JPH0247212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は超音波ドプラ診断装置、特に生体内部
の血流の検出あるいは血流速度、血流量等を測定
するための改良された超音波ドプラ診断装置に関
する。

［従来技術］ 生体内の運動部例えば心臓、血管等の血流を無
侵襲にて検出又は計測するために超音波ドプラ法
が広く用いられている。

一般に、血流に対して超音波が送受波される
と、このときの血流の移動量によつて超音波周波
数は偏移を受け、これによつて、前記血流に動き
を知ることができる。

しかしながら、一般に、血流からの超音波反射
波は血流周辺にある血管壁、臓器壁からの反射信
号（以下壁信号という）と混在することとなり、
特に血流信号は壁信号に比べて微弱であるという
問題がある。

前記壁信号を小さくするために、超音波ビーム
を尖鋭にすることが好適であるが、このような尖
鋭化にも限界があり、通常の場合、反射波には高
レベルの壁信号と低レベルの血流信号との両者が
共に含まれることとなり、この結果、本来必要と
する血流信号に対して強い壁信号が大きな妨げと
なる欠点があつた。

前記血流信号と壁信号との分離は従来において
も、周波数の差によつて行われ、すなわち、壁信
号は元来動きのない部分からの反射波であり、超
音波ドプラ法によつて参照波との比較が行われた
後においてはその周波数は低くなり、一方、動き
のある血流からの反射波は超音波ドプラ作用によ
つて高い周波数となり、この周波数差を用いて両
者の分離が行われている。両信号が混在した出力
はフイルタを通すことにより、弱い血流信号に比
較して強いけれども低い周波数である壁信号が除
去可能である。

しかしながら、このような従来装置において
も、微細血管においては壁信号と血流信号との出
力レベル比が極めて大きく、血流信号を十分に検
出できる程度に大きな増幅度を与えると、受信部
内では強い壁信号出力によつて飽和してしまい、
この結果、本来必要とされる血流信号の検出自体
が困難になつてしまうという問題があつた。

［発明の目的］ 本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、微細血管や心臓壁に近い血流を有効に検出
可能な改良された超音波ドプラ診断装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ 上記目的を達成するために、本発明は超音波を
生体内に放射しその反射波を受信して受信波と参
照波とを比較し周波数偏移を検出して生体内所望
部位の血流の検出、血流速度及び血流量の測定を
行う超音波ドプラー診断装置であつて、受信波を
対数的特性で増幅する受信器と、入力に対して逆
対数的出力特性を有する複数の逆対数変換器と、
リミツタ及び差演算器からなり前記受信器の出力
信号を低振幅領域と高振幅領域とに分割して前記
複数の逆対数変換器へ入力する振幅分割器と、増
幅器と加算器とからなり前記複数の逆対数変換器
からの出力特性を同一比率に調整して加算する重
み付け加算器と、を含み、微弱な血流信号を確実
に検出可能としたことを特徴とする。

［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
置の好適な実施例が示されており、発振器１０は
安定な高周波信号を発生し、この発振器１０の出
力は駆動回路１２を介して探触子１４の送信用圧
電素子１４ａを駆動する。従つて、圧電素子１４
ａからは生体１６内に向けて超音波が放射され、
生体１６内部からは反射波が生じ、この反射波は
探触子１４に設けられている受信用圧電素子１４
ｂにて受信され、電気信号に変換される。

前記受信された電気信号は受信器１８によつて
増幅され、本発明において、この受信器１８が対
数増幅特性を有することを特徴とする。

すなわち、前述したように、受信用圧電素子１
４ｂから受信器１８に入力される電気信号には出
力レベルの大きな強大な壁信号と検出対象である
微弱な血流信号とが含まれており、通常の増幅特
性では、前記壁信号と血流信号との比が非常に大
きいため増幅器が飽和してしまい、この結果、微
弱信号である血流信号の検出が困難になるという
欠点があつた。そして、血管が微細になればなる
ほど、前記壁信号と血流信号との強弱比が増加
し、一層血流信号の検出が困難となつていた。

