JPH0512935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は超音波ドプラ効果を利用して、例え
ば、心腔内の血流速などを測定し、これを表示す
る超音波診断装置に関する。

(ロ) 従来技術 この種の超音波診断装置は超音波パルスを体内
の一の方向に照射し、その照射後一定時間経過し
た後に受信したエコー信号に着目し、該エコー信
号に含まれる血流によるドプラ信号から心腔内の
所望位置の血流速などを測定している。

しかしながら、従来の超音波診断装置は、超音
波パルスが照射された方向の一点の血流速しか与
えない。したがつて、診断上、心腔内の複数点の
血流速などを測定する必要のあるときには、測定
に長時間を要するという欠点がある。

また、測定結果の表示が静止画的であるため、
血流速の動的状態を診断するうえでは不都合であ
る。

(ハ) 目的 この発明は複数点の血流速情報を短時間に採取
でき、血流速の動的状態を観察し、心臓病の診断
を容易に行い得る超音波診断装置を提供すること
を目的としている。

(ニ) 構成 この発明に係る超音波診断装置は、生体の一心
拍周期より遥かに短い間隔で超音波パルスを生体
に向けて照射し、反射してくるエコー信号を受信
し、当該エコー信号をビデオメモリに書き込む
他、当該エコー信号に対して基準信号と90度移相
信号とを別々に混合させ、混合された２つの信号
から血流によるドプラ信号を別々に抽出し、抽出
されたドプラ信号をメモリに蓄え、当該メモリか
ら測定深度ごとのドプラ信号のデータを読み出
し、当該データをフーリエ変換して測定深度ごと
のドプラ偏位周波数のスペクトル分布を算出し、
当該算出結果に基づいて測定深度ごとの血流速度
及び血流速分散度からなる血流速情報を算出し、
前記超音波パルスの照射する方向を生体の心電に
含まれるＲ波に同期して順次変えることによつて
得られた各方向における血流速情報を算出し、こ
れら生体の被測定断面の血流速情報を二次元的に
動的表示してなることを特徴としている。

(ホ) 実施例 最初に、この実施例の構成を簡単に説明し、次
に、各部の詳細な説明を行う。

この実施例に係る超音波診断装置は、一心拍
（約800〜900ｍsec）を30〜40の位相に分割し、各
位相における心臓の所望断面内の任意点の血流速
度およびその分散度を測定する。そのために、一
の位相区分について2.5MHzの超音波を200μsec
（5kHz）ごとに128回照射する。そして、超音波
ビームの深さ方向について64点の血流速情報を得
るために、128個の超音波パルスのエコー信号か
ら抽出された各ドプラ信号から、測定深度に応じ
た時間ごとに64点のデータをそれぞれ選択採取し
ている。採取された各測定深度ごとの128個のデ
ータからその周波数スペククルが算出される。こ
れから、所定の演算によつて各測定深度の血流速
度およびその分散度を得る。一心拍の測定が終了
すると、超音波ビームの方向を変えて、その方向
の所定の測定深度の血流速情報を同様にして測定
する。このようにして、心臓の所定断面の各位相
における血流速度およびその分散度を測定し、格
納する。これらの血流速情報はオペレータの指示
によりCRTにカラーベクトル表示される。

次に、図面にしたがつて各部の詳細な説明をす
る。

第１図はこの発明に係る超音波診断装置の一実
施例の構成を略示したブロツク図である。

同図において、１は血流速情報を測定する対象
となる心臓、Ｓは生体の体表を示す。２は心臓の
拍動に同期した生体情報を取り出す手段としての
心電計（ECG）、３はECG出力からＲ波を検出す
るＲ波検出回路である。４はＲ波に同期して後述
する遅延回路、Ａ／Ｄ変換器などを制御する制御
回路である。

５は体表Ｓに取りつけられる超音波プローブで
ある。この超音波プローブ５は、一列に配列され
た図示しない32個の超音波振動子を含み、後述す
るように超音波ビームをセクタクスキヤンする。

６は前記超音波振動子をそれぞれ駆動する駆動
回路、７は超音波プローブ５によつて検知された
エコー信号を増幅する受信回路である。

８は制御回路４よつて制御される遅延回路であ
る。遅延回路８は超音波プローブ５の各超音波振
動子に与える信号およびエコー信号の位相をそれ
ぞれ制御し、超音波ビーム方向を変化させる。

