JPH0420337A

JPH0420337A - 超音波パルスドップラ血流速検出装置

Info

Publication number: JPH0420337A
Application number: JP12500890A
Authority: JP
Inventors: Hideki Takeuchi; 秀樹竹内
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1992-01-23

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、超音波を用いて生体内の血流速を検出する超
音波パルスドツプラ血流速検出装置に関する。

（従来の技術）従来の超音波パルスドツプラ血流速検出装置は、生体内
に超音波を送り、移動している血液からの反射波を入力
して復調し、得られたドツプラシフト周波数から血流速
度を検出している。

第５図は、従来の超音波パルスドツプラ血流速検出装置
の代表的な一例を示すブロック図である。

図において、送信器１は、キャリア発生器２１から送ら
れたバースト波からなる発信信号を駆動電圧に変換して
振動子２に印加する。

振動子２は印加された駆動電圧によりバースト波からな
る超音波パルスＳを生体Ｂ内へ出射するとともに生体Ｂ
内の血管Ｐ等からのエコーを受信して増幅器３へ送る。

増幅器３はエコー信号を増幅した後、帯域通過フィルタ
４へ送る。

帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４は増幅された工ヨー信号
中に含まれるノイズを除去した後、ミキサ５．１５へ送
る。

一方、キャリア発生器２１は、送信器１にバースト波を
送るとともに、そのバースト波のキャリアと同周波数で
しかも位相を互いに９０度ずらした連続波を生成し、ロ
ーカル信号としてミキサ５１５へ送る。

ミキサ５，１５は、入力したエコー信号とローカル信号
を周波数軸上で和と差の成分にそれぞれ分り、すなわち
エコー信号は基底帯域とキャリア周波数の２倍の帯域の
２つに分けて周波数シフトされ低域通過フィルタ６．１
６へ送られる。

低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６．１６は、入力信号中の
基底帯域成分のみを抽出した後、タイミング発生器２２
から出力されたゲート信号により開閉されるスイッチ７
．１７で生体内の血流速度を検出したい部位、例えば図
中の血管Ｐについての信号のみを抽出して積分器８，１
８で積分し、高域通過フィルタ９．１９へ送る。ここで
出力されるのはドツプラシフト周波数成分であり、その
分布はＯＨｚ付近が最も多くなる。これは、血液中の血
球や乱流からのエコー強度が、血管およびそのまわりの
臓器からのエコー強度に比べ一４０〜６０ｃｌＢ程度と
非常に低いためであり、成分のほとんどが移動速度の小
さい周囲の臓器からのものである。

そこで、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）９．１９は、これ
らの不要な成分を除去したのちドツプラ信号のみを増幅
器１０．２０へ送る。増幅器１０２０は、ドツプラ信号
を増幅して高速フーリエ変換器２３へ送り、高速フーリ
エ変換器（ＦＦＴ）２３は、ドツプラ信号を周波数分析
することにより血流速等を演算し、得られた演算結果を
画像メモリ２４に順次格納する。

画像メモリ２４に格納された演算値は、所定タイミング
で読み出されてＣＲＴモニタ２５に表示される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した装置では、生体内に出射された
超音波は各種臓器により、屈折、散乱、減衰されるため
、振動子から遠いところの部位で反射されたエコー程、
強度が低下してＳ／Ｎ比が悪くなる。また前述したよう
に、血液中の血球や乱流状態の血流自体から得られるエ
コーの強度は、血管その他の周囲の臓器から得られるエ
コーに比べ非常に低いため、Ｓ／Ｎ比はさらに悪化する
。

