JPH0222659B2 - - Google Patents
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- JPH0222659B2 JPH0222659B2 JP15607685A JP15607685A JPH0222659B2 JP H0222659 B2 JPH0222659 B2 JP H0222659B2 JP 15607685 A JP15607685 A JP 15607685A JP 15607685 A JP15607685 A JP 15607685A JP H0222659 B2 JPH0222659 B2 JP H0222659B2
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は超音波診断装置、特に生体内運動部の
運動速度分布に関する速度の偏差量を測定表示す
ることのできる改良された超音波診断装置に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device, and particularly an improved ultrasonic diagnostic device that can measure and display the amount of velocity deviation regarding the motion velocity distribution of a moving part in a living body. Regarding.
[従来の技術]
生体内の運動部、例えば心臓等の臓器あるいは
循環器及び血管内の血流又は体液流等の運動速度
を測定するために、従来より超音波パルスドプラ
法が実用化されており、生体内運動部からの反射
エコーのドプラ周波数偏移によつて運動速度を電
気的に検出することができるが、このような従来
装置では、フーリエ変換等の複雑な計算手法によ
らなければならないため、予め定めた深度におけ
る限られた特定点の運動部の運動速度のみしか求
めることができない。すなわち、必要とされる広
範囲の血流等の速度分布を求めるためには、超音
波パルスの送受信を異なる目標点(深度方向)に
対して多数回行い、その後これらを合成しなけれ
ばならないため、速度分布測定に長時間を要する
こととなる。従つて、従来の方法では、生体内運
動部の変動に追従した速度分布の測定ができず、
拍動による血流状態の変化等を実時間で観測する
ことが不可能であつた。[Prior Art] The ultrasonic pulse Doppler method has been put to practical use in order to measure the movement velocity of blood flow or body fluid flow in moving parts of a living body, such as organs such as the heart, or the circulatory system and blood vessels. , movement speed can be electrically detected by the Doppler frequency shift of reflected echoes from moving parts in the body, but such conventional devices require complicated calculation methods such as Fourier transformation. Therefore, only the motion speed of the motion part at a limited specific point at a predetermined depth can be determined. In other words, in order to obtain the required velocity distribution of blood flow, etc. over a wide range, it is necessary to transmit and receive ultrasonic pulses many times to different target points (in the depth direction) and then synthesize them. It will take a long time to measure the velocity distribution. Therefore, with conventional methods, it is not possible to measure the velocity distribution that follows the fluctuations of the moving parts in the living body.
It has been impossible to observe changes in blood flow conditions due to pulsation in real time.
そこで、本出願人は送受信される超音波パルス
ビームの通過線上にある運動部の運動速度分布を
一度に実時間で測定表示する装置を開発した(特
開昭58−188433)。 Therefore, the present applicant has developed a device that measures and displays the motion velocity distribution of a moving part on the passing line of the transmitted and received ultrasonic pulse beam at once in real time (Japanese Unexamined Patent Publication No. 188433/1982).
従つて、この装置によれば、例えば心臓の断層
画像(Bモード)に重ねて心臓内の血流の動きを
その速度分布とともに表示することができる。す
なわち、白黒で表示した心臓内を赤(例えば正の
速度)と青(例えば負の速度)などで表わした血
流が流れるように表示され、更に速度はその高低
によつて輝度変調させて示している。この結果、
心臓内の血液の実時間の流れを極めて正確に判断
することができ、弁膜疾患、虚血性・先天性の心
疾患あるいは大動脈疾患等の診断に重要な情報を
提供することが可能である。 Therefore, with this device, it is possible to display the movement of blood flow within the heart together with its velocity distribution, for example, superimposed on a tomographic image (B mode) of the heart. In other words, the blood flow is displayed in red (for example, positive velocity) and blue (for example, negative velocity) as if it were flowing through the heart, which is displayed in black and white, and the velocity is further displayed by modulating the brightness depending on its height. ing. As a result,
The real-time flow of blood within the heart can be determined extremely accurately, and it is possible to provide important information for diagnosing valvular disease, ischemic/congenital heart disease, aortic disease, etc.
[発明が解決しようとする問題点]
従来技術の問題点
しかし、前述した装置は所望範囲全域の血流等
の速度分布を実時間で得られるが、運動部の速度
の分散の度合い、すなわち血流の流れ方が層流的
か乱流的(渦流的)かの識別あるいは血流の乱れ
の度合いなどを正確に知ることができなかつた。
この分散は、運動反射体の平均速度に対応するド
プラ周波数信号の偏差量に相当し、このドプラ周
波数信号の偏差量は一般にスペクトルの広がりを
表わすものである。[Problems to be Solved by the Invention] Problems of the Prior Art However, although the above-mentioned device can obtain the velocity distribution of blood flow, etc. over the entire desired range in real time, the degree of dispersion of the velocity of the moving part, that is, the It was not possible to accurately determine whether the flow was laminar or turbulent (vortex-like) or the degree of turbulence in the blood flow.
This dispersion corresponds to the amount of deviation of the Doppler frequency signal corresponding to the average velocity of the moving reflector, and the amount of deviation of the Doppler frequency signal generally represents the broadening of the spectrum.
