JP3091473B2

JP3091473B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3091473B2
Application number: JP02228843A
Authority: JP
Inventors: 良一神田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH04109941A

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、超音波診断装置に関し、より詳しくは、対
象部位の画質の良好な超音波画像を短時間で確実に得る
ことができる超音波診断装置に関する。

（従来の技術）従来における超音波診断装置においては、生体の体内
でできるだけ細い超音波ビームを形成するため、いわゆ
る整相加算処理が行われている。これは、送信及び受信
の際に、フォーカス点と各素子との幾何学的な相対位置
関係より計算した遅延量を送信駆動信号及び受信信号に
与える処理である。これにより、各素子より発せられた
又は各素子で受信された信号の位相がフォーカス点付近
で一致するため、フォーカス点付近で細い超音波ビーム
が得られる。

しかし、整相加算処理は幾何学的な相対位置関係より
遅延量を計算する必要があり、このためには、以下の２
条件を満たす事が必要である。

a.伝搬媒質の音速がフォーカス点と素子群との間で一様
である事。

b.その音速が既知である事。

肝臓のような一様な臓器は上記２条件をある程度満た
すと考えられるが、脂肪と筋肉によって構成される体表
層においては満たされない。

よって生体に対し超音波ビームの送受信を行った際に
は、このような生体内の不均一性によりフォーカス点付
近での位相の一致性が妨げられ超音波ビームが劣化す
る。ひいてはこの超音波ビームの劣化に依って超音波画
像の空間分解能，コントラスト分解能共に低下する。

この点を改善するために各素子の受信信号より各信号
間の伝搬時間差を計算しそれより得られた遅延補正値を
送信及び受信の際に作用させて超音波ビームの劣化を防
ぐ手法がある。

ところで、第17図に示すように、素子数Ｍのプローブ
50を用いて、生体51のフォーカス点P,Qに超音波ビーム
をフォーカスする際の伝搬経路は異なり、この場合に
は、フォーカス点P,Qでは異なる遅延補正値が必要とな
る。

上述したようなフォーカス点P,Qは２点のみでなく実
際には、生体51の断層内の超音波ビームの走査線数をi,
各走査線におけるフォーカス点数をｊとするとｉ×ｊ個
となり、通常ｉ＝100乃至300,j＝10乃至30程度有り、非
常に多数の数となる。

一方、生体51内の組織の不均一性に起因する超音波ビ
ームの伝搬時間差を測定するためには、生体内からの反
射信号を必要とする。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したようなフォーカス点に対する
遅延補正値を求める際には、１つのフォーカス点につい
ての遅延補正値を得るだけでも多くの演算処理を必要と
し、特に上述した如く多数のフォーカス点全てについて
各素子で受ける反射信号の位相差（又は伝搬時間差）を
測定し、その結果を用いて全ての遅延補正値を求めるこ
とは実用上非常に難しい。

また、生体内には、胆のう，血管等超音波ビームが反
射しない部分もあり、測定対象部分としてのフォーカス
点がちょうど胆のう等に該当したときには、反射信号が
得られず遅延補正値を求めることが不可能になる等測定
に適した反射信号が常に得られるとは限らないという問
題もある。

そこで本発明は、生体に対する多くのフォーカス点か
ら超音波プローブへの反射信号の位相差を全て測定する
必要がなく、しかも確実に必要とする遅延補正値を得る
ことができて短時間に良質な超音波画像を得ることがで
きる超音波診断装置を提供することを目的とするもので
ある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）生体内の組織の不均一性に起因する超音波画像の劣化
を、前記不均一性に起因する位相差を生体内からの反射
信号から検出し、この検出結果を基にして前記超音波プ
ローブにおける送受信遅延時間を補正することによって
補正するようにした超音波診断装置において、前記超音
波プローブが備える全部あるいは所定の素子の駆動によ
り生体の特定領域の断層像を構成する際に用いられる多
数の超音波ビームにおける全てのフォーカス点のうち、
前記断層像内の測定対象領域のフォーカス点について、
前記各素子に対する反射信号の位相差を測定し、この測
定結果より前記送受信遅延時間に対する遅延補正値を求
める第１の補正値算出手段と、この第１の補正値算出手
段の算出結果を基に前記断層像内の補間処理対象領域の
フォーカス点について、第１の補正値算出手段により求
めた近傍のフォーカス点の遅延補正値を用いた補間処理
により遅延補正値を求める第２の補正値算出手段と、前
記特定領域の断層像を表示する表示手段と、前記第1,第
２の補正値算出手段及び前記超音波プローブの送受信制
御を行うと共に、前記第１の補正値算出手段により前記
遅延補正値を求める領域を超音波の反射信号が得られな
い領域を避けた領域に設定する制御を行う制御手段とを
有することを特徴とするものである。

