JPS6058131A - 超音波ドプラ装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、超音波パルスドプラ法を採用する超音波ド
プラ装置に関するものである。

〔発明の技術的荷置とその問題点〕

従来、超音波断層法とパルストグラ法とを組み合わせて
、リアルタイムの超音波−１層像を表示しながら、被検
体内の流体たとえは血流をイａ５測する超音波ドプラ装
置が提供さ力、ていた。この超廿波ドプラ装置によると
、超音波＋ｌｉｒ層向内の任怠の指定位置からのドプラ
信号を抽出して血流観測がｂ］能になるとぎわｔしてい
た、 前記超音波ドプラ装置による血流清報の検出の概要につ
いて述べると、次のとおりである。

超音波トランスジユーザからパルス状の超音波を被検体
たとえば生体内に送波し、生体内の血流によりドプラ偏
移を受けた超音波エコーを再び同じ超音波トランスジュ
ーサで受波し、次いで、超音波エコーを電気信号に変換
して得た超音波エコー信号の中心周波数（たとえは２．
４　ＭＨｚ　）と同一の基本周波数を不する連続波信号
を、前記超音波エコー信号にかけ合わせることにより前
記超音波エコー信号と連続波信号との位相差を検出する
。

このようにして検出された位相差１６号は、ザンブリン
グ回路により任意の指定位を斤に相当する時間において
サンプリングされ、さらに、サンプリングした位相差信
号をバンドパスフィルタに通スことにより、対象力であ
る血液の流力、に基つくドプラ偏移１ぎ号を検出する。

そして、＋’＋ＴＪ記ドプラ偏移イば号を周波数分析す
ることにより、任意の指矩位随におりる血流のパワース
ペクトラムを、横Ｉｌｌ＋を時間とし、縦軸をドプラ偏
移周波数（血流速度に比例）とし、輝度を前記パワース
ペクトラムの強度として表示波ｊｇ、に表示′１−る。

なお、周波数分析に用いる周波数分析器として、１２８
ホイントのテータ例を２　ｒｎｓｅｃ以下で演詩−可ａ
ヒなＦ　Ｆ　Ｔ周波数分析器（テレビジョン学会誌、第
６５巻第１号、ｉＡ　２項、１９８１年）が挙けられる
。−また、前記表示装置には、前記血流のパワースペク
トラムの分布を平均化することによる瞬時平均血流速を
表示することもできる。

しかしながら、前記超音波ドプラ装置においては、任意
の点から生体内に送波さＪｌ、た超音波が超音波エコー
として一点て受波さカ、るため、一方向の信号しか検出
できないので、その方向っまり超音波ビームの送波方向
に沿った血流の速度成分しか検出することができなかっ
た。そのため、圧伸−な血流＠　報としては不十分であ
った。

〔発明の目的〕

この発明は、ｉ′Ｉ’＋Ｊ記事悄に錨み事情さ力、たも
のでｆりジ、？ｉ棟体中の流体の流速ベクトルを氷め、
又表示さ力、ているｌＩカ層１家のとこでも出１ｊ足で
きるため、正確な血流情報を表示する超音波ドプラ装置
を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成１−るためにこの発明は被検体内に超音
波を送受波して被検体内の断層像情報を得ると共に、被
検体内の血流によるドプラ偏移周波数に基づく血流情報
を抽出する超音波ドプラ装置において、被検体内におけ
る血流測定部位に少々くとも１方向から血流ｔｆｆ報を
得るためのパルス超音波ビームを送波しかつ複数方向か
らのエコー信号な受波゛［る超音波送受波手段と、前記
超音波送受波手段で得られた複数方向のエコー信号から
ドプラ信号を検出するドプラ信号検出手段と、前記ドプ
ラ信号から流速を演算する演算手段と、前記演算手段に
よってめられた流速に基づいて流速ベクトルを演ｑ：す
る流速ベクトル演算手段とを具備することを特徴とする
。

