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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986000997A1
    申请号:PCT/JP1985/000410
    申请日:1985-07-19
    公开日:1986-02-13
    发明作者:Yasuhito Takeuchi；Shinichi Sano；Takao Jibiki；Takao Higashiizumi
    申请人:Yokogawa Medical Systems, Ltd.；
    IPC主号:G01S15-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 ドプラ信号分析装置
    [0002] (技術分野〕 '
    [0003] 本発明は超音波 cwドプラシステム若しくはパルスドプラシステムにおけるドプラ 信号分析装置に関し、 特に分析結果の周波数分解能と時間分解能をドプラ信号の周波 数帯域に適応させたものに関する。
    [0004] (背景技術）
    [0005] 従来のドプラ信号の周波数分析においては、 周波数スロッ卜幅および時間スロッ卜 幅を固定にした周波数分析が行われている。周波数スロッ卜幅および時間スロッ卜幅 は、 それぞれ周波数分析の周波数分解能と時間分解能を決めるので、 従来の周波数分 祈においてはこれらの分解能も固定である。周波数スロヅ卜幅と時間スロ y卜幅は g いに逆数の関係にあり、 一方を小さくすると他方は大きくなる。 周^数分解能と時閭 分解能の関係ち同様である。
    [0006] ドプラ信号の周波数分析は、 時園スロッ卜幅に相当する時園にわたって獲得したド ブラ信号を分析するものであるから、 分析結果を得るまでに時間スロッ卜幅に相当す る時間だけ遅れが生じる。例えば、 医用超音波ドプラシステムにおける典型例になら つて、 周波数スロット幅を 5 0 H z、 時間スロヅ卜幅を 2 0msecとしたとき、 遅れ時 間は 2 0msecとなる。 時間スロット幅は、 時間分解能でもあるから、 この場合時間分 解能も 2 0rasecとなる。超音波ドプラシステムを心臓の診断に用いるとき、 ドプラ信 号の周波数分析結果は、 Mモード超音波像や心電図あるいは心音波形などと同時に表 示あるいは記録し、 相互に比較することが行われる。 その場合、 Mモード超音波像や 心電図あるいは心音波形は、 ほとんど時間遅れなしに、 かつ、 髙ぃ時間分解能で得ら れるが、 ドプラ信号の周波数分析結果は、 例えば 2 Omsecもの遅れと粗い時間分解能 で得られるので、 このような分析結果を Mモー _ド超音波像や心電図などと周列に比較 するのは適当でない。
    [0007] 遅れ時間を短縮し時間分解能を上げるためには、 時間スロッ卜幅を小さくすればよ いが、 その反面周 ¾数スロット幅が増加して周波数分解能が低下するので、 低域にな るほど周波数分析の精度が悪くなる。
    [0008] すなわち、 固定の周波数スロッ卜幅と時間スロッ卜幅では、 周波数分解能と時間分 解能あるいは遅れ時間に対する相反する要求を満たすことができない。
    [0009] 〔発明の開示〕
    [0010] 本発明の目的は、 ドプラ信号の周波数帯 に適応した周波数分析が行えるドプラ信 号分析装置を提供することにある。
    [0011] 本発明のドプラ信号分析装置は、 被分析信号を帯域通過手段（ 1 0〗 ， 1 02 , 1 03 )で複数の周波数帯域のそれぞれごとに分離して通過させ、 この帯域通過手段を 通通した各周波数帯域の被分析信号のそれぞれを、 信号獲得手段（1 1 )で高域の ¾ のほど小さく低域のものほど大きい時間スロッ卜にわたって獲得し、 この信号獲得手 段の各獲得信号について、 フーリエ変換手段（1 4 )でそれぞれフーリエ変換を行う ようにしたちのである。
    [0012] 〔図面の簡単な説明〕
    [0013] 第 1図は、 本発明の実施例の略図的なプロック図、
    [0014] 第 2図は、 第 1図の実施例の動作を示すタイムチャート、
    [0015] 第 3図は、 第 1図の実施倒におけるスペクトラム像メモリの中のビッ卜マップの溉 念図である。
    [0016] 〔発明を実施するための最良の形態〕
    [0017] 以下、 図面を用いて本発明の実施例を説明する。
