JP2574824B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
超音波診断装置Info
- Publication number
- JP2574824B2 JP2574824B2 JP62314032A JP31403287A JP2574824B2 JP 2574824 B2 JP2574824 B2 JP 2574824B2 JP 62314032 A JP62314032 A JP 62314032A JP 31403287 A JP31403287 A JP 31403287A JP 2574824 B2 JP2574824 B2 JP 2574824B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- center frequency
- ultrasonic
- output
- zero
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生体組織における超音波減衰を反映した映
像および評価値を与えるに好適な超音波診断装置に関す
る。
像および評価値を与えるに好適な超音波診断装置に関す
る。
生体の各組織固有の超音波減衰特性を弁別して各組織
の病態と減衰特性との間の相関関係を求め、これにより
超音波診断装置の診断機能を高めようとする試みが盛ん
に行なわれている。多くの場合、生体組織の減衰特性
は、反射RFパルス信号のスペクトラムの中心周波数が深
部反射ほど低周波数領域に偏移する現象を利用してい
る。
の病態と減衰特性との間の相関関係を求め、これにより
超音波診断装置の診断機能を高めようとする試みが盛ん
に行なわれている。多くの場合、生体組織の減衰特性
は、反射RFパルス信号のスペクトラムの中心周波数が深
部反射ほど低周波数領域に偏移する現象を利用してい
る。
かかる中心周波数の推定法の１つとして零交叉法によ
る超音波パワスペクトラムの中心周波数推定がある。こ
れに関しては、S.W.フラツクス等による「超音波におけ
るスペクトラム特性と減衰特性」ウルトラソニツク イ
メージング（Ultrasonic Imaging）、第５巻，第95−11
6頁（1983）〕に詳細に記載されている。この方法は、
生体組織中の超音波パルスのパワスペクトラムをガウス
分布と近似し、伝播に伴う超音波の減衰が周波数に比例
するとした場合、単位時間当りの零交叉数λが上記スペ
クトラムの中心周波数に大略比例することを利用するも
のである。
る超音波パワスペクトラムの中心周波数推定がある。こ
れに関しては、S.W.フラツクス等による「超音波におけ
るスペクトラム特性と減衰特性」ウルトラソニツク イ
メージング（Ultrasonic Imaging）、第５巻，第95−11
6頁（1983）〕に詳細に記載されている。この方法は、
生体組織中の超音波パルスのパワスペクトラムをガウス
分布と近似し、伝播に伴う超音波の減衰が周波数に比例
するとした場合、単位時間当りの零交叉数λが上記スペ
クトラムの中心周波数に大略比例することを利用するも
のである。
即ち、入射超音波のパワスペクトラムS0（）を、 とおくと、生体内をｌだけ伝播後のパワスペクトラムＳ
（ｆ）は、αの組織の減衰定数として、 と変化する。式（２）は、 と書き換えられ、Ｃ＝０−αｌσ２ となる。つまり、減衰により、超音波パルスのパワスペ
クトラムの中心周波数はαｌσ２だけより低周波数側に
偏移するのである。他方、零交叉の単位時間あたりの頻
度λは、 λ＝２〔C 2＋σ２〕1/2 …（３） で与えられるが、通常、fC≫σであるから、 λ≒２Ｃ＝２（０−αｌσ２） …（４） と表わされる。
（ｆ）は、αの組織の減衰定数として、 と変化する。式（２）は、 と書き換えられ、Ｃ＝０−αｌσ２ となる。つまり、減衰により、超音波パルスのパワスペ
クトラムの中心周波数はαｌσ２だけより低周波数側に
偏移するのである。他方、零交叉の単位時間あたりの頻
度λは、 λ＝２〔C 2＋σ２〕1/2 …（３） で与えられるが、通常、fC≫σであるから、 λ≒２Ｃ＝２（０−αｌσ２） …（４） と表わされる。
従つて、零交叉法による生体組織の減衰特性の推定に
は、受信RF信号の零交叉頻度λの体内深度ｌ依存性を求
め、その勾配から減衰定数αを求めるのである。即ち、
第２図に示す如く、受信RF信号波形から、一定の時間窓
幅（図中ａで示す）内の波形を切り出し、その時間幅で
の零交叉数を推定中心周波数とみなし、かかる手順を時
間幅を少しづつ深部方向へずらせながら（図中b,cな
ど）繰り返すのである。
は、受信RF信号の零交叉頻度λの体内深度ｌ依存性を求
め、その勾配から減衰定数αを求めるのである。即ち、
第２図に示す如く、受信RF信号波形から、一定の時間窓
幅（図中ａで示す）内の波形を切り出し、その時間幅で
の零交叉数を推定中心周波数とみなし、かかる手順を時
