JPH0543381B2 - - 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、特に超音波パ
ルス波を被検体内に放射し、ドプラ効果を受けた
信号に基づいて被検体内の運転反射体の運動状態
を知る上での有効な情報を画面上に表示する超音
波ドプラ診断装置に関する。

［従来の技術］ 生体などの被検体内に超音波パルスビームを放
射して運動する反射体、例えば心臓血流の状態を
画像表示する超音波ドプラ診断装置が周知であ
り、これは、被検体内からの反射エコーを受信
し、反射エコーが受けたドプラ効果を超音波キヤ
リア周波数の偏移として検出することにより、血
流の速度状態などを求めるものである。

このような装置として、従来では、特公昭62−
44494号に示されるものがある。これによれば、
反射エコー信号を複素変換して複素信号とし、こ
の複素信号に基づいて自己相関演算することによ
り、正確な速度分布が実時間で求められる。そし
て、この速度分布はＢモードの断層像に重ねて表
示することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の装置では、画像表示され
る速度情報は被検体内における各点の速度情報の
集合としての分布であり、その速度分布が所定空
間内でどのように変化しているか等の詳細な情報
までは得ることができなかつた。

運動状態を観察する超音波診断では、心臓部に
おける心臓弁近傍の血流のようにある領域（空
間）で急激に速度が変化する場合があり、このよ
うな状況を正確に画像表示することができれば、
診断の効率化を図ることができる新しい情報を提
供することが可能となる。

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、空間領域における速度変化の
状態を示す新しい情報を画像表示可能とする超音
波ドプラ診断装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、第１の請求項に係
る発明は、超音波パルスを被検体内に放射しその
反射エコー信号を復調した後、ドプラ偏移周波数
を検出して運動速度分布を演算する速度分布演算
器を有する超音波ドプラ診断装置において、前記
速度分布演算器で得られた超音波放射ビーム軸上
（放射方向）の速度分布信号を入力して繰返し周
期よりも十分小さい時間だけ遅延させる遅延回路
を有し、この遅延回路の入力信号と出力信号との
差を演算して超音波放射ビーム軸上の空間的な速
度勾配を演算する速度勾配演算器を備えたことを
特徴とする。

また、第２の請求項に係る発明は、前記速度勾
配演算器に加えて、速度勾配演算器で得られた速
度勾配をその大きさに応じて輝度変調するととも
に、勾配の正負を異なる色相で識別してカラー表
示する表示装置を備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、被検体内から反射された
超音波反射エコーは速度分布演算器に供給され、
まず超音波放射軸上において連続した各点での速
度情報が速度分布信号として求められる。この速
度分布信号は速度勾配演算器に供給され、遅延回
路により繰返し周期よりも十分小さい時間だけ遅
延されて出力されており、この出力信号は遅延回
路の入力信号から差し引かれることになる。この
差信号は前記速度分布信号の波形を微分したもの
に相当し、単なる加速度情報とは異なり空間内で
の速度の勾配（変化率）を示すものであり、これ
により被検体空間の新しい診断情報を提供可能と
なる。

また、表示装置により前記速度勾配情報は画像
信号に変換され、速度勾配の正負が異なる色の画
像信号に変換されると共に、勾配の大きさが輝度
変調される。この結果、従来の白色で表示された
断層像に重ねて、速度勾配情報がカラー表示され
ることになる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。

第１図には、本発明に係る超音波ドプラ診断装
置の概略構成の回路ブロツク図が示されており、
発振器１０は水晶発振器等から成り、安定な高周
波信号が分周同期回路１２に供給され、この分周
同期回路１２によつて送信繰返し周波数信号１０
０、複素基準信号１０１，１０２、掃引信号１０
３などが得られる。

前記送信繰返し周波数信号１００は、駆動回路
１４及び送受切換回路１６を介して探触子１８に
供給され、この探触子１８内の振動子を励振する
ことにより超音波パルスビームが被検体２０内に
出力される。

そして、被検体２０からの反射エコーは探触子
１８によつて電気信号に変換され、送受切換回路
１６から高周波増幅器２２に送られて所望の増幅
作用が施された後、その一方の出力が通常のＢモ
ードあるいはＭモード表示信号としてCRTを用
いた表示装置２８側へ供給され、他方の出力１０
４が運動速度を演算するための複素信号変換器３
４に供給される。

