JPH02309934A

JPH02309934A - 超音波ドプラ血流測定装置

Info

Publication number: JPH02309934A
Application number: JP13070689A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Satake; 望佐竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1990-12-25
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JP2693575B2

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］（産業上の利用分野）本発明は、ドプラ効果を利用して血流速を測定し、該血
流速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係にて表示す
るようにした超音波ドプラ血流測定装置に関する。

（従来の技術）ドプラ現象は、電波や音波が移動物体に当ると、その反
射波は周波数偏移を受けてしまう現象であり、この現象
を生体内での移動物体である血液（血球）に適用したの
が超音波ドプラ診断装置である。そして、この種の超音
波ドプラ診断装置には、このドプラ効果を利用して血流
速を測定し、該血流速測定値を時間軸と順・逆流速軸と
の関係にて表示するようにした装置、つまり、超音波ド
プラ血流測定装置がある。この超音波ドプラ血流δｌｌ
］定装置には、超音波パルスを用いるパルスドプラ（Ｐ
Ｗ）法の装置、連続超音波を用いる連続波（ＣＷ）法の
装置等がある。

（発明が解決しようとする課題）このような超音波ドプラ血流測定装置では、サンプリン
グレート（ＰＷ法においては送受信器のパルス繰返し周
波数ＰＲＦと同じもの、ＣＷ法においてはサンプリング
レーｔ−ｆｓそのもの）により、一義的に検出可能な血
流速の範囲（以下「流速検出範囲」と称する。）が定ま
ってしまう。

以下、サンプリングレートｆｓと称したときは、ＣＷ法
におけるサンプリングレートｆｓはもちろんのことＰＷ
法における送受信器のパルス繰返し周波数ＰＲＦをも意
味しているとする。

第８図は、横軸に時間軸を、縦軸に順・逆流速軸を設定
した場合の血流速測定値の表示例である。

この第８図の表示例は、流速検出範囲に対してサンプリ
ングレートが比較的大きいため、そのスペクトラムは小
さいものとなり、これに対し、第９図の表示例は、流速
検出範囲に対してサンプリングレートが小さすぎるため
、そのスペクトラムは大きくなりすぎ、表示における折
り返り現象が発生してしまう。

上記において、スペクトラムが小さすぎる場合も折り返
りが発生した場合も、順流と逆流の表示が正確でなくな
り、問題である。そこで、この種の超音波ドプラ血流測
定装置は、従来から所望のサンプリングレートが設定で
きるように、装置のパネル（操作卓）にサンプリングレ
ート変更／設定スイッチを設けており、上述した不具合
に対処できるようにしている。しかし乍、適度なスペク
トラム表示を得るためには、表示を観察しながらサンプ
リングレート変更／設定スイッチを操作しなければなら
ず、面倒であり、問題であった。

また、第１０図（ａ）に示すように、折り返りが発生し
た場合に、サンプリングレートを再設定するに代えて、
第１０図（ｂ）に示すように、零ライン（ＯＨｚ）を例
えば図示ＳＤだけシフトできるように、装置のパネル（
操作卓）にゼロシフト変更／設定スイッチを設けており
、上述した不具合に対処できるようにしている。しかし
乍、適度なスペクトラム表示を得るためには、表示を観
察しながらゼロシフト変更／設定スイッチを操作しなけ
ればならず、面倒であり、問題であった。

そこで、本発明の目的は、折り返りが発生しない見易い
スペクトラム表示を得ることが可能な超音波ドプラ血流
測定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）本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するために次
のような手段を講じた構成としている。

