JP2597584B2

JP2597584B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2597584B2
Application number: JP62152711A
Authority: JP
Inventors: 泰夫宮島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPS63315039A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、超音波を用いて生体のＢモード像の如くの
解剖学的情報、Ｍモード像の如くの生体内の運動臓器の
運動情報、ドップラ効果を利用した血流情報の如くの生
体内の移動物体の移動に伴う機能情報を得て映像化する
超音波診断装置に関し、特に操作が簡単にして的確な移
動物体の移動に伴う機能情報を得ることができるように
した超音波診断装置に関する。

（従来の技術）超音波診断法では、Ｂモード像を代表例とする解剖学
的情報、Ｍモード像を代表例とする生体内の器官の運動
情報、血流イメージングを代表例とするドプラ効果を利
用した生体内の移動物体の移動に伴う機能情報等を用い
て診断に供するようにしている。

また、超音波の生体内に対する走査法の代表的なもの
には、電子走査と機械走査とがある。ここで、電子走査
法について説明する。

すなわち、複数の超音波振動子を並設してなるアレイ
型超音波プローブを用い、リニア電子走査であれば、超
音波振動子の複数個を１単位とし、この１単位の超音波
振動子について励振を行ない超音波ビームの送波を行う
方法であり、例えば、順次１振動子分づつピッチをずら
しながら１単位の素子の位置が順々に変わるようにして
励振してゆくことにより、超音波ビームの送波点位置を
電子的にずらしてゆく走査である。

そして、超音波ビームがビームとして集束するよう
に、励振される超音波振動子は、ビームの中心部に位置
するものと側方に位置するものとでその励振のタイミン
グをずらし、これによって生ずる超音波振動子の各発生
音波の位相差を利用し反射される超音波を集束（電子フ
ォーカス）させる。そして、励振したのと同じ振動子に
より反射超音波を受波して電気信号に変換して、各送受
波によるエコー情報を例えば断層像として形成し、陰極
線管等に画像表示する。

また、セクタ電子走査であれば、励振される１単位の
超音波振動子に対し、超音波ビームの送波方向が超音波
ビーム１パルス分毎に順次扇形に変わるように各振動子
の励振タイミングを所望の方向に応じて変化させてゆく
ものであり、後の処理は基本的には上述したリニア電子
走査と同じである。

以上のようなリニア，セクタ電子走査の他に、振動子
（探触子）を走査機構に取付け、走査機構を運動させる
ことにより超音波走査を行う機械走査もある。

一方、映像法には、超音波送受信に伴う信号を合成し
て断層像化するＢモード像以外に、同一方向固定走査に
よるＭモード像が代表的である。これは、超音波送受波
部位の時間的変化を表わしたものであり、特に心臓の如
く動きのある臓器の診断には好適である。

また、血流イメージングを代表例とする超音波ドプラ
法は、生体内の移動物体の移動に伴う機能情報を得て映
像化する方法であり、これを以下詳細に説明する。すな
わち、超音波ドプラ法は、超音波が移動物体により反射
されると反射波の周波数が上記移動物体の移動速度に比
例して偏移する超音波ドプラ効果を利用したものであ
る。

具体的には、超音波レートパルス或いは連続波を生体
内に送波し、その反射波エコーの位相変化より、ドプラ
効果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た深さ
位置における移動物体の運動情報を得ることができる。
これは、生体内における一定位置での、血流の流れの向
き、乱れているか整っているかの流れの状態、流れのパ
ターン、速度の絶対値等の血流の状態を知ることができ
る。

次に装置について説明する。すなわち、超音波エコー
から血流情報を得るためには、ある所定方向に超音波パ
ルスを所定回数繰返して送波し、受波されたエコーを位
相検波することにより位相情報を取出す。この信号をデ
ィジタル化し、動いていない或いは動きの遅い成分を除
去するために、ディジタルフィルタに通す。そして、フ
ィルタを通過した信号を周波数解析する。

これにより、解析した周波数は、移動物体の動きによ
って生じたドプラ偏移周波数であり、血流速度等の血流
情報として、単独又はＢモード像やＭモード像に重畳し
て表示する。

上述のディジタルフィルタは、高域通過フィルタであ
り、どこまで遅い成分を検出するかを決定するつまり通
過帯域の下限を設定する要素をカットオフ周波数と称し
ている。