間幅を少しづつ深部方向へずらせながら（図中b,cな
ど）繰り返すのである。
かかる中心周波数の推定の為の解析においては、推定
値の統計的変動が少なく、推定値ができるだけ小領域を
代表すること（推定の空間分解能）が望ましい。しか
し、この両者は相反する。
値の統計的変動が少なく、推定値ができるだけ小領域を
代表すること（推定の空間分解能）が望ましい。しか
し、この両者は相反する。
推定値の統計的変動は一般に推定に用いるデータの個
数の平方根に反比例するのに対し、データの個数の増加
は推定空間分解能を劣化させるからである。実際、上記
の中心周波数の推定では、データの個数も分解能も上記
時間窓幅に比例する。例えば3.5MHzの超音波の場合、３
μs,20μｓの時間幅はデータ数即ち零交叉数ではそれぞ
れ21,140点に対応し、その場合の空間分解能はそれぞれ
〜2mm,〜15mmに相当する。
数の平方根に反比例するのに対し、データの個数の増加
は推定空間分解能を劣化させるからである。実際、上記
の中心周波数の推定では、データの個数も分解能も上記
時間窓幅に比例する。例えば3.5MHzの超音波の場合、３
μs,20μｓの時間幅はデータ数即ち零交叉数ではそれぞ
れ21,140点に対応し、その場合の空間分解能はそれぞれ
〜2mm,〜15mmに相当する。
従来は、同一ビームを多数回送受信して、解析結果を
加算したり、画像フレーム間で加算したりしていた。し
かし、かかる加算操作は、減衰特性の２次元分布を得る
撮像速度の低下をまねき、心臓の心筋など激しく運動し
ている対象に対して減衰特性を得ることは極めて困難で
ある。
加算したり、画像フレーム間で加算したりしていた。し
かし、かかる加算操作は、減衰特性の２次元分布を得る
撮像速度の低下をまねき、心臓の心筋など激しく運動し
ている対象に対して減衰特性を得ることは極めて困難で
ある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、減衰特性の解析・撮像時間を増大させることなく、
解析対象となるRF信号データを増大せしめ、解析結果の
S/Nの向上と統計的変動の低減を可能とする手段を提供
することにある。
は、減衰特性の解析・撮像時間を増大させることなく、
解析対象となるRF信号データを増大せしめ、解析結果の
S/Nの向上と統計的変動の低減を可能とする手段を提供
することにある。
本発明の上記目的は、アレイ型超音波探触子を用いて
超音波パルスを生体内に送信し、その反射超音波を受信
・処理してエコー強度分布像を得る超音波診断装置にお
いて、各振動子からの受信信号に対して個別に中心周波
数推定する手段群と各推定結果間に加算などの論理演算
を設けたことを特徴とする超音波診断装置によつて達成
される。
超音波パルスを生体内に送信し、その反射超音波を受信
・処理してエコー強度分布像を得る超音波診断装置にお
いて、各振動子からの受信信号に対して個別に中心周波
数推定する手段群と各推定結果間に加算などの論理演算
を設けたことを特徴とする超音波診断装置によつて達成
される。
即ち、例えば、32CHの送受信を行なう超音波診断装置
において、従来は32CHの受信信号を整相加算後、上記周
波数推定を行なつていたが、本発明では、例えば45CHの
送受信を行なう超音波診断装置において、48CHの受信信
号それぞれに対して個別に周波数推定を行ない、その結
果得られる48CH分の推定値を描画・計測に用いる。
において、従来は32CHの受信信号を整相加算後、上記周
波数推定を行なつていたが、本発明では、例えば45CHの
送受信を行なう超音波診断装置において、48CHの受信信
号それぞれに対して個別に周波数推定を行ない、その結
果得られる48CH分の推定値を描画・計測に用いる。
かくすれば、受信整相がない為、方位分解能が、劣化
するものの、推定に用いるデータ量は大幅に増加し、し
かも並設された周波数推定手段を用いることにより解析
時間幅は充分に短く設定できる。
するものの、推定に用いるデータ量は大幅に増加し、し
かも並設された周波数推定手段を用いることにより解析
時間幅は充分に短く設定できる。
たとえば、3.5MHzの超音波を用いた場合、計数時間幅
３μｓに対し、従来例では、零交叉頻度は21回であるの
に対し、本発明では、受信回路群のチヤンネル数を48
（≡Ｍ）とすると、零交叉数は1008回にもおよび、充分
な統計的変動の低減とS/Nの改善が図れるからである。
逆にもし、従来例で本発明と同一の1008回の零交叉数を
得ようとすると、144μｓ（108mm分解能に対応）の計数
時間幅か３μｓの計数を48回繰り返す必要があり、対象
が心臓のように激しく動いている場合は到底適用できな
い事は明らかであろう。
３μｓに対し、従来例では、零交叉頻度は21回であるの
に対し、本発明では、受信回路群のチヤンネル数を48
（≡Ｍ）とすると、零交叉数は1008回にもおよび、充分
