JPH0217044A - 超音波ドプラ血流計 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、生体内の移動物体の移動に伴う機能情報とし
て血流速情報を、超音波送受波及びドツプラ効果の利用
により得て映像化する超音波ドプラ血流計に関し、特に
映像手法全改良した超音波ドプラ血流計に関する。

（従来の技術） 超音ｅ、診断法では、Ｂモード像全代表例とする解剖学
的情報、Ｍモード像を代表例とする生体内の器官の運＠
情報、血流イメーゾングを代表例とするドプラ効果を利
用した生体内の移動物体の移動に伴う機能情報等を用い
て診断に供するようにしている。

また、超音波の生体内に対する走査法の代表的なものに
は、電子走査と機械走査とがある。ここで、電子走査法
について説明する。

すなわち、複数の超音波振動子を並設してなるアレイ型
超音波探触子（７’ローブ）を用い、リニアミ子走査で
あれば、超音波振動子の複数個を１単位とし、この１単
位の超音波振動子について励振を行ない超音波ビームの
送波を行う方法であり、例えば、順次１振動子分づつピ
ッチをずらしながら１単位の素子の位置が順々に変わる
ようにして励振してゆくことにより、超音波ビームの送
波点位置を電子的にずらしてゆく走査である。

そして、超音波がビームとして集束するように、励振さ
れる超音波振動子は、ビームの中心部に位置するものと
四方に位置するものとでその励振のタイミングをずらし
、これによって生ずる超音波振動子の各発生音波の位相
差を利用し反射される超音波全集束（電子フォーカス）
させる。そして、励振したのと同じ振動子により反肘超
音ｅを受波して電気信号に変換して、各送受波によるエ
コー嘴報企例えば断層像として形成し、陰極線管等に画
像表示する。

また、セクタ電子走査であれば、励振される１単位の超
音波振動子群に対し、超音波ビームの送波方向が超音波
ピームトぐルス分毎に順次扇形に変わるように各振動子
の励振タイミングを所望の方向に応じて変化させてゆく
ものであシ、後の処理は基本的には上述したリニア電子
走査と同じである。

以上のようなリニア、セクタ電子走査の他に、振動子（
探触子）を走査機構に取付け、走査機構を運動させるこ
とにより超音波走査を行う機械走査もある。

一方、映像法には、超音波送受信に伴う信号を合成して
断層像化するＢモード像以外に、同一方向固定走査によ
るＭモード像が代表的である。このＭモード像は、超音
波送受波部位の時間的変化を表わしたものであり、特に
心臓の如く動きのある臓器の診断には好適である。

また、血流イメージングを代表例とする超音波ドプラ法
は、生体内の移動物体の移動に滲う機能清報ｆｔ得て映
像化する方法であり、これを以下詳細に説明する。すな
わち、超音波ドプラ法は、超音波が移動物体によシ反射
されると反射波の周波数が上記移動物体の移動速度に比
例して偏移する超音波ドプラ効果を利用したものであっ
て、具体的には、超音波レートパルス（或いは連続波）
を生体内に送波し、その反射波エコーの位相変化よりド
プラ効果による周波数偏移を得ると、そのエコーをイυ
た深さ位置における移動物体の運動情報を得ることがで
きる。

この超音波ドプラ法によれば、生体内における一定位置
での、血流の流れの向き、乱れているか整っているかの
流れの状態、流れの／４’ターン、速度の値等の血流の
状態を知ることができる。

次にこの超音波ドプラ法を適用し次装置（超音波ドプラ
血流計）について説明する。すなわち、超音波エコーか
ら血流情報を得るためには、超音波探触子及び送受波回
路を駆動しである方向に超音波パルスを所定回数繰返し
て送波し、受波され九超音波エコーを位相検波器により
検波して位相情報つまり血球によるドプラ偏移信号とク
ラッタ成分とからなる信号を得る。この信号を、Ａ／Ｄ
変換器にてディジタル信号化し、フィルタによシクラ成
分を除き、血球によるト０グ９１ｍ移信号Ｆｉたとえば
リアルタイムでカラードプラ像を得るためには自己相関
方式などの高速の周波数分析器により周波数分析し、ド
プラ偏移の平均値、ドプラ偏移の分散値、ドプラ偏移の
平均強度などを得る。

ここで、超音波ビームをセクタスキャンの画面に対応さ
せて一方側から他方側にスキャンしながら前述の一連の
処理を行うことにより、２次元に分布する血流の情報を
検出することができる。

