JPH04164440A - Ultrasonic measuring method of vibration at different parts of heart - Google Patents

Ultrasonic measuring method of vibration at different parts of heart

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JPH04164440A
JPH04164440A JP29101990A JP29101990A JPH04164440A JP H04164440 A JPH04164440 A JP H04164440A JP 29101990 A JP29101990 A JP 29101990A JP 29101990 A JP29101990 A JP 29101990A JP H04164440 A JPH04164440 A JP H04164440A
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heart
time
vibration
frequency
wave
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JP29101990A
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Noritoshi Nakabachi
中鉢 憲賢
Hiroshi Kanai
浩 金井
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Abstract

PURPOSE:To measure time-series signals of vibration speeds in various parts of a heart, which serve effectively diagnosis of cardio-disorder, by sampling the vibration speed of the object to be inspected with uneven intervals of the time at which reflected wave returns for each transmission pulse, and resampling the time-series data of this vibration speed at regular intervals. CONSTITUTION:When A/D conversion is made with sampling frequency several times as great as the sine frequency of transmission pulse wave, a memory capacity of 10M pieces (=10<7>) is needed in order to continuously obtain data corresponding to one heart beat, and this is rather difficult. According to the present invention, the output signals of an orthogonal intersect detector circuit including low frequency components is A/D converted with a sampling frequency fs several hundred times as large as the repeating frequency of the transmission pulses, and digital signals xr(n), xi(n) are obtained. To make A/D conversion for one sec continuously in case fs=1 MHz, it is enough with provision of a memory capacity of 1M pieces approximately, which is practicable. Thereby vibration signals of various parts of heart in pulsation with large amplitudecan be measured with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、心臓疾患の診断に有効な、心臓各部位の振動
速度の時系列信号を非侵聾的に計測する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for non-invasively measuring time-series signals of vibration velocities of various parts of the heart, which is effective in diagnosing heart diseases.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

心臓の非侵聾的な計測方法としては、これまで超音波診
断装置が用いられている。と(に、心臓各部位の振動を
胸壁上から計測するためには、第1図に示すような超音
波ドプラが用いられている。
Ultrasonic diagnostic equipment has been used as a non-invasive method of measuring the heart. In order to measure the vibrations of various parts of the heart from above the chest wall, an ultrasound Doppler as shown in Fig. 1 is used.

第1図でパルスモード発信部(1)は、(10)に示す
ような一定パルス幅、一定繰り返し周波数のバーストパ
ルス波を生成する。この波形を増幅後、人体胸部に接触
させた超音波トランスジューサ(2)にて変換した弾性
波の心臓各部位からの反射波は(11)で示される波形
となる。各送信パルスの後ろの反射波は、対象部位の振
動速度に応じたドプラ周波数偏移を受ける。この波形を
(3)において増幅し、次に直交検波回路(4)と低域
通過フィルタ(5)により(12)に示すようにドプラ
周波数偏移成分のみを抽出する。この波形をサンプル/
ホールド(6)によって、送信パルスからの一定の遅延
のタイミングにおいてサンプル/ホールドし、 (13
)または(14)の波形を生成する。さらに低域通過フ
ィルタ(7)によって階段状の波形を滑らかにした後、
(15)の波形を得る。その後、この波形をA/D変換
回路(8)によってディジタル信号に変換し、計算器(
9)において、瞬時周波数や振動速度を計算し求める。
In FIG. 1, a pulse mode transmitter (1) generates a burst pulse wave having a constant pulse width and a constant repetition frequency as shown in (10). After amplifying this waveform, the elastic waves converted by the ultrasonic transducer (2) in contact with the human chest and the reflected waves from various parts of the heart have the waveform shown in (11). The reflected wave after each transmitted pulse undergoes a Doppler frequency shift depending on the vibration velocity of the target region. This waveform is amplified in (3), and then only the Doppler frequency shift component is extracted as shown in (12) using a quadrature detection circuit (4) and a low-pass filter (5). Sample this waveform/
Hold (6) samples/holds at a certain delay timing from the transmission pulse, (13
) or (14) is generated. Furthermore, after smoothing the step-like waveform with a low-pass filter (7),
Obtain the waveform (15). After that, this waveform is converted into a digital signal by the A/D conversion circuit (8), and the calculator (8) converts this waveform into a digital signal.
In 9), calculate and find the instantaneous frequency and vibration speed.

