JPH084590B2 - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents
超音波ドプラ診断装置Info
- Publication number
- JPH084590B2 JPH084590B2 JP14744093A JP14744093A JPH084590B2 JP H084590 B2 JPH084590 B2 JP H084590B2 JP 14744093 A JP14744093 A JP 14744093A JP 14744093 A JP14744093 A JP 14744093A JP H084590 B2 JPH084590 B2 JP H084590B2
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- JP
- Japan
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- spectrum
- received signal
- ultrasonic
- frequency
- doppler
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体内の運動体(例え
ば、血流)の運動情報(例えば、速度)を測定・表示す
る超音波ドプラ診断装置に関する。
ば、血流)の運動情報(例えば、速度)を測定・表示す
る超音波ドプラ診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】生体表面に超音波探触子を当接させた状
態で超音波を生体内へ送波し、生体内の運動体にてドプ
ラシフトを受けつつ反射した反射波を受波することによ
って、前記運動体の速度情報等を測定し表示する超音波
ドプラ診断装置が知られている。
態で超音波を生体内へ送波し、生体内の運動体にてドプ
ラシフトを受けつつ反射した反射波を受波することによ
って、前記運動体の速度情報等を測定し表示する超音波
ドプラ診断装置が知られている。
【0003】特公昭62−44494号には、自己相関
法を用いた超音波ドプラ診断装置が開示されており、か
かる装置において、受信信号は、直交検波された後に、
自己相関演算が実行されてドプラシフトの平均周波数が
求められており、その平均周波数から速度が演算されて
いる。
法を用いた超音波ドプラ診断装置が開示されており、か
かる装置において、受信信号は、直交検波された後に、
自己相関演算が実行されてドプラシフトの平均周波数が
求められており、その平均周波数から速度が演算されて
いる。
【0004】また、例えば特公平2−16139号に
も、同様の超音波ドプラ診断装置が開示されており、か
かる装置においては、自己相関結果から速度(ドプラシ
フト周波数)の分散(偏差)が演算されている。
も、同様の超音波ドプラ診断装置が開示されており、か
かる装置においては、自己相関結果から速度(ドプラシ
フト周波数)の分散(偏差)が演算されている。
【0005】心臓の機能診断を行う場合などにおいて
は、単にある部位における血流の速度を表示するのでは
なく、当該部位におけるドプラ信号スペクトルの表示の
要請がある。ここで、ドプラ信号スペクトルとは、ドプ
ラシフト周波数を横軸に取り、縦軸に受信信号の強度を
取ったものであり、単にスペクトルとも呼ばれる。
は、単にある部位における血流の速度を表示するのでは
なく、当該部位におけるドプラ信号スペクトルの表示の
要請がある。ここで、ドプラ信号スペクトルとは、ドプ
ラシフト周波数を横軸に取り、縦軸に受信信号の強度を
取ったものであり、単にスペクトルとも呼ばれる。
【0006】従来の超音波ドプラ診断装置においては、
前記スペクトルは、例えばFFTなどの周波数解析演算
によって求められ、それが各種の表示形態で表示されて
いた。その表示形態としては、二次元断層画像及び二次
元ドプラ画像の表示に伴わせて、補助的に、スペクトル
それ自体を表示するものや、横軸に時間を取り縦軸に周
波数を取るとと共にパワーを輝度で表しながらスペクト
ルの経時変化を表示するものなどがある。
前記スペクトルは、例えばFFTなどの周波数解析演算
によって求められ、それが各種の表示形態で表示されて
いた。その表示形態としては、二次元断層画像及び二次
元ドプラ画像の表示に伴わせて、補助的に、スペクトル
それ自体を表示するものや、横軸に時間を取り縦軸に周
波数を取るとと共にパワーを輝度で表しながらスペクト
ルの経時変化を表示するものなどがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペク
トル解析のための演算は複雑であり、二次元断層画像及
び二次元ドプラ画像の表示に伴わせて、スペクトルの表
示を行うと、ドプラ信号の取り込みに時間がかかり処理
が遅くなることから、画像表示の実時間性を低下させる
という問題があった。
トル解析のための演算は複雑であり、二次元断層画像及
び二次元ドプラ画像の表示に伴わせて、スペクトルの表
示を行うと、ドプラ信号の取り込みに時間がかかり処理
が遅くなることから、画像表示の実時間性を低下させる
という問題があった。
