JPS63272333A - パルスドプラ超音波診断装置 - 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、レンジゲート内データ積分器と送波超音波バ
ースト波数可変機能とを有するパルスドプラ超音波診断
装置に関する。

（従来の技術） パルストアラ装置は、成る目的とする領域内の超音波散
乱信号のみを抽出し、そのドプラシフＦ・成分を処理し
て超音波散乱体の速度、運動方向を求める装置である。

ところで、目的とする領域内からの超音波信号を取り出
すためには深さ×がら深さ×＋ΔＸの間の区間Δ×から
の信号を何等かの形で累積し、サンプルホールドしすけ
ればならない。この累積の方法として、一般に次のよう
なものが考えられている。

（１）一定の送波波形の超音波信号にょる受波ドプラ信
号処理部のサンプルホールド回路の前に、成る時間長だ
け信号を積分する区間積分器を設け、目的のΔＸからの
信号を時間積分する。

（２）送波超音波のバースト波数を可変として、送波時
を基点とする載る一定時間ｔだけ経過したときの受波信
８に、×がらＸ十ΔＸの区間力らの超音波散乱信号が含
まれるように、空間積分を利用する。

以上の手法で成る区間の超音波散乱信号を累積できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、人体に超音波信号が与える影響等の安全
上の観点から超音波の平均パワーを一定値以内に抑えな
ければならないため、平均パワーを一定値に制限した状
態でサンプルボリューム長を変化させた場合に最適なド
プラ信号を１ｑるためのバースト波数と時間積分区間長
が適切に選ばれておらず、上記の手法だけでは最適なド
プラ信号を得ているとは言えない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたしので、その目的は
、送波超音波平均パワーを一定に抑える条件のＦで、リ
ーンプルボリューム長の変化に伴い、サンプルポリコー
ム長の関数であるバースト波数と時間積分区間長を制御
し一〇高いドプラ検出能力を有するパルスドプラ超音波
診断装置を実現することである。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、レンジゲート内デー
タ積分器と送波超音波バースト波数可変機能とをｔ′Ｊ
するパルスドプラ超音波診断装置において、設定入力に
基づき最適ドプラ条件を１ｑるための制御信号を演算出
力する制御手段と、前記制御信号により常に一定の平均
超音波パワーの信号を送波するための高電圧を発生する
電圧発生手段と、前記制御信号に適合するバースト波数
のパルス信号を発生ずる送波波形発生手段と、前記制御
信号に適合Ｊる区間のデータを取り込むサンプリング手
段とを具備することを特徴とするものである。

（作用） 制御手段は設定された条件から最適ドプラ条件を得るた
めの演算を行い、制御信号を電圧発生手段、送波波形発
生手段及びサンプリング手段に送って常に一定の平均パ
ワーの最適バースト波数の超音波信号を送波させ、最適
区間のデータをサンプリングさせる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の概略構成図である。

図において、１はパルス繰り返し周波数（以下ＰＲＦと
いう）、サンプルボリューム深さくＳＶＤ＞、サンプル
ボリューム１％　（ＳＶＬ）　、送信中心周波数（ｆ　
ｏ　）等を設定されて制御信号を出力する制御２Ｖｌ器
、２は制御Ｉ器１から発振中心周波数、ＰＲＦ、バース
ト波数＜８＞に関する制御信号を受けて高周波パルス信
号を発生ずる送波波形発生回路で、高周波パルス信号を
ドライバ３に出力する。

ドライバ３は送波電源４からの電圧（以下ト＋Ｖという
）を受１′Ｊで高周波パルス信号を電力増幅する。

送波電源４は制御器１の制御信号であるＨ　Ｖデータに
阜づいてドライバ３に供給する１−１ｖを発生している
。ドライバ３の出力の高周波パルス信号は保動子エレメ
ント５に入力され、超音波信号に変換されて送波される
。超音波散乱体から反射された信号は撮動子エレメント
５により受波され、プリアンプ６で増幅される。７はプ
リアンプ６からの受信信Ｙ」と局部発撮器８からのｓｉ
ｎ　２πｆｏｔの出力信号とを混合して検波するミクサ
である。

検波された信号は低域濾波器（ＬＰＦ）９により高周波
成分を除かれて、レンジゲート１０に入力される。レン
ジゲート１０は制ｔＩｌ器１からのサンプルボリューム
深さ及び時間積分区間長を決定するレンジゲート制御パ
ルスの制御により、ゲートの時間軸上の位置及びゲート
を開く時間が決められて、制御器１に設定した深度にお
けるドプラ信号を抽出する。１１はレンジゲート１０に
おいて抽出された時間軸上の一定１９′］間、即ち時間
積分区間長のドプラ信号を積分するボックスカー積分器
である。１２はボックスカー積分器の出力データを制御
器１からの時間積分区間長に関するサンプルホールド制
御パルスの制御によりホールドするサンプルホールド回
路である。サンプルホールド回路１２以降の回路は通常
のパルスドプラ装置と同じなので説明を省略する。