また第2図に示すように、弾性波を送信後、手前の心臓
壁から大きい振幅の反射波が戻って来る時点をトリガ点
として、その時点から一定の遅延時間後の時点における
ドプラ周波数偏移を求めて、大振幅で拍動する心臓の中
で反射波の振幅が大きい手前の心臓壁の振動速度波形を
出力することも可能である。第2図の(1) (2) 
(3) (4) (5)の各回路は第1図のそれらの回
路と同じであるが、第2図の(10)の回路では、(3
)の回路の出力において送信パルスの後の反射波がある
閾値以上の大きい振幅をもつ時点を検出し、トリガ信号
を生成する。このトリガ信号のタイミングで、(6)の
回路がサンプル/ホールドを行う。その結果得られた波
形から、第1図と同様(7) (8) (9)における
処理を行って振動速度を求める。
In addition, as shown in Figure 2, after transmitting an elastic wave, the trigger point is the point at which a large amplitude reflected wave returns from the heart wall in front of the heart, and the Doppler frequency shift after a certain delay time from that point. It is also possible to obtain this and output the vibration velocity waveform of the heart wall in front of the heart, where the amplitude of the reflected wave is large in the heart that beats with a large amplitude. (1) (2) in Figure 2
(3), (4), and (5) are the same as those in Figure 1, but in the circuit (10) in Figure 2, (3)
) detects the point in time at which the reflected wave after the transmitted pulse has a large amplitude above a certain threshold at the output of the circuit, and generates a trigger signal. The circuit (6) performs sampling/holding at the timing of this trigger signal. From the resulting waveform, the vibration velocity is determined by performing the processes in (7), (8), and (9) in the same manner as in FIG.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

心臓壁などは1拍中で約8〜15mmの大振幅で拍動し
ているため、第1図の構成において、反射波の戻って来
るまでの時間は、数μS%I Qμsの範囲で変動する
。従って、第1図の(6)のアナログ回路のサンプル/
ホールドのタイミングが、心臓上のある部位より反射波
の戻って来る時刻からずれてしまい、心臓上のある部位
−点の振動速度を求めることはできないという問題点が
ある。
Since the heart wall beats with a large amplitude of approximately 8 to 15 mm in one beat, in the configuration shown in Figure 1, the time it takes for the reflected wave to return varies within a range of several μS%IQμs. do. Therefore, the analog circuit sample (6) in Figure 1/
There is a problem in that the hold timing deviates from the time when the reflected wave returns from a certain part on the heart, making it impossible to determine the vibration velocity at a certain part on the heart.

また、第2図の構成における(lO)のトリガ検出では
、反射波が大きい振幅で戻って来る手前の心臓壁面を分
析上の基準点と設定することしかできない。従って、た
とえば拍動にともなって手前の心臓壁との間隔を変化さ
せている反対側の心臓壁の振動を検出することは非常に
難しいという問題点があった。
Furthermore, in the trigger detection of (lO) in the configuration shown in FIG. 2, it is only possible to set the heart wall surface in front of which the reflected wave returns with a large amplitude as the reference point for analysis. Therefore, there is a problem in that it is very difficult to detect the vibration of the opposite heart wall whose distance from the front heart wall changes as the heart beats, for example.

