(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、
この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、
このドプラ検出手段により検出された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域のデータ列であって、そのデータ列の振幅値が当該データ列の時間原点における零の値から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理された外挿データ列を推定して前記ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、
このデータ付加手段により外挿データ列が付加された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、
このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、
この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、
このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の振幅値から一定値を減算する一定値減算手段と、
この一定値減算手段で処理された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域のデータ列であって、そのデータ列の振幅値が当該データ列の時間原点における零の値から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理された外挿データ列を推定して前記ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、
このデータ付加手段により外挿データ列が付加された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、
このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記データ付加手段は、前記外挿データ列を発生する発生器を備えている請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記外挿データ列は、前記ドプラデータ列の時間原点においてそのドプラデータ列に連続的に繋がるデータ列である請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記外挿データ列は、前記ドプラデータ列の時間原点における微係数と所望の外挿関数とに基づいて求めた外挿データ列である請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記微係数は、前記時間原点における初期ドプラデータとその次のサンプル時間における第２番目のドプラデータとの間の１次微分係数である請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、
この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、
このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域の外挿データ列を推定して当該ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、
このデータ付加手段により外挿データ列の付加に処せられた前記ドプラデータ列に当該ドプラデータ列の振幅値がその時間原点における零から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理を施すテーパ処理手段と、
このテーパ処理手段によりテーパ処理された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、
このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、
この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、
このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の振幅値から一定値を減算する一定値減算手段と、
この一定値減算手段で処理された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域の外挿データ列を推定して当該ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、
このデータ付加手段により外挿データ列の付加に処せられた前記ドプラデータ列に当該ドプラデータ列の振幅値がその時間原点における零から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理を施すテーパ処理手段と、
このテーパ処理手段によりテーパ処理された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、
このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
前記データ付加手段および前記テーパ処理手段は同一のデータ生成用ユニットを共用する構成の手段であり、このユニットは、そのデータ付加手段により付加される外挿データ列に当該テーパ処理手段によるテーパ処理を施した外挿データ列を発生する発生器を備えている請求項７または８記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記フィルタ手段の出力側に、このフィルタ手段の出力データ列の内の前記データ付加手段により付加された前記外挿データ列に相当するデータを破棄するデータ破棄手段を設けた請求項７または８に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波カラードプラ法を利用して生体内の血流の動態情報をカラーで得るドプラタイプの超音波診断装置に係り、とくに、心筋などの臓器からの反射成分であるクラッタ成分を除去するために内蔵しているフィルタの過渡応答に対する性能向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波カラードプラ法は、超音波信号のドプラ効果を利用して、被検体内の血流動態の情報を体外から非観血的に得る手法で、これを実施する超音波診断装置は、今や目覚ましい進歩を遂げている。
【０００３】
この超音波診断装置の一つのタイプとして、カラードプラ断層法（カラーフローマッピング（ＣＦＭ）ともいう）を実施する装置が知られている。このカラードプラ断層法はレーダ分野で使用されているＭＴＩ（移動目標指示装置）の技術を利用したもので、断層面の血流速度の２次元分布像を得ることができる。
【０００４】
この速度分布像を得るため、超音波パルスを送信したことに伴って生体から得られる超音波エコーは、対応する電気信号に変換された後、実数部、虚数部のエコー信号に分けられる。この実数部、虚数部のエコー信号は共に、直交位相検波器で基準信号に対して位相検波され、基準信号からの位相変化を表わすドプラ信号として抽出される。この実数部および虚数部のドプラ信号はそれぞれＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換された後、バッファメモリに一旦、各別に格納される。
【０００５】
カラーフローマッピング（ＣＦＭ）を実施するＣＦＭモードの場合、同一走査線方向に複数Ｎ回（例えば１６回）の超音波パルスの送受信が繰り返される。このため、１枚の画像を再構成するのに必要なデジタル量のドプラデータは、実数部および虚数部の信号それぞれについて、第１の次元、第２の次元および第３の次元を有する受信データとなり、これがＭＴＩフィルタのバッファメモリに格納される。第１の次元は各走査線数（番号）を表わし、第２の次元は各走査線に沿った深さ方向のピクセル数（番号）を表わし、および第３の次元は各ピクセルについて送受信の繰返しにより得られるドプラデータの数（番号）を表わす。
【０００６】
このため、走査断面の同一サンプル位置に着目すると、Ｎ回の超音波パルスの送受信により受信エコーが時系列的に得られ、その受信エコーに基づいて位相検波されたデジタルデータが第３の次元の方向に順次並べられたものである。この第３の次元の方向にみたときの信号の変化の速さがドプラ偏移周波数の大小、すなわち物体の移動速度の大小に対応する。
【０００７】
このようにしてＭＴＩフィルタのバッファメモリ内に形成された３次元デジタルデータ（ドプラ信号）は各ピクセル位置の第３の次元方向のデータ列毎に、そのクラッタ成分が除去される。このフィルタリング原理は以下のようである。
【０００８】
