JPS6382634A - 超音波血流イメ−ジング装置 - 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） 本発明は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の血
流情報を検出し、この血流情報をカラーで２次元で表示
する超音波血流イメージング装置に関する。

（従来の技術） 超音波ドプラ法と断層像を併用することによって一つの
プローブで血流情報と断層像（Ｂモード像）を得、断層
像に重ねて血流情報をリアルタイムでカラー表示させる
ようにした超音波血流イメージング装置が知られている
。このような超音波血流イメージング装置によって血流
速度を測定する場合の動作原理は次の通りである。

すなわち、被検体である生体内を流れている血流に対し
て超音波パルスを送波すると、この超音波ビームの中心
周波数ｆｃは流動する血球によっ音波となる。このとき
周波数ｉｃ、＋、は次式（７）ように示され血流速度■
が反映された形で示される。

２ｖｃｏｓ　θ ｆ・　ユ□−＋。

に こで、Ｖ：血流速度、 θ：超音波ビームが血管となす角度、 Ｃ：音速。

従ってドプラ偏移ｆ、を検出することによって、血流速
度■を得ることができる。

このようにして得られた血流速度Ｖを２次元画像として
表示するためには次のような方法で行われる。先ず第９
図のように超音波プローブ１から被検体に対してＡ、Ｂ
、Ｃ，・・・方向に順次超音波パルスを送波してセクタ
スキャンを行うにあたり、第１０図の構成の超音波血流
イメージング装置によってその超音波パルスのスキャン
制御が行われる。

最初にＡ方向に超音波パルスが送波されると、被検体内
の血流でドプラ偏移されて反射されてきたエコー信号は
同一プローブ１によって受波され、電気信号に変換され
て受信回路２に送られる。

次に位相検波回路３によってドプラ偏移信号が検出され
、このドプラ偏移信号は超音波パルスの方向に設けられ
た例えば２５６個のサンプル点（ＳＰ）ごとにとらえら
れる。各サンプル点でとらえられたドプラ偏移信号は周
波数分析器４で周波数分析され、分析結果がＡ／Ｄ変換
されて０ＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）に送
られた後、表示部６に入方向の血流像が２次元画像とし
てリアルタイムで表示される。

以下Ｂ、　　Ｃ，・・・の各方向に対しても同様な動作
がくり返されて、各スキャン方向に対応した血流像が表
示されることになる。

ところでこのような従来の超音波血流イメージング装置
においては、得られる画像の空間分解能（走査線数ｎに
依存）、濃度分解能（サンプリング点数ｍに依存）、表
示視野角、リアルタイム性（フレーム数ＦＮ）等には次
のような関係があり、ｎ　Ｘ　ｍ　Ｘ　１　／　ｆ　ｒ
　Ｘ　Ｆ　Ｈ＝　１）ｒ　：超音波くり返し周波数 どれかを良くしようとすると他のものが劣化してしまう
という関係がある。

現在の装置では視野角θを４５°乃至６０°、クレーム
数ＦＮを４乃至３０程度に選んでいるが、このために分
解能が劣化する欠点がある。分解能を向上させようとす
ると、１ビーム方向に対して複数回のスキャンが必要に
なるので時間が長くなってしまう。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の超音波血流イメージング装置には、分
解能に優れた血流像を表示するのが困難であるという問
題がある。

本発明は以上の問題に対処してなされたもので、短時間
で分解能に優れた血流像を表示できる超音波血流イメー
ジング装置を提供することを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、心拍を検出しこれ
に同期したトリガ信号を出力するＥＣＧ回路と、断層像
の視野角よりも狭い範囲内で任意の視野角を設定可能な
ウィンドスキャン回路と、ＥＧＣ回路及びウィンドスキ
ャン回路の制御に基き前記設定された視野角におけるカ
ラードプラ用スキャン信号を出力するコントロール回路
と、前記視野角内を複数回スキャンして得られた血流情
報を加算平均する手段と、を備えたことを特徴としてい
る。

（作　用） ウィンドスキャン回路によって設定された任意の視野角
において、心拍同期により特定の時相の血流情報を得ま
た加算平均によってこれら血流情報をカラーで２次画像
としてリアルタイムで表示することができる。従って短
時間で分解能に優れた血流像を表示することができる。

（実施例） 第１図は本発明実施例の超音波血流イメージング装置を
示すブロック図で、１）は被検体に対して超音波パルス
の送受を行う超音波プローブ、１２はセクタ電子走査装
置アナログ部で、プリアンプ１３、パルサー１４、発振
器１５、ディレーライン１６、加算器１７、検波器１８
から構成されている。１９はり、Ｓ、Ｃ，（デジタル・
スキャン・コンバータ）、２０はカラー処理回路、２１
はＤ／Ａ変換器、２２はＶＴＲ、２３ハカラーモニタテ
ある。

加算器１７から出力された信号のうち一方は検波器１８
、ライン３７を介してり、Ｓ、Ｃ，１９へ送られ、断層
像（Ｂモード像）を表示するために供される。他方はラ
イン３９以下へ送られ、血流像を表示するために供され
る。ライン３９から加えられた信号（ドプラ信号）は二
分され、各々ミキサー２４ａ、２４ｂに加えられる。各
ミキサー２４ａ。