一方、第3図に示すように反射信号を送信波の周波数(
数MHz)の数倍の標本化周波数でA/D変換すること
が考えられるが、この場合、第3図のA/D変換器(5
)には、膨大な量の高速メモリを必要とし、心臓の1拍
分の長さのデータを連続して収集することは困難である
という問題点もある。
On the other hand, as shown in Figure 3, the reflected signal is transmitted at the frequency of the transmitted wave (
It is conceivable to perform A/D conversion at a sampling frequency several times higher than several MHz), but in this case, the A/D converter (5
) requires a huge amount of high-speed memory, and it is difficult to continuously collect data for the length of one heart beat.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、これらの問題点を解決し、心臓各部位
の弾性的特性に基づく局所的な異常診断に必要な、大振
幅で拍動している心臓各部位の振動の計測方法を提供す
ることにある。
The purpose of the present invention is to solve these problems and provide a method for measuring vibrations of various parts of the heart beating with large amplitude, which is necessary for local abnormal diagnosis based on the elastic characteristics of each part of the heart. It's about doing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで本発明では、超音波ドプラを用いた診断装置にお
ける直交検波回路の出力信号を、送信パルスの繰り返し
周波数の数百倍の高速のA/D変換し、得られたディジ
タル信号から反射波の戻って来るまでの時間を各送信パ
ルスごとに求める。
Therefore, in the present invention, the output signal of a quadrature detection circuit in a diagnostic device using ultrasonic Doppler is A/D converted at a high speed several hundred times the repetition frequency of the transmitted pulse, and the returned reflected wave is calculated from the obtained digital signal. Find the time it takes for each transmitted pulse to arrive.

その時刻でのドプラ周波数偏移から対象の振動速度を、
まず、各送信パルスごとの反射波の戻って来る時間の不
等間隔で標本化し、次に、この不等間隔で標本化された
振動速度の時系列データを等間隔に標本化し直すことに
よって、大振幅で拍動する心臓の各部位の振動の一拍分
の連続したデータの計測する。その振動計測方法を第4
図のブロック図により説明する。パルスモード発振部(
1)は、パルス幅1μs(必要に応じて伸縮)、繰り返
し周波数2kHz (必要に応じて変更)のパルス波と
、3.5MHz (必要に応じて変更)の正弦波の積を
とり、得られたバーストパルス波形を、増幅して出力す
る。人体胸部に接触させた超音波トランスジューサ(2
)にて変換した弾性波の心臓各部位からの反射波を再び
超音波トランスジューサにて電気信号に変換後、プリア
ンプ長ゲート回路(3)において、増幅した後、入射信
号を切り捨てる。ここで、ゲート回路は、大振幅の入射
信号を切り捨てるために用いられる。直交検波回路(4
)においては、90度移相変換器を用いて、反射信号を
2つの成分5r(t)とs ;(t )に分離し、乗算
器により元の正弦波で復調して、xr(t)とxl(t
)を得る。
The vibration velocity of the object is calculated from the Doppler frequency deviation at that time.
First, the return time of the reflected wave for each transmitted pulse is sampled at unequal intervals, and then the time series data of vibration velocity sampled at unequal intervals is resampled at equal intervals. Measures continuous data for one beat of vibrations in each part of the heart, which beats with large amplitude. The vibration measurement method is explained in the fourth section.
This will be explained using the block diagram shown in the figure. Pulse mode oscillator (
1) is obtained by taking the product of a pulse wave with a pulse width of 1 μs (stretched or compressed as necessary) and a repetition frequency of 2 kHz (changed as necessary) and a sine wave of 3.5 MHz (changed as necessary). The generated burst pulse waveform is amplified and output. Ultrasonic transducer (2) in contact with the human chest
) The reflected waves of the elastic waves from various parts of the heart are converted back into electric signals by the ultrasonic transducer, amplified by the preamplifier length gate circuit (3), and then the incident signal is discarded. Here, the gate circuit is used to cut off large amplitude incident signals. Quadrature detection circuit (4
), a 90 degree phase shift converter is used to separate the reflected signal into two components 5r(t) and s;(t), and a multiplier demodulates the original sine wave to obtain xr(t). and xl(t
).