従つて、ドプラ周波数信号の偏差量を求めるこ
とにより運動部の運動速度分布における分散を表
示することができる。 Therefore, by determining the amount of deviation of the Doppler frequency signal, it is possible to display the dispersion in the motion velocity distribution of the moving part.
発明の目的
本発明は前記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、送受信される超音波ビーム通
過線上の運動部の平均速度に対応するドプラ周波
数信号の偏差量を実時間で測定し運動部における
個々の構成物の速度の分散を表示する改良された
超音波診断装置を提供することにある。Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to measure in real time the amount of deviation of a Doppler frequency signal corresponding to the average velocity of a moving part on a transmission/reception ultrasound beam passing line. An object of the present invention is to provide an improved ultrasonic diagnostic device that displays the velocity dispersion of individual components in a moving part.
[問題点を解決するための手段及び作用]
前記目的を達成するために、本発明は、超音波
パルスビームを一定の繰返し周波数で生体内に送
信し反射波を受信増幅して表示する超音波診断装
置において、送信繰返し周波数の整数倍の周波数
を有し互いに複素関係にある一組の複素基準信号
と受信高周波信号とを混合して受信高周波信号を
複素信号に変換する複素信号変換器と、複素信号
から生体内の低速運動部の信号を除去する複素デ
イレーライキヤンセラと、前記複素信号の偏角を
演算する偏角演算器と、一定時間遅延された複素
信号の偏角を得るための遅延線を備え遅延時間差
を有する2個の複素信号の偏角差を演算する偏角
差演算器と、前記偏角差演算器の出力信号の変動
成分を平均化するための平均回路と、各部の出力
信号から偏角差の偏差量を演算する偏差演算器
と、を含み、生体内運動部の運動速度の偏差分布
を測定及び表示することを特徴とする。[Means and actions for solving the problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic wave that transmits an ultrasonic pulse beam into a living body at a constant repetition frequency, receives and amplifies reflected waves, and displays them. In the diagnostic device, a complex signal converter mixes the received high-frequency signal with a set of complex reference signals having a frequency that is an integral multiple of the transmission repetition frequency and has a complex relationship with each other to convert the received high-frequency signal into a complex signal; A complex delay lie canceler for removing signals of low-speed moving parts in a living body from a complex signal, a declination calculator for calculating a declination angle of the complex signal, and a declination calculator for calculating a declination angle of the complex signal delayed for a certain period of time. an argument difference calculator for calculating the argument difference between two complex signals having a delay time difference, and an averaging circuit for averaging fluctuation components of the output signal of the argument difference calculator; The apparatus is characterized in that it includes a deviation calculator that calculates the amount of deviation of the deviation angle difference from the output signal of each part, and measures and displays the deviation distribution of the movement speed of the moving part in the living body.
以上のような構成によれば、運動部から得られ
た受信高周波信号は複素信号に変換され、そし
て、この受信複素信号の運動速度成分を表わす偏
角が求められる。次いで、前記受信信号の偏角と
これに所定周期遅れた受信信号の偏角との偏角差
が演算され、この偏角差が対象となる運動部の速
度に対応した最終的なドプラ周波数偏移に相当す
るものであるから、偏角差から運動部の実際の速
度が求められる。 According to the above configuration, the received high-frequency signal obtained from the moving part is converted into a complex signal, and the argument representing the motion velocity component of this received complex signal is determined. Next, the difference in declination between the declination of the received signal and the declination of the received signal delayed by a predetermined period is calculated, and this difference in declination is used as the final Doppler frequency deviation corresponding to the speed of the target moving part. Since this corresponds to the displacement, the actual speed of the moving part can be determined from the difference in the deviation angle.
本発明は、前記偏角差の分散(偏差)を求める
ものであり、この分散は平均値の回りに偏角差
(周波数)がどれだけ散らばつているかを示すも
のである。従つて、この分散は複素信号の偏差か
ら求められ、具体的には前記平均回路で得られた
偏角差の平均値と運動部の個々の構成物の速度を
表わす偏角差との差を演算して、これとドプラ周
波数信号の電力とによりドプラ周波数信号の偏差
が求められる。 The present invention is to find the dispersion (deviation) of the declination difference, and this dispersion indicates how much the declination difference (frequency) is scattered around the average value. Therefore, this dispersion is obtained from the deviation of the complex signal, specifically, the difference between the average value of the argument differences obtained by the averaging circuit and the argument difference representing the velocity of each component of the moving part. By calculating this and the power of the Doppler frequency signal, the deviation of the Doppler frequency signal is determined.
[実施例]
以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図には、本発明に係る超音波診断装置が示
されており、安定な高周波信号を発生する水晶発
振器(OSC)10の出力は分周同期回路12に
供給され、該分周同期回路12によつて所望周波
数の各種出力信号が得られる。 FIG. 1 shows an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, in which the output of a crystal oscillator (OSC) 10 that generates a stable high-frequency signal is supplied to a frequency division synchronization circuit 12. 12, various output signals of desired frequencies can be obtained.
