JPH0499564A - 超音波ドプラ血流計 - 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 本発明は超音波によるイメージングとパルスドプラによ
る速度測定が同時に行えるようにした超音波ドプラ血流
計に関する。

従来の技術 最近、超音波パルスドプラ計測法とパルス反射法を併用
することによってドプラのツナグラムと断層像を同時に
リアルタイムで表示するようにした超音波ドプラ血流計
が生体循環器等の診断に盛んに利用されるようになって
きた。この超音波ドプラ血流計は例えば特開昭５５−５
４９４１号に記載された構成が知られている。以下、第
９図を参照して従来の超音波ドプラ血流計について説明
する。

第９図は超音波ドプラ血流計の基本原理を示す図である
。第９図において、９０はプローブ、９１は送信走査回
路、９２は受信走査回路、９３は位相検波回路、９４は
周波数分析器、９５は振幅検波回路、９６は表示部、９
７は制御部である。

次に上記従来例の動作について説明する。送信走査回路
９１が発生した駆動パルスはプローブ９ｏに加えられ、
指向性ｍ１１ｍｚ、　　・・・・ｍｏ等の方向へ音波が
送波される。受信走査回路９２は送信と同し指向性ｍｌ
　、　ｍｚ　、・・・・の方向の受信感度が高くなるよ
うに！ｌＩ御される。ドプラモードでは一定の指向性、
例えばｍ４方向に指向性を固定して送受信を繰り返し、
受信信号を位相検波して得られたドプラ偏移データであ
るＩ、Ｑ信号を周波数分析することによって被検体内の
血流等の移動速度を求め表示部に表示する。Ｂモードで
は指向性ｍ、　、　ｆｆ１ｇ　、　　・・・・方向へ順
次送受信を行い、得られた受信信号を検波回路では包絡
線検波し表示部に断層像として表示する。ドプラモード
、Ｂモードいずれを選択するかは制御部９７により決め
られる。通常ｍ６方向にあるサンプルボリュウムＳにお
ける血流情報とＢモード断層像を同時に得る場合には、
ｍ＝　　（Ｊ＝１〜ｎ）方向でＢモード動作させた後、
ｍ６方向でドプラ動作させることを送受信毎に制御部９
７が交互に切り換えて行う、このような動作モードを以
後、Ｂ／Ｄモードと呼ぶ。

ドプラモードにおける送信超音波パルスの繰り返し周波
数をｆｒとするとＢ／Ｄモードではドプラ動作の繰り返
し周波数がｆｒ／２に低下し、測定可能な最大血流速度
が半分になるという問題があった。

この問題を解決するためドプラのサンプル周波数を低下
させることなくＢモード像を得る方法が考案されている
。このような方法の例としては特開昭６１−２５５３４
号に記載された方法が知られている。この方法は例えば
第９図に示すような構成の製置においてドプラモードの
送受信を３回繰り返した後Ｂモードの送受信を１回行い
、１回抜けた位相検波出力のＴ、Ｑ信号に対して補間を
行うことにより見かけ上ドプラ偏移データのサンプル周
波数を低下させないという原理にもとすくものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、この方法で用いられている補間方法は会
話信号の処理用に考案されたものであり、ドプラ偏移デ
ータのようにサンプル周波数の２に迫る周波数成分を含
む信号の補間には不向きであった。第１０図はドプラモ
ードのよる送信を２回繰り返した後Ｂモードの送信を１
回行い、送信パルスの繰り返し周波数ｆｒのＡに近い周
波数成分を有するドプラ偏移データの場合における従来
法による補間の様子を示したものである。

第１０図に示すように補間された結果は期待する値と全
く異なり、周波数は低周波にシフトし正しく周波数分析
することができないという問題があ本発明は従来技術の
以上のような問題を解決するもので、ドプラモードの送
信パルスの繰り返し周波数の％に迫るドプラ偏移データ
に対しても正確に補間が行えるようにすることを目的と
するものである。

