JPH0199539A - 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、生体内の運動部分の運動速度ベクトル分布を
正確に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は、例えば、特開
昭５８−１８８４３３号公報に記載の構成が知られてい
る。この方法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、運動速度を演算し
、測定部位を微小量ずらしながらこの測定を繰り返す事
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問題点 しかしながら、従来の方法では超音波のドツプラー効果
を利用しているため、運動速度の超音波の進行方向の成
分のみの測定で、運動速度の超音波の進行方向に対して
直交する方向の成分を測定できないため、真の運動速度
を測定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。さらに、例え
ば従来の方法でセクター型の探触子を用いて、セクター
走査させて二次元の運動速度表示をさせた場合、第５図
に示すように左から右に一様に流れる流体の運動速度の
表示は、図の左側では超音波ビームの進行方向でトラン
スジューサに近ずく方向に、図の右側ではトランスジュ
ーサから遠ざかる方向に、中央部分ではドツプラ効果に
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よう表示してしまい、実際の運
動とは全くかけ離れた運動速度の表示をしてしまうとい
う問題を有していた。

本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
、生体内部の運動部分の運動速度の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表示するこ
とを可能にする技術を提供することを目的とするもので
ある。

問題点を解決するための手段 本発明は、複数のチャンネルで同時に受波整相する並列
受波回路と、交互（二各チャンネルの受波信号の符号を
反転して加算する加算器と、周波数スペクトラムを求め
る周波数分析器と、速度演算器とを備えることにより、
上記目的を達成するものである。

作　　　　用 本発明は上記構成により、並列受波回路の各チャンネル
の受波信号の符号を交互（二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器
で演算する。このことは、生体内の運動部分の超音波ビ
ームの進行方向の対し直交する方向（ｆヤンネル方向）
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ることを意味し、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
ームの進行方向の対し直交する方向の運動速度を求める
。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。なお、実施例を説明するための全図において、同
一機能を有するものは同一符号をつけその繰り返しの説
明は省略する。

第１図から第３図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第１図は、その超音波診断装置の概略構成
を示すブロック図、第２図及び第３図は、並列受波回路
の詳細な構成の一例を示すブロック図である。

第１図に於て、１は超音波ビームを送受するための探触
子であり、第２図に示すように、ｎ個の短冊状の振動子
（以下、エレメントと呼ぶ）を配列状に並べることによ
りトランスジー−サを構成したものである。この探触子
１の各エレメント＋１〜ｉｎは、切換回路２に接続され
ている。

この切換回路２は、送波時間の間は、ｎ個のニレメンｉ
ｌ〜◆ｎ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（＝接続し、受波時間の間は、ｎ個のエレメン
ト≠１〜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）の隣あったチャン
ネルを選択するようじ受波増幅器４（二接続する。

前記送波回路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、前記に個のエレメン
トから送波される超音波ビームを制御する。５〜８は受
波整相回路で、前記」個のチャンネルを構成する各エレ
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。９は受波整相回路
で位相整合された受波信号の符号を交互に反転するよう
に加算する加算器、１０は基準パルス信号を９０゜位相
シフトする位相シフト器、１１は加算器９で加算された
受波信号と送波信号の基準パルス信号とをミキシングす
るミキサ、　１２は９０°位相シフトされた基準パルス
信号と受波信号をミキシングするミキサ、１３．１４は
前記ミキサ１１．１２の出力をろ波し位相検波信号とし
て出力するローパスフィルタ（ＬＰＦ　）、１５．１６
はＬＰＦの位相検波信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器、１７．１８はデジタル信号に変換された位相
検波信号の低周波成分を除去するキャンセラ、１９は位
相検波された受波信号の周波数スペクトラムを演算する
周波数分析装置、２０は周波数分析装置１９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の超音
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。２１は画像メモリで
、速度演算回路２０で求められた運動速度を一時記憶す
る。２２はＤ／Ａ変換器、２３は切換回路、２４は表示
装置、２５は受波整相回路で、Ｂモード画像を表示する
ために受波信号を位相整合する。２６は検波器、２７は
Ａ／Ｄ変換器、２８は画像メモリ、２９はＤ／Ａ変換器
、３０は切換回路である。

以上のような構成に於て、以下その動作を詳しく説明す
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、各チャンネルは４エレメントから構成された並列受
波回路の一実施例である。受波時に於て、各チャンネル
は、２エレメントず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。即ち受波整相回路５〜８
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、及び隣あったチャンネルのずれ
ビｙテは任意に取ることができ、第３図に示すように、
同時に受波するチャンネル数は４、各チャンネルを構成
するエレメント数を８、隣あ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図に於て、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
５〜８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４の入力となった
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
。隣あったチャンネルは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、しかも同時に取り込むことができる
。

