JPH0467857A - 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） この発明は超音波を用いて生体の断層像あるいは血流情
報を得る超音波診断装置に係り、特に複数方向同時受信
技術により、超音波画像のリアルタイム性の改善を図っ
た超音波診断装置に関するものである。

（従来の技術） 超音波パルス生体内に放射し、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
という利点をもっている。

今日最も広く用いられている超音波診断装置の探触子に
は、配列形（アレイ形）圧電振動子が使われており、こ
れらの超音波振動素子の各々を駆動し超音波を発生させ
るための駆動信号あるいは生体内からの反射波が前記振
動素子によって受信される受信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解像度の優れた断層像を
得ている。

例えば従来のリニア電子走査型超音波診断装置において
は、第９図のブロック図に示すように構成される。この
場合、生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２
Ｃ−ｎに送られ駆動パルスが形成される。この駆動パル
スは振動子選択用スイッチ１１によってＮ本のアレイ型
超音波振動子１−１乃至１−Ｈのうち所定のＭ本（例え
ば１乃至Ｍ）が選択駆動され、超音波が生体内に放射さ
れる。一方、生体内で反射された超音波ビームは前記ア
レイ型超音波振動子１−１乃至１−Ｎによって受信され
るが、振動子１−１乃至１−Ｍの受信信号のみが振動子
選択用スイッチによってプリアンプ３Ａ−１乃至３Ａ−
Ｍに送られ、更に受信用遅延回路３Ｂ−１乃至３Ｂ−Ｍ
に送られる。ここで、前記送信用遅延回路１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−方はＣＦＭ処理系５へ送られて所定の信号
が施される。まず、Ｂモード処理系４では対数増幅器４
Ａにおいて信号振幅が対数変換された後、包絡線検波回
路４Ｂにて受信信号の包路線が検出され、Ａ／Ｄ変換器
４Ｃを介して画像メモリ６Ａにストアされる。

次に、ＣＦＭ処理系５について述べる。５Ｂは発振器、
５Ｃはπ／２移相器である。加算器３ｃの出力は位相検
波回路５Ａａ及び５Ａｂで超音波信号の周波数とほぼ同
じ周波数をもった基準信号との間で直交位相検波され、
これら９０度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変換器５Ｅａ、５Ｅｂを介してバッファメモリ（図示
せず）に−旦スドアされる。

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収束用遅延回路を全く
同じくして８回同一場所を走査し、この時得られた受信
信号を上記同様にドプラ用バッファメモリに順次ストア
していく。次にこのようにして同一場所を８回走査して
得られた生体内の反射信号から所定の深さの血球の速度
を検出する。この時各々の反射信号には血球のように移
動している物体が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っている。但し血球がらの
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）を取除くため
所定の深さにおいて得られた８個の信号をＭＴＩフィル
タに取込み、ドプラ成分のみを抽出する。

ＭＴＩフィルタによってクラッタ信号は除去され、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８個のデータを用いて周波数分析が行われ
、そのスペクトルの平均あるいは拡がり（分散）、パワ
ーが算出され、その値が画像メモリ６Ａ内の血流信号メ
モリ内にストアされる。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、送受信振動子選択スイッチによって前
記アレイ型振動子のうち１−２乃至１−（ｎ　＋ｌ　）
が選択され、超音波の送受信が行われる。この送受信方
向での断層像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ストアされ
る。このように、複数の振動子が振動子選択用スイッチ
１１により１本ずつシフトするように選択駆動されるこ
とによって生体内が走査される。

既に述べたように所定の場所を流れる血流の速度を観測
するには同一場所からのデータ数が多いほど計測制度が
良いことが知られていおり、特にクラッタ信号を十分抑
える必要がある場合（例えばクラッタ信号成分が極めて
多きな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モード像と競べ
て時間がかかり、リアルタイム性が極端に損なわれるこ
とになる。このリアルタイム性を改善する一つの方法と
してセクタ走査法では並列時受信法が提案されている。

