JPH0213449A - 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、特に超音波パルス波を
被検体内に放射し、ドプラ効果を受けた信号に基づいて
被検体内の運動反射体の運動状態を知る」二での有効な
情報を画面」二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パルスビームを放射して運
動する反射体、例えば心臓血流の状態を画像表示する超
音波ドプラ診断装置が周知であり、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することに
より、血流の速度状態などを求めるものである。

このような装置として、従来では、特公昭６２−４４４
９４号に示されるものかある。これによれば、反射エコ
ー信号を複素変換して複素信号とし、この複素信号に基
づいて自己相関演算することにより、正確な速度分布が
実時間で求められる。

そして、この速度分布はＢモードの断層像に重ねて表示
することかできる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、従来の装置では、画像表示される速度情
報は被検体内における各点の速度情報の集合としての分
布であり、その速度分布か所定空間内でどのように変化
しているか等の詳細な情報まては得ることができなかっ
た。

運動状態を観察する超音波診断では、心臓部における心
臓弁近傍の血流のようにある領域（空間）で急激に速度
が変化する場合かあり、このような状況を正確に画像表
示することができれば、診断の効率化を図ることができ
る新しい情報を提供することが可能となる。

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、そ
の目的は、空間領域における速度変化の状態を示す新し
い情報を画像表示可能とする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の請求項に係る発明は
、超音波パルスを被検体内に放射しその反射エコー信号
を復調した後、ドプラ偏移周波数を検出して運動速度分
布を演算する速度分布演算器を有する超音波ドプラ診断
装置において、前記速度分布演算器で得られた超音波放
射ビーム軸上（放射方向）の速度分布信号を入力して繰
返し周一　　　〇　　　− 期よりも十分小さい時間だけ遅延させる遅延回路を有し
、この遅延回路の入力信号と出力信号との差を演算して
超音波放射ビーム軸」二の空間的な速度勾配を演算する
速度勾配演算器を備えたことを特徴とする。

また、第２の請求項に係る発明は、前記速度勾配演算器
に加えて、速度勾配演算器で得られた速度勾配をその大
きさに応じて輝度変調するとともに、勾配の正負を異な
る色相で識別してカラー表示する表示装置を備えたこと
を特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、被検体内から反射された超音波反
射エコーは速度分布演算器に供給され、まず超音波放射
軸上において連続した各点での速度情報が速度分布信号
として求められる。この速度分布信号は速度勾配演算器
に供給され、遅延回路により繰返し周期よりも十分小さ
い時間だけ遅延されて出力されており、この出力信号は
遅延回路の入力信号から差し引かれることになる。この
差信号は前記速度分布信号の波形を微分したちのに相当
し、単なる加速度情報とは異なり空間内での速度の勾配
（変化率）を示すものであり、これにより被検体空間の
新しい診断情報を提供可能となる。

また、表示装置により前記速度勾配情報は画像信号に変
換され、速度勾配の正負が異なる色の画像信号に変換さ
れると共に、勾配の大きさが輝度変調される。この結果
、従来の白色で表示された断層像に重ねて、速度勾配情
報かカラー表示されることになる。

［実施例］ 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
構成の回路ブロック図が示されており、発振器１０は水
晶発振器等から成り、安定な高周波信号が分周回期回路
１２に供給され、この分周同期回路１２によって送信繰
返し周波数信号１００、複素基準信号１０１，１０２、
掃引信号１０３なとが得られる。

前記送信繰返し周波数信号１００は、駆動回路１４及び
送受切換回路１６を介して探触子１８に供給され、この
探触子１８内の振動子を励振することにより超音波パル
スビームが被検体２０内に出力される。

そして、被検体２０からの反射エコーは探触子１８によ
って電気信号に変換され、送受切換回路１６から高周波
増幅器２２に送られて所望の増幅作用か施された後、そ
の一方の出力が通常のＢモードあるいはＭモード表示信
号としてＣＲＴを用いた表示装置２８側へ供給され、他
方の出力１０４が運動速度を演算するための複素信号変
換器３４に供給される。

前記Ｂモード表示などのための出力信号は、検波器２４
及びビデオ増幅器２６を介して表示装置２８に出力され
（１０５）、これにより反射エコー信号を輝度変調して
断層像などを画像表示することとなる。

