(57)【要約】【課題】二次元断層画像上に二次元血流画像を表示する場合において、血管等の構造体から血流が見かけ上はみ出すという問題が生じていた。【解決手段】第１閾値処理器３４は、パワーの情報が閾値α１よりも大きい場合に、入力される速度の情報をそのまま出力する。第２閾値処理器３６は、対数変換後のパワーが閾値α２よりも大きい場合に、入力される第１閾値処理後の速度の情報をそのまま出力する。つまり、第２閾値処理においては、対数変換後のパワーが閾値α２よりも小さい場合に、入力される速度の情報が出力されないようにする。対数変換により低レベルの成分を持ち上げることが可能であり、閾値の設定を容易化して、精度よく閾値処理を行えるという利点がある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の運動体に対して超音波を送受波し、ドプラ成分を含む受信信号を取得する送受波手段と、
前記受信信号に基づいてドプラ成分のパワーを演算するパワー演算手段と、
前記パワーに対して対数変換処理を実行する対数変換処理手段と、
前記対数変換処理後のパワーが閾値よりも大きい場合に前記ドプラ成分から演算される血流表示情報を通過させ、前記対数変換処理後のパワーが前記閾値よりも小さい場合に前記血流表示情報をカットする閾値処理を実行する閾値処理手段と、
を含み、
前記閾値処理後の血流表示情報が画面上に表示される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
生体内の運動体に対して超音波を送受波し、ドプラ成分を含む受信信号を取得する送受波手段と、
前記受信信号に基づいてドプラ成分のパワーを演算するパワー演算手段と、
前記パワーが第１閾値よりも大きい場合に前記ドプラ成分から演算される血流表示情報を通過させ、前記パワーが前記第１閾値よりも小さい場合に前記血流表示情報をカットする第１閾値処理を実行する第１閾値処理手段と、
前記パワーに対して対数変換処理を実行する対数変換処理手段と、
前記対数変換処理後のパワーが第２閾値よりも大きい場合に前記第１閾値処理後の血流表示情報を通過させ、前記対数変換処理後のパワーが前記第２閾値よりも小さい場合に前記第１閾値処理後の血流表示情報をカットする第２閾値処理を実行する閾値処理手段と、
を含み、
前記第１閾値処理後且つ前記第２閾値処理後の血流表示情報が画面上に表示される、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記血流表示情報は血流の速度又はパワーである、ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、血流に関する情報（速度、パワー等）を画面上に表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、一般に生体内の血流を二次元血流画像として表示する機能を有する。二次元血流画像は血流についての速度やパワーを表示するものである。二次元血流画像はカラー画像として構成され、それは白黒画像としての二次元断層画像上に合成表示されるのが一般的である。背景となる二次元断層画像に現れた血管の断面内にカラー表示された血流が適正に収まっていればよいのであるが、様々な原因によって、血管の断面内からカラー表示される血流がはみ出てしまうことが知られている。これを「はみ出し問題」あるいは「ブルーミング」等と称する者もいる。特許文献１にも同様の問題が指摘されている。はみ出しの原因としては、生体中の音速が均一でないこと、信号処理回路の応答特性等が考えられる。そのような要因から、例えばガウシアン波形状の信号波形の裾野が広がってしまい、それが画像上においてはみ出しとして現れる。
【０００３】
従来の超音波診断装置では、血流情報の表示に当たって閾値処理が適用されており、閾値の上下によって、表示カットオフレベルを操作し、これによりノイズを除去することができる。閾値の上下は一般にドプラ成分の振幅やパワーに基づいて行われているが、はみ出し問題に十分に対処できてはいない実情がある。
【０００４】
特許文献２にはパワーに基づいて組織と血流とを弁別する機能を備えた超音波診断装置が開示されている。特許文献３にはパワーと閾値とを比較する比較器を備えた超音波診断装置が開示されている。特許文献４には造影剤の画像化に当たってブルーミングを抑制できる超音波診断装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−  １６３２２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２９３６号公報
【特許文献３】特開平２−２８９２３７号公報
