JPH06209933A - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は乱流や短絡血流等の異常血流の発見を
支援する超音波ドプラ診断装置を提供することを目的と
する。 【構成】本発明による超音波ドプラ診断装置は被検体内
を超音波ビームで走査することにより受信信号を収集す
る手段と、前記受信信号に含まれる所定の移動体のドプ
ラ偏移周波数成分を抽出する手段と、前記ドプラ偏移周
波数成分の周波数分布の形状的特徴を表すインデックス
情報を計算するインデックス計算部４０と、前記インデ
ックス情報を表示する手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波送受信を繰り返
すことにより収集される受信信号に含まれる特定の移動
体、ここでは血球によるドプラ偏移成分に基づき血流イ
メージングを行う超音波ドプラ診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスドプラ法においては、送信周波数
をｆ0 、受信周波数をｆ1 、偏移周波数をｆd 、血流速
度をＶ、媒質中の音速をＣ、超音波ビームと血流とのな
す角度をθとした場合に、受信周波数ｆ1 は送信周波数
ｆ0 に対して式（１）のような関係を有する。また、偏
移周波数ｆd は血流速度Ｖに対して式（２）のような関
係を有している。

【０００３】 ｆ1 ＝｛（１＋Ｖ・ cosθ／Ｃ）／（１−Ｖ・ cosθ／Ｃ）｝・ｆ0 〜（１＋２Ｖ・ cosθ／Ｃ）・ｆ0 …（１） なお、「〜」はニアリイコールを意味する。

【０００４】 ｆｄ＝ｆ1 −ｆ0 ＝（２Ｖ・ cosθ／Ｃ）・ｆ0 …（２） したがって、血流速度は、その超音波ビーム方向の速度
成分（Ｖ cosθ）が、偏移周波数ｆｄに基づき計測され
る。また、この速度成分は、角度θにより実際の血流速
度に補正される。

【０００５】図２４を参照して従来の超音波ドプラ診断
装置を説明する。送受信系１２から超音波プローブ１１
の各振動子に駆動パルスが一定の繰り返し周期（レート
周波数）で供給される。これにより超音波プローブ１１
から生体内の同一方向に超音波パルスが繰り返し送信さ
れる。生体中で反射してきた反射波は、超音波プローブ
１１で受信され、電気信号に変換される。超音波送受信
は、図２５に示すようにその方向を順次移動されながら
繰り返される。こうして得られた受信信号は、送受信系
１２を介して検波器１８に送られる。検波器１８では、
受信信号は包絡線検波された後、ディジタル・スキャン
・コンバータ（ＤＳＣ）３４、マルチプレクサ（ＭＰ
Ｘ）３７、ディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）３８を
順に介して表示手段３９にＢモード像として表示され
る。一方、受信信号は、ミキサ２４ａ，２４ｂにも送ら
れる。受信信号はミキサ２４ａ，２４ｂで、それぞれ９
０°位相の異なる基準信号と掛け合わされる。ミキサ２
４ａ，２４ｂの出力信号は、ローパスフィルタ２６ａ，
２６ｂに送られ、そこで高周波成分を除去される。ロー
パスフィルタ２６ａ，２６ｂの出力信号は、カラーフロ
ーマッピング（ＣＦＭ）処理系２７に送られ、まずＡ／
Ｄ変換器２８ａ，２８ｂによりディジタル信号に変換さ
れる。その後、ＭＴＩ（Moving-Target-Indicator ）フ
ィルタ２９ａ，２９ｂでサイドローブ等によるクラッタ
成分を除去される。

【０００６】ＭＴＩフィルタ２９ａ，２９ｂの出力信号
は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）３０によりリアルタ
イムで周波数解析される。これにより血球の運動のみに
依存するドプラ偏移周波数が検出される。各種演算部３
１〜３３では、このドプラ偏移周波数に基づきそれぞれ
平均速度、分散、パワーが計算される。この計算結果
は、ディジタル・スキャン・コンバータ３５とカラー情
報変換ユニット３６を順に介して、マルチプレクサ（Ｍ
ＰＸ）３７に送られる。マルチプレクサ３７ではこれら
平均速度、分散、パワーが適当に組み合わされてＢモー
ド画像に合成されて、ディジタルアナログ変換器（Ｄ／
Ａ）３８を介して表示ユニット３９に表示される。しか
し、このように平均速度、分散、パワーだけでは、乱流
や短絡血流等の異常血流を発見することは非常に困難で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
述した事情に対処するべく、乱流や短絡血流等の異常血
流の発見を支援する超音波ドプラ診断装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体内を超
音波ビームで走査することにより受信信号を収集する手
段と、前記受信信号に含まれる所定の移動体のドプラ偏
移周波数成分を抽出する手段と、前記ドプラ偏移周波数
成分の周波数分布の形状的特徴を表すインデックス情報
を計算する手段と、前記インデックス情報を表示する手
段とを具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、ドプラ偏移周波数成分の周波
数分布の形状的特徴がインデックス情報として計算され
る。この周波数分布の形状的特徴は、所定の移動体の移
動速度分布に相当しているので、オペレータは乱流や短
絡血流等の異常血流の存在やその異常状態を容易に認識
することができる。

