JPH0549639A - 超音波カラードツプラー診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波パルスの送波方向に拘らず、全ての方
向の血流を検出できる超音波カラードップラー診断装置
を提供することを目的とする。 【構成】 超音波カラードップラー診断装置１は、超音
波を送波する手段１０と、表示すべき血流情報を演算す
る手段２０とから成る。超音波パルスを送波する手段１
０は、少なくとも２回被検体を超音波パルスＰ１，Ｐ２
にて走査するとき、各々の走査において被検体に対して
異なる方向から超音波パルスが入射するように構成され
ている。表示すべき血流情報を演算する手段２０は、各
々の走査にて得られた血流情報に基づき、表示すべき血
流情報を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波のドップラー効
果を利用して被検体の血流情報を表示する超音波カラー
ドップラー診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置においては、超音
波パルスを被検体に送波し、被検体の例えば心臓などの
心壁などから反射された超音波エコー信号の振幅を包絡
線検波することにより、輝度値に変換してこれを表示装
置上に表示し、断層像（Ｂモード像）などの各種の情報
を得ている。

【０００３】一方、血流の速度及び方向をカラーでディ
スプレイに表示する超音波カラードップラー診断装置も
公知である。図７は従来のこの種の超音波カラードップ
ラ診断装置の一例を示す図である。この装置は、送受信
系として、複数の微小振動子を併設したリニア電子走査
形の超音波プローブ１０と、このプローブ１０の各振動
子に対応する各超音波パルスによりプローブ１０を送信
駆動する送信部４１と、プローブ１０を介する図示しな
い被検体からの受信信号を増幅するプリアンプ４３と、
送信のための各超音波パルス及び各受信信号に対して所
定の遅延時間を与えるディレイライン４２と、このディ
レイライン４２からの各受信信号を加算することによ
り、１つの受信信号を得る加算器４４とを有する。

【０００４】また装置は、Ｂモード処理系として断層像
を得るために受信信号を包絡線検波する検波器５６と、
超音波スキャンの包絡線検波信号をＴＶスキャンの信号
に変換するＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバー
タ）５８と、１フレーム毎にＴＶ信号を記憶するフレー
ムメモリ６４を有する。

【０００５】さらに装置は、ドップラモード処理系とし
て血流速度及び血流の方向などの血流情報からカラー血
流像を得るために、参照信号と血流情報との位相検波及
び参照信号に対して９０度位相が異なる信号と血流情報
との位相検波を行ない、クラッタ成分を含むドップラ偏
移信号を得る直交検波回路４６と、ドップラ偏移信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ４８ａ，４８ｂと、デ
ィジタルフィルタを有し、レーダ技術により移動目標情
報（ＭＴＩ）を得るものであって、具体的には同一走査
線上を複数回レート超音波パルスを送受信することによ
り、血流の位相変化を得、これによりクラッタ成分を除
去してドップラ信号のみを得るＭＴＩフィルタ５０ａ，
５０ｂと、自己相関法によりドップラ信号を周波数分析
してドップラ偏移周波数を得る自己相関器５２と、ドッ
プラ偏移周波数に基づき平均血流速度値，血流パワー
値，分散値を演算する図示しない演算部と、ＤＳＣ５４
と、フレームメモリ６２と、前記演算された値に基づき
例えば平均血流速度を赤（順流），青（逆流）などの濃
淡でカラー表色処理する図示しないカラー処理部とを有
する。

【０００６】さらには装置は、断層画像及びカラードッ
プラ像を表示するためのディスプレイ３０を有する。こ
のように構成された装置において、リニア電子走査型の
超音波プローブ１０によれば、図８（ａ）に示すように
複数の微小振動子のうち、左端から所定の振動子数（例
えば５つ）だけが送信駆動される。このとき、ディレイ
ライン４２により５つの振動子のうち、端部の振動子よ
りも中心の振動子の方がより遅延すべく５つの超音波パ
ルスの遅延時間が与えられ、これらの超音波パルスがプ
ローブ１０の対応する５つの振動子に与えられ、送信部
４１により駆動される。そうすると、プローブ１０から
５つの超音波パルスが所定の深さにフォーカスをかけな
がらビーム方向に送波される。

【０００７】さらに駆動される所定の振動子数（例えば
５つ）がプローブ１０の左端から右端にすなわち走査方
向に順次１振動子ずつ移動しながら、ビーム方向への超
音波送受信を行ない、検波器５６により加算器４４から
の受信信号を検波して１画面の断層像情報を得る。

