JPH03155843A - 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、超音波探触子を送信手段により駆動すること
により被検体に対し超音波を送波し該被検体からの反射
超音波を異なる方向からこの異なる方向に対応して設け
られた複数の受信手段に前記超音波探触子を介して同時
に受波しこれらの受波信号を収集して超音波情報を得る
超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 超音波パルスを生体内に送波し、該生体内の各組織から
の反射波により生体情報を得る超音波診断法は、Ｘ線の
ような照射障害がなく、しかも造影剤なしで軟部組織の
診断ができる利点を有している。最近の超音波診断装置
における超音波探触子は、配列形（アレイ型ともいう。

）圧電振動子が用いられている。この超音波探触子の各
振動子を駆動信号により駆動して超音波を発生させ、こ
の超音波を生体内に送波する。そしてこの生体内から前
記同一振動子に得られる受信信号に所定の遅延時間を与
えることにより、超音波ビームを所定の距離（位置）に
集束させて、解像度の優れた断層像を得るようにしてい
る。

第１０図は従来のセクタ電子走査型超音波診断装置を示
す概略ブロック図である。まずパルス発生器２人から生
体内に送波される超音波パルスの間隔を決定する繰り返
しパルスが、送信遅延回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｍに出力さ
れる。この繰り返しパルスは送信遅延回路２Ｂ−１〜２
Ｂ−Ｍにより送信超音波の送波方向と集束点から決定さ
れる所定の遅延時間が与えられた後、振動子駆動回路（
以下バルサという。）２Ｇ−１〜２Ｃ−Ｍに送られ駆動
パルスが形成される。この駆動パルスは、Ｍ本の超音波
振動子１−１〜１−Ｍを駆動すると、発生した超音波は
図示しない生体内に送波される。

一方、生体内から反射された超音波ビームは、前記超音
波振動子１−１〜１−Ｍにより受信され、さらにプリア
ンプ３Ａ−１〜３Ａ−Ｍに送られ、さらに受信遅延回路
３Ｂ−１〜３Ｂ−Ｍに送られる。ここで前記送信用遅延
回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｍにおいて与えられた遅延時間と
路間−の遅延時間が与えられ、加算器３Ｃにおいて他の
振動子からの受信信号と加算される。

この加算器３Ｃの出力信号は、一方はＢモード処理系４
へ、またもう一方はＣＦＭ（カラーフローマツピング）
処理系５へ送られて所定の信号処理が行なわれる。

前記Ｂモード処理系４では対数増幅器４Ａにおいて振幅
が対数変換された後、包路線検波回路４Ｂにより受信信
号の包路線が検出され、Ａ／Ｄ−Ｃ４Ｃを介して画像メ
モリ６Ａに記憶される。

次にＣＦＭ処理系５では加算器３Ｃの出力は位相検波回
路５Ａａ及び５Ａｂにより超音波信号の周波数とほぼ同
一の周波数を有する基準信号との間で直交位相検波され
、これら９０″位相の異なった位相検波出力はそれぞれ
ローパスフィルタ（Ｌ−Ｐ−Ｆ）５Ｄａ、５Ｄｂ及びＡ
　／　Ｄ　−Ｃ５Ｅ　ａ　、　　５　Ｅ　ｂを介して図
示しないバッファメモリに記憶される。

ドプラ信号を得る場合には、同一場所を所定間隔で走査
して得られる血球からの反射信号の単位時間内の位相シ
フト量（ドプラシフト量）から血流速度を求める。例え
ば振動子の選択と送受信のビーム集束用遅延回路をまっ
たく同一として１０回同一場所を走査し、このとき得ら
れた受信信号を上記同様にドプラ用バッファメモリに順
次記憶していく。

次にこのようにして同一場所を１０回走査し得られた生
体内の反射信号から所定の深さにおける血球の速度を検
出する。このとき各々の反射信号には血球のように移動
している物体からの反射と血管壁のようにほとんど移動
しない固定物体からの反射波が混在しており、しかも反
射強度は後者が支配的になりでいる。但し血球からの反
射波の周波数はドプラシフトが生じているのに対し、固
定反射体からの反射波（クラッタ信号）にはほとんどド
プラシフトが生じてしない。このドプラシフトの差を利
用してクラッタ信号を取り除くために所定の深さにおい
て得られた１０個の信号をＭＴＩフィルタ５Ｆａ、５Ｆ
ｂに取り込み、ドプラ成分のみを抽出する。