第１０図はその方法を示したものであり、送受信方向ａ
に対して受信方向がｂ−１、ｂ−２の２方向となるよう
に受信回路を構成する。ただしこの場合ｂ−１方向とｂ
−２方向の各々の方向に対して受信指向性を有した２系
統の受信整相加算回路が必要となる。例えば送信では比
較的広いビーム幅をもった超音波を送信する。一方、受
信ビーム方向は送信ビーム方向に対して士Δθ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２△θだけ隣接した２つの方向の走査が同時に完了
する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このように複数方向から同時に受信する
装置で、効率よく送受信を行うため第１１図に示すよう
にａ〜１．ａ−２の如く、複数方向に同時に送信する装
置で、送信遅延データ量の増加を防ぐため、従来１方向
に送信し１方向で受信する装置で持っている遅延データ
によるビーム方向の中で、所望のビーム方向に最も近い
ビーム方向を与える遅延データを用いて、送信、受信を
おこなう場合、送信する方向によっては異なる送信ビー
ム間で位相干渉により送信エネルギーを打ち消し合い、
感度が劣化するという問題点があった。

本発明は、係る事情に着目してなされたもので、その目
的とするところは、超音波の各送信ビームを複数方向へ
同時に送信する制御を行っている際、その各送信ビーム
の相互間での位・相干渉による送信エネルギーの打ち消
し合いを回避することができる超音波診断装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記の目的を達成するため、超音波走査方向
に沿って配列された複数の超音波振動３から放射される
各送信ビームを複数方向へ同時に送信する制御を行える
送信制御手段と、この送信制御手段の制御下で前記複数
の超音波振動子から生体へ各送信ビームが送信されるこ
とにより当該複数の超音波振動子で受信されたエコー信
号を基に、表示画面上に超音波画像を表示している際、
超音波画像を表示するために用いる走査線に対し送信ビ
ーム及び受信ビームで作られる合成ビームを最も近付け
ることができる値に設定された送信及び受信の各遅延デ
ータを用いて送信指向特性及び受信指向特性を制御する
ビーム指向特性制御手段と、 このビーム指向特性制御手段の制御下で送信ビーム間の
位相干渉を回避させる位相干渉回避手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。

（作用） 本発明による超音波診断装置の構成であれば、送信制御
手段の制御下で超音波画像を画像表示している際、ビー
ム指向特性制御手段によって送信指向特性及び受信指向
特性を改善する制御を行うと同時に、位相干渉回避手段
によって送信ビーム間の位相干渉を回避させるから送信
ビーム間での位相干渉による送信エネルギー０打ち消し
合いを回避させることができる。

（実施例） 第１図は、本発明が適用された一実施例の超音波診断装
置の要部概略を示すブロック図である。

この一実施例の超音波診断装置は、超音波プローブ１０
が振動子選択用スイッチ１１を介して送信系１２及び受
信系１３に接続された回路構成を、システムコントロー
ラ１４により動作制御するようになされている。

これらの各部において、超音波プローブ１０は、複数の
超音波振動子をアレイ状に配列して成り、超音波のリニ
ア電子走査を可能とするものである。

送信系１２は、超音波プローブ１０を介して超音波の送
信を行うものであり、パルス信号を発生するパルス発生
器及びこのパルス信号を遅延する送信用遅延回路を有し
てなる。

受信系１３は、超音波プローブ１０より被検体に向けて
送信した超音波に起因して生じる被検体よりの反射成分
を受信するものであり、受信用遅延回路及び加算器を有
してなる。なお、この受信系１３の後段回路は従来装Ｗ
（第９図参照）と同様であるので省略する。

システムコントローラ１４は、システム全体の制御中枢
として機能するとともに、送信制御手段及びビーム指向
特性制御手段及び位相干渉回避手段としての各機能を併
せ持つものである。そして、送信制御手段の機能は、超
音波プローブ１ｏの各超音波振動子から送信される各送
信ビームを複数方向へ同時に送信する制御を行うもので
ある。また、ビーム指向特性制御手段の機能は、超音波
プローブ１０の各超音波振動子で受信されたエコー信号
を基に、表示画面（第９図に示すＴＶモニタ参照）上に
超音波画像を表示している際、超音波画像を表示するた
めに用いる走査線に対し送信ビーム及び受信ビームで作
られる合成ビームを最も近付けることができる値に設定
された送信及び受信の各遅延データを用いて送信指向特
性及び受信指向特性を制御するものである。また、位相
干渉回避手段の機能は、超音波プローブ１０の各超音波
振動子に対し供給する各超音波信号に対し、ビーム指向
特性制御手段の機能よりそれぞれ与えられる各送信遅延
データに所定のオフセットを持たせることを行うもので
ある。

