JPH02213330A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波を用いて生体の断層像を得る超音波診
断装置に係わり、特に高精度の受信ダイナミックフォー
カスを実現することにより、画像端部の分解能劣化を低
減し、画質の大幅な向上を図った超音波診断装置に関す
るものである。

（従来の技術） 超音波パルス生体内に放射し、各組織からの反射波によ
り生体情報を得る超音波診断法は、Ｘ線のような照射障
害がなく、シかも造影剤なしで軟部組織の診断ができる
利点をもっている。

今日量も広く用いられている超音波診断装置の探触子で
は、配列型（アレイ型）超音波振動子（プローブ）が使
われており、これ等の超音波振動子の各々を駆動し超音
波を発生させるための駆動信号、あるいは生体内からの
反射波が、前記振動子によってで受信される。このとき
、受信信号に所定の遅延時間を与えることによって超音
波ビームを所定の距離（位置）に収束させて方位分解能
を高め、解像度の優れた断層像を得ている。

第３図にこの種の超音波診断装置の従来例を示す。第３
図は、リニア電子走査型超音波診断装置のブロック図を
示したもので、生体内に放射される超音波パルスの間隔
を決定するパルス発生器２人から出力された繰返しパル
スは、送信遅延回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｎにおいて、送信
超音波の放射方向と収束点から決定される所定の遅延時
間が与えられたのち振動子駆動回路（バルサ）３Ａ−１
〜３Ａ−Ｎに送られ駆動パルスが形成される。この駆動
パルスは振動子選択スイッチ１１によってＮ本のアレイ
型超音波振動子１−１〜１−Ｎのうち所定のＭ本（例え
ば１−１〜１−Ｍ　（Ｍ　＜Ｎ　）　）が選択駆動され
、超音波が生体内に放射される。

一方、生体内から反射された超音波ビームは前記アレイ
型超音波振動子１−１〜１−Ｎによって受信されるが、
振動子１−１〜１−Ｈの受信信号のみが振動子選択スイ
ッチ１１によってプリアンプ３Ａ−１〜３Ａ−Ｎに送ら
れ、さらに受信遅延回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｎに送られる
。ここで、前記送信遅延回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｎにおい
て与えられた遅延時間とほぼ同一の遅延時間が与えられ
てから、加算器３ｃにおいて他の振動子からの受信信号
と加算される。

この加算器３Ｃの出力信号は一方は断層像を表示するた
めのＢモード処理系４へ、また、もう−方は、血流情報
を算出するためのＤモード処理系５へ送られて所定の信
号処理が施される。まず、Ｂモード処理系４では対数増
幅器４Ａにおいて信号振幅が対数変換されたのち、包路
線検波回路４Ｂにて受信信号の包路線が検出され、Ａ／
Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）４Ｃを通った後画像メモリ６Ａ
にストアされる。

つぎに、Ｄモード処理系５について述べる。加算器３Ｃ
の出力は、位相検波回路５Ａａ、５Ａｂで、基準信号発
生器５Ｂ、π／２移相器５ｃにより超音波信号の周波数
とほぼ同じ周波数をもった基準信号との間で直交位相検
波され、これら９０度（π／２）位相の異なった位相検
波出力は、ローパスフィルタ（Ｌ、Ｐ、Ｆ）５Ｄａ、５
Ｄｂを通ってＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）５Ｅａ。

５Ｅｂを通り、その後図示しないバッファメモリに一旦
スドアされる。

ドツプラ信号を得るには、同一場所を所定間隔で走査し
、これにより得られる血球からの反射信号につき、その
単位時間内の位相シフト量（ドツプラシフト量）から血
流速度を求める。例えば、振動子の選択と送受信のビー
ム収束用遅延量とを全く同じくして１０回同一場所を走
査し、これにより得られた受信信号を、前記同様にドツ
プラ用バッファメモリに順次ストアしていく。

次に、このようにして同一場所を１０回走査して得られ
た生体内の反射信号から、所定の深さの血球の速度を検
出する。このとき、各々の反射信号には血球のように移
動している物体からの反射と、血管壁のようにほとんど
移動しない固定物体からの反射波とが混在しており、し
かも後者が支配的になっている。したがって、まず、固
定反射体からの反射波（クラッタ信号）を取除くため、
所定の深さにおいて得られた１０ケの信号を、ＭＴＩフ
ィルタ５Ｆａ、５Ｆｂに入力する。

