JPH03228750A - 超音波血流測定装置 - 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、超音波を用いて生体内の血流情報を得て、２
次元的に画像表示する超音波血流測定装置の改良に関す
る。

（従来の技術） 超音波ドプラー効果を用いた超音波血流測定装置の動作
原理は以下のとおりである。即ち、生体内に周波数ｆ。

の超音波が放射されると、ある速度で移動している血流
がこの超音波を散乱するため、受信されるエコー信号に
は周波数ｆｄだけドプラー偏位を生じ、その周波数はｆ
＝ｆ０＋ｆｄとなる。このドプラー偏位ｆｄと、血流速
度Ｖとの間には、次の関係がある。

２　Ｖ−ｃｏｓθ ｆｄ丼　　　　　　・ｆ。−（１） Ｃ：生体中の音速 θ：血流方向と超音波ビームがなす角度従って、ドプラ
ー偏位ｆｄが抽出されれば、血流速度■の情報を得るこ
とができる。

具体的、こは、第５図に示すようにプローブ１により検
出されて送受信回路２に送られたエコー信号を位相検波
回路５が位相検波することによりドプラー偏位ｆｄが得
られる。位相検波回路５には、一般に９０°位相の異な
ったドプラー偏位ｆｃ＋の信号成分を含む信号Ｉ（ｔ）
とＱ（ｔ）を得ることのできる直交検波器が用いられる
。検出回路５が出力した信号Ｉ（ｔ）、Ｑ（ｔ）は、Ａ
／Ｄコンバータ６によりディジタル信号Ｉｉ、Ｑ□（ｉ
＝１．２・・・）に変換された後、心臓壁や血管壁から
の不要エコーであるクラッタ信号を除去するためにＭ　
Ｔ　ｉ　（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａ
ｔｉｏｎ）フィルタ１３に入力される。

Ｍ　Ｔ　ｉフィルタＩ３としては、１次ないし２次の巡
回型ディジタルフィルタなどが用いられる。

さて、ディジタル化されたドプラー信号Ｉ　ｉ。

Ｑｉは、次式のように表せる。

Ｘ＝＝　Ｉｉ十ｊＱｉ　　（ｊ＝ｆ：丁）　・・・（２
）ここでＸｌ（ｔ）として表されたドプラー信号につい
て、送受信の１周期（Ｔ秒）前のデータＸ、（ｔ−Ｔ）
との自己相関をとると、平均出力ＳコＲ＋Ｊ工が得られ
る。この平均出力Ｓが得られるとドプラー偏位の平均値
ｆｄは、次式により求められる。

この式（３）についての詳細な内容は特開昭５８−１８
８４３３号に記載されている。

また、ドプラー偏位の平均値ｆｄの回りの速度分散σ２
は１次のように表せる。

ここで、ｌ５（７月は、現在のデータと１周期（Ｔ秒）
前のデータとの自己相関値の絶対値を表し、５（Ｔ）１
＝／７扁肩フとして得られる。５（０）は現在データの
値で、Ｓ　（０）＝　Ｉ　ｉ２＋Ｑｉ２、即ちパワーを
示す。これらは、文献「超音波カラードプラ診断装置Ｊ
（電子通信学会技術報告ＵＳ８５−３６．１９８５年、
滑用他）などに詳述されている。

以上の処理が自己相関器１５および平均速度・分散演算
器１７により行なわれ、求められた血流の平均流速■お
よび流速の分散σ２を表す値は、ＤＳＣ（ディジタルス
キャンコンバータ）１９に書き込まれる。

一方、送受信回路２から出力されたエコー信号の一部は
増幅・検波回路３に入力されて増幅、検波され、Ｂモー
ドビデオ信号となり、Ａ／Ｄコンバータ４によりディジ
タル変換されＤＳＣ１９に書き込まれる。ＤＳＣ１９は
、Ｂモード断層画像データとドプラー血流情報データと
を、色相および輝度の情報に変換して、リアルタイムで
２次元的に表示器１１にカラー表示する。

ここで、Ｂモード断層画像とは、エコー信号強度を輝度
（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）変換してなるＢモード信号を
、プローブの機械的または電子的走査方向に沿って集め
ることにより一つの断層画像を構成したものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述した超音波血流測定装置においては、走査ライン数
ｍ、同−走査ラインでの繰返し送受信回数ｎ、送受信繰
返し周期Ｔ、フレームレートＦＲとの間に、次の関係が
ある。

