JPH08308843A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作者の負担を軽減し、診断時間を著しく短
縮する。 【構成】 本発明の超音波ドプラ診断装置は、被検体内
の運動流体を含む診断部位との間で超音波ビームを送受
信する送受信手段と、この送受信手段により得られた受
信信号から所望のレンジゲートの位置の流体に起因した
ドプラ信号を抽出する抽出手段と、この抽出手段により
抽出されたドプラ信号に基づいて瞬時毎のスペクトラム
から成るドプラスペクトラムを演算するスペクトラム演
算手段と、ドプラスペクトラムの折り返りを検出して自
動的にＰＲＦ及び０Ｈｚ位置という２つのパラメータを
変化させ、折り返りを持たないドプラスペクトラムにす
るためのＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段と、折り返りを持
たないドプラスペクトラムを表示するスペクトラム表示
手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波のドプラ効果を
利用して、血液等、体内の運動体の運動状態を診断する
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波パルスドプラ法と超音波パ
ルス反射法とを併用し、一つの超音波プローブで断層像
（白黒Ｂモード像）と血流情報とを得るとともに、少な
くともその血流情報をリアルタイムで表示するようにし
た超音波ドプラ診断装置が知られている。

【０００３】この超音波ドプラ診断装置の一例を図１２
に基づき説明する。この診断装置は血流情報として血流
速度を計測するものである。図１２に示す診断装置は、
超音波振動子２０１に接続された送信用のパルサ２０２
及び受信用の前置増幅器２０３を有する。前置増幅器２
０３の出力側には、ミキサ２０４、ローパルスフィルタ
２０５、サンプルホールド回路２０６、バンドパスフィ
ルタ２０７、及び周波数分析器２０８を介して表示器２
０９に接続されている。

【０００４】この超音波ドプラ診断装置は、また送信制
御及び受信制御のためのパルス発生回路２１０と、レン
ジゲート制御用のレンジゲート回路２１１とを備えてい
る。パルス発生回路２１０は分周回路、ゲート回路など
を備えており、所定周波数のクロックパルスａ（図１３
参照）を発生させ、そのクロックパルスａをレンジゲー
ト回路２１１及びミキサ２０４に供給するとともに、そ
のクロックパルスａに基づいて超音波繰返し周波数に相
当するレートパルスｂ（図１３参照）を生成し、そのレ
ートパルスｂをパルサ２０２及びレンジゲート回路２１
１に供給する。

【０００５】上記パルサ２０２は、供給されたレートパ
ルスｂに基づいて高電圧の駆動電圧パルスを生成し、そ
の駆動電圧パルスにより超音波振動子２０１を励振す
る。この励振に伴って、超音波振動子２０１は超音波パ
ルス信号を生体Ｐ内に送波する。送波された超音波パル
ス信号の一部は、生体Ｐ内の血管壁ＢＷ及び血管内の血
流Ｂ（主に赤血球）で反射して超音波エコー信号とな
る。この超音波エコー信号は再び同一の超音波振動子２
０１により受信され、電圧エコー信号ｄ（図１３参照）
に変換される。

【０００６】この電圧エコー信号ｄは、超音波のドプラ
効果を反映した受信信号となる。つまり、生体Ｐ内を流
れている血流に対して超音波パルスを送波すると、流動
する血球によって散乱され、ドプラ偏移を受ける。この
ため、超音波ビームの中心周波数ｆｃがｆｄだけ変化
し、受信周波数ｆはｆ＝ｆｃ＋ｆｄとなる。このドプラ
偏移周波数ｆｄは、血流速度ｖ、超音波ビームと血管の
成す角度θ、音速ｃとして、およそ以下のように表され
る。

【０００７】 ｆｄ＝｛（２・ｖ・cos θ・ｆｃ）／ｃ｝・ｆｃ このため、受信電圧信号ｆｄからドプラ偏移周波数ｆｄ
を検出することにより血流速度ｖを知ることができるか
ら、この検知に向けて上述した受信経路が動作する。

