JP2937583B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超音波を用い体内の断
層像を表示する、いわゆる超音波診断装置に関し、特に
生体内での速度の不均一性から生ずる画質劣化を改善し
高分解能化をはかった超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波パルスを体内に放射し、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超音波
断層法と超音波ドップラ法の２つの技術開発により近年
急激な進歩を遂げた。今日最も普及している電子走査型
の装置は配列型の超音波トランスデューサを用い、これ
を電子的に高速度に制御し走査することによってリアル
タイム表示を可能とした。セクタ電子走査型超音波診断
装置のブロック図を用い従来例を図４に示す。超音波プ
ローブにおいて配列されている振動子の素子数をＮとす
る。超音波を生体内（あるいは媒質内）に送信する場合
には、まずパルス発生器４１によって超音波パルスの繰
返し周期を決定するレートパルスが出力される。このパ
ルスはＮチャンネルから構成される送信用遅延回路４２
に送られ、送信時の超音波ビームの偏向角（指向性の角
度）と収束距離を決定する遅延時間がそれぞれ与えら
れ、Ｎチャンネルの駆動回路４３に供給される。この駆
動回路４３では前記超音波振動子を駆動し超音波を発生
するための駆動パルスが形成されるが、その駆動パルス
のタイミングは送信用遅延回路４２の出力によって決定
される。超音波プローブ４４から生体内に放射された超
音波は反射され、再び超音波プローブ４４内の超音波振
動子によって受信され、送信時同様、受信時の超音波ビ
ームの偏向角（指向性の角度）と収束距離を決定する遅
延時間を与えるためのＮチャンネル受信用遅延回路４６
を介して加算器４７に送られる。この加算器ではＮチャ
ンネルの受信用遅延回路４６の出力信号が加算合成され
る。この信号は対数増幅器４８、包絡線落検波回路４９
にて対数圧縮、検波され、Ａ／Ｄ変換された後画像メモ
リ５１に一旦ストアされる。さらに、ストアされた信号
はフレビフォーマットで出力されてテレビモニタ５２に
て超音波断層像として表示される。一方、加算器４７の
出力は２つの直交位相検波回路に送られる。すなわち加
算器７の出力はまずミキサー回路５４−１，５４−２に
送られる。そして、基準信号発生器６０からは所定の周
波数（ｆ₀ ）をもった連続波が、移相器５３でその位相
が９０度シフトしてミキサ回路４４−１に入力され、ミ
キサ４４−２には基準信号発生器６０の出力が直接入力
される。このミキサ回路５４−１，５４−２の出力はロ
ーパスフィルタ５５−１，５５−２で和の周波数成分が
除去され差の周波数成分のみが抽出される。この差の周
波数をもった信号Ａ／Ｄ変換器５７−１，５７−２でデ
ィジタル信号に変換された後一旦メモリ回路にストアさ
れる。ドップラ信号を算出するためには同一部位を連続
的に走査しそのときの複数の信号を用いる必要がある。
このときの複数の信号をメモリ５７−１，５７−２にて
一旦記憶し、所定のデータ数がそろった時点でＦＦＴ回
路５８でドップラ信号の周波数分析が行われる。

【０００３】超音波血流イメージング法において表示さ
れる物理量はスペクトルの中心（すなわち流速度の平均
値）とスベクトルの分散値（すなわち流速の乱れの状
態）であり、これらの計算は演算器５９で実施される。
演算器５９で算出された値は画像メモリ５１で一旦記憶
されテレビモニタ５２に表示される。ここで、前記演算
器５９の出力は前記断層像上にカラー表示される場合が
一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】今日臨床に用いられる
装置では画像の分解脳を良くするために図４に示したよ
うに、送受信時それぞれにおいて超音波のビームを収束
させている。とくに配列型超音波振動子を用いた電子走
査型装置では各振動素子の駆動信号あるいは受信信号の
遅延時間を制御することによって任意の位置に収束点を
設定することができる。

【０００５】しかしながら、このとき与えられる遅延時
間はあくまでも超音波の伝搬媒質での音速が一定でしか
もその値があらかじめわかっていることが条件である。
しかしながら実際には前記伝搬媒質（例えば生体）での
音速度は一様ではなくとくに体表腹壁と他の実質臓器
（例えば肝臓）の音速には大きい差がある。このため前
述のような条件下で設定した遅延時間による制御では十
分な超音波ビーム収束を得ることは困難であった。