これらの出力信号は、超音波パルスビーム送受
信用の繰返し周波数信号100、複素変換のため
の複素基準信号102,104、超音波送受信結
果の表示を行うための掃引同期信号106、及び
装置各部の同期作用を行うクロツク信号108を
含む。前記複素基準信号102,104は、送信
用繰返し周波数信号の整数倍の周波数を有する送
信バースト波の周波数f0に等しく、かつ互いに位
相がπ/2だけ異なる複素関係をなす信号波形
sin2πf0t,cos2πf0tから成る。 These output signals include a repetition frequency signal 100 for ultrasonic pulse beam transmission and reception, complex reference signals 102 and 104 for complex conversion, a sweep synchronization signal 106 for displaying the ultrasonic transmission and reception results, and synchronization of each part of the device. It includes a clock signal 108 that performs the operation. The complex reference signals 102 and 104 have signal waveforms having a complex relationship that is equal to the frequency f 0 of a transmission burst wave having a frequency that is an integral multiple of the transmission repetition frequency signal, and whose phases differ from each other by π/2.
It consists of sin2πf 0 t and cos2πf 0 t.
前記送受信用の繰返し周波数信号100は、送
受波制御器14を介して電子走査用探触子16に
供給され、該探触子を励振し、超音波パルスビー
ムを被検体90内に送信する。被検体90からの
反射エコーは探触子によつて電気信号に変換さ
れ、送受波制御器14から高周波増幅器18へ送
られて所望の増幅作用が施された後、Bモードあ
るいはMモード表示を行うための出力信号として
検波器20及びA/D変換器22を介してDSC
24に供給され、カラーTVモニタ30で輝度変
調され表示される。 The repetition frequency signal 100 for transmission and reception is supplied to the electronic scanning probe 16 via the transmission/reception controller 14, excites the probe, and transmits an ultrasonic pulse beam into the subject 90. The reflected echo from the object 90 is converted into an electrical signal by the probe, and is sent from the wave transmitting/receiving controller 14 to the high frequency amplifier 18 where it is amplified as desired and then displayed in B mode or M mode. DSC as an output signal for performing
24, and is brightness-modulated and displayed on a color TV monitor 30.
前記送受波制御器14は、前記探触子16の超
音波パルスビームを電気的な角度偏向等によつて
走査させ、この超音波パルスビームで被検体90
を周期的に走査し、あるいは所望の偏向角にて走
査を停止するためなどに設けられている。 The wave transmission/reception controller 14 scans the ultrasonic pulse beam of the probe 16 by electrically angular deflection or the like, and uses this ultrasonic pulse beam to scan the object 90.
The deflection angle is provided for periodically scanning the deflection angle, or for stopping the scanning at a desired deflection angle.
本発明は生体内運動部の運動速度分布に対する
偏角差の偏差量を実時間で測定し運動部における
個々の構成物の速度の分散を求めることに特徴を
有しており、まず偏差量を演算する前に現時刻の
受信信号と1周期前の受信信号との偏角差(ドプ
ラ周波数偏移)を高速にて求める。このために、
本発明は、超音波受信信号を複素変換しており、
前記高周波増幅器18の他方の出力は、複素信号
変換器32に供給され複素信号に変換される。 The present invention is characterized in that it measures in real time the amount of deviation of the difference in declination with respect to the movement velocity distribution of the moving part in the living body and obtains the dispersion of the velocity of each component in the moving part. Before calculation, the argument difference (Doppler frequency shift) between the received signal at the current time and the received signal one cycle before is determined at high speed. For this,
The present invention performs complex conversion on an ultrasonic reception signal,
The other output of the high frequency amplifier 18 is supplied to a complex signal converter 32 and converted into a complex signal.
この複素信号変換器32は位相検波器を含む一
組のミキサ34a,34bを有し、各ミキサにお
いて前記受信高周波信号がそれぞれ前記複素基準
信号102,104と演算され、これらの複素基
準信号は、前述したように互いにπ/2だけ位相
の異なる複素関係にあるため、各ミキサから高周
波信号に対応した複素信号を出力することができ
る。 This complex signal converter 32 has a pair of mixers 34a and 34b including phase detectors, and in each mixer, the received high frequency signal is operated on the complex reference signals 102 and 104, respectively, and these complex reference signals are As described above, since they are in a complex relationship with phases different from each other by π/2, each mixer can output a complex signal corresponding to a high frequency signal.
各ミキサは混合検波作用によつて入力された受
信高周波信号と複素基準信号sin2πf0t,cos2πf0t
との両周波数の和と差の周波数の信号を出力し、
これら両信号が低域通過フイルタ36a,36b
に供給され、差の周波数成分のみが取り出され
る。このミキサ34a,34bの入力信号である
受信高周波信号はドプラ情報を含むパルス数であ
り、複素基準信号102,104は単一周波数の
連続波である。従つて、上記差の周波数成分にも
ドプラ情報が含まれることとなり、この差の周波
数成分を検出すれば運動部の速度を求めることが
できる。 Each mixer uses the received high-frequency signal and the complex reference signal sin2πf 0 t, cos2πf 0 t input by mixed detection.
Outputs the signal of the sum and difference of both frequencies,
Both these signals are passed through low pass filters 36a and 36b.
, and only the difference frequency component is extracted. The received high-frequency signals, which are input signals to the mixers 34a and 34b, are pulse numbers containing Doppler information, and the complex reference signals 102 and 104 are continuous waves of a single frequency. Therefore, the frequency component of the difference also includes Doppler information, and by detecting the frequency component of this difference, the speed of the moving part can be determined.
