JPH043221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、超音波を用いて生体内の血流情報を
得て生体診断に供する超音波血流観測装置の改良
に関する。

［発明の技術的背景］ 超音波ドプラ効果を用いた超音波血流観測装置
は以下の動作原理による。即ち、生体内の血流に
送波された周波数cの超音波は、流動する血球に
より散乱されて周波数fdのドプラ偏移を生じるた
め、受波される超音波の周波数ｆは、＝c＋
dとなる。dは下記式(1)に示すように血流速度
ｖを反映するので、dを検出することにより、
無侵襲で血流速度ｖの情報を得ることができる。

d2vcosθ／ｃ・c ……(1) ｖ；血流速度 θ；超音波ビームが血管となす角度 ｃ；音速 ここで、上記dはエコー信号を位相検波して
得られ、通常、検波器としては90位相の異なつた
dの信号成分を含む信号Ｘ（ｔ）を得ることので
きる直交位相検波器がよく用いられる。そして、
直交位相検波器からは２系統の信号、即ちＸ（ｔ）
の虚数部Im｛Ｘ（ｔ）｝、Ｘ（ｔ）の実数部Re｛Ｘ
（ｔ）｝が夫々出力される。ここで、信号Ｘ（ｔ）
から近似的にdの平均dを求めるには下記式(2)
に示すような自己相関法と称されている手法が用
いられている。

Ｃ（τ）＝１／Ｎ−τ_N-〓 〓ⁱ⁼¹ X_iX^* _i＋τ ……(2) Xi；Ｘ（ｔ）の離散的表現 Ｘ（ｔ）＝Re｛Ｘ（ｔ）｝ ＋jIm｛Ｘ（ｔ）｝に対応して、 Xi＝Re｛Xi｝＋jIm｛Xi｝xi ＋jyiとおく。

＊；複素共役をとることを示す。

Ｎ；全データ点数（サンプル数） τ；自己相関をとるときのずらすステツプ数、一
般に「ラグ」といわれる。

Ｃ（τ）；自己相関関数 ここで、自己相関関数Ｃ（τ）を展開すると、 Ｃ（τ）＝１／Ｎ−τ_N-〓 〓ⁱ⁼¹ （x_i＋jy_i）（x_i+1−jy_i+1） ＝１／Ｎ−τ_N-〓 〓ⁱ⁼¹ （x_i・x_i+1＋y_i・y_i+1）＋ｊ１／Ｎ−τ_N-〓 〓ⁱ⁼¹ （x_i+1・y_i−x_i・y_i+1） ≡Re｛Ｃ（τ）｝＋jIm｛Ｃ（τ）｝ となり、さらには下記式(3)のように求めるこ
とができる。

＝r／2π・tan^-1Im｛Ｃ（τ）｝／Re｛Ｃ
（τ）｝……(3) r；超音波パルスの繰返し周波数（レート周波数
といわれる） 上記式(3)を用いてdを求める際には、−π／２＜ tan^-1＜π／２であるので、上記式(3)のままでは− r／４＜＜r／４の範囲しか表現できない。

このため、第２図に示すようにr／４＜＜r／
４ の領域の表現はRe｛Ｃ（τ）｝＜０、 Im｛Ｃ（τ）｝＞０を検出することにより、また−
r／２＜＜−r／４の領域の表現は Re｛Ｃ（τ）｝＜０、Im｛Ｃ（τ）｝＜０を検出するこ
とにより、全領域の表現を可能とすることが一般
に行なわれている。

そして自己相関法によるの演算は、高速デ
イジタル演算方式により、リアルタイムで行なう
ことが可能であるので、超音波探触子から送波さ
れる超音波ビームをスキヤンすることにより、超
音波ビームのスキヤン面の観測部位にある血流の
流れをリアルタイムで表示することができるもの
である。

［背景技術の問題点］ 従来、上記自己相関法によるの算出につい
ては、−r／２＜＜r／２は算出できるが、Re｛
Ｃ （τ）｝＝０の場合のdの値は式(3)からは得ること
ができず、不定になるという欠点がある。このた
め、Re｛Ｃ（τ）｝＝０の場合はd＝０とする等の
不自然な方法がとられ高精度の診断情報を設るこ
とはできなかつた。

