JP2009005737A - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】心泊に同期して変化する血流の流速が、速い時相にある場合および遅い時相にある場合ともに、取得される断層画像の感度を高く保つ超音波撮像装置を実現する。
【解決手段】繰り返し周期変更手段２１により、心電波形に同期して、送信される超音波パルスの繰り返し周期であるＰＲＩを、フレームごとに変化させ、周波数特性変更手段２０により、ＰＲＩが変更されるごとにウォールフィルタ部２０３の最高検出周波数ｆｍａｘを変更することとしているので、心電波形の血流の速さが遅い時相では、ＰＲＩを長いものに変更し、かつ周波数応答曲線４３のゲインを高くし、クラッタの除去を行うと共に感度の高い低速の血流情報を取得することを実現させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、超音波パルス（ｐｕｌｓｅ）の送受信を繰り返しつつ、受信された超音波パルス列にデジタルフィルタ（ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ）処理を行う超音波撮像装置に関する。

近年、超音波撮像装置を用いて、被検体中の血流をＣＦＭ（Ｃｏｌｏｕｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｎｇ：カラーフローマッピング）等のドップラ（ｄｏｐｐｌｅｒ）効果を用いた処理により画像化し、観察することが行われる。ＣＦＭでは、動きのある被検体内部の、例えば血流を、ドップラ効果による周波数変移として検出し、この周波数変移を断層画像として表示する。この際、血管壁等の組織部分に生じる動きの情報も、血流情報に混入し、同時に画像化される。

血流を観察する場合には、血管壁等の組織部分に生じる動きは、不要な情報となる。これら組織部分の動きは、血流と比較して遅く、反射超音波パルス列にクラッタ（ｃｌａｔｔｅｒ）と呼ばれる低周波成分を形成する。クラッタは、ウォールフィルタ（Ｗａｌｌ ｆｉｌｔｅｒ）と呼ばれる高周波通過型のデジタルフィルタにより除去され、血流のみからなる断層画像情報が取得される（例えば、特許文献１参照）。

ここで、高周波通過型のフィルタによる、組織部分の動きに起因する低周波成分の除去は、血流の速さが撮像部位および撮像時間により異なるものであること、組織部分からの低周波成分と低速の血流成分とが有する周波数成分が混在すること等の理由により、完全なものとはならない。そこで、オペレータは、超音波パルスの送受信を行う繰り返し周期であるＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）を調整し、クラッタが軽減された状態にする。例えば、オペレータは、高速の血流を観察する際には、ＰＲＩを短くして超音波パルスの送受信を高速で繰り返し、クラッタが軽減された断層画像にする。
特開２００１―２０４７２８号公報、（第１頁、第１図）

しかしながら、上記背景技術によれば、血流の速さは、心拍に同期して変化するものであり、血流の速い心拍の時相でＰＲＩを調整してクラッタを軽減すると、低速の血流感度が低下し、また血流の遅い心拍の時相でＰＲＩを調整して低速の血流感度を上昇させると、クラッタが増加する。

この様に、心拍の時相に応じて、最適なＰＲＩが異なるので、取得される断層画像も、心拍の時相に応じて画質が異なったものとなる。

これらのことから、心泊に同期して変化する血流の流速が、速い時相にある場合および遅い時相にある場合ともに、取得される断層画像の感度を高く保つ超音波撮像装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、心泊に同期して変化する血流の流速が、速い時相にある場合および遅い時相にある場合ともに、取得される断層画像の感度を高く保つ超音波撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体に超音波パルスを複数回送信し、前記被検体から反射された反射超音波パルス列を受信し、前記反射超音波パルス列をＡ／Ｄ変換の後に、デジタルフィルタ処理を含むデジタル画像処理を行い、断層画像情報を形成する超音波撮像装置であって、前記断層画像情報ごとに、前記送信および前記受信を繰り返す際の繰り返し周期を変更する繰り返し周期変更手段と、前記繰り返し周期の変更に応じて、前記デジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタの周波数応答特性を変更する周波数特性変更手段とを備えることを特徴とする。

