JPS6125528A - 超音波血流量測定装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、超音波ビームのドツプラーシフトを利用して
血流量を測定するのに好適な超音波血流量測定装置に関
する。

（ロ）従来技術 超音波ドツプラを利用して血流量を測定する（こは、血
流速分布と血管内腔径とを精度良く求める必要がある。

すなわち、第５図に示すように、いま単位時間当たりの
血流量をＳ、血流速の平均値をν、血管内腔径を２ｒと
すると、 Ｓ＝π・ｒ；・ｖ　　　　　　　　　　　（１）の関係
がある。また、体表ａに配置された１ランスンユーサｂ
から送波される超音波の周波数を１、この送波された超
音波の周波数ｒと受波された超音波の周波数との差をΔ
ｆ、超音波と血流との成す角度をδ、音速をＣとすると
、次式が成立する。

■＝Δｆ　言ｃ／　２　・ｆｃｏｓδ　　　　　　　　
　（２）従って、（ｉ）、（２）式から、ド／プラーシ
フトの周波数差Δｆ、超音波と血流との戊す角度δおよ
び血管内腔径ｄが求まれば血流量Ｓが算出できる。

ところで、従来、血管の内腔径ｄや超音波の放射方向と
血流との成す角度δを求めるには、Ｂモ、　　−ド像か
ら測定者がこれらを直接実測した１）、あるいは、２方
向から超音波を当てて求めるなどしている。

（ハ）発明か解決しようとする問題点 上述のようにして血管内腔径ｄや超音波と血流との成す
角度δを求める場合には、手順が多くかかって煩わしく
繰作性に難点がある。しかもこのようにして算出された
値は測定誤差を伴ない易く、精度」、からむ信頼性に欠
けるといった問題がある。

本発明は従来のかかる問題点を解消し、血管を流れる血
流量かより一層正確に求めることができるよう１こする
ことを目的とする。

（ニ）構成 本発明は上述の目的を達成するため、超音波ビームをリ
ニア走査するトランスジューサから出力されるエコー信
号を互いに９０°位相のずれたｓｉｎ波の参照信号でそ
れぞれ位相検波する２つの第１、第２位相検波器と、こ
れらの第１、第２位相検波器から出力される位相検波信
号をそれぞれ記憶する２つの第１、第２位相検波器号メ
モリと、これらの第１、第２位相検波器号メモリに記憶
された位相検波信号データを各サンプリング点ごと１こ
読み出してその周波数をカウントするカウンタと、この
カウンタのカラン）値が所定値以上のときに該カウント
値ならびにこのカウント値に対応するサンプリング点を
記憶する血流データメモリと、この血流データメモリに
記憶された前記カウント値ならびにサンプリング点のデ
ータに基づいて血管の内腔径と血流速の平均値とを算出
する演算制御回路とを備えて超音波血流量測定装置を構
成している。

