JPH0763467B2 - 超音波ドプラ血流計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波の送受信による生体内の断層画像の表
示とパルスドプラによる生体内の血流速度の測定を同時
に行うことができ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
することにより、ドプラのソ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としては、例えば、特開
昭55−54941号公報に記載された構成が知られている。
以下、図面を参照しながら上記従来の超音波ドプラ血流
計について説明する。

第４図は超音波ドプラ血流計の基本原理を示す概略ブロ
ック図である。第４図において、24は超音波振動子から
被検体へ超音波パルスを送信し、被検体からの反射超音
波を受信して電気信号に変換する超音波探触子、25は超
音波探触子24の超音波振動子に駆動パルスを供給する送
信走査回路、26は超音波探触子24の超音波振動子からの
受信信号の増幅等を行う受信走査回路、27は受信信号を
位相検波する位相検波回路、28は位相検波して得られた
信号を周波数分析する周波数分析器、29は振幅検波回
路、30は表示部、31は送信走査回路25と受信走査回路26
の制御部である。

以上の構成において、以下、その動作について説明す
る。

制御部31の制御により送信走査回路25が発生した駆動パ
ルスは超音波探触子24の超音波振動子に加えられ、超音
波に変換されて被検体に対し、指向性m₁、m₂、…m_n等の
方向へ送波される。被検体からの反射超音波は超音波探
触子24の超音波振動子により受信されて電気信号に変換
され、受信走査回路26へ送られる。受信走査回路26は制
御部31により送信と同じ指向性m₁、m₂、…の方向の受信
感度が高くなるように制御される。ドプラモードでは、
一定の指向性、例えば、m_d方向に指向性を固定して送受
信を繰り返し、受信走査回路26で増幅等の処理を受けた
受信信号を受信走査回路26で処理した後、位相検波回路
27で位相検波し、これにより得られたＲ、Ｉ信号を周波
数分析器28で周波数分析することにより被検体内の血流
等の移動速度を求め、表示部30に表示する。Ｂモードで
は、指向性m₁、m₂、…方向で順次送受信を行い、得られ
た受信信号を検波回路27で包絡線検波し、表示部30に断
層像として表示する。

上記ドプラモードとＢモードの選択は制御部31により制
御される。通常、m_d方向にあるサンプルボリューム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、Ｂモードにてm_j（ｊ＝１〜ｎ）方向の例えばm₁方向
に送受信し、ドプラモードに切り換えm_d方向に送受信し
た後に、再びＢモードに切り換えてm₂方向に送受信す
る。以上の動作を制御部31で交互に繰り返してＢモード
にてm_j（ｊ＝１〜ｎ）方向の走査とm_d方向のサンプルボ
リュームＳにおける血流情報が同時に得られる。このよ
うな動作モードを以後B/Dモードと呼ぶ。

B/DモードにおけるドプラモードとＢモードの切換シー
ケンスはいくつかのものが考えられるが、Ｂモードの送
受信１回とドプラモードの送受信１回を交互に行うのが
一般的な方式である。送信超音波パルスの繰り返し周波
数を、f_rとするとこの場合のドプラモードにおける繰り
返し周波数はf_r/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、ドプラのサンブ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提案されている。その例としては特
開昭61−25534号公報に記載された方法で知られてい
る。この方法は、例えば、第４図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Ｒ、Ｉ信号に対して補
間を行うことにより、見かけ上、ドプラデータのサンプ
ル周波数を低下させないという原理に基づくものであ
る。

しかし、この補間方式は、会話信号の処理用に考えられ
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1/2に迫る周波数成分を含む信号の補間には不向き
であるという問題があった。この問題を解決する方法の
１つとして、特願平２−219234号（特開平４−99563
号）に記載された方法が提案されている。この方法は位
相検波出力のドプラ偏移データを複素データと見なし、
隣接するドプラ複素データ間の偏角差を求め、この偏角
差データをもとに補間データを発生することにより上記
の問題を解決するものである。

