JP3101301B2

JP3101301B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3101301B2
Application number: JP02190463A
Authority: JP
Inventors: 修一河崎; 俊夫白坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JPH0479943A

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、被検体に向けて超音波を発射し、これに
よって得られる被検体情報が付与された超音波を三次元
データとして検出し、この検出結果を基にして被検体に
関する超音波三次元画像を作成する超音波診断装置に関
するものである。

（従来の技術）超音波診断装置は、今日、被検体に対する極めて有益
な非侵襲的診断手段として多用されている。また、この
ような超音波診断装置において、関連技術の目覚ましい
進歩と臨床的要求の高まりによって、被検体についての
三次元データ収集および三次元画像作成を考慮した装置
も実用化されつつある。

その代表例については既に、この出願の出願人によっ
て、特願平１−125901号として出願されている。これに
ついて第10図を参照して説明する。超音波探触子５は、
方位方向に直交する方向に超音波ビームの放射中心軸が
移動走査されるアレイトランスジューサを備え、このト
ランスジューサはまた後述する制御信号S₁を付与される
ことによって、その超音波放射中心軸が段階的に移動す
るように構成されている。

上記した超音波探触子５は、先ず送信コントロール回
路２による制御下で送波回路６から送波駆動信号が供給
されることによって、そのトランスジューサが超音波パ
ルスを被検体に向けて発射する。この際の被検体内での
反射波を同一超音波探触子５にて受波し、この受波信号
を受波回路７に供給する。この受波回路に供給された受
波信号は、一方ではＢモード処理部８に、また他方では
位相検出器11にそれぞれ供給される。Ｂモード処理部８
に供給された信号は、ここで白黒Ｂモード像信号に変換
される。一方、位相検出器11に供給された信号について
は、位相成分信号すなわち例えば血流によるドプラ偏移
信号が抽出され、これがカラー演算処理部12に供給され
る。このカラー演算処理部では、供給されたドプラ偏移
信号を基にしてカラー血流像データを作成し、上記した
白黒Ｂモード像データと共にDSC10に書き込む。

また、送信コントロール回路２から送信信号を、フレ
ームアドレス信号発生回路３に供給する。このようにし
て特定回数の送信信号が供給される都度、フレームアド
レス発生回路３は更新されたフレームアドレス信号を１
つづつ、次々にメカスキャンコントロール回路４に向け
て出力する。このメカスカキャンコントロール回路はそ
のフレームアドレス信号を供給されて、これに応じた制
御信号S₁を超音波探触子５に供給する。これによって、
この超音波探触子は内蔵するアレイトランスジューサの
方位方向に直交する方向の移動走査位置が次々に変更さ
せられる。

上記したように、メカスキャンコントロール回路４か
ら出力される制御信号S₁によって、超音波探触子５内の
アレイトランスジューサの方位方向に直交する方向の１
つの走査位置（フレーム位置）が選択される。この選択
フレーム位置における、被検体に対する超音波送受波に
よって被検体組織情報を含む超音波データを収集処理し
て、結果をDSC10に保持する。このような動作を繰り返
すことによって複数フレームについて超音波データを収
集できるので、これらを最終的に合成することによって
表示部15に三次元画像を表示することができる。

（発明が解決しようとする課題）上記した三次元データ収集および三次元画像作成を考
慮した装置は、まず送信コントロール回路２からの送信
信号によってアレイトランスジューサの移動走査位置が
スタート位置すなわち第１フレーム位置をとる。トラン
スジューサのこの位置で、トランスジューサは励振され
て被検体に向けて超音波が発射される。これによって、
第１フレーム分に相当するＢモードデータ、ドプラ偏移
データ等が収集される。この収集の後、送信コントロー
ル回路２から次の送信信号が発せられて、トランスジュ
ーサは第２フレーム位置をとる。この第２フレーム位置
は、第１フレーム位置に対して、方位方向に直交する方
向に１ステップ移動した位置である。この第２フレーム
位置で、トランスジューサから超音波を第１フレームの
場合と同様に発射させる。この時に、第２フレーム分に
相当するＢモードデータ、ドプラ偏移データ等が収集さ
れる。このようにして、第３フレーム以後第Ｎフレール
まで同様の動作を繰り返すことによって、それぞれに相
当するＢモードデータ、ドプラ偏移データ等が収集され
る。

従って、上記した装置においては、三次元画像データ
収集のために、１フレームずつ第１フレームから第Ｎフ
レームまで順番にそれぞれに対応するデータ収集をしな
ければならない。このため三次元画像作成のために必要
とするデータを収集するには、１フレーム単位のデータ
収集時間をTuとすると、Ｎ・Tuなる収集時間が必要であ
る。このことはフレーム単位収集時間Tuを短縮したり、
フレーム数を減少させたりしない限り、装置のリアルタ
イム性を悪化させることになる。逆に、リアルタイム性
を維持するためTuを短縮するには、装置の経済性を無視
した性能向上が必要である。また、フレーム数を減少さ
せると、得られる三次元画像の分解能が悪化することに
なる。

