JPH0218097B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波診断装置、特に被検体に向け所
定の送信繰り返し周期で超音波を送受波し被検部
位からのデータ信号を得る超音波診断装置に関す
る。

〔従来技術〕

近年、被検体に向け超音波を送受波し、これに
より得られた受波信号をCRT上に画像表示する
装置が周知であり、CRT画面上に表示される画
像から被検体の各種内部情報を得ることができる
ため、例えば血流、心臓等のドプラ診断用とし
て、或いは各種物体の探傷用として幅広く用いら
れている。

第１図には、このような超音波診断装置の一例
が示されており、この装置は探触子１０を被検体
１２の所望被検部位１４へ向けセツトし、この探
触子１０から被検部位１４に向け超音波１００の
送受波を行つている。

ここにおいて、超音波の送波は送受信器１８か
ら送信パルスを所定の送信繰り返し周期で探触子
１０に印加することにより行われ、探触子１０か
らはこの送信パルスが印加されるたびに超音波が
生体１２の内部に向け送波される。

このように送波された超音波１００は生体１２
内部を伝搬していき、被検部位１４で反射されエ
コーとして探触子１０に戻つてくる。従つて、こ
のエコーを検出しCRT上に表示すれば、体内組
織の音響特性の分布を画像として表示することが
でき、また健全な組織と腫瘍組織とは音響的特性
が異なるので、CRT上に表示された画像パター
ンから被検部位１４内部に存在する異常の有無及
びその位置を知ることができる。

ところで、このような超音波診断装置におい
て、超音波の送信繰り返し周期Ｔは、被検部位１
４に向けた超音波の送受波に要する時間より長く
設定されている。このため、被検部位１４からの
エコー１１０は各超音波の送波に係る受波期間中
に受波されるが、この被検部位１４より深い位置
に、探触子１０からの超音波送受波時間が超音波
の送信繰り返し周期Ｔを上回る何らかのエコー源
１６が存在すると、各超音波の送波に対するエコ
ーの受波期間中に、第２図に示すように、被検部
位１４からの真のエコー１１０のほかに前回以前
の超音波送波に係るエコー源１６からの遅延エコ
ー１２０も受波されることになる。

しかし、従来の超音波診断装置においては、こ
のようにして得られた受波信号をそのまま被検部
位１４からのデータとして信号処理しているた
め、得られる受波信号には真のエコー１１０のほ
かに遅延エコー１２０が誤差成分として含まれる
こととなり、被検部位１４の正確な診断画像を得
ることができないという欠点があつた。

特にこのような遅延エコー成分の混入は、得ら
れる診断画像の近距離領域の画像を劣化させ、し
かも、その劣化の割合は送信繰り返し周期を短く
するほど大きくなるため、その有効な対策が望ま
れていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、被検体に向け所定の送
信繰り返し周期で超音波を送受波し、被検部位か
らのデータ信号を得るに当たり、データ信号中に
含まれる前回以前の超音波送波に係る遅延エコー
成分を除去し、被検部位からの正確なデータ信号
を得ることの可能な超音波診断装置を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するため、本発明の装置は、被
検体に向け所定の送信繰り返し周期で超音波信号
を送受波し、反射エコーのうち被検部位からのデ
ータ信号を得る超音波診断装置において、前記超
音波信号は、送信超音波周期の寄数倍の1/2と整
数倍との送信超音波の半周期分ずれた２種類の送
信繰り返し周期に設定され、この２種類の送信繰
り返し周期を交互に繰り返して該超音波信号の送
受波を行う送受信器と、前記送受信器により交互
に受波されて得られた２種類の超音波受波信号を
入力し、各受波信号を所定の搬送波信号で復調処
理してサイン成分とコサイン成分そに分離された
サイン信号とコサイン信号とを出力する復調回路
と、前記復調回路を介して入力される前回の受波
信号のサイン信号及びコサイン信号をその前回の
送信繰り返し周期時間分遅延して出力する遅延回
路と、前記復調回路を介して得られた今回のサイ
ン信号と前記遅延回路を介して得られた前回のサ
イン信号とを加算後２乗演算してサイン成分の信
号を得るサイン演算器と、前記復調回路を介して
得られた今回のコサイン信号と前記遅延回路を介
して得られた前回のコサイン信号とを加算後２乗
演算してコサイン成分の信号を得るコサイン演算
器と、前記サイン演算器及びコサイン演算器の出
力するサイン成分及びコサイン成分の両成分の信
号を加算して位相成分を除去すると共に、その加
算値を平方根演算して被検部位からの反射強度の
みのデータ信号を得る演算回路と、を有し、前記
データ信号中に含まれる前回以前の超音波送波に
係る遅延エコー成分を除去することを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。なお前記第１図に示す装置と対応する部
材には同一符号を付し、その説明は省略する。

