JP2008142130A - 超音波診断装置およびその制御処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフローマッピング法を用いる場合に、異なる複数の画像のフレームレートをそれぞれ好適に設定することができる。
【解決手段】本発明の超音波診断装置１においては、フレームレート設定部３２は、異なる複数の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定する設定し、制御信号生成部３３は、異なる複数の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御するスキャン時相制御信号を生成し、基準信号生成部３４は、スキャン時相制御信号に基づいて異なる複数の画像データの時相を合わせる基準信号を生成し、ＤＳＣ２９は、基準信号生成部３４から供給された基準信号に基づいて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データをビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示部１４はＢモード画像とカラードプラモード画像を重畳して表示する。
【選択図】 図２

Description

本発明は超音波診断装置およびその制御処理プログラムに係り、特に、カラーフローマッピング法を用いて、異なる複数の画像を重畳して表示することができるようにした超音波診断装置およびその制御処理プログラムに関する。

近年、白黒に表示されるＢモード画像データに基づくＢモード画像と、カラー表示されるドプラモード画像データに基づくドプラモード画像とを同時に表示することが可能なカラーフローマッピング法（CFM；Color Flow Mapping）が提案されている。

カラーフローマッピング法では、１フレームあたりの走査線本数や超音波を送受信するときのパルス繰り返し周波数、走査密度、および走査範囲などの送受信条件が予め設定されており、設定された送受信条件に従って超音波が走査されて送受信される。

すなわち、白黒に表示されるＢモード画像データを生成するための超音波の送受信と、カラー表示されるドプラモード画像データを生成するための超音波の送受信が時分割でベクタ単位で切り換えられ、所定の順番と回数で実行されることにより、１枚のフレームの画像データが生成され、その画像データに基づく画像が表示される。

例えば、図１に示されるように、白黒に表示されるＢモード画像データを生成するための超音波の送受信a１、a２、a３が順次実行された後、カラー表示されるドプラモード画像データを生成するための超音波の送受信b１、b２、b３、b４が順次実行され、その後、両モードの画像データを生成するための超音波の送受信が交互に数回実行される。これにより、１フレーム分の、白黒に表示されるＢモード画像データとカラー表示されるドプラモード画像データが生成され、白黒に表示されるＢモード画像データに基づくＢモード画像と、カラー表示されるドプラモード画像データに基づくドプラモード画像が重畳して表示される。

以降同様の処理がフレームごとに繰り返され、白黒に表示されるＢモード画像データに基づくＢモード画像と、カラー表示されるドプラモード画像データに基づくドプラモード画像をリアルタイムに重畳して表示することが可能となる。

ところで、カラーフローマッピング法においては、Ｂモード画像データを生成するのに加えて、ドプラモード画像データも生成する。ドプラモード画像データを生成する場合、動いている反射体の速さに応じてドプラ偏移を受けたドプラ信号を検出し、検出されたドプラ信号に基づいて血流の方向、速度、乱流などを算出することから、少なくとも２回以上同じサンプリング点からドプラ信号を検出する必要がある。

そのため、１フレーム分のドプラモード画像データを生成する場合には、カラーフローマッピング法を用いて表示するのに必要な１フレーム分のＢモード画像データを生成する場合に比べて、より多くの時間がかかってしまう。換言すれば、１フレーム分のドプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートは、１フレーム分のＢモード画像データを生成する場合におけるフレームレートに比べて低くなる。

そこで、通常、カラーフローマッピング法においては、図１に示されるように、Ｂモード画像データを生成するための超音波の送受信よりも、ドプラモード画像データを生成するための超音波の送受信を多くの回数実行することにより、１フレーム分のドプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートと、１フレーム分のＢモード画像データを生成する場合におけるフレームレートとがほぼ同一になるように予め設定される。

また、カラーフローマッピング法において、カラードプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートを高フレームレートにすることができる超音波診断装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に提案されている超音波診断装置によれば、超音波の１回の送信毎にラスタを順次切り換えながら１フレーム分のスキャンを所定の周期で繰り返し、スキャンにより得られた複数のフレーム分の反射信号を用いて血流情報の２次元分布を所定の周期で繰り返し生成することができる。

これにより、同じラスタに対して所定の回数（少なくとも２回ずつ）送信を繰り返しながらラスタを順次切り換えていく従来のスキャンに比べて、１フレーム分の血流情報の２次元分布を生成するのに要する時間を短縮することができる。従って、従来のスキャンより高フレームレートで血流情報の２次元分布を生成することができる。
特開平８−３３６５３４号公報

しかしながら、そもそも、カラーフローマッピング法においては、Ｂモード画像データを生成するための超音波の走査に加えて、フレームレートが低いカラードプラモード画像データを生成するための超音波の走査を行うため、単にＢモード画像データを生成する場合に比べて多くの時間がかかってしまい、全体としてのフレームレートは低くなってしまう。特許文献１に提案された超音波診断装置では、カラードプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートを高フレームレートにすることができるが、全体としてのフレームレートの低下までも改善することは困難であった。

