JPS60179047A - 超音波診断装置 - 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】 （イ）産業−１−の利用分野 この発明は超音波ドプラ効果を利用して、例えば、心腔
内の血流速などを測定し、これを表示する超音波診断装
置に関する。

（ｔｒ　）従来技術 この種の超音波診断装置は超音波パルスを体内の−・の
力Ｈに照射し、その照射後一定時間経過した後に受信し
たエコー信号に着目し、該エコー信号に含まれる血流に
よるドプラ信号から心腔内の所望位置の血流速などを測
定している。

しかしなから、従来の超音波診断装置は、超音波パルス
が照射された方向の一点の血流速しか１ノ。

えない。したがって、診断上、心腔内の複数点の血流速
などを測定する必要のあるときには、測定にＩＫ待時間
要するという欠点がある。

また、測定結果の表示が静止画的であるため、血流速の
動的状態を診断するうえでは不都合である。

（ハ）目的 この発明は複数点の血流速情報を短時間に採取でき、血
流速の動的状態を観察し、心）藏病の診断を容易に行い
得る超音波診断装置を堤供することを目的としている。

（ニ）構成 この発明に係る超音波パルス）６は、生体情報の一周＋
ＩＪＴ内の所定位相ごとに、生体の一方向に超音波パル
スを一定時間ことに照射し、前記１μ音波パルスの各エ
コー信号から１；プラ信号を抽出し、複数の測定深度に
対応した時間ごとに前記各ドプラ信号を選択採取してこ
れらを順次格納し、前記格納された各測定深度のドプラ
信号の周波数スペクトル分４ｊから当該測定位置の血流
速情報を算出し、さらに、前記生体情報に同期して超音
波パルスの照射方向を変えるごとによって１ｑられた各
方向におりる血流速情報を算出し、これら生体の被測定
断面の血流速情報を二次元的に動的表示してなるごとを
特徴としている。

（ホ）実施例 最初に、この実施例の構成を簡単に説明し、次に、各部
の詳細な説明を行う。

この実施例に係る超音波診断装置は、−心拍（約８００
〜９００　ｍ５ｅｃ）を３０〜４０の位相に分Ｗｆ！Ｉ
　シ、各位相におりる心臓の所望断面内の（１万点の１
［１１流速度およびその分散度を測定する。そのために
、−・の位相区分についζ２．５にＩｌｚの超高波を２
００　メｌ５ｅＣ（５ｋｌ１２）ごとに１２８回照射す
る。そして、超音波ヒームの深さ方向についてｆｉｄ点
の血流速情報を得るために、１２８個の超音波パルスの
エコー１１１号から抽出された各ドプラ信号から、測定
深度に応した時間ごとに６４点のデータをそれぞれ選択
採取している。採取された各測定深度ごとの１２８個の
データからその周波数スペツクルか算出される。これか
ら、所定の演算によって各測定深度の血流速度およびそ
の分散度を得る。−心拍の測定が終了すると、超音波ビ
ーノ・の方向を変えて、その方向の所定の測定深度の血
流速情報を同様にＵ７て測定する。このようＧこして、
心臓の所定断面の各位相におＬＪる血流速度およびその
分散度を測定し、格納する。これらの血流速情報はオペ
レータの指示によりＣＩ？　Ｔにカラーベクトル表示さ
れる。

次に、図面にしたがって各部の詳細な説明をする。

第１図はこの発明に係る超音波診断装置の−・実施例の
構成を黙示したブロック図である。

同図において、１は血流速情報を測定する対象となる心
臓、Ｓは生体の体表を示す。２は心臓の拍動に同期した
生体情報を取り出す１段としての心？Ｒ１１ｌ’　（Ｆ
、　ＣＧ）　、３　ハＥ　ＣＧ出力カラＲ波を検出する
Ｒ波検出回路である。４はＲ波に同期して後述する遅延
回路、Ａ／Ｄ変換器なとを制御する制御回路である。

