JP2001238883A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置において、サイドローブを効
果的に低減する。 【解決手段】 アレイ振動子９を左右２つのグループに
区分し、第１送信時にはＡグループ及びＢグループの両
者に正相送信信号を供給し、一方、第２送信時にはＡグ
ループに対して正相送信信号を供給すると共にＢグルー
プに対して反転送信信号を供給する。これによって第２
送信時にメインビーム部分が欠落した音場を形成し、第
１送信及び第２送信のそれぞれに対応する第１受信信号
及び第２受信信号の両者の差分によってサイドローブを
低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特にサイドローブの低減処理に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】超音波診断装置において、
アレイ振動子は複数の振動素子で構成される。アレイ振
動子が電子リニア走査や電子セクタ走査されると、超音
波ビームが電子的に走査され、これにより走査面が形成
される。その走査面内で取得された各エコーデータを利
用して超音波断層画像や超音波ドプラ画像などが形成さ
れる。超音波ビームの電子フォーカスや電子走査のため
に、送信回路には遅延回路が設けられ、一方、受信回路
には遅延加算器が設けられる。すなわち、各振動素子へ
の送信信号の位相がフォーカス点で一致するように送信
遅延制御が実行され、一方、各振動素子からの受信信号
がフォーカス点で一致するように整相加算制御が実行さ
れる。

【０００３】周知のように、超音波ビームを形成する
と、振動素子の幾何学的な配置や、フォーカス点の位置
などに従って、メインビームの側方に１又は複数のサイ
ドローブが形成され、これが超音波画像の画質を劣化さ
せる。このため、できる限りサイドローブ（あるいは、
それによる偽像）を低減させる必要がある。

【０００４】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、サイドローブを低減して超音
波画像の画質を向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の振動素子からなり、それらが複数
のグループに区分される振動素子群と、前記振動素子群
における第１グループ及び第２グループの双方に正相送
信信号を供給し、前記振動素子群に第１送信を行わせる
第１送信手段と、前記振動素子群における第１グループ
に対して正相送信信号を供給し、同時に、前記信号素子
群における第２グループに対して反転送信信号を供給
し、前記振動素子群に第２送信を行わせる第２送信手段
と、前記第１送信による第１受信信号と前記第２送信に
よる第２受信信号に基づいて、サイドローブが除去され
た受信信号を生成するサイドローブ除去手段と、を含む
ことを特徴とする。

【０００６】上記構成によれば、振動素子群が第１グル
ープと第２グループとに電子的に区分され、各グループ
を利用して、超音波の送信が実行される。ここで、第１
グループには、所定のフォーカス点で超音波が集束する
ように、第１及び第２の両送信において正相信号が供給
され、一方、第２グループに対しては、第１送信では正
相信号が供給されるが、第２送信では反転信号（逆相信
号）が供給される。その結果、受信信号の正相加算を前
提として、第１送信についてはメインビームが支配的に
なった通常の音場が形成され、第２送信についてはメイ
ンビームが欠落した固有の音場が形成さる。それらに対
応する２つの受信信号間で差分演算などを行えば、メイ
ンビームに相当するエコー成分を抽出できる。つまり、
サイドローブを解消又は低減できる。

【０００７】上記第１送信及び第２送信は通常、時分割
で交互に実行されるが、超音波周波数や変調などを適宜
利用すれば、同時に実行できる可能性がある。

【０００８】望ましくは、前記第１受信信号を検波し、
検波された第１受信信号を出力する第１検波手段と、前
記第２受信信号を検波し、検波された第２受信信号を出
力する第２検波手段と、を含み、前記サイドローブ除去
手段は、前記検波された第１受信信号と前記検波された
第２受信信号に基づいて、サイドローブが除去された受
信信号を生成する。

【０００９】望ましくは、前記サイドローブ除去手段
は、第１受信信号と第２受信信号の差分を演算する回路
である。望ましくは、前記サイドローブ除去手段は、第
１受信信号と第２受信信号の差分を演算し、その一方側
極性成分のみを出力する回路である。

