(57)【要約】【課題】従来の超音波診断装置は、超音波による血流観察時に血流成分とクラッタ成分が弁別されているが、ホワイトノイズ成分は弁別されず、血流の状態判断が難しくなる。【解決手段】被検体に超音波を送受信して得られる超音波エコー信号から自己相関法により血流の速度と振幅を求める自己相関処理回路２５と、この求められた血流の振幅からホワイトノイズ成分とクラッタ成分を示す閾値で、その閾値から血流成分のみを弁別する血流弁別回路２６と、血流弁別回路２６で弁別された血流成分のみの流速を検出する超音波診断装置における血流成分弁別方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送受信することにより得られた超音波エコー信号から自己相関法により血流の速度を求める血流速度算出ステップと、
前記血流速度算出ステップで得られた血流の速度に対して設定された閾値により血流成分を弁別する弁別ステップと、
を備えたことを特徴とした超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【請求項２】
前記弁別ステップにおいて、第１の閾値と、この第１の閾値より大きな第２の閾値を設け、第１の閾値以下をホワイトノイズ成分、第２の閾値以上をクラッタ成分として判別することを特徴とした請求項１記載の超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【請求項３】
前記閾値は、前記血流の速度に対し自己相関法により算出された自己相関の振幅を用いたことを特徴とした請求項１または２のいずれかに記載の超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に超音波を放射し、その超音波エコー信号のドプラ効果により血流の速度を算出する超音波診断装置において、特に超音波エコー信号に含まれる血液以外のノイズを確実に除去して、血液自体の速度を正確に計測する超音波診断装置における血流成分弁別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体内の観察部位に超音波を放射して、観察部位内の血流や体液流等の運動体から反射された超音波エコーのドプラ効果を基に、前記運動体の速度を計測する超音波ドプラ装置が用いられている。
【０００３】
この超音波ドプラ装置は、生体内の観察部位に超音波を放射すると共に、観察部位で反射した超音波を受波してエコー信号に変換する超音波探触子と、この超音波探触子から超音波を発振駆動させると共に超音波エコー信号を受信する送受信回路と、この送受信回路で受信した超音波エコー信号を直交検波して観察部位の運動体でドプラ効果を受けたドプラ信号を生成するドプラ処理回路と、このドプラ処理回路で検出されたドプラ信号から、例えば、観察部位の壁面などの静止部を示すクラッタ信号と、血流よりも速度の遅い運動体によるドプラ信号を除去して、血液のみの速度を検出するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−５９８９５号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に提案されている超音波ドプラ装置による血流検出は、超音波エコー信号から生成されるドプラ信号から観察部位の壁面等の静止部を示すクラッタ信号と、心臓弁近傍の血流速度と同程度の低速度で動く心臓弁とを弁別検出可能となっている。
【０００６】
しかし、前記特許文献１の超音波ドプラ装置には、血流を示すドプラ信号に含まれるホワイトノイズの弁別除去については、何ら開示されて無く、また、従来の超音波診断装置は、前記ドプラ信号から血流信号とホワイトノイズを弁別することが困難であった。尚、ホワイトノイズは、雑音指数の大きさが超音波周波数に依存せずに、全周波数帯域に亘って一様に分布するために、ホワイトノイズを含む血流信号が検出されると血流の状態判断が難しくなる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、生体内の運動体によるドプラ信号からクラッタ成分とホワイトノイズ成分を除いた血液成分のみを弁別して、血流速度を検出可能とする超音波診断装置における血流成分弁別方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置おける血流成分弁別方法は、被検体に超音波を送受信することにより得られた超音波エコー信号から自己相関法により血流の速度を求める血流速度算出ステップと、前記血流速度算出ステップで得られた血流の速度に対して設定された閾値により血流成分を弁別する弁別ステップと、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の超音波診断装置における血流成分弁別方法の