JPH084589B2

JPH084589B2 - 超音波ドプラ診断装置

Info

Publication number: JPH084589B2
Application number: JP1883192A
Authority: JP
Inventors: 好一宮坂; 烈光原田
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1996-01-24
Anticipated expiration: 2011-01-24
Also published as: JPH05212032A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血流等の生体内運動反
射体の速度や速度の分散値等を計測し画像表示する超音
波ドプラ診断装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体内に超音波を送波し、血流等の生体
内運動反射体にてドプラシフトを受けた反射波を受波
し、これによって得られた受信信号に含まれるドプラ情
報を解析することにより、前記運動反射体の速度等を求
め画像表示する超音波ドプラ診断装置が知られている。

【０００３】従来の基本的な装置としては、特公昭６２
−４４４９４号公報に記載されたパルスドプラ式の超音
波ドプラ診断装置が挙げられ、かかる装置によれば、超
音波ビーム上における運動反射体の速度分布を実質的に
実時間で求めることができ、これによりＢモード断層画
像に重ねて二次元的に血流速度分布等をリアルタイムで
表示することが可能である。

【０００４】この従来の装置において、受信信号は、ま
ず所定の参照信号と混合され複素信号に変換される。そ
して、複素信号の自己相関によって得られるベクトル
（実数部の信号、虚数部の信号）の偏角から運動反射体
の速度及び運動反射体の運動方向が求められる。なお、
運動反射体の速度とともに、前記同様に偏角から速度の
分散値を求める超音波ドプラ診断装置も実用化されてい
る（例えば、特公平２−１６１３９号公報参照）。

【０００５】しかし、上記の特公昭６２−４４４９４号
公報に記載された超音波ドプラ診断装置において、比較
的高速の血流等を計測する場合には、いわゆる折り返し
現象が生じ、装置の有効速度計測範囲を超える速度につ
いては実際の正確な値を求められないという問題があ
る。ここで、この有効速度計測範囲について述べる。

【０００６】一般に、速度の絶対値だけを判別する場合
には、計測可能な最大のドプラ周波数ｆ_dmaxと超音波パ
ルスの送信繰り返し周波数ｆ_rとの間には、ｆ_dmax＝ｆ
_rの関係があり、一方速度の絶対値だけでなくその正負
も判別する場合には、ｆ_dmax＝ｆ_r／２の関係がある。
従って、速度の正負も判別する装置において、最大のド
プラ周波数ｆ_dmaxは、ｆ_dmax＝ｆ₀・ｋ・Ｖ_max＝ｆ_r／２・・・（１）ただし、ｆ₀：放射する超音波の周波数、ｋ：定数Ｖ_max：最大速度となるから、測定可能な最大速度Ｖ_maxは、Ｖ_max＝ｆ_r／（２ｆ₀・ｋ）・・・（２）となる。このＶ_maxが上記の有効速度計測範囲の上限で
あり、要求される診断深度及び分解能との関係から、上
記装置において、Ｖ_maxを拡大するには限度がある。

【０００７】そこで、２周期方式により速度計測範囲を
拡大した超音波ドプラ診断装置が特公平３−２３０５０
号公報で提案されている。この装置においては、同一方
向に向けて、交互に２つのパルス繰り返し周期で、一定
の周波数の超音波が送波され、これによって得られる受
信信号は、まず所定の参照信号と混合されて複素信号に
変換され、その複素信号の自己相関によって自己相関信
号が求められている。そして、先の送波によって得られ
た自己相関信号と後の送波によって得られた自己相関信
号との共役積又は複素積の結果から、上記の偏角の計算
により生体内運動反射体の速度が求められるものであ
る。従って、この改良された従来の超音波ドプラ診断装
置によれば、拡大された一定範囲で折り返し現象を生じ
させずに、例えば心臓内の高速の血流等を計測すること
ができる。

【０００８】なお、このほかに速度計測範囲を拡大する
方式として、２周波数法（例えば、日本超音波医学会講
演論文集１９９０年５月「２周波数法による高速血流
計測」参照）、擬似２周波数法（例えば、特開昭６３−
１７９２７５号公報参照）、ＡＭ変調法（例えば、特開
平２−１４７９１４号公報参照）、２参照周波数法（例
えば、特開平１−１９０３４０号公報参照）や、相互相
関法（日本超音波医学会講演論文集ｐ３６３〜ｐ３６
４１９８９年５月「時間領域エコー相互相関法による
流速測定」参照）などが提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような速度計測範囲が拡大された超音波ドプラ診断装置
にて、比較的低速の血流等を計測しようとすると、一般
的に計測誤差が大きくなり、精度の良い速度計測が行え
ないという問題があった。例えば、上記特公平３−２３
０５０号公報に記載された装置では、結果として、いわ
ば自己相関のさらに自己相関演算から運動反射体の速度
を求めることになる。各自己相関の偏角が小さいと、そ
の偏角の差は、Ｓ／Ｎ比が悪くなり計測誤差の増大が生
じてしまう。また、速度の分散値が大きい場合にも、上
記と同様に、誤差の増大が生ずるという傾向もある。

【００１０】従って、低速の運動反射体の速度を計測す
る場合には、上記のような速度計測範囲が拡大された超
音波ドプラ診断装置を用いるよりも、上記特公昭６２−
４４４９４号公報に記載された装置の方が精度の良い計
測が行える場合がある。また、速度の分散値が大きい場
合にも、これと同様のことが言える場合がある。

