JPH0344770B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超音波パルスドプラ血流計に関す
るものである。

〔従来の技術とその問題点〕

従来の典型的な超音波パルスドプラ血流計の構
成及び動作原理を第２図によつて説明すると、主
発振器１の発信パルスは分周器２に供給され、分
周器２はこれを分周して探触子６の励振に適する
周波数ｆのキヤリヤ信号を発生し、ゲート回路４
に供給すし。他方、タイミング信号発生器３は、
主発振器１の発信パルスを分周して、パルス間隔
Ｔ（即ち繰返し周波数（PRF）＝１／Ｔ）、パルス
幅τのゲートパルスを発生し、ゲート回路４に供
給する。

従つて、探触子６にはゲート回路４より送信増
幅器５を介してキヤリヤ信号周波数ｆ、パルス間
隔Ｔの励振パルスが供給され、探触子６はこの励
振パルスにより励振されて、キヤリヤ信号周波数
がｆ、PRFが１／Ｔの超音波パルスを体表から
心臓または血管に向けて発射し、血流によるドプ
ラ周波数変移を含むエコーパルスを受波して、受
信増幅器７を介し混合検波器９に供給する。

混合検波器９には、固定同調器８によつて分周
器２からのキヤリヤ信号の高調波成分を取り除く
ことにより得られる周波数ｆの正弦波基準信号が
供給されており、混合検波器９は上記エコーパル
スにこの正弦波基準信号を混合してドプラビート
信号を検波し、サンプルホールド回路１１に出力
する。

上記タイミング信号発生器３からのゲートパル
スを入力とするサンプリングパルス発生器１０
は、ゲートパルスに基づき所定深度に対応するパ
ルスを出力し、このサンプルパルス及び上記ドプ
ラビート信号を入力とするサンプルホールド回路
１１は、サンプルパルスにより所定深度に対応す
るドプラビート信号のみを検波し、その検波信号
をローパスフイルタ１２で濾波し、ドプラ検出信
号として周波数分析器１３に出力する。

この周波数分析器１３は、ドプラ検出信号を周
波数分析して、血流速度に比例する電圧に変換
し、ブラウン管１４のｚ信号、即ち輝度信号とし
て出力する。ブラウン管１４は、ｘ信号として時
間軸用ののこぎり波を、ｙ信号として周波数軸に
同期したのこぎり波を入力して血流パターンを映
出する。

以上のような従来の超音波パルスドプラ血流計
において、ドプラビート信号は繰返し周波数１／
Ｔでサンプルされるため、そのビート周波数f_dの
上限周波数f_dnaxは、 f_dnax＝1/2×１／Ｔ …… となる。

一方、超音波ドプラ血流計の基本式は、 f_d＝2V／ｃ×ｆ …… Ｖ：血流速 Ｃ：音速 ｆ：キァリヤ周波数 であるので、 Ｖ＝ｃ／2f×f_d …… となり、超音波パルスドプラ血流計の場合は、上
限周波数f_dnaxが１／2Tであるので、検出速度に限界 が生じ、その上限V_naxは、 V_nax＝ｃ／2f×f_dnax＝ｃ／4Tf …… となる。

他方、ゲートパルス間隔Ｔと最大深度D_naxの
間には、 Ｔ＝2D_nax×ｃ …… ｃ：音速 なる関係があるので、上式は V_nax＝ｃ／4Tf＝ｃ／8D_naxｆ …… と書き直すことができる。即ち、最大検出速度
V_naxと最大深度D_naxとの間には、 V_nax×D_nax＝ｃ／8f …… なる関係が恒常的に存在する。

このように、従来技術においては、混合検波器
９に供給される正弦波基準信号周波数f_rをキヤリ
ヤ周波数ｆと同じにして固定する結果、上式か
ら明らかなように、深い体内の血流計測を行う場
合には、最大検出速度V_naxを犠牲にせざるをえ
ず、逆に速い流速を検出する場合には、最大深度
D_naxを犠牲にしなければならないという問題が
あつた。

この発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、その目的は深い体内の速い血流速度を検出す
ることができ、かつ浅い体内の遅い血流速度を高
精度で検出することが可能な超音波パルスドプラ
血流計を提供することにある。

