JPH03234246A - 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、Ｂモード及びドプラモードの診断機能を備え
た超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 今日量も広く用いられている超音波診断装置の超音波プ
ローブ（以下単にプローブと称する）には、配列型（ア
レイ型）圧電振動子が使われており、各振動子の駆動信
号又は被検体内からのエコー信号に所定の遅延時間を与
えることによって、超音波ビームを所定の距離（位置）
に収束させて方位分解能を高めて解像度の優れた断層像
（Ｂモード像）を得ている。またこのような各振動子に
よって被検体の移動部位に繰返し超音波を送信し、この
偏移周波数を検出することによりその移動部位の情報を
ドプラ像として得ることができる。

第５図はこのようなりモード及びドプラモードの診断機
能を備えたセクタ電子走査型超音波診断装置の構成を示
すブロック図で、被検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２Ａから出力された繰返し
パルス（レートパルス）は送信用遅延回路２Ｂ−１乃至
２Ｂ−Ｍにおいて、送信超音波の放射方向と収束点から
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（パルサ）２Ｃ−１乃至２Ｃ−Ｍに送られ駆動パル
スが形成される。この駆動パルスによってＭ本のアレイ
型超音波プローブ１を構成している各振動子１−１乃至
１−Ｍが駆動され、超音波が被検体内に放射される。一
方、被検体内で反射された超音波ビームは前記各振動子
１−１乃至１−Ｍによって受信されて、プリアンプ３Ａ
−１乃至３Ａ−Ｍに送られ、さらに受信用遅延回路３Ｂ
−１乃至３Ｂ−Ｍに送られる。ここで、前記送信用遅延
回路２Ｂ−１乃至２Ｂ−Ｍにおいて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３Ｃに
おいて他の振動子からの受信信号と加算される。２は送
信系、３は受信系を示している。

この加算器３Ｃの出力は、一方はＢモード処理系４へ、
また他方はドプラモード処理系５へ送られて所定の信号
処理が施こされる。先ず、Ｂモード処理系では対数増幅
器４Ｄにおいて信号振幅が対数変換された後、包絡線検
波回路４Ｅにて受信信号の包絡線が検出され、Ａ／Ｄ変
換器４Ａを介して画像メモリ６Ａにストアされる。

次にドプラモード処理系５では被検体の同一方向に例え
ば１２８回の超音波の送受信を行って、例えば血流速度
の検出が行われる。加算器３Ｃの出力信号は血流の速度
を方向分離して検出するために、２つのチャンネル５ａ
、５ｂに分岐されて、先ず位相検波回路５Ａａ、５Ａｂ
で発信器５Ｂからの基準信号及びこれがπ／２移相器５
Ｃでπ／２移相された信号によって直交位相検波が行わ
れ、次にＬＰＦ　（ローパスフィルタ）５Ｄａ及び５Ｄ
ｂを通過させることによりドプラ信号が検出される。こ
のドプラ信号に対してはレンジゲート回路５Ｅａ及び５
Ｅｂによってゲートがかけられて所望の深さの信号が取
出された後、この信号は積分回路５Ｆａ及び５Ｆｂによ
って積分され、さらにサンプルホールド回路５Ｇａ及び
５Ｇｂによってサンプル及びホールドされる。この信号
には目的とする血球からのエコー信号だけでなく、クラ
ッタと称される不要な低周波成分が含まれているので、
ＨＰＦ’（バイパスフィルタ）５Ｈａ及び５Ｈｂによっ
てサンプルホールド出力からその不要信号が除去されて
、正確に必要な血球からのドプラ信号のみが取出される
。続いて　ドプラ信号からはＬＰＦ　（ローパスフィル
タ）５Ｉａ及び５Ｉｂによって不要な高周波成分が除去
され、ドプラ信号は演算回路５Ｊによって周波数分析が
行われてドプラ周波数ｆｄが算出される。ここで血流速
度Ｖとドプラ周波数ｆｄとの間には次式のような関係が
ある。