ここで、Xr(t)、x、(t)もまた5r(t)、5
l(t)と同様に互いにヒルベルト変換の関係にある。
Here, Xr(t), x, (t) is also 5r(t), 5
Similar to l(t), they are in a Hilbert transform relationship with each other.

これらの信号をまとめて、解析信号x(t)をx(t)
”xr(t)+J x、(t)=A(t)exp(φ(
t))       (1)と表せば、ドプラ角周波数
偏移ω、(t)は次式で与えられる。
Putting these signals together, the analytical signal x(t) is expressed as x(t)
”xr(t)+J x,(t)=A(t)exp(φ(
t)) (1), Doppler angular frequency shift ω, (t) is given by the following equation.

このドプラ周波数偏移の時系列ωd(t)を求めるため
に、次の処理を行う。まず、直交検波回路(4)の出力
信号を、アンチエイリアスフィルタ(5)を通過させた
L A/D変換器(6)によってディジタル信号に変換
する。そのときの標本化周波数を、f、=1/T3で表
わし、(1)の回路で生成した送信パルスの繰り返し周
波数の数百倍に設定する。このときアンチエイリアスフ
ィルタ(5)では、f、72以上の周波数成分を遮断す
る。心臓からの反射波を第3図の構成で、送信パルス波
の正弦周波数の数倍の標本化周波数でA/D変換する場
合、心臓−粕分のデータを連続して得るためには10M
個(=107個)以上の記憶容量を必要とし、これは容
易なことではなかった。そこで本発明では、低周波成分
を含んでいる直交検波回路の出力信号を、送信パルスの
繰り返し周波数の数百倍の標本化周波数f、でA/D変
換し、ディジタル信号x、(n)、x、(n)を得る。
In order to obtain the time series ωd(t) of this Doppler frequency shift, the following processing is performed. First, the output signal of the quadrature detection circuit (4) is converted into a digital signal by the LA A/D converter (6) which has passed through the anti-alias filter (5). The sampling frequency at that time is expressed as f,=1/T3, and is set to several hundred times the repetition frequency of the transmission pulse generated by the circuit (1). At this time, the anti-alias filter (5) cuts off frequency components of f, 72 or higher. When the reflected wave from the heart is A/D converted with the configuration shown in Figure 3 at a sampling frequency several times the sine frequency of the transmitted pulse wave, it takes 10M to continuously obtain data for the heart and dregs.
(=107), which was not an easy task. Therefore, in the present invention, the output signal of the quadrature detection circuit containing low frequency components is A/D converted at a sampling frequency f, which is several hundred times the repetition frequency of the transmission pulse, and the digital signal x, (n), x, (n) is obtained.

f、=IMHzの場合には、1秒間連続してA/D変換
を行うためには、IM個程度の記憶容量を準備すればよ
く現実的である。直交検波回路の出力信号のA/D変換
と同時に、超音波トランスジューサへの入力であるパル
スモード発振部の出力信号と、心電波形も同時にA/D
変換し、後の処理上の基準点を求める。
In the case of f,=IMHz, in order to perform A/D conversion continuously for one second, it is realistic to prepare a storage capacity of about IM. At the same time as the A/D conversion of the output signal of the quadrature detection circuit, the output signal of the pulse mode oscillator, which is input to the ultrasound transducer, and the electrocardiogram waveform are also A/D converted.
Convert and find a reference point for later processing.

第4図の計算機(7)における処理は、第5図を用いて
詳細に述べるが、ある一つの部位から反射波が戻って来
る時刻を各送信パルスごとに同定し、その時刻でのドプ
ラ周波数偏移の評価と、不等間隔で標本化した時系列デ
ータを等間隔に再標本化し、拍動が大振幅の場合におけ
る振動速度を一拍上の連続データとして求める。
The processing in the computer (7) in FIG. 4 will be described in detail using FIG. Evaluating the deviation, resampling the time series data sampled at irregular intervals to equal intervals, and finding the vibration velocity when the pulsation is large amplitude as continuous data for one beat.