【００１０】

【実施例】図面を参照して本発明の一実施例について説
明する。図１は第１実施例のブロック図である。プロー
ブ１１は、複数の圧電振動子を一次元に配列して成る。
プローブ１１には送受信回路１２が接続される。送受信
回路１２において、ディレーライン１６は、各振動子か
らの超音波を予定の方向に集束させるために、発振器１
４からのレートパルスに対し各振動子に固有の遅延時間
を与えて、パルサ１４へ出力する。パルサ１４は、ディ
レーライン１６からのパルス出力にしたがってプローブ
１１の各振動子に駆動パルスを供給する。この駆動パル
スによりプローブ１１から超音波パルスが生体内に送信
される。超音波パルスは生体内の音響インピーダンスの
境界で反射する。この反射波は、プローブ１１の各振動
子で受信される。各振動子が受信した受信信号は、プリ
アンプ１３とディレーライン１６を順に介して加算器１
７に供給され、そこで加算される。この加算信号は、検
波器１８に送られる。検波器１８は、加算信号を対数増
幅した後、その包絡線を検波する。これにより断層像
（Ｂモード像）が作成される。

【００１１】また、加算器１７から出力される加算信号
は、ミキサ２４ａ，２４ｂに供給される。一方のミキサ
２４ａには発振器１４からのレートパルスがそのまま供
給され、加算信号と掛け合わされる。他方のミキサ２４
ｂには発振器１４からのレートパルスが９０°移相器２
５を介して供給され、加算信号と掛け合わされる。各ミ
キサ２４ａ，２４ｂの出力信号は、別々のローパスフィ
ルタ２６ａ，２６ｂを介してカラーフローマッピング
（ＣＦＭ）系２７に供給される。ローパスフィルタ２６
ａ，２６ｂは、ミキサ２４ａ，２４ｂからの出力信号に
含まれる高周波成分（送信周波数の２倍に相当する周波
数成分）をこの出力信号から除去する。

【００１２】カラーフローマッピング系２７において、
ローパスフィルタ２６ａ，２６ｂの出力信号は、アナロ
グディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２８ａ，２８ｂを介して
ＭＴＩフィルタ２９ａ，２９ｂに供給される。ＭＴＩと
は、Moving-Target-Indicator の略称であり、レーダで
常用されている技術で、特定の移動目標だけをドップラ
効果を利用して検出する方法である。ＭＴＩフィルタ２
９ａ，２９ｂは、ローパスフィルタ２６ａ，２６ｂの出
力信号からクラッタ成分を除去する。クラッタ成分と
は、心臓の壁等のように動きの遅い物体からの不要な反
射成分のことをいう。

【００１３】ＭＴＩフィルタ２９ａ，２９ｂの出力信号
は、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）３０で周波数分析さ
れる。これにより血流に起因するドプラ偏移周波数が計
測される。周波数解析結果は、平均速度演算部３１、分
散演算部３２、パワー演算部３３に送られる。平均速度
演算部３１、分散演算部３２、パワー演算部３３はそれ
ぞれドプラ偏移周波数に基づいて平均速度、分散、パワ
ーを、超音波視野内の各サンプルボリュウム毎に計算す
る。

【００１４】また、周波数解析結果は、インデックス計
算部４０にも供給される。インデックス計算部４０は、
高速フーリエ変換器３０による周波数解析結果に基づい
てインデックス情報を各サンプルボリュウム毎に計算す
る。同一のサンプルボリュウム内の周波数解析結果をパ
ワー（信号強度）軸と周波数軸からなる直交領域に分布
したドプラスペクトラムは、サンプルボリュウム内各点
の血流速度の分布に対応している。したがってこのドプ
ラスペクトラムの波形の特徴から乱流や短絡血流等の異
常な血流成分の存在を判定することができる。インデッ
クス情報は、ドプラスペクトラムの波形の特徴にその値
が反映する。本実施例ではドプラスペクトラムの波形の
特徴をドプラスペクトラムの高周波数域への偏り程度、
または低周波数域への偏り程度を数値化する。このイン
デックス情報の計算方法は後述する。

【００１５】インデックス情報は、平均速度、分散、パ
ワーと同様にディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳ
Ｃ）３５に送られる。インデックス情報は、ディジタル
・スキャン・コンバータ３５からカラー情報変換ユニッ
ト３６に出力される。カラー情報変換ユニット３６は、
ディジタル・スキャン・コンバータ３５からのインデッ
クス情報を適当なカラーバーにしたがってカラー情報に
変換し、マルチプレクサ（ＭＰＸ）３７に出力する。マ
ルチプレクサ３７には、検波器１８で作成されたＢモー
ド像がディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３
４を介して供給される。このＢモード像は、マルチプレ
クサ３７でインデックス情報を合成され、ディジタルア
ナログ変換器（Ｄ／Ａ）３８を介して表示ユニット３９
に表示される。

【００１６】次に本実施例の作用について説明する。送
受信回路１２によりプローブ１１が駆動されると、超音
波パルスが一定の繰り返し周波数（レート周波数）で生
体内に送信される。生体中で反射してきた反射波は、プ
ローブ１１で受信される。この受信信号は、送受信回路
１２を介して検波器１８と、ミキサ２４ａ，２４ｂとに
送られる。検波器１８に送られた受信信号は、その包絡
線を検波される。この検波結果は、ディジタル・スキャ
ン・コンバータ３４を介してＢモード像としてマルチプ
レクサ３７に送られる。

【００１７】一方、ミキサ２４ａ，２４ｂに送られた受
信信号は、９０°位相の異なるレートパルスを掛け合わ
された後、ローパスフィルタ２６ａ，２６ｂで高周波成
分を除去される。ローパスフィルタ２６ａ，２６ｂの出
力信号は、カラーフローマッピング処理系２７のアナロ
グディジタル変換器２８ａ，２８ｂを介してＭＴＩフィ
ルタ２９ａ，２９ｂに供給され、ここでクラッタ信号を
取り除かれる。ＭＴＩフィルタ２９ａ，２９ｂの出力信
号は、高速フーリエ変換器３０で周波数解析される。こ
れにより血流のみに依存する周波数成分、すなわちドプ
ラ偏移周波数が、ＭＴＩフィルタ２９ａ，２９ｂの出力
信号から抽出される。このドプラ偏移周波数は、演算部
３１乃至３３に送られると共に、インデックス計算部４
０に送られる。