な統計的変動の低減とS/Nの改善が図れるからである。
逆にもし、従来例で本発明と同一の1008回の零交叉数を
得ようとすると、144μｓ（108mm分解能に対応）の計数
時間幅か３μｓの計数を48回繰り返す必要があり、対象
が心臓のように激しく動いている場合は到底適用できな
い事は明らかであろう。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は前記発明の一実施例を示す超音波診断装置の
主要部のブロツク図である。図において、１は複数の超
音波振動子を並設して構成される超音波送受信用のアレ
イ型配列探触子、２は送受信口径の選択および送受信に
伴なう信号の流れを変える送受信切換器、３は送信口径
の各アレイ振動子を励振駆動するための送信駆動回路、
４は受信口径として選択された各振動子からの受信信号
を増幅し、ビーム形成のための遅延を施す回路群、５は
上記回路群の各出力を加算する加算器、６は検波回路、
７はFTC（フアスト タイム コントラスト:Fast Time
Contrast）などの信号処理回路を示している。又、８は
アナログ・マルチプレクサら構成される信号選択回路、
９はAD変換器、10は従来のＢモード像や減衰情報などを
格納・記憶するための画像メモリ、12は画像メモリの内
容を表示するCRTなどの画像表示装置、そして11は上記
各回路を制御する処理制御部、20は後述する零交叉検出
回路群、21は零交叉検出回路の出力群の加算回路を示し
ている。本実施例の特徴は、上記信号選択回路８、零交
叉検出回路群20および加算器21を設けた点にある。
主要部のブロツク図である。図において、１は複数の超
音波振動子を並設して構成される超音波送受信用のアレ
イ型配列探触子、２は送受信口径の選択および送受信に
伴なう信号の流れを変える送受信切換器、３は送信口径
の各アレイ振動子を励振駆動するための送信駆動回路、
４は受信口径として選択された各振動子からの受信信号
を増幅し、ビーム形成のための遅延を施す回路群、５は
上記回路群の各出力を加算する加算器、６は検波回路、
７はFTC（フアスト タイム コントラスト:Fast Time
Contrast）などの信号処理回路を示している。又、８は
アナログ・マルチプレクサら構成される信号選択回路、
９はAD変換器、10は従来のＢモード像や減衰情報などを
格納・記憶するための画像メモリ、12は画像メモリの内
容を表示するCRTなどの画像表示装置、そして11は上記
各回路を制御する処理制御部、20は後述する零交叉検出
回路群、21は零交叉検出回路の出力群の加算回路を示し
ている。本実施例の特徴は、上記信号選択回路８、零交
叉検出回路群20および加算器21を設けた点にある。
以上の如く構成された本実施例の超音波診断装置にお
いて、信号選択回路８が信号処理回路７の出力ビデオ信
号を選択する場合には、通常の診断装置と同様に、生体
内からの反射超音波の強度に係わるＢモード像が画像表
示装置12に表示される。
いて、信号選択回路８が信号処理回路７の出力ビデオ信
号を選択する場合には、通常の診断装置と同様に、生体
内からの反射超音波の強度に係わるＢモード像が画像表
示装置12に表示される。
次に信号選択回路８が上記加算器21の出力を選択する
場合の動作を以下第３図の信号図および第４図の詳細ブ
ロツク図に基づいて説明する。
場合の動作を以下第３図の信号図および第４図の詳細ブ
ロツク図に基づいて説明する。
処理制御部11からの送信制御信号（第３図（ａ））に
従つて、送信駆動回路３により励振されることにより、
アレイ型配列探触子１は生体内に超音波ビームを放射
し、体内からの超音波反射信号は該探触子の各アレイ振
動子で受信され受信回路４で増幅、ビーム形成のための
遅延制御が施される（第３図（ｂ））。受信回路群４の
各出力＃1,……，＃Ｎは適宜帯域制限された後、零交叉
検出器群20−1,20−2,……,20−Ｎにそれぞれ印加され
る。各零交叉検出器は、アナログコンパレータとイベン
トカウンタより構成される。印加RF信号はまずアナログ
コンパレータによりパルス列に変換され、このパルス列
は、イベントカウンタにより制御部11より供給される計
数幅信号（第３図（ｃ），第４図ａ）毎に計数される。
イベントカウンタは計数幅信号の始めの時刻でリセツト
され、計数幅信号の終りの時刻での計数値は、他の零交
叉検出器の計数値とともにデイジタル加算器21aで加算
後DA変換器21bでアナログ信号に変換される（第３図
（ｄ））。この出力は、サンプル・ホールド回路21cに
より計数幅信号の終りの時刻で標本化され次の終りの時
刻まで保持される（第３図（ｅ））。
従つて、送信駆動回路３により励振されることにより、
アレイ型配列探触子１は生体内に超音波ビームを放射
し、体内からの超音波反射信号は該探触子の各アレイ振
動子で受信され受信回路４で増幅、ビーム形成のための
