JPH0767450B2

JPH0767450B2 - 超音波組織変位計測装置

Info

Publication number: JPH0767450B2
Application number: JP3309367A
Authority: JP
Inventors: 好一宮坂; 烈光原田; 孝岡田; 太尾形
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1991-11-25
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH05137726A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体内組織の微小変位
を超音波によって計測する超音波組織変位計測装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、肝臓等の生体内臓器を微視的に
観察すると、臓器内の動脈の拍動により血管に接触した
組織が微小変位し、更にその変位が周りの組織に伝わっ
ていく。ここで、正常組織と異常組織とを比較した場
合、組織組成の相違から前記変位の伝わり方が異なるこ
とがある。従って、組織変位の観察により例えば悪性腫
瘍等の診断が可能であり、その組織変位による診断が近
年注目されている。

【０００３】そのような組織変位を計測する装置とし
て、超音波組織変位計測装置が提案されている。この装
置は、超音波ドプラ診断法の原理を応用したものであ
り、送波された超音波と受波された超音波との位相差に
より、超音波ビームに沿った方向の組織の変位を演算す
るものである。従って、この原理により超音波の波長よ
り短い分解能で組織変位を計測できる。

【０００４】ところで、超音波パルスドプラ法により、
血流の速度を計測する場合には、従来から知られている
いわゆる折り返しの問題がある。すなわち、血流速度の
方向を判断する場合において、ドプラ周波数が超音波の
送信繰返し周波数の１／２を超えると、計測結果が例え
ば正方向の上限から負方向の上限へ折り返し、正確な結
果が得られなくなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、超音波ドプラ
法を応用した上記超音波組織変位計測装置においても、
送信繰返し周波数によって有効な変位計測範囲が規定さ
れ、組織の実変位が変位計測範囲を超えると折り返しが
生じ、正確に組織変位を計測できないという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
もので、その目的は、折り返しが生じたときにそれを判
断して、送信繰返し周期の調整により折り返しを排除
し、正確な組織変位を計測することのできる超音波組織
変位計測装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波パルスを生体内に送波して生体内
組織からの反射波を受波し、超音波の位相変化に基づき
生体内組織の微小変位を計測する超音波組織変位計測装
置において、受信信号と所定の参照信号との混合検波に
より得られた信号の自己相関結果から生体内組織の変位
を演算する変位演算回路と、前記変位演算回路から出力
される変位信号を監視して、組織の実変位が前記変位演
算回路の変位計測範囲を超えて計測結果に折り返しが生
じた状態を検出する折り返し検出回路と、前記折り返し
検出回路から折り返し検出信号が出力された時に、超音
波の送信繰返し周波数を上げる送信繰返し周波数制御回
路と、を含み、前記折り返し検出回路は、前記変位信号
を送信繰返し周期の期間で遅延させるディレーライン
と、前記送信繰返し周波数が変更された場合に、前記デ
ィレーラインのディレー量をその送信繰返し周波数に対
応させて切り替えるディレー量切替器と、前記ディレー
ラインから出力された１周期前の変位信号とその直後の
変位信号との間で差分を演算し差分値を求める減算器
と、前記減算器にて求められた差分値と所定の判定値と
を比較する比較器と、前記差分値が前記判定値を超えた
ときに前記折り返し検出信号を出力する検出信号出力器
と、を有し、変位信号が表す組織変位が送信繰返し周期
間で急激に変化した場合に折り返しを判断することを特
徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、まず折り返し検出回路は、
変位信号を監視して折り返し状態を検出する。そして、
その検出により、送信繰返し周波数制御回路が、現在の
送信繰返し周波数を上げる制御を行う。ここで、送信繰
返し周波数により変位計測範囲が決定されるので、その
周波数を上げれば、変位計測範囲も拡大することにな
る。すなわち、この送信繰返し周波数の変更を用いて、
折り返しが生ずるのを回避する。前記折り返し検出回路
においては、まず、ディレーラインにおいて変位信号が
送信繰返し周期の期間で遅延され、そこから出力された
１周期前の変位信号とその直後の変位信号（現在の変位
信号）との間で差分が演算される。すなわち、ディレー
ラインにおいては、超音波ビーム１本分に相当する変位
信号が遅延されることになり、このため差分器では、２
つの超音波ビーム間において変位信号の差分が演算され
る。これにより、特定の深度又は各深度点ごとに変位の
差分が演算されることになる。そして、差分値が判定値
を超えた場合、すなわち１周期間の差分値が急激に変動
し（上昇し）、不連続性が生じた場合に折り返しを検出
する。なお、ディレー量切替器は、送信繰返し周波数が
変更されるとその周波数に対応するディレー量を自動的
に選択する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１０】図１には、本発明に係る超音波組織変位計
測装置の好適な実施例が示されており、図１にはその全
体構成がブロック図で示されている。

