JPH0213446A - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

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］ 本発明は超音波ドプラ診断装置、特に被検体内に超音波
を放射してドプラ効果に基づく速度情報を受信し、被検
体内の運動反射体の運動状態を画面上に表示する超音波
ドプラ診断装置に関する。

［従来の技術］ 生体などの被検体内に超音波ビームを放射して運動する
反射体、例えば心臓内及び腹部内の血流、あるいは体液
流等の運動状態を画像表示する超音波ドプラ診断装置か
周知であり、これは、被検体内からの反射エコーを受信
し、反射エコーが受けたドプラ効果を超音波キャリア周
波数の偏移として検出し、このドプラ偏移周波数から運
動反射体の速度状態なとを求めるものである。

近年では、運動反射体の運動状態を時間軸上の速度変化
で示ずＭモードなどの１次元表示に限らず、被検体内の
断層像に運動反射体の速度情報を重ねて表示するＢモー
ド表示が行われている（特公昭６２−４４４９４号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の装置では、放射された超音波のド
プラ効果を検出しているため放射ビーム方向の運動速度
しか検出しておらず、またこの運動速度の値も超音波ビ
ーム方向と実際の運動方向とが成す角度に大きく依存し
、正確な速度情報を提供できないという問題かある。

このため、従来では、真の速度を求めるために、運動体
、例えば血流の方向をＢモード断層像における血管の走
行状態から推定し、この方向を手動にて入力して速度を
補正する方法も行われているが、これでは実時間の検出
かできないし、血流方向か推定できない場合には、補正
が行えないという制約がある。

また、ある程度能れた異なる位置から超音波ビームを放
射し、異なる位置からの速度信号を合成することにより
、正確な運動方向に基づく真の速度を求めることも行わ
れている。

しかし、この方法では装置が複雑となるばかりでなく、
特に肋骨に保護された心臓等のようにビームを挿入する
位置や角度が限定される部位に用いる場合には適用でき
ないという問題がある。

更に、従来装置において速度情報をＢモード断層像に重
ねて画像表示する場合には、速度の大きさを輝度の大き
さに対応させ、運動方向を異なる色でカラー表示してい
るが、これても実際の運動状態を観察するには不十分で
あるという問題がある。

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、第
１の発明の目的は、リニア走査するものにおいて超音波
ビーム方向での速度情報ではなく、実際の状態に近い運
動情報を正確に画像表示できる超音波ドプラ診断装置を
提供することにある。

また、第２の発明の目的は、ベクトル速度による運動状
態を画像上で観察しやすい超音波ドプラ診断装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、第１の発明は、リニア走査
用探触子を用いて超音波を被検体内に放射しその反射エ
コー信号からドプラ偏移周波数を求め、このドプラ偏移
周波数に基づいて運動反射体の運動状態を画像表示する
超音波ドプラ診断装置において、振動子配列方向に対し
て直角方向に超音波ビームを走査した後にこれと微小角
ずれた方向に超音波ビームを偏向走査する走査手段と、
この走査手段で得られた２種類のドプラ偏移周波数信号
から運動反射体の運動方向と速度の絶対値を示すベクト
ル速度を演算するベクトル演算手段と、を有することを
特徴とする。

また、第２の発明は、超音波を被検体内に放射しその反
射エコー信号からドプラ偏移周波数を求め、このドプラ
偏移周波数に基づいて運動反射体の運動状態を画像表示
する超音波ドプラ診断装置において、振動子配列方向に
対して直角方向に超音波ビームを走査した後にこれと微
小角ずれた方向に超音波ビームを偏向走査する走査手段
と、前記ドプラ偏移周波数信号から運動反射体の運動方
向と速度の絶対値を示すベクトル速度を演算するベクト
ル演算手段と、このベクトル演算手段にて得られた運動
方向を矢印で示すとともに速度の絶対値を矢印の長さで
示す表示手段と、を有することを特徴とする。

［作用］ 前記第１の発明の構成によれば、まずリニア走査する走
査手段により通常の超音波ビームを放射した後にこの超
音波ビーム方向と微小角ずれた方向に偏向した超音波ビ
ームが放射される。

そうすると、微小角ずれた２方向からのドプラ信号か得
られることになり、この２種類のドプラ信号に基づいて
ベクトル速度が演算される。すなわち、まず微小角ずれ
た方向でのドプラ信号から、例えばこれらを差演算する
ことにより超音波ビーム方向に対して直角方向の接線速
度が求められる。

