(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理方法であって、
前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行い、
前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う、
ことを特徴とするドップラ信号処理方法。
【請求項２】
前記ウィンドウのプロファイルは概ね台形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載のドップラ信号処理方法。
【請求項３】
時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理方法であって、
前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う、
ことを特徴とするドップラ信号処理方法。
【請求項４】
前記切り出した信号をウィンドウ処理するウィンドウはハニングウィンドウである、
ことを特徴とする請求項３に記載のドップラ信号処理方法。
【請求項５】
前記予め定めた処理はフィルタリング処理である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４うちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理方法。
【請求項６】
前記予め定めた処理はゼロシフト処理である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理方法。
【請求項７】
前記予め定めた処理は前記音響信号の出力特性の補正処理である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理方法。
【請求項８】
ドップラ信号は超音波エコーのドップラ信号である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理方法。
【請求項９】
時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理装置であって、
前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行うウィンドウ処理手段と、
前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う信号切り出し手段と、
を具備することを特徴とするドップラ信号処理装置。
【請求項１０】
前記ウィンドウのプロファイルは概ね台形状である、
ことを特徴とする請求項９に記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１１】
時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理装置であって、
前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う振幅変調手段、
を具備することを特徴とするドップラ信号処理装置。
【請求項１２】
前記切り出した信号をウィンドウ処理するウィンドウはハニングウィンドウである、
ことを特徴とする請求項１１に記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１３】
前記予め定めた処理はフィルタリング処理である、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１２うちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１４】
前記予め定めた処理はゼロシフト処理である、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１３のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１５】
前記予め定めた処理は前記音響信号の出力特性の補正処理である、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１４のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１６】
ドップラ信号は超音波エコーのドップラ信号である、
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１５のうちのいずれか１つに記載のドップラ信号処理装置。
【請求項１７】
超音波を送波してそのエコーのドップラ信号を求め、時間ドメインにおける前記ドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する超音波診断装置であって、
前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行うウィンドウ処理手段と、
前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う信号切り出し手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１８】
前記ウィンドウのプロファイルは概ね台形状である、
ことを特徴とする請求項１７に記載の超音波診断装置。
【請求項１９】
超音波を送波してそのエコーのドップラ信号を求め、時間ドメインにおける前記ドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する超音波診断装置であって、
前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う振幅変調手段、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２０】
前記切り出した信号をウィンドウ処理するウィンドウはハニングウィンドウである、
ことを特徴とする請求項１９に記載の超音波診断装置。
【請求項２１】
前記予め定めた処理はフィルタリング処理である、
