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JP6411969B2 - 超音波診断装置およびドプラ波形画像生成方法 - Google Patents

超音波診断装置およびドプラ波形画像生成方法 Download PDF

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Description

この発明は、超音波診断装置およびドプラ波形画像生成方法に係り、特に、パルスドプラ法または連続波ドプラ法によりドプラ波形画像の生成を行う超音波診断装置に関する。
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、アレイトランスデューサを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することによりＢ（輝度）モード画像が生成される。
さらに、血流情報を取得する目的で、パルスドプラ法等により、ドプラ波形画像を生成してＢモード画像と共にディスプレイに表示することが行われている。
このように、Ｂモード処理とドプラ処理を併せて行う超音波診断装置が、例えば、特許文献１に開示されている。
パルスドプラ法においては、繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）間隔でアレイトランスデューサを用いた被検体への超音波パルスの送信と被検体からの超音波エコーの受信が繰り返し行われる。超音波の送受信毎にアレイトランスデューサから得られる受信信号は、整相加算された後、直交検波によりドプラ成分を含む複素データに変換され、所定の時間幅で切り取られたサンプル点における複素データがフーリエ変換されてスペクトル信号が取得される。フーリエ変換は、一定数のサンプル点を空けて連続的に行われ、取得されたスペクトル信号に基づいて、時間軸に対する流速の変化を表すドプラ波形画像が生成される。
特開２００３−７９６２５号公報
しかしながら、このようにして生成されたドプラ波形画像においては、超音波の送受信の際に発生するスペックル、ドプラ信号同士の干渉等に起因して、黒線が入り、画質の低下を招いていた。
このため、従来は、ドプラ波形画像の画像データに対して時間方向および周波数方向に平滑化の処理を施すことで、黒線を目立たなくしている。
しかしながら、平滑化を行うことにより時間方向の分解能が劣化してしまい、画質を高めようとすると、時間分解能が低下し、逆に、時間分解能の低下を抑制すると、黒線が目立って画質が低下するという問題があった。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、時間分解能を低下することなくドプラ波形画像における黒線の発生を抑制して画質を向上させることができる超音波診断装置およびドプラ波形画像生成方法を提供することを目的とする。
第１の発明に係る超音波診断装置は、アレイトランスデューサと、アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して受信高周波データを生成する受信部と、受信部で生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成する直交検波部と、第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、前記第１の始点とは異なる第２の始点から設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得する周波数解析部と、スペクトル信号を用いてドプラ波形画像を生成するドプラ波形画像生成部とを備え、互いに隣接するピクセルに対する第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数だけ離れ、各ピクセルに対する少なくとも１つの第２のサンプル点群のうち、第１のサンプル点群から最も離れた第２のサンプル点群と、第１のサンプル点群との間隔に対応するサンプル点数が、第１のサンプル点数の１／２よりも小さく設定されるものである。
周波数解析部は、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を最大値処理することにより各ピクセルに対するスペクトル信号を取得することができる。あるいは、周波数解析部は、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を平均処理することにより各ピクセルに対するスペクトル信号を取得することができる。
周波数解析部は、第２の周波数解析として、第１の始点よりも所定数のサンプル点だけ時間的に早い第２の始点から設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の複素データを用いた周波数解析と、第１の始点よりも所定数のサンプル点だけ時間的に遅い第２の始点から設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の複素データを用いた周波数解析を行うことができる。
好ましくは、直交検波部で生成された複素データを保存するデータメモリと、設定数および第１の始点と第２の始点の間のサンプル点数を指定するための操作部をさらに備え、周波数解析部は、データメモリに保存された複素データに対して操作部により指定された設定数および第１の始点と第２の始点の間のサンプル点数に基づいて周波数解析を行う。
受信部は、アレイトランスデューサから出力される受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル信号に変換された受信信号を整相加算するビームフォーマとを含むことが好ましい。
