(57)【要約】    【課題】装置的な負担がなく、簡単な処理で時間応答性よくベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを自動設定できる超音波診断装置を提供する。    【解決手段】  超音波診断装置のドプラ演算部は、ドプラ波形を格納するフレームメモリとは別にラインメモリを備えており、最大ＰＲＦで測定したドプラ波形の各時相データについて信号強度の閾値を決定し、決定された閾値を用いて時相データを２値化し、ラインメモリに累積的に書き込む。全時相データの処理後にラインメモリに書き込まれた累積一次元データは、最大ＰＲＦにおけるドプラ波形の実質的な幅を反映したものであり、この一次元データを表示座標に線形投射することによりベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを算出する。    【選択図】  図４
2005152421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して所定の繰り返し周波数（ＰＲＦ）で超音波を送信させるとともに反射エコー信号を増幅する超音波送受信部と、この超音波送受信部からのドプラ信号に解析を行うドプラ演算部と、ドプラ波形の表示処理を行うグラフィック表示部とを備えた超音波診断装置において、
前記ドプラ演算部は、ラインメモリと、ドプラ波形の各時相データについて信号強度の閾値を決定する閾値決定手段と、決定された閾値を用いて２値化した時相データを前記ラインメモリに累積的に書き込む手段と、前記ラインメモリに書き込まれた累積一次元データをもとにベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを算出する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
探触子から所定の繰り返し周波数（ＰＲＦ）で超音波を被検体に送信することにより得られるドプラ波形を最適化する方法であって、
装置が許容する最大ＰＲＦで測定した所定時間長の波形データから一つの時相データを読み出し、閾値を決定するステップ（Ａ）、
当該時相データを決定した閾値を用いて２値化したデータをラインメモリに書き込むステップ（Ｂ）、
前記波形データの全ての時相データについてステップＡ、ステップＢの処理を行い、その際、ステップＢにおいて同一のラインメモリに累積的に書き込むステップ（Ｃ）、及び
ステップ（Ｃ）で累積的に書き込まれたラインメモリの情報に基づき、最適ＰＲＦ及び前記ドプラ波形のベースラインのオフセット量を自動計算するステップ（Ｄ）を備えたことを特徴とするドプラ波形の最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドプラ血流計測が可能な超音波診断装置に関し、特に自動的にドプラ波形のＰＲＦ及びベースラインを調整可能な超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
実用化されている超音波診断装置の多くは、ドプラ効果を利用した血流計測機能を備えており、断層像やＭモード像と合わせてドプラ波形を表示する。ドプラ波形は、探触子から超音波送受信回路が受信した信号を周波数分析し、時間軸に対する周波数分布として表わしたものであり、通常ベースライン（ドプラ偏移周波数がゼロのライン）の上側に探触子に近づく血流（toward）、下側に探触子から遠ざかる血流（away）が表示される。所定の大きさのサンプルボリュームから得られるドプラ信号は単一の周波数ではなく、血流速度の速いものほど偏移周波数が高くなる。
【０００３】
速い血流を観測する場合には、図５に示すように、送信パルスのＰＲＦ（Pulse Repetition Frequency：パルス繰り返し周波数）、即ち受信のサンプリング周波数を上げ、遅い血流を観測する場合には、ＰＲＦを下げることにより、折り返しが生じないようにしている。また折り返しに対しては、ベースラインを遅い血流速度の波形側にシフトすることにより解消することも可能である。さらにtowardとawayとでは信号強度が異なる場合があり、このような場合にはベースラインをシフトして一方を画面の中央に表示することも可能である。
【０００４】
このようにドプラ血流計測では、目的とする部位や血流に合わせてＰＲＦの調整およびベースラインのシフト処理を行うことが必要であり、従来、被検体の状態や描出部位に応じてその都度、操作者が手動で調整していた。
人間ドック等のスクリーニング検査では１日に数十例もの被検者を対象としているため、被検者一人に対する検査時間を短縮することが望まれるが、前述したように現状の超音波検査ではＰＲＦやベースラインをその都度調整しなければならないため、時間の短縮化を図ることが困難であった。