（ホ）実施例 以下、本発明を図面１こ示す実施例１こ基づいて詳細に
説明する。

第１図は本発明の超音波直流量測定装置のブロック図で
ある。同図において、符号１は超音波血流量測定装置を
示し、２は被検体内の血管である。

また、４は超音波ビームをリニア走査するトランスジュ
ーサ、６はトランスジューサ４から出力されるエコー信
号を増幅する前段増幅器、８はトランスジューサ４に駆
動パルスを与えるバルサ制御回路、１（）はＹランスノ
ユーサ４から放射される超音波ビームをリニア走査する
ためにこのトランスジューサにビーム操作制御信号を与
えるビーム走査制御回路である。また、１２は互いに９
０′□位相のずれたｓｉｎ波の参照信号を発生する参照
信号発生器、１４．１６は上記トランスジューサ４から
前段増幅器６を介して出力されるエコー信号を互いに９
０′□位相のずれたｓｉｎ波の参照信号でそれぞれ位相
検波する２つの第１、第２位相検波器、１８．２０はこ
れらの第１、第２位相検波器から各々出力される位相検
波信号をデジタル化する第１、第２の各Ａ／Ｄ変換器、
２２は第１、第２Ａ／Ｄ変換器に一定周期のサンプリン
グクロックを快えるサンプリング信号発生器、２４．２
６は各第１、第２　Ａ／Ｄ変換器１８．２０を通ってデ
ジタル化された位相検波信号を記憶する２つの第１、第
２位相検波器号メモリである。２８は第１、第２位相検
波器号メモリ２４．２６への位相検波信号の書さ込み、
読み出しアドレスをそれぞれ指定する第１アドレス制御
回路て・ある。３０．３２は第１、第２位相検波器号メ
モリから各サンプリング点ごとに読み出された位相検波
信号データをアナログ化する２つの第１、第２Ｄ／Ａ変
換器、３４．３６はこれらの各第１、第２　Ｄ　／　Ａ
変換器３０．３２に対応して設けられた２つの第１、第
２０−バスフイルタ、３８．４０は第１、第２０−バス
フイルタを通った信号をゼロクロスで再度テ゛ノタル化
する第１、第２比較器、４２は第１比較器２８から与え
られる信号出力の周波数をカウントするアップダウンカ
ウンタ、４４はこの７ツプグウンカウンタ４２のカウン
ト値を所定値と比較するデノタルコンバレータ、４６は
アップダウンカウンタ４２のカランＹ値が所定値以上の
ときに該カウント値をラッチするラッチ回路、４８はラ
ンチ回路でラッチされたカウント値とこのカウント値に
対応する前記第１アドレス制御回路２８で抽出されたサ
ンプリング点の値とを記憶する血流データメモリ、５０
は血流データメモリ４８の書き込み、読み出しアドレス
を指定する第２アドレス制御回路、５２は血流データメ
モリ４８に記憶された前記カウント値ならびにサンプリ
ング点のデータに基ついて血管の内腔径と血流の平均速
度とを算出する演算制御回路、５４は心１ｉ１心拍ごと
に心電同期信号を出力する心電同期回路である。

次に、１・記構成の超音波血流量測定装置１により血管
２を＋すれる血流量を測定する場合の各部の動作につい
て説明する。

トランスゾューサ４はパルサ制御回路８から所定周期Δ
′Ｆごとに与えられる駆動パルスに応答して超音波を放
射する。この場合、超音波ビームはビーム走、査制御回
路１０により設定される同し放射位置において駆動パル
スの所定の繰り返し周期ΔＴ″Ｃ′複数１１回放射され
る。被検体内の血管２壁で反射された超音波は再びトラ
ンスジューサ４で受波される。トランスジューサ４は、
受波した超音波エフ−に対応したエコー信号を出力する
。このエコー信号Ａは前段増幅器６で増幅され、次段の
第１、第２位相検波器１４．１６にそれぞれ与えられる
。第１位相検波器１４には参照信号発生器１２からｓ　
ｉ　ｎ信号から９０′□位相がずれた信号すなわちｃｏ
ｓ信号が参照信号として与えられている。

従って、第１位相検波器１４はエコー信号を（０・。

信号で位相検波し、位相検波したエコー信号を位相検波
信号として第１　Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。また、
第２位相検波器１６には参照信号発生器１２からｓｉｎ
信号が参照信号として与えらＪ％でいる。従って、第２
位相検波器１６はエコー信号をｓｉｎ信号で位相検波し
、位相検波したエコー信号を位相検波信号として第２Ａ
ＩＤ変換器２０に出力する。第２図は第１位相検波器１
４で位相検波した位相検波信号Ｅ１〜Ｅｎの波形を示し
ている。