受信部で生成された受信高周波データに基づいてＢモード画像を生成するＢモード処理部と、ドプラ波形画像生成部で生成されたドプラ波形画像およびＢモード処理部で生成されたＢモード画像を表示する表示部をさらに備えることができる。
この発明に係るドプラ波形画像生成方法は、アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信し、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して受信高周波データを生成し、生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成し、第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、第１の始点とは異なる第２の始点から設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得し、スペクトル信号を用いてドプラ波形画像を生成し、ドプラ波形画像の互いに隣接するピクセルに対する第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数だけ離れ、各ピクセルに対する少なくとも１つの第２のサンプル点群のうち、第１のサンプル点群から最も離れた第２のサンプル点群と、第１のサンプル点群との間隔に対応するサンプル点数が、第１のサンプル点数の１／２よりも小さく設定する方法である。
第２の発明に係る超音波診断装置は、アレイトランスデューサと、アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して整相加算された受信高周波データを生成する受信部と、受信部で生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成する直交検波部と、第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、第１の始点とは異なる第２の始点から設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得する周波数解析部と、スペクトル信号を用いてドプラ波形画像を生成するドプラ波形画像生成部とを備え、互いに隣接するピクセルに対する第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数Ｎｐだけ離れ、互いに隣接する第１のサンプル点群および少なくとも１つの第２のサンプル点群の間は、第２のサンプル点数Ｎｂだけ離れ、第１のサンプル点数Ｎｐの最大値をＮｐ ＭＡＸ 、複素データの繰り返し周波数の最大値をＰＲＦ ＭＡＸ 、ドプラ波形画像のスイープ時間の最大値をＴｓ ＭＡＸ 、ドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数をＰＮとして、前記第２のサンプル点数Ｎｂの最大値Ｎｂ ＭＡＸ は、下記式（１）により表される超音波診断装置。
Ｎｂ ＭＡＸ ＝Ｎｐ ＭＡＸ ／２＜（ＰＲＦ ＭＡＸ ×Ｔｓ ＭＡＸ ／ＰＮ）／２ ・・・（１）
この発明によれば、第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点の複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、第１の始点とは異なる第２の始点から設定数のサンプル点の複素データを少なくとも１組用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得し、スペクトル信号を用いてドプラ波形画像を生成するので、時間分解能を低下することなくドプラ波形画像における黒線の発生を抑制して画質を向上させることが可能となる。
この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における受信部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるＢモード処理部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるドプラ処理部の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるドプラ処理部内のＦＦＴで行われる周波数解析処理を説明するための図である。 パルスドプラモード時における表示画像を示す図である。 （Ａ）は、画像データに対して時間方向の平滑化を行うことで生成された従来のドプラ波形画像を示し、（Ｂ）は、実施の形態１で生成されたドプラ波形画像を示す図である。 実施の形態２におけるドプラ処理部内のＦＦＴで行われる周波数解析処理を説明するための図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、アレイトランスデューサ１を備え、このアレイトランスデューサ１に送信部２および受信部３が接続されている。受信部３には、Ｂモード処理部４およびドプラ処理部５が並列に接続され、これらＢモード処理部４およびドプラ処理部５に表示制御部６を介して表示部７が接続されている。
また、送信部２および受信部３に送受信制御部８が接続され、Ｂモード処理部４、ドプラ処理部５、表示制御部６および送受信制御部８に装置制御部９が接続されている。さらに、装置制御部９に、操作部１０と格納部１１がそれぞれ接続されている。