【００１８】図２は、あるサンプルボリュウムのドプラ
スペクトラムを示す図である。上述したようにインデッ
クス計算部４０は、ドプラスペクトラムの波形の特徴を
示すインデックス情報を超音波視野内の全サンプルボリ
ュウムについて個々に計算する。インデックス情報ｆw
は、ドプラスペクトラムの最高周波数ｆmax と最もパワ
ーが高いパワーピーク周波数ｆpeakとを用いて次の式
（３）にしたがって計算される。

【００１９】 ｆw ＝ｆmax −ｆpeak …（３） この結果、インデックス情報ｆw は、ドプラスペクトラ
ムが図３（ａ）に示すように高周波数域に偏っていると
きには低値を示し、図３（ｂ）に示すように低周波数域
に偏っているときは高値を示すことになる。この計算が
全サンプルボリュウムについて行われ、これらインデッ
クス情報ｆw は、ディジタル・スキャン・コンバータ３
５を介してカラー情報変換ユニット３６で、その数値に
応じて、例えば高値程、赤濃度を強く、低値程、青濃度
を強くなるカラー情報に変換される。これによりインデ
ックス情報ｆw の２次元分布（インデックス画像）が作
成される。このインデックス画像は、マルチプレクサ３
７でＢモード像と合成される。この合成画像は、ディジ
タルアナログ変換器３８を介して表示ユニット３９に表
示される。

【００２０】このように、本実施例によれば、各サンプ
ルボリュウムのドプラスペクトラムの波形の特徴に応じ
た色彩で２次元状に表示される。ドプラスペクトラムの
波形の特徴は、血流の速度分布に対応しているので、色
彩の相違によりこの速度分布が詳細に理解される。した
がって本実施例による超音波ドプラ診断装置は、乱流や
短絡血流等の異常血流の発見を支援することができる。

【００２１】なお、インデックス情報ｆw は、ドプラス
ペクトラムの波形の特徴を表す限り、他の計算方法によ
って求めてもよい。例えば、その計算式としては、以下
の式（４）や式（５）を例示する。

【００２２】 ｆｗ＝ｆmax ／ｆpeak …（４） ｆｗ＝（ｆmax −ｆpeak）／ｆpeak …（５） 次に、第２実施例について説明する。本実施例による超
音波ドプラ診断装置の構成は、図１と同様である。異な
る点は、インデックス計算部４０の計算方法である。

【００２３】本実施例による計算方法は、まず、ドプラ
スペクトラムの周波数０を中心として、プラス側とマイ
ナス側それぞれの積算値（面積等価）を計算する。スペ
クトラム分布の形状に応じたインデックスｆｗを算出す
るものである。この積算計算は、計算処理量を低下させ
るために、次の表１に示すような周波数軸上の有限点に
ついて行われる。なおｆｒはレートパルスの周波数、す
なわちレート周波数である。

【００２４】

【表１】

【００２５】ドプラスペクトラムからｎ点のパワーＰ1
〜Ｐn が取り出される。このｎ点のパワーＰ1 〜Ｐn
は、次の式（６）、式（７）、式（８）、式（９）それ
ぞれに適用される。

【００２６】

【数１】

【００２７】これによりトータルパワーＰto、プラスパ
ワーＰpl、マイナスパワーＰmi、平均パワーＰave が計
算される。トータルパワーＰtoは全周波数域のパワー積
算値、プラスパワーＰplは図４（ａ）に右下り斜線で示
したプラス域のパワー積算値、マイナスパワーＰmiは図
４（ａ）に右上り斜線で示したマイナス域のパワー積算
値、平均パワーＰave は全周波数域のパワー平均値であ
る。なお図４（ａ）においてＰnoi は、ノイズレベルで
あり、この数値は予め与えられている。

【００２８】これらＰto、Ｐpl、Ｐmi、Ｐave 、Ｐnoi
は、次に掲げる式（１０）乃至式（１５）を択一的に適
用される。 ｆｗ＝Ｐmi／Ｐpl …（１０） ｆｗ＝Ｐmi／Ｐto …（１１） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐave ・(n/2)}／{ Ｐpl−Ｐave ・(n/2)} …（１２） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐave ・(n/2)}／{ Ｐto−Ｐave ・(n/2)} …（１３） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐnoi ・(n/2)}／{ Ｐpl−Ｐnoi ・(n/2)} …（１４） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐnoi ・(n/2)}／{ Ｐto−Ｐnoi ・(n/2)} …（１５） 式（１０）乃至式（１５）の各式により計算されたイン
デックス情報は、それぞれ固有の性質を有している。式
（１０）乃至式（１５）の選択は、オペレータに委ねら
れる。オペレータはこれらの式を適当に選択してインデ
ックス情報の計算に充当する。

【００２９】いずれの式によっても求められるインデッ
クス情報ｆw は、ドプラスペクトラムの形状の特徴に応
じて変化する。つまり第１実施例と同様に、ドプラスペ
クトラムが高周波数域に偏っているときには低値を示
し、低周波数域に偏っているときは高値を示すことにな
る。したがって本実施例によっても第１実施例と同様の
効果が得られる。