前記弁別ステップにおいて、第１の閾値と、この第１の閾値より大きな第２の閾値を設け、第１の閾値以下をホワイトノイズ成分、第２の閾値以上をクラッタ成分として判別することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の超音波診断装置における血流成分弁別方法の前記閾値は、前記血流の速度に対し自己相関法により算出された自己相関の振幅を用いたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の超音波診断装置における血流成分弁別方法は、クラッタ成分とホワイトノイズ成分を確実に除去した血液成分のみの血流信号を確実に弁別でき、その弁別された血流信号から血流速度を正確に検出することが可能となった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波診断装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図、図２は本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理された血流信号を示す自己相関の振幅を説明する説明図、図３は本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理されたクラッタ信号を示す自己相関の振幅を説明する説明図、図４は本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理されたホワイトノイズを示す自己相関の振幅を説明する説明図、図５は本発明に係る超音波診断装置に用いる血流弁別回路の比較器に設定される比較参照値を説明する説明図である。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る超音波診断装置１１は、図１に示すように、生体内に超音波を放射すると共に、その超音波の生体内の運動部から反射された超音波エコーを受波して超音波エコー信号を生成する超音波振動子１２を有するプローブと、このプローブの超音波振動子１２に超音波放射用の駆動信号を生成供給すると共に、前記超音波振動子１２からの超音波エコー信号を受信する送受信回路１３と、この送受信回路１３で受信した超音波エコー信号を基にＢモード画像を作成するＢモード生成回路１４と、前記送受信回路１３で受信した超音波エコー信号から生体内の血流をカラー画像で表示するための血流カラー画像を生成するドップラー処理回路１５と、前記Ｂモード生成回路１４で生成されたＢモード画像に、前記ドップラー処理回路１５で生成された血流カラー画像を合成して合成画像信号を生成する合成回路１６と、この合成回路１６で生成された合成画像信号の基で、Ｂモード画像に血流カラー画像が合成重ね合わされた画像が表示されるモニタ１７とからなっている。
【００１４】
前記ドップラー処理回路１５は、前記送受信回路１３から出力された超音波エコー信号に対して、直交検波を行う直交検波回路２１と、この直交検波回路２１で直交検波後のエコー信号をディジタルデータに変換する第１のアナログ／ディジタル変換器（以下、単に第１のＡ／Ｄ変換器と称する）２２ａと第２のアナログ／ディジタル変換器（以下、第２のＡ／Ｄ変換器と称する）２２ｂと、この第１と第２のＡ／Ｄ変換器２２ａ，２２ｂで変換されたそれぞれのディジタルデータを一時的に保存する第１のメモリ２３ａと第２のメモリ２３ｂ、この第１と第２のメモリ２３ａ，２３ｂに記憶されたそれぞれのディジタルデータから生体内の血流よりも低速度で運動する運動体成分を除去する第１のＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）フィルタ２４ａと第２のＭＴＩフィルタ２４ｂと、この第１と第２のＭＴＩフィルタ２４ａ，２４ｂで低速度運動体除去されたディジタルデータを自己相関法を用いて運動体の速度データと振幅データを検出する自己相関処理回路２５と、この自己相関処理回路２５で検出された運動体の速度データと振幅データから血液信号とクラッタ信号及びホワイトノイズを弁別する血流弁別回路２６と、この血流弁別回路２６でクラッタ信号とホワイトノイズが除去された血流信号を基に血流速度値を求め、その血流速度値をカラーデータに変換するカラー変換回路２７からなっている。
【００１５】
さらに、前記血流弁別回路２６は、前記自己相関処理回路２５で検出された振幅データを予め設定した参照値と比較する比較器３１と、この比較器３１からの制御信号に基づき、前記自己相関処理回路２５で検出出力された速度データと速度値零０のいずれかを選択切り換え出力する切換器３２からなっている。
【００１６】
このような構成の超音波診新装置１１の特徴的な部分であるドップラー処理回路１５の作用について説明する。なお、送受信回路１３、Ｂモード生成回路１４、及び合成回路１６等の作用と信号処理は、公知であるため説明を省略する。