【００１０】望ましくは、前記第１送信手段及び前記第
２送信手段は同一の送信手段によって構成され、時分割
送信制御によって前記第１送信及び前記第２送信が実行
される。送信回路は、例えば、正相、逆相の両送信波形
を生成するＲＯＭなどであってもよいし、位相反転器を
利用してもよい。

【００１１】望ましくは、前記第１グループは前記振動
素子群の配列方向における一方側の振動素子集合によっ
て構成され、前記第２グループは前記振動素子群の配列
方向における他方側の振動素子集合によって構成され
る。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
は、主ビーム部分が欠落した送信音場を形成する制御手
段と、前記送信音場の形成によって取得された受信信号
を利用して画像処理を行う画像処理手段と、を含むこと
を特徴とする。

【００１３】望ましくは、前記主ビームが欠落した送信
音場は、第１振動素子グループに対して所定フォーカス
点にビーム集束させるための遅延制御をもって複数の正
相送信信号を供給し、かつ、第２振動素子グループに対
して前記所定のフォーカス点にビーム集束させるための
遅延制御をもって複数の反転送信信号を供給することに
よって形成される。

【００１４】以上のように、上記構成によれば、フォー
カス点及びアレイ振動子から電子的に等距離条件にある
ビーム中心上で音圧が打ち消しあって、一方、それ以外
の部分では通常送信とほぼ同じ音圧が生じる。このた
め、結果として、メインビーム部分が欠落した音場を形
成できる。つまり、サイドローブをそのまま残すことが
できる。そのような特有の音場による受信信号と通常の
音場による受信信号とを比較すれば、共通成分であるサ
イドローブが相殺され、結果として、メインビームだけ
の音場を電子的に形成できる。第１送信と第２送信とで
２回の送信を行うと、フレームレートが低下するが、一
方、多重反射などの受信信号処理のみでは除去できない
雑音成分も効果的に除去可能である。よって、計測条件
や診断部位（特にフレームレート優先か、サイドローブ
低域優先か）に応じて、モード選択手段を設け、通常の
モード又は上記のサイドローブ低減モードを選択するよ
うにするのが望ましい。もちろん、第１送信及び第２送
信の同時実行を実現すれば、フレームレート維持とサイ
ドローブ低減とを両立させることが可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１６】図１には本発明に係る超音波診断装置の全
体構成がブロック図で示されている。

【００１７】図１において、探触子１０は超音波の送受
波を行うものであり、その超音波探触子１０は、本実施
形態においてアレイ振動子９を有している。このアレイ
振動子９は、直線状あるいは円弧状に配列された複数の
振動素子からなるものである。このアレイ振動子９に対
して電子走査を適用することによって超音波ビームが電
子的に走査され、その結果、二次元の走査面が形成され
る。ちなみに、本実施形態においては、電子セクタ走査
が適用されるのが望ましいが、もちろん本発明は電子リ
ニア走査などの各種の電子走査方式を用いる場合にも実
現可能である。ちなみに、後述する振動素子のＡグルー
プ及びＢグループは、電子リニア走査が適用される場
合、スキャンされる送受信開口内にそれぞれのグループ
が設定されることになる。

【００１８】送信回路１２は、超音波探触子１０、具体
的にはアレイ振動子９に対して送信信号を供給する回路
である。この送信回路１２は、各振動素子ごとに設けら
れた遅延器を有しており、その遅延器によって送信信号
に対する遅延制御を行うことにより送信ビームを形成可
能である。その送信回路１２の動作は制御部１６によっ
て制御されている。

【００１９】本実施形態においては、図１に示されるよ
うに、アレイ振動子９がそれぞれ半分ずつＡグループ及
びＢグループに区分されている。その区分は電子的な区
分である。送信回路１２は、第１送信を行う場合、Ａグ
ループ及びＢグループの両者に従来同様の正相送信信号
を供給する。この場合、各送信信号に与えられる遅延時
間は、所定のフォーカス点に超音波が収束するように設
定される。

【００２０】一方、第２送信の場合においては、Ａグル
ープに対して正相送信信号が供給され、一方、Ｂグルー
プに対しては反転（逆相）送信信号が供給される。第１
送信及び第２送信は本実施形態において交互に実行され
ており、これについては後に詳述する。

