JPH0332653A - 超音波診断装置 - 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、生体内の運動部分、例えば血流の運動速度ベ
クトル分布を測定して表示する超音波診断装置に関する
ものである。

従来の技術 生体内の運動部分の運動速度を測定し、二次元に表示す
ることのできる従来の超音波診断装置としては、例えば
、特開昭５８−１８８４３３号公報に記載されている構
成が知られている。この従来の超音波診断装置では、超
音波のドツプラ効果による受波信号の位相変化を自己相
関関数から求めて運動速度を演算し、測定部位を微小晴
ずらしながらこの測定を繰シ返すことにより、表示装置
に生体内の運動部分の速度分布像を二次元的に表示して
いる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の超音波診断装置による測定方
式では、超音波のドツプラ効果を利用しているため、運
動部分の連動速度に訃ける超音波の進行方向の成分につ
いては測定することができるが、運動速度における超音
波の進行方向に対して直交する方向の成分を測定するこ
とができないため、運動部分の真の連動速度を測定する
ことができないばかりでなく、本来、ベクトル量として
の連動速度の方向さえ知ることができない。ｉ！た、例
えば従来のセクタ型の超音波探触子を用い、これをセク
タ走査させて二次元の運動速度表示を行う場合、第５図
に示すように左から右に一様に流れる流体（ａｔの運動
速度の場合には、図の左側では超音波ビームの進行方向
でトランスジューサに近付く方向ａｌに、図の右側では
トランスジューサから遠ざかる方向ａ２に表示し、中央
部分ではドツプラ効果による周波数ンフトを検出するこ
とが不可能であるため、運動は唸ったくしていないａ５
のように表示し、実際の運動とは全くかけ離れた運動速
度の表示になり、分かりに＜＜、正確な診断を行うこと
ができないなどの課題があった。

本発明は、従来技術の以上のような課題を解決するもの
で、生体内部の運動部分にふ・ける超音波の進行方向に
対して直交する方向の運動速度成分を測定し、ベクトル
的に表示することができ、したがって、生体内の運動部
分の状態が分かりやすく、正確な診断を行うことができ
るようにした超音波診断装置を提供することを目的とす
るものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の技術的手段は、超音
波パルスビームを一定の繰り返し周期で生体内に送波し
、生体内からの反射波を受波し、この受波信号を増幅し
、この増幅された受波信号を複数のチャンネルで同時に
受波整相する並列受波回路と、この並列受波回路の各チ
ャンネル受波信号を重み付けする重み付け器と、重み付
けされた受波信号の隣り合う少なくとも２つのチャンネ
ル信号を単位として交互に符号を反転させて加算し、互
いに空間的に９０度位相の異なる複素信号に変換する１
対の加算器と、上記複素信号に変換された受波信号の自
己相関関数を演算する自己相関器と、上記自己相関関数
から生体内の運動部分における超音波パルスビームの進
行方向に対して直交する方向の運動速度成分を演算する
速度演算器と、求められた連動速度成分を用いて生体内
運動をベクトル量として表示する表示装置を備えたもの
である。

作　　　　用 本発明は、上記構成により、並列受波回路の各チャンネ
ルの受波信号を屯み付けし、この重み付けされた受波信
号の符号を交互に反転させながら加算し、加算された受
波信号の自己相関関数を自己相関器で演算する。これに
より、生体内の運動部分の超音波ビームの進行方向に対
して直交する方向（チャンネル方向）の運動によって生
じる各チャンネル間の受波信号の変化分を自己相関関数
として求め、この自己相関関数の位相より生体内の運動
部分の超音波ビームの進行方向に対して直交する方向の
連動速度成分を求め、ベクトル晴として表示することが
できる。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における超音波
診断装置を示し、第１図は全体の機能ブロック図、第２
図は並列受波回路の一例の詳細なブロソク図、第３図は
並列受波回路の他の例の詳細なブロソク図である。