この第１の観点による発明では、繰り返し周期変更手段により、断層画像情報ごとに、送信および受信を繰り返す際の繰り返し周期を変更し、周波数特性変更手段により、繰り返し周期の変更に応じて、デジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタの周波数応答特性を変更する。

また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記周波数特性変更手段が、前記周波数応答特性の最高検出周波数を変更することを特徴とする。

この第２の観点の発明では、周波数応答特性を、エイリアシングが生じないように変更する。

また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１または２の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記周波数特性変更手段が、前記デジタルフィルタの構成要素をなす遅延部の遅延時間を、前記繰り返し周期に比例した値に変更することを特徴とする。

この第３の観点の発明では、周波数特性変更手段は、最高検出周波数を、繰り返し周期に比例した値に、簡便に変更する。

また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記デジタルフィルタが、高周波通過型のウォールフィルタであることを特徴とする。

この第４の観点の発明では、デジタルフィルタが、低速で動く、血管壁等の組織部分の情報を除去する。

また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし４の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記デジタル画像処理が、カラーフローマッピング（ＣＦＭ）画像処理、パワードップラ処理およびＢフロー処理のいずれか一つであることを特徴とする。

また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし５の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記繰り返し周期の時間変化を示す周期時間変化情報を入力する入力部を備えることを特徴とする。

この第６の観点の発明では、オペレータにより、繰り返し周期の時間変化を設定する。

また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記繰り返し周期変更手段が、前記周期時間変化情報に基づいて前記繰り返し周期を変更することを特徴とする。

また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第６または７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記被検体の心電情報を取得するＥＣＧ装置を備えることを特徴とする。

この第８の観点の発明では、ＥＣＧ装置により、心電波形を取得する。

また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記繰り返し周期変更手段が、前記心電情報の心電波形に同期して、前記繰り返し周期を変更することを特徴とする。

この第９の観点の発明では、血流の速さに応じて、繰り返し周期を変更する。

また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第９の観点に記載の超音波撮像装置において、前記周期時間変化情報が、前記心電情報の心臓が拡張する拡張期に前記繰り返し周期を大きくし、前記心電情報の心臓が収縮する収縮期に前記繰り返し周期を小さくすることを特徴とする。

この第１０の観点の発明では、血流が速い程、繰り返し周期を長くし、血流が遅い程、繰り返し周期を短くする。

また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第６または７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記被検体の拍動情報を取得する拍動検出器を備えることを特徴とする。

この第１１の観点の発明では、拍動検出器により、拍動情報を取得する。

また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記繰り返し周期変更手段が、前記拍動情報の拍動に同期して、前記繰り返し周期を変更することを特徴とする。

この第１２の観点の発明では、簡易に、血流の速さに応じて、繰り返し周期を変更する。

本発明によれば、断層画像情報ごとに送信および受信を行う繰り返し周期を変更し、この変更に応じてデジタルフィルタの最高検出周波数を変更することとしているので、低速の血流の感度低下を軽微なものとしてクラッタの除去を行い、血流の速さに依存する画質の変動が少ないドップラ画像を取得することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置１００を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１に、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の全体構成を表すブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。超音波撮像装置１００は、探触子部１０１、送受信部１０２、Ｂモード（ｍｏｄｅ）処理部１０３、ドップラ処理部１０９、シネメモリ（ｃｉｎｅ
ｍｅｍｏｒｙ）部１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７、コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部１０８およびＥＣＧ（ＥｌｅｃｔｒｏＣａｒｄｉｏＧｒａｐｈ）装置１１０を備えている。

探触子部１０１は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体１の撮像断面の特定方向に超音波を照射し、被検体１内から都度反射された超音波パルス列を時系列的な音線として受信する。一方、探触子部１０１は、超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査するための部分である。図には明示していないが、この探触子部１０１には、圧電素子がアレイ（ａｒｒａｙ）状に配置されている。

