JPH0315455A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波探触子から被検体に対して超音波を送
波し、該被検体から反射される信号を受波しこの受信信
号を検波して該被検体のＢモド像を表示する超音波診断
装置に関する。

（従来の技術） 超音波診断装置において、超音波の生体内に対する走査
方広の代表的なものには、電子走査と機械走査とかある
。電子走査法によれば、複数の超音波振動子を併設して
なるアレイ型超音波探触子（プローブ）を用い、リニア
電子走査であれば、超音波振動子の複数個を１単位とし
、この１単位の超音波振動子について励振を行ない超音
波ビムの送波を行なう方法であり、例えば順次１振動子
分づつピッチをずらしながら１単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。

そして超音波ビームがビームとして集束するように、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集束（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、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、陰極線管等に画像表示する
。

またセクタ走査であれば、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電子走査と
同じである。

以上のようなリニア，セクタ電子走査の他に探触子を走
査機構に取付け、走査機構を運動させることにより超音
波走査を行なう機械走査もある。

一方、映像法には、超音波送受信にもとなう信号を合成
して断層像化するＢモード像以外に同一方向固定走査に
よるＭモード像が代表的である。

これは、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。

また超音波ドプラ法は、生体内の移動物体の移動に伴う
機能情報を得て映像化する方法であり、これを以下説明
する。すなわち、超音波ドプラ怯は、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
である。

具体的には、超音波レートパルス（或いは連続波）を生
体内に送波し、その反射波エコーの位相変化より、ドプ
ラ効果による周波数偏移を得ると、そのエコーを得た深
さ位置における移動物体の運動情報を得ることができる
。これによれば、生体内における一定位置での血流の向
き、乱れているか整っているかの流れの状態、流れのパ
ターン、速度の値等の血流の状態を知ることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の超音波診断装置におけるＢモード像に
は「スペックル」と呼ばれる斑紋状のパターンが現われ
る。この斑紋状のパターンは超音波探触子に並設された
各振動子からの各超音波ビームが微小散乱体に入射する
と、この微小散乱体からの各反射波が干渉し合って発生
するものであり、このスペックルの発生は、超音波のコ
ヒレント性に起因するものである。

すなわち生体内に入射される超音波パルスはコ５ ヒーレント性つまり位相が揃っているので、生体内に存
在する多数の散乱体からの反射波は、超音波探触子の受
波面上で干渉を発生してしまう。このため受信信号の振
幅は揺ぎを生じ、この揺ぎにより前述したＢモード像上
に斑紋状の模様、すなわちスペックルが発生する。この
スペックルは干渉により発生したものであり、生体内の
組織構造を表示するものではなく、画像の階調分解能を
著しく低下させてしまうという問題があった。

そこでこの従来ではこの改善法の一つとして、従来より
Ｂモード像におけるスペックルノイズの実時間軽減法が
ある。この方法は、空間的コンパウンドスキャンを行な
うために各画像に対して検出された受信信号を複麩個の
フィルタに通した後、包絡線検波して加算することによ
り等化的に周波数コンパウンドスキャンを行なわしめ、
実時間でスペックルノイズを軽減するものである。ここ
でスペックルノイズを軽減するためには相関の小さい複
数個の画像を重ね合せればよいが、超音波探触子の位置
変化により相関の小さい画像を得る手６ 法か前述した空間的コンパウンドスキャンである。

これによれば、距離方向のインコヒーレント加算を行な
い、スペックルノイズを大幅に軽減し高画質のＢモード
像を得ている。

しかしなから、前記手法では超音波探触子を移動させな
から超音波の送受信を行ない複数の画像を得るため、画
像の更新時間が大きくなる。このため画像のリアルタイ
ム性を損なっていた。また異なる方向からの画像を得る
ために長時間を要するため、その間に被観測物体が動い
てしまうと、正確な画像か得られなくなる。すなわち動
きの早い被観測物体に対しては適用することができなか
った。さらに超音波探触子の正確な位置と角度とが測定
できないと、複数画像間にずれが発生してしまうという
問題があった。

そこで本発明の目的は、リアルタイム性を向上しスペッ
クルを低減でき、しかも動きの速い物体であっても高画
質の超音波像を得る超音波診断装置を提供することにあ
る。

［発明の構或］ （課題を解決する為の手段） 本発明は上記の課題を解決し目的を達成する為に次のよ
うな手段を講じた。すなわち本発明は、複数の振動子か
ら被検体に対して送信ビームを生じさせながら超音波を
送波し、該被検体からの反射超音波を前記各振動子で受
波しこの受渡信号を検波して診断情報を表示する超音波
診断装置において、前記反射超音波を異なる方向からそ
れそれ受信する受信手段と、受信ビームの集束点を前記
送信ビームの略中心軸上に一致させ且つ経時的に前記中
心軸上で変化させながら前記受信手段からの各受信信号
を入力する遅延手段と、この遅延手段からの各受信信号
に基づき画像を再構成する手段と、この手段から得られ
る複数の画像を加算する加算手段とを備えたものである
。

