JP2856858B2

JP2856858B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2856858B2
Application number: JP2199143A
Authority: JP
Inventors: 康彦阿部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH0484954A

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、一回のスキャンで複数の走査線からの超音
波画像を生成する超音波診断装置に関する。

（従来の技術）近年、超音波診断装置の開発が進む中で、体表面から
の距離によらず、一様に高い方位分解能（超音波ビーム
の送信方向に対して垂直方向の分解能）となる超音波画
像の撮影が試みられている。

そこで従来は、第11図に示すよに、ダイナミック可変
口径焦点の手法によって受信信号を絞ることで方位分解
能の向上が図られている。ところが、送信ビームは受信
信号のように１レート内でダイナミック可変口径焦点の
手法によるビームの絞り込みができないので、複数回の
レートに分割して可変口径焦点の手法を実現する。

例えば、まず最初のレートで第12図（Ａ）に示すよう
に、焦点を近距離に設定してビームを送信し、これと第
11図に示す受信信号で第一の音場を形成する。そして、
次のレートで第12図（Ｂ）に示すように、焦点を遠距離
に設定してビームを送信し、これと第11図の受信信号と
で第二の音場を形成する。その後、各音場でビームがよ
く絞られている部分同志を合成して１本のラスタを形成
し、これによって一つの走査線上の超音波画像を得てい
る。

このように、複数の音場でのビームを合成して一つの
画像を生成するスキャン方式をコンビネーションフォー
カスと称しており、これによって得られた超音波画像
は、体表面からの距離にかかわらず、送信ビーム、及び
受信信号がともに絞られているので、方位分解能の優れ
た超音波画像となる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このようなコンビネーションフォーカ
スによるスキャンでは、１本の走査線からの超音波画像
を得るために、同一位置で超音波ビームを複数回送受信
しなければならない。このため、通常の撮影時に比べて
長時間を要してしまい、フレームレート（単位時間当り
の撮影画像数）が低下するばかりでなく、リアルタイム
性が損なわれてしまうという課題があった。

この発明はこのような従来の課題を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、高いフレーム
レートで超音波画像を得ることのできる超音波診断装置
を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、送信ビームの焦
点距離を同一走査線上で複数箇所変更し、各焦点距離で
の受信信号を合成して該走査線上の超音波画像を生成す
る超音波診断装置において、前記送信ビームの音場内に
複数の走査線を設定し、各走査線上からの超音波信号を
同時に受信する手段と、前記各走査線上から得られた超
音波信号に基づいて、各走査線上の超音波画像を個別に
生成する手段と、を有することが特徴である。

また、前記複数の走査線上に、個別に送信ビームを送
信し得る送信制御手段を設けたことを特徴とする。

更に、前記個別に送信した送信ビームは、それぞれ異
なる焦点距離に設定したことを特徴とする。

（作用）上述の如く構成すれば、送信ビームの音場内に複数の
走査線が設定される。そして、受信信号を取込む振動子
列の開口数，及び遅延時間を切換えて、各走査線からの
受信信号を個別に取込み、これを再構成して複数の走査
線の超音波画像を同時に生成する。

そして、上述した操作を送信ビームの焦点距離を変更
して複数回繰り返し、同一走査線上の最もビームが絞れ
ている部分（感度の良い部分）の画像同志を合成して、
各走査線毎の画像を作成する。その結果、方位分解能に
優れた超音波画像を高いフレームレートで得ることがで
きるようになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の第一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

同図において、ｎ個の振動子１−１〜１−ｎからなる
振動子列１は、図示しないパルサから励振信号が与えら
れると、超音波ビームを送信し、かつ、各生体組織間で
反射した受信信号を取込むものである。

切換スイッチ２は、受信時の振動子列１の開口数，及
び遅延時間を所定の時間間隔で切換えることで２系統の
走査線からの受信信号を交互に取込み、取込んだ受信信
号をそれぞれ第一のビームフォーマ3a,及び第２のビー
ムフォーマ3bに供給するようになっている。

