JP4094317B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドプラスペクトラムを表示することのできる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波パルス反射法と超音波ドプラ法を併用し、１つの超音波プローブを用いた超音波走査により診断部位の断層像とその血流情報を得ると共に、少なくともその血流情報をリアルタイム表示する超音波ドプラ診断装置が知られている。この装置は、体内の血流等の流れのある診断部位に向けて送受波される超音波のドプラ効果により送信周波数に対して受信周波数が僅かに偏移し、その偏移周波数（ドプラ周波数）が血流速度に比例するといった超音波ドプラ法の原理に基づいて、ドプラ周波数の周波数解析を行いその結果から血流情報を得るものである。
【０００３】
上記の超音波ドプラ診断装置では、得られたドプラ信号に対する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の周波数分析の結果を、縦軸に周波数ｆ、横軸に時間ｔ、各周波数成分のパワー（強さ）を輝度（階調）としてスペクトラム表示したドプラ周波数のスペクトラム画像を対象として、診断で用いる項目（パラメータ）の計測処理が行なわれる。
【０００４】
すなわち、この計測処理によれば、１）ドプラ周波数のスペクトラム画像上で、その周波数ｆ軸方向の周波数分布内での最大周波数に対応する最大流速（周波数の絶対値の最大値）Ｖｐ（Ｖpeak）及び平均周波数に対応する平均流速（周波数の絶対値の平均値）Ｖｍ（Ｖmean）の位置を求め、その最大流速Ｖｐ、平均流速Ｖｍの位置の時間変化をその時間軸ｔ方向にトレースする（トレース波形検出処理）、２）そのＶｐ、Ｖｍの時間的な位置変化曲線を示すトレース波形上で、心周期（１心拍）毎に心臓収縮期の波形ピークＰＳ（Peak of Systolic）及び心臓拡張期の波形ピークＥＤ（End of Diastolic）の同期検出を行う（ピーク検出処理）、３）そのＰＳ／ＥＤの情報を元に、血管内の血液流量や拍動流のＨＲ（Heart Rate：心拍数）、ＰＩ（Pulsatility Index）、及びＲＩ（Resistance Index）等の診断に関する各種パラメータ（指標）を計測しその計測値を表示する処理（パラメータ計測処理）が実行される。
【０００５】
上記のＶｐ、Ｖｍのトレース波形検出処理、ＰＳ／ＥＤのピーク検出処理、ＰＩ、ＲＩ等のパラメータ計測処理は、フリーズ画像を対象にしてマニュアル操作を基本に行なわれるものであるが、近年では、リアルタイム画像を対象にして自動操作で行なう装置（以下、「超音波ドプラ・リアルタイム・オートトレース診断装置」）も普及してきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した超音波ドプラ診断装置用の超音波ドプラ・リアルタイム・オートトレース診断装置では、Ｖｐ、Ｖｍのトレース波形検出処理、ＰＳ／ＥＤのピーク検出処理、及びＰＩ、ＲＩ等のパラメータ計測処理を行なう際に、スペクトラム信号の感度や、診断部位、或いはスペクトラム画像中に混入する様々なノイズ成分の影響を受けて、誤動作が生じ、誤った計測値を表示してしまうといった問題があった。
【０００７】
例えば、Ｖｐ、Ｖｍのトレース波形検出処理に関しては、１）スペクトラム画像の周波数方向の辺縁付近ではその中央付近と比べ感度が悪いために、トレース不良が生じやすい、２）クラッタの大きい領域ではトレース不良が多発する、３）スペクトラム画像の０Ｈｚ付近を交差する波形ではその正負の符号が変化するために、トレース波形上にスパイク状のノイズが発生してトレース不良が発生しやすい、４）クラッタ等の影響を受けて、平均流速Ｖｍが実際の値よりも低めの位置にトレースされ、計測誤差が生じる等の不具合があった。
【０００８】
また、ＰＳ／ＥＤのピーク検出処理では、１）スィープ速度に応じたノイズレベル補正がないために同期検出不良が発生しやすい、２）小児／臍帯等の高心拍数の診断領域では同期不良が多発する、３）頚動脈血流は同期がかかり易いが、腎血流は同期がかかりにくい等の不具合があった。
【０００９】
さらに、ＰＩ、ＲＩ等の計測処理では、オート計測値が不安定である等の不具合があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情を背景になされたもので、ドプラ周波数のスペクトラム信号における最大流速Ｖｐ、平均流速Ｖｍのトレース波形検出、ＰＳ／ＥＤのピーク検出、及びＰＩ、ＲＩ等の計測の各処理において、感度や、診断部位、或いはスペクトラム画像に混入する様々なノイズの影響に起因する誤動作の発生や誤った計測値の表示を回避できる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出及びＳＰ／ＥＤピーク検出の処理で用いる各種の制御系パラメータ（表示系パラメータ、調整パラメータ、操作系パラメータ等）の設定、調整、及び新たな制御系パラメータを加えた処理手法の工夫に着想を得て完成されたものである。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、前記ピーク検出手段は、前記トレース波形の情報及び前記被検体に装着させた心電計からの心電波形の情報の少なくとも一方を用いて前記被検体の拍動に同期したトリガを生成する同期トリガ生成手段と、この同期トリガ生成手段により生成される同期トリガを用いて前記ＰＳ及びＥＤを検出する手段とを備え、前記同期トリガ生成手段は、バンドパスフィルタ処理を行なって前記同期トリガを生成するものである。
【００１３】
請求項２の発明では、前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号におけるパワー方向の最大値の平滑化時定数を可変する手段を備えている。
【００１４】
請求項３の発明では、前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号におけるパワー方向のピーク速度切り出し位置を可変設定する手段を備えている。
【００１５】
請求項４の発明では、前記操作手段は、前記パラメータとして、前記バンドパスフィルタの中心周波数及びバンド幅を、自動的に設定する自動設定モード、ユーザが操作して設定するユーザ設定モード、及び標準の固定値に設定する標準設定モードのいずれかを選択する手段を備えたものである。
【００１６】
請求項５の発明では、前記操作手段は、前記パラメータとして、前記オートトレース手段の処理で実行されるトレース時のスペクトラム信号の周波数方向のトレース範囲の上限及び下限を可変設定する手段を備えたものである。
【００１９】
また、請求項６の発明は、被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（ Peak of Systolic ）及びＥＤ（ End of Diastolic ）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、前記計測手段は、前記トレース手段の処理によるトレース時にトレースエラーが生じた場合、計測すべき計測項目の内の計測可能な項目を判断し、その項目について計測を実行するものである。
【００２０】
さらに、請求項７の発明は、被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（ Peak of Systolic ）及びＥＤ（ End of Diastolic ）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、前記操作手段は、表示器のスィープ速度に応じて前記パラメータを補正する手段を備えたものである。
【００２１】