そこで従来の装置では、Ｓ／Ｎ比を改善するために出射
する超音波パルスをバースト波としている。

このバースト波を用いてＳ／Ｎ比が改善される原理を次
に説明する。

第６図ａは超音波パルスの波形をあられし、繰り返し周
期Ｔにおいて、最初の期間τにキャリア周波数ｒｒから
なるバースト波が形成される。この波形をフーリエ変換
して得られるスペクトラム分布が第６図すのようになり
、パルス幅τによりスペクトラム上の占有帯域幅ＢＷが
変化する。また、この占有帯域幅ＢＷを狭めると、特定
の周波数に向けてエネルギを集中することになり、総合
した音響パワーを強めることなくＳ／Ｎ比を改善できる
。しかし、占有帯域幅ＢＷを狭めるためにパルス幅τを
長くすると、距離方向の分解能が悪化するという新たな
問題が生じる。つまり、パルス幅τに対して、Ｓ／Ｎ比
と分解能は相反した特性をもつので、Ｓ／Ｎ比を向上さ
せるためパルス幅τを長くすると分解能が低下し、反対
に分解能を向上させるためパルス幅τを短くするとＳ／
Ｎ比が悪化することになり、この種の装置における性能
上の問題になっていた。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、測定部位までの距離に応じ、
最適のＳ／Ｎ比および分解能により高精度に血流速度を
測定することのできる超音波パルスドツプラ血流速検出
装置を提供することにある。

（課題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、バースト波から
なる超音波パルスを定周期で生体内に出射しその反射波
を所定タイミングでサンプリングし復調して得られるド
ツプラシフト周波数から血流速度を検出する超音波パル
スドツプラ血流速検出装置において、超音波パルスの出
射から反射波のサンプリングまでの時間を指定部位まで
の距離に応じて設定する設定手段々、前記設定手段によ
る設定時間に比例して、前記超音波パルスの送信用ゲー
ト回路を制御し、前記超音波パルスのパルス幅を調整す
るパルス幅調整手段とを備えたことを特徴とする。

（作　用）本発明においては、測定部位までの距離に応じた反射波
の取り込みまでの時間を設定手段より入力すると、入力
された設定時間に比例したパルス幅からなる超音波パル
スが出射される。同時に、上記設定された時間にもとづ
くタイミングでスイッチ回路が作動して反射波がサンプ
リングされる。

その結果、測定部位までの距離が長くなるのに比例して
パルス幅が長くなり、反射波のＳ／Ｎ比の低下を補うこ
とができる。

（実施例）以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の要部を示すブロック図
である。この超音波パルスドツプラ血流速検出装置の全
体は第５図に示した従来例とほぼ同一に構成されており
、本発明で改良された第５図におけるキャリア発生器２
１およびタイミング発生器２２に相当する部分について
、第２図の波形図を参照しながら説明する。

第１図において、発振器３０は出射する超音波パルスの
キャリアと同一周波数ｆ、であって互いに９０度位相の
ずれた連続波ａ、ａ’を発生し、連続波ａをミキサ５と
、第１、第２、第３のプログラマブルカウンタ３２，３
４．３６へ送り、連続波ａ′をミキサ１５へ送る。

繰り返し周波数設定器３１には、予め繰り返し周期Ｔの
間に含まれる連続波ａの波数でもある繰り返し周波数（
ＴＸｆ、）が設定されており、設定値を第１のプログラ
マブルカウンタ３２および読み出し専用メモリ３５へ送
る。

第１のプログラマブルカウンタ３２は、入力された連続
波ａと繰り返し周波数の設定値とから送信タイミングゲ
ート信号すを発生して、第２のプログラマブルカウンタ
３４と第３のプログラマブルカウンタ３６へ送る。

サンプルポジション設定器３３は、血流速を検出しよう
とする部位の深さ、すなわちサンプルポジションを指定
するためのデータが入力されるとそのデータを保持し、
サンプルポジション設定値として第２のプログラマブル
カウンタ３４および読み出し専用メモリ３５へ送る。

第２のプログラマブルカウンタ３４は、入力された連続
波ａと送信タイミングゲート信号すとサンプルポジショ
ン設定値とから、サンプルゲート信号Ｃを生成してスイ
ッチ７．１７へ送る。

読み出し専用メモリ３５は、繰り返し周波数設定値とサ
ンプルポジション設定値との差に対応する信号を読出し
、第３のプログラマブルカウンタ３６へ送る。

第３のプログラマブルカウンタ３６は、連続波ａ、送信
タイミングゲート信号ｂ、専用メモリ３５からの設定値
の差にもとづいて、送信トリガ用バーストパルスｄを生
成して送信器１へ送る。