【００１１】しかし、かかる装置では、上述のように本
質的に、高速の運動反射体の速度を計測できないので、
ここに相反する２つの要請を満たす装置が要望されてい
た。本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、高速の運動反射体に対しては速度計測
範囲が拡大された速度計測方式を適用し、低速の運動反
射体に対しては精度が維持できる速度計測方式を適用
し、運動反射体の速度に応じて適切な速度計測方式を適
用することのできる超音波ドプラ診断装置を提供するこ
とにある。

【００１２】また、本発明の目的は、運動反射体の速度
に加えて速度の分散値も考慮して適切な速度計測方式を
選択することのできる超音波ドプラ診断装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【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、生体内
の運動反射体にてドプラシフトを受けた反射波を受波し
て得られた受信信号から前記運動反射体の速度を計測す
る超音波ドプラ診断装置において、同一方向に向けて、
相異なる２つのパルス繰り返し周期を組み合わせた周期
パターンで一定周波数の超音波の送波を行い、反射波を
受波して受信信号を出力する超音波送受信器と、互いに
９０度位相の異なる参照信号をそれぞれ別個に前記受信
信号に混合して、受信信号を複素信号に変換する複素信
号変換器と、前記複素信号の自己相関によって前記運動
反射体の速度を演算する演算器であって、有効な速度計
測範囲が第１速度計測範囲である第１速度演算器と、前
記相異なる２つのパルス繰り返し周期のうち先の送波に
よる自己相関信号と後の送波による自己相関信号との共
役積又は複素積から前記運動反射体の速度を演算する演
算器であって、前記第１速度計測範囲より拡大された第
２速度計測範囲を有する第２速度演算器と、前記運動反
射体の速度が前記第１速度計測範囲外にある場合に前記
第２速度演算器を選択し、前記運動反射体の速度が前記
第１速度計測範囲内にある場合に前記第１速度演算器を
選択する選択回路と、を含み、同じ受信信号に基づいて
前記第１速度演算器と前記第２速度演算器とが並列的に
速度演算を行い、前記選択回路によって前記いずれかの
速度演算器からの出力が選択されることを特徴とする。
また、本発明は、超音波パルスを生体内に送波し、生体
内の運動反射体にてドプラシフトを受けた反射波を受波
して得られた受信信号から前記運動反射体の速度を計測
する超音波ドプラ診断装置において、同一方向に向け
て、一定のパルス繰り返し周期で相異なる２つの周波数
の超音波を所定の順序で送波し、反射波を受波して受信
信号を出力する超音波送受信器と、互いに９０度位相の
異なる参照信号をそれぞれ別個に前記受信信号に混合し
て、受信信号を複素信号に変換する複素信号変換器と、
前記複素信号の自己相関によって前記運動反射体の速度
を演算する演算器であって、有効な速度計測範囲が第１
速度計測範囲である第１速度演算器と、前記相異なる２
つの周波数のうちで一方の周波数の超音波の送波による
自己相関信号と他方の周波数の超音波の送波による自己
相関信号との共役積又は複素積から前記運動反射体の速
度を演算する演算器であって、前記第１速度計測範囲よ
り拡大された第２速度計測範囲を有する第２速度演算器
と、前記運動反射体の速度が前記第１速度計測範囲外に
ある場合に前記第２速度演算器を選択し、前記運動反射
体の速度が前記第１速度計測範囲内にある場合に前記第
１速度演算器を選択する選択回路と、を含み、同じ受信
信号に基づいて前記第１速度演算器と前記第２速度演算
器とが並列的に速度演算を行い、前記選択回路によって
前記いずれかの速度演算器からの出力が選択されること
を特徴とする。

【００１４】また、本発明は、上記の超音波ドプラ診断
装置において、前記複素信号の自己相関から前記運動反
射体の速度の分散値を演算する速度分散演算器を設け、
前記選択回路は、前記運動反射体の速度が前記第１速度
計測範囲外にありかつ速度の分散値が所定範囲内にある
場合にのみ前記第２速度演算器を選択し、それ以外の場
合に前記第１速度演算器を選択することを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、選択回路によって、運動反
射体の速度に応じて速度演算器を選択できるので、第１
速度演算器で計測困難な高速の運動反射体については、
第２速度演算器を選択して、折り返し現象のない速度表
示が可能となる。一方、低速の運動反射体については、
誤差の増大が生じやすくなる第２速度演算器から、第１
速度演算器に選択を切り替えて、精度の良い速度計測を
確保できる。ここで、第２速度演算器としては、２周期
法や２周波数法等に基づいた速度演算器が用いられる。
これにより、第１速度演算器と第２速度演算器の双方を
並列的に動作させることが可能となり、実時間性を確保
できる。

【００１６】また、速度分散演算器を設け、選択回路に
て速度の分散値を考慮することにより、速度の分散値が
大きくなり第２速度演算器による速度計測誤差が大きく
なると予想される場合には、第１速度演算回路を優先的
に選択して、実効性のある速度計測を確保できる。

【００１７】従って、本発明によれば、一定の速度計測
精度を維持しつつ、運動反射体の運動状況に応じた超音
波ドプラ診断装置が実現できる。

【００１８】

【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。

【００１９】（ａ）全体構成の説明図１には、本発明に係る超音波ドプラ診断装置の全体構
成が示されている。図１において、タイミング信号発生
器１０は、送信繰り返し周波数を定める送信繰り返し信
号１００を送受信器１１に与え、その信号に従って送受
信器１１は送信駆動信号を発生し、それを超音波探触子
１２に供給する。これによって、後述するように、超音
波探触子１２に設けられた超音波振動子（図示せず）か
ら所定の周波数の超音波パルスが、所定の送信繰り返し
周期で、生体内に放射される。

