JPH05237107A - 超音波血流イメージング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最大視野深度，フレーム数，画質を低下させ
ることなく、低流速血流の観測ができる超音波血流イメ
ージング装置を提供する。 【構成】 超音波パルス繰返し周波数ｆｒ′を有し、各
走査ラインに対しｎ個の超音波パルスの送受信を行う走
査手段と、前記走査手段にて得られた受信データを各走
査ライン毎に保持する記憶手段と、前記記憶手段に記憶
されたデータから各走査ライン毎に血流情報を検出する
検出手段と、各走査ラインに対するｎ個の超音波パルス
のサンプリング周波数ｆｒがｆｒ＜ｆｒ′となるよう、
且つ前記記憶手段において各走査ライン毎にｎ個の受信
データの収集が完了する間隔がほぼ一定となるよう前記
走査手段に対して超音波走査順制御を行う制御手段とを
有することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波のドプラ効果を
利用して被検体内の血流情報を求め、これを２次元表示
する超音波血流イメージング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用
することによって一つの超音波プローブで血流情報と断
層像（Ｂモード像）情報を得、断層像に重ねて血流情報
をリアルタイムでカラー表示するようにした超音波血流
イメージング装置が知られている。このような装置によ
って血流速度を測定する場合の動作原理は次の通りであ
る。

【０００３】すなわち、被検体である生体内を流れてい
る血流に対して超音波パルスを送波すると、この超音波
ビームの中心周波数ｆｃは流動する血球によって散乱さ
れドプラ偏移を受けて周波数ｆｄだけ変化して、この受
波周波数ｆはｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。このとき周波数ｆ
ｃ，ｆｄは次式のように示される。

【０００４】

【数１】 ここで、ｖ：血流速度 θ：超音波ビームと血管とのなす角度 ｃ：音 速

【０００５】従って、ドプラ偏移ｆｄを検出することに
よって血流速度ｖを得ることができる。

【０００６】このようにして得られた血流速度ｖの２次
元画像表示は次のように行われる。先ず図１０のように
超音波プローブ１から被検体に対してＡ，Ｂ，Ｃ，…方
向に順次超音波パルスを送波してセクタ（又はリニア）
スキャンを行うにあたり、図１１の構成の超音波血流イ
メージング装置によってその超音波パルスのスキャン制
御が行われる。

【０００７】最初にＡ方向に数回超音波パルスが送波さ
れると、被検体内の血流でドプラ偏移されて反射された
エコー信号は同一プローブ１によって受波され、電気信
号に変換されて受信回路２に送られる。

【０００８】次に位相検波回路３によってドプラ偏移信
号が検出される。このドプラ偏移信号は超音波パルスの
送波方向に設定された例えば２５６個のサンプル点ごと
にとらえられる。各サンプル点でとらえられたドプラ偏
移信号は周波数分析器４で周波数分析され、Ｄ．Ｓ．
Ｃ．（ディジタル・スキャン・コンバータ）５に送られ
ここで走査変換された後に、表示部６に送出されＡ方向
の血流速分布像が２次元画像としてリアルタイムで表示
される。

【０００９】以下Ｂ，Ｃ，…の各方向に対しても同様な
動作が繰り返されて、各スキャン方向に対応した血流像
（流速分布像）が表示されることになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、低流速の検
出能は、周波数分析するデータ長に依存する。ドプラ信
号のサンプリング周波数をｆｒ，サンプリング数をｎと
すれば、周波数分析する波のデータ長Ｔｄは、 Ｔｄ＝ｎ／ｆｒ …(1) であり、このときの周波数分解能Δｆｄは、 Δｆｄ＝１／Ｔｄ …(2) となる。従って、測定可能流速の下限ｆｄ minも、 ｆｄ min＝１／Ｔｄ＝ｆｒ／ｎ …(3) と表わせる。よって、低流速の血流まで検出しようとす
れば、ドプラ信号のサンプリング周波数ｆｒを小さくす
るか、データ数ｎを大きくすればよい（図４，図５参
照）。

【００１１】ところが、２次元ドプラ血流イメージング
においては、次の関係式が成立する。

【００１２】 ＦN ・ｎ・ｍ・（１／Ｆｒ′）＝１ …(4) ここで、ＦN ；フレーム数、ｍ；走査線数 ｆｒ′；超音波送信パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）

