JPH0226971B2

JPH0226971B2 -

Info

Publication number: JPH0226971B2
Application number: JP25670085A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mochizuki; Masanori Kunida
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-11-18
Filing date: 1985-11-18
Publication date: 1990-06-13
Also published as: JPS62117535A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は超音波ドプラ装置、特に形態的な断層
画像だけでなく、生体内運動部の速度を正確に画
像表示することのできる超音波ドプラ装置に関す
る。

［従来の技術］生体内の種々の情報を得るために、診断部位の
断層像をＢモード表示（イメージング）するだけ
でなく、移動物体、例えば心臓内あるいは血管内
の血流速度、その速度状況などをドプラ効果を受
けたドプラ受信信号を解析して画像表示すること
が行われている。

従来において、この種のドプラ装置に用いられ
る超音波には、一定の繰返し周波数で放射される
パルス波（PW波）又は連続的に放射される連続
波（CW波）が用いられ、受信キヤリアの周波数
偏移から移動物体の速度を検出している。

しかしながら、前記パルス波では移動物体の位
置判定をすることは可能であるが、検出速度に限
界があるという問題がある。すなわち、検出速度
はパルス繰返し周波数に依存しており、繰返し周
波数が低いほど検出速度が小さくなり、断層像を
Ｂモード表示するために使用される一定繰返し周
波数では、心臓内における血液のジエツト流のよ
うな高速流の測定は困難であつた。

従来では、このような速度の限界をなくすため
に連続波による測定が行われており、これによれ
ば検出速度の限界をなくして正確な移動物体の速
度を知るとができるが、連続波の場合には移動物
体の位置の判定が不可能であり、測定する移動物
体以外からの反射エコーを同時に取り込むなどの
欠点がある。また、常に送受信を行うことからト
ランスデユーサが２個必要であるなどの多くの問
題を残しており、連続波を用いた装置の実現が困
難である。

そこで、高速流の測定を可能とするため、繰返
し周波数の高いパルス（High Pulse Repetion
Frequency）波を用いることが提案されており、
このHPRF波によれば、PW波に比べて高くした
繰返し周波数分だけ速度の限界が広がり、高速度
の移動物体を良好に画像表示することができる。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記HPRF波ではパルス波を送
信する繰返し周波数を高くするために、１回目に
送信したパルス波が戻つてくる前に次のパルス波
を送信しており、このようにすると、複数個のパ
ルス波の反射エコーが混在した状態で受信され、
所定位置、つまり所定深さ距離からの反射エコー
であるか否かの判定が困難となる。

これは、一般にアンビギユイテイといわれ、所
定深さ距離からの反射エコーを特定できず、超音
波送受波距離が遠くなればなるほどアンビギユイ
テイが大きいという問題があつた。

発明の目的本発明は前記問題点に鑑みなされたものであ
り、その目的は、アンビギユイテイを除去して
HPRF波により移動物体の速度を正確に検出し、
高速度の移動物体を画像表示することのできる超
音波ドプラ装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明は、パルス
超音波を送受信しドプラ効果を受けた反射エコー
信号の周波数偏移から移動物体の速度を検出する
超音波ドプラ装置において、繰返し周波数の高い
パルス波を発生させる高繰返しパルス波発生器
と、パルス波を送信順に識別しかつ相互に関係の
低い複数のコード波を発生させるコード波発生器
と、パルス波を識別するため前記パルス波にコー
ド波をのせる位相変調器と、識別コード化された
超音波を生体内に放射して得られたドプラ受信信
号を送信時に用いたコード波で復調する復調器
と、を備えたことを特徴とする。

［作用］以上の構成によれば、Ｂモード画像用の断層像
を得るために用いられるPW波よりも高い繰返し
周波数のHPRF波の超音波が発生し、このHPRF
波は、例えば同一方向に送信される超音波の送信
順にコード波で位相変調されるので、繰返し周期
ごとに識別符号が付された超音波が発生すること
になる。そして、識別コード化された超音波の反
射エコー信号に対して送信時に用いたのと同じコ
ード波で復調することにより、所定深さ距離のド
プラ受信信号のみが取り出される。

すなわち、ドプラ受信信号に複数個の信号が混
在していない場合には、周波数偏移を受けた所定
深さ距離からの信号のみが容易に得られる。一
方、ドプラ受信信号に異なる深さ距離からの信号
が混在している場合には、コード波には相互に関
係の低いもの、例えば振幅の正負が異なるような
波形を用いているので、所定深さからの必要な信
号のみが復調され、他の信号は復調するときのコ
ード波によつて振幅の弱い信号に変換されること
になる。