(1) 本発明の原理 本発明の実施例を説明するに当たり、まず被
検体に向け超音波を送受波しこれにより得られ
た被検部位からのデータ信号から、該データ信
号中に含まれる前回以前の超音波送波に係る遅
延エコー成分を除去する本発明の原理について
説明する。

例えば、第１図に示すように、被検体１２内
の被検部位１４より深い位置に、探触子１０か
らの超音波の送受波時間が超音波の送信繰り返
し周期より長い何らかのエコー源１６が存在す
る音響モデルを仮定する。

このような音響モデルに対し、探触子１０か
らの所定の送信繰り返し周期で超音波１００を
送受波し被検部位１４からのデータ信号を得る
と、このデータ信号中には、前述したように、
被検部位１４からの真のエコー１１０のほか
に、前回以前の超音波送波に係るエコー源１６
からの遅延エコー１２０が誤差成分として混入
する。

ここにおいて、探触子１０から被検体１２に
向け、超音波信号として超音波１００を送波し
た際、この超音波１００の送波により被検部位
１４から得られる真のエコー１１０は次式で表
わされる。

V_r＝A_r（ｒ）ε^j(〓^{ct- (r))} ……(1) ただし、(r)＝ω_c・2r／ｃ A_r(r)：反射体の反射強度 ω_c：超音波の角周波数 ｒ：反射体までの距離 ｃ：音速 ｔ：超音波送波時を基準とする時間 また同様にして行われた前回の超音波１００の
送波によりエコー源１６にて得られる遅延エコー
１２０は次式で表わされる。

V_f＝A_f（ｒ）ε^j(〓^{ct- (r)-}〓^cT) ……(2) ただし、 A_f（ｒ）；遠距離標的による反射強度 Ｔ：送信繰り返し周期＝１／f_r 従つて、所定の送信繰り返し周期で超音波を送受
波し得られる実際の受波信号は、前記(1)式及び(2)
式の和として次式をもつて表わされる。

Ｖ＝｛A_r（ｒ）＋A_f（ｒ）ω^-j〓^cT｝ ε^j(〓^{ct- (r))} ……(3) ここにおいて、超音波の送信繰り返し周期Ｔ
を送信超音波の周期Ｔの整数倍の値T₁とする
と、 T₁＝T′n＝ｎ／f_c＝2nπ／ω_c ……(4) ただし、 ｎ：自然数 f_c：超音波周波数（バースト送信を行う場合は
そのバースト周波数） となり、ω_cT₁＝2nπとなるため、前記(3)式は次
式をもつて表わされる。

V₁＝｛A_r（ｒ）＋A_f（ｒ）｝ε^j(〓^{ct- (r))} ……(5) また超音波の送信繰り返し周期Ｔを送信超音
波の周期T′の奇数倍の1/2の値T₂に設定する
と、 T₂＝（2n＋１／２）T′＝（2n＋１／２）１／f_c＝ （2n＋１）π／ω_c ……(6) となり、ω_cT₂＝（2n＋１）πとなるため、前記
(3)式は次式をもつて表わされる。

V₂＝｛A_r（ｒ）−A_f（ｒ）｝ε^j(〓^{ct- (r))} ……(7) ここにおいて、前記(5)式及び(7)式の和を求め
れば、その値は次式 V₃＝V₁＋V₂＝A_r（ｒ）ε^j(〓^{ct- (r))} ……(8) となり、いわゆる被検部位１４からの真のエコ
ー成分のみから成る受波信号V₃を得ることが
できる。