【００１３】フレーム数ＦN は２次元血流像のリアルタ
イム性に関係し、通常８乃至３０の値であり、これによ
り１秒間に８乃至３０枚の画像を見ることができる。

【００１４】図６に示すごとく、セクタ電子走査の場
合、走査線数ｍ＝３２，超音波パルス繰返し周波数（Ｐ
ＲＦ）ｆｒ′＝４ KHz，サンプリング数ｎ＝８とすれ
ば、フレーム数ＦN は約１６になる。また、最大視野深
度Ｄ maxとＰＲＦｆｒ′とには、 Ｄ max＝ｃ／（２・ｆｒ′） …(5) なる関係がある。よって、低流速の検出能を向上させる
ために、ＰＲＦｆｒ′を大きくすると，最大視野深度Ｄ
maxを大きくとれない欠点を生じる。また、走査線数ｍ
を小さくすれば、走査線密度が粗くなり、画質劣化を招
来する。

【００１５】以上の如く、低流速検出能を向上すると、
何かを犠牲にしなければならないという欠点がある。

【００１６】そこで本発明は上記の欠点を除去するもの
で、最大視野深度，フレーム数，画質を低下させること
なく、低流速血流の観測ができる超音波血流イメージン
グ装置の提供を目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体に対し
て超音波走査を行い、得られた超音波パルスの受信デー
タに基づき該被検体中の血流情報を求め、その分布を表
示する超音波血流イメージング装置において、超音波パ
ルス繰返し周波数ｆｒ′を有し、各走査ラインに対しｎ
個の超音波パルスの送受信を行う走査手段と、前記走査
手段にて得られた受信データを各走査ライン毎に保持す
る記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたデータから各
走査ライン毎に血流情報を検出する検出手段と、各走査
ラインに対するｎ個の超音波パルスのサンプリング周波
数ｆｒがｆｒ＜ｆｒ′となるよう、且つ前記記憶手段に
おいて各走査ライン毎にｎ個の受信データの収集が完了
する間隔がほぼ一定となるよう前記走査手段に対して超
音波走査順制御を行う制御手段とを有することを特徴と
するものである。

【００１８】

【作用】前記制御手段により、超音波走査順を変更制御
することで、超音波パルス繰返し周波数ｆｒ′よりもド
プラ情報のサンプリング周波数ｆｒを低下させ、かつ、
データ収集間隔をほぼ一定として、前記記憶手段を介し
てドプラ情報を得るようにしているので、最大視野深
度，フレーム数，画質を低下させることなく低流速血流
の観測が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２０】図１は本発明一実施例装置のブロック図で
ある。

【００２１】１１は被検体に対して超音波パルスの送受
を行う超音波プローブ、１２はセクタ電子走査装置アナ
ログ部で、プリアンプ１３，パルサー１４，発振器１
５，ディレーライン１６，加算器１７，検波器１８から
構成されている。１９はＤ．Ｓ．Ｃ．（ディジタル・ス
キャン・コンバータ）、２０はカラー処理回路、２１は
Ｄ／Ａ変換器、２２はＶＴＲ、２３はカラーモニタ、３
５はコントロール回路である。

【００２２】コントロール回路３５は、セクタ電子走査
装置アナログ部１２における超音波走査順の変更制御を
行うもので、この変更制御においては、超音波パルス繰
返し周波数を変えることなくドプラ情報のサンプリング
周波数が低下される（これについては後に詳述する）。
このコントロール回路３５が本発明における制御手段に
相当する。

【００２３】加算器１７から出力された信号のうち一方
は検波器１８，ライン３７を介してＤ．Ｓ．Ｃ．１９へ
送られ、断層像（白黒Ｂモード像）を表示するために供
される。他方はライン３９以下に送られ、血流像を表示
するために供される。ライン３９から加えられた信号は
二分され、各々ミキサー２４ａ，２４ｂに加えられる。
各ミキサー２４ａ，２４ｂにはまた９０°移相器２５に
よって発振器１５からの基準信号ｆｏが９０°位相差を
持たせて各々加えられて掛算が行われる。この結果ロー
パスフィルタ２６ａ，２６ｂにはドプラ偏移信号ｆｄと
（２ｆｏ＋ｆｄ）信号が入力され、ローパスフィルタ２
６ａ，２６ｂによって高周波成分が除去されてドプラ偏
移信号ｆｄのみが得られる。これは血流像のための位相
検波出力信号となる。

【００２４】図２（ａ）乃至（ｃ）は各信号波形を示す
もので、（ａ）は超音波プローブ１１から被検体に対し
て送波される送信パルス、（ｂ）は被検体から反射され
た受信パルス（受信エコー）、（ｃ）は位相検波出力で
ある。

【００２５】上記位相検波出力信号には血流情報だけで
なく、心臓の壁等のように動きの遅い物体からの不要な
反射信号（クラッタと称される）も含まれているので、
このクラッタを除去するため位相検波出力はＭＴＩ（Mo
ving Target Indicator)演算部２７に加えられる。