すなわち、請求項１の発明は、超音波を所定のすンプリ
ングレートで生体中に送波し、その反射信号を周波数解
析することにより反射波のドプラ偏移周波数を検出して
血流速を測定し、該血流速測定値を時間軸と順・逆流速
軸との関係にて表示するようにした超音波ドプラ血流測
定装置において、少なくとも１心拍中の前記周波数解析
により得られる平均周波数又は最大周波数における最大
値及び最小値を検出し該最大値及び最小値に基づき折り
返りが発生しているか否かを判定する判定手段と、この
判定手段により折り返りが発生していると判定されたと
き前記サンプリングレートを変更し設定する設定手段と
を具備したことを特徴とする請求項２の発明は、超音波を所定のサンプリングレート
で生体中に送波し、その反射信号を周波数解析すること
により反射波のドプラ偏移周波数を検出して血流速を測
定し、該血流速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係
にて表示するようにした超音波ドプラ血流測定装置にお
いて、少なくとも１心拍中の前記周波数解析により得ら
れる平均周波数における変化分を検出し該変化分に基づ
き折り返りが発生しているか否かを判定する判定手段と
、この判定手段により折り返りが発生していると判定さ
れたとき表示における零ラインを変更し設定する設定手
段とを具備したことを特徴とする請求項３の発明は、超音波を所定のサンプリングレート
で生体中に送波し、その反射信号を周波数解析すること
により反射波のドプラ偏移周波数を検出して血流速を測
定し、該血流速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係
にて表示するようにした超音波ドプラ血流測定装置にお
いて、少なくとも１心拍中の前記周波数解析により得ら
れる平均周波数又は最大周波数における最大値及び最小
値を検出し該最大値及び最小値に基づき折り返りが発生
しているか否かを判定する第１の判定手段と、この判定
手段により折り返りが発生していると判定されたとき前
記サンプリングレートを変更し設定する第１の設定手段
と、少なくとも１心拍中の前記周波数解析により得られ
る平均周波数における変化分を検出し該変化分に基づき
折り返りが発生しているか否かを判定する第２の判定手
段と、この判定手段により折り返りが発生していると判
定されたとき表示における零ラインを変更し設定する第
２の設定手段とを具備したことを特徴とする。

（作用）請求項１の発明によれば、測定により得られる平均周波
数又は最大周波数に基づき折り返りの発生を判定でき且
つ該判定により自動的に折り返りが発生しないようなサ
ンプリングレートを設定できるので、見易いスペクトラ
ム表示を得ることができる。

また、請求項２の発明によれば、測定により得られる平
均周波数に基づき折り返りの発生を判定でき且つ該判定
により自動的に折り返りが発生しないような零ラインを
設定できるので、見易いスペクトラム表示を得ることが
できる。

さらに、請求項３の発明によれば、測定により得られる
平均周波数又は最大周波数に基づき折り返りの発生を判
定でき且つ該判定により自動的に折り返りが発生しない
ようなサンプリングレート及び零ラインを設定できるの
で、一層、見易いスペクトラム表示を得ることができる
。

（実施例）以下本発明にかかる超音波ドプラ血流測定装置の一実施
例を第１図及び第２図を参照して説明する。

第１図は本実施例の超音波ドプラ血流測定装置のブロッ
ク図、第２図は同装置におけるＰＲＦ範囲検出部の詳細
な回路図である。

第１図に示すように、本実・施例の超音波ドプラ血流測
定装置は、従来の装置の構成である超音波プローブ１と
、送受信器２１位相検波器３２周波数解析器４．メモリ
５１表示系６．スキャン条件や表示条件を設定する条件
設定部７に、新規の構成であるＰＲＦ範囲検出部８を付
加した構成となっている。ＰＲＦ範囲検出部８は、条件
設定部７に対しスキャン条件の一つであるサンプリング
レートを変更し設定するための信号を供給する。

ここで、ＰＲＦ範囲検出部８は、周波数解析器４からデ
ィジタル態様の平均周波数ｆ（又は最大周波数ｆ、、、
）の最大値及び最小値を検出するための前処理系をなす
コンパレータ２０及びフリップフロップ２１と、この前
処理系により調整された平均周波数Ｔに基づき平均周波
数Ｔの最大値及び最小値を検出する系として最大値レジ
スタ（ＭＡＸ　　ＲＥＧ）２２．最小値レジスタ（ＭＩ
Ｘ　　ＲＥＧ）２３．ラッチ２４．ウィンドウコンパレ
ータ２５．アンドゲート２６．アンドゲート２７．加算
器２８と、サンプリングレートを変更し設定するための
信号としてサンプリングレートアップ信号、サンプリン
グレートダウン信号を出力し条件設定部７に与える系で
あるロジック回路２９とから構成されている。

上記の如くのＰＲＦ範囲検出部８において、コンパレー
タ２０には周波数解析器４からディジタル態様の平均周
波数Ｔ（又は最大周波数ｆ　＋ｓａ、）と、速度零つま
りＯＨｚとが入力される。そして、フリップフロップ２
１は、コンパレータ２０の出力、つまりＯＨｚを超える
ディジタル態様の平均周波数ｆを入力する。これにより
、フリップフロップ２１の出力としては、測定値の平均
周波数ＴがＯＨｚを横切ったときのみ（表示における平
均周波数ＴがＯＨｚを横切ったときではない。）に、順
流、逆流の極性が反転して、反転信号を出力し、コレラ
平均周波数ｆ　（７）　Ｍ　Ｓ　Ｂ　（ＭＯ３Ｔ　５Ｉ
ＧＮＩＦＩＣＡＮＴＢＩＴ）とする。