【０００８】また血流情報においては、例えば図８
（ａ）に示すように走査線Ｍ上では、被検体である生体
中を流れている血流（図８において矢印Ｖで示す）に対
し、超音波パルスがプローブ１０から送波されると、超
音波パルスの中心周波数ｆｃは、移動している血流中の
血球によってドップラー偏移効果を受けドップラー偏移
周波数ｆｄだけ変化して、ｆ＝ｆｃ＋ｆｄの超音波信号
として同一プローブ１０で受波される。この信号は、プ
リアンプ４３，ディレイライン４２，加算器４４を介し
てドップラ処理系により処理される。

【０００９】このとき、自己相関器５２により周波数解
析されたドップラー偏移周波数ｆｄと血流速度Ｖとの関
係は、次式で表される。 ｆｄ＝（２Ｖ・ｆｃ・ｃｏｓθ）／Ｃ （１） ここで、Ｖは血流速度、θは超音波パルスと血流の流れ
との成す角度、Ｃは音速である。従って、ドップラー偏
移周波数ｆｄを検出することによって、血流速度を求め
ることができる。求めた血流速度Ｖの値に応じて割り当
てられた適当な色をディスプレイ３０に表示すること
で、血流をカラー画像としてとらえることができる。

【００１０】ところが、走査方向に対して直角の方向に
超音波パルスを送波する超音波プローブ１０を使用し
て、走査方向に対して平行な方向に流れる、例えば頸動
脈のような部位中の血流速度を求めようとした場合、上
式（１）のｃｏｓθが０になるため、かかる部位の血流
速度Ｖを求めることができない。それ故、このような部
位を診断するために、従来の超音波カラードップラー診
断装置においては、図８（ｂ）に示すように、駆動され
る５つの振動子のうち、左端の振動子から右端の振動子
に行くに従って、遅延時間を大きくしかつ所望の部位に
フォーカスをかけることにより、超音波プローブの走査
方向に対して超音波パルスを傾けて送波するような工夫
が施されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８
（ｂ）に示すように、たとえ超音波パルスを傾けて送波
しても、超音波パルスの方向と直交する方向に流れる血
流の血流速度を検出することはできない。

【００１２】図９（ｂ）に示すような、腫瘍に栄養を供
給する栄養血管が存在するかどうかで、その腫瘍が悪性
腫瘍であるか否かを診断する方法がある。このような診
断方法において、図７及び図８に示した従来の超音波カ
ラードップラー診断装置を使用した場合、超音波パルス
の方向と直交する方向の血流を検出できないため、たと
え栄養血管が存在していたとしても途切れ途切れに表示
されてしまう（図９の（ａ）に破線にて示す）。そのた
め、血管が悪性腫瘍につながっている栄養血管であるか
どうかを確実に判断することができないという問題点が
あった。

【００１３】本発明は、このような問題に鑑み、全ての
方向の血流を検出できる超音波カラードップラー診断装
置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、従来技術の
問題点を解決するために以下の手段を採用した。図１の
原理図に示したように、被検体に対して超音波パルス
（Ｐ１，Ｐ２）を送波し被検体によって反射された超音
波信号を受波しこれによって血流情報を得る本発明の超
音波カラードップラー診断装置１は、超音波を送波する
手段１０と、表示すべき血流情報を演算する手段２０と
から成る。超音波パルスを送波する手段１０は、少なく
とも２回被検体を超音波パルスにて走査するとき、各々
の走査において被検体に対して異なる方向から超音波パ
ルスが入射するように構成されている。表示すべき血流
情報を演算する手段２０は、各々の走査にて得られた血
流情報に基づき、表示すべき血流情報を演算する。

【００１５】表示すべき血流情報を演算する手段２０
は、各々の走査にて得られた被検体の同一部位に該当す
る血流情報の絶対値を比較してかかる絶対値の内の最大
値を表示すべき血流情報として選択する、絶対値比較器
２２から成ることができる。

【００１６】あるいは、表示すべき血流情報を演算する
手段２０は、各々の走査にて得られた被検体の同一部位
に該当する血流情報をベクトル的に演算して表示すべき
血流情報とする、ベクトル算出器２４から成ることもで
きる。