そのため、表示されるＢモード画像データに基づくＢモード画像とドプラモード画像データに基づくドプラモード画像のフレーム毎の書き換え速度は依然として遅く、その結果、表示画面上において滑らかに表示されず、オペレータが被検体を診断する上で不都合であるという課題があった。

特に、カラードプラモード画像データに基づくカラードプラモード画像は、所望の部位における血流の動きなどを観察する場合に用いられることから、フレーム毎の書き換え速度が遅いと、オペレータは、被検体の血流の動きなどを正確に診断することができなくなってしまう。

また、従来のカラーマッピング法を用いた超音波診断装置や特許文献１に提案された超音波診断装置では、１フレーム分のＢモード画像データを生成する場合におけるフレームレートと、１フレーム分のドプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートが予めそれぞれ予め固定値に固定されてしまっており、オペレータの好みに応じて任意のフレームレートに設定することは困難であるという課題があった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、カラーフローマッピング法を用いる場合において、異なる複数の画像のフレームレートをそれぞれ好適に設定することができる超音波診断装置およびその制御処理プログラムを提供することを目的としている。

本発明の超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定する設定手段と、設定手段により設定された第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段と、制御信号に基づいて、第１の画像データと第２の画像データの時相を合わせる基準信号を生成する基準信号生成手段と、基準信号に基づいて、第１の画像データに基づく画像と第２の画像データに基づく画像を重畳して表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

送信手段は、制御信号により制御される超音波を走査する時相に従い、複数の超音波振動子を振動させて超音波を送信するようにすることができる。

この超音波診断装置は、第１の画像データと第２の画像データがそれぞれ生成されるときの所定のフレームレートに関するデータを取得するデータ取得手段をさらに備え、設定手段は、データ取得手段により取得された第１の画像データと第２の画像データがそれぞれ生成されるときの所定のフレームレートに関するデータに基づいて、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定するようにすることができる。

この超音波診断装置は、被検体からＥＣＧ信号を検出する検出手段をさらに備え、設定手段は、ＥＣＧ信号に基づいて、被検体の心拍の時相に合うように、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときの少なくとも一方のフレームレートを設定するようにすることができる。

本発明の超音波診断装置の制御処理プログラムは、上述した課題を解決するために、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定する設定ステップと、設定ステップの処理により設定された第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号を生成する制御信号生成ステップと、制御信号に基づいて、第１の画像データと第２の画像データの時相を合わせる基準信号を生成する基準信号生成ステップと、基準信号に基づいて、第１の画像データに基づく画像と第２の画像データに基づく画像を重畳して表示する表示ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明の超音波診断装置においては、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートが設定され、設定された第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号が生成され、制御信号に基づいて第１の画像データと第２の画像データの時相を合わせる基準信号が生成され、基準信号に基づいて第１の画像データに基づく画像と第２の画像データに基づく画像が重畳して表示される。

本発明の超音波診断装置の制御処理プログラムにおいては、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートが設定され、設定された第１の画像データと第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、第１の画像データと第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号が生成され、制御信号に基づいて第１の画像データと第２の画像データの時相を合わせる基準信号が生成され、基準信号に基づいて第１の画像データに基づく画像と第２の画像データに基づく画像が重畳して表示される。

本発明によれば、カラーフローマッピング法を用いる場合において、異なる複数の画像のフレームレートをそれぞれ好適に設定することができる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明を適用した超音波診断装置１の内部の構成を表している。

超音波診断装置１は、本体１１、その本体１１に電気ケーブルを介して接続されている超音波プローブ１２、入力部１３、および表示部１４により構成される。

図２に示されるように、超音波診断装置１の本体１１は、制御部２１、送信部２２、受信部２３、画像データ生成部２４、記憶部２５、スキャン制御回路２６、ＥＣＧ（Electrocardiogram）信号検出部２７、入力データ取得部２８、およびＤＳＣ（Digital Scan Converter）２９により構成される。

なお、制御部２１、送信部２２、受信部２３、画像データ生成部２４、記憶部２５、スキャン制御回路２６、ＥＣＧ信号検出部２７、入力データ取得部２８、およびＤＳＣ２９は、超音診断装置１の本体１１内においてバスにより相互に接続されている。

制御部２１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびＲＡＭ（Random Access Memory）などからなり、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムまたは記憶部２５からＲＡＭにロードされた各種のアプリケーションプログラムに従って各種の処理を実行するとともに、種々の制御信号を生成し、各部に供給することにより超音波診断装置１の駆動を総括的に制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵが各種の処理を実行する上において必要なデータなどを適宜記憶する。