ｍＸｎＸＴＸＦＲ”＝１　　−（５） なお、送受信繰返し周期Ｔは送受信繰返し周波数ｆｒの
逆数（１／ｆｒ）として表すこともできる。

ここで、ｆ　ｒ＝　４　ＫＨｚとした場合、式（５）は
第６図のように表される。即ち、走査ライン数ｍを増や
して表示視野角を大きくとろうとするほどフレームレ−
１−ＦＲが低下する。また、同一走査ラインでの繰返し
送受信回数ｎを増やして、測定精度を上げようとするほ
どフレームレ−）−ＦＲが低下する。従って現状の装置
では、これらのパラメータを用途・目的に応じて適宜設
定している。

ところで、心臓内血流に比入で、かなり低速度の腹部や
末梢血管の流速を測定しようとする場合、それらの部位
ではドプラー偏位ｆｄが血流速に比例して小さくなるた
め、その分、取り込みデータ長（時間）を長くしてドプ
ラー偏位を検出しなければならず、従来の装置では同一
走査ラインでの繰返し送受信回数ｎを増やすか、送受信
繰返し周波数ｆｒを小さくする必要がある。何れの場合
も式（５）の関係により、フレームレートＦＲが低下す
るという問題がある。具体的に説明すると、例えば、ｎ
　＝１０．　ｍ＝５０．　　ｆ　ｒ＝　２　ＫＨｚとし
た場合、式（５）からフレームレートＦＲは、２０００
／　（１０Ｘ　５０）＝４七となり、２次元血流表示画
面のチラッキが大きくなって見にくくなる。しかも表示
の左端と、右端では時間差が約１　／　４　’ｒｂ　＝
　２５０　ｍ　ｓｅｃも生じてしまう。なお、この場合
のデータ長は、ｎＸＴ＝＝ｎＸ１／ｆｒ＝１０Ｘ１／２
０００＝５ｍｓｅｃである。

このように、従来の超音波血流測定装置には、低速の血
流を高精度で計測しようとすると、フレームレートが低
下するという問題がある。

そこで本発明は上記問題点を解消するためになされたも
のであり、その目的とするところはフレームレートを低
下させることなく、低速血流においても高精度の血流計
測を行なうことのできる超音波血流測定装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、第１の発明は、生体内に放
射した超音波の反射波に含まれるエコー信号をＢモード
信号処理回路においてＢモード断層画像に変換するとと
もに、ドプラー信号処理回路において反射波に含まれる
ドプラー信号から生体内の血流情報を検出し、この血流
情報を前記Ｂモード断層画像に重畳して２次元的に表示
する超音波血流測定装置において、入力されたドプラー
信号を複数の信号処理部に順次分配するスイッチング回
路と、このスイッチング回路により分配されたドプラー
信号を順次処理するＭＴｉフィルタ。

相関演算器、平均速度・分散演算器からなる複数の信号
処理部とを前記ドプラー信号処理回路に備えたことを特
徴とする。

また、第２の発明は、生体内に放射した超音波の反射波
に含まれるエコー信号をＢモード信号処理回路において
Ｂモード断層画像に変換するとともに、ドプラー信号処
理回路において反射波に含まれるドプラー信号から生体
内の血流情報を検出し、この血流情報を前記Ｂモード断
層画像に重畳して２次元的に表示する超音波血流測定装
置において、人力されたドプラー信号を複数の信号処理
部に順次分配するスイッチング回路と、このスイッチン
グ回路により分配されたドプラー信号を順次処理するＭ
　Ｔ　ｉフィルタ、フーリエ変換器、平均速度・分散演
算器からなる複数の信号処理部とを前記ドプラー信号処
理回路に備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明においては、ドプラー信号処理回路に設けた複数
の信号処理部に、スイッチング回路を介して入力ドプラ
ー信号を順次分配すると、それぞれ信号処理部ごとに生
体内の血流情報が検出されて単位時間におけるドプラー
信号の処理量が増し、表示画面のフレームレートが向上
する。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は、第１の発明に係る超音波血流測定装置の一実
施例を示すブロック図である。

図において、プローブ１は図示しない被検査体である生
体に対して、送受信回路２から送られる超音波パルスを
出射するとともに、生体内の移動する血液からの反射波
を受信してエコー信号として送受信回路２へ送る。送受
信回路２はエコー信号を受信して、増幅・検波回路３、
位相検波回路５、走査ライン制御回路１２へそれぞれ送
る。増幅・検波回路３は、入力したエコー信号を増幅お
よび検波することによりＢモードビデオ信号にして。

