JP2003010180A - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル整相手段を備える超音波信号処理装
置において、通常の音速に基いて遅延処理した画像と補
正した音速に基いて遅延処理した画像とを同時に比較観
察することを可能とする。 【解決手段】 受信信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器７によ
ってデジタル信号に変換された受信信号を、順次メモリ
８２に書き込み、該メモリ８２より受信信号を読み出
し、遅延処理をする受信整相手段を具備した超音波撮像
装置において、前記各Ａ／Ｄ変換器７の後段に受信信号
を記憶するメモリ８２を並列に具備するとともに、一方
のメモリの受信信号は生体の平均音速に基づく遅延デー
タにより遅延処理を施され、他方のメモリの受信信号は
前記平均音速とは異なる音速に基づく遅延データにより
遅延処理を施される。そして、異なる遅延データによっ
て遅延処理された受信信号は別個に画像形成され、モニ
タ１１へ同時に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、医療画像診断に用
いられる超音波診断装置や物体を非破壊検査する非破壊
検査装置などの超音波を用いて生体や物体の内部を画像
化する超音波撮像装置に係わり、特にデジタル信号処理
技術を用いて高画質の断層像を得ることができる超音波
撮像装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】超音波撮像装置は、複数の超音波振動子
が配列されて成る超音波探触子を有している。前記配列
振動子へ超音波送信のためのパルス信号を超音波が送波
フォーカス点へ収束させられてビームを形成するように
送信整相部を介して供給し、各振動子を励振させること
により、超音波を被検体内へ送信する。被検体内へ送信
された超音波は被検体中を伝播し、被検体内の音響イン
ピーダンスが異なる部位の境界でその一部が反射してエ
コーとなって配列振動子によって受信される電気的なエ
コー信号となって探触子から出力される。エコー信号は
受信回路に導かれ、増幅されて良好なダイナミックレン
ジを有した信号とされ、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に
変換される。デジタル化されたエコー信号は受信整相部
によりデジタル的に遅延及び位相制御された後、加算処
理されて受信ビームとされる。この受信ビーム信号は信
号処理部でｌｏｇ圧縮や、フィルタリング、γ補正など
を施された後、スキャン変換部において座標変換、画像
データの補間処理等を施されてモニタの画面へ画像とし
て表示される。 【０００３】以上で述べた送信整相部、受信整相部にお
ける遅延データは、各振動子からフォーカス点までの距
離差を媒体中を伝播する超音波の仮定音速で割算をし、
時間変換したものとなっている。しかし、媒体である被
検体、特に脂肪組織や筋肉組織を有する生体組織におい
ては、伝播音速（以下、音速と記す。）が各組織におい
て均一ではなく、さらに、被検者には肥満体質或いは筋
肉体質の個人差があり、この個人差によっても音速が仮
定値と大きく異なることがある。その場合、被検体に対
し送受信される超音波の理想的なフォーカス制御が行わ
れず良好な画像が得られないものであった。 【０００４】仮定の音速ではフォ−カスの合わない領域
に対し自動的にフォ−カスを合わせることができる超音
波撮像装置が提案されており、その例としては、例えば
特願平４−２５２５７６号公報がある。これは、人体を
不均一媒質とみなし、被検体に応じて遅延時間調節を行
うものである。この方法によると、自動的に最適なフォ
ーカシングを行なうことができる。 【０００５】また、受信整相部において行なわれる遅延
時間制御の遅延精度は１０ｎｓ以下が必要であり、この
遅延精度を確保するためにＡ／Ｄ変換器は１００ＭＨＺ
のサンプリング周波数が必要である。しかし、４０ＭＨ
Ｚ程度のＡ／Ｄ変換器を組み込んだ現実の超音波撮像装
置では、４０ＭＨＺでサンプリングし１０ｎｓの遅延精
度を得るために補間演算が必要であり、受信整相部は大
規模なＡＳＩＣより実現されていた。 【０００６】 【発明が解決しようとしている課題】しかし、特願平４
−２５２５７６号公報に開示された方法は，通常の仮定
音速値による遅延時間制御による画像と、被検体内の不
均一媒質による遅延時間誤差を補正した画像とを瞬時に
比較することがができない。特に、前記の如く自動的に
遅延時間誤差を補正する場合は、計測がうまくいってい
ない場合、逆に画像を劣化させることが生ずる。 【０００７】さらに従来の超音波撮像装置では、探触子
の各振動子で受信された信号を専用ＡＳＩＣにより構成