送受信部１０２は、探触子部１０１と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続されており、探触子部１０１の圧電素子を駆動するための電気信号を発生する。一方、送受信部１０２は、受信した反射超音波パルス列の初段増幅を行う部分でもある。

Ｂモード処理部１０３は、送受信部１０２で増幅された反射超音波パルス列からＢモード画像をリアルタイム（ｒｅａｌ
ｔｉｍｅ）で生成するための処理を行う。具体的な処理内容は、例えば受信した反射超音波パルス列の遅延加算処理、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ／ｄｉｇｉｔａｌ）変換処理、変換した後のデジタル情報をＢモード画像情報として後述のシネメモリ部１０４に書き込む処理等である。

ドップラ処理部１０９は、送受信部１０２で増幅された反射超音波パルス列から位相変化情報を抽出し、リアルタイムで、周波数偏移のパワー値、分散といった、ドップラ撮像領域に含まれる各撮像位置に付随する血流情報を算出する部分である。なお、詳細は、後に説明する。

シネメモリ部１０４は、画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）であり、Ｂモード処理部１０３で生成されたＢモード画像情報およびドップラ処理部１０９で生成された血流情報を蓄積する。

画像表示制御部１０５は、Ｂモード処理部１０３で生成されたＢモード画像情報およびドップラ処理部１０９で生成された血流情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ
ｒａｔｅ）変換、並びに、画像表示の形状や位置制御を行うための部分である。

表示部１０６は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等からなり、Ｂモード画像あるいはドップラ画像等の表示を行う。なお、ドップラ処理を行う場合には、Ｂモード画像上にドップラ処理を行うドップラ撮像領域が重ねて設置および表示される。

入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等からなり、オペレータにより、操作入力信号が入力される。例えば、Ｂモードによる表示あるいはドップラ処理の表示を選択するための操作入力、あるいはドップラ処理を行うドップラ撮像領域の設定を入力する操作入力等の情報を、コントローラ部１０８に与える部分である。

コントローラ部１０８は、入力部１０７から入力された操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波撮像装置各部の動作を制御するための部分である。

ＥＣＧ装置１１０は、被検体１の心電波形を検出する装置である。被検体１には、ＥＣＧ装置１１０と接続するリード（ｌｅａｄ）端子が装着される。ＥＣＧ装置１１０で検出された心電波形は、コントローラ部１０８に入力され、超音波パルスを送信する際の同期信号とされる。

図２は、ドップラ処理部１０９およびコントローラ部１０８の具体的な構成を示す図である。ドップラ処理部１０９は、直交検波部２０１、利得調節器２０２、ウォールフィルタ（Ｗａｌｌ ｆｉｌｔｅｒ）部２０３、自己相関器２０４、演算部２０５および周波数特性変更手段２０を含む。また、コントローラ部１０８は、繰り返し周期変更手段２１を含む。

直交検波部２０１は、送受信部１０２からの反射超音波パルス列を、図示しない０度およびこれと９０度の位相差を持つ参照信号により直交検波し、２つの検波出力ＩおよびＱからなる電気信号を出力する。２つの検波出力ＩおよびＱは、利得調節器２０２により利得調節され、ウォールフィルタ部２０３に送信される。

ウォールフィルタ部２０３は、デジタルフィルタからなる高域通過型のフィルタで、心臓壁や心臓弁の運動に含まれる低周波のドップラ信号を除去し、血流のドップラ信号のみを通過させる。

その後、ウォールフィルタ部２０３の出力は、自己相関器２０４に送信され、自己相関演算が行われる。この自己相関演算は、高速で行われ、リアルタイムに血流情報、すなわち、血流のパワー値および平均速度、速さの分散を算出する基となる複数の中間演算結果を出力する。

