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JP3314991B2 - Ultrasonic Doppler device - Google Patents

Ultrasonic Doppler device

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Publication number
JP3314991B2
JP3314991B2 JP21415093A JP21415093A JP3314991B2 JP 3314991 B2 JP3314991 B2 JP 3314991B2 JP 21415093 A JP21415093 A JP 21415093A JP 21415093 A JP21415093 A JP 21415093A JP 3314991 B2 JP3314991 B2 JP 3314991B2
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JP
Japan
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frequency
signal
doppler
instantaneous
instantaneous frequency
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JP21415093A
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Japanese (ja)
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JPH0759772A (en
Inventor
敏彦 河野
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、血流からのドプラシフ
ト成分を検出して周波数分析しリアルタイムで瞬時周波
数を演算する超音波ドプラ装置に関し、特に理想的な瞬
時周波数の時間波形を得ることができるこの種の超音波
ドプラ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic Doppler apparatus which detects a Doppler shift component from a blood flow, analyzes the frequency, and calculates an instantaneous frequency in real time. The present invention relates to an ultrasonic Doppler device of this kind.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より超音波ドプラ装置として、被検
体の診断部位に対して超音波を送受信し得られたエコー
信号より血流からのドプラシフト成分を検出して周波数
分析し、リアルタイムで瞬時周波数を演算するとともに
ドプラシフト成分の周波数分析データを基に血流波形を
表示するようにしたものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an ultrasonic Doppler device, a Doppler shift component from a blood flow is detected from an echo signal obtained by transmitting / receiving an ultrasonic wave to / from a diagnostic part of a subject, and a frequency analysis is performed. And a blood flow waveform is displayed based on the frequency analysis data of the Doppler shift component.

【0003】このような超音波ドプラ装置は、図7に示
すように超音波を送受信する探触子1と、この探触子1
を制御して超音波を打ち出すと共にその反射波を受信し
てエコー信号を得る超音波送受信部2と、この超音波送
受信部2で得たエコー信号より血流からのドプラシフト
成分を検出するドプラ検出部3と、このドプラ検出部3
からのドプラ信号を周波数分析し各周波数成分の輝度レ
ベルを算出する周波数分析部4と、この周波数分析され
たスペクトル分布(輝度レベルの周波数分布)から瞬時
平均周波数やピーク周波数などの瞬時周波数を算出する
瞬時周波数演算部5と、この瞬時周波数と周波数スペク
トルとを重畳する信号合成回路6と、信号合成回路6で
重畳された血流波形データを表示する表示部7とを備え
ている。
[0003] Such an ultrasonic Doppler apparatus comprises a probe 1 for transmitting and receiving an ultrasonic wave as shown in FIG.
Transmitting and receiving an ultrasonic wave and receiving the reflected wave to obtain an echo signal, and Doppler detection for detecting a Doppler shift component from a blood flow from the echo signal obtained by the ultrasonic transmitting and receiving unit 2 Unit 3 and this Doppler detection unit 3
Frequency analysis unit 4 for frequency-analyzing the Doppler signal from the CPU and calculating a luminance level of each frequency component, and calculating an instantaneous frequency such as an instantaneous average frequency and a peak frequency from the spectrum analysis (frequency distribution of the luminance level). An instantaneous frequency calculator 5, a signal synthesizer 6 for superimposing the instantaneous frequency and the frequency spectrum, and a display 7 for displaying blood flow waveform data superimposed by the signal synthesizer 6.

