JP3725627B2

JP3725627B2 - Ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic device

Info

Publication number: JP3725627B2
Application number: JP23381396A
Authority: JP
Inventors: 哲高橋
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH1075954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フェーズドアレイ型探触子による超音波連続波の送受波により、被検体内を流れる血流等の運動体の流速を計測する超音波連続波ドプラー診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の超音波連続波ドプラー診断装置ではフェーズドアレイ型探触子を備え、複数の送信用振動子により被検体の計測目標部位に超音波連続波を送波し、その目標部位からの反射エコーを受信用振動子により受波する。このような例の概要を図９に示す。
すなわち、プローブ（探触子）１のうちの送信用として割り当てられている複数の送信振動子１１から目標部位Ｄに超音波連続波を送波し、受信用として割り当てられている複数の受信振動子１２により、目標部位Ｄからの反射波を受波する。このとき、送波，受波ともに目標部位Ｄまでの距離，角度に応じて振動子間の遅延制御が行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような診断装置の送受波総合感度（フェーズドアレイ型探触子で送受波した場合に、各受信用振動子で得られるエコー信号を遅延合成して求めた受信信号レベルの大きさのこと）は、目標部位が探触子の正面方向付近から左右に大きくずれていると（例えば±４５度）、大幅に低下する傾向があることが指摘されている。これは、主としてフェーズドアレイ型探触子を構成する振動子のエレメントファクター（指向性）に起因する。このエレメントファクターは基本的には、振動子の幅と超音波の波長の比で決まるものであるが、実際には振動子間の干渉により角度が大きいと理論値よりかなり感度が低下する。
【０００４】
図１０はエレメントファクターの１例で、駆動電圧で励振した振動子から一定距離（例えば５０ｍｍ）の円弧上の音圧分布を示すものである。同図の横軸は、振動子から円弧上にある各着目点を見た角度で振動子の正面方向を０度としたもの、縦軸は各着目点での音圧レベルで正面方向での値を基準（０ｄｂ）として示したものである。また、破線は理論値、実線は実際値を示している。
したがって、この発明の課題は、目標部位が探触子の正面方向付近にある場合から左右に大きくずれている場合（例えば±４５度）でも、送受波総合感度を極力低下させないようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、フェーズドアレイ型探触子による超音波連続波の送受波で血流を含む運動体の流速を計測する超音波連続波ドプラー診断装置において、
前記探触子の全振動子のうち、送信用振動子の数と受信用振動子の数の配分を変更可能にし、計測目標部位の探触子正面方向となす角度が大きいほど送信用振動子の数を多くし、受信用振動子の数を少なくするようにしている。
【０００６】
請求項２の発明では、フェーズドアレイ型探触子による超音波連続波の送受波で血流を含む運動体の流速を計測する超音波連続波ドプラー診断装置において、
前記探触子の送信用振動子に印加される駆動電圧を変更可能にし、計測目標部位の探触子正面方向となす角度が大きいほど駆動電圧を高くする。
請求項３の発明では、フェーズドアレイ型探触子による超音波連続波の送受波で血流を含む運動体の流速を計測する超音波連続波ドプラー診断装置において、
前記探触子の送信用振動子と受信用振動子の位置関係を変更可能にし、計測目標部位が探触子正面方向より右側にある場合、探触子の右側を送信用に左側を受信用にし、計測目標部位が探触子正面方向より左側にある場合、探触子の左側を送信用に右側を受信用にする。
【０００７】
請求項４の発明では、フェーズドアレイ型探触子による超音波連続波の送受波で血流を含む運動体の流速を計測する超音波連続波ドプラー診断装置において、
（１）前記探触子の全振動子のうち、送信用振動子の数と受信用振動子の数の配分を変更可能にし、計測目標部位の探触子正面方向となす角度が大きいほど送信用振動子の数を多くし、受信用振動子の数を少なくする、
（２）前記探触子の送信用振動子に印加される駆動電圧を変更可能にし、計測目標部位の探触子正面方向となす角度が大きいほど駆動電圧を高くする、
（３）前記探触子の送信用振動子と受信用振動子の位置関係を変更可能にし、
計測目標部位が探触子正面方向より右側にある場合、探触子の右側を送信用に左側を受信用にし、計測目標部位が探触子正面方向より左側にある場合、探触子の左側を送信用に右側を受信用にする、
の少なくとも２項目以上を組合わせて構成するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す概念図で、同図（イ）は目標部位が探触子正面方向付近にある場合を示し、同図（ロ）は目標部位が探触子正面方向に対して大きな角度を持つ場合を示している。
図２はプローブ中心から一定距離（例えば５０ｍｍ）の円弧上にある目標部位に対して送受波する場合に、送波される超音波ビーム上の音圧ピーク値と角度ｔｈ（プローブ中心から目標部位を見た角度：図９参照）の関係を、送信振動子数（ｋ）をパラメータとして示している。ただし、送信振動子の駆動電圧レベルは一定とする。同図の横軸は角度ｔｈを、縦軸は超音波ビーム上の音圧ピーク値（許容音圧最大値で正規化）を示す。ここで、振動子のエレメントファクターは図１０の実際値を想定している。また、図３は図２に対応する送受波総合感度の角度依存性を示すものである。プローブの振動子総数を６４個とし、送信用でないものは全て受信用とする。
【０００９】
図２の例では、目標部位の角度ｔｈが０度の場合、送信振動子数１２個で送波される超音波ビーム上の音圧ピーク値が許容音圧最大値（０ｄｂ）になっている。そこで、目標部位の角度に関わらず１２個の振動子を送信用とした場合、送受波総合感度は図３に実線で示す特性となる。これに対し、例えば目標部位の角度が−４５度のとき２０個の振動子を送信用とし、＋３０度のとき１６個の振動子を送信用とし、＋４５度のとき２６個の振動子を送信用として用いるようにすると、そのときの送受波総合感度は図３に一点鎖線で示す特性となり、実線の特性に比べて最大で約５ｄｂ感度が向上する。なお、このようにした場合でも、超音波ビーム音圧ピーク値が許容音圧最大値０ｄｂ以下になっていることは、図２からも明らかである。