ことを特徴とする請求項１７ないし請求項２０うちのいずれか１つに記載の超音波診断装置。
【請求項２２】
前記予め定めた処理はゼロシフト処理である、
ことを特徴とする請求項１７ないし請求項２１のうちのいずれか１つに記載の超音波診断装置。
【請求項２３】
前記予め定めた処理は前記音響信号の出力特性の補正処理である、
ことを特徴とする請求項１７ないし請求項２２のうちのいずれか１つ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、ドップラ（Ｄｏｐｐｌｅｒ）信号処理方法および装置並びに超音波診断装置に関し、特に、時間ドメイン（ｄｏｍａｉｎ）におけるドップラ信号を所定の長さずつ切り出してウィンドウ（ｗｉｎｄｏｗ）処理し、それをフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換により周波数ドメインの信号に変換し、周波数ドメインでフィルタリング（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）等適宜の処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理方法および装置並びに超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、対象の内部を超音波ビーム（ｂｅａｍ）で走査してエコー（ｅｃｈｏ）を受信し、エコーの強度に対応した画像データ（ｄａｔａ）を求め、それによっていわゆるＢモード（ｍｏｄｅ）画像を生成する。これはＢモード撮影とも呼ばれる。
【０００３】
また、エコーのドップラ信号を求め、それに基づいて血流等の動態を表すカラー（ｃｏｌｏｒ）画像すなわちいわゆるカラードップラ画像を生成する。カラードップラ画像としては、血流等の速度の２次元分布を表すカラーフローマッピング（ｃｏｌｏｒ  ｆｌｏｗ  ｍａｐｐｉｎｇ）画像やドップラ信号のパワー（ｐｏｗｅｒ）の２次元分布を表すパワードップラ画像等が生成される。これはカラードップラ撮影とも呼ばれる。
【０００４】
また、対象の内部に設定したサンプルボリューム（ｓａｍｐｌｅ  ｖｏｌｕｍｅ）からのエコーのドップラ信号をフーリエ変換して周波数スペクトル（ｓｐｅｃｔｒａ）を求めることも行われる。これはポイントドップラ（ｐｏｉｎｔ  Ｄｏｐｐｌｅｒ）計測とも呼ばれる。
【０００５】
Ｂモード撮影、カラードップラ撮影およびポイントドップラ計測の結果はそれぞれ画像として表示され、対象を診断するための視覚的情報として利用される。ポイントドップラ計測においてはドップラ信号はスピーカ（ｓｐｅａｋｅｒ）等のオーディオ（ａｕｄｉｏ）装置を通じて音響信号としても出力され、診断用の聴覚的情報として利用される。
【０００６】
オーディオ装置に入力する信号としては、フーリエ変換する前の時間ドメインのドップラ信号または周波数スペクトルを逆フーリエ変換により時間ドメインに戻した信号が利用される。
【０００７】
時間ドメインから周波数ドメインに移行するためのフーリエ変換には、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）が用いられる。周波数ドメインから時間ドメインの戻すための逆フーリエ変換にはｉＦＦＴ（ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）が用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＦＴでフーリエ変換を行う場合、時間的に連続しているドップラ信号は所定の長さずつ切り出されるとともに、切り出し部分における信号の不連続性を緩和するためのウィンドウ処理が施される。ウィンドウとしては例えばハニングウィンドウ（Ｈａｎｎｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ）等が用いられる。ウィンドウ処理後のドップラ信号はウィンドウのプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて振幅変調されたものとなる。
【０００９】
このため、逆フーリエ変換により得られる信号は、ウィンドウプロファイルに応じて振幅変調されたドップラ信号となり、それに基づく音響信号は不正確なものとなる。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、時間ドメインのドップラ信号をウィンドウ処理して周波数ドメインに移しそれをあらためて時間ドメインに戻すにあたり、ウィンドウ処理の影響を除去することが可能なドップラ信号処理方法および装置並びに超音波診断装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するひとつの観点での発明は、時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理方法であって、前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行い、前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う、ことを特徴とするドップラ信号処理方法である。
【００１２】
（２）上記の課題を解決する他の観点での発明は、時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理装置であって、前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行うウィンドウ処理手段と、前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う信号切り出し手段と、を具備することを特徴とするドップラ信号処理装置である。
【００１３】