【特許文献４】特開２００２−３３６２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記はみ出し問題が生じると、画像観察上違和感が生じたり、血流の走行状態を適切に認識できなくなったりするので、そのような問題の解消又は軽減が望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、血流表示の際に生じるはみ出し問題を解消又は軽減できる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、生体内の運動体に対して超音波を送受波し、ドプラ成分を含む受信信号を取得する送受波手段と、前記受信信号に基づいてドプラ成分のパワーを演算するパワー演算手段と、前記パワーに対して対数変換処理を実行する対数変換処理手段と、前記対数変換処理後のパワーが閾値よりも大きい場合に前記ドプラ成分から演算される血流表示情報を通過させ、前記対数変換処理後のパワーが前記閾値よりも小さい場合に前記血流表示情報をカットする閾値処理を実行する閾値処理手段と、を含み、前記閾値処理後の血流表示情報が画面上に表示される、ことを特徴とする超音波診断装置に関する。
【０００９】
上記構成によれば、血流についてのパワー（あるいはそれに相当するリファレンス情報）に対して対数変換が施される。それは、パワーにおける低レベル成分を持ち上げ、パワーにおける高レベル成分を圧縮する処理である。そのような対数変換処理によれば、閾値と比較されるレンジを伸長、拡大できるので、閾値を適切なレベルに設定することが容易となり、はみ出しの解消又は軽減につながる。つまり、ノイズと有効な信号成分との分離性を向上できる。
【００１０】
本発明は、生体内の運動体に対して超音波を送受波し、ドプラ成分を含む受信信号を取得する送受波手段と、前記受信信号に基づいてドプラ成分のパワーを演算するパワー演算手段と、前記パワーが第１閾値よりも大きい場合に前記ドプラ成分から演算される血流表示情報を通過させ、前記パワーが前記第１閾値よりも小さい場合に前記血流表示情報をカットする第１閾値処理を実行する第１閾値処理手段と、前記パワーに対して対数変換処理を実行する対数変換処理手段と、前記対数変換処理後のパワーが第２閾値よりも大きい場合に前記第１閾値処理後の血流表示情報を通過させ、前記対数変換処理後のパワーが前記第２閾値よりも小さい場合に前記第１閾値処理後の血流表示情報をカットする第２閾値処理を実行する閾値処理手段と、を含み、前記第１閾値処理後且つ前記第２閾値処理後の血流表示情報が画面上に表示される、ことを特徴とする超音波診断装置に関する。
【００１１】
上記構成によれば、二段階の閾値処理が実行されるので、つまり、一般的な閾値処理を行った上で、対数圧縮が組み合わされた閾値処理が行われるので、従来に比べてはみ出しをより効果的に抑制することが可能となる。
【００１２】
血流表示情報としては速度情報、パワー情報、その他の情報があげられる。パワー情報を表示する場合には、画像表示のためのパワー演算器の出力を閾値処理に併用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、超音波診断装置において、血流表示の際に生じるはみ出し問題を解消又は軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１は全体構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は医療の分野において用いられ、生体内の断層画像及び血流画像を表示する装置である。
【００１６】
プローブ１０は、超音波の送受波を行う送受波器であって、プローブ１０は、本実施形態において１Ｄアレイ振動子を有している。１Ｄアレイ振動子は、直線状あるいは円弧状に配列された複数の振動素子からなるものである。１Ｄアレイ振動子により超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。電子走査方式としては電子セクタ走査、電子リニア走査等が知られている。プローブ１０に、１Ｄアレイ振動子に代えて２Ｄアレイ振動子を設けることも可能である。
【００１７】
送受信部１２は、送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマとして機能する。送信時において、送受信部１２から１Ｄアレイ振動子に対して複数の送信信号が供給され、これによって送信ビームが形成される。生体内からの反射波は１Ｄアレイ振動子にて受波され、１Ｄアレイ振動子から複数の受信信号が送受信部１２へ出力される。送受信部１２は複数の受信信号に対する整相加算処理を実行し、整相加算後の受信信号（ビームデータ）が送受信部１２から出力される。そのビームデータは、ビームデータ処理部１４及び直交検波部２０に出力されている。
【００１８】
ビームデータ処理部１４は、二次元のＢモード画像すなわち断層画像を形成するためにビームデータに対して検波、対数圧縮等の信号処理を実行する。信号処理後のビームデータはデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ１６）に入力され、ビームデータを構成する各エコーデータに対する座標変換処理、補間処理等が実行される。これによって二次元断層画像が構成される。その画像データは表示処理部１８に出力されている。
【００１９】