【００２１】受信回路１４は、アレイ振動子９から出力
される各受信信号に対して増幅や整相加算などを実行
し、さらに整相加算後の受信信号に対して検波を実行す
る回路である。その動作は制御部１６によって制御され
ている。

【００２２】メモリ１８内には、先行して実行された第
１送信に対応する受信信号が格納される。具体的には、
メモリ１８は一走査面分の記憶領域を有しており、走査
面上の各エコーデータがメモリ１８内に格納されること
になる。

【００２３】減算器２０は、サイドローブ除去回路とし
て機能するものであり、その２つの入力端子には、メモ
リ１８からの第１送信に対応する第１受信信号と、受信
回路１４から出力される第２送信に対応した第２受信信
号とが入力される。そして、減算器２０は、第１受信信
号から第２受信信号を減算し、さらにその正極側成分を
取り出す処理を実行する。減算器２０から出力される受
信信号はＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）２２内
のフレームメモリなどに格納される。そして、そのＤＳ
Ｃ２０内においてデータの補間処理や座標変換などが実
行された後、超音波画像が表示器２４に表示されること
になる。ちなみに、上記のサイドローブ低減処理は、い
わゆる二次元断層画像（Ｂモード画像）を形成する場合
の他、ドプラ画像を形成する場合においても効果があ
り、更にＭモード画像などの他の超音波画像を形成する
場合にも効果がある。

【００２４】図２には、第１送信にあたって、各振動素
子に供給される送信信号が概念的に示されており、図３
には第２送信に当たって各振動素子に供給される送信信
号が概念的に示されている。両図に示されるように、Ａ
グループの振動素子に対しては、第１送信及び第２送信
のいずれにおいても正相送信信号が供給され、一方、Ｂ
グループに対しては、第１送信では正相送信信号が供給
されるが第２送信では反転送信信号が供給されている。
ちなみに、図２及び図３に示すように、各送信信号には
所定の電子的な遅延時間が与えられており、これによっ
て設定されたフォーカス点において超音波の収束が図ら
れている。

【００２５】図４には、第１送信によって仮想的に形成
される第１音場が示され、図５には、第２送信によって
仮想的に形成される第２音場が示されている。各図にお
いて横軸はビーム方位を表しており、それは電子セクタ
走査を前提としている。各図において縦軸は音響パワー
を示している。

【００２６】図４に示すように、第１送信においては従
来の超音波診断装置において形成される送信音場と同様
の音場パターンが構築されている。

【００２７】一方、図５に示す第２送信時の音場におい
ては、いわゆるメインビーム部分が欠落した音場パター
ンが形成されている。

【００２８】よって、上記の２つの音場を時分割で形成
し、それぞれの音場に対応した受信信号間で差分処理を
実行すれば、結果としてサイドローブ成分を相殺し、そ
の一方においてメインビーム成分のみを効果的に抽出す
ることが可能となる。

【００２９】これを図６を用いて説明する。図６におい
て符号３０は第１送信に対応する超音波画像が概念的に
示されており、その超音波画像３０内には、符号１００
によって、メインビーム及びサイドローブの一部によっ
て形成されるぼやけた画像部分が示され、符号１０２に
はサイドローブのみによって形成される画像部分が示さ
れている。これに対し、符号３２には、図５に示した音
場によって形成される画像が概念的に示されており、こ
こにおいて、画像部分１００内においてメインビームに
相当する部分１０４についてはデータが欠落している。
よって、符号３４に示すように上記の２つの画像３０，
３２の差分を演算すれば、結果としてメインビームに相
当する画像部分１０４ａのみを抜き出すことが可能とな
る。もちろん、実際の超音波画像においては雑音成分な
どが若干存在し、完全にメインビームに相当する成分の
みを抜き出すことは難しいが、そうであったとしても従
来の超音波画像よりも飛躍的に画質の向上を図ることが
可能となる。特に、多重反射などの雑音成分は単に受信
信号の処理のみではなかなか除去困難であるが、上記の
手法を適用すれば、そのような多重反射による雑音成分
を効果的に除去可能である。

