JPH0217046A - 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］ （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クグラ効果の利用
により得て映像化する超音波ドプラ血流計に関し、特に
映像手法を改良した超音波ドプラ血流計に関する。

（従来の技術） 超音波診断法では、Ｂモード像を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動清
報、血流イメージングを代表例とするＰデラ効果を利用
した生体内の移動物体の移動に伴う機＃Ｊ！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、複数の超音波撮動子を並設してなるプレイ型
超音波探触子（グローブ）を用い、リニア電子走査であ
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
波を行う方法であシ、例えば、順次ｌ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ｆｉｔ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
れる超音波撮動子は、ビームの中心部に位置するものと
側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撮動子の各発生音波の位相
差を利用し反射される超音ｔＩＩＬＬ−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
り反射超音ｔｌＬを受波して電気信号に変換して、各送
受波によるエコー清報を例えば断層像として形成し、陽
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
ビーム１パルス分毎にＪ＠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
くものでめＱ、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ＩＪ　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９信号を合成して
断層像化するＢモード像以外に、同一方向固定定食によ
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ちゃ、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ブ２法
は、生体内の移動物体の移動に伴う機能情報を得て映像
化する方法であシ、これを以下詳細に説明する。すなわ
ち、超音波ドグラ法は、超音波が移動物体により反射さ
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九ものであって
、具体的には、超音波レート・ヤルス（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、そのエコーを得
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ｉ４ターン、速度の値等の血流の状
ａｔ−知ることができる。

次にこの超音波ドブン法を適用した装置（超音波ドア６
う血流計）について説明する。すなわち、超音波エコー
から血流清報を得るためには、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、受波された超音波エコーを位相検波器によ
シ検波して位相情報つま）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ッ
タ成分を除き、血球によるドプラ偏移信号はたとえばリ
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、別の系で得たＢモ−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清報の
産出方法としては、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
り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、高速血流の場合にお
っては、′折り返り”現象が発生し、問題であった。

上述した間Ｎ’に解決する手法、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れた
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）ｔ−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（ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＩＭＡＧＩＮＧ
　８　、７３−８５　（１９８６）　。

”　ＴＩＭＥ　ＤＯＭＡＩＮ　ＦＯＲＭＵＬＡＴＩＯＮ
　ＯＦ’　ｐＵＬｓＥ−ＤＯＰＰＬｇｇＵＬＴＲＡＳＯ
ＬＪＮＤ　　ＡＮＤ　　ＢＬＯＯＤ　　ＶＥＬＯＣＩＴ
Ｙ　　ＥＳＴＴＭＡＴＩＯＮ　　ＢＹＣＲＯ８ＳＣＯＲ
ＲＥＬＡＴＩＯＮｌ′）に報告されている。

すなわち、相互相関方式は、超音波送受信を相異なる３
回のレートで行なうことにより受信エコー・ｌｌ　ｅｉ
＋１１　’ｉ＋２を得、これらに基づきクラッタ除去後
の信号’１１　ｖｉ＋１を得、 Ｖｔ　＝　ｅ、（ｔ）＋ｅｔ＋１（ｔ）’ｔ＋１　＝　
８ｌ−１−１（ｔ）＋−＋２０）両信号マ５．マｌ＋１
間の相互相関関数Ｒ（τ）を得、Ｒ（τ）が最大となる
τの値’ｍａｘより、流速マ＝τ　　・ｆ−見（ただし
ｆ、はレート周波数、Ｃｍａｘｒ　　　２ は音速）を得、この流速マを１つの超音波ラスク上のマ
ツピングデー夕とし、この一連の手＋１−各ラスクにつ
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。

さらに相互相関方式の超音波ドプラ血流計について、詳
細に説明する。例えば、相互相関関数を用いて２次元平
面上の血流速を計測し、それを例えばカラーにコーディ
ングして表示することができる装置について説明する。

ここで、例えば、１つのラスク上の速度データを得るの
に必要なデータは、相異なる３回の超音波送受イ６で得
ら？した受信エコー・、（ｔ）、　ａ２（ｔ）。

・５（ｔ）であり、これらを次のように信号処理する。

上述のｅ、（ｔ）、　ｅｚ（ｔ）−５３（ｔ）に基づき
クラッタ除去後の信号マ（ｔ）、ｖ２（ｔ）ｆｆ：得る
。

マ、（ｔ）　＝　ｅ＋（ｔ）　−８２＜ｔ）マ２（ｔ）
　＝　ｅｚ（ｔ）　−ａｓ（ｔ）上述の両信号マ、（ｔ
）、　Ｖ２Ｃｔ）間の相互相関関数Ｒ（τ）を下記によ
り求める。

