JPH0451940A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、送信用振動子と受信用振動子とを独立して備
えた超音波ドプラ診断装置に関する。

（従来の技術） 超音波のドプラ効果を利用して血流のような移動体の速
度を検出する超音波ドプラ診断装置が知られている。第
８図はこのような血流速度の検出原理を示すもので、速
度Ｖで移動している血流の血球１に対して角度θで超音
波プローブ２から超音波パルスｆｃを入射すると、この
入射パルスｆｃはドプラ効果によってｆｄだけ偏移を受
けて入射方向に反射される。このときのドプラ偏移周波
数ｆｄは次式のように示される。

ｆｄ＝２ｖｃｏｓθ　ｆ　ｃ　／　Ｃ−（１）Ｃ：超音
波パルスの音速 従って（１）式から明らかなように、ＣＯＳθ。

ｆｃ、Ｃは既知なのでｆｄを求めることにより血流速度
Ｖを求めることができる。超音波ドプラ診断装置ではこ
の原理を応用して得られた血流速度Ｖをモニタに表示し
て診断に供することが行われている。

このような超音波ドプラ診断を行う場合、送信用振動子
と受信用振動子とを独立して設は連続して超音波を送信
してドプラ信号を受信する連続波（ＣＷ）　　ドプラ法
が知られている。このＣＷドプラ法は血流速度を検出す
る場合最大速度に制限を受けないので、特に流速の大き
な心臓の血流速度を検出する場合に適用されている。

第７図は従来のＣＷドプラ診断装置の構成を示すもので
、送信系Ａのパルサー４ａ、４ｂにより連続矩形波によ
って駆動された送信用振動子５ａ。

５ｂは被検体に対して超音波を送信し、反射してきたド
プラ信号は受信用振動子６ａ、６ｂによって受信された
後プリアンプ７ａ、７ｂによって増幅される。続いてビ
ームフォーマ８によって各信号の整相加算が行われた後
、速度検出部９によって血流速度が検出されて表示系１
０に表示される。

送信用及び受信用振動子５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂは一例
として２個を用いた例で示したが、実際には多数の振動
子が配置されたフェーズドアレープローブ１０が用いら
れて、数個ずつまとめられた振動子が複数組構成されて
、順次各組ごとに連続矩形波によって駆動されまた対応
した同−組の振動子によってドプラ信号が受信されるよ
うになっている。

ここで被検体に送信される超音波の周波数が高くなる程
得られる超音波画像の分解能は向上するという性質があ
るが、一方超音波周波数が高くなる程生体通過中の減衰
が著しくなるのでＳ／Ｎが低下するという性質がある。

この点で心臓のように体表から比較的深い領域に位置し
ている部位を診断する場合は、超音波があまり減衰しな
いように低周波を用いることが望ましい。

またＣＷドプラ方法は心臓のような高血流速度を検出す
る用途に限らず、末梢血管（ｐｖ）や乳腺等のように比
較的低血流速度の部位を検出する場合にも広く適用され
ている。特にこのような低血流速度部位に高周波超音波
によりドプラ診断を施こす場合には、ドプラ偏移周波数
ｆｄを大きくとることができるので血流速度の検出を容
易に行えるという利点がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の超音波ドプラ診断装置では、低血流速度
検出には高周波超音波による診断が優れているが、Ｓ／
Ｎの点では低周波超音波による診断が望ましいという矛
盾した関係が存在している。すなわち特に低血流速度部
位を診断する場合は高周波超音波を用いると優れた特性
が得られるものの、その応用部位が浅部領域に限定され
てしまうことになる。もし深部領域に高周波超音波を用
いると通過中の減衰が著しくなるためＳ／Ｎが劣化して
しまう。このため心臓のような深部領域を診断する場合
Ｓ／Ｎが良くなるように低周波超音波を用いたとすると
、この低周波超音波で乳腺を診断しようとするとき場合
よっては低周波超音波が乳腺を越えて心臓に進達してし
まうようなおそれがあり、この場合はドプラ信号強度の
大きな心臓からの信号を検出してしまうことになる。し
かし超音波診断装置としては用途を考慮して、超音波の
周波数は高周波か低周波かのいずれか１つに決定しなけ
ればならない。

このためそのような矛盾を解決するには、高周波及び低
周波用の２本のプローブを用意し、各々用途に応じて使
い分ければ良いがコスト高になってしまうことになる。

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
１本のプローブで高周波用診断及び低周波用診断に対処
できるようにした超音波ドプラ診断装置を提供すること
を目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、送信用振動子と受
信用振動子とを独立して備えた超音波ドプラ診断装置に
おいて、基本波及び高調波を発生する送信用振動子を有
する超音波送信手段と、前記基本波送信及び高調波送信
に対応してドプラ信号を各々選択的に受信する受信用振
動子を有する超音波受信手段とを備えたことを特徴とす
るものである。

