超音波診断装置
【課題】 超音波プローブの周辺に配置された機器の周期動作に起因するノイズの影響を低減して、運動速度に関する情報を精度良く取得することを可能とする。
【解決手段】 信号処理回路１５は、反射超音波信号を直交検波し、これにより得られた直交解析信号をフーリエ変換し、このフーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいてドプラシフトを判定する。システム制御回路１９は、超音波プローブ２の周辺に存在し周期的動作を行う電気機器（例えば、絶縁型スイッチング電源４２）の動作周波数を判定し、上記のフーリエ変換におけるサンプリング周波数を上記の動作周波数の約数となるように設定する。
【解決手段】 信号処理回路１５は、反射超音波信号を直交検波し、これにより得られた直交解析信号をフーリエ変換し、このフーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいてドプラシフトを判定する。システム制御回路１９は、超音波プローブ２の周辺に存在し周期的動作を行う電気機器（例えば、絶縁型スイッチング電源４２）の動作周波数を判定し、上記のフーリエ変換におけるサンプリング周波数を上記の動作周波数の約数となるように設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体などの被検体内に超音波ビームを送出して、生体内組識の断層像（Ｂモード像）を画像表示するとともに、運動する反射体の運動の状態を表す画像（ドプラモード表示像）を表示する超音波診断装置が周知である。なお上記の運動の状態は例えば、血流の状態である。
【０００３】
Ｂモード像は、反射エコー信号の強度分布から求められる。ドプラモード表示像は、反射体の運動に起因するドプラ効果によって反射エコー信号に生じている周波数偏移から求められる。
【特許文献１】特開平１０−１３７２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の超音波診断装置では、受信感度の向上に伴い、超音波診断装置の内部あるいは周辺に配置された電気回路が発する微弱な放射ノイズや伝搬性ノイズをも反射エコー信号とともに受信するようになってきた。このようなノイズは、ドプラモード表示像に有意なアーチファクトを生じさせ、診断に支障を来たすおそれがあった。
【０００５】
患者接続を行う医療装置の場合、電気安全を確保することが必要である。このためにこの種の装置の電源回路には、漏れ電流を極めて低く抑えるよう絶縁型のスイッチング電源が採用されることが多い。通常、スイッチング電源は数１０kHzから数１００kHz程度のスイッチング周波数で動作させるが、絶縁型であるために少なからず受信エコー信号への混入干渉が生じることがある。このため電源回路のスイッチング回路で生じる電源スイッチングノイズは、コモンモードノイズとして受信エコーに混入干渉し、診断情報画像にアーチファクトとなって妨害を与えることになる。
【０００６】
図９は超音波連続波ドプラ法を実行した場合において外乱の不安定なクロック信号に起因する血流表示上にアーチファクトを生じた例を示す図である。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、超音波プローブの周辺に配置された機器の周期動作に起因するノイズの影響を低減して、運動速度に関する情報を精度良く取得することができる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために第１の本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置において、前記反射超音波信号を直交検波する手段と、前記直交検波により得られた直交解析信号をフーリエ変換する手段と、前記フーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいて前記ドプラシフトを判定する手段と、前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、前記フーリエ変換におけるサンプリング周波数を前記動作周波数の約数となるように設定する手段とを備えた。
【０００９】
前記の目的を達成するために第２の本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得するもので、ドプラキャリア周波数に応じて定まる受信帯域内の周波数スペクトルに基づいて前記ドプラシフトの量を測定する超音波診断装置において、前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、前記受信帯域が前記動作周波数の倍数を含まないように前記ドプラキャリア周波数を設定する手段とを備えた。
【発明の効果】
【００１０】
前記の各発明によれば、超音波プローブの周辺に配置された機器の周期動作に起因するノイズの影響を低減して、運動速度に関する情報を精度良く取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図である。
【００１２】
この超音波診断装置１は、コネクタポート10-1，10-2…，10-n、プローブコネクタ選択回路11-1，11-2…，11-n、送信駆動回路１２、受信遅延回路１３、整相加算回路１４、信号処理回路１５、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１６、送受信回路制御回路１７、無線インタフェース（無線Ｉ／Ｆ）１８およびシステム制御回路１９を含む。
【００１３】
