JPH0199541A - 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、特に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
、測定都立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（、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７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μ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と、運動速度の超音
波の進行方向の運動速度成分を同時に測定し、本来ベク
トル量である生体内の運動部分の運動速度をベクトル量
として二次元ベクトル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、遅延器と、各チャンネル間の時空相関関数
を求める時空相関器と、第１の速度演算器とを具備し、
複素信号変換器と、自己相関器もしくは周波数分析器と
、第２の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、各チャンネルで受波された各
受波信号に遅延時間を与え、各チャンネル間の受波信号
の相関、いわゆる時空相関関数を求める。このとき、生
体内部の運動部分の超音波ビームの進行方向と直交する
方向の運動速度に比例して、時空相関関数の最大となる
空間的な位置がシフトするので、この時空相関関数の最
大となる位置より、生体内部の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を演算すると同時
に、受波信号のドツプラ効果による位相の変化を受波信
号の自己相関関数の位相から求めるか、または直接周波
数分析することにより求め、これより生体内部の運動部
分の超音波ビームの進行方向の運動速度成分を演算する
ことにより、生体内部の運動をベクトル量として測定す
ることができる。

実施例 μ下１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
を示すブロック甲、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、第４図は１本発
明の他の実施例を示すブロック図、第５図は、隣合うチ
ャンネルでの受波信号の位相の関係の説明図、第６図は
時空相関関数の分布の説明図である。

第１図に於て、■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
りトランスジューサを構成したものである０この探触子
ｌの各エレメント＃１〜＃ｎは、切換回路２に接続され
ている。

この切換回路２は、送波時間の間は、ｎ個のエレメント
＃１〜＃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に接続し、受波時間の間は、ｎ個のエレメン
ト＃ｌ〜＃ｎのうち、ｍ個（第２図では４個）のエレメ
ントからなるｊ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に受波増幅器４に接続する。

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菌も行い、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■する。第２図及び
第３図の５〜８は受波整相回路で１ｍ個の遅延器と加算
器で構成され、前記ｊ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。９〜１２は検波器
。

１３〜１６はＡ／Ｄ変換器である。１７〜２０は遅延器
で、前記送波回路３で発生される送波超音波ビームのパ
ルス繰り返し周期Ｔの時間だけ遅延される。

２１は時空相関器で、前記Ａ／Ｄ変換器１３〜１６から
の出力と、Ａ／Ｄ変換器１３〜１６からの出力より１時
間だけ遅延された前記遅延器１７〜２０からの出力信号
から時空相関関数を演算する。

２２は速度演算回路で、　前記時空相関器２１で求めら
れた時空相関関数より、時間間隔Ｔにおける時空相関関
数が最大になる位置ξＰを求へ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
成分を求めることができる。２３は画像メモリで、速度
演算回路２２で求められた運動速度を一時記憶する。　
２４はＤ／Ａ変換器、２５は切換回路、２６は表示装置
％　２７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。２８は検波器、２９はＡ
／Ｄ変換器、３０は画像メモリ、３１はＤ／Ａ変換器、
３２は切換回路である。１０１は移相器で。

送信の基準パルス信号を９０°位相シフトする０１０２
、１０３はミキサで、１０２は受波整相回路２７で位相
整合された受波信号と送波信号の基準ノくルス信号をミ
キシングし、１０３は移相器１０１で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。１
０４．１０５は前記ミキサー１０２゜１０３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ー（
ＬＰＦ）　、　　１０６．１０７はＡ／Ｄ変換器で、Ｌ
ＰＦで得られた位相検波信号をデジタル信号に変換する
。１０８．１０９はキャンセラで。

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。１）０．１）１は遅延器で１位相検波信号の
一部を遅延させる。１）２は自己相関器で位相検波され
た信号から自己相関関数を演算する。

１）３は第２の速度演算器で自己相関関数から運動部分
の超音波ビームの進行方向の運動速度成分を演算する。

以上のような構成に於て、以下その動作を説明する０ 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。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
エレタイ、ド数、及び隣あったチャンネルのずれピッチ
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、受波時の指向性を開開するために、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量されて加算される。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、しかも同時に岐り込むことができる。

