JPS6246174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば生体の断層像情報と共に血流
速度情報を得ることのできる簡易な構成の超音波
診断装置に関する。

生体内の血流速度を非観血的に測定する一つの
手段に超音波を用いたドプラ法がある。この種の
装置は超音波の送信波と、血球による反射波との
周波数差、即ち周波数偏位から血流速度を求める
ものである。しかして同測定には連続波、あるい
はバースト波が用いられるが、Ｓ／Ｎや距離分解
能の点でそれぞれ一長一短を有していた。ところ
がこのような従来装置にあつては、反射波が血球
によるものか、あるいは他の動いている部分（例
えば血管壁や心臓壁）によるものかを弁別できな
かつた。また超音波信号の送波方向と血流方向と
の関係が不明確であつた為に、真の血流速度が判
らなかつた。同時に血管形状が不明な為に流量を
知ることができないと云う問題があつた。

そこで近年、下記の文献にて上記問題に対する
報告がなされている。

文献1.小川、片倉、近藤著 電子走査形超音波診断装置(5) “断層像／ドプラ複合装置” 第31回日本超音波医学会講演論文集（1977
年）P.183 文献2. Donald W.Baker et al著 “CARDIOVASCULAR FLOW
DYNAMICS AND MEASUREMENTS” （1977年）P.151 上記文献１は各々独立した探触子とその装置を用
いて超音波パルスドプラ血流計と電子走査形超音
波診断装置とを複合化したものを報告している。
また文献２には第１図にその概略を示すような機
械的な高速走査形超音波診断装置に超音波ドプラ
血流計を複合化したものが示されている。同図を
簡単に説明すると、回転体の周囲に配設された超
音波振動子１からケース２の窓３を介して超音波
を送受波する。このときの上記超音波の送受波方
向をＸ―Ｙラスタ信号発生器４にて検出し、上記
方向情報を表示器５に与えている。そして前記振
動子１にて受波された検出情報をパルスエコーユ
ニツト６に入力して信号処理し、輝度制御回路７
を介して前記表示器５に供給して断層像表示して
いる。一方、前記ケース２の端部に設けられた超
音波振動子８はパルスドプラユニツト９の制御を
受けて超音波信号を送受波している。上記ユニツ
ト９は上記超音波信号のドプラシフト、つまり周
波数偏位から例えば血流速度を求めている。そし
て上記の計測結果を前記輝度制御回路７を介して
表示器５に供給し、血流速度の情報を先の断層像
に重ねて表示している。

しかしながら、これら文献等に示される装置で
は断層像検出用の振動子とドプラ計測用の振動子
とを別々に備えなければならず、構成が複雑化し
て操作性が悪くなつた。しかも実時間で計測する
場合には超音波信号間における干渉に対して十分
配慮する必要がある。更にはバースト波を用いて
ドプラ計測を行う場合には、その波数による距離
分解能とＳ／Ｎについても十分な検討が必要であ
つた。従つて従来のＢモード表示による診断装置
に用いられている波数の少い振動子駆動パルスで
は、Ｓ／Ｎの良好なドプラ信号を得ることが非常
に困難であつた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、単一の振動子を
用いた簡易な構成にて断層像と血流速度情報とを
効果的に得ることのできる超音波診断装置を実現
し、提供せんとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

第２図は概略構成図で、特に心臓診断に有用な
セクタ電子走査形の装置である。電気音響変換素
子としての超音波探触子は、一例に配置されたＮ
個の超音波振動子１１ａ，１１ｂ，〜，１１ｎに
て構成されている。これら振動子１１ａ，１１
ｂ，〜，１１ｎは制御回路１２によつて遅延時間
設定される遅延回路１３ａ，１３ｂ，〜，１３ｎ
を介して入力された駆動パルス信号により作動す
るパルサ１４ａ，１４ｂ，〜，１４ｎによつて各
別に付勢されている。また各振動子１１ａ，１１
ｂ，〜，１１ｎにて受波された信号は前置増幅器
１５ａ，１５ｂ，〜，１５ｎを各別に介し、前記
制御回路１２によつて遅延時間設定される遅延回
路１６ａ，１６ｂ，〜，１６ｎにて遅延制御され
たのちに加算合成回路１７に入力されている。上
記設定された遅延時間は、前記探触子にて送受波
される超音波信号の送受波方向、即ち偏向方向を
規定するものである。しかして、遅延時間を徐々
に可変設定することにより超音波送受波方向が移
動され、ここにセクタ走査が行われる。そして、
前記加算合成回路１７にて得られた受波信号情報
は、前記制御回路１２にて切換制御される第１の
スイツチ回路１８を介して後述するドプラ信号処
理回路１９、或いは検波回路２０に択一的に供給
されている。検波回路２０は上記受波信号情報を
包絡線検波処理する等してその情報を抽出し、
CRT等の表示器２１をして超音波診断断層像の
表示を行つている。尚、表示器２１は制御回路１
２によつて駆動される走査回路２２にて前記超音
波の送受波方向との一致がとられ、且つ同期確立
されている。また前記ドプラ信号処理回路１９を
介して得られたドプラ情報は、血流記録装置２３
に供給されて記録し、表示されるようになつてい
る。

