JPH0414023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、パルスドプラ方式の超音波血流計に
関するものである。

（従来技術） 近年、循環器系の診断に、超音波断層診断装置
（Ｂモード法）や超音波カージオグラフ（Ｍモー
ド法）と相まつてドプラ法の原理を応用した超音
波血流計が供されている。なかでも、パルスドプ
ラ法を採用するものは、距離分解能が高いこと、
超音波断層診断装置の探触子を共用できること、
断層像と血流パターンとの同時表示が可能なこと
から主流となつている。

パルスドプラ法を採用する超音波血流計におい
ては、探触子から第１図Ａに示すように、キヤリ
ア周波数f₀の超音波パルスを所定の周期１／f_rで
発射し、その超音波パルスの生体内での反射波を
同一の探触子で受信するようにしている。この場
合、探触子で受信される反射波の周波数スペクト
ラムは、第１図Ｂに示すように、キヤリア周波数
f₀を中心に周波数f_rの間隔で存在する。第１図Ｃ
は第１図Ｂの部分拡大図で、同時に血流が存在す
る場合のドプラシフトの状態を示している。

こゝで、生体内に投射される超音波ビームと血
流との成す角度をθ、血流速をｖ、音速をｃとす
ると、一つのスペクトラム成分の周波数f_sにおけ
るドプラシフトf_dは以下のように表わされる。

f_d＝−2cosθ／ｃ・ｖ・f_s このドプラシフトf_dは、f_r／２を越えると隣の
スペクトラム成分の逆方向のドプラシフトと区別
が付かなくなるため、実際には受信した反射波に
周波数f₀のローカルオシレータの出力を混合した
後、カツトオフ周波数f_r／２のローパスフイルタ
を通すことにより、等価的にf₀±f_r／２の帯域フ
イルタを構成し、この帯域内のドプラシフトのみ
を検出するようにしている。

第２図はバルスドプラ方式の従来の超音波血流
計の回路構成を示すものである。送信パルス発生
回路１は制御回路２からの超音波パルスの繰返し
周波数f_rを決める基準信号を入力し、これにより
１／f_rの周期で探触子３に送信パルスを供給し
て、探触子３からキヤリア周波数f₀、パルス間隔
１／f_rの超音波パルスを生体中に投射させる。こ
の超音波パルスの生体中での反射波は、同一の探
触子３で受信され、直交位相検波するために高周
波増幅器４を経てミキサ５ａ，５ｂにそれぞれ供
給され、これらミキサ５ａ，５ｂにおいて発振周
波数がキヤリア周波数f₀のみのローカルオシレー
タ６からの直交する位相の出力とそれぞれ混合さ
れて周波数変換される。これらミキサ５ａ，５ｂ
の出力は、レンジゲート７ａ，７ｂにおいて制御
回路２からの生体中の所望の診断部位に対応する
サンプリングパルスによつてサンプリングされ
る。これらレンジゲート７ａ，７ｂにおいてサン
プリングされた所望の診断部位に対応する反射波
信号は、ローパスフイルタ８ａ，８ｂに供給され
てf_r／２以下の信号のみが抽出され、低周波増幅
器９ａ，９ｂを経てサンプルグホールド回路１０
ａ，１０ｂにサンプルホールドされた後、Ａ／Ｄ
変換器１１ａ，１１ｂでデジタル信号に変換され
て高速フーリエ変換器１２の実部および虚部入力
端子に供給され、ここで周波数分析および血流の
順逆分離が行なわれる。この高速フーリエ変換器
１２の出力、すなわちドプラシフト周波数はＤ／
Ａ変換器１３においてアナログ信号に変換された
後、図示しない演算回路に供給され、ここで血流
速度が演算されてモニタに表示される。なお、制
御回路２は、ローカルオシレータ６からのクロー
ク信号を分周して超音波パルスの繰返し周波数f_r
を決定する基準信号を作成し、これを上述したよ
うに送信パルス発生回路１に供給すると共に、こ
の基準信号を生体中の所望の診断部位、すなわち
探さおよび組織に応じて遅延してレンジゲート７
ａ，７ｂ、サンプルホールド回路１０ａ，１０ｂ
およびＡ／Ｄ変換器１ａ，１１ｂに所要の信号を
供給する。

しかし、上述した従来の超音波血流計において
は、ローカルオシレータ６の発振周波数がキヤリ
ア周波数f₀に固定されているため、診断部位が深
くなるとドプラシフトの検出感度が著しく低下し
て測定精度が悪くなる欠点がある。すなわち、探
触子３で受信される反射波の周波数スペクトラム
は、診断部位が浅ければ、第３図に符号で示す
ように、送波超音波パルスのキヤリア周波数f₀付
近でピークとなるが、診断部位が深いと高周波成
分が大きな減衰を受けるため符号で示すよう
に、スペクトラムがピークとなる周波数f_pはキヤ
リア周波数f₀よりもかなり低くなる。このため、
ローカルオシレータ６の発振周波数をキヤリア周
波数f₀に固定すると、診断部位が深いときに、検
出感度が著しく低下して測定精度が悪くなる。

