JPS63242243A - 超音波ドプラ診断装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、体内の所要部位の血流速度を無侵襲的に対
外から測定する超音波ドプラ診断装；ζｌに関する。

（従来の技術） 血流に超音波を照射すると、流動している自球でその超
音波が散乱され、血流からの反射エコー信号にはドプラ
効果によって血流速度に比例した周波数変化が生じる。

この周波数変化、即ちドプラ偏移周波数は、通常可聴周
波数程度であり、その符号は音源である超音波プローブ
の照αｊ方向に向って血球が移動する順流成分による場
合はプラスの変化として観測され、これと逆に超音波プ
ローブから遠ざかる方向に血球が移動する逆流成分によ
る場合はマイナスの変化として観測される。

超音波ドプラ法を利用した血流速度の測定は、上記のド
プラ偏移周波数を検出することにより行なわれるもので
ある。このような超音波ドプラ診断装置では、検出され
たドプラ偏移周波数に対応した信号を高速フーリエ変換
器（ＦＦＴ）でフーリエ変換して得られた血流のパワー
スペクトラムパターンが、断層像とともにＣＲＴモニタ
上に表示されて血流速度の；ｉｔ　ｉがなされる。

この場合、順流成分からのドプラ偏移周波数による血流
のパワースペクトラムパターンと、逆流成分からのドプ
ラ偏移周波数による血流のパワースペクトラムパターン
とは、ＣＲ−ｒモニタ上にゼロレベルの基準線を間にし
てその上下に逆向きに表示される。

このとき、例えば、血流が比較的速い、或いは超音波ビ
ームと血流の方向との交角が比較的小さい、ざらには送
信される超音波ビームの周波数が比較的高いなどの場合
には、ドプラ偏移周波数は高くなる。この結果、Ｆ［丁
処即後のパワースペクトラムパターンにおいて、サンプ
リング定理に基づいて折り返される成分が増大する。そ
のため極端４ｊ場合には、該パターンのゼロレベルに対
して順流側に表示されるべきスペクトルの殆どが折り返
されて逆流側へ表示され、順流・逆流の判別がつきにク
ク、大変見づらいものとなる。

（発明が解決しようと゛する問題点） これを改善するために、従来は上述の様に折り返りが大
きい場合、Ｆ　Ｆ　Ｔのパワースペクトラム出力を逆か
ら読み出して、これをＣＲＴモニタ上に表示させるとい
うスペクトラム反転機能が設けられている。このため、
この読み出し系のコントロールが？ｌｉになり、ハード
ウェアおよびソフトウェアの規模が大きくなってしまう
という問題点があった。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、スペク
トラム反転機能を僅かなハードウェアの追加で実現する
ことのできる超音波ドプラ診断装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、被測定血流に
超音波を照射し、該被測定血流の順流成分または逆流成
分の流速に比例したドプラ偏移周波数の生じている反射
工］−信号を超音波プローブで受波し、前記ドプラ偏移
周波数に対応したパワースペクトラムパターンから前記
被測定血流の流速を測定する装置であって、前記超音波
プローブで受波した反則エコー信号に振幅＋１３よび周
波数が等しく位相が９０”異なる２種の参照信号をそれ
ぞれ乗算して第１の信号成分および第２の信号成分を得
る第１、第２のミキサ手段と、前記第１の信号成分また
は第２の信号成分の何れかを山数成分として複素フーリ
エ変換し順流成分および逆流成分に対応した各パワース
ペクトラムを出方するフーリエ変換器と、前記第１およ
び第２の信号成分を任意におきかえるスイッチ手段と、
を有することを要旨とする。

（作用） Ｆｌ：Ｔ′ａ算に入力される実数部、ＩＢ数部の信号は
位相の９０°異った信号であり、これらを複索Ｆ　Ｆ　
Ｔ演篩することにより血流の順流・逆流方向の分離が可
能となるが、これらの２つの信号を交換することにより
、ＦＦＴ演算の順逆分離能力も反転される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明の第１実施例を示す図
である。

