JPH0779976A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ドプラ信号の飽和によるアーチファクト、血
流速音の音割れを防止し、正確な血流速像の作成、正確
な血流速の出力を行なう。 【構成】 ドプラ検波部３からの出力信号のデジタル化
を行ない、このデジタル信号を信号処理部の絶対値演算
部１２で演算して振幅を求める。この振幅データをもと
に利得演算部１３で振幅に対応する利得を演算し、この
利得データを乗算型Ｄ／Ａ変換器１５に送る。乗算型Ｄ
／Ａ変換器１５はドプラ検波部３からの出力信号にこの
利得データに基づく利得を乗ずることにより信号の圧縮
を行なう。ドプラ検波部からの出力信号が小さいときに
は、殆ど振幅の圧縮を行なわず、出力信号が多きときに
圧縮を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置に係り、
特に、ドプラ計測処理を行って血流速像を表示させるこ
とのできる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波診断装置は図６に
示すように、被検体内に特定周波数の（パルス状の）超
音波を打込むとともに被検体の血液から反射されてくる
超音波を受波する超音波探触子１と、この超音波探触子
１に超音波を送信するための送信回路及び超音波探触子
１からの超音波を受信するための受信回路を備えた超音
波送受信部２と、超音波送受信部２で受信した超音波か
らドプラ信号を検波するドプラ検波部３と、ドプラ信号
から周波数の偏移量を求めるとともに周波数分析する周
波数分析部４と、周波数分析された出力信号を血流速像
として表示する表示部５と、ドプラ検波部３からの信号
を血流音声として出力するスピーカ６とを備えている。
ドプラ検波部３は、受信信号を増幅する同期増幅回路３
１、受信信号に含まれる順方向と逆方向の信号を分離す
るための復調回路３２ａ、３２ｂ、パルスドプラのサン
プリング位置を設定するサンプリング回路３３ａ、３３
ｂ及び帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂを備えており、
帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂから出力されたドプラ
信号はそれぞれＡ／Ｄ変換器７ａ、７ｂを通して周波数
分析部４へ、また順逆分離部８を通してスピーカ６へ入
力される。

【０００３】このような超音波診断装置においては、ま
ずドプラ検波部３で、超音波探触子１からの受信信号を
入力し、この入力信号に基づいて周波数偏移量を含む関
数に対応する信号即ちドプラ信号を作成する。次に周波
数分析部４において、ドプラ信号から周波数の偏移量を
求めるとともにこの偏移量に基づいて種々の処理を行
う。表示部５では、周波数分析部４からの出力信号に基
づき、例えば、横軸に時間軸、縦軸に周波数偏移の大き
さをとった血流速像を表示する。ここで血流が近づく方
向（順方向）を（＋）側に、遠ざかる方向（逆方向）を
（−）側にとるようにして、血流の方向がわかるように
している。また、ドプラ検波部からの出力信号を、順逆
分離部７で、近づく方向と遠ざかる方向とに分離し、例
えば、近づく方向を右側のスピーカーから、遠ざかる方
向を左側のスピーカーから血流音声として出力してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の超音波診断装置では、超音波探触子１から受信される
信号のレベルの拡大に伴い、ドプラ検波部３及び周波数
分析部４での飽和が起こり、画像上に飽和によるアーチ
ファクト及び血流速音の音割れが発生し易くなった。こ
のアーチファクトは、正確な周波数偏移量の表示の妨げ
となり、正確な血流速像が表示できないことや、正確な
血流速音を出力できない場合があった。

【０００５】このような信号レベルの拡大に伴う問題を
解決するために、超音波探触子１からの受信信号を対数
（ＬＯＧ）増幅器等により振幅の圧縮を行い、ドプラ検
出器３及び周波数分析部４での飽和を防ぐようにする方
法がある。しかし、例えばこのように受信信号のＬＯＧ
圧縮を行った場合には、得られるドプラ信号が歪んでし
まうため、高調波や相互変調が発生してしまう場合があ
り、その場合にも正確な周波数偏移量の表示ができない
という問題があった。

