JPH0775639A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、フィルタ特性を維持しつつ折り返し
現象の発生を解消し、それに伴って結果物たる血流情報
のＳ／Ｎ比を向上させ得る超音波診断装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】本発明に係る超音波診断装置は、超音波を被検
体内に送波し、反射体からの反射波を受波し、受信信号
を得る手段と、前記受信信号について所定のフィルタ通
過周波数帯域に合致する成分を通過させるフィルタ回路
６と、前記フィルタ通過周波数帯域と略同一のサンプル
周波数帯域を有し、フィルタ回路６の出力をアナログ／
ディジタル変換するアナログ／ディジタル変換回路７
と、前記アナログ／ディジタル変換回路７の出力を周波
数分析することにより前記送波した超音波の血流による
反射波のドプラ偏移周波数を検出して血流速を求める周
波数分析回路８と、その血流速を表示する表示系１２と
を具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を生体内に送波
し該超音波の血球からの反射波のドプラ偏移周波数を検
出して血流速度を表示する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置におけるドプラ血流検出
回路は、被検体内に超音波を送波したときに、超音波反
射体が移動体である場合に、その移動体からの反射波の
周波数が、送波時の周波数に対して偏移するドプラ現象
を利用して、血流情報を検出しようとするものである。
周波数の偏移量、即ち偏移周波数は、血流速度の超音波
送受波方向成分に対応するものであって、ドプラ血流検
出回路はこの偏移周波数（血流速）を検出するために、
反射波を受信して得たエコー信号をサイドローブ等の等
の緩動反射体からの不要信号成分（ノイズ成分）を除去
するＬＰＦ（ロー・パス・フィルタ）等のフィルタ回路
を介して後、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換
し、そしてディジタル信号処理系である高速フーリエ変
換（周波数解析）処理を行う。なお、高速フーリエ変換
処理の特性上、解析可能な周波数帯域△ｆc は、Ａ／Ｄ
変換器におけるサンプリング周波数ｆsampに依存し、そ
の関係は次式（１）に示す通りである。

【０００３】 −ｆsamp／２ ＜ △ｆc ＜ ＋ｆsamp／２ −（１） 周波数解析回路（ＦＦＴ）に入力した信号の内、周波数
帯域△ｆc の範囲外の周波数成分は、いわゆる折返し現
象を生じさせる。

【０００４】ここで、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波
数帯域△ｆsampと、フィルタ回路を通過するフィルタ通
過周波数帯域△ｆLPF と、偏移周波数（血流速）を表示
する表示周波数帯域△ｆdispとは、一般に次式（２）に
示す関係で設定されている。なお、記号「…」は略同一
を意味する。

【０００５】 △ｆdisp…△ｆsamp…△ｆLPF ／２ −（２） 図７は、これらの関係および折返し現象が生じたＦＦＴ
からの出力波形（表示波形）について示した図であり、
図８は折返し現象が生じやすい場合の一例として心臓の
償帽弁逆流について示した図である。図８に示したよう
に、償帽弁ＭＶにおいて逆流ＭＲが発生するような場
合、偏移周波数（血流速）の最大変化幅は増大し、その
一部（図７の点線部分Ｔ2'）がサンプリング周波数帯域
△ｆsampおよび表示周波数帯域△ｆdispを越えることと
なり、該部Ｔ2'は、折返し現象により表示周波数帯域△
ｆdispのゼロ位置Ｐ0 を挾んで逆側に現れてしまう。

【０００６】また、上記式（２）の関係によると、フィ
ルタ通過周波数帯域△ｆLPF の内、サンプリング周波数
帯域△ｆsampに含まれない部分、いわゆる折返し部分Ｎ
1 （斜線部分）は、ノイズ成分に重畳され、結果的に得
られる血流情報のＳ／Ｎ比が低下してしまう。