一方、請求項８の発明は、被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（ Peak of Systolic ）及びＥＤ（ End of Diastolic ）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、前記ピーク検出手段は、前記スペクトラム信号の周波数方向の正負を交差する際のその符号の違いによるトレースエラーを防止するための水平方向のメディアンフィルタ処理を実行する手段を備えたものである。
【００２２】
請求項９の発明は、被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（ Peak of Systolic ）及びＥＤ（ End of Diastolic ）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号のパワー方向におけるピーク速度切り出し位置をその周波数方向に補正する手段を備えたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波診断装置の実施形態（第１実施例〜第１２実施例）を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１実施例）
図１は、第１実施例の超音波診断装置を搭載した超音波ドプラ診断装置の概要図を示す。この超音波ドプラ診断装置（本発明の超音波診断装置を成す）は、超音波断層像（Ｂモード断層像）を表示するＢモード、超音波ビーム方向の反射源の時間的位置変化を運動曲線として表示するＭモード、血流情報を表示するドプラモード（パルスドプラ（ＰＷ）／連続波ドプラ（ＣＷ））、血流情報を二次元的に表示するＣＦＭ（カラー・フロー・マッピング）モード等の既知の各種モードに応じて動作可能なものである。
【００２５】
図１に示す超音波ドプラ診断装置は、被検体ＰＳ内の血流ＢＬを含む診断部位に対し超音波を送信しその超音波エコーをそれに対応する電圧信号に変換して受信する複数の圧電振動子を有する電子走査型の超音波プローブ１と、この超音波プローブ１に接続される装置本体２とを備える。装置本体２には、被検体ＰＳの心電波形（ＥＣＧ波形）を計測するＥＣＧモジュール３が接続される。
【００２６】
装置本体２は、装置全体の制御中枢としての全体コントローラ１１のほか、この全体コントローラ１１からの制御信号に基づきその動作が制御可能な各部（後述）を備える。すなわち、この装置本体２には、超音波プローブ１に接続される送受信部（Ｔ／Ｒ）２１が含まれる。この送受信部２１には、図示しない送信側の構成要素として、超音波プローブ１に接続されその各圧電振動子を励振するパルサ、そのパルサに遅延を与えた駆動信号を供給するディレイライン（受信時の遅延も兼用）、及びそのディレイラインに基準クロックを与える基準発信器が、また図示しない受信側の構成要素として、超音波プローブ１の各圧電振動子に接続されたプリアンプ、そのプリアンプの出力信号に遅延を与えるディレイライン、及びそのディレイラインからの遅延を与えた出力信号を整相加算する加算器が、それぞれ内蔵されている。
【００２７】
また、装置本体２には、上記のＴ／Ｒ２１の出力側に、その加算器出力を対数増幅及び包絡線検波に付す検波器（ＥＰ）２２と、その検波出力をＢモード断層像及びＭモード画像等の画像信号として超音波走査から標準ＴＶ走査の信号に変換するデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）２３と、そのＤＳＣ２３の変換信号をＤ／Ａ変換器２４を介してＢモード断層像等として表示する表示器２５とが含まれる。
【００２８】
また、装置本体２には、上記のＴ／Ｒ２１の出力側に、ドプラモード（ＣＷ／ＰＷ）モード等に関する信号処理系として、２チャンネル構成で基準発信器からの基準信号及びその９０度の位相差をもつ基準信号とＴ／Ｒ２１の加算器出力を混合する位相検波用のミキサ２６と、その混合信号の内の高周波成分を除去してドプラ偏移周波数成分のみから成るドプラ信号を得て、その内、被検体ＰＳ内の所望深さ位置（ＲＯＩに相当するレンジゲートで指定された位置）のドプラ信号を抽出するローパスフィルタ及びサンプルホールド回路を有するレンジゲート（ＲＧ）処理部２７と、その出力から比較的動きの遅い血管壁、心臓壁等の不要低周波ドプラ信号を除去して検出すべき血流ＢＬのドプラ信号を抽出するドプラフィルタとしてのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２８と、そのドプラ信号の出力に対し周波数解析を行なってその解析結果であるドプラスペクトラム信号を得て、前述のＤＳＣ２３に出力する高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）２９とが装備される。これにより、表示器２５上には、例えばＢモード断層像と共にドプラスペクトラム画像が表示される。
【００２９】
さらに、装置本体２には、ＣＦＭモードに関する信号処理系として、ミキサ２５の出力側に、ミキサ２６の出力から心臓壁等の不要固定反射信号を除去するＭＴＩフィルタ及びその出力に対し自己相関法を用いて各点の平均速度演算、分散演算、及びパワー演算を行い、その演算結果である二次元の血流情報（血流ＢＬの速度、方向、分散）を前述のＤＳＣ２３に出力するＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）３０が接続される。これにより、表示器２５上には、例えばＢモード断層像上に２次元的に血流情報、例えば、血流ＢＬの速度を輝度、その方向を赤と青、その分散をグリーンの色相とするカラー情報として表示される。
【００３０】
また、装置本体２には、本発明の超音波ドプラ・リアルタイム・オートトレース診断装置の要部構成（オートトレース手段、ピーク検出手段、及びオート計測手段）として、レンジゲート処理部２７からのドプラスペクトラム信号を入力して、そのスペクトラムの周波数方向の最大速度Ｖｐ、平均速度Ｖｍの位置を時間方向にトレースしてそのトレース波形をリアルタイムで検出する機能を有するＤＳＰ（Digital Signal Processor）３１と、このＤＳＰ３１からのＶｐ、Ｖｍトレース波形から上述のＰＳ／ＥＤのピーク位置をリアルタイム又はフリーズ後に検出する機能を有するＰＳ／ＥＤ検出部３２と、このＰＳ／ＤＳ検出部３２により検出されたＰＳ／ＥＤの情報を元に血管内の血液流量や拍動流のＨＲ、ＰＩ、及びＲＩ（Resistance Index）等の診断に関する各種パラメータを計測する機能を有する計測部３３とを備える。この内、ＰＳ／ＥＤ検出部３２及び計測部３３は、例えば装置本体２に搭載されるコンピュータで実行されるソフトウェア部品を構成するアプリケーション・ソフトとして実装される。
【００３１】
上記のＤＳＰ３１及び計測部３３の各出力は、ビデオＩ／Ｆ３４を介してＤＳＣ２３に供給される。これにより、表示器２５上には、Ｖｐ、Ｖｍのトレース波形の画像上に、ＰＳ／ＥＤ、及び各計測結果がリアルタイムで表示される。また、ＤＳＰ３１のＶｐ、Ｖｍのトレース波形データは、画像ストレージ部３５に保持され、フリーズ後にＰＳ／ＥＤ検出部３２に供給可能となっている。
【００３２】
ＤＳＰ３１は、図２に示す例では、上述のハイパスフィルタ２８及びＦＦＴ２９の機能を一体に搭載して成り、機能上、レンジゲート処理部２７からのレンジゲートで指定された被検体ＰＳ内の所望位置のドプラ信号から、上述のハイパスフィルタ２８と同様の処理を行なって検出すべき血流ＢＬのドプラ信号を抽出するウォール・フィルタ（Wall Filter）４１と、その抽出されたドプラ信号をシネメモリバッファ４２を介して入力し、上述のＦＦＴ２９と同様の処理を行なってそのドプラスペクトラム信号を得るＦＦＴスペクトラム処理部４３と、そのスペクトラム信号からＶｐ、Ｖｍのトレース波形を得るＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４と、そのＶｐ、Ｖｍのトレース波形を入力する表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５とを備える。
【００３３】
