JPH0199537A

JPH0199537A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0199537A
Application number: JP25886387A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Sakai; 郁夫坂井; Yasuhiro Nakamura; 恭大中村; Masami Kawabuchi; 川淵　正巳; Nobuaki Furuya; 古谷　伸昭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-10-14
Filing date: 1987-10-14
Publication date: 1989-04-18
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0679601B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、生体内の運動部分の運動速度ベクトル分布を
正確に測定して表示する超音波診断装置に関するもので
ある。

従来の技術生体内の運動部分の運動速度を測定し、二次元に表示す
ることのできる従来の超音波診断装置は、例えば、特開
昭５８−１８８４３３号公報に記載の構成が知られてい
る。この方法は超音波のドツプラー効果による受波信号
の位相変化を自己相関関数から求め、運動速度を演算し
、測定都立を微小量ずらしながらこの測定を繰り返す事
により、表示装置に生体内の運動部分の速度分布像を二
次元的に表示している。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、従来の方法では超音波のドツプラー効果
を利用しているため、運動速度の超音波の進行方向の成
分のみの測定で、運動速度の超音波の進行方向に対して
直交する方向の成分を測定できないため、真の運動速度
を測定できないばかりでなく、本来ベクトル量としての
運動速度の方向さえ知ることができない。さらに、例え
ば従来の方法でセクター型の探触子を用いて、セクター
走査させて二次元の運動速度表示させた場合、第７図に
示すように左から右に一様に流れる流体の運動速度の表
示は、図の左側では超音波ビームの進行方向でトランス
ジューサに近ずく方向に５図の右側ではトランスジュー
サから遠ざかる方向に、中央部分ではドソ、プラ効果に
よる周波数シフトを検出することが不可能であるため運
動はまったくしていないよう表示してしまい、実際の運
動とは全くかけ離れた運動速度の表示をしてしまうとい
う問題を有していた。

本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
、生体内部の運動部分の運動速度の超音波の進行方向に
対して直交する方向の運動速度成分と、運動速度の超音
波の進行方向の運動速度成分を同時に測定し、本来ベク
トル量である生体内の運動部分の運動速度をベクトル量
として二次元ベクトル表示することを可能にする技術を
提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段本発明は、複数のチャンネルで同時に受波整相する並列
受波装置と、交互に各チャンネルの受波信号の符号を反
転して加算する加算器と１周波数スペクトラムを求める
第一の周波数分析器と、第一の速度演算器とを具備し、
複素信号変換器と。

自己相関器もしくは第二の周波数分析器と、第二の速度
演算器とを備えることにより、上記目的を達成するもの
である。

作　　　用本発明は上記構成により、並列受波回路の各チャンネル
の受波信号の符号を交互に反転させながら加算し、加算
された受波信号の周波数スペクトラムを第一の周波数分
析器で演算する。このことは、生体内の運動部分の超音
波ビームの進行方向に対し直交する方向（チャンネル方
向）の運動によって生じる各チャンネル間の受波信号の
変化分を周波数スペクトラムとして求めることを意味し
、この周波数スペクトラムより生体内の運動部分の超音
波ビームの進行方向に対し直交する方向の運動速度を求
める。と同時忙、受波信号のドツプラ効果による位相の
変化を受波信号の自己相関関数の位相から求めるか、ま
たは第二の周超数分析器で直接周波数分析することによ
り求め、これより生体内部の運動部分の超音波ビームの
進行方向の運動速度成分を演算することにより、生体内
部の運動をベクトル量として測定するこζができる。

実施例以下１図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。なお、実施例を説明するための全図において、同
一機能を有するものは同一符号をつけその繰り返しの説
明は省略する。

第１図から第３図は１本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第１図は、その超音波診断装置の概略構成
を示すブロック図、第２図及び第３図は、並列受波回路
の詳細な構成の一例を示すブロック図である。

第１図に於て、■は超音波ビームを送受するための探触
子であり、第２図に示すように、ｎ個の短冊状の振動子
（以下、エレメントと呼ぶ）を配列状に並べることによ
りトランスジューサを構成したものである。この探触子
ｌの各エレメント＃１〜ＩＬ　ｎは、切換回路２に接続
されている。