演算部２０５は、自己相関器２０４の出力である中間演算結果を用いて血流情報を算出する。この際、演算部２０５は、入力部１０７から選択されるモード指定によりパワー値、速度、分散等を算出し、画像表示制御部１０５に出力する。この出力は、表示部１０６のドップラ撮像領域に、Ｂモード画像と共に表示される。

周波数特性変更手段２０は、繰り返し周期変更手段２１から入力される、超音波パルスの送信および受信の繰り返し周期であるＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）情報に基づいて、ウォールフィルタ部２０３の最高検出周波数を変更する。

図３は、送信および受信の繰り返し周期であるＰＲＩを説明する図である。図３には、探触子部１０１の圧電素子を駆動して被検体１内に送信される超音波パルス３が示されている。ここで、超音波パルス３の繰り返し周期がＰＲＩである。なお、ＰＲＩの逆数である超音波パルス３の繰り返し周波数は、ＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ばれ、ＰＲＩとはＰＲＦ＝１／ＰＲＩの関係を有し、同様に用いられる。

図４は、周波数特性変更手段２０による、ウォールフィルタ部２０３の最高検出周波数の変更を模式的に示す図である。図４（Ａ）は、高周波通過型のデジタルフィルタであるウォールフィルタ部２０３の概略の構成を示したものである。デジタルフィルタは、入力信号ｆ（ｔ）に時間Ｔの遅延を行う複数の遅延部４１および結線部４２を構成要素として含む。各遅延部４１は、入力信号ｆ（ｔ）に対して時間Ｔの遅延を行い出力信号ｆ（ｔ−Ｔ）を出力する。結線部４２は、複数の遅延部４１を、直列または並列に結線し、あるいは加算し、あるいはデジタルフィルタの出力信号を遅延部４１の入力信号する巡回型の操作等を行い、所望の周波数応答特性を有するデジタルフィルタを形成する。図４（Ｂ）は、ウォールフィルタ部２０３が有する高周波通過型の周波数応答特性を示す周波数応答曲線４３の一例を示す図である。横軸は、周波数、縦軸は、出力信号を入力信号で除算したゲイン（ｇａｉｎ）をデシベル（ｄＢ）で示したもので、最大値は０デシベルとなる。周波数応答曲線４３の立ち上がり部分は、用いられた遅延部４１の段数および結線部４２で行われる結線の仕方により決定される。

一方、周波数応答曲線４３の最高検出周波数ｆｍａｘは、ドップラ信号の折り返しによるノイズ混入を防止するために、ｆｍａｘ＝ＰＲＦ／２とされ、ＰＲＦ、言い換えればＰＲＩが変更されるごとに変化させられる。デジタルフィルタでは、最高検出周波数ｆｍａｘと遅延部４１の遅延時間Ｔとは、ｆｍａｘ∝１／Ｔの関係にあるので、遅延時間Ｔの調整により最高検出周波数ｆｍａｘを変化させる。例えば、ＰＲＦを１／２倍にする場合、言い換えればＰＲＩを２倍にする場合には、遅延時間Ｔを２倍にすることで、最高検出周波数ｆｍａｘを、所望の値にすることができる。

なお、周波数応答曲線４３は、最高検出周波数ｆｍａｘの変更により、応答曲線の形状を相似形として維持したまま最高検出周波数ｆｍａｘの位置のみを変更する。例えば、周波数応答曲線４３の立ち上がり部分の形状は、結線部４２により決定されるものであり、最高検出周波数ｆｍａｘの変更により変化しない。ゲインが概ね半分となる−６ｄＢの周波数ｆｐは、最高検出周波数ｆｍａｘの変化と共に周波数軸上の相対位置を保ったまま変化する。

