JPH01314551A - 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、生体内の運動部分、例えば血流の運動速度ベ
クトル分布を測定して表示する超音波診断装置に関する
ものである。

従来の技術 生体内の運動部分の運動速度を測定し、二次元に表示す
ることのできる従来の超音波診断装置としては、例えば
、特開昭５８−１８８４３３号公報に記載されている構
成が知られているっこの従来の超音波診断装置では、超
音波のドツプラー効果による受波信号の位相変化を自己
相関関数から求めて運動速度を演算し、測定都立を微小
量ずらしながらこの測定を繰り返すことにより、表示装
置に生体内の運動部分の速度分布像を二次元的に表示し
ている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の超音波診断装置による測定方
式では、超音波のドツプラー効果を利用しているため、
運動部分の運動速度における超音波の進行方向の成分に
ついては測定することができるが、運動速度における超
音波の進行方向に対して直交する方向の成分を測定する
ことができないため、運動部分の真の運動速度を測定す
ることができないばかりでなく、本来、ベクトル量とし
ての運動速度の方向さえ知ることができない。また、例
えば従来のセクター型の超音波探触子を用い、これをセ
クター走査させて二次元の運動速度表示を行う場合、第
５図に示すように左から右に一様に流れる流体ａの運動
速度の場合には、図の左側では超音波ビームの進行方向
でトランスジューサに近付く方向ａ１に、図の右側では
トランスジューサから遠ざかる方向ａ２に表示し、中央
部分ではドツプラー効果による周波数シフトを検出する
ことが不可能であるため、運動はまったくしていないａ
３のように表示し、実際の運動とは全くかけ離れた運動
速度の表示になり、分かりにくく、正確な診断を行うこ
とができないなどの課題があった。

本発明は、従来技術の以上のような課題を解決するもの
で、生体内部の運動部分における超音波の進行方向に対
して直交する方向の運動速度成分を測定し、ベクトル的
に表示することができ、したがって、生体内の運動部分
の状態が分かりやすく、正確な診断を行うことができる
ようにした超音波診断装置を提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、超音波パルスビ
ームな一定の繰り返し周期で生体内に送波し、生体内か
らの反射波を受波し、この受波信号を増幅し、この増幅
された受波信号を複数のチャンネルで同時に受仮整相す
る並列受波装置と、この並列受波装置の各チャンネル受
波信号を重み付けする重み付け手段と、重み付けされた
受波信号の隣り合う少なくとも２つのチャンネル信号を
単位として交互に符号を反転させて加算し、互いて空間
的に９０度位相の異なる複素信号に変換する１対の加算
手段と、複素信号に変換された受波信号の周波数スペク
トラムを演算する周波数分析手段と、周波数スペクトラ
ムかも生体内の運動部分における超音波ビームの進行方
向に対して直交する方向の運動速度成分を演算する速度
演算手段と、求められた運動速度成分を用いて生体内運
動をベクトル量として表示する手段とを備えたものであ
る。

作　　　　用 本発明は上記構成により、並列受波装置の各チャンネル
の受波信号を重み付けし、この重み付けされた受波信号
の符号を交互に反転させながら加算し、加算された受波
信号の周波数スペクトラムを周波数分析手段で演算する
。これにより、生体内の運動部分の超音波ビームの進行
方向に対し直交する方向（チャンネル方向）の運動によ
って生じる各チャンネル間の受波信号の変化分を周波数
スペクトラムとして求め、この周波数スペクトラムより
、生体内の運動部分の超音波ビームの進行方向に対し直
交する方向の運動速度成分を求め、ベクトル量として表
示することができる。

実施例 １ｄ下、図面を参照しながら本発明の実施例について説
明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における超音波
診断装置を示し、第１図は全体の概略ブロック図、第２
図は並列受波回路の一例の詳細なブロック図、第３図は
並列受波回路の他の例の詳細なブロック図である。