（３）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を送波してそのエコーのドップラ信号を求め、時間ドメインにおける前記ドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する超音波診断装置であって、前記ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行うウィンドウ処理手段と、前記ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とが前記ウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行う信号切り出し手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１４】
（１）〜（３）に記載の各観点での発明では、ウィンドウ処理を頂部が平坦なプロファイルを持つウィンドウを使用して行い、ドップラ信号の切り出しを先に切り出した信号と後に切り出した信号とがウィンドウの平坦部に相当する部分で重なるように行うので、周波数ドメインから時間ドメインに移したドップラ信号はウィンドウの平坦部でつながる。したがって、ウィンドウ処理の影響を除去することができる。
【００１５】
前記ウィンドウのプロファイルは概ね台形状であることが、切り出しによる信号の不連続性を緩和する点で好ましい。
（４）上記の課題を解決する他の観点での発明は、時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理方法であって、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う、ことを特徴とするドップラ信号処理方法である。
【００１６】
（５）上記の課題を解決する他の観点での発明は、時間ドメインにおけるドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力するドップラ信号処理装置であって、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う振幅変調手段、を具備することを特徴とするドップラ信号処理装置である。
【００１７】
（６）上記の課題を解決する他の観点での発明は、超音波を送波してそのエコーのドップラ信号を求め、時間ドメインにおける前記ドップラ信号を予め定めた長さずつ切り出し、前記切り出した信号をウィンドウ処理し、前記ウィンドウ処理した信号をフーリエ変換により周波数ドメインの信号に変換し、前記変換した周波数ドメインの信号を予め定めた処理を施したうえで逆フーリエ変換により時間ドメインの信号に逆変換し、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する超音波診断装置であって、前記逆変換した時間ドメインの信号を音響信号として出力する前に前記ウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行う振幅変調手段、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【００１８】
（４）〜（６）に記載の各観点での発明では、逆変換して得た時間ドメインの信号を音響信号として出力する前にウィンドウ処理による振幅変調とは逆特性の振幅変調を行うので、ウィンドウ処理の影響を除去することができる。
【００１９】
前記切り出した信号をウィンドウ処理するウィンドウはハニングウィンドウであることが、切り出し部における信号の不連続性をなくす点で好ましい。
前記予め定めた処理はフィルタリング処理であることが、不要信号成分を除去する点で好ましい。
【００２０】
前記予め定めた処理はゼロシフト処理であることが、ドップラ信号のエイリアシングを補正する点で好ましい。
前記予め定めた処理は前記音響信号の出力特性の補正処理であることが、音響信号の忠実度を高める点で好ましい。
【００２１】
【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を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に超音波診断装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００２２】
図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を有する。個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は、使用者により対象４に当接して使用される。
【００２３】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波を送波させる。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。
【００２４】
送受信部６のブロック図を図２に示す。同図に示すように、送受信部６は送波タイミング（ｔｉｍｉｎｇ）発生ユニット（ｕｎｉｔ）６０２を有する。送波タイミング発生ユニット６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）６０４に入力する。
【００２５】
送波ビームフォーマ６０４は、送波のビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うもので、送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波ビームを形成するためのビームフォーミング信号を生じる。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差が付与された複数の駆動信号からなる。ビームフォーミングは後述の制御部１８によって制御される。送波ビームフォーマ６０４は、送波ビームフォーミング信号を送受切換ユニット６０６に入力する。
【００２６】
送受切換ユニット６０６は、ビームフォーミング信号を超音波トランスデューサアレイに入力する。超音波トランスデューサアレイにおいて、送波アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波トランスデューサは、駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ超音波をそれぞれ発生する。それら超音波の波面合成により、所定方位の音線に沿った超音波ビームが形成される。
