JPH02215445A - 超音波診断装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の血
流情報を求め、これを２次元表示する超音波診断装置に
関する。

（従来の技術） 超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用することによっ
て一つの超音波プローブで血流情報と断層像（Ｂモード
像）情報を得、断層像に重ねて血流情報をリアルタイム
でカラー表示するようにした超音波血流診断装置が知ら
れている。このような装置によって血流速度を測定する
場合の動作原理は次の通りである。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対し
て超音波パルスを送波すると、この超音波ビームの中心
周波数ｆｃは流動する血球によって散乱されドプラ偏移
を受けて周波数ｆｄだけ変化して、この受波周波数ｆは
ｆ＝ｆｃ　＋ｆｄとなる。このとき周波数ｆｃ、ｆｄは
次式のように示される。

２ｖｃｏｊθ ｆｄ　　Ｌ、ｆｃ ここで、Ｖ：血流速度 θ：超音波ビームと血管とのなす角度 Ｃ：音速 従って、ドプラ偏移ｆｄを検出することによって血流速
度Ｖを得ることができる。

このようにして得られた血流速度Ｖの２次元画像表示は
次のように行われる。先ず第１２図のように超音波プロ
ーブ１から被検体に対してＡ、　　Ｂ。

Ｃ９・・・方向に順次超音波パルスを送波してセクタ（
又はリニア）スキャンを行うにあたり、第１５図の構成
の超音波血流診断装置によってその超音波パルスのスキ
ャン制御が行われる。

最初にＡ方向に数回超音波パルスが送波されると、被検
体内の血流でドプラ偏移されて反射されたエコー信号は
同一プローブ１によって受波され、電気信号に変換され
て受信回路２に送られる。

次に位相検波回路３によってドプラ偏移信号が検出され
る。このドプラ偏移信号は超音波パルスの送波方向に設
定された例えば２５６個のサンプル点ごとにとらえられ
る。各サンプル点でとらえられたドプラ偏移信号は周波
数分析器４で周波数分析され、Ｄ、Ｓ、Ｃ，（ディジタ
ル・スキャン・コンバータ）５に送られここで走査変換
された後に、表示部６に送出されＡ方向の血流速分布像
が２次元画像としてリアルタイムで表示される。

以下Ｂ、　　Ｃ，・・・の各方向に対しても同様な動作
が繰り返されて、各スキャン方向に対応した血流像（流
速分布像）が表示されることになる。

ところで、低流速の検出能は、周波数分析するデータ長
に依存する。ドプラ信号のサンプリング周波数をｆｒ、
サンプリング数をｎとすれば、周波数分析する波のデー
タ長ドプラは、 Ｔ＝ｎ／ｆｒ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
であり、このときの周波数分解能Δｆｄは、Δｆｄ＝１
／Ｔ　　　　　　　　　　　・・・（２）となる。従っ
て、測定可能流速の下限ｆｄｍｉｎも、ｆ　ｄ　ｍｉｎ
　＝　１／Ｔ＝　ｆ　ｒ　／ｎ　　　　　＝ｉ３］と表
わせる。よって、低流速の血流まで検出しようとすれば
、ドプラ信号のサンプリング周波数ｆｒを小さ（するか
、データ数ｎを大きくすればよい（第１３図、第１４図
参照）。

ところが、２次元ドプラ血流イメージングにおいては、
次の関係式が成立する。

ＦＮ−ｎ−ｍ　・（１／Ｆ　ｒ’）　＝　１　　−（４
）ここで、ＦＮ；フレーム数、ｍ；走査線数ｆｒ’；超
音波送信パルス繰返し周波数（ＰＲＦ） フレーム数ＦＮは２次元血流像のリアルタイム性に関係
し、通常８乃至３０の値であり、これにより１秒間に８
乃至３０枚の画像を見ることができる。

