JPS63117738A - 超音波ドプラ診断装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波ドプラ診断装置、特に生体内部の血流な
どの運動反射体を検出して血流速度、血流ｍなどを測定
し、運動部の速度状況を画像表示するための改良された
超音波ドプラ診断装置に関する。

［従来の技術］ 一定の繰返し周波数でパルス波を放射して被検体内の反
射体からの反射波を受信し、これら受信信号の受信周波
数の偏移を検出し、反射体の速度検出２表示するパルス
ドプラ装置が広く用いられている。

このような装置では、一般に一定の送信繰返し周波数（
繰返し周期の逆数）の下では、あいまいなく検出可能な
運動反射体の速度には、周知のようにサンプリング定理
に基づいた上限値が存在する。

すなわち、反射体の速度によるドプラ周波数に比較して
低い繰返し周波数、つまり長い周期で超音波を放射する
と、いわゆる折返し現象が生じ、ドプラ周波数は低周波
数側に折り返されて速度の判別が困難となる。

例えば、第５図に示されるように、低速度の血流からの
ドプラ信号１００は検出可能な±ｖ１．ｌａｘ範囲にあ
るが、高速度の血流からのドプラ信号２００は、十ｖ　
　の上限を越えて折り返され、ＱａＸ −■　　の上側に信号２０１として現れることにｌ１ａ
ｘ なる。従って、一定速度以上の高速度血流の検出は困難
となり、送信繰返し周波数によって検出速度に限界が生
じることになる。

そして、速度の方向を判別するシステムにおいでは、こ
の折返し現象を生じさせないで検出可能な最大ドプラ周
波数ｆｄ　　　と繰返し周波数ｆｒＱａＸ との関係は次式で表される。

ｆｄ−−ｆｒ　　　　　　　・・・（１）［ｌ１ａｘ　
　　２ また、検出可能な最大速度Ｖ　　は次式で表さａｘ れる。

ここでｆ。は放射する超音波の中心周波数であり、また
θは血流と超音波ビームのなす角度である。

［発明が解決しようとする問題点コ 従って、前記（２）式から理解されるように、最大検出
速度を上げるためには送信繰返し周波数ｆｒを」−げろ
か、または送信の中心周波数ｆＯを下げる必要がある。

しかしながら、送信繰返し周波数ｆｒは診断距離に応じ
て選定されており、この周波数を上げればサンプリング
周期との関係から遠距離からの反射エコーを実際に検出
することが困難になるので、診断距離が短くなる。一方
、送信の中心周波数ｆＯを下げれば、パルス幅の狭い送
信波を形成することが困難なばかりでなく鋭い放射ビー
ムを形成することができず、距離分解能、方位分解能の
劣化を招くことになる。このように、従来のパルスドプ
ラ法を用いたドプラ診断装置では、生体深部の高速血流
などに対してその位置と速度を同時に確定できないとい
う問題があった。

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、折返し現象をなくして運動反射体の広範囲の
速度、特に生体深部における高速度を精度良く検出し、
表示可能な改良された超音波ドプラ診断装置を提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、超音波パルス波
を被検体内に放射して運動反射体からの反射波を受信し
、この受信ドプラ信号のドプラ偏移周波数を検出するこ
とにより運動部の速度状況を表示する超音波ドプラ診断
装置において、同一走査方向に向けて２個の異なる送信
繰返し周期のパルス波を交互に複数回出力する送信回路
と、被検体内から交互に得られる２個の繰返し周期の信
号毎にドプラ信号の繰返し周期を所定の繰返し周期に変
換する周期変換回路と、を備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、被検体内には送信繰返し周期の異
なる２個の超音波パルス波が送波されることになり、被
検体内からは２種類周期のドプラ信号が交互に得られる
ことになる。そして、受信されたドプラ信号は周期変換
回路により所望の繰返し周期、例えば十分の一程度の繰
返し周期に変換される。

従って、これによれば実質的に短い繰返し周期つまり送
信繰返し周波数の高いパルス波を被検体内に送受波した
時のドプラ信号が得られ、このドプラ周波数によって肢
検体内深部に存在する運動反射体の高速度を良好に検出
・表示することが可能となる。

［実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係る超音波ドプラ診断装置の基本
的な回路ブロックが示されている。