ビームフォーマ3a,3bは、供給された受信信号に所定
の遅延時間を与え、この信号を加算器4a,4bに供給する
ものである。

レシーバ5a,5bは、加算器4a,4bを通過した信号に検波
等の処理を加え、超音波画像を生成するようになってい
る。

メモリ6a,6bは、レシーバ5a,5bで生成された超音波画
像を一旦記憶しており、メモリコントローラ９は、メモ
リ6a,6bの出力を制御するものである。また、切換器７
は、メモリ6a,6bのどちらか一方を選択するものであ
り、表示装置８は選択された方のメモリから与えられた
超音波画像を表示するようになっている。

次に、このように構成された超音波診断装置を用いて
コンビネーションフォーカスによる断層像の撮影を実施
したときの動作について説明する。

第２図は送信ビームによって形成された音場とビーム
を受信する際の走査線を模式的に示す説明図である。同
図において、まず振動子列１の中央部近傍に配設された
振動子A1から超音波ビームを送信し、焦点T1でビームが
集束する音場を形成する。その後、第１図に示す切換ス
イッチ２は、この送信ビームによる受信信号を取込むた
めに、例えば第２図に示す振動子A3を開口させ、各振動
子の遅延時間を切換えることで走査線r_a,及びr_bからの
受信信号を得るように制御する。

これによって、各走査線r_a,r_bからの受信信号が第１
図に示す振動子列１に取込まれ、走査線r_aからの受信信
号は第一のビームフォーマ3aに供給される。また、走査
線r_bからの受信信号は第二のビームフォーマ3bに供給さ
れる。そして、各受信信号はビームフォーマ3a,3bによ
って所定の遅延時間を与えられ、この信号は加算器4a,4
bで加算された後、レシーバ5a,5bに供給される。

そして、レシーバ5aにおいて走査線r_aの超音波画像が
生成され、レシーバ5bにおいて走査線r_bの超音波画像が
生成されて、各超音波画像はメモリ6a,6bに格納され
る。

次いで、第２図に示す振動子列１は、振動子A2から超
音波ビームを送信し、焦点T2でビームが集束する音場を
形成する。その後、第１図に示す切換スイッチ２では、
振動子列１の開口，遅延時間を切換えて、各走査線r_a,r
_bからの受信信号を個別に取込むように制御する。こう
して取込まれた各走査線r_a,r_bの受信信号はビームフォ
ーマ3a,3b,加算器4a,4bを経てレシーバ5a,5bに供給さ
れ、超音波画像が生成される。そして、この超音波画像
はメモリ6a,6bに供給され、第２図に示す切換え位置CP
を境界線として前回のスキャン時に得られた超音波画像
と合成される。つまり、切換え位置CPよりも振動子１に
近い範囲では焦点T1に集束させて得られた超音波画像を
採用し、切換え位置CPよりも遠い範囲では送信ビームを
焦点T2に集束させて得られた超音波画像を用いて、両画
像を合成する。

これによって、メモリ6aにはコンビネーションフォー
カスによる走査線r_aの超音波画像が書き込まれ、メモリ
6bにはコンビネーションフォーカスによる走査線r_bの超
音波画像が書込まれる。そして、メモリコントローラ9,
及び切換器７の制御下で各メモリ6a,6bに書込まれた画
像データが読出され、表示装置８に表示されるのであ
る。

このようにして、第一実施例では、受信時の振動子列
１の開口数，遅延時間を所定時間間隔で切換えること
で、一回のスキャンで２本の走査線r_a,r_bからの受信信
号を取込み、それぞれの超音波画像を生成している。従
って、焦点位置を２箇所に切換えてコンビネーションフ
ォーカスを実施すれば、２回のスキャンで方位分解能の
良好な超音波画像を２枚得ることができる。

その結果、短時間で多数の超音波画像が得られ、フレ
ームレートが向上する。

第３は本発明の第２実施例を示す構成図である。図示
のように、実施例では各振動子で取込まれた受信信号
を、A/D変換器10でディジタル化した後、ディジタルビ
ームフォーマ11に供給している。

