JPH0530732Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、血流の方向を指示することができ
る非分割型振動子を使用した方向指示形超音波ド
ツプラー血流装置に関する。

［従来の技術］ 超音波ドツプラー血流装置に使用される超音波
センサーとして、非分割型の振動子を使用したも
のは既に知られているが、その場合この振動子か
ら得られるドツプラー信号を振動子に供給する励
振用の発振信号から分離する必要がある。この分
離手段としての構成を簡略化した新規な超音波ド
ツプラー血流装置を本出願人は既に提案している
（実願昭60−144130号）。

このような超音波ドツプラー血流装置の概要を
まず説明する。

超音波ドツプラー血流装置は、血管に照射した
超音波周波数が血流速に応じて偏移されることを
利用して患者の臨床検査に応用しようとするもの
である。

今、第４図に示すように超音波振動子４を皮膚
面に当て、その状態で超音波を角度θをもつて血
管１１に照射すれば、超音波を励振するための発
振信号は血流速に応じたドツプラー効果を受けて
反射される。

血管からの反射波である受波信号の周波数、す
なわち、ドツプラー周波数Δは、 Δ＝ｈ・cosθ・Ｖ ここに、Ｖは血流速、ｈは定数であり、次式で
表わされる。

ｈ＝2₀／ｃ ₀；送信周波数 ｃ；音速 血流が図示のようにｘ方向（順方向）に流れて
いるものとすれば、順方向の血流によつて受ける
ドツプラー周波数は＋Δのように偏移され、逆
方向に流れている場合には−Δに偏移されるこ
とになる。偏移周波数は血流速に応じて変化す
る。

第５図は超音波センサー１０の一例を示すもの
で、発振器１の出力（連続波信号で、この例では
5MHz）はインピーダンス調整用のインダクタン
ス素子１２を介して非分割型の振動子４の両端に
供給される。振動子４の両端からは出力端子１３
が導出される。インダクタンス素子１２の代りに
抵抗器を使用してもよい。

インダクタンス素子１２のインピーダンス（そ
のインダクタンスをＬとする）は振動子４のイン
ピーダンスZtを考慮して決定されるもので、その
最適条件は、 ωL＝Zt である。振動子４の固有振動周波数は発振器１の
発振周波数に設定される。

発振出力が振動子４に印加されると、この振動
子４が励振され、その送信信号は測定対象に向け
て照射される。照射された送信信号は運動中の測
定対象から反射することによつて、ドツプラー効
果を受けるため、受波信号の周波数は測定対象の
運動速度に応じて変調される。これがドツプラー
周波数となる。

従つて、出力端子１３には、送信信号の他に、
ドツプラー効果を受けた受波信号が同時に得られ
ることになる。第６図Ａは送信信号eiの波形図を
示し、同図Ｂは出力信号eo（送信信号eiと受波信
号ed）の波形を示す。

第７図は同一の実験モデルを使用して、上述し
た超音波センサー１０からのドツプラー信号に基
いて血流量を測定した場合（ドツト図示）と、電
磁流量計を使用して血流量を測定した場合（曲線
ｙ）とを示すもので、電磁流量測定の場合とほぼ
同一の測定値が得られた。

ここで、第５図に示すインダクタンス素子１２
を介して連続波信号（第６図Ａ）を振動子４に供
給すると、この振動子４を送波用としても受波用
としても利用することができる。

もし、インダクタンス素子１２を使用しないと
きには、送波用振動子と受波用振動子に分けて使
用する必要がある。

これは、インダクタンス素子１２を発振器１と
振動子４との間に接続しないときには、発振器１
側の出力インピーダンスが出力端子１３側よりも
小さくなるために、出力端子１３側に得られる受
波信号のレベルが小さくなつて、受波信号を検出
できなくなつてしまうからである。

そのために、インピーダンス素子１２が介在さ
れると共に、インピーダンスＺとZtとは上述した
ような関係に選定されるものである。

さて、第８図は上述した超音波センサー１０を
使用した超音波ドツプラー血流装置２０の一例を
示す。発振器１としては、LC型あるいはクリス
タル振動子型の発振器を使用できる。２１は電力
増幅回路である。