また、生体内の組織の不均一性に起因する超音波画像
の劣化を、前記不均一性に起因する位相差を生体内から
の反射信号から検出し、この検出結果を基にして前記超
音波プローブにおける送受信遅延時間を補正することに
よって補正するようにした超音波診断装置において、前
記超音波プローブが備える全部あるいは所定の素子の駆
動により生体の特定領域の断層像を構成する際に用いら
れる多数の超音波ビームにおける全てのフォーカス点の
うち、前記断層像内の測定対象領域のフォーカス点につ
いて、前記各素子に対する反射信号の位相差を測定し、
この測定結果より前記送受信遅延時間に対する遅延補正
値を求める第１の補正値算出手段と、この第１の補正値
算出手段の算出結果を基に前記断層像内の補間処理対象
領域のフォーカス点について、第１の補正値算出手段に
より求めた近傍のフォーカス点の遅延補正値を用いた補
間処理により遅延補正値を求める第２の補正値算出手段
と、前記特定領域の断層像を表示する表示手段と、前記
第1,第２の補正値算出手段及び前記超音波プローブの送
受信制御を行うと共に、前記第１の補正値算出手段によ
り前記遅延補正値を求める領域を血管領域をさけた領域
に設定する制御を行う制御手段とを有することを特徴と
するものである。

また、前記制御手段は、オペレータにより指定された
前記断層像内の領域に基づいて、前記遅延補正値を求め
る領域を変更するものであることを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の発明に係るものである。

（作用）以下に上述した超音波診断装置の作用を説明する。

この超音波診断装置の超音波プローブの各素子を駆動
し、超音波ビームを生体の特定領域のある方向に向けて
送波すると、連続的な反射信号が超音波プローブの各素
子により受波される。

このとき、第１の補正値算出手段は、全てのフォーカ
ス点よりも少ない限定されたフォーカス点についてのみ
反射信号の位相差を測定し、この測定結果より超音波プ
ローブにおける送受信遅延時間に対する遅延補正値を求
める。

また、第２の補正値算出手段は、第１の補正値算出手
段の算出結果を基に前記限定されたフォーカス点以外の
残余の各フォーカス点について、既に求めた近傍のフォ
ーカス点の遅延補正値を用いて補間処理により遅延補正
値を求める。

次に、制御手段は、前記第１の補正値算出手段により
前記遅延補正値を求める領域を変更する制御を行う。

（実施例）以下に本発明の実施例を図面を参照して詳述する。

第１図に示す超音波診断装置１は、Ｍ個の素子を具備
する超音波プローブ（以下「プローブ」という）２を含
む装置本体３と、この装置本体３に接続した第1,第２の
補正値算出手段4,5とを有している。

装置本体２は、前記プローブ２と、このプローブ２の
送受信駆動される素子の切換えを行うマルチプレクサ６
と、CPU7及びキーボード又はトラックボール等からなる
入力部８からなる指定制御手段９と、詳細は後述する第
1,第２の補正値算出手段4,5からの遅延補正値を基に送
信制御信号，受信制御信号を送出する遅延制御部10と、
前記送信制御信号を取込んで送信遅延時間信号をマルチ
プレクサ６に送出する送信駆動信号発生部11と、前記受
信制御信号を取込んで所定の受信遅延時間により反射信
号の受信処理を行う受信遅延回路12と、この受信遅延回
路12の処理結果を加算処理する加算部13と、この加算部
13の加算結果を基にブラウン管ディスプレイの如き表示
手段としての表示部15の表示制御を行う表示制御部14と
を具備している。

