JPH04109938A - 超音波ドプラー診断装置 - 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、被検体内に超音波ビームを発射して被検体内
組織間の音響的なインピーダンスの異なる界面から反射
してくる超音波を受信し、被検体内の運動体の運動状態
をドプラー法により検出すると共に、このドプラー法に
より検出した信号を被検体の断層画像に重ねて表示する
超音波ドプラー診断装置に関する。

より具体的には、複数個の超音波振動子を直線上に配列
したアレイ形超音波探触子を位相駆動することにより超
音波ビームを送受信する超音波ドプラー診断装置におい
て、２方向からの反射超音波を受信してドプラー法によ
り運動体の運動速度と運動方向とを検出可能とした超音
波ドプラー診断装置に関する。

（従来の技術） 従来この種の超音波ドプラー診断装置は、超音波ビーム
の送信と被検体内界面からの反射超音波の受信とを同一
方向で走査している。従って、送信方向の被検体内界面
から反射してくる超音波のみを受信して得られるドプラ
ー信号を検出しているため、超音波ドプラー法により検
出した被検体内の運動体の運動状態は超音波ビームの送
信方向に限定され、実際の運動状態が診断できないとい
う原理上の大きな欠点があった。

この点を、第９図及び第１０図を参照してより具体的に
説明する。

第９図において、１は超音波探触子を示し、超音波は走
査線Ｑ、、　Ｑ、、　　Ω、、・・・の方向に沿って送
受信され、これらの走査線Ｑにより超音波画像２が構成
される。また、３は例えば血管であり、この血管３内の
運動部位ｐにおいて速度Ｖの血液の如き運動体がある場
合、超音波ドプラー法によって検出できる運動速度ｖｆ
ｆ、、　ｖＱ、、ｖＱ、は、運動部位ｐの運動速度Ｖと
超音波の走査線αとのなす角度によって決定される。こ
の関係をより具体的に示すと第】０図のようになる。

すなわち第１Ｏ図において、超音波走査線α１゜α、、
Ｑ、と運動速度Ｖとのなす角度をそれぞれθＡ、、ｅＱ
、、θＱ、とすると、ドプラー法によって検出できる運
動速度ｖＱ、、　ｖｎ、、　ｖＱ、は、それぞれ運動速
度Ｖの超音波走査線Ｑ、、Ｑ、、Ｑ、方向の速度ベクト
ルｖ　ｃｏｓθＱ、、ｖｃｏｓｅ　３．ｖｃｏｓｅａ、
となり、走査線Ｑ、に対応する■α、は零となる。

（発明が解決しようとする課題） 二のように従来では、上記ｖＱ、のように走査方向によ
っては運動体の運動速度と方向が全く検出できず、定量
性に欠ける場合がある。このため、従来の超音波ドプラ
ー診断装置においては、読影者の経験や勘等の技量によ
り超音波画像から運動部位を見定め、超音波走査線との
なす角度を推定して運動体の運動速度を計算で割り出す
方法が採られている。従って、運動速度や運動方向の検
出精度が低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、走査方向に係らずあらゆる部
位の運動速度や運動方向を正確に測定可能とした超音波
ドプラー診断装置を提供することにある。

（ａ題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明は、複数個の超音波振
動子を直線上に配列したアレイ形超音波探触子を位相駆
動して超音波ビームを送受信可能とした超音波ドプラー
診断装置において、被検体内の運動体に向けて送信され
た超音波の反射波を、走査角度が異なる２方向に沿って
受信する手段と、前記２方向に沿った運動体の運動速度
を絵音波ドプラー法により検出する手段と、前記２方向
に沿った運動体の運動速度及び走査角度に基づいて、運
動体の運動速度及び運動方向を演算する手段とを備えた
ものである。

ここで、運動体方向からの反射超音波を、走査角度が異
なる２方向に沿って受信する態様としては、例えば、超
音波探触子の超音波送受信面上の異なる２点からそれぞ
れ送受信する場合や、１点から送受信して他の１点で受
信のみ行なう場合、更には、２本の走査線の間で運動体
の運動速度が変化しないときや走査角度が比較的小さい
とき等に、１点から２方向に向けて送受信する場合等が
考えられる。

