JPH0377545A - 超音波流速測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、超音波を使用して移動物体の移動速度を測定
する装置に係り、特に、血流の流速測定に好適な超音波
流速測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、一般に、移動物体の移動速度を測定するには超音
波を用いた非破壊測定が広く行われており、特に、超音
波を用いて血流の流速を測定する装置も知られている。

第１図はドツプラ一方式による血流の流速測定を示す図
であり、超音波装置のプローブ１を皮膚２に当接して周
波数ｆ−の超音波ビーム３を入射したとき、エコーの周
波数がｆｌであったとすると、血管４内を流れる流体、
即ち、赤血球や白血球等の超音波散乱体を含む血流、の
流速Ｖは下記の（１）式で求めることができる。

ｖ＝ｃＸ（ｆｓ’　−ｆｓ）／（２ｆａｃｏｓθ）　　
−（１）但し、Ｃは超音波の音速、θは血流と超音波ビ
ームとのなす角度である。

また、従来のＢモード超音波断層装置で得た断層像に血
流をカラーで重畳表示するカラードツプラ一方式も知ら
れている。当該カラードツプラー方式では、超音波エコ
ーとして受信したドツプラー信号を直交検波で取り出し
た後、ＭＴ　Ｉ　（Ｎｏｖｌｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎ
ｄｉｃａｔｏｒ）フィルタにより、血管壁からのエコー
等のクラッタ成分を除去し、自己相関法と呼ばれる位相
検出手段により瞬時位相を求める測定を複数回行い、こ
のようにして得られた複数の瞬時位相の測定値より、血
流の平均流速およびその分散を計算し、計算結果をモニ
タ上にカラー情報として表示するのである。なお、ドツ
プラー偏移はある時間内での位相差から求めることがで
きることは当業者に周知である。

当該カラードツプラ一方式の特徴としては、通常のドツ
プラ一方式では信号処理はアナログで行われるのに対し
て、直交検波以後の処理は全てデジタル的に行われる点
、流速を求める手段として演算時間の短い自己相関法を
用いた位相検出手段を使用する点等があげられる。

更に、近年、超音波を用いた流速測定方式としてスペッ
クル速度計測法が提案されている（例えば、Ｊａｎ　Ｊ
　Ｍｅｄ　Ｕｌｔａｓｏｎｌｃｓ　Ｖｏｌ、１５　Ｎｏ
、５３７７−３８８（１９８８）参照）。当該スペック
ル速度計測法を第２図を参照して説明すると概路次のよ
うである。

超音波散乱体１０を含む流体が矢印１１の方向に流れて
いるところに、図中１２で示す波形を有する超音波を入
射した場合、そのエコー信号の包絡線のピークの数は、
超音波散乱体１０の濃度が高くなるにつれて、第２図（
ａ）の１３、同図（ｂ）の１４、同図（Ｃ）の１５で示
すように次第に増加していくが、超音波散乱体１０の濃
度の増加と共に超音波散乱体１０の間隔が極めて狭くな
り、個々の超音波散乱体１０からの反射波が干渉し合う
ために、エコー信号の包絡線振幅は確率的にゆらいだも
のとなる。このように超音波散乱体１０の空間分布と無
関係なエコー信号の振幅をスペックルと呼ぶ。

いま超音波散乱体１０の濃度が十分高い場合、即ち、濃
度領域がスペックル領域にある場合を考えると、エコー
信号上ではスペックルが支配的になり、その変動回数が
濃度に依存せず、移動速度のみに依存するようになる。

この性質を利用し、スペックルの振幅変動の度合を定量
化して超音波散乱体の移動速度を推定する方式がスペッ
クル速度計測法である。

スペックルの振幅変動の度合を定量化する具体的な手段
としては、エコー信号に包絡線検波を施し、該検波出力
から平均値を引いた後の変動曲線が単位時間当たりにゼ
ロレベルを交差する回数を計数する方式が知られている
。

更にまた、複数のチャンネルで超音波を同時に受波し、
相互相関演算を行うことによって流速測定を行う超音波
診断装置が特開平１−９９５４０号公報および特開平１
−９９５４１号公報に提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の従来の技術には次のような問題が
あった。

即ち、ドツプラ一方式は（１）式かられかるように、流
速Ｖが小さい場合には、発信周波数ｆ−とエコー周波数
ｆｓ’　との周波数差ｆ、の検出が困難になる。周波数
差ｆ−を大きくするためには、発信周波数ｆ−を高くす
る、角度θを０に近づける、という二つの方法が考えら
れるが、生体の特性として周波数が高い超音波はど減衰
が大きくなり、エコーの検出が困難になるため、発信周
波数ｆ―を高くすることは実用的ではない。また、角度
θの調整についても、無侵Ｉｓおよび生体組織による減
衰という制約から限界がある。例えば、周波数差ｆ６が
最大になるのはθ＝０の場合であるが、θ＝Ｏで血管内
に超音波を入射させるということは、血管内で超音波の
送受信を行うこと以外に実現不可能であり、無侵襲とい
う条件を満たすことができない。そこでできるだけ小さ
なθで血管外から超音波を入射させる必要があるが、そ
の場合、超音波振動子とサンプル間の距離が大きくなる
ために、生体組織による減衰が大きくなり、Ｓ／Ｎが劣
化してしまう。従って、角度θを無条件に小さくするこ
とはできない。

