JPH0847496A - 血流速度測定装置及び方法 - Google Patents

血流速度測定装置及び方法

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JPH0847496A
JPH0847496A JP7188515A JP18851595A JPH0847496A JP H0847496 A JPH0847496 A JP H0847496A JP 7188515 A JP7188515 A JP 7188515A JP 18851595 A JP18851595 A JP 18851595A JP H0847496 A JPH0847496 A JP H0847496A
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    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体組織を同時かつリアルタイムで超音波イ
メージングし、血流速度を測定する装置及び方法の提供
する。 【構成】 ドップラー効果を利用して生体組織を同時か
つリアルタイムにイメージングして表示すると共に、血
流速度を測定する装置及び方法であって、これにより血
流速度測定時のドップラーパワースペクトルが改善され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体組織を同時かつリ
アルタイムで超音波イメージング(ultrasound imaging)
すると共に、ドップラー効果(Doppler principle) を利
用して血流速度を測定する血流速度測定装置及び方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】生体組織を超音波イメージングすると共
に、ドップラー効果に基づいて血流速度を測定する装置
は既に市販されている。この装置は超音波トランスデュ
ーサ(ultrasound transducer) を1:1の比率で、スキ
ャンモード動作とドップラーモード動作(scan and Dopp
ler mode of operation)に時分割して動作させている。
即ち、超音波トランスデューサを交互に各モードで動作
させている。1:1の比率で前記トランスデューサを動
作させることによって、生体組織をリアルタイムで表示
させることはできるが、測定し得る血流の上限速度を比
較的低い値に限定してしまう。この上限値より大きい速
度を測定しようとする試みがなされてはいるものの、フ
ーリエ解析におけるエイリアシング(aliazing)として知
られている効果が生じてしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】装置を1:N (N>
1)の比率で動作させることによって、確かに高速血流
の速度を測定するかとは可能になるが、それには二つの
不利な点が付随する。その第一は、生体組織の画像がリ
アルタイムに対して極めてゆっくりとした割合で更新さ
れると言う点であり、その第二は血流速度のドップラー
パワースペクトル(Doppler power spectrum)が損なわれ
ると言う点である。このスペクトルが損なわれた部分
は、これから図1〜図3に示すドップラーパワースペク
トルを参照して述べる装置のスキャンモード動作時にミ
スシング(missing) するドップラー信号(Doppler signa
ls) の推定分に相当する。
【0004】図1に示すドップラーパワースペクトル
は、ドップラーモードだけで周波数8kHzで超音波ト
ランスデューサを駆動した時に生ずる約1kHzにおけ
るシングルハーモニックス(single harmonic) を示して
る。これに対して図2に示すドップラーパワースペクト
ルは、スキャンモードとドップラーモードとを動作比率
1:4、周波数8kHzで超音波トランスデューサを駆
動した時に生ずる1kHzの優勢なハーモニックスに加
えて約周波数−3kHz、−1kHz、及び3kHzの
スプリアスハーモニックス(spurious harmonics)を示し
ている。スプリアスハーモニックスはMSE値(MSE val
ue) 4089に寄与するものとして計測することができ
る。
【0005】この劣化を部分的に補償するために、ミス
シングドップラー信号(missing Doppler signals) は、
典型的には計測されたドップラー信号の関数として推定
算出することができる。典型的な推定算出技術として
は、直接隣り合う二つの計測信号の間を単純線形補間(s
imple linear interpolation) する方法から、従来から
知られているもっと複雑な推定算出技術(estimation te