安定な高周波信号を発生する発振器１０の出力は、分周
同期回路１２に供給され、この分周同期回路１２から本
発明装置を制御する各種信号が発生する。これらの出力
信号は、超音波パルス送信用の送信繰返し信号、複素変
換のための複素基準信号、ＣＲＴ（ブラウン管）上へ表
示するための掃引同期信号などを含み、図示される複素
基準信号１０２，１０４は送信繰返し周波数の整数倍の
周波数を有し、互いに９０度の位相差をもっている。

本発明において特徴的なことは、２個の異なる送信繰返
し周期の超音波を交互に放射し、これにより得られた２
個のドプラ信号から所望の繰返し周期のドプラ信号に変
換することであり、繰返し周期の異なる２個のパルス波
は送信回路にて形成される。この送信回路は、前述した
発振器１０゜分周同期回路１２と、繰返し周期の異なる
２個のパルス波を切替え出力する信号切替器１４．駆動
回路１６．送受切替回路１８にて構成される。

前記分周同期回路１２では、２個の送信繰返し信号１０
６（周期Ｔ）、１０８（周期Ｔ２）が出力され、この信
号は信号切替器１４にて順次切り替えられ交互に駆動回
路１６に供給される。この場合、実施例では１個づつの
パルス波を交互に切り替えているが、同一走査方向で２
個づつ、あるいは３個づつのパルス波を連続させて交互
に供給するようにしてもよい。そして、駆動回路１６の
出力は送受切替回路１８を介して探触子２０に供給され
、探触子２０にて形成された超音波パルスビームが被検
体２２内に放射される。

この被検体２２からの反射信号は、探触子２０によって
電気信号に変換され、送受切替回路１８から高周波増幅
器２４へ送られ所望のレベルまで増幅される。前記高周
波増幅器２４の一方の出力は、検波器２６及び映像信号
増幅ｒＡ２ｇを介して表示器３０に供給され、この表示
器３０は掃引回路３２を介して供給される走査制御器３
４の走査信号により制御されており、輝度変調された信
号によりＢモードあるいはＭモードの画像が表示される
。

そして、前記高周波増幅器２４の他方の出力１１４は、
混合検波器３６．３８と低域フィルタ４０．４２とから
成る複素信号変換部へ供給され、速度情報の解析が行わ
れる。

まず、以下の演算式により複索変換について説明する。

パルス波の受信信号では、多数のドプラスペクトルが存
在するが、説明を簡略するために振幅を１とし、中心周
波数のドプラ偏移スペクトルに注１ヨした次式により説
明する。

ｅ　（ｔ）−ｃｏｓ　　（２ｙｒｆ　　ｔ＋２πｆｄｔ
）・・・（３） ここで、ｆ　は送信の中心周波数、ｆｄはドブう偏移周
波数である。

前記混合検波器３６．３８では、複素基準信号（周波数
ｆ。’Ｉ　１０２，１０４と受信信号１１４との積を取
り、低域フィルタ４０．４２にて和の周波数成分を除去
して差の周波数成分のみを得るようにする。その結果、
２個の低域フィルタ４０゜４２の出力は次式のようにな
る。

１　（ｔ）＝　［ｃｏｓ　　（２πｆ　　ｔ＋２πｆｄ
ｔ）Ｘ２ｃｏｓ（２πｆｏｔ）ｌＬｐ 露ｃｏｓ　２πｆｄｔ　　　　　・・・（４）Ｑ　（ｔ
）−［ｃｏｓ　　（２πｆ　　ｔ＋２πｆｄｔ）Ｘ−２
ｓｌｎ　　（２ｙｒ　ｆｏｔ）　３　ＬＰ＝ｓｌｎ　２
　ｙｒ　ｆ　ｄｔ　　　　　・・・（５）前記１　　（
ｔ）を実数部、Ｑ　（ｔ）を虚数部とすると、ドプラ信
号Ｚ１　（ｔ）は次式で表わされる複素信号となる。

Ｚｌ　（ｔ）−Ｉ　（ｔ）＋ｊＱ　（ｔ）＝ｃｏｓ　　
（２ｒｒ　ｆ　ｄｔ） 十ｊｓｌｎ　（２πｆｄｔ） ＝ｅｊ２πＩ’ｄｔ　　　　　　　、、−（６）そして
、被検体２２内の固定物体（生体組織）からの反射信号
、いわゆるクラッタ信号を抑圧して運動する反射体のみ
の速度信号を取り出すため、前記低域フィルタ４０．４
２の出力１２０，１２２はクラッタ除去用フィルタ４４
．４６に供給され、その後に周期変換回路４８にて実質
的に繰返し周期の異なるドプラ信号に変換される。