次に、上記のように構成された回路の動作を説明する。

制御器１に、送波する超音波の中心周波数ｆｏとＰＲＦ
を設定すると共に、ドプラ信号を取り込む被検体内のサ
ンプルボリュームの深さＳＶＤ及び長さＳＶＬを設定す
る。ｆｆ１ｌＪ　ｔ２１１器１は、前記設定データに基
づき、送信パルスのバースト波数Ｂ、尖頭電圧である１
−１■及び時間積分区間長Ｒを演ｎづる。設定値及び演
ｉ結果に基づき、制御器１は、送波波形発生回路２に中
心周波数、ＰＲＦ及びバースト波数のデータを供給して
、設定された中心周波数とＰＲＦで、超音波平均パワー
が一定の条件の下にお番ブる最適のバースト波数の高周
波パルス信号を発生する。又、制御器１は、前記の１−
（ｖデータを送波電源４に与えて、ＰＲＦ。

バースト波数によって変化する平均パワーを一定にする
ために変化させるＨ　Ｖを発生してドライバ３に供給す
る。ドライバ３は送波波形発生回路２からの高周波パル
ス信ｑと送波電源４からのＨＶにより高周波送波パルス
を出力して、１辰動子エレメント５から超音波パルス信
号を送波させる。反射されて戻ってきた超音波パルス信
号は、振動子エレメント５によって受波されて、電気信
号に変換され、プリアンプ６において増幅され、ミクサ
７で局部発ｊ辰器８の局部周波数信号ｓｉｎ　２π［Ｏ
ｔと混合され検波される。検波されて得られた低周波信
号は低域濾波器９において不要な高周波成分を除かれ、
レンジゲート１０に入力される。レンジゲート１０は制
御器１からサンプルボリューム深さと、時間積分区間長
とを規定するレンジゲート制御パルスを受けて、その区
間内のドアラ信号を取り込み、ボックスカー積分３１１
に出力信号を送る。ボックスカー積分器１１はレンジゲ
ート１０を通過した時間積分区間長の区間の信号を積分
し、サンプルホールド回路１２に送り、ホールドさせる
。ボックスカー積分器１１の積分出力はサンプルホール
ド回路１２においてボールドされた段階でクリヤされる
。

以上のようにして、制御器１において、設定入力に基づ
いてバースト波数と時間積分区間長が計算され、送波波
形発生回路２．送波電源４．レンジゲート１０及びサン
プルホールド回路１２にそれぞれ与えられて、最良のド
ツプラ信号を得ることができる。

以下にバースト波数と時間積分区間長とを中心周波数、
サンプルボリューム深さ、サンプルボリューム長、ＰＲ
Ｆの設定条件に基づいて計算により求める。超音波のパ
ルス幅をτ、時間積分区間長をＲ１実際にデータとして
累積される実空間領域の深さ方向の長さであるサンプル
ボリューム長をＬとづると、上記三茜の間には次式の関
係がある。

２、Ｌ／ｃ−Ｒ＋τ　　　　　　　　　　・・・（１）
ここで　Ｃ−：音速 一方、一定流速のある一部分のみを切り取った場合の血
液からの散乱信号パワーＰｓは次式で表される。

Ｐｓ＝（ｋ　−Ｐｌ　−Ｗ−ｃ・τ（τ／Ｔ）ＸＮ　・
０　・ｅＸｌ）　　（−２ａ　　ｆ’ｊ　ｘ　　）　　
）／ｘ　２・・・（２） ここで　ｋ　　；係数 Ｐｌ　；照射超音波パワー Ｗ　：超音波ビーム幅 Ｔ　；パルス繰り返し周ＪＩＩＪ （１／ＰＲＦ） Ｎ　；単位体積当りの血球数 σ　；１個の血球の散乱断面積 α　；減衰定数 ｆｏ；中心周波数 ｎ　　；媒質によって異なり、減衰特性の周波数依存性
を表わす正の実 数 今、バースト波数Ｂが変化しても超合波ビーム幅Ｗ、減
哀定数α及び１個の血球の散乱断面積σが変換しないも
のとすると、（２）式は次のように表すことができる。

Ｐｓ　＝Ｋ　・ｒ　・　ＣＰ＋　　・ｒ／Ｔ）　　　　
　−（３）Ｋ：係数 Ｐｓは平均パワーであるが、ドプラ信５；Ｅｊ処理部で
レンジゲート１０により切り取られり°ンプル小−ルド
されることを考えると、レンジゲート１゜とサンプルホ
ールド回路１２との間にあるボックスカー積分Ｐ！ｉ１
１の入カッ辰幅りは次式のようになる。

