JPH0259734B2 - - Google Patents

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装置、特に超音波のドプ
ラ信号を用いて運動反射体の速度を測定表示する
ことのできる超音波ドプラ装置に関する。

［従来の技術］ 近年、超音波によるイメージング画像に加え、
運動する反射体、例えば心臓内あるいは血管内の
血流速度、渦流等を観測するため超音波ドプラ装
置が用いられている。該超音波ドプラ装置は、キ
ヤリアで変調されたパルス超音波を生体内に放射
し、該パルスの送受信の時間から生体内の臓器の
位置を測定するとともに、キヤリアの周波数偏移
から生体内の運動反射体の速度あるいは速度の方
向等を測定する。

しかしながら、前記パルス超音波を用いた運動
反射体の速度測定は、前述したように、周波数偏
移に基づいて測定しており、測定可能な速度はパ
ルス繰返し周波数（Pulse Repetition
Frequency）の半分に相当する速度に限定される
という問題があつた。そこで、測定可能な速度を
高めるために、連続波（Continuous Wave）に
よる測定が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 運動反射体の速度測定に連続波を用いれば、原
理的には測定可能な速度の限界は無いことになる
が、実際には測定する反射体以外の場所からの反
射エコーを同時に取り込み、受信された超音波信
号は不必要な部分の速度のエネルギ成分を含んだ
ものとなり、測定速度に限界を生じ正確な速度が
得られないという欠点があり、また常に送受信を
行うことからトランスデユーサが２個必要となつ
て単一のトランスデユーサにて超音波の送受信が
できないという問題があつた。

［発明の目的］ 本発明は前記問題点に鑑みなされたものであ
り、単一のトランスデユーサにて超音波送受波を
行い、反射体の運動速度を測定する場合に測定速
度の限界をなくし、連続波の超音波を用いた測定
と同等の効果を得ることのできる超音波ドプラ装
置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記問題点を解決するために、本発明は、超音
波を放射するトランスデユーサから運動反射体ま
での超音波の往復伝搬時間の２倍の時間を奇数ｎ
（ｎ＝１，３，５……）で割つた繰返し時間で超
音波パルスを生体内に送受信するとともに、該超
音波パルスはパルス占有率を約50％に設定するこ
とにより、超音波のドプラ効果を用いて生体内の
運動反射体の速度を測定する超音波ドプラ装置に
おいて、測定速度の限界が無く、正確な速度を測
定することができる。

［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Ｂモード表示ができる機能を備えた
超音波ドプラ装置に本発明を適用した装置のブロ
ツク図が示され、発振器１０から出力された発振
信号はアンド回路１２に入力されており、Ｂモー
ド表示を行う場合には、制御部１４の制御信号に
基づいて一定周期にて繰り返される繰返し発振信
号とされてアンド回路１２から出力される。該ア
ンド回路１２の出力はトランスデユーサ１６に入
力され、一定の繰返し周波数の超音波に変換れ、
生体１８に放射されており、生体内からの反射波
は同じトランスデユーサ１６にて受信され増幅器
２０に入力される。そして、増幅器２０の出力は
帯域フイルタ２２を介してＢモード表示のための
処理を行うイメージングデータ処理部２４に入力
されており、このデータ処理部２４の演算処理信
号に基づいて超音波が送受波された生体内の断層
像が表示部２６に表示される。

本発明において特徴的なことは、トランスデユ
ーサ１６から運動反射体までの超音波の往復伝搬
時間の２倍の時間を奇数ｎ（ｎ＝１，３，５……）
で割つた繰返し時間で超音波パルスを生体内に送
信し、かつ該超音波パルスはパルス占有率が約50
％に設定されていることである。前記表示部２６
に表示された生体内のＢモード画像上で選択され
た運動反射体の速度を求める場合には、イメージ
ングデータ処理部２４から引き出された運動反射
体までの超音波の往復の伝搬時間が制御部１４に
よつて発振パルス形成部２８に入力されており、
ここで、超音波の往復の伝搬時間の２倍の時間を
奇数で割つた繰返し時間を有し、かつ該パルス繰
返し時間の約50％の占有率の超音波パルスを放射
するための発振パルス信号が得られる。そして、
発振パルス形成部２８の奇数ｎをｎ＝１に設定す
ると、第２図に示されるように、送信波、受信波
ともに超音波の往復伝搬時間Ｔの間、切れ目なく
連続的に放射された連続超音波となる。

第２図には、運動反射体が近くにある場合（第
２図ａ）、運動反射体が中間にある場合（第２図
ｂ）及び運動反射体が遠くにある場合（第２図
ｃ）において放射される超音波が示されており、
運動反射体の距離によつて超音波の送信の繰返し
時間が変化するが、Ｂモード画像形成の際に用い
られる超音波パルス波と比較すると、超音波の送
受信が行われない時間が存在せず、連続波を放射
させる意味において全く無駄の無いことが理解さ
れる。

このようにすれば、受信信号の単位時間当りの
エネルギを大きくすることができ、受信信号の
Ｓ／Ｎ比を連続波を使用したときのＳ／Ｎ比とほ
ぼ同程度まで向上させることが可能となる。

すなわち、超音波送信波パルス占有率は50±20
％の範囲内に設定されることが好ましく、例え
ば、この占有率を50％より極端に小さくすると、
減らした分の単位時間当りの信号のエネルギは減
少し、また50％より極端に大きくすると、超音波
を送信して受信するときの信号エネルギの漏れを
阻止するために受信時のゲート幅を狭くしなけれ
ばならず、結果としてゲート出力の信号エネルギ
も減少することとなるので、送信超音波のパルス
占有率は約50％に設定することにより最も効率良
く信号を抽出できることが理解される。