【０００６】一方、ドプラ検波部３の利得を小さく設定
しておいた場合には、ドプラ信号の振幅が小さいときに
精度が低下するという問題がある。本発明は、このよう
な従来の問題点を解決するためになされたものであり、
ドプラ信号の振幅が大きいときには、振幅の圧縮を行
い、ドプラ信号の振幅が小さいときには、振幅の圧縮を
ほとんど行わないことにより、ドプラ信号の振幅が小さ
いときの精度を下げずに、より大きいドプラ信号を扱え
る事を可能とし、ドプラ検波部及び周波数分析部の飽和
によるアーチファクト及び血流速音の音割れが発生しな
い超音波診断装置の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の超音波診断装置は、超音波探触子の走査によ
る被検体内の血流情報からドプラ信号を受信し検波する
ドプラ受信・検波部と、このドプラ受信・検波部からの
複素ドプラ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器と、この
デジタル信号を入力し、周波数分析を行う周波数分析部
と、周波数スペクトラムを表示する表示部とを備える超
音波診断装置において、デジタル化された複素ドプラ信
号を入力して絶対値演算を行いドプラ信号の振幅を求め
る絶対値演算部と、この絶対値演算部の出力信号を入力
しこの出力信号の振幅に基づき利得の演算を行う利得演
算部と、演算した利得をドプラ信号に乗ずることにより
ドプラ信号の振幅の圧縮を行う乗算型Ｄ／Ａ変換器とを
備えた信号処理部を設けているものである。

【０００８】絶対値演算部と乗算型Ｄ／Ａ変換器との間
には系の安定化を図るためにデジタルフィルタを挿入す
ることが好ましい。

【０００９】

【作用】このように構成した超音波診断装置は、信号処
理部においてドプラ受信・検波部からのドプラ信号の振
幅を求め、振幅の大きさに応じた利得をドプラ信号の乗
じ、振幅の大きさに応じた振幅の圧縮を行う。例えば、
ドプラ受信・検波部からのドプラ信号が大きいときに
は、０に近い倍率を乗ずることにより振幅の圧縮を行
い、一方ドプラ信号が小さいときには、１に近い倍率を
乗ずる。

【００１０】このように単にＬＯＧ圧縮でドプラ信号の
振幅を圧縮するのではなく、ドプラ検波部からのドプラ
信号が小さいときには、振幅の圧縮を小さくし、ドプラ
信号が大きいときには、振幅の圧縮を大きくすることが
できるので、出力信号が小さいときの精度を下げること
なく、ドプラ受信・検波部及び周波数分析部での飽和に
よるアーチファクト及び血流速音の音割れを防止し正確
な出力ができるようになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による超音波診断装置の一実施
例を図面を参照して説明する。図１は、本発明による超
音波診断装置の一実施例を示すブロック構成図である。
この実施例においては、ドプラ計測処理を行って血流速
像を表示させる機能のみを取り出して説明しており、図
６の超音波診断装置と同じ構成要素については同一符号
で示している。

【００１２】この超音波診断装置は、超音波探触子１
と、この超音波探触子１に超音波を送信するとともに超
音波探触子１からの超音波を受信する超音波送受信部２
と、超音波送受信部２で受信した超音波からドプラ信号
を検波するドプラ検波部３と、ドプラ信号から周波数の
偏移量を求めるとともに周波数分析する周波数分析部４
と、周波数分析された出力信号を血流速像として表示す
る表示部５と、ドプラ検波部３からの信号を血流音声と
して出力するスピーカ６とを備え、更にドプラ検波部３
と周波数分析部４との間に、ドプラ検波部３からのドプ
ラ信号の振幅に基づきドプラ信号に所定の利得を乗ずる
ための信号処理部１０が備えられている。

