JPH0431263B2 - - Google Patents

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診断装置、特に被検体に
からの反射エコー信号の受信回路に関する。

［従来の技術］ 生体である被検体内の高速血流などの運動部に
ついてその速度を測定して表示する超音波ドプラ
診断装置が周知であり、これにより運動体の方向
や渦流等の運動状態を画像表示することが行なわ
れている。

従来の診断装置の概略構成が第３図に示されて
おり、探触子１０には送信器１２からの超音波送
信信号が供給され、この探触子１０から超音波が
被検体内に放射される。そして、被検体から反射
するエコー信号は探触子１０にて電気信号に変換
されて受信器１４に供給され、所定の増幅がなさ
れた後に受信信号は復調器１６に入力される。

この復調器１６では、エコー信号のドプラ周波
数偏移量を検出するために、エコー信号を、例え
ば複素信号に変換しており、このために、復調器
１６は周波数ミキサを有している。そして、この
周波数ミキサにて送信信号と同一の周波数をもつ
参照波信号をエコー信号に乗算する。すなわち、
前記参照波信号は同一周波数でかつ90度位相の異
なる信号であり、これらの信号はそれぞれの復調
器１６ａ，１６ｂでエコー信号と掛け合わせら
れ、これによつてエコー信号を複素信号に変換す
ることができる（２個の復調器１６の出力を合わ
せたものが複素信号となる）。

また、この復調器１６の出力信号はフイルタ１
８で余分な信号が除去された後に周波数解析部２
０に供給されており、この周波数解析部２０でド
プラ周波数偏移量（ドプラ効果に基づいたもの）
の演算が行われる。この周波数偏移量は被検体内
の運動部の速度に対応しており、偏移信号から運
動部の状態が表示部２２に画像表示される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、復調器１６に設けられる前記周
波数ミキサは、通常では素子の非線形特性を利用
して入力信号間の積を演算しているため、必ずし
も理想的な乗算効果を得ることができず、本来必
要とされるドプラ周波数成分以外の信号である相
互変調信号、例えば２次歪信号３次歪信号等も同
時に現れることになる。従つて、ドプラ偏移周波
数を得るための精度のよいドプラ信号を得ること
ができなかつた。

また、理想的な乗算を実現するためにエコー信
号自体を高速でアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変
換し、乗算をデジタルで処理することも提案され
ているが、この場合の回路は複雑となり、また
Ａ／Ｄ変換器の高速性等に問題がある。

発明の目的 本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、簡略化された回路でドプラ
信号の抽出を容易かつ正確に行うことのできる超
音波ドプラ診断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、被検体
内に超音波パルスを放射し、被検体内からの反射
エコー信号を受信してその受信信号を復調回路に
て復調することにより、被検体内の運動部の状態
を測定表示する超音波ドプラ診断装置において、
前記復調回路は、互いに位相が90度異なり、かつ
それぞれの周期が前記超音波パルスの送信周波数
と同じか又はその整数倍である２つのサンプルト
リガ信号を参照波信号として出力するサンプルト
リガ発生器と、前記サンプルトリガ信号をそれぞ
れ受け入れて、前記受信信号をそのサンプルトリ
ガ信号の周期でサンプリングしてＡ／Ｄ変換する
２つのサンプル回路と、を含むことを特徴とす
る。

［作用］ 以上の構成によれば、ドプラ周波数偏移を受け
たエコー信号は、サンプル回路で復調されること
になるが、このサンプル回路の離散化信号は参照
波信号の周期又はこの周期の整数倍の周期からな
つている。この離散化信号の周波数（前記周期分
の１）は超音波のキヤリア周波数の同一であるか
ら、エコー信号がドプラ周波数偏移を受けていな
ければ、離散化信号にて得られた信号は周波数成
分をもたない直流成分のみの信号となるが、ドプ
ラ周波数偏移を受けていれば、離散化信号にて得
られた信号は周波数成分をもつ信号となる。

従つて、サンプル回路出力の信号からドプラ周
波数偏移を検出することができる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の好適な実施例を
説明する。