（発明の目的） 本発明の的は、上述した欠点を除去し、診断部
位の深さおよび組織の減衰特性に影響されずにド
プラシフトを常に高感度で検出でき、したがつて
血流速度を常に高精度で測定できるよう適切に構
成した超音波血流計を提供しようとするものであ
る。

（発明の概要） 本発明は、超音波パルスを繰り返し生体中に発
射し、その反射波を直交位相検波してドプラシフ
トを検出し、このドプラシフトに基づいて血流速
度を測定するようにした超音波血流計において、 前記超音波パルスの繰り返し周波数の間隔で複
数の周波数を発生し得る周波数シンセサイザと、
前記超音波パルスの前記生体中での減衰特性デー
タを記憶する手段と、診断部位の深さに応じて前
記反射波をサンプリングするゲート位置を設定す
る手段と、診断部位に応じて前記反射波のゲイン
を時間の経過とともに制御するTGC信号を設定
する手段と、前記減衰特性データ、ゲート位置お
よびTGC信号に基づいて前記反射波のピークス
ペクトラム周波数を演算する手段と、その演算結
果に基づいて前記周波数シンセサイザから前記ピ
ークスペクトラム周波数に対応する周波数を発生
させるように該周波数シンセサイザを制御する手
段とを具え、前記周波数シンセサイザの出力周波
数で前記反射波を直交位相検波するよう構成した
ことを特徴とするものである。

（実施例） 第４図は本発明の超音波血流計の一例を回路構
成を示すブロツク図であり、第２図に示すものと
同一作用を成すものには同一参照番号を付し、そ
の説明を省略する。本例では、クロツクジエネレ
ータ１４で超音波パルスのキヤリア周波数と等し
い周波数f₀の基準クロツクを発生させ、これを分
周器１５で分周して超音波パルスの繰返し周波数
f_rを決定する基準信号を作成する。この基準信号
は送信パルス発生回路１に供給して探触子３から
キヤリア周波数f₀、パルス間隔１／f_rの超音波パ
ルスを発射させると共に、遅延回路１６に供給し
て所望の診断部位の反射波信号が得られるよう遅
延してサンプリングパルスを作成し、これをレン
ジゲート７ａ，７ｂ、サンプルホールド回路１０
ａ，１０ｂおよびＡ／Ｄ変換器１１ａ，１１ｂに
供給する。なお、本例においては、レンジゲート
７ａ，７ｂにおいて所望の診断部位の反射波信号
をサンプリングするためのゲート位置を可変抵抗
器１７で与え、これをＡ／Ｄ変換器１８でデジタ
ル信号に変換し、このＡ／Ｄ変換器１８の出力を
Ｉ／Ｏポート１９を経てCPU２０に取込み、そ
の情報に応じてCPU２０によりＩ／Ｏポート１
９を経て遅延回路１６を制御し、該遅延回路１６
において分周器１５からの基準信号を遅延させる
ことにより、レンジゲート７ａ，７ｂにおいて所
望の診断部位の反射波信号をサンプリングするサ
ンプリングパルスを作成する。

一方、Ｂモード像の表示に使用するSGC
（Time Gain Compensation）電圧を、可変抵抗
群２１で設定し、その出力をＡ／Ｄ変換器２２で
デジタル信号に変換してＩ／Ｏポート１９を経て
CPU２０に供給し得るようにする。

なお、CPU２０を制御するプログラムおよび
各種データの格納は、通常のシステム同様メモリ
２３において行なう。

本例においては、送波超音波パルスの周波数ス
ペクトラムの強度およびそのキヤリア周波数f₀に
おける診断部位の深さ、組織等に応じた減衰特性
のデータを予じめメモリ２３に記憶しておき、こ
れら記憶したデータと、可変抵抗器１７および可
変抵抗群２１でそれぞれ設定される所望の診断部
位の深さ、組織に応じたゲート位置およびTGC
電圧データとに基いて反射波信号のピークスペク
トラムを与える周波数を求め、この周波数データ
に基いてCPU２０によりＩ／Ｏポート１９を経
て周波数シンセサイザ２４を制御する。周波数シ
ンセサイザ２４は、クロツクジエネレータ１４か
らの周波数f₀の基準クロツクおよび分周器１５か
らの周波数f_rの基準信号を入力し、周波数f_rの間
隔で周波数f₀を含む複数の周波数f₀±nf_r（ｎ＝０，
１，２，…）を発生し得るもので、CPU２０か
らの周波数データに応じてピークスペクトラムを
与える位相の直交する一つの周波数を出力し、こ
れらをミキサ５ａ，５ｂに供給して反射波信号を
直交位相検波する。