コネクタポート10-1〜10-nには、超音波プローブ２をそれぞれ接続可能である。つまり超音波診断装置１は、ｎ個の超音波プローブ２を並列接続できる。プローブコネクタ選択回路11-1〜11-nは、コネクタポート10-1〜10-nにそれぞれ接続される。プローブコネクタ選択回路11-1〜11-nは、送受信回路制御回路１７の制御の下にコネクタポート10-1〜10-nを選択的に送信駆動回路１２および受信遅延回路１３に接続する。超音波プローブ２は、コネクタポート10-1〜10-nのうちの接続先がプローブコネクタ選択回路11-1〜11-nにより選択された場合に、送信駆動回路１２および受信遅延回路１３に接続される。
【００１４】
送信駆動回路１２は、一定の繰返し周波数（ＰＲＦ：pulse rate frequency）のパルス信号を超音波送信信号として超音波プローブ２へ出力する。超音波プローブ２は、複数の振動子を備える。送信駆動回路１２は、これら複数の振動子のそれぞれに対する超音波送信信号を個別のタイミングで並列出力できる。複数の超音波信号のそれぞれの送信タイミングは、送受信回路制御回路１７から指示される。超音波送信信号を受けた超音波プローブ２は、複数の振動子が個別に励振されることによって超音波ビームを送出する。この超音波ビームが被検体内で反射して生じた超音波エコーは、超音波プローブ２によって受けられる。超音波プローブ２は超音波エコーを受けると、これに応じた超音波エコー信号を複数の振動子が個別に出力する。
【００１５】
例えばセクタ型の超音波プローブ２を用いた２分割ステアリング連続波ドプラ法による血流速計測モードでは、超音波プローブ２に備えられる振動子のうち約半数が単一周波数にて連続波駆動することで、単一キャリア周波数の超音波を振動子から連続送出させる。被検体内の血流等の移動被検査体で生じる超音波エコーを残りの約半数の振動子により受ける。
【００１６】
受信遅延回路１３は、超音波プローブ２が出力する複数の超音波エコー信号をそれぞれ増幅するとともに、個別の遅延量で遅延させる。複数の超音波エコー信号のそれぞれの遅延量は、送受信回路制御回路１７から指示される。
【００１７】
整相加算回路１４は、複数の超音波エコー信号を整相加算する。信号処理回路１５は、整相加算回路１４の出力信号を処理してＢモード像やドップラモード表示像を取得する。例えばＢモード像の取得のために信号処理回路１５は、包絡線検波などを行う。またドップラモード表示像の取得のために信号処理回路１５は、直交検波、ＦＦＴおよびフィルタリングなどを行う。信号処理回路１５は、取得した画像を表す画像信号を出力する。
【００１８】
ディジタルスキャンコンバータ１６は、フレームメモリ、Ｄ／Ａ変換器、書き込み／読み出し制御器などを含む。ディジタルスキャンコンバータ１６は、フレームメモリへの書き込みおよび読み出しを独立して行なうことで、信号処理回路１５から出力される各種の走査方式の画像信号を標準テレビ走査方式の画像信号に変換する。このディジタルスキャンコンバータ１６が出力する画像信号は、表示システム３に送られる。表示システム３はＴＶモニタを含み、入力される画像信号が表す画像を表示する。
【００１９】
送受信回路制御回路１７は、診断モードや操作方向などの種々の条件に応じてプローブコネクタ選択回路11-1〜11-n、送信駆動回路１２および受信遅延回路１３の動作を制御する。
【００２０】
無線インタフェース１８は、超音波診断装置１および超音波プローブ２の周辺に配置される機器（以下、周辺機器と称する）と無線通信を行う。周辺機器は、例えば心電計モニタ４である。心電計モニタ４は、無線インタフェース１８と互換性の有る無線インタフェース４１を含む。上記の互換性を実現するために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格のような汎用の通信規格を採用することが望ましい。これにより、超音波診断装置１と多種の周辺機器との間での無線通信を実現することが可能である。
【００２１】
システム制御回路１９は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ)１９ａおよびメモリ１９ｂを含む。マイクロプロセッサ１９ａは、判断処理を行なう。メモリ１９ｂは、各種の情報を記憶する。そしてシステム制御回路１９は、図示しないシステムコントロール卓を介して入力される動作条件と、メモリ１９ｂに記憶された詳細制御パラメータとに基づいて、マイクロプロセッサ１９ａが超音波診断装置１の動作制御を行う。
【００２２】
次に以上のように構成された超音波診断装置１の動作について説明する。
この超音波診断装置１は、周知の同種の装置と同様な動作によってＢモード像やドプラモード表示像を表示システム３に表示させることができる。
【００２３】
さて、例えば循環器疾患患者の心電波形を心電計モニタを用いて観察しながら超音波ドプラ法による血流速計測を行う場合には、図１に示すように超音波診断装置１の周辺に心電計モニタ４が設置される。心電計モニタ４は、患者接続を行う際の電気安全を確保するために、漏れ電流を極めて低く抑えるよう絶縁型スイッチング電源４０が搭載されている。そして心電計モニタ４は、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング周波数に関するスイッチング周波数情報を無線インタフェース４１から無線送信する機能を備える。スイッチング周波数情報は、スイッチング周波数の値を示す情報であっても良いし、スイッチングタイミングを表すトリガ信号であっても良い。
【００２４】
さてドプラ法を利用する診断動作が起動されたときに超音波診断装置１では、システム制御回路１９が図２に示すような設定処理を実行する。
【００２５】
ステップＳａ１においてシステム制御回路１９は、図示しないシステムコントロール卓を介して動作条件を入力する。ステップＳａ２においてシステム制御回路１９は、入力した動作条件と、メモリ１９ｂに記憶された詳細制御パラメータとに基づいて、所望動作を実現するための諸パラメータを設定する。このパラメータには、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）におけるサンプリング周波数と、ドプラキャリア周波数とを含む。
