JP2006255322A - 超音波ドプラ血流計 - Google Patents

Abstract

【課題】 背景ノイズの少ない鮮明なカラー画像が得られる超音波ドプラ血流計を提供する。
【解決手段】 超音波送受信手段１、２、３が生体中に超音波を送信し、血流からのエコーを受信すると、位相検波手段４がエコー信号を位相検波し、ＭＴＩフィルタ６がその低周波信号成分を除去し、得られた信号から血流情報算出手段７が血流情報の２次元分布を算出し、第１の空間フィルタ２０が２次元フィルタリングを施し、血流情報変更手段４０が所定の条件下で血流情報をゼロ又は適切な値に変更し、さらに、第２の空間フィルタ６０が血流情報に２次元フィルタリングを施すと、表示手段１３が血流情報の画像表示を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医用分野において超音波のドプラ現象を利用して生体中の血流情報を測定し、血流分布を生体の断層像と重ね合わせて画像表示する超音波ドプラ血流計に関するものである。

従来より、超音波のドプラ現象を利用して生体中の血流分布を色に対応させ、白黒の２次元断層像と重ね合わせて表示する従来装置として超音波２次元ドプラ血流計（カラーフロー装置）が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。図７は従来の超音波２次元ドプラ血流計の構成を示すブロック図である。

図７において、送信部１の出力端にプローブ２が接続され、このプローブ２に受信部３の入力端が接続されている。受信部３の出力端には、血流情報を得るための位相検波部４、Ａ／Ｄ変換部５、ＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルタ６、速度演算部７、閾値処理部８及びＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）９が順に接続される一方、Ｂモード信号（断層信号）を得るために包絡線検波部１１及びＤＳＣ１２が順に接続されており、さらに、ＤＳＣ９及びＤＳＣ１２の各出力端がカラー処理部１０の入力端に接続され、このカラー処理部１０の出力端にモニタ１３が接続されている。

次に、図７に示した超音波２次元ドプラ血流計の動作について説明する。送信部１は、プローブ２を介して、図示省略の生体に超音波パルスを照射する。生体に照射された超音波パルスのエコーは、同じくプローブ２によって電気信号に変換されて受信部３に供給される。この電気信号は受信部３で増幅された後、位相検波部４に加えられ、この位相検波部４によって位相検波されてドプラ偏移信号となる。このドプラ偏移信号はＡ／Ｄ変換部５によってデジタルデータに変換されてＭＴＩフィルタ６に入力される。ＭＴＩフィルタ６においては、その入力信号から不要な体組織からの信号である低周波信号成分が除去される。低周波信号成分が除去された信号は速度演算部７に加えられる。そして、速度演算部７において、血流速度、血流エコー強度及び血流速度分散（以下、血流速度データ、血流エコー強度データ及び血流速度分散データとも言う）でなる血流情報が算出される。この血流情報は閾値処理部８に入力され、血流エコー強度があらかじめ設定された閾値より大きい場合にはそのまま出力され、閾値より小さい場合には血流情報はゼロに置き換えられる。この処理は血流エコー強度の小さい血流情報がカラーデータとして画像表示されないようにするための処理である。このようにして閾値処理された血流情報は、ＤＳＣ９に入力され、ここで超音波操作に応じた形状に座標変換されてカラー処理部１０に加えられる。一方、受信部３で増幅された電気信号は包絡線検波部１１にも加えられ、この包絡線検波部１１で包絡線検波されてからＤＳＣ１２で座標変換されてＢモード信号としてカラー処理部１０に加えられる。カラー処理部１０では、ＤＳＣ９で座標変換された血流情報と、ＤＳＣ１２で座標変換されたＢモード信号とが混合される。混合された信号がモニタ１３に加えられて２次元血流情報が映し出される。その際、血流情報がゼロでない画素は血流情報としてカラーで表示され、血流情報がゼロの画素はＢモード信号が白黒の濃淡として表示される。
特開昭６３−２７５３３０号公報

上述した従来の超音波２次元ドプラ血流計において閾値処理を行うとき、雑音の強度が確率的に分布するため、血流の存在しない領域において閾値を超える血流エコー強度を持つノイズが存在する。これとは逆に、ノイズの影響が大きい場合、血流の存在する領域において血流エコー強度が閾値を下回ってしまうこともある。そのため、本来、血流の存在しない領域に孤立したカラー画像が現れたり、本来、血流が存在する領域に黒抜けが生じたりして血流の存在する領域と存在しない領域との境界が不自然になりやすかった。