前記Ｂモード表示などのための出力信号は、検
波器２４及びビデオ増幅器２６を介して表示装置
２８に出力され（105）、これにより反射エコー信
号を輝度変調して断層像などを画像表示すること
となる。

また、前記探触子１８の超音波パルスビームを
機械的あるいは電子的な角度偏向によつて走査
（セクタ走査）などするための走査制御器３０と、
前記分周同期回路１２から得られる掃引信号１０
３を入力して表示装置２８の掃引制御を行う掃引
回路３２とが設けられる。

一方、前記高周波増幅器２２の出力（受信高周
波信号１０４）は、２個のミキサ３６ａ，３６ｂ
及び２個の低域通過フイルタ（LPF）３８ａ，
３８ｂから構成される複素信号変換器３４に供給
されており、前記ミキサ３６では、受信高周波信
号が90度位相の異なる２個の複素基準信号１０
１，１０２と混合される。そうすると、受信高周
波信号と複素基準信号との両周波数の和と差の周
波数の信号が出力され、この信号を次段の低域通
過フイルタ３８に通過させることにより、差の周
波数成分が取り出されることとなり、一方を実数
部、他方を虚数部とすれば、複素信号に変換され
たことになる。

このようにして得られた複素信号は速度分布演
算器４０に供給され、例えば前記特公昭62−
44494号公報に示されるように、複素信号の自己
相関信号の偏角から速度を求めることができる。
すなわち、ドプラ効果として現れる超音波キヤリ
ア周波数の偏移は前記複素信号の偏角演算から求
めることができ、この偏角θについては、複素信
号の実数部をＲ、虚数部をＩとすると、次の関係
式が成立する。

θ＝tan^-1（Ｉ／Ｒ） ＝2π_dＴ …(1) （ただし、_dはドプラ偏移周波数， Ｔは送信繰返し周期） 従つて、ドプラ偏移周波数_dは、 _d＝θ／2πT …(2) から演算される。

なお、この速度演算は自己相関によらずに他の
方法で求めることも可能であり、反射エコーが受
けたドプラ偏移周波数成分を押出することによつ
て速度を演算することができる。

本発明において特徴的なことは、前記のような
各点での速度情報を示すだけでなく、空間領域で
の速度勾配という新しい情報を抽出することであ
り、このために、本発明では速度勾配演算器４２
を備えている。

この速度勾配演算器４２は遅延回路４４と差演
算器４６から構成され、前記遅延回路４４により
前記速度分布演算器４０から出力された超音波放
射軸上の速度分布信号１０６を送信繰返し周基Ｔ
よりも十分小さい遅延時間Δtだけ遅らせており、
この遅延信号と遅延回路４４の入力信号との差を
演算する。すなわち、速度分布演算器４０の出力
は、超音波ビーム軸上の深さ方向において各点の
速度分布を示す信号であり、第２図のＡに示され
るように、時間軸に深さ（探触子１８からの距
離）を、縦軸に速度の大きさを表した波形ａの信
号となる。

そして、遅延回路４４の出力は、第２図Ｂに示
されるように、前記速度分布信号を微小遅延時間
Δtだけシフトさせた信号ｂとなり、従つて差演
算器４６の出力は、第２図Ｃに示されるように、
信号波形ａから信号波形ｂを差し引いたものとな
る。この差演算器４６の出力は、微分に相当する
処理がされた信号であり、超音波ビーム軸上での
速度勾配を示しており、これにより深さ方向のあ
る空間領域における速度勾配を知ることができ
る。この場合、速度勾配値の精度を上げるには
Δtをできるだけ小さくすることが好ましい。

また、実施例では速度勾配信号の精度を良好に
するために、加算器４８、デイレーライン５０及
び重み付け回路５１から成る平均回路５２が設け
られている。そして、デイレーライン５０にて１
周期(T)遅延した出力に対して所定の重み付けをか
けた後に現時刻の入力信号と加算器４８で加算し
ており、これを複数回累積することにより、速度
勾配演算器４２の出力が小さくても大きな出力を
取り出すことができる。この場合、重み付け回路
５１の重み付けを変えることにより、平均化の度
合いを変更することができ、このようにして、雑
音成分が除去され良好な信号を取り出すことがで
きる。