    [0018] 第 1図において、 1 0< . 1 02 . 1 03 はパンドパスフィルタ、 1 1はマルチプ レクサ、 1 2はアナログ♦ディジタル変換器（以下 A/D変換器という） 、 1 3はデ 一タメモリ、 1 4はフーリエ変換装置（F F T又は D F T )、 1 5はスペクトラム像 メモリ、 1 6はシーケンサである。
    [0019] パンドパスフィルタ 1 0 ， 1 0ο , 1 03の通過帯域はそれぞれ 1 2. 5〜1 0 Ο Ηζ (低域） 、 1 00〜800 Ηζ (中域） 、 8 Ο Ο Ηζ〜6. 4 k Hz (高域） となっており、 被分析信号はこれらパンドパスフィルタに共通に入力される。各バン ドバスフィルタの出力はマルチプレクサ 1 1により択一的に選択され、 AZD変換器 12でディジタル ータに変換されてデータメモリ 13に記憶される。
    [0020] パンドパスフィルタ 10, の出力信号に対しては、 周波数スロット幅が 6. 25 Hz、 時間スロット幅が 160rasecに選らばれる。 これは、 低域の周波数の信号を、 時間分解能よりは周波ェ数分解能を重視して獲得するためである。パンドパスフィルタ 102 の出力信号に対しては、 周波数スロット幅が 50HZ、 時園スロット幅が 20 rosecに選らばれる。 これは、 中域の周波数の信号を、 ほどよい周波数分解能と時間分 解能で獲得するためである。パンドパスフィルタ 103 の出力信号に対しては、 周波 数スロット幅が 400HZ、 時間スロット幅が 2. 5insecに選らばれる。 これは、 出 現頻度の髙ぃ事象を含む高域の周波数の信号を、 周波数分解能よりも時間分解能を重 視して獲得するためである。
    [0021] マルチプレクサお 1は、それぞれの時間スロッ卜の信号について、 各時囿スロッ卜 の期間中に同じ数ずつのデータをサンプリングする。 そのようなデータの数はフーリ ェ変換装置 14の入出力点数によって定まり、 例えば 32である。パンドパスフィル タ 10〗 ， 102 ， 103の出力信号を、 それぞれの時間スロット 160msec, 50 msec, 2. 5msecの圜に、 いずれも 32点サンプリングするために、 それぞれの出力 信号に対するマルチプレクサ 11のサンプリングレー卜は、 それぞれ 200HZ , 1. 6kHz , 12. 8kHz と定められる。
    [0022] 以上の関係をまとめて示せば第 1表のようになる。 第 1表
    [0023] 周波数帯域 周波数 時間スロッ卜幅 サンプリング スロッ卜幅 レー卜
    [0024] 低域 6.25 Hz 160msec 200HZ 中域 100〜 50 HZ 20msec 1.6kHz
    [0025] 800 Hz
    [0026] 高域 800HZ〜 400 Hz 2.5rasec 12.8kHz
    [0027] 6.4kHz マルチプレクサ 1 1での信号のサンプリングと A/D変換器 Ί 2での AZD変換の タイミングをシーケンサ 1 6で管理し、 第 1表に示すサンプリングレー卜となるよう に制御する。
    [0028] パンドパスフィルタ 1 , 1 02 , 1 03 ごとの、 データのサンプリングと A/ D変換のタイミングの一例を図示すれば、 第 2図のようになる。
    [0029] マルチプレクサお 1でサンプリングされ、 AZD変換器 1 2でディジタル信号に変 換されたデータは、 データメモリ 1 3に各バンドパスフィルタ 1 0〗 ， 1 0ο , 1 0 に対応して記億される。データメモリ 1 3の中でパンドパスフィルタごとのデ ータが 3 2個揃うたびに、 フーリエ変換装置 1 4はフーリエ変換を行い、 それによつ て得られるスぺク卜ラム像をスぺク卜ラム像メモリ 1 5に書込む。 F F Tを用いれば， フーリエ変換を 2fflsec以内に行うことは容易である。 スペクトラム像メモリ 1 5の中 には、 第 3図のようなビットマップが形成される。 このビットマップは、 横軸に時園 をとり、 縱軸に周波数をとつて、 各周波数帯域ごとの周波数♦時藺スロット群を配置 したものである。 このビットマップにおいて、 周波数♦時間スロット群は、 高域のも のは時間軸の方向に 2. 5asecごとに繰返し現われ、 中域のものは 2 0insecごとに镍 返し現われ、 低域のものは 1 6 0msecごとに橾返し現われる。
