JPH0211251B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の超音波エコースコピー（echos
−copy）とりわけパルスエコー超音波技術を用
いる物体の検査に要する時間を短縮する装置に関
するものである。

超音波エコースコピーは調査する物体に関する
超音波エコーグラムの形で表示できる情報を提供
する。このようなエコーグラムは物体内の反射面
または音響インピーダンスの不連続性の表示から
成つている。それは代表的には1MHz乃至30MHz
の周波数範囲における超音波エネルギーの短いパ
ルスを調査する物体へ向けると物体内に音響イン
ピーダンスの不連続性があればエネルギーの幾分
かをエコーの形で反射し返すことにより得られ
る。このエコーを受信し電気信号に変換して陰極
線オシロスコープ、フイルム、記録紙またはその
種の他のものにエコーグラムとして表示する。

エコーグラムは１次元表示または２次元表示の
どちらででも構成することができどちらの場合で
も情報は表示されるエコーの位置および大きさに
含まれている。１次元表示においては反射面まで
の距離を示すのに基線に沿つた位置を用い、一方
エコーの大きさは例えば基線のそれまたは強度変
化として表示される。２次元表示においては反射
面までの距離を示すには１次元表示と同様に基線
に沿つた位置を用い、また音響エネルギーの伝播
方向を示すのに基線の方向を用いる。２次元表示
は、この音響エネルギーの伝播方向を変化させ表
示の基線を同様な、しかし必ずしも同一ではない
動きを設けることにより得られる。エコーの大き
さは１次元表示に関するかぎりでは例えば基線の
それまたは強度変化として表示される。

超音波エコースコピー技術は医学診断において
患者の解剖学上の情報を得るために用いられる。
この技術の応用は現在例えばD.E.Robinsonによ
つて1970年11月のProceedinga of the
Institution of Radio and Electronics
Engineers Australia，Vol.31，No.11385−392ペ
ージの「医学診断における超音波の応用」におい
て広く研究され記述されている。この論文におい
て指摘されているように超音波エコースコピーま
たは探知は所望の情報が器官や組織またはその種
の他のものの物理的大きさや形に関するものであ
る時に臨床的に有用であると判明している解剖断
面図に似た表示を作成するために用いることがで
きる。超音波エコーグラフイーは腹および妊娠子
宮、眼、胸、肺、腎臓、肝臓および心臓のような
骨および空気の少い柔らかな組織の領域における
診断上の助けとして特に有用であることが判明し
ている。一般にこの技術は他の技術を補つて患者
の状態のより完全な描像を提供するものと考えら
れているが、しかし特に妊娠において十分な情報
を与え得なかつたり危険であつたりするＸ線に代
わつて超音波エコースコピーは有用になり得る。
医学上の使用において超音波エネルギーのパルス
を既知の方向から患者に当てて体内の反射面から
のエコーを受信する。当てたパルスと受信したエ
コーの間の時間遅延は発信器から反射面までの距
離に依存しそのようにして得られる距離情報は１
次元領域の読みとしてまたは前述のような２次元
の断面図として解釈および医学的使用のために適
した方法で表示することができる。

２次元の断面表示は検査対象内の超音波反射面
の位置および反射強度のみの情報を与える。本発
明の１つの目的はパルスエコーデータから検査対
象内の伝播速度分布についての付加的な情報を提
供するための装置および方法を提供することであ
る。環状構造の単一の大口径変換器および単一の
処理装置を用いて単一の照準線または単一の方向
に沿つたパルスエコーデータを使用して平均速度
情報を得るための方法（Robinsonによる米国特
許明細書第4011750号、オーストラリア特許第
483477号）は公知である。この方法は単一の変換
器システムが水槽内の変換器の移動および振動の
速度における機械的限界のために、複雑な走査エ
コーグラムを形成するのに長い時間を必要とする
という欠点がある。Kossoffにより米国特許明細
書第3939696号に明きらかにされているように獲
得率は同期で走査する複数の変換器および１つの
電子開閉装置を用いて、変換器をその次の角位置
へステツプする前に各々の変換器を順番に活性化
することにより増大させることができる。この方
法を用いる時はこの方法の要求する変換器の大き
さが大きすぎて必要とされる複数の変換器のため
に十分な場所が装置内にないのでRobinsonによ
り教えられた速度測定を用いることはできない。
本発明の１つの目的はKossoffにより教えられる
ような全ての変換器の組合わせにより与えられる
大口径を信号処理方法と共に用いて要求される情
報を引き出すためにこの困難を克服することであ
る。

