超音波診断装置及び超音波診断装置における画像表示方法
【課題】血流信号とノイズ領域との境目を認識しやすくし、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、を有する。
【解決手段】被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置及び超音波診断装置における画像表示方法に関し、特に、超音波のドプラ効果を利用して、血液等、体内の運動体の運動状態を診断する超音波診断装置及び超音波診断装置における画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波パルスドプラ法と超音波パルス反射法とを併用し、一つの超音波プローブで断層像（白黒Ｂモード像）と血流情報とを得るとともに、少なくともその血流情報をリアルタイムで表示するようにした超音波ドプラ診断装置が知られている。
【０００３】
従来の超音波ドプラ診断装置について図１１から図１３を参照して説明する。図１１は超音波診断装置の構成を示すブロック図、図１２はタイミングチャートを示す図、図１３は周波数スペクトルパターンを示す図である。
【０００４】
この超音波ドプラ診断装置は血流情報として血流速度を計測するものである。超音波診断装置は、超音波プローブ２０１に接続された送信用のパルサ２０２及び受信用の前置増幅器２０３を有する。前置増幅器２０３の出力側には、ミキサ２０４、ローパスフィルタ２０５、サンプルホールド回路２０６、バンドパスフィルタ２０７、及び周波数分析器であるドプラスペクトラム演算部２０８、ゲイン調整回路２０９、ダイナミックレンジ調整回路２１０を介して表示器２１１に接続されている。
【０００５】
この超音波ドプラ診断装置は、また送信制御及び受信制御のためのパルス発生回路２１２と、レンジゲート制御用のレンジゲート回路２１３とを備えている。パルス発生回路２１２は分周回路、ゲート回路などを備えており、所定周波数のクロックパルスａ（図１２参照）を発生させ、そのクロックパルスａをレンジゲート回路２１３及びミキサ２０４に供給するとともに、そのクロックパルスａに基づいて超音波繰返し周波数に相当するレートパルスｂ（図１２参照）を生成し、そのレートパルスｂをパルサ２０２及びレンジゲート回路２１３に供給する。
【０００６】
上記パルサ２０２は、供給されたレートパルスｂに基づいて高電圧の駆動電圧パルスを生成し、その駆動電圧パルスにより超音波プローブ２０１を励振する。この励振に伴って、超音波プローブ２０１は超音波パルス信号を生体Ｐ内に送波する。送波された超音波パルス信号の一部は、生体Ｐ内の血管壁及び血管内の血流Ｂ（主に赤血球）で反射して超音波エコー信号となる。この超音波エコー信号は再び同一の超音波プローブ２０１により受信され、電圧エコー信号ｄ（図１２参照）に変換される。
【０００７】
この電圧エコー信号ｄは、超音波のドプラ効果を反映した受信信号となる。つまり、生体Ｐ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、流動する血球によって散乱され、ドプラ偏移を受ける。このため、超音波ビームの中心周波数ｆｃがｆｄだけ変化し、受信周波数ｆはｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。このドプラ偏移周波数ｆｄは、血流速度ｖ、超音波ビームと血管の成す角度θ、音速ｃとして、およそ以下のように表される。
【０００８】
ｆｄ＝｛（２・ｖ・ｃｏｓθ・ｆｃ）／ｃ｝・ｆｃ
このため、受信電圧信号からドプラ偏移周波数ｆｄを検出することにより血流速度ｖを知ることができるから、この検知に向けて上述した受信経路が動作する。
【０００９】
すなわち、前置増幅器２０３は電圧エコー信号ｄを増幅し、その増幅信号をミキサ２０４に出力する。ミキサ２０４は、増幅された電圧エコー信号ｄとクロックパルスａとを混合し、その混合信号を次段のローパスフィルタ２０５に出力する。ローパスフィルタ２０５は、入力する混合信号の内、超音波搬送周波数などの高周波成分を除去し、ドプラ偏移周波数ｆｄを中心とする低周波分のみをサンプルホールド回路２０６に出力する。
【００１０】
このサンプルホールド回路２０６は、血流Ｂの速度の観測位置、すなわちサンプリング・ラスタ上の血流Ｂに対するレンジゲート（サンプリングポイント、サンプリングボリュームともいう）の位置のみのドプラ偏移信号を抽出するための回路である。この信号抽出を行うために、サンプルホールド回路２０６にはレンジゲート回路２１３からサンプリングパルスｃが供給される。レンジゲート回路２１３は遅延時間を任意に設定できる回路で、超音波パルスを超音波プローブ２０１とレンジゲート位置Ｏとの間を往復伝搬するに等しい時間だけレートパルスｂよりも遅延させ、且つ、設定されたパルス幅のサンプリングパルスｃ（図１２参照）を形成し、このサンプリングパルスｃをサンプルホールド回路２０６に供給する。なお、レンジゲート位置Ｏは、オペレータにより、Ｂモード断層上の血流速度を得たい血管の位置に、トラックボールやジョイスティックで任意に設定される。
【００１１】
サンプルホールド回路２０６は、体表面からレンジゲート位置Ｏに対応したサンプリングパルスｃでローパスフィルタ２０５の出力信号をサンプルホールドし、そのホールド結果をバンドパスフィルタ２０７に出力する。バンドパスフィルタ２０７では、サンプルホールド回路２０６のサンプリングで生じた高調波成分や血管などの固定反射信号及び比較的遅い生体内の動きに拠るドプラ偏移周波数が除去され、血流Ｂのドプラ偏移周波数のみが抽出される。この抽出信号が次段の周波数分析器であるドプラスペクトラム演算部２０８に送られ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数分析によってドプラ偏移周波数の周波数スペクトルパターン（ドプラスペクトラム）が演算される。この周波数スペクトルパターンは、時間（横軸）の経過に伴うドプラ偏移周波数（血流速度に対応：縦軸、各周波数成分の強度は輝度で表される）の変化を示すもので、ゲイン調整回路２０９、ダイナミックレンジ調整回路２１０を経由した後、表示器２１１にて例えば図１３に示すようにリアルタイムに表示される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−３０８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献に記載された超音波診断装置では、Ｓ／Ｎが悪い場合に操作者が操作部のゲイン設定を高く設定しても、信号もノイズも輝度が高く表示され、その差が見難く、血流信号とノイズ領域との境目が認識しづらく、操作者の大きな負担になっていた。また、同時に診断に非常に多くの時間がかかっていた。
【００１４】
この発明は、上記の問題を解決するものであり、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更することにより、信号とノイズの表示輝度の差を大きくして、血流信号とノイズ領域との境目を認識しやすくし、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明は、ドプラスペクトラムの強度に対し表示輝度を割り当てる場合に、ノイズに対してはなるべく少ない表示輝度を割り当て、信号に対しできるだけ多くの表示輝度を割り当てることに着目した。
具体的に、この発明の第１の形態は、被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、を有する超音波診断装置である。
また、この発明の他の形態は、被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信ステップと、前記送受信ステップにより得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出ステップと、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する演算ステップと、操作部の操作による指示を受けた場合、前記演算されたドプラスペクトラムを予め定められた利得で増幅し、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムの強度が予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する変更ステップと、前記変更ステップ後に、さらに、前記閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする選択ステップと、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップにより前記増幅された前記部分範囲のドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させるステップと、を有することを特徴とする超音波診断装置における画像表示方法である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能となる。