【００２６】
ステップＳａ３においてシステム制御回路１９は、周辺機器が有るか否かを確認する。これは、例えば無線インタフェース１８により通信可能な機器をサーチすることにより行う。周辺機器が有ったならば、システム制御回路１９はステップＳａ３からステップＳａ４へ進む。ステップＳａ４においてシステム制御回路１９は、上記の周辺機器のスイッチング周波数ｆswを判定する。システム制御回路１９は、無線インタフェース１８を介して外部機器からスイッチング周波数情報を取得し、この情報に基づいてスイッチング周波数ｆswを判定する。図１の例では、システム制御回路１９は、心電計モニタ４から送信されるスイッチング周波数情報に基づいてスイッチング周波数ｆswを判定する。
【００２７】
ステップＳａ５においてシステム制御回路１９は、ＦＦＴにおけるサンプリング周波数がスイッチング周波数ｆswの約数に一致するか否かを確認する。サンプリング周波数がスイッチング周波数ｆswの約数に一致しないならば、システム制御回路１９はステップＳａ５からステップＳａ６へ進む。ステップＳａ６においてシステム制御回路１９は、サンプリング周波数をスイッチング周波数ｆswの約数に変更する。
【００２８】
具体的には、サンプリング周波数が２０kHzで、スイッチング周波数ｆswが２２kHzであったならば、システム制御回路１９はサンプリング周波数を２２kHzに変更する。
【００２９】
サンプリング周波数を変更し終えたならば、システム制御回路１９はこの図２に示す処理を終了する。周辺機器が無かった場合には、システム制御回路１９はステップＳａ３から図２に示す処理を終了する。
【００３０】
さて、ドプラ法を利用する場合に信号処理回路１５は、整相加算回路１４の出力信号に対し直交検波を行う。続いて信号処理回路１５は、直交検波された直交解析信号ｇ(t)_I，ｇ(t)_QをＦＦＴ処理する。ＦＦＴにおいては、サンプリング周波数を２ｆsとすると、図３に示す−ｆs〜＋ｆsの周波数範囲（ナイキスト周波数範囲）の成分を劣化なく再現でき、解析することができる。
【００３１】
一方、ＦＦＴの結果には、体内組織の拍動に起因する周波数変動に基づく成分が±１００Hz程度の周波数帯域に大きく現れる。この成分は、ドプラ法を利用する主目的である血流信号解析に関しては不要である。このため信号処理回路１５では、ＦＦＴの結果のうちの±１００Hz程度の周波数帯域内の成分にフィルタをかける。そして信号処理回路１５は、残留している成分に基づいてドプラシフト量を求め、このドプラシフト量に基づいて速度情報を得る。
【００３２】
ＦＦＴ処理においては、ナイキスト周波数範囲外の周波数成分については、アンダーサンプリング効果分の強度低下を伴うものの、被解析信号周波数ｇ(t)の周波数はサンプリング周波数２ｆsで折りかえって解析される。例えば図４に示すように、サンプリング周波数が２０kHzであるとき、ナイキスト周波数範囲は±１０kHzであるから、被解析信号が＋３kHzや−５kHzの成分を持つ場合には、これらは＋３kHzや−５kHzの成分として信号強度の劣化なく再現解析される。しかしながら被解析信号が＋２２kHzの成分を持つ場合は、ナイキスト範囲外であるために強度劣化が生じるが、＋２２kHzの成分は２０kHzで折りかえって＋２kHzの成分として解析される。
【００３３】
＋２２kHzの成分が絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因してスイッチング周波数を持ったノイズ成分であるとするならば、このノイズ成分がＦＦＴの結果に含まれてしまうことになる。しかし上述のように、サンプリング周波数をスイッチング周波数の約数に合わせている。つまりスイッチング周波数が＋２２kHzであるならば、例えば図５に示すようにサンプリング周波数を＋２２kHzとしている。この結果として図５に示すように、スイッチング周波数を持ったノイズ成分はＦＦＴの結果においては直流（ゼロHz）に落とすことができる。そしてＦＦＴの結果における直流近辺の成分は前述のようにフィルタがかけられるから、これによって上記のノイズ成分は低減され、速度情報の取得に利用されない。
【００３４】
かくして第１の実施形態によれば、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因するノイズに影響されることなく、精度良く速度情報を取得することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は第１の実施形態と同様な構成の超音波診断装置１により実現される。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理でのシステム制御回路１９の処理内容である。
【００３６】
ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときに超音波診断装置１では、システム制御回路１９が図６に示すような設定処理を実行する。なお、図６において図２と同一の処理を行うステップには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
システム制御回路１９は、ステップＳａ１乃至ステップＳａ４については、第１の実施形態と同様な処理を行う。そしてステップＳａ４からステップＳｂ１へ進む。
【００３８】
ステップＳｂ１においてシステム制御回路１９は、スイッチング周波数ｆswの倍数が受信帯域内であるか否かを確認する。受信帯域は、ドプラキャリア周波数に基づいて定まる。典型的には受信帯域は、ドプラキャリア周波数を中心周波数とした一定範囲である。例えば、ドプラキャリア周波数が２．５MHzで、受信帯域は２．５MHz±２５kHzの範囲とされる。スイッチング周波数ｆswの倍数がこのような受信帯域内であるならば、システム制御回路１９はステップＳｂ１からステップＳｂ２へ進む。ステップＳｂ２においてシステム制御回路１９は、スイッチング周波数ｆswの倍数が受信帯域外になるようにドプラキャリア周波数を変更する。
