JPS58200731A - 超音波ドブラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体内の血流速度情報を得る際に用いられる超
音波ドプラ装置に関するもので、簡便な装置で名どの深
度の血流速度情報が得られるようにした超音波ドプラ装
置を提供することを目的とするものである。

従来生体内の多くの深さにおける血流速度情報を同時に
得る手段として超音゛波ノくルスドプラ法を用い、測定
する深度の数だけドプラ信号を超音波エコー信号より抽
出する回路が使われていた。超音波パルスドプラ法の原
理は、例えば、古幡博著。

「超音波パルス・ドプラ血流計」、電子医学、２３号、
昭和５１年１２月発行、に説明されているように、よく
知られている。まだ、以下に説明する従来例については
、千山真明他著、「ミニコンを用いた多チャンネルノく
ルスドプラ血流計」、儒学技術ＭＢＥ　７９−６３　＋
昭和６４年発行、にも説明されている。

超音波パルスビームと生体中の９点のドプラ信号を抽出
する、」二記文献に開示されている従来の方法について
以下に説明する。第１図は生体中の血管と超音波パルス
ビームと抽出位置の関係を説明する生体の断層図である
。超音波探触子１より超音波パルスビーム３を放射し、
同超音波探触子１によりエコー信号を受信する。ドプラ
信号を抽出する位置４−１〜４−９は、生体の血管内部
であって、血管壁２の間である。従って、位置４−１〜
４−９におけるドプラ信号を周波数分析すれば、血管中
の血流速の分布状態が得られる。

次に従来の超音波ドプラ装置について説明する。

第２図は従来の超音波ドプラ装置のブロック図である。

基準発振器５は３　ＭＨｚの基準信号を発生する。この
信号によって送信器６は４ＫＨｚの周期で送信パルスを
超音波探触子１に供給し、生体中に超音波パルスを発射
する。さらに、生体から戻る超音波エコー信号を超音波
探触子１で受信する。この受信したエコー信号を増幅器
７で増幅した後、直交検波器８により直交検波信号ｖａ
及びｖｂを得る。直交検波器８は、比較信号として基準
発振器５の３ＭＨｚの基準信号を００及び９ｏ０の位相
シフトした信号を里い、この比較信号併入力エコー信号
の積であるｖａ及びｖｂを出力する。さらに、とのｖａ
及びｖｂを９個のゲート回路９−１〜９−９によって第
１図に示したドプラ信号の抽出位置４−１−１〜１１−
９によって１回の送信に相当する信号を単位として時間
積分し、各抽出位置のドプラ信号（ｖａｌ、ｖ５１）〜
（ｖａ９．Ｖ５９）を得る。コノ信号をさらに、サンプ
ルホールド回路１２−１〜１２−９により一時蓄わえ、
選択スイッチ１３によって順次選択してＡ／Ｄ変換器１
４によってデジタル信号に変換し、周波数分析器１５に
供給する。周波数分析器１５は、各抽出位置に対応する
Ｖ　及びＶｂの信号を独立に分析処理して、独立した９
個の血流速度情報として出力し、記録計１６によって記
録する。周波数分析は、送信周期４ＫＨｚで時系列に得
られるｖａ及びｖｂの時間変化に対して行なう。なお、
ゲート信号発生器１０は、ゲート回路９−１〜９−９の
各ゲート時間を制御す・る０ 第３図ａ　”　ｅはゲート信号のタイミングを説明する
図で同図ａは４ＫＨｚ　　の周期で送信される送信パル
スを示す。同図ｂ　ｌ　ＣＩ、　ｄ　Ｉ　ｅはそれぞれ
ゲート回路９−１　、９−２　、９−３及び９−９を制
御するゲート信号であって、送信パルスより、各ドプラ
信号抽出位置４−１．４−２．４−３及び４−９と探触
子１との間を超音波が往復する時間だけ遅れている。ま
た、ゲート信号のパルス幅はドプラ信号抽出位置におけ
る深さ方向の分解能を決定する。

