JPS6090540A - 超音波血流計 - 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】 （技術分野） 本発明は、パルスドプラ方式の超音波血流計に関するも
のである。

（従来技術） 近年、循環器系の診断に、超音波断層診断装置（Ｂモー
ド法）や超音波カージオグラフ（Ｍモード法）と相まっ
てドプラ法の原理を応用した超音波血流計が供されてい
る。なかでも、パルスドプラ法を採用するものは、距離
分解能が高′いこと、超音波断層診断装置の探触子を共
用できること、断層像と血流パターンとの同時表示が可
能なことから主流となっている。

パルスドプラ法を採用する超音波血流計においては、探
触子から第Ｊ図Ａに示すようにキャリア、周波数ｆｏの
超音波パルスを所定の周期］／ｆｒで発射し、その超音
波パルスの生体内での反射波を同一の探触子て受信する
ようにしている。この場合、探触子で受信される反射波
の周波数スペクトラムは、第ｊ図Ｂに示すように、キャ
リア周波数ｆｏを中心に周波数ｆｒの間隔で存在する。

第１図Ｃは第］図Ｂの部分拡大図で、同時に血流が存在
する場合のドプラシフトの状態を示している。

こ＼で、生体内に投射される超音波ビームと血流との成
子角度をθ、血流速をＶ、音速をＣとすると、一つのス
ペクトラム成分の周波数ｆｓにおけるドプラシフトｆｄ
は以下のように表わされる。

２　ｃｏｓθ ｆｄ　−−□・ｖ　−ｆｓ に のドプラシフトｆｄは、ｆｒ／２を越えると隣のスペク
トラム成分の逆方向のドプラシフトと区別が付かなくな
るため、実際には受信した反射波に周波数ｆ。のローカ
ルオシレータの出力を混合した後、カットオフ周波数ｆ
ｒ／２のローパスフィルタを通すことにより、等測的に
ｆ。±ｆｒ／２の帯・域フィルタを構成し、この帯域内
のドプラシフトのみを検出するようにしている。

第２図はパルスドプラ方式の従来の超音波血流計の回路
構成を示すものである。送信パルス発生回路１はＭＪｆ
ｌＩＪ回路２からの超音波パルスの繰返し周波Ｗｉｆｒ
を決める基準信号を入力し、これにより］／ｆｒの周期
で探触子３に送信パルスを供給して、探触子８からキャ
リア周波数ｆｏ、パルス間隔】／ｆｒの超音波パルスを
生体中に投射させる。

この超音波パルスの生体中での反射波は、同一の探触子
３で受信され、直交位相検波するために高周波増幅器４
を経てミキサ５ａ、５ｂにそれぞれ供給され、これらミ
キサ５ａ、ｓｂにおいて発振周波数がキャリア周波数ｆ
。のみのローカルオシレータ６からの直交する位相の出
力とそれぞれ混合されて周波数変換される。これらミキ
サ５ａ。

５ｂの出力は、レンジゲー）７ａ、７ｂにおいて制御回
路２からの生体中の所望の診断部位に対応するサンプリ
ングパルスによってサンプリングされる。これらレンジ
ゲー）７ａ、７ｂにおいてす、ンプリングされた所望の
診断部位に対応する反射波信号は、ローパスフィルタｓ
　ａ　、　ｓ　ｂニ供Ｍすれてｆｒ／２以下の信号のみ
が抽出され、低周波増幅器９ａ、９ｂを経てサンプルボ
ールド回路］　Ｏａ］Ｏｂにサンプルホールドされた善
、Ａ／Ｄ変換器］１ａ、１１ｂでデジタル信号に変換さ
れて高速フーリエ変換器１２の実部および虚部入力端子
に供給され、ここで周波数分析および血流の順逆分離が
行なわれる。この高速フーリエ変換器］２の出力、すな
わちドプラシフト周波数はＤ／Ａ変換器Ｊ３においてア
ナログ信号に変換された後、図示しない演算回路に供給
され、ここで血流速度が演算されてモニタに表示される
。なお、制御回路２は、ローカルオシレータ６がらのり
四−り信号を分周して超音波パルスの繰返し周波数ｆｒ
を決定する基準信号を作成し、これを上述したように送
信パルス発生回路〕に供給すると共に、この基準信号を
生体中の所望の診断部位、すなわち深さおよび組織に応
じて遅延してレンジゲー）７ａ。

