JPH02237556A - エコー追跡装置 - 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〕 本発明は移動壁の位置を測定する超音波測定装置用のエ
コー追跡装置に関する。

本発明は移動壁の位置の動きを時間周期で追跡するよう
な全ての分野、特に医療分野において有用である。医療
分野の場合、本発明は２つの組織間の界面の位置の時間
周期における変化を追跡するために使用され、例えば、
血管の径の時間周期における変化を測定するため、血管
の前壁と後壁の深さの位置の変化を追跡するために使用
される。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕第５図は
超音波を用いた移動壁の位置の測定原理の説明図である
。第５図において、超音波変換器２は皮膚４上に置かれ
断面で示す動脈６に相対している。超音波変換器２は電
子回路により制御され、超音波パルス８を放出し、動脈
組織又は動脈流から反射されるパルスによるエコーを受
信する。超音波変換器２の周波数に依存して、４つの分
離したエコー１０，　１２，　１４．　１６を検出し、
若しくはエコー１０及び１２の組合せ、エコー１４及び
１６の糾合せに淋応する２つのエコーを検出することが
できる。

界面の動きは以下のようにして決定される。まず、超音
波変換器２は１００｝１ｚから２０Ｋｌ｛ｚの間の反復
率でパルス８を放出する。バルス８が界面の位置に依存
した後にエコーの遅延位置を追跡するために、エコーが
予想される時間間隔であってパルス８の送出後に調整さ
れる遅延で開放される時間間隔を規定するように、タイ
ムウィンドが固定的な幅で用いられる。この遅延は各サ
イクル毎に調整され、エコーは界面が静止しているなら
ば、時間間隔の中央で検出される。時間の関数として各
界面の位置を認識することは血管６の径の変化を決定す
るものである。

第５図は模式的に説明するものであり、実際には変換器
２による超音波信号は少なくとも２つ若しくは３つのパ
ルスである。この場合、移動壁の位置が確実に測定され
ていないので、連続サイクルにてタイムウィンドの位置
をロックするため複数のエコー信号に対し同じパルスを
使用することが必要である。

最近、ディジタル形式のエコー追跡装置が提案されてい
る。この場合、受信エコー信号は２進数である。このよ
うなエコー追跡装置は、例えば、Ｄ，　Ｈ，　Ｇｒｏｖ
ｅｓｅｔ　ａｌ　による″Ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｃ
ｈｎｉｑｕｅｆｏｒ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｍｏｖｉｎｇ
　＋ｎｔｅｒｆａｃｅｓ”　ＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＭｅ
ｄ，　Ｂｏｉｌ，　Ｖｏｌ，８，　Ｎｏ．２，　１８５
−１９０　、１９８２年に記載されている。

第６図のタイミングチャートは従来方式の動作を説明す
るものである。信号Ａは３つの連続パルスからなる超音
波信号の放出を一定の間隔で制御するため変換器２に与
えられる。移動壁からの反射により得られたアナログエ
コーＥＣＨＡはエコー追跡装置に与えるべきディジタル
信号［ＥＣＨＮに変換される。

ディジタル信号Ｅ！ＣＨＮと共に信号ＡＵＴで示される
タイムウィンドの間においてエコーの位置が検出される
。タイムウィンドＡＵＴは固定的な幅を有し、信号Ａの
制御パルスから遅延ｄだけ経た後にオンされる。この遅
延ｉｄはタイムウィンド内のエコー位置に依存する。

タイムウィンドの位置は特定のエコー信号の位置にロッ
クされる。この場合、エコー信号ＢＣＨＡの内最も強い
中央のエコー信号である。

上述のエコー追跡装置において、エコーの位置はエコー
信号εＣＨＮが信号ＡＵＴにより規定されるタイムウィ
ンドにおいてハイレベルに立ち上がる瞬間ｔＥｃＨであ
る。従って、タイムウィンドはＴＬＩＳ／２に等しい最
大幅を有さねばならない。ここで、Ｆｕｓ””　１　／
Ｔｕｓは超音波変換器により放出された信号の周波数で
ある。さらに、仮にタイムウィンドがＴＬＩＳ／２より
大きな幅を有するならば、第１のエコー信号のハイレベ
ル及び中央のエコー信号のハイレベルの一部を含むこと
になる。この場合、図の右半分に示すように、エコー信
号ＥＣ｝ＩＮはタイムウィンドの開始でハイレベルであ
る。エコー信号ｔＥｃＨの検出の瞬間は、誤った方法で
あるが、エコー信号の第１のパルスのタイムウィンドの
開始にて捕らえられる。