以上に説明したドプラ信号の抽出する手段は、同時に多
くの深度について血流速度情報が得られるが、観測点の
数だけゲート回路９−１〜９−９゜積分回路１１−１〜
１１−９及びサンプルボールド回路１２−１〜１２−９
が必要であり、さらに同じ数だけゲート信号を発生しな
ければならない。

従って、持出する深度の数が多くなると非常に大掛かり
な装置となる欠点があった。

本発明はかかる欠点を除去し、簡便な装置で多くの深度
の血流速度情報の得られる超音波ドプラ装置を提供する
ことを目的とするもので、以下本発明の実施例について
図面を用いて説明する。

生体中のドプラ信号の抽出位置は従来例と同様に第１図
の位置４−１〜４−９で示す９点とする。

本発明の一実施例における超音波ドプラ装置を第４図の
ブロック図によって説明する。基準発振器５は３ＭＨｚ
　　の基準信号を発生する。この信号によって送信器６
は４ＫＨｚ　　の周期で送信パルスを超音波探触子１に
供給し、生体中に超音波パルスを発射する。さらに、生
体から戻る超音波エコー信号を超音波探触子１で受信す
る。この受信したエコー信号を増幅器７で増幅した後、
直交検波器８により直交検波信号Ｖ　およびｖｂを得る
。

直交検波器８の比較信号は基準発振器６の出力信号であ
る３ＭＨｚ　　の基準信号から０°及び９００位相シフ
トした信号とし、この比較信号と入力信号の積Ｖ　及び
Ｖ、を出力する。この出力信号を積分器１１によって時
間積分してＶ　ａ（ｔ）　、　Ｖ　ｂ（ｔ）　　を得る
。ここでｔは積分器１１の積分開始時間からの遅れ時間
である。信号Ｖａ（ｔ）はスイッチ１３′を介し、−力
信号ｖｂ（ｔ）は遅延線１７とスイッチ１３′を介して
Ａ／Ｄ変換器１４に供給しデジタル信号に変換する。Ａ
／Ｄ変換器１４は２０回のＡ／Ｄ変換を行ない、ｖａ（
ｔｎ）とｖｂ（ｔｎ）を出力する。

ただしｎは○〜９とする。周波数分析器１５′は得られ
たｖａ（ｔｎ）とｖｂ（ｔｎ）より、９点のドプラ信号
（■ａ１．ｖｂ１）〜（■ａ９．Ｖ５９）を求め、それ
ぞれ独立の信号として周波数分析する。各ドプラ信号は
、送信周期４ＫＨｚ　　で時系列に得られる信号である
。この分析結果は第１図の各抽出位置の血流速度情報と
して、周波数分析器１５′より出力し、記録計１６によ
り記録する。

次にＡ／Ｄ変換のタイミングについて説明する。

第５図ａ　−ｅはＡ／Ｄ変換のタイミングを説明する図
で、同図ａは超音波パルスを発射するタイミングである
。Ａ／Ｄ変換を行なうタイミングは、積分開始時間より
ｔ０〜ｔ９遅れた同図すに示す時間とし、１０回のＡ／
Ｄ変換を行なう。さらに、第１図に示すドプラ信号抽出
位置４−１〜４−９は等間隔とし、この間の超音波の往
復時間をΔＴとし、各抽出点の送信パルスからの遅れ時
間をそれぞれＴ１〜Ｔ９とする。従って ΔＴ＝Ｔ　　　−Ｔ　　・・・・・・（１）ｎ＋１　　
　　ｎ 潜る関係となる。さらに、ｔｏ−ｔ９についてはΔＴ＝
　　ｔ　　（・・・・・・（３）ｎ　　　　ｎ−１ とする。また、デジタル信号Ｖａ（ｔｎ）はＶａ（ｔｎ
）＝　５”　Ｚ／ａ（ｔ）ｄｔ−・・・・例である。各
抽出点の深さ方向の分解能を決める従来例のゲート信号
のパルス幅に相当する時間幅をΔＴとする。次に、デジ
タル信号ｖａ（ｔｎ）を周波数分析器１６′に供給し、
第（６）式に従ってｖａｎを求める。