一方、送波時においては、少な（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で位相別間
された送波パルスに応じて指向性の制量された超音波ビ
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、検波器９〜１２に於
て検波され、更にＡ／Ｄ変換器１３〜１６に於てデジタ
ル信号に変換される。デジタル信号に変換された受波信
号の出力の一部は遅延器１７〜２０に入力される。この
遅延器１７〜２０に於て、超音波ビームのパルス繰り返
し周期Ｔだけ遅延され、時空相関器２１に入力される。

一方、デジタル信号に変換された受波信号の出力の他の
一部は、直接時空相関器２１に入力される。

時空相関器２１では、Ａ／Ｄ変換器１３〜１６から直接
入力された各チャンネルの受波信号と、遅延器１７〜２
０をへて時間Ｔだけ遅延された各チャンネルの受波信号
の組合せにより、時間間隔Ｔにおける各チャンネル間の
時空相関関数をチャンネルの間隔（第２図では、２工レ
メント間隔、第３図では、■エレメント間隔）で演算す
る。この演算において、生体内部の運動部分からの超音
波ビームの反射は、隣あるいは近傍のチャンネルでは極
端には変化しないと考えられ、第５図に示すように、ξ
だけ離れたところの受波信号１ま、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
Ｖとすると、時間ττ＝ξ／　Ｖ　　　　　　　　　　
　　　（１）だけ位相のシフトした信号となる。しかし
、一般的には、生体内運動部分の超音波ビームの進行方
向の運動速度成分によるドツプラー効果による位相シフ
トが更に加算されてしまう。その影響を取り除くために
包絡線検波して時空相関関数を演算する。その結果、第
６図に示すように１時空相関関数は、 ξＰ＝ｖ・τ　　　　　　　　　　　　（２）で示され
るところでピークを示す。ここで、時空相関関数の計算
において、Ｔ時間の間隔で一定回数だけ演算し、その平
均で時空相関関数は求められているが、この平均回数ｉ
％Ｂ−モード画像を構成するための走査線数Ｎ、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からに次の関係式 ％式％（３１ によって決定される。

時空相関器２１で、時間間隔Ｔに於てチャンネル間隔で
演算された時空相関関数は、速度演算回路２２に入力さ
れる。超音波ビームのパルス繰り返し周期をＴとしたと
き、この時空相関関数のピーク位置より、超音波ビーム
の進行方向と直交する方向の生体内運動部分の運動速度
成分Ｖは、■−ξＰ／τ　　　　　　　　　　　　（４
）より求められ、時間間隔Ｔに於ける時空相関関数が最
大となる位置ξＰと時間間隔Ｔから、（４）式より、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
の運動速度成分を計算する。

一方、受波整相回路２９で位相整合された受波　　　　
□信号の一部は、ミキサ１０２で送波信号の基準パルス
信号とミキイングされ、ＬＰＦ１０４で位相検波信号に
変換される。また他の一部は、ミキサ１０３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、ＬＰＦ１０５で位相検波信号に変換され、それぞ
れＡ／Ｄ変換器１０６．１０７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１０８．１
０９でクラッタ−成分の除去された複素位相検波信号の
一部は、遅延器１）０．１）１で遅延され、遅延された
複素位相検波信号と、遅延されていない複素位相検波信
号が入力された自己相関器１）２では複素量としての自
己相関関数が求められる。いま、自己相関関数の実数部
をＣｒ、虚数部をＣｉとすると、生体内の運動部分での
超音波ビームのドツプラ効果による周波数シフトｆｄと
の間忙は次の関係がある。

ここで、Ｔは超音波ビームのパルス繰り返し周期である
。ドツプラー効果は、生体内部の運動部分の超音波ビー
ムの進行方向の運動速度成分による超音波ビームの周波
数シフトであるから、速度演算器１）３において、自己
相関器１）２で計算された自己相関関数より■式の関係
よりｆｄを求め、これより生体内部の運動部分の超音波
ビームの進行方向の運動速度成分を求めることができ、
ベクトル情報としての生体内部の運動速度成分を求める
ことができる。