９は制御回路４によつて制御され、超音波パル
スの照射信号を遅延回路８に与えるトランスミツ
タである。

１０は受信された複数のエコー信号を加算して
増幅する加算回路である。

１１は振動子と同一周波数（例えば、2.5MHz）
の基準信号を出力する発振器、１２は前記基準信
号を例えば、5kHzに分周する分周器、１３は基
準信号の位相を90度シフトする移相回路である。

１４，１５は加算器１０の出力と基準信号およ
びそれの90度移相信号をそれぞれミキシングする
混合器である。

１６，１７は混合器１４，１５の出力信号の低
周波成分であるドプラ信号を通過させる低域フイ
ルタである。

１８，１９は前記ドプラ信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器である。

２０，２１はMTI（ムービング・ターゲツト・
インデイケータ）フイルタである。このMTIフ
イルタ２０，２１は入力したドプラ信号から例え
ば、心壁などの低速度移動体による信号成分を除
去し、血流速に基づくドプラ信号を通過させる。

２２，２３は前記MTIフイルタ２０を通過し
てドプラ信号を蓄えるバツフアメモリである。こ
のバツフアメモリは各測定深度についてそれぞれ
128個の信号成分を蓄える記憶領域を備える。

２４はバツフアメモリ２２，２３に蓄えられた
各測定深度ごとの信号成分を周波数スペクトル分
析する手段としての高速フーリエ変換器である。

２５は高速フーリエ変換器２４の分析結果から
各測定領域の平均血流速度、血流速分散度を算出
する演算器である。

２６は算出された各測定位置の各位相における
平均血流速度、血流速分散度とともに、後述する
心壁画像情報などを蓄える大容量メモリである。

２７は加算回路１０によつて加算されたエコー
信号を振幅検波する検波回路である。検波回路２
７の出力はＡ／Ｄ変換器２８でＡ／Ｄ変換され、
心壁画像情報として前記大容量メモリ２６（ビデ
オメモリとしての機能も果たす）に蓄えられる。

２９はライトペンなど指示装置３１の指示に基
づき、大容量メモリ２５に蓄えられた情報を
CRT３０に画像表示するために処理する画像演
算処理器である。

次に上述した構成を備えた実施例の動作につい
て説明する。

第２図は第１図に示した実施例の各部の動作波
形図である。

Ｒ波検出回路３は心電計２から同図ａに示すよ
うなECG出力を与えられることにより、これに
含まれるＲ波（同図ａに示すＳ１）を検出して同
図ｂに示す検出信号Ｓ２を出力する。

検出信号Ｓ２を入力した制御回路４は同図ｃに
示す遅延量制御信号Ｓ３を遅延回路８に与える
（但し、制御信号の波形は、説明の都合上、簡略
化してある）。最初に検出されたＲ波に基づく制
御信号Ｓ３を与えられることにより、遅延回路８
は超音波ビームU.Bが所定の方向に照射されるよ
うに、内部遅延素子の遅延量を適宜に設定する。

さらに、トランスミツタ９は制御信号Ｓ７を入
力することにより、その立ち上がりから次のＲ波
に基づく制御信号の立ち上がりまでの間、分周器
１２から与えられた5kHzの信号をもとに適切な
パルス幅をつくり遅延回路８に与える。前記分周
信号は遅延回路８で所定の位相差にそれぞれ遅延
されて、超音波プローブ５の各振動子に与えられ
る。これにより超音波プローブ５から同図ｄに示
すごとき超音波ビームU.Bが所定方向に照射され
る。

この超音波ビームは、2.5MHzの超音波パルス
を200μsec（5kHz）の間隔で照射されたものであ
る。後述するように、128個（25.6ｍsec）の超音
波パルスによつて、一位相区分内のデータを採取
する。したがて、一心拍は30〜40個に位相区分さ
れる。同図ｅは超音波パルスの時間幅を拡大して
示しており、同図ｆ，ｇ，ｈについても同様であ
る。

体内に照射された超音波パルスは、心壁および
心腔内の弁、隔壁、血球などで反射され、エコー
信号として受信される。このエコー信号は各超音
波パルスについて観測される。

エコー信号は受信回路７で増幅されて遅延回路
８に与えられる。遅延回路８は照射された超音波
パルスの位相差に関連して各エコー信号の位相を
可変する。遅延回路８から出力された各エコー信
号は加算回路１０で加算されて、同図ｆに示すよ
うな一のエコー信号Ｓ４に合成される。

エコー信号Ｓ４は混合器１４，１５に与えら
れ、ここで基準信号と移相信号とでそれぞれミキ
シングされる。各ミキシング信号は低域フイルタ
１６，１７で高周波成分が除去される。前記フイ
ルタを通過した同図ｇに示す如きドプラ信号Ｓ５
はＡ／Ｄ変換され、MTIフイルタ２０，２１に
与えられる。