【００３０】なお上述した式（１２）乃至式（１５）の
Ｐave やＰnoi に、任意の定数を乗じてもよく、この場
合、定数が適当に設定されたときはインデックス情報ｆ
w の高低差が大きくなり、ドプラスペクトラムの形状の
特徴がより顕著に表現される。また、上述のＰto、Ｐp
l、Ｐmiはそれぞれ次に掲げる式（１６）、式（１
７）、式（１８）により求めてもよい。

【００３１】

【数２】

【００３２】なお、ＰＰはＰave とＰnoi のいずれか、
Ｐ(n) ≧ＰＰはＰＰ以上のＰ(n) だけを抽出することを
示している。図４（ｂ）は、ＰＰとしてＰave を選択し
たときのＰpl、Ｐmiを示した図である。この式（１
６）、式（１７）、式（１８）で求めたＰto、Ｐplおよ
びＰmiは、上記式（１０）〜式（１５）のいずれかに適
用され、インデックス情報ｆｗが計算される。

【００３３】次に、第３実施例を説明する。本実施例に
よる超音波ドプラ診断装置の構成は、図１と同様であ
る。異なる点は、インデックス計算部４０の計算方法で
ある。本実施例では、先の第２実施例が周波数０を中心
としたプラス側とマイナス側のパワー積算値を用いてイ
ンデックス情報ｆｗを計算していたのに対し、平均周波
数ｆave を中心として、平均周波数ｆave を越える周波
数域のパワー積算値と平均周波数ｆave 以下の周波数域
のパワー積算値とからインデックス情報ｆｗを計算す
る。

【００３４】本実施例でも第２実施例と同様に計算処理
量を低下させるために有限点についてのパワーを用いて
積算値が計算される。すなわち周波数軸上のｎ点のパワ
ーＰ1 〜Ｐn が標本抽出される。

【００３５】これらｎ点のパワーＰ1 〜Ｐn は、次に掲
げる式（１９），式（２０），式（２１）に適用され、
トータルパワーＰto、プラスパワーＰpl、マイナスパワ
ーＰmiが計算される。なお、Ｋは、表１において平均周
波数ｆave のデータ番号である。なお本実施例で言うと
ころのトータルパワーＰtoはプラス域の積算値、プラス
パワーＰplは図５（ａ）に右下り斜線で示した平均周波
数ｆave を越える周波数域の積算値、マイナスパワーＰ
miは図５（ａ）に右上り斜線で示した平均周波数ｆave
以下の周波数域の積算値である。

【００３６】

【数３】

【００３７】このＰto、Ｐpl、Ｐmi、Ｐave およびＰno
i は、次に掲げる式（２２）乃至式（２７）に択一的に
適用され、インデックス情報ｆｗが求められる。 ｆｗ＝Ｐmi／Ｐpl …（２２） ｆｗ＝Ｐmi／Ｐto …（２３） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐave ・(n/2-K+1)}／{ Ｐpl−Ｐave ・(n/2-K+1)}…（２４） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐave ・(n/2-K+1)}／{ Ｐto−Ｐave ・(n/2-K+1)}…（２５） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐnoi ・(n/2-K+1)}／{ Ｐpl−Ｐnoi ・(n/2-K+1)}…（２６） ｆｗ＝ {Ｐmi−Ｐnoi ・(n/2-K+1)}／{ Ｐto−Ｐnoi ・(n/2-K+1)}…（２７） 式（２２）乃至式（２７）の各式により計算されたイン
デックス情報は、それぞれ固有の性質を有している。式
（２２）乃至式（２７）の選択は、オペレータに委ねら
れる。オペレータはこれらの式を適当に選択してインデ
ックス情報の計算に充当する。

【００３８】いずれの式によっても求められるインデッ
クス情報ｆw は、ドプラスペクトラムの形状の特徴に応
じて変化する。つまりドプラスペクトラムのプラス成分
が平均周波数より高周波数域に偏っているときには低値
を示し、低周波数域に偏っているときは高値を示すこと
になる。したがって本実施例によれば、駆出血流の状態
をより詳細に判定することができる。

【００３９】なお本実施例は、Ｐave やＰnoi に所定の
定数を乗じてもよいし、平均周波数に代えて第１実施例
で用いたピーク周波数Ｐpeakを境にプラスパワーＰplや
マイナスパワーＰmiを計算するようにしてもよい。ま
た、ＰplやＰmiは、次に掲げる式（２８）、式（２９）
により計算するようにしてもよい。なお、ＰＰはＰave
とＰnoi のいずれかであることを示し、Ｐ(n) ≧ＰＰは
ＰＰ以上のＰ(n) だけを抽出することを意味である。図
５（ｂ）は、ＰＰとしてＰave を選択したときのＰpl
（右下り斜線）、Ｐmi（右上り斜線）を示した図であ
る。

【００４０】

【数４】

【００４１】これら式（２８）、式（２９）で求めたＰ
pl、Ｐmiを、上記式（２２）乃至式（２７）のいずれか
に適用することにより、インデックス情報ｆｗを計算す
る。次に第４実施例を説明する。

【００４２】図６は本実施例による超音波ドプラ診断装
置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同じ部
分には図１と同一符号を付して説明は省略する。本実施
例が第１実施例と相違する点は、インデックス計算部４
１の計算方法である。

【００４３】先の第１実施例ではドプラスペクトラムの
最高周波数ｆmax と最もパワ―の高い周波数ｆpeakとか
らインデックス情報ｆｗを計算したが、本実施例ではス
ペクトラムの最高周波数ｆmax と平均周波数ｆmeanとか
らインデックス情報ｆｍを計算する。