［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、自己相関法を用いた場
合の不具合を解消して高精度の血流情報を得るこ
とを可能とした超音波血流観測装置を提供するこ
とにある。

［発明の概要］ かかる目的を達成するために本発明による超音
波血流観測装置は、生体内に超音波パルスを送受
波してドプラ効果による周波数偏移情報を検出
し、上記生体における血流の平均流速を上記周波
数偏移情報により自己相関法を用いて算出するよ
うにした超音波血流観測装置において、上記自己
相関法における自己相関関数の実数部が零のとき
にその虚数部の値に基づき上記平均流速を確定す
る手段を具備したことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下本発明にかかる超音波血流観測装置を第１
図に示す一実施例に従い説明する。

第１図において１は微少超音波振動子を配列し
た例えばセクタスキヤン用の超音波探触子であ
り、生体Ｐに超音波の送受信を行なうものであ
る。２はこの超音波探触子１に励振用のパルスを
与えると共に受信エコー信号を得る送受波回路で
ある。３はこの送受波回路２からのエコー信号を
直交位相検波し、実数部成分Re｛Xi｝、虚数部成
分Im｛Xi｝を夫々出力する直交位相検波回路であ
る。

４は直行位相検波回路３からの実数部成分Re
｛Xi｝、虚数部成分Im｛Xi｝を夫々デジタル信号
に変換するアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ−
Ｃ）である。５はＡ／Ｄ−Ｃ４でデジタル化され
た実数部成分Re｛Xi｝、虚数部成分Im｛Xi｝夫々
を取込み、上記式(2)に基づきXiの自己相関関数
の実数部信号 S₁＝Re｛Ｃ（τ）｝、虚数部信号 S₂＝Im｛Ｃ（τ）｝を演算して求め、夫々出力する
相関処理回路である。

６は判定部６Ａ、第１の演算部６Ｂ、第２の演
算部６Ｃから構成された演算回路である。この演
算回路６の判定部６Ａは実数部信号 S₁＝Re｛Ｃ（τ）｝を取込み、これが零であるか否
かを判定する（信号S₃）。また、第１の演算部６
Ｂは実数部信号S₁＝Re｛Ｃ（τ）｝及び虚数部信号
S₂＝Im｛Ｃ（τ）｝を取込み、虚数部信号S₂＝Im
｛Ｃ（τ）｝の極性を調べ（信号S₄）、さらに実数部
信号 S₁＝Re｛Ｃ（τ）｝の極性を調べ（信号S₅）Im｛Ｃ
（τ）｝／Re｛Ｃ（τ）｝を演算する（信号S₆）。さ
らに、第２の演算部６Ｃは判定部６Ａ及び第１の
演算部６Ｂの出力を取込み、上記式(3)の演算を実
行してdを算出する。

７は演算回路６からのd及び上記式(1)による
血流速度ｖの映像化情報をリアルタイムで映像表
示する表示系である。

次に上記の如く構成された本実施例の作用につ
いて説明する。

第１図において、図示しない電源を投入し、超
音波探触子１を生体Ｐの観測部位に当る。超音波
探触子１からは、送受波回路２により、超音波パ
ルスがスキヤンしながら送波され、送波された超
音波パルスは被観測体内の血流の速度ｖを反映し
たドプラ偏移dを受け、送受波回路２に受波さ
れる。送受波回路２の出力であるドプラ偏移d
を含むエコー信号は、直交位相検波回路３に入力
され、Pe｛Xi｝、Im｛Xi｝が出力される。

このRe｛Xi｝、Im｛Xi｝はＡ／Ｄ−Ｃ４に入力
され、Re｛Xi｝、Im｛Xi｝をデイジタル化したも
のが出力される。デイジタル化されたRe｛Xi｝、
Im｛Xi｝は相関処理回路５に入力され、Xiの自
己相関関数の実数部Re｛Ｃ（τ）｝、及び虚数部Im
｛Ｃ（τ）｝が上述の如くに基づいて演算され、出
力される。

