JPH0679600B2 - 超音波ドップラ血流計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、医用分野において、生体内の血流速度の測定
を行なうために用い、特に一本の音響ライン上に多数の
サンプルボリウムを有し、血流速度分布を２次元的に表
示する超音波ドップラ血流計に関するものである。

従来の技術 超音波ドップラ血流計は、生体内部で移動する物体、特
に血流の速度を知る上で非常に有用である。

従来、一般に普及している超音波ドップラ血流計では、
超音波パルスを用いて生体内の一点、あるいは、数点の
速度情報を得るのみであった。しかし、近時、血流速度
を２次元的に表示し、速度分布を一目で得ることができ
る超音波ドップラ血流計が実用化されている。この超音
波ドップラ血流計としては、例えば、特開昭58−188433
号公報等に記載されている構成が知られている。以下、
従来の超音波ドップラ血流計について説明する。

２次元素示の超音波ドップラ血流計では、血流速度分布
を表示するため、送受している音響走査線上の全深度の
速度を検出、演算し、順次音響走査線を走査させながら
２次元の速度分布情報を得ている。この速度情報は、あ
る走査線で得られたエコー信号をその中心周波数に近い
周波数を待つ複素信号によって直交検波し、高周波成分
を除去した後、A/D変換し、ディジタル信号処理を行な
うことによって得られる。一本の走査線上で速度情報を
得るためには、送受信を複数回繰り返して行ない、この
間のエコー信号の変化を分析して速度情報として表示す
る。一般的な、一点、または数点のサンプルボリウムを
有するパルスドップラ血流計では、クラッタ成分を除去
するため、A/D変換する以前にアナログハイパスフィル
タ（クラッタフィルタ）が用いられているが、速度分布
表示を行なう場合には、特定深度のトップラ信号が連続
的に得られないため、アナログフィルタを用いることが
できず、A/D変換した後、ディジタルハイパスフィルタ
を用いてクラッタ成分の除去を行っている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような従来例の構成では、A/Dコンバー
タに大振幅のクラッタ成分を含んだエコー信号が入力さ
れるため、ドップラ信号に対して残されているA/Dコン
バータの入力のダイナミックレンジは非常に少なくなっ
てしまう。従ってA/Dコンバータには一般的な少点数の
サンプルボリウムの装置より高価な高精度のものが要求
され、さらにビット数が多いため、以降のデータバスも
大きなものが必要となってしまい、装置コストおよび得
られる速度情報の精度において問題となっていた。

本発明は、上記のような従来例の問題を解決するもの
で、A/D変換時のダイナミックレンジを拡大することが
でき、したがって高感度、高画質の診断データを得るこ
とができ、また低コスト化を図ることができるようにし
た超音波ドップラ血流計を提供することを目的とするも
のである。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するため、一定の繰り返し周
波数で被検体内へ超音波パルスを送信し、被検体内部か
らのエコー信号を受信する手段と、受信したエコー信号
を増幅する手段と、受信されたエコー信号を送信繰り返
し周波数の整数倍の一組の複素信号によって直交検波
し、直交エコー信号に変換する検波器と、この直交エコ
ー信号の高周波成分を除去するローパスフィルタと、こ
のローパスフィルタを通過した直交エコー信号の実部信
号、虚部信号をそれぞれA/D変換する一組のA/Dコンバー
タと、このA/Dコンバータから出力されたエコーデータ
からクラッタ成分を抽出し、D/Aコンバータを通して上
記直交エコー信号の実部信号、虚部信号のそれぞれに負
帰還する一組のクラッタ帰還ループと、上記ディジタル
信号化された直交エコー信号を処理して被検体の移動速
度を出力する手段と、この速度情報を表示する表示手段
とを備えたものである。