【００２７】
送受切換ユニット６０６には受波ビームフォーマ６１０が接続されている。送受切換ユニット６０６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力する。
【００２８】
受波ビームフォーマ６１０は、送波の音線に対応した受波のビームフォーミングを行うもので、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算して所定方位の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。受波のビームフォーミングは後述の制御部１８により制御される。
【００２９】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生ユニット６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。それに合わせて、送波ビームフォーマ６０４および受波ビームフォーマ６１０により、音線の方位が所定量ずつ変更される。それによって、対象４の内部が、音線によって順次に走査される。
【００３０】
このような構成の送受信部６は、例えば図３に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる音線２０２で扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ  ｓｃａｎ）を行う。
【００３１】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図４に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることにより、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査し、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ  ｓｃａｎ）を行う。
【００３２】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘ  ａｒｒａｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線走査により、例えば図５に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベックススキャンが行えるのはいうまでもない。
【００３３】
送受信部６はＢモード処理部８およびドップラ処理部１０に接続されている。送受信部６から出力される音線ごとのエコー受信信号は、Ｂモード処理部８およびドップラ処理部１０に入力される。
【００３４】
Ｂモード処理部８はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部８は、図６に示すように、対数増幅ユニット１０２と包絡線検波ユニット１０４を備えている。
【００３５】
Ｂモード処理部８は、対数増幅ユニット１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ（ｓｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成する。
【００３６】
ドップラ処理部１０はドップラ画像データ、ドップラ周波数データおよび音響出力用ドップラ信号を形成するものである。ドップラ画像データには、後述する流速データ、分散データおよびパワーデータが含まれる。
【００３７】
ドップラ処理部１０は、図７に示すように、直交検波ユニット１２０、ＭＴＩフィルタ（ｍｏｖｉｎｇ  ｔａｒｇｅｔ  ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ）１２２、自己相関演算ユニット１２４、平均流速演算ユニット１２６、分散演算ユニット１２８およびパワー（ｐｏｗｅｒ）演算ユニット１３０を備えている。また、サンプルホールドユニット（ｓａｍｐｌｅ  ｈｏｌｄ  ｕｎｉｔ）１３２、ローパスフィルタリングユニット（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
ｕｎｉｔ）１３４およびスペクトル処理ユニット１３６を備えている。
【００３８】
ドップラ処理部１０は、直交検波ユニット１２０でエコー受信信号を直交検波する。直交検波のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）信号としては、送波超音波の基本周波数に等しい周波数を持つ信号が用いられる。
【００３９】
直交検波したエコーをＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理してドップラ信号を求める。ＭＴＩ処理は１音線当たり複数回の超音波送受信によって得た複数のエコーを用いて行われる。１音線当たりの送受信回数は例えば８回である。
【００４０】
自己相関演算ユニット１２４でＭＴＩフィルタ１２２の出力信号について自己相関演算を行い、平均流速演算ユニット１２６で自己相関演算結果から平均流速Ｖを求め、分散演算ユニット１２８で自己相関演算結果から流速の分散Ｔを求め、パワー演算ユニット１３０で自己相関演算結果からドップラ信号のパワーＰＷを求める。以下、平均流速を単に流速ともいう。また、流速の分散を単に分散ともいい、ドップラ信号のパワーを単にパワーともいう。
【００４１】
このような信号処理によって、対象４内で移動するエコー源の流速Ｖ、分散ＴおよびパワーＰＷを表すそれぞれのデータが音線ごとに得られる。これらデータは、音線上の各点（ピクセル：ｐｉｘｅｌ）の流速、分散およびパワーを示す。なお、流速は音線方向の成分として得られる。また、超音波プローブ２に近づく方向と遠ざかる方向とが区別される。
【００４２】
サンプルホールドユニット１３２は、エコーついて、対象４内の予め定められたサンプルボリュームからのエコーに相当する部分をサンプルホールドする。このようなサンプルホールドはレンジゲートサンプリング（ｒａｎｇｅ  ｇａｔｅ
