JP2000116652A - 超音波撮像方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時送受信可能なマルチビームの数が多い超
音波撮像方法および装置を実現する。 【解決手段】 マルチビーム超音波イメージングを行う
のに、パラメトリックエコーを利用する。ビームの指向
性が良いのでマルチビームの本数を増やすことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波撮像方法お
よび装置に関し、特に、被検体内の複数の方位に超音波
ビームを同時に送波し、そのエコーに基づいて画像を生
成する超音波撮像方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体内の複数の方位に超音波ビームを
同時に送波しそのエコー（ｅｃｈｏ）に基づいて画像を
生成する超音波撮像は、マルチビーム（ｍｕｌｔｉ−ｂ
ｅａｍ）超音波イメージング（ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ば
れる。マルチビーム超音波イメージングは、１回の超音
波送受信で複数音線のエコー信号を一挙に獲得できるの
で能率が良く、撮像のフレームレート（ｆｒａｍｅ ｒ
ａｔｅ）を高速化する場合等に用いられる。

【０００３】複数の超音波ビームは、それぞれ対応する
ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）によって形成
される。図８に、ビームフォーマによって形成された超
音波のビームプロファイル（ｂｅａｍ ｐｒｏｆｉｌ
ｅ）の一例を示す。同図に示すように、ビームプロファ
イルは、方位の正面（角度０°）に生じるメインローブ
（ｍａｉｎ ｒｏｂｅ）ｍ、その両側に生じるサイドロ
ーブ（ｓｉｄｅ ｒｏｂｅ）ｓ、および、さらにその両
側に生じるペデスタル（ｐｅｄｅｓｔａｌ）ｐを有す
る。ペデスタルｐにより、±２０°の角度でも約−３０
ｄＢの信号強度を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マルチビームにした場
合、サイドローブやペデスタルによる混信を避けるため
に、個々のビームの方位を十分に離間する必要があり、
例えば図８のビームプロファイルの場合、混信を−４０
ｄＢ以下にしようとすれば、個々のビームの方位は少な
くとも５０°以上離す必要がある。

【０００５】このため、例えば６４チャンネル（ｃｈａ
ｎｎｅｌ）の超音波トランスデューサアレイ（ｔｒａｎ
ｓｄｕｃｅｒ ａｒｒａｙ）を用いた場合、実用に耐え
るマルチビーム数は２程度であり、必ずしも十分な数の
マルチビームが得られないという問題があった。

【０００６】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、同時送受信可能なマルチビ
ームの数が多い超音波撮像方法および装置を実現するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段を述べるに先立って、予備的に、超音波のパラメトリ
ック（ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ）成分の性質について説明
する。被検体内における超音波伝搬の非線形性により超
音波の波形が歪み、それに基づいて２次や３次あるいは
さらに高次の高調波が発生する。また、周波数が異なる
２つの超音波を同時に送波したときは、それらの周波数
の和および差の周波数を持つ超音波がそれぞれ発生す
る。このような超音波を、本書ではパラメトリック成分
と呼ぶ。

【０００８】非線形性の２次あるいはそれ以上の高次効
果により、波形の歪みは超音波の瞬時音圧のｎ（＞２）
乗に比例するので、パラメトリック成分の信号強度は送
波超音波の瞬時音圧のｎ乗に比例する。

【０００９】このため、例えば２次のパラメトリック成
分に着目すると、そのビームプロファイルは基本波のビ
ームプロファイルの信号強度を２乗したものとなり、例
えば図９に示すように、サイドローブｓおよびペデスタ
ルｐが大幅に低下して指向性が良くなる。本発明は、超
音波のパラメトリック成分のこのような性質に基づき、
そのエコーを利用する。本書では、パラメトリック成分
のエコーをパラメトリックエコー（ｐａｒａｍｅｔｒｉ
ｃ ｅｃｈｏ）と呼ぶ。

【００１０】（１）上記の課題を解決する第１の発明
は、被検体内の複数の方位に超音波ビームを同時に送波
しそのエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法
であって、前記送波した超音波のパラメトリックエコー
に基づいて画像を生成する、ことを特徴とする超音波撮
像方法である。

