JP2005253751A - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnosis apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an ultrasonic image used for diagnosis by transmitting and receiving ultrasonic waves and imaging an organ, bone, and the like in a living body.
医療診断に用いられる超音波撮像装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子(プローブ)が用いられる。このような超音波用探触子から、複数の超音波の合波によって形成される超音波ビームを送信し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信する。それらの超音波エコーの強度に基づいて画像を構成することにより、被検体内部の様子を画面に再現することができる。 In an ultrasonic imaging apparatus used for medical diagnosis, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is used. From such an ultrasonic probe, an ultrasonic beam formed by combining a plurality of ultrasonic waves is transmitted, and an ultrasonic echo reflected inside the subject is received. By constructing an image based on the intensity of those ultrasonic echoes, the state inside the subject can be reproduced on the screen.
しかしながら、実際には、撮像対象の領域全体に渡って、適切な超音波エコーの強度や分解能を得られるわけではない。物体における超音波の伝播特性は超音波の周波数によって異なるので、用いられる超音波の周波数により、得られる超音波画像の画質が大きく変化してしまう。例えば、高い周波数の超音波を用いることにより、高分解能の超音波画像を得ることはできるが、一方、そのような超音波は散乱され易いので、被検体の深部において大きく減衰してしまう。反対に、低い周波数の超音波は、伝播特性は良好であるが、分解能を高くすることが困難である。 However, in practice, an appropriate ultrasonic echo intensity and resolution cannot be obtained over the entire area to be imaged. Since the propagation characteristics of ultrasonic waves in an object vary depending on the frequency of the ultrasonic waves, the image quality of the obtained ultrasonic image varies greatly depending on the frequency of the ultrasonic waves used. For example, a high-resolution ultrasonic image can be obtained by using high-frequency ultrasonic waves. However, since such ultrasonic waves are easily scattered, they are greatly attenuated in the deep part of the subject. On the contrary, low-frequency ultrasonic waves have good propagation characteristics, but it is difficult to increase the resolution.
また、一般的な性質として、超音波は、音響インピーダンスの差が大きい領域において強く反射される。そのため、人体の内部においては、筋肉等の軟部組織と骨等の硬部組織との境界において反射された超音波エコーの強度が大きくなる。従って、超音波画像においては、そのような境界が高輝度で表示される。一方、そのような境界を透過した超音波の強度は大きく低下するので、硬部組織の後方や内部において反射された超音波エコーの強度も小さくなってしまう。そのため、超音波画像において、筋肉等の軟部組織を、骨、腱、髄核等の硬部組織と分離して視認することは、極めて困難である。そこで、超音波画像を生成するに際して、超音波エコーの強度以外の要素を用いることが検討されている。例えば、特許文献1には、皮膚の表皮より深部についても非侵襲的に観察し、皮膚についての様々な鑑別を行うために、所定の範囲から選ばれる少なくとも1種又は2種以上の周波数の超音波を皮膚の表面から皮膚の内部方向に向かって超音波を発射し、反射波を受信して画像化することが開示されている。
As a general property, ultrasonic waves are strongly reflected in a region where the difference in acoustic impedance is large. Therefore, in the human body, the intensity of the ultrasonic echo reflected at the boundary between the soft tissue such as muscle and the hard tissue such as bone increases. Therefore, in the ultrasonic image, such a boundary is displayed with high luminance. On the other hand, since the intensity of the ultrasonic wave transmitted through such a boundary is greatly reduced, the intensity of the ultrasonic echo reflected behind or inside the hard tissue is also reduced. Therefore, it is extremely difficult to visually recognize soft tissue such as muscles separately from hard tissue such as bones, tendons and nucleus pulposus in an ultrasonic image. Therefore, it has been studied to use elements other than the intensity of the ultrasonic echo when generating the ultrasonic image. For example, in
関連する技術として、特許文献2には、複数の振動子を互いに直行する2つの方向に沿って2次元状に配列した超音波探触子において、配列の中央部に、開口幅/厚さ>3の関係を満たす振動子を配置し、該振動子の外側部に、開口幅/厚さ≦0.3を満たす振動子を配置することが開示されている。2種類の振動子の形状をこのように規定することにより、振動子の配列の中央部においては厚み振動モードとなり、外側部においては縦振動モードとなるので、各振動子の厚さを変更することなく、超音波の共振周波数を変化させて、広帯域の超音波を送信することができる。そこで、撮像する距離に応じて使用する振動子の領域を使い分けることにより、1つの超音波探触子を用いて、近距離から遠距離に渡って高い指向性と高分解能を得ることが可能になる。しかしながら、この超音波診断装置においては、用途に応じて、いずれかの周波数が選択して用いられるので、撮像対象の全領域に関する画像情報を一度に取得することができない。
As a related technique,
特許文献3には、超音波を送受信する複数の振動子素子が2次元に配列された超音波探触子であって、上記2次元に配列された複数の振動子素子が、その周波数特性が異なる複数種類の振動子素子から成り、2次元配列内に混在するように設けられている超音波探触子が開示されている。このような超音波探触子を用いることにより、ハーモニックイメージングに用いられる基本波の周波数成分と高調波の周波数成分とをカバーする広帯域な超音波を送信及び受信することができる。しかしながら、そのような超音波探触子を使用する場合には、深さ方向について適切な指向性や分解能を得ることができないので、被検体の組織性状を画像化することはできない。
特許文献4には、所定の点に焦点を結ぶ集束音場を発生する軸対象な中心部振動子素子と、該中心部振動子素子と同軸かつ共焦点を有するように配設された円環状の周辺部振動子素子とを備えた分割型トランスデューサと、中心部振動子素子および周辺部振動子素子の合成音場が上記分割型トランスデューサの所定の焦点とは異なる位置に焦点を結ぶように、中心部振動子素子および周辺部振動子素子を遅延駆動する送信手段とを具備する超音波診断装置が開示されている。このような超音波診断装置を用いることにより、焦点深度が深くかつ超音波ビームの細い送信音場特性又は受信音場特性を得ることができる。しかしながら、この超音波診断装置においては、単一周波数の超音波が用いられているので、例えば、被検体の深部については、十分な超音波エコーの強度を得ることができず、被検体の浅部については、ビーム径が太くなるので方位分解能が低下してしまうという問題がある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 discloses a central vibrator element that is a target for generating a focused sound field that is focused on a predetermined point, and an annular ring that is coaxial with the central vibrator element and has a confocal point. A split-type transducer including the peripheral vibrator element, and a synthesized sound field of the central vibrator element and the peripheral vibrator element is focused at a position different from a predetermined focus of the split-type transducer, An ultrasonic diagnostic apparatus including a transmission unit that delays and drives a central transducer element and a peripheral transducer element is disclosed. By using such an ultrasonic diagnostic apparatus, it is possible to obtain a transmission sound field characteristic or a reception sound field characteristic having a deep focal depth and a thin ultrasonic beam. However, in this ultrasonic diagnostic apparatus, since single-frequency ultrasonic waves are used, for example, a sufficient ultrasonic echo intensity cannot be obtained at the deep part of the subject, and the subject is shallow. As for the part, since the beam diameter becomes thick, there is a problem that the azimuth resolution is lowered.
