JP3431156B2 - 超音波走査のための方法及び装置 - Google Patents
超音波走査のための方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に超音波走査に関するものである。
超音波パルスを組織に透過し、その反射信号で生成し
た像はリアルタイムで直接表示出来る。超音波走査は物
体の内部構造に関する情報を得る為の、価値ある非侵襲
性の診断手段である。医療用では、「物体」は人体であ
ったり動物の身体であったりするが、組織の非均質性の
為、超音波信号の減衰と後方散乱の程度が変化し、医学
的に不満足な表示像となる。
た像はリアルタイムで直接表示出来る。超音波走査は物
体の内部構造に関する情報を得る為の、価値ある非侵襲
性の診断手段である。医療用では、「物体」は人体であ
ったり動物の身体であったりするが、組織の非均質性の
為、超音波信号の減衰と後方散乱の程度が変化し、医学
的に不満足な表示像となる。
公知の超音波走査装置は通常、超音波パルス信号を発
信して受信するトランスデューサー（実際には複数の個
々のトランスデューサー要素を直線或いは環状に配置し
たものである場合もある）を持っている。個々のトラン
スデューサー要素から物体に透過し、その中の複数の場
所から反射して同じトランスデューサー要素が受信する
超音波パルスは、物体の内部構造に関する情報を、トラ
ンスデューサー要素から物体の中に延びる線上に与え
る。この様な情報の一次元線をＡ走査と言う。Ｂ走査と
言われる二次元像は、Ａ走査線を継続的に生成するよう
にトランスデューサーを走査する事により作成出来る。
この様な走査は一つのトランスデューサー（一つのトラ
ンスデューサー要素からなるトランスデューサーであ
る）を物理的に変位する事により、或いはトランスデュ
ーサー要素の配列からなるトランスデューサーの場合に
は電子走査する事により行う事が出来る。
信して受信するトランスデューサー（実際には複数の個
々のトランスデューサー要素を直線或いは環状に配置し
たものである場合もある）を持っている。個々のトラン
スデューサー要素から物体に透過し、その中の複数の場
所から反射して同じトランスデューサー要素が受信する
超音波パルスは、物体の内部構造に関する情報を、トラ
ンスデューサー要素から物体の中に延びる線上に与え
る。この様な情報の一次元線をＡ走査と言う。Ｂ走査と
言われる二次元像は、Ａ走査線を継続的に生成するよう
にトランスデューサーを走査する事により作成出来る。
この様な走査は一つのトランスデューサー（一つのトラ
ンスデューサー要素からなるトランスデューサーであ
る）を物理的に変位する事により、或いはトランスデュ
ーサー要素の配列からなるトランスデューサーの場合に
は電子走査する事により行う事が出来る。
従ってＢ走査線はトランスデューサーがが決定する
（トランスデューサーが複数のトランスデューサー要素
の配列からなる場合）、或いは一つのトランスデューサ
ーが横断する経路が決定する線を通る物体の断面を表
し、これを使って例えばビデオモニタースクリーンに表
示して物体の内部構造を可視化するのに用いられる。
（トランスデューサーが複数のトランスデューサー要素
の配列からなる場合）、或いは一つのトランスデューサ
ーが横断する経路が決定する線を通る物体の断面を表
し、これを使って例えばビデオモニタースクリーンに表
示して物体の内部構造を可視化するのに用いられる。
この表示を正規化する為、また均質物体では物体のよ
り深い複数の場所からの反射信号が、信号が通過した経
路長がより長い為、より強く減衰されると言う事実を考
慮して、受信信号を時間依存利得で増幅をするのが普通
である。この様な公知の装置の利得関数は、深さの関数
として利得を効果的に変化させるものであるが、平均的
物性に基づいている。実際の生物状況においては、しか
しながら、仮定した平均より減衰が大きかったり小さか
ったりする局部部位（軟骨とか羊水とか）があって、時
間依存利得変化関数は正確ではない。従って、より大き
な範囲からの信号に対して受信機利得を段階的に増加す
る事によりある程度補償出来るが、簡単な補償関数で、
組織構造で起こり得る変化に適応させる事は出来ない
事、そして同じ利得関数を繰り返し適用する通常のやり
方は、未修正の信号に対してある程度改善するが、完全
とは言いがたい妥協である事は認めざるを得ない。
り深い複数の場所からの反射信号が、信号が通過した経
路長がより長い為、より強く減衰されると言う事実を考
慮して、受信信号を時間依存利得で増幅をするのが普通
である。この様な公知の装置の利得関数は、深さの関数
として利得を効果的に変化させるものであるが、平均的
物性に基づいている。実際の生物状況においては、しか
しながら、仮定した平均より減衰が大きかったり小さか
ったりする局部部位（軟骨とか羊水とか）があって、時
間依存利得変化関数は正確ではない。従って、より大き
な範囲からの信号に対して受信機利得を段階的に増加す
る事によりある程度補償出来るが、簡単な補償関数で、
組織構造で起こり得る変化に適応させる事は出来ない
事、そして同じ利得関数を繰り返し適用する通常のやり
方は、未修正の信号に対してある程度改善するが、完全
とは言いがたい妥協である事は認めざるを得ない。
公知の走査装置には像を最適化する為、換言すれば検
査している実際の物体内の物理的特徴を考慮する為、利
得関数を多少調整或いは変化させる手段を備えている
が、最善の結果を得る為これらを調整しても、像には、
影、即ち周囲の像との関係で像の全体的明るさに比べて
暗い領域、及び、その領域の正確な明るさよりもっと明
るい領域である「高揚」あるいは「逆影」の形の像欠陥
（imageartefacts）が含まれる。「壁」は、軟骨組織の
様に透過超音波パルスのエネルギーを、より強く減衰さ
せる身体的特徴の背後に現れ、一方、「高揚」は嚢胞或
いは羊水といったエネルギーの減衰が少ない身体的特徴
の背後（即ち表面から断面の方向へ身体のより深い所）
に現れる。超音波走査装置によってオペレーターに提示
