JPS5920149A - 超音波パルスドプラ血流計 - 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】 発明の技術分野 本発明は超音波パルスドプラ血流計に関し、特にその受
信回路の特性制御に関する。

技術の背景 超音波パルスを生体組織に当てて血球からの反射波を受
信し、面流速、その分布等を計測する超音波パルスドプ
ラ血流針は注目される医療機器の１つであるが、現在の
ものは手動操作による調整個所が多く、使い易いものと
は言い難い。

従来技術と問題点 第１図は従来の超音波パルスドプラ血流針のブロック図
で、１は基準発振器、２はその出力を分周して送信タイ
ミング信号を発生する送信タイミング発生器、３はパル
ス状またはバースト波状の送信信号を発生する送信増幅
器、４は該送信信号に応じた超音波を生体に向けて発信
し、且つ該生体からの反射波を受信するトランスジュー
サ（超音波探触子）、５は該トランスジューサによる受
信反射波信号を増幅する受信増幅器、６および７はリア
ル（Ｒ）およびイマジナル（Ｉ）両ドプラ成分の検出器
である。これらの検出器６，７は基準発振器１からの９
０°異なるｃｏｓ、ｓｉｎ信号を受けて直交検波を行な
うミキサ６１，７１、その出力のローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦ）６２．７２、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）６
３．７３がらなり、検出器６は所定の深度（探触子がら
の反射波を生じた位置までの距離）のドプラ信号の実数
分を、また検出器７は同虚数成分を検出する。

８および９は検出器６，７の出力のうち心臓壁等による
低周波のドプラ成分を除去するバイパスフィルタ（ＨＰ
Ｆ）　、１０はＡＤ変換器およびデジタルプロセッサな
どを備えて両フィルタの出力（血流速を示すドプラ成分
）に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を施して周波数分析
するドプラ解析部、１１はその結果を表示する表示部、
１２はポジション指定信号および送信タイミング発生器
２の出力からサンプルホールド回路６３．７３に対する
テンプルパルスを発生する発生器である。上述のように
基準発振器１からミキサ６１，７１に対しては９０°位
相のずれたｃｏｓおよびｓｉｎの参照波が与えられるの
で検出器６．７により直交検波が行われる。受信増幅器
５の利得は操作パネルに設けられたゲインコントロール
用の可変抵抗１３により調整される。

この種のドプラ血流計ではＨＰＦ８．９の入カレベルに
上限（±ＩＯＶぐらい）があるので、ドプラ信号に心臓
壁の運動などによる低周波成分が多い場合ＨＰＦの出力
レベルは少なくなり、次段のドプラ解析器１ｏの精度を
良くしておかなければ満足な解析結果を得られない。し
かし、このようにしても、（１）表示部１１の輝度を調
整しなければならない、（２）血流速に応じてＨＰＦ８
，９のカット周波数を変えなければならない、（３）受
信増幅器５のゲインも受信波レベルに応じて変えなけれ
ばならない、等の問題は残る。

発明の目的 本発明は、受信増幅器５をＡＧＣ型とし、ＨＰＦＯ後に
振幅−走化回路を付加することにより、増幅器利得の人
手による調整、フィルタの遮断周波数の選択などの上述
した問題点を緩和し、受信増１陥器の後段回路の性能を
充分に発揮させ、ドプラ解析器の解析精度を充分に利用
しようとするものである。

発明の構成 本発明の超音波パルスドプラ血流計は、所定の繰り返し
周期で生体組織に対し超音波の送受波を行う超音波探触
子と、この超音波探触子より得られた反射超音波信号を
増幅する受信増幅器と、この受信増幅器の出力と参照波
を混合して所定深度のドプラ信号を得るドプラ検出器と
、該ドプラ信号の低周波成分をカントするバイパスフィ
ルタと、該バイパスフィルタの出力の振幅をほぼ一定化
する振幅−走化回路と、該振幅一定化回路の出力を解析
するドプラ解析器と、該解析器の解析結果を表示する表
示部を有する事を特徴とするが、以下図示の実施例を参
照しながらこれを詳細に説明する。

発明の実施例 第２図は本発明の実施例の一要部の説明図で、第１図の
■−■部に挿入する振幅−走化回路２０の概略図である
。２１はＨＰＦ８の出力Ｒを一方の入力とする掛算器、
２２はＨＰＦ９の出力■を一方の入力とする掛算器、２
３はこれらの掛算器２１．２２にＨＰＦ８，９の出力振
幅に応した乗数を与える積分器、２４はＨＰＦ８，９の
出力レベルがほぼ同じであることを利用して（制御した
いのは％−−一定であるので、本来ならＲ，Ｘを検出し
なければならないが）その一方本例ではＨＰＦ８の出力
振幅を検出する全波または半波の検波器、２５は所望レ
ベルを指定するレベル設定器であり、これらの検波器２
４およびレベル設定器２５の出力の差を積分器２３で積
分させ、その結果を可変利得増幅器である掛算器２１に
利得制御信号として入力することで、ドプラ解析器１０
に与える信号Ｒ，Ｉの平均値ｒを一定にする（例えば５
　ｖｐ　ｐにする）。