【００１７】
また、この発明の第１の形態によると、部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更し、部分範囲にあるドプラスペクトラムを適切な表示輝度で表示させることによって、見易いドプラ画像を表示することが可能となる。それにより、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能となる。
【００１８】
さらに、この発明の第６の形態によると、例えば、ノイズレベルの最大値をわずかに見えるように表示させ、部分範囲にあるドプラスペクトラムをさらに適切な表示輝度で表示させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ゲイン調節スイッチの動作を示す図である。
【図３】ＤＲスイッチの動作を示す図である。
【図４】Ｓ／Ｎが悪い場合のドプラスペクトラムを示す図である。
【図５】（ａ）は図４のような場合で、ゲイン調節スイッチの設定を大きくしたときのドプラスペクトラムを示す図、（ｂ）は図４のような場合で、ＤＲスイッチの設定を小さくしたときのドプラスペクトラムを示す図である。
【図６】超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図７】調整手段の一連の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の第２実施形態に係る超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図１０】図６の場合のドプラスペクトラムを示す図である。
【図１１】従来例に係る超音波ドプラ診断装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来例に係る超音波ドプラ診断装置のタイミングチャートを示す図である。
【図１３】従来例に係る超音波ドプラ診断装置の周波数スペクトルパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施の形態］
（構成）
この発明の第１実施形態に係る超音波診断装置について図１から図７を参照して説明する。
【００２１】
図１は超音波診断装置の構成を示すブロック図、図２はゲイン調節スイッチの動作を示す図、図３はＤＲスイッチの動作を示す図、図４はＳ／Ｎが悪い場合のドプラスペクトラムを示す図、図５（ａ）は図４のような場合で、ゲイン調節スイッチの設定を大きくしたときのドプラスペクトラムを示す図、（ｂ）は図４のような場合で、ＤＲスイッチの設定を小さくしたときのドプラスペクトラムを示す図、図６は超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【００２２】
この第１実施形態に係る超音波診断装置は図１に示すように、電子走査型の超音波プローブ（以下、単にプローブという）１１と、このプローブ１１に接続された電子走査部１２とを備えている。
【００２３】
電子走査部１２は、基準クロックを発生させる基準信号発生器２０と、その基準クロックを受けて遅延駆動信号を生成するディレーライン２１（後述する受信時の遅延も兼用）と、このディレーライン２１からの遅延駆動信号を受けてプローブ１１のアレイ型の圧電振動子群を励振させるパルサ２２とを備えている。また、この電子走査部１２には受信系の回路も内蔵されている。つまり、プローブ１１に接続された前置増幅器２３と、この前置増幅器２３の出力信号を遅延させるディレーライン２１と、このディレーライン２１の遅延信号を加算する加算器２４と、この加算器２４の出力信号を対数増幅及び包絡線検波に付す検波器２５とを備えている。ディレーライン２１と加算器２４とにより受信エコー信号の整相加算が行われ、これにより電子走査に付される。
【００２４】
検波器２５の出力信号はＢモード断層像の画像信号としてＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）３０に供給され、このＤＳＣ３０において超音波走査から標準ＴＶ走査の信号に変換される。ＤＳＣ３０の変換信号は、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示部（ＣＲＴ）３２に送られる。
【００２５】
加算器２４の出力は、抽出手段４０の位相検波用のミキサ４１を介してローパスフィルタ４３にもあたえられる。また基準信号発生器２０の出力は、ミキサ４１の一方のチャンネルに直接与えられ、９０度移相器４２を介してミキサ４１の他方のチャンネルに接続されている。このため、電子走査部１２における整相加算された受信エコー信号がミキサ４１に加えられるほか、基準信号発生器２０からの基準信号ｆ０及び９０度の位相差をもった基準信号ｆ０がミキサ４１の２チャンネルに各々加えられる。これにより、ミキサ４１はドプラ偏移周波数ｆｄの信号と「２ｆ０＋ｆｄ」の信号をローパスフィルタ４３に出力する。このローパスフィルタ４３では、ミキサ４１からの混合信号の内の高周波成分が除去され、ドプラ偏移周波数ｆｄの信号のみが得られる。このドプラ偏移周波数ｆｄの信号は血流情報に演算するための位相検波出力であり、次段のドプラスペクトラム演算部５０に出力される。
【００２６】
このドプラスペクトラム演算部５０は、サンプリングパルスを出力するレンジゲート回路６０と、そのサンプリングパルスを入力するサンプルホールド回路６１と、このサンプルホールド回路６１の出力をフィルタリングするバンドパスフィルタ６２と、このバンドパスフィルタ６２の出力を周波数解析する周波数分析器（ＦＦＴ）６３、その周波数分析器６３の出力の変更調節をし、出力を表示信号に変換する調整手段６４と、調整手段６４の出力端はＤＳＣ３０に接続されている。
【００２７】
サンプルホールド回路６１は、生体内の所望深さ位置の血流だけのドプラ信号を抽出しようとするもので、前記ローパスフィルタ４３の位相検波出力信号がサンプルホールド回路６１の入力信号となっている。
【００２８】
レンジゲート回路６０は、後述する操作部８２から与えられるレンジゲート位置信号に基づいて遅延時間を任意に設定可能な回路構成になっており、プローブ１１と所望のレンジゲート（サンプリングポイント、サンプリングボリュームともいう）の位置との間を超音波信号が往復するに相当する時間だけレートパルスよりも遅延させ、且つ、設定幅を有するサンプリングパルスをサンプルホールド回路６１に供給する。これにより、サンプルホールド回路６１は、ローパスフィルタ４３からの位相検波出力信号をサンプリングパルスでサンプルホールドする。このサンプルホールドされた位相検波信号はその後、バンドパスフィルタ６２を通過し、このバンドパスフィルタ６２により、サンプルホールド回路６１でのサンプリングにより生じた高調波成分、血管壁などからの固定反射信号、さらには比較的遅い動きに拠るドプラ偏移周波数に相当した成分が除去され、血流に拠るドプラ信号のみが抽出される。
【００２９】
周波数分析器６３は、高速フーリエ変換回路を有し、バンドパスフィルタ６２から入力したドプラ偏移周波数の周波数解析を行い、その解析結果、即ちドプラスペクトラム（周波数スペクトルパターン）を調整手段６４を介してＤＳＣ３０に出力する。それにより、表示部３２には、Ｂモード断層像と並列にドプラスペクトルが分割表示されるようになっている。
【００３０】
調整手段６４は、ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する。ここで、一部範囲は、ドプラスペクトラムの強度が予め定められた閾値より小さい方の範囲であり、部分範囲は、予め定められた閾値より大きい方の範囲である。また、閾値は、例えば、ドプラスペクトラムに含まれるノイズ領域の最大値である。調整手段６４は、補正手段６５、選択手段６６、増幅手段６７、記憶手段６８及び制御手段６９を有している。
【００３１】
補正手段６５は、ドプラスペクトラムの強度（「振幅」、「大きさ」とも呼ぶ。）を変更した場合に、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、その閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが第１目標値に達するまで、ドプラスペクトラムの強度を変更する。
【００３２】
選択手段６６は、予め定められた閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする。また、増幅手段６７は、選択された部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する。