【００４４】図７は図２と同様、あるサンプルボリュウ
ムのドプラスペクトラムを示す。インデックス計算部４
１では、まず、ドプラスペクトラムの最高周波数ｆmax
、平均周波数ｆmeanが求められる。これら最高周波数
ｆmax と平均周波数ｆmeanは、次に掲げる式（３０）に
適用され、これによりインデックスｆｍが計算される。

【００４５】 ｆｍ＝ｆmax −ｆmean …（３０） したがってインデックス情報ｆｍは、図８（ａ）に示す
ようにドプラスペクトラムの波形が平均周波数ｆmeanを
中心として高周波数域に偏っているときには、低値を示
し、図８（ｂ）に示すようにドプラスペクトラムの波形
が平均周波数ｆmeanを中心として低周波数域に偏ってい
るときには高値を示す。

【００４６】このように本実施例によっても第１実施例
と同様の効果が得られる。なおインデックス情報ｆｍは
式（３０）に限定されず、ドプラスペクトラムの波形の
特徴が数値表現される限り、例えば次に掲げる式（３
１）または式（３２）によって計算してもよい。

【００４７】 ｆｍ＝ｆmax ／ｆmean …（３１） ｆｍ＝（ｆmax −ｆmean）／ｆmean …（３２） 次に、第５実施例について説明する。

【００４８】本実施例は、上述した第１乃至第４実施例
を、いわゆる１ポイントドプラ法に適用したものであ
る。図９は、本実施例のブロック図である。なお、図１
と同じ部分には図１と同一符号を付して説明は省略す
る。

【００４９】スペクトラムドプラ演算部７０では、ロー
パスフィルタ２６ａ，２６ｂの出力信号から特定のサン
プルブリュウムに対応する信号をサンプルホ―ルド部７
１ａ、７１ｂにより抽出する。このサンプルホ―ルド部
７１ａ、７１ｂの出力信号は、ハイパスフィルタ７２
ａ、７２ｂ、ロ―パスフィルタ７３ａ、７３ｂ、アンプ
７４ａ、７４ｂ、アナルグディジタル変換器（Ａ／Ｄ）
７５ａ、７５ｂを順に介して高速フ―リエ変換器（ＦＦ
Ｔ）７６に供給される。高速フ―リエ変換器７６は、入
力信号を高速フ―リエ変換処理に供することにより、当
該サンプルボリュウム内各点のドプラ偏移周波数を時間
経過と共に連続的に計算し、これらドプラ偏移周波数の
ドプラスペクトラムをインデックス計算部４０に連続的
に出力する。インデックス計算部４０は、オペレータに
よる図示しない入力装置の操作により指定された特定の
時刻のドプラスペクトラムの最高周波数Ｐmax 、パワー
ピーク周波数Ｐpeakを求めて、先の式（３）を用いてイ
ンデックス情報ｆｗを計算する。このインデックス情報
ｆｗはディジタルアナログ変換器３８を介して表示ユニ
ット３９に図１０に示すようにＢモード像８１や偏移周
波数の時間変動グラフ８２と共に数値表示される。なお
図１０において、８０はサンプルボリュウムの位置を示
すカーソル、８３は上記特定の時刻を示すカーソルであ
る。図１１は図１０の時間変動グラフ８２の拡大図であ
る。

【００５０】このようにして計算されたインデックス情
報ｆｗは、第１実施例と同様に図１２（ａ）に示すよう
にドプラスペクトラムの波形がパワーピーク周波数ｆpe
akを中心として高周波数域に偏っているときには、低値
を示し、図１２（ｂ）に示すようにドプラスペクトラム
の波形がパワーピーク周波数ｆpeakを中心として低周波
数域に偏っているときには高値を示す。

【００５１】このようにインデックス情報を計算するこ
とは、いわゆる１ポイントドプラ装置にも容易に適用で
きる。なお上述の説明は、インデックス情報の計算方法
が第１実施例のそれである場合について説明したが、勿
論、第２乃至第４実施例の計算方法を採用してもよい。

【００５２】次に第６実施例を説明する。図１３は本実
施例のブロック図である。なお図１と同じ部分には図１
と同一符号を付して説明は省略する。

【００５３】本実施例は周波数解析器として超音波視野
内の多点の周波数解析をリアルタイムで実行できる自己
相関器４３を採用する。インデックス計算部４４は、平
均速度演算部３１と分散演算部３２とから平均速度と分
散を入力し、これら平均速度と分散を用いてインデック
ス情報ｔσを計算する。このインデックス情報ｔσは、
ディジタル・スキャン・コンバータ３５に供給される。
インデックス計算部４４によるインデックス情報ｔσの
計算方法を以下に説明する。

【００５４】平均速度演算部３１からの平均速度ｖと分
散演算部３２からの分散σ2 は、次に掲げる式（３
３）、式（３４）、式（３５）、式（３６）のいずれか
に択一的に適用される。これによりそれぞれの式に固有
の性質を有したインデックス情報ｔσが計算される。

【００５５】 ｔσ＝σ² ＋ｖ² …（３３） ｔσ＝（σ² ＋ｖ² ）^1/2 …（３４） ｔσ＝（σ² ＋ｖ² ）／ｖ² …（３５） ｔσ＝（（σ² ＋ｖ² ）／ｖ² ）^1/2 …（３６） なお計算式から容易に理解されるように、式（３５）、
式（３６）はぞれぞれ式（３３）、式（３４）を平均速
度ｖで正規化した式である。ところで平均速度ｖは次に
掲げる式（３７）にしたがって計算され、また分散σ2
は式（３８）にしたがって計算されている。