第4図においてA/D変換を行って得られた波形に関し
て、計算機で行う処理を第5図を用いて説明する。まず
(a)は、標本化周期TSでA/D変換された入射波と
、反射波の実数部分xr(n)、虚数部分x、(n)を
示し、対象が大振幅で拍動している場合には、反射波の
間隔はこの図のように不等間隔となる。(b)において
、xr (n)2+ z 、 (n)2が反射波の振幅
2乗値を示すから、この値を用いて一つの送信パルスご
とに、対象のある部位から反射波の戻って来た時刻が同
定できる。k番目の送信パルスに対して、ある部位から
反射波が戻ってきた時刻をn、とする。こうして各送信
パルスに対して同定された時刻n、におけるX、(nk
)、Xt(nb)の値を用いて、これらの反射波の、−
n k、 ” k+I、n、や2110.の間のデータ
を内挿し、(C)に示すような標本化周期T、の時系列
を得る。内挿したデータにおいて、(d)に示すように
時刻n、とその一つ後ろの時刻nl+T、の反射波Xr
(Ilk)、xl(nk)、およびX r (n v、
+Ts)+ X i (n 1”Ts)の値から、ドプ
ラ角周波数偏移ωa(nk)を求める。(2)式は、連
続信号からドプラ角周波数偏移を求めるための式である
から、この式を次のようにディジタル信号へ置き換える
。Xr(nb)とXt(nk)から求めた位相角φ(n
、)と、Xr(n*”Ts)とX I (n 、+’r
 s)から求めた位相角φ(nb+Ts)を用いて、ω
a (n k)は次の差分近似によって得ることができ
る。
The processing performed by a computer on the waveform obtained by performing A/D conversion in FIG. 4 will be explained using FIG. 5. First, (a) shows the incident wave A/D converted with the sampling period TS, the real part xr(n), and the imaginary part x,(n) of the reflected wave, and shows that the object is pulsating with large amplitude. When there are two waves, the reflected waves are spaced unevenly as shown in this figure. In (b), xr (n)2+ z, (n)2 indicates the squared amplitude of the reflected wave, so using this value, calculate the return of the reflected wave from a certain part of the target for each transmitted pulse. The time of arrival can be identified. Let n be the time at which a reflected wave returns from a certain part with respect to the kth transmitted pulse. X, (nk
) and Xt(nb), the -
By interpolating the data between n k, ``k+I, n, or 2110., we obtain a time series with a sampling period T as shown in (C).In the interpolated data, as shown in (d), Reflected wave Xr at time n and the next time nl+T
(Ilk), xl (nk), and X r (n v,
+Ts)+X i (n 1''Ts) to find the Doppler angular frequency shift ωa(nk). Since equation (2) is an equation for finding the Doppler angular frequency shift from a continuous signal, This equation is replaced with a digital signal as follows.The phase angle φ(n
, ), Xr (n*”Ts) and X I (n , +'r
Using the phase angle φ(nb+Ts) obtained from s), ω
a (n k) can be obtained by the following difference approximation.

次にωa(n*)を標本化周期T、で内挿し、(e)に
示すように、ここで得られた時系列データを、等時間間
隔で再標本化することで、ドプラ角周波数偏移の時系列
ωd(n)を得る。このω、(n)から次式に従って、
振動速度時系列v(n)を求める。
Next, ωa(n*) is interpolated at the sampling period T, and as shown in (e), the time series data obtained here is resampled at equal time intervals, and the Doppler angular frequency deviation is The time series ωd(n) of the shift is obtained. From this ω, (n), according to the following formula,
Find the vibration velocity time series v(n).

Cは媒質中の音波の伝搬速度、foは入射波の正弦波の
周波数である。こうして得られる振動速度時系列は第5
図の(f)のように得られる。
C is the propagation speed of the sound wave in the medium, and fo is the frequency of the sine wave of the incident wave. The vibration velocity time series obtained in this way is the fifth
It is obtained as shown in (f) of the figure.