ここで、所定の流速を有する血流を、ドップラ効果を用いて観察する際には、ＰＲＦを変化させることにより血流の感度も変化する。例えば、図４（Ｂ）において、ＰＲＦを２倍にする場合には、ゲインが−６ｄＢの周波数ｆｐも２倍となる。しかし、観測される血流のドップラ信号の周波数は、所定の値を有するものであるので、図４（Ｂ）に示す周波数応答特性の横軸上の相対位置が、周波数の低い左方に移動する。これにより、血流のドップラ信号は、ゲインの低下が生じ、感度の低いものとなる。

特に、低速の血流情報は、周波数応答曲線４３の立ち上がり部分に相当する低周波数側に位置する。この場合、最高検出周波数ｆｍａｘの変更によるゲインの変動は、一層顕著なものとなる。

図５は、被検体１から取得されるＣＦＭのパワースペクトル１０と、ウォールフィルタ部２０３の周波数応答曲線４３の関係を示す説明図である。縦軸はパワー、横軸は周波数を示している。なお、パワースペクトル１０に重畳して示されている周波数応答曲線４３の縦軸は、図４（Ｂ）に示した図と同様のデシベル表示のゲインを示している。

パワースペクトル１０は、低周波数領域に組織からの反射信号であるクラッタを含み、高周波数領域に血流からの反射信号を含む。周波数応答曲線４３は、概ね組織からの反射信号と血流からの反射信号とが混在する境界領域にカットオフ周波数を有する。ここで、低速の血流からの反射信号は、この境界領域の近傍に位置し、高域通過型の周波数応答曲線４３の低周波数側に位置するので、周波数応答曲線４３のゲイン低下による感度低下を生じる。一方、高速の血流からの反射信号は、高域通過型の周波数応答曲線４３の高周波数側に位置するので、周波数応答曲線４３のゲイン低下による感度低下は、軽微なものとなる。また、低速の血流からの反射信号は、周波数応答曲線４３の立ち上がり部分に位置するので、周波数応答曲線４３の最高検出周波数ｆｍａｘの変更により、大きくゲインが変動する。

図２に戻り、繰り返し周期変更手段２１は、入力部１０７からの設定またはＥＣＧ装置１１０からの同期信号に基づいて、ＰＲＩを変更し、周波数特性変更手段２０または送受信部１０２等へＰＲＩ情報を送信する。繰り返し周期変更手段２１は、入力部１０７から、ＰＲＩの周期時間変化情報が設定される。

図６は、入力部１０７から設定されるＰＲＩの周期時間変化情報の一例である。横軸は、時間軸、縦軸は、ＰＲＩの値を示したものである。時間軸は、取得された断層画像情報の枚数であるフレーム数で示されている。図６の周期時間変化情報は、時間と共に送受信の繰り返し周期であるＰＲＩが長くなる場合を例示している。ここで、ＰＲＩを変化させる全時間は、例えば後述する心電波形と同期を行う場合には、概ね一心拍の時間長さとされる。なお、周期時間変化情報は、縦軸にＰＲＩの逆数であるＰＲＦを用いることもできる。

つぎに、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の動作について説明する。図７は、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、超音波撮像装置１００にＥＣＧ装置１１０を接続する（ステップＳ６０１）。これにより、ＥＣＧ装置１１０から出力される心電波形またはこの同期信号を、超音波撮像装置１００のコントローラ部１０８に入力する。

その後、オペレータは、被検体１の体表に心電波形を検出するリード端子を装着し、かつ探触子部１０１を被検体１の表面に密着させ（ステップＳ６０２）、心電同期を行い、かつカラーフローマッピング等のドップラ処理を行う準備を整える。

その後、オペレータは、図６に示す様なＰＲＩの周期時間変化情報を、入力部１０７から、コントローラ部１０８の繰り返し周期変更手段２１に設定し（ステップＳ６０３）、またＣＦＭを行うドップラ撮像領域を、Ｂモード画像上に設定する（ステップＳ６０４）。

図９は、表示部１０６のＢモード画像６１に設定される、ドップラ撮像領域６０を示す例である。ドップラ撮像領域６０は、Ｂモード画像６１の組織画像を参照しつつ、目的とする血流が存在する位置に設定される。