【０００７】なお、式（２）の関係を維持しつつ、上記
Ｓ／Ｎ比を向上させるには、ＬＰＦ周波数帯域△ｆLPF
を広く設定し、それに応じてサンプリング周波数帯域△
ｆsampおよび表示周波数帯域△ｆdispも拡大させるれば
よい。しかし、上述したようにこのＬＰＦ周波数帯域△
ｆLPF はサイドローブ等の緩動反射体からのノイズ成分
を除去するフィルタ特性を考慮して設定されるものであ
り、広く設定すればするほどノイズ成分が増加してしま
う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、フィルタ特性を維持しつつ折り返し現象の発生を解
消し、それに伴って結果物たる血流情報のＳ／Ｎ比を向
上させ得る超音波診断装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波診断
装置は、超音波を被検体内に送波し、反射体からの反射
波を受波し、受信信号を得る手段と、前記受信信号につ
いて所定のフィルタ通過周波数帯域に合致する成分を通
過させるフィルタ回路と、前記フィルタ通過周波数帯域
と略同一のサンプル周波数帯域を有し、前記フィルタ回
路の出力をアナログ／ディジタル変換するアナログ／デ
ィジタル変換回路と、前記アナログ／ディジタル変換回
路の出力を周波数分析することにより前記送波した超音
波の血流による反射波のドプラ偏移周波数を検出して血
流速を求める周波数分析回路と、その血流速を表示する
表示系とを具備することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、超音波を被検体内に送波し、
反射体からの反射波を受波し、受信信号を得、その受信
信号についてフィルタ回路においてフィルタ通過周波数
帯域に合致する成分だけを通過させ、前記フィルタ回路
の出力をアナログ／ディジタル変換回路で前記フィルタ
通過周波数帯域と略同一のサンプル周波数帯域を用いて
アナログ／ディジタル変換することによって、ノイズ成
分の増加を抑えることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構
成を示すブロック図であり、図２は図１に示したｆmax
測定装置の一例を示した図である。

【００１２】超音波診断装置は図示しないシステムコン
トローラをシステム全体の制御中枢として、超音波探触
子１、送波回路２、受波回路３、直交検波回路（90度Ｄ
Ｄ）４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６、アナログ／
ディジタル変換器（ＡＤＣ）７、高速フーリエ変換器
（ＦＦＴ）８、ｆmax 測定回路９、ゼロシフト量設定回
路１０、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）
１１および画像表示装置１２を備えている。なお、本実
施例装置の構成は、説明の便宜上、本発明が主要に関わ
る連続波ドプラモード（ＣＷＤモード）処理系に関する
部分のみについて示し、この他の超音波断層像を得るＢ
モード処理系等については省略した。

【００１３】超音波探触子１は、複数の圧電振動子を並
設してなり、これらの振動子により被検体に対して超音
波パルスを繰返し送信および受信する。送波回路２は、
図示しないが、クロック発生器、送信遅延回路、連続波
駆動回路を備えていて、各振動子を駆動する駆動信号を
送信側の超音波探触子１の各振動子に供給し、超音波探
触子１から所定の単一周波数で超音波パルスを送波させ
るものである。このような送波回路２により超音波探触
子１が送信駆動されると、超音波探触子１から被検体内
に超音波パルスが送波され、被検体で流動する血球で反
射し、受信側の超音波探触子の同一振動子で受波され、
ドプラ偏移をともなう受信信号に変換される。勿論、受
信側の超音波探触子は送信側の超音波探触子１と兼用す
ることが一般的である。

【００１４】この超音波の送受波で得た受信信号を受け
る受波回路３は、図示しないが、プリアンプ、受信遅延
回路、および加算器を備えていて、受信信号を所定のレ
ベルまで増幅し、増幅された受信信号に前記送信遅延回
路で与えた遅延時間を基に戻すような遅延時間を各振動
子毎に与え、受信信号を加算合成し、出力する。

【００１５】直交検波回路（90度ＤＤ）４は、ドプラ復
調回路の１つであって、パルスドプラ法には多くのドプ
ラ信号が存在するため、参照波周波数によって所望の送
信スペクトルに対するドプラ信号を抽出するものであ
る。なお、このドプラ復調回路は、直交検波であるの
で、受信信号を２チャンネルに分け、互いに９０度位相
の異なる参照波と掛け合わせ（直交検波）、そして不要
な高周波成分を取り除くものである。