２つのエコー検出の最大変位はエコーがタイムウィンド
から出ないならば±１７４・ＴＵｓを越えない。

ディジタルエコー装置において、タイムウィンドの位置
はクロック信号ＣＬＫにより通常、ディジタル的に測定
される。この信号はタイムウィンドに対し充分に高い周
波数ｆ’ｃｔ＊を有し、これはこの信号の少な《とも３
つの周期の幅を有するためであり、移動壁が近づく　（
エコーがタイムウィンド内でより早く検出される）か、
移動壁が静止している（エコーがタイムウィンド内で中
央で検出される）か、若しくは移動壁が離れる（エコー
がタイムウィンド内でより遅れて検出される）か、のい
づれかを検出することができるような方法でなされる。

タイムウィンド幅の３分の１に等しいか低い周期を有す
るクロック信号の状態と関連するハイレベルエコーの検
出は、ＦＣＬＩ＋　＞　６・Ｆｕｓの関係の必要性を意
味する。従って、１０Ｋｌｌｚの超音波変換器の場合、
少なくとも６０ＫＨｚのクロツク信号が必要であること
を意味する。これは、電力消費上不利であり、さらに複
雑な回路構成を必要とする。

本発明の目的は所定の周波数の超音波変換器に対しクロ
ック信号として必要な最低周波数を減少させ、その構造
を簡素化し消費電力を小さくすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、移動壁の位置を測定する超音波測定装置にお
けるエコー追跡装置であって、反復率（Ｆｒ）で送信さ
れインタロゲートする超音波パルスが前記移動壁から反
射して生じるエコー信号（ＥＣｔｌＡ　）に基づくディ
ジタルエコー信号（ＥＣ’｝ＩＮ）を受ける入力手段を
具備するものにおいて、エコーの予測される所定の長さ
のタイムウィンド（ＡＵＴ）を規定するイネーブル手段
（２０）と、エコー（２２．２８）の位置を検出し前記
タイムウィンドにおける時間位置を決定する検出手段（
２８）であって、前記ディジタルエコー信号（ＥＣＨＮ
）の所定方向のエッジに所定の感度を有するものと、前
記タイムウィンドの時間位置（ＰＯＳＲＥＣ）又は検出
されたエコーの位置（ＰＯＳＥＣＨ）をロックするロッ
ク手段（ｌＢ．２８．３０）とを具備することを特徴と
する。

〔実施例〕

第１図は本発明によるエコー追跡装置の一実施例ブロッ
ク構成図である。また、第４図は本発明のタイミングチ
ャートである。第１図構成の説明の前に第４図のタイミ
ングチャートについて説明する。

第４図に示すように、制御信号Ａと、アナログエコー信
号ＥＣＨＮと、ディジタルエコ−Ｌ４号ＥＣＨＮカあり
、これらは第６図の信号に対応している。タイムウィン
ドの位置は図中の中央のパルスのエコー信号の位置で規
定されている。即ち、エコーの位置はこの中央パルスの
所定方向のエッジの位置ｔｔｃＨで規定される。連続す
るパルスの立上がりエッジ間の距離はタイムウィンドの
最大幅ＴＵＳに等しい。

第１図にふいて、本エコー追跡装置は移動壁へ向けて反
復率Ｆｒで放出される超音波パルスに対応するエコーの
検出を意図する。超音波パルスは制御信号Ａにより制御
され、制御信号はエコー追跡装置及び超音波変換器に供
給される。各エコーに対し、検出は所定幅のタイムウィ
ンドにて可能であり、その位置は予想されるエコーに先
行する検出の瞬間にロックされる。