５は体表Ｓに取りつけられる超音波プローブである。こ
の超音波プローブ５は、−・列に配列された図示しない
３２１／ｌｌの超音波振動子を含め、後述するように超
音波ヒームをセフタフスキャンする。

６は前記超音波振動子をそれぞれ駆動する駆動回路、７
は超音波プローブ５によって検知されたエコー信号を増
幅する受信回路である。

８は制御Ｗｊｌ路４によって制御される遅延回路である
。遅延回路８は超音波プローブ５の各超音波振動子に１
うえる信号およびエコー信号の位相をそれぞれ制御し、
超音波ヒーム方向を変化さゼる。

９は制御回路４によって制御され、超音波パルスの照射
信号を遅延回路８にり、えるトランスミッタである。

１０は受信された複数のエコー信号を加算して増幅する
加算回路である。

月は振動子と同一・周波数（例えは、２．５Ｍｌ１ｚ）
の基準信瞥を出力する発振器、１２は前記基！（（“、
信号を例えば、５ｋｌｌｚに分周する分周器、１３は基
？、ｐ；信号の位相を９０度シフトする移相回路である
。

１４．１５は加算器１０の出力と基準借間およびそれの
９０度移相信号をそれぞれミキシングする混合器である
。

１６．１７は混合器１４．１５の出力信Σの低周波成分
であるドプラ信号を通過させる低域フィルタである。

１８．１９は１ｉ；１記１プソイ、ｉ−１，シをノーノ
タルイ、１′・シに変挾するｌ入／［）変換器である。

２０．２１はＭ′Ｆｌ（Ｊ、−ピンク・ターゲソＩ・・
インディゲータ）ソイルクである。このＭ　ＴＩフィル
タ２０．２１は入力したドブうイ、）すから例えｔｅｌ
、心壁などの低速度移動体による借間成分を除去し、血
流速に基つ＜ドプラ信号を通過さ−Ｕる。

２２．２３は前記ＭＴ＋フィルタ２０を通過して１−ブ
ラ信号を蓄えるバッファメモリである。このハノソアノ
モリは各測定深度についてそれぞれ１２２）個の信号成
分を蓄える記憶領域を備える。

２４はバッファメモリ２２．２３に蓄えられた各測定深
度ごとの信号成分を周波数スペクトル分Ｉ１１”するｆ
段としての高速フーリエ変換器である。

２５は高速フーリエ変換器２４の分析結果から各測定ｆ
＋ｆ＋　４５の平均血流速度、ｌｌＴｌ流速分散Ｊ１を
算出”１ろ演算器である。

２６は算出された各測定装置の各部）′／相における平
均血流速度、血流速分散度とともに、後述する心壁画像
端＋しなとを蓄える人容」メモリ゛（ある。

２７は加算回路１０によっ（加算されたニー’　（ｌｊ
！’Ｊを振幅検波する検波回路−ζある。検波回路２７
の出力はＡ　／　Ｄ変換器２８でＡ　／　Ｉ）変換され
、心壁画像端）・長として前記大容量メモリ２（ｉに蓄
えられる。

２９はライｌ−ペンなど指示装置３１の指示に基づき、
大容量メモリ２５に蓄えられた情報をＣＲ′ｒ３（ｌに
画像表示するために処理する画像演算処理器である。

次に上述した構成を備えた実施１９すの動作について説
明する。

第２図は第１図に示した実施例の各部の動作波形図−（
ある。

Ｒ液検出回路３は心電計２から同図（＋１＋　４こ示ず
ような［うＣＧ出力を与えられることにより、これに含
まれるＲ波（同図（ａ＋に示すＳＬ）を検出して同図（
ｂｌに示ず検出信りＳ２を出力する。