    [0030] このようなビッ卜マップに、 高域の周波数の分析結果は 2. 5 msecごとに書込まれ、 中域の周波数の分析結果は 2 Orasecごとに書込まれ、 低域の周波数の分析結果は 1 6 0msecごとに書込まれる。 したがって、 このようなビヅ卜マップに記憶されたスぺク 卜ラム像を読み出して、 表示あるいは記録を行うと、 髙域の周波数成分は、 2. 5 msecの時間分解能で表示あるいは記録されるので、 心機能や血行動態の解析には、 実 用上十分である。又、 この髙域に相当するドプラシフ卜の由来する人体中の視線速度 は、 キヤリャ周波数（この場合超音波周波 を 3. 5 M HZ とすると約 1 . 4a sec〜1 7 . 5 cm/ sec に相当し、通常の人体動脈血行を観察するには十分なもので ある。 なお、 この場合、 周波数分解能が 4 00 H Z と粗いが、 対象とする周波数が 髙いことと、 高速な血流に対しては、 斉向的な _流れと渦などを伴う乱流とを区別でき れば実用上十分とされることから、 この程度の周波数分解能は許容できる範囲にある。 中域用の周波数スロッ卜幅と時間スロッ卜幅は、 それより遅い静脈やリンパ流を調べ D るのに適している。 この範囲の流速では、 出現頻度の高い事象を問題にしなくてよい ので、 2 0 isecの時間分解能で十分である。低域用の周波数スロット幅と時間スロッ 卜幅は例えばさらに遅い体動や臓器の動き、 呼吸等を調べるのに適している。 この範 囲の遅い動きを観測するのに、 6. 2 5 Hzの周波数分解能は適切であり、 一方事象 の出現頻度はさらに低下するので、 1 6 Omsecの時園分解能は十分に許容で孝る範囲 にある。 尚、 髙域と中域では F F T又は O F Tの結果、 それらの下の帯域と重複す る分析出力も得られるがこれらの重複する出力は利用しないこととする。
    [0031] 又、 被分析信号の帯域の分割は 3分割に陧つたことはなく、 もっと多くあるいは少 なくしてあよい。
    [0032] 以上、 発明を実施するための最良の形態について説明したが、 この技術分野の通常 の知識を持つ者にとっては、 下記の請求の範囲に示されている発明の概念を逸脱する ことなく種々の変形を行うことが可能である。
    权利要求:
    Claims

    „ 請求の範囲 被分析信号を所定の時圜スロットの長さにわたって獲得し、 この獲得した信号に ついてフーリェ変換手段によりフーリェ変換を行つて被分析信号の周波数スぺク卜ラ ムを求めるドプラ信号分析装置において、
    被分析信号を複数の周波数帯域のそれぞ ごとに分離して通過させる帯域通過手段
    ( 1 0^ 1 02 . 1 03 )、
    この帯域通過手段を通通した各周波数帯域の被分析信号のそれぞれを、 髙域のもの ほど小さく低域のものほど大きい時間スロットにわたって獲得する信号獲得手段（1 1 ) 、 および
    この信号獲得手段の各獲得信号についてそれぞれフーリェ変換を行うフーリェ変換 手段（ 1 4 )
    を具備するドプラ信号分析装置。
    2 帯域通過手段は、 被分析信号が共通に入力される複数のパンドパスフィルタを含 むものである請求の範囲 1のドプラ信号分析装置。
    3 信号獲得手段は、 帯域通過手段を通通した各周波数帯域の被分析信号を択一的に 選択するマルチプレクサを含むちのである請求の範囲 1のドプラ信号分析装置。
    4 マルチプレクサは、 髙域のものほど小さく低域のものほど大きい時圊スロッ卜の 間に、 それぞれ所定数のデータをサンプリングするものである請求の筍囲 3のドプラ 信号分析装置。
    5 マルチプレクサの出力信号を逐一ディジタル信号に変換するアナログ♦ディジタ ル変換器（1 2 ) と、 このアナログ♦ディジタレ変換器の出力信号を被分析信号の各 周波数帯域ごとに記憶するデータメモリ （1 4 ) とを有し、 フーリエ変換手段は、 こ のデータメモリに記億されている被分析信号の各周波数帯域ごとのデータをそれぞれ フーリェ変換するものである請求の範囲 4のドプラ信号分析装置。
    6 フーリェ変換手段は F F T装置である請求の範囲 5のドプラ信号分析装置。
    7 フーリェ変換手段は D F T装置である請求の範囲 5のドプラ信号分析装置。
    8 フーリエ変換手段の出力信号を記億するスペクトルメモリ （ 1 5 )を有する請求 の範囲 1のドプラ信号分析装置。
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