JP2587264B2

JP2587264B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2587264B2
Application number: JP63007022A
Authority: JP
Inventors: 敏郎近藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPH01181854A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波を利用して被検体の診断部位につい
て断層像を得る超音波診断装置に関し、特に診断領域を
深さ方向に複数に区分して多段フォーカスを行う場合に
おいて各領域の境界で受信エコー信号が不連続となるこ
となく画質を向上できる超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の超音波診断装置は、第３図に示すよう
に、複数の振動子素子1,1,…が一列状に配列され超音波
を送受波する探触子２と、上記各振動子素子１に印加す
る送波パルス信号に所定の遅延時間を与える送波用遅延
回路３と、上記各振動子素子１からの受波信号に所定の
遅延時間を与えて位相を揃えた後に加算して信号を出力
する受波用遅延回路及び加算器から成る整相回路５と、
この整相回路５で整相された信号を検波する検波器６
と、この検波器６からの受波信号を記憶するメモリ回路
７と、このメモリ回路７からの出力信号を画像として表
示する表示器８とを有し、診断領域を深さ方向に複数に
区分してそれぞれの領域に対応して超音波ビームの送受
波の収束点及び探触子２の口径を定め断層像を得るよう
になっていた。なお、第３図において、符号９は上記各
構成要素を制御する制御回路である。

そして、上記各振動子素子１に印加する送波パルス信
号及び各振動子素子１からの受波信号に遅延時間を与え
ることによって、送波ビーム、受波ビームのそれぞれの
収束点を所定の場所に移動させる。この動作制御は、上
記制御回路９により超音波ビームを送波する直前のわず
かな時間で行うことが可能である。また、この動作は、
超音波ビームの放射周期ごとに行うようになっている。
このような構成により、送波パルスごとに所定の場所に
送波ビーム及び受波ビームを収束させる。そして、上記
整相回路５から送受波とも収束された受波信号が出力さ
れ、検破器６を介してメモリ回路７へ入力する。このメ
モリ回路７からは、送受波とも焦点移動された受波信号
が出力され、表示器８へ入力して断層像が表示される。

ここで、上記メモリ回路７は、第４図に示すように、
検波器６からの受波信号を記憶するための例えば三個の
ラインメモリ10a,10b,10cと、これらのラインメモリ10a
〜10cにそれぞれ接続され各ラインメモリ10a〜10cを切
り換える切換回路11a,11b,11cとから構成されている。
そして、各ラインメモリ10a,10b,10cには、第３図に示
す制御回路９からそれぞれ書込み読出しクロックCP₁,CP
₂,CP₃が入力し、各切換回路11a,11b,11cには、同じく制
御回路９からそれぞれ制御信号W₁,W₂,W₃が入力するよう
になっている。なお、上記メモリ回路７の動作を示す第
５図において、Ｔはパルス繰り返し周期、Ｎは送波ビー
ム及び受波ビームの収束点の移動点数、ｔは読出時間で
あり、各制御信号W₁〜W₃が“1"ならば第４図の各切換回
路11a〜11cは導通であり、“0"ならば非導通である。

このような状態において、超音波ビームの方向を固定
し、送波ビームの収束点を診断領域の深さ方向に対応し
てＮ（例えばＮ＝３）点移動させ、探触子２からの超音
波ビームを送波する。そして、被検体の診断部位から反
射したエコー信号を探触子２で受波し、その受波信号を
整相回路５及び検波器６を介してメモリ回路７へ入力
し、それぞれの受波信号を第４図に示す各ラインメモリ
10a,10b,10cに深さ方向に対応して書き込む。その後、
第５図に示すように、書き込みより早い読出しクロック
CP₁〜CP₃で上記各ラインメモリ10a〜10cの内容を読み出
し、第３図に示す表示器８に表示する。このとき、第５
図に示す読み出し区間で、それぞれの制御信号W₁,W₂,W₃
により第４図に示す各切換回路11a〜11cをオン、オフし
て時系列的に読み出すことにより、上記メモリ回路７か
らの出力は、超音波ビームの送受波の焦点を移動された
ことになる。