【０００８】すなわち、前置増幅器２０３は電圧エコー
信号ｄを増幅し、その増幅信号をミキサ２０４に出力す
る。ミキサ２０４は、増幅されたエコー信号ｄとクロッ
クパルスａとを混合し、その混合信号を次段のローパス
フィルタ２０５に出力する。ローパスフィルタ２０５
は、入力する混合信号の内、超音波搬送周波数などの高
周波成分を除去し、ドプラ偏移周波数ｆｄを中心とする
低周波分のみをサンプルホールド回路２０６に出力す
る。

【０００９】このサンプルホールド回路２０６は、血流
Ｂの速度の観測位置、すなわちサンプリング・ラスタ上
の血流Ｂに対するレンジゲート（サンプリングポイン
ト、サンプリングボリュームともいう）の位置のみのド
プラ偏移信号を抽出するための回路である。この信号抽
出を行うために、サンプルホールド回路２０６にはレン
ジゲート回路２１１からサンプリングパルスｃが供給さ
れる。レンジゲート回路２１１は遅延時間を任意に設定
できる回路で、超音波パルスを振動子２０１とレンジゲ
ート位置Ｏとの間を往復伝搬するに等しい時間だけレー
トパルスｂよりも遅延させ、且つ、設定されたパルス幅
のサンプリングパルスｃ（図１３参照）を形成し、この
パルスｃをサンプルホールド回路２０６に供給する。な
お、レンジゲート位置Ｏは、オペレータにより、Ｂモー
ド断層上の血流速度を得たい血管の位置に、トラックボ
ールやジョイスティックで任意に設定される。

【００１０】サンプルホールド回路２０６は、体表面か
らレンジゲート位置Ｏに対応したサンプリングパルスｃ
でローパルスフィルタ２０５の出力信号をサンプル・ホ
ールドし、そのホールド結果をバンドパスフィルタ２０
７に出力する。バンドパスフィルタ２０７では、サンプ
ルホールド回路２０６のサンプリングで生じた高調波成
分や血管などの固定反射信号及び比較的遅い生体内の動
きに拠るドプラ偏移周波数が除去され、血流Ｂのドプラ
偏移周波数のみが抽出される。この抽出信号が次段の周
波数分析器２０８に送られ、高速フーリエ変換などの周
波数分析によってドプラ偏移周波数の周波数スペクトル
パターン（ドプラスペクトラム）が演算される。この周
波数スペクトルパターンは、時間（横軸）の経過に伴う
ドプラ偏移周波数（血流速度に対応：縦軸、各周波数成
分の強度は輝度で表される）の変化を示すもので、表示
器２０９にて例えば図１４に示す如くリアルタイムに表
示される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波ドプラ診断装置では、検出された周波数がくり
返し周波数（±１／２ｆｒ）を越えた場合、図１５のよ
うに折り返されたような波形になる。これを図１５に示
す如く、折り返されていないものにするには、血流速度
に応じてパルス繰り返し周波数（レート周波数）や０レ
ベルシフトを操作者が適切に設定しなければならず、操
作時間がかかり、操作者の大きな負担になっていた。ま
た、同時に診断に非常に多くの時間がかかっていた。

【００１２】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、検出可能周波数範囲に対する信
号存在領域を検出することで、レート周波数、０レベル
シフトを自動的に設定することで、操作者の負担を軽減
し、診断時間を著しく短縮できる超音波ドプラ診断装置
を提供することをその目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波ドプラ診
断装置は、被検体内の運動体を含む診断部位との間で超
音波ビームを送受信する送受信手段と、この送受信手段
により得られた受信信号から所望のレンジゲートの位置
の運動体に起因したドプラ信号を抽出する抽出手段と、
この抽出手段により抽出されたドプラ信号に基づいて瞬
時毎のスペクトラムから成るドプラスペクトラムを演算
するスペクトラム演算手段と、ドプラスペクトラムの折
り返りを検出して、ＰＲＦ及び０Ｈｚ位置という２つの
パラメータを変化させ、折り返りを持たないドプラスペ
クトラムにするためのＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段と、
折り返りを持たないドプラスペクトラムを表示するスペ
クトラム表示手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明の超音波ドプラ診断装置によれば、ドプ
ラスペクトラムの折り返りを検出して自動的にＰＲＦ及
び０Ｈｚ位置という２つのパラメータを変化させ、折り
返りを持たないドプラスペクトラムにすることによっ
て、操作者の負担を軽減し、診断時間を著しく短縮でき
る。煩わしい操作はなく、折り返りのないスペクトラム
が観察できる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図１１を
参照して説明する。