ｓａｍｐｌｉｎｇ）とも呼ばれる。
【００４３】
サンプルホールドは、同一音線上の複数回の超音波送受信によって得られた複数のエコーついて逐一行われる。送受信回数は例えば１２８回である。これによって例えば１２８個のサンプリングデータが得られる。これらのデータ列はドップラ信号を表す。
【００４４】
ドップラ信号はローパスフィルタリングユニット１３４でローパスフィルタリングされた後にスペクトル処理ユニット１３６でスペクトル処理され、周波数スペクトルＦおよび音響出力用ドップラ信号Ａが求められる。スペクトル処理ユニット１３６については後にあらためて説明する。
【００４５】
Ｂモード処理部８およびドップラ処理部１０は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、Ｂモード処理部８およびドップラ処理部１０からそれぞれ入力されるデータに基づいて、それぞれＢモード画像、ドップラ画像および周波数スペクトル画像を生成する。
【００４６】
ドップラ処理部１０には音響出力部１２が接続されている。ドップラ処理部１０から音響出力部１２にドップラ信号が入力される。これによって、ドップラ信号が音響出力部１２を通じて可聴音として出力される。音響出力部１２としては例えばスピーカ等が用いられる。
【００４７】
画像処理部１４は、図８に示すように、セントラル・プロセシング・ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１４０を有する。ＣＰＵ１４０には、バス（ｂｕｓ）１４２によって、メインメモリ（ｍａｉｎｍｅｍｏｒｙ）１４４、外部メモリ１４６、制御部インターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１４８、入力データメモリ（ｄａｔａ  ｍｅｍｏｒｙ）１５２、ディジタル・スキャンコンバータ（ＤＳＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１５４、画像メモリ１５６、および、ディスプレーメモリ（ｄｉｓｐｌａｙ  ｍｅｍｏｒｙ）１５８が接続されている。
【００４８】
外部メモリ１４６には、ＣＰＵ１４０が実行するプログラムが記憶されている。外部メモリ１４６には、また、ＣＰＵ１４０がプログラムを実行するにあたって使用する種々のデータも記憶されている。
【００４９】
ＣＰＵ１４０は、外部メモリ１４６からプログラムをメインメモリ１４４にロード（ｌｏａｄ）して実行することにより、所定の画像処理を遂行する。ＣＰＵ１４０は、プログラム実行の過程で、制御部インターフェース１４８を通じて後述の制御部１８と制御信号の授受を行う。
【００５０】
Ｂモード処理部８およびドップラ処理部１０から音線ごとに入力されたＢモード画像データおよびドップラ画像データな並びに周波数スペクトルデータは、入力データメモリ１５２にそれぞれ記憶される。入力データメモリ１５２のデータは、ＤＳＣ１５４で走査変換されて画像メモリ１５６に記憶される。画像メモリ１５６のデータはディスプレーメモリ１５８を通じて表示部１６に出力される。
【００５１】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像データが与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。なお、表示部１６は、カラー（ｃｏｌｏｒ）画像が表示可能なＣＲＴを用いたグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。
【００５２】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部８、ドップラ処理部１０、画像処理部１４および表示部１６には制御部１８が接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。制御部１８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。制御部１８の制御の下で、Ｂモード動作およびドップラモード動作が実行される。
【００５３】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は使用者によって操作され、制御部１８に適宜の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）およびその他の操作具を備えている。
【００５４】
本装置の撮影動作を説明する。使用者は超音波プローブ２を対象４の所望の箇所に当接し、操作部２０を操作して、例えばＢモードとドップラモードを併用した撮影動作を行う。これによって、制御部１８による制御の下で、Ｂモード撮影とドップラモード撮影が時分割で行われる。すなわち、例えばドップラモードのスキャンを所定回数行うたびにＢモードのスキャンを１回行う割合で、Ｂモードとドップラモードの混合スキャンが行われる。
【００５５】
Ｂモードにおいては、送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部８は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増幅ユニット１０２で対数増幅し包絡線検波ユニット１０４で包絡線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線ごとのＢモード画像データを形成する。
【００５６】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部８から入力される音線ごとのＢモード画像データを入力データメモリ１５２に記憶する。これによって、入力データメモリ１５２内に、Ｂモード画像データについての音線データ空間が形成される。
【００５７】
ドップラモードにおいては、送受信部６は超音波プローブ２を通じて音線順次で対象４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。その際、１音線当たり複数回の超音波の送波とエコーの受信が行われる。また、予め設定したサンプルボリュームを通る音線に所定回数の超音波送受信を行う。