（作　用） 低血流速度部位を診断するときは超音波受信手段を高周
波送信に基いたドプラ信号を受信するように切り換え、
一方Ｓ／Ｎに優れた診断を行うときには超音波受信手段
を基本波送信に基いたドプラ信号を受信するように切り
換える。これによって１本のプローブで乳腺のような浅
部領域の低血流速度部位から低血流速度を優れた特性で
検出できると共に、心臓のような深部領域の高血流速度
部位から高血流速度をＳ／Ｎ良く検出することができる
。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の超音波ドプラ診断装置の第１の実施例
を示すブロック図で、４ａ、４ｂはパルサーで図のよう
な連続矩形波（デユーティ５０％以外の矩形波）によっ
て駆動された送信用振動子５ａ、５ｂは被検体に対して
低周波（例えば２．５ＭＨ２の基本波）及び高周波（例
えば５ＭＨ２の２次高調波）から成る超音波を発生して
送信する。実際には多数の振動子が配置されたフェーズ
ドアレイプローブ１０が送受信時用いられており、この
フェーズドアレイプローブ１０は第２図に示すように音
響レンズ１０ａ、整合層１０ｂ。

振動子１０Ｃ９第２の整合層１０ｄ、バッキング材１０
ｅ、電極１０Ａ、ＩＯＢから構成されている。整合層１
０ｂは振動子１０ｃと生体の音響整合用のもので一層と
は限らず、一般には二層又は三層まで実施されている。

電極１０Ａ、ＩＯＢ。

振動子１０Ｃ１第２の整合層１０ｄを調整することによ
り、１個のプローブ１０から前記のように低周波及び高
周波の２種類の超音波を発生することができ、このよう
な複数周波数発生手段は周知の技術を利用することがで
きる。整合層１０ｄには振動子１０ｃと同じ材料を選ぶ
ことができる。

更にこの整合層部分にも電極を設けて励振できるように
変形することも可能である。第３図はこのようなプロー
ブ１０の周波数特性を示すもので、基本波ｆＯ以外に２
次高調波２ｆｏにも通過帯域を有する。高調波は２次高
調波以外の高調波も利用可能であるが、生体減衰を考慮
して本実施例の場合２次高調波のみ利用するものとする
。

被検体から反射してきた低周波送信及び高周波送信に対
応した第１及び第２のドプラ信号は共に受信用振動子６
ａ、６ｂによって受信される。本実施例の場合プローブ
１０を構成している多数の振動子を送信用（５ａ、　　
５　ｂ、・・・）と受信用（６ａ、　　６　ｂ、・・・
）とに分けて使用する例で示している。受信系は低周波
送信に対応した第１の受信系Ｂ　１　＋　高周波送信に
対応した第２の受信系Ｂ２から構成されている。低周波
送信に対応した第１のドプラ信号及び高周波送信に対応
した第２のドプラ信号は、共に受信用振動子６ａ、６ｂ
によって受信されるが両者の区別は切換回路１１によっ
て受信タイミングが切り換えられることにより、各々選
択的に受信されるように制御される。

受信された第１のドプラ信号はプリアンプ７ａ。

７ｂによって増幅され、また第２のドプラ信号はプリア
ンプ７ａ’、７ｂ’　によって増幅された後、各々ビー
ムフォーマ８０，８□に入力される。各ビームフォーマ
８□、８□は第４図に示すようにデイレーライン１２と
加算器１３とから構成され、送信時と逆の遅延特性をデ
イレーライン１２に与えることにより、各チャンネルご
との受信信号を整相し、加算器１３によって加算する。

このように整相加算された受信信号は速度検出部９、。

９□に入力されて血流速度の検出が行われる。

第５図は第１の速度検出部９１の構成を示すもので、ビ
ームフォーマ８□から出力された受信信号は２経路に分
岐されて第１及び第２のドプラ信号検出系１６ａ、１６
ｂの各混合器１７ａ。

１７ｂに加えられると共に、これら混合器（ミキサー）
１７ａ、１７ｂには図示しない基準信号発生回路で発生
された９０°位相が異なる第１及び第２の参照信号ｆｒ
、、ｆｒ２が加えられる。ここで参照信号の周波数は前
記したような低周波超音波に＝致したちのが用いられる
。

各混合器１７ａ、１７ｂからの検波出力は各ＬＰＦ１８
ａ、１８ｂに加えられて不要な高周波成分が除去された
後、サンプルホールド回路１９ａ、１９ｂに加えられる
。このサンプルホールド回路１９ａ、１９ｂによって所
望深さのドプラ信号のみが検出され、この出力はＢＰＦ
　（帯域フィルタ）２０ａ、２０ｂに加えられ、必要な
信号成分のみが通過された後Ａ／Ｄ’変換器２１ａ。

