JPH082358B2

JPH082358B2 - 超音波ドプラ血流計

Info

Publication number: JPH082358B2
Application number: JP21923590A
Authority: JP
Inventors: 尚萩原; 博福喜多; 良信渡辺; 由直反中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH0499564A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は超音波によるイメージングとパルスドプラに
よる速度測定が同時に行え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
用することによって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は例えば特開昭55-549
41号に記載された構成が知られている。以下、第９図を
参照して従来の超音波ドプラ血流計について説明する。

第９図は超音波ドプラ血流計の基本原理を示す図であ
る。第９図において、90はプローブ、91は送信走査回
路、92は受信走査回路、93は位相検波回路、94は周波数
分析器、95は振幅検波回路、96は表示部、97は制御部で
ある。

次に上記従来例の動作について説明する。送信走査回
路91が発生した駆動パルスはプローブ90に加えられ、指
向性m₁，m₂，・・・・m_n等の方向へ音波が送波される。
受信走査回路92は送信と同じ指向性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、受信信号を位相検波して得られた
ドプラ偏移データであるI,Q信号を周波数分析すること
によって被検体内の血流等の移動速度を求め表示部に表
示する。Ｂモードでは指向性m₁，m₂，・・・・方向へ順
次送受信を行い、得られた受信信号を検波回路では包絡
線検波し表示部に断層像として表示する。ドプラモー
ド、Ｂモードいずれを選択するかは制御部97により決め
られる。通常m_d方向にサンプルボリュウム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、m_j（ｊ
＝１〜ｎ）方向でＢモード動作させた後、m_d方向でドプ
ラ動作をさせることを送受信毎に制御部97が交互に切り
換えて行う。このような動作モードを以後、B/Dモード
と呼ぶ。

ドプラモードにおける送信超音波パルスの繰り返し周
波数をfrとするとB/Dモードではドプラ動作の繰り返し
周波数がfr/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プル周波数を低
下させることなくＢモード像を得る方法が考案されてい
る。このような方法の例としては特開昭61-25534号に記
載された方法が知られている。この方法は例えば第９図
に示すような構成の装置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I,Q信号に対して補間を行うこと
により見かえ上ドプラ偏移データのサンプル周波数を低
下させないという原理にもとずくものである。

発明が解決しようとする課題しかしながら、この方法で用いられている補間方法は
会話信号の処理用に考案されたものであり、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った。第10図はドプラ
モードのよる送信を２回繰り返した後Ｂモードの送信１
回行い、送信パルスの繰り返し周波数frの1/2に近い周
波数成分を有するドプラ偏移データの場合における従来
法による補間の様子を示したものである。

第10図に示すように補間された結果は期待する値と全
く異なり、周波数は低周波にシフトし正しく周波数分析
することができないという問題があった。

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、ドプラモードの送信パルスの繰り返し周波数の1/2
に迫るドプラ偏移データに対しても正確に補間が行える
ように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、ドプラ偏移信号
を得るための超音波ドプラ送受信を少なくとも２回行っ
た後に、ある期間ドプラ送受信を休止させる制御手段
と、前記ドプラ偏移信号を検出するドプラ信号検出手段
と、前記ドプラ送受信の休止期間中の複素ドプラ信号の
位相角を前記休止期間の前後のドプラ信号を用いて補間
計算する位相角補間手段と、同じくドプラ送受信の休止
期間中の複素ドプラ信号の絶対値を前記休止期間の前後
のドプラ信号を用いて補間計算する絶対値補間手段とを
備えた超音波ドプラ血流計を提供するものである。

作用本発明は上記した構成により、２回以上連続してドプ
ラパルスの送受信を行い、１ドプラサンプル周期以上の
間ドプラパルスの送受信を休止し、ドプラパルス休止期
間のドプラデータを、休止期間前後の実ドプラデータの
位相角と絶対値から正確に補間計算し、等時間間隔でド
プラ信号をサンプルしたもとのほぼ同等なドプラデータ
列を生成することにより上記目的を達成するものであ
る。