【００３９】
具体的には、受信帯域が２．５MHz±２５kHzの範囲であり、かつスイッチング周波数が８３０kHzであると、スイッチング周波数ｆswの３倍数が２．４９MHzとなって受信帯域内になる。そこでシステム制御回路１９は、２．４９MHzが受信帯域に含まれなくなるように、例えばドプラキャリア周波数を少し上昇する。
【００４０】
ドプラキャリア周波数を変更し終えたならば、システム制御回路１９はこの図６に示す処理を終了する。周辺機器が無かった場合には、システム制御回路１９はステップＳａ３から図６に示す処理を終了する。
【００４１】
さて、ドプラ法を利用する場合に受信遅延回路１３は、超音波エコー信号のうちの受信帯域内の成分を抽出する。従って、受信帯域外の周波数成分が超音波エコー信号に含まれていても、この成分はドプラ処理における解析対象外とされる。
【００４２】
スイッチング周波数ｆswが８３０kHzである場合、その３次高調波は２４９０kHzになる。このとき、ドプラキャリア周波数が２．５MHzに設定されているならば、図７に示すように上記の３次高調波は受信帯域内に入る。しかしこのような場合には図８に示すように、ドプラキャリア周波数が変更されて３次高調波が受信帯域外とされる。この結果、３次高調波はドプラ処理における解析対象外とされ、速度情報の取得に利用されない。
【００４３】
かくして第２の実施形態によれば、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因するノイズに影響されることなく、精度良く速度情報を取得することができる。
【００４４】
なお、アイソレーション回路を用いてノイズの混入を抑止したり、フィルタ回路を用いてノイズを除去したりすることは可能であるが、そのためには大幅に回路が複雑化するため、その回路の収容スペースやコスト上昇の問題が生じる。第１または第２の実施形態によれば、上記のような手法に比べて大幅に簡易な構成により十分な効果を達成することができる。
【００４５】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００４６】
周辺機器は、体外循環装置や無線通信装置などの心電計モニタ４以外の機器である場合もある。そして周期的動作を行う機器は、上記の体外循環装置に備えられるモータや上記の無線通信装置にてホッピング動作を行う無線回路などのスイッチング電源以外の機器である場合もある。
【００４７】
超音波診断装置１および超音波プローブ２も患者接続を行う装置であり、超音波診断装置１の電源系は心電計モニタ４と同様に絶縁型となっている。このため、超音波診断装置１の電源系におけるスイッチング動作によりノイズが生じる場合もあるので、そのスイッチング周波数を考慮して上記の各実施形態のような動作を行うことも可能である。
【００４８】
周辺機器との間での通信を有線にて行うようにしても良い。ただしこの場合には、電気安全の確保のためにアイソレートすることが必要になる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図。
【図２】ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理での図１中のシステム制御回路１９による第１の実施形態での処理手順を示すフローチャート。
【図３】ＦＦＴにおけるサンプリング周波数とナイキスト周波数範囲とを示す図。
【図４】ナイキスト周波数範囲外の周波数成分の折りかえりの例を示す図。
【図５】サンプリング周波数の変更後におけるスイッチング周波数成分の折りかえりの例を示す図。
【図６】ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理での図１中のシステム制御回路１９による第２の実施形態での処理手順を示すフローチャート。
【図７】スイッチング周波数ｆswの３次高調波が受信帯域内に入る例を示す図。
【図８】３次高調波が受信帯域外となるようにドプラキャリア周波数を変更した様子を示す図。
【図９】超音波連続波ドプラ法を実行した場合において外乱の不安定なクロック信号に起因する血流表示上にアーチファクトを生じた例を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１…超音波診断装置、２…超音波プローブ、３…表示システム、４…心電計モニタ、10-1〜10-n…コネクタポート、11-1〜11-n…プローブコネクタ選択回路、１２…送信駆動回路、１３…受信遅延回路、１４…整相加算回路、１５…信号処理回路、１６…ディジタルスキャンコンバータ、１７…送受信回路制御回路、１８…無線インタフェース、１９…システム制御回路、４０…絶縁型スイッチング電源、４１…無線インタフェース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体などの被検体内に超音波ビームを送出して、生体内組識の断層像（Ｂモード像）を画像表示するとともに、運動する反射体の運動の状態を表す画像（ドプラモード表示像）を表示する超音波診断装置が周知である。なお上記の運動の状態は例えば、血流の状態である。
【０００３】
Ｂモード像は、反射エコー信号の強度分布から求められる。ドプラモード表示像は、反射体の運動に起因するドプラ効果によって反射エコー信号に生じている周波数偏移から求められる。
【特許文献１】特開平１０−１３７２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の超音波診断装置では、受信感度の向上に伴い、超音波診断装置の内部あるいは周辺に配置された電気回路が発する微弱な放射ノイズや伝搬性ノイズをも反射エコー信号とともに受信するようになってきた。このようなノイズは、ドプラモード表示像に有意なアーチファクトを生じさせ、診断に支障を来たすおそれがあった。
【０００５】
