(57)【要約】【課題】超音波ドプラ診断装置において、ドプラ情報と同様の周波数帯域において、ノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることである。【解決手段】受信信号は、整相加算後、帯域阻止フィルタ２４により低速運動成分を除去され、フェーズロックループ回路２８に出力される。フェーズロックループ回路２８の動作帯域は、ドプラ偏移周波数成分の帯域、例えば±５ＫＨｚに設定される。位相検波器３０は、低速運動成分が除去された信号２７と、電圧制御発振器３４から出力される信号３５との位相を比較し、信号２７と信号３５とを一致させるための信号３１を電圧制御発振器３４に出力し、電圧制御発振器３４は、入力された信号３３の大きさに応じた周波数の信号３５を位相検波器３０に出力する。このループにより、ドプラ偏移周波数成分の信号がトラッキングされ、抽出される。【選択図】        図１
2004202135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号から低速運動成分を除去する低速運動成分除去手段と、
前記低速運動成分を除去後の受信信号について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記ドプラ偏移周波数成分を抽出するドプラ偏移周波数成分抽出手段と、
を備えることを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
【請求項２】
超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号から低速運動成分を除去する低速運動成分除去手段と、
前記低速運動成分を除去後の受信信号を複素信号に変換する複素信号変換手段と、
前記複素信号の実数部について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記実数部のドプラ偏移周波数成分を抽出する実数部成分抽出手段と、
前記複素信号の虚数部について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記虚数部のドプラ偏移周波数成分を抽出する虚数部成分抽出手段と、
を備えることを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波ドプラ診断装置において、
前記低速運動成分除去手段は、前記受信信号に含まれる前記低速運動成分をトラッキングするフェーズロックループ回路を含むことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波ドプラ装置に係り、特に、ドプラ情報の周波数帯域におけるノイズを除去できる超音波ドプラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波ドプラ診断装置においては、超音波を対象組織に送受波し、受信信号に含まれるドプラ情報を周波数解析し、その結果を画像処理してドプラ波形として表示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、超音波プローブからドプラ情報の解析手段までの伝送経路上でさまざまなノイズが混入する。これらのノイズのうち、ドプラ情報の周波数帯域に混入してくるノイズはドプラ情報の信号との弁別がつきにくく、ＳＮ比を劣化させる。
【０００４】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、ドプラ情報の周波数帯域におけるノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる超音波ドプラ診断装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る超音波ドプラ診断装置は、超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から低速運動成分を除去する低速運動成分除去手段と、前記低速運動成分を除去後の受信信号について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記ドプラ偏移周波数成分を抽出するドプラ偏移周波数成分抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成により、受信信号の中で電力的に大きな低速運動成分をまず除去し、除去後の受信信号についてフェーズロックループ回路を用いてドプラ偏移周波数成分をトラッキングする。したがって、ドプラ偏移周波数の周波数帯域において特定の周波数特性を有しないホワイトノイズはトラッキングされないので、ノイズを低減しＳＮ比を向上させたドプラ偏移周波数成分を抜き出すことができる。
【０００７】