また、このＤＳＰ３１には、ＦＦＴスペクトラム処理部４３からのドプラスペクトラム信号を音声信号（ドプラ音）に変換して表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力するオーディオ処理部４６と、ＥＣＧモジュール３からのＥＣＧ波形データに所定の波形処理を施して表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力するＥＣＧ波形処理部４７と、上述の検波器（ＥＰ）２２からのＭモード像等の検波出力やＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）３０からの二次元的な血流情報に所定のカラー処理を施して表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５に出力するＭ／Ｍカラー処理部４８とを備える。
【００３４】
これにより、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４からのトレース波形データは、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５からピンポンバッファ３４ａを介してビデオ・インターフェース３４に供給され、表示器２５上でＶｐ、Ｖｍのオートトレース波形としてリアルタイム表示される。また、オーディオ処理部４６からのドプラ信号の音声信号は、表示用オーディオ・ビデオ・バッファ４５からピンポンバッファ３４ａを介してオーディオインターフェース３８に供給され、オーディオ出力器（スピーカ）から音声出力される。
【００３５】
また、図２に示す例では、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４からのトレース波形データは、ＰＳ／ＥＤ検出部３２（図２中ではＣＰＵ３２ａの処理により実行されるピーク検出処理部３２ｂを有する）及び計測部３３（図２中では、リアルタイムオート計測処理部３３ａ及びシネ・フリーズ後の再計測処理部３３ｂの機能上の各部を有する）を介して、オーディオインターフェース３８に供給され、表示器２５上で、Ｖｐ、Ｖｍのオートトレース波形に加え、ＰＳ／ＥＤの情報に基づくオート計測値としてリアルタイムに数値表示される。
【００３６】
上記のＤＳＰ３１及びＰＳ／ＥＤ検出部３２には、図１に示すように、パラメータ設定回路３６が接続又は内蔵され、このパラメータ設定回路３６は、本発明の操作手段を成すオペレータ操作用のユーザーインターフェース３７に接続される。
【００３７】
ユーザーインターフェース３７には、図１に示すように、装置本体２の操作パネル上の各種操作器（スイッチ、ジョイスティック、キーボード、マウス等）からの操作信号（パラメータ設定等）を入力する操作パネル回路３８と、その操作パネル上に搭載されたＴＣＳ（タッチ・コマンド・スクリーン）の画面上からの操作信号（パラメータ設定等）を入力するＴＣＳ回路３９と、表示器２３上のＧＵＩ（グラフィカル・ユーザー・インターフェース）からの操作信号（パラメータ設定等）を入力するＧＵＩ回路４０とが含まれる。なお、上記のレンジゲート（ＲＯＩ）指定は、このユーザーインターフェース３７により操作可能となっている。
【００３８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、ユーザーインターフェース３７を通してパラメータ設定回路３６で設定すべき制御系パラメータ（ＤＳＰ３１及びＰＳ／ＥＤ検出部３２用）の内、ＤＳＰ３１のＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４により実行されるＶｐトレース波形の検出アルゴリズム用のパラメータ設定例の原理を説明するものである。
【００３９】
図３（ａ）は、ＤＳＰ３１のＦＦＴスペクトラム処理部４３による処理で選られるスペクトラム画像（Ｘ軸：時間、Ｙ軸：周波数、輝度（階調）：パワー）を示す。このスペクトラム画像を用いて、ＤＳＰ３１のＶｐ、Ｖｍトレース波形検出処理部４４の処理により、その周波数方向の最大周波数ｆｐに相当する最大流速Ｖｐの位置がその時間方向にトレースされる。
【００４０】
図３（ｂ）は、周波数方向の最大流速Ｖｐの位置を決定するパラメータ設定例を説明するもので、その一例として、図３（ａ）に示すスペクトラム画像の時刻（Ａ）の時相でのパワースペクトラム（Ｘ軸：パワー、横軸：周波数）を示す。このパワースペクトラム上での最大流速Ｖｐの切り出し位置（スレシホールドレベル）Ｐｘは、パワー最大値を示すパワーレベルＰ１と、時間平均及び周波数平均で得られたノイズレベルを示すパワーレベルＰ０との間で、後述するノイズ閾値Ａを用いて、Ｐｘ＝Ｐ０＋Ａ＊（Ｐ１−Ｐ０）の関係式で決定される。
【００４１】
この場合、パワー最大値は、一般の例では、時間方向に時々刻々変化することが知られている。このため、上記式中のパワー最大値のレベルＰ１が変動し、これに追従して最大流速Ｖｐの位置Ｐｘも変化することから、オートトレースが不安定になる。これを安定化させるために、例えば１次のＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等の平滑化フィルタを用いて１コラム（ Column ）毎（コラム・バイ・コラム）に逐次、パワー最大値を平滑化する処理を施す。この平滑化フィルタでは、その平滑化用の時定数が固定値のままであれば、診断部位や患者や装置動作条件によっては良好なリアルタイムトレース波形を得ることが困難となる。
【００４２】
そこで、本実施例では、この平滑化フィルタの時定数を調整可能な可変パラメータとしてユーザーが自由に操作できるようにユーザーインターフェース３７の機能として加えた。これにより、診断部位や患者や装置動作条件によって、リアルタイムオートトレース時のトレースラインの時間安定性が向上するようになった。
【００４３】
また、上記のノイズ閾値Ａは、図３（ｂ）に示すスペクトラム画像の時刻（Ａ）でのパワースペクトラム上において、パワー最大値のパワーレベルＰ１と、時間平均周波数平均したノイズレベルＰ０との間を１００％としたときの最大流速Ｖｐのパワー（階調）方向での切り出し位置の比率を決めるパラメータに相当する。このパラメータは、固定値のままであれば、診断部位や患者や装置設定条件によりＳ／Ｎ比が変化すると良好なリアルタイムトレース波形が得られなくなる。
【００４４】
そこで、本実施例では、このノイズ閾値Ａを上記の平滑化フィルタの時定数と同様に可変パラメータ（ノイズ閾値Ａを調整する制御系パラメータ）としてユーザーが自由に操作できるようにユーザーインターフェース３７の機能として加えた。このノイズ閾値Ａを変化させると、最大流速Ｖｐの階調方向の切り出し位置が変化する。例えば、ノイズ閾値Ａの値を上げると最大流速Ｖｐの階調方向の切り出し位置が高くなり、その結果、最大流速Ｖｐの周波数方向の位置がＤＣ（直流成分）側に近づく。これにより、リアルタイム又はフリーズ後の計測用トレースラインの階調方向の微調整も可能となった。
【００４５】
図４は、上記の平滑化フィルタの時定数及びノイズ閾値をそれぞれ可変パラメータとして調整するユーザーインターフェース３７の一例を示す。これは、例えば装置本体２の操作パネル上に搭載されるＴＣＳ（タッチ・コマンド・スクリーン）上の操作画面例で、例えばＰＷ／ＣＷのドプラメニュー上の操作スイッチとして、上述のオートトレース処理の動作ＯＮ／ＯＦＦスイッチＳＷ１と、パラメータ調整用ダイアログ起動スイッチＳＷ２が設定される。
【００４６】
この内、パラメータ調整用ダイアログ起動スイッチＳＷ２がＯＮされると、ＴＣＳ操作画面上にパラメータ調整用ダイアログＷ１が表示される。このダイアログＷ１上に、上記の平滑化フィルタの時定数を可変パラメータとして調整する上下（ＵＰ／ＤＯＷＮ）操作スイッチＳＷ３と、ノイズ閾値を可変パラメータとして調整する上下（ＵＰ／ＤＯＷＮ）操作スイッチＳＷ４とが設定される。その他、このパラメータ調整用ダイアログＷ１上には、その他のユーザーインターフェース３７として、トレースの種類（Ｖｐ、Ｖｍ、両方（Ｖｐ、Ｖｍ））を選択可能な操作スイッチＳＷ５や、トレースライン描画の極性（正（＋）、負（−）、両方（＋、−））を選択可能な操作スイッチＳＷ６等が設定される。