Ａ／Ｄコンバータ４へ送る。Ａ／Ｄコンバータ４は、ア
ナログ信号として入力されたＢモードビデオ信号を、デ
ィジタル変換して、ＤＳＣ（ディジタルスキャンコンバ
ータ）９へ送る。ここで、送受信回路２．増幅・検波回
路３、Ａ／Ｄコンバータ４、ＤＳＣ９等はＢモード信号
処理回路を構成している。

位相検波回路５は、入力したエコー信号について直交位
相検波をしてドプラー偏位ｆｄを求め、Ａ／Ｄコンバー
タ６へ送る。Ａ／Ｄコンバータ６は、アナログ信号とし
て入力したドプラー偏位ｆｄをディジタル変換してドプ
ラー信号処理回路７へ送る。走査ライン制御回路１２は
、入力したエコー信号のタイミングに基づいて制御信号
を生成し、ドプラー信号処理回路７およびＤＳＣ９へ送
る。

ドプラー信号処理回路７内では、入力した制御信号に従
い、スイッチ制御回路７２がスイッチ７１の動作を制御
する。スイッチ７１は、スイッチ制御回路７２の指示に
基づいて、入力したドプラー偏位ｆｄをＭ　Ｔ　ｉフィ
ルタ７３．７４へ交互に送る。Ｍ　Ｔ　ｉフィルタ７３
．７４は、ドプラー偏位ｆｄ中に含まれるクラッタ信号
を除去して、それぞれ相関演算器としての自己相関器７
５．７６へ送る。自己相関器７５゜７６では、それぞれ
入力されたドプラー偏位ｆｄについて１周期前との自己
相関をとり、更に平均速度・分散演算器７７、７８では
、血液の移動速度■１゜■２および流速の分散σ１．σ
２′をそれぞれ求めてＤＳＣ９へ送る。ＤＳＣ９は、Ａ
／Ｄコンバータ４から送られるＢモード断層画像データ
、およびドプラー信号処理回路７から交互に送られる血
流データを色相および輝度データに変換し、走査ライン
制御回路１２から送られた制御信号のタイミングに従い
、表示器１１にリアルタイムで２次元的に表示する。

このようにこの実施例では、ドプラー信号処理回路７内
に、ドプラー偏位ｆｄについての信号処理部を２系統設
けて交互にデータ処理することにより処理能力がほぼ２
倍となる。

ここで、第２図、第３図によりこの実施例の走査ライン
の動作について説明する。表示（走査）視野角度に対応
した走査ラインの番号を図のように１．２．・・９ｍと
する。従来の装置では各走査ラインにつきｎ回（ｎ＝４
〜２０）の送受信を行ない。

この走査ライン番号の順番にドプラー信号の処理を実行
し、ＤＳＣに書き込む方式であったが、実施例では、２
本の走査ラインを１対として両方を並行して送受信する
。例えば、走査ライン番号にとに＋１を１対とし、図に
示すように、第１の送信はラインｋに、第２の送信はラ
イン（ｋ＋１）に、第３の送信はラインｋに、第４の送
信はライン（ｋ＋１）に、・・・、第ｎの送信はライン
（ｋ＋１）に、という具合に交互に送信を行なう。これ
らの走査ラインについて交互に送受信を行なう制御は、
第１図に示した走査ライン制御回路１２により行なわれ
る。走査ライン制御回路１２から出力される制御信号は
、連続して受波されるドプラー信号が２系統のうちいず
れの信号処理部に入力されるかを決定する。同じく各信
号処理部からの出力を、ＤＳＣ９のどの走査ライン・メ
モリに入力するかについても走査ライン制御回路１２の
制御信号により行なわれる。このようにドプラー信号処
理回路７内に２系統の信号処理部を設けて、一方が走査
ラインにのデータを処理している場合に他方が走査ライ
ン（ｋ＋１）のデータを処理することにより、２本の走
査ラインのドプラー信号をパラレルに処理することが可
能となる。

各走査ラインにおける送受信繰返し周期Ｔ。（第３図参
照）は、装置としての繰返し周波数ｆｒに反比例し、Ｔ
　、　＝　２　Ｘ　１　／　ｆ　ｒとして表せる。また
、同一の繰返し周波数ｆｒに対しては、各走査ラインの
取り込みデータ長は、 となり、変わらないにもかかわらず、１走査ラインの完
了時間は、 と、従来方式の１／２に短縮される。従って、フレーム
レートは、従来の２倍に高速化されることになる。即ち
、低速血流に応じた長いデータ長を取り込む場合におい
ても、フレームレートが２倍になり、画像のチラッキを
なくすことができる。

第４図は、第２の発明の一実施例を示すブロック図で第
１図に示したドプラー信号処理回路７を変更したもので
ある。第４図におけるドプラー信号処理回路８は、第１
図と同様に２系統の信号処理部を有するが、自己相関器
７５．７６の代わりに高速のフーリエ変換器８５．８６
を設けて、ドプラー信号の周波数分析を行なうようにし
たものである。

