JPS58212434A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体内の断層情報と共に血流速度情報を得るこ
とのできる超音波診断装置に関するもので、簡便な装置
で精度高く上記二つの情報を得られるようにした超音波
診断装置を提供することを目的としたものである。

従来生体内の血流速度を非観血的に測定する一手段とし
て超音波ドプラ法が知られている。

この種の装置は超音波の送信波と血球等による反射波と
の周波数差すなわち周波数偏移から血流速度を求める技
術を土台とするものである。現在超音波ドプラ法はその
方式の違いにより、ＣＷドプラとパルスドプラに大きく
分かれている。

近年この種の技術に関連して断層情報と血流情報が同時
に得られる装置すなわち複合超音波診断装置が医学ぜ野
で属望されている。この様な装置としては超音波パルス
ドプラ血流計とリアルタイム超音波断層像表示装置を組
合わせ、断層像内の任意の点にサンプルボリウムを設定
し血流のドプラ周波数偏移を得る方式が考えられ、たと
えば特開昭５６−６４９４５公報にはその一例が、記載
されている。

一般にドプラ血流計により得られるドプラ周波数偏移と
流速との関係は次式−より表わされる。

、１　・： ただし、Δｆ−周波数偏移、ｆ０−超音波の放射周波数
、Ｖ＝血液の平均流速、Ｃ＝組織中の音速（約１５４０
ｍ／秒）、θ−血流方向とドプラ超音波ビームの成す角
度である。一方パルスドプラ血流計において測定し得る
周波数偏移には上限があり、次式で示される。

ＰＲＦ ΔｆｍａＸ””□　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（２）ここで、Δｆ　　＝最大ドプラ周波数偏
移。

ａｘ ＰＲＦ＝送信超音波パルス繰返し周波数でありＰＲＦ−
□　　・・・・・・・・・・・・・・・・・−・・（３
）Ｒｍａｘ ここでへ□ニー被検領域深さである。

以上の理由によりパルスドプラ匍流計においては測定し
得る周波数偏移、すなわち血流速度には゛上限があり診
断上不都合を生じる０具体例として僧帽弁狭窄症を検査
する場合には第１図に示す様に探触子１を心尖部２Ｎ近
に密着させ、僧帽弁３１．１１ の方向に超音波ビームイ”・を指向させる。この位置関
係では狭窄に起因する異常な高速血流は探触子認されて
いる。この流速度を正確に計測することは診断上極めて
重要であるが、現在のパルスドプラ血流計ではそれは不
可能に近いことが以下に示される。すなわち、第１図の
測定位置関係では被検深さは１５ｃ１ｎ以上は必要であ
り、第３式よりＰＲＦは約５ｋ）ｈ以下となり、測定し
得る最大周波数偏位は第２式より約２．５ｋ１２以下と
なる。血流方向と超音波ビームのなす角度は約零度であ
り、このときの超音波周波数を一般によく用いられる２
、５■しに選ぶと、測定し得る血流速度は最大約ｏ、ｓ
ｍ／秒であり現実の異常な高速血流速度の数分の１にし
かならない。同様な状況が心臓のその他の弁についても
あてはまる。この様な理由から、心血管系の異常に伴う
高速血流の速度は現在のパルスドプラ血流計の性能を越
えていると言われている。このだめ高速血流、が測定可
能なＣＷドプラ血流劃側より心疾患に対処するという報
告が近年なされている。Ｒ，Ｇｒａｍｉａｋ他著、ＡＩ
ＵＭＰｒｏｃｅｅｄｉｎＩ−ｓ　１９８１　、Ｐ　２１
　、の報告では、ＧＷドプラ法も］４，７層像でドプラ
ビームの径路、方向の確認が必要であることを述べてい
る。