〔発明の実施例〕

先ず、この発明について、その原理的な説明をする。

各種の超音波ドプラ装置のうち、血流観、測をするため
のある超音波ドプラ装置は、生体内に超音波を送受波し
て得た生体の断層像情報を基にして表示装置にＩＱ？層
像を表示すると同時に、その断層像上に、ドプラ信号を
得るための超音波ビームの方向およびレンジゲートの位
置を表示″′４−る方式を採用している。第１１ヌ１は
、その表示方式の一例を示す説明図である。

第１図に示すのは、リニア電子式超音波グローブにおい
て、リニア走査と両端でセクタ走査をすることによって
得られる台形型の１１ノｒ層像である。

１で示すのは、上記断層像中の血管である。２で示すの
は、ドプラ信号を得るためのパルス超音波ビームの進行
方向を示−′ｆ細線状マーカであり、例えばコンソール
上のボリュームによって角度な可変できる。このマーカ
２上の点Ｐはレンジゲート位置を示すところの例えば輝
点である。Ｐは＋ｌイ（γｆ波トランスジューサ表面の
点０）がらｌ？ｌ［Ｘ、のＬ／７ジゲート位置を示して
おり、上ｎ１”＝Ｘ）の値は例えばコンソール上のボリ
ュームにより可変１−るようになっている。３ばｌ？３
￥ｆ波）・ランスジユーザ表面の点■と点Ｐを結ぶ線状
のマーカであり、点のとは異りる他方向の超音波ビーム
の受信方向を示している。このＪも１合、レンジゲート
位置Ｐの可変によりマーカ６も可変する。

ところで、この発明の目的は血流の流速ベクトルをめる
ことである。ドプラ信号を得るために、超音波トランス
ジューサの点■から超音波パルスを送信し、点■と■の
２ケ所で超音波エコーを受信することによって、この２
ケ所の位置関係と流速の大きさから流速ベクトルが壕る
。

ｆｉわち、第２図のように、コンソール上のボリューム
により測定位置Ｐを設定すると、超音波トランスジュー
サで固定された２点■、■と測定値１へＰを結んだマー
カ２．ろとスキャン方向のなす角度θ１およびθ２がわ
かる。

ここで点■で検出されるドプラ偏移周波数ｆｚａは （以下余白） ２１Ｖｌｃｏｓ（θ１＋α） キ□□ｆ（、・・・（］） （但し、α：血流がスキャン方向となす角、Ｃ：媒質の
音速、ｆｏ：超音波周波数、ＩＶｌ：流速ベクトル） 又、点■で検出されるドプラ偏移周波数ｆ２ｄはとそれ
ぞれ表わされる、よって（１）　、　（２）式￥解くと
、となり、点■と■で検出さｊつ、るドプラ偏移周波数
ｆ、ｄ　、　ｆ２ｄと点■と■の測定点Ｐとのなす角度
θ１゜θ２を知ることによって測定点Ｐでの流速ベクト
ルがめられる。

次に、前記のようなこの発明の原理をさらに応用したも
のを第６図に示す。

すなわち、ドプラ信号を得るだめのパルス超音波ビーム
の送信方向はスキャン方向に対して角度θＩで一定とし
、これを受信する点■、■の方向もθ１と９０’で一定
とし、線状マーカ２が例えばコンソール上のボリューム
によってスライド（点■から点ｄへ）することができ、
また線状マーカ２上のレンジゲート位置Ｐを同様にボリ
ュームによって移動させることができる。この際、受信
経路を示すマーカろも同様に３゛へ移動する。このよう
にした場合、前記偏向角θ２は９０°となるため、前記
（３）　、　（４）式は次のように簡単となる、次に上
記応用原理を採用した本発明の一実施例の構成を第４図
及び第５図に基づいて説明する。

第４図において、１−１〜１−ｎは超音波を送受波する
超音波振動子群である。２はこの超音波振ｇＮ＋子群に
対応して設けられているスイッチ群である。コントロー
ル回路６より出力されたレートパルスは遅延時間制御回
路４により制御される送波用遅延回路５−１〜５−　ｎ
で超音波ビームの電子集束に必要が所定の遅延時間が与
えられた後、バルサ６−１〜６−ｎに駆動信号として供
給される。

