JPH02206445A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波を用いてＢモード情報やドプラモード
情報等の診断情報を得てこれを表示に供する超音波診断
装置に関し、特に、複数方向同時受信方式を実施するこ
とができる超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 超音波診断法では、Ｂモード像を代表例とする解剖学的
情報、Ｍモード像を代表例とする生体内の器官の運動情
報、血流速像を代表例とするドプラ効果を利用した生体
内の移動物体の移動に伴う機能情報等を用いて診断に供
するようにしている。

ここで、超音波の生体内に対する走査法について説明す
る。先ず、電子走査法について説明する。

リニア走査法は、複数の超音波振動子を並設してなるア
レイ型超音波探触子（プローブ）を用い、超音波振動子
の題数個を１単位とし、このｌ１１１位の超音波振動子
について励振を行ない超音波ビームの送波を行う方法で
あり、例えば、順次１振動子分づつピッチをずらしなが
ら１屯位の素子の位置が順々に変わるようにして励振し
てゆくことにより、超音波ビームの送波点位置を電子的
にずらしてゆく走査である。そして、超音波ビームが集
束するように、励振される超音波振動子は、ビームの中
心部に位置するものと側方に位置するものとでその励振
のタイミングをずらし、これによって生ずる超音波振動
子の各発生音波の位相差を利用し反射される超音波を電
子フォーカスさせる。

そして、励振したのと同じ振動子により反射超音波を受
波して電気信号に変換して（ただし、送信と受信とでは
使用する振動子の数は同一とは限らない。）、各送受波
によるエコー情報を例えば断層像として形成し、ＴＶモ
ニタ等に画像表示する。

また、セクタ走査法は、励振される１単位の超音波振動
子群に対し、超音波ビームの送波方向が超音波ビーム１
パルス分毎に順次扇形に変わるように各振動子の励振タ
イミングを所望の方向に応じて変化させてゆくものであ
り、後の処理は基本的には上述したリニア走査と同じで
ある。

さらに、以上のようなリニア、セクタの電子走査の他に
、振動子（探触子）を走査機構に取付け、走査機構を運
動させることにより超音波走査を行う機械走査もある。

一方、映像法については、超音波送受信に伴う信号を超
音波ラスタとして合成して断層像（Ｂモード像）化する
Ｂモード法がある。

また、同一方向固定走査によるＭモード法がある。この
Ｍモード法による画像つまりＭモード像は、超音波送受
波部位の時間的変化を表わしたものであり、特に心臓の
如く動きのある臓器の診断には好適である。

さらに、超音波パルスドプラ法を代表例とする超音波ド
プラ（Ｄモード）法がある。このＤモード法は、超音波
が移動物体により反射されると、反射波の周波数が上記
移動物体の移動速度に比例して偏移する超音波ドプラ効
果を利用したものであって、血流の移動に伴う血流速に
関するデータや２次元像（ＣＦＭ像）を得るようにして
いる。

第５図に従来例を示す。第５図は、セクタ電子走査型超
音波診断装置のブロック図である。すなわち、第５図に
示すように、生体内に放射される超音波パルスの間隔を
決定するパルス発生器１から出力された繰返しパルスは
、送信遅延回路２（２−１〜２−Ｎ）において送信超音
波の放射方向と集束点とから決定される所定の遅延時間
が与えられた後に振動子駆動回路３（３−１〜３−Ｎ）
に送られ、各々所定の大きさに増幅され重み付けされた
駆動パルスが形成される。この駆動パルスによってアレ
イ型超音波探触子４のＮ個の超音波振動子（４−１〜４
−Ｎ）は駆動され、超音波が生体内に放射される。

一方、図示しない生体内から反射された超音波ビームは
、前記アレイ型超音波探触子４の各振動子４（４−１〜
４−Ｎ）によって受信され、プリアンプ５（５−１〜５
−Ｎ）において前記所定の大きさに増幅された後、受信
遅延回路６（６−１〜６−Ｎ）に送られる。ここで、前
記送信遅延回路２（２−１〜２−Ｎ）においぞ与えられ
た遅延時間とほぼ同一の遅延時間が与えられてから、加
算器７において他の振動子からの受信信号と加算される
。

この加算Ｓ７の出力信号は、一方は断層像表示のための
レシーバ回路２０へ、またもう一方は血流情報検出のた
めの回路２１に送られて所定の信号処理が施される。ま
ず、レシーバ回路２０では対数増幅器８において信号振
幅が対数変換された後１こ、包絡線検波回路９にて受信
信号の包路線が検出され、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／、Ｄ−Ｃ
）１０にてディジタル化した後画像メモリ１１にストア
される。