このカットオフ周波数は、フィルタの回路の定数で決
定されるものであるが、フィルタの観測時間Ｔ（フィル
タに位相検波出力が入る時間）が短いので、略1/Tに対
応する周波数より低く設定したカットオフ周波数によっ
ては、フィルタ特性は劣化し、所望の低域除去特性を発
揮できないものとなる。

このため、観測時間Ｔによってはカットオフ周波数を
下げることができない、つまり血流検出の特性が劣化す
る、という問題が生じる。

従来、以上のような原理に基づくカットオフ周波数
は、レート（超音波パルスの繰返し周期）,1ラスタのパ
ルス数（１ラスタに繰返してパルスを送受する繰返し回
数）等を理解した操作に習熟している操作者が用途，画
像の状態に応じて所望の値に切換えるように、操作パネ
ルにて設定していた。例えば、腹部血管のように、血液
の速度が比較的遅く、血管，臓器等もその動きがあまり
速くない場合には、カットオフ周波数をできるだけ低く
設定するように操作していた。

しかし乍、上述したフィルタ原理に基づくカットオフ
周波数の設定は、操作に習熟するには容易でなく、ま
た、緊急を要する診断時にはたとえ日頃は操作に習熟し
ている操作者であっても、要領を得ない操作になってし
まうことがあり、結局は、適切なカットオフが設定でき
ず、本来の低速度検出能を発揮できないものとなってい
た。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の技術においては、超音波ドプラ効果
に伴う情報を得る場合、用途，画像の状態に応じて所望
の値にカットオフ周波数を切換える構成であり、カット
オフ周波数の切換操作に習熟するには容易でなく、ま
た、緊急を要する診断時にはたとえ日頃は操作に習熟し
ている操作者であっても、要領を得ない操作になってし
まうことがあり、結局は、適切なカットオフ周波数を設
定できず、本来の低域検出能を発揮できない、という問
題点があった。

そこで本発明の目的は、適切なカットオフ周波数を設
定して低域検出能を充分に発揮した超音波ドップラ効果
に伴う情報を得ることができる超音波診断装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成するため
に次のような手段を講じたことを特徴としている。すな
わち、本発明は、カットオフ周波数fcが可変型の高域通
過フィルタ手段を備え、該高域通過フィルタ手段に移動
物体によってドップラ偏移を受けた超音波受信信号を通
し、前記受信信号のドプラ効果に伴う前記移動物体の二
次元機能情報を得るようにした超音波診断装置におい
て、前記カットオフ周波数fcを超音波パルスの繰り返し
周期frの選択に応じて設定する制御手段を具備したこと
を特徴とする。

（作用）このような構成によれば、操作者の設定操作によるこ
となく、制御手段によって、移動物体の二次元機能情報
を得るため高域通過フィルタ手段に与えるべき適切なカ
ットオフ周波数fcを超音波パルスの繰り返し周期frの選
択に応じて設定することになるので、適切なフィルタ特
性の下で低域除去特性を発揮でき、高精度の二次元機能
情報を得ることができる。

（実施例）以下本発明にかかる超音波診断装置の一実施例を第１
図を参照して説明する。

本実施例装置は、例えばセクタ電子走査用プローブと
超音波ドプラ用プローブとを複合して一体構成とし、被
検体Ｐの体表上に当てられＢ又はＭモード送受信及びド
プラ送受信が行なわれる探触子１を有し、Ｂ又はＭモー
ド送受信及びドプラ送受信のための送信制御を行う送信
系UTを有し、Ｂ又はＭモード送受信にかかわるエコー信
号を受信してＢ又はＭモード像を生成するＢ又はＭモー
ド受信系URを有し、ドプラ受信にかかわるエコー信号を
受信してドプラ像を生成するドプラ受信系UDを有し、Ｂ
又はＭモード受信系URとドプラ受信系UDとによる２つの
画像をそれぞれ単独又は重畳して表示する表示系UMを有
し、これら各系を制御する制御系UCを有して構成されて
いる。

以下各系を詳細に説明する。

送信系UTは、送信系におけるレートパルスやドプラ受
信系における移相のための制御信号を発生する基準信号
発振器２を有している。また、この基準信号発振器２か
らの基準信号に基づきレートパルスを発生するレートパ
ルス発生回路３を有している。さらに、このレートパル
ス発生回路３からのレートパルスに基づき探触子１の各
振動子を所望の遅延時間を持って励振するためのパルス
を発生するパルサ４を有している。このパルサ４の駆動
により、Ｂ又はＭモードセクタ走査では各振動子からの
超音波ビームを扇状に送波し、後述する受波回路５によ
り受波し、また超音波ドプラでは、２次元血流像を得る
ために１つの方向にレートパルスに基づいて繰返し一定
回数の超音波パルスを一定繰返し周期で送波し、後述す
る受波回路７により受波するものである。

