JPS6021743A - 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】 （ａ）　発明の技術分野 本発明は超音波パルスドプラ血流側の」０１流速度のベ
クトル計測に関する。

（ｂ）　従術の背景 超音波の送受信を１個のトランスデユーサで行う従来の
超音波パルストグラ廂流計はｎｅｔ　ｓｒ辿四のうちビ
ーム方向の分速度をめている。真の血流のその時点に於
ける速度（方向と大きさ）をめるには生体が立体である
９上該生体を均ν勺囲む少くとも３点の観、測点で該血
流を三次元で同時Ｂ１ｌ１１１しなけれはならない。然
し乍ら生体には超音波が透過し難い骨組織等があり３点
の観測点が設定置にせよ血流の速度ベクトルをめるには
複数の観測点が８袈である。

該複数の観、測点から血流の速度ベクトルをめるに当た
シ超音波周波数の相互干渉を避けるには異なった周波数
を用いれば良いが、一方、物体の反射超音波の強さは使
用する超音波周波数に大きく依存する性質があシ、この
影響を避けるにはできるだけ近い周波数できれば同−周
葭数で計測したいという矛盾があり、ベクトル計測は従
来から力ゝ １→離かしい課題であった。最近、超音波トランスデー
−サやドプラ信号検出等の超音波パルスドプラ血流計の
基礎従術が確立し、それに伴い本発明に係る血流の速度
ベクトル計測の開発研究が着手され始めた。本発明は以
上の課題に応えるものである。

（Ｃ）　従来技術と問題点 従来の超音波パルスドプラ血流計は１個のトランスデユ
ーサを用いビーム方向の・血流速度しか計測できない。

血流速度のベクトル開側に関しては未だ研究段階ではあ
るが第１図の説明図に示す如き三次元の血流計測システ
ムで基礎研究が行われている。（参考文献（１）末尾掲
載） 第１図に於てＰｌ、Ｉ）２　；ｆｋＵＰｓ　ｉｉ：夫々
１個のトランスデユーサを有するプローブにて所定の間
隔で固定して配設され各グローブのビームは点Ｑに年速
されでいる。プローブＰ、は超音波を送信及び受信する
がグローブＰ２及びプローブＰ３は受信のみ行う。点Ｑ
には血流に模した動く試料がかかれる。グローブＰ１か
ら送信された超音波パルスは点Ｑの該試料に到達し反射
し、該反則超音波をグローブＰ、で受信し散乱超音波を
Ｐ２及びＰ８で夫々受信しドプラ信号を検出し該試料の
速度ベクトルをめる試みである。

本研究の特徴は複数のプローブを使用しても送信は１個
のグローブから１波の超音波で行われるので混信が避け
られることである。然し乍ら、本研究の方式では流速ベ
クトルを各々のビーム方向に分解してシ１．ｖ２及びυ
８とするとき、各々のプローブで得られるドブ２周波数
ｆ、、ｆ、及びｆ３はｙｔ　＝　ｖ＋　−Ａｔｃ 但しＣ：音速、ｆＣ：超音波中心周波数となり、グロー
ブ２及び３では夫々のグローブが直接送受信する場合の
下式のｈ及びムと比べ直接ビーム方向の流速が得られず
、本来直接送受信するドプラ周波数の計測でも容易でな
い生体の条件下だけに本方式では高精度な計測結果が得
姉い問題点がある。

（ｄ）　発明の目的 本発明の目的は超音波パルスドプラ血流計測の技術を用
いて血流速度のベクトルをめ表示し、血流のその時点の
絶対速度と方向を高精度にて得ることを目的とする。