【００２０】生体内の血流等の運動反射体にてドプラシ
フトを受けた反射波は、超音波探触子１２の前記超音波
振動子によって受波され、受信信号は送受信器１１で位
相合成や高周波増幅等が行われた後、複素信号変換器１
４及び検波器１６に出力されている。

【００２１】検波器１６は、生体のＢモード断層画像を
得るために受信信号の検波を行い、検波後の白黒断層画
像信号は、デジタルスキャンコンバータ（以下、ＤＳＣ
という）１８に出力されている。

【００２２】さて、複素信号変換器１４は、受信信号を
複素信号に変換するものであり、互いに並列して設けら
れた２つのミキサ２０ａ，２０ｂと、２つの低域フィル
タ２２ａ，２２ｂと、で構成されている。ここで、前記
タイミング信号発生器１０から互いに９０度位相の異な
る参照信号１０２ａ，１０２ｂがミキサ２０ａ，２０ｂ
にそれぞれ別個に供給されている。これらの参照信号１
０２は、前記送信繰り返し周波数の整数倍の周波数を有
する。

【００２３】従って、受信信号は、まずミキサ２０ａ，
２０ｂで参照信号１０２ａ，１０２ｂと混合検波され、
これによって両信号の和と差の周波数成分を持つ信号が
ミキサ２０ａ，２０ｂの出力に現れることになる。そし
て、和の周波数成分を持つ信号は、低域フィルタ２２
ａ，２２ｂによって除去され、差の周波数成分を持つ信
号のみが出力される。以上の作用にて、後に数式で示す
ように、受信信号は、実数部に対応する実数部信号ｘ₁
と虚数部に対応する虚数部信号ｙ₁とから成る複素信号
Ｚ₁に変換される。

【００２４】ところで、受信信号には、計測対象となる
血流等の運動反射体のドプラ情報のほかに、本来的に計
測対象にならない心臓壁等の低速運動部あるいは静止部
からの比較的強大で、かつ不要なドプラ情報が含まれて
いる。従って、計測対象となる運動反射体の速度を精度
良く計測するためには、上記の不要なドプラ情報を排除
する必要がある。

【００２５】そこで、本実施例においては、複素ディレ
ーラインキャンセラ２４が設けられている。この複素デ
ィレーラインキャンセラ２４は、それぞれ並列して設け
られた２つのＡ／Ｄ変換器２６ａ，２６ｂと、２つの加
算器２８ａ，２８ｂと、２つのディレーライン３０ａ，
３０ｂと、で構成されている。ここで、ディレーライン
３０ａ，３０ｂは、送信繰り返し周期（Ｔ）分だけ受信
信号を遅延させるものである。

【００２６】従って、複素信号変換器１４からの複素信
号Ｚ₁は、まずＡ／Ｄ変換器２６ａ，２６ｂにてデジタ
ル信号に変換され、位相が反転された１周期前の複素信
号と加算されることになる。これにより、静止部あるい
は低速運動部の現時点での信号は、１周期前の信号とほ
とんど変化がないことから、互いにキャンセルされ、結
果として、１周期間で変動したある程度の速度を持った
運動反射体の信号成分のみが残り、複素ディレーライン
キャンセラ２４から不要なドプラ情報が排除された複素
信号Ｚ₃が出力されることになる。

【００２７】以下に、ここまでの受信信号処理を数式で
示す。

【００２８】参照信号１０２ａは、送信繰り返し周波数
ｆ_rの整数倍の周波数ｆ₀を有し、その振幅を１とすれ
ば、次の第３式にて表される。ｓｉｎ（２πｆ₀ｔ）・・・（３）上記同様に、参照信号１０２ｂは、次の第４式にて表さ
れる。ｃｏｓ（２πｆ₀ｔ）・・・（４）一方、超音波探触子１２からの受信信号は、ドプラ偏移
周波数をｆ_dとして次の第５式にて表される。ｓｉｎ（２πｆ₀ｔ＋２πｆ_dｔ）・・・（５）なお、この受信信号はパルス波であるので、一般に、ｓｉｎ｛２π（ｆ₀±ｎｆ_r）ｔ＋２πｆ_d（１±ｎｆ_r／ｆ₀）ｔ｝・・・（６）で示されるスペクトル（ただし、ｎは０、１、２、・・
・なる整数である）が含まれるが、以下の説明において
は説明簡略化のため、ｎ＝０のときの上記第５式で示さ
れる受信信号について説明する。

【００２９】ミキサ２０ａでは、受信信号と一方の参照
信号１０２ａとの積がとられるので、第３式と第５式の
積の２倍である次式が得られる。ｃｏｓ（２πｆ_dｔ）−ｃｏｓ（４πｆ₀ｔ＋２πｆ_dｔ）・・・（７）そして、この信号は、低域フィルタ２２ａで２ｆ₀＋ｆ
_dの周波数成分が除去され、その出力信号は、ｃｏｓ（２πｆ_dｔ）・・・（８）となる。一方、上記と同様に、ミキサ２０ｂ及び低域フ
ィルタ２２ｂを通過した出力信号は、ｓｉｎ（２πｆ_dｔ）・・・（９）となる。従って、上記第８式を実数部、上記第９式を虚
数部とすれば、複素信号変換器１４から出力される複素
信号Ｚ₁は、Ｚ₁＝ｃｏｓ（２πｆ_dｔ）＋ｉ・ｓｉｎ（２πｆ_dｔ）・・・（１０）と表せる。