【００３３】
記憶手段６８は、前記閾値、第１目標値、ドプラスペクトラムの強度を表示の明るさや色調に書き換えるためのマップ（ｍａｐ）と呼ばれる変換テーブルが記憶されている。また、記憶手段６８には、線形の他に、例えば、小さな振幅に対する輝度を抑えたりするような多種類の変換テーブルが記憶されている。制御手段６９は、記憶手段６８から読み出した所定の変換テーブルを基に、選択手段６６により選択された部分範囲のドプラスペクトラム、あるいは、増幅手段６７により増幅されたドプラスペクトラムを表示信号に変換する。
【００３４】
操作パネルである操作部８２はオペレータが任意に操作可能なトラックボールやキーボードを備えており、この操作部８２の操作を介して前述したレンジゲート位置信号及びフリーズ指令信号を出力する。また、操作部８２は、表示輝度を調節するゲイン調節スイッチを有する。
【００３５】
コントローラ９０は、ゲイン調整スイッチの設定値から、調整手段６４への設定値を変化させるためのものである。調整手段６４の設定値は、上記の閾値、利得、及び変換テーブルを含む。
【００３６】
次に、本実施形態に係る超音波診断装置の全体動作について図１から図６を参照にして説明する。図６（ａ）は、周波数分析器（ＦＦＴ）６３から出力されたドプラスペクトラム、（ｂ）は、強度を変更したドプラスペクトラム、（ｃ）は、所定の利得で増幅した部分範囲のドプラスペクトラムをそれぞれ示す図である。
【００３７】
この超音波診断装置が起動すると、電子走査部１２は、基準信号発生器２０から出力されるレートパルスによって、プローブ１１を励振し、超音波信号を被検体内に送波させる。この超音波信号は被検体の各部で反射し、再びプローブ１１で受信される。プローブ１１からは超音波エコー信号に対応する電気信号に変換され、電子走査部１２の加算器２４で受信フォーカスが掛けられ、出力された指定ラスタアドレスの受信信号のうち一方は、検波器２５に与えられ、対数増幅処理、包絡線検波処理され、指定ラスタアドレスの画像信号に検波・変換される。このＢモード断層像を形成する画像信号はＤＳＣ３０に供給される。
【００３８】
電子走査部１２の加算器２４から出力された受信信号のうち一方は、ミキサ４１で位相検波され、ドプラ偏移周波数ｆｄの信号と周波数（２ｆ０＋ｆｄ）の成分を有する信号が得られ、ローパスフィルタ４３によって高周波成分が除去されてドプラ偏移周波数ｆｄの信号のみが得られる。この血流情報演算のための位相検波出力信号はドプラスペクトラム演算部５０に出力され、サンプルホールド回路６１によって生体内の血流が流れている深さの位置だけの信号を抽出し、高速フーリエ変換することによってリアルタイムに周波数解析される。
【００３９】
このドプラスペクトラム演算部５０では、レンジゲート回路６０の遅延時間が任意に設定できる。これは、プローブ１１からサンプリングポイント位置（レンジゲート位置）までの往復する時間を遅延し、設定された長さに対応する幅を有するサンプリングパルスをサンプルホールド回路６１に与えることによってなされ、オペレータが指定したレンジゲートの位置のドプラ信号が得られるようになっている。
【００４０】
こうして高速フーリエ変換することによって得られたドプラスペクトルは、ＤＳＣ３０に供給され、Ｂモードの画像データとともにドプラスペクトラムのデータは、標準ＴＶ走査方式の画像に合成・変換され、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示部３２に供給される。この結果、表示部３２には、診断部位のＢモード断層像とドプラスペクトラムとが例えば分割表示される。
【００４１】
まず、ゲイン調整スイッチとＤＲスイッチの動作原理について説明する。操作部８２には利得（ゲイン）を調節するゲイン調節スイッチが具備されている。ゲイン調節スイッチの操作によるコントローラ９０の指示を受けて、増幅手段６７が所定の利得で増幅する。ここでは、増幅手段６７がゲイン調整回路に相当する。
【００４２】
検査の際、操作者はドプラスペクトラム表示が見やすくするため、ゲイン調節スイッチを調節し、ドプラスペクトラムの明るさ（輝度）を調節する。図２に示すようにゲイン調節スイッチの値を大きくすると、ドプラスペクトラムが明るく表示され、ゲイン調節スイッチの値を小さくすると、ドプラスペクトラムが暗めに表示される。
【００４３】
また操作部８２には表示ダイナミックレンジを調節するＤＲスイッチ（ダイナミックレンジ調節スイッチ）が具備されている。ＤＲスイッチの操作によるコントローラ９０の指示を受けて、選択手段６６が、ドプラスペクトラムの強度の範囲（表示可能な信号の範囲）を選択し、選択された範囲を増幅手段６７が所定の利得で増幅する。又は、選択された範囲に所定の変換テーブルを制御手段６９が記憶手段６８から読み出して対応させる。選択手段６６〜制御手段６９がダイナミックレンジ調整回路（ＤＲ調整回路）に相当する。
【００４４】
操作者はドプラスペクトラム表示が見やすくするため、このＤＲスイッチを調節する。図３に示すように、ＤＲスイッチの値を大きくすると、異なる入力信号の輝度が異なった輝度で表示されるが、ＤＲスイッチの値を小さくすると、全体的な輝度が明るくなり、ある一定以上の信号強度が飽和した状態（同じ輝度）で表示される。
【００４５】
ドプラスペクトラムのＳ／Ｎが良い時には、いずれのスイッチでも比較的容易に見やすいドプラスペクトラム表示とすることが可能であるが、図４のようなＳ／Ｎが悪い時には困難である。図５（ａ）に示すようにゲインを上げると表示全体の輝度が上がるため、信号とノイズとの境目の見易さは大きく改善せず、図５（ｂ）に示すようにＤＲスイッチの値を小さくしても同様である。
【００４６】
（動作）
次に、操作部８２のゲイン調節スイッチの操作により、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合の調整手段６４の一連の動作について、図７を参照して説明する。図７は調整手段の一連の動作を示すフローチャートである。ここで、設定値の小から大への変化とは、増幅手段６７による利得を大きくすることをいう。
【００４７】
コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合（ステップＳ１０１；Ｙ）、ノイズレベルが第１目標値に達しない場合（ステップＳ１０２；Ｎ）、増幅手段６７は、ノイズレベルが第１目標値に達するまでは、ドプラスペクトラムの強度を変更する（変更ステップ；Ｓ１０３）。変更ステップを図６（ａ）から図６（ｂ）に示す。ここで、第１目標値は、例えば表示上、ノイズ信号がわずかに見えるレベルをいう。ノイズ信号の最大値を図６に閾値Ａ１で示す。閾値Ａ１は予め定められ、前述したように、記憶手段６８に記憶されている。
【００４８】
さらに、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合、選択手段６６は、部分範囲のドプラスペクトラム（ノイズレベル以上の信号に対する部分）のみを選択する（選択ステップ；Ｓ１０４）。なお、仮に、当初からノイズレベルが第１目標値に達していた場合（ステップＳ１０２；Ｙ）、変更ステップを経ることなく、選択ステップを行う。
【００４９】
次に、制御手段６９は、選択された部分範囲のドプラスペクトラムに適応するダイナミックレンジを調整する。変更ステップを図６（ｂ）から図６（ｃ）に示す。このとき、制御手段６９は、ゲイン調節スイッチの操作による設定値の変化に対応させて、そのダイナミックレンジを変化させる。
【００５０】
表示制御手段（図示省略）は、変更されたドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部３２に表示させる（表示ステップ；Ｓ１０５）。それにより、部分範囲にあるドプラスペクトラム（血流信号）をさらに適切な表示輝度で表示させることが可能となる。輝度値０で表示されたノイズレベル（第１目標値）、輝度値２５５で表示されたドプラスペクトラムの最大値を図６に示す。ノイズ信号をわずかに見えるようノイズレベル（第１目標値）の輝度値を設定しても良い。ノイズ信号をわずかに見えるようにすることにより、表示部３２に表示される血流信号の中に小さいものを確実に含ませることが可能となる。なお、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けない場合（ステップＳ１０１；Ｎ）、ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示する（Ｓ１０５）。
【００５１】
以上のような仕組みにより、図１０に示すように、Ｓ／Ｎが悪い時にも、ゲイン調節スイッチを変化させるだけで、信号部分とノイズ部分との輝度差が大きく、信号とノイズとの境目の見易い画像を提供することが出来る。
【００５２】