このように、深さ方向の異なる複数の診断領域に対応
して超音波ビームの収束点を移動させ、この収束点に対
応する複数の領域における受信エコー強度の関係を示す
と、第６図のようになる。図において、横軸は診断領域
における深さ方向の距離ｚを表し、縦軸は受信エコー強
度を表しており、例えば深さ方向の特定の点z₁,z₂,z₃に
超音波ビームを収束させ、この収束点に対応して適宜の
幅で三つの領域I,II,IIIに区分して、各領域I,II,IIIに
おける受信エコー強度を示したものである。ここで、媒
体が水で減衰率が一様な場合は、受信エコー強度のカー
ブは実線の曲線c₁,c₂,c₃で示すようになり、各領域I,I
I,IIIの境界線l₁,l₂を図示のように定めると、受信エコ
ー強度の曲線c₁,c₂,c₃は上記境界線l₁,l₂上で交わり、
各領域間で連続性を有している。しかし、生体としての
被検体中での受信エコーの強度は、水中とは異なって減
衰率の相違する臓器などの影響を受けて、例えば第６図
に示すように、TGC増幅器を設けていても各領域I,II,II
Iにおいて破線の曲線c₁′,c₂′,c₃′で示すように変化
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のこの種の調音波診断装置においては、
第４図に示すメモリ回路７の各ラインメモリ10a〜10cに
書き込まれた内容を各切換回路11a〜11cを単にオン、オ
フして時系列的に読み出すだけであるので、第６図に示
す診断領域における深さ方向の各領域I,II,IIIの境界線
l₁,l₂は固定されたままであった。従って、上述のよう
に被検体中での受信エコーの強度が各領域I,II,IIIにお
いて実線の曲線c₁,c₂,c₃からの破線の曲線c₁′,c₂′,
c₃′のように変化することにより、例えば領域ＩとIIと
の境界線l₁上で曲線c₁′と曲線c₂′（第６図では点z₂よ
り左側において実線の曲線c₂と重なっている）とが交わ
らず不連続となり、また領域IIとIIIとの境界線l₂上で
曲線c₂′と曲線c₃′（第６図では点z₃より左側において
実線の曲線c₃と重なっている）とが交わらず不連続とな
るものであった。このことから、診断領域を深さ方向に
複数に区分して多段フォーカスを行った場合に、各領域
I,II,IIIの境界において受信エコー信号が不連続とな
り、得られた画像には上記の境界で明るさ及びコントラ
ストなどに段差が生じるものであった。そして、これが
画像上で線状のゴーストとして現われ、画像が見にくく
なるものであった。この得られた断層像は画像診断のに
供せられることから、その改善が望まれていた。

そこで、本発明は、このような問題点を解決すること
ができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、複数の振動子素子が一列に配列された
調音波を送受波する探触子と、上記各振動子素子に印加
する送波パルス信号に所定の遅延時間を与える送波用遅
延回路と、上記各振動子素子からの受波信号に所定の遅
延時間を与えて位相を揃え加算して出力する整相回路
と、この整相回路で整相された信号を検波する検波器
と、この検波器からの受波信号を記憶するメモリ回路
と、このメモリ回路からの出力信号を画像として表示す
る表示器とを有し、診断領域を深さ方向に複数に区分し
てそれぞれの領域に対応して超音波ビームの送受波の収
束点及び探触子の口径を定め断層像を得る超音波診断装
置において、上記メモリ回路は、検波器から出力される
各領域の受波信号を記憶する記憶部と、この記憶部から
それぞれの受波信号を読み出し上記各領域の境界と定め
るべき近傍において隣接する領域の受波信号の強度が同
一となるところを検出して境界と定める論理回路とで構
成した超音波診断装置によって達成される。

〔作用〕

このように構成された超音波診断装置は、メモリ回路
内の記憶部で検波器から出力された深さ方向の各領域の
受波信号を記憶し、この記憶部から読み出したそれぞれ
の受波信号を論理回路に入力し、この論理回路で上記各
領域の境界と定めるべき近傍において隣接する領域の受
波信号の強度が同一となるところを検出して境界と定め
るものである。例えば、前述の第６図において、装置の
TGC（Time Gain Control）曲線やその他表示系までの
受波信号の利得を、深さz₄にて領域ＩとIIとの境界線l₁
上で実線の曲線c₁とc₂とが交わるようにし、深さz₅にて
領域IIとIIIとの境界線l₂上で実線の曲線c₂とc₃とが交
わるように定めてあるとする。この場合に、生体として
の被検体の組織が一様でなく、一部では生体の平均値と
異なる分布のため受信エコー強度のカーブが上記の曲線
c₁,c₂,c₃と異なり、破線の曲線c₁′,c₂′,c₃′のように
なったとする。このとき、上記境界線l₁,l₂の近傍に
て、すなわち深さz₄,z₅の近辺において、曲線c₁′と
c₂′とが交わる点及び曲線c₂′とc₃′とが交わる点を求
める。いま、上記曲線c₁′とc₂′とが点ａで交わるとす
ると、この点ａに対応する深さz₄′のところに領域Ｉと
IIの新しい境界線l₁′を定め、上記曲線c₂′とc₃′とが
点ｂで交わるとすると、この点ｂに対応する深さz₅′の
ところに領域IIとIIIの新しい境界線l₂′を定めるもの
である。これにより、各領域I,II,IIIの境界で受信エコ
ー信号が不連続となるものを除去することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明による超音波診断装置におけるメモリ
回路の内部構成の実施例を示すブロック図である。本発
明の超音波診断装置の全体構成は、第３図に示す従来例
と同様であり、探触子２と、送波用遅延回路３と、受波
用遅延回路及び加算器から成る整相回路５と、検波器６
と、メモリ回路７と、表示器８とを有して成る。なお、
符号９は制御回路である。