本発明は、前述したように、受信器１８に対数
的増幅特性をもたせたことにより、前記微弱信号
の検出可能な飽和のない受信器構成を達成可能で
ある。

前記対数的増幅特性を有する受信器１８として
は公知の対数増幅器あるいは自動利得制御回路を
有する増幅器等を用いて容易に構成可能である。

前述した受信器１８の出力は前記発振器１０か
らの信号とともにミキサ２０に供給され、発振器
１０からの信号を参照波として両者が混合検波さ
れる。

ミキサ２０の出力は低減フイルタ２２を通り、
ミキサ２０の両入力周波数の差の周波数すなわち
両信号の比較によつて生じた周波数偏移信号が取
り出される。しかしながら、この周波数偏移信号
中には血管壁や心臓壁等のゆつくりした運動によ
る強大ではあるが低周波数の信号と血液の流れに
伴う微弱ではあるが周波数の高い血流信号を含ん
でおり、これらの両信号の分離が必要である。

前記分離は、高域フイルタによる周波数分離に
て達成可能であるが、本発明においては、前述し
たように、その受信時において対数的増幅特性を
用いているので、壁信号（強信号）と血流信号
（弱信号）との混在時にも強信号によつて受信器
が飽和することはないが、一方において、弱信号
に対して受信利得がはなはだしく低下していると
いう問題がある。

従つて、この低レベルの信号から血流信号を検
出することは困難であり、このために、本発明に
おいては、前記対数増幅特性を補償するために逆
対数変換器による再変換が行われ、この逆対数変
換特性は、受信器１８の対数的増幅特性とは逆の
関係を有する。従つて、このような逆対数変換に
より全体として受信器１８での対数増幅が補償さ
れ、直線回路で増幅したものと同様に、強信号の
レベルに関係なく血流信号をも確実に検出可能な
一定の総合利得を得ることができる。

前記逆対数変換器としては、対数的特性を有す
る回路をフイードバツク回路に有する増幅器で実
現可能であり、また公知のアンチログ回路を用い
てもよい。もつとも、このアンチログ回路は出力
の直線範囲に制約を受けるので比較的狭い動作範
囲に適する。

図示した実施例は、前記アンチログ回路の欠点
である出力動作範囲を拡大できる特徴を有し、こ
のために、振幅分割が行われる。

すなわち、前述した低域フイルタ２２の出力は
リミツタ２４及び差演算器２６から成る振幅分割
器２８に印加される。ここで、リミツタ２４は入
力振幅を制限するめに有用である。

第２図Ａは低域フイルタ２２から振幅分割器２
８に印加される入力波形を示し、これに対して、
リミツタ２４の出力は第２図Ｂで示されるよう
に、上下をスライスされた信号となる。

リミツタ２４の入出力差は差演算器２６にて演
算され、その出力は第２図Ｃで示される。従つ
て、振幅分割器２８によつて、入力Ａは出力Ｂ及
びＣに２分割されたことが理解される。

そして、リミツタ２４及び差演算器２６の出力
Ｂ及びＣは本発明の特徴である逆対数変換器３
０，３２によつてそれぞれ逆対数特性の出力を発
生させる。

前述したように、両逆対数変換器３０，３２は
フイードバツクに対数特性回路を用いた増幅器で
容易に実現可能である。

第３図には、本発明の特性図が示され、横軸に
入力振幅、そして縦軸に出力振幅がとられてい
る。

図において、ａ曲線は受信器１８及び低域フイ
ルタ２２から成る受信部の入出力特性であり、そ
の出力は振幅分割器２８の入力となる。前記曲線
ａは振幅分割器２８によつて２分割されており、
低振幅側すなわち０〜ｂ範囲は逆対数変換器３０
により変換され、この結果、総合的な増幅特性は
折れ線ｃで求められ、図においては、入力の100
倍の範囲を直線的に変換する特性が得られる。従
つて、入力が比較的小さい場合には、この低振幅
領域での出力信号を用いることができる。