その後、超音波撮像装置１００は、ドップラ撮像処理を行って（ステップＳ６０５）、本処理を終了する。

図８は、ステップＳ６０５で行われるドップラ撮像処理の動作を示すフローチャートである。コントローラ部１０８の繰り返し周期変更手段２１は、ＥＣＧ装置１１０から心電波形情報が入力したかどうかを判定する（ステップＳ８０１）。繰り返し周期変更手段２１は、心電波形情報が入力していない場合は（ステップＳ８０１否定）、心電波形が入力する迄、入力のチェック（ｃｈｅｃｋ）を繰り返す。

また、繰り返し周期変更手段２１は、心電波形情報が入力した場合には（ステップＳ８０１肯定）、タイマー（ｔｉｍｅｒ）を起動する（ステップＳ８０２）。このタイマーは、ＰＲＩを変化させる全時間を計測する。なお、タイマーの代わりに、これ以後撮像されたフレームの枚数を計数するカウンター（ｃｏｕｎｔｅｒ）等を用いることもできる。

その後，繰り返し周期変更手段２１は、入力部１０７から設定されたＰＲＩの周期時間変化情報を参照する（ステップＳ８０３）。周期時間変化情報は、例えば、図６に示した様なもので、繰り返し周期変更手段２１は、この周期時間変化情報からタイマーの時間に対応するＰＲＩの値を求め、送受信部１０２および周波数特性変更手段２０に送信する。

その後、周波数特性変更手段２０は、繰り返し周期変更手段２１からのＰＲＩに基づいて、周波数応答曲線４３の最大検出周波数ｆｍａｘを変更し（ステップＳ８０４）、一枚の断層画像情報を構成する１フレーム分の超音波パルスの送信および反射超音波パルス列の受信を行う（ステップＳ８０５）。そして、ドップラ処理部１０９は、受信された反射超音波パルス列を用いてパワー値の算定を行い、表示部１０６にＣＦＭ画像として表示する（ステップＳ８０６）。

その後、コントローラ部１０８は、タイマーの時間が、周期時間変化情報に設定された全時間を超えたかどうかを判定し（ステップＳ８０７）、全時間を超えていない場合には（ステップＳ８０７否定）、ステップＳ８０３に移行し、タイマーの時間情報と共に再度ＰＲＩの周期時間変化情報を参照し、ＰＲＩの変更を行う。

また、コントローラ部１０８は、タイマーの時間が、周期時間変化情報に設定された全時間を超えた場合には（ステップＳ８０７肯定）、例えば入力部１０７からの停止信号等により、心電波形との同期を継続するかどうかを判定し（ステップＳ８０８）、心電波形との同期を継続する場合には（ステップＳ８０８肯定）、ステップＳ８０１に移行し、心電波形との同期、並びに、ＣＦＭ画像の取得および表示を継続する。

また、コントローラ部１０８は、心電波形との同期を継続しない場合には（ステップＳ８０８否定）、ドップラ撮像処理を終了し、図７に示したメインルーチン（ｍａｉｎ ｒｏｕｔｉｎｅ）に戻る。

図１０は、ステップＳ８０１〜８０８の処理を行った際に、ＰＲＩが時間的に変化する様子を示したものである。図１０（Ａ）は、ＥＣＧ装置１１０から入力される、心電波形を例示したものである。心電波形には、心臓の鼓動に同期して発生されるＲ波およびＴ波等が図示されている。このＲ波近傍では、心臓が収縮期にあり、血流は速いものとなる。また、Ｔ波が発生した辺りから、心臓は拡張期に入り、血流は遅いものとなる。

図１０（Ｂ）は、図６に示した様な周期時間変化情報を用いてＲ波に同期を行った場合の，繰り返し周期変更手段２１による、ＰＲＩの時間変化を示した図である。Ｒ波が入力される一心拍ごとに、図６に示した様なＰＲＩの時間変化が繰り返される。また、一心拍内では、血流の速い収縮期に、短いＰＲＩとなり、血流の遅い拡張期に長いＰＲＩとなる。