【0008】従って、画像表示の実時間性を低下させる
ことなくスペクトルの表示が行える超音波ドプラ診断装
置が要望されていた。
ことなくスペクトルの表示が行える超音波ドプラ診断装
置が要望されていた。
【0009】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、受信信号のスペクトルを容易に
推定できる超音波ドプラ診断装置を提供することにあ
る。
のであり、その目的は、受信信号のスペクトルを容易に
推定できる超音波ドプラ診断装置を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波パルスの送受波により得られた受
信信号からドプラシフト周波数を検出し、運動反射体の
運動情報を表示する超音波ドプラ診断装置において、前
記受信信号の振幅に基づきその受信信号の単位時間当た
りの平均パワーを演算する平均パワー演算手段と、前記
受信信号からドプラシフトの平均周波数を演算する平均
周波数演算手段と、前記受信信号から前記ドプラシフト
の分散を演算する分散演算手段と、前記平均周波数と前
記分散とによって正規化ガウス分布を特定し、前記求め
られた平均パワーに基づいて前記正規化ガウス分布を補
正することによって前記受信信号の推定スペクトラムを
演算するスペクトラム推定手段と、を含むことを特徴と
する。
に、本発明は、超音波パルスの送受波により得られた受
信信号からドプラシフト周波数を検出し、運動反射体の
運動情報を表示する超音波ドプラ診断装置において、前
記受信信号の振幅に基づきその受信信号の単位時間当た
りの平均パワーを演算する平均パワー演算手段と、前記
受信信号からドプラシフトの平均周波数を演算する平均
周波数演算手段と、前記受信信号から前記ドプラシフト
の分散を演算する分散演算手段と、前記平均周波数と前
記分散とによって正規化ガウス分布を特定し、前記求め
られた平均パワーに基づいて前記正規化ガウス分布を補
正することによって前記受信信号の推定スペクトラムを
演算するスペクトラム推定手段と、を含むことを特徴と
する。
【0011】
【作用】上記構成によれば、平均周波数演算手段及び分
散演算手段によって、ドプラシフトの平均周波数とドプ
ラシフトの分散とが演算される。一方、平均パワー演算
手段によって受信信号の平均パワーが演算される。スペ
クトラム推定手段は、求められた平均周波数と分散とに
よって所定の関数である正規化ガウス分布を特定し、そ
の後、前記平均パワーに基づいて前記正規化ガウス分布
を補正することによって受信信号のスペクトラムを推定
し、推定スペクトラムを求める。
散演算手段によって、ドプラシフトの平均周波数とドプ
ラシフトの分散とが演算される。一方、平均パワー演算
手段によって受信信号の平均パワーが演算される。スペ
クトラム推定手段は、求められた平均周波数と分散とに
よって所定の関数である正規化ガウス分布を特定し、そ
の後、前記平均パワーに基づいて前記正規化ガウス分布
を補正することによって受信信号のスペクトラムを推定
し、推定スペクトラムを求める。
【0012】経験的な事実から、受信信号のスペクトル
はガウス分布に従うことが知られている。本発明におい
ては、この点に着目し、平均周波数と分散とによって正
規化されたガウス分布をまず特定する。ここで、平均周
波数及び分散は、一般的な超音波ドプラ診断装置におい
て通常求められるものであり、既存の装置における演算
結果を利用することが可能となる。平均周波数と分散と
で特定されるガウス分布は、正規化されているものであ
るため、ガウス分布の高さを特定するため、平均パワー
演算手段が設けられており、それによって求められる平
均パワーによってガウス分布を補正することによって最
終的に推定スペクトルが求められる。
はガウス分布に従うことが知られている。本発明におい
ては、この点に着目し、平均周波数と分散とによって正
規化されたガウス分布をまず特定する。ここで、平均周
波数及び分散は、一般的な超音波ドプラ診断装置におい
て通常求められるものであり、既存の装置における演算
結果を利用することが可能となる。平均周波数と分散と
で特定されるガウス分布は、正規化されているものであ
るため、ガウス分布の高さを特定するため、平均パワー
演算手段が設けられており、それによって求められる平
均パワーによってガウス分布を補正することによって最
終的に推定スペクトルが求められる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【0014】まず、図1を用いて装置の全体構成を説明
し、その後、スペクトラムの推定演算について詳述する
ことにする。
し、その後、スペクトラムの推定演算について詳述する
ことにする。
【0015】図1において、プローブ10によって生体
内に超音波が送波され、血流などの運動反射体によって
ドプラシフトを受けて反射された反射波は当該プローブ
10によって受波されることになる。プローブ10から
出力された受信信号は、送受信器12を介して、ドプラ
解析のための直交検波器14及び断層像形成のための検
波器16に送られている。
内に超音波が送波され、血流などの運動反射体によって
