JPH03228751A - 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、超音波の反射波に含まれるドプラー信号を高
速フーリエ変換して血流スペクトルを算出し、さらに血
流スペクトルの平均ドプラー周波数を算出することによ
り生体内の血流情報を検出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
原理は次のとおりである。すなわち、生体内に所定の繰
返し周波数ｆ′、により周波数ｆ０の超音波パルスを放
射して、速度■を有する血流によって反射される超音波
を受信すると、そのエコー信号は周波数ｆ４だけドプラ
ー偏位を生じ、ｆ０＋ｆ、なる周波数になる。この周波
数のドプラー偏位ｆ４と血流速度■との間には、次式に
示す関係がある。

ただしＣ：生体中の音速 θ：血流と超音波ビームのなす角度 この式でもあきらかなように、周波数のドプラー偏位ｆ
４が抽出されれば、血流速度■を得ることができる。

具体的に血流速度■を求める装置として、第４図に示す
ものが知られている。この装置では、プローグ１により
受信されたエコー信号が、送受信回路２を介してＢモー
ド信号処理回路３とドプラー位相検波回路５に入力され
る。Ｂモード信号処理回路３に入力されたエコー信号は
、Ｂモードビデオ信号に変換され、さらにＡ／Ｄコンバ
ータ４でディジタル変換され、Ｂモード断層画像として
ＤＳＣ（ディジタル・スキャンコンバータ）１１に格納
される。

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。

一方、ドプラー位相検波回路５に入力されたエコー信号
からはドプラー信号が検出され、さらに検出されたドプ
ラー信号がＡ／Ｄコンバータ６によりディジタル変換さ
れＭＴ　ｉ　　（Ｍｏｖｉｎｇ　ＴａｒｇｅｔＩｎｄｉ
ｃａｔｉｏｎ）フ４）ｌ／タフに送られる。このＭＴｉ
フィルタ７では、心臓壁や血管壁等から発生してドプラ
ー信号中に含まれる不要なエコー、いわゆるクラッタ信
号が除去される。次いでドプラー信号は、ＦＦＴ演算回
路８において、高速フーリエ変換されて、血流速度■に
関する情報を含む血流スペクトルとなり、さらに血流速
度演算回路１９では、入力された血流スペクトルより、
平均血流速度■、血流速度の分散σ２、あるいは血流ス
ペクトル・パワーなどの具体的な血流情報値が算出され
る。

これら平均血流速度Ｖ等の具体的な血流情報は、ＤＳＣ
ＩＩに格納された後、既に格納されているＢモード断層
画像に重畳され、画像モニタ１２にリアルタイムで表示
される。

ところで、これらの超音波血流測定装置では、血流スペ
クトルをドプラー周波数ｆの関数Ａ　（ｆ）として、血
流スペクトルの平均ドプラー周波数「。

を次式により求めることができる。

なお式中のｆｌは繰返し周波数を表し、同一部位に対し
て有限回（Ｎ回）の超音波パルスの送受信がおこなわれ
ると、血流スペクトルは−ｆ　、／２≦ｆ≦＋ｆ１／２
の範囲でＮ個のデータとして離散的に得られ、（２）式
の平均ドプラー周波数ｆ０を次式に書き換えることがで
きる。

ただしｉ＝１〜Ｎ この（３）式から算出した平均ドプラー周波数Ｔ。

に、（１）式から導かれる比例係数を乗じて、平均血流
速度Ｖに変換することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した処理では、第５図ａに示すよう
に、血流スペクトルの真の平均ドプラー周波数ｆが折返
し周波数１．／２に近く、かつスペクトルの拡がりがｆ
　、／２を越えている場合にＦＦＴ演算をおこなうと、
第５図すに示すようにｆ、／２よりも高い周波数範囲の
スペクトルが、エリアシング現象により−ｆ７／２近傍
に移動し折り返し誤差として現れる。そのため、このま
までＦＦＴ演算を実行しても、第５図すに示すように、
真の平均ドプラー周波数ｆと異なった平均ドプラー周波
数ｆ、が得られる。こうして求められた平均ドプラー周
波数ｆｏＯ値を用いて平均血流速度■を算出すると、真
の値と異なった誤差の大きい値が得られることがある。

