JPH0347241A - 超音波ドプラ診断装置 - 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］ 本発明は超音波ドプラ診断装置、特に超音波を連続的に
被検体内に送受波することにより心臓内血流等の運動方
向と速度を検出し、その血流情報を画面上に表示する超
音波ドプラ診断装置に関する。

［従来の技術］ 超音波を生体などの被検体内に放射し、被検体内運動部
からの反射波を受信して血流速度を画像表示する超音波
ドプラ診断装置が周知であり、例えば心臓内の血流の運
動状態を画像表示することに用いられている。

この種の装置には、連続的な超音波を用いたものがあり
、第５図に示されるように、超音波探触子内に設けられ
た送信用振動子１０ａから被検体内の運動反射体、例え
ば血管１２内の血液１４に連続的に超音波を放射し、こ
の血液１４からのエコー信号は送信用振動子１０ａと同
数の振動素子から成る受信用振動子１０ｂにより受信さ
れる。

そして、この受信信号を基準参照波信号と比較して周波
数解析し、運動反射体のドプラ効果により生じたドプラ
偏移周波数を検出することにより速度を特定しており、
最終的に画面上に血液の流速状態が画像表示される。

このような連続超音波を用いて反射体の運動状態を検出
する装置は、距離方向において特定点の速度情報を得る
ことはできないが、パルス超音波を用いた場合に比べる
と、サンプリング処理に起因する折返し現象が生じない
ため、検出される運動反射体の速度に限界がないという
利点がある。

従って、速度にあいまいさがなく、正確な速度が検出さ
れるので、主に高速血流を画像表示することに用いられ
る。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の超音波ドプラ診断装置では、超音
波ビーム方向の速度成分のみが検出され、流れに沿った
正確な血流速度を求めることは困難である。

すなわち、第５図に示されるように、流れる血液１４か
ら反射するエコー信号には超音波ビーム方向でのドプラ
効果が現れることになり、従来の方法では連続超音波に
より実際の血流方向を正確に検出することはできなかっ
た。

この場合、同時にＢモード断層像を画像表示することが
多いので、この断層像により血管の走行方向を特定し、
これにより血流方向を仮に決定して速度方向の補正をす
ることも提案されているが、これは流れの方向が推定で
きない心臓内血流については適用できず、必ずしも有効
な方法ではない。

発明の目的 本発明は前記問題点を解決することを課題としてなされ
たものであり、その目的は、連続超音波を用いて運動反
射体の実際の運動方向及び速度を正確に検出できる超音
波ドプラ診断装置を得ることにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、第１の請求項に係る発明は
、アレイ型振動子を送信用と受信用の振動子に分割し、
前記送信用振動子にて連続超音波を被検体内の所定部位
に放射しその反射波を前記受信用振動子にて受信し、運
動反射体の速度を検出する超音波ドプラ診断装置におい
て、前記受信用振動子において異なる２つの受信開口を
設定し所定角ずれた２つの反射エコーを受信する受信回
路と、この受信回路から出力された反射方向の異なる２
つの情報から速度ベクトルの運動方向及び大きさを正確
に測定演算する速度演算器と、を備えたことを特徴とす
る。

第２の請求項に係る発明は、前記受信回路が受信用振動
子の振動素子数を変えて２つの受信開口を設定すること
を特徴とする。

第３の請求項に係る発明は、前記受信回路が受信用振動
子の位置を変えて２つの受信開口を設定し、電子走査に
より受信ビーム方向を変化させて所定部位からの反射エ
コーをそれぞれの受信開口にて受信することを特徴とす
る。

［作用］ 以上の構成によれば、送信用振動子により所定方向に超
音波ビームが連続的に被検体内の所定部位に放射され、
その反射波は受信用振動子の２つの受信開口にて受信さ
れる。この場合の開口制御は、振動子数を増加、減少さ
せて変えるようにしてよく、また振動子数は同一でその
位置のみを変えてもよく、後者の場合は２つの受信開口
の受信ビーム方向を変えるためのビーム偏向制御をする
必要がある。