【００１７】

【作用】被検体は少なくとも２回、異なる方向からの超
音波パルスの走査を受ける。従って、図２に示す走査１
と走査２にて得られた血流情報を基に、表示すべき血流
情報を演算することによって、図３に示すような表示す
べき血流情報を得ることができる。この結果、従来技術
では検出不可能な方向の血流情報を相補うことができ、
血流情報を検出できない方向がなくなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図４に本発明の超音波カラードップラー診断装置
の第１の実施例を示す。なお実施例において、図７に示
す部分と同一部分は同一符号を付して説明する。超音波
カラードップラー診断装置１は、超音波を送波する手段
１０として複数の微小振動子を併設したリニア電子走査
形の超音波プローブ１０と、表示すべき血流情報を演算
する手段２０としての絶対値比較器２２と、電子回路４
０と、断層像及びカラードップラ像を表示するためのデ
ィスプレイ３０と、第１のフレームメモリ６２ａ、第２
のフレームメモリ６２ｂと、フレームメモリ６４とから
なる。

【００１９】超音波プローブ１０は、少なくとも２方向
に超音波パルスを送波し得るように構成されている。各
々の超音波パルスの送波時間は例えば１／１５秒であ
る。電子回路４０は、送信部４１、ディレイライン４
２、プリアンプ４３、加算器４４、直交検波回路４６、
Ａ／Ｄコンバータ４８ａ，４８ｂ、ＭＴＩフィルタ５０
ａ，５０ｂ、自己相関器５２、ＤＳＣ５４、検波器５
６、ＤＳＣ５８、切替スイッチ５５及び走査方向制御回
路６０から構成されている。

【００２０】ディレイライン４２は、送信のための各超
音波パルスに対して所定の遅延時間を与え、送信部４１
は、プローブ１０の各振動子に対応する遅延された各超
音波パルスによりプローブ１０を送信駆動する。駆動さ
れたプローブ１０は、超音波パルスを図示しない被検体
に送波し、該被検体から反射される血流による信号及び
例えば心臓の壁からのエコー信号を同一振動子で受信す
る。

【００２１】プリアンプ４３は、プローブ１０を介する
図示しない被検体からの受信信号を増幅する。加算器４
４は、ディレイライン４２からの各受信信号を加算する
ことにより、１つの受信信号を得る。

【００２２】検波器５６は、Ｂモード処理系として断層
像を得るために受信信号を包絡線検波し、ＤＳＣ５８
は、超音波スキャンの包絡線検波信号をＴＶスキャンの
信号に変換して、ＴＶ信号を記憶するフレームメモリ６
４に出力する。

【００２３】一方、直交検波回路４６は、参照信号と血
流情報との位相検波及び参照信号に対して９０度位相が
異なる信号と血流情報との位相検波を行ない、クラッタ
成分を含むドップラ偏移信号を得、Ａ／Ｄ４８ａ，４８
ｂは、ドップラ偏移信号をディジタル信号に変換する。

【００２４】ＭＴＩフィルタ５０ａ，５０ｂは、ディジ
タルフィルタを有し、レーダ技術により移動目標情報
（ＭＴＩ）を得るものであって、具体的には同一走査線
上を複数回レート超音波パルスを送受信することによ
り、血流の位相変化を得、これによりクラッタ成分を除
去してドップラ信号を得る。自己相関器５２は、自己相
関法によりドップラ信号を周波数分析してドップラ偏移
周波数を得る。

【００２５】さらに図示しない演算部は、ドップラ偏移
周波数に基づき平均血流速度値，血流パワー値，血流速
度分散値を演算し、ＤＳＣ５４は血流情報を記憶する。
走査方向制御回路６０は、超音波プローブ１０におい
て、駆動される所定の振動子（例えば５つの振動子）に
より異なる走査１，２を行なうための制御信号Ｓ１，Ｓ
２をテ゛ィレイライン４２，ＤＳＣ５４，切替スイッチ
５５に与える。

【００２６】切替スイッチ５５は、制御信号Ｓ１，Ｓ２
に応じて第１のフレームメモリ６２ａまたは第２のフレ
ームメモリ６２ｂを選択すべく端子ａ又はｂに切り替え
る。第１のフレームメモリ６２ａは、走査１におけるド
プラ情報を記憶し、第２のフレームメモリ６２ｂは、走
査２におけるドプラ情報を記憶する。

【００２７】絶対値比較器２２は、第１及び第２のフレ
ームメモリ６２ａ，６２ｂからの走査１及び走査２にお
けるドプラ情報を絶対値を比較して、絶対値の大きい方
をディスプレイ３０に出力する。