以上の理由より、精度の良いドプラ血流計測が可能であ
るためには低速血流に対してはサンプルボリウムが自由
に設定できるパルスドプラ法、異常な高速血流に対して
はＣＷドプラ法が選択可能であり、しかも両方式に対し
て断層像上でサンプル位置あるいはドプラビーム方向が
確認できることが望ましいが、現時点ではこの様な複合
超音波診断装置は報告されていない。ＣＷドプラ法とパ
ルスドプラ法が簡単に切替えられない理由としては、Ｃ
Ｗドプラ法では送信回路と受信回路の電気的分離、ある
いは送信用トランスデユーサと受信用トランスデユーサ
の音響的分離が重要であり、パルスドプラ法の場合とか
なりシステム構成が異なることなどが考えられる。

本発明は上記問題点を考慮し、パルスドプラ、ＣＷドプ
ラ両方式が可能であり、かつそのサンプルボリウム位置
、あるいはドプラビーム方向を断層像上で確認すること
が可能で、特に異常な高速血流を容易に精度良く測定可
能な超音波診断装置の提供を目的とする。

以下に本発明を図面を用いて実施例と共に説明する。

第２図は扇形電子走査超音波診断装置に本発明を適用し
た場合の送、受信回路部と探触子部の概略構成図、第３
図は送、受信回路のフロントエンド部と探触子部の概略
構成図、第４図はＣＷドプラモードと断層モードを心拍
に同期して切替えるだめのタイミング関係図、第５図は
第４図にもとすくタイミング関係を実現する超音波診断
装置の概略構成図、第６図は連続する２ｏ拍期間内のＣ
Ｗドプラ情報と断層像およびＵＣＧ像を得るだめのタイ
ミング関係図、第７図は第６図にもとすくタイミング関
係で得られたＣＷドプラ情報とＵＣＧ像を表示した例を
示す図である。

第２図において、５は扇形電子走査が可能な超音波探触
子であり配列されたｌ］′個）のトランスデユーサＴの
うちのＴ１〜Ｔｎのｎ個（ｌｎｎ）を用いてセクタ動作
をさせる。通常ｎとしては３２あるいは６４等の値が選
ばれる０ＰＡ１〜ＰＡｎはｎ個のプリアンプ、ＰＤ１〜
ＰＤｎ　はｎ個の送信パルス発生回路であり、トランス
デユーサＴとは接続線６により接続されている。断層像
を得るだめの断層モード、パルスドプラ動作を行うパル
スドプラモードではそれぞれｎ個のプリアンプＰＡ１〜
ＰＡｎ。

送信パルス発生回路ＰＤ１〜ＰＤｎはすべて動作する。

次にＣＷドプラ動作を行うＣＷドプラモードでは、送信
パルス発生回路ＰＤ１〜ＰＤｎは動作させない。ｉ個（
本実施例ではｉ＝ｍ−１，）のトランスデユーサに対応
したプリアンプＰＡ１〜ＰＡｉ（−”Ａｍ１）の出力は
、ｃｗドプラ加算アンプ７により加算されＣＷドプラ信
号処理部８へ導かれる。それ以外のアンプ−ＰＡｉ＋１
（二ＰＡｍ）−ＰＡｎに関係する受信信号は使用しない
。ｎ−ｍ個のトランスデユーサ”ｍ＋１〜Ｔｎは送信切
替えスイッチＣ８１〜Ｃ８ｎ−□を介してＣＷ駆動回路
９に接続されている。ＣＷ駆動回、路９は通常のＣＷド
プラ法で用いられるような低雑音な連続正弦波出力を提
供するものである。一般に電子走査方式の送信パルス発
生回路ＰＤは、大出力パルスを時間精度良く発生させる
だめ高速の論理ＩＣを多数使用する場合が多く、出力回
路形式も大出力パルス発生に適した方式をとっているた
め、低雑音な連続正弦波出力を提供する用途には不向き
である。