【００５８】
ドップラ処理部１０は、エコー受信信号を直交検波ユニット１２０で直交検波し、ＭＴＩフィルタ１２２でＭＴＩ処理し、自己相関演算ユニット１２４で自己相関を求め、自己相関結果から、平均流速演算ユニット１２６で流速Ｖを求め、分散演算ユニット１２８で分散Ｔを求め、パワー演算ユニット１３０でパワーＰＷを求める。これらの算出値は、それぞれ、エコー源の速度、分散およびパワーを、音線ごとかつピクセルごとに表すデータとなる。
【００５９】
ドップラ処理部１０は、また、直交検波ユニット１２０の出力信号をサンプルホールドユニット１３２でサンプルホールドし、ローパスフィルタリングユニット１３４でローパスフィルタリングし、スペクトル処理ユニット１３６でスペクトル処理する。スペクトル処理の詳細については後にあらためて説明する。
【００６０】
画像処理部１４は、ドップラ処理部１０から入力される音線ごとかつピクセルごとの各ドップラ画像データを入力データメモリ１５２に記憶する。また、ドップラ処理部１０から入力される周波数スペクトルデータを入力データメモリ１５２に記憶する。これによって、入力データメモリ１５２内に、各ドップラ画像データについての音線データ空間および周波数スペクトルデータ空間がそれぞれ形成される。
【００６１】
ＣＰＵ１４０は、入力データメモリ１５２のＢモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータをＤＳＣ１５４でそれぞれ走査変換して画像メモリ１５６に書き込む。
【００６２】
その際、ドップラ画像データは、流速Ｖと分散Ｔを組み合わせた流速分布画像データ、パワーＰＷを用いたパワードップラ画像データまたはパワーＰＷと分散Ｔを組み合わせた分散付パワードップラ画像データ、および、分散Ｔを用いた分散画像データとしてそれぞれ書き込まれる。
【００６３】
ＣＰＵ１４０は、Ｂモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータを別々な領域に書き込む。これらＢモード画像データ、各ドップラ画像データおよび周波数スペクトルデータに基づく画像がディスプレーメモリ１５８を通じて表示部１６に表示される。
【００６４】
Ｂモード画像は、音線走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。カラードップラ画像のうち、流速分布画像はエコー源の流速の２次元分布を示す画像となる。この画像はカラーフローマッピング画像とも呼ばれる。この画像では流れの方向に応じて表示色を異ならせ、流速に応じて表示色の輝度を異ならせ、分散に応じて所定の色の混色量を高めて表示色の純度を変える。
【００６５】
パワードップラ画像はドップラ信号のパワーの２次元分布を示す画像となる。この画像によって運動するエコー源の所在が示される。画像の表示色の輝度がパワーに対応する。それに分散を組み合わせた場合は、分散に応じて所定の色の混色量を高めて表示色の純度を変える。分散画像は分散値の２次元分布を示す画像となる。この画像も運動するエコー源の所在を示す。表示色の輝度が分散の大小に対応する。
【００６６】
これらの画像を表示部１６に表示させる場合には、ディスプレーメモリ１５８においてＢモード画像と合成し、この合成画像を表示部１６で表示することにより、体内組織との位置関係が明確なカラードップラ画像を観察することができる。
【００６７】
周波数スペクトル画像は表示画面における所定の区画に表示される。周波数スペクトル画像は、ドップラ信号の周波数スペクトルを示す画像となる。サンプルボリュームにおける血流等が脈動しているときは、脈動に伴って変化する周波数スペクトルがリアルタイム（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ）に表示される。またそのようなスペクトルを持つドップラ信号が可聴音として音響出力部１２から出力される。
【００６８】
図９に、スペクトル処理ユニット１３６の一例の詳細なブロック図を示す。スペクトル処理ユニット１３６は、本発明のドップラ信号処理装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００６９】
同図に示すように、スペクトル処理ユニット１３６は、切り出しユニット３６２、ウィンドウユニット３６４、ＦＦＴユニット３６６、コンディショニング（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）ユニット３６８およびｉＦＦＴユニット３７０を有する。
【００７０】
切り出しユニット３６２はローパスフィルタリングユニット１３４から入力されるドップラ信号を所定の長さずつ切り出す。切り出す信号の長さは、データのサンプリング点数にして例えば３２である。
【００７１】
ウィンドウユニット３６４は切り出しユニット３６２から入力された信号にウィンドウ処理を施してＦＦＴユニット３６６に入力する。ＦＦＴユニット３６６はフーリエ変換により入力信号を時間ドメインの信号から周波数ドメインの信号に変換する。これによってドップラ信号の周波数スペクトルが得られる。この周波数スペクトルがコンディショニングユニット（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｕｎｉｔ）３６８を経て画像処理部１４に入力される。
【００７２】
コンディショニングユニット３６８は周波数スペクトルのコンディショニングを行う。コンディショニングの一例はフィルタリングである。フィルタリングとしてはハイパスフィルタリング（ｈｉｇｈ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）が行われる。これによって、体内組織の運動に由来する周波数スペクトルが除去され、いわゆるウォールフィルタ（ｗａｌｌ  ｆｉｌｔｅｒ）の機能が実現される。
【００７３】
コンディショニングの他の例としてはゼロシフト（ｚｅｒｏ  ｓｈｉｆｔ）がある。これは周波数スペクトルのゼロ点をシフトする処理である。ゼロシフトはエイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）による周波数スペクトルの折り返しを補正するときに行われる。