【００２８】次にこのように構成された実施例の動作を
説明する。走査方向制御回路６０からの制御信号Ｓ１に
よりテ゛ィレイライン４２では、図２（ａ）に示すよう
に走査１の方向に超音波ビームが送波すべく、例えば５
つの振動子のための超音波パルスの遅延時間が与えられ
る。すなわち、５つの振動子のうち、左端から右端に行
くに従って、遅延時間を大きくする。そして送信部４１
により前記遅延された超音波パルスによりプローブ１０
が送信駆動されると、走査１の方向に超音波ビームが送
波され、被検体から反射される信号は前記同一振動子で
受信され、プリアンプ４３，ディレイライン４２，加算
器４４を介して検出器５６，直交検波回路４６に取り込
まれる。

【００２９】反射信号のうち、検出器５６により断層像
情報が検出され、この情報はＤＳＣ５８を介してフレー
ムメモリ６４に書き込まれる。一方、反射信号のうち、
血流方向及び血流速度の情報は、直交検波回路回路４
６，Ａ／Ｄ４８ａ，４８ｂ，ＭＴＩフィルタ５０ａ，５
０ｂ，自己相関器５２及び図示しない演算部により処理
され、平均血流速度値，血流パワー値，血流速度分散値
としてＤＳＣ５４に取り込まれる。

【００３０】このとき、走査方向制御回路６０からの制
御信号Ｓ１により切替スイッチ５５が端子ａに切替えら
れ、ＤＳＣ５４を介する血流情報が第１のフレームメモ
リ６２ａに書き込まれる。

【００３１】また例えば５つの振動子により走査１の方
向を保ちながら、順次振動子を１つずつずらしながら、
プローブ１０の左端から右端まで、超音波送受信を行
い、ＤＳＣ５４を介して第１のフレームメモリ６２ａに
１フレームの血流情報が書き込まれる。このときの血流
情報は、図２（ａ）に示すように走査１の方向に略平行
な血管部Ｋ１，Ｋ２が得られる。

【００３２】次に走査方向制御回路６０からの制御信号
Ｓ２によりテ゛ィレイライン４２では、図２（ｂ）に示
すように走査２の方向に超音波ビームが送波すべく、例
えば５つの振動子のうち、左端から右端に行くに従っ
て、遅延時間を小さくする。そして走査２の方向に超音
波ビームが送波され、被検体から反射される信号は前記
走査１と同様に各部で処理され、ＤＳＣ５４に取り込ま
れる。

【００３３】このとき、走査方向制御回路６０からの制
御信号Ｓ２により切替スイッチ５５が端子ｂに切替えら
れ、ＤＳＣ５４を介する血流情報が第１のフレームメモ
リ６２ｂに書き込まれる。

【００３４】また例えば５つの振動子により走査２の方
向を保ちながら、順次振動子を１つずつずらしながら、
プローブ１０の左端から右端まで、超音波送受信を行
い、ＤＳＣ５４に１フレームの血流情報が書き込まれ
る。このときの血流情報は、図２（ｂ）に示すように走
査２の方向に略平行な血管部Ｋ３が得られる。

【００３５】さらに２つのフレームメモリ６２ａ，６２
ｂに記憶された、被検体の同一部位に該当する画素にお
ける血流情報の絶対値が絶対値比較器２２にて比較され
る。そして、絶対値の大きい方の値がディスプレイ３０
に出力される。

【００３６】従って、走査１により得られた血管部Ｋ
１，Ｋ２と走査２により得られた血管部Ｋ３とがディス
プレイ３０に出力され、よってディスプレイ３０には断
層情報に血流によるカラー画像が重畳され、図３に示す
ようにつながった血管部を得ることができる。その結
果、医師などが誤診することなく、良好な診断を行なう
ことができる。

【００３７】このとき前記比較値に応じて割り当てられ
た適当な色あるいは輝度がディスプレイ３０にて表示さ
れることで、血流情報をカラー画像としてとらえること
ができる。最も望ましい表示方法は、色相を赤一色とし
ておき、絶対値比較器２２から出力される血流速度値の
大きさに応じて輝度を変化させる方法である。

【００３８】図５に本発明の超音波カラードップラー診
断装置の第２の実施例を示す。超音波カラードップラー
診断装置１は、表示すべき血流情報を演算する手段２０
としてベクトル算出器２４を使用している点を除き、第
１の実施例と同じ構成である。