【0004】このような超音波ドプラ装置においては、
探触子1から周波数f0の超音波が打出されると被検体
の血液は所定の速度で流れているので、探触子1からの
超音波が血球により反射されてくるエコー信号はドプラ
効果による周波数シフトを受けている。ドプラ検出部3
はこのドプラシフト成分(ドプラ信号)を検出するが、
ここで血球速度は遅いものと速いものとがあるため、得
られるドプラ信号には異なる周波数成分が含まれてく
る。周波数分析部4はこのようなドプラ信号を高速フー
リエ法等の手法により周波数分析し、周波数分布を持つ
血流波形データを得る。この血流波形は、図2(a)に
示すように縦軸(周波数)方向に分布を持つ波形で、こ
のスペクトルのある時間(t1)について、横軸に周波
数を、縦軸に輝度(受信電力)を取ると、図2(b)に
示すようなスペクトル分布として表わされる。瞬時周波
数演算部5はこのようなスペクトル分布の重心に相当す
る瞬時平均周波数fmeanや辺縁にあたるピーク周波数な
どの瞬時周波数をリアルタイムで演算し、瞬時周波数と
周波数スペクトルとを重畳した波形が表示部7に表示さ
れる。
In such an ultrasonic Doppler device,
When an ultrasonic wave having a frequency f 0 is emitted from the probe 1, the blood of the subject flows at a predetermined speed, and the echo signal from which the ultrasonic wave from the probe 1 is reflected by the blood cell is a Doppler effect. Frequency shift. Doppler detector 3
Detects this Doppler shift component (Doppler signal),
Here, since the blood cell velocity is slow or fast, the obtained Doppler signal contains different frequency components. The frequency analysis unit 4 analyzes the frequency of such a Doppler signal by a method such as the fast Fourier method, and obtains blood flow waveform data having a frequency distribution. This blood flow waveform is a waveform having a distribution in the vertical axis (frequency) direction as shown in FIG. 2A. For a certain time (t 1 ) of this spectrum, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents luminance ( Taking the received power, it is represented as a spectrum distribution as shown in FIG. The instantaneous frequency calculating unit 5 calculates an instantaneous frequency such as an instantaneous average frequency f mean corresponding to the center of gravity of such a spectrum distribution and a peak frequency corresponding to an edge in real time, and displays a waveform in which the instantaneous frequency and the frequency spectrum are superimposed on each other. 7 is displayed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に血流
からの反射エコーは等方性散乱をなし、ランダムノイズ
となるため、ドプラ信号を十分な時間長で周波数分析す
ればそのスペクトル分布は正規分布(ガウシャン分布)
をなす。従って、そのようなスペクトル分布から得られ
る瞬時周波数の時間軌跡である血流波形も理想的にはな
めらかなカーブを呈することになる。
By the way, in general, the reflected echo from the blood flow is isotropically scattered and becomes random noise. Therefore, if the frequency analysis of the Doppler signal is performed with a sufficient time length, the spectrum distribution is normally distributed. (Gaussian distribution)
Make Therefore, the blood flow waveform which is the time locus of the instantaneous frequency obtained from such a spectral distribution also ideally exhibits a smooth curve.

【0006】しかし、実際にはこのような超音波ドプラ
装置においては、ドプラ検出部3は、エコー信号を送信
パルスから一定の時間遅延でサンプルホールドした後、
帯域通過フィルター回路を通すことによりドプラシフト
成分(ドプラ信号)を得ており、周波数分析部4はこの
ような有限時間長のドプラ信号の周波数分析しているた
め、分析されたスペクトル成分は均一な分布にはならな
い。そのため、均一でないスペクトルから算出された瞬
時周波数の時間軌跡も図4の細実線に示すようになめら
かなカーブにならなくなってしまう。
However, actually, in such an ultrasonic Doppler device, the Doppler detector 3 samples and holds the echo signal with a certain time delay from the transmission pulse,
A Doppler shift component (Doppler signal) is obtained by passing through a band-pass filter circuit, and the frequency analysis unit 4 analyzes the frequency of such a Doppler signal having a finite time length. It does not become. Therefore, the time locus of the instantaneous frequency calculated from the non-uniform spectrum also does not become a smooth curve as shown by the thin solid line in FIG.

【0007】そこで、本発明はこのような問題点を解決
し、有限長の分析結果から得られた瞬時周波数の時間軌
跡を、より理想的なカーブに近づけることができる超音
波ドプラ装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves such a problem, and provides an ultrasonic Doppler apparatus capable of making the time locus of the instantaneous frequency obtained from the analysis result of a finite length closer to an ideal curve. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の超音波ドプラ装置は、超音波を送受
信する探触子と、探触子を制御して超音波を打ち出すと
共にその反射波を受信してエコー信号を得る超音波送受
信部と、超音波送受信部で得たエコー信号より血流から
のドプラシフト成分を検出するドプラ検出部と、ドプラ
検出部からのドプラ信号を周波数分析し各周波数成分の
輝度レベルを算出する周波分析部と、周波数分析部から
の輝度レベル信号の分布から特定の瞬時周波数をリアル
タイムで演算する瞬時周波数演算部と、瞬時周波数演部
からの瞬時周波数と周波数分析部からの輝度レベル信号
の分布を重畳させる信号合成回路と、信号合成回路から
出力された瞬時周波数の時間波形を表示する表示部とを
備えて成る超音波ドプラ装置において、瞬時周波数演算
部と信号合成回路との間に周波数分析部で演算された瞬
時周波数データを平滑化するスムージング回路を設けた
ものである。
In order to achieve the above object, an ultrasonic Doppler apparatus according to the present invention comprises a probe for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a device for controlling the probe to emit ultrasonic waves. An ultrasonic transmitting and receiving unit that receives the reflected wave to obtain an echo signal, a Doppler detecting unit that detects a Doppler shift component from the blood flow from the echo signal obtained by the ultrasonic transmitting and receiving unit, and a Doppler signal from the Doppler detecting unit A frequency analysis unit that analyzes and calculates the brightness level of each frequency component, an instantaneous frequency calculation unit that calculates a specific instantaneous frequency in real time from the distribution of the brightness level signal from the frequency analysis unit, and an instantaneous frequency from the instantaneous frequency performance unit And a signal synthesizing circuit for superimposing the distribution of the luminance level signal from the frequency analyzing unit, and a display unit for displaying a time waveform of the instantaneous frequency output from the signal synthesizing circuit. In Plastic apparatus is provided with a smoothing circuit for smoothing the instantaneous frequency data calculated by the frequency analysis unit between the instantaneous frequency calculation unit and a signal combining circuit.