しかし、位相検波出力信号には、血流信号よりはるかに
大きい血管壁などからの超低周波の成分を持つ信号（以
後、クラッタ信号と呼ぶ）が混在しており、上記の方法
によれば、クラッタ信号を含む位相検波出力の補間およ
びクラッタ信号除去のフィルタリングをディジタルで行
わなければならず、したがって、広いダイナミックレン
ジを要求されるという問題が発生する。また、前述した
ように、クラッタ信号は大振幅の低い周波数を持つた
め、積分回路が飽和することもあり、飽和した時点で微
弱な血流信号は消失してしまう。

Ｂモード画像を取り込まない通常のドプラモードにおい
て、クラッタ信号を除去するためにハイパスフィルタが
用いられているほか、特開昭62−155836号公報に記載さ
れているような方法が知られている。以下、後者の方法
について第３図のブロック図を参照しながら説明する。

第３図において、17は位相検波器、18、19、23はアナロ
グスイッチ、20は積分器、21はサンプルホールド回路、
22は増幅器である。

以上の構成クラッタ除去（フィルタ）回路の動作につい
て説明すると、位相検波器17により位相検波された信号
は、サンプルボリュームの切り出し時間のみオンするア
ナログスイッチ18を通り、積分器20により積分される。
積分された信号は、サンプルホールド回路21に保存さ
れ、アナログスイッチ19がオンされることにより積分器
20はリセットされる。サンプルホールド回路21に蓄えら
れた信号は、増幅器22により適当な大きさに増幅され
る。増幅された信号は、決められた時間だげオンされる
アナログスイッチ23により積分器20に積分されるが、こ
のときに積分された信号の極性は、先に積分器20よりサ
ンプルホールド回路21に供給した信号の極性と逆になっ
ており、したがって、この系全体は直流帰還回路となっ
ている。このクラッタ除去回路は、積分器20にネガティ
ブフィードバックがかかるため、積分器20が飽和を起こ
しにくいという利点がある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の補間方式のB/Dモードにおい
て、クラッタ除去回路、あるいはハイパスフィルタを組
み込んだ場合、休止期間に伴う位相検波出力の欠陥によ
り変形した波形をフィルタリングしてしまい、信号が歪
むという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであ
り、クラッタ信号を含む血流信号に対して積分器が飽和
することなく、休止期間の信号の欠落に起因する信号の
歪を防止することができ、したがって、良好なドプラス
ペクトルを得ることができ、確実な診断を行うことがで
きるようにした超音波ドプラ血流計を提供することを目
的とするものである。

課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、超音波パルスを
送受信して被検体内からの散乱超音波に基づき上記被検
体内の散乱体の移動速度情報を得るドプラ送受信シーケ
ンスおよび上記被検体の断層像を得るシーケンスを交互
に切り換えるたの制御手段と、この制御手段により上記
ドプラ送受信シーケンスが選択されている際に上記被検
体内からの散乱超音波が位相検波された複素ドプラ偏移
データに直前に保存したサンプルデータを負帰還し積分
した後にホールド回路にサンプルデータとして保存する
とともに後段に出力するアナログフィルタ回路と、この
アナログフィルタ回路から出力される上記サンプルデー
タを上記超音波パルスの送受信毎に順次保存する複数の
ホールド回路と、上記制御手段により上記被検体の断層
像を得るシーケンスが選択された際に上記複数のホール
ド回路に直前の上記超音波パルスの送受信時に保存され
たサンプルデータと２回前の上記超音波パルスの送受信
時に保存されたサンプルデータの複素ドプラ偏移データ
間の複素平面上での偏角差データよりドプラ送受信シー
ケンスの休止期間に欠落したドプラ偏移データを算出し
その結果を上記アナロフィルタ回路内のホールド回路に
出力するアナログ演算手段とを備えたものである。