【００１０】
図４はこの発明の第２の実施の形態を示す概念図で、同図（イ）は目標部位が探触子正面方向付近にある場合を示し、同図（ロ）は目標部位が探触子正面方向に対して大きな角度を持つ場合を示している。ここで、斜線にて示す送信用振動子に印加する駆動電圧（送波パルスＰ１，Ｐ２）を、同図（イ）よりも図（ロ）の場合の方、つまり目標部位が探触子正面方向に対して大きな角度を持つ場合の方を大きくしている（Ｐ１＜Ｐ２）。
【００１１】
図５はプローブ中心から一定距離（例えば５０ｍｍ）の円弧上にある目標部位に対して送受波する場合に、送波される超音波ビーム上の音圧ピーク値と角度ｔｈ（プローブ中心から目標部位を見た角度：図９参照）の関係を、送信振動子の駆動電圧をパラメータとして示している。同図の横軸は角度ｔｈを、縦軸は超音波ビーム上の音圧ピーク値（許容音圧最大値で正規化）を示す。ここでも、振動子のエレメントファクターは図１０の実際値を想定している。また、図６は図５に対応する送受波総合感度の角度依存性を示すものである。なお、送信用振動子数は２６個で受信用振動子数（ｋ）は３８個としている。
【００１２】
図５の例では、パラメータの送信振動子駆動電圧として、目標部位の角度が０度，−４５度，−３０度，＋３０度，＋４５度のそれぞれの場合に、音圧ピーク値が０ｄｂとなる様な値を選択してある。したがって、目標部位の角度に関わらず送信振動子駆動電圧を最小のもの（目標部位の角度ｔｈが０度の場合に、音圧ピーク値が０ｄｂとなる駆動電圧）に固定した場合の送受波総合感度が図６の実線で示した特性になるのに対し、送信振動子駆動電圧を目標部位の角度に応じて変化させる（すなわち、目標部位の角度が０度，−４５度，−３０度，＋３０度，＋４５度のそれぞれの場合に、音圧ピーク値が０ｄｂになるようにする。）ことで、送受波総合感度を図６の一点鎖線で示す特性にすることができる。実線の特性に比べ、最大で約７ｄｂの感度向上を達成できる。
【００１３】
図７はこの発明の第３の実施の形態を示す概念図で、同図（イ）は目標部位が探触子正面方向に対して右側にある場合を示し、同図（ロ）は目標部位が探触子正面方向に対して左側にある場合を示している。先の図２のビーム音圧ピーク値の角度依存性や、図３の送受波総合感度の角度依存性は、実は図９に示すように送信振動子がプローブの右端にあり、また、目標部位の探触子正面方向に対する角度は反時計方向を正（＋）として求めたものである。これら図２，図３から、目標部位の角度が（＋）方向の方が、（−）方向に比べてビーム音圧ピーク値および送受波総合感度の減衰が著しいことが分かる。これは、目標部位の角度（図９のｔｈ参照）が（−）方向のときより（＋）方向のときの方が、送信振動子から目標部位を見た角度の絶対値が大きくなり、振動子のエレメントファクターの影響をより強く受けるためと言える。
【００１４】
以上のことから、目標部位の角度が（＋）方向の場合は、送信振動子群をプローブの左側に切り換えることにより、ビーム音圧ピーク値および送受波総合感度の減衰を、目標部位の角度が（−）方向の場合と同程度に抑えることができる。図８は送信振動子数（ｋ）が１２個の場合の送受波総合感度の角度依存性を示している。同図の実線が送信振動子が常時はプローブの右側にある場合を示し、破線は目標部位の角度（ｔｈ）が（＋）方向のときには図７（ロ）のように、送信振動子をプローブの左側に切り換え、（−）方向のときには図７（イ）のようにプローブの右側に切り換える場合を示す。実線の場合に比べ、最大で約３ｄｂの感度向上を達成できる。
以上説明した図１，図４および図７に示す手法は２つ以上組み合わせて用いることができ、これにより相乗的な効果を期待することができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、目標部位が探触子の正面方向から左右に大きくずれている場合でも、送受波総合感度の低下を極力抑制することが可能となる利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す概要図である。
【図２】送信振動子数を変数とするビーム音圧ピーク値の角度依存特性図である。
【図３】図１を実施した場合の送受波総合感度の角度依存特性図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す概要図である。
【図５】送信駆動電圧を変数とするビーム音圧ピーク値の角度依存特性図である。
【図６】図４を実施した場合の送受波総合感度の角度依存特性図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態を示す概要図である。
【図８】図７の発明を適用した場合の送受波総合感度特性図である。
【図９】超音波連続波ドプラー診断装置の従来例を示す概要図である。
【図１０】振動子のエレメントファクターの１例を示す特性図である。
【符号の説明】
１…プローブ（探触子）、１１…送信振動子、１２…受信振動子、Ｄ…目標部位、Ｐ１…送波パルス、Ｐ２…受波パルス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus that measures a flow velocity of a moving body such as a blood flow flowing in a subject by transmission and reception of an ultrasonic continuous wave by a phased array probe.
[0002]
[Prior art]
This type of ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic device is equipped with a phased array probe, which transmits a continuous ultrasonic wave to the measurement target region of the subject using a plurality of transmission transducers, and the reflected echo from the target region. Is received by the receiving vibrator. An outline of such an example is shown in FIG.
