JP2656477B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は反射法による被検体内の音速測定を可能とし
た超音波診断装置に関するものである。

〔従来の技術〕 従来の生体内音速測定法のうち、透過法によるものは
骨や体内ガス等による制約が大きく、被検体内の音速を
測定するには限界がある。

一方、ジャーナル・オブ・ウルトラソニック・イン・
メディシン（Journal of Ultrasound in Medicine）第
２巻；第10号，第161頁に掲載された文献には反射法に
よる生体内音速測定法が示される。この方法では体内の
同一ターゲットに対し、２方向から超音波ビームを放射
し、その音波伝搬経路の違いを利用して音速を求めるも
のであるが、２個の探触子の位置精度や演算処理の煩雑
さなどの問題があった。

そこで、本願の発明者等は、リニア走査探触子により
得た被検体内のＢモード断層像から注目する２つの点
（参照点）の間の距離を得、一方、この２点を通過する
音波ビームを別の探触子（セクタ走査探触子等）から発
し、そのＡモード像、もしくはセクタ走査による断層像
から２つの参照点の間の音波伝搬時間を求め、上記の距
離と音波伝搬時間から２つの参照点の間の平均音速を求
める方法を開発した。（日本超音波医学会，第44回研究
発表論文集，第233〜234頁を参照、以下この方法を参照
点法と称する。）この方法は、リニア走査探触子から体
表面に垂直に放射する音波ビームは、平行ビームと見做
せることを利用しており、体表面からの深さが等しい２
つの参照点を選べば、この間の距離はＢモード像から正
確に得ることができる。また２つの参照点の深さが異な
っていても、この２点を探触子面に投影した投影距離は
正確に求められるので、計算により平均音速を得ること
ができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した参照点法においても、実際の
生体内の音速を測定しようとする場合には装置上の問題
点が生じる。すなわち、リニア走査のための探触子と、
セクタ走査像もしくはＡモード像を得るための探触子と
が別々であるため、両者が同一の断面の像を示している
かの確認が困難である。またたとえ両者が同一の断面の
像を示していても、生体内には音響インピーダンスの不
連続な点がいくつも存在するため、Ａモード像に２つの
反射信号が現われていても、これがＢモード像で指定し
た参照点からの反射信号かどうかは明確でない。すなわ
ちＢモード像で指定した２つの参照点を通る音波ビーム
を送受波するＡモード像用の、もしくはセクタ走査用の
探触子の位置と向きを正確に設定することが困難であ
り、極めて不便であるとともに音速計測の信頼性も保証
できない。

そこで、本発明の目的は、指定した参照点を正確に通
る音波伝搬時間計測用の音波ビームが得られ、正確な音
速計測が可能な超音波診断装置を提供するにある。また
別の目的は、リニア走査及びセクタ走査による断層像を
重畳して表示して、画面上に表示されたリニア走査像と
セクタ走査像とを比較し、両者がほほ一致するように想
定音速を調整、設定できる超音波診断装置を提供する点
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴は配列探触子の一部にてリニア走査によ
るＢモード像を得て、像上で２つの参照点を指定するよ
う構成するとともに、この配列探触子の一部を用いたセ
クタ走査により上記２つの参照点を通る音波伝搬時間計
測用の超音波ビームを得るようにした点である。

また本発明の別の特徴は、上記のセクタ走査によって
も被検体の断層像を得、リニア走査によるＢモード断層
像と、セクタ走査による断層像との双方を表示し、セク
タ走査像の走査線のひとつを選択してその走査線上の信
号から参照点間の音波伝搬時間を計測できるようにした
点にある。さらに別の特徴は、リニア走査及びセクタ走
査による断層像を重畳して表示して、画面上に表示され
たリニア走査像とセクタ走査像とを比較し、両者がほぼ
一致するように想定音速を調整、設定する点にある。