遅延制御が施される（第３図（ｂ））。受信回路群４の
各出力＃1,……，＃Ｎは適宜帯域制限された後、零交叉
検出器群20−1,20−2,……,20−Ｎにそれぞれ印加され
る。各零交叉検出器は、アナログコンパレータとイベン
トカウンタより構成される。印加RF信号はまずアナログ
コンパレータによりパルス列に変換され、このパルス列
は、イベントカウンタにより制御部11より供給される計
数幅信号（第３図（ｃ），第４図ａ）毎に計数される。
イベントカウンタは計数幅信号の始めの時刻でリセツト
され、計数幅信号の終りの時刻での計数値は、他の零交
叉検出器の計数値とともにデイジタル加算器21aで加算
後DA変換器21bでアナログ信号に変換される（第３図
（ｄ））。この出力は、サンプル・ホールド回路21cに
より計数幅信号の終りの時刻で標本化され次の終りの時
刻まで保持される（第３図（ｅ））。
この出力は、信号選択回路８で選択され、信号処理回
路７の出力と同様にして、画像表示装置12に表示される
のである。上記実施例では、説明の都合上、計数時間幅
を送信繰り返し時間幅の1/3として説明したが、例えば
送信繰り返し時間幅200μｓに対し、計数時間幅は３μ
ｓとして良好な結果が得られており、これに限るもので
はない。
路７の出力と同様にして、画像表示装置12に表示される
のである。上記実施例では、説明の都合上、計数時間幅
を送信繰り返し時間幅の1/3として説明したが、例えば
送信繰り返し時間幅200μｓに対し、計数時間幅は３μ
ｓとして良好な結果が得られており、これに限るもので
はない。
なお、本実施例では、従来のＢモード像と減衰分析像
とを信号選択回路の切換えで個別に表示しているが、２
つのCRTに並列に表示しても、又、一つのCRTにＢモード
像は白黒濃淡像として、減衰像はカラー像として両者を
重畳表示してもよい。又、上記実施例においては、中心
周波数の推定法として零交叉法を用いているが、他の推
定法例えばフーリエ変換を用いてパワスペクトラムのピ
ーク周波数を用いる場合にも、本発明の趣旨である解析
時間幅を広げることなく対象データを増加せしめ、推定
値の統計的変動を大幅に低減することができる。その場
合、零交叉数検出器20の代りに各CHのRF受信信号を高速
A/D変換してメモリに格納、これをマイクロコンピユー
タによつてソフトウエア的に推定する手段としてもよ
い。
とを信号選択回路の切換えで個別に表示しているが、２
つのCRTに並列に表示しても、又、一つのCRTにＢモード
像は白黒濃淡像として、減衰像はカラー像として両者を
重畳表示してもよい。又、上記実施例においては、中心
周波数の推定法として零交叉法を用いているが、他の推
定法例えばフーリエ変換を用いてパワスペクトラムのピ
ーク周波数を用いる場合にも、本発明の趣旨である解析
時間幅を広げることなく対象データを増加せしめ、推定
値の統計的変動を大幅に低減することができる。その場
合、零交叉数検出器20の代りに各CHのRF受信信号を高速
A/D変換してメモリに格納、これをマイクロコンピユー
タによつてソフトウエア的に推定する手段としてもよ
い。
最後に、本発明において、各CHの並列推定値群と従来
の受信整相後の推定操作結果との論理演算例えば重み付
け加算を行なうと、本発明の趣旨を損なうことなく、方
位分解能の劣化を低減できることも併せて見出してい
る。
の受信整相後の推定操作結果との論理演算例えば重み付
け加算を行なうと、本発明の趣旨を損なうことなく、方
位分解能の劣化を低減できることも併せて見出してい
る。
以上述べた如く、本発明によれば、超音波診断装置に
おいて、アレイ型超音波探触子の各受信信号毎に中心周
波数推定手段を設け、各推定値間の論理演算結果をもつ
て推定値とすることにより、撮像・計測速度を劣化する
ことなく所要の対象データ量と空間分間能を実現し、統
計的変動の少ない推定を可能にするものであり、減衰測
定など超音波定量診断機器に顕著に効果を奏するもので
ある。
おいて、アレイ型超音波探触子の各受信信号毎に中心周
波数推定手段を設け、各推定値間の論理演算結果をもつ
て推定値とすることにより、撮像・計測速度を劣化する
ことなく所要の対象データ量と空間分間能を実現し、統
計的変動の少ない推定を可能にするものであり、減衰測
定など超音波定量診断機器に顕著に効果を奏するもので
ある。
第１図は本発明の一実施例を示す超音波診断装置のブロ
ツク図、第２図は零交叉法による減衰測定の原理説明
図、第３図は第１図に示す実施例における信号のタイム
チヤート、第４図は第１図に示す実施例における零交叉
検出部のブロツク図である。 20−1,20−2,……,20−Ｍ……零交叉数検出器群、21a…
…デイジタル加算器、21b,DA……変換器、21c……サン
プル・ホールド回路。
ツク図、第２図は零交叉法による減衰測定の原理説明
図、第３図は第１図に示す実施例における信号のタイム