前記指定制御手段９は、入力部８及びCPU7により測定
対象領域、補間処理対象領域、非測定対象領域等の設定
が行えるように構成されている。

前記第１の補正値算出手段４は、前記受信遅延回路12
からの受信遅延処理を行った反射信号を各々取込み、隣
り合う素子からの測定対象領域（通常送信フォーカス点
と一致させる）からの信号を時間的に限定し、時間的に
限定された２つの信号を相互相関処理する合計Ｎ−１個
の相互相関計算部16−１乃至16−（Ｎ−１）と各相互相
関計算部16−１乃至16−（Ｎ−１）の計算結果を基にそ
れらのピーク値より２つの素子間における反射信号の位
相差又は伝搬時間差を求める合計Ｎ−１個のピーク検出
部17−１乃至17−（Ｎ−１）と、各ピーク検出部17−１
乃至17−（Ｎ−１）の出力信号を切換えるマルチプレク
サ18と、このマルチプレクサ18の出力信号を累積加算
し、その結果を遅延補正値として送出する累積加算部19
と、この累積加算部19の処理結果を記憶する第１乃至第
３のメモリ20a,20b,20cと、前記累積加算部19と第１乃
至第３のメモリ20a,20b,20cとの間に設けた第１のスイ
ッチSW₁と、前記第2,第３のメモリから前記遅延制御部1
0への遅延補正値の送出を切換える第２のスイッチSW
₂と、前記相互相関計算部16−１乃至16−（Ｎ−１），
ピーク検出部17−１乃至17−（Ｎ−１），マルチプレク
サ18,累積加算部19,第１乃至第３のメモリ20a乃至20cの
制御を行う補正値計算制御部24とを具備している。

ここで、Ｎとは、スキャンするために同時期に送受信
駆動される素子数である。ちなみに、セクタスキャンの
場合、Ｎ＝Ｍとなる。

前記第２の補正値算出手段５は、前記第1,第２のメモ
リ20a,20bの出力切換えを行う第３のスイッチSW₃と、補
間処理部21とを具備し、この補間処理部21により、前記
第１の補正値算出手段４における第1,第２のメモリ20a,
20bに記憶された遅延補正値を基に残余のフォーカス点
に関する遅延補正値を内挿又は外挿による補間処理で求
めるようになっている。

第２図は、プローブ２により生体の特定領域に対する
セクタスキャン（走査）をする場合の各フォーカス点の
位置を示す。つまり、特定領域の断層像を形成する際に
は、数百本（例えば256本）の走査線と各走査線に対し
て十乃至数十のフォーカス点を設定するものである。

第３図は、断層像に含まれる全てのフォーカス点を補
正するために必要な遅延補正値を示す。即ち、遅延補正
値は３次行列の成分を意味し、これをＤ（n,i,j）と表
すことができる。

ここに、ｎは素子数、ｉは走査線数、ｊはフォーカス
点数である。

第４図は、ｎ番面の素子の（i,j）番目のフォーカス
点にフォーカスする際の遅延補正値を補正処理により求
める場合について示すものである。即ち、この場合の遅
延補正値Ｄ（n,i,j）は下記（１）式で表すことができ
る。

ここに、Ｌは測定する走査線の間隙,Kは測定する深さ
方向のフォーカス点の間隙を各々示す。

また、Ｓは、第１の補正値算出手段４により得られた
遅延補正値、Ｈは、遅延補正値Ｄを求めるためにＳの値
を補正する関数、α，βは、遅延補正値Ｓの走査線変化
方向、フォーカス点深さ方向の座標（n,αL,βＫ）を表
すための変数（自然数）である。

α₁,α₂,β₁,β_２は、特定のフォーカス点の座標（n,
i,j）のij平面における補間に用いるサンプル、つま
り、測定を行ったフォーカス点の範囲を表すための値で
ある。

また、第４図中、・はフォーカス点を示し、は測定により第１の補正値算出手段４から遅延補正値Ｓ
を得るフォーカス点を示すものである。

ちなみに、第５図は、ｎ番目の素子に対する走査線方
向の遅延補正値分布を求める場合を示すものである。

この場合の遅延補正値Ｄ（n,i,j）は下記（２）式で
示すことができる。

さらに、第６図はｎ番目の素子に対する深さ方向の遅
延補正分布を求める場合を示すものである。

この場合の遅延補正値Ｄ（n,i,j）は下記（３）式で
示すことができる。

第７図（ａ），（ｂ）は、上述した（１）式で示す一
般式における直線補間を行うための関数Ｈ（i,j）を作
成する場合の説明図である。

第７図（ａ）に示す関数H₁（ｉ）と、第７図（ｂ）に
示す関数H₂（ｊ）との積である関数Ｈ（i,j）を求める
ことにより、特定のフォーカス点のij平面における補間
に用いるサンプル、つまり、測定を行ったフォーカス点
の範囲を表すための値を用いていわゆる直線補間により
ｎ番目の素子における全てのフォーカス点の遅延補正値
を求めることができ、全ての素子に対し同様の処理を行
うことで全てのフォーカス点の遅延補正値を得ることが
可能となる。

