JPH0419859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は例えば生体の血流情報を得てその周波
数分布をデジタルフーリエ変換により解析する超
音波ドプラ装置に係り、特に時間分解能を向上さ
せた超音波ドプラ装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

生体の診断分野で用いられる超音波ドプラ装置
は、変調超音波又は連続超音波を被検体に向つて
送波した場合、そのエコー成分は、血流の速度分
布に応じて周波数偏移を受けた血流情報となるこ
とに着目し、上記エコー成分を位相検波して周波
数偏移を受けた成分のみを取り出し、その信号の
周波数解析を行ない、その解析結果としての周波
数分布を表示するものが主流となつている。

上記における周波数解析の手法としては、精
度、解析時間、構成上等により種々の方法がある
が、高精度に周波数解析できることから、現在
は、主にFFT（高速フーリエ変換）が用いられて
いる。このFFTは、DFT（離散的フーリエ変換）
の一計算手法であり、全データ数Ｎが基数のべき
乗である場合に、計算時間を短縮することが可能
であり、一般には、基数は２又は２の整数倍の数
を選ぶ場合が多い。従つてデータ数は自由に選べ
なく基数が２の場合は、64，128，256というよう
に２倍ずつの数を選ぶことになる。このデータ数
Ｎは、同じサンプリング周波数fsでは、周波数分
解能Δf又は時間分解能と比例関係にある観測時
間Ｔを決めるとΔf＝１／Ｔ＝fs／Ｎという関係と
なる。

〔背景技術の問題点〕

上述したような超音波ドプラ装置において、表
示上、周波数分解能はあまり必要としないが時間
分解能を上げた方が良好な表示が得られる場合が
ある。この時間分解能を上げるためには観測時間
Ｔを短かくするために、サンプリング周波数fsを
高くするか或いはデータ数Ｎを小さくする必要が
ある。今、サンプリング周波数fsを変えると周波
数解析結果の全範囲はサンプリング周波数によつ
て決まるfsであるため、表示は全体に縮小してし
まう。これを防止するには表示を拡大するか或い
はデータ数Ｎを小さくする必要がある。しかし乍
ら表示の拡大は表示系の構成を複雑にし、一方デ
ータ数Ｎを小くするとFFTのアルゴリズム及び
係数を変更する必要があり容易に実現できなかつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、FFTのアルゴリズム
及び係数を変更せずに、容易に時間分解能を向上
することが可能な超音波ドプラ装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、被検体に超音波を送受しその散乱超
音波を位相検波して得た位相検波信号をデジタル
フーリエ変換器を用いて周波数解析する超音波ド
プラ装置において、上記デジタルフーリエ変換器
は、上記位相検波信号を記憶する入力バツフア
と、この入力バツフアに記憶されたデータをデジ
タルフーリエ変換するデジタルフーリエ変換計算
部と、このデジタルフーリエ変換計算部の出力を
記憶する出力バツフアとを有し、上記デジタルフ
ーリエ変換計算部における１回にフーリエ変換さ
れるデータ数Ｎを変更せずに上記データ数Ｎの
１／（整数（Ｍ））の長さの入力データがＭ回繰
返して上記デジタルフーリエ変換計算部に取込ま
れるように上記入力バツフアのアドレスを制御す
る入力バツフアアドレス制御回路と、上記デジタ
ルフーリエ変換計算部からの出力データがＭ個毎
に上記出力バツフアに取込まれるように上記出力
バツフアのアドレスを制御する出力バツフアアド
レス制御回路とを備えた構成とし、上記デジタル
フーリエ変換計算部に入力され、フーリエ変換後
に出力されるデータ数を、上記入、出力バツフア
により調整するようにしたことを特徴としてい
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係る超音波ドプラ装置を図面に示
す一実施例に従い説明する。

第１図は本実施例の超音波ドプラ装置の構成を
示すブロツク図であり、図中１１は例えばセクタ
走査用のアレイ形の探触子である。１２はこの探
触子１１に超音波励振用のパルスを与えるパルサ
であり、１３はレートパルスを発生するレートパ
ルス発生回路であり、１４は基準信号発振器であ
る。この基準信号発振器１４からの基準信号を受
けてレートパルス発生回路１３はレートパルスを
発生し、またこのレートパルスによりパルサ１２
は超音波励振用のパルスを発生する。１５は移送
回であつて上記基準信号を受けてこの基準信号か
ら互いに90゜位相の異なる２つの参照信号を生成
する機能を有する。１６は探触子１１からの超音
波エコーの受波出力をドツプラシフト（対数圧縮
しないで検波する方式；直交検波）検出するため
に単に増幅のみを行う受波回路である。

１７ａは移相回路１５からの参照信号のうちの
一方と受波回路１６の出力信号とを混合し検波す
る第１の検波回路であり、１７ｂは移相回路１５
からの参照信号のうちの他方と受波回路１６の出
力信号とを混合し検波する第２の検波回路であ
る。１８ａ，１８ｂは夫々第１、第２の検波回路
１７ａ，１７ｂに対応して設けられこの対応する
検波回路からの出力のうち、設定信号により設定
された深さ位置からのエコーに相当する出力が入
力される間、これを通すレンジゲート回路であ
る。

