JP2002065670A

JP2002065670A - 超音波診断装置及び超音波診断画像の形成方法

Info

Publication number: JP2002065670A
Application number: JP2000255110A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Okada; 一孝岡田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】動きの速い部位を含む２箇所以上の部位を同
時に計測でき、それらの部位の状態を比較観察できるよ
うにする。【解決手段】探触子１の各振動子に送信する連続送信
波の送波フォーカス処理手段２と、各振動子から出力さ
れる連続受信波の受波フォーカス処理手段５，６と、こ
れらの受波フォーカス処理手段から出力される受信信号
のドプラ周波数変移分を算出する演算手段７と、この演
算手段から出力される信号に基づいて画像を生成して、
画像表示手段９に表示させる画像処理手段８とを備え、
受波フォーカス処理手段５は、受信波に含まれるメイン
ローブのビームに対応する受波フォーカス処理を行な
い、受波フォーカス処理手段６は受信波に含まれる少な
くとも１つのグレーティングローブのビームに対応する
受波フォーカス処理を行なうことにより、同時に２方向
以上の動きの速い部位の計測を可能にする。

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
係り、特にステアラブルＣＷ（連続波）ドプラが可能な
超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、被検体の表面に超音
波探触子を当て、その探触子から被検体に超音波を送信
するとともに、被検体内部からの反射波を受信し、その
受信信号に基づいて被検体の各部の状態を断層像などの
画像により表示して診断に資するものである。一般に、
超音波探触子は、複数の振動子を等間隔で直線状に配列
して形成されている。このように配列された複数の振動
子を同時に駆動すると、各振動子から放射される超音波
の波面は正面方向で一致し、超音波ビームは正面方向に
伝搬する。そして、振動子の駆動タイミングを配列方向
に沿って順次ずらすことによって、各振動子から放射さ
れる超音波の波面が一致する超音波ビームの方向を変え
ることができる。そこで、配列された振動子の駆動タイ
ミングを制御することにより、超音波ビームの方向を偏
向して、被検体内部を走査することが行なわれている。

【０００３】このような超音波診断装置において、従
来、ステアラブルＣＷドプラが可能なものが知られてい
る。ここで、ＣＷ（Continuous Wave）は、超音波送受
信信号が連続波になっていることをいう。この連続波に
よるドプラは、送受波信号が連続であり、連続した計測
値が得られるので、高速血流などの動きの速い部位を計
測できる。そのため、心臓弁膜症による逆流診断等に有
効であることが知られている。また、ステアラブルと
は、被検体内に放射する超音波ビームの方向を可変でき
ることをいう。そして、このようなステアラブルＣＷ
は、被検体の断層像をガイドにした連続波ドプラ計測を
可能にしている。

【０００４】また、ＣＷドプラのような連続波ではな
く、パルス状の超音波を用いるパルスドプラ法が知られ
ている。しかし、この方法は振動子の駆動タイミングを
配列方向に沿ってずらしながら、複数の振動子をパルス
状の超音波により周期的に繰り返し駆動する方式である
ことから、計測可能な血流の最高速度は、超音波の繰り
返し周波数によって制限されるため、高速の血流などの
ような動きの速い部位の計測をすることができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波診断
装置の技術において、血流などのような動きの速い部位
を含む２ヶ所以上の部位を同時に計測し、それらの部位
の状態を比較観察して的確な診断を行なえる装置が要望
されている。例えば、心臓周りの異なる２以上の部位の
高速血流の状態を同時に計測することが要望されてい
る。

【０００６】しかし、従来のステアラブルＣＷドプラ
は、血流などの動きの速い部位を計測するのに適してい
るが、同時には１方向の超音波ビームしか送受信するこ
とができないため、方向が異なる２箇所以上を同時に計
測するという要望に応えることができない。

【０００７】また、パルスドプラ法は、血流のような動
きの速い部位の計測には元々適していないが、多方向の
部位に超音波ビームを放射するには、超音波ビーム方向
を時分割で切り替えることになるので、１ビーム方向あ
たりの繰り返し周波数はさらに低くなる。そのため、１
つの部位の計測間隔が長くなり、計測可能な血流の最高
速度が繰り返し周波数によって制限されるため、高速血
流のような動きの速い部位を含む２以上の部位の計測に
適用することができない。

【０００８】本発明は、ＣＷドプラにより動きの速い部
位を含む２箇所以上の部位を同時に計測できるようにす
ることを課題とする。

【０００９】また、本発明は、動きの速い部位を含む２
箇所以上の部位の状態を比較観察できるようにすること
を他の課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、次の手
段により解決する。