まず、超音波ドプラ診断装置の構成を説明づ−ると、第
１図中、１は反射エコー信号であり、この反射エコー信
号１で被測定血流に超音波が照射され、且つその被測定
血流の順流成分または逆流成分の流速に比例したドプラ
偏移周波数の生じている反射エコー信号が受波される。

反射エコー信号１の出力線路は、第１のチャネル２と第
２のチセネル３との２路に分岐され、両ヂャネル２．３
にはまず第１のミキサ４ａおよび第２のミキサ４　ｂが
それぞれ接続されている。

５は参照信号発生器であり、参照信号発生器５には、第
１のミキサ４ａに接続される第１の出力端子６ａおよび
第２のミキサ４ｂに接続される第２の出力端子６ｂが備
えられる。

参照信号発生器５は、振幅および周波数が等しく位相が
９０’異なる２種の参照信号としてｓｉｎ波信号とｃｏ
ｓ波信号とを出力するものであり、入力線路７から入力
する識別信号はノンアクティブとなって第１の出力端子
６ａにｓｉｎ波信号が出力され、第２の出力端子６ｂに
ｃｏｓ波信号が出力される。Ｊ：た、入力線路７からア
クティブの反転識別信号が入力され、第１の出力端子６
ａにｃｏｓ波信号が出力され、第２の出力端子６ｂにｓ
ｉｎ波信号が出力される。

８ａ、８ｂはそれぞれ第１、第２のローパスフィルタ、
９ａ、９ｂはそれぞれ第１、第２のリンプルホールド回
路、１０ａ１１０ｂはそれぞれ第１、第２のバンドパス
フィルタ、１１ａ、１１ｂはそれぞれ第１、第２のアン
プ、１２ａ、１２ｂはそれぞれ第１、第２のＡ／１〕変
換回路、１３は高速フーリエ変換器である。

次に第２図を用いて作用を説明する。

第１のミキサ４ａで受波された反射エコー信号１とｓｉ
ｎωａｔの参照信号が乗算されて第１の信号成分とされ
、第２のミキサ４ｂで反射エコー信号とｃｏｓ波信号の
参照信号とが乗算されて第２の信号成分とされる。

第１の信号成分は、第１のローパスフィルタ８ａで１３
　Ｍ周波数成分が除去される。位相検波された第１の信
号成分は、第１のサンプルホールド回路９ａで体内の所
望部位の深さに相当するところにレンジゲートパルスが
合わされてサンプルホールドされることにより、その所
望部位のみのドプラ情報とされる。サンプルホールドさ
れた第１の信号成分には、例えば心臓の壁などの動きの
比較的遅い物体からの不要な反射信号も含まれているの
で、これが第１のバンドパスフィルタ１０ａで除去され
る。

第１の信号成分は上記のように処理されたのち、第１の
アンプ１１ａで所要レベルまで増幅され、第１のＡ／Ｄ
変挽回路１２ａでディジタル信号に変換されてから虚数
成分として高速フーリエ変換器１３に入力される。

第２のミキサ４ｂから出力された第２の信号成分も、第
１の信号成分と同様に処理されたのち、実数成分どして
高速フーリエ変換器１３に入力される。

そして、上記の実数成分および虚数成分からなる信号が
、高速フーリエ変換器１３で次式で示すように複素フー
リエ変換されて順流成分に対応したフーリエ変換値Ａ（
ω）が得られる。

Ａ（ω）＝Ｃｆ　（ｃｏｓωｏｔ 十ｊｓｉｎωｏｊ） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ）ｄｔ −Ｃｆ　　ｅＸ　ｐ　［−ｊ　　（ω−（ｔ）ｏ　　）
’ｊ］ｔ ＝Ｃδ　（ω０　）　　　　　　　　　　　・・・（１
）ここに Ｃ一定数 ｅｘｐ（−ｊωｔ）二ドプラ偏移周波数成分δ：デルタ
関数 そして上記（１）式のＡ（ω）を２乗したものが順流成
分に対応したパワースペクトラムとなる。

一方、反射エコー信号１が逆流成分からの反射で生じる
と、参照信号発生器５の入力線路７には、アクティブの
反転識別信号が入力され、前記とは逆に第１の出力端子
６ａにｃｏｓ波悟号ｃｏｓωａｔが出力され、第２の出
力端子６ｂにｓｉｎ波信号ｓｉｎωｏｔが出力される。