される像は、主として、被検査物体を構成する固体と液
体を音が透過する事に関連した二つの物理現象の結果で
ある。物理現象の一つは音響エネルギーが物質そのもの
を透過する際の減衰であり、もう一つは物性の相違する
二つの物質の間の界面における音響エネルギーの後方散
乱或いは反射である。
査している実際の物体内の物理的特徴を考慮する為、利
得関数を多少調整或いは変化させる手段を備えている
が、最善の結果を得る為これらを調整しても、像には、
影、即ち周囲の像との関係で像の全体的明るさに比べて
暗い領域、及び、その領域の正確な明るさよりもっと明
るい領域である「高揚」あるいは「逆影」の形の像欠陥
（imageartefacts）が含まれる。「壁」は、軟骨組織の
様に透過超音波パルスのエネルギーを、より強く減衰さ
せる身体的特徴の背後に現れ、一方、「高揚」は嚢胞或
いは羊水といったエネルギーの減衰が少ない身体的特徴
の背後（即ち表面から断面の方向へ身体のより深い所）
に現れる。超音波走査装置によってオペレーターに提示
される像は、主として、被検査物体を構成する固体と液
体を音が透過する事に関連した二つの物理現象の結果で
ある。物理現象の一つは音響エネルギーが物質そのもの
を透過する際の減衰であり、もう一つは物性の相違する
二つの物質の間の界面における音響エネルギーの後方散
乱或いは反射である。
後方散乱は反射信号の到着に影響を与える主要な要因で
ある。と言うのは、反射されないと、パルスは同じ方向
に継続し、反射信号を受信しなくなるのに対し、減衰現
象は受信信号の振幅に大きな影響を与えるからである。
受信信号に影響を与える他の要因もある。例えば、最終
像に現れる「スペックル」、音波の干渉性に起因する干
渉の影響、像の歪みや多重像を引き起こす原因となる、
相違する組織間の界面における音速の変化に起因する屈
折の影響、そして音響信号の周波数に依存する音の減衰
及び後方散乱の程度の変化の影響がある。殆どの既存の
走査装置によって発生される超音波パルスは或る範囲の
周波数成分からなっており、その結果いろいろな周波数
成分のそれぞれの挙動によりパルス波形が変化する。し
かしながら、これらは減衰や後方散乱に比べれば二次的
な影響である。
ある。と言うのは、反射されないと、パルスは同じ方向
に継続し、反射信号を受信しなくなるのに対し、減衰現
象は受信信号の振幅に大きな影響を与えるからである。
受信信号に影響を与える他の要因もある。例えば、最終
像に現れる「スペックル」、音波の干渉性に起因する干
渉の影響、像の歪みや多重像を引き起こす原因となる、
相違する組織間の界面における音速の変化に起因する屈
折の影響、そして音響信号の周波数に依存する音の減衰
及び後方散乱の程度の変化の影響がある。殆どの既存の
走査装置によって発生される超音波パルスは或る範囲の
周波数成分からなっており、その結果いろいろな周波数
成分のそれぞれの挙動によりパルス波形が変化する。し
かしながら、これらは減衰や後方散乱に比べれば二次的
な影響である。
公知の機械においては、後方散乱と減衰は相互に無関
係と仮定されている。この仮定に基づいて、減衰の影響
を補償する為に受信信号に加える時間変化利得は、場所
に無関係に全てのＡ走査線に対し同じである。しかしな
がら、後方散乱と減衰は完全には相互に無関係では無
く、修正しない或いは補償しない時間変化利得を信号に
加える事が、実は、上記の影や高揚の影響を現出する主
要な理由であると信じられている。
係と仮定されている。この仮定に基づいて、減衰の影響
を補償する為に受信信号に加える時間変化利得は、場所
に無関係に全てのＡ走査線に対し同じである。しかしな
がら、後方散乱と減衰は完全には相互に無関係では無
く、修正しない或いは補償しない時間変化利得を信号に
加える事が、実は、上記の影や高揚の影響を現出する主
要な理由であると信じられている。
従来の時間利得制御を利用するものに対し、像信号を
改善する試みは行われている。その一つは、多くの範囲
セグメントのピーク信号を調べ、段階的に更新される記
憶から必要な利得を予想するものである。この公知のシ
ステムでは検出装置の出力を平滑フィルターでは無く、
集積されたピーク検出装置で感知し、全範囲の各セグメ
ントで導かれるピーク値は各セグメント用の記憶用コン
デンサーに保持される。像形成を何回か完了した後は、
これらのコンデンサーは、それぞれの像の一部の任意の
範囲セグメントにある完全な信号から誘導された電圧を
保持している。そして、各範囲セグメントに記憶され、
次のセグメントの為にその値の一部に同時に重み付けを
して変更した値を読出す事により利得制御関数を導く。
この重み付けは、それぞれの範囲セグメントの全スペー
スの反射履歴によって、またフィルターが保持した以前
の範囲挙動によって、さらにまた次の記憶用コンデンサ
ーに保持された予想挙動によって、制御に重み付けをす
る為である。しかしながら、これは数秒かかり、従って
リアルタイムの表示装置には使用出来ない。
改善する試みは行われている。その一つは、多くの範囲
セグメントのピーク信号を調べ、段階的に更新される記
憶から必要な利得を予想するものである。この公知のシ
ステムでは検出装置の出力を平滑フィルターでは無く、
集積されたピーク検出装置で感知し、全範囲の各セグメ
ントで導かれるピーク値は各セグメント用の記憶用コン
デンサーに保持される。像形成を何回か完了した後は、
これらのコンデンサーは、それぞれの像の一部の任意の
範囲セグメントにある完全な信号から誘導された電圧を
保持している。そして、各範囲セグメントに記憶され、
次のセグメントの為にその値の一部に同時に重み付けを
して変更した値を読出す事により利得制御関数を導く。
この重み付けは、それぞれの範囲セグメントの全スペー
スの反射履歴によって、またフィルターが保持した以前
の範囲挙動によって、さらにまた次の記憶用コンデンサ
ーに保持された予想挙動によって、制御に重み付けをす
る為である。しかしながら、これは数秒かかり、従って
リアルタイムの表示装置には使用出来ない。