前記複素基準信号102は、送信用高周波信号
の繰返し周波数frの整数倍の周波数f0を有し、そ
の振幅を1とすれば、
sin2πf0t …(1)
なる正弦波電圧信号にて示される。そして、探触
子16で受信される受信高周波信号は送信周波数
をf0とすれば、
sin(2πf0t+2πfdt) …(2)
にて示される。ただし、fdはドプラ偏移周波数で
ある。 The complex reference signal 102 has a frequency f 0 that is an integral multiple of the repetition frequency f r of the transmission high-frequency signal, and when its amplitude is 1, it is represented by a sinusoidal voltage signal as follows: sin2πf 0 t (1) It will be done. The received high-frequency signal received by the probe 16 is expressed as sin(2πf 0 t+2πf d t) (2), where f 0 is the transmission frequency. However, f d is the Doppler shift frequency.
一方、ミキサ34aでは複素基準信号102と
受信高周波信号との積がとられるので、(1)式と(2)
式との積が求められる。いま式を簡単にするため
に、この積を2倍にした次式でミキサ34aの出
力信号を表わす。 On the other hand, in the mixer 34a, the product of the complex reference signal 102 and the received high frequency signal is taken, so equations (1) and (2)
The product with Eq. To simplify the equation, the output signal of the mixer 34a is expressed by the following equation, which is obtained by doubling this product.
cos2πfdt−cos(4πf0t+2πfdt) …(3)
この出力は低域通過フイルタ36aで2f0+fd
の周波数が除去されるので、その出力信号は、
cos2πfdt …(4)
となる。 cos2πf d t−cos(4πf 0 t+2πf d t) …(3) This output is 2f 0 +f d at the low-pass filter 36a
Since the frequency of is removed, the output signal becomes cos2πf d t (4).
また、他方の複素信号104は前記複素基準信
号とπ/2だけ位相が異なるので、
cos2πf0t …(5)
なる余弦波電圧信号で示される。 Further, the other complex signal 104 has a phase different from the complex reference signal by π/2, so it is represented by a cosine wave voltage signal cos2πf 0 t (5).
上記と同様に、ミキサ34bの混合検波作用及
び低域通過フイルタ36bの作用によつて、フイ
ルタ36bの出力信号は、
sin2πfdt …(6)
なる信号となる。前記(4)式の信号を実数部に、そ
して(6)式の信号を虚数部に対応させると受信高周
波信号は複素信号に変換されたこととなる。これ
ら両信号を複素形式Zで表わすと、
Z=cos2πfdt+jsin2πfdt …(7)
と置ける。 Similarly to the above, due to the mixed detection action of the mixer 34b and the action of the low-pass filter 36b, the output signal of the filter 36b becomes a signal sin2πf d t (6). If the signal of equation (4) is made to correspond to the real part and the signal of equation (6) is made to correspond to the imaginary part, the received high-frequency signal is converted into a complex signal. When these two signals are expressed in complex form Z, it can be set as Z=cos2πf d t+jsin2πf d t (7).
以上のようにして複素変換された複素信号Z
は、AD変換器38a,38bによつてデジタル
信号に変換され、次段の複素デイレーラインキヤ
ンセラ40に入力される。前記AD変換器へはク
ロツク信号108が供給されており、該クロツク
信号によるサンプリングが行われる。 The complex signal Z that has been complex-transformed as described above
are converted into digital signals by the AD converters 38a and 38b, and input to the complex delay line canceller 40 at the next stage. A clock signal 108 is supplied to the AD converter, and sampling is performed using the clock signal.
そして、前述した複素デイレーラインキヤンセ
ラ40は、生体内の静止部あるいは低速運動部か
らの受信信号を除去して運動部のみの速度信号を
取り出すために用いられる。一般に、生体からの
例えば血流信号には血管壁、心臓壁等のほぼ静止
している生体組織からの反射信号(クラツタ)が
混入し、この信号は血流からの反射信号に比較し
て通常強大なため血流測定に著しい妨害を与え
る。このため、複素デイレーラインキヤンセラ4
0で運動部からの信号のみを検出すれば、画像信
号の品質を向上させることができる。 The above-described complex delay line canceller 40 is used to remove received signals from stationary parts or low-speed moving parts in the living body and extract velocity signals from only the moving parts. In general, for example, blood flow signals from a living body are mixed with reflected signals (clutter) from almost stationary living tissues such as blood vessel walls and heart walls, and these signals are normal compared to reflected signals from blood flow. Because of its strength, it causes significant interference with blood flow measurements. For this reason, the complex delay line canceller 4
If only the signal from the moving part is detected at 0, the quality of the image signal can be improved.
この複素デイレーラインキヤンセラ40は、繰
返し信号の1周期Tに一致する遅延時間を有する
デイレーライン42a,42bを備え、各デイレ
ーラインは1周期の中に含まれるクロツクパルス
の数に等しい記憶素子から成るメモリ又はシフト
レジスタから形成することができる。そして、こ
れらデイレーライン42a,42bには、それぞ
れ差演算器44a,44bが接続されており、差
演算器44によつてデイレーライン42の入力、
すなわち現時刻の信号と1周期前の信号とを同一
深度において遂次比較して信号の1周期間の差を
演算する。 This complex delay line canceler 40 includes delay lines 42a and 42b having a delay time corresponding to one period T of a repetitive signal, and each delay line has a memory equal to the number of clock pulses included in one period. It can be formed from a memory consisting of elements or a shift register. Difference calculators 44a and 44b are connected to these delay lines 42a and 42b, respectively.