第１図および第２図に釦いて、１は超音波ビームを送受
するための超音波探触子であり、ｎ個の短冊状の振動子
（以下、エレメントと呼ぶ）■−１〜ｌ−ｎは、切換回
路２に接続されている。この切換回路は、送波時間の間
では、ｎ個のエレメント１−１〜１−ｎのうち、順次に
個（第２図ではｉｏ個）のエレメントを選択し、送波時
間の間だけに個のエレメントを送波回路３に接続し、受
波時間の間は、ｎ個のエレメント１−１〜ｌ−ｎのうち
、ｍ個（第２図では４個）のエレメントからなるｊ個（
第２図では４個）の隣り合ったチャンネルを選択するよ
うに受波増幅器４に接続する。

上記送波回路３では、送波パルスを発生するばかりでな
く、送波パルスの位相制御も行い、上記に個のエレメン
トから送波される超音波ビームを制御する。５−１〜５
−ｊは受波整相回路であり、上記ｊ個のチャンネルを構
成する各に個のエレメントからの受波信号の位相を制御
することにより、受渡時における指向性を制御している
。これら超音波探触子１１切換回路２、受波増幅器４、
受波整相回路５−１〜５−ｊにより並列受波回路Ａが構
成されている。６．−１〜６−ｊは受波整相回路５−１
〜ｓ−ｊで位相整合されたｊ個の受波信号を検波する検
波器、７−１−１〜７−１−ｊ：Ｔｈよび７−２−１〜
７−２−ｊはｊ個の検波信号に重み付けする重み付け器
、８−１．８−２は屯み付けされた隣り合う２つのチャ
ンネルの受波信号を単位として、符号を交互に反転する
ように加算し、複素信号に変換する加算器、９−１．９
−２は複素信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
、１０−１，１０−２はデジタル信号に変換された複素
信号の低周波成分を除去するキャンセラ、１１は複素信
号に変換された受波信号の自己相関関数を演算する自己
相関器、１２は自己相関器１１で求められた自己相関関
数より、生体内部の運動部分における超音波ビームの進
行方向に対して直交する方向の運動速度成分を演算する
速度演算回路、１３は画像メモリであり、速度演算回路
１２で求められた運動速度を一時記憶する。１４はＤ／
Ａ変換器、１５は切換回路、１６は表示装置、１７は受
波整相回路であり、Ｂモード画像を表示するために受波
増幅器４で増幅された受波信号を位相整合する。１８は
検波器、１９はＡ／Ｄ変換器、２０は画像メモリ、２１
はＤ／Ａ変換器、２２は切換回路である。

以上の構成に訃いて、以下、その動作について説明する
。

第２図は４チヤンネルが並列に、かつ同時に受波し、ま
た、各チャンネルが４エレメントから構成された並列受
波回路の一実施例である。受波時において、各チャンネ
ルは、２ニレメントスつなれながら構成され、計ｌＯエ
レメントで同時に受波している。すなわち、受波整相回
路５−１〜５−４の出力がそれぞれ各チャンネルの出力
に対応している。ここで、同時に受波するチャンネル数
、各チャンネルを構成するエレメント数および隣り合っ
たチャンネルのずれピッチは任意に取ることができ、第
３図に示すように、同時に受波するチャンネル数を４、
各チャンネルを構成するエレメント数を８、隣り合った
チャンネルのずれピッチを１エレメントにしてもよい。

第２図に釦いて、切換回路２によって選択された各エレ
メントは対応する受波増幅器４に接続され、受波増幅器
４の出力は受波整相回路５−１〜５−４に入力されるが
、受波時の指向性を制御するために、受波増幅器４の出
力は受波増幅器４の入力となったエレメントに対応した
遅延時間を有する遅延器のタップに入力され、各チャン
ネルで位相制御されて加算される。隣り合ったチャンネ
ルは２工レメント間隔のピッチで並んでかり、空間的に
２工レメント間隔の情報を並列にチャンネルの数だけ、
しかも、同時に取り込むことができる。

一方、送波時に訃いては、少なくとも同時に受波するチ
ャンネルに接続されたすべてのエレメントが送波回路３
に接続され、各エレメントから送波回路３で位相制御さ
れた送波パルスに応じて指向性の制御された超音波ビー
ムが送波される。