セクタ電子走査の場合、走査線数ｍ＝３２．超音波パル
ス繰返し周波数（ＰＲＦ）　ｆ　ｒ’＝４ＫＨｘ　。

サンプリング数ｎ＝８とすれば、フレーム数ＦＮは約１
６になる。また、最大視野深度ＤｍａｘとＰＲＦｆｒ’
とには、 Ｄｍａｘ　＝　Ｃ／　（２・ｆ　ｒ’）　　　　　　−
（５］なる関係がある。よって、フィルタ数を向上させ
るために、ＰＲＦｆｒ’を小さくすると、最大視野深度
Ｄｍａｘを大きくとれない欠点を生じる。また、走査線
数ｍを小さくすれば、走査線密度が粗くなり、画質劣化
を招来する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような超音波診断装置においては、ＦＦ
Ｔ　（高速フーリエ変換）やＣＦＭ（カラーフローマツ
ピング）における周波数分析の演算がレート周波数を基
準とする離散系の計算であるため、＋ｆｒ／２を越えた
りあるいは−ｆ　ｒ　／　２を越えたりする入力周波数
による“折り返し現象”を生ずる。この結果、第１７図
に示すように、第１乃至第４エコーのある位置での時間
的変化（Ｄ２）が本来の情報（Ｄｌ）と異なったものに
なる。

ここで、検出流速の上限Ｖｍａｘ　　（折り返し現象な
しに速度が測定できる限界）はドプラ情報のサンプリン
グ周波数ｆｔと超音波送受信の中心周波数ｆｃに依存し
、次式のように示される。

また、一般にドプラ信号を検出する際には移動していな
いエコー信号（クラッタ）を取除くために、ＭＴＩフィ
ルタと呼ばれる低域除去フィルタが用いられており、こ
のフィルタにより発生するブラインドスピード（サンプ
リングの影響で移動していないように見える速度）は上
記のＶｍａｘの２倍の速度となる（第１８図参照）。よ
って、低流速の血流まで検出するためにｆｒを小さくす
ると、検出流速の上限Ｖｍａｘ及びブラインドスピード
が低くなる。このため従来装置においては、ドプラ情報
のサンプリング周波数を低下させた場合、折り返し現象
やブラインドスピードにより、一定の血流速情報が検出
できないという不都合を生ずる。

そこで本発明は上記の欠点を除去するもので、その目的
とするところは、ドプラ情報のサンプリング周波数を低
下させた場合でも、折り返し現象やブラインドスピード
に起因する不都合を軽減することにより、良好な血流イ
メージ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］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明に係る超音波診断装置で
は、被検体に向けて送波した超音波パルスのドプラ情報
をサンプリングし、このサンプリング出力に基づいて該
被検体の血流分布像を形成して診断に供するようにした
超音波診断装置において、前記超音波ドプラ情報のサン
プリング周期を順次変化させるサンプリング周期制御手
段を設けている。ここで、サンプリング周期の変更は超
音波走査順の変更により行うことができる。

また、サンプリング出力中より血流情報を抽出する帯域
通過フィルタを、速度分解能に応じた数だけ設けている
。

（作　用） ドプラ情報のサンプリング周波数を低下させても、サン
プリング周期を順次変化させる事により検出流速の上限
Ｖｍａｘ及びブラインドスピードを軽減することができ
、ドプラ情報のサンプリング周波数を低下させても、折
り返し現象や、ブラインドスピードにより検出できない
速度の発生を防ぐことができる。

また、超音波走査順の変更制御により、超音波ドプラ情
報のサンプリング周期を順次変化させれば、超音波パル
ス繰返周波数を変化されることなく、容易に超音波ドプ
ラ情報のサンプリング周期を変化させることができる。

更に、血流量情報を求める手段として、各速度分解能に
応じた数の帯域通過フィルタを用いたことにより、サン
プリング周期を順次変化させても、移動していないエコ
ー信号（クラッタ）を取除（ための低域除去フィルタリ
ングや速度解析を容易に行うことができる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明一実施例装置のブロック図である。

１１は被検体に対して超音波パルスの送受を行う超音波
プローブ、１２はセクタ電子走査装置アナログ部で、プ
リアンプ１３．パルサー１４２発振器１５．デイレーラ
イン１６．加算器１７．検波器１８から構成されている
。１９はり、Ｓ、Ｃ，（ディジタル・スキャン・コンバ
ータ）、２０はカラー処理回路、２１はＤ／Ａ変換器、
２２はＶＴＲ。

２３はカラーモニタ、３５はコントロール回路である。

コントロール回路３５は、セクタ電子走査装置アナログ
部１２及びＭＴＩ演算部２７の動作制御ヲ行うものであ
る。ここでこのコントロール回路３５は、超音波ドプラ
情報のサンプリング周期を順次変化させる機能を有し、
本発明におけるサンプリング周期制御手段はこのコント
ロール回路３５により機能的に実現される。具体的には
このコントロール回路３５により超音波走査順の変更制
御が行われるようになっており、この変更制御によりド
プラ情報のサンプリング周期が順次変更される。これに
よれば、パルス繰返し周波数を変えることなくドプラ情
報のサンプリング周期が変更される。