【００１１】タイミング信号発生器１０は、所定のタイ
ミング信号を発生し、その信号を送受信器１２及び送信
繰返し周波数発生回路１４に送出している。また、この
タイミング信号発生器１０は、送信される超音波の周波
数の整数倍の周波数をもった互いに９０度位相が異なる
参照信号を直交検波器１６に供給している。

【００１２】送信繰返し周波数発生回路１４は、超音波
パルスの送信繰返し周波数を決定する信号を発生するも
のであり、発生された送信繰返し周波数信号は、送受信
器１２に出力されている。なお、送信繰返し周波数発生
回路１４の具体的な構成については図３を用いて後に説
明する。

【００１３】送受信器１２は、送信繰返し周波数発生回
路１４にて定められた送信繰返し周期で超音波パルスを
発生し、それを超音波探触子１８へ供給する。すると、
超音波探触子１８から生体２０へ超音波が放射され、生
体内からの反射波が再び超音波探触子１８にて受波され
ることになる。

【００１４】超音波探触子１８からの受信信号は送受信
器１２にて位相合成などが行われた後、増幅器２２と直
交検波器１６に送られている。

【００１５】増幅器２２にて増幅が行われた受信信号
は、検波器２４で検波が行われた後、Ａ／Ｄ変換器２６
でデジタル信号に変換されてディジタルスキャンコンバ
ータ（以下、ＤＳＣという）２８に出力されている。す
なわち、例えばＢモード白黒断層画像を形成するため
に、以上のような受信信号の処理が行われる。

【００１６】一方、生体内組織の変位を計測するため、
次のような受信信号の処理が行われる。

【００１７】送受信器１２から出力された受信信号は、
直交検波器１６で上述した互いに位相が９０度異なる参
照信号と混合され、これによって直交検波が行われる。

【００１８】そして、直交検波後の信号（複素信号）
は、自己相関回路３０に送られ、ここで複素信号の自己
相関が計算され、自己相関の結果である実数部信号と虚
数部信号とが変位演算回路３２に送られている。なお、
これらの直交検波器１６、自己相関回路３０及び変位演
算回路３２の基本的な構成は、従来から知られている自
己相関法による超音波ドプラ診断装置の構成とほぼ同じ
であり、例えば特公昭６２−４４４９４号でも開示され
ているものである。

【００１９】以上のように、変位演算回路３２では、自
己相関回路３０から出力された実数部信号及び虚数部信
号を入力して、実数部成分と虚数部成分とのベクトルの
偏角から組織の変位が演算されている。そして、その出
力である変位信号δｘは、ＤＳＣ２８及び以下に述べる
折り返し検出回路３４に送られている。

【００２０】この折り返し検出回路３４は、上述した受
信信号の処理における折り返しを検出し、折り返しが検
出された時に検出信号２００を出力するものである。こ
こで、その検出信号は、送信繰返し周波数発生回路１４
に送られている。なお、この折り返し検出回路３４の具
体的な構成は図２に示されており、後に詳述する。

【００２１】従って、以上の受信信号処理により、ＤＳ
Ｃ２８には、生体断面の断層画像とその生体断面に対応
した組織変位データとが格納され、それらの画像データ
は読み出されて表示器３６にて表示される。