【００４７】
このユーザーインターフェース３７上の各操作スイッチＳＷ３〜ＳＷ６等で操作されたパラメータは、ＴＣＳ回路３６からパラメータ設定回路３６にて、ＤＳＰ３１及びＰＳ／ＥＤ検出部３２の各処理で使用可能に設定される。
【００４８】
従って、上記のユーザーインターフェース３７によれば、診断部位に応じて、スペクトラム信号のパワー最大値の時間変化を時間的に安定させるために平滑化処理を施す平滑化フィルタの平滑化用の時定数を制御系パラメータとして可変で調整でき、このスペクトラム信号のパワー最大値の平滑化時定数を上下に変化させることにより、トレースラインのカーブの滑らかさを制御できる。この場合、平滑化フィルタの時定数を上げると、スパイクノイズ部分は平滑化されて低減する反面、ＰＳ検出精度は劣化するといったトレードオフの関係があるため、診断部位とＳ（信号）／Ｎ（ノイズ）比に応じて最適化することが望ましい。
【００４９】
また、上記のユーザーインターフェース３７によれば、診断部位に応じて、スペクトラム信号のパワー最大値と、ノイズレベルとの間でその最大流速ＶＰの階調方向の切り出し位置（スレシホールドレベル）を決めるノイズ閾値を制御系パラメータとして可変で調整でき、ピーク速度のスペクトラムからの切り出し位置を制御できる。このパラメータを上げると、輝度のより高い信号を血流波形として利用でき、画像の感度に応じてトレース位置を微調整することができる。
【００５０】
上記のように、本実施例によれば、ユーザーインターフェース３７によるユーザ操作により、リアルタアイム／フリーズ画像でのトレースラインの時間方向、階調（パワー）方向の画質補正が可能となり、これにより計測条件の補正ができる。
【００５１】
（第２実施例）
従来では、上記のオートトレース処理により、トレースエラー発生時に全てのオート計測値がエラー表示され、例えば数心拍分の計測値がエラー表示のために計測数値表示上の計測項目の全てが計測不可（ＮＧ）になる。これを改善するため、本実施例では、上記構成に加え、さらにトレースエラー発生時に全てのオート計測値のエラー表示を止め、計測に影響のない計測項目については一部表示する処理を追加する。
【００５２】
この処理は、例えば前述の計測部３３により実行される。その実行時の処理シーケンスの例としては、例えばトレースエラー発生か否かをエラーコマンド等により判断し、その発生と判断される場合には、計測可能な項目があるどうかを判断後、計測可能な項目があればその項目に関して計測を実行してその計測値を数値表示させ、計測不可の項目はエラー表示させる処理が例示できる。
【００５３】
図５は、表示器上で表示されるオート計測項目の表示例で、従来例の方式によるオート計測と、本実施例の方式で変更後のオート計測とを比較して説明するものである。この例は、いずれも心拍同期毎にオート計測値を自動更新していくもので、従来例の方式によれば、一心拍中にトレースエラーが発生するとその心拍中の計測項目の全てがエラー表示になっているのに対し、本実施例では、上記の計測部３３による処理により、計測に影響のない計測項目については表示される。
【００５４】
図６は、オート計測のトレースエラーで計算表示可能な計測項目の例を説明するものである。この例では、ＰＳのトリガポイント以外に発生したトレースエラーによってダメージを受ける可能性のある計測項目は、１４項目中、ＶＭＩＮ、ＶＭＰ、ＶＭＭ、ＰＩ（ａ）、ＰＩ（ｂ）、ＲＩ（ｂ）の７項目（図中の○表記）であり、その他の７項目（図中の×表記）はそのダメージを受けないために計測に影響がない。
【００５５】
また、トレースエラー以外で、後述する心拍同期検出エラーによる同期外れが生じると、ＨＲ、ＰＳ、及びＥＤの値自体が誤りなので計測値全体に影響を及ぼす。従って。同期外れによる心拍同期検出エラーの場合には、全ての計測項目が計測不可となる。この同期外れか否かの判断処理は、例えば前述の計測部３３により実行される。この場合の処理シーケンスとしては、ＰＳと次のＰＳの時間間隔を元に通常の心拍範囲外であれば同期外れと判断する処理例を例示できる。
【００５６】
従って、本実施例によれば、従来、数心拍分の計測値がエラー表示になり、計測数値表示上の計測項目の全てが計測不可であったものが、例えば１４項目中８項目はトレースエラーが発生しても計測精度には影響を受けずに一部表示可能となるため、情報を不用意に欠落させないユーザーメリットのある機能を提供できる。
【００５７】
（第３実施例）
従来では、表示画像をベースに一様にトレースパラメータを設定していたが、本実施例では、上記構成に加え、トレースのスィープ（ Sweep ）速度に応じて、トレース処理で用いるパラメータ（平滑化フィルタの時定数、パワー最大値、ＰＳ探索範囲等の各調整用パラメータ）を自動補正する機能を追加する。この機能を図７及び図８を参照して説明する。
【００５８】
図７は、前述したＰＳ／ＥＤ検出部３２の機能ブロック図の一例を示す。この例において、ＰＳ／ＥＤ検出部３２は、その機能上、ＤＳＰ３１からのＶｐ等のドプラトレース波形データを受ける信号極性オフセット補正処理部５１のほか、その出力側に順次接続される、ローカル最大値検出処理部５２、スパイクノイズ検出処理部５３、ジグソーノイズ検出処理部５４、有効なＰＳ／ＥＤ判定ＰＳサーチ処理部５５、及びエラー検出部５６と、信号極性オフセット補正処理部５１の出力側に接続され、同期トリガを検出して有効なＰＳ／ＥＤ判定ＰＳサーチ処理部５５に出力する心拍同期検出処理部５７とを備える。心拍同期検出処理部５７は、その機能上、同期検出波形選択処理部５８、同期検出トリガ発生処理部５９、同期トリガ選択処理部６０を有する。
【００５９】
また、上記のＰＳ／ＥＤ検出部３２は、パラメータ設定回路３６にて設定された各種パラメータ（表示系パラメータ（表示高さ、ベースライン、反転等）、調整パラメータ（スパイクノイズ検出幅、ジグソーノイズ検出幅、ピーク比較減衰時定数、ＰＳ探索範囲等）、操作系パラメータ（同期検出波形選択、同期トリガ選択）、調整パラメータ（トリガ検出器動作モード選択、ＢＰＦのバンド幅、ＢＰＦの中心周波数、アダプティブモード設定等））が入力可能となっている。
【００６０】
上記構成によれば、信号極性オフセット補正処理部５１にて、パラメータ設定回路３６からのパラメータ設定値であるトレースの極性（正、負、両方）やベースラインオフセット等に応じて、ＤＳＰ３１からのＶｐ等のドプラトレース波形信号が、ベースラインがオフセットされて片極性に整形された後、正規化され、その振幅レンジを一定とする処理が実行される。
【００６１】
次いで、ローカル最大値検出処理部５２にて、トレース波形信号の極値を示す最大点、、最小点（以下、極大点、極小点という。）が検出され、スパイクノイズ検出処理部５３にて、パラメータ設定回路３６からのパラメータ設定値を元に、その極大点、極小点の内、ピーク位置前後の波形の傾き（微分係数）が大きいものが除去される。次いで、ジグソーノイズ除去処理部５４にて、パラメータ設定回路３６からのパラメータ設定値を元に、残りの変曲点の内、小刻みな波形の振動を示すものがピーク値の大小を元に判断され除去される。
【００６２】
そして、有効なＰＳ／ＥＤ判定ＰＳサーチ処理部５５にて、パラメータ設定回路３６からのパラメータ設定値と、心拍同期検出処理部５７からの同期トリガとを元に、ＰＳと次のＰＳの時間を判断し同期誤動作を減らす処理が、例えば後述する段落【００７５】，【００７６】のように実行され、これにより判定されたＰＳ／ＥＤのペアがエラー検出処理部５６を介して前述の計測部３３に出力される。
【００６３】
上記構成による極大点、極小点のエラー検出処理は、主にジグソーノイズ及びスパイクノイズを除去することで実行される。このスパイクノイズの検出範囲、ジグソーノイズの検出範囲は、スィープ速度によらずコラム単位であり、１コラムあたり２［ｍＳ］から１７［ｍＳ］程度の時間間隔の変化があったため、同じトレース波形でもスィープ速度を変化させると追従できない。
【００６４】