【００１６】この実施例に係る超音波ドプラ診断装置は
図１に示すように、電子走査型の超音波プローブ（以
下、単にプローブという）１１と、このプローブ１１に
接続された電子走査部１２とを備えている。

【００１７】電子走査部１２は、基準クロックを発生さ
せる基準発振部２０と、その基準クロックを受けて遅延
駆動信号を生成するディレーライン２１（後述する受信
時の遅延も兼用）と、このディレーライン２１からの遅
延駆動信号を受けてプローブ１１のアレイ型の圧電振動
子群を励振させるパルサ２２とを備えている。また、こ
の電子走査部１２には受信系の回路も内臓されている。
つまり、プローブ１１に接続された前置増幅器２３と、
この前置増幅器２３の出力信号を遅延させるディレーラ
イン２１と、このディレーライン２１の遅延信号を加算
する加算器２４と、この加算器２４の出力信号を対数増
幅及び包絡線検波に付す検波器２５とを備えている。デ
ィレーライン２１と加算器２４とにより受信エコー信号
の整相加算が行われ、これにより電子走査に付される。

【００１８】検波器２５の出力信号はＢモード断層像の
画像信号としてＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバー
タ）３０に供給され、このＤＳＣ３０において超音波走
査から標準ＴＶ走査の信号に変換される。ＤＳＣ３０の
変換信号は、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示器３２（Ｃ
ＲＴ）に送られる。

【００１９】加算器２４の出力は、位相検波用のミキサ
４０を介してローパスフィルタ４２にもあたえられる。
また基準発振器２０の出力は、ミキサ４０の一方のチャ
ンネルに直接与えられ、９０度移相器４１を介してミキ
サ４０の他方のチャンネルに接続されている。このた
め、電子走査部１２における整相加算された受信エコー
信号がミキサ４０に加えられるほか、基準発振器２０か
らの基準信号ｆ₀ 及び９０度の位相差をもった基準信号
ｆ₀ がミキサ４０の２チャンネルに各々加えられる。こ
れにより、ミキサ４０はドプラ偏移信号ｆ_d と「２ｆ₀
＋ｆ_d 」の信号をローパスフィルタ４２に出力する。こ
のローパスフィルタ４２では、ミキサ４０からの混合信
号の内の高周波成分が除去され、ドプラ偏移信号ｆ_d の
みが得られる。このドプラ偏移信号ｆ_d は血流情報に演
算するための位相検波出力であり、次段のドプラスペク
トラム演算部５０に出力される。

【００２０】このドプラスペクトラム演算部５０は、サ
ンプリングパルスを出力するレンジゲート回路６０と、
そのサンプリングパルスを入力するサンプルホールド回
路６１と、このサンプルホールド回路６１の出力をフィ
ルタリングするバンドパスフィルタ６２と、このフィル
タ６２の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器６３と、こ
のＡ／Ｄ変換器６３の変換出力を周波数解析する周波数
分析器６４とを備えている。サンプルホールド回路６
１、バンドパスフィルタ６２、及びＡ／Ｄ変換器６３は
図示していないが共に２チャンネルである。周波数分析
器６４の出力端はスペクトラム平均回路７０を通してＤ
ＳＣ３０に接続されている。

【００２１】サンプルホールド回路６１は、生体内の所
望深さ位置の血流だけのドプラ信号を抽出しようとする
もので、前記ローパルスフィルタ４２の位相検波出力信
号がサンプルホールド回路６１の入力信号となってい
る。

