JPH04317641A

JPH04317641A - 超音波映像化装置

Info

Publication number: JPH04317641A
Application number: JP3085510A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Iinuma; 一浩飯沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1992-11-09
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: US5309914A; JP3109749B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波パルスを生体内
に発射しその反射波を受信することにより、超音波ビー
ムによる前記生体内の走査を行う超音波診断装置の如き
超音波映像化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波診断装置は、生体に対す
る安全性、診断の容易性が他の画像診断機器として例え
ばＸ線診断装置等よりも高いという利点を有し、近年の
生体診断には不可欠なものとなっている。

【０００３】しかし、前述した超音波の反射を利用する
装置は、超音波が媒質中の音響インピーダンスが異なる
境界で反射することを利用し、該境界が映像として表現
されているものであるため、上述した利点を有するもの
でありながら、物体を透過する際のＸ線の吸収の差が映
像として表現されるＸ線診断装置と比較すると、診断内
容によっては十分な診断情報を提示し得ないことがある
。

【０００４】以下、肝臓を診断対象とした場合を例にし
て上述した不具合を説明する。すなわち、肝臓診断にあ
っては、従来から、体表に孔を空けて肝表面と複膜との
間に硬性鏡を挿入し光学的に肝表面を観察する腹腔鏡検
査が行われているが、これは侵襲検査であるので、なる
べく避けたい手法である。

【０００５】そこで、上述した利点を有する超音波断層
像検査により肝表面を観察する試みが行われている。し
かし、超音波断層像は前述したように音響インピーダン
スの境界を現したものであり、加えて超音波ビームの特
性や低分解能等のため、肝臓と他の臓器との境界を明瞭
に示さない。すなわち、断層像には、腹壁、肝実質、肝
内血管等の断面も一緒に描出されるので肝臓と他の臓器
とを容易に峻別することはできなく、しかも、両者の境
界は細い線のようには示されないので、結局、肝表面の
観察は困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
超音波の反射を利用する超音波映像化装置で得られる断
層像中には、被検体内の特定物の輪郭（組織境界）は明
瞭に描出されないので、該特定物についての表面構造を
知ることができないという問題点があった。そこで本発
明の目的は、被検体内の特定物についての表面構造を知
ることが可能な超音波診断装置を提供することにある。

【０００７】

【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、請求項１に係る発明は、超音
波パルスを被検体内に発射しその反射波を受信すること
により、超音波ビームによる前記被検体内の走査を行う
超音波映像化装置において、近接する複数の走査方向の
超音波反射波の位相情報に基づき前記被検体内の特定物
の連続する境界が識別され得る情報を生成する手段を具
備したことを特徴とする。請求項２に係る発明は、請求
項１に記載の超音波映像化装置において、連続する境界
が識別され得る情報を、断層像に重ねて表示することを
特徴とする。

【０００８】請求項３に係る発明は、請求項１に記載の
超音波映像化装置において、連続する境界が識別される
情報を、前記物体の観測に不要な情報を取り除くための
情報として利用することを特徴とする。

【０００９】請求項４に係る発明は、請求項１に記載の
超音波映像化装置において、連続する境界が識別され得
る情報を、音場補正のためのデータとして用いることを
特徴とする。請求項５に係る発明は、走査方向が２次元
であり、連続する境界が面として表示されることを特徴
とする。請求項６に係る発明は、連続する境界が識別さ
れ得る情報を、カラーで表示することを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１に係る発明によれば、被検体の断層像
の他に、近接する複数の走査方向の超音波反射波の位相
情報に基づき前記被検体内の特定物の連続する境界が識
別され得る情報を提示することができるので、被検体内
の特定物についての表面構造を知ることが可能となる。

【００１１】請求項２に係る発明によれば、請求項１に
記載の発明のものに加え、連続する境界が識別され得る
情報を、断層像に重ねて表示することができるので、両
者を個別又は同時に観察することにより、一層、被検体
内の特定物についての表面構造を知ることが可能となる
。

【００１２】請求項３に係る発明によれば、請求項１に
記載の発明のものに加え、連続する境界が識別される情
報を、被検体内の特定物の観測に不要な情報を取り除く
ための情報として利用することができるので、前記特定
物の観測が適確に行われるものとなる。

【００１３】請求項４に係る発明によれば、請求項１に
記載の発明のものに加え、連続する境界が識別され得る
情報を、音場補正ののためのデータとして用いることが
できるので、情報の高精度化が図られ、被検体の内部の
様子を一層適確に把握し得るものとなる。