このように従来の超音波血流測定装置は、算出される平
均血流速度が常に正確な値を示すとは限らず、またその
値を用いて得られる血流情報も常に高精度のものとは限
らないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、常に正確な平均ドプラー周波
数ｆを算出して高精度の血流情報が得られる超音波血流
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、本発明は、生体内に放射し
た超音波の反射波に含まれるドプラー信号を高速フーリ
エ変換して血流スペクトルを算出し、さらに得られた血
流スペクトルの平均ドプラー周波数を算出することによ
り生体内の血流情報を検出する超音波血流測定装置にお
いて、血流スペクトルから算出された平均ドプラー周波
数の正負を判別する手段と、平均ドプラー周波数が正と
判別された場合に、血流スペクトルの負側端部に生じる
折り返し誤差を正方向の正規位置に移動し補正する手段
と、平均ドプラー周波数が負と判別された場合に、血流
スペクトルの正側端部に生しる折り返し誤差を負方向の
正規位置に移動し補正する手段と、折り返し誤差が補正
された血流スペクトルの平均ドプラー周波数を算出する
手段とを備えたことを特徴とする。

（作　用） 本発明においては、最初に算出された血流スペクトルの
平均ドプラー周波数の正負を判別し、判別結果が正であ
れば、血流スペクトルの負側端部に生しる折り返し誤差
分を正方向の正規位置に移動・補正し、判別結果が負で
あれば、血流スペクトルの正側端部に生じる折り返し誤
差分を負方向の正規位置に移動・補正する。次いで補正
された血流スペクトルの平均ドプラー周波数を算出して
平均血流速度等の生体内の血流情報を検出する。

（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、本発明に係る超音波血流測定装置の要部を示
すブロック図である。この超音波血流測定装置の全体は
第４図に示した従来例とほぼ同一に構成され、血流速度
演算回路９の内部に血流スペクトル中の折り返し誤差を
補正する機能を設けたものである。

第１図において、ＦＦＴ演算回路８からは、データ数Ｎ
と、ＦＦＴ演算結果のスペクトルＡ、（ｉ−１〜Ｎ）お
よび対応するドプラー周波数ｆ。

（ｉ−１〜Ｎ）と、繰返し送信周波数ｆ、とが出力され
て血流速度演算回路９へ送られる。

血流速度演算回路９は、Ｄ　Ｓ　Ｐ　（Ｄｉｇｉｔａｌ
　ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）　９１と、ＲＡＭ
９２を備え、ＤＳＰ９１内のＲＯＭ　（図示せず）に記
憶されているプログラムを実行することにより、入力さ
れた血流スペクトルデータの折り返し誤差を補正した後
に、真の平均血流速度■を算出してＤＳＣＩＩへ送る。

ＲＡＭ９２は後述するデータテーブルの記憶部、および
ワーキングメモリとして用いられる。

ここでＤＳＰ９１において實行される血流スペクトルの
折り返し誤差補正に・ついて、第２図、第３図を用いて
説明する。

第２図ａは、ＦＦＴ演算回路８において高速フーリエ変
換して得られた血流スペクトルを示し、繰返し送信周波
数が−ｆ、７２〜＋ｆ１／２である範囲に血流スペクト
ルが分布し、この範囲のデータから直接求めた平均ドプ
ラー周波数ｆ、の値が正（ｆＩｌｌ≧Ｏ）であって、し
かも本来のスペクトルの拡がりの裾の部分が斜線で示す
ように十ｆ、／２を越えている場合を示す。この場合、
図中の領域（ｉｉ）、ｆｉｌ域（山）は本来のスペクト
ルを表しているが、領域（ｉ）は右方の斜線部が折り返
されて現れたものであるから、真の平均ドプラー周波数
丁を求めようとすると、この領域（１）に周波数ｆ。