第１図には超音波ドプラ診断装置の回路構成が
示されており、被検体に当接される探触子１０に
は送信器１２が接続され、この送信器１２には水
晶発振器２４、参照波発生器２６、ゲート発生器
２８が接続されている。前記水晶発振器２４から
出力される高安定な発振信号は、参照波発生器２
６にて分周されて必要な送信周波数の信号とな
り、この参照波発生器の２６の出力はゲート発生
器２８を介して、送信信号として出力される。そ
して、送信器１２は内臓された駆動回路によつて
探触子１０内の振動子を駆動し、これにより被検
体内にパルス超音波を送波することができる。

一方、被検体内の運動部から反射してくる反射
エコーは探触子１０にて、電気信号に変換された
後に受信器１４に供給され、ここで所定の増幅を
行う。そして、受信器１４の出力は帯域通過フイ
ルタ１５に供給され、不要な帯域の信号成分を除
去しており、その後に帯域通過フイルタ１５の出
力はドプラ信号抽出のための復調に供される。

本発明において特徴的なことは、エコー信号の
復調をサンプル回路にて行うようにしたことであ
り、実施例ではサンプル回路として、複素信号に
変換するための２個のサンプラ３０ａ，３０ｂと
サンプルトリガ発生器３２とを設ける。このサン
プラ３０は帯域通過フイルタ１５の出力を離散化
して取り込んでおり、この離散化のタイミングは
サンプルトリガ発性器３２で形成される。この場
合の離散化の周期は参照波の周期に等しいか又は
その整数倍の周期（周波数でいえば整数倍分の１
となる）とし、同時に各サンプラ３０ａ，３０ｂ
で離散化信号の位相をπ／２だけずらす。この
π／２位相差を設けることにより、エコー信号を
ドプラ周波数を偏移を得るための複素信号に変換
することができ、実施例ではサンプラ３０ａに
sinトリガ信号を、サンプラ３０ｂにcosトリガ信
号を供給する。

そして、このサンプラ３０は、実施例ではＡ／
Ｄ変換器を用いており、このＡ／Ｄ変換器により
信号の離散化とアナログデジタル変換を同時に行
うことができるという利点を有する。このサンプ
ラ３０には、この出力の中の不要な信号成分を除
去する高域通過フイルタ３４ａ，３４ｂが設けら
れ、この高域通過フイルタ３４には周波数解析器
２０及び表示部２２が接続される。

また、前記サンプラ３０としてサンプルホール
ド回路を用いてもよく、サンプルホールド回路の
場合は、離散化した信号を高域通過フイルタ
（HPF）、低域通過フイルタ（LPE）の２種類の
フイルタを通して不要な信号を除去した後に、ア
ナログデジタル変換して周波数解析部２０に供給
することになる。

更に、超音波診断装置で速度を検出する場合に
は、連続波で行う場合とパルス波で行う場合とが
あるが、パルス超音波でを用いる場合は、前記送
信器１２及びサンプルトリガ発生器３２にゲート
を掛けるだけで簡単にサンプル回路を構成するこ
とができる。

実施例は以上の構成から成り、以下にその作用
を説明する。

前記送信器１２の送信制御により探触子１０か
ら、例えばパルス超音波を被検体内に放射する
と、被検体内の運動部からドプラ効果を受けたエ
コー信号が反射して探触子１０に戻つてくる。そ
うすると、エコー信号は受信器１４で所定の増幅
率だけ増幅された受信信号となり、この受信信号
は帯域通過フイルタ１５で不要な信号が除去され
る。

そして、前記帯域通過フイルタ１５の出力はド
プラ周波数偏移を抽出するための信号復調に供さ
れる。まず、サンプラ３０の離散化によるドプラ
信号検出の原理を示す。

反射エコー信号をｆ（ｔ）すると、次式で表す
ことができる。

ｆ（ｔ）＝cos（ω₀＋ω_d）ｔ ……(1) ここで、ω₀は送信波周波数（参照周波数でも
ある）、ω_dはドプラ偏移周波数であり、また信号
の振幅は簡略化して１とした。