【0009】[0009]

【作用】周波分析部は、ドプラ検出部で得られたドプラ
信号を所定の分析周期で周波数分析し各周波数成分の輝
度レベルを算出する。このように算出された輝度レベル
分布は、有限長のドプラ信号を分析しているため、ガウ
ス分布とならず不均一な分布を示す。瞬時周波数演算部
はこのスペクトル分布(輝度レベルの周波数分布)に基
づき瞬時周波数を演算するが、スペクトル分布が不均一
であるためここで算出された瞬時周波数は、分析周期ご
とにガタ付きを生じる。スムージング回路はこのような
所定の分析周期で得られる瞬時周波数の算出結果に対し
て、時間方向に平滑化処理を行う。このようにスムージ
ングされたスムージング回路の出力と周波数分析部から
の周波数分析データとの重畳した信号として得られる瞬
時周波数の時間軌跡は理想状態に近いなめらかな波形と
して表示される。
The frequency analysis section analyzes the frequency of the Doppler signal obtained by the Doppler detection section at a predetermined analysis cycle and calculates the luminance level of each frequency component. Since the luminance level distribution calculated in this manner analyzes a finite-length Doppler signal, the luminance level distribution does not become a Gaussian distribution but shows an uneven distribution. The instantaneous frequency calculation unit calculates the instantaneous frequency based on the spectrum distribution (frequency distribution of the luminance level). However, since the spectrum distribution is non-uniform, the calculated instantaneous frequency has a play in each analysis cycle. The smoothing circuit performs a smoothing process in the time direction on the calculation result of the instantaneous frequency obtained in such a predetermined analysis cycle. The time trajectory of the instantaneous frequency obtained as a signal obtained by superimposing the smoothed output of the smoothing circuit and the frequency analysis data from the frequency analysis unit is displayed as a smooth waveform close to an ideal state.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明による超音波ドプラ装置
の一実施例を示すブロック図であり、この超音波ドプラ
装置は、被検体の診断部位に対して超音波を送受信し得
られたエコー信号より血流からのドプラシフト成分を検
出して周波数分析し血流波形を表示するもので、主とし
て被検体の診断部位に対して超音波を送受信する探触子
1と、探触子1を制御して超音波を打ち出すと共にその
反射波を受信してエコー信号を得る超音波送受信部2
と、超音波送受信部2で得たエコー信号により血流から
のドプラシフト成分を検出するドプラ検出部3と、ドプ
ラ検出部3で検出されたドプラ信号を周波数分析する周
波数分析部4と、周波数分析部4において周波数分析、
算出された各周波数成分の輝度レベルを基に、輝度レベ
ルの周波数分布であるスペクトル分布の重心に相当する
瞬時平均周波数(fmean)やスペクトル分布の瞬時最大
周波数(fpeak)などをリアルタイムに演算する瞬時周
波数演算部5と、周波数スペクトル分布に瞬時周波数演
算部5で演算された瞬時周波数を重ね合わせて表示させ
るための信号合成回路6と、信号合成回路6から出力さ
れた瞬時周波数の時間波形等を表示する表示部7とを備
え、さらに瞬時周波数演算部5と信号合成回路6との間
に、瞬時周波数演算部5で算出された瞬時周波数データ
を時間方向に平滑化するスムージング回路8を備えてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of an ultrasonic Doppler apparatus according to the present invention. This ultrasonic Doppler apparatus transmits and receives ultrasonic waves to and from a diagnosis site of a subject from an echo signal obtained from a blood flow. Is to detect the Doppler shift component and to perform a frequency analysis to display a blood flow waveform. The probe 1 mainly transmits and receives an ultrasonic wave to and from the diagnostic site of the subject, and controls the probe 1 to transmit the ultrasonic wave. Ultrasonic transmitter / receiver 2 which launches and receives the reflected wave to obtain an echo signal
A Doppler detector 3 for detecting a Doppler shift component from a blood flow based on an echo signal obtained by the ultrasonic transmitter / receiver 2, a frequency analyzer 4 for frequency-analyzing the Doppler signal detected by the Doppler detector 3, and a frequency analyzer Frequency analysis in part 4,
Based on the calculated luminance level of each frequency component, the instantaneous average frequency (f mean ) corresponding to the center of gravity of the spectral distribution, which is the frequency distribution of the luminance level, and the instantaneous maximum frequency (f peak ) of the spectral distribution are calculated in real time. An instantaneous frequency calculator 5, a signal synthesis circuit 6 for superimposing and displaying the instantaneous frequency calculated by the instantaneous frequency calculator 5 on the frequency spectrum distribution, and a time waveform of the instantaneous frequency output from the signal synthesis circuit 6 And a smoothing circuit 8 for smoothing the instantaneous frequency data calculated by the instantaneous frequency calculating section 5 in the time direction between the instantaneous frequency calculating section 5 and the signal synthesizing circuit 6. Have.