第２図は、第１図における送信系１２の詳細を示すブロ
ック図であり、超音波プローブ１ｏの各超音波振動子ｍ
−１〜ｍ＋ｌ＋１等が振動子選択スイッチ１１を介して
各送信用遅延回路１２Ｂに対応させて接続されている。

このような送信系１２の構成の場合、振動子Ｎｏ、（ナ
ンバー）と送信用遅延時間との関係は第４図に示す通り
となる。この場合、超音波プローブ１０の各超音波振動
子のうち例えばｍ−１乃至ｍ＋１＋、ｌの振動子を用い
て超音波ビームを送信すると、偶数番目の振動子の駆動
パルスには第２図の点Ａに送信ビームが収束するように
遅延時間が与えられ、また奇数番目の振動子の駆動パル
スには第２図の点Ｂに送信ビームが収束するように遅延
時間が与えられる。このような遅延時間は各送信用遅延
回路１２Ｂによって付与される。なお、この各々の遅延
時間は、ｍ−１乃至ｍ＋ｌ＋ｌの全振動子を用いて点Ａ
または点Ｂに収束する場合の遅延時間と同じであれば、
超音波ビームの送信に際して遅延時間データが増大する
ことはない。

一方、エコー信号を受信する受信系１３は、第３図のブ
ロック図に示すように、第１の振動子群は、ｍ−丈′乃
至ｍ十愛−の２更′＋１本で構成され、その中心はｍに
ある。そして、第２の振動子群はｍ＋ｌ−髪′乃至ｍ＋
１十愛′の２更′＋１本で構成され、その中心はｍ＋ｌ
である。一般には（１”−１’であることが望ましいが
これには限定されない。゛また１−ｘ−、吏′である必
要もない。

このような受信系１３の構成の場合、振動子番号と受信
遅延時間との関係は第５図及び第６図に示す通りとなる
。この場合、←−１−−１’とすれば送信用振動子ｍ−
４１乃至ｍ＋１十更によって送信された超音波は被検体
内で反射された後、ｍ−更′乃至ｍ　＋　ｌ　＋ｆｌ−
で受信される。但し受信用振動子ｍ−１−乃至ｍ＋ｌ−
よって受信された各受信波は遅延回路１３Ｂ−ａにおい
て受信ビームが第３図の点Ａに収束するように所定の遅
延時間が与えられ加算器１３Ｃ−ａにて加算合成される
。

一方、受信用振動子ｍ＋１−愛°乃至ｍ＋１十愛′によ
って受信された信号は第３図の点Ｂに受信ビームが収束
されるように遅延回路１３Ｂ−ｂにおいて所定の遅延時
間が与えられ加算器１３Ｃ−ｂにて加算合成される（こ
の場合ｍ＋１−ｆｌ”乃至ｍ＋ｌまでは受信波は２系統
の受信遅延回路に供給される）。

次に、ｍ＋２−！Ｌ−乃至ｍ＋３十更−の振動子を用い
て超音波の送受信を行う。但し、前記同様に例えば偶数
番目の振動子の駆動パルスには点Ａに送信ビームが収束
されるように遅延時間が与えられ、また奇数番目の振動
子の駆動パルスには点Ｂに送信ビームが収束されるよう
に遅延時間が与えられる。また、ｍ　＋　２−愛゛乃至
ｍ　＋　２＋交−及びｍ＋３−愛′乃至ｍ＋３十更′及
びｍ＋３−文′乃至ｍ　＋３　＋　１−の振動子によっ
て２方向の受信を行い、それぞれの受信波は前記同様２
系統の整相加算が行われて後、後段回路において血流速
度の平均値や分散値やパワー値が得られる。

このようにして本実施例では送信振動子群の中心が素子
２本分を１単位として移動されながらリニア電子走査が
行われる。従って、本実施例によれば、リニア電子走査
による従来装置に比して２倍のスピードでデータ収集が
行われ、従って血流イメージングのリアルタイム性が改
善される。