作用 したがって、本発明によれば、ドプラ送受信シーケンス
の休止期間の直前にアナログフィルタ回路から出力され
たサンプルデータと２回前に出力されたサンプルデータ
よりドプラ送受信シーケンスの休止期間に欠落するドプ
ラ偏移データを算出しこのデータを上記アナログフィル
タ回路に送出するので、クラッタ信号を含む血流信号に
対して積分器が飽和することなく、休止期間の信号の欠
落に起因する信号の歪を防止することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例における超音波ドプラ血流計
に用いるアナログ補間器を内蔵したクラッタ除去（フィ
ルタ）回路を示すブロック図であり、この第１図の前段
において、第４図と同様にB/Dモードの切り換えシーケ
ンスを行う制御部を介して被検体よりのエコー信号が与
えられるものである。なお、本実施例におけるB/Dモー
ドの切り換えシーケンスは、Ｂモードの送受信１回とド
プラモードの送受信２回を交互に切り換えて行うもので
ある。第１図において、１は位相検波器、２はアナログ
スイッチ、３は積分器、４はアナログスイッチ、５はサ
ンプルホールド回路、６はアナログスイッチ、７は増幅
器、８〜11はサンプルホールド回路、12はアナログ補間
器である。なお、超音波ドプラ血流計の基本原理につい
ては第４図に示す上記従来例と同様である。

以上の構成について、以下、その動作と共に更に詳細に
説明する。

不図示の制御部によりＢモードからドプラモードへ切り
換え後１回目の超音波パルスが送信され、被検体のサン
プルボリュームからのエコー信号の切り出し期間に応じ
てアナログスイッチ２がオンすると、エコー信号は位相
検波器１により検波されこの位相検波出力は積分器３に
より積分される。この際に、アナログスイッチ６がアナ
ログスイッチ２と同タイミングで動作するため直前にサ
ンプルホールド回路５に保存されたサンプルデータが増
幅器７で増幅され極性が反転されて積分器３に入力され
る。これにより、位相検波出力信号の低周波成分は減衰
する。アナログスイッチ４はドプラモード期間中は接点
ａ側に接続しており、積分器３の出力信号はサンプルホ
ールド制御信号１によるサンプル動作によりサンプルホ
ールド回路５に取り込まれる。サンプルホールド回路５
に保存されたサンプルデータは、後段の処理回路に送ら
れると共に、サンプルホールド制御信号３によるサンプ
ル動作によりサンプルホールド回路８、９に保存され
る。

続いてドプラモードへ切り換え後２回目の超音波パルス
が送信され、エコー信号の位相検波出力は、１回目の超
音波の送信によりサンプルホールド回路５に保存された
データが負帰還されて上記と同様にしてサンプルホール
ド制御信号１によるサンプル動作によりサンプルホール
ド回路５に取り込まれる。サンプルホールド回路５に保
存されたサンプルデータは、後段の処理回路に送られる
と共に、サンプルホールド制御信号２によるサンプル動
作によりサンプルホールド回路10、11に保存される。

次に不図示の制御部によりドプラモードからＢモードへ
切り換えられると、位相検波器１から位相検波出力は無
くドプラモード出力の休止期間となる。ここで、サンプ
ルホールド回路８、９に保存されている休止期間の２回
前のサンプルデータと、サンプルホールド回路10、11に
保存されている休止期間の直前のサンプルデータがアナ
ログ補間器12に出力され、アナログ補間器12にてＢモー
ド走査中のドプラモード休止期間に欠落したサンプルデ
ータが算出される。

第２図はアナログ補間器12の一例を示している。第２図
において、13は加算器、14は乗算器、16は平方根算器で
ある。

上記構成のアナログ補間器12にて休止期間のサンプルデ
ータを算出する方法について説明する。第１図に示すサ
ンプルホールド回路８、９、10、11の出力をそれぞれ
R₁、I₁、R₂、I₂とし、アナログ補間器12の出力をR₃、I₃
とする。ここで、第１図に示す位相検波器１に入力する
参照信号A,Bは位相が直交する正弦波であり、位相検波
信号の位相も直交しており、出力のドプラ偏移データを
複素データと見なし、隣接するドプラ複素データ間の複
素平面上で偏角差を求め、この偏角差データより欠落し
たドプラ偏移データを外挿演算により求めることができ
る。これと同様の考え方は、特願平２−219234号にも記
載されているものである。

