JPH03173551A - 血流の測定及び表示装置 - Google Patents

血流の測定及び表示装置

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JPH03173551A
JPH03173551A JP2326172A JP32617290A JPH03173551A JP H03173551 A JPH03173551 A JP H03173551A JP 2326172 A JP2326172 A JP 2326172A JP 32617290 A JP32617290 A JP 32617290A JP H03173551 A JPH03173551 A JP H03173551A
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    • A61B8/06Measuring blood flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S15/582Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、血流の生理学的パラメータを測定及び表示す
る装置に関するもので、該装置は測定用ユニットを含み
、超音波エコー技術(ultrasonicechog
raphy)を用い、時間tと走査深度Zの関数として
の該血流の速度V(t、 z)を用いる。
本発明は、血管中の血流のエコー技術的走査の一般分野
で用いられて特に魅力があり、診断のために該血流を特
徴付ける生理学的パラメータの測定及び表示用として顕
著に用いられる。
〔従来の技術〕
現在、超音波エコー技術による血流の臨床検査はドツプ
ラー効果(Doppler effect)に立脚する
装置を用いて実施されており、ドツプラー効果とは、圧
電変換器(piezoelectric transd
ucer)により放出される波と、当該血流と相互に影
響し合った後で受信される波との間の、ドツプラー周波
数fDと呼ばれる周波数差を考察するものである。放出
される超音波の周波数をfEとし、血流方向に対し超音
波ビームのなす角をθとし、音の伝播速度をCとすると
き、血流の速度Vは fo = 2(V/C)fg cosθ       
(1)によって、ドツプラー周波数fつに関係付けられ
る。
既知のドツプラー装置は興味あるパラメータ、例えば時
間tの関数としての血流速度Vの分布を与える速度スペ
クトル画像等を顕著に提供する。
しかし得られた結果は、方法それ自体の原理か本来備え
ているところの、そして圧電変換器により放出される周
波数f6か上記の関係式(1)を介して速度Vに影響を
持つ所与の広がりを示しているという事実かもたらすと
ころの所与の精度を欠いている。
〔解決すべき課題〕
従って、本発明により解決すべき技術的課題は、さらに
正確な速度のスペクトル画像か得られることを可能なら
しめるところの、そして補助的な生理学的パラメータの
判定を可能ならしめるところの、上述の種類の血流の生
理学的パラメータを測定及び表示する装置を提供するこ
とである。
〔課題解決の手段〕
本発明による上記技術的課題の解答は、速度V(t、 
z)の測定か使用される超音波の周波数とは独立であり
、また1、該測定及び表示装置は、速度V(t、z)の
値を記憶するメモリの出力点に接続されているところの
、一方では、所与の時点tに対し、ΔVを判定化ステッ
プとする時ΔVの近傍にある値■1を持つ測定標本の数
Nl (t)を、メモリに書き込むマルチプレクサを有
し、もう一方では、例えば点(V+、 t)での輝度か
Nl (t)に比例するというような時間の関数として
の速度を表示するためのデバイスを有することに在る。
可聴帯域外周波数とは無関係に高速測定を実行すること
のできる装置の中には、ヨーロッパ特許出願第0225
 &67号に記載されている時間相関原理によって動作
するものがあり、それらの流速測定ユニットは、2つの
継起的エコーに基づく相関関数値を供給する相互相関回
路(intercorrelajioncircuit
)と、該相関関数値に基づく速度V(t、 z)の推定
値を供給する多重化/内挿回路 (multiplexing/1nterpolati
on circuit)とを有する。
流速測定に関して得られた精度は、例えばMモードでの
血流の表示や速度スペクトル画像の表現ばかりではなく
、在来のドツプラー・システムでは深度関数としての解
像度が貧弱だったから今までは到達できなかった他の生
理学的パラメータの計算も可能ならしめる。本発明によ
り判定できるパラメータには流直径D(t)、平均速度
V(t)、流れ率Q(t)がある。以下、図面を参照し
て種々のパラメータを計算する技術的手段を詳細に説明
する。
〔実施例〕
第1図は血流10の生理学的パラメータを測定及び表示
する装置を示す。該装置は、例えば多重エレメント・ア
レイであってもよい圧電変換器100を有する。変換器
100に接続する送信機段階200が超音波走査ビーム