〔作用〕

上記のように、Ｂモード像を得るリニア走査と、参照
点間の音波伝搬時間を計測するための音波の送受波と
を、同じ配列探触子のそれぞれ一部を用いて行なうよう
にすれば、音波伝搬時間計測用の音波ビームが正確にＢ
モード断層像の面内に送波されるとともに、両者の位置
関係が明確であるため、正確に指定した参照点を通る音
波ビームを得ることができる。したがって、装置の操作
が容易となるとともに信頼性の高い音速計測が可能とな
る。すなわちＢモード断層像の画面上にて２つの参照点
を指定すればこれらの参照点を通る音波ビームを得るた
めにセクタ走査用の振動子素子の選択、及び偏向角度の
決定を自動的に行なうことができる。あるいは逆に音波
伝搬時間計測用の超音波ビームの送受波位置、及び偏向
角を先に選択できるようにし、Ｂモード像の画面上に選
択された超音波ビームの経路をマーカーとして表示すれ
ばマーカー上の２つの反射点を参照点として指定するこ
とができる。

また、セクタ走査による断層像をも表示する構成を取
れば、ふたつの像の比較により更に明確に参照点を通る
セクタ走査の走査線を選択でき、この走査線上の信号か
ら２つの参照点の間の音波伝搬時間を計測することがで
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示す。アレイ型超
音波探触子10は直線状に配列した多数の振動素子E₁〜E_n
を有し、そのうちE_m+1からE_nまではリニア走査用の素子
選択回路12に接続されている。14は信号の位相処理をす
る整相回路、16は送波信号パルスを発するパルス発生回
路、16は信号振巾の対数圧縮、時間−増幅度調整などの
処理を行なう画像処理回路であり、これらによりリニア
走査撮像装置が形成されている。すなわち、素子選択回
路は所定個数の振動素子をブロックを選択し、パルス発
生回路16から整相回路を経た送波信号を選択された素子
に印加することにより振動素子配列面に垂直な方向に超
音波を送波する。送波の終了とともに整相回路14、素子
選択回路12は受信モードに切換えられ、送波時に使用さ
れた振動素子ブロックにより受信された信号は整相回路
14へ送られ、位相処理により所定探度の焦点に位相合せ
が成された後に画像処理回路18に送られる。画像処理回
路で振巾の対数圧縮，探触子面からの深度に対応した感
度補正等が成された受信信号は２次元画像表示装置20に
備えられた２次元画像メモリの所定のアドレスに記憶さ
れる。これらの一連の動作により一方の超音波ビームに
そった画像信号が画像メモリに記憶される。振動素子ブ
ロックの選択を順次ずらして上記の動作がくり返えされ
て、リニア走査による被検体のＢモード断層像が画像メ
モリに形成され、この画像が２次元画像表示装置20にて
表示される。

一方、参照点設定回路22は、２次元画像表示装置20の
表示画面上の２つの点にカーソル位置を設定する機能を
有す。すなわちＰ点の座標（x_P、y_P）及びＱ点の座標
（x_Q、y_Q）を示すアドレス信号がそれぞれ設定されるカ
ーソルレジスタと、これらのカーソルレジスタの内容を
増減してカーソル位置を移動するためのスイッチとを有
しており、x_P,y_P,x_Q,y_Qを示すアドレス信号を２次元画
像表示装置20に入力することにより指定されたＰ点,Q点
にカーソルが表示される。オペレータはこの参照点設定
回路を用いて、Ｂモード像中の所望の反射点位置にカー
ソル位置を設定して、これらを参照点とする。第２図
（ａ）は音速を計測しようとする部位41の内部の２つの
反射点を参照点P,Qとした場合、第２図（ｂ）は部位42
の界面を参照点P,Qとした場合を示し、それぞれ43,44は
参照点のカーソル表示を示す。

本実施例においては、指定された２つの参照点P,Qを
通る超音波ビームを探触子10の残りの部分（振動素子E₁
〜E_n）からの素子選択、及びビーム偏向により得、この
超音波ビームにより得るＡモード像からP,Q間の音波伝
搬時間を計測して音速計測を行なう。すなわち、参照点
Ｐ及びＱの座標x_P,y_P,x_Q,y_Qを示す信号はビーム位置算
出回路24に入力され、ここで次式によりビームの偏向角
θ、及び送受波位置x₀が算出される。

