JP2831719B2

JP2831719B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2831719B2
Application number: JP1235785A
Authority: JP
Inventors: 信平間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-13
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH0399651A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、超音波探触子から被検体に対して超音波を
送波し、該被検体から反射される信号を受波しこの受信
信号を検波して該被検体のＢモード像を表示する超音波
診断装置に関し、特にスペックルノイズを低減する超音
波診断装置に関する。

（従来の技術）超音波診断装置において、超音波の生体内に対する走
査方法の代表的なものには、電子走査と機械走査とがあ
る。電子走査法によれば、複数の超音波振動子を併設し
てなるアレイ型超音波探触子（プローブ）を用い、リニ
ア電子走査であれば、超音波振動子の複数個を１単位と
し、この１単位の超音波振動子について励振を行ない超
音波ビームの送波を行なう方法であり、例えば順次１振
動子分ずつピッチをずらしながら１単位の素子の位置が
順々に変わるようにして励振してゆくことにより、超音
波ビームの送波点位置を電子的にずらしてゆく。

そして超音波ビームがビームとして集束するように、
励振される超音波振動子は、ビームの中心部に位置する
ものと側方に位置するものとでその励振のタイミングを
ずらし、これによって生ずる超音波振動子の各発生音波
の位相差を利用して超音波を集束（電子フォーカス）さ
せる。そして励振したのと同じ振動子により反射超音波
を受波して電気信号に変換して、各送受波によるエコー
情報を例えば断層像として形成し、TVモニタ等に画像表
示する。

またセクタ走査であれば、励振される１単位の超音波
振動子群に対し、超音波ビームの送波方向が超音波ビー
ム１パルス分毎に順次扇形に変わるように各振動子の励
振タイミングを所望の方向に応じて変化させてゆくもの
であり、後の処理は基本的には上述したリニア電子走査
と同じである。

以上のようなリニア，セクタ電子走査の他に探触子を
走査機構に取付け、走査機構を運動させることにより超
音波走査を行なう機械走査もある。

一方、映像法には、超音波送受信にともなう信号を合
成して断層像化するＢモード像以外に同一方向固定走査
によるＭモード像が代表的である。これは、超音波送受
波部位の時間的変化を表わしたものであり、特に心臓の
如く動きのある臓器の診断には好適である。

また超音波ドプラ法は、生体内の移動物体の移動に伴
う機能情報を得て映像化する方法であり、これを以下説
明する。すなわち、超音波ドプラ法は、超音波が移動物
体により反射されると反射波の周波数が上記物体の移動
速度に比例して偏移する超音波ドプラ効果を利用したも
のである。

具体的には、超音波レートパルス（或いは連続波）を
生体内に送波し、その反射波エコーの位相変化より、ド
プラ効果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た
深さ位置における移動物体の運動情報を得ることができ
る。これによれば、生体内における一定位置での血流の
向き、乱れているか整っているかの流れの状態、流れの
パターン、速度の値等の血流の状態を知ることができ
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記の超音波診断装置におけるＢモード像
には「スペックル」と呼ばれる斑絞状のパターンが現わ
れる。この斑絞状のパターンは超音波探触子に並設され
た各振動子からの各超音波ビームが微小散乱体に入射す
ると、この微小散乱体からの各反射波が干渉し合って発
生するものであり、このスペックルの発生は、超音波の
コヒーレント性に起因するものである。

すなわち生体内に入射される超音波パルスはコヒーレ
ント性つまり位相が揃っているので、生体内に存在する
多数の散乱体からの反射波は、超音波探触子の受波面上
で干渉を発生してしまう。このため受信信号の振幅は揺
ぎを生じ、この揺ぎにより前述したＢモード像上に斑絞
状の模様、すなわちスペックルが発生する。このスペッ
クルは干渉により発生したものであり、生体内の組織構
造を表示するものではなく、画像の階調分解能を著しく
低下させてしまうという問題があった。

そこでこの改善法の一つとして、従来よりＢモード像
におけるスペックルノイズの実時間軽減法がある。この
方法は、空間的コンパウンドスキャンを行なうために各
画像に対して検出された受信信号を複数個のフィルタに
通した後、包絡線検波して加算することにより等化的に
周波数コンパウンドスキャンを行なわしめ、実時間でス
ペックルノイズを軽減するものである。