このようにして、被検体内の同一運動反射体からの反射
エコーは受信用振動子の異なる位置で受信され、反射方
向の所定角ずれた異なる２つの速度情報が得られること
になるので、この２つの情報から速度ベクトルの運動方
向及び大きさが正確に測定される。

すなわち、前記所定角ずれた反射方向の異なる２つの受
信信号により速度の接線成分を求め、この接線成分と受
信ビーム方向の速度の動径成分とから、速度ベクトルの
運動方向及び大きさを演算することができる。

［実施例コ 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、実施例に係る超音波ドプラ診断装置の回路
ブロック図が示されており、連続超音波を放射する送信
用振動子１６には送信器２０が接続され、この送信器２
０には走査制御器２２及びタイミング発生器２４が接続
されている。前記走査制御器２２は、タイミング発生器
２４からのタイミング信号に基づいて送信用振動子１６
から出力される超音波ビームを偏向制御するが、この偏
向制御は各振動子を遅延制御して超音波の位相合せを行
うことにより行われる。なお、タイミング発生器２４の
タイミング信号は後述するミキサ３４にもサイン、コサ
インの複素基準信号（基準参照波信号）として出力され
る。

一方、受信用振動子１８には受信器２６が接続され、こ
の受信器２６は前記走査制御器２２により制御される。

すなわち、本発明において特徴的なことは、受信用振動
子１８の開口状態を制御して所定角ずれた異なる反射方
向の反射エコーを同時に受信するようにしたことであり
、この開口制御は前記走査制御器２２にて行われる。こ
の開口制御は、受信用振動子１８の受信する際の振動素
子数を変える受信開口幅の制御と、振動素子数を同一に
してその位置を変える制御の両方が含まれる。

例えば、振動素子数を変える場合には、第３図に示され
るように、全振動素子数が６４素子の場合には送信用振
動子１６を３２素子とし、受信用振動子１８を２４素子
から成る受信開口ＤＲ，と３２素子から成る受信開口Ｄ
Ｒ２とすることができる。また、振動子数を同一にする
場合には、第４図に示されるように、送信用振動子１６
を３２素子とし、受信用振動子１８は１６素子から成る
２つの受信開口ＤＲ＋　、受信開口ＤＲ２とし、図（ａ
）のように完全に分離した配置としてもよく、図（ｂ）
のように一部を重複するように配置してもよい。

この場合、それぞれの受信開口状態に設定された受信用
振動子１８により運動反射体Ａから反射するエコー信号
を受信するための偏向制御を走査制御器２２により行っ
ており、各振動素子での受信を遅延制御することにより
所定の運動反射体の反射エコーを異なる位置で受信する
ことができる。

なお、第３図の場合においても、所定の部位の反射エコ
ーを正確に受信するための遅延制御を行ってもよい。

前記第３図、第４図のように、本発明では受信用振動子
１８の受信開口状態を変化させることにより、被検体内
の同一部位から反射する反射エコーを異なる位置で受信
することができる。

実施例では、受信器２６には増幅器２８、検波器３０及
びＡ／Ｄ変換器３２が接続されており、連続超音波によ
り速度を検出するとともに、パルス超音波により被検体
内断層像をＢモード表示する。

すなわち、前記走査制御器２２は時分割制御などにて連
続超音波と交互にパルス超音波をも振動子から被検体内
に放射しており、このパルス超音波による反射エコーは
受信器２６を介して増幅器２８に供給される。そして、
所定の増幅が施された後に検波器３０で検波して断層像
信号とし、この検波器３０の出力はデジタル信号に変換
した後に、断層像の表示制御を行う表示制御器４８に供
給される。

一方、前記連続超音波により得られた受信信号について
は、速度演算のための処理が施されることになるが、受
信器２６の出力は複素信号に変換された後に、ドプラ偏
移周波数の解析が行われる。