【００１７】
前記プローブの超音波振動子１２で受波生成され、前記送受信回路１３で増幅等の処理が施された超音波エコー信号は、前記直交検波回路２１に供給される。この直交検波回路２１は、前記送受信回路１３から入力されたアナログの超音波エコー信号に対して、公知の直交検波処理を行い、偏移周波数のみを含んだ位相が９０゜異なる２つの信号を第１と第２のＡ／Ｄ変換器２２ａ，２２ｂにそれぞれ供給する。
【００１８】
前記第１と第２のＡ／Ｄ変換器２２ａ，２２ｂそれぞれに入力された９０゜位相が異なる２つの信号は、ディジタルデータに変換される。この第１と第２のＡ／Ｄ変換器２２ａ，２２ｂで変換された９０゜位相の異なるディジタルデータは、それぞれ第１と第２のメモリ２３ａ，２３ｂにドップラー処理に必要なデータ量のディジタルデータが一時保存される。
【００１９】
この第１と第２のメモリ２３ａ，２３ｂそれぞれにドップラー処理可能なデータ量の９０゜位相の異なるディジタルデータが保存されると、この第１と第２のメモリ２３ａ，２３ｂからそれぞれのディジタルデータは、第１と第２のＭＴＩフィルタ２４ａ，２４ｂ５へ出力され、公知の処理によって前記ディジタルデータに含まれる生体等の低速度で運動する成分を除去した９０゜位相の異なる２つのディジタルデータが自己相関回路２５に出力される。
【００２０】
この自己相関処理回路２５は、前記第１と第２のＭＴＩフィルタ２４ａ，２４ｂそれぞれから出力された低速運動成分が除去された９０゜位相の異なるディジタルデータを用いて、後述する自己相関処理を行い、速度データと、自己相関の振幅データとを算出生成して、血液弁別回路２６に出力する。
【００２１】
この自己相関処理回路２５で算出生成された自己相関の振幅データの大きさを前記血流弁別回路２６の比較器２６で、血液成分と、不要成分であるホワイトノイズ成分及びクラッタ成分とを弁別するために、後述する所定の参照値１と参照値２と比較し、その比較の結果得られた制御信号により、前記切換器３２を切換駆動して、前記自己相関処理回路２５で算出生成した速度データ、または事前設定している速度値零０のいずれかをカラー変換回路２７に出力する。つまり、前記比較器３１で、自己相関の振幅データが参照値１、及び参照値２と比較した結果、不要成分であるホワイトノイズ成分とクラッタ成分を除いた、血液成分であると比較判定された場合は、比較器３１から切換器３２を自己相関処理回路２５で算出生成された速度データをそのままカラー変換回路２７に出力するように切換制御し、血液成分でない不要成分であると比較判定された場合は、比較器３１から切換器３２を事前設定されている速度データを速度零０とする切換制御を行いカラー変換回路２７に出力するように切換制御する。尚、この血流弁別回路２６の詳細作用は後述する。
【００２２】
前記カラー変換回路２７は、前記切換器３２から供給され前記血流弁別回路２５で算出生成した速度データ、または事前設定されている速度零０を基に、血流の速度に見合ったカラーデータに変換生成し、前記合成回路２７へと出力される。
【００２３】
次に、前記自己相関処理回路２５における速度データと、自己相関の振幅データの算出生成について説明する。なお、この自己相関処理回路２５における自己相関処理による運動体の速度データは、公知の速度データ算出方法が用いられているために、自己相関処理の振幅データの算出方法についてのみ説明する。
【００２４】
この自己相関処理による振幅データの算出は、図２に示すように、１つの音線方向にＮ回の超音波を送受信した時、ｉ回目に送信した時のある点からのエコーのディジタル複素数データをＲ（ｉ）＝Ｉ（ｉ）＋ｊＱ（ｉ）とすると、血流の速度ｖは、自己相関法を用いると数式１により計算される。
【００２５】
【数１】
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尚、Ｎは超音波送信回数、ｃは音速、ｆ０は音波の周波数、Ｔはパルス繰り返し時間である。
【００２６】
つまり、自己相開法で求まる速度ｖは、ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊＋Ｒ（３）×Ｒ（２）＊＋…Ｒ（Ｎ）＋Ｒ（Ｎ−１）＊  の傾きφに（ｃ／４πｆ０Ｔ）を乗じたものである。
【００２７】
これを図２を用いて説明すると、例えば、Ｎ＝６としているが、図中のベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊の始点と、ベクトルＲ（６）×Ｒ（５）＊の終点を結んだ図中の点線の傾きがφを意味しており、速度ｖは、このφの値に（ｃ／４πｆ０Ｔ）を乗じたものとなる。
【００２８】
また、図２に示すベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊の始点と、ベクトルＲ（６）×Ｒ（５）＊の終点を結んだ図中点線の長さが自己相関の振幅Ａとなる。