また、前記探触子１Ｂの超音波パルスビームを機械的あ
るいは電子的な角度偏向によって走査（セクタ走査）な
どするための走査制御器３ｏと、前記分周同期回路１２
から得られる掃引信号１゜３を入力して表示装置２８の
掃引制御を行う掃引回路３２とが設けられる。

一方、前記高周波増幅器２２の出力（受信高周波信号１
０４）は、２個のミキサ３６ａ、３６ｂ及び２個の低域
通過フィルタ（ＬＰＦ）　３８　ａ。

３８ｂから構成される複素信号変換器３４に供給されて
おり、前記ミキサ３６では、受信高周波信号か９０度位
相の異なる２個の複素基準信号１゜１．１０２と混合さ
れる。そうすると、受信高周波信号と複素基準信号との
画周波数の和と差の周波数の信号か出力され、この信号
を次段の低域通過フィルタ３８に通過させることにより
、差の周波数成分が取り出されることとなり、一方を実
数部、他方を虚数部とすれば、複素信号に変換されたこ
とになる。

このようにして得られた複素信号は速度分布演算器４０
に供給され、例えば前記特公昭６２−４４４９４号公報
に示されるように、複素信号の自己相関信号の偏角から
速度を求めることかできる。

すなわち、ドプラ効果として現れる超音波キャリア周波
数の偏移は前記複素信号の偏角演算から求めることがで
き、この偏角θについては、複素信号の実数部をＲ１虚
数部をＩとすると、次の関係式が成立する。

θ＝ｔａｎ　　’　（Ｉ　／Ｒ） ＝２πｆｄＴ　　　　　　　・・・（１）（ただし、ｆ
ｄはドプラ偏移周波数。

Ｔは送信繰返し周期） 従って、ドプラ偏移周波数ｆｄは、 ｆｄ＝θ／２πＴ　　　　　　　　・・・（２）から演
算される。

なお、この速度演算は自己相関によらずに他の方法で求
めることも可能であり、反射エコーか受けたドプラ偏移
周波数成分を抽出することによって速度を演算すること
ができる。

本発明において特徴的なことは、前記のような各点での
速度情報を示すだけでなく、空間領域での速度勾配とい
う新しい情報を抽出することであリ、このために、本発
明では速度勾配演算器４２を備えている。

この速度勾配演算器４２は遅延回路４４と差演算器４６
から構成され、前記遅延回路４４により前記速度分布演
算器４０から出力された超音波放射軸上の速度分布信号
（１０６）を送信繰返し周期（Ｔ）よりも十分小さい遅
延時間Δｔだけ遅らせており、この遅延信号と遅延回路
４４の入力信号との差を演算する。すなわち、速度分布
演算器４０の出力は、超音波ビーム軸」二の深さ方向に
おいて各点の速度分布を示す信号であり、第２図の（Ａ
）に示されるように、時間軸に深さ（探触子１８からの
距離）を、縦軸に速度の大きさを表した波形ａの信号と
なる。

そして、遅延回路４４の出力は、第２図（Ｂ）に示され
るように、前記速度分布信号を微小遅延時間Δｔだけシ
フトさせた信号すとなり、従って差演算器４６の出力は
、第２図（Ｃ）に示されるように、信号波形ａから信号
波形すを差し引いたものとなる。この差演算器４６の出
力は、微分に相当する処理かされた信号であり、超音波
ビーム軸」二での速度勾配を示しており、これにより深
さ方向のある空間領域における速度勾配を知ることかで
きる。この場合、速度勾配値の精度を」二げるにはΔｔ
をできるだけ小さくすることが好ましい。

また、実施例では速度勾配信号の精度を良好にするため
に、加算器４８、デイレーライン５０及び重み伺は回路
５１から成る平均回路５２か設けられている。そして、
デイレーライン５０にて１周期（Ｔ）遅延した出力に対
して所定の重み（＝Ｉけをかけた後に現時刻の入力信号
と加算器４８で加算しており、これを複数回累積するこ
とにより、速度勾配演算器４２の出力が小さくても大き
なｄ」力を取り出すことかできる。この場合、重み伺は
回路５１の重み付けを変えることにより、平均化の度合
いを変更することかでき、このようにして、雑音成分か
除去され良好な信号を取り出すことができる。