（作用） 第１図は、本発明の詳細な説明するための超音波走査線
と運動体の速度との関係を示す図である。

同図において、複数個の超音波振動子を直線上に配列し
たアレイ形超音波探触子の超音波送受信面１′から超音
波を放射し、被検体内の運動体からの反射超音波を２点
Ｐ、、　Ｐ、で受信することにより形成される超音波走
査線α１．Ｑ、について、ドプラー法によって得られる
検出速度信号をｖｌ。

■、とすると、Ｑｌｌ　　α、と直交する線分ｍ、、ｍ
。

との交点と原点Ｍとの間の線分（ベクトル）■が、運動
体の運動速度及び方向を表示している。

ここで、Ｘ、Ｙは運動体の運動速度と方向とを決める場
合の直交基準軸であり、また、前記原点Ｍは、直交基準
軸Ｘ、Ｙの原点であるのと同時に、被検体内に存在する
ターゲットとしての運動体を示している。なお、基準軸
Ｘは前記超音波送受信面１′に直交している。更に、超
音波走査ＩＩＡΩ５゜Ｑ３の走査角度θ３．ｅ、は基準
軸Ｘを基軸にして時針方向を負、反時計方向を正にとっ
てあり、超音波走査線Ｑ、、　Ｑ、、の単位ベクトルｕ
ｉ２．．ｕα、は図の矢印方向を正方向としている。

このような前提のもとで、超音波走査線α、。

Ｑ、の単位ベクトルｕ　Ｑ、、　ｕ　Ｑ、は、直交基準
軸Ｘ、Ｙの単位ベクトルを各々１．Ｊとすると、ルごと
に展開すると、次式となる。

更に、（４）式を整理すると次式になる。

（５）式からｍ、とｍ、とを求めると、となり、この（
１）式を一般式で示すと、ｕ　Ｑ＝　１ｃｏｓｅ＋ｊｓ
ｉｎθとなる。

また、超音波走査線Ｑ、、、Ｑ、と直交する線分ｍ　ｌ
　１ｍ、の単位ベクトルｕ４．ｕｍ、は、 となり、この（２）式を一般式で示すと、ＬＩｍ＝ｉｓ
ｉｎθ−ｊｃｏｓｅとなる。

従って、線分ｍ、、ｍ、の交点は次式によって与えられ
る。

ｖ　　ｕＱ　＋ｍ　　ｕｍ＝ｖ、ｕＬ＋ｍ、ｕｓ、−（
３）この（３）式を直交基準軸Ｘ、Ｙの各単位ペクトｖ
＝（（ｖ、’＋ｖ、’＋ｍ、’＋ｍ、”）／］）’。

とおけるから、被検体内の運動体Ｍの運動速度■の定量
値は、ｖ、、ｖ、、θ１．ｅ、が明らかであれば次式に
より求められる。

ｖ＝＝［（（ｖ、’＋ｖ、’）−２ｖ、ｖ、ｃｏｓ（θ
、−ｅ、））／ｓｉｎ’（ｅ、−ｅ、）ド・６・・・（
７） 次に、運動速度■の直交基準軸Ｘ、Ｙごとの速度成分を
（４）式に基づいて求めると、ｖｘ＝（ｖ、ｃｏｓθ、
＋ｖ、ｃｏｓθ、）／２＋（ｓｉｎｅ、（ｖ、−ｖ、ｃ
ｏｓ（ｅ、−〇、））＋５ｉｎｅ、（ｖ、ｃｏｓ（ｅ、
−θ、　）　−ｖ　、　）］／　２　／５ｉｎ（θ、−
ｅ、）・・・（８） ｖｖ＝（ｖ　ｓｉｎ印＋ｖ、ｓｉｎｅ、）／２＋　［ｃ
ｏｓθ１（ＶＩ−ｖ、ｃｏｓ（ｅ、−θＩ））＋ＣＯ３
θ＋　（ｖ、ｃｏｓ（ｅ、−〇、　）　−ｖ　、　）］
／　２　／５ｉｎ（θ１−θ、）・・・（９） となり、これによって運動方向が判明する。