また、本発明に係る超音波ドプラ診断装置は、超音波を送受波し、受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号から低速運動成分を除去する低速運動成分除去手段と、前記低速運動成分を除去後の受信信号を複素信号に変換する複素信号変換手段と、前記複素信号の実数部について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記実数部のドプラ偏移周波数成分を抽出する実数部成分抽出手段と、前記複素信号の虚数部について、そこに含まれるドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることにより、前記虚数部のドプラ偏移周波数成分を抽出する虚数部成分抽出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成により、受信信号の中で電力的に大きな低速運動成分をまず除去し、除去後の受信信号を複素信号に変換し、その複素信号の実数部、虚数部のそれぞれについてフェーズロックループ回路を用いて実数部のドプラ偏移周波数成分および虚数部のドプラ偏移周波数成分をトラッキングする。したがって、ドプラ偏移周波数の周波数帯域において特定の周波数特性を有しないホワイトノイズはトラッキングされないので、ノイズを低減しＳＮ比を向上させたドプラ偏移周波数成分を抜き出すことができる。
【０００９】
また、前記低速運動成分除去手段は、前記受信信号に含まれる前記低速運動成分をトラッキングするフェーズロックループ回路を含むことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、超音波ドプラ診断装置１０のブロック図である。ドプラモードは、連続波ドプラモードでもパルスドプラモードでもよい。
【００１１】
超音波プローブ１２は、図示されていないアレイ振動子を内部に有しており、そのアレイ振動子は複数の振動素子によって構成される。そのアレイ振動子を利用して超音波ビームが形成され、その超音波ビームを走査することで走査面が形成される。
【００１２】
送信部１４は、基準信号発生器１６から供給される基準信号に基づいて、アレイ振動子を構成する各振動素子ごとに遅延された送信信号を供給する回路で、いわゆる送信ビームフォーマーとしての機能を有する。基準信号としては、たとえば周波数が５ＭＨｚの信号を用いることができる。
【００１３】
プリアンプ１８は、超音波プローブ１２からのエコー信号を増幅する回路である。ＴＧＣアンプ２０は、診断深さごとにゲインを設定できる増幅器である。整相加算器２２は、各振動子素子の受信信号間の位相差を調整する処理を行う回路である。プリアンプ１８、ＴＧＣアンプ２０および整相加算器２２は、いわゆる受信ビームフォーマーを構成している。
【００１４】
帯域阻止フィルタ２４は、整相加算器２２の出力する信号から低速運動成分を除去する機能を有するフィルタである。信号中の低速運動成分とは、例えば血流速度を計測する場合に、心臓の壁の部分からの反射信号成分のように血流速度に比し低速な信号成分である。図２に、受信信号の周波数スペクトラムを模式的に示す。図において、横軸は周波数、縦軸はパワーを表し、Δρはドプラシフトの範囲である。図のように、低速運動成分６はドプラシフトの範囲内に現われ、その電力（パワー）はドプラ偏移周波数成分４に比べかなり大きい。このドプラ偏移周波数成分４を残し低速運動成分６を除去するように、帯域阻止フィルタ２４のフィルタ帯域特性が設定される（図３参照）。
【００１５】
帯域阻止フィルタ２４により低速運動成分が除去された信号は、いわゆる折り返し現象を防止するエリアシング防止フィルタ２６を介し、フェーズロックループ回路２８に出力される。
【００１６】
フェーズロックループ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ：ＰＬＬ）回路２８は、低速運動成分が除去された信号２７について、ドプラ偏移周波数成分をトラッキングすることで、ドプラ偏移周波数成分を抽出する機能を有する回路である。
【００１７】
フェーズロックループ回路２８の中の位相検波器３０は、低速運動成分が除去された信号２７と、電圧制御発振器３４から出力される信号３５との位相を比較し、信号２７と信号３５とを一致させるための信号３１を生成してローパスフィルタ３２を介して、電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ  ＣｏｎｔｏｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）３４に出力する機能を有する。
【００１８】
ローパスフィルタ３２は、位相検波器３０から出力された信号３１の高周波成分を除去し、平滑化した信号３３として電圧制御発振器３４に入力するフィルタである。
【００１９】
電圧制御発振器３４は、入力された電圧に応じた周波数の信号を出力する発振器である。具体的には、ローパスフィルタ３２を介して入力された信号３３の大きさに応じた周波数の信号３５を生成し、位相検波器３０に出力する発振回路である。
【００２０】