第１、第２位相検波器１４．１６により、エフ−信号の
位相変化が強調され、位相検波信号は血流のある部分で
位相変化が大きくなる。第１、第２Ａ／Ｄ変換器１８．
２０はそれぞれサンプリング信号発生器２２からのサン
プリングクロックに同期して位相検波信号をデジタル化
する。第１、第２　Ａ／Ｄ変換器１８．２０はデジタル
化した８ｂｉ１の位相検波信号データを次段の第１、第
２位相検波化号メモリ２４．２６にそれぞれ出力する。

これにより、第１、第２位相検波化号メモリ２４．２６
には第１アドレス制御回路２８でアドレス指定された位
置に順次位相検波信号データか記憶される。第１、第２
位相検波化号メモリ２４．２６にそれぞれ記憶される位
相検波信号のデータ量は、超音波の発射回数１１回まで
をサンプリング対象とし、各１回の超音波発射について
Ｎ点データをサンプリングするとすれば、各第１１．第
２位相検波信号メモリ２２．２６はｎＸ　Ｎ　Ｘ　８　
ｂｉｔの記憶容量をもつことになる。

こうして、第１、第２位相検波化号メモリ２４．２６に
位相検波信号のデータが記憶されると、次に、演算制御
回路５２は、第１アドレス制御回路２８のアドレス指定
により、各部１、第２位相検波化号メモリ２４、ン６に
記憶されている位相検波信号データを各サンプリング点
ごとに読み出し、位相変化の程度を調べる。このことは
、被検体から反射された超音波に基づく位相検波信号の
位相変化に着目すると、血流のある部分からのらのは位
相変化か大きく、従って、位相変化の程度すなわち周波
数成分を調べることで、血流の位置かｉ！ｊ断できるか
らである。なお、ここでは第１位相検波化号メモリ２４
に記憶されている位相検波信号データのアドレスに対応
するサンプリング点を１（ｏｓ、第２位相検波化号メモ
リ２６に記憶されている位相検波信号データのアドレス
に対応するサンプリング点を１ｓｉｎとし、また各サン
プリング点１（ｏｓ、ｉ　ｓ　ｉ　ｎごとに読み出した
位相検波信号データはＥ　（ｉｃｏｓ）、Ｅ　（ｉｓｉ
ｎ）とする。第２図の例では、各サンプリング点１ｃｏ
ｓ（１ｃｏｓ＝　１．２、−Ｎ　）ごと１こ、Ｅ１〜Ｅ
ｎまでｎ個の位相検波信号データか読み出される。そし
てこれをサンプリング点ｉ　ｃ　Ｉ）Ｓ、ｉ　ｓ　ｉ　
ｎが１ｃｏｓ、１ｓｉｎ＝　Ｎとなるまで順次行なう。

１度に読み出されたｎ個の時系列の位相検波信号データ
Ｅ　（ｉｃｏｓ）、Ｅ　（ｉｓｉｎ）はそれぞれ第１、
第２Ｄ／Ａ変換器３（）、３２によってアナログ化され
、第１、第２０−パスフイルタ３４．３６で低周波成分
が取り除かれて第１、第２比較器３８．４０でゼロクロ
スで再度デンタル化される。そして、第１比較器３８の
信号出力Ｅ　（ｉｃｏｓ）がアップダウンカウンタ４２
のクロックパルス入力端子ｅｌｋに、また、第２比較器
４０の信号出力Ｅ　（ｉｓｉｎ）が７ツプダウンカウン
タ４２のアップダウン切り換え端子ｕｐ／ｄ　ｏ　ｗ　
ｎにそれぞれ与えられる。第１比較器３８の出力信号Ｅ
　（ｉｃｏｓ）と第２比較器４０の出力信号Ｅ（ｉｓｉ
ｎ）との関係は、第３図（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す
ように、被検体内の血流の動きがトランスジューサ４に
近付く方向であればＥ　（ｉｃｏｓ）はＥ　（ｉｓｉｎ
）よりも位相が先行しく同図（、）の状態）、逆に血流
の動トがトランスジューサ４から遠ざかる方向であれば
Ｅ　（ｉｃｏｓ）はＥ　（ｉｓｉｎ）よりも位相が遅れ
る（同図（ｂ）の状態）。従って、アップダウンカウン
タ４２は血流の動きがトランスジューサ４に近付く方向
ならば第１比較器３８の信号出力をカウントアツプし、
逆に血流の動きがトランスジューサ４から遠ざかる方向
ならば第１比較器２８の信号出力をカウントダウンする
。そして、このアンプダウンカウンタ４２のカウント値
は次段のデジタルコンパレータ４４とラッチ回路４６と
に共通に与えられる。デジタルフンパレータ４４はアッ
プダウンカウンタ４２のカウント値を予め設定された所
定値と比較し、カウント値が所定値以−りならばう。

