JP3484256B2 - 超音波送受信方法及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波送受信方法及び超
音波診断装置、特にサイドローブ信号（擬似エコー）を
低減する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置における電子フォーカス
は、各振動子に対応して設けられた遅延器の遅延時間を
所定の焦点位置に応じて適宜設定することにより実行さ
れ、通常、送信時には送信フォーカス、受信時には受信
フォーカスが実行される。これにより鋭い指向性をもっ
た超音波ビームが形成され、その超音波ビームをセクタ
走査などすることによって、二次元データ取り込み領域
が形成される。

【０００３】電子フォーカスされた超音波ビームは、理
想的には特定の方向のみに形成されるが、実際には主ビ
ーム（メインビーム）とは異なる方向にサイドローブ
（不要輻射）が生じる。このため、メインビーム方向以
外の方向に強反射体が存在すると、受信された信号に
は、真正エコーの他に擬似エコー（サイドローブ信号）
が含まれてしまう。このため、前記強反射体があたかも
メインビームの方向に存在するかのように画像表示さ
れ、診断上問題となる。

【０００４】図５には、電子フォーカスを行う際の上記
擬似エコーの発生例が示されている。振動子群１０は、
直線配列された複数の振動子で構成され、各振動子には
個別的に遅延器（図示せず）が接続される。図において
は、１００で示される線は、送信時及び受信時において
フォーカス点Ｆに焦点を合わせるための各振動子の遅延
量を表す概念線である。図において、振動子群１０側か
ら見てフォーカス点Ｆが右側にあるため、振動子群１０
においては、左側の振動子に比べて右側の振動子には大
きな遅延時間が与えられている。このような構成におい
て超音波の送受信を行えば、超音波ビーム（送信ビー
ム、受信ビーム）は、超音波ビーム方向１０２に形成さ
れ、すなわちフォーカス点Ｆに超音波がフォーカシング
される。

【０００５】しかし、上述のように、図中１０２の方向
に向くメインビーム以外の方向にも若干ながら超音波が
送波され、超音波を強く反射する反射体Ｓが存在する
と、その反射体Ｓからのエコーが受信信号に混入する。
このエコーは、各受信信号間で打ち消し合うのが理想で
あるが、実際には、あたかもメインビームの方向１０２
に反射体があるように現れるので、超音波画像の劣化要
因となる。

【０００６】そこで、特公平４−３４４１０号には、振
動子群１０を複数（３つ）のグループに区分し、各グル
ープ毎に信号を合成して互いに比較することにより擬似
エコーを除去する方法が提案されている。なお、図５に
おいては、超音波ビームのセクタ走査の概念が示され、
送信時及び受信時の双方においてすべての振動子が利用
されている。

【０００７】図５において、ｇ₁₁（ｔ）〜ｇ_1n（ｔ）、
ｇ₂₁（ｔ）〜ｇ_2n（ｔ）、ｇ₃₁（ｔ）〜ｇ_3n（ｔ）は、
各グループの振動子によりそれぞれ受信された受信信号
を示している。そして、Ｇ１（ｔ）、Ｇ２（ｔ）、Ｇ３
（ｔ）は、各グループ毎に受信信号を合成した合成信号
（合成波形）を示している。各受信信号には、フォーカ
ス点Ｆからのエコーである真正エコーの他に、反射体Ｓ
からのエコーである擬似エコーが含まれ、例えば、一番
上の信号ｇ₁₁（ｔ）においては、真正エコーがｇｆ₁₁で
示され、擬似エコーがｇｓ₁₁で示されてる。各受信信号
において、真正エコーは、送信パルス及び受信信号の双
方に対して各振動子毎に遅延が行われているため時間軸
方向に広がらず時相も一致しているが、擬似エコーは遅
延のために時間軸方向に広がり、また時相も不揃いとな
っている。