検出信号Ｓ２を入力した制御回路４は同図＋ｃ＋に丞ず
遅延惰制御信■Ｓ３を遅延回路８に！ｉ、える（（ｊｌ
、Ｌ、制御信号の波形は、説明の都合十、節ｌｌ’ｉ’
Ｇ化しである）。最初に検出されたＲ波に基づく制御信
号Ｓ３を与えられることにより、遅延回路８は超音波ビ
ームｔ１．Ｂが所定の方向に照射されるように、内部遅
延素子の遅延■″を適宜に設定する。

さらに、ｌ・ランスミッタ９はηｉ制御信号Ｓ７を入力
することにより、その立ち上がりから次のＲ波に基づく
制御信号の立ぢ上がりまでの間、分周器１２から与えら
れた５ｋｌｌｚの信号をもとに適切なパルス幅をつくり
遅延回路８に与える。前記分周信号は遅延回路８で所定
の位相差にそれぞれ遅延されて、超音波プローブ５の各
振動子にり、えられる。

これにより超音波プローブ５から同図ｆｄｌに示ずごと
き超音波ビームＵ、Ｂが所定方向に照射される。

この超音波ビームは、２．５　ＭＨｚの超音波パルスを
２００　μｓｅｃ　（５ｋｌｌｚ）の間隔で照射された
ものである。後述するように、１２８個（２５，６ｍ５
ｅｃ）の超音波パルスによって、−位相区分内のデータ
を採取する。したがて、−心拍は３０〜４０個に位相区
分される。同図（ｅ）は超音波パルスの時間幅を拡大し
て示しており、同図（ｆｌ、（ｇｌ、（ｈｌについても
同様である。

体内に照射された超音波パルスは、心壁および心腔内の
弁、隔壁、血球などで反射され、エコー信号として受信
される。このエコー借りは各超音波パルスについて観測
される。

エコー信号は受信回路７で増幅されて遅延回路８に与え
られる。遅延回路８は照射された超音波パルスの位相差
に関連して各エコー信号の位相を可変する。遅延回路８
から出力された各エコー信号は加算回路１０で加算され
て、同図（ｆ）に示すような−のエコー信号Ｓ４に合成
される。

エコー信号Ｓ４は混合器１４．１５に与えられ、ここで
基準信号と移相信号とでそれぞれミキシングされる。各
ミキシング信号は低域フィルタ１６．１７で高周波成分
が除去される。前記フィルタを通過した同図（ｇｌに示
す如きドプラ信号Ｓ５はＡ／Ｄ変換され、ＭＴ＋フィル
タ２０．２１に与えられる。

ＭＴ＋フィルタ２０．２１はドプラ信号Ｓ５から心壁な
どによる比較的低周波数のドプラ信号を除去し、血流に
よる比較的高い周波数のドプラ信号を抽出する。

０ このドプラ信号はバッファメモリ２０．２１に与えられ
る。バッフアノモリ２０．２１は第３図に示すように、
−位相区分で照射された１２８個の超音波パルスに基づ
く前記抽出されオ９ドプラ信号を測定深度ごとに選択し
て順次蓄える。すなわち、深さ方向の血流速情報を得る
ために、測定深度に応じた時間でもって一個のドプラ信
号から６４個の情報が採取される。したがって、この実
施例に係る超音波診断装置は深さ方向に対して、６４点
の分解能を有する。

１２８個分のドプラ信号が蓄えられると、同じ測定深度
の１２８個のデータが、バッファメモリ２２．２３から
高速フーリエ変換器２４に与えられ、第４図に示すよう
にその測定深度におけるドプラ偏移周波数のスペクトル
分布が算出される。このようにして６４点の測定深度の
データが解析される。このフーリエ変換処理中にも、Ｍ
Ｔ＋フィルタ２０．２１からの次の位相区分（同図（ｄ
ｉにおけるｔ２　）に属するドプラ信号はバッファメ七
り２２．２３の別の記憶領域に蓄えられる。このように
、位相区分ｔ３５１ までの−・心拍分のデータがリアルタイムに収集される
。