【００３０】そして、この複素信号Ｚ₁は、複素ディレ
ーラインキャンセラ２４で１周期Ｔだけ遅延された信号
Ｚ₂の位相反転された信号と加算される。ここで、信号
Ｚ₂は、Ｚ₂＝ｃｏｓ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ）｝＋ｉ・ｓｉｎ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ）｝・・・（１１）と表され、加算器２８の出力Ｚ₃は、Ｚ₃＝Ｚ₁−Ｚ₂ ＝−２ｓｉｎ｛２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｓｉｎ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ／２）｝＋ｉ・２ｓｉｎ（２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｃｏｓ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ／２）｝・・・（１２）となり、この第１２式を、Ｚ₃＝ｘ₃＋ｉ・ｙ₃ ・・・（１３）で示せば、ｘ₃及びｙ₃は、ｘ₃＝−２ｓｉｎ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ／２）｝・ｓｉｎ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ／２）｝・・・（１４）ｙ₃＝２ｓｉｎ（２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｃｏｓ｛２πｆ_d（ｔ−Ｔ／２）｝・・・（１５）である。

【００３１】次に、複素ディレーラインキャンセラ２４
以降の構成について説明する。

【００３２】複素ディレーラインキャンセラ２４から出
力された複素信号Ｚ₃は、二手に分岐されて第１速度演
算器３０及び第２速度演算器３２に送出されている。

【００３３】第１速度演算器３０は、複素信号Ｚ₃の自
己相関により、生体内運動反射体の速度Ｖ₁を演算する
ものであり、本実施例においては、速度の分散値σ²も
演算している。ここで、この第１速度演算器３０におい
て、折り返し現象が生じない速度計測範囲を第１速度計
測範囲と定義する。

【００３４】一方、第２速度演算器３２は、複素信号の
自己相関によって自己相関信号を求め、さらにその自己
相関信号の共役積又は複素積から運動反射体の速度Ｖ₂
を演算するものであり、前記第１速度計測範囲より拡大
（拡大率をαとする）された第２速度計測範囲を持つも
のである。

【００３５】従って、運動反射体の速度が第１速度計測
範囲を超えて、第１速度演算器３０の出力で折り返し現
象が生じていても、第２速度計測範囲内までは、第２速
度演算器３２により折り返し現象を生じさせないで運動
反射体の速度を求めることができる。なお、これらの第
１速度演算器３０及び第２速度演算器３２については、
後に詳述する。

【００３６】第１速度演算器３０から出力された分散値
信号σ²及び第２速度演算器３２から出力された速度信
号Ｖ₂は、判定回路３４に出力されている。一方、第１
速度演算器３０から出力された分散値信号σ²は、分散
値の画像表示のためにＤＳＣ１８に出力され、他方の速
度信号Ｖ₁は、係数乗算器３６によって１／α倍された
後、速度信号Ｖ₁´として切替器３８に出力されてい
る。

【００３７】判定器３４は、本実施例において、運動反
射体の速度が第１速度計測範囲を超え、かつ、速度の分
散値が所定範囲内にある場合には、Ｖ₂を有効と判定
し、それ以外の場合には、Ｖ₁を有効と判定する。そし
て、その判定結果は、切替器３８へ切替コントロール信
号として与えられ、１／α倍されたＶ₁、又はＶ₂のい
ずれか適切な方が選択される。なお、この判定器３４の
具体的構成については後に述べる。

【００３８】切替器３８にて選択された速度信号は、分
散値信号σ²及び検波器１６からのＢモード断層画像信
号とともに、画像データとしてＤＳＣ１８に出力されて
いる。そして、ＤＳＣ１８から出力された画像データ
は、ＣＲＴ４０に送られ、ＣＲＴ４０にてカラー画像表
示が行われる。この画像表示においては、本実施例にお
いて、白黒のＢモード断層画像に重ねて血流等の速度及
び分散値がカラーで識別して二次元的に表示される。

【００３９】（ｂ）第１速度演算器の説明図２には、第１速度演算器３０の構成が示されている。
このうち、図中３００で示す構成は、基本的には、特公
昭６２−４４４９４号に示された自己相関器と同じ構成
である。

【００４０】複素ディレーラインキャンセラ２４から出
力された複素信号Ｚ₃（具体的には、実数部信号ｘ₃と
虚数部信号ｙ₃）は、まずディレーライン４２ａ，４２
ｂにて送信繰り返し周波数の１周期（Ｔ）だけ遅延さ
れ、複素信号Ｚ₄が生成される。この複素信号Ｚ₄は、
次式で表される。Ｚ₄＝ｘ₄＋ｉ・ｙ₄ ・・・（１６）ただし、ｘ₄＝−２ｓｉｎ｛２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｓｉｎ｛２πｆ_d（ｔ−３Ｔ／２）｝・・・（１７）ｙ₄＝２ｓｉｎ｛２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｃｏｓ｛２πｆ_d（ｔ−３Ｔ／２）｝・・・（１８）そして、この複素信号Ｚ₄と複素共役関係にある信号Ｚ
₄ ^*＝ｘ₄−ｉ・ｙ₄と、前記複素信号Ｚ₃と、の共役
積を以下のように求めることにより、自己相関が演算さ
れる。Ｚ₃・Ｚ₄ ^*＝（ｘ₃＋ｉ・ｙ₃）（ｘ₄−ｉ・ｙ₄）＝ｘ₃・ｘ₄＋ｙ₃・ｙ₄＋ｉ（ｘ₄・ｙ₃−ｘ₃・ｙ₄）・・・（１９）この第１９式の演算を行うために、掛算器４４ａ，４４
ｂ，４４ｃ，４４ｄが設けられ、さらに加算器４６ａ，
４６ｂが設けられている。