以上のように、走査角度が異なる２本の超音波走査線Ｑ
、、　Ｑ、に沿って反射超音波を受信することにより、
運動速度の定量値と方向が求まり、計測原理的には（７
）、（８）、（９）式で与えられ、受信信号をこれらの
原理式に代入する形で高速演算により運動体Ｍの運動速
度と運動方向とを正確に求めることができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。なお、各実施例を通じ
て、前述のように１′は超音波送受信面、Ｍは被検体内
の検出部位に存在する運動体を示し、この運動体Ｍはあ
る速度Ｖで運動している。

また、Ｔ、Ｔ、、Ｔ、は送信走査を、Ｒ，Ｒ，、Ｒ。

は受信走査をそれぞれ示している。

まず、第２図は本発明の第１実施例である。この実施例
は、超音波送受信面１′上の２つの異なる点Ｐ、、　Ｐ
、から送信及び受信を行なった場合のものである。これ
により、超音波走査線Ｑ、、Ｑ。

において検出運動速度２　ｖ、、　　２　ｖ、に対応し
たドプラー信号が得られるため、速度２　ｖ、、　　２
　ｖ、からｖｌ　ｌ　ＶＩを求め、これらのＶ　ｌ　ｌ
　”　ｍ及び走査角度θ５．ｅ３を前記（７）〜（９）
式に代入して運動体Ｍの速度Ｖの定量値及び運動方向を
求めることができる。ここで、超音波走査線Ｑ、、　　
Ｑ、の送受信のタイミングは、Ｔ、、　Ｒ，とＴ、、Ｒ
，とのベアで２１、Ｑ３を同時に送受信し、または時間
をずらして送受信すればよい。

次に、第３図は本発明の第２実施例を示している。この
実施例は、超音波送受信面１′上の１つの点Ｐから送受
信を行ない、他の点Ｐ、では受信のみを行なった場合の
ものである。これにより、超音波走査線Ω１．Ｑｌにお
いて速度２ｖ、、　ｖ、十Ｖ、に対応したドプラー信号
が得られ、０．での速度２ｖ、からＶ、を求め、また、
Ｑヨでの速度ｖ、＋■、から上記ｖ１を減じて■、を求
め、走査角度θ１゜θ、と共に前記（７）〜（９）式に
代入して速度■の定量値及び運動方向を求める。なお、
超音波走査線Ｑ、、　Ｑ、、の送受信のタイミングは、
Ｔ、、　Ｒ，とＲ１とのベアでＱ、、Ｑ、を同時にする
必要がある。

第４図は本発明の第３実施例であり、この実施例は超音
波送受信面１′上の１つの点Ｐ、から送受信を行ない、
他の２つの点Ｐ、、　Ｐ、で受信のみを行なった場合の
ものである。すなわち、点Ｐ１゜Ｐ、からの超音波走査
線Ｑ、、Ｑ、における速度ＶＴ＋　ｖ　＋　、　Ｖ　丁
＋　Ｖ　ｈに対応したドプラー信号が得られ、また、点
Ｐ、からの超音波走査線Ωにおいて速度Ｖ７に対応した
ドプラー信号が得られる。このＶＴを２、での速度ｖ丁
子ｖ、から減じてＶ３を、また、Ｖ７をＰ、での速度ｖ
７＋ｖ、から減じてｖ。

をそれぞれ求めると共に、前記同様にｖＩ　Ｉ　ＶＩ及
び走査角度θ１．θ、を（７）〜（９）式に代入して速
度Ｖの定量値及び運動方向を求める。なお、この実施例
では、超音波走査線り、Ｍ、、Ｒの受信タイミングを同
時にする必要がある。