子回路４６にラッチ信号を出力する。これにより、アッ
プダウンカウンタ４２のカウント値がランチ回路４６で
ラッチされる。そして、ラッチ回路４６はラッチしたカ
ウント値のデータを血流データメモリ４８に出力する。

また、演算制御回路５２は第１、第２位相検波信号メモ
リ２４．２６から位相検波信号データＥ　（ｉｃｏｓ）
、Ｅ（ｉｓｉｎ）が読み出されるたびにこれに対応する
サンプリング点１ｃｏｓ、１ｓｉｎを抽出し、これらの
データを血流データノモリ４８に送出する。これにより
、血流データメモリ４８にはラッチ回路４６から与えら
れるカウント値とサンプリング点１ｃｏｓ、１ｓｉｎが
第２アドレス制御回路５０でアドレス指定された所定の
位置に記憶される。

以上の動作が一通１）終わると、次いで心電同期回路５
４からは心ＰＩＡ１心拍に応答して心電同期信号が出力
され、この心電同期信号が演算制御回路５２に与えられ
る。演算制御回路５２はこれに応答してビーム走査制御
回路１０に制御信号を出力する。これにより、ビーム走
査制御回路１０はトランスジューサ４にビーム走査制御
信号を出力するので、トランスジューサ４から放射され
る超音波ビームの放射位置が平行移動されて別の位置で
上記と同じ動作か繰り返される。このようにして心電同
期回路５４から心臓１心拍に応答して心電同期信号が出
力されるたびに超音波ビームの放射位置が平行移動され
、これに応して血流データメモリ４８には順次カウント
値とサンプリング点のデータが蓄積されていく。

このようにして、血流データメモリ７１８に−通りのデ
ータか蓄積されると、演算制御回路５２は、血流データ
メモリ４８に記憶されたカウント値とサンプリング点１
ｃｏｓ、　１ｓｉｎのデータを読み出して、カウント値
を積分する。これによって、血管内の平均血流速ベクト
ルの超音波ビーム放射方向の成分が分かる。さらにまた
、演算制御回路５２はデータ蓄積されたサンプリング点
のデータに基づいて血管の内腔径と血流速の平均値とを
算出する。

それには、まず血流の存在範囲の始点と終点にそれぞれ
対応するサンプリング点のみを抽出する。

血管２はほぼ円筒と仮定できるので、これら抽出された
サンプリング点を結べば、第４図に示すような循回ｅと
なる。そして、この循回ｅの長軸の長さをａ、短軸の長
さを１〕、血管２の内腔径を２ｒ、血管２の中心軸Ｘと
超音波ビームの平行移動により形Ｉ＃、すれる平面Ｕと
の成す角度をθとすると、次の関係式が成立する。

ａ＝　２　ｒ／　ｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　　
（，３）ｂ＝２ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　
（４）ａ／ｂ＝ｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　　　
（５）従って、平面す上の楯円ｅの長軸ａと短軸すとが
分れば上記（３）〜（５）式から血管２の内腔径２「と
平面Ｕに対する血管２の中心軸Ｘの傾きθとが分る。そ
こで、まず楕円ｅ内の面積を計測する。これにはサンプ
リング点のピクセルの数を計数することで求められる。