【００１１】先ず、本発明の原理を説明する。周知のよ
うに、複数の振動子から放射される超音波のビームパタ
ーンは、メインローブとサイドローブの他に、グレーテ
ィングローブと称するビームが生じる。特に、メインビ
ームを大きく偏向したとき、相対的に大きなグレーティ
ングローブのビームが生じることが知られている。この
グレーティングローブは、各振動子の波面が一致する整
相状態から波長単位でずれて重なる方向に生じるもので
ある。超音波断層法は、メインローブによって画像を構
成しており、グレーティングローブは虚像を生じるので
小さく抑える工夫が種々なされている。本発明は、その
グレーティングローブを積極的に利用することを特徴と
する。

【００１２】すなわち、本発明は、超音波のメインロー
ブの他にグレーティングローブを利用して、同時に２方
向以上の計測を可能にすることを特徴とする。この場合
において、ＣＷドプラを適用することにより、動きの速
い部位を含む２箇所以上の部位を同時に計測することが
できる。また、グレーティングローブの方向及び数は、
振動子の間隔や超音波周波数によって変えることができ
るから、１つの探触子により多方向の同時計測を行なう
ことができる。

【００１３】具体的には、本発明の超音波診断装置は、
被検体との間で超音波を送受信する複数の振動子が配列
されてなる探触子と、該探触子の各振動子に送信する連
続送信波の送波フォーカスをとる送波フォーカス処理手
段と、前記探触子の各振動子から出力される連続受信波
の受波フォーカスをとる受波フォーカス処理手段と、該
受波フォーカス処理手段から出力される受信信号のドプ
ラ周波数変移分を算出する演算手段と、該演算手段から
出力される信号に基づいて画像を生成して、画像表示手
段に表示させる画像処理手段とを備え、前記受波フォー
カス処理手段は、連続波の受波フォーカスをとるものと
し、前記受信波に含まれるメインローブのビームに対応
する受波フォーカス処理と、前記受信波に含まれる少な
くとも１つのグレーティングローブのビームに対応する
受波フォーカス処理とを含んでなり、前記画像処理手段
は、前記メインローブのビームと前記グレイティングロ
ーブのビームに対応する画像を生成することを特徴とす
る。

【００１４】この場合において、送波フォーカス処理手
段と受波フォーカス処理手段とを制御して、メインロー
ブのビーム方向とグレーティングローブのビーム方向を
任意に設定するビーム方向設定手段を設けることができ
る。

【００１５】また、送波フォーカス処理手段は、複数の
前記振動子を隣り合う複数の振動子からなる振動子群に
分け、同一振動子群の振動子に送波する前記連続送信波
の位相を同位相にすることにより、前記グレーティング
ローブのビーム方向を可変することができる。

【００１６】また、メインローブとグレーティングロー
ブの受信感度を補正する手段を備えて構成することが望
ましい。

【００１７】また、本発明の他の課題は、上記の受波フ
ォーカス処理手段を連続波の受波フォーカスをとる少な
くとも２つの受波フォーカス処理手段を備えて構成し、
かつ画像表示手段は、断層像が表示された領域と、連続
波ドプラにより計測された少なくとも２つの血流パター
ンが表示された領域を有してなるものとすることにより
解決できる。

【００１８】本発明の超音波診断画像の形成方法は、複
数の振動子が配列されてなる探触子を超音波の連続波で
駆動し、前記探触子の各振動子から出力される受信波に
含まれるメインローブのビームに対応する第１の受波フ
ォーカス処理と、前記受信波に含まれる少なくとも１つ
のグレーティングローブのビームに対応する第２の受波
フォーカス処理を並行して行ない、それぞれの受波フォ
ーカス処理により得られた信号のドプラ周波数変移分を
算出し、該算出結果に基づいて複数の表示画像を形成す
ることにある。

【００１９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づいて説
明する。図１に本発明に係るステアラブルＣＷを適用し
た超音波診断装置の一実施形態のブロック構成図を示
す。図において、探触子１は、被検体との間で超音波を
送受信する複数の振動子を直線状に配列されて多チャン
ネルに形成されている。ＣＷ送波フォーカス回路２は、
超音波の連続波を発生するとともに、各チャンネルの送
信波の位相をずらすことによって、メインビームの方向
を所定の方向に偏向するとともに、メインビームを収束
させる焦点に波面を一致させるように送信フォーカス制
御を行なう。ＣＷ送波フォーカス回路２から出力される
各チャンネル向けの連続波は、送波回路３で増幅され、
探触子１の可変設定された振動子群を駆動する。

