JPH08224237A - 超音波ドプラ診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波ドプラ診断装置において、被検体と探
触子との相対速度成分を除去して低速血流においても正
確な血流速度を計測する。 【構成】 ドプラ検出部４ａ，４ｂ内で得られた複素信
号Ｓ₁，Ｓ₂を取り込んで被検体と探触子１との相対速度
を演算し推定する手段としての相対速度推定部１２を設
け、且つこの相対速度推定部１２からの相対速度の推定
値を入力すると共に上記ドプラ検出部４ａ，４ｂ内で得
られたドプラ検波信号を入力してこのドプラ検波信号の
周波数スペクトラムから上記相対速度の推定値を減算す
ることにより被検体と探触子１との相対速度成分を除去
する手段としての複素乗算器１３を設けたものである。
これにより、被検体と探触子１との相対速度成分を除去
して低速血流においても正確な血流速度を計測すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体の診断部位に対
して超音波を送受信し、得られた反射エコー信号から血
流によりドプラ偏移を受けた周波数信号を検出してその
被検体の複素の血流信号を計測する超音波ドプラ診断装
置に関し、特に、被検体と探触子との相対速度成分を除
去して低速血流においても正確な血流速度を計測するこ
とができる超音波ドプラ診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波ドプラ診断装置
は、図２に示すように、被検体内に超音波を送受信する
探触子１と、この探触子１に送波パルスを供給するパル
サー２と、上記探触子１で受信した反射エコー信号を増
幅する増幅器３と、この増幅器３からの反射エコー信号
から血流によりドプラ偏移を受けた成分を複素の血流信
号として検出するドプラ検出部４ａ，４ｂと、このドプ
ラ検出部４ａ，４ｂで検出された血流信号を周波数分析
する周波数分析部５と、この周波数分析部５からの分析
データを血流速度のスペクトラムとして表示する表示部
６とを有して成っていた。上記ドプラ検出部４ａ，４ｂ
は、それぞれ乗算器７ａ，７ｂと、サンプルゲート８
ａ，８ｂと、積分器９ａ，９ｂと、ウォールフィルタ１
０ａ，１０ｂとから成る。また、符号１１は帯域フィル
タを示している。

【０００３】上記のように構成された従来の超音波ドプ
ラ診断装置において、パルサー２が発生した一定の繰り
返し周波数を有する送波パルスは探触子１へ印加され、
この探触子１は被検体内へ超音波を送信する。被検体内
部からの反射エコー信号は上記探触子１で受信され、こ
の受信信号は増幅器３へ入力し設定されたゲイン値に応
じて増幅された後、帯域フィルタ１１を通過する。この
帯域フィルタ１１を通過後の受信信号は、ドプラ検出部
４ａ，４ｂへ送られ、それぞれの乗算器７ａ，７ｂで参
照波としてsin波成分及びcos波成分と乗算される。これ
により得られた複素ベースバンド信号は、所定の深度と
幅にそれぞれ対応する遅延時間と時間幅の区間のみ信号
を通過させるサンプルゲート８ａ，８ｂを通過し、積分
器９ａ，９ｂに入力される。この積分器９ａ，９ｂから
は、出力信号としてドプラ検波信号が得られる。このド
プラ検波信号は、ウォールフィルタ（ハイパスフィル
タ）１０ａ，１０ｂへ入力し、上記反射エコー信号に含
まれる生体組織からの高レベルな直流信号が除去され、
ドプラ偏移成分をもつ血流信号のみが取り出される。そ
の後、このように検出された血流信号は、周波数分析部
５へ入力し、周波数分析されてパワースペクトラムが算
出される。そして、この算出されたパワースペクトラム
は表示部６へ入力し、実時間の血流速度のスペクトラム
として表示されるようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波ドプラ診断装置においては、ドプラ検出部４
ａ，４ｂによって結果として得られる血流速度値は、あ
くまでも探触子１を基準とした血流速度であって、被検
体組織に対する真の血流速度は計測できないものであっ
た。すなわち、被検体内の診断部位の血流速度を計測す
るには、探触子１を被検体の体表面へ押し当てて超音波
ビームを送受信するが、被検体組織は固いものではない
のでその押し当て力で探触子１は前後方向へ動くことが
あり、また被検体自身も体動することがある。従って、
被検体内の診断部位の血流部分と探触子１との位置関係
は一定せず、相互の移動により相対速度が発生するもの
であった。このように、被検体と探触子１との間に相対
速度が発生した場合は、上記のように結果として得られ
る血流速度は、被検体を基準とした真の血流速度と、被
検体に対する探触子１の相対速度との和として検出さ
れ、真の血流速度とは異なってしまうものであった。特
に、低速血流の計測では、真の血流速度に加算される被
検体と探触子１との相対速度の成分が無視できず、正確
な血流速度を計測することができないことがあった。こ
のことは、ドプラ血流計測法を低速血流の計測が比較的
多い腹部へ適用する場合は、その影響を無視できない。