出力端子１３に得られた出力信号eoは検波回
路２２に供給されてドツプラー効果を受けた受波
信号が検波され、そのドツプラー信号はハイパス
フイルタ２３によつて血管拍動に伴う信号変動分
が除去される。その出力はさらにローパスフイル
ター２４に供給されて、ドツプラー信号に含まれ
るノイズ成分が除去される。

ここで、フイルター２３のカツトオフ周波数は
80Hz、フイルター２４のカツトオフ周波数は7K
Hz程度でよい。

所定の周波数帯域内のドツプラー信号（可聴周
波数）はアンプ２５、さらに電力アンプ２６を介
してスピーカ２７に供給されて、血管を流れる血
流音が可聴音となつて放音される。その結果、被
検者の血流状態を可聴音の状態で診断することが
できる。

第９図は検波回路２２の一例を示し、この例で
はトランジスター検波を使用している。そのた
め、端子１３に出力された出力信号eoは直流カ
ツト用のコンデンサー３０を介してトランジスタ
ーＱに供給され、そのコレクター出力がコンデン
サー３１を介して出力端子２２ａに出力される。
３２はこの検波回路２２の周波数特性を決めるコ
ンデンサーである。

第１０図はトランジスターＱの検波特性を示す
もので、この例ではトランジスターＱの静特性を
利用し、送信信号がキヤリヤとして使用されるこ
とによつて、ドツプラー効果を受けた受波信号
edが混合検波されるものである。

超音波センサー１０をこのように構成する場合
には、従来から知られている超音波センサーよ
り、ドツプラー効果を受けた受信信号を簡単に分
離できる。

従来から知られている超音波センサーは第１１
図に示すようにブリツジ回路２が使用されてい
る。

ブリツジ回路２において、ｃ，ｄはその出力端
子であり、端子ａ，ｃ間には非分割型の振動子４
とコンデンサー５及びインダクタンス素子６とが
接続され、端子ｂ，ｃ間には抵抗器７が接続さ
れ、端子ａ，ｄ間及び端子ｂ，ｄ間には夫々コン
デンサ８，９が接続されている。

この状態で端子ｃ，ｄ間の出力が零になるよう
に、すなわちブリツジ回路２が平衡するように、
ブリツジ回路２の定数が調整される。第１１図の
例では、インダクタンス素子６及び抵抗器７が
夫々調整できるようになされており、これらによ
つてブリツジ回路２の平衡状態が調整される。

ブリツジ回路２が平衡している場合には端子
ｃ，ｄ間には出力が得られない。しかし、振動子
４より送信された超音波信号の反射波を振動子４
が受波した場合で、この反射波がドツプラー効果
を受けているときには、同一の振動子４で受波さ
れた信号の周波数は送信時の周波数とは異なるか
ら、このような反射信号が受波されると、ブリツ
ジ回路２の平衡状態がくずれ、端子ｃ，ｄ間には
ドツプラー効果による周波数のずれに対応した出
力（受波信号）のみが得られることになる。

このように、ブリツジ回路２を使用して超音波
センサーを構成する場合、端子ｃ，ｄに得られる
出力がドツプラー効果を受けた受波信号のみにす
るには、送信信号eiが出力されないようにインダ
クタンス素子６及び抵抗器７を使用して、ブリツ
ジ回路２の平衡状態を厳密に調整する必要があ
る。

しかし、実際問題として、送信信号が全く得ら
れないようにするための調整は相当に困難であ
り、その調整に多くの時間を必要とするのは、よ
く経験するところである。

また、このように時間をかけて調整しても、送
信信号を完全には零にすることができず、Ｓ／Ｎ
の悪い出力しか得られないのが現状である。

そのため、このような超音波センサーでは、ド
ツプラー効果を受けた受波信号を後段の回路系で
簡単に分離できない欠点がある。第５図に示す構
成とすれば、このような欠点を一掃できる。

さて、第１２図は受波信号edの波形図の一例
を示す。Ｔは血流がｘ方向に流れているときの波
形であり、Ｒは逆方向に流れているときの波形図
である。そのため、この波形図を観測すれば観測
場所の血管の状態を把握できるから、これに基き
患者の診断資料を作成することができる。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、上述した波形図から患者の血管状態
を推測する場合に、より適切に、かつ簡単に血管
状態を知るためには、その血流音を聞けばよい
が、第１２図に示す上述した波形図を単に可聴音
に変換するだけでは、血流方向及び血流量を正確
に把握できない。