ここでスペックルノイズを軽減するためには相関の小
さい複数個の画像を重ね合せればよいが、超音波探触子
の位置変化により相関の小さい画像を得る手法が空間的
コンパウンドスキャンである。これによれば、距離方向
のインコヒーレント加算を行ない、スペックルノイズを
大幅に軽減し高画質のＢモード像を得ている。

しかしながら、前記手法では（１）超音波探触子を移動させながら超音波の送受信を
行ない複数の画像を得るため、画像の更新時間が大きく
なる。このため画像のリアルタイム性を損なっていた。

（２）また異なる方向からの画像を得るために長時間を
要するため、その間に被観測物体が動いてしまうと、正
確な画像が得られなくなる。すなわち動きの早い被観測
物体に対しては適用することができなかった。

（３）さらに超音波探触子の正確な位置と角度とが測定
できないと、複数画像間にずれが発生してしまうという
問題があった。

そこで、従来では受信開口を同時受信するために複数
に分割し同一送信ビームに対して異なる方向から超音波
信号を受信し、これにより得られる複数の画像を加算す
る方法を用いていた。これによれば、一回の超音波送信
により複数の方向からの画像を得るので、画像更新時間
が増大することなく、リアルタイム性を保持することが
できる。

しかしながら、受信開口を複数に分割して同時受信し
ているため、空間分解能が劣化してしまうという問題が
あった。

そこで本発明の目的は、画像の更新時間を増大させる
ことなく、しかも空間分解能を劣化させずにスペックル
を低減でき、これにより高画質の超音波画像を得る超音
波診断装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決する為の手段）本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次の
ような手段を講じた。すなわち本発明は、配列された複
数の振動子を有し、超音波を送受信するアレイプローブ
と、１度の送信に対し受信ビーム位置が空間的に異なる
受信信号をｎ個形成することを、受信開口を変えながら
ｎ回繰り返すことにより、受信開口が異なり且つ受信ビ
ーム位置が空間的に同じｎ個の受信信号をｎ個の受信ビ
ーム位置それぞれについて前記アレイプローブを介して
収集する送受信手段と、前記受信開口が異なり、且つ受
信ビーム位置が空間的に同じｎ個の受信信号を個別に検
波する検波手段と、前記受信開口が異なり、且つ受信ビ
ーム位置が空間的に同じｎ個の検波信号を加算する加算
手段と、前記加算された検波信号に基づいて前記被検体
の内部を映像化する手段とを具備したことを特徴とす
る。

（作用）加算されるｎ個の受信信号は、受信ビーム位置が空間
的に同じであるので同じライン上の組織情報を反映して
いるが、受信開口が異なっているので、超音波の相互干
渉によるスペックルノイズのパターンは相違する。従っ
て、加算により、スペックルノイズを低減しながらも、
組織情報を保持して、空間分解能の低下を防止すること
ができる。

しかも、本願発明は、多方向同時受信という技法を利
用することにより、フレームレートの低下を防止するこ
とを実現する。つまり、い本願発明は、原理的に、受信
開口が相違するが、受信ビーム位置が空間的に同じ受信
信号をｎ個（このｎ個の受信信号から最終的に１個の検
波信号が得られる）づつ必要とするものである。これを
１回の送信毎に１つづつ受信信号を収集していては、フ
レームレートが単純にｎ倍になってしまいます。しか
し、本願発明では、１度の送信に対して受信ビーム位置
が空間的に異なる受信信号をｎ個形成するという多方向
同時受信の動作を、受信開口を変えながらｎ回繰り返す
ことにより、ｎ回の送受信で最終的にｎ個の検波信号を
収集することができ、従ってフレームレートの低下を防
止することができる。

さらに、この加算は、検波後の信号を対象として行わ
れるので、信号間の位相干渉が起きなくなり、スペック
ルによる振幅の変動を効果的に抑圧することができる。

（実施例）第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示
す概略ブロック図、第２図乃至第４図は本発明の原理を
示す図である。

第１図における超音波診断装置は、送信系２として１
系統からなるパルス発生器2A,送信遅延回路2B,パルサ2
C,アレイプローブ１を有し、受信系３として２系統から
なるプリアンプ3A,受信遅延回路3B,加算器3Cを有してい
る。さらにＢモード処理系４として２系統からなる対数
増幅器4A,包絡線検波回路4B,ADC4C（アナログ・ディジ
タル変換器），加算器4Dを有し、映像系６として１系統
からなる画像メモリ6A,TVモニタ6Bを有している。