また、前述したような連続超音波により運動反
射体の速度を測定る場合には、測定する部位以外
の場所からの反射エコーを同時に取り込みキヤリ
アに側帯波を生じて速度測定に制限がされるとい
う問題があるが、これは前述した超音波の往復の
伝搬時間の２倍の時間を割る奇数ｎを大きくする
ことにより解決できる。

すなわち、第３図ａ示されるように、超音波の
中心周波数をf₀、パルス繰返し周波数を１／T₁と
すると周波数f₀±（１／T₁）の第１側帯波が存在
するので、運動反射体の速度を測定するには図の
斜線で示される周波数f₀±（１／2T₁）のキヤリア
通過域を設定し、この通過域内の中心周波数f₀の
偏移を測定することとなる。しかしながら、キヤ
リアに存在する２個の第１側帯波周波数f₀±
（１／T₁）が中心周波数f₀近くに存在すると、運
動反射体の速度が大きく周波数が大きく偏移する
場合には、このキヤリア通過域に第１側帯波が混
入し中心周波数f₀の偏移と混同を生じ、一般に折
返し（Alising）といわれる現象の原因となる。
そこで、前述したように、超音波の繰返し送信時
間（超音波の往復時間の２倍時間）を1/3（ｎ＝
３）にするとT₂＝T₁／３となり、この場合の第
１側帯波の周波数はf₀±（１／T₂）＝f₀±（３／T₁）
となるので、ｎ＝１の場合に比べて中心周波数f₀
と第１側帯波の周波数差が広くなることが理解さ
れる。

そして、このときの超音波の送信波と受信波の
関係は第４図に示されており、第４図ａはｎ＝１
の場合であり、第４図ｂはｎ＝３の場合である。
図からも明らかなように、超音波の往復伝搬時間
のＴ／３の時間だけ連続超音波を照射し、この超
音波が反射体から帰つてくる間に、すでに放射済
の超音波の受信とその後にもう一度Ｔ／３時間の
超音波送信とを行うものである。従つて、超音波
の送信と受信のいずれかが常に行われており、奇
数ｎを大きくして第１側帯波の影響を除去すれば
連続波を生体内に照射したときと同じ効果を得る
ことができる。

また、前記発振パルス形成部２８において、超
音波の往復伝搬時間の２倍の時間を割る数を奇数
とせず、偶数にて割ることも可能であるがこれに
よれば制御方法が複雑となり、また送受波してい
ない空き時間が生じることになる。これらのこと
から、奇数ｎで割つた繰返し時間で超音波を送信
することが極めて効率的である。

以上のようにして超音波の送受波作用を行わ
れ、トランスデユーサ１６（第１図）で受信され
る受信信号は増幅器２０と帯域フイルタ２２を介
してアンド回路３０の一方の入力側に入力されて
おり、またアンド回路３０の他方の入力側にはデ
イレー３２から出力されたゲート信号が入力され
ている。該ゲート信号は制御部１４の制御信号に
基づいて発振パルス形成部２８から得られた発振
信号を、放射された超音波が反射体から戻つてく
る時間だけ遅らされた信号であるから、アンド回
路３０の出力には運動反射体からの超音波受信信
号のみが取り出されることとなる。該アンド回路
３０の出力はドプラ計測部３４に入力されてお
り、キヤリアの周波数偏移量から運動反射体の速
度が求められ表示部３６に表示される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、トラン
スデユーサから運動反射体までの超音波の往復伝
搬時間の２倍時間を奇数で割つた繰返し時間で、
かつ該パルス繰返し時間の約50％の占有率にて超
音波パルスを生体内に送受信するようにしたの
で、従来装置において測定できなかつた速い速度
の運動反射体を検出することができ、連続数を用
いて測定した場合とほぼ同等の高い精度にて運動
反射体の速度を測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ドプラ装置の好適
な実施例を示すブロツク図、第２図は超音波の送
信と受信との関係を示す説明図、第３図は超音波
の送受波の繰返し時間を変えたときのキヤリアの
パワースペクトラムを示す説明図、第４図は超音
波の送受波の繰返し時間を変えたときの超音波の
送信波と受信波の関係を示す説明図である。 １０……発振器、１４……制御部、１６……ト
ランスデユーサ、１８……生体、２０……増幅
器、２２……帯域フイルム、２４……イメージン
グデータ処理部、２６……表示部、２８……発振
パルス形成部、３６……表示部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波ドプラ効果を用いて生体内の運動反射
   体の速度を測定する超音波ドプラ装置において、
   超音波を放射するトランスデユーサから運動反射
   体までの超音波の往復伝搬時間の２倍の時間を奇
   数で割つた繰返し時間で、かつ該パルス繰返し時
   間の約50％の占有率にて超音波パルスを生体内に
   送受信し、運動反射体の速度を広範囲かつ正確に
   測定することを特徴とする超音波ドプラ装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、Ｂモ
   ード表示ができる機構を備え、速度を測定する運
   動反射体をＢモード画像上で選択し、トランスデ
   ユーサから運動反射体までの超音波の往復伝搬時
   間をＢモード表示した超音波パルスにて求めるこ
   とを特徴とする超音波ドプラ装置。