この切換回路２は、送波時間の間は、ｎ個のエレメント
＃１〜＃ｎのうち順次に個（第２図では１０個）のエレ
メントを選択し、送波時間の間だｌｋ個のエレメントを
送波回路３に接続し、受波時間の間は、ｎ個のエレメン
ト＃１〜＃ｎのうち。

ｍ個（第２図では４個）のエレメントからなる３個（第
２図では４個）の隣あったチャンネルを選択するように
受波増幅器４に接続する。

前記送波回路３では、送波パルスを発生するばかりでな
く、送波パルスの位相側間も行い、前記に個のエレメン
トから送波される超音波ビームを制御する。５〜８は受
波整相回路で、前記ｊ個のチャンネルを構成する各エレ
メントからの受波信号の位相を制御することにより、受
波時における指向性を制御している。９は受波整相回路
で位相整合された受波信号の符号を交互に反転するよう
に加算する加算器、１０は基準パルス信号を９０６位相
シフトする位相シフト器、１）は加算器９で加算された
受波信号と送波信号の基準パルス信号とをミキシングす
るミキサ、　１２は９０°位相シフトされた基準パルス
信号と受波信号をミキシングするミキサ、１３．１４は
前記ミキサ１），１２の出力をろ波し位相検波信号とし
て出力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１５．１６は
ＬＰＦの位相検波信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器、１７゜１８はデジタル信号に変換された位相検
波信号の低周波成分を除去するキャンセラ、１９は位相
検波された受波信号の周波数スペクトラムを演算する周
波数分析装置、２０は周波数分析装置１９で求められた
周波数スペクトラムより、生体内部の運動部分の超音波
ビームの進行方向に対して直交する方向の運動速度成分
を演算する速度演算回路である。２１は画像メモリで、
速度演算回路２０で求められた運動速度を一時記憶する
。２２はＤ／Ａ変換器、２３は切換回路、２４は表示装
置。

２５は受波整相回路で、Ｂモード画像を表示するために
受波信号を位相整合する０　２６は検波器、２７はＡ／
Ｄ変換器、２８は画像メモリ、２９はＤ／Ａ変換器、３
０は切換回路である。１０１は移相器で、送波信号の基
準パルス信号を９０’　位相シフトする。１０２．　１
０３はミキサで、１０２は受波整相回路２７で位相整合
された受波信号をミキシングし、１０３は移相器１０１
で９０°位相シフトされた基準パルス信号と受波信号を
ミキシングする。１０４゜１０５は前記ミキサー１０２
．１０３の出力をろ波し位相検波信号として出力するロ
ーパスフィルター（ＬＰＦ）、１０６．１０７はＡ／Ｄ
変換器で、ＬＰＦで得られた位相検波信号をデジタル信
号に変換する。

１０８、　１０９はキャンセラで、デジタル信号に変換
された位相検波信号の低周波成分を除去する。

１）０、１）１は遅延器で１位相検波信号の一部を遅延
させる。１）２は自己相関器で位相検波された信号から
自己相関関数を演算する。１）３は第２の速度演算器で
自己相関関数から運動部分の超音波ビームの進行方向の
運動速度成分を演算する。

μ上のような構成において、以下その動作を説明する。

第２図は、４チヤンネルが並列に且つ同時に受波し、ま
た、各チャンネルは４エレメントから構成された並列受
波回路の一実施例である。受波時に於て、各チャンネル
は、２エレメントずつずれながら構成され、計１０エレ
メントで同時に受波している。即ち受波整相回路５〜８
の出力がそれぞれ各チャンネルの出力に対応している。