chniques) による方法まで幅広くある。図3のドップラ
ーパワースペクトルからも解るとおり、ミスシングドッ
プラー信号の線形補間でさえ、MSE値を4098から
318.3へとかなり下げる役割をしている。しかし、
ドップラーパワースペクトルのスプリアスハーモニック
スはエネルギーが減少しているとは言え、依然として残
存している。
【0006】それ故、生体組織を同時かつリアルタイム
にイメージングし、血流速度測定のドップラーパワース
ペクトル本来の姿を改善するドップラー効果を利用した
血流速度測定装置及び方法が大いに望まれる所である。
【0007】また、それら装置及び方法が広範囲のパル
ス繰返し周波数(pulse repetitionfrequencies:PRF)に
わたって等しくて適用が可能であると共に、計算も簡素
で、かつ堅牢に構成されていることが望ましい。
【0008】本発明の目的は、生体組織を同時かつリア
ルタイムで超音波イメージングし、血流速度測定のドッ
プラーパワースペクトル本来の姿を改善するドップラー
効果を利用した血流速度測定装置及び方法を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講ずる技術手段は、その一態様において、
(a)超音波トランスデューサと、(b)生体組織をイ
メージングするためのスキャンモード、及びこのスキャ
ンモードによる超音波トランスデューサ動作時にドップ
ラー信号がミスシングする血流速度測定のためのドップ
ラーモード動作で、超音波トランスデューサを駆動する
信号発生器と、(c)信号発生器の作動をランダム化す
るランダム化手段と、(d)生体組織の画像を表示する
表示手段と、(e)血流速度計測のドップラーパワース
ペクトルを表示する表示手段と、からなる生体組織を同
時かつリアルタイムに超音波イメージングし、かつ血流
速度を測定する装置を提供する。
【0010】前記ランダム化手段は、等分配関数または
ガウス関数に従って、スキャンモード動作とドップラモ
ード動作間を約1:2から約1:8に比率で信号発生器
の作動をランダム化する。関数の平均値は4、標準偏差
は約1から約3の値を持っていることが好ましい。ま
た、装置は少なくとの一次補間法を用いたミスシングド
ップラー信号推定算出用の信号プロセッサを含んでいる
ことが好ましい。
【0011】また、本発明による他の一態様において
は、(a)超音波トランスデューサを用意するステップ
と、(b)生体組織をイメージングするためのスキャン
モード、及びこのスキャンモードによる超音波トランス
デューサ動作時にミスシングする血流速度測定のための
ドップラーモードで、超音波トランスデューサを駆動す
るステップと、(c)超音波トランスデューサの駆動を
ランダム化するステップと、(d)生体組織の画像を表
示するステップと、(e)血流速度計測のドップラーパ
ワースペクトルを表示するステップと、からなる生体組
織を同時かつリアルタイムに超音波イメージングし、か
つ血流速度を測定する方法を提供する。
【0012】以下添付図面を参照して、図示の例を参照
して本発明を説明する。
【0013】
【実施例】本発明は生体組織を同時かつリアルタイムで
超音波イメージングすると共に、ドップラー効果を利用
して血流速度を測定する装置及び方法に関する。
【0014】本発明による装置及び方法は、超音波トラ
ンスデューサがスキャンモードとドップーラモードの間
で従来の時分割方法によって駆動された時に、ドップラ
ーパワースペクトルからスプリアスハーモニックスを除
去するように設計される。
【0015】本発明の装置及び方法の原理及び動作は、
例示的に本発明の装置及び方法の種々の態様を示する添
付の図を参照することによって更に良く理解されるであ
ろう。
【0016】添付図の中、図4は同時かつリアルタイム
で生体組織をイメージングし、かつドップラー効果を利
用して血流速度を測定するために、本発明の教示すると
ころに従って構成され、かつ動作する装置を参照番号1
0によってその全体を示している。
【0017】この装置10は、生体組織をイメージング
するスキャンモード動作と、血流速度測定をするドップ
ラーモード動作とを時分割方式で分割し、超音波エネル
ギーの授受を行う超音波トランスデューサ14を駆動す
るための信号発生器(signalgenerator)12を含んでい
る。
【0018】上述の従来技術の項でも述べた通り、これ
までの超音波トランスデューサ14が固定した比率でス
キャンモードとドップラーモードで動作しているのとは
極めて対照的に、本発明による装置が信号発生器12の
動作をランダム化するランダム化手段(randomizer)16
を備えていることは本発明の特筆すべき特徴である。超
音波トランスデューサ14の時分割をランダム化するこ
とによる利点、即ちトランスデューサがスキャンモード