【００２２】レンジゲート回路６０は、後述する操作パ
ネル８２から与えられるレンジゲート位置信号に基づい
て遅延時間を任意に設定可能な回路構成になっており、
プローブ１１と所望のレンジゲート（サンプリングポイ
ント、サンプリングボリュームともいう）の位置との間
を超音波信号が往復するに相当する時間だけレートパル
スよりも遅延させ、且つ、設定幅を有するサンプリング
パルスをサンプルホールド回路６１に供給する。これに
より、サンプルホールド回路６１は、ローパスフィルタ
４２からの位相検波出力信号をサンプリングパルスでサ
ンプルホールドする。このサンプルホールドされた位相
検波信号はその後、バンドパスフィルタ６２を通過し、
このフィルタ６２により、サンプルホールド回路６１で
のサンプリングにより生じた高調波成分、血管壁などか
らの固定反射信号、さらには比較的遅い動きに拠るドプ
ラ偏移周波数に相当した成分が除去され、血流に拠るド
プラ信号のみが抽出される。

【００２３】周波数分析器６４は、高速フーリエ変換回
路を有し、バンドパスフィルタ６２から入力したドプラ
偏移周波数の周波数解析を行い、その解析結果、即ちド
プラスペクトラム（周波数スペクトルパターン）をスペ
クトラム平均回路７０を介してＤＳＣ３０に出力する。
これにより、表示器３２には、Ｂモード断層像と並列に
ドプラスペクトルが分割表示されるようになっている。

【００２４】操作パネル８２はオペレータが任意に操作
可能なトラックボールやキーボードを備えており、この
パネル８２の操作を介して前述したレンジゲート位置信
号及びフリーズ指令信号を出力する。また、操作パネル
８２は、後述するＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定のための機能
をＯＮ／ＯＦＦするスイッチを有する。

【００２５】ＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段８０は、折り
返りを検出して自動的に２つのパラメータ（ＰＲＦ及び
０Ｈｚ位置）を変化させるためのものである。ＰＲＦ／
０Ｈｚ位置決定手段８０は、ある一定時間を検査域と
し、まず、検査域内で血流信号の周波数軸の埋まる範囲
が全周波数軸のＸ割となるようにＰＲＦを決める。そし
て、埋まらない範囲の中心が表示領域の上下端となるよ
うに、０レベルをシフトさせる。こうして、自動的にド
プラスペクトラムを見やすいようにする。

【００２６】コントローラ９０は、操作パネル８２から
の操作に応じて電子走査部１２を調整し、基準信号発生
器２０からのサンプリングパルスなどのクロックパルス
を変化させ、ドプラスペクトラムの範囲の調整など装置
各部の制御を行う。

【００２７】本実施例の全体動作を説明すると次のよう
になる。

【００２８】この超音波ドプラ診断装置が起動すると、
電子走査部１２は、基準信号発生器２０から出力される
レートパルスによって、プローブ１１を励振し、超音波
信号を被検体内に送波させる。この超音波信号は被検体
の各部で反射し、再びプローブ１１で受信される。プロ
ーブ１１からは超音波エコー信号に対応する電気信号に
変換され、電子走査部１２の加算器２４で受信フォーカ
スが掛けられ、出力された指定ラスタアドレスの受信信
号のうち一方は、検波器２５に与えられ、対数増幅処
理、包絡線検波処理され、指定ラスタアドレスの画像信
号に検波・変換される。このＢモード断層像を形成する
画像信号はＤＳＣ３０に供給される。

【００２９】電子走査部１２の加算器２４から出力され
た受信信号のうち一方は、ミキサ４０で位相検波され、
ドプラ偏移信号fdと周波数（２fo＋fd）の成分を有する
信号が得られ、ローパルスフィルタ４２によって高周波
成分が除去されてドプラ偏移信号fdのみが得られる。こ
の血流情報演算のための位相検波出力信号はドプラスペ
クトラム演算部５０に出力され、サンプルホールド回路
６１によって生体内の血流がながれている深さの位置だ
けの信号を抽出し、Ａ／Ｄ変換して高速フーリエ変換す
ることによってリアルタイムに周波数解析される。