Ｄ−に’　　　τ・　　〕１　・τ／１−〉　　　　　
・・・（４）レンジゲート１０が問いている間、血球か
らの散乱波の位相は動かないものとＪると、ボックスカ
ー積分器１１の出力の１辰幅Ｅは Ｅ　−Ｋ　″　・［（・　τ・　　１　・τ／Ｔ　・・
・（５）となる。（１〉式と（５）式からＲを消去する
と次式が得られる。

Ｅ　＝　Ｋ　″　・（（２Ｌ１０）−τ）゛　　τ°　
　　Ｉ　°τ／Ｔ　　　　　　　　・・・（６）このよ
うにして得られるＥがドブラスペタ１−ラム振幅に比例
づる噴である。

次に成るＬに対する最適なバースト波数Ｂの値を求める
ために８＝１のときのドプラ出力に対するＢの各種の場
合のドプラ出力の比Ｇ（Ｂ）を求める。

ここで τ（Ｂ）；バースト波数＝８の時のパルス幅τ（１）；
バースト波数−１の時のパルス幅Ｐｉ（Ｂ）　　’バー
スト波数−Ｂの時の照射超音波パワー ＰＪ（ｕ’バースト波数＝１の時の照射超音波パワー 安全規格上、超音波平均パワーを常に一定に制御すると
、バースト波数Ｂの如何に拘らず、超音波のパワーとパ
ルス幅の積を繰り返し周期で除した数、即ち超音波パワ
ーとデユーティサイクルとの積は常に等しいから、 Ｐｌ（Ｂ）＋１で（Ｂ）／Ｔ＝　ＰＩ（１）　　・τ（
１）　／　Ｔとなる。又、τｒｓ＋−Ｂ／ｌｏであるこ
とから、（７）式は（８）式のように簡単に川くことが
できる。

（８）式を用いて行ったｒ　ｏ　＝３．３ＭＨｚ　、　
Ｌ−５＋ｕｅにおける各Ｂに対するドプラ出力の削算結
果を第２図に示す。図は、横軸にバースト波数Ｂ。

縦軸にｄＢで目盛ったＧ（Ｂ）を取った場合の曲線を示
している。この図の曲線において、成るしに対する最大
ドプラ出力の条件は α−（Ｂ／ｆ　ｏ　）　＝　２８／ｆ　。

３Ｂ／ｒｏ＝α−２１，”ｃ −’、Ｂ＝　（２／３）（Ｌ／ｃ　）　　・ｆ　ｏ　　
−（９）このときの時間積分区間長Ｒは（１）式、（９
）式及び　τｒＢｌ　＝Ｂ／ｆｏから Ｒ＝　（４／３）Ｌ／Ｃ・・・（１０）が得られる。

（９）式、（１０）式に閣づいてバースト波数Ｂ２時間
積分区間良Ｒをコン１−ロールし、Ｌを選択した場合の
Ｂ＝１に対するドアラ出力改首度を求めると第３図のよ
うになる。図は、横軸にし。

縦軸にｄ、　Ｂで目盛ったＢ＝１に対するドプラ出力改
善１良を取った曲線である。図において、明らかなよう
に３．Ｒをコントロールした場合、［−又はバースト波
数Ｂを多くづる稈ドプラ出力改善度が向上することが分
る。

以上の計算から明らかなように、パース゛ト波数Ｂと、
時間積分区間長Ｒが（９）式、（１０）式を満足すると
き、最大ドプラ出力が１ｑられる。

（３％！明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、リンプルボ
リューム長の関数として求めたバースト波数と時間積分
区間長を制御することにより最大ドプラ出力が得られ、
高いドプラ検出能力を有するパルスドプラ超音波診断装
置を得ることができ、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は送信
中心周波数とサンプルボリューム長を一定にしたときの
バースト波数に対するドプラ出力変化曲線図、第３図は
バースト波数、時間積分区間長を制御したときのサンプ
ルボリューム長に対するドプラ改善度の変化曲線図であ
る。 １・・・制御器　　　　　２・・・送波波形発生回路３
・・・ドライバ　　　　４・・・送波電源５・・・振動
子エレメント ６・・・プリアンプ　　　７・・・ミクサ８・・・局部
発振器　　　９・・・低域濾波器１０・・・レンジゲー
ト １１・・・ボックスカー積分器 １２・・・サンプルホールド回路 特許出願人　横河メディカルシステム株式会社バースト
放散Ｂ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レンジゲート内データ積分器と送波超音波バースト波数
   可変機能とを有するパルスドプラ超音波診断装置におい
   て、設定入力に基づき最適ドプラ条件を得るための制御
   信号を演算出力する制御手段と、前記制御信号により常
   に一定の平均超音波パワーの信号を送波するための高電
   圧を発生する電圧発生手段と、前記制御信号に適合する
   バースト波数のパルス信号を発生する送波波形発生手段
   と、前記制御信号に適合する区間のデータを取り込むサ
   ンプリング手段とを具備することを特徴とするパルスド
   プラ超音波診断装置。