JPH03234245A - 超音波血流測定装置 - 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、超音波の反射波に含まれるドプラー信号を高
速フーリエ変換して血流スペクトルを算出し、さらに血
流スペクトルの平均ドプラー周波数を算出することによ
り生体内の血流情報を検出する超音波血流測定装置の改
良に関する。

（従来の技術） 超音波ドプラー効果を用いた超音波血流測定装置の動作
原理は次のとおりである。すなわち、生体内に所定の繰
返し周波数ｆ、により周波数ｆ０の超音波パルスを放射
して、速度■を有する血流によって反射される超音波を
受信すると、そのエコー信号は周波数ｆ４だけドプラー
偏位を生し、ｒｏ＋ｒａなる周波数になる。この周波数
のドプラー偏位ｆ４と血流速度■との間には、次式に示
す関係がある。

２Ｖ−ｃｏｓθ ｆ４！＝：　　　　　　　　　　　・　ｆｏ・・・・・
・（１）ただしＣ：生体中の音速 θ：血流と超音波ビームのなす角度 この式でもあきらかなように、周波数のドプラ−偏位ｆ
４が抽出されれば、血流速度■を得ることができる。

具体的に血流速度Ｖを求める装置として、第５図に示す
ものが知られている。この装置では、プローブ１に受信
されたエコー信号が、送受信回路２を介してＢモード信
号処理回路３とドプラー位相検波回路５に入力される。

Ｂモード信号処理回路３に入力されたエコー信号は、Ｂ
モードビデオ信号に変換され、さらにＡ／Ｄコンバータ
４でディジタル変換されてＢモード断層画像としてＤＳ
Ｃ（ディジタル・スキャンコンバータ）１１に格納され
る。なお、このＢモード断層画像は、エコー信号強度を
輝度（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）変換してなるＢモード信
号を、プローブの機械的または電子的走査方向に沿って
集めることにより一つの断層画像を構成したものである
。

一方、ドプラー位相検波回路５に入力されたエコー信号
からはドプラー信号が検出され、さらに検出されたドプ
ラー信号がＡ／Ｄコンバータ６によりディジタル変換さ
れてＭ　Ｔ　ｉ　（Ｍｖｖｔｎｇ　ＴａｒｇｅｔＩｎｄ
ｉｃａｔｉｏｎ　）フィルタフに送られる。このＭＴｉ
フィルタ７では、心臓壁や血管壁等から発生してドプラ
ー信号中に含まれる不要なエコー、いわゆるクラッタ信
号が除去される１次いでドプラー信号は、ＦＦＴ演算回
路８において、高速フーリエ変換され、血流速度Ｖに関
する情報を含む血流スペクトルとなり、さらに血流速度
演算回路１９では、人力された血流スペクトルより、血
流速度■、血流速度の分散σ２、あるいは血流スペクト
ル・パワーなどの具体的な血流情報値が算出される、こ
れら血流速度Ｖ等の具体的な血流情報は、ＤＳＣＩＩに
おいてカラー画像処理された後、既に格納されているＢ
モード断層画像に重畳され１画像モニタ１２にリアルタ
イムで２次元的に表示される。

（発明が解決し５４、うとする課題） ところで、これらの超音波血滓消ボ装だＦ　ｌ、Ｊ、Ｍ
Ｔｉフィルタ７においてドプラー信号中６：：含まねる
クラ・ノづ゛信号を除去するものの完全にに：′除去と
２きれず、そ・つ一部が血流スベク１ル中乙こ残ｗＬ？
。

しまう。つまり、通常バイパスフィルタからなるＭＴｉ
フィルタ７では、巡回型のディジタルフィルタを用いて
１〜３次程度の次数で構成されるため、カット性能を無
限に急峻にすることができない。これはフレームレート
とトレードオフがあるので、次数を高くしてフィルタ特
性を急峻にすることに限度があることによる。

第６図は、このＭＴｉフィルタフの特性とドプラー信号
の関係の一例を図示したものであり、この特性を有する
ＭＴｉフィルタ７を用いてクラッタ信号を除去した場合
、第７図に示すように本来必要な血流信号に比較して無
視できない大きさのクランク信号成分が残留する。この
残留信号成分のため本来の血流信号のスペクトルのみか
ら得られるドプラー周波数の平均値ｆと、クラッタ信号
成分も含んで得られるドプラー周波数の平均値ｆ。

とが大きく異なる。そのため本来の値と異なるままの平
均ドプラー周波数ｆを用いて平均血流速度Ｖ、血流速度
の分散σ２等を求めると、得られる値の誤差が大きくな
り、また、スペクトラム全体の和に対応するパワーも、
残留クラッタ俳号成分のスペクトラｌ、が加算されるた
め実際の便よりも大きくなる。

