JPH04197248A - パルスドプラ計測装置 - 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〕 本発明は超音波により物体の速度を検出する装置に関し
、とくに生体内の血流速度をリアルタイムで計測する装
置に関する。

〔従来の技術〕

通常、測定できる最高ドプラ周波数は、送波バースト波
のくり返し周期Ｔのとき、１／２Ｔである。これに対し
、本願発明者らが先に特開昭６２−１６９０７３号公報
にて提案した新パルスドプラ法（上記）によれば、送波
バースト波のくり返し周期をＴとＴ＋Ｔｓの２種類とす
ることにより、測定できる最高ドプラ周波数は、両送波
間隔の差Ｔｓの２倍の逆数、すなわち１／（２Ｔｓ）と
なる。これは、従来の限界をＴ／Ｔｓ倍とする新パルス
ドプラ方式である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、ドプラ周波数を計測することにより、比較
的高速の物体の流速を知ることが可能である。ところが
、人体内の血管、あるいは心臓内の血流を計測するには
、血管壁あるいは心ｍ壁などの壁の動きと血流とを分離
するため、ＭＴＩ（固体物除去フィルタ）フィルタを用
いている。

新パルスドプラ方式においては、このＭＴＩを送波間隔
の異なりに起因する異なる特性の２種類のＭＴＩフィル
タを用いている。このフィルタの特性の違いにより、ド
プラ周波数の測定において誤差が生じる問題がある。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、通
常の血流ならびに高速の血流に対し、正確な測定が可能
なパルスドプラ計測装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的は、超音波パルスの異なる送波条件に対して、
各送波条件に共通の特性を持つようＭＴＩフィルタを構
成し配置することにより、達成される。すなわち二つの
異なる間隔で超音波パルスを送波する場合、交互に異な
る間隔で送波する方式と、一方の間隔で任意回数超音波
パルスを送波したのち他方の間隔で任意回数送波し、こ
れを繰り返す方式とが考えられる。前者においてはＭＴ
Ｉフィルタの遅延時間を二つの異なる間隔の和の間隔の
整数倍に比例する遅延時間とする構成とすれば良い。一
方、後者においては送波間隔ＴとＴ＋Ｔｓとをｐ：ｑな
る整数比とし、ＭＴＩフィルタの遅延時間Ｔｄは、ｒ、
Ｓを整数としてＴｄ＝ｒ−Ｔ＝Ｓ・　（Ｔ＋Ｔｓ） が成り立つ値とする。

〔作用〕

上記構成によりドプラ信号は送波条件に依らない共通の
特性を持つＭＴＩフィルタを通過することとなる。即ち
、送波間隔Ｔに関する位相差ΔθおよびＴ＋Ｔｓに関す
る位相差Δθ′は両者共通の遅延時間Ｔｄによる共通の
特性のフィルタを通過するので、位相差Δθ′と位相差
Δθとがら得られる本来の位相差の差ΔΔθが得られる
。従って、正確なドプラ周波数の測定が可能となる。

〔実施例〕

以下１本発明の原理および実施例を図面により詳述する
。先ず、本発明の概略構成と動作原理について述べる。

第１図は、本発明の一実施例を示すパルスドプラ装置の
ブロック図である。

本発明のパルスドプラ計測装置は、送波回路１と受波回
路２９位相比較＄２．ＭＴＩフィルタ（固定物除去フィ
ルタ）６，７、位相検出器２０゜２１．２２複素数加算
器２３．２４とローパスフィルタ２５．角度検出器２７
がら、主に構成されている。ここで新たにＭＴＩフィル
タ６．７の改良を行なっている。

送波回路１により、この異なる送波間隔ＴとＴ＋Ｔｓで
超音波パルスが超音波トランスデユーサ４から反射物体
５に向けて、繰返し送波される。

反射物体５により反射した超音波パルスは受波回路２で
受波され、位相比較器３において、参照信号α＝Ａｃｏ
ｓω。ｔとα’　＝、Ａ　ｃｏｓω。ｔどの位相比較が
行なわれ、それぞれの出力ＶＲ，ＴＩが得られる。いま
反射体５についての位相比較器３の出力をＶｎｎｔ　Ｖ
Ｉｎ　（ｎ　＝　１　ｐ　２＋　・＝）と表わすと、Ｖ
Ｒｎ、Ｖｒ。は次式で示すことができる。