された整相部を介して超音波ビーム信号として画像処理
して表示するようになっているため、同じ受信信号に対
し異なった処理を行なって複数の画像を同時に観察する
ことができなかった。 【０００８】そこで、本発明は、画像取得のために超音
波ビームの１走査の各素子からの受信信号に対し異なっ
た整相処理を同時に施し、それにより得られた複数の画
像を同時に観察することができる超音波撮像装置を提供
することを第１の目的とする。 【０００９】さらに詳しくは、本発明は、仮定音速値に
よる遅延時間制御で取得された画像と、被検体内の不均
一媒質による遅延時間誤差を自動的に補正して得られた
画像とを比較観察しながら検査を行なうことができる超
音波撮像装置を提供するすることを第２の目的としてい
る。 【００１０】 【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、複数の超音波振動子を有し、該複数の超音
波振動子を駆動して超音波を送波し、被検体からの反射
エコーを前記複数の超音波振動子で受信し、この受信エ
コー信号を画像処理して画像化する超音波診断装置にお
いて、アナログデジタル変換器によってデジタル信号に
変換された超音波振動子の受信信号を個別に保持するメ
モリと、このメモリより読み出された受信信号に対し生
体内の音速の異なった遅延データで遅延処理をする遅延
処理部と、前記異なった遅延データで遅延処理された信
号をそれぞれ画像化する手段と、前記画像化されたそれ
ぞれの画像を同時に表示する画像表示手段とを備えたこ
とを特徴としている。 【００１１】そして、好ましくは、前記Ａ／Ｄ変換器の
後段には受信信号を記憶するメモリを並列に具備され、
並列に設けられたメモリのうち一方のメモリに記憶され
た受信信号に対しては、あらかじめ設定された条件で遅
延処理されて受信ビーム信号がけいせいされ、他方のメ
モリに記憶された受信信号に対しては、前記設定条件と
は異なった条件で遅延処理がされて受信ビーム信号が形
成される。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。図４は超音波診断装置の概
略構成を示すブロック図である。図４において、１は超
音波探触子であり、複数の超音波振動子を備え、送波信
号の供給をうけて被検体へ超音波を送信し、その反射波
を受信し電気信号に変換して出力するものである。２は
送信部であり、前記送波信号を生成する。３は送信整相
部で、図示を省略された制御部の指令によって送波信号
へ遅延時間を与え、送信される超音波のフォーカス制御
を行うものである。４は送受分離回路であり、送信時に
は送波信号を探触子１へ通過させ、受信時には受信信号
を受信処理系へ通過させるものである。５は切替スイッ
チ回路であり、遅延制御された送波信号をどの振動子へ
供給するかを選択するものである。６は受信増幅回路で
あり、振動子から出力された微弱な受信信号を増幅する
ものである。７はＡ／Ｄ変換器であり、受信増幅回路７
から出力された受信信号をＡ／Ｄ変換するものである。 【００１３】８は受信整相部であり、Ａ／Ｄ変換器７か
ら出力された受信信号に対し遅延処理と加算処理を行い
受信ビーム信号を作成するものである。９は信号処理部
であり、ｌｏｇ圧縮、フィルタリング処理、γ補正等の
各種処理を受信ビーム信号へ施す、すなわち画像データ
化の前処理を受信ビーム信号へ施すものである。１０は
画像データを作成すると共に、この画像データを表示装
置の表示動作に同期して読み出すデジタルスキャンコン
バータ（ＤＳＣ）である。１１は画像や各種データを表
示するモニタである。 【００１４】次に、本発明の要部について図面を用いて
説明する。図１は、本発明の超音波診断装置における受
信信号処理部の構成としての第１の実施例を示すブロッ
ク図である。図１において、７ａ，…，７ｎは超音波探
触子１において１回の送受信において駆動される超音波
振動子毎に設けられ、各振動子から出力された受信信号
をデジタル化するＡ／Ｄ変換器である。各振動子で受信
された受信信号はＡ／Ｄ変換７ａ，…，７ｎでデジタル
化され、メモリ８１ａ，…，８１ｎに順次記憶される。
これらのメモリのそれぞれは、１本のラスタ（超音波ビ
ーム）の最大受信深度までを超音波が伝播する時間をＡ
／Ｄ変換器７のサンプル時間間隔で割ったワード数以上
を有するようにするか、あるいは、最大遅延時間をサン
プル時間間隔で割った値のワード数以上にしても良い。
さらには、１画面を形成するサイズであってもよい。た
とえば、Ａ／Ｄが８ビットで２０ＭＨｚ（５０ｎｓ）サ
ンプルの場合、１ラスタの最大表示深度までの超音波伝
播時間が２００μｓとすると、最低限４ｋワードのメモ
リを採用する。 【００１５】これらのメモリに記憶された受信データは
