JPH043223B2

JPH043223B2 -

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Publication number: JPH043223B2
Application number: JP59222715A
Authority: JP
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1984-10-23
Publication date: 1992-01-22
Also published as: US4679565A; JPS61100237A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、超音波を生体内へ発射し生体内から
の反射波を検出することによつて生体内の情報を
得て診断に供する超音波診断装置に係り、特に生
体組織の組織特性として生体の非線形係数を求
め、これを影像化する超音波診断装置に関する。

［発明の技術的背景］従来、超音波診断装置は、生体内へ超音波を発
射しその生体内からの反射信号を検出することに
よつて、生体内における反射の強さの分布を超音
波診断像として求めて診断に供していた。ここ
で、上記断層像は、反射の強さの分布による形態
の情報を示しており、従つて、生体組織の組織性
状そのものを直接的に示してはいない。

そこで、近年、超音波によつて生体組織の組織
特性そのものを検出して診断に供そうという研究
が盛んに行なわれるようになつてきた。組織特性
としては超音波に対する減衰、音速、散乱、およ
び非線形係数が取りあげられている。

即ち、生体の非線形係数を求めこれを影像化し
ようという試みは第43回日本超音波医学会講演論
文集（市田信行他、「実時間非線系パラメータト
モグラフイ」、第43回日本超音波医学会講演論文
集、p.519、昭和58年12月）に見られる。これら
の試みにおける非線形係数を影像化する方法とし
ては、信号超音波に対して、直交する方向から低
周波のポンプ波を発生させて信号超音波の位相変
化を検出する方法、あるいは信号超音波と逆方向
から低周波のポンプ波を発生させて信号超音波の
位相変化を検出する方法とがある。

［背景技術の問題点］上述した従来の非線形係数を影像化する方法で
は、２つの超音波が直交、或いは逆行する構成と
なつており、実際に人間を対象として診断に使用
するには極めて不便である。また、ポンプ波とし
て非常に低周波の超音波を用いなければならない
ため、非線形効果が信号超音波の位相変化という
形で検出されなければならないために検出方法が
困難であつた。

［発明の目的］本発明は、生体の非線形係数を容易に検出で
き、影像化可能な超音波診断装置を提供すること
にある。

［発明の概要］本発明による超音波診断装置は、上記目的を達
成するために、２つの異なる周波数ω1、ω2を有
したパルス超音波により生体内を走査する手段
と、上記生体内から反射される上記パルス超音波
夫々に対応した反射波夫々の信号強度をこれら反
射波が発生したタイミングからの時間の関数とし
て検出及び記憶する手段と、上記生体内における
非線形効果によつて発生する差の周波数（ω1―
ω2）を有した差分反射波の信号強度を上記パル
ス超音波夫々が発生されたタイミングから時間の
関数として検出及び記憶する手段と、この検出さ
れた各時刻における上記差分反射波の信号強度
を、同一時刻における上記反射波夫々の信号強度
によつて補正する演算手段と、この演算によつて
補正された上記差分反射波の信号強度、或いは上
記反射波夫々の信号強度を２次元的断層像として
表示する表示手段とを具備したことを特徴とす
る。

［発明の実施例］以下本発明に係る超音波診断装置を図面を参照
して説明する。先ず、実施例の説明に先立ち、本
発明の原理を第１図を参照して説明する。即ち、
第１図ａに示すように超音波トランスデユーサに
より、周波数ω1、ω2の２種類のバースト波の超
音波パルスを時間間隔τで生体内へ放射する。こ
の場合、生体はその内部で音響的な不均一性を有
しているので、上記超音波パルスは夫々反射され
る。生体深部へ伝搬して行く２つの超音波パルス
（進行波）と反射して生体表面側へ戻つてくる２
つの超音波パルス（反射波）とは時間間隔τで分
離されている。しかし、先に発射された周波数
ω1の超音波パルスに基づく反射波と後から発射
された周波数ω2の超音波パルスに基づく進行波
（反射波）とは、第１図ｂに示すように重さなり
合う。従つて、この重さなり合う点ｘでの非線形
係数に比例してω1の反射波とω2の進行波とのミ
キシングがおこり、ω1とω2との差の周波数（ω1
−ω2）有する超音波パルス（差分反射波）が第
１図ｃに示すように発生する。これが生体表面側
に伝搬して第１図ｄに示すように体表に達して超
音波トランスデユーサにより検出される。実際に
は、ω1の反射波は生体内のいたるところで発生
しているので、上述したω1の反射波とω2の進行
波とのミキシングもいたるところでおこる。