この前処理系にて、測定値上で折り反りが発生しない平
均周波数Ｔの値が得られ、ラッチ２４゜ウィンドウコン
パレータ２５．アンドゲート２６゜アンドゲート２７に
より時相の判定が行われる。

よって、最大値レジスタ（ＭＡＸ　　ＲＥＧ）２２には
、平均周波数Ｔの時相毎の最大値Ａが格納され、また、
最小値レジスタ（ＭＩＸ　　ＲＥＧ）２３には、平均周
波数Ｔの時相毎の最小値Ｂが格納される。

そして、加算器２８においては、最大値と最小値との差
分値Ａ−Ｂが求められ、ロジック回路２９に与えられる
。このロジック回路２９には、判定値としてδとσとが
入力されている。ここで、δは、１．ＯＸ　ｆｓ　、　
０．９　Ｘ　ｆｓ等であり。また、σは、０．２５Ｘ　
ｆ　ｓ　、・・・、　０．１０Ｘ　ｆ　ｓ等である。

ロジック回路２つにおいては、Ａ−Ｂ≧δと、Ａ−Ｂ＜
σとが判定されるが、Ａ−Ｂ≧６は、サンプリングレー
）ｆｓが低すぎて折り返りが発生している場合であり、
Ａ−Ｂ＜σは、サンプリングレートｆｓが高さすぎてス
ペクトラムが小さいものとなっている場合である。なお
、Ａ−Ｂ−ｆｓの場合は、順流及び逆流ともに飽和して
いる場合である。また、平均周波数Ｔを用いる場合は、
分散を考慮して余裕を持たせる必要があるので、０．９
　Ｘ　ｆ　ｓ等を採用するのが好ましい。

以上において、Ａ−Ｂ≧δが成立したときは、サンプリ
ングレートｆｓが低すぎて折り返りが発生している場合
であるので、このときは、サンプリングレートｆｓを上
げるべくｆ　ｓ　−ｆ　ｓ＋Δｆｓとする。ここで、Δ
ｆｓは、例えば５００Ｈｚとする。この新規のサンプリ
ングレートｆｓを条件設定部７に対して与え、前のサン
プリングレー）ｆｓをリセットし、新規のサンプリング
レートｆｓを設定する。そして、再び、最大値及び最小
値を検出し、上述の処理を実行する。

一方、Ａ−Ｂ＜σが成立したときは、サンプリングレー
トｆｓが高すぎてスペクトラムが小さいものとなってい
る場合であるので、このときは、サンプリングレートｆ
ｓを下げるべくｆ　ｓ　”　ｆ　ｓ−Δｆｓとする。こ
こで、Δｆｓは、例えば５００’Ｈｚとする。この新規
のサンプリングレート【Ｓを条件設定部７に対して与え
、前のサンプリングレートｆｓをリセットし、新規のサ
ンプリングレートｆｓを設定する。そして、再び、最大
値及び最小値を検出し、上述の処理を実行する。

なお、サンプリングレートｆｓの設定範囲に関し、ＣＷ
法においては、可変できるサンプリングレートｆｓの範
囲内でｆｓを可変設定するものとし、また、ＰＷ法にお
いては、ＰＲＦで視野深度を制限するのでサンプルポジ
ションで定まるＰＲＦ以下の範囲の条件下で可変設定す
るものである。

以上の実施例は、零ラインが固定化されているもとて適
切なサンプリングレートｆｓを自動設定することができ
る装置の説明であるが、次に、スペクトラムが小さすぎ
る場合や折り返りが発生した場合に、サンプリングレー
トｆｓを変更するのではなく、零ライン（ＯＨｚ）を可
変設定することができる装置の説明をする。

第３図は本実施例の超音波ドプラ血流測定装置のブロッ
ク図、第４図は同装置における制御部の詳細な回路図、
第５図〜第７図は同実施例の作用を示す図である。

第３図に示すように、本実施例の超音波ドプラ血流ａす
定装置は、従来の装置の構成である超音波プローブ１と
、送受信器２２位相検波器３１周波数解析器４．メモリ
５２表示系６．スキャン条件や表示条件を設定する条件
設定部７′に、新規の構成である平均演算部９．加算器
１０．制御部１１、加算器１２を付加した構成となって
いる。