ここで、同時に受波するチャンネル数、各チャンネルを
構成するエレメント数、及び隣あったチャンネルのずれ
ピッチは任意に敗ることができ、第３図に示すよ５に、
同時に受波するチャンネル数は４．各チャンネルを構成
するエレメント数を８．隣あったチャンネルのずれピッ
チを１エレメントにしてもよい。第２図に於て、切換回
路２によって選択された各エレメントは対応する受波増
幅器４に接続され、受波増幅器４の出力は受波整相回路
５〜８に入力されるが、受波時の指向性を制菌するため
に、受波増幅器４の出力は受波増幅器４０入力となった
エレメントに対応した遅延時間を有する遅延器のタップ
に入力され、各チャンネルで位相制菌されて加算される
。隣あったチャンネルは２工レメント間隔のピッチで並
んでおり、空間的に２工レメント間隔の情報を並列にチ
ャンネルの数だけ、しかも同時に取り込むことができる
。

一方、送波時においては、少なくとも同時に受波するチ
ャンネルに接続されたすべてのエレメントが送波回路３
に接続され、各エレメントから、送波回路３で位相側−
された送波パルスに応じて指向性の制（財）された超音
波ビームが送波される。

第１図に於て、受波整相回路５〜８から出力された同一
時刻の各チャンネルの受波信号は、加算器によって符号
を反転させながら加算される。加算器で加算された受波
信号の一部は、ミキサ１）で送波信号の基準パルス信号
とミキシングされ、ＬＰＦ１３で位相検波信号に変換さ
れる。また他の一部は、ミキサー１２で９０’位相シフ
トされた送波信号の基準パルス信号とミキシングされ、
ＬＰＦ１４で位相検波信号に変換され、それぞれＡ／Ｄ
変換器１５，１６でデジタル信号に変換されるが。

このデジタルに変換された位相検波信号は、互いに９０
°位相シフトした関係、即ち、複素共役の関係を持つ複
素位相検波信号である。キャンセラー１７．１８では、
位相検波信号の中に含まれる生体内組織の体動にともな
う低周波数成分、いわゆるクラッタ−成分を除去する。

周波数分析装置１９に入力された。キャンセラー１７．
１８でクラッタ−成分の除去された複素位相検波信号の
周波数スペクトラムが演算される。この周波数分析の演
算において、生体内の運動にともなった超音波ビームの
各チャンネルにおける受波信号をｆ（ｘ）、受波信号の
符号を反転させながら加算することを示す関数をｈ　（
ｘｌと表現する。ｈ（ｘ）は第５図（ａ）に示すように
並列受波装置のチャンネルピッチに等しい間隔で矩形波
状に変化する関数である。加算器において加算された受
波信号をｇ　（Ｘ）とし、さらにＧｔｌｌをｇ　ｔＸ）
のフーリエ変換、またＨ（ｋｌ、　Ｆ（ｋ）はそれぞれ
）１（ＸＩ、ｆ（ｘ）のフーリエ変換とすると以下の関
係が成立する。

ここでＶは測定しようとしている生体内の運動部分の超
音波ビームの進行方向に対し直交する方向の運動速度で
あり、また、ＨｌｋｌはＨ（ｋ）の複素共役を表してお
り、第５図（ｂ）に示すようにに＝２π／ｐ、（ｐはチ
ャンネル間隔のピッチ）で鋭いピークを示す関数である
。一方、Ｆ（ｋ）はブロードな関数であるから、その積
で表されるＧＫ）は鋭いピークを示す関数となる。また
、ここで、周波数スペクトラムは、ｎ個の超音波ビーム
のパルス繰り返し周期Ｔの時間間隔の複素位相検波信号
で演算されているが、この個数ｉは％Ｂモード画像を構
成するための走査線数Ｎ１超音波ビームのパルス繰り返
し周期Ｔ、及び画像のフレームレートＦからに次の関係
式％式％（２）によって決定される。速度演算器２０において、周波数
スペクトラムのピークをあたえるωＰはこの周波数スペ
クトラムより演算されるが、（２）式の制限により、超
音波診断画像にリアルタイム性を持たせるために、ｌを
十分に大きく取れず、周波数分解能が粗くなるため、周
波数スペクトラムモーメントとして求める。