一方、血流情報検出回路２１において、加算器７の出力
は位相検波回路１３−１．　１３−２と、信号源１５と
、π／２移相器１４とにより超音波信号の周波数とほぼ
同じ周波数をもった基準信号との間でミクシング（直交
位相検波）され、ローパスフィルタ（Ｌ−Ｐ−Ｆ）１６
−１．１６−２を経、そして、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−
Ｃ）１７−１゜１７−２にてディジタル化した後、ディ
ジタルフィルタで（１η成されるＭＴＩフィルタ（バイ
パスフィルタ）１８−１．１８−２によって、ドツプラ
周波数−位の極めて少ない心臓や血管からの信号（クラ
ッタ信号）が除去され、血球からの微小な信号のみが分
離検出される。この信号は演算回路１つにおいて例えば
周波数分析された後、そのスベクトルの中心あるいは広
がり（分散）が算出され、その値は画像メモリ１１内の
血流信号メモリにストアされる。そして、超音波ビーム
を電子的に走査することにより得られる断層像信号と血
流信号とは画像メモリ１１に一旦スドアされ、断層像は
白黒で、また血流情報（方向、速度）はカラーでＴＶモ
ニタ１２上に表示される。

一方、この種の超音波診断装置が画像診断機器として一
層向上したものとなるには、リアルタイム性が損われず
に超音波画像の走査線の数を増やす（走査線密度を大き
くする。）ことによりちょう密な画像を得ること、或い
は、フレーム数を増やす（１画面を形成するのに要する
時間を短縮する。）ことにより見やすい画像を得ること
が不可欠である。以下、走査線数、フレーム数を増加さ
せるための手法について説明する。

すなわち、走査線の本数ＮＲは、概略的であるが下記（
１）式で示される。

ＮＲ−ｆｒ／Ｎｐ−Ｎ３　　　　　　　・・・（１）ｆ
ｒは、超音波パルス繰返し周波数であり、Ｎ、は、フレ
ーム数であり、 Ｎｓは、１方向当りの超音波超音波送受信回数である。

また、上記（１）式によれば、フレーム数Ｎ、は、下記
（２）式で示される。

ＮＦ＝　ｆ　ｒ　／　ＮＲ−Ｎｓ　　　　　　　　−（
２）この場合、断層像を得るための超音波超音波送受信
、回数ＮＳは通常でＮ　ｓ　−１であり、超音波パルス
繰返し周波数ｆ　ｒ　＝　４　ｋ　Ｈｚ　ｓフレーム数
ＮＦ−３０とすると、上記（１）式により走査線の本数
Ｎ、は、ＮＲ＋１３３となる。これは、第６図に示すよ
うに、セクタ走査の場合には生体の深い部分で走査線の
間隔が粗くなり、良好な断層像が得られないことになる
。そこで、走査線の本数Ｎ。

を増加させるための手法として超音波パルス繰返し周波
数ｆ「を高くすることが考えられるが、これでは最大視
野深度が小さくなってしまい、一方、フレーム数ＮＦを
小さくすると、リアルタイム性が損われることになり、
いずれにしても、好ましくない。

一１二記は断層像の場合についてであるが、ＣＦＭ像等
の血流像を断層像と共に表示するドプラ断層像の場合に
は、上述した不具合は一層顕著になる。

すなわち、ドプラ断層像では、超音波超音波送受信回数
ＮＳは通常でＮＳ≧８を必要とし、超音波パルス繰返し
周波数ｆｒ＝４ｋＨｚ、走査線の本数Ｎ　Ｈ−３０とす
ると、上記（２）式によりフレーム数ＮＦは、ＮＦ−１
６となり、たとえ走査角を小さくして走査線密度を断層
像の場合と同じにしたとしても、リアルタイム性は極め
て悪いものとなる。

これを解消するために超音波パルス繰返し周波数ｆ「を
高くしてフレーム数ＮＦを増加させれば良いが、これで
はこれでは最大視野深度が小さくなってしまう。これと
は逆に、走査線の本数ＮＲを小さくすると、走査角が狭
くなり、血流の表示範囲か狭くなり、好ましくない。

上述した問題を解消することができる手法として、■数
方向同時受信方式がある。これは、第７図に示すように
、一つの超音波の送波方向に対してＭ通りの受波指向性
を設定するものであり、これにより、１回の超音波の送
受信についてＭ本の走査線の情報を得ることができる。