また、前処理において次のような問題もあった。ここで、ＭＴＩフィルタ６の周波数特性を図８に示す。図中、Ｆｒは超音波パルスの繰り返し周波数であり、領域Ｂは血流信号の周波数領域であり、領域Ｃはクラッタ領域であり、Ｆｗは血流信号の周波数領域Ｂとクラッタ領域Ｃとを分ける境界周波数である。ＭＴＩフィルタ６には血管壁などの組織からの低周波の信号（クラッタ信号）を除去するためにハイパスフィルタの特性を持たせてある。理想的なＭＴＩフィルタ６の特性は、クラッタ領域Ｃのゲインは０で、血流領域Ｂのゲインは１であるが、実際には図８に示すように、血流領域Ｂの低い周波数部分である領域ＬＢ、すなわち、低速血流からのエコー信号領域においてゲインが低くなってしまう。そこで、例えば図９に示すように、位相検波されたエコー信号として、強度が同じである周波数Ｈ、Ｌのエコー信号が得られたとする。これらのエコー信号がＭＴＩフィルタ６を通過した後においては、図１０に示すようにゲインの異なる信号レベルとなり、もし閾値レベルが図１０中に示したように周波数Ｌよりも大きく、周波数Ｈよりも小さく設定されておれば、低い周波数Ｌを持つ血流は、高い周波数Ｈを持つ血流と同じ強度で受信されたとしても表示されないことになる。そこで、周波数Ｌの信号を表示するために、閾値レベルを下げる方法が考えられるが、それによってノイズが増加し、画質が劣化するという弊害が生じてしまう。

上述したように、ノイズの影響が大きい場合、エコー信号がＭＴＩフィルタ６を通過した後においてゲインの異なる信号レベルとなる場合のいずれにおいても、画像の信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎと略記する）が小さくなり、診断の弊害となってしまう。このような画像のＳ／Ｎの低下を回避する方法として、簡単に思いつくのは、閾値処理によって得られた画像を空間フィルタにより平滑化する方法である。しかし、雑音が大きい場合、つまり、Ｓ／Ｎが小さい場合、フィルタリングにおいて画像のＳ／Ｎの改善に重点をおくと、画像にボケが生じて不鮮明な画像になってしまう。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、背景ノイズの少ない鮮明なカラー画像が得られる超音波ドプラ血流計を提供することにある。

本発明に係る超音波ドプラ血流計は、生体中に超音波を送信し、生体中の血流から超音波のエコーを受信する超音波送受信手段と、超音波送受信手段で受信されたエコー信号を入力し、位相検波して出力する位相検波手段と、位相検波手段の出力信号を入力し、低周波信号成分を除去して出力するＭＴＩフィルタと、ＭＴＩフィルタの出力信号に基づき、生体中の血流速度、血流エコー強度及び血流速度分散のそれぞれについて、超音波の進行方向とその走査方向とで定義される２次元領域に分布する２次元分布データを算出する血流情報算出手段と、血流情報算出手段で算出された２次元分布データを入力し、これらの２次元分布データごとに２次元フィルタリングを施して出力するか、又は、所定のサンプル点のデータを出力するように設定することが可能な第１の空間フィルタと、第１の空間フィルタの出力データを入力し、ＭＴＩフィルタの遮断特性と第１の空間フィルタから出力された血流エコー強度データとが所定の条件を満たしている場合、入力データをそのまま出力し、所定の条件を満たしていない場合、血流速度データ及び血流速度分散データの少なくとも一方をゼロに変更して出力する血流情報変更手段と、血流情報変更手段から出力された血流速度データ、血流エコーデータ及び血流速度分散データを入力し、超音波走査に応じた形状に座標変換して血流情報を画像表示する表示手段とを備える。

このように構成することによって、従来装置での閾値処理において画像のＳ／Ｎ低下の原因である血流エコー強度に含まれる雑音が、第１の空間フィルタによって除去される。また、従来装置の閾値処理においてＭＴＩフィルタの遮断特性上、やむを得ず減衰され、雑音として除去されたり、本来雑音として表示されるべきでない低速血流信号が血流情報変更手段によって適切に変更されて表示される。

