JPH0679603B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、生体内の運動部分の運動速度ベクトル分布を
正確に測定して表示する超音波診断装置に関するもので
ある。

従来の技術 生体内の運動部分の運動速度を測定し、二次元に表示す
ることのできる従来の超音波診断装置は、例えば、特開
昭58−188433号公報に記載の構成が知られている。この
方法は超音波のドップラー効果による受波信号の位相変
化を自己相関関数から求め、運動速度を演算し、測定部
位を微小量ずらしながらこの測定を繰り返す事により、
表示装置に生体内の運動部分の速度分布像を二次元的に
表示している。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来の方法では超音波のドップラー効果
を利用しているため、運動速度の超音波の進行方向の成
分のみの測定で、運動速度の超音波の進行方向に対して
直交する方向の成分を測定できないため、真の運動速度
を測定できないばかりでなく、本来ベクトル量としての
運動速度の方向さえ知ることができない。さらに、例え
ば従来の方法でセクター型の探触子を用いて、セクター
走査させて二次元の運動速度表示をさせた場合、第５図
に示すように左から右に一様に流れる流体の運動速度の
表示は、図の左側では超音波ビームの進行方向でトラン
スジューサに近ずく方向に、図の右側ではトランスジュ
ーサから遠ざかる方向に、中央部分ではドップラ効果に
よる周波数シフトを検出することが不可能であるため運
動はまったくしていないよう表示してしまい、実際の運
動とは全くかけ離れた運動速度の表示をしてしまうとい
う問題を有していた。

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、生体内部の運動部分の運動速度の超音波の進行方向
に対して直交する方向の運動速度成分を測定し表示する
ことを可能にする技術を提供することを目的とするもの
である。

問題点を解決するための手段 本発明は、複数のチャンネルで同時に受波整相する並列
受波回路と、交互に各チャンネルの受波信号の符号を反
転して加算する加算器と、周波数スペクトラムを求める
周波数分析器と、速度演算器とを備えることにより、上
記目的を達成するものである。

作 用 本発明は上記構成により、並列受波回路の各チャンネル
の受波信号の符号を交互に反転させながら加算し、加算
された受波信号の周波数スペクトラムを周波数分析器で
演算する。このことは、生体内の運動部分の超音波ビー
ムの進行方向の対し直交する方向（チャンネル方向）の
運動によって生じる各チャンネル間の受波信号の変化分
を周波数スペクトラムとして求めることを意味し、この
周波数スペクトラムより生体内の運動部分の超音波ビー
ムの進行方向の対し直交する方向の運動速度を求める。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。なお、実施例を説明するための全図において、同
一機能を有するものは同一符号をつけその繰り返しの説
明は省略する。

第１図から第３図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第１図は、その超音波診断装置の概略構成
を示すブロック図、第２図及び第３図は、並列受波回路
の詳細な構成の一例を示すブロック図である。

第１図に於て、１は超音波ビームを送受するための探触
子であり、第２図に示すように、ｎ個の短冊状の振動子
（以下、エレメントと呼ぶ）を配列状に並べることによ
りトランスジューサを構成したものである。この探触子
１の各エレメント＃１〜＃ｎは、切換回路２に接続され
ている。

この切換回路２は、送波時間の間は、ｎ個のエレメント
＃１〜＃ｎのうち順次ｋ個（第２図では10個）のエレメ
ントを選択し、送波時間の間だけｋ個のエレメントを送
波回路３に接続し、受波時間の間は、ｎ個のエレメント
＃１〜＃ｎのうち、ｍ個（第２図では４個）のエレメン
トからなるｊ個（第２図では４個）の隣あったチャンネ
ルを選択するように受波増幅器４に接続する。