第５図は、本発明の第４実施例を示している。

この実施例は、超音波送受信面１′上の１つの点Ｐ１３
から走査角度θ１．ｅ、にて２方向に送受信を行なうも
のであり、超音波走査線ｆｆ、、　　Ｒ，の間で運動体
Ｍの運動速度が変化しない場合や、走査角度ｅ、、ｅ、
が小さい場合に有効である。この実施例によれば、超音
波走査線Ｑ、、　Ｑ、における速度２ｖ、、２ｖ、に対
応したドプラー信号が得られるため、これらからＶ、、
　Ｖ、を求め、走査角度ｅ　Ｉ　Ｊθ、と共に（７）〜
（９）式により速度Ｖの定量値及び運動方向を求める。

超音波走査線Ｑ、、　Ｑ、の送受信のタイミングは、Ｔ
、、　Ｒ，、Ｔ、、　Ｒ，のペアでＱｌとＱ、を同時、
または時間をずらしてもよい。

次いで、第６図は本発明の第５実施例である。

この実施例は、超音波送受信面１′上の１つの点Ｐ１．
から走査角度θ１にて送受信を行ない、かつ。

別の方向に走査角度ｅ１にて受信のみを行なうものであ
る。この実施例は、第４実施例と同様に超音波走査線Ｑ
、、　Ｑ、の間で運動体Ｍの運動速度が変化しない場合
や、走査角度ｅ、、ｅ、が小さい場合に有効である。こ
の実施例によれば、超音波走査線Ｑ、、　　Ｑ、におけ
る速度２ｖ、、　ｖ、＋ｖ、に対応したドプラー信号が
得られるため、２■がらｖｌを求め、この■１をＶ、十
Ｖ、から減じることでＶ、を求めることができる。これ
により、走査角度θ３．θ８と共に（７）〜（９）式に
より速度■の定量値及び運動方向を求める。

第７図は、本発明の第６実施例を示している。

この実施例は、超音波送受信面１′上の１つの点Ｐ１．
から一方向へ送受信し、走査角度θ１．ｅ、の他の２方
向から受信のみを行なうものである。この実施例も、第
４．第５実施例と同様に超音波走査線Ｑ、、　Ｑ、の間
で運動体Ｍの運動速度が変化しない場合や、走査角度ｅ
　ｌ　ｌθ１を小さくする必要がある場合に有効である
。この実施例によれば、超音波走査線Ｑ　ｌ　＋　２．
での速度ｖ７＋ｖ、、ｖア＋Ｖ、に対応したドプラー信
号が得られ、送受信による超音波走査線０により得られ
た２ｖ、により■７を求めると共に、このＶ７をＱｌに
関するｖ７＋ｖ１から減じてＶ、を、またＱ６に関する
■。＋Ｖ。

から減じてｖ３を求める。以後は、前記同様に（７）〜
（９）式を用いて速度Ｖの定量値及び運動方向を求める
ものである。

次に、上記各実施例が適用される超音波ドプラー診断装
置の構成を第８図を参照しつつ説明する。

この診断装置は、複数個の超音波振動子を直線上に配列
したアレイ形超音波探触子を備え、この探触子を位相駆
動することにより超音波ビームを送受信可能に構成され
ている。

同図において、ｌはアレイ形超音波探触子、２゜３００
、４００は送信または受信用のマトリクススイッチ、５
，６００は超音波走査線の走査角度と位置を制御する走
査線制御部、７は送信回路、８，８０１゜８０２は受信
回路、９，９０１はデイレ−回路、１０．１０１はデイ
レ−量制御部、１１．１１１．１１２はアパーチャー制
御部、１２．１２１．１２２は加算部、１３は増幅部、
１４、１４１．１４２は深さ方向の超音波の減衰を補正
するＴＧＣ（タイムゲインコントロール）付増幅部、１
５、１５１は超音波の受信周波数をオーディオ領域の周
波数に下げるためのミキサー、１６．１６１はＬＰＦ（
ローパスフィルタ）、１７．１７１は増幅器、１８゜１
８１はＡ／Ｄ変換器、１９は速度演算器、２０１は前述
した（７）〜（９）式等の演算を行なう高速演算器、２
０はＤＢＰＦ（ダイナミックバンドパスフィルタ）、２
１は検波部、２２．２２１はＴＧＣ制御部、２２２はｓ
ｉｎ。