【０００８】この特公平４−３４４１０号では、各グル
ープ間では擬似エコーが存在する期間が互いに異なる現
象を利用して擬似エコーの除去低減を行っている。すな
わち、合成信号Ｇ１（ｔ）と合成信号Ｇ３（ｔ）を比較
すると、真正エコーの合成波Ｇｆ₁ （ｆ）及びＧｆ
₃ （ｔ）の時間範囲ｔｆ₁ 及びｔｆ₃ は、互いに時間軸
上で一致するが、擬似エコーＧｓ₁ （ｔ）及びＧｓ
₃ （ｔ）は互いにずれている。そこで、合成信号Ｇ１
（ｔ）と合成信号Ｇ３（ｔ）の共通部分を取り出せば、
目的とする真正エコーの信号成分のみを抽出し、他方、
擬似エコーの信号成分を除去できる。

【０００９】なお、このような原理においては、フォー
カス点Ｓと反射体Ｆの位置関係如何では、真正エコーと
擬似エコーが時間軸上で一致あるいは重複することもあ
るが、それでも超音波画像全体として画質を向上を達成
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成信
号Ｇ１（ｔ）と合成信号Ｇ３（ｔ）の比較を行う場合に
おいて、擬似エコーＧｓ₁ （ｔ）及びＧｓ₃ （ｔ）が時
間軸上で互いにずれている場合には問題がないが、部分
的な重複が生じる場合には、その重複部分では真正エコ
ーとみなされてしない、不要信号が除去されない結果を
招く。

【００１１】図６には、その問題が示されている。合成
信号Ｇ１（ｔ）と合成信号Ｇ３（ｔ）の比較において、
時間軸上で擬似エコーが一部重複しており（ｔｓの期
間）、その部分では擬似エコーを判別できない。

【００１２】図７及び図８には、図６に示した問題が生
じるメカニズムが示されている。図７において、各振動
子に対して送信パルスを供給すると、所定の遅延が付与
された後、振動子から超音波パルスとして放射される。
各振動子から放射された超音波は、各振動子毎の個別遅
延によりフォーカス点Ｆにおいて集束することになる
が、反射体Ｓでは前記の個別遅延により時間的に不揃い
となる。それが図７に示され、反射体Ｓに到達する超音
波パルスを合成して見ると、図７の幾何学的な位置関係
では送信の最大遅延量ｄｔ＿ＴＸを有する合成波となっ
ている。なお、セクタ走査の場合、送受信するキャリア
周波数により異なるが、そのキャリア周波数の周期の１
５〜５０倍が電子フォーカスに必要な最大遅延量とな
る。

【００１３】一方、図８には受信時の状態が示され、反
射体Ｓからの反射により戻ってきた超音波は、各振動子
で受波され、各振動子毎に受信フォーカスのために設定
された遅延量が付与され、擬似エコーの時相が不揃いと
なる。その時の受信の最大遅延量がｄｔ＿ＲＸで示され
てる。

【００１４】この場合、送信の遅延量ｄｔ＿ＴＸと受信
の遅延量ｄｔ＿ＲＸの関係が、ｄｔ＿ＴＸ＞ｄｔ＿ＲＸ
である場合には、各合成信号間で擬似エコーが時間軸上
部分的に重複することになり、その重複部分では擬似エ
コーを消去できない。

【００１５】以上のように、受信時に加えて送信時にも
遅延が行われるので、Ｇ１（ｔ）とＧ３（ｔ）の間で擬
似エコーの時相が重複してしまう可能性が大きい。この
ため、合成信号の比較に当たって、擬似エコーの重複を
できる限り避けることが可能な超音波送受信方法が要望
されている。

【００１６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、擬似エコーをできる限り排除
して超音波画像の画質向上を図ることのできる超音波送
受信方法を提供することにある。