受信エコーには、血球のようにある程度以上の速度で移動する移動体からのエコー信号と、実質臓器のような組織からのエコー信号（クラッタ成分という）とが混在している。信号強度についてはクラッタ成分の方が血流からのエコー信号よりも大体４０〜８０ｄＢ程度大きいが、移動速度については血流からのエコー信号の方がクラッタ成分よりも大きい。このため、ＭＴＩフィルタのフィルタ回路をハイパスフィルタとして構成し、その遮断周波数をクラッタ成分を除去可能な値に設定しておく。これにより、検波されたドプラ信号からクラッタ成分が除去され、血流からのエコー信号が抽出される。
【０００９】
このエコー信号は、その後、血流の運動状態（平均血流速度、パワー、分散など）の推定処理に付され、その推定情報に基づいて２次元画像が作成される。
【００１０】
上述したクラッタ成分除去のためのＭＴＩフィルタとしてのＩＩＲタイプのハイパスフィルタの一例を図１９に示す。一般に、このハイパスフィルタにドプラ信号が入力し始めた当初、フィルタ出力の時間波形に不自然な高周波信号が現れ、期待したフィルタ動作を得ることができない。これはフィルタを通過するデータ列が有限であることに因る過渡応答の結果である。
【００１１】
この過渡応答は次のように説明できる。ドプラ信号を形成する複数のドプラデータの内の最初のドプラデータがハイパスフィルタに入力した時点では、ラッチ回路Ｔはリセット状態にあり、値としては零が入っている。つまり、ラッチ回路Ｔに入力するデータは零からある値（大部分はクラッタ成分の値）に急変することになり、この急な入力値の変化が過渡応答の原因になる。この過渡応答は見方を変えると、より分かり易くなる。すなわち、ハイパスフィルタ内の全部のラッチ回路が値＝零を示しているということは、時間原点以前（過去）の時間領域においては、入力データが零の状態で動作していた状態であると見做すことができる。この様子の一例を図２０（ａ）に示す。同図（ａ）中の時間原点に現れている不連続な波形は高周波成分を含んでいるから、この場合の過渡応答とは、時間原点における不連続点の影響がハイパスフィルタのインパルス応答を介してその出力信号に現れてきた現象であると理解することもできる。このように、図２０（ａ）に示すような時間原点でステップ状の不連続性を有するドプラデータ列がハイパスフィルタを通過すると、その時間波形には過渡応答に因り同図（ｂ）に示すような高周波成分が加わる。この高周波成分は血流の動きを反映したものではなく、血流動態の情報を推定する上で誤差要因となる。したがって、このハイパスフィルタの出力信号を用いた推定は信頼性に乏しいので、この高周波成分に基づいて表示した最終画像を通常の血流像として受容することはできない。
【００１２】
この過渡応答に因る誤差要因の混入を排除する１つの手法として、容易に想到できるのは、以下のような処理である。すなわち、Ｎ個のドプラデータから成るドプラ信号の内、かかる不連続性に起因して高周波成分が現れる、時間原点から所定数のサンプル点に跨がる複数のドプラデータをフィルタ出力データから除去することである。しかし、このようにドプラデータ数を途中で減らすと、血流の平均速度の推定演算精度が低くなる。しかも、最初にサンプリングするＮ個の意味が無くなってしまい、推定演算精度の割にはリアルタイム性が低い。したがって、フィルタ出力データから除去可能なドプラデータ数には限りがある。このように除去可能なドプラデータ数が少ないと、過渡応答の影響が残ってしまう。
【００１３】
そこで、一般的には、特開昭６３−８４５３２号に記載の過渡応答対策が実施されている。同公報記載の対策は、時間原点のドプラデータの振幅値を初期値（一定値）として採用し、時系列を成すドプラデータのそれぞれから初期値を減算する、いわゆる「初期値減算処理」である。この初期値減算処理が実行されると、例えば図２０（ａ）の時間波形が同図（ｃ）の波形に変換され、時間原点でデータ列がステップ状に急変するという不連続性が緩和される。この初期値減算処理が施されたドプラデータ列（ドプラ信号）がハイパスフィルタに入力され、フィルタ処理に付される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した初期値減算処理により時間原点での不連続性は緩和されるものの、不連続性が完全に無くなる訳ではない。程度の差はあるが、図２０（ｃ）に示すように依然として、時間原点近傍には不連続性が残り、高周波成分が残存する。すなわち、時間原点におけるデータ値自体の不連続性は緩和されているが、時間原点まで平坦（振幅値＝０）であったものが、時間原点から次のサンプル時間位置に移行する段階で急にある傾きθをもって変化することまでは回避できない。つまり、時間原点で微分係数の不連続性が在り、同図（ａ）よりは少ないが、ハイパスフィルタが出力した時間波形に前述したと同様の過渡応答に因る高周波成分が現れてしまう。これにより、以下のような不具合があった。
【００１５】
いま、信号のサンプリング間隔をΔＴ、ナイキスト周波数をｆｎとすると、
【数１】
ΔＴ＝１／（２ｆｎ）  ……  （１）
の関係にある。捕捉しようとする血流の運動速度が相対的に速いときには、ナイキスト周波数ｆｎを大きくする必要があるが、このときには（１）式にしたがってサンプリング間隔ΔＴが短くなる。反対に、相対的に遅い血流を捕捉しようとするときには、ナイキスト周波数ｆｎを小さくする必要があり、その場合、サンプリング間隔ΔＴが長くなる。
【００１６】
このため、図２１（ａ）に示す如く表わされるドプラ信号から速い血流を捉えようとする場合、サンプリング点は白丸印のようになり、遅い血流を捉えようとする場合、サンプリング点は黒丸印のようになる。このサンプリングにより得られるドプラデータ列は、速い血流の場合は同図（ｂ）のように、遅い血流の場合には同図（ｃ）のようにそれぞれ表される。
【００１７】
同図（ｂ），（ｃ）間の対比から分かるように、一般に、サンプリング間隔を広げるほど、時間原点におけるデータ値の変化割合は急峻になる。かかる急峻さが厳しいほど、ＭＴＩフィルタ（ハイパスフィルタ）の通過波形に現れる過渡応答の振幅も大きくなる。したがって、遅い血流を捉えようとする場合、過渡応答に因り発生する高周波成分の影響は特に大きく効いてくる。その影響は時間波形上で時間原点から離れるにつれて徐々に小さくなるが、時間原点においては到底無視できないレベルであり、遅い血流を高精度に検出することへの障害の一つになっていた。
【００１８】
これに対して、速度が比較的速い血流を診断対象とする場合、初期値減算処理によって時間原点におけるデータ値の変化はかなり小さくなるから、過渡応答の影響も少なく、ドプラデータ列の最初の数点を除けば無視できる程度である。そこで、「初期データカット」と呼ばれる処理を行えば、フィルタ処理後の最初の数点のデータを破棄でき、過渡応答に因る付加的な高周波成分をも一緒に排除できることになる。
【００１９】
この「初期データカット」は速い血流を対象としているときには都合が良いが、この処理を安易に採用する訳にはいかない。理由は、低速度の血流速度の推定精度の低下にある。低速の血流を捉えようとするほど、過渡応答の大きな影響の出る範囲は時間原点からその経過方向に大きく広がるから、仮に「初期データカット」を行うとすると、より多くのドプラデータ（初期データ）をＭＴＩフィルタ処理後に破棄しなければならない。本願で対象としている種類の超音波診断装置では、ドプラ信号を基に極力リアルタイムに周波数分析を行い、高精度な血流情報を表示することが求められており、このため、通常、各画素の表示に割り当てられているドプラ信号のデータ数を所定値に制限している。つまり、この所定値のデータ数の中で、リアルタイム性と高精度な血流情報の検出という互いに相反する条件を満足することが要請されている。「初期データカット」によるカットデータ数が多すぎてドプラデータが少なくなると、その分、血流速度の推定精度は低下し、正確な血流情報の検出は困難になる。すなわち、クラッタ成分に因る過渡応答の影響を軽減し、精度良く低速度の血流情報を得るには、サンプリングしたＮ個のドプラデータをなるべく多く利用することが重要であるから、闇雲に初期データカットを行うことはできない。
【００２０】
以上の理由によって、現状では、初期値減算処理が用いられているが、この処理の場合、上述したように、低速度の血流に対して過渡応答に因るクラッタ成分の除去能力が不足するという問題が放置されていた。
【００２１】
本発明は、上述した初期値減算処理だけでは解決できない問題に鑑みてなされたもので、とくに、低速度の血流に対して、ドプラデータ列の時間原点におけるデータの不連続性やその付近におけるデータの急峻な変化に因る過渡応答の影響を確実かつ十分に低減せしめて、従来よりも更に高い血流の検出能を確保できるようにした超音波診断装置を提供することを、その目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る超音波診断装置は、種々の構成を採用する。
【００２４】
その一つの態様として、本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、このドプラ検出手段により検出された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域のデータ列であって、そのデータ列の振幅値が当該データ列の時間原点における零の値から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理された外挿データ列を推定して前記ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、このデータ付加手段により外挿データ列が付加された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。