一方、直交検波部２０には送受信部１２から出力されたビームデータが入力される。直交検波部２０はビームデータ（受信信号）に対する直交検波処理によりドプラ情報を含む複素信号を生成し、それを出力する。直交検波部２０に入力される一対の参照信号については図示省略されている。この直交検波処理により、受信信号はベースバンド領域の信号（複素信号）に変換される。複素信号はフィルタ２２に入力される。フィルタ２２はいわゆるウォールモーションフィルタであり、心臓壁等の静的な物体からの信号成分を除去し、血流に相当するドプラ情報を抽出する。
【００２０】
フィルタ２２から出力される複素信号は、自己相関器２４に入力される。自己相関器２４は複素信号に対して複素乗算演算を実行し、これによって自己相関結果としての複素信号を出力する。自己相関器２４は公知の回路である。自己相関演算によって生成された複素信号は速度演算器２６に送られる。速度演算器２６は逆正接演算を実行し、自己相関結果に基づいて血流の速度を演算する。速度の情報は閾値処理部２８に入力される。
【００２１】
閾値処理部２８は速度情報に含まれるノイズを除去する信号処理を実行するモジュールであり、特に、本実施形態においては上述したはみ出しを除去あるいは軽減する信号処理を実行している。その信号処理にあたっては、後に図２を用いて説明するように、自己相関器２４から出力された複素信号が利用されており、すなわち、その複素信号から生成されるパワーに基づいて閾値処理が段階的に実行されている。
【００２２】
ＤＳＣ３０は、閾値処理部２８において処理された速度情報に基づいて座標変換処理及び補間処理を実行することにより二次元血流画像を構成する。その画像データは表示処理部１８へ出力される。符号３００に示すように、ＤＳＣ１６及びＤＳＣ３０を単一のＤＳＣで構成してもよい。この構成によれば装置構成を簡略化してコストダウンを図れる。
【００２３】
表示処理部１８は、白黒画像としての二次元断層画像と、カラー画像としての二次元血流画像とを合成し、これによりいわゆるカラーフローマッピング画像を生成する。その画像データは表示器３２へ出力され、表示器３２には上述のように合成された画像が表示される。従来においては、血管あるいは心臓の構造体から血流の部分がはみ出してそれが違和感を生じさせたが、本実施形態においては閾値処理部２８において以下に説明する特有の閾値処理が適用されており、これによってはみ出しの問題が効果的に軽減されている。
【００２４】
図２には、閾値処理部２８の具体的な構成例が示されている。閾値処理部２８は、対数変換処理後のパワーに基づいて閾値処理を実行することを特徴としており、図２に示される構成では二段階の閾値処理が適用されているが、後段の閾値処理だけでも一定のはみ出し軽減効果が得られる。一方、このような段階的な閾値処理を適用すればより効果的なノイズ除去及びはみ出し軽減を達成することが可能である。閾値処理部２８は、図示されるように、第１閾値処理器３４、第２閾値処理器３６、パワー演算器３８、対数変換器４０を備えている。
【００２５】
パワー演算器３８は、自己相関器２４から出力された複素信号に基づいてパワーを演算する回路である。複素信号を構成する実数部の二乗及び虚数部の二乗を加算した値を求めることによりパワーを演算することが可能である。演算されたパワーの情報は第１閾値処理器３４及び対数変換器４０へ出力されている。第１閾値処理器３４は、入力される速度の情報に対して閾値処理を適用する回路であり、具体的には、パワーが閾値α１よりも大きい場合に、入力される速度の情報を通過させ、パワーが閾値α１よりも小さい場合には、入力される速度の情報をカットする処理を実行する。閾値α１はユーザーにより、あるいは自動的に可変設定することが可能である。このような第１閾値処理により受信信号（ドプラ情報）に含まれるノイズが効果的に軽減される。ただし、このような第１段階の閾値処理においてその作用を強くかけてしまうと血流情報における低いレベルの成分が不必要に除去されてしまうという問題があり、その一方において、閾値をあまり下げすぎるとノイズについての除去効果は得られるものの、はみ出しが多く生じてしまうという問題が生じる。そこで、本実施形態ではその後段において第２の閾値処理が行われている。
【００２６】
対数変換器４０は、入力されるパワーの情報に対して対数変換処理を実行する。すなわち高いレベルの成分を圧縮し、その一方において、低いレベルの成分を伸長させることにより、入力信号を対数変換した結果として出力信号を得る処理を実行する。第２閾値処理器３６は、二番目の閾値処理を実行するものであり、対数変換後のパワーの情報が閾値α２よりも大きい場合には、入力される第１閾値処理後の速度の情報をそのまま通過させ、その一方において、対数変換処理後のパワーの情報が閾値α２よりも小さい場合には、入力される第１閾値処理後の速度の情報をカットする処理を実行する。対数変換によれば、上述したように低いレベルの部分を伸長させることができるので、閾値の設定を行うダイナミックレンジを効果的に利用してより高精細に閾値の設定を行うことができ、これによってノイズと有効な信号成分との分離を効果的に行うことが可能となる。これは結果としてはみ出しの低減という効果をもたらす。このような二段階の閾値処理を経た速度の情報に基づいて図１に示したように二次元血流画像が構成される。