ここで、Ｒ（τ）が最大となるτの値τｍ□より流速マ
を求める。

マ　＝τ　　　＋ｆ　ｌ□ ｍａｘ　　ｒ　２ （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よれば、
“折り返り１なく血流情報？得ることができ有利である
が、血流清報の計測精度については、自己相関方式と何
んら変わるところがなく、その高精度化が強く望まれて
いた。

そこで本発明の目的は、高精度の血ｌＬ慣報を得ること
ができる相互相関方式の超音波ドプラ血流計を提供する
ことにある。

「発明の構成」 （！！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、これによって得たエコー信号から前
記血流によって偏移を受けたドプラ聞移成分を検出し、
血流清報を得る超音波ドプラ血流計において、プレイグ
ローブを用い、超音波送受信を相異なる３回のレートで
行なうことにより受信エコー・　ｅｅ−１に得、これら
から、１’　　　ｌ−１１１１＋２ レンジｆｆ−）幅で決まるクラッタ除去後の信号１１・
ｖ１＋１を得・ マ　＝６（ｔ）　＋　ｅ、、（ｔ） マ　　＝ｅ　　　（ｔ）＋６＋２（ｔ）１＋１　　　１
＋１ 両信号’ｉｌ　ｖｉ＋１間の相互相関関数Ｒ（τ）を得
、Ｒ（τ）が最大となるτの値τｒｎａｘより、流速マ
＝τ　　・１−！−＜ただし、ｆ　はレート周波数。

ｍａｘ　　　　ｒ　　　２　　　　　　　　　　　　　
ｒＣは音速）を得、この流速マを１つの超音波ラスタ上
のマツピングデータとし、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手段
と、この手段における前記相互相関間ａＲ（τ）の絶対
値が最大となるように前記アレイノロープの口径又は前
記レンジゲート幅を制御する手段とを具備し九ことを特
徴としている。

（作用） このような構成によれば、アレイプローブの口径又はレ
ンジゲート幅の制御によりドプラ信号のサンプル？リュ
ームの大きさを調整し得、相互相関関数の絶対値を最大
とすることができ、もって、血流速の大きさに依存する
ことなく常に測定精度の高い血流清報を得ることができ
る。

（実施例） 以下本発明にかかる超音波ドプラ血流針の一実施例を、
第１図を参照して説明する。第１図に示すように１例え
ばセクタ電子スキャン用のアレイプローブ１は、超音波
送信系をなすレート・母ルス発生器２．遅延ｍｓ＊ノ譬
ルサー４により口径制御が可能にして送信駆動され、超
音波受信系をなすプリアンプ５．遅延線６．加算器７に
より口径制御が可能にして受信駆動され、例えば、超ｗ
波パルストシラ法のスキャンと、Ｂモードのスキャンと
が行なわれる。ここで、超音波・ｆルスドプラ法のスキ
ャンにあっては、相異なる３回のレートで超音波送信系
が駆動され、超音波受信系にてそれぞれ受信エコーＪ（
ｔ）、”ｌ＋１”　”ｌ＋２（ｔ）が得られる。

そして、超音波ｉ４ルスドデラ法による受信エコーは、
レンジゲート幅が可変のｒ−）回路８にてドプラ測定点
の信号が取り出され、Ａ／Ｄ変換器９にてディジタル信
号化される。このディノタル信号は、切換器１０．３つ
のメモリからなる第１のメモリ１１．加算器１２，２つ
のメモリからなる第２のメモリ１３．切換器Ｊ　４　、
　ＦＦＴ解析器１５、切換器１６，４つのメモリからな
る８ｇ３のメモリ１７．演算器１８からなる相互相関方
式解析器ＣＣＡ　Ｋ入力され、ここで前述の如く各ラス
タ上のマツピングデータ（血流速ｒ−タ）として血流速
の平均値や分散値を算出し、ラスタ毎にＤＳＣ（７Ｊイ
ジタル・スキャン・コンバータ）１９ＶＣ与える。

一方、超音波送信系は、セクタスキャン等のＢモードス
キャンにより駆動され、これによ〕超音波受信系は、セ
クタスキャンの受信エコーデータをＢモード像生成部２
０に与える。ことで、一般には、Ｂモードスキャン（ル
−ト）→ドプラスキャン（異なる３レート）によシ、ｌ
ラスタが形成され、ＤＳＣ１９においては、Ｎラス２分
のＢモードデータとドプラデータとを収集し終えて、ｌ
フレーム画像を作り上げるようにしている。