【0011】探触子1は、その内部に超音波の発生源で
あると共に反射波を受信する振動子を有しており、血流
計測の対象となる部位により異なるが通常1〜10MHz
程度の周波数の超音波を送受信する。超音波送受信部2
は、所定の繰返し周波数PRF(2〜10kHz)で所定
周波数(1〜10MHz)の超音波パルスを発生するため
のパルス発生器、探触子1が受信した反射波(エコー信
号)を増幅するための受信増幅器及びそれらの制御回路
を有している。
The probe 1 has a transducer which is a source of an ultrasonic wave and receives a reflected wave therein, and varies depending on a portion to be subjected to a blood flow measurement.
Transmits and receives ultrasonic waves of about a frequency. Ultrasound transceiver 2
Is a pulse generator for generating an ultrasonic pulse of a predetermined frequency (1 to 10 MHz) at a predetermined repetition frequency PRF (2 to 10 kHz), for amplifying a reflected wave (echo signal) received by the probe 1 And their control circuits.

【0012】ドプラ検出部3は、復調回路、参照波発生
回路、帯域通過フィルター回路を有し、復調されたエコ
ー信号に、参照波発生回路で発生された参照周波数の信
号をかけ合せることにより位相出力を得て、これを送信
パルスから一定の時間遅延でサンプルホールドし、帯域
通過フィルター回路を通すことによりドプラシフト成分
(ドプラ信号)を得る。
The Doppler detection unit 3 has a demodulation circuit, a reference wave generation circuit, and a band-pass filter circuit. The Doppler detection unit 3 multiplies the demodulated echo signal by the signal of the reference frequency generated by the reference wave generation circuit, thereby obtaining a phase. An output is obtained, which is sampled and held with a fixed time delay from a transmission pulse, and passed through a band-pass filter circuit to obtain a Doppler shift component (Doppler signal).

【0013】周波数分析部4は、ドプラ検出部3から出
力されるドプラ信号を入力して周波数分析し各周波数成
分の輝度レベルの信号を入力して周波数分析し各周波数
成分の輝度レベルを算出するもので、ドプラ信号をデジ
タル変換するA/D変換回路、デジタル化されたドプラ
信号を高速フーリエ変換法(FFT)等の周波数分析法
により周波数領域に変換する周波数分析回路、及びこれ
ら各回路を独自の周期で動作可能とするメモリ回路とを
有する。
The frequency analysis unit 4 receives the Doppler signal output from the Doppler detection unit 3 and analyzes the frequency, inputs the signal of the luminance level of each frequency component, and analyzes the frequency to calculate the luminance level of each frequency component. A / D conversion circuit that converts the Doppler signal into a digital signal, a frequency analysis circuit that converts the digitized Doppler signal into the frequency domain by a frequency analysis method such as the fast Fourier transform method (FFT), and each of these circuits is unique. And a memory circuit operable at a cycle of.

【0014】瞬時周波数演算部5は、周波数分析部4に
よって得られた血流信号の瞬時周波数のスペクトル分布
(図2(b))から、スペクトル分布の重心に相当する
瞬時平均周波数(fmean)やスペクトル分布の辺縁にあ
たる瞬時最大周波数(fpeak などをリアルタイムに演
算する。信号合成回路6は、周波数スペクトル分布に瞬
時周波数演算部5で算出された瞬時周波数を重ね合わせ
て表示させるためにこれら信号を重畳する。
The instantaneous frequency calculator 5 calculates the instantaneous average frequency (f mean ) corresponding to the center of gravity of the spectrum distribution from the spectrum distribution of the instantaneous frequency of the blood flow signal obtained by the frequency analyzer 4 (FIG. 2B). And the instantaneous maximum frequency (f peak ) corresponding to the edge of the spectrum distribution is calculated in real time. The signal synthesizing circuit 6 superimposes these signals to superimpose and display the instantaneous frequency calculated by the instantaneous frequency calculation unit 5 on the frequency spectrum distribution.

