(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象に超音波を照射して前記対象の血管からのエコーを受信する超音波送受信手段と、
前記血管からのエコーのドップラ信号を検出するドップラ信号検出手段と、
前記ドップラ信号の周波数を分析して周波数スペクトラムを得る周波数分析手段と、
標準的な周波数スペクトラムを記憶している記憶手段と、
前記周波数分析手段により得られた周波数スペクトラム及び前記記憶手段が記憶している標準的な周波数スペクトラムを表示する表示手段と、
前記周波数分析手段により得られた周波数スペクトラム及び前記記憶手段が記憶している標準的な周波数スペクトラムを比較することにより前記血管の障害を検出する障害検出手段とを具備することを特徴とする超音波血管障害検出装置。
【請求項２】
前記対象の頚動脈に超音波を照射して、ドップラ信号の観測点を前記頚動脈の血管上に設定することを特徴とする請求項１又は請求項１に記載の超音波血管障害検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波管路障害検出方法および装置に関し、特に、対象の内部に存在する管路の障害を超音波を用いて検出する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
文献  菊池、目加田、長谷川、春日、京島、宮下、滝沢：信学技報，ＥＡ９７−１０３に、脳血管音響解析法（ＣｅＶＡＳＳ：Ｃｅｒｅｂｒｏ−Ｖａｓｃｕｌａｒ  Ａｕｄｉｏ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）が記載されている。この脳血管音響解析法は、患者の頚部においた加速度振動ピックアップ（ｐｉｃｋ−ｕｐ）で血流雑音を検出し、その周波数スペクトラム（ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を解析して脳血管における動脈瘤、動静脈奇形、狭窄等の障害の無有無を調べるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の技法では、加速度振動ピックアップにより体表に伝わる音響を検出するので、患者の呼吸音や外来音波等、血流に無関係な音波も同時に検出してしまい、障害の有無が分かりにくくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、無関係な音波に影響されない超音波管路障害検出方法および装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、対象の内部の管路に超音波を照射してエコーを受信し、前記エコーのドップラ信号を検出し、前記ドップラ信号に基づいて前記管路の障害を検出することを特徴とする超音波管路障害検出方法である。
【０００６】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、対象の内部の管路に超音波を照射してエコーを受信する超音波送受信手段と、前記エコーのドップラ信号を検出するドップラ信号検出手段と、前記ドップラ信号の周波数を分析する周波数分析手段と、前記周波数分析手段の出力信号に基づいて前記管路の障害を検出する障害検出手段とを具備することを特徴とする超音波管路障害検出装置である。
【０００７】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、前記障害検出手段は前記周波数分析手段の出力信号を基準信号と比較することを特徴とする（２）に記載の超音波管路障害検出装置である。
【０００８】
（４）上記の課題を解決する第４の発明は、前記周波数分析手段の出力信号に基づいて周波数スペクトラムを表示する表示手段を具備することを特徴とする（２）または（３）に記載の超音波管路障害検出装置である。
【０００９】
（５）上記の課題を解決する第５の発明は、前記管路の障害が血管障害であることを特徴とする（２）ないし（４）のうちのいずれか１つに記載の超音波管路障害検出装置である。
【００１０】
第２の発明ないし第５の発明のうちのいずれか１つにおいて、前記ドップラ信号を音声として出力する音声出力手段を具備することが、聴音により管路の障害を検出する点で好ましい。
【００１１】
（作用）
本発明では、超音波エコーのドップラ信号を利用して管路の障害を検出する。ドップラ信号の周波数は管路の振動速度と送波超音波によって定まり、無関係な音波に影響されない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に、超音波撮像装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の超音波管路障害検出装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１３】
本装置の構成を説明する。同図に示すように、本装置は超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）２を有する。超音波プローブ２は、被検体４に当接されて超音波の送受波に使用される。被検体４は、本発明おける対象の実施の形態の一例である。超音波プローブ２は、図示しない超音波トランスデューサアレイ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｒｒａｙ）を有する。超音波トランスデューサアレイは複数の超音波トランスデューサを有する。個々の超音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛（Ｐｂ））セラミクス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料で構成される。
【００１４】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２の超音波トランスデューサアレイを駆動して超音波ビーム（ｂｅａｍ）を送信し、また、超音波トランスデューサアレイが受波したエコーを受信するものである。超音波プローブ２および送受信部６からなる部分は、本発明における超音波送受信手段の実施の形態の一例である。
【００１５】
送波超音波ビームの方位は、超音波トランスデューサアレイにおける送波アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）内の個々の超音波トランスデューサを駆動するパルス（ｐｕｌｓｅ）の時間差により設定することができ、この方位を順次切り換えることにより音線順次の走査を行うことができる。
