図示するように条件２の矢印で示すライン上にＳＮ比低下領域（信号値が黒い部分）があり、その結果、折り返しなし計算後に正しい速度分布が得られていないことがわかる。
【００６３】
このＳＮ比低下領域があるラインと、それ以外のライン（通常速度領域という）とについて、それぞれ、条件１、条件２における分散とパワーを算出した結果が図９（ｂ）、図９（ｃ）である。分散についてみると、通常速度領域では、条件１と条件２とで、いずれも低い値（０．２以下）であるが、ＳＮ比低下領域では、条件１では分散は低いが、条件２では分散が高く、０．４を超えている。またパワーについてみると、通常速度領域では、条件１と条件２とで、ほぼ同様の値を示しているが、ＳＮ比低下領域では、条件１と条件２とでは大きく異なり、条件２では通常のパワーの１／１０以下となっていることがわかる。これらの結果は、図８に示す表の値とも一致し、この判定手法の精度が高いことがわかる。
【００６４】
また本実施形態の超音波撮像装置は、折り返しなし演算モードと通常モードの２つの動作モードを切り替える入力手段が提供される。血流の定量的計測においては、広い速度レンジで正確な速度を求めるために折り返しなし速度の演算が重要であるが、一方、高速血流を可視化したい場合など、定性的な血流の観測においては、速度の折り返し（反転）があると一目で高速血流であることを確認することができる。本実施形態では、動作モード切替のための手段を提供することにより、診断の目的や対象に応じて必要な情報を提示することができる。
【００６５】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、ＳＮ比低下領域判定部の判定結果を用いて速度推定と折り返しなし速度計算を繰り返したが、本実施形態では判定結果を用いて速度計算結果の補正を行うことが特徴である。
【００６６】
本実施形態の血流速度演算部１５５の構成例を図１０に示す。図１０において、図４と同じ機能を持つ要素は、同じ符号で示し重複する説明は省略する。図１０に示すように、本実施形態では血流速度演算部１５５は、ＳＮ比低下領域判定部２５０の判定結果を格納するメモリ２６０、及び、ＳＮ比低下領域について速度を空間的或いは時間的に補完するデータ補完部２７０を備える。データ補完部２７０は、折り返し速度計算部２４０の後段に配置され、ＳＮ比低下領域以外の領域の速度データを用いて（空間的補間）或いはＳＮ比低下領域について時間的に前後するフレームのデータから求められた速度データを用いて（時間的補間）、ＳＮ比低下領域の速度を算出する。
【００６７】
以下、本実施形態の血流速度演算部１５５における処理の流れを、図１１を参照して説明する。図１１において、図６と同じ符号で示す処理は同じ内容の処理である。
【００６８】
まず折り返し回避モードボタンが操作され（Ｓ２１）、折り返し回避モードの送受シーケンスで送受信が開始されると、第一実施形態と同様に、血流速度演算部１５５の複数のドプラ処理部２３０−１、２３０−２にＰＲＦデータ毎にデータが振り分けられ、速度推定処理（Ｓ２３）と、分散やパワーなどの指標演算が行われる（Ｓ２４）。指標に基いて、ＳＮ比低下領域ではないと判定された領域については（Ｓ２５）、折り返し数の計算（Ｓ２６）が行われ、最終速度が算出される（Ｓ２８）。一方、ステップＳ２５においてＳＮ比低下領域であると判断された領域（位置）をメモリに格納する（Ｓ３１）。このとき判定結果を表示部５０に表示させてもよい（Ｓ３０）。
【００６９】
データ補完部２７０は、ＳＮ比低下領域の位置情報をメモリ２６０から取得するとともに、その周辺（ＳＮ比低下領域の周辺であってＳＮ比低下領域ではない領域）について折り返しなし速度計算部２４０が算出した速度を読み込み、ＳＮ比低下領域の速度を内挿或いは外挿等により補完する（Ｓ３２）。補完の手法は、特に限定されず、線形補間、スプライン補間等の公知の手法を採用することができる。また補間は一次元（Ｘ方向又はＹ方向のみ）で行ってもよいし、二次元（Ｘ方向及びＹ方向）で行ってもよい。また血流方向と関連性のある方向に沿って補間を行ってもよい。
【００７０】