１９ａ，１９ｂはレンジゲート回路１８ａ，１
８ｂに対応して設けられ、そのレンジゲート回路
の出力する信号を濾波するバンドパスフイルタで
あり、２０はバンドパスフイルタ１９ａ，１９ｂ
の出力を受けてこれより周波数偏移分布の解析を
する周波数解析器である。

２１は探触子１１の検波出力を増幅する受波回
路であり、２２はこの受波回路２１の出力を検波
する対数特性を有する検波回路であり、２３はこ
の検波回路２２の出力を超音波走査方向とエコー
の深さ位置に対応した画素位置の映像信号に変換
し、また周波数解析器２０からの出力信号を受
け、この出力信号より周波数偏移の分布情報を示
す映像信号に変換して出力する表示回路である。

２４は操作者の手動操作により所望とする超音
波パルスドプラ検査位置（方向と深さ）を設定す
るための検出位置決回路である。この検出位置決
定回路２４より出力される設定信号はレンジゲー
ト回路１８ａ，１８ｂの深さ位置（レンジゲー
ト）を与える信号として、また、レートパルス発
生回路１３にはその設定信号の示す深さに対応し
てその深さでとり得る最高速のレートパルスを発
生するための設定信号として与えるようになつて
いる。

２５は表示回路２３の出力する映像信号を受け
て画像を表示するデイスプレイ装置であり、図中
Ｐ１は表示された超音波断層像あるいはUCG像、
Ｐ２は周波数解析像である。

次に周波数解析器２０の詳細について説明す
る。

即ち、第２図に示すようにバンドパスフイルタ
１９ａ，１９ｂの出力を取込みＡ／Ｄ変換する
Ａ／Ｄ変換器２７ａ，２７ｂとこのＡ／Ｄ変換器
２７ａ，２７ｂの出力を記憶する入力バツフア２
８ａ，２８ｂと、この入力バツフア２８ａ，２８
ｂの出力をデジタルフーリエ変換するデジタルフ
ーリエ変換計算部（FFT計算部）２９とこの
FFT計算部の出力を記憶する出力バツフア３ａ
と、これらの制御回路２６とより構成されてい
る。そして、例えば、Ａ／Ｄ変換器２７ａ，２７
ｂは８ビツト構成であり入力信号を一定周期でデ
ジタル化し、入力バツフア２８ａ，２８ｂに順に
記憶する。一定時間間隔で入力バツフア２８ａ，
２８ｂのデータを順にデータ数ＮだけFFT計算
部２９に送り、Ｎ点デジタルフーリエ変換を行な
う。計算結果としてＮ個のスペクトラムデータを
出力バツフア３０に書込み、表示回路２３からの
表示の要求に応じて出力バツフア３０よりＮ個の
データを転送する。

次に第４図を参照して周波数解析器２０の更に
詳細な構成及び動作の説明を行なう。即ち、 入力バツフア２８ａ，２８ｂの書込み、読出し
の制御は、データ数がＮの場合には、順にＯから
Ｎ−１までアドレスを一つづつ増加させるアドレ
ス制御信号を、入力バツフアアドレス制御回路３
１より入力バツフア２８ａ，２８ｂに与え、デー
タ数がＮ／２であつてＮ／２のデータを２回繰返
えす場合には、入力バツフア２８ａ，２８ｂのア
ドレスラインのMSB（最上位ビツト）（０又は１）
を固定する。こうすることにより、入力バツフア
２８ａ，２８ｂのアドレスは、０〜Ｎ／２−１と変 化して０に戻り、またＮ／２−１まで一つづつ増加 させる。一方出力バツフア３０のアドレス制御
は、固定するのをLSB（最下位ビツト）にして、
出力バツフアアドレス制御回路３３からのアドレ
ス制御信号により行なう。出力バツフア３０のア
ドレスは、Ｎ／２のデータを２回繰返えして入力
した場合には、０，０，２，２，４，４，６，６
というように偶数アドレスを２回づつ繰返えし
て、周波数分解能Δfの偶数倍の周波数成分のみ
を読出す。

次に上述した本実施例の作用について第４図及
び第５図を参照して説明する。

本発明による周波数解析部は第４図ａに示すよ
うにＮ個の入力データをFFT計算部２９に転送
する場合と、第５図ａに示すようにＮ／２個のデ
ータを２回繰返えしてFFT計算部２９に転送す
る場合とを、入力バツフアアドレス制御回路３１
で切換えることができる。例えばデータ数Ｎ＝
128の場合、入力バツフア２８ａ，２８ｂのアド
レスは、第４図ｂに示すように書込み、読出し共
に０から順に127まで至る場合と、第５図ｂに示
すように０から順に63まで至り、次に０に戻つて
また63まで至る場合とが可能となる。