〔問題点を解決するため手段〕

上記目的達成のため、この発明は、超音波を体
表より心臓または血管に向けて発射し、そのエコ
ーを受波するための探触子と、この探触子を励振
してキヤリヤ信号周波数ｆ、パルス間隔Ｔの超音
波パルスを発生させるための励振パルス発生回路
と、探触子が受波した血流によるドプラ周波数偏
移を含むエコーパルスに正弦波基準信号を混合し
てドプラビート信号を検波するための混合検波器
と、このドプラビート信号を処理してこれに基づ
く血流パターンを表示するための信号処理手段と
を有する超音波パルスドプラ血流計において、上
記混合検波器へ印加する正弦波基準信号をf_r＝ｆ
±ｎ／Ｔ（ｎは整数）なる関係を保持しつつ、ｎ
を可変することによつて周波数f_rを可変設定する
手段と、これにより設定された周波数の正弦波基
準信号を上記混合検波器に供給するための手段と
を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成を有するこの発明の超音波パルスド
プラ血流計においては、混合検波器へ印加する正
弦波基準信号をf_r＝ｆ±ｎ／Ｔ（ｎは整数）なる
関係を保持しつつ、ｎを可変することによつて周
波数f_rを可変設定する手段を設け、これによつて
より低い周波数f_Lを設定し混合検波器に供給する
ことにより、前出の式でD_naxが同じであつて
もより大きなV_naxの測定が可能となり、また前
出の式で血流速Ｖが同じであつても、上記手段
によつて正弦波基準信号f_rをより高いf_Hに設定し
混合検波器に供給することにより、より大きなド
プラビート信号周波数f_dを得ることができる。

即ち、深い体内の速い血流速を検出しようとす
るときは、より低い周波数_Lを用い、浅い体内の
遅い血流速を高精度で検出しようとするときはよ
り高い周波数f_Hを用いることにより、上記のよう
な従来技術によるパルスドプラ血流計の欠点を解
消することができる。

しかしながら、これらのf_L、f_Hは連続的に任意
の値を取ることはできない。即ち、パルスドプラ
法においては、超音波パルスの繰返しによるスペ
クトル分布は、第３図ｂに示すように、キヤリヤ
信号の繰返し周波数１／Ｔとパルス幅τによりキ
ヤリヤ周波数ｆを中心にｆ±ｎ／Ｔ（ｎは整数）
の周波数のみにスペクトル強度を示し、不連続し
ている。

従つて、このパルスドプラ信号のスペクトル
は、第４図に示すように、それぞれの周波数ｆ±
ｎ／Ｔに対応してドプラ成分が存在している。こ
の発明は、このドプラ成分に着目し、その任意の
スペクトルの周波数ｆ±ｎ／Ｔを混合検波器の正
弦波基準信号周波数f_rとして設定することによ
り、深部の速い血流速度の検出及び浅部の遅い血
流速度の高精度検出ができるようにしたものであ
る。

〔実施例〕

以下、第１図に示すこの発明の超音波パルスド
プラ血流計の一実施例について説明する。

図示実施例の超音波パルスドプラ血流計は主発
振器１、分周器２、タイミング信号発生器３、ゲ
ート回路４、送信増幅器５、探触子６、受信増幅
器７、混合検波器９、サンプリングパルス発生器
１０、サンプルホールド回路１１、ローパスフイ
ルタ１２、周波数分析器１３、ブラウン管１４、
及び正弦波基準信号周波数設定供給部Ａで構成さ
れている。この実施例において、正弦波基準信号
周波数設定供給部Ａ以外の構成要素は前述の従来
技術の超音波パルスドプラ血流計の場合と全く同
様に作用するので、説明は省略する。

この実施例において、正弦波基準信号周波数設
定供給部Ａは、周波数設定器１５、プリセツト式
分周器１６、複数の同調回路１７₁，１７₂…，１
７_n、及びスイツチS₁，S₂で構成されている。こ
の正弦波基準信号周波数設定供給部Ａにあつて、
主発振器１の発振パルス及び周波数設定器１５の
設定値を入力とするプリセツト式分周器１６は、
主発振器１からの発振パルスを設定値に対応した
周波数のパルスに分周し、固定同調回路１７₁，
１７₂，…，１７_nに切換え出力する。

上記周波数設定器１５は、混合検波器９に供給
される正弦波基準信号の周波数f_rをスイツチS₁に
より切換え設定するものであり、上記同調回路１
７₁，１７₂，…，１７_nは、スイツチS₁に連動す
るスイツチS₂により切換えられ、周波数設定器１
５で設定した周波数の正弦波基準信号f_rを混合検
波器９にスイツチS₂を介して出力する。混合検波
器９は、前述したように、パルスドプラ信号と正
弦波基準信号とを混合検波し、ドプラビート信号
としてサンプルホールド回路１１に出力する。

ここで、正弦波基準信号周波数f_rを測定部位の
深度又は血流の速度に応じてｆ±ｎ／Ｔ（ｎは整数） に変更する具体例を説明する。

主発振器１の発振周波数を300MHzとし、プリ
セツト式分周器１６によつてこの30MHzを６文
周、10分周、15分周できるようにすると、それぞ
れf_r＝5MHz、3MHz、2MHzの正弦波基準信号を
周波数設定器１５により設定することができる。
いま、探触子６の周波数ｆを3MHz、パルス繰返
し周波数PRF（＝１／Ｔ）を4KHzとする。この場
合、身体内における音速ｃは約1500ｍ／ｓである
から、従来の超音波パルスドプラ血流計で計測可
能な最大流速度V_naxは、前出の式より V_nax＝ｃ／4Tf ＝1500×４／４×3000 ＝0.5ｍ／ｓ である。