That is, a continuous ultrasonic wave is transmitted from the plurality of transmission transducers 11 assigned for transmission in the probe (probe) 1 to the target site D, and the plurality of reception vibrations assigned for reception are transmitted. The child 12 receives the reflected wave from the target site D. At this time, delay control between the transducers is performed according to the distance and angle to the target portion D for both transmission and reception.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the total transmission / reception sensitivity of such a diagnostic device (when the signal is transmitted / received by a phased array type probe, the magnitude of the received signal level obtained by delay synthesis of the echo signals obtained by each receiving transducer) It has been pointed out that when the target part is greatly deviated left and right from the vicinity of the front direction of the probe (for example, ± 45 degrees), it tends to decrease significantly. This is mainly due to the element factor (directivity) of the vibrator constituting the phased array probe. This element factor is basically determined by the ratio between the width of the vibrator and the wavelength of the ultrasonic wave. However, in reality, if the angle is large due to interference between the vibrators, the sensitivity is considerably lower than the theoretical value.
[0004]
FIG. 10 shows an example of an element factor, which shows a sound pressure distribution on an arc having a certain distance (for example, 50 mm) from a vibrator excited by a driving voltage. The horizontal axis in the figure is the angle when viewing each point of interest on the arc from the transducer, and the front direction of the transducer is 0 degree. The vertical axis is the sound pressure level at each point of interest in the front direction. The value is shown as a reference (0 db). The broken line indicates the theoretical value, and the solid line indicates the actual value.
Therefore, an object of the present invention is to prevent the total sensitivity of transmission / reception from being lowered as much as possible even when the target site is largely deviated left and right (for example, ± 45 degrees) from the vicinity of the front direction of the probe. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the invention of claim 1, in an ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus for measuring the flow velocity of a moving body including a blood flow by transmission and reception of ultrasonic continuous waves by a phased array probe. ,
Among all the transducers of the probe, the distribution of the number of transducers for transmission and the number of transducers for reception can be changed, and the larger the angle between the measurement target part and the front direction of the probe, the larger the transducer for transmission Is increased and the number of receiving transducers is decreased.