【００２０】探触子１から放射された超音波は被検体内
部で反射し、その反射波が探触子１の可変設定された振
動子群により受信される。ここで、送波と受波は、異な
る振動子群を使用する。探触子１により受信された超音
波は、初段増幅回路４に入力されて増幅される。増幅さ
れた受波は、ＣＷ受波１フォーカス回路５とＣＷ受波２
フォーカス回路６に並列に入力され、後述する受波フォ
ーカス処理がなされる。つまり、ＣＷ受波１フォーカス
回路５とＣＷ受波２フォーカス回路６とにより、２つの
受波フォーカス処理手段が構成される。

【００２１】ドプラ演算回路７は、ＣＷ受波１フォーカ
ス回路５とＣＷ受波２フォーカス回路６から出力される
受波信号を取り込み、周知の周波数演算（ファーストフ
ーリエ変換など）により、血流のドプラ効果による周波
数変移分を算出する。ドプラ演算回路７から出力される
信号は、ディジタル・スキャン・コンバータ回路（ＤＳ
Ｃ）８において画像信号に変換されて、画像表示器９に
画像が表示される。

【００２２】ＣＷ送受波ビーム方向演算回路１０は、図
示していないコンピュータ及び入力手段から入力される
操作者の操作指令に従って、送波のビーム方向、受波の
ビーム方向を演算し、それぞれＣＷ送波フォーカス回路
２、ＣＷ受波１フォーカス回路５、ＣＷ受波２フォーカ
ス回路６に指令を送るようになっている。

【００２３】ここで、本実施形態の特徴部であるＣＷ送
波フォーカス回路２、ＣＷ受波１フォーカス回路５、Ｃ
Ｗ受波２フォーカス回路６及びＣＷ送受波ビーム方向演
算回路１０の詳細構成について、それらの動作とともに
説明する。本実施形態は、メインローブとグレーティン
グローブのビーム方向を制御して、異なる２方向の部位
を同時に計測することを特徴とする。図２〜図４に、送
波のビーム方向制御の概念説明図を示す。直線状に配列
された複数（ｎ個）の振動子Ｓ（１〜ｎ）を連続波によ
り駆動すると、それらの振動子Ｓからそれぞれ超音波ビ
ームが放射される。そして、振動子Ｓの配列方向に沿っ
て連続波の位相を順次ずらして位相差を付けることによ
り、超音波のビーム方向を正面方向（θ=０）に対して-
α偏向させることができる。この方向がメインローブの
ビーム（メインビームＡ）の方向になる。すなわち、各
振動子を駆動する連続波に位相差を付けることにより、
同位相方向で信号振幅が増強され、位相の合わない方向
では、信号が打消し合う。このようにして、メインビー
ムＡの方向を制御することができる。

【００２４】一方、各チャンネルで連続波の位相が１位
相ずつずれた方向でも信号が加算されるから、図２に示
すように、メインビームＡに対して正面方向を挟んだ反
対側に、偏向角βのグレーティングローブＢが発生す
る。すなわち、図４に示すように、断層像が表示される
表示領域１１のＡ、Ｂの方向にビームが形成される。こ
のビームの方向を、表示領域１１にマーカにより表示す
るようにできる。このように、従来は、グレ−ティング
ローブが画像内に虚像として入り込まないように、例え
ば振動子の配列間隔を十分に小さく形成するなどの工夫
しているが、本発明は、グレーティングローブを積極的
に利用することにより、同時に異なる多方向の部位の計
測を可能にしているのである。

【００２５】２つのビームに対応する反射波を含む受信
波がＣＷ受波１フォーカス回路５とＣＷ受波２フォーカ
ス回路６に入力されると、例えばＣＷ受波１フォーカス
回路５によりメインビームＡに対応する受波のフォーカ
ス処理がなされ、ＣＷ受波２フォーカス回路６によりグ
レーティングローブＢに対応する受波のフォーカス処理
がなされる。そして、それぞれドプラ演算回路７におい
て血流の流速（計測部位の動きの速さ）によるドプラ効
果が周波数変移分として演算される。その演算結果は、
ＤＳＣ８を介して画像信号に変換され、図４に示すよう
に、メインビームＡに対応する血流パターンとグレーテ
ィングローブＢに対応する血流パターンとが、画像表示
器９の２つの表示領域１２、１３にそれぞれ表示され
る。表示領域の血流パターンは、横軸が時間軸で、縦軸
は血流の速度を表わしている。これにより、操作者は、
例えば、心臓の２つの弁での逆流計測を同時に行なっ
て、それらの計測結果を画像に表示して比較観察するこ
とができるから、診断を的確に行なうことができるよう
になる。