そして、超音波ビーム方向の速度と接線速度からベクト
ル速度が演算される。

このベクトル速度は、実際の運動を表す正確な運動方向
と速度を示しており、これにより被検体内の運動反射体
の正確な運動状態を画像表示できる。

また、第２の発明の構成によれば、まず前記走査手段と
ベクトル演算手段とに基づいてベクトル速度か演算され
る。そして、表示手段はベクトル速度における速度の絶
対値の大きさを矢印の長さで表し、そのベクトル角度（
超音波放射方向に対する角度）、すなわち運動方向を矢
印の向きで示している。従って、ベクトル速度が画像上
に明確に表示されることになる。

［実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係る超音波ドプラ診断装置の概略
構成ブロックが示されており、超音波は探触子１６によ
り被検体１８内に送受波される。

この探触子１６には、超音波を送信するためにタイミン
グ発生回路１０、走査制御回路１２及び送受信器１４が
接続されている。

前記タイミング発生回路１０は一定周波数の超音波を所
定周期で送信するためのタイミング信号を発生し、走査
制御回路１２はこのタイミング信号に基づいて探触子１
６内の振動子を所定数毎に走査制御するための走査制御
信号を出力している。

従って、送受信器１４はこの走査制御信号に基づいて各
振動子を駆動制御しており、これによって探触子１６か
ら所定方向に向けて超音波を放射することかできる。そ
して、被検体１８内から反射される反射エコーは同一の
探触子１６を介して送受信器１４で受信される。

実施例では、ドプラ情報を断層像に重ねて表示するよう
にしており、この断層像を得るために、リニア走査では
、第２図（ａ）に示されるように、探触子１６（振動子
配列方向）に対して垂直な方向に超音波を、振動子群に
より１．　２．　３．　　・・Ｎと順に送受信する。そ
して、送受信器１４には、増幅器２０、検波器２２及び
Ａ／Ｄ変換器２４が設けられており、送受信器１４の出
力は所定の増幅がなされた後に、検波器２２にて復調さ
れる。

この検波器出力は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信
号に変換された後に、後述する表示制御器４０に供給さ
れており、周知のＢモード形成処理を介して、表示器４
６に断層像が画像表示される。

第１の発明において特徴的なことは、リニア走査におい
て微小角ずれた２方向に超音波ビームを走査し、被検体
１８内からの２種類のドプラ信号によってベクトル速度
を求め、このベクトル速度を画像表示するようにしたこ
とてあり、微小角ずれた方向に超音波ビームを走査する
走査手段として、前記タイミング発生回路１０、走査制
御回路１２、送受信器１４及び探触子１６が設けられる
。

リニア走査では、従来、超音波ビームを、第２図（ａ）
の１．　２．　３．・・・Ｎの順に送受信し、１画面の
断層像を形成することになるが、速度の２次元分布を表
示する場合には、速度信号のＳ／Ｎ比を改善するために
、ある方向の１走査線において複数回の送受信を繰り返
しその平均値を出力するようにしている。

従って、この走査手段は、第２図（ｂ）に示されるよう
に、まず探触子１６に対して垂直な方向に超音波ビーム
を複数回放射し、１走査線の走査を行い、その後にこの
走査線と微小角ずれた方向に超音波ビームを偏向させて
放射し、微小角ずれた１走査線の偏向走査を行う。この
微小角ずれた偏向走査は、走査制御回路１２の制御にて
行われており、超音波ビームを出力するための複数の振
動子群を所定量遅延制御することにより、所定の角度で
の偏向制御ができる。

この場合の微小角の２方向への超音波ビームの走査は、
順次繰り返して全領域について行ってもよく、断層像の
一部の領域についてのみ行ってもよい。

そして、前記２種類の走査により送受信器１４には、同
一部位において微小角ずれた２方向からの受信信号が得
られ、この２個の受信信号はそれぞれドプラ信号に変換
された後に速度演算が施される。

すなわち、送受信器１４の他方の出力側には、２個のミ
キサ２６ａ、２６ｂ、２個のＡ／’Ｄ　（アナログ／デ
ジタル）変換器２８ａ、２８ｂ及び速度演算器３０が接
続されており、ミキサ２６では、送受信器１４からの受
信信号に９０度位相の異なる参照信号、実施例では、ａ
ｏｓ２ｙｒｆｏｔ、　　５１ｎ２πｆｏｔが掛は合わさ
れており（直交検波に相当する）、これによって受信信
号がドプラ信号に変換される。

そして、このドプラ信号はＡ／Ｄ変換器２８ａ。

２８ｂを介して速度演算器３０に供給されており、速度
演算器３０では前記ドプラ信号の周波数成分を測定する
ことにより、ドプラ効果である偏移周波数が検出される
。この偏移周波数は速度に比例する情報であるから、こ
の偏移周波数から速度を演算することができる。また、
速度演算は前記特公昭６２−４４４９４号に示される自
己相関法によっても求めることができる。