すなわち、複素信号への変換を行うためにミキサ３４　
ａ、　　３４　ｂが設けられ、このミキサ３４はタイミ
ング発生器２４から出力された　ｃｏｓ　２πｆ、）　
ｔ、　ｓｉｎ　２πｆＯｔを参照信号として受信器２６
から出力された受信信号に掛は合わせることにより、受
信信号を複素信号に変換する。

このようにして得られた複素信号は、Ａ／Ｄ変換器３６
によりデジタル信号に変換された後に、ウオールフィル
タ３８に供給される。このウオールフィルタ３８は、高
域通過フィルタ（ＨＰＦ）であり心臓壁、血管壁などの
低速度信号を除去するために設けられる。このウオール
フィルタ３８には、ドプラ偏移周波数を演算する周波数
解析器４０が接続されており、この周波数解析器４０は
、ＦＦＴ等の演算回路を用いることができ、これにより
得られたドプラ偏移周波数により超音波ビーム方向の速
度が得られる。

次に、前記周波数解析器４０により周波数解析されるま
での作用を式を用いて説明する。

第２図には、従来の送信用振動子１０ａと受信用振動子
１０ｂにて連続超音波を受信する場合の速度検出状態が
示されており、送信波の波数ベクトルをＫｌｓ受信波の
波数ベクトルをに５とすると、合成された波数ベクトル
は、ＦＣ’−Ｆ：ｓ−ｆ。

となる。

そして、連続超音波の送信角周波数をω１、受信信号の
受信角周波数をωＳとすると、両者の関係は次式のよう
になる。

ωＳ−ω、＋び・　（Ｋ’ｓ　　Ｋ’１）−ω１＋びΦ
Ｋ　　　　　　　　　・・・（１）ただし、σ；血流な
どの運動反射体の速度ベクトル そして、ドプラ偏移角周波数をω４とすると、ω６は次
式のようになる。

ωｄ　＝（ｔ）ｓ　−ω −「・　ＣＫｓ−Ｙ、　） ＝び・ｒ Ｉ−Ｕ−ＫＣＯ８θ　　　　　　　　　・・・（２）た
だし、θ；速速度ベクトル色波数ベクトルにとの成す角 通常省パルスドプラ診断装置の場合と同様に、送信用及
び受信用の振動子が同一位置にあると仮定すると、次式
が成り立つ。

Ｙ、−−Ｋ”５　　　　　　　　　　　　・・・（３）
従って、前記（２）式は次のように書き換えられる。

ω、−「・２ｆ５ ＝２Ｕ／ｃ　−ｃｏｓ　　θ・ω１　　　　　　・・・
　（４）ここで、Ｃは被検体中の音速であり、ドプラ偏
移周波数で表すと、 ｆ　ａ　−２Ｕ／　Ｃ’　ｅＯ８θ−ｆ、　　　　　・
　（５）となる。

このようにして求められるドプラ偏移周波数は、超音波
ビーム方向（前記波数ベクトルに方向）に射影された速
度成分に対応する。しかし、本発明は運動反射体の速度
ベクトルびを求めており、このために、受信用振動子１
８において異なる受信開口を設定して反射方向の異なる
２つの受信信号を受信している。

第３図には、受信開口状態を変化させた受信用振動子１
８により異なる（所定角ずれた）反射方向の受信信号を
２つ受信した場合の速度ベクトルの検出状態が示されて
いる。

図において、受信開口が例えばＤＲＩ−２４素子のとき
の送信波と受信波が合成された波数ベクトルに、は、Ｋ
”　、＝　Ｋ”　ｓ　＋　−Ｋ’　＋　となり、受信開
口が例えばＤＲ２−３２素子のときの波数ベクトルに２
は、Ｋｚ　−に’５２　　Ｋ’ｌ　とナル。

そして、受信間ロＤＲＹ−２４素子のときの波数ベクト
ルｆ、において、運動反射体の速度ベクトルびとの成す
角度をθとすると、受信ドプラ角周波数ω６．は次式で
表される。