上記の内挿処理においては標本化定理から、1 (lc
)d(n) l <yr/Teという条件が必要である
。ここで、Tsは送信パルスの繰り返し周期である。こ
れを(4)式に代入すれば、λを波長として、 ITs ・v(n)l<λ/4(5) なる条件を満足する必要がある。
In the above interpolation process, from the sampling theorem, 1 (lc
)d(n) l <yr/Te is required. Here, Ts is the repetition period of the transmission pulse. Substituting this into equation (4), it is necessary to satisfy the following condition: ITs·v(n)l<λ/4 (5) where λ is the wavelength.

また、上記の処理のように(2)式のドプラ偏移周波数
の差分近似である(3)式の計算を、第1図のように送
信パルスの繰り返し周期で行うのではなく、本発明では
第5図の(d)に示したようにその数百分の1の周期T
sで得られた波形に対して行なうことで近似精度を向上
できる。
In addition, the calculation of equation (3), which is the difference approximation of the Doppler shift frequency of equation (2), is not performed at the repetition period of the transmission pulse as shown in FIG. As shown in Figure 5(d), the period T is several hundredths of that.
Approximation accuracy can be improved by performing this on the waveform obtained in s.

以上の処理から、反射波x、(n)とx、(n)に含ま
れる反射波の戻って来る時刻を等間隔に補正して、大振
幅で拍動している心臓の各部位の振動状態に関して、等
時間間隔での瞬時周波数・振動速度波形を得ることがで
き、心臓の各部位の診断に有効な手がかりを得ることが
できる。
From the above processing, the return times of reflected waves included in reflected waves Regarding the state, it is possible to obtain instantaneous frequency and vibration velocity waveforms at equal time intervals, and it is possible to obtain useful clues for diagnosis of each part of the heart.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のとおりであり、本発明は、心臓疾患の診断に有効
な、大振幅で拍動する心臓各部位の振動信号を非侵固的
に高精度に計測することができる。
As described above, the present invention can non-invasively and highly accurately measure vibration signals of various parts of the heart that beat with large amplitude, which is effective in diagnosing heart diseases.

〔実施例〕 大振幅で変動する心臓壁の上の振動に対応する水槽を用
いた基礎実験を第6図に示す概要で行った。水槽中でゴ
ム板が大振幅(幅14+n+n)で動いており、その表
面からの反射波を分析する。第7図は、この水槽実験で
得られた処理結果を示している。
[Example] A basic experiment was conducted using a water tank that corresponds to vibrations on the heart wall that fluctuate with large amplitude, as outlined in FIG. 6. A rubber plate is moving with a large amplitude (width 14+n+n) in a water tank, and the reflected waves from its surface are analyzed. FIG. 7 shows the treatment results obtained in this water tank experiment.

(a)は、A/D変換された入射波、(b)と(c)は
それぞれ、A/D変換された反射波x、(n)、x;(
n)と、反射波の最も大振幅の時点におけるそれらの値
を用いて内挿した結果を重ねて示している。また(d)
は、(b)と(c)の内挿結果より求めた瞬時角周波数
ω、(n)を、(4)式に代入して求めた振動速度時系
列v(n)を示している。図中の縦棒は反射波の戻って
きた時刻における振動速度の振幅を示す。
(a) is the A/D converted incident wave, (b) and (c) are the A/D converted reflected waves x, (n), x;
n) and the results of interpolation using those values at the time of the largest amplitude of the reflected wave are shown superimposed. Also (d)
shows the vibration velocity time series v(n) obtained by substituting the instantaneous angular frequency ω, (n) obtained from the interpolation results of (b) and (c) into equation (4). The vertical bar in the figure indicates the amplitude of the vibration velocity at the time the reflected wave returns.

(e)は、(d)の振動速度をさらに長時間にわたって
示している。細かい振動は水槽の機械的振動と対応して
いる。(f)はその振動速度の時系列のパワースペクト
ルである。
(e) shows the vibration velocity of (d) over a longer period of time. The fine vibrations correspond to mechanical vibrations in the aquarium. (f) is a time-series power spectrum of the vibration velocity.