加算器１７から出力された信号のうち一方は検波器１８
．ライン３７を介してり、　Ｓ、　Ｃ，１９へ送られ、
断層像（白黒Ｂモード像）を表示するために供される。

他方はライン３９以下に送られ、血流像を表示するため
に供される。ライン３９から加えられた信号は二分され
、各々ミキサー２４ａ。

２４ｂに加えられる。各ミキサー２４ａ、２４ｂにはま
た９０°移相器２５によって発振器１６５からの基準信
号ｆ、が９０°位相差を持たせて各々加えられて掛算が
行われる。この結果ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂに
はドプラ偏移信号ｆｄと（２ｆＯ＋ｆｄ）信号が入力さ
れ、ローパスフィルタ２６ａ、２６ｂによって高周波成
分が除去されてドプラ偏移信号ｆｄのみが得られる。こ
れは血流像のための位相検波出力信号となる。

第２図（ａ）乃至（Ｃ）は各信号波形を示すもので、（
ａ）は超音波プローブ１１から被検体に対して送波され
る送信パルス、（ｂ）は被検体から反射された受信パル
ス（受信エコー）、（Ｃ）は位相検波出力である。

上記位相検波出力信号には血流情報だけでなく、心臓の
壁等のように動きの遅い物体からの不要な反射信号（ク
ラッタと称される）も含まれているので、このクラッタ
を除去するため位相検波出力はＭＴ　Ｉ　（Ｍｏｖｉｎ
ｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部２７に
加えられる。

このＭＴ■演算部２７は、Ａ／Ｄ変換器２８ａ。

２８ｂ、複数ラインメモリ３４ａ、３４ｂ。

ＭＴＩフィルタ２９ａ、２９ｂ、自己相関器３０゜平均
速度演算部３１、分散演算部３２、パワー演算部３３か
ら構成されている。

Ａ／Ｄ変換器２８ａ、２８ｂはそれぞれローバルフィル
タ２６ａ、２６ｂの出力をディジタル信号に変換するも
のであり、その変換出力は、後段に配置された複数ライ
ンメモリ３４ａ、３４ｂに送出される。この複数ライン
メモリ３４ａ。

３４ｂは、超音波走査順変更に応じて複数走査線分のド
プラ情報を保持し得るものである。

第３図はＭＴＩフィルタの構成の一例を示し、１／Ｚは
ル−トの遅延、Σは加算器、に１゜Ｋ２は係数を示して
いる。

自己相関器３０は周波数分析法の一種であり、２次元の
多点の周波数分析をリアルタイムで行う必要性から用い
られている。

平均速度演算部３１は、次式に基づいて平均ドプラシフ
ト周波数ｆｄを求める。

ｆｓ（ｆ）ｄｆ Ｓ（ｆ）：パワースペクトラム 分散演算部３２は、次式に基づいて分散σ２を求める。

パワー演算部３３は、次式に基づいてトータルパワーＴ
Ｐを求める。

ＴＰ＝Ｊ”５（１）ｄｆ このトータルパワーＴＰは、血球から散乱エコーの強度
に比例するが、ＭＴＴフィルタのカットオフ周波数以下
に相当する移動物体からのエコーは除かれる。

各ポイントごとに演算された値はり、　Ｓ、　Ｃ，１９
に入力され、データ補間された後、カラー処理回路２０
によってカラー情報に変換される。Ｖ−σ２表示の場合
には、プローブに近づく流れは赤系に変換され、プロー
ブから遠ざかる流れは青果に変換される。また平均速度
の大きさは輝度の違いによって表現され、゛速度分散は
色相（緑を混ぜる）によって表現される。

上記構成の実施例装置において、超音波走査順の変更制
御は次のように行われる。

第４図に示すごとく、プローブ１１の右端から超音波送
信ビームをスキャンしていくとき、その走査順序を、１
番右側の走査線（Ｎｏ、　１）→２番目の走査線（Ｎｏ
、　２）　−”　３番目の走査線（Ｎｏ、　３）　→１
番右側の走査線（Ｎｏ、　ｌ）→・・・・・・とする。