【００５６】

【数５】

【００５７】この式（３７）、式（３８）で分かるよう
に、分散σ2 は平均速度ｖを中心としたドプラスペクト
ラムの広がり程度を示すものであるのに対し、インデッ
クス情報ｔσは上記式（３３）〜（３６）に示すように
分散σ2 を平均速度ｖの２乗値に応じて変化させてい
る。つまりインデックス情報ｔσは、分散σ2 が同一の
ドプラスペクトラムであっても、その平均速度ｖが異な
れば、それに応じて値が相違する。

【００５８】具体的には、分散σ2 は、ドプラスペクト
ラムが図１４（ａ）に示すような高周波数域に偏ってい
る場合であっても、図１４（ｂ）に示すような低周波数
域に成分に偏っている場合であっても、その広がり幅が
同一であれば同一値を示す。これに対し、本実施例のイ
ンデックス情報ｔσは、ドプラスペクトラムの波形が図
１４（ａ）の場合には高値を示し、図１４（ｂ）の場合
には低値を示す。

【００５９】このようにインデックス情報ｔσの計算
は、周波数解析結果を用いて計算するだけでなく、平均
速度演算部３１および分散演算部３２の演算結果から計
算することも容易に実施できる。なお、本実施例におい
て上記式（３５），（３６）は、そのσ² ＋ｖ² を単に
σ² としてもよい。勿論、図１５に示すようにインデッ
クス計算部４４を自己相関器４３に直接接続し、自己相
関器４３の出力信号を用いてインデックス情報ｔσを計
算するようにしてもよい。この場合、インデックス情報
ｔσの計算式は、式（３３）乃至式（３６）それぞれ
は、式（３７）と式（３８）を代入され、次に掲げる式
（３９）、式（４０）、式（４１）、式（４２）にな
る。

【００６０】

【数６】

【００６１】次に第７実施例を説明をする。図１６は本
実施例のブロック図であり、図１３と同じ部分には図１
３と同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６２】インデックス計算部４５は、平均速度演算
部３１から出力される平均速度ｖを用いてインデックス
情報σａを計算する。ここで、超音波視野内のサンプル
ボリュウムの座標を（ｉ，ｊ）で示す。なお、１≦ｉ≦
ｒ（ｒ：走査線数）、１≦ｊ≦ｄ（ｄ：深さ方向のサン
プルボリュウム数）とする。また、各サンプルボリュウ
ムの平均速度をｖ（ｉ，ｊ）で示すものとする。以下
に、本実施例によるインデックス情報σａの計算方法を
以下に説明する。

【００６３】インデックス計算部４５には、平均速度演
算部３１から各サンプルボリュウムの平均速度ｖがその
操作順序にしたがって連続的に供給される。インデック
ス計算部４５は、同一視野内の例えば３×３の局所、つ
まり近隣する９つのサンプルボリュウム毎に、当該局所
に含まれる各サンプルボリュウムの平均速度ｖのばらつ
き具合、例えば分散を計算する。この計算結果は、当該
局所の中心座標（ｉ，ｊ）に対してインデックス情報σ
ａ（ｉ，ｊ）と記する。具体的には、図１７に示すよう
に、ある中心座標（ｉ，ｊ）とその周囲８点との平均値
Ｖ（ｉ，ｊ）を、次に掲げる式（４３）により計算す
る。

【００６４】

【数７】

【００６５】このＶ（ｉ，ｊ）を式（４４）に適用し
て、分散、すなわち当該局所のインデックス情報σａ
（ｉ，ｊ）を計算する。インデックス計算部４５は、中
心座標を順番に１サンプルボリュウムづつずらしなが
ら、全サンプルボリュウム点を中心としたインデックス
情報σａ（１，１）乃至σａ（ｒ，ｄ）を計算する。こ
れらインデックス情報σａ（１，１）乃至σａ（ｒ，
ｄ）は、ディジタル・スキャン・コンバータ３５、カラ
ー情報変換ユニット３６を介してインデックス情報の２
次元分布としてカラー表示される。勿論、オペレータが
指定した少なくとも１点のインデックス情報σａを数値
表示してもよい。

【００６６】本実施例によれば、近隣する複数のサンプ
ルボリュウム間の平均速度の分散程度が、画像情報とし
て表示されるので、血流速度の空間的な変化を容易に把
握することができる。

【００６７】なお、本実施例では、インデックス情報σ
ａを計算する局所サイズを９点としているが、これに限
定されることはない。また、本実施例のインデックス情
報σａは局所内における平均速度の分散値としたが、こ
れに限定するものではなく、例えば標準偏差や、最大値
と最小値との差などとしてもよい。また、計算されたイ
ンデックス情報σａは所定範囲（局所範囲に相当する範
囲）の分散値であるので、それらと血管径および中心平
均速度とに基づいて、異常（狭窄）の大きさを類推する
ことができる。この場合、例えば「２cm上流に３mmの狭
窄が存在する」というメッセージを表示する。

【００６８】次に第８実施例を説明する。図１８は本実
施例のブロック図である。なお図１３と同じ部分には図
１３と同一符号を付して説明は省略する。

【００６９】一般に狭窄等の異常は、心臓の拡張期の血
流状態に最も反映される。本実施例は、特定の時相、つ
まり心臓の拡張期に測定した受信信号に基づいてインデ
ックス情報σａを計算することを特徴とする。