を形成し、測定ユニット300か、時間tと走査深度Z
の関数としての血流速度V(t、 z)の推定値を供給
するために、変換器100へ戻ったエコー技術的信号(
echographic signals)を処理する
送信機段階200は、発振器と周波数分割器とから成る
通常のシークエンサーを有し、該周波数分割器は周期的
に起きる定められた周波数1/Tでジェネレータを制御
し、該ジェネレータの電気的励起信号が変換器100に
与えられ、そこでこれらの信号は周期的な超音波パルス
信号列に変換される。
送信機段階200と測定段階300のためのセパレータ
101が変換器100と該段階200.300との間に
挿入され、送信された信号による測定回路の過負荷を防
止する。
第1図の速度V(t、 z)を測定するための測定ユニ
ット300は固定エコー消去器(f 1xed−ech
elimination device)301を有し
、例えば2つの点で該消去器は、受信した信号S。(t
、 z)に基づく信号d、、(t、z)から検査される
血管壁からの鏡面反射による固定コンポネントを除去し
たものを供給する。続いて固定エコー消去器301によ
り供給される信号d、 (t、z)は、ヨーロッパ特許
出願第0225667号に記載されている相互相関方法
に従って処理される。該方法は移動目標により返される
超音波信号か関係式 %式%() により関係づけられているという事実、という意味は信
号n+1は時間シフトτを除き先行信号nのレプリカで
あるという事実を用いている。このτは、超音波力月つ
の励起からもう1つの励起へ、変換器−目標−変換器と
いう経路を移動するのに必要な余分の時間を表す。換言
すれば、Viを目標の速度、Cを音速とするとき τ= 2VT/C である。よって、τを測定することは速度Vの測定を可
能ならしめることが判る。
d、 (t)とdn+1 (t)との間のCm、 c+
1(to、u)=fF:” d、+1(t+u) d−
(t)dtて定義される相互相関関数か C*、 a+1(too u)=C−、。(to、 u
−r )となることを確証する。
時間toは、to=2z/Cであるから走査深度Zに関
係づけられ、Wは積分ウィンドウの巾である。
関数C0,!l (to、 u)は自己相関関数であり
、従ってU=Oのときに最大になる。それ故、時間シフ
トτの測定、従って速度Vの測定は、どのパラメータU
に対して関数 C0,。や1(to、u) か最大になるかを調べることにより得ることかできる。
従って相互相関関数は、標本化ステップΔtを使ってu
 ml a ” −1Δtとu−、、=IΔtとの間で
21+1個の相関関数値を得るために1のステップで標
本化される。これらの21+1個の値のU=UOに対応
する最大値は等式τ=UOを使うことによりτの測定を
可能ならしめる。相関関数の計算は第1図に示す相互相
関回路302により実行される。
相関関数の最大値決定における標本化に固有の誤差を除
去するために、相関関数値に基づきさらに正確な速度の
推定値と、対応する相関ピーク値とを供給する多重化/
内挿回路303を使用することかてきる。ヨーロッパ特
許出願第0225667号はこのタイプのエコー技術的
信号の処理の一例を記述し、そこでは2つの信号間の相
関は、信号dolt (t)と前に使われた信号d、 
(t)とが超音波信号の符号に簡単化されているという
意味で、いわゆる「1ビツト」相関である。そのとき相
関関数のピークが二等辺三角形の形状を採ることは既知
である。この形状の知識は、最高点及びその2つの近傍
に基づいて、線型補間による相関ピークの完全な再構築
を、従ってUOの所在位置の正確な決定を可能ならしめ
る。
在来のドツプラー速度測定器とは反対に、こうして定め
られた流速度V(t、 z)は用いられる超音波の周波
数の広かりに不感という利点があり、より完全な結果の
使用を可能ならしめる。
速度V(t、 z)とされた値はさらに後の処理のため
にメモリ304に記憶される。極めてよく知られたデイ
スプレィ手段を用いて、考究された流れの画像は、血管
中の速度の側面の時間のうちに展開されるいわゆる「M
モード」表現で1番目のスクリーン305に表示するこ
とかできる。速度の符号化は、CFM(色彩流れ写像−
Colour Flow Mapping)システムで
用いられるもの、例えば赤のコードは転置の方向、青の
コードは反対の方向、速度の度合いは色彩の度合いを通
して符号化されるもの、である。
ユーザにとってもう1つの特に重要な動作は、正確な速
度スペクトル画像の形成である。この目的のために、第
1図の測定及び表示装置は、メモリ304の出力点に接
続されているところの、一方では、所与の時点tに対し
、ΔVを判定化ステップとする時ΔVの近傍にある値■
1を持つ測定標本の数N+ (Dを、メモリ402に書
き込むマルチプレクサ401を有し、もう一方では、例
えば点(V+、 t)での輝度がNl (t)に比例す
るというような時間の関数としての速度を表示するため
のデバイス403を有する。
第1図はまた、流れを特徴づける他の生理学的パラメー
タがどのように計算できるかをも示している。まず最初