第２図＋ｄｉに示すように、一定時間ごとに一心拍を区
分していくと、同図にＴ′で示す当該心イＪの最後の部
分は超音波パルスが１２８個にならす、そのため満足す
べき血流速情報を得ることができない。そごで、次のＲ
波を検出したときに、バッファメモリ２２．２３の１２
８個のデータ格納領域にデータが満たされていないとき
は、その位相区分てそれまでに格納されたデータはフー
リエ変換されず無視される。

一方、演算器２５は高速フーリエ変換器２４の算出デー
タに基づき、各測定深度における平均血流速度■、血流
速分散度σを算出する。平均血流速度■は、前記周波数
スペクトル分布の平均周波数から、また、血流速分散は
前記スペクトル分布の分散から容易にめられる。

このようにして算出される平均血流速度および血流速分
散度は大容量メモリ２６に給えられる。大容量メモリ２
６は第５図に象徴化して示したように２ 測定断面の空間位置に対応した複数のマトリックスメモ
リを備える。各超音波ビーム方向の各測定深度における
平均血流速度、血流速分散度、心壁画像、表示用画像は
それぞれ空間的に対応した部分に蓄えられる。この記憶
領域は例えば、１２８×１２８．２５６　Ｘ２５６また
は５１２　Ｘ５１２の７トリックスメモリが用いられる
。

一心拍の血流速情報が採取され、次のＲ波が検出される
と、制御回路４は所定の制御信号を遅延回路８に与え、
振動子に与える信号の遅延量を可変することにより超音
波ビームの方向を変える。

そし”ζ、」二連したと同様に、この方向の各測定深度
における平均血流速度および血流速分散度が算出され、
犬容はメそり２６に蓄える。このようにして所定のビー
ム方向の各測定深度の血流速情報をめることにより、所
望断面の血流速情報を得る。

一方、前記血流速情報を当該断面像とともにＣＲＴ画面
に表示するために、心壁情報が採取される。この情報は
、例えば血流速情報の採取とはべつに、予め、超音波ビ
ームを前記測定断面に照射３ することにより得られる。すなわち、前述したと同様に
超音波パルスを照射することにより得られたエコー信号
（Ｓ４に相当する信号）に、心壁情報は低周波成分とし
て含まれる。第２図（ｈｌに示すごとき低周波成分Ｓ７
は検波回路２７によって取り出され、Ａ／Ｄ変換された
後大容量メモリに与えられる。心壁情報は大容量メモリ
２６の心壁表示用のマトリックスメモリに空間的位置に
対応して順次蓄えられる。

しかして、オペレータが指示装置３１によって、該検査
断面の任意の位置を画像演算処理器２９に指示すると、
大容量メモリ２６に蓄えられたその位置の血流速度およ
び血流速分散度のデータが同じく大容量メモリ２６に備
えられた画像表示用のマトリックスメモリに心壁情報と
ともに画像データに変換され格納される。画像演算処理
器２９は画像表示用７トリックスメモリの内容を所定の
形式でＣＲＴ３０に表示する。

次に、この実施例に係る超音波診断装置の血流速情報の
表示形式について説明する。

４ 第６図は血流速情報の表示例を示す説明図である。４１
ばＣＲＴ３０に表示された心壁画像を示す。

心壁情）しは−心拍期間の各位相におＬＪる情報が採取
される。それ故、心壁画像４１は鎖線で示すように、心
臓の動きに応じて動的に表示される。また、同図におけ
るＡ、Ｂばオペレータによって指示された心腔内の位置
である。血流速度は図に示すようにカラーベクトル表示
される。即ち、ヘトクル表示４２．４４は超音波ビーム
に沿って振動子に向か・う方向の血流速度であって、赤
色で表示される。

４３．４５は振動ｒから遠ざかる方向の血流速度であっ
て、青色で表示される。そして、ＩＩｌ流速度の大きさ
は表示ベクトルの長さが対応する。

一方、ｒｉｌｌ流速の分散度すなわち血流の乱れは、前
記力ラーベク１ヘル表示に白色を混合していくことによ
り表示される。したかって、分散度が大きくなるにつれ
て、ヘトクル表示は赤色或いは青色から白色へ変化する
。