以上の説明は、全ての素子についてあるフォーカス点
に対する反射信号の位相差又は伝搬時間差の測定により
遅延補正値を得る場合であるが、上述した補間処理の考
え方を、素子間に拡大することもできる。

即ち、下記（４）式で遅延補正値を表すことができ
る。

ここに、Ｊは測定対象素子の間隔である。

前記γは、素子方向の座標（γJ,αL,βＫ）を表すた
めの変数（自然数）である。γ₁,γ_２は、特定のフォー
カス点の座標（n,i,j）の補間に用いるサンプル、つま
り、測定を行ったフォーカス点の範囲を表すための値で
ある。

この（４）式は、間隔Ｊの素子数がｋ個であった場
合、第１図に示す相互相関計算部16−１乃至16−（Ｎ−
１）に対する反射信号の入力を隣り合う素子からｋ−１
個とばしにして、その間の素子については測定を行わな
いことを意味している。

この場合には、位相差測定のための相互相関計算部16
−１乃至16−（Ｎ−１）の回路規模を1/kに減少させる
ことができる。

次に、前記指定制御手段９による領域指定及び表示部
15における断層像の表示態様の例を第８図乃至第16図を
参照して説明する。

上述した第1,第２の補正値算出手段4,5により求める
遅延補正値の精度の向上を図るためには、超音波ビーム
の反射物体が測定に適したものであることが必要であ
る。

第８図は、領域Ａを補間対象領域としてオペレータが
指定した場合の例であり、第1,第２の補正値算出手段4,
5は、CPU7の制御の基に領域Ａ内の各走査線ので示すフォーカス点における遅延補正値の算出と、・で
示すフォーカス点における補間処理による遅延補正値の
算出とを各々行う。尚、第８図中、斜線部分は、補正を
行わない領域であり、また、25は肝実質像、22は血管
像、23は横隔膜像である。

第９図は、断層像を形成する各走査線の肝実質25に対
応する領域Ｂを測定対象領域と指定し、の遅延補正値のみを第１の補正値算出手段４により求
め、残余のフォーカス点全てについて第２の補正値算出
手段５により補間処理による遅延補正値を求める場合で
ある。

第10図は、肝実質像25に対応する比較的小範囲の領域
Ｃ一つを測定対象領域と指定することにより、CPU7の制
御の基に前記領域Ｃを含む類推により補正値を求める領
域Ｄがあらかじめ定められた手順に従って、自動的に指
定され、表示部15に表示される場合である。

領域Ｃから離れるほど類推的に求められる遅延補正値
の精度が劣化することを考慮すると、第10図に示す領域
Ｄのように必要とする部位付近のみ遅延補正値を求める
ことの効果は大きい。

第11図は、血管像22に相当するある一つの領域Ｅをオ
ペレータが測定すべきでないと指定する例を示す。例え
ば、CPU7の制御の基に→←で示す測定補正を行うべき領
域が表示部15に表示されたとき、→←で示す領域に血管
のように反射信号を出さない領域があった場合には、オ
ペレータがこの領域を測定すべきでない領域Ｅとして指
定する場合である。

尚、→←の他、種々の指定態様を用いることが可能で
ある。。

第12図は、二つの領域F₁,F₂を指定し、領域F₁で測定
対象領域を、領域F₂で補間処理対象領域を各々示す場合
である。

第13図，第14図は、各々領域G₁,G₂又は領域H₁,H₂を二
つずつ指定し、各々二つとも測定対象領域とし、残余の
領域を補間対象領域とする場合である。

尚、第13図に示すものは、同じ走査線の一つの測定フ
ォーカス点の値を用いて他の類推する場合に適し、ま
た、第14図に示すものは、同じ走査線の二つの測定フォ
ーカス点の値を用いて他を類推する場合に適している。

第15図は、類推補正を行う領域I₁を一つ指定し、測定
対象としない領域I₂を一つ指定する場合の例である。

この場合に、領域I₁を指定することにより、測定対象
とする領域はCPU7の制御の基に自動的に定められるが、
その領域に血管等のように測定対象とすべきでない領域
が存在したとき、この領域を領域I₂として指定すること
により、測定対象となる領域がCPU7の制御の基に自動的
に移動することになって領域指定の効率向上を図れる。