ＭＴＩフィルタ５Ｆａ、５Ｆｂによりクラッタ成分は除
去され、血球からの反射波のみが演算回路５Ｇに送られ
る。ここでは所定の深さの１０個のデータを用いて周波
数分析が行なわれ、そのスペクトルの中心あるいは広が
り（分散）が算出され、その値が画像メモリ６Ａ内部の
血流信号メモリ内に記憶される。このようにして所定の
方向に超音波ビームを送受信して断層像用信号とドプラ
信号が得られる。

次に送信及び受信遅延回路の遅延量を変えることにより
、方向を変えて、超音波の送受信が行なわれる。この送
受信方向での断層像用信号とドプラ信号が前記同様に得
られ、これらは各々断層像メモリと血流信号メモリに記
憶される。このようにすることによって、生体内が走査
される。

また所定の場所を流れる血流速度を観測するには同一場
所からのデータ数が多いほど計測精度が良いことが知ら
れており、とくにクラッタ信号を十分押さえる必要があ
る場合（例えばクラッタ信号成分が極めて大きい場合や
ドプラ信号周波数がクラッタ信号周波数に接近している
場合）にはデータ数をより多くする必要がある。このた
め−枚の血流画像をつくるのにＢモード画像と比べて時
間がかかり、リアルタイム性が極端に損なわれる。

そこで、このリアルタイム性を改善する方法として並列
同時受信法が提案されている。

第１１図は前記並列同時受信法を示す概略図である。送
信方向αに対して受信方向がβ−１゜β−２の２方向と
なるように受信回路を構成する。

但しこの場合β−１方向とβ−２方向の各々の方向に対
して受信指向性を有した２系統の受信整相加算器が必要
となる。受信ビーム方向は送信ビーム方向に対して±Δ
θ度だけずれた方向から同時に受信する方法であり、こ
の方法によって２Δθだけ隣接した２つの方向の走査が
同時に完了する。

このように並列同時受信法は、複数個の受信系を用いる
ことにより達成できる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の並列同時受信法にあっては、次の
ような問題がある。以下、この問題点について説明する
。第１１図（ａ）は振動子の開口上の送信振幅分布を示
す図である。同図に示すように送信振幅は振動子方向に
対し一定値となっている。

）’＋　　（ｘ）＝Ａ１　　　　　　　　　　　　　・
・・（１）上式にお°いてｙｌは送信振幅であり、Ａ１
は定数である。２ａは開口の大きさであり、開口は−ａ
≦Ｘ≦ａの範囲となっている。

このような送信振幅である場合には、送信ビームは前記
第１１図（ｂ）に示すようになる。

すなわち受信ビーム方向β−１，β−２は送信ビーム方
向αに対して、±Δθだけ傾いているため、送受信ビー
ム同一方向の場合に比較して、受信ビーム方向の感度は
劣化してしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、送信ビームパターンを複数方向
の受信ビームパターンに近づけ、感度良く並列同時受信
を行ない、高画質を得る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。第１の発明は、複数の超音波振動子
をアレイ状に配列してなる超音波探触子を送信手段によ
り駆動することにより被検体に対し超音波を送波し該被
検体からの反射超音波を、異なる方向からこの異なる方
向に対応して設けられた複数の受信手段に前記超音波探
触子を介して同時に受波し、これらの受渡信号を収集し
て超音波情報を得る超音波診断装置において、前記送信
手段に超音波探触子の各振動子の送信振幅に対して重み
付けを行なう制御手段を備えたことを特徴とする。