アレイトランスデューサ１は、１次元又は２次元に配列された複数の超音波トランスデューサを有している。これらの超音波トランスデューサは、それぞれ送信部２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
送信部２は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、送受信制御部８からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、アレイトランスデューサ１の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給する。
受信部３は、図２に示されるように、増幅部１２とＡ／Ｄ変換部１３とビームフォーマ１４が順次直列に接続された構成を有している。受信部３は、アレイトランスデューサ１の各超音波トランスデューサから送信される受信信号を増幅部１２で増幅し、Ａ／Ｄ変換部１３でＡ／Ｄ変換した後、送受信制御部８からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、ビームフォーマ１４で各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、整相加算され超音波エコーの焦点が絞り込まれた受信高周波データが生成される。
Ｂモード処理部４は、図３に示されるように、信号処理部１５とＤＳＣ（Digital Scan Converter）１６と画像処理部１７が順次直列に接続された構成を有している。
信号処理部１５は、受信部３で生成された受信高周波データに対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
ＤＳＣ１６は、信号処理部１５で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
画像処理部１７は、ＤＳＣ１６から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部６に出力する。
ドプラ処理部５は、いわゆるパルスドプラ法によりドプラ波形画像を生成するもので、図４に示されるように、直交検波部１８とハイパスフィルタ１９とＦＦＴ（Fast Fourier Transformer）２０とドプラ波形画像生成部２１が順次直列に接続されると共に直交検波部１８の出力端にデータメモリ２２が接続された構成を有している。
直交検波部１８は、受信部３で生成された受信高周波データに参照周波数のキャリア信号を混合することで、受信高周波データを直交検波して複素データに変換する。
ハイパスフィルタ１９は、いわゆるウォールフィルタ（Wall Filter）として機能するもので、直交検波部１８で生成された複素データから被検体の体内組織の運動に由来する周波数成分を除去する。
ＦＦＴ２０は、複数のサンプル点の複素データをフーリエ変換することにより周波数解析してスペクトル信号を生成する。
ドプラ波形画像生成部２１は、ＦＦＴ２０で生成されたスペクトル信号を時間軸上に揃えつつ各周波数成分の大きさを輝度で表すことによりドプラ波形画像信号を生成する。ドプラ波形画像は、横軸に時間軸を示し、縦軸にドプラシフト周波数すなわち流速を示し、波形の輝度が各周波数成分におけるパワーを表すものである。
また、データメモリ２２は、直交検波部１８で受信高周波データから変換された複素データを保存する。
表示制御部６は、Ｂモード処理部４により生成されたＢモード画像信号に基づいて、表示部７にＢモード画像を表示させると共に、パルスドプラモード時にドプラ処理部５により生成されたドプラ波形画像信号に基づいて、表示部７にドプラ波形画像を表示させる。
表示部７は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部６の制御の下で、Ｂモード画像およびドプラ波形画像を表示する。
送受信制御部８は、装置制御部９から伝送される各種の制御信号に基づき、繰り返し周波数（ＰＲＦ）間隔で被検体への超音波パルスの送信と被検体からの超音波エコーの受信が繰り返し行われるように、送信部２および受信部３を制御する。
装置制御部９は、操作者により操作部１０から入力された指令に基づいて、Ｂモード処理部４、ドプラ処理部５、表示制御部６および送受信制御部８の制御を行う。ドプラ処理部５のＦＦＴ２０と装置制御部９により、周波数解析部が構成されている。
操作部１０は、操作者が入力操作を行うためのもので、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
格納部１１は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＳＤカード、ＣＦカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
ここで、ドプラ処理部５のＦＦＴ２０の動作について図５を参照して説明する。
ＦＦＴ２０は、装置制御部９による制御の下で、繰り返し周波数（ＰＲＦ）間隔で繰り返し取得される複素データＤｉｑのうち、第１の始点から複数のサンプル点で構成されるサンプル点群Ｓ０の複素データＤｉｑをフーリエ変換して周波数解析を行うが、サンプル点群Ｓ０だけでなく、それぞれ第１の始点とは異なる第２の始点から複数のサンプル点で構成されるサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４の複素データＤｉｑに対しても、それぞれフーリエ変換して周波数解析を行う。