従つて、超音波周期T′の整数倍及び奇数倍
の1/2の２種類の送信繰り返し周期T₁及びT₂を
交互に繰り返し超音波の送受波を行い、前記(5)
式及び(7)式で表わされる受波信号V₁及びV₂を
合成し被検部位からのデータ信号を得ることに
より、データ信号中に含まれる前回以前の超音
波送波に係る遅延エコー成分を除去することが
でき、遅延エコー１２０を発生するエコー源１
６の有無にかかわりなく被検部位１４からの正
確な情報を得ることが可能となる。

(2) 本発明の装置の実施例 第３図には、前述した原理を適用する本発明の
超音波診断装置の好適な実施例が示されており、
実施例の装置は、探触子１０を被検体１２の所望
被検部位１４に向けセツトし、所定の送信繰り返
し周期Ｔで超音波１００を送受波し、被検部位１
４からのデータ信号を得るものである。

ここにおいて、本発明の装置では、超音波信号
の送信超音波周期T′の奇数倍の1/2と正数倍との
該送信超音波の半周期分ずれた２種類の送信繰り
返し周期T₁及びT₂を有し、超音波送信信号を出
力する送受信器１８が設けられており、この送受
信器１８を用い前記２種類の送信繰り返し周期
T₁及びT₂を交互に繰り返し送信パルスを探触子
１０に印加している。

これにより、探触子１０からは前記送信パルス
の印加に同期して超音波信号としての超音波１０
０が送波され、第４図に示すタイミングチヤート
に従い、T₁及びT₂の２種類の送信繰り返し周期
を交互に繰り返し、被検体１２に向けた超音波１
００の送受波が行われることになる。

このような超音波１００の送受波により得られ
た受波信号は探触子１０にて電気信号に変換さ
れ、更に送受信器１８にて所定の増幅が行われた
後、遅延回路２０及び合成回路２２に入力され
る。

遅延回路２０はこのようにして入力される受波
信号を今回の送信繰り返し周期T₁又はT₂分遅延
して合成回路２２に入力する。

これにより、合成回路２２には、送受信器１８
から今回の受波信号及び遅延回路２０から前回の
送信繰り返し周期１回分遅延したその前回の受波
信号が同時に入力されることになる。

合成回路２２はこのようにして入力される今回
の受波信号及び前回の受波信号の双方を合成し、
これを被検部位１４からのデータ信号として出力
する。

本発明は以上の構成から成り、次にその作用を
説明する。

本発明の装置によれば、探触子１０から被検体
１２の所望被検部位１４に向け、超音波周期
T′の整数倍及び奇数倍の1/2の２種類の送信繰り
返し周期T₁及びT₂を交互に繰り返し、超音波１
００の送受波が行われる。

このため、被検体１２に向け超音波１００の送
受波を行うたびに被検体１２からは前記(5)式に示
す受波信号V₁及び前記(7)式に示す受波信号V₂が
送受信器１８を介して交互に出力されることにな
る。

そして、このようにして送受信器１８を介して
出力されるこれら受波信号は遅延回路２０及び合
成回路２２にそれぞれ入力され、また合成回路２
２には、今回の受波信号V₁と遅延回路２０にて
今回の送信繰り返し周期１回分遅延された前回の
受波信号V₂とが送信超音波の半周期分ずれた状
態で同タイミングで入力されるため、合成回路２
２では前記(8)式に示す真のエコーV₃の演算が行
われることとなる。

そして、この合成回路２２からは、前記(8)式に
示す演算結果V₃が被検部位１４からのデータ信
号として出力される。

このようにして、本発明の装置によれば、被検
体１２内の被検部位１４より深い位置に何らかの
エコー源１６が存在する場合でも、データ信号中
に含まれる前回以前の超音波送波に係る遅延エコ
ー成分を除去し、被検部位１４からの正確なデー
タを得ることが可能となる。