That is, the signal at the current time and the signal one cycle before are successively compared at the same depth to calculate the difference between one cycle of the signals.
従つて、静止あるいは低速度の生体組織からの
反射信号は現時刻の信号と1周期前の信号との間
に変化がなく、あるいは変化が小さいため、差演
算器44の出力は零に近くなる。また、速度の速
い、例えば血流信号の出力は大きな値として検出
され、これによつて前述したクラツタを確実に抑
圧することができる。 Therefore, since there is no change or a small change between the signal at the current time and the signal one cycle ago in the reflected signal from the stationary or low-velocity living tissue, the output of the difference calculator 44 is close to zero. . In addition, a high-velocity output, for example, a blood flow signal, is detected as a large value, thereby making it possible to reliably suppress the aforementioned clutter.
前記デイレーラインキヤンセラ40の作用を以
下に演算式で説明する。なお、実施例において
は、デイレーラインキヤンセラ40への入力はデ
ジタル信号であるが、説明を簡単にするためにア
ナログ信号にて説明を行う。 The operation of the delay line canceller 40 will be explained below using an arithmetic expression. In the embodiment, the input to the delay line canceller 40 is a digital signal, but to simplify the explanation, an analog signal will be explained.
デイレーライン42aの入力cos2πfdtの1周
期遅延された出力は、
cos2πfd(t−T)
で示され、この結果、差演算器44aの出力x1
は、
x1=cos2πfdt−cos2πfd(t−T)
=−2sin2πfdT/2・sin2πfd(t−T/2)…(
8)
となる。 The output of the input cos2πf d t of the delay line 42a delayed by one period is expressed as cos2πf d (t-T), and as a result, the output x 1 of the difference calculator 44a
is, x 1 = cos2πf d t−cos2πf d (tT) = −2sin2πf d T/2・sin2πf d (t−T/2)…(
8) becomes.
また、デイレーライン42bの入力sin2πfdt
の1周期遅延された出力は、
sin2πfd(t−T)
で示され、この結果差演算器44bの出力y1は、
y1=sin2πfdt−sin2πfd(t−T)
=2sin2πfdT/2・cos2πfd(t−T/2)…(9)
となる。 In addition, the input sin2πf d t of the delay line 42b
The output delayed by one period is represented by sin2πf d (t-T), and as a result, the output y 1 of the difference calculator 44b is y 1 =sin2πf d t-sin2πf d (t-T) = 2sin2πf d T /2・cos2πf d (t-T/2)...(9).
以上のようにして、各差演算器44a,44b
の出力には、それぞれx1,y1なる信号が出力され
る。従つて、低速信号が除去された信号x1,y1は
偏角演算器46によつて、次式に従つて演算処理
され、偏角θ1が求められる。 As described above, each difference calculator 44a, 44b
The signals x 1 and y 1 are outputted respectively. Therefore, the signals x 1 and y 1 from which the low-speed signals have been removed are processed by the argument calculation unit 46 according to the following equation to determine the argument θ 1 .
θ1=tan-1(y1/x1)
=tan-1(2sin2πfdT/2・cos2πfd(t−T/2)
/−2sin2πfdT/2・sin2πfd(t−T/2)
=tan-1(−cos2πfd(t−T/2)/sin2πfd(t
−T/2))…(10)
また、1周期分遅延された出力信号x2,y2も同
様にして求められ、これらの出力信号は次式で表
わされる。 θ 1 = tan -1 (y 1 / x 1 ) = tan -1 (2sin2πf d T/2・cos2πf d (t-T/2)
/-2sin2πf d T/2・sin2πf d (t-T/2) = tan -1 (-cos2πf d (t-T/2)/sin2πf d (t
-T/2)) (10) Furthermore, the output signals x 2 and y 2 delayed by one period are obtained in the same manner, and these output signals are expressed by the following equation.
x2=−2sin2πfdT/2
・sin2πfd{(t−T)−T/2}
=−2sin2πfdT/2・sin2πfd(t−3T/2)…(
11)
y2=2sin2πfdT/2
・cos2πfd{(t−T)−T/2}
=2sin2πfdT/2・cos2πfd(t−3T/2)…(12
)
これらの出力信号x2,y2は偏角演算器46によ
つて、次式に従つて演算処理され、1周期分遅延
された信号の偏角θ2が求められる。 x 2 = −2sin2πf d T/2 ・sin2πf d {(t−T)−T/2} =−2sin2πf d T/2・sin2πf d (t−3T/2)…(
11) y 2 =2sin2πf d T/2 ・cos2πf d {(t-T)-T/2} =2sin2πf d T/2・cos2πf d (t-3T/2)...(12
) These output signals x 2 and y 2 are processed by the argument calculation unit 46 according to the following equation, and the argument angle θ 2 of the signal delayed by one period is determined.