順次遅延処理部８２ａ，…，８２ｎに読み出され、予め
設定された遅延処理方法（補間）で遅延処理され出力さ
れる。同様な遅延処理をされ、位相を揃えられた複数の
素子からの各受信信号は加算部８３で加算され、Ｓ／Ｎ
の良好な受信ビーム信号とされ、信号処理部９へ出力さ
れ、信号処理部９で画像信号とするための処理をされ、
画像データ化される。 【００１６】この遅延処理は、遅延データを変更して複
数回実行される。例えば、最初の遅延処理は生体の平均
音速に基いて計算された遅延データにより受信ダイナミ
ックフォーカスが行われ、その結果は信号処理部９へ出
力され、画像化前処理をされて、ＤＳＣ１０内へ画像デ
ータとして書き込まれる。この処理に引き続いて、メモ
リ８１ａ，…，８１ｎから遅延処理部８２ａ，…，８２
ｎへ受信信号が読み出され、遅延処理部８２ａ，…，８
２ｎにおいて図示を省略された遅延制御部またはＣＰＵ
から供給された前記平均音速とは異なる音速に基いて計
算された遅延データにより受信ダイナミックフォーカス
が行われる。その結果は信号処理部９へ出力され、画像
化前処理を施されてＤＳＣ１０内へ画像データとして書
きこまれる。そして、ＤＳＣ１０へ書き込まれた２つの
画像データは読み出されてモニタ１１の画面へ同時に表
示される。 【００１７】この遅延処理部８２ａ，…，８２ｎは、専
用ＡＳＩＣで実現してもよいし、汎用ＦＰＧＡ（Field
Programable Gate Array）で実現してもよい。また、Ｄ
ＳＰ（Digital Signal Processor）を用いてソフト処理
することも可能である。例えば、遅延処理部８２ａ，
…，８２ｎがＦＰＧＡであれば、ＦＰＧＡを実現する回
路ファームデータを複数用意し、被検体に応じて回路フ
ァームデータを選択し、ＦＰＧＡを書き換えることで整
相方式を変更できる。また、ＤＳＰの場合は、整相アル
ゴリズムをソフト記述し、それを複数持たせ前記ソフト
を選択することで、容易に整相方式を変更できる。例え
ば、周波数シフトの激しい患者に対しては、周波数に応
じた補間方法は整合が複雑になるため、波面同期サンプ
ル方式として、ＦＰＧＡにはＡ／Ｄ変換のサンプリング
クロックを微小遅延できる回路を組み込むことで実現す
ることができる。 【００１８】次に、本発明の第２の実施形態を、図２を
参照して説明する。これは、メモリと遅延処理部を並列
に持った例であり、図２に示すように、前記Ａ／Ｄ変換
器７ａ，…，７ｎの各々の後段には、メモリと遅延処理
部からなる系が複数並列に設けられている。この構成で
は、各Ａ／Ｄ変換器の後段に設けられたメモリと遅延処
理部からなる系の各遅延処理部には制御部より異なった
遅延データが供給される。すなわち、全体として複数系
統の遅延処理部が備えられることとなり、それぞれの系
統は異なった音速により受信フォーカスを行うこととな
る。例えば、ある系統の遅延処理部へは生体の平均音速
で計算された遅延データを供給し、他の系統の遅延処理
部へは前記平均音速とは異なる音速で計算された遅延デ
ータが供給される。そして、各系統毎に遅延処理された
信号は、加算回路８３ａ，８３ｂへ入力され、それぞれ
受信ビーム信号とされ、それぞれ信号処理部９ａ，９ｂ
へ入力されて画像化の前処理が行われる。そして、画像
化前処理をされた各信号は信号処理部９ａ内の後段に設
けられたメモリを有するＤＳＣ１０を介してモニタ１１
の表示画面へ並べて表示される。これにより第１の実施
形態と同様に、異なった整相手段によって処理された画
像を同時に観察することができる。なお、この例では、
加算部及び信号処理部はそれぞれの遅延処理部に対応し
て備える例を説明したが、加算部と信号処理部を１系統
にして時分割処理するようにしても良い。 【００１９】図３はこの第２の実施形態の変形例である
第３の実施形態を示す。この図３に示す構成は、図２に
示す構成において、各Ａ／Ｄ変換器７ａ，…，７ｎの後
段に並列にもうけられたメモリ、例えばメモリ８１ａ−
１，８１ａ−２において、メモリ８１ａ−１のみへ遅延
処理部８２ａ−１を設け、メモリ８１ａ−２へは遅延処
理部を設けずに、メモリ８１ａ−２に記憶された内容を
別のメモリ処理手段１００へ入力して処理するようにし
たものである。メモリ処理手段１００は、メモリ８１ａ
−１，…，８１ｎ−１よりも大きなメモリ空間を有し、
このメモリ空間へ送られてきたデータをＣＰＵの制御の
下で処理するものである。この場合、高速転送、高速演
算処理ができればこのメモリ処理手段による信号もリア
ルタイムで表示できる。しかしそれらが不可能な場合に
は、遅延処理部８２ａ−１，…,８２ｎ−１の系統によ
り処理された信号に基づく画像を先にＤＳＣ１０のメモ
リへ記憶し、メモリ処理手段１００で遅延処理部８２ａ
−１，…，８２ｎ−１とは異なる遅延処理によって生成
