JPH0580217B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被検体からの超音波エコー信号の超
音波送信レベル依存を検出する超音波診断装置に
関するものである。

従来の技術 最近、高周波、例えば10MHz程度以上の超音波
を用いる高分解能な超音波診断装置の臨床への応
用が盛んに試みられている。一方、超音波の周波
数を上昇させると、その伝搬に伴う非線形な波形
の歪現象が顕著になることが知られており、例え
ばウルトラサウンド イン メデイシン アンド
バイオロジー（Ultrasound in Medcine＆
Biology），vol6，No.４，1980，PP345−359等に
記載されている。このような周波数帯では、診断
応用の範囲内の超音波送信レベルの増加に対し
て、超音波エコー信号のレベルが線形に増加しな
いという問題も顕著となる。以下、第３図を参照
して従来の送、受信回路について説明する。

第３図において１００は超音波を発生する超音
波トランスデユーサ、１０１は超音波トランスデ
ユーサ１００を駆動する送信回路、１０２は超音
波トランスデユーサ１００からの受信信号を受信
する受信回路、１０３は被検体である。

以下、上記従来例の動作について説明する。送
信回路１０１において発生した駆動パルスは、超
音波トランスデユーサ１００に加えられ、超音波
トランスデユーサ１００は超音波パルスを発生す
る。発生した超音波送信パルスは被検体１０３の
中を伝播し、被検体１０３の中の音響的不連続性
により反射され、超音波エコー信号となり、超音
波トランスデユーサ１００において受信信号に変
換され、受信回路１０２に導かれる。一般に超音
波エコー信号はそのレベルが小さく、とりわけ超
音波周波数が高い場合には被検体１０３の中での
減衰が大となり、超音波エコー信号のレベルは更
に小さくなる。このため、特に被検体１０３の深
い部位からの超音波エコー信号を得る場合には、
より大きな超音波送信パルスを発生させるため、
送信回路１０１の出力レベルを可変にすることも
行われている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような従来の構成では、単純に
送信回路１０１の出力レベルを増大した場合、非
線形現象が大となり、超音波診断装置の分解能の
低下につながるという問題点があつた。

以下、第４図を参照して、超音波送信パルスの
被検体１０３への伝搬に伴う超音波の非線形現象
を説明する。第４図ａにおいて、実線で示す波形
は、非線形現象により波形歪を生じた超音波パル
スの例、第４図ｂにおいて実線は同じく非線形現
象により生じた音場分布の歪の例であり、第４図
ａ，ｂにおいて破線はそれぞれ現象が線形である
と仮定した場合のものである。このような非線形
現象は、線形の近似が成立つ場合に比べて実質的
に超音波パルスの分解能の劣化に対応することに
なり、このような現象の存在するもとで、断層像
を得ることは好ましくない。そして従来において
は、このような超音波エコー信号の超音波送信レ
ベルに対する非線形現象を検出し、診断情報とし
て用いることはできなかつた。

そこで、本発明は従来技術の以上のような問題
を解決するもので、超音波エコー信号の超音波送
信レベルに対する非線形現象を検出することがで
き、これにより分解能を向上させ、あるいは新た
な診断情報表示を行なうこともできるようにした
超音波診断装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技
術的な手段は、被検体に対し強弱２種の強度の超
音波パルスを発生するトランスデユーサと、その
トランスデユーサに対する駆動パルスを発生する
パルス発振器と、そのパルス発振器が発生する駆
動パルスの出力レベルを前記トランスデユーサが
強弱２種の強度の超音波パルスを発生する如く制
御するレベル制御部と、前記トランスデユーサの
被検体に対する超音波パルスにより、被検体から
の超音波反射信号を受信して強弱２種の強度の
各々の反射信号を照射出力に反比例した増幅度に
設定された利得に増幅する可変利得部と、その可
変利得部の出力であるアナログ信号をデジタル信
号に変換するアナログ／デジタル変換器と、前記
アナログ／デジタル変換器の出力である強弱２種
のデジタル反射信号の一方を記憶する第１のメモ
リと、前記アナログ／デジタル変換器の出力であ
る強弱２種のデジタル反射信号の他方を記憶する
第２のメモリと、その第１、第２のメモリ各々に
記憶されているデジタル反射信号を減算処理する
ことにより総合的に等しい反射出力の差を得る演
算部と、前記レベル制御部の出力レベルと可変利
得部の利得を反比例の条件で設定制御する総合感
度制御部とを備え、 前記パルス発振器と前記レ
ベル制御部とで超音波送信部を構成し、また前記
可変利得部と前記アナログ／デジタル変換器と前
記２つのメモリと前記演算部とで一時記憶補正演
算部を構成したものである。

作 用 本発明の技術的手段による作用は次のようにな
る。即ち、総合感度制御部により超音波送信部の
レベル制御部と一時記憶補正演算部の可変利得部
を制御し、超音波送信部より異なる超音波送信レ
ベルで超音波パルスを発生し、被検体より得た受
信信号を一時記憶補正演算部のメモリで一時記録
し、その受信信号レベルを減算することにより非
線形現象が主因となつて生じたエコー波形の差部
分を検出し、診断情報として提供することができ
る。