第16図は、三つの領域J₁,J₂,J₃を指定した場合の例で
ある。

領域J₁は類推補正を行う領域を、領域J₂,J₃は測定対
象となる領域を各々示す。

本発明は上述した実施例のほか、その要旨の範囲内で
種々の変形が可能である。

［発明の効果］以上詳述した本発明によれば、上述した構成としたこ
とにより、第１の補正値算出手段によりある限定された
フォーカス点についてのみ遅延補正値を求め、残余のフ
ォーカス点については第２の補正値算出手段による補間
処理により遅延補正値を求めて、これらの遅延補正値に
よりプローブの送受信制御を行うものであるから、短時
間に良質の超音波画像を得ることが可能な超音波診断装
置を提供することができる。

また、指定制御手段による対象とする領域の全部又は
限られた任意個数の領域の指定を行い、この指定結果を
基に第1,第２の補正値算出手段の制御及びプローブの送
受信制御を行うものであるから、測定に適した反射信号
が確実に得られる領域に基づいて遅延補正値を求めるの
で良質な超音波画像を得ることができる超音波診断装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置のブロック図、第２図は同
装置のプローブによりセクタスキャンを行う場合の説明
図、第３図は走査線変化，フォーカス点深さ変化を示す
説明図、第４図はｎ番目の素子に対する補正値分布の説
明図、第５図はｎ番目の素子に対する走査線方向の補正
値分布の説明図、第６図はｎ番目の素子に対する深さ方
向の補正分布の説明図、第７図（ａ），（ｂ）は各々直
線補間のための関数を示す説明図、第８図乃至第11図は
各々領域を一つ指定する場合の断層像とフォーカス点を
示す説明図、第12図乃至第15図は各々領域を二つ指定す
る場合の断層像とフォーカス点を示す説明図、第16図は
領域を三つ指定する場合の断層像とフォーカス点を示す
説明図、第17図は生体内のフォーカス点とプローブの素
子との伝搬経路を示す説明図である。１……超音波診断装置、２……プローブ、３……装置本体、４……第１の補正値算出手段、５……第２の補正値算出手段、９……指定制御手段、15……表示部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内の組織の不均一性に起因する超音波
画像の劣化を、前記不均一性に起因する位相差を生体内
からの反射信号から検出し、この検出結果を基にして前
記超音波プローブにおける送受信遅延時間を補正するこ
とによって補正するようにした超音波診断装置におい
て、前記超音波プローブが備える全部あるいは所定の素子の
駆動により生体の特定領域の断層像を構成する際に用い
られる多数の超音波ビームにおける全てのフォーカス点
のうち、前記断層像内の測定対象領域のフォーカス点に
ついて、前記各素子に対する反射信号の位相差を測定
し、この測定結果より前記送受信遅延時間に対する遅延
補正値を求める第１の補正値算出手段と、この第１の補正値算出手段の算出結果を基に前記断層像
内の補間処理対象領域のフォーカス点について、第１の
補正値算出手段により求めた近傍のフォーカス点の遅延
補正値を用いた補間処理により遅延補正値を求める第２
の補正値算出手段と、前記特定領域の断層像を表示する表示手段と、前記第1,第２の補正値算出手段及び前記超音波プローブ
の送受信制御を行うと共に、前記第１の補正値算出手段
により前記遅延補正値を求める領域を超音波の反射信号
が得られない領域を避けた領域に設定する制御を行う制
御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】生体内の組織の不均一性に起因する超音波
画像の劣化を、前記不均一性に起因する位相差を生体内
からの反射信号から検出し、この検出結果を基にして前
記超音波プローブにおける送受信遅延時間を補正するこ
とによって補正するようにした超音波診断装置におい
て、前記超音波プローブが備える全部あるいは所定の素子の
駆動により生体の特定領域の断層像を構成する際に用い
られる多数の超音波ビームにおける全てのフォーカス点
のうち、前記断層像内の測定対象領域のフォーカス点に
ついて、前記各素子に対する反射信号の位相差を測定
し、この測定結果より前記送受信遅延時間に対する遅延
補正値を求める第１の補正値算出手段と、この第１の補正値算出手段の算出結果を基に前記断層像
内の補間処理対象領域のフォーカス点について、第１の
補正値算出手段により求めた近傍のフォーカス点の遅延
補正値を用いた補間処理により遅延補正値を求める第２
の補正値算出手段と、前記特定領域の断層像を表示する表示手段と、前記第1,第２の補正値算出手段及び前記超音波プローブ
の送受信制御を行うと共に、前記第１の補正値算出手段
により前記遅延補正値を求める領域を血管領域を避けた
領域に設定する制御を行う制御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３】前記制御手段は、オペレータにより指定さ
れた前記断層像内の領域に基づいて、前記遅延補正値を
求める領域を変更するものであることを特徴とする請求
項１又は請求項２記載の超音波診断装置。