なお、本機能のＯＮ／ＯＦＦスイッチを設けても良い。また、一定時間ドプラスペクトラムを観察し、その中の最高強度信号を血流信号と判断し、Ｓ／Ｎがある閾値以下の場合のみ、本機能を動作させても良い。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置について、図８を参照して説明する。前記第１実施形態では、操作部８２のゲイン調節スイッチの操作により、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けて、調整手段６４が、ドプラスペクトラムの強度とダイナミックレンジを変更したが、この第２実施形態では、ゲイン調節スイッチの操作に関わらず、調整手段６４が、ドプラスペクトラムの強度とダイナミックレンジを自動的に変更する点が第１実施形態と異なる。それ以外の構成については、第１実施形態の構成と基本的に同じである。
【００５４】
以下、操作部８２の表示ゲイン自動調節スイッチの押し操作により、コントローラ９０の指示を受けた場合の調整手段６４の一連の動作について説明する。
【００５５】
コントローラ９０の指示を受けた場合、ノイズレベルが第１目標値に達しない場合、補正手段６５は、ノイズレベルが第１目標値に達するまでは、ドプラスペクトラムの強度を変更する（変更ステップ）。変更ステップを図８（ａ）から図８（ｂ）に示す。
【００５６】
次に、選択手段６６は、部分範囲のドプラスペクトラム（ノイズレベル以上の信号に対する部分）のみを選択する（選択ステップ）。なお、仮に、当初からノイズレベルが第１目標値に達していた場合、変更ステップを経ることなく、選択ステップを行う。
【００５７】
次に、増幅手段６７は、一定時間観察されたドプラスペクトラムの中の最高強度信号Ａ２を基に、その最高強度信号Ａ２が決られた第２目標値になるように、部分範囲のドプラスペクトラムのダイナミックレンジを変更する。最高強度信号を図９にＡ２で示す。ダイナミック変更ステップを図８（ｂ）から図８（ｃ）に示す。なお、第２目標値及び最高強度信号Ａ２は、予め定められ、記憶手段６８に記憶されている。
【００５８】
上記第２実施形態に係る超音波診断装置によれば、表示ゲイン自動調節スイッチの押し操作により、部分範囲にあるドプラスペクトラムを適切な表示輝度で表示させることが可能となり、操作者の負担をさらに軽減し、診断時間をさらに短縮することが可能となる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３実施形態に係る超音波診断装置について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は超音波診断装置の一連の動作を示す図、図１０はドプラスペクトラムを示す図である。
【００６０】
従来のＤＲ調整回路は、図３に示すように、ＤＲスイッチの値を大きくすると、異なる入力信号の輝度が異なった輝度で表示されるが、ＤＲスイッチの値を小さくすると、全体的な輝度が明るくなり、ある一定以上の信号強度が飽和した状態（同じ輝度）で表示される。
【００６１】
従来のＤＲ調整回路では、入力信号０が出力輝度０に対応しており、ＤＲ設定（選択手段６６により選択された範囲の大きさ）に応じて、制御手段６９が所定の変換テーブルを用いることで、入出力特性直線の傾き（利得）を変化させていることになり、ＤＲ設定に応じてノイズの表示輝度も大きく変化してしまう。
【００６２】
この第３実施形態では、制御手段６９が閾値Ａ１を入出力特性直線（ダイナミックレンジ特性）の傾きの中心の値となるように制御を行う。このような制御を行うことで、ＤＲ設定に係わらず、閾値Ａ１の信号は同じ輝度で表示されるようになる。
【００６３】
更に、ノイズレベルの信号強度を常に同じ出力輝度になるように制御を行なう。操作部８２上は同じＤＲ設定値でも、使用するプローブや送受信条件、ゲイン調節スイッチ設定値によってノイズレベルの信号強度が変化した際も、同じ出力輝度となるように制御し、そのノイズレベルに応じて、閾値Ａ１（入出力特性直線の傾きの中心の値）を変化させる。それにより、ＤＲ設定値を変化させた際でも、ノイズの表示輝度が変化せず、見やすいスペクトラムを表示させることが出来る。
【符号の説明】
【００６４】
Ａ１ 閾値 Ａ２ 最高強度信号
１１ 超音波プローブ １２ 電子走査部 ２０ 基準信号発生器
２１ ディレーライン ２２ パルサ ２３ 前置増幅器 ２４ 加算器
２５ 検波器 ３０ ＤＳＣ ３１ Ｄ／Ａ変換器 ３２ 表示部（表示器）
４０ 抽出手段 ４１ ミキサ ４２ ９０度位相器 ４３ ローパスフィルタ
５０ ドプラスペクトラム演算部 ６０ レンジゲート回路
６１ サンプルホールド回路 ６２ バンドパスフィルタ
６３ 周波数分析器（ＦＦＴ）
６４ 調整手段 ６５ 補正手段 ６６ 選択手段 ６７ 増幅手段
６８ 記憶手段 ６９ 制御手段 ８２ 操作部（操作パネル）
９０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置及び超音波診断装置における画像表示方法に関し、特に、超音波のドプラ効果を利用して、血液等、体内の運動体の運動状態を診断する超音波診断装置及び超音波診断装置における画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波パルスドプラ法と超音波パルス反射法とを併用し、一つの超音波プローブで断層像（白黒Ｂモード像）と血流情報とを得るとともに、少なくともその血流情報をリアルタイムで表示するようにした超音波ドプラ診断装置が知られている。
【０００３】
従来の超音波ドプラ診断装置について図１１から図１３を参照して説明する。図１１は超音波診断装置の構成を示すブロック図、図１２はタイミングチャートを示す図、図１３は周波数スペクトルパターンを示す図である。
【０００４】
この超音波ドプラ診断装置は血流情報として血流速度を計測するものである。超音波診断装置は、超音波プローブ２０１に接続された送信用のパルサ２０２及び受信用の前置増幅器２０３を有する。前置増幅器２０３の出力側には、ミキサ２０４、ローパスフィルタ２０５、サンプルホールド回路２０６、バンドパスフィルタ２０７、及び周波数分析器であるドプラスペクトラム演算部２０８、ゲイン調整回路２０９、ダイナミックレンジ調整回路２１０を介して表示器２１１に接続されている。
【０００５】
この超音波ドプラ診断装置は、また送信制御及び受信制御のためのパルス発生回路２１２と、レンジゲート制御用のレンジゲート回路２１３とを備えている。パルス発生回路２１２は分周回路、ゲート回路などを備えており、所定周波数のクロックパルスａ（図１２参照）を発生させ、そのクロックパルスａをレンジゲート回路２１３及びミキサ２０４に供給するとともに、そのクロックパルスａに基づいて超音波繰返し周波数に相当するレートパルスｂ（図１２参照）を生成し、そのレートパルスｂをパルサ２０２及びレンジゲート回路２１３に供給する。
【０００６】
上記パルサ２０２は、供給されたレートパルスｂに基づいて高電圧の駆動電圧パルスを生成し、その駆動電圧パルスにより超音波プローブ２０１を励振する。この励振に伴って、超音波プローブ２０１は超音波パルス信号を生体Ｐ内に送波する。送波された超音波パルス信号の一部は、生体Ｐ内の血管壁及び血管内の血流Ｂ（主に赤血球）で反射して超音波エコー信号となる。この超音波エコー信号は再び同一の超音波プローブ２０１により受信され、電圧エコー信号ｄ（図１２参照）に変換される。
【０００７】
この電圧エコー信号ｄは、超音波のドプラ効果を反映した受信信号となる。つまり、生体Ｐ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、流動する血球によって散乱され、ドプラ偏移を受ける。このため、超音波ビームの中心周波数ｆｃがｆｄだけ変化し、受信周波数ｆはｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。このドプラ偏移周波数ｆｄは、血流速度ｖ、超音波ビームと血管の成す角度θ、音速ｃとして、およそ以下のように表される。
【０００８】
ｆｄ＝｛（２・ｖ・ｃｏｓθ・ｆｃ）／ｃ｝・ｆｃ
このため、受信電圧信号からドプラ偏移周波数ｆｄを検出することにより血流速度ｖを知ることができるから、この検知に向けて上述した受信経路が動作する。
【０００９】
すなわち、前置増幅器２０３は電圧エコー信号ｄを増幅し、その増幅信号をミキサ２０４に出力する。ミキサ２０４は、増幅された電圧エコー信号ｄとクロックパルスａとを混合し、その混合信号を次段のローパスフィルタ２０５に出力する。ローパスフィルタ２０５は、入力する混合信号の内、超音波搬送周波数などの高周波成分を除去し、ドプラ偏移周波数ｆｄを中心とする低周波分のみをサンプルホールド回路２０６に出力する。
【００１０】