断面図データをその投影から再構成する信号処
理技術は公知であり例えば1976年のComputers
in Biology and MedicineのNo.４，Vol6
“Special Issue：Advance in Picture
Reconstruction−Theory and Application”に
記述されている。この技術は電波天文学、電子顕
微鏡、エツクス線科（計算された軸上断層写真術
（コンピユーテツド アキシヤル トモグラフイ）
として公知である）および超音波を用いる送信法
において適用されてきた。公知の超音波送信法に
おいて記録される基礎データは超音波が人体のよ
うな検査対象の向かい合う側にある２つの変換器
の間を伝播するのに要する時間である。この変換
器は多くの異なる線に沿つて多くの異なる方向に
多くの測定がなされるように移動させる。飛行時
間、即ち２つの変換器の間を伝播するのに要する
時間は検査対象内の伝播速度により決定されるの
で公知の計算された断層写真術映像再構成技術
（コンピユーテツド トモグラグラフイ）の１つ
を用いて検査対象内の速度分布の断面図を再構成
することができる。しかしながらこの技術は対象
のすみずみまでの完全な伝播路が得られねばなら
ないのに人体においては大きな骨の領域や気体で
満たされた器官が超音波への障壁となるので常に
そうなるとは限らないという欠点がある。その結
果この技術は医学診断上の検査の限定された領域
にのみ適用可能となる。

本発明の１つの目的はパルスエコー入力データ
を用いる再構成技術によつて検査対象に関する速
度分布情報を得るための装置を提供することであ
る。この装置は従つて検査対象のすみずみへの伝
播を達成する必要を除去し結果として医学診断上
の検査において人体の多様な領域の検査を可能に
する。

一定の伝播速度の検査対象において機能する完
全なパルスエコー映写装置において同じ組織から
異なる照準線に沿つて得られるエコーは正確に重
ね合わせられる。しかしながら実際には検査対象
内の伝播速度の変化のためにエコーは屈折作用に
よつて照準線に沿う方向および横切る方向にずれ
を生じる。公知のパルスエコーシステムにおいて
これらのずれはシステムの収差であり分解能の損
失および映像またはエコーグラムのぼけを生じ
る。それ故本発明の１つの目的はこれらのずれま
たはぼけを分離および解釈してそれらを識別して
除去できるようにしこのようにして結果として生
じる映像またはエコーグラムの分解能および明瞭
さに改善を与えることである。本発明の別の目的
は分離され解釈されたずれおよびぼけを用いて検
査対象内の伝播速度分布に関する付加的な情報を
提供して例えば医学診断上の検査の場合にこの伝
播速度分布の知識から情報が得られるようにする
ことである。同じ組識からの異なる方向から走査
した時のエコーの見かけの位置における差を分析
することによつて体の向かい合う側にある変換器
の間の超音波の飛行または伝播時間に等価なデー
タを推断することができる。それからこのデータ
を公知のコンピユータ断層写真術の手順で処理し
検査体内の超音波伝播速度の断面図表示を得る。
所望されればそれからこの情報をKossoffおよび
Robinsonによりオーストラリア特許明細書第
490105号において明きらかにされた方法によりＢ
モード表示に関連させて表示することができる。

本発明によれば、対象内の超音波エネルギの伝
播速度の分布に関する情報を得るための装置であ
つて、(a)(i)前記対象に関わる単一面における複数
の位置から、かつ(ii)前記位置の各々から前記単一
面内の複数の方向に、超音波エネルギのパルスを
前記対象内に送り、前記対象内の音響インピーダ
ンスの不連続性によつて反射される前記パルスの
エコーを受信するための超音波変換器装置と、(b)
前記エコーに応答して前記対象内の音響インピー
ダンスの不連続な位置を表示するための装置と、
(c)前記位置の各々からの少なくとも１つのビーム
方向によつて横切られる前記対象内の点または領
域を選択する装置と、(d)前記ビーム方向の各々に
沿つて、前記変換器装置によつて受信された個々
のエコーの中央エコー位置からのずれを決定する
装置であつて、各ずれは前記対象内の超音波エネ
ルギの伝播速度の逸脱によつて生じる、前記のず
れを決定するための装置と、(e)前記決定されたず
れを互いに関連づけて超音波エネルギの伝播速度
の前記逸脱を表わす情報を得るための装置と、を
含む、前記の対象内の超音波エネルギの伝播速度
の分布に関する情報を得るための装置が提供され
る。

パルスは送ることができ、エコーは複数の変換
器装置（例えば単一の変換器または変換器配列の
どちらでもよい）の活性化により受信され各々の
変換器装置は複数の一定の間隔を保つ位置の１つ
に配置される。代わりに１つの交換器装置を対象
の検査中に複数の一定の間隔を保つ位置の各々へ
移動させることもできる。