この発明は上記した課題を解決するために成されたも
ので、その目的とするところは、被検体に関する三次元
超音波データを収集するに当り、経済的な手段によっ
て、フレーム数を減少させることなく、リアルタイム性
を向上させ得る超音波診断装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、超音波を被検体に
対して送受波する振動子を配してなる二次元アレイトラ
ンスジューサと、送波する超音波が複数峰性ビームパタ
ーンを形成するように遅延処理をした駆動信号を前記ア
レイトランスジューサへ送る超音波送波手段と、前記ア
レイトランスジューサにより受波された信号に基いて、
一度の送波に対して複数のラスタのデータを生成する超
音波受波手段と、前記ラスタのデータに基いてＢモード
像を生成するＢモード処理手段と、前記ラスタのデータ
に基いて血流像を求める血流処理手段とを備えたことを
特徴とする超音波診断装置。

（作用）超音波送信制御手段によって移動走査制御手段に送信
信号が供給されて、アレイトランスジューサは第１フレ
ームデータ収集位置に移動される。また、超音波送信制
御手段の送信信号によって、第１フレーム収集状態にあ
るアレイトランスジューサが励振され、複数峰性ビーム
パターンの超音波が放射される。この際の複数峰性ビー
ムパターンの各峰部は、アレイ方向に対して直交する方
向に離間して現出されるので、それぞれの峰を単位フレ
ームとして割当られる。すなわち、例えば二峰性であれ
ば１つの発信信号について第１および第２フレームとい
うようになる。

超音波受波制御手段によって、被検体から反射してき
た複数峰性エコービームを検出する。このようにして検
出されたビームを各峰毎に分離処理してそれぞれ隣りの
別々の単位フレームデータとする。移動走査手段に超音
波送信制御手段から次の送信信号が供給されると、アレ
イトランスジューサが第２の走査位置に移動される。こ
の状態で、第１の走査位置での場合と同様に、複数峰性
の超音波ビームをアレイトランスジューサから発射す
る。この時の被検体でのエコービームを同様に検出し
て、例えば二峰性であれば、第３、第４のフレームデー
タとして分離処理される。このような動作を繰り返すこ
とによって、第Ｎフレームまでの分離処理データが短時
間の下で、例えば二峰性ビーム使用の場合には1/2の時
間で三次元データが得られる。

（実施例）この発明の一実施例の構成を第１図および第２図を参
照して説明する。超音波探触子については、大部分が上
記した従来装置のそれと同一であるので、特徴部分であ
る二次元アレイトランスジューサ20のみを代表して示
す。このトランスジューサ20は、第２図にその詳細を示
すように、超音波ビームスキャン（Ｘ）方向に振動素子
が１〜Ｎ列分、またレンズ収束（Ｙ）方向にL₁〜L_N列分
配列されている。

アレイトランスジューサ20を励振するための送波回路
21、および被検体（図示せず）から反射してきたエコー
ビームを受信するための受波回路22を設ける。送波回路
21には励振タイミングを決定するための送信データが、
送信データ出力回路23によって供給される。また、送信
回路21には、後に詳述するが、トランスジューサ20から
発射される超音波ビームが二峰性パターンを呈するよう
に、レンズ（Ｙ）方向遅延コントロール回路24およびス
キャン（Ｘ）方向遅延コントロール回路25のそれぞれか
らの出力信号を供給するようにする。更にまた、被検体
で反射された二峰性エコービームのみを受信するよう
に、受波回路22にも両回路24,25からのそれぞれの出力
信号を供給する。

上記した送波回路21,送信データ出力回路23,レンズ
（Ｙ）方向遅延コントロール回路24並びにスキャン
（Ｘ）方向遅延コントロール回路25のそれぞれは送信コ
ントロール回路26によって動作タイミングを制御され
る。一方、受波回路22および両回路24,25のそれぞれは
受信コントロール回路27によって制御される。受波回路
22からの出力信号を白黒Ｂモード像（B/Wデータ）処理
回路28および例えば２個の位相検波器29a,29bにそれぞ
れ供給する。

