JPH0751130B2 - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

超音波ドプラ診断装置

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JPH0751130B2
JPH0751130B2 JP16323088A JP16323088A JPH0751130B2 JP H0751130 B2 JPH0751130 B2 JP H0751130B2 JP 16323088 A JP16323088 A JP 16323088A JP 16323088 A JP16323088 A JP 16323088A JP H0751130 B2 JPH0751130 B2 JP H0751130B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超音波ドプラ診断装置、特に被検体内に超音波
を放射してドプラ効果に基づく速度情報を受信し、被検
体内の運動反射体の運動状態を画面上に表示する超音波
ドプラ診断装置に関する。
[従来の技術] 生体などの被検体内に超音波ビームを放射して運動する
反射体、例えば心臓内及び腹部内の血流、あるいは体液
流等の運動状態を画像表示する超音波ドプラ診断装置が
周知であり、これは、被検体内からの反射エコーを受信
し、反射エコーが受けたドプラ効果を超音波キャリア周
波数の偏移として検出し、このドプラ偏移周波数から運
動反射体の速度状態などを求めるものである。
近年では、運動反射体の運動状態を時間軸上の速度変化
で示すMモードなどの1次元表示に限らず、被検体内の
断層像に運動反射体の速度情報を重ねて表示するBモー
ド表示が行われている(特公昭62−44494号)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の装置では、放射された超音波のド
プラ効果を検出しているため放射ビーム方向の運動速度
しか研修しておらず、またこの運動速度の値も超音波ビ
ーム方向と実際の運動方向とが成す角度に大きく依存
し、正確な速度情報を提供できないという問題がある。
このため、従来では、真の速度を求めるために、運動
体、例えば血流の方向をBモード断層像における血管の
走行状態から推定し、この方向を手動にて入力して速度
を補正する方法も行われているが、これでは実時間の検
出ができないし、血流方向が推定できない場合には、補
正が行えないという制約がある。
また、ある程度離れた異なる位置から超音波ビームを放
射し、異なる位置からの速度信号を合成することによ
り、正確な運動方向に基づく真の速度を求めることも行
われている。
しかし、この方法では装置が複雑となるばかりでなく、
特に肋骨に保護された心臓等のようにビームを挿入する
位置や角度が限定される部位に用いる場合には適用でき
ないという問題がある。
更に、従来装置において速度情報をBモード断層像に重
ねて画像表示する場合には、速度の大きさを輝度の大き
さに対応させ、運動方向を異なる色でカラー表示してい
るが、これでも実際の運動状態を観察するには不十分で
あるという問題がある。
発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、第
1の発明の目的は、リニア走査するものにおいて超音波
ビーム方向での速度情報ではなく、実際の状態に近い運
動情報を正確に画像表示できる超音波ドプラ診断装置を
提供することにある。
また、第2の発明の目的は、ベクトル速度による運動状
態を画像上で観察しやすい超音波ドプラ診断装置を提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、第1の発明は、リニア走査
用探触子を用いて超音波を被検体内に放射しその反射エ
コー信号からドプラ偏移周波数を求め、このドプラ偏移
周波数に基づいて運動反射体の運動状態を画像表示する
超音波ドプラ診断装置において、振動子配列方向に対し
て直角方向に超音波ビームを走査した後にこれと微小角
ずれた方向に超音波ビームを偏向走査する走査手段と、
この走査手段で得られた2種類のドプラ偏移周波数信号
から運動反射体の運動方向と速度の絶対値を示すベクト
ル速度を演算するベクトル演算手段と、を有することを
特徴とする。
また、第2の発明は、超音波を被検体内に放射しその反
射エコー信号からドプラ偏移周波数を求め、このドプラ
偏移周波数に基づいて運動反射体の運動状態を画像表示
する超音波ドプラ診断装置において、振動子配列方向に
対して直角方向に超音波ビームを走査した後にこれと微
小角ずれた方向に超音波ビームを偏向走査する走査手段
と、前記ドプラ偏移周波数信号から運動反射体の運動方
向と速度の絶対値を示すベクトル速度を演算するベクト
ル演算手段と、このベクトル演算手段にて得られる運動