なお、上記構成において、構成要素３３．３４等は超音
波パルスの出射から反射波のサンプリングまでの時間を
、測定部位までの距離に応じて設定する設定手段を構成
し、また、構成要素３１〜３３．３５．３６等は、上記
設定手段による設定時間に比例してパルス幅τを円整す
るパルス幅調整手段を構成している。

前記送信トリガ用バーストパルスｄは、第２図の波形図
からも明らかなように、繰り返し周期Ｔである送信タイ
ミングゲート信号すの立ち上がりのタイミングでバース
トパルスがあられれ、そのパルス幅τは、繰り返し周波
数設定値とサンプルポジション設定値との時間差に比例
する。すなわち、サンプルポジション設定器３３に設定
された検出部位の深さが大きい程、サンプルゲート信号
Ｃのゲートタイミングが遅れ、それに比例してパルス幅
τが長（なってバースト波の波数が増すことによりＳ／
Ｎ比が向上して深部の血流測定が容易になる。

第３図は本発明の第２の実施例の要部を示すブロック図
である。この超音波パルスドツプラ血流速検出装置の全
体は第５図に示した従来例とほぼ同一に構成されており
、本発明で改良された第５図におけるキャリア発生器２
１およびタイミング発生器２２に相当する部分について
、第４図の波形図を参照しながら説明する。

第３図において、発振器３０は出射する超音波パルスの
キャリアと同一周波数ｆｒであって互いに９０度位相の
ずれた連続波ａ、ａ’を発生し、連続波ａをミキサ５と
第１、第２のプログラマブルカウンタ３２．３４とゲー
ト回路４２へ送り、連続波ａ′をミキサ１５へ送る。

繰り返し周波数設定器３１には、予め繰り返し周期Ｔの
間に含まれる連続波ａの波数でもある繰り返し周波数（
ＴＸｆ、）が設定されており、設定値を第１のプログラ
マブルカウンタ３２へ送る。

第１のプログラマブルカウンタ３２は、入力された連続
波ａと繰り返し周波数とから送信タイミングゲート信号
すを発生して、第２のプログラマブルカウンタ３４とセ
ットリセットフリップフロツブ３７と第２の積分器４０
とゲーＩ・回路４２へ送る。

サンプルポジション設定器３３は、血流速を検出しよう
とする部位の深さ、すなわちサンプルポジションを指定
するためのデータが入力されるとそのデータを保持し、
サンプルポジション設定値として第２のプログラマブル
カウンタ３４へ送る。

第２のプログラマブルカウンタ３４は゛、人力された連
続波ａと送信タイミングゲート信号すとサンプルポジシ
ョン設定値とからサンプルゲート信号Ｃを生成して、セ
ットリセットフリップフロップ３７とサンプルホールド
回路３９とスイッチ７１７へ送る。

セントリセットフリップフロップ３７は、送信クイミン
グゲーＩ・信号すとサンプルゲート信号Ｃとの時間差を
あられずゲーＩ・信号ｅを生成して第１の積分器３８へ
送る。

第１の積分器３８は、別途入力されている電流■を積分
するとともにゲート信号ｅにすセットされることにより
鋸歯状波ｇを生成して、サンプル＝　１　２　− ボールド回路３９へ送る。

サンプルホールド回路３９は、サンプルゲート信号Ｃの
タイミングで鋸歯状波ｇの尖頭値Ｖをホールドし、信号
りとして第２の積分器４０へ送る。

第２の積分器４０は、送信タイミングゲート信号すのタ
イミングで尖頭値Ｖを積分して、鋸歯状波の傾斜値に変
換し、得られた鋸歯状波ｉをコンパレータ４Ｉへ送る。

コンパレータ４１は、鋸歯状波ｉと予め設定されている
レベル■とを比較してゲート信号ｊを生成してゲート回
路４２へ送る。

ゲート回路４２ば、連続波ａと送信タイミングデー１〜
信号すとゲート信号Ｊとから送信トリガ用バーストパル
スｋを生成して送信器１へ送る。

なお、上記構成において、構成要素３３．３４等は超音
波パルスの出射から反射波のサンプリングまでの時間を
、測定部位までの距離に応じて設τ↑二する設定手段を
構成し、また、構成要素３工＋：）、３７−４２等は、
上記設定手段による設定１６’　ｊ＋肚．′比例し２て
パルス幅τを調整するパルス幅調整手段を構成している
。