ここで、平均演算部９は、表示系１ライン毎の平均周波
数Ｔの値ｍを求めるものである。また、加算器ｌＯは、
メモリ５の出力のドツプラスペクトラムと平均演算部９
の出力である平均周波数Ｔの値ｍとを合成するものであ
る。さらに、制御部１１は、平均周波数Ｔの値ｍが零ラ
イン（ＯＨｚ）を横切らずに、逆−順又は順−逆に変化
したとき、つまり折り返りの発生を検出し、そして、逆
−順に変化したときは、零ラインをシフトアップさせる
べく、順→逆に変化したときは、零ラインをシフトダウ
ンさせるべく、制御信号又はシフト量を出力する。加算
器１２は、制御部１１から出されたシフトアップ又はシ
フトダウン量と条件設定部７で設定された零ラインとを
加算して、変更された零ラインの信号を得てメモリ５に
与え、表示系６における新規の零ラインを設定する。

ここで、表示系１ライン毎の平均周波数Ｔの値ｍを求め
る平均演算部９は、公知のものであるので、ここでは、
制御部１１について第４図を参照して詳細に説明する。

すなわち、制御部１１は、平均周波数Ｔのにライン目の
値をｍｋとしたとき、ｍ　ｈ　＋！：　ｍ　ｋ−＋との
差分値Δｍ、を求め且つ当該差分値Δｍｔ（−ｍｋ〜ｍ
ｋ−１）を出力すると共に、該差分値ΔｍｋがＯＨｚを
横切ったときのみ、順流、逆流の極性が反転して、反転
信号を出力し、これを差分値ΔｍｋのＭＳＢとして出力
するラッチ３０．加算器３１からなる系と、この系から
の差分値Δｍ、を入力すると共に予め定めた判定基準値
＋ξ、−ξを入力し、それらの比較を行い、逆−順に変
化したときの折り返りを検出し、また、順−逆に変化し
たときの折り返りの発生を検出する２つのウィンドウコ
ンパレータ３２，３３と、この２つのウィンドウコンパ
レータ３２，３３の出力と差分値Δｍ、のＭＳＢとの符
号によりシフトアップ又はシフトダウン量を生成するア
ンドゲート３４’、３５とから構成されている。

ここで、逆−順又は順−逆に変化し、折り返りが発生し
ていることを差分値Δｍｋにて検出するのは、急峻な変
化のときには平均周期数Ｔの値ｍがｍｍＱＨ２とならな
いことがあるので、折り返りでないことの検出に平均周
期数Ｔの値ｍをそのまま使うと誤動作を招く。これを防
止するために、表示系１ライン毎の平均周波数Ｔの値ｍ
の差分値Δｍｈを、判定基準値と比較する方法を用いて
いる。

上記において、第５図（ａ）に示すように、“口”のと
ころでΔｍｋ＜−ξとなるので、この第５図（ａ）に対
応して本実施例を示す第５図（ｂ）によれば、“口”の
ところで零シフトダウンとなる。この結果、第５図（ｂ
）に示すように、口”以降では折り返りは発生しない。

また、ノイズ性のドプラ画像の場合は、本実施例の制御
系が動作する前に、第５図（ａ）に示すように、“イ″
のところで、逆方向に零シフトアップが発生すると、こ
の系は安定しない。これを防ぐために、前述のｒｒ３に
は、平均値であるとしているが、最大値を用いるように
してもよい。さらに、１ライン毎の平均値又は最大値で
はなくして、その直前数ラインの平均値（移動平均）で
もよい。

なお、第５図の説明をさらに具体的に説明すると、次の
ようになる。すなわち、判定基準値ξとしては表示幅の
３／４又は３／４以上等の値を用いるが、差分値Δｍｋ
が判定基準値ξより大（〉０）のときには、第６図（ａ
）に示すように、逆−順に変化し、折り返りが発生して
いるので、第６図（ｂ）に示すように、零シフトアップ
する二また、差分値Δｍ、が判定基準値ξより小（く０
）のときには、第７図（ａ）に示すように、順→逆に変
化し、折り返りが発生しているので、第７図（ｂ）に示
すように、零シフトダウンする。

上記においては、第１図及び第２図において、零ライン
が固定化されているもとて適切なサンプリングレートｆ
ｓを自動設定することができる装置を例示し、また、第
３図〜第７図において、スペクトラムが小さすぎる場合
や折り返りが発生した場合に、サンプリングレートｆｓ
を変更するのではなく、零ライン（ＯＨｚ）を可変設定
することができる装置を例示しているが、この２方式を
組合わせた装置、つまり、サンプリングレー）ｆｓ及び
零ライン（ＯＨｚ）を自動可変設定するように、第１図
及び第２図の構成と第３図及び第４図の構成とを併設す
るようにしてもよい。