この平均回路５２から出力された速度勾配の平
均情報は、切換スイツチ５３を介して表示装置２
８に供給されており、ここで所定の表示処理を行
うことにより、カラーによる画像表示や数値表示
などの各種の表示方法により表示することができ
る。

すなわち、第３図に示されているように、表示
装置２８は、メモリ５４ａ，５４ｂ，５４ｃと、
このメモリ５４の出力を切り換えるスイツチ５６
ａ，５６ｂ，５６ｃと、各種信号をカラー画像信
号に変換するカラー演算器５８と、カラー演算器
５８の出力であるデジタル信号をアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器６０ａ，６０ｂ，６０ｃ
と、CRT表示器６２とから構成されている。

そして、前記メモリ５４ａにはビデオ増幅器２
６から出力される断層像情報１０５を、メモリ５
４ｂには速度分布演算器４０から出力される速度
情報１０６を、メモリ５４ｃには本発明において
特徴的な速度勾配情報１０７が記憶されており、
これらの情報はカラー演算器５８で赤（Ｒ信号）、
緑（Ｇ信号）、青（Ｂ信号）の３色のカラー画像
信号に変換される。その後に、このRGBの信号
はＤ／Ａ変換器６０を介してCRT表示器６２に
供給され、カラー画像はそれぞれのRGBの信号
の混合色相で表示されることになる。

例えば、断層像情報は前記RGB信号のそれぞ
れが等しい信号として出力されるので、白色とし
て表示される。また、速度信号はその速度方向を
異なる色で表示しており、実施例では超音波ビー
ム放射方向に対して正の方向は赤色（Ｒ信号）と
緑色（Ｇ信号）を混合した黄色で、負の方向は青
色（Ｂ信号）と緑色（Ｇ信号）を混合した青緑色
で表し、かつ速度の大きさを輝度表示している。

第２の請求項に係る発明において特徴的なこと
は、速度勾配演算器４２で得られた速度勾配情報
を見やすくカラー表示するために、速度勾配の大
きさに応じて輝度変調するとともに、勾配の正負
を異なる色相で識別してカラー表示することであ
る。

実施例では、超音波ビーム放射方向（深さ方
向）において正の速度勾配を赤色（Ｒ信号）で、
負の速度勾配を青色（Ｂ信号）で表し、勾配の大
きさを輝度表示するようにしている。この速度勾
配情報は前記速度情報と切り換えて表示され、断
層像に重ねて表示されることになるが、速度勾配
情報と速度情報を重ねて表示することも可能であ
る。

更に、実施例では、速度勾配値を数値で表示す
ることもできるようにしており、画面上に設けら
れているカーソルなどで所定の場所を指定するこ
とにより、画面上の所定の場所に勾配値が数値表
示される。

実施例は以上の構成からなり、以下にその作用
を説明する。

まず、前述のように、走査制御器３０により深
触子１８からパルス超音波が被検体２０に出力さ
れており、一方被検体２０から反射される反射エ
コー信号は探触子１８で受信され、高周波増幅器
２２を介して一方は断層像信号として検波器２４
に、他方は速度信号として複素信号変換器３４に
供給される。

この複素信号変換器３４に供給された受信信号
は、複素信号に変換された後に速度分布演算器４
０によつて自己相関演算などをすことにより、第
２図Ａに示されるように、超音波ビーム放射方向
での速度分布信号が得られる。

そして、この速度分布信号は速度勾配演算器４
２に供給され、遅延回路４４の出力信号と入力信
号との差を演算することにより、第２図Ｃに示さ
れる速度勾配信号が出力される。

この速度勾配信号は、超音波ビーム軸上での空
間的な速度勾配を示しており、特定点での加速度
情報とは異なる情報となる。すなわち、加速度情
報は特定点の速度の時間的変化を示すものである
のに対し、本発明は超音波ビーム方向、つまり深
さ方向における空間（領域）での速度の傾斜を示
すものである。これによつて心臓内などの所望の
範囲の領域における速度勾配分布状態を知ること
ができる。