作用 本発明は、上記構成により次のような作用を有する。

すなわち、A/Dコンバータでディジタルデータとなった
直交エコー信号に含まれるクラッタ成分をクラッタ帰還
ループで抽出し、かつD/A変換してエコー信号に負帰還
することにより、エコー信号に含まれるクラッタ成分を
減少させ、A/D変換時のダイナミックレンジを拡大する
ことができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は、本発明の一実施例における超音波ドップラ血
流計を示すブロック回路図である。第１図において、１
はシステムクロックを発生する制御信号発生回路、２は
制御信号発生回路１からのシステムクロックを分周して
送信、受信の周期でトリガパルスを発生するトリガ回
路、３はトリガ回路２のパルスで高電圧パルスを発生す
る駆動回路、４はシステムクロックを分周し、トリガ回
路２のトリガパルスで同期された互いに90°位相の異な
る直交信号を発生する分周回路、５は駆動回路３が発生
したパルスを音響信号に変換し、被検体Ａ内に超音波を
送信し、また、被検体Ａ内で発射した超音波エコー信号
を受信して電気信号に変換するプローブ、６はプローブ
５が受信したエコー信号を増幅する増幅回路、7a,7bは
分周回路４が発生した送信繰返し周波数の整数倍の複素
信号の実部、虚部のそれぞれの信号でエコー信号を直交
検波し、直交エコー信号に変換する検波器、8a,8bは検
波器7a,7bから出力される直交エコー信号の実部、虚部
信号のそれぞれから不要な高周波成分を除去するローパ
スフィルタ（LPF）、9a,9bはLPF8a,8bを通過した直交エ
コー信号の実部信号と虚部信号をそれぞれ一定周期でA/
D変換するA/Dコンバータ、10a,10bはA/Dコンバータ9a,9
bによってディジタルデータとなった直交エコー信号に
含まれるクラッタ成分を抽出するディジタルローパスフ
ィルタ（LPF）、11a,11bはディジタルデータとなってい
るクラッタ成分を再びアナログ信号に変換してLPF8a,8b
の前段または後段すなわち、上記直交エコー信号の実部
信号、虚部信号のそれぞれに逆位相で帰還するD/Aコン
バータ、12a,12bはA/D変換された直交エコー信号からド
ップラ信号成分のみ抽出するディジタルハイパスフィル
タ（HPF）、13はディジタル信号化された直交エコー信
号を演算して走査線上の速度分布を出力する速度演算回
路、14は増幅回路６から出力されるエコー信号から構成
した超音波断層像と、速度演算回路13から出力される速
度情報から構成した速度分布像とを表示させるための制
御を行なう表示制御回路、15は超音波断層像、速度分布
情報および各種の診断情報を表示するCRT、16はトリガ
回路２が出力するトリガ信号に同期して一定周期のサン
プリング信号を発生するサンプリング制御回路、17は音
響走査を行なうために各部を制御する走査制御回路であ
る。そして上記検波器7a,7b、LPF8a,8b、A/Dコンバータ
9a,9bによりエコー信号を直交エコー信号に変換し位
相、振幅を検出する検出部が構成され、LPF10a,10b、D/
Aコンバータ11a,11bによりクラッタ成分を負帰還するク
ラッタ帰還ループ20が構成され、HPF12a,12bによりA/D
変換されたエコー信号が待つクラッタ成分を除去するク
ラッタフィルタ21が構成されている。

次に上記実施例の動作について説明する。

トリガ回路２は一定周波数の周期を持つトリガ信号を発
生し、システム全体の送受信タイミングの同期を取る。
駆動回路３はトリガ信号を受けて高電圧パルスを発生
し、プローブ５を駆動して被検体Ａ内へ一定の繰り返し
周波数で超音波パルスを送信する。被検体Ａ内では音響
インピーダンスの異なる境界部分で超音波パルスが反射
し、エコー信号となってプローブ５に戻り、電気信号に
変換されて増幅回路６で増幅される。送信時、受信時に
おいては、電子走査型の装置であれば、フォーカス距
離、偏向角に応じた遅延が行なわれる。エコー信号は増
幅された後、表示制御回路14に入力され、断層像情報と
してCRT15に送られる他、速度情報を得るために検波器7
a,7bに送られる。分周回路４では、制御信号発生回路１
が出力したシステムクロックを分周し、トリガ信号で同
期された一定周波数の直交信号を出力する。この直交信
号は検波器7a,7bがエコー信号を直交エコー信号に変換
するのに用いられる。LPF8a,8bでは直交エコー信号の実
部、虚部それぞれに含まれる不要な高周波成分を除去
し、A/Dコンバータ9a,9bはこれをそれぞれA/D変換す
る。クラッタフィルタ21はA/Dコンバータ9a,9bによって
ディジタル信号化された直交エコー信号からクラッタ成
分を除去して速度演算回路13に送る。一方、クラッタ帰
還ループ20は、A/Dコンバータ9a,9bでディジタル信号化
された直交エコー信号からLPF10a,10bでクラッタ成分を
抽出し、D/Aコンバータ11a,11bで再度アナログ信号に変
換し、A/Dコンバータ9a,9bの前段で直交エコー信号に加
算する。このときエコー信号に含まれるクラッタ成分
と、クラッタ帰還ループ20が出力するクラッタ信号は互
いに逆位相の関係になっている。従って、クラッタ帰還
ループ20によってクラッタ成分はA/Dコンバータ9a,9bの
入出力間で負帰還されているため、A/Dコンバータ9a,9b
の入力では直交エコー信号に含まれるクラッタ成分は非
常に小さなものとなる。更にクラッタフィルタ21で上記
のようにディジタル化された直交エコー信号に残されて
いるクラッタ成分を減少させ、速度演算回路13に入力す
る。速度演算回路13では、この直交エコー信号から速度
情報を演算処理し、表示制御回路14を通してCRT15に断
層像と共に表示させる。

