JPH0464693B2 - - Google Patents

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JPH0464693B2
JPH0464693B2 JP59111913A JP11191384A JPH0464693B2 JP H0464693 B2 JPH0464693 B2 JP H0464693B2 JP 59111913 A JP59111913 A JP 59111913A JP 11191384 A JP11191384 A JP 11191384A JP H0464693 B2 JPH0464693 B2 JP H0464693B2
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Ikuji Seo
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、超音波反射法によつて得た被検体の
断層像中に超音波ドプラ法によつて得た血流情報
を2次元的に表示可能にした超音波診断装置に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
心臓内に流れる血流の動態を心臓の断層像と同
時に観測することは臨床的に価値がある。この血
流情報の検出方法としては、距離分類能がすぐれ
ていることで超音波(パルス変調)ドプラ法が主
に用いられている。そして、上記超音波ドプラ法
と超音波反射法とを同時に行なえるようにした超
音波診断装置が具体化され臨床で実用に供されて
いる。
また近年に至つては、レーダ技術等で用いられ
ているMTI(Moving Target Indication;移動
目標指示装置)を応用して、被検体内の血流を2
次元画像として可視化する技術が提案されている
(例えば、Levy Gerzbeg,“Nonolithic Power
−Spectrum Centroid Detector”in Technical
Peport No.G557−2,Stanford University,
May 1979)。
上記において血流情報としては、平均血流速度
(ドプラ偏移周波数(d))とその分散σ2とを演算
して、これら演算結果を輝度変調として例えばカ
ラー対応させて、例えば心臓内左室においては第
1図に示すBモード像(断層像)M1と血流情報
(平均血流速、分散)とを、第2図に示すカラー
スケールM2にもとづいた色を上記血流情報に対
応させて、第1図に示すBモード像と重ね合わせ
て同一表示している。ところが、リアルタイムで
上記分散σ2の演算を正確に行うのは困難であり、
短時間で行なおうとすると多大の誤差をともない
実用的でない。また、例えば左室の駆出血流は上
記方法では流れるように見えない。以下この理由
の第3図及び第4図を参照して説明する。例えば
第3図に示すように左室の内部位A,B,Cにお
いて、この方向に血液が流れていて、駆出開始時
間をt=0とすれば、この左室内部位のA,B,
Cでは、第4図a,b,cに示すように時間−速
度曲線が異なつている。この場合、心臓壁などの
遅い動きを除去するドツプラフイルタ(例えば、
カツトオフ周波数c=50Hzのハイパスフイルタ
ー)が装置に組込まれているため(第4図中の点
線でcを示す)、tC<tB<tAの関係から駆出時には
C,B,Aの順で血流が表現されてしまい、実際
とは異なつて、流れるように見えない。
〔発明の目的〕
本発明は、上記事情に基づいてなされたもの
で、その目的とするところは、超音波断層像中に
血流情報として血流からの散乱パワーに比例した
平均パワー(パワー情報)を表示し、さらには平
均速度と上記平均パワーとを組み合わせて表示す
ることにより、血流の流れの可視化をより正確に
行うことを可能とした超音波診断装置を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明は、被検体内に超音波を送受波して上記
被検体内の断層像情報を得ると共に、上記送受波
による散乱超音波に基づき上記被検体内の血流情
報を得る超音波診断装置において、上記散乱超音
波から血流情報を示すドプラ偏移信号を検出する
ドプラ信号検出手段と、このドプラ信号検出手段
で得たドプラ偏移信号に基づき測定対象の血流の
パワーを示す情報を演算する演算手段と、この演
算手段で演算されたパワー情報にそのパワーの大