第２図には、前記周期変換回路４８の内部回路が示され
、この周期変換回路４８は複素信号を所定遅延時間だけ
遅らせる遅延回路５４．５６及び所定遅延時間差を有す
る２個の同一繰返し周期の複素信号の共役積を演算する
第１の複索乗算器５８と、この第１の複素乗算器５８の
出力を所定時間遅らせる遅延回路６０．６２及び前記第
１の複素乗算器５８の出力のうち所定遅延時間差を有す
る２個の異なる繰返し周期の複索信号の共役積又は複索
績を演算する第２の複索乗算器６４とから構成される。

この周期変換回路４８に人力される複索信号の実数部Ｉ
　Ｃｔ’）と虚数部Ｑ　（ｔ）は遅延回路５４゜５６に
よって時間Ｔ（実施例では送信周期ＴＩ＋７２）だけ遅
延された後に第１の複素乗算器５８に供給される。この
とき第１の複素乗算器５８の他方の入力にはクラッタ除
去フィルタ４４．４６から直接複素信号の実数部Ｉ　（
ｔ）と虚数部Ｑ（１）の信号が供給されており、ここで
同一周期信号どうしの複素共役積を演算する。

すなわち、前記クラッタ除去フィルタ４４，４６出力を
２１　（ｔ）で示すと、 Ｚ　　（ｔ）−ｅｊ２７ｒｆｄｔ・−（７）となり、一
方遅延回路５４．５６の出力を２２　（ｔ）とすると、 Ｚ　　　（ｔ）−２１（ｔ−Ｔ） 、＝ｅｊ２πｆ’ｄｔ（ｔ−Ｔ）　　　　　、、、　（
８）となる。従って、前記（７）、　　ＣＢ＞式の複索
共役積を２３とすると、次式のようになる。

＊ Ｚ　　（ｔ）　−Ｚ　　　（ｔ）　　・Ｚｌ　（ｔ）−
ｅ−２ｊπＩ’ｄｔ　（ｔ−Ｔ） 、ｅｊ２πｒｄｔ ＝ｅｊ２π１’ｄＴ　　　　　　　、、、（９）そして
、第１の複索乗算器５８の出力に基づいて所定の繰返し
周期に変換したドプラ複素信号が第２の複索乗算器６４
にて求められる。

すなわち、第１の複索乗算器５８の出力のうち繰返し周
期Ｔ１．Ｔ２のパルス列から得られる複索共役積をそれ
ぞれＺ　　（ｔ）、Ｚ３□（１）とす３す ると、前記（９）式から次式で示される２個のドプラ信
号が得られる。

Ｚ　　（ｔ）　−ｅ”””　　　　　＝−（１０）Ｚ　
　（ｔ）−ｅＪ２！ｒｆ’ｄＴ２．・、　（１１）この
複素共役積Ｚ　　（ｔ）’と２３□（１）は異な３す る繰返し周期の複索信号であり、この両者を乗算するた
めに、遅延回路６０．６２にて遅延時間Ｔ１だけ先に出
力された複素信号を遅らせている。

従って、第２の複索乗算器６４には異なる繰返し周期の
複索信号が同時に供給されることになり、ここで更に両
者の複素共役積を演算することができる。

すなわち、前記（１０）　、　　（１１）式で表される
２個のドプラ信号から異なる周期信号どうしの曵素共役
積Ｓは次式にて求められる。

ｓ−ｚ　　”・Ｚ ＝　ｅ−２ｊ　ｙｒ　Ｉ’ｄＴｌ　　　ｊ２πｆ’ｄＴ
２　ｅ 、ｅｊ２πＩ’ｄ（ＴＩ　−Ｔ２） −Ｒ＋　ｊ　Ｉ　　　　　　　　　　　　・・・（１２
）この第２の複索乗算器６４にて得られた複素共役Ｂｓ
は、信号のランダムな変動成分や装置から発生する雑音
成分を除去するために平均回路６６に供給される。この
平均回路６６の出力　は次式％式％ このようにして平均された出力９は速度演算回路５２に
より速度が演算されるが、これは平均回路５０の出力５
の偏角φによりドプラ信号の偏移周波数百が求められる
。この偏角φと偏移周波数百は次式にて表すことができ
る。