MTIフイルタ２０，２１はドプラ信号Ｓ５か
ら心壁などによる比較的低周波数のドプラ信号を
除去し、血流による比較的高い周波数のドプラ信
号を抽出する。

このドプラ信号はバツフアメモリ２０，２１に
与えられる。バツフアメモリ２０，２１は第３図
に示すように、一位相区分で照射された128個の
超音波パルスに基づく前記抽出されたドプラ信号
を測定深度ごとに選択して順次蓄える。すなわ
ち、深さ方向の血流速情報を得るために、測定深
度に応じた時間でもつて一個のドプラ信号から64
個の情報が採取される。したがつて、この実施例
に係る超音波診断装置は深さ方向に対して、64点
の分解能を有する。

128個分のドプラ信号が蓄えられると、同じ測
定深度の128個のデータが、バツフアメモリ２２，
２３から高速フーリエ変換器２４に与えられ、第
４図に示すようにその測定深度におけるドプラ偏
移周波数のスペクトル分布が算出される。このよ
うにして64点の測定深度のデータが解析される。
このフーリエ変換処理中にも、MTIフイルタ２
０，２１からの次の位相区分（同図ｄにおけるｔ
２）に属するドプラ信号はバツフアメモリ２２，
２３の別の記憶領域に蓄えられる。このように、
位相区分ｔ３５までの一心拍分のデータがリアル
タイムに収集される。

第２図ｄに示すように、一定時間ごとに一心拍
を区分していくと、同図にT′で示す当該心拍の
最後の部分は超音波パルスが128個にならず、そ
のため満足すべき血流速情報を得ることができな
い。そこで、次のＲ波を検出したときに、バツフ
アメモリ２２，２３の128個のデータ格納領域に
データが満たされていないときは、その位相区分
でそれまでに格納されたデータはフーリエ変換さ
れず無視される。

一方、演算器２５は高速フーリエ変換器２４の
算出データに基づき、各測定深度における平均血
流速度Ｖ、血流速分散度σを算出する。平均血流
速度Ｖは、前記周波数スペクトル分布の平均周波
数から、また、血流速分散は前記スペクトル分布
の分散から容易に求められる。

このようにして算出される平均血流速度および
血流速分散度は大容量メモリ２６に蓄えられる。
大容量メモリ２６は第５図に象徴化し示してたよ
うに測定断面の空間位置に対応した複数のマトリ
ツクスメモリを備える。各超音波ビーム方向の各
測定深度における平均血流速度、血流速分散度、
心壁画像、表示用画像はそれぞれ空間的に対応し
た部分に蓄えられる。この記憶領域は例えば、
128×128、256×256または512×512のマトリツク
スメモリが用いられる。

一心拍の血流速情報が採取され、次のＲ波が検
出されると、制御回路４は所定の制御信号を遅延
回路８に与え、振動子に与える信号の遅延量を可
変することにより超音波ビームの方向を変える。
そして、上述したと同様に、この方向の各測定深
度における平均血流速度および血流速分散度が算
出され、大容量メモリ２６に蓄える。このように
して所定のビーム方向の各測定深度の血流速情報
を求めることにより、所望断面の血流速情報を得
る。

一方、前記血流速情報を当該断面像とともに
CRT画面に表示するために、心壁情報が採取さ
れる。この情報は、例えば血流速情報の採取とは
べつに、予め、超音波ビームを前記測定断面に照
射することにより得られる。すなわち、前述した
と同様に超音波パルスを照射することにより得ら
れたエコー信号（Ｓ４に相当する信号）に、心壁
情報は低周波成分として含まれる。第２図ｈに示
すごとき低周波成分Ｓ７は検波回路２７によつて
取り出され、Ａ／Ｄ変換された後大容量メモリに
与えられる。心壁情報は大容量メモリ２６の心壁
表示用のマトリツクスメモリに空間的位置に対応
して順次蓄えられる。

しかして、オペレータが指示装置３１によつ
て、該検査断面の任意の位置を画像演算処理器２
９に指示すると、大容量メモリ２６に蓄えられた
その位置の血流速度および血流速分散度のデータ
が同じく大容量メモリ２６に備えられた画像表示
用のマトリツクスメモリに心壁情報とともに画像
データに変換され格納される。画像演算処理器２
９は画像表示用マトリツクスメモリの内容を所定
の形式でCRT３０に表示する。