【００１７】また、本発明の目的は、そのような超音波
送受信方法が適用される超音波診断装置を提供すること
にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、複数の振動子を備え超音波
の電子フォーカスを行う超音波診断装置において、 送
信の際に前記複数の振動子を複数の送信グループに分け
る手段であって、左右にずれた第１の送信グループ及び
第２の送信グループを少なくとも設定する送信グループ
設定手段と、受信の際に前記複数の振動子を複数の受信
グループに分ける手段であって、左右にずれた第１の受
信グループ及び第２の受信グループを少なくとも設定す
る受信グループ設定手段と、前記第１の送信グループに
よって送信を行う第１送信手段と、前記第１送信後に、
前記複数の振動子でエコーを受信し、少なくとも第１の
受信グループの各受信信号を合成した第１の合成信号を
作成する第１合成器と、前記第２の送信グループによっ
て送信を行う第２送信手段と、前記第２送信後に、前記
複数の振動子でエコーを受信し、少なくとも第２の受信
グループの各受信信号を合成して第２の合成信号を作成
する第２合成器と、前記第１の合成信号と前記第２の合
成信号とを比較し、真正エコーの度合いを示す補正信号
を作成する補正信号作成手段と、前記補正信号を用いて
受信信号中から擬似エコーを除去する除去手段と、を含
むことを特徴とする。

【００１９】 請求項２記載の発明は、前記送信グルー
プ設定手段は、前記複数の振動子を左側及び右側の２つ
の送信グループに分けることを特徴とする。

【００２０】 請求項３記載の発明は、前記受信グルー
プ設定手段は、前記複数の振動子を左側、中央及び右側
の３つの受信グループに分け、左側グループ及び右側グ
ループの内の一方を前記第１の受信グループとして利用
し、他方を前記第２の受信グループとして利用すること
を特徴とする。

【００２１】

【００２２】

【作用】上記請求項１記載の構成によれば、送信時には
送信グループ設定手段において、複数の振動子が複数の
グループに区分される。この際、少なくとも互いに左右
にずれた第１の送信グループ及び第２の送信グループが
設定される。ここで、これらの２つの送信グループは第
１送信手段と第２送信手段で利用される振動子グループ
であり、少なくともグループ中心が互いに左右にずれて
いる必要がある。以下に説明するように、本発明では、
受信時に加えて送信時にもグループ分けが実行され、こ
れにより第１送信及び第２送信が行われるために従来よ
りも擬似エコーの分離度を高められる。

【００２３】第１の送信グループと第２の送信グループ
を構成する振動子の個数は同じであることが望ましく、
また擬似エコーの分離度を高めるためにそれぞれのグル
ープ中心はできる限り離れていた方がよい。ただし、グ
ループを構成する振動子の数を少なくすると送信パワー
が落ちてＳ／Ｎ比が低下するので、その数はあまり少な
くできない。好適な例としては、複数の振動子を左右に
２分することが考えられる。

【００２４】 受信時には、送信同様に、複数の振動子
が複数のグループに区分される。これにより少なくとも
第１の受信グループ及び第２の受信グループが形成され
る。送信時同様に、グループの中心はできる限り離れて
いた方が望ましいが、各グループを構成する振動子の数
をあまり少なくすると、信号処理精度が低下する。好適
な例としては複数の振動子を３グループに区分し、その
内の両端の２つのグループを利用して後述する第１合成
器及び第２合成器による受信および合成を実行させるこ
とができる。もちろん、最終的な超音波画像の形成に当
たっては、基本的に、すべての振動子の受信信号が利用
される。

【００２５】 以上のようなグループ分けを前提とし
て、第１の送信グループを利用して第１送信が実行さ
れ、その後に第１受信が実行される。また、第２の送信
グループを利用して第２送信が実行され、その後に第２
受信が実行される。つまり、振動子群の中央から右及び
左に偏位した位置で超音波の送信及び受信が個別的に実
行される。これにより、上述した擬似エコーが時間軸上
で一致する割合を低減できる。