ＭＴＩフィルタ技術はレーダ分野において一般に知られ
ている技術であるためその詳細については省略する。

そして、ＭＴＩフィルタ５Ｆａ、５Ｆｂによってクラッ
タ信号は除去され、血球からの反射波のみが演算回路５
Ｇに送られる。ここでは所定の深さの前記１０ケのデー
タを用い、周波数分析が行なわれて、そのスペクトルの
中心あるいは広がり（分散）が算出されて、その値は画
像メモリ５Ｇ内の血流信号メモリ内にストアされる。こ
のようにして所定の方向に超音波ビームを送受信して断
層像用信号とドツプラ信号とが得られる。

つぎに、振動子選択スイッチ１１によって前記アレイ型
超音波振動子１−１〜１−Ｎのうち１−２〜１−　（Ｍ
ａｌ）が選択され、超音波の送受信が行なわれる。この
送受信方向での断層信号とドツプラ信号とが前記同様に
得られ、これらは各々画像メモリ６Ａ内の断層像メモリ
と血流信号メモリにストアされる。

（発明が解決・しようとする課題） このように、リニア電子走査方式ではアレイ型超音波振
動子１−１〜１−Ｎは振動子選択スイッチ１１により１
本づつシフトして選択駆動されることによって、生体内
を走査することができる。この場合、従来の走査では同
時駆動振動子数を常に一定にする方法と、端部走査にお
いては振動子数を減らす方法がある。

例えば、前者の方法では、全振動子数をＮ１同時駆動振
動子数Ｍとすれば、１−１〜１−Ｈの振動子を用いた走
査からスタートして１−（Ｎ−Ｍ＋１）〜１−Ｎの振動
子を用いた　（Ｎ−Ｍ＋１）番目の走査で終了して１枚
の断層像と血流信号による血流イメージングが得られる
。この場合、振動子Ｍ本分に相当する面積が画像化され
ないため視野が狭くなってしまう。

これに対して端部走査は、振動子を減らす方法では視野
はあまり狭くならないが、端部はど少ない振動子で走査
を行なうため、超音波ビームの収束が十分に行なわれず
、良好な画質が得られない。

そこで本発明の目的は、分解能の低下を抑え広い視野幅
の画像を得ることができる超音波診断装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するため次の
ような構成としている。すなわち、本発明では、振動子
の配列端部の信号を得る場合には、超音波受信方向を外
側に偏向するものとしている。

（作用） これによって、端部走査においても、受信振動子数を大
幅に減らす必要がないため、分解能の低下がなく広い視
野幅をもった超音波断層像が得られる。

（実施例） 以下、本発明に係る超音波診断装置の一実施例を図面を
参照して説明する。先づ、実施例の説明に先き立ち、本
発明の詳細な説明する。

本発明の走査の模式図を図２に示す。本発明を実現する
には、従来でも広く用いられてきた受信ダイナミック収
束法が必要となる。受信ダイナミックフォーカス法とは
受信時刻にともなって収束点をプローブ（振動子）から
順次遠方に設定し、走査方向の反射波が常に収束され受
信する技術である。

本発明では、断層像の中心分では従来と同様に第２図（
ａ）のように、振動子配列方向と直角方向において超音
波の送受信がおこなわれる。第２図（ａ）における斜線
部は、分解能の劣化が生じる部分を示している。一方、
端部での走査では、第２図（ｂ）のように、超音波は外
側方向に向けて送受信がおこなわれる。リニアアレイ型
プローブの振動子数をＮとし、１回の超音波の送受信に
使用される素子数をＭとする。この場合、１枚の断層像
はｎ回の走査によって作られ、最も端部のｎ番目の走査
は、前記アレイ型プローブの１−（Ｎ−Ｍ＋１）から１
−ＮまでのＭ本の振動子を用いて行なわれる。