【００２９】
なお、この自己相関の振幅Ａは、数式２によって求めることができる。
【００３０】
【数２】
Ａ＝｜Ｒ（２）×Ｒ（１）＊＋Ｒ（３）×Ｒ（２）＊＋…Ｒ（Ｎ）＋Ｒ（Ｎ−１）＊｜
このように、前記数式１より求まる速度データと、数式２より求まる自己相関の振幅Ａとから、血液成分と、不要成分であるクラッタ成分とホワイトノイズ成分の弁別に利用する。
【００３１】
この自己相関の振幅Ａによって血液成分と、不要成分であるホワイトノイズ成分とクラッタ成分を弁別する方法について、図２乃至図４を用いて説明する。
【００３２】
上述したように自己相関の振幅Ａは、数式２で表すことができ、この数式２から各ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊  、Ｒ（３）×Ｒ（２）＊  、Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊  …の振幅が大きく、ベクトルが同じ方向を向いているとき振幅が最大となるが解る。
【００３３】
つまり、血流信号は、図２に示すように、各ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊  、Ｒ（３）×Ｒ（２）＊  、Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊  …は、多少のバラツキはあるものの、ある程度等しい方向性を持っている。
【００３４】
これに対して、クラッタ信号は、図３に示すように、各ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊  、Ｒ（３）×Ｒ（２）＊  、Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊  …はほぼ等しい方向を有しており、また、それぞれの振幅値｜Ｒ（２）×Ｒ（１）＊  ｜、｜Ｒ（３）×Ｒ（２）＊｜ 、｜Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊｜…は図２に示す血流信号の振幅値Ａよりも大きいためにクラッタ信号の自己相関の振幅Ａ’は、図２に示す血流信号の自己相関の振幅Ａに比べ大きくなる。
【００３５】
一般的にクラッタ信号の自己相関の振幅Ａ’は、図２に示す血流信号の自己相関の振幅Ａに比べて約４０ｄＢ程度大きくなる。
【００３６】
また、ホワイトノイズの場合は、図４に示すように各ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊  、Ｒ（３）×Ｒ（２）＊  、Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊  …．は、それぞれ異なる方向性を持っており、それぞれの振幅値｜Ｒ（２）×Ｒ（１）＊  ｜、｜Ｒ（３）×Ｒ（２）＊｜ 、｜Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊｜…は図２に示す血液信号の振幅よりも小さいために自己相関の振幅Ａ”は、図２に示す血流信号の自己相関の振幅Ａに比べて小さくなる。
【００３７】
一般的にホワイトノイズの自己相関の振幅Ａ”は、図２に示す血流信号の自己相関の振幅Ａに比べて約１０〜２０ｄＢ程度小さくなる。
【００３８】
例えば、振幅値｜Ｒ（２）×Ｒ（１）＊  ｜、｜Ｒ（３）×Ｒ（２）＊｜ 、｜Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊｜…が図２に示した血流信号と同等の大きさであっても、各ベクトルＲ（２）×Ｒ（１）＊  、Ｒ（３）×Ｒ（２）＊  、Ｒ（４）＋Ｒ（３）＊  …がそれぞれ異なる方向性を持っているため、ホワイトノイズ信号の自己相関の振幅Ａ”は、図２に示した血流信号の自己相関の振幅Ａに比べ小さくなる。
【００３９】
このように、自己相関の振幅Ａの大きさによって、血流成分と、不要成分であるホワイトノイズ成分とクラッタ成分を弁別することができることから、前記自己相関処理回路２５で算出生成した自己相関の振幅データを基に、血流弁別回路２６における弁別作用について説明する。
【００４０】
前記自己相関回路２５からの自己相関の振幅データは、比較器３１で所定の参照値１と参照値２と比較される。この参照値１は、ホワイトノイズ成分の自己相関の振幅Ａ”を比較判別する値で、参照値２は、クラッタ成分の自己相関の振幅Ａ’を比較判別する値に設定されている。
【００４１】
