超音波診断装置
【課題】オーバーペイントが生じることなく、受信信号に対するゲイン値を自動的に設定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。
【解決手段】電子走査アナログ部２は、被検体内における複数のサンプル点に対して超音波を送受信することドプラスキャンを行う。パワー演算部４６は、ドプラスキャンによって取得されたドプラ偏移データに基づいて各サンプル点におけるパワー（強度）を求める。演算部６１は、各サンプル点のパワーのうちの最大値、又は、各サンプル点のパワーの平均値を求める。ゲイン調整部６３は、最大値又は平均値に基づいて受信信号に対するゲイン値を制御する。自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って受信信号を増幅して、周波数解析することで各サンプル点におけるドプラ偏移データを求める。
【解決手段】電子走査アナログ部２は、被検体内における複数のサンプル点に対して超音波を送受信することドプラスキャンを行う。パワー演算部４６は、ドプラスキャンによって取得されたドプラ偏移データに基づいて各サンプル点におけるパワー（強度）を求める。演算部６１は、各サンプル点のパワーのうちの最大値、又は、各サンプル点のパワーの平均値を求める。ゲイン調整部６３は、最大値又は平均値に基づいて受信信号に対するゲイン値を制御する。自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って受信信号を増幅して、周波数解析することで各サンプル点におけるドプラ偏移データを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波のドプラ効果を利用して、被検体内の血流などの運動体の運動情報を求める超音波診断装置に関する。
【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することで、１つの超音波プローブで断層像（白黒のＢモード画像）と血流情報とを得て、断層像に重ねて血流情報をリアルタイムにカラー表示する超音波診断装置が知られている。
【０００３】
この超音波診断装置によって血流情報を測定する原理は次の通りである。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信すると、この超音波ビームの中心周波数ｆｃ（基準周波数ｆｃ）は流動する血球によって散乱されてドプラ偏移を受けて、周波数ｆｄだけ変位する。このため、受信周波数ｆは、
ｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。
周波数ｆｃ、ｆｄは次式で表される。
ｆｄ≒（（２・Ｖ・ｃｏｓθ）／ｃ）・ｆｃ
なお、Ｖは血流速度であり、θは超音波ビームと血流とのなす角度であり、ｃは音速である。この関係式から分かるように、ドプラ偏移周波数ｆｄを検出することによって、血流速度Ｖを求めることができる。
【０００４】
ここで、超音波によるスキャンについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、超音波によるスキャンを説明するための模式図である。図４は、従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。ドプラ偏移周波数ｆｄを計測するためには、図３に示すように、超音波プローブ１から被検体に対して、まず、Ａ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。次に、Ｂ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。以下同様に、Ｚ方向まで順番に複数回ずつ送受信を繰り返す。
【０００５】
図４に示す超音波診断装置によって、上記のスキャン制御が行われる。Ａ方向に超音波パルスが複数回送信されると、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超音波プローブ１によって受信される。エコー信号は超音波プローブ１によって電気信号に変換されて受信回路１００に送られる。エコー信号は、例えば受信回路１００にて、操作者によって設定されたゲイン値に従って増幅される。次に、位相検波回路１１０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、超音波パルスの送信方向に沿って設定された例えば２５６個のサンプル点ＳＰごとに検出される。各サンプル点ＳＰで検出されたドプラ偏移信号は、周波数分析器１２０にて周波数分析されてＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１３０に送られて、ＤＳＣ１３０にて走査変換（スキャンコンバージョン）される。走査変換によって生成された画像データは表示部１４０に送られ、Ａ方向に沿った血流分布像が２次元画像としてリアルタイムに表示部１４０に表示される。以下、Ｂ方向、Ｃ方向、・・・の各方向についても同じ動作が繰り返されて、各スキャン方向に対応した血流分布像（カラードプラ像）が表示部１４０に表示される。
【０００６】
しかしながら、従来技術に係る超音波診断装置においては、受信信号に対するゲイン値を操作者が設定していたため、ゲイン値を適切に設定することが操作者の大きな負担になっていた。また、操作者がゲイン値を設定していたため、適切なゲイン値を設定するために時間を要し、その結果、診断に多くの時間を要していた。
【０００７】
そこで、受信信号に対するノイズレベルを所望の設定値に合わせるように、受信信号に対するゲイン値を設定する方法が提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１に係る方法では、受信信号に対するノイズレベルに基づいてゲイン値を決定して、そのゲイン値に従って受信信号を増幅している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に係る方法では、受信信号に対するノイズレベルに基づいてゲイン値を決定しているため、受信信号のＳ／Ｎが良い条件ではゲイン値が高くなり過ぎてしまい、その結果、血流の表示が断層像（Ｂモード画像）に多くはみ出して表示されてしまう問題（オーバーペイント）が生じるおそれがある。すなわち、カラードプラ法は血管における血流をカラーで表示する方法であるが、ノイズレベルを基準にしてゲイン値を決定すると、血管のみならず、血管の周辺からの信号のレベルも高くなってしまう。その結果、血管の周辺もカラーで表示されてしまい、あたかも、その周辺に血流があるかのように表示されてしまうおそれがある。
【００１０】
この発明は上記の問題を解決するものであり、上記のオーバーペイントが生じることなく、受信信号に対するゲイン値を自動的に設定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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、被検体内における複数の観測点に対して超音波を送受信することでドプラスキャンを行うスキャン手段と、前記ドプラスキャンによって取得された前記複数の観測点における受信信号を、ゲイン値に従って増幅して周波数解析を行うことで、各観測点における運動体のドプラ偏移データを求めるドプラ偏移データ演算手段と、前記ドプラ偏移データに基づいて前記運動体の運動情報を求める運動情報生成手段と、前記運動体の運動情報を表示手段に表示させる表示制御手段と、前記運動体の運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御するゲイン制御手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、受信信号から得られた運動体の運動情報に基づいて、受信信号に対するゲイン値を制御することで、適切なゲイン値を自動的に設定することが可能となり、その結果、操作者の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図２】変形例に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図３】超音波によるスキャンを説明するための模式図である。
【図４】従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態に係る超音波診断装置について図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【００１５】
この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１と、電子走査アナログ部２と、直交位相検波部３と、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部４と、表示ユニット５と、コントローラ６とを備えている。
【００１６】
（超音波プローブ１）
超音波プローブ１には、複数の超音波振動子が１列に配置された１Ｄプローブ、又は、複数の超音波振動子が２次元的に配置された２Ｄプローブが用いられる。超音波プローブ１の形態としては、セクタ対応、リニア対応、又はコンベックス対応などの中から任意に選択される。
【００１７】
（電子走査アナログ部２）
電子走査アナログ部２は、基準信号発生器２１と、ディレーライン２２と、パルサ２３と、プリアンプ２４と、加算器２５と、検波器２６とを備えている。電子走査アナログ部２は、超音波プローブ１によって超音波を送信する送信部と、超音波プローブ１を介して超音波エコーを受信する受信部とによって構成されている。送信部は、基準信号発生器２１と、レートパルス発生器２７と、受信部と共用されるディレーライン２２と、パルサ２３とによって構成されている。
【００１８】