そこで、本実施例では、時定数がコラム単位でなく［ｍＳ］単位の絶対時間単位で一定になるようにしたため、従来と比べると、スィープ速度変更時でも、トレースエラーが発生しにくく、同様にＰＳと次のＰＳのサーチ範囲も、絶対時間を使用することで、より安定になるといった効果が得られる。これにより、スィープ速度によって平滑化フィルタの時定数、スペクトラム信号の最大値、ＰＳ探索範囲の各パラメータの効き方が変化するため、これらを補正する処理を入れることで、従来のように表示画像をベースに一様にトレースパラメータを設定する場合と比べ、トレースエラーが減り、同期検出の安定性が向上することが確認された。
【００６５】
（第４実施例）
従来では、トレース波形からＰＳ／ＥＤの同期検出をしていたが、本実施例では、上記構成に加え、ＥＣＧモジュールで得られるＥＣＧ波形データからも、ＰＳ／ＥＤの同期検出を可能とする機能を追加する。
【００６６】
例えば、前述した図７に示す構成例において、本実施例では、トレース波形で求まる心拍トリガか、ＥＣＧ波形で求まる心拍トリガかを選択するパラメータのプリセットを追加することで、ＥＣＧモジュール３からのトリガか、トレース波形からのトリガかを切替え、前述した有効なＰＳ／ＥＤ判定ＰＳサーチ処理部５５に入力すべき同期トリガとして選択可能となっている。
【００６７】
従って、本実施例によれば、スペクトラム情報から心拍トリガが検出できないような低感度や不安定な診断部位に対しても、ＥＣＧ心拍同期を利用して安定した計測が可能になる。なお、本実施例では、ＥＣＧモジュールが超音波診断装置に装備されていない場合、自動的にトレース波形のトリガを選択する切替論理を組み込むことが望ましい。
【００６８】
（第５実施例）
従来では、前述したＰＳ／ＥＤ検出部３２は、コラム毎（コラム・バイ・コラム）の逐次検出を行なう処理方式に基づく構成である。この方式は、コラム毎に波形を認識するものであるため、心拍同期検出性能が悪く、例えば一心拍中に複数のＰＳトリガを検出したり、ノイズの影響により、誤った時刻にトリガを発生したりする等の誤動作が多く発生するといった問題がある。
【００６９】
本実施例では、これを改善するため、ＰＳ／ＥＤ検出部３２内に心拍同期検出処理部５７を加え、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて同期検出を行なう方式に変更する。この方式では、同期トリガ検出、トリガ発生機能を追加し、周波数軸上で同期周波数を検出するものであるため、従来のコラム・バイ・コラムによる方式と比べ、誤動作を減らすことができる。
【００７０】
図８は、前述したＰＳ／ＥＤ検出部３２の各部の処理段階に沿って、上記のＢＰＦを用いた検出方式の効果を従来例の検出方式と比べて説明するものである。図８中の例では矢印に沿って左端から右端に処理が進む。この例において、まず、ＰＳ／ＥＤ検出部３２による最初の処理段階として、信号極性オフセット補正処理部５１による信号極性とオフセットの調整後、ローカル最大値検出処理部５２にて、ＰＳ／ＥＤ候補となる極大点、極小点（図８中の例では、ＰＳ候補：▼（黒の下向き三角マーク）、ＥＤ候補：△（白の上向き三角マーク））が検出される。
【００７１】
図８によれば、ＰＳ／ＥＤ候補となる極大点、極小点は、一心拍中に複数存在することが分かる。これらＰＳ／ＥＤ候補のペアから、スパイクノイズ検出処理部５３及びジグソーノイズ検出処理部５４にて、それぞれスパイクノイズ及びジグソーノイズと判定されるものが検出され、次段の有効なＰＳ／ＥＤ判定ＰＳサーチ処理部５５にて、有効なＰＳが検出される。図８中の上段右端が従来例の検出方式による最終的なＰＳ／ＥＤの検出結果を、また下段右端が本実施例のＢＰＦを用いた検出方式によるＰＳ／ＥＤの検出結果をそれぞれ示す。
【００７２】
その最終のＰＳ／ＥＤ検出結果によれば、従来例の検出方式では、４つのＰＳが存在し、その内、図中の左側から３番目のＰＳに着目すると、本来ではスパイクノイズ検出処理で除去できなかった太めのスパイク状のノイズであるが、ＰＳサーチ範囲が及ばないためにエラーとみなされず、ＰＳとして検出されていることが分かる。また、図中の左側から３番目のＰＳと４番目のＰＳとの中間部にある比較的山の小さい、すなわち速度の遅い波形ピークは、本来であれば、ＰＳとして検出すべきものである。さらに、左側から４番目のＰＳは本来検出すべきものであるが、ＰＳサーチ範囲外のためにエラー判定とされる。
【００７３】
上記の一連のエラー原因は、１つ前のＰＳ位置から次のＰＳ候補の時間を測定し、次候補を決める時間軸上の論理に起因している。従って、何れかの原因により、一度ＰＳを取り外すと不安定な状態が長く続いてしまい、オート計測が不能になったり、著しい計測誤差が発生することになる。
【００７４】
これに対して、本実施例の方式では、信号極性オフセット処理部５１による信号極性とオフセットの調整後、心拍同期検出処理部５７にて、ＢＰＦ通過後に滑らかになったトレース波形の極大点、極小点から心拍同期（図８中のハートマーク参照）が検出され、その心拍同期の間（１心拍間）で、スパイクノイズ除去／ジグソーノイズ除去後に複数存在するＰＳから最も妥当なもの（例えば、周波数が最大のもの）を１個だけ検出する処理を行なってＰＳが判定される。
【００７５】
従って、本実施例の方式では、図８に示すように、従来のＰＳ検出方式ではＰＳと判定されている３番目のものがＰＳ候補から外れ、従来の３番目のＰＳと４番目のＰＳとの中間にあった波形ピークをＰＳとして検出され、４番目のＰＳも正常に検出されることになる。
【００７６】
従って、本実施例によれば、ＢＰＦを用いた同期検出方式により、周波数軸上で安定した心拍周波数付近の成分のみを同期検出に使用するため、心拍同期検出処理の性能がより向上するといった効果が得られる。
【００７７】
（第６実施例）
本実施例では、前述したＢＰＦを用いた同期検出機能に加え、診断部位毎にＢＰＦの中心周波数／バンド幅を設定する機能と、自動設定機能、すなわち「自動設定（Auto）」、「ユーザ設定（User）」、及び「標準設定（Fix)」の各モード選択を機能を追加する。この機能は、例えばユーザーインターフェース３７、パラメータ設定回路３６、及びＰＳ／ＥＤ検出部３２に搭載される。
【００７８】
図９は、ＢＰＦを用いたＰＳ／ＥＤ検出部３２内の心拍同期検出部５７の詳細を説明するものである。この心拍同期検出部５７は、その同期検出トリガ発生処理部５９内に、機能上の各部として、図に示すように、信号の正規化処理部６１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６２、トリガ判定処理部６３、レベル比較器６４、同期トリガ座標出力部６５、係数変換計算処理部６６、バンドパス係数計算処理部６７、及びアダプティブＢＰＦ周波数解析処理部６８を備える。
【００７９】
この構成によれば、信号の正規化処理部６１にて、信号の振幅レンジが正規化され、ＢＰＦ６２を通過後、トリガ判定処理部６３及びレベル比較器６４にて、そのトリガの判定及び切り出し処理が行なわれ、その切り出した信号が同期を検出するトリガとして同期トリガ座標出力部６５にて出力される。このときのＢＰＦ６２の中心周波数やバンド幅に応じた係数は、係数変換計算処理部６６及びバンドパス係数計算処理部６７にて計算され、ＢＰＦ６２に与えられる。
【００８０】
上記の機能によれば、「自動設定」モード選択時にはＢＰＦ６２の中心周波数とバンド幅を自動的（アダプティブ）に設定でき、「ユーザ設定」モード選択時には診断部位毎にＢＰＦ６２の中心周波数とバンド幅をプリセットでき、「標準設定」モード選択時にはＢＰＦ６２の中心周波数とバンド幅は、標準の固定値に設定できる。このときのＢＰＦ６２のバンド幅は、例えばオクターブ単位で設定し、ＢＰＦ６２のバンド幅及び中心周波数は、患者の年齢や診断部位によってプリセットする。これにより、診断部位の心拍数やトレース波形に応じた同期検出誤動作の少ないＢＰＦ６２の動作条件を設定できる。
【００８１】
上記の機能に関連して、アダプティブＢＰＦのＯＮ／ＯＦＦ選択を行なう機能を加えると、ＯＮ選択時には、ＢＰＦ６２のバンド幅の値が有効でその中心周波数の値が自動設定となり、ＯＦＦ選択時にはＢＰＦのバンド幅及び中心周波数の値が有効となる。
【００８２】
（第７実施例）
