JP2760558B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は超音波を用いて生体の断層像あるいは血流
情報を得る超音波診断装置に係り、特に複数方向同時受
信技術により、超音波画像のリアルタイム性の改善を図
った超音波診断装置に関するものである。

（従来の技術） 超音波パルスを生体内に放射し、各組織からの反射波
により生体情報を得る超音波診断法は、Ｘ線のような照
射障害がなく、しかも造影剤なしで軟部組織の診断がで
きるという利点をもっている。

今日最も広く用いられている超音波診断装置の探触子
には、配列形（アレイ形）圧電振動子が使われており、
これらの超音波振動素子の各々を駆動し超音波を発生さ
せるための駆動信号あるいは生体内からの反射波が前記
振動素子によって受信される受信信号に所定の遅延時間
を与えることによって超音波ビームを所定の距離（位
置）に収束させて方位分解能を高め、解像度の優れた断
層像を得ている。

第３図に従来例を示す。

同図はリニア電子走査型超音波診断装置のブロック図
を示したもので、生体内に放射される超音波パルスの間
隔を決定するパルス発生器2Aから出力された繰返しパル
スを送信用遅延回路2B-1乃至2B-Mにおいて、送信超音波
の放射方向と収束点から決定される所定の遅延時間が与
えられた後、振動子駆動回路（パルサ）2C-1乃至2C-nに
送られ駆動パルスが形成される。この駆動パルスは振動
子選択用スイッチ11によってＮ本のアレイ型超音波振動
子１−１乃至１−Ｎのうち所定のＭ本（例えば１乃至
Ｍ）が選択駆動され、超音波が生体内に放射される。一
方、生体内で反射された超音波ビームは前記アレイ型超
音波振動子１−１乃至１−Ｎによって受信されるが、振
動子１−１乃至１−Ｍの受信信号のみが振動子選択用ス
イッチによってプリアンプ3A-1乃至3A-Mに送られ、更に
受信用遅延回路3B-1乃至3B-Mに送られる。ここで、前記
送信用遅延回路１において与えられた遅延時間とほぼ同
一の遅延時間が与えられてから、加算器3Cにおいて他の
振動子からの受信信号と加算される。

この加算器3Cの出力信号は、一方はＢモード処理系４
へ、またもう一方はCFM処理系５へ送られて所定の信号
処理が施される。まず、Ｂモード処理系４では対数増幅
器4Aにおいて信号振幅が対数変換された後、包絡線検波
回路4Bにて受信信号の包絡線が検出され、A/D変換器4C
を介して画像メモリ6Aにストアされる。

次に、CFM処理系５について述べる。5Bは発振器、5C
はπ/2移相器である。加算器3Cの出力は位相検波回路5A
a及び5Abで超音波信号の周波数とほぼ同じ周波数をもっ
た基準信号との間で直交位相検波され、これら90度位相
の異なった位相検波出力はそれぞれローパスフィルタ
（Ｌ・Ｐ・Ｆ）5Da,5Db及びA/D変換器5Ea,5Ebを介して
バッファメモリ（図示せず）に一旦ストアされる。

ドプラ信号を得る場合には、同一場所を所定間隔で走
査して得られる血球からの反射信号の単位時間内の位相
シフト量（ドプラシフト量）から血流速度を求める。例
えば振動子の選択と送受信のビーム収束用遅延回路を全
く同じくして10回同一場所を走査し、この時得られた受
信信号を上記同様にドプラ用バッファメモリに順次スト
アしていく。次にこのようにして同一場所を10回走査し
て得られた生体内の反射信号から所定の深さの血球の速
度を検出する。この時各々の反射信号には血球のように
移動している物体からの反射と血管壁のようにほとんど
移動しない固定物体からの反射波が混在しており、しか
も反射強度は後者が支配的になっている。但し血球から
の反射波の周波数はドプラシフトが生じているのに対
し、固定反射体からの反射波（クラッタ信号）を取除く
ため所定の深さにおいて得られた10個の信号をMTIフィ
ルタに取込み、ドプラ成分のみを抽出する。

MTIフィルタによってクラッタ信号は除去され、血球
からの反射波のみが演算回路5Gに送られる。ここでは所
定の深さの10個のデータを用いて周波数分析が行われ、
そのスペクトルの中心あるいは広がり（分散）が算出さ
れ、その値が画像メモリ6A内の血流信号メモリ内にスト
アされる。このようにして所定の方向に超音波ビームを
送受信して断層像用信号とドプラ信号が得られる。

次に、送受信振動子選択スイッチによって前記アレイ
型振動子のうち１−２乃至１−（ｎ＋１）が選択され、
超音波の送受信が行われる。この送受信方向での断層像
信号とドプラ信号が前記同様に得られ、これらは各々断
層像メモリと血流信号メモリにストアされる。このよう
に、複数の振動子が振動子選択用スイッチ11により１本
ずつシフトするように選択駆動されることによって生体
内が走査される。