このサンプルホールド回路２０６は、血流Ｂの速度の観測位置、すなわちサンプリング・ラスタ上の血流Ｂに対するレンジゲート（サンプリングポイント、サンプリングボリュームともいう）の位置のみのドプラ偏移信号を抽出するための回路である。この信号抽出を行うために、サンプルホールド回路２０６にはレンジゲート回路２１３からサンプリングパルスｃが供給される。レンジゲート回路２１３は遅延時間を任意に設定できる回路で、超音波パルスを超音波プローブ２０１とレンジゲート位置Ｏとの間を往復伝搬するに等しい時間だけレートパルスｂよりも遅延させ、且つ、設定されたパルス幅のサンプリングパルスｃ（図１２参照）を形成し、このサンプリングパルスｃをサンプルホールド回路２０６に供給する。なお、レンジゲート位置Ｏは、オペレータにより、Ｂモード断層上の血流速度を得たい血管の位置に、トラックボールやジョイスティックで任意に設定される。
【００１１】
サンプルホールド回路２０６は、体表面からレンジゲート位置Ｏに対応したサンプリングパルスｃでローパスフィルタ２０５の出力信号をサンプルホールドし、そのホールド結果をバンドパスフィルタ２０７に出力する。バンドパスフィルタ２０７では、サンプルホールド回路２０６のサンプリングで生じた高調波成分や血管などの固定反射信号及び比較的遅い生体内の動きに拠るドプラ偏移周波数が除去され、血流Ｂのドプラ偏移周波数のみが抽出される。この抽出信号が次段の周波数分析器であるドプラスペクトラム演算部２０８に送られ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数分析によってドプラ偏移周波数の周波数スペクトルパターン（ドプラスペクトラム）が演算される。この周波数スペクトルパターンは、時間（横軸）の経過に伴うドプラ偏移周波数（血流速度に対応：縦軸、各周波数成分の強度は輝度で表される）の変化を示すもので、ゲイン調整回路２０９、ダイナミックレンジ調整回路２１０を経由した後、表示器２１１にて例えば図１３に示すようにリアルタイムに表示される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−３０８８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献に記載された超音波診断装置では、Ｓ／Ｎが悪い場合に操作者が操作部のゲイン設定を高く設定しても、信号もノイズも輝度が高く表示され、その差が見難く、血流信号とノイズ領域との境目が認識しづらく、操作者の大きな負担になっていた。また、同時に診断に非常に多くの時間がかかっていた。
【００１４】
この発明は、上記の問題を解決するものであり、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更することにより、信号とノイズの表示輝度の差を大きくして、血流信号とノイズ領域との境目を認識しやすくし、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、この発明は、ドプラスペクトラムの強度に対し表示輝度を割り当てる場合に、ノイズに対してはなるべく少ない表示輝度を割り当て、信号に対しできるだけ多くの表示輝度を割り当てることに着目した。
具体的に、この発明の第１の形態は、被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、を有する超音波診断装置である。
また、この発明の他の形態は、被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信ステップと、前記送受信ステップにより得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出ステップと、前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する演算ステップと、操作部の操作による指示を受けた場合、前記演算されたドプラスペクトラムを予め定められた利得で増幅し、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムの強度が予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する変更ステップと、前記変更ステップ後に、さらに、前記閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする選択ステップと、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップにより前記増幅された前記部分範囲のドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させるステップと、を有することを特徴とする超音波診断装置における画像表示方法である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能となる。
【００１７】
また、この発明の第１の形態によると、部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更し、部分範囲にあるドプラスペクトラムを適切な表示輝度で表示させることによって、見易いドプラ画像を表示することが可能となる。それにより、操作者の負担を軽減し、診断時間を短縮することが可能となる。
【００１８】
さらに、この発明の第６の形態によると、例えば、ノイズレベルの最大値をわずかに見えるように表示させ、部分範囲にあるドプラスペクトラムをさらに適切な表示輝度で表示させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ゲイン調節スイッチの動作を示す図である。
【図３】ＤＲスイッチの動作を示す図である。
【図４】Ｓ／Ｎが悪い場合のドプラスペクトラムを示す図である。
【図５】（ａ）は図４のような場合で、ゲイン調節スイッチの設定を大きくしたときのドプラスペクトラムを示す図、（ｂ）は図４のような場合で、ＤＲスイッチの設定を小さくしたときのドプラスペクトラムを示す図である。
【図６】超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図７】調整手段の一連の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の第２実施形態に係る超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【図１０】図６の場合のドプラスペクトラムを示す図である。
【図１１】従来例に係る超音波ドプラ診断装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来例に係る超音波ドプラ診断装置のタイミングチャートを示す図である。
【図１３】従来例に係る超音波ドプラ診断装置の周波数スペクトルパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施の形態］
（構成）
この発明の第１実施形態に係る超音波診断装置について図１から図７を参照して説明する。
【００２１】
図１は超音波診断装置の構成を示すブロック図、図２はゲイン調節スイッチの動作を示す図、図３はＤＲスイッチの動作を示す図、図４はＳ／Ｎが悪い場合のドプラスペクトラムを示す図、図５（ａ）は図４のような場合で、ゲイン調節スイッチの設定を大きくしたときのドプラスペクトラムを示す図、（ｂ）は図４のような場合で、ＤＲスイッチの設定を小さくしたときのドプラスペクトラムを示す図、図６は超音波診断装置の一連の動作を示す図である。
【００２２】
この第１実施形態に係る超音波診断装置は図１に示すように、電子走査型の超音波プローブ（以下、単にプローブという）１１と、このプローブ１１に接続された電子走査部１２とを備えている。
【００２３】
電子走査部１２は、基準クロックを発生させる基準信号発生器２０と、その基準クロックを受けて遅延駆動信号を生成するディレーライン２１（後述する受信時の遅延も兼用）と、このディレーライン２１からの遅延駆動信号を受けてプローブ１１のアレイ型の圧電振動子群を励振させるパルサ２２とを備えている。また、この電子走査部１２には受信系の回路も内蔵されている。つまり、プローブ１１に接続された前置増幅器２３と、この前置増幅器２３の出力信号を遅延させるディレーライン２１と、このディレーライン２１の遅延信号を加算する加算器２４と、この加算器２４の出力信号を対数増幅及び包絡線検波に付す検波器２５とを備えている。ディレーライン２１と加算器２４とにより受信エコー信号の整相加算が行われ、これにより電子走査に付される。
【００２４】
検波器２５の出力信号はＢモード断層像の画像信号としてＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）３０に供給され、このＤＳＣ３０において超音波走査から標準ＴＶ走査の信号に変換される。ＤＳＣ３０の変換信号は、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示部（ＣＲＴ）３２に送られる。