また、本発明に係る超音波ドプラ血流系は、血流情報変更手段と表示手段との間に設けられ、血流情報変更手段から出力された血流速度データ、血流エコーデータ及び血流速度分散データを入力し、これらの２次元分布データごとに２次元フィルタリングを施して出力するか、又は、所定のサンプル点のデータを出力するように設定することが可能な第２の空間フィルタを備える。
このように構成することによって、第１の空間フィルタと血流情報変更手段による画像のＳ／Ｎの改善が不十分であった場合、第２の空間フィルタによってこれを補うことが可能になる。また、第２の空間フィルタでのフィルタリングの際に生ずる画像のボケによって、やむを得ず血流領域が本来血流が存在しない領域まで肥大化してしまうことを防ぐことが可能になる。

また本発明に係る超音波ドプラ血流計は、第１の空間フィルタが、血流エコー強度データに対して常に２次元フィルタリングを施すように設定される。
このように構成することによって、改善したい画像のＳ／Ｎによって適宜構成を変更することができるので、画像処理に対して最適な構成が実現可能になる。

また、本発明に係る超音波ドプラ血流計は、第２の空間フィルタが血流情報変更手段によって生ずる血流情報中の雑音を除去する機能を有している。
このように構成することによって、血流情報変更手段での非線形処理に起因して生ずる高周波成分の雑音を除去することができ、画像のＳ／Ｎを高くすることができる。

また、本発明に係る超音波ドプラ血流計は、第２の空間フィルタが、第１の空間フィルタから出力された血流エコー強度が設定された閾値より小さい場合、血流速度データ及び血流速度分布データをゼロに置き換える手段を有している。
このように構成することによって、第１の空間フィルタと血流情報変更手段とでは不十分であった画像のＳ／Ｎ改善に対処できる他、第２の空間フィルタでのフィルタリングの際に生ずる画像のボケによって、やむを得ず血流領域が本来血流が存在しない領域にまで肥大化してしまうことを防ぐことができる。

また、本発明に係る超音波ドプラ血流計は、第１の空間フィルタでの２次元フィルタリングが非線形変換で表現されるフィルタ手法である。
このように構成することによって、第１の空間フィルタにて着目画素周辺の荷重平均和などの平滑化フィルタリングを行う場合と比較して画像のボケを抑えることが可能となる。

また、本発明に係る超音波ドプラ血流計は、第２の空間フィルタでの２次元フィルタリングが非線形変換で表現されるフィルタ手法である。
このように構成することによって、第１の空間フィルタにて着目画素周辺の荷重平均和などの平滑化フィルタリングを行う場合と比較して画像のボケを抑えることが可能となる。

上記のように構成することによって、従来装置での閾値処理において画像のＳ／Ｎ低下の原因である血流エコー強度に含まれる雑音が、第１の空間フィルタによって除去される。また、従来装置の閾値処理においてＭＴＩフィルタの遮断特性上、やむを得ず減衰され、雑音として除去されたり、本来雑音として表示されるべきでない低速血流信号が血流情報変更手段によって適切に変更されて表示される。さらに、第２の空間フィルタの自由度が大きくなる他、第１の空間フィルタと血流情報変更手段による画像のＳ／Ｎの改善が不十分であった場合、第２の空間フィルタによってこれを補うことが可能になる。また、第２の空間フィルタでのフィルタリングの際に生ずる画像のボケによって、やむを得ず血流領域が本来血流が存在しない領域まで肥大化してしまうことを防ぐことが可能になる。この結果、背景ノイズの少ない鮮明なカラー画像が得られる超音波ドプラ血流計を提供することができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波ドプラ血流計の一実施の形態の構成を示すブロック図であり、図中、送信部１、プローブ２、受信部３、位相検波部４、Ａ／Ｄ変換部５、ＭＴＩフィルタ６、速度演算部７、ＤＳＣ９、カラー処理部１０、包絡線検波部１１、ＤＳＣ１２及びモニタ１３については、それぞれの構成及び動作が図７に示した従来装置を構成する要素と同一であるので、同一の符号を付してそれらの説明を省略する。なお、送信部１、プローブ２及び受信部３で本発明の超音波送受信手段を構成しており、速度演算部７が本発明の血流情報算出手段に対応している。