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図に於て、受波整相回路５〜８から出力された同一
時刻の各チャンネルの受波信号は、加算器によって符号
を反転させながら加算される。加算器で加算された受波
信号の一部は、ミキサ１１で送波信号の基準パルス信号
とミキシングされ、ＬＰＦ１３で位相検波信号に変換さ
れる。また他の一部は、ミキサー１２で９０°位相シフ
トされた送波信号の基準パルス信号とミキシングされ、
ＬＰＦ１４で位相検波信号に変換され、それぞれＡ／Ｄ
変換器１５．１６でデジタル信号に変換されるが、この
デジタルに変換された位相検波信号は、互いに９０°位
相シフトした関係、即ち、複素共役の関係を持つ複素位
相検波信号である。キャンセラー１７．１８では、位相
検波信号の中に含まれる生体内組織の体動にともなう低
周波数成分、いわゆるクラッタ−成分を除去する。周波
数分析装置１９に入力された、キャンセラー１７．１８
でクラッタ−成分の除去された複素位相検波信号の周波
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、生体内の運動にともなった超音波ビームの各チ
ャンネルにおける受波信号をｆＣｘ）、受波信号の符号
を反転させながら加算することを示す関数なｈ（ｘ）と
表現する。ｈ（Ｘ）は第４図（ａ）に示すように並列受
波装置のチャンネルピッチに等しい間隔で矩形波状に変
化する関数である。加算器において加算された受波信号
を〆Ｘ）とし、さらにαω）をｇ（ｘ）のフーリエ変換
、またＩ（ＪｃへＩＪ、）はそれぞれｈ（Ｘ）、　　ｆ
（Ｘ）のフーリエ変換とすると以下の関係が成立する。

１　　　　ω Ｇω−−Ｈ（−）・Ｆ（Ｖ）　　　　　　　　（１）ｖ
■ ここでＶは測定しようとしている生体内の運動部分の超
音波ビームの進行方向の対し直交する方向の運動速度で
あり、また、ｌ−１ｋ）はＩ−ｋｋ）の複素共役を表し
ており、第４図（ｂ）に示すようにに＝２π／ｐ、ｐチ
ャンネル間隔のピッチ）で鋭いピークを示す関数である
。一方、Ｆｃ１ｏはブロードな関数であるから、その積
で表されるーは鋭いピークを示す関数となる。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１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Ｔ１及び画像のフレームレートＦからに次の関係式 ％式％（２） によって決定される。速度演算器２０において、周波数
スペクトラムのピークをあたえるωｐはこの周波数スペ
クトラムより演算されるが、（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
十分に大きく取れず、周波数分解能が粗くなるため、周
波数スペクトラムモーメントとして求める。

ωｐ＝ω・ＩＧω１（３） このωｐから、生体内の運動部分の超音波ビームの進行
方向の対し直交する方向の運動速度成分■は、 で求められ、生体運動部分の運動速度をベクトル量とし
て測定、表示が可能となる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、隣合
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、周波数分析器で求めた周波数スペクトラ
ムから、生体内運動部分の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。

発明の効果 以上のように本発明は、複数のチャンネルで同時に受波
整相する並列受波整相回路と、各チャンネル間の受波信
号を交互に符号を反転させながら加算する加算器と、加
算された受波信号を複素位相検波信号に変換する回路と
、周波数スペクトラムを演算する周波数分析器と、周波
数スペクトラムより生体内の運動部分の速度を演算する
速度演算器を具備することにより、生体内運動部分の超
音波パルスビームの進行する方向の運動速度成分を求め
ることができ、従来の装置に於て、測定、表示できなか
った正確な生体内の運動部分の状態をベクトル情報とし
て測定、表示することが可能となり、非常に分かりやす
い表示で、正確な診断を行うことができる超音波診断装
置を提供することができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
の概略を示すブロック図、第２図は本発明の第１の実施
例における並列受波回路の一実施例の詳細を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の第１の実施例における並列受波
回路の別の実施例の詳細を示すブロック図、第４図（ａ
）は加算器の特性を表す線図、第４図（ｂ）は加算器の
特性を周波数領域で表した線図、第５図は従来の超音波
診断装置の問題点を説明するための図である。 １・・・探触子、２・・・切替回路、３・・・送波回路
、４・・・受波増幅器、５〜８・・・受波整相回路、９
・・・加算器、１０・・・９０’位相器、１１．１２・
・・ミキサ、１３．１４・・・ＬＰＦ、　　１５．１６
・・・Ａ／Ｄ変換器、１７．１８１９．キャンセラ、１
９・・・周波数分析器、２０・・・速度演算回路、２１
・・・画像メモリ、２２・・・Ｄ／Ａ変換器、２３・・
・切換回路、２４・・表示装置、２５・・・受波整相回
路、２６・・・検波器、２７・・・Ａ／Ｄ変換器、２８
・・・画像メモリ、２９・・・Ｄ／Ａ変換器、３０　・
・・切換回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名第２
ＶＡ 纂３図 １１１４ｒｙＪ に（Ｘ） ビ ２ル 第５図

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、その反射波を受波し、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
   整相する並列受波回路と、前記並列受波回路の各チャン
   ネルの受波信号を交互に符号を反転させて加算する加算
   器と、送波繰り返し周波数の整数倍の周波数を有し互い
   に複素共役関係にある一組の複素基準信号と前記加算器
   に於て加算された受波信号とを混合して、受波信号を複
   素信号に変換する複素信号変換器と、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
   析器と、周波数スペクトラムから生体内の運動部分の速
   度を演算する速度演算器を具備し、生体内運動部分の超
   音波パルスビームの進行方向と直交する方向の運動速度
   分布を測定及び表示することを特徴とする超音波診断装
   置。