きさに応じて色相変調をかける色相変調手段と、
この色相変調手段で色相変調されたパワー情報を
上記断層像に重畳して表示する表示手段とを備え
たことを特徴とし、超音波断層像中に血流情報と
して血流からの散乱パワーに比例したパワー情報
を表示するようにした超音波診断装置を提供する
ものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明に係る超音波診断装置を第5図に示
す一実施例について説明する。尚、本実施例では
超音波送信系、及び受信系の一部は省略してあ
る。第5図において、10a、10bは超音波プ
ローブからの受信信号と、基準信号発生器11か
らの基準パルス信号0とを混合するミキサーであ
り、ミキサー10bには移相器12により90°位
相の異ならせた基準パルス信号0が入力される。
13a,13bは夫々上記ミキサー10a,10
bの混合出力を入力し、それをろ波し位相検波信
号として出力するローパスフイルタ(L.P.F)で
ある。この位相検波信号は、被検体内部の種々の
距離におけるドプラ偏移成分を含んだ信号であ
る。14a,14bはローパスフイルタ13a,
13bからの出力信号をA/Dデイジタル信号に
変換するA/D変換器(A/D)であり、15
a,15bは上記デイジタル化された位相検波出
力から心臓壁などによる固定反射信号を取除くフ
イルタ回路(MTI filter)である。
上記A/D変換器14a,14b及びフイルタ
回路15a,15bにより、上記位相検波信号が
含有している心臓内の壁などの固定反射による直
流及びドプラ偏移周波数より高い周波数成分を除
去している。
上記において、フイルタ回路15a,15bは
例えば第6図に示すように加算器30,31、シ
フトレジスタ32及び乗算器33から構成される
ものであり、シフトレジスタ32は、1レートパ
ルス間隔に相当する時間分の遅延を行なわせるも
のである。ここで、レートパルス周波数rを5K
Hzとすれば、レートパルス間隔時間は200μsに相
当する。
また、フイルタ回路15a,15bのフイルタ
特性は、横軸を周波数、縦軸を出力信号電圧とし
て表わすと第7図に示されるフイルタ特性であ
り、このようなフイルタ特性はレーダ技術におけ
るMTIを応用したものである。第5図のフイル
タ回路15a,15bを2段設けるとさらに良い
フイルタ特性が達成でき、理論的にはフイルタ回
路15a,15bでの演算を10レートパルス分
(200μs×10)繰り返すことによつて、心臓壁など
からの固定反射信号をとり除くことができる。
ここで第5図における受信信号S(t)を下記式(1)
とすると、 S(t)={〓aocos(ω0t+ωdot+φdo)} +bcos(ω0t+φb) ……(1) なお、〓aocos(ω0t+ωdot+φdo)はドプラ偏
移信号であり、bcos(ω0t+φb)は固定反射信号
を示している。上記受信信号S(t)を入力したミキ
サー10a,10bの出力Va″(t)、Vb″(t)は下記
式(2)で示される。
Va″(t)=S(t)・cosω0t ……(2) Vb″(t)=S(t)・sinω0t ……(3) そしてローパスフイルタ13a,13bの出力
Va′(t)、Va′(t)は(1)(2)(3)式から下記式(4)、(5)と

かれる。
Va′(t)=〓ao/2cos(ωdot+φdo) +b/2cosφb ……(4) Vb′(t)=−〓ao/2sin(ωdot+φdo) −b/2sinφb ……(5) フイルタ15a,15bの出力Va(t)、Vb(t)
は、DC成分がカツトされて下記式(6)、(7)となる。
Va(t)=〓ao/2cos(ωdot+φdo) ……(6) Vb(t)=〓ao/2sin(ωdot+φdo) ……(7) 第5図において16は演算回路であり、この演
算回路16は例えば第8図に示すように、フイル
タ回路15a,15bの出力Va(t)、Vb(t)を取り
込む1レートデイレーライン(レートパルス周波
数rを5KHzとすれば、1レートデイレイ時間は
200μsである)34,35、データセレクタ36,
37及びこれからの出力を積和する積和回路38
から構成されている。そしてこの演算回路38で
は上記出力Va(t)、Vb(t)により、血球からの散乱
パワーに比例した量(以下均等パワーと称する)
Pと、平均流速(ドプラ偏移周波数:d=
ωd/2πを演算する。即ち、式(6)、(7)式の出力Va(t)
、 Vb(t)より、平均パワーは、下記(8)式で求まる。