この場合、どの部位で生じた差分反射波である
かは、ω1、ω2の超音波パルス（進行波）の発生
タイミングと、（ω1−ω2）の差分反射波の検出
のタイミングとから一義的に決定される。また、
生体内では超音波の減衰があり、またその反射強
度は生体内の部位によつて異なる。そのため、生
体内ｘにおける（ω1―ω2）の差分反射波の信号
の強さＭ（ｘ）は、下記式(1)のようになる。

Ｍ（ｘ）＝α（ｘ）・r₁（ｘ＋vτ）・A₁（ｘ＋vτ）・A₂（ｘ） ……(1) 上記式(1)によれば、差分反射波の信号の強さＭ
（ｘ）には、α（ｘ）なる非線形係数の情報だけで
なく、r₁（ｘ）なる反射係数及びω1、ω2の超音波
パルス（進行波）のｘ点までの減衰によつて決定
されるｘ点におけるω1、ω2の超音波パルス（進
行波）の振幅の情報A₁（ｘ）およびA₂（ｘ）をも
同時に含んでいる。

この場合、ω1の反射波を、時間の関数として
検出しておけば、r₁（ｘ）A₁（ｘ）は既知となり、
これによりＭ（ｘ）を較正すれば差分反射波の信
号の強さは下記式(2)のM′（ｘ）となる。

M′（ｘ）＝α（ｘ）・A₂（ｘ） ……(2) ω2の超音波パルス（進行波）の振幅の情報A₂
（ｘ）は、生体内でほぼ指数関数的に減少するか
ら、これを指数関数的ゲイン補正によつて補正す
ると、非線形係数α（ｘ）を表す断層像が得られ
る。

このことは、通常の超音波診断が反射信号Ｒ（ｘ）＝ｒ（ｘ）Ａ（ｘ）を得てほぼ指数関数的に減少する振幅Ａ（ｘ）を、
指数関数的ゲイン補正によつて補正して、反射係
数ｒ（ｘ）に応じた断層像を得ていることに対応
している。

次ぎに上記本発明の原理に基く本発明に係る超
音波診断装置を第２図に示す一実施例を参照して
説明する。即ち、１０は音響整合層の２層化等の
手法により広帯域を図つたリニアアレイ形の超音
波探触子（超音波トランスデユーサ）であり、生
体Ｐに超音波を送信し、その反射波を受信するも
のである。この超音波探触子１０は、例えば、
1.5MHz〜3.5MHzに有効な感度を有するものであ
る。

１１は超音波探触子１０の各振動子を切換えて
送受信の振動子の組として例えばＮ個を選定する
スイツチング回路である。１２は例えば周波数
ω1＝3.5MHz、ω2＝2MHzを有した励振用のバー
ストパルスを、スイツチング回路１１により選定
された超音波探触子１０の各振動子Ｎ個に、所定
の遅延時間をもたせて与えるバーストパルス発振
器である。

１３は上記バーストパルス夫々による超音波送
信が超音波集束がなされるべく送信遅延制御を行
なうと共に、周波数ω1、ω2を有した送信超音波
が所定の遅延時間τをもつてバーストパルス発振
器１２から出力されるべくバーストパルス発振器
１２に、所定の信号を与える送信遅延回路であ
る。１４は超音波探触子１０から得られた周波数
ω1、ω2を有した反射波の信号及び上述した非線
形現象に基く周波数（ω1―ω2）を有した差分反
射波の信号を所定の信号レベルまで増幅する前置
増幅器である。１５は送信遅延回路１３に対応
し、受信信号の受信遅延制御を行なう受信遅延制
御回路である。