本発明のさらなる特徴は添付図面に関連する１
つの実施例についての以下の記述から明きらかに
なろう。

第１図において、患者の体の外郭１が示されて
いる。患者の下にある脂肪および筋肉組織は体の
外郭１と子宮壁２との間にある。胎児の頭と胴体
３は概略円形構造として表わされている。胎盤４
は子宮壁２に付着している。

子宮のＢモードのエコーグラムが得られると
き、胎児の頭または胴体は、通常いくらかの内部
エコーを含んでおり、胎盤４はエコーグラムの
点々をつけた領域として示され、残りの子宮腔５
はエコーのない領域として示されている。後部の
子宮壁６および関連する組織からのエコーは、本
発明の装置が使用されるときに一般に使用され
る。

第２図を参照すると、一例として、患者の子宮
の必要とする断面に３つの超音波変換器１１，１
２および１３が設置されている。変換器１１，１
２および１３は、夫々角度１４，１５および１６
で走査する超音波エネルギのビームを発生するよ
うになつている。実際には、単一平面に何個の
（しかし少なくとも２個の）の変換器でも既知の
場所に設置でき、同期をとつて被検体を走査する
であろう。

単一の変換器から断面扇形走査によるＢモード
映像の生成および複数の超音波変換からの複合走
査Ｂモード映像の形成は、この技術分野の人達に
とつて良く知られている。このようにして発生し
たエコーグラム映像は、視界内の異なる音響ライ
ンでもつて検査中の組織の性質を生じるエコーの
断面表示を全て含んでいる。このような映像の生
成に関する詳細は、例えば、ジー コソフ（G.
Kossoff）に与えられた米国特許第3439696号明
細書に見られる。

本発明の装置を使用する場合は、走査された分
析内の特定な領域が選択される。この領域は、好
ましくは伝播速度が決定されるべき全ての組織の
後ろになるように操作者によつて選択される。
（これは、例えば、第１図に示される後部の子宮
壁６であるだろう。）領域１７は、変換器１１，
１２および１３から夫々走査線１９，２０及び２
１によつて横切られる。もし患者の子宮の３つの
映像が重ね合わされると、夫々のビーム軸１９，
２０および２１に沿つた超音波の伝播速度の変化
の結果として、分離した扇形走査映像の各々につ
いて領域１７からのエコーの位置は変化すること
が判る。映像が重ね合わされたとき、いくつかの
ビームによつて生じるいくつかの映像が重ね合わ
せられるとき、そのいくつかのビームによつて与
えられるエコーの位置の平均に関する、各ビーム
軸に沿つた各エコーのずれの量は、その平均値か
らのその軸に沿つての伝播速度の発散
（divergence）の測定値とみなすことができる。
各映像の位置は遅延時間と仮定された伝播速度と
の積である。従つて、あるエコーの位置のずれは
伝播速度の発散（すなわち、変化）に正比例して
いる。このずれは本発明の装置を用いることによ
り決定される。

この手順は領域１７に近接するいくつもの領域
に対してくり返えされ、前に述べた良く知られた
映像再構成のアルゴリズムのうちの１つの手順に
よつて映像再構成を実行するのに必要な数のデー
タ点を得る。再構成された映像は中央値からに速
度変化の分布を表わしている。中央値は好ましく
は（しかしこれに限定される訳ではないが）37℃
のとき毎秒1525メートルの速度である。表示され
たエコーのずれをビーム軸に沿つたそれらの正し
い補正位置からもたらすのに好適な方法は２次元
断面相関の数学的処理によつて行なわれる。この
公知の手順は好ましくはデイジタルコンピユータ
によつて実行される。視界の異なつた夫々の超音
波線から２つのエコー信号を比較することが要求
される。この２つの信号が互いに最も近くに合致
したところで位置の決定がなされる。

正しい位置から表示されたエコーのずれを確立
するもう一つの方法は、操作者によるハイライト
エコーの選択を含んでいる。これらエコーは個々
の分離した反射器から来たことを、操作者が確認
する。これらエコーの明確な位置は、異なる視界
の超音波ラインから観察するとき、コンピユータ
で分析され、正しい位置からのずれをひき出す。

第３図は再構成アルゴリズムから得られる情報
からどのようにして表示されるかを図解してい
る。速度再構成の空間的解像度は、断面解剖のパ
ルスエコーＢモード表示から元来得られる空間的
解像度に比して非常に低い。しかし、Ｂモードの
解剖断面（例えばオーストラリア国特許第490150
号の明細書に於いて教示されるような）に関する
速度分布を表示することにより、臨床診断に有効
な情報を診断専門医に送られる。すなわち、第３
図において、背景の格子２２は、典型的な解像度
セル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…で構成されてい
る。ここにおいて適切な速度分布決定がＢモード
解剖断面２４に重ね合わされている。各セルに対
して適切な速度分布は上述のように表示され、例
えばあるセルは中央値から−２％の速度伝播の発
散を示し、その隣りのセルにおいては−４％の発
散を示している。