この場合、同一方向超音波送信ビームの平均繰返し周波
数（ドプラ信号のサンプリング周波数）ｆｒは、ｆｒ＝
ｆｒ’／３　　　　　　　　　　　　　・・・（６）と
なり、上記（３）式から明らかなように、測定可能流速
の下限ｆｄｍｉｎは、従来の方式、すなわち、超音波送
信ビームをｎ回続けて同一方向に送波し次に隣りの走査
線について同様にｎ回行う方式に比べて、１／３に改善
される。

ここで、同一方向への超音波送信パルス間の周期は順次
変化される。例えば−回目のパルスと二回目のパルスの
周期を１／ｆｒ＋α１とし、二回目のパルスと三回目の
パルスの周期を１／ｆｒ＋α２とし、三回目のパルスと
四回口のパルスの周期を１／ｆｒ＋、α３　（α１≠α
２≠α３）とする。すると、第８図の如くブラインドス
ピードの移動物が、サンプリング後でも移動しているこ
とが判るようになり、従来のように移動していないエコ
ー信号（クラッタ）を取除くための低域除去フィルタに
より消されることはない（第１８図参照）。

超音波走査順の変更制御により、超音波ドプラ情報のサ
ンプリング周期を順次変化させれる場合の走査順の一例
を第５図に示す。

第５図の場合は超音波パルス繰返周期を一定にしている
が、各走査線方向での超音波ドプラ情報のサンプリング
周期は、超音波パルス繰返周期の２倍、３倍、４倍と変
化する。

また、同一方向への超音波送信回数（ドプラ信号のサン
プリング数）をｎとすれば、第４図の場合はｎ＝４であ
る。超音波の送受順序に従って超音波が送受され、ドプ
ラ情報が複数ラインメモリ３４ａ、３４ｂの対応ライン
に順次書き込まれる。

そして各走査線毎に４個目のデータ（ｎ＝４による）が
取り込まれた時点で当該走査線についての４個のデータ
が複数ラインメモリ３４ａ、３４ｂより読み出される。

このとき、４個のデータの出力のタイミングは、第４図
の場合においては一定間隔ではない。出力タイミングを
一定とするには、第６図に示すように走査すればよい。

即ち、プローブ１１、の右端からスキャンしていくとき
、その走査順序を、走査線Ｎｏ、　ｌ→走査線Ｎｏ０ｍ
−１→走査線Ｎｏ、　ｍ−＋走査線Ｎｏ、　１→走査線
Ｎｏ、２→走査線Ｎｏ、　ｎ→走査線Ｎｏ、　ｌ→走査
線Ｎｏ、　２→走査線Ｎｏ、３→走査線Ｎｏ、　ｌ→・
・・・・・とする。このようにすれば、第４図の場合と
同様に、同一方向超音波送信ビームの繰返し周波数（ド
プラ信号のサンプリング周波数）ｆｒを１／３に下げる
ことができると共に、データ出力タイミングを一定間隔
にできる。

ここで一般に、同一方向超音波送信ビームの繰返し周波
数ｆｒと超音波送信パルス繰返し周波数ｆ　ｒ’と低流
速検出能改善比Ｐとを考えると、ｆｒ＝ｆｒ’／Ｐ と表わされる。第４図、第６図はＰ＝３の場合について
示した。

ここで注意すべきことは、第６図の場合でも、Ｐがｎの
整数倍であるときは、データ出力タイミングを一定間隔
にすることができないということである。

例えば、ｎ＝４．、Ｐ＝２の場合を第７図に示す。

データ出力タイミングの間隔が３／ｆ　ｒ’、　５／ｆ
　ｒ’。

３７ｆ　ｒ’、　５７ｆ　ｒ’、　・・・・・・と異な
っている。

以上のような超音波走査によって得られた血流情報は°
、Ｂモード像情報と共にり、　Ｓ、　Ｃ，１９において
走査変換され、カラー処理回路２０及びＤ／Ａ変換器２
１を介してカラーモニタ２３に送出され、ここで可視化
される。また、必要に応じてＶＴＲ２２に記録される。

次にドプラ情報のサンプリング出力中より血流情報を求
める手段として、各速度分解能に応じた数の帯域通過フ
ィルタ（フィルタバンク）を用いた場合の実施例につい
て説明する。