ディジタルビームフォーマ11は、第２図に示す２本の
走査線r_a,r_bから得られる受信信号を、タイミングコン
トローラ12から与えられるクロックパルス２に同期して
所定のサンプリング間隔で時分割処理する。そして、第
４図に示すように、走査線r_aからの受信信号と走査線r_b
からの受信信号とを分離して、加算器４に供給する。そ
して、レシーバ５では、時分割で与えられる信号から走
査線r_aの超音波画像と走査線r_bの超音波画像とを生成
し、各画像データは切換器14の動作によってメモリ13内
のメモリa,メモリｂに格納される。

その後、メモリコントローラ9,及び切換器７の制御下
でメモリa,メモリｂに書込まれた超音波画像が表示装置
８に表示される。

こうして、第二実施例では、２本の走査線r_a,r_bから
得られる受信信号を時分割処理しているので、１つの信
号処理系統で２つの走査線からの超音波画像を得ること
ができるようになる。

以上説明した第一実施例，及び第二実施例では、第一
の送信ビームに対して２本の走査線r_a,r_bを得る方式（1
T〜2R方式）について述べた。これを模式的に示すと第
５図（Ａ），（Ｂ）の如くである。即ち、まず最初のレ
ートで単一の送信ビームを近距離に焦点を合わせて送信
し、走査線r_a,r_bからの受信信号を得る（第５図（Ａ）
参照）。その後、次のレートで同じ送信ビームで焦点を
遠距離に合わせ、走査線r_a,r_bからの受信信号を得る
（第５図（Ｂ）参照）。そして、両者を合成して、各走
査線r_a,r_bの超音波画像を生成している。

以下に示す第三実施例では、２方向に超音波ビームを
送信し、各送信ビーム毎の走査線r_a,r_b上から受信信号
を取り込む例を示す。これを模式的に示すと、第５図
（Ｃ），（Ｄ）に示す如くであり、まず最初のレートで
２方向への送信ビームを近距離に焦点を合わせて送信
し、各走査線r_a,r_bからの受信信号を取込む（第５図
（Ｃ）参照）。その後、両方の送信ビームの焦点を遠距
離に合わせ、受信信号を得る（第５図（Ｄ）参照）。そ
して、両者を合成して、各走査線r_a,r_bの超音波画像を
生成する。

このような第三実施例を第６図乃至第８図を参照しな
がら説明する。第６図は、この実施例における超音波ビ
ームの送信方式を示す原理図である。

図示のように、2mチャンネルの振動子から構成される
振動子列１のうち、奇数チャンネル（1,3,5,…2m−１）
の振動子に遅延量a1を持たせることで、焦点f1に集束す
る超音波ビームが送信され、走査線r_aが得られる。

また、振動子列１のうち、偶数チャンネル（2,4,6,…
2m）の振動子に遅延量a2を持たせることで、焦点f2に集
束する超音波ビームが送信され、走査線r_bが得られる。

そして、前述した第一実施例、又は第二実施例で述べ
たように、走査線r_a,r_bからの受信信号を同時に取込ん
で、個別に画像を生成すれば同時に２枚の超音波画像を
得ることができる。また、各走査線r_a,r_bに個別の送信
ビームが送信されているので、単一の送信ビームの場合
と比較して、同時受信時の感度劣化を補償することがで
き、鮮明な超音波画像が得られるようになる。

なお、第７図に示すように振動子列１を中心部で２分
割し、左側の振動子と右側の振動子の遅延を別々に制御
することによっても、同時に２方向に超音波ビームを送
信することができる。また、第８図に示すように、振動
子列１を励振させる際の駆動電圧に所定の重み関数20で
重みづけを行ない、超音波ビームを２方向に送信するこ
ともできる。

また、第６図に示した第三実施例では、２方向の送信
ビームの焦点距離を同一とする例を示したが（Of1＝Of
2）各振動子の遅延量を制御して、異なる焦点距離とす
ることもできる（Of1≠Of2）。つまり、第９図の模式図
に示すように、まず最初のレートで走査線r_aの焦点を近
距離，走査線r_bの焦点を遠距離に設定してビームを送信
する（第９図（Ａ）参照）。そして、次のレートでは、
これと反対に走査線r_aの焦点を遠距離，走査線r_bの焦点
を近距離に設定したビームを送信する（第９図（Ｂ）参
照）。その後、両レートで得られた受信信号を基に、各
走査線r_a,r_bの超音波画像を生成する。