ωＰ＝ω・　ＩＧ（ω）　ｌ　　　　　　　　　（３１
このωＰから、生体内の運動部分の超音波ビームの進行
方向に対し直交する方向の運動速度成分Ｖは。

で求められ、生体運動部分の運動速度をベクトル量とし
て測定１表示が可能となる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、隣合
う複数のチャンネルで並列に、しかも同時に受波し、加
算器で、各チャンネルの受波信号を交互に符号を反転し
ながら加算し、周波数分析器で求めた周波数スペクトラ
ムから、生体内運動部分の超音波ビームの進行方向と直
交する方向の運動速度成分を求めることができる。一方
、受波整相回路２９で位相整合された受波信号の一部は
、ミキサー１０２で送波信号の基準パルス信号とミキシ
ングされ、　ＬＰＦ１０４で位相検波信号に変換される
。また他の一部は、ミキサー１０３で９０°位相シフト
された送波信号の基準パルス信号とミキシングされ、Ｌ
ＰＦｔ０５で位相検波信号に変換され、それぞれＡ／Ｄ
変換器１０６．１０７でデジタル信号に変換されるが、
このデジタルに変換された位相検波信号は、互いに９０
°位相シフトした関係、即ち、複素共役の関係を持つ複
素位相検波信号である。

キャンセラー１０８　、１０９では、クラッタ−成分を
除去する。キャンセラ１０８．１０９でクラッタ−成分
の除去された複素位相検波信号の一部は、遅延器１）０
．１）１で遅延され、遅延された複素位相検波信号と、
遅延されていない複素位相検波信号が入力された自己相
関器１）２では複素量としての自己相関関数が求められ
る。いま、自己相関関数の実数部をＣｒ％虚数部をＣｉ
とすると、生体内の運動部分での超音波ビームのドツプ
ラ効果による周波数シフ）　ｆｄとの間には次の関係が
ある。

ここで、Ｔは超音波ビームのパルス繰り返し周期である
。ドツプラー効果は、生体内部の運動部分の超音波ビー
ムの進行方向の運動速度成分による超音波ビームの周波
数シフトであるから、速度演算器１）３において、自己
相関器１）２で計算された自己相関関数より（４）式の
関係よりｆｄを求め、これより生体内部の運動部分の超
音波ビームの進行方向の運動速度成分を求めることがで
き、ベクトル情報としての生体内部の運動速度成分を求
めることができる。

以上本実施例によれば、生体内部の運動部分の超音波ビ
ームの進行方向と、それに直交する方向の運動速度成分
が同時に測定でき、生体内部の運動部分の状態をベクト
ルとして測定表示ができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は本発明の第２の実施例における超音波診断装置
の概略を示すブロック因である。

第４図において第１図と異なる点は、遅延器１）０゜１
）１および自己相関器１）２０代わりに周波数分析器２
０１を備えている点である。この周波数分析器２旧にお
いて、複素位相検波信号を直接周波数分析することによ
り、生体内運動部分による超音波ビームのドツプラー効
果による周波数シフトを直接演算し、生体内の運動部分
の超音波ビームの進行方向の運動速度成分を求めている
。

発明の効果以上のように本発明は、複数のチャンネルで同時に受波
整相する並列受波整相回路と、各チャンネル間の受波信
号を交互に反転させながら加算する加算器と、加算され
た受波信号を複素位相検波信号に変換する回路と、周波
数スペクトラムを演算する周波数分析器と、周波数スペ
クトラムより生体内の運動部分の速度を演算する速度演
算器を具備することにより、生体内運動部分の超音波パ
ルスビームの進行する方向の運動速度成分を求めること
ができ、従来の装置に於て、測定、表示できなかった正
確な生体内の運動部分の状態をベクトル情報として測定
１表示することが可能となり、非常に分かりやすい表示
で、正確な診断を行うことができる超音波診断装置を提
供することができ。