【００１３】超音波探触子１は超音波送受信部２によっ
て駆動され、被検体内に１〜２０ＭＨｚ程度の特定周波
数ｆの（パルス状の）超音波を打込むとともに被検体の
血液から反射されてくる超音波を受波する。超音波送受
信部２は、図示しない基準発振器、超音波発信回路およ
び超音波受信回路等を備え、超音波探触子１を駆動する
とともに血流から反射された信号である反射エコー信号
を受信する。

【００１４】ドプラ検波部３は、受信信号を増幅する同
期増幅回路３１、受信信号に含まれる順方向と逆方向の
信号を分離するための復調回路３２ａ、３２ｂ、パルス
ドプラのサンプリング位置を設定するサンプリング回路
３３ａ、３３ｂ及び帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂを
備えており、近づいてくる血流、及び遠ざかる血流を区
別できるようにしている。

【００１５】超音波送受信部２からの出力信号は、超音
波の周波数（参照周波数）をｆ、周波数偏移量をΔｆと
するとき、sin２π（ｆ＋Δｆ）ｔの関数に対応する信
号となっている。ここで、ｔは時間を示している。復調
回路３２ａ、３２ｂは、同調増幅回路２１により増幅さ
れた受信信号に、参照周波数の信号cos２πｆｔ、sin２
πｆｔを乗ずることにより位相検波する。各復調回路３
２ａ、３２ｂからの出力はそれぞれサンプリング回路３
３ａ、３３ｂを介して帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂ
に入力されるようになっている。サンプリング回路３３
ａ、３３ｂは予め設定されたサンプリング位置で信号を
サンプリングする。帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂ
は、周波数偏移量Δｆを含む項の関数を取り出すように
なっており、この場合、帯域通過フィルタ３４ａでは、
sin２πΔｆｔの関数に対応する信号を出力し、帯域通
過フィルタ３４ｂでは、cos２πΔｆｔの関数に対応す
る信号を出力する。

【００１６】帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂからの出
力は、Ａ／Ｄ変換器７ａ、７ｂによってデジタル信号に
変換されるとともに信号処理部１０により処理される。
この信号処理部１０からの出力は帯域通過フィルタ３４
ａ、３４ｂからの出力にフィードバックされ、この帯域
通過フィルタ３４ａ、３４ｂからの出力信号の振幅の圧
縮を行う。信号処理部１０の詳細については後述する。

【００１７】周波数分析部４は、Ａ／Ｄ変換され且つ信
号の大きさに応じて圧縮されたドプラ信号を高速フーリ
エ変換（ＦＥＴ）し、周波数領域に変換し、横軸に時
間、縦軸に周波数偏移量を示す血流速像（周波数スペク
トル）に対応する画像データを作成するようになってい
る。表示部５はこのような血流速像をＣＲＴ等に表示す
る。この血流速像は、例えば、横軸に時間軸をとり、縦
軸に周波数偏移量の大きさで、近づく方向（順方向）を
（＋）側に、遠ざかる方向（逆方向）を（−）側にとる
ようにしている。

【００１８】信号処理部１０は、図２に示すようにドプ
ラ検波部３と周波数分析部４との間に挿入されるフィー
ドバック回路で、ドプラ検波部３（帯域通過フィルタ３
４ａ、３４ｂ）からのドプラ信号を増幅する増幅器１１
と、Ａ／Ｄ変換器７（７ａ及び７ｂ）からの信号を入力
して絶対値演算を行いドプラ信号の振幅を演算する絶対
値演算部１２と、絶対値演算部１２で求められたドプラ
信号の振幅に基づき利得を演算する利得演算部１３と、
フィードバック回路の安定を図るためのデジタルフィル
タ１４と、利得演算部１３で演算した利得をドプラ信号
に乗ずることによりドプラ信号の振幅の圧縮を行う乗算
型Ｄ／Ａ変換器１５、１５とを備えている。