前記アレイプローブ１はＭ本の振動子１−１〜１−Ｍ
からなる。このＭ本の振動子の全てまたはその一部を駆
動し所定方向に送信ビームを送信し、２つの受信遅延回
路3B−１〜3B−M/2,3B−M/2＋１〜3B−Ｍで２つの受信
ビームを生じさせながら同時に２つの走査線画像信号を
得る。

切換手段としてのスイッチ12は、前記Ｍ本の振動子の
うち異なる組み合わせの振動子群例えば第２図に示すよ
うに２つの振動子群（受信開口a,受信開口ｂ）を選択
し、前記１つの送信ビームに対して異なる方向からの画
像信号を前記プリアンプ3Aを介して受信遅延回路3B−１
〜3B−M/2,3B−M/2＋１〜3B−Ｍに出力するものであ
る。

加算手段としての２つの加算器4Da,4Dbは、それぞれ
前記２つのADC4Ca,4Cbからの前記同一の送信ビームに対
する２回目の送信時における方向からの画像信号と画像
メモリ6Aに記録された１回目の送信時における方向から
の画像信号とを加算するものである。

制御手段としてのコントローラ15は、前記加算器4Dの
加算，スイッチ12の切換え，送信遅延回路2Bの遅延時
間，受信遅延回路3Bの遅延時間を制御するものである。
加算器3C−1,3C−２は、前記受信遅延回路3Bからの各受
信信号に基づき画像を再構成するものである。

次に本発明の動作を第１図および第２図を参照して２
方向同時受信の場合について説明する。すなわち第２図
に示すように２回の送信と２走査線同時受信の場合につ
いて説明する。

（ａ）に示すように１回目の送信では、所定の送信開
口Ｓから超音波を送信し、前記同一の送信開口Ｓを含み
かつ送信開口Ｓを右端に配置する受信開口ａで同時に２
つの受信ビームを生じさせながら点P₁₁〜Pn₁,P₁₂〜Pn₂
なる２本の走査線の画像を得る。すなわち第１図に従っ
て説明すれば、まず、スイッチ12によりＭ本の振動子か
らなるアレイプローブ１の振動子の一部を選択し、この
選択された振動子群に接続されたパルサー2Cの一部を選
択する。そうすると、パルサー2Cにより選択された振動
子群（送信開口Ｓ）は送信駆動され、コントローラ15に
より送信遅延回路2Bが時間制御されて所定の方向に１つ
の送信ビームで超音波を送波する。そして該被検体から
前記選択された振動子群（受信開口ａ）に得られた信号
は、コントローラ15から制御信号を入力した２系統から
なる受信遅延回路3B−１〜3B−M/2,3B−M/2＋１〜3B−
Ｍにより、超音波画像を観測する所定の部位２点に受信
ビームが集束するように所定の遅延時間が与えられる。
そしてこれらの信号は、加算器3C−1,3C−２により加算
され、異なる２点からの超音波信号を得る。そして各々
の信号は包絡線検波回路4Ba,4Bbにより包絡線検波され
る。これにより位相の影響を除去した映像信号は、ADC4
Ca,4Cbによりディジタル信号に変換され、画像メモリ6A
に一旦記憶される。

次に第２図（ｂ）に示すように同じ送信開口Ｓから２
回目の送信を行ない、前記送信開口Ｓを含み送信開口Ｓ
を略中央に配置する受信開口ｂで同時に点P₁₁〜Pn₁,P₁₂
〜Pn₂なる２本の走査線の画像を得る。第１図に従って
説明すれば、二回目の送信においても、前記一回目の送
信と同様な領域で行なう。すなわちコントローラ15から
の制御信号によりスイッチ12を切換え、１回目の送信の
ための振動子群（送信開口Ｓ）を含みかつ１回目と異な
る組み合わせの振動子群（受信開口ｂ）を選択し、再び
同一超音波ビームを送信する。その後上記と同様に２つ
の受信ビームを生じさせながら超音波信号を受信し、同
一送信ビームに対して異なる方向からの２つの画像信号
を得る。そしてこの２つの画像信号は、コントローラ15
からの制御信号を入力した加算器4Da,4Dbにより画像メ
モリ6Aから読み出される１回目の送信で得た２つの走査
線に相当する画像信号に加算される。