二次元Ｂ走査像を構成する各Ａ走査線に同じ時間変化
利得を適用している為、Ａ走査線に垂直な方向の減衰特
性の変化を斟酌出来ない。しかしながら、身体内での減
衰は必ずしも一定ではなく、従って所定の時間利得関数
の適用は、減衰の変化が未知であると言う事実により必
要となる妥協である。
利得を適用している為、Ａ走査線に垂直な方向の減衰特
性の変化を斟酌出来ない。しかしながら、身体内での減
衰は必ずしも一定ではなく、従って所定の時間利得関数
の適用は、減衰の変化が未知であると言う事実により必
要となる妥協である。
本発明は超音波パルス反射走査装置で走査している物体
内の減衰変化の影響を補償する方法と手段、そして、特
に従来のパルス反射走査装置によって作成された像に現
れる影や高揚を完全には消去できないにしても、減少す
る事の出来る方法と手段を提供するものである。
内の減衰変化の影響を補償する方法と手段、そして、特
に従来のパルス反射走査装置によって作成された像に現
れる影や高揚を完全には消去できないにしても、減少す
る事の出来る方法と手段を提供するものである。
従って、本発明の第一の発明は超音波パルス反射走査
装置によって走査されている物体内の減衰変化の影響を
補償する方法であって、受信信号のある時点に対し、受
信信号の関数の値の和を、該時点から始まるある時間に
わたって決定することにより、受信信号から補償信号が
導かれ、そして受信信号の関数と補償信号の商として、
表示信号を発生する事により、受信信号から導いた補償
信号を発生する事を特徴とする。
装置によって走査されている物体内の減衰変化の影響を
補償する方法であって、受信信号のある時点に対し、受
信信号の関数の値の和を、該時点から始まるある時間に
わたって決定することにより、受信信号から補償信号が
導かれ、そして受信信号の関数と補償信号の商として、
表示信号を発生する事により、受信信号から導いた補償
信号を発生する事を特徴とする。
受信信号の関数は勿論恒等関数であっても良い。
この方法の基礎となる理論的考察を以下詳細に論ずる。
実施においては、該受容信号は、該補償信号の値を決定
している間、暫く、一時的に記憶される。
実施においては、該受容信号は、該補償信号の値を決定
している間、暫く、一時的に記憶される。
補償信号は、超音波パルス発生後のある時点において受
信信号の信号強度が減衰と後方散乱の両者の影響を受け
ていると言う事、そしてパルスが透過されている媒体に
おては後方散乱と減衰の間に線形或いは非線形関係があ
ると言う事に基づいて導かれる。
信信号の信号強度が減衰と後方散乱の両者の影響を受け
ていると言う事、そしてパルスが透過されている媒体に
おては後方散乱と減衰の間に線形或いは非線形関係があ
ると言う事に基づいて導かれる。
本発明の方法と装置の基礎となるのは、後方散乱と減
衰との間に関係があると言う認識である。
衰との間に関係があると言う認識である。
本発明のもう一つの発明は、被検査物体の超音波像を
生成する装置であって、トランスデューサーによって発
信し被検査物体内からの反射の後反射信号として受信す
るパルス信号を生成し、そしてＡ走査を作成する受信信
号を生成するトランスデューサー手段を有し、このＡ走
査は他のＡ走査線からの信号との組合せで被検査物体の
Ｂ走査を形成し、更にＢ走査信号の像欠陥を、該受信信
号の関数と、該受信信号の関数の一定時間にわたる積分
によって導いた補償信号との組合せで商信号を形成する
事により、少なくとも減少させて、表示手段に送ってこ
の様にして作成した像を表示する手段を備える事を特徴
とする装置である。
生成する装置であって、トランスデューサーによって発
信し被検査物体内からの反射の後反射信号として受信す
るパルス信号を生成し、そしてＡ走査を作成する受信信
号を生成するトランスデューサー手段を有し、このＡ走
査は他のＡ走査線からの信号との組合せで被検査物体の
Ｂ走査を形成し、更にＢ走査信号の像欠陥を、該受信信
号の関数と、該受信信号の関数の一定時間にわたる積分
によって導いた補償信号との組合せで商信号を形成する
事により、少なくとも減少させて、表示手段に送ってこ
の様にして作成した像を表示する手段を備える事を特徴
とする装置である。
本発明の装置は該受信信号を記憶する一時記憶手段、
該受信信号を一定時間にわたって積分する積分手段、及
び該受信信号を該積分補償信号によって割り、該表示手
段に送る出力信号を作成する除算手段とを有してもよ
い。
該受信信号を一定時間にわたって積分する積分手段、及
び該受信信号を該積分補償信号によって割り、該表示手
段に送る出力信号を作成する除算手段とを有してもよ
い。
また本発明は、既存の超音波走査装置から抽出した信
号から補償Ｂ走査信号を作成する為該走査装置と組み合
わせて使用する装置も含む。
号から補償Ｂ走査信号を作成する為該走査装置と組み合
わせて使用する装置も含む。
本発明の具体化の例を、添付の図面を参照しながら、
以下により詳細に説明する。
以下により詳細に説明する。
図１は受信された超音波信号の時間変化を示す図であ
る。
る。
図２は影の影響の形を説明する図である。
図３は高揚の影響の形を説明する図ある。
図４は本発明の実施例として構成された補償システム
の主要な構成品を説明するブロック図である。
の主要な構成品を説明するブロック図である。
先ず、原点にあるトランスデューサーがｘ軸に沿って
音響パルスを音速ｃで発信する様に設定した座標系を考
える。トランスデューサーから発信された音響パルスは
正のｘ方向に移動する。ｘ点からｘ＋δｘ点に移動する
際、信号はこれら二つの点の間で組織によって減衰され
る。δｘを小さいと仮定すると、この小さな範囲では組
織の特性は一定であると仮定出来る。パルスがｘ点とｘ
＋δｘ点の間を通過する時の信号強度の減衰は距離δｘ
に比例すると思われる。これはまた、ｘ点とｘ＋δｘ点
の間の透過の際、単位距離当たりに除去される信号の部
分を表す量ａ（ｘ）として表される組織の減衰特性に依
存する。ａ（ｘ）の値は０と１の間にあり得る。
音響パルスを音速ｃで発信する様に設定した座標系を考