２４ｂにはまた９０°移相器２５によって発振器１５か
らの基準信号ｆ。が９０゛位相差を持たせて各々加えら
れて掛算が行われる。この結果ローパスフィルタ２６ａ
、２６ｂにはドプラ偏移信号ｆｄと（２Ｊｏ＋Ｊａ）信
号が入力され、ローパスフィルタ２６ａ、２６．ｂによ
って高周波成分が除去されてドプラ偏移信号ｆ４のみが
得られる。

これは血流像のための位相検波出力信号となる。

第２図（ａ）乃至（Ｃ）は各信号波形を示すもので、（
ａ＋は超音波プローブ１）から被検体に対して送波され
る送信パルス、（ｂｌは被検体から反射された受信パル
ス（受信エコー）、（Ｃ）は位相検波出力である。

上記位相検波出力信号には血流情報だけでなく、心臓の
壁等のように動きの遅い物体からの不要な反射信号（ク
ラッタと称される）も含まれているので、このクラッタ
を除去するため位相検波出力はＭＴＩ　（Ｍｏｖｉｎｇ
　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）演算部２７に加
えられる。

このＭＴＩ演算部２７はＡ／Ｄ変換器２８ａ。

２８ｂ、ＭＴＩ　フィルター２９ａ、２９ｂ、自己相関
器３０、平均速度演算部３１、分散演算部３２、パワー
演算部３３から構成されている。このＭＴＩは移動目標
指示装置と称せられ、レーダに実用されておりドプラ効
果を利用して移動目標のみを検知する技術である。例え
ば移動目標は飛行機、固定目標（クラッタ）はグランド
（大地）、ウェザ−（雨滴や雲）、エンジェル（鳥等の
集団）となる。

これに対して本発明において対応するものは、移動目標
は血球、クラッタは血管壁等となる。血球である移動目
標の速度が比較的遅いため、ＭＴＩフィルタ２９ａ、２
９ｂの特性が非常に重要となる。第３図はこのＭＴＩ　
フィルタの構成の一例を示している。１／Ｚはル−トの
遅延、Σは加算器、Ｋ、、に、は係数を示している。ま
た第４図はＭＴＩ　フィルタの特性を示すもので、縦軸
はレスポンス（ｄＢ）　、横軸は周波数（ｋＨｚ）を示
している。

係数に、、に２を変えることにより図示のような種々な
特性を得ることができる。また移動目標の速度に応じて
フィルタのカットオフ周波数を例えば２００，４００．
６００　　（ｌｌｚ）　と変えることができる。

自己相関器３０は周波数分析法の一種であり、２次元の
多点の周波数分析をリアルタイムで行う必要性から用い
られている。

平均速度演算部３１においては、次式に基いて平均ドプ
ラシフト周波数子７を求める。

分散演算部３２においては、次式に基いて分散σ２を求
める。

パワー演算部３３においては、次式に基いてパワーＰを
求める。

このパワーＰは、血球からの散乱エコーの強度度に比例
するが、ＭＴＩフィルタのカットオフ周波数以下に相当
する移動物体からのエコーは除かれる。

各ポイントごとに演算された値はり、Ｓ、Ｃ，１９に入
力され、データを補間した後、カラー処理回路２０によ
ってカラー情報に変換される。■−σ２表示の場合には
血流の方向を、プローブに近ずく流れを赤系に、プロー
ブから遠ざかる流れを青光で示している。また平均速度
の大きさを輝度で、速度分散を色相（緑を混ぜる）で表
示している。

ＥＣＧ回路３４は第５図（ａｌのようなＥＣＧ　　（心
電波形）信号を発生させ、またこのＥＣＧ信号のＲ波か
ら所望のディレイ値（Ｔ）を有した第５図（ｂ）のよう
なトリガ信号を発生させる。

ウィンドスキャン回路３６は第６図のように可変抵抗Ｖ
Ｒと、直流バイアス−デジタル変換器（ＯＮとカウンタ
Ｃ０ＩＮとから構成され、ＶＲの位置を調整することに
より第７図のように超音波パルスのスキャンを行う場合
のスタート位置Ｐ１を設定して、断層像の視野角θ１よ
り狭い範囲内の視野角θｚ　　（Ｐ＋乃至Ｐ、ｌ）を設
定する。ここで視野角θ２は後述のウィンドスキャン回
路で決められている。

コントロール回路３５はＥＣＧ回路３４及びウィンドス
キャン回路３６の制御に基き、上記視野角θ２における
カラードプラのためのスキャン信号をセクタ電子走査装
置アナログ部１２へ出力する。

以下本実施例の作用を説明する。

第７図に示すようなセクタスキャンを行うにあたり、先
ず断層像（Ｂモード像）を表示するためにＡ、Ｂ、Ｃ・
・・の方向に順次スキャンを行い視野角θ１でスキャン
を行ってＵｒ層像Ｄ１を表示する。