そして、第１のミキサ４ａで反射エコー信号とｃｏｓ波
信号の参照信号が乗算されて、逆流成分の場合はこれが
第１の信号成分とされ、第２のミキサ４ｂで反射エコー
信号とｓｉｎωａｔの参照信号とが乗算されて、これが
第２の信号成分とされる。

第１、第２の各信号成分は、第１、第２のローパスフィ
ルタ８ａ、８ｂ以下の各回路機器で前記と同様に処理さ
れたのち、ｃｏｓωｏｔの乗算された第１の信号成分が
虚数成分として、またｓ１ｎωＯ１の乗算された第２の
信号成分が実数成分として高速フーリエ変換器１３に入
力される。

そして、上記の実数成分および虚数成分からなる信号が
、高速フーリエ変換器１３で次式で示ずように複索フー
リエ変換されて逆流成分に対応したフーリエ変換値Ｂ（
ω）が得られる。

Ｂ　（（ｌ　＝Ｃｆ　　（ｓ　ｉ　ｒ）ωＯｔ＋ｊｃｏ
ｓωｃ＋ｊ） ・ｅｘｏ（−ｊωｔ）ｄｔ ＝ｊＣｆ　　（ｃｏｓωＯｔ −ｊｓｉｎωｏｉ） ・　ｅｘ　ｐ　（−ｊ　ωｔ）ｄｔ ＝ｊＣｆ　　　ｅＸｌ）［−ｊ　　（ω＋ωｏ　）ｔ］
ｄｔ＝ｊＣδ　（−ω０　）　　　　　　　　・・・（
２）そして上記〈２〉式のＢ（ω）を２乗したものが逆
流成分に対応したパワースペクトラムとなる１゜上記の
く２）式と前記（り式とを比較すると、順流成分に対応
したフーリエ変換値Δ（ω）と逆流成分に対応したフー
リエ変換値Ｂ（ω）との間には次式の関係が成立づる。

＋Ａ（ω’）ｌ＝ｌＢ（ω）　１　　　　　　　・・・
（３）したがって順流成分に対応したパワースペクトラ
ム出力と逆流成分に対応したパワースペクトラム出力と
は、第２図に示すように、絶対ｆ！白が等しく周波数の
方向性が反転された信号としてＣＲ「モニタ上の基準線
から上側の同一パワースペクトラムパターン上に分離し
て表示される。

次いで第３図には、この発明の第２実施例を示す。

なお、第３図および後述の第４図において、前記第１図
における回路機器等と同一ないし均等のものは、前記と
同一符号を以って示し重複した説明を省略する。

この実施例では、第１のミキサ４ａでは常に反射エコー
信号とｓｉｎωｏｔの参照信号とが乗算されて、これが
第１の信号成分とされ、また第２のミキサ４ｂでは常に
反射エコー信＠１とｃｏｓωＯ１の参照信号とが乗算さ
れて、これが第２の信号成分とされる。

そして、上記の反射エコー信号１が順流成分または逆流
成分の何れで生じたものかに従って位相検波された第１
の信号成分および第２のＧ’ｆ号成分成分数成分と虚数
成分とに振分ける手段として、第１、第２のアンプ１１
ａ、１１ｂの次段にアナログスイッチ１４が接続されて
いる。１５ａは第１の切替出力端子、１５ｂは第２の切
替出力端子であり、このアナログスイッチ１４に識別信
号の入力線路７が接続されている。

反射エコー信号１が順流成分で生じたものであるときは
、アナログスイッチ１４の各切替接点は図示のように切
替えられていて、参照信号ｓｉｎωｏｔの乗算された第
１の信号成分が虚数成分として高速フーリエ変換器１３
に入力され、参照信号ｃｏｓωＯｔの乗算された第２の
信号成分が実数成分として高速フーリエ変換器１３に入
力される。