第８図は、この種の複数方向同時受信方式を実現する超
音波診断装置の構成を示すブロック図であり、ここでは
第８図のものが第５図のものと相違している部分の構成
について説明する。

すなわち、受信遅延回路に関し、第５図のものでは一つ
のチャンネルに一つ設けている受信遅延回路６−１〜６
−Ｎに対し、第８図のものでは一つのチャンネルにＭ個
設けており（受信遅延回路（６−１−１〜６−１−Ｍ）
〜（６−Ｎ−１〜６−Ｎ−Ｍ）　）、加算器に関し、第
５図のものでは一つ設けている加算器７に対し、第８図
のものではＭ個設けており（加算５７−１〜７−Ｍ）、
レシーバ回路に関し、第５図のものでは一つ設けている
レシーバ回路２０に対し、第８図のものではＭ個設けて
おり（レシーバ回路２０−１〜２０−Ｍ）、血流情報検
出回路に関し、第５図のものでは一つ設けている血流情
報検出回路２１に対し、第８図のものではＭ個設けてい
る（血流情報検出回路２１−１〜２１−Ｍ）。また、画
像メモリに関し、第８図のものでは高速性のもの（高速
画像メモリ２２）を用いている。

第８図に示す超音波診断装置によれば、一つの超音波の
送波方向に対してＭ通りの受波指向性を設定することが
できる、つまり複数方向同時受信方式を実現することが
できるので、これにより、１回の超音波の送受信につい
てＭ本の走査線の情報を得ることができる。

このような複数方向同時受信方式を用いることにより、
断層像においては走査線密度を上げることができ、ちょ
う密な断層像が得られる。ドプラ断層像の場合は、１／
Ｍの送受波方向で１フレームを形成することができるの
で、フレーム数ＮＦを増加させ、リアルタイム性を大幅
に改善することができる。また、走査角を大きくして広
い血流像表示範囲を得たり、断層像の場合と同様に走査
線密度を増加させてちょう密なドプラ断層像を得ること
も可能であるのは言うまでもない。

（発明が解決しようとする問題点） 以上の如くの従来の技術における複数方向同時受信方式
超音波診断装置によれば、リアルタイム性を損うことな
く走査線数、フレーム数の増加した断層像及びドプラ断
層像を得ることができるが、次のような問題点がある。

すなわち、断層像については、受信遅延回路及びレシー
バ回路が同時受信方向の数つまりＭ組必要であり、ドプ
ラ断層像についてはさらに血流情報検出回路がＭ組必要
であり、回路規模が膨大になり、コストの点を含め実現
ははなはなだ困難であると言わざるを得ない。

そこで本発明の目的は、回路規模の増大を極力抑制して
複数方向同時受信方式を実施することを可能にした超音
波診断装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成するために次
のような手段を講じた構成としている。

すなわち、本発明は、アレイ型超音波探触子の複数の振
動子から得られる超音波エコーデータζ・多チャンネル
の受信遅延遅延回路に通すことにより超音波エコーに対
して受信指向特性を付すようにした超音波診断装置にお
いて、前記超音波エコーデータを記憶する記憶手段を前
記多チャンネルの受信遅延遅延回路にそれぞれ設け、こ
の多チャンネルの記憶手段に対するデータ読出し速度を
データ書込み速度以上に設定する制御手段を具備したこ
とを特徴とする。

（作　用） このような構成で、制御手段によりデータ読出し速度を
データ書込み速度のＭ倍に設定し、メモリに対してエコ
ーデータを書込みしつつ前記速度にてメモリからデータ
を読出すことにより、従来に比べて回路規模を極力増大
させない構成として１系統の受信遅延系にてＭ方向同時
受信が可能になる。

（実施例） 以下本発明にかかる超音波診断装置の一実施例を、第１
図及び第２図を参照して説明する。第１図は本発明の第
１の実施例を示すブロック図、第２図は同実施例のデー
タに関するタイミング図である。なお、第１図において
は、第５図及び第８図と同じ部分には同一符号を付しで
ある。

第１図に示すように、生体内に放射される超音波パルス
の間隔を決定するパルス発生器１から出力された繰返し
パルスは、送信遅延回路２（２−１〜２−Ｎ）において
送信超音波の放射方向と集束点とから決定される所定の
遅延時間が与えられた後に振動子駆動回路３（３−１〜
３−Ｎ）に送られ、各々所定の大きさに増幅され重み付
けされた駆動パルスが形成される。この駆動パルスによ
ってアレイ型超音波探触子４のＮ個（Ｎチャンネル）の
超音波振動子（４−１〜４−Ｎ）は駆動され、超音波が
生体内に放射される。

