JP2703942B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、生体の血流情報を得て映像化する超音波診
断装置に関する。

（従来の技術） 超音波診断法では、Ｂモード像を代表例とする解剖学
的情報、Ｍモード像を代表例とする生体内の器官の運動
情報、血流イメージングを代表例とするドップラ効果を
利用した生体内の移動物体の移動に伴う機能情報等を用
いて診断に供するようにしている。

血流イメージング（CFM）を代表例とする超音波ドッ
プラ法は、生体内の移動物体の移動に伴う機能情報を得
て映像化する方法であり、これを以下詳細に説明する。
すなわち、超音波ドップラ法は、超音波が移動物体によ
り反射されると反射波の周波数が上記移動物体の移動速
度に比例して偏移する超音波ドップラ効果を利用したも
のである。

具体的には、超音波レートパルス或いは連続波を生体
内に送波し、その反射波エコーの位相変化より、ドップ
ラ効果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た深
さ位置における移動物体の運動情報を得ることができ
る。これによれば、生体内における一定位置での、血流
の流れの向き、乱れているか整っているかの流れの状
態、流れのパターン、速度の絶対値等の血流の状態を知
ることができる。

次に装置について説明する。すなわち、超音波エコー
から血流情報を得るためには、ある所定方向に超音波パ
ルスを所定回数繰返して送波し、受波されたエコー位相
検波することにより位相情報を取出す。この信号をディ
ジタル化し、動いていない或いは動きの遅い成分（クラ
ッタ成分）を除去するために、ディジタルフィルタ
（「MTIフィルタ」とも称される）に通す。そして、こ
のフィルタを通過した信号を周波数解析する。

これにより、解析した周波数は、移動物体の動きによ
って生じたドップラ偏移周波数であり、血流の方向及び
速度を示した２次元血流速像等の血流情報として、単位
又はＢモード像やＭモード像に重畳して表示する。

ところで、超音波の生体内に対する走査法の代表的な
ものとして、電子走査と機械走査とが挙げられる。

電子走査法は、複数の超音波振動子を並設してなるア
レイ型超音波プローブを用い、セクタ電子走査であれ
ば、振動される１単位の超音波振動子群に対し、超音波
ビームの送波方向が超音波ビーム１パルス分毎に順次扇
形に変わるように各振動子の励振タイミングを所望の方
向に応じて変化させてゆく方式である。

また、機械走査法は、超音波振動子を回転若しくは揺
動可能に支持して成る超音波プローブを用い、この超音
波振動子を回動させることによって、上記の電子走査の
場合と同様に扇形状の走査領域を形成する方式である。

（発明が解決しようとする課題） しかし、機械走査では、超音波振動子が連続的に回動
しているため、同一角度での超音波送受を何度も繰返し
て行うことができない。このため、機械走査法を用いて
血流イメージングを行う場合、第４図に示すように角度
の異なる超音波送受による複数のデータを使用して血流
像の１ラスタを形成しなければならず、このような方式
だと、第５図に示すように血流像のラスタ（ａ乃至ｄ）
数が非常に少なくなってしまい、良好な血流像が得られ
ない。

そこで本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、そ
の目的とするところは、機械走査法を用いた場合でも、
良好な血流像が得られる超音波診断装置を提供すること
にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、エコー信号の位相検波データを記憶し得る
記憶手段と、超音波スキャンの進行により新たな位相検
波データが生成される毎に該データを前記記憶手段に書
込む書込み制御手段と、最新の位相検波データを含む且
つ血流像の１ラスタを形成するのに要する複数のデータ
を前記記憶手段より読出す読出し制御手段と、読出され
た位相検波データを使って血流像情報の算出処理を行う
血流演算手段とを有するものである。

（作 用） 超音波スキャンの進行により新たな位相検波データが
生成される毎にそれが書込み制御手段の制御下で記憶手
段に書込まれる。そして、最新のデータを含む且つ血流
像の１ラスタを形成するのに必要となる複数のデータが
読出し制御手段の制御下で記憶手段から読出される。読
出されたデータは血流演算手段に取込まれ、この手段に
より血流像情報が算出される。従って、超音波スキャン
を機械的に実行する場合でも、血流像のラスタは十分な
数となり、良好な血流像が得られる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図（Ａ）は本発明の一実施例を示している。