また、ドツプラ一方式では、実際に血管と超音波ビーム
とのなす角度θを正確に求めることは困難であるので、
定量性に欠けるものであった。

以上の議論はカラードツプラ一方式についても同様であ
るが、更に、カラードツプラ一方式に特有の問題として
以下の点があげられる。即ち、第１に、カラードツプラ
一方式においては流体の流れの方向を、例えば、プロー
ブに近づく流れの方向を赤系統の色で表示し、プローブ
から遠ざかる流れの方向を青系統の色で表示するという
ように、二つの方向しか表示できないという点であり、
第２に、平均速度を輝度で、速度分散を所定の色相で表
示しているため、定性的な測定には有効であるものの、
定量的な測定には不十分であるという点である。

スペックル速度計瀾法においては、スペックルの振幅変
動の回数自体に統計的な分散があるため、測定精度を向
上させるためには長い測定時間が必要があり、従って測
定精度の向上と測定の実時間性の双方を満足させること
はできないものである。

また、測定対象の系の超音波散乱体の濃度がスペックル
領域にあることの確認が困難であるという問題もある。

更に、特開平１−９９５４０号公報および特開平１−９
９５４！号公報に開示されているものにおいては、もし
実現可能ならばエコー分布の取り込みに要する時間が短
縮され、測定可能流速の上限を高くすることができるが
、エコー空間分布を得るには超音波エコーの指向性が非
常に鋭いことが要求されるという問題がある。なぜなら
、もし指向性が鋭いものでない場合にはあるチャンネル
での送波によるエコーが他チャンネルに受波され、散乱
体の位置の空間分布を反映したエコー分布が得られない
からである。エコーの指向性を鋭くするには散乱体の大
きさに対して送波の波長を十分小さくする、即ち周波数
を十分高くする、あるいは、受波時のチャンネル数を増
やすと共に各チャンネルにエコーの散乱に基づく遅延時
間を与えて加算する、即ち電子フォーカスを行う、等の
方法が考えられるが、血液の流速測定の場合、現行の超
音波による流速測定に使用されている周波数と、血液中
の散乱体である赤血球の大きさを考慮すると前者の条件
は満たされない。条件を満たすためには、赤血球の大き
さを変えることはできないので周波数を高くすることに
なるが、周波数を高くすると体内での減衰が大きくなり
測定は困難になる。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、流体の
流速が小さい場合であっても、また、超音波ビームに対
して直交方向に流れる流体であっても、任意の角度の流
速を高精度に測定できる超音波流速測定装置を提供する
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］ 上記の目的を達成するために、本発明の超音波流速測定
装置は、被検体中の複数の方向に対し、超音波ビームを
繰り返し走査し、そのエコー強度情報を得る超音波流速
測定装置であって、ｎ個の異なる時刻ｔ＋　　＋ｔ２＋
”　＋ｊｎ　　（ただし１≦Ｉ：ａｎ−１，２≦ｊ：ａ
ｎであり、且つｉ＜ｊなる整数ｉ。

ｊにおいて、ｔ＋＜ｔｊであり、一回の超音波ビーム走
査に要する時間をＴｓとするとき、Δｔ１１”ｔＪ−ｔ
＋　は、Ｔｓ　≦Δｔｉｊ　とする）に対応するｎ個の
エコー強度情報のうちの所定の空間領域に対応するエコ
ー強度情報の空間分布Ｄ＋＋　　Ｄ＊＋・コ　Ｄ。（た
だし１≦ｋ：ａｎである整数ｋにおいて、空間分布Ｄｂ
は時刻ｔｋに対応する）を記憶する記憶子Ｊと、前記記
憶手段に記憶された、互いに異なる時刻に対応する空間
分布Ｄ＋　　ＤＪを比較し、そのずれの量ＬＩＪを検出
する検出手段と、前記検出手段で得られるずれの量Ｌｉ
ｊとΔｔとの比に基づいて被検体中の移動物体の移動速
度を検出する演算手段と、前記演算手段で得られた移動
速度を表示、転送または記憶する手段とを具備するもの
である。