このバルサ６−１〜ｄ−ｎの出力は前記スイッチ群２を
介して、超音波振動子群１−１〜ｌ−ｎに印加され、超
音波ビームが生体内に向けて送波さノ′する。

そして、生体内で反射された反射超音波は、送波時と同
じ超音波振動子群１−１〜１−ｎで受波されて、電気信
号に変換された後、スイッチ群２を介して、前記点■で
受波された反射超音波がｆＰ；ｉのプリアンプ７−１〜
７−ｎに入力され適宜増幅されて、遅延時間制御回路４
により制御される第１０受波用遅延回路８−１〜８−ｎ
に入力されて送波時と同程度の遅延時間が与えられ、て
、第１の加算器９で加算合成される。一方、前記点■で
受波された反射超音波は第２のプリアンプ７−１〜７１
−ｎに入力され適宜増幅されて、遅延時間制御回路４に
より制御される第２の受波用遅延回路８−１〜８−ｎに
入力されて送受波時と同程度の遅延時間が与えられて、
第２の加算器９′で加算合成される、通常の断層像を画
像表示するため、前記第１の加算器９の出力はエコー信
号処理回路１０に入力され、フィルタリング、ＬＯＧ変
換、検波、　ＳＴＣ補正等された後、ＣＲＴ表示装置１
１で断層偉力Ｓ表示される。

又、血流ベクトルを画像表示するため、前記第１、第２
の加算器９，９′の出力はそれぞれ前記ドプラ信号検出
手段たる第１．第２のドプラ偏移周波数検出器１２，１
クヘ転送され、ここでドプラ偏移周波数ｆｌｄ及びｆ２
ｄが検出され、前記流速ベクトル演算器１６へ出力され
る。又コンソール１４は術者により種々のパラメータを
入力するものであり、前記偏向角θ１．θ２はこのコン
ソール１４から入力されコントロール回路６を介して流
速ベクトル演算器１６へ送られる。流速ベクトル演算器
１６は前記（３）　、　＜４）式（又は（５）　、　（
６）式）に基づいて流速ベクトルを演算器３１（シ、Ｃ
Ｉ尤］１表示装イｌ′ｆ１１で画像表示される。

又、前記第１のドプラ偏移周波数検出器１２は例えば第
５図に示すような構成となっている。

すなわち第１の加算器９から出力されたエコー信号は第
１．第２の混合器１５．１５″に入力され、さらにコン
トロール回路６から出力さハ、る基準クロック信号ｆ。

はそのま１第１の混合器１５へ、又この基準クロック信
号ｆｃを第１の９０°立相器１６で９σ位相シフトした
信号を第２の混合器１５′へ出力し、それぞれ第１．第
２の混合器１５　、１５’で混合された後、第１．第２
の低域通過フィルタ１７　、１７’でドプラ偏移周波数
成分子　１ｄｘＪ　Ｉｄｙのみがそれぞれ抽出される。

そして、このドプラ偏移周波数成分子ｌｄｘ　ｌ　ｆ　
ｘｄｙはそれぞれ第１．第２のサンプルホールド回路１
８　、１８’へ出力され、コントロール回路６の基準ク
ロック信号ｆｃに基づくレンジケート設定回路１９でレ
ートパルスＴｄ　＝２Ｘ１／ＣＬＸ１は第１図の■−Ｐ
間の距離なる時間遅延したパルスによりサンプルホール
ドされることによって、レンジゲート位置Ｐ内からの信
号成分のみが抽出され、さらに第１．第２の帯域通過フ
ィルタ２０　、２０’で血流によるドプラ偏移周波数成
分のみが抽出される。そして、この第１゜第２の帯域通
過フィルタ２０．２０’の出力は前記演算手段２１を構
成する第２の位相器２２．第６゜第４の加算器２３　、
２３’及び第５の加算器２４で血流の順流・逆流が判別
されつつ合成された後、周波数分析器２５でその周波数
つまり血流によるドプラ偏移周波数ｆ１ｄが分析され、
流速として流速ベクトル演算器１６へ出力される。第２
のドプラ偏移周波数検出器１２′も同じ構成であり、ド
プラ偏移周波数ｆ２ｄを流速ベクトル演算器１６へ出力
する。