された受信ビーム信号を画像化し、ＤＳＣ１０において
両者の画像を合成し、その合成画像をモニタ１１へ表示
することができる。例えば、本来の構成の遅延処理部８
２ａ−１，…，８２ｎ−１には生体の平均音速による遅
延データを用いて受信信号の遅延処理を行い、遅延処理
部８２ａ−１，…，８２ｎ−１の遅延処理によって得ら
れた信号を遅延誤差検出回路（例えば、隣接素子の相互
相関により検出する公知の遅延誤差検出回路）１１０へ
入力し、それにより得らた遅延誤差を修正して得られた
修正遅延データをメモリ処理部１００のデータに対し適
用し、画像化する。 【００２０】このことにより、同一の受信データに対
し、遅延データの補正前後の画像が同時に観察でき、補
正による効果の確認、あるいは補正の妥当性を判定する
ことができる。判定は、ユーザーの主観でも良いが、画
像のヒストグラムによる比較、スペックルパターンの空
間周波数の分析により自動判定（いずれも閾値をもうけ
て判定する）することでも可能である。なお画像の表示
の態様としては、通常は遅延データの補正前の画像は表
示せずに補正後の画像のみを表示し、装置の操作者が希
望するとき、例えば補正後の画像のＳ／Ｎが悪く計測値
に信頼性ない場合に本動作を行い、音速を種々変更して
画像のＳ／Ｎが良くなったら、補正遅延データを固定し
て検査ができるようにしても良い。 【００２１】尚、本発明は、上記で説明した実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能である。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、アナログデジタル変換
器によってデジタル信号に変換された受信信号を、順次
メモリに書き込み、該メモリより受信信号を読み出し、
遅延処理をする受信整相手段を備えた超音波診断装置に
おいて、探触子の各振動子によって受信された信号を記
憶するメモリを並列に具備し、並列にあるメモリのうち
の一方の受信信号に対しては、あらかじめ設定された条
件で遅延処理された画像作成に使用し、他のメモリの受
信信号に対しては前記設定条件とは異なった条件で遅延
処理できるので、通常の整相処理をした画像と、同じ受
信信号に対し他の条件の整相処理をした画像とを比較観
察できるので、遅延誤差補正の良否判定や、効果確認が
容易にできる。 【００２３】また、遅延処理部を汎用演算器（たとえば
DSP，FPGA）で実現することでソフト変更、ファームウ
エア変更により条件に応じて最適な遅延処理法を選択で
き、高画質化が可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の超音波診断装置の本発明に係わる要部
構成の第１の実施形態を示すブロック図である。 【図２】本発明の超音波診断装置の本発明に係わる要部
構成の第２の実施形態を示すブロック図である。 【図３】本発明の超音波診断装置の本発明に係わる要部
構成の第３の実施形態を示すブロック図である。 【図４】超音波撮像装置の概略構成を示すブロック図で
ある。 【符号の説明】 １…超音波探触子 ７…Ａ／Ｄ変換器 ８…受信整相部 ９…信号処理部 １０…ＤＳＣ １１…モニタ ８１…メモリ ８２…遅延処理部 ８３…加算回路 １００…メモリ処理手段 １１０…遅延誤差検出回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AC13 BC02 BC07 GB02 GF18 GF22 GG09 GG19 GG21 GG30 GH06 4C301 AA02 EE20 GB02 HH24 HH25 HH33 HH37 JB19 JB28 JB29 JB35 JB50 KK03 KK13 LL04 LL05 5J083 AA02 AB17 AC08 AC29 AD13 BB15 BC13 BC19 BE08 BE50 BE53 BE57 CA12 DC05 EB02

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の超音波振動子を有し、該複数の超
   音波振動子を駆動して超音波を送波し、被検体からの反
   射エコーを前記複数の超音波振動子で受信し、この受信
   エコー信号を画像処理して画像化する超音波診断装置に
   おいて、アナログデジタル変換器によってデジタル信号
   に変換された超音波振動子の受信信号を個別に保持する
   メモリと、このメモリより読み出された受信信号に対し
   生体内の音速の異なった遅延データで遅延処理をする遅
   延処理部と、前記異なった遅延データで遅延処理された
   信号をそれぞれ画像化する手段と、前記画像化されたそ
   れぞれの画像を同時に表示する画像表示手段とを備えた
   ことを特徴とする超音波撮像装置。