【００３０】図７には、コンピュータシミュレーション
結果の一例が示されている。ここで、実線は上記実施形
態によって形成される総合音場すなわち第１送信及び第
２送信の両音場を合成した場合の音場パターンを示して
おり、破線は従来の超音波診断装置によって構成される
通常の音場パターンを示している。両パターンの対比か
ら明らかなように、本発明によればメインビームをシャ
ープにできると共に、サイドローブ成分を全域にわたっ
て効果的に抑制可能である。

【００３１】図１に示した実施形態では、第１送信及び
第２送信の１セットで１つの超音波画像が構成されてお
り、このためフレームレートが半分になるという点が指
摘される。よって、フレームレートを優先するかあるい
はサイドローブの低減を優先させるかに応じて送受信モ
ードを切り換えられるようにするのが望ましい。例え
ば、制御部１６に対して自動的にあるいはマニュアルで
モード選択を行うためのモード選択器を接続し、モード
選択に応じて制御部１６が従来同様の送受信制御又は上
述したサイドローブ低減用の送受信制御のいずれかを実
行するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サイドローブを効果的に低減して超音波画像の画質を向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の実施形態を示
すブロック図である。

【図２】 第１送信を行う場合における各送信信号を示
す波形図である。

【図３】 第２送信を行う場合における各送信信号をを
示す波形図である。

【図４】 第１送信に対応した音場パターンを示す図で
ある。

【図５】 第２送信に対応した音場パターンを示す図で
ある。

【図６】 サイドローブ低減原理を説明するための図で
ある。

【図７】 コンピュータシミュレーション結果としてビ
ームパターンを従来例との対比において説明するための
図である。

【符号の説明】

９ アレイ振動子、１０ 超音波探触子、１２ 送信回
路、１４ 受信回路、１６ 制御部、１８ メモリ、２
０ 減算器、２２ ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバー
タ）、２４ 表示器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の振動素子からなり、それらが複数
   のグループに区分される振動素子群と、 前記振動素子群における第１グループ及び第２グループ
   の双方に正相送信信号を供給し、前記振動素子群に第１
   送信を行わせる第１送信手段と、 前記振動素子群における第１グループに対して正相送信
   信号を供給し、同時に、前記信号素子群における第２グ
   ループに対して反転送信信号を供給し、前記振動素子群
   に第２送信を行わせる第２送信手段と、 前記第１送信による第１受信信号と前記第２送信による
   第２受信信号に基づいて、サイドローブが除去された受
   信信号を生成するサイドローブ除去手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記第１受信信号を検波し、検波された第１受信信号を
   出力する第１検波手段と、 前記第２受信信号を検波し、検波された第２受信信号を
   出力する第２検波手段と、 を含み、 前記サイドローブ除去手段は、前記検波された第１受信
   信号と前記検波された第２受信信号に基づいて、サイド
   ローブが除去された受信信号を生成することを特徴とす
   る超音波診断装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記サイドローブ除去手段は、第１受信信号と第２受信
   信号の差分を演算する回路であることを特徴とする超音
   波診断装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、 前記サイドローブ除去手段は、第１受信信号と第２受信
   信号の差分を演算し、その一方側極性成分のみを出力す
   る回路であることを特徴とする超音波診断装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 前記第１送信手段及び前記第２送信手段は同一の送信手
   段によって構成され、 時分割送信制御によって前記第１送信及び前記第２送信
   が実行されることを特徴とする超音波診断装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、 前記第１グループは前記振動素子群の配列方向における
   一方側の振動素子集合によって構成され、 前記第２グループは前記振動素子群の配列方向における
   他方側の振動素子集合によって構成されることを特徴と
   する超音波診断装置。
7. 【請求項７】 主ビーム部分が欠落した送信音場を形成
   する制御手段と、 前記送信音場の形成によって取得された受信信号を利用
   して画像処理を行う画像処理手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、 前記主ビームが欠落した送信音場は、 第１振動素子グループに対して所定フォーカス点にビー
   ム集束させるための遅延制御をもって複数の正相送信信
   号を供給し、かつ、第２振動素子グループに対して前記
   所定のフォーカス点にビーム集束させるための遅延制御
   をもって複数の反転送信信号を供給することによって形
   成されることを特徴とする超音波診断装置。