ドプラシフトを受けて反射された反射波は当該プローブ
10によって受波されることになる。プローブ10から
出力された受信信号は、送受信器12を介して、ドプラ
解析のための直交検波器14及び断層像形成のための検
波器16に送られている。
【0016】検波器16によって検波された受信信号
は、A/D変換器18においてデジタル信号に変換さ
れ、白黒の断層画像信号となって二次元DSC(デジタ
ルスキャンコンバータ)20に送られている。
は、A/D変換器18においてデジタル信号に変換さ
れ、白黒の断層画像信号となって二次元DSC(デジタ
ルスキャンコンバータ)20に送られている。
【0017】一方、図1に示されるタイミング信号発生
器22は、前記送受信器12へ送信信号を出力してお
り、また、前記直交検波器14へ直交検波のための参照
信号を出力している。
器22は、前記送受信器12へ送信信号を出力してお
り、また、前記直交検波器14へ直交検波のための参照
信号を出力している。
【0018】直交検波器14においては、送受信器12
からの受信信号と前記参照信号とが混合され、直交検波
が実行される。これによりいわゆる複素信号が得られる
ことになる。
からの受信信号と前記参照信号とが混合され、直交検波
が実行される。これによりいわゆる複素信号が得られる
ことになる。
【0019】このように複素信号に変換された受信信号
はA/D変換器24においてデジタル信号に変換された
後、クラッタ除去フィルタ26において低速運動体によ
るノイズが除去される。
はA/D変換器24においてデジタル信号に変換された
後、クラッタ除去フィルタ26において低速運動体によ
るノイズが除去される。
【0020】自己相関器28において、受信信号間の自
己相関が演算され、その自己相関結果は平均周波数・分
散演算器30に送られ、その演算器30においてドプラ
シフト周波数の平均周波数f ̄と分散σ2 とが求められ
ている。なお、自己相関器28及び平均周波数・分散演
算器30としては、例えば、従来例で説明した特公昭6
2−44494号あるいは特公平2−16139号に開
示されたものが用いられる。
己相関が演算され、その自己相関結果は平均周波数・分
散演算器30に送られ、その演算器30においてドプラ
シフト周波数の平均周波数f ̄と分散σ2 とが求められ
ている。なお、自己相関器28及び平均周波数・分散演
算器30としては、例えば、従来例で説明した特公昭6
2−44494号あるいは特公平2−16139号に開
示されたものが用いられる。
【0021】演算された平均周波数f ̄と分散σ2 は、
前記二次元DSC20に送られる。そして、この二次元
DSCにおいて、いわゆるBモード断層像と二次元ドプ
ラ画像とが合成され、画像信号となってD/A変換器3
2においてアナログ信号に変換され表示器34へ送出さ
れる。これよって表示器34において、断層画像の上に
カラーのドプラ画像が重ねられた超音波画像が表示され
ることになる。
前記二次元DSC20に送られる。そして、この二次元
DSCにおいて、いわゆるBモード断層像と二次元ドプ
ラ画像とが合成され、画像信号となってD/A変換器3
2においてアナログ信号に変換され表示器34へ送出さ
れる。これよって表示器34において、断層画像の上に
カラーのドプラ画像が重ねられた超音波画像が表示され
ることになる。
【0022】なお、以上の構成は従来の超音波ドプラ診
断装置とほぼ同様の構成である。
断装置とほぼ同様の構成である。
【0023】本実施例の超音波ドプラ診断装置において
は、クラッタ除去フィルタ26から出力された受信信号
が平均パワー演算器36に送られている。後に詳述する
ように、この平均パワー演算器36は、単位時間当たり
の受信信号の平均パワーを演算するものであり、演算さ
れた平均パワーx2  ̄は、スペクトラム推定演算器38
に送られている。
は、クラッタ除去フィルタ26から出力された受信信号
が平均パワー演算器36に送られている。後に詳述する
ように、この平均パワー演算器36は、単位時間当たり
の受信信号の平均パワーを演算するものであり、演算さ
れた平均パワーx2  ̄は、スペクトラム推定演算器38
に送られている。
【0024】このスペクトラム推定演算器38は、上述
した平均周波数、分散、及び前述した平均パワーの三者
の情報から、受信信号のスペクトラムを推定するもので
あり、その具体的な演算については後に詳述する。
した平均周波数、分散、及び前述した平均パワーの三者
の情報から、受信信号のスペクトラムを推定するもので
あり、その具体的な演算については後に詳述する。
【0025】スペクトラム推定演算器38において演算
された推定スペクトラムは、ラインスキャンDSC40
を介してD/A変換器32に送られ、更にアナログ信号
となって表示器34に送られている。これによって、同
一画面上に上述した超音波画像とスペクトラムを表す画
像とが表示されることになる。
された推定スペクトラムは、ラインスキャンDSC40
を介してD/A変換器32に送られ、更にアナログ信号
となって表示器34に送られている。これによって、同
一画面上に上述した超音波画像とスペクトラムを表す画
像とが表示されることになる。