【０００５】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、被検体と探触子との相対速度成分を除去して低速
血流においても正確な血流速度を計測することができる
超音波ドプラ診断装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波ドプラ診断装置は、被検体内に
超音波を送受信する探触子と、この探触子に送波パルス
を供給するパルサーと、上記探触子で受信した反射エコ
ー信号を増幅する増幅器と、この増幅器からの反射エコ
ー信号から血流によりドプラ偏移を受けた成分を複素の
血流信号として検出するドプラ検出部と、このドプラ検
出部で検出された血流信号を周波数分析する周波数分析
部と、この周波数分析部からの分析データを血流速度の
スペクトラムとして表示する表示部とを有して成る超音
波ドプラ診断装置において、上記ドプラ検出部内で得ら
れた複素信号を取り込んで被検体と探触子との相対速度
を演算し推定する手段を設け、且つこの推定手段からの
相対速度の推定値を入力すると共に上記ドプラ検出部内
で得られたドプラ検波信号を入力してこのドプラ検波信
号の周波数スペクトラムから上記相対速度の推定値を減
算することにより被検体と探触子との相対速度成分を除
去する手段を設けたものである。

【０００７】

【作用】このように構成された超音波ドプラ診断装置
は、新たに付加された相対速度推定手段により、ドプラ
検出部内で得られた複素信号を取り込んで被検体と探触
子との相対速度を演算して推定し、且つ相対速度成分除
去手段により、上記推定手段からの相対速度の推定値を
入力すると共に上記ドプラ検出部内で得られたドプラ検
波信号を入力して、ドプラ検波信号の周波数スペクトラ
ムから上記相対速度の推定値を減算することにより被検
体と探触子との相対速度成分を除去するように動作す
る。これにより、被検体と探触子との相対速度成分を除
去して低速血流においても正確な血流速度を計測するこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による超音波ドプラ診断
装置の実施例を示すブロック図である。この超音波ドプ
ラ診断装置は、被検体の診断部位に対して超音波を送受
信し、得られた反射エコー信号から血流によりドプラ偏
移を受けた周波数信号を検出し、その被検体の複素の血
流信号を計測して血流像を表示するもので、図１に示す
ように、探触子１と、パルサー２と、増幅器３と、ドプ
ラ検出部４ａ，４ｂと、周波数分析部５と、表示部６と
を有し、さらに相対速度推定部１２と、複素乗算器１３
とを備えて成る。なお、符号１１は、増幅器３の後段に
設けられた帯域フィルタを示している。

【０００９】上記探触子１は、被検体内の診断部位に対
して超音波を送受信するもので、図示省略したがその内
部には超音波の発生源であると共に反射波を受信する振
動子を有している。パルサー２は、上記探触子１に送波
パルスを供給するもので、一定の繰り返し周波数を有す
る送波パルスを発生するようになっている。増幅器３
は、上記探触子１で受信した被検体内部からの反射エコ
ー信号を増幅するもので、信号増幅のために所要のゲイ
ン値が設定されている。帯域フィルタ１１は、上記増幅
器３で増幅された後の受信信号を入力して不要な周波数
成分を除去し、他の成分を通過させるものである。