第１図および第２図において、１は超音波ビームを送受
するための超音波探触子であり、ｎ個の短冊状の振動子
（以下、エレメントと呼ぶ）１−１〜ｌ−ｎが並列され
てトランスジューサとして構成されている。この超音波
探触子１の各エレメント１−１〜ｌ−ｎは、切換回路２
に接続されている。この切換回路２は、送波時間の間で
は、ｎ個のニレメン）ｌａ〜１ｎのうち、順次に個（第
２図では１０個）のエレメントを選択し、送波時間の間
だけに個のエレメントを送波回路３に接続し、受波時間
の間は、ｎ個のエレメントｌａ〜Ｉｎのうち、ｍ個（第
２図では４個）のエレメントからなる１個（第２図では
４個）の隣り合ったチャンネルを選択するように受波増
幅器４に接続する。上記送波回路３では、送波パルスを
発生するばかりでなく、送波パルスの位相制御も行い、
上記に個のエレメントから送波される超音波ビームをル
１１＃する。５−１〜５−Ｊは受波整相回路であり、上
記ｊ個のチャンネルを構成する各に個のエレメントから
の受波信号の位相を制御することにより、受波時におけ
る指向性を制御している。これら超音波探触子１、切換
回路２、受波増幅器４、受波整相回路５−１〜５−ｊに
より並列受波回路が構成されている。６−１〜６−ｊは
受波整相回路５−１〜５　３で位相整合された」個の受
波信号を検波する検波器、７−１−１〜７−ｔ−ｊ及び
７−２−１〜７−２−ｊはｊ個の検波信号に重み付けす
る重み付け器、８−１．８−２は重み付けされた隣り合
う２つのチャンネルの受信信号を準位として、符号を交
互に反転するように加算し、複素信号に変換する加算器
、９−１．９−２は複素信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器、１０−１．１０−２はデジタル信号に変
換された複素信号の低周波成分を除去するキャンセラ、
　１１は周波数スペクトラムを演算する周波数分析器、
１２は周波数分析器１１で求められた周波数スペクトラ
ムより、生体内部の運動部分における超音波ビームの進
行方向に対して直交する方向の運動速度成分を演算する
速度演算回路である。１３は速度演算回路１２で求めら
れた運動速度を一時記憶する画像メモリ、１４はＤ／Ａ
変換器、１５は切換回路、１６は表示装置、１７は受波
整相回路であり、Ｂモード画像を表示するために受波増
幅器４で増幅された受波信号を位相整合する。１８は検
波器、１９はＡ／Ｄ変換器、２０は画像メモリ、２１は
Ｄ／Ａ変換器、２２は切換回路である。

μ上のような構成において、以下、その動作について説
明する。

第２図は４チヤンネルが並列に、且つ同時に受波し、ま
た、各チャンネルが４エレメントから構成された並列受
波回路の一例を示している。受波時において、各チャン
ネルは、２ニレメントスつずれながら構成され、計１０
エレメントで同時に受波している。すなわち、受波整相
回路５−１〜５−４の出力がそれぞれ各チャンネルの出
力に対応し、ている。ここで、同時に受波するチャンネ
ル数、各チャンネルを構成するエレメント数及び隣り合
ったチャンネルのずれピッチは任意に敗ることができ、
第３図に示すように同時に受波するチャンネル数を４、
各チャンネルを構成するエレメント数を８、隣り合った
チャンネルのずれピッチを１エレメントにしてもよい。

第２図において、切換回路２によって選択された各エレ
メントは対応する受波増幅器４に接続され、受波増幅器
４の出力は受波整相回路５−１〜５−４に入力されるが
、受波時の指向性を制御するために、受波増幅器４の出
力は受波増幅器４０入力となったエレメントに対応した
遅延時間を有する遅延器のタップに入力され、各チャン
ネルで位相制御されて加算される。隣り合ったチャンネ
ルは２工レメント間隔のピッチで並んでおり、空間的に
２工レメント間隔の情報を並列にチャンネルの数だけ、
しかも、同時１ｃ取り込むことカーできる。

一方、送波時においては、少なくとも同時に受波するチ
ャンネルに接続さ・れたすべてのエレメントが送波回路
３に接続され、各エレメントから送波回路３で位相制御
された送波パルスに応じて指向性の制御された超音波ビ
ームが送波される。