また、別の態様によれば、本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の振幅値から一定値を減算する一定値減算手段と、この一定値減算手段で処理された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域のデータ列であって、そのデータ列の振幅値が当該データ列の時間原点における零の値から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理された外挿データ列を推定して前記ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、このデータ付加手段により外挿データ列が付加された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
前記データ付加手段は、好適には、前記外挿データ列を発生する発生器を備えている。前記外挿データ列は、例えば、前記ドプラデータ列の時間原点においてそのドプラデータ列に連続的に繋がるデータ列である。かかる外挿データ列は、例えば、前記ドプラデータ列の時間原点における微係数と所望の外挿関数とに基づいて求めた外挿データ列である。前記微係数は、例えば、前記時間原点における初期ドプラデータとその次のサンプル時間における第２番目のドプラデータとの間の１次微分係数である。
【００２７】
さらに別の態様として、本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域の外挿データ列を推定して当該ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、このデータ付加手段により外挿データ列の付加に処せられた前記ドプラデータ列に当該ドプラデータ列の振幅値がその時間原点における零から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理を施すテーパ処理手段と、このテーパ処理手段によりテーパ処理された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。
さらに別の態様として、本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の断面に沿って超音波信号を各走査線方向に複数回ずつ時系列に送信して当該送信に伴う超音波エコー信号に応じた電気量のエコー信号を時系列に得る送受信手段と、この送受信手段により得られた時系列のエコー信号から前記各走査線方向の各サンプル位置で反射した複数の離散的なドプラデータから成るドプラデータ列をそのサンプル位置毎に検出するドプラ信号検出手段と、このドプラ信号検出手段により検出された前記ドプラデータ列の振幅値から一定値を減算する一定値減算手段と、この一定値減算手段で処理された前記ドプラデータ列の時間原点から過去の時間領域の外挿データ列を推定して当該ドプラデータ列に付加するデータ付加手段と、このデータ付加手段により外挿データ列の付加に処せられた前記ドプラデータ列に当該ドプラデータ列の振幅値がその時間原点における零から時間経過方向に連続的にかつ滑らかに変化するようにテーパ処理を施すテーパ処理手段と、このテーパ処理手段によりテーパ処理された前記ドプラデータ列から前記被検体内の血流に代表される運動流体以外の散乱物に因るクラッタ成分を除去するフィルタ手段と、このフィルタ手段によりクラッタ成分が除去された前記ドプラデータ列に基づいて前記サンプル位置毎の前記流体の運動情報を得る運動情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
その場合、前記データ付加手段および前記テーパ処理手段は同一のデータ生成用ユニットを共用する構成の手段であり、このユニットは、そのデータ付加手段により付加される外挿データ列に当該テーパ処理手段によるテーパ処理を施した外挿データ列を発生する発生器を備えていてもよい。また、前記フィルタ手段の出力側に、このフィルタ手段の出力データ列の内の前記データ付加手段により付加された前記外挿データ列に相当するデータを破棄するデータ破棄手段を設けもよい。
【００３０】
以上の種々の態様の超音波診断装置によって、低速度の血流に対して、ドプラデータ列の時間原点におけるデータの不連続性やその付近におけるデータの急峻な変化に因る過渡応答の影響を確実かつ十分に低減せしめて血流の高い検出能を確保できる。また、ＭＴＩフィルタでフィルタ処理した後の計測データの一部を破棄する、いわゆる「初期データカット」処理を併用して過渡応答の影響をより的確に抑制でき、かつその破棄する計測データ数を零または少なくとも極めて少ない数に止めることができ、より高精度な血流情報推定を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１〜図８に基づき、本発明の主要な実施形態の一つである第１の実施形態を超音波診断装置を説明する。
【００３４】
装置構成の概要
最初に、本実施形態に係る超音波診断装置の構成の概要を説明する。図１に示す超音波診断装置は、超音波信号と電気信号の間で双方向に信号変換可能な超音波プローブ１と、この超音波プローブ１に接続された送信系回路２および受信・処理系回路３とを備える。
【００３５】
超音波プローブ１は、その先端に配置されたアレイ型圧電振動子を備える。アレイ型振動子は複数の圧電素子を並列に配置し、その配置方向を走査方向としたもので、複数の圧電素子それぞれが送受信の各チャンネルを形成する。
【００３６】
送信系回路２は、基準レートパルスを発生するパルス発生器１１と、このパルス発生器１１から出力された基準レートパルスをチャンネル毎に遅延して駆動パルスを発生させる送信回路１２とを備える。送信回路１２から出力されたチャンネル毎の駆動パルスは、超音波プローブ１の複数の振動子のそれぞれに供給される。駆動パルスの送信遅延時間は各チャンネル毎に制御され、レート周波数毎に繰返し供給される。駆動パルスの供給に応答して各振動子から超音波パルスが出射される。この超音波パルスは被検体内を伝搬しながら、制御された送信遅延時間により送信ビームを形成し、音響インピーダンスの異なる境界面でその一部が反射してエコー信号になる。戻ってきたエコー信号の一部または全部は１つまたは複数の振動子で受信され、対応する電気信号に変換される。
【００３７】
一方、受信・処理系回路３は、超音波プローブ１に接続された受信回路２１のほか、この受信回路２１の出力側に置かれたＢモード処理回路２２、ＣＦＭモード処理回路２３、および表示回路２４を備える。受信回路２１は、プローブ１の各振動子に接続されたチャンネル毎のプリアンプと、このプリアンプのそれぞれに接続された遅延回路と、その遅延回路の遅延出力を加算する加算器とを備える。このため、プローブ１により受信されたエコー信号は、その対応する電気量のアナログ信号が受信回路２１に取り込まれ、チャンネル毎に増幅された後、受信フォーカスのために遅延制御され、加算される。これにより、受信遅延時間の制御に応じて決まるフォーカス点を有する受信ビームが演算上で形成され、所望の指向性が得られる。
【００３８】
受信回路２１の出力端は、Ｂモード処理回路２２およびＣＦＭモード処理回路２３に分岐して接続されている。Ｂモード処理回路２２はＢモードの白黒の断層像データの作成を担うもので、図示していないが、対数増幅器、包絡線検波器、およびＡ／Ｄ変換器を備えている。このため、受信回路２１で整相加算されたエコー信号は対数増幅器で対数的に圧縮増幅され、その増幅信号の包絡線が包絡線検波器で検波され、さらにＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換された表示系回路２４にＢモード画像信号として送られる。
【００３９】
表示回路２４は、Ｂモード用とＣＦＭ用のフレームメモリおよび書込み／読出し制御回路を備えたデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３１、ピクセルのカラー付与処理を行うカラー処理器３２、Ｄ／Ａ変換器３３、および表示用のＴＶモニタ３４を備える。Ｂモード処理回路２２から出力されたデジタル量の包絡線検波信号は、ＤＳＣ３１のＢモード用フレームメモリに書き込まれる。
【００４０】