第９図はこのフィルタバンクのブロック図、第１０図は
各帯域通過フィルタの特性図、第１１図は各帯域通過フ
ィルタの構成ブロック図である。

このフィルタバンクはＭＴＩフィルタリングと周波数分
布解析とを行うもので、第１図におけるＭＴＩ演算部２
７内に、具体的にはＡ／Ｄ変換器２８ａ、２８ｂ又は複
数ラインメモリ３４ａ。

３４ｂの後段に配置される。

そしてこのフィルタバンクは、第９図及び第１０図より
明らかなように、互いに異なる通過帯域特性（フィルタ
特性）を有する複数の帯域通過フィルタを並設して成り
、各フィルタ（４１゜４２．４３，４４．・・・）の出
力Ｙｉは、その中心周波数ｆｉのドプラ信号成分となる
。またこのフィルタバンクでは、移動していないエコー
成分を除去することができ、特に、第１１図に示すよう
に、ＤＦＴ　（離散的フーリエ変換）の計算式、すなわ
ち、 Ｙｉ　＝Σ（Ｘ（ｎＴ）・Ｗ′″） Ｗ”＝ｅｘｐ　　（−ｉｂｒ＋ｉｓ　　　　　）を用い
、このＷＩｎに重み付は関数をかける場合には、クラッ
タ抑圧特性が非常に良くなる（クラッタの周波数帯域で
のフィルタ出力応答が小さくなるように各フィルタ毎に
重み関数を設定する）。

上述したようにコントロール回路３５により、超音波送
信パルス間の周期が順次変化されるため、この周期変化
に対応してＷｌｎを修正し、Ｗ”＝ｅｘｐ　１−ｉ２π
・ｉ　・ΣＴ　ｎ−ｆ　ｔｌ　ＸＷｎ。

としている。このような重み関数制御はコントロール回
路３５によって行われる。

尚、第１１図においてフィルタ出力、 中のｈＫ、ｉは、次式で示される。

ここで、Ｎ：フィルタの数 Ｗｎ、ｉ：フィルタｉでのｎ番目の時系列データに対す
る重み関数で複素数 データ Ｔｎ：ｎ番目のパルス周期で 以上のように、ドプラ情報のサンプリング出力中より血
流情報を抽出する帯域通過フィルタを、各速度分解能に
応じた数だけ備えた場合には、超音波送信パルス間の周
期が順次変化する場合でも、フィルタバンクの重み関数
を変化させるだけでよく、周期変化に簡単に対応できる
。

勿論、上記のフィルタバンクを有する場合でも前処理と
して簡単なＭＴＩフィルタリングを行うことにより、入
力振幅を低減するようにしてもよい。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可
能であるのはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ドプラ情報のサン
プリング周波数を低下させた場合でも、折り返し現象や
ブラインドスピードに起因する不都合を軽減することが
でき、良好な血流イメージを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図（ａ）乃至（ｃ）は同上装置の主要
部の波形図、第３図は同上装置の主要部の構成ブロック
図、第４図乃至第８図は同上装置の作用説明図及び波形
図、第９図は他の実施例装置の主要部の構成ブロック図
、第１０図は第９図のフィルタ特性図、第１１図は第９
図の主要部構成ブロック図、第１２図は従来装置の超音
波走査の説明図、第１３図及び第１４図はデータ数９周
波数分解能の説明図、第１５図は従来例装置の基本的構
成ブロック図、第１６図はセクタ電子走査の説明図、第
１７図及び第１８図は超音波エコーとこのエコーのある
位置での時間的変化とを示す波形図である。 １２・・・セクタ電子走査装置アナログ部、２７・・・
ＭＴＩフィルタ、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に向けて送波した超音波パルスのドプラ情
   報をサンプリングし、このサンプリング出力に基づいて
   該被検体の血流分布像を形成して診断に供するようにし
   た超音波診断装置において、前記超音波ドプラ情報のサ
   ンプリング周期を順次変化させるサンプリング周期制御
   手段を設けたことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）前記サンプリング周期制御手段は、超音波走査順
   を変更することでサンプリング周期を順次変化させる請
   求項１記載の超音波診断装置。
3. （３）前記ドプラ情報のサンプリング出力中より血流情
   報を抽出する帯域通過フィルタを、速度分解能に応じた
   数だけ備えた請求項１又は２記載の超音波診断装置。