レートパルス発生器２７は、予め設定されたパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）でレートパルスを出力する。このパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は、図示しない操作部を介して操作者によって任意に変更できるようになっている。このレートパルスは、ディレーライン２２によって超音波の指向性を決めるための遅延を受けて、トリガパルスとしてパルサ２３に与えられる。このトリガパルスに同期して、パルサ２３から超音波プローブ１の超音波振動子に、基準信号発生器２１の基準周波数ｆｃと同じ周波数を有する信号パルスが印加される。
【００１９】
超音波プローブ１の超音波振動子は、この信号パルスを受けて振動する。これにより基準周波数ｆｃを中心周波数とする超音波パルスが、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で周期的に発生され、被検体に送信される。
【００２０】
超音波プローブ１から送信された超音波は被検体内を伝搬し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で次々と反射する。この反射によるエコーは超音波プローブ１により受信され、超音波振動子から電気信号は発生する。
【００２１】
超音波プローブ１から発生した電気信号は、電子走査アナログ部２の受信部に出力される。この受信部は、プリアンプ２４と、ディレーライン２２と、加算器２５とによって構成されている。超音波プローブ１から送られた電気信号はプリアンプ２４で増幅され、ディレーライン２２で例えば送信時とは逆の遅延を受けた後、加算器２５で加算される。これにより、受信指向性を持った１つのエコー信号が生成される。このエコー信号は、検波器２６と直交位相検波部３とにそれぞれ出力される。なお、超音波プローブ１と電子走査アナログ部２とによって、この発明の「スキャン手段」の１例を構成する。
【００２２】
検波器２６は、エコー信号を検波して反射成分を取り出し、その反射成分を対数増幅し、包絡線を検波することで、断面における組織を表すＢモード画像信号を生成する。このＢモード画像信号は、表示ユニット５に出力される。
【００２３】
表示ユニット５は、第１のＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）５１と、第２のＤＳＣ５２と、表示処理部５３と、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４と、Ｄ／Ａ変換器５５と、表示部５６とを備えている。
【００２４】
検波器２６から出力されたＢモード画像信号は、第１のＤＳＣ５１によって超音波走査から標準ＴＶ走査に走査変換され、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４を介してＤ／Ａ変換器５５に出力される。Ｂモード画像信号はＤ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６にて濃淡（白黒）で表示される。このように、Ｂモード画像は白黒の階調で表示される。なお、検波器２６と第１のＤＳＣ５１とによって、この発明の「画像生成手段」の１例を構成する。
【００２５】
（直交位相検波部３）
また、加算器２５にて生成されたエコー信号は直交位相検波部３に出力される。直交位相検波部３は、ミキサ３１ａ、３１ｂと、９０°移相器３２と、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂとを備えている。
【００２６】
加算器２５から出力されたエコー信号は、二手に別れてそれぞれミキサ３１ａとミキサ３１ｂとに入力する。ミキサ３１ａには、基準信号発生器２１から基準信号（基準周波数ｆｃ）が入力し、また、ミキサ３１ｂには、基準信号発生器２１から９０°移相器３２を経てミキサ３１ａに入力した基準信号とは９０°の位相差が加えられた基準信号が入力して、それぞれエコー信号と合成される。
【００２７】
その結果、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂには、それぞれ基準信号（基準周波数ｆｃ）とドプラ偏移信号（周波数ｆｄ）とが合成された周波数成分（２ｆｃ＋ｆｄ）が入力される。周波数成分（２ｆｃ＋ｆｄ）のうち高周波成分（２ｆｃ）がローパスフィルタ３３ａ、３３ｂで除去される。この直交位相検波により、ドプラ偏移周波数成分（ｆｄ）を有するドプラ信号が得られる。そして、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂからＭＴＩ演算部４に位相検波出力信号が出力される。
【００２８】
（ＭＴＩ演算部４）
ＭＴＩ演算部４は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂと、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂと、自己相関演算部４３と、平均速度演算部４４と、分散演算部４５と、パワー演算部４６とを備えている。
【００２９】
位相検波出力信号は、ＭＴＩ演算部４では、まずＡ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂでそれぞれデジタル化され、次いでＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂで心臓壁などの比較的速度の遅い低周波成分（クラッタ成分）が除去され、そして、そして、血流などの比較的速度が速い高周波成分（血流成分）が抽出される。
【００３０】
ドプラ偏移周波数ｆｄを計測するためには、例えば図３に示すように、超音波プローブ１から被検体に対して、まず、Ａ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。次に、Ｂ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。以下同様に、Ｚ方向まで順番に複数回ずつ送受信を繰り返す。１回の送受信で得られるエコー信号から直交位相検波によってドプラ信号を取り出し、このドプラ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂに送る。そして、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂは、所定回数繰り返し送信したレートパルスにおける同一サンプル点ＳＰ間の位相変化により血流の動きを検出し、クラッタ成分を除去する。
【００３１】
自己相関演算部４３は、２次元の多点における周波数分析をリアルタイムに行う。自己相関演算部４３は、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力された血流成分（高周波成分）を、予め設定されたゲイン値に従って増幅する。このゲイン値は、コントローラ６によって決定される。そして、自己相関演算部４３は、増幅された血流成分（高周波成分）を対象にして、図３に示す多数のサンプル点ＳＰについて周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。なお、自己相関演算部４３の出力（ドプラ偏移周波数ｆｄ）が、この発明の「ドプラ偏移データ」の１例に相当し、自己相関演算部４３が、この発明の「ドプラ偏移データ演算手段」の１例に相当する。自己相関演算部４３により求められたドプラ偏移周波数ｆｄは、平均速度演算部４４、分散演算部４５、及びパワー演算部４６に出力される。
【００３２】
平均速度演算部４４、分散演算部４５、及びパワー演算部４６は、自己相関演算部４３から出力されたドプラ偏移周波数ｆｄに基づいて各々所定の演算を行うことで、サンプル点ＳＰごとの血流情報を求める。具体的には、平均速度演算部４４は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流の平均速度を求める。また、分散演算部４５は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流速度の分散値を求める。また、パワー演算部４６は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流量を反映しているパワー（強度）を求める。血流情報が、この発明の「運動情報」の１例に相当する。また、平均速度演算部４４、分散演算部４５、又はパワー演算部４６が、この発明の「運動情報生成手段」の１例に相当する。
【００３３】
このようにして得られた血流の平均速度、分散値、及びパワーなどの血流情報は、表示ユニット５の第２のＤＳＣ５２に出力される。血流情報は、第２のＤＳＣ５２によって超音波走査から標準ＴＶ走査に走査変換されて、表示処理部５３に出力される。表示処理部５３は、例えばカラー変換情報を記憶した図示しないメモリを備えている。カラー変換情報には、例えば超音波プローブ１に向かう流れを赤とし、遠ざかる流れを青とし、速度の大小は輝度に反映させ、また、分散は緑の色相でレベル分けするなどの情報が含まれている。表示処理部５３は、血流情報をカラー情報に付加する。
【００３４】
そして、カラー情報を含む血流情報と、第１のＤＳＣ５１から出力されたＢモード画像とが、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４に入力する。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、表示部５６にて表示される情報を適宜選択してＤ／Ａ変換器５５に出力する。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力された情報は、Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６に表示される。これにより、Ｂモード画像は白黒の階調で表示され、血流情報はカラーで表示される。例えば表示部５６には、Ｂモード画像（白黒像）とカラードプラ像（血流像）とが重畳して表示される。なお、表示処理部５３、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４、及びＤ／Ａ変換器５５が、この発明の「表示制御手段」の１例を構成する。
【００３５】
（コントローラ６）