この平均回路５２から出力された速度勾配の平均情報は
、切換スイッチ５３を介して表示装置２８に供給されて
おり、ここで所定の表示処理を行うことにより、カラー
による画像表示や数値表示などの各種の表示方法により
表示することができる。

すなわち、第３図に示されているように、表示装置２８
は、メモリ５４　ａ、　　５４　ｂ、　　５４　ｃと、
このメモリ５４の出力を切り換えるスイッチ５６ａ、５
６ｂ、５６ｃと、各種信号をカラー画像信号に変換する
カラー演算器５８と、カラー演算器５８の出力であるデ
ジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６０
ａ、６０ｂ、６０ｃと、ＣＲ１表示器６２とから構成さ
れている。

そして、前記メモリ５４ａにはビデオ増幅器２６から出
力される断層像情報（１０５）を、メモリ５４ｂには速
度分布演算器４０から出力される速度情報（１０Ｂ）を
、メモリ５４ｃには本発明において特徴的な速度勾配情
報（１０７）か記憶されており、これらの情報はカラー
演算器５８で赤（Ｒ信号）、緑（Ｇ信号）、青（Ｂ信号
）の３色のカラー画像信号に変換される。その後に、こ
のＲＧＢの信号はＤ／Ａ変換器６０を介してＣＲ１表示
器６２に供給され、カラー画像はそれぞれのＲＧＢの信
号の混合色相で表示されることになる。

例えば、断層像情報は前記ＲＧＢ信号のそれぞれが等し
い信号として出力されるので、白色として表示される。

また、速度信号はその速度方向を異なる色で表示してお
り、実施例では超音波ビーム放射方向に対して正の方向
は赤色（Ｒ信号）と緑色（Ｇ信号）を混合した黄色で、
負の方向は青色（Ｂ信号）と緑色（Ｇ信号）を混合した
青緑色で表し、かつ速度の大きさを輝度表示している。

第２の請求項に係る発明において特徴的なことは、速度
勾配演算器４２で得られ、た速度勾配情報を見やすくカ
ラー表示するために、速度勾配の大きさに応じて輝度変
調するとともに、勾配の正負を異なる色相で識別してカ
ラー表示することである。

実施例では、超音波ビーム放射方向（深さ方向）におい
て正の速度勾配を赤色（Ｒ信号）で、負の速度勾配を青
色（Ｂ信号）で表し、勾配の大きさを輝度表示するよう
にしている。この速度勾配情報は前記速度情報と切り換
えて表示され、断層像に重ねて表示されることになるか
、速度勾配情報と速度情報を重ねて表示することも可能
である。

更に、実施例では、速度勾配値を数値で表示することも
できるようにしており、画面上に設けられているカーソ
ルなどて所定の場所を指定することにより、画面上の所
定の場所に勾配値が数値表示される。

実施例は以」二の構成からなり、以下にその作用を説明
する。

まず、前述のように、走査制御器３０により探触子１８
からパルス超音波が被検体２０に出力されており、一方
被検体２０から反射される反射エコー信号は探触子１８
で受信され、高周波増幅器２２を介して一方は断層像信
号として検波器２４に、他方は速度信号として複素信号
変換器３４に供給される。

この複素信号変換器３４に供給された受信信号は、複素
信号に変換された後に速度分布演算器４０によって自己
相関演算などをすることにより、第２図（Ａ）に示され
るように、超音波ビーム放射方向での速度分布信号か得
られる。

そして、この速度分布信号は速度勾配演算器４２に供給
され、遅延回路４４の出力信号と入力信号との差を演算
することにより、第２図（Ｃ）に示される速度勾配信号
が出力される。

この速度勾配信号は、超音波ビーム輔」二での空間的な
速度勾配を示しており、特定点での加速度情報とは異な
る情報となる。すなわち、加速度情報は特定点の速度の
時間的変化を示すものであるのに対し、本発明は超音波
ビーム方向、つまり深さ方向における空間（領域）での
速度の傾斜を示すものである。これによって心臓内など
の所望の範囲の領域における速度勾配分布状態を知るこ
とかできる。

この速度勾配情報は表示装置２８に供給され、カラー表
示されることになるか、この情報は白色の輝度変調で表
示された断層像信号に重ねられるー　　　１　　ζ　　
　− 形で表示される。