特許文献5には、超音波を送受波する広帯域超音波振動子を有する超音波プローブと、広帯域超音波振動子に付与する駆動周波数を変化させて供給するとともに、この広帯域超音波振動子から発せられた超音波のエコー信号を受信してエコーデータを得る送受信部と、この送受信部で得られたエコーデータを記憶する記憶手段と、送受信部で発生された駆動周波数の変化を制御するとともに、この駆動周波数の変化に対応させて上記エコーデータを記憶手段に記憶させる制御を行う制御手段と、記憶制御手段に駆動周波数に対応して記憶されているエコーデータを基に、超音波断層像を生成する画像処理手段とを備える超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置によれば、超音波プローブから被検部までの距離に応じて、1つの超音波プローブから駆動周波数の異なる超音波をシーケンシャルに送受信し、それによって得られたエコーデータを用いて超音波断層像を構築することができる。しかしながら、そのような超音波プローブを作製するためには、広帯域な共振周波数を有する振動子が必要となる。また、1種類の超音波を繰り返して送受信することによって画像構成するので、フレームレートが低下してしまう。
In
特許文献6には、複数の超音波振動子が2次元平面又は3次元曲面に配列された超音波探触子と、振動子配列面の各々異なった位置へ複数の振動子群を選択する振動子群選択回路と、この振動子群選択回路によって選択された振動子群の各々へ特性の異なった送信信号を供給し各振動子群から被検体内へ同時に超音波ビームを送信しそのエコー信号を受信する送受信手段と、超音波の送受信の繰り返し毎に選択される振動子群の位置を上記選択回路を制御して移動するとともに送受信手段を制御して超音波ビームを送受信することによって被検体内を超音波ビームで3次元走査する手段とを備える超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、複数の振動子群から互いに特性の異なる超音波ビームを同時に送信すると共に、受信された超音波エコー信号を周波数に応じて分離することが行われている。しかしながら、被検体の深さに応じて超音波ビームの周波数を変化させることは行われておらず、深さ方向に関して最適な画像を得ることはできない。 Patent Document 6 discloses an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged on a two-dimensional plane or a three-dimensional curved surface, and a vibration for selecting a plurality of transducer groups at different positions on the transducer arrangement surface. An echo signal is generated by supplying a transmission signal having different characteristics to each of the transducer group selection circuit and the transducer group selected by the transducer group selection circuit, and simultaneously transmitting an ultrasonic beam from each transducer group into the subject. The subject is moved by controlling the selection circuit and moving the position of the transducer group selected for each repetition of ultrasound transmission / reception and controlling the transmission / reception means to transmit / receive ultrasound beams. An ultrasonic diagnostic apparatus including a means for three-dimensionally scanning the inside with an ultrasonic beam is disclosed. In this ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic beams having different characteristics are simultaneously transmitted from a plurality of transducer groups, and the received ultrasonic echo signals are separated according to the frequency. However, the frequency of the ultrasonic beam is not changed according to the depth of the subject, and an optimal image cannot be obtained in the depth direction.
特許文献7には、互いに異なる周波数特性を有する超音波送受信手段と、該複数の超音波送受信手段を駆動する制御手段と、複数の超音波送受信手段から出力される受信信号に画面内における超音波送受信手段に対応した位置からの距離に応じた重み付けを行い、一画面に合成して表示する表示手段とを具備する超音波画像処理装置が開示されている。このような超音波画像処理装置を用いることにより、周波数特性の異なる複数の超音波画像を同一の画像上で滑らかな画像として合成表示することが可能になる。しかしながら、超音波プローブを機械的に走査する方式では、高速に画質の良い超音波画像を取得することは困難である。また、被検体の組織性状を画像化することもできない。 Patent Document 7 discloses ultrasonic transmission / reception means having different frequency characteristics, control means for driving the plurality of ultrasonic transmission / reception means, and reception signals output from the plurality of ultrasonic transmission / reception means in the screen. There is disclosed an ultrasonic image processing apparatus that includes a display unit that performs weighting according to a distance from a position corresponding to a transmission / reception unit and displays the synthesized and displayed on one screen. By using such an ultrasonic image processing apparatus, a plurality of ultrasonic images having different frequency characteristics can be combined and displayed as smooth images on the same image. However, in the method of mechanically scanning the ultrasonic probe, it is difficult to acquire an ultrasonic image with good image quality at high speed. In addition, the tissue properties of the subject cannot be imaged.
特許文献8には、被検体の浅部から深部までを同時に画像化できるようにするために、数十MHzの共振周波数を有した圧電振動子へ、1/2波長換算で共振周波数が圧電振動子の共振周波数の整数分の一の共振版を貼り付けて超音波探触子を作製し、この探触子と送受信回路、信号処理回路、信号分離回路、画像処理回路、画像読み出し回路及びディスプレイ装置とで超音波検査装置を構成することが開示されている。このような超音波検査装置を用いることにより、浅い領域については低い周波数を用い、深くなるに従い低い周波数を用いて画像を生成することが可能になる。しかしながら、その場合には、特殊な超音波探触子が必要となってしまう。また、被検体の組織性状を画像化することについては触れられていない。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、被検体の深さに応じて適切な周波数を有する超音波ビームを送信できると共に、そのような超音波ビームの超音波エコー信号に基づいて、被検体の形状だけでなく組織性状も画像化することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of the above points, the present invention can transmit an ultrasonic beam having an appropriate frequency according to the depth of the subject, and based on the ultrasonic echo signal of such an ultrasonic beam, the subject An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of imaging not only the shape but also the tissue properties.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点に係る超音波診断装置は、互いに異なる共振周波数を有する複数の超音波トランスデューサ群を含む超音波トランスデューサアレイであって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群の外側に、該所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群が配置されている超音波トランスデューサアレイと、複数の超音波トランスデューサ群から送信された超音波を、超音波トランスデューサ群毎に異なる焦点距離に集束させることにより、複数の超音波ビームを形成するビーム形成手段であって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離に対して、該所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離の方が長くなるように超音波を集束させるビーム形成手段と、複数の超音波トランスデューサ群の各々を駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、複数の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、複数の超音波トランスデューサ群が超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、複数種類の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された複数種類の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。 In order to solve the above problems, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first aspect of the present invention is an ultrasonic transducer array including a plurality of ultrasonic transducer groups having different resonance frequencies, and has a predetermined resonance frequency. An ultrasonic transducer array in which an ultrasonic transducer group having a resonance frequency lower than the predetermined resonance frequency is arranged outside the ultrasonic transducer group, and ultrasonic waves transmitted from a plurality of ultrasonic transducer groups, Beam forming means for forming a plurality of ultrasonic beams by focusing to different focal lengths for each of the ultrasonic transducer groups, the focal length of the ultrasonic beams transmitted from the ultrasonic transducer group having a predetermined resonance frequency. On the other hand, an ultrasonic transducer having a resonance frequency lower than the predetermined resonance frequency. Beam forming means for focusing the ultrasonic wave so that the focal length of the ultrasonic beam transmitted from the transducer group becomes longer, and driving for generating a plurality of drive signals for driving each of the plurality of ultrasonic transducer groups Signal generating means, control means for controlling the drive signal generating means so that a plurality of ultrasonic beams are transmitted within a predetermined period, and detection generated by receiving a plurality of ultrasonic transducer groups Signal processing means for outputting a plurality of types of detection signals by performing predetermined signal processing on the signals, and image data for generating image data based on the intensities of the plurality of types of detection signals output from the signal processing means Generating means.
また、本発明の第2の観点に係る超音波診断装置は、第1の共振周波数を有する第1群の超音波トランスデューサと、該第1群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第1の共振周波数よりも低い第2の共振周波数を有する第2群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、第1群の超音波トランスデューサから送信された超音波を第1の焦点距離に集束させることにより第1の超音波ビームを形成する第1の音響レンズと、第2群の超音波トランスデューサから送信された超音波を、第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に集束させることにより第2の超音波ビームを形成する第2の音響レンズと、第1群及び第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、第1及び第2の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、第1群及び第2群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第1及び第2の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された第1及び第2の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。 An ultrasonic diagnostic apparatus according to a second aspect of the present invention is disposed on the outside of the first group of ultrasonic transducers having the first resonance frequency and the first group of ultrasonic transducers. An ultrasonic transducer array including a second group of ultrasonic transducers having a second resonance frequency lower than the first resonance frequency; and ultrasonic waves transmitted from the first group of ultrasonic transducers at a first focal length. The first acoustic lens that forms the first ultrasonic beam by focusing and the ultrasonic waves transmitted from the second group of ultrasonic transducers are focused on a second focal length longer than the first focal length. And a drive signal for generating a plurality of drive signals for driving the second acoustic lens for forming the second ultrasonic beam and the first and second group of ultrasonic transducers. The generating means, the control means for controlling the driving signal generating means so that the first and second ultrasonic beams are transmitted within a predetermined period, and the ultrasonic transducers of the first group and the second group are ultrasonic waves. The signal processing means for outputting the first and second detection signals by performing predetermined signal processing on the detection signal generated by receiving the signal, and the first and second output from the signal processing means Image data generating means for generating image data based on the intensity of the detection signal.