コントローラ６は、演算部６１と、メモリ６２と、ゲイン調整部６３とを備えている。この実施形態においては、パワー演算部４６は、各サンプル点ＳＰにおけるパワー（強度）を示すパワー情報をコントローラ６に出力する。コントローラ６はパワー情報に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。
【００３６】
演算部６１は、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点のパワー（強度）を比べて、各サンプル点のパワーのうちの最大値を求める。または、演算部６１は、パワーの最大値を求める代わりに、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点のパワーの平均値を求めても良い。演算部６１は、パワーの最大値又は平均値をゲイン調整部６３に出力する。
【００３７】
例えば、操作者は表示部５６に表示されているＢモード画像を参照し、図示しない操作部を用いて、Ｂモード画像上に関心領域（ＲＯＩ）を指定する。操作者によって関心領域が指定されると、関心領域の位置を示す位置情報が、図示しない操作部からコントローラ６に出力される。演算部６１は、図示しない操作部から出力された関心領域の位置を示す位置情報を受けて、ある時間における関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーのうちの最大値を求める。または、演算部６１は、ある時間における関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。例えば、操作者が図示しない操作部によってゲイン値の自動設定の指示を与えると、その指示を示す情報が操作部からコントローラ６に出力される。演算部６１は、その指示が与えられたタイミングにおける関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーのうちの最大値、又は各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。そして、演算部６１は、パワーの最大値又はパワーの平均値をゲイン調整部６３に出力する。
【００３８】
ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が予め設定された所定範囲内に含まれるように、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。この最大値の所定範囲を示す情報は、メモリ６２に予め記憶されている。パワーの最大値の所定範囲は、オーバーペイントが発生せずにカラードプラ像が操作者にとって見やすく表示される範囲であり、予め決定されている。
【００３９】
ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲の下限値よりも低い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を上げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの最大値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されているゲイン値を上げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を上げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を上げて、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力される血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４０】
一方、ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲の上限値よりも高い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を下げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの最大値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されている現在のゲイン値を下げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を下げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を下げて血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４１】
また、ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲内に含まれている場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を変えない。
【００４２】
また、演算部６１によってパワーの平均値が求められた場合には、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるように、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。この平均値の所定範囲を示す情報は、メモリ６２に予め記憶されている。パワーの平均値の所定範囲は、オーバーペイントが発生せずにカラードプラ像が操作者にとって見やすく表示される範囲であり、予め決定されている。
【００４３】
ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲の下限値よりも低い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を上げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの平均値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されているゲイン値を上げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を上げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を上げて、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力される血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４４】
一方、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲の上限値よりも高い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を下げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの平均値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されている現在のゲイン値を下げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を下げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を下げて血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４５】
また、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲内に含まれている場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を変えない。
【００４６】
なお、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値の最大値を予め決めておいても良い。例えば、ゲイン値の最大値は、オーバーペイントが生じない程度の値とすることが好ましい。この場合、ゲイン調整部６３は、この最大値を上限としてゲイン値を制御する。
【００４７】
従来においては、受信信号に対するゲイン値が小さい場合、血流情報が十分に表示されない問題が生じる。また、受信信号のＳ／Ｎが良い条件では、ゲイン値が高すぎる場合、血流の表示がＢモード画像に多くはみ出して表示されてしまう問題（オーバーペイントの問題）が生じる。そこで、この実施形態では上述したように、自己相関演算部４３の出力信号に基づいてゲイン値の制御を行うことで、オーバーペイントの発生を抑えつつ適切なゲイン値を自動的に設定する。
【００４８】
上述した実施形態では、ゲイン値を自己相関演算部４３に設定しているが、プリアンプ２４や他の部分に与えても良い。また、コントローラ６は、パワー演算部４６によって求められたパワーに限らず、表示処理部５３の出力やマルチプレクサ（ＭＰＸ）５４の出力に基づいてゲイン値を制御しても良い。また、コントローラ６は、平均速度演算部４４によって求められた血流の平均速度や、分散演算部４５によって求められた血流速度の分散値に基づいてゲイン値を制御しても良い。なお、コントローラ６が、この発明の「ゲイン制御手段」の１例に相当する。
【００４９】
コントローラ６は、ＣＰＵなどの情報処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどの記憶装置とによって構成されていても良い。この場合、記憶装置には、コントローラ６の機能を実行するためのプログラムが記憶されている。このプログラムには、演算部６１の機能を実行するための演算プログラムと、ゲイン調整部６３の機能を実行するためのゲイン調整プログラムとが含まれている。ＣＰＵが各プログラムを実行することで、各部の機能が実行される。
【００５０】
（動作）
次に、この実施形態に係る超音波診断装置による一連の動作について説明する。
【００５１】
まず、超音波プローブ１と電子走査アナログ部２とよって、予め設定された領域をＢモードスキャンすることで、その領域における被検体の組織を表すＢモード画像を取得する。このＢモード画像は表示部５６に表示される。
【００５２】