【００７０】このためインデックス計算部４４には時相
指示部５０が接続される。時相指示部５０は、インデッ
クス情報σａを計算するタイミング（時相）をインデッ
クス計算部４４に指示する。時相指示部５０には心電計
５１が接続される。心電計５１は、被検体の心電図を測
定し、これを時相指示部５０に供給する。時相指示部５
０は、例えばこの心電図の波形のＰ波に基づいて、入力
装置５２の操作により設定された任意時相、ここでは心
臓の拡張期を認識し、この拡張期の期間、インデックス
計算部４４にトリガ信号を出力する。図１９はあるサン
プルボリュウムに関するドプラスペクトラムの時間変動
を示す図である。図１９においてトリガ信号が出力され
る期間はａで示す期間である。

【００７１】インデックス計算部４４はこのトリガ信号
の入力期間に平均速度演算部３１から入力する平均速度
ｖと分散演算部３２から入力する分散σ2 とを用いて次
に掲げる式（４５）にしたがってインデックス情報σａ
を計算する。なおＣ1 は任意係数である。

【００７２】 σａ＝（σ² ／ｖ² ）×Ｃ1 …（４５） このインデックス情報σａは、図２０（ａ）に示すよう
に、ドプラスペクトラムが高周波側に偏っているときに
は高値を示し、図２０（ｂ）に示すように、低周波側に
偏っているときは低値を示すことになる。

【００７３】本実施例によれば、狭窄等の異常が反映さ
れ易い特定の時相、つまり心臓の拡張期のインデックス
情報σａを計算し、これを表示することができる。した
がって、異常血流の把握が容易になる。勿論、インデッ
クス情報σａを計算する時相は、拡張期でなくても、任
意の時相であってもよい。この場合、この時相は入力装
置５２の操作により設定される。なお、本実施例では、
心電計５１を設けて、この心電計５１が計測した心電図
に基づいてインデックス情報σａを計算する時相を認識
しているが、心臓の運動は平均速度演算部３１の平均速
度ｖの時間的変動に現れるので、インデックス情報σａ
を計算する時相をこの平均速度ｖの時間的変動に基づい
て認識するようにしてもよい。

【００７４】次に第９実施例を説明する。図２１は本実
施例のブロック図である。なお図９、図１８と同じ部分
には図９、図１８と同一符号を付して説明は省略する。

【００７５】本実施例は、第８実施例と同様に、特定の
時相、つまり心臓の拡張期に測定した受信信号に基づい
てインデックス情報ｆｗを計算することを特徴とする。
このためインデックス計算部４０には時相指示部５０が
接続される。時相指示部５０は、インデックス情報ｆｗ
を計算するタイミング（時相）をインデックス計算部４
０に指示する。時相指示部５０には心電計５１が接続さ
れる。心電計５１は、被検体の心電図を測定し、これを
時相指示部５０に供給する。時相指示部５０は、例えば
この心電図の波形のＰ波に基づいて、入力装置５２の操
作により任意の時間幅をもって設定された任意時相、ま
たは予め固定された時相、ここでは心臓の拡張期を認識
し、この拡張期の期間、インデックス計算部４０にトリ
ガ信号を出力する。図２２は高速フーリエ変換器７６か
らインデックス計算部４０に供給される信号を時間軸に
沿って示した図である。図２２においてトリガ信号が出
力される期間はａまたはｂで示す期間である。

【００７６】インデックス計算部４０はこのトリガ信号
の入力期間に高速フーリエ変換器７６からの出力信号の
ドプラスペクトラムを用いてインデックス情報ｆｗを計
算する。インデックス計算部４０は先の第５実施例と同
様に、心臓の拡張期に検出した受信信号に基づくドプラ
スペクトラムの最高周波数Ｐmax 、パワーピーク周波数
Ｐpeakを求めて、式（３）にしたがってインデックス情
報ｆｗを計算してもよいし、逆流成分や順流成分の積算
値（面積値）を利用して以下の式（４６）にしたがって
逆流成分の混入割合をインデックス情報ｆｗとして計算
してもよい。図２３はドプラスペクトラムを示す図であ
る。逆流成分Ａは、図２３に斜線で示した平均パワーに
係数αを乗じた値を越える部分の中のマイナス成分であ
る。順流成分Ｂは、図２３に斜線で示した平均パワーに
係数αを乗じた値を越える部分の中のプラス成分であ
る。

【００７７】 ｆｗ＝Ａ／（Ａ＋Ｂ） …（４６） なお、この平均パワーに係数αを乗じた値を越える部分
だけを計算対象としたのは、平均パワーに係数αを乗じ
た値以下の部分にはノイズ成分が多分に含まれている可
能性があるからである。このインデックス情報ｆｗを計
算する周波数域は、全体域であってもよいし、ある特定
の周波数域であってもよい。ただし、理想的には、装置
全体が持つ周波数領域におけるダイナミックレンジを越
える周波数成分の極性が反転するいわゆる折り返り現象
の影響を緩和するために、周波数０の付近の周波数域に
設定されることが望ましい。

【００７８】こうして計算された心臓の拡張期のインデ
ックス情報ｆｗは、ディジタルアナログ変換器３８を介
して表示ユニット３９に数値表示される。このように本
実施例によれば第８実施例と同様の効果が得られる。な
お各周波数成分を時間軸方向および／または周波数軸方
向に平均処理を施すことをインデックス情報ｆｗの計算
処理の前処理として実施してもよい。この場合、誤差成
分が低減されるので計算結果の安定性が向上する。