図１に示した一実施の形態が図７に示した従来装置と異なる点は、従来装置において速度演算部７とＤＳＣ９との間に接続されていた閾値処理部８が除去され、その代わりに、空間フィルタ制御部３０によって制御される第１の空間フィルタとしての空間フィルタ２０と、血流情報変更部４０と、空間フィルタ制御部７０によって制御される第２の空間フィルタとしての空間フィルタ６０とが速度演算部７とＤＳＣ９との間に順次接続されており、さらに、ＭＴＩフィルタ６及び血流情報変更部４０を制御するＭＴＩフィルタ制御部５０が設けられていることにある。以下、従来装置と構成を異にする部分について、その構成及び動作について詳細に説明する。

図２は空間フィルタ２０の詳細な構成を示すブロック回路図であり、速度演算部７から出力される血流情報として血流速度データ２６ａ、血流エコー強度データ２６ｂ、血流速度分散データ２６ｃ（図中、速度、エコー強度、速度分散と略記する）をそれぞれ一時的に記憶し、着目サンプル点とそれに隣接する複数の近傍サンプル点のデータを同時に出力するメモリ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、これらのメモリ２１ａ、２１ｂ、２１ｃからそれぞれ同時に出力されたサンプル点のデータに対して、メモリごとに２次元のフィルタリングを行う２次元フィルタ演算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、メモリ２１ａ、２１ｂ、２１ｃから出力される着目サンプル点のデータ又は２次元フィルタ演算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃから出力されるデータを選択するセレクタ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを備えている。

この場合、セレクタ２３ａの入力端には、メモリ２１ａの着目サンプル点のデータ２５ａを出力する出力端と２次元フィルタ演算器２２ａの出力端とが接続され、同じく、セレクタ２３ｂの入力端には、メモリ２１ｂの着目サンプル点のデータ２５ｂを出力する出力端と２次元フィルタ演算器２２ｂの出力端とが接続され、また、セレクタ２３ｃの入力端には、メモリ２１ｃの着目サンプル点のデータ２５ｃを出力する出力端と２次元フィルタ演算器２２ｃの出力端とが接続されている。そして、セレクタ２３ａ、２３ｂ、２３ｃは空間フィルタ制御部３０（図１参照）からユーザーの設定操作に応じて出力されるセレクト信号２７によってデータ選択を制御するように構成されている。

ここで、例えば、血流エコー強度にのみ２次元フィルタリングを施したい場合には、セレクタ２３ｂのみが２次元フィルタ演算器２２ｂの出力を選択し、セレクタ２３ａではメモリ２１ａから出力される着目サンプル点のデータ２５ａを選択し、セレクタ２３ｃではメモリ２１ｃから出力される着目サンプル点のデータ２５ｃを選択するように、空間フィルタ制御部３０でのユーザーの設定操作によりセレクト信号２７を発生すればよい。なお、血流速度、血流エコー強度、血流速度分散のうちどの情報に対して２次元フィルタリングを施すかは、所望の出力が得られるように設定すればよいが、少なくとも血流エコー強度については２次元フィルタリングを施すように設定する。そうすることによって、後述する血流情報変更部４０で決定される血流情報の表示位置をＳ／Ｎの大きい血流エコー強度データに基づいて決定することができる。この結果、従来装置において、本来血流が存在しない領域の境界が不自然になることを防ぐことができて画像のＳ／Ｎが改善される。