本実施例では、上記構成に加え、前述した自動設定機能として、プリＢＰＦ処理後、共分散処理にて信号の基本波成分を検出し、それに応じたＢＰＦ設定を自動的に行なう機能を追加する。
【００８３】
この機能では、前述した自動設定モード選択時にＢＰＦ６２の中心周波数を検出するためにその前段にプリＢＰＦを追加し、例えば２０Ｈｚから２００Ｈｚの帯域制限を加える。これにより、トレース波形の含む高調波成分やＤＣ（直流）成分を除去し心拍周期の主成分が抽出しやすくなる。
【００８４】
また、プリＢＰＦを通過した信号を共分散処理やＦＦＴスペクトラム解析等を用いてその中心周波数を計算し、その中心周波数を利用してＢＰＦ６２の中心周波数をアダプティブに移動させることにより、診断部位や患者に応じた検出条件を設定することができる。
【００８５】
前述したアダプティブＢＰＦ周波数解析処理部６８は、トレース波形の周波数分析を行ない心拍同期の中心周波数を求め、その中心周波数に応じたＢＰＦの中心周波数の計算を行なうものである。すなわち、このアダプティブＢＰＦ周波数解析処理部６８は、プリＢＰＦにてトレース波形をある程度平滑化し、共分散分析処理にてその中心周波数を計算し、それに応じたＢＰＦの中心周波数又は中心周波数のばらつき（分散）を計算し、最適なＢＰＦのバンド幅を計算し、ここでのＢＰＦの中心周波数とバンド幅をリアルタイムで計算し、ＢＰＦに与える係数としてフィードバックする。
【００８６】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、トレース波形のプリＢＰＦ処理による効果を説明するもので、図１０（ａ）は、トレース波形及びそのパワースペクトラム、図１０（ｂ）は、プリＢＰＦ（２０Ｈｚ〜２００Ｈｚ）通過後の波形及びそのパワースペクトラムをそれぞれ示す。
【００８７】
この例は、頚動脈血流の実際の観測波形であるが、図１０（ａ）に示すトレース波形そのものには心拍同期周波数成分以外に、２倍高調波、３倍高調波、４倍高調波が多く含まれているのが分かる。これに対し、この信号に対しプリＢＰＦ処理を施すと、図１０（ｂ）に示すように波形が滑らかになると同時に、心拍同期成分の基本周波数のスペクトラムピークが捉えやすくなるといった効果が得られる。
【００８８】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、アダプティブＢＰＦ信号処理の効果を説明するもので、図１１（ａ）は、アダプティブＢＰＦ通過後のトレース波形、図１１（ｂ）は、正側のみを通過させる整流処理後の波形の例をそれぞれ示す。
【００８９】
この例では、プリＢＰＦ通過後の信号に対し共分散処理を施し、その共分散出力に１次モーメントを利用した荷重平均処理を行い、その中心周波数を小数点で精度良く求める。そして、その中心周波数を元にアダプティブＢＰＦ処理のフィルタ係数を計算し、トレース波形に対しＢＰＦ処理を施し（図１１（ａ）参照）、その後で、片側の極性でその信号を切り取り（図１１（ｂ）参照）、その極大点、極小点をトリガ位置として検出する。
【００９０】
この場合、前述したＰＳ候補の時間位置と、極大点、極小点で検出したトリガの時間位置が一致するのを避けるために時間方向に多少（例えば、数コラム）のオフセットを持たせることが望ましい。
【００９１】
（第８実施例）
本実施例では、上記構成に加え、バンドパスフィルタを用いて同期検出した心拍トリガと、ＥＣＧモジュールで得られるＥＣＧトリガとを切り替えて入力し、ＰＳ／ＥＤ候補から最適なＰＳ／ＥＤを検出する機能を追加する。この機能によれば、前述の同期トリガ発生処理部に入力する信号（心拍同期トリガを検出するための元の信号）を選択することが可能となる。すなわち、ＥＣＧ選択時には波形データ、Ｖｐ選択時にはＶｐのトレース波形データ、Ｖｍ選択時にはＶｍのトレース波形データを同期検出の入力として選択することができる。
【００９２】
これにより、診断部位や患者に応じた最適な検出条件を設定できる。なお、プリＢＰＦ処理、ＢＰＦ処理された信号は、片極性に整流され心拍同期相当分の波の片側として処理され、その極値の時間軸座標（厳密にはオフセット時相補正を持つ）を同期トリガとして出力される。
【００９３】
（第９実施例）
従来では、スペクトラムの周波数軸の全域を最大流速Ｖｐ値のトレース範囲として固定していたが、臍帯動静脈が同時に混在したスペクトラム画像では、例えば臍静脈部分を無視して動脈流をオートトレースする必要がある。そこで、本実施例では、上記構成に加え、Ｖｐトレース範囲の周波数軸上の上限と下限を定め、その範囲のみをオートトレースする機能を追加した。この機能を実現する要部構成の例を図１２に示す。
【００９４】
図１２に示す構成では、装置本体内に、ウォール・フィルタ用カットオフ周波数、トレース範囲のマニュアル設定値、トレースの方向、ノイズ閾値、平滑化フィルタの時定数、及びスィープ速度等のパラメータを操作するユーザーインターフェース３７のほか、そのパラメータの出力側に接続されるパラメータ設定回路３６、及びＤＳＰ３１内のＦＦＴスペクトラム処理部４３、及びＶｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４が含まれる。
【００９５】
パラメータ設定回路３６には、その機能上の各部として、ウォール・フィルタ用カットオフ周波数ｆｃを入力してそのカットオフ係数を計算しその計算値をＦＦＴスペクトラム処理部４３に出力する処理部（ウォール・フィルタ用カットオフ係数計算処理部）７１と、ウォール・フィルタ用カットオフ周波数ｆｃ用のインターフェース７２と、トレース範囲のマニュアル設定値用のインターフェース７３と、両インターフェース７２、７３を介して入力される設定値を元にトレース範囲を計算しその計算値をＶｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４に出力する処理部（トレース範囲用の計算処理部）７４とが含まれる。
【００９６】
また、このパラメータ設定回路３６には、ノイズ閾値を入力してスペクトラム上の周波数方向のノイズ閾値を補正しその補正値をＶｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４に出力する処理部（周波数方向ノイズ閾値補正処理部）７５と、平滑化フィルタの時定数及びスィープ速度を入力してそのスィープ速度を元に平滑化フィルタ時定数の補正を行いその補正値（最大信号レベルホールド時定数）をＶｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４に出力する処理部（スィープ速度による補正処理部）７６とが含まれる。
【００９７】
Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４には、パラメータ設定回路３６を介して入力される各パラメータを元に処理を行なう各部として、スペクトラムの正側から最大流速Ｖｐを検出する正側Vｐ検出処理部８１と、その負側から最大流速Ｖｐを検出する負側Vｐ検出処理部８２と、両検出処理部８１、８２の出力側に２列で並列に接続される構成の内、一方の側の順次接続されるＶｍ計算処理部８３、Ｖｍ用の水平メディアンフィルタ８４、及びＶｍ用の平滑化フィルタ８５と、同様に他方の側に順次接続されるＶｐ判定処理部８６、Ｖｐ用の水平メディアンフィルタ８７、及びＶｐ用の平滑化フィルタ８８とが含まれる。両平滑化フィルタ８５、８８を介してＶｐ、Ｖｍのトレース波形データが次段に出力される。
【００９８】
また、Ｖｐ判定処理部の出力側には、そのＶｐ判定信号からシストリック・ピーク（systlic peak）を除去する処理部（シストリック・ピーク除去処理部）８９と、その除去後の信号を元にＶｐ検出用のノイズ閾値を設定（補正）しその設定値をＶｐ判定処理部８６にフィードバックさせる処理部（ノイズ閾値設定処理部）９０とが接続される。
【００９９】
