JP2602898B2

JP2602898B2 - 超音波血流イメージング装置

Info

Publication number: JP2602898B2
Application number: JP63106795A
Authority: JP
Inventors: 達朗馬場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH01277541A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の
血流情報を求めこれを２次元表示する超音波血流イメー
ジング装置に関する。

（従来の技術）超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用することによ
って一つの超音波プローブで血流情報と断層像（Ｂモー
ド像）情報を得、断層像に重ねて血流情報をリアルタイ
ムでカラー表示するようにした超音波血流イメージング
装置が知られている。このような装置によって血流速度
を測定する場合の動作原理は次の通りである。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対
して超音波パルスを送波すると、この超音波ビームの中
心周波数ｆcは流動する血球によって散乱されドプラ偏
移を受けて周波数fdだけ変化して、この受波周波数ｆは
ｆ＝ｆc＋ｆdとなる。このとき周波数ｆc,fdは次式のよ
うに示される。

ここで、 v:血流速度 θ：超音波ビームと血管とのなす角度 c:音速従って、ドプラ偏移ｆdを検出することによって血流
速度ｖを得ることができる。このようにして得られた
血流速度ｖの２次元画像表示は次のように行われる。先
ず第８図のように超音波プローブ１から被検体に対して
A,B,C,…方向に順次超音波パルスを送波してセクタ（又
はリニア）スキャンを行うにあたり、第９図の構成の超
音波血流イメージング装置によってその超音波パルスの
スキャン制御が行われる。

最初にＡ方向に数回超音波パルスが送波されると、被
検体内の血流でドプラ偏移されて反射されたエコー信号
は同一プローブ１によって受波され、電気信号に変換さ
れて受信回路２に送られる。

次に位相検波回路３によってドプラ偏移信号が検出さ
れる。このドプラ偏移信号は超音波パルスの方向に設け
られた例えば256個のサンプル点ごとにとらえられる。
各サンプル点でとらえられたドプラ偏移信号は周波数分
析器４で周波数分析され、D.S.C（ディジタル・スキャ
ン・コンバータ）５に送られここで走査変換された後
に、画像処理表示装置６に送出されＡ方向の血流像が２
次元画像としてリアルタイムで表示される。

以下B,C,…の各方向に対しても同様な動作が繰り返さ
れて、各スキャン方向に対応した血流像（流速分布像）
が表示されることになる。この血流像表示においては、
一方向の流れを赤色で表現し、逆方向の流れを青色で表
現し、流速の違いを赤色，青色の輝度変化で表現してい
る。

ところで、血流イメージング装置においては、同一周
波数ラスタを数回走査し、その受信エコーを直交検波し
た後に周波数解析してドプラ偏移周波数を検出するので
あるが、この周波数解析においては、DC（直流）乃至数
KHzのドプラ信号を、繰返し走査周波数ｆrで離散的にサ
ンプリングするため、ｆr/2以上あるいは−fr/2以下の
ドプラ信号では、「折返し」と称される現象を生ずる。

すなわち、繰返し走査周波数ｆrの周期でドプラ信号
のデータ列が作られることからドプラ信号のサンプリン
グ周波数もｆrとなり、この場合の最大ドプラ偏移周波
数ｆdmaxは、サンプリング定理より、 fd max＝ｆr/2 となり、カラー表示の場合、赤→青，青→赤へと色彩が
反転してしまうのである。

そこで従来装置では、この「折返し現象」に起因する
不都合を緩和するため、（ゼロ（「０」と表わす）を中
心に観察可能な−ｆr/2乃至＋ｆr/2の範囲の帯域|fr｜
を−ｆr乃至ｆrの範囲内でシフト可能とし、ｆdmaxをｆ
rにまで見かけ上広げ得るようにしている（第３図
（ａ）参照）。この機能を「ゼロシフト（０シフト）機
能」と称する。すなわち、このゼロシフト機能は、本願
出願前公知の特開昭62−106746号公報にも開示されてい
るように、第10図（ａ）に示すように、測定範囲−ｆr/
2乃至＋ｆr/2を越えて折り返されたドプラ波形が発生し
た場合に、その折返しが発生した流速データメモリに書
き込む際又はメモリから読み出す際に、第10図（ｂ）に
示すように、周波数０の横軸を例えばｆr/4マイナス側
にすなわち観察範囲を全体的に1/4frシフトしてそのゼ
ロシフト量分だけアドレスをずらして、書込み又は読出
しを行うものである。第３図（ａ）では、シフト量を横
軸にとり、観察可能な帯域を縦軸にとっている。FFT
（ファーストフーリエ変換）表示の場合には、ベースラ
イン（０ライン）を上下方向にシフトした画面表示とす
ればよいが、CFM（カラーフローマッピング）表示の場
合には、周波数（平均周波数）と赤，青の表示色の階調
とが対応しているため若干工夫が必要となる。