（ｅ）　発明の構成 本発明は超音波トランスデー−サを少くとも１個有する
プローブを複数個使用し、該秒数イ１７・１のグローブ
の位置を所定の間隅を以て展開して被検体の周囲に配設
して固定し、該複数個のプローブの夫々のビーム方向を
計測対象である特定部位の血流点に夫々合致させて固定
し、該複数側のプローブ夫々の送信超音波が該柚流点に
同時に到達するよう該複数個のプローブの超音波の送信
タイミングを調整し、該初数個のプローブが被検体から
の反射超音波を受信して検出したドプラ（ｉ号の中から
該血流点からの受信信号をサンプルするようサンプルタ
イミングを調整し、該複数個の゛プローブの超音波送信
周波数が同−又和はぼ等しいときには該複数個のグロー
ブの送信タイミング及びサンプルタイミングを所定のわ
ずかな時間だけ互にずらし、該サンプルされた夫々のド
プラ信号を解析して該複数個のプルーブ夫々に対応した
該血流点に於ける血流の速度データをめ、該速度データ
と該ＩＩ数個のプローブの位置及び該血流点に対する方
向のデータを合成して該血流の速度ベクトルをめ表示す
るものでおって、本発明によシ上述の目的は十分達成で
きる。

（ｆＪ　発明の実施例 本発明の実施例をグローブを２個使用する場合を例にと
り、第２図にグローブ配設の説明図を示し、第３図に系
統図を示し、第４図に送信タイミング及び受信信号のサ
ンプルタイミングに関するタイミングチャートを示す。

れておυ、生体２０に当接せしめて超音波パルスを生体
２０の内部に送信して該生体各部の反射超音波を受信す
る。生体２０には２０−２に示すごとく超音波を透過さ
せない骨組織等がちシ、その間隙を縫ってビームが生体
２０の深部に到達するｊの方向を調整する。側側点Ｗ！
ＩＣ＜−ムを合致させるには、グローブ１及び２のトラ
ンスデユーサを回転成は回動させてＢモードの超音波パ
ルスを表示させて夫々のグローブの方向を指定した後、
により行われる。（参考文献（２）末尾掲載）゛第３図
の系統図に於て、グローブ１汲び２は矢印Ａの如く開閉
自由なアーム１１１及び１１２の先端に回動自在な支点
で保持されており、上述の如くグローブｌ及び２を設置
しビーム方向を定めるとアーム１１１及び１１２の支点
に設けられたポテンショメータ２００及びアーム１１１
及び１１２の先端のグローブ１及び２を支えている支点
に設けられているポテンショメータ１０１及び１０２の
角度情報が引測点Ｗの各グローブに対する相対位置を検
出する位置検出回路１２に切ｕ換位置がめられその位置
信号カマイクロコンビエータ１３に送られる。

グローブ１及び２の超音波送信は送信アンプ５及び６で
形成された駆動パルスの終端で超音波がパルス状にバー
ストして行われ、生体各部から反射して同じプローブ１
及び２に反射超音波が入力′し該グローブより受信電気
信号となって出力し受信アンプ３及び４で増幅されその
出力よシドプラ検出部７及び８でドプラ信号を検出し該
ドプラ解析部９及び１０で血流速度信号に解析され出力
し該血流速度信号はベクトル合成部１１に送られてベク
トルに合成されベクトル合成部１１の一方のブラウン管
等に畝救速度の時間分布を表示する。

第２図に於て例えば２０−１を心臓とし計測点Ｗに於け
る心臓２０−１の内部の血流を計測の対象とすると、該
血流の成る時点に於けるベクトルをめるにはプローブ１
よシ送伯された超音波パルスが計測点Ｗに到達したとき
他方のグローブ２からの送信超音波パルスも同時刻に計
測点Ｗに到達させて、Ｙに示す如き心壁等からの一点鎖
線にて示す如き経路の一方のプローブから他方のグロー
ブに入射する反射パワーの大きなりロストークを無くす
る必要がある。この訓］整を行うことが送信よジグロー
ブｌにはＴＧｌとしてタイミングパルスが与えられグロ
ーブ２にはＴＧ２として与えられタイミングや後述のサ
ンプルタイミングはこの繰返し周波数に基づくマスクタ
イミングが遅準になる０ 第４図のタイミングチャートに於て、横軸は時間ｔを示
し縦軸はタイミングパルスの振幅ａを示す。ＭＴはマス
クタイミングのタイミングチャートを示し該パルスの終
端時刻Ｍが以下述べるすべての基準時刻である。