さらに、本発明の第3の観点に係る超音波診断装置は、第1の共振周波数を有する第1群の超音波トランスデューサと、該第1群の超音波トランスデューサの外側に配置されており、第1の共振周波数よりも低い第2の共振周波数を有する第2群の超音波トランスデューサとを含む超音波トランスデューサアレイと、第1群及び第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、第1の焦点距離に集束する第1の超音波ビームを形成するために、第1群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与え、第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に集束する第2の超音波ビームを形成するために、第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与えると共に、第1及び第2の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、駆動信号発生手段を制御する制御手段と、第1群及び第2群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する複数の検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第1及び第2の検出信号を出力する信号処理手段と、該信号処理手段から出力された第1及び第2の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段とを具備する。 Furthermore, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a third aspect of the present invention is disposed on the outside of the first group of ultrasonic transducers having the first resonance frequency and the first group of ultrasonic transducers, An ultrasonic transducer array including a second group of ultrasonic transducers having a second resonance frequency lower than one resonance frequency, and a plurality of drive signals for driving the first group and the second group of ultrasonic transducers Drive signal generating means for generating a first ultrasonic beam focused on a first focal length, and each of a plurality of drive signals for driving a first group of ultrasonic transducers is predetermined. A compound for driving the second group of ultrasonic transducers to provide a delay time and form a second ultrasonic beam that converges to a second focal length that is longer than the first focal length. A control means for controlling the drive signal generating means so as to give a predetermined delay time to each of the drive signals and to transmit the first and second ultrasonic beams within a predetermined period; Signal processing means for outputting first and second detection signals by performing predetermined signal processing on a plurality of detection signals generated by receiving ultrasonic waves by the second group of ultrasonic transducers; Image data generating means for generating image data based on the intensities of the first and second detection signals output from the processing means.
本発明によれば、高い共振周波数を有する第1の超音波トランスデューサの外側に、低い共振周波数を有する第2の超音波トランスデューサを配置すると共に、高い周波数の超音波を被検体の浅部に集束させ、低い周波数の超音波を被検体の深部に集束させるので、1度の超音波の送受信により、浅部については高分解能の超音波画像情報を得ることができると共に、深部についても十分な信号強度を有する超音波画像情報を得ることができる。また、2種類の超音波ビームのエコー信号を用いることにより、被検体の組織性状が表された周波数画像情報を生成することができる。 According to the present invention, the second ultrasonic transducer having the low resonance frequency is disposed outside the first ultrasonic transducer having the high resonance frequency, and the high frequency ultrasonic wave is focused on the shallow portion of the subject. Since the ultrasonic wave of low frequency is focused on the deep part of the subject, high-resolution ultrasonic image information can be obtained for the shallow part by one transmission / reception of the ultrasonic wave, and sufficient signal is also given for the deep part. Ultrasonic image information having intensity can be obtained. Further, by using echo signals of two types of ultrasonic beams, it is possible to generate frequency image information representing the tissue characteristics of the subject.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、互いに異なる2種類の周波数帯域(中心周波数fH及びfL)をそれぞれ有する2種類の超音波を送信すると共に、それらの超音波の反射波(超音波エコー)を受信することによって得られたそれぞれの検出信号の強度に基づくBモード画像と、それらの検出信号の周波数成分に基づく周波数画像とを生成することを特徴としている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. This ultrasonic diagnostic apparatus transmits two types of ultrasonic waves each having two different frequency bands (center frequencies f H and f L ) and receives reflected waves (ultrasonic echoes) of those ultrasonic waves. A B-mode image based on the intensity of each detection signal obtained by doing this and a frequency image based on the frequency component of those detection signals are generated.
図1に示すように、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波用探触子10と、送受信位置決定部21と、送信波形作成部22と、駆動信号発生部23H及び23Lとを含んでいる。超音波用探触子10は、図2に示す超音波トランスデューサアレイ1を有している。図2の(a)は、超音波トランスデューサアレイ1を示す平面図であり、図2の(b)は、超音波トランスデューサアレイ1を含む超音波用探触子10を示す側面図であり、図2の(c)は、図2の(a)に示す一点鎖線II−IIにおける断面図である。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an
図2の(a)に示すように、超音波トランスデューサアレイ1は、互いに異なる共振周波数を有する2種類の超音波トランスデューサ11及び12を含んでいる。これらの超音波トランスデューサ11及び12の各々は、印加される駆動信号に基づいて超音波ビームを送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して検出信号を出力する。本実施形態においては、1次元状に配列された複数の超音波トランスデューサ11の外側に、1次元状に配列された複数の超音波トランスデューサ12を配置することにより、1.5次元の超音波トランスデューサアレイ1が構成されている。本願において、1.5次元配列とは、1次元配列を数行程度(例えば、3〜5行)並べたものをいう。
As shown in FIG. 2A, the
各々の超音波トランスデューサ(振動子ともいう)11及び12は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料(圧電体)の両端に電極を形成することによって構成される。このような振動子の電極に、パルス状の電気信号又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体は伸縮し、それぞれの振動子からパルス状の超音波又は連続波の超音波が送信される。そこで、図2の(b)に示すように、ある振動子群101に含まれる複数の振動子の各々に所定の遅延を与えて駆動することにより、それらの振動子から送信される超音波の合成により、所望の方向に伝播する超音波ビームUSが形成される。同様に、位置をずらして設定された振動子群101、102、…を順次駆動することにより、超音波ビームの送信位置が矢印方向に移動する。これにより、被検体をリニアに走査することができる。また、それぞれの振動子11、12は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。これらの電気信号は、超音波の検出信号として出力される。
Each of the ultrasonic transducers (also referred to as vibrators) 11 and 12 is, for example, a piezoelectric ceramic represented by PZT (lead zirconate titanate) or PVDF (polyvinylidene difluoride). It is configured by forming electrodes on both ends of a piezoelectric material (piezoelectric body) such as a polymer piezoelectric element represented by When a voltage is applied by sending a pulsed electric signal or a continuous wave electric signal to the electrodes of such a vibrator, the piezoelectric body expands and contracts, and the pulsed ultrasonic wave or continuous wave ultrasonic wave from each vibrator. Is sent. Therefore, as shown in FIG. 2B, by driving each of a plurality of transducers included in a