この方法は、位相検波器１より出力する各データを実部
（Ｒ）と虚部（Ｉ）として直交する複素平面上でのベク
トルとして表し、ベクトル操作による外挿演算により欠
落したデータR₃、I₃を求めるものである。複素ドプラ偏
移データの絶対値や偏角差データが急激には変化しない
ことを利用して、ベクトル（R₃、I₃）とベクトル（R₂、
I₂）の偏移角度θ_２が、ベクトル（R₁、I₁）とベクトル
（R₂、I₂）の偏移角度θ_１と等しく、また、ベクトル
（R₃、I₃）の大きさがベクトル（R₂、I₂）と等しいと推
定する。これにより、ベクトル（R₃、I₃）はベクトル
（R₂、I₂）をθ_１回転したものとなり、欠落したデータ
R₃、I₃は下記のように表すことができる。

ここでcosθ_１及びsinθ_１をR₁、I₁、R₂、I₂にて表す
と、下記の式よりR₃、I₃を算出することができる。

休止期間中においては、第１図におけるアナログスイッ
チ４は接点ｂ側に接続しており、アナログ補間器12の出
力は、サンプルホールド回路５に供給される。

このように、上記実施例によれば、休止期間中にも、ア
ナログ補間器12により補間されたデータがクラッタ成分
を除去するためのサンプルホールド回路５に供給される
ため、積分器３を飽和させることなく、しかも、歪みの
少ない信号を得ることができる。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、ドプラ送受信シー
ケンスの休止期間の直前にアナログフィルタ回路から出
力されたサンプルデータと２回前に出力されたサンプル
データよりドプラ送受信シーケンスの休止期間に欠落す
るドプラ偏移データを求め、このデータを上記アナログ
フィルタ回路に送出するようにしているので、B/Dモー
ドでクラッタ信号を含む血流信号に対して積分器が飽和
することなく、休止期間の信号の欠落に起因する信号の
歪を防止することができる。したがって、良好なドプラ
スペクトルを得ることができ、確実な診断を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波ドプラ血流計
に用いるアナログ補間器を内蔵したクラッタ除去回路を
示すブロック図、第２図は同回路のアナログ補間器のブ
ロック図、第３図は従来の超音波ドプラ血流計に用いる
クラッタ除去回路を示すブロック図、第４図は超音波ド
プラ血流計の概略ブロック図である。 １……位相検波器、２……アナログスイッチ、３……積
分器、４……アナログスイッチ、５……サンプルホール
ド回路、６……アナログスイッチ、７……増幅器、８〜
11……サンプルホールド回路、12……アナログ補間器、
13……加算器、14……乗算器、15……除算器、16……平
方根算器、24……超音波探触子、25……送信走査回路、
26……受信走査回路、27……位相検波回路、28……周波
数分析器、29……振幅検波回路、30……表示部、31……
制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波パルスを送受信して被検体内からの
   散乱超音波に基づき上記被検体内の散乱体の移動速度情
   報を得るドプラ送受信シーケンスおよび上記被検体の断
   層像を得るシーケンスを交互に切り換えるための制御手
   段と、この制御手段により上記ドプラ送受信シーケンス
   が選択されている際に上記被検体内からの散乱超音波が
   位相検波された複素ドプラ偏移データに直前の保存した
   サンプルデータを負帰還し積分した後にホールド回路に
   サンプルデートとして保存するとともに後段に出力する
   アナログフィルタ回路と、このアナログフィルタ回路か
   ら出力される上記サンプルデータを上記超音波パルスの
   送受信毎に順次保存する複数のホールド回路と、上記制
   御手段により上記被検体の断層像を得るシーケンスが選
   択された際に上記複数のホールド回路に直前に上記超音
   波パルスの送受信時に保存されたサンプルデータと２回
   前の上記超音波パルスの送受信時に保存されたサンプル
   データの複素ドプラ偏移データ間の複素平面上で偏角差
   データよりドプラ送受信シーケンスの休止期間に欠落し
   たドプラ偏移データを算出しその結果を上記アナログフ
   ィルタ回路内のホールド回路に出力するアナログ演算手
   段とを備えた超音波ドプラ血流計。