を加算して算出する必要がある。

従って次式のように領域（１）と、領域（ｉｉ）。

（ｉｉ）とに分けて、真の平均ドプラー周波数ｆを算出
することができる。

第２図すは、同じ＜ＦＦＴ後の血流スペクトルデータか
ら直接求めた平均ドプラー周波数ｆｏの値が負（ｒｏ　
＜Ｏ）であって、しかも本来のスペクトルの拡がりの裾
の部分が斜線で示すようにｆ、／２を越えている場合を
示す、この場合、図中の領域（ｖ）、６Ｎ域（ｖｉ）は
本来のスペクトルを表しているが、領域（ｖｉ）は左方
の斜線部が折り返されて現れたものであるから、真の平
均ドプラー周波数ｆを求めようとすると、この領域（ｖ
ｉ）に周波数ｆ、を減算して算出する必要がある。

従って次式のように領域（ｖＬ（ｖｉ）と、領域（■）
とに分けて、真の平均ドプラー周波数ｆを算出すること
ができる。

このように、血流スペクトルＡ（ｆｉ）から求めた平均
ドプラー周波数ｆ０を用いて、ただちに次の処理に進む
ことなく、平均ドプラー周波数ｆ。

の正負に応してエリアシング現象により発生する血流ス
ペクトルＡ（ｆｉ）の折り返し誤差を補正し、得られた
真の平均ドプラー周波数ｆにもとづいて次の処理が開始
される。

第３図は、上述した血流スペクトルの折り返し誤差を補
正する処理を示すフローチャートであり、以下、このフ
ローチャートにもとづいて、第１表のデータテーブルを
参照しながら処理内容を系統的に説明する。

最初にＦＦＴ演算回路８において、ＦＦＴ演算（高速フ
ーリエ変換）をおこない、血流スペクトルの離散スペク
トルＡ（ｆｉ）　　（以下Ａ、と略称する）およびそれ
に対応するドプラー周波数ｆいデータ数Ｎを血流速度演
算回路９へ送る（ステップ３０１）。

血流速度演算回路９は、入力データの離散スペクトルＡ
８、ドプラー周波数ｆ４、データ数ＮがらＡ。

の総和ΣＡ、を算出し、入力データとともにＲＡＭ９２
内のテーブルに格納する（ステップ３ｏ２）。

ａイーｔｒ、Ｂｔ＝Ａ、ｘｆ、を求めさらにその総和Σ
Ｂ８を算出してテーブルに格納する（ステップ３０３）
。

次にそれぞれ求めた総和の比ΣＢｉ／ΣＡ、を求め、平
均ドプラー周波数ｒ、としてテーブルに格納する（ステ
ップ３０４）。

次いで平均ドプラー周波数ｆ、の正負を判別しくステッ
プ３０５）、負の場合（ｆＤ　＜Ｏ）、第１表（７）　
ｉ　＝Ｎ−１．Ｎニ相当する区間（ｆ　、＋　ｆ　ｒ／
２〜ｆ　。

／２）について、積和ΔＣ＝−ｆ、・ΣＡ、を計算して
テーブルに格納する（ステップ３ｏ６）。

正の場合（ｒｎ≧ｏ）、第１表（７）　ｉ　＝　１〜３
　ニ相当する区間（−ｆ　、／２〜ｆ　Ｄ−ｆ　、／２
）について、積和Δｃ＝ｒ、・ΣＡ、を計算してテーブ
ルに格納する（ステップ３０７）。