第8図は、人の心臓壁の振動速度を本計測法で計測した
結果である。
FIG. 8 shows the results of measuring the vibration velocity of the human heart wall using this measurement method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は超音波ドプラを用いた従来の最も一般的な振動
計測法の構成の概要である。第2図は、弾性波を送信後
、手前の心臓壁から大振幅の反射波が戻って来る時点を
トリガ点として、その時点から一定の遅延時間後の時点
におけるドプラ周波数偏移を求めて、大振幅で拍動する
心臓の中で手前の心臓壁の振動を計測する従来方法の概
要である。第3図は反射信号を送信波の周波数(数MH
z)の数倍で直接A/D変換する手法の計測法の構成図
を示す。第4図は、本発明に基づ(振動計測方法の構成
図の概要である。第5図は、第4図においてA/D変換
を行って得られた波形に関して、計算機で行う処理の説
明図である。(a)は、標本化周期T、でA/D変換さ
れた送信パルス波と、反射波x、(n)、xr(n)を
示し、対象が大振幅で拍動している場合には、反射波の
間隔はこの図のように不等間隔となる。(b)の、Xr
 (n )2+x 、 (n)2が反射波の振幅2乗値
を示すから、この値から一つの送信パルスに対して対象
からの大きな反射波の戻って来た時刻が同定できる。(
C)はx 、 (n )、Xl(n)各々に関して、反
射波と反射波の間を内挿した結果である。(d)は内挿
して得られたデータにおいて、時刻n、とその直後の時
刻n 、+’r、のx、(n)およびx、(n)の値か
ら、(3)式に基づいて、ωa(n*)を求めた結果で
ある。(e)は、ωa(n*)を標本化周期TSで内挿
した結果を示す。ここで得られた時系列データを、等時
間間隔で再標本化することで、瞬時角周波数時系列ωd
(n)を得る。(f)はこの時系列ω、(n)から(5
)式に基づいて、振動速度時系列v(n)を求めた結果
である。第6図は、大振幅で変動する心臓壁の上の振動
に対応する水槽を用いた基礎実験の概要図で、水槽中で
ゴム板が大振幅(幅14mm)で動いている。第7図は
、水槽実験で得られた反射波の処理結果を示す。(a)
は、A/D変換された入射波、(b)と(c)はそれぞ
れ、A/D変換された反射波Xr(n)+  X+(n
)と、反射波の最も大振幅の時点におけるそれらの値か
ら内挿した結果を重ねて示している。(d)は、(b)
と(c)の内挿結果より求めた瞬時角周波数ω、(n)
と(5)式により求めた振動速度時系列v(n)を示し
ている。(e)は、(d)の振動速度をさらに長時間に
わたって示している。(f)はその振動速度の時系列の
パワースペクトルである。第8図は、人の心臓壁の振動
速度を本計測法で計測した結果である。 第1図 昨寺局皮数    1肢ジ憇 周期パルス          第2図酩顎寺F];皮
数     1辰量り週り(第3図 ド和寺I彎シ芝数     11iMJJTL箪4図 ド明寺j貴シ支数     II&JM第5図 第6図 第7図 FREQUENCY(Hz ) 第8図 こ
FIG. 1 is an outline of the configuration of the most common conventional vibration measurement method using ultrasonic Doppler. In Figure 2, after transmitting an elastic wave, the point in time when a reflected wave of large amplitude returns from the heart wall in front is used as a trigger point, and the Doppler frequency shift is determined after a certain delay time from that point. This is an overview of a conventional method for measuring the vibrations of the heart wall in front of a heart that beats with large amplitude. Figure 3 shows the reflected signal at the frequency of the transmitted wave (several MH).
A configuration diagram of a measurement method that performs direct A/D conversion at several times z) is shown. FIG. 4 is an overview of the configuration diagram of the vibration measurement method based on the present invention. FIG. 5 is an explanation of the processing performed by a computer on the waveform obtained by performing A/D conversion in FIG. Fig. 3(a) shows a transmitted pulse wave that has been A/D converted with a sampling period T, and reflected waves x, (n), and xr (n), and shows that the object is pulsating with a large amplitude. When Xr
(n)2+x, (n)2 indicates the squared amplitude value of the reflected wave, so from this value it is possible to identify the time when a large reflected wave from the object returns for one transmitted pulse. (
C) is the result of interpolation between reflected waves for each of x, (n), and Xl(n). (d) is based on equation (3) from the values of x, (n) and x, (n) at time n and the time n immediately after that, +'r, in the data obtained by interpolation. , ωa(n*). (e) shows the result of interpolating ωa(n*) with the sampling period TS. By resampling the time series data obtained here at equal time intervals, the instantaneous angular frequency time series ωd