上述のようにＤＳＣＪ　９で作られたテレビジョンフォ
ーマットの１フレームデータは、Ｄ／Ａ変換器２１にて
アナログ信号化され、モニタ２２にてテレビジ、、ｙフ
ォーマットによる表示がなされる。

上記において、超音波送信系及び超音波受信系は、ビー
ムコントローラ２３により口径制御がなされ、ま次ダー
ト回路８におけるレンジゲート幅はビームコントローラ
２３によシ制御される。そして、ビームコントローラ２
３は、相互相関方式解析器ＣＣＡの演算器１ｇから制御
データを受ける。

この演算器１８では、相互相関関数Ｒ（τ）を求めてお
り、このＲ（τ）がビームコントローラ２３に与えられ
る。そして、ビームコントローラ２３は、Ｒ（τンの絶
対値が最大となるように、口径制御又はレンジゲート幅
制御を行なう。

第２図は、口径又はレンジゲート幅と、ドプラ信号のサ
ンプルＮ　リ、−ムとの関係を示した図であり、口径を
制御することにより、す／グルボリュームの方位方向の
幅ｔＸ整することができる。

また、レンジｒ−）幅を制御することにより、サンプル
／　ＩＪニームの距離方向の幅を調整することができる
。そして、具体的には、速度Ｖが大のとき口径を小とす
るか又はレンツデート＠を大としてサンプルボリューム
を大きくする。また、速度Ｖが小のとき口径を大とする
か又はレンジゲート幅を小としてサンプルボリー−ムを
小さくする。

尚、レート周期は一定とする。

以上のように本実施例によれば、相互相関関数Ｒ（τ）
に基づき、その絶対値が最大となるように口径制御又は
レンツゲート幅制偽を行なうようにしたので、サンプル
ボリュームの大きさを調整でき、よって、速度Ｖの大き
さに依存しないで、常に精度の高い血流情報を得ること
ができるようになる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるもの
である。

［発明の効果」 以上のよつに本発明によれば、Ｖの大小に依存しないで
高精度の血流清報を得ることができる超音波ドプラ血流
計を提供できる。

【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
の構成を示すブロック図、第２図は口径又はレンジゲー
ト幅とサンプルボリュームとの関係を示す図である。 １・・・プローブ、２・・・レートノクルス発生Ｄ、３
パ・遅延線、４・・・）９ルサー　５・・・プリアンプ
、６・・・遅延線、７・・・加算器、８・・・ｆ−）回
路、９・・・Ａ／Ｄ変換器、ＣＣＡ・・・相互相関方式
解析部、１９・・・ＤＳＣ（ディジタル・スキャン・コ
ンバータ）、２０・・・Ｂモードｆ象生成部、２ノ・・
・Ｄ／Ａ変換器、２２・・・モニタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 生体内循環器組織中の血流に対して超音波を送信し、こ
   れによって得たエコー信号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、アレイプローブを用い、超音波
   送受信を相異なる３回のレートで行なうことにより受信
   エコーｅ＿ｉ、ｅ＿ｉ＿＋＿１、ｅ＿ｉ＿＋＿２を得、
   これらから、レンジゲート幅で決まるクラッタ除去後の
   信号ｖ＿ｉ、ｖ＿ｉ＿＋＿１を得、ｖ＿ｉ＝ｅ＿１（ｔ
   ）＋ｅ＿ｉ＿＋＿１（ｔ）ｖ＿ｉ＿＋＿１＝ｅ＿ｉ＿＋
   ＿１（ｔ）＋ｅ＿ｉ＿＋＿２（ｔ）両信号ｖ＿ｉ、ｖ＿
   ｉ＿＋＿１間の相互相関関数Ｒ（τ）を得、▲数式、化
   学式、表等があります▼ Ｒ（τ）が最大となるτの値τ＿ｍ＿ａ＿ｘより、流速
   マ＝τ＿ｍ＿ａ＿ｘ・ｆ＿ｒ・ｃ／２（ただし、ｆ＿ｒ
   はレート周波数、ｃは音速）を得、この流速ｖを１つの
   超音波ラスタ上のマッピングデータとし、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
   を形成する手段と、この手段における前記相互相関関数
   Ｒ（τ）の絶対値が最大となるように前記アレイプロー
   ブの口径又は前記レンジゲート幅を制御する手段とを具
   備したことを特徴とする超音波ドプラ血流計。