チヤート、第４図は第１図に示す実施例における零交叉
検出部のブロツク図である。 20−1,20−2,……,20−Ｍ……零交叉数検出器群、21a…
…デイジタル加算器、21b,DA……変換器、21c……サン
プル・ホールド回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 景義 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−201082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−146646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−173463（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−48736（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−109553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−152442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−98245（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】超音波を検査対象に送信し前記検査対象か
らの反射波を受信する複数の配列された振動子からなる
探触子と、前記の各振動子による受信信号の位相合わせ
を行なうための前記の各振動子に接続される受波整相手
段と、該受波整相手段の出力の加算を行なう第１の加算
手段と、該第１の加算手段の出力の処理を行なう信号処
理手段とを有する超音波診断装置において、前記の各受
波整相手段に接続され、前記の各振動子による前記受信
信号の中心周波数を推定する中心周波数推定手段と、該
中心周波数推定手段の出力を加算する第２の加算手段
と、前記信号処理手段の出力と前記第２の加算手段の出
力を選択する信号選択手段とを有することを特徴とする
超音波診断装置。 - 【請求項２】前記第１の加算手段の出力信号から得た中
心周波数と前記中心周波数推定手段の出力との重み付け
加算を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の超音波診断装置。 - 【請求項３】前記中心周波数推定手段は零交叉検出器で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２
項に記載の超音波診断装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314032A JP2574824B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 超音波診断装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62314032A JP2574824B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 超音波診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01155831A JPH01155831A (ja) | 1989-06-19 |
| JP2574824B2 true JP2574824B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=18048394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62314032A Expired - Lifetime JP2574824B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 超音波診断装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574824B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5689257B2 (ja) * | 2010-07-20 | 2015-03-25 | 富士フイルム株式会社 | 超音波診断装置及び超音波測定方法 |
-
1987
- 1987-12-14 JP JP62314032A patent/JP2574824B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01155831A (ja) | 1989-06-19 |
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