超音波検査で血流速度を測定するときに使用する、パルスドプラ法（PWドプラ）と連続波ドプラ法（CWドプラ）。
どちらもドプラ効果を利用して血流速度を測定する方法ですが、測定原理には大きな違いがあります。
PWドプラとCWドプラの特徴を、
- PWドプラ：測定位置を限定できるが、高速血流の測定には制限がある
- CWドプラ：高速血流を測定できるが、測定深度を限定できない
と覚えている方も多いのではないでしょうか。
しかし、なぜそのような違いが生じるのでしょうか。
今回は、PWドプラとCWドプラの送受信原理、距離分解能、エイリアシングの違いについて整理します。
PWドプラとCWドプラの違い
最初に、PWドプラとCWドプラの送受信方法を図で比較してみましょう。
PWドプラは短い超音波パルスを断続的に送信し、その反射波を受信します。一方、CWドプラは超音波の送信と受信を連続的に行います。
この送受信方法の違いが、距離分解能やエイリアシングの有無に関係しています。
それぞれの特徴を表にまとめました。
| 比較項目 | PWドプラ | CWドプラ |
|---|---|---|
| 正式名称 | パルスドプラ法 | 連続波ドプラ法 |
| 英語表記 | Pulsed Wave Doppler | Continuous Wave Doppler |
| 超音波の送信 | 断続的 | 連続的 |
| 超音波の受信 | パルス間に受信 | 連続的 |
| 距離分解能 | ある | ない |
| 測定位置の指定 | サンプルボリュームで指定できる | 深さを限定できない |
| 高速血流の測定 | ナイキスト限界による制限がある | 原理上、同じ制限を受けない |
| エイリアシング | 起こる | PRFに起因するものは起こらない |
| 主な用途 | 特定部位の血流速度・波形評価 | 高速血流の最高速度評価 |
最も重要なのは、測定位置を限定できるかどうかと、高速血流の測定に制限があるかどうかです。
この2つの特徴は、超音波の送受信方法の違いから生じます。
PWドプラはなぜ測定位置を指定できる？
PWドプラは、短い超音波パルスを送信し、その反射波を受信する方法です。
超音波を送信してから反射波が戻るまでの時間を利用することで、反射波がどの深さから返ってきたのかを判断できます。
つまり、送信から受信までの時間が分かれば、反射体までの距離を求めることができます。
距離は次の式で表されます。
距離 ＝ 音速 × 往復時間 ÷ 2
超音波は反射体まで往復するため、2で割ります。
この仕組みを利用して、特定の深さにある血流信号を選択的に取得することができます。
サンプルボリュームとは？
PWドプラで測定したい位置に設定する領域を、サンプルボリューム（sample volume）といいます。
装置の画面上では、サンプルゲートとして表示されます。
例えば頸動脈エコーでは、総頸動脈や内頸動脈など、目的とする血管内にサンプルボリュームを設定して血流速度を測定します。
心エコーでは、左室流出路や僧帽弁口部など、測定したい位置にサンプルボリュームを置きます。
PWドプラの大きな利点は、このように測定する深さを選択できることです。
これを距離分解能（range resolution）、あるいは距離選択性といいます。
ただし、サンプルボリュームは数学的な一点ではなく、一定の広がりを持つ領域です。得られる信号には、その領域内の血流速度成分が含まれます。
CWドプラはなぜ測定深度を限定できない？
CWドプラは、超音波を連続的に送信しながら、反射波も連続的に受信する方法です。
一般的には、送信用と受信用の振動子をそれぞれ用います。
CWドプラでは送信と受信を連続して行うため、PWドプラのように個々のパルスの往復時間を使って測定深度を特定できません。
その結果、ドプラビーム上の異なる深さから得られた血流信号が含まれます。
これが、CWドプラに距離分解能がない理由です。
CWドプラでは測定部位が全く分からない？
ここは少し注意が必要です。
CWドプラ単独では、得られたドプラ信号がビーム上のどの深さで発生したのかを特定できません。
しかし、実際の検査ではBモードやカラードプラで解剖学的な位置や血流方向を確認し、CWドプラのビームを適切な方向へ合わせます。
したがって、CWドプラは「どこの血流を測っているのか全く分からない」という意味ではありません。
深さを指定して信号を選択的に取り出すことができない、と理解するのが正確です。
PWドプラではなぜエイリアシングが起こる？
PWドプラは、超音波パルスを一定の間隔で送信し、その反射波から血流速度を求めています。
ここで重要なのがPRF（pulse repetition frequency：パルス繰返し周波数）です。
PRFは1秒間に超音波パルスを何回送信するかを示します。
PWドプラでは、ドプラ偏移周波数を一定の間隔で標本化するため、測定可能な周波数に上限があります。