【００１６】バンドパスフィルタ５は、所定のフィルタ
通過周波数帯域△ｆLPF を有するものであり、まず該出
力を低域通過フィルタにより波形形成し、さらに低周波
成分除去フィルタにより復調されたドプラ信号中の心臓
壁や弁運動の緩動体からの低周波成分を除去する。

【００１７】ＡＤＣ７は、バンドパスフィルタ６までの
アナログ信号処理系と、後流回路のディジタル信号処理
系である高速フーリエ変換器８およびＤＳＣ１１等とを
つなぐため、アナログ信号をディジタル信号に変換する
ものである。なお、このＡＤＣ７のサンプリング周波数
帯域△ｆsampは、バンドパスフィルタ６のフィルタ通過
周波数帯域△ｆLPF に対し次の式（３）の関係で設定さ
れる。なお、記号「…」は略同一を意味する。

【００１８】 △ｆsamp…△ｆLPF −（３） 図３は、このフィルタ通過周波数帯域△ｆLPF とサンプ
リング周波数帯域△ｆsampと後述する画像表示装置１２
の表示周波数帯域△ｆdispとの関係および高速フーリエ
変換器からの出力波形ＷFFT について周波数空間上で示
した図である。

【００１９】このようにサンプリング周波数帯域△ｆsa
mpが、フィルタ通過周波数帯域△ｆLPF と略同一の関係
で設定されていることによって、サンプリング周波数帯
域△ｆsamp以外のノイズ成分は、既にバンドパスフィル
タ６で減衰されているために、折返しノイズは解消され
ることとなる。これにより、従来の場合に比し、Ｓ／Ｎ
比が約３dB向上する。

【００２０】高速フーリエ変換器８は、ＡＤＣ７の出力
に対し高速フーリエ変換処理することにより、反射波の
偏移周波数ｆn を得る。この偏移周波数ｆn は、血球の
流動状態に応じて刻々と変化するものであって、従来の
場合と比し、フィルタ通過周波数帯域△ｆLPF と略同一
程度にまでサンプリング周波数帯域△ｆsampが拡大され
て設定されていることにより、高速フーリエ変換器８の
処理範囲は、前記偏移周波数ｆn の変化の幅△ｆFFT を
十分捕らえることができ、従来のように折返しの無い出
力波形ＷFFT を得ることができる。

【００２１】ここで、フィルタ通過周波数帯域△ｆLPF
とサンプリング周波数帯域△ｆsampとを略同一に設定し
たことにより、高速フーリエ変換器８からの出力波形Ｗ
FFTには折返し現象が生じないこととなったが、図３に
示すように、一般にそれらの周波数帯域より狭く設定さ
れる画像表示装置１２における血流速を表示する表示周
波数帯域△ｆdispを越える周波数成分（斜線部分）が発
生することとなり、その部分については、図４に示すよ
うに、画像表示装置１２で折返し表示（点線）されるこ
とはないが、一点鎖線で示した該部分の波形が表示され
なくなってしまうこととなる。なお、それらの帯域の関
係は、前記式（３）の関係を踏まえ、式（４）に示す関
係で設定される。

【００２２】 △ｆdisp…△ｆsamp／２…△ｆLPF ／２ −（４） そこで、ｆmax 測定回路９およびゼロシフト量設定回路
１０で、前記偏移周波数ｆn の変化幅△ｆFFT をこの表
示周波数帯域△ｆdispに収めるように、図５に示したよ
うに、ゼロ位置Ｐ0 をＰ0'にずらすためのシフト量Ｓｆ
を自動測定する。