なぜならば、血流音は順方向も逆方向も同一音
に聞えるから、血流音だけでは順方向及び逆方向
を容易には判別できないからである。しかも、逆
方向の血流音はそのレベルも順方向に比べて小さ
いから、両耳に聞える血流音だけでは順方向の血
流音にマスキングされる可能性が高く、このこと
からも順方向と逆方向を確実に判別することが困
難であるからである。

また、連続波信号を振動子に供給する場合に
は、今までの構成では送波用と受波用として２個
必要になり、コストアツプと、また超音波センサ
ーの小型化の隘路となつていた。

そこで、この考案では、血流方向の判別が容易
な方向指示型の超音波ドツプラー血流装置にあつ
て超音波センサーの小型化を達成したものであ
る。

［問題点を解決するための技術的手段 上述の問題点を解決するためこの考案に係る方
向指示形の超音波ドツプラー血流装置は、所定の
高周波信号を連続発振する発振器からの信号がイ
ンダクタンス素子を介して所定位相だけ移相され
た状態で送受波兼用の非分割型振動子の両端に供
給されて、上記振動子が励振されると共に、上記
振動子からの送信信号の反射波がこの振動子で受
波され、ドツプラー効果を受けた上記送信信号を
含むこの受波信号が第１及び第２の検波器に供給
されて上記受波信号が検波され、血流方向に応じ
た位相差を有する検波出力が別々の放音手段に供
給されるように構成したものである。

［作用］ この構成によれば、高周波信号の連続波を使用
しても振動子としては１個で済むから第１図の構
成でよい。したがつて超音波センサー１０を小型
化できる。第１及び第２の検波器４２，６２から
出力される信号は、血流が順方向に流れている場
合には、第１の検波器４２から得られる信号が第
２の検波器６２から得られる信号の位相より進相
する。

そのため、血流が順方向に流れている場合に
は、第１の検波器４２から得られる信号が第２の
検波器６２から得られる信号の位相より進相する
ことから、順方向の血流音は第１のスピーカもし
くはイヤホーン４８から聞えるようになる。

上述とは逆に、血流が逆方向に流れている場合
には、第２の検波器６２から得られる信号が第１
の検波器４２から得られる信号の位相より進相す
るので、この場合には逆方向の血流音は第２のス
ピーカもしくはイヤホーン６８から聞えるように
なる。

［実施例］ 第１図は、この考案に係る方向指示形超音波ド
ツプラー血流装置４０の一例を示す要部の系統図
であつて、発振信号（高周波信号で連続波）が電
力アンプ２１、インダクタンス素子１２を介して
送受波兼用の単一の振動子４に供給されて、この
振動子４が励振される。振動子４からの送波信号
の反射波は同じ振動子４で受波される。振動子４
にはこれと並列に第２のインダクタンス素子１５
が接続される。第２のインダクタンス素子１５は
出力端子１３に得られる受信信号が発振信号に対
して90°の位相差を有するようにするためである。

受信信号は第１及び第２の検波器４２，６２に
供給されて受信信号中に含まれるドツプラー信号
が検波される。ここで、第１の検波器４２には発
振信号がキヤリアとして注入される。そのため、
第１の検波器４２は注入形の混合検波器が使用さ
れる。これに対して、第２の検波器６２は第９図
に示すような混合検波器が使用される。

このような検波処理の相違及び上述した位相差
との関係から、第１及び第２の検波出力Ｓ１，Ｓ
２は位相のみ異なる信号となる。そして、順方向
に血流が流れている場合には、第１の検波出力Ｓ
１の位相は第２の検波出力Ｓ２の位相より進相
し、逆方向に血流が流れている場合には、第２の
検波出力Ｓ２の位相は第１の検波出力Ｓ１の位相
より進相することになる。

第１の検波出力Ｓ１はアンプ４３、ハイパスフ
イルタ４４、ローパスフイルタ４５、アンプ４６
及び電力アンプ４７を夫々介してスピーカ４８に
供給されて、血流音が放音される。

第２の検波出力Ｓ２も同様に、アンプ６３、ハ
イパスフイルタ６４、ローパスフイルタ６５、ア
ンプ６６及び電力アンプ６７を夫々介してスピー
カ６８に供給されて、血流音が放音される。