Ｂモード像処理回路28からの出力信号すなわち白黒Ｂ
モード像信号は、ディジタル・スキャン・コンバータ
（DSC）30に供給される。また、位相検波器29a,29bのそ
れぞれの出力信号すなわち血流によるドプラ偏移信号を
それぞれに対応する周波数解析器31a,31bに供給する。
この場合、位相検波器29aによって抽出される信号は二
峰性超音波ビームの一方の峰成分に、また位相検波器29
bによって抽出される信号は残りの峰成分にそれぞれ対
応している。周波数解析器31a,31bのそれぞれの出力信
号すなわち血流情報をカラー演算化したカラー像データ
信号を共に加算器32に供給し、これによる加算結果を信
号選択器（SEL）33に送る。また、この信号選択器に
は、周波数解析器31a,31bの各出力を別々に供給できる
ようにも構成されている。尚、一点鎖線のブロック41で
囲まれた部分をカラードプラ解析部と総称する。

加算器32からの出力信号および各周波数解析器31a,31
bからのそれぞれの出力信号は、信号選択器33を介してD
SC30に一旦保持される。また、DSC30から供給される各
種データ信号を基にしてカラー像信号を作成し、これを
モニタ34に供給するカラー変換器35が設けられる。尚、
上記した全システム構成については、主コントローラ36
によって制御されるように構成する。

次に上記した構成の動作について、第３図乃至第７図
を参照に加えて説明する。先ず、超音波探触子の二次元
アレイトランスジューサ20のアレイ方向に対して直交す
る方向における移動走査位置を初期位置、すなわち第１
フレーム位置にセットする。この状態で、送信コントロ
ール回路26が発生する送信信号によって送波回路21が駆
動される。送波回路21の駆動によって、送信データ出力
回路23から供給される送信データ信号に基づいて、アレ
イトランスジューサ20に対して励振電力が供給される。

この際、送波回路21には、レンズ（Ｙ）方向遅延コン
トロール回路24およびスキャン（Ｘ）方向遅延コントロ
ール回路25の各出力信号が供給されるため、次に述べる
原理によってアレイトランスジューサ20によって、発射
される超音波ビームパターンが二峰性を呈することにな
る。すなわち、アレイトランスジューサ20の配列態様が
第２図に示すように、超音波ビームスキャン（Ｘ）方向
（アレイ方向）に振動素子が１〜Ｎ列分、またレンズ
（Ｙ）方向にL₁〜L_N列分配列されている。このようなア
レイトランスジューサ20において、まずスキャン（Ｘ）
方向に配列された各振動素子には、第３図に示すよう
な、遅延特性すなわち配列の両端で最大の遅延量を示
し、中間部で最低となる特性がそれぞれ付与される。ま
た、レンズ（Ｙ）方向に配列された各振動素子には、第
４図に示すような、遅延特性すなわち配列の両端で最低
値を示し、中間部で最大となる特性がそれぞれ付与され
る。その結果、アレイトランスジューサ20から放射され
る超音波ビームパターンは、第５図に示すように、レン
ズ（Ｙ）方向に二峰性を呈することになる。尚、両峰部
間の角度がθで示されている。

このようなレンズ（Ｙ）方向に二峰性の超音波ビーム
が被検体に向けて放射され、そのエコービームを同一の
トランスジューサ20にて送信時と同一の遅延特性を付与
することによって受信する。これによって、第１の峰部
M₁および第２の峰部M₂のそれぞれに対応するエコービー
ムEB₁,EB₂を同時に受信する。これらのエコービーム
は、互いに、レンズ（Ｙ）方向にθなる角度差を持ち、
従ってアレイトランスジューサ20の第１フレーム位置に
おける２つの互いに離間したサブフレームF1a,F1bとし
て位置づけることができる。この様子を第６図に示す。
すなわち、各サブフレームF1a,F1bはそれぞれＮ個のラ
スタデータによって構成されている。

アレイトランスジューサ20によって受波された超音波
ビームは、受波回路22によって電気信号に変換され、一
方では白黒Ｂモード像処理回路28に供給される。これに
よって、サブフレームF1a,F1bのそれぞれに対応する白
黒Ｂモード像データが作成され、DSC30に記録される。
他方、受波回路22からの出力信号は一対の位相検波器29
a,29bに送られ、前者によってサブフレームF1aにおける
位相成分信号が、また後者によって、サブフレームF1b
における位相成分信号がそれぞれ抽出される。各位相検
波器29a,29bからの信号（血流情報）はそれぞれに対応
する周波数解析器31a,31bによってカラー演算されて、
サブフレームF1a,F1bのカラー血流像データ信号に変換
される。これらのデータ信号は、必要に応じて、加算器
32による加算出力としてSEL33を介してDSC30に供給され
る。この加算の様子が第７図に示されている。すなわ
ち、サブフレームF1a、F1bの各データは加算されて、１
つのフレームFISのデータにまとめられる。このことに
よって、そのデータを記録するDSC30のフレームメモリ
容量を減少させることが可能になる。