【００２２】上述したように、超音波パルスの送信繰返
し周波数によって、折り返しが生じない有効な変位計測
範囲が決定される。従って、送信繰返し周波数が固定の
場合には、様々な組織に対応して折り返しを生じさせず
に変位計測を行うことができない。そこで、本実施例に
おいては、変位演算回路３２の演算結果において折り返
しが生じたときに、それを折り返し検出回路３４で判断
して、その判断に基づき送信繰返し周波数発生回路１４
にて送信繰返し周波数を変更する。

【００２３】図２には、折り返し検出回路３４の具体的
な構成が図示されている。

【００２４】変位演算器３２から出力された変位信号δ
ｘは、減算器３７に送られている。一方、その変位信号
δｘは、複数のディレーライン４０にも供給されてい
る。これらのディレーラインは、送信繰返し周波数にそ
れぞれ対応して設けられたものであって、送信繰返し１
周期分だけ変位信号δｘを遅延させるものである。

【００２５】本実施例では、送信繰返し周波数が四段階
に設定されているため、これに合わせてディレーライン
４０が４つ設けられている。

【００２６】各ディレーライン４０の出力には、切替器
４２の入力が接続され、切替器４２は所定の切替コント
ロール信号２０１に基づき、送信繰返し周波数に合致し
たディレーラインを選択する。

【００２７】そして、切替器４２によって選択された１
周期前の変位信号δｘが減算器３７に送出され、減算器
３７では、送信繰返し周期間における変位信号の差分値
（変位差）δδｘを出力する。

【００２８】この変位差δδｘは、絶対値演算器４４に
送られ、ここで変位差の絶対値が取られ、絶対値信号が
比較器４６に送られている。この比較器４６では、送ら
れてきた絶対値と所定の判定値とを比較し、前記絶対値
が判定値を超える場合には、その出力をＬｏからＨｉに
変化させる。この変化に伴い、ワンショットマルチバイ
ブレータで構成されるパルス発生器４８から検出信号２
００が一つのパルスとして出力される。

【００２９】図４に示すように、折り返しが生ずる際に
は、変位δｘが折り返しが生ずる点で急に不連続にな
る。そこで、本実施例では、変位の経時的な差分である
変位差δδｘの絶対値を求め、それと判定値αとを比較
することによって、そのような不連続部分すなわち不自
然に変化する部分を検出するものである。従って、判定
値αとしては、通常の組織変位では見られないような急
激な変位変動に相当する値が設定される。なお、本実施
例では、図４に示した計測範囲を示すＡの例えば0.75倍
の値に判定値が設定され、この判定値は送信繰返し周波
数によらずに一定である。

【００３０】次に、図３を用いて、送信繰返し周波数発
生回路１４について説明する。

【００３１】タイミング信号発生器１０から出力された
タイミング信号は、本実施例において、４つの送信繰返
し周波数発生器５０に並列的に送られている。各送信繰
返し周波数発生器は、それぞれ送信繰返し周波数として
ｆ_ＰＲ１，ｆ_ＰＲ２，ｆ_ＰＲ _３，ｆ_ＰＲ４を発生するも
のである。そして、各送信繰返し周波数発生器５０の出
力は、切替器５２に送られており、切替器５２は、切替
コントロール信号２０１で定められる送信繰返し周波数
発生器の出力を選択する。その選択された送信繰返し周
波数信号は、送受信器１２に送られる。

【００３２】一方、折り返し検出回路３４から出力され
た検出信号２００は、カウンタ５４に送られ、ここでパ
ルスのカウントが行われる。このカウントには、そのリ
セット端子Ｒに定期的にリセット信号２０２が供給され
ている。カウンタ５４の出力は、ＣＬ０及びＣＬ１で構
成されており、その初期値はいずれもＬｏである。そし
て、検出信号であるパルスが入力されるごとにカウント
値が増加し、そのカウント値を表す切替コントロール信
号２０１が２ビットで出力される。

