JP2000166920A - 超音波撮像方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基本波エコー抑制能力に優れた超音波撮像方
法および装置を実現する。 【解決手段】 受波開口を通じて得た複数のエコー受波
信号を加算するに当たり、エコー受波信号の略半数に基
本波エコーの半周期に相当する遅延時間を与え、それら
遅延時間をエコー受波時間とともに変化させる。

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、非線形効果を利用して超音波撮
像を行うため超音波撮像方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非線形効果を利用して超音波撮像を行う
超音波撮像装置は、パラメトリックソーナー（ｐａｒａ
ｍｅｔｒｉｃ ｓｏｎａｒ）として知られている。この
装置では、被検体内に超音波を送波したときに、体内で
の超音波伝播の非線形性により発生する第２高調波エコ
ー（ｅｃｈｏ）を利用して撮像を行うようになってい
る。

【０００３】非線形性を利用する超音波撮像の他の例と
しては、マイクロバルーン（ｍｉｃｒｏｂａｌｌｏｏ
ｎ）造影剤を用いる超音波撮像がある。これは、マイク
ロバルーンがその非線形なエコー源特性により送波超音
波の第２高調波エコーを生じることを利用して、体内に
注入したマイクロバルーンの分布状態を画像化するよう
にしたものである。

【０００４】エコーには基本波エコーも含まれる。むし
ろこちらの方が高調波エコーよりもはるかに信号強度が
大である。そこで、エコー受信信号に含まれる基本波エ
コーを抑制するために、受波のビームフォーミング（ｂ
ｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）に関わる複数のエコー受波信号
のうちの半数に、基本波エコーの半周期に相当する遅延
時間を付与するようにしている。これによって、基本波
エコー成分は半数ずつ互いに逆位相になって打ち消し合
い、第２高調波エコーは上記遅延時間が１周期に相当す
ることから同位相となって強め合う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】超音波は周波数が高い
ものほど伝搬距離当たりの減衰率が大きいので、エコー
の周波数帯域はエコーの深さが深くなるほど、すなわ
ち、エコーの帰投時間が長くなるほど低域側に移行し、
結果としてエコーの中心周波数が低下する。このため、
上記の遅延時間と基本波エコーの半周期の長さとの不一
致が次第に大きくなり、基本波エコーを十分に抑制でき
なくなり、画像のＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉ
ｓｅ ｒａｔｉｏ）が低下する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、基本波エコー抑制能力に優
れた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】（１）上記の課題を解決
する第１の発明は、超音波トランスデューサアレイによ
り超音波を送波してエコーを受波し、受波開口を構成す
る複数の超音波トランスデューサの受波信号を加算した
信号に基づいて画像を生成する超音波撮像方法であっ
て、前記受波開口を構成する複数の超音波トランスデュ
ーサのエコー受波信号の略半数に基本波エコーの半周期
に相当する遅延時間を与えるとともに、前記遅延時間を
エコー受波時間の経過に応じて変化させる、ことを特徴
とする超音波撮像方法である。

【０００８】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、超音波トランスデューサアレイにより超音波を送波
してエコーを受波し、受波開口を構成する複数の超音波
トランスデューサの受波信号を加算した信号に基づいて
画像を生成する超音波撮像装置であって、前記受波開口
を構成する複数の超音波トランスデューサのエコー受波
信号の略半数に基本波エコーの半周期に相当する遅延時
間を与える遅延手段と、前記遅延時間をエコー受波時間
の経過に応じて変化させる遅延制御手段と、を具備する
ことを特徴とする超音波撮像装置である。

【０００９】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、前記加算した信号をエコーの第２高調波の周波数帯
域に相当する周波数通過帯域を持つフィルタで処理する
フィルタリング手段と、前記フィルタリング手段の周波
数通過帯域をエコー受波時間の経過に応じて変化させる
帯域制御手段と、を具備することを特徴とする（２）に
記載の超音波送波装置である。

【００１０】第１の発明ないし第３の発明のうちいずれ
か１つにおいて、前記受波開口を構成する複数の超音波
トランスデューサのエコー受波信号の半数に基本波エコ
ーの半周期に相当する遅延時間を与えることが、基本波
エコーの相殺を精度良く行う点で好ましい。