次にこの断層像り、の中で必要な特定区間（ｐ。

乃至Ｐｎ）をウィンドスキャン回路３６を操作して設定
し、Ｐ、をスタート位置としてＰ、、に至るまで視野角
θ２でスキャンを行い、複数回くり返す。

ここで同一方向走査回数をｍ、ウィンド（視野角θ２）
内の走査線をｎ、超音波くり返し周波数をｆ、とすると
、Ｐｌ乃至Ｐｆｉを全部スキャンするための時間Ｔは、 Ｔ＝ｎＸｍＸ　− ｆ「 となる。ここで−例としてｆ１＝４ｋ１）２１ｍ＝８、
ｎ−１６とすると、Ｔ＝２３ｍｓとなる。

同一ウィンド内の走査回数をｌとすると、第５図（Ｃ）
において、Ｔ＝３２ｍｓで１回のウィンドスキャン（ｐ
、乃至ｐｎ　）　１−Ｉを終了し、次のＴ２で再びウィ
ンドスキャン（Ｐｌ乃至Ｐ、、）ｘ　−２を行う。

このようにして例えば同−視野内（Ｐ、乃至Ｐ、）でウ
ィンドスキャンを３回行い、これから得られる各ポイン
ト（ｘ、ｙ）における平均流速を■Ｘ＋ｙ＋ｊ　＋ｌ　
ｌ　ｖｘ＋ｙ＋１’　−ｚ　＋　ｖｘ＋ｙ＋ｊ　１）３
とする。

各ポイントにおける３回の平均流速を■Ｍ＋ｙとすると
、 となる。このｖＸ＋Ｖはり、Ｓ、Ｃ１９における加算平
均機能によって行われる。

このように加算平均により流速を求めることにより、ド
プラ血流検出の場合にはＳ／Ｎ向上以外に心拍同期によ
り血流の時間的ずれが補正されるいう効果もある。なお
この加算平均に代えてピークホールド等で行うこともで
きる。

第５図（Ｃ）において４回目以降の時相Ｔ４　、　Ｔｓ
では第６図のＶＲを調整することにより、第８図に示す
ようにウィンド（視野角）を移動させて今度はＱｌ乃至
Ｑ７の範囲でスキャンを行わせる。

この場合にもＰ、乃至Ｐ。の場合の■Ｘ＋Ｖと同様にし
て、平均流速を求めることができる。

なお第５図のＴＩ　　第２図はＴ１で得られた血流像が
フリーズされる。Ｔ２で得られた血流速度はリアルタイ
ムで、Ｔ、で作られた像に順次加算（平均）処理された
ものが、表示される。第７図及び第８図でＤ２が血流像
である。

加算平均の回数は、ウィンドスキャン初期設定の値を固
定しておけばこの間の心拍数に等しくなる。加算を中止
したい場合には、ＶＲを調整して初期設定値をＺ（第９
図）にしておけば、血流情報として０が入力されるので
加算は行われない。

ウィンドスキャン初期値マーカはＭモードマーカと同一
のものを用いても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、心拍同期によって特
定時相の血流情報を得て２次元画像として表示するよう
にしたので、短時間に分解能に優れた血流像を表示する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の超音波血流イメージング装置を
示すブロック図、第２図（ａｌ乃至（Ｃ１は本発明を説
明するための波形図、第３図は本発明装置のＭＴＩ　フ
ィルタのブロック図、第４図はＭＴｒ　フィルタの特性
図、第５図（ａ）乃至ｔｅｌは本発明を説明するための
波形図、第６図は本発明装置のウィンドスキャン回路の
一構成部、第７図及び第８図は本発明の原理を示すスキ
ャンパターン図、第９図及び第１０図は従来例を示すス
キャンパターン図及びブロック図である。 １）・・・プローブ、１２・・・セクタ電子走査装置ア
ナログ部、２４ａ、２４ｂ・・・ミキサー、２６ａ。 ２６ｂ・・・ローパスフィルタ、２７・・・ＭＴＩ　演
ｎ部、２９　ａ、　　２９　ｂ・ＭＴＩ　フィルタ、３
４−ＥＣＧ回路、ン回路。 第　　３　図 第４図 第　　　　図 第　　９　図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に対して超音波パルスの送受を行い得られ
   たエコー信号に基き断層像を表示すると共にこの断層像
   に重ねて血流像を表示する超音波血流イメージング装置
   において、心拍を検出しこれに同期したトリガ信号を出
   力するＥＣＧ回路と、断層像の視野角よりも狭い範囲内
   で任意の視野角を設定可能なウィンドスキャン回路と、
   ＥＣＧ回路及びウィンドスキャン回路の制御に基き前記
   設定された視野角におけるカラードプラ用スキャン信号
   を出力するコントロール回路と、前記視野角内を複数回
   スキャンして得られた血流情報を加算平均する手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波血流イメージング装置
   。
2. （２）前記ウィンドスキャン回路における視野角の設定
   動作をマニュアル操作により行う特許請求の範囲第１項
   記載の超音波血流イメージング装置。