８１題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、ドプラ偏移信号を
得るための超音波ドプラ送受信を少なくとも２回行った
後に、ある期間ドプラ送受信を休止させる制御手段と、
前記ドプラ偏移信号を検出するドプラ信号検出手段と、
前記ドプラ送受信の休止期間中の複素ドプラ信号の位相
角を前記休止期間の前後のドプラ信号を用いて補間計算
する位相角補間手段と、同じくドプラ送受信の休止期間
中の複素ドプラ信号の絶対値を前記休止期間の前後のド
プラ信号を用いて補間計算する絶対値補間手段とを備え
た超音波ドプラ血流計を従供するものである。

作用 本発明は上記した構成により、２回以上連続してドプラ
パルスの送受信を行い、１ドプラサンプル周期以上の間
ドプラパルスの送受信を休止し、ドプラパルス休止期間
のＦ′ブラデータを、休止期間前後の実ト′ブラデー夕
の位相角と絶対値から正確に補間計算し、等時間間隔で
ドプラ信号をサンプルしたものとほぼ同等なドプラデー
タ列を生成することにより上記目的を達成するものであ
る。

実施例 以下、本発明の実施例を示す。

第１図は実施例のブロック図である。第１図において、
実線は信号の流れを示し、点線は制御の流れを示す。プ
ローブ１０１は送信走査回路１０２からの送信パルスを
受けて被検体に超音波パルスを送信するとともに、前記
被検体からの散乱超音波を電気信号に変換し、受信走査
回路１０３に送る。

送信走査回８１０２、受信走査回路１０３は、制御部１
０４からの指示に従い、Ｂモード走査とドプラ走査を時
分割で行う。スイッチ１０５は制御部１０４の指示によ
り受信走査回路１０３からの超音波エコー信号を断層像
走査時には検波部１０６へ、ドプラ走査時にはミキサ１
０７．１０８に送出する。ミキサ１０７はスイッチ１０
５からの超音波エコー信号と発信器１０９からの信号を
ミキシングし、ミキサ１０ｇはスイッチ１０５からの超
音波エコー信号と発信器１０９からの信号を９０°位相
シフタ１１０で位相ソフトした信号とをミキシングする
ドプラ信号検出手段である。サンプルホールド回路ＩＩ
１．　ＩＩ２はドプラ検査部位に応じたゲート信号を１
７１部１０４から受け、ミキサ１０７．１０８からのド
プラ信号をサンプルする。補間部１１３はサンプルホー
ルド回路１１１１１２からのドプラ信号から、制御部１
０４から指示されたドプラ送受信休止期間でのドプラデ
ータを補間計算し、ドプラ送受信期間でのドプラ信号に
挿入することにより等時間間隔のドプラ信号データ列を
生成し、周波数分析部１１４に送出する。周波数分析部
［４はフーリエ分析などを行いその結果をドプラ像信号
として表示部１１５に送る０表示部１１５は、検波部１
０６からの断層像信号と周波数分析部１１４からのドプ
ラ像信号を制御部ＪＯ４からの制御信号のもとて同時に
表示する。

各部の動作を、動作タイミングとともに詳細に説明する
。

第２図は、ドプラ走査を２回、Ｂモード走査を２回交互
に繰り返す請求の範囲第２項の実施例の動作タイミング
である。（ア）は、送信走査回路１０２中の送信パルス
、（イ）はスイッチ１０５の状態でＤはミキサ１０７・
１０８へ、Ｂは検波部＋０６へ、人力を接続することを
あられす、（つ）は検波部１０６の出力、（１）はサン
プルホールド回路１１１．１１２を制御する制御部１０
４からのドプラゲート信号、（オ）はサンプルホールド
回路１１１・１１２の出力を実部・虚部としたベクトル
図、（力）は補間部１１３の出力をベクトル図で示した
ものである。

