JPH04347148A - 超音波観測装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波の受信信号の干
渉によって生じるスペックルノイズを除去できる超音波
観測装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動子を用い、生体中
に超音波パルスを送波し、生体組織で反射したエコーを
再び超音波振動子で受波して、電気信号に変換し、これ
を処理して生体中の断層画像を形成、表示する超音波診
断装置が利用されている。

【０００３】ところで、このようにして得られる断層画
像には、スペックルという斑点状の模様が現れ断層画像
の画像劣化の主な原因となっている。すなわち、前記超
音波振動子は、位相が揃った（コヒーレントな）超音波
パルスを出射するため、被検体内に存在する多数の散乱
体（例えば、生体組織等の不均質媒質）からの各散乱波
が干渉を起こすことになる。このため、受信されたエコ
ー信号の振幅は、ゆらぎを有したものとなり、このゆら
ぎは断層画像上にランダムなスペックルパターンとなっ
て現れる。こうしたスペックルノイズは、被検体内の構
造を観察する上で、大きな障害となる。

【０００４】従来より、スペックルノイズを低減させる
方法には、送受波器の位置を変化させる空間的コンパウ
ンド法、あるいは送信超音波パルスの中心周波数変化さ
せる周波数コンパウンド法を用いるものがある。空間的
コンパウンド法では、スペックルノイズが低減できる範
囲が、通常、一走査で得られる画像化できる範囲より狭
くなってしまう。また、周波数コンパウンド法では、送
受波器としての超音波振動子（トランスデューサ）の周
波数特性が狭帯域幅であるため、超音波パルスの中心周
波数を何種類も変えることができない。従って、十分な
画像データを加算することができない。そこで、空間的
コンパウンド法、及び周波数コンパウンド法を組み合わ
せる方法により、加算画素データを増やしている。しか
し、超音波の送受波器の移動位置関係により、スペック
ルノイズを低減できる領域が狭く限定されるという点を
十分に解消できなかった。

【０００５】これを解決するため、特開平１−３００９
４１号公報には、複数の超音波振動子を有する送受波器
を設け、この複数の振動子から初期位相がそれぞれ異な
る正弦波によって位相変調された超音波パルスを被検体
内へ順次送波し、被検体からの各反射エコー信号の包絡
線を検出し、この包絡線を累積加算してスペックルノイ
ズを低減する装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した様に、空間的
コンパウンド法、及び周波数コンパウンド法を組み合わ
せた場合、通常の画像化範囲よりもスペックルノイズを
低減できる領域が狭くなるという欠点がある。また、被
検体に対して複数の方向から超音波を送受波しなければ
ならず、体腔内に挿入可能な大きさにはできないという
欠点がある。

【０００７】さらに、特開平１−３００９４１号公報の
装置は、初期位相がそれぞれ異なる正弦波によって位相
変調された超音波パルスを順次出射するために、複数の
超音波振動子を必要としているので、単一の超音波振動
子を有する装置には応用できないという欠点がある。

【０００８】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、単一の超音波振動子にも対応可能であり、小型化し
易く例えば体腔内からであっても超音波診断が可能であ
ると共に、スペックルノイズが除去できて鮮明な超音波
画像が得られる超音波観測装置を提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）請求項１記載の超
音波観測装置は、被検体の超音波断層画像を得るために
、超音波パルスを該被検体へ出射し、該被検体が反射し
た超音波パルスを受信する超音波振動子を有する超音波
観測装置であって、前記超音波振動子が超音波パルスを
出射するための送信信号を所定のタイミングで出力する
送信手段と、前記被検体へ出射した超音波パルスを前記
超音波振動子が受信して、出力する反射エコー信号を前
記送信手段の所定のタイミングとは非同期のタイミング
で記憶する記憶手段とを備えている。