図３は互いに同一に構成されるメモリ２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうち、例えば、メモリ２１ａの詳細な構成を示すブロック図である。図３において、速度演算部７から血流速度データ２６ａが送り込まれる経路に、１つの音響線データを保持することができるラインメモリ２１１ａ、２１１ｂがカスケードに接続され、さらに、ラインメモリ２１１ｂの後段には１つのデータを保持することができるラッチ２１２ａ、２１２ｂが、ラインメモリ２１１ａの後段にも１つのデータを保持することができるラッチ２１２ｃ、２１２ｄが、さらに、ラインメモリ２１１ａの前段にも１つのデータを保持することができるラッチ２１２ｅ、２１２ｆがそれぞれカスケードに接続されている。これにより、ラッチ２１２ｃの出力端から着目サンプル点のデータ２１３ｅが得られるとともに、これと同じ音響線の前後のデータ２１３ｄ、２１３ｆがラッチ２１２ｄの出力端及びラッチ２１２ｃの入力端から得られ、さらに、１つ前の音響線の３個のデータ２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃがラッチ２１２ｂの出力端、ラッチ２１２ａの出力端、ラッチ２１２ａの入力端からそれぞれ得られ、さらにまた、１つ後の音響線の３個のデータ２１３ｇ、２１３ｈ、２１３ｉがラッチ２１２ｆの出力端、ラッチ２１２ｅの出力端、ラッチ２１２ｅの入力端からそれぞれ得られる。これによって、メモリ２１ａから着目サンプル点のデータ２１３ｅと、着目サンプル点に隣接する８個の近傍データ２１３ａ〜２１３ｄ、２１３ｆ〜２１３ｉが同時に出力される。図４は着目サンプル点とこれに隣接する８個の近傍データの幾何学的配置を示したもので、矢印ｘ方向が超音波の走査方向であり、矢印ｙ方向が超音波の進行方向、すなわち、深さ方向を示し、速度演算部７から出力される２次元分布データをメモリ２１ａに加えることにより、着目サンプル点が中央に位置し、この着目サンプル点を取り囲むように８個の近傍データが位置する９個のデータを抽出することができる。

なお、上述した例では、着目サンプル点とこれに隣接する近傍のサンプル点の各データの合計を９に設定しているが、本発明はこのデータの合計数を限定するものではなく、所望のフィルタリング効果が認められる数であればいくつに設定してもよい。

また、２次元フィルタ演算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃで行うフィルタリングは、着目サンプル点とその近傍の荷重平均和を算出するような線形変換で表現されるようなフィルタリング手法を用いるのが一般的であるが、画像のボケが生ずるなど、所望のフィルタリング効果が認められない場合も考えられる。そのため、フィルタリング手法は、線形変換で表現されるようなフィルタリング手法のみに限定されず、所定のフィルタリング効果が認められるものであれば、非線形変換で表現されるようなフィルタリング手法を用いてもよい。本発明はその手法を限定するものではない。

図５は血流情報変更部４０の詳細な構成を示すブロック図である。図５において、空間フィルタ２０から加えられる血流速度データとＭＴＩフィルタ制御部５０から加えられる信号とに基づいて閾値を設定する閾値設定部４１ａと、空間フィルタ２０から加えられる血流速度データの出力を制御するセレクタ４２ａと、閾値設定部４１ａで設定された閾値と空間フィルタ２０からの血流エコー強度データとを比較してセレクタ４２ａの選択状態を制御する比較器４３ａと、空間フィルタ２０から加えられる血流速度分散データとＭＴＩフィルタ制御部５０から加えられる信号とに基づいて閾値を設定する閾値設定部４１ｂと、空間フィルタ２０から加えられる血流速度分散データの出力を制御するセレクタ４２ｂと、閾値設定部４１ｂで設定された閾値と空間フィルタ２０からの血流エコー強度データとを比較してセレクタ４２ｂの選択状態を制御する比較器４３ｂとを備えている。

次に、血流情報変更部４０の動作について説明する。この血流情報変更部４０は、空間フィルタ２０から加えられる血流エコー強度データと、血流速度データと、ＭＴＩフィルタ制御部５０から加えられるＭＴＩフィルタ６の遮断特性とから、ＭＴＩフィルタ６の遮断特性上、やむを得ず減衰され、雑音として除去されていた低速血流の血流速度データと血流速度分散データを適切な値に変更し、信号として取り扱うようにするものである。

そこで、閾値設定部４１ａはＭＴＩフィルタ制御部５０からの信号によりノイズとして除去すべき血流エコー強度の閾値を設定する。比較器４３ａは空間フィルタ２０から出力される血流エコー強度と閾値設定部４１ａで設定された閾値とを比較する。セレクタ４２ａは比較器４３ａでの比較結果により、血流エコー強度データが閾値より大きければ空間フィルタ２０からの血流速度データをそれぞれ空間フィルタ６０に送出する。それとは逆に、血流エコー強度データが閾値より小さければ空間フィルタ２０からの血流速度データをゼロに変更して空間フィルタ６０に送出する。

同様に、閾値設定部４１ｂはＭＴＩフィルタ制御部５０からの信号によりノイズとして除去すべき血流エコー強度の閾値を設定する。比較器４３ｂは空間フィルタ２０から血流エコー強度と閾値設定部４１ｂで設定された閾値とを比較する。セレクタ４２ｂは比較器４３ｂでの比較結果により、血流エコー強度データが閾値より大きければ空間フィルタ２０からの血流速度分散データをそれぞれ空間フィルタ６０に送出する。それとは逆に、血流エコー強度データが閾値より小さければ空間フィルタ２０からの血流速度分散データをゼロに変更して空間フィルタ６０に送出する。