第１図にむいて、受波整相回路５−１〜５−ｊから出力
された同一時刻の各チャンネルの受波信号は、６−１〜
６−ｊの検波器で検波され、重み付け器７−１−１〜７
−１−ｊ、　７−２−１〜７−２−ｊで重み付けされる
。この重み付けは通常の周波数分析等で行われるウィン
ドウ処理と１つたく同等なもので、空間周波数領域での
周波数スペクトラムのサイドロープを抑圧するものであ
る。

重み付けされた信号は、加算器８−１．８−２に入力さ
れる。加算器ｓ−ｉ、８−２では、隣り合う２つのチャ
ンネルの信号を単位として符号が反転されながら加算さ
れるが、８−１と８−２に加算器では、符号の変化の仕
方を１チヤンネル分だけ７フトさせる。この関係は空間
的に位相が９０度ソフトした関係で、複素信号に変換さ
れる。Ａ／Ｄ変換器９−１．９−２では、複素信号がデ
ジタル信号に変換される。キャンセラ１０−１．１０−
２では、Ａ／Ｄ変換された信号の中に含１れる生体内組
織の体動に伴う低周波数成分、いわゆるクラッタ−成分
が除去される。自己相関器１１では、クラッタ−成分の
除去された複素信号の自己相関関数が演算される。この
自己相関関数の演算にむいて、生体内の運動に伴った超
音波ビームの各チャンネルにおける受波信号をｆ（ｘ）
、重み付けをされた隣り合う２つの受波信号を単位とし
て符号が交互に反転されなから加算され、生成された複
素関数ｈ（ｘ）の実数、虚部をｈｌ（ｘ）、ｈ２（ｘ）
とする。複素関数ｈ（ｘ）は第４図（ａｌに示すように
並列受波回路Ａのチャンネルピッチルの２倍の間隔で変
化する関数である。加算器８−１．８−２に釦いて加算
された受波信号をｇ（Ｘ）とし、更にＧ（ω）を受波信
号ｇ（ｘ）のフーリエ変換とし、また、Ｈ（ｋ）、Ｆ（
ｋ）をそれぞれ複素関数ｈ（ｘ）、受波信号ｆ　（Ｘ）
のフーリエ変換とすると、下記（１）式の関係が成立す
る。

Ｇ（ω）−−Ｈ・（−）・Ｆ（Ｖ）・・・・・・・・・
（１）　　　　ｖ ここで、■は測定しようとしている生体内の運動部分に
おける超音波ビームの進行方向に対して直交する方向の
運動速度であり、また、Ｈ・（ｋ）はＨ（ｋ）の複素共
役を表わしてむり、第４図（ｂｌに示すようにに＝π／
ｐ　（ｐはチャンネル間隔のピッチ）で鋭いピークを示
す関数である。一方、Ｆ（ｋ）はブロードな関数である
から、その積で表わされるＧ（ω）は鋭いピークを示す
関数となる。このピーク周波数ωＰは、生体内の運動部
分の超音波ビームの進行方向に対して直交する運動速度
成分■と次式によって関係けけられる。

■＝二り二Ｌ　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（２）π 受波信号ｇ（Ｘ）の自己相関関数Ｒ（Ｔ）（ただし、Ｔ
はパルス送波周期）はＷｉｅｎｅｒ−Ｋｈｉｎ−ｃｈｉ
ｎｅの定理により結び付けられ、自己相関関数Ｒ（Ｔ）
の位置をφとすると、ωＰとφの間には次の（５１式の
関係が成立する。

φ ωＰ＝下　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（３）これにより、速度演算回路１２において
、加算合成された受波信号ｇ（ｘ）の自己相関関数Ｒ（
Ｔ）の位相φを求めることによう、生体内の運動部分に
釦ける超音波ビームの進行方向に対して直交する方向の
運動速度成分■を測定し、生体運動部分の運動速度をベ
クトル量として測定し、画像メモリ１３、Ｄ／Ａ変換器
１４、切換回路１５を介して表示装置１６に表示するこ
とが可能となる。また、ここで、自己相関関数は、ｉ個
の超音波ビームの送波パルス繰り返し周期Ｔの時間間隔
の複素位相検波信号を用い、平均演算より求められるが
、この個数ｉは、Ｂモード画像を構成するための走査線
数Ｎ、超音波ビームのパルス繰り返し周期Ｔお−よび画
像フレームレートＦから次の（４）の関係式によって決
定される。