ここで、本発明のエコー追跡装置はタイムウィンドの開
放の瞬間を決定する深さカウンタｌ８と、タイムウィン
ドの幅を規定するイネーブル手段２０と、タイムウィン
ドにて受信されたエコーの位置を記憶する位置検出器２
２と、エコーを検出し位置検出器２２により示されたエ
コーの位置の関数としてタイムウィンドのクランプを制
御する論理回路２４とを具備する。

さらに、本発明のエコー追跡装置は受信されたエコーの
位置とは独立にタイムウィンドの位置を修正する外部制
御手段２６を具備する。外部制御手段２６は位相、一般
的にはエコーがタイムウィンドの外でたまたま現れる時
間の設定に使用される。

第２図は本発明のエコー追跡装置の機能を説明する信号
タイミングチャートである。図示のように、制御信号Ａ
の反復率Ｆｒにおける連続サイクルｎ＋　ｎ＋ｌ　，ｎ
＋２を実行する。各サイクルの開始以前に論理回路２４
は、深さカウンタ１８と、イネーブル手段２０と、位置
検出器２２とに所定値をロードするために信号ＤＬを放
出する。

深さカウンタ１８にロードされた値ＰＯＳＲＥＣはタイ
ムウィンド内のエコーの位置に依存する。この値は以下
に記載のようにメモリ３４に格納される。イネーブル手
段２０及び位置検出器２２にロードされた値は図示しな
いメモリに含まれた固定値である。

深さカウンタ１８にロードされた値は、深さカウンタ１
８によりタイムウィンドが開放される瞬間に確認信号Ｖ
ＡＬを送出するような方法で選択される。この確認信号
ＶＡＬは深さカウンタ１８が第１の所定値を含むときに
放出される。深さカウンクｌ８の出力端子の論理状態は
カウンタに含まれる値がゼロに等しいかゼロでないかは
従って異なる。

確認信号はこの出力端子において直接得られる。

確認信号はカウンタに含まれる２進数による重み付けを
有する１ビット値による簡単な方法により合成される。

深さカウンタ１８には、選択された重み付けのビットが
タイムウィンドを開放しようとする瞬間における状態を
変更する方法で、選択された値を最初に格納すれば充分
である。

深さカウンタ１８により送出された確認信号は基本的に
はイネーブル手段２０及び位置検出器２２をアクティブ
状態にする。確認信号はカウント動作を停止するため深
さカウンタｌ８のＳＴＯＰ端子に供給される。

確認信号を受信すると、イネーブル手段２０はエコーが
予想される機関のタイムウィンドを規定する所定長のイ
ネーブル信号ＡＵＴを送出する。このイネーブル手段２
０はカウンタでよい。この場合、イネーブル信号は確認
信号と同じ方法で発生される。即ち、カウンタに含まれ
る２進数における所定の重み付けのビットの論理状態、
又は、カウンタの内容がゼロに等しいか否かに依存した
異なる値を有するビットの論理状態により構成される。

イネーブル手段２０の他の実施例はシフトレジスタであ
る。この実施例ではイネーブル手段２０はシフトレジス
タの所定の重み付けのビットの論理状態、又は、ビット
値により形成され、その論理状態はシフトレジスタの内
容がゼロか否かに依存して異なる。

例えば、クロック信号ＣＬＫの５周期に対する「ハイ」
状態のイネーブル信号を発生するために、値ｒ０００１
１１１１」を格納する８ビットのシフトレジスタの最下
位ビットの値をイネーブル信号として選択することが可
能である。このビットは信号ＣＬＫにより右方向に制御
される５つのシフトの間、値「１」を有し、第６番目か
ら「０」になる。

位置検出器２２は深さカウンタｌ８により送出された確
認信号によりアクティブ状態になる。このカウントはエ
コー信号がタイムウィンド内に現れる瞬間において、位
置検出器２２のＳＴＯＰ人力に論理回路２４のユニット
２８から送出される検出信号により停止される。

本発明において、エコーの検出はエコー信号の特定パル
スの所定方向におけるエッジを見出すことにある。例示
するように、第２パルスの立上がりエッジは第２図に示
すように検出される。