【００１０】ドプラ検出部４ａ，４ｂは、上記帯域フィ
ルタ１１を通過した後の反射エコー信号から血流により
ドプラ偏移を受けた成分を取り出すと共にこのドプラ偏
移成分から複素の血流信号を検出するもので、それぞれ
乗算器７ａ，７ｂと、サンプルゲート８ａ，８ｂと、積
分器９ａ，９ｂと、ウォールフィルタ１０ａ，１０ｂと
から成る。また、周波数分析部５は、上記各ドプラ検出
部４ａ，４ｂで検出された血流信号を周波数分析しパワ
ースペクトラムを算出するものである。さらに、表示部
６は、上記周波数分析部５から出力される分析データを
入力してアナログ信号に変換しその画面に血流速度のス
ペクトラムとして表示するもので、例えばテレビモニタ
から成る。

【００１１】ここで、本発明においては、上記のような
構成に対して相対速度推定部１２と、複素乗算器１３と
が付加されている。上記相対速度推定部１２は、前記ド
プラ検出部４ａ，４ｂ内で得られた複素信号を取り込ん
で被検体と探触子１との相対速度を演算し推定する手段
となるもので、上記ドプラ検出部４ａ，４ｂ内に設けら
れた乗算器７ａ，７ｂでそれぞれ参照波としてのsin波
成分及びcos波成分と乗算されて得られた複素ベースバ
ンド信号を入力し、演算後の推定値の信号を上記ドプラ
検出部４ａ，４ｂの途中に挿入された複素乗算器１３へ
出力するようになっている。

【００１２】この相対速度推定部１２の内部構成の一例
は、図１に示すように、上記ドプラ検出部４ａ，４ｂ内
の乗算器７ａ，７ｂから出力される複素ベースバンド信
号をそれぞれ入力してパルス繰返し周期を等間隔で分割
した被検体内の深度方向の例えば３箇所に対応する３組
のゲート回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び１４ｄ，１４
ｅ，１４ｆと、それぞれ対応する各深度のゲート回路１
４ａ，１４ｄ；１４ｂ，１４ｅ；１４ｃ，１４ｆから出
力される複素ベースバンド信号について変動の位相角を
求めるarc tanテーブルが格納された３個のＲＯＭ１５
ａ，１５ｂ，１５ｃと、この各深度に対応するＲＯＭ１
５ａ，１５ｂ，１５ｃから出力される位相角の信号を一
時的に格納して所定の遅延時間を与える遅延レジスタ１
６ａ，１６ｂ，１６ｃと、この遅延レジスタ１６ａ，１
６ｂ，１６ｃから読み出される前回の位相角の信号と上
記各ＲＯＭ１５ａ，１５ｂ，１５ｃから出力される今回
の位相角の信号とを同期して入力し位相角の差（変化
量）を計算する減算器１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、この
各減算器１７ａ，１７ｂ，１７ｃから出力される各深度
における位相角の変化量を平均処理する平均演算器１８
と、加算器１９と遅延レジスタ２０とsinテーブル及びc
osテーブルを格納したＲＯＭ２１とを組み合わせ上記平
均演算器１８から出力されるドプラシフト周波数と同じ
周波数で発振する複素発生器とから成る。

【００１３】また、複素乗算器１３は、上記相対速度推
定部１２からの相対速度の推定値を入力すると共に上記
ドプラ検出部４ａ，４ｂ内で得られたドプラ検波信号を
入力してこのドプラ検波信号の周波数スペクトラムから
上記相対速度の推定値を減算することにより被検体と探
触子１との相対速度成分を除去する手段となるもので、
上記ドプラ検出部４ａ，４ｂ内に設けられた積分器９
ａ，９ｂで得られたドプラ検波信号を入力し、その演算
結果を該ドプラ検出部４ａ，４ｂ内に設けられたウォー
ルフィルタ１０ａ，１０ｂへ送出するように設けられて
いる。なお、この複素乗算器１３による演算は、被検体
と探触子１との相対速度によるドプラシフト周波数の符
号が反対の周波数移動を生じるように行われるようにな
っている。