【００２７】
図３には、図２に示した対数変換器４０における対数変換関数が示されている。図３に示される対数変換関数２００において、その横軸は入力であり、その縦軸は出力である。例えば低レベルの値ｉが入力された場合、それは対数関数２００に従って変換されて、出力として入力よりも高められた値ｉ’が得られる。
【００２８】
図４乃至図６を用いて本実施形態による対数変換後のパワーに基づく閾値処理の効果を説明する。図４には信号波形が示されている。図４に示される座標系の横軸は時間軸であり、その縦軸は規格化された振幅あるいはパワーを表している。このことは後に説明する図５においても同様である。図４において、符号１００は通常の包絡線検波によるドプラ成分の振幅を表しており、符号１０２はドプラ成分のパワーを表している。図示されているように、一般に、パワーの情報の方が信号の波形が縦軸において圧縮されるために、その横軸方向について見ると波形の幅がふくらんでいる。図４及び後に説明する図５においては、それぞれの信号の分解能として５ビット（３２階調）が設定されている。もちろん、そのような数値は説明のためのものである。このような階調が設定された場合における閾値設定の分解能が図４及び図５においてマス目で表されている。
【００２９】
図４において、符号Ｄ１はノイズと有効な信号成分とを弁別する際において閾値を設定するのに適当と思われる範囲を示している。図示されるようにその範囲Ｄ１は非常に狭く、その結果閾値を適切に設定することができない可能性が高まっている。なお、符号Ｗ１は波形１００を基準として見た場合における血管径を表している。そのような血管径Ｗ１を二次元血流画像上において正しく表現しようとしても、上述したように閾値を設定する範囲が非常に狭く、その結果として最適な閾値の設定を行うことが困難となっている。
【００３０】
一方、図５には対数変換後のパワーを示す波形が符号１０４で示されている。対数変換によりその波形１０４は横軸方向にふくらんでいるものの、ノイズと有効な信号成分とを弁別可能な範囲、つまり閾値設定がふさわしい範囲Ｄ２は拡大している。その結果、血管径Ｗ２を正確に表現するための閾値の設定が容易化されている。本実施形態においては、このように対数変換処理後のパワーを基準として閾値処理を行うことにより、入力される速度の情報を通過させるかあるいは遮断するかをより高精細に判断することが可能である。
【００３１】
すなわち、図４に示したような状態では閾値を一段階変化させただけでノイズが表示されたり血管径が細く表示されてしまったりするという問題が生じやすいが、図５に示す状態においては閾値が取りうる範囲が広がっているため微妙な閾値の設定が可能となるのであり、それは結果として有効な信号成分をノイズと効果的に弁別できる効果をもたらすものである。つまり、閾値の変化に対して血管径の変化は少なくなり、上述したように有効な信号成分とノイズとの分離が良好となるのである。
【００３２】
本実施形態では、上述したように二段階の閾値処理が適用されており、一段階目の閾値処理においてある程度ノイズが除去された上で、血管径を的確に抽出するように二段階目の閾値が実行される。もちろん、上述したように二番目の閾値処理だけを実行するようにしてもよい。
【００３３】
図６において、（Ａ）は従来において生じていたはみ出しが模式的に示されている。（Ｂ）には本実施形態により形成される画像が模式的に示されている。（Ａ）において符号２０２は二次元断層画像を示しており、符号２０４は血流画像を示している。ここでは血管の構造に対して血流の分布が大きく広がりすなわちはみ出しが生じている。これに対し、（Ｂ）においては上述した本実施形態特有の閾値処理を適用した結果として二次元断層画像２０２で表される血管の構造の中に血流画像２０６が適正に収まっており、すなわちはみ出しが除去されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した閾値処理部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】対数変換関数の一例を示す図である。
【図４】振幅を表す波形とパワーを表す波形を示す図である。
【図５】対数変換後のパワーを表す波形を示す図である。
【図６】はみ出しの除去を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
２８  閾値処理部、３４  第１閾値処理器、３６  第２閾値処理器、３８  パワー演算器、４０  対数変換器。
【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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【図６】
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