それぞれのサンプル点群Ｓ０〜Ｓ４は、予め設定された設定数Ｎｆのサンプル点を含んでいる。サンプル点群Ｓ１は、サンプル点群Ｓ０よりも個数Ｎｂのサンプル点だけ時間的に早く取得されたもので、サンプル点群Ｓ２は、サンプル点群Ｓ１よりもさらに個数Ｎｂのサンプル点だけ時間的に早く取得されたものである。また、サンプル点群Ｓ３は、サンプル点群Ｓ０よりも個数Ｎｂのサンプル点だけ時間的に遅く取得されたもので、サンプル点群Ｓ４は、サンプル点群Ｓ３よりもさらに個数Ｎｂのサンプル点だけ時間的に遅く取得されたものである。
そして、ＦＦＴ２０は、サンプル点群Ｓ０に対する第１の周波数解析とサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４に対する第２の周波数解析の結果に基づいて、ピクセルＰＸに対応する１つのスペクトル信号を取得する。このとき、ＦＦＴ２０は、サンプル点群Ｓ０に対する第１の周波数解析およびサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４に対する第２の周波数解析の結果を最大値処理することにより、すなわち、それぞれの解析結果における各周波数成分のパワーの最大値を抽出することでピクセルＰＸに対するスペクトル信号を取得することができる。
あるいは、ＦＦＴ２０は、サンプル点群Ｓ０に対する第１の周波数解析およびサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４に対する第２の周波数解析の結果を平均処理することにより、ピクセルＰＸに対するスペクトル信号を取得してもよい。
ピクセルＰＸに対するスペクトル信号を取得した後、ＦＦＴ２０は、同様にして、ピクセルＰＸに隣接するピクセルＰＸ＋１に対応するスペクトル信号を取得する。すなわち、ＦＦＴ２０は、ピクセルＰＸ＋１に対して第１の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するサンプル点群Ｓ０の複素データＤｉｑに対する第１の周波数解析だけでなく、それぞれ第１の始点とは異なる第２の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４の複素データＤｉｑに対して第２の周波数解析を行い、これら第１の周波数解析および第２の周波数解析の結果に基づいて、ピクセルＰＸ＋１に対応する１つのスペクトル信号を取得する。
なお、ピクセルＰＸに対する第１の始点とピクセルＰＸ＋１に対する第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応するサンプル点数Ｎｐだけ離れている。
このようにして、ドプラ波形画像の各ピクセルに対応するそれぞれのスペクトル信号が取得される。図５には、５つのピクセルＰＸ−２〜ＰＸ＋２に対応するそれぞれのスペクトル信号が例示されている。
例えば、繰り返し周波数ＰＲＦを５０００Ｈｚ、表示部７に表示されるドプラ波形画像のスイープ時間Ｔｓを４秒、ドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数ＰＮを６４０、周波数解析を行うサンプル点の設定数Ｎｆを１２８としたとき、互いに隣接するピクセルの間隔に対応するサンプル点数Ｎｐは、
Ｎｐ＝５０００×４／６４０＝３１
となる。
また、互いに隣接するサンプル点群Ｓ０〜Ｓ４の間のサンプル点数Ｎｂは、最小値ＮｂＭＩＮ＝１から最大値ＮｂＭＡＸまでの任意の値とすることができる。最大値ＮｂＭＡＸは、次式により表される。
ＮｂＭＡＸ＝ＮｐＭＡＸ／２＜（ＰＲＦＭＡＸ×ＴｓＭＡＸ／ＰＮ）／２
ここで、ＮｐＭＡＸはサンプル点数Ｎｐの最大値、ＰＲＦＭＡＸは繰り返し周波数ＰＲＦの最大値、ＴｓＭＡＸはドプラ波形画像のスイープ時間Ｔｓの最大値、ＰＮはドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数である。
例えば、スイープ時間Ｔｓの最大値ＴｓＭＡＸ＝１０秒、繰り返し周波数ＰＲＦの最大値ＰＲＦＭＡＸ＝１５．６ｋＨｚとして、サンプル点数Ｎｐの最大値ＮｐＭＡＸ＝２４４の場合には、サンプル点数Ｎｂの最大値ＮｂＭＡＸ＝ＮｐＭＡＸ／２＝１２２となる。
ただし、周辺のサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４のうち、サンプル点群Ｓ０から最も離れたサンプル点群Ｓ２またはＳ４との間隔２×Ｎｂの値が、互いに隣接するピクセルの間隔に対応するサンプル点数Ｎｐの１／２より小さく設定されることが好ましい。
図５では、第２の周波数解析を行うサンプル点群として、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に早く取得された２つのサンプル点群Ｓ１およびＳ２と、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に遅く取得された２つのサンプル点群Ｓ３およびＳ４を用いたが、第２の周波数解析を行うサンプル点群の数Ｎｇは、適宜選択することができる。また、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に早く取得されたサンプル点群の数と、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に遅く取得されたサンプル点群の数は、同一である必要はなく、互いに異なる数でもよい。
なお、繰り返し周波数ＰＲＦ、ドプラ波形画像のスイープ時間、周波数解析を行うサンプル点の設定数Ｎｆ、互いに隣接するサンプル点群の間のサンプル点数Ｎｂ、周波数解析を行う周辺のサンプル点群の数Ｎｇ、並びに、第１および第２の周波数解析の結果に基づく各ピクセルに対する１つのスペクトル信号の取得方法（最大値処理または平均処理）は、操作部１０を介して装置制御部９に入力することができるものとする。