上記探触子２は、被検体の診断部位に対して超音波を
受波するもので、例えば短冊状に形成された複数の振動
子素子1,1,…が一列状に配列されている。送波用遅延回
路３は、上記探触子２の各振動子素子1,1,…に印加する
送波パルス信号に所定の遅延時間を与えるもので、制御
回路９により上記の遅延時間が所定の地に設定されるよ
うになっており、その内部には送波用ドライバ回路を有
している。整相回路５は、受波用遅延回路及び加算器を
有しており、上記探触子の２の各振動素子1,1,…からの
受波信号に所定の遅延時間を与えて位相を揃えて加算し
て出力するもので、制御回路９により上記の遅延時間が
所定の値に設定されるようになっており、その内部には
受波用高周波増幅回路を有している。なお、この整相回
路５は、上記受波用遅延回路と加算器との組合せ以外の
構成、例えばタップ付遅延線と電圧−電流変換器とを組
合せたものやディジタル式のものでもよい。検波器６
は、上記整相回路５で整相された信号を検波するもので
ある。メモリ回路７は、上記検波器６からの受波信号を
制御回路９の制御により記憶すると共に読み出すもの
で、例えば上記受波信号をA/D変換したディジタル信号
を書き込み、読み出すディジタルメモリとされている。
表示器８は、上記メモリ回路７からの出力信号を画像と
して表示するもので、例えばNTSC方式の標準ビデオモニ
タから成る。

そして、第６図に示す従来例と同様に、診断領域を深
さ方向に例えば三つの領域I,II,IIIに区分し、それぞれ
の領域I,II,IIIに対応して超音波ビームの送受波の収束
点及び探触子２の口径を定め、深さ方向で連続した信号
として断層増を得るようになっている。

ここで、本発明においては、上記メモリ回路７は、第
１図に示すように、記憶部10と論理回路12とから成る。
記憶部10は、第３図に示す検波器６から出力される深さ
方向の各領域I,II,IIIの受波信号を記憶するもので、第
一のラインメモリ10aと第二のラインメモリ10bと第三の
ラインメモリ10cとを並列に設けて成る。なお、各ライ
ンメモリ10a,10b,10cには、第３図に示す制御回路９か
らそれぞれ書込み読出しクロックCP₁,CP₂,CP₃が入力す
るようになっている。論理回路12は、上記記憶部10の各
ラインメモリ10a,10b,10cからそれぞれの領域の受波信
号を読み出し、上記各領域I,II,IIIの境界と定めるべき
近傍において隣接する領域の受波信号の強度が同一とな
るところを境界と定めるもので、第一のラインメモリ10
aに直列に接続された第一のゲート13aと、第二のライン
メモリ10bに直列に接続された第二のゲート13bと、第三
のラインメモリ10cに直列に接続された第三のゲート13c
と、上記第一〜第三のゲート13a〜13cに並列に接続され
た第四のゲート13d及び第五のゲート13eと、上記第四の
ゲート13dに接続された第一のコンパレータ14aと、上記
第五のゲート13eに接続された第二のコンパレータ14b
と、上記第一のコンパレータ14aに接続された第一のフ
リップフロップ15aと、上記第二のコンパレータ14bに接
続された第二のフリップフロップ15bと、さらに第三の
フリップフロップ15cとから成る。