操作者は表示部５６に表示されているＢモード画像を参照して、図示しない操作部を用いてＢモード画像上に関心領域（ＲＯＩ）を設定する。関心領域（ＲＯＩ）の位置を示す位置情報が、操作部からコントローラ６に出力される。電子走査アナログ部２はコントローラ６の指示に従って、関心領域（ＲＯＩ）を対象にしてドプラスキャンを実行する。そして、直交位相検波部３とＭＴＩ演算部４とによって、関心領域（ＲＯＩ）におけるパワーなどの血流情報が求められる。表示部５６には、血流情報を表すカラードプラ像とＢモード画像とが重畳して表示される。
【００５３】
そして、操作者が図示しない操作部によってゲイン値の自動設定の指示を与えると、その指示を示す情報が操作部からコントローラ６に出力される。コントローラ６は、その指示が与えられると、電子走査アナログ部２に対して１フレーム分のスキャンを行うことを命令する。電子走査アナログ部２は、コントローラ６の命令に従って、１フレーム分のスキャンを実行する。すなわち、操作者がゲイン値の自動設定の指示を与えたタイミングで、電子走査アナログ部２は１フレーム分のスキャンを実行する。そして、直交位相検波部３とＭＴＩ演算部４とによって、関心領域（ＲＯＩ）におけるパワーなどの血流情報が求められる。
【００５４】
演算部６１は、指示が与えられたタイミングにおける関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワー（強度）のうちの最大値、又は各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。ゲイン調整部６３は、演算部６１によって求められたパワーの最大値又は平均値に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。これにより、血流情報に基づくゲイン値が自己相関演算部４３に設定される。
【００５５】
自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力された血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００５６】
以上のように、この実施形態に係る超音波診断装置によると、血流情報に基づいて受信信号に対するゲイン値を制御することで、オーバーペイントが生じることなく血流情報を増幅することが可能なゲイン値を自動的に設定することが可能となる。そのことにより、操作者にとって見やすいカラードプラ像を表示することが可能となる。また、ゲイン値が自動的に設定されるため、操作者の負担が軽減されて、診断時間を短縮することが可能となる。
【００５７】
なお、ゲイン値を制御する場合に、１フレーム分の走査範囲をすべてスキャンすると時間を要するため、電子走査アナログ部２は、その走査範囲の略中央に位置する数本の走査線をスキャンし、コントローラ６は、そのスキャンによって得られたパワー（強度）に基づいてゲイン値を制御しても良い。また、ゲイン値を制御する場合に、電子走査アナログ部２は、複数のフレームをスキャンしても良い。この場合、コントローラ６は、各フレームについてパワー（強度）の最大値又は平均値を求め、さらに、パワーの最大値又は平均値の平均を求め、その平均によってゲイン値を制御する。
【００５８】
［変形例］
次に、上述した実施形態に係る超音波診断装置の変形例について図２を参照して説明する。図２は、変形例に係る超音波診断装置を示すブロック図である。変形例に係る超音波診断装置は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４の出力に基づいてゲイン値を制御する。変形例に係る超音波診断装置の各部の構成は、上述した実施形態に係る超音波診断装置の構成と同じである。
【００５９】
マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、カラー情報を含む血流情報を表示処理部５３から受け、Ｂモード画像を第１のＤＳＣ５１から受ける。そして、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、各画素における血流情報とＢモード画像の各画素の画素値とに基づいて、各画素に、血流情報又はＢモード画像の画素値のいずれかを選択して割り当てて、Ｄ／Ａ変換器５５に出力する。例えば、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、カラー情報を含む血流情報とＢモード画像の画素値とを比べて、血流速度が予め設定された第１の閾値以上で、かつ、Ｂモード画像の画素値（輝度値）が予め設定された第２の閾値未満となる画素については、血流情報を割り当ててＤ／Ａ変換器５５に出力する。一方、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、血流情報が割り当てられた画素以外の画素に対しては、Ｂモード画像の画素値を割り当ててＤ／Ａ変換器５５に出力する。すなわち、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、血流速度が一定の速度以上（第１の閾値以上）で、かつ、Ｂモード画像の輝度が一定の輝度未満（第２の閾値未満）の領域については、血流情報を割り当てる。血流速度に対する第１の閾値と輝度に対する第２の閾値とは、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４に予め設定されている。なお、血流速度及び輝度に対する閾値（第１の閾値及び第２の閾値）は、撮影対象の部位によって異なる値を設定することが好ましい。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力された情報は、Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６に表示される。これにより、表示部５６には、Ｂモード画像（白黒像）とカラードプラ像（血流像）とが重畳して表示される。
【００６０】
また、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、関心領域（ＲＯＩ）において血流情報が割り当てられた各画素（各サンプル点）の血流情報を、コントローラ６の演算部６１に出力する。演算部６１は、上述した実施形態と同様に、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点の血流情報のうちの最大値、又は各サンプル点の血流情報の平均値を求める。ゲイン調整部６３は、上述した実施形態と同様に、血流情報の最大値又は平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるようにゲイン値を制御する。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値と、血流情報の最大値又は平均値との差分を求め、その差分に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００６１】
以上のように、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力される血流情報に基づいてゲイン値を制御する場合であっても、オーバーペイントが生じることなく血流情報を増幅することが可能なゲイン値を自動的に設定することが可能となる。そのことにより、操作者によって見やすいカラードプラ像を表示することが可能となる。また、ゲイン値が自動的に設定されるため、操作者の負担が軽減されて、診断時間を短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 超音波プローブ
２ 電子走査アナログ部
３ 直交位相検波部
４ ＭＴＩ演算部
５ 表示ユニット
６ コントローラ
４３ 自己相関演算部
４４ 平均速度演算部
４５ 分散演算部
４６ パワー演算部
６１ 演算部
６２ メモリ
６３ ゲイン調整部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波のドプラ効果を利用して、被検体内の血流などの運動体の運動情報を求める超音波診断装置に関する。
【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することで、１つの超音波プローブで断層像（白黒のＢモード画像）と血流情報とを得て、断層像に重ねて血流情報をリアルタイムにカラー表示する超音波診断装置が知られている。
【０００３】
この超音波診断装置によって血流情報を測定する原理は次の通りである。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信すると、この超音波ビームの中心周波数ｆｃ（基準周波数ｆｃ）は流動する血球によって散乱されてドプラ偏移を受けて、周波数ｆｄだけ変位する。このため、受信周波数ｆは、
ｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。
周波数ｆｃ、ｆｄは次式で表される。
ｆｄ≒（（２・Ｖ・ｃｏｓθ）／ｃ）・ｆｃ
なお、Ｖは血流速度であり、θは超音波ビームと血流とのなす角度であり、ｃは音速である。この関係式から分かるように、ドプラ偏移周波数ｆｄを検出することによって、血流速度Ｖを求めることができる。
【０００４】
ここで、超音波によるスキャンについて図３及び図４を参照して説明する。図３は、超音波によるスキャンを説明するための模式図である。図４は、従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。ドプラ偏移周波数ｆｄを計測するためには、図３に示すように、超音波プローブ１から被検体に対して、まず、Ａ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。次に、Ｂ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。以下同様に、Ｚ方向まで順番に複数回ずつ送受信を繰り返す。
【０００５】