【００１０】（２）請求項２記載の超音波観測装置は、
被検体の超音波断層画像を得るために、超音波パルスを
該被検体へ出射し、該被検体が反射した超音波パルスを
受信する超音波振動子を有する超音波観測装置であって
、前記超音波振動子が超音波パルスを出射するための送
信信号を所定のタイミングで出力する送信手段と、前記
被検体へ出射した超音波パルスを前記超音波振動子が受
信して、出力する反射エコー信号を前記送信手段の所定
のタイミングとは非同期のランダムなタイミングに遅延
する遅延手段と、前記超音波振動子が受信して、出力す
る反射エコー信号、及び前記遅延手段がランダムなタイ
ミングに遅延した前記超音波振動子が出力する反射エコ
ー信号を加算する加算手段と、前記加算手段が加算して
出力する信号を前記送信手段の所定のタイミング、また
は該所定のタイミングとは非同期のタイミングのうち、
いづれか一方のタイミングで記憶する記憶手段とを備え
ている。

【００１１】

【作用】（１）請求項１記載の構成で、被検体の超音波
断層画像からスペックルノイズを除去するために、記憶
手段が、被検体へ出射した超音波パルスを前記超音波振
動子が受信して、出力する反射エコー信号を送信手段の
所定のタイミングとは非同期のタイミングで記憶する。

【００１２】（２）請求項２記載の構成で、被検体の超
音波断層画像からスペックルパターンを除去するために
、加算手段が、超音波振動子が受信して、出力する反射
エコー信号、及び遅延手段がランダムなタイミングに遅
延した超音波振動子が出力する反射エコー信号を加算す
る。さらに、記憶手段が、前記送信手段の所定のタイミ
ング、または該所定のタイミングとは非同期のタイミン
グのうち、いづれか一方のタイミングで、前記加算手段
が加算して出力する信号を記憶する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係り、図１
は超音波観測装置の全体的な概略構成図、図２は超音波
観測装置の動作を説明するための波形図である。図１に
示すように、超音波観測装置１は、超音波パルスを図示
しない被検体へ出射し、被検体が反射した超音波パルス
を受信して反射エコー信号を出力する超音波振動子２と
、この超音波振動子２を駆動して超音波パルスを出射さ
せるための送信信号を出力する送信手段としての送信回
路３と、この送信回路３が送信信号を出力する所定のタ
イミングを制御すための駆動用パルスを発生する駆動用
パルス発生回路４とを備えている。従って、超音波振動
子２は、所定のタイミングで超音波パルスを出射するよ
うになっている。

【００１４】また、超音波観測装置１は、前記超音波振
動子２が出力する反射エコー信号を受信して増幅する受
信アンプ５と、この受信アンプ５が受信した反射エコー
信号の大小の差をなくすために、該反射エコー信号の対
数変換を行うｌｏｇアンプ６と、ｌｏｇアンプ６が出力
する反射エコー信号に対して時間的にゲインを可変して
出力する加算器７とを備えている。すなわち、加算器７
に入力する反射エコー信号は、被検体の深さに応じて、
つまり時間的に大きく減衰するが、加算器７は、ＧＡＩ
Ｎ，ＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　Ｔｉｍｅ　Ｇａ
ｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）の感度調整信号に応じてゲイン
を可変し、被検体の深さ方向に対して平坦な振幅の反射
エコー信号を出力するようになっている。

【００１５】さらに、超音波観測装置１は、加算器７が
出力する反射エコー信号をアナログ／デジタル変換する
Ａ／Ｄコンバータ８と、Ａ／Ｄコンバータ８がデジタル
化した反射エコー信号を記憶する記憶手段としてのフレ
ームメモリ９と、前記Ａ／Ｄコンバータ８及びフレーム
メモリ９の変換及び書き込み・読み出しのタイミングを
前記送信回路３と非同期のタイミングで制御するための
記憶用パルスを発生する記憶用パルス発生回路１０と、
フレームメモリ９が記憶し、かつ標準的なＴＶ信号に変
換して出力した反射エコー信号を入力し、被検体の超音
波画像として表示するモニタ１１とを備えている。尚、
記憶用パルス発生回路１０が出力するパルスの周波数は
、駆動用パルス発生回路４が出力するパルスの周波数よ
り高くなっている。