ここで、閾値設定部４１ａは、血流領域では、ＭＴＩフィルタ制御部５０から入力されるＭＴＩフィルタ６の遮断特性に応じて、ＭＴＩフィルタ６により減衰された低速血流の血流エコー強度を補正し、クラッタ領域ではセレクタ４２ａの出力がゼロになるように血流エコー強度を補正する機能を有している。同様に、閾値設定部４１ｂは、血流領域では、ＭＴＩフィルタ制御部５０から入力されるＭＴＩフィルタ６の遮断特性に応じて、ＭＴＩフィルタ６により減衰された低速血流の血流エコー強度を補正し、クラッタ領域ではセレクタ４２ｂの出力がゼロになるように血流エコー強度を補正する機能を有している。

これにより、従来装置での閾値処理においてやむを得ずノイズとして除去されていた低速血流信号、あるいは、本来ノイズとして表示されるべきでない低速血流信号を適切な値に変更することができ、画像のＳ／Ｎが改善される。さらに、空間フィルタ２０により、あらかじめ血流エコー強度データからは雑音が除去されているので、Ｓ／Ｎの大きい血流エコー強度データを基に血流情報の変更が可能である。

このようにして、従来装置において、本来血流の存在しない領域に孤立したカラー画像が現れたり、本来血流が存在する領域に黒抜けが生じたり、血流が存在する領域と存在しない領域の境界が不自然になることを防ぐことができ、画像のＳ／Ｎが改善される。

図６は空間フィルタ６０の詳細な構成を示すブロック図であり、血流情報変更部４０から出力される血流速度データ６６ａ、血流エコー強度データ６６ｂ、血流速度分散データ６６ｃを入力してそれぞれ一時的に記憶し、着目サンプル点とそれに隣接する近傍サンプル点のデータを同時に出力するメモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、これらのメモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃから同時に出力されたサンプル点のデータに対して、それぞれ２次元のフィルタリングを行う２次元フィルタ演算器６２ａ、６２ｂ、６２ｃと、メモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃから出力される着目サンプル点のデータ又は２次元フィルタ演算器６２ａ、６２ｂ、６２ｃでフィルタリングされて出力されたデータをそれぞれ選択するセレクタ６３ａ、６３ｂ、６３ｃと、セレクタ６３ｂから出力される血流エコー強度データと空間フィルタ制御部７０から出力される閾値６９とを比較してセレクタ６３ａ、６３ｃの選択状態を変える比較器６８とを備えている。

この空間フィルタ６０を構成するセレクタ６３ａは３個の入力端を有し、第１の入力端にはメモリ６１ａの着目サンプル点のデータ６５ａの出力端が接続され、第２の入力端には２次元フィルタ演算器６２ａの出力端が接続され、第３の入力端はゼロデータが入力されるようになっている。同じく、セレクタ６３ｃは３個の入力端を有し、第１の入力端にはメモリ６１ｃの着目サンプル点のデータ６５ｃの出力端が接続され、第２の入力端には２次元フィルタ演算器６２ｃの出力端が接続され、第３の入力端はゼロデータが入力されるようになっている。そして、セレクタ６３ａ、６３ｂ、６３ｃは空間フィルタ制御部７０（図１参照）からユーザーの設定操作に応じて出力されるセレクト信号６７によってデータ選択を制御するように構成されている。

次に、空間フィルタ６０の動作について説明する。この空間フィルタ６０には血流情報変更部４０から出力される血流速度データ６６ａ、血流エコー強度データ６６ｂ、血流速度分散データ６６ｃが加えられ、これらのデータがメモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃにそれぞれ一次的に記憶され、さらに、これらのメモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃから着目サンプル点とそれに隣接する８個の近傍サンプル点のデータが同時に出力されて２次元フィルタリングを行う２次元フィルタ演算器６２ａ、６２ｂ、６２ｃと、フィルタ出力を選択するセレクタ６３ａ、６３ｂ、６３ｃに加えられる。この場合、メモリ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、２次元フィルタ演算器６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、セレクタ６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、前述した空間フィルタ２０を構成するメモリ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２次元フィルタ演算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、セレクタ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとほぼ同様な動作をするので、それらの動作説明を省略する。