この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施できるものである。

［発明の効果コ以上のように請求項１の発明によれば、測定により得ら
れる平均周波数又は最大周波数に基づき折り返りの発生
を判定でき且つ該判定により自動的に折り返りが発生し
ないようなサンプリングレートを設定できるので、見易
いスペクトラム表示を得ることができる。

よって、本発明によれば、折り返りが発生しない見易い
スペクトラム表示を得ることが可能な超音波ドプラ血流
７ｆｌｌｊ定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波ドプラ血流測定装置の第
１の実施例のブロック図、第２図は第１図の装置におけ
るＰＲＦ範囲検出部の詳細な回路図、第３図は本発明に
かかる超音波ドプラ血流測定装置の第２の実施例のブロ
ック図、第４図は第３図の装置における制御部の詳細な
回路図、第５図〜第７図は第３図の装置の作用を示す図
、第８図及び第９図は折り返り現象及び該現象をサンプ
リングレートの設定変更で解消する手法を示す図、第１
０図は折り返り現象及び該現象を零シフトで解消する手
法を示す図である。１・・・超音波プローブ、２・・・送受信器、３・・・
位相検′波器、４・・・周波数解析器、５・・・メモリ
、６・・・表示系、７，７−・・・条件設定部、８・・
・ＰＲＦ範囲検出部、９・・・平均演算部、１０・・・
加算器、１１・・・制御部、１２・・・加算器、２０・
・・コンパレータ、２１・・・フリップフロップ１１．
２２・・・最大値レジスタ（ＭＡＸ　　ＲＥＧ）　、２
３・・・最小値レジスタ（ＭＩＸ　　ＲＥＧ）、２４・
・・ラッチ、２５・・・ウィンドウコンパレータ、２６
・・・アンドゲート、２７・・・アンドゲート、２８・
・・加算器、２９・・・ロジック回路、３０・・・ラッ
チ、３１・・・加算器、３２．３３・・・ウィンドウコ
ンパレータ、３４．３５・・・アンドゲート。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦＋＋−＋＋−−＋−符号 −＋−＋−ｌａｍｌ−ξ （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５図（ａ）（ｂ）（ａ）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）箔７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超音波を所定のサンプリングレートで生体中に送
波し、その反射信号を周波数解析することにより反射波
のドプラ偏移周波数を検出して血流速を測定し、該血流
速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係にて表示する
ようにした超音波ドプラ血流測定装置において、少なく
とも１心拍中の前記周波数解析により得られる平均周波
数又は最大周波数における最大値及び最小値を検出し該
最大値及び最小値に基づき折り返りが発生しているか否
かを判定する判定手段と、この判定手段により折り返り
が発生していると判定されたとき前記サンプリングレー
トを変更し設定する設定手段とを具備したことを特徴と
する超音波ドプラ血流測定装置。
（２）超音波を所定のサンプリングレートで生体中に送
波し、その反射信号を周波数解析することにより反射波
のドプラ偏移周波数を検出して血流速を測定し、該血流
速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係にて表示する
ようにした超音波ドプラ血流測定装置において、少なく
とも１心拍中の前記周波数解析により得られる平均周波
数における変化分を検出し該変化分に基づき折り返りが
発生しているか否かを判定する判定手段と、この判定手
段により折り返りが発生していると判定されたとき表示
における零ラインを変更し設定する設定手段とを具備し
たことを特徴とする超音波ドプラ血流測定装置。
（３）超音波を所定のサンプリングレートで生体中に送
波し、その反射信号を周波数解析することにより反射波
のドプラ偏移周波数を検出して血流速を測定し、該血流
速測定値を時間軸と順・逆流速軸との関係にて表示する
ようにした超音波ドプラ血流測定装置において、少なく
とも１心拍中の前記周波数解析により得られる平均周波
数又は最大周波数における最大値及び最小値を検出し該
最大値及び最小値に基づき折り返りが発生しているか否
かを判定する第１の判定手段と、この判定手段により折
り返りが発生していると判定されたとき前記サンプリン
グレートを変更し設定する第１の設定手段と、少なくと
も１心拍中の前記周波数解析により得られる平均周波数
における変化分を検出し該変化分に基づき折り返りが発
生しているか否かを判定する第２の判定手段と、この判
定手段により折り返りが発生していると判定されたとき
表示における零ラインを変更し設定する第２の設定手段
とを具備したことを特徴とする超音波ドプラ血流測定装
置。