二のように従来の超音波血流測定装置は、算出される平
均血流速度Ｖ等の血流情報が常に正確な値であるとは限
らないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、常に正確な平均ドプラー周波
数ｆを算出して高精度の血流情報が得られる超音波血流
測定装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、生体内に放射し
た超音波の反射波に含まれるドプラー信号を高速フーリ
エ変換して離散スペクトルからなる血流スペクトルを算
出し、さらに得られた血流スペクトルについての平均ド
プラー周波数を算出することにより生体内の血流情報を
検出する超音波血流測定装置において、 予めクラッタ信号成分が残留するドプラー周波数範囲の
上下限近傍にカット周波数それぞれを設定しておき、算
出された血流スペクトルのうちドプラー周波数が前記カ
ット周波数の範囲内に該当するものについてスペクトル
振幅を削除して零に補正する補正手段を備え、この補正
後の血流スペクトルについて前記平均ドプラー周波数を
算出することを特徴とする。

（作　用） 本発明においては、高速フーリエ変換により算出された
離散スペクトルからなる血流スペクトルが、クラッタ成
分が残留するドプラー周波数範囲の血流スペクトルにつ
いて、スペクトル振幅を削除して零に補正される。次い
で補正された正確な血流スペクトルを用いて平均ドプラ
ー周波数が算出され生体内の血疏情報が検出される。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係る超音波血流測定装置の要部を示
すブロック図である。この超音波血流測定装置の全体は
第５図に示した従来例とほぼ同一に構成され、血流速度
演算回路９の内部に血流スペクトル中の残留クラッタ信
号成分を除去し正確な平均周波数を算出する機能を設け
たものである。

第１図において、ＦＦＴ演算回路８からは、データ数Ｎ
と、ＦＦＴ演算結果のスペクトルＡｒ　（ｉ＝１〜Ｎ）
および対応するドプラー周波数ｆ＋（１−１〜Ｎ）が出
力されて血流速度演算回路９へ送られる。

血流速度演算回路９は、　Ｄ　Ｓ　Ｐ　（Ｄｉｇｉｔ、
ａｌ　ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）　９１と、Ｒ
ＡＭ９２を備え、ＤＳＰ９１内のＲＯＭ（図示せず）に
記憶されているプログラムを実行することにより、人力
された血流スペクトルデータ中のクラッタ信号成分を除
去して補正した後に、真の平均血流速度Ｖを算出してＤ
ＳＣＩＩへ送る。ＲＡＭ９２は後述するデータテーブル
の記憶部、およびワーキングメモリとして用いられる。

ここでＤＳＰ９１において実行されるクラッタ信号成分
の補正処理について、第２図、第３図を用いて説明する
。

第２図は、ＦＦＴ演算回路８において高速フーリエ変換
して得られた血流スペクトルの例を示す。

ｆ、は送信繰り返し周波数ＰＲＦであり、ＦＦＴ演算の
結果、意味のあるスペクトルは−ｆ　、／２≦ｆ≦＋ｆ
、／２となる。この血流スペクトルはドプラー周波数ｆ
、＝０の部分で残留クラッタ信号の振幅Ａ、がビークと
なり、その右側に本来の血流信号の振幅Ａ、のピークが
現れており、ｆは本来の血流スペクトルのみの平均ドプ
ラー周波数を、ｆ、は血流スペクトルに残留クランク信
号分を加えた場合の平均ドプラー周波数をそれぞれ示す
。

なお、図ではデータ数Ｎが２ｎ−１（ｎは自然数）の奇
数個の場合を示している。ここで図示された血流スペク
トルデータにもとづいて平均ドプラー周波数を算出する
と、前述したように残留クラッタ信号分を含んだ平均周
波数ｆ、が算出されてしまう、そこで本発明は、第３図
に示すように、残留クランク信号分を含むドプラー周波
数範囲−ｆｃ≦ｒ、≦ｆｃ（ｆ、：カット周波数、ｆ　
ｃ＜　ｆ　、／２）のスペクトルを削除して零に補正す
ることにより、残留クラッタ信号に影響されない真の平
均ドプラー周波数ｆを算出するようにしたものである。

次に、クラッタ信号成分を除去し補正する具体的手順を
第４図のフローチャートにもとづき、第１表のデータテ
ーブルを参照しながら説明する。

（以下余白） 第 １ 表 最初にＦＦＴ演算回路８において、入力されたドプラー
信号をＦＦＴ演算（高速フーリエ変換）しくステップ４
０１）、得られた血流スペクトルの離散スペクトルＡ（
ｆｉ）　　（以下Ａ、と略称する）およびそれに対応す
るドプラー周波数ｆ３、データ数Ｎが血流速度演算回路
９へ送られて、第１表のデータテーブルに格納される（
ステップ４０２）。

このデータテーブルは、ＲＡＭ９２内に設けられている
。

血流速度演算回路９では、データテーブルに格納されて
いる離散スペクトルＡ、を続出し、クラッタ信号成分が
残留する離散スペクトルＡ、を含むドプラー周波数ｆ、
の範囲について、その上下限近傍をカント周波数±ｒ、
で指定し、その範囲内のドプラー周波数ｆ、に対応する
スペクトル振幅Ａ、を零に変更して修正する（ステップ
４０３）。