【0026】なお、表示されるスペクトラムは、生体内
のある一点の位置でサンプルされた受信信号のスペクト
ラムであり、このため図示されてはいないが平均パワー
演算器36内にゲート回路などが設けられている。
のある一点の位置でサンプルされた受信信号のスペクト
ラムであり、このため図示されてはいないが平均パワー
演算器36内にゲート回路などが設けられている。
【0027】次に、平均パワー演算器36の作用につい
て説明する。
て説明する。
【0028】平均パワー演算器36に入力される受信信
号(複素信号)の振幅をx(t)と定義すると、時刻t
1 からt2 までの平均パワーx2  ̄は、次の第1式によ
って演算される
号(複素信号)の振幅をx(t)と定義すると、時刻t
1 からt2 までの平均パワーx2  ̄は、次の第1式によ
って演算される
【数1】 従って、上記の第1式で示される平均パワーx2  ̄が推
定パワー演算器36からスペクトラム推定演算器38に
出力される。
定パワー演算器36からスペクトラム推定演算器38に
出力される。
【0029】一方、受信信号のスペクトラムは、経験則
上からガウス分布に従うことが知られており、本実施例
の超音波診断装置においては、受信信号のスペクトラム
がガウス分布であるとして以下の演算を行っている。こ
こで、上述した平均周波数fと分散σ2 とを用いて、ガ
ウス分布の確率密度関数p(f)は、次の第2式のよう
に表される。
上からガウス分布に従うことが知られており、本実施例
の超音波診断装置においては、受信信号のスペクトラム
がガウス分布であるとして以下の演算を行っている。こ
こで、上述した平均周波数fと分散σ2 とを用いて、ガ
ウス分布の確率密度関数p(f)は、次の第2式のよう
に表される。
【0030】
【数2】 上記の第2式によって受信信号のパワーの分布が表され
ることになる。
ることになる。
【0031】図2には、関数p(f)の形態が示されて
おり、図示されるように、分散と平均周波数とで分布関
数が特定されている。なお、分布関数の最大値は次の第
3式となり、最大値を図2に示す。
おり、図示されるように、分散と平均周波数とで分布関
数が特定されている。なお、分布関数の最大値は次の第
3式となり、最大値を図2に示す。
【0032】
【数3】 しかしながら、以上によって求められた関数p(f)
は、正規化されたものであるため、関数の山の高さを調
整する必要がある。そこで、次の第4式の関係を用いて
関数の補正が実行される。
は、正規化されたものであるため、関数の山の高さを調
整する必要がある。そこで、次の第4式の関係を用いて
関数の補正が実行される。
【0033】
【数4】 ここで、左辺のx2  ̄は、上記第1式によって求められ
た平均パワーであり、左辺に含まれるP(f)は、受信
信号のスペクトラムである。ただし、fn は、超音波の
送信繰り返し周波数により決定されるナイキスト周波数
を表している。
た平均パワーであり、左辺に含まれるP(f)は、受信
信号のスペクトラムである。ただし、fn は、超音波の
送信繰り返し周波数により決定されるナイキスト周波数
を表している。
【0034】従って、上記第4式が成立するように第2
式で求められたp(f)を補正することにより、最終的
に求めるべき推定スペクトラムP(f)が求められるこ
とになる。
式で求められたp(f)を補正することにより、最終的
に求めるべき推定スペクトラムP(f)が求められるこ
とになる。
【0035】具体的には、次の第5式によって推定スペ
クトラムP(f)が演算される。
クトラムP(f)が演算される。
【0036】
【数5】 以上の第2式の演算及び第4式の演算は図1に示したス
ペクトラム推定演算器38において行われている。そし
て、スペクトラム演算器38から出力された推定スペク
トラムは、ラインスキャンDSC40において走査変換
及び補間処理が実行され、上述のようにD/A変換器3
2を介して表示器34へ送られる。
ペクトラム推定演算器38において行われている。そし
て、スペクトラム演算器38から出力された推定スペク
トラムは、ラインスキャンDSC40において走査変換
及び補間処理が実行され、上述のようにD/A変換器3
2を介して表示器34へ送られる。
【0037】図3には、推定スペクトラムの表示例が示
されており、超音波画像と共に図3に示されるような山
型のスペクトラムをそのまま表示させてもよい。あるい
は、図4に示されるようにパワーを輝度で表すことによ
ってスペクトラムを表示してもよい。図4における横軸
は時間軸であり、縦軸は周波数を表している。
されており、超音波画像と共に図3に示されるような山
型のスペクトラムをそのまま表示させてもよい。あるい
は、図4に示されるようにパワーを輝度で表すことによ
ってスペクトラムを表示してもよい。図4における横軸
は時間軸であり、縦軸は周波数を表している。
【0038】以上のように、本実施例の超音波トプラ診
断装置においては、従来の一般的な超音波ドプラ診断装
置で用いられる平均周波数f ̄と分散σ2 とを基礎とし
て、容易に受信信号のスペクトラムを推定できるという
効果がある。従って、本来のドプラ演算などを妨げるこ
となく実時間性を保ちつつ画像表示を行うことが可能で