20はメカニカル超音波プローブ（以下、「プローブ」
という）であり、このプローブ20は、回転若しくは揺動
可能に支持された超音波振動子21と、この超音波振動子
21を駆動するモータ23と、超音波振動子21の回動角を検
出するロータリーエンコーダ22とを有して成る。

そしてこのプローブ20は、メカニカルセクタ走査装置
24に接続されている。このメカニカルセクタ走査装置24
は、プローブ20におけるモータ23の回転制御を行うモー
タコントローラ29と、プローブ20におけるロータリーエ
ンコーダ22よりの角度データに基づいて超音波振動子21
の回動角を検出する角度検出器30とを有する。この角度
検出器30よりの回動角検出データはモータコントローラ
29及びレート・ラスタアドレス発生器31に取込まれる。
このレート・ラスタアドレス発生器31によって発生され
たレート信号はパルサ26に取込まれるようになってい
る。このパルサ26はレート信号に同期して駆動パルスを
発生する。この駆動パルスは超音波振動子21に印加され
る、また、この超音波振動子21によって受波された超音
波エコーは、プリアンプ25を介して振幅検波器28及びミ
キサ33a,33bに取込まれるようになっている。振幅検波
器28は、プリアンプ25を介して取込まれるエコー信号の
振幅検波を行うものであり、この検波出力は、Ｂモード
構成データとしてD.S.C（ディジタル・スキャン・コン
バータ）43に取込まれるようになっている。また、ミキ
サ33aには、発振器27の発振出力が直接取込まれ、ミキ
サ33bには、発振器27よりの発振出力が90゜移相器32を
介して取込まれるようになっている。ミキサ33a,33bに
よる混合出力（位相検波出力）はローパスフィルタ35a,
35bを介してMTI演算器37に取込まれるようになってい
る。

このMTI演算部37は、ローパスフィルタ35a,35bの出力
をディジタル信号に変換するA/D変換器38a,38bと、この
A/D変換出力よりクラッタ成分を除去するMTIフィルタ40
a,40bと、このMTIフィルタ40a,40bの出力に基づいて、
血流イメージングのための演算処理を行うMTI演算器42
とを有して成る。尚、このMTI演算器42にはデータナン
バ（No.），ラスタアドレス，レート信号が入力される
ようになっている。そしてこのMTI演算器42の演算出力
は、血流イメージ構成データとしてD.S.C43に取込まれ
るようになっている。

D.S.C43は、Ｂモード構成データ及び血流イメージ構
成データの走査変換を行うものであり、このD.S.C43に
よる走査変換出力は、後段に配置されたカラー処理回路
44に取込まれ、ここでカラー処理された後にD/A（ディ
ジタル・アナログ）変換器45を介してカラーモニタ46に
伝達され、ここで可視化されるようになっている。

次に前記MTI演算器42の詳細な構成については第１図
（Ｂ）を参照しながら説明する。

このMTI演算器42は、書込み制御手段50,バッファメモ
リ群51,読出し制御手段52,演算制御手段58,及び血流演
算手段59とを有する。

バッファメモリ群51は、MTIフィルタ40a.40bの出力
（これはエコー信号の位相検波データである）を記憶す
るものであり、８個のバッファメモリより成る。すなわ
ち、MEM1a乃至4a及びMEM1b乃至4bである。ここでこのバ
ッファメモリ群51が、本発明における記憶手段の一例で
ある。（尚、ここでは説明の便宜上バッファメモリの数
を８個としているが、（自己相関のデータ数＝４）、通
常はこれより多くのデータ例えば10乃至30データ程度必
要である）。そして、このバッファメモリ群51へのデー
タ書込みは書込み制御手段50によって制御され、またこ
のバッファメモリ群51からのデータ読出しは読出し制御
手段52によって制御されるようになっている。血流演算
手段59は、バッファメモリ群51より読出されたデータに
基づいて自己相関演算を行う自己相関演算器53a,53b
と、自己相関演算出力より血流の平均速度，分散，パワ
ーを算出する演算器54a,54bと、この演算器出力を選択
するマルチプレクサ（MUX）57とを有して成る。レート
・ラスタアドレス発振器31よりのデータNo.,ラスタアド
レス，レート信号は演算制御手段58に取込まれ、演算制
御手段58はこの信号に基づいて、書込み制御手段50,読
出し制御手段52,血流演算手段59の動作を制御する。