次に、このように構成されたメモリ回路７の動作を第
２図を参照して説明する。まず、第３図に示す探触子２
から超音波ビームを同じ方向に送信する毎に、第２図
（ａ）に示す深さ方向の領域I,II,IIIに対応した収束点
と上記探触子２の口径が定まり、それぞれの領域I,II,I
IIからの受波信号は第３図に示す検波器６を介して記憶
部10の第一〜第三のラインメモリ10a〜10cに順次記憶さ
れる。ここで、第２図（ａ）は診断領域の深さ方向（す
なわち時間）と受信エコー信号s₁,s₂,s₃の強度との関係
を示すもので、それぞれの受信エコー信号s₁,s₂,s₃は、
各領域I,II,IIIからの診断情報をとるべく送受波の収束
点及び探触子２の口径並びに増幅器のTGC曲線などの動
作点が設定されている。そして、第一〜第三のラインメ
モリ10a〜10cに第３図に示す制御回路９からそれぞれ入
力する書込み読出しクロックCP₁,CP₂,CP₃により、各ラ
インメモリ10a〜10cに記憶された受波信号（エコー信
号）を順次読み出すと、第２図（ａ）に示すように、そ
れぞれの領域I,II,IIIに対応した強度のエコー信号s₁,s
₂,s₃が出力される。

まず、第一のラインメモリ10aから読み出したエコー
信号s₁は、第１図において第一のゲート13a及び第四ゲ
ート13dにそれぞれ入力する。また、第二のラインメモ
リ10bから読み出したエコー信号s₂は、第二のゲート13b
及び第四のゲート13d並びに第五のゲート13eにそれぞれ
力する。このとき、上記第四のゲート13dには、第２図
（ｂ）に示すように、時刻t₁′とt₁″との間において
“H"（ハイ）となる駆動信号G₁が制御回路９から入力
し、該第四のゲート13dは導通される。これにより、上
記第四のゲート13dに入力したエコー信号s₁とs₂は、該
第四のゲート13dを通過して第一のコンパレータ14aに入
力し、時刻t₁′からt₁″の間だけ比較される。そして、
上記エコー信号s₁とs₂の一致を検出すると、第２図
（ｄ）に示すように、上記第一のコンパレータ14aから
信号p₁が出力される。これにより、第２図（ａ）におい
て、領域ＩとIIの境界を時刻t₁′とt₁″との間にとるよ
うに定め、エコー信号s₁とs₂の曲線が交わる点ｄ、すな
わち受信エコー強度が同一となるところを求め、この点
ｄに対応する時刻t₁のところに領域ＩとIIの境界線l₁が
定められる。

その後、上記第一のコンパレータ14aからの出力信号p
₁は、第一のフリップフロップ15aに入力してこれをリセ
ットする。従って、該第一のフリップフロップ15aは、
第２図（ｅ）に示すように、時刻t₁′より前の読み出し
開始時のタイミングで“H"にセットされていたものが、
上記第一のコンパレータ14aからの出力信号p₁のタイミ
ングで“L"（ロー）となる。そして、この第一のフリッ
プフロップ15aからの出力信号F₁は、第一のゲート13aに
入力してこの第一のゲート13aを導通する。これによ
り、上記第一のラインメモリ10aから読み出した領域Ｉ
に対応するエコー信号s₁が上記第一のゲート13aを介し
て出力され、第３図に示す表示器８へ入力する。

次に、上記第一のコンパレータ14aから出力された信
号p₁は、同時に第二のフリップフロップ15bをたたい
て、第２図（ｇ）に示すように該第二のフリップフロッ
プ15bを上記信号p₁のタイミングで“H"とし、このとこ
ろから領域IIに移行する。このとき、上記第五のゲート
13eには、第２図（ｃ）に示すように、時刻t₂′とt₂″
との間において“H"となる駆動信号G₂が制御回路９から
入力し、該第五のゲート13eは導通される。これによ
り、上記第五のゲート13eに入力したエコー信号s₂とs₃
は、該第五のゲート13eを通過して第二のコンパレータ1
4bに入力し、時刻t₂′からt₂″の間だけ比較される。そ
して、上記エコー信号s₂とs₃の一致を検出すると、第２
図（ｆ）に示すように、上記第二のコンパレータ14bか
ら信号p₂が出力される。これにより、第２図（ａ）にお
いて、領域IIとIIIの境界を時刻t₂′とt₂″との間にと
るように定め、エコー信号s₂とs₃の曲線が交わる点ｅ、
すなわち受信エコー強度が同一となるところを求め、こ
の点ｅに対応する時刻t₂のところに領域IIとIIIの境界
線l₂が定められる。

その後、上記第二のコンパレータ14bからの出力信号p
₂は、第二のフリップフロップ15bに入力してこれをリセ
ットする。従って、該第二のフリップフロップ15bは、
第２図（ｇ）に示すように、時刻t₂′より前のタイミン
グで“H"となっていたものが、上記第二のコンパレータ
14bからの出力信号p₂のタイミングで“L"となる。そし
て、この第二のフリップフロップ15bからの出力信号F₂
は、第二のゲート13bに入力してこの第二のゲート13bを
導通する。これにより、上記第二のラインメモリ10bか
ら読み出した領域IIに対応するエコー信号s₂が上記第二
のゲート13bを介して出力され、第３図に示す表示器８
へ入力する。