CFM表示を可能とする従来装置においては、０シフト
機能がプリプロセス（D,S,Cを形成するフレームメモリ
よりも前）にあったため、「折返し」の起きる最大周波
数を赤又は青の表示色の一方につき拡げるために０シフ
ト量を増すと、一方における周波数レンジは拡がるもの
の階調レンジは一定であるため、赤又は青の階調レンジ
が周波数の絶対値に比べて狭くなってしまう（第３図
（ｂ）参照）。例えばｆr/4の入力信号に対して０シフ
ト量を変化させた場合の階調変化は第３図（ｂ）におい
て破線で示すようになり、同一流速であるにもかかわら
ず階調が変化してしまう。この第３図（ｂ）における階
調の変化を第３図（ｅ），（ｆ）をも参照してより詳し
く説明する。第３図（ｅ）及び第３図（ｆ）はそれぞれ
ゼロシフトを行わない場合及び＋1/4frシフト時のドプ
ラ偏移周波数fdと赤階調（実線）及び青階調（破線）と
の関係を示す図である。ゼロシフトを行わない場合は、
第３図（ｅ）に示すように、測定範囲は−ｆr/2乃至＋
ｆr/2となり、０乃至ｆr/2の血流速度は赤の階調（Ｒ＝
０乃至１）に、−f/2乃至０の血流速度は青の階調（Ｂ
＝０乃至１）にそれぞれ割り当てられ、血流速度に対応
した階調で表される。しかし、シフト量を＋1/4frとす
ると、第３図（ｆ）に示すように、測定範囲は−1/4fr
乃至3/4frとなり、０乃至3/4frの血流速度は赤の階調
（Ｒ＝０乃至１）に、０乃至−1/4frの血流速度は青の
階調（Ｂ＝０乃至0.33）にそれぞれ割り当てられる。こ
こで、ドプラ偏移周波数fdが1/4frについてみてみる
と、ゼロシフトを行わないときは赤の階調Ｒ＝0.5で表
され、シフト量＋1/4frの場合は、赤の階調Ｒ≒0.33
（≒1/3）で表され、同じ血流速であるにも拘らず異な
った階調で表示されてしまう。

更に、上記とは異なる方式の０シフト機能として第３
図（ｃ）に示すものが挙げられる。これによれば、階調
ダイナミックレンジの関係に対応して表示系の赤や青の
最高階調までしか使用できないため、０シフトを増やし
た場合、赤や青の最高階調で飽和してしまい、折返し部
分で流速が上昇しているか否かを画面上で把握すること
ができない。

（発明が解決しようとする課題）上述したように従来装置においては、０シフトした場
合に、周波数の絶対値に比べて階調ダイナミックレンジ
が狭くなるために、あるいは赤や青の最高階調で飽和し
てしまうために、流速の絶対値と出力階調との対応がと
れず、良好な血流情報のイメージができない。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、その目
的とするところは、０シフトした場合でも流速と出力階
調との対応がとり易い血流情報のイメージングを行うこ
とができる超音波血流イメージング装置を提供すること
にある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため本発明は、被検体に対し超音
波を送受波して得られる該被検体内の血流からの反射成
分に基づき血流速信号を求め、求めた血流速信号に対し
て流速の方向に対応して異なる色相を設定すると共に、
流速の大きさに対応して割り当てた輝度階調を設定して
血流イメージング像の表示を行なう超音波血流イメージ
ング装置において、前記血流イメージング像における流
速表示範囲を流速方向に沿ってシフトさせるためのシフ
ト量を設定するシフト量設定手段と、前記血流速信号に
対し、前記設定されたシフト量に基づくシフト後の流速
表示範囲における流速方向に対応して異なる色相を設定
すると共に、前記シフト量に応じて彩度変化を伴わせ輝
度階調のダイナミックレンジを拡大して前記シフトの前
後で流速の大きさと輝度階調との対応が一定となるよう
輝度階調を設定して、前記設定されたシフト量に応じて
前記血流イメージング像における流速表示範囲をシフト
する手段とを備えたことを特徴とするものである。