この速度の演算は、微小角ずれた２方向の受信信号につ
いて行われ、これにより同一部位において走査角が微小
角ずれた方向での速度信号が得られることになる。

次に、前記速度信号に基づいてベクトル速度Ｖを演算す
ることになるが、まず放射方向に対して直角な方向の接
線速度■　（微小角放射軸線で形を 成される扇形の接線方向の速度）を求める。このために
、速度演算器３０には接線速度演算器３２が、この接線
速度演算器３２には絶対速度演算・部３４と角度演算部
３６とから成るベクトル速度演算器３８が接続されてお
り、本発明のベクトル演算手段は前記直交検波器２６か
らベクトル速度演算器３８までの回路によって構成され
る。

前記接線速度演算器３２は、微小角ずれた方向での速度
信号の差を求めることにより接線速度■　を演算するが
、このことを第３図に基づいて説明する。

第３図において、ｋ番目の超音波ビーム１００にとこれ
と微小角Δφずれた方向の超音波ビーム２００にとか走
査されている場合には、超音波ビーム１００にで検出さ
れる速度■　は、超音波ビーム方向と運動反射体の運動
方向との角度をＣ５、絶対速度を■とすると、 Ｖ＝Ｖ−ｃｏｓθｋ　　　　　　−（１）となり、また
微小角Δφだけ偏向されたｋ　”番目の超音波ビームで
検出される速度Ｖｒ、は、超音波ビーム方向と運動方向
との角度はθ、十Δφであるから、 Ｖ　、＝Ｖ　・ｃｏｓ　（θに十Δφ）　　、・　（２
）となる。

従って、前記（１）式と（２）式から求められる速度差
ΔＶは、 ΔＶ＝Ｖ−Ｖ。

ｒ ＝Ｖ−ｃｏｓθ　−■・Ｃ０８（θに十Δφ）≠Ｖ　ｓ
ｉｎθｋ”Δφ　　　　−（３）（ただし、Δφくく１
とする） となる。

この（３）式において、Ｖｓｉｎθには第３図から明ら
かなように接線速度■１を表しており、従って接線速度
ｖ１は、 ■　＝ΔＶ／Δφ　　　　　　　　　　・・・（４）に
より演算することができる。なお、前記式の微小角Δφ
は既知のパラメータである。

そして、ベクトル速度演算器３８は、超音波ビーム放射
方向の速度Ｖ　と接線速度ｖｔから、次式により絶対速
度Ｖと角度θを求めている。

θ＝ｊａｎ−１（Ｖ　　／Ｖ　　） ０．゛値６） 前記（５）式の演算は絶対速度演算部３４で行われ、（
６）式の演算は角度演算部３６で行われており、これら
の演算はデジタル信号の速度デー夕に対し所定のＲＯＭ
なとを使用して処理することにより、高速で精度よく演
算処理することかできる。

なお、ドプラ断層法では、速度演算器３０で演算される
速度は、実際にはドプラ効果による超音波周波数信号の
位相差であるが、この位相差φとドプラ偏移周波数ｆｄ
及び絶対速度Ｖとの間には、次式で示される関係がある
。

φ＝２πｆｄ−Ｔ　　　　　　　　　　・・・（７）ｆ
ｄ−（２Ｖ　ｃｏｓθ／　ｃ）　・ｆｏ　　　　−（８
）ここで、Ｔ；送信超音波の繰返し周波数Ｃ；音速 ｒｏ；送信超音波の中心周波数 θ；超音波ビームと運動方向とのなす 角 従って、位相差φからドプラ偏移周波数ｆｄを求め、ド
プラ偏移周波数からベクトル速度の大きさＶを求めるこ
とができる。

そして、このようにして求められたベクトル速度信号は
表示制御器４０に供給され、画像表示のための処理が行
われており、第２の発明の特徴はこの表示手段にある。

実施例における表示手段は、表示制御器４０、ＤＳＣ（
デジタルスキャンコンバータ）４２、Ｄ／Ａ変換器４４
及び表示器４６から構成されており、表示制御器４０で
は、ベクトル演算器３８から出力される絶対速度■、角
度θのほかに、超音波ビーム放射方向の速度■　やＡ／
Ｄ変換器２４「 から出力されるＢモード用の信号（Ｂ／Ｗ）か入力され
処理されている。

第２の発明において特徴的なことは、ベクトル速度にお
ける運動方向と絶対速度Ｖの大きさを矢印で分りやすく
表したことであり、第２の発明はリニア走査に限らず、
セクタ走査の場合にも適用できるものである。

すなわち、表示制御器４０は絶対速度■を矢印の長さに
対応させ、■の大きさに合わせて矢印長さを変えており
、また角度θは矢印の向きで表すようにしている。この
角度θは、超音波ビーム放射方向に対する角度として求
められるので、放射＝　　１５　− 方向、すなわち振動子配列方向に対し直角方向を基準に
して処理すればよいことになる。