【００１４】請求項５に係る発明によれば、請求項１に
記載の発明のものに加え、走査方向が２次元であり、連
続する境界が面として表示されるので、被検体の内部の
様子を面情報にて把握し得る。これは、一層適確な把握
に寄与する。

【００１５】請求項６に係る発明によれば、請求項２に
記載の発明のものに加え、連続する境界が識別され得る
情報がカラーで表示されるので、被検体の内部の様子を
一層適確に把握し得るものとなる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の一実施例につき図を用いて説
明する。

【００１７】図１は本発明の一実施例として、リニア電
子走査型超音波診断装置の原理を示すため、被検体にプ
ローブを当ている状況を示す図である。すなわち、図１
に示すように、底面に細い振動子素子（超音波トランス
デューサ）を配列した構造を持つプローブ１は、ケーブ
ル２を介して電気的パルスの送受信が行われ、これによ
り前記振動子素子からは超音波パルスの送受信が行われ
る。プローブ１の底面を生体の体表３に接触させ、超音
波の送受信を繰り返し行なうが、その都度送受信に使用
される振動子素子をずらして行く（リニア電子走査）。すなわち、図１に示すように、超音波ビームを図示右端
から少しづつずらして、それに対応した位置の走査線４
（ｙ０　，ｙ１　，……，ｙｎ　……）上に輝度変調信
号（図中の黒丸）を得る。走査線４は、例えば０．５ｍ
ｍ間隔であり十分細かいので、図１の例では生体５の腹
部表面３にプローブ１を接触させ、肝臓６の輪郭である
表面（以下、「肝表面」と称する。）７が線として描写
される。これが通常図示しないモニタに表示され得る超
音波断層像であり、実際には肝表面７だけでなく、腹壁
や肝実質、肝内血管等の断面も描写される。

【００１８】ここで肝表面７に注目してみると、比較的
なめらかな線として描写される。各走査線４に対応する
反射信号を図２に示す。図２において、横軸はパルスを
発射した時点を始点とした時間ｔであり、丁度図１で肝
臓６をよぎり始める走査線ｙ６　から順次各走査線に対
応して表示してある。走査線ｙ６　に対し、超音波パル
スを反射してから肝表面７から反射波が返ってくるまで
の時間はｔ６　であり、生体内の音速をｃとすれば、体
表３から肝表面７までの距離ｘ６　は下記式１のように
なる。　　　　　　ｘ６　＝（１／２）・ｃ・ｔ６　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　……式１

【００１９】上記式１によると、反射波の到
達する時間と到達距離は比例し、時間ｔは距離ｘと見な
すことができる。生体内の平均音速ｃは約１５４０ｍ／
ｓであり、体表３から肝表面７までの距離を２０ｍｍと
すれば、式１より約２６μｓ　となる。これらの信号か
ら断層像を作成する場合には、反射信号（……Ｐ６　，Ｐ７　，……，Ｐｎ　，……）を検波し
て包絡線すなわち振幅を輝度変調信号として用いる。こ
の振幅のピーク位置を検出してたどって行けば、肝表面
７を示す画像を検出できるのであるが、実際には肝表面
７以外の部分８からも多数の反射があるためピーク検出
が容易ではなく、距離の精度も十分にはとれない。そこ
で、反射波の位相情報を利用することにより、確実であ
り且つ精度よく肝表面７の位置を求める本発明に係る方
法を以下に示す。

【００２０】まず、走査線ｙ６　における肝表面７から
のパルスＰ６　を含む狭い時間幅（例えば３μｓ　）を
指定し、同じ時間幅に対して次のパルスＰ７　との相互
相間関数が最大となるΔｔ６，７　、すなわち、Ｐ６　
とＰ７　の位相ずれに対応する時間を求める。次に、時
間幅をΔｔ６，７　だけ移動させて、Ｐ７　とＰ８　ｓ
の相互相間の数の計算から、ずれΔｔ７　，８を求め、
同様の操作を続ける。

【００２１】このようにして求められたΔｔ６，７　，
Δｔ７，８……，Δｔｎ−１，ｎ　……から、各走査線
上の肝表面７までの距離ｘ７　，ｘ８　，……ｘｎ　，
……が、ｘ６　を基準として求められる。すなわち、下
記式２のようになる。　　　　ｘ７　＝ｘ６　＋（ｃ／２）Δｔ６，７　　　
　ｘ８　＝ｘ６　＋（ｃ／２）（Δｔ６，７　＋Δｔ７
，８　）　　　　　　…　　　　… 　　　　ｘｎ　＝ｘ６　＋（ｃ／２）（Δｔ６，７　＋
Δｔ７，８　＋……＋Δｔｎ−１，ｎ　）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　……式２