方向を矢印で示すとともに速度の絶対値を矢印の長さで
表す表示手段と、を有することを特徴とする。
[作用] 前記第1の発明の構成によれば、まずリニア走査する走
査手段により通常の超音波ビームを放射した後にこの超
音波ビーム方向と微小角ずれた方向に偏向した超音波ビ
ームが放射される。
そうすると、微小角ずれた2方向からのドプラ信号が得
られることになり、この2種類のドプラ信号に基づいて
ベクトル速度が演算される。すなわち、まず微小角ずれ
た方向でのドプラ信号から、例えばこれらを差演算する
ことにより超音波ビーム方向に対して直角方向の接線速
度が求められる。そして、超音波ビーム方向の速度と接
線速度からベクトル速度が演算される。
このベクトル速度は、実際の運動を表す正確な運動方向
と速度を示しており、これにより被検体内の運動反射体
の正確な運動状態を画像表示できる。
また、第2の発明の構成によれば、まず前記走査手段と
ベクトル演算手段とに基づいてベクトル速度が演算され
る。そして、表示手段はベクトル速度における速度の絶
対値の大きさを矢印の長さで表し、そのベクトル角度
(超音波放射方向に対する角度)、すなわち運動方向を
矢印の向きで示している。従って、ベクトル速度が画像
上に明確に表示されることになる。
[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。
第1図には、本発明に係る超音波ドプラ診断装置の概略
構成ブロックが示されており、超音波は探触子16により
被検体18内に送受波される。この探触子16には、超音波
を送信するためにタイミング発生回路10、走査制御回路
12及び送受信器14が接続されている。
前記タイミング発生回路10は一定周波数の超音波を所定
周期で送信するためのタイミング信号を発生し、走査制
御回路12はこのタイミング信号に基づいて探触子16内の
振動子を所定数毎に走査制御するための走査制御信号を
出力している。従って、送受信器14はこの走査制御信号
に基づいて各振動子を駆動制御しており、これによって
探触子16から所定方向に向けて超音波を放射することが
できる。そして、被検体18内から反射される反射エコー
は同一の探触子16を介して送受信器14で受信される。
実施例では、ドプラ情報を断層像に重ねて表示するよう
にしており、この断層像を得るために、リニア走査で
は、第2図(a)に示されるように、探触子16(振動子
配列方向)に対して垂直な方向に超音波を、振動子群に
より1,2,3,…Nと順に送受信する。そして、送受信器14
には、増幅器20、検波器22及びA/D変換器24が設けられ
ており、送受信器14の出力は所定の増幅がなされた後
に、検波器22にて復調される。この検波器出力は、A/D
変換器24によりデジタル信号に変換された後に、後述す
る表示制御器40に供給されており、周知のBモード形成
処理を介して、表示器46に断層像が画像表示される。
第1の発明において特徴的なことは、リニア走査におい
て微小角ずれた2方向に超音波ビームを走査し、被検体
18内からの2種類のドプラ信号を画像表示するようにし
たことであり、微小角ずれた方向に超音波ビームを走査
する走査手段として、前記タイミング発生回路10、走査
制御回路12、送受信器14及び探触子16が設けられる。
リニア走査では、従来、超音波ビームを、第2図(a)
の1,2,3,…Nの順に送受信し、1画面の断層像を形成す
ることになるが、速度の2次元分布を表示する場合に
は、速度信号のS/N比を改善するために、ある方向の1
走査線において複数回の送受信を繰り返しその平均値を
出力するようにしている。
従って、この走査手段は、第2図(b)に示されるよう
に、まず探触子16に対して垂直な方向に超音波ビームを
複数回放射し、1走査線の走査を行い、その後にこの走
査線と微小角ずれた方向に超音波ビームを偏向させて放
射し、微小角ずれた1走査線の偏向走査を行う。この微
小角ずれた偏向走査は、走査制御回路12の制御にて行わ
れており、超音波ビームを出力するための複数の振動子
群を所定量遅延制御することにより、所定の角度での偏
向制御ができる。
この場合の微小角の2方向への超音波ビームの走査は、
順次繰り返して全領域について行ってもよく、断層像の
一部の領域についてのみ行ってもよい。
そして、前記2種類の走査により送受信器14には、同一
部位において微小角ずれた2方向からの受信信号が得ら
れ、この2個の受信信号はそれぞれドプラ信号に変換さ
れた後に速度演算が施される。
すなわち、送受信器14の他方の出力側には、2個のミキ
サ26a,26b、2個のA/D(アナログ/デジタル)変換器28
a,28b及び速度演算器30が接続されており、ミキサ26で
は、送受信器14からの受信信号に90度位相の異なる参照
番号、実施例では、cos2πfot,sin2πfotが掛け合わさ