前記送波回路３では、送波パルスを発生するばかりでな
く、送波パルスの位相制御も行い、前記ｋ個のエレメン
トから送波される超音波ビームを制御する。５〜８は受
波整相回路で、前記ｊ個のチャンネルを構成する各エレ
メントからの受波信号の位相を制御することにより、受
波時における指向性を制御している。９は受波整相回路
で位相整合された受波信号の符号を交互に反転するよう
に加算する加算器、10は基準パルス信号を90゜位相シフ
トする位相シフト器、11は加算器９で加算された受波信
号と送波信号の基準パルス信号とをミキシングするミキ
サ、12は90゜位相シフトされた基準パルス信号と受波信
号をミキシングするミキサ、13、14は前記ミキサ11、12
の出力をろ波し位相検波信号として出力するローパスフ
ィルタ（LPF）、15、16はLPFの位相検波信号をデジタル
信号に変換するA/D変換器、17、18はデジタル信号に変
換された位相検波信号の低周波成分を除去するキャンセ
ラ、19は位相検波された受波信号の周波数スペクトラム
を演算する周波数分析装置、20は周波数分析装置19で求
められた周波数スペクトラムより、生体内部の運動部分
の超音波ビームの進行方向に対して直交する方向の運動
速度成分を演算する速度演算回路である。21は画像メモ
リで、速度演算回路20で求められた運動速度を一時記憶
する。22はD/A変換器、23は切換回路、24は表示装置、2
5は受波整相回路で、Ｂモード画像を表示するために受
波信号を位相整合する。26は検波器、27はA/D変換器、2
8は画像メモリ、29はD/A変換器、30は切換回路である。

以上のような構成に於て、以下その動作を詳しく説明す
る。

第２図は、４チャンネルが並列に且つ同時に受波し、ま
た、各チャンネルは４エレメントから構成された並列受
波回路の一実施例である。受波時に於て、各チャンネル
は、２エレメントずつずれながら構成され、計10エレメ
ントで同時に受波している。即ち受波整相回路５〜８の
出力がそれぞれ各チャンネルの出力に対応している。こ
こで、同時に受波するチャンネル数、各チャンネルを構
成するエレメント数、及び隣あったチャンネルのずれピ
ッチは任意に取ることができ、第３図に示すように、同
時に受波するチャンネル数は４、各チャンネルを構成す
るエレメント数を８、隣あったチャンネルのずれピッチ
を１エレメントにしてもよい。第２図に於て、切換回路
２によって選択された各エレメントは対応する受波増幅
器４に接続され、受波増幅器４の出力は受波整相回路５
〜８に入力されるが、受波時の指向性を制御するため
に、受波増幅器４の出力は受波増幅器４の入力となった
エレメントに対応した遅延時間を有する遅延器のタップ
に入力され、各チャンネルで位相制御されて加算され
る。隣あったチャンネルは２エレメント間隔のピッチで
並んでおり、空間的に２エレメント間隔の情報を並列に
チャンネルの数だけ、しかも同時に取り込むことができ
る。

一方、送波時においては、少なくとも同時に受波するチ
ャンネルに接続されたすべてのエレメントが送波回路３
に接続され、各エレメントから、送波回路３で位相制御
された送波パルスに応じて指向性の制御された超音波ビ
ームが送波される。

第１図に於て、受波整相回路５〜８から出力された同一
時刻の各チャンネルの受波信号は、加算器によって符号
を反転させながら加算される。加算器で加算された受波
信号の一部は、ミキサ11で送波信号の基準パルス信号と
ミキシングされ、LPF13で位相検波信号に変換される。
また他の一部は、ミキサー12で90゜位相シフトされた送
波信号の基準パルス信号とミキシングされ、LPF14で位
相検波信号に変換され、それぞれA/D変換器15、16でデ
ジタル信号に変換されるが、このデジタルに変換された
位相検波信号は、互いに90゜位相シフトした関係、即
ち、複素共役の関係を持つ複素位相検波信号である。キ
ャンセラー17、18では、位相検波信号の中に含まれる生
体内組織の体動にともなう低周波数成分、いわゆるクラ
ッター成分を除去する。周波数分析装置19に入力され
た、キャンセラー17、18でクラッター成分の除去された
複素位相検波信号の周波数スペクトラムが演算される。
この周波数分析の演算において、生体内の運動にともな
った超音波ビームの各チャンネルにおける受波信号をｆ
（ｘ）、受波信号の符号を反転させながら加算すること
を示す関係をｈ（ｘ）と表現する。ｈ（ｘ）は第４図
（ａ）に示すように並列受波装置のチャンネルピッチに
等しい間隔で矩形波状に変化する関数である。加算器に
おいて加算された受波信号をｇ（ｘ）とし、さらにＧ
（ω）をｇ（ｘ）のフーリエ変換、またＨ（ｋ）、Ｆ
（ｋ）はそれぞれｈ（ｘ）、ｆ（ｘ）のフーリエ変換と
すると以下の関係が成立する。