次に、この実施例に係る超音波診断装置の血流
速情報の表示形式について説明する。

第６図は血流速情報の表示例を示す説明図であ
る。４１はCRT３０に表示された心壁画像を示
す。心壁情報は一心拍期間の各位相における情報
が採取される。それ故、心壁画像４１は鎖線で示
すように、心臓の動きに応じて動的に表示され
る。また、同図におけるＡ，Ｂはオペレータによ
つて指示された心腔内の位置である。血流速度は
図に示すようにカラーベクトル表示される。即
ち、ベクトル表示４２，４４は超音波ビームに沿
つて振動子に向かう方向の血流速度であつて、赤
色で表示される。４３，４５は振動子から遠ざか
る方向の血流速度であつて、青色で表示される。
そして、血流速度の大きさは表示ベクトルの長さ
が対応する。

一方、血流速の分散度すなわち血流の乱れは、
前記カラーベクトル表示に白色を混合していくこ
とにより表示される。したがつて、分散度が大き
くなるにつれて、ベクトル表示は赤色或いは青色
から白色へ変化する。

血流速情報は心拍の各位相について得られてい
るから、これらを順次表示することによりCRT
画面上のベクトル表示は心臓の動きに伴う血流速
の変化に追随して動的に表示される。このよう
に、任意の測定点の血流速度および血流速分散度
を動的にカラーベトクル表示することにより、心
腔内の血流様態の把握が容易になる。また、計測
した全点について、各点の流速方向を赤、青で区
別し、更に、分散の程度に応じ、それぞれの色に
白色の混合の度合を制御するような表示をすれ
ば、心腔内全体の血流の動きが直観的に把握でき
る。

また、大容量メモリ２６に蓄えられた血流速情
報の表示時間を任意に可変することにより、任意
位相の静止画像、スローモーシヨン画像などを容
易に得ることができる。

なお、上述の実施例では超音波周波数2.5MHz、
パルス繰り返し周波数5kHz、フーリエ変換デー
タ点数128点、深さ方向分解能64点、超音波プロ
ーブ振動子32個となつているが、この発明はこれ
に限られるものではない。

(ヘ) 効果 この発明に係る超音波診断装置は、上述のよう
に構成されるから、所望断面の二次元的な血流速
情報を時間的に連続して得ることができる。した
がつて、生体の一点の血流速しか同時に測定しえ
なかつた従来装置に比較して、多くの血流速情報
を短時間に得ることができるとともに、血流速の
動的観察が可能で、心疾患の診断が容易に行え
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波診断装置の一実
施例の構成を略字したブロツク図、第２図は第１
図に示した装置の各部の動作波形図、第３図はバ
ツフアメモリ２２，２３の説明図、第４図はドプ
ラ信号の周波数スペクトル分析結果の説明図、第
５図は大容量メモリ２６の説明図、第６図は血流
速情報の表示例の説明図である。 １……心臓、２……心電計、３……Ｒ波検出回
路、４……制御回路、５……超音波プローブ、８
……遅延回路、１４，１５……混合器、２０，２
１……MTIフイルタ、２２，２３……バツフア
メモリ、２４……高速フーリエ変換器、２５……
演算器、２６……大容量メモリ、２９……画像演
算処理器、３０……CRT。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体の一心拍周期より遥かに短い間隔で超音
   波パルスを生体に向けて照射し、反射してくるエ
   コー信号を受信し、当該エコー信号をビデオメモ
   リに書き込む他、当該エコー信号に対して基準信
   号と90度移相信号とを別々に混合させ、混合され
   た２つの信号から血流によるドプラ信号を別々に
   抽出し、抽出されたドプラ信号をメモリに蓄え、
   当該メモリから測定深度ごとのドプラ信号のデー
   タを読み出し、当該データをフーリエ変換して測
   定深度ごとのドプラ偏位周波数のスペクトル分布
   を算出し、当該算出結果に基づいて測定深度ごと
   の血流速度及び血流速分散度からなる血流速情報
   を算出し、前記超音波パルスの照射する方向を生
   体の心電に含まれるＲ波に同期して順次変えるこ
   とによつて得られた各方向における血流速情報を
   算出し、これら生体の被測定断面の血流速情報を
   二次元的に動的表示してなることを特徴とする超
   音波診断装置。 ２ 前記血流速情報の二次元的な動的表示は、オ
   ペレータによつて指示された任意の測定位置の血
   流速度と血流速分散度とをカラーベクトル表示す
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超音波診断装置。