れており(直交検波に相当する)、これによって受信信
号がドプラ信号に変換される。
そして、このドプラ信号はA/D変換器28a,28bを介して速
度演算器30に供給されており、速度演算器30では前記ド
プラ信号の周波数成分を測定することにより、ドプラ効
果である偏移周波数が検出される。この偏移周波数は速
度に比例する情報であるから、この偏移周波数から速度
を演算することができる。また、速度演算は前記特公昭
62−44494号に示される自己相関法によっても求めるこ
とができる。
この速度の演算は、微小角ずれた2方向の受信信号につ
いて行われ、これにより同一部位において走査角が微小
角ずれた方向での速度信号が得られることになる。
次に、前記速度信号に基づいてベクトル速度を演算す
ることになるが、まず放射方向に対して直角な方向の接
線速度Vt(微小角放射軸線で形成される扇形の接線方向
の速度)を求める。このために、速度演算器30には接線
速度演算器32が、この接線速度演算器32には絶対速度演
算器34と角度演算部36とから成るベクトル速度演算器38
が接続されており、本発明のベクトル演算手段は前記直
交検波器26からベクトル速度演算器38までの回路によっ
て構成される。
前記接線速度演算器32は、微小角ずれた方向での速度信
号の差を求めることにより接線速度Vtを演算するが、こ
のことを第3図に基づいて説明する。
第3図において、k番目の超音波ビーム100kとこれと微
小角Δφずれた方向の超音波ビーム200kとが走査されて
いる場合には、超音波ビーム100kで検出される速度V
rは、超音波ビーム方向と運動反射体の運動方向との角
度をθ、絶対速度をVとすると、 Vr=V・cosθ …(1) となり、また微小角Δφだけ偏向されたk′番目の超音
波ビームで検出される速度Vr′は、超音波ビーム方向
と運動方向との角度はθ+Δφであるから、 Vr′=V・cos(θ+Δφ) …(2) となる。
従って、前記(1)式と(2)式から求められる速度差
ΔVは、 ΔV=Vr−Vr′ =V・cosθ−V・cos(θ+Δφ) ≒V sinθ・Δφ …(3) (ただし、Δφ≪1とする) となる。
この(3)式において、V sinθは第3図から明から
なように接線速度Vtを表しており、従って接線速度V
tは、 Vt=ΔV/Δφ …(4) により演算することができる。なお、前記式の微小角Δ
φは既知のパラメータである。
そして、ベクトル速度演算器38は、超音波ビーム放射方
向の速度Vrと接線速度Vtから、次式により絶対速度Vと
角度θを求めている。
θ=tan-1(Vt/Vr) …(6) 前記(5)式の演算は絶対速度演算器34で行われ、
(6)式の演算は角度演算部36で行われており、これら
の演算はデジタル信号の速度データに対し所定のROMな
どを使用して処理することにより、高速で精度よく演算
処理することができる。
なお、ドプラ断層法では、速度演算器30で演算される速
度は、実際にはドプラ効果による超音波周波数信号の位
相差であるが、この位相差φとドプラ偏移周波数fd及び
絶対速度Vとの間には、次式で示される関係がある。
φ=2πfd・T …(7) fd=(2V cosθ/c)・fo …(8) ここで、T;送信超音波の繰返し周波数 c;音速 fo;送信超音波の中心周波数 θ;超音波ビームと運動方向とのなす角 従って、位相差φからドプラ偏移周波数fdを求め、ドプ
ラ偏移周波数からベクトル速度の大きさを求めること
ができる。
そして、このようにして求められたベクトル速度信号は
表示制御器40に供給され、画像表示のための処理が行わ
れており、第2の発明の特徴はこの表示手段にある。
実施例における表示手段は、表示制御器40、DSC(デジ
タルスキャンコンバータ)42、D/A変換器44及び表示器4
6から構成されており、表示制御器40では、ベクトル演
算器38から出力される絶対速度V,角度θのほかに、超音
波ビーム放射方向の速度VrやA/D変換器24から出力され
るBモード用の信号(B/W)が入力され処理されてい
る。
第2の発明において特徴的なことは、ベクトル速度にお
ける運動方向と絶対速度Vの大きさを矢印で分りやすく
表したことであり、第2の発明はリニア走査に限らず、
セクタ走査の場合にも適用できるものである。
すなわち、表示制御器40は絶対速度Vを矢印の長さに対
応させ、Vの大きさに合わせて矢印長さを変えており、
また角度θは矢印の向きで表すようにしている。この角
度θは、超音波ビーム放射方向に対する角度として求め
られるので、放射方向、すなわち振動子配列方向に対し
直角方向を基準にして処理すればよいことになる。
このようにして、表示された画像は、第4図に示される
ものとなり、図からも明らかなように、心臓50内の血流
の運動方向が明確に確認できることになる。また、この