送信部２２は、レートパルス発生器、送信遅延回路、およびパルサ（いずれも図示せず）からなり、レートパルス発生器は、スキャン制御回路２６から供給された制御信号に基づいて、被検体の内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数を決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。また、送信遅延回路は、送信時における超音波ビームの焦点位置や偏向角度を設定するための遅延回路であり、スキャン制御回路２６から供給される制御信号に基づいて、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置と偏向角度となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。さらに、パルサは、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成する駆動回路であり、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ１２に出力する。

なお、送信部２２は、スキャン制御回路２６の指示に従い、レートパルスに付加する遅延時間や送信周波数、送信駆動電圧などを瞬時に変更することができる。特に、送信駆動電圧を瞬時に変更することができるように、送信部２２には、例えばリニアアンプ型の発信回路、あるいは、複数の電源ユニットを電気的に切り換え可能な回路などが設けられる。

受信部２３は、プリアンプ、Ａ／Ｄ変換器、受信遅延回路、および加算器（いずれも図示せず）などからなり、プリアンプは、超音波プローブ１２から被検体に入射された超音波パルスの反射波に基づく受信信号を取得し、取得された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換器に供給する。Ａ／Ｄ変換器は、プリアンプから供給された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、受信遅延回路に供給する。

受信遅延回路は、スキャン制御回路２６から供給された制御信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器から供給されたＡ／Ｄ変換後の受信信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間（各超音波振動子のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間）を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された各超音波振動子からの受信信号を加算し、加算された受信信号を画像データ生成部２４と記憶部２５に供給する。なお、加算器の加算により受信信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

画像データ生成部２４は、Ｂモード処理部３０とドプラモード処理部３１により構成される。Ｂモード処理部３０は、対数増幅器、包絡線検波回路、およびTGC（Time Gain Control）回路（いずれも図示せず）などからなり、制御部２１から供給された制御信号に基づいて、以下の処理を行う。

すなわち、Ｂモード処理部３０の対数増幅器は、受信部２３から供給された受信信号を対数増幅し、対数増幅された受信信号を包絡線検波回路に供給する。包絡線検波回路は、超音波周波数成分を除去して振幅のみを検出するための回路であり、対数増幅器から供給された受信信号について包絡線を検波し、検波された受信信号をＴＧＣ回路に供給する。ＴＧＣ回路は、包絡線検波回路から供給された受信信号の強度を最終的な画像の輝度が均一になるように調整し、調整後のＢモード画像データを記憶部２５に供給する。記憶部２５に記憶されたＢモード画像データは、ＤＳＣ３４を介して表示部１４に供給され、その後、受信信号の強度を輝度により表したＢモード画像として表示される。

ドプラモード処理部３１は、受信部２３から供給された受信信号からドプラ偏移信号を検出するドプラ偏移信号検出器（図示せず）、ドプラ偏移信号検出器において検出されたドプラ偏移信号のスペクトラム分布を分析するスペクトラムドプラモード処理部（図示せず）、および、ドプラ偏移信号検出器において検出されたドプラ偏移信号から血流の平均速度、分散、パワーなどの血流情報を抽出するカラードプラモード処理部（図示せず）からなる。

ドプラ偏移信号検出部は、基準信号発生器、π/２位相器、ミキサ、ＬＰＦ（Low Pass Filter）（いずれも図示せず）などからなり、受信部２３から供給された受信信号について主に直交位相検波などが行われ、検出されたドプラ偏移信号をスペクトラムドプラモード処理部とカラードプラモード処理部に供給する。

スペクトラムドプラモード処理部は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）分析器と演算器などからなり、ＦＦＴ分析器はドプラ偏移信号処理部から供給されたドプラ偏移信号に対してＦＦＴ分析を行い、演算器はＦＦＴ分析器からの周波数スペクトラムに対して中心周波数や分散などを演算し、演算により生成されたスペクトラムドプラモード画像データを記憶部２５に供給する。記憶部２５に記憶されたスペクトラムドプラモード画像データは、ＤＳＣ２９を介して表示部１４に供給され、その後、受信信号に含まれる周波数スペクトラムの分布を表したスペクトラムドプラモード画像として表示される。

一方、カラードプラモード処理部は、ＭＴＩフィルタ（Moving Target Indication Filter）、自己相関器、平均速度演算器、分散演算器、パワー演算器（いずれも図示せず）などからなり、ＭＴＩフィルタは、ドプラ偏移信号処理部から供給されたドプラ偏移信号に対して固定反射体（例えば、血管壁や心臓壁など）からの不要な固定反射波の除去を行い、固定反射波が除去されたドプラ偏移信号を自己相関器に供給する。自己相関器は、ＭＴＩフィルタから供給された固定反射波除去後のドプラ偏移信号に対して、多点での周波数分析をリアルタイムで行い、平均速度演算器、分散演算器、およびパワー演算器に供給する。

平均速度演算器、分散演算器、およびパワー演算器は、それぞれ、血流の平均速度、分散、およびパワーを演算し、演算により生成されたカラードプラモード画像データを記憶部２５に供給する。記憶部２５に記憶されたカラードプラモード画像データは、ＤＳＣ２９を介して表示部１４に供給され、その後、血流の平均速度、分散、パワーなどの血流情報を表してカラードプラモード画像として表示される。