さらにＣＦＭモード処理回路２３は、血流動態を観測するＣＦＭモードの画像データの作成を担う回路群であり、その入力側は、受信回路２１から出力されたエコー信号を実数部Ｑ，虚数部Ｉに対応して２系統で入力するように分岐されている。実数部Ｑおよび虚数部Ｉの信号系毎に、ミキサ４１Ａ（４１Ｂ）、ＬＰＦ４２Ａ（４２Ｂ）、およびＡ／Ｄ変換器４３Ａ（４３Ｂ）をこの順に備える。ＣＦＭモード処理回路２３はさらに、Ａ／Ｄ変換器４３Ａ、４３Ｂからの実数部および虚数部の処理信号を受ける過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂ、この対策部からの各出力信号にクラッタ成分除去のためのフィルタリング処理を施すＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂ、およびこのフィルタ部の出力信号に基づいて血流動態に関する各種の演算を行う演算回路４６を備える。ＣＦＭモード処理回路２３はさらに、参照用の基準信号を発振する基準発振器４７と、この基準信号に正確に９０度の位相差を与えてミキサ４１Ａ，４１Ｂにそれぞれ供給する位相器４８とを備える。基準発信器４７と送信系回路２のパルス発生器２１とは互いに同期して駆動する。基準信号は超音波信号と略同一の周波数を有する。
【００４１】
このため、受信回路２１から出力されたエコー信号は、実数部、虚数部の信号系それぞれにおいて、ミキサ４１Ａ（４１Ｂ）により基準信号との間で乗算された後、ＬＰＦ４２Ａ（４２Ｂ）によりその高周波成分が除去されて、ベース帯域の信号となる。すなわち、エコー信号はその実数部、虚数部毎に、ミキサ４１Ａ（４１Ｂ）およびＬＰＦ４２Ａ（４２Ｂ）による位相検波（直交位相検波）を受け、基準信号からの位相差を反映したベース帯域のドプラ信号として抽出される。このドプラ信号はその実数部、虚数部毎に、Ａ／Ｄ変換器４３Ａ（４３Ｂ）によりデジタルデータに変換され、過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）に入力する。この過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂのそれぞれは、後で詳述するが、ドプラ信号の時間原点における不連続性および／またはその付近における急峻な変化に起因した過渡応答現象を低減させるために設けられている。
【００４２】
ＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂは、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂで処理されたドプラ信号を個別に入力し、心臓壁などで反射してきた不要なエコー信号を除去するとともに、いわゆる「初期データカット」の処理のために介挿してある。ＭＴＩフィルタ部４５により、実質臓器からのドプラ成分（クラッタ成分の一つである）がドプラ信号全体から確実かつ精度良く除去され、血流からのドプラ成分が抽出される。
【００４３】
ＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂでフィルタリングされた実数部、虚数部のドプラデータはそれぞれ演算回路４６に送られる。演算回路４６は、実数部、虚数部のドプラデータを用いて血流の動態情報を推定する、例えば自己相関器およびこの相関結果を用いる平均速度演算器、分散演算器、パワー演算器を有しており、血流の平均速度、速度分布の分散、血流からの反射信号のパワーなどの情報が推定演算される。この演算結果はＣＦＭモード画像データとしてＤＳＣ３１のＣＦＭ用フレームメモリに一旦格納される。
【００４４】
ＤＳＣ３１では、Ｂモード用フレームメモリおよびＣＦＭモード用フレームメモリに格納された画像データが各別に標準ＴＶ方式で読み出される。さらに、この読出しと並行して、両フレームメモリの共通画素同士の一方が択一的に選択され、Ｂモード画像（背景像）にＣＦＭモード画像が重畳された１フレームの画像データが形成される。この画像データはカラー処理器３２でカラー付与処理が施された後、Ｄ／Ａ変換器により所定タイミング毎にアナログ信号に変換され、ＴＶモニタ３４に表示される。
【００４５】
過渡応答対策
まず、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂの具体的な構成および機能の説明の先立ち、この過渡応答対策部に入力するドプラ信号の形態を説明する。
【００４６】
ＣＦＭモードの画像を作るには、同一の走査線方向への超音波パルスの送受信がＮ回（例えば１６回）繰り返される。この送受信１回毎に得られるエコー信号が直交位相検波されてドプラデータが形成され、過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）の後述するバッファメモリにそれぞれ格納される。このため、各バッファメモリに格納されるベース帯域のデジタルのドプラデータは３つの次元を有する。図２に示すように、第１の次元は各走査線数（番号）１〜Ｌを表わし、第２の次元は各走査線に沿った深さ方向のピクセル数（番号）１〜Ｍを表わし、および第３の次元は各ピクセルについて送受信の繰返しにより得られるドプラデータの数（番号）１〜Ｎを表わす。ドプラデータの数を以下、「データ数」という。ＣＦＭモードでは、各サンプル点に対して時系列に得られた第３の次元方向のＮ個のドプラデータ（図２斜線部分参照）をそれぞれ独立に処理して各ピクセル毎の血流の動態情報を得るようになっている。このため、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂのそれぞれには例えば図３（ａ）に示すように、実数部Ｑ、虚数部Ｉ毎に、複数個のドプラデータが時系列に並んで形成されるデータ列のドプラ信号Ｚｉ（ＱｉまたはＩｉ：ｉ＝１〜Ｎ）が走査面の各サンプル位置毎に供給される。
【００４７】
この過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂのそれぞれは、各ドプラ信号Ｚｉにおける、最初のドプラデータの時間位置ｔ＝０（これを時間原点という）での離散的データの振幅値の不連続性やその近傍の振幅値の急峻な変化に起因した過渡応答を抑え、滑らかな時間特性を持たせる「テーパ処理（テーパリング）を施した外挿データ列を付加する処理」を実施するために設けている。
【００４８】
最初に、本発明の過渡応答の対策処理の中心となるテーパ処理および外挿処理の概念を個々に説明しておく。なお、実施形態によっては、それらのテーパ処理および外挿処理を機能的に同時にまたは個々に実施したり、さらには、その内のテーパ処理をそのほかの処理と組み合わせて実施したりするものである。
【００４９】
まずテーパ処理の概要について説明する。図３（ａ）に示す如く、時間ｔ＝０の時間原点にて不連続性または時間原点付近で急峻な時間変化特性をもつドプラ信号に対し、同図（ｂ）に示すように時間原点付近で滑らかな減衰特性を呈するテーパ関数または重み付け係数を乗じる。この種の減衰特性としては、例えば、一般に知られている「Hanning  窓」、「Blackman窓」、「Hamming  窓」などが用いられる。この滑らかな減衰特性は時間原点付近のドプラデータに限定して掛けられる。同図（ｂ）の場合、時間原点を含めてその原点付近の５個のドプラデータに０〜１まで滑らかに変化するテーパ関数値（または重み付け係数値）＝０〜１が乗じられる。６個目以降のドプラデータに乗じられるテーパ関数値（または重み付け係数値）は１である。このテーパ処理により、同図（ｃ）に示す如く、時間原点での不連続性およびその原点付近における急峻なデータ変化が抑制され、時間原点における振幅値＝０から数個目のドプラデータの元々の振幅値まで滑らかに変化していく新たなドプラ信号が作り出される。テーパ処理に掛けるドプラデータ数を多くするほど、ドプラ信号の時間原点からの経時的変化はより滑らかになる。
【００５０】
次に外挿処理を図４に基づき説明する。時間原点におけるデータ不連続性に起因するハイパスフィルタの過渡応答は、前述したように、時間原点から時間経過方向に離れるほどその影響は小さくなる。これに着目し、過渡応答の影響が殆ど無くなる時点を時間原点まで移動させようとするものである。
【００５１】
この移動を行うために外挿処理を実行させる。外挿処理は、例えば図４（ａ）に示すような実際に計測したドプラデータ列に、時間原点より以前の過去データ列を同図（ｂ）に示すように推定して付加することで行われる。好適には、過渡応答による影響を最小限に抑えるため、時間原点の前後において微分係数が連続するように過去のデータ列を推定し、付加する。例えば、１次微分係数が連続するような外挿関数として、計測したドプラデータ列の最初の２点（時間原点とその次の点）で一意的に決定される１次関数を利用する。データＮＯ．１とＮＯ．２の間の傾き「Δｘ／ΔＴ」を演算し、この傾きで決まる１次関数を推定し、この１次関数上の過去時点の外挿点（付加点）を決める（同図（ｂ）参照）。この外挿処理で用いる外挿関数は、過渡応答を抑制するために必須の条件である「時間原点おける微分係数が連続である」ことを基本的に満たせばよく、上述した１次関数に限定されるものではない。例えば、Ｓ／Ｎ比が低い場合は最初の数点からデータのトレンドを求めて外挿関数を与えてもよい。トレンドを求めるには最小２乗法などの手法を使うことができる。また、必ずしも複雑な関数を用いる必要はないが、さらに高次の微分係数が連続であることを条件に加えた外挿関数を設定するようにしてもよい。このように外挿関数を用いて過去のデータ列を人為的に外挿することで、時間原点は等価的に時間軸後方に移動させられる。
【００５２】