［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。

第１図には、本発明に係る超音波ドプラ装置の
回路構成が示されており、発振器１０から出力さ
れた発振信号はHPRF発生器１２に供給され、こ
のHPRF発生器１２にて繰返し周波数の高い
HPRF波を発生させる。このHPRF波は、超音波
プローブから送信された超音波が反射して返つて
くる時間よりも早い時間サイクルにて繰返し送信
されるパルス波であり、かつＢモード画像表示に
おいて断層像を形成するパルス波よりも高い繰返
し周波数のパルス波である。

本発明において特徴的なことは、このHPRF波
を相互関係の低いコード波により識別コード化し
たことであり、識別のためコード波を発生させる
コード波発生器１４が設けられ、HPRF発生器１
２の出力を受けてコード波が設定される。

また、HPRF波にコード波をのせる位相変調器
１６が設けられており、高繰返し周波数にて発生
するHPRF波をその発生順に識別するため、異な
るコード波で位相変調している。従つて、ドライ
バ１８を介してプローブ２０に供給されるHPRF
波はコード波がのせられ識別コード化されたもの
であり、この位相変調されたHPRF波の超音波が
生体内に放射されることになる。

このコード波は、実施例としてコードＡ（１―
111―１―１―１）及びコードＢ（―１―11―111
―１）の識別コードを持つものが用いられてお
り、それぞれのコード波が互いにできるだけ相関
性の弱い波形にて構成する。こうすれば、他コー
ドを持つ信号は完全には復調されず、検出しよう
とする識別コードを持つ信号のみが完全に復調さ
れ、取り出される。

従つて、本発明装置には変調した送信波を復調
するための復調器２４が設けられており、生体内
から反射されプローブ２０にて受信されたドプラ
受信信号は、プリアンプ２２を介して復調器２４
に供給され、このドプラ受信信号は送信時に用い
られたコード波で復調される。なお、復調に用い
られるコード波はデイレー器２６にてコード波発
生器１４の出力を所定時間遅延させることにより
得られる。

本発明は基本的には以上のような構成からなる
が、必要とするドプラ信号のみを取り出して周波
数解析するためにドプラ受信信号を直交検波した
後に積分し、積分後の信号をサンプルホールドし
ている。このために、実施例では、直交検波のた
めの乗算器２８，３０及びπ／４移相器３２と、
ローパスフイルタ（LPF）３４，３６、積分器
３８，４０、サンプルホールド器４２，４４、そ
して更には、ハイパスフイルタ（HPF）４６，
４８、ローパスフイルタ（LPF）５０，５２が
設けられ、LPF５０，５２の出力はスペクトル
アナライザ５４に供給される。

本発明は以上のような構成からなり、第２図か
ら第５図に基づいてその作用を説明する。

第２図には、位相変調する場合の信号処理が示
されており、ａはHPRF波であり、ｂは２個のコ
ード波、すなわちコードＡ及びコードＢのコード
波である。このHPRF波とコードＡ及びＢのコー
ド波は位相変調器１６にて位相変調され、ｃに示
されるように、＋１の場合はそのままのパルス波
となり、−１の場合は反転したパルス波となつて
出力される。実施例では、２種類のコードに変調
された超音波にて送受信が行われており、ｄに示
されるように、位相変調器１６からは変調波が
Ａ，Ｂ，Ａの順に出力される。

第３図には、生体内から得られたドプラ受信信
号を復調する場合の信号処理が示されており、ａ
に示されるようにコードＡ及びＢにて識別コード
化された超音波の反射エコーが交互に受信される
と、周波数偏移を受けたドプラ受信信号はｂに示
されるような信号となる。そして、コードＡのコ
ード波にて変調した超音波のドプラ受信信号に対
しては、ｃに示されるように、送信時と同じコー
ドＡのコード波を復調器２４にて更に掛け合わ
せ、コードＢにて変調された超音波のドプラ受信
信号に対してはコードＢのコード波を掛け合わせ
ている。

この結果、復調器２４の出力は、ｄに示される
ように、コード波が除去された信号となり、送信
時に＋１のコード波が掛けられた場合には更に＋
１のコード波が掛け合わされ、一方、−１のコー
ド波が掛けられた場合には更に−１のコード波が
掛け合わされ、変調が解除された状態に戻ること
となる。

このように、コード波によつて位相変調された
送信超音波は超音波受信信号に更に同一のコード
波を掛け合わせることにより復調させることがで
きる。この場合、変調前のHPRF波とドプラ効果
を受けた受信波との間で復調の際に多少の位相ず
れが生じるが、超音波周波数₀は2MHz〜10MHz
程度であり、検出しようとするドプラ周波数は
1KHz〜20KHzであるため、この位相ずれはドプ
ラ周波数偏移の100分の１程度であり、問題にな
ることはない。

次に、第４図には、２個の反射エコーが重なつ
た場合の処理が示されており、例えば深い距離に
ある移動物体を検出する場合に浅い距離からの反
射エコーが混入することがある。