第２の発明として制御手段は、振動子を駆動する駆動電
圧を、超音波探触子の各振動子毎に変化することを特徴
とする。

第３の発明として制御手段は、振動子を駆動するバース
ト波数を、超音波探触子の各振動子毎に変化することを
特徴とする。

第４の発明として制御手段は、振動子を駆動するバース
ト波のデユーティ比を、超音波探触子の各振動子毎に変
化することを特徴とする。

第５の発明として超音波探触子の各振動子の一部を選択
することにより振動子の開口の大きさを変化する手段を
、送信手段に備えたことを特徴とする。

（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。各振動子の送信振幅に対して適切な重み付け（
ウェイティング）を行なえば、送信ビームパターンは複
数方向の受信ビームパターンに近づくので、感度を良好
とすることができ、これにより超音波画像の画質を向上
できる。例えば前記重み付けは超音波探触子の各振動子
毎に振動子を駆動する駆動電圧、バースト波数、バース
ト波のデユーティ比を変化することにより行なうことが
できる。また超音波探触子の各振動子の一部を選択する
ことにより振動子の開口の大きさを変化するので、送信
ビームパターンを広げることができる。

（実施例） 以下、本発明の具体的な実施例について説明する。第１
図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例としてセク
タ電子走査型超音波診断装置の概略ブロック図、第２図
は前記第１図におけるパルサーらのパルス出力信号を示
す図である。なお第１０図に示す部分と同一部分は同一
符号を付しその詳細は省略する。本実施例では血流イメ
ージング処理を行なう超音波診断装置を説明する。

超音波診断装置は、被検体からの反射超音波を２方向同
時受信しこれをそれぞれ処理すべく、２系統からなる受
信手段としての受信遅延回路３８ａ−１〜３Ｂａ−Ｍ、
３Ｂｂ−１〜３Ｂｂ−Ｍと、加算器３Ｃ−１，３Ｃ−２
と、Ｂモード処理系４と、ＣＦＭ処理系５−１゜５−２
とを備えている。また送信系２には振動子１−１〜１−
Ｍを駆動するパルサーＣ−１〜２Ｃ−Ｍの出力電圧を制
御する制御手段としてのバルサ電圧制御回路２Ｄが設け
られている。

前記パルサ電圧制御回路２Ｄは、パルサー２Ｃ−１〜２
Ｃ−Ｍの出力電圧を、第２図に示すように超音波探触子
１の各振動子１−１〜１−Ｍ毎に変化するものとなって
いる。その結果、各振動子の送信振幅に対して重み付け
（ウェイティング）を行なうことができるものとなって
いる。

次に前記実施例の作用について説明する。まずＭ索子の
振動子を有するアレイ超音波探触子１をパルサー２０−
１〜２Ｃ−Ｍにより駆動して、所定の方向に超音波ビー
ムを送信する。受信時には、反射超音波を振動子１−１
〜１−Ｍにより受信する。そして振動子ｌ−１−１−Ｍ
に得られた受信信号は、異なる２方向から同時に受信す
べく２系統の受信遅延回路３８ａ−１〜３Ｂａ−Ｍ。

３Ｂｂ−１〜３Ｂｂ−Ｍにより、前記２方向に対応した
遅延時間が与えられた後、加算器３Ｃ−１゜３Ｃ−２に
よりそれぞれ加算される。

これら２方向からの信号は、２系統のＣＦＭ処理系５−
１．５−２に入力される。そしてそれぞれのＣＦＭ処理
系５−１．５−２において、位相検波回路５Ａ、Ｌ、Ｐ
、Ｆ５Ｄ、Ａ／Ｄ変換器５Ｅを介して一旦図示しないメ
モリに記憶される。

このような走査が同一場所において、例えば１０回程度
行なわれ、その度ごとに°前記メモリに順次記憶される
。

次に得られた各々のｌＯケの信号から各ＭＴ！フィルタ
でクラッタ成分を除去した後、従来と同様に血流情報を
得る演算が演算回路５Ｇ−１゜５Ｇ−２で行なわれ、そ
れぞれの値が画像メモリ６Ａに記憶される。二′のよう
にして２方向の走査が同時に行なわれ、リアルタイム性
に優れた血流画像が得られる。

次に本発明の特徴である送信ビームパターンについて詳
細に説明する。第３図は２方向同時受信でビームをほぼ
正面方向に設定した場合におけるアレイ振動子開口上の
送信振幅分布と送信ビームパターンを模式的に示す概略
図である。ここでは振動子１−１〜１−Ｍの開口上の送
信振幅分布は、中央付近に対して端縁が小さい値となっ
ており、数式で表すならば、（２）式に示すようになっ
ている。