(3) 本発明に係る実施例の基本的な原理 以下、本実施例の原理を第６図を用いて具体
的に説明する。

従来の超音波診断装置では、第２図に示すよ
うに診断距離内の真のエコーと診断距離外の不
要なエコーとが混在して画像表示される。

そこで、本発明の実施例では、その不要なエ
コーだけを除去し真のエコーを得ることにあ
る。

第６図に示すように、送信繰り返し周期Ｔ１
が常に一定であるために、Ｔ１の診断距離内に
は、真のエコー１１０と不要なエコー１２０と
が混在している。

この時、真のエコーも不要なエコーも各送信
からは常に同じ位置（第１の送受信ｔ０及びｔ
１）に出現し、これにより、第２の送受信では
不要なエコーａは、画像上ｔ２の位置に出現す
ることになる。

以上のことから、第６図に示すように異なる
２種類の送信繰り返し周期をＴ１，Ｔ２，Ｔ１
…と交互に送波すれば、不要なエコーの出現位
置は、図示の如くｔ２，ｔ３と交互に受波され
る（ただし、真のエコー１００の位置は変わら
ない）。

この時、Ｔ１とＴ２と違いを送信超音波の半
周期に設定すれば、図示の不要なエコーａ，ｂ
は、半周期ずれた反転信号となり、これによ
り、図のような第２、第３の受波信号を同一タ
イミングで加え合わせることにより、その不要
なエコーを除去できるようになる（図示の合成
波１３０のｃの部分、不要エコー波の最初の立
ち上がり部と最後の立ち下がり部以外）。

従つて、第２の送受信信号を遅延回路によ
り、Ｔ２だけ遅延させて第３の送受信信号に加
えれば、不要なエコー１２０を除去できるので
ある。

同様にして、第３の送受信信号は、Ｔ１だけ
遅延させて次の図示しない第４の送受信信号に
加え合わせることになる。

このようにして、常に次の送信までの時間を
遅延させることによつて、送信繰り返し周期が
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１，…と変わると同時に、遅延
量もＴ１，Ｔ２，Ｔ１，…と変わる訳である。

以上のようにして本発明によれば、超音波信
号としての超音波１００をその送信超音波周期
１００′の奇数倍の１／２と整数倍との送信超
音波半周期分ずらした２種類の送信繰り返し周
期を設定し、これにより、第６図の合成波１３
０のように、不要なエコー１２０だけを除去し
て真のエコー１１０を得ることとができる。

(4) 本発明の具体的な実施例 次に本発明の具体的な実施例を第５図に基づい
て説明する。

実施例の装置では、制御回路２４からの制御信
号に基づき送受信器１８が前記第４図に示すタイ
ミングチヤートに従い、T₁及びT₂の２種類の送
信繰り返し周期を交互に繰り返し、超音波の送受
波を行つている。

ここにおいて、送受波される超音波１００の角
周波数をω_c（バースト送信を行う場合にはバース
トの角周波数）とすると、送受信器１８に入力さ
れる受波信号には、前記(5)式及び(7)式に示すごと
く、ω_cｔの時間変動項が含まれることとなる。
この結果、その取扱いを容易にするためには、
ε^j〓^ctの搬送波によつて復調処理を行う必要があ
る。

このため、実施例の装置では、受波信号を送受
信器１８にて一定の割合で増幅した後、複素復調
回路２６のサイン復調部２８ａ及びコサイン復調
部２８ｂにそれぞれ入力している。

サイン復調部２８ａは、入力された受波信号を
ε^j〓^ctの搬送波でそのサイン成分のみを復調検波し
た後、AD変換部３０ａにてデジタル信号処理を
施し出力している。

またコサイン復調部２８ｂは、入力された受波
信号をε^j〓^ctの搬送波でそのコサイン成分のみを復
調検波した後、AD変換部３０ｂにてデジタル信
号処理を施し出力している。

なお実施例の装置では、送信超音波の半周期分
ずれた送信繰り返し周期T₁及びT₂を交互に繰り
返し超音波の送受波を行つているため、各超音波
の送波ごとにその送波された超音波と各復調部２
８ａ，２８ｂにて使用する搬送波の位相を整合さ
せる必要がある。