素子選択回路26では、x₀の示す位置を中心とする振動
素子の組を選択し、偏向回路28ではθの方向に偏向した
音波ビームの送波，受波を行なうよう各素子の送波信
号、及び受波信号に遅延を与える。30は送波のためのパ
ルス信号を発するパルス発生回路である。このような参
照点P,Qを通る音波ビームの受受波により得られる受信
信号はＡモード像表示装置32に導かれ、第３図に示すよ
うなＡモード像、すなわち横軸が送波からの時間、縦軸
が受信信号振幅の像の表示が行なわれる。このＡモード
像に対してもカーソル設定回路34より２ヵ所のカーソル
が設定できるようにされており、オペレータがカーソル
位置を第３図のt₁,t₂の位置、すなわち参照点Ｐ、及び
Ｑからの反射信号位置に合わせることにより、t₁,t₂を
示す信号が音速算出回路38に入力する。

音速算出回路ではt₁,t₂の差からＰ点,Q点間の音波伝
搬時間 を求め、さらに参照点設定回路からのx_P,y_P,x₀,y₀を示
す信号を用いて次式によりＰ点,Q点の間の平均音速C₂を
算出する。

ただし、 C₀…実施例の装置で想定されている被検体の音速 X₁…Ｂモード像の画面上に示されるP,Q間のｘ方向の距
離（│x_P−x_Q│） X₂…Ｂモード像の画面上に示されるP,Q間のｙ方向の距
離（│y_P−y_Q│） 以上に述べた第１図の実施例によれば、２つの参照点
を指定すると、ビーム設定回路24により自動的にこれら
の参照点を通る音波ビームの送受波位置x₀と偏向角度θ
が求められ、x₀,θにより形成する音波ビームで得られ
るＡモード像から参照時間の音波伝搬時間Ｔを正確に求
めることができる。

なお、ここで、（３）式の左辺C₂がP,Q間の平均音速
となる根拠を説明する。

まず２次元画像表示装置20によるＢモード像の画面上
でX₁＝│x_P−x_Q│の値はＰ点,Q点を探触子面に投影した
距離（ｘ方向距離）を正しく示している。一方、Ｂモー
ド撮像では一回の送波後の受信信号振巾の時間変化を画
面のｙ方向の輝度変化として表示するので、画面のｙ方
向に付された距離目盛は真の距離目盛ではなく被検体の
音速をある速度C₀（生体の撮像の場合通常水の音速）に
想定して付された目盛である。したがって、Ｐ点,Q点間
の音速がC₂であれば、画面上に示されたＰ点,Q点間のｙ
方向距離X₂に対し、真のｙ方向処理X₂′は次式で示され
る したがって、Ｐ点,Q点間の真の距離をｄとすると、次
式が成り立つ 一方、Ａモード線から得るＰ点,Q点間の音波伝搬時間
Ｔを用いて距離ｄは、ｄ＝Ｔ・C₂と表わせるので、これ
を（５）式の左辺に代入し、C₂について解くと（３）式
を得る。

第４図は本発明の別の実施例を示す。この実施例の探
触子10の構成、12,14,16,18から成るリニア走査撮像装
置の構成、26,28,30,32から成るＡモード像撮像装置の
構成、Ａモード像撮像装置に付されたカーソル設定回路
34、及び音速算出回路38の部分は第１図にて説明した実
施例のものと全く同様である。第１図のものと異なるの
は、参照点設定回路からの信号をもとに自動的にＡモー
ド像撮像のための音波ビームの送受波位置，偏向角を算
出するビーム設定回路24の代りに、予め複数種類設定さ
れた音波ビームの受信波位置、及び偏向角のなかからそ
れぞれひとつを選択できるようにされたビーム選択回路
25が設けられ、選択されたビームの方向、位置をビーム
マーカーとしてＢモード像に重畳して表示するようにし
た点である。すなわち、ビーム選択装置25は、振動素子
E₁〜E_mの中の素子ブロックを用いて受信波し得る音波ビ
ームの送受波位置、及び偏向角のそれぞれについて、複
数の値からそれぞれひとつを選択するスイッチを有して
いる。選択された送受波位置x₀を示す信は素子選択回路
26に導かれ、これにより素子選択が成される。また選択
された偏向角θを示す信号は偏向回路28に導かれ、偏向
回路は各素子の送受波信号の遅延を行なってθの方向に
偏向した超音波ビームとする。一方、ビームマーカー表
示信号発生回路はx₀,θで規定される超音波ビームの中
心線を示す表示信号を発生し、２次元画像表示装置20′
に入力する。２次元画像表示装置20′では、第５図に示
すように被検体の断層像に重畳してこの超音波ビームの
中心線位置を示すビームマーカー51を表示する。