【００１４】次に、このように構成された超音波ドプラ
診断装置の動作について説明する。ここで、探触子１か
ら各ドプラ検出部４ａ，４ｂ内の乗算器７ａ，７ｂで複
素ベースバンド信号Ｓ₁，Ｓ₂を得るまでの動作は、図２
に示す従来例と同様であるので省略する。まず、上記乗
算器７ａ，７ｂで得られた複素ベースバンド信号Ｓ₁，
Ｓ₂は、その後段に設けられたサンプルゲート８ａ，８
ｂに送られると共に、相対速度推定部１２へ送られる。
この相対速度推定部１２へ送られた複素ベースバンド信
号Ｓ₁，Ｓ₂は、被検体内の深度方向の例えば３箇所に対
応して設けられた３組のゲート回路１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ及び１４ｄ，１４ｅ，１４ｆへそれぞれ入力し、設
定されたゲートによりそれぞれ対応する深度からの複素
ベースバンド信号Ｓ₁，Ｓ₂が取り込まれる。

【００１５】次に、上記取り込まれた複素ベースバンド
信号Ｓ₁，Ｓ₂は、各深度に応じた組ごとに第１組のゲー
ト回路１４ａ，１４ｂからの信号は第一のＲＯＭ１５ａ
に送られ、第２組のゲート回路１４ｂ，１４ｅからの信
号は第二のＲＯＭ１５ｂに送られ、第３組のゲート回路
１４ｃ，１４ｆからの信号は第三のＲＯＭ１５ｃに送ら
れ、それぞれ内蔵のarc tanテーブルによって変動の位
相角が求められる。そして、各ＲＯＭ１５ａ〜１５ｃか
ら出力された位相角の信号は、一時的にそれぞれ対応す
る遅延レジスタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃに格納され、所
定の遅延時間が与えられる。次に、上記各ＲＯＭ１５ａ
〜１５ｃから出力される今回の位相角の信号と上記各遅
延レジスタ１６ａ〜１６ｃから読み出された前回の位相
角の信号とは、同期してそれぞれ対応する減算器１７
ａ，１７ｂ，１７ｃへ入力され、所定時間内の位相角の
差が計算される。この所定時間内の位相角の変化量によ
り、ドプラシフト周波数が得られる。そして、このドプ
ラシフト周波数が、それぞれ対応する深度における被検
体と探触子１との相対速度のデータを与えることとな
る。

【００１６】次に、上記各減算器１７ａ〜１７ｃから出
力された各深度における位相角の変化量は、平均演算器
１８へ入力する。この平均演算器１８では、各減算器１
７ａ〜１７ｃから入力する位相角の変化量を単純平均し
て、被検体内の深度方向に設定された各深度全体に対す
る探触子１の相対速度が演算される。これにより、被検
体全体に対する探触子１の相対速度が推定できる。次
に、この平均演算器１８から出力された相対速度の推定
値は、複素発生器へ入力されてその加算器１９と遅延レ
ジスタ２０とで積分され、この積分値を入力したＲＯＭ
２１内のsinテーブル及びcosテーブルによりドプラシフ
ト周波数のsin成分及びcos成分が求められる。そして、
この相対速度の推定値のsin成分及びcos成分は、上記複
素乗算器１３へ送出される。

【００１７】一方、前記ドプラ検出部４ａ，４ｂ内で
は、上記乗算器７ａ，７ｂで得られた複素ベースバンド
信号Ｓ₁，Ｓ₂は、サンプルゲート８ａ，８ｂで所定の深
度と幅の信号のみが通過され、積分器９ａ，９ｂで積分
されてドプラ検波信号が出力される。そして、この出力
されたドプラ検波信号は、複素乗算器１３へ入力され
る。このとき、上記相対速度推定部１２で求められた相
対速度の推定値のsin成分及びcos成分も上記複素乗算器
１３へ入力する。次に、この複素乗算器１３では、上記
入力したドプラ検波信号と相対速度の推定値とを用い
て、このドプラ検波信号の周波数スペクトラムから上記
相対速度の推定値を減算することにより被検体と探触子
１との相対速度成分を除去する。これにより、上記複素
乗算器１３からは、血流速度の成分だけが出力される。