１ｏは遅延制御加算アンプであり、断層モード。

パルスモードにおける受信指向性を制御する。扇形電子
走査方式で要求される高精度の遅延線では受信信′号の
ダイナミックレンジを自由に広くとることは種々の制約
があり難かしい。したがって血流からの微弱なエコー信
号と、心臓壁等からの大きな信号が同時に重なり合った
ＣＷドプラモードのエコー信号を歪なく伝送させること
には無理がある。この理由より前述のようにＣＷドプラ
モードでは広いダイナミックレンジを有する加算アンプ
７にて信号の加算を行う。この場合、心臓壁からのエコ
ー等、振幅が比較的大きくドプラ周波数偏移が比較的小
さいエコーに対して、超音波周波数を中心周波数に持つ
ノツチフィルターを用いて・減衰させ、微弱な高速血流
信号を歪ませずに受信信号のダイナミックレンジを狭め
る手法を併用しても良い。

遅延制御加算アンプ１０の出力はノくルスドプラ信号処
理部１１．および断層像信号処理部１２へ導かれる。１
３は送信遅延制御部であり断層モード、パルスドプラモ
ードにおける送信指向性を制御する。１４は周波数分析
部であり両ドプラモードの出力の周波数分析を行う。分
析の手法の例としては既に離散フーリエ変換によるもの
等が周知である。ただしＣＷドプラモードではノくルス
ドプラモードに比べて信号のダイナミックレンジ、帯域
幅が共に広くスペクトル分布そのものも情報量が多くな
っていることに留意して周波数分析を行わなければなら
ない。。

１５は表示部であり、断層像２Ｍモード像、あるいはド
プラ情報を周波数分析して得られた結果等を表示する。

表示部１６上ではＣＷドプラ、ノ々ルスドプラ各モード
に対してビーム指向性、あるいはサンプルボリウム等を
表示し、ドプラ検査位置の断層像上での確認を容易にす
る。

２０は主制御部であり、断層モード、パルスドブラモー
ド、ＣＷドプラモードに対応して図中の各部を制御する
。これら各モードの単独の動作は既に周知であり、たと
えば、雑誌「電子医学」■ｏＬ１１Ａ３（昭６１）には
両ドプラ方式が説明されているのでここでは詳述しない
。

本発明の骨子となるのはパルスドプラ法とＣＷドプラ法
が容易に切替えられる方式であるので、その点をより詳
しく説明する。送信切替えスイッチＣ８に要求される性
能としては、パルスドプラモードでは、送信パルス駆動
回路ＰＤの出力波形が送信切替えスイッチＣ８を設けた
ことにより影響を受けないことであり、ＣＷドプラモー
ドではＣＷ駆動回路９の出力をトランスデユーサＴに伝
え、しかも理想的には送信パルス駆動回路ＰＤとＣＷ駆
動回路９とは電気的に分離されていることが望ましい。

一般的にはパルス駆動回路ＰＤは、動作停止状態では出
力側の電気・□イレビーダンスは高り、シかも電気的雑
音も少いので、図に示しだようにＣＷ駆動回路９の出力
と接続されていても不都合は生じない場合もある。

本実施例ではＣＷドプラモードにおいて同一位相の駆動
信号でトランスデユーサＴを励振する場合を示しており
、ＣＷドプラモードにおける送信ビームの指向性は探触
子の正面方向に固定されることになるが、たとえば第１
図に示される検査の位置関係ではＣＷドプラ検査の目的
部位を探触子正面に位置させることは探触子を手技操作
する上で無理なことではない。この指向性に対応してＣ
Ｗドプラ加算アンプ７は同一位相にて各プリアンプＰＡ
の出力を加算して受信指向性を探触子正面方向に位置さ
せてもよいし、あるいは各プリアンプＰＡの出力に微少
な位相シフトを与え受信指向性をわずかに偏向させ送振
指向性と交叉させる位相制御加算が共に妥当な方式とし
て用いることが可能である。位相シフトによる配列トラ
ンスデユーサのビーム指向性制御方式も既に周知である
が、本発明にもとづくＣ−ドプラモードの動作説明のた
め第３図において合わせて説明する。