（作用）本発明の超音波血流イメージング装置によれば、流速
表示範囲のシフト量に応じて彩度変化を伴わせ輝度階調
のダイナミックレンジを拡大し、シフトした場合でも輝
度階調の圧縮や飽和をなくし、シフト前後の血流イメー
ジング像における流速の大きさと輝度階調との対応が一
定となるよう輝度階調を設定することができる。

（実施例）以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例装置を示している。

同図に示すようにこの超音波血流イメージング装置
は、電子走査型超音波プローブ（以下、「プローブ」と
いう）11,電子走査装置アナログ部12,90゜移相器25,ミ
キサ24a,24b,ローパスフィルタ26a,26b,MTI（Moving Ta
rget Indicator）演算部27,白黒フレームメモリ20,カラ
ーフレームメモリ21,システムコントローラ19,画像処理
表示装置22を有する。

電子走査装置アナログ部12は、プリアンプ13,パルサ1
4,発振器15,ディレーライン16,加算器17,検波器18から
構成されている。

加算器17から出力された信号のうち一方は検波器18を
介して白黒フレームメモリ20へ送られ、他方はライン28
以下へ送られる。ライン28から加えられた信号は二分さ
れ各々ミキサ24a,24bに加えられる。各ミキサ24a,24bに
は、90゜移相器25を介することで発振器15からの基準信
号ｆoが90゜の移相差で加えられる。この結果ローパス
フィルタ26a,26bにはドプラ偏移信号ｆdと（2fo＋ｆd）
信号が入力され、ローパスフィルタ26a,26bによって高
周波成分が除去されてドプラ偏移信号ｆdのみが得られ
る。これは血流情報演算のための位相検波出力信号であ
り、MTI演算部27に加えられる。

このMTI演算部27はA/D変換器,MTIフィルタ，自己相関
器，平均速度演算部，分散演算部，パワー演算部から構
成されている。MTIフィルタは移動目標（血球）のみの
ドプラ情報を抽出するものである。自己相関器での処理
は周波数分析法の一種であり、２次元の多点の周波数分
析をリアルタイムで行う必要性から用いられている。ま
た、平均速度演算部，分散演算部及びパワー演算部にお
いては、それぞれ所定の演算実行により血流速V,分散σ
及びトータルパワーＰが求められる。

MTI演算部27の出力はカラーフレームメモリ21に送出
される。

白黒フレームメモリ20及びカラーフレームメモリ21そ
れぞれの走査変換出力は、後段に配置された画像処理表
示装置22に取り込まれ、適宜の処理の後に可視化される
ようになっている。

システムコントローラ29は本実施例装置全体の動作制
御を司るものであり、CPU（中央処理装置）を中心に構
成されている。

次に画像処理表示装置22の詳細について第１図（ｂ）
を基に説明する。

同図に示すように画像処理表示装置22は、マルチプレ
クサ（MPX）270,ゲインアテネータ280,カラー処理手段2
9,白黒／カラー合成回路30,D/A変換器31,RGBモニタ32を
有して成る。

MPX270は、前記カラーフレームメモリ21の走査変換出
力（すなわち血流速V,トータルパワーP,分散σ，加速度
Ａ）中より、表示に供するa,b2種類のデータを適宜に選
択するものであり、この選択出力が、後段に配置された
カラー処理手段29に取り込まれるようになっている。

このカラー処理手段29は、MPX270によって選択された
データのカラー処理（RGB変換処理）を行うもので、29
a,29b,29cで示すように、Ｒ（レッド）,G（グリーン）,
B（ブルー）に対応する３個の変換テーブルより成る。

例えば変換テーブル29aは、第２図に示すように第１
のROM（リード・オンリ・メモリ）33と第２のROM34とを
有して成る。

第１のROM33は、前記MPX270を介してa,b2種類の血流
データ（いずれも５ビット），流速や分散表示などの表
示モード切換信号（２ビット），及び流速データのリジ
ェクションやγ補正などの選択のためのポストプロセス
選択信号（３ビット）がアドレス入力端を介して入力さ
れると、それらに応じた変換処理データ（７ビット）を
出力する。また、第２のROM34は、０シフト選択データ
（０−SHIFT,4ビット），ドプラフローコントラスト（D
F−CONTRAST）選択信号（２ビット），表示モード切換
信号（２ビット），及び第１のROM33の変換処理出力
（７ビット）がアドレス入力端を介して入力されると、
第３図（ｄ）に示すようなシフト量／色階調変換テーブ
ルを参照してそれらに応じた変換処理データ（８ビッ
ト）を出力する。ここで上記の各選択及び切換信号は第
１図（ａ）のシステムコントローラ19より送出されるも
のである。