図４に示す超音波診断装置によって、上記のスキャン制御が行われる。Ａ方向に超音波パルスが複数回送信されると、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超音波プローブ１によって受信される。エコー信号は超音波プローブ１によって電気信号に変換されて受信回路１００に送られる。エコー信号は、例えば受信回路１００にて、操作者によって設定されたゲイン値に従って増幅される。次に、位相検波回路１１０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、超音波パルスの送信方向に沿って設定された例えば２５６個のサンプル点ＳＰごとに検出される。各サンプル点ＳＰで検出されたドプラ偏移信号は、周波数分析器１２０にて周波数分析されてＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）１３０に送られて、ＤＳＣ１３０にて走査変換（スキャンコンバージョン）される。走査変換によって生成された画像データは表示部１４０に送られ、Ａ方向に沿った血流分布像が２次元画像としてリアルタイムに表示部１４０に表示される。以下、Ｂ方向、Ｃ方向、・・・の各方向についても同じ動作が繰り返されて、各スキャン方向に対応した血流分布像（カラードプラ像）が表示部１４０に表示される。
【０００６】
しかしながら、従来技術に係る超音波診断装置においては、受信信号に対するゲイン値を操作者が設定していたため、ゲイン値を適切に設定することが操作者の大きな負担になっていた。また、操作者がゲイン値を設定していたため、適切なゲイン値を設定するために時間を要し、その結果、診断に多くの時間を要していた。
【０００７】
そこで、受信信号に対するノイズレベルを所望の設定値に合わせるように、受信信号に対するゲイン値を設定する方法が提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１に係る方法では、受信信号に対するノイズレベルに基づいてゲイン値を決定して、そのゲイン値に従って受信信号を増幅している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に係る方法では、受信信号に対するノイズレベルに基づいてゲイン値を決定しているため、受信信号のＳ／Ｎが良い条件ではゲイン値が高くなり過ぎてしまい、その結果、血流の表示が断層像（Ｂモード画像）に多くはみ出して表示されてしまう問題（オーバーペイント）が生じるおそれがある。すなわち、カラードプラ法は血管における血流をカラーで表示する方法であるが、ノイズレベルを基準にしてゲイン値を決定すると、血管のみならず、血管の周辺からの信号のレベルも高くなってしまう。その結果、血管の周辺もカラーで表示されてしまい、あたかも、その周辺に血流があるかのように表示されてしまうおそれがある。
【００１０】
この発明は上記の問題を解決するものであり、上記のオーバーペイントが生じることなく、受信信号に対するゲイン値を自動的に設定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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、被検体内における複数の観測点に対して超音波を送受信することでドプラスキャンを行うスキャン手段と、前記ドプラスキャンによって取得された前記複数の観測点における受信信号を、ゲイン値に従って増幅して周波数解析を行うことで、各観測点における運動体のドプラ偏移データを求めるドプラ偏移データ演算手段と、前記ドプラ偏移データに基づいて前記運動体の運動情報を求める運動情報生成手段と、前記運動体の運動情報を表示手段に表示させる表示制御手段と、前記運動体の運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御するゲイン制御手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、受信信号から得られた運動体の運動情報に基づいて、受信信号に対するゲイン値を制御することで、適切なゲイン値を自動的に設定することが可能となり、その結果、操作者の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図２】変形例に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【図３】超音波によるスキャンを説明するための模式図である。
【図４】従来技術に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施形態に係る超音波診断装置について図１を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
【００１５】
この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１と、電子走査アナログ部２と、直交位相検波部３と、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部４と、表示ユニット５と、コントローラ６とを備えている。
【００１６】
（超音波プローブ１）
超音波プローブ１には、複数の超音波振動子が１列に配置された１Ｄプローブ、又は、複数の超音波振動子が２次元的に配置された２Ｄプローブが用いられる。超音波プローブ１の形態としては、セクタ対応、リニア対応、又はコンベックス対応などの中から任意に選択される。
【００１７】
（電子走査アナログ部２）
電子走査アナログ部２は、基準信号発生器２１と、ディレーライン２２と、パルサ２３と、プリアンプ２４と、加算器２５と、検波器２６とを備えている。電子走査アナログ部２は、超音波プローブ１によって超音波を送信する送信部と、超音波プローブ１を介して超音波エコーを受信する受信部とによって構成されている。送信部は、基準信号発生器２１と、レートパルス発生器２７と、受信部と共用されるディレーライン２２と、パルサ２３とによって構成されている。
【００１８】
レートパルス発生器２７は、予め設定されたパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）でレートパルスを出力する。このパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は、図示しない操作部を介して操作者によって任意に変更できるようになっている。このレートパルスは、ディレーライン２２によって超音波の指向性を決めるための遅延を受けて、トリガパルスとしてパルサ２３に与えられる。このトリガパルスに同期して、パルサ２３から超音波プローブ１の超音波振動子に、基準信号発生器２１の基準周波数ｆｃと同じ周波数を有する信号パルスが印加される。
【００１９】
超音波プローブ１の超音波振動子は、この信号パルスを受けて振動する。これにより基準周波数ｆｃを中心周波数とする超音波パルスが、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）で周期的に発生され、被検体に送信される。
【００２０】
超音波プローブ１から送信された超音波は被検体内を伝搬し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で次々と反射する。この反射によるエコーは超音波プローブ１により受信され、超音波振動子から電気信号は発生する。
【００２１】
超音波プローブ１から発生した電気信号は、電子走査アナログ部２の受信部に出力される。この受信部は、プリアンプ２４と、ディレーライン２２と、加算器２５とによって構成されている。超音波プローブ１から送られた電気信号はプリアンプ２４で増幅され、ディレーライン２２で例えば送信時とは逆の遅延を受けた後、加算器２５で加算される。これにより、受信指向性を持った１つのエコー信号が生成される。このエコー信号は、検波器２６と直交位相検波部３とにそれぞれ出力される。なお、超音波プローブ１と電子走査アナログ部２とによって、この発明の「スキャン手段」の１例を構成する。
【００２２】
検波器２６は、エコー信号を検波して反射成分を取り出し、その反射成分を対数増幅し、包絡線を検波することで、断面における組織を表すＢモード画像信号を生成する。このＢモード画像信号は、表示ユニット５に出力される。
【００２３】
表示ユニット５は、第１のＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）５１と、第２のＤＳＣ５２と、表示処理部５３と、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４と、Ｄ／Ａ変換器５５と、表示部５６とを備えている。
【００２４】
検波器２６から出力されたＢモード画像信号は、第１のＤＳＣ５１によって超音波走査から標準ＴＶ走査に走査変換され、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４を介してＤ／Ａ変換器５５に出力される。Ｂモード画像信号はＤ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６にて濃淡（白黒）で表示される。このように、Ｂモード画像は白黒の階調で表示される。なお、検波器２６と第１のＤＳＣ５１とによって、この発明の「画像生成手段」の１例を構成する。
【００２５】
（直交位相検波部３）
また、加算器２５にて生成されたエコー信号は直交位相検波部３に出力される。直交位相検波部３は、ミキサ３１ａ、３１ｂと、９０°移相器３２と、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂとを備えている。
【００２６】
加算器２５から出力されたエコー信号は、二手に別れてそれぞれミキサ３１ａとミキサ３１ｂとに入力する。ミキサ３１ａには、基準信号発生器２１から基準信号（基準周波数ｆｃ）が入力し、また、ミキサ３１ｂには、基準信号発生器２１から９０°移相器３２を経てミキサ３１ａに入力した基準信号とは９０°の位相差が加えられた基準信号が入力して、それぞれエコー信号と合成される。
【００２７】