このため、複素復調回路２６内には、搬送波選
別部３２が設けられており、この搬送波選別部３
２は制御回路２４からの制御信号に基づき各送波
超音波と位相が整合した搬送波ε^j〓^ctを各復調部２
８ａ及び２８ｂに入力している。

実施例の複素復調回路２６は以上のように構成
されているため、送受信器１８を介して前記(5)式
に示される受波信号V₁が入力されると、この受
波信号はこの複素復調回路２６内にてそのサイン
成分及びコサイン成分が復調検波され、AD変換
部３０ａ，３０ｂからそのサイン成分V₁（サイ
ン）及びコサイン成分V₁（コサイン）が次式のよ
うに出力される。

V₁（サイン） ＝｛A_r（ｒ）＋A_f（ｒ）｝sin（ｒ）……(9) V₁（コサイン） ＝｛A_r（ｒ）＋A_f（ｒ）｝cos（ｒ） ……(10) また送受信器１８から前記(7)式に示す受波信号
V₂が入力されると、この複素復調回路２６は同
様にしてそのサイン成分V₂（サイン）及びコサイ
ン成分V₂（コサイン）を復調検波し、AD変換部
３０ａ，３０ｂから受波信号V₂のサイン成分及
びコサイン成分を次式のように出力する。

V₂（サイン） ＝｛A_r（ｒ）−A_f（ｒ）｝sin（ｒ） ……(11) V₂（コサイン） ＝｛A_r（ｒ）−A_f（ｒ）｝cos（ｒ） ……(12) このようにして、この複素復調回路２６から出
力される受波信号V₁又はV₂のサイン成分及びコ
サイン成分はそれぞれ対応する遅延回路２０ａ，
２０ｂに入力されると共に合成回路２２の各加算
器３４ａ，３４ｂにそれぞれ入力される。

遅延回路２０ａ，２０ｂは制御回路２４からの
制御信号に基づき、復調検波された各受波信号を
送信繰り返し周期１回分の時間T₁又はT₂だけ遅
延して加算器３４ａ，３４ｂに入力する。

従つて、加算器３４ａには、AD変換部３０ａ
を介して今回の受波信号のサイン成分及び遅延回
路２０ａを介して前回の受波信号のサイン成分が
同時に入力されることになり、入力される前回及
び今回の受波信号のサイン成分は、この加算器３
４ａにて加算され乗算器３６ａに入力される。ま
た他の加算器３４ｂには、AD変換部３０ｂを介
して今回の受波信号のコサイン成分及び遅延回路
２０ｂを介して前回の受波信合のコサイン成分が
同時に入力され、これら今回及び前回の受波信号
のコサイン成分はこの加算器３４ｂで加算され乗
算器３６ｂに入力される。

ここにおいて、本発明の装置では、超音波信号
を、送信超音波周期の奇数の１／２と正数倍との
送信超音波半周期分ずれたの送信繰り返し周期
T₁及びT₂を交互に繰り返し超音波の送受波を行
つているため、加算器３４ａには、前記(5)式に示
す受波信号をV₁及び(7)式に示す受波信号V₂のサ
イン成分が同時に入力され、他の加算器３４ｂに
は、両受波信号V₁及びV₂のコサイン成分が同時
に入力させることとなる。

従つて、加算器３４ａからは前記(8)式に示す信
号V₃のサイン成分A_r（ｒ）・sin（ｒ）が出力さ
れ、加算器３４ｂからは同様に(8)式に示す信号
V₃のコサイン成分A_r（ｒ）cos（ｒ）が出力され
ることとなる。

このようにして、各加算器３４ａ，３４ｂから
出力される信号V₃のサイン成分及びコサイン成
分は乗算器３６ａ，３６ｂにてそれぞれ２乗さ
れ、これら乗算器３６ａ，３６ｂの出力は加算器
３８にて加算され、次式に示す信号として出力さ
れる。