える。トランスデューサーから発信された音響パルスは
正のｘ方向に移動する。ｘ点からｘ＋δｘ点に移動する
際、信号はこれら二つの点の間で組織によって減衰され
る。δｘを小さいと仮定すると、この小さな範囲では組
織の特性は一定であると仮定出来る。パルスがｘ点とｘ
＋δｘ点の間を通過する時の信号強度の減衰は距離δｘ
に比例すると思われる。これはまた、ｘ点とｘ＋δｘ点
の間の透過の際、単位距離当たりに除去される信号の部
分を表す量ａ（ｘ）として表される組織の減衰特性に依
存する。ａ（ｘ）の値は０と１の間にあり得る。
パルスがｘ点に達した時のパルスの振幅をＳ（ｘ）と
すると、 Ｓ（ｘ＋δｘ）＝（１−ａ（ｘ）δｘ）Ｓ（ｘ）とな
り、 δｘで割ってδｘ→０としてリミットをとると、 となり、これは次のように解くことができる。
すると、 Ｓ（ｘ＋δｘ）＝（１−ａ（ｘ）δｘ）Ｓ（ｘ）とな
り、 δｘで割ってδｘ→０としてリミットをとると、 となり、これは次のように解くことができる。
これはｘ点における振幅と他の点x0の振幅との関係式
となる。
となる。
ある点ｘにおいて、信号の一部は、再びトランスデュー
サーによって受信される方向に分散されるであろう。ｘ
点における信号強度をＳ（ｘ）とすれば、 ｂ（ｘ）Ｓ（ｘ）（０ｂ（ｘ）１） が、帰路に更に減衰してトランスデューサーに戻って来
る信号の部分である。組織の減衰特性が方向に無関係で
あると仮定すると、ｘ点で散乱してトランスデューサー
で受信される信号強度Srは次の式で与えられる。
サーによって受信される方向に分散されるであろう。ｘ
点における信号強度をＳ（ｘ）とすれば、 ｂ（ｘ）Ｓ（ｘ）（０ｂ（ｘ）１） が、帰路に更に減衰してトランスデューサーに戻って来
る信号の部分である。組織の減衰特性が方向に無関係で
あると仮定すると、ｘ点で散乱してトランスデューサー
で受信される信号強度Srは次の式で与えられる。
Sr（ｘ）＝Sb（ｘ）exp（−２▲∫x 0▼ａ（ｕ）du）
上記式でＳはトランスデューサーが生成したパルスの
振幅を表し、係数２は往路と帰路の両方で生じる減衰の
ためである。音速は一定であると仮定されるので、ｘ＝
ct/2（ｔは発信と受信の時間遅延）である。
振幅を表し、係数２は往路と帰路の両方で生じる減衰の
ためである。音速は一定であると仮定されるので、ｘ＝
ct/2（ｔは発信と受信の時間遅延）である。
Ａ走査即ちｘ方向を横切るｙ方向のＡ走査の一群であ
るＢ査の場合、ａとｂはｘとｙの両方に依存するかも知
れない。ここで、ｙ方向と言う言葉は横断方向を一つの
値に限定するものではなく、場合によっては複数の値を
とる場合がある。
るＢ査の場合、ａとｂはｘとｙの両方に依存するかも知
れない。ここで、ｙ方向と言う言葉は横断方向を一つの
値に限定するものではなく、場合によっては複数の値を
とる場合がある。
例えば、所謂「セクター」スイープの場合ｙ方向は小
さな範囲で変化し、複数の内部プローブを使用する、よ
り基本的な変化の場合スイープは360゜にわたる場合が
ある。Ｂ走査は、複数のトランスデューサー要素の配列
からなり、それらの出力信号を走電子的に走査するトラ
ンスデューサーによってもよく、単一のトランスデュー
サー要素をｙ方向に沿って変位させて一群のＡ走査線を
与えてＢ走査を生成することもできる。量ｂ（x,y）は
後方散乱の尺度であり、これは後方散乱パルスのトラン
スデューサー到着前の球状拡散を考慮するため、深さ依
存を含んでもよい。更に本明細書で信号と言う場合常
に、場合によっては信号の関数を言う事を含む。
さな範囲で変化し、複数の内部プローブを使用する、よ
り基本的な変化の場合スイープは360゜にわたる場合が
ある。Ｂ走査は、複数のトランスデューサー要素の配列
からなり、それらの出力信号を走電子的に走査するトラ
ンスデューサーによってもよく、単一のトランスデュー
サー要素をｙ方向に沿って変位させて一群のＡ走査線を
与えてＢ走査を生成することもできる。量ｂ（x,y）は
後方散乱の尺度であり、これは後方散乱パルスのトラン
スデューサー到着前の球状拡散を考慮するため、深さ依
存を含んでもよい。更に本明細書で信号と言う場合常
に、場合によっては信号の関数を言う事を含む。
Sr（ｘ）の式中の指数因子の影響を補償する試みとし
て、受信信号を時間依存利得を導入して増幅する。代表
的には、この補償は、受信信号にｔの指数関数（従って
ｘ）を掛けて行う。同じ補償を、ｘ及びｙ方向の減衰変
化を考慮しないでＢ走査における各Ａ走査線に適用す
る。Sd（ｘ）がこの増幅信号とすると Sd（x,y）＝Sb（x,y）exp（−２▲∫x 0▼ａ（u,y）du）exp（2Ax） ここでＡは定数である。Ａの値を変更する事が出来る事
のみが時間利得の唯一の調整方法である。超音波像の影
と高揚の影響が生じるのは、Axが ▲∫x 0▼ａ（u,y）du をよく近似するようＡの値を必ずしも選択出来ないから
である。例えば変数ｙをSd（x,y）の式で無視出来る様
に一つのＡ走査を取りＳ＝１となる様に単位を選択する
と、後方散乱がｂ（ｘ）＝b0と一定で減衰がａ（ｘ）＝
a0と一定である試料が与えられ、Sd（x,y）の式は以下
を与える。
て、受信信号を時間依存利得を導入して増幅する。代表
的には、この補償は、受信信号にｔの指数関数（従って
ｘ）を掛けて行う。同じ補償を、ｘ及びｙ方向の減衰変
化を考慮しないでＢ走査における各Ａ走査線に適用す
る。Sd（ｘ）がこの増幅信号とすると Sd（x,y）＝Sb（x,y）exp（−２▲∫x 0▼ａ（u,y）du）exp（2Ax） ここでＡは定数である。Ａの値を変更する事が出来る事
のみが時間利得の唯一の調整方法である。超音波像の影
と高揚の影響が生じるのは、Axが ▲∫x 0▼ａ（u,y）du をよく近似するようＡの値を必ずしも選択出来ないから
である。例えば変数ｙをSd（x,y）の式で無視出来る様
に一つのＡ走査を取りＳ＝１となる様に単位を選択する
と、後方散乱がｂ（ｘ）＝b0と一定で減衰がａ（ｘ）＝
a0と一定である試料が与えられ、Sd（x,y）の式は以下