ただし、外挿するデータ列は前記条件に加えて、外挿データ列の先端で零に収束する滑らかに減衰させる必要がある。また外挿するデータ列は人為的に作られ、あくまで過渡応答対策として一時的にのみ使用するものであるから、ハイパスフィルタリング後には前述した初期データカットの処理により破棄しなければならない。つまり外挿データ列は血流情報の推定には利用しないように構成する。
【００５３】
本実施形態における過渡応答対策部４４Ａ、４４Ｂはそれぞれ、図５に示す如く、入力側に装備されたバッファメモリ５１と、このバッファメモリの読出し側に設けた外挿器５５と、バッファメモリ５１および外挿器５５の動作状態を制御する制御器５３とを備える。バッファメモリ５１には、Ａ／Ｄ変換器４３Ａ（４３Ｂ）から出力され、かつ図２に示したように３つの次元を有する受信ドプラデータ群が格納される。
【００５４】
外挿器５５の具体的な構成例を図６に示す。同図に示すように、外挿器５５は第１のメモリ６５、第２のメモリ６６、外挿関数発生器６７、およびセレクタ６８を備えて構成される。第１のメモリ６５は、制御信号にしたがい、入力したドプラデータ列（計測データ列）の中から外挿関数を決めるための初期データ値あるいは数番目のデータ値を記憶するとともに、その記憶データを外挿関数発生器６７に与える。外挿関数発生器６７は、事前に決定・記憶してある外挿関数を第１のメモリ６５から与えられたデータ値を参照して決めるとともに、その外挿関数をテーパ処理した外挿データ列（付加する時間原点以前の過去データ列）を発生させ、セレクタ６８に出力する。すなわち、外挿関数発生器６７からは前述した図４記載の外挿点（外挿関数）に図３記載のテーパ処理を施した外挿データ列が出力される。これと並行して、第２のメモリ６６は制御信号にしたがい、入力したドプラデータ列（計測データ列）の一連を一旦記憶するとともに、所定タイミング後に読み出してセレクタ６８に出力する。
【００５５】
セレクタ６８は制御信号に応じて最初に第１のメモリ６７側に切り換えられたおり、これにより外挿関数発生器６７から出力された外挿データ列が選択され、外挿器５５の出力データとなる。この外挿データ列の出力が終わった時点で、セレクタ６８は第２のメモリ６６側に切り換えられ、外挿データ列に引き続いて計測されたドプラデータ列が選択され、出力データとなる。この結果、最初に付加された外挿データ列が、次に計測されたドプラデータ列が引き続いて外挿器５５から出力される。このテーパ処理済みの外挿データ列の付加はスキャン断層面のサンプル点毎に実施される。
【００５６】
ＭＴＩフィルタ部
ＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）の構成および動作の説明を説明する。ＭＴＩフィルタ部４５Ａ、４５Ｂのそれぞれは、図５に示すように、その入力側に介挿したハイパスフィルタ７１と、このハイパスフィルタの出力信号の中から最初の数個のデータをカット（除去）する、いわゆる「初期データカット」の処理を行う初期データカット回路７２とを備える。
【００５７】
ハイパスフィルタ７１の回路構成はＦＩＲ型でもＩＩＲ型でもよく、その遮断特性は例えば図７に示すように、心筋などの組織からのエコー成分（クラッタ成分）を除去しかつ血流からのエコー成分を通過させるように設定されている。また初期データカット回路７２は、ハイパスフィルタ７１のフィルタ出力波形の内、時間原点を含めた所定複数個の時間位置のデータをカットするようになっている。ここでは、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂを付加してあるので、フィルタ出力波形に現れる過渡応答現象に因る高周波成分は後述するように著しく抑制されるから、カットするデータ数は、従来よりも相当に少なく設定できる。
【００５８】
このため、この初期データカット回路７２によるカットデータ数は過渡応答対策の効き具合に応じて決めることができるが、場合によっては、カットデータ数を零にできる。すなわち、場合によっては、初期データカット回路７２を設けないことも可能になる。
【００５９】
全体動作と利点
さらに、本実施形態に係る超音波診断装置の全体的な動作を説明する。本装置を動作させ、送信系回路２およびプローブ１を介して例えば電子セクタ方式の超音波スキャンを実施すると、このスキャンに応答したエコー信号がプローブ１で受信される。このエコー信号は、受信・処理系回路３にて、受信回路２１により受信フォーカスが掛けられた後、Ｂモード処理回路２２およびＣＦＭモード処理回路２３に送られる。
【００６０】
この内、ＣＦＭモード処理回路２３では、エコー信号は前述したように直交位相検波およびＡ／Ｄ変換を受け、デジタル量の離散化されたドプラデータに変換される。このドプラデータは過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）に入力してバッファメモリ５１に一旦記憶される。このドプラデータは、断層面のサンプル点毎に、例えば図８（ａ）に示すようなＮ個のドプラデータから成るドプラデータ時系列（ドプラ信号）として、一定タイミング毎にバッファメモリ５１から読み出される。このドプラデータ列は次段の外挿器５５に送られ、前述したようにテーパ処理された外挿データ列の付加処理に掛けられる。
【００６１】
すなわち、図８（ａ）に示す如く離散化されたドプラデータ列が外挿器５５に入力すると、このデータ列は同図（ｂ）に示すように処理される。最初に、過去方向、すなわち入力ドプラデータ列の時間原点から負の時間方向に人為的に作られたテーパ処理済みの外挿データ列が一時的に外挿（付加）される。この外挿は、同図（ｂ）に示すように、時間原点ｔ＝０において微係数を連続させるべく、例えば初期値と２番目のデータとの傾きに準じた１次関数により複数の外挿点から成る外挿点（外挿関数）を推定することでなされる。これにより、外挿した過去データ列の端点ｔ＝−ｔ１を疑似的に時間原点と見做すことができ、本来の計測ドプラデータ列全体を過渡応答の時間的影響範囲から遠ざけることができる。
【００６２】
このテーパ処理を含んだ外挿処理が施されたドプラデータ列は、同図（ｂ）に示すように、外挿データ列の時間負方向に至るほど滑らかに変化し、時間ｔ＝−ｔ１における疑似的な時間原点での先端データは振幅値＝零に漸近する。
【００６３】
このように外挿処理（テーパ処理も機能的に含まれる）されたドプラデータ列はその後、ＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂにてハイパスフィルタリングされる。しかし、このデータ列は疑似的な時間原点（ｔ＝−ｔ１）にて振幅値＝零であり、しかもそれから極めて滑らかに変化しているので、ハイパスフィルタの出力波形に現れる過渡応答に起因した高周波成分は相当に抑制される。加えて、実際の時間原点ｔ＝０の位置は、疑似的な時間原点の介挿により、フィルタ出力波形の内の過渡応答の影響が及ぶ時間範囲の外になる。つまり、同８（ｃ）に示すように、実際の時間原点およびその以降の、計測したドプラデータ列には過渡応答に因る高周波成分は現れない。
【００６４】
このハイパス出力信号は初期データカット回路７２に送られ、外挿データ列に相当する過去時間の出力データが破棄される。計測したドプラデータ列分のデータはそっくり残り、このデータが後段の演算回路４６に送られる。
【００６５】
このようにフィルタリングされ、過渡応答の影響が殆ど無いデータ列は次いで演算回路４６に送られ、前述したように種々の血流情報が演算される。つまり、演算回路４６は、計測したドプラデータ列分のデータ全部を利用して血流速度を推定演算できる。この血流情報はＤＳＣ３１にて、Ｂモード処理回路２２から送られてくるＢモード像に合成される。この合成画像データは、カラー処理器３２およびＤ／Ａ変換器３４を経てＴＶモニタ３４に送られ、２次元の血流分布像として表示される。
【００６６】
本実施形態では以上のように、ＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂに入力するドプラデータ列に、テーパ処理を掛けた外挿データ列を付加する処理を施しているので、ドプラデータ列の時間原点での不連続性およびその付近の急峻な変化による過渡応答に起因してフィルタ出力波形に含まれる高周波信号の大きさおよびその範囲を従来よりも格段に精度良く抑制できる。
【００６７】
つまり、適度な外挿点数を持つテーパ処理済みの外挿データ列の付加処理を行うことで、過渡応答の影響が本来の入力データ列から十分遠ざけられるから、前述した実施形態のものよりも過渡応答の影響をさらに確実に回避でき、しかも、計測したドプラデータは破棄せずに、それを最大限活用した血流情報推定が可能になる。このメリットは外挿点数を増大させるほど大きい。クラッタ成分を確実に低減できるとともに、前述した実施形態の装置に比べて、血流情報をさらに高精度に推定でき、極低速の血流に対する検出能を飛躍的に高めることができる。
【００６８】
本実施形態では、疑似的な時間原点にて振幅値＝０（重み係数値＝０に相当）となるように外挿しているので、かかる過渡応答の影響を低減する効果が極めて高い。
【００６９】
このため、捕捉対象の血流速度が低い場合でも、ＭＴＩフィルタ部の出力波形データに対して、いわゆる初期データカットの処理を有効に行うことができる。すなわち、初期データのカットは外挿データ列相当分で済む。演算回路４６での推定演算に実際に使用できるドプラデータの数は計測データ全部になるので、血流速度が高い場合は勿論のこと、血流速度が低い場合でも血流情報をより高精度に求めることができ、血流検出能を飛躍的に向上させることができる。