【００２５】
加算器２４の出力は、抽出手段４０の位相検波用のミキサ４１を介してローパスフィルタ４３にもあたえられる。また基準信号発生器２０の出力は、ミキサ４１の一方のチャンネルに直接与えられ、９０度移相器４２を介してミキサ４１の他方のチャンネルに接続されている。このため、電子走査部１２における整相加算された受信エコー信号がミキサ４１に加えられるほか、基準信号発生器２０からの基準信号ｆ０及び９０度の位相差をもった基準信号ｆ０がミキサ４１の２チャンネルに各々加えられる。これにより、ミキサ４１はドプラ偏移周波数ｆｄの信号と「２ｆ０＋ｆｄ」の信号をローパスフィルタ４３に出力する。このローパスフィルタ４３では、ミキサ４１からの混合信号の内の高周波成分が除去され、ドプラ偏移周波数ｆｄの信号のみが得られる。このドプラ偏移周波数ｆｄの信号は血流情報に演算するための位相検波出力であり、次段のドプラスペクトラム演算部５０に出力される。
【００２６】
このドプラスペクトラム演算部５０は、サンプリングパルスを出力するレンジゲート回路６０と、そのサンプリングパルスを入力するサンプルホールド回路６１と、このサンプルホールド回路６１の出力をフィルタリングするバンドパスフィルタ６２と、このバンドパスフィルタ６２の出力を周波数解析する周波数分析器（ＦＦＴ）６３、その周波数分析器６３の出力の変更調節をし、出力を表示信号に変換する調整手段６４と、調整手段６４の出力端はＤＳＣ３０に接続されている。
【００２７】
サンプルホールド回路６１は、生体内の所望深さ位置の血流だけのドプラ信号を抽出しようとするもので、前記ローパスフィルタ４３の位相検波出力信号がサンプルホールド回路６１の入力信号となっている。
【００２８】
レンジゲート回路６０は、後述する操作部８２から与えられるレンジゲート位置信号に基づいて遅延時間を任意に設定可能な回路構成になっており、プローブ１１と所望のレンジゲート（サンプリングポイント、サンプリングボリュームともいう）の位置との間を超音波信号が往復するに相当する時間だけレートパルスよりも遅延させ、且つ、設定幅を有するサンプリングパルスをサンプルホールド回路６１に供給する。これにより、サンプルホールド回路６１は、ローパスフィルタ４３からの位相検波出力信号をサンプリングパルスでサンプルホールドする。このサンプルホールドされた位相検波信号はその後、バンドパスフィルタ６２を通過し、このバンドパスフィルタ６２により、サンプルホールド回路６１でのサンプリングにより生じた高調波成分、血管壁などからの固定反射信号、さらには比較的遅い動きに拠るドプラ偏移周波数に相当した成分が除去され、血流に拠るドプラ信号のみが抽出される。
【００２９】
周波数分析器６３は、高速フーリエ変換回路を有し、バンドパスフィルタ６２から入力したドプラ偏移周波数の周波数解析を行い、その解析結果、即ちドプラスペクトラム（周波数スペクトルパターン）を調整手段６４を介してＤＳＣ３０に出力する。それにより、表示部３２には、Ｂモード断層像と並列にドプラスペクトルが分割表示されるようになっている。
【００３０】
調整手段６４は、ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する。ここで、一部範囲は、ドプラスペクトラムの強度が予め定められた閾値より小さい方の範囲であり、部分範囲は、予め定められた閾値より大きい方の範囲である。また、閾値は、例えば、ドプラスペクトラムに含まれるノイズ領域の最大値である。調整手段６４は、補正手段６５、選択手段６６、増幅手段６７、記憶手段６８及び制御手段６９を有している。
【００３１】
補正手段６５は、ドプラスペクトラムの強度（「振幅」、「大きさ」とも呼ぶ。）を変更した場合に、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、その閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが第１目標値に達するまで、ドプラスペクトラムの強度を変更する。
【００３２】
選択手段６６は、予め定められた閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする。また、増幅手段６７は、選択された部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する。
【００３３】
記憶手段６８は、前記閾値、第１目標値、ドプラスペクトラムの強度を表示の明るさや色調に書き換えるためのマップ（ｍａｐ）と呼ばれる変換テーブルが記憶されている。また、記憶手段６８には、線形の他に、例えば、小さな振幅に対する輝度を抑えたりするような多種類の変換テーブルが記憶されている。制御手段６９は、記憶手段６８から読み出した所定の変換テーブルを基に、選択手段６６により選択された部分範囲のドプラスペクトラム、あるいは、増幅手段６７により増幅されたドプラスペクトラムを表示信号に変換する。
【００３４】
操作パネルである操作部８２はオペレータが任意に操作可能なトラックボールやキーボードを備えており、この操作部８２の操作を介して前述したレンジゲート位置信号及びフリーズ指令信号を出力する。また、操作部８２は、表示輝度を調節するゲイン調節スイッチを有する。
【００３５】
コントローラ９０は、ゲイン調整スイッチの設定値から、調整手段６４への設定値を変化させるためのものである。調整手段６４の設定値は、上記の閾値、利得、及び変換テーブルを含む。
【００３６】
次に、本実施形態に係る超音波診断装置の全体動作について図１から図６を参照にして説明する。図６（ａ）は、周波数分析器（ＦＦＴ）６３から出力されたドプラスペクトラム、（ｂ）は、強度を変更したドプラスペクトラム、（ｃ）は、所定の利得で増幅した部分範囲のドプラスペクトラムをそれぞれ示す図である。
【００３７】
この超音波診断装置が起動すると、電子走査部１２は、基準信号発生器２０から出力されるレートパルスによって、プローブ１１を励振し、超音波信号を被検体内に送波させる。この超音波信号は被検体の各部で反射し、再びプローブ１１で受信される。プローブ１１からは超音波エコー信号に対応する電気信号に変換され、電子走査部１２の加算器２４で受信フォーカスが掛けられ、出力された指定ラスタアドレスの受信信号のうち一方は、検波器２５に与えられ、対数増幅処理、包絡線検波処理され、指定ラスタアドレスの画像信号に検波・変換される。このＢモード断層像を形成する画像信号はＤＳＣ３０に供給される。
【００３８】
電子走査部１２の加算器２４から出力された受信信号のうち一方は、ミキサ４１で位相検波され、ドプラ偏移周波数ｆｄの信号と周波数（２ｆ０＋ｆｄ）の成分を有する信号が得られ、ローパスフィルタ４３によって高周波成分が除去されてドプラ偏移周波数ｆｄの信号のみが得られる。この血流情報演算のための位相検波出力信号はドプラスペクトラム演算部５０に出力され、サンプルホールド回路６１によって生体内の血流が流れている深さの位置だけの信号を抽出し、高速フーリエ変換することによってリアルタイムに周波数解析される。
【００３９】
このドプラスペクトラム演算部５０では、レンジゲート回路６０の遅延時間が任意に設定できる。これは、プローブ１１からサンプリングポイント位置（レンジゲート位置）までの往復する時間を遅延し、設定された長さに対応する幅を有するサンプリングパルスをサンプルホールド回路６１に与えることによってなされ、オペレータが指定したレンジゲートの位置のドプラ信号が得られるようになっている。
【００４０】
こうして高速フーリエ変換することによって得られたドプラスペクトルは、ＤＳＣ３０に供給され、Ｂモードの画像データとともにドプラスペクトラムのデータは、標準ＴＶ走査方式の画像に合成・変換され、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示部３２に供給される。この結果、表示部３２には、診断部位のＢモード断層像とドプラスペクトラムとが例えば分割表示される。
【００４１】
まず、ゲイン調整スイッチとＤＲスイッチの動作原理について説明する。操作部８２には利得（ゲイン）を調節するゲイン調節スイッチが具備されている。ゲイン調節スイッチの操作によるコントローラ９０の指示を受けて、増幅手段６７が所定の利得で増幅する。ここでは、増幅手段６７がゲイン調整回路に相当する。
【００４２】
検査の際、操作者はドプラスペクトラム表示が見やすくするため、ゲイン調節スイッチを調節し、ドプラスペクトラムの明るさ（輝度）を調節する。図２に示すようにゲイン調節スイッチの値を大きくすると、ドプラスペクトラムが明るく表示され、ゲイン調節スイッチの値を小さくすると、ドプラスペクトラムが暗めに表示される。
【００４３】