【００１６】
エコー受波の方位は、超音波トランスデューサアレイにおける受波アパーチャ内の個々の超音波トランスデューサの受信信号を加算する時間差により設定することができ、この方位を順次切り換えることにより音線順次の受波の走査を行うことができる。
【００１７】
これにより、送受信部６は例えば図２に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる超音波ビーム（音線）２０２が扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ  ｓｃａｎ）を行う。
【００１８】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図３に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２が直線的な軌跡２０４上を移動することにより、矩形状の２次元領域２０６がｘ方向に走査され、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ  ｓｃａｎ）が行われる。
【００１９】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘ  ａｒｒａｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な信号操作により、例えば図４に示すように、音線２０２の放射点２００が円弧状の軌跡２０４上を移動して扇面状の２次元領域２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベクススキャンが行えるのはいうまでもない。
【００２０】
送受信部６はドップラ（Ｄｏｐｐｌｅｒ）処理部８およびＢモード（ｍｏｄｅ）処理部１０に接続されている。ドップラ処理部８およびＢモード処理部１０には、送受信部６から、エコー受信信号が入力される。ドップラ処理部８はエコー受信信号からドップラ信号を抽出して周波数分析し周波数スペクトラムを示す画像を生成する。ドップラ処理部８はドップラ信号の出力を行う。Ｂモード処理部１０は、入力されたエコー受信信号に基づいてＢモード画像を生成する。ドップラ処理部８およびＢモード処理部１０の詳細な構成については後述する。
【００２１】
ドップラ処理部８およびＢモード処理部１０には表示部１２が接続されている。表示部１２は、本発明における表示手段の実施の形態の一例である。表示部１２は、例えばグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いて構成され、ドップラ処理部８およびＢモード処理部１０から入力された画像を可視像として表示する。ドップラ処理部８には、また、例えばスピーカ（ｓｐｅａｋｅｒ）等の音声出力部１４が接続され、ドップラ信号を音声として出力するようになっている。音声出力部１４は、本発明における音声出力手段の実施の形態の一例である。
【００２２】
以上の送受信部６、ドップラ処理部８、Ｂモード処理部１０および表示部１２は制御部１６に接続されている。制御部１６は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。被制御の各部から制御部１６に状態報知信号や応答信号等が伝えられる。制御部１６の制御の下で超音波撮像が実行される。
【００２３】
制御部１６には操作部１８が接続されている。操作部１８は操作者によって操作され、制御部１６に所望の指令や情報を入力する。操作部１８は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅｌ）で構成される。
【００２４】
図５に、ドップラ処理部８のブロック図を示す。同図に示すように、ドップラ処理部８は同期検波回路８０２を有する。同期検波回路８０２は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を、送波超音波と同じ周波数を持つ信号で同期検波してローパスフィルタ（ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）８０４に入力する。ローパスフィルタ８０４は、同期検波出力信号を低域通過フィルタリングしてサンプル・ホールド（ｓａｍｐｌｅ  ｈｏｌｄ）回路８０６に入力する。サンプル・ホールド回路８０６は、ローパスフィルタ８０４の出力信号から、所定部分をサンプル・ホールドしてバンドパスフィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）８０８に入力する。バンドパスフィルタ８０８は、サンプル・ホールド回路８０６の出力信号を帯域通過フィルタリングする。
【００２５】
このような、同期検波回路８０２からバンドパスフィルタ８０８までの信号処理によりドップラ信号が得られる。同期検波回路８０２、ローパスフィルタ８０４、サンプル・ホールド回路８０６およびバンドパスフィルタ８０８からなる部分は、本発明におけるドップラ信号検出手段の実施の形態の一例である。
【００２６】
ドップラ信号は周波数分析回路８１０および音声出力部１４に入力される。周波数分析回路８１０は、本発明における周波数分析手段の実施の形態の一例である。周波数分析回路８１０は入力信号を周波数分析し、分析データ（ｄａｔａ）すなわち周波数スペクトラムを画像生成回路８１２および障害検出回路８１４に入力する。画像生成回路８１２は、入力データに基づいて周波数スペクトラムを表す画像を生成して表示部１２に入力する。
【００２７】
障害検出回路８１４は、周波数スペクトラムに基づいて血管障害の有無を検出する。すなわち、例えば入力の周波数スペクトラムを予め記憶している標準的な周波数スペクトラムと比較すること等により、血管障害の有無および最も可能性が高い障害の種類を検出する。そして、検出結果を表す例えばメッセージ（ｍｅｓｓａｇｅ）等の出力信号を表示部１２に入力する。
【００２８】
障害検出回路８１４は、本発明における障害検出手段の実施の形態の一例である。障害検出回路８１４は、例えばマイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等により構成される。障害検出回路８１４が比較に用いる標準的な周波数スペクトラムは、本発明における基準信号の実施の形態の一例である。