【００７０】
とくに、速度が５ｃｍ／ｓｅｃ以下である極めて低流速の血流を捕捉する場合、従来の初期値減算処理だけでは不十分であり、低流速の血流検出能が不足していた。また、初期データカットによるカットデータ数を多くして過渡応答の影響を除去することは、速度の推定精度の面から好ましくなかった。これに対し、本発明ではテーパ処理を含む外挿処理が有効に効いて、血流速度情報の演算を推定するのに使うデータ数としてその最大値を確保できるから、そのような低速度の血流をも確実に捕捉できるようになる。
【００７１】
なお、本実施形態において外挿データ列の外挿点数が少ないときは、実際の時間原点またはそれ以降の近傍にも過渡応答の影響が残ることがあるが、その場合でも、外挿処理を行わない場合に比べて、初期データカット回路でのデータカット数は少なくて済み、計測したドプラデータ列の殆ど大部分を血流速度の演算に回すことができる。このため、やはり高精度の速度演算を維持できる。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の主要実施形態の別の１つである、第２の実施形態に係る超音波診断装置を図９〜図１１に基づき説明する。なお、これ以降の実施形態において、第１の実施形態の装置の構成要素を同一または同等の要素には同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。第３以降の実施形態についても同様とする。
【００７３】
この実施形態の超音波診断装置は、前述した初期値減算処理およびテーパ処理を含む外挿処理を組み合わせて行うようにしたものである。これを実施するため、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂは図９に示す構成を有する。
【００７４】
この過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂのそれぞれは図９に示すように、バッファメモリ５１の読出し側に初期値減算器５４および外挿器５５をこの順に設置している。制御器５３は、バッファメモリ５１、初期値減算器５４および外挿器５５の動作を制御管理するようになっている。各回路は前述した実施形態のものと同一または同等に構成されている。
【００７５】
初期値減算器５４は、時間原点におけるデータの不連続性を除去するために一定値をドプラデータ列から除去するように構成されている。具体的には、初期値減算器５４は図１０に示すように、ドプラデータ列の初期値を書き込むメモリ６３と、減算用の減算器６４とを備えて構成される。メモリ６３は制御器５３からの制御信号にしたがい、ドプラデータ列の内の最初のデータを初期値（一定値）として記憶するとともに、その値をドプラデータが入力する度に減算器６４に出力する。ドプラデータ列は減算器６４にも与えられているから、減算器６４はドプラデータ列の各データの振幅から初期値を減算して後段の外挿器５５に出力するようになっている。
【００７６】
そのほかの構成は第１の実施形態のものと同一である。
【００７７】
いま図１１（ａ）に示すような離散化されたドプラデータ列が過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂに入力したとすると、最初に初期値減算器５４により時間原点における振幅値が初期値（一定値）としてデータ列の振幅値から減算され、同図  （ｂ）に示すようなドプラデータ列が生成される。この減算処理は、入力データ列毎（サンプル点毎）に逐一行われる。
【００７８】
この減算処理後のドプラデータ列は外挿器５５に入力し、実際の時間原点から過去方向に所定点数のテーパ処理された外挿データ列が同図（ｃ）に示す如く付加される。この外挿データ列は、前述したと同様に、実際の時間原点ｔ＝０における微分係数を一定に保持したまま過去方向に延ばしたデータ列であってテーパ処理されている。
【００７９】
外挿処理（およびテーパ処理）されたドプラデータ列は、疑似的な時間原点  （ｔ＝−ｔ１）に近付くにつれて滑らかに振幅値＝零に漸近するようになっている。このため、同図（ｃ）に示すように、外挿データ列は疑似的な時間原点（ｔ＝−ｔ１）で振幅値＝０から滑らかに変化し、さらに実際の時間原点（ｔ＝０）で再び振幅値＝０に滑らかに戻り、その時間原点から計測ドプラデータ列を反映した滑らかな変化となる。
【００８０】
このように初期値減算および外挿（およびテーパ）の各処理を経たドプラデータ列はＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）に送られ、ハイパスフィルタ７１によりハイパス処理される。データ列が非常に滑らかに変化するから、ハイパスフィルタにおける過渡応答の影響は元来著しく少ない。同時に、第１の実施形態のときと同様に、既に非常に少なくなっている過渡応答の影響が高周波信号としてハイパスフィルタ出力に現れるのは、実際の時間原点よりも過去の時間範囲である。そして、この過去の時間範囲のデータはその後、初期データカット回路７２により破棄され、計測ドプラデータ列に対応した出力のみが残り、血流情報推定に供せられる。
【００８１】
このように、ドプラデータ列に初期値減算、外挿（およびテーパ）の処理をこの順に施すことにより、第１の実施形態のもの以上の作用効果を得ることができる。計測したドプラデータ列を最大限に活用でき、血流情報を高精度に演算できる。
【００８２】
とくに、本実施形態特有の利点は以下のように説明できる。「初期値減算処理」により不連続性を最初に除去し、時間原点に残った急峻な変化を「テーパ処理を掛けた外挿処理」により低減しているので、その分、滑らかさの程度も極めて高くなる。よって、外挿処理により本来の計測ドプラデータ列を過渡応答の影響から一層確実に遠ざけることができ、疑似的な時間原点での急峻なデータ変動を第１の実施形態のものよりも効果的に抑制できる。この結果、外挿点数を第１の実施形態のものよりも減らすことができ、過渡応答の低減効果を強力に保持できる一方で、外挿処理（およびテーパ処理）のための計算時間および計算量を減らすことができるという独特の利点もある。
【００８３】
このため、本実施形態の場合には、初期データカット回路７２を設けなくても済む。
【００８４】
なお、上述した第１および第２の実施形態においては、外挿器５５においてテーパ処理を掛けた外挿データ列を発生させる、テーパ処理手段とデータ外挿手段とを機能的に同一回路ユニットで同時に達成する構成を例示した。しかし、本発明は必ずしもこの構成に限定されず、前述した図３記載のテーパ処理を実施するテーパ処理器と、前述した図４記載の外挿処理を行う外挿処理器とに回路ユニットを別けて、外挿処理器で外挿関数に基づく複数の外挿点の外挿データ列を決め、その外挿データ列にテーパ処理器でテーパ処理を掛けるようにしてもよい。
【００８５】
（第３の実施の形態）
さらに、別の主要実施形態である第３の実施形態に係る超音波診断装置を図１２および図１３を参照して説明する。この超音波診断装置は、前述した第２の実施形態のものと同様に、過渡応答の影響を大幅に減らすために初期値減算および外挿処理（およびテーパ処理）を行うものであるが、その処理時間の短縮を目的として構成されている。
【００８６】
いま、外挿処理、テーパ処理、およびハイパスフィルタ処理に着目する。外挿処理およびテーパ処理を行い、その後でハイパスフィルタ処理を行うためには、前述した第１、第２の実施形態のように実際に過去のデータ列を発生させることも可能である。しかし、外挿数が多くなるほど、処理データ数も増大し、処理演算時間も長くなる。そこで、過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）およびＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）を以下のように構成することで、この処理演算の時間を増大を抑える。
【００８７】
本装置のＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂはそれぞれ、ＭＴＩフィルタとして知られるハイパスフィルタ８１を備えている。このハイパスフィルタは前述したようにＦＩＲ型でもＩＩＲ型でもよい。図１２にはＩＩＲ型の１次構成図を示す。このハイパスフィルタにおいて、ｘ（ｎＴ）：ｎ番目のフィルタ入力信号、Ｔ：入力信号間隔、ａ，ｂ：フィルタ係数値、とすると、ｎ番目の入力に対するフィルタ出力信号ｙ（ｎＴ）は、
【数２】
0003771978.tif 000002
で表される。
【００８８】