前記送信ｌ・リガ用バーストパルスには、第４図の波形
図からも明らかなように、送信タイミングゲート信号す
の立ち上がりのタイミングでバーストパルスがあられれ
、そのパルス幅τは、セ・ントリセットフリンプフロン
ブ３７で得られる繰り返し周波数設定値とサンプルポジ
ション設定値との時間差に比例する。すなわち、サンプ
ルポジション設定器３３に設定された検出部位の深さが
大きい程、サンプルゲート信号Ｃのゲートタイミングが
遅れ、それに比例してパルス幅τが長くなってバースト
波の波数が増すことによりＳ／Ｎ比が向上して深部の血
流測定が容易になる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでなく
、バーストパルスの幅をサンプリングポジションの設定
値に応じて調整できる他の回路を用いても実現可能であ
る。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、測定部位までの距離
に応じてバースト波からなる超音波ノ＜　７１／４゜スのパルス幅が調整されることにより、距離が短く反射
波のＳ／Ｎ比が充分な部位についてはパルス幅が短くな
って分解能が上げられ、距離が長く反射波のＳ／Ｎ比が
不充分な部位についてはパルス幅が長くなってＳ／Ｎ比
が拡大される。その結果、測定部位までの距離に応じて
、最適のＳ／Ｎ比および分解能により血流速度を測定す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部を示すブロック図
、第２図は各部の動作を表す波形図、第３図は第２の実
施例の要部を示すブロック図、第４図は各部の動作を表
す波形図、第５図は従来袋口置の全体構成を示すブロック図、第６部はパルス幅と検
出性能の関係を示す説明図である。１・・・送信器　２・・・振動子　３・・・増幅器　４
・・・帯域通過フィルタ　５，１５・・・ミキサ　６．
１６・・・低域通過フィルタ　７．１７・・・スイッチ
　８゜１８・・・積分器　９．１９・・・高域通過フィ
ルタ１０．２０・・・増幅器　２１・・・キャリア発生
器２２・・・タイミング発生器　２３・・・高速フーリ
エ変換器　２４・・・画像メモリ　２５・・・ＣＲＴモ
ニタ　３０・・・発振器　３１・・・繰り返し周波数設
定器　３２・・・第１のプログラマブルカウンタ３３・
・・サンプルポジション設定器　３４・・・第２のプロ
グラマブルカウンタ　３５・・・読み出し専用メモリ　
３６・・・第３のプログラマブルカウンタ　３７・・・
セットリセットフリップフロップ３８・・・第１の積分
器　３９・・・サンプルホールド回路　４０・・・第２
の積分器　４１・・・コンパレータ　　４２・・・ゲー
ト回路　ａ・・・連続波　ｂ用送信タイミングゲート信
号　Ｃ・・・サンプルデー１〜信号　ｄ、ｋ・・・送信
トリガ用バーストパルスＴ・・・繰り返し周期　τ・・
・パルス幅　ｆｒ・・・キャリア周波数

Claims

【特許請求の範囲】バースト波からなる超音波パルスを定周期で生体内に出
射しその反射波を所定タイミングでサンプリングし復調
して得られるドップラシフト周波数から血流速度を検出
する超音波パルスドップラ血流速検出装置において、超音波パルスの出射から反射波のサンプリングまでの時
間を指定部位までの距離に応じて設定する設定手段と、前記設定手段による設定時間に比例して、前記超音波パ
ルスの送信用ゲート回路を制御し、前記超音波パルスの
パルス幅を調整するパルス幅調整手段と、を備えたことを特徴とする超音波パルスドップラ血流速
検出装置。