第４図は本発明を実行するための装置のブロツ
クダイヤグラムである。超音波走査装置３０、偏
向回路３１、および表示３２は当該技術分野にお
いて公知であり、より詳しいことについては米国
特許明細書第3939696号を参照されたい。走査装
置３０は偏向回路３１においてＸおよびＹ方向の
偏向電圧を表示３２に提供するために用いられる
変換器の照準線の位置および方向を定める装置を
提供する。走査装置３０内の変換器により受信さ
れるエコーは表示３２のＸ入力へ送られる前に増
幅および処理される。オペレータ３３は走査装置
の位置を制御して検査中の患者または他の対象内
の断面となる平面を定め、また走査装置映像シス
テムをも制御して断面像を得るべき時を定める。

前述した公知の構成部分に加えて第４図に示さ
れている装置は走査装置３０から変換器の位置と
方向とエコーの大きさを表わす信号を得てコンピ
ユータ３５へ送るためのコンピユータインターフ
エイス３４を含んでいる。それからコンピユータ
３５は偏向回路３１および表示３２に対して同様
の機能を果たしその記憶装置に走査平面内の適切
な位置にある超音波エコーの地図を提供する。そ
れからオペレータ３３が適当な領域または一組の
領域（第２図の１７）または適当なハイライトエ
コーを選択するとコンピユータは必要な演算を行
なつて本発明により明きらかにされるように照準
線に沿つたずれを定めることができる。当該技術
分野において公知のような速度分布映像の再構成
または上に広く記述したような速度分布情報のさ
らに他の利用もそれから行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波Ｂモード検査の対象となる妊
産婦の子宮を横切る典型的な断面図である。第２
図は、子宮のＢモード検査のために女性のまわり
の平面に３台の変換器をどのように位置決めする
かを示す図である。 第３図は、本発明を用いて得られる、子宮の典
型的な表示の断面図である。第４図は、本発明を
行うのに必要な典型的な形式のブロツク図であ
る。 参照番号の説明、１……患者の体の外郭線；２
……子宮壁；３……赤ん坊の頭または胴；４……
胎盤；５……子宮腔；６……後部子宮壁；１１，
１２，１３……変換器；１９，２０，２１……走
査線；２２……背景格子；２４……Ｂモード解剖
断面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象内の超音波エネルギの伝播速度の分布に
   関する情報を得るための装置であつて、 (a) (i)前記対象に関わる単一面における複数の位
   置から、かつ(ii)前記位置の各々から前記単一面
   内の複数の方向に、超音波エネルギのパルスを
   前記対象内に送り、前記対象内の音響インピー
   ダンスの不連続性によつて反射される前記パル
   スのエコーを受信するための超音波変換器装置
   と、 (b) 前記エコーに応答して前記対象内の音響イン
   ピーダンスの不連続な位置を表示するための装
   置と、 (c) 前記位置の各々からの少なくとも１つのビー
   ム方向によつて横切られる前記対象内の点また
   は領域を選択する装置と、 (d) 前記ビーム方向の各々に沿つて、前記変換器
   装置によつて受信された個々のエコーの中央エ
   コー位置からのずれを決定する装置であつて、
   各ずれは前記対象内の超音波エネルギの伝播速
   度の逸脱によつて生じる、前記のずれを決定す
   るための装置と、 (e) 前記決定されたずれを互いに関連づけて超音
   波エネルギの伝播速度の前記逸脱を表わす情報
   を得るための装置と、 を含む、前記の対象内の超音波エネルギの伝播速
   度の分布に関する情報を得るための装置。 ２ 前記対象内の音響インピーダンスの不連続な
   位置の表示に関連して超音波エネルギの伝播速度
   の前記逸脱を表わす前記情報を表示するための装
   置を含む、特許請求の範囲第１項記載の対象内の
   超音波エネルギの電播速度の分布に関する情報を
   得るための装置。 ３ 前記関連づける装置がコンピユータ断層写真
   術装置を含む、特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の対象内の超音波エネルギの伝播速度の分
   布に関する情報を得るための装置。 ４ 前記変換器装置が前記複数の位置の各々に１
   つずつ設けられた複数の独立した変換器を含む、
   特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載
   の対象内の超音波エネルギの伝播速度の分布に関
   する情報を得るための装置。