次に、上記のように構成された実施例装置の作用につ
いて説明する。

モータコントローラ29の制御下でモータ23が回転さ
れ、これにより超音波振動子21が回動される。そしてこ
の回動はロータリーエンコーダ22によって検出され、角
度検出器30より回動角検出データが出力される。この検
出データはモータコントローラ29及びレート・ラスタア
ドレス発振器31に取込まれる。そしてこのレート・ラス
タアドレス発振器31よりのレート信号に基づいてパルサ
26より駆動パルスが出力され、それが超音波振動子21に
印加される。これにより生体に向けて超音波が送波さ
れ、超音波振動子21の回動により超音波スキャンが行わ
れる。そして生体よりの超音波エコーはプリアンプ25を
介して振幅検波器28に取込まれ、ここで振幅検波が行わ
れる。この振幅検波出力はD.S.C43に取込まれる。

また、プリアンプ25の出力（エコー信号）はミキサ33
a,33bに取込まれ、ここで位相検波される。位相検波出
力はローパスフィルタ35a,35bに取込まれ、ここで搬送
波成分が除去された後にA/D変換器38a,38b及びMTIフィ
ルタ40a,40bを介してMTI演算器42に入力される。

ここでMTI演算器42の詳細な作用について説明する。

先ず、書込み制御手段50の制御下で、バッファメモリ
群51の各メモリへのデータ書込みが行われる。このデー
タ書込みはデータNo.の若い順に行われる。すなわち、
第２図において、先ずデータNo.0のデータがMEM1a,1bに
書込まれ、次にデータNo.1のデータがMEM2a,2bに書込ま
れ、続いてデータNo.2のデータがMEM3a,3bに書込まれ、
そしてデータNo.3のデータがMEM4a,4bに書込まれる。デ
ータNo.0乃至３のデータが書込まれた時点で、それら全
てのデータが読出し制御手段52の制御下で読出されて自
己相関演算器53aに入力される。自己相関演算器53aは、
この入力データより自己相関を求め、それを演算器54a
に送出する。するとこの演算器54aにより血流の平均速
度，分散，パワーが求められる。これにより、血流像の
１ラスタ（ａ）が形成される。

以上の演算処理中でも超音波スキャンは進行してお
り、第２図におけるデータNo.3のデータに続いてデータ
No.4のデータが取込まれる。このデータは、バッファメ
モリ群51内で現在最も古いデータ（ここではNo.0がこれ
に該当する）が記憶されているバッファメモリ（ここで
はMEM1a,1bがこれに該当する）に書込まれる。つまり、
バッファメモリ群51には、常に最新データを含む超音波
ラスタ４本分のデータが記憶されるのである。そして、
データNo.4のデータが書込まれた時点で、バッファメモ
リ群51内の全てのデータが読出し制御手段52の制御下で
読出される。このデータは今度は自己相関演算器53bに
取込まれる。これにより、自己相関演算器53bにおいて
自己相関が求められ、更に演算器54bにおいて血流の平
均速度，分散，パワーが求められ、血流像の１ラスタ
（ｂ）が形成される。

上記の場合、バッファメモリ群51において最も古いデ
ータが最新のデータに置換えられる形式を採っているた
め、読出し制御手段52においては、データNo.の若い順
にデータが並ぶように読出しデータの並替えが行われ
る。これにより読出しデータ（Da1,Db2），（Da2,Db
2），（Da3,Db3），（Da4,Db4）は、常にデータNo.の若
い順に並ぶことになる。