で動作している際に、一時的にランダム化されたミスシ
ングドップラー信号を形成することの利点を図5を参照
して以下に説明する。
【0019】ランダム化手段16は、例えば等分布関数
(equal distribution function) 、ガウス関数(Gaussia
n function) 等に限られるものではないが、これらを含
む広い範囲の離散関数(discrete functions)を用いるこ
とができる。約2から約8の平均値の離散関数を使用す
ることは可能だが、できれば離散関数は平均値4、標準
偏差が1、2、または3の値を取るものであることが好
ましい。ランダム化手段16は広範囲のパルス繰返し周
波数にわたって同様に動作可能であることは容易に認め
ることができる。
【0020】信号プロセッサ(signal processor)18
は、トランスデューサ14が受信した信号を処理してス
キャン操作した生体組織の画像(image) 20を生成し、
典型的には512×512の表示手段(display) 22に
表示すると共に、血流速度のドップラーパワースペクト
ル24を表示装置(display) 26に表示する。ドップラ
ーパワースペクトル24のX軸からの点(points)28の
変位はその点における周波数を代表している。
【0021】本発明に関連する従来技術の項で述べたと
おり、信号プロセッサ18は種々の推定算出技術のいず
れか一つを用いて、ミスシングドップラー信号に最も近
い測定されたドップラー信号の関数としてミスシングド
ップラー信号を推定算出することが望ましい。こうした
技術は、直接隣り合う二つの計測されたドップラー信号
の間を単純線形補間する方法から、もっと複雑な推定算
出技術による方法に至る広範囲にわたており、例えばA
ngelsenによる“流体の超音波ドップラー測定に
よって得られるガウス信号セグメントから連続的推算信
号を合成する方法及び装置(Method and Apparatus for
Synthesizinga Continuous Estimate Signal from A Ga
ussian Signal Provided by Ultrasonic Doppler Measu
rement on a Fluid Flow) ”と題する米国特許出願第6
06,277号に開示のミスシング信号推定算出手段(M
issing Signal Estimator)がある。
【0022】尚、これまで限られた数の実施例をもとに
本発明を説明してきたが、本発明を種々変形し、修飾
し、またその他の応用を行うことは可能であることを理
解すべきである。
【0023】
【発明の効果】信号発生器12の作動をランダム化する
ことによって得られるドップラーパワースペクトルの改
善された本来像は、ドップラーパワースペクトル24を
図1及び図3に示されたドップラーパワースペクトルと
対比することによっても、はっきりと認識することがで
きる。この比較によって、ドップラーパワースペクトル
24は、それが唯一のハーモニック周波数を持っている
ことからも明らかな通り、図3のスペクトルよりは図1
のスペクトルにより近い形を持っていることが解る。特
に、上述と同じ8kHzのドップラー周波数を用いる
時、装置10は約1kHzのハーモニック周波数と、大
いに低減されたMSE値92.78を有するドップラー
パワースペクトル24を発生する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ドップラーモード動作において8kHzで駆動
したトランスデューサによって得られた血流速度測定の
ドップラーパワースペクトルを示す図。
【図2】スキャンモード動作とドップラーモード動作と
の間を従来の1:4時分割方式(time-shared fashion)
でトランスデューサを8kHz駆動した時の血流速度測
定のドップラーパワースペクトルを示す図。
【図3】ミスシングドップラー信号の推定算出(estimat
ing)のために線形推定算出法(linear estimation) を用
いて改善された図2に図示のドップラーパワースペクト
ルを示す図。
【図4】本発明によるドップラー効果を利用して生体組
織を同時かつリアルタイムでイメージングし、血流速度
を測定する装置を示すブロック図。
【図5】図4の装置を用いて改善された図3に図示のド
ップラーパワースペクトルを示す図。
【符号の説明】
10 装置 12 信号発
生器 14 超音波トランスデューサ 16 ランダ
ム化手段 18 信号プロセッサ 20 超音波
画像 22、26 表示手段 24 ドップ
ラーパワースペクトル

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体組織を同時かつリアルタイムで超音波