φ−ｔａｎ−１（了／Ｒ） 一２π召（Ｔ２−Ｔ、　）　　　　　　・・・（１４）
召−φ／（２π（Ｔ２−ＴＩ））　　　　・・・（１５
）従って、前記（１５）式から理解されるように、最終
的な偏移周波数百は、送信の繰返し周期がＴ−Ｔ（繰返
し周波数が１／　（Ｔ２−Ｔ１））で、パルス波を放射
した時に得られるドプラ偏移周波数と同一となる。

これは、従来の一定繰返し周期Ｔ１の下で得られるドプ
ラ偏移周波数と比較すると、（Ｔ２−Ｔ　　）　／　Ｔ
　ｉだけ圧縮されたことになり、検出可Ｉ 能な最高速度は、Ｔ　　／　（Ｔ２−Ｔ、）倍拡大され
たことになる。

例えば、Ｔ　　−１，１Ｔ、とすると、一定の繰返し周
期Ｔ１の時に比較して検出可能な最高速度は１０倍とな
る。この場合は、１０％程度の周期変化で１０倍の速度
を検出できることになり、異なる繰返し周期Ｔ、、Ｔ２
を適宜選択することにより、検出可能な診断距離を変化
させることなく、また折返し現象を起すことなく、高速
の血流を良好に検出することができる。

第３図には、上記演算式で説明した本発明装置の作用の
タイムチャートが示されており、以下に超音波ドプラ診
断装置の動作を簡単に説明する。

図において、分周同期回路１２からは異なる送信周期Ｔ
１．Ｔ２のパルス波が交互に出力され、Ｔ１．Ｔ２の繰
返し周期の超音波が被検体内２２に複数回送波される。

そうすると、図（Ｃ）に示されるように、探触子２０か
らＴ１．Ｔ２の周期で受信信号Ｄ１１”２１〜ＤＩｎ”
２ｎが得られ、この受信信号は曳索信号に変換されて前
述した信号Ｚ、（ｔ）となる。

そして、図（ｄ）に示されるように、周期Ｔ１とＴ２を
加えたＴの遅延時間だけ遅らされ、次に受信されるドプ
ラ信号との複素共役積が第１の複索乗算器５８にてとら
れ、前述した複索信号Ｚ３（１）であるＣ１１”２１〜
Ｃ１ｎ”２ｎが得られる。

このｍｌの複索乗算器５８の出力は、図（ｆ）に示され
るように、遅延時間Ｔ１だけ遅延され、これは次に供給
される第１の複素乗算器５８の出力と第２の複索乗算器
６４にて凌索共役積Ｓがとられる。この複素共役積Ｓか
ら、図（ｈ）、（ｉ）に示されるような平均回路６６及
び速度演算回路６８の出力が得られる。

この結果、前記速度演算回路６８の出力であるドプラ偏
移周波数の信号は第４図（ａ）に示される信号波形３０
２となる。

すなわち、第２の複素乗算器６４の出力は周期Ｔ２から
周期ＴＩを引いた差の繰返し周期によるドプラ信号とな
っており、速度演算回路６８の出力信号波形でいえば、
繰返し周期Ｔ２のドプラ信号から得られる信号は波形３
００である。また、繰返し周期Ｔ１のドプラ信号から得
られる信号は波形３０１となり、これらの波形は最大ド
プラ周波数Ｖ　　を越えているが、差の繰返し周期によ
ｆｌａＸ るドプラ偏移周波数の信号波形３０２は最大ドプラ周波
数の範囲内に入り検出可能となる。従って、被検体内深
部における高速の運動反射体の速度を良好に検出・表示
できることになる。

次に、第２の複索乗算器６４にて複素信号の複素積を演
算する場合について説明する。

本発明では、第２の複索乗算器６４にて複素信号の共役
積を求めることにより、被検体内の深部、つまり遠距離
において高速度を良好に検出することができるが、一方
複素積を演算することにより近距離における速度を精度
良く求めることが可能である。