患者接続を行う医療装置の場合、電気安全を確保することが必要である。このためにこの種の装置の電源回路には、漏れ電流を極めて低く抑えるよう絶縁型のスイッチング電源が採用されることが多い。通常、スイッチング電源は数１０kHzから数１００kHz程度のスイッチング周波数で動作させるが、絶縁型であるために少なからず受信エコー信号への混入干渉が生じることがある。このため電源回路のスイッチング回路で生じる電源スイッチングノイズは、コモンモードノイズとして受信エコーに混入干渉し、診断情報画像にアーチファクトとなって妨害を与えることになる。
【０００６】
図９は超音波連続波ドプラ法を実行した場合において外乱の不安定なクロック信号に起因する血流表示上にアーチファクトを生じた例を示す図である。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、超音波プローブの周辺に配置された機器の周期動作に起因するノイズの影響を低減して、運動速度に関する情報を精度良く取得することができる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために第１の本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置において、前記反射超音波信号を直交検波する手段と、前記直交検波により得られた直交解析信号をフーリエ変換する手段と、前記フーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいて前記ドプラシフトを判定する手段と、前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、前記フーリエ変換におけるサンプリング周波数を前記動作周波数の約数となるように設定する手段とを備えた。
【０００９】
前記の目的を達成するために第２の本発明は、超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得するもので、ドプラキャリア周波数に応じて定まる受信帯域内の周波数スペクトルに基づいて前記ドプラシフトの量を測定する超音波診断装置において、前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、前記受信帯域が前記動作周波数の倍数を含まないように前記ドプラキャリア周波数を設定する手段とを備えた。
【発明の効果】
【００１０】
前記の各発明によれば、超音波プローブの周辺に配置された機器の周期動作に起因するノイズの影響を低減して、運動速度に関する情報を精度良く取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図である。
【００１２】
この超音波診断装置１は、コネクタポート10-1，10-2…，10-n、プローブコネクタ選択回路11-1，11-2…，11-n、送信駆動回路１２、受信遅延回路１３、整相加算回路１４、信号処理回路１５、ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）１６、送受信回路制御回路１７、無線インタフェース（無線Ｉ／Ｆ）１８およびシステム制御回路１９を含む。
【００１３】
コネクタポート10-1〜10-nには、超音波プローブ２をそれぞれ接続可能である。つまり超音波診断装置１は、ｎ個の超音波プローブ２を並列接続できる。プローブコネクタ選択回路11-1〜11-nは、コネクタポート10-1〜10-nにそれぞれ接続される。プローブコネクタ選択回路11-1〜11-nは、送受信回路制御回路１７の制御の下にコネクタポート10-1〜10-nを選択的に送信駆動回路１２および受信遅延回路１３に接続する。超音波プローブ２は、コネクタポート10-1〜10-nのうちの接続先がプローブコネクタ選択回路11-1〜11-nにより選択された場合に、送信駆動回路１２および受信遅延回路１３に接続される。
【００１４】
送信駆動回路１２は、一定の繰返し周波数（ＰＲＦ：pulse rate frequency）のパルス信号を超音波送信信号として超音波プローブ２へ出力する。超音波プローブ２は、複数の振動子を備える。送信駆動回路１２は、これら複数の振動子のそれぞれに対する超音波送信信号を個別のタイミングで並列出力できる。複数の超音波信号のそれぞれの送信タイミングは、送受信回路制御回路１７から指示される。超音波送信信号を受けた超音波プローブ２は、複数の振動子が個別に励振されることによって超音波ビームを送出する。この超音波ビームが被検体内で反射して生じた超音波エコーは、超音波プローブ２によって受けられる。超音波プローブ２は超音波エコーを受けると、これに応じた超音波エコー信号を複数の振動子が個別に出力する。
【００１５】
例えばセクタ型の超音波プローブ２を用いた２分割ステアリング連続波ドプラ法による血流速計測モードでは、超音波プローブ２に備えられる振動子のうち約半数が単一周波数にて連続波駆動することで、単一キャリア周波数の超音波を振動子から連続送出させる。被検体内の血流等の移動被検査体で生じる超音波エコーを残りの約半数の振動子により受ける。
【００１６】
受信遅延回路１３は、超音波プローブ２が出力する複数の超音波エコー信号をそれぞれ増幅するとともに、個別の遅延量で遅延させる。複数の超音波エコー信号のそれぞれの遅延量は、送受信回路制御回路１７から指示される。
【００１７】
整相加算回路１４は、複数の超音波エコー信号を整相加算する。信号処理回路１５は、整相加算回路１４の出力信号を処理してＢモード像やドップラモード表示像を取得する。例えばＢモード像の取得のために信号処理回路１５は、包絡線検波などを行う。またドップラモード表示像の取得のために信号処理回路１５は、直交検波、ＦＦＴおよびフィルタリングなどを行う。信号処理回路１５は、取得した画像を表す画像信号を出力する。
【００１８】