実施例以下、本発明の実施例を示す。

第１図は実施例のブロック図である。第１図におい
て、実線は信号の流れを示し、点線は制御の流れを示
す。プローブ101は送信走査回路102からの送信パルスを
受けて被検体に超音波パルスを送信するとともに、前記
被検体からの散乱超音波を電気信号に変換し、受信走査
回路103に送る。送信走査回路102、受信走査回路103
は、制御部104からの指示に従い、Ｂモード走査とドプ
ラ走査を時分割で行う。スイッチ105は制御部104の指示
により受信走査回路103からの超音波エコー信号を断層
像走査時には検波部106へ、ドプラ走査時にはミキサ10
7,108に送出する。ミキサ107はスイッチ105からの超音
波エコー信号と発信器109からの信号をミキシングし、
ミキサ108はスイッチ105からの超音波エコー信号と発信
器109からの信号を90°位相シフタ110で位相シフトした
信号とをミキシングするドプラ信号検出手段である。サ
ンプルホールド回路111,112はドプラ検査部位に応じた
ゲート信号を制御部104から受け、ミキサ107,108からの
ドプラ信号をサンプルする。補間部113はサンプルホー
ルド回路111,112からのドプラ信号から、制御部104から
指示されたドプラ送受信休止期間でのドプラデータを補
間計算し、ドプラ送受信期間でのドプラ信号に挿入する
ことにより等時間間隔のドプラ信号データ列を生成し、
周波数分析部114に送出する。周波数分析部114はフーリ
エ分析などを行いその結果をドプラ像信号として表示部
115に送る。表示部115は、検波部106からの断層像信号
と周波数分析部114からのドプラ像信号を制御部104から
の制御信号のもとで同時に表示する。

各部の動作を、動作タイミングとともに詳細に説明す
る。

第２図は、ドプラ走査を２回、Ｂモード走査を２回交
互に繰り返す請求の範囲第２項の実施例の動作タイミン
グである。（ア）は、送信走査回路102中の送信パル
ス、（イ）はスイッチ105の状態でＤはミキサ107・108
へ、Ｂは検波部106へ、入力を接続することをあらわ
す。（ウ）は検波部106の出力、（エ）はサンプルホー
ルド回路111,112を制御する制御部104からのドプラゲー
ト信号、（オ）はサンプルホールド回路111・112の出力
を実部・虚部としたベクトル図、（カ）は補間部113の
出力をベクトル図で示したものである。

送信走査回路102は、送信パルス（ア）に示すタイミ
ングでプローブ101にドプラパルスＤまたはＢモードパ
ルスＢを送出する。スイッチ105は、（イ）に示す通り
受信走査回路103の出力を期間P₁・P₃（ドプラ走査期
間）はミキサ107・108へ送出し、期間P₂（Ｂモード走査
期間）では検波部106へ送出する。Ｂモード走査期間P₂
においては（ウ）に示す通りＢモード断層像を構成する
２本の走査線の情報を採取し、検波部106において包絡
線検波を行う。ドプラ走査期間P₁・P₃においては、ミキ
サ107・108からの直交検波出力を、ドプラゲート信号
（エ）に従いサンプルホールド回路111・112が、（オ）
に示すようにドプラサンプリング時間t₁，t₂，t₅，t₆に
おいてサンプリングを行う。補間部113は（カ）に示す
通り、Ｂモード走査期間P₂がドプラ走査期間であった場
合のドプラサンプリング時刻t₃，t₄でのドプラ信号
₃，₄をt₁，t₂，t₅，t₆でのドプラデータをもとに補
間する。

第３図に補間部113の第一の構成例を示す。A/D31はサ
ンプルホールドからのアナログ信号をディジタル信号に
変換する。ｒ−θ変換部32は、A/D31からの直交データ
を、極座標成分に変換する。極座標成分に変換されたド
プラデータは、絶対値補間演算部33、位相角補間演算部
34に送られ、Ｂモード走査期間中でのドプラデータ補間
が行われる。その結果は合成部35に送られ、直接測定さ
れたドプラ信号と、補間データが正しい時間順序で出力
される。