そして、前述の血流の方向及び速度を示した２次元血流
速像等の血流清報と、別の系で得九Ｂモード像やＭモー
ド像とを、ＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コンバータ
）にて重畳合成し、ＴＶモニタにて表示する。

上述した従来の超音波ドプラ血流計における血流情報の
算出方法としては、自己相関方式を採用したものとして
いる。この自己相関方式は、超音波エコーの位相変化よ
シドプラ偏移周波数の平均値を求め、その平均周波数に
より流速を得るようにしているが、高速血流の場合にあ
っては、′折り返り”現象が発生し、問題であった。

上述した問題を解決する手法、つまり、折り返りなく高
速血流を得る方法として、相異なるレートで得らｆｔｆ
ｒ−受信エコーの波形同志の時間軸上での相関関数（相
互相関関数）を求め、この相互相関関数により血流速を
求める方法が文献（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣｒＭＡＧＩＮ
Ｇ　８．７３−８５（１９８６）、’　ＴＩＭＥ　Ｄｏ
凧ＩＮ　Ｆ’ＯＲ耶ＬＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＰＵＬＳＥ−
ＤＯＰＰＬＥＲＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ　ＡＮＤ　ＢＬＯ
ＯＤ　ＶＥＬＯＣＩＴＹ　ＥＳＴＩＭＡＴＩＯＮ　ＢＹ
ＣＲＯ８Ｓ　Ｃ０ＲＲＥＬＡＴＩＯＮ”）に報告されて
いる。

すなわち、相互相関方式は、超音波送受信全相異なる３
回のレートで行なうことにより受信エコＪ＋　”ｉ＋Ｉ
＋月＋２を得、これらに基づきクラッタ除去後の信号Ｖ
１＋　ｖ１＋１　ｌｔ得、Ｎ’ｌ　＝　ａｌ（ｔ）　＋
　ａ１＋１（ｔ）ｖｌ＋１　”　’　１＋１（ｔ）　＋
　”ｌ＋２（ｔ）両信号マｌ、ｖｌ＋１間の相互相関関
数Ｒ（τ）を得Ｒ（τ）が最大となるτの値τｍ＆工よ
り、流速Ｖ＝τ　　・ｆ−！−（ただし、ｆはレート周
波数。

ｍａｘ　　　　ｒ　　　２ｒ Ｃは音速）を得、この流速Ｖを１つの超音波ラスタ上の
マンピングデー夕とし、この一連の手順を各ラスタにつ
き繰り返すことにより１つのフレームを形成する方式で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した相互相関方式の超音波ドプラ血流計にあっては
、送受信系にて、相異なる３回の超音波送受信により、
３つの受信エコーを得、これをＡ／Ｄ変換器によりディ
ジタル信号化してそれぞれメモリに記憶し、その後メモ
リからデータを絖み出して相関関数を求める演算を行な
うようにしている。

しかし乍ら、上述においては、高周波信号である受信エ
コーを直接にＡ／Ｄ変換するため、高速動作型のＡ／Ｄ
変換器を必要とし、コスト上昇を招いている問題点があ
った。

そこで本発明の目的は、低速動作型のＡ／Ｄ変換器を用
いて相互相関関数に基づく血流情報を算出することを可
能とした超音波ドプラ血流計を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するために次
のような手段を講じた構成としている。

すなわち、本発明は、生体内循環器組織中の血流に対し
て超音波を送信し、これによって得た受信エコーから前
記血流によって偏移を受けたドプラ偏移成分を検出し、
血流情報を得る超音波ドプラ血流計において、１つのラ
スタ上の血流情報を、相異なる３回のレートで超音波送
受信を行なうことによって得られる３つの受信エコーに
より生成するものとし、該受信エコーを位相検波する手
段と、この手段による位相検波出力を入力するローノ！
ス、フィルタト、このロー、ノ千ス、フィルタの出力を
ディジタル信号化するＡ／Ｄ変換手段と、この手段の出
力に基づきクロススペクトルを得る手段と、この手段の
出力に基づき前記３つの受信エコーの相互相関数を得る
手段と、この手段によって得た相互相関関数に基づき血
流速情報を得る手段とを具備したことｆ：特徴とする。

（作用） このような構成によれば、Ａ　／’　Ｄ変換手段は、受
信エコーの位相検波出力をＡ／Ｄ変換するものとし得、
ここで位相検波出力は、受信エコーよりも周波数が低い
ものであるから、結果的に、Ａ／Ｄ変換手段は、低速動
作型のものを用いることができる。