第３図に示されるように、断層像信号（１０５）と速度
信号（１０６）と速度勾配信号（１０７）は、掃引信号
（１０３）により入出力制御が行われており、まずスイ
ッチ５６ａの閉成によりＲＧＢのそれぞれか等しい画素
信号か形成され、これによって白色の輝度変調にて被検
体内の断層像が画像表示される。そして、速度勾配情報
はスイッチ５６ｃの開成により、正の方向の場合は赤色
の画像信号（Ｒ信号）を、負の方向の場合は青色の画像
信号（Ｂ信号）を出力する。この場合、速度勾配の大き
さはその信号の振幅で表されており、ＣＲＴ表示器６２
にて輝度情報に変換される。この速度勾配情報は、所定
領域を指定して表示できるし、断層像の全てにおいて表
示することもでき、これにより、速度勾配の情報が実際
の臓器を示す断層像の中て観察することがてきる。

なお、スイッチ５６ｂを閉成することにより速度情報を
画像表示できるが、前記速度勾配情報はこの速度情報と
市ねて表示することも可能である。

−１Ｇ　　　− 前記実施例は、速度勾配情報をカラー表示しているが、
これを前記速度勾配演算器４２の出力をそのまま画像表
示することもできる。すなわち、前記速度勾配演算器４
２の出力は、第２図（Ｃ）に示されるように、深さ方向
に対する勾配値の変化が曲線で表示されているので、こ
の波形についてそのままモノクロの表示処理をして出力
すれば、その速度勾配の状態を一目で確認しやすい形で
表示することかできる。

また、速度勾配演算器４２で演算された速度勾配情報は
、端子６４から取り出せるようにし、これにより他の演
算処理を施して運動状態の解析に用いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の第１の請求項によれば、
空間的な速度勾配という従来にない新しい情報を提供可
能となり、また第２の請求項によれば、断層像に重ねて
速度勾配の情報を観察しやすい形で表示することかでき
る。

この結果、心臓なとのある領域での空間的な速度の傾き
（変化率）を容易に判断することかでき、速度の変化か
激しい部位なとの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、第１図の速度勾配演算器の信号処理をを示す
波形図、 第３図は、表示装置の回路構成を示すブロック図である
。 １２　・・　分周同期回路 １６　・・・　送受切換回路 １８　・・・　探触子 ２８　・・・　表示装置 ３０　・・　走査制御器 ３２　・・・　掃引回路 ３４　・・・　複素信号変換器 ４０　・・・　速度分布演算器 ４２　・・・　速度勾配演算器 ４４　・　遅延回路 ４６　・・　差演算器 ５２　・　平均回路 ５４　・　　メモリ ５８　　・　カラー演算器 ６２　・・　ＣＲＴ表示器。 出願人　ア　ロ　カ　株　式　会　社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルスを被検体内に放射しその反射エコー
   信号を復調した後、ドプラ偏移周波数を検出して運動速
   度分布を演算する速度分布演算器を有する超音波ドプラ
   診断装置において、前記速度分布演算器で得られた超音
   波放射ビーム軸上の速度分布信号を入力して繰返し周期
   よりも十分小さい時間だけ遅延させる遅延回路を有し、
   この遅延回路の入力信号と出力信号との差を演算して超
   音波放射ビーム軸上の空間的な速度勾配を演算する速度
   勾配演算器を備えたことを特徴とする超音波ドプラ診断
   装置。
2. （２）超音波パルスを被検体内に放射しその反射エコー
   信号を復調した後、ドプラ偏移周波数を検出して運動速
   度分布を演算する速度分布演算器を有する超音波ドプラ
   診断装置において、前記速度分布演算器で得られた超音
   波放射ビーム軸上の速度分布信号を入力して繰返し周期
   よりも十分小さい時間だけ遅延させる遅延回路を有し、
   この遅延回路の入力信号と出力信号との差を演算して超
   音波放射ビーム軸上の空間的な速度勾配を演算する速度
   勾配演算器と、この速度勾配演算器で得られた速度勾配
   をその大きさに応じて輝度変調するとともに、勾配の正
   負を異なる色相で識別してカラー表示する表示装置と、
   を備えたことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
3. （３）請求項（１）記載の装置において、速度勾配演算
   器で得られた速度勾配値を深さ方向の分布曲線でそのま
   まカラー画像表示又は数値表示することを特徴とする超
   音波ドプラ診断装置。