ＴＧＩはプローブｌの送信タイミングを示しパルスの終
端の時刻Ｂ−１にて超音波はパルス状にバーストする。

この送信超音波は生体を伝柿しＴ１なる時間経過後計測
点Ｗに到達したとすれは、Ｗに於ける血球の反射超音波
は同じＴ、の部間経過の後プ四−ブｌに帰って米る。こ
の状況をＴＧ３に示す。すなわちＴＧ３は受信のタイミ
ングチャートにてＴＧａ上のパルスをサンプルタイミン
グパルスと言い該パルスの終端の時刻７−１にてサンプ
リングを行いＳ−１に於けるドプラ信号を検出すれば７
’ｏ−フｌの計測点Ｗに於ける作流のドプラ信号を正確
に得ることができる。

グローブ２はグローブ１よシ計測点ｗにやや近い距離に
設置されていたと１坂定すると第、４図のグローブ２の
送信タイミングＴＧ２が示す如く上述ＴＧ１の時刻Ｂ−
１よし遅れた時刻Ｂ−２でバーストし計測点Ｗに相当す
るＣ　Ｔ　Ｋ　、Ｔ　２の時間を経過して到達するとす
ればグローブ１の迷信超音波と全く同一時刻にプローブ
２の送信超音波も到達すルコトになりグローブ２の受信
信号のサンプルタイミングも上述と同様に得られサンプ
リングの時刻はＳ−２となＣ，Ｓ−２に於けるドプラ信
号を検出すればグローブ２の計測点Ｗに於けるグローブ
ｌのサンプリングと全く同一時刻のドプラ信号を得るこ
とができ、ｓ−１及びＳ〜２のサンプルアンドホールド
の信号をドグラ解析して２次元ベクトルを得ることがで
きる。

上述の如くプルーブ１及び２の送信バーストの時刻を変
え計測点に同一時刻に夫々の送信超音波を到達させ、そ
の反射信号をサンプルすることがタイミングであるが、
該タイミングは第３図に於てマスクタイミングパルスを
タイミング発生部１４から接続路３０１を紅で入力し計
測点Ｗの付値′状報を位置検出回路１２より人力するマ
イクロコンピュータ１３が算出する。

前述の如くマスクタイミングパルスが基塞であり、計測
点Ｗの位置が述められており、生イイ・を超音波が伝播
する速度は一定と考えられるためこれうｃ７）データを
コンピータ１３に入力すｔ）ば第４図ＯＣＴなる点がマ
スクタイミングパルスの終端時刻ＭからＴなる時間に存
在することがめられる。またプローブ１及び２の位Ｂｙ
が定まりており該ＣＴより時間Ｔ１及びＴ２も割算でき
る。したがってグローブ１のマスクタイミングの基準時
刻Ｍからの送信タイミング遅れＤＬ−１，サンプルタイ
ミング遅れＤＬ−３及びグローブ２の基準時刻Ｍからの
送信タイミング遅れＤＬ−２，サンプルタイミング遅れ
ＤＬ−４は下式の如くなり、コンピュータ１３に算出さ
せることができる。

ＤＬ−１＝Ｔ−Ｔ、　・・・・・・・・・（１）ＤＬ、
−３＝Ｔ＋Ｔ、　・・・・・・・・・（２）ＤＬ−２＝
Ｔ−Ｔ２　・・・・・・・・・（３）ＤＬ−，４−Ｔ＋
Ｔｔ　・・・・・・・・・（４）第３図に示す如く以上
のマイクロコンピュータ１３で計算された結果は接続路
３０２を辿夛タイミング発生部１４に送られここで夫々
のタイミングパルスに形成されてＴＧＩ、２．３及び４
として出力し、ＴＧｌ及び２は送信アンプ５及び６へ入
力しＴＧ３及び４はドプラ検出部７及び８へ夫々入力す
る。