【0015】表示部7は、信号構成回路6から送られる
1分析周期分のデータを記憶するラインメモリ回路、ラ
インメモリ回路に収納されたデータを周波数変換するス
キャンコンバータ回路、デジタル信号であるデータを表
示のためにアナログ変換するD/A変換回路、CRT
(モニター)及びこれら回路を制御するCPUを含むコ
ントローラなどから成り、周波数分析部4から読み出し
た周波数分析データを縦軸を周波数とし横軸を時間で表
した血流波形として表示するとともに、信号合成回路6
で合成された瞬時周波数の時間波形を表示する。尚、表
示部7は超音波ドプラ装置が、血流計測の他、断層エコ
ー計測機能や心電図計測機能等を有する場合には、その
表示出力として血流データ以外にMモード像や心電図・
心音図などの生体波形をも表示する。
The display unit 7 includes a line memory circuit for storing data for one analysis cycle sent from the signal configuration circuit 6, a scan converter circuit for converting the frequency of data stored in the line memory circuit, and a digital signal data. D / A conversion circuit for analog conversion for display, CRT
(Monitor) and a controller including a CPU for controlling these circuits. The frequency analysis data read from the frequency analysis unit 4 is displayed as a blood flow waveform in which the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time, and signal synthesis is performed. Circuit 6
Displays the time waveform of the instantaneous frequency synthesized by. When the ultrasonic Doppler device has a tomographic echo measurement function, an electrocardiogram measurement function, and the like in addition to the blood flow measurement, the display unit 7 displays an M-mode image, an electrocardiogram,
A biological waveform such as a heart sound chart is also displayed.

【0016】更に本発明において設けられるスムージン
グ回路8は、各分析周期ごとに得られる瞬時周波数を時
間的に平滑化するための回路で、瞬時周波数演算部5で
得られた瞬時周波数の原信号を平滑化することによっ
て、表示部7においてより理想的な瞬時周波数の軌跡を
表示させるようにする。このようなスムージング回路8
として、図3に示すような平滑化回路81とデータラッ
チ回路82とを組合せた回路を採用することができる。
ここで平滑化回路81は、瞬時周波数演算部5から入力
される瞬時周波数データのうち、データラッチ回路82
によって1タイミング遅延して入力される1タイミング
前の瞬時周波数(v'i-1)と瞬時周波数演算部5から新
たに入力される瞬時周波数(vi)との間で平滑化処理を
行ない、その演算結果(v'i)である平滑化されたデー
タを信号合成回路6に送る。この場合、データラッチ回
路82による遅延のタイミングは1分析周期あるいはモ
ニターの表示周期の長さと同期するように構成される。
Further, the smoothing circuit 8 provided in the present invention is a circuit for temporally smoothing the instantaneous frequency obtained in each analysis cycle, and converts the original signal of the instantaneous frequency obtained by the By smoothing, a more ideal instantaneous frequency locus is displayed on the display unit 7. Such a smoothing circuit 8
For example, a circuit in which a smoothing circuit 81 and a data latch circuit 82 are combined as shown in FIG. 3 can be employed.
Here, the smoothing circuit 81 includes a data latch circuit 82 of the instantaneous frequency data input from the instantaneous frequency calculation unit 5.
Performs smoothing processing with the first timing delayed first timing before the instantaneous frequency inputted (v 'i-1) and the instantaneous frequency to be newly inputted from the instantaneous frequency calculating unit 5 (v i) by The smoothed data as the operation result (v ′ i ) is sent to the signal synthesis circuit 6. In this case, the delay timing by the data latch circuit 82 is configured to be synchronized with the length of one analysis cycle or the display cycle of the monitor.

【0017】以上のような構成における動作について説
明する。探触子1は、超音波送受信部2に制御されて被
検体の診断部位に対し、所定の周波数(1〜10MHz)
のパルス状の超音波を送信するとともに、血球からの反
射波であるエコー信号を受信する。このエコー信号は隣
り合う二つの送信パルスの間に受信される。超音波送受
信部2は探触子1が受信したエコー信号を増幅して、ド
プラ検出部3に送る。ドプラ検出部3では、このエコー
信号に参照周波数の信号を掛合わせることにより位相出
力を得、さらにこれを一定の時間遅延でサンプルホール
ドした後、帯域通過フィルター回路を通すことによりド
プラシフト成分(ドプラ信号)を得る。
The operation of the above configuration will be described. The probe 1 is controlled by the ultrasonic transmission / reception unit 2 to apply a predetermined frequency (1 to 10 MHz) to a diagnosis site of the subject.
And transmits an echo signal which is a reflected wave from a blood cell. This echo signal is received between two adjacent transmission pulses. The ultrasonic transmission / reception unit 2 amplifies the echo signal received by the probe 1 and sends it to the Doppler detection unit 3. The Doppler detector 3 obtains a phase output by multiplying the echo signal by a signal of a reference frequency, samples and holds the phase output with a fixed time delay, and then passes a Doppler shift component (Doppler signal) by passing through a band-pass filter circuit. Get)