【００１１】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、被検体内の複数の方位に超音波ビームを同時に送波
しそのエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置
であって前記送波した超音波のパラメトリックエコーに
基づいて画像を生成する画像生成手段を具備する、こと
を特徴とする超音波撮像装置である。

【００１２】第１の発明または第２の発明において、前
記パラメトリックエコーは、第２高調波エコーであるこ
とが比較的高レベルのパラメトリックエコーを得る点で
好ましい。

【００１３】（作用）本発明では、超音波のパラメトリ
ック成分の指向性を利用し、複数の超音波ビームの離間
量を小さくしてマルチビームの本数を増やす。

【００１４】

【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
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。

【００１５】本装置の構成を説明する。図１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、図示しない超音波トランスデ
ューサアレイを有する。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例えば１次元アレ
イ等、適宜のアレイ状に配列して構成される。個々の超
音波トランスデューサは、例えばＰＺＴ（チタン(Ｔ
ｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａ
ｍｉｃｓ）等の圧電材料で構成される。超音波プローブ
２は被検体４に当接して使用される。

【００１６】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に駆動信号を
与えて超音波を送波させる。送受信部６は、また、超音
波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。

【００１７】送受信部６のブロック図を図２に示す。同
図に示すように、送受信部６は送波タイミング（ｔｉｍ
ｉｎｇ）発生回路６０２を有する。送波タイミング発生
回路６０２は、送波ビームフォーマ６０４に接続されて
いる。送波タイミング発生回路６０２は、送波タイミン
グ信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ６０４に
入力する。

【００１８】送波ビームフォーマ６０４は、送受切換回
路６０６に接続されている。送波ビームフォーマ６０４
は、送波タイミング信号に基づいて送波ビームフォーミ
ング信号を発生し、送受切換回路６０６に入力する。

【００１９】送波ビームフォーマ６０４は、マルチビー
ムフォーミング（ｍｕｌｔｉ−ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎ
ｇ）を行うもので、図示しない例えば８つのビームフォ
ーミングユニット（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｕｎｉ
ｔ）を有し、それによって方位の異なる８本の超音波ビ
ームを形成するための８組の駆動信号、すなわち、８組
のビームフォーミング信号を生じる。各組のビームフォ
ーミング信号は、方位に対応した時間差が付与され複数
の駆動信号からなる。

【００２０】送受切換回路６０６は、８組のビームフォ
ーミング信号を超音波トランスデューサアレイに入力す
る。超音波トランスデューサアレイにおいて、送波アパ
ーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波ト
ランスデューサは、駆動信号の時間差に対応した位相差
を持つ超音波をそれぞれ発生する。それら超音波の波面
合成により、方位が異なる８本の音線に沿った超音波ビ
ーム、すなわち、マルチビームが形成される。

【００２１】本装置では、後述するように、送波超音波
の高調波に基づくエコー（高調波エコー）に基づいて画
像を形成する。高調波エコーは、本発明におけるパラメ
トリックエコーの実施の形態の一例である。

【００２２】送波超音波の高調波のビームプロファイル
は、図９に示したように、サイドローブｓやペデスタル
ｐが大幅に低下して指向性がきわめて良くなり、例えば
信号強度が−４０ｄＢに低下する角度はビーム正面から
±１０°程度に狭まる。このため、マルチビームにおけ
るビーム間の離間角度を小さく設定することができ、マ
ルチビームの本数を例えば８とすることが可能になる。
なお、マルチビームの本数は８に限るものではない。

【００２３】送受切換回路６０６には、受波ビームフォ
ーマ６１０が接続されている。送受切換回路６０６は、
超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受
波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に
入力する。受波ビームフォーマ６１０は、送波の音線に
対応した受波のマルチビームフォーミングを行うもの
で、図示しない例えば８つのビームフォーミングユニッ
トを有し、それによって方位の異なる８本の送波音線に
沿ったエコー受信信号を形成する。具体的には、各ビー
ムフォーミングユニットは、複数の受波エコーに時間差
を付与して位相を調整し、次いでそれら加算して、音線
に沿ったエコー受信信号を形成する。

【００２４】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、所
定の時間間隔で繰り返し行われる。そのつど、送波ビー
ムフォーマ６０４および受波ビームフォーマ６１０によ
り、８本の音線の方位が所定量ずつ一斉に変更される。
それによって、被検体４の内部が、８本を１組とした音
線によって順次に走査される。以上の、送波タイミング
発生回路６０２ないし受波ビームフォーマ６１０は、後
述の制御部１８によって制御される。