なお、スペクトラムドプラモード画像データとカラードプラモード画像データは、それぞれ個々に区別する必要がない場合、ドプラモード画像データと総称する。

記憶部２５は、受信部２３から供給された出力信号（ＲＦ信号）などの生データを取得するとともに、画像データ生成部２４のＢモード処理部３０とドプラモード処理部３１から供給されたＢモード画像データとドプラモード画像データ（スペクトラムドプラモード画像データとカラードプラモード画像データ）を取得し、取得された生データ、Ｂモード画像データ、およびドプラモード画像データを記憶する。記憶部２５は、記憶された生データ、Ｂモード画像データ、およびドプラモード画像データを必要に応じて各部に供給する。

記憶部２５は、図示せぬネットワークを介して取得された画像データなどを適宜記憶し、必要に応じて各部に供給する。記憶部２５は、各種のデータを適宜記憶し、必要に応じて各部に供給する。

スキャン制御回路２６は、超音波を送受信するときの種々の送受信条件を制御する回路であり、フレームレート設定部３２、制御信号生成部３３、および基準信号生成部３４からなる。フレームレート設定部３２は、制御部２１の制御に従い、入力データ取得部２８から供給された、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータを取得し、取得されたＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータに基づいて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートを設定するとともに、設定されたフレームレートに関するデータであるフレームレート設定データを記憶部２５と制御信号生成部３３に供給する。

制御信号生成部３３は、制御部２１の制御に従い、フレームレート設定部３２から供給されたフレームレート設定データを取得するとともに、記憶部２５に記憶されているスキャン制御シーケンスを読み出し、読み出されたスキャン制御シーケンスと取得されたフレームレート設定データに基づいて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御するスキャン時相制御信号を生成し、送信部２２と基準信号生成部３４に供給する。

また、制御信号生成部３３は、制御部２１の制御に従い、予め設定された（あるいはオペレータが入力部１３を操作することにより入力され、取得された）超音波を送受信するときの種々の送受信条件に関するデータに基づいて、超音波を走査する時相以外の、超音波を送受信するときの種々の送受信条件を制御する送信制御信号と受信制御信号を生成し、それぞれ、送信部２２と受信部２３に供給する。

基準信号生成部３４は、制御部２１の制御に従い、制御信号生成部３３から供給されたスキャン時相制御信号に基づいて、画像データ生成部２４において生成されるＢモード画像データとカラードプラモード画像データの時相を合わせる基準信号を生成し、生成された基準信号を記憶部２５とＤＳＣ２９に供給する。

ＥＣＧ信号検出部２７は、制御部２１の制御に従い、被検体の体表に装着させてＥＣＧ信号を検出するセンサと、センサにより検出されたＥＣＧ信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器からなり、変換後のＥＣＧ信号を記憶部２５に供給する。このＥＣＧ信号は、同時相のＢモード画像データとドプラモード画像データの付帯情報として記憶部２５に記憶される。

入力データ取得部２８は、オペレータが入力部１３を操作することにより入力された種々のデータを取得し、取得された種々のデータを各部に適宜供給する。

ＤＳＣ２９は、記憶部２５から供給されたＢモード画像データとドプラモード画像データやＥＣＧ信号などを取得し、基準信号生成部３４から供給された基準信号に基づいて、時相が合うように、取得されたＢモード画像データとドプラモード画像データやＥＣＧ信号などを、超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、所定の画像処理や演算処理を施し、表示部１４に供給する。

また、超音波プローブ１２は、本体１１に電気ケーブルを介して接続されており、被検体の表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行う超音波トランスジューサであり、１次元にアレイ配列あるいは２次元にマトリクス配列された微小な超音波振動子をその先端部分に有している。この超音波振動子は圧電振動子としての電気音響変換素子である。超音波振動子の前方には、超音波を効率よく伝播させるための整合層が設けられ、超音波振動子の後方には、後方への超音波の伝播を防止するパッキング材が設けられる。

超音波プローブ１２は、送信時には本体１１の送信部２２から入射された電気パルスを超音波パルス（送信超音波）に変換し、また受信時には被検体により反射された反射波を電気信号に変換し、本体１１に出力する。なお、被検体内に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体内の臓器間の境界面あるいは組織にて反射される。また、送信された超音波が、移動している血流や心臓壁などの表面で反射されると、ドプラ効果により周波数偏移を受ける。

入力部１３は、電気ケーブルを介して本体１１と接続され、操作パネル上にオペレータの種々の指示を入力するための表示パネル（図示せず）、トラックボール、種々の操作スイッチ、種々のボタン、マウス、およびキーボードなどの入力デバイスを有しており、患者情報、計測パラメータ、物理パラメータなどの種々のデータをオペレータが入力するために用いられる。