尚、G,Bについての変換テーブル29b,29cも上記と同様
に形成されている。

ここで、このカラー処理手段29においては、０シフト
選択信号が入力され、この入力信号に応じて上記の０シ
フトが行われるようになっており、これが本実施例装置
の特徴点の一つとなっている。つまり、操作者の操作に
基づいて０シフト選択信号が入力されると、この選択信
号によって特定されるシフト量に応じて出力階調（表示
輝度）のダイナミックレンジが拡大されるのである。こ
のタイナミックレンジ拡大は、淡紅→赤→黒→青→空の
ように彩度変化を伴うことで行われ（第３図（ｄ）参
照）、これによって０シフト機能が実現される。シフト
量を＋1/4frとすると、第３図（ｇ）に示すように、表
示色の階調に対応させる周波数レンジ、すなわち観察範
囲は−1/4fr乃至3/4frとなり、０乃至3/4frの血流速度
は赤の階調（Ｒ＝０乃至1.5）に、０乃至−1/4frの血流
速度は青の階調（Ｂ＝０乃至0.5）にそれぞれ割り当て
られ、血流速度に対応した一定の階調で表される。従っ
て、ドプラ偏移周波数fdがfr/4の場合に、ゼロシフトの
シフト量がいずれの場合でも、赤の階調Ｒ＝0.5で表さ
れ、同じ血流速は同じ階調で表示される。すなわち、こ
の０シフトによれば第３図（ｄ）に示すように、例えば
ｆr/4信号についても、０シフト量にかかわらず常に一
定輝度となる。HSI表示系でのＩ（輝度）イメージを第
４図に示す。

上記のカラー処理を可能とするために変換テーブル29
a,29b,29cを次にように形成する。

正方向の血流速を０≦ｘ≦1/2 とし、これに赤色を割り当てるものとし、負方向の血流
速を −1/2≦ｘ≦０とし、これに青色を割り当てるものとし、赤色や青色の
最高到達輝度をα₁,α_２とすると、RGB変換アルゴリズ
ムは第５図に示すようになる。

但し換算輝度ＹはＹ＝0.6G＋0.3R＋0.1B となるから、０≦Ｒ≦1,0≦Ｇ≦1,0≦Ｂ≦１の範囲のRGB出力で輝度を換算するものとした場合、 Rmax＝Gmax＝Bmax＝1.0 とすれば、Ｙは白黒で換算輝度1.0となる。

また、赤色系のカラーコントラストは、 α₁/0.3（∵0.3≦α_１≦１）で与えられ、青色系のカラーコントラストは、 α₂/0.1（∵0.1≦α_２≦１）で与えられる。

第６図（ａ）乃至（ｈ）は、平均流速ｘが−0.5乃至
＋0.5の範囲をとるときのRGB変換出力（通常はRGB変換
出力電圧）と換算輝度との関係を示している。入力に対
して換算輝度Ｙがα₁,α_２まで直線的に伸びていること
が解る。

次に、上記のように構成された実施例装置の作用につ
いて説明する。

電子走査装置アナログ部12により被検体Ｂモード像を
得るためのスキャンが実行され、このスキャンにより得
られたＢモード情報が白黒フレームメモリ20を介するこ
とで表示系の走査に変換され、これがゲインアテネータ
280,白黒／カラー合成回路30及びD/A変換器31を介してR
GBモニタ32に送出され濃淡表示されることになる。

また、ドプラ情報は、ミキサ24a,24b及びローパスフ
ィルタ26a,26bを介してMTI演算部27に取込まれる。そし
てMTI演算部27内の平均速度演算部，分散演算部，パワ
ー演算部において所定の演算処理が実行され、その演算
結果がカラーフレームメモリ21及びMPX270を介してカラ
ー処理手段29に取込まれる。このカラー処理手段29にお
いては、システムコントローラ19よりの表示モード切換
信号により変換モードが切換えられ、MPX270の選択出力
に対応するテーブル情報が読出される。

ここで、０シフト選択データによりシフト量が特定さ
れている場合には、該シフト量に応じて出力階調のダイ
ナミックレンジを拡大して入力データのRGB変換が行わ
れる。

そして、このカラー処理手段29の変換出力は白黒／カ
ラー合成回路30及びD/A変換手段31を介してRGBモニタ32
に送出され、白黒Ｂモード像上に重畳してカラー表示さ
れる。

以上は、赤色，青色のみを用いた場合であるが、血流
速に別の色相を割り当てることもできる。また、血流
速，分散の同時表示においては分散の大きさにより色相
が若干変化するだけなので、それぞれの色相について第
５図に示すのと同様のアルゴリズムを実現することが可
能である。