【0018】ドプラ検出部3で得られたドプラ信号は、
周波数分析部4において、輝度レベル信号としてデジタ
ル変換された後、FFT法により周波数領域に変換さ
れ、各周波数成分の輝度レベルが算出される(図2
(a))。この各周波数成分の輝度レベルは図2(b)
に示すような周波数スペクトル分布として瞬時周波数演
算部5に入力され、ここでスペクトル分布の重心に相当
する瞬時平均周波数(fmean やスペクトル分布の辺縁
にあたる瞬時最大周波数(fpeak)などがリアルタイム
で演算される。この瞬時平均周波数或いは瞬時最大周波
数は、スムージング回路8において所定の平滑化処理が
なされる。
The Doppler signal obtained by the Doppler detector 3 is
In the frequency analysis unit 4, after being digitally converted as a luminance level signal, it is converted into a frequency domain by the FFT method, and the luminance level of each frequency component is calculated (FIG. 2).
(A)). The luminance level of each frequency component is shown in FIG.
Is input to the instantaneous frequency calculation unit 5 as a frequency spectrum distribution as shown in (1 ) , where the instantaneous average frequency (f mean ) corresponding to the center of gravity of the spectrum distribution, the instantaneous maximum frequency (f peak ) corresponding to the edge of the spectrum distribution, etc. Is calculated by The smoothing circuit 8 performs a predetermined smoothing process on the instantaneous average frequency or the instantaneous maximum frequency.

【0019】スムージング回路8では、瞬時周波数演算
部5から入力される瞬時周波数データをデータラッチ回
路82によって1分析周期に当る1タイミング遅延して
平滑化回路81に送る。平滑化回路81はデータラッチ
回路82を経て入力される1タイミング前の瞬時周波数
(v'i-1)と新たに瞬時周波数演算部5から入力される
瞬時周波数(vi )との間で平滑化処理を行ない、その
演算結果(v'i)を信号合成回路6に送る。
In the smoothing circuit 8, the instantaneous frequency data input from the instantaneous frequency calculation section 5 is sent to the smoothing circuit 81 after being delayed by one timing corresponding to one analysis cycle by the data latch circuit 82. Smoothing between the smoothing circuit 81 is the instantaneous frequency is inputted newly from the instantaneous frequency calculating unit 5 and the first timing before the instantaneous frequency input through the data latch circuit 82 (v 'i-1) (v i) , And sends the operation result (v ′ i ) to the signal synthesis circuit 6.

【0020】ここでスムージング回路8による演算結果
v'i は次式(1)のようになるが、 v'i =f(vi,v'i-1) (1) 通常 v'i =(avi+bv'i-1)/(a+b) (2) とすればよい。(2)式において、a≦bの場合は演算結
果に過去のデータの影響が強く表われるためスムージン
グ度が強くなり、逆にa>bの場合は、演算結果に今回
の瞬時周波数(vi )の影響が強く表われるため、スム
ージング度が弱くなる。従って、aとbの割合を適当に
変えることによりスムージング度合を容易に設定するこ
とができる。
[0020] Here, the operation result by the smoothing circuit 8 v 'i is expressed by the following equation (1), v' i = f (v i, v 'i-1) (1) Normal v' i = ( av i + bv 'i-1 ) / (a + b) (2) and may be. (2) In the equation, in the case of a ≦ b the stronger the smoothing degree for appearing strong influence of past data in the calculation result in the case of a> b Conversely, this instantaneous frequency of the calculation result (v i ) Is strongly affected, and the degree of smoothing is reduced. Therefore, the degree of smoothing can be easily set by appropriately changing the ratio of a and b.

【0021】このようにスムージングした瞬時周波数デ
ータは信号合成回路6において、周波数分析部4で得ら
れた周波数スペクトル分布と重畳され、瞬時周波数の時
間軌跡として表示部7において周波数分析結果(図2
(a))等の他の出力とともに表示される。この瞬時周
波数の時間軌跡は、スムージングした瞬時周波数データ
を基にしているため、図4(太実線)に示すようになめ
らかな理想的曲線となる。
The thus-smoothed instantaneous frequency data is superimposed on the frequency spectrum distribution obtained by the frequency analyzing section 4 in the signal synthesizing circuit 6, and the result of the frequency analysis is shown on the display section 7 as a time locus of the instantaneous frequency (FIG. 2).
It is displayed together with other outputs such as (a)). Since the time locus of the instantaneous frequency is based on the smoothed instantaneous frequency data, it becomes a smooth ideal curve as shown in FIG. 4 (thick solid line).