（A_r（ｒ）・sin（ｒ）｝² ＋｛A_r（ｒ）・cos（ｒ）｝² ＝｛A_r（ｒ）｝²｛sin²（ｒ） ＋cos²（ｒ）｝＝｛A_r（ｒ）｝² ……（13） このようにして、加算器３８からは、信号V₃
から位相成分が除去された信号の２乗値が出力さ
れることとなるため、この加算器３８の出力の平
方根を平方根演算部４０を介して求めれば、被検
部位１４の反射強度A_r（ｒ）の値のみから成るデ
ータ信号を得ることが可能となる。

このように、本実施例の装置を用いれば、被検
体１２内に被検部位１４より深い位置に何らかの
エコー源が存在する場合でも、データ信号中に含
まれる前回以前の超音波送波に係る遅延エコー成
分を除去し、被検部位１４からのデータ信号を得
ることが可能となる。

更に本実施例の装置によれば、得られるデータ
信号からのその位相成分を除去し、被検部位１４
の反射強度A_r（ｒ）を得ることができるため、被
検部位１４が例えば血流、心臓などの動的標体の
ような場合でも、当該被検部位１４の動きによる
真のエコーへの悪影響がなくなり、正確なデータ
を得ることが可能となる。

従つて、本実施例の装置により得られたデータ
信号をCRTなどを含む表示装置４２に入力すれ
ば、CRT上には当該被検部位１４の正確な診断
画像を表示することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被検体
に向け所定の送信繰り返し周期で超音波を送受波
し被検部位からのデータ信号を得るに当たり、デ
ータ信号中に含まれる前回以前の超音波送波に係
る遅延エコー成分を除去し、動的標体のような場
合であつても真のエコーに悪影響を与えず、被検
部位からの正確なデータを得ることが可能とな
る。

従つて、本発明の装置を用いれば、遅延エコー
の発生の有無にかかわりなく、所望被検部位の正
確な診断画像をCRT上に表示することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波診断装置の額略説明図、第２図
は従来の超音波診断装置の送信繰り返し周期を示
すタイミングチヤート図、第３図は本発明に係る
超音波診断装置の好適な実施例を示すブロツク
図、第４図は第３図に示す装置の送信繰り返し周
期を表わすタイミングチヤート図、第５図は本発
明の具体的な実施例を示すブロツク図、第６図は
本発明に係る実施例の基本原理を示すタイミング
チヤート図である。 １２……被検体、１４……被検部位、１８……
送受信器、２０……遅延回路、２２……合成回
路、１００……超音波、１１０……真のエコー、
１２０……遅延エコー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体に向け所定の送信繰り返し周期で超音
   波信号を送受波し反射エコーのうち被検部位から
   のデータ信号を得る超音波診断装置において、 前記超音波信号は送信超音波周期の奇数倍の1/
   ２と整数倍との送信超音波の半周期分ずれた２種
   類の送信繰り返し周期に設定されこの２種類の送
   信繰り返し周期を交互に繰り返して該超音波信号
   の送受波を行う送受信器と、 前記送受信器により交互に受波されて得られた
   ２種類の超音波受波信号を入力し各受波信号を所
   定の搬送波信号で復調処理してサイン成分とコサ
   イン成分とに分離されたサイン信号とコサイン信
   号とを出力する復調回路と、 前記復調回路を介して入力される前回の受波信
   号のサイン信号及びコサイン信号をその前回の送
   信繰り返し周期時間分遅延して出力する遅延回路
   と、 前記復調回路を介して得られた今回のサイン信
   号と前記遅延回路を介して得られた前回のサイン
   信号とを加算後２乗演算してサイン成分の信号を
   得るサイン演算器と、 前記復調回路を介して得られた今回のコサイン
   信号と前記遅延回路を介して得られた前回のコサ
   イン信号とを加算後２乗演算してコサイン成分の
   信号を得るコサイン演算器と、 前記サイン演算器及びコサイン演算器の出力す
   るサイン成分及びコサイン成分の両成分の信号を
   加算して位相成分を除去すると共にその加算値を
   平方根演算して被検部位からの反射強度のみのデ
   ータ信号を得る演算回路と、を有し、 前記データ信号中に含まれる前回以前の超音波
   送波に係る遅延エコー成分を除去することを特徴
   とする超音波診断装置。