ｙ２　　（ｘ）　−Ａ２　ＣＯＳ　Ｂｘ　　　　　　　
　−（２）ここでＸはｌｘｌ≦ａである。

パルサー圧制御回路２Ｄを用いてこのような振動子の送
信振幅特性に対応する駆動電圧を、すなわちウェイティ
ングが大きい場合には大きい駆動電圧を有するパルスを
、パルサー２０−１〜２Ｃ−Ｍから出力し振動子１−１
〜１−Ｍを駆動すると、超音波探触子１からの送信ビー
ムは双峰性を有するようになる。ここで送信ビーム方向
を±Δθ２とすると、 Ｂ−２π　争　ｓｉｎ　　Δ　θ　２　／　λ　　　　
　　　　　　　　　　　−（３）の関係がある。

ここでλは超音波信号の波長である。（３）式において
Δθ２−ΔθとおいてＢの値を決定し、（２）式を決定
する。このようにすれば、並列同時受信時に第３図（ｂ
）に示すように実線で示すハート形状をなす送信ビーム
方向を、点線で示す受信ビーム方向に向けることができ
るので、感度を向上することができる。これにより超音
波画像の画質を向上できる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は本発明の第２の実施例の主要部を示す概略図、
第５図は前記第４図におけるパルサーらのパルス出力信
号を示す図である。本実施例は、前記第１の実施例に対
して、パルサー２０−１〜２Ｃ−Ｍから出力されるバー
スト波数を、超音波探触子１の各振動子１−１〜１−Ｍ
毎に変化する第１３１ｆ）１１手段としてのバースト波
数設定回路２Ｅ−１〜２Ｅ−Ｍをパルス発生器２Ａと送
信遅延回路２Ｂ−１〜２Ｂ−Ｍとの間に設けたことを特
徴とするものである。

すなわちバースト波数設定回路２Ｅ−１〜２Ｅ−Ｍを用
いて前記第３図に示す振動子の送信振幅特性に対応する
出力、すなわち第５図に示すようにウェイティングが大
きいほど、増加したバースト波数を、パルサー２Ｃ−１
〜２Ｃ−Ｍがら出力し振動子１−１〜１−Ｍを駆動する
と、送信ビームは双峰性を有するようになるので、前記
同様な効果が得られる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第６図は本発明の第３の実施例の主要部を示す概略図、
第７図は前記第６図におけるパルサーらのパルス出力信
号を示す図である。本実施例は、前記第１の実施例に対
して、パルサー２ｃｍ１〜２Ｃ−Ｍから出力されるバー
スト波のデユーティ比（第７図においてＴ２／Ｔ、）を
、超音波探触子１の各振動子１−１〜１−Ｍ毎に変化す
る制御手段としてのデユーティ比設定回路２Ｆ−１〜２
Ｆ−Ｍをパルス発生器２Ａと送信遅延回路２Ｂ−１〜２
Ｂ−Ｍとの間に設けたことを特徴とする。

すなわちデユーティ−比設定回路２Ｆ−１〜２Ｆ−Ｍを
用いて前記第３図に示す振動子の送信振幅特性に対応す
る第７図に示すようなバースト波のデユーティ比を、パ
ルサー２０−１〜２Ｃ−Ｍから出力し振動子１−１〜１
−Ｍを駆動する。例えばウェイティングが最大のポイン
トでデユーティ−比を５０％にしておき、ウェイティン
グが小さくなるほどデユーティ−比を下げていくと、送
信ビームは双峰性をＨするようになるので、前記同様な
効果が得られる。

次に本発明の第４の実施例について説明する。

第８図は本発明の第４の実施例の主要部を示す概略図、
第９図は２方向量時受信ビームパターンと振動子の開口
変化による送信ビームパターン特性を示す概略図である
。第８図に示す実施例は、送信振幅ウェイティングの特
別な場合として、送信時に駆動する振動子数を減少して
開口幅を狭くしたものである。