補間計算の一例を説明する。第２図に示すタイミング
のように、ドプラサンプルを２周期、Ｂモード走査期間
が２周期であるとする。

サンプルホールド回路111・112から送出された時刻t_i
（ｉ＝1,2,5,6）におけるドプラデータ（複素ベクト
ル）を、z_i＝a_i＋jb_iとする。z_iがA/D変換器31により量
子化されｒ−θ変換部32によりz_i＝r_iejθ_iなる極座標
成分（絶対値r_i，位相角θ_i，−π＜θ_i≦π）に変換さ
れたとき、時刻t₃，t₄での欠落したドプラデータ₃＝r
₃ejθ₃、₄＝r₄ejθ₄の補間計算は以下のように行う。

絶対値補間演算部33での補間計算：絶対値は、時刻t₂から時刻t₅までの間を線形補間し
て、 r₃＝（２r₂＋r₅）/3 （１） r₄＝（r₂＋２r₅）/3 （２）とする。

位相角補間演算部34の計算：位相角においても時刻t₂から時刻t₅までの間を線形補
間を考える。しかし、時刻t₂と時刻t₅の間はサンプリン
グの周期の３倍の時間差があるため位相角がπ以上変化
する場合があり、時刻t₂から時刻t₅間の真の位相角の差
θｄは、 θｄ＝（θ₅−θ₂）＋２πｎ（３）ただしｎは整数とかける。一方時刻t₁，t₂間の位相差と時刻t₅，t₆間の
位相差の平均ωは ω＝｛（θ₂−θ₁）＋（θ₆−θ₅）｝/2 （４）とみることができるから、時刻t₂，t₃間・時刻t₃，t₄間
・時刻t₄，t₅間の位相差ωであると考えると、 θｄ＝ω・３（５）となるはずであるから（３）式と（５）式より３ω＝（θ₅−θ₂）＋２πｎ（６）ｎ＝｛３ω−（−θ₂）｝/2π （７）となり、ｎが整数であることからｎ＝ROUND｛［３ω−（θ₅−θ₂）］/2π｝（８）ただしROUND（ｘ）はｘを四捨五入した値をあらわすと
することで、（３）式へ（８）式を算出したｎを代入す
ればθｄが求められる。このθｄより θ₃＝θ₂＋θd/3 （９） θ₄＝θ₂＋２θd/3 （10）と算出する。なお、補間計算方法はここで挙げた例の他
に、例えば絶対値の計算は最後に測定されたドプラデー
タの絶対値をそのまま補間値として使うなど多様な方法
がある。

また、補間部113の第二の構成例を第４図に示す。こ
れは絶対値補間演算部33、位相角補間演算部34と合成部
35との間に直行変換部41を挿入しており、周波数分析部
114にドプラデータの直行座標成分を送出するほかは第
３図の補間部113の第一の構成例と同じである。

また、補間部113の第三の構成例を第５図に示す。こ
れは第３図の補間部113の第一の構成例に、ローパスフ
ィルタ51を加えたもので、これによりクラッタ成分を除
去することができる。

また、補間部113の第四の構成例を第６図に示す。こ
れは第５図の補間部113の第三の構成例のクラッタ成分
のためのローパスフィルタを、ディジタルフィルタ（ロ
ーパスフィルタ61）としたものである。

このように第一の実施例の超音波血流計によれば、B/
DモードにおいてＢモード走査期間での欠落したドプラ
データを正しく補間するので、ドプラモード単独での最
高血流速検出能力に等しい血流速検出能力を持ち、しか
もドプラ走査時間とＢモード走査時間を1:1とすること
でＢモード断層像のフレームレートの低下も小さくで
き、リアルタイムなＢモード像を提供できる。