表示部１４は、ケーブルを介して本体１１のＤＳＣ２９と接続され、図示せぬＬＣＤ(Liquid Crystal Display)や図示せぬＣＲＴ(Cathode Ray Tube)が設けられており、超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換されたＤＳＣ２９からのＢモード画像データとドプラモード画像データやＥＣＧ信号などを取得し、取得されたBモード画像データに基づく画像とドプラモード画像データに基づく画像などを図示せぬＬＣＤやＣＲＴに表示するとともに、ＥＣＧ信号を付帯情報として図示せぬＬＣＤやＣＲＴ表示する。

図３のフローチャートを参照して、図２の超音波診断装置１におけるスキャン制御処理について説明する。

このスキャン制御処理は、オペレータが入力部１３（具体的には、入力部１３に設けられたフレームレートを調整する図示せぬツマミなどの専用スイッチ）を操作して、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータを入力することにより開始される。勿論、入力部１３に設けられたフレームレートを調整するツマミなどの専用スイッチは、入力部１３の操作パネル（図示せず）上になくても、任意の場所に設置することが可能であり、オペレータからの音声信号に基づいて入力されるようにしてもよい。

ステップＳ１において、入力データ取得部２８は、オペレータが入力部１３を操作することにより入力された、カラーフローマッピング法を用いてＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータを取得し、取得されたＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータをスキャン制御回路２６に供給する。

ステップＳ２において、スキャン制御回路２６のフレームレート設定部３２は、制御部２１の制御に従い、入力データ取得部２８から供給された、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータを取得し、取得されたＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートに関するデータに基づいて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートを設定する。

フレームレート設定部３２は、設定されたフレームレートに関するフレームレート設定データを記憶部２５と制御信号生成部３３に供給する。

具体的には、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートの比率が所定の比率（例えば、１対４など）で、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートを設定する。付言すれば、カラードプラモード画像データに基づくカラードプラモード画像は、所望の部位における血流の動きなどを観察する場合に用いられることから、カラードプラモード画像データを生成するときのフレームレートがより高くなるように、それぞれのフレームレートを設定する。

これにより、オペレータの好みに合わせて、カラーフローマッピングを用いる場合において、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートを好適に設定することができる。

記憶部２５は、スキャン制御回路２６から供給されたフレームレート設定データを取得し、取得されたフレームレート設定データを記憶する。

ステップＳ３において、制御信号生成部３３は、制御部２１の制御に従い、フレームレート設定部３２から供給されたフレームレート設定データを取得するとともに、記憶部２５に記憶されているスキャン制御シーケンスを読み出し、読み出されたスキャン制御シーケンスと取得されたフレームレート設定データに基づいて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御するスキャン時相制御信号を生成し、送信部２２と基準信号生成部３４に供給する。

すなわち、ステップＳ２の処理によりＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートの比率が１対Ｎに設定された場合、１フレーム分のＢモード画像データを生成するための超音波の送受信Ａ１が実行された後、Ｎフレーム分のカラードプラモード画像データを生成するための超音波の送受信Ｂ１乃至ＢＮが実行されるように超音波を走査する時相が制御され、以降同様の比率で超音波を走査する時相が制御される。これにより、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データが、１対Ｎの比率で生成される。

具体的には、図４の例の場合、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートの比率が１対５に設定されており、１フレーム分のＢモード画像データを生成するための超音波の送受信Ａ１が実行された後、５フレーム分のカラードプラモード画像データを生成するための超音波の送受信Ｂ１乃至Ｂ５が実行されるように超音波を走査する時相が制御され、以降同様の比率で超音波を走査する時相が制御される。これにより、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データが、１対５の比率で生成される。

なお、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データが生成されるときの超音波を走査する時相のスキャン制御シーケンスは、このような場合に限られず、取得されたフレームレート設定データに基づいてその他のスキャン制御シーケンスを適用するようにしてもよい。

例えば、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートの比率が１対Ｎに設定された場合、始めの１フレーム分については従来のスキャン制御シーケンス（図１を参照して説明した、１フレーム分のドプラモード画像データとＢモード画像データを生成する場合における２つのフレームレートとがほぼ同一になるようなスキャン制御シーケンス）を行い、その後、Ｎフレーム分のカラードプラモード画像データを生成するための超音波の送受信が実行されるように超音波を走査する時相が制御され、以降同様に超音波を走査する時相が制御されるようにしてもよい。

勿論、オペレータの好みに合わせて、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートを設定するとともに、予め設定された超音波を走査する時相のスキャン制御シーケンスを、その他の複数のスキャン制御シーケンスの中の所望のスキャン制御シーケンスに変更するようにしてもよい。

また、制御信号生成部３３は、制御部２１の制御に従い、予め設定された（あるいはオペレータが入力部１３を操作することにより入力され、取得された）超音波を送受信するときの種々の送受信条件に関するデータに基づいて、超音波を走査する時相以外の、超音波を送受信するときの種々の送受信条件（例えば、パルス繰り返し周波数や、送受信する超音波の周波数など）を制御する送信制御信号と受信制御信号を生成し、それぞれ、送信部２２と受信部２３に供給する。