    イメージングし、血流速度を測定する血流速度測定装置
    であって、(a)超音波トランスデューサと、(b)生
    体組織をイメージングするためのスキャンモード、及び
    このスキャンモードによる超音波トランスデューサ動作
    時にドップラー信号がミスシングする血流速度測定のた
    めのドップラーモード動作で、超音波トランスデューサ
    を駆動する信号発生器と、(c)信号発生器の作動をラ
    ンダム化するランダム化手段と、(d)生体組織の画像
    を表示する表示手段と、(e)血流速度計測のドップラ
    ーパワースペクトルを表示する表示手段と、からなるこ
    とを特徴とする血流速度測定装置。
  2. 【請求項2】 前記ランダム化手段が、上記スキャンモ
    ード動作とドップラーモード動作とを約1:2から約
    1:8の比率で信号発生器の作動をランダム化する請求
    項1記載の血流速度測定装置。
  3. 【請求項3】 前記ランダム化手段が、等分配関数に従
    って信号発生器の作動をランダム化する請求項1記載の
    血流速度測定装置。
  4. 【請求項4】 前記等分配関数が、平均値4を有する請
    求項3記載の血流速度測定装置。
  5. 【請求項5】 前記等分配関数が、約1から約3の標準
    偏差を有する請求項4記載の血流速度測定装置。
  6. 【請求項6】 前記ランダム化手段が、ガウス関数に従
    って信号発生器の作動をランダム化する請求項1記載の
    血流速度測定装置
  7. 【請求項7】 前記ガウス関数が、平均値4を有する請
    求項6記載の血流速度測定装置。
  8. 【請求項8】 前記ガウス関数が、約1から約3の標準
    偏差を有する請求項7記載の血流速度測定装置。
  9. 【請求項9】 ミスシングドップラー信号を推定算出す
    る信号プロセッサを更に備えている請求項1記載の血流
    速度測定装置。
  10. 【請求項10】 前記ミスシングドップラー信号を推定
    算出する信号プロセッサが、少なくとも一次補間を用い
    る請求項9記載の血流速度測定装置。
  11. 【請求項11】 生体組織を同時かつリアルタイムで超
    音波イメージングし、血流速度を測定する血流速度測定
    方法であって、(a)超音波トランスデューサを用意す
    るステップと、(b)生体組織をイメージングするため
    のスキャンモード、及びこのスキャンモードによる超音
    波トランスデューサ動作時にミスシングする血流速度測
    定のためのドップラーモードで、超音波トランスデュー
    サを駆動するステップと、(c)超音波トランスデュー
    サの駆動をランダム化するステップと、(d)生体組織
    の画像を表示するステップと、(e)血流速度計測のド
    ップラーパワースペクトルを表示するステップと、から
    なることを特徴とする血流速度測定方法。
  12. 【請求項12】 前記ランダム化するステップが、スキ
    ャンモード動作とドップラーモード動作を約1:1から
    約1:8の比率でトランスデューサの駆動をランダム化
    する請求項11記載の血流速度測定方法。
  13. 【請求項13】 前記ランダム化するステップが、等分
    配関数に従ってトランスデューサの駆動をランダム化す
    る請求項12記載の血流速度測定方法。
  14. 【請求項14】 前記等分配関数が、平均値4を有する
    請求項13記載の血流速度測定方法。
  15. 【請求項15】 前記等分配関数が、約1から約3の標
    準偏差を有する請求項14記載の血流速度測定方法。
  16. 【請求項16】 前記ランダム化するステップが、ガウ
    ス関数に従ってトランスデューサの駆動をランダム化す
    る請求項11記載の血流速度測定方法。
  17. 【請求項17】 前記ガウス関数が、平均値4を有する
    請求項16記載の血流速度測定方法。
  18. 【請求項18】 前記ガウス関数が、約1から約3の標
    準偏差を有する請求項17記載の血流速度測定方法。
  19. 【請求項19】 ミスシングドップラー信号を推定算出
    するステップを更に備えている請求項11記載の血流速
    度測定方法。
  20. 【請求項20】 前記ミスシングドップラー信号を推定
    算出するステップが、少なくとも一次補間を用いる請求
    項19に記載の血流速度測定方法。
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US08/267247 1994-06-29

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