ｑｂ、サンプルホールド回路］Ｏａ、］Ｏｔ）およ、び
Ａ／Ｄ変換器］　１ａ、１　ｌｂに所要の信号を供給す
る。

しかし、上述した従来の超音波血流計においては、ロー
カルオシレータ６の発振周波数がキャリア周波数ｆｏに
固定されているため、診断部位が深くなるとドプラシフ
トの検出感度が著しく低下して測定精度が悪くなる欠点
がある０すなわち、探触子３で受信される反射波の周波
数スペクトラムは・診断部位が浅ければ、第８図に符号
工で示すように、送波超音波パルスのキャリア周波数ｆ
。

何近でピークとなるが、診断部位が深いと高周波成分が
大きな減衰を受けるため、符号■で示すように、スペク
トラムがピークとなる周波数ｆｐはキャリア周波数ｆ。

よりもかなり低くなる。このため、四−力ルオシレータ
６の発振周波数をキャリア周波数ｆ。に固定すると、診
断部位が深いときに、検出感度が著しく低下して測定精
度が悪くなる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上述した欠点を除去し、診断部位が深
くてもドプラシフトを高感度で検出でき・したがって血
流速度を常に高精度で測定できるよう構成した超音波血
流計を提供しようとするものである。

（発明の概要） 本発明は、超音波パルスを繰返し生体中に発射し、その
反射波を直交位相検波してドプラシフトを検出し、この
ドプラシフトに基いて血流速度を測定するようにした超
音波血流計において、前記超音波パルスの繰返し周波数
の間隔で発生さレル複数の周波数から選択した周波数で
前記反射波を直交位相検波するよう構成したことを特徴
とするものである。

更に本発明は、超音波ノくルスを繰返し生体中に発射し
、その反射波を直交位相検波してドプラシフトを検出し
、このドプラシフトに基し）て血流速、度を測定するよ
うにした超音波血流計において、前記超音波パルスの繰
返し周波数の間隔で複数の周波数を発生し得る周波数シ
ンセサイザと、この周波数シンセサイザの出力周波数を
診断部位に応じて予しめプログラムされた値に設定する
手段とを具え、この設定された前記周波数シンセサイザ
の出力周波数で前記反射波を直交位相検波するよう構成
したことを特徴とするものである。

（実　施　例） 第４図は本発明の超音波血流計の一例の回路構成を示す
ブロック図であり、第２図に示すものと同一作用を成す
ものには同一参照番号を付し、その説明を省略する。本
例では、クロックジェネレータＪ４で超音波パルスのキ
ャリア周波数と等しい周波数で。の基準クロックを発生
させ、これを分周器〕５で分周して超音波パルスの繰返
し周波数ｆｒを決定する基準信号を作成する。この基準
信号は送信パルス発生回路】に供給して探触子３からキ
ャリア周波数ｆ。、パルス間隔］／ｆｒの超音波パルス
を発射させると共Ｇこ、遅延回路］６に供給して所望の
診断部位の反射波信号力５得られるよう遅延してサンプ
リングツぐルスを作成し、これをレンジゲー）７ａ、７
ｂ、サンプルホールド回路１０ａ、］ＯｂおよびＡ／Ｄ
ｒ換器】］ａ。

１１ｂに供給する。なお、本例におり）で４１、レンジ
ゲー）　７　ａ　ｒ　７　ｂにおいて所望の診断部位の
反射波信号をサンプリングするためのゲートイ装置を可
変抵抗器】７で与え、これをＡ／Ｄ変換器］８でデジタ
ル信号に変換し、その情報に応じて遅延回路」６におい
て分局器１５からの基準信号を遅延させて、レンジゲー
ト７ａ、７ｂｌこおし１て所要の診断部位の反射波信号
をサンプリング゛するサンプリングパルスを作成する。