し 但し、Ｃ：音速 ｆｏ　：送信周波数 θ　：血流の方向と超音波ビーム との成す角度 従ってドプラ周波数ｆｄを検出することにより血流速度
Ｖを得ることができる。

ドプラ周波数ｆｄのデータは画像メモリ６Ａにストアさ
れる。この画像メモリ６Ａのデータは必要に応じて取出
され、Ｂモード像として又はドプラ像として表示系６の
ＴＶモニタ６Ｂに表示される。

ここでドプラ信号を検出する対象部位を探すときは、予
めＢモード像を撮影しこのＢモード像上にレンジゲート
マークを表示してこのレンジゲートマークを移動しなが
ら、位置の同定を行うことがなされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の超音波診断装置では、ドプラ信号を検出
する対象部位を探すにあたって、Ｂモード像を撮影する
場合感度の悪い部位では撮影したＢモード像が不鮮明に
なるため、位置の同定が困難になるという問題がある。

このためそのＢモード像に基いてドプラ信号を検出した
場合には、どの部位の信号かがわからないので診断能が
低下することになる。

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
Ｂモード像を撮影する場合の感度を向上させてドプラモ
ード撮影時のＢモード像による位置の同定を容易に行え
るようにした超音波診断装置を提供することを目的とす
るものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、複数の超音波振動
子をアレイ状に配列して成る超音波プローブと、この超
音波プローブを介して被検体に対し超音波を送信してエ
コー信号を受信する送信系及び受信系と、Ｂモード処理
系及びドプラモード処理系とを有する超音波診断装置に
おいて、Ｂモードでは超音波プローブを構成している複
数の超音波振動子を順次ずらしながら駆動して超音波を
送信して開口合成を行う制御手段を備えたことを特徴と
するものである。

（作　用） Ｂモード像を撮影する場合は超音波プローブを構成して
いる複数の超音波振動子を順次駆動することにより、超
音波の送信を行って開口合成を行う。これによって各振
動子の送信エネルギーを従来に比べ増加することができ
るので、Ｂモード像を撮影する場合の感度を向上するこ
とができる。

従ってドプラモード撮影時のＢモード像による位置の同
定を容易に行うことができるので、診断能を向上するこ
とができる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の超音波診断装置の実施例を示すブロッ
ク図で、１は複数の超音波振動子１−１乃至１−Ｍから
構成されたアレイ型超音波プローブ、２は送信系で２Ａ
はパルス発生器、２Ｂ−１乃至２Ｂ−Ｍは送信遅延回路
、２Ｃ−１乃至２Ｃ−Ｍはパルサである。３は受信系で
３Ａ−１乃至３Ａ−Ｍはプリアンプ、３Ｂ−１乃至３Ｂ
−Ｍは受信遅延回路、３Ｃは加算器である。

４はＢモード処理系で４ＡはＡ／Ｄ変換器、４Ｂは加算
器、４Ｃはメモリ、４Ｆは対数増幅器、４Ｇは包絡線検
波回路である。５はドプラモード系で５Ａａ及び５Ａｂ
は位相検波回路、５Ｂは発信器、５Ｃはπ／２移相器、
５Ｄａ及び５ＤｂはＬＰＦ、５Ｅａ及び５Ｅｂはレンジ
ゲート回路、５Ｆａ及び５Ｆｂは積分回路、５Ｇａ及び
５Ｇｂはサンプルホールド回路、５Ｈａ及び５ＨｂはＨ
ＰＦ、５Ｉａ及び５ＩｂはＬＰＦ、５Ｊは演算回路であ
る。６は表示系で６Ａは画像メモリ、６ＢはＴＶモニタ
である。以上の構成及び動作は従来例と同一である。

