JPS6090541A - 超音波血流計 - 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】 （技術分野） 本発明は、パルスドプラ方式の超音波血流計に関するも
のである。

（従来技術） 近年、循環器系の診断に、超音波断層診断装置ＣＢモー
ド法）や超音波カージオグラフ（Ｍモード法）と相まっ
てドプラ法の原理を応用した超音波血流計が供されてい
る。なかでも、パルスドプラ法を採用するものは、距離
分解能が高いこと、超音波断層診断装置の探触子を共用
できること、断層像とｍ流パターンとの同時−５表示が
可能なことから主流となっている。

パルスドプラ法を採用する超音波血流計においては、探
触子から第１図Ａに示すように、キャリア周波数ｆ。の
超音波パルスを所定の周期１／ｆｒで発射し、その超音
波パルスの生体内での反射波を同一の探触子で受信する
ようにしている。この、場合、探触子で受信される反射
波の周波数スペクトラムは、第１図Ｂに示すように、キ
ャリア周波Ｉ＃ｆｏを中心に周波数ｆｒの間隔で存在す
る。第１図Ｃは第１図Ｂの部分拡大図で、同時に血流が
存在する場合のドプラシフトの状態を示している。

こ＼で、生体内に投射される超音波ビームと血流との成
す角度をθ、血流速をＶ、音速をＣとすると、一つのス
ペクトラム成分の周波数ｆ８におけるドプラシフトｆｄ
は以下のように表わされる。

２　ｃｏｓ　θ ｆｄ　−−□・ｖ　−ｆｓ に のドプラシフトｆｄは、ｆｒ／２を越えると隣のスペク
トラム成分の逆方向のドプラシフトと区別が付かなくな
るため、実際には受信した反射波に周波数ｆ。のローカ
ルオシレータの出力を混合した後、カットオフ周波数ｆ
ｒ／２のローパスフィルタを通すことにより、等測的に
ｆ。＋ｆｒ／２の帯域フィルタを構成し、この帯域内の
ドプラシフトのみを検出するようにしている。

第２図はパルスドプラ方式の従来の超音波血流計の回路
構成を示すものである。送信パルス発生回路１は制御回
路２からの超音波パルスの繰返し周波数ｆｒを決める基
準信号を入力し、これにより１／ｆｒの周期で探触子３
に送信パルスを供給して、探触子３からキャリア周波ｖ
ｉｆｏｓパルス間＠］／ｆｒの超音波パルスを生体中に
投射させる。

この超音波パルスの生体中での反射波は、同一の探触子
３で受信され、直交位相検波するために高周波増幅器４
を経てミキサ５ａ、５ｂにそれぞれ供給され、これらミ
キサ５ａ、　５ｂにおいて発振周波数がキャリア周波数
ｆ。のみのローカルオシレータ６からの直交する位相の
出力とそれぞれ混合されて周波数変換される。これらミ
キサ５ａ。

５ｂの出力は、レンジゲー）７ａ、７ｂにおいて制御回
路２からの生体中の所望の診断部位に対応するサンプリ
ングパルスによってサンプリングされる。これらレンジ
ゲート７ａ、７ｂ＆こおいてサンプリングされた所望の
診断部位に対応する反射波信号は、ローパスフィルタ８
ａ、８ｋ）に供給されてｆｒ／２以下の信号のみが抽出
され、低周波増・幅器９ａ、９ｂを経てサンプルホール
ド回路１０ａ１０ｂにサンプルホールドされた後、Ａ／
Ｄ変換器１１ａ、ｌｌｂでデジタル信号に変換されて高
速フーリエ変換器】２の実部および虚部入力端子に供給
され、ここで周波数分析および血流の順逆分離が行なわ
れる。この高速フーリエ斐換器】２の出力、すなわちド
プラシフト周波数はＤ／Ａ変換器】８においてアナログ
信号に変換された後、図示しない演算回路に供給され、
ここで血流速度が演算されてモニタに表示される。なお
、制御回路２は、ローカルオシレータ６からのクローク
信号を分周して超音波パルスの繰返し周波数ｆｒを決定
する基準信号を作成し、これを上述したように送信パル
ス発生回路１に供給すると共に、この基準信号を生体中
の所望の診断部位、すなわち深さおよび組織に応じて遅
延してレンジゲー）７ａ７ｂ、サンプルホールド回路］
Ｏａ、］ＯｂおよびＡ／Ｄｆ換器］］ａ、ｌｌｂに所要
の信号を供給する。

しかし、上述した従来の超音波血流計におし１て、は、
ローカルオシレータ６の発振周波数がキャリア周波数ｆ
ｏに固定されているため、診断部位が深くなるとドプラ
シフトの検出感度が著しく低下して測定精度が悪くなる
欠点がある。すなわち、探触子８で受信される反射波の
周波数スペクトラムは、診断部位が浅ければ、第３図に
符号工で示すように、送波超音波パルスのキャリア周波
数ｆ。