その結果、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂには、それぞれ基準信号（基準周波数ｆｃ）とドプラ偏移信号（周波数ｆｄ）とが合成された周波数成分（２ｆｃ＋ｆｄ）が入力される。周波数成分（２ｆｃ＋ｆｄ）のうち高周波成分（２ｆｃ）がローパスフィルタ３３ａ、３３ｂで除去される。この直交位相検波により、ドプラ偏移周波数成分（ｆｄ）を有するドプラ信号が得られる。そして、ローパスフィルタ３３ａ、３３ｂからＭＴＩ演算部４に位相検波出力信号が出力される。
【００２８】
（ＭＴＩ演算部４）
ＭＴＩ演算部４は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂと、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂと、自己相関演算部４３と、平均速度演算部４４と、分散演算部４５と、パワー演算部４６とを備えている。
【００２９】
位相検波出力信号は、ＭＴＩ演算部４では、まずＡ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂでそれぞれデジタル化され、次いでＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂで心臓壁などの比較的速度の遅い低周波成分（クラッタ成分）が除去され、そして、そして、血流などの比較的速度が速い高周波成分（血流成分）が抽出される。
【００３０】
ドプラ偏移周波数ｆｄを計測するためには、例えば図３に示すように、超音波プローブ１から被検体に対して、まず、Ａ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。次に、Ｂ方向に超音波パルスを複数回繰り返し送受信する。以下同様に、Ｚ方向まで順番に複数回ずつ送受信を繰り返す。１回の送受信で得られるエコー信号から直交位相検波によってドプラ信号を取り出し、このドプラ信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂに送る。そして、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂは、所定回数繰り返し送信したレートパルスにおける同一サンプル点ＳＰ間の位相変化により血流の動きを検出し、クラッタ成分を除去する。
【００３１】
自己相関演算部４３は、２次元の多点における周波数分析をリアルタイムに行う。自己相関演算部４３は、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力された血流成分（高周波成分）を、予め設定されたゲイン値に従って増幅する。このゲイン値は、コントローラ６によって決定される。そして、自己相関演算部４３は、増幅された血流成分（高周波成分）を対象にして、図３に示す多数のサンプル点ＳＰについて周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。なお、自己相関演算部４３の出力（ドプラ偏移周波数ｆｄ）が、この発明の「ドプラ偏移データ」の１例に相当し、自己相関演算部４３が、この発明の「ドプラ偏移データ演算手段」の１例に相当する。自己相関演算部４３により求められたドプラ偏移周波数ｆｄは、平均速度演算部４４、分散演算部４５、及びパワー演算部４６に出力される。
【００３２】
平均速度演算部４４、分散演算部４５、及びパワー演算部４６は、自己相関演算部４３から出力されたドプラ偏移周波数ｆｄに基づいて各々所定の演算を行うことで、サンプル点ＳＰごとの血流情報を求める。具体的には、平均速度演算部４４は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流の平均速度を求める。また、分散演算部４５は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流速度の分散値を求める。また、パワー演算部４６は、各サンプル点ＳＰのそれぞれにおける血流量を反映しているパワー（強度）を求める。血流情報が、この発明の「運動情報」の１例に相当する。また、平均速度演算部４４、分散演算部４５、又はパワー演算部４６が、この発明の「運動情報生成手段」の１例に相当する。
【００３３】
このようにして得られた血流の平均速度、分散値、及びパワーなどの血流情報は、表示ユニット５の第２のＤＳＣ５２に出力される。血流情報は、第２のＤＳＣ５２によって超音波走査から標準ＴＶ走査に走査変換されて、表示処理部５３に出力される。表示処理部５３は、例えばカラー変換情報を記憶した図示しないメモリを備えている。カラー変換情報には、例えば超音波プローブ１に向かう流れを赤とし、遠ざかる流れを青とし、速度の大小は輝度に反映させ、また、分散は緑の色相でレベル分けするなどの情報が含まれている。表示処理部５３は、血流情報をカラー情報に付加する。
【００３４】
そして、カラー情報を含む血流情報と、第１のＤＳＣ５１から出力されたＢモード画像とが、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４に入力する。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、表示部５６にて表示される情報を適宜選択してＤ／Ａ変換器５５に出力する。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力された情報は、Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６に表示される。これにより、Ｂモード画像は白黒の階調で表示され、血流情報はカラーで表示される。例えば表示部５６には、Ｂモード画像（白黒像）とカラードプラ像（血流像）とが重畳して表示される。なお、表示処理部５３、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４、及びＤ／Ａ変換器５５が、この発明の「表示制御手段」の１例を構成する。
【００３５】
（コントローラ６）
コントローラ６は、演算部６１と、メモリ６２と、ゲイン調整部６３とを備えている。この実施形態においては、パワー演算部４６は、各サンプル点ＳＰにおけるパワー（強度）を示すパワー情報をコントローラ６に出力する。コントローラ６はパワー情報に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。
【００３６】
演算部６１は、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点のパワー（強度）を比べて、各サンプル点のパワーのうちの最大値を求める。または、演算部６１は、パワーの最大値を求める代わりに、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点のパワーの平均値を求めても良い。演算部６１は、パワーの最大値又は平均値をゲイン調整部６３に出力する。
【００３７】
例えば、操作者は表示部５６に表示されているＢモード画像を参照し、図示しない操作部を用いて、Ｂモード画像上に関心領域（ＲＯＩ）を指定する。操作者によって関心領域が指定されると、関心領域の位置を示す位置情報が、図示しない操作部からコントローラ６に出力される。演算部６１は、図示しない操作部から出力された関心領域の位置を示す位置情報を受けて、ある時間における関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーのうちの最大値を求める。または、演算部６１は、ある時間における関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。例えば、操作者が図示しない操作部によってゲイン値の自動設定の指示を与えると、その指示を示す情報が操作部からコントローラ６に出力される。演算部６１は、その指示が与えられたタイミングにおける関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワーのうちの最大値、又は各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。そして、演算部６１は、パワーの最大値又はパワーの平均値をゲイン調整部６３に出力する。
【００３８】
ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が予め設定された所定範囲内に含まれるように、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。この最大値の所定範囲を示す情報は、メモリ６２に予め記憶されている。パワーの最大値の所定範囲は、オーバーペイントが発生せずにカラードプラ像が操作者にとって見やすく表示される範囲であり、予め決定されている。
【００３９】
ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲の下限値よりも低い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を上げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの最大値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されているゲイン値を上げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を上げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を上げて、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力される血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４０】
一方、ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲の上限値よりも高い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を下げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの最大値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されている現在のゲイン値を下げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を下げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を下げて血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４１】