Ｖ　Ｒ１１＝　Ａ　ｎ　ｃｏｓ　θｎ　　　　　　　　
（１）Ｖ　Ｉｎ　＝　Ａ　ｎ　ｓｉｎ　　θｎ　　　　
　　　　（２）簡単のため、上式（１）、（２）を次式
でまとめて、記すると Ｖｎ’　＝Ａｎ　ｅｘｐ　（ｊθｎ）　　　　　　（３
）となる。

超音波パルスの送波を送波間隔ＴとＴ＋Ｔｓの２種類で
交互に行なう場合、ＭＴＩ６．ＭＴＩ７では（−次のＭ
ＴＩのとき）、それぞれＶ　ｚｋ−１＝＝　Ｖ　　　２
に＋１　　　Ｖ　　　２１１−１　　　　　　　（４）
Ｖ２ｋ”Ｖ　　ｚｋ＋ｚ　　Ｖ　　ｚｋ　　　　　　（
５）の−次差分処理が実施される。（ｋ＝１．２．・・
・）これら位相ベクトルから位相差検出器２．０．２１
では所望の位相差ベクトルが検出される。すなわち、位
相差検出器２０では、位相ベクトルｖ２ｋが入力される
と一時刻前の位相ベクトルＶ２ｊ−０の複素共役ベクト
ルＶ２に一□との複素乗算が実施される。すなわち、 Ｙｏｋ＝　ｖｚｈ　＋ｖ＊　ｚｋ−４（６）位相差検出
器２１では、同様に、位相ベクトルｖ２に＋□が入力さ
れると一時刻前の位相ベクトルＶＱｋの複素共役ベクト
ルＶ＊２ｈとの複素乗算が実施される。すなわち、 ＹＥ＋＝　ｖ２ｉｔ＋、　　ｖ＊　２ｋ　　　　　　　
　　　　（７）これら位相差ベクトルＹｏｈ、　ＹＥｂ
は、雑音により不安定であるため任意回数Ｎ回（例えば
８回）加算平均化する。複素加算器２３．２４は、その
ため用いられ をそれぞれ算出する。さらに位相差検出器２２はこれら
位相差ベクトルＸＥ、ＸＯの位相差検出が行なわれる。

すなわち、位相差検出器２２に位相差ベクトルＸＥが入
力されると、入されているもう一つの位相差ベクトルＸ
ｏの複素共役ベクトルＸＯとの複素乗算が実施される。

それを差位相差ベクトルＵとおけば Ｕ＝ＸＥＸｏ　　　　　　　　　　　　　　（１０）で
ある。

第２図は、以上の一連の処理を図で示したものである。

超音波パルスの送波が送波間隔ＴとＴ＋Ｔｓで交互に行
なわれるので、得られるドプラ信号は不等間隔となる。

ただしＴ　：　Ｔ　＋Ｔ　ｓ　＝　２　：３の関係にあ
る場合である。ドプラ信号（位相ベクトルは２時刻遅れ
たドプラ信号を差分することによりＭＴＩが実施される
。送波間隔Ｔにおける位相差ベクトルｖｚｋ”ｖ＊□に
−ｌと送波間隔Ｔ＋Ｔｓにおける位相差ベクトルＶｚｈ
”Ｖ＊□に−，と送波間隔Ｔ＋Ｔｓにおける位相差ベク
トルＶ２に＋１”−がそれぞれ例えば８データずつ求め
られ、加算平均され、位相差ベクトルＸｏとＸＥを得て
いる。このため、必要なデータ長は９（２Ｔ＋Ｔｓ）で
ある。それからさらに差位相差ベクトルＵを得る。この
場合、一般的にはＭＴＩにおける遅延時間は送波間隔Ｔ
とＴ＋Ｔｓの和の整数倍の時間であればよい。