は流れの直径D(t)に関するものて、この測定のため
には、固定エコー消去器301の出力点に接続されて局
所エネルギー E(t、 z)=Σd、、”(t、z)を計算する回路
404が用いられ、またE(t、 z1(t))=E(
t、 z2(t))= E。
て定義される値Eo、 z1(t)、 z2(t)に対
する調整可能しきい値検出器により形成される、流れの
直径D(t)= z2(t)  z1(t)を計算する
だめの回路405か用いられる。
各時点tて流れの直径D(t)が既知であるので、血流
の平均速度V(t)は回路406を使って測定すること
ができ、該回路406は、zo v(t、 z)を供給
する加算器と、Mをセグメント[2+122]に対し使
われる標本数とするどきMによる除算器とによって形成
されている。 さらに、流れ率Q(t)は回路407を
使って測定することができ、該回路407は、一方にお
いては重心 zo(t) =Σo V(t、 Z)z/V(t)を計
算するための回路408及び他方においてはQ=AΣo
 V(t、z) l z−z。
を計算するための回路409を有するものであって、上
記回路408はzo V(t、z)zを供給する加算器
と、回路406で計算された平均速度V(t)での除算
器とにより形成され、また上記回路409はzo V(
t、z) l Z−Z。
を供給する加算器と、それに続いて、θを流れが超音波
ビームとなす角とするとき常数 A=πcosθ/5in2θ による乗算器とにより形成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による測定及び表示用の装置の概略図で
ある。 10・・・血流 100・・・圧電変換器 200・・・送信機段階 300・・・測定ユニット 301・・・固定エコー消去器 302・・・相互相関回路 303・・・多重化/内挿回路 304、402・・・メモリ 305・・・スクリーン 401・・・マルチプレクサ 403・・・表示デバイス 404、405・・・計算回路 406、407・・・測定計算回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、測定用ユニット(300)を含み、超音波エコー技
    術を用い、時間tと走査深度zの関数としての血流の速
    度V(t、z)を用いて成る血流(10)の生理学的パ
    ラメータを測定及び表示する装置において、 速度V(t、z)の測定は使用される超音波の周波数と
    は独立であり、 該測定及び表示装置は、速度V(t、z)の値を記憶す
    るメモリ(304)の出力点に接続されているところの
    、 一方では、所与の時点tに対し、ΔVを判 定化ステップとする時ΔVの近傍にある値V_iを持つ
    測定標本の数N_i(t)を、メモリ(402)に書き
    込むマルチプレクサ(401)を有し、もう一方では、
    例えば点(V_i、t)での輝度がN_i(t)に比例
    するというような時間の関数としての速度を表示するた
    めのデバイス(403)を有することを特徴とする血流
    の生理学的パラメータの測定及び表示装置。 2、局所エネルギーE(t、z)を計算するための回路
    (404)を有し、また E(t、z_1(t))=E(t、z_2(t))=E
    oで定義される値Eo、z_1(t)、z_2(t)に
    対するしきい値検出器により形成される、流れの直径 D(t)=z_2(t)−z_1(t) を計算するための回路(405)を有することを特徴と
    する請求項1に記載の測定及び表示装置。 3、Σ_DV(t、z)を供給する加算器と、Mをセグ
    メント[z_1、z_2]中の測定標本数とする時Mで
    割る除算器とによって形成される、平均速度V(t)を
    計算するための回路(406)を有することを特徴とす
    る請求項2に記載の測定及び表示装置。 4、一方においては、Σ_DV(t、z)zを供給する
    加算器と、平均速度■(t)で割る除算器とにより形成
    されるところの、流れの重心z_0(t)を計算するた
    めの回路(408)を有し、 他方においては、Σ_DV(t、z)|z−z_0|を
    供給し、それに続いて、θを流れが超音波ビームとなす
    角とするとき常数 A=πcos^2θ/sin^2θ を掛ける乗算器がある加算器(409)を有して成る 流れ率Q(t)を計算するための回路(407)を有す
    ることを特徴とする請求項3に記載の測定及び表示装置
    。 5、流れの速度を測定するユニットは、2つの継起的な
    エコーに基づく相関関数値を供給する相互相関回路(3
    02)と、該相関関数値に基づく速度V(t、z)の推
    定値を供給する多重化/内挿のための回路(303)と
    を有することを特徴とする請求項1ないし4のうちのい
    ずれか1項に記載の測定及び表示装置。
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