図2の(c)に示すように、本実施形態においては、振動子11及び振動子12の電界方向の長さを変えることにより、それらの振動子の共振周波数を変化させている。即ち、長さLHの振動子11は、第1の共振周波数を有しており、周波数fHを含む周波数帯域の超音波を送受信する。また、長さLL(LL>LH)の振動子12は、第1の共振周波数よりも低い第2の共振周波数を有しており、周波数fL(fL<fH)を含む周波数帯域の超音波を送受信する。より好ましくは、fL×1.5<fH<fL×10とすれば、これらの周波数帯域を分離し易くなる。この他、振動子の材料や幅を変えることにより、共振周波数を変化させても良い。
As shown in FIG. 2C, in this embodiment, the resonance frequency of the
振動子11及び振動子12から送信される超音波の周波数帯域は、互いに分離していることが望ましく、さらには、それらの周波数帯域が2倍以上離れていることが望ましい。例えば、振動子12の周波数帯域を0.5MHz〜5MHzとする場合には、振動子11の周波数帯域を10MHz〜30MHzとする。これにより、一方の振動子から送信される超音波に対し、他方の振動子の感度が低くなるので、異なる種類の超音波が空間的に重なったエコーが受信された場合でも、不要な信号を容易に分離することができる。
The frequency bands of the ultrasonic waves transmitted from the
また、図2の(c)に示すように、超音波トランスデューサアレイ1の背面には、バッキング層13が配置されており、超音波トランスデューサアレイ1の前面には、音響レンズ14が配置されている。
バッキング層13は、例えば、エポキシ樹脂やゴムに、フェライト又は金属の粉体やセラミックスの粉末を混入した材料のように、音響減衰の大きい材料によって形成されており、超音波トランスデューサアレイ1から発生した不要な超音波を早く減衰させる。
Further, as shown in FIG. 2C, a
The
音響レンズ14は、領域14a〜14cを含んでいる。これらの領域は、シリコンゴム等により、それぞれ所定の形状に成形されている。音響レンズ14の領域14bは、振動子11(開口幅DH)から送信された超音波を、焦点距離FHに集束させる。また、音響レンズ14の領域14a及び14cは、振動子11の両外側に配置されている2つの振動子12(開口幅DL)から送信された超音波を、焦点距離FL(FL>FH)に集束させる。ここで、音響レンズ14は、本実施形態におけるように、領域14a〜14cが一体となるように成形されたものでも良いし、領域14bから成る音響レンズと、領域14a及び14cから成る音響レンズとを組み合わせて用いても良い。
The
このように、音響レンズ14は、高い周波数fHの超音波を被検体の浅部に集束し、低い周波数fLの超音波を被検体の深部に集束するように設計されているが、さらに、周波数fH及びfL、焦点距離FH及びFL、並びに、開口幅DH及びDLの値は、次のように規定されている。
As described above, the
振動子11の両外側に配置されている2つの振動子12から、超音波ビームUSLのみを送信する場合には、送信された直後の超音波ビームUSLの内側は、音圧強度分布が低い領域となる。そのような音圧強度分布が中空になっている領域(中空領域)15において、振動子10から送信される超音波ビームUSHを集束させることにより、超音波ビームUSHと超音波ビームUSLとを空間的に分離することが可能になる。
Two
超音波ビームの半径は、超音波の音速vと、周波数fと、焦点距離Fと、開口幅Dとを用いて、次式(1)によって表される。
ビーム半径=1.22×(v/f)×F/D …(1)
従って、式(1)によって表される超音波ビームUSHの焦点FHにおけるビーム径が、超音波ビームUSLの中空領域15の内側に収まるように、焦点距離FH及びFL、並びに、開口幅DH及びDLを設定すれば良い。なお、中空領域15の範囲は、焦点距離FLや開口幅DH及びDLを用いてシミュレーションすることにより、求めることができる。
The radius of the ultrasonic beam is expressed by the following equation (1) using the ultrasonic sound velocity v, the frequency f, the focal length F, and the aperture width D.
Beam radius = 1.22 × (v / f) × F / D (1)
Therefore, the focal lengths F H and F L , and so that the beam diameter at the focal point F H of the ultrasonic beam US H represented by the equation (1) falls within the
また、超音波ビームUSHは、焦点距離FHにおいて一旦集束し、その後再び発散するが、発散した超音波ビームUSHが、焦点距離FLにおいては十分に減衰していることが望ましい。それにより、焦点距離FL付近における超音波ビームUSLと超音波ビームUSHとのクロストークを低減することができるからである。従って、焦点距離FH及びFLを、そのような観点から規定することも必要である。 The ultrasonic beam US H are once focused at a focal length F H, then it diverges again, diverging ultrasonic beam US H is, it is desirable that sufficiently attenuated in the focal length F L. Thereby, since it is possible to reduce crosstalk between the ultrasonic beam US L and the ultrasonic beam US H near focal length F L. Accordingly, it is necessary to define the focal lengths F H and F L from such a viewpoint.
このような2種類の超音波ビームを送信することにより、音線上には、被検体からの距離に応じて特性の異なる領域RH、RHL、RLが形成される。領域RHから取得される超音波エコー信号は、主に高い周波数成分を含んでおり、距離分解能の高い信号となっている。また、中心開口から送信されることにより、近距離において超音波ビームが十分に絞られるので、領域RHからは、高い方位分解能を得ることもできる。一方、領域RLから取得されるエコー信号は、主に低い周波数成分を含んでおり、伝播距離が長くても十分な信号強度を有している。また、深部において超音波ビームが絞られるので、領域RLからは、良好な方位分解能を得ることができる。さらに、領域RHLから取得される超音波エコー信号は、高い周波数成分と低い周波数成分との両方を含んでいる。そのような広帯域な成分を含む信号は、後述する周波数画像を生成する際に用いることができる。 By transmitting such two types of ultrasonic beams, regions R H , R HL and R L having different characteristics according to the distance from the subject are formed on the sound ray. The ultrasonic echo signal acquired from the region RH mainly includes a high frequency component and has a high distance resolution. Further, since the ultrasonic beam is sufficiently narrowed at a short distance by being transmitted from the central aperture, a high azimuth resolution can be obtained from the region RH . On the other hand, the echo signal acquired from the region RL mainly includes a low frequency component and has a sufficient signal strength even when the propagation distance is long. In addition, since the ultrasonic beam is narrowed in the deep part, a good azimuth resolution can be obtained from the region RL . Furthermore, the ultrasonic echo signal acquired from the region R HL includes both a high frequency component and a low frequency component. A signal including such a broadband component can be used when generating a frequency image to be described later.
これらの領域RH、RHL、RLの長さは、焦点距離FH及びFLによって調整することができる。例えば、焦点距離FH及びFLを、FH×1.5≦FL≦FH×3を満たすように設定すれば良い。この場合には、診断目的に合った超音波ビームを、被検体内の深さ方向の広い領域に形成することができると共に、各超音波ビームの分解能や到達距離を最適にすることができる。 The lengths of these regions R H , R HL and R L can be adjusted by the focal lengths F H and F L. For example, the focal lengths F H and F L may be set so as to satisfy F H × 1.5 ≦ F L ≦ F H × 3. In this case, an ultrasonic beam suitable for the diagnostic purpose can be formed in a wide region in the depth direction in the subject, and the resolution and reach distance of each ultrasonic beam can be optimized.
以下に、周波数fH及びfLと、焦点距離FH及びFLの具体例を挙げる。例えば、四肢を撮像する場合には、皮膚組織である表面から深さ約3cmの領域内に、周波数fH≧15MHzの超音波の焦点距離FHを設定し、骨や腱が存在する深さ3cm〜7cm程度の領域内に、周波数fL=0.5MHz〜4MHzの超音波の焦点距離FLを設定する。また、胴体部等を撮像する場合には、乳腺や甲状腺や頚動脈等が存在する深さ5cm〜10cm程度の領域内に、周波数fH=5MHz〜15MHzの超音波の焦点距離FHを設定し、腹部や心臓が存在する深さ約10cm以上の領域内に、周波数fL=2MHz〜4MHzの超音波の焦点距離FLを設定する。 Specific examples of the frequencies f H and f L and the focal lengths F H and F L will be given below. For example, when imaging limbs, an ultrasonic focal length F H with a frequency f H ≧ 15 MHz is set in a region about 3 cm deep from the surface, which is skin tissue, and the depth at which bones and tendons are present. the 3cm~7cm about in the area, setting the focal length F L of the ultrasonic frequencies f L = 0.5MHz~4MHz. In addition, when imaging the torso, etc., an ultrasonic focal length F H of a frequency f H = 5 MHz to 15 MHz is set in a region having a depth of about 5 cm to 10 cm where a mammary gland, a thyroid gland, a carotid artery, and the like exist. , about 10cm or more in the region depth exists abdomen, heart, setting the focal length F L of the ultrasonic frequencies f L = 2MHz~4MHz.