第４図（ｂ）はｆ＝２／Ｔの場合のＭＴＩの周波数特性
を示している。ただしＴ：Ｔ＋Ｔｓ＝２：３の場合であ
る。送波間隔のＴに対するＭＴＩの周波数特性と送波間
隔Ｔ＋Ｔｓに対するＭＴｒの周波数特性は共通のもので
あることが示されている。この場合、ＭＴＩの遅延時間
は２Ｔ＋　Ｔ　ｓ　（＝　１　／　（ｆ　／　５　）　
）であり、両者共通である。第４図（ａ）は、従来にお
けるＭＴＩフィルタの特性の例である。送波間隔Ｔに対
する周波数特性と、送波間隔Ｔ　＋　Ｔ　ｓに対する周
波数特性は異なっている。ただし、Ｔ：Ｔ＋Ｔｓ＝２：
３、ｆ＝２／Ｔの場合である。送波間隔Ｔに対する遅延
時間はＴ　（＝１／　（２／ｆ））、送波間隔Ｔ十Ｔｓ
に対する遅延時間はＴ十Ｔｓ　（＝１／　（３／ｆ））
であり、両者は異なるので、異なる周波数特性となる。

このことが差相差ベクトルＵ（（１０）式を検出する際
に誤差を伴うことになり、正確なドプラ角速度を得るの
を困難としている。

つぎに、第１図において、超音波パルスの送波を送波間
隔Ｔ＋Ｔｓで任意回数送波する場合について述べる。送
波間隔Ｔの場合に得られるドプラ信号（位相ベクトル）
　ｕｎ、送波間隔Ｔ十Ｔｓで得られる位相ベクトルｕ’
ｎとすれば、ｕ　ｎ　）ｕ’ｎは次式で与えられる。

ｕｎ＝ｅｘｐＦθｎ）　　　　　　　　　　　（１１）
Ｕ′。＝ｅｘρ（ｊθ。’　）　　　　　　　　（１２
）この場合、−次ＭＴＩを実施するには、ＭＴＩ６では ７口”　　ｕ　ｎ＋３　　　　ｕ　ｎ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（１３）ＭＴＩ７では Ｖ’ｎ”ｕ　　ｎ＋２　　ｕ　　ｎ　　　　　　　　　
（１４）のように、それぞれの−次差分処理が実施され
る（ｎ＝１．２．・・・）。ただし、 Ｔ／　（Ｔ＋Ｔｓ）＝ｐ／ｑ＝２／３　　（１５）の場
合である。

これら位相ベクトルから位相差検出器２０゜２１では所
望の位相差ベクトルが検出される。すなわち、位相差検
出器２ｏでは、位相ベクトルＶｎ＋１が入力されると、
−時刻前の位相ベクトルＶｎの複素共役ベクトルｖ　ｎ
　＊にの複素乗算が実施される。

＊ Ｙ　Ｏｎ　”　　Ｖ　ｎ＋、Ｖ　ｎ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（１６）位相差検出器２
１では、位相ベクトルＶ′。十、が入力されると、−時
刻前の位相ベクトルｖ′ｏの複素共役ベクトルｖ′ｏと
の複素乗算が実施される。

Ｙ　Ｅｎ”　Ｖ　’　ｎ＋１　Ｖ　’　ｎ　　　　　　
　　　（１７）これら位相差ベクトルＹ　Ｏｎ　ｙ　Ｙ
　Ｅｎは雑音により、不安定であるため、任意回数Ｎ回
（例えばＮ＝８）加算平均化する。複素加算器２３．２
４はそのため用いられ をそれぞれ算出する。さらに位相差検出器２２は、同様
に、これら位相差ベクトルＸＥ、ｘｏの位相差検出が行
なわれる。すなわち、位相差検出器２２に位相差ベクト
ルＸＥが入力されると、入力されているもう一つの位相
差ベクトルＸＯの複素共役ベクトルＸｏとの複素乗算が
実施される。それを差位相差ベクトルＵとおけば Ｕ　＝　ＸＥＸＯ（２０） である。