【００３０】この演算部５０では、レンジゲート回路６
０の遅延時間が任意に設定できる。これは、プローブ１
１からサンプリングポイント位置（レンジゲート位置）
までの往復する時間を遅延し、設定された長さに対応す
る幅を有するサンプリングパルスをサンプルホールド回
路６１に与えることによってなされ、オペレータが指定
したレンジゲートの位置のドプラ信号が得られるように
なっている。

【００３１】こうして高速フーリエ変換することによっ
て得られたドプラスペクトルは、ＤＳＣ３０に供給さ
れ、Ｂモードの画像データとともにドプラスペクトラム
のデータは、標準ＴＶ走査方式の画像に合成・変換さ
れ、Ｄ／Ａ変換器３１を介して表示器３２に供給され
る。この結果、表示器３２には、診断部位のＢモード断
層像とドプラスペクトラムとが例えば分割表示される。

【００３２】一方、周波数分析器６４からのドプラスペ
クトルは、ＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段８０にも与えら
れる。ＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段８０では、つぎの３
つのステップに従って、自動的にドプラスペクトラムを
見やすいように調整が行われる。

【００３３】第１ステップでは、まず、一周波数軸であ
る閾値以上のパワーの周波数の値が１、閾値以下のパワ
ーの周波数の値が０となるようなｓＭＡＰを作成する。
例えば、図２のようなドプラスペクトラムがあった場
合、時刻ｔ₁ での周波数軸上のドプラスペクトラムは図
３のように示される。そして、閾値Ｔｈよりも大きけれ
ば１、小さければ０として、図４のような時刻ｔ₁ での
ｓＭＡＰができる。図２の時間ｔ軸のすべての時刻につ
いて、このようなｓＭＡＰを作成する。

【００３４】これを一定時間範囲の周波数軸に対して行
い、それらの結果（ｓＭＡＰ）をＯＲして、ＳＭＡＰを
作成する。このＳＭＡＰの値が１の領域が信号存在領域
である。ここで、検出可能周波数範囲に対する信号存在
領域の占める割合を信号存在比率ということにする。例
えば、図２のようなドプラスペクトラムでは周波数ｆの
すべての値が存在することから、すべてのｓＭＡＰのＯ
Ｒ演算を行うと、図５のようなＳＭＡＰになる（もちろ
ん、このように２段階の処理を経ず、一気にＳＭＡＰを
作成しても良い）。この場合、信号存在比率は１であ
る。

【００３５】第２ステップでは、この信号存在比率が設
定された一定の範囲内の値になるようにコントローラ９
０を介してサンプリングパルスを変化させてＰＲＦを変
化させる。求められた信号存在比率がこの範囲を越える
場合にはＰＲＦを変化させる。つまり、求められた信号
存在比率がこの範囲を越える場合には、ＰＲＦを大きく
し、この範囲を下回る場合にはＰＲＦを小さくする。例
えば、この範囲は０．６〜０．８などに設定される。図
２のような場合、ＰＲＦを大きくし、図６のドプラスペ
クトラムのように、信号が存在しない領域ができるよう
にして図７のようなＳＭＡＰにする。

【００３６】第３ステップでは、信号存在比率が設定さ
れた範囲内になったら次に、信号存在領域の中心が周波
数軸の上下端となるように、０Ｈｚ位置の移動を行う。
この０Ｈｚ位置の移動は、コントローラ９０を介してＤ
ＳＣ３０で表示を制御するか、ＦＦＴ６４からの出力フ
ォーマットを制御することによって行われる。例えば、
図８のようにドプラスペクトラムが折り返すように表示
されている場合、図９のようなＳＭＡＰになる。そし
て、信号が存在しない領域の中心が両端にくるように０
Ｈｚ位置の移動を行うことで、図１０のような折り返し
のないドプラスペクトラムが表示される。この折り返し
のない場合、図１１のようなＳＭＡＰになる。また、こ
のＯＨ_z の位置の移動は信号存在領域の中心が周波数軸
の上下端からある範囲以上ずれた場合に動作するように
しても良い。