再び、図1を参照すると、送受信位置決定部21は、超音波ビームの送信位置と、超音波エコーの受信方向と順次設定する。
送信波形作成部22は、図2の(a)及び(c)に示すように、送受信位置決定部21において設定された送信位置に応じて、駆動される振動子群101、102、…を設定すると共に、設定された振動子群に含まれる複数の振動子11及び12の各々に与えられる遅延時間を設定する。また、送信波形作成部22は、複数の振動子11及び12から所定の周波数帯域の超音波を送信させるために、後述する駆動信号発生部23H及び23Lが発生する駆動信号の周波数をそれぞれ設定する。
Referring to FIG. 1 again, the transmission / reception
As shown in FIGS. 2A and 2C, the transmission
駆動信号発生部23H及び23Lの各々は、複数の振動子に与えられる駆動信号をそれぞれ発生する複数の駆動信号発生回路と、駆動信号発生回路が発生する駆動信号に所望の遅延を与える複数の遅延回路とによって構成されている。これらの遅延回路は、送信波形作成部22において設定された遅延時間に基づいて、駆動信号を遅延させる。
Each of the
駆動信号発生部23Hと、駆動信号発生部23Lとは、互いに異なる帯域の駆動信号を発生する駆動信号発生回路を有している。即ち、駆動信号発生部23Hは、各振動子11を駆動するために、周波数fHの成分を含む駆動信号を発生する。一方、駆動信号発生部23Lは、各振動子12を駆動するために、周波数fLの成分を含む駆動信号を発生する。
制御部25の制御の下で、駆動信号発生部23H及び23Lが所定の期間内(例えば、同時)に駆動信号を発生することにより、超音波用探触子10から、超音波ビームUSH及びUSLが、同時、又は、ほぼ同時に送信される。
The drive
Under the control of the
また、本実施形態に係る超音波診断装置は、操作卓24と、CPUによって構成されている制御部25と、ハードディスク等の記録部26とを含んでいる。制御部25は、操作卓24を用いたオペレータの操作に基づいて、超音波診断装置の各部を制御する。記録部26には、制御部25を構成するCPUに各種の動作を実行させるプログラムや、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性等が記録される。
In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an
さらに、本実施形態に係る超音波診断装置は、信号処理部31H及び31Lと、受信フォーカス処理部32H及び32Lと、A/D変換器33H及び33Lと、1次記憶部34H及び34Lと、Bモード画像データ生成部35H及び35Lと、周波数解析部36H及び36Lと、抽出周波数演算部37と、注目周波数自動決定部38と、周波数画像データ生成部39と、周波数画像表示領域判断部40と、画像合成部41と、2次記憶部42と、画像処理部43と、表示部44と、送信ビーム自動変更部45とを含んでいる。
Furthermore, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes
信号処理部31Hは、複数の超音波トランスデューサ11にそれぞれ対応する複数のチャンネルを有しており、信号処理部31Lは、複数の超音波トランスデューサ12にそれぞれ対応する複数のチャンネルを有している。信号処理部31H及び31Lの各チャンネルは、対応する超音波トランスデューサから出力される検出信号を、制御部25の制御の下で所定のタイミングで取り込む。例えば、信号処理部31Hは、受信開始時から所定の深さ(例えば、図2の領域RHLまで)に対応する時刻まで信号を取り込む。一方、信号処理部31Lは、深さFL×0.5に対応する時刻から所定の深さ(例えば、図2の領域RLまで)に対応する時刻まで信号を取り込む。このように、検出信号の取り込みタイミングを制御することにより、被検体の所定の深さにおいて反射した超音波エコーを表す信号を取得することができる。さらに、信号処理部31H及び31Lの各チャンネルは、取り込んだ検出信号を増幅すると共に、STC(sensitivity time control:センシティビティ・タイム・コントロール)増幅器を用いて距離による減衰の補正を施す。
The
受信フォーカス処理部32H及び32Lは、信号処理部31H及び31Lにおいて処理された複数の検出信号にそれぞれ所定の遅延を与え、それらを加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が形成される。なお、受信フォーカス処理は、STC増幅器による補正の前に行うようにしても良い。
The reception
A/D変換器33H及び33Lは、受信フォーカス処理を施された音線信号をディジタル変換することにより、音線データを生成する。A/D変換器33H及び33Lのサンプリング周波数は、少なくとも超音波の周波数の10倍程度であることが必要であり、超音波の周波数の16倍以上であることが望ましい。また、A/D変換器の分解能は、10ビット以上であることが望ましい。なお、エリアシング(折り返し歪)を低減又は除去するために、A/D変換を行う前に、音線信号にローパスフィルタ処理等のアンチエリアシングフィルタ処理を施すことが望ましい。また、A/D変換は、受信フォーカス処理を行う前の検出信号について施されても良い。
The A /
1次記憶部34H及び34Lは、A/D変換器33H及び33Lによって生成された音線データを記憶する。
Bモード画像データ生成部35Hは、1次記憶部34Hに記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、高い周波数fHの超音波に基づいて得られたBモード画像(Bモード画像H)を表す画像データを生成する。一方、Bモード画像データ生成部35Lは、1次記憶部34Lに記憶されている音線データに対して包絡線検波処理を施し、低い周波数fLの超音波に基づいて得られたBモード画像(Bモード画像L)を表す画像データを生成する。
The
B-mode image
一方、周波数解析部36H及び36Lは、1次記憶部34H及び34Lにそれぞれ記憶されている音線データが表す波形に含まれる各領域(即ち、被検体の深さ方向を表す各領域)について、広帯域の検出信号に含まれている複数の周波数成分をフーリエ変換によって算出する。なお、周波数解析部36H及び36Lにおいて、高速フーリエ変換(FFT)を行う場合には、周波数解析部36H及び36Lの前段に、音線データを構成するデータ数が2N個(Nは整数)になるように補間を行う補間処理部を設ける。
On the other hand, the
抽出周波数演算部37は、周波数解析部36H及び36Lによって算出された複数の周波数成分に基づいて、周波数画像を表示するために用いられる周波数成分を抽出すると共に、抽出された周波数成分を用いて所定の演算処理を行う。これにより、被検体の深さ方向の各領域における組織特有の情報を表す特徴量が求められる。抽出周波数演算部37は、複数の周波数成分の内から、例えば、強度の大きい1つの周波数成分を抽出して出力しても良いし、複数の周波数成分を抽出し、それらの間の差や比のように、強度の相対関係を算出して出力しても良い。このように、超音波エコー強度の大きい部分に着目する場合には、その部分における特定の組織の周波数特性に関する特徴に基づいて周波数成分を決定することにより、その特定の組織をより強調して表示することができる。反対に、超音波エコー強度の小さい部分に着目して周波数成分を決定することにより、多数の弱いエコーが加算され干渉した結果として生じるスペックル成分を低減することも可能である。いずれにしても、SN比を改善することができる。また、複数の周波数成分の相対値を算出する場合には、その相対値に基づいて、特定の組織の2次元的な分布を正確に求めることができる。
The extracted
注目周波数自動決定部38は、抽出周波数演算部37において用いられる注目すべき周波数を自動的に決定する。その際に、注目周波数自動決定部38は、予め定められている複数の周波数を自動的に決定しても良い。例えば、注目周波数自動決定部38は、周波数解析部36H及び36Lによって算出された複数の周波数成分の中から、被検体の深さ方向の全部又は一部の領域について、大きなピーク又はディップを有する少なくとも1つの周波数を自動的に決定しても良いし、所定の値だけ離れた周波数成分の組み合わせを用いても良い。
The attention frequency
さらに、超音波トランスデューサの送受信における周波数特性を記録部26に記録しておき、制御部25の制御の下で、超音波トランスデューサの周波数特性に対応して、駆動信号の振幅や検出信号の振幅を補正するようにすれば、より正確に周波数成分を抽出することができる。また、検出信号の周波数成分のみならず、位相成分も抽出して超音波画像の生成に利用すれば、さらに多くの情報を得ることができる。
Further, the frequency characteristic in transmission / reception of the ultrasonic transducer is recorded in the
周波数画像データ生成部39は、抽出周波数演算部37から出力された特徴量に基づいて、周波数画像データを生成する。その際には、被検体の深さ方向の各領域に対応する周波数画像上の領域を、抽出周波数演算部37からの出力値に応じて色分け、又は、輝度別に表示するようにしても良い。
The frequency image
周波数画像表示領域判断部40は、抽出周波数演算部37における演算結果に基づいて、Bモード画像に合成して表示される周波数画像の領域(表示領域)を判断する。例えば、抽出周波数演算部37において求められた特徴量が、複数の周波数成分の間の差である場合に、その差が所定の値以上である領域を表示領域とする。これにより、特定の性状を有する組織等をBモード画像と重ね合わせて表示することができる。