【００１１】第１の発明ないし第３の発明のうちいずれ
か１つにおいて、エコー発生点の深さに応じて前記遅延
時間を変化させることが、基本波エコーの相殺を適切に
行う点で好ましい。

【００１２】（作用）本発明では、基本波エコー相殺用
の遅延時間をエコーの深さによる基本波エコーの中心周
波数の変化に追従して変化させ、常に基本波エコーの相
殺が働くようにする。

【００１３】

【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。

【００１４】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、図示しない複数の超音波トラ
ンスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のアレイ（ａｒ
ｒａｙ）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）
セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によっ
て構成される。超音波プローブ２は、操作者により被検
体４に当接して使用される。

【００１５】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。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（ｔｉｍｉｎｇ）発生ユニッ
ト（ｕｎｉｔ）６０２を有する。送波タイミング発生ユ
ニット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。

【００１６】送波ビームフォーマ６０４は、送波のビー
ムフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うもの
で、送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波
ビームを形成するためのビームフォーミング信号を生じ
る。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差
が付与された複数の駆動信号からなる。送波ビームフォ
ーマ６０４は、送波ビームフォーミング信号を送受切換
ユニット６０６に入力する。

【００１７】送受切換ユニット６０６は、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、送波開口
（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、所定方位の音線に沿った超音波ビー
ムが形成される。

【００１８】送受切換ユニット６０６には受波ビームフ
ォーマ６１０が接続されている。送受切換ユニット６０
６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６
１０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ビームフォーミングを行うもの
で、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所定方位の音線に沿ったエコ
ー受信信号を形成する。受波ビームフォーマ６１０のさ
らに詳細な構成については後にあらためて説明する。

【００１９】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生ユニット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。それに合わせ
て、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、音線の方位が所定量ずつ変更される。
それによって、被検体４の内部が、音線によって順次に
走査される。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（ｓｅｃｔ
ｏｒ ｓｃａｎ）を行う。

【００２０】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をｘ方向に走査し、いわ
ゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｎ）を行
う。

【００２１】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走査に
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
ックススキャンが行えるのはいうまでもない。

【００２２】図６に、受波ビームフォーマ６１０のブロ
ック図を示す。同図に示すように、受波ビームフォーマ
６１０はフォーカシング（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）回路６１
２を有する。フォーカシング回路６１２には、受波アパ
ーチャにおける複数の超音波トランスデューサが受波し
たエコー信号が個々に入力される。フォーカシング回路
６１２はそれらエコー信号に、受波焦点（フォーカス：
ｆｏｃｕｓ）を形成するための遅延時間をそれぞれ付与
する。フォーカシング用の遅延時間が付与されたエコー
信号群はステアリング（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）回路６１４
に入力される。ステアリング回路６１４は、個々のエコ
ー信号に受波の方位を合わせる（ステアリング）ための
遅延時間を付与する。

【００２３】ステアリング用の遅延時間が付与されたエ
コー信号群は、半数が遅延回路６２２，６２４，・・
・，６２ｎで遅延時間を付与されて加算回路６１６に入
力され、残りの半数が遅延時間を付与されずに加算回路
６１６に入力される。これら遅延時間を付与するものと
付与しないものは、ちょうど半数ずつとするのが後述の
基本波エコー相殺を正確に行う点で好ましいが、正確に
半数でなくても略半数ずつとしてほぼ同等の効果を得る
ことが可能である。遅延回路６２２，６２４，・・・，
６２ｎは、本発明における遅延手段の実施の形態の一例
である。遅延回路６２２，６２４，・・・，６２ｎは、
フォーカシング回路６１２またはステアリング回路６１
４の一部として構成するようにしても良い。

【００２４】遅延回路６２２，６２４，・・・，６２ｎ
の遅延時間は、基本波エコーの半周期に相当する時間と
なっている。これによって、基本波エコーについては、
遅延回路６２２，６２４，・・・，６２ｎによる遅延時
間が付与されたものと、それが付与されないものとでは
位相が互いに逆になる。このようなエコー信号が加算回
路６１６で全加算されることにより、基本波エコーが相
殺される。