第３図は具体例で、ｆｉｌ算Ｈ２Ｉは集積回路ＡＤ５３
４と抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる。掛算器２２も同じ構成で
あるが、図面では省略しである。ダイオードＤ１と抵抗
Ｒ３は半波の検波器２４を構成する。抵抗Ｒ４，Ｒ５お
よびレベル設定用の可変抵抗ＶＲ１は加算回路を構成し
、その差が積分器２３の入力となる。積分器２３はオペ
アンプ○Ｐ１を中心に抵抗Ｒ６〜Ｒθ、ダイオードＤ２
．Ｄ３、コンデンサＣ１で構成される。このうち時定数
Ｃ＋Ｒａで帰還ゲインおよびレベル調整応答速度が決定
される。この時定数は１回のドプラ解析時間（約３０　
ｍ５ｅｃ）程度が適当である。ダイオードＤ２はオペア
ンプＯＰ１の出力が負になるのを防止する。ダイオード
Ｄ３はダイオードＤ２による０、７ｖ程度の電圧ギヤツ
ブを補正するためにオペアンプ○Ｐの正（基準）側入力
に接続されたものである。抵抗Ｒ７，Ｒ８はオペアンプ
ＯＰの出力の最大値（±１５Ｖ電源を使用すると１２Ｖ
程度）を掛算器２１の入力に通した値に抵抗分割するた
めのものである。例えばＡＤ５３４の入力限界がＩＯＶ
であればＲ７，Ｒθで１０／１２に抵抗分割する。尚、
掛算器２１の抵抗Ｒ１，’Ｒ２は最大増幅度を設定する
ためのもので、ＡＤ５３４では次式の関係である。

２ 上述した振幅−走化回路２０を第１図の■−■間に挿入
することによる利点は２つある。第１はＨＰＦ８，９ま
でのゲインコントロールが不充分でもドプラ解析器１０
の入力振幅が一定化されるので、該解析器入力段のＡ／
Ｄコンバータ、或いはその後段のデジタルプロセッサ等
のグイナミソクレンジを充分に活用できる点である。こ
れにより表示器１１の輝度調整も不要になる。第２はフ
ィルタのカット周波数が自動的に変るため、カット周波
数選択信号の調整を頻繁に行なう必要がなくなる点であ
る。第４図はこれを説明する周波数特性図で、ＨＰＦ８
．’９の入力が±ＩＯＶの時の伝達特性が実線の場合、
振幅−走化回路２０の出力端までの伝達特性は破線のご
とくなる。則ちＨＰＦの伝達特性が実線で示され、低周
波では出力レベルが下ると振幅−走化回路の利得は鎖線
で示すように増大し、最大値で一定になる。従って綜合
特性は破線で示すように低周波域へ伸びる。これは単一
周波数の場合である。血流による高周波成分と心臓壁に
よる低周波成分が混在する場合は次の如くなる。即ち血
流速が大で、ドプラ周波数で表わして４．　ＯＯＨｚな
どの値にあるときはＨＰＦの出力レベルは高いので振幅
−走化回路は振幅増大に向って動作せず、従って綜合特
性も第４図実線であって、心臓壁の運動による１００Ｈ
ｚ程度の成分は有効に抑止される。これに対して血流速
が小で１００　Ｈｚなどであるとこの場合の心臓壁の運
動も遅くてドプラ周波数は３０　Ｈｚなどとなるが、い
ずれにしてもＨＰＦの遮断周波数以下になるのでＨＰ　
Ｆの出力レベルは小であり、振幅−走化回路は動作を開
始して綜合特性を鎖線のようにする。従って］０ＯＨｚ
の血流に対しては充分な利得があり、３０Ｈｚの心臓壁
に対しては利得が殆んどなく、この場合も血流成分と心
臓壁成分つまり信号と雑音との分離が可能になる。こう
して本回路によれば血流が低速の場合フィルタのカット
周波数は自動的に下がり、逆に血流が高速の場合カット
周波数は自動的に上がり、心臓等の低周波はカットされ
る。ＨＰＦの特性をこのように変えないと、血流が低速
になるとカントされてしまって、得られるのはノイズだ
けということになる。これを避けるには従来のようにｆ
ｃを手動調整す゛ればよいが、本発明によればこれを自
動化することができ、かつ振幅調整なので後段回路つま
りドプラ解析部のグイナミノクレンジを充分活用できる
という利点が得られる。

上述した振幅−走化回路２０の降下が張太眼に発揮され
高精度なドプラ解析が行なわれるのは、ドプラ検出器６
，７の入力までに歪が生していない場合である。トラン
スジューサの受信出力レベルには大きな変動があるので
、この歪を生じさせないためには受信増幅器５のゲイン
コントロールが必要となるが、これが第１図のようにマ
ニュアルで調整される場合はその操作が非常に煩雑とな
り、また効果も不充分になる。