送信走査回路１［１２は、送信パルス（ア）に示すタイ
ミングでプローブ１０１にドプラパルスＤまたはＢモー
ドパルスＢを送出する。スイッチ）０５は、（イ）に示
す通り受信走査回路１０３の出力を期間Ｐ・Ｐ、（ドプ
ラ走査期間）はミキサ１０７・１０８へ送出し、期間Ｐ
、（Ｂモード走査期間）では検波部１０６へ送出する。

Ｂモード走査期間Ｐ！においては（つ）に示す通りＢモ
ード断層像を構成する２本の走査線の情報を採取し、検
波部１０６において包路線検波を行う。ドプラ走査期間
Ｐ、−Ｐ、においては、ミキサ１０７・１０８からの直
交検波出力を、ドプラゲート信号（１）に従いサンプル
ホールド回路】】１・１】２が、（オ）に示すようにド
プラサンプリング時刻Ｌ＋＋　　ｔｔ、ｔｓ、ｔｂにお
いてサンプリングを行う。補間部１１３は（方）に示す
逼り、Ｂモード走査期間Ｐ、がドプラ走査期間であった
場合のドプラサンプリング時刻１．．１．でのドプラ信
号＃２．＃ａをｔ、、ｔ２．Ｌ、、ｔ。

でのドプラデータをもとに補間する。

第３図に補間部１１３の第一の構成例を示す、Ａ／Ｄ３
１はサンプルホールドからのアナログ信号をディジタル
信号に変換する。ｒ−θ変換部３２は、Ａ／Ｄ３１から
の直交データを、極座標成分に変換する。極座標成分に
変換されたドプラデータは、絶対値補間演算部３３、位
相角補間演算部３４に送られ、Ｂモード走査期間中での
ドプラデータ補間が行われる。その結果は合成部３５に
送られ、直接測定されたドプラ信号と、補間データが正
しい時間順序で出力される。

補間計算の一例を説明する。第２図に示すタイミングの
ように、ドプラサンプルを２周期、Ｂモード走査期間が
２周期であるとする。

サンプルホールド回Ｂ　１１１・］］２がら送出された
時刻５　　（ｉ＝１．２．５．６）におけるドブラデー
タ（複素ベクトル）を、Ｚ＝　−ａ（＋ｊ　ｂ（とする
。２．がＡ／Ｄ変換器３１により量子化されｒ−θ変換
部３２によりｚ（＝ｒ（ｅｊθ、なる極座標成分（絶対
値ｒｉ、位相角θ、、−π〈θ８≦π）に変換されたと
き、時刻ｔｓ、ｔａでの欠落したドプラデータｉ　ｓ＝
　ｒ　ｓｅｊθ３、Ｚ　ａ　””　ｒ　４ｅｊθ４の補
間計算は以下のように行う。

絶対値補間演算部３３での補間計算： 絶対値は、時刻１ｔから時刻ｔ％までの間を線形補間し
て、 ｒｘ　＝　（２ｒｚ　＋ｒｓ　）／３　　　　　　　　
　（１）ｒａ　＝　（ｒｚ　＋２　ｒｓ　）　／３　　
　　　　　　　（２）とする。

