JPH0734801B2 - 超音波ｃｗドプラ血流計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 （ａ）一実施例の説明（第２図） （ｂ）他の実施例の説明 発明の効果 〔概要〕 ゼロシフト機能を備えた超音波CWドプラ血流計におい
て、左右別々にドプラ音を出力する際、左右独立にカッ
トオフ周波数を可変にしうるローパスフィルタを設ける
ことによって、ドプラ音のノイズを少なくしたものであ
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、生体に超音波を発信し、受信波からドプラ効
果を利用して血流の状態を検出する超音波CW（連続波）
ドプラ血流計に関し、特にドプラ信号を音声として聞く
ことのできる機能を有する超音波CWドプラ血流計に関す
る。

メディカルエレクトロニクスの進展に伴い、生体の各部
の血流速度や分布を計測して、診断に役立てる血流計が
広く利用されており、特に超音波を生体に発信し、ドプ
ラ効果による生体からの受信波の周波数シフト量から血
流の流速や分布を求める超音波CWドプラ血流計が市場に
提供されている。

このような血流計においては、周波数軸を基準とする血
流速度、分布の外に、耳で聴く時間軸を基準とする血流
のドプラ音も重要な診断情報であり、雑音の少ないドプ
ラ音の出力が必要とされている。

〔従来の技術〕

第３図は従来の超音波CWドプラ血流計の構成図である。

第３図に示すように、生体に接触するプローブは、送信
用5aと受信用5bのスプリットタイプの超音波トランスデ
ューサ５で構成され、送信用トランスデューサ5aには、
マスタークロック源１のマスタークロックを分周器２で
分周して得たfc（sin）の発信周波数信号が送信アンプ
３を介し与えられ、生体に超音波を送信する。血流から
の反射波は受信用トランスデューサ5bで受信され、受信
信号は受信アンプ４を介し直交検波器６に入力する。直
交検波器６では、受信アンプ４の受信信号を発信周波数
信号fc（sin）と、これと直交する寝具fc（cos）で、い
わゆるヘテロダイン検波し、発信周波数が零にシフトし
た信号成分を得る。直交検波するのはプローブに対して
向かってくる血流の速度（toward）と、離れていく血流
の速度（away）の両方を得るためである。この直交検波
された信号は、ハイパスフィルタ群７で低域がカットさ
れる。ハイパスフィルタ群７のカットオフ周波数はマニ
ュアルによって指定され、プローブによって測定すべき
部位（胸部、表面等）の壁面の振動による（低域）周波
数成分を除去するために設けられる。

一般には複数個のハイパスフィルタを用意し、それらを
CPU9の選択でアナログスイッチを選択することによって
行う。

ハイパスフィルタ群７を通過した信号は、ローパスフィ
ルタ群８に入力する。ローパスフィルタ群８はA/D（ア
ナログ／デジタル）コンバータ11のドプラサンプル周波
数Fsに応じたカットオフ周波数に設定され、必要帯域外
の信号を除去する。このローパスフィルタ群８はドプラ
プロセッサのA/Dコンバータ11のドプラサンプル周波数F
sに応じCPU9によって選択される。

A/Dコンバータ11によってA/D変換された信号は、ドプラ
プロセッサのFFT（高速フーリエ変換器）12によって時
間軸信号が周波数軸信号にフーリエ変換され、周波数
（ドプラ）スペクトラムとして表示回路13を介し表示部
（CRT）14に第４図（Ａ）の従来技術の説明図に示す如
く、横軸を周波数に、縦軸を強さとして表示される。

横軸の周波数は、周波数シフト量であり、従って流速に
対応しており、血流の速度と分布が表示されることにな
る。

このようなローパスフィルタ８のカットオフ周波数は一
般的にはナイキストの定理によって、サンプル周波数Fs
に対し、Fs/2と決定する。

しかしながら、第４図（Ａ）に示す場合には、表示領域
は中心周波数を０とした−Fs/2とFs/2との間となるか
ら、血流速度が早い場合等において、中心周波数をシフ
トして、例えば、表示領域を（−Fs/2＋Zr）と（Fs/2＋
Zr）とすることができるゼロシフト機能が設けられてい
る。このZrをゼロシフト値と呼び、マニュアルで設定さ
れたゼロシフト値に応じてCPU9がFFT12の解析スペクト
ラムの読出し開始アドレスを変えることによって行うこ
とができる。

このゼロシフト機能を利用して例えば、第４図（Ａ）の
血流信号baの他bcも表示しようとすると、ローパスフィ
ルタ８のカットオフ周波数をFs/2としては、−Fs/2以
下、Fs以上のドプラ信号が得られないため第４図（Ｂ）
に示す如く、ゼロシフト値Zrのとりうる最大値Fs/2、−
Fs/2を考え、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を
サンプル周波数Fsと同一とし、−FsからFsまでの信号を
通過させるようにしていた。