本実施例では、オペレータはまずビーム選択装置を用
いてＡモード像用の超音波ビームの送受波位置、及び偏
向角を選択する。次に２次元画像表示装置20′の画面上
のビームマーカーと被検体のＢモード像とを見ながら参
照点設定回路22でカーソル位置を動かし、第５図に示す
ようにビームマーカー51の位置に異なる反射点に２つの
参照点P,Qを設定する。第５図において、52,53は参照点
を示すカーソルの表示54は音速を測定する対象部位の境
界線の表示を示す。次にＡモード像上でカーソル設定回
路34により２つの参照点からの反射信号位置にカーソル
を設定する。このような操作が完了すると音速算出回路
38は前記した（３）式に従がって参照点間の平均音速を
算出する。

第４図の実施例にて、２次元画像表示装置は被検体の
断層像と、ビームマーカー（第５図、51）と、参照点を
示すカーソル（第５図、52,53）とをそれぞれ異なった
色で表示するように構成するのが好ましい。このような
構成とすれば、カーソルと断層像、もしくはカーソルと
ビームマーカーの位置が一致すれば、色の混合により、
一致しない場合と、異なった色が表示されるので、位置
の一致が明確にわかる効果がある。

第６図は本発明の更に別の実施例を示す。本実施例で
は、リニア走査によるＢモード断層像と、セクタ走査に
よるＢモード断層像とを画面に重畳表示し、セクタ走査
の走査線のひとつを選択してその信号をＡモード像とし
て参照点間の時間計測を行なう。探触子10は、第１図，
第４図と同様な配列探触子であり、振動素子のうちE₁〜
E_mを用いたセクタ走査による撮像と、E_m+1〜E_nを用いた
リニア走査による撮像とが交互に行なわれる。60はリニ
ア走査撮像装置で、第１図のブロック12,14,16,18と同
じ構成を有する。62はセクタ走査撮像装置で、送受波ビ
ームの偏向角を順次かえながら送受波を行なう。これら
の撮像装置により得るそれぞれの画像信号は２次元撮像
表示装置21に重畳して表示される。第７図はその様子を
示し、71はリニア走査による像表示のエリア、72はリニ
ア走査線の走査線、73はリニア走査により得た被検体の
ある部位の像を示す。また74はセクタ走査による像表示
のエリア、75はその走査線、76はセクタ走査により得た
上記部位の像を示す。第６図の64は、セクタ走査の画像
信号のうち、ある走査線上の画像信号のみを選択する信
号選択回路を示す。第７図の77はこの選択された走査線
を示し、この走査線上の画像信号は、Ａモード像表示装
置32によりＡモード像として表示される。参照点設定回
路22、カーソル設定回路30、音速算出回路38の部分の構
成は第１図の実施例と同様である。すなわち、本実施例
の装置では、オペレータはセクタ走査の画像を見てある
走査線を選択し、セクタ走査の像とリニア走査の像を比
較，観察し、参照点設定回路を操作して２つの参照点P,
Qを設定する。また選択されたセクタ走査の走査線上の
画像信号を用いたＡモード像を観察してカーソル設定回
路30を操作し、もってt₁,t₂の値を得る。これにより音
速算出回路は前述した第１図の実施例と同様にP,Q間の
平均音速を算出する。

実施例によれば、参照点を設定し、参照点間の距離
（x,y方向の投影距離）を得るためのリニア走査Ｂモー
ド断層像と、セクタ走査による断層像との比較により前
述の実施例よりも更に正確にＡモード像を得るための超
音波モードの位置が選択でき、高い信頼性の音速計測が
可能となる。