１ＴＮＦ＝１　　　　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（４）一方、受波増幅器４で増幅
された受波信号は受波整相回路１７、検波器１８、Ａ／
Ｄ変換器１９で処理され、画像メモリ２０、Ｄ／Ａ変換
器２１、切換回路２２を介して表示装置１６にＢモード
画像として表示される。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、隣り
合う複数のチャンネルで、並列に、しかも、同時に受波
し、加算器８−１．８−２で各チャンネルの受波信号を
交互に符号を反転しながら加算し、自己相関器１１で求
めた自己相関関数から、速度演算回路１２で生体内運動
部分にかける超音波ビームの進行方向と直交する方向の
運動速度成分を求めることができる。また、従来の生体
内連動部分の超音波ビームの進行方向の連動速度成分を
求めるドツプラ血流測定方式と組み合わせることによう
、生体内運動をベクトルＦＪとして表示することができ
る。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、複数のチャンネルで
同時に受波整相する並列受波回路と、各チャンネルの受
波信号を重み付けする重み付け器と、重み付けされた各
チャンネル間の隣り合う２つの受波信号を単位として交
互に符号を反転させながら加算し、複素信号に変換する
１対の加算器と、複素信号に変換された受波信号の自己
相関関数を演算する自己相関器と、自己相関関数から生
体内の運動部分における超音波パルスビームの進行方向
に対して直交する方向の運動速度成分を演算する速度演
算器と、求められた運動速度成分を用いて生体内連動を
ベクトル量として表示する装置を備えている。このよう
に生体内の運動部分における超音波の進行方向に対して
直交する方向の運動速度成分を測定し、ベクトル情報と
して表示することができるので、生体内の運動部分の状
態が非常に分かりやすく、正確な診断を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における超音波
診断装置を示し、第１図は全体の機能ブロック図、第２
図は並列受波回路の一例の詳細なブロック図、第３図は
並列受波回路の他詳細なブロック図、第４図（ａｌは加
算器の特性を表わした線図、第４図ｆｂｌは加算器の特
性を周波数領域で表わした線図、第５図は従来の超音波
診断装置に訃ける表示例を示す図である。 Ａ・・・並列受波回路、ｌ・・・超音波探触子、２・・
・切換回路、３・・・送波回路、４・・・受波増幅器、
５−１〜ｊ・・・受波整相回路、６−１−ｊ・・・検波
器、７−１−１〜ｊ、７−２−１−　ｊ・・・重み付け
器、８−１．２・・・加算器、９−１．２・・・Ａ／Ｄ
変換器、１０−１．２・・・キャンセラ、１１・・・自
己相関器、１２・・・速度演算回路、１３・・・画像メ
モリ、１４・・・Ｄ／Ａ変換器、１５・・・切換回路、
１６・・・表示装置、１７・・・受波整相回路、１８・
・・検波器、１９・・・Ａ／Ｄ変換器、２０・・・画像
メモリ、２１・・・Ｄ／Ａ変換器、２２・・・切換回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　超音波パルスビームを一定の繰り返し周期で生体内に
   送波し、生体内からの反射波を受波し、この受波信号を
   増幅し、この増幅された受波信号を複数のチャンネルで
   同時に受波整相する並列受波回路と、この並列受波回路
   の各チャンネル受波信号を重み付けする重み付け器と、
   重み付けされた受波信号の隣を合う少なくとも２つのチ
   ャンネル信号を単位として交互に符号を反転させて加算
   し、互いに空間的に９０度位相の異なる複素信号に変換
   する１対の加算器と、上記複素信号に変換された受波信
   号の自己相関関数を演算する自己相関器と、上記自己相
   関関数から生体内の運動部分における超音波パルスビー
   ムの進行方向に対して直交する方向の運動速度成分を演
   算する速度演算器と、求められた運動速度成分を用いて
   生体内運動をベクトル量として表示する表示装置を備え
   たことを特徴とする超音波診断装置。