また、ゲイン調整部６３は、パワーの最大値が所定範囲内に含まれている場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を変えない。
【００４２】
また、演算部６１によってパワーの平均値が求められた場合には、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるように、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。この平均値の所定範囲を示す情報は、メモリ６２に予め記憶されている。パワーの平均値の所定範囲は、オーバーペイントが発生せずにカラードプラ像が操作者にとって見やすく表示される範囲であり、予め決定されている。
【００４３】
ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲の下限値よりも低い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を上げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの平均値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されているゲイン値を上げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を上げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を上げて、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力される血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４４】
一方、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲の上限値よりも高い場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を下げる。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値とパワーの平均値との差分を求め、その差分に比例して、自己相関演算部４３に設定されている現在のゲイン値を下げる。具体的には、ゲイン調整部６３は、差分に比例してゲイン値を下げるための制御値を自己相関演算部４３に出力する。自己相関演算部４３は、その制御値に従ってゲイン値を下げて血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００４５】
また、ゲイン調整部６３は、パワーの平均値が所定範囲内に含まれている場合には、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を変えない。
【００４６】
なお、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値の最大値を予め決めておいても良い。例えば、ゲイン値の最大値は、オーバーペイントが生じない程度の値とすることが好ましい。この場合、ゲイン調整部６３は、この最大値を上限としてゲイン値を制御する。
【００４７】
従来においては、受信信号に対するゲイン値が小さい場合、血流情報が十分に表示されない問題が生じる。また、受信信号のＳ／Ｎが良い条件では、ゲイン値が高すぎる場合、血流の表示がＢモード画像に多くはみ出して表示されてしまう問題（オーバーペイントの問題）が生じる。そこで、この実施形態では上述したように、自己相関演算部４３の出力信号に基づいてゲイン値の制御を行うことで、オーバーペイントの発生を抑えつつ適切なゲイン値を自動的に設定する。
【００４８】
上述した実施形態では、ゲイン値を自己相関演算部４３に設定しているが、プリアンプ２４や他の部分に与えても良い。また、コントローラ６は、パワー演算部４６によって求められたパワーに限らず、表示処理部５３の出力やマルチプレクサ（ＭＰＸ）５４の出力に基づいてゲイン値を制御しても良い。また、コントローラ６は、平均速度演算部４４によって求められた血流の平均速度や、分散演算部４５によって求められた血流速度の分散値に基づいてゲイン値を制御しても良い。なお、コントローラ６が、この発明の「ゲイン制御手段」の１例に相当する。
【００４９】
コントローラ６は、ＣＰＵなどの情報処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどの記憶装置とによって構成されていても良い。この場合、記憶装置には、コントローラ６の機能を実行するためのプログラムが記憶されている。このプログラムには、演算部６１の機能を実行するための演算プログラムと、ゲイン調整部６３の機能を実行するためのゲイン調整プログラムとが含まれている。ＣＰＵが各プログラムを実行することで、各部の機能が実行される。
【００５０】
（動作）
次に、この実施形態に係る超音波診断装置による一連の動作について説明する。
【００５１】
まず、超音波プローブ１と電子走査アナログ部２とよって、予め設定された領域をＢモードスキャンすることで、その領域における被検体の組織を表すＢモード画像を取得する。このＢモード画像は表示部５６に表示される。
【００５２】
操作者は表示部５６に表示されているＢモード画像を参照して、図示しない操作部を用いてＢモード画像上に関心領域（ＲＯＩ）を設定する。関心領域（ＲＯＩ）の位置を示す位置情報が、操作部からコントローラ６に出力される。電子走査アナログ部２はコントローラ６の指示に従って、関心領域（ＲＯＩ）を対象にしてドプラスキャンを実行する。そして、直交位相検波部３とＭＴＩ演算部４とによって、関心領域（ＲＯＩ）におけるパワーなどの血流情報が求められる。表示部５６には、血流情報を表すカラードプラ像とＢモード画像とが重畳して表示される。
【００５３】
そして、操作者が図示しない操作部によってゲイン値の自動設定の指示を与えると、その指示を示す情報が操作部からコントローラ６に出力される。コントローラ６は、その指示が与えられると、電子走査アナログ部２に対して１フレーム分のスキャンを行うことを命令する。電子走査アナログ部２は、コントローラ６の命令に従って、１フレーム分のスキャンを実行する。すなわち、操作者がゲイン値の自動設定の指示を与えたタイミングで、電子走査アナログ部２は１フレーム分のスキャンを実行する。そして、直交位相検波部３とＭＴＩ演算部４とによって、関心領域（ＲＯＩ）におけるパワーなどの血流情報が求められる。
【００５４】
演算部６１は、指示が与えられたタイミングにおける関心領域に含まれる各サンプル点ＳＰのパワー（強度）のうちの最大値、又は各サンプル点ＳＰのパワーの平均値を求める。ゲイン調整部６３は、演算部６１によって求められたパワーの最大値又は平均値に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。これにより、血流情報に基づくゲイン値が自己相関演算部４３に設定される。
【００５５】
自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って、ＭＴＩフィルタ４２ａ、４２ｂから出力された血流成分（高周波成分）を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００５６】
以上のように、この実施形態に係る超音波診断装置によると、血流情報に基づいて受信信号に対するゲイン値を制御することで、オーバーペイントが生じることなく血流情報を増幅することが可能なゲイン値を自動的に設定することが可能となる。そのことにより、操作者にとって見やすいカラードプラ像を表示することが可能となる。また、ゲイン値が自動的に設定されるため、操作者の負担が軽減されて、診断時間を短縮することが可能となる。
【００５７】
なお、ゲイン値を制御する場合に、１フレーム分の走査範囲をすべてスキャンすると時間を要するため、電子走査アナログ部２は、その走査範囲の略中央に位置する数本の走査線をスキャンし、コントローラ６は、そのスキャンによって得られたパワー（強度）に基づいてゲイン値を制御しても良い。また、ゲイン値を制御する場合に、電子走査アナログ部２は、複数のフレームをスキャンしても良い。この場合、コントローラ６は、各フレームについてパワー（強度）の最大値又は平均値を求め、さらに、パワーの最大値又は平均値の平均を求め、その平均によってゲイン値を制御する。
【００５８】
［変形例］
次に、上述した実施形態に係る超音波診断装置の変形例について図２を参照して説明する。図２は、変形例に係る超音波診断装置を示すブロック図である。変形例に係る超音波診断装置は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４の出力に基づいてゲイン値を制御する。変形例に係る超音波診断装置の各部の構成は、上述した実施形態に係る超音波診断装置の構成と同じである。
【００５９】
マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、カラー情報を含む血流情報を表示処理部５３から受け、Ｂモード画像を第１のＤＳＣ５１から受ける。そして、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、各画素における血流情報とＢモード画像の各画素の画素値とに基づいて、各画素に、血流情報又はＢモード画像の画素値のいずれかを選択して割り当てて、Ｄ／Ａ変換器５５に出力する。例えば、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、カラー情報を含む血流情報とＢモード画像の画素値とを比べて、血流速度が予め設定された第１の閾値以上で、かつ、Ｂモード画像の画素値（輝度値）が予め設定された第２の閾値未満となる画素については、血流情報を割り当ててＤ／Ａ変換器５５に出力する。一方、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、血流情報が割り当てられた画素以外の画素に対しては、Ｂモード画像の画素値を割り当ててＤ／Ａ変換器５５に出力する。すなわち、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、血流速度が一定の速度以上（第１の閾値以上）で、かつ、Ｂモード画像の輝度が一定の輝度未満（第２の閾値未満）の領域については、血流情報を割り当てる。血流速度に対する第１の閾値と輝度に対する第２の閾値とは、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４に予め設定されている。なお、血流速度及び輝度に対する閾値（第１の閾値及び第２の閾値）は、撮影対象の部位によって異なる値を設定することが好ましい。マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力された情報は、Ｄ／Ａ変換器５５でアナログ化され、表示部５６に表示される。これにより、表示部５６には、Ｂモード画像（白黒像）とカラードプラ像（血流像）とが重畳して表示される。
【００６０】
また、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４は、関心領域（ＲＯＩ）において血流情報が割り当てられた各画素（各サンプル点）の血流情報を、コントローラ６の演算部６１に出力する。演算部６１は、上述した実施形態と同様に、関心領域（ＲＯＩ）に含まれる各サンプル点の血流情報のうちの最大値、又は各サンプル点の血流情報の平均値を求める。ゲイン調整部６３は、上述した実施形態と同様に、血流情報の最大値又は平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるようにゲイン値を制御する。例えば、ゲイン調整部６３は、所定範囲の中央値と、血流情報の最大値又は平均値との差分を求め、その差分に基づいて、自己相関演算部４３に設定されるゲイン値を制御する。自己相関演算部４３は、ゲイン調整部６３によって制御されたゲイン値に従って血流成分を増幅し、周波数解析を行うことでドプラ偏移周波数ｆｄを求める。
【００６１】
以上のように、マルチプレクサ（ＭＰＸ）５４から出力される血流情報に基づいてゲイン値を制御する場合であっても、オーバーペイントが生じることなく血流情報を増幅することが可能なゲイン値を自動的に設定することが可能となる。そのことにより、操作者によって見やすいカラードプラ像を表示することが可能となる。また、ゲイン値が自動的に設定されるため、操作者の負担が軽減されて、診断時間を短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 超音波プローブ
２ 電子走査アナログ部
３ 直交位相検波部
４ ＭＴＩ演算部
５ 表示ユニット
６ コントローラ
４３ 自己相関演算部
４４ 平均速度演算部
４５ 分散演算部
４６ パワー演算部
６１ 演算部
６２ メモリ
６３ ゲイン調整部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内における複数の観測点に対して超音波を送受信することでドプラスキャンを行うスキャン手段と、
前記ドプラスキャンによって取得された前記複数の観測点における受信信号を、ゲイン値に従って増幅して周波数解析を行うことで、各観測点における運動体のドプラ偏移データを求めるドプラ偏移データ演算手段と、
前記ドプラ偏移データに基づいて前記運動体の運動情報を求める運動情報生成手段と、
前記運動体の運動情報を表示手段に表示させる表示制御手段と、
前記運動体の運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御するゲイン制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御手段は、前記被検体に対して予め設定された関心領域に含まれる各観測点の運動情報の平均値を求め、前記平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるように前記ゲイン値を制御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】
前記ゲイン制御手段は、前記運動情報の平均値と、前記所定範囲内に含まれる所望の値との差分を求め、前記差分に基づいて前記ゲイン値を制御することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ゲイン制御手段は、前記被検体に対して予め設定された関心領域に含まれる各観測点の運動情報のうちの最大値を求め、前記最大値が予め設定された所定範囲内に含まれるように前記ゲイン値を制御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５】
前記ゲイン制御手段は、前記運動情報の最大値と、前記所定範囲内に含まれる所望の値との差分を求め、前記差分に基づいて前記ゲイン値を制御することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記被検体内の組織を表すＢモード画像を生成する画像生成手段を更に有し、
前記スキャン手段は前記ドプラスキャンを行い、さらに、予め設定された領域を超音波で走査することでＢモードスキャンを行い、
前記画像生成手段は、前記Ｂモードスキャンによって取得された受信信号に基づいてＢモード画像を生成し、
前記表示制御手段は、前記ドプラスキャンによって取得された前記運動情報と、前記Ｂモードスキャンによって取得された前記Ｂモード画像の画素値とに基づいて、前記運動情報が示す前記運動体の速度が予め設定された第１の閾値以上であり、かつ、前記Ｂモード画像の画素値が予め設定された第２の閾値未満となる画素については、前記運動情報を選択して前記表示手段に表示させ、
前記ゲイン制御手段は、前記表示制御手段によって選択された前記運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御す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１】
被検体内における複数の観測点に対して超音波を送受信することでドプラスキャンを行うスキャン手段と、
前記ドプラスキャンによって取得された前記複数の観測点における受信信号を、ゲイン値に従って増幅して周波数解析を行うことで、各観測点における運動体のドプラ偏移データを求めるドプラ偏移データ演算手段と、
前記ドプラ偏移データに基づいて前記運動体の運動情報を求める運動情報生成手段と、
前記運動体の運動情報を表示手段に表示させる表示制御手段と、
前記運動体の運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御するゲイン制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御手段は、前記被検体に対して予め設定された関心領域に含まれる各観測点の運動情報の平均値を求め、前記平均値が予め設定された所定範囲内に含まれるように前記ゲイン値を制御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】
前記ゲイン制御手段は、前記運動情報の平均値と、前記所定範囲内に含まれる所望の値との差分を求め、前記差分に基づいて前記ゲイン値を制御することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ゲイン制御手段は、前記被検体に対して予め設定された関心領域に含まれる各観測点の運動情報のうちの最大値を求め、前記最大値が予め設定された所定範囲内に含まれるように前記ゲイン値を制御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５】
前記ゲイン制御手段は、前記運動情報の最大値と、前記所定範囲内に含まれる所望の値との差分を求め、前記差分に基づいて前記ゲイン値を制御することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記被検体内の組織を表すＢモード画像を生成する画像生成手段を更に有し、
前記スキャン手段は前記ドプラスキャンを行い、さらに、予め設定された領域を超音波で走査することでＢモードスキャンを行い、
前記画像生成手段は、前記Ｂモードスキャンによって取得された受信信号に基づいてＢモード画像を生成し、
前記表示制御手段は、前記ドプラスキャンによって取得された前記運動情報と、前記Ｂモードスキャンによって取得された前記Ｂモード画像の画素値とに基づいて、前記運動情報が示す前記運動体の速度が予め設定された第１の閾値以上であり、かつ、前記Ｂモード画像の画素値が予め設定された第２の閾値未満となる画素については、前記運動情報を選択して前記表示手段に表示させ、
前記ゲイン制御手段は、前記表示制御手段によって選択された前記運動情報に基づいて、前記ドプラ偏移データ演算手段に設定される前記ゲイン値を制御す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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１０１７１５（Ｐ２０１１−１０１７１５Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７５９７（Ｐ２００９−２５７５９７）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【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２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【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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