第１図において、受波整相回路５−１〜５−」から出力
された同一時刻の各チャンネルの受波信号は、検波器６
−１〜６−ｊで検波され、重み付け器７−１−１〜７−
１−ｊ、　７−２−１〜７−２−ｊで重み付けされる。

この重み付けは通常の周波数分析等で行われるウィンド
ウ処理とまったく同等なもので、空間周波数領域での周
波数スペクトラムのサイドロープな抑圧するものである
。

重み付けされた信号は加算器８−１．８−２に入力され
る。加算器８−１．８−２では、隣り合う２つのチャン
ネルの信号を単位として符号が反転されながら加算され
るが、８−１と８−２の加算器では符号の変化の仕方を
１チヤンネル分だけシフトさせる。この関係は空間的に
位相が９０度シフトした関係で、複素信号に変換される
。Ａ／Ｄ変換器９−１．９−２では、複素信号がデジタ
ル信号に変換される。キャンセラ１０−１．１０−２で
は、Ａ／Ｄ変換された信号の中に含まれる生体内組織の
体動に伴う低周波数成分、いわゆるクラッタ−成分が除
去される。周波数分析器１１では、クラッタ−成分の除
去された複素信号の周波数スペクトラムが演算される。

この周波数分析の演算において、生体内の運動に伴った
超音波ビームの各チャンネルにおける受波信号をｒ　（
ｘ）、重み付けをされた隣り合う２つの受波信号を単位
として符号が交互に反転されながら加算され、生成され
た複素関数ｈ　（ｘ）の実部、虚部をｈｌ　ＣＸ）　、
　ｈ２（Ｘ）とする。

複素関数ｈ（Ｘ）は第４図（ａｌに示すように並列受波
回路のチャンネルピッチの２倍の間隔で変化する関数で
ある。加算器８−１．８−２において加算された受波信
号をｇ　（Ｘ）とし、更に（ω）を受波信号ｇ（Ｘ）の
フーリエ変換とし、またＨ（ｋ）　、　Ｆ（ｋ）をそれ
ぞれ複素関数ｈ　（ｘ）、受波信号ｒ　（ｘ）のフＩＪ
工変換とすると、下記（１）式の関数が成立する〇ここ
で、■は測定しようとしている生体内の運動部分におけ
る超音波ビームの進行方向に対し直交する方向の運動速
度であり、また、Ｈ・（ｋ）はＨ（ｋ）の複素共役を表
しており、第４図（ｂｌに示すようにに一π／Ｐ、（Ｐ
はチャンネル間隔のピンチ）で鋭いピークを示す関数で
ある。一方、Ｆ（ｋ）はブロードな関数であるから、そ
の積で表わされるＧ（ω）は鋭いピークを示す関数とな
る。運動方向の弁別は、Ｇ（ω）の位相が運動方向によ
って反転することから検出される。また、ここで、周波
数スペクトラムは、ｎ個の超音波ビームのパルス繰り返
し周期Ｔの時間間隔の複素位相検波信号で演算されてい
るが、この個数ｉは、Ｂモード画像を構成するための走
査線数Ｎ１超音波ビームのパルス繰り返し周期Ｔ及び画
像のフレームレートＦから、次の関係式Ｃ）によって決
定される。

１ＴＮＦ＝１　　　　　　　　　　・・・（２）速度演
算回路１２において、周波数スペクトラムのピークをあ
たえるω０はこの周音数スペクトラムより演算されるが
、上記（２）式の制限により、超音波診断画像にリアル
タイム性を持たせるために、ｉを十分に大きく敗れず、
周波数分解能が粗（なるため、下記（３）式のように周
波数スペクトラムモーメントとして求める。

ωｏ＝ｆω・ＩＧ（ω）　ｌ　　　　　　・・・、（３
１このω０から、生体内の運動部分の超音波ビームの進
行方向に対し直交する方向の運動速度成分Ｖは、下記（
４）式で求められる。

■＝°０・Ｐ４９．９３．（４） π これにより、生体運動部分の運動速度をベクトル量とし
て測定し、画像メモリ１３、Ｄ／Ａ　変換器１４、切換
回路１５を介して表示装置１６に表示することが可能と
なる。