２Ｄは送信コントローラで送信系２におけるパルサ２Ｃ
−１乃至２Ｃ−Ｍを選択的に動作させることにより、Ｂ
モード像の撮影時にプローブ１を構成している複数の振
動子１−１乃至１−Ｍに順次１素子ずつずらしながら駆
動パルスを印加するためのものである。このようにパル
サ２Ｃ−１乃至２Ｃ−Ｍを選択的に制御することにより
、各振動子１−１乃至１−Ｍは順次ｌ素子ずつ駆動され
て超音波を被検体に送信する。

例えばある瞬間においてはパルサ２Ｃ−１が制御される
ことにより振動子１−１のみが駆動されてこれ以外の他
の振動子は駆動されず、このような状態が順次各振動子
に対して繰返される。このように特定の１素子のみを選
択的に駆動する方法としては、特定のパルサにのみパル
サ電圧（パルサの電源電圧）を印加して動作状態にする
方法や、パルス入力側にスイッチを設けて特定のパルサ
にのみレートパルスを印加する手段が考えられる。

ここで送信遅延回路２Ｂ−１乃至２Ｂ−Ｍはドプラモー
ド動作時に通常の送受信を行う場合には必要であるが、
Ｂモードの送信開口合成を行う場合には特に必要でない
。従って遅延量はＯに設定しておく。

仮にこのように特定のパルサ例えば２Ｃ−１に与えるパ
ルサ電圧の大きさを通常の全素子を同時駆動するときと
同じ大きさに設定したとする。全素子同時駆動の場合は
Ｍ個の素子が駆動されているので、送信エネルギーは１
素子駆動の場合のＭ倍である。しかも開口が広くなって
いるので送信ビームは細くなっており、フォーカシング
も行っているので送信音場エネルギーは走査方向の集束
点付近で高くなっていると考えられる。送信エネルギー
は生体への安全性を考慮して決定されるので、このよう
なエネルギー密度の高い部分で制約される。一方、１素
子駆動の場合は送信エネルギーは低くしかも超音波ビー
ムは広がるので、送信音場エネルギー密度の最大値は全
素子同時駆動の場合に比べ低い（例えば１／Ｐであると
する）。

従って１素子駆動する場合は、その送信エネルギーをＰ
倍（パルサ電圧では、／７倍）に上げることができるよ
うになる。すなわちパルサ２Ｃ−１のパルサ電圧は実際
は、／７倍に設定される。振動子ゴー１から被検体に対
して送信された超音波は、被検体で散乱された後エコー
信号として全体の振動子１−１乃至ＬＭで受信される９
９次に受信エコー信号はプリアンプ３Ａ−↓乃至３Ａ−
Ｍ、受信遅延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍを介して加算器
３Ｃに加えられる。続いて加算器３Ｃの出力はＢモード
処理系４に入力される。Ｂモード処理系４では、入。力
信号がＡ／Ｄ変換器４Ａによりデジタル化される。これ
は、受信信号の合成をデジタル的に行うためである。デ
ジタル化された受信信号は、加算器４Ｂにより、メモリ
４Ｃにストアされているデータと加算された後再びメモ
リ４Ｃにストアされる。すなわち、振動子１−ｎを駆動
したときの受信信号がＡ／Ｄ変換されて加算器４Ｂに入
ってきたときメモリ４Ｃには振動子１−１乃至１−（ｎ
−１）を順次駆動して入ってきた受信信号の和がストア
されている。このようにして、振動子１−Ｍまで順次駆
動した受信信号を加算することにより、あるラスタ方向
の受信信号が得られる。この合成された信号は対数増幅
器４Ｆにおいて信号振幅が対数変換された後、包絡線検
波回路４Ｇにて受信信号の包絡線が検出され、画像メモ
リ６Ａにストアされる。４Ｆ、４Ｇは、４Ｄ。

４Ｅと同じ処理を行うがデジタル信号を扱っている点が
異なる。ドプラモードについては、全素子送受信を行う
従来と同じ処理なので説明を省略する。６Ａにストアさ
れた出力は、Ｂモード像またはドプラモード像としてＴ
Ｖモニタ６Ｂに表示される。