更に、本発明では、前記所定の空間領域は超音波ビーム
が繰り返し走査される空間内において直線状となされる
。

更に、本発明では、前記移動物体の移動速度の検出は、
Ｄ、もしくはそれ以上の周期で繰り返し行われる。

更に、本発明では、前記エコー強度情報の空間分布は、
前記移動物体の移動速度の検出毎に異なる位置の空間領
域に対応するものである。

更に、本発明では、前記所定の空間領域は超音波ビーム
が繰り返し走査される空間内において複数の位置に設定
される。

更に、本発明では、前記移動物体の移動速度を表示、転
送または記憶する手段は、複数の方向に設定された空間
領域に対して得られた複数の移動速度の最大値もしくは
複数の移動速度のベクトル和を、矢印等の方向と大きさ
を備えた図形により表示するものである。

更に、本発明では、前記ずれの量は、互いに異なる時刻
に対応する空間分布Ｄ＋　、Ｄ＋の間の相関の高い部分
の変位量となされる。

更に、本発明の一つの態様として、前記移動物体の移動
速度を表示、転送または記憶する手段は、前記エコー強
度情報に基づく被検体の断層像と、前記エコー強度情報
に基づく移動物体の移動速度の数値もしくは移動物体の
移動速度の方向と大きさを表す図形とを重畳表示するこ
とも可能である。

［作用］ 本発明においては、被検体中の複数の方向に対して超音
波ビームが繰り返し走査され、該被検体中で反射された
超音波エコーの強度情報が得られる。そして、ｎ個の異
なる時刻ｔＩ　１　ｔｅ　＋・・・ｔ、に対応して得ら
れたエコー強度情報のうち、所定の空間領域に対応した
ｎ組の強度情報が空間分布Ｄ＋　＋　Ｄ２＋・・・、Ｄ
ｌｌとして記憶される。なお、空間分布Ｄｋ　（但し１
　：！ａｋ：ａｎ）は時刻ｔ。

に対応してい４ものである。これらの空間分布は超音波
ビーム走査空間内の所定の領域からのエコーに基づいて
得られるものであるから、対象物が静止した状態であれ
ばいずれも同一のパターンを示すが、対象物が移動して
いる場合には、時間の経過と共に空間分布のパターンは
次第に変化していくことになる。そして、空間分布のパ
ターンの変化の態様は、前記所定の空間領域が超音波ビ
ーム走査空間内において直線状に並んでいるのであるな
らば、対象物がその空間領域に沿って移動した場合、一
定の空間分布パターンの形状を保ったまま時間軸上で位
置がずれていく様相を示すものとなる。従って、これら
のｎ個の空間分布の相関関係を求める等の既知の手法を
用いることにより、ずれの量ＬＨを求めることが可能で
ある（但し、Ｌｌｌは空間分布り、および空間分布Ｄｒ
　より求められたずれの量を示す）。そして、ずれの量
Ｌｉｊと、時刻ｔｉ　と時刻ｔ」との間の時間Δｔ１１
（＝ｔ」−ｔ＋）の比により対象となる流体の速度を求
めることができ、このようにして求められた流速は数値
により表示手段に定量的に表示される。

本発明の一つの態様においては、前記の過程を一回の超
音波ビーム走査周期Ｔｓあるいはそれ以上の周期で繰り
返し行うことにので、流速の変化に対応して前記流速の
数値が更新されリアルタイムに流速表示を行うことがで
きる。

本発明のまた一つの態様においては、前記所定の空間領
域を前述の検出毎に人為的もしくは自動的に異なる位置
に設定するので、超音波ビーム走査空間内の複数の位置
における流速が測定可能である。

本発明のまた一つの態様においては、前記所定の空間領
域を複数の方向に設定することにより、複数の方向の流
速の測定が可能となる。

本発明のまた一つの態様においては、前記空間分布ＤＩ
　、ＤＪ間の相関の高い部分の変位量を選択的に求める
ことにより、流体からのエコー強度のゆらぎによる影響
を減少させることができるので、精度の高い流速測定が
可能となる。

本発明のまた一つの態様においては、前記所定の空間領
域を複数の方向に設定することにより、得られた複数の
方向の流速のうち、最大値もしくはこれらのベクトル和
を求め、その方向と大きさを備えた、矢印等の図形をＣ
ＲＴ等の表示手段に表示させるので、直感的に流体の動
態を把握することが可能となる。

本発明のまた一つの態様においては、前記エコー強度情
報に基づいて輝度変調し、ＣＲＴ等の表示手段に断層像
として表示させると共に、更に該エコー強度情報より前
述の手法で得られた流速を、その流速の検出時に設定し
た空間領域に対応する断層像の位置に、数値もしくは方
向と大きさを表す図形を重複させて表示するので、流体
の動態の空間分布を把握することが可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