この場合、第２の複素乗算器６４の出力は次式にて表さ
れる。

Ｓ−２３１・Ｚ３２ 、ｅｊ２πＩ’ｄＴ１　、　ｅｊ２πｆｄＴ２＝ｅｊ２
πｆ’ｄ（ＴＬ　＋７２） −Ｒ＋ｊＩ　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（
１６）従って、前記（１５）式と同様にしてドプラ偏移
周波数百は次式のようになる。

荷−φ／（２π（Ｔ１十Ｔ２））　　・・・（１７）前
記（１７）式から理解されるように、第２の複索乗算器
６４で得られる復累積は送信繰返し周期がＴ１十Ｔ２　
（繰返し周波数が１／（Ｔ１＋Ｔ２））で、パルス波を
放射した時に得られるドプラ偏移周波数と同一となる。

従って、従来のように一定の繰返し周期Ｔ１の超音波に
より得られるドプラ偏移周波数と比較すると、（Ｔ１＋
Ｔ２）７１１倍だけ拡大され、検出可能な最高速度はＴ
　　／　（Ｔ　ｔ　＋　Ｔ　２　＞倍だけ圧縮されたこ
とになる。

すなわち、第４図（ｂ）に示されるように、繰返し周期
Ｔ１の超音波にて得られるドプラ偏移周波数の信号波形
４００と繰返し周期Ｔ２の超音波にてｉりられる信号波
形４０１が図のように振幅の小さい波形であるのに対し
て、繰返し周期Ｔ１＋Ｔ２の超音波にて得られる信号数
波形４゜２は大きな振幅となるので、近距離における低
速文の血流などに対して距離及び速度を精度良く求める
ことができる。

このように本発明によれば、送信繰返し周期を大幅に変
更することなく、実質上、送信繰返し周期をＴ２　　Ｔ
ｔ−あるいはＴ１十Ｔ２に変換することができ、前記差
の繰返し周期のドプラ信号によれば、被検体内の深部に
おいて高速度の運動反射体を検出・表示することができ
、また前記和の繰返し周期のドプラ信号によれば、浅い
部分において低速の運動反射体の速度を精度良く検出・
表示することが可能となる。

また、本発明によれば、２個の異なる送信繰返し周期Ｔ
１とＴ２を適宜変更することにより、目的部位に対応さ
せた高精度の速度の検出を行わせることができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、送信繰返し周期
の異なる２個のパルス超音波を交互に複数回放射し、運
動反射体から得られた受信信号を放射した超音波送信繰
返し周期の差あるいは和のドプラ信号に変換するように
したので、折返し現象をなくして血流などの運動反射体
の速度を精度良く検出・表示することができ、特に生体
深部の高速度を良好に画像表示することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ドプラ診断装置の好適な実
施例を示すブロック図、 第２図は周期変換回路の構成を示すブロック図、第３図
は実施例装置の動作を示すタイムチャート図、 第４図は実施例装置で得られるドプラ偏移周波数を示す
信号波形図、 第５図は従来装置にて得られるドプラ偏移周波数を示す
信号波形図である。 １０　・・・　発振器 １２　・・・　分周同期回路 １４　・・・　信号切替器 ４８　・・・　周期変換回路 ５４、　５６．　６０．　６２　　・・・　遅延回路５
８　・・・　第１の複素乗算器 ６４　・・・　第２の複素乗算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルス波を被検体内に放射して運動反射体
   からの反射波を受信し、この受信ドプラ信号のドプラ偏
   移周波数を検出することにより運動部の速度状況を表示
   する超音波ドプラ診断装置において、同一走査方向に向
   けて２個の異なる送信繰返し周期のパルス波を交互に複
   数回出力する送信回路と、被検体内から交互に得られる
   ２個の繰返し周期の信号毎にドプラ信号の繰返し周期を
   所定の繰返し周期に変換する周期変換回路と、を備えた
   ことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、前記
   周期変換回路は所定遅延時間差を有する２個の同一繰返
   し周期の受信ドプラ信号における複素信号の共役積を演
   算する第１の複素乗算器と、この第１の複素乗算器の出
   力のうち所定遅延時間差を有する２個の異なる繰返し周
   期の受信ドプラ信号における複素信号の共役積又は複素
   積を演算する第２の複素乗算器と、から成ることを特徴
   とする超音波ドプラ診断装置。