【００２５】このような構成の送受信部６は、例えば図
３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８本の音線２０２で扇状の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（ｓ
ｅｃｔｏｒ ｓｃａｎ）を行う。

【００２６】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４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
を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることによ
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。

【００２７】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 ａｒｒａ
ｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線操作に
より、例えば図５に示すように、音線２０２の放射点２
００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の
２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベ
クススキャンが行えるのは言うまでもない。

【００２８】送受信部６はＢモード（ｍｏｄｅ）処理部
１０に接続されている。送受信部６は、マルチビームの
各音線毎のエコー受信信号をＢモード処理部１０に入力
する。Ｂモード処理部１０はエコー受信信号に基づいて
Ｂモード画像信号を形成するものである。

【００２９】Ｂモード処理部１０は、図６に示すように
フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）１０２をを有する。フィルタ
１０２は、８本の音線のエコー受信信号に対応して、図
示しない８つのフィルタユニット（ｆｉｌｔｅｒ ｕｎ
ｉｔ）を有する。各フィルタユニットは、高調波エコー
すなわち送波超音波の基本波周波数の例えば２次の高調
波（第２高調波）と同じ周波数を持つエコー受信信号を
抽出する。

【００３０】なお、フィルタは、必要に応じて３次また
はそれ以上の高次の高調波を抽出するものであって良
い。高次の高調波はビームプロファイルがさらに良くな
る点で好ましい。ただし、第２高調波エコーは、高調波
エコーの中でも信号レベル（ｌｅｖｅｌ）が最も高い点
で好ましい。以下、第２高調波エコーの例で説明する
が、３次以上の高調波の場合も同様になる。

【００３１】フィルタ１０２は対数増幅回路１０４に接
続されている。対数増幅回路１０４は、８つのフィルタ
ユニットに対応する８つの対数増幅ユニットを有し、そ
れぞれ第２高調波エコーを対数増幅する。対数増幅回路
１０４は包絡線検波回路１０６に接続されている。包絡
線検波回路１０６は、８つの対数増幅ユニットに対応す
る８つの包絡線検波ユニットを有し、それぞれ、対数増
幅された第２高調波エコーを包絡線検波する。これによ
って、音線上の個々の反射点での第２高調波エコーの強
度を表すＢモード画像信号が８音線につき同時に得られ
る。

【００３２】Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接
続されている。Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に
８音線のＢモード画像信号を入力する。画像処理部１４
は、Ｂモード処理部１０から入力されるＢモード画像信
号に基づいてＢモード画像を生成するものである。Ｂモ
ード画像信号が第２高調波エコーに基づくものなので、
Ｂモード画像は第２高調波エコー像となる。Ｂモード処
理部１０および画像処理部１４は、本発明における画像
生成手段の実施の形態の一例である。

【００３３】画像処理部１４は、図７に示すように、バ
ス（ｂｕｓ）１４０によって接続された音線データメモ
リ（ｄａｔａ ｍｅｍｏｒｙ）１４２、ディジタル・ス
キャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎ
ｖｅｒｔｅｒ）１４４、画像メモリ１４６および画像処
理プロセッサ（ｐｒoｃｅｓｓｏｒ）１４８を備えてい
る。

【００３４】Ｂモード処理部１０から音線毎に入力され
たＢモード画像信号は、ディジタル信号として音線デー
タメモリ１４２に記憶される。音線データメモリ１４２
内には音線データ空間が形成される。

【００３５】ディジタル・スキャンコンバータ１４４
は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間
のデータに変換する。ディジタル・スキャンコンバータ
１４４によって変換された画像データは、画像メモリ１
４６に記憶される。画像メモリ１４６は物理空間の画像
データを記憶する。画像処理プロセッサ１４８は、音線
データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータに
ついてそれぞれ所定のデータ処理を施す。

【００３６】画像処理部１４には表示部１６が接続され
ている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示する。表示部１６
は、例えばグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ
ｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成される。

【００３７】以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、
画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続さ
れている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与え
てその動作を制御する。また、制御部１８には、被制御
の各部から各種の報知信号が入力される。制御部１８に
よる制御の下で本装置の動作が進行する。