上記構成によれば、ユーザーインターフェース３７にて、ユーザの操作によりＶｐトレース範囲の周波数軸上の上限値、下限値が調整され、パラメータ設定回路３６を介して、０−５０％の設定範囲でスペクトラム上のトレース範囲の上限及び下限が設定され、これにより、Ｖｐ、Ｖｍトレース波形検出部４４によるＰＳサーチ処理の開始位置がオフセット可能となり、従来例と比べ、臍帯動静脈等の検出が容易になってその観察が効率良く行なえ、診断効率が向上するようになる。
【０１００】
なお、変形例として、Ｖｐトレース範囲の周波数軸上の上限、下限をユーザーインターフェースとせず、オートトレース範囲をＲＯＩで設定するように構成してもよい。
【０１０１】
（第１０実施例）
従来では、定常血流の平均流速Ｖｍのトレース値がＤＣ（直流）成分付近のノイズやクラッタ成分の影響で実際よりも低い値となり、計測誤差が生じていた。これを改善するため、本実施例では、図１３及び図１４に示すように、Ｖｐ、Ｖｍのトレース探索範囲を従来のようにＤＣ成分からでなく、ウォール・フィルタ４１のカットオフ周波数ｆｃから開始するように設定、制御する機能を加えている。
【０１０２】
例えば、動脈と静脈が混在している診断部位でその動脈部分の拍動性のみをトレースしたい場合には、図１３に示すように最大流速Ｖｐの正方向のトレースの場合には、そのトレース範囲の上限値を正側のナイキスト周波数（＋ｆｒ／２）よりも小さくし、その下限値を正側のカットオフ周波数（＋ｆｃ）に設定すると共に（トレース範囲：＋ｆｃ〜上限値、上限値＜＋ｆｒ／２）、その負方向のトレースの場合には、そのトレース範囲の下限値を負側のナイキスト周波数（−ｆｒ／２）よりも大きくし、その下限値を負側のカットオフ周波数ｆｃに設定する（トレース範囲：−ｆｃ〜下限値、下限値＞−ｆｒ／２）。
【０１０３】
この例のようにＶｐの検出範囲を制限することで、臍帯と動静脈の混在時のトレース性能が向上し、最大流速の計測精度がより一層高くなる。
【０１０４】
また、レンジゲート（ＲＧ）幅内の血流速度分布が層流状になっている場合、平均流速Ｖｍは、ＤＣ（直流）成分付近に引っ張られ実際よりも小さな値を取るため、この場合のトレース時には、図１４に示すように、平均流速Ｖｍを決定するためのパワーの周波数方向の荷重平均範囲を、従来のように一方のベースラインから他方のベースラインまでの間に設定するのではなく、正側のカットオフ周波数（＋ｆｃ）及び負側のカットオフ周波数（−ｆｃ）からスタートさせるように設定する（図中の例では＋ｆｃ〜−ｆｃの間は範囲外となる）。この例のようにＶｍを求める荷重平均範囲を制限することで、血流速度分布が層流状の場合でも、平均流速Ｖｍのトレース性能が向上し、計測精度がより一層高くなる。
【０１０５】
（第１１実施例）
従来では、スペクトラムの０Ｈｚ付近をクロスするトレース波形ではその正負の符号が変化するため、トレース波形上にスパイク状ノイズが発生し、トレーストレースエラーが発生していた。これを低減するため、本実施例では、前述の図１２に示す水平メディアンフィルタ８４、８７により水平方向のメディアンフィルタ処理を実行する構成を加えた。この構成により、スペクトラムの０Ｈｚ付近をクロスするトレース波形上でのスパイクノイズを低減し、良好なトレース波形を得ることができる。
【０１０６】
（第１２実施例）
従来では、スペクトラムのＳ／Ｎ比が劣化するナイキスト周波数（ｆｒ／２）付近のスペクトラム画像辺縁部にトレースエラーが発生していた。これを改善するため、本実施例では、ノイズと信号を区別するパワーの次元をもつノイズ閾値を、その周波数方向に補正する機能を追加した。
【０１０７】
この機能によれば、ノイズ閾値の周波数軸方向の補正は、ＰＷドプラ、ＣＷドプラ等のモードやＢＬＳ（ベースラインシフト）の情報を元に、周波数解析器の周波数特性の補正を自動的に行なう。この場合のノイズ閾値の周波数方向補正例を図１５及び図１６に基づいて説明する。
【０１０８】
まず、前述の第１実施例で説明したように、現在のコラムにおけるノイズレベルと、時間平滑化したパワー最大値のパワーレベルにより、最大流速Ｖｐの位置を検出するノイズ閾値を計算する。この計算式は前述した通りである。
【０１０９】
次いで、シミュレーション等により信号がＤＣ付近をクロスするような場合、ウォール・フィルタで信号が欠落したところでノイズ閾値（スレシレベル）がダイナミックに変化するためにトレースエラーが発生しやすい。また、このノイズ閾値を大きな値にすれば、Ｖｐ値が低くなる。
【０１１０】
そこで、診断部位のＳ／Ｎ比に応じて、ＴＣＳからノイズ閾値を調整する。この場合、診断部位のＳ／Ｎ比に応じて、マニュアル調整は可能であるが、１コラム内でのパワースペクトルであっても、その周波数方向によってＳ／Ｎ比、特にノイズレベルが異なる場合がある。特に、ウォール・フィルタのカットオフ周波数ｆｃ以下の領域及びナイキスト周波数（ｆｒ／２）付近におけるノイズレベル信号レベルが低下することにより、Ｖｐが検出しにくくなるため、低Ｓ／Ｎ比領域では、下げる必要がある。
【０１１１】
また、循環器の応用等で、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）時の折返しが発生しやすい場合、ベースラインをシフトさせて折返し防止を図っているが、ＬＰＦやＳ／Ｈの影響により信号もノイズレベルもフィルタの肩特性やＳ／Ｈ特性の影響を受けてナイキスト周波数付近から高い周波数では著しく減少する。
【０１１２】
ノイズレベルのサンプルは、例えば３／８＊ｆｒから４／８＊ｆｒの範囲内の平均値を採用しているため、ナイキスト周波数を超える領域では数ｄＢ（例えば、１／２＊ｆｒで３ｄＢ程度)の低下がある。これでは、ノイズレベルすれすれの信号ではトレースできなくなる可能性が高い。特に、ＣＷ等のスペクトラム辺縁部のエンベロープがトレースできなくなる。
【０１１３】
これを補正するために、ノイズ閾値レベルを周波数に応じて変化させる。
【０１１４】
図１５及び図１６に示すように、スペクトラム辺縁のノイズ閾値を補正することにより、従来ではナイキスト周波数付近のノイズの信号も低下する周波数特性を持つ領域ではその特性に応じたノイズ閾値の制御が必要となり、これをおこなうことでスペクトラム辺縁部でのトレースエラーが減少する。
【０１１５】
この例で用いる補正関数は、ＰＷドプラのレンジゲートＲＧによる積分やホールド特性の影響やＣＷドプラ時のサンプリング周波数のデシメーションによる周波数特性の影響を考慮して補正することが望ましい。一般にＦＦＴの入力段でのサンプリング周波数の影響により辺縁部の感度は数ｄＢ落ちる。ＰＷ／ＣＷのフィルタ処理、リサンプリング処理がシステムで決まれば、補正関数は固定テーブルとして設定することも可能である。
【０１１６】
なお、本発明は、代表的に例示した上述の各実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、特許請求の範囲の記載内容に基づき、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の態様に変形、変更することができる。これらの変更、変形例も本発明の権利範囲に属するものである。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドプラ周波数のスペクトラム信号における最大流速Ｖｐ、平均流速Ｖｍのトレース波形検出、ＰＳ／ＥＤのピーク検出、及びＰＩ、ＲＩ等の計測の各処理において、感度や、診断部位、或いはスペクトラム画像に混入する様々なノイズの影響に起因する誤動作の発生や誤った計測値の表示を回避できる超音波診断装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例に係る超音波ドプラ・リアルタイム・オートトレース診断装置を搭載した超音波ドプラ診断装置の全体構成を示す概略ブロック図。
【図２】 超音波ドプラ診断装置の要部構成を示す概略の機能ブロック図。
【図３】 （ａ）及び（ｂ）は、パワースペクトル上での最大流速Ｖｐの切り出し位置を設定するパラメータを説明する図。
【図４】 パラメータを調整するユーザーインターフェースの一例を示す図。
【図５】 第２実施例のオート計測値の表示例を説明する図。
【図６】 図５に示す例で、トレースエラー時に表示可能な計測項目を説明する図。
