JP3311364B2 - 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】本発明は、超音波診断装置に関す
るもので、特に超音波診断装置のディジタルスキャンコ
ンバータ（ＤＳＣ）の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探触子から生体内に超音波パルス
を繰り返し送信し、生体内から反射される超音波パルス
のエコーを同一の、あるいは別に設けた超音波探触子で
受信し、この超音波パルスを送受信する方向を少しづつ
ずらすことによって、生体内の複数方向から収集した情
報を可視像の超音波診断画像として表示する（Ｂモード
表示する）ことが出来るようにした超音波診断装置が従
来より種々提案されている。

【０００３】このような超音波診断装置の中には、図８
に示すように超音波探触子２１に対して扇型のエリアを
走査するセクタ走査型や、図９に示すように超音波探触
子２１を中心に円形のエリアを走査するラジアルセクタ
走査型など極座標的に超音波走査する装置がある。この
ような超音波診断装置は、小型の探触子で広い視野を実
現できるという長所がある。特に超音波内視鏡のような
体腔内で走査を行う装置においては、管腔の全周にわた
る超音波診断画像を観察できるという長所があるため、
ラジアルセクタ走査型が広く用いられている。

【０００４】超音波診断装置においては、超音波診断画
像を表示する表示装置としては、図１０に示すような、
水平／垂直の直交座標的な走査をして画像を表示するテ
レビジョンモニタを用いるのが一般的である。前述のよ
うな超音波を極座標的に走査する装置においても、極座
標的な超音波走査を直交座標的なテレビジョン走査に変
換する手段を装置内に設け、超音波診断画像をテレビジ
ョンモニタに表示している。これは、走査方式をテレビ
ジョン走査に変換することによって、超音波走査の方式
が異なる複数の超音波探触子を切り換えて用いる場合に
おいても同一の表示装置に表示できる上に、テレビジョ
ン用に開発された安価で高性能な各種ハードコピー装置
（たとえばビデオプリンタなど）や、補助記憶装置（た
とえばＶＴＲなど）が流用可能といった利点が有るから
である。

【０００５】極座標的に超音波走査して得られた画像を
テレビジョンモニタに表示するためには、直交座標に変
換する手段が必要である。このような極座標的走査を直
交座標的走査にといったように走査方式を変換する手段
はスキャンコンバータと呼ばれている。このようなスキ
ャンコンバータとしては、今日ではディジタルスキャン
コンバータ（以下、ＤＳＣと略記）を用いるのが一般的
である。

【０００６】ＤＳＣとは、超音波エコー信号（アナログ
信号）をディジタル信号に変換し、テレビジョン表示１
画面分に相当する記憶容量を持ったディジタルメモリＩ
Ｃで構成された画像メモリに超音波走査方式に従って一
旦書き込み、テレビジョン走査方式に従って読み出すよ
うにしたものである。ＤＳＣでは、画像メモリへの書き
込みの際に書き込みアドレスを極座標変換するか、ある
いは画像メモリからの読み出しの際に読み出しアドレス
を極座標変換するようにしているが、このようなアドレ
スを極座標変換する手段の一つとして、変換テーブルを
あらかじめ書き込んでおいた座標変換用ＲＯＭを用いて
座標変換回路を構成するものがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】標準テレビ方式のテレ
ビジョンモニタを表示装置として使う場合には、画像メ
モリの画素構成は５１２×５１２画素程度とするのが一
般的である。こうした場合、アドレスを極座標変換する
ための座標変換用ＲＯＭは２５６ｋ×１８bit の容量が
必要となってしまう。（５１２×５１２＝２６２１４４
bit(２５６ｋbit)＝２¹⁸だから、５１２×５１２画素構
成の画像メモリのアドレスを変換するためには、入力１
８bit 、出力１８bit(すなわち２５６ｋ×１８bit)のＲ
ＯＭが必要となる。）この座標変換用ＲＯＭとして一般
的に入手可能な５１２ｋbit のＲＯＭ（６４ｋ×８bit
構成）を用いるとすると、必要なＲＯＭの個数は１２個
にもなってしまう。ＲＯＭは他のＩＣに比べて外形が大
きいためＲＯＭの増加は基板の小型化の障害となる上、
ＲＯＭにデータを書き込む手間が多く必要になるという
問題点があった。