[0006]
In the invention of claim 2, in the ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus for measuring the flow velocity of a moving body including blood flow by transmitting and receiving ultrasonic continuous waves by a phased array probe,
The drive voltage applied to the transducer for transmitting the probe can be changed, and the drive voltage is increased as the angle between the measurement target region and the probe front direction is larger.
In the invention of claim 3, in the ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic device for measuring the flow velocity of a moving body including blood flow by transmission and reception of ultrasonic continuous waves by a phased array probe,
The positional relationship between the transducer for transmission and the transducer for reception of the probe can be changed, and when the measurement target part is on the right side of the front direction of the probe, the right side of the probe is used for transmission and the left side is used for reception When the measurement target site is on the left side of the probe front direction, the left side of the probe is used for transmission and the right side is used for reception.
[0007]
In the invention of claim 4, in the ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus for measuring the flow velocity of a moving body including a blood flow by transmission and reception of ultrasonic continuous waves by a phased array probe,
(1) Among all the transducers of the probe, the distribution of the number of transducers for transmission and the number of transducers for reception can be changed. Increase the number of trusted oscillators and reduce the number of receiving oscillators.
(2) The drive voltage applied to the transducer for transmitting the probe can be changed, and the drive voltage is increased as the angle formed with the front direction of the probe at the measurement target site is larger.
(3) The positional relationship between the transducer for transmission and the transducer for reception of the probe can be changed,
When the measurement target part is on the right side of the probe front direction, the right side of the probe is for transmission and the left side is for reception, and when the measurement target part is on the left side of the probe front direction, the left side of the probe The right side for sending and the receiving side for
These are configured by combining at least two items.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) shows a case where the target site is in the vicinity of the probe front direction, and FIG. The case where it has a big angle with respect to the child front direction is shown.
FIG. 2 shows the case where the sound pressure peak value and the angle th on the ultrasonic beam to be transmitted (the target site from the probe center) when transmitting / receiving to / from the target site on a circular arc at a certain distance (for example, 50 mm) from the probe center. The angle (see FIG. 9) is shown as a parameter with the number of transmitting transducers (k). However, the drive voltage level of the transmission vibrator is constant. In the figure, the horizontal axis represents the angle th, and the vertical axis represents the sound pressure peak value on the ultrasonic beam (normalized by the maximum allowable sound pressure value). Here, the element factor of the vibrator is assumed to be an actual value in FIG. FIG. 3 shows the angle dependency of the total transmission / reception sensitivity corresponding to FIG. The total number of probe transducers is 64, and all probes are not used for transmission.
[0009]
In the example of FIG. 2, when the angle th of the target portion is 0 degree, the sound pressure peak value on the ultrasonic beam transmitted by 12 transmitting transducers is the allowable sound pressure maximum value (0 db). . Therefore, when twelve transducers are used for transmission regardless of the angle of the target part, the total transmission / reception sensitivity has a characteristic indicated by a solid line in FIG. On the other hand, for example, when the angle of the target portion is −45 degrees, 20 vibrators are used for transmission, when +30 degrees, 16 vibrators are used for transmission, and when +45 degrees, 26 vibrators are transmitted. When used as trust, the total transmission / reception sensitivity at that time has a characteristic indicated by a one-dot chain line in FIG. 3, and the sensitivity is improved by about 5 db at the maximum as compared with the characteristic of the solid line. Even in such a case, it is clear from FIG. 2 that the peak value of the ultrasonic beam sound pressure is equal to or less than the allowable sound pressure maximum value 0 db.
[0010]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) shows the case where the target site is in the vicinity of the probe front direction, and FIG. 4 (b) shows the target site being the probe. The case where it has a big angle with respect to the child front direction is shown. Here, the drive voltages (transmission pulses P1, P2) applied to the transmitting transducers indicated by diagonal lines are the same as in the case of FIG. The case where the angle is larger than the direction is increased (P1 <P2).
[0011]
FIG. 5 shows the case where the sound pressure peak value and the angle th on the ultrasonic beam to be transmitted (the target site from the center of the probe) when transmitting / receiving to / from the target site on an arc having a certain distance (for example, 50 mm) from the probe center. The relationship of the angle of viewing (see FIG. 9) is shown using the driving voltage of the transmission vibrator as a parameter. In the figure, the horizontal axis represents the angle th, and the vertical axis represents the sound pressure peak value on the ultrasonic beam (normalized by the maximum allowable sound pressure value). Again, the element factor of the vibrator is assumed to be the actual value of FIG. FIG. 6 shows the angle dependency of the total transmission / reception sensitivity corresponding to FIG. The number of transducers for transmission is 26 and the number of transducers for reception (k) is 38.