【００２３】ｆmax 測定回路９は、高速フーリエ変換器
８から出力される偏移周波数ｆn の中の最大値ｆmax を
測定するものである。なお、この測定方法は、種々考え
られるが、ここでは、図２に示したように、血流速を可
聴音として処理するオーディオ回路に可変ハイパスフィ
ルタ９1 と、この可変ハイパスフィルタ９1 の出力をノ
イズと分離する比較器９2 とを用いて、可変ハイパスフ
ィルタ９1 の初期設定されている遮断レベルを越える信
号の有無を調べる方法を採用する。なお、可変ハイパス
フィルタ９1 の遮断レベルは、比較器９2 からのカット
オフ（ＣＦ）信号により変化する。これによって、連続
的に供給される偏移周波数ｆn の中の最大値ｆmax を測
定することができる。

【００２４】ゼロシフト量設定回路１０は、最大値ｆma
x および表示周波数帯域△ｆdispに基づいて、前記偏移
周波数ｆn の変化幅△ｆFFT をこの表示周波数帯域△ｆ
dispに収めるように、ゼロ位置Ｐ0 をＰ0'にずらすため
のシフト量Ｓｆを自動測定する。すなわち、最大値ｆma
x と、表示周波数帯域△ｆdispの最高位レベルとを比較
し、それらが同程度となるようにシフト量Ｓｆを設定す
るものである。

【００２５】このシフト量Ｓｆは、ＤＳＣ１１に供給さ
れ、ＤＳＣ１１はこのシフト量Ｓｆに応じてゼロ位置Ｐ
0 ををＰ0'に変更し、画像表示装置１２のモニタ走査方
式に応じてＣＷＤモード画像を出力する。画像表示装置
１２は、そのＣＷＤモード画像をアナログ信号に変換し
た後、表示する。

【００２６】以上のように、バンドパスフィルタ６のフ
ィルタ通過周波数帯域△ｆLPF と、ＡＤＣ７のサンプリ
ング周波数帯域△ｆsamp、画像表示装置１２の血流速を
表示する表示周波数帯域△ｆdispとを、式（４）の関係
で設定することとしたことによって、高速フーリエ変換
器８で周波数解析した後の出力には、従来の場合のよう
に折返し現象が生じることはなく、さらに、その出力、
即ち偏移周波数ｆn の変化幅△ｆFFT をこの表示周波数
帯域△ｆdispに収めるようにゼロシフト量Ｓｆを自動設
定することによって、偏移周波数ｆn の変化、即ち血流
速変化を全て表示することができる。

【００２７】なお本発明は上記実施例に限定されること
なく種々変形して実施例可能である。例えば、上述した
ように偏移周波数ｆn の最大値ｆmax の測定装置は通常
用いられている他の装置を用いてもよい。

【００２８】また、上記実施例では、偏移周波数ｆn の
最大値ｆmax のみを測定してゼロシフト量Ｓｆを設定し
ていたが、偏移周波数ｆn の変化幅△ｆFFT が十分広
く、表示周波数帯域△ｆdispに収まらない場合には、こ
のゼロシフトによる対応だけでは全ての血流速を表示し
きれない場合が生じる。図６の斜線で示した部分は、こ
の場合の表示されない波形部分である。この場合には、
偏移周波数ｆn の最大値ｆmax のみではなく最小値ｆmi
n をも測定し、その最大値ｆmax および最小値ｆmin に
応じて表示周波数帯域△ｆdispの幅を△ｆdisp´に自動
調整することとしてもよい。なおｆmax 測定回路と逆の
フィルタ特性を有する最小値測定回路をｆmax 測定回路
とＦＦＴ８に対して並列に接続し、その最小値ｆmin お
よび最大値ｆmax を入力しそれらに規定される幅と表示
周波数帯域△ｆdispとを比較し表示周波数帯域△ｆdisp
を該幅に応じて△ｆdisp´に変化させる回路を付設すれ
ばよい。なお、式（４）△ｆdisp…△ｆsamp／２…△ｆ
LPF ／２の関係について、予め、式（５）のように設定
しておけば、表示周波数帯域を調整する必要をなくする
ことができる。 △ｆdisp…△ｆsamp…△ｆLPF −（５）