次に、上記第二のコンパレータ14bから出力された信
号p₂は、同時に第三のフリップフロップ15cをたたい
て、第２図（ｈ）に示すように該第三のフリップフロッ
プ15cを上記信号p₂のタイミングで“H"とし、このとこ
ろから領域IIIに移行する。以下、上記と同様の動作を
行い、上記第三のラインメモリ10cから読み出した領域I
IIに対応するエコー信号s₃が前記第三のゲート13cを介
して出力され、第３図に示す表示器８へ入力する。

このような動作により、第一〜第三のフリップフロッ
プ15a〜15cによって、第一〜第三のゲート13a〜13cを開
閉すると、エコー信号s₁とs₂、s₂とs₃との強度が一致し
たときに、領域Ｉのエコー信号s₁から領域IIのエコー信
号s₂へ、また領域IIのエコー信号s₂から領域IIIのエコ
ー信号s₃へ信号の切り換えが行われ、各領域I,II,IIIの
境界（l₁,l₂）で受信エコー信号が不連続となることな
く画像が表示できる。

なお、第１図においては専用の回路を構成したものと
して示したが、本発明はこれに限らず、同じ論理の作用
を複数の一連の信号を記憶する領域を有するメモリと、
論理判定がリアルタイムで可能なシグナルプロセッサで
行うことにより、上記第一〜第三のゲート13a〜13cを制
御する信号を発生するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されたので、診断領域を深
さ方向に複数に区分して多段フォーカスを行う場合にお
いて、各領域I,II,IIIの境界と定めるべき近傍で隣接す
る領域の受波信号の強度が同一となるところを検出して
実際の境界と定めることにより、各領域I,II,IIIの境界
で受信エコー信号が不連続となるのを除去することがで
きる。従って、得られた断層像には、従来のように各領
域I,II,IIIの境界で明るさ及びコントラストなどに段差
が生じることなく、画質を向上して画像を見易くするこ
とができる。このことから、被検体の診断部位を変化さ
せたり、あるいは被検体自身を別の個体に変化させるこ
とにより超音波ビームの減衰率が変化しても、自動的に
診断領域の深さ方向において各領域I,II,IIIの境界で断
層像に段差が生じないようにすることができる。従っ
て、得られた断層像による画像診断の効率を向上するこ
とができる。また、装置の調整に関しては、被検体の一
定の想定した特性のもとで受信エコー信号が不連続とな
らないように送受波系の利得などを完全に合わせる精密
な調整作業が不要となる。従って、装置の製作時の調整
工数を減らすことができると共に、生産コストを低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置におけるメモリ回
路の内部構成の実施例を示すブロック図、第２図は上記
メモリ回路の動作を説明するためのタイミング線図、第
３図は本発明及び従来例による超音波診断装置の全体構
成を示すブロック図、第４図は従来の超音波診断装置に
おけるメモリ回路の内部構成を示すブロック図、第５図
は従来のメモリ回路の動作を説明するためのタイミング
線図、第６図は診断領域を深さ方向に複数に区分した各
領域の境界で受信エコー信号が不連続となる状態を説明
するためのグラフである。１……振動子素子、２……探触子、３……送波用遅延回
路、５……整相回路、６……検波器、７……メモリ回
路、８……表示器、９……制御回路、10……記憶部、10
a〜10c……ラインメモリ、12……論理回路、13a〜13e…
…ゲート、14a〜14b……コンパレータ、15a〜15c……フ
リップフロップ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の振動子素子が一列状に配列され超音
波を送受波する探触子と、上記各振動子素子に印加する
送波パルス信号に所定の遅延時間を与える送波用遅延回
路と、上記各振動子素子からの受波信号に所定の遅延時
間を与えて位相を揃え加算して出力する整相回路と、こ
の整相回路で整相された信号を検波する検波器と、この
検波器からの受波信号を記憶するメモリ回路と、このメ
モリ回路からの出力信号を画像として表示する表示器と
を有し、診断領域を深さ方向に複数に区分してそれぞれ
の領域に対応して超音波ビームの送受波の収束点及び探
触子の口径を定め断層像を得る超音波診断装置におい
て、上記メモリ回路は、検波器から出力される各領域の
受波信号を記憶する記憶部と、この記憶部からそれぞれ
の受波信号を読み出し上記各領域の境界と定めるべき近
傍において隣接する領域の受波信号の強度が同一となる
ところを検出して境界と定める論理回路とで構成したこ
とを特徴とする超音波診断装置。