まず、第３図を参照して流速検出の原理について説明す
る。

第３図（ａＪに示すように、音響伝播媒質２１の下部に
ある管２２内を矢印２３で示す方向に流れている超音波
散乱体を含む流体の流速を測定するために、音響伝播媒
質２１の表面に走査型超音波プローブ２０を当接して、
Ｎ本の超音波ビーム２４＋　　、２４ｇ　、・・・・・
・　、２４Ｎにより走査したとき、第３図（ｂ）の２５
＋　　、２５ｓ　、・・・・・・、２５．で示すエコー
強度分布が得られたとする。なお、第３図（ｂ）におい
て、２５＋　　、２５ｇ　、・・・・・・、２５Ｈで示
すエコー強度分布は、それぞれ、超音波ビーム２４＋　
　、２４２．・・・・・・　、２４．の走査により得ら
れたものであり、また、ビーク２６およびピーク２７は
それぞれ管２２の上側管壁、下側管壁からのエコーを示
す。そして、第３図（ｂ）に示すエコー強度分布の中か
ら、管２２の内部からのエコー即ちピーク２６とビーク
２７の中間部分のエコーをサンプルゲート２８によりサ
ンプリングして第３図（Ｃ）に示すような、一定深度か
らのエコーの空間分布を得る。このようにして、ある時
刻の空間分布りを得ることができる。

上記の操作を異なる時刻ｅｌ　＋ｔ２．＋・・・・・＋
ｔｎについてｎ回行い、それぞれの時刻での空間分布Ｄ
Ｉ　１Ｄ２１・・・・・・＋　Ｄ　ｎを得る。いま、時
刻ｔ１での空間分布Ｄ＋　　時刻ｔ１での空間分布ＤＩ
　　（但し、ｔｉ　＜１１）がそれぞれ第３図（ｄ）、
（ｅ）のようであったとすると、これら二つの空間分布
パターンから流速を求めることができる。即ち、空間分
布Ｄ＋　　ＤＪのパターンが、第３図（ｄ）、（ｅ）に
示すように相似形の場合には位相のずれを求めればずれ
の量Ｌ＋１を求めることができ、当該ずれの量ＬＩＪを
時間差Δｔｌｌ　　（＝Ｊ−ｔｌ）で割ることにより、
流速ＶＢ　　（＝Ｌ＋１　／Δｔｉｊ）を求めることが
できる。

また、二つの空間分布Ｄ＋、Ｄｌのパターンが第４図（
ａＬ　　（ｂ）に示すように相似形とはいえない場合に
は、下記の（２）式により相互相関演算を行えばよい。

＋Ｊ−に−１ Ｒ（ｋ）＝（Σｘ（ｎ）７（ｎ＋ｋ））　／　（Ｎ−に
−１）・・・（２） ここで、ｘ　（ｎ　Ｌ）’　（ｎ　）は、それぞれ時刻
ｔ＋＋ｊ＋でのエコーの空間分布、Ｎはデータ数、Ｎ−
に−１は一方の信号をｋだけずらせたときの二つの信号
が重なり合う部分である。

（２）式の演算により得られる相互相関Ｒ（ｋ）は第４
図（Ｃ）に示すように、ピークを有するものとなるので
、当該ピークの位置をＬ＋４　とし、これを時間差で割
ることにより流速ＶＢ　　（＝Ｌ＋１　／ΔｔＪ）を求
めることができる。

なお、第３図、第４図においては波形はアナログ量で示
しであるが、実際の処理はデジタル量で行われるもので
ある。

次に、第５図を参照して、本発明の超音波流速測定装置
の１実施例を説明する。

第５図は、プローブ１００としてリニアアレイ型超音波
プローブを用い、被検体に対して平行な超音波ビーム走
査を繰り返し行うようになされている。そして、当該超
音波流速測定装置の一つの走査サイクルは第６図（Ｃ）
に示すように、データ取り込み過程と演算過程の２つの
過程に分かれており、データ取り込み過程では、プロー
ブ１００で受波した超音波エコー信号を、所定の時刻で
サンプリングしデータメモリ１０８に記憶し、演算過程
ではデータメモリ１０８に記憶されている２走査分のエ
コー強度情報の空間分布よりずれの量を検出し、流速を
求めて、その結果を表示部１１３に出力する。具体的に
は次のようである。

まず、時刻ｔ１の第１の走査サイクル（走査１）のデー
タ取り込み過程において、アドレスコントローラ１０７
は各送受信サイクル毎に、第６図（ｄ）に示すトリガパ
ルス１１４を発生する。パルサ１０２は、該トリガパル
ス１１４の立ち下がり時点で駆動パルス１１５をマルチ
プレクサ１０１に出力する。マルチプレクサ１０１は、
トリガパルス１１４の立ち上がり毎に、１０２の出力ラ
インが接続されるプローブ１００の振動子チャンネルを
チャンネル１．チャンネル２．チャンネル３１　　・・
・チャンネルＮと順次移動して行く。同時にデータメモ
リ１０８のアドレスも第６図（ｄ）に示すように、Ａ　
Ｄ　Ｒ＋　１．　Ａ　Ｄ　ＲＩ＊　、　Ａ　Ｄ　Ｒ＋　
１・・・・・と順次増加していく。なお、アドレスコン
トローラ１０７はＣＰＵ１０ｆ３との間に配置されてい
るアドレスバス１１０をデータメモリ１０８のアドレス
ライン１１７に接続するものである。