【００２２】上記式２の演算は必
ずしも隣接するものに限らず、Ｐ６　とＰ８　やＰ６　
とＰ９　のように近接する複数のパルスについて行ない
、その平均値を用いて誤差を少なくすることができる、
これらは近接する反射波の位置が、比較的近い位置にあ
る場合、すなわち肝表面（輪郭）７が体表に略平行な場
合に非常に有効である。

【００２３】上述した方法は、近接する反射波の位相情
報を含んだ高周波信号（すなわち波形）の時間軸上のわ
ずかなずれを利用しているので、近接する波形の類似性
から測定の確度が高く且つ精度も格段に高くなる。断層
像のもとになる振幅情報のみでは波形の包絡線を利用す
ることになり、例えば５ＭＨｚ　で波数が３サイクルの
パルスを仮定すると、その分解能ΔｘＡ　は波長の３倍
に対応する距離（反射波は往復するため分解能は１／２
となる効果がある）ΔｘＡ　は、次のようになる。 ΔｘＡ　＝０．３ｍｍ×３×１／２＝０．４５ｍｍ一方
、位相情報を用いると波長の１／１０の精度を得ること
は十分可能であるから、この場合の分解能ΔｘＰ　は、
ΔｘＰ　＝０．３ｍｍ×１／１０×１／２＝０．０１５
ｍｍとなり、ΔｘＡ　＞＞ΔｘＰ　となって、位相情報
を用いるほうがはるかに精度が高いことがわかる。

【００２４】このような精度は、従来の実用的な超音波
映像化装置では全く得られなかったものである。従って
、例えば肝表面の凹凸の状態を従来の１０倍以上精度で
検出することができ、言い換えれば１０倍の倍率で表示
して微細構造を知ることができるのである。

【００２５】同一位相の位置からΔｔ６，７　，Δｔ７
，８　，Δｔ７，８　……，Δｔｎ−１，ｎ　，……を
求める方法は、もちろん、相互相間関数の演算に限らず
、基準となる信号を用いて直交検波を行ないその位相ず
れを利用してもよいし、場合によってはフェーズロック
ループ回路を利用して位相のずれを追跡する方法を用い
てもよい。

【００２６】図３は上記の演算を行うことができる超音
波診断装置の一実施例の構成を示すブロック図である。図３に示すように、方向・位置設定器１２にて方向・位
置が設定され得る超音波プローブ１に対して送受信走査
制御部１３からパルスを送る。これにより、該プローブ
１から超音波パルスを生体内に送られ、反射した超音波
を再び同じプローブ１で受波する。この受波出力は、送
受信走査制御部１３で合成され、指向性のある超音波受
信信号を出力される。なお、送受信走査制御部１３は、
パルサ、プリアンプ、送受信用遅延回路、加算回路など
からなり、ＣＰＵ１１により制御される。

【００２７】送受信走査制御部１３から出力される高周
波受信信号は、検波回路１４によって振幅検波され、ビ
デオ信号となってＡ／Ｄ変換器１５でＡ／Ｄ変換される
。Ａ／Ｄ変換されたビデオ出力は、ＤＳＣ（ディジタル
・スキャン・コンバータ）で画像として合成され、モニ
タ１７に表示される。これが通常の断層像が得られる手
順である。

【００２８】一方、送受信走査制御部１３の受信信号は
、もう一つのＡ／Ｄ変換器１８により高周波信号のまま
でＡ／Ｄ変換され、メモリ１９に蓄えられる。次の走査
線の信号を受信すると、メモリ１９に蓄えられていた前
の走査線の信号と相互相間関数の演算が行なわれ、その
最大値を有するΔｔの値が求められる。この値がＤＳＣ
に送られ、モニタ１７にて断層像上に重ねて表示される
。これは輝度の強いラインあるいは破線、又はカラーな
どで重ねて表示し、断層像上の画像と区別できるように
し、且つ断層像とは独立に扱えるように、ＤＳＣ１６内
のメモリに入力する。ここで、断層像と重ねて表示する
ことにより、Δｔの計測が正しく行なわれたかどうかが
わかり、補正することも可能である。また、拡大表示も
できるようにする。