【０００８】このような座標変換用に多量のＲＯＭを必
要としてしまうという問題点を解決する手段として、特
開昭６３−２３８５５６号公報に開示されていて、図１
１に示すような装置が提案されている。

【０００９】しかしながら、特開昭６３−２３８５５６
号公報に開示されているものでは、たしかに必要とする
ＲＯＭの容量を減少させることが可能であるが、座標変
換用ＲＯＭの他に原点座標設定部および演算器などが新
たに必要となってしまうため、必ずしも装置の小型化、
低消費電力化、低価格化に寄与できるものではなかっ
た。

【００１０】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、極座標変換を行う座標変換回路に特別な回路を
追加することなく座標変換用ＲＯＭの容量少なくするこ
とができ、装置を小型化、低消費電力化、及び低価格化す
ることが可能な超音波診断装置を提供することを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置は、被検体に超音波を送受信して極座標的な超音波
走査を行い、前記被検体からのエコー信号を超音波診断
画像として表示することにより被検体の検査を行う超音
波診断装置において、被検体からのエコー信号を一時記
憶可能な画像メモリと、極座標的な超音波走査に応じた
書き込みアドレス信号を発生して前記画像メモリに出力
する書き込みアドレス制御手段と、直交座標の表示手段
の走査に応じた同期信号を発生するとともに、前記表示
手段における水平及び垂直またはその一方の軸で分割さ
れる表示領域の切り替えを行うための領域切り替え信号
を出力する表示信号発生手段と、前記同期信号に同期し
てカウントが開始されるとともに前記領域切り替え信号
によってアップダウンが切り替えられて直交アドレス信
号を発生するアドレスカウント手段と、前記軸で対称的
に分割される超音波診断画像の一部領域の極座標走査線
に対応する変換座標データを記憶するとともに、前記直
交アドレス信号を入力して前記変換座標データが読み出
される変換座標テーブル記憶手段と、前記変換座標テー
ブル記憶手段からの前記変換座標データと前記領域切り
替え信号とが前記画像メモリに入力されて読み出される
超音波診断画像を前記表示手段に出力する超音波画像出
力手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】被検体に超音波を送受波して極座標的な超音波
走査を行い、書き込みアドレス発生手段により超音波走
査方式に応じた書き込みアドレスを発生して被検体から
のエコー信号を画像メモリに一時記憶する。表示信号発
生手段により表示方式に応じた走査方式に応じた同期信
号を発生するとともに、表示手段における水平及び垂直
またはその一方の軸で分割される表示領域の切り替えを
行うための領域切り替え信号を出力する。アドレスカウ
ント手段は前記同期信号に同期してカウントが開始され
るとともに前記領域切り替え信号によってアップダウン
が切り替えられて直交アドレス信号を発生する。そし
て、前記直交アドレス信号により変換座標テーブル記憶
手段に記憶された超音波診断画像の前記軸で対称的に分
割された一部領域の極座標走査線に対応する変換座標デ
ータを読み出すとともに、この読み出された変換座標デ
ータと前記領域切り替え信号とに基づいて前記画像メモ
リの読み出しを行い、被検体からのエコー信号を超音波
診断画像として表示する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図７は本発明の一実施例に係り、図１
は超音波診断装置の概略の構成を示すブロック図、図２
はラジアルセクタ走査方式における表示画像を示す説明
図、図３はセクタ走査方式における表示画像を示す説明
図、図４は超音波探触装置の構成を示す断面説明図、図
５は図４の超音波探触子の先端部の構成を示す断面説明
図、図６は図５のＡ−Ａ′線断面図、図７は超音波ビー
ムの放射状態を示す説明図である。