この空間フィルタ６０が空間フィルタ２０と異なる点は、セレクタ６３ｂからの出力が空間フィルタ制御部７０によって設定された閾値６９よりも小さい場合、血流情報をゼロに置き換える手段を有していることである。閾値６９はモニタ１３に映出された画像を参照してユーザーが適宜に設定するものである。このようにすることによって、空間フィルタ２０と血流情報変更部４０とで不十分であった画像のＳ／Ｎの改善に対処できる他、空間フィルタ６０でのフィルタリングの際に生ずる画像のボケによって、やむを得ず血流領域が本来血流が存在しない領域まで肥大化してしまうことを防ぐことができる。また、この空間フィルタ６０を備えたことによって、血流情報変更部４０における非線形な血流情報変更手段により生ずる高周波成分の雑音を除去することが可能になる。また、例えば、空間フィルタ２０で行う２次元フィルタリングは、ガウス性雑音の除去を目的としたメディアンフィルタとすれば、ガウス性雑音とインパルス性雑音の両者を同時に除去することが可能である。

このように空間フィルタ２０と空間フィルタ６０でのフィルタリング処理手法を適宜変更することによって、空間フィルタ６０を有することにより画像に含まれる雑音に応じた最適な雑音除去手段を実現することが可能となる。

なお、上述した空間フィルタ６０は空間フィルタ２０と同様に、着目サンプル点とそれに隣接する近傍サンプル点のデータの合計を９としているが、本発明はこの合計数を限定するものではなく、所望のフィルタリング効果が認められる数であればいくつに設定してもよい。

また、２次元フィルタ演算器２２ａ、２２ｂ、２２ｃや２次元フィルタ演算器６２ａ、６２ｂ、６２ｃで行うフィルタリングは、着目サンプル点とその近傍の荷重平均和を算出するような線形変換で表現されるようなフィルタリング手法を用いるのが一般的であるが、画像のボケが生ずるなど、所望のフィルタリング効果が認められない場合が考えられる。そのため、フィルタリング手法は線形変換で表現されるようなフィルタリング手法に限定せず、所望のフィルタリング効果が認められるものであれば、非線形変換で表現されるようなフィルタリング手法でもよい。本発明はその手法に限定されるものではない。

また、上述した本発明に係るドプラ血流計の一実施の形態においては、第１の空間フィルタとしての空間フィルタ２０及び第２の空間フィルタとしての空間フィルタ６０の両方を備える構成としたが、第１の空間フィルタとしての空間フィルタ２０のみでも画像のＳ／Ｎの改善が十分である場合があり、このような場合には第２の空間フィルタとしての空間フィルタ６０を除去することができる。

以上に説明したように、本発明に係る超音波ドプラ血流計は、従来装置の閾値処理において画像のＳ／Ｎ低下の原因である血流エコー強度に含まれる雑音を、あらかじめ第１の空間フィルタによって除去することができる。また、従来装置の閾値処理においてＭＴＩフィルタの遮断特性上、やむを得ず減衰され、雑音として除去されたり、本来雑音として表示されるべきでない低速血流信号が、血流情報変更手段により適切に変更されて表示される。また、第２の空間フィルタの自由度が大きくなる他、第１の空間フィルタと血流情報変更手段による画像のＳ／Ｎの改善が不十分であった場合、第２の空間フィルタによってそれを補うことが可能になる。

したがって、背景ノイズを抑えつつ、フィルタリングによる画像のボケを抑えることが可能になり、背景ノイズの少ない鮮明で滑らかなカラー画像が得られることから、医用分野において超音波ドプラ現象を利用した血流動態の画像表示や診断などに有用である。

本発明に係る超音波ドプラ血流計の一実施の形態の構成を示すブロック図 図１に示した超音波ドプラ血流計を構成する空間フィルタの詳細な構成を示すブロック回路図 図２に示した空間フィルタを構成するメモリの詳細な構成を示すブロック図 図３に示した空間フィルタの動作を説明するために、着目サンプル点とこれに隣接する近傍サンプル点の幾何学的配置を示した図 図１に示した超音波ドプラ血流計を構成する血流情報変更部の詳細な構成を示すブロック図 図１に示した超音波ドプラ血流計を構成するもう一つの空間フィルタの詳細な構成を示すブロック回路図 従来の超音波２次元ドプラ血流計の構成を示すブロック図 図７に示した超音波２次元ドプラ血流計を構成するＭＴＩフィルタの周波数特性の概念図 図８に示したＭＴＩフィルタへ入力される信号の周波数特性の一例を示す図 図８に示したＭＴＩフィルタを通過した後の信号の周波数特性の一例を示す図