ステップＳ４において、基準信号生成部３４は、制御部２１の制御に従い、制御信号生成部３３から供給されたスキャン時相制御信号に基づいて、画像データ生成部２４において生成されるＢモード画像データとカラードプラモード画像データの時相を合わせる基準信号を生成し、生成された基準信号を記憶部２５とＤＳＣ２９に供給する。

ステップＳ５において、画像データ生成部２４は、異なるＢモード画像データとカラードプラモード画像データを生成する。具体的には、以下のようにして、異なるＢモード画像データとカラードプラモード画像データが所定のフレームレートの比率で生成される。

例えば図４に示されるように、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを生成するときのそれぞれのフレームレートの比率が１対５に設定され、Ｂモード画像データを生成するための超音波の送受信とカラードプラモード画像データを生成するための超音波の送受信が、１対５の比率で実行される場合について説明する。

送信部２２は、スキャン制御回路２６から供給されたスキャン時相制御信号と送信制御信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成するための超音波ビームを被検体に送信する。すなわち、送信部２２のレートパルス器は、スキャン制御回路２６から供給されたスキャン時相制御信号に基づいて超音波を走査するときの時相を制御するとともに、スキャン制御回路２６から供給された送信制御信号に基づいて、被検体の内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数が所定のパルス繰り返し周波数になるように決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。また、送信遅延回路は、スキャン制御回路２６から供給された送信制御信号に基づいて、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置と偏向角度（θ１）となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。さらに、パルサは、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ１２に出力する。超音波プローブ１２は、送信部２２から入力された高圧パルス（電気パルス）を超音波パルスに変換し、変換された超音波パルスを被検体に送信する。被検体内に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体内の臓器間の境界面あるいは組織にて反射される。

超音波プローブ１２は、被検体により反射された反射波を電気信号に変換し、本体１１に出力する。受信部２３は、スキャン制御回路２６から供給された受信制御信号に基づいて、超音波プローブ１２から入力された受信信号を増幅し、所定の遅延時間を付加して、画像データ生成部２４のＢモード処理部３０に供給する。すなわち、受信部２３のプリアンプは、超音波プローブ１２から被検体に入力された超音波の反射波に基づく受信信号を取得し、取得された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換器に供給する。Ａ／Ｄ変換器は、プリアンプから供給された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、受信遅延回路に供給する。

受信遅延回路は、スキャン制御回路２６から供給される受信制御信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器から供給されたＡ／Ｄ変換後の受信信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間（各超音波振動子のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間）を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された各超音波振動子からの受信信号を加算し、加算された受信信号をＢモード処理部３０に供給する。

Ｂモード処理部３０は、受信部２３から供給された受信信号に種々の処理を施し、θ１方向のＢモード画像データをそれぞれ生成し、記憶部２５に供給する。記憶部２５は、Ｂモード処理部３０から供給されたθ１方向のＢモード画像データを取得し、取得されたθ１方向のＢモード画像データを記憶する。

次に、超音波の送受信方向をΔθずつ順次更新させながら[θ１＋（Ｎ−１）Δθ]まで変更してＮ方向の走査によって上記と同様な手順で超音波の送受信を行い、被検体内をリアルタイム走査する。このとき、スキャン制御回路２６は、その制御信号によって送信部２２と受信部２３の送信遅延回路と受信遅延回路の遅延時間を、所定の超音波送受信方向に対応させて順次切り換えさせながら、[θ１＋Δθ]乃至［θ１＋（Ｎ−１）Δθ]方向のＢモード画像データの各々を生成させる。

また、記憶部２５は、生成された[θ１＋Δθ]乃至［θ１＋（Ｎ−１）Δθ]方向のＢモード画像データを、すでに記憶されているθ１方向のＢモード画像データとともに、スキャン制御回路２６の基準信号生成部３４から供給された基準信号に基づいて、後述するカラードプラモード画像データの時相と合うように２次元のＢモード画像データとして記憶する。

このようにして、所定の時相の１フレーム分の２次元のＢモード画像データを生成し、生成されるカラードプラモード画像データの時相と合わせて記憶することができる。

次に、送信部２２は、スキャン制御回路２６から供給されたスキャン時相制御信号と送信制御信号に基づいて、カラードプラモード画像データを生成するための超音波ビームを被検体に送信する。

すなわち、送信部２２のレートパルス器は、スキャン制御回路２６から供給されたスキャン時相制御信号に基づいて超音波を走査するときの時相を制御するとともに、スキャン制御回路２６から供給された送信制御信号に基づいて、被検体の内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数が所定のパルス繰り返し周波数になるように決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。また、送信遅延回路は、スキャン制御回路２６から供給された送信制御信号に基づいて、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置と偏向角度（θ１）となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。