【００１４】図１に超音波診断装置の概略の構成を示
す。ここでは、ラジアルセクタ走査型の超音波診断装置
の例で説明する。

【００１５】超音波の送受波を行う超音波探触子を含む
超音波探触装置２２は、Ａ／Ｄコンバータ２３に接続さ
れている。超音波探触装置２２で受信された超音波のエ
コー信号はＡ／Ｄコンバータ２３によってディジタル信
号に変換され、変換されたエコー信号データが画像メモ
リ２４に超音波の走査方式に従って書き込まれるように
なっている。前記画像メモリ２４には書き込みアドレス
発生手段としての書き込みアドレス発生回路２５が接続
されており、この書き込みアドレス発生回路２５が超音
波の走査方式に従って画像メモリ２４の書き込みアドレ
スを発生し、この書き込みアドレスによって、エコー信
号データが画像メモリ２４に書き込まれる。この画像メ
モリ２４に書き込まれたエコー信号データは、表示装置
の走査方式に従って読み出されてＤ／Ａコンバータ２６
に入力されるようになっている。このＤ／Ａコンバータ
２６にはテレビジョンモニタ等の表示装置２７が接続さ
れており、Ｄ／Ａコンバータ２６でアナログ信号に変換
されたエコー信号が超音波診断画像として表示されるよ
うになっている。

【００１６】前記画像メモリ２４に書き込まれたエコー
信号データを表示装置の走査方式に従って読み出すため
の座標変換を行う座標変換回路は、以下のように構成さ
れている。

【００１７】表示信号発生手段としての表示信号発生回
路２８は、表示装置２７の走査方式（一般には標準テレ
ビ走査方式）に同期した同期信号２８ａを発生するもの
で、この同期信号２８ａがアドレスカウント手段として
の水平アドレスカウンタ２９及び垂直アドレスカウンタ
３０に供給されるようになっている。また、表示信号発
生回路２８は、表示装置２７の表示領域を切り替える水
平方向領域切り替え信号及び垂直方向領域切り替え信号
も発生するようになっており、水平方向領域切り替え信
号が水平アドレスカウンタ２９に、垂直方向領域切り替
え信号が垂直アドレスカウンタ３０に供給されるように
なっている。さらに、前記領域切り替え信号と同期信号
とが画像メモリ２４に供給されるようになっている。

【００１８】前記水平アドレスカウンタ２９及び垂直ア
ドレスカウンタ３０の出力端は、変換座標データ記憶手
段としての座標変換用ＲＯＭ３１に接続されている。水
平アドレスカウンタ２９は、前記同期信号２８ａに同期
してカウントを行い、表示装置２７の水平方向（図１０
においてＨ方向）のアドレス（水平アドレスＨ）を発生
させて座標変換用ＲＯＭ３１に供給するようになってい
る。垂直アドレスカウンタ３０は、前記同期信号２８ａ
に同期してカウントを行い、表示装置２７の垂直方向
（図１０においてＶ方向）のアドレス（垂直アドレス
Ｖ）を発生させて座標変換用ＲＯＭ３１に供給するよう
になっている。なお、水平アドレスカウンタ２９及び垂
直アドレスカウンタ３０は、それぞれ前記水平方向領域
切り替え信号及び垂直方向領域切り替え信号によってカ
ウントのアップ／ダウンが切り替え可能なアップダウン
カウンタで構成されている。座標変換用ＲＯＭ３１は、
前記水平アドレス及び垂直アドレスを極座標に変換する
ための変換テーブルが記憶されており、前記水平アドレ
スＨ及び垂直アドレスＶより極座標のアドレス信号が読
み出され、画像メモリ２４に供給されるようになってい
る。さらに、画像メモリ２４に対するエコー信号データ
の書き込み、読み出しを制御する座標変換制御回路３２
が設けられ、画像メモリ２４、書き込みアドレス発生回
路２５、表示信号発生回路２８、座標変換用ＲＯＭ３１
に接続されている。