次に本実施例の作用を説明する。

第１図の構成のセクタ電子走査型超音波診断装置を用い
て第４図のようなセクタ走査をＢモードによって行う場
合について説明する。セクタの１ラスク例えば第を番目
のラスタＲ１を形成するにあたり、先ず第２図のように
第１番目の振動子１−１のみを選択的に駆動して被検体
に超音波を送信する。この駆動方法は前記のようにパル
ス発生器２Ａから遅延回路２Ｂ−１乃至２Ｂ−Ｍに加え
られる第１番目のレートパルスが、送信コントローラ２
Ｄによって第１番目のパルサ２Ｃ−１のみに印加される
ように制御することにより実現することができる。

被検体から得られたエコー信号は第２図のように全体の
振動子１−１乃至１−Ｍで受信される。

ここで受信遅延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍの遅延量は次
のように設定される。いま通常の送受信で送信及び受信
の走査線方向を共にθとするための遅延量は、送信遅延
回路２Ｂ−１，・・・、２Ｂ−Ｍで各々α１．・・・、
α４とすると、受信遅延回路３Ｂ−１，・・・、３Ｂ−
Ｍでも各々α１．・・・、αＭとなる。従って、振動子
１−１のみの１素子時の受信遅延量は３Ｂ−１，・・・
、３Ｂ−Ｍで各々α１＋α１．・・・、α８＋α１に設
定される。このように各受信遅延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ
−Ｍで遅延されたエコー信号は加算器３Ｃに出力されて
各々加算される。

加算器３Ｃの出力はＢモード処理系４へ出力され、ここ
で先ずＡ／Ｄ変換器４Ａによってデジタル変換された後
、加算器４Ｂを通過する。すなわちこの場合最初のデー
タであるので何も加算されないで、メモリ４Ｃにストア
される。

次に同様にして送信コントローラ２Ｄによって第２番目
の振動子１−２のみを選択的に駆動するように制御する
。この場合のエコー信号に対する受信遅延回路３Ｂ−１
乃至３Ｂ−Ｍの遅延量は、３Ｂ−１，・・・、３Ｂ−Ｍ
で各々α１＋α２．・・・αＭ＋α２に設定される。加
算器３Ｃの出力は、デジタル変換された後、加算器４Ｂ
においてメモリ４Ｃに既にストアされているデータと加
算されて、メモリ４Ｃにストアされる。

以下同様にして各振動子を順次１素子ずつずらして駆動
し、最後に第２図のようにＭ番目の振動子１−Ｍが選択
的に駆動される。この場合のエコー信号に対する受信遅
延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍの遅延量は、３Ｂ−１，・
・・、３Ｂ−Ｍで各々α１＋α、、・・・、α９＋α、
に設定される。

また同様にして既にメモリ４Ｃにストアされているデー
タと加算されて、メモリ４Ｃにストアされる。

以上により各振動子１−１乃至１−Ｍによって選択的に
Ｍ回の送受信が行われて、第３図における１走査線方向
すなわち第１番目のラスタＲ１のデータがメモリ４Ｃに
ストアされたことになる。

続いてこのデータは対数増幅器４Ｄによって増幅された
後、包絡線検波回路４Ｅによって検波されて画像メモリ
６Ａにストアされる。

次に受信遅延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍの遅延量を変え
ることにより、第４図における走査線方向を第２番目の
ラスタＲ２に変えて同様な送受信が行われる。以下同様
にして走査線方向を第ｎ番目のラスタＲ，，まで変えて
、各ラスタにつき第２図のような送受信の制御を行うこ
とによって、最終的に１フレームのＢモード像を得るこ
とができる。Ｂモード像が得られた後は、送受信系及び
信号処理系はドプラモードに切換えられ、以後Ｂモード
とドプラモードが交互に切換えられることにより、検出
された各データが画像メモリ６Ａにストアされる。第３
図は以上のような送受信制御を行う場合のタイミングチ
ャートを示すものである。