【００２６】 補正信号作成手段では、第１の合成信号
と第２の合成信号が比較され、その中で時間軸上で共通
する部分が抽出される。すなわち、電子フォーカスの
下、各受信信号間で一致しない信号成分は擬似エコーで
あるので、第１の合成信号と第２の合成信号の共通部分
が取り出される。そして、その共通信号は、真のエコー
である度合いを表すものであるので、擬似エコー除去の
ための補正信号の基礎として利用できる。すなわち、補
正信号は真のエコーである度合い（係数）をその内容と
する信号であり、その信号を受信信号に掛け算等すれば
擬似エコーを抑制できる。なお、補正信号の内容及び擬
似エコーの具体的除去方法は各種のものが採用できる。

【００２７】

【００２８】本発明は、上記のように、送信及び受信の
中心位置をずらした２回の送受信を実行することによ
り、できる限り擬似エコーの存在位置が離れた２つの合
成信号を選択及び比較して、真正エコーの存在確率を求
めることができるので、図６に示したような擬似エコー
の時間軸上での部分的重複をできる限り回避して、擬似
エコーの除去低減効果を高められる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００３０】図１には、本発明に係る超音波診断装置の
送信部の要部構成が示され、図２には本発明に係る超音
波診断装置の受信部の要部構成が示されている。この実
施例においては、送信時には、振動子群が２つにグルー
プ分けされ、受信時には、振動子群が３つにグループ分
けされる。

【００３１】図３には、本発明の原理が示されている。
送信時においては、ｎ個の振動子からなる振動子群１０
が左右２つにグループ分けされ、１番〜ｎ／２番の振動
子が第１グループ、（ｎ／２＋１）番〜ｎ番の振動子が
第２グループとされる。なお、振動子群１０は例えば１
２８個の振動子で構成され、振動子間の間隔は例えば
０．２ｍｍである。

【００３２】ここで、第１グループの振動子を利用して
１回目の送信が行われ、その後、第２グループの振動子
を利用して２回目の送信が行われる。送信時の電子フォ
ーカスにより、フォーカスＦ点においては各振動子から
の超音波パルスの時相が一致するが、反射体Ｓにおいて
は、上述のように送信パルスの合成波が時間軸上で不揃
いとなり、その合成波が反射体Ｓに到達することにな
る。ここで、本実施例では、１回の送信でｎ／２個の振
動子のみが使用されているために、その合成波の長さが
従来の１／２となる。

【００３３】一方、受信時には、振動子群が３つにグル
ープ分けされる。両端の第１グループ及び第３グループ
の振動子数は一致しているが、中央グループの振動子数
を他の２つに一致させる必要はない。擬似エコーの分離
という観点からはできる限り第１グループ及び第３グル
ープ（相互の中心の間隔）が隔てられた方がよいが、Ｓ
／Ｎ比の観点からはできる限り多くの振動子を利用した
方がよい。

【００３４】さて、上記のように、１回目の送受信時に
は、第１グループ（第１送信グループ）が使用されて送
信が行われ、反射体Ｓからの反射波が全振動子により受
波される。次に、２回目の送受信時には、第２グループ
（第２送信グループ）が使用されて送信が行われ、反射
体Ｓからの反射波が全振動子により受波される。

【００３５】図３には、各振動子から遅延器を通って出
力された受信信号が示されている。１回目の受信信号と
２回目の受信信号では、同じ振動子（かつ同じ遅延量）
の受信信号でありながら、擬似エコーの位置が異なって
いる。これは送信位置が１回目と２回目では異なること
による。なお、図３の位置関係では、もっとも擬似エコ
ーが離れるのは、１番の振動子の１回目の受信信号と、
ｎ番の振動子の２回目の受信信号である。もちろん、図
示されてはいないが、真正エコーはすべての受信信号に
つき時間軸上で一致する。