【００２５】一方、遅延回路６２２，６２４，・・・，
６２ｎの遅延時間は、第２高調波エコーを１周期遅延さ
せる時間に相当するので、加算回路６１６により全て同
相で加算され強め合う。このようにして、エコー受信信
号から第２高調波エコーが抽出される。

【００２６】基本波エコーの中心周波数は、超音波プロ
ーブ２からエコー源までの距離（エコーの深さ）に応じ
て低下する。エコーの深さはエコー受信の経過時間に反
映する。エコーの深さとエコー受信の経過時間は同義で
ある。例えば中心周波数が２ＭＨｚの超音波を送波した
とき、深さ５ｃｍからのエコーの中心周波数は１．７Ｍ
Ｈｚに低下し、１０ｃｍの深さからのエコーの中心周波
数は１．５ＭＨｚに低下する。第２高調波エコーの中心
周波数も同率で低下するのはいうまもない。以下、中心
周波数を単に周波数という。このような周波数の低下に
合わせて遅延回路６２２，６２４，・・・，６２ｎの遅
延時間を次第に増加させる。

【００２７】エコーの深さと遅延回路６２２，６２４，
・・・，６２ｎの遅延時間の関係の一例を図７に示す。
深さ０ｃｍからの２ＭＨのエコー信号を半周期送らせる
時間は２５０ｎｓであり、深さ５ｃｍからの１．７ＭＨ
のエコー信号を半周期送らせる時間は２９０ｎｓであ
り、深さ１０ｃｍからの１．５ＭＨｚのエコー信号を半
周期送らせる時間は３３０ｎｓである。

【００２８】エコーの深さは１音線分のエコーを受信す
る間の受信時間の長さに対応するから、遅延回路６２
２，６２４，・・・，６２ｎの遅延時間は、１音線ごと
のエコー受信時間の経過に応じて増加させる。このよう
な遅延時間の調節により、エコー受信期間の全範囲すな
わち１音線分のエコー受信信号の全長を通じて基本波エ
コーが相殺され、第２高調波エコーだけの信号になる。
このような遅延時間の調節は後述の制御部１４によって
行われる。制御部１４は、本発明における遅延制御手段
の実施の形態の一例である。

【００２９】送受信部６はエコー処理部８に接続されて
いる。送受信部６は、音線ごとのエコー受信信号をエコ
ー処理部８に入力する。エコー処理部８は、音線上の個
々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡス
コープ（ｓｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号
の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像
データを形成する。

【００３０】図８に、エコー処理部８の要部のブロック
図を示す。同図に示すように、エコー処理部８は高調波
フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）８０２を有する。高調波フィ
ルタ８０２は、本発明におけるフィルタリング手段の実
施の形態の一例である。高調波フィルタ８０２には、受
波ビームフォーマ６１０の出力信号が入力される。高調
波フィルタ８０２は第２高調波エコー信号を通過させ、
入力信号に含まれる第２高調波エコー以外の成分を除去
する。

【００３１】高調波フィルタ８０２の通過帯域は、受信
時間の経過とともに低域側に移行させ、エコーの深さに
対応した第２高調波エコーの周波数低下に適応させる。
このような通過帯域の調節は後述の制御部１４によって
行われる。制御部１４は帯域制御手段の実施の形態の一
例である。

【００３２】高調波フィルタ８０２の出力信号は、対数
増幅ユニット８０６で対数増幅され、包絡線検波ユニッ
ト８０８で包絡線検波される。包絡線検波ユニット８０
８の出力信号は、図示しないアナログ・ディジタル（ａ
ｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器によってデ
ィジタル信号に変換される。

【００３３】エコー処理部８は画像処理部１０に接続さ
れている。画像処理部１０は、図９に示すように、バス
（ｂｕｓ）１００によって接続された音線データメモリ
（ｄａｔａ ｍｅｍｏｒｙ）１０２、ディジタル・スキ
ャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖ
ｅｒｔｅｒ）１０４、画像メモリ１０６および画像処理
プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０８を備えてい
る。