【０００５】
これに対し、ベースラインやＰＲＦを自動設定することも提案されており、特許文献１には、ドプラ波形から最高血流速度を演算し、得られた最高血流速度を時間的に掃引してトレース描画を行い、その結果をもとに最適なサンプリング周波数及びベースライン位置を決定する技術が記載されている。しかしこの技術では、２次元的なトレース画像をもとに自動設定しているため、処理に時間がかかり、また安定な処理を行うことができない場合もある。
【特許文献１】特開2000-5177号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、装置的な負担がなく、簡単な処理で時間応答性よくベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを自動設定することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して所定の繰り返し周波数（ＰＲＦ）で超音波を送信させるとともに反射エコー信号を増幅する超音波送受信部と、この超音波送受信部からのドプラ信号に解析を行うドプラ演算部と、ドプラ波形の表示処理を行うグラフィック表示部とを備えた超音波診断装置において、
前記ドプラ演算部は、ラインメモリと、ドプラ波形の各時相データについて信号強度の閾値を決定する閾値決定手段と、決定された閾値を用いて２値化した時相データを前記ラインメモリに累積的に書き込む手段と、前記ラインメモリに書き込まれた累積一次元データをもとにベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを算出する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、探触子から所定の繰り返し周波数（ＰＲＦ）で超音波を被検体に送信することにより得られるドプラ波形を最適化する方法を提供するものであり、この方法は、装置が許容する最大ＰＲＦで測定した所定時間長の波形データから一つの時相データを読み出し、閾値を決定するステップ（Ａ）、当該時相データを決定した閾値を用いて２値化したデータをラインメモリに書き込むステップ（Ｂ）、前記波形データの全ての時相データについてステップＡ、ステップＢの処理を行い、その際、ステップＢにおいて同一のラインメモリに累積的に書き込むステップ（Ｃ）、及びステップ（Ｃ）で累積的に書き込まれたラインメモリの情報に基づき、最適ＰＲＦ及び前記ドプラ波形のベースラインのオフセット量を自動計算するステップ（Ｄ）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超音波診断装置によれば、ドプラ波形を時相データに分解し、これを２値化してラインメモリに重ねて書き込むことにより、簡単な一次元処理で、ベースラインのオフセット量と最適ＰＲＦを求めることができ、処理の時間応答性を向上することができる。また各時相データについて信号強度の閾値を決定することにより、ノイズを除去し、診断に有効なドプラ波形を描出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、ドプラ血流計測とＢモード計測とを行うことができる複合装置であり、探触子１と、超音波送受信部２と、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３と、ドプラ演算部４と、グラフィック表示部５と、合成回路６と、画像表示装置７と、これら各部を制御する制御部８と、入力部９とを有している。
【００１１】
探触子１は、被検体内の診断部位に向けて超音波ビームを送信し、反射エコー信号列を受信するもので、図示を省略しているが、内部に超音波の発生源であると共に反射エコーを受信する振動子が配置されている。探触子１としては、例えばセクタ走査型探触子が用いられ、パルスドプラ専用でも断層ドプラ兼用でもよい。
【００１２】
超音波送受信部２は、探触子１を駆動して超音波を送信させると共に受信した反射エコー信号を増幅するもので、図示していないが、内部に探触子１に送波パルスを送って内蔵の振動子から超音波を発生させる送波回路と、探触子１で受信した反射エコー信号を増幅する受信増幅器と、反射エコー信号をＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換器と、これらの制御回路を有している。
ＤＳＣ３は、超音波送受信部２からの画像信号を書き込むと共に読み出し表示座標系に変換して出力するもので、超音波送受信部２でディジタル化された超音波情報を超音波ビームの１ないし複数の走査線ごとに内蔵のラインメモリに書き込んで断層像（Ｂモード像）の画像データを形成する。