符号の説明

１ 送信部（超音波送受信手段）
２ プローブ（超音波送受信手段）
３ 受信部（超音波送受信手段）
４ 位相検波部（位相検波手段）
５ Ａ／Ｄ変換部
６ ＭＴＩフィルタ
７ 速度演算部（血流情報算出手段）
８ 閾値処理部
９、１２ ＤＳＣ
１０ カラー処理部
１１ 包絡線検波部
１３ モニタ（表示手段）
２０ 空間フィルタ（第１の空間フィルタ）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ メモリ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ ２次元フィルタ演算器
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ セレクタ
３０、７０ 空間フィルタ制御部
４０ 血流情報変更部（血流情報変更手段）
４１ａ、４１ｂ 閾値設定部
４２ａ、４２ｂ セレクタ
５０ ＭＴＩフィルタ制御部
６０ 空間フィルタ（第２の空間フィルタ）
６８、４３ａ、４３ｂ 比較器
２１１ａ、２１１ｂ ラインメモリ
２１２ａ ラッチ

Claims (7)

1. 生体中に超音波を送信し、前記生体中の血流から超音波のエコーを受信する超音波送受信手段と、
   前記超音波送受信手段で受信されたエコー信号を入力し、位相検波して出力する位相検波手段と、
   前記位相検波手段の出力信号を入力し、低周波信号成分を除去して出力するＭＴＩフィルタと、
   前記ＭＴＩフィルタの出力信号に基づき、前記生体中の血流速度、血流エコー強度及び血流速度分散のそれぞれについて、超音波の進行方向とその走査方向とで定義される２次元領域に分布する２次元分布データを算出する血流情報算出手段と、
   前記血流情報算出手段で算出された２次元分布データを入力し、これらの２次元分布データごとに２次元フィルタリングを施して出力するか、又は、所定のサンプル点のデータを出力するように設定することが可能な第１の空間フィルタと、
   前記第１の空間フィルタの出力データを入力し、前記ＭＴＩフィルタの遮断特性と前記第１の空間フィルタから出力された血流エコー強度データとが所定の条件を満たしている場合、入力データをそのまま出力し、所定の条件を満たしていない場合、血流速度データ及び血流速度分散データの少なくとも一方をゼロに変更して出力する血流情報変更手段と、
   前記血流情報変更手段から出力された血流速度データ、血流エコーデータ及び血流速度分散データを入力し、超音波走査に応じた形状に座標変換して血流情報を画像表示する表示手段とを備えた、
   超音波ドプラ血流計。
2. 前記血流情報変更手段と前記表示手段との間に設けられ、前記血流情報変更手段から出力された血流速度データ、血流エコーデータ及び血流速度分散データを入力し、これらの２次元分布データごとに２次元フィルタリングを施して出力するか、又は、所定のサンプル点のデータを出力するように設定することが可能な第２の空間フィルタを備えた、請求項１に記載の超音波ドプラ血流計。
3. 前記第１の空間フィルタは、前記血流エコー強度データに対して常に２次元フィルタリングを施すように設定される、請求項１又は２に記載の超音波ドプラ血流計。
4. 前記第２の空間フィルタが前記血流情報変更手段によって生ずる血流情報中の雑音を除去する機能を有する、請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波ドプラ血流計。
5. 前記第２の空間フィルタが、前記第１の空間フィルタから出力された血流エコー強度が設定された閾値より小さい場合、血流速度データ及び血流速度分散データをゼロに置き換える手段を有する、請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波ドプラ血流計。
6. 前記第１の空間フィルタでの２次元フィルタリングが非線形変換で表現される、請求項１から５のいずれか１つに記載の超音波ドプラ血流計。
7. 前記第２の空間フィルタでの２次元フィルタリングが非線形変換で表現される、請求項１から６のいずれか１つに記載の超音波ドプラ血流計。