【００１９】ここで、超音波探触装置２２について図４
ないし図７を参照して説明する。図４に示すように、超
音波探触装置２２は、被検体に超音波を送受波する超音
波探触子４１が設けられている。超音波探触子４１は、
シース４２内の先端部に超音波振動子４３が設けられて
おり、この超音波振動子４３に回転駆動力を伝達する駆
動伝達部４４が連設されている。駆動伝達部４４は、ギ
ア４５を介してモータ４６に機械的に接続されており、
モータ４６を回転させることによって超音波振動子４３
を回転駆動させて超音波ビームを走査するようになって
いる。

【００２０】前記超音波探触子４１の先端部の構成を図
５に示す。シース４２内に設けられた駆動伝達部４４の
先端部に超音波振動子４３が連設されている。また、シ
ース４２内には、超音波が減衰しないように生理食塩水
等の液体の媒体４９が満たされている。超音波振動子４
３は支持枠４７を有し、この支持枠４７内に振動子ユニ
ット４８が設けられている。この振動子ユニット４８
は、図６に示すように、音響レンズ５１、ＰＶＤＦ（ポ
リフッ化ビニリデン）等で形成された可撓性を有する高
分子圧電素子５２、及び銅板のバッキング材５３で構成
されている。音響レンズ５１は、シース４２の内側の形
状とほぼ同一な略円柱状の形状となっている。音響レン
ズ５１の外周に沿って前記高分子圧電素子５２が配設さ
れている。さらに、高分子圧電素子５２の外側には、音
響レンズ５１とは反対側に超音波ビームが放射すること
を防止するために、銅板のバッキング材５３が設けられ
ている。このバッキング材５３の厚さは放射する超音波
の銅板中での波長の１／４になっている。

【００２１】体腔内等の細い管腔内に挿入して超音波の
走査を行うためには、細径の超音波探触子が用いられる
が、この場合、シース内に配置可能なように振動子ユニ
ットを小さくする必要がある。従来のセラミック圧電素
子で構成された振動子ユニットでは、振動子ユニットを
小さくすることによって超音波が放射される開口も同様
に小さくなってしまう。このため、図７（ａ）に示すよ
うに、振動子ユニット５４から放射される超音波ビーム
が広がってしまい、方位分解能が低下するという問題点
があった。また、振動子ユニットの表面積が小さいた
め、振動子のインピーダンスが高くなり、送受信回路や
信号ケーブルとの整合がとれず感度が低下するという問
題点も発生する。そこで、本例では振動子として高分子
圧電素子５２を用い、音響レンズ５１の外周に沿うよう
に高分子圧電素子５２を配置して振動子ユニットを構成
することにより、開口を小さくすることなく細径化し
て、方位分解能及び感度を向上させるようにしている。

【００２２】高分子圧電素子５２から放射された超音波
は、音響レンズ５１で収束され、媒体４９、シース４２
を通過して被検体へ超音波ビームとして放射される。こ
こで、高分子圧電素子５２は音響レンズ５１の外周に沿
うように配置されているため、振動子ユニット４８を細
径としても開口は小さくならない。また、超音波ビーム
は音響レンズ５１によって収束されるため、図７（ｂ）
に示すように、超音波ビームが広がることはない。被検
体からの反射波は、超音波探触子４１へ戻り、高分子圧
電素子５２で受波されてエコー信号としてＡ／Ｄコンバ
ータ２３へ送出される。このような超音波ビームの送受
信を、振動子ユニット４８を回転させて繰り返すこと
で、ラジアルセクタ走査による超音波診断画像が得られ
る。

【００２３】このように、高分子圧電素子５２を音響レ
ンズ５１の外周に沿うように配置して振動子ユニットを
構成することにより、開口を小さくすることなく細径化
することができ、方位分解能を向上させると共に、感度
を向上させることが可能となる。

【００２４】次に、本実施例の超音波診断装置の作用に
ついて説明する。超音波探触装置２２で受信した超音波
のエコー信号は、Ａ／Ｄコンバータ２３によってディジ
タル信号に変換されて画像メモリ２４に超音波の走査方
式に従って一旦書き込まれる。そして、画像メモリ２４
に書き込まれたエコー信号データが、表示装置の走査方
式に従って読み出され、Ｄ／Ａコンバータ２６で再びア
ナログ信号に変換されて表示装置２７に超音波診断画像
として表示される。ここで、座標変換制御回路３２によ
り、画像メモリ２４、書き込みアドレス発生回路２５、
表示信号発生回路２８、座標変換用ＲＯＭ３１に制御信
号が供給されてエコー信号データの書き込み、読み出し
が制御される。