既に述べたように所定の場所を流れる血流の速度を観
測するには同一場所からのデータ数が多いほど計測精度
が良いことが知られており、特にクラッタ信号を十分抑
える必要がある場合（例えばクラッタ信号成分が極めて
大きな場合やドプラ信号周波数がクラッタ信号周波数に
接近している場合）にはデータ数をより多くする必要が
ある。このため一枚の血流画像をつくるのにＢモード像
と比べて時間がかかり、リアルタイム性が極端に損なわ
れるとになる。このリアルタイム性を改善する一つの方
法としてセクタ走査法では並列同時受信法が提案されて
いる。

第４図はその方法を示したものであり、送信方向ａに
対して受信方向がｂ−１、ｂ−２の２方向となるように
受信回路を構成する。但しこの場合ｂ−１方向とｂ−２
方向の各々の方向に対して受信指向性を有した２系統の
受信整相加算回路が必要となる。例えば送信では比較的
広いビーム幅をもった超音波を送信する。一方、受信ビ
ーム方向は送信ビーム方向に対して±Δθ度だけずれた
方向から同時に受信する方法であり、この方法によって
２Δθだけ隣接した２つの方向の走査が同時に完了す
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながらリニア電子走査においては並列同時受信
法が実現されておらず、リニア電子走査による場合の超
音波像のリアルタイム性の向上が強く望まれる。

そこで本発明は、リニア電子走査による場合の超音波
像のリアルタイム性の向上を図ることを目的としてい
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため本発明は、複数の超音波振動
子をアレイ状に配列して成る超音波プローブと、この超
音波プローブを介して超音波の送信を行う送信系と、前
記超音波プローブより被検体に向けて送波された超音波
の該被検体よりの反射成分を、前記超音波プローブを介
して受信する受信系とを有し、超音波のリニア電子走査
により被検体の超音波情報を収集して診断に供するよう
にした超音波診断装置において、前記送信系の動作を制
御してリニア電子走査方向の互いに異なる位置に超音波
送信フォーカス点を有する複数の送信ビームを同時に形
成する送信制御手段と、前記受信系の動作を制御して前
記送信系における送信ビームに対応する複数の受信ビー
ムを同時に形成する受信制御手段とを備えたものであ
る。

（作用） 上記の構成によれば、リニア電子走査において、互い
にフォーカス点の異なる複数の送信ビームが同時に形成
され、リニア電子走査における並列同時受信が実行され
る。従って従来装置の数倍のスピードでデータ収集が行
われ、リニア電子走査による場合の超音波像のリアルタ
イム性の向上が図れる。また、超音波像の分解能をも向
上し得る。

（実施例） 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示している。

10は複数の超音波振動子をアレイ状に配列して成り、
超音波のリニア電子走査を可能とする超音波プローブで
あり、この超音波プローブ10は、振動子選択用スイッチ
11を介して送信系20及び受信系30に接続されている。送
信系20は、超音波プローブ10を介して超音波の送信を行
うものであり、パルス信号を発生するパルス発生器及び
このパルス信号を遅延する送信用遅延回路を有して成
る。また、受信系30は、前記超音波プローブ10より被検
体に向けて送波した超音波の該被検体よりも反射成分を
受信するもので、受信用遅延回路及び加算器を有して成
る。尚、この受信系30の後段回路は従来装置（第３図参
照）と同様であるので省略する。

40は本実施例装置全体の動作制御を司るシステムコン
トローラであり、CPU（中央処理装置）を中心に形成さ
れる。

ここで、システムコントローラ40は、前記受信系30の
動作を制御してリニア電子走査方向の互いに異なる位置
に超音波受信フォーカス点を有する複数の受信ビームを
同時に形成する第１の機能と、前記送信系20の動作を制
御して前記受信系30における受信ビームに対応する複数
の送信ビームを同時に形成する第２の機能とを有する。
従って本発明における受信制御手段及び送信制御手段は
このシステムコントローラ40によって機能的に実現され
る。

次に、第２図（ａ）乃至（ｅ）を基に、本実施例装置
における超音波送受信（リニア電子走査）について詳述
する。

第２図（ａ）は送信系20を示し、第２図（ｂ）は振動
子No.（ナンバー）と送信用遅延時間との関係を示し、
第２図（ｃ）は受信系30を示し、第２図（ｄ），（ｅ）
を振動子No.と受信用遅延時間との関係を示している。

プローブ10における複数の振動子のうち例えばｍ−ｌ
乃至ｍ＋１＋ｌの振動子を用いて超音波を送信する。但
しこの場合、例えば偶数番目の振動子の駆動パルスには
点Ａに送信ビームが収束するように遅延時間が与えら
れ、また奇数番目の振動子の駆動パルスには点Ｂに送信
ビームが収束するように遅延時間が与えられる。このよ
うな遅延時間は複数の送信用遅延回路12Bによって付与
される。一方、受信においては第１の振動子群はｍ−
ｌ′乃至ｍ＋ｌ′の2l′＋１本で構成され、その中心は
ｍにある。そして、第２の振動子群はｍ＋１−ｌ″乃至
ｍ＋１＋ｌ″の2l″＋１本で構成され、その中心はｍ＋
１である。一般にはｌ′＝ｌ″であることが望ましいが
これには限定されない。またｌ＝ｌ′,l″である必要も
ない。いま、ｌ＝ｌ′＝ｌ″とすれば送信用振動子ｍ−
ｌ乃至ｍ＋１＋ｌによって送信された超音波は被検体内
で反射された後、ｍ−ｌ′乃至ｍ＋１＋ｌ′で受信され
る。但し受信用振動子ｍ−ｌ′乃至ｍ＋ｌ′によって受
信された各受信波は遅延回路13B-aにおいて受信ビーム
が第２図（ｃ）の点Ａに収束するように所定の遅延時間
が与えられ加算器13C-aにて加算合成される。