=1/Nτ・N〓 〓t=0 {Va2(t)+Vb2(t)} ……(8) t=0、τ、2τ、…、Nτ、τ=1/n ここで簡単のために、単一の移動物体からのド
プラ信号を考えて、n=1(単一ドプラ周波数)
として、 ao=2a、ωdo=ωd、ωdo=0とおくと、上記
(6)、(7)式は、 Va(t)=acosωdt ……(6)′ Vb(t)=asinωdt ……(7)′ これにより、上記(8)式は =1/Nτ・N〓 〓t=0 a2(cos2ωdt +sinb2ωdt)=a2 ……(8)′ で求まる。
平均流速(ドプラ偏移周波数:d=ωd/2π) は、複素相関演算を行うことにより、 Va(t)、Vb(t)の複素自己相関は、 C(τ)=1/NτN〓 〓 〓t=0 〔Va(t+τ)+jVb(t+τ)〕〔Va(t)−jVb(t)
〕 =1/NτN〓 〓 〓t=0 〔{Va(t+τ)Va(t)+Vb(t+τ)Vb(t)}+j
{Vb(t+τ)Va(t) −Va(t+τ)Vb(t)}〕=CR+jCI ……(9) ただし、t=0、τ、2τ、…、Nτ τ=1/r (6)′、(7)′を代入して CR=1/NτN〓 〓 〓t=0 a2〔cosωd(t+τ)cosωdt+sinωd(t+τ)si
nωdt〕 =1/NτN〓 〓t=0 a2cosωdτ=a2cosωdτ ……(10) CI=1/NτN〓 〓 〓t=0 a2〔sinωd(t+τ)cosωdt−cosωd(t+τ)si
nωdt〕 =1/NτN〓 〓t=0 a2sinωdτ=a2sinωdτ ……(11) (9)、(10)、(11)式から d/r=tan-1(CI/CR) ∴d=r/2π・tan-1(CI/CR) が求められる。ここで、CI,CRの符号から血流の
方向(プローブに近づく流れか、プローブから遠
ざかる流れか)の判定も可能である。
なお、上記式(8)乃至(12)の演算においては、最初
の演算でデータセレクタ36,37はVa(o)、Va
(o)を選択し、積和回路38にてVa2(o)を演算す
る。次にデータセレクタ36,37は、Vb(o)、
Vb(o)を選択しVa2(o)+Vb2(o)を演算することによ
り、順次演算を行ない(8)式の平均パワーPを求め
ることができる。
次にデータセレクタ36,37は、Va(o)Va
(1/r)を選択し、Va(o)Va(1/r)を演算
し、順次Vb(o)Vb(1/r)を演算し式(9)のリア
ルパートVa(1/r)Va(o)+Vb(1/r)Vb(o)
を計算し、次にイマジナリーパートVb(1/r)
Va(o)−Va(1/r)Vb(o)を順次求めることがで
きる。
第5図において21は受信信号を検波する検波
回路であり、22はこの検波回路21の出力をデ
ジタル量に変換するA/D変換回路であり、これ
ら信号処理系により超音波断層像(Bモード像)
が生成される。
第5図において17は上記断層像情報と、平均
パワー及び平均流速(ドプラ偏移周波数d
=ωd/2πとを蓄えるフレームメモリ(FM)である。
18はフレームメモリ17からフレーム毎に平
均パワー及び平均流速の情報を取出してカラ
ー画像信号に変換するカラー変換回路である。
このカラー変換回路18では輝度変調として、
第9図に示すように、平均流速(ドプラ偏移周
波数)を例えばが正の場合(順流)赤系の
色で表示し、負の場合(逆流)には青系の色で表
示し、の大きさをその輝度変化に対応させる。
また、平均パワーは、例えばが小さいほど緑
色をまぜてその色相を変化に対応させる。
第5図において19はカラー変換回路18によ
りカラー処理された断層像情報と平均パワーP及
び平均流速vの情報とをアナログ量に変換する
D/A変換器であり、20はD/A変換器19か
らの断層像と平均パワーP及び平均流速vとを重
畳して表示するTVモニタである。
上記の如く構成された本実施例の装置であれば
以下の如くの作用効果が得られる。
本実施例では、従来の装置における平均流速v
(ドプラ偏移周波数d)情報に加えて、平均パワ
ーP情報をその度合に応じて色付け(輝度変調)
して断層像に重畳して表示するようにしている。
この場合、心臓内の血流は、時間的にコヒーレ
ンシーがあり、ある1サンプルボリユーム内での
血球の密度は時々刻々変化しているものであり、
その血球からの平均パワーPも時々刻々変化して
いる。従つて、その変化を表示していけば、血流
の流れを追うことができ、よつて血行動態を極め
て正確に把握することが可能となる。第9図に示