その上限がナイキスト限界です。
ナイキスト限界 ＝ PRF ÷ 2
ドプラ偏移周波数がこの限界を超えると、正しい周波数として表示できず、スペクトルが反対側へ折り返して表示されます。
これがエイリアシング（折り返し現象）です。
PWドプラで測定できる速度は何m/sまで？
PWドプラの測定可能な速度を、一律に何m/sまでと決めることはできません。
ドプラ偏移周波数は次の式で表されます。
fd ＝ 2f₀v cosθ / c
- fd：ドプラ偏移周波数
- f₀：送信周波数
- v：血流速度
- θ：超音波ビームと血流方向のなす角度
- c：音速
この式から、同じ血流速度でも送信周波数やドプラ入射角によってドプラ偏移周波数が変化することが分かります。
さらに、PWドプラのナイキスト限界はPRFによって決まり、設定可能なPRFは測定深度などの影響を受けます。
したがって、PWドプラの測定限界は、送信周波数、入射角、PRF、測定深度などによって変化します。
エイリアシングの仕組みや、PRF・深度・送信周波数との関係については、以下の記事で詳しく解説しています。
→ エイリアシングはなぜ起こる？PRF・深度・周波数との関係
CWドプラではなぜエイリアシングが起こらない？
CWドプラでは超音波を連続的に送受信します。
PWドプラのようにパルスを一定間隔で送信して血流信号を標本化する方式ではないため、PRFに基づくナイキスト限界がありません。
そのため、CWドプラでは原理上、PWドプラと同じエイリアシングは起こりません。
これがCWドプラを高速血流の測定に利用できる理由です。
例えば心エコーでは、大動脈弁狭窄によって生じる高速血流の最高速度を測定するためにCWドプラを使用します。
ただし、CWドプラであれば無制限に、どのような高速血流でも正確に測定できるわけではありません。
実際の測定では、装置の信号処理性能、表示範囲、信号強度、ドプラ入射角などの影響を受けます。
CWドプラにはPWドプラのようなPRF由来の速度上限がない、という意味で理解しておきましょう。
臨床ではPWドプラとCWドプラをどう使い分ける？
PWドプラとCWドプラは、どちらが優れた方法というわけではありません。
測定したい部位や目的によって使い分けます。
PWドプラが適している場合
PWドプラは、測定位置を指定して血流速度や波形を評価したい場合に適しています。
例えば、
- 頸動脈の特定部位での血流速度測定
- 僧帽弁口部の流入血流速度測定
- 左室流出路の血流速度・VTI測定
- 肝静脈や門脈などの血流波形評価
などです。
測定したい深さを選択できるため、複数の血管や血流が存在する場合にも、目的とする部位の信号を取り出しやすいという特徴があります。
一方、高速血流ではエイリアシングが発生し、正しい最高速度を測定できない場合があります。
CWドプラが適している場合
CWドプラは、主に高速血流の評価に適しています。
例えば心エコーでは、
- 大動脈弁狭窄の最高血流速度測定
- 僧帽弁逆流の血流速度評価
- 三尖弁逆流の最高血流速度測定
- 高速血流を伴う流出路狭窄の評価
などに使用します。
ただし、CWドプラには距離分解能がないため、複数の高速血流が同一ビーム上に存在すると、信号の発生部位を区別しにくくなることがあります。
そのため、Bモードやカラードプラ、必要に応じてPWドプラを併用して、血流の発生部位や方向を確認することが重要です。
大動脈弁狭窄の評価では両方を使用する
PWドプラとCWドプラの違いが分かりやすい例として、大動脈弁狭窄（AS）の評価があります。
左室流出路の血流速度・VTIを測定する場合には、PWドプラを使用します。
一方、大動脈弁通過血流の最高速度やVTIを測定する場合には、CWドプラを使用します。
PWドプラでは左室流出路という測定部位を限定でき、CWドプラでは大動脈弁通過血流の高い速度を測定できるからです。
ただし、CWドプラで得られた高速信号の発生部位を判断するには、画像所見や他のドプラ情報と組み合わせた評価が必要です。
HPRFドプラとは？
PWドプラとCWドプラの中間的な特徴を持つ方法として、高PRFドプラ（HPRF Doppler）があります。
通常のPWドプラでは、深い位置からの反射波が戻るまでの時間を考慮する必要があるため、PRFを無制限に高くすることはできません。
HPRFドプラでは、複数のパルスが測定領域内を伝搬するようにPRFを高めることで、通常のPWドプラより高いドプラ偏移周波数を測定できるようにします。
一方、異なる深さからの反射信号を区別しにくくなり、複数のサンプル位置に由来する信号が混在する可能性があります。
これを距離の曖昧さ（range ambiguity）といいます。
HPRFドプラはPWドプラの測定速度範囲を広げる方法ですが、通常のPWドプラと同じ距離選択性を維持できるわけではありません。
超音波検査士試験で間違えやすいポイント