修正の結果２．ドプラー周波数ｆ、が、−ｆｃ≦ｆ、≦
＋ｆｃの１囲では振幅Ａ、を零、すなわち修正振幅ＭＡ
、、＝０とされ、それ以外の範囲（１Ｂ＜−ｆ、、ｆｃ
−３■、）ではそのままの振幅５、ずなわち修正振幅Ｍ
Ａｉ−ＡＩとされ、これらの修正データはデータテーブ
ルに格納される（ステップ４０４）、この修正振幅Ｍ　
Ａ　＋を図示すると、第３図の実線で表示した血流スペ
クトルとなり、残留クラッタ信号成分が除かれたスペク
トルが得られる。

次に修正振幅ＭＡ、の総和ΣＭＡｉ、および修正振幅Ｍ
Ａ、とドプラー周波数ｆ、との積Ｂの総和ΣＢ−ΣＭＡ
、Ｘｆ、をそれぞれ算出してテーブルに格納する（ステ
ップ４０５）。

次にそれぞれ求められた総和の比（ΣＢｉ／ΣＭＡｉ）
を求め、平均ドプラー周波数ｆとしてチーフルに格納す
る（ステップ４０６）。

ここで、得られた平均ドプラー周波数ｆに換算係数ｋを
乗して平均血流速度Ｖを算出してＤＳＣｌｌに送る（ス
テップ４０７）。

以後、ＤＳＣＩＩでは、入力された平均血流速度■の表
示処理等がおこなわれる。

なおデータテーブルのデータ弘の欄は、メモリアドレス
に対応した番号量であり、データ数Ｎの具体的な値は、
フレームレートの要請から通常Ｎ＝８〜２４程度が最大
値となる。そのため計算結果が書き込まれるデータテー
ブルも小規模となりＲＡＭ等を用いることができる。

また、上述のフローチャートでは平均血流速度Ｖを算出
したが、他に血流速度分散σ２や、血流パワーを算出す
る演算の場合についても同様に残留クラッタ取分を除い
た平均ドプラー周波数ｆを用いて正確な演算結果を得る
ことができる。

なお実施例では、血流速度演算回路９の演算部をＤＳＰ
９１により構成したが、ＣＰＵにより構成することも可
能である。

以上のようにこの実施例では、生体内に放射した超音波
の反射波に含まれるドプラー信号をＦＦＴ演算回路８に
おいて、高速フーリエ変換して得られた血流スペクトル
中に残留するクラッタ信号成分を、その残留信号成分が
含まれるドプラー周波数のスペクトル振幅を零に補正し
てから平均ドプラー周波数ｆを算出するようにしたため
、平均ドプラー周波数ｆを用いて算出される生体内の平
均血流速度Ｖ等の血流情報が正確になる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、生体内に放射した超
音波の反射波に含まれるドプラー信号を高速フーリエ変
換して得られた血流スペクトル中に残留するクラッタ信
号成分について、その残留信号成分が含まれるドプラー
周波数のスペクトル振幅を零に補正してから平均ドプラ
ー周波数を算出するようにしたため、平均ドブ予−周波
数を用いて算出される生体内の血流情報が正確になる７

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
補正前の血流スペクトルの分布を示すグラフ、第３図は
補正後の血流、スペクトルの分布を示すグラフ、第４図
は動作を示すフローチャート、第５図は従来の超音波血
流測定装Ｗを示すブｏ　７り図、第６図は従来例のＭＴ
ｉフィルタの特性と入力信号の特性を示すグラフ　第７
図は従来例の処理結果を示すグラフである。 ８・・・ＦＦＴ演算回路　９・・・血流速度演算回路１
１・・・ＤＳＣ９１・・・ＤＳＰ　　９２・・・ＲＡＭ
Ａ（ｆｉ）・・・血流スペクトル　ｒｌ・・ドプラー周
波数ｆｒ・・・繰り返し送信周波数　ｆ、・・・カット
周波数ｒ・・・真のドプラー平均周波数 箇 図 箪 図 第 図 瀝帽ＡＬ 十 ｆ、　　　ｆ 第 図 第 ４ 図 第 図 箒 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 生体内に放射した超音波の反射波に含まれるドプラー信
   号を高速フーリエ変換して離散スペクトルからなる血流
   スペクトルを算出し、さらに得られた血流スペクトルに
   ついての平均ドプラー周波数を算出することにより生体
   内の血流情報を検出する超音波血流測定装置において、 予めクラッタ信号成分が残留するドプラー周波数範囲の
   上下限近傍にカット周波数それぞれを設定しておき、算
   出された血流スペクトルのうちドプラー周波数が前記カ
   ット周波数の範囲内に該当するものについてスペクトル
   振幅を削除して零に補正する補正手段を備え、この補正
   後の血流スペクトルについて前記平均ドプラー周波数を
   算出することを特徴とする超音波血流測定装置。