フイルタ４４，４５，６４，６５の周波数特性
は第８図の場合と同様に選定することができる。

さて、第１及び第２の検波出力Ｓ１，Ｓ２を
夫々別々のスピーカ４８，６８で聞く場合におい
て、順方向に血流が流れている場合には、第１の
検波出力Ｓ１の位相は第２の検波出力Ｓ２の位相
より進相しているから、この場合には第２のスピ
ーカ６８から血流音が放音されるタイミングより
も、第１のスピーカ４８から血流音が放音される
タイミングが早くなる。

そのため、順方向に血流が流れているときに
は、第１のスピーカ４８から血流音が聞えるよう
になる。

逆方向に血流が流れている場合には、第２の検
波出力Ｓ２の位相は第１の検波出力Ｓ１の位相よ
り進相しているので、この場合には第１のスピー
カ４８から血流音が放音されるタイミングより
も、第２のスピーカ６８から血流音が放音される
タイミングが早くなる。その結果、逆方向に血流
が流れているときには、第２のスピーカ６８から
血流音が聞えるようになる。

このように、発生タイミングの相違から血流音
の順方向及び逆方向を音声だけで容易かつ確実に
判別することができる。血流音は音声レベルの変
化として表れるので、音量で血管を流れる血流量
も判別できる。

なお、血流音の放音手段としては、スピーカ４
８，６８に代りに、イヤホーンを使用してもよ
い。端子４９，６９はその出力端子を示す。

第１図に示す実施例では、血流音を可聴音とし
て聞くことができる機能の他に、レベル表示及び
ドツプラー波形を合成した状態で視覚的に観測で
きるようにも構成してある。

以下、その構成及びその動作を説明する。

アンプ４６の出力である第１の検波出力Ｓ１は
さらに、アンプ５１を介して波形整形回路５２に
供給されてい波形整形されたのち、位相検出回路
５３に供給される。第２の検波出力Ｓ２も同様
に、アンプ７１を介して波形整形回路７２に供給
されて波形整形されたのち、位相検出回路５３に
供給される。

位相検出回路５３は、具体的には第１と第２の
波形整形出力の入力タイミングの相違を検出し、
入力タイミングが第２の波形整形出力より第１の
波形整形出力の方が早い場合には、第１の波形整
形出力のみが対応する出力端子５３ａに出力され
る。

これとは逆に、第１の波形整形出力より第２の
波形整形出力の方が早い場合には、第２の波形整
形出力のみが対応する出力端子５３ｂに出力され
ることになる。

位相検出回路５３の端子５３ａに得られる出力
は周波数・電圧変換器８０を構成する第１のモノ
マルチ８１に供給されて、所定幅のパルスに変換
されたのち、ローパスフイルタ８２によりその低
域成分が抽出される。

端子５３ｂに得られる出力も周波数・電圧変換
器８０を構成する第２のモノマルチ９１に供給さ
れて、所定幅のパルスに変換されたのち、ローパ
スフイルタ９２によりその低域成分が抽出され
る。従つて、出力端子８３，９３には血流波形が
電圧に変換された状態で出力されることになる。

そのため、これら電圧出力を加算器８５に供給
して単純加算すれば、その出力端子８６には第１
２図に示すような血流波形が得られることになる
から、この出力をオシロスコープなどの波形測定
手段（図示せず）に供給すれば、その血流波形を
観測できる。

出力端子８３，９３に得られるフイルタ８２，
９２の各出力はそれぞれ表示器に供給されて、出
力レベルが表示される。第３図に示す表示器９
５，９６は棒状の表示器を使用した場合である。

このような表示器９５，９６を図示するような
状態に配置すれば、血流の方向と血流量を誤認混
同することなく識別することができる。

例えば、血流が順方向に流れている場合には、
アンプ４６，６６の出力ａ，ｆは第２図Ａ，Ｂの
ような波形をなし、これが波形整形されることに
よつて同図Ｃ，Ｄの出力ｂ，ｇが得られる。位相
検出回路５３への入力タイミングは第１の検波出
力Ｓ１の方が早いので、この場合には端子５３ａ
のみ波形整形出力が得られる。これが一定パルス
幅のモノマルチ出力ｃ（同図Ｅ）に変換されたの
ち、フイルタリングされる結果、同図Ｆに示すロ
ーパス出力ｄが得られるから、表示器９５にはそ
のレベルがリアルタイムで表示されることにな
る。