ところで、ビームを正面に送信するのではなく斜めにビ
ームを振るときには、各素子での送信遅延時間は第７図
に示すようになる。しかし、このままであると、２つの
送信ビームの位相干渉によりエネルギーが低下し、送受
信感度が劣化してしまう。

そこで、本実施例では、システムコントローラ１４０位
相干渉回避手段の機能を用いて、第８図に示すように２
つの送信ビームの位相が合うように送信遅延時間にオフ
セットを与えることにしている。こうすることにより、
２つの送信ビームの位相干渉によりエネルギーが低下し
送受信感度が劣化するという問題が、わずかな遅延時間
データの増加のみで解決される。

以上は血流イメージングのり゛アルタイム性について述
べてきたが、断層像（Ｂモード像）についても同様であ
ることはいうまでもない。また受信遅延回路をディジタ
ル化することによって回路規模をあまり増やすことなく
、本発明を実施し得る。

以上の説明では２方向量時受信の場合について述べてき
たが、これに限定されるものでなく、３方向以上の場合
についても本発明を適用できる。この場合にもディジタ
ル遅延回路はその回路規模を大きくすることなく実現で
きる利点を有している。

一般に送信及び受信用振動子群をに個形成し、Ｋ系統の
送受信遅延回路を備えることによってに方向からの同時
受信が可能となるが、この場合は送信ビームの走査間隔
は受動振動子群の中心間隔のに倍となる。ここで受信振
動子群の中心が必ずしも一致する必要は無い、また送受
信振動子群の数を一致させる必要も無い。例えば送信振
動子群を２．受信振動子群を３としても構わない。更に
それぞれの振動子の中心間隔を振動素子間隔の整数倍と
する必要もない。

なお、上記の並列同時送受信はコンベックス電子走査法
においても有効である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、送信指向特性及び
受信指向特性を制御している際に、異なる送信ビーム間
の位相干渉を回避でき、これにより位相干渉による送信
エネルギーの打ち消しないを回避できるから、良好な感
度で表示に供する信号を得ることができることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された一実施例の超音波診断装置
の要部概略を示すブロック図、第２図は第１図における
送信系の詳細を示すブロック図、第３図は第２図におけ
る受信系の詳細を示すブロック図、第４図は超音波ビー
ムを正面に送信した場合の振動子Ｎｏ、　　と送信用遅
延時間との関係を示す特性図、第５図及び第６図は超音
波ビームを正面に送信した場合の振動子Ｎｏ、と受信用
遅延時間との関係を示す特性図、第７図はリニア電子走
査で斜めに２方向に同時送信した場合の従来処理による
振動子Ｎｏ、　　と送信用遅延時間との関係を示す特性
図、第８図はリニア電子走査で斜めに２方向に同時送信
した場合の本発明処理による振動子Ｎｏ、と送信用遅延
時間との関係を示す特性図、第９図は従来の超音波診断
装置の回路構成を示すブロック図、第１０図はセクタ電
子走査における並列同時受信時の説明図、第１１図はセ
クタ電子走査における並列同時受信時に２方向（こ向６
すて同時送信した時の説明図である。 １０・・・超音波プローブ １１・・・振動子選択用スイ・ソチ １２・・・送信系　　　　　１３・・・受信系１４・・
・システムコントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波操作方向に沿って配列された複数の超音波
   振動子から送信される各送信ビームを複数方向へ同時に
   送信する制御を行える送信制御手段と、 この送信制御手段の制御下で前記複数の超音波振動子か
   ら生体へ各送信ビームが送信されることにより当該複数
   の超音波振動子で受信されたエコー信号を基に、表示画
   面上に超音波画像を表示している際、超音波画像を表示
   するために用いる走査線に対し送信ビーム及び受信ビー
   ムで作られる合成ビームを最も近付けることができる値
   に設定された送信及び受信の各遅延データを用いて送信
   指向特性及び受信指向特性を制御するビーム指向特性制
   御手段と、 このビーム指向特性制御手段の制御下で送信ビーム間の
   位相干渉を回避させる位相干渉回避手段と、を具備する
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）前記位相干渉回避手段は、前記複数の超音波振動
   子に対し供給する各超音波信号に対し前記ビーム指向特
   性制御手段よりそれぞれ与える各送信遅延データに所定
   のオフセットを持たせることを特徴とする請求項１記載
   の超音波診断装置。