図１１は、被検体１のパワースペクトル１０と、ＰＲＩを変化させた時の周波数応答曲線４３が変化する様子を、周波数軸を固定とした状態で、重畳して図示したものである。ＰＲＩを長くするに従い、周波数応答曲線４３の最高検出周波数ｆｍａｘは低いものとなる。図１１に示す様な周波数軸が固定された状態では、周波数軸に沿って周波数応答曲線４３が圧縮された形状となり、ＰＲＩを長くするに従い、周波数応答曲線４３は、周波数応答曲線４３ａ〜４３ｃの様に変化する。

これにより、図１１に示す低速血流領域４４では、ＰＲＩが長くなる程、周波数応答曲線４３のゲインが高いものとなり、低速の血流情報の感度が、高いものとなる。同時にクラッタ部分のカットオフ特性も急峻なものとなり、クラッタの除去も良好に行われる。

図１０では、血流が遅くなる拡張期にＰＲＩが長くされているので、低速の血流情報が有する感度を高く保つと共に、良好なクラッタの除去が行われる。また、図１０では、血流が速くなる収縮期にＰＲＩが短くされている。図１１に示す周波数応答曲線４３は、ＰＲＩが短くなることにより、逆になまった形状となり、低速血流領域４４の感度は低下する。しかし、この状態では、血流は、概ね速い状態にあるので、この感度の低下が、ドップラ画像に与える影響は少ない。

上述してきたように、本実施の形態では、繰り返し周期変更手段２１により、心電波形に同期して、送信される超音波パルスの繰り返し周期であるＰＲＩを、フレームごとに変化させ、周波数特性変更手段２０により、ＰＲＩが変更されるごとにウォールフィルタ部２０３の最高検出周波数ｆｍａｘを変更することとしているので、心電波形の血流の速さが遅い時相では、ＰＲＩを長いもの変更し、かつ周波数応答曲線４３のゲインを高くし、クラッタの除去を行うと共に感度の高い低速の血流情報を取得することができる。

また、本実施の形態では、主として送受信の繰り返し周期であるＰＲＩを用いて説明を行ったが、代わりに送受信の繰り返し周波数であるＰＲＦを用いることもできる。上述した様に、ＰＲＩ＝１／ＰＲＦの関係があり、周期および周波数の違いを除いて意味するところは同様である。

また、本実施の形態では、繰り返し周期変更手段２１は、心電波形のＲ波を同期信号として、Ｒ波の直後からＰＲＩの周期時間変化情報に基づいたＰＲＩの変更を行うこととしたが、同期信号と周期時間変化情報に基づいたＰＲＩの変更との間に待ち時間を設定することもできる。これにより、例えば、Ｒ波の直前から始まる心臓の収縮期の血流情報を、確実に観察することができる。

また、本実施の形態では、ＥＣＧ装置１１０からの心電情報に同期して、送受信の繰り返し周期であるＰＲＩを変更することとしたが、その他の同期手段、例えば、指先に装着され、赤外線を用いて拍動を検出する拍動検出器等からの拍動情報に同期して、ＰＲＩを変更することもできる。

また、本実施の形態では、ＥＣＧ装置１１０からの心電情報に同期して、ＰＲＩを変更することとしたが、繰り返し周期変更手段２１の内部に同期信号を発生するタイマーを備え、入力部１０７からこのタイマーに設定される時間ごとに同期信号を発生し、ＰＲＩを変更することもできる。

また、本実施の形態では、カラーフローマッピング（ＣＦＭ）を行うドップラ処理を用いた例を示したが、カラーフローマッピングにおいて血流の拍動を検出し、色付けを行うＰＦＤ（Ｐｕｌｓａｔｉｌｅ Ｆｌｏｗ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）にも全く同様に用いることができ、さらにパワードップラ処理または送信パルスをコード化するＢフロー処理等を用いることもできる。