２１ｂを介してＦＦＴ部（高速フーリエ変換部）２２に
加えられる。ＢＰＦ２０ａ、２０ｂの出力はスピーカー
２３に加えることにより必要な血流速度が聴取可能に構
成されている。ＦＦ７部２２では周波数分析が行われ、
演算が行われてドプラ信号すなわち血流速度が検出され
る。このようにして検出された血流速度はＣＲＴデイス
プレィ等の表示系に表示される。

第２の受信系Ｂ２の第２の速度検出部８□の構成も第１
の速度検出部８□の構成とほぼ同様であり、ただ混合器
１７ａ、１７ｂに加えられる周波数が高周波超音波（高
次波）に一致するように変えられるだけである。

次に本実施例の作用を説明する。

送信系Ａのプローブ１０の各送信用振動子５ａ。

５ｂによって低周波（例えば２．５ＭＨ２の基準波）及
び高周波（例えば５ＭＨ２の第２高調波）を発生させ、
被検体に対して送信する。次に受信系Ｂ１においてドプ
ラ信号を受信するとき、乳腺のように低血流速度部位を
診断したいときは、切換回路１１によって第１の受信系
Ｂ工を選択する。

これにより第１の受信系Ｂ工は低周波送信に対応したド
プラ信号を受信し、浅部領域から低血流速度を優れた特
性で検出する。

一方、Ｓ／Ｎに優れた診断を行うときは、切換回路１１
によって第２の受信系Ｂ２を選択する。

これにより第２の受信系Ｂ２は高周波送信に対応したド
プラ信号を受信し、心臓のような深部領域の高血流速度
部位から高血流速度をＳ／Ｎ良く検出することができる
。

このような本実施例によれば１本のプローブを用意する
だけで、受信特低周波送信及び高周波送信に対応した各
ドプラ信号を選択的に受信するように受信系を切り換え
ることにより、高周波用診断及び低周波用診断に対処す
ることができる。これによって各検出信号を比較すれば
浅部領域からの乳腺のような低血流速度と深部領域から
の心臓のような高血流速度とを明白に区別して検出する
ことができるようになるので、従来の矛盾を解決するこ
とができる。

第６図は本発明の第２の実施例を示すもので、受信系で
用いるプリアンプを新たに用意することなく送信系で用
意されているプリアンプを利用するようにしたものであ
る。すなわち通常の超音波ドプラ診断装置では開口内の
全振動子に対してパルサー（Ｂモード用、パルスドプラ
ー用）とプリアンプとを対で備えており、ＣＷドプラ法
を実施する場合その開口を分割して一方を送信用、他方
を受信用として使用される。従ってＣＷドプラ時送送信
用割当てられた振動子の持つプリアンプ７Ａ、７Ｂをド
プラ信号受信時の第１又は第２の受信系として使用とす
ることができる。゛これによってこの分回路部品を不要
にすることができるので、回路構成を簡略化できる利点
が得られる。

更に各実施例で示したビームフォーマは必ずしも必要で
なく、レンズ又は振動子面を湾曲させたタイプのプロー
ブを用いることにより同様な機能を持たせることができ
る。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、複数の周波数の超音
波を送信し、受信時は各周波数に対応したドプラ信号が
選択的に受信できるように受信系を切り換えるようにし
たので、１本のプローブで高周波用診断及び低周波用診
断に対処させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波ドプラ診断装置の第１の実施例
を示すブロック図、第２図は本実施例装置に用いられる
プローブの概略図、第３図は本実施例装置により送信さ
れる超音波のパワースペクトラムとプローブとの関係を
示す周波数特性、第４図は第１図のビームフォーマを示
すブロック図、第５図は第１図の他の要部を示すブロッ
ク図、第６図は本発明の第２の実施例を示すブロック図
、第７図は従来例を示すブロック図、第８図はドプラ診
断の原理の説明図である。 ５ａ、５ｂ・・・送信用振動子、 ６ａ、６ｂ・・・受信用振動子、 ８１．８□・・・ビームフォーマ、 ９□　。 ９□ ・・・速度検出部、 １０・・・プローブ、 １１・・・切換回路、 Ａ・・・送信系、 Ｂ１　。 ・・・受信系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信用振動子と受信用振動子とを独立して備えた
   超音波ドプラ診断装置において、基本波及び高調波を発
   生する送信用振動子を有する超音波送信手段と、前記基
   本波送信及び高調波送信に対応してドプラ信号を各々選
   択的に受信する受信用振動子を有する超音波受信手段と
   を備えたことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. （２）高調波が２次高調波から成る請求項１記載の超音
   波ドプラ診断装置。