【0022】図5に、本発明による超音波ドプラ装置に
おけるスムージング回路8’の別の実施例を示す。この
スムージング回路8’は、n個のデータラッチ回路82
とこれらデータラッチ回路82からの出力の平滑化処理
を行う平滑化回路81とからなる。尚、nは1以上の整
数で、図5ではn=4の場合を示している。このスムー
ジング回路8では、瞬時周波数演算部5から送られてく
る今回の瞬時周波数データviと、各データラッチ回路
82で遅延された過去の瞬時周波数データv
i-1 i-2、vi-3、vi-4、即ちn+1個の瞬時周波数
を利用して平滑化処理を行なう。この場合、演算結果
v'i-2以下の式で表現される。
FIG. 5 shows another embodiment of the smoothing circuit 8 'in the ultrasonic Doppler apparatus according to the present invention. This smoothing circuit 8 'includes n data latch circuits 82
And a smoothing circuit 81 for smoothing the output from the data latch circuit 82. Note that n is an integer of 1 or more, and FIG. 5 shows a case where n = 4. In the smoothing circuit 8, the current instantaneous frequency data v i sent from the instantaneous frequency calculation unit 5 and the past instantaneous frequency data v
Smoothing processing is performed using i-1 , vi -2 , vi -3 , vi -4 , that is, n + 1 instantaneous frequencies. In this case, it is represented by the formula of calculation result v 'i-2 or less.

【0023】 v'i-2=f(vi,vi-1,vi-2,vi-3,vi-4) 演算式として具体的には、 v'i-2=(vi+vi-1+vi-2+vi-3+vi-4)/5 のような単純平均でもよいが、図6に示すように5つ分
の瞬時周波数(vi〜vi -4)を例えばa)瞬時周波数が
ほぼ段階的に変化するか或いは中央にピークがある場合
及びb)瞬時周波数の変化に規則性がない場合、にパタ
ーン分けして、 a)の場合、v'i-2=vi-2 b)の場合、v'i-2=(vi+vi-1+vi-2+vi-3+v
i-4)/5 としてもよい。こうすることにより、ノイズによるガタ
つきを効果的にスムージングでき、しかも尖鋭なピーク
点を不用意にスムージングさせないようにすることがで
きる。
[0023] v 'i-2 = f ( v i, v i-1, v i-2, v i-3, v i-4) More specifically as an arithmetic expression, v' i-2 = ( v i + v i-1 + v i-2 + v i-3 + v i-4) / may be a simple average, such as 5, but as shown in FIG. 6 five minutes of instantaneous frequency (v i ~v i -4) For example, when a) the instantaneous frequency changes almost stepwise or there is a peak at the center, and b) when the instantaneous frequency change is not regular, patterns are divided into: a) In the case of a), v ′ i− 2 = v i-2 b) for, v 'i-2 = ( v i + v i-1 + v i-2 + v i-3 + v
i-4 ) / 5. By doing so, it is possible to effectively smooth backlash due to noise, and also to prevent a sharp peak point from being carelessly smoothed.

【0024】尚、このスムージング回路8’の演算結果
は、n個のデータラッチ回路82を有する場合には、n
/2(n/2は整数)タイミング分遅れて出力されることと
なる。従って、表示部7の表示出力として周波数分析結
果(図2(a))及びMモード像や心電図・心音図など
の生体波形等の表示出力がある場合には、これらも同じ
ようにn/2タイミング分遅延させて表示させる必要があ
る。
The operation result of the smoothing circuit 8 'is n when the data latch circuit 82 has n data latch circuits.
/ 2 (n / 2 is an integer) timing is output. Accordingly, when the display output of the display unit 7 includes a frequency analysis result (FIG. 2A) and a display output such as an M-mode image or a biological waveform such as an electrocardiogram or a heart sound chart, these are similarly n / 2. It is necessary to make the display delayed by the timing.

【0025】尚、以上の実施例ではスムージング回路
8、8’を瞬時周波数演算部5と別のハード構成として
示しているが、CPUなどを利用して一体化させてもよ
い。また、以上の実施例ではパルスドプラ法を利用した
超音波ドプラ装置について説明したが、本発明は連続波
ドプラ法を利用した超音波ドプラ装置や断層エコーと重
畳したドプラ装置にも適用することができる。
In the above embodiment, the smoothing circuits 8 and 8 'are shown as a separate hardware configuration from the instantaneous frequency calculator 5, but they may be integrated using a CPU or the like. In the above embodiments, the ultrasonic Doppler apparatus using the pulse Doppler method has been described. However, the present invention can be applied to an ultrasonic Doppler apparatus using a continuous wave Doppler method and a Doppler apparatus superimposed with a tomographic echo. .