そこで、このハイパスフィルタ７１を使って、過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）およびＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）を図１３のように構成する。ただし、ハイパスフィルタ８１の一部は過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）と共用する構造とする。具体的には、過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）はバッファメモリ５１、初期値減算器５４、ＲＯＭ８２、切換手段としてのセレクタ８３、メモリ９０、外挿関数推定器９１、および制御器５３を備える。これに対し、ＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）は、ハイパスフィルタ８１および初期データカット回路７２を備える。初期データカット回路は必要が無い場合（過渡応答の影響が時間原点以降に及ばない場合）、設けなくてもよい。
【００８９】
初期値減算器５４からのドプラデータ列ｘ（ｎＴ）はＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）で２系統に分岐し、一方はメモリ９０を介してＭＴＩフィルタ出力用としてハイパスフィルタ８１に至り、もう一方は外挿関数推定用として外挿関数推定器９１に至る。ＲＯＭ８２、メモリ９０および外挿関数推定器９１は共に制御器５３からの制御信号で制御される。外挿関数推定器９１の出力はＲＯＭ８２に至る。
【００９０】
ハイパスフィルタ８１は、メモリ９０に繋がるアンプ８５、セレクタ８３の出力を受けるアンプ８６、両アンプ８５、８６の出力信号を加算する加算器８７、および、加算器８７の出力端にされたメモリ８８を備える。加算器８７の出力がハイパスフィルタ出力となる。メモリ８８の読出し側はセレクタ８３に接続される。ＲＯＭ８２の読出し出力端もセレクタ８３に接続される。セレクタ８３は制御器５３からの制御御信号に応じて、ＲＯＭ８２からの読出しデータかメモリ８８からの読出しデータかの一方を選択できるようになっている。制御器５３からの各制御信号により、ＲＯＭ８２、およびセレクタ８３の動作が制御されるようになっている。
【００９１】
いま、テーパ処理された端点（すなわち、疑似的な時間原点）にて滑らかに零に漸近させる外挿関数が既知であり、かつ、カットオフ周波数に応じたハイパスフィルタが既知であれば、外挿する過去データ列に対するフィルタ出力は事前に求めることができる。そこで、このフィルタ出力ｙ（０Ｔ）を予め計算して、その値をＲＯＭ８２に格納しておく。なお、ＲＯＭ８２には、入力するドプラデータ列の形状に対応するのに十分な数の出力ｙ（０Ｔ）を記憶させる。
【００９２】
この状態で実際のドプラデータ列ｘ（ｎＴ）の到来に同期して制御器５３が以下の処理がなされるように制御信号を出力する。外挿関数推定器９１により、ドプラデータ列ｘ（ｎＴ）の最初の少なくとも１点以上を用いて、最適な過去データに対するフィルタ出力ｙ（０Ｔ）が推定され、対応したパラメータ値がＲＯＭ８２に出力される。ＲＯＭ８２は、入力したパラメータ値に対応したフィルタ出力ｙ（０Ｔ）を制御信号に応じて読み出し、セレクタ８３に出力する。セレクタ８３は制御信号に応答してこのフィルタ出力ｙ（０Ｔ）を通過させる。
【００９３】
一方、ＭＴＩフィルタ出力用のドプラデータ列は、上記フィルタ出力ｙ（０Ｔ）を出力するのに必要な時間だけメモリ９０に一時的に記憶される。このメモリ９０は制御信号に応答し、ＲＯＭ８２から読み出されるフィルタ出力ｙ（０Ｔ）と同期して、初期ドプラデータｘ（０Ｔ）を読み出し、出力する。この結果、加算器８７にて初期ドプラデータｘ（１Ｔ）とフィルタ出力ｙ（０Ｔ）が合成され、ハイパフフィルタ出力ｙ（１Ｔ）が得られる。この出力ｙ（１Ｔ）はそのままＭＴＩフィルタ出力になるとともに、制御信号によりメモリ８８にも一時記憶される。
【００９４】
制御信号にしたがって、２番目のドプラデータｘ（２Ｔ）がメモリ９０から読み出されると、制御器５３からの制御信号に応じてセレクタ８３のセレクト経路がメモリ８８側に切り替わる。このため、メモリ８８にその時点で記憶されているデータｙ（１Ｔ）が読み出され、このデータｙ（１Ｔ）とドプラデータｘ（２Ｔ）が加算されて、次のＭＴＩ出力データｙ（２Ｔ）が得られる。セレクタ８３の切換位置はそのままメモリ８８側に保持され、３番目以降のＭＴＩデータも同様に順次演算される。セレクタ８３は、次の新しいドプラデータ列に対するＭＴＩフィルタ出力ｙ（０Ｔ）が外挿関数推定器９１での推定に基づきＲＯＭ８２から出力されると、ＲＯＭ８２側に切り替わり、上述した動作が繰り返される。
【００９５】
したがって、外挿処理およびテーパ処理後のＭＴＩフィルタ出力を、演算時間を増大させることなく、得ることができる。
【００９６】
なお、この実施形態では、初期値減算処理およびテーパを掛けた外挿処理を行う第２の実施形態の回路構成について説明したが、テーパを掛けた外挿処理だけを行う第１の実施形態のものに同様の回路構成を適用してもよい。
【００９７】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置を図１４〜図１６に基づき説明する。
【００９８】
この実施形態の超音波診断装置は、ドプラデータ列にテーパ処理を施すようにしている。装置全体は図１記載のものと同様に構成されるが、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂを図１４に示すように構成している。
【００９９】
本実施形態における過渡応答対策部４４Ａ、４４Ｂはそれぞれ、図１４に示す如く、入力側に装備されたバッファメモリ５１と、このバッファメモリの読出し側に設けたテーパ処理器５２と、バッファメモリ５１およびテーパ処理器５２の動作状態を制御する制御器５３とを備える。バッファメモリ５１には、Ａ／Ｄ変換器４３Ａ（４３Ｂ）から出力され、かつ図２に示したように３つの次元を有する受信ドプラデータ群が格納される。
【０１００】
テーパ処理器５２は上述したテーパ処理を担うもので、図１５に示すように、乗算器６１とＲＯＭ（読出し専用メモリ）６２を備える。ＲＯＭ６２には前述した如く滑らかに変化する重み付け係数値（テーパ関数値）が予め記憶されている。制御器５３からの制御信号に呼応して、テーパ処理器５２に入力するドプラデータ列の順番に係数値がＲＯＭ６２から読み出され、乗算器６１に送られる。乗算器６１にはドプラデータ列と係数値が供給され、それら間の乗算がドプラデータが入力する毎に時系列で実施される。
【０１０１】
制御器５３は、例えば、装置全体の図示しないコントローラ（レートパルスジェネレータとも呼ばれることがある）などと同期してタイミング信号を発生する信号発生器で構成され、受信処理シーケンスの必要時に制御信号を発生するようになっている。この制御器５３は装置全体のコントローラなどが兼用するように構成してもよい。
【０１０２】
このため、ＣＦＭモード処理回路２３では、エコー信号は前述したように直交位相検波およびＡ／Ｄ変換を受け、デジタル量の離散化されたドプラデータに変換される。このドプラデータは過渡応答対策部４４Ａ（４４Ｂ）に入力してバッファメモリ５１に一旦記憶される。このドプラデータは、断層面のサンプル点毎に、例えば図１６（ａ）も示すようなＮ個のドプラデータから成るドプラデータ時系列（ドプラ信号）として、一定タイミング毎にバッファメモリ５１から読み出される。このドプラデータ列は次段のテーパ処理器５２に送られ、前述したようにテーパ処理が掛けられる。
【０１０３】
すなわち、ＲＯＭ６２から予めテーブル化された重み付け係数値が読み出され、乗算器６１でその係数値がドプラデータに順次掛けられる。重み付け係数は、乗算後のドプラデータ列が時間原点に近いほど滑らかに変化して零に漸近するように設定されている。このため、乗算後（テーパ処理後）のドプラデータ列は図１６（ｂ）に示すように、時間原点から滑らかに立上がり、数ドプラデータ後には元の振幅値に繋がる。このテーパ処理（テーパリング）は走査断面上の各サンプル点のドプラデータ時系列に対してそれぞれ実施される。
【０１０４】
このようにテーパ処理されたドプラデータ列はＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）に送られ、ハイパスフィルタ７１でハイパスフィルタリングされる。このフィルタリングにより、ドプラデータ列に小振幅で含まれていた血流からのエコー成分（ドプラ信号）が良好に抽出され、組織で散乱した大振幅のエコー成分が殆ど除去される。
【０１０５】
このときにハイパスフィルタ７１で抽出・出力されるドプラデータ列の時間波形に含まれる時間原点付近の高周波成分は、同図（ｃ）に模式的に示すように、テーパ処理を施さない初期値減算だけの従来の時間波形（同図（ｄ）に模式的に示す）に比べ、テーパ処理による入力信号の滑らかさ（連続性）が寄与して、格段に少なくなる。
【０１０６】
同図（ｃ）に示すように高周波成分が少なくなったドプラデータ列（血流からのドプラ信号）はこの後、初期データカット回路７２に送られ、時間原点から極く近い数点のデータのみがカットされる。このカットされる数は、同図（ｄ）のように初期値減算処理だけを実施してフィルタリングしたときの従来のカット数よりも著しく少なくて済む。
【０１０７】
本実施形態では以上のように、ＭＴＩフィルタ部４５Ａ，４５Ｂに入力するドプラデータ列にテーパ処理を施している。これにより、比較的に簡便な処理ながら、ドプラデータ列の時間原点での不連続性およびその付近の急峻な変化による過渡応答に起因してフィルタ出力波形に含まれる高周波信号の大きさおよびその範囲を従来よりも確実に抑制できる。具体的には、その出力波形に含まれる時間軸の経過方向への過渡応答の影響を極力小さい範囲（時間）内に押し止めることができる（図１６（ｃ）と（ｄ）を比較参照のこと）。