（実施例） 以下本発明にかかる超音波ドプラ血流計の一実施例を図
面を診照して説明する。第１図に示すように、アレイプ
ローブ１は、レートノｅルス発生器２．遅延線３．・ｆ
ルナ−４からなる超音波送イ３系により送信駆動され、
グリアフグ５．遅延線６゜加算器７からなる超音波受信
系により受信駆動される。

すなわち、ドプラモードにあって超音波受信系では、１
つのラスタ上の血流情報を得るための３つの受信エコー
を得るべく相異なるレートで３回にわたって送信駆動し
、これによって、超音波受信系は、３つの受信エコーを
得る。

また、Ｂモードにあっては、ル−トの超音波送受信にて
、１つのラスタを得るようにしている。

ここで、ドプラモードにおける受信エコーをｖ（ｔ）と
すると、 ｖ（ｔ　）　＝　ａ（ｔ）　０１１１（２πｆｏｔ十φ
）ただし、ａ（ｔ）は包絡線関数、ｆｏはキャリア周波
数、φは位相である。

この時、受イざエコーｖ（１）のス（クトラムＶＣｆ）
は、下記のようになる。

上述のよりに表わされる受信エコーｖ（ｔ）は、ミクサ
８に、８Ｂにてリファレンス信号ｃｍ２πｆ０１゜［ｈ
１２πｆｏｔの供給を受けて直交位相検波処理される。

これを、第１図及び第２図を参照して説明する。

スナわち、ミキシング後の信号をｘ’（ｔ）、　ｙ’（
ｔ）　トすると、次のようになる。

ｘ’（ｔ）”　ｖ（ｔ）ｏｏｓ２ｙｒｆＯｔ＝　ｍ（ｔ
）　ｃｃｓ　（２πｆｏｔ＋φ）　ｃｏｓ　２πｆｏｔ
ｙ’（ｔ）　＝　ｖ（ｔ）ｇｂｓ２πｆＱｔ＝ａ（ｔ）
ｃｍ（２Ｋｆｏｔ＋φ）内２πｆｏｔここで、 ｘ’（ｔ）′７Ｘ’（ｆ）　、　ｙ’（ｔ）’−ｙＹ’
（ｆ）とすると（′７はフーリエ変換を示す。）、下記
のようになる。

そして、ｘ’（ｔ）、ｙ’（ｔ）をロー、ノぐス、フィ
ルタ（ＬＰＦ　）　９　Ａ　、　９　Ｂに通すと、Ａ（
ｆ±２ｆ０）成分が除去され、ｘ（ｔ）、　ｙ（ｔ）が
得られる。

よって。

ｚ（ｔ）＝−ａ（ｔ）伺φ 】 ｙ（ｔ）＝−一息（ｔ）ｍφ ここで、ＬＰＦ　９　Ａ　、　９　Ｂの出力ｘ（ｔ）、
　ｙ（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器１０１．１０ｆ３によりデ
ィジタル化されるが、このディジタル後の出力について
もｘ（ｔ）、　ｙ（ｔ）と記述し、これにミクサｌｌｋ
、ＩＩＢによりｃａｓ２πｆＯｔ、ｄｎ２πｆｏｔを乗
算すると、ｘ（ｔ）。

ｙ（ｔ）によりｖ（ｔ）が完全に再元できることが、第
３図及び下記式によシわかる。第３図は、第１図におけ
る該当部分と、説明のためにデイ・ゾタルミクサ２１を
入れ、ｘ（ｔ）、　ｙ（ｔ）とｖ（１）との処理系を示
す図である。

ｖ（ｔ）＝　ａ（ｔ）ｃｌｌｍ（２πｆｏｔ＋φ）＝　
ｔ（ｔ）（（ｃｍ２πｆ、ｔ、１ｌｃｏｓφ−〔出２π
ｆｏｔ〕ｍφ）＝ｘ（ｔ）ｃｏ＋２πｆｏｔ＋ｙ（ｔ）
ｇｍ２πｆｏｔ以上より、Ａ／Ｄ変換器１０１．１０ｆ
３が、Ａ／Ｄ変換する４６号ｘ（ｔ）、　ｙ（ｔ）は、
受信エコーｖ（ｔ）よりも低周波であるので、Ａ／Ｄ変
換器１０Ａ。

ＪＯＢは（従来と比べて）低速動作型のもので良い。こ
の場合、Ａ／Ｄ変換器１０に、ＩＯＨのサンプリング周
波数は、包絡線関数ａ（ｔ）のスペクトラム中の最大周
波数成分の２倍以上であれば十分である。