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の超音波ドプラ装置は瞬時周波数演算部と信号合成
回路との間にスムージング回路を設け、血流波形からリ
アルタイムに演算された瞬時周波数を時間方向にスムー
ジングするようにしたので、瞬時周波数の時間波形にお
いて、ガタつきを抑え、より理想的なスペクトル分布を
反映したなめらかな波形を得ることができる。
As is clear from the above embodiments, the ultrasonic Doppler apparatus of the present invention has a smoothing circuit provided between the instantaneous frequency calculating section and the signal synthesizing circuit, and performs the calculation in real time from the blood flow waveform. Since the instantaneous frequency is smoothed in the time direction, it is possible to suppress the backlash in the time waveform of the instantaneous frequency and obtain a smooth waveform reflecting a more ideal spectrum distribution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による超音波ドプラ装置の一実施例のブ
ロック図。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an ultrasonic Doppler device according to the present invention.

【図2】(a)は周波数分析された血流波形を示す図、
(b)は瞬時周波数のスペクトル分布を示す図。
FIG. 2A is a diagram showing a blood flow waveform subjected to frequency analysis,
(B) is a diagram showing a spectrum distribution of an instantaneous frequency.

【図3】スムージング回路の一実施例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of a smoothing circuit.

【図4】表示部に表示される瞬時周波数の時間波形の原
信号とスムージング後の波形を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an original signal of a time waveform of an instantaneous frequency displayed on a display unit and a waveform after smoothing.

【図5】スムージング回路の他の実施例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of a smoothing circuit.

【図6】図6のスムージング回路における平滑化処理の
パターン分けの例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an example of pattern division of a smoothing process in the smoothing circuit of FIG. 6;

【図7】従来の超音波ドプラ装置のブロック図。FIG. 7 is a block diagram of a conventional ultrasonic Doppler device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…探触子 2…超音波送受信部 3…ドプラ検出部 4…周波数分析部 5…瞬時周波数演算部 6…信号合成回路 7…表示部 8、8’…スムージング回路 81…平滑化回路 82…データラッチ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Probe 2 ... Ultrasonic transmission / reception part 3 ... Doppler detection part 4 ... Frequency analysis part 5 ... Instantaneous frequency calculation part 6 ... Signal synthesis circuit 7 ... Display part 8, 8 '... Smoothing circuit 81 ... Smoothing circuit 82 ... Data latch circuit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】超音波を送受信する探触子と、前記探触子
を制御して超音波を打ち出すと共にその反射波を受信し
てエコー信号を得る超音波送受信部と、前記超音波送受
信部で得たエコー信号より血流からのドプラシフト成分
を検出するドプラ検出部と、前記ドプラ検出部からのド
プラ信号を周波数分析し各周波数成分の輝度レベルを算
出する周波数分析部と、前記周波数分析部からの輝度レ
ベル信号の分布から、分布の重心に相当する瞬時平均周
波数及び瞬時最大周波数をリアルタイムで演算する瞬時
周波数演算部と、前記瞬時周波数演算部からの瞬時周波
数データと前記周波数分析部からの輝度レベル信号の周
波数分布を重畳させる信号合成回路と、前記瞬時周波数
演算部と前記信号合成回路との間に設けられ、前記瞬時
周波数演算部で演算された瞬時周波数データを平滑化す
るスムージング回路と、前記信号合成回路から出力され
た瞬時周波数の時間波形を表示する表示部とを備えた
とを特徴とする超音波ドプラ装置。
A probe for transmitting and receiving an ultrasonic wave; an ultrasonic transmitting and receiving unit for controlling the probe to emit an ultrasonic wave and receiving a reflected wave to obtain an echo signal; and an ultrasonic transmitting and receiving unit. A Doppler detector for detecting a Doppler shift component from the blood flow from the echo signal obtained in the above, a frequency analyzer for frequency-analyzing the Doppler signal from the Doppler detector and calculating a luminance level of each frequency component, and the frequency analyzer From the distribution of the luminance level signal from
And the instantaneous frequency calculator for calculating the wave number and the maximum instantaneous frequency in real time, a signal combining circuit for superimposing a frequency distribution of the luminance level signal from the instantaneous frequency data and the frequency analysis unit from the instantaneous frequency calculation unit, the instantaneous frequency
Provided between an arithmetic unit and the signal synthesizing circuit;
Smooths the instantaneous frequency data calculated by the frequency calculator
Output from the signal synthesis circuit.
And a display unit for displaying a time waveform of the instantaneous frequency .
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