一方、図示しない生体内から反射された超音波ビームは
、前記アレイ型超音波探触子４の各振動子４（４−１〜
４−Ｎ）によって受信され、受信系の各チャンネルのプ
リアンプ５（５−１〜５−Ｎ）から増幅されたエコーデ
ータとして出力される。このプリアンプ５（５−１〜５
−Ｎ）において所定の大きさに増幅された後、受信遅延
系をなす全チャンネル分用意されたＡ／Ｄ−Ｃ２３（２
３−１〜２３−Ｎ）及びマルチポートＲＡＭ等のメモリ
２４（２４−１〜２４−Ｎ）に送られる。

受信遅延系の各チャンネルから出力されるディジタル化
したエコーデータは、ディジタル加算器２６にて全チャ
ンネルについて加算され、その後、信号処理系をなす全
同時受信方向分つまりＭ個それぞれ用意されたラッチ２
５（２５−１〜２５−Ｍ）、ディジタル化レシーバ回路
２７（２７−１〜２３−Ｍ）及びディジタル化血流情報
検出回路２８（２８−１〜２４−Ｍ）に送られる。

ここで、ディジタル化レシーバ回路２７では、ディジタ
ル化された各チャンネルからのエコーデータについて、
対数増幅器２９において信号振幅が対数変換された後に
、包絡線検波回路３０にてエコーの包絡線が検出され、
高速画像メモリ２２にストアされる。

また、ディジタル化血流情報検出回路２８では、位相検
波回路３１−１．３１−２と、参照信号発生器３２−１
．３２−２とにより超音波信号の周波数とほぼ同じ周波
数をもった基準信号との間でミクシング（ディジタル直
交位相検波）され、ディジタルフィルタで構成されるＭ
ＴＩフィルタ（バイパスフィルタ）３３−１．３３−２
によって、ドツプラ周波数偏位の極めて少ない心臓や血
管からの信号（クラッタ信号）が除去され、血球からの
微小な信号のみが分離検出される。この信号は演算器３
４において例えば周波数分析された後、そのスペクトル
の中心あるいは広がり（分散）が算出され、その値は高
速画像メモリ２２内の血流信号メモリにストアされる。

そして、超音波ビームを電子的に走査することにより得
られる断層像信号と血流信号とは高速画像メモリ２２に
一旦スドアされ、断層像は白黒で、また血流情報（方向
、速度）はカラーでＴＶモニタ１２上に表示される。

ここで、Ａ／Ｄ−Ｃ２３（２３−１〜２３−Ｎ）におけ
る変換タイミング、メモリ２４（２４−１〜２４−Ｎ）
におけるデータを書込むタイミング、データを読出すイ
ミノジ、及びラッチ２５（２５−１〜２５−Ｍ）におけ
るラッチタイミング（ラッチパルス）は、第２図に示さ
れるタイミングであって、これは制御回路３５により実
施される。

以上のように構成された下で、各チャンネルのディジタ
ル化したエコーデータは、周波数ｆｖのクロックにより
発生された書込みアドレスを用いてメモリ２４（２４−
１〜２４−Ｎ）に書込まれる。

次に、周波数ｆＲＥ−Ｍ−ｆｗのクロックにより発生さ
れた各チャンネル独立の読出しアドレスでメモリ２４（
２４−１〜２４−Ｎ）からデータが読出される。

これにより、１回の超音波の送受信で得られる各チャン
ネルの超音波エコーデータを、Ｍ通りの受信指向性を得
るための遅延時間を与えて読出すことができ、ディジタ
ル加算器２６で全チャンネル分加算した後に、ラッチ２
５（２５−１〜２５−Ｍ）で分離することにより、Ｍ通
りの受信指向性に対応する受信信号を得ることができる
。つまり、超音波エコーデータのメモリ２４（２４−１
〜２４−Ｎ）からの読出し、を時分割動作としたもので
ある。

従って、本実施例によれば、１系統のディジタル受信遅
延系にてＭ通りの受信指向性を得ることができる。よっ
て、受信遅延系の回路規模を従来と比べて１／Ｍにして
複数方向同時受信を実現しつつリアルタイム性を損うこ
となく走査線数、フレーム数の増加した断層像及びドプ
ラ断層像を得ることができる。