このような方法でスキャンを実施すれば、２方向の送
信ビーム同志の干渉が軽減され、曲がりの少ない音場を
形成することができる。

第10図は、異なる焦点距離でビームを送信し、ランニ
ングスキャンを実施する際の動作を示す模式図である。
同図（Ａ）に示すように、まず第１のレートでは、走査
線r₁の焦点を遠距離，走査線r₂の焦点を近距離に設定し
て送受信を行なう。

次いで、第２レートでは同図（Ｂ）に示すように、送
信ビームによる走査線をシフトさせ、走査線r₂の焦点を
遠距離，走査線r₃の焦点を近距離に設定して送受信を行
なう。そして、第１のレートで得られた走査線r₂の近距
離からの受信信号と、第２のレートで得られた走査線r₂
の遠距離からの受信信号とを合成することで、コンビネ
ーションフォーカスされた走査線r₂の超音波画像が得ら
れる。

その後、同図（Ｃ）に示すように、順次走査線を移動
させれば、１レートで１本の走査線からの超音波画像が
得られるので、前述した第一実施例の場合と同一のフレ
ームレートが得られる。また、この例ではレート毎に送
信ビームの焦点距離を交互に切換える必要がないので、
これに係わる制御手段を省略することができ、ハード構
成を簡素化することができる。

また、焦点距離を切換える際に発生するノイズを防止
することができ、これによる画像の乱れ等がなくなる。

なお、上述した各実施例では同時に２本の走査線を得
る例を示したが、３本以上の場合においても適用可能で
あることは勿論である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明では、音場内に形成され
た複数の走査線からの受信信号を同時に得ることができ
るので、フレームレートが向上する。このため、短時間
で多くの超音波画像を得ることができ、医師がこの画像
を見ながら診察する際にはリアルタイム性が向上し極め
て有用である。

また、各走査線毎に個別のビームを送信してスキャン
すれば、単一ビームを送信した場合と比較し、同時受信
時の感度劣化を補償することができ、超音波画像の画質
が向上する。

更に、個別に送信した送信ビームの焦点距離を、それ
ぞれ異なる位置に設定すれば、ビーム同志の干渉が軽減
され、ブレのない安定した超音波画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す構成図，第２図は送
信ビームによって形成された音場と走査線を模式的に示
す説明図，第３図は第二実施例を示す構成図，第４図は
時分割処理の説明図，第５図は送信ビームの焦点距離と
受信信号を示す説明図である。また、第６図乃至第８図は２方向にビームを送信する場
合の例を示す説明図，第９図は異なる焦点距離でスキャ
ンする際の動作を示す説明図，第10図はランニングスキ
ャンの動作を示す説明図，第11図はダイナミック可変口
径焦点の手法による受信信号を示す図，第12図は従来に
おけるコンビネーションフォーカスによるスキャンの例
を示す図である。１……振動子列、２……切換スイッチ 3a,3b……ビームフォーマ 10……A/D変換器 11……ディジタルビームフォーマ 12……タイミングコントローラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信ビームの焦点距離を同一走査線上で複
数箇所変更し、各焦点距離での受信信号を合成して該走
査線上の超音波画像を生成する超音波診断装置におい
て、前記送信ビームの音場内に複数の走査線を設定し、各走
査線上からの超音波信号を同時に受信する手段と、前記各走査線上から得られた超音波信号に基づいて、各
走査線上の超音波画像を個別に生成する手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記複数の走査線上に、個別に送信ビーム
を送信し得る送信制御手段を設けた請求項１記載の超音
波診断装置。
【請求項３】前記個別に送信した送信ビームは、それぞ
れ異なる焦点距離に設定した請求項２記載の超音波診断
装置。