ｖａｎ−ｖａ（ｔｎ）−ｖａ（ｔｎ−１）・・・・・・
（５）ただしｎ＝１〜９ 一方ｖｂ（ｔ）は、遅延線１７を介してｄｔだけ時間遅
延し、スイッチ１３′を介してＡ／Ｄ変換器１４に供給
し、第６図すに示すタイミングよりΔを遅れた同図Ｃに
示すタイミングでデジタル信号に変換する。ｔ　十Δｔ
の時間に変換されるデジタル化号は、次式によって示さ
れるようにｖｂ（ｔバ）である。

ここでｄｔをΔＴの１／２　とし、Ａ／Ｄ変換器１４ノ
変換処理は・　ｔｏの時間よりΔＬ間隔でｔ９＋Δｔの
時間まで、１送信サイクル当り２０回行なう。

また、スイッチ１３′は第５図ｄに示す信号によって、
Ａ／Ｄ変換器１４の入力をＶａ（ｔ）　　とｖ５（ｔ）
ノ信号に交互に切り換える。このようにして得られるＶ
ｂ（ｔｎ）をｖａ（ｔｎ）と同様に周波数分析器１５′
に供給し、第（７）式に従ってｖ５ｎ　を求める。

”ｂｎ＝　Ｖｂ（ｔ′ｎ）−Ｖｂ（ｔｎ、）−曲−（７
）ただしｎ−１〜９ なお、同図ｅは積分器１１の積分区間を定めるタイミン
グ信号である。

以上に示すように本実施例によれば、血流速度情報を得
る深さの設定数によらず、１個の積分器１１と遅延線１
７と簡単なスイッチ１３′とからなる簡便な構成でドプ
ラ信号を抽出する事ができ、非常に多くの点を同時に観
測する事が可能となる。

第６図は本発明の別の実施例による超音波ドプラ装置の
ブロック図である。第４図の実施例と比べ、遅延線１７
とスイッチ１３′を除き、さらにＶＤ変換器１４−１と
１４−２に分割して、ｖａ（ｔｎ）とＶｂ（ｔｎ）を別
々に処理を行なっている点が異なっている。まだＡ／Ｄ
変換を行なうタイミングを第７図ａ〜Ｃに示す。第γ図
ａは送信タイミング、同図すはＡ／Ｄ変換のタイミング
、同図Ｃは積分期間を示し、Ａ／Ｄ変換のタイミングｔ
０〜ｔ９に、Ａ／Ｄ変換器１４−１と１４−２において
並列に処理する。また、Ａ／Ｄ変換はｔｏからΔＴ間隔
にｔ９まで１送信サイクル当り１０回の変換処理を行な
う。

従って、スイッチの切換や時間遅延等の複雑なタイミン
グが無く、さらに簡単な構成となる。

以上の実施例では、Ａ／Ｄ変換の間隔はｄｔとΔＴの等
間隔であったが、これに限定しない。第８図ａに示すＴ
　とＴ　　のタイミングにおいてｎ　　ｎ＋１ ドプラ信号を抽出するとし、積分区間を同図すのｔ　か
らｔ′　と、ｔｎｌ１からｔ′ｎ＋１とすれば、第ｎ　
　　　　　　　ｎ ６図のブロック図に示す装置においてｔｎｌへ、ｔｎｌ
１゜ｔ′ｎ＋１の各タイミングにＡ／Ｄ変換して次の第
（８）式、第（９）式に従ってドプラ信号を抽出する。

ｖａｎ＝Ｖａ（橢）−Ｖａ（ｔ　ｎ）　−−−−−・（
８）Ｖｂｎ−ｖ５（ｔ′ｎ）−ｖ５（ｔｎ）・・・・・
・（９）さらに広い積分区間を設定し、同図Ｃに示すよ
うにｔｌｏとｔｎ＋１の順序を逆にすることもでき、ｖ
ａｎとＶ５ｎ　は第（８）式、第（９）式で求めること
ができる。