この場合、64個のデータが２回繰返えされたも
のがFFT計算部２９の入力データとなり、その
周期は64×サンプリング周期となつた周期関数が
入力されたこととなる。従つてそのデジタルフー
リエ変換の結果は、周波数分解能Δf（Δf＝サンプ
リング周波数／128）の偶数倍の周波数成分は存
在するが、周波数分解能のΔfの奇数倍の周波数
成分は存在しない。これは入力周期関数の周波数
はサンプリング周波数／64であることによる。こ
の場合、このまま128個の周波数分布データを表
示すると、１つづつ抜ける（０になる）ため、出
力バツフア３０の書込み又は読出し時に同じデー
タ即ち、周波数分解能Δfの偶数倍の周波数成分
に対応するデータを２回づつ書込み又は読出すこ
とにより、64種のデータが２回づつ表示されるよ
うになる。

上記述べたように本実施例では入、出力バツフ
ア２８ａ，２８ｂ，３０の書込み又は読出し制御
を行なうことによりFFT計算部２９ではデータ
数（ポイント数）を変更せずに時間分解能を上げ
るように入力データを半分のデータ数で２回繰返
して行なえる。

また本実施例は高速フーリエ変換（FFT）の
場合について述べたが、一般的なDFT（デジタル
フーリエ変換）全般に応用することができ、また
２回繰返す以外に、１／整数に分けるように入、
出力バツフア２８ａ，２８ｂ，３０の制御を行な
うようにしてもよく、この他に本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被検体に超
音波を送受しその散乱超音波を位相検波して得た
位相検波信号をデジタルフーリエ変換器を用いて
周波数解析する超音波ドプラ装置において、上記
デジタルフーリエ変換器は、上記位相検波信号を
記憶する入力バツフアと、この入力バツフアに記
憶されたデータをデジタルフーリエ変換するデジ
タルフーリエ変換計算部と、このデジタルフーリ
エ変換計算部の出力を記憶する出力バツフアとを
有し、上記デジタルフーリエ変換計算部における
１回にフーリエ変換されるデータ数Ｎを変更せず
に上記データ数Ｎの１／（整数（Ｍ））の長さの
入力データがＭ回繰返して上記デジタルフーリエ
変換計算部に取込まれるように上記入力バツフア
のアドレスを制御する入力バツフアアドレス制御
回路と、上記デジタルフーリエ変換計算部からの
出力データがＭ個毎に上記出力バツフア取込まれ
るように上記出力バツフアのアドレスを制御する
出力バツフアアドレス制御回路とを備えた構成と
し、上記デジタルフーリエ変換計算部に入力さ
れ、フーリエ変換後に出力されるデータ数を、上
記入、出力バツフアにより調整するようにしたの
で、全体の表示周波数範囲を変化させず且つ
FFT計算部のデータ数を変えずに、時間分解能
を容易に切換えることが可能な超音波ドプラ装置
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波ドプラ装置の一実
施例を示すブロツク図、第２図及び第３図は夫々
第１図における周波数解析器の詳細なブロツク
図、第４図及び第５図は夫々同実施例における時
間分解能の切換を説明するための図である。 １１……探触子、１２……パルサ、１３……レ
ートパルス発生回路、１４……基準信号発振器、
１５……移相回路、１６，２１……受波回路、１
７ａ，１７ｂ，２２……検波回路、１８ａ，１８
ｂ……レンジゲート回路、１９ａ，１９ｂ……バ
ンドパスフイルタ、２０……周波数解析器、２３
……表示回路、２４……検出位置決定回路、２５
……デイスプレイ装置、２６……制御回路、２７
ａ，２７ｂ……Ａ／Ｄ変換器、２８ａ，２８ｂ…
…入力バツフア、２９……デジタルフーリエ変換
計算部、３０……出力バツフア、３１……入力バ
ツフアアドレス制御回路、３２……FFT計算部
制御回路、３３……出力バツフアアドレス制御回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検体に超音波を送受しその散乱超音波を位
   相検波して得た位相検波信号をデジタルフーリエ
   変換器を用いて周波数解析する超音波ドプラ装置
   において、上記デジタルフーリエ変換器は、上記
   位相検波信号を記憶する入力バツフアと、この入
   力バツフアに記憶されたデータをデジタルフーリ
   エ変換するデジタルフーリエ変換計算部と、この
   デジタルフーリエ変換計算部の出力を記憶する出
   力バツフアとを有し、上記デジタルフーリエ変換
   計算部における１回にフーリエ変換されるデータ
   数Ｎを変更せずに上記データ数Ｎの１／（整数
   （Ｍ））の長さの入力データがＭ回繰返して上記デ
   ジタルフーリエ変換計算部に取込まれるように上
   記入力バツフアのアドレスを制御する入力バツフ
   アアドレス制御回路と、上記デジタルフーリエ変
   換計算部からの出力データがＭ個毎に上記出力バ
   ツフアに取込まれるように上記出力バツフアのア
   ドレスを制御する出力バツフアアドレス制御回路
   とを備えたことを特徴とする超音波ドプラ装置。