一方、反射エコー信号が逆流成分で生じて入力線路７か
ら反転識別信号が入力されたときは、アナログスイッチ
１４の各切替接点は上記と逆に切替えられて、ｓｉｎω
Ｏｔの乗算された第１の信号成分が実数成分となり、ｃ
ｏｓωｏｔの東のされた第２の信号成分が虚数成分とな
るように切替えられる。

その他の作用は前記第１実施例のものとほぼ同様である
。

第４図には、この発明の第３実施例を示す。

この実施例は反射エコー信号に参照信号ｓｉｎω０　［
の乗算されたものが常に第１の信号成分とされ、参照信
号ｃｏｓωＯｔの乗算されたものが常に第２の信号成分
とされる点は、前記第２実施例のものと同様である。

そして、この実論例では反射エコー信号が順流成分また
は逆流成分の何れで生じたものかに従って位相検波され
た第１の信号成分および第２の信号成分を実数成分と１
９数成分とに振分ける手段として、第１、第２のＡ／Ｄ
変換回路１２ａ、１２ｂの次段にセレクタ１６が接続さ
れている。このセレクタ１６に識別信号の入力線路７が
接続されている。

反射エコー信号が順流成分で生じたものであるときは、
セレクタ１６の動作により参照信号Ｓ１ｎω、１の乗算
された第１の信号成分が虚数成分として高速フーリエ変
換器１３に入力され、参照信号ｃｏｓωｏｔの乗算され
た第２の信号成分が実数成分として高速フーリエ変換器
１３に入力される。

一方、反射エコー信号が逆流成分で生じてセレクタ１６
に入力線路７から反転識別信号が入力されたときは、上
記と逆に第１の信号成分が実数成分となり、第２の信号
成分がＩＪｄ数成分成分るように選択されて高速フーリ
エ変換器１３に入力される。

その他の作用は前記第１実施例のものとほぼ同様である
。

［発明の効果コ １ス上説明したように、この発明によれば反転エコー信
号に９０°位相の異なる２種の参照信号をそれぞれ＠募
する第１、第２のミニ１すと、この乗算の結果得られた
第１の信号成分と第２の信号成分とを、実数成分と１９
数成分とのいずれかに１］的に応じて振分ける手段との
比較的僅かなハードウェアの追加でスペクトラム反転機
能が実現されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波ドプラ診断装置の第１実
施例を示ずブロック図、第２図は同上第１実施例で得ら
れたパワースペクトラムパターンの一例を示す特性図、
第３図はこの発明の第２実施例を示すブロック図、第４
図はこの発明の第３実施例を示すブロック図である。 １：反射エコー信号、 ４ａ、４ｂ：第１、第２のミキサ、 ５：参照信号発生器、 ７：１５別信号の人力線路、 ８ａ、８［）：位相検波手段としての［１−バスフィル
タ、 １３：高速フーリエ変換器、 １／Ｉ：アブ［１グスイツチ、　　１６：セレクタ。 代理人　　弁理士　　則　近　　憲　佑代１１１］人　
　弁理士　　大　胡　　典　夫！ 第１図 パ 逆流・−一順流 第２図 手続ネ市正要（（自発） 昭和６２年６月１７日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定血流に超音波を照射し、該被測定血流の順
   流成分または逆流成分の流速に比例したドプラ偏移周波
   数の生じている反射エコー信号を超音波プローブで受波
   し、前記ドプラ偏移周波数に対応したパワースペクトラ
   ムパターンから前記被測定血流の流速を測定する装置で
   あって、 前記超音波プローブで受波した反射エコー信号に振幅お
   よび周波数が等しく位相が９０°異なる２種の参照信号
   をそれぞれ乗算して第１の信号成分および第２の信号成
   分を得る第１、第２のミキサ手段と、 前記第１の信号成分または第２の信号成分の何れかを虚
   数成分として複素フーリエ変換し順流成分および逆流成
   分に対応した各パワースペクトラムを出力するフーリエ
   変換器と、 前記第１および第２の信号成分を任意におきかえるスイ
   ッチ手段と、 を有することを特徴とする超音波ドプラ診断装置。
2. （２）前記位相が９０°異なる２種の参照信号はｓｉｎ
   波信号とｃｏｓ波信号とであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の超音波ドプラ診断装置。