以上によって構成される本発明の超音波ドプラ装置の作
用及び効果を述べる。

この発明の超音波ドプラ装置は通常の断層像を表示する
断層像抽出モードと抑流清報を表示する血流情報抽出モ
ードを時分割で交互に繰り返すようになっており、それ
はコントロール回路６によって制御さ力る。

先ず、前記断層像抽出モードについて説明する。

コントロール回路６より出力されたレートパルスは遅延
時間制御回路４により制御される送波用遅延回路５−１
〜５−　ｎで超音波ビームの電子集束に必要な所定の遅
延時間が与えられた後、バルサ６−１〜６−ｎに駆動信
号として供給される。そして、同時にコントロール回路
６によって制御されるスイッチ群２を介して、まず最初
のレートで超音波振動子群１−１〜ｉ−ｎのｎ個がオン
となり、上記駆動信号は超音波振動子群１−１〜１−ｎ
に印加され、超音波ビームが生体内に向けて送波される
。

そして、生体内で反射さハ、た反射超音波は、送波時と
同じ超音波振動子群１−１〜ｉ−ｎで受波されて、電気
信号に変換された後、スイッチ群２を介して第１のプリ
アンプ７−１〜７−ｎに入力され適宜増幅さ力、て、遅
延時間制御回路４によシ制御さ力、る第１の受波用遅延
回路８−１〜８−ｎで送波時と同程度の遅延時間が力え
ら力、て、第１の加算器９で加算合成される。この第１
の加算器９の出力はエコー信号処理回路１０に印加され
、フィルタリング、ＬＯＧ変換、検波、ＳＴＣ補正等を
された後、ＣＲＴ表示装力１１で断層像が表示される。

以下同様にレート毎にコントロール回路乙によって遅延
時間制御回路４．スイッチ群２宿が制御さ力、て、超音
波振動子群１−１〜１−ｎで送受波された反射超音波が
ＣＲＴ装置１１で生体内の断層像として表示される。

次に前述した第３図の血流ベクトルをめる原理を採用し
た血流清報抽出モードについて説明する。このモードで
はレンジゲート位置Ｐの血流ベクトル（血流情報）を得
るためにコンソール１４によって超音波振動子群１の励
振位置■と、その励振位置■とレンジゲート位１汽Ｐと
のなす偏向角θ１と、受信するだけの位置■と、その位
置■とレンジゲート位置Ｐとの力す偏向角θ２（ＦＪ＜
５［１では９０′）を設定する。これらの設定さねた情
報はコントロール回路６より遅延時間制御回路４．スイ
ッチ群２及び後述する流速ベクトル演算器１５へ出力さ
れる。

コントロール回路６より出力されたパルス（バーストパ
ルス）は遅延時間宙制御回路４により制御される送波用
遅延回路５−１〜５−　ｎで超音波ビームの１Ｌ子集束
に必要な所定の遅延時間が与えられた後、バルサ６−１
〜６−ｎに駆動信号として供給される。とのバルサ６−
１〜６−ｎの出力はスイッチ群２によって超音波振動子
群１の前１尼設定された振動子に接続されて、励振され
、生体内に超音波ビームが送波される。そして、生体内
で反射された反射超音波は、送波時と同じ振動子と、他
方向のｔｆｆ４９．を得るために前Ｍ＋ｉ設定さｔした
受信するだけの振動子に受波される。スイッチ群２は前
者の振動子に受波された反射超音波を第１のプリアンプ
７−１〜７−ｎに、後者の振動子に受波された反射超音
波を第２のプリアンプ７′−１〜７′−ｎに出力させる
。そして、これらの反射超音波は適宜増幅されて、遅延
時間制御回路４により制御される第１、第２の受波用遅
延回路８−１〜８−ｎ、８’−１〜８′−ｎによってそ
れぞれ所定の遅延時間が与えられ、さらに第１．第２の
加算器９，９′で加算合成され、第１．第２のドプラ偏
移周波数検出器１２゜１２′に出力される。そして、こ
の第１．第２のドプラ偏移周波数検出器１２　、１２’
によって検出されたドプラ偏移周波数ｆ１ｄｒｆｚｄと
、コンソール１４によって設定されたコントロール回路
ろに入力された前記偏向角θ□、θ２（第６図において
０２＝９０°）の清報が流速ベクトル演算器１３に入力
され、前記（３）　、　（４）式（又は＜５）　、　（
６）式）の演算処理を行なった後、ＣＲＴ表示装置１１
において、血流情報は例えばスキャン方向との々す角度
と時間による血流速度の変化で表示するようになってい
る。又、血流方向については矢印等で表示しても良い。