Ａ／Ｄ変換器］８の出力は’ＲＯＭ　１．９のアドレス
入力端子にも供給し、これにより診断部位に１６じたＲ
２Ｍ１７の番地のデータをアクセスする。

このＲＯＭ１９には標準的な生体艇１織の各深さＧこ対
して、反射波のスペクトラムク５ビーりとなる周波数デ
ータを予じめブロク°ラムしておき、Ａ／Ｄ変換器Ｊ８
からのゲート位置に応じてアクセスされた番地の周波数
データを周波数シンセサイザ２０に供給する。

周波数シンセサイザ２０は、クロックジェネレータ】４
からの周波数ｆｏの基準クロックおよび分局器１５から
の周波数ｆｒの基準信号を入力し、周波数ｆｒの間隔で
周波数ｆｏを含む複数の周波数ｆｏ：ｌ：ｎｆｒ（ｎ−
０、１、２１−−−）を発生し得るもので、ＲＯＭ１９
からの周波数データに応じて位相の直交する一つの周波
数を出力し、これらをミキサ５ａ、ｓｂに供給する。

本実施例によれば、所望の診断部位の反射波信号をサン
プリングするゲート位置を与えることにより、それに応
じてスペクトラムがピークとなる予しめプログラムされ
た周波数で反射波信号が直交位相検波されるから、ドプ
ラシフトを常に高感度で検出でき、したがって血流速度
を常に高精度で測定することができる。

第５図は本発明の超音波血流計の他の例の回路構成を示
すブロック図であり、第２図および第４、図に示すもの
と同一作用を成すものには同一参照番号を付し、その説
明を省略する。本例では、可変抵抗器１７で与えた所望
の診断部位に対応するＡ／Ｄ変換器】８の出力をＩ１０
ボート２１′ｆｉ：経てＣＰＵ２２に取込み、その情報
に応じてＣＰＵ２２により工１０ボート２１を経て遅延
回路ｊ６を制御し、該遅延回路１６において分周器］５
からの基準信号を遅延させることにより、レンジゲ−）
７ａ、７ｂにおいて所望の診断部位の反射波信号を、サ
ンプリングするサンプリングパルスを作成する。

一方、Ｂモード像の表示に使用するＴＧＯ（Ｔｉｍｅ　
Ｇａ１ｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　）　電圧を、可
変抵抗群２３で設定し、その出力をＡ／Ｄ変換器２４で
デジタル信号に変換してＩ１０ボート２］を経てＣＰＵ
２２に供給し得るようにする。

なお、（３ＰＵ２２を制御するプログラムおよび各種デ
ータの格納は、通常のシステム同様メモリ２５において
行なう。

本例においては、送波超音波パルスの周波数ス、ペクト
ラムの強度およびそのキャリア周波数ｆ。

における診断部位の深さ、組織等に応じた減衰特性のデ
ータを予じめメモリ２５に記憶しておき、これら記憶し
たデータと、可変抵抗器］７および可変抵抗群２３でそ
れぞれ設定される所望の診断部位の深さ・組織に応じた
ゲート位置およびＴＧＯ電圧データとに基いて反射波信
号のピークスペクトラムを与える周波数をめ、これに基
いて（ＥＰＵ２２ＧＣヨＩＪ　ｌ１０ｔニー　）　２　
］を経て周波数シンセサイザ２０を制御して、該周波数
シンセサイザ２０からピークスペクトラムを与える周波
数を出力させて反射波信号を直交位相検波する。

このため、本例では、先ず第６図に示すようにＴＧＯ電
圧を与える可変抵抗群２３の各ポイントの電圧から一点
鎖線で示すＴＧＯｆｉ圧の平均勾配ｄｖ　／　ｄｔをめ
るか、または可変抵抗器Ｊ７で設定されるゲート位置Δ
ｔと、ＴＧＯ［圧の初期値Ｖｏおよびゲート位置Δｔに
おける電圧ＶＧの差ΔＶとから勾配ΔＶ／Δｔをめ、こ
の平均勾配ｄＶ／ａｔまたは勾配ΔＶ／Δｔと記憶した
減衰特性データ、とに基いてキャリア周波数ｆ。におけ
る減衰定数α。をめる。次に、このようにしてめた減衰
定数α。を用いて、周波数シンセサイザ２ｏがら発生し
得る周波数ｆｏを除く全ての周波数ｆｎにおける減衰定
数α。を、例えばα。−α。・ｆｎ／　ｆｇによりそれ
ぞれめて、その各周波数（ｆｏも含む）における減衰定
数と、メモリｚ５に予じめ記憶されている対応する周波
数のスペクトラム強度とをそれぞれ乗算してスペクトラ
ム強度のピークを与える周波数を決定する。このように
して決定された周波数データを０ＰＵ２２からＩ１０ボ
ート２１を経て周波数シンセサイザ２０に供給すること
により、該周波数シンセサイザ２ｏから決定された周波
数を出力させる。