第３図はこの一連の処理を図で示したものである。超音
波パルスが送波間隔Ｔで任意回数（Ｎ回）送波され、つ
づいて送波間隔Ｔ＋Ｔｓで任意回数（Ｍ回）送波される
ので、得られるドプラ信号は、等間隔Ｔのグループと、
もう一つの等間隔Ｔ＋Ｔｓのグループの２グループのド
プラ信号となる。送波間隔Ｔでのドプラ信号（位相ベク
トル）は、３時刻前のドプラ信号と差分することにより
。

ＭＴＩが実施される。また、送波間隔Ｔ＋Ｔｓでのドプ
ラ信号は２時刻前のドプラ信号と差分することによりＭ
ＴＩが実施される。ただしＴ：（Ｔ十Ｔ　ｓ　）　＝　
２　：　３の関係にある。ここでは送波間隔Ｔにおける
位相差ベクトルＶ　ｎ＋１　Ｖ　ｎが８回加算平均され
、送波間隔Ｔ＋Ｔｓにおける位相差ベクトルｖ′イ＋□
Ｖ′。′が８回例えば加算平均され。

位相差ベクトルＸｏとＸＥをそれぞれの送波区間で得て
いる。そのために必要なデータ長は１１Ｔ十１０（Ｔ＋
Ｔｓ）となる。それからさらに位相差ベクトルＵを同様
に得る。この場合、一般的にはＭＴＩにおける遅延時間
は次式で示される。

の遅延時間は、ｒ、ｓを整数として、 Ｔｄ＝ｒ−Ｔ＝Ｓ・　（Ｔ＋Ｔｓ） が成り立つＴｄとする。この条件を満たすには、ＴとＴ
　十Ｔ　ｓの比を整数比ｐ：ｑとする。ｒ及びＳは、ｐ
とｑの公倍数Ｃに対してそれぞれ次式で示される。

ｒ＝Ｃ／ｑ、Ｓ＝Ｃ／ｐ 第４図（ｃ）はｆ＝２／Ｔの場合のＭＴＩの周波数特性
を示している。ただしＴ：Ｔ＋Ｔｓ：＝２：３の関係に
ある。送波間隔Ｔに対するＭＴＴの周波数特性と送波間
隔Ｔ＋Ｔｓに対するＭＴＩの周波数特性は共通のもので
あることが示されている。

この場合、ＭＴＩの遅延時間は送波間隔Ｔに対しては、
３Ｔ、送波間隔Ｔ＋Ｔｓに対しては２　（Ｔ＋Ｔｓ）の
遅延時間である。このとき３Ｔ：２（Ｔ＋Ｔｓ）＝１　
（ｆ／６）の関係にあり両者は共通の遅延時間を有する
。

第１図において、得られた位相差検出器の出力ｕ　（（
１０）、（２０）式）を Ｕ　＝　Ｕ　ｒ　＋　ＪＵ　ｉ　　　　　　　　　　　
（２１）とおけば、角度検出器２６はＱ　（＝ωｄＴｓ
）を出力する。そこで除算器２７はＱを時間パラメータ
Ｔｓで除算することにより、ドプラ周波数を得る。切替
器２８をＬ側へ倒せば、（２１）式における差位相差ベ
クトルＵはローパスフィルタされるので、体内中にある
一点についての血流速度の時間変化を観察する場合、高
域成分が抑圧された滑らかな変化としてとらえる。なお
、２次元的にドプラ周波数を表示する際にも、切替器を
Ｌ側へ倒すことにより、二次元平面におけるメモリ記憶
させた過去のＵ　（Ｑ、ｍ、ｔ）（Ｑ、ｍは位置、ｔは
現在時刻を表わす。）Ｕ（１２ｙｍ、ｔｌ　）　、　Ｕ
　（Ｑ　＋　ｍ　、ｔ　　２　）　、・＝を用イローバ
スフィルタすることにより、雑音感の抑圧された、滑ら
かな画像を表示するための、差位相差ベクトルが提供で
きる。ローパスフィルタの必要のないときは切替器２８
はｐ側へ倒しておく。