エコー信号は、マルチプレクサ１０１からプリアンプ１
０３に供給されて所定の振幅に増幅され、検波回路１０
４で検波されてＡ／Ｄコンバータ１０５でデジタル化さ
れてデータメモリ１０８に取り込まれる。このエコー信
号の取り込みはトリガパルス１１４がロー（Ｌｏｗ）レ
ベルの期間に、アドレスコントローラ１０７から出力さ
れるサンプリングパルス１１６によって行われるが、該
サンプリングパルス１１６は、トリガパルス１１４のロ
ーレベルの期間の所定の時点、即ち第６図（ｄ）のτＩ
＋τ２．τ３．・・・で示すように、トリガパルス１１
４の立ち下がりから所定の時間後に立ち上がるようにな
されている。いま、°第６図（ｄ）に示すように、サン
プリングパルス１１６の立ち上がりが送波時点から一定
の時間Ｔ４だけ経過した時点に設定されているとすれば
、該サンプリングパルス１１６でサンプリングされたデ
ータは、プローブ１００の面からｃＸ　（Ｔｎ／２）（
但し、Ｃは超音波の音速である）の深度にあるターゲッ
トのエコー強度情報の空間分布を表すことになる。第６
図（ｅ）にその例を示すが、このデータを空間分布り、
とする。

時刻ｔ２の走査２、即ち第２の走査サイクルにおいても
データは走査１の場合と同様にして取り込みが行われ、
データメモリ１０８の所定のアドレスＡＤＲハ　、Ａ　
Ｄ　Ｒａｔ　、Ａ　Ｄ　Ｒ２３，・・・には、サンプリ
ングパルス１１８τ１　、τ２．τ看、・・・でサンプ
リングされたデータ、即ち第６図（ｆ’）に示すよつな
、ターゲットのエコー強度の空間分布Ｄ２が記憶される
。

このようにして走査２のデータ取り込み過程が終了する
と、走査２の演算過程において、走査１、走査２で得ら
れた２走査分のエコー強度情報の空間分布Ｄ＋　　、Ｄ
ａより、前述した原理に従って流速の検出処理が行われ
る。なお、演算過程においては、ＣＰＵ１０８の制御に
より、Ａ／Ｄコンバータ１０５の出力は禁止され、デー
タメモリ１０８への書込は行われなくなる。

流速を求める演算は、ＣＰＵ１０Ｂがプログラムメモリ
１０９に格納されている流速検出処理ルーチンに従って
、データメモリ１０８よりエコー強度情報の空間分布り
６．Ｄａを読み出し、前述した処理を行って速度を求め
る。そして結果を表示部１１３へ出力する。

表示部１１３における流速の表示の仕方としては種々考
えられるが、−例としては、表示器１２０として７セグ
メントの表示装置を使用し、得られた結果を数値で表示
する方式がある。該方式の場合は１表示部１１３内のレ
ジスタ１１８に結果を送り、それをＢＣＤ−７セグメン
ト変換素子１１９を用いて７セグメント表示を行うよう
にすればよい。

以上の一連の動作は繰り返し行われ、データメモリ１０
Ｂの内容Ｄ＋　　、Ｄａは走査サイクル毎に更新される
ので、検出された流速結果は表示部１１３にリアルタイ
ム表示されることになる。

以上の実施例ではサンプリング時点τ１．τ２゜τ３．
・・・は送波時点から一定の時間Ｔｄだけ経過した時点
に設定されているものとしたが、第７図（ａ）に示すよ
うにＴｍ　を送受信サイクル毎に次第に長く変化させる
、あるいは次第に短く変化させるようにすることも考え
られる。このようにすれば、第７図（ｂ）において斜線
部で示すように、サンプリングポイント２０３の深度を
走査方向に沿って徐々に変化させることができるので、
超音波ビーム走査空間２０４内においてプローブ２０６
に対しである角度をなして流れる流体２０５の流速を検
出することが可能となる。

また、Ｔｄの変化のさせ方を第８図（ａ）の４１１．４
１２．４１３．４１４で示すように、４遍りのパターン
で行えば、第８図（ｂ）に示す４０１．４０２．４０３
．４０４の４方向の流速の検出が可能となる。

次に、第２の実施例として、本発明の超音波流速測定装
置をリニアアレイ型超音波診断装置に応用した場合につ
いて、第９図を参照して説明する。

上述した実施例と同様、第１のアドレスコントローラ５
１５より出力されるトリガパルス５２０によりパルサー
回路５０２が駆動されてマルチプレクサ５０１を通じて
プローブ５００から被検体中に超音波ビームが入射され
、走査が行われる。