このように本実施例によれば、異なる組み合わせの振
動子群を選択し、同一送信ビームに対して異なる方向か
らの受信を行ない、同じ位置の画像を加算するので、空
間分解能の劣化がなく、スペックルノイズを低減した高
階調分解能の画像を得ることができる。また２方向同時
受信により２本の走査線画像を同時に得るので、１枚の
画像を得る時間すなわち画像更新時間を増大させること
がなくなる。

次に第３図は受信焦点を一点とした受信フォーカス法
を示す概略図である。同図に示すように受信焦点が一点
Ｐのみであると、送信開口中心と受信開口中心とがずれ
ているので、受信焦点Ｐ以外では送信ビームと受信ビー
ムは一致しなくなる。つまり受信焦点Ｐ以外では良好な
画像を得ることができない。

そこで、ダイナミックスフォーカス法を用い、第１図
に示す受信遅延回路3Bの遅延時間を超音波の伝搬時間に
応じて経時的に変化させる。すなわち第４図に示すよう
に経時的に受信焦点を送信ビームに沿ってP₁,P₂,〜P_Nの
ように移動させることにより、走査線上の全ての位置の
画像を１回の送信により得ることができる。これにより
さらに空間分解能の優れた超音波画像を得ることができ
る。

第５図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図であ
る。本実施例は前記第１図に示す超音波診断装置の画像
メモリ6Aと、TVモニタ6Bとの間に画像メモリ6Aからの画
像信号を対数変換する対数変換器6Cを設けたことを特徴
とする。

加算手段としての加算器4Da,4Dbは、画像信号の二
乗，絶対値，絶対値の対数のいずれかに比例する関数を
加算するものである。加算器4Da,4Dbにより複数方向か
らの画像を加算する場合、位相成分をなくして加算すれ
ば良いので、前記種々の変換を行なって加算することが
できる。例えば第１図においては、対数増幅器4Aa,4Ab
により絶対値の対数を得て、これを加算器4Da,4Dbによ
り加算している。

本実施例では加算器4Da,4Dbにより絶対値を加算し、
その後に対数変換器6cで対数変換するので、対数変換器
6cが１個で済むという利点がある。

次に第６図は本発明の他の実施例を示す概略ブロック
図である。以下本実施例について説明する。この超音波
診断装置は、アレイプローブ1,送信系2,スイッチ12,デ
ィジタル受信系10,Bモード処理系8,映像系６からなる。

前記ディジタル受信系10は、プリアンプ10A（10A−１
〜10A−ｎ）、AD変換器10C（10C−１〜10C−ｎ）、受信
遅延回路としてのRAM（又はシフトレジスタ）10D（10D
−１〜10D−ｎ）、加算器7Eを有している。コントロー
ラ15aは、スイッチ12,送信遅延回路2B,RAM10を制御して
いる。

このような装置において、アレイプローブ１の各振動
子１−１〜１−Ｍからのエコー信号は、プリアンプ10A
により後段のために適当なレベルまで増幅される。さら
にプリアンプ出力は、AD変換器10Cによりディジタル信
号化され、AD変換器10Cからのチャネル毎の出力は受信
遅延回路としてのRAM（ランダムアクセスメモリ）10Dに
より一時保持される。そして所定時間だけ遅延した各チ
ャネルのエコー信号は、加算器7Eによりディジタル加算
され、この加算出力はＢモード処理系８に出力される。

このＢモード処理系８は絶対値回路とローパスフィル
タからなる包絡線検波回路8A,ROMなどからなる対数変換
回路8Bとからなる。前記エコー加算出力は、包絡線検波
回路8Aにより包絡線検波され、対数変換回路8Bにより対
数変換され、映像系６の画像メモリ6Aに記憶される。さ
らに各々で複数の受信ビーム形成に寄与する素子に接続
された受信回路では、RAM出力時に時分割的に複数の遅
延時間が制御され、加算器により加算される。

なおこの加算器も時分割によることも可能である。ま
たRAMから読み出された信号に乗算器を用いて重みを乗
算したり、強制的に０とする制御することもできる。ま
たそれらの制御を経時的に変化させることも可能であ
る。その後複数の受信信号は包絡線検波後、または対数
変換された後に加算され、画像メモリに記憶される。そ
して複数回の送受信を行ない、得られた複数画像を画像
メモリ6A内の画像と加算した後、再び画像メモリ6A内に
記憶し、TVモニタ6Bに表示する。