そして、Re｛Ｃ（τ）｝、Im｛Ｃ（τ）｝の信号S₁、
S₂は演算回路６に入力される。

ここで第２図によると、Re｛Ｃ（τ）＝０の場合
はdはr／４か−r／４であり、＝r／４のと
きはIm ｛Ｃ（τ）｝＞０の、d＝−r／４のときはIm｛Ｃ（
τ）｝ ＜０である。

従つて、Re｛Ｃ（τ）｝＝０の場合には、同時に
Im｛Ｃ（τ）｝の極性を検出することにより、の
値を±r／４として確定することができる。即ち、 判定部６ＡによりRe｛Ｃ（τ）｝＝０の判定を行な
い、Re｛Ｃ（τ）｝＝０の場合は例えば１（正論理
Ｈレベル）、Re｛Ｃ（τ）｝≠０の場合は例えば０
（正論理Ｌレベル）の信号S₃を出力する。

またRe｛Ｃ（τ）｝の信号はIm｛Ｃ（τ）｝の信号
とともに第１の演算部６Ｂに入力されIm｛Ｃ
（τ）｝／Re｛Ｃ（ｔ）｝の演算結果S₆及びIm｛Ｃ
（τ）｝の極性信号S₄、Re｛Ｃ（τ）｝の極性S₅が出
力される。ここで極性信号は、正のときは例えば
０、負のときは例えば１を出力する。出力信号
S₃、S₄、S₅、S₆は第２の演算部６Ｃに入力され第
２の演算部６Ｃでは信号S₃を参照して、Re｛Ｃ
（τ）｝≠０の場合は信号S₆のIm｛Ｃ（τ）｝／Re
｛Ｃ（τ）｝の演算結果と、信号S₄、S₅の夫々Im
｛Ｃ（τ）｝、Re｛Ｃ（τ）｝の極性信号により、d
を
算出する。

ここで、Re｛Ｃ（τ）｝＝０であることが信号S₃
の信号により示されると第２の演算部６Ｃは信号
S₄のIm｛Ｃ（τ）｝の極性に基づいて、Im｛Ｃ
（τ）｝＞０のときは＝r／４、 Im｛Ｃ（τ）｝＜０のときは＝−r／４を出力す
る。

このようにして演算回路６にて得られたdは
表示系７にて映像表示される。

以上述べたように本実施例によれば、 Re｛Ｃ（τ）｝＝０のときにもdの値は不定となら
ないので、高精度な血流情報を得ることが可能と
なる。

本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、第２の演算部６Ｃへの入力を、判定
部６Ａ、第１の演算部６ＢからのRe｛Ｃ（τ）｝＝
０の判定結果、Re｛Ｃ（τ）｝及び Im｛Ｃ（τ）｝の極性、Im｛Ｃ（τ）｝／Re｛Ｃ（τ）
｝
の演算結果としたが、他の組合せでも、Re｛Ｃ
（τ）｝＝０のときの Im｛Ｃ（τ）｝の極性を判定できる構成であるなら
ば、これに限定されるものではない。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、自己相関法
における自己相関関数の実数部が零の時にその虚
数部の値に基づき上記実数部を確定する手段を具
備したので、高精度の血流情報を得ることが可能
な超音波血流観測装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波血流観測装置の
一実施例を示すブロツク図、第２図は自己相関法
の問題点を説明するための図である。 １……超音波探触子、２……送受波回路、３…
…直交位相検波回路、４……アナログ／デジタル
変換器、５……相関処理回路、６……演算回路、
６Ａ……判定部、６Ｂ……第１の演算部、６Ｃ…
…第２の演算部、７……表示系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 生体内に超音波パルスを送受波してドプラ効
   果による周波数偏移情報を検出し、上記生体にお
   ける血流の平均流速を上記周波数偏移情報より自
   己相関法を用いて算出するようにした超音波血流
   観測装置において、上記自己相関法における自己
   相関関数の実数部が零のときにその虚数部の値に
   基づき上記平均流速を確定する手段を具備したこ
   とを特徴とする超音波血流観測装置。