【００４１】加算器４６ａの出力をＲとすれば、第１４
式、第１５式、第１７式、第１８式から、Ｒ＝ｘ₃・ｘ₄＋ｙ₃・ｙ₄ ＝４ｓｉｎ²｛２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｃｏｓ（２πｆ_dＴ）・・・（２０）となり、また、加算器４６ｂの出力をＩとすれば、Ｉ＝ｘ₄・ｘ₃−ｘ₃・ｙ₄ ＝４ｓｉｎ²｛２πｆ_d（Ｔ／２）｝・ｓｉｎ（２πｆ_dＴ）・・・（２１）となり、これらの２つの加算器４６ａ，４６ｂの出力を
合わせると、Ｓ＝Ｒ＋ｉ・Ｉ・・・（２２）が得られる。

【００４２】そして、この出力Ｓに含まれる雑音成分を
除去するために、４８，４９で構成される加算平均化回
路が設けられている。

【００４３】ここでは、４８ａ，４８ｂで複数回の加算
を行い、その加算値を除算器４９ａ，４９ｂで加算回数
で割り、平均化を行う。

【００４４】以上の計算式により、運動反射体の速度
は、複素信号Ｓにおける実数部Ｒと虚数部Ｉとの偏角θ
から計算される。偏角θは、 θ＝ｔａｎ^-1（Ｉ／Ｒ）＝２πｆ_dＴ・・・（２３）として求められ、これから、ドプラ偏移周波数ｆ_dは、ｆ_d＝θ／（２πＴ）・・・（２４）として、偏角θから求められる。そして、運動反射体の
速度は、ドプラ偏移周波数ｆ_dに比例するので、そのｆ
_dから計算される。この時、Ｉ及びＲは正又は負の値を
とり、偏角θの符号から運動反射体の運動方向が求めら
れる。また、θは±πの間で実際に測定可能であるの
で、その範囲で折り返し現象が生じない第１速度計測範
囲が規定される。

【００４５】この複素信号Ｓから運動反射体の速度を計
算するのが偏角演算器４５であり、そして、複素信号Ｓ
から速度の分散値σ²を計算するのが分散演算器４７で
ある。なお、この分散演算器４７については、特公平２
−１６１３９号でも開示されている。なお、本実施例に
おいては、後述の第２速度演算器に前記２周期法が適用
される場合には、超音波探触子１２から図４（Ｂ）に示
されるような波形の超音波が送波され、その場合、図２
中の下段説明から明らかなように、第１速度演算器３０
ではディレーラインのディレー量がＴ１又はＴ２に交互
に切り替えられる。一方、第２速度演算器に前記２周波
法が適用される場合には、超音波探触子１２から図４
（Ｃ）に示されるような波形の超音波が送波され、その
場合、第１速度演算器３０ではディレーラインのディレ
ー量がＴとなる。このことから明らかなように、本実施
例では、第１速度演算器と第２速度演算器とを並列動作
させており、また、その並列動作のために超音波探触子
１２では、第１速度演算器と第２速度演算器の双方に対
応した送信が行われている。後述するように第２速度演
算器に他の速度計測範囲拡大手法が適用される場合に
は、周知のように図４（Ｂ）又は（Ｃ）以外の送信波形
となり得る場合があるが、いずれにしても上記の通り、
超音波探触子１２では、第１速度演算器での速度演算及
び第２速度演算器での速度演算の双方に対応した波形を
有する超音波の送波が行われる。このことは、受信信号
の処理においても同様であり、例えば図１の下段に示す
ように、第２速度演算器に適用される演算手法に対応し
て複素ディレーキャンセラ３０におけるディレー量は、
２周期法の場合にはＴ１＋Ｔ２となり、２周波数法の場
合は２Ｔとなる。もちろん、他の手法が適用される場合
にはその手法に対応して受信信号が処理されるが、いず
れにしても速度演算の前提として第１速度演算器での速
度演算と第２速度演算器での速度演算の双方に対応した
受信信号の共通処理が行われる。

【００４６】（ｃ）第２速度演算器の第１実施例の説明上記の第１速度演算器３０で、高速の運動反射体の速度
を計測しようとすると、上述した折り返し現象が生じ、
本来的に速度を求めることができない。そこで、第１速
度計測範囲より拡大された速度計測範囲を持ち、かつ第
１速度演算器３０を改良した第２速度演算器３２が設け
られている。なお、この第２速度演算器３２で、低速の
運動反射体の速度を計測すると、あるいは速度の分散値
が大きいものを計測すると、上述のとおり計測誤差が大
きくなるので、かかる場合に第１速度演算器３０の存在
意義がある。すなわち、本発明は、計測対象に応じて、
これら２つの速度演算器の出力を切り替えて、それぞれ
の利点を有意義に活用するものである。

【００４７】図３には、第２速度演算器の第１実施例の
構成（３２−１）が示されている。なお、この構成は、
基本的に、特公平３−２３０５０号に記載された２周期
法による速度計測演算器と同じである。