The frequency image display
画像合成部41は、Bモード画像データ生成部35Hによって生成されたBモード画像データと、Bモード画像データ生成部35Lによって生成されたBモード画像データと、周波数画像データ生成部39によって生成された周波数画像データとに所定の演算処理を施すことにより、合成画像データを生成する。この合成画像データは、例えば、Bモード画像Hと、Bモード画像Lとをつなぎ合わせ、そこに周波数画像を重ね合わせた画像を表す。これらの3種類の画像を表示する領域は、操作卓24を用いてオペレータによりマニュアル指定されても良いし、予め定められた条件に基づいて自動指定されても良い。周波数画像については、周波数画像表示領域判断部40によって判断された表示領域を用いても良い。Bモード画像H及びBモード画像Lの表示領域を指定する際には、次のような方法が考えられる。例えば、Bモード画像HとBモード画像Lとを、所定の深さを境界としてつなぎ合わせるように指定しても良いし、所定の信号値以上となる領域を境界としてつなぎ合わせるように指定しても良い。或いは、Bモード画像HとBモード画像Lとが重複する領域については、信号値の大きい方の画像データが用いられるように指定しても良い。
The
2次記憶部42は、画像合成部41から出力される画像データを記憶する。画像処理部43は、2次記憶部42に記憶されている画像データに、各種の画像処理を施す。表示部44は、例えば、CRTやLCD等のディスプレイ装置を含んでおり、画像処理部43によって画像処理が施された画像データに基づいて超音波画像を表示する。
The
送信ビーム自動変更部45は、周波数画像表示領域判断部40における判断結果に基づいて、必要があれば、次に送信される超音波ビームUSH及びUSLの周波数を変更させるための情報を、送受信位置決定部21に出力する。
Based on the determination result in the frequency image display
図3は、本実施形態に係る超音波診断装置によって生成された超音波画像を模式的に表している。この超音波画像は、関節を含む上肢を超音波撮像することによって得られたものである。このような領域は、主に整形分野においてしばしば撮像対象とされる。
図3においては、被検体110の表面から骨部112の表面までの領域R1を表すBモード画像Hと、骨部120の表面よりも深い領域R2を表すBモード画像Lとが合成されている。これにより、皮膚組織及び筋肉組織111のように、高分解能が必要とされる浅部の領域と、骨部112の内部のように、一般に超音波が透過し難い領域との両方を、明確に画像化することができる。さらに、周波数fHの超音波と周波数fLの超音波とを用いて得られた周波数画像を重ね合わせることにより(領域R3)、腱及び靭帯113や、軟骨114等の組織性状を、明確に分離して表示することができる。
FIG. 3 schematically shows an ultrasonic image generated by the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. This ultrasonic image is obtained by ultrasonic imaging of the upper limb including the joint. Such a region is often an imaging target mainly in the shaping field.
In FIG. 3, a B mode image H representing the region R 1 from the surface of the subject 110 to the surface of the
このように、本実施形態によれば、2種類の超音波ビームを、焦点距離をずらして同時に送信するので、被検体内の深さに応じて適切な周波数の超音波エコー信号を得ることができる。即ち、被検体内の浅部に関する距離分解能及び方位分解能の高い超音波エコー信号と、被検体内の深部に関する十分な信号強度及び方位分解能を有する超音波エコー信号とを、短期間に取得できる。従って、フレームレートを低下させることなく、撮像領域全体に渡って画質の良い超音波画像を生成することが可能になる。また、互いに異なる周波数を用いることにより、単一の周波数を用いる場合には判別できない組織性状を画像化することも可能になる。 As described above, according to the present embodiment, two types of ultrasonic beams are transmitted at the same time while shifting the focal length, so that an ultrasonic echo signal having an appropriate frequency can be obtained according to the depth in the subject. it can. That is, an ultrasonic echo signal having a high distance resolution and azimuth resolution regarding the shallow portion in the subject and an ultrasonic echo signal having a sufficient signal intensity and azimuth resolution regarding the deep portion in the subject can be acquired in a short time. Therefore, it is possible to generate an ultrasonic image with good image quality over the entire imaging region without reducing the frame rate. In addition, by using different frequencies, it is possible to image tissue properties that cannot be distinguished when using a single frequency.
以上説明した本発明の第1の実施形態においては、互いに周波数帯域が異なる2種類の超音波を用いているが、3種類以上の超音波を用いても良い。その場合には、例えば、図4の(a)に示すように、複数の振動子12の両外側に、周波数fLよりも低い周波数の超音波USLLを送信する第3の振動子16が配列された超音波トランスデューサアレイ2を作製し、図4の(b)に示すように、超音波トランスデューサアレイ2の前面に、第3の振動子16から送信される超音波USLLを、焦点距離FLよりもさらに遠く(焦点距離FLL)に集束する音響レンズ17を設ける。また、超音波診断装置の本体には、第3の振動子16に対応する送信系及び受信系の処理部をさらに設ければ良い。
In the first embodiment of the present invention described above, two types of ultrasonic waves having different frequency bands are used, but three or more types of ultrasonic waves may be used. In this case, for example, as shown in FIG. 4A, the
また、本実施形態においては、リニア型のアレイを用いているが、それ以外の型のアレイを用いても良い。例えば、半径の異なる円形又は円環状の複数の振動子が同心円状に配列されたアニュラアレイを用いても良い。その場合には、同心円の内側に、高い周波数の超音波を送信する円形又は円環状の振動子を配置し、同心円の外側に、低い周波数の超音波を送信する円環状の振動子を配置すると共に、それぞれの周波数の超音波ビームを互いに異なる距離に集束させる音響レンズを設ける。或いは、複数の振動子が凹型に配列されたコンベックスアレイを用いても良い。 In this embodiment, a linear array is used, but other types of arrays may be used. For example, an annular array in which a plurality of circular or annular transducers having different radii are arranged concentrically may be used. In that case, a circular or annular vibrator that transmits high-frequency ultrasonic waves is disposed inside the concentric circle, and an annular vibrator that transmits low-frequency ultrasonic waves is disposed outside the concentric circle. At the same time, an acoustic lens for focusing the ultrasonic beams having the respective frequencies at different distances is provided. Alternatively, a convex array in which a plurality of vibrators are arranged in a concave shape may be used.