このように位相検波器３０とローパスフィルタ３２と電圧制御発振器３４とをループにして構成したフェーズロックループ回路２８は、電圧制御発振器３４の発振周波数を信号２７の周波数にロックする機能を有する。上記のように、信号２７は、周期性を有する信号成分のドプラ偏移周波数成分の信号とともに、周期性を有しないホワイトノイズ成分とを含むが、フェーズロックループ回路２８によってトラッキングされロックされるのは周期性のドプラ偏移周波数成分のみである。そしてロックされたときにおいて電圧制御発振器３４に入力される信号３３は、ドプラ偏移周波数に対応する電圧値である。このようにして、フェーズロックループ回路２８によりドプラ偏移周波数成分が抽出され、抽出されたドプラ偏移周波数を電圧値に変換された信号３３として得ることができる。信号３３は、ドプラ画像処理回路３６に出力される。
【００２１】
ドプラ画像処理回路３６は、入力されたドプラ偏移周波数成分の信号に応じた直流電圧の信号３３を用いて、画像処理を行い、例えばドプラ偏移周波数の時間変化の画像に変換し、表示器３８に出力する。
【００２２】
このようにして、ＲＦ受信信号のなかで電力の最も大きい低速運動成分を帯域阻止フィルタ２４で除去し、その後ドプラ偏移周波数成分をフェーズロックループ回路によりトラッキングすることでドプラ偏移周波数成分を抽出できる。このときホワイトノイズはトラッキングされないので、ノイズを低減しＳＮ比を向上させたドプラ情報を得ることができる。
【００２３】
図４は、他の実施の形態に係る超音波ドプラ診断装置５０のブロック図である。なお、超音波プローブ１２からエリアシング防止フィルタ２６までの要素は、図１に示す超音波ドプラ診断装置１０と同様であるので、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２４】
帯域阻止フィルタ２４により低速運動成分が除去された信号は、いわゆる折り返し現象を防止するエリアシング防止フィルタ２６を介し、１組の同期検波器５４ａ，５４ｂに出力される。
【００２５】
位相回路５２は、基準信号発生器１６から出力される信号１７をπ／２だけ位相が異なる信号５３を生成する回路である。
【００２６】
１組の同期検波器５４ａ，５４ｂは、低速運動成分が除去された信号２７を複素信号に変換する複素信号変換手段としての機能を有する回路である。複素信号は実数部と虚数部から構成される。１組の同期検波器５４ａ，５４ｂのうち、一方の同期検波器５４ａは、入力された信号２７に基準信号発生器１６から出力される信号１７をミキシングすることで、複素信号の実数部５５ａを出力する機能を有する。他方の同期検波器５４ｂは、入力された信号２７に位相回路５２から出力される信号５３、すなわち基準信号発生器１６から出力される信号１７と位相がπ／２だけ異なる信号をミキシングすることで、複素信号の虚数部５５ｂを出力する機能を有する。
【００２７】
１組のフェーズロックループ回路５６ａ，５６ｂは、図１で説明したフェーズロックループ回路２８と同様の機能を有する回路であり、一方は実数部用のフェーズロックループ回路５６ａであり、他方は虚数部用のフェーズロックループ回路５６ｂである。低速運動成分が除去された信号２７は、ドプラ偏移周波数成分と、特定の周波数特性を有しないホワイトノイズとが重畳した信号となっているので、信号２７を変換した複素信号の実数部および虚数部もドプラ偏移周波数成分とホワイトノイズが重畳している。実数部用のフェーズロックループ回路５６ａは、実数部の重畳した信号において実数部のドプラ偏移周波数成分のみを抽出する機能を有し、虚数部用のフェーズロックループ回路５６ｂは虚数部の重畳した信号において虚数部のドプラ偏移周波数成分のみを抽出する機能を有する。
【００２８】
１組のフェーズロックループ回路５６ａ，５６ｂの中の各位相検波器６０ａ，６０ｂは、それぞれ実数部５５ａと電圧制御発振器６４ａから出力される信号６５ａとの位相、虚数部５５ｂと電圧制御発振器６４ｂから出力される信号６５ｂとの位相を比較し、それぞれ実数部５５ａと信号６５ａとを一致させるための信号６１ａ、虚数部５５ｂと信号６５ｂとを一致させるための信号６１ｂを生成する機能を有する。生成された信号６１ａ，６１ｂはそれぞれローパスフィルタ６２ａ，６２ｂを介して、それぞれ電圧制御発振器６４ａ，６４ｂに出力される。
【００２９】
各ローパスフィルタ６２ａ，６２ｂは、位相検波器６０ａ，６０ｂから出力された信号６１ａ，６１ｂをそれぞれ平滑化し、直流電圧の信号６３ａ，６３ｂとして電圧制御発振器６４ａ，６４ｂに入力するフィルタである。
【００３０】
各電圧制御発振器６４ａ，６４ｂは、ローパスフィルタ６２ａ，６２ｂを介して入力された信号６３ａ，６３ｂの大きさに応じた周波数の信号６５ａ，６５ｂを生成し、位相検波器６０ａ，６０ｂに出力する発振回路である。
【００３１】