を与える。
∫Sd（ｘ）＝b0exp（−2a0x）exp（2Ax）
もし時間利得を調整して、Ａがa0に等しくなる様に選
ぶとSd（ｘ）＝b0となり、後方散乱地図をよく表す。こ
こで、仮に時間利得を固定したままとし、しかし減衰ａ
（ｘ）は a1,（x1＜ｘ＜x2の場合） a0,（そうで無い場合） であるとする。
ぶとSd（ｘ）＝b0となり、後方散乱地図をよく表す。こ
こで、仮に時間利得を固定したままとし、しかし減衰ａ
（ｘ）は a1,（x1＜ｘ＜x2の場合） a0,（そうで無い場合） であるとする。
これは領域をx1からx2に渡る対象物が存在するためで
あると考える事が出来る。Sd（x,y）の式に代入するとS
d（ｘ）は b0,if x＜x1 b0 exp（−（a1−a0）（ｘ−x1））,if x1ｘx2 b0 exp（−（a1−a0）（x2−x1））,if x2＜ｘ となる。
あると考える事が出来る。Sd（x,y）の式に代入するとS
d（ｘ）は b0,if x＜x1 b0 exp（−（a1−a0）（ｘ−x1））,if x1ｘx2 b0 exp（−（a1−a0）（x2−x1））,if x2＜ｘ となる。
a1＞a0であれば、ｘ＞x2の場合の信号はb0未満にな
り、対象物の背後の影を与える。これを図２に示す。ｘ
とx2との間のSd（ｘ）の値の低下を勾配11で示すが、こ
の後は、他のいかなる減衰特性と無関係に連続した低い
値12になる。
り、対象物の背後の影を与える。これを図２に示す。ｘ
とx2との間のSd（ｘ）の値の低下を勾配11で示すが、こ
の後は、他のいかなる減衰特性と無関係に連続した低い
値12になる。
他方a1＜a0であれば信号は、ｘ＞x2において、b0より
大きくなり、図３に示すように対象物の背後の高揚とな
り、そして登り勾配13の後、ｘの大きな値では、大きく
なったSd（ｘ）の値となる。
大きくなり、図３に示すように対象物の背後の高揚とな
り、そして登り勾配13の後、ｘの大きな値では、大きく
なったSd（ｘ）の値となる。
Sd（x,y）の式において、組織の減衰と後方散乱は、
夫々式ａ（x,y）とｂ（x,y）で規定される。オペレータ
ーに対して示され、Sd（x,y）で表される像はａ（x,y）
とｂ（x,y）の両者に依存する。これはまた透過パルス
Ｓ強度と、定数Ａによって表される時間利得に依存す
る。
夫々式ａ（x,y）とｂ（x,y）で規定される。オペレータ
ーに対して示され、Sd（x,y）で表される像はａ（x,y）
とｂ（x,y）の両者に依存する。これはまた透過パルス
Ｓ強度と、定数Ａによって表される時間利得に依存す
る。
実際上では走査装置は減衰と後方散乱の影響を分離し
ない（ａ（x,y）とｂ（x,y）の両者を得るのに等しい）
ので、唯一の入手可能な情報は超音波像Sd（x,y）であ
る。Sd（x,y）の式から、この作業は数学的に二つの未
知数を持った一つの方程式を解くのに等しい。この問題
に対しては唯一の解はないが、問題を一つの未知数を持
った一つの方程式を解く様に変えるために、もし追加の
仮定が為されれば解を得ることができる。
ない（ａ（x,y）とｂ（x,y）の両者を得るのに等しい）
ので、唯一の入手可能な情報は超音波像Sd（x,y）であ
る。Sd（x,y）の式から、この作業は数学的に二つの未
知数を持った一つの方程式を解くのに等しい。この問題
に対しては唯一の解はないが、問題を一つの未知数を持
った一つの方程式を解く様に変えるために、もし追加の
仮定が為されれば解を得ることができる。
殆どの既存の装置で使用されている様に、固定した時
間利得を使用するのはａ（x,y）が一定であるとの仮定
に基づくものと考える事が出来る。自動時間利得算法
は、例えばｂ（x,y）は一定であるといった色々な仮定
を行う。本発明は、これらの仮定は問題を単純かしすぎ
ており、更に悪い事に仮定自体の誤差を持ち込むという
主張に基づいている。その代わり減衰ａ（ｘ）と後方散
乱ｂ（ｘ）との間の関係を利用している。
間利得を使用するのはａ（x,y）が一定であるとの仮定
に基づくものと考える事が出来る。自動時間利得算法
は、例えばｂ（x,y）は一定であるといった色々な仮定
を行う。本発明は、これらの仮定は問題を単純かしすぎ
ており、更に悪い事に仮定自体の誤差を持ち込むという
主張に基づいている。その代わり減衰ａ（ｘ）と後方散
乱ｂ（ｘ）との間の関係を利用している。
ｂ（ｘ）＝k a（ｘ）という単純なケースでは
Ｓ（ｘ）＝ka（ｘ）exp（−▲∫x 0▼ａ（ｔ）dt）
となり、従って
▲∫∞ ｔ＝ｘ▼Ｓ（ｔ）dt＝k exp（−▲∫x 0▼ａ
（ｔ）dt） これから となる事が分かる。
（ｔ）dt） これから となる事が分かる。
かくして、受信信号を、関心点から先の範囲にわたる
受信信号の積分によって割る事により（上記式では上限
を∞で表しているが実際にはこの範囲は有限である）、
後方散乱ｂ（ｘ）に依存する成分を有効的に補償するこ
とができる。この結果はａ（ｘ）とｂ（ｘ）の関係が単
純な直線関係であるとの仮定によって到達している。実
際には勿論、この関係は寧ろもっと複雑であるのが殆ど
確実なので、一般的な式として、表示に使用する信号は
Ｓ（ｘ）によって表す事が出来る。但し でＳ（ｘ）は受信信号の関数であり、 ｃ（ｘ）＝▲∫∞ ｔ＝ｘ▼Ｓ（ｔ）dt である。
受信信号の積分によって割る事により（上記式では上限
を∞で表しているが実際にはこの範囲は有限である）、
後方散乱ｂ（ｘ）に依存する成分を有効的に補償するこ
とができる。この結果はａ（ｘ）とｂ（ｘ）の関係が単
純な直線関係であるとの仮定によって到達している。実
際には勿論、この関係は寧ろもっと複雑であるのが殆ど
確実なので、一般的な式として、表示に使用する信号は
Ｓ（ｘ）によって表す事が出来る。但し でＳ（ｘ）は受信信号の関数であり、 ｃ（ｘ）＝▲∫∞ ｔ＝ｘ▼Ｓ（ｔ）dt である。
図４は像欠陥を補償する手段を持った超音波走査シス
テムの主要な構成品をブロック図で示す。図のシステム
は、一つのトランスデューサー15を備えているが、これ
は実際には指向性超音波パルスを被検査物体（図示せ