この実施例では、エコーを検出しそれがタイムウィンド
にあるかを照合する論理回路２８を設けている。例えば
、検出は双安定フリップ・フロツプ回路により行われ、
この回路は人カクロックＣＬＫにてエコー信号ＥＣＨＮ
を受け照合はＡＮＤゲートにより簡単に行われる。位置
検出器２２のＳＴＯＰ人力に直接的にエコー信号を与え
、この場合、位置検出器２２を選択することにより、Ｓ
ＴＯＰ人力はパルスの立上がりエッジに対し所定の感度
を有し、位置検出器２２に含まれる値が、タイムウィン
ドの内側又は外側で受けたエコーに対応するときに論理
ユニット２８で照合する。

位置検出器２２に含まれる値ＰＯＳＥＣＨは受信エコー
上で再度中心とするためタイムウィンドに供給されるべ
き変位を示す。この変位は深さカウンタ１８において、
論理回路２４により格納された値の更新により行われる
。この更新はもしサイクルの開始において位置検出器２
２にロードされた初期値が、静止している壁の場合に、
位置検出器２２がエコーの検出時に値ゼロを有するよう
な方法で選択されるならば、非常に簡単となる。深さカ
ウンタ１８に格納された値は位置検出器２２に含まれる
値を加えることにより簡単に修正される。これは装置３
０を加えることにより行われる。深さカウンタ１８にロ
ードされた値はメモリ３４に記録され、論理ユニット２
８により送出される信号ＳＴにより正規化されアクセス
される。

第２図に示すタイミングチャートは第１図に示す主要な
信号を示している。番号Ｃｌｌｌｌ．Ｃ２０及びＣ２２
は深さカウンタｌ８、イネーブル手段２０を形成するカ
ウンタ、位置検出器２２等の内容に各々対応する。

各測定サイクルは制御信号Ａの制御パルスでスタートす
る。このパルスは第２図のゼロに等しい第１の決定値が
確認信号を発生するまで深さカウンタ１８のカウントを
開始する。

この信号はイネーブル手段２０及び位置検出器２２をア
クティブ状態にする。第２図において所定の期間継続す
るタイムウィンドを規定するイネーブル信号ＡＵＴは信
号ＣＬＫの５つの期間に等しい。

この期間はゼロに等しい所定値まで連続するカウントの
期間により規定される。

タイムウィンドの開始から位置検出器２２の内容はエコ
ーの出現まで進展する。この瞬間の値はタイムウィンド
におけるエコーの位置を表しタイムウィンドに与えるべ
き位置の値に再びクランブされる。

位置検出器２２にロードされた値は、静止している壁の
場合、エコーが位置検出器２２がゼロを含むときに検出
されるように選択される。これは、連続サイクルｎ，ｎ
＋ｌ・ｎ＋２で示すように、非常に容易にタイムウィン
ドをクランプする。

サイクルｎの期間、エコーはタイムウィンドの中央に現
れる（Ｃ２２はゼロに等しい）。従って、タイムウィン
ドは正しい位置にあり、深さカウンタ１８はサイクルｎ
に対するのと同じ値でサイクルｎ＋ｌに対しロードされ
る。従って、タイムウィンドはサイクルｎ及びｎ＋ｌの
期間に制御パルスＡで規定されるサイクルの開始に関し
て同じ瞬間に現れる。

サイクルｎ＋ｌにおいて、エコーは移動壁が測定装置か
ら離れて移動するように見えながらタイムウィンドに現
れる。この遅延は位置検出器２２においてゼロより大き
な値αで表せる。タイムウィンドを再度クランプするた
めに、この値αはサイクルｎ＋２にだいし深さカウンタ
１８にロードされた値に加えられる。

他方、移動壁が測定装置に近づいて来ると、エコーはタ
イムウィンドの中間以前に現れ、位置検出器２２は負の
値を含む。この負の値をタイムウィンドの中心に加えれ
ば充分である。又、アップカウンタ２２をダウンカウン
タに置き換えることも勿論可能であり、この場合、加算
装置は減算装置に置き換えられる。

第２図において、信号Ａ及びＣＬＫは独立である点に注
意しなければならない。これは、エコー追跡装置の機能
に必要なばかりか移動壁の位置の平均値に影響する。こ
れは、結果的に以下の記載から明らかなように精度が向
上する。