付近でピークとなるが、診断部位が深いと高周波成分が
大きな減衰を受けるため符号■で示すように、スペクト
ラムがピークとなる周波数ｆｐはキャリア周波数ｆ。よ
りもかなり低くなる。このため、ローカルオシレータ６
の発振周波数をキャリア周波数ｆｏに固定すると、診断
部位が深いときに、検出感度が著しく低下して測定精度
が悪くなる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した欠点を除去し、診断部位が深
くてもドプラシフトを高感度で検出でき、したがって血
流速度を常に高精度で測定できるよ、う適切に構成した
超音波血流計を提供しようとするものである。

（発明の概要） 本発明は、超音波パルスを繰返し生体中に発射し、その
反射波を直交位相検波してドプラシフトを検出し、この
ドプラシフトに基し）で血流速度を測定するようにした
超音波血流計Ｏこおｌ／）で、ＴＩＩ記超音波パルスの
繰返し周波数の間隔で複数の周波数を発生し得る周波数
シンセサイザと、ｍｌｌ超超音波パルス前記生体中での
減衰特性に基し）でｇＪ記反射波のピークスペクトラム
周波数を演算する手段と、その演算結果に基いて前記周
波数シンセサイザから前記ピークスペクトラム周波数Ｇ
こ対応する周波数を発生させるように該周波数シンセサ
イザを制御する手段とを具え、前記周波数シンセサイザ
の出力周波数で前記反射波を直交位相検波するよう構成
したことを特徴とするものである。

（実　施　例） 第４図は本発明の超音波血流計の一例の回路構成を示す
ブロック図であり、第２図に示すものと同一作用を成す
ものには同一参照番号を付し、その説明を省略Ｔる。本
例では、クロックジェネレータ】４で超音波パルスのキ
ャリア周波数と等しい周波数ｆｏの基準クロックを発生
させ、これを分周器】５で分周して超音波パルスの繰返
し周波数ｆｒを決定する基準信号を作成する。この基準
信号は送信パルス発生回路］に供給して探触子３からキ
ャリア周波数ｆｇｓパルス間隔】／ｆｒの超音波パルス
を発射させると共に、遅延回路】６に供給して所望の診
断部位の反射波信号が得られるよう遅延してサンプリン
グパルスを作成し、これをレンジゲートｑａ、ｑｂ、サ
ンプルホールド回路］Ｏａ、］ＯｂおよびＡ／Ｄ変換器
１】ａ。

１】ｂに供給する。なお、本例においては、レンジゲー
）７ａ、７ｂにおいて所望の診断部位の反射波（ｉｆを
サンプリングするためのゲート位置を、可変抵抗器］７
で与え、これをＡ／Ｄ変換器】８でデジタル信号に変換
し、このＡ／Ｄ変換器】８の出力をＩ１０ボート１９を
経て０ＰＵ２０に取込み、その情報に応じて０ＰＵ２０
によりＩ１０ボー）１９を経て遅延回路】６を制御し、
該遅延回路】６において分局器】５からの基準信号を遅
延させることにより、レンジゲート７ａ、７ｂにおいて
所望の診断部位の反射波信号をサンプリングするサンプ
リングパルスを作成する。

一方、Ｂモード像の表示に使用するＴＧＯ（Ｔｉｍｅ　
Ｇａ１ｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　）電圧を、可変
抵抗群２１で設定し、その出力をＡ／Ｄ変換器２２でデ
ジタル信号に変換してＩ１０ボート］９を経てＧＰＵ２
０に供給し得るようにする。

なお、０ＰＵ２０を制御するプログラムおよび各種デー
タの格納は、通常のシステム同様メモリ２３において行
なう。

本例においては、送波超音波ノぐルスの周波数スペクト
ラムの強度およびそのキャリア周波数ｆ。

における診断部位の深さ、組織等に応じた減衰時、性の
データを予じめメモリ２３に記憶しておき、これら記憶
したデータと、可変抵抗器】７および可変抵抗群２］で
それぞれ設定される所望の診断部位の深さ、組織に応じ
たゲート位置およびＴＧＯ電圧データとに基いて反射波
信号のピークスペクトラムを与える周波数をめ、この周
波数データに基いてＱｐＵ２０によりＩ１０ボート１９
を経て周波数シンセサイザ２４を制御する。周波数シン
セサイザ２４は、クロックジェネレータ】４からの周波
数ｆｏの基準クロックおよび分周器】５からの周波数ｆ
ｒの基準信号を入力し、周波数ｆｒの間隔で周波数ｆ。