次に、この実施の形態１に係る超音波診断装置の動作を説明する。
まず、送信部２からの駆動信号に従ってアレイトランスデューサ１の複数の超音波トランスデューサから超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信部３に出力され、増幅部１２で増幅され、Ａ／Ｄ変換部１３でＡ／Ｄ変換された後、ビームフォーマ１４で整相加算されて、受信高周波データが生成される。この受信高周波データは、Ｂモード処理部４において、信号処理部１５で包絡線検波処理が施されることでＢモード画像信号となり、ＤＳＣ１６および画像処理部１７を経て表示制御部６に出力され、表示制御部６によりＢモード画像が表示部７に表示される。
ここで、操作者が操作部１０を操作することにより、パルスドプラモードを選択すると、図６に示されるように、表示部７の画面３１が、Ｂモード画像３２とドプラ波形画像３３の領域に二分され、Ｂモード画像３２上にゲート３４が重畳表示される。ゲート３４は、操作部１０の操作により、Ｂモード画像３２上を自由に移動させることができ、例えば、Ｂモード画像３２に表示されている頸動脈の血管３５内における血液の流速を計測するために、ゲート３４が血管３５の上に位置するように操作される。
なお、繰り返し周波数ＰＲＦ、ドプラ波形画像のスイープ時間、サンプル点の設定数Ｎｆ、互いに隣接するサンプル点群の間のサンプル点数Ｎｂ、第２の周波数解析を行うサンプル点群の数Ｎｇ、並びに、第１および第２の周波数解析の結果に基づく各ピクセルに対応する１つのスペクトル信号の取得方法（最大値処理または平均処理）は、操作部１０を介して予め装置制御部９に設定されているものとする。
ゲート３４の位置は、装置制御部９から送受信制御部８に伝送され、送受信制御部８により送信部２および受信部３が制御されて、ゲート３４を通る特定の方位に向けた超音波パルスの送信と超音波エコーの受信が繰り返し周波数（ＰＲＦ）間隔で繰り返し行われる。
受信部３で生成された受信高周波データは、ドプラ処理部５の直交検波部１８で複素データに変換され、データメモリ２２に保存されると共に、ハイパスフィルタ１９で被検体の体内組織の運動に由来する周波数成分が除去された後、ＦＦＴ２０に出力される。
ＦＦＴ２０においては、予め設定されているサンプル点の設定数Ｎｆ、互いに隣接するサンプル点群の間のサンプル点数Ｎｂ、第２の周波数解析を行うサンプル点群の数Ｎｇ、並びに、スペクトル信号の取得方法に基づいて、第１の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有する１個のサンプル点群における複素データＤｉｑを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、それぞれ第２の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するＮｇ個のサンプル点群における複素データＤｉｑを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、これら第１および第２の周波数解析の結果に基づいて各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得する。
そして、ＦＦＴ２０で取得されたスペクトル信号に基づきドプラ波形画像生成部２１でドプラ波形画像信号が生成され、図６に示されるように、表示制御部６により表示部７の画面３１にドプラ波形画像３３が表示される。ドプラ波形画像３３の横軸に時間軸が示され、縦軸に血管３５内の血液の流速が示される。このとき、各ピクセルに対するスペクトル信号から生成されたドプラ波形画像信号は、時間方向にも周波数方向にも平滑化されることなく、ドプラ波形画像生成部２１で生成されたドプラ波形画像信号に基づいてドプラ波形画像３３の表示が行われる。
なお、Ｂモード画像取得用の超音波ビームの送受信とドプラ波形画像取得用の超音波ビームの送受信を時分割で行うことにより、表示部７の画面３１にＢモード画像３２とドプラ波形画像３３を同時に表示することができる。
上述したように、装置制御部９に制御されたＦＦＴ２０が、各ピクセルに対して、第１の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有する１個のサンプル点群における複素データＤｉｑを周波数解析する第１の周波数解析だけでなく、それぞれ第１の始点とは異なる第２の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するＮｇ個のサンプル点群における複素データＤｉｑを周波数解析する第２の周波数解析を行い、これら第１および第２の周波数解析の結果に基づいて各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得するので、従来のように、ドプラ波形画像の画像データに対して平滑化処理を施す必要がなく、このため、時間分解能を低下させずにドプラ波形画像における黒線の発生を抑制することができる。
具体的に、従来の方法、すなわち、第１の始点から設定数Ｎｆのサンプル点の複素データＤｉｑを周波数解析するだけで、第１の始点とは異なる第２の始点から設定数Ｎｆのサンプル点については周波数解析を行わない方法で生成したドプラ波形画像を図７（Ａ）に示す。ここで、繰り返し周波数ＰＲＦを５０００Ｈｚ、ドプラ波形画像のスイープ時間を４秒、ドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数を６４０、周波数解析に用いたサンプル点の設定数Ｎｆを１２８とした。
ドプラ波形画像に、黒線ＢＬが明確に現れていることがわかる。