ｃｏｓｌ生器、２３はＤＳＣ（ディジタルスキャンコン
バータ）、２４はＴＶモニタである。なお、上記各構成
要素のうち３桁の番号を付したものが本発明に固有であ
り、これら以外の構成要素は従来の超音波ドプラー診断
装置にも備えられている。

次に、本発明に係わる構成要素の動作を略述すると、走
査線制御部６００により２方向の送信受信の角度と位置
とが制御され、受信回路８０１．８０２、デイレ−回路
９０１及びアパーチャー制御部１１１，１１２を通過し
た超音波の二つの受信信号は、各１本づつの時系列信号
となり、ＴＧＣ付き増幅部１４１゜１４２及びミキサー
＋５１を経てその周波数がオーディオ領域の周波数に下
げられる。これらの二つの受信信号に対応する信号は、
エイリアジング防止用のＬ　Ｐ　Ｆ　＋６１．増幅器＋
７１及びＡ／Ｄ変換器＋８１を介してディジタル信号に
変換され、速度演算器１９により前記■ｌ　ｌ　ｖＩ　
ｌ　ｖＴが演算されてこれらの信号が高速演算器２０１
に入力される。

一方、ＤＳＣ２３から出力された走査角度θ、。

ｅ、も高速演算器２０１に入力され、この高速演算器２
０１において前記（７）、（８）、（９）式を演算する
ことにより、運動体Ｍの速度Ｖと、直交基準軸Ｘ。

Ｙに沿った成分（ＶＸ、　ＶＶ）から運動方向とが正確
に求まることとなる。

なお、本発明に用いられる超音波探触子には、例えば電
子リニア形探触子等が利用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、被検体内の界面から反射
してくる超音波を走査角度が異なる２方向に沿って受信
することにより、各方向に沿った運動体の速度を検出す
ることができ、これらと走査角度とを用いて高速演算処
理することで運動体の運動速度及び運動方向を正確に検
出することができる。特に、従来の如く走査方向によっ
ては速度の定量化ができないといった不都合を解消する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図ないし第７図は
本発明の第１ないし第６実施例の説明図、第８図は超音
波ドプラー診断装置の具体的な構成を示すブロック図、
第９図及び第１０図は従来のドプラー診断方法の説明図
である。 １・・・超音波探触子　　１′・・・超音波送受信面＋
０１・・・デイレ−量制御部 Ｉｌｌ、＋１２・・・アパーチャー制御部１２１．１２
２・・・加算部 １４１、１４２・・・ＴＧＣ付増幅部　　＋５１・・・
ミキサー１６１・・・Ｌ　Ｐ　Ｆ　　　　　＋７１・・
・増幅器＋８１・・・Ａ／Ｄ変換器　２０１・・・高速
演算部２２１＝・ＴＧＣ制御部　２２２−・−５ｉｎ、
ｃｏｓ発生器３００．４００・・・マトリクススイッチ
６００・・・走査線制御部　８０１，８０２・・・受信
回路９０１・・・デイレ−回路 １１１図 □、計Ｕ丁 第 図 第 図 ｔ １、ｉｌ 第 図 箪 図 箇 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数個の超音波振動子を直線上に配列したアレイ形超音
   波探触子を位相駆動して超音波ビームを送受信可能とし
   た超音波ドプラー診断装置において、 被検体内の運動体に向けて送信された超音波の反射波を
   、走査角度が異なる２方向に沿って受信する手段と、 前記２方向に沿った運動体の運動速度を超音波ドプラー
   法により検出する手段と、 前記２方向に沿った運動体の運動速度及び走査角度に基
   づいて、運動体の運動速度及び運動方向を演算する手段
   と、 を備えたことを特徴とする超音波ドプラー診断装置。