【００４８】ところで、図４（Ａ）には、生体内に送波
される一般的な超音波の波形が示されている。この
（Ａ）におけるＴは、送信繰り返し周期であり、一定の
周波数の超音波がパルス的に周期Ｔで送波される。

【００４９】次に、（Ｂ）には、第１実施例の第２速度
演算器３２−１を適用した場合の超音波の波形が示され
ている。すなわち、周期Ｔ₁と周期Ｔ₂とが交互に組み
合わされた周期パターンで、超音波探触子１２から超音
波が送波される。なお、超音波の周波数は、一定であ
る。

【００５０】図３において、図中３０２で示される構成
は、図２で示した自己相関を求める構成３００と基本的
に同一の構成であり、同一符号を付し、その説明を省略
する。ただし、図３におけるディレーライン４２ａ，４
２ｂにおいては、２周期法を実現させるため、送信繰り
返し周期Ｔ₁，Ｔ₂に対応させて、それらに係る受信信
号の遅延量が交互にＴ₁又はＴ₂に切り替わる。また、
平均化回路４８ａ，４８ｂにおけるディレーラインの遅
延量は、Ｔ₁＋Ｔ₂である。

【００５１】ここで、構成３０２で計算される自己相関
値の絶対値を｜Ｓ｜とすると、自己相関信号であるＲ及
びＩは、Ｒ＝｜Ｓ｜ｃｏｓθ ・・・（２５）Ｉ＝｜Ｓ｜ｓｉｎθ ・・・（２６）で表される。

【００５２】そして、２つの送信繰り返し周期のうち、
先の送波によって得られた自己相関信号Ｒ，Ｉを第１自
己相関信号とし、後の送波によって得られた自己相関信
号を第２自己相関信号とすれば、本実施例において、第
１自己相関信号のうち、Ｒは、ディレーライン５０ａに
てＴ₁又はＴ₂だけ遅延され、Ｉは、ディレーライン５
０ｂにてＴ₁又はＴ₂だけ遅延される。一方、第２自己
相関信号のＲ，Ｉは、いずれも遅延されずに次の乗算器
に入力される。

【００５３】図３において、本実施例においては、４つ
の乗算器５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ及び２つの加
算器５４ａ，５４ｂによって、第１自己相関信号と第２
自己相関信号との共役積が演算されている。ここで、共
役積とは、第１自己相関信号及び第２自己相関信号のい
ずれか一方の複素数と他方の共役複素数との積をいう。
従って、乗算器群５２では、次の演算が実行される。（Ｒ₁＋ｉ・Ｉ₁）（Ｒ₂＋ｉ・Ｉ₂）＝Ｒ₁Ｒ₂＋Ｉ₁Ｉ₂＋ｉ（Ｉ₁Ｒ₂−Ｒ₁Ｉ₂）＝ｘ₇＋ｉ・ｙ₇ ・・・（２７）ここで、Ｒ₁，Ｉ₁は第１自己相関信号の実数部及び虚
数部であり、Ｒ₂，Ｉ₂は第２自己相関信号の実数部及
び虚数部であり、整理すると次のように示される。Ｒ₁＝｜Ｓ｜ｃｏｓθ₁ ・・・（２８ａ）Ｉ₁＝｜Ｓ｜ｓｉｎθ₁ ・・・（２８ｂ） θ₁＝２πｆ_dＴ₁ Ｒ₂＝｜Ｓ｜ｃｏｓθ₂ ・・・（２９ａ）Ｉ₂＝｜Ｓ｜ｓｉｎθ₂ ・・（２９ｂ） θ₂＝２πｆ_dＴ₂ 従って、この第２８式及び第２９式を第２７式に代入す
ると、ｘ₇＝Ｒ₁Ｒ₂＋Ｉ₁Ｉ₂ ＝｜Ｓ｜²（ｃｏｓθ₁ｃｏｓθ₂＋ｓｉｎθ₁ｓｉｎθ₂）・・・（３０）ｙ₇＝Ｉ₁Ｒ₂−Ｒ₁Ｉ₂ ＝｜Ｓ｜²（ｓｉｎθ₁ｃｏｓθ₂−ｃｏｓθ₁ｓｉｎθ₂）・・・（３１）以上のようにして求められた共役積の結果であるｘ₇、
ｙ₇は、偏角演算器５６に送られる。なお、反転器５８
は各送波ごとにｙ₇の符号が交互に反転してしまうた
め、これを戻すためのものである。

【００５４】そして、この偏角演算器５６では、次の計
算が行われる。 θ₁−θ₂＝ｔａｎ^-1（ｘ₇／ｙ₇）＝２πｆ_d（Ｔ₁−Ｔ₂）＝２πｆ_dΔＴ・・・（３２）従って、ｆ_dは、ΔＴ（Ｔ₁−Ｔ₂）とΔθ（＝θ₁−
θ₂）とから、容易に求めることができ、さらに、その
ｆ_dから運動反射体の速度Ｖ₂を求められる。ここにお
いて、第３２式から明らかなように、結果として、送信
繰り返し周期がΔＴで超音波を送波したのと同一のドプ
ラ情報を得ている。すなわち、最大計測深度をほとんど
変えることなく、有効な速度計測範囲を拡大できる。

【００５５】なお、本実施例では、第１自己相関信号と
第２自己相関信号との共役積を演算したが、複素積を計
算してもよい。

【００５６】（ｄ）第２速度演算器の第２実施例の説明以上説明した２周期法のほか、速度計測範囲を拡大する
ため、例えば、以下のような２周波数法を適用すること
もできる。