また、受信遅延をディジタル方式により行うよにしてい
るので、遅延精度の向上や反射等によるアーチファクト
の低減効果があり、画質の向上を期待できる。

次に第３図及び第４図を参照して本発明の第２の実施例
を説明する。第１の実施例では信号処理系として、全同
時受信方向分つまりＭ個それぞれ用意されたラッチ２５
（２５−１〜２５−Ｍ）、ディジタル化レシーバ回路２
７（２７−１〜２３−Ｍ）及びディジタル化血流情報検
出回路２８（２８−１〜２４−Ｍ）を設けているが、第
２の実施例では、１系統のディジタル化レシーバ回路２
７及びディジタル化血流情報検出回路２８だけを設け、
これらを第１の実施例のときよりもＭ倍の高速動作を行
なわせるものである。つまり、超音波エコーブタのメモ
リ２４（２４−１〜２４−Ｎ）からの読出しから高速画
像メモリ２２へのデータの書込みまでを時分割動作とし
たものである。ただし、Ａ／Ｄ−Ｃ２３（２３−１〜２
３−Ｎ）における変換タイミング、メモリ２４（２４−
１〜２４−Ｉｌｌ）におけるデータを書込むタイミング
、データを読出すイミノジは、第４図に示されるタイミ
ングであって、これは制御回路３５により実施される。

以上の構成によっても第１の実施例同様な効果を得るこ
とができ、しかも信号処理系の回路を、第１の実施例の
ものに比べて約１／Ｍにすることができる。

上述した第１．第２の実施例においては、ディジタル化
された超音波診断装置を例として説明したが、各チャン
ネルの超音波エコデータを記憶する記憶手段を有し、時
分割多重口により複数方向の受信指向性を得るという構
成を有する範囲で種々変形して実施できるものである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明では、超音波エコーデータを記憶
する記憶手段を多チャンネルの受信遅延遅延回路にそれ
ぞれ設け、この多チャンネルの記憶手段に対するデータ
読出し速度をデータ書込み速度以上に設定する制御手段
を具備したことにより、制御手段によりデータ読出し速
度をデータ書込み速度のＭ倍に設定し、メモリに対して
エコーデータを書込みしつつ前記速度にてメモリからデ
ータを読出すことにより、従来に比べて回路規模を極力
増大させない構成として１系統の受信遅延系にてＭ方向
同時受信が可能になる。

従って本発明によれば、回路規模の増大を極力抑制して
複数方向同時受信方式を実施することを可能にした超音
波診断装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波診断装置の第１の実施例
を示すブロック図、第２図は同実施例のデータに関する
タイミング図、第３図は本発明にかかる超音波診断装置
の第２の実施例を示すブロック図、第４図は同実施例の
データに関するタイミング図、第５図は一般的な電子走
査型超音波診断装置を示すブロック図、第６図はセクタ
走査における走査線を示す図、第７図は複数方向同時受
信の原理を示す図、第８図は従来の複数方向同時受信方
式超音波診断装置のブロック図ある。 １・・・パルス発生器、２（２−１〜２−Ｎ）・・・送
信遅延回路、３（３−１〜３−Ｎ）・・・振動子駆動回
路、４・・・アレイ型超音波探触子、５（５−１〜５−
Ｎ）・・・プリアンプ、１２・・・ＴＶモニタ、２２・
・・高速画像メモリ、２３（２３−１〜２３−Ｎ）・・
・Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）　、２４　（２４−１〜
２４−Ｎ）・・・メモリ、２５（２５−１〜２５−Ｍ）
・・・ラッチ、２６・・・ディジタル加算ｒｉ２７（２
７−１〜２　Ｂ−Ｍ）・・・ディジタル化レシーバ回路
、２８（２８−１〜２４−Ｍ）・・・ディジタル化血流
情報検出回路、２９・・・対数増幅器、３０・・・包絡
線検波回路、３１−１．３１−２・・・位相検波回路、
３２−１．３２−２・・・参照信号発生器、３３−１゜
３３−２・・・ＭＴＩフィルタ（バイパスフィルタ）、
３４・・・演算器３４゜ 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第６０ 灯７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アレイ型超音波探触子の複数の振動子から得られる超音
   波エコーデータを多チャンネルの受信遅延遅延回路に通
   すことにより超音波エコーに対して受信指向特性を付す
   ようにした超音波診断装置において、前記超音波エコー
   データを記憶する記憶手段を前記多チャンネルの受信遅
   延遅延回路にそれぞれ設け、この多チャンネルの記憶手
   段に対するデータ読出し速度をデータ書込み速度以上に
   設定する制御手段を具備したことを特徴とする超音波診
   断装置。