ディジタルスキャンコンバータ１６は、フレームメモリ、Ｄ／Ａ変換器、書き込み／読み出し制御器などを含む。ディジタルスキャンコンバータ１６は、フレームメモリへの書き込みおよび読み出しを独立して行なうことで、信号処理回路１５から出力される各種の走査方式の画像信号を標準テレビ走査方式の画像信号に変換する。このディジタルスキャンコンバータ１６が出力する画像信号は、表示システム３に送られる。表示システム３はＴＶモニタを含み、入力される画像信号が表す画像を表示する。
【００１９】
送受信回路制御回路１７は、診断モードや操作方向などの種々の条件に応じてプローブコネクタ選択回路11-1〜11-n、送信駆動回路１２および受信遅延回路１３の動作を制御する。
【００２０】
無線インタフェース１８は、超音波診断装置１および超音波プローブ２の周辺に配置される機器（以下、周辺機器と称する）と無線通信を行う。周辺機器は、例えば心電計モニタ４である。心電計モニタ４は、無線インタフェース１８と互換性の有る無線インタフェース４１を含む。上記の互換性を実現するために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格のような汎用の通信規格を採用することが望ましい。これにより、超音波診断装置１と多種の周辺機器との間での無線通信を実現することが可能である。
【００２１】
システム制御回路１９は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ)１９ａおよびメモリ１９ｂを含む。マイクロプロセッサ１９ａは、判断処理を行なう。メモリ１９ｂは、各種の情報を記憶する。そしてシステム制御回路１９は、図示しないシステムコントロール卓を介して入力される動作条件と、メモリ１９ｂに記憶された詳細制御パラメータとに基づいて、マイクロプロセッサ１９ａが超音波診断装置１の動作制御を行う。
【００２２】
次に以上のように構成された超音波診断装置１の動作について説明する。
この超音波診断装置１は、周知の同種の装置と同様な動作によってＢモード像やドプラモード表示像を表示システム３に表示させることができる。
【００２３】
さて、例えば循環器疾患患者の心電波形を心電計モニタを用いて観察しながら超音波ドプラ法による血流速計測を行う場合には、図１に示すように超音波診断装置１の周辺に心電計モニタ４が設置される。心電計モニタ４は、患者接続を行う際の電気安全を確保するために、漏れ電流を極めて低く抑えるよう絶縁型スイッチング電源４０が搭載されている。そして心電計モニタ４は、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング周波数に関するスイッチング周波数情報を無線インタフェース４１から無線送信する機能を備える。スイッチング周波数情報は、スイッチング周波数の値を示す情報であっても良いし、スイッチングタイミングを表すトリガ信号であっても良い。
【００２４】
さてドプラ法を利用する診断動作が起動されたときに超音波診断装置１では、システム制御回路１９が図２に示すような設定処理を実行する。
【００２５】
ステップＳａ１においてシステム制御回路１９は、図示しないシステムコントロール卓を介して動作条件を入力する。ステップＳａ２においてシステム制御回路１９は、入力した動作条件と、メモリ１９ｂに記憶された詳細制御パラメータとに基づいて、所望動作を実現するための諸パラメータを設定する。このパラメータには、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）におけるサンプリング周波数と、ドプラキャリア周波数とを含む。
【００２６】
ステップＳａ３においてシステム制御回路１９は、周辺機器が有るか否かを確認する。これは、例えば無線インタフェース１８により通信可能な機器をサーチすることにより行う。周辺機器が有ったならば、システム制御回路１９はステップＳａ３からステップＳａ４へ進む。ステップＳａ４においてシステム制御回路１９は、上記の周辺機器のスイッチング周波数ｆswを判定する。システム制御回路１９は、無線インタフェース１８を介して外部機器からスイッチング周波数情報を取得し、この情報に基づいてスイッチング周波数ｆswを判定する。図１の例では、システム制御回路１９は、心電計モニタ４から送信されるスイッチング周波数情報に基づいてスイッチング周波数ｆswを判定する。
【００２７】
ステップＳａ５においてシステム制御回路１９は、ＦＦＴにおけるサンプリング周波数がスイッチング周波数ｆswの約数に一致するか否かを確認する。サンプリング周波数がスイッチング周波数ｆswの約数に一致しないならば、システム制御回路１９はステップＳａ５からステップＳａ６へ進む。ステップＳａ６においてシステム制御回路１９は、サンプリング周波数をスイッチング周波数ｆswの約数に変更する。
【００２８】
具体的には、サンプリング周波数が２０kHzで、スイッチング周波数ｆswが２２kHzであったならば、システム制御回路１９はサンプリング周波数を２２kHzに変更する。
【００２９】
サンプリング周波数を変更し終えたならば、システム制御回路１９はこの図２に示す処理を終了する。周辺機器が無かった場合には、システム制御回路１９はステップＳａ３から図２に示す処理を終了する。
【００３０】
さて、ドプラ法を利用する場合に信号処理回路１５は、整相加算回路１４の出力信号に対し直交検波を行う。続いて信号処理回路１５は、直交検波された直交解析信号ｇ(t)_I，ｇ(t)_QをＦＦＴ処理する。ＦＦＴにおいては、サンプリング周波数を２ｆsとすると、図３に示す−ｆs〜＋ｆsの周波数範囲（ナイキスト周波数範囲）の成分を劣化なく再現でき、解析することができる。
【００３１】
一方、ＦＦＴの結果には、体内組織の拍動に起因する周波数変動に基づく成分が±１００Hz程度の周波数帯域に大きく現れる。この成分は、ドプラ法を利用する主目的である血流信号解析に関しては不要である。このため信号処理回路１５では、ＦＦＴの結果のうちの±１００Hz程度の周波数帯域内の成分にフィルタをかける。そして信号処理回路１５は、残留している成分に基づいてドプラシフト量を求め、このドプラシフト量に基づいて速度情報を得る。