【００２６】このＭＴＩ演算部２７はＡ／Ｄ変換器２８
ａ，２８ｂ，複数ラインメモリ３４ａ，３４ｂ，ＭＴＩ
フィルター２９ａ，２９ｂ、自己相関器３０、平均速度
演算部３１、分散演算部３２、パワー演算部３３から構
成されている。

【００２７】Ａ／Ｄ変換器２８ａ，２８ｂはそれぞれロ
ーパスフィルタ２６ａ，２６ｂの出力をディジタル信号
に変換するものであり、その変換出力は、後段に配置さ
れた複数ラインメモリ３４ａ，３４ｂに送出される。こ
の複数ラインメモリ３４ａ，３４ｂは、超音波走査順変
更に応じて複数走査線分のドプラ情報を保持し得るもの
で、これが本発明における記憶手段に相当する。

【００２８】図３はＭＴＩフィルタの構成の一例を示
し、１／Ｚは１レートの遅延，Σは加算器，Ｋ1 ，Ｋ2
は係数を示している。

【００２９】自己相関器３０は周波数分析法の一種であ
り、２次元の多点の周波数分析をリアルタイムで行う必
要性から用いられている。

【００３０】平均速度演算部３１は、次式に基づいて平
均ドプラシフト周波数ｆｄを求める。

【００３１】

【数２】

【００３２】分散演算部３２は、次式に基づいて分散σ
² を求める。

【００３３】

【数３】

【００３４】パワー演算部３３は、次式に基づいてトー
タルパワーＴＰを求める。

【００３５】

【数４】

【００３６】このトータルパワーＴＰは、血球から散乱
エコーの強度に比例するが、ＭＴＩフィルタのカットオ
フ周波数以下に相当する移動物体からのエコーは除かれ
る。

【００３７】各ポインドごとに演算された値（血流情
報）はＤ．Ｓ．Ｃ．１９に入力され、データを補間した
後、カラー処理回路２０によってカラー情報に変換され
る。血流平均速度と血流速度分散とによる表示の場合に
は、プローブに近づく流れは赤系に変換され、プローブ
から遠ざかる流れは青系に変換される。また平均速度の
大きさは輝度の違いによって表現され、速度分散は色相
（緑を混ぜる）によって表現される。

【００３８】上記構成の実施例装置において、超音波走
査順の変更制御は次のように行われる。

【００３９】図７に示すごとく、プローブ１１の右端か
ら超音波送信ビームをスキャンしていくとき、その走査
順序を、１番右側の走査線（No.1）→２番目の走査線
（No.2）→３番目の走査線（No.3）→１番右側の走査線
（No.1）→…のように、Ｎ本（Ｎは２以上の整数。この
場合はＮ＝３である。）の独立した走査線間で交互に走
査を行なうようにする。この場合、同一方向超音波送信
ビームの繰返し周波数（ドプラ信号のサンプリング周波
数）ｆｒは、 ｆｒ＝ｆｒ′／３ …(6) となり、すなわちｆｒの周期Ｔ（同一方向超音波ビーム
走査間隔）はｆｒ′の周期Ｔ′（超音波走査間隔）の３
倍となり、上記(3) 式から明らかなように、測定可能流
速の下限ｆｄ minは、従来の方式、すなわち、超音波送
信ビームをｎ回続けて同一方向に送波し次に隣りの走査
線について同様にｎ回行う方式に比べて、１／３に改善
される。

【００４０】同一方向超音波送信回数（ドプラ信号のサ
ンプリング数）をｎとすれば、図７の場合はｎ＝４であ
る。超音波の送受順序に従って複数の走査線に交互に超
音波が送受され、ドプラ情報が複数ラインメモリ３４
ａ，３４ｂの対応ラインに順次書き込まれる。そして各
走査線毎に４個目のデータ（ｎ＝４による）が取り込ま
れた時点で当該走査線についての４個のデータが複数ラ
インメモリ３４ａ，３４ｂより読み出されることにな
る。

【００４１】このとき、４個のデータの出力のタイミン
グは、図７の場合においては一定間隔ではない。出力タ
イミングを一定とするには、図８に示すように走査すれ
ばよい。即ち、プローブ１１の右端からスキャンしてい
くとき、その走査順序を、走査線No.1→走査線No.m-1→
走査線No.m→走査線No.1→走査線No.2→走査線No.m→走
査線No.1→走査線No.2→走査線No.3→走査線No.1→…と
する。このようにすれば、図７の場合と同様に、同一方
向超音波送信ビームの繰返し周波数（ドプラ信号のサン
プリング周波数）ｆｒを１／３に下げることができると
共に、データ出力タイミングを一定間隔にできる。