【００１９】尚、デジタルフィルタ１４は、Ａ／Ｄ変換
器７、増幅器１１、絶対値演算部１２、利得演算部１
３、乗算型Ｄ／Ａ変換器１５により構成される系の不安
定性を除去するために利得演算部１３と乗算型Ｄ／Ａ変
換器１５との間に挿入されるローパスフィルタで、ＩＩ
Ｒ型デジタルフィルタ、特に１次ＩＩＲ型デジタルフィ
ルタを用いることができる。ＩＩＲ型デジタルフィルタ
はＦＩＲ型デジタルフィルタよりも回路規模を小さくす
ることができ、しかも急峻な遮断特性を得ることができ
る。

【００２０】スピーカ６は左右一対から成り、図２に示
す実施例では圧縮を行なった信号をＡ／Ｄ変換器７の出
力から取り出し、Ｄ／Ａ変換器１６でアナログ信号に変
換した後ローパスフィルタ１７を通し、順逆分離部８に
より、順方向と逆方向とに分けた後、例えば、近づく方
向を右側のスピーカーから、遠ざかる方向を左側のスピ
ーカーから血流速音として出力している。尚、スピーカ
への出力は、図３に示すように圧縮を行なった信号を増
幅器１１の出力から通り出し、ローパスフィルタ１７を
通し、順逆分離部８で順逆分離を行ない、血流速音とし
て出力してもよい。

【００２１】次にこのような構成における超音波診断装
置の動作について説明する。まず、超音波探触子１から
特定周波数ｆの超音波パルス（図４（ａ））を発しなが
ら被検体を走査することにより、被検体の血流からの反
射エコー信号（同図（ｂ））を得る。ドプラ検波部３
は、この受信信号を同期増幅回路３１において増幅した
後、復調回路３２ａ、３２ｂで参照周波数の信号（cos
２πｆｔ、sin２πｆｔ）を乗ずることにより位相検波
する（同図（ｃ））。これをサンプリング回路３３ａ、
３３ｂで一定時間遅延でサンプルホールドし、帯域通過
フィルタ３４ａ、３４ｂを通すことによりドプラ信号
（同図（ｅ））が得られる。

【００２２】この帯域通過フィルタ３４ａ、３４ｂの出
力（Ａ×sin２πΔｆｔ及びＡ×cos２πΔｆｔ）はそれ
ぞれ増幅器１１（図２、図３）により増幅され、Ａ／Ｄ
変換器７に入力されデジタル信号に変換される。このデ
ジタル信号に変換された信号は、絶対値演算部１２に送
られ、ここでは、送られてきた位相差９０をもつ２つの
信号の絶対値演算を行うことにより、この信号の振幅を
求めることができる。

【００２３】即ち、この絶対値演算部１２からは、 （（Ｋ×Ａ×sin２πΔｆｔ） ²＋（Ｋ×Ａ×cos２πΔ
ｆｔ） ²） ^1/2＝Ｋ×Ａ に対応するデータが出力される。この出力データ（Ｋ×
Ａ）は次に利得演算部１３に入力される。この利得演算
部１３ではこの入力されたデータに基づいて、ドプラ検
波部３より出力された信号に乗ずる利得（倍率）を決定
するデータの演算を行い、その結果を乗算型Ｄ／Ａ変換
器１５に入力する。例えば、このドプラ検波部３からの
出力信号の振幅が飽和レベル以上のものであれば、飽和
しないレベルまでこの振幅の圧縮を行うような利得デー
タｇ（０＜ｇ＜１）を乗算型Ｄ／Ａ変換器１５に入力
し、ドプラ検波部３からの出力信号の振幅が飽和レベル
以下のものであるならば、この振幅をほとんど圧縮しな
いような利得データ（ｇ≦１）を乗算型Ｄ／Ａ変換器１
５に入力する。