θ2=tan-1(y2/x2)
=tan-1(−cos2πfd(t−3T/2)/sin2πfd(
t−3T/2))…(13)
次いで、偏角θ1,θ2から、偏角差θ1−θ2(Δθ)
が偏角差演算器48で、下記の演算式によつて求
められる。 θ 2 = tan -1 (y 2 / x 2 ) = tan -1 (−cos2πf d (t-3T/2) / sin2πf d (
t-3T/2))...(13) Next, from the declination angles θ 1 and θ 2 , the declination angle difference θ 1 −θ 2 (Δθ)
is calculated by the argument difference calculator 48 using the following calculation formula.
Δθ=θ1−θ2
=tan-1(y1/x1)−Tan-1(y2/x2)
=tan-1((y1/x1)−(y2/x2)/1+(y1/x1
)・(y2/x2)
上式に(8),(9),(11),(12)式を代入し、式を整理す
ると、次式になる。 Δθ=θ 1 −θ 2 = tan −1 (y 1 / x 1 ) − Tan −1 (y 2 / x 2 ) = tan −1 ((y 1 / x 1 ) − (y 2 / x 2 )/ 1+(y 1 /x 1
)・(y 2 /x 2 ) Substituting equations (8), (9), (11), and (12) into the above equation and rearranging the equation results in the following equation.
Δθ=tan-1(tan2πfdT)
=(2πT)・fd …(14)
すなわち、送信繰返し周期Tは定数であるか
ら、偏角差Δθはドプラ偏移周波数fdに比例し、
従つて血流速度に比例することになる。また、偏
角差Δθはそれぞれ正及び負の値を取るので±π
の間だけ測定可能となり、これによつて運動速度
の方向性を得ることができる。 Δθ=tan -1 (tan2πf d T) = (2πT)・f d (14) In other words, since the transmission repetition period T is a constant, the argument difference Δθ is proportional to the Doppler shift frequency f d ,
Therefore, it is proportional to the blood flow velocity. Also, since the declination difference Δθ takes positive and negative values, respectively, ±π
The directionality of the velocity of movement can be obtained through this measurement.
このようにして超音波ビームの通過線上の各点
において、一定時間間隔をもつ2個の複素信号を
連続的に求めて偏角差演算処理を行えば、極めて
高速に実時間で超音波が送波される広い範囲の運
動部の運動速度を得ることができる。 In this way, if two complex signals with a fixed time interval are continuously obtained at each point on the ultrasound beam's passage line and the argument difference calculation processing is performed, ultrasound can be transmitted extremely quickly in real time. It is possible to obtain a wide range of motion speeds for the moving parts.
また、前記偏角差Δθは信号の変動成分や装置
から発生する雑音成分を含むので、これら雑音成
分を除去するために平均回路54によつて平均偏
角差が求められる(この平均偏角差をで表わ
す)。 Furthermore, since the declination difference Δθ includes a signal fluctuation component and a noise component generated from the device, the average circuit 54 calculates the average declination difference in order to remove these noise components (this average declination difference ).
前記平均回路54は、デイレーライン58にて
1周期遅延した出力を現時刻の入力信号に加算器
56にて加算し、再びこの出力をデイレーライン
58に供給する操作を繰り返す。しかし、単にこ
の操作を繰り返していくと、加算回数の増加に伴
い、出力値が遂次増大し、ついには飽和する。そ
こで、実施例においては、重み付回路60が設け
られ、出力を減衰させて入力と加算している。す
なわち、減衰量をαとすれば、現時刻の信号より
例えば10周期前の信号はα10だけ減衰して現時刻
の信号と加算されるので、出力に与える影響度が
小さくなり、低速フイルタや移動平均回路と同様
の平均機能を果たすことが可能となる。また、重
み付回路60の重み付量を変えることにより、平
均化の度合いを変更することが可能となる。 The averaging circuit 54 repeats the operation of adding the output delayed by one cycle on the delay line 58 to the input signal at the current time using the adder 56, and again supplying this output to the delay line 58. However, if this operation is simply repeated, the output value will gradually increase as the number of additions increases, and will eventually reach saturation. Therefore, in the embodiment, a weighting circuit 60 is provided to attenuate the output and add it to the input. In other words, if the attenuation amount is α, a signal that is, for example, 10 cycles before the current time signal will be attenuated by α 10 and added to the current time signal, so the influence on the output will be small, and it will not be necessary to use a low-speed filter or It becomes possible to perform the same averaging function as a moving average circuit. Further, by changing the weighting amount of the weighting circuit 60, it is possible to change the degree of averaging.
以上のようにして、平均偏角差は、
=(2πT)・d …(15)
として求められ、この結果、平均ドプラ偏移周波
数dに比例した前記平均偏角差が極めて容易
に求められる。 As described above, the average argument difference is obtained as follows: = (2πT)· d (15) As a result, the average argument difference proportional to the average Doppler shift frequency d can be obtained very easily.
次に、前記平均偏角差から求められる運動
部における個々の構成物の速度の分散について説
明する。この分散は偏差演算器62により演算さ
れており、差演算器44a,44bの出力は自乗
算器68,70にて2乗され、この自乗算器6
8,70の出力信号は加算器72で加算される。
これを演算式で説明する。 Next, the dispersion of the speeds of the individual components in the moving part, which is determined from the average deviation angle difference, will be explained. This variance is calculated by a deviation calculator 62, and the outputs of the difference calculators 44a and 44b are squared by square multipliers 68 and 70.