【０００６】超音波診断装置の、このような画質劣化要
因の一つである被検体内の音速の不均一性を改善するた
めの補正技術として、アレイ型振動素子の計測位置から
その伝搬径路上の音波波面の歪みを求める方法が提案さ
れているが、これを厳密に行なうためには２次元アレイ
を用いた２次元的補正が必要であり、そのための２次元
アレイが要求されるが、加工が困難であったり、或い
は、電子回路のチャンネル数が大幅に増加することによ
り装置が複雑になり、また、コストが増加するという不
具合があった。

【０００７】本発明は、上記不都合を解消する、実用化
可能な送受信回路のチャンネル数を維持しつつ位相歪み
に対する十分な補正効果を実現し得る２次元アレイ超音
波プローブを備えた超音波診断装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【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、２次元的に配列した超音波振動子からな
る超音波プローブを用いて、一旦、被検体内から反射し
てくる超音波を受信し、被検体内の音速不均一性によっ
て発生する波面の歪み（位相歪み）を検出してから、こ
の歪み値を収束用遅延回路に与えることによって位相歪
みを低減させている。特に、位相歪みの空間的変化の程
度によって歪み検出のサンプリング間隔を設定すること
によって時間の短縮を計っている。

【０００９】具体的には、本発明の超音波診断装置は２
次元的に配列された超音波振動子からなる超音波プロー
ブと、超音波振動子を駆動して超音波を発生させるため
の送信回路と、超音波振動子からの電気信号を受信し受
信信号の位相を検出するための位相検出手段と、位相検
出手段によって検出される位相情報をもとに決定される
遅延時間を有する遅延時間回路と、遅延時間回路の出力
を加算するための加算手段と、加算手段の出力を表示す
る表示手段とを備えている。そして、位相検出手段によ
る信号抽出と位相算出の間隔が、走査方向における前記
振動子の配列間隔より広いことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の超音波診断装置の実施例で
は、位相検出手段による信号抽出と位相算出の間隔が、
走査方向における前記振動子の配列間隔より２倍以上広
いことが望ましい。

【００１１】

【作用】本発明の構成から、超音波診断装置は超音波ト
ランスデューサからの電気信号を受信し受信信号の位相
を検出するための位相検出手段と、さの位相検出手段に
よって検出される位相情報をもとに決定される遅延時間
を有する遅延時間回路とを有しているので、位相検出手
段により被検体内の音速不均一性によって発生する波面
の歪み（位相歪み）を検出してから、歪み値を収束用遅
延回路に与えることによって位相歪みを低減させ得る。
特に、位相歪みの空間的変化の程度によって歪み検出の
サンプリング間隔を設定することによって、更に時間の
短縮をなし得る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に基づく画像診断装置の一実施
例であり、ここで説明に用いる装置はセクタ電子走査形
超音波診断装置とする。なお、この超音波プローブにお
いて配列されている振動子の素子数はＮ（Ｎ＝１，２，
３，…ｎ）であるが、図１では説明上２個の素子につい
て示している。また送信回路における動作原理は図４に
示した従来例とほぼ同様であるため、ここでは説明を省
略する。

【００１３】送信回路によって駆動され、超音波振動子
から生体内に放射された超音波は反射され、再びＮ本の
超音波振動子２内の超音波振動子によって受波され、直
交位相検波が行なわれる。すなわち各振動素子での受信
信号はプリアンプ回路（図示せず）を介してミキサに送
られる。このとき１つの受信信号に対して２つのミキサ
が対応しており第一のミキサ３−１の他の端子には基準
信号発生器１５から超音波中心周波数とほぼ等しい周波
数をもった連続波が送られ、第２のミキサ３−２の他の
端子には基準信号発生器１５からの信号の位相が９０度
シフトしたものが送られる。ミキサ３−１，３−２にお
いて基準信号と前記受信信号が乗算され、ＬＰＦ（ロー
パスフィルタ）４−１，４−２にてその差の周波数成分
のみが抽出される。このＬＰＦ４−１の出力はＡ／Ｄ変
換器５−１，５−２にてディジタル信号に変換された
後、それぞれ位相検出器６に送られ、受信信号の基準信
号に対する相対的な位相差が検出される。すなわちＬＰ
Ｆ４−１の出力をＩ成分、ＬＰＦ４−２の出力をＱ成分
とすればθ＝ｔａｎ（Ｑ／Ｉ）から位相差が求められ
る。さらに、この位相差は時間換算器７において時間量
（時間差）に変換される。たとえば超音波の中心周波数
をｆ₀ とすれば時間差（△ｔ）は△ｔ＝θ／２πｆ₀ で
求めることができる。ここで算出された時間差は補正用
遅延時間発生回路８に一旦送られ、他のチャンネルから
得られた時間差とともに波面歪みとして認識され、空間
的なフィルタリング処理等が施された後、補正用遅延時
間を決定する。一方、Ａ／Ｄ変換器５−１，５−２から
の受信信号は受信遅延回路９に送られ、ここで前記補正
用遅延時間発生回路８によって決定された遅延時間が与
えられた後、加算器１０にて図示されていない他のＮ−
２個の超音波振動子の受信信号と共に加算されさらに包
絡線検出器１１において検波され、画像メモリ１２に一
旦ストアされたのちテレビモニタ１３に表示される。