【００３３】なお、本実施例においては、送信繰返し周
波数として、２ｋＨｚ，４ｋＨｚ，８ｋＨｚ，１６ｋＨ
ｚの４つが設定されている。従って、送信繰返し周波数
を一段切り替えると、変位の計測範囲は２倍に増加する
ことになる。もちろん、送信繰返し周波数の設定は、４
つに限られずより多数設定してもよく、あるいは連続的
に可変させてもよい。図１において、切替コントロール
信号２０１は、自己相関器３０に設けられた図示されて
いないディレーラインにも送られており、送信繰返し周
波数の設定値に応じてディレーラインの可変が行われて
いる。

【００３４】従って、以上のような構成によれば、図４
に示すように、折り返しが生じた場合には、それを折り
返し検出回路３４にて検出し、送信繰返し周波数発生回
路１４によって送信繰返し周波数を低い方から順次四段
階まで変更することができる。例えば、送信繰返し周波
数を一段上げた場合の変位曲線の例が図４の一点鎖線１
０２で示され、ここにおいて、計測範囲は２×Ａ〜−２
×Ａとなっている。これによって、一点鎖線１０２で示
されるように、折り返しが回避され、正確な変位の検出
が可能とされている。

【００３５】送信繰返し周波数を一段階上げたにもかか
わらずまだ折り返しが生じている場合には、血管の拍動
は周期的に繰り返されるため、折り返し復帰後の次の折
り返し発生時に再度送信繰返し周波数が上げられ、この
ような動作の繰返しにより、最終的に折り返しは抑止さ
れることになる。なお、送信繰返し周波数を上げると、
必然的に計測し得る深さが浅くなるが、本実施例によれ
ば、できるだけ計測できる深さを確保しつつ折り返しを
回避できるという利点がある。もちろん、送信繰返し周
波数の切替えによって目的とする部位の変位計測が不可
能になる場合には、送信繰返し周波数の切替え動作を停
止させて、従来同様の計測を行えばよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
折り返し検出回路によって変位計測に係る折り返しを検
出し、送信繰返し周波数を上げることによって変位計測
範囲を拡大して折り返しを回避できるので、計測対象と
なる組織の状態に応じて正確な変位の計測を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波組織変位計測装置の全体構
成を示すブロック図である。

【図２】折り返し検出回路の具体的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】送信繰返し周波数発生回路の具体的な構成を示
すブロック図である。

【図４】生体内特定点の経時的な組織変位を示した特性
図である。

【符号の説明】

１４送信繰返し周波数発生回路３２変位演算回路３４折り返し検出回路４０ディレーライン４６比較器５４カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾形太東京都三鷹市牟礼６丁目22番１号アロカ株式会社内 (56)参考文献特開平２−309934（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波パルスを生体内に送波して生体内
組織からの反射波を受波し、超音波の位相変化に基づき
生体内組織の微小変位を計測する超音波組織変位計測装
置において、受信信号と所定の参照信号との混合検波により得られた
信号の自己相関結果から生体内組織の変位を演算する変
位演算回路と、前記変位演算回路から出力される変位信号を監視して、
組織の実変位が前記変位演算回路の変位計測範囲を超え
て計測結果に折り返しが生じた状態を検出する折り返し
検出回路と、前記折り返し検出回路から折り返し検出信号が出力され
た時に、超音波の送信繰返し周波数を上げる送信繰返し
周波数制御回路と、を含み、前記折り返し検出回路は、前記変位信号を送信繰返し周期の期間で遅延させるディ
レーラインと、前記送信繰返し周波数が変更された場合に、前記ディレ
ーラインのディレー量をその送信繰返し周波数に対応さ
せて切り替えるディレー量切替器と、前記ディレーラインから出力された１周期前の変位信号
とその直後の変位信号との間で差分を演算し差分値を求
める減算器と、前記減算器にて求められた差分値と所定の判定値とを比
較する比較器と、前記差分値が前記判定値を超えたときに前記折り返し検
出信号を出力する検出信号出力器と、を有し、変位信号が表す組織変位が送信繰返し周期間で急激に変
化した場合に折り返しを判断することを特徴とする超音
波組織変位計測装置。