第２図は第１図に示した実施例のうち、クラッタ帰還ル
ープ20とその周辺部の詳細を示すブロック回路図であ
る。クラッタ帰還ループ20は実部、虚部の信号系に独立
に設けられている。同図におけるLPF10a,10bはトリガ信
号一周期分のデータ遅延を行なう遅延回路10a1,10b1と
加算回路10a2,10b2からなっており、LPF10a,10bの入
力、出力間で一次のローパスフィルタの特性を持ち、低
周波数に存在するクラッタ成分を抽出する。D/Aコンバ
ータ11a,11bでは、クラッタ成分をアナログ量に戻し、
これを逆位相でエコー信号に加算することによりA/Dコ
ンバータ9a,9bに入力される直交エコー信号のクラッタ
成分のみを減少させることができる。同図に示した入力
Tina、Tinb、出力Touta、Toutb間の利得Av（ｗ）は次式
のようになる。

Av（ｗ）＝1/（１＋Ｇ（ｗ）） 上式において、Ｇ（ｗ）はクラッタ帰還ループ20の伝達
関数であり、Ｇ（ｗ）をローパスフィルタの特性に選択
すれば、Av（ｗ）はハイパスフィルタの特性となり、A/
Dコンバータ9a,9bに入力されるクラッタ成分を減少させ
ることができる。また、Ｇ（ｗ）の利得や、高域しゃ断
周波数を変化すれば、クラッタ成分除去の程度を可変で
きる。

発明の効果 以上説明したように本発明の超音波ドップラ血流計によ
れば、A/DコンバータでA/D変換された直交エコー信号に
含まれるクラッタ成分をクラッタ帰還ループで抽出し、
かつD/A変換してA/Dコンバータ入力に負帰還することに
より、A/Dコンバータに入力されるクラッタ成分を減少
させることができ、A/Dコンバータの入力ダイナミック
レンジを大幅に改善することができ、したがって、高感
度、高画質の診断データを臨床現場に提供することがで
き、また低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例における超音波
ドップラ血流計を示し、第１図は全体のブロック回路
図、第２図はクラッタ帰還ループとその周辺部の詳細な
ブロック回路図である。 １……制御信号発生回路、２……トリガ回路、３……駆
動回路、４……分周回路、５……プローブ、６……増幅
回路、7a,7b……検波器、8a,8b……ローパスフィルタ
（LPF）、9a,9b……A/Dコンバータ、10a,10b……ディジ
タルローパスフィルタ（LPF）、11a,11b……D/Aコンバ
ータ、12a,12b……ディジタルハイパスフィルタ（HP
F）、13……速度演算回路、14……表示制御回路、15…
…CRT、16……サンプリング制御回路、17……走査制御
回路、19……検出部、20……クラッタ帰還ループ、21…
…クラッタフィルタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の繰り返し周波数で被検体内へ超音波
   パルスを送信し、被検体内部からのエコー信号を受信す
   る手段と、受信したエコー信号を増幅する手段と、受信
   されたエコー信号を送信繰り返し周波数の整数倍の一組
   の複素信号によって直交検波し、直交エコー信号に変換
   する検波器と、この直交エコー信号の高周波成分を除去
   するローパスフィルタと、このローパスフィルタを通過
   した直交エコー信号の実部信号、虚部信号をそれぞれA/
   D変換する一組のA/Dコンバータと、このA/Dコンバータ
   から出力されたエコーデータからクラッタ成分を抽出
   し、D/Aコンバータを通して上記直交エコー信号の実部
   信号、虚部信号のそれぞれに負帰還する一組のクラッタ
   帰還ループと、上記ディジタル信号化された直交エコー
   信号を処理して被検体の移動速度を出力する手段と、こ
   の速度情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴と
   する超音波ドップラ血流計。
2. 【請求項２】クラッタ帰還ループの高域しゃ断周波数が
   可変である特許請求の範囲第１項記載の超音波ドップラ
   血流計。
3. 【請求項３】クラッタ帰還ループの利得が可変である特
   許請求の範囲第１項記載の超音波ドップラ血流計。