また操作部８２には表示ダイナミックレンジを調節するＤＲスイッチ（ダイナミックレンジ調節スイッチ）が具備されている。ＤＲスイッチの操作によるコントローラ９０の指示を受けて、選択手段６６が、ドプラスペクトラムの強度の範囲（表示可能な信号の範囲）を選択し、選択された範囲を増幅手段６７が所定の利得で増幅する。又は、選択された範囲に所定の変換テーブルを制御手段６９が記憶手段６８から読み出して対応させる。選択手段６６〜制御手段６９がダイナミックレンジ調整回路（ＤＲ調整回路）に相当する。
【００４４】
操作者はドプラスペクトラム表示が見やすくするため、このＤＲスイッチを調節する。図３に示すように、ＤＲスイッチの値を大きくすると、異なる入力信号の輝度が異なった輝度で表示されるが、ＤＲスイッチの値を小さくすると、全体的な輝度が明るくなり、ある一定以上の信号強度が飽和した状態（同じ輝度）で表示される。
【００４５】
ドプラスペクトラムのＳ／Ｎが良い時には、いずれのスイッチでも比較的容易に見やすいドプラスペクトラム表示とすることが可能であるが、図４のようなＳ／Ｎが悪い時には困難である。図５（ａ）に示すようにゲインを上げると表示全体の輝度が上がるため、信号とノイズとの境目の見易さは大きく改善せず、図５（ｂ）に示すようにＤＲスイッチの値を小さくしても同様である。
【００４６】
（動作）
次に、操作部８２のゲイン調節スイッチの操作により、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合の調整手段６４の一連の動作について、図７を参照して説明する。図７は調整手段の一連の動作を示すフローチャートである。ここで、設定値の小から大への変化とは、増幅手段６７による利得を大きくすることをいう。
【００４７】
コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合（ステップＳ１０１；Ｙ）、ノイズレベルが第１目標値に達しない場合（ステップＳ１０２；Ｎ）、増幅手段６７は、ノイズレベルが第１目標値に達するまでは、ドプラスペクトラムの強度を変更する（変更ステップ；Ｓ１０３）。変更ステップを図６（ａ）から図６（ｂ）に示す。ここで、第１目標値は、例えば表示上、ノイズ信号がわずかに見えるレベルをいう。ノイズ信号の最大値を図６に閾値Ａ１で示す。閾値Ａ１は予め定められ、前述したように、記憶手段６８に記憶されている。
【００４８】
さらに、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けた場合、選択手段６６は、部分範囲のドプラスペクトラム（ノイズレベル以上の信号に対する部分）のみを選択する（選択ステップ；Ｓ１０４）。なお、仮に、当初からノイズレベルが第１目標値に達していた場合（ステップＳ１０２；Ｙ）、変更ステップを経ることなく、選択ステップを行う。
【００４９】
次に、制御手段６９は、選択された部分範囲のドプラスペクトラムに適応するダイナミックレンジを調整する。変更ステップを図６（ｂ）から図６（ｃ）に示す。このとき、制御手段６９は、ゲイン調節スイッチの操作による設定値の変化に対応させて、そのダイナミックレンジを変化させる。
【００５０】
表示制御手段（図示省略）は、変更されたドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部３２に表示させる（表示ステップ；Ｓ１０５）。それにより、部分範囲にあるドプラスペクトラム（血流信号）をさらに適切な表示輝度で表示させることが可能となる。輝度値０で表示されたノイズレベル（第１目標値）、輝度値２５５で表示されたドプラスペクトラムの最大値を図６に示す。ノイズ信号をわずかに見えるようノイズレベル（第１目標値）の輝度値を設定しても良い。ノイズ信号をわずかに見えるようにすることにより、表示部３２に表示される血流信号の中に小さいものを確実に含ませることが可能となる。なお、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けない場合（ステップＳ１０１；Ｎ）、ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示する（Ｓ１０５）。
【００５１】
以上のような仕組みにより、図１０に示すように、Ｓ／Ｎが悪い時にも、ゲイン調節スイッチを変化させるだけで、信号部分とノイズ部分との輝度差が大きく、信号とノイズとの境目の見易い画像を提供することが出来る。
【００５２】
なお、本機能のＯＮ／ＯＦＦスイッチを設けても良い。また、一定時間ドプラスペクトラムを観察し、その中の最高強度信号を血流信号と判断し、Ｓ／Ｎがある閾値以下の場合のみ、本機能を動作させても良い。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置について、図８を参照して説明する。前記第１実施形態では、操作部８２のゲイン調節スイッチの操作により、コントローラ９０の設定値の小から大への変化を受けて、調整手段６４が、ドプラスペクトラムの強度とダイナミックレンジを変更したが、この第２実施形態では、ゲイン調節スイッチの操作に関わらず、調整手段６４が、ドプラスペクトラムの強度とダイナミックレンジを自動的に変更する点が第１実施形態と異なる。それ以外の構成については、第１実施形態の構成と基本的に同じである。
【００５４】
以下、操作部８２の表示ゲイン自動調節スイッチの押し操作により、コントローラ９０の指示を受けた場合の調整手段６４の一連の動作について説明する。
【００５５】
コントローラ９０の指示を受けた場合、ノイズレベルが第１目標値に達しない場合、補正手段６５は、ノイズレベルが第１目標値に達するまでは、ドプラスペクトラムの強度を変更する（変更ステップ）。変更ステップを図８（ａ）から図８（ｂ）に示す。
【００５６】
次に、選択手段６６は、部分範囲のドプラスペクトラム（ノイズレベル以上の信号に対する部分）のみを選択する（選択ステップ）。なお、仮に、当初からノイズレベルが第１目標値に達していた場合、変更ステップを経ることなく、選択ステップを行う。
【００５７】
次に、増幅手段６７は、一定時間観察されたドプラスペクトラムの中の最高強度信号Ａ２を基に、その最高強度信号Ａ２が決られた第２目標値になるように、部分範囲のドプラスペクトラムのダイナミックレンジを変更する。最高強度信号を図９にＡ２で示す。ダイナミック変更ステップを図８（ｂ）から図８（ｃ）に示す。なお、第２目標値及び最高強度信号Ａ２は、予め定められ、記憶手段６８に記憶されている。
【００５８】
上記第２実施形態に係る超音波診断装置によれば、表示ゲイン自動調節スイッチの押し操作により、部分範囲にあるドプラスペクトラムを適切な表示輝度で表示させることが可能となり、操作者の負担をさらに軽減し、診断時間をさらに短縮することが可能となる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３実施形態に係る超音波診断装置について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は超音波診断装置の一連の動作を示す図、図１０はドプラスペクトラムを示す図である。
【００６０】
従来のＤＲ調整回路は、図３に示すように、ＤＲスイッチの値を大きくすると、異なる入力信号の輝度が異なった輝度で表示されるが、ＤＲスイッチの値を小さくすると、全体的な輝度が明るくなり、ある一定以上の信号強度が飽和した状態（同じ輝度）で表示される。
【００６１】
従来のＤＲ調整回路では、入力信号０が出力輝度０に対応しており、ＤＲ設定（選択手段６６により選択された範囲の大きさ）に応じて、制御手段６９が所定の変換テーブルを用いることで、入出力特性直線の傾き（利得）を変化させていることになり、ＤＲ設定に応じてノイズの表示輝度も大きく変化してしまう。
【００６２】
この第３実施形態では、制御手段６９が閾値Ａ１を入出力特性直線（ダイナミックレンジ特性）の傾きの中心の値となるように制御を行う。このような制御を行うことで、ＤＲ設定に係わらず、閾値Ａ１の信号は同じ輝度で表示されるようになる。
【００６３】
更に、ノイズレベルの信号強度を常に同じ出力輝度になるように制御を行なう。操作部８２上は同じＤＲ設定値でも、使用するプローブや送受信条件、ゲイン調節スイッチ設定値によってノイズレベルの信号強度が変化した際も、同じ出力輝度となるように制御し、そのノイズレベルに応じて、閾値Ａ１（入出力特性直線の傾きの中心の値）を変化させる。それにより、ＤＲ設定値を変化させた際でも、ノイズの表示輝度が変化せず、見やすいスペクトラムを表示させることが出来る。
【符号の説明】
【００６４】
Ａ１ 閾値 Ａ２ 最高強度信号
１１ 超音波プローブ １２ 電子走査部 ２０ 基準信号発生器
２１ ディレーライン ２２ パルサ ２３ 前置増幅器 ２４ 加算器
２５ 検波器 ３０ ＤＳＣ ３１ Ｄ／Ａ変換器 ３２ 表示部（表示器）
４０ 抽出手段 ４１ ミキサ ４２ ９０度位相器 ４３ ローパスフィルタ
５０ ドプラスペクトラム演算部 ６０ レンジゲート回路