【００１６】この構成で、超音波振動子２は、図２（ａ
）に示すように、駆動用パルス発生回路４が出力する駆
動用パルスのタイミングに同期して、図２（ｂ）に示す
送信回路３の送信信号によって駆動され、超音波パルス
を被検体へ出射する。超音波振動子２は、被検体により
反射された超音波パルスを受信し、音響−電気変換して
反射エコー信号を出力する。この反射エコー信号は、受
信アンプ５、ｌｏｇアンプ６、及び加算器７を介して、
波形の振幅すなわち画像輝度が適正になるように調整さ
れＡ／Ｄコンバータ８へ入力される。Ａ／Ｄコンバータ
８は、図２（ｃ）に示すように、前記駆動用パルス発生
回路４と非同期な、記憶用パルス発生回路１０が出力す
る記憶用パルスのタイミングで、反射エコー信号をデジ
タルのデータに変換し、同様のタイミングでフレームメ
モリ９は、該データを格納する。フレームメモリ９は、
格納したデータを標準的なＴＶ信号に変換してモニタ１
１へ出力し、モニタ１１は、被検体の超音波画像を表示
する。

【００１７】本実施例では、超音波振動子２の超音波送
信のタイミングと、受信された反射エコー信号が、Ａ／
Ｄ変換され、かつ書き込み・読み出しのタイミングとが
一走査毎に非同期なので、フレームメモリ９に格納され
る一走査毎のデータ間に、コヒーレント性がなくなる。 すなわち、超音波受信信号である反射エコー信号が、送
信された超音波パルスと同期してサンプリングされた場
合、被検体の組織による散乱により生じる斑点性のスペ
ックルパターンを除去できず、非同期にサンプリングし
た場合、スペックルパターンを抑制できる。従って、モ
ニタ１１においてスペックルノイズが低減された鮮明な
超音波画像を表示でき、診断の正確さを向上できる。

【００１８】さらに、本実施例では、体腔内からであっ
ても超音波診断が可能で、被検体に対して複数の方向か
ら超音波を送受波する必要もなく、また、複数の超音波
振動子を必要とせず、単一の超音波振動子２を有してい
れば良いので、小型化に適しており、体腔内に挿入可能
な大きさに形成し易い。従って、超音波内視鏡に適用す
ることもできる。

【００１９】図３及び図４は本発明の第２実施例に係り
、図３は超音波観測装置の全体的な概略構成図、図４は
超音波観測装置の動作を説明するための波形図である。 図３に示す超音波観測装置１５は、第１実施例の記憶用
パルス発生回路１０に加えて、この記憶用パルス発生回
路１０が出力する記憶用パルスをさらにランダムにシフ
トさせる乱数発生器１６と、シフトレジスタ１７とを備
えている。その他、第１実施例と同様の構成及び作用に
ついては、同じ符号を付して説明を省略する。

【００２０】前記超音波観測装置１５は、前記駆動用パ
ルス発生回路４より高い周波数のパルスを発生する制御
用パルス発生回路１０Ａと、制御用パルス発生回路１０
Ａが出力するパルスのタイミングで、乱数を発生する乱
数発生器１６と、この乱数発生器１６が発生する乱数に
応じて、前記駆動用パルス発生回路４が出力するパルス
の位相をランダムにシフトして出力するシフトレジスタ
１７とを備えている。このシフトレジスタ１７は、ラン
ダムにシフトしたパルスを前記Ａ／Ｄコンバータ８、及
びフレームメモリ９へ供給するようになっている。

【００２１】この構成で、超音波振動子２は、図４（ａ
）に示すように、駆動用パルス発生回路４が出力する駆
動用パルスのタイミングに同期して、図４（ｂ）に示す
送信回路３の送信信号によって駆動され、超音波パルス
を被検体へ出射する。超音波振動子２は、被検体により
反射された超音波パルスを受信し、音響−電気変換して
反射エコー信号を出力する。この反射エコー信号は、受
信アンプ５、ｌｏｇアンプ６、及び加算器７を介して、
波形の振幅すなわち画像輝度が適正になるように調整さ
れＡ／Ｄコンバータ８へ供給される。