上述のタイミングはグローブｌ及び２の送信超音波が全
く同時に計測点に到達するようめられているため計測点
の血球での超音波散乱波は互に他のグローブにも入力す
る。グローブ１及び２の送信超音波の周波数が十分離れ
ている場合は夫々のプローブの周波数弁別器が周波数を
選択し上述の影譬を無くすことができるが、プ日−ブ１
及び２の送信超音波の周波数が同一かほぼ等しい場合は
互に他のプローブに該散乱波の混入があり正しいドプラ
信号の検出ができ々い。この問題はいずれかのプローブ
の送信タイミング（したがってサンプルタイミングも）
を若干ずらすことで解決することができる。

このタイミングのずらしは厳密に言えは計測点における
各グローブの送信超音波到達の同時性を失わしめるもの
であるが、送信超音波の紛返し周波数（上述マスクタイ
ミングパルスの繰近し周波数と同じ）は例えば５ｋＨｚ
の如く抑流の周波Ｖすなわち脈博に比し十分高いので身
、集的には全く支障がなく該同時性はあるものと見做し
て差し支え々い。送信超音波のバーストは約１マイクロ
秒の持続時間数、血流にて反射しかつ散乱する持１５時
間を若干長く考慮すると上述のすらしの時間は数マイク
ロ秒あれば十分に散乱波の混入は防げる。

第４図のタイミングチャートではグローブ２をずらして
対象にじている。この場合、ＴＧ２が送信タイミングチ
ャートであＪＴＧτがサンプルタイミングチャートであ
る。いずれもずらしの時間は、ΔＴ、である。ここでの
プローブ２の送信超音波の計測点Ｗへの到達時刻はグロ
ーブ２と計測点Ｗとの距離は変わらず送信タイミングの
み時間ΔＴ２だけおくらせたわけであるからＣＴはΔＴ
２だけおくれたＣＴに移動したと考えればよく、マイク
ロコンピュータ１３は下式により基準時刻Ｍからの遅れ
時間ＤＬ−２及びＤＬ−４を算出できる。

ＤＬ　−２＝Ｔ　−（Ｔｚ−ΔＴ、　）　・・・・・・
・・・（５）ＤＬ　−４＝　Ｔ　＋（Ｔ２＋ΔＴ２　）
　・・・・・・・・・（６）以上の算出結果に基づきグ
ローブ１及び２の送信超音波の周波数が等しい場合は第
３図の（）が示す如＜’ＴＧ２を送信アンプ６へ入力し
ＴＧ４をドプラ検出部８に入力する。第４図のＢ−２は
プローブ２の送信点、Ｓ−２がサンプリング点である。

第３図に於てベクトル合成部１１はグローブ１及び２の
速度情報をドプラ解析部９及び１０より人力し、マイク
ロコンピュータ−３からのプローブ１及び２及び計測点
Ｗの位置情報を入力してベタ ｌ及び２に分けて従来と同じ方法で血流の速度分布を参
考として表示する。

上述の如きタイミングを取っても一方のプローブからの
送信超音波による計測点Ｗ以外の血流そ混入がドプラ信
号となる可能性Ｆｉあるが、本発明では各プローブが送
受を行っているため各プローブのビーム指向性によシ散
乱波の混入は十分抑えられる。

本実施例はグローブが２個の場合でしブこがって二次元
ベクトルがめられるが三次元ベクトルは上述と同じタイ
ミング方法て得られることは七う迄もない。更に多くの
プローブを使用する場合も同様である。

尚、超音波パルスドプラ血流計や超η波撮像装置等の超
音波診断装置に於て、横軸に時間、紹−軸に体表面から
の深さをとシ、受信信号の振幅に応じてブラウン管等に
輝度変論で表示するＩ”）’ｒ　ｉ）’ｉ　Ｍ七−ド表
示をしばしは行うことがある。本発明の如く送信タイミ
ングをすらす場合、一方プローフ゛の送信による送信パ
ルスが電気的に他方のグローブ。