【００２９】最初の位置（図１の例でｘ６　）の設定は
、図３には図示していないマウスなどのインターフェー
スらＣＰＵ１１を介して演算部２０に入出力される。も
ちろん、検波回路１４以降の処理は送受信走査制御部１
３の出力を、すぐＡ／Ｄ変換してディジタル処理しても
よく、送受信走査制御部１３自体が既にディジタルで高
周波信号を扱う場合は、Ａ／Ｄ変換器１５，１８を設け
なくともよい。以上は線状の境界を自動検出する場合に
ついて述べたが、同様にして面状の境界を自動的に検出
することができる。

【００３０】図４は、図１の体表３から肝表面７を検出
する場合を２次元の面に拡張した場合を示し、プローブ
１を断層面と垂直方向に機械的に移動し各断面での信号
をそれぞれプローブの１位置に対応させて、図３のメモ
リ１９に記憶させ、２次元的に同様の演算を行なう。

【００３１】図５は、電子走査により図４に示す機械走
査と同様の情報を得る手法を示している。ここでで用い
るプローブ１´は、振動子素子をマトリックスに配列し
たものであり、縦方向と横方向とに送受信すべき振動子
素子群を選択しつつ超音波ビームを走査するものとする
。

【００３２】図５は２次元的に得られ図１の肝表面７か
らの信号を示している。このようにして肝表面７の２次
元面に対する体表からの深さの情報が得られると、これ
は３次元情報（ｘ，ｙ，ｚ）あるから、通常の３次元画
像処理によって例えば表面表示（ＳＨＡＤＥＤ　ＳＵＲ
ＦＡＣＥ　ＤＩＳＰＬＡＹ）などが可能である。図３の
３次元処理部２１はこのような処理が可能であり、肝表
面７の凹凸の状態が表示され診断に有益な情報を与える
ことができる。特に、肝表面７は体表３にほぼ平行で体
表３から１ｃｍ〜２ｃｍのところに位置するため、５Ｍ
Ｈｚ　以上の高い周波数の超音波を肝表面７に鋭く収束
して反射波を得ることができる。このため高分解能の画像が得られる。

【００３３】通常、肝表面は腹膜と接しているが、肝表
面と腹膜との間に体液と類似の液体を外部から注入すれ
ば、肝表面と腹膜とが離れそれぞれが明確に分離され肝
表面がきれいに描写される。この場合には、３次元処理
部２１において３次元情報のうち腹膜から上の腹壁の部
分だけを画像処理によって取り除き、肝表面からの反射
波信号を表面表示で表示することができ、肝表面の凹凸
を表わす鮮明な画像が得られる。

【００３４】通常、例えばＸ線ＣＴなどから得られた３
次元情報（ボクセルデータ）から、その内部にある特定
部位の表面を３次元画像処理により表面表示することは
研究的には行なわれているが、その表面を覆っている外
側のデータを取り除くために、医師や技師の人出を介し
てコンピュータに入力する必要があり時間もかかる為、
実用にはならない（ＣＴにおける収集データには超音波
における位相情報に相当するものはなく振幅に相当する
情報のみである。）

【００３５】本発明では肝表面を自動的に検出できてい
るのでその上部の腹壁の部分を３次元画像処理で取り除
くことは容易である。特に、腹膜と肝表面の間に液体を
注入すると腹膜と肝表面が液体の介在によって明確に分
離され滑らかな腹膜の面を自動検出し、その上の腹壁の
部分（液体の部分を含んでもよい）を取り除けば、肝表
面の微細な凹凸情報も損うことなく、明瞭に表示するこ
とができる。

【００３６】もちろん、肝表面を検出してその少し上の
部分から体表側を取り除いてもよい。肝表面からの反射
信号は通常の断層像で得られる振幅検波輝度信号を用い
てもよいし、凹凸形状を詳細に見るためには本発明によ
る位相情報を用いた肝表面位置の検出結果を用いれば格
段に高分解の表面形状が得られる。その双方を用いても
よい。このようにすると肝表面を覆っている腹壁の部分
を自動的に取り除くことができ、肝表面の微細構造を描
出できるため、人出を介した操作のない簡単に精密情報
の得られる実用的装置となる。

【００３７】また、従来から用いられている、体表に孔
を空けて肝表面と腹膜の間に硬性鏡を挿入して光学的に
肝表面を検査する腹腔鏡検査などに比較し、本実施例装
置でははるかに侵襲性が少なく安全でもある。

【００３８】図３の例では、超音波映像化装置の構成と
してメモリ１９，演算部２０，表示部であるモニタ１７
を備えているが、２次元情報すなわち、位相情報をもっ
た反射波信号からなる断層像情報（図２に相当）あるい
は３次元情報（図５に相当）をディジタル情報として持
てば、全く別に用意されたワークステーション等の画像
処理端末にそれを入力し、該端末でライン又は面を識別
したりその情報を用いて指定した面を表面表示したりす
ることもできる。