(n) is obtained. (f) is this time series ω, (n) to (5
) is the result of finding the vibration velocity time series v(n). Fig. 6 is a schematic diagram of a basic experiment using a water tank that deals with vibrations on the heart wall that fluctuate with large amplitudes, in which a rubber plate moves with large amplitude (width 14 mm). FIG. 7 shows the processing results of reflected waves obtained in the water tank experiment. (a)
is the A/D converted incident wave, and (b) and (c) are the A/D converted reflected waves Xr(n)+X+(n
) and the results of interpolation from those values at the time of the largest amplitude of the reflected wave are shown superimposed. (d) is (b)
The instantaneous angular frequency ω, (n) obtained from the interpolation results of (c) and
and the vibration velocity time series v(n) obtained by equation (5). (e) shows the vibration velocity of (d) over a longer period of time. (f) is a time-series power spectrum of the vibration velocity. FIG. 8 shows the results of measuring the vibration velocity of the human heart wall using this measurement method. Fig. 1 Last temple station number 1 limb periodic pulse Fig. 2 Drunk jaw temple F FREQUENCY (Hz) Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 FREQUENCY (Hz) Fig. 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 一定パルス幅、一定繰り返し周波数のバーストパルス波
を送信パルス波とし増幅後、人体胸部に接触させた超音
波トランスジューサによって弾性波に変換して体内へ送
波し、心臓各部位からの反射波を再び超音波トランスジ
ューサにて電気信号に変換し増幅後、直交検波回路を通
し、その出力信号を送信パルスの繰り返し周波数の数百
倍の高速でA/D変換し、得られたディジタル信号から
反射波の戻ってきた時刻を各送信パルスごとに求め、そ
の時刻でのドプラ周波数偏移から対象の振動速度を、ま
ず、各送信パルスごとの反射波の戻ってくる時間の不等
間隔で標本化し、次に、この不等間隔で標本化された振
動速度の時系列データを等間隔に標本化し直すことによ
り、心臓各部位の振動の一拍分の連続したデータを計測
する方法。
A burst pulse wave with a constant pulse width and a constant repetition frequency is used as a transmitted pulse wave, and after amplification, it is converted into an elastic wave by an ultrasound transducer placed in contact with the human chest and transmitted into the body, and the reflected waves from various parts of the heart are regenerated. After converting it into an electrical signal using an ultrasonic transducer and amplifying it, the output signal is A/D converted at a high speed several hundred times the repetition frequency of the transmitted pulse through a quadrature detection circuit, and the reflected wave is calculated from the obtained digital signal. The return time is determined for each transmitted pulse, and the vibration velocity of the object is sampled from the Doppler frequency shift at that time at unequal intervals of the return time of the reflected wave for each transmitted pulse, and then Second, the time-series data of the vibration velocity sampled at unequal intervals is resampled at equal intervals to measure one beat's worth of continuous data of the vibrations of each part of the heart.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009240667A (en) * 2008-03-31 2009-10-22 Fujifilm Corp Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method
CN103040488A (en) * 2012-12-21 2013-04-17 深圳大学 System and method for real-time ultrasonic elastography displacement estimation

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