このようなドプラ血流計において、目で見る周波数軸の
ドプラスペクトラムの外に、耳で時間軸のドプラ音も診
断情報とすべく、ドプラ音出力機能が設けられている。

これは、ローパスフィルタ８の出力を入力とするドプラ
音分離回路15と、左右のスピーカ手段16a、16bとで構成
されている。

ドプラ音分離回路15は、一対の位相シフタ150、151と加
算器152、153で構成されており、次のようにしてドプラ
信号を正の周波数成分（トランスデューサ５に近づく血
流のドプラ信号）ωａと負の周波数成分（トランスデュ
ーサ５から遠ざかる血流のドプラ信号）ωｂとに分離す
る。

即ち、ローパスフィルタ８の出力Ｑ、Ｉは、 Ｑ＝ａ・cosωat＋ｂ・cosωbt……（１） Ｉ＝ａ・sinωat−ｂ・sinωbt……（２） である。

位相シフタ150、151のシフト量θａ、θｂに90°差を付
けると、位相シフタ150からは（１）式のＱが、位相シ
フタ151からは、 （２）式の90°シフトしたＩ′が、 Ｉ′＝acosωat−bcosωbt……（３） が得られる。

従って、加算器152で量シフタ150、151の和をとれば、 Ｑ＋Ｉ′＝2a・cosωat……（４） の正の周波数成分が得られ、 加算器153で、量シフタ150、151の差をとれば、 Ｑ−Ｉ′＝2b・cosωat……（５） の負の周波数成分が得られる。

こららを左右別々のスピーカ手段16a、16bに与えると、
右のスピーカ手段16aでは、アンプ160を介しスピーカ16
2より正の周波数成分のドプラ音を、左のスピーカ手段1
6bでは、アンプ161を介し163より負の周波数成分のドプ
ラ音を出力することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のドプラ音出力可能な超音波CWドプラ血
流計においては、ドプラスペクトルの表示において用い
られるゼロシフト機能により、第４図（Ａ）、（Ｂ）の
に示す領域をドプラスペクトラム表示しても、に示
す如くローパスフィルタ８のカットオフ周波数をFsとし
ているため、表示された領域以外の領域の雑音成分も
音として出力されてしまうという問題があり、ドプラ音
のS/Nが劣化してした。

本発明は、ゼロシフト機能のためローパスフィルタの帯
域を広げても、雑音の少ない良質のドプラ音を得ること
ができる超音波CWドプラ血流計を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

第１図（Ａ）において、第３図で示したものと同一のも
のは同一の記号で示してあり、17は外部制御型ローパス
フィルタであり、ドプラ音分離回路15の第１のドプラ信
号（Ｑ＋Ｉ′）と第２のドプラ信号（Ｑ−Ｉ′）の各々
に対し独立に外部より通過帯域制御され、対応するスピ
ーカ手段（16a、16b）に出力するものである。

即ち、スピーカ手段16a、16bとドプラ音分離回路15との
間にローパスフィルタ17を設けたものである。

〔作用〕

本発明によるローパスフィルタは一対のドプラ信号に対
し独立に帯域制御されるから、ゼロシフトに応じて最適
な通過帯域を設定できる。

例えば、第１図（Ｂ）のの如くゼロシフトによる表示
領域が設定されれば、第１のドプラ信号に対し、セット
値ASで第１図（Ｂ）のの如き帯域（カットオフ周波
数）を第２のドプラ信号に対し、セット値BSで、第１図
（Ｂ）のの如き帯域（カットオフ周波数）を得るよう
にすれば、ゼロシフトに応じた帯域のドプラ音が得ら
れ、S/Nの良いドプラ音を出力できる。

〔実施例〕

（ａ）一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例要部構成図であり、外部制御
型ローパスフィルタ17を示している。

図中、170は発振器であり、周波数Foのクロックを発生
するもの、171はプログラムラマブル分周器であり、CPU
9（第３図参照）から与えられる分周値AS、BSに応じた
カットオフ周波数fc、fdの50倍（又は100倍）の周波数f
a、fdを出力するもの、172はスイッチト・キャパシタ・
フィルタ（Switched Capacitor Filter）であり、クロ
ック周波数fa、fdの1/50（又は1/100）をカットオフ周
波数fc、fdとする２次のローパスフィルタを構成するも
のである。