【００２５】エコー信号データを書き込む際には、書き
込みアドレス発生回路２５により超音波の走査方式に従
って画像メモリ２４の書き込みアドレスを発生させ、こ
の書き込みアドレスに従って書き込みが行われる。

【００２６】また、画像メモリ２４から前記エコー信号
データを読み出す場合は、まず、表示信号発生回路２８
により表示装置２７の走査方式に同期した同期信号２８
ａを発生させる。そして、水平アドレスカウンタ２９
は、前記同期信号２８ａに同期してカウントが開始さ
れ、表示装置２７の水平方向の水平アドレスＨを発生さ
せる。また、垂直アドレスカウンタ３０は、前記同期信
号２８ａに同期してカウントが開始され、表示装置２７
の垂直方向の垂直アドレスＶを発生させる。このとき、
表示信号発生回路２８が発生する水平方向領域切り替え
信号によって、水平アドレスカウンタ２９のカウントの
アップ／ダウンが切り替わる。同様に、表示信号発生回
路２８が発生する垂直方向領域切り替え信号によって、
垂直アドレスカウンタ３０のカウントのアップ／ダウン
が切り替わる。こうして、水平アドレスカウンタ２９の
カウント値である水平アドレスＨと、垂直アドレスカウ
ンタ３０のカウント値である垂直アドレスＶとが座標変
換用ＲＯＭ３１に供給される。前記水平アドレスＨ及び
垂直アドレスＶにより座標変換用ＲＯＭ３１の変換テー
ブルが読み出され、この読み出された極座標のアドレス
信号が画像メモリ２４に供給される。また、画像メモリ
２４には前記領域切り替え信号も供給されており、これ
らの極座標のアドレス信号と領域切り替え信号とによっ
て、エコー信号データが画像メモリ２４から極座標で読
み出され、Ｄ／Ａコンバータ２６でアナログ信号に変換
されて表示装置２７に超音波診断画像として表示され
る。

【００２７】超音波の走査方式が例えばラジアルセクタ
走査方式の場合には、表示装置２７に表示される超音波
診断画像は、図２に示すように、上下、左右でそれぞれ
対称になっている。従って、図２のＩの領域に対応する
分（全画面の１／４に対応する分）の変換テーブルを座
標変換用ＲＯＭ３１に用意しておき、水平アドレスカウ
ンタ２９及び垂直アドレスカウンタ３０のカウントのア
ップ／ダウンを分割された各領域ごとに切り替えるよう
にする。 Ｉ→水平方向…アップ，垂直方向…アップ、 II→水平方向…ダウン，垂直方向…アップ、 III→水平方向…アップ，垂直方向…ダウン、 IV→水平方向…ダウン，垂直方向…ダウン これにより、１／４の領域に対応する変換テーブルだけ
で全画面の領域の座標変換が可能となる。

【００２８】また、超音波の走査方式がセクタ走査方式
の場合には、表示装置２７に表示される超音波診断画像
は、図３に示すように、画像の真ん中を中心に左右の領
域（図３のＩとIIで示す領域）で対称となっている。従
って、図３のＩの領域に対応する分（全画面の１／２に
対応する分）の変換テーブルを座標変換用ＲＯＭ３１に
用意しておき、水平方向のアドレスを発生する水平アド
レスカウンタ２９のカウントのアップ／ダウンを領域ご
とに切り替えるようにする。 Ｉ→アップ、 II→ダウン これにより、１／２の領域に対応する変換テーブルだけ
で全画面の領域の座標変換が可能となる。