PWドプラとCWドプラについては、次のように整理すると理解しやすくなります。
PWドプラ
- 超音波を断続的に送信する
- サンプルボリュームを設定できる
- 距離分解能がある
- PRFによって測定可能なドプラ偏移周波数が制限される
- エイリアシングが起こる
CWドプラ
- 超音波を連続的に送受信する
- 深さを限定したサンプルボリュームを設定できない
- 距離分解能がない
- 高速血流の測定に適している
- PRFに起因するエイリアシングは起こらない
特に注意したいのは、「距離分解能があること」と「高速血流を測定できること」は別の特徴だという点です。
確認問題
※以下は過去問の転載・再現ではなく、原理の理解を確認するために作成したオリジナル問題です。
問題1
PWドプラ法は、超音波の送信から反射波の受信までの時間を利用して、測定深度を選択できる。
答え：○
解説：
PWドプラでは、超音波パルスを送信してから反射波が戻るまでの時間を利用して測定深度を設定します。
そのため、サンプルボリュームを設定し、特定の深さにある血流信号を選択的に取得できます。
問題2
CWドプラ法では、超音波を連続的に送受信するため、サンプルボリュームを設定して特定の深さの血流速度だけを測定できる。
答え：×
解説：
CWドプラは超音波を連続的に送受信するため、個々のパルスの往復時間から測定深度を特定することができません。
したがって、PWドプラのような深さを限定したサンプルボリュームは設定できません。
問題3
CWドプラ法では、PWドプラ法と同様にPRFによるナイキスト限界が存在するが、PRFを高く設定することで高速血流を測定できる。
答え：×
解説：
CWドプラは超音波を連続的に送受信するため、PWドプラのようなPRFに基づくナイキスト限界がありません。
高速血流を測定できるのは、PRFを高く設定しているからではありません。
PWドプラとCWドプラの根本的な送受信方式の違いを理解することが重要です。
問題4
HPRFドプラ法では、通常のPWドプラ法より高いドプラ偏移周波数を測定できる場合がある一方、反射信号の発生深度が曖昧になることがある。
答え：○
解説：
HPRFドプラではPRFを高くすることで、通常のPWドプラより測定可能なドプラ偏移周波数の範囲を広げられます。
ただし、異なる深さに由来する信号を区別しにくくなるため、距離の曖昧さが生じます。
まとめ
PWドプラとCWドプラの大きな違いは、超音波の送受信方法にあります。
PWドプラはパルスの往復時間を利用するため、測定位置を限定できますが、PRFによるナイキスト限界があり、高速血流ではエイリアシングが発生します。
一方、CWドプラは超音波を連続的に送受信するため、深さを限定した測定はできませんが、PRFによる速度測定の制限を受けません。
PWドプラは「どこを測るか」、CWドプラは「速い血流をどう測るか」という特徴に注目すると、両者の違いを理解しやすくなります。
超音波検査士試験でも、単に特徴を暗記するだけでなく、その違いが生じる理由を説明できるようにしておきましょう。
参考文献・資料
- 長谷川英之．ドプラ法の基礎と応用．超音波医学．2016；43(3)：411–415．
https://doi.org/10.3179/jjmu.JJMU.R.81 - Mitchell C, et al. Guidelines for Performing a Comprehensive Transthoracic Echocardiographic Examination in Adults: Recommendations from the American Society of Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 2019;32(1):1–64.
https://www.asecho.org/wp-content/uploads/2025/04/2019_Comprehensive-TTE.pdf - British Medical Ultrasound Society（BMUS）. Doppler Ultrasound – Introduction and Basic Theory.
https://www.bmus.org/education-and-cpd/doppler-ultrasound-and-blood-flow-measurement/doppler-introduction-and-basic-theory/ - Hedrick WR, Hykes DL. Doppler Physics and Instrumentation: A Review. Journal of Diagnostic Medical Sonography. 1988;4(3).
https://doi.org/10.1177/875647938800400301
コメント