【００２２】一方、乱数発生器１６は、制御用パルス発
生回路１０Ａが出力する図４（ｃ）に示すパルスのタイ
ミングで乱数を発生し、シフトレジスタ１７は、この乱
数発生器１６が発生する乱数に応じて、前記駆動用パル
ス発生回路４が出力するパルスの位相をランダムにシフ
トさせて、図４（ｄ）に示すパルスを出力する。Ａ／Ｄ
コンバータ８は、前記駆動用パルス発生回路４と非同期
な、シフトレジスタ１７が出力する図４（ｄ）に示すパ
ルスのランダムなタイミングで、反射エコー信号をデジ
タルのデータに変換し、同様のタイミングでフレームメ
モリ９は、該データを格納する。フレームメモリ９は、
格納したデータを標準的なＴＶ信号に変換してモニタ１
１へ出力し、モニタ１１は、被検体の超音波画像を表示
する。

【００２３】本実施例では、超音波振動子２の超音波送
信のタイミングと、Ａ／Ｄ変換、かつ書き込み・読み出
されるタイミングとを第１実施例よりもさらにランダム
なタイミングで一走査毎に非同期にできるので、フレー
ムメモリ９に格納される一走査毎のデータ間に生じるコ
ヒーレント性を第１実施例よりもさらに減少できる。従
って、第１実施例よりもさらにスペックルノイズが低減
でき、モニタ１１において鮮明な超音波画像を表示でき
る。その他の構成及び作用効果は、第１実施例と同様で
、説明を省略する。

【００２４】図５及び図６は本発明の第３実施例に係り
、図５は超音波観測装置の全体的な概略構成図、図６は
超音波観測装置の動作を説明するための波形図である。 図５に示す超音波観測装置２０は、第１実施例の受信ア
ンプ５とｌｏｇアンプ６の間に、可変遅延回路２１及び
第２の加算器２２を介装し接続している。その他、第１
実施例及び第２実施例と同様の構成及び作用については
、同じ符号を付して説明を省略する。

【００２５】この超音波観測装置２０は、駆動用パルス
発生回路４が出力するパルスのタイミングで、乱数を発
生する乱数発生器１６Ａと、前記乱数発生器１６Ａによ
るランダムなタイミングで、受信アンプ５が出力する反
射エコー信号を遅延させる可変遅延回路２１と、可変遅
延回路２１及び受信アンプ５の各出力信号を加算してｌ
ｏｇアンプ６へ出力する加算手段としての第２の加算器
２２とを備えている。また、前記Ａ／Ｄコンバータ８、
及びフレームメモリ９は、駆動用パルス発生回路４が出
力するパルスのタイミングで、Ａ／Ｄ変換及び書き込み
・読み出しを行うようになっている。尚、可変遅延回路
２１の遅延量は、わずかなズレとなるようにしている。

【００２６】この構成で、乱数発生器１６Ａのランダム
なデータに応じて、可変遅延回路２１は、遅延量を可変
し、受信アンプ５が出力する図６（ｂ）に示す反射エコ
ー信号を遅延する。可変遅延回路２１の出力信号は、例
えば、図６（ｃ）に示すように、遅延量がランダムな信
号となり、図６（ａ）に示す送信回路３の出力タイミン
グと非同期となる。第２の加算器２２は、受信アンプ５
が出力する反射エコー信号と、可変遅延回路２１が出力
するランダムに遅延された反射エコー信号を加算してｌ
ｏｇアンプ６へ出力する。このため、ｌｏｇアンプ６へ
供給される信号は、一走査毎の間に生じるコヒーレント
性が失われ、ｌｏｇアンプ６、加算器７、及びＡ／Ｄコ
ンバータ８を経て、フレームメモリ９へ格納される。

【００２７】本実施例では、受信アンプ５が出力する反
射エコー信号に対して、ランダム且つわずかに遅延させ
た信号を第２の加算器２２が加算することにより、送信
と同期したタイミングでサンプリングしても、フレーム
メモリ９内のデータは、一走査毎の間に生じるコヒーレ
ント性をなくことができ、スペックルパターンを除去す
ることができる。その他の構成及び作用効果は、第１実
施例及び第２実施例と同様で、説明を省略する。