The output signals of 8 and 70 are added by an adder 72.
This will be explained using an arithmetic expression.
前記の(8),(9)式から次式が求められる。 The following equation can be obtained from equations (8) and (9) above.
x1 2=4sin22πfdT/2
・sin22πfd(t−T/2)
y1 2=4sin22πfdT/2
・cos22πfd(t−T/2)
x1 2+y1 2=4sin22πfdT/2 …(16)
この加算器72の出力信号はドプラ偏移周波数
信号のパワー、すなわち電力(電圧の2乗)に比
例する値であり、この信号の振幅をなめらかにす
るため、また装置から発生する雑音信号を除去す
るために、平滑器74に入力する(本発明におい
て平滑器74は必ずしも使用なくてもよい)。 x 1 2 =4sin 2 2πf d T/2 ・sin 2 2πf d (t-T/2) y 1 2 =4sin 2 2πf d T/2 ・cos 2 2πf d (t-T/2) x 1 2 +y 1 2 = 4sin 2 2πf d T/2 (16) The output signal of this adder 72 is a value proportional to the power of the Doppler shift frequency signal, that is, the power (voltage squared), and the amplitude of this signal is The signal is input to a smoother 74 in order to smooth the signal and to remove noise signals generated from the device (the smoother 74 does not necessarily need to be used in the present invention).
また、偏角差Δθと平均偏角差とを差演算器
64に入力し、その差(Δθ−)を求める。次
に、その差信号を2乗算器66に入力し、差の2
乗(Δθ−)2を求める。この信号と、前記平
滑器74の出力とを乗算器76で乗算する。 Further, the argument difference Δθ and the average argument difference are input to the difference calculator 64, and the difference (Δθ−) is obtained. Next, the difference signal is input to the 2 multiplier 66, and the difference signal is 2
Find the power (Δθ−)2. This signal is multiplied by the output of the smoother 74 in a multiplier 76.
この信号を総和器78に入力し、偏角信号系の
総和を求める。ここで総和とは繰返し信号の1周
期(T)前の値と加算するものであり(前記平均
回路54を使用してもよい)、この信号を次のよ
うに表わす。 This signal is input to a summator 78 to obtain the sum of the argument signal system. Here, the sum is added to the value of the repeated signal one period (T) before (the above-mentioned averaging circuit 54 may be used), and this signal is expressed as follows.
ΣP・(Δθ−)2 …(17)
ただし、P=4sin22πdT/2
また、前記平滑器74の出力を総和器80に供
給してその総和を求める。 ΣP·(Δθ−) 2 (17) However, P=4sin 2 2πdT/2 Further, the output of the smoother 74 is supplied to a summator 80 to obtain the sum.
この信号を次のように表わす。 This signal is expressed as follows.
ΣP …(18)
次いで、各総和器78,80の出力を除算器8
2に供給して総和器78の出力を80の出力で割
る。また、総和器78,80として前記平均回路
54を使用してもよい。従つて、除算器82の出
力をDで表わすと、
D=ΣP・(Δθ−Δθ/―)2/ΣP
となる。Dは分散に近似し、その平方根は標準偏
差を近似するものとなるので、Dの平方根を求め
ることも容易である。 ΣP...(18) Next, the output of each summator 78, 80 is divided into divider 8
2 and divides the output of summer 78 by the output of 80. Further, the averaging circuit 54 may be used as the summators 78 and 80. Therefore, if the output of the divider 82 is represented by D, then D=ΣP·(Δθ−Δθ/−) 2 /ΣP. Since D approximates the variance and its square root approximates the standard deviation, it is also easy to find the square root of D.
以上のようにして、得られたドプラ信号情報は
切換器84を介してDSC24に供給され、カラ
ーTVモニタ30上にBモードあるいはMモード
の偏差及び運動速度分布画像が表示される。従つ
て、例えば心臓内の血流の流れが極めて正確に表
示され、層流的な流れあるいは乱流的・渦流的な
流れを確認することができる。 The Doppler signal information obtained in the manner described above is supplied to the DSC 24 via the switch 84, and a B-mode or M-mode deviation and motion velocity distribution image is displayed on the color TV monitor 30. Therefore, for example, the flow of blood in the heart is displayed extremely accurately, and laminar flow or turbulent/eddy flow can be confirmed.