Ｂ又はＭモード受信系URは、探触子１からのＢ又はＭ
モードにかかわるエコー信号を所望の遅延時間を持って
受波し増幅する受波回路５を有している。また、この受
波回路５の出力を例えばＢモード像生成のため検波する
対数特性を有する検波回路６を有している。

ドプラ受信系UDは、探触子１からの超音波ドプラにか
かわるエコー信号を増幅する受波回路７を有している。
またこの受波回路７の出力をそれぞれ外部入力される参
照信号に基づき直交検波する第1,第２の検波回路8a,8b
を有している。さらに、この第1,第２の検波回路8a,8b
による直交検波出力をディジタル化して、被検体Ｐの深
度方向に別々にフィルタリングされて繰返して返ってく
る信号のうち変化しない成分を除去する第1,第２のカッ
トオフ周波数可変型多チャンネルフィルタ回路9a,9bを
有している。さらにまた、この第1,第２の多チャンネル
フィルタ回路9a,9bのそれぞれの出力を、各深度毎に周
波数解析がなされ、平均周波数，周波数の分散等の周波
数情報を得る多チャンネル周波数解析器10を有してい
る。

また、ドプラ受信系UDは、第1,第２の検波回路8a,8b
による直交検波出力を、外部から入力され設定される検
出位置からのエコーに相当する信号が入力される間これ
を通す第1,第２のレンジゲート回路11a,11bを有してい
る。また、この第1,第２のレンジゲート回路11a,11bの
出力における所定周波数帯域の成分を通す第1,第２のバ
ンドパスフィルタ回路12a,12bを有している。さらに、
この第1,第２のバンドパスフィルタ回路12a,12bの出力
における周波数偏移分布を解析する周波数解析器13を有
している。

表示系UMは、Ｂ又はＭモード受信系URからの例えばＢ
モード像情報と、ドプラ受信系UDからの周波数情報及び
周波数偏移分布に基づく２次元血流像情報とを、例えば
同一画面に重畳表示するため、超音波走査方向とエコー
深さ位置に対応した画素位置の映像信号に処理を行う表
示回路14を有している。また、この表示回路14により得
たＢモード像情報と周波数情報及び２次元血流像情報と
を、図示の如くＢモード像UIBと周波数情報UIF1及び２
次元血流像UIF2として重畳表示するモニタ15を有してい
る。

制御系UCは、Ｂ又はＭモード走査の選択，超音波ドプ
ラモードの形態の選択,B又はＭモード像と超音波ドプラ
像との単独表示又は重畳表示の選択，レートパルスの周
期や１つの方向にパルスを繰返す回数の選択等を行うス
キャン制御回路16を有している。また、スキャン制御回
路16からのスキャン制御信号及びレートパルス発生回路
３からのレートパルス設定信号に基づきパルサ4,受波回
路5,受波回路７の遅延時間を調整するラスタアドレスを
発生するラスタアドレス発生回路17を有している。さら
に、第1,第２の検波回路8a,8bに対して直交検波に用い
る互いに90゜位相が異なる２つの参照信号を基準信号発
信器２からの基準信号により生成する移相回路18を有し
ている。また、２次元血流像を得る位置を決定する検出
位置決定回路19を有している。

さらに本実施例の新規な構成として制御系UCは、スキ
ャン制御回路16に連動して自動的に第1,第２のカットオ
フ周波数可変型多チャンネルフィルタ回路9a,9bの最適
なカットオフ周波数を、走査形態として例えばレート周
波数frと１ラスタのパルス数Ｎに基づき設定するための
カットオフ制御回路20を有している。

以上の如くの構成によれば、先ず、制御系UCの制御に
より送信系UTが動作して探触子１は例えばＢモード像を
生成するべく超音波セクタ電子走査を行ない、Ｂ又はＭ
モード受信系URではＢモード像情報を得ると共にドプラ
受信系UDでは２次元血流像情報と周波数情報を得、表示
系UMのモニタ15上にＢモード像UIBと周波数情報UIF1及
び２次元血流像UIF2とを重畳表示するようになる。