【００２８】図７は本発明の第４の実施例に係る超音波
観測装置の全体的な概略構成図である。図７に示す超音
波観測装置３０は、第３実施例が受信アンプ５とｌｏｇ
アンプ６の間に、可変遅延回路２１及び第２の加算器２
２を介装し接続しているのに対して、加算器７とＡ／Ｄ
コンバータ８との間に、前置アンプ３２、可変遅延回路
２１及び第２の加算器２２を介装し接続している。すな
わち、本実施例では、第３実施例と異なり、ｌｏｇアン
プ６の後に前置アンプ３２を介し、一走査毎の間に生じ
るコヒーレント性を除去するために、可変遅延回路２１
及び第２の加算器２２を設けている。また、超音波振動
子２と、受信アンプ５及び送信回路３との間にバンド・
パス・フィルタ（ＢＰＦ）３１を介装し接続している。 前記ＢＰＦ３１は、超音波振動子２と、受信アンプ５及
び送信回路３との間に接続されるケーブル長に合わせて
カットオフ周波数を変え、このケーブルから混入するノ
イズを防止できるようになっている。尚、前記ケーブル
長ｌとすると、このケーブル長ｌに対して、周波数ｆ＝
ｃ／４ｌの関係を有する周波数がノイズとして混入し易
いので、ＢＰＦ３１の特性を前記周波数ｆをカットする
ように設定する。その他、第３実施例と同様の構成及び
作用については、同じ符号を付して説明を省略する。

【００２９】本実施例では、ｌｏｇアンプ６の後段に可
変遅延回路２１を設けているため、可変遅延回路２１は
、第３実施例と比較してダイナミックレンジを狭くでき
、そして安価にできる。その他の構成及び作用効果は、
第３実施例と同様で、説明を省略する。

【００３０】

【発明の効果】前述したように本発明によれば、単一の
超音波振動子にも対応可能であり、小型化し易く例えば
体腔内からであっても超音波診断が可能であると共に、
スペックルノイズが除去できて鮮明な超音波画像が得ら
れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１実施例に係る超音波観測装置の全体
的な概略構成図。

【図２】図２は超音波観測装置の動作を説明するための
波形図。

【図３】図３は第２実施例に係る超音波観測装置の全体
的な概略構成図。

【図４】図４は超音波観測装置の動作を説明するための
波形図。

【図５】図５は第３実施例に係る超音波観測装置の全体
的な概略構成図。

【図６】図６は超音波観測装置の動作を説明するための
波形図。

【図７】図７は第４の実施例に係る超音波観測装置の全
体的な概略構成図。

【符号の説明】

１…超音波観測装置 ２…超音波探触子 ３…送信回路 ４…駆動用パルス発生回路 ８…Ａ／Ｄコンバータ ９…フレームメモリ １０…記憶用パルス発生器 １１…モニタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体の超音波断層画像を得るために、超
   音波パルスを該被検体へ出射し、該被検体が反射した超
   音波パルスを受信する超音波振動子を有する超音波観測
   装置において、前記超音波振動子が超音波パルスを出射
   するための送信信号を所定のタイミングで出力する送信
   手段と、前記被検体へ出射した超音波パルスを前記超音
   波振動子が受信して、出力する反射エコー信号を前記送
   信手段の所定のタイミングとは非同期のタイミングで記
   憶する記憶手段と、を備えていることを特徴とする超音
   波観測装置。
2. 【請求項２】被検体の超音波断層画像を得るために、超
   音波パルスを該被検体へ出射し、該被検体が反射した超
   音波パルスを受信する超音波振動子を有する超音波観測
   装置において、前記超音波振動子が超音波パルスを出射
   するための送信信号を所定のタイミングで出力する送信
   手段と、前記被検体へ出射した超音波パルスを前記超音
   波振動子が受信して、出力する反射エコー信号を前記送
   信手段の所定のタイミングとは非同期のランダムなタイ
   ミングに遅延する遅延手段と、前記超音波振動子が受信
   して、出力する反射エコー信号、及び前記遅延手段がラ
   ンダムなタイミングに遅延した前記超音波振動子が出力
   する反射エコー信号を加算する加算手段と、前記加算手
   段が加算して出力する信号を、前記送信手段の所定のタ
   イミング、または該所定のタイミングとは非同期のタイ
   ミングのうち、いづれか一方のタイミングで記憶する記
   憶手段と、を備えていることを特徴とする超音波観測装
   置。