ここでＶは測定しようとしている生体内の運動部分の超
音波ビームの進行方向の対し直交する方向の運動速度で
あり、また、Ｈ（ｋ）はＨ（ｋ）の複素共役を表してお
り、第４図（ｂ）に示すようにｋ＝２π/p、ｐチャンネ
ル間隔のピッチ）で鋭いピークを示す関数である。一
方、Ｆ（ｋ）はブロードな関数であるから、その積で表
されるＧ（ω）は鋭いピークを示す関数となる。また、
ここで、周波数スペクトラムは、ｎ個の超音波ビームの
パルス繰り返し周期Ｔの時間間隔の複素位相検波信号で
演算されているが、この個数ｉは、Ｂモード画像を構成
するための走査線数Ｎ、超音波ビームのパルス繰り返し
周期Ｔ、及び画像のフレームレートＦからに次の関係式 iTNF＝１ （２） によって決定される。速度演算器20において、周波数ス
ペクトラムのピークをあたえるωｐはこの周波数スペク
トラムより演算されるが、（２）式の制限により、超音
波診断画像にリアルタイム性を持たせるために、ｉを十
分に大きく取れず、周波数分解能が粗くなるため、周波
数スペクトラムモーメントとして求める。

ωｐ＝ω・|Gω｜ （３） このωｐから、生体内の運動部分の超音波ビームの進行
方向の対し直交する方向の運動速度成分Ｖは、 で求められ、生体運動部分の運動速度をベクトル量とし
て測定、表示が可能となる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、隣合
う複数のチャンネルで並列に、しかも同時に受波し、加
算器で、各チャンネルの受波信号を交互に符号を反転し
ながら加算し、周波数分析器で求めた周波数スペクトラ
ムから、生体内運動部分の超音波ビームの進行方向と直
交する方向の運動速度成分を求めることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、複数のチャンネルで同時に受波
整相する並列受波整相回路と、各チャンネル間の受波信
号を交互に符号を反転させながら加算する加算器と、加
算された受波信号を複素位相検波信号に変換する回路
と、周波数スペクトラムを演算する周波数分析器と、周
波数スペクトラムより生体内の運動部分の速度を演算す
る速度演算器を具備することにより、生体内運動部分の
超音波パルスビームの進行する方向の運動速度成分を求
めることができ、従来の装置に於て、測定、表示できな
かった正確な生体内の運動部分の状態をベクトル情報と
して測定、表示することが可能となり、非常に分かりや
すい表示で、正確な診断を行うことができる超音波診断
装置を提供することができ、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
の概略を示すブロック図、第２図は本発明の第１の実施
例における並列受波回路の一実施例の詳細を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の第１の実施例における並列受波
回路の別の実施例の詳細を示すブロック図、第４図
（ａ）は加算器の特性を表す線図、第４図（ｂ）は加算
器の特性を周波数領域で表した線図、第５図は従来の超
音波診断装置の問題点を説明するための図である。 １……探触子、２……切替回路、３……送波回路、４…
…受波増幅器、５〜８……受波整相回路、９……加算
器、10……90゜位相器、11、12……ミキサ、13、14……
LPF、15、16……A/D変換器、17、18……キャンセラ、19
……周波数分析器、20……速度演算回路、21……画像メ
モリ、22……D/A変換器、23……切換回路、24……表示
装置、25……受波整相回路、26……検波器、27……A/D
変換器、28……画像メモリ、29……D/A変換器、30……
切換回路。

フロントページの続き (72)発明者 川淵 正己 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−100236（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−58131（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−99537（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−99538（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波パルスビームを一定の繰り返し周期
   で生体内に送波し、その反射波を受波し、この受波信号
   を増幅し、この増幅された受波信号を複数のチャンネル
   で同時に受波整相する並列受波回路と、前記並列受波回
   路の各チャンネルの受波信号を交互に符号を反転させて
   加算する加算器と、送波繰り返し周波数の整数倍の周波
   数を有し互いに複素共役関係にある一組の複素基準信号
   と前記加算器に於て加算された受波信号とを混合して、
   受波信号を複素信号に変換する複素信号変換器と、複素
   信号に変換された受波信号の周波数スペクトラムを演算
   する周波数分析器と、周波数スペクトラムから生体内の
   運動部分の速度を演算する速度演算器を具備し、生体内
   運動部分の超音波パルスビームの進行方向と直交する方
   向の運動速度分布を測定及び表示することを特徴とする
   超音波診断装置。