その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
の概略を示すブロック図、第２図は本発明の第１の実施
例における並列受波回路の一実施例の詳細を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の第１の実施例における並列受波
回路の別の実施例の詳細を示すブロック図、第４図は本
発明の第２の実施例における超音波診断装置の概略を示
すブロック図、第５図（ａｌは加算器の特性を表わす線
図、第５図ｔｂ）は加算器の特性を周波数領域で表した
線図％第６図は従来の超音波診断装置の問題点を説明す
るための図である。１・・・探触子、２・・・切替回路、３・・・送波回路
、４１．、受波増幅器、５〜８・・・受波整相回路、９
・・・加算器、１０・・・９０’立相器、１）．１２・
・ミキサ、１３．１４・・・ＬＰＦ、１５．１６・・・
Ａ／Ｄ変換器、　　１７．１８・・・キャンセラ、１９
・・・周波数分析器、２０・・・速度演算回路、２１・
・・画像メモリ、２２・・・Ｄ／Ａ変換器、２３・・・
切換回路、２４・・・表示装置、２５・・・受波整相回
路、２６・・検波器、２７・・・Ａ／Ｄ変換器、２８・
・・画像メモリ、２９・・Ｄ／Ａ変換器、３０・・・切
換回路、１０１・・・９０°位相器、　　１０２，１０
３・・・ミキサ、１０４．１０５・・ＬＰＦ。１０６．１０７・・・Ａ／Ｄ変換器ｋ　　１０８，１０
９・・・キャンセラ。１）０、１）１・・・遅延器、１）２・・・自己相関器
、１）３・・速度演算回路、２０１・・・周波数分析器
。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
２　図第３図第５図ｈ　　（ｘ）ａπ 第６ｒＷ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波パルスビームを一定の繰り返し周期で生体
内に送波し、その反射波を受波し、この受波信号を増幅
し、この増幅された受波信号を複数のチャンネルで同時
に受波整相する並列受波回路と、前記並列受波回路の各
チャンネルの受波信号を交互に符号を反転させて加算す
る加算器と、送波繰り返し周波数の整数倍の周波数を有
し互いに複素共役関係にある一組の複素基準信号と前記
加算器に於て加算された受波信号とを混合して、受波信
号を複素信号に変換する第一の複素信号変換器と、複素
信号に変換された受波信号の周波数スペクトラムを演算
する周波数分析器と、周波数スペクトラムから生体内の
運動部分の超音波パルスビームの進行方向と直交する方
向の運動速度を演算する第一の速度演算器と、送波繰り
返し周波数の整数倍の周波数を有し互いに複素共役関係
にある一組の複素基準信号と前記増幅された受波信号と
を混合して、受波信号を複素信号に変換する第二の複素
信号変換器と、前記複素信号の遅れ時間を設けて複素信
号の自己相関関数を演算する自己相関器と、前記自己相
関器の出力から生体運動の超音波パルスビームの進行方
向の速度を演算する第二の速度演算器とを具備し、超音
波パルスビームの進行方向及びそれと直交する方向の速
度ベクトル分布の測定及び表示することを特徴とする超
音波診断装置。
（２）超音波パルスビームを一定の繰り返し周期で生体
内に送波し、その反射波を受波し、この受波信号を増幅
し、この増幅された受波信号を複数のチャンネルで同時
に受波整相する並列受波回路と、前記並列受波回路の各
チャンネルの受波信号を交互に符号を反転させて加算す
る加算器と、送波繰り返し周波数の整数倍の周波数を有
し互いに複素共役関係にある一組の複素基準信号と前記
加算器に於て加算された受波信号とを混合して、受波信
号を複素信号に変換する第一の複素信号変換器と、複素
信号に変換された受波信号の周波数スペクトラムを演算
する第一の周波数分析器と、周波数スペクトラムから生
体内の運動部分の超音波パルスビームの進行方向と直交
する方向の運動速度を演算する第一の速度演算器と、送
波繰り返し周波数の整数倍の周波数を有し互いに複素共
役関係にある一組の複素基準信号と前記増幅された受波
信号とを混合して、受波信号を複素信号に変換する第二
の複素信号変換器と、前記複素信号の遅れ時間を設けて
複素信号の周波数スペクトラムを演算する第二の周波数
分析器と、前記第二の周波数分析器の出力から生体運動
の超音波パルスビームの進行方向の速度を演算する第二
の速度演算器とを具備し、超音波パルスビームの進行方
向及びそれと直交する方向の速度ベクトル分布の測定及
び表示することを特徴とする超音波診断装置。