第３図はＣＷドプラモードにおけるフロントエンド部の
概略図であり、簡略のためプリアンプＰＡ、送信パルス
駆動回路ＰＤ等は省略しである。

本図中では一例としてトランスデユーサＴ１〜Ｔ１６が
受信に用いられ、トランスデユーサ゛ｒ１８〜Ｔ３２が
送信に用いられる。Ｔ１□は音響的分離のために動作さ
せていねい。この音響的分離の効果はトランスデユーサ
の構造そのものに大きく依存する。

したがって本図中では１個のトランスデユーサを動作さ
せないという一例を示したものであり、いくつのトラン
スデユーサを動作させるかは設計上の問題にすぎない。

ＲＰ１〜ＲＰ１６は受信位相シフタ、ＴＰ１〜ＴＰ１５
は送信シフタであり、それぞれ超音波信号に対してＯ〜
２πの位相シフト量を与えることにより送。

受信の指向性３１．３２を電子的に制御する。位相シフ
ト量の精度に関しては％波長、つまりπ／２程度確保さ
れていれば良好な指向特性が得られることが＾イ［認さ
れている。−例として、２　、５ＭＨｚ程度の信号に対
してこの程度の位相シフトを与えることは極めて容易で
あり、その電子的制御も当然可能である。図中ｐｘは送
、受信の指向性が交叉する点であり、点Ｐｘの近傍にお
いてＣＷドプラ法の感度が高くなり、断層上に点ｐｘを
表示しても良い。本図の例では任意の位置にｐｘを設定
できるような構成となっているが、Ｐｘの位置が探触子
正面に限定されていても実際の診断上有用な場合が多い
。その場合には送、受信の位相シフタのいずれかを省く
ことが可能である。まだ点Ｐｘを探触子正面の特定の位
置、−例として１０ｃｒｎ程度に固定してしまっても診
断上の有用さが失われるものではない。その場合には位
相シフト量が固定された簡易な位相シフタを用いること
が可能である。もちろん第２図に示したように送、受信
の位相シフタをすべて省略してしまってもよい。その場
合には送、受指向性は交叉しないが、探触子の正面遠距
離においては両相向性の広がりにより実質的に送、受指
向性の交叉領域を生じるものであり、感度の若干の低下
をともなうがＣＷドプラ信号を得ることは可能である。

第４図は心拍に同期して各心拍内の任意の期間をＣＷド
プラモード、それ以外の期間を断層モートに切替える場
合のタイミング関係である。このようなタイミング関係
のもとでは、例えば弁開放時の高速血流をＣＷドプラモ
ードで検査し、他の期間は断層モードによりＣＷドプラ
のビーム方向を断層像上で行うことが可能となる。

心拍と同期をとるためには、心電図波ルのＲ波部分を基
準としたＲ波トリガ信号３３を同規信号とするのが一般
的である。３４はＣＷドプラモード開始タイミングパル
ス、３６は断層モード開始タイミングパルスであり、そ
れぞれＲ波トリガ信号をパルス遅延回路に導いて発生さ
せる。３６はモード制御パルスであり、この例ではＨレ
ベルでＣＷドプラモードになっている。

一方、１枚の超音波断層像を完像させるのに要する時間
は例えば３ｏミリ秒以上であり、ドプラ周波数偏位の最
低分解”ｒ　有＠〒竺数を１００Ｈ２とすれば１０ミリ
秒以上の検査が必要である。これらの関係を満足するモ
ード制御部くパルス３６を正確に得るためには、プリセ
ットカウンタによるデジタル遅延方式が有効である。