また血流速度が時間的に変動する部位などでは、ある時点でＳＮ比低下領域と判定された領域が別の時点ではＳＮ比低下領域以外の領域となる場合が有る。このような部位については、各フレームデータについて第一実施形態と同様に分散、パワー或いはその両者について比較を行い、ＳＮ比低下領域以外と判定されたフレームデータから算出される速度を用いて、ＳＮ比低下領域の速度を補完する。この場合の補間の手法も上述した空間的補間と同様である。
【００７１】
空間的補間と時間的補間とを組み合わせて実施することも可能である。補完によって最終的に得られた計測対象領域の折り返しなし速度を所定の表示態様で表示することは第一実施形態と同様である（Ｓ２９）。
【００７２】
本実施形態によれば、速度推定処理を繰り返すことなく、簡易な手法で計測対象領域全体の折り返しなし速度を得ることができる。またＳＮ比低下領域と判定された領域についてのみ補間処理を行うので、第一実施形態と同様に高い空間分解能を維持することができる。
【００７３】
＜第三実施形態＞
本実施形態は、ＳＮ比低下領域判定部の判定結果に基づき、超音波送受条件の種類を異ならせて再計測を行うことが特徴である。本実施形態の実現のために、一例として、ＳＮ比低下領域判定部の結果をユーザーに提示する機能、及び、超音波送受条件の種類を異ならせた再計測をユーザーに促す機能が追加される。再計測の際の超音波送受条件の種類はユーザーが前の計測に用いた超音波送受条件を参照して、新たに設定しなおしてもよいし、装置側で推奨超音波送受条件の組み合わせを提示或いは設定してもよい。以下、超音波送受条件がＰＲＦである場合を例に説明する。
【００７４】
本実施形態の血流速度演算部１５５の構成は、第一実施形態或いは第二実施形態と同様であるので、以下、適宜図４或いは図１０を援用して、本実施形態の動作の流れを説明する。図１２に動作の流れを示す。図１２において、図６と同じ符号で示す処理は同じ内容の処理であり、重複する説明は省略する。
【００７５】
まず所定の複数種類のＰＲＦを用いた送受シーケンスにおいて得られたエコー信号を用いてドプラ処理を行うとともに（Ｓ２１〜Ｓ２３）、信号のパワーや分散の演算を行いＳＮ比低下領域判定の指標を得て、判定を行う（Ｓ２４、Ｓ２５）。ＳＮ比低下領域判定部２５０の判定手法は第一実施形態と同じである。
【００７６】
判定の結果、計測対象領域内にＳＮ比低下領域がない場合には、受信したエコー信号とその時のＰＲＦの値を用いて第一実施形態と同様に、速度推定と折り返しなし速度演算を行う。一方、計測対象領域内にＳＮ比低下領域がある場合には、その旨をユーザーに知らせる（Ｓ３３）。知らせる手法は特に限定されないが、例えば、表示部５０に「ＳＮ比低下領域がある」というエラーメッセージを表示させてもよいし、超音波断層像上にＳＮ比低下領域を識別可能な表示方法、例えば輝度や色を他の部分と異ならせる等、で表示してもよい。図１３に判定結果の表示例を示す。ここでは計測対象である血管３００について超音波断層像に重畳して血流速度がカラーマッピングの手法で表示されている。斜線で示す領域３１０は、ＳＮ比低下領域と判定された領域である。このようにＳＮ比低下領域３１０を提示することで、ユーザーに対し、血流速度演算結果のエラーを提示できる。ユーザーはこの情報をもとに、対応を決めることができる。例えば、ＰＲＦの組み合わせを変更して再計測を行う。或いはＳＮ比低下領域と判定された領域を含む狭い領域に限定して再計測を行ってもよい。またＳＮ比低下領域が診断上重要ではない場合には、特に何もしないという選択肢もあり得る。
【００７７】
このようなエラー表示とともに、再計測の際に使用するＰＲＦの組み合わせ（推奨ＰＲＦ）を提示してもよいし、ユーザーによるＰＲＦの入力を促すＧＵＩを表示してもよい。推奨ＰＲＦは、例えば、速度レンジの拡大幅の変更が所定範囲（％）以内となるようにＰＲＦの組み合わせとする、或いは一方のＰＲＦ（例えば所定のＳＮ比低下領域が発生するｐｒｆ１）のみを、それ以外のＰＲＦ（例えばｐｒｆ２）と所定の関係を満たすＰＲＦに変更する、などである。
【００７８】