【図７】 ＰＳ／ＥＤ検出部の詳細を示す概略の機能ブロック図。
【図８】 ＰＳ／ＥＤ検出部のＢＰＦを用いた検出方式による効果を説明する図。
【図９】 心拍同期検出処理部の同期検出トリガ発生処理部の詳細を示す概略の機能ブロック図。
【図１０】 （ａ）は、トレース波形及びそのパワースペクトラムを示す図、（ｂ）は、プリＢＰＦ通過後の波形及びそのパワースペクトラムを示す図。
【図１１】 （ａ）は、アダプティブＢＰＦ通過後のトレース波形を示す図、（ｂ）は、正側のみを通過させる整流処理後の波形を示す図。
【図１２】 ＤＳＰ内の詳細を中心とするオートトレース計測に関する構成例を説明する概略の機能ブロック図。
【図１３】 パワースペクトル上での最大流速Ｖｐのサーチ範囲を制限する場合を説明する図。
【図１４】 パワースペクトル上での平均流速Ｖｍの荷重平均範囲を制限する場合を説明する図。
【図１５】 スペクトラム辺縁のノイズ閾値（最大流速Ｖｐの切り出し位置）をその周波数方向に補正する場合の補正前を説明する図。
【図１６】 スペクトラム辺縁のノイズ閾値（最大流速Ｖｐの切り出し位置）をその周波数方向に補正する場合の補正例を説明する図。
【符号の説明】
１ 超音波プローブ
２ 装置本体
３ ＥＣＧモジュール
１１ 全体コントローラ
２１ 送受信部（Ｔ／Ｒ）
２２ 検波器（Ｅ／Ｐ）
２３ デジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）
２５ 表示器
２６ ミキサ
２７ レンジゲート（ＲＧ）処理部
２８ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２９ 高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）
３０ ＣＦＭ処理部（ＣＦＭ・ＦＰ）
３１ ＤＳＰ（本発明のオートトレース手段）
３２ ＰＳ／ＥＤ検出部（本発明のピーク検出手段）
３３ 計測部（本発明のオート計測手段）
３４ ビデオ・インターフェースＩ／Ｆ
３５ 画像ストレージ部
３６ パラメータ設定回路
３７ ユーザーインターフェース（本発明の操作手段）
３８ 操作パネル回路
３９ ＴＣＳ回路
４０ ＧＵＩ回路

Claims (9)

1. 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、
   前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
   前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、
   前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、
   前記ピーク検出手段は、前記トレース波形の情報及び前記被検体に装着させた心電計からの心電波形の情報の少なくとも一方を用いて前記被検体の拍動に同期したトリガを生成する同期トリガ生成手段と、この同期トリガ生成手段により生成される同期トリガを用いて前記ＰＳ及びＥＤを検出する手段とを備え、
   前記同期トリガ生成手段は、バンドパスフィルタ処理を行なって前記同期トリガを生成するものであることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号におけるパワー方向の最大値の平滑化時定数を可変する手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号におけるパワー方向のピーク速度切り出し位置を可変設定する手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記操作手段は、前記パラメータとして、前記バンドパスフィルタの中心周波数及びバンド幅を、自動的に設定する自動設定モード、ユーザが操作して設定するユーザ設定モード、及び標準の固定値に設定する標準設定モードのいずれかを選択する手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記操作手段は、前記パラメータとして、前記オートトレース手段の処理で実行されるトレース時のスペクトラム信号の周波数方向のトレース範囲の上限及び下限を可変設定する手段を備えた請求項１記載の超音波診断装置。
6. 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、
   前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
   前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、
   前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、
   前記計測手段は、前記トレース手段の処理によるトレース時にトレースエラーが生じた場合、計測すべき計測項目の内の計測可能な項目を判断し、その項目について計測を実行するものであることを特徴とする超音波診断装置。
7. 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、
   前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
   前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、
   前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、
   前記操作手段は、表示器のスィープ速度に応じて前記パラメータを補正する手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
8. 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、
   前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
   前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、
   前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、
   前記ピーク検出手段は、前記スペクトラム信号の周波数方向の正負を交差する際のその符号の違いによるトレースエラーを防止するための水平方向のメディアンフィルタ処理を実行する手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
9. 被検体内の運動流体を含む診断部位に向けて超音波を送受信させて得られる前記診断部位の流速に関する情報を担うドプラ周波数のスペクトラム信号から計測を行なう超音波診断装置であって、
   前記スペクトラム信号の周波数方向の最大流速Ｖｐ及び平均流速Ｖｍの少なくとも一方を時間方向にトレースしそのトレース波形を出力する処理をリアルタイムで実行するトレース手段と、
   前記トレース手段により出力されるトレース波形から前記被検体の心周期で決まるＰＳ（Peak of Systolic）及びＥＤ（End of Diastolic）の波形ピークを検出する処理を実行するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段により検出されたＰＳ及びＥＤの情報を元に前記診断部位の診断に用いる計測項目を計測する処理を実行する計測手段と、
   前記トレース手段、ピーク検出手段及び計測手段の少なくとも１つの処理で用いるパラメータを変更するための操作手段とを有し、
   前記操作手段は、前記パラメータとして、前記スペクトラム信号のパワー方向におけるピーク速度切り出し位置をその周波数方向に補正する手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。

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