【００２９】
図６に、Ｂモード処理部１０のブロック図を示す。同図に示すように、Ｂモード処理部１０は対数増幅回路１０２を有する。対数増幅回路１０２は、入力されるエコー受信信号を対数増幅して包絡線検波回路１０４に入力する。包絡線検波回路１０４は、入力信号を包絡線検波して画像生成回路１０６に入力する。画像生成回路１０６は、入力信号に基づいてＢモード画像を生成して表示部１２に入力する。
【００３０】
本装置の動作を説明する。操作者は超音波プローブ２を被検体４の所望の部位、例えば、頚部に当接し操作部１８を操作して超音波撮像を行う。以下、撮像は操作者の指令に基づき制御部１６による制御の下で行われる。先ずＢモード撮像を行う。送受信部６は例えば図４に示したコンベックススキャンを行い、Ｂモード処理部１０はエコー受信信号に基づいてＢモード画像を生成し表示部１２に表示する。これにより、例えば図７に示すようなＢモード画像が表示される。Ｂモード画像には頚動脈像１２２が含まれる。頚動脈は、本発明における管路の実施の形態の一例である。
【００３１】
操作者は、操作部１８を操作して、Ｂモード画像上でドップラ信号観測点（サンプルボリューム：ｓａｍｐｌｅ  ｖｏｌｕｍｅ）１２４とそこを通る音線１２６を設定する。サンプルボリューム１２４は頚動脈の血管壁上に設定される。次いで、操作者は本装置の動作をドップラモードに切り換える。
【００３２】
ドップラモードでは音線１２６に沿ってパルス超音波の送波が繰り返される。ドップラ処理部８はこのときのエコー受信信号を処理してドップラ信号を求める。頚動脈の血管壁は内部を流れる血流が発する音によって振動しているので、血流音に相当するドップラ信号が得られる。脳血管に動脈瘤、動静脈奇形、狭窄等がある場合は、頚動脈の血流音に異常が生じる。血流音の異常はドップラ信号に反映される。
【００３３】
ドップラ信号は直接的には血管壁の振動を表しているので、呼吸音やその他の外来音波に無関係なものとなる。また、ドップラ信号を求めるのにエコー受信信号を同期検波していることも、外来音波等の混入を阻止するのに効果がある。これによって、外来音波等に影響されない「血流音」を得ることができる。
【００３４】
ドップラ処理部８は、ドップラ信号を音声出力部１４を通じて音声として出力するとともに、周波数分析して求めた周波数スペクトラム像を表示部１２に表示する。これにより、例えば図８に示すように、観測点を示すＢモード画像と並べて、周波数スペクトラムの時間変化が、縦軸に周波数をとり横軸に時間をとって表示される。周波数スペクトラムの時間変化は、血流の脈動に対応した周期性を有する。周波数スペクトラム像は時間とともに図における左方向にスクロール（ｓｃｒｏｌｌ）する。これによって、最新の周波数スペクトラム像が表示される。
【００３５】
周波数スペクトラム像は、操作者の選択により、時間変化ばかりでなく例えば図９に示すように、縦軸に信号のパワー（ｐｏｗｅｒ）をとり横軸に周波数をとった周波数スペクトラム分布像が表示される。周波数スペクトラム分布像は、所定時間内に得られた周波数分析結果の平均とするのが状況を正しく表示する点で好ましい。
【００３６】
脳血管の障害はその種類に応じて血流音にそれぞれ特徴的な変化を生じ、これがドップラ音および周波数スペクトラムに反映する。操作者は、音声出力部１４から出力されるドップラ音を聴き、また、表示部１２に表示される周波数スペクトラム像を観察して脳血管の障害の有無およびその種類を調べる。ドップラ信号は外来音等の影響を受けないので、ドップラ音および（または）周波数スペクトラム像により正しい判定を行うことができる。
【００３７】
表示部１２には、例えば図９に示すように、標準的なスペクトラム像を同時に表示するのが、障害の有無および種類の判定をやり易くする点で好ましい。障害の有無やその種類は、また、表示画面の図示しない所定の箇所に障害検出回路８１４のメッセージとして表示される。
【００３８】
周波数分析回路８１０および音声出力部１４に入力する信号は、必要に応じて、前述の文献に記載された加速度振動ピックアップの出力信号に切り換えるようにしても良い。これは、従来型のピックアップにも対応可能とする点で好ましい。
【００３９】
以上は、脳血管の障害を調べる例であるが、ドップラ信号の観測点を体表から深いところに設定することもできるので、頚動脈のような浅い位置にある血管ばかりでなく、体内の深部にある他の血管について「血流音」を求めることができる。したがって、脳血管に限らず体内の他の部分の血管についても障害の有無を調べることができる。
【００４０】
また、パルス超音波を用いたパルスドップラの例で説明したが、ＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）超音波を用いたＣＷドップラによっても同様な効果を得ることができる。さらに、本発明は、生体ばかりでなく例えば地中に埋設した水道管やガス（ｇａｓ）管等の管路について、破裂や漏れ等の障害の有無を調べる用途に適用しても、同様な効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、無関係な音波に影響されない超音波管路障害検出方法および装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】図１に示した装置による音線走査の概念図である。
【図３】図１に示した装置による音線走査の概念図である。
【図４】図１に示した装置による音線走査の概念図である。
【図５】図１に示した装置におけるドップラ処理部のブロック図である。
【図６】図１に示した装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図７】図１に示した装置が表示する画像の模式図である。
【図８】図１に示した装置が表示する画像の模式図である。
【図９】図１に示した装置が表示する画像の模式図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
４  被検体
６  送受信部
８  ドップラ処理部
１０  Ｂモード処理部
１２  表示部
１４  音声出力部
１６  制御部
１８  操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004373516.tif 000008
【図８】
0004373516.tif 000009
【図９】
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