さらに、パルサは、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ１２に出力する。超音波プローブ１２は、送信部２２から入力された高圧パルス（電気パルス）を超音波パルスに変換し、変換された超音波パルスを被検体に送信する。被検体内に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体内の臓器間の境界面あるいは組織にて反射される。

超音波プローブ１２は、被検体により反射された反射波を電気信号に変換し、本体１１に出力する。受信部２３は、スキャン制御回路２６から供給された受信制御信号に基づいて、超音波プローブ１２から入力された受信信号を増幅し、所定の遅延時間を付加して、画像データ生成部２４のＢモード処理部３０に供給する。すなわち、受信部２３のプリアンプは、超音波プローブ１２から被検体に入力された超音波の反射波に基づく受信信号を取得し、取得された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換器に供給する。Ａ／Ｄ変換器は、プリアンプから供給された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、受信遅延回路に供給する。

受信遅延回路は、スキャン制御回路２６から供給される受信制御信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器から供給されたＡ／Ｄ変換後の受信信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間（各超音波振動子のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間）を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された各超音波振動子からの受信信号を加算し、加算された受信信号をドプラモード処理部３１に供給する。

ドプラモード処理部３１のドプラ偏移信号処理部は、受信部２３から供給された受信信号について主に直交位相検波などが行われ、検出されたドプラ偏移信号をカラードプラモード処理部に供給する。

カラードプラモード処理部のＭＴＩフィルタは、ドプラ偏移信号処理部から供給されたドプラ偏移信号に対して固定反射体からの不要な固定反射波の除去を行い、固定反射波が除去されたドプラ偏移信号を自己相関器に供給する。自己相関器は、ＭＴＩフィルタから供給された固定反射波除去後のドプラ偏移信号に対して、多点での周波数分析をリアルタイムで行い、平均速度演算器、分散演算器、およびパワー演算器に供給する。

平均速度演算器、分散演算器、およびパワー演算器は、それぞれ、血流の平均速度、分散、およびパワーを演算し、演算により生成されたθ１方向のカラードプラモード画像データを記憶部２５に供給する。記憶部２５は、ドプラモード処理部３１のカラードプラモード処理部から供給されたθ１方向のカラードプラモード画像データを取得し、取得されたθ１方向のカラードプラモード画像データを記憶する。

次に、超音波の送受信方向をΔθずつ順次更新させながら[θ１＋（Ｎ−１）Δθ]まで変更してＮ方向の走査によって上記と同様な手順で超音波の送受信を行い、被検体内をリアルタイム走査する。このとき、スキャン制御回路２６は、その制御信号によって送信部２２と受信部２３の送信遅延回路と受信遅延回路の遅延時間を、所定の超音波送受信方向に対応させて順次切り換えさせながら、[θ１＋Δθ]乃至［θ１＋（Ｎ−１）Δθ]方向のカラードプラモード画像データの各々を生成させる。

また、記憶部２５は、生成された[θ１＋Δθ]乃至［θ１＋（Ｎ−１）Δθ]方向のカラードプラモード画像データを、すでに記憶されているθ１方向のカラードプラモード画像データとともに、スキャン制御回路２６の基準信号生成部３４から供給された基準信号に基づいて、すでに記憶されたＢモード画像データの時相と合うように２次元のカラードプラモード画像データとして記憶する。

このようにして、所定の時相の１フレーム分の２次元のカラードプラモード画像データを生成し、Ｂモード画像データの時相と合わせて記憶することができる。

続いて、同様の処理がその後４回繰り返され、合計５フレーム分の２次元のカラードプラモード画像データが生成され、すでに記憶されたＢモード画像データの時相と合わせて記憶される。

なお、Ｂモード画像データとカラードプラモード画像データを収集する（生成・記憶する）にあたり、１次元にアレイ配列された複数の超音波振動子を有する超音波プローブ１２を用いてオペレータが手動走査するようにしてもよいし、機械的に走査を行うようにしてもよい。また、２次元にマトリクス配列された複数の超音波振動子を有する超音波プローブ１２を用いて走査するようにしてもよく、本発明はいずれの走査方式にも適用することができる。

ＤＳＣ２９は、制御部２１の制御に従い、記憶部２５に記憶されている所定の時相のＢモード画像データと、カラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データを読み出すとともに、基準信号生成部３４から供給された基準信号に基づいて、時相が合うように、読み出された所定の時相のＢモード画像データとカラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データを超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、所定の画像処理や演算処理を施し、表示部１４に供給する。

ステップＳ６において、表示部１４は、超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換されたＤＳＣ２９からのＢモード画像データとカラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データを取得し、取得されたＢモード画像データに基づく断層画像とカラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データに基づくカラードプラモード画像を図示せぬＬＣＤやＣＲＴに重畳して表示する。

図５は、表示部１４に表示されるＢモード画像データに基づく断層画像と、カラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データに基づく断層画像の表示例を表している。

図５の例の場合、Ｂモード画像データに基づくＢモード画像（白黒画像）上に、カラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データに基づくカラードプラモード画像（カラー画像）が重畳されて表示されるとともに、設定されたそれぞれのフレームレートで表示される。