新たなＰＲＦの組み合わせが設定されると、その組み合わせを反映した送受シーケンスに基き送受信を行い、Ｓ２３〜Ｓ２５を繰り返す。ＰＲＦの組み合わせが変わることで、ＳＮ比低下領域が発生する確率が下がり、計測対象領域全体についてＳＮ低下なく折り返しなし速度を求められる可能性が高まる。
【００７９】
なお図１２に示すフローでは、計測対象領域全体について再計測する場合と、ＳＮ比低下領域に限定して再計測を行う場合とを区別していないが、前者の場合には、ステップＳ２５ではＳＮ比低下領域の有無のみを判定してもよいし、ＳＮ比低下領域の大きさを判定してもよい。その場合、ＳＮ比低下領域が所定の大きさ（閾値）以上であるときに送受シーケンスを異ならせて計測対象領域全体の計測を行うようにしてもよい。
【００８０】
また以上の説明では、超音波送受条件としてＰＲＦを変更する場合を説明したが、式（３）からわかるように、ナイキスト速度は超音波の基本周波数ｆ０によっても変化する。従ってＰＲＦではなく、超音波送受条件として超音波の基本周波数を変更して再計測することも可能であり、そのような変更例も本実施形態に含まれる。
【００８１】
本実施形態によれば、ＳＮ比低下領域が発生する超音波送受条件、例えばＰＲＦを回避しながら、計測を行うことで、実測値に基づく折り返しなし血流速度を算出することができる。また本実施形態によれば、ユーザーにＳＮ比低下領域の判定結果を提示することにより、ユーザー選択の自由度を高めることができる。例えばユーザーは、提示された結果に基づき、再計測を行うのではなく、第一実施形態のように再計算のみを行うことを選択したり、第二実施形態のようにデータ補完により対処したりすることが可能になる。つまり本実施形態で説明した判定結果の表示は、判定結果に基づく再計測のみならず他の実施形態を組み合わせた超音波撮像装置に適用することも可能である。
【００８２】
また各実施形態が備える技術的特徴は、技術的に矛盾しない限り、他の実施形態に組み込んだものや、複数の技術的特徴の一部を除いたものも本発明に包含される。例えば上述した実施形態では、折り返しなし速度演算を行う場合に、入力部４０を介して「折り返しなし速度回避モード」を選択するボタンの操作がなされるものとしたが、このような入力部４０を介した操作を経ない折り返しなし速度演算機能を持つ超音波撮像装置も本発明に包含される。
【００８３】
以上、本発明の超音波撮像装置の各実施形態について説明したが、本発明の超音波撮像装置は上述した実施形態やその説明に用いた図面に示される構成に限定されないことは言うまでもない。また本発明に特徴的な血流速度演算部の機能は、ソフトウェアでもハードウェアでも実現することが可能であり、特に比較的単純な数値計算やフィルタ等については、公知の電子回路で実現できる。
【符号の説明】
【００８４】
１０：本体、２０：超音波プローブ、３０：被検体、４０：入力部、５０：表示部、１１０：送受信回路、１１１：送信ビームフォーマ、１１３：受信ビームフォーマ、１３０：送受シーケンス制御部、１５０：信号処理部、１５１：データ振り分け部、１５３：断層画像演算部、１５４：直交検波部、１５５：血流速度演算部、１５７：表示画像生成部、２１０：ウォールフィルタ、２２０：ＰＲＦ振り分け部、２３０、２３０−１、２３０−２：ドプラ処理部、２３１：速度推定器、２３２：指標算出部、２３３：パワー演算器、２３４：分散演算器、２４０：折り返しなし速度計算部、２５０：ＳＮ比低下領域判定部、２６０：データ補完部、３１０：ＳＮ比低下領域
【図１】
2018186923.tif 000012
【図２】
2018186923.tif 000013
【図３】
2018186923.tif 000014
【図４】
2018186923.tif 000015
【図５】
2018186923.tif 000016
【図６】
2018186923.tif 000017
【図７】
2018186923.tif 000018
【図８】
2018186923.tif 000019
【図９】
2018186923.tif 000020
【図１０】
2018186923.tif 000021
【図１１】
2018186923.tif 000022
【図１２】
2018186923.tif 000023
【図１３】
2018186923.tif 000024