ず）に発信し、そして受信する複数のトランスデューサ
ー素子からなる。発信パルスを生成したり、反射信号を
検出したりする回路は、信号のフィルター、パルス整形
その他の処理を含め、公知の市販超音波走査装置で従来
技術であるので図示していない。
テムの主要な構成品をブロック図で示す。図のシステム
は、一つのトランスデューサー15を備えているが、これ
は実際には指向性超音波パルスを被検査物体（図示せ
ず）に発信し、そして受信する複数のトランスデューサ
ー素子からなる。発信パルスを生成したり、反射信号を
検出したりする回路は、信号のフィルター、パルス整形
その他の処理を含め、公知の市販超音波走査装置で従来
技術であるので図示していない。
トランスデューサーからの信号ｓ（ｔ）は前処理回路16
に送られ、例えば、受信信号の関数である信号Ｓ［ｓ
（ｔ）］を発生させるために、従来の走査装置で知られ
ているように時間依存利得を加える。この信号は遅延回
路17又は一時記憶装置と、各時点ｔ毎に反射パルスの受
信から所定の終点迄のＳ［ｓ（ｔ）］（又はＳ（ｔ））
の値を合計して ｃ（ｘ）＝▲∫∞ ｘ▼Ｓ（ｔ）dt を生成する計算をする積分器18とに送られる。この様に
積分された信号Ｃ（ｘ）は、組み合わせ回路19におい
て、遅延された関数Ｓ（ｘ）と組み合わされて下記の商
を形成する。
に送られ、例えば、受信信号の関数である信号Ｓ［ｓ
（ｔ）］を発生させるために、従来の走査装置で知られ
ているように時間依存利得を加える。この信号は遅延回
路17又は一時記憶装置と、各時点ｔ毎に反射パルスの受
信から所定の終点迄のＳ［ｓ（ｔ）］（又はＳ（ｔ））
の値を合計して ｃ（ｘ）＝▲∫∞ ｘ▼Ｓ（ｔ）dt を生成する計算をする積分器18とに送られる。この様に
積分された信号Ｃ（ｘ）は、組み合わせ回路19におい
て、遅延された関数Ｓ（ｘ）と組み合わされて下記の商
を形成する。
そして信号Ｓ（ｘ）はビデオモニターのような走査コ
ンバーター及び表示装置20に送られる。上に検討した様
に、この様に処理された信号は実質的に影及び高揚の影
響が無く、さらなる処理の結果その他の像劣化も無く、
臨床家は信号処理によって像アーチファクト（技術特異
欠陥）が除去されて、遮蔽の影響の無い像を解釈する範
囲が広がる。
ンバーター及び表示装置20に送られる。上に検討した様
に、この様に処理された信号は実質的に影及び高揚の影
響が無く、さらなる処理の結果その他の像劣化も無く、
臨床家は信号処理によって像アーチファクト（技術特異
欠陥）が除去されて、遮蔽の影響の無い像を解釈する範
囲が広がる。
超音波走査装置のところで説明した様に、本発明は、
また、既存の超音波走査装置と接続する信号処理付属装
置として実施出来、信号Ｓ（ｔ）を走査装置から抽出し
て、上記の様に処理し、処理された信号を走査装置に再
導入して表示させる事が出来る。
また、既存の超音波走査装置と接続する信号処理付属装
置として実施出来、信号Ｓ（ｔ）を走査装置から抽出し
て、上記の様に処理し、処理された信号を走査装置に再
導入して表示させる事が出来る。
更に、反射振幅が受信信号の調整パラメーターとなっ
ている超音波エコースコピー（echoscopy）を例にして
述べて来たが、本発明の上記技術はまたパルス式ドップ
ラー技術やカラードップラー技術にも適用出来る。
ている超音波エコースコピー（echoscopy）を例にして
述べて来たが、本発明の上記技術はまたパルス式ドップ
ラー技術やカラードップラー技術にも適用出来る。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−6213（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−183151（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−159734（ＪＰ，Ａ)
特表 平３−500454（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 8/00 - 8/15
Claims (7)
- 【請求項１】超音波パルス反射走査装置によって走査さ
れる物体に於ける減衰変化の影響を補償する方法であっ
て、受信信号のある時点に対し、受信信号の関数の値の
和を、該時点から始まるある時間にわたって決定するこ
とにより、受信信号から補償信号を導き、受信信号の該
関数と該補償信号との商として、表示用の信号を発生す
る事を特徴とする方法。 - 【請求項２】受信信号の該関数を表す信号は、補償信号
の該値を決定する間、一時的に記憶される事を特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載する方法。 - 【請求項３】受信信号は、該補償信号が導かれる前に、
時間依存関数によって可変時間利得補償される事を特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載する方
法。 - 【請求項４】発生後のある時点における受信信号の信号
強度が減衰と後方散乱の両者によって影響を受けてお
り、パルスが透過される媒体における後方散乱と減衰の
間の線形又は非線形関係に基づいて補償信号が導かれる
事を特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のいず
れか１項に記載する方法。 - 【請求項５】被検査物体の超音波像を作成する装置であ
って、トランスデューサーと該トランスデューサーによ
って発信されるパルス信号を発生する手段を備え、該ト
ランスデューサーは被検査物体内で反射した反射信号を
受信して、Ａ走査を作成する受信信号を発生し、このＡ
走査はその他のＡ走査線を構成している信号と連携して
被検査物体のＢ走査を形成し、受信信号に加えられた時
間変化利得制御によるＢ走査信号内の像のアーチファク
ト（技術特異欠陥）を、受信信号の関数と、該受信信号
の関数の、反射信号の受信から所定の終点までの値の積