【００３２】
ＦＦＴ処理においては、ナイキスト周波数範囲外の周波数成分については、アンダーサンプリング効果分の強度低下を伴うものの、被解析信号周波数ｇ(t)の周波数はサンプリング周波数２ｆsで折りかえって解析される。例えば図４に示すように、サンプリング周波数が２０kHzであるとき、ナイキスト周波数範囲は±１０kHzであるから、被解析信号が＋３kHzや−５kHzの成分を持つ場合には、これらは＋３kHzや−５kHzの成分として信号強度の劣化なく再現解析される。しかしながら被解析信号が＋２２kHzの成分を持つ場合は、ナイキスト範囲外であるために強度劣化が生じるが、＋２２kHzの成分は２０kHzで折りかえって＋２kHzの成分として解析される。
【００３３】
＋２２kHzの成分が絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因してスイッチング周波数を持ったノイズ成分であるとするならば、このノイズ成分がＦＦＴの結果に含まれてしまうことになる。しかし上述のように、サンプリング周波数をスイッチング周波数の約数に合わせている。つまりスイッチング周波数が＋２２kHzであるならば、例えば図５に示すようにサンプリング周波数を＋２２kHzとしている。この結果として図５に示すように、スイッチング周波数を持ったノイズ成分はＦＦＴの結果においては直流（ゼロHz）に落とすことができる。そしてＦＦＴの結果における直流近辺の成分は前述のようにフィルタがかけられるから、これによって上記のノイズ成分は低減され、速度情報の取得に利用されない。
【００３４】
かくして第１の実施形態によれば、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因するノイズに影響されることなく、精度良く速度情報を取得することができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は第１の実施形態と同様な構成の超音波診断装置１により実現される。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理でのシステム制御回路１９の処理内容である。
【００３６】
ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときに超音波診断装置１では、システム制御回路１９が図６に示すような設定処理を実行する。なお、図６において図２と同一の処理を行うステップには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
システム制御回路１９は、ステップＳａ１乃至ステップＳａ４については、第１の実施形態と同様な処理を行う。そしてステップＳａ４からステップＳｂ１へ進む。
【００３８】
ステップＳｂ１においてシステム制御回路１９は、スイッチング周波数ｆswの倍数が受信帯域内であるか否かを確認する。受信帯域は、ドプラキャリア周波数に基づいて定まる。典型的には受信帯域は、ドプラキャリア周波数を中心周波数とした一定範囲である。例えば、ドプラキャリア周波数が２．５MHzで、受信帯域は２．５MHz±２５kHzの範囲とされる。スイッチング周波数ｆswの倍数がこのような受信帯域内であるならば、システム制御回路１９はステップＳｂ１からステップＳｂ２へ進む。ステップＳｂ２においてシステム制御回路１９は、スイッチング周波数ｆswの倍数が受信帯域外になるようにドプラキャリア周波数を変更する。
【００３９】
具体的には、受信帯域が２．５MHz±２５kHzの範囲であり、かつスイッチング周波数が８３０kHzであると、スイッチング周波数ｆswの３倍数が２．４９MHzとなって受信帯域内になる。そこでシステム制御回路１９は、２．４９MHzが受信帯域に含まれなくなるように、例えばドプラキャリア周波数を少し上昇する。
【００４０】
ドプラキャリア周波数を変更し終えたならば、システム制御回路１９はこの図６に示す処理を終了する。周辺機器が無かった場合には、システム制御回路１９はステップＳａ３から図６に示す処理を終了する。
【００４１】
さて、ドプラ法を利用する場合に受信遅延回路１３は、超音波エコー信号のうちの受信帯域内の成分を抽出する。従って、受信帯域外の周波数成分が超音波エコー信号に含まれていても、この成分はドプラ処理における解析対象外とされる。
【００４２】
スイッチング周波数ｆswが８３０kHzである場合、その３次高調波は２４９０kHzになる。このとき、ドプラキャリア周波数が２．５MHzに設定されているならば、図７に示すように上記の３次高調波は受信帯域内に入る。しかしこのような場合には図８に示すように、ドプラキャリア周波数が変更されて３次高調波が受信帯域外とされる。この結果、３次高調波はドプラ処理における解析対象外とされ、速度情報の取得に利用されない。
【００４３】
かくして第２の実施形態によれば、絶縁型スイッチング電源４０のスイッチング動作に起因するノイズに影響されることなく、精度良く速度情報を取得することができる。
【００４４】
なお、アイソレーション回路を用いてノイズの混入を抑止したり、フィルタ回路を用いてノイズを除去したりすることは可能であるが、そのためには大幅に回路が複雑化するため、その回路の収容スペースやコスト上昇の問題が生じる。第１または第２の実施形態によれば、上記のような手法に比べて大幅に簡易な構成により十分な効果を達成することができる。
【００４５】
この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００４６】
周辺機器は、体外循環装置や無線通信装置などの心電計モニタ４以外の機器である場合もある。そして周期的動作を行う機器は、上記の体外循環装置に備えられるモータや上記の無線通信装置にてホッピング動作を行う無線回路などのスイッチング電源以外の機器である場合もある。