ω４．晴ｒｆ４゜ ５ｌＩＵ・に、ｅｃｏｓθ ｍＵｒｅＫ、　　　　　　　　　　　・・・（６）ここ
で、Ｕ「はに宜に平行な速度成分（動径成分）で、Ｕ　
ｒ　−Ｕ−ｃｏｓθである。

一方、受信間ロＤＲ２−３２素子のときの波数ベクトル
Ｙ２において、速度ベクトルとの成す角度は、開口ＤＲ
，，ＤＲ２で得られる２つの反射超音波ビーム方向の成
す角をδφとすると、受信ドプラ角周波数ω、２は、次
式で近似できる。

ω６□−σ　争　Ｉく＝２ −Ｕ−に２　・ｃｏｓ　　（θ−δφ／２）：Ｕ−に、
・ｃｏｓ　（θ−δφ／２）・　（７）そして、前記（
６）式と（７）式の差を演算し、角周波数差をδ、ｄと
すると、 δωｄ１ωｄ２−ωｄｌ −Ｕ−に＋　　・ｓｉｎθ・δφ／２−（８）ただし、
δφ＜＜１ となり、この（８）式を変形すると、 ２δω、／δφ−Ｕ−に、・ｓｌｎθ ＝Ｕｔ　　−に＋　　　　　　　・・・（９）ここで、
Ｕｔはに＋に垂直な速度成分、すなわち接線成分で、Ｕ
ｔ−Ｕ−ｓｉｎθである。

前記（８）式において、角度δφは血流などの運動反射
体の位置（パルスドプラ装置におけるサンプル位置に相
当する）を関心領域として特定することにより容易に計
算され、深さが一定であれば定数となる。また、前記角
度δφは受信開口を変えて超音波ビームと運動反射体と
の幾何学的配置を変えることにより所定の角度とするこ
とができ、この角度により異なる受信開口により得られ
た２つのドプラ信号のドプラ偏移角周波数に差が生じる
。

従って、ドプラ偏移角周波数の差分δω４を検出し、所
定角度δφで除算することにより、波数ベクトルｒに垂
直な接線成分Ｕｔを求めることができ、この接線成分の
演算は接線速度演算器４２にて行われる。

そして、血流の速度ベクトルびは動径成分Ｕｒと接線成
分Ｕｔを用いることにより演算され、次式にて求められ
る。

び−Ｕｒ　−ｅｒ　＋Ｕ＋　　＊　ｅ＋　　　　　　−
（１０）但し、σ７．ｄ、はそれぞれ波数ベクトルｒに
平行方向、垂直方向の単位ベクトル。

従って、この速度ベクトルの大きさ（絶対速度）Ｕと方
向θは、前記（６）式と（９）式の結果に基づいて次式
で求めることができる。

θ−ｔａｎ　−’　　（Ｕｔ　／Ｕｒ　）　　　　　　
　　　−＝　　（１２）そして、前記（１１）式の演算
は、絶対速度演算器４４により行われ、（１２）式の演
算は角度演算器４６により行われる。

また、前記絶対速度演算器４４及び角度演算器４６の後
段には表示制御器４８が設けられ、ここで画像表示のた
めの所定の処理が行われ、前記速度情報はＤＳＣ（デジ
タルスキャンコンバータ）５０、Ｄ／Ａ変換器５２を介
して表示器５４に供給される。

実施例では、前記表示制御器４８には、周波数解析器４
０から出力された速度の動径成分Ｕ「あるいはＡ／Ｄ変
換器３２から出力された断層像情報Ｂ／Ｗも入力されて
おり、表示器５４は速度情報を断層像画像とともに画像
表示することができる。

実施例は以上の構成から成り、以下にその作用を説明す
る。

まず、送信用振動子１６は、送信器２０から出力された
超音波励振信号を入力して連続超音波を被検体内の所定
部位に放射しているので、血液などの運動反射体Ａから
の反射エコーも連続的に受信用振動子１８側に反射して
くることになる。そして、受信用振動子１８は、ＤＲ，
−２４素子、ＤＲ２−３２素子の異なる受信開口により
反射エコーは同時に受信され、これにより所定の微小角
δφずれた異なる方向の２つの反射エコーが受信される
。