この場合には、コードＡのコード波にて復調す
ると、コードＡにて識別されているドプラ受信信
号は綺麗な形で復調され、コードＢにて識別され
ているドプラ受信信号はコードＢのコード波によ
り変調した信号に更にコードＡのコード波を掛け
合わせることになり、コードＡとＢとの両者のコ
ード波の相関性が弱いので、乗算器出力は正確な
復調波とならず、後段のLPF及び積分回路で減
衰してしまう。

このようにして、他の移動物体から得られた反
射エコー信号を小さくして、識別コードにて選択
されたドプラ受信信号のみ取り出されることとな
り、パルス波を送信順に識別しかつ互いに相互関
係の小さいコード波を用いることによつて、混在
したドプラ受信信号から所定深さ距離のドプラ受
信信号のみを有効に取り出すことができる。

また、実施例では、他の移動物体からのドプラ
受信信号を更に効率良く除去するため、復調器２
４から得られたドプラ受信信号を直交検波して積
分している。すなわち、目標とする移動物体から
のドプラ受信信号のみを取り出すには、所定帯域
のフイルタにこのドプラ受信信号を通すことによ
つても行うことができるが、実施例では、参照波
によりドプラ受信信号を直交検波して積分し、更
にサンプルホールドすることにより周波数偏移に
応じたドプラ信号を得るようにしている。

第５図には、コードＡのコード波によつて復調
された信号がａに示されており、コードＡのドプ
ラ受信信号A₁とコードＢのドプラ受信信号B₁は
直交検波され、ｂに示されるような検波信号A₂，
B₂となる。そして、この直交検波信号A₂，B₂を
積分器３８，４０にて積分すると、ｃに示される
ように、コードＡのドプラ受信信号は極めて大き
なパルス出力A₃となり、コードＢのドプラ受信
信号は無視できるほどの極めて小さなパルス出力
B₃となる。

第６図には、このような直交検波からドプラ周
波数の偏移信号を得るまでの処理波形が示されて
おり、乗算器２８，３０では、ドプラ受信信号１
００、参照波信号１０１が乗算されLPF３４，
３６を通過すると、検波出力信号１０２が得ら
れ、この信号１０２はドプラ効果である周波数偏
移に応じた出力信号となる。

従つて、この検波出力信号１０２を積分する
と、積分出力信号１０３が得られ、更にこれをサ
ンプルホールドすることによりＳ／Ｈ出力信号１
０４を得ることができる。このＳ／Ｈ出力は図示
されるように凹凸のある信号となるため、周波数
解析を容易とするため、HPF４６，４８及び
LPF５０，５２を通過させてなだらかなフイル
タ出力信号１０５に変換する。

このフイルタ出力信号１０５はドプラ周波数偏
移の変化を示すものであり、これによつて移動物
体の速度の変化を検出することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明は相互関係の小さ
い複数のコード波によりパルス超音波を識別コー
ド化したので、所定深さ距離からのドプラ受信信
号のみを正確に特定することができ、HPRF波に
よる送受信によつて生じるアンビギユイテイを軽
減することが可能となる。

この結果、移動物体の速度検出の限界をなくし
て高速波、例えば心臓血流におけるジツト流など
を正確に検出して画像表示することができ、画像
診断に極めて有益な情報を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ドプラ装置の好適
な実施例を示す回路ブロツク図、第２図はHPRF
波の位相変調を説明する波形図、第３図は生体内
から得られたドプラ受信信号の復調を説明する波
形図、第４図は２種類のドプラ受信信号が混在す
る場合の処理状態を示す説明図、第５図は直交検
波して積分するまでの信号処理を示す波形図、第
６図は復調したドプラ受信信号から周波数偏移を
得るまでの動作を説明する波形図である。１０…発振器、１２…HPRF波発生器、１４…
コード波発生器、１６…位相変調器、２０…プロ
ーブ、２４…復調器、２８，３０…乗算器、３２
…π／４移相器、３８，４０…積分器。

Claims

【特許請求の範囲】１パルス超音波を送受信しドプラ効果を受けた
反射エコー信号の周波数偏移から移動物体の速度
を検出する超音波ドプラ装置において、繰返し周
波数の高いパルス波を発生させる高繰返しパルス
波発生器と、パルス波を送信順に識別しかつ相互
に関係の低い複数のコード波を発生させるコード
波発生器と、パルス波を識別するため前記パルス
波にコード波をのせる位相変調器と、識別コード
化された超音波を生体内に放射して得られたドプ
ラ受信信号を送信時に用いたコード波で復調する
復調器と、を備えたことを特徴とする超音波ドプ
ラ装置。２特許請求の範囲１記載の装置において、前記
復調器から出力されたドプラ受信信号を直交検波
する直交検波器と、直交検波器出力を積分する積
分器と、を備え、復調器の出力信号において任意
の識別コードを持つドプラ受信信号を他の識別コ
ードを持つドプラ受信信号と分離して取り出すこ
とを特徴とする超音波ドプラ装置。