超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかるドップラ処理部およびコントローラ部の構成を示すブロック図である。 送信超音波パルスの繰り返し周期ＰＲＩを示す説明図である。 デジタルフィルタの構成および特性を示す説明図である。 被検体のパワースペクトルおよびウォールフィルタの周波数応答を示す説明図である。 ＰＲＩの時間変化を示す周期時間変化情報の一例を示す説明図である。 実施の形態にかかる超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態にかかるドップラ撮像処理の動作を示すフローチャートである。 Ｂモード画像に設定されるドップラ撮像領域を示す説明図である。 心電波形および心電波形に同期して変化するＰＲＩを示す説明図である。 被検体のパワースペクトルおよびＰＲＩの変化と共に変化する周波数応答曲線を示す説明図である。

符号の説明

１ 被検体
３ 超音波パルス
１０ パワースペクトル
２０ 周波数特性変更手段
２１ 繰り返し周期変更手段
４１ 遅延部
４２ 結線部
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 周波数応答曲線
４４ 低速血流領域
６０ ドップラ撮像領域
６１ Ｂモード画像
１００ 超音波撮像装置
１０１ 探触子部
１０２ 送受信部
１０３ Ｂモード処理部
１０４ シネメモリ部
１０５ 画像表示制御部
１０６ 表示部
１０７ 入力部
１０８ コントローラ部
１０９ ドップラ処理部
１１０ ＥＣＧ装置
２０１ 直交検波部
２０２ 利得調節器
２０３ ウォールフィルタ部
２０４ 自己相関器
２０５ 演算部

Claims (12)

1. 被検体に超音波パルスを複数回送信し、前記被検体から反射された反射超音波パルス列を受信し、前記反射超音波パルス列をＡ／Ｄ変換の後に、デジタルフィルタ処理を含むデジタル画像処理を行い、断層画像情報を形成する超音波撮像装置であって、
   前記断層画像情報ごとに、前記送信および前記受信を繰り返す際の繰り返し周期を変更する繰り返し周期変更手段と、
   前記繰り返し周期の変更に応じて、前記デジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタの周波数応答特性を変更する周波数特性変更手段と、
   を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
2. 前記周波数特性変更手段は、前記周波数応答特性の最高検出周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
3. 前記周波数特性変更手段は、前記デジタルフィルタの構成要素をなす遅延部の遅延時間を、前記繰り返し周期に比例した値に変更することを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
4. 前記デジタルフィルタは、高周波通過型のウォールフィルタであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
5. 前記デジタル画像処理は、カラーフローマッピング（ＣＦＭ）画像処理、パワードップラ処理およびＢフロー処理のいずれか一つであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
6. 前記超音波撮像装置は、前記繰り返し周期の時間変化を示す周期時間変化情報を入力する入力部を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
7. 前記繰り返し周期変更手段は、前記周期時間変化情報に基づいて前記繰り返し周期を変更することを特徴とする請求項６に記載の超音波撮像装置。
8. 前記超音波撮像装置は、前記被検体の心電情報を取得するＥＣＧ装置を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の超音波撮像装置。
9. 前記繰り返し周期変更手段は、前記心電情報の心電波形に同期して、前記繰り返し周期を変更することを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
10. 前記周期時間変化情報は、前記心電情報の心臓が拡張する拡張期に前記繰り返し周期を大きくし、前記心電情報の心臓が収縮する収縮期に前記繰り返し周期を小さくすることを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像装置。
11. 前記超音波撮像装置は、前記被検体の拍動情報を取得する拍動検出器を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の超音波撮像装置。
12. 前記繰り返し周期変更手段は、前記拍動情報の拍動に同期して、前記繰り返し周期を変更することを特徴とする請求項１１に記載の超音波撮像装置。
    

Images