【００３９】２つのフレームメモリ６２ａ，６２ｂに記
憶された、被検体の同一部位に該当する画素における血
流情報、例えば血流速度を、ベクトル算出器２４にてベ
クトル的に演算することで、血流の速度ベクトルを得る
ことができる。図６において、２回の走査、走査１及び
走査２により得られた血流速度をＶ1，Ｖ2とする。ま
た、２回の走査における超音波パルスの方向の成す角度
をβとする。真の血流速度をＶ、真の血流速度のベクト
ル方向と走査１にて得られた血流速度のベクトル方向と
の成す角度をβ1、真の血流速度のベクトル方向と走査
２にて得られた血流速度のベクトル方向との成す角度を
β2とすれば（図６参照）、 Ｖ1＝Ｖｃｏｓβ1 Ｖ2＝Ｖｃｏｓβ2 β ＝β1＋β2 という関係がある。これらの関係から、真の血流速度及
び血流の方向は次式で表すことができる。

【００４０】 Ｖ ＝［（Ｖ2−Ｖ1ｃｏｓβ）2/ｓｉｎ2β＋Ｖ12］1/2 β1＝ａｒｃｃｏｓ（Ｖ1／Ｖ） このようにして得られたベクトル演算値をディスプレイ
３０に出力することによって、血流情報、例えば血流速
度及び方向のみならず血量の値をカラー画像としてとら
えることができる。表示方法としては、血流の速度ベク
トルの絶対値に応じて輝度を変化させてもよいし、矢印
等でベクトルを表示してもよいし、あるいはベクトルか
ら流線を演算して表示することもできる。

【００４１】２回の走査の間に時間差が存在するので、
高速で流れる血流に関しては精度の面で問題が残るもの
の、腫瘍の栄養血管のように非常に低速の血流を観測す
る場合には精度の面での問題は全くない。

【００４２】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではない。上述した実施例では、走査１，走査
２について説明したが、走査は３回以上であっても良
い。また上述した実施例では、血流情報として血流速度
を用いて説明したが、血流パワーあるいは血流速度分散
を用いても良い。このほか本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能であるのはもちろんである。

【００４３】なお、本発明はリニア電子走査型の超音波
プローブ以外に、セクタ電子走査型の超音波プローブ，
リニアコンベックス電子走査型超音波プローブまで適用
可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の超音波カラ
ードップラー診断装置によれば、全ての方向の血流を検
出できるため、栄養血管等の多岐の方向に走る血管網等
の被検体の各種部位を明瞭に表示することができるか
ら、超音波カラードップラー診断装置の著しい性能向上
を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理図である。

【図２】 本発明の超音波カラードップラー診断装置の
各々の走査にて得られる血流情報を示す図である。

【図３】 図２に示す各々の血流情報から得られた表示
すべき血流情報を示す図である。

【図４】 本発明の超音波カラードップラー診断装置の
第１の実施例を示す図である。

【図５】 本発明の超音波カラードップラー診断装置の
第２の実施例を示す図である。

【図６】 本発明の第２の実施例にて得られた血流情報
のベクトル的な演算を示す図である。

【図７】 従来の超音波カラードップラー診断装置の例
を示す図である。

【図８】 従来の超音波カラードップラー診断装置によ
る超音波パルス走査を示す図である。

【図９】 従来の超音波カラードップラー診断装置によ
る超音波パルス走査を示す図である。

【符号の説明】

１ 超音波カラードップラー診断装置 １０ 超音波パルスを送波する手段 ２０ 表示すべき血流情報を演算する手段 ２２ 絶対値比較器 ２４ ベクトル算出器 ３０ ディスプレイ ４０ 電子回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に対して超音波パルスを送波し、
   被検体によって反射された超音波信号を受波し、これに
   よって血流情報を得る超音波カラードップラー診断装置
   （１）であって、 少なくとも２回被検体を超音波パルス（Ｐ１，Ｐ２）に
   て走査するとき各々の走査において被検体に対して異な
   る方向から超音波パルスが入射するように、超音波パル
   スを送波する手段（１０）と、 各々の走査にて得られた血流情報から表示すべき血流情
   報を演算する手段（２０）、 とを備えたことを特徴とする超音波カラードップラー診
   断装置。
2. 【請求項２】 前記表示すべき血流情報を演算する手段
   （２０）は、各々の走査にて得られた被検体の同一部位
   に該当する血流情報の絶対値を比較してかかる絶対値の
   内の最大値を表示すべき血流情報として選択する、絶対
   値比較器（２２）から成ることを特徴とする請求項１記
   載の超音波カラードップラー診断装置。
3. 【請求項３】 前記表示すべき血流情報を演算する手段
   （２０）は、各々の走査にて得られた被検体の同一部位
   に該当する血流情報をベクトル的に演算して表示すべき
   血流情報とする、ベクトル算出器（２４）から成ること
   を特徴とする請求項１に記載の超音波カラードップラー
   診断装置。