次に、本発明の第二の実施例における動作タイミング
を第６図を用いて説明する。第二の実施例における装置
構成は第一の実施例で述べた構成と同じもので実現でき
る。

送信走査回路102は、送信パルス（キ）に示すタイミ
ングで、ドプラパルスＤを２回、２ドプラパルス繰り返
し周期の間にＢモードパルスＢを１回送出する。スイッ
チ105は、（ク）に示す通り受信回路103の出力を期間P₁
・P₃（ドプラ走査期間）ではミキサ107・108を送出し、
期間P₂（Ｂモード走査期間）では検波部106へ送出す
る。Ｂモード走査期間P₂においては（ケ）に示すＢモー
ド断層像を構成する１本の走査線の情報を採取し、検波
部106において包絡線検波を行う。この場合の走査線情
報は、第一の実施例のものと比べ、２倍の深度の情報を
持っている。ドプラ走査期間P₁・P₃においては、ミキサ
107・108からの直交検波出力を、ドプラゲート信号
（コ）に従いサンプルホールド回路111・112が、（サ）
に示すようにドプラサンプリング時刻t₁，t₂，t₃，t₅，
t₆においてサンプリングを行う。補間部113は（シ）に
示す通り、Ｂモード走査期間P₂がドプラ走査期間あった
場合のドプラサンプリング時刻t₃，t₄でのドプラ信号
₃，₄を、t₁，t₂，t₅，t₆でのドプラデータをもとに補
間する。

このように第二の実施例の超音波血流計によれば、B/
Dモードにおいてドプラモード単独での最高血流速検出
能力に等しい血流速検出能力を持ち、しかもＢモード断
層像の被検深度を２倍にできる。また、Ｂモードパルス
送信から次のドプラパルス送信までの時間が長くなるの
で、ドプラ信号に影響するＢモードパルスの残留エコー
小さくなるので、S/N比のよいドプラ信号となる。

また、第８図の本発明の第三の実施例における動作タ
イミングが示すように、補間部113がドプラ走査休止期
間P₂直後のドプラデータz₄を補間に用いず、z₄も補間に
より生成したデータに置き換える構成により、装置の過
度応答の影響を減らすこともできる。

発明の効果以上の実施例から明らかなように、本発明によればB/
Dモードにおいて、Ｂモード走査期間での欠落したドプ
ラデータをド位相角と絶対値により正しく補間するの
で、ドプラモード単独での最高血流速検出能力に等しい
血流速検出能力を持つ超音波ドプラ血流計を提供でき
る。

また、ドプラ走査の休止期間が２ドプラサンプル周期
以上の長期間であっても、その間の欠落したドプラデー
タを正しく補間することができるため、長期のドプラ走
査の休止期間有効に利用することで制約の少ないB/Dモ
ードを提供する超音波ドプラ血流計とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明の第一の実施例における第１図の各ブロックの動作
を示すタイミング図、第３図は補間手段の第一の構成例
を示すブロック図、第４図は補間手段の第二の構成例を
示すブロック図、第５図は補間手段の第三の構成例を示
すブロック図、第６図は補間手段の第四の構成例を示す
ブロック図、第７図は本発明の第二の実施例における第
１図の各ブロックの動作を示すタイミング図、第８図は
本発明の第三の実施例における第１図の各ブロックの動
作を示すタイミング図、第９図は従来の装置の構成を示
した図、第10図は従来の例の補間方法を説明した図であ
る。 101……プローブ、102……送信走査回路、103……受信
走査回路、104……制御部、105……スイッチ、106……
検波部、107,108……ミキサ、109……発信器、110……9
0°位相シフタ、111,112……サンプルホールド回路、11
3……補間部、114……周波数分析部、115……表示部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者反中由直神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (56)参考文献特開昭61−25534（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内に超音波パルスを送受信して前記
被検体内の断層情報を得るとともに、前記送受信による
超音波送受信からの散乱超音波に基づき前記被検体内の
散乱体の移動速度情報を得る超音波ドプラ血流計本体
と、ドプラ偏移信号を得るための超音波ドプラ送受信を
少なくとも２回行った後にある期間ドプラ送受信を休止
させる制御手段と、前記ドプラ偏移信号を検出するドプ
ラ信号検出手段と、前記ドプラ送受信の休止期間中の複
素ドプラ信号の位相角を前記休止期間の前後のドプラ信
号を用いて補間計算する位相角補間手段と、同じくドプ
ラ送受信の休止期間中の複素ドプラ信号の絶対値を前記
休止期間の前後のドプラ信号を用いて補間計算する絶対
値補間手段とを備えた超音波ドプラ血流計。
【請求項２】前記制御手段のドプラ送受信休止期間が２
ドプラサンプル周期以上であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の超音波ドプラ血流計。