ある。ここで、受信信号の表示されるスペクトラムは、
勿論、スペクトラムがガウス分布であると仮定した場合
のものであるが、その場合においてもスペクトラムの幅
や高さあるいは中心位置は各演算によって求められてい
るものであるため、ほぼ実際のスペクトラムに近いもの
となっている。なお、スペクトラムの表示例については
様々なものを適用することができ、いずれにおいても本
実施例の超音波ドプラ診断装置によればスペクトラムの
推定を簡易な演算で行えるという効果がある。
断装置においては、従来の一般的な超音波ドプラ診断装
置で用いられる平均周波数f ̄と分散σ2 とを基礎とし
て、容易に受信信号のスペクトラムを推定できるという
効果がある。従って、本来のドプラ演算などを妨げるこ
となく実時間性を保ちつつ画像表示を行うことが可能で
ある。ここで、受信信号の表示されるスペクトラムは、
勿論、スペクトラムがガウス分布であると仮定した場合
のものであるが、その場合においてもスペクトラムの幅
や高さあるいは中心位置は各演算によって求められてい
るものであるため、ほぼ実際のスペクトラムに近いもの
となっている。なお、スペクトラムの表示例については
様々なものを適用することができ、いずれにおいても本
実施例の超音波ドプラ診断装置によればスペクトラムの
推定を簡易な演算で行えるという効果がある。
【0039】なお、本出願においては、平均パワーをア
ッパーバー( ̄)として示した。
ッパーバー( ̄)として示した。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な演算で受信信号のスペクトラムを特定でき、更に
そのスペクトラムを表示する場合においても、超音波画
像の表示における実時間性の低下が防止される。
簡単な演算で受信信号のスペクトラムを特定でき、更に
そのスペクトラムを表示する場合においても、超音波画
像の表示における実時間性の低下が防止される。
【図1】本発明に係る超音波ドプラ診断装置の全体構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図2】ガウス分布を示す説明図である。
【図3】推定スペクトラムの表示例を示す説明図であ
る。
る。
【図4】スペクトラム輝度表示例を示す説明図である。
28 自己相関器 30 平均周波数・分散演算器 36 平均パワー演算器 38 スペクトラム推定演算器
Claims (1)
- 【請求項1】 超音波パルスの送受波により得られた受
信信号からドプラシフト周波数を検出し、運動反射体の
運動情報を表示する超音波ドプラ診断装置において、 前記受信信号の振幅に基づきその受信信号の単位時間当
たりの平均パワーを演算する平均パワー演算手段と、 前記受信信号からドプラシフトの平均周波数を演算する
平均周波数演算手段と、 前記受信信号から前記ドプラシフトの分散を演算する分
散演算手段と、 前記平均周波数と前記分散とによって正規化ガウス分布
を特定し、前記求められた平均パワーに基づいて前記正
規化ガウス分布を補正することによって、前記受信信号
の推定スペクトラムを演算するスペクトラム推定手段
と、 を含むことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14744093A JPH084590B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 超音波ドプラ診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14744093A JPH084590B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 超音波ドプラ診断装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07393A JPH07393A (ja) | 1995-01-06 |
JPH084590B2 true JPH084590B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=15430390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14744093A Expired - Lifetime JPH084590B2 (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 超音波ドプラ診断装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH084590B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP14744093A patent/JPH084590B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07393A (ja) | 1995-01-06 |
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