【００２６】グレーティングローブのビーム方向を変え
る場合は、例えば、図３に示すように、隣り合う２つの
振動子Ｓ（ｉ）とＳ（ｉ+１）、Ｓ（ｉ+２）とＳ（ｉ＋
３）、…を同位相にすることにより、メインビームＡの
方向を変えずに、グレ−ティングローブのビーム方向を
偏向角γのＣに変えることができる。つまり、実質的に
振動子の配列間隔を変えることにより、グレ−ティング
ローブのビーム方向を所望の方向に変えることができる
（図４）。なお、図２、３では、説明の簡単のために、
振動子間隔を模式的に大きく拡大して表わしているが、
実際は、従来と同様に、グレーチングローブが画像内に
入り込まない程度に、振動子配列間隔は十分小さく形成
されている。したがって、図３の例に限らず、隣り合う
振動子の３組以上を振動子群として同一位相の連続波で
駆動することにより、メインビームＡの方向を変えず
に、グレ−ティングローブのビーム方向を細かく変える
ことができる。

【００２７】なお、図１の実施形態では、ＣＷ受波１フ
ォーカス回路５とＣＷ受波２フォーカス回路６の２つの
回路により、メインビームとグレーティングローブの受
波フォーカス処理を行なう例を示した。本発明は、これ
に限らず、例えば、受信信号をディジタル信号に変換
し、時分割処理によって、等価的に受波フォーカス処理
を同時に行なうように構成することができる。

【００２８】また、ビームの方向制御は、振動子を駆動
する連続波の周波数を変えることによっても行なうこと
ができる。但し、この場合はグレーティングローブの方
向だけでなくメインビームの方向も変わる。したがっ
て、メインビーム方向か、グレーティング方向か、どち
らか一方のビーム方向のみを変えたいときは、振動子の
組合わせ（振動子群）、連続波の周波数条件、及びフォ
ーカス処理の条件などを、操作指令に応じてＣＷ送受波
ビーム方向演算回路１０により演算する。そして、これ
に合わせて、ＣＷ送波フォーカス回路２、ＣＷ受波１フ
ォーカス回路５、ＣＷ受波２フォーカス回路６に指令を
送って制御するようにする。

【００２９】また、グレーティングローブは、１つの方
向だけでなく、位相差が合う方向に複数現れるので、上
述した実施形態の２つの方向に限らず、３以上の多方向
の同時送受信が可能である。この場合は、ＣＷ受波フォ
ーカス回路を方向の数に合わせて複数設けることはいう
までもない。

【００３０】また、２つの表示領域１２、１３にそれぞ
れ血流パターンを表示することに代えて、同一の表示領
域に表示色を異ならせて重ねて表示するようにしてもよ
い。

【００３１】図５に、本発明の他の実施形態のブロック
構成図を示す。本実施形態が図1の実施形態と異なる点
は、ＣＷ受信感度補正回路１４を付加した点にある。す
なわち、メインビームとグレーティングローブのビーム
相互間、あるいは複数のグレーティングローブのビーム
相互間では、振動子の指向特性により信号強度に差があ
るため、それらの間に受信感度差が生じる。そこで、Ｃ
Ｗ受波１フォーカス回路５とＣＷ受波２フォーカス回路
６に、それぞれゲイン可変回路を設ける。そして、ＣＷ
受信感度補正回路１４においてビーム間ゲイン補正信号
を演算により求め、これに基づいてゲイン補正信号をＣ
Ｗ受波１フォーカス回路５とＣＷ受波２フォーカス回路
６に出力して感度を制御することにより、それらビーム
間の受信感度差を低減するように補正するようにしてい
る。

【００３２】なお、振動子群の組合わせ又は超音波周波
数を変えないで、メインビームの偏向方向を位相差のみ
で変えた場合、グレーティングローブのビーム方向も変
わるから、両者のビーム方向を同時に変えることもでき
る。