また、本実施例装置においては、DF−CONTRAST選択信
号をカラー処理手段29に入力することで、表示色の輝度
飽和点を越える入力データに対して彩度変化を伴うこと
で輝度が直線的に変化するようにRGB変換することがで
きる。

第７図（ａ）は本実施例装置（ポストプロセス）での
DF−CONTRAST特性図であり、DF−CONTRAST（×2.0）をO
Nした場合とOFFした場合を示している。DF−CONTRASTを
ONした場合、彩度変化を伴って輝度のダイナミックレン
ジが拡大されているのが解る。低流速領域を観測するた
めにDF−CONTRASTにより低流速領域の階調を上げた場合
でも、高流速領域の輝度飽和を回避することができる。

更に、本実施例装置において、DF−CONTRASTと０シフ
トとを併用することもできる。第７図（ｂ）は従来装置
（プリプロセス）でのDF−CONTRAST,0シフト特性図、第
７図（ｃ）は本実施例装置（ポストプロセス）での同上
特性図である。尚、０シフト量は＋ｆr/4である。本実
施例装置においてDF−CONTRASTと０シフトとの両者を機
能させた場合でも、表示階調のダイナミックレンジが拡
大するので、従来のように諧調のダイナミックレンジの
圧縮がなく、階調の飽和が生じない。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施
が可能であるのはいうまでもない。

［発明の効果］以上詳述したように本発明の超音波血流イメージング
装置によれば、流速表示範囲のシフト量に応じて輝度階
調のダイナミックレンジを拡大し、シフトした場合でも
輝度階調の圧縮や飽和をなくし、シフト前後の血流イメ
ージング像における流速の大きさと輝度階調との対応が
一定となるよう輝度階調を設定しているので、輝度階調
を見るだけで常に所定の対応の流速の大きさを判定する
ことが可能となり、また、シフト前後の血流イメージン
グ像間での対応もとり易くなり、診断能を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例装置のブロック図、第
１図（ｂ）は同図（ａ）における画像処理表示装置の詳
細な構成ブロック図、第２図は第１図（ｂ）における変
換テーブルの構成ブロック図、第３図（ａ）乃至（ｇ）
は０シフトと階調ダイナミックレンジとの関係を示すも
ので、同図（ａ）は０シフト機能説明のための特性図、
同図（ｂ），（ｃ），（ｅ），（ｆ）は従来装置での０
シフト特性図、同図（ｄ），（ｇ）は本実施例装置での
０シフト特性図、第４図はHSI表色系でのＩ（輝度）表
示の説明図、第５図は本実施例装置におけるカラー処理
手段のアルゴリズム説明図、第６図（ａ）乃至（ｈ）は
同上装置におけるRGB変換出力と換算輝度との関係を示
す特性図、第７図（ａ）は本実施例装置（ポストプロセ
ス）でのDF−CONTRAST特性図、第７図（ｂ）は従来装置
（プリプロセス）でのDF−CONTRAST,0シフト特性図、第
７図（ｃ）は本実施例装置（ポストプロセス）でのDF−
CONTRAST,0シフト特性図、第８図及び第９図はそれぞれ
超音波血流イメージング装置のスキャンパターン図及び
基本構成ブロック図、第10図（ａ），（ｂ）はゼロシフ
ト機能を説明するための図である。 22……画像処理表示装置、 29……カラー処理手段、 29a,29b,29c……変換テーブル。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に対し超音波を送受波して得られる
該被検体内の血流からの反射成分に基づき血流速信号を
求め、求めた血流速信号に対して流速の方向に対応して
異なる色相を設定すると共に、流速の大きさに対応して
割り当てた輝度階調を設定して血流イメージング像の表
示を行なう超音波血流イメージング装置において、前記血流イメージング像における流速表示範囲を流速方
向に沿ってシフトさせるためのシフト量を設定するシフ
ト量設定手段と、前記血流速信号に対し、前記設定されたシフト量に基づ
くシフト後の流速表示範囲における流速方向に対応して
異なる色相を設定すると共に、前記シフト量に応じて彩
度変化を伴わせ輝度階調のダイナミックレンジを拡大し
て前記シフトの前後で流速の大きさと輝度階調との対応
が一定となるよう輝度階調を設定して、前記設定された
シフト量に応じて前記血流イメージング像における流速
表示範囲をシフトする手段とを備えたことを特徴とする
超音波血流イメージング装置。