１６は受信遅延制御回路１５から得られた周波
数ω1、ω2を有した反射波の信号及び周波数（ω1
―ω2）を有した差分反射波の信号をＡ／Ｄ変換
等を行なうと共にＢスコープ像の情報を生成する
信号処理回路である。１７はデジタル量の周波数
ω1、ω2を有した反射波の信号及び周波数（ω1―
ω2）を有した差分反射波の信号により、上記式
(2)における周波数ω2を有した反射波の信号の強
さＡ２（ｘ）を信号指数関数的ゲイン補正を実行
して非線形係数α（ｘ）を示す情報を求める演算
装置である。

１８は上記Ｂスコープ像の情報、非線形係数α
（ｘ）を示す情報をTVモニタ等に表示する表示
装置である。１９は上記における送受信制御を行
なうと共に上記各回路に所定の制御信号を与える
信号制御回路である。

次ぎに上記の如く構成された本実施例の動作に
ついて説明する。

即ち、信号制御回路１９よりの信号で送信遅延
回路１３が動作し、Ｎ個の送信遅延制御信号がバ
ーストパルス発振器１２に送られる。送信用超音
波としてのバーストパルスの周波数は、信号制御
回路１９よりの信号により最初はω1に設定され
ている。Ｎ個の周波数ω1のバースト波は、スイ
ツチング回路２３で選択されたＮ個の振動子に印
加され、周波数ω1の超音波バースト波を生体Ｐ
内へ放射する。

次に全く同様にして時間ｔだけ遅れてバースト
パルス発生器１２の周波数がω2に設定されて駆
動され、生体Ｐ内にω2のバーストパルス波が発
生される。

この動作により、反射信号ω1、ω2及び非線形
現象による周波数（ω1―ω2）の差分信号は、
夫々増置増幅器１４、受信遅延回路１５及び信号
処理回路１６を経て、演算装置１７に取込まれ、
Ｂスコープ像情報、非線形係数α（ｘ）を示す情
報が求められる。

次に信号制御回路１９よりの信号で、スイツチ
ング回路１１は異なるＮ個の小振動子を選択し、
生体Ｐ内の異なる位置で前述と全く同様な超音波
バースト波の送受信及び受信信号の処理が行なわ
れる。以上述べたことが次々と繰り返されて、生
体Ｐ内の一断面上の信号が全て求められる。この
ようにして求められた各情報は表示装置１８に表
示される。

上記構成は、第１図に示した本発明の原理を実
施する一般例として示したものであり、上記以外
に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。

［発明の効果］以上述べたように本発明のよれば、２つの周波
数ω1、ω2の超音波パルスを用いることによつて
反射法構成とし、従来のＢスコープ像を得る超音
波断層装置と全く同様に簡便に診断に供すること
ができると共に非線形係数の検出を上記周波数
ω1、ω2の反射信号及び差分周波数信号の振幅を
検出するという方法で行なうため、容易に精度良
く非線形係数を求めることができ、影像表示が可
能となり、臨床的意義が大きい超音波診断装置が
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するための波形
図、第２図は本発明の一実施例を示すブロツク図
である。１０……超音波探触子、１１……スイツチング
回路、１２……バーストパルス発振器、１３……
送信遅延回路、１４……前置増幅器、１５……受
信遅延回路、１６……信号処理回路、１７……演
算装置、１８……表示装置、１９……信号制御回
路。

Claims

【特許請求の範囲】

１２つの異なる周波数ω1、ω2を有したパルス
超音波により生体内を走査する手段と、上記生体
内から反射される上記パルス超音波夫々に対応し
た反射波夫々の信号強度をこれら反射波が発生し
たタイミングからの時間の関数として検出及び記
憶する手段と、上記生体内における非線形効果に
よつて発生する差の周波数（ω1―ω2）を有した
差分反射波の信号強度を上記パルス超音波夫々が
発生されたタイミングから時間の関数として検出
及び記憶する手段と、この検出された各時刻にお
ける上記差分反射波の信号強度を、同一時刻にお
ける上記反射波夫々の信号強度によつて補正する
演算手段と、この演算によつて補正された上記差
分反射波の信号強度、或いは上記反射波夫々の信
号強度を２次元的断層像として表示する表示手段
とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。