【００１３】
ドプラ演算部４は、超音波受信部２からの超音波情報（ドプラ信号）を周波数分析し、時間軸に対する周波数分布（ドプラ波形）、流速分布の演算、最高血流速度の演算等を行うもので、ドプラ信号をフレーム毎に記憶するフレームメモリ41と、演算部42と、これらの制御回路（図示せず）を備え、さらにＰＲＦ及びベースラインの自動設定を行うためにラインメモリ43を備えている。ドプラ演算部４では、上述した通常のドプラ演算に加え、ドプラ波形補正としてＰＲＦ及びベースラインの自動設定処理を行う。
【００１４】
グラフィック表示部５は、入力部９による入力のためのＧＵＩや入力部９から入力された心拍数など被検者情報や検査条件である周波数などの画像情報を表示するものであり、合成回路６は、ＤＳＣ３で作成された画像データ、グラフィック表示部５で生成された画像及びドプラ演算部４で作成されたドプラ波形などを合成する。画像表示装置７は、合成回路６からの画像信号を入力して画像として表示する。
【００１５】
入力部９は、ユーザーが制御部８を介して種々の指令を入力し設定するためのもので、キーボード、トラックボール、マウス等の入力装置からなり、入力は画像表示装置７に表示された画像やキャラクタに対し、これら入力装置を操作することにより行われる。ドプラ血流計測に関連したＧＵＩとして、ＰＲＦ切替入力部91、ベースラインシフト入力部92、波形補正入力部93などを備えている。ＰＲＦ切替入力部91及びベースラインシフト入力部92は、従来の超音波診断装置と同様に、操作者が手動で所望のＰＲＦやベースラインのオフセット量を入力するためのＧＵＩであり、波形補正入力部93は、ＰＲＦ及びベースラインの自動設定の指令を入力するためのＧＵＩである。
【００１６】
次にこのような構成における超音波診断装置の動作を説明する。
まず入力部９から検査に必要な条件（検査周波数、ＰＲＦ等）や被検者情報などの入力を行い、探触子１を被検者の所定の部位に当てて検査（スキャン）を開始する。これにより設定されたＰＲＦで探触子１からパルス状の超音波が送信されるとともに、探触子１で被検者内部からの反射エコーが受信される。反射エコーは超音波送受信部２で増幅され、ドプラ演算部４において従来の装置と同様に周波数解析される。すなわち、超音波送受信部２で受信されたドプラ信号は、Ａ/Ｄ変換器（図示せず）で、所定のサンプリング間隔でディジタル信号に変換（サンプリング）される。演算部42は、一定の時間長、サンプリングされたデータに対しＦＦＴ演算を行い、周波数分布を計算し、ドプラ波形としてフレームメモリ41に格納する。
【００１７】
ドプラ波形の一例を図２（a）に示す。図示するように、ドプラ波形は、縦軸を周波数fd、横軸を時間tとする波形であり、基本周波数f0をベースラインとし、探触子１から遠ざかる血流と探触子１に近づく血流が、ベースラインを挟んで上下に描画されている。このようなドプラ波形は、Ｂモード像やＭモード像と共に画像表示装置７に表示される。
【００１８】
ここで手動モードの場合（即ち、波形補正入力部93からの指令がない場合）には、入力部９のＰＲＦ切替入力部91及びベースラインシフト入力部92から設定されたＰＲＦ及びベースラインで作成されたドプラ波形が表示される。ベースラインのオフセット量の初期値はゼロであり、被検者の描出部位や画像表示装置７に表示されたドプラ波形を見て操作者が適宜調整する。
【００１９】
一方、波形補正入力部93からの指令があると、制御部８を介してドプラ演算部42に最適表示命令が送られ、自動的に最適ＰＲＦ、ベースラインオフセット量を設定するための処理を行う。図３に最適化処理のフローを示す。
【００２０】
まず制御部８は、血流信号をサンプルする時点で決定されるＰＲＦを装置の最大値に設定すると共に、ベースラインを画像表示装置７の中心に設定して短時間（例えば２〜３秒間）のスキャンを行う（ステップ301）。このスキャンによって作成されたドプラ演算部42内のドプラ波形は、高いＰＲＦであるため、図４（a）に示すように小さい波形になっている。なお図４では、波形を輪郭が明確な実線で表示しているが、実際の波形は図２で模式的に示したように上下方向に輝度分布を持ち、輪郭が明確ではない波形である。
【００２１】
制御部８は、得られた波形データをフレームメモリ41に格納し、ラインメモリ43のラインバッファをクリア（ゼロフィル）にする（ステップ302）。次に演算部42は、フレームメモリ41に格納された波形データを時相毎に抜き出す。波形データは、時間t、周波数f、周波数毎の信号強度sの３成分を持ち、これをimg(t,f)で表わすとすると、各時相のデータはwave(f)で表わすことができる。図２（a）の波形データから抜き出した、時相Ａ、Ｂのデータを図２（b）及び（c）に示す。