μ上水実施例によれば、生体内部の運動部分の超音波ビ
ームの進行方向と、それに直交する方向の運動速度成分
が同時に測定でき、生体内部の運動部分の状態をベクト
ルとして測定表示ができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第４図は本発明の他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である。

第４図において第１図と異なる点は、遅延器１）０、１
）１および自己相関器１）２０代わりに周波数分析器２
０１を備えている点である。この周波数分析器２０１に
おいて、複素位相検波信号を直接周波数分析することに
より、生体内運動部分による超音波ビームのドツプラー
効果による周波数シフトを直接演算し、生体内の運動部
分の超音波ビームの進行方向の運動速度成分を求めてい
る。

なお、μ上の説明では、受波整相回路５〜８で位相整合
した後に、検波器９〜１２で検波を行ったが、この検波
器９〜１２は必ずしも必要ではな（て、Ａ／Ｄ変換した
後、デジタル信号処理により検波してもよい。

また、検波器９〜１２．及びＡ／Ｄ変換器１３〜１６も
必ずしも必要ではな（、受波整相回路５〜８の内部にＡ
／Ｄ変換器を持ち、デジタル信号に変換してデジタル信
号処理により位相整合と、検波をしてもよい。

発明の効果 μ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、各チャンネル間の時空相
関関数を演算する時空相関器と、時空相関関数から生体
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１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１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】

嘉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図は本
発明の第２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５図は隣合うチャンネルでの受波信号
の位相の関係を説明するための図、第６図は時空相関関
数の分布を説明するための図、第７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
、４６・、受波増幅器、５〜８・・・受波整相回路、　
９〜１２・・・検波器、１３〜１６・・・Ａ／Ｄ、１７
〜２０・・・遅延器。 ２１・・・時空相関器、２２・・・速度演算回路、２３
・・９画像メモリ、２４・・・Ｄ／Ａ変換器、２５・・
切換回路。 ２６・・・表示装置１．２７・・・受波整相回路、２８
・・・検波器、２９・・・Ａ／Ｄ変換器、３０・・・画
像メモ！Ｊ％３１・・・Ｄ／Ａ変換器、３２・・切切回
路、１ｏ１・・・９０’位相器−１０２，１０３・・ミ
＊？、　　１０４，１０５．、、ＬＰＦ、　　１０６゜
１０７・・・Ａ／Ｄ変換器、１０８，１０９・・・キャ
ンセラ、１）０、１）１・・・遅延器、１）２−・・自
己相関器、１）３・・・速度演算回路、２０１・・周波
数分析器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１多筒　
２　図 １憚清ｉ予 篤　３ｔｌ 第５図 第　６　図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記受波信号の遅れ時
   間を設けて、各チャンネル間の時空相関関数を演算する
   時空相関器と、前記時空相関関数から生体内の運動部分
   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
   速度を演算する第一の速度演算器と、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増幅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
   、前記複素信号の遅れ時間を設けて複素信号の自己相関
   関数を演算する自己相関器と、前記自己相関器の出力か
   ら生体運動の超音波パルスビームの進行方向の速度を演
   算する第二の速度演算器とを具備し、超音波パルスビー
   ムの進行方向及びそれと直交する方向の速度ベクトル分
   布の測定及び表示することを特徴とする超音波診断装置
   。
2. （２）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、前記受波信号の遅れ時
   間を設けて、各チャンネル間の時空相関関数を演算する
   時空相関器と、前記時空相関関数から生体内の運動部分
   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
   速度を演算する第一の速度演算器と、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増幅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
   、前記複素信号の遅れ時間を設けて複素信号の周波数ス
   ペクトラムを演算する周波数分析器と、前記周波数分析
   器の出力から生体運動の超音波パルスビームの進行方向
   の速度を演算する第二の速度演算器とを具備し、超音波
   パルスビームの進行方向及びそれと直交する方向の速度
   ベクトル分布の測定及び表示することを特徴とする超音
   波診断装置。