例えば、位相検波器６０ａとローパスフィルタ６２ａと電圧制御発振器６４ａとをループにして構成した実数部用のフェーズロックループ回路５６ａは、電圧制御発振器６４ａの発振周波数を実数部５５ａの周波数にロックする機能を有する。上記のように、実数部５５ａは、周期性を有する信号成分のドプラ偏移周波数成分の信号とともに、周期性を有しないホワイトノイズ成分とを含むが、フェーズロックループ回路５６ａによってトラッキングされロックされるのは周期性のドプラ偏移周波数成分のみである。そしてロックされたときにおいて電圧制御発振器６４ａに入力される信号６３ａは、実数部のドプラ偏移周波数に対応する電圧値である。このようにして、フェーズロックループ回路５６ａにより実数部のドプラ偏移周波数成分が抽出され、抽出された実数分のドプラ偏移周波数を電圧値に変換された信号６３ａとして得ることができる。
【００３２】
同様に、位相検波器６０ｂとローパスフィルタ６２ｂと電圧制御発振器６４ｂとをループにして構成した虚数部用のフェーズロックループ回路５６ｂは、電圧制御発振器６４ｂの発振周波数を虚数部５５ｂの周波数にロックする機能を有する。そしてロックされたときにおいて電圧制御発振器６４ｂに入力される信号６３ｂは、虚数部のドプラ偏移周波数に対応する電圧値である。このようにして、フェーズロックループ回路５６ｂにより虚数部のドプラ偏移周波数成分が抽出され、抽出された虚数部のドプラ偏移周波数を電圧値に変換された信号６３ｂとして得ることができる。信号６３ａ，６３ｂは速度変換回路６６に出力される。
【００３３】
速度変換回路６６は、信号６３ａ，６３ｂに基づいてドプラ偏移周波数成分に対応する速度を算出する変換回路である。速度変換回路の出力はドプラ画像処理回路６８に入力されて画像処理が実行され、例えばドプラ偏移周波数の時間変化の画像に変換し、表示器７０に出力する。
【００３４】
このようにして、ＲＦ受信信号のなかで電力の最も大きい低速運動成分を帯域阻止フィルタ２４で除去し、その後複素信号に変換し、実数部用のフェーズロックループ回路および虚数部用のフェーズロックループ回路を用いることで、実数部のドプラ偏移周波数成分と虚数部のドプラ偏移周波数成分を抽出できる。このときホワイトノイズはトラッキングされないので、ノイズを低減しＳＮ比を向上させたドプラ情報を得ることができる。
【００３５】
受信信号から低速運動成分を除去する手段として、帯域阻止フィルタの代わりに、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いたウオールモーションフィルタ、あるいは、超音波の送信周波数成分をトラッキングするフェーズロックループ回路を用いることもできる。
【００３６】
図５は、フェーズロックループ回路８０と差分回路８２を用いて、受信信号から低速運動成分を除去する回路構成を示す図である。図において、受信信号例えば整相加算器から出力される信号２３は、フェーズロックループ回路８０の位相検波器８４に入力されるとともに差分回路８２にも入力される。フェーズロックループ回路８０は、図１のフェーズロックループ回路２８等と同様の機能を有する回路で、位相検波器８４に入力された信号２３の周波数に電圧制御発振器（ＶＣＯ）８８から出力された信号８９の周波数がロックされる。そのロックされた周波数の信号８９が差分回路８２に入力される。差分回路８２においては、信号２３から信号８９が減算処理され、その結果が信号２５として出力される。
【００３７】
フェーズロックループ回路８０においてまずロックされるのは、電力の大きい周波数成分である。図２に示したように、受信信号においては、低速運動成分の電力が他の成分に比してかなり大きい。そこで、低速運動成分がまずロックされ、信号８９はそのロックされた低速運動成分となる。したがって、差分回路８２から出力される信号２５は、受信信号から低速運動成分を除去した信号となる。このようにして、フェーズロックループ回路８０と差分回路８２とを用いて、受信信号から低速運動成分を除去することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る超音波ドプラ診断装置によれば、ドプラ情報の周波数帯域において、ノイズを低減し、ＳＮ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態における超音波ドプラ診断装置のブロック図である。
【図２】受信信号の周波数スペクトラムを模式的に示す図である。
【図３】低速運動成分が除去された信号についての周波数スペクトラムの拡大図である。
【図４】他の実施の形態における超音波ドプラ診断装置のブロック図である。
【図５】低速運動成分を除去する回路について他の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
４  ドプラ偏移周波数成分、６  低速運動成分、８  ホワイトノイズ、１０，５０  超音波ドプラ診断装置、１２  超音波プローブ、１４  送信部，１８  プリアンプ、２４  帯域阻止フィルタ、２８，５６ａ，５６ｂ，８０  フェーズロックループ回路、５４ａ，５４ｂ  同期検波器、５５ａ  実数部、５５ｂ  虚数部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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