【００７９】本発明は上述した実施例に限定されること
なくその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能
である。例えば、上記実施例で求めたインデックスを、
血流イメ―ジング像の各ピクセルの例えば輝度変調信号
として用いるなどとして、該インデックスレベルの高い
部分を強調表示することとしてもよい。また、一のイン
デックスを一ピクセルに対応させて表示するのではな
く、空間的または時間的な範囲内の所定数のインデック
スを平均処理した平均値を表示するものとしてもよい
し、空間的または時間的な範囲の所定のピクセルのデー
タを平均処理した後にインデックスを求めて表示しても
よい。さらに、一の超音波ドプラ診断装置に上記複数の
実施例を併存させ、いずれかを選択的に動作させ、表示
に供するインデックスの種類をスイッチにより切り換え
可能としても良い。

【００８０】

【発明の効果】本発明は、被検体内を超音波ビームで走
査することにより受信信号を収集する手段と、前記受信
信号に含まれる所定の移動体のドプラ偏移周波数成分を
抽出する手段と、前記ドプラ偏移周波数成分の周波数分
布の形状的特徴を表すインデックス情報を計算する手段
と、前記インデックス情報を表示する手段とを具備する
ので、ドプラ偏移周波数成分の周波数分布の形状的特徴
がインデックス情報として計算される。この周波数分布
の形状的特徴は、所定の移動体の移動速度分布に相当し
ているので、オペレータは乱流や短絡血流等の異常血流
の存在やその異常状態を容易に認識することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のブロック図。

【図２】図１に示すインデックス計算部に入力されるド
プラスペクトラムを示す図。

【図３】２種のドプラスペクトラムを示す図。

【図４】第２実施例によるインデックス計算方法を説明
するためのドプラスペクトラムを示す図。

【図５】第３実施例によるインデックス計算方法を説明
するためのドプラスペクトラムを示す図。

【図６】第４実施例のブロック図。

【図７】図６のインデックス計算部に入力されるドプラ
スペクトラムを示す図。

【図８】２種のドプラスペクトラムを示す図。

【図９】第５実施例のブロック図。

【図１０】図９の表示ユニットの表示画面を示す図。

【図１１】図１０の時間変動グラフの拡大図。

【図１２】２種のドプラスペクトラムを示す図。

【図１３】第６実施例のブロック図。

【図１４】２種のドプラスペクトラムを示す図。

【図１５】第６実施例の変形例。

【図１６】第７実施例のブロック図。

【図１７】局所処理の局所範囲を示す図。

【図１８】第８実施例のブロック図。

【図１９】図１８のインデックス計算時相指示器により
指示されるインデックス計算を行う時相の一例を示す
図。

【図２０】２種のドプラスペクトラムを示す図。

【図２１】第９実施例のブロック図。

【図２２】図２１の時相指示器により設定される時相の
一例を示す図。

【図２３】時相指示器により設定された時相のドプラス
ペクトラムを示す図。

【図２４】従来の超音波ドプラ診断装置のブロック図。

【図２５】セクタスキャンの走査手順を示す図。

【符号の説明】

１１…プロ―ブ、１２…送受信回路、２４ａ，２４ｂ…
ミキサ、２５…９０°移相器、２６ａ，２６ｂ…ロ―パ
スフィルタ、２７…カラーフローマッピング処理系、３
４，３５…ディジタル・スキャン・コンバータ、３６…
カラ―情報変更ユニット、３７…マルチプレクサ、３８
…ディジタルアナログ変換器、３９…表示ユニット、４
０…インデックス計算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安原 一彰 千葉県千葉市若葉区千城台北４−２−５ (72)発明者 宮島 泰夫 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内を超音波ビームで走査すること
   により受信信号を収集する手段と、 前記受信信号に含まれる所定の移動体のドプラ偏移周波
   数成分を抽出する手段と、 前記ドプラ偏移周波数成分の周波数分布の形状的特徴を
   表すインデックス情報を計算する手段と、 前記インデックス情報を表示する手段とを具備すること
   を特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. 【請求項２】 前記計算手段は前記周波数分布の最高値
   と平均値とに基づいて前記インデックス情報を計算する
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波ドプラ診断装
   置。
3. 【請求項３】 前記計算手段は前記周波数分布の分散と
   平均値とに基づいて前記インデックス情報を計算するこ
   とを特徴とする請求項１記載の超音波ドプラ診断装置。
4. 【請求項４】 前記計算手段は前記周波数分布における
   マイナス成分の割合を前記インデックス情報として計算
   することを特徴とする請求項１記載の超音波ドプラ診断
   装置。
5. 【請求項５】 前記計算手段は前記周波数分布の周波数
   ０点を中心とした広がり程度を前記インデックス情報と
   して計算することを特徴とする請求項１記載の超音波ド
   プラ診断装置。
6. 【請求項６】 前記計算手段は走査範囲内における前記
   インデックス情報の２次元分布を計算するものであっ
   て、前記表示手段は前記２次元分布を画像として表示す
   るものであることを特徴とする請求項１記載の超音波ド
   プラ診断装置。
7. 【請求項７】 前記表示手段は前記２次元分布を前記イ
   ンデックス情報の値に応じてカラー画像として表示する
   ものであることを特徴とする請求項６記載の超音波ドプ
   ラ診断装置。
8. 【請求項８】 被検体内を超音波ビームで走査すること
   により受信信号を収集する手段と、 前記受信信号に含まれる所定の移動体のドプラ偏移周波
   数成分に基づいて複数位置の平均速度を計測する手段
   と、 所定数の近隣位置間の前記平均速度のばらつき程度をイ
   ンデックス情報として計算する手段と、 前記インデックス情報を表示する手段とを具備すること
   を特徴とする超音波ドプラ診断装置。
9. 【請求項９】 前記計算手段は特定の時相に収集した受
   信信号に基づいてインデックス情報を計算することを特
   徴とする請求項１または請求項８記載の超音波ドプラ診
   断装置。