すなわち、ｎ番目の走査方向を微小区間に分割し、その
各々の区間内で前記Ｍ本の振動子による超音波ビームを
収束させ、この収束部分からの受信信号のみを抽出して
前記微小部分の画素を構成する。ｎ−１番目の走査でも
同様である。すなわち、ｎ−１番目のトランスデユーサ
の走査方向をｎ番目の走査方向と同様に微小区間に分割
し、アレイ型プローブの振動子１−（Ｎ−Ｍ＋１）から
１−Ｎを用い、前記微小区間にビーム収束を行なう。−
同様な動作は、ｎ／２番目の走査まで繰返され、（ｎ／
２＋１）番目の走査においては、１−２から１−（Ｍ＋
１）の振動子が使用されて従来と同様に使用されるＭ本
の振動子の中心と走査位置とが一致するようになる。以
上は右端部について述べたが左端部においても同様であ
るため、説明は省略する。

本発明によって得られる端部の超音波画像は、受信の指
向性によって決定されるもので与り、送信時には弱い指
向性をもった超音波ビームで走査してやればよく、例え
ば、従来のように振動子の数を少なくして送信を行なっ
てよい。ただし、この場合、振動子数が減少したことに
よって送信パワーが減りＳ／Ｎ劣化を招く。この問題点
を解決するために、端部における送信では、振動子の駆
動電圧を大きくしてやる方法でもよい。端部の画像を得
る場合、超音波の送信方向は、振動子配列方向と直角の
方向でもよいし多少外側に偏向していてもよいが、偏向
させる場合には、１回の送信ではあらゆる深さで送信感
度を許容範囲内に抑えることは困難であるため、偏向角
を変えた複数の送信を行なってもよい。

ところで、本発明を実現するためには受信時のダイナミ
ックフォーカスの精度（すなわち間隔）を従来以上に細
かくとることが必要となる。理想的には超音波画像のビ
クセルサイズと同程度が望ましい。また端部にビームを
収束させるためには長時間遅延が要求される。このため
、従来のアナログ遅延回路では十分な遅延特性を得るこ
とが、困難となり、デジタル遅延回路の使用が望ましい
。

第１図は、本発明の一実施例として受信回路をディジタ
ル化（ディジタル整相加算方式）した超音波診断装置の
ブロック図である。先づ超音波断層像を表示する場合の
回路構成について説明する。

装置の基本構成は、リニアアレイ型プローブ１と、送信
系２と、ディジタル受信系１０と、Ｂモード処理系８と
、映像系６とからなる。

以下ディジタル化に関連した部分のみにつき説明する。

ディジタル受信系１０は、プリアンプ１０Ａ（ＩＯＡ−
１〜ｌ０Ａ−Ｎ）と、Ａ／Ｄ変換器１０Ｃ（ＩＯＣ−１
〜１０　Ｃ−Ｎ）と受信遅延回路をなすＲＡＭ　（ラン
ダム・アクセス−メモリまたはシフトレジスタ）ＩＯＤ
　（ＩＯＤ−１〜１０　Ｄ　−Ｎ）と、加算器７Ｅとか
らなる。プリアンプＩＯＡは、アレイプローブ１の各振
動子１−１〜１−Ｎからのエコー信号を受け、これを後
段の適当なレベルまで増幅する。Ａ／Ｄ変換器１０Ｃは
プリアンプ出力をディジタル信号化する。受信遅延回路
をなすＲＡＭｌ０Ｄは、Ａ／Ｄ変換器１０Ｃからのチャ
ンネルごとの出力を一時保持した後、所定時間遅延して
出力する。加算器７Ｅは、遅延制御後の各チャンネルの
エコー信号をディジタル加算し、この加算出力はディジ
タル化Ｂモード処理系８に送られる。ディジタル化Ｂモ
ード処理系８は絶対値回路およびローパスフィルタから
なる包路線検波回路８Ａと、ＲＯＭ等からなる対数変換
テーブル８Ｂとからなる。包絡線検波回路８Ａは、エコ
ー加算出力の包路線を検出する。対数変換テーブル８Ｂ
は包絡線検波回路８Ａの出力信号振幅を対数変換して、
映像系６の画像メモリ６Ａにストアする。