【００５７】図５には、第２速度演算器の第２実施例３
２−１の全体構成が示されている。この第２実施例で
は、図４（Ｃ）に示すように、一定の送信繰り返し周期
Ｔで、互いに異なる２つの周波数ｆ_c1，ｆ_c2の超音波が
交互に送波されている。そして、図１に示した複素信号
変換器１４に供給される参照信号１０２ａ，１０２ｂの
周波数は、送信される超音波の周波数に応じて、ｆ_c1又
はｆ_c2に交互に切り替えられている。なお、本実施例で
は、ｆ_c1の超音波とｆ_c2の超音波とを交互に送波した
が、複数回ずつ交互に送波してもよく、あるいは他の送
信パターンでもよい。

【００５８】図５における構成３０６は、図３に示した
構成３０２と基本的に同一であり、また図５における構
成３０８は、図３に示した構成３０４と基本的に同一で
あり、各回路については同一符号を付し、その説明を省
略する。ただし、この第２実施例におけるディレーライ
ン４２ａ，４２ｂは、送信繰り返し周期Ｔの２倍の遅延
を行う。また、平均化回路４８ａ，４８ｂに含まれるデ
ィレーラインも上記同様に２Ｔの遅延を行う。

【００５９】この第２実施例の動作を上記第１６式から
上記第３１式までの計算に当てはめると、ｆ_c1に対する
ドプラ周波数をｆ_d1とし、ｆ_c2に対するドプラ周波数を
ｆ_d2とすれば、上記第３２式と同様に、 θ₁−θ₂＝２π（２ｆ_d1−２ｆ_d2）Ｔ＝２π・２・Δｆ_d・Ｔ・・・（３３）と表され、これから運動反射体の速度が容易に求められ
る。なお、第３３式において、ｆ_d1とｆ_d2とが２倍され
ているのは、図５に示したディレーライン４２ａ，４２
ｂで２Ｔの遅延量が設定されているからである。

【００６０】なお、この第２実施例においても、第１実
施例同様に、複素積を計算してもよい。

【００６１】（ｅ）判定器の説明図６には、判定器３４の具体的構成が示されている。こ
の判定器３４は、上述したように、運動反射体の速度及
び速度の分散値に応じて、第１速度演算器の出力又は第
２速度演算器の出力のうち、いずれの出力を選択する方
がより適切であるかを判定するものである。

【００６２】図６において、第２速度演算器３２から出
力された速度信号Ｖ₂は、ＲＯＭ等からなる絶対値演算
器６０に入力され、速度の絶対値が求められている。そ
して、絶対値演算器６０からの絶対値信号は、比較器６
２に入力され、所定の速度比較信号Ｖ_thと比較されてい
る。ここで、この速度比較信号Ｖ_thは、上記第１速度計
測範囲の一方の上限を示すものである。そして、速度の
絶対値が、０〜Ｖ_thの間にある場合には、比較器６２か
ら“１”が出力され、０〜Ｖ_th以外にある場合には、
“０”が出力される。

【００６３】一方、第１速度演算器３０から出力された
分散値信号σ²は、比較器６６に入力され、所定の分散
比較信号σ² _thと比較されている。上述したように、第
２速度演算器３２は速度の分散値がある程度以上大きく
なると、計測誤差が増大する傾向がある。そこで、実際
の分散値が、第２速度演算器３２で許容できる範囲内で
あるか否かを判断するのが比較器６６である。すなわ
ち、この分散比較信号σ² _thは、許容できる分散値の範
囲の上限を示すものである。

【００６４】そして、比較器６６は、分散値信号σ
²が、０〜σ² _thの間にある場合には、“０”を出力
し、０〜σ² _th以外にある場合には、“１”を出力す
る。

【００６５】比較器６２及び比較器６６の出力信号は、
ＯＲ回路６４に入力され、両信号のＯＲがとられてい
る。従って、運動反射体の速度が、第１速度計測範囲外
で、かつ速度の分散値が上記の所定範囲内にある場合に
は、ＯＲ回路から“０”が出力され、それ以外の場合に
は、“１”が出力される。

【００６６】このＯＲ回路からの出力信号は、図１に示
した切替器３８に切替えコントロール信号として送ら
れ、その出力信号が“０”の場合には、第２速度演算器
３２の速度出力信号Ｖ₂が選択され、“１”の場合には
係数乗算器３６を通った第１速度演算器３０の速度出力
信号Ｖ₁が選択される。これによって、一定の速度計測
精度を維持しつつ、出来るだけ折り返し現象を回避でき
る。

【００６７】なお、本実施例では、速度の分散値を考慮
したが、折り返し現象防止を優先させる時には、速度の
みを判定パラメータとしてもよい。また、第２速度演算
器で速度の分散値を求め、判定器３４に供給してもよ
い。

【００６８】（ｆ）速度表示の説明運動反射体の速度表示には、各種の表示方式を適用でき
るが、図７には本実施例の装置での表示例が示されてい
る。図７において、（Ａ）には、第１速度計測範囲と拡
大された第２速度計測範囲が示されている。また、
（Ｂ）には、運動反射体の速度とその表示色との関係が
示されている。ここで、例えば、第１速度計測範囲の上
限は、±５０ｃｍ／ｓであり、第２速度計測範囲の上限
は、±１５０ｃｍ／ｓである。