この実施例では、ゼロシフト値Zr及びCWドプラサンプル
周波数Fsが入力されるCPU9が、分周値AS、BSを計算し
て、ローパスフィルタ17のスイッチト・キャパシタ・フ
ィルタ172のカットオフ周波数をfc、fdとするようにし
ている。

即ち、ドプラ音（Ｑ＋Ｉ′）と（Ｑ−Ｉ）のカットオフ
周波数fc、fdは、Zrが表面領域として、第４図（Ａ）の
如く、−0.5から0.5の間の値をとるから、 fc＝Fs（0.5＋Zr） fc＝Fs（0.5＋Zr）……６） である。

スイッチト・キャパシタ・フィルタ172に係るカットオ
フ周波数fc、fdを持たせるには、フィルタ172がクロッ
ク周波数1/50をカットオフ周波数とするので、 fa＝50・fc fb＝50・fd……（７） 従って、分周器171の分周値AS、BSは、 AS＝Fo/fa Bs＝Fo/fb……（８） となる。

従って、CPU9は、入力されたゼロシフト値ZrとCWドプラ
サンプル周波数Fsとにより（６）、（７）、（８）式を
演算し、分周値AS、BSを求め、フィルタ17の分周器171
にこれをセットすることによって、スイッチト・キャパ
シタ・フィルタ172はカットオフ周波数がfc、fdに設定
され、正の周波数の第１のドプラ信号に対しては、第１
図（Ｂ）のの如くのフィルタ特性を、負の周波数の第
２のドプラ信号に対しては、第１図（Ｂ）のの如くフ
ィルタ特性が得られる。

このため、ゼロシフト値に応じた周波数帯域のドプラ音
のみがフィルタ17を通過するので、不要な帯域の雑音が
除去され、ゼロシフト値を変えても、S/Nの良いドプラ
信号が得られる。

又、この実施例では、CPU9が入力ゼロシフト値とCWドプ
ラサンプル周波数に応じて自動的にフィルタ17の特性を
雑音の少ないドプラ音がえられるようセットしているか
ら、特別の操作なしに最適のドプラ音が得られる。

（ｂ）他の実施例の説明 上述の実施例では、ローパスフィルタ８がCPU9によって
カットオフ周波数をFsにセットされるもので示したが、
ローパスフィルタ８のカットオフ周波数Fmをゼロシフト
値（Zr）に応じて、CPU9が可変としてもよい。

この時にカットオフ周波数Fmは、 Fm＝Fs（0.5＋|Zr|）……（９） とすればよく、このようにすることによってドプラプロ
セッサ11、12のドプラスペクトラム上の雑音が低下す
る。

又、外部制御型ローパスフィルタ17を第２図のスイッチ
ト・キャパシタ・フィルタを用いたもので説明したが、
ゲイン可変の積分回路等周知のカットオフ周波数可変の
ローパスフィルタで構成することができ、ドプラスペク
トラムの出力も表示部に限らず印刷部等の他の周知のも
のであってもよい。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、ゼロシフト機能を
持つ超音波CWドプラ血流計に対し、S/Nの良いドプラ音
の出力が可能となるという効果を奏し、より正確な時間
軸上の診断情報を提供することに寄与する。又、フィル
タという少ない回路の付加が達成できるから、容易且つ
安価に実現できるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の一実施例構成図、 第３図は従来技術の構成図、 第４図は従来技術の説明図である。 図中、５……超音波トランスデューサ、６……直交検波
器、８……ローパルフィルタ、11、12……ドプラプロセ
ッサ、15……ドプラ音分離回路、16a、16b……スピーカ
手段、17……外部制御型ローパスフィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続波の超音波を発信し且つ受信する超音
   波トランスデューサ（５）と、 該超音波トランスデューサ（５）の受信信号を直交検波
   する直交検波器（６）と、 該直交検波出力の高周波領域をカットするローパスフィ
   ルタ（８）と、 該ローパスフィルタ（８）の出力をフーリエ解析し、ド
   プラスペクトラムを得るドプラプロセッサ（11、12）を
   備え、 該ドプラスペクトラムの出力周波数領域を可変とするゼ
   ロシフト機能を持つ超音波CWドプラ血流計において、 該ローパスフィルタ（８）の出力から該超音波トランス
   デューサ（５）に向かう血流の第１のドプラ信号と遠ざ
   かる第２のドプラ信号を分離する手段（15）と、 該第１のドプラ信号と該第２のドプラ信号を別々に音声
   として出力する一対のスピーカ手段（16a、16b）と、 該第１のドプラ信号と該第２のドプラ信号の各々に対し
   独立に通過帯域制御され、対応する該スピーカ手段（16
   a、16b）に出力する外部制御型ローパスフィルタ（17）
   を設けたことを特徴とする超音波CWドプラ血流計。