【００４７】
超音波診断装置１および超音波プローブ２も患者接続を行う装置であり、超音波診断装置１の電源系は心電計モニタ４と同様に絶縁型となっている。このため、超音波診断装置１の電源系におけるスイッチング動作によりノイズが生じる場合もあるので、そのスイッチング周波数を考慮して上記の各実施形態のような動作を行うことも可能である。
【００４８】
周辺機器との間での通信を有線にて行うようにしても良い。ただしこの場合には、電気安全の確保のためにアイソレートすることが必要になる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示すブロック図。
【図２】ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理での図１中のシステム制御回路１９による第１の実施形態での処理手順を示すフローチャート。
【図３】ＦＦＴにおけるサンプリング周波数とナイキスト周波数範囲とを示す図。
【図４】ナイキスト周波数範囲外の周波数成分の折りかえりの例を示す図。
【図５】サンプリング周波数の変更後におけるスイッチング周波数成分の折りかえりの例を示す図。
【図６】ドプラ法を利用する診断動作が起動されたときにおける設定処理での図１中のシステム制御回路１９による第２の実施形態での処理手順を示すフローチャート。
【図７】スイッチング周波数ｆswの３次高調波が受信帯域内に入る例を示す図。
【図８】３次高調波が受信帯域外となるようにドプラキャリア周波数を変更した様子を示す図。
【図９】超音波連続波ドプラ法を実行した場合において外乱の不安定なクロック信号に起因する血流表示上にアーチファクトを生じた例を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１…超音波診断装置、２…超音波プローブ、３…表示システム、４…心電計モニタ、10-1〜10-n…コネクタポート、11-1〜11-n…プローブコネクタ選択回路、１２…送信駆動回路、１３…受信遅延回路、１４…整相加算回路、１５…信号処理回路、１６…ディジタルスキャンコンバータ、１７…送受信回路制御回路、１８…無線インタフェース、１９…システム制御回路、４０…絶縁型スイッチング電源、４１…無線インタフェース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置において、
前記反射超音波信号を直交検波する手段と、
前記直交検波により得られた直交解析信号をフーリエ変換する手段と、
前記フーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいて前記ドプラシフトを判定する手段と、
前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、
前記フーリエ変換におけるサンプリング周波数を前記動作周波数の約数となるように設定する手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得するもので、ドプラキャリア周波数に応じて定まる受信帯域内の周波数スペクトルに基づいて前記ドプラシフトの量を測定する超音波診断装置において、
前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、
前記受信帯域が前記動作周波数の倍数を含まないように前記ドプラキャリア周波数を設定する手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記電気機器と無線通信する通信手段を備え、
前記判定手段は、前記通信手段を介して前記電気機器から取得した情報に基づいて前記動作周波数を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項１】
超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得する超音波診断装置において、
前記反射超音波信号を直交検波する手段と、
前記直交検波により得られた直交解析信号をフーリエ変換する手段と、
前記フーリエ変換の結果のうちの０Ｈｚを含んだ所定周波数帯以外についての成分に基づいて前記ドプラシフトを判定する手段と、
前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、
前記フーリエ変換におけるサンプリング周波数を前記動作周波数の約数となるように設定する手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波プローブにより受信される反射超音波信号に生じているドプラシフトに基づいて運動速度に関する情報を取得するもので、ドプラキャリア周波数に応じて定まる受信帯域内の周波数スペクトルに基づいて前記ドプラシフトの量を測定する超音波診断装置において、
前記超音波プローブの周辺に存在し周期的動作を行う電気機器の動作周波数を判定する判定手段と、
前記受信帯域が前記動作周波数の倍数を含まないように前記ドプラキャリア周波数を設定する手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
前記電気機器と無線通信する通信手段を備え、
前記判定手段は、前記通信手段を介して前記電気機器から取得した情報に基づいて前記動作周波数を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−６１４３１（Ｐ２００７−６１４３１Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２４０６（Ｐ２００５−２５２４０６）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
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