各超音波ビーム位置において該超音波ビーム軸上に位置
する生体組織からのエコーは、トリガパルス５２０　カ
ローレペルの１ｇ１間、プリアン７’５０３、検波回路
５０４、Ａ／Ｄコンバータ５０５、エコーデータバス５
１９を介してデジタル化されたエコーデータとして画像
メモリ５０７に書き込まれる。第１のアドレスコントロ
ーラ５１５はビーム位置に対応するメモリアドレスを５
２０が立ち上がる度に移動するので１走査終了後は１枚
分の断層像のエコーデータが画像メモリ５０７に記憶さ
れることになる。画像メモリ５０７は、例えばデュアル
ポー）ＲＡＭで構成されてわり、書き込み動作とは独立
に読み出し動作が可能であるため、ＣＲＴ５１８の掃引
に同期してエコーデータが読み出され、Ｄ／Ａフンバー
タ５１４によって輝度信号に変換され、ＣＰＵ５１２の
画面上に断層像が表示される。データ取り込み過程の間
、第１のメモリ５０８にはゲート５０６によりエコーデ
ータバス５１９側が接続される。第１のメモリ５０８は
第２のアドレスコントローラ５１６の出力によって、上
述したと同様にして１走査分のエコーデータの中の特定
位置のデータのみが記憶される。

該特定位置は、第１０図の斜線部で示すような断層像８
０２内の連続的な小領域（以下、関心領域と称す）８０
０に対応するように、操作盤５１３によりＣＲＴ５１８
の画面６０３上のカーソル６０１を動かしながら任意の
位置に設定することができる。そして、設定された関心
領域６００に対応するメモリアドレスがＣＰＵ５１２に
よって計算され、その結果を第２のアドレスコントロー
ラ５１６内のＲＯＩ　（Ｒｅｇｌｏｎ　Ｏｒ　Ｉｎｔｅ
ｒｅｓｔ）アドレスレジスタ（図示せず）に保存する。

そして、第１のアドレスコントローラ５１５より出力さ
れるアドレスと、ＲＯＩアドレスレジスタの内容が−致
したときのみエコーデータが第１のメモリ５０８に書き
込まれる。

以上で第１の走査サイクル（走査１）の書き込み動作が
終了する。第２の走査サイクル（走査２）の書き込み動
作も同様に行われるが、走査２により画像メモリ５０７
および第１のメモリ５０８の内容が更新される。画像メ
モリ５０７の内容は常にＣＲＴ５１８の掃引に同期して
読み出されるので、ＣＲＴ５１ｇ画面上には断層像がリ
アルタイムで表示されることになり、第１のメモリ５０
８の内容はＣＰＵ５１２によってに回の走査毎に読み出
され、第２のメモリ６１０に転送される。そして、ある
時点で転送された関心領域のデータＲＤ１　と、当該走
査からに回の走査後に転送された関心領域のデータＲＤ
２はプログラムメモリ５１１に格納されている、上述し
た流速検出原理に従って流速を検出するルーチンによっ
て処理され、得られた結果は、流れの向きが矢印の方向
に、また流速の大きさが矢印の長さに比例するベクトル
となるようなパターンでグラフィックメモリ５０９上に
作成される。グラフィックメモリ５０９の内容は常にＣ
ＲＴ５１８の掃引に同期して読み出され、ミキサ５１７
により画像メモリ５０７からの断層像と合成されてＣＲ
Ｔ５１８の画面上に表示される。その例を第１１図に示
すが、ＣＲＴ５１８の画面７１０上には、断層像と共に
、カーソル７０１、およびカーソル７０１の設定された
位置、この場合血管７０２の所定の位置、における流速
を表す流速ベクトル７００が重複して表示される。なお
、流速ベクトル７００の方向が血流の方向を表し、長さ
り、が流速の大きさに比例していることは上述したとこ
ろである。

さて、流速の検出は次のようにして行われる。

第２のメモリ５１０に転送された関心領域のエコーデー
タＲＤＩ　　、ＲＤ２は第１２図に示すように、それぞ
れ、「＋」印で示すａ方向のデータ（ＲＤ首−、ＲＤａ
−）、　　ｒＯＪ印で示すｂ方向のデータ（ＲＤ＋ｂ　
、ＲＤａｂ　）、「×」印で示すＣ方向のデータ（ＲＤ
＋−、ＲＤ２゜）および「Δ」で示すｄ方向のデータ（
ＲＤ＋ｄ、ＲＤａｄ）の４方向の成分に分けられ、各成
分毎に前述した原理で変位量Δａ、Δｂ、ΔＣおよびΔ
ｄが検出される。そして、ＣＰＵ５１２はカーソルが設
定された位置に対応するグラフィックメモリ５０９上の
アドレスを起点に、流速ベクトルを表す矢印データを作
成する。例えばΔａ＝ΔＣ＝Δｄ＝ｏであり、Δｂ≠Ｏ
であるとすれば、この矢印データは４５度の傾きを持つ
、長さり、の矢印７００　（第１１図）として表示され
るように作成される。Ｌ、は、Ｌｍ　＝Ａ・１Δｂ１／
（ｋ＠Ｔｓ）　　　・・・（３）で表される。但し、Ａ
は流速を矢印長に変換するための係数であり、ＴＩは一
回の走査に要する時間である。