す以外の血流情報の表現法として第10図に示す
ように順流(プローブに近づく流れ:dが正の
場合)は赤系の色で、逆流(プローブから遠ざか
る流れ:dが負の場合)は青系の色で表現し、
そのカラーの輝度を平均パワーPの大きさに対応
させても良い。この他に本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、被検体内に
超音波を送受波して上記被検体内の断層像情報を
得ると共に、上記送受波による散乱超音波に基づ
き上記被検体内の血流情報を得る超音波診断装置
において、上記散乱超音波から血流情報を示すド
プラ偏移信号を検出するドプラ信号検出手段と、
このドプラ信号検出手段で得たドプラ偏移信号に
基づき測定対象の血流のパワーを示す情報を演算
する演算手段と、この演算手段で演算されたパワ
ー情報にそのパワーの大きさに応じて色相変調を
かける色相変調手段と、この色相変調手段で色相
変調されたパワー情報を上記断層像に重畳して表
示する表示手段とを備えたことを特徴とし、超音
波断層像中に血流情報として血流からの散乱パワ
ーに比例したパワー情報を表示するようにしたの
で、血流の流れの可視化をより正確に行うことを
可能とした超音波診断装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は超音波パルス反射波法による断層像
(Bモード像)の一例を示す図、第2図は超音波
パルスドプラ法による血流情報の表示の一例を示
す図、第3図及び第4図は血行状態を説明するた
めの図、第5図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第6図は同実施例におけるフイルタ回路の
詳細を示すブロツク図、第7図は同実施例におけ
るフイルタ回路の周波数特性を示す図、第8図は
同実施例における演算回路の詳細を示すブロツク
図、第9図、第10図は夫々同実施例におけるカ
ラー変換回路の各情報と色付けとの反応を示す図
である。 10a,10b……ミキサー、11……基準信
号発生器、12……移相器、13a,13b……
ローパスフイルタ、14a,14b……A/D変
換器、15a,15b……(MTI)フイルタ回
路、16……演算回路、17……フレームメモ
リ、18……カラー変換回路、19……D/A変
換器、20……TVモニタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被検体内に超音波を送受波して上記被検体内
    の断層像情報を得ると共に、上記送受波による散
    乱超音波に基づき上記被検体内の血流情報を得る
    超音波診断装置において、上記散乱超音波から血
    流情報を示すドプラ偏移信号を検出するドプラ信
    号検出手段と、このドプラ信号検出手段で得たド
    プラ偏移信号に基づき測定対象の血流のパワーを
    示す情報を演算する演算手段と、この演算手段で
    演算されたパワー情報にそのパワーの大きさに応
    じて色相変調をかける色相変調手段と、この色相
    変調手段で色相変調されたパワー情報を上記断層
    像に重畳して表示する表示手段とを備えたことを
    特徴とする超音波診断装置。 2 前記ドプラ信号検出手段で得たドプラ偏移信
    号に基づき測定対象の血流の平均速度情報を演算
    する手段と、この演算された平均速度情報にその
    速度に応じて輝度変調をかける輝度変調手段とを
    備え、前記表示手段は前記輝度変調手段で輝度変
    調された平均速度情報を前記色相変調されたパワ
    ー情報とともに前記断層像に重畳して表示するこ
    とを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 3 前記色相変調手段は前記平均速度情報にその
    速度方向に応じて色相変調をかけるとともに、前
    記表示手段は輝度変調及び色相変調された平均速
    度情報を前記色相変調されたパワーとともに前記
    断層像に重畳して表示することを特徴とする請求
    項2記載の超音波診断装置。 4 前記色相変調手段は前記パワー情報にその測
    定対象の血流方向に応じて色相変調をかけること
    を特徴とする請求項1または2記載の超音波診断
    装置。
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