このエコー信号に対し、参照波周波数で離散化
する場合を考え、離散化信号列をXk、離散化周
期をＴ（Ｔ＝2π／ω₀）とすると、 Xk＝ｆ（kT） ＝cos（ω₀＋ω_d）kT ＝cos｛2πk＋（ω_d／ω₀）2πk｝ ＝cos2πkcos（ω_d／ω₀）2πk −sin2πksin（ω_d／ω₀）2πk で表され、ここで、cos2πk〓１、sin2π〓０とす
れば、 Xk＝cos（ω₀／ω_d）2πk ＝cosω_dkT ……(2) が導かれる。

前記(2)式は、ω_dなる角周波数をもつドプラ信
号を周期Ｔで離散化したここと等価なものとな
る。このことは、離散化周期Ｔを整数倍した周期
で行つても同様に成立する。

前記の離散化を第２図の波形図で説明すると、
図ａに示されるように、復調のための参照波信号
を図示１００とすると、離散化信号を例えば、時
間軸上に０→１→０→−１→０→１→…の順で同
一時間間隔で現れる信号とする。

そして、図ｂに示されるように、受信信号がド
プラ偏移を受けていない信号２００であるとする
と、離散化信号によつて得られる信号は201で示
される直流（DC）信号となり、ドプラ周波数は
検出されない。しかし、図ｃに示されるように、
ドプラ周波数を受けている信号（運動部が離れて
いく信号）３００の場合は、離散化信号によつて
得られる信号は３０１で示される信号となり、図
のように周波数偏移を受けた信号となる。

このようにして求められたサンプラ３０の出力
は、従来のミキサや乗算器を用いていないので、
ミキサによる歪み信号は発生せず、また回路も簡
略化されることになる。更に、前述したように、
サンプラ３０をＡ／Ｄ変換器とすることにより、
復調とデジタル変換を同時に行うことができ、回
路的に効率のよい構成となる。

このドプラ偏移周波数は、運動体の速度に対応
する速度成分であり、このドプラ偏移周波数の大
きさから速度の大きさを求めることができ、碑周
波数解析部２０で速度を求めれば、運動部の速度
を表示部３２に表示することができる。

前記周波数解析部２０の出力は速度情報のみの
信号であるが、この場合の表示はＭモード表示に
限らずＢモード表示とすることができ、この場合
には、受信用振動子１０ｂから得られるエコー信
号を別途信号処理して被検体内の断層像を求め、
この断層像に前記速度情報を重ねて表示部３２に
画像表示することとなる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、復調器
としてエコー信号を参照波信号の周期またはその
整数倍の周期で離散化するサンプラ回路を設けた
ので、歪みのない良好なドプラ信号を抽出するこ
とができ、簡単な回路構成にて正確な速度を検出
して運動状態を画像表示することが可能となる。

また、サンプラ回路をＡ／Ｄ変換器で行えば、
復調とデジタルアナログ変換を同時に行うことが
でき、極めて効率のよい装置が提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波ドプラ診断装置の
回路構成を示すブロツク図、第２図はサンプラの
信号処理を説明する波形図、第３図は従来の超音
波ドプラ診断装置の回路構成を示すブロツク図で
ある。 １０……探触子、１２……送信器、１４……受
信器、２０……周波数解析部、３０……サンプ
ラ、３２……サンプルトリガ発生器、３４……フ
イルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体内に超音波パルスを放射し、被検体内
   からの反射エコー信号を受信してその受信信号を
   復調回路にて復調することにより、被検体内の運
   動部の状態を測定表示する超音波ドプラ診断装置
   において、 前記復調回路は、 互いに位相が90度異なり、かつそれぞれの周期
   が前記超音波パルスの送信周波数と同じか又はそ
   の整数倍である２つのサンプルトリガ信号を参照
   波信号として出力するサンプルトリガ発生器と、 前記サンプルトリガ信号をそれぞれ受け入れ
   て、前記受信信号をそのサンプルトリガ信号の周
   期でサンプリングしてＡ／Ｄ変換する２つのサン
   プル回路と、 を含むことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。