したがって、装置のディジタル化により前記第１図に
示す実施例に比較して装置の構成を簡単化できる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。上述した実施例では２方向同時受信について説明し
たが、例えば３回の送信と３走査線同時受信の場合であ
ってもよい。この場合にあっては、１回目の送信で、所
定の送信開口Ｓから超音波を送信し、前記送信開口Ｓを
含みかつ送信開口Ｓを右端に配置する受信開口ａで同時
に点P₁₁〜Pn₁,P₁₂〜Pn₂,P₁₃〜Pn₃なる３本の走査線の画
像を得る。

次に同じ送信開口Ｓから２回目の送信を行ない、前記
送信開口Ｓを含み送信開口Ｓを略中央に配置する受信開
口ｂで同時に点P₁₁〜Pn₁,P₁₂〜Pn₂,P₁₃〜Pn₃なる３本の
走査線の画像を得る。さらに同じ送信開口Ｓから３回目
の送信を行ない、前記送信開口Ｓを含み送信開口Ｓを左
端に配置する受信開口ｃで同時に点P₁₁〜Pn₁,P₁₂〜Pn₂,
P₁₃〜Pn₃なる３本の走査線の画像を得る。

このように３回の超音波を送信し異なる３方向から１
点の画像を得ても上記同様な効果がえられる。さらには
これら以外の複数回の送信により複数の方向からの走査
線画像を得ても、同様な効果が得られる。

また上述した実施例の処理は、例えばセクタ走査，リ
ニア走査，コンベックス走査等の走査方式に適用でき
る。さらに加算される画像は２枚または３枚に限定され
ることはない。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］本発明によれば、次のような効果を奏することができ
る。加算されるｎ個の受信信号は、受信ビーム位置が空
間的に同じであるので同じライン上の組織情報を反映し
ているが、受信開口が異なっているので、超音波の相互
干渉によるスペックルノイズのパターンは相違する。従
って、加算により、スペックルノイズを低減しながら
も、組織情報を保持して、空間分解能の低下を防止する
ことができる。

しかも、本願発明は、多方向同時受信という技法を利
用することにより、フレームレートの低下を防止するこ
とを実現する。つまり、本願発明は、原理的に、受信開
口が相違するが、受信ビーム位置が空間的に同じ受信信
号をｎ個（このｎ個の受信信号から最終的に１個の検波
信号が得られる）づつ必要とするものである。これを１
回の送信毎に１つづつ受信信号を収集していては、フレ
ームレートが単純にｎ倍になってしまう。しかし、本願
発明では、１度の送信に対して受信ビーム位置が空間的
に異なる受信信号をｎ個形成するという多方向同時受信
の動作を、受信開口を変えながらｎ回繰り返すことによ
り、ｎ回の送受信で最終的にｎ個の検波信号を収集する
ことができ、従ってフレームレートの低下を防止するこ
とができる。

【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を示す
概略ブロック図、第２図乃至第４図は本発明の原理を示
す図、第５図は本発明の画像加算方法の変形例を示す概
略図、第６図は本発明を実施するためのディジタル超音
波診断装置の概略ブロック図である。１……超音波探触子、２……送信回路、2A……パルス発
生器、2B……送信用遅延回路OU、2C……パルサ、3A……
プリアンプ、3B……受信用遅延回路、3C,4D……加算
器、4A……対数増幅器、4B……包絡線検波回路、4C……
AD変換器、6A……画像メモリ、6B……TVモニタ、12……
スイッチ、15,15a……コントローラ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】配列された複数の振動子を有し、超音波を
送受信するアレイプローブと、１度の送信に対し受信ビーム位置が空間的に異なる受信
信号をｎ個形成することを、受信開口を変えながらｎ回
繰り返すことにより、受信開口が異なり且つ受信ビーム
位置が空間的に同じｎ個の受信信号をｎ個の受信ビーム
位置それぞれについて前記アレイプローブを介して収集
する送受信手段と、前記受信開口が異なり、且つ受信ビーム位置が空間的に
同じｎ個の受信信号を個別に検波する検波手段と、前記受信開口が異なり、且つ受信ビーム位置が空間的に
同じｎ個の検波信号を加算する加算手段と、前記加算された検波信号に基づいて前記被検体の内部を
映像化する手段とを具備したことを特徴とする超音波診
断装置。
【請求項２】前記加算手段は、画像振幅の二乗、絶対
値、絶対値の対数のいずれかに比例する関数を加算する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。