すなわち、切換スイッチ２Ｇにより超音波探触子１の各
振動子１−１〜１−Ｍの一部を選択することにより振動
子の開口の大きさを変化させる。

具体的には第９図（ａ）に示すように受信時の振動子の
開口が２ａであるとすると、送信時の振動子の開口の大
きさは、２ｂ　（ｂ＜ａ）である。

また送信振幅は ｙ３　（ｘ）＝Ａ３　　（Ｉｘｌ≦ｂ）ｙ３　　（ｘ）
　−０（ｂ＜　ｌ　ｘ　ｌ　＜　ａ）　　＝１４）と表
される。この場合には、第９図（ｂ）に示すように送信
ビームは正面を向いているが、開口が狭いことから、送
信ビーム幅は太（なる。これにより第１１図に示す従来
の方法と比較して、受信ビーム方向の感度を向上できる
。

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
。上述した実施例においては、送信振幅のウェイティン
グの関数として、（２）式乃至（４）式を用いたが、こ
れに限定されることなく、その他の関数であっても良い
。またウェイティングをかける手段も上述した実施例に
限定されるものではない。

さらには上記実施例では２方向量時受信について説明し
たが、それ以上の複数方向同時受信であっても良い。ま
た実施例ではセクタ電子走査型超音波診断装置を説明し
たが、たとえばリニア電子走査型超音波診断装置であっ
ても良い。また上述した実施例では血流イメージング処
理系を用いて説明したが、Ｂモード処理系に対しても上
記同様に適用できる。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、各振動子の送信振幅に対して適切な重
み付け（ウェイティング）を行なえば、送信ビームパタ
ーンは複数方向の受信ビームノくターンに近づくので、
感度を良好とすることができ、これにより超音波画像の
画質を向上できる。例えば前記重み付けは超音波探触子
の各振動子毎に振動子を駆動する駆動電圧、バースト波
数、バースト波のデユーティ比を変化することにより行
なうことができる。また超音波探触子の各振動子の一部
を選択することにより振動子の開口の大きさを変化させ
るので、送信ビームパターンを広げることができる超音
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図は前記第１図におけるパルサか
らのパルス出力信号を示す図、第３図は２方向量時受信
ビームパターンとウェイティングによる送信ビームパタ
ーン特性を示す概略図、第４図は本発明の第２の実施例
の主要部を示す概略図、第５図は前記第４図におけるパ
ルサからのパルス出力信号を示す図、第６図は本発明の
第３の実施例の主要部を示す概略図、第７図は前記第６
図におけるパルサからのパルス出力信号を示す図、第８
図は本発明の第４の実施例の主要部を示す概略図、第９
図は２方向量時受信ビームパターンと振動子の開口変化
による送信ビームパターン特性を示す概略図、第１０図
は従来の超音波診断装置の一例を示す概略ブロック図、
第１１図は従来の送信及び受信ビームパターン特性を示
す概略図である。 １・・・超音波探触子、２・・・送信系、２Ａ・・・パ
ルス発生器、２Ｂ・・・送信遅延回路、２Ｃ・・・パル
サ、２Ｄ・・・パルサ電圧制御回路、２Ｅ・・・バース
ト波数設定回路、２Ｆ・・・デユーティ比設定回路、２
Ｇ・・・切換スイッチ、３Ａ・・・プリアンプ、３Ｂａ
。 ３Ｂｂ・・・ＲＤＬ　（受信遅延回路）、３Ｃ・・・加
算器、４、・・Ｂモード処理系、５・・・ＣＦＭ処理系
、６・・・表示系。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の超音波振動子をアレイ状に配列してなる超
   音波探触子を送信手段により駆動することにより被検体
   に対し超音波を送波し該被検体からの反射超音波を、異
   なる方向からこの異なる方向に対応して設けられた複数
   の受信手段に前記超音波探触子を介して同時に受波し、
   これらの受波信号を収集して超音波情報を得る超音波診
   断装置において、前記送信手段に超音波探触子の各振動
   子の送信振幅に対して重み付けを行なう制御手段を備え
   たことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）前記制御手段は、振動子を駆動する駆動電圧を、
   超音波探触子の各振動子毎に変化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）前記制御手段は、振動子を駆動するバースト波数
   を、超音波探触子の各振動子毎に変化することを特徴と
   する請求項１記載の超音波診断装置。
4. （４）前記制御手段は、振動子を駆動するバースト波の
   デューティ比を、超音波探触子の各振動子毎に変化する
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. （５）超音波探触子の各振動子の一部を選択することに
   より振動子の開口の大きさを変化する手段を送信手段に
   備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置
   。