一方、基準発振器２４は前記振動子１１ａ，１
１ｂ，〜，１１ｎの各共振周波数_０と等しい周
波数の信号を発振出力し、バースト波発生回路２
５に供給すると共に、分周器２６に供給してい
る。分周器２６は上記信号をＮ分周して周波数
_r、つまり超音波送受波タイミングを規定するレ
ート周期に相当した信号を得ている。この信号は
前記制御回路１２の基準クロツク信号として、ま
た前記バースト波発生回路２５、及び単一パルス
発生回路２７の動作信号としてそれぞれ供給され
ている。しかしてバースト波発生回路２５、及び
単一パルス発生回路２７から出力された各駆動パ
ルス信号は、前記第１のスイツチ回路１８に運動
する第２のスイツチ回路２８を介して択一的に抽
出され前述した遅延回路１３ａ，１３ｂ，〜，１
３ｎに供給されている。尚、第１及び第２のスイ
ツチ回路１８，２８は、ドプラ信号処理回路１９
を選択しているときにはバースト波発生回路２５
を選択し逆に検波回路２０を選択するときには単
一パルス発生回路２７を選択する。またドプラ信
号処理回路１９は、バースト波発生回路２５の出
力するバースト波信号を参照信号として入力し、
作動するものである。

かくしてこのように構成された装置によれば、
単一パルス発生回路２７から出力される波数の短
い振動子駆動パルス、即ち単一パルスによつて従
来装置と全く同様に振動子１１ａ，１１ｂ，〜，
１１ｎを付勢し、生体の断層像を得ることができ
る。そして、その断層像情報は表示器２１にてＢ
モード表示され、ここに断層像による超音波診断
が行われる。一方、バースト波発生回路２５から
出力されたバースト波信号にてパルサ１４ａ，１
４ｂ，〜，１４ｎを駆動し、振動子１１ａ，１１
ｂ，〜，１１ｎを付勢した場合、超音波信号は移
動状態にある血球等によつて反射され、ドプラ偏
位を受けて受波される。そしてドプラ信号処理回
路１９にて後に詳記するように参照信号としての
バースト波信号と比較され、その周波数偏位が求
められている。この場合、ドプラ偏位を受ける信
号は前述した如くバースト波信号である為に距離
分解能が維持され、且つＳ／Ｎも十分高いものと
なつている。故にドプラ偏位から検出される血流
速度の情報は十分に確度の高いものとなつてい
る。このように本装置では単一の超音波探触子に
て、生体の断層像検出と、ドプラ法による血流速
度の検出を行い得る。しかもその構成、及び制御
は上述したように非常に簡易である。また両検出
結果は共に、Ｓ／Ｎが良く分解能の高いものであ
る。

さて、前記ドプラ信号処理回路１９は従来より
知られた種々の方式で実現されるが、例えば第３
図のように構成される。即ち、発振器２４から出
力された周波数_０の信号は分周器２６にて分周
され、周波数_rの信号として出力される。ゲー
ト回路等で構成されるバースト波発生回路２５は
上記周波数_rの信号のパルス幅期間Pwだけ前記
周波数_０の信号を抽出している。故に同回路２
５からは周波数_０の信号が期間Pwだけ、つま
りバースト波として出力される。この信号（バー
スト波）が前述したパルサ等からなる診断装置本
体３０に入力され、探触子３１が付勢される。一
方、探触子３１を介し装置本体３０で検出された
受波信号、つまりドプラ偏位を受けた信号は復調
器３２に入力されている。この復調器３２は前記
発振器２４からの周波数_０の信号を入力して前
記ドプラ偏位を受けた信号を復調し、ドプラ偏位
周波数Δを有する信号を得ている。そして同信
号を周波数電圧変換（Ｆ／Ｖ変換）して上記偏位
周波数Δに相当した電圧信号を出力している。
この電圧信号はレンジゲート３３に入力されてい
る。