の受信回路に混入して表示に妨害を与えることがある。

上述の如き妨害を避けてＭモード像を作成するには必要
に応じ複数のグローブの送信タイミングを同時或は必微
外プローブのみを送信させ他は送信しないようタイミン
グを制御すれば良い。

（ｇｌ　発明の効果 本発明によシ特定部位の血流のその時点の速度ベクトル
がめられまた複数のプローブが超音波を送受するため散
乱波の妨害を十分に除去できかつ深部の血流も十分に４
測でき超音波）くルスドプラ血流計の高精度なベクトル
計測と絶対速度の時間分布計測ができて応用範囲の拡大
に極めて大きな効果をもたらすものである。

（参考文献） （１）　超音波パルスドプラ法による三次元血流速度ベ
クトル計測システム一方位方向積度に関する検創− 北畠、顕、千原国宏、田辺浩二 日本超音波上学会講演論文集（４１−ＰＡ−３３）（昭
和５７年１２月） （２）同時複数周波数超音波法による心断層表示とドプ
ラ計測 雨宮慎−１宮崎潤二、等 日本超音波上学会講演論文集（４２−Ｃ−４７）（昭和
５８年５月）

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の研究開発段階に於ける三次血流ベク
トルシステムの説明図であり、第２図に本発明によるグ
ローブを２個とした場合の実施例の説明図を示し、第３
図に該実施例の系統図を示し、第４図に本発明による送
（ｆｆｉタイミング及び受信信号のサンプルタイミング
のタイムチャートを示す。 全図を通じ同一符号は同一対象物を示し１及び２はグロ
ーブ、コ及び４は受信アンプ、５及び６は送信アンプ、
７及び８はドプラ検出部、９及びｌＯはドブ２解析部、
ｌｌはベクトル合成部、１５はベクトル表示部、１６は
スラカ表示部、１２は位置検出回路、１３はマイクロコ
ンピュータ、１４はタイミング発生部廃を示し、１０１
，１０２及び２００はプローブ及び計測点Ｗの相対位掠
を検出するポテンショメータである。 第４図に於てＭＴはマスクタイミングを示しグローブ１
の送信タイミングをＴＧｌ、受信のサンプルタイミング
をＴＧ３に示しプローブ１及び２の超音波周波数が異な
る場合のグローブ２の送信タイミングをＴＧ２、受信信
号のサンプルタイミングをＴＧ４に示し、超音波周波数
が等しい場合のグローブ２の送信タイミングをＴＧ２．
受信信号のサンプルタイミングをＴＧＴに示す。 峯　１　図 茅　２　図 牟　３　目 峯　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波トランスデユーサにより所定のパルス列を以て超
   音波を被検体に送信し被検体の反射超音波を受信し該受
   信信号より該被検体の特定部位の血流によるドプラ信号
   を検出し該血流速度を計測する超音波パルストグラ血流
   計に於て、超音波トランスデー−サを少くとも１個有す
   るグローブを検数個使用し、該複数個のグ目−プの位置
   を所定の間隔を以て展開して被検体の周囲に配設して固
   定し、＃複数面のグローブの夫々のビーム方向を特定部
   位の血流点に夫々合致させて固定し、該複数個のグロー
   ブの送信超音波が該血流点に同時に到達するよう該複数
   個のグローブの超音波の送信タイミングを調整し、該複
   数個のグローブが被検体からの反射超音波を受信して検
   出したドプラ信号の中から該血流点からの受信信号をサ
   ンプルするようサンプルタイミングを調整し、該複数個
   のグローブの送信タイミング及びサンプルタイミングを
   所定のわずかな時間だけ互にずらし、該サンプルされた
   夫々のドプラ信号をＭ伯して該複１個のプローブ夫々に
   対応したｕＪ（ｎ流点に於ける］（０流の速度データを
   め、該速度データと該複数個のグローブの位置及び該血
   流点に対する方向のデータを合成して該血流の速度ベク
   トルをめ表示することを特徴とする超音波パルスドプラ
   血流側。