そして上記と同様に、新たなデータが書込み制御手段
50の制御下でバッファメモリ群51に書込まれる毎に、読
出し制御手段52の制御下で、最新のデータを含み且つ血
流像の１ラスタを形成するのに要する複数のデータ（こ
こではバッファメモリ群51内の超音波ラスタ４本分のデ
ータを意味する）が読出される。すなわち、第２図にお
いてａ乃至ｍで示す各グループ毎にデータが読出される
のである。そしてそのデータ群は、自己相関演算器53a
及び53bに交互に取込まれ、自己相関演算処理に供され
ることになる。第３図は本実施例装置による血流像のラ
スタを示しており、第５図の場合に比してラスタ本数が
大幅に増大しているのが解る。

ここで、自己相関演算器及び平均速度，分散，パワー
の演算器を２系統設けたのは次の理由による。

超音波スキャンの進行により次々に位相検波データが
生成され、それがMTI演算部37に取込まれるため、自己
相関演算及び平均速度，分散，パワーの演算が上記のデ
ータに取込みに間に合わない虞れがある。そこで、これ
らの演算処理を行う演算器を２系統設け（勿論３系統以
上設けてもよい）、バッファメモリ群51よりデータが読
出される毎に、当該データの演算処理を実行する演算器
を異ならせ、これにより血流演算手段59全体としての演
算処理の高速化を図っている。従って、MUX57からは、
演算器54aの処理結果と演算器54bの処理結果とが交互に
出力されることになる。

以上の血流演算処理の制御は演算制御手段58によって
行われる。

尚、自己相関演算処理及び平均速度，分散，パワーの
演算処理が、上記データ取込みに間に合う場合には１系
統の演算器53a,53bによって血流演算手段59を形成して
もよい。この場合、MUX57は不要である。

このようにして得られたＢモード構成データ及び血流
イメージ構成データはD.S.C43を介してカラー処理回路4
4に取込まれ、ここでカラー処理された後に、D/A変換器
45を介してカラーモニタ46に伝達され、表示される。こ
のカラーモニタ46での表示像は、白黒Ｂモード像上にカ
ラー血流像が重畳されたものとなる。

このように本実施例装置においては、機械走査法を用
いているのにもかかわらず、血流像のラスタ数を増大で
きるので、良好な血流像を得ることができる。また、血
流像の１ラスタを形成するのに要するデータ数の増減に
より、フレームレート重視と速度分解能重視とに画質調
整を行い得る。

尚、本発明は上記実施例に限定されない。

例えば上記実施例では機械的に超音波スキャンを行う
ようにしたものについて説明したが、電子的に超音波ス
キャンを行うようにしてもよい。この場合には、血流像
１フレームを形成するための超音波送受回数の減少が図
れるため、フレームレートの向上により、リアルタイム
性に優れた血流像が得られる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、機械走査法を用
いた場合でも良好な血流像が得られる超音波診断装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例装置のブロック図、第
１図（Ｂ）は同図（Ａ）の主要部の詳細な構成ブロック
図、第２図及び第３図は本実施例装置における超音波ラ
スタと血流像ラスタとの関係説明図、第４図及び第５図
は従来装置における超音波ラスタと血流像ラスタとの関
係説明図である。 20……超音波プローブ、50……書込み制御手段、 51……バッファメモリ群（記憶手段）、 52……読出し制御手段、59……血流演算手段。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体に向けて送波された超音波のエコーを
   受信し、このエコー信号の位相検波出力に基づいて該生
   体の血流像を得るようにした超音波診断装置において、
   エコー信号の位相検波データを記憶し得る記憶手段と、
   超音波スキャンの進行により新たな位相検波データが生
   成される毎に該データを前記記憶手段に書込む書込み制
   御手段と、最新の位相検波データを含み且つ血流像の１
   ラスタを形成するのに要する複数のデータを前記記憶手
   段より読出す読出し制御手段と、読出された位相検波デ
   ータを使って血流像情報の算出処理を行う血流演算手段
   とを有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】超音波スキャンを機械的に実行する超音波
   プローブを備えた請求項１記載の超音波診断装置。