流速ベクトル７００の方向はプラス方向とマイナス方向
があるが、これは超音波ビームの走査方向に対する流体
の移動方向によって選択される。

第１１図の場合、矢印７０５で示す走査方向と血流の向
きが同一方向となっているためΔｂは正の値をとるが、
そうでなければ第１１図の７０４で示す矢印の方向を向
くことになる。この場合、流速ベクトル７００は走査方
向の向きとなるように作成される。

関心領域データＲＤ＋　　、ＲＤａはに回の走査毎に第
２のメモリ５１０に転送され、その都度、流速検出ルー
チンにより処理され、グラフィックメモリ５０９上の流
速ベクトルデータが更新される。

回数には流速によって適した値が異なる。即ち、同じｋ
に対し、流速が速くなり過ぎればＲＤ　＋ＲＤｔ間の相
関の高い部分が少なくなり、流速検出精度が低下するこ
とになり、また、流速が遅くなり過ぎればＲＤ＋、ＲＤ
ａ間の変位量が少なくなり、やはり流速検出精度が低下
することになる。

従って、より広い流速範囲について検出精度を向上させ
るためには、各走査毎に関心領域データを取り込み、常
にｎ走査分の関心領域のデータを第２のメモリ５１０に
記憶させておき、新たに第２のメモリ５１０に転送され
てくるデータでｎ走査前に転送されたデータを更新する
ようにすればよい。つまり、ｎ個の関心領域データを古
い順にＲＤ＋　　、ＲＤａ　、　・・・、ＲＤ、とする
。その結果、ＲＤ、とＲＤ−＋、ＲＤ、とＲＤ−ｈ−、
ＲＤ−とＲＤ＋　　という具合に１．・・・、ｎ−１走
査の時間間隔に対応した（ｎ−１）組の関心領域データ
が得られる。そして、それぞれの組について流速検出ル
ーチンにより変位量Δ、Δ２．・・・、Δｎ−１が検出
される。このとき変位量と共にそれぞれの相関の度合い
ｒ’＋＋　　ｒ２ｎ　　・・・１ｒ’＊−１も検出され
る。これらのデータに基づいてＣＰＵ５１２は次の演算
を行う。

■＝（Δ＋・ｒ＋／ｔｉΔｇ”ｒ２／２＋・・・＋Δｎ
−１”　ｒａ−＋／　（ｎ　　１　）　）　／　Ｔｓ　
　・”（４）但し、ｒｘはｒ８が所定の値よりも大きい
ときは１、小さいときはＯをとる関数である。

即ち、流速検出ルーチン処理される関心領域の各組のう
ち、エコー強度の空間分布の相関が低い組の変位量は無
視されることになるので、より信頼性の高い流速結果を
得ることができる。

以上の処理は前述のように４方向の成分にわけて行い、
検出された４方向の速度成分Ｖ＠＋Ｖｋ＋Ｖ、、Ｖ、の
中から絶対値が最大となる成分Ｖうが抽出される。該Ｖ
８より前述の方法と同様に、グラフィックメモリ５０９
に流速ベクトルデータを作成し、ＣＲＴ５１８の画面上
に表示することができる。

上記の第２の実施例では流速の方向として４方向を考え
たが、検出を行う流速の方向を更に細分化し、８方向あ
るいは１６方向について流速を検出するようにしてもよ
いものである。また、流速方向成分を直交する２方向と
し、それぞれの成分の流速検出値をベクトル的に加算し
て全ての方向の流速を求めることも可能である。

また、上記の第２の実施例では、関心領域の設定は、使
用者が操作盤５１３に配置されている、キー　ジ自イス
ティック、　トラックボール等のカーソル移動手段を用
いて、画面上に表示されるカーソルを移動させることに
よって行ない、断層像中には設定された位置の流速ベク
トルのみが表示されるものとして説明したが、しかし、
第１３図（ａ）に示すように、予め断層像中に関心領域
８００を複数個設定しておき、関心領域毎に流速ベクト
ルを求める方法も考えられる。この場合の関心領域の設
定は、上述した第２の実施例と同様に操作盤５１３を用
いて人為的に設定する方法、あるいは、第１３図（ｂ）
に示すように、固定した複数の関心領域８０１を予めシ
ステムの中に設定しておく方法等がある。このようにす
ることで断層像中に複数の流速ベクトルを表示でき、流
体の二次元的動態が観察可能となる。