このように、異なる２点■、■で反射超音波を受波し、
そのドプラ偏移周波数を演算するとともに、上記２点■
、■とスキャン方向の々す偏向角θ１．θ２をコンソー
ル１４から入力１−ることによって血流ベクトルがめら
れる。

〔発明の効果〕 以上、この発明如よれば、超音波トランスジューサの１
方向から超音波を送波し、前記１方向を含む２方向で超
音波エコーを受波することにより、被検体中の流体の流
速ベクトルをめ、又表示されている断層像のどこでも測
定できるため、正確な血流情報を表示する超音波ドプラ
装置ηを提供できる。又、この発、明はリニア電子式の
プローブを用いているからＩｊｌｉ層像内のｌｋ？χ全
域で血流の１ｆｌｌｌ定か可能で、操作性も良い。

本発明は前記実施例に限定されるものでなく、本発明の
要旨の範囲内で種々の変形例を包含することは言うまで
もない。例えば、第１図及び第６図において、共に■は
送受波を行ない、■は受波のみを行っている。実際測定
部位の流速を知るには何し−ト分かの、エコー信号が必
要である。そこで、各レートごとに互いちがいに■と■
で送受信を行って、それぞれ別々にドプラ偏移周波数検
出を行い、その部位と■、■の位置関係から、その部位
の流速ベクトルをめることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る断層像情報および血流
情報の同時抽出方法の概要を示す説明図、第２図はその
血流情報抽出の原理を示す説明図、第ろ図は第２図の応
用原理を示す説明図、第４図は本発明の一実施例に係る
超音波ドプラ装置のブロック図、第５図は第４図に用い
られるドプラ偏移周波数検出器の一実施例を示すブロッ
ク図である。 １−１〜ｌ−ｎ・・・超音波振動子、　３・・・コント
ロール回路、　７−１〜７−ｎ・・・第１のプリアンプ
、７′−１〜７′−〇・・・第２のプリアンプ、　８−
１〜８−ｎ・・・第１０受波川遅延回路、　８′−１〜
８′−〇・・・第２の受波用遅延回路、１２・・・第１
のドプラ偏移周波数検出器、　１２′・・・第２のドプ
ラ偏移周波数検出器、１６・・・流速ベクトル演算器、
１４・・・コンソール、２１・・・演算手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　被検体内に超音波を送受波して被検体内の断層
   像情報を得ると共に、被検体内の血流によるドプラ偏移
   周波数に基づく血流情報を抽出する超音波ドプラ装置に
   おいて、被検体内における血流測定部位に少なくとも１
   方向から血流情報を得るだめのパルス超音波ビームを送
   波しかつ複数方向からのエコー信号を受波する超音波送
   受波手段と、前記超音波送受波手段で得られた複数方向
   のエコー信号からドプラ信号を検出するドプラ信号検出
   手段と、前記ドプラ信号から流速を演算する演算手段と
   、前記演算手段によってめられた流速に基づいて流速ベ
   クトルを演算する流速ベクトル演算手段とを具備するこ
   とを％徴とする超音波ドプラ装置。
2. （２）前記超音波送受波手段は、超音波送波レート毎に
   異なる２万回から交互に超音波ビームな送波し、かつ受
   波するものであることをｑ！ｆ徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波ドプラ装置。
3. （３）前記ドプラ信号検出手段は２方向のエコー信号か
   ら２４１類のドプラ信号を検出するものであり、前記演
   算手段及び流速ベクトル演算手段はそれぞｒＬ２槍類の
   流速及び流速ベクトルな演算−１−るものであることを
   特徴とする特許６にの範囲第２項記載の超音波ドプラ装
   置。