【００２９】以上のように、ラジアルセクタ走査の場合
には画像メモリの１／４の領域（表示装置の画素構成が
５１２×５１２画素であるとすると、その１／４だから
２５６×２５６画素）に相当する分だけの変換テーブル
を座標変換用ＲＯＭに用意しておけば良いので必要なＲ
ＯＭの容量は６４ｋ×１６bit となり容量を少なくする
ことができる。（２５６×２５６＝６５５３６bit(６４
ｋbit)＝２¹⁶だから、入力１６bit 、出力１６bit(すな
わち６４ｋ×１６bit)のＲＯＭで済む。）これは、一般
的な５１２ｋbit のＲＯＭ（６４ｋ×８bit 構成）の２
個分に相当する容量である。

【００３０】このように、ラジアルセクタ走査の場合に
おいては、アドレスの極座標変換に必要とする座標変換
用ＲＯＭの個数を従来に比べ１／６に削減できる。しか
も水平、垂直アドレスを発生するアドレスカウンタのア
ップ／ダウンを各領域ごとに切り替えるようにしただけ
なので特別な回路を追加する必要がない。従って、本実
施例によれば、座標変換回路に特別な回路を追加するこ
となく座標変換用ＲＯＭの容量を少なくすることがで
き、小型で、消費電力が少なくて済み、安価な超音波診
断装置を提供することが可能となる。

【００３１】なお、本実施例では画像メモリの読み出し
アドレスを極座標変換するようにしているが、書き込み
アドレス発生回路に座標変換回路を接続し、書き込みア
ドレスを極座標変換するようにしても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、極
座標変換を行う座標変換回路に特別な回路を追加するこ
となく座標変換用ＲＯＭの容量を少なくすることがで
き、装置を小型化、低消費電力化、及び低価格化するこ
とが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の概略
の構成を示すブロック図

【図２】ラジアルセクタ走査方式における表示画像を示
す説明図

【図３】セクタ走査方式における表示画像を示す説明図

【図４】超音波探触装置の構成を示す断面説明図

【図５】図４の超音波探触子の先端部の構成を示す断面
説明図

【図６】図５のＡ−Ａ′線断面図

【図７】超音波ビームの放射状態を示す説明図

【図８】セクタ走査型の超音波走査方式を示す説明図

【図９】ラジアルセクタ走査型の超音波走査方式を示す
説明図

【図１０】画像表示装置における直交座標的なテレビジ
ョン走査を示す説明図

【図１１】従来の超音波診断装置の構成を示すブロック
図

【符号の説明】

２２…超音波探触装置 ２４…画像メモリ ２５…書き込みアドレス発生回路 ２７…表示装置 ２８…表示信号発生回路 ２９…水平アドレスカウンタ ３０…垂直アドレスカウンタ ３１…座標変換用ＲＯＭ ３２…座標変換制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体に超音波を送受信して極座標的な超
   音波走査を行い、前記被検体からのエコー信号を超音波
   診断画像として表示することにより被検体の検査を行う
   超音波診断装置において、 被検体からのエコー信号を一時記憶可能な画像メモリ
   と、 極座標的な超音波走査に応じた書き込みアドレス信号を
   発生して前記画像メモリに出力する書き込みアドレス制
   御手段と、 直交座標の表示手段の走査に応じた同期信号を発生する
   とともに、前記表示手段における水平及び垂直またはそ
   の一方の軸で分割される表示領域の切り替えを行うため
   の領域切り替え信号を出力する表示信号発生手段と、 前記同期信号に同期してカウントが開始されるとともに
   前記領域切り替え信号によってアップダウンが切り替え
   られて直交アドレス信号を発生するアドレスカウント手
   段と、 前記軸で対称的に分割される超音波診断画像の一部領域
   の極座標走査線に対応する変換座標データを記憶すると
   ともに、前記直交アドレス信号を入力して前記変換座標
   データが読み出される変換座標テーブル記憶手段と、前記変換座標テーブル記憶手段からの前記変換座標デー
   タと前記領域切り替え信号とが前記画像メモリに入力さ
   れて 読み出される超音波診断画像を前記表示手段に出力
   する超音波画像出力手段と、 を備えたことを特徴とする超音波診断装置。