一方、受信用振動子ｍ＋１−ｌ′乃至ｍ＋１＋ｌ′に
よって受信された信号は同図（ｃ）の点Ｂに受信ビーム
が収束されるように遅延回路13B-bにおいて所定の遅延
時間が与えられ加算器13C-bにて加算合成される（この
場合ｍ＋１−ｌ′乃至ｍ＋１＋ｌ′までは受信波は２系
統の受信遅延回路に供給される）。

次に、ｍ＋２−ｌ′乃至ｍ＋３＋ｌ′の振動子を用い
て超音波の送受信を行う。但し前記同様に例えば偶数番
目の振動子の駆動パルスには点Ａに送信ビームが収束さ
れるように遅延時間が与えられ、また奇数番目の振動子
の駆動パルスには点Ｂに送信ビームが収束されるように
遅延時間が与えられる。また、ｍ＋２−ｌ′乃至ｍ＋２
＋ｌ′及びｍ＋３−ｌ′乃至ｍ＋３＋ｌ′の振動子によ
って２方向の受信を行い、それぞれの受信波は前記同様
２系統の整相加算が行われて後、後段回路において血流
速度の平均値や分散値が得られる。

このようにして本実施例では送信振動子群の中心が素
子２本分を１単位として移動されながらリニア電子走査
が行われる。

この実施例によれば、リニア電子走査による従来装置
に比して２倍のスピードでデータ収集が行われ、従って
血流イメージングのリアルタイム性が改善される。

以上は血流イメージングのリアルタイム性について述
べてきたが、断層像（Ｂモード像）についても同様であ
ることはいうまでもない。また受信遅延回路をディジタ
ル化することによって回路規模をあまり増やすことな
く、本発明を実施し得る。

以上の説明では２方向同時受信の場合について述べて
きたが、これに限定されるものでなく、３方向以上の場
合についても本発明を適用できる。この場合にもディジ
タル遅延回路はその回路規模を大きくすることなく実現
できる利点を有している。

一般に送信及び受信用振動子群をＫ個形成し、Ｋ系統
の送受信遅延回路を備えることによってＫ方向からの同
時受信が可能となるが、この場合は送信ビームの走査間
隔は受信振動子群の中心間隔のＫ倍となる。ここで受信
振動子群の中心が必ずしも一致する必要は無いし、また
送受信振動子群の数を一致させる必要も無い。例えば送
信振動子群を2,受信振動子群を３としても構わない。更
にそれぞれの振動子の中心間隔を振動素子間隔の整数倍
とする必要もない。

そしてまた上記実施例ではシステムコントローラ40に
より受信制御手段及び送信制御手段の双方を実現するよ
うにしたが、送信制御手段を省略しても本発明の目的を
達成し得る。

なお上記の並列同時送受信はコンベックス電子走査法
においても有効である。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、リニア並列同時
送受信を行うようにすることで、リニア電子走査による
場合の超音波像のリアルタイム性の向上を図ることがで
きる。また、超音波像の分解能をも向上し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例の主要
部を示すブロック図、第２図（ａ）は本実施例における
送信系を示すブロック図、第２図（ｂ）は振動子No.
（ナンバー）と送信用遅延時間との関係を示す特性図、
第２図（ｃ）は本実施例装置における受信系を示すブロ
ック図、第２図（ｄ）及び（ｅ）は振動子No.と受信用
遅延時間との関係を示す特性図、第３図は従来装置のブ
ロック図、第４図はセクタ電子走査における並列同時受
信の説明図である。 10……超音波プローブ、11……振動子選択用スイッチ、
20……送信系、30……受信系、40……システムコントロ
ーラ（受信制御手段，送信制御手段）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の超音波振動子をアレイ状に配列して
   成る超音波プローブと、この超音波プローブを介して超
   音波の送信を行う送信系と、前記超音波プローブより被
   検体に向けて送波された超音波の該被検体よりの反射成
   分を、前記超音波プローブを介して受信する受信系とを
   有し、超音波のリニア電子走査により被検体の超音波情
   報を収集して診断に供するようにした超音波診断装置に
   おいて、 前記送信系の動作を制御してリニア電子走査方向の互い
   に異なる位置に超音波送信フォーカス点を有する複数の
   送信ビームを同時に形成する送信制御手段と、 前記受信系の動作を制御して前記送信系における送信ビ
   ームに対応する複数の受信ビームを同時に形成する受信
   制御手段と、 を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】前記各制御手段は、送受信ビームの走査間
   隔を一致させるように制御を行うことを特徴とする請求
   項１記載の超音波診断装置。