【００３３】上述したように、各実施形態によれば、グ
レーティングローブを利用して血流を計測しているの
で、多方向の送受信を完全に同時に行なうことができる
から、同時刻多方向の血流観察を行なうことができる。
例えば、心臓の2つの弁における逆流計測を同時に行な
うことができ、時間精度のよいデータが得られる。ま
た、連続波を用いているので、パルスドプラのような繰
り返し周波数の制限を受けることなく、高速血流の計測
を行なうことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、動
きの速い部位を含む２箇所以上の部位を同時に計測でき
る。その結果、動きの速い部位を含む２箇所以上の部位
の状態を比較観察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の超音波診断装置のブロッ
ク構成図である。

【図２】本発明のビーム方向制御を説明するための模式
図であり、メインビームＡとグレーティングローブのビ
ームＢを示す図である。

【図３】本発明のビーム方向制御を説明するための他の
模式図であり、メインビームＡとグレーティングローブ
のビームＣを示す図である。

【図４】本発明の計測により得られる画像の一例を示す
図である。

【図５】本発明の一実施形態の超音波診断装置のブロッ
ク構成図である。

【符号の説明】

１探触子２ＣＷ送波フォーカス回路３送波回路４初段増幅回路５ＣＷ受波１フォーカス回路６ＣＷ受波２フォーカス回路７ドプラ演算回路８ディジタル・スキャン・コンバータ回路（ＤＳＣ）９画像表示器１０ＣＷ送受波ビーム方向演算回路１１、１２、１３表示領域１４ＣＷ受信感度補正回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体との間で超音波を送受信する複数
の振動子が配列されてなる探触子と、該探触子の各振動
子に送信する連続送信波の送波フォーカスをとる送波フ
ォーカス処理手段と、前記探触子の各振動子から出力さ
れる連続受信波の受波フォーカスをとる受波フォーカス
処理手段と、該受波フォーカス処理手段から出力される
受信信号のドプラ周波数変移分を算出する演算手段と、
該演算手段から出力される信号に基づいて画像を生成し
て、画像表示手段に表示させる画像処理手段とを備え、前記受波フォーカス処理手段は、前記受信波に含まれる
メインローブのビームに対応する受波フォーカス処理
と、前記受信波に含まれる少なくとも１つのグレーティ
ングローブのビームに対応する受波フォーカス処理とを
含んでなり、前記画像処理手段は、前記メインローブのビームと前記
グレイティングローブのビームに対応する画像を生成す
る超音波診断装置。
【請求項２】前記送波フォーカス処理手段と前記受波
フォーカス処理手段とを制御して、前記メインローブの
ビーム方向と前記グレーティングローブのビーム方向を
任意に設定するビーム方向設定手段を備えてなる請求項
1に記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記送波フォーカス処理手段は、複数の
前記振動子を隣り合う複数の振動子からなる振動子群に
分け、同一振動子群の振動子に送波する前記連続送信波
の位相を同位相に制御することにより、前記グレーティ
ングローブのビーム方向を可変することを特徴とする請
求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】前記メインローブと前記グレーティング
ローブの受信感度を補正する手段を備えてなることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断
装置。
【請求項５】被検体との間で超音波を送受信する複数
の振動子が配列されてなる探触子と、該探触子の各振動
子に送信する連続送信波の送波フォーカスをとる送波フ
ォーカス処理手段と、前記探触子の各振動子から出力さ
れる連続受信波の受波フォーカスをとる受波フォーカス
処理手段と、該受波フォーカス処理手段から出力される
受信信号のドプラ周波数変移分を算出する演算手段と、
該演算手段から出力される信号に基づいて画像を生成し
て、画像表示手段に表示させる画像処理手段とを備え、
前記受波フォーカス処理手段は、連続波の受波フォーカ
スをとる少なくとも２つの受波フォーカス処理手段を備
え、前記画像表示手段は、断層像が表示された領域と、
連続波ドプラにより計測された少なくとも２つの血流パ
ターンが表示された領域を有してなる超音波診断装置。
【請求項６】複数の振動子が配列されてなる探触子を
超音波の連続波で駆動し、前記探触子の各振動子から出
力される受信波に含まれるメインローブのビームに対応
する第１の受波フォーカス処理と、前記受信波に含まれ
る少なくとも１つのグレーティングローブのビームに対
応する第２の受波フォーカス処理を並行して行ない、そ
れぞれのビームを受波フォーカス処理して得られる信号
のドプラ周波数変移分を算出して複数の表示画像を形成
する超音波診断画像の形成方法。