血流が逆流する場合には、他方の表示器９６に
そのレベルが表示される。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案によれば、所定
の高周波信号を連続発振する発振器からの信号が
インダクタンス素子を介して送受波兼用の非分割
型振動子の両端に供給されて、上記振動子が励振
されると共に、上記振動子からの送信信号の反射
波が同一の振動子で受波され、ドツプラー効果を
受けたこの受波信号を第１及び第２の検波器で同
時に検波し、位相の異なる検波出力を別々のスピ
ーカで聞くようにしたから、血流が順方向に流れ
る場合と逆方向に流れる場合とでは、異なるスピ
ーカからその血流音が放音される。

そのため、血流の方向を容易かつ確実に判別す
ることができる特徴を有する。

また、超音波センサー１０としては第５図に示
すようなものを使用したから、送信信号を後段の
回路系で除去するだけで、ドツプラー効果を受け
た受波信号を簡単に分離することができる。

さらに、振動子としては送受波兼用構成とする
ことができるから、超音波センサー１０を小型化
でき、これに伴つてコストダウンが図れる。

このようなことからこの考案に係る方向指示形
超音波ドツプラー血流装置は、超音波診断による
診断装置に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る方向指示形超音波ドツ
プラー血流装置の要部の一例を示す系統図、第２
図はその動作説明に供する波形図、第３図は血流
量を表示するために使用するレベル表示器の説明
図、第４図はドツプラー効果の説明図、第５図は
この考案の説明に供する超音波センサーの系統
図、第６図はその動作説明に供する波形図、第７
図は血流量のモデル実験結果の測定図、第８図は
第５図の超音波センサーを使用した血流装置の系
統図、第９図は検波器の具体例を示す接続図、第
１０図はその動作説明に供する波形図、第１１図
は従来の血流装置に使用される超音波センサーの
一例を示す系統図、第１２図は血流波形を示す図
である。 １……発振器、４……振動子、１０……超音波
センサー、１２，１５……インダクタンス素子、
４０……方向指示型超音波ドツプラー血流装置、
４２，６２……第１及び第２の検波器、４８，６
８……スピーカ、８０……周波数・電圧変換器、
eo……送信信号、ei……受波信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 送受波兼用の非分割型超音波振動子とインダ
   クタンス素子が直列接続され、 直列接続されたこれら非分割型超音波振動子
   とインダクタンス素子の両端に、所定の高周波
   信号を連続発振する発振器が接続され、 上記非分割型超音波振動子の両端には連続波
   送信信号とドツプラー効果を受けた連続波受信
   信号を同時に受信する出力端子が設けられ、 上記ドツプラー効果を受けた連続波受信信号
   と連続波送信信号が入力され、血流方向に応じ
   た位相差を有する検波信号が出力される第１お
   よび第２の検波器が設けられると共に、 上記位相差を有する検波信号が入力される
   別々の放音手段が設けられたことを特徴とする
   方向指示形超音波ドツプラー血流装置。 (2) 第１の検波器として、キヤリア注入形の混合
   検波器が使用された実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の方向指示形超音波ドツプラー血流装
   置。 (3) 第２の検波器として、混合検波器が使用され
   た実用新案登録請求の範囲第１項または第２項
   記載の方向指示形超音波ドツプラー血流装置。 (4) 送信信号を所定位相だけ移相させる手段とし
   て、上記インダクタンス素子の他に第２のイン
   ダクタンス素子が使用された実用新案登録請求
   の範囲第１項、第２項または第３項記載の方向
   指示形超音波ドツプラー血流装置。 (5) 放音手段として、スピーカもしくはイヤホー
   ンが使用された実用新案登録請求の範囲第１
   項、第２項、第３項または第４項記載の方向指
   示形超音波ドツプラー血流装置。 (6) 第１及び第２の検波出力が血流量を表示する
   表示手段に供給されるようになされた実用新案
   登録請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
   項または第５項記載の方向指示形超音波ドツプ
   ラー血流装置。 (7) 第１および第２の検波出力が合成されて波形
   観測手段に供給されるようになされた実用新案
   登録請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４
   項、第５項または第６項記載の方向指示形超音
   波ドツプラー血流装置。