フーリエ変換器８５．８６により分析された出力信号に
対応して血流の平均流速および流速分散を算出する演算
器８７．８８が設けられ、図面上方に示した系統の平均
速度・分散演算器８７からは、ある走査ラインｋに関す
る平均流速■１２分散σ１′が出力され、図面下方に示
した系統の平均速度・分散演算器８８からは、走査ライ
ン（ｋ＋１）に関する平均流速Ｖ２２分散σ２′が出力
される。これらの出力はＤＳＣ９に入力される。この実
施例も第１の発明の実施例と同様にパラレルにドプラー
信号を処理してフレームレートを向上し、リアルタイム
で血流情報を２次元的に表示することが可能となる。

なお、上記各実施例では、繰返し周波数ｆｒを従来と同
一にして比較したが、繰返し周波数ｆｒは、送受信繰返
し回数ｎとフレームレートＦＲと相互に関連しており、
目的・用途に応じ、繰返し周波数ｆｒを増減して、送受
信繰返し回数ｎを調節することも適宜可能である。その
場合にも、フレームレートは、従来装置の２倍に維持さ
れる。

また、１対に組合せられる２本の走査ラインは隣り合わ
せのものに限定されるものでなく、任意の位置の走査ラ
インを組合せてもよい。

また、ドプラー信号の処理系統を３系統以上にすること
も可能であり、さらには、血流情報として、平均速度２
分散のほかにパワー値等を算出して表示させることも可
能である。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、ドプラー信号処理回
路に複数系統の信号処理部を設け、入力したドプラー信
号をスイッチング回路により順次分配し、生体内の血流
情報の検出をパラレルに行なうようにしたため、単位時
間におけるドプラー信号の処理量が増し、血流情報の検
出精度を低下させることなく表示画面のフレームレート
が向上して、表示画面を鮮明にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示すブロック図、第２
図および第３図は動作説明図、第４図は第２の発明の一
実施例の要部を示すブロック図。 第５図は従来例を示すブロック図、第６図はフレームレ
ートと表示視野角および繰返し送受信回路数の関係を示
すグラフである。 １・・・プローブ　　　　　２・・送受信回路３・・・
増幅・検波回路　　４・・・Ａ／Ｄコンバータ５・・・
位相検波回路　　　６・・・Ａ／Ｄコンバータ７．８・
・・ドプラー信号処理回路 ９・・・Ｄ　Ｓ　Ｃ１１・・・表示器 １２・・・走査ライン制御回路 ７１・・・スイッチ　　　　　７２・・・スイッチ制御
回路７３．７４・・・Ｍ　Ｔ　ｉフィルタ　７５．７６
・・・自己相関器７７．７８・・・平均速度・分散演算
器８１、スイッチ　　　　　８２・・・スイッチ制御回
路８３．８４・・・ＭＴｉフィルタ ８５．８６・・フーリエ変換器 ｇ７，８８・・平均速度・分散演算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体内に放射した超音波の反射波に含まれるエコ
   ー信号をＢモード信号処理回路においてＢモード断層画
   像に変換するとともに、ドプラー信号処理回路において
   反射波に含まれるドプラー信号から生体内の血流情報を
   検出し、この血流情報を前記Ｂモード断層画像に重畳し
   て２次元的に表示する超音波血流測定装置において、 入力されたドプラー信号を複数の信号処理部に順次分配
   するスイッチング回路と、 このスイッチング回路により分配されたドプラー信号を
   順次処理するＭＴｉフィルタ、相関演算器、平均速度・
   分散演算器からなる複数の信号処理部と、 を前記ドプラー信号処理回路に備えたことを特徴とする
   超音波血流測定装置。
2. （２）生体内に放射した超音波の反射波に含まれるエコ
   ー信号をＢモード信号処理回路においてＢモード断層画
   像に変換するとともに、ドプラー信号処理回路において
   反射波に含まれるドプラー信号から生体内の血流情報を
   検出し、この血流情報を前記Ｂモード断層画像に重畳し
   て２次元的に表示する超音波血流測定装置において、 入力されたドプラー信号を複数の信号処理部に順次分配
   するスイッチング回路と、 このスイッチング回路により分配されたドプラー信号を
   順次処理するＭＴｉフィルタ、フーリエ変換器、平均速
   度・分散演算器からなる複数の信号処理部と、 を前記ドプラー信号処理回路に備えたことを特徴とする
   超音波血流測定装置。