具体的には、図５に示すように、ホワイトノイズ成分と血流成分を区別する参照値１と、血流成分とクラッタ成分を区別する参照値２をそれぞれ設定している。前記自己相関処理回路２５で算出生成した自己相関の振幅Ａを比較器２６で参照値１と参照値２と比較の結果、参照値１よりも大きく、参照値２よりも小さい（参照値１＜自己相関の振幅Ａ＜参照値２）条件を満たす自己相関の振幅Ａの場合は、血液を示していると判定されて、切換器３２を接点Ａに切り換える制御信号を生成出力して、前記自己相関処理回路２５で算出生成した速度データを前記カラー変換回路２７に出力させる。
【００４２】
前記比較器３１での比較の結果、前記参照値１よりも大きく、参照値２よりも小さい（参照値１＜自己相関の振幅Ａ＜参照値２）条件を満たしていない自己相関の振幅Ａの場合は、不要成分を示していると判定されて、切換器３２を接点Ｂに切り換える制御信号を生成出力して、事前設定されている速度零０の速度データを前記カラー変換回路２７に出力させる。
【００４３】
これにより、自己相関処理された運動体の速度と、運動体の振幅から血流成分と不要成分とを確実に弁別でき、血流成分のみの的確な速度データが得られ、この速度データに応じて、血流の速度を示す色信号を生成して、前記Ｂモード生成回路１４で生成したＢモード画像に合成回路１６で合成処理し、モニタ１７にＢモード画像に血流の速度を色彩で表示させることができる。
【００４４】
［付記］
以上詳述した本発明の実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができる。
【００４５】
（付記１）  被検体に超音波を送受信することにより得られた超音波エコー信号から自己相関法により血流の速度を求める血流速度算出ステップと、
前記血流速度算出ステップで得られた血流の速度に対して設定された閾値により血流成分を弁別する弁別ステップと、
を備えた超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【００４６】
（付記２）  前記弁別ステップにおいて、第１の閾値と、この第１の閾値より大きな第２の閾値を設け、第１の閾値以下をホワイトノイズ成分、第２の閾値以上をクラッタ成分として判別することを特徴とする付記１記載の超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【００４７】
（付記３）  前記閾値は、前記血流の速度に対し自己相関法により算出された自己相関の振幅を用いたことを特徴とする付記１または２のいずれかに記載の超音波診断装置における血流成分弁別方法。
【００４８】
（付記４）  自己相関法により血流の速度を求める血流速度算出ステップと、
前記血流速度算出ステップで得られた血流の速度に対して設定された閾値により血流成分と、クラッタ成分及びホワイトノイズ等の不要成分を弁別するステップと、
を備えたことを特徴とした超音波診断装置。
【００４９】
（付記５）  前記血流成分と、クラッタ成分及びホワイトノイズ等の不要成分の弁別に、自己相関法より算出される自己相関の振幅を用いることを特徴とした付記４に記載の超音波診断装置。
【００５０】
（付記６）  前記自己相関の振幅を用いて複数の閾値を設定することを特徴とした付記５に記載の超音波診断装置。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置における血流成分弁別方法は、超音波エコー信号から自己相関処理されたドプラ信号から血液成分と、不要成分であるホワイトノイズ成分とクラッタ成分を確実に認識判別でき、血液成分のみの流速を確実に検出でき、生体内の血流を正確に計測表示できる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理された血流信号を示す自己相関の振幅Ａを説明する説明図。
【図３】本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理されたクラッタ信号を示す自己相関の振幅Ａ’を説明する説明図。
【図４】本発明に係る超音波診断装置の自己相関処理回路で生成処理されたホワイトノイズを示す自己相関の振幅Ａ”を説明する説明図。
【図５】本発明に係る超音波診断装置に用いる血流弁別回路の比較器に設定される比較参照値を説明する説明図。
【符号の説明】
１１…超音波診断装置
１２…超音波振動子
１３…送受信回路
１４…Ｂモード生成回路
１５…ドップラー処理回路
１６…合成回路
１７…モニタ
２１…直交検波回路
２２…アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
２３…メモリ
２４…ＭＴＩフィルタ
２５…自己相関処理回路
２６…血流弁別回路
２７…カラー変換回路２７
３１…比較器
３２…切換器
【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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