【００３６】以上のことから、図３に示されるような幾
何学的関係においては、振動子群１０から見てフォーカ
ス点Ｆ側を向いた場合に、左側の送信グループで送信を
行った際における左端の受信グループの合成信号（第１
合成信号）と、右側の送信グループで送信を行った際に
おける右端のグループの合成信号（第２合成信号）と、
を比較すれば、もっとも擬似エコーを時間軸上で分離で
きることが理解される。すなわち、そのような観点から
２つの合成信号の組み合わせを選択し、その内容を比較
する。図３においては、第１受信グループの各受信信号
を合成した第１合成信号（Ｂ）と、第３受信グループの
各受信信号を合成した第２合成信号（Ａ）とでは、合成
された擬似エコーが時間軸上で重複しておらず、擬似エ
コーの判定及び真正エコーの抽出を適切に行うことがで
きる。

【００３７】次に、図１及び図２を用いて具体的な装置
構成について説明する。基準送信トリガ発生器１４は、
送信トリガパルスを発生し、それが各振動子に対応して
設けられた遅延回路１６に送られる。本実施例の装置で
は、セクタ走査のために全振動子に対して送信トリガパ
ルスが送られるが、第１回目の送信と第２回目の送信で
は、選択されたグループの振動子のみが実際に駆動され
る。遅延回路１６では、振動子のアドレスに応じて電子
フォーカスのための所定の遅延時間が設定される。

【００３８】遅延回路１６の出力は、送信グループ切換
器１８を介して送信回路２０に送られ、高電圧の送信パ
ルスが形成される。その送信パルスは振動子を駆動し、
超音波が発生される。ここで、送信グループ切換器１８
の動作は、送信グループ切換制御回路１２によって制御
されており、１回目の送信時には第１グループが選択さ
れ、２回目の送信時には第２グループが選択される。な
お、超音波ビームのセクタ走査に当たって、１回目の送
信と２回目の送信は同一方向に対して行われる。

【００３９】図２において、生体内の反射体で反射した
超音波エコーは、各振動子にて受波され、電気的な受信
信号に変換され、各受信信号は各振動子に対応して設け
られた遅延回路２２で電子的に遅延される。そして、分
配器２４において、各受信信号が３つのグループ毎に合
成され、３つの合成信号となって出力される。図２にお
いて、Ｉは第１受信グループの合成信号であり、ＩＩは
第２受信グループの合成信号であり、ＩＩＩは第３受信
グループの合成信号である。

【００４０】１回目の送受信により形成された合成信号
は、ＡＤＣ２６においてデジタル信号に変換された後、
ラインメモリＡ２８に格納される。２回目の送受信によ
り形成された合成信号は、ＡＤＣ２６においてデジタル
信号に変換された後、ラインメモリＢ３０に格納され
る。

【００４１】図４（Ａ）には、図２内の（Ａ）で示す地
点の信号として第２合成信号の波形が示され、これと同
様に（Ｂ）には、図２内の（Ｂ）で示す地点の信号とし
て第１合成信号の波形が示されている。

【００４２】ラインメモリＡ及びＢ２８，３０から読み
出された合成信号は、分岐されて、ＡＭ検波器３２に入
力される。このＡＭ検波器３２により合成信号のエンベ
ロープが抽出される。図４（Ｃ）には、図２内の（Ｃ）
で示す地点の信号として第２エンベロープ信号の波形が
示され、これと同様に（Ｄ）には、図２内の（Ｄ）で示
す地点の信号として第１エンベロープ信号の波形が示さ
れている。

【００４３】図２において、真のエンベロープ検出器３
４は、第１エンベロープ信号と第２エンベロープ信号と
を比較し、その共通部分を真正エコーとみなし抽出す
る。すなわち、図４（Ｅ）で示される共通エンベロープ
信号を作成する。