すなわち、カラーＲＯＩ（関心領域）におけるカラードプラモード画像データに基づくカラードプラモード画像のフレームレートを高めることができる。

本発明の実施形態に示された超音波診断装置１においては、カラーフローマッピング法における、Ｂモード画像データを生成する場合におけるフレームレートと、カラードプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートをオペレータの好みに合わせて好適に設定することができる。これにより、例えば、所望の部位における血流の動きなどを観察する場合に用いられる（すなわち、高いフレームレートが要求される）カラードプラモード画像データを生成する場合におけるフレームレートを、Ｂモード画像データを生成する場合におけるフレームレートよりも高く設定することができる。従って、カラーフローマッピング法を用いる場合において、被検体の診断に好適な画像を表示することができる。

なお、被検体の心臓を診断する場合に用いる場合、図３のステップＳ２の処理においてそれぞれのフレームレートを設定するとき、記憶部２５に記憶されているＥＣＧ信号を読み出し、読み出されたＥＣＧ信号に基づいて、Ｂモード画像データを生成するフレームレートが心拍に同期するようにしてもよい。具体的には、例えば、心臓が収縮する収縮時ごとにＢモード画像データを生成し、それ以外の心臓が拡張する拡張時ごとにカラードプラモード画像データを生成するようにフレームレートを設定してもよい。これにより、カラーフローマッピング法を用いる場合において、被検体の診断により好適な画像を表示することができる。

また、本発明の実施形態に示された超音波診断装置１においては、２次元断層像について用いているようにしているが、例えば、３次元断層像について用いるようにしてもよい。

なお、本発明の実施形態において説明した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。

また、本発明の実施形態では、フローチャートのステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

従来のカラーフローマッピング法におけるスキャン制御方法を説明する概念図。 本発明に係る超音波診断装置の内部の構成を示すブロック図。 図２の超音波診断装置におけるスキャン制御処理を説明するフローチャート。 カラーフローマッピング法におけるスキャン制御方法を説明する概念図。 図２の表示部に表示されるＢモード画像データに基づく断層画像とカラードプラモード画像データに基づく断層画像の表示例を示す図。

符号の説明

１ 超音波診断装置
１１ 本体
１２ 超音波プローブ
１３ 入力部
１４ 表示部
２１ 制御部
２２ 送信部
２３ 受信部
２４ 画像データ生成部
２５ 記憶部
２６ スキャン制御回路
２７ ＥＣＧ信号検出部
２８ 入力データ取得部
２９ ＤＳＣ
３０ Ｂモード画像データ
３１ ドプラモード画像データ
３２ フレームレート設定部
３３ 制御信号生成部
３４ 基準信号生成部

Claims (5)

1. 複数の超音波振動子を振動させて超音波を送信する送信手段と、前記送信手段により送信された超音波のうち、被検体から反射された反射波を受信する前記超音波振動子によって変換された受信信号に基づいて、少なくとも第１の画像データと第２の画像データを生成する画像データ生成手段とを備える超音波診断装置において、
   前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記制御信号に基づいて、前記第１の画像データと前記第２の画像データの時相を合わせる基準信号を生成する基準信号生成手段と、
   前記基準信号に基づいて、前記第１の画像データに基づく画像と前記第２の画像データに基づく画像を重畳して表示する表示手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記送信手段は、前記制御信号により制御される超音波を走査する時相に従い、複数の超音波振動子を振動させて超音波を送信することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記第１の画像データと前記第２の画像データがそれぞれ生成されるときの所定のフレームレートに関するデータを取得するデータ取得手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記データ取得手段により取得された前記第１の画像データと前記第２の画像データがそれぞれ生成されるときの所定のフレームレートに関するデータに基づいて、前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記被検体からＥＣＧ信号を検出する検出手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記ＥＣＧ信号に基づいて、前記被検体の心拍の時相に合うように、前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときの少なくとも一方のフレームレートを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 複数の超音波振動子を振動させて超音波を送信する送信手段と、送信手段により送信された超音波のうち、被検体から反射された反射波を受信する前記超音波振動子によって変換された受信信号に基づいて、第１の画像データと第２の画像データを生成する画像データ生成手段を備える超音波診断装置の制御処理プログラムにおいて、
   前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートを設定する設定ステップと、
   前記設定ステップの処理により設定された前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときのそれぞれのフレームレートに基づいて、前記第１の画像データと前記第２の画像データが生成されるときの、超音波を走査する時相を制御する制御信号を生成する制御信号生成ステップと、
   前記制御信号に基づいて、前記第１の画像データと前記第２の画像データの時相を合わせる基準信号を生成する基準信号生成ステップと、
   前記基準信号に基づいて、前記第１の画像データに基づく画像と前記第２の画像データに基づく画像を重畳して表示する表示ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする超音波診断装置の制御処理プログラム。

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