なお、ｔｎとｔ′ｎは次式に従うものとする。

さらに別の実施例として、Ａ／Ｄ変換のタイミングを基
準信号の整数分の１に設定する。さらに、積分区間の幅
はこのＡ／Ｄ変換を行なう周期の整数倍に設定する。第
９図ａ　−ｄに示すタイミングで、同図ａは基準信号で
あり、同図すは同じタイミンクのＡ／Ｄ変換のタイミン
グであり、同図Ｃはドプラ抽出位置ＴＮであって、ｔｎ
のタイミングまたはｔ　のタイミング間隔の中央の位置
であれば自由に設定できる。積分区間幅をＡ／Ｄ変換の
周期のｎ倍として、同図ｄに示すｔ　からｔｎ＋□とす
ればｖａＮ、ｖｂＮ及びＴＮは次式により求める。

ＶａＮ−Ｖａ（ｔｎ＋ｍ）−ｖａ（ｔｎ）・・・・・・
（１１）ＶｂＮ−ｖｂ（ｔｎ＋ｍ）−ｖｂ（ｔｎ）・・
・・・・（１２）従って、Ａ／Ｄ変換を速い周期でかつ
、位相検波信号の整数倍に設定すれば、デジタル信号の
選択と減算のみで自由な位置と積分区間の広さによるド
プラ信号が抽出できる。さらにこの位置と積分区間は計
算方法を定めるソフトの変更によって、簡単に変更する
事ができる。

以上に説明したように、本発明によれば超音波のエコー
信号を位相検波し、この信号を区間積分し、この積分値
をサンプリングし、サンプリングしたデータ間の差を求
める事によってドプラ信号成分を抽出しているので、簡
単な装置で多くの深さにおけるドプラ信号成分を同時に
抽出する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はドプラ信号の抽出位置を説明する生体の断層図
、第２図は従来の方式による・超音波ドプラ装置を示す
ブロック図、第３図ａ　−ｅは同装置のゲートタイミン
グを説明する図、第４図は本発明の超音波ドプラ装置の
一実施例を示すブロック図、第５図ａ　”−ｅは同実施
例のＡ／Ｄ変換を行なうタイミングを示す図、第６図は
本発明の超音波ドプラ装置の他の実施例を示すブロック
図、第７図ａ　−ｃは同実施例のＡ／Ｄ変換を行なうタ
イミングを示す図、第８図ａ〜Ｃ及び第９図ａ　−ｄは
それぞれ別の実施例におけるＡ／Ｄ変換のタイミングを
説明する図である。 １・・・・・・探触子、２・・・・・・血管壁、４−１
〜４−２・・・・・・ドプラ信号抽出位置、５・・・・
・・基準発振器、６・・・・・・送信器、８・・・・・
・直交検波器、１１・・・拳・・積分器、１４．１４−
１．１４−２・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、１５及び１５
′・・・・・・周波数分析器、１６・・・・・・記録計
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １ 第３図 （α１ （ｄｌ ）　　　　　　゛ （ｅ） １Ｍ 第４図 第５図 町荀 １６図 １７図 苛陶

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体中に超音波パルスを発射して寿だエコー信
   号の位相を検波する手段と、前記検波する手段で得た検
   波信号を前記超音波パルスの発射タイミングを周期とし
   て積分する手段と、前記積分を行なう同一区間内におけ
   る積分値を複数点抽出する手段と、前記抽出する手段で
   得られた２点における積分値の差信号を周波数分析する
   手段とを備えたことを特４ｋ＜とする超音波ドプラ装置
   。
2. （２）積分値を複数点抽出する手段が、位相を検波する
   手段の比較信号に同期した信号で抽出を行なうことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波ドプラ装置
   。