次に、送信コントロール回路26から第２番目の送信信
号が発信されると、アレイトランスジューサ20は第２フ
レーム位置に移動される。この位置で、アレイトランス
ジューサ20は、第１フレーム位置の時と同様に、二峰性
パターンの超音波ビームを発射する。この場合において
は、超音波ビームの各峰部は、第８図に示すように、サ
ブフレームF2a,F2bに対応している。従って、このビー
ムに基づくエコービームを受波することによって、DSC3
0にサブフレームF2a,F2bにおける各種データ信号が記録
される。このような動作を、アレイトランスジューサ20
の第Ｎフレーム位置まで続行させることによって、DSC3
0にサブフレームF1a,F1bからFNa,FNbまでの各種データ
信号が記録されることになる。

このようにしてDSC30に記録された各種データ信号
を、カラー変換器35によってカラー映像信号に変換して
後、三次元化された白黒Ｂモード像とカラー血流像との
重畳像として、第８図に示すように、モニタ34上に表示
する。この際のフレーム像の数は、アレイトランスジュ
ーサ20の１フレーム位置毎に２つのサブフレームが割当
てられる結果、三次元データ収集時間を短縮することが
できる。

今ここで、一般的な超音波診断装置を用いて、例えば
第11図に示されているような、被検体の肝臓腫瘍部にお
ける複雑に入り組んだ血管部をＢモード像として得る場
合について説明する。第11図（ａ）において、拡大して
示された該当血管部37に対し、トランスジューサから放
射される超音波ビーム面38を図示するように設定して診
断すると、第11図（ｂ）に示すようなＢモード像39が得
られる。すなわち、この像は、第11図（ａ）において、
血管部37が超音波ビーム面38で交差する部位に対応する
部位にただ単に点情報40a,40b,…としてそれぞれ表示さ
れるに過ぎないものになる。従って、このようなＢモー
ド像39を参照しても、第11図（ａ）に示すような複雑構
造の血管部について、その血管の絡み具合を把握するこ
とが大変困難である。

上記したような不具合点は次のようにして解決され
る。すなわち、第１図に示す構成において、Ｂモード像
については、DSC30に記録された各フレームに対応する
もののうちの１つを、またカラー血流像については、第
１図において加算器32の出力をDSC30に記録したものを
使用し前記Ｂモード像とカラー血流像を合成して、モニ
タ34にて表示するようにする。この方法によればDSCの
フレームメモリを増加させなくてもよいというメリット
がある。このようにして、モニタ34に表示される像は、
第９図に示すように、１枚のＢモード像に複数フレーム
の血管断面を示す点情報を重ねて表示されるので、複雑
な血管構造をある程度正確に把握することが可能にな
る。

尚、第１図において、位相検波器29a、29b,周波数解
析器31a、31bについては、時分割処理することで２系統
もつ必要はなく、１系統でも可能となる。

［発明の効果］本発明によれば、複数の峰性を有する超音波ビームを
送波し、この時受波された超音波の信号に基いて複数の
ラスタのデータを生成することにより、単位時間あたり
に生成できるフレーム数を増やすことができ、これによ
りリアルタイム性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例中のアレイトランスジューサの構成説
明図、第３図および第４図はそれぞれ第２図に示された
アレイトランスジューサの動作説明図、第５図は第２図
のアレイトランスジューサによる発信超音波ビームパタ
ーンを示す説明図、第６図は第５図に示すビームパター
ンとフレームとの関係を示す説明図、第７図および第８
図はそれぞれ同実施例の動作説明図、第９図は他の実施
例の動作説明図、第10図は従来の三次元超音波診断装置
のブロック構成図、第11図は従来のＢモード像作成手段
の動作説明図である。 20……アレイトランスジューサ， 21……送波回路,22……受波回路， 24……レンズ方向遅延コントロール回路， 25……スキャン方向遅延コントロール回路， 26……送信コントロール回路， 27……受信コントロール回路

───────────────────────────────────────────────────── 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 - 8/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を被検体に対して送受波する振動子
を配してなる二次元アレイトランスジューサと、送波する超音波が複数峰性ビームパターンを形成するよ
うに遅延処理をした駆動信号を前記アレイトランスジュ
ーサへ送る超音波送波手段と、前記アレイトランスジューサにより受波された信号に基
いて、一度の送波に対して複数のラスタのデータを生成
する超音波受波手段と、前記ラスタのデータに基いてＢモード像を生成するＢモ
ード処理手段と、前記ラスタのデータに基いて血流像を求める血流処理手
段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記複数ラスタのデータを周波数解析した
後に加算し、この加算して得たデータから構成される血
流像と、前記Ｂモード像とを重ねて画像表示することを
特徴とした請求項１に記載された超音波診断装置。