受信手段は、各振動子の開口を分割して同時に異なる方
向からの反射超音波を受波するものである。

受信手段は、各振動子の開口に複数の重み関数を乗算す
ることにより同時に複数の方向からの反射波を受信する
ものである。

受信手段は、各振動子の開口の幅，位置，重み関数を超
音波の伝搬時間に応じて経時的に変化させるものである
。

加算手段は、画像振幅の二乗，絶対値，絶対値の対数の
いずれかに比例する関数を加算するものである。

（作用） このような手段を講じたことにより、次のような作用を
呈する。１本の走査線を得るための超音波の送信を１回
とし、異なる方向から反射超音波を複数の開口により同
時に受信し得られる画像を加算するので、リアルタイム
性を向上でき、しかも正確な同じ位置における画像を加
算でき、空間分解能を劣化させることなくスペックルノ
イズを低減した高階調分解能の画像が得られる。

また受信ビームの方向を超音波の伝搬時間に応じて経時
的に変化させて走査線上に沿って送受信ビームの交点を
移動させるように各素子からの超９ 音波信号に遅延をかけることにより、走査線上の全ての
画像を１回の送信で得るので、より空間分解能の優れた
画像が得られる。

さらに各素子の受信信号に複数の重み関数を乗算するこ
とにより、サイドローブを低減できる。

また超音波信号の伝搬時間に応じて経時的に受信開口の
位置と幅を変化させると、サイドローブレベルを低減で
き、しかもＳＮ劣化を低減できる。

さらに複数の方向からの画像を加算するときには、検波
して位相成分をなくし加算するインコヒーレント加算を
行なうと、信号の絶対値，絶対値の二乗，絶対値の対数
などの加算を行なえる。

（実施例） 第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図、第２図および第３図は本発明の原理を
示す図、第４図および第５図は本発明の開口分割の方法
を示す概略図である。

超音波診断装置は、送信系としてパルス発生器２Ａ，遅
延回路２Ｂ，パルサ２Ｃ　アレイプローブ１を有し、受
信系としてプリアンプ３Ａ，受信］０ 遅延回路３Ｂ，加算器３Ｃを有している。さらにはＢモ
ード処理系４として対数増幅器４Ａ，包路線検波回路４
Ｂ，加算器４Ｃ，Ａ／Ｄ−Ｃ４Ｄを有し、映像系６とし
て画像メモリ６Ａ，ＴＶモニタ６Ｂを有している。

前記アレイプローブ１はＭ本の振動子１−１〜１−Ｍか
らなり、振動子の全てまたはその一部を駆動して所定方
向に送信ビームを送信するとともに、受信時に例えば重
なりのない開口に分割した受信手段としての２つ振動子
群（１〜Ｍ／２，Ｍ／２＋１〜Ｍ）により被検体からの
反射超音波を異なる方向からそれそれ受波するものであ
る。

この２つの振動子群の開口は、例えば受信手段としての
図示しないスイッチの切り替えにより分割できるものと
なっている。

遅延手段としての受信遅延回路３Ｂは、受信ビームの集
束点を送信ビームの略中心軸上に一致させ且つ経時的に
前記中心軸上に変化させるように制御して前記振動子群
１〜Ｍ／２，Ｍ／２＋１〜Ｍからの各受他信号を入力す
るものである。加算］　］ 器３Ｃ−１．３Ｃ−２は、前記受信遅延回路３Ｂからの
各受信信号に裁づき画像を再構成するものである。加算
器４Ｃは、包路線検波回路４Ｂａ，４Ｂｂから得られる
複数の画像を加算するものである。

このように構威された実施例の動作について図面を参照
して説明する。まず、アレイプローブ１は、送信系をな
すパルス発生器２Ａ，送信遅延回路３Ｂ，パルサー２Ｃ
により送信駆動されると、被検体に対して超音波ビーム
を送信する。そして該被検体から反射される超音波は、
２つの振動子群１〜Ｍ／２，Ｍ／２＋１〜Ｍに受波され
、この２つの振動子群１〜Ｍ／２，Ｍ／２＋１〜Ｍから
得られた信号は、２系統からなる受信遅延回路３Ｂ−１
〜３Ｂ−Ｍ／２．３Ｂ−Ｍ／２＋１〜３Ｂ−Ｍにより所
定の遅延時間が与えられる。