【００４４】そして、図２において、その共通エンベロ
ープ信号は、（グループ個数×２）個設けられた割算器
（補正信号生成器）３６の一方の入力に入力される。割
算器３６の他方の入力には、上記のＡＭ検波器３２から
の信号がそれぞれ入力されており、ＡＭ検波器３２から
の信号で共通エンベロープ信号を除算することによっ
て、真正エコーの度合いを示す補正係数信号を作成す
る。割算器３６の内で３つは第１回目の送受信で得られ
た受信信号を処理するために使用され、他の３つは第２
回目の送受信で得られた受信信号を処理するために使用
される。図４の（Ｆ）〜（Ｇ）には、補正係数信号が示
され、それが図２の掛算器３８で各受信信号に乗算され
る。補正係数信号は、擬似エコーには０又は小さい値が
設定されることになるので、それを受信信号に乗算する
ことによって真正エコーを維持させつつ擬似エコーを抑
制可能である。掛算器３８で補正係数信号が乗算された
各受信信号は、加算器４０で加算される。

【００４５】補正係数信号の作成に当たっては、できる
限り時間軸上で擬似エコーが重複しないように２回の送
受信における特定の２つの合成信号の比較により行った
ので、擬似エコーの除去効果を高められる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２回の送受信を利用して、擬似エコーをできる限り排除
しつつ超音波画像の画質向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の送信部を示す
構成図である。

【図２】 本発明に係る超音波診断装置の受信部を示す
構成図である。

【図３】 本発明に係る超音波送受信方法の概念を示す
図である。

【図４】 図２に示す各信号の波形を示す波形図であ
る。

【図５】 従来の超音波送受信方法を示す図である。

【図６】 従来例の問題としての擬似エコーの部分的重
複を示す図である。

【図７】 送信時における送信波の重なりを示す図であ
る。

【図８】 受信時における擬似エコーの不揃いを示す図
である。

【符号の説明】

１０ 振動子群、１２ 送信グループ切換制御回路、１
４ 基準送信トリガ発生器、１６ 遅延回路、１８ 送
信グループ切換器、２０ 送信回路、２２ 遅延回路、
２４ 分配器、２８ ラインメモリＡ、３０ ラインメ
モリＢ、３２ＡＭ検波器、３４ 真のエンベロープ検出
回路、３６ 割算器、３８ 掛算器、４０ 加算器、１
００ 遅延量を示す概念線。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の振動子を備え超音波の電子フォーカ
   スを行う超音波診断装置において、 送信の際に前記複数の振動子を複数の送信グループに分
   ける手段であって、左右にずれた第１の送信グループ及
   び第２の送信グループを少なくとも設定する送信グルー
   プ設定手段と、 受信の際に前記複数の振動子を複数の受信グループに分
   ける手段であって、左右にずれた第１の受信グループ及
   び第２の受信グループを少なくとも設定する受信グルー
   プ設定手段と、 前記第１の送信グループによって送信を行う第１送信手
   段と、 前記第１送信後に、前記複数の振動子でエコーを受信
   し、少なくとも第１の受信グループの各受信信号を合成
   した第１の合成信号を作成する第１合成器と、 前記第２の送信グループによって送信を行う第２送信手
   段と、 前記第２送信後に、前記複数の振動子でエコーを受信
   し、少なくとも第２の受信グループの各受信信号を合成
   して第２の合成信号を作成する第２合成器と、 前記第１の合成信号と前記第２の合成信号とを比較し、
   真正エコーの度合いを示す補正信号を作成する補正信号
   作成手段と、 前記補正信号を用いて受信信号中から擬似エコーを除去
   する除去手段と、 を含む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、 前記送信グループ設定手段は、前記複数の振動子を左側
   及び右側の２つの送信グループに分けることを特徴とす
   る超音波診断装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の超音波診断装置において、 前記受信グループ設定手段は、前記複数の振動子を左
   側、中央及び右側の３つの受信グループに分け、 左側グループ及び右側グループの内の一方を前記第１の
   受信グループとして利用し、他方を前記第２の受信グル
   ープとして利用することを特徴とする超音波診断装置。