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波を被検体内に送波し、反射体からの反射波を受波
し、受信信号を得、その受信信号についてフィルタ回路
においてフィルタ通過周波数帯域に合致する成分だけを
通過させ、前記フィルタ回路の出力をアナログ／ディジ
タル変換回路で前記フィルタ通過周波数帯域と略同一の
サンプル周波数帯域を用いてアナログ／ディジタル変換
することによって、ノイズ成分の増加を抑えることがで
きる超音波診断装置を提供することができる。

【００３０】また、前記アナログ／ディジタル変換回路
の出力を周波数分析回路で周波数分析することにより前
記送波した超音波の血流による反射波のドプラ偏移周波
数を検出して血流速を求めると共に、前記ドプラ偏移周
波数の最大値を計測し、その最大値に基づいてゼロシフ
ト量を算出し、そのゼロシフト量に応じて前記ドプラ偏
移周波数の表示範囲を規定する表示周波数帯域のゼロ位
置を転移させ、その表示周波数帯域の範囲内で前記周波
数分析回路で求めた血流速を表示することによって、検
出された前記ドプラ偏移周波数（血流速）の全範囲を表
示することができる超音波診断装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例に係る超音波診断装置の構成を
示すブロック図。

【図２】図１に示したｆmax 測定回路の構成を示すブロ
ック図。

【図３】図１に示したバンドパスフィルタのフィルタ通
過周波数帯域△ｆLPF とＡＤＣのサンプリング周波数帯
域△ｆsampと画像表示装置の表示周波数帯域△ｆdispと
の関係および高速フーリエ変換器からの出力波形の一例
を示す図。

【図４】図３に示した出力波形をそのまま画像表示装置
で表示した場合の表示波形を示す図。

【図５】図１に示したゼロシフト量設定回路によるゼロ
シフト量に応じてゼロ位置をシフトした場合の図３に示
した出力波形を示す図。

【図６】本実施例の変形例として掲げた表示周波数帯域
△ｆdispの変化の様子について示す図。

【図７】従来装置のバンドパスフィルタのフィルタ通過
周波数帯域△ｆLPF とＡＤＣのサンプリング周波数帯域
△ｆsampと画像表示装置の表示周波数帯域△ｆdispとの
関係および高速フーリエ変換器からの出力波形の一例を
示す図。

【図８】折返り現象の生じやすい逆流の発生しやすい部
位について示す図。

【符号の説明】

１…超音波探触子、２…送波回路、３…受波回路、４…
直交検波回路、６…バンドパスフィルタ、７…アナログ
ディジタル変換器、８…高速フーリエ変換器、９…ｆma
x 測定回路、１０…ゼロシフト設定回路、１１…ディジ
タルスキャンコンバータ、１２…画像表示装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を被検体内に送波し、反射体から
   の反射波を受波し、受信信号を得る手段と、 前記受信信号について所定のフィルタ通過周波数帯域に
   合致する成分を通過させるフィルタ回路と、 前記フィルタ通過周波数帯域と略同一のサンプル周波数
   帯域を有し、前記フィルタ回路の出力をアナログ／ディ
   ジタル変換するアナログ／ディジタル変換回路と、 前記アナログ／ディジタル変換回路の出力を周波数分析
   することにより前記送波した超音波の血流による反射波
   のドプラ偏移周波数を検出して血流速を求める周波数分
   析回路と、 その血流速を表示する表示系とを具備することを特徴と
   する超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記周波数分析回路から出力される前記
   ドプラ偏移周波数の最大値を計測する手段と、 その最大値に基づいてゼロシフト量を算出しする手段
   と、 そのゼロシフト量に応じて前記表示系における前記ドプ
   ラ偏移周波数の表示範囲を規定する表示周波数帯域のゼ
   ロ位置を転移させ、その表示周波数帯域の範囲内で前記
   周波数分析回路で求めた血流速を表示させる手段とをさ
   らに具備することを特徴とする請求項１に記載された超
   音波診断装置。