これに対して、繰り返し周波数ＰＲＦ、ドプラ波形画像のスイープ時間、ドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数、周波数解析に用いたサンプル点の設定数Ｎｆを図７（Ａ）の場合と同一にしたまま、実施の形態１の方法で、第１の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するサンプル点群Ｓ０における複素データＤｉｑを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、それぞれ第１の始点とは異なる第２の始点から設定数Ｎｆのサンプル点を有するサンプル点群Ｓ１〜Ｓ４における複素データＤｉｑを用いて周波数解析する第２の周波数解析を行って生成したドプラ波形画像を図７（Ｂ）に示す。
図７（Ａ）の画像に現れていた黒線ＢＬが目立たなくなっていることがわかる。
このように、この発明によれば、時間分解能を低下することなく黒線の発生を抑制して画質を向上させることが可能となる。
なお、ドプラ処理部５の直交検波部１８で変換された複素データがデータメモリ２２に保存されているので、周波数解析に用いるサンプル点の設定数Ｎｆ、互いに隣接するサンプル点群の間のサンプル点数Ｎｂ、および、第２の周波数解析を行うサンプル点群の数Ｎｇのうちの少なくとも１つを変更して操作部１０から入力することにより、変更した条件で新たにドプラ波形画像を生成し直すこともできる。
実施の形態２
上記の実施の形態１では、第２の周波数解析を行うサンプル点群として、第１の周波数解析を行うサンプル点群Ｓ０よりも時間的に早く取得された２つのサンプル点群Ｓ１およびＳ２と、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に遅く取得された２つのサンプル点群Ｓ３およびＳ４を用いたが、図８に示されるように、サンプル点群Ｓ０よりも時間的に早く取得された２つのサンプル点群Ｓ１およびＳ２のみを用いて第２の周波数解析を行い、第１の周波数解析と第２の周波数解析の結果に基づいて各ピクセルに対応する１つのスペクトル信号を取得してもよい。このようにしても、時間分解能を低下することなく黒線の発生を抑制して画質を向上させることができる。
また、第１の周波数解析を行うサンプル点群Ｓ０よりも時間的に早く取得された１つ、あるいは、３つ以上のサンプル点群を第２の周波数解析を行うサンプル点群として使用することもできる。
同様に、第１の周波数解析を行うサンプル点群Ｓ０よりも時間的に遅く取得された１つ以上のサンプル点群を第２の周波数解析を行うサンプル点群として使用してもよい。
１ アレイトランスデューサ、２ 送信部、３ 受信部、４ Ｂモード処理部、５ ドプラ処理部、６ 表示制御部、７ 表示部、８ 送受信制御部、９ 装置制御部、１０ 操作部、１１ 格納部、１２ 増幅部、１３ Ａ／Ｄ変換部、１４ ビームフォーマ、１５ 信号処理部、１６ ＤＳＣ、１７ 画像処理部、１８ 直交検波部、１９ ハイパスフィルタ、２０ ＦＦＴ、２１ ドプラ波形画像生成部、２２ データメモリ、３１ 画面、３２ Ｂモード画像、３３ ドプラ波形画像、３４ ゲート、３５ 血管、ＰＲＦ 繰り返し周波数、Ｄｉｑ 複素データ、Ｓ０〜Ｓ４ サンプル点群、Ｎｇ サンプル点群の数、ＰＸ−２〜ＰＸ＋２ ピクセル、Ｎｆ 各ピクセルに対応するサンプル点の設定数、Ｎｂ 互いに隣接するサンプル点群の間のサンプル点数、Ｎｐ 互いに隣接するピクセルの間隔に対応するサンプル点数。

Claims (9)

  1. アレイトランスデューサと、
    前記アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、
    被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して整相加算された受信高周波データを生成する受信部と、
    前記受信部で生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成する直交検波部と、
    第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、前記第１の始点とは異なる第２の始点から前記設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、前記第１の周波数解析および前記第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得する周波数解析部と、
    前記スペクトル信号を用いて前記ドプラ波形画像を生成するドプラ波形画像生成部と
    を備え、
    互いに隣接するピクセルに対する前記第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数だけ離れ、
    前記各ピクセルに対する前記少なくとも１つの第２のサンプル点群のうち、前記第１のサンプル点群から最も離れた前記第２のサンプル点群と、前記第１のサンプル点群との間隔に対応するサンプル点数が、前記第１のサンプル点数の１／２よりも小さく設定される超音波診断装置。
  2. 前記周波数解析部は、前記第１の周波数解析および前記第２の周波数解析の結果を最大値処理することにより前記各ピクセルに対するスペクトル信号を取得する請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記周波数解析部は、前記第１の周波数解析および前記第２の周波数解析の結果を平均処理することにより前記各ピクセルに対するスペクトル信号を取得する請求項１に記載の超音波診断装置。