すなわちダイナミックスフオーカス法を用いて、第１図
に示す受信遅延回路の遅延時間を超音波の伝搬時間に応
じて経時的に変化させ、第２図に示すように経時的に受
信焦点を送信ビームに沿って１２ ＰＩ，Ｐ２，〜ＰＮのように移動させることにより走査
線上の全ての位置の画像を１回の送信により得、加算器
３Ｃ−１．３Ｃ−２により加算される。そして各々の信
号は包路線検波回路４Ｂａ，４Ｂｂにより包絡線検波さ
れる。これにより位相の影響を除去した後、加算器４Ｃ
により加算される。さらに加算された映像信号は、Ａ／
Ｄ−Ｃ４Ｄによりディジタル信号に変換され、画像メモ
リ６Ａを介してＴＶモニタ６Ｂに表示される。

このように本実施例によれば、１本の走査線を得るため
の超音波の送信を１回とし、異なる方向から反射超音波
を複数の開口により同時に受信し得られる画像を加算す
るので、リアルタイム性を向上でき、しかも正確な同し
位置における画像を加算でき、空間分解能を劣化させる
ことなくスペックルノイスを低減した高階調分解能の画
像か得られる。

また受信ビームの方向を超音波の伝搬時間に応して経時
的に変化させて走査線上に沿って送受信ビームの交点を
移動させるように各素子からの超１′３ 音波信号に遅延をかけることにより、走査線上の全ての
画像を１回の送信で得るので、より空間分解能の優れた
画像を得ることができる。

ここで第２図に示す焦点をＰ１〜ＰＨのように移動させ
るのは、次の理由によるものである。すなわち第３図に
示すように受信焦点か１点のみてあると、送信開口中心
と受信開口中心がずれているので、前記焦点以外では送
信ビームと受信ビームは一致しない。このため焦点以外
では良好な画像を得ることができないからである。

次に第４図に示す開口の分割について説明する。

この実施例は、重なりのない受信開口Ａ−Ｃのそれぞれ
に対して重なりを有するように受信開口Ｂを設けるよう
にしたものである。これによれば、受信開口Ａ−Ｃから
の信号を加算するよりも、受信開口Ａ−Ｂ−Ｃからの信
号を加算するした方が、よりスペックルノイズを低減す
ることができる。

次に第５図に示すように開口分割の方法について説明す
る。すなわち振動子のアレイ方向に対して累なる所定の
重み関数例えば（重み関数Ｗ］，１　４ Ｗ２，Ｗ３）を設定する。そして振動子からの受信信号
に所定の重み関数を乗算すれば、サイドローブレベルを
低減することができる。なおこの重み関数は例えば前記
プリアンプ３Ａのゲインを各チャネルごとに変化させる
ことにより可変できる。

第６図は本発明の開口分割の経時的に変化を示す概略図
である。同図に示すように１走査線上の画像を得る間に
分割された受信開口を例えばＡ１〜Ａ３，Ｂｌ〜Ｂ３，
Ｃｌ〜Ｃ３と経時的に変化させるように例えば前記スイ
ッチを切り替え制御したものである。一般に近い距離に
焦点があると、必要以上に開口を大きくとると、サイド
ローブレベルが増大する。

またかなり離れた方向で受信すると、受信したい方向か
らの超音波信号が微小となり、ＳＮ比が劣化する。これ
により、超音波信号の伝搬時間に応じて経時的に受信開
口の位置と幅を変化させる。

例えば近距離に焦点かある場合には、開口幅，中心間距
離を小さくして、遠距離に焦点がある場合には、開口幅
，中心間距離を大きくすれば、サイ１５ ドロープレベルを低減でき、ＳＮ比を向上できる。

さらに複数の方向からの画像を加算する場合には、位相
成分をなくして加算すれば良いので、種々の変換により
加算できる。例えば信号の絶対値，絶対値の二乗，絶対
値の対数等に比例する関数が考えられる。前記第１図で
は絶対値の対数を加算しているが、第７図に示すように
絶対値の加算を行なうと、高価な対数変換器４Ｄが１個
で済み、コストを低減できる。

第８図は本発明の他の実施例を示す概略ブロック図であ
る。以下本実施例について説明する。この超音波診断装
置は、アレイ型超音波プローブ１，送信系２，ディジタ
ル受信系１０．８モード画像処理回路８，映像系６を備
えて構成される。前記ディジタル受信系１０は、プリア
ンプＩＯＡ（ＩＯＡ−１〜１０Ａ−ｎ）　、ＡＤ変換器
１０Ｃ（　１　０　Ｃ　−　１　〜１　０　Ｃ　−　ｎ
　）と、受信遅延回路としてのＲＡＭ　（又はシフトレ
ジスタ）１０Ｄ（１　０Ｄ−１〜１　０Ｄ−ｎ）　、加
算器７Ｅを有している。