[0012]
In the example of FIG. 5, the sound pressure peak value is 0 db when the target part angle is 0 degree, −45 degrees, −30 degrees, +30 degrees, and +45 degrees as the parameter transmission vibrator drive voltage. Various values have been selected. Therefore, the transmission / reception wave total when the transmission vibrator drive voltage is fixed to the minimum regardless of the angle of the target portion (the drive voltage at which the sound pressure peak value is 0 db when the angle th of the target portion is 0 degree). While the sensitivity becomes the characteristic indicated by the solid line in FIG. 6, the transmission vibrator driving voltage is changed according to the angle of the target part (that is, the angle of the target part is 0 degrees, −45 degrees, −30 degrees, In each case of +30 degrees and +45 degrees, the sound pressure peak value is set to 0 db.), The transmission / reception wave total sensitivity can be made to have a characteristic indicated by a one-dot chain line in FIG. Compared to the characteristics of the solid line, a sensitivity improvement of about 7 db at the maximum can be achieved.
[0013]
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the present invention. FIG. 7A shows a case where the target site is on the right side with respect to the probe front direction, and FIG. 7B shows the target site. Shows a case where is on the left side with respect to the front direction of the probe. The angular dependence of the beam sound pressure peak value in FIG. 2 and the angular dependence of the total transmission / reception sensitivity in FIG. 3 are actually shown in FIG. The angle with respect to the probe front direction is obtained by setting the counterclockwise direction as positive (+). 2 and 3, it can be seen that when the angle of the target portion is in the (+) direction, the attenuation of the beam sound pressure peak value and the total transmission / reception sensitivity is more significant than in the (−) direction. This is because the absolute value of the angle at which the target site is viewed from the transmitting vibrator is larger when the angle of the target site (see th in FIG. 9) is in the (+) direction than when the angle is (−). It can be said that it is more influenced by the child element factor.
[0014]
From the above, when the angle of the target part is in the (+) direction, switching the transmitting transducer group to the left side of the probe reduces the attenuation of the beam sound pressure peak value and the total transmission / reception wave sensitivity. It can be suppressed to the same extent as in the (−) direction. FIG. 8 shows the angle dependency of the total transmission / reception sensitivity when the number of transmission transducers (k) is twelve. The solid line in the figure shows the case where the transmitting vibrator is always on the right side of the probe, and the broken line indicates that the transmitting vibrator is probed as shown in FIG. 7 (b) when the angle (th) of the target portion is in the (+) direction. In the (−) direction, the case of switching to the right side of the probe as shown in FIG. Compared with the solid line, a sensitivity improvement of about 3 db at the maximum can be achieved.
The above-described methods shown in FIGS. 1, 4 and 7 can be used in combination of two or more, and thereby a synergistic effect can be expected.
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when the target site is greatly deviated from the front direction of the probe to the left and right, there is an advantage that it is possible to suppress the decrease in the total transmission / reception sensitivity as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an angle dependence characteristic diagram of a beam sound pressure peak value with the number of transmission vibrators as a variable.
FIG. 3 is an angle-dependent characteristic diagram of total transmission / reception sensitivity when FIG. 1 is implemented.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an angle-dependent characteristic diagram of a beam sound pressure peak value with a transmission drive voltage as a variable.
FIG. 6 is an angle-dependent characteristic diagram of the overall transmission / reception sensitivity when FIG. 4 is implemented.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.
8 is a transmission / reception wave total sensitivity characteristic diagram when the invention of FIG. 7 is applied. FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional example of an ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of an element factor of a vibrator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe (probe), 11 ... Transmission vibrator | oscillator, 12 ... Reception vibrator | oscillator, D ... Target site | part, P1 ... Transmission pulse, P2 ... Reception pulse.

Claims

In an ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic device that measures the flow velocity of a moving body including blood flow by transmitting and receiving ultrasonic continuous waves with a phased array probe,
Among all the transducers of the probe, the distribution of the number of transducers for transmission and the number of transducers for reception can be changed, and the larger the angle between the measurement target part and the front direction of the probe, the larger the transducer for transmission An ultrasonic continuous wave Doppler diagnostic apparatus characterized in that the number of transducers is increased and the number of receiving transducers is decreased.