分によって導いた補償信号とを組合せて商信号を形成す
る事により、少なくとも減少させて、表示手段に送り、
この様にして作成した像を表示する手段を備える事を特
徴とする装置。 - 【請求項６】該受信信号の関数を表す信号を記憶する一
時記憶手段と、受信信号の関数を一定時間にわたり積分
する積分手段と、受信信号の該関数を該積分補償信号に
よって割って該表示手段に加える出力信号を作る除算手
段とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第５項に
記載する装置。 - 【請求項７】少なくとも一つのトランスデューサーと該
トランスデューサーによって発信されるパルス信号を発
生する手段とを備え、該トランスデューサーは被検査物
体内で反射した透過パルス信号の反射信号を受信してＡ
走査を作成する受信信号を発生し、このＡ走査はその他
のＡ走査線を構成している信号と連携して被検査物体の
Ｂ走査を形成する種類の超音波走査装置と接続して使用
する装置であって、Ｂ走査信号を受信する手段、それか
ら、受信信号の関数の、反射信号の受信から所定の終点
までの値の積分より導かれる補償信号を導く手段、受信
信号の該関数と該補償信号の商を形成して補償Ｂ走査信
号を形成する手段、そして該補償Ｂ走査信号を、接続し
た超音波走査装置に表示の為出力する出力手段とからな
ることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9311975.8 | 1993-06-10 | ||
| GB939311975A GB9311975D0 (en) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | Method and apparatus for ultrasound scanning |
| PCT/GB1994/001260 WO1994029743A1 (en) | 1993-06-10 | 1994-06-10 | Method and apparatus for ultrasound scanning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08511184A JPH08511184A (ja) | 1996-11-26 |
| JP3431156B2 true JP3431156B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=10736938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50149695A Expired - Fee Related JP3431156B2 (ja) | 1993-06-10 | 1994-06-10 | 超音波走査のための方法及び装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0702798B1 (ja) |
| JP (1) | JP3431156B2 (ja) |
| AU (1) | AU6932594A (ja) |
| DE (1) | DE69409379T2 (ja) |
| GB (2) | GB9311975D0 (ja) |
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| US7500952B1 (en) * | 1995-06-29 | 2009-03-10 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging system |
| US5590658A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-07 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging system |
| US8241217B2 (en) * | 1995-06-29 | 2012-08-14 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging data |
| US5782769A (en) * | 1996-06-28 | 1998-07-21 | Advanced Technology Laboratories, Inc. | Ultrasonic diagnostic image flash suppression technique |
| US7819807B2 (en) | 1996-06-28 | 2010-10-26 | Sonosite, Inc. | Balance body ultrasound system |
| US6135960A (en) * | 1998-08-31 | 2000-10-24 | Holmberg; Linda Jean | High-resolution, three-dimensional whole body ultrasound imaging system |
| US6368279B1 (en) * | 2000-09-15 | 2002-04-09 | Siemens Medical Solutions, Usa Inc. | Time-delay compensation system and method for adaptive ultrasound imaging |
| US7528946B2 (en) * | 2003-03-31 | 2009-05-05 | The Charles Machine Works, Inc. | System for detecting deflection of a boring tool |