【００２４】乗算型Ｄ／Ａ変換器１５では、この利得演
算部１３から送られてきたデータに基づいた倍率を、０
〜１の範囲で、ドプラ検波部より出力された信号に乗ず
ることにより信号の圧縮を行う。このように信号の大き
さに応じて圧縮されたドプラ信号（デジタル信号）は、
周波数分析部４において高速フーリエ変換（ＦＥＴ）さ
れ、表示部５において血流速像が表示される。一方、こ
の圧縮されたドプラ信号は、Ｄ／Ａ変換器１６でデジタ
ル変換された後、ローパスフィルタ１７を通って、順逆
分離部８で順方向と逆方向に分離された後スピーカ６に
より血流速音として出力される（図２）。或いは増幅器
１１の出力である圧縮されたドプラ信号（アナログ信
号）は、そのままローパスフィルタ１７、順逆分離部８
を通ってスピーカ６により血流速音として出力される
（図３）。

【００２５】この場合周波数分析部４及びスピーカ６に
送られる信号は、ドプラ信号の振幅データに基づいて、
振幅圧縮されているので、周波数分析部４の飽和による
アーチファクトやスピーカ６での血流速音の音割れが発
生することはない。しかも振幅の小さな信号についても
精度を下げることなく、正確に表示することができる。

【００２６】尚、図１の実施例では、ドプラ計測処理を
行って血流速像を表示させる機能のみを説明したが、本
発明が適用される超音波診断装置は、図５に示すような
ＭＴＩ（移動目標指示装置）を利用してカラー表示機能
を有する超音波診断装置にも適用できるのは言うまでも
ない。この装置は、図１の周波数分析部（ＦＥＴ）４の
他に、各種血流諸元のカラードプラ量を演算するカラー
演算部と、このカラードプラ量を表示する表示部（カラ
ーモニタ）を備えている。尚、図５において信号処理部
及びスピーカは省略されているが、図２または図３と同
様に検波部３と周波数分析部４との間に設けることがで
きる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明による超音波診断装置によれば、ドプラ信号の振幅を
求め、振幅の大きさに応じた利得をドプラ信号の乗じ、
振幅の大きさに応じた振幅の圧縮を行う信号処理部を設
けたので、ドプラ検波部や周波数分析部の飽和によるア
ーチファクトを防止するとともにスピーカから血流速音
を発生させる際に音割れを防止することができ、しかも
ドプラ信号の振幅が小さいときの精度を下げることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図。

【図２】本発明による超音波診断装置に用いられる信号
処理部の一実施例を示すブロック図。

【図３】本発明による超音波診断装置に用いられる信号
処理部の他の実施例を示すブロック図。

【図４】超音波診断装置における信号処理の一例を示す
図。

【図５】本発明が適用される超音波診断装置の他の実施
例を示す概略ブロック図。

【図６】従来の超音波診断装置の概略ブロック図。

【符号の説明】

１・・・・・・超音波探触子 ２・・・・・・超音波送受信部 ３・・・・・・ドプラ検波部 ４・・・・・・周波数分析部 ５・・・・・・表示部 ７・・・・・・Ａ／Ｄ変換器 １０・・・・信号処理部 １２・・・・絶対値演算部 １３・・・・利得演算部 １５・・・・乗算型Ｄ／Ａ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波探触子の走査による被検体内の血流
   情報からドプラ信号を受信し検波するドプラ受信検波部
   と、このドプラ受信検波部からの複素ドプラ信号をデジ
   タル化するＡ／Ｄ変換器と、このデジタル信号を入力
   し、周波数分析を行う周波数分析部と、周波数スペクト
   ラムを表示する表示部とを備えた超音波診断装置におい
   て、前記デジタル化された複素ドプラ信号を入力して絶
   対値演算を行いドプラ信号の振幅を求める絶対値演算部
   と、この絶対値演算部の出力信号を入力し前記出力信号
   の振幅に基づき利得の演算を行う利得演算部と、演算し
   た利得を前記ドプラ信号に乗ずることにより前記ドプラ
   信号の振幅の圧縮を行う乗算型Ｄ／Ａ変換器とを備えた
   信号処理部を設けていることを特徴とする超音波診断装
   置。