【００２２】
この時相データwave(f)を周波数方向にスキャンし、信号強度の閾値thを決定する（ステップ303）。閾値thの決定には、例えば、１）入力データ中で信号値がＴ以上になる周波数値とＴ以下になる周波数値の、それぞれの個数、信号値の平均値及び分散が所定の関係を満たすＴを選ぶ、２）信号値がＴ以上になる周波数値で形成される波形データともとの波形データの相関係数が最大となるＴを選ぶ、３）信号値がＴ以上になる周波数値で形成される波形データともとの波形データの２乗誤差を最小にするＴを選ぶ、などの手法を採用することができる。具体的には、非特許文献１に記載される閾値法（大津の閾値法）などを用いることができる。
【非特許文献１】N.Otsu, 「A threshold Selection Method from Gray-level Histogram」, IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics SMC-9, pp. 62-66, Jan.1979
【００２３】
こうして閾値thが決定したならば、再度、wave(f)を周波数方向にスキャンして２値化し、ラインメモリ43に格納する（ステップ304）。即ち閾値がth以上である周波数値についてはラインバッファを１とし、閾値がth以下の周波数値についてはラインバッファをそのまま（０）とする。このステップ303、304の処理を各時相のデータに対して行い、順次、同じラインメモリ上に重ねて書き込む（ステップ305）。この処理におけるラインバッファの様子を図４（c）、（d）に示す。（c）は一つの時相データをラインメモリに書き込んだ状態であり、（d）はフレームメモリに格納された波形データの全時相について書き込み処理を終了した状態を示している。こうしてラインメモリに重ねて書き込まれた累積一次元データは、最大ＰＲＦにおけるドプラ波形の実質的な幅（周波数範囲）を反映したものであり、この一次元データをもとにベースラインのオフセット量及び最適ＰＲＦを算出する。
【００２４】
具体的には、このラインメモリが１から始まる周波数xsを画面表示の上側の最高血流速度として表示すべき位置ysとし、ラインメモリの１で終わる周波数xeを表示画面の下側の最高血流速度として表示すべき位置yeとし、最高ＰＲＦ時のベースライン位置をxoとすると、次式（１）、（２）により最適ＰＲＦおよびベースラインシフト量が決定する。
「最適PRF」={(xe−xs)/(ye−ys)}×「最高PRF」  （１）
「ベースラインシフト量」
＝[{(ye−ys)×xo＋(xe・ys−xs・ye)}/(xe−xs)]−(ys+ye)/2  （２）
【００２５】
この処理は、xsをysに、xeをyeに線形投射する処理であり、このような投射処理により自動的に最適なＰＲＦ及びベースラインが設定される。結果として、被検者の血流速度に合わせた最適なＰＲＦでドプラ計測が行われ、画像表示装置７の表示画面には適切なベースライン位置でドプラ波形が描出される（ステップ307）。このドプラ波形は、被検者の血流速度に合わせて最適なＰＲＦで計測された波形であり、しかも自動波形補正処理において閾値処理されているので、ノイズが除去された波形となる。なおドプラ波形は必要に応じてハイパスフィルタ処理など公知の処理を組み合わせて行うことが可能である。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態として、ドプラ計測およびＢモード計測機能を備えた超音波診断装置について説明したが、本発明はドプラ血流計測のみを行う専用機（ドプラ血流計測計）についても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の超音波診断装置の実施の形態を示す図
【図２】本発明の超音波診断装置で表示されるドプラ波形とその処理を説明する図
【図３】本発明の超音波診断装置における波形補正処理の手順を示す図
【図４】本発明の超音波診断装置における波形補正処理を説明する図
【図５】ＰＲＦとベースラインシフトを説明する図
【符号の説明】
【００２８】
１・・・探触子、２・・・超音波送受信部、３・・・ＤＳＣ、４・・・ドプラ演算部、５・・・ブラフィック表示部、６・・・合成回路、７・・・画像表示装置、８・・・制御部、９・・・入力部、41・・・フレームメモリ、42・・・演算部、43・・・ラインメモリ、93・・・波形補正入力部
【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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