一方、受波増幅器４で増幅された受波信号は受波整相回
路１７、検波器１８、Ａ／Ｄ変換器１９で処理され、画
像メモリ２０、Ｄ／Ａ変換器２１、切換回路２２を介し
て表示装置１６にＢモード画像とじて表示される。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、隣り
合う複数のチャンネルで、並列に、しかも、同時に受波
し、加算器８−１．８−２で、各チャンネルの受波信号
を交互に符号を反転しながら加算し、周波数分析器１１
で求めた周波数スペクトラムから、速度演算回路１２で
生体内運動部分における超音波ビームの進行方向と直交
する方向の運動速度成分を求めることができる。また、
従来の生体内運動部分の超音波ビームの進行方向の、運
動速度成分を求めるドツプラ血流測定方式と組み合わせ
ることにより、生体内運動をベクトル量として表示する
ことができる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、複数のチャンネルで
同時に受波整相する並列受波装置と、各チャ／ネルの受
波信号の重み付けをする重み付け手段と、重み付けされ
た各チャンネル間の隣り合う２つの受波信号を単位とし
て交互に符号を反転させながら加算し、複素信号に変換
する１対の加算手段と、複素信号に変換された受波信号
の周波数スペクトラムを演算する周波数分析手段と、周
波数スペクトラムより生体内の運動部分における超音波
パルスビームの進行方向に対して直交する方向の運動速
度成分を演算する速度演算手段と、求められた運動速度
成分を用いて生体内運動をベクトル量として表示する手
段とを備えている。このように生体内の運動部分におけ
る超音波の進行方向に対して直交する方向の運動速度成
分を測定し、ベクトル情報として表示することができる
ので、生体内の運動部分の状態が分かりやすく、正確な
診断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例における超音波
診断装置を示し、第１図は全体の概略ブロック図、第２
図は並列受波回路の一例の詳細なブロック図、第３図は
並列受波回路の他の詳細なブロック図、第４図（ａｔは
加算器の特性を表わした線図、第４図１ｂｌは加算器の
特性を周波数領域で表わした線図、第５図は従来の超音
波診断装置における表示例を示す図である。 ■・・・超音波探触子、２・・・切替回路、３．・・送
波回路、４・・受波増幅器、５−１〜ｊ・・・受波整相
回路、６−１〜」・・・検波器、７−１−１〜ｊ、７−
２−１〜ｊ・・・重み付け器、８−１．２・・加算器、
９−１．２・・・Ａ／Ｄ変換器、１０−１．２・・・キ
ャンセラ、１１・・・周波数分析器、１２・・・速度演
算回路、１３・・・画像メモリ、１４・・・Ｄ／Ａ変換
器、１５・・切換回路、１６・・・表示装置、１７・・
・受波整相回路、　１８・・・検波器、１９・・・Ａ／
Ｄ変換器、２０・・・画像メモＩＪ、２１・・・Ｄ／Ａ
変換器、２２・・・切換回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名第　
３　図 （Ｘしメシト） 第４０ （ａ） 龜 １　　　　　　　　　　　　　　　ｈａ（ｘ）／ １’　−一ヱＬ−一一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波パルスビームを一定の繰り返し周期で生体内に送
   波し、生体内からの反射波を受波し、この受波信号を増
   幅し、この増幅された受波信号を複数のチャンネルで同
   時に受波整相する並列受波装置と、この並列受波装置の
   各チャンネル受波信号を重み付けする重み付け手段と、
   重み付けされた受波信号の隣り合う少なくとも２つのチ
   ャンネル信号を単位として交互に符号を反転させて加算
   し、互いに空間的に９０度位相の異なる複素信号に変換
   する１対の加算手段と、複素信号に変換された受波信号
   の周波数スペクトラムを演算する周波数分析手段と、周
   波数スペクトラムから生体内の運動部分における超音波
   ビームの進行方向に対して直交する方向の運動速度成分
   を演算する速度演算手段と、求められた運動速度成分を
   用いて生体内運動をベクトル量として表示する手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。