【００３７】この様に、操作者の煩わしい操作なく、検
出可能周波数範囲に対する信号存在領域を検出する事
で、レート周波数、０レベルシフトを自動的に設定する
ことにより、操作者の負担を軽減し、診断時間を著しく
短縮できる。煩わしい操作はなく、折り返りのないスペ
クトラムが観察できる。

【００３８】なお、本機能のＯＮ／ＯＦＦスイッチを設
けても良い。交互段数を変化させても良い。また、本実
施例ではＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段８０の入力信号を
ＦＦＴ６４の出力としたがＤＳＣ３０の出力を用いても
良い。さらに、第１ステップ前に、ＰＲＦを設定可能な
最大に設定する手段をいれても良い。そして、ＰＲＦが
変化した時に変化したことを示すマーカーを表示させて
も良い。

【００３９】

【発明の効果】本発明の超音波ドプラ診断装置によれ
ば、ドプラスペクトラムの折り返りを検出して自動的に
ＰＲＦ及び０Ｈｚ位置という２つのパラメータを変化さ
せ、折り返りを持たないドプラスペクトラムにすること
によって、操作者の負担を軽減し、診断時間を著しく短
縮できる。煩わしい操作はなく、折り返りのないスペク
トラムが観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る超音波ドプラ診断装置の構成を示
す図。

【図２】ドプラスペクトラムの一例を示す図。

【図３】図２の場合で、時刻ｔ₁ での周波数軸上のドプ
ラスペクトラムの一例を示す図。

【図４】時刻ｔ₁ でのｓＭＡＰを示す図。

【図５】図２の場合のＳＭＡＰを示す図。

【図６】図２のような場合で、ＰＲＦを大きくしたとき
のドプラスペクトラムを示す図。

【図７】信号が存在しない領域がある場合のＳＭＡＰを
示す図。

【図８】ドプラスペクトラムが折り返すように表示され
ている場合を示す図。

【図９】図８の場合のＳＭＡＰを示す図。

【図１０】０Ｈｚ位置を移動させて、折り返しのないド
プラスペクトラムを示す図。

【図１１】折り返しのない場合のＳＭＡＰを示す図。

【図１２】超音波ドプラ診断装置の一例を示す図。

【図１３】図１２の超音波ドプラ診断装置のタイミング
チャートを示す図。

【図１４】周波数スペクトルパターンを示す図。

【図１５】周波数スペクトルパターンを示す図。

【符号の説明】

１１ プローブ、 １２ 電子走査部、 ３０ ＤＳ
Ｃ、３１ Ｄ／Ａ変換器、 ３２ 表示器、 ４０ ミ
キサ、４２ ローパスフィルタ、 ５０ ドプラスペク
トラム演算部 ８０ ＰＲＦ／０Ｈｚ位置決定手段、 ８２ 操作パネ
ル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内の運動体を含む診断部位との間
   で超音波ビームを送受信する送受信手段と、 この送受信手段により得られた受信信号から所望のレン
   ジゲートの位置の運動体に起因したドプラ信号を抽出す
   る抽出手段と、 この抽出手段により抽出されたドプラ信号に基づいて瞬
   時毎のスペクトラムから成るドプラスペクトラムを演算
   するスペクトラム演算手段と、 前記ドプラスペクトラムの折り返りを検出して、ＰＲＦ
   及び０Ｈｚ位置という２つのパラメータを変化させ、折
   り返りを持たないドプラスペクトラムにするためのＰＲ
   Ｆ／０Ｈｚ位置決定手段と、前記折り返りを持たないド
   プラスペクトラムを表示するスペクトラム表示手段とを
   備えたことを特徴とする超音波ドプラ診断装置。