以上、本発明のｌ実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可
能である。例えば、以上の実施例ではりニアアレイ型超
音波プローブを用いた場合について述べたが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えばコンベックスア
レイ型プローブ、電子式または機械式のセクタスキャン
型プローブ等、複数の方向に対して超音波ビームを繰り
返し走査できるタイプのものであれば適用できるもので
ある。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エコ
ーの空間分布のずれと時間差から流速を求めるものであ
るから、低流速においても正しい流速値が高精度に、且
つリアルタイムで求められるという効果がある。また超
音波伝播方向に対して任意の方向の流速を得ることがで
き超音波探触子と流れの方向の制約を受けず、正確な流
速測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はドプラー法の原理を示す図、第２図ははスペッ
クル速度計測法を説明するための図、第３図は本発明の
超音波流速測定装置を用いた流速測定方法の原理を説明
するための図、第４図は相互相関の演算の原理を説明す
るための図、第５図は本発明の超音波流速測定装置の１
実施例の構成を示す図、第６図は超音波ビームの走査を
説明するための図、第７図はサンプリングのタイミング
の１例を示す図、第８図はサンプリングのタイミングの
他の例を示す図、第９図は本発明の他の実施例の構成を
示す図、第１０図は関心領域の設定を説明するための図
、第１１図は断層像と流速べクトルとの重複表示の例を
示す図、第１２図はエコーデータの方向分離を説明する
ための図、第１３図は関心領域を複数個設定をした場合
の表示例を示す図である。 １００・・・プローブ、１０１・・・マルチプレクサ、
１０２・・・パルサ、１０３・・・プリアンプ、１０４
・・・検波回路、１０５・・・Ａ／Ｄコンバータ、１０
６・・・ＣＰＵ、１０７・・・アドレスコントローラ、
１０８・・・データメモＩハ　１０９・・・プログラム
メモリ、１１３・・・表示部。 出　　願　　人　チル七株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被検体中の複数の方向に対し、超音波ビームを繰
   り返し走査し、そのエコー強度情報を得る超音波流速測
   定装置であって、ｎ個の異なる時刻ｔ＿１、ｔ＿２、・
   ・・、ｔ＿ｎ（ただし１≦ｉ≦ｎ−１、２≦ｊ≦ｎであ
   り、且つｉ＜ｊなる整数ｉ、ｊにおいて、ｔ＿ｉ＜ｔ＿
   ｊであり、一回の超音波ビーム走査に要する時間をＴ＿
   ｓとするとき、Δｔ＿ｌ＿ｊ＝ｔ＿ｊ−ｔ＿ｉは、Ｔ＿
   ｓ≦Δｔ＿ｌ＿ｊとする）に対応するｎ個のエコー強度
   情報のうちの所定の空間領域に対応するエコー強度情報
   の空間分布Ｄ＿１、Ｄ２、・・・、Ｄ＿ｎ（ただし１≦
   ｋ≦ｎである整数ｋにおいて、空間分布Ｄ＿ｋは時刻ｔ
   ＿ｋに対応する）を記憶する記憶手段と、前記記憶手段
   に記憶された、互いに異なる時刻に対応する空間分布Ｄ
   ＿ｉ、Ｄ＿ｊを比較し、そのずれの量Ｌ＿ｉ＿ｊを検出
   する検出手段と、前記検出手段で得られるずれの量Ｌ＿
   ｉ＿ｊとΔｔ＿ｉ＿ｊとの比に基づいて被検体中の移動
   物体の移動速度を検出する演算手段と、前記演算手段で
   得られた移動速度を表示、転送または記憶する手段とを
   具備することを特徴とする超音波流速測定装置。 （２）前記所定の空間領域は超音波ビームが繰り返し走
   査される空間内において直線状であることを特徴とする
   請求項１記載の超音波流速測定装置。 （３）前記移動物体の移動速度の検出は、Ｔ＿ｓもしく
   はそれ以上の周期で繰り返し行われることを特徴とする
   請求項１記載の超音波流速測定装置。 （４）前記エコー強度情報の空間分布は、前記移動物体
   の移動速度の検出毎に異なる位置の空間領域に対応する
   ものであることを特徴とする請求項１記載の超音波流速
   測定装置。（５）前記所定の空間領域は超音波ビームが
   繰り返し走査される空間内において複数の位置に設定さ
   れるものであることを特徴とする請求項１記載の超音波
   流速測定装置。 （６）前記移動物体の移動速度を表示、転送または記憶
   する手段は、複数の方向に設定された空間領域に対して
   得られた複数の移動速度の最大値もしくは複数の移動速
   度のベクトル和を、方向と大きさを備えた図形により表
   示することを特徴とする請求項５記載の超音波流速測定
   装置。 （７）前記ずれの量は、互いに異なる時刻に対応する空
   間分布Ｄ＿ｉ、Ｄ＿ｊの間の相関の高い部分の変位量で
   あることを特徴とする請求項１記載の超音波流速測定装
   置。 （８）前記移動物体の移動速度を表示、転送または記憶
   する手段は、前記エコー強度情報に基づく被検体の断層
   像と、前記エコー強度情報に基づく移動物体の移動速度
   の数値もしくは移動物体の移動速度の方向と大きさを表
   す図形とを重畳表示することを特徴とする請求項１記載
   の超音波流速測定装置。