本実施形態においては、振動子の種類によってある周波数に対する感度が異なることから、周波数fHの超音波は振動子11によって検出され、周波数fLの超音波は振動子12によって検出される。しかしながら、振動子12から周波数fLの超音波を送信し、骨の内部等の深部において発生したハーモニック信号(高調波信号)を、振動子11によって検出するようにしても良い。振動子11からの検出信号の取り込みを、深部からの超音波エコーの到達タイミングまで伸ばすことにより、フィルタ等を用いることなく、基本波と高調波とを分離することが可能になる。そのようにして取得されたハーモニック信号に基づいてハーモニック画像を生成し、それをBモード画像上の対応する表示領域に重ね合わせて表示しても良い。
In the present embodiment, since the sensitivity to a certain frequency differs depending on the type of the vibrator, the ultrasonic wave with the frequency f H is detected by the
次に、本発明の第2の実施形態に係る超音波診断装置について、図5及び図6を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。
本実施形態に係る超音波診断装置は、図1に示す超音波用探触子10、送受信位置決定部21、送信波形作成部22、及び、送信ビーム自動変更部45の替わりに、図5に示す超音波用探触子50、送受信位置決定部61、送信波形作成部62、及び、送信ビーム自動自動変更部65を有しており、さらに、送信遅延パターン記憶部63と受信遅延パターン制御部64とを有している。その他の構成については、本発明の第1の実施形態において説明したものと同様である。
Next, an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment is shown in FIG. 5 in place of the
超音波用探触子50は、図5に示す超音波トランスデューサアレイ3を有している。図6の(a)は、超音波トランスデューサアレイ3を示す平面図であり、図6の(b)は、超音波トランスデューサアレイ3を含む超音波用探触子50を示す側面図である。
図6の(a)に示すように、超音波トランスデューサアレイ3は、1.5次元配列されている複数の振動子51と、その両外側にそれぞれ1.5次元配列されている複数の振動子52とを含んでいる。各振動子51は、周波数fHを含む周波数帯域の超音波を送信し、各振動子52は、周波数fL(fL<fH)を含む帯域の超音波を送信する。
The ultrasonic probe 50 has an
As shown in FIG. 6A, the
図6の(b)に示すように、本実施形態においては、超音波トランスデューサアレイ3の前面に音響レンズを設ける替わりに、各振動子を電子的に制御することにより、超音波ビームの焦点を形成している。即ち、図6の(c)に示すように、複数の振動子52a〜52jに所定の遅延時間T1、T2、…をそれぞれ与えて駆動することにより、中空領域54を含み、距離FLに集束する超音波ビームUSLを形成することができる。同様に、中央部に配置されている複数の振動子51a〜51eに所定の遅延時間T1’、T2’、…をそれぞれ与えて駆動することにより、中空領域54内の距離FHに集束する超音波ビームUSHを形成することができる。なお、送信される2種類の超音波の周波数と、焦点距離と、超音波トランスデューサアレイの開口との関係については、本発明の第1の実施形態において説明したものと同様である。
As shown in FIG. 6B, in this embodiment, instead of providing an acoustic lens on the front surface of the
超音波トランスデューサアレイ3において、図6の(b)に示すように、超音波送信面が揃うように振動子51及び52を配置しても良いし、図6の(d)に示すように、振動子51の超音波送信面が振動子52の超音波送信面よりも下がるように、振動子51及び52を配置しても良い。後者の場合には、超音波ビームUSHの焦点FHを、超音波ビームUSLの中空領域54内に形成し易くなる。なお、超音波トランスデューサアレイ3の背面には、バッキング層53が配置されている。
In the
再び、図5を参照すると、送受信位置決定部61は、超音波ビームの送信位置及び焦点距離と、超音波エコーの受信方向とを順次設定する。
送信遅延パターン記憶部63は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信波形作成部62は、送受信位置決定部61において設定された送信位置に応じて、駆動される振動子群201、202、…を設定すると共に、送受信位置決定部61において設定された焦点距離に基づいて、送信遅延パターン記憶部63に記憶されている複数の遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて、設定された振動子群に含まれる複数の振動子51及び52の各々に与えられる遅延時間を設定する。
Referring to FIG. 5 again, the transmission / reception
The transmission delay
受信遅延パターン制御部64は、送受信位置決定部61において設定された超音波の受信方向及び焦点距離に基づいて、受信フォーカス処理部32H及び32Lにおいて複数の検出信号に与えられる遅延パターンを制御する。
送信ビーム自動変更部65は、周波数画像表示領域判断部40における判断結果に基づいて、必要があれば、次に、送信される超音波ビームUSH及びUSLの周波数や焦点距離を変更させるための情報を、送受信位置決定部61に出力する。例えば、周波数画像の表示領域が狭く、周波数画像によって得られる情報が少ない場合には、1つの周波数の超音波ビームによって得られるBモード画像の範囲を広くするために、図6の(b)に示す焦点距離FH及びFLの間隔を調節する。
The reception delay pattern control unit 64 controls the delay patterns given to the plurality of detection signals in the reception
Based on the determination result in the frequency image display
以上説明したように、本実施形態によれば、2種類の超音波ビームの焦点距離をそれぞれ変化させることができるので、被検体内の各深さに、さらに適切な周波数の超音波を照射することが可能になり、それによって得られた超音波エコーに基づいて超音波画像や周波数画像を生成することが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, since the focal lengths of the two types of ultrasonic beams can be changed, the ultrasonic waves having an appropriate frequency are irradiated to each depth in the subject. It becomes possible to generate an ultrasonic image and a frequency image based on the ultrasonic echo obtained thereby.
ここで、再び、図6の(b)を参照すると、本実施形態においては、超音波ビームUSHを2度打ちしても良い。即ち、最初に超音波ビームUSHと超音波ビームUSLとを同時に送信し、超音波ビームUSL又はその超音波エコー(即ち、深部からの超音波エコー)が被検体内を伝播している間に、超音波ビームUSHを、焦点距離をずらして再び送信する。このように、被検体内の浅部について、駆動信号の発生間隔を短く(例えば、1/2)にしてダイナミックフォーカスを行うことにより、分解能をさらに向上させることが可能になる。 Here, again, referring to FIG. 6 (b), in the present embodiment may be double impact ultrasonic beam US H. That is, transmitted first ultrasonic beam US H and ultrasonic beam US L at the same time, the ultrasonic beam US L or ultrasonic echo (i.e., ultrasound echo from deep) is propagated within the object during the ultrasonic beam US H, transmits again shifting the focal length. As described above, it is possible to further improve the resolution by performing dynamic focusing on the shallow portion in the subject with a short drive signal generation interval (for example, 1/2).
なお、本実施形態においても、互いに周波数が異なる3種類以上の超音波を用いても良い。その場合には、図6の(a)に示す1.5次元配列された複数の振動子52の両外側に、周波数fLよりも中心周波数が低い超音波を送信する第3、第4、…の振動子を1.5次元配列すると共に、振動子の配置がアレイの外側になるほど、超音波ビームの焦点距離が長くなるように、各振動子の駆動タイミングを電子的に制御すれば良い。
Also in this embodiment, three or more types of ultrasonic waves having different frequencies may be used. In that case, third, fourth, and fourth ultrasonic waves having a center frequency lower than the frequency f L are transmitted to both outer sides of the plurality of 1.5-dimensionally arranged
次に、本発明の第2の実施形態に係る超音波診断装置の変形例について、図7を参照しながら説明する。
図7の(a)に示すように、図6の(a)に示す超音波トランスデューサアレイ3を複数並べることにより、超音波トランスデューサアレイ4を作製しても良い。この場合には、図7の(b)に示すように、一度に送信される超音波ビームの数を増やすことができる。従って、1回の超音波の送受信により、広い領域に関する超音波情報を取得することができるので、被検体内の3次元領域を高速に走査することが可能になる。
Next, a modification of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7A, the ultrasonic transducer array 4 may be manufactured by arranging a plurality of
或いは、図6の(a)に示す超音波トランスデューサアレイ3の替わりに、図8に示す2次元超音波トランスデューサアレイ5を用いても良い。この超音波トランスデューサアレイは、中心周波数fHの超音波を送信する複数の振動子71と、中心周波数fLの超音波を送信する複数の振動子72とを含んでいる。超音波送信面のある小領域内に配置されている複数の振動子71と、それらの振動子71を囲むように配置されている振動子72とにより、振動子群73が形成されている。
Alternatively, a two-dimensional
複数の振動子群73の各々に与えられる駆動信号を電子的に制御することにより、周波数が互いに異なる2種類の超音波ビームを、互いに異なる距離に集束するように同時に送信することができる。その際に、駆動信号の遅延パターンを変更することにより、各超音波ビームの焦点距離を変化させることができる。
この変形例を用いる場合には、一度に送信される超音波ビームの数を増やして、被検体内の3次元領域をさらに高速に走査することが可能になる。
By electronically controlling the drive signal applied to each of the plurality of
In the case of using this modification, it is possible to increase the number of ultrasonic beams transmitted at a time and scan the three-dimensional region in the subject at higher speed.