一方、入力が大きい場合には、出力が過大とな
ることを防ぐため、本実施例では、更に追加され
た逆対数変換器３２が設けられ、逆対数変換器３
２には差演算器２６からスライスされた残りの部
分の信号波形Ｃが供給されているので、この入力
曲線ｄではｅのごとき直線的な特性を示す。

もちろん、この直線ｅの傾斜はｃ曲線の1/100
であることは明らかである。

以上のように、本実施例においては、振幅分割
器２８によつて２分割された出力がそれぞれ別個
に直線特性に変換され、広範囲の入力信号に対し
て検出作用を可能とする。

そして、前述したように、実施例における両変
換器３０，３２の出力はその重みが異なるため、
実施例においては、両者の重み付け調整が行わ
れ、このために、両変換器３０，３２の出力は重
み付け加算器３４に印加される。

重み付け加算器３４は実施例において逆対数変
換器３２の出力を増幅する増幅器３６と該増幅器
３６の出力と前記逆対数変換器３０の出力とを加
算する加算器３８とを含み、実施例において、増
幅器３６の利得は100に設定されており、前記特
性ｃとｅとが同一の比率に調整される。

従つて、加算器３８は前記振幅分割された両信
号を同一条件で加算することができ、この出力は
第３図において高振幅側の特性ｆで示されてい
る。

前記重み付け加算器３４の出力は高域フイルタ
４０に供給されて、前述したごとく、血管壁や心
臓壁の運動による強い低周波成分が除去され、こ
れによつて、弱い高周波成分である血流信号が高
域フイルタ４０の出力として取り出される。この
周波数による分離は血流速度が速いほど良好とな
ることが理解される。

前記高域フイルタ４０の出力は速度演算器４２
に供給されて血流速度の演算が行われ、前記高域
フイルタ４０と速度演算器４２とによつて信号処
理器４４が形成されている。

前述した実施例においては、振幅分割器２８は
入力を２分割しているが、この分割数は２以上の
任意の複数に設定可能である。

また、実施例は連続波型ドプラ装置の一例を示
すが、本発明は、更に従来のパルス型ドプラ装置
も適用可能であり、更にそれらの任意に選択した
二次元ドプラ装置にも応用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、受信器
において対数的増幅を行い、これによつて、壁信
号に基づく受信側増幅器の飽和を防止し、微弱な
血流信号を有効に検出することができ、またこの
対数的特性は後段において逆対数変換することに
より壁信号と血流信号との分割を極めて容易に行
い、検出精度の高い血流の測定を可能とする。

【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
好適な実施例を示す回路図、第２図は第１図の装
置の振幅分割作用を示す波形図、第３図は本実施
例における対数及び逆対数変換作用を示す特性図
である。 １４……探触子、１６……生体、１８……受信
器、２０……ミキサ、２２……低域フイルタ、２
４……リミツタ、２６……差演算器、２８……振
幅分割器、３０，３２……逆対数変換器、３４…
…重み付け加算器、４０……高域フイルタ、４２
……速度演算器、４４……信号処理器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を生体内に放射しその反射波を受信し
   て受信波と参照波とを比較し周波数偏移を検出し
   て生体内所望部位の血流の検出、血流速度及び血
   流量の測定を行う超音波ドプラ診断装置であつ
   て、 受信波を対数的特性で増幅する受信器と、 入力に対して逆対数的出力特性を有する複数の
   逆対数変換器と、 リミツタ及び差演算器からなり前記受信器の出
   力信号を低振幅領域と高振幅領域とに分割して前
   記複数の逆対数変換器へ入力する振幅分割器と、 増幅器と加算器とからなり前記複数の逆対数変
   換器からの出力特性を同一比率に調整して加算す
   る重み付け加算器と、を含み、 微弱な血流信号を確実に検出可能としたことを
   特徴とする超音波ドプラ診断装置。