【００７４】
コンディショニングのさらに他の例として、音響出力部１２の出力特性を補正するための処理がある。例えばスピーカ等である音響出力部１２の出力特性が予めわかっている場合は、それを相殺するような補正を周波数スペクトルに施すことによって音響信号の忠実度を高めることができる。
【００７５】
コンディショニングユニット３６８から出力される周波数スペクトルが、画像処理部１４に入力される。周波数スペクトルは、また、ｉＦＦＴユニット３７０に入力され、そこで逆フーリエ変換により周波数ドメインから時間ドメインの信号に変換されて音響出力部１２に入力される。
【００７６】
このような構成のスペクトル処理ユニット１３６において、ウィンドウユニット３６４は、頂部が平坦なプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を持つウィンドウを用いてウィンドウ処理を行う。
【００７７】
図１０に、ウィンドウのプロファイルの一例を示す。同図に示すように、ウィンドウのプロファイルは、ウィンドウの中心から左右に所定の長さにわたって重み計数が１であり、それ以降は重み計数が０まで連続的に減少するものとなっている。すなわちプロファイルは概ね台形をなす。台形の上辺の長さは例えばウィンドウ幅Ｗの５０％以上を占める。なお、プロファイルの形状は台形に限るものではなく、頂部が平坦な他の形状であってよい。
【００７８】
図１１に、切り出しユニット３６２によるドップラ信号の切り出しとウィンドウユニット３６４によるウィンドウ処理の関係を示す。同図の（１）はドップラ信号の切り出しを示し、（２）、（３）および（４）はそれぞれウィンドウ処理を示す。
【００７９】
同図に示すように、ドップラ信号は、先ず、時間軸上の時刻ｔ１の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（２）に示すような信号となる。この信号は、ウィンドウのプロファイルに対応して、始まりの部分が０から連続的に立ち上がり、終わりの部分が連続的に０に減衰し、始まりと終わりの間の部分では切り出した信号と同じ信号強度を持つ。以下、切り出した信号と同じ信号強度を持つ部分を定常値部分ともいう。
【００８０】
次に、時間軸上の時刻ｔ２の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（３）に示すような信号となる。この信号も、ウィンドウプロファイル対応して、始まりの部分が０から連続的に立ち上がり、終わりの部分が連続的に０に減衰し、始まりと終わりの間の部分が定常値部分となる。
【００８１】
時刻ｔ２は、切り出した信号が先に切り出した信号と部分的に重複するように選ばれている。重複の程度は、（２）および（３）に示すように、ウィンドウ処理後の２つの信号の定常値部分が一部に重なり合う程度としてある。なお、このような部分的に重複する切り出しは、ドップラ信号をメモリに記憶することにより可能となる。
【００８２】
切り出しユニット３６２は、本発明における信号切り出し手段の実施の形態の一例である。ウィンドウユニット３６４は、本発明における信号切り出し手段の実施の形態の一例である。
【００８３】
次に、時間軸上の時刻ｔ３の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（４）に示すような信号となる。この信号も、ウィンドウプロファイル対応して、始まりの部分が０から連続的に立ち上がり、終わりの部分が連続的に０に減衰し、始まりと終わりの間の部分が定常値部分となる。
【００８４】
時刻ｔ３は、切り出した信号が先に切り出した信号と部分的に重複するように選ばれている。重複の程度は、（３）および（４）に示すように、ウィンドウ処理後の２つの信号の定常値部分が一部に重なり合う程度としてある。以下、同様にして信号切り出しおよびウィンドウ処理が逐次行われる。
【００８５】
このような信号がＦＦＴユニット３６６で周波数ドメインの信号に逐次変換され、周波数ドメインにおいてコンディショニングユニット３６８でコンディショニングされ、ｉＦＦＴユニット３７０で時間ドメインの信号に逆変換される。
【００８６】
ＦＦＴユニット３６６に入力される信号が、上記のように、定常値部分において順次部分的に重なり合うものとなっているので、ｉＦＦＴユニット３７０によって逆変換された信号は、図１２に示すように、定常値部分において順次部分的に重なるものとなる。これによって、すべて定常値部分からなる信号が得られる。したがって、ウィンドウ処理を行ったにもかかわらず、ウィンドウプロファイルの影響を受けないドップラ信号を復元することができる。このため、これに基づく音響信号は違和感のない正しい音響信号となる。
【００８７】
図１３に、スペクトル処理ユニット１３６の他の例の詳細なブロック図を示す。スペクトル処理ユニット１３６は、本発明のドップラ信号処理装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００８８】
図１３において図９に示したものと同様のものは同一の符号を付して説明を省略する。同図に示すように、スペクトル処理ユニット１３６は、図９に示したものとは異なるウィンドウを使用するウィンドウユニット３６４’を有する。また、ｉＦＦＴユニット３７０の出力信号が入力される振幅変調ユニット３７２を有する。
【００８９】
図１４に、ウィンドウユニット３６４’が使用するウィンドウのプロファイルの一例を示す。同図に示すように、ウィンドウはハニングウィンドウとなっている。なお、ウィンドウはイングウィンドウに限るものではなく、他の適宜のウィンドウを用いてよい。以下、ハニングウィンドウを用いた例で説明するが、他のウィンドウを用いた場合も同様になる。
【００９０】
図１５に、切り出しユニット３６２によるドップラ信号の切り出しとウィンドウユニット３６４’によるウィンドウ処理の関係を示す。同図の（１）はドップラ信号の切り出しを示し、（２）、（３）および（４）はそれぞれウィンドウ処理を示す。
【００９１】