第５図はモード制御信号３６による超音波診断装置の制
御および第４図に示したタイミング関係発生のための一
実施９０のブロック図である。

図中心電計出力３７はＲ波トリガ発生回路３８にてＲ波
トリガパルス３３に整形される。ノくパルス遅延回路３
９と４０は主制御部２ｏにより指定された遅延時間量を
有するＣＷドプラモード開始信号３４と断層モード開始
信号３５を発生する。ノ（ルス合成回路４１はパルス３
４と３５よりモード制御信号３６を発生する。パルス合
成回路４１は例えばフリップフロップ等を用いて容易に
構成することが可能である。モード制御信号３６により
周波数分析部１４、表示部１５、送信制御部１３゜ＣＷ
Ｗ動回路９、送信切替えスイッチＣ８等の制御を行う。

送信駆動回路分離スイッチｐｓはＣＷドプラモードでは
、開放となり、送信駆動回路ＰＤによる信号の吸収を防
止する。

第６図は１心拍毎にＣＷドプラモードと断層モードを切
替える場合のタイミング関係であり、Ｒ疲トリガ信号３
３よりの任意の遅延タイミングで両モードはモード制御
パルス３６により切替えられている。

第７図は第６図のタイミング関係で得られたＣＷドプラ
モード、断層モードの画情報を標準ＴＶ方式により上下
並列に表示した一例である。

図中４２はＣＷドプラモードで得られたドプラシフトの
パワースペクトル情報であり、縦軸はドプラシフト周波
数、横軸は時間である。４３は断層モードで得られたＵ
ＣＧ情報、４４は心電図である・ドプラ情報４２、ＵＣ
Ｇ情報４３は一度記憶装置に取込まれた後走査変換され
、同一のタイミングの事象として上下に表示されている
。各心拍の心電図４４も表示されており心時相との対応
が明確である。本図の方式では、ＣＷドプラモードのビ
ーム位置を２心拍毎に断層像上で確認できるだけでなく
、ＣＷドプラモード情報とＵＣＧ像を同一タイミングで
表示することにより、ＣＷドプラ情報を得ている方向の
心臓壁や弁の動きも表示され異常血流速度の発生メカニ
ズムの理解を助は診断精度を高める。ここでは−心拍毎
にＣＷドプラモードと断層モードを切替える一例を示し
たが、２心拍毎に切替えて４心拍分の情報を２心拍のタ
イミングで示してもよく、一般にに心拍毎に切替えても
よい。

以上説明したように本発明は、ｎ個の超音波！・ランス
デューサをパルス駆動する送信パルス駆動回路、および
これらの受信指向性を制御する遅延制御加算回路、ｎ−
ｍ個の超音波トランスデユーサをＣＷ駆動するＣＷＷ動
回路、ＣＷ駆動されない超音波トランスデユーサのうち
の１個で受信した信号を加算するＣＷドプラ加算回路、
送信パルス駆動回路とＣＷ駆駆動路路間電気的に分離可
能とするスイッチを備えているため、１個の超音波探触
子で断層像とＣＷドプラ情報を得ることが可能であり、
ＣＷドプラ検査領域（ビーム方向）を断層像上で確認す
ることが可能である。しかもＣＷドプラ動作に際しては
送、受信回路系の電気的分離がなされ、増層モード用の
探触子構造の大幅な変更なしに音響的分離もなされてお
り、かつＣＷドプラ動作に適した送、受信回路を有して
おり良好なＣＷドプラ信号処理が可能となっている□さ
らに、必要に応じて送、受位相シフタを回路に追加する
ことによりＣＷドプラに要求される広いグイナミソクレ
ンジを保った捷ま送、受信の指向性を制御することも可
能である。パルスドプラ法を同時に行うことも可能であ
り、異常な高速血流に対してはＣＷドプラ法、低速血流
に対してはサンプルボリウムの設定が可能なパルスドプ
ラ法を用いることが可能である。

寸だ各心拍内の高速血流発生タイミングに合わせてＣＷ
ドプラモードに切替え、それ以外の期間にはＣＷドプラ
ビーム方向を断層モードで確認することも可能である。

連続する心拍のＣＷドプラ情報とＵＣＧ像を同一タイミ
ングで表示することにより、高速血流情報と心臓壁や弁
の動きとの関係を把握することが可能であり、より精度
の高いｔｒｎｋ＃’ｉ’Ｒｔ。１よオ、ｏ　゛・）。