【００６９】（Ｂ）に示すように、第１速度計測範囲の
うち、方向の速度は従来同様に赤の明暗で表示され、負
方向の速度は青の明暗で表示される。そして、第一速度
計測範囲を正方向に超える速度は、赤からうすピンクへ
の色変化で示され、一方、負方向に超える速度は、青か
らうす紫への色変化で示される。なお、図８には、上記
の速度表示を実際に表示器４０で形成する場合の輝度値
Ｒ，Ｇ，Ｂが速度に対応付けて示されている。

【００７０】本実施例の速度表示によれば、表示画像に
おいて、第１速度演算器３０が適用されたかあるいは第
２速度演算器が適用されたかを表示色によって判断でき
る。以上のように、本実施例の超音波ドプラ診断装置に
よれば、運動反射体の速度及び速度の分散値に応じて適
切な速度演算を実現できる。なお、第２速度演算器とし
ては、上記実施例のほか、従来例で挙げた各種の速度演
算を適応でき、また第１速度演算器と第２速度演算器と
で重複する構成部分を共用して、構成を簡易化しても好
適である。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速の運動反射体に対しては第２速度演算器を適用して
折り返し現象を回避でき、その第２速度演算器で計測誤
差の増大が生じてしまう低速の運動反射体に対しては、
第１速度演算器を適用して計測を行うことができる。従
って、本発明によれば、２つの速度演算器の両者の利点
を有効に活用することができる。

【００７２】また、演算器の選択基準として、運動反射
体の速度のほか、速度の分散値も考慮することにより、
より適切な選択が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波ドプラ診断装置の全体構成
を示すブロック図である。

【図２】第１速度演算器の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】第２速度演算器の第１実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】送波される超音波の周期概念を示す説明図であ
る。

【図５】第２速度演算器の第２実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】判定器の構成を示すブロック図である。

【図７】速度計測範囲と表示色との関係を示す説明図で
ある。

【図８】速度表示における輝度値Ｒ，Ｇ，Ｂを示す説明
図である。

【符号の説明】

１１送受信器１４複素信号変換器２４複素ディレーラインキャンセラ３０第１速度演算器３２第２速度演算器３４判定器３８切替器

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、生体内
の運動反射体にてドプラシフトを受けた反射波を受波し
て得られた受信信号から前記運動反射体の速度を計測す
る超音波ドプラ診断装置において、同一方向に向けて、相異なる２つのパルス繰り返し周期
を組み合わせた周期パターンで一定周波数の超音波の送
波を行い、反射波を受波して受信信号を出力する超音波
送受信器と、互いに９０度位相の異なる参照信号をそれぞれ別個に前
記受信信号に混合して、受信信号を複素信号に変換する
複素信号変換器と、前記複素信号の自己相関によって前記運動反射体の速度
を演算する演算器であって、有効な速度計測範囲が第１
速度計測範囲である第１速度演算器と、前記相異なる２つのパルス繰り返し周期のうち先の送波
による自己相関信号と後の送波による自己相関信号との
共役積又は複素積から前記運動反射体の速度を演算する
演算器であって、前記第１速度計測範囲より拡大された
第２速度計測範囲を有する第２速度演算器と、前記運動反射体の速度が前記第１速度計測範囲外にある
場合に前記第２速度演算器を選択し、前記運動反射体の
速度が前記第１速度計測範囲内にある場合に前記第１速
度演算器を選択する選択回路と、を含み、同じ受信信号に基づいて前記第１速度演算器と前記第２
速度演算器とが並列的に速度演算を行い、前記選択回路によって前記いずれかの速度演算器からの
出力が選択されることを特徴とする超音波ドプラ診断装
置。
【請求項２】超音波パルスを生体内に送波し、生体内
の運動反射体にてドプラシフトを受けた反射波を受波し
て得られた受信信号から前記運動反射体の速度を計測す
る超音波ドプラ診断装置において、同一方向に向けて、一定のパルス繰り返し周期で相異な
る２つの周波数の超音波を所定の順序で送波し、反射波
を受波して受信信号を出力する超音波送受信器と、互いに９０度位相の異なる参照信号をそれぞれ別個に前
記受信信号に混合して、受信信号を複素信号に変換する
複素信号変換器と、前記複素信号の自己相関によって前記運動反射体の速度
を演算する演算器であって、有効な速度計測範囲が第１
速度計測範囲である第１速度演算器と、前記相異なる２つの周波数のうちで一方の周波数の超音
波の送波による自己相関信号と他方の周波数の超音波の
送波による自己相関信号との共役積又は複素積から前記
運動反射体の速度を演算する演算器であって、前記第１
速度計測範囲より拡大された第２速度計測範囲を有する
第２速度演算器と、前記運動反射体の速度が前記第１速度計測範囲外にある
場合に前記第２速度演算器を選択し、前記運動反射体の
速度が前記第１速度計測範囲内にある場合に前記第１速
度演算器を選択する選択回路と、を含み、同じ受信信号に基づいて前記第１速度演算器と前記第２
速度演算器とが並列的に速度演算を行い、前記選択回路によって前記いずれかの速度演算器からの
出力が選択されることを特徴とする超音波ドプラ診断装
置。
【請求項３】請求項１又は２記載の超音波ドプラ診断
装置において、前記複素信号の自己相関から前記運動反射体の速度の分
散値を演算する速度分散演算器を有し、前記選択回路は、前記運動反射体の速度が前記第１速度
計測範囲外にありかつ速度の分散値が所定範囲内にある
場合にのみ前記第２速度演算器を選択し、それ以外の場
合に前記第１速度演算器を選択することを特徴とする超
音波ドプラ診断装置。