同図に示すように、ドップラ信号は、先ず、時間軸上の時刻ｔ１の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（２）に示すような信号となる。この信号は、ハニングウィンドウ対応したエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を持つ。
【００９２】
次に、時間軸上の時刻ｔ２の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（３）に示すような信号となる。この信号も、ハニングウィンドウ対応したエンベロープを持つ。
【００９３】
時刻ｔ２は、切り出した信号が先に切り出した信号と部分的に重複するように選ばれている。なお、このような部分的に重複する切り出しは、ドップラ信号をメモリに記憶することにより可能となる。
【００９４】
次に、時間軸上の時刻ｔ３の位置からウィンドウ幅Ｗに相当する長さ分が切り出される。このように切り出された信号がウィンドウ処理されて（４）に示すような信号となる。この信号も、ハニングウィンドウ対応したエンベロープを持つ。時刻ｔ３は、切り出した信号が先に切り出した信号と部分的に重複するように選ばれている。以下、同様にして信号切り出しおよびウィンドウ処理が逐次行われる。
【００９５】
このような信号がＦＦＴユニット３６６で周波数ドメインの信号に逐次変換され、周波数ドメインにおいてコンディショニングユニット３６８でコンディショニングされ、ｉＦＦＴユニット３７０で時間ドメインの信号に逆変換される。
【００９６】
ＦＦＴユニット３６６に入力される信号が、上記のように、順次部分的に重なるものとなっているので、ｉＦＦＴユニット３７０によって逆変換された信号は、図１６の（１）に示すように、ハニングウィンドウのプロファイルに対応して振幅変調されたものとなる。この信号を振幅変調ユニット３７２で振幅変調
する。
【００９７】
振幅変調ユニット３７２による振幅変調は、ｉＦＦＴユニット３７０の出力信号に含まれた振幅変調を打ち消すような逆特性の振幅変調である。そのような振幅変調は同図の（２）に示すようなゲイン（ｇａｉｎ）プロファイルを持つ。このゲインプロファイルはハニングウィンドウの逆関数のプロファイルを連ねて構成される。なお、ウィンドウ処理にハニングウィンドウ以外のウィンドウを用いた場合は、そのウィンドウの逆関数を利用することはいうまでもない。振幅変調ユニット３７２は、本発明における振幅変調手段の実施の形態の一例である。
【００９８】
このような振幅変調を行うことによりｉＦＦＴユニット３７０の出力信号に含まれた振幅変調が打ち消され、同図の（３）に示すように、ウィンドウ処理の影響を受けないドップラ信号を復元することができる。このため、これに基づく音響信号は違和感のない正しい音響信号となる。
【００９９】
以上、好ましい実施の形態の例に基づいて本発明を説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者は、上記の実施の形態の例について、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更や置換等をなし得る。したがって、本発明の技術的範囲には、上記の実施の形態の例ばかりでなく、特許請求の範囲に属するすべての実施の形態が含まれる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、時間ドメインのドップラ信号をウィンドウ処理して周波数ドメインに移しそれをあらためて時間ドメインに戻すにあたり、ウィンドウ処理の影響を除去することが可能なドップラ信号処理方法および装置並びに超音波診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】送受信部のブロック図である。
【図３】送受信部による走査の概念図である。
【図４】送受信部による走査の概念図である。
【図５】送受信部による走査の概念図である。
【図６】Ｂモード処理部のブロック図である。
【図７】ドップラ処理部のブロック図である。
【図８】画像処理部のブロック図である。
【図９】スペクトル処理ユニットの一例のブロック図である。
【図１０】ウィンドウのプロファイルの一例を示す図である。
【図１１】ドップラ信号の切り出しとウィンドウ処理の関係を示す図である。
【図１２】復元したドップラ信号を示す図である。
【図１３】スペクトル処理ユニットの他の例のブロック図である。
【図１４】ウィンドウのプロファイルの一例を示す図である。
【図１５】ドップラ信号の切り出しとウィンドウ処理の関係を示す図である。
【図１６】ドップラ信号の復元を示す図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
４  対象
６  送受信部
８  Ｂモード処理部
１０  ドップラ処理部
１２  音響出力部
１４  画像処理部
１６  表示部
１８  制御部
２０  操作部
１２０  直交検波ユニット
１３２  サンプルホールドユニット
１３４  ローパスフィルタリングユニット
１３６  スペクトル処理ユニット
３６２  切り出しユニット
３６４  ウィンドウユニット
３６６  ＦＦＴユニット
３６８  コンディショニングユニット
３７０  ｉＦＦＴユニット
３７２  振幅変調ユニット
【図１】
0003847124.tif 000002
【図２】
0003847124.tif 000003
【図３】
0003847124.tif 000004
【図４】
0003847124.tif 000005
【図５】
0003847124.tif 000006
【図６】
0003847124.tif 000007
【図７】
0003847124.tif 000008
【図８】
0003847124.tif 000009
【図９】
0003847124.tif 000010
【図１０】
0003847124.tif 000011
【図１１】
0003847124.tif 000012
【図１２】
0003847124.tif 000013
【図１３】
0003847124.tif 000014
【図１４】
0003847124.tif 000015
【図１５】
0003847124.tif 000016
【図１６】
0003847124.tif 000017