位相角補間演算部３４の計算： 位相角においても時刻１．がら時刻ｔ５までの間の線形
補間を考える。しかし、時刻ｔ２と時刻Ｌ５の間はサン
プリングの周期の３倍の時間差があるため位相角がπ以
上変化する場合があり、時刻ｔ２から時刻【５間の真の
位相角の差θｄは、θｄ＝（θ５−θ２）＋２ｘｎ　　
　　　　　　（３）ただしｎは整数 とかける、一方時刻ｔ＋、ｊ友間の位相差と時罰ｔ５．
Ｌｂ間の位相差の平均はωは ω＝（（θ２−θ１）＋（θ、−θＳ）ｌ／２　　　（
４）とみることができるから、時刻ｔｔ、ｔ３間・時刻
ｔｓ、Ｌａ間・時刻ｔ４＋Ｌｆｉ間の位相差ωであると
考えると、 θｄ＝ω・３（５） となるはずであるから（３）式と（５）式より３ω＝（
θ、−θｔ）＋２πｎ（６） ｎ＝（３ω−（−〇ｚ）ｌ／Ｆπ　　　　　　（７）と
なり、ｎが整数であることから ｎ　　＝ＲＯｔｌＮ［ｌ　　（（３ω−（θ、−θ−）
Ｊ／２ｘ）　　　　ｆ８）ただしＲＯＬＩＮＤ　（ＸＩ
はＸを四捨五入した値をあられすとすることで、（３）
式へ（８）式へ算出したｎを代入すればθｄが求められ
る。このθｄより θ、＝θ、＋θｄ／３　　　　　　　　　　　　　（９
）θ４＝θつ＋２θｄ／３　　　　　　　　　　０■と
算出する。なお、補間計算方法はここで挙げた例の他に
、例えば絶対値の計算は最後に測定されたドプラデータ
の絶対値をそのまま補間値として使うなど多様な方法が
ある。

また、補間部＋１３の第二の構成例を第４図に示す。こ
れは絶対値補間演算部３３、位相角補間演算部３４と合
成部３５との間に直行変換部４１を挿入しており、周波
数分析部１１４にドプラデータの直行座標成分を送出す
るほかば第３図の補間部１１３の第一の構成例と同じで
ある。

また、補間部１１３の第三の構成例を第５図に示す。こ
れは第３図の補間部１１３の第一の構成例に、ローパス
フィルタ５１を加えたもので、これによりクラッタ成分
を除去することができる。

また、補間部１１３の第四の構成例を第６図に示す。こ
れは第５図の補間部１１３の第三の構成例のクラッタ成
分のためのローパスフィルタを、ディジタルフィルタ（
ローパスフィルタ６１）としたものである。

このように第一の実施例の超音波血流計によれば、Ｂ／
ＤモードにおいてＢモード走査期間での欠落したドプラ
データを正しく補間するので、ドプラモード単独での最
高血流速検出能力に等しい血流速検出能力を持ち、しか
もドプラ走査時間とＢモード走査時間を１：１とするこ
とでＢモーＦ′断層像のフレームレートの低下も小さく
でき、リアルタイムなりモード像を提供できる。

次に、本発明の第二の実施例における動作タイミングを
第６図を用いて説明する。第二の実施例における装置構
成は第一の実施例で述べた構成と同しもので実現できる
。

送信走査回路］０２は、送信パルス（キ）に示すタイミ
ングで、ドプラパルスＤを２回、２ドプラパルス繰り返
し周期の間にＢモードパルスＢを１回送出する。スイッ
チ１０５は、（り）に示す通り受信回路１０３の出力を
期間Ｐ、　　　Ｐ３　　（ドプラ走査時間）ではミキサ
１０７　１Ｑ８へ送出し、期間ｐｇ　　（Ｂモード走査
期間）では検波部１０６へ送出する。Ｂモード走査期間
Ｐ、においでは（ケ）に示ずＢモード断層像を構成する
１本の走査線の情報を採取し、検波部１０６において包
路線検波を行う。この場合の走査線情報は、第一の実施
例のものと比べ、２倍の深度の情報を持っている。ドプ
ラ走査期間Ｐ１　・Ｐ、においては、ミキサ１０７・１
０８からの直交検波出力を、ドプラゲート信号（コ）に
従いサンプルホールド回路１１１・１１２が、（１）に
示すようにドプラサンプリング時刻ｔ、　＋　　ＬＭ　
ｒ　　＋２　＋１、．１．においてサンプリングを行う
。補間部１１３は（シ）に示す通り、Ｂモード走査期間
Ｐ２がドプラ走査期間あった場合のドプラサンプリング
時刻Ｌｓ、Ｌｍでのドプラ信号Ｚ３１Ｚ４を、ｔ１Ｌｌ
＋　　ｔｓ＋　　ｔ＊でのドプラデータをもとに補間す
る。