通常の機能において、タイムウィンドの位置はエコーの
位置の関数として再度自動的にクランプされる。しかし
ながら、例えば、エコー信号が所定時間に現れずにタイ
ムウィンドがエコー信号でクランブされないようにし、
移動壁が移動するようにすることも可能である。さらに
、装置がオンするとき、エコーはタイムウィンドに現れ
ない。

この理由から、第１図に示すエコー追跡装置はタイムウ
ィンドの位置のため外部制御手段２６と共に設けられる
。

この外部制御手段２６はカウンタ３２及び２つのマルチ
入力を有するメモリ３４を具備する。カウンタ３２に含
まれる値は外部カウントアップ又はカウントダウン制御
信号により修正される。カウンタ３２の値はメモリ３４
の人力に与えられる。メモリの他の人力は加算器３０か
ら供給される値を受ける。

タイムウィンドのクランプのマニュアルモード及び自動
モードの選択は、メモリ３４の人力の１つを選択する外
部信号ＥＸＴ／ＡＵＴＯにより規定される。

この信号はメモリアクセス信号３４を送出する論理ユニ
ット２８に与えられる。

第１図に対応し６０ＫＨｚのクロックＣＬＫで動作する
エコー追跡装置は、深さカウンタｌ８、イネーブル手段
２０、位置検出器２２及びタウンタ３２用に１２ビット
のカウンタとして、例えば、モデル７４＾ＣＴ１９１を
用い、加算器３０用に７４ＨＣＴ２８３、メモリ３４用
に７４ＨＣＴ６０４及び６４｝ＩＣＴｌ６４を用いる。

論理ユニット２８に関しては当業者にとって既に知らｈ
だ論理ゲート及び双安定フリップ・フロップ７４ＡＣ７
４のアセンブリを使用することができる。

本発明によれば、所定の超音波周波数用の２つの必須の
クロック信号により分けることが可能であり、上述のエ
コー追跡装置は消費電力も少なく、構成が簡素化され、
かつ高性能である。このエコー追跡装置は移動壁の位置
の測定用の超音波測定装置に組み込まれる。

第３図は動脈の径を測定し医療分野に適用される装置の
一実施例ブロック構成図である。この装置は５　ＫＨｚ
の反復率を有するパルス信号を送出するクロック回路３
６を有する。この信号は超音波変換器４０を制御する送
受信回路３８により受信される。

これは、動脈４２に向かうＩＯＭＨＺの周波数を有する
パルスを送信し、この動脈の前壁及び後壁から反射する
エコーを受信する。これらのエコーは送受信回路３８に
より周知のフィルタ手段とアナログ／ディジタル変換手
段を有する波形整形手段４４に送出される。

波形整形手段４４により送出されたディジタル信号は、
第１図に示すエコー追跡装置に適合する２つのエコー追
跡装置４６Ａ及び４６Ｂの入力に供給される。これらの
エコー追跡装置４６Ａ及び４６Ｂはクロック回路４８か
ら送出される６　０　Ｍ　Ｈ　ｚのクロック信号ＣＬＫ
と同じクロツクを受ける。実際に、各工？ー追跡装置は
クロックＣＬＫを具備する独立のカードで実行される。

この場合、各エコー追跡装置は自身のクロックを有し、
これらのクロックは同期を必要としない。

各エコー追跡装置４６Ａ及び４６Ｂのタイムウィンドは
動脈４２の前壁により生じるエコーと後壁により生じる
エコーとによりクランブされる。各エコー追跡装置は反
復率Ｆｒにおいてクランプされた動脈壁の位置に送出す
る。即ち、この壁と変換器４００間の距離で送出される
。

各エコー追跡装置４６Ａ及び４６Ｂから送出される一連
の位置信号は平均化回路５０Ａ及び５０Ｂに送られる。

各回路は、周知の方法で連続する位置の値のアセンブリ
の平均値を算出し、又は連続する位置の値の組合せの移
動平均を算出することにより測定の精度を向上させる。

移動壁の位置の粗い解εｂはＣ／（２・ＦＣＬＫ）に等
しいことは既に知られており、ここで、Ｃは変換器と壁
の間における媒体における音波速度であり、Ｆｃ■は連
続する位置Ｎの組みの平均値を得た後の有効解εｅがε
ｅ／Ｎに等しいときの信号ＣＬＫの周波数である。この
平均化の動作はクロック３６及び４８が独立のときのみ
可能である。