１　６ このような装置において、アレイプローブ１の各振動子
１−１〜１−ｎからのエコー信号は、プリアンプＩＯＡ
により後段のために適当なレベルまで増幅される。さら
にプリアンプ出力は、ＡＤ変換器１０Ｃによりディジタ
ル信号化され、ＡＤ変換器１０Ｃからのチャネル毎の出
力は受信遅延回路としてのＲＡＭ　（ランダムアクセス
メモリ）１．　Ｏ　Ｄにより−１１；’ｊ保ｔ１ｊされ
る。そして所定時間だけ遅延した各チャネルのエコー信
号は、加算器７Ｅによりディジタル加算され、この加算
出力はＢモード処理系８に出力される。

このＢモード処理系８は絶対値回路とローパスフィルタ
からなる包絡線検波回路８Ａ，ＲＯＭなどからなる対数
変換回路８Ｂとからなる。前記エコー加算出力は、包路
線検波回路８Ａにより包路線検波され、対数変換回路８
Ｂにより対数変換され、映像系６の画像メモリ６Ａに記
憶される。さらに各々で複数の受信ビーム形成に寄与す
る素子に接続された受信回路では、ＲＡＭ出力時に時分
割的に複数の遅延時間か制御され、加算器により１７ 加算される。

なおこの加算器も時分割によることも可能である。また
ＲＡＭから読み出された信号に乗算器を用いて重みを乗
算したり、強制的に０とする制御することもできる。ま
たそれらの制御を経時的に変化させることも可能である
。その後複数の受信信号は包路線検波後、または対数変
換された後に加算され、画像メモリに記憶される。

したがって、装置のディジタル化により前記第１図に示
す実施例に比較して装置の構成を簡単化できる。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。上述した実施例の処理は、例えばセクタ走査，リニア
走査，コンベックス走査等の走査方式に適用できる。ま
た加算される画像は２枚または３枚に限定されることは
ない。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、並列同時受信するとともに、１８ 連続的にフォーカスを変化して空間コンパウンド走査を
行なうので、リアルタイム性を維持しながら正確な同じ
位置における画像を加算することができ、空間分解能の
劣化が無く、スペックルノイズを低減した高階調分解能
の画像が得られる。また同時に受信することにより画像
更新時間を増大させることなく、スペックルノイズを低
減した高階調分解能の画像を得ることができる。さらに
は動きの早い物体に対しても精度を劣化させることなく
、高階調分解能の画像を得る超音波診断装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
概略ブロック図、第２図および第３図は本発明の原理を
示す図、第４図および第５図は本発明の開口分割の方法
を示す概略図、第６図は本発明の開口分割の経時的な変
化を示す概略図、第７図は本発明の画像加算方法の変形
例を示す概略図、第８図は本発明を実施するためのディ
ジタル超音波診断装置の概略ブロック図である。 １９ １・・・超音波探触子、２・・・送信回路、２Ａ・・・
パルス発生器、２Ｂ・・・送信用遅延回路ＯＵ，３Ａ・
・プリアンプ、３Ｂ・・・受信用遅延回路、３Ｃ・・・
加算器、４Ａ・・・対数増幅器、４Ｂ・・・包絡線検波
回路、４Ｃ・・・加算器、４Ｄ・・・Ａ／Ｄ−Ｃ、６Ａ
・・・画像メモリ、６Ｂ・・・ＴＶモニタ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子から被検体に対して送信ビームを生
   じさせながら超音波を送波し、該被検体からの反射超音
   波を前記各振動子で受波しこの受波信号を検波して診断
   情報を表示する超音波診断装置において、前記反射超音
   波を異なる方向からそれぞれ受信する受信手段と、受信
   ビームの集束点を前記送信ビームの略中心軸上に一致さ
   せ且つ経時的に前記中心軸上で変化させながら前記受信
   手段からの各受信信号を入力する遅延手段と、この遅延
   手段からの各受信信号に基づき画像を再構成する手段と
   、この手段から得られる複数の画像を加算する加算手段
   とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）受信手段は、各振動子の開口を分割して同時に異
   なる方向からの反射超音波を受波することを特徴とする
   請求項１記載の超音波診断装置。
3. （３）受信手段は、各振動子の開口に複数の重み関数を
   乗算することにより同時に複数の方向からの反射波を受
   信することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置
   。
4. （４）受信手段は、各振動子の開口の幅、位置、重み関
   数を超音波の伝搬時間に応じて経時的に変化させること
   を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. （５）加算手段は、画像振幅の二乗、絶対値、絶対値の
   対数のいずれかに比例する関数を加算することを特徴と
   する請求項１記載の超音波診断装置。