矢印は所定時間ごとに順次更新表示されるので、刻々と
変化する実際の血流状態に近い画像を得ることができ
る。
また、このような画像表示と併せて実施例では、超音波
ビーム方向の速度Vr、接線速度Vt、絶対速度V、ビーム
方向と運動方向との角度θの値を画像表示できるように
しており、これはBモード断層像内で選択された特定点
のみについて行うものである。
すなわち、画面内に表示されたカーソル300を所望の特
定点に設定することにより、特定点のみの詳細な情報が
表示されるが、これらの表示は時間tの経過における速
度あるいは角度の変化を表しており、これによって注目
した部位の刻々と変化する詳細な状態を容易に観察でき
る。
これらの表示制御は、第1図に示される表示制御器40で
行われているが、この表示制御器40の出力はDSC42及びD
/A変換器44を介してCRTなどから成る表示器46に供給さ
れる。前記DSC42は、表示制御器40の出力をCRTなどの表
示器46に画像表示するための変換処理を施し、D/A変換
器44は前記CSC42からの画像信号をアナログ信号に変換
処理しており、これらの処理によって表示器46に第4図
のような画像が表示される。
[発明の効果] 以上説明したように、第1の発明によれば、微小角ずれ
た2方向に超音波ビームを走査し、被検体内から得られ
たドプラ信号によりベクトル速度を求めたので、リニ
ア走査する装置において、従来のように超音波放射方向
のみについての速度Vrではなく、真の速度を示すベクト
ル速度に基づいた被検体内の正確な運動状態が画像表
示できる。
また、第2の発明によれば、ベクトル速度における絶
対値Vと角度θを矢印で表示するようにしたので、被検
体内の運動状態をより実際に近い状態で画像表示できる
ことになり、画像診断に有益な情報を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る超音波ドプラ診断装置の概略構成
を示す回路ブロック図、 第2図は微小角ずれた2方向に超音波ビームを放射する
状態を示す説明図、 第3図はベクトル速度を演算するための接線速度を示す
説明図、 第4図は第1図の表示器による運動状態表示の例を示す
説明図である。 12……走査制御回路 14……送受信器 16……探触子 26……直交検波器 24,28……A/D変換器 30……速度演算器 32……接線速度演算器 34……絶対速度演算部 36……角度演算部 38……ベクトル速度演算器 40……表示制御器 46……表示器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リニア走査用探触子を用いて超音波を被検
    体内に放射しその反射エコー信号からドプラ偏移周波数
    を求め、このドプラ偏移周波数に基づいて運動反射体の
    運動状態を画像表示する超音波ドプラ診断装置におい
    て、振動子配列方向に対して直角方向に超音波ビームを
    走査した後にこれと微小角ずれた方向に超音波ビームを
    偏向走査する走査手段と、この走査手段で得られた2種
    類のドプラ偏移周波数信号から運動反射体の運動方向と
    速度の絶対値を示すベクトル速度を演算するベクトル演
    算手段と、を有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】超音波を被検体内に放射しその反射エコー
    信号からドプラ偏移周波数を求め、このドプラ偏移周波
    数に基づいて運動反射体の運動状態を画像表示する超音
    波ドプラ診断装置において、振動子配列方向に対して直
    角方向に超音波ビームを走査した後にこれと微小角ずれ
    た方向に超音波ビームを偏向走査する走査手段と、前記
    ドプラ偏移周波数信号から運動反射体の運動方向と速度
    の絶対値を示すベクトル速度を演算するベクトル演算手
    段と、このベクトル演算手段にて得られる運動方向を矢
    印で示すとともに速度の絶対値を矢印の長さで表す表示
    手段と、を有することを特徴とする超音波ドプラ診断装
    置。
  3. 【請求項3】請求項(2)記載の装置において、前記表
    示手段は超音波ビーム方向の速度、超音波ビーム方向に
    垂直な方向の接線速度、速度の絶対値及びビーム方向と
    運動方向との角度について少なくとも1種類の情報を画
    像表示するようにしたことを特徴とする超音波ドプラ診
    断装置。
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JP5044154B2 (ja) * 2006-07-03 2012-10-10 セイコーインスツル株式会社 生体情報測定装置
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