平均化回路５０Ａ及び５０Ｂから送出される値は結果を
評価するために回路５２に送られる。この回路５２はメ
モリユニット及び表示ユニットを具備する。

さらに、動脈４２の径を時間的な前壁及び後壁の位置の
差により算出する演算ユニットを具備する。

回路５２はコンビュータを使用するのが有利である。

この場合、平均はソフトウエアにより容易に行うことが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のエコー追跡装置によれば
、消費電力を著しく低減することができ、かつ構成を簡
素化し組立を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のエコー追跡装置の一実施例ブロック構
成図、 第２図は第１図装置の動作を説明するタイミングチャー
ト、 第３図は本発明のエコー追跡装置を適用した超音波測定
装置のブロック図、 第４図は本発明の基本的なタイミングチャート、第５図
は移動壁の位置の測定原理の説明図、及び、 第６図は従来の基本的なタイミングチャートである。 （符号の説明） １８・・・深さカウンタ、　２０・・・イネーブル手段
、２２・・・位置検出器、　　２４・・・論理回路、２
６・・・外部制御手段、　２８・・・論理ユニット、３
０・・・加算器、　　　　３２・・・カウンタ、３４・
・・メモリ、　　　　３８・・・送受信回路、４０・・
・超音波変換器、　４２・・・動脈、４４・・・波形整
形回路、 ４６Δ・４６Ｂ・・・エコー追跡装置、５０Ａ，５０Ｂ
・・・平均化回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動壁の位置を測定する超音波測定装置におけるエ
   コー追跡装置であって、反復率（Ｆｒ）で送信されイン
   タロゲートする超音波パルスが前記移動壁から反射して
   生じるエコー信号（ＥＣＨＡ）に基づくディジタルエコ
   ー信号（ＥＣＨＮ）を受ける入力手段を具備するものに
   おいて、 エコーの予測される所定の長さのタイムウィンド（ＡＵ
   Ｔ）を規定するイネーブル手段（２０）と、エコー（２
   ２、２８）の位置を検出し前記タイムウィンドにおける
   時間位置を決定する検出手段（２８）であって、前記デ
   ィジタルエコー信号（ＥＣＨＮ）の所定方向のエッジに
   所定の感度を有するものと、前記タイムウィンドの時間
   位置（ＰＯＳＲＥＣ）又は検出されたエコーの位置（Ｐ
   ＯＳＥＣＨ）をロックするロック手段（１８、２８、３
   ０）と、 を具備することを特徴とするエコー追跡装置。 ２、前記検出手段は双安定フリップ・フロップ回路を具
   備し、前記双安定フリップ・フロップ回路は前記ディジ
   タルエコー信号に対して用いるクロックを受ける請求項
   １項に記載のエコー追跡装置。 ３、エコー追跡装置は、前記イネーブル手段（２０）、
   検出回路（２２、２８）及びロック手段（１８、２８、
   ３０）にクロック信号ＣＬＫを供給するクロック回路（
   ４８）をさらに具備し、前記イネーブル手段は前記クロ
   ック信号の少なくとも３周期に等しい幅を有するタイム
   ウィンドを規定する請求項１又は２項に記載のエコー追
   跡装置。 ４、エコー追跡装置は、前記イネーブル手段（２０）、
   検出回路（２２、２８）及びロック手段（１８、２８、
   ３０）にクロック信号ＣＬＫを供給するクロック回路（
   ４８）をさらに具備し、前記クロック信号はインタロゲ
   ート信号から独立であり、前記イネーブル手段は前記ク
   ロック信号の５周期に等しい幅を有するタイムウィンド
   を規定する請求項１又は２項に記載のエコー追跡装置。 ５、前記ロック手段は前記イネーブル手段を制御し、前
   記制御によりエコーは前記移動壁が静止しているときに
   前記タイムウィンドの中間にて検出される請求項１〜４
   項のいずれかに記載のエコー追跡装置。