６１ サンプルホールド回路 ６２ バンドパスフィルタ
６３ 周波数分析器（ＦＦＴ）
６４ 調整手段 ６５ 補正手段 ６６ 選択手段 ６７ 増幅手段
６８ 記憶手段 ６９ 制御手段 ８２ 操作部（操作パネル）
９０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、
前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、
前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、
前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、
を有する
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記調整手段は、予め定められた閾値を下回る強度のドプラスペクトラムを前記一部範囲として除き、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する補正手段を更に有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。
【請求項３】
前記調整手段は、前記閾値より大きい範囲を選択して、前記部分範囲のドプラスペクトラムとする選択手段と、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅手段とを更に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記増幅手段は、前記部分範囲にある最大値のドプラスペクトラムが予め定められた第２目標値となるように、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを増幅させることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記閾値を中心とする予め定められた強度の範囲を選択して、該選択された範囲の内、閾値以上の範囲を前記部分範囲のドプラスペクトラムとする選択手段と、前記選択された前記範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅手段を更に有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。
【請求項６】
前記表示制御手段は、横軸又は縦軸の一方に時間軸をとり、横軸又は縦軸の他方にドプラ偏移周波数をとり、時間の経過に伴って変化する前記ドプラ偏移周波数の強さに応じた輝度で、前記ドプラスペクトラムを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信ステップと、
前記送受信ステップにより得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する演算ステップと、
操作部の操作による指示を受けた場合、前記演算されたドプラスペクトラムを予め定められた利得で増幅し、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する変更ステップと、
前記変更ステップ後に、さらに、前記閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする選択ステップと、
前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅ステップと、
前記増幅ステップにより前記増幅された前記部分範囲のドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させるステップと、
を有する
ことを特徴とする超音波診断装置における画像表示方法。
【請求項１】
被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信手段と、
前記送受信手段により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する周波数分析手段と、
前記演算された前記ドプラスペクトラムの強度の小さい方の一部範囲を除く部分範囲にあるドプラスペクトラムの強度を変更する調整手段と、
前記調整手段により変更された前記ドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させる表示制御手段と、
を有する
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記調整手段は、予め定められた閾値を下回る強度のドプラスペクトラムを前記一部範囲として除き、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する補正手段を更に有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。
【請求項３】
前記調整手段は、前記閾値より大きい範囲を選択して、前記部分範囲のドプラスペクトラムとする選択手段と、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅手段とを更に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記増幅手段は、前記部分範囲にある最大値のドプラスペクトラムが予め定められた第２目標値となるように、前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを増幅させることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記調整手段は、前記閾値を中心とする予め定められた強度の範囲を選択して、該選択された範囲の内、閾値以上の範囲を前記部分範囲のドプラスペクトラムとする選択手段と、前記選択された前記範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅手段を更に有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。
【請求項６】
前記表示制御手段は、横軸又は縦軸の一方に時間軸をとり、横軸又は縦軸の他方にドプラ偏移周波数をとり、時間の経過に伴って変化する前記ドプラ偏移周波数の強さに応じた輝度で、前記ドプラスペクトラムを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
被検体内の運動体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受信する送受信ステップと、
前記送受信ステップにより得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置の前記運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出されたドプラ信号からドプラスペクトラムを演算する演算ステップと、
操作部の操作による指示を受けた場合、前記演算されたドプラスペクトラムを予め定められた利得で増幅し、予め定められた閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが予め定められた第１目標値に達しないとき、前記閾値とほぼ同じ強度のドプラスペクトラムが前記第１目標値に達するよう前記ドプラスペクトラムの強度を変更する変更ステップと、
前記変更ステップ後に、さらに、前記閾値より大きい範囲を選択して、部分範囲のドプラスペクトラムとする選択ステップと、
前記選択された前記部分範囲のドプラスペクトラムを所定の利得で増幅する増幅ステップと、
前記増幅ステップにより前記増幅された前記部分範囲のドプラスペクトラムをその強度に基づく輝度で表示部に表示させるステップと、
を有する
ことを特徴とする超音波診断装置における画像表示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２７４０６８（Ｐ２０１０−２７４０６８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２５５８（Ｐ２００９−１３２５５８）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【出願人】（５９４１６４５３１）東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【出願人】（５９４１６４５３１）東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Ｆターム（参考）】
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