| US6951543B2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-10-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Automatic setup system and method for ultrasound imaging systems |
| US20060192028A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Sturman Industries, Inc. | Hydraulically intensified injectors with passive valve and methods to help needle closing |
| US7568632B2 (en) * | 2006-10-17 | 2009-08-04 | Sturman Digital Systems, Llc | Fuel injector with boosted needle closure |
| KR20130020054A (ko) * | 2011-08-18 | 2013-02-27 | 삼성전자주식회사 | 초음파 영상 생성 방법 및 그 초음파 시스템 |
| CN110913769A (zh) * | 2017-07-09 | 2020-03-24 | 利兰斯坦福初级大学董事会 | 利用频谱合成来减少斑点的超声成像 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4470303A (en) * | 1982-09-20 | 1984-09-11 | General Electric Company | Quantitative volume backscatter imaging |
| DE3505764A1 (de) * | 1985-02-20 | 1986-08-21 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Verfahren zur bestimmung einer schallbrechungsindexverteilung in einem untersuchungsbereich und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US4608868A (en) * | 1985-03-22 | 1986-09-02 | Sri International | Ultrasonic reflex transmission imaging method and apparatus |
| US4788981A (en) * | 1986-10-16 | 1988-12-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Pulse compression apparatus for ultrasonic image processing |
| US4867167A (en) * | 1988-06-30 | 1989-09-19 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for determining and displaying the absolute value of quantitative backscatter |
| US5361767A (en) * | 1993-01-25 | 1994-11-08 | Igor Yukov | Tissue characterization method and apparatus |
-
1993
- 1993-06-10 GB GB939311975A patent/GB9311975D0/en active Pending
-
1994
- 1994-06-10 AU AU69325/94A patent/AU6932594A/en not_active Abandoned
- 1994-06-10 JP JP50149695A patent/JP3431156B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-10 EP EP94917724A patent/EP0702798B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-06-10 GB GB9411704A patent/GB2279147B/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-10 WO PCT/GB1994/001260 patent/WO1994029743A1/en active IP Right Grant
- 1994-06-10 US US08/557,136 patent/US5697372A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-10 DE DE69409379T patent/DE69409379T2/de not_active Expired - Fee Related
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| DE69409379T2 (de) | 1998-12-17 |
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| GB2279147B (en) | 1996-10-30 |
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| WO1994029743A1 (en) | 1994-12-22 |
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| GB2279147A (en) | 1994-12-21 |
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