この速度勾配情報は表示装置２８に供給され、
カラー表示されることになるが、この情報は白色
の輝度変調で表示された断層像信号に重ねられる
形で表示される。

第３図に示されるように、断層像信号１０５と
速度信号１０６と速度勾配信号１０７は、掃引信
号１０３により入出力制御が行われており、まず
スイツチ５６ａの閉成によりRGBのそれぞれが
等しい画像信号が形成され、これによつて白色の
輝度変調にて被検体内の断層像が画像表示され
る。そして、速度勾配情報はスイツチ５６ｃの閉
成により、正の方向の場合は赤色の画像信号（Ｒ
信号）を、負の方向の場合は青色の画像信号（Ｂ
信号）を出力する。この場合、速度勾配の大きさ
はその信号の振幅で表されており、CRT表示器
６２にて輝度情報に変換される。この速度勾配情
報は、所定領域を指定して表示できるし、断層像
の全てにおいて表示することもでき、これによ
り、速度勾配の情報が実際の臓器を示す断層像の
中で観察することができる。

なお、スイツチ５６ｂを閉成することにより速
度情報を画像表示できるが、前記速度勾配情報は
この速度情報と重ねて表示することも可能であ
る。

前記実施例は、速度勾配情報をカラー表示して
いるが、これを前記速度勾配演算器４２の出力を
そのまま画像表示することもできる。すなわち、
前記速度勾配演算器４２の出力は、第２図Ｃに示
されるように、深さ方向に対する勾配値の変化が
曲線で表示されているので、この波形についてそ
のままモノクロの表示処理をして出力すれば、そ
の速度勾配の状態を一目で確認しやすい形で表示
することができる。

また、速度勾配演算器４２で演算された速度勾
配情報は、端子６４から取り出せるようにし、こ
れにより他の演算処理を施して運動状態の解折に
用いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の第１の請求項に
よれば、空間的な速度勾配という従来にない新し
い情報を提供可能となり、また第２の請求項によ
れば、断層像に重ねて速度勾配の情報を観察しや
すい形で表示することができる。

この結果、心臓などのある領域での空間的な速
度の傾き（変化率）を容易に判断することがで
き、速度の変化が激しい部位などの画像診断に有
益な情報を提供可能となる。

【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
の概略構成を示す回路ブロツク図、第２図は、第
１図の速度勾配演算器の信号処理をを示す波形
図、第３図は、表示装置の回路構成を示すブロツ
ク図である。 １２…分周同期回路、１６…送受切換回路、１
８…探触子、２８…表示装置、３０…走査制御
器、３２…掃引回路、３４…複素信号変換器、４
０…速度分布演算器、４２…速度勾配演算器、４
４…遅延回路、４６…差演算器、５２…平均回
路、５４…メモリ、５８…カラー演算器、６２…
CRT表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波パルスを被検体内に放射しその反射エ
   コー信号を復調した後、ドプラ偏移周波数を検出
   して運動速度分布を演算する速度分布演算器を有
   する超音波ドプラ診断装置において、前記速度分
   布演算器で得られた超音波放射ビーム軸上の速度
   分布信号を入力して繰返し周期よりも十分小さい
   時間だけ遅延させる遅延回路を有し、この遅延回
   路の入力信号と出力信号との差を演算して超音波
   放射ビーム軸上の空間的な速度勾配を演算する速
   度勾配演算器を備えたことを特徴とする超音波ド
   プラ診断装置。 ２ 超音波パルスを被検体内に放射しその反射エ
   コー信号を復調した後、ドプラ偏移周波数を検出
   して運動速度分布を演算する速度分布演算器を有
   する超音波ドプラ診断装置において、前記速度分
   布演算器で得られた超音波放射ビーム軸上の速度
   分布信号を入力して繰返し周期よりも十分小さい
   時間だけ遅延させる遅延回路を有し、この遅延回
   路の入力信号と出力信号との差を演算して超音波
   放射ビーム軸上の空間的な速度勾配を演算する速
   度勾配演算器と、この速度勾配演算器で得られた
   速度勾配をその大きさに応じて輝度変調するとと
   もに、勾配の正負を異なる色相で識別してカラー
   表示する表示装置と、を備えたことを特徴とする
   超音波ドプラ診断装置。 ３ 請求項１記載の装置において、速度勾配演算
   器で得られた超音波ビーム軸上の速度勾配値を、
   深さを横軸とした分布曲線で表示し又は数値表示
   することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。