なお、通常のリニア走査超音波断層表示装置では、被
検体の音速をC₀（生体の場合C₀は通常水の音速）と想定
し、送波から時間ｔが経過した時点での受波信号振幅を
画面上で の位置に表示して画像を得る。またセクタ走査超音波断
層表示装置では、同じく被検体の音速をC₀と想定し、セ
クタ走査線上の中心位置からの方位角 の線上で、セクタ走査の中心位置からの距離 の位置に送波から時間ｔが経過した時点での受波信号振
幅を表示する。ただしτはセクタ走査のために隣接する
振動子素子に与える遅延時間差、x₀は隣接する素子間の
距離である。第６図に示す実施例にて、音速を測定しよ
うとする部位の周囲の実際の音速が装置に想定されてい
る音速から大きくズレていれば、２次元画像表示装置20
の画面上で、リニア走査による部位の像73とセクタ走査
による部位の像76とは位置が大きくズレてしまう。そこ
で本実施例では想定音速C₀を任意に設定できる想定音速
設定回路66を備えてある。オペレータは画面上に表示さ
れたリニア走査像とセクタ走査像とを比較し、両者がほ
ぼ一致するよう想定音速設定回路66を用いて想定音速C₀
を調整，設定する。これによりリニア走査の画像とセク
タ走査の画像の位置がほぼ一致するので、リニア走査像
により設定した参照点を正確に通るセクタ走査の走査線
を選択できる。

また第６図の実施例にて、Ａモード像表示装置32の像
を用いて、音速計測が可能である。

すなわち、セクタ走査による断層像における２つの参
照点間の画像上の距離をl_sとすると次式が成り立つ。

l_s＝C₀T ……（６） ただし、ＴはＡモード像で計測される参照点間の音波
伝播時間 C₀は、上記で調整、設定された想定音速である （６）式を前述の（３）式に代入すれば（７）式が得
られるので、セクタ走査による断層像上で２つの参照点
間の距離l_sを計測すれば（７）式により参照点間の平均
音速C₂を得ることができる。

（７）式において、X₁は、セクタ走査によるＢモード
像の画面上に示される参照点Ｐ、Ｑ間のｘ方向の距離
（│x_P−x_Q│）、X₂は、セクタ走査によるＢモード像の
画面上に示される参照点Ｐ、Ｑ間のｙ方向の距離（│y_P
−y_Q│）である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば同一の配列探触子のそれ
ぞれ一部を用いて参照点の設定、及び参照点間の投影距
離計測を行なうためのリニア走査と、参照点間の音波伝
搬時間を求めるためのセクタ走査とを行なうので、両者
の走査平面が完全に一致しており、正確な音速測定が容
易に実行できる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図（ａ），（ｂ）は、第１図の実施例によるＢモード
断層像の例を示す図、第３図は第１図の実施例によるＡ
モード像の例を示す図、第４図は本発明の他の実施例の
構成を示すブロック図、第５図は第４図の実施例におけ
るＢモード断層像の例を示す図、第６図は本発明の更に
別の実施例を示す図、第７図は第６図の実施例による像
表示を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−53130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−106137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−5622（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−213044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−212791（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の配列する振動素子からなる探触子
   と、該探触子の前記複数の配列する振動素子の一部を用
   いてリニア走査により、被検体のＢモード断層像を得る
   リニア走査撮像手段と、前記探触子の残りの前記複数の
   配列する振動素子の一部を用いてセクタ走査により、前
   記リニア走査による断層像と同一の断面のＢモード断層
   像を得るセクタ走査撮像手段と、前記リニア走査撮像手
   段による断層像撮影と前記セクタ走査撮像手段による断
   層像撮影とが交互に行なわれて得られる、前記リニア走
   査によるＢモード断層像と前記セクタ走査によるＢモー
   ド断層像とを重畳表示する表示手段と、前記表示手段に
   表示された前記リニア走査によるＢモード断層像中の音
   速を測定しようとする前記被検体の部位の反射点位置に
   カーソル位置を設定して２つの参照点を前記表示手段に
   設定する参照点設定回路と、前記表示手段に表示された
   前記被検体の前記部位の周囲の前記リニア走査によるＢ
   モード断層像と前記セクタ走査によるＢモード断層像と
   がほぼ一致するように、装置に設定されている想定音速
   を変更して設定する想定音速設定回路と、前記セクタ走
   査によるＢモード断層像上での前記２つの参照点間の距
   離と、前記想定音速設定回路に設定された想定音速とを
   用いて、前記２つの参照点間の平均音速を算出する音速
   算出回路とを有するとこを特徴とする超音波新断層装
   置。