【００３４】エコー処理部８から音線ごとに入力された
Ｂモード画像データは、音線データメモリ１０２に記憶
される。以下、Ｂモード画像データを単に画像データと
いう。音線データメモリ１０２には、画像データによる
音線データ空間が形成される。ディジタル・スキャンコ
ンバータ１０４は、走査変換により音線データ空間の画
像データを物理空間の画像データに変換するものであ
る。これによって、音線データ空間は物理データ空間に
変換される。ディジタル・スキャンコンバータ１０４に
よって変換された画像データは、画像メモリ１０６に記
憶される。

【００３５】画像処理部１０には表示部１２が接続され
ている。表示部１２は、画像処理部１０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１２
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。

【００３６】以上の、送受信部６、エコー処理部８、画
像処理部１０および表示部１２には制御部１４が接続さ
れている。制御部１４は、それら各部に制御信号を与え
て動作を制御する。また、制御部１４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１４による制
御の下で超音波撮像が遂行される。

【００３７】制御部１４には操作部１６が接続されてい
る。操作部１６は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒ
ｄ）やその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅ
ｌ）を有する。操作部１６は、操作者が制御部１４に所
望の指令や情報等を入力するのに用いられる。

【００３８】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の所望の箇所に当接し、操作部
１６を操作して制御部１４に指令を与え、超音波撮像を
行わせる。撮像は制御部１４による制御の下で行われ
る。これにより、送受信部６は、超音波プローブ２を通
じて被検体４の内部を超音波ビームで走査しエコーを受
信する。

【００３９】受波ビームフォーマ６１０は、前述のよう
な受波ビームフォーミングにより基本波エコーを抑制し
て第２高調波エコーを抽出する。エコー処理部８は第２
高調波エコー受信信号に基づいて画像データを生成す
る。画像処理部１０はこのような画像データに基づいて
画像を生成する。この画像が表示部１２で可視像として
表示される。表示画像は、被検体４の浅部から深部まで
基本波エコーによる妨害のないＳ／Ｎの良い高品質の画
像として表示される。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、基本波エコー抑制能力に優れた超音波撮像方法お
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の装置の送受信部のブロック図である。

【図３】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図４】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図５】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図６】図２に示した受波ビームフォーマのブロック図
である。

【図７】図６に示した遅延回路の遅延時間の変化を示す
グラフである。

【図８】図１の装置のエコー処理部のブロック図であ
る。

【図９】図１の装置の画像処理部のブロック図である。

【符号の説明】

２ 超音波プローブ ４ 被検体 ６ 送受信部 ８ エコー処理部 １０ 画像処理部 １２ 表示部 １４ 制御部 １６ 操作部 ６１２ フォーカシング回路 ６１４ ステアリング回路 ６１６ 加算回路 ６２２〜６２ｎ 遅延回路 ８０２ 高調波フィルタ ８０６ 対数増幅ユニット ８０８ 包絡線検波ユニット ８１０ 加算ユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波トランスデューサアレイにより超
   音波を送波してエコーを受波し、受波開口を構成する複
   数の超音波トランスデューサの受波信号を加算した信号
   に基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、 前記受波開口を構成する複数の超音波トランスデューサ
   のエコー受波信号の略半数に基本波エコーの半周期に相
   当する遅延時間を与えるとともに、 前記遅延時間をエコー受波時間の経過に応じて変化させ
   る、ことを特徴とする超音波撮像方法。
2. 【請求項２】 超音波トランスデューサアレイにより超
   音波を送波してエコーを受波し、受波開口を構成する複
   数の超音波トランスデューサの受波信号を加算した信号
   に基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、 前記受波開口を構成する複数の超音波トランスデューサ
   のエコー受波信号の略半数に基本波エコーの半周期に相
   当する遅延時間を与える遅延手段と、 前記遅延時間をエコー受波時間の経過に応じて変化させ
   る遅延制御手段と、を具備することを特徴とする超音波
   撮像装置。
3. 【請求項３】 前記加算した信号をエコーの第２高調波
   の周波数帯域に相当する周波数通過帯域を持つフィルタ
   で処理するフィルタリング手段と、 前記フィルタリング手段の周波数通過帯域をエコー受波
   時間の経過に応じて変化させる帯域制御手段と、を具備
   することを特徴とする請求項２に記載の超音波送波装
   置。