【００１４】次に、前記位相歪み検出の空間的な位置に
関し説明する。生体内の位相歪みは２次元的に分布して
いることは容易に推測できることであり、したがってそ
の補正も２次元的に行うことが望ましい。そのためには
従来のように１次元に配列した振動素子ではその機能を
もつことが不可能であり、２次元配列した振動素子が要
求される。

【００１５】図２にその配列の例を示す。従来の配列方
向（走査方向）をＸ方向としたとき、それと直角な方向
（いわゆるスライス方向）をＹ方向とする。ここで、振
動素子のＸ方向の配列ピッチはビームを偏向するため
に、一般には０．５ｍｍ以下にする必要がある。しかし
ながら生体内の位相歪み分布における変化の程度は前記
Ｘ方向の配列ピッチに比べれば大きい。このためＸ方向
の全素子において位相歪み補正の検出をすることはその
処理に多くの時間を要するだけで、あまり意味がない。
したがって、位相歪みの周期に応じて、前記Ｘ方向の配
列ピッチより大きな間隔で受信信号を抽出し処理する。

【００１６】一方、Ｙ方向についても同様のことがいえ
るため、位相歪み補正を目的にした２次元アレイ振動子
では図２のように前記Ｘ方向の配列ピッチより大きな間
隔で、例えば、２倍以上で配列したものでよい。このよ
うな配列法により全体のチャンネル数は少なくすること
ができ、したがって振動子の加工が容易になるばかりで
なく、少ない電子回路数ですむことになる。一方、３次
元走査用とした２次元アレイプローブはＹ方向に対して
もビームを変更する必要があることからＸ方向と同程度
の配列ピッチになっている（図３）。このような場合の
位相歪みのための信号抽出はＸ方向同様配列ピッチより
大きな間隔で抽出してやればよい。この場合には位相歪
み信号の収集と検出に要する時間が短くてすむため、リ
アルタイム補正が可能となる。なお、本発明はセクタ走
査形超音波診断装置に限定されるものではなく、リニア
走査形装置やコンベックス走査形装置などのアレイ形振
動子を用いた装置においてはいずれも有効である。ま
た、本発明の説明において位相歪みの補正は受信回路に
おいてのみ行なったが、検出された位相歪み量あるいは
時間差は送信時における収束用遅延回路にあたえ送信時
での補正を行なうことも可能である。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、２次元アレイを用いた２
次元的補正が可能となり、必要最低限の信号の抽出及び
その信号からの位相歪み量の検出ができるので、短時間
の処理が可能となり、効果的なリアルタイム位相歪み補
正が実現できる。

【００１８】また、実用化可能な送受信回路のチャンネ
ル数を維持しつつ、比較的簡単な装置で、位相歪みに対
する十分な補正効果を実現し得る２次元アレイ超音波プ
ローブを備えた超音波診断装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく超音波診断装置のブロック図。

【図２】本発明に基づく位相検出手段による信号検出間
隔を示す概念図。

【図３】本発明に基づく位相検出手段による信号検出間
隔を示す概念図。

【図４】従来の超音波診断装置のブロック図。

【符号の説明】

２ 超音波振動素子 ６ 位相検出器（位相検出手段） ８ 補正用遅延時間発生回路（遅延時間回路） １０ 加算器（加算手段） １１〜１３ 表示手段 ４４ 超音波プローブ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元的に配列された超音波振動子から
   なる超音波プローブと、その超音波振動子を振動して超
   音波を発生させるための送信回路と、超音波振動子から
   の電気信号を受信し受信信号の位相を検出するための位
   相検出手段と、その位相検出手段によって検出される位
   相情報をもとに決定される遅延時間を有する遅延時間回
   路と、その遅延時間回路の出力を加算するための加算手
   段と、加算手段の出力を表示する表示手段と、を備え、
   前記位相検出手段による信号抽出及び位相算出の間隔が
   走査方向における前記振動子の配列間隔より広いことを
   特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波診断装置において
   位相検出手段による信号抽出と位相算出の間隔が、走査
   方向における前記超音波振動子の配列間隔より２倍以上
   広いことを特徴とする超音波診断装置。