これに対して、本願発明において正弦波基準信
号周波数f_rを例えば上記の2MHzに設定すると、
計測できる最大血流速度V_naxは、前出の式で
ｆに代えてf_r＝2MHzを用いることによりV_nax＝
0.75ｍ／ｓと大幅に向上する。この場合、 f_r＝2MHz ＝ｆ−ｎ／Ｔ ｆ＝3000KHz、ｎ／Ｔ＝1000KHz（ｎ＝250、
１／Ｔ＝4KHz）である。

また、５cm／ｓ程度の低速の血流を計測する場
合は、従来の超音波パルスドプラ血流計で得られ
るドプラビート信号のビート周波数f_dは、前出の
式より、 f_d＝2V／ｃ×ｆ ＝２×0.05／1500×3000 ＝0.2kHz となり、この程度のドプラ偏移しか得られない。
これに対して本願発明では、周波数設定器１５に
より正弦波基準信号周波数f_rを例えば上記の5M
Hzに設定すると、即ち、 f_r＝5MHz ＝ｆ＋ｎ／Ｔ ｆ＝3000KHz、ｎ／Ｔ＝2000KHz（ｎ＝500、
１／Ｔ＝4KHz）とすると、式より、f_d＝0.33K
Hzとなり、大きなドプラ偏移として検出すること
が可能となる。

なお、探触子の感度特性は、材料にもよるが、
一般的にはｆ／２〜2fの範囲であれば、キヤリヤ
周波数ｆに対する感度の10dB前後の低下であり、
一方、生体での超音波の減衰は往復で1dB／cm／
ＭHz程度であるため、3MHz用の探触子を2MHzで
使用すると深度10cmあたりまでなドプラ信号の検
出感度は3MHzの時より劣るが、それ以上の深部
についてはむしろ感度が上がる。また、浅部の低
速流計測であれば、10dB程度の感度低下があつ
ても支障なくドプラ信号を検出することができ
る。

また、信号の検出感度の向上を考慮する必要が
ある場合には、周波数設定器１５により設定した
周波数（5MHz、3MHz、2MHz）の探触子を使用
すれば良く、さらに第１図の分周器２を正弦波基
準信号周波数設定供給部Ａと同じ構成とし、第３
図に示すτを長くすることによつて、設定した周
波数成分をより大きく取り出すことが可能となる
ことは明らかである。

〔発明の効果〕

この発明は、以上発明したとおり、混合検波用
の正弦波基準信号の周波数f_rをｎに可変すること
によつて任意に切換えられるようにしたので、深
部の速い血流速度の測定及び浅部の遅い血流の高
精度の測定が可能となり、診断領域が拡がるた
め、診断に有利な血流パターンを得ることができ
る。

さらに、この発明は超音波パルスドプラ法によ
る血流情報の検出に関するものである故、改善さ
れた性能を有する血流計単体として有用であるの
みならず、断層装置のドプラ検出部あるいは二次
元ドプラ（カラードプラ）装置等に組込むことに
よりこれらの装置の性能向上に貢献し得ることも
明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波パルスドプラ血流計
の一実施例のブロツク図、第２図は従来の超音波
パルスドプラ血流計の一例のブロツク図、第３図
ａは超音波パルスのパルス間隔とパルス幅を示す
波形図、第３図ｂは超音波パルスの繰返しにおけ
るスペクトル分布図、第４図はパルスドプラ信号
の各スペクトル及びドプラ成分を示す波形図であ
る。 １……主発振器、２……分周器、３……タイミ
ング信号発生器、４……ゲート回路、６……探触
子、９……混合検波器、１０……サンプリングパ
ルス発生器、１３……周波数分析器、１４……ブ
ラウン管、Ａ……正弦波基準信号周波数設定供給
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波を体表より心臓または血管に向けて発
   射し、そのエコーを受波するための探触子と、こ
   の探触子を励振してキヤリヤ信号周波数ｆ、パル
   ス間隔Ｔの超音波パルスを発生させるための励振
   パルス発生回路と、探触子が受波した血流による
   ドプラ周波数偏移を含むエコーパルスに正弦波基
   準信号を混合してドプラビート信号を検波するた
   めの混合検波器と、このドプラビート信号を処理
   してこれに基づき血流パターンを表示するための
   信号処理手段とを有する超音波パルスドプラ血流
   計において： 上記混合検波器へ印加する正弦波基準信号を、 f_r＝ｆ±ｎ／Ｔ（ｎは整数） なる関係を保持しつつ、ｎを可変することによつ
   て周波数f_rを可変設定する手段； を設けたことを特徴とする超音波パルスドプラ血
   流計。