このため、本例では、先ず第５図に示すように
可変抵抗器１７で設定されるゲート位置Δtと、
可変抵抗群２１で与えられるTGC電圧の初期値
V₀およびゲート位置Δtにおける電圧V_Gの差ΔV
とから勾配ΔV／Δtを求め、この勾配ΔV／Δtと
記憶した減衰特性データとに基いてキヤリア周波
数f₀における減衰定数α₀を求める。次に、このよ
うにして求めた減衰定数α₀を用いて、周波数シン
セサイザ２４から発生し得る周波数f₀を除く全て
の周波数f_oにおける減衰定数α_oを、例えばα_o＝
α₀・f_o／f₀によりそれぞれ求めて、その各周波数
（f₀も含む）における減衰定数と、メモリ２３に
予じめ記憶されている対応する周波数のスペクト
ラム強度とをそれぞれ乗算してスペクトラム強度
のピークを与える周波数を決定する。このように
して決定された周波数データをCPU２０から
Ｉ／Ｏポート１９を経て周波数シンセサイザ２４
に供給することにより、該周波数シンセサイザ２
４から決定された周波数を出力させる。

本実施例によれば、減衰特性データ、診断部位
に応じたゲート位置（深さ）およびＢモード像を
表示する際に用いる診断部位の組織の減衰特性に
対応するTGC電圧に基づいてキヤリア周波数f₀
における減衰定数を求め、この減衰定数に基いて
ピークスペクトラムを与える周波数を決定して、
その周波数を周波数シンセサイザ２４から出力さ
せて反射波信号を直交位相検波するようにしたか
ら、どのような組織から成る診断部位に対しても
ドプラシフトを常に高感度で検出でき、したがつ
て血流速度を常に高精度で測定することができ
る。

なお、診断部位の深さ、組織に応じたゲート位
置やTGC電圧は、可変抵抗以外の入力手段によ
つて設定することもできる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、診断部位
の深さおよび組織の減衰特性に影響されずに常に
ドプラシフトを高感度で検出でき、したがつて血
流速度を常に高精度で測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｃはパルスドプラ方式の超音波血流
計の原理を説明するための図、第２図は従来の超
音波血流計の回路構成を示すブロツク図、第３図
は従来の欠点を説明するための図、第４図は本発
明の超音波血流計の一例の回路構成を示すブロツ
ク図、第５図はその動作を説明するための図であ
る。 １…送信パルス発生器、３…探触子、４…高周
波増幅器、５ａ，５ｂ…ミキサ、７ａ，７ｂ…レ
ンジゲート、８ａ，８ｂ…ローパスフイルタ、９
ａ，９ｂ…低周波増幅器、１０ａ，１０ｂ…サン
プルホールド回路、１１ａ，１１ｂ…Ａ／Ｄ変換
器、１２…高速フーリエ変換器、１３KlＤ／Ａ変
換器、１４…クロツクジエネレータ、１５…分周
器、１６…遅延回路、１７…可変抵抗器、１８…
Ａ／Ｄ変換器、１９…Ｉ／Ｏポート、２０…
CPU、２１…可変抵抗群、２２KlＡ／Ｄ変換器、
２３…メモリ、２４…周波数シンセサイザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波パルスを繰り返し生体中に発射し、そ
   の反射波を直交位相検波してドプラシフトを検出
   し、このドプラシフトに基づいて血流速度を測定
   するようにした超音波血流計において、 前記超音波パルスの繰り返し周波数の間隔で複
   数の周波数を発生し得る周波数シンセサイザと、
   前記超音波パルスの前記生体中での減衰特性デー
   タを記憶する手段と、診断部位の深さに応じて前
   記反射波をサンプリングするゲート位置を設定す
   る手段と、診断部位に応じて前記反射波のゲイン
   を時間の経過とともに制御するTGC信号を設定
   する手段と、前記減衰特性データ、ゲート位置お
   よびTGC信号に基づいて前記反射波のピークス
   ペクトラム周波数を演算する手段と、その演算結
   果に基づいて前記周波数シンセサイザから前記ピ
   ークスペクトラム周波数に対応する周波数を発生
   させるように該周波数シンセサイザを制御する手
   段とを具え、前記周波数シンセサイザの出力周波
   数で前記反射波を直交位相検波するよう構成した
   ことを特徴とする超音波血流計。