ところで、前記探触子３１による受波信号は生
体の各部の深さからの反射信号が時系列に連なつ
たものであり、その受波タイミングは各部の深さ
に相当したものである。従つて、或る部位（深
さ）での血流速度を求めるには上記受波信号系列
中から上記部位に該当した時点での信号を抽出す
る必要がある。そこで本装置では前記分周器２６
の出力によつて超音波送受波レートとのタイミン
グを同期確立し、同信号を遅延回路３４を介して
前記抽出タイミングを特定している。そして、遅
延回路３４の出力をもつて単安定マルチバイブレ
ータ（MMV）３５を駆動し、サンプリング期間
を設定している。この信号によつて前記レンジゲ
ート回路３３を作動させている。従つてレンジゲ
ート回路３３は、観察に特定された部位、例えば
血管内の血球によるドプラ偏位成分だけを抽出す
ることになる。この抽出された信号はホールド回
路３６にて１／_rd（但し、_rdはドプラレート
周波数）の期間ホールドされ、低域通過フイルタ
（LPF）３７を介して平滑処理されて血流記録装
置２３に供給される。また掃引回路３８は記録装
置２３を掃引走査する例えば鋸歯状波を発生し、
前記LPF３７の出力の記録を掃引している。従つ
て記録装置２３では、例えば横軸を時間経過に定
め、縦軸にドプラ偏位によつて検出された血流速
度をプロツトして、時間経過に伴う血流速度の変
化の記録表示がなされる。尚、記録装置２３とし
てブラウン管オシロスコープを用いてもよいこと
は勿論のことである。

第４図は上述したドプラ信号処理回路１９の作
用を示すもので、ａは探触子３０（振動子）とド
プラ法により計測される計測部位（血管位置）と
の関係を示している。ここでは血管の位置が探触
子３０の振動面から深さＤの位置にあるものとし
て示してある。この深さの反射波を得る時間Ｔ
は、超音波信号の生体内の伝搬速度をＣとしたと
き、次のように示される。

Ｔ＝2D／Ｃ つまり、受波タイミングＴは、観測する深さＤに
比例することを示している。そこで今、同図ｂに
示すレート１／_rdなるタイミングで同図ｃに示
すように送波信号Ｐを発すると、生体内の各部位
で反射されてQ₁，Q₂，Q₃に示す如き信号を受波
する。このうち信号Q₂が所望とする観測部位の
信号である。そして、上記受波信号を復調器３２
にて復調し、第４図ｄの如き信号を得る。この信
号の振幅、つまり電圧レベルがドプラ偏位した周
波数成分に相当したものである。一方、前記所望
部位の信号を得る為に同図ｅに示す如きサンプリ
ング信号にて前記第４図ｄに示す信号をサンプリ
ングし、ホールド回路３６にてホールドする。
（第４図ｆ）このホールド回路３６の出力を時間
軸圧縮して示せば第４図ｇのようになり、LPE３
７にて平滑化することによつて第４図ｇに示す如
き、ドプラ偏位から求められた血流速度の変化の
状態情報を得ることができる。尚、この場合、レ
ンジゲート回路以下の回路を多チヤンネル構成と
し、各チヤンネルのサンプリングタイミングを順
次ずらして設定すれば、複数の相異る深さにおけ
る血流速度の情報を同時観測することも可能であ
る。

このように本装置では、簡易にドプラ偏位した
周波数を求め、その結果から血流速度を観測でき
る。しかも前記したＢモード表示される断層像に
よつて診断部位を把握しながら、つまり血管の位
置、走行方向、内径等を確かめながら観測でき
る。故に従来方式に比しても、その観測結果は非
常に信頼性が高く、また探触子３０を兼用してい
るので操作性も優れている。

次に前述した第１及び第２のスイツチ回路１
８，２８の切換タイミングについて説明する。先
ずドプラレート周波数_rd、最大視野深度Ｄ_nax、
最大検出速度Ｖ_nax、最同ドプラシフト周波数Δ
_nax、そして超音波の送波キヤリア周波数を
_０とした場合、次の関係を満たさなければならな
い。

_r＜Ｃ／２Ｄ_ｎａｘ……… (1) Δ_nax＜_ｒｄ／２……… (2) Δ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準信号を発振する基準信号発振部と、この
   基準信号を分周してレート周期信号を発生する分
   周部と、複数の配列された超音波振動子を含み、
   走査方向に沿つて第１の波数及び第１の波数より
   は多く、前記基準信号による第２の波数の超音波
   を送波し、その反射信号を受波する単一の超音波
   探触子と、前記超音波探触子の走査方向を順次変
   化させながら前記第１の波数の超音波によるＢモ
   ード走査と前記超音波探触子の予め設定された走
   査方向の前記第２の波数の超音波によるドプラ走
   査とを前記レート周期信号に応じて繰返し交互に
   行う走査部と、前記Ｂモード走査によつて得られ
   た反射信号を検波し、前記変化させた走査方向に
   対応して表示するＢモード表示部と、前記ドプラ
   走査によつて得られた反射信号と前記基準信号と
   をミキシングして、この反射信号と前記基準信号
   との差周波数からドプラ信号を得るドプラ信号処
   理部と、このドプラ信号を表示するドプラ信号表
   示部とを備えたことを特徴とする超音波診断装
   置。