また、本発明において、モニタ30のブラウン
管として、カラーブラウン管を用いて運動方向を
異なる色で識別する。例えば、正の速度を赤、負
の速度を青、また速度偏差の大きさを緑で、更に
制止している組織からの反射エコーを白で表示す
れば、偏差の大きさは色調の変化として表示で
き、生体内の組織構造、血流の方向、速度及び速
度偏差情報を同時に表示し、極めて高密度の診断
情報を提供することができる。 Further, in the present invention, a color cathode ray tube is used as the cathode ray tube of the monitor 30, and the direction of movement is identified by different colors. For example, if positive velocity is displayed in red, negative velocity in blue, the magnitude of velocity deviation is displayed in green, and the reflected echo from the restraining tissue is displayed in white, the magnitude of the deviation is displayed as a change in color tone. In-vivo tissue structure, blood flow direction, velocity, and velocity deviation information can be displayed simultaneously to provide extremely high-density diagnostic information.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、超音波
受信信号を複素変換してドプラ周波数偏移を表わ
す偏角差を求め、この偏角差から偏差量を求める
ようにしたので、超音波ビーム軸に沿つた送受信
超音波パルスビームの通過線上にある生体内の運
動部の運動速度分布、例えば、血流速度分布が連
続的に求められ、動きのある部分に対して極めて
正確な診断情報が得られる。このとき、演算処理
のための遅れ時間は送信繰返し周期の数倍の遅れ
時間のみであるため実質的に実時間でこれらの分
布を表示可能である。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the ultrasonic reception signal is complex-transformed to obtain the deviation angle representing the Doppler frequency shift, and the deviation amount is obtained from this deviation angle difference. Therefore, the motion velocity distribution of the moving parts in the living body on the passage line of the transmitted and received ultrasound pulse beam along the ultrasound beam axis, for example, the blood flow velocity distribution, is continuously determined, and the Accurate diagnostic information can be obtained. At this time, since the delay time for arithmetic processing is only several times the transmission repetition period, it is possible to display these distributions in substantially real time.
第1図は本発明に係る超音波診断装置の実施例
を示す説明図である。
10……水晶発信器(OSC)、12……分周同
期回路、14……送受波制御器、16……電子走
査用探触子、30……カラーTVモニタ、32…
…複素信号変換器、34a,34b……ミキサ、
36a,36b……低域フイルタ、40……複素
デイレーラインキヤンセラ、42a,42b,5
0……デイレーライン、44a,44b,52…
…差演算器、46……偏角演算器、48……偏角
差演算器、54……平均回路、62……偏差演算
器、74……平滑器、100……繰返し周波数信
号、102,104……複素基準信号、106…
…掃引同期信号、108……クロツク信号。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 10... Crystal oscillator (OSC), 12... Frequency division synchronization circuit, 14... Wave transmission/reception controller, 16... Electronic scanning probe, 30... Color TV monitor, 32...
...Complex signal converter, 34a, 34b...Mixer,
36a, 36b...Low frequency filter, 40...Complex delay line canceller, 42a, 42b, 5
0...Delay line, 44a, 44b, 52...
...Difference calculator, 46... Argument angle calculator, 48... Argument difference calculator, 54... Average circuit, 62... Deviation calculator, 74... Smoother, 100... Repetition frequency signal, 102, 104...complex reference signal, 106...
...Sweep synchronization signal, 108...Clock signal.
Claims (1)
生体内に送信し反射波を受信増幅して表示する超
音波診断装置において、送信繰返し周波数の整数
倍の周波数を有し互いに複素関係にある一組の複
素基準信号と受信高周波信号とを混合して受信高
周波信号を複素信号に変換する複素信号変換器
と、複素信号から生体内の低速運動部の信号を除
去する複素デイレーラインキヤンセラと、前記複
素信号の偏角を演算する偏角演算器と、一定時間
遅延された複素信号の偏角を得るための遅延線を
備え遅延時間差を有する2個の複素信号の偏角差
を演算する偏角差演算器と、前記偏角差演算器の
出力信号の変動成分を平均化するための平均回路
と、各部の出力信号から偏角差の偏差量を演算す
る偏差演算器と、を含み、生体内運動部の運動速
度の偏差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。 2 特許請求の範囲1記載の偏差演算器におい
て、複素信号に含まれる雑音成分又は装置から発
生する雑音成分を除去するために平滑器が設けら
れていることを特徴とする超音波診断装置。[Claims] 1. In an ultrasonic diagnostic device that transmits an ultrasonic pulse beam into a living body at a constant repetition frequency and receives, amplifies and displays reflected waves, the ultrasonic pulse beam has a frequency that is an integral multiple of the transmission repetition frequency and is complex with respect to each other. a complex signal converter that mixes a set of related complex reference signals and a received high-frequency signal to convert the received high-frequency signal into a complex signal; and a complex delay that removes signals from low-speed moving parts in the living body from the complex signal. A line canceller, a declination calculator for calculating the declination of the complex signal, and a delay line for obtaining the declination of the complex signal delayed for a certain period of time, the declination of two complex signals having a delay time difference. an argument difference calculator that calculates the difference; an averaging circuit that averages the fluctuation components of the output signal of the argument difference calculator; and a deviation calculator that calculates the deviation amount of the argument difference from the output signals of each part. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: measuring and displaying a deviation distribution of movement speed of a moving part in a living body. 2. An ultrasonic diagnostic device according to claim 1, further comprising a smoother for removing noise components included in the complex signal or noise components generated from the device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15607685A JPS6216747A (en) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15607685A JPS6216747A (en) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6216747A JPS6216747A (en) | 1987-01-24 |
| JPH0222659B2 true JPH0222659B2 (en) | 1990-05-21 |
Family
ID=15619778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15607685A Granted JPS6216747A (en) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6216747A (en) |
-
1985
- 1985-07-17 JP JP15607685A patent/JPS6216747A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6216747A (en) | 1987-01-24 |
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