【００３９】上述した肝表面の例では、肝臓はかなりの
部分が肋骨に覆れているため、実際には図４のようなＺ
方向への平行移動だけでは不十分であり、ｙ軸を中心と
した回転操作を用いることも必要である。実施例では肝
表面の表示の場合について詳しく記述したが、対象臓器
についてもちろん肝臓に限定する必要はない。

【００４０】また、上述の情報は、表面表示のために、
またその外側の情報を取り除くためだけでなく、種々の
利用法がある。例えば、腹壁の厚さを知ることができる
ことから、腹壁を構成する皮下脂肪や筋肉によって乱さ
れる音場を補正し、より高分解能な画像を得ることがで
きる。典型的な例として人体の正中に垂直な横断面で膵
臓などを観測する場合、正中の左右の腹壁内に夫々レン
ズ状の組織構造が存在するため、その下に描写される臓
器が左右に少しずれて２重に描写される現象がよく知ら
れている。レンズ状構造の境界を本方式により自動検出
し、その形状の寸法を計測することは、本発明によって
容易にできるので、このレンズ効果を補正してぶれのな
い画像を提示することができるものである。本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施できるものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、反射波の位相情報を用
いることにより断層像における線状境界あるいは３次元
情報における境界面を確実に且つ精密に検出することが
でき、しかも自動的に行なうことができる。

【００４２】したがって、その情報を利用することによ
り人出を介さず自動的に生体内臓器の特定表面の表面表
示を行なうなど実用的な３次元処理によって新しい有益
な診断情報を提供することができる。また、腹膜、肝表
面の間に液体を注入して肝表面の精密な情報を得る新し
い検査法なども提供できることになる。

【００４３】また、プローブ表面から対象とする組織境
界までの距離を正確且つ、きわめて高精度で測定できる
ため、微細な凹凸の情報を拡大表示したり、定量化して
診断情報とすることができる。また、皮下脂肪の厚さの
計測や分布状態、平均値の演算などにも利用できる。ま
た、計測値を利用して音場の乱れ補正にも応用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となる超音波診断装置の原理を示
す図。

【図２】本発明における反射波の位相情報を含んだ信号
の説明図。

【図３】本発明の一実施例に係る組織境界を自動認識し
得る超音波診断装置の構成を示すブロック図。

【図４】多段面を機械走査して３次元情報を収集し組織
境界表面を自動検出することを示した図。

【図５】多段面を電子走査して３次元情報を収集し組織
境界表面を自動検出することを示した図。

【図６】図４又は図５に対応する反射波の高周波受信信
号と３次元的対応関係を示す図。

【符号の説明】

１，１´…プローブ、２…ケーブル、３…腹部表面、４
…走査線、５…生体、６…肝臓、７…肝臓表面（輪郭）
、８…肝臓以外の部分、１１…ＣＰＵ、１２…方向・位
置設定器、１３…送受信走査制御部、１４…検波回路、
１５…Ａ／Ｄ変換器、１６…ＤＳＣ、１７…モニタ、１
８…Ａ／Ｄ変換器、１９…メモリ、２０…演算部、２１
…３次元処理部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　超音波パルスを被検体内に発射しその
反射波を受信することにより、超音波ビームによる前記
被検体内の走査を行う超音波映像化装置において、近接
する複数の走査方向の超音波反射波の位相情報に基づき
前記被検体内の特定物の連続する境界が識別され得る情
報を生成する手段を具備したことを特徴とする超音波映
像化装置。
【請求項２】　　前記手段により生成された連続する境
界が識別され得る情報を、断層像に重ねて表示すること
を特徴とする請求項１に記載の超音波映像化装置。
【請求項３】　　前記手段により生成された連続する境
界が識別される情報を、前記特定物の観測に不要な情報
を取り除くための情報として利用することを特徴とする
請求項１に記載の超音波映像化装置。
【請求項４】　　前記手段により生成された連続する境
界が識別され得る情報を、音場補正のためのデータとし
て用いることを特徴とする請求項１に記載の超音波映像
化装置。
【請求項５】　　走査方向が２次元であり、連続する境
界が面として表示されることを特徴とする請求項１に記
載の超音波映像化装置。
【請求項６】　　連続する境界が識別され得る情報を、
カラーで表示することを特徴とする請求項２に記載の超
音波映像化装置。