ここで、本実施例のカットオフ制御回路20では、カッ
トオフ周波数を次のように決定する。すなわち、レート
（超音波パルスの繰返し周期）,1ラスタのパルス数（１
ラスタに繰返してパルスを送受する繰返し回数）につい
ての例えばコード情報が与えられ、このコード情報によ
り用途，画像の状態に応じた適切な値が算出され、第1,
第２の多チャンネルフィルタ9a,9bに与えられるもので
ある。この場合、第２図はフィルタ特性を示す図である
が、この図に示すレート周波数frと１ラスタのパルス数
Ｎに対してカットオフ周波数fcを、fr/Nに設定するよう
に制御することが可能であり、これ以下にカットオフ周
波数を下げると、観測時間（N/fr）による周波数の拡が
りのため低域除去ができなくなる限界に固定できたこと
になる。

従って、腹部血管のように、血液の速度が比較的遅
く、血管，臓器等もその動きがあまり速くない場合でも
適切なカットオフ周波数を設定でき、本来の低速度検出
能を発揮できるようになる。この場合、操作に習熟して
いない操作者でも、また、緊急を要する診断時であって
も、適切なカットオフが設定でき、有利である。

本発明は次のように変形して実施してもよい。すなわ
ち、操作者の選択により上記下限以上のカットオフ周波
数が選択されたとき、その選択通りにカットオフ周波数
を出力し、下限以下のカットオフ周波数を選択した場合
はこの下限のカットオフ周波数を出力するように自動設
定と手動設定とを関連付けて制御する構成としてもよ
い。

また、上記では、カットオフ周波数を決定するデータ
としては、レート周波数frや１ラスタのパルス数Ｎを用
いたが、探触子１の周波数,Bモードであるか又はＭモー
ドであるかのデータ等を用いてもよい。

さらに、上記では電子走査型の装置への適用例である
が、機械走査型の装置に適用してもよい。この場合、カ
ットオフ周波数を決定するデータとしては、探触子の回
転速度，超音波ビーム幅を用いる。

なお、上記の構成例では、Ｂモード像と周波数情報及
び２次元血流像とを重畳表示する構成であるが、Ｍモー
ド像と周波数情報及び２次元血流像とを重畳表示する構
成、Ｂモード像又はＭモード像と周波数情報及び２次元
血流像とを別個に表示する構成、上記の構成において周
波数情報及び２次元血流像のうち少なくとも一方を表示
する構成であってもよい。また、カットオフ制御回路20
としては、ハードウェア，ソフトウェアのいずれの構成
を採用してもよい。

この他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施できるものである。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、カットオフ周波数fcが
可変型の高域通過フィルタ手段を備え、該高域通過フィ
ルタ手段に移動物体によってドップラ偏移を受けた超音
波受信信号を通し、前記受信信号のドプラ効果に伴う前
記移動物体の二次元機能情報を得るようにした超音波診
断装置において、前記カットオフ周波数fcを超音波パル
スの繰り返し周期frの選択に応じて設定する制御手段を
具備したことにより、操作者の設定操作によることな
く、制御手段によって、前記移動物体の二次元機能情報
を得るため高域通過フィルタ手段に与えるべき適切なカ
ットオフ周波数fcを超音波パルスの繰り返し周期frの選
択に応じて設定することになるので、適切なフィルタ特
性の下で低域除去特性を発揮でき、高精度の二次元機能
情報を得ることができる超音波診断装置を提供できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波診断装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図はフィルタのカットオフ周
波数とレート周波数との関係を示す図である。 UT……送信系、UR……Ｂ又はＭモード受信系、UD……ド
プラ受信系、UM……表示系、UC……制御系、20……カッ
トオフ制御回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カットオフ周波数fcが可変型の高域通過フ
ィルタ手段を備え、該高域通過フィルタ手段に移動物体
によってドップラ偏移を受けた超音波受信信号を通し、
前記受信信号のドプラ効果に伴う前記移動物体の二次元
機能情報を得るようにした超音波診断装置において、前
記カットオフ周波数fcを超音波パルスの繰り返し周期fr
の選択に応じて設定する制御手段を具備したことを特徴
とする超音波診断装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記超音波パルスの繰り
返し周期frの選択と共に１ラスタに繰り返し超音波パル
スを送受する回数Ｎの選択とに応じて前記カットオフ周
波数fcを、fc＝fr/Nとなるように設定することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。