【００４２】したがって、図８の実施例によれば、各走
査線間のデータ出力タイミングが一定間隔となるので、
図７の超音波走査順制御の場合とは異なり、一走査表示
画面上において各走査線間で時相差が一定であり、且つ
各走査線間の時相差が少ない超音波血流イメージング像
を得ることができる。

【００４３】ここで一般に、同一方向超音波送信ビーム
の繰返し周波数ｆｒと超音波送信パルス繰返し周波数ｆ
ｒ′と低流速検出能改善比Ｐ（交互段数）とを考える
と、 ｆｒ＝ｆｒ′／Ｐ と表わされる。図７，図８はＰ＝３の場合について示し
た。

【００４４】ここで注意すべきことは、図８の場合で
も、Ｐがｎの整数倍であるときは、データ出力タイミン
グを一定間隔にすることができないということである。

【００４５】例えば、ｎ＝４，Ｐ＝２の場合を図９に示
す。データ出力タイミングの間隔が３／ｆｒ′，５／ｆ
ｒ′，３／ｆｒ′，５／ｆｒ′，…と異なっている。

【００４６】しかしながら、図９の実施例の場合におい
ても、各走査線間のデータ出力タイミングをほぼ一定間
隔とすることができるので、図７の超音波走査順制御の
場合とは異なり、一走査表示画面上における各走査線間
の時相差がほぼ一定であり、且つ各走査線間の時相差の
少ない超音波血流イメージング像を得ることができる。

【００４７】以上のような超音波走査によって得られた
血流情報は、Ｂモード像情報と共にＤ．Ｓ．Ｃ．１９に
おいて走査変換され、カラー処理回路２０及びＤ／Ａ変
換器２１を介してカラーモニタ２３に送出され、ここで
可視化される。また、必要に応じてＶＴＲ２２に記録さ
れる。

【００４８】このように本実施例においては、超音波走
査順を変更制御することにより、超音波繰返し周波数ｆ
ｒ′を変えずにドプラ情報のサンプリング周波数ｆｒを
低下させているので、最大視野深度Ｄ max，フレーム数
ＦN ，画質を低下させることなく、低流速血流をも観測
することができる。

【００４９】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、種々の変形実施が可能であるのは言うまでも
ない。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、各
走査ライン毎のデータ収集の間隔をほぼ一定とすること
ができるとともに、最大視野深度，フレーム数，画質を
低下させることなく、低流速血流の観測を可能とした超
音波血流イメージング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例装置のブロック図

【図２】本発明装置の主要部の波形図

【図３】本発明装置の主要部のブロック図

【図４】データ数の説明図

【図５】周波数分解能の説明図

【図６】セクタ電子走査の説明図

【図７】本実施例装置の作用説明図

【図８】他の実施例の作用説明図

【図９】他の実施例装置の作用説明図

【図１０】従来例を示すスキャンパターン図

【図１１】従来例のブロック図

【符号の説明】

１２ セクタ電子走査装置アナログ部 ３４ａ，３４ｂ 複数ラインメモリ（記憶手段） ３５ コントロール回路（制御手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に対して超音波走査を行い、得ら
   れた超音波パルスの受信データに基づき該被検体中の血
   流情報を求め、その分布を表示する超音波血流イメージ
   ング装置において、超音波パルス繰返し周波数ｆｒ′を
   有し、各走査ラインに対しｎ個の超音波パルスの送受信
   を行う走査手段と、前記走査手段にて得られた受信デー
   タを各走査ライン毎に保持する記憶手段と、前記記憶手
   段に記憶されたデータから各走査ライン毎に血流情報を
   検出する検出手段と、各走査ラインに対するｎ個の超音
   波パルスのサンプリング周波数ｆｒがｆｒ＜ｆｒ′とな
   るよう、且つ前記記憶手段において各走査ライン毎にｎ
   個の受信データの収集が完了する間隔がほぼ一定となる
   よう前記走査手段に対して超音波走査順制御を行う制御
   手段とを有することを特徴とする超音波血流イメージン
   グ装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、交互段数Ｐに基づく複
   数本の走査ラインを交互に走査して前記各走査ラインに
   対するｎ個の超音波パルスのサンプリング周波数ｆｒが
   ｆｒ＝ｆｒ′／Ｐとなるよう前記走査手段に対して超音
   波走査順の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の
   超音波血流イメージング装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、設定されたｎ，Ｐの値
   に基づき前記走査手段に対して超音波走査順制御を行う
   ことを特徴とする請求項２記載の超音波血流イメージン
   グ装置。