ここで、第４図に示すように、Ｖ（ｆ）及びＸ（ｆ）　
。

Ｙ＜ｆ）の帯域を考えると、ｘｃｆ）、　ｙ（ｆ）はＡ
（ｆ）のそれと同じであり、Ｖ（ｆ）はＡ（ｆ）を、そ
の中心周波数をｆ＝±ｆ０に移動したものである。

そして、ｖ（ｔ）　（ｘ（ｔ）ｃｏｇ２πｆｏｔ、　ｙ
（ｔ）・ｔｈ２πｆＯｔ　）は、固定キャンセラ１２１
．１２Ｂと、データＸ、Ｃｆ）、　Ｘｋ＋１Ｃｆ）、　
７．（ｆ）、　７に＋１（ｎを保持する４つのメモリか
らなる第１メモリ１３と、Ｆ’Ｆ’Ｔ解析部２４Ａ、１
４Ｂと、データＸｋ（ｆ）、Ｘｋ＋１（ｆ）。

Ｙ、（ｆ）、　Ｙｋ−□、（ｆ）を保持する４つのメモ
リからなる第２メモリ１５と、相互相関関数Ｒ（τ）か
ら血流速度、その平均値２分散等を算出する演１’１−
ａ１ｅとからなる相互相関方式解析部ＣＣＡに入力され
る。

この相互相関方式解析部ＣＣＡにおいては、前述のディ
ジタル信号のｘ　（ｔ　）　・ａｓ　２πｆＯｔ、　ｙ
（ｔ）ｇｔｎ２πｆｏｔからクロススペクトルＶｅ（ｆ
）　＝　Ｖ）；”（ｆ）’Ｖｋ、Ｈ（７）を求め、これ
を逆フーリエ変換することにより相互相関関数Ｒ（τ）
を求め、この相互相関間ｔ！１．Ｒ（τ）より、このＲ
（τ）がピークとなるτの値、τの１次モーメントをと
るなどして血流速清報を得るように（〜ている。

上述によって得られた血流速清報は、ＤＳＣ７７内で各
ラスタ毎に割り付けられ、Ｂモード像生成部１８からの
ガータと共にフレームが形成され、Ｄ／Ａ変換器１９に
てアナログ化された後にモニタ２０にで表示がなされる
。

々お、上記において、Ａ／Ｄ変換器１０Ａ。

１０Ｂの出力を直接に相互相関方式解析部ＣＣＡに入力
する、つまりミクサ１７Ａ、１１Ｂｆ省略するようにし
てもよい。この場合、ｖ（ｔ）は完全な形で再現された
ものにはならない。

本発明は上記実施例に限定されるものでなよなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施すること
ができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、受信エコーを直交位相検
波した後でＡ／Ｄ変換するようにしたので、Ａ／Ｄ変換
手段としては、低速動作型のものを用いることができ、
コストの低下を図ることができる、効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波ドプラ血流計の一実施例
を示すブロック図、第２図及び第３図は第１図における
要部を示す図、第４図は同夾施例における周ｅ１１帯域
を示す図である。 １・・・アレイプローブ、２・・・レートノクルス発生
！、３・・・遅延線、４・・・ノヤルサー　５・・・プ
リアンプ、６・・・遅延線、７・・・加算器、１？Ａ、
ＪＢ・・・ミクサ、９に、９Ｂ・・・ロー、ノやス、フ
ィルタ（ＬＰＦ　）、１０Ａ、ＪＯＢ・・・Ａ／Ｄ変換
器、ｌｌｋ、１１１（・・・ミクサ、ＣＣＡ・・・相互
相関方式解析部、１７・・・プ″イソタル・スキャン・
コンバータ（ｏｓｃ）、ｔｓ・・・Ｂモード像生成部、
１９・・・Ｄ／Ａ変換器、２０・・・モニタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 生体内循環器組織中の血流に対して超音波を送信し、こ
   れによって得た受信エコーから前記血流によって偏移を
   受けたドプラ偏移成分を検出し、血流情報を得る超音波
   ドプラ血流計において、１つのラスタ上の血流情報を、
   相異なる３回のレートで超音波送受信を行なうことによ
   って得られる３つの受信エコーにより生成するものとし
   、該受信エコーを位相検波する手段と、この手段による
   位相検波出力を入力するロー・パス・フィルタと、この
   ロー・パス・フィルタの出力をディジタル信号化するＡ
   ／Ｄ変換手段と、この手段の出力に基づきクロススペク
   トルを得る手段と、この手段の出力に基づき前記３つの
   受信エコーの相互相関数を得る手段と、この手段によっ
   て得た相互相関関数に基づき血流速情報を得る手段とを
   具備したことを特徴とする超音波ドプラ血流計。