【００１８】次に、上記複素乗算器１３から出力された
血流速度の信号は、ウォールフィルタ１０ａ，１０ｂへ
入力され、ドプラ偏移成分をもつ血流信号のみが取り出
される。その後、このように検出された血流信号は、周
波数分析部５へ入力し、周波数分析されてパワースペク
トラムが算出される。そして、この算出されたパワース
ペクトラムは表示部６へ入力し、実時間の血流速度のス
ペクトラムとして表示される。このとき、上記複素乗算
器１３はウォールフィルタ１０ａ，１０ｂより前段に配
置されているので、被検体と探触子１との相対速度によ
るドプラ偏移周波数が上記ウォールフィルタ１０ａ，１
０ｂのカットオフ周波数を越えるような場合であって
も、被検体組織からの強力な反射エコー信号により後段
の信号処理で飽和を起こすことはない。

【００１９】なお、以上の説明においては、被検体内の
深度方向において例えば等間隔に設定された３箇所の深
度からの複素ベースバンド信号Ｓ₁，Ｓ₂を取り込んで被
検体と探触子１との相対速度を推定するものとしたが、
本発明はこれに限らず、上記相対速度の推定の精度の高
低はあるが、深度方向の１箇所又は４箇所以上の深度か
らの複素ベースバンド信号Ｓ₁，Ｓ₂を取り込むようにし
てもよい。また、図１に示す相対速度推定部１２の機能
は、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）等に
よってソフトウェアで実現するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
新たに付加された相対速度推定手段により、ドプラ検出
部内で得られた複素信号を取り込んで被検体と探触子と
の相対速度を演算して推定し、且つ相対速度成分除去手
段により、上記推定手段からの相対速度の推定値を入力
すると共に上記ドプラ検出部内で得られたドプラ検波信
号を入力して、このドプラ検波信号の周波数スペクトラ
ムから上記相対速度の推定値を減算することにより被検
体と探触子との相対速度成分を除去することができる。
これにより、被検体と探触子との相対速度成分を除去し
て低速血流においても正確な血流速度を計測することが
できる。従って、ドプラ血流計測法を低速血流の計測が
比較的多い腹部へ適用しても、精度の高い計測を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波ドプラ診断装置の実施例を
示すブロック図である。

【図２】従来の超音波ドプラ診断装置を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１…探触子 ２…パルサー ３…増幅器 ４ａ，４ｂ…ドプラ検出部 ５…周波数分析部 ６…表示部 １１…帯域フィルタ １２…相対速度推定部 １３…複素乗算器 １４ａ〜１４ｆ…ゲート回路 １５ａ〜１５ｃ…ＲＯＭ １６ａ〜１６ｃ…遅延レジスタ １７ａ〜１７ｃ…減算器 １８…平均演算器 １９…加算器 ２０…遅延レジスタ ２１…ＲＯＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内に超音波を送受信する探触子
   と、この探触子に送波パルスを供給するパルサーと、上
   記探触子で受信した反射エコー信号を増幅する増幅器
   と、この増幅器からの反射エコー信号から血流によりド
   プラ偏移を受けた成分を複素の血流信号として検出する
   ドプラ検出部と、このドプラ検出部で検出された血流信
   号を周波数分析する周波数分析部と、この周波数分析部
   からの分析データを血流速度のスペクトラムとして表示
   する表示部とを有して成る超音波ドプラ診断装置におい
   て、上記ドプラ検出部内で得られた複素信号を取り込ん
   で被検体と探触子との相対速度を演算し推定する手段を
   設け、且つこの推定手段からの相対速度の推定値を入力
   すると共に上記ドプラ検出部内で得られたドプラ検波信
   号を入力してこのドプラ検波信号の周波数スペクトラム
   から上記相対速度の推定値を減算することにより被検体
   と探触子との相対速度成分を除去する手段を設けたこと
   を特徴とする超音波ドプラ診断装置。