次いで、超音波ビームの放射方向に平行な直線で楕円ｅ
を割り、その内から上下で同じ面積になる直線を求める
。同様にして、超音波ビームの放射方向と直交する直線
で楕円ｅを割り、その内から上下で同じ面積になる直線
を求める。こうして求めた互いに直交する２つの直線の
交点かｔｆｉＦ］ｅの中心０として求まる。次いで、求
めた楕円の中心０から直線を延ばし楕円ｅとの交点を求
める。これらの直線の内、楕円ｅとの又点本での距離か
一番長ければその距離の２倍が長軸−ａである。また楕
円ｅとの交点までの距離が一番短ければその距離の２倍
か短軸１）である。このようにして楕円ｅの長軸ａ、短
軸すか求まるので、上述のように血管２の内腔径２ｄと
平面Ｕに対する血管２の中心軸＼の傾きθとか算出され
る。

−力、血管２の中心軸Ｘと平面しｊの法線Ｚとで形成さ
れる平面をＷとし、この平面Ｗと超音波ビームとが交わ
る角度をａとすると、この角度ａは楕円ｅの長軸ａと超
音波ビームとの成す角度として求まる。また、血管２の
中心軸Ｘと超音波ビームとの成す角度をδとすると、こ
の角度δは前述の角度θ、ａとは次の関係かあるゆえ、 ｃｏｓδ＝ｓｉｎθＩＣ０８ａ　　　　　　　　　　（
６）この（６）式から超音波ビーム方向と血管２の中心
軸Ｘとの成す角度δが求まる。そこで、この角度δを用
いて先に求めた血管内の平均血流速ベクトルの超音波ビ
ーム放射方向の成分を補正し、血管２の中心軸Ｘ方向の
平均血流速νを算出する。さらにこの平均血流速νと血
管内腔径２ｄとの値から（１）式によって血流量Ｓが算
出される。

（へ）効果 以上のように、本発明によれば自動的に血流方向と超音
波ビームの成す角度を測定し、平均の速度分布と血管径
とをを算出して血流量を求めるので、従来に比較して血
流量を精度良く、かつ、短時間に測定できるようになる
。しかも血流量測定に伴なう操作の煩雑さも解消される
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は超音波血
流量測定装置のブロンク図、第２図は超音波放射により
得られる信号の波形図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞ
れアップダウンカウンタに加わる位相検波信号データの
波形図、第４図は超音波ビーム方向と血管２の中心軸と
の成す角度および血管内腔径を求めるためのこれらの関
係を示す説明図、第５図は血流量測定のための原理図で
ある。 １・・・超音波血流量測定装置、４・・トランスノユー
サ、１４．１６・・・第１、第２位相検波器、２４．２
６・・・第１、第２位相検波器号メモリ、４２・・カウ
ンタ、４８・・血流データメモリ、５２・・・演算制御
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波ビームをリニア走査するトランスジューサ
   から出力されるエコー信号を互いに９０°位相のずれた
   ｓｉｎ波の参照信号でそれぞれ位相検波する２つの第１
   、第２位相検波器と、これらの第１、第２位相検波器か
   ら出力される位相検波信号をそれぞれ記憶する２つの第
   １、第２位相検波信号メモリと、これらの第１、第２位
   相検波信号メモリに記憶された位相検波信号データを各
   サンプリング点ごとに読み出してその周波数をカウント
   するカウンタと、このカウンタのカウント値が所定値以
   上のときに該カウント値ならびにこのカウント値に対応
   するサンプリング点を記憶する血流データメモリと、こ
   の血流データメモリに記憶された前記カウント値ならび
   にサンプリング点のデータに基づいて血管の内腔径と血
   流速の平均値とを算出する演算制御回路とを備えること
   を特徴とする超音波血流量測定装置。