このように第二の実施例の超音波血流計によれば、Ｂ／
Ｄモードにおいてドプラモード単独での最高血流速検出
能力に等しい血流速検出能力を持ち、しかもＢモード断
層像の被検深度を２倍にできる。また、Ｂモードパルス
送信から次のドプラパルス送信までの時間が長くなるの
で、ドプラ信号に影響するＢモードパルスの残留エコー
小さくなるので、Ｓ／Ｎ比のよいドプラ信号となる。

また、第８図の本発明の第三の実施例における動作タイ
ミングが示すように、補間部１１３がドプラ走査休止期
間Ｐ、直後のドプラデータｚ４を補間に用いず、２．も
補間により生成したデータに置き換える構成により、装
置の過度応答の影響を減らすこともできる。

発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明によればＢ／
Ｄモードにおいて、Ｂモード走査期間での欠落したドプ
ラデータをド位相角と絶対値により正しく補間するので
、ドプラモード単独での最高血流速検出能力に等しい血
流速検出能力を持つ超音波ドプラ血流計を提供できる。

また、ドプラ走査の休止期間が２ドプラサンプル周期以
上の長期間であっても、その間の欠落したドプラデータ
を正しく補間することができるため、長期のドプラ走査
の休止期間有効に利用することで制約の少ないＢ／Ｄモ
ードを提供する超音波ドプラ血流計とすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明の第一の実施例における第１図の各プロ、りの動作
を示すタイミング図、第３図は補間手段の第一の構成例
を示すブロック図、第４図は補間手段の第二の構成例を
示すブロック図、第５図は補間手段の第三の構成例を示
すプロ、り図、第６図は補間手段の第四の構成例を示す
ブロック図、第７図は本発明の第二の実施例における第
１図の各ブロックの動作を示すタイミング図、第８図は
本発明の第三の実施例における第１図の各ブロックの動
作を示すタイミング図、第９図は従来の装置の構成を示
した図、第１０図は従来の例の補間方法を説明した図で
ある。 １０１・・・・・・プローブ、１０２・・・・・・送信
走査回路、１０３・・・・・・受信走査回路、１０４・
・・・・・制御部、１０５・・・・スイッチ、１０６・
・・・・検波部、１０７．１０８・・・・・・ミキサ、
１０９・・・・・・発信器、１１０・・・・・９０°位
相ノフタ、１１１１１２・・・・・・サンプルホールド
回路、１１３・・・・・・補間部、１１４・・・・・・
周波数分析部、１１５・・・・・・表示部。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　は力川名脈 脈 ヤトー ｍ 脈

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体内に超音波パルスを送受信して前記被検体
   内の断層情報を得るとともに、前記送受信による超音波
   送受信からの散乱超音波に基づき前記被検体内の散乱体
   の移動速度情報を得る超音波ドプラ血流計本体と、ドプ
   ラ偏移信号を得るための超音波ドプラ送受信を少なくと
   も２回行った後にある期間ドプラ送受信を休止させる制
   御手段と、前記ドプラ偏移信号を検出するドプラ信号検
   出手段と、前記ドプラ送受信の休止期間中の複素ドプラ
   信号の位相角を前記休止期間の前後のドプラ信号を用い
   て補間計算する位相角補間手段と、同じくドプラ送受信
   の休止期間中の複素ドプラ信号の絶対値を前記休止期間
   の前後のドプラ信号を用いて補間計算する絶対値補間手
   段とを備えた超音波ドプラ血流計。
2. （２）前記制御手段のドプラ送受信休止期間が２ドプラ
   サンプル周期以上であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波ドプラ血流計。