を含む複数の周波数ｆ。±ｎｆｒ（ｎ−０，１，２，−
−−）を発生し得るもので、０ＰＵ２０からの周波数デ
ータに応じてピークスペクトラムを与える位相の直交す
る一つの周波数を出力し、これらをミキサ５ａ、５ｂに
供給して反射波信号を直交位相検波する。

このため、本例では、先ず第５図に示すようにＴＧＯ電
圧を与える可変抵抗群２】の各ポイントの電圧から一点
鎖線で示すＴ　Ｇ　Ｏ？ｌｆ、圧の平均勾配、ｄＶ／ｄ
ｔをめるか、または可変抵抗器］７で設定されるゲート
位置Δｔと、ＴＧＯｔ圧の初期値ｖｏおよびゲート位置
Δｔにおける電圧ＶＧの差ΔＶとから勾配ΔＶ／Δｔを
め、この平均勾配（ｉＶ　／　ｄｔまたは勾配ΔＶ／Δ
ｔと記憶した減衰特性データとに基いてキャリア周波数
ｆｏにおける減衰定数α０をめる。次に、このようにし
てめた減衰定数α０を用いて、周波数シンセサイザ２４
から発生し得る周波数ｆ。を除く全ての周波数ｆｎにお
ける減衰定数α。を、例えばα。−α０・ｆｎ／ｆｏに
よりそれぞれめて、その各周波数（ｆｏも含む）におけ
る減衰定数と、メモリ２３に予じめ記憶されている対応
する周波数のスペクトラム強度とをそれぞれ乗算してス
ペクトラム強度のピークを与える周波数を決定する。こ
のようにして決定された周波数データを０ＰＵ２０から
Ｉ１０ボート１９を経て周波数シンセサイザ２４に供給
することにより、該周波数シンセサイザ２４から決定さ
れた周波数を出力させる。

本実施例によれば、Ｂモード像を表示する際に用いる・
ＴＧＧ電圧あるいはこのＴ　Ｇ　Ｇ　＠、圧およびゲー
ト位置に基いてキャリア周波数ｆ。における減衰定数を
め、この減衰定数に基いてピークスペクトラムを与える
周波数を決定して、その周波数を周波数シンセサイザ２
４がら出力させて反射波信号を直交位相検波するように
したから、ドプラシフトを常に高感度で検出でき、した
がって血流速度を常に高精度で測定することができる。

なお、診断部位の深さ、組織に応じたゲート位置やＴＧ
Ｏ電圧は、可変抵抗以外の大刀手段によって設定するこ
ともできる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、診断部位が深くて
もドプラシフトを高感度で検出でき、したがって血流速
度を常に高精度で測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−ｃはパルスドプラ方式の超音波血流計の原理
を説明するための図、 第２図は従来の超音波血流計の回路構成を示す、ブロッ
ク図、 第３図は従来の欠点を説明するための図、第４図は本発
明の超音波血流計の一例の回路構成を示すブロック図、 第５図はその動作を説明するための図であるＯＪ・・・
送信パルス発生器　８・・・探触子４・・・高周波増幅
器　５ａ、　５　ｂ・・・ミキサ７ａ、　７ｂ・・・レ
ンジゲート　ｓａ、　ｓｂ・・・ローパスフィルタ９ａ
、　９ｂ・・・低周波増幅器 】ｏａ、　Ｊｏｂ・・・サンプルホールド回路１１ａ、
　ｌｌｂ・・・Ａ／Ｄ変換器 Ｊ２・・・高速フーリエ変換器 １３・・・Ｄ／Ａ変換器　】４・・・クロックジェネレ
ータ１５・・・分周器　Ｊ６・・・遅延回路］７・・・
可変抵抗器　］８・・・Ａ／Ｄ変換器】９・・・Ｉ１０
ボート２０・・・ＣＰＵ２Ｊ・・・可変抵抗群　２２・
・・Ａ／Ｄ変換器２３・・・メモリ ２４・・・周波数シンセサイザ。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　超音波パルスを繰返し生体中に発射し、その反射波
   を直交位相検波してドプラシフトを検出し、このドプラ
   シフトに基いて血流速度を測定するようにした超音波血
   流計において、前記超音波パルスの繰返し周波数の間隔
   で複数の周波数を発生し得る周波数シンセサイザと、前
   記超音波パルスの前記生体中での減衰特性に基いて前記
   反射波のピークスペクトラム周波数を演算する手段と、
   その演算結果に基いて前記周波数シンセサイザから前記
   ピークスペクトラム周波数に対応する周波数を発生させ
   るように該周波数シンセサイザを制御する手段とを具え
   、前記周波数シンセサイザの出力周波数で前記反射波を
   直交位相検波するよう構成したことを特徴とする超音波
   血流計。