次に、ディジモり化Ｄモード処理系９について説明する
。

ディジモり化Ｄモード処理系９は、ディジタル方式で直
交位相検波を実現するりサンプル回路９Ａａ、９Ａｂと
、クラッタ成分除去のためのＭＴＩフィルタ９８ａ、９
Ｂｂと、血流データを算出するためのＦＦＴ演算部やＣ
ＦＭ像を算出するための相関演算部等を有する演算回路
９Ｃとからなる。リサンプル回路９Ａａ、９Ａｂは、エ
コー加算出力に対し、π／２位相の異なる２つのサンプ
リングパルスによって２つの直交位相検波出力を得る。

ＭＴＩフィルタ９８ａ、９Ｂｂは、２つの直交位相検波
出力中のドプラ偏移信号に含まれている心臓や血管の壁
の動きに伴うクラッタ成分を除去する。演算回路９Ｃは
、血流の平均速度、分散等の血流データをＦＦＴ演算部
により周波数解析することにより算出して画像メモリ’
６　Ａにストアし、また、血流の速度、方向及びその位
置を相関演算部により自己相関方式等により算出し、カ
ラー処理してＣＦＭ像データを得る、これを画像メモリ
６Ａにストアする。

上記の構成の下で、本発明の制御、つまり、端部画像を
得る場合、受信指向性を外側に向けながらダイナミック
フォーカスする制御は、送信系２゜振動子選択スイッチ
１１．ディジタル受信系１０により行なう。また、前記
受信指向性を外側に向ける場合、その偏向角度を収束点
の深度に伴って減少させる制御についても同様であり、
さらに、前記受信指向性を外側に向ける場合、送信指向
性を振動子面に対してほぼ垂直方向に設定する制御も同
様である。

以上はリニア走査の場合について述べてきたが、近年セ
クタ走査、リニア走査と並び広く用いられるようになっ
た走査方法にコンベックス走査がある。セクタ走査、リ
ニア走査に用いられるプローブは、平面状の支持体上に
振動子を一列に配列したものを用いているのに対して、
コンベックス走査用のプローブは、凸面状の支持体上に
振動子を配列したものを用いている。このコンベックス
走査によって得られる断層像は扇状のものとなるが、走
査時の振動子駆動法はリニア電子走査法と同じであり、
・送受信方向は同時に駆動される振動子群（例えばＭ本
の振動子）のうち中心の振動子面に対してほぼ垂直な方
向で行なわれる。従って、リニア走査時同様に、従来法
では端部の画質は劣化していたが、この場合にも本発明
の適用は可能であり、コンベックス走査によって得られ
る、扇状視野の端部の画質を大幅に改善することができ
る。

以上は断層像用信号を得る場合について述べたが、血流
速度を測定するための超音波ドプラ法についても水洗は
適用可能である。ただし、この場合の測定値は角度依存
性があるため受信ビームの偏向角が大きいときはその補
正を行なえばより正確な値を得ることができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明では、振動子の配列端部の信号を得
る場合、超音波の受信指向性を外側に偏向することによ
り、端部走査においても、受信振動子数を大幅に減らさ
ないで、分解能の低下がなく且つ広い視野幅の画像を得
ることを可能とした超音波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図は本発明の原理を示す図、第３図は
一般的な電子リニア走査型超音波診断装置のブロック図
である。 １・・・アレイプローブ、２・・・送信系、２Ａ・・・
パルス発生器、２Ｂ・・・送信遅延回路、２ｃ・・・パ
ルサ、６・・・映像系、６Ａ・・・画像メモリ、６Ｂ・
・・ＴＶモニタ、７Ｅ・・・加算器、８・・・ディジタ
ル化Ｂモード処理系、８Ａ・・・包絡線検波回路、８Ｂ
・・・対数変換テーブル、９・・・ディジタルＤモード
処理系、９Ａａ。 ９Ａｂ・・・リサンプル回路、９Ｂａ、９Ｂｂ・・・Ｍ
ＴＩフィルタ、１０・・・ディジタル受信系、１０Ａ・
・・プリアンプ、ＩＯＢ・・・Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−
Ｃ）　、Ｉ　ＯＣ・・・シフトレジスタ。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　配列型超音波振動子のうち一部の振動子群をシフトさ
   せつつ選択駆動することによって生体内を走査し、少な
   くとも超音波断層像情報及び血流速度情報の一方を得る
   超音波診断装置において、前記振動子の配列端部の画像
   を得る場合に、受信指向性を外側に向けることを特徴と
   する超音波診断装置。