【０１０８】
このため、捕捉対象の血流速度が低い場合でも、ＭＴＩフィルタ部の出力波形データに対して、いわゆる初期データカットの処理を有効に実施できる。すなわち、初期データのカット数が従来よりも少なくて済むから、データ列中に残存させるドプラデータの数は多くなる。これにより、演算回路４６での推定演算に実際に使用できるドプラデータの数が従来よりも増えるので、血流速度が高い場合は勿論のこと、血流速度が低い場合でも血流情報をより高精度に求めることができ、血流検出能を向上させることができる。
【０１０９】
また本実施形態のテーパ処理によれば、時間原点における不連続性を除去するため、時間原点で重み付け係数が零になるように与えているので、等価的には、テーパ処理の後に初期値減算処理を行うことになり、過渡応答の低減効果としては高いものになっている。
【０１１０】
さらに、テーパ処理に掛けるドプラデータ数を多くするほど、ドプラ信号の時間原点からの経時的変化はより滑らかになり、過渡応答の影響が抑制される。
【０１１１】
なお、上述したテーパ処理器５２は重み付け係数値を予めテーブル化して記憶させておく構成を説明したが、テーパ処理器は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、そのような重み付け係数値あるいはテーパ関数値をその乗算の都度、予め与えて関数に基づいて演算により求める構成のテーパ処理器であってもよい。
【０１１２】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る超音波診断装置を図１７および図１８に基づき説明する。
【０１１３】
この実施形態の超音波診断装置は、前述したテーパ処理の前に、初期値減算処理を行うようにしたものである。これを実施するため、装置全体は図１記載のものと同様に構成され、とくに、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂは図１７に示す構成になっている。
【０１１４】
この過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂのそれぞれは図１７に示すように、バッファメモリ５１の読出し側とテーパ処理器５２との間に初期値減算器５４を介挿させている。制御器５３は、バッファメモリ５１、初期値減算器５４、およびテーパ処理器５２の動作を制御管理するようになっている。初期値減算器５４およびテーパ処理器５２は前述した通りの構成である。
【０１１５】
そのほかの構成も第１の実施形態のものと同一である。
【０１１６】
このため、仮に図１８（ａ）に示すような離散化されたドプラデータ列が過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂに入力したとすると、初期値減算器５４により一定値が減算されて同図（ｂ）に示すようなドプラデータ列ができる。この減算処理は、入力データ列毎（サンプル点毎）に逐一行われる。
【０１１７】
すなわち、ドプラデータ列の内、時間原点位置（データＮＯ．１）のドプラデータの振幅値Ａ１（初期値）が最初にメモリ６３に記憶され、この振幅値Ａ１がデータＮＯ．１〜Ｎのドプラデータそれぞれの振幅値から差し引かれる。この結果、同図（ｂ）に示すように、時間原点のドプラデータの振幅値＝０となり、時間原点における不連続性が先に除去される。初期値減算処理されたドプラデータ列はその後、テーパ処理器５２に出力され、前述したと同様の重み付け係数値またはテーパ関数値（例えば図３（ｂ）参照）を用いてテーパ処理に付される。これにより図１８（ｃ）に示す如く、時間原点からのデータの立上がり具合が初期値減算処理後のそれよりも一層滑らかになる。
【０１１８】
この実施形態におけるテーパ処理はとくに、時間原点で重み付け係数が零になるように与えているので、実際の「初期値減算処理」および「テーパ処理」の後に、再び「初期値減算処理」を行っているのと等価になる。
【０１１９】
このようにして処理されたドプラデータ列はＭＴＩフィルタ部４５Ａ（４５Ｂ）に送られ、前述したと同様に、ハイパスフィルタリングおよび初期データカットの処理に付される。
【０１２０】
本実施形態では以上のように構成され機能することから、過渡応答対策部４４Ａ，４４Ｂにて最初に初期値減算が実施され、データ不連続性の大まかな成分が最初に除去される。次いで、テーパ処理により連続性が精細に確保される。このため、第１の実施形態の過渡応答対策に比べて、時間原点付近のデータの振幅値に変化が一層滑らかになり、且つ、振幅値の変化率そのものも小さくなる。したがって、このドプラデータ列をハイパスフィルタを通して現れる過渡応答の影響（高周波成分）は極めて少なくなるから、その後の「初期データカット」におけるカットデータ数をより少なくすることが可能になり、第４の実施形態の効果を一層推し進めることができる。過渡応答対策については比較的簡単な処理で済む一方で、クラッタ成分を良好に除去して高品質の画像を得るのみならず、極低速の血流に対する検出能が向上し、信頼性の増したカラードプラタイプの超音波診断装置を提供できる。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る超音波診断装置は、超音波信号の送受信を介して検出されたドプラデータ列からクラッタ成分を除去し、その除去後のドプラデータ列に基づいて血流の運動情報を得るようにするととともに、ドプラデータ列の時間原点におけるデータの不連続性および急変の少なくとも一方に起因してクラッタ成分除去後の信号に含まれる過渡応答の影響成分を抑制する手段（例えば、ドプラデータ列にテーパ処理したデータ列を外挿する手段、この手段と一定値減算とを組み合わせた構成など）を設けたため、クラッタ成分の的確な除去は勿論のこと、低速度の血流に対して、ドプラデータ列の時間原点におけるデータの不連続性やその付近におけるデータの急峻な変化に因る過渡応答の影響を確実かつ十分に低減せしめて高い血流検出能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るカラードプラ型の超音波診断装置のブロック図。
【図２】ＣＦＭモード時に得られる受信データを模式的に示す説明図。
【図３】ドプラデータ列（ドプラ信号）に対するテーパ処理の概要を説明する図。
【図４】外挿処理の概要を説明する図。
【図５】第１の実施形態に係る過渡応答対策部の概要を示すブロック図。
【図６】外挿器の具体例を示すブロック図。
【図７】ＭＴＩフィルタとしてのハイパスフィルタの周波数特性図。
【図８】第１の実施形態に係るテーパを掛けた外挿処理、ハイパスフィルタ処理、および初期データカットの処理を説明する図。
【図９】第２の実施形態に係る過渡応答対策部の概要を示すブロック図。
【図１０】初期値減算器の具体例を示すブロック図。
【図１１】第２の実施形態に係る初期値減算およびテーパを掛けた外挿処理の処理を説明する図。
【図１２】第３の実施形態に係るハイパスフィルタ（ＭＴＩフィルタ）の１次構成図。
【図１３】第３の実施形態に係る過渡応答対策部およびＭＴＩフィルタ部の概要を示すブロック図。
【図１４】第４の実施形態に係る過渡応答対策部とＭＴＩフィルタ部の概要を示すブロック図。
【図１５】テーパ処理器の具体例を示すブロック図。
【図１６】第４の実施形態に係るテーパ処理、ハイパスフィルタ処理、および初期データカットを説明する図。
【図１７】第５の実施形態に係る過渡応答対策部の概要を示すブロック図。
【図１８】第５の実施形態に係る初期値減算処理およびテーパ処理を説明する図。
【図１９】従来例の説明に用いたハイパスフィルタ（ＭＴＩフィルタ）の構成図。
【図２０】ドプラデータ列の不連続性、過渡応答の発生、及び初期値減算を表す従来技術の説明図。
【図２１】サンプリング間隔の相違を説明する図。
【符号の説明】
１  超音波プローブ（送受信手段）
２  送信系回路（送受信手段）
３  受信・処理系回路
２１  受信回路（送受信手段）
２４  表示回路（運動情報取得手段）
４１Ａ，４１Ｂ  ミキサ（ドプラ信号検出手段）
４２Ａ，４２Ｂ  ＬＰＦ（ドプラ信号検出手段）
４３Ａ，４３Ｂ  Ａ／Ｄ変換器（ドプラ信号検出手段）
４４Ａ，４４Ｂ  過渡応答対策部（過渡応答抑制手段）
４５Ａ，４５Ｂ  ＭＴＩフィルタ部
４６  演算回路（運動情報取得手段）
５１  バッファメモリ（過渡応答抑制手段）
５２  テーパ処理器（テーパ処理手段）
５３  制御器（過渡応答抑制手段）
５４  初期値減算器（一定値減算手段）
５５  外挿器（データ外挿手段／データ付加手段／データ生成用ユニット）
７１、８１  ハイパスフィルタ（ＭＴＩフィルタ：フィルタ手段）
７２  初期データカット回路（データ破棄手段）
８２  ＲＯＭ（記憶手段）
８３  セレクタ（処理実施手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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