第２図において、Ｎ回加算の位相差ベクトルＸＯ，Ｘ［
：を得るのに必要な位相ベクトルのデータ長Ｌｓ Ｌｓ＝　（２Ｔ＋Ｔｓ）（Ｎ＋１）　　　（２４）であ
る。第３図において、同様に、Ｎ回加算の位相差ベクト
ルＸＯ，ＸＥを得るのに必要な位相ベクトルのデータ長
ＬＭ Ｌｓ＝ｑＴ＋ＮＴ＋ｐ　　（Ｔ＋Ｔｓ）＋Ｎ（Ｔ＋Ｔｓ
） ＝　（Ｎ＋ｑ）Ｔ＋　（Ｎ＋ｐ）（Ｔ＋Ｔｓ）である。

ただしＴ／　（Ｔ＋Ｔｓ）＝ｐ／ｑである。

そのため（２４）、（２５）式からデータ長の差Ｌｓ　
　　Ｌｓ ＬＨ−Ｌｓ＝　（ｑ−１）Ｔ＋　（ｐ　　１）（Ｔ十Ｔ
ａ）　　　　　　　　（２６）となる。例えばｐ＝２．
ｑ＝３そしてＴ＝２５０ｕｓｅｃのとき（２６）式から
ＬＭ−Ｌｓ＝（３−１）２５０＋（２−１）３７５＝８
７５μｓｅｃ長いデータ長となる。第２図における送波
関係は、この点少し有利である。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば、限界以上の高速血流速度
を測定する際生じるドプラ周波数の誤差を大幅に低減し
、正確な計測が可能となり、臨床上、計測上、大きい効
果を有する。

また、他の効果として、ローパスフィルタにより、雑音
感の低減した滑らかな表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のパルスドプラ計測装置、第
２図と第３図は本発明の原理を示すところの処理の流れ
図、第４図（ａ）は従来におけるＭＴＩフィルタの１例
の特性を示す図、第４図（ｂ）、（ｃ）は本発明におけ
るＭＴＩフィルターの一例の特性を示す図である。 符号の説明 ■・・・送波回路、２・・・受波回路、３・・・位相比
較器、６．７・・・ＭＴＩフィルタ、２０，２１．２２
・・・位相差検出器、２４．２４・・・複素加算器、２
５・・・ローパスフィルタ子メモリ、２６・・・角度検
出器、２７・・・除算器、２８・・・切替器、４・・・
超音波探触子、５・・・目標物体（反射物体）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第一の送波間隔Ｔと第二の送波間隔Ｔ＋Ｔｓにて音
   波を送受する手段 各反射信号と参照信号をミキシングすることにより、各
   位相ベクトルを順次検出する手段順次得られる位相ベク
   トル相互の演算によりＭＴＩフィルタを実施する手段 上記ＭＴＩフィルタを通過した各位相ベクトルから送波
   間隔Ｔに関する位相差ベクトルと送波間隔Ｔ＋Ｔｓに関
   する位相差ベクトルを得る第一の位相差検出手段 上記送波間隔Ｔに関する位相差ベクトルと送波間隔Ｔ＋
   Ｔｓに関する位相差ベクトルとから、差の送波間隔Ｔｓ
   に関する差の位相差ベクトルを得る第二の位相差検出手
   段、並びに差の位相差ベクトルから目標物体の速度に変
   換する手段を含む高限界パルスドプラ計測装置において
   、上記第１の送波間隔Ｔと第２の送波間隔Ｔ＋Ｔｓとは
   Ｐ：ｑなる整数比であり、上記ＭＴＩフィルタを実現す
   る手段はｒ、Ｓを整数として Ｔｄ＝ｒ・Ｔ＝Ｓ・（Ｔ＋Ｔｓ） が成り立つ遅延時間Ｔｄを実行することを特徴とする高
   限界パルスドプラ計測装置。