この場合の所定角δφは、第３図あるいは第４図に示さ
れる受信開口の設定条件により変わり、２つの受信開口
位置の距離及び運動反射体からの距離により決定される
ことになる。第４図のように２つの受信開口の間隔を広
くとれば、所定角度も広くとることができ、速度ベクト
ルの接線成分を比較的良好に演算できることになる。

このようにして異なる受信開口により得られた２つの受
信信号はミキサ３４により複素信号に変換され、この複
素信号に含まれるドプラ偏移周波数は周波数解析器４０
により解析され、超音波ビーム方向の動径成分の速度Ｕ
ｒが求められる。

この速度の動径成分Ｕ「は、接線速度演算器４２に供給
され、この接線速度演算器４２にて差演算が行われるこ
とにより速度の接線成分Ｕｔが演算される。同時に、動
径成分Ｕｒは絶対値演算回路４４に供給されており、絶
対速度演算器４４では、動径成分Ｕｒと接線成分Ｕｔと
から前記（１１）式に基づいて絶対速度Ｕが演算され、
−刃角度演算器４６では（１２）式の演算により運動方
向θが求められる。

このようにして得られた速度ベクトルは、表示制御器４
８により画像表示処理が行われ、表示器５４に速度情報
として画像表示される。この速度表示は、第１図に示さ
れるように、特定点の速度の変化を時間軸上に表した状
態で画像表示される。

実施例では、Ｂモードの断層像も画像表示されているの
で、この断層像内の特定点の正確な速度情報を画面上で
観察することができることになる。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、異なる２つの受
信開口を設定し、所定角ずれた方向の２つの反射エコー
を同時に受信するようにしたので、連続超音波を用いた
装置において速度ベクトルの運動方向及び大きさを正確
に測定することができる。

従って、被検体内の心臓内血流などの運動状態を実際に
近い状態で画像表示することができ、画像診断に有益な
情報を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の超音波ドプラ診断装置の構成を示す回
路ブロック図、 第２図は１つの受信開口により速度を検出する場合の波
数ベクトルを示す図、 第３図は本発明の２つの受信開口により速度を検出する
場合の波数ベクトルを示す図、第４図は受信開口の他の
設定状態を示す図、第５図は従来装置において連続超音
波により速度を検出する状態を示す説明図である。 １０ａ、１６　　・・・　送信用振動子１０ｂ、１８　
　・・・　受信用振動子２０　・・・　送信器 ２２　・・・　走査制御器 ２６　・・・　受信器 ３４ａ、３４ｂ　　−・−ミキサ ４０　・・・　周波数解析器 ４２　・・・　接線速度演算器 ４４　・・・　絶対速度演算器 ４６　・・・　角度演算器 ４８　・・・　表示制御器 ５４　・・・　表示器 Ａ　・・・　運動反射体。 第４図 （０） （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ型振動子を送信用と受信用の振動子に分割
   し、前記送信用振動子にて連続超音波を被検体内の所定
   部位に放射しその反射波を前記受信用振動子にて受信し
   、前記所定部位の運動反射体の運動方向と速度を検出す
   る超音波ドプラ診断装置において、前記受信用振動子に
   おいて異なる２つの受信開口を設定し所定角ずれた２つ
   の反射エコーを受信する受信回路と、この受信回路から
   出力された反射方向の異なる２つの情報から速度ベクト
   ルの運動方向及び大きさを正確に測定演算する速度演算
   器と、を備えたことを特徴とする超音波ドプラ診断装置
   。
2. （２）請求項（１）記載の装置において、前記受信回路
   は受信用振動子の振動素子数を変えて２つの受信開口を
   設定することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
3. （３）請求項（１）記載の装置において、前記受信回路
   は受信用振動子の位置を変えて２つの受信開口を設定し
   、電子走査により受信ビーム方向を変化させて所定部位
   からの反射エコーをそれぞれの受信開口にて受信するこ
   とを特徴とする超音波ドプラ診断装置。