このようにして、表示された画像は、第４図に示される
ものとなり、図からも明らかなように、心臓５０内の血
流の運動方向が明確に確認できることになる。また、こ
の矢印は所定時間ごとに順次更新表示されるので、刻々
と変化する実際の血流状態に近い画像を得ることができ
る。

また、このような画像表示と併せて実施例では、超音波
ビーム方向の速度■　、接線速度■１、絶対速度Ｖ、ビ
ーム方向と運動方向との角度θの値を画像表示できるよ
うにしており、これはＢモート断層像内で選択された特
定点のみについて行うものである。

すなわち、画面内に表示されたカーソル３００を所望の
特定点に設定することにより、特定点のみの詳細な情報
か表示されるか、これらの表示は時間ｔの経過における
速度あるいは角度の変化を表しており、これによって注
目した部位の刻々と変化する詳細な状態を容易に観察で
きる。

これらの表示制御は、第１図に示される表示制御器４０
で行われているが、この表示制御器４０の出力はＤＳＣ
４２及びＤ／Ａ変換器４４を介してＣＲＴなどから成る
表示器４６に供給される。

前記ＤＳＣ４２は、表示制御器４０の出力をＣＲＴなど
の表示器４６に画像表示するための変換処理を施し、Ｄ
／Ａ変換器４４は前記ＤＳＣ４２からの画像信号をアナ
ログ信号に変換処理しており、これらの処理によって表
示器４６に第４図のような画像が表示される。

［発明の効果］ 以上説明したように、第１の発明によれば、微小角ずれ
た２方向に超音波ビームを走査し、被検体内から得られ
たドプラ信号によりベクトル速度■を求めたので、リニ
ア走査する装置において、従来のように超音波放射方向
のみについての速度■　ではなく、真の速度を示すベク
トル速度Ｖに基づいた被検体内の正確な運動状態か画像
表示できる。

また、第２の発明によれば、ベクトル速度Ｖにおける絶
対値Ｖと角度θを矢印で表示するようにしたので、被検
体内の運動状態をより実際に近い状態で画像表示できる
ことになり、画像診断に有益な情報を提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ドプラ診断装置の概略構成
を示す回路ブロック図、 第２図は微小角ずれた２方向に超音波ビームを放射する
状態を示す説明図、 第３図はベクトル速度を演算するための接線速度を示す
説明図、 第４図は第１図の表示器による運動状態表示の例を示す
説明図である。 １２　・・　走査制御回路 １４　・・・　送受信器 １６　・　探触子 ２Ｂ　　・　直交検波器 ２４．２８　　・・・　Ａ／Ｄ変換器 ３０　　　速度演算器 ３２　　　接線速度演算器 ３４　・・　絶対速度演算部 ３６　・・　角度演算部 ３８　・・・　ベクトル速度演算器 ４０　・・・　表示制御器 ４６　・・・　表示器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）リニア走査用探触子を用いて超音波を被検体内に
   放射しその反射エコー信号からドプラ偏移周波数を求め
   、このドプラ偏移周波数に基づいて運動反射体の運動状
   態を画像表示する超音波ドプラ診断装置において、振動
   子配列方向に対して直角方向に超音波ビームを走査した
   後にこれと微小角ずれた方向に超音波ビームを偏向走査
   する走査手段と、この走査手段で得られた２種類のドプ
   ラ偏移周波数信号から運動反射体の運動方向と速度の絶
   対値を示すベクトル速度を演算するベクトル演算手段と
   、を有することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. （２）超音波を被検体内に放射しその反射エコー信号か
   らドプラ偏移周波数を求め、このドプラ偏移周波数に基
   づいて運動反射体の運動状態を画像表示する超音波ドプ
   ラ診断装置において、振動子配列方向に対して直角方向
   に超音波ビームを走査した後にこれと微小角ずれた方向
   に超音波ビームを偏向走査する走査手段と、前記ドプラ
   偏移周波数信号から運動反射体の運動方向と速度の絶対
   値を示すベクトル速度を演算するベクトル演算手段と、
   このベクトル演算手段にて得られた運動方向を矢印で示
   すとともに速度の絶対値を矢印の長さで表す表示手段と
   、を有することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
3. （３）請求項（２）記載の装置において、前記表示手段
   は超音波ビーム方向の速度、超音波ビーム方向に垂直な
   方向の接線速度、速度の絶対値及びビーム方向と運動方
   向との角度について少なくとも１種類の情報を画像表示
   するようにしたことを特徴とする超音波ドプラ診断装置
   。