血流速情報は心拍の各位相についてｉＪられているから
、これらを順次表示することによりＣＲＴ画面上のヘト
クル表示は心臓の動きに伴う血流速の変化に追随して動
的に表示される。このように、任意の測定点の血流速度
および血流速分散度を動的にカラーベトクル表示するご
とにより、心腔内の血流様態の把握が容易になる。また
、計測した全点について、各点の流速方向を赤、青で区
別し、更に、分散の程度に応じ、それぞれの色に白色の
混合の度合を制御するような表示をすれば、心腔内全体
の血流の動きが直観的に把握できる。

また、大容量メモリ２６に蓄えられた血流速情報の表示
時間を任意に可変することにより、任意位相の静止画像
、スローモーション画像などを容易に得ることができる
。

なお、上述の実施例では超音波周波数２．５　ＭＨｚ、
パルス繰り返し周波数５ｋｌ’ｌｚ、フーリエ変換デー
タ点数１２８点、深さ方向分解能６４点、超音波プロー
ブ振動子３２個となっているか、この発明はこれに限ら
れるものではない。

（へ）効果 この発明に係る超音波診断装置は、上述のよう　０ に構成されるから、所望断面の二次元的な血流速情報を
時間的に連続して得ることができる。したがって、生体
の一点の血流速しか同時に測定しえなかった従来装置に
比較して、多くの血流速情報を短時間に得ることができ
るとともに、血流速の動的観察が可能で、心疾患の診断
が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波診断装置の一実施例の構
成を略字したブロック図、第２図は第１図に示した装置
の各部の動作波形図、第３図はノ＼ソファメモリ２２．
２３の説明図、第４図はドプラ信号の周波数スペクトル
分析結果の説明図、第５し１は大容量メモリ２６の説明
図、第６図は血流速情報の表示例の説明図である。 １・・・心臓、２・・・心電計、３・・・Ｒ液検出回路
、４・・・制御回路、５・・・超音波プローブ、８・・
・遅延回路、１４．１５・・・混合器、２０．２１・・
・ＭＴＴフィルタ、２２．２３・・・バッファメモリ、
２４・・・高速フーリエ変換器、２５・・７ ６ ・演算器、２６・・・大容量メモリ、２９・・・画像演
算処理器、３０・・・ＣＲＴ。 特許出願人　株式会社　島津製作所 代理人　弁理士　大　西　孝　治 ８ 第５図 第６図　３０４４．！、１ ７パ− ／ ０ 特開昭ＧＯ−１７９０４７（７） 第３図 ５重さ７１５簡 １ ４５ ３ ｆｉ　ゞビーム右同　ビーム方向ｆｉ 撓色７！ｊｒ５１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体情報の一周期内の所定位相ごとに、生体の一
   方向に超音波パルスを一定時間ごとに照射し、前記超音
   波パルスの各エコー信号からｌ１ｌｌ流によるドプラ信
   号を抽出し、複数の測定深度に対応した時間ごとに前記
   各ドプラ信号を選択採取してこれらを順次格納し、前記
   格納された各測定深度のドプラ信号の周波数スペク）・
   ル分布から当該測定位置のｔｉ１１流速情報を算出し、
   さらに、１ｉｉ記生体情報に同期して超音波パルスの照
   射方ｌ司を変えることによっ−ζ得られた各方向におＬ
   Ｊる血流速情報を算出し、これら生体の被測定断面の血
   流速情報を二次元的に動的表示し−どなることを特徴と
   する超音波診断装置。
2. （２）＋ｉｉｉ記１［１（流速情報の　１次元的な１１
   ０１的表小しし、オペし・−夕によって指示された佳倉
   の測定位置の血流速度と血流速分散度とをカラーベクト
   ル表示するものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波診断装置。