本実施例によれば、Ｂモード像を表示する際に用いるＴ
Ｇ（Ｅ電圧あるいはこのＴＧＯ電圧およびゲート位置に
基いてキャリア周波数ｆ。における減衰定数をめ、この
減衰定数に基いてピークスペクトラムを与える周波数を
決定して、その周波数を周波数シンセサイザ２０から出
力させて反射、波信号を直交位相検波するようにしたか
ら、上述した実施例同様、ドプラシフトを常に高感度で
検出でき、したがって血流速度を常に高精度で測定する
ことができる。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。

例えば、診断部位の深さ、組ｍに応じたゲート位置は、
可変抵抗器１７以外の入力手段によって設定することも
できる。これは、第５図に示す実施例におけるＴＧＯ電
圧の設定についても同様である。また、第４図に示す実
施例においては、マイクロプロセッサを用いて全体をソ
フトウェアにて制御するよう構成することもできる。更
に、周波数シンセサイザ２０の出力周波数は、プログラ
ムあるいは演算によって自動的に選択する以外に、入力
データに応じて手動的に設定してもよい。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、診断部位が深くても
ドプラシフトを高感度で検出でき、した、かって血流速
度を常に高精度で測定できる。

【図面の簡単な説明】

第］図Ａ−０はパルスドプラ方式の超音波面Ｍ計の原理
を説明するための図、 第２図は従来の超音波血流計の回路構成を示１ブロック
図、 第８図は従来の欠点を説明するための図、第４図は本発
明の超音波血流計の一例の回路構成を示すブロック図、 第５図は同じく他の例の回路構成を示すブロック図、 第６図はその動作を説明するための図である。 １・・・送信パルス発生器　３・・・探触子４・・・高
周波増幅器　５ａ、　５ｂ・・・ミキサ７ａ、　７ｂ・
・・レンジゲート ８ａ、　８ｂ・・・ローパスフィルタ ９ａ、　ｇｂ・・・低周波増幅器 ］Ｏａ、、　］Ｏｂ・・・サンプルホールド回路１１ａ
、　ｌ１ｂ−Ａ／Ｄ変換器 】２・・・高速フーリエ変換器 ・】８・・・Ｄ　／　Ａ　変換器１４・・・クロックジ
ェネレータ】５・・・分周器　１６・・・遅延回路１７
・・・可変抵抗器　〕８・・・Ａ／Ｄ変換器］９・・・
ＲＯＭ　２０・・・周波数シンセサイザ２】　・・・　
Ｉｌｏ　ボ　−　ト　２２　・・・　ＣＰＵ２３・・・
可変抵抗群　２４・・・Ａ／Ｄ変換器２５・・・メモリ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　超音波パルスを繰返し生体中に発射し、その反射波
   を直交位相検波してドプラシフトを検出し、このドプラ
   シフトに基いて血流速度を測定するようにした超音波血
   流計において、前記超音波パルスの繰返し周波数の間隔
   で発生される複数の周波数から選択した周波数で前記反
   射波を直交位相検波するよう構成したことを特徴とする
   超音波血流計。 区　超音波パルスを繰返し生体中に発射し、その反射波
   を直交位相検波してドプラシフトを検出し、このドプラ
   シフトに基いて血流速度を測定するようにした超音波血
   流計において、前記超音波パルスの繰返し周波数の間開
   で複数の周波数を発生し得る周波数シンセサイザと、こ
   の周波数シンセサイザの出力周波数を診断部位に応じて
   予しめプログラムされた値に設定する手段とを具え、こ
   の設定された前記周波数シンセサイザの出力周波数で前
   記反射波を直交位相検波するよう構成したことを特徴と
   する超音波血流計。