さらに、振動子71及び72の各々に与えられる駆動信号の遅延パターンを変更することにより、所望の方向に伝播する超音波ビームを形成しても良い。超音波ビームの送信方向を変化させる場合には、超音波用探触子を機械的に移動させることなく、被検体内の3次元領域を走査することが可能になる。
Furthermore, an ultrasonic beam propagating in a desired direction may be formed by changing the delay pattern of the drive signal applied to each of the
また、半径の異なる円形又は円環状の複数の振動子を同心円状に配列することにより、アニュラアレイを作製しても良い。その場合には、同心円の内側に、高い周波数の超音波を送信する円形又は円環状の複数の振動子を配置し、同心円の外側に、低い周波数の超音波を送信する円環状の複数の振動子を配置する。そして、それらの振動子を電子的に制御することにより、そこから送信される超音波ビームの焦点距離を変化させることができる。 An annular array may be fabricated by concentrically arranging a plurality of circular or annular vibrators having different radii. In that case, a plurality of circular or annular transducers transmitting high frequency ultrasonic waves are arranged inside the concentric circles, and a plurality of annular vibrations transmitting low frequency ultrasonic waves outside the concentric circles. Place a child. And by controlling these vibrators electronically, the focal length of the ultrasonic beam transmitted therefrom can be changed.
或いは、互いに異なる複数の周波数を送信する複数の種類の振動子を、2次元的にランダムに配置した2次元アレイを用いても良い。この場合においても、振動子の種類ごとに駆動タイミングを電子的に制御することにより、送信される超音波ビームの焦点距離を、超音波ビームの周波数ごとに変化させることができる。このように、超音波ビームを多段フォーカスして送信することにより、互いに周波数の異なる複数の超音波ビームを、撮像領域全体に照射することが可能になる。 Alternatively, a two-dimensional array in which a plurality of types of transducers that transmit a plurality of different frequencies may be randomly arranged two-dimensionally. Even in this case, the focal length of the transmitted ultrasonic beam can be changed for each frequency of the ultrasonic beam by electronically controlling the drive timing for each type of transducer. In this way, by transmitting the ultrasonic beam with multiple stages of focus, it is possible to irradiate the entire imaging region with a plurality of ultrasonic beams having different frequencies.
本発明は、超音波を送受信して生体内の臓器や骨等の撮像を行うことにより、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an ultrasonic image used for diagnosis by transmitting and receiving ultrasonic waves and imaging an organ, bone, and the like in a living body.
1〜5 超音波トランスデューサアレイ
10、50 超音波用探触子
11、12、16、51、52、71、72 超音波トランスデューサ(振動子)
13、53 バッキング層
14、17 音響レンズ
14a〜14c 領域
15、54 中空領域
21、61 送受信位置決定部
22、62 送信波形作成部
23H、23L 駆動信号発生部
24 操作卓
25 制御部
26 記録部
31H、31L 信号処理部
32H、32L 受信フォーカス処理部
33H、33L A/D変換器
34H、34L 1次記憶部
35H、35L Bモード画像データ生成部
36H、36L 周波数解析部
37 抽出周波数演算部
38 注目周波数自動決定部
39 周波数画像データ生成部
40 周波数画像表示領域判断部
41 画像合成部
42 2次記憶部
43 画像処理部
44 表示部
45、65 送信ビーム自動変更部
63 送信遅延パターン記憶部
64 受信遅延パターン制御部
73、101、102、…、201、202、… 振動子群
110 被検体
111 皮膚組織及び筋肉組織
112 骨部
113 腱及び靭帯
114 軟骨
1-5
13, 53 Backing layers 14, 17
Claims (13)
前記複数の超音波トランスデューサ群から送信された超音波を、超音波トランスデューサ群毎に異なる焦点距離に集束させることにより、複数の超音波ビームを形成するビーム形成手段であって、所定の共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離に対して、前記所定の共振周波数よりも低い共振周波数を有する超音波トランスデューサ群から送信される超音波ビームの焦点距離の方が長くなるように超音波を集束させるビーム形成手段と、
前記複数の超音波トランスデューサ群の各々を駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記複数の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記複数の超音波トランスデューサ群が超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、複数種類の検出信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力された複数種類の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。 An ultrasonic transducer array including a plurality of ultrasonic transducer groups having different resonance frequencies, and an ultrasonic wave having a resonance frequency lower than the predetermined resonance frequency outside the ultrasonic transducer group having the predetermined resonance frequency An ultrasonic transducer array in which transducer groups are arranged;
Beam forming means for forming a plurality of ultrasonic beams by focusing the ultrasonic waves transmitted from the plurality of ultrasonic transducer groups at different focal lengths for each ultrasonic transducer group, and having a predetermined resonance frequency. The focal length of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic transducer group having a resonance frequency lower than the predetermined resonance frequency is longer than the focal length of the ultrasonic beam transmitted from the ultrasonic transducer group having Beam forming means for focusing the ultrasonic wave,
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals for driving each of the plurality of ultrasonic transducer groups;
Control means for controlling the drive signal generating means so that the plurality of ultrasonic beams are transmitted within a predetermined period;
Signal processing means for outputting a plurality of types of detection signals by performing predetermined signal processing on detection signals generated when the plurality of ultrasonic transducer groups receive ultrasonic waves, and
Image data generating means for generating image data based on the intensity of a plurality of types of detection signals output from the signal processing means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記第1群の超音波トランスデューサから送信された超音波を第1の焦点距離に集束させることにより第1の超音波ビームを形成する第1の音響レンズと、
前記第2群の超音波トランスデューサから送信された超音波を、第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に集束させることにより第2の超音波ビームを形成する第2の音響レンズと、
前記第1群及び第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記第1及び第2の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記第1群及び第2群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第1及び第2の検出信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力された第1及び第2の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。 A first group of ultrasonic transducers having a first resonance frequency, and a second group having a second resonance frequency lower than the first resonance frequency, disposed outside the first group of ultrasonic transducers. An ultrasonic transducer array comprising:
A first acoustic lens that forms a first ultrasonic beam by focusing ultrasonic waves transmitted from the first group of ultrasonic transducers to a first focal length;
A second acoustic lens that forms a second ultrasonic beam by focusing the ultrasonic waves transmitted from the second group of ultrasonic transducers to a second focal length longer than the first focal length;
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals for driving the ultrasonic transducers of the first group and the second group;
Control means for controlling the drive signal generating means so that the first and second ultrasonic beams are transmitted within a predetermined period;
Signal processing means for outputting first and second detection signals by performing predetermined signal processing on detection signals generated when the ultrasonic transducers of the first group and second group receive ultrasonic waves, respectively; ,
Image data generating means for generating image data based on the intensities of the first and second detection signals output from the signal processing means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記第1群及び第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
第1の焦点距離に集束する第1の超音波ビームを形成するために、前記第1群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与え、第1の焦点距離よりも長い第2の焦点距離に集束する第2の超音波ビームを形成するために、前記第2群の超音波トランスデューサを駆動するための複数の駆動信号の各々に所定の遅延時間を与えると共に、前記第1及び第2の超音波ビームが所定の期間内に送信されるように、前記駆動信号発生手段を制御する制御手段と、
前記第1群及び第2群の超音波トランスデューサが超音波を受信することにより発生する複数の検出信号に所定の信号処理をそれぞれ施すことにより、第1及び第2の検出信号を出力する信号処理手段と、
前記信号処理手段から出力された第1及び第2の検出信号の強度に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を具備する超音波診断装置。 A first group of ultrasonic transducers having a first resonance frequency, and a second group having a second resonance frequency lower than the first resonance frequency, disposed outside the first group of ultrasonic transducers. An ultrasonic transducer array comprising:
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals for driving the ultrasonic transducers of the first group and the second group;
In order to form a first ultrasonic beam focused at a first focal length, a predetermined delay time is given to each of a plurality of drive signals for driving the first group of ultrasonic transducers, In order to form a second ultrasonic beam that is focused to a second focal length that is longer than the focal length, a predetermined delay time is applied to each of a plurality of drive signals for driving the second group of ultrasonic transducers. And a control means for controlling the drive signal generating means so that the first and second ultrasonic beams are transmitted within a predetermined period;
Signal processing for outputting first and second detection signals by performing predetermined signal processing on a plurality of detection signals generated when the ultrasonic transducers of the first group and the second group receive ultrasonic waves, respectively. Means,
Image data generating means for generating image data based on the intensities of the first and second detection signals output from the signal processing means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
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Legal Events
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