以上のような本発明実施例によれば、Ｂモード像を撮影
するにあたり、従来の全素子駆動方式に比較し実時間性
は１／Ｍに低下するが、各振動子１−１乃至１−Ｍに対
する送信エネルギーはＰ倍になるので感度を向上するこ
とができる。よって鮮明なりモード像を得ることができ
る。これによって被検体に対する適用部位は、静止して
いるか又は王フレーム像を得る時間に比べゆっくり動い
ている部位が対象となるが、従来Ｓ／Ｎが悪かった部位
でも画質に優れたＢモードが得られる。またより深部ま
でのＢモード像を得ることができる。

このように感度に優れたＢモード像が得られることによ
り、このＢモード像を基にドプラ像を撮影する場合対象
部位の位置の同定を容易に行うことができる。これによ
ってＢモード像を撮影する場合どの部位から得られたド
プラ信号かが容易にわかるので、超音波診断を行う場合
の診断能を向上することができる。

前記実施例では送信の遅延量の制御を受信遅延回路で行
う例で示したが、Ｂモード処理系４においてＡ／Ｄ変換
器４Ａとメモリ４Ｃとによりデータ加算を行う際に行う
ことも可能である。また実施例では各振動子を１素子ず
つずらして駆動する例で示したが、２素子以上を１組と
して各組ごとにずらして駆動することもできる。この場
合各組の素子数が多い程実時間性を改善することができ
る。ただしＢモード像の感度の向上の度合は多少低下す
ることになる（ｌ素子当り、全素子駆動時のエネルギー
のｑ倍とすると、１＜ｑ＜Ｐとなるため）。

さらに本実施例の送信開口合成と同時に、受信開口合成
を行うようにすることもできる。このようにすることに
より１素子ずつ駆動し１乃至Ｍチャンネル各１回の駆動
のみで１フレームのＢモード像が構成可能となるため、
感度の向上の度合を低下させることなく実時間性を改善
することが可能となる。また複数同時受信を行うことに
よっても同様の効果が得られる。

またセクタ電子走査型超音波診断装置を例にとって説明
したが、これに限定されることなく他の診断装置に適用
することもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、複数の超音波振動子
を順次ずらして駆動するようにして送信エネルギーを増
加させたので、Ｂモード像撮影時の感度を向上させるこ
とができドプラモード撮影時のＢモード像による位置の
同定を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波診断装置の実施例を示すブロッ
ク図、第２図は本実施例装置によって送受信を行う場合
の制御方法の説明図、第３図は本実施例の作用を説明す
るタイミングチャート、第４図はセクタ走査の説明図、
第５図は従来装置を示すブロック図である。 １・・・超音波プローブ、 １、−１乃至１−Ｍ・・・超音波振動子、２Ａ−１乃至
２Ａ−Ｍ・・・送信遅延回路、２Ｄ・・・送信コントロ
ーラ、 ３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍ・・・受信遅延回路、４・・・Ｂ
モード処理系、４Ｂ・・・加算器、４Ｃ・・・メモリ、
５・・・ドプラモード処理系。 第 図 ３ 第 図 ）ｊ（イ乞 第 一１ｌｔＬ；。 図

Claims (2)

【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成る超
   音波プローブと、この超音波プローブを介して被検体に
   対し超音波を送信してエコー信号を受信する送信系及び
   受信系と、Ｂモード処理系及びドプラモード処理系とを
   有する超音波診断装置において、Ｂモードでは超音波プ
   ローブを構成している複数の超音波振動子を順次ずらし
   ながら駆動して超音波を送信して開口合成を行う制御手
   段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）Ｂモードで開口合成を行う制御手段が各超音波振
   動子に加える送信エネルギーを可変できる請求項１記載
   の超音波診断装置。