【図面の簡単な説明】

第１図は心臓の超音波診断のもようを示す概略図、第２
図は本発明の超音波診断装置の一実施例を示す概略構成
図、第３図は本発明の他の実施例におけるフロントエン
ド部の概略構成図、第４図は本発明によるＣＷドプラモ
ードと断層モードの切替えの一実施例を示すタイミング
図、第６図は第４図に示す実施例の概略構成図、第６図
はＣＷドプラモードと断層モードの切替えの他の実施例
を示すタイミング図、第７図は本発明にょるＣＷドプラ
情報とＵＣＧ像の表示例を示す図である。 １・・・・・・超音波探触子、２・・・・・・心尖部、
３・・・・・・弁、４・・・・・・超音波ビーム方向、
６・・・・・・扇形電子走査用探触子、６・・・・・・
接続線、７・・・・・・ＣＷドプラ加算回路、８・・・
・・・信号処理部、９・・・・・・ＣＷ駆動回路、１０
・・・・・・遅延制御加算アンプ、１１・・・・・・信
号処理部、１２・・・・・・信号処理部、１３・・・・
・・送信制御部、１４・・・・・・周波数分析部、１６
・・・・・・表示部、２０・・・・・・主制御部・３“
・３２°”連子・受信指向性・３３°°。 ・・・Ｒ波トリガ信号、３４・・・・・・ＣＷドプラモ
ード開始信号、３５・・・・・・断層モード開始信号、
３６・・・・・・モードコントロール信号、３７・・・
・・・心電計出力、３８・・・・・・Ｒ波トリガパルス
発生回路、３９．４０・・・・・・パルス遅延回路、４
１・・・・・・パルス合成回路、４２・・・・・・ＣＷ
ドプラ周波数偏移情報、４３・・・・・・ＵＣＧ像、４
４・・・・・・心電図、ＰＡ・・・・・・プリアン、°
、ＣＳ・・・・・・送信切替えスイッチ、ＰＤ・・・・
・・送信パルス駆動回路、Ｔ・・・・・・トランスデユ
ーサ、Ｐｘ・・・・・・指向性交点。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １２　　図 第３Ｅ　　　　　　　　２θ 第４図 ３ ／ ’５１１Ｊ ｌ 斗 ５へ１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１個（ｌは自然数）の配列された超音波トランス
   デユーサと、前記超音波トランスデユーサのうちのｎ個
   （ｎくｌ　、ｎは自然数）をパルス駆動する送信パルス
   駆動回路と、前記超音波トランスデユーサの受信指向性
   を制御する遅延制御加算回路と、前記超音波トランスデ
   ユーサのうちのｎ　−ｍ個（ｍ＜ｎ、ｍは自然数）をＣ
   Ｗ駆動するＣＷ駆動回路と、ＣＷ駆動されない前記超音
   波トランスデユーサのうちのｉ個（ｉ　＜ｍ　、　ｉは
   自然数）で受信したドプラ信号を加算するＣＷドプラ加
   算回路と、前記送信パルス駆動回路と前記ＣＷ駆動回路
   との電気的分離を可能にする送信切替えスイッチとを備
   えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）ＣＷ駆動回路と超音波トランスデユーサの間、捷
   たはＣＷドプラ加算回路と超音波トランスデユーサの間
   に、送信まだは受信のビーム指向性を制御する位相シフ
   タが挿入接続されてなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波診断装置。
3. （３）送信切替えスイッチが、心拍に同期して切替えら
   れて、ＣＷドプラ情報と断層像の表示が行なわれること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装
   置。
4. （４）送信切替えスイッチが、ｋ心拍（ｋは自然数）毎
   に切替えられて、ＵＣＧ像と連続する２に心拍期間のド
   プラ情報が並列して表示されることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の超音波診断装置。