第５図はこの点を考慮した受信増幅器５の構成例である
。この受信増幅器５は、受信信号を増幅する前置アンプ
５１．−１０〜＋３０ｄＢのＡＧＣアンプ５２、＋　３
０　ｄＢの利得のアンプ５３を縦続接続したもので、該
ＡＧＣアンプ５２の帰還経路にはダイオードＤ４および
抵抗Ｒ９からなる負の半波整流用の検波器５５、可変抵
抗ＶＲ２および固定抵抗Ｒ１１を含むレベル設定器５６
、オペアンプＯＰ２、ダイオードＤ５、コンテンツＣ３
、抵抗Ｒ１□＋　　Ｒ１３＋　　Ｒ１４からなる積分器
５７が介在する。一般のＡＧＣアンプは曲線にで示すよ
うに利得制御電圧ｖＡが高くなるほどゲインが低下する
ので、第３図とは異なりダイオードＤ４は逆極性で接続
し、且つレベル設定は正の電圧で行なう。５４はサンプ
ルゲート信号によってサンプルポジションのみの信号レ
ベルを切り出すアナログスイッチで、該スイッチが端子
１側（サンプルポジション）にあるときのみＡＧＣアン
プ５２に帰還がかかり、端子２側ではオペアンプ○Ｐ２
の２人力が共に接地電位となり、アンプ５２のゲインは
固定される。レベル設定側もアナログスイッチを通して
いるのはサンプルゲート幅によって出力レベルが変化し
ないようにする為である。ＡＧＣアンプ５２を中間に用
いている理由は、（１）ノイズが大きいので、初段には
使いにくいこと、（２＋　Ｄ　Ｃバイアスが変わるので
最大振幅が変わることによる。この最大振幅を一定とす
る為、後段にアンプ５３を入れである。

ドプラ検出器６．７のサンプルホールド回路６３．６７
に代えて第６図のデー１−回路を使用する場合にも本発
明は有効である。このゲート回路は等測的にスイッチＳ
ＷとローパスフィルタＩ、ＰＦからなり、該スイッチに
対するゲート信号Ａ、Ｂ。

・・・・・・の幅ｔａ、ｔｂ、・・・・・・を変えるこ
とでサンプルボリュームを変える。このようにゲート幅
を変えると出力振幅が変るが、この変動は第２図の振幅
−走化回路２０で吸収できる。このとき掛算器２１．２
２に用いる集積回路ＡＤ５３４のゲインを、第７図のよ
うにゲート信号Ａ、Ｂ、Ｃで切替えると最大増幅度が変
って更に効果的である。同図の抵抗Ｒ２０＝　Ｒ２２は
第３図の抵抗Ｒ２に相当するもので、Ｒ２１１＜Ｒ２＋
　＜　Ｒ２２の関係にある。この場合ゲート幅ｔａ、ｔ
ｂ、・・・・・・とゲインとの間には次の関係が成り立
つ。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、人手によるゲイン調
整、カット周波数調整の必要性がなくなり、操作性が良
くなる。またドプラ解析部の大刀振幅が常に十分に保た
れ解析、精度が向上する利点がある。勿論本発明でもバ
イパスフィルタの遮断周波数の手動選択を行なってもよ
い。自動調整範囲ばｆｃ／２程度なので手動調整を併用
するとｆｃ変更範囲を非常に広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波パルスドプラ血流針のブロック図
、第２図は本発明の一実施例を示す振幅−走化回路の概
略図、第３図はその詳細図、第４図は振幅−走化回路に
よる周波数特性の改善例を示す説明図、第５図は自動利
得制御型とした受信増幅器の構成図、第６図はドプラ検
出器の他の構成例を示すゲート回路の説明図、第７図は
振幅−走化回路に用いた掛算器の増幅度切替え法を示す
説明図である。 図中、４はトランスジューサ、５は受信増幅器、６．７
はドプラ検出器、８，９はバイパスフィルタ、１０はド
プラ解析器、１１は表示部、２０は振幅−走化回路であ
る。 出願人　富士通株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　　稔 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の繰り返し周期で生体組織に対し超音波の送
   受波を行う超音波探触子と、この超音波探触子よりＩＭ
   られた反射超音波信号を増幅する受信増幅器とこの受信
   増幅器の出力と参照波を混合して所定深度のドプラ信号
   を得るドプラ検出器と、該ドプラ信号の低周波成分をカ
   ットするバイパスフィルタと、該バイパスフィルタの出
   力の１辰１闇をほぼ一定化する振幅−走化回路と、該振
   幅−走化回路の出力を解析するドプラ解析器と、該解析
   器の解析結果を表示する表示部を有する事を特徴とする
   超音波パルスドプラ血流針。
2. （２）受信増幅器が所定深度からの反射波の振幅をほぼ
   一定とする自動利得制御型受信増幅器である事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波パルスドプラ血
   流計。