【００３８】制御部１８には操作部２０が接続されてい
る。操作部２０は、操作者により、制御部１８に指令や
情報等を入力するのに使用される。操作部２０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。

【００３９】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の所望の個所に当接し、操作部
２０を操作して撮像を行う。撮像は、操作部２０から入
力される指令等に基づき、制御部１８による制御の下で
遂行される。

【００４０】これによって、例えば図３に示したよう
な、音線数が８のマルチビームセクタスキャンが行われ
る。マルチビームの本数を８としたので、マルチビーム
数が２の従来例よりも４倍早いフレームレートでスキャ
ンを行うことができる。あるいは、同じフレームレート
で４倍広い領域をスキャンすることができる。勿論、図
４および図５に示したリニアスキャンおよびコンベック
ススキャンを行う場合も同様である。

【００４１】被検体４内では、超音波伝搬の非線形性に
より第２高調波エコーが発生する。Ｂモード処理部１０
は、第２高調波エコーに基づくＢモード画像信号を生成
する。これらＢモード画像信号は、画像処理部１４の音
線データメモリ１４２に記憶される。画像処理プロセッ
サ１４８は、音線データメモリ１４２のＢモード画像デ
ータを、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査
変換して画像メモリ１４６に書き込む。画像メモリ１４
６に書き込まれた画像が表示部１６に表示される。これ
によって、第２高調エコーによるＢモード画像が可視像
として表示される。

【００４２】以上、パラメトリックエコーが高調波エコ
ーである例で説明したが、２周波動時送波における和ま
たは差の周波数のエコーを利用する場合も同様な効果を
得ることができる。

【００４３】また、超音波トランスデューサアレイが１
次元アレイである例で説明したが、アレイは１次元に限
るものではなく、例えば２次元アレイ等適宜のアレイで
あって良い。２次元アレイを用いて被検体の３次元領域
をスキャンする場合、一般にフレームレートが遅くもし
くは撮像領域が狭くなりがちであるが、マルチビームの
本数が多いのでそれらを大きく改善することができる。

【００４４】また、アレイに限らず、単一の超音波トラ
ンスデューサを用いる超音波プローブにおいても、パラ
メトリックエコーの利用によりビームプロファイルが改
善されるので、そのような超音波プローブを複数個併設
して超音波イメージングを行う場合にも同様な効果を得
ることができる。

【００４５】また、Ｂモード撮像の例について説明した
が、超音波撮像はそれに限るものではなく、パラメトリ
ックエコーのドップラシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉ
ｆｔ）を利用して動態画像を撮像するものであっても良
いのはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、同時送受信可能なマルチビームの数が多い超音波
撮像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に示した装置における送受信部のブロック
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に示した装置による音線走査の概念図であ
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に示した装置における画像処理部のブロッ
ク図である。

【図８】ビームフォーマのビームプロファイルの一例を
示す図である。

【図９】ビームフォーマのビームプロファイルの一例を
示す図である。

【符号の説明】

２ 超音波プローブ ４ 被検体 ６ 送受信部 １０ Ｂモード処理部 １４ 画像処理部 １６ 表示部 １８ 制御部 ２０ 操作部 ６０２ 送波タイミング発生回路 ６０４ 送波ビームフォーマ ６０６ 送受切換回路 ６１０ 受波ビームフォーマ １０２ フィルタ １０４ 対数増幅回路 １０６ 包絡線検波回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB01 BB02 BB18 BB23 EE11 GB03 HH24 HH38 HH39 HH43 HH45 HH48 HH60 JB26 JB29 JB46 5B057 AA07 BA05 CC01 DA03 DC08 DC22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内の複数の方位に超音波ビームを
   同時に送波しそのエコーに基づいて画像を生成する超音
   波撮像方法であって、 前記送波した超音波のパラメトリックエコーに基づいて
   画像を生成する、 ことを特徴とする超音波撮像方法。
2. 【請求項２】 被検体内の複数の方位に超音波ビームを
   同時に送波しそのエコーに基づいて画像を生成する超音
   波撮像装置であって、 前記送波した超音波のパラメトリックエコーに基づいて
   画像を生成する画像生成手段を具備する、ことを特徴と
   する超音波撮像装置。