  4. 前記周波数解析部は、前記第２の周波数解析として、前記第１の始点よりも所定数のサンプル点だけ時間的に早い前記第２の始点から前記設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの前記第２のサンプル点群の前記複素データを用いた周波数解析と、前記第１の始点よりも所定数のサンプル点だけ時間的に遅い前記第２の始点から前記設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの前記第２のサンプル点群の前記複素データを用いた周波数解析を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  5. 前記直交検波部で生成された複素データを保存するデータメモリと、
    前記設定数および前記第１の始点と前記第２の始点の間のサンプル点数を指定するための操作部をさらに備え、
    前記周波数解析部は、前記データメモリに保存された複素データに対して前記操作部により指定された前記設定数および前記第１の始点と前記第２の始点の間のサンプル点数に基づいて周波数解析を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  6. 前記受信部は、
    前記アレイトランスデューサから出力される受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
    デジタル信号に変換された受信信号を整相加算するビームフォーマと
    を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  7. 前記受信部で生成された受信高周波データに基づいてＢモード画像を生成するＢモード処理部と、
    前記ドプラ波形画像生成部で生成された前記ドプラ波形画像および前記Ｂモード処理部で生成された前記Ｂモード画像を表示する表示部をさらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  8. アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信し、
    被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して整相加算された受信高周波データを生成し、
    生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成し、
    第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、前記第１の始点とは異なる第２の始点から前記設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、前記第１の周波数解析および前記第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得し、
    前記スペクトル信号を用いて前記ドプラ波形画像を生成し、
    前記ドプラ波形画像の互いに隣接するピクセルに対する前記第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数だけ離れ、
    前記各ピクセルに対する前記少なくとも１つの第２のサンプル点群のうち、前記第１のサンプル点群から最も離れた前記第２のサンプル点群と、前記第１のサンプル点群との間隔に対応するサンプル点数が、前記第１のサンプル点数の１／２よりも小さく設定される
    ドプラ波形画像生成方法。
  9. アレイトランスデューサと、
    前記アレイトランスデューサから被検体に向けて超音波ビームを送信する送信部と、
    被検体による超音波エコーを受信した前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を処理して整相加算された受信高周波データを生成する受信部と、
    前記受信部で生成された受信高周波データを直交検波して複素データを生成する直交検波部と、
    第１の始点から予め設定された設定数のサンプル点を含む第１のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第１の周波数解析と、前記第１の始点とは異なる第２の始点から前記設定数のサンプル点を含む少なくとも１つの第２のサンプル点群の前記複素データを用いて周波数解析する第２の周波数解析とを行い、前記第１の周波数解析および前記第２の周波数解析の結果を用いてドプラ波形画像の各ピクセルに対応するスペクトル信号を取得する周波数解析部と、
    前記スペクトル信号を用いて前記ドプラ波形画像を生成するドプラ波形画像生成部と
    を備え、
    互いに隣接するピクセルに対する前記第１の始点は、互いに隣接するピクセルの間隔に対応する第１のサンプル点数Ｎｐだけ離れ、
    互いに隣接する前記第１のサンプル点群および前記少なくとも１つの第２のサンプル点群の間は、第２のサンプル点数Ｎｂだけ離れ、
    前記第１のサンプル点数Ｎｐの最大値をＮｐ ＭＡＸ 、前記複素データの繰り返し周波数の最大値をＰＲＦ ＭＡＸ 、前記ドプラ波形画像のスイープ時間の最大値をＴｓ ＭＡＸ 、前記ドプラ波形画像の時間軸に沿ったピクセル数をＰＮとして、前記第２のサンプル点数Ｎｂの最大値Ｎｂ ＭＡＸ は、下記式（１）により表される超音波診断装置。
    Ｎｂ ＭＡＸ ＝Ｎｐ ＭＡＸ ／２＜（ＰＲＦ ＭＡＸ ×Ｔｓ ＭＡＸ ／ＰＮ）／２ ・・・（１）
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