さらに、式（４）、（５）の分子に相当するＣ−ΣＢ、
＋ΔＣを計算してテーブルに格納する（ステップ３０８
）。

ここで、真の平均ドプラー周波数１＝ｃ／ΣＡ、を計算
してテーブルに格納する（ステップ３゜９）。

次に、真の平均ドプラー周波数７に所定の変換係数ｋを
乗して、平均血流速度Ｖを求めテーブルに格納する（ス
テップ３１０）。

この実施例では、平均ドプラー周波数ｆ、が正の場合（
ｒｅ≧０）の算出区間をｉ＝１〜３とし、負の場合（ｆ
、＜Ｏ）の算出区間を＋＝Ｎ−１＋Ｎとした。

これらの区間決定は、平均ドプラー周波数ｆ。

が正の場合（ｆｏ　≧ｏ）、ｆ　Ｄ−ｆ　、／２（７）
ｆＬ！：　ｆ　ｉ（Ｄ値を、ｉ＝１．２．３・・と順に
比較して、ｆ、−ｆ　、／２−　ｆ　、の値が正となる
範囲を設定する。

同様に平均ドプラー周波数ｆｏが負の場合（ｆＤ＜Ｏ）
、ｆ＋＋＋ｆｒ／２の値とｆｌＯ値を順に比較して、ｆ
　ｎ＋　ｒ　ｒ／２　　ｆ　４の値が負となる範囲を設
定する。

また、データ数Ｎとしての具体的な値は、フレームレー
トの要請から通常Ｎ＝８〜２４程度となり、計算テーブ
ルも小規模となりＲＡＭ等を用いることができる。

なお実施例では、血流速度演算回路９の演算部をＤＳＰ
９１により構成したが、ＣＰＵにより構成することも可
能である。

以上のようにこの実施例では、生体内に放射した超音波
の反射波に含まれるドプラー信号をＦＦＴ演算回路８に
おいて高速フーリエ変換し、得られた血流スペクトル中
に生じる折り返し誤差を、血流スペクトルの平均ドプラ
ー周波数ｆＤの正負に応じて補正してから、再度、真の
平均ドプラー周波数７を算出するようにしたため、得ら
れる平均ドプラー周波数の値が正確になり、この平均ド
プラー周波数にもとづいて算出される生体内の各種血流
情報が正確になる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、生体内に放射した超
音波の反射波に含まれるドプラー信号を高速フーリエ変
換して得られた血流スペクトル中に生じる折り返し誤差
を、血流スペクトルの平均ドプラー周波数の正負に応じ
て補正してから、再度、平均ドプラー周波数を算出する
ようにしたため、得られる値が正確になり、血流スペク
トルの平均ドプラー周波数より算出される生体内の平均
血流速度等の血流情報の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
血流スペクトルの折り返し誤差補正の原理を説明するグ
ラフ、第３図は動作を示すフローチャート、第４図は従
来の超音波血流測定装置を示すブロック図、第５図は従
来例の処理過程を示すグラフである。 ８・・・ＦＦＴ演算回路　９・・・血流速度演算回路１
１・・・ＤＳＣ９１・・・ＤＳＰ　　９２・・・ＲＡＭ
Ａ　（ｆ、）・・・血流スペクトル　ｆ、・・・ドプラ
ー周波数　ｆ、・・・繰返し送信周波数　ｆ、・・・平
均ドプラー周波数　ｆ・・・真の平均ドプラー周波数■
・・・平均血流速度

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 生体内に放射した超音波の反射波に含まれるドプラー信
   号を高速フーリエ変換して血流スペクトルを算出し、さ
   らに得られた血流スペクトルの平均ドプラー周波数を算
   出することにより生体内の血流情報を検出する超音波血
   流測定装置において、血流スペクトルから算出された平
   均ドプラー周波数の正負を判別する手段と、 平均ドプラー周波数が正と判別された場合に、血流スペ
   クトルの負側端部に生じる折り返し誤差を正方向の正規
   位置に移動し補正する手段と、平均ドプラー周波数が負
   と判別された場合に、血流スペクトルの正側端部に生じ
   る折り返し誤差を負方向の正規位置に移動し補正する手
   段と、折り返し誤差が補正された血流スペクトルの平均
   ドプラー周波数を算出する手段と、 を備えたことを特徴とする超音波血流測定装置。