すなわち、被検体に強弱２種の強度の超音波を
照射し、各々の反射信号を照射出力に反比例した
増幅度で増幅することで総合的に等しい反射出力
となるようにして得た反射強度の差を得ることに
より、非線形歪を殆ど生じないサイドローブ波に
よる受信信号をキヤンセルし、非線形歪を生じる
メインローブ波のみによるエコー情報から、高分
解能な断層像あるいは新たな診断情報を得ること
ができる。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例に
ついて説明する。

第１図は本発明の一実施例における超音波診断
装置のブロツク回路図である。第１図において、
１は超音波トランスデユーサ、２はパルス送信部
で、これら超音波トランスデユーサ１及びパルス
送信部２により超音波送信部が構成されている。
パルス送信部２はパルス発振器３と、このパルス
発振器３の出力レベルを変化させるレベル制御部
とにより構成されている。パルス送信部２が出力
する駆動パルスは超音波トランスデユーサ１に加
えられ、超音波トランスデユーサ１は超音波送信
パルスを発生する。発生した超音波送信パルスは
被検体５の中の音響的不連続性により反射され、
超音波エコー信号となり、超音波トランスデユー
サ１において受信信号に変換される。６はプリア
ンプ、７は一時記憶補正演算部で、これらプリア
ンプ６と一時記憶補正演算部７により受信部が構
成され、上記超音波トランスデユーサ１において
変換された受信信号がプリアンプ６に導かれる。
一時記憶補正演算部７はプリアンプ６の出力レベ
ルを制御する可変利得部９、可変利得部９の出力
をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１０、Ａ／Ｄ変換
器１０の出力を一時記憶するメモリ１１，１２、
メモリ１１，１２の出力を減算する演算部１３と
より構成されている。１４は総合感度制御部で、
パルス送信部２のレベル制御部４と一時記憶補正
演算部７の可変利得部９を制御する。１５は演算
部１３の出力が導かれる表示部である。

以上のような構成において、以下その動作を説
明する。

まず、総合感度制御部１４がレベル制御部４の
出力レベルを「Ｔ」、可変利得部９の利得「Ｒ」
に設定し、上記のようにパルス送信部２の駆動パ
ルスにより超音波トランスデユーサ１より超音波
送信パルスを発生させる。この超音波送信パルス
は被検体５の中を伝播し、被検体５の中の音響的
不連続性により反射して超音波エコー信号とな
り、超音波トランスデユーサ１において受信信号
に変換する。この受信信号をプリアンプ６に導
き、利得制御部９により出力レベルを制御し、
Ａ／Ｄ変換器１０によりデジタル化し、メモリ１
１にエコー情報として記憶する。次の超音波送信
パルスを発生させる場合には、総合感度制御部１
４はレベル制御部４の出力レベルと可変利得部９
の利得を特定の関係、即ち反比例の関係、例えば
出力レベルを「2T」、可変利得部９の利得を
「Ｒ／２」に設定し、上記と同様にしてメモリ１
２にエコー情報を記憶する。次にこれらメモリ１
１と１２の内容を演算部１３において減算し、そ
の結果を表示部１４に表示する。この場合、被検
体５の中で生じる超音波エコー信号のレベルがパ
ルス送信部２の駆動パルスのレベルに線形に比例
する場合には、可変利得部９の出力は駆動パルス
に依存せず、同一波形となり、演算部１３の出力
はキヤンセルされる。しかしながら、被検体５の
中を伝搬する超音波送信パルスに非線形歪が生じ
る場合には、超音波エコー信号のレベルが送信部
２の駆動パルスのレベルに比例しない場合があ
り、演算部１３の出力はキヤンセルされず、被検
体５の非線形性に対応した結果が得られる。

このような結果が得られる場合について第２図
を用いて詳しく説明する。第２図は被検体断面の
モデル図である。第２図において、２１は超音波
トランスデユーサ１に設けられた回転軸、２２は
回転軸２１を中心とする扇形の走査領域、２３は
被検体５の伝搬媒体、２４，２５はそれぞれ伝搬
媒体中の反射体である。反射体２４に比べ反射体
２５の反射強度がきわめて大であり、超音波トラ
ンスデユーサ１のサイドローブ波による反射体２
５の超音波エコー信号がメインローブ波による反
射体２４の超音波エコー信号よりも大きい場合、
一般には反射体２４と２５の超音波による分離識
別は難しい。しかし、この場合でも、超音波送信
パルスのメインローブ波におけるレベルが非線形
歪を生じる程度の値であり、一方、サイドローブ
波におけるレベルが非線形歪を殆んど生じない程
度のレベルであれば、上記のようにサイドローブ
波によるエコー情報をキヤンセルし、メインロー
ブ波のみによる高分解能な像を得ることが可能と
なる。

このように本実施例によれば、超音波送信部の
レベル制御４、受信部の一時記憶補正演算部７及
び総合感度制御部１４を用い、送信超音波パルス
のメインローブにおける非線形歪を利用し、サイ
ドローブ波による受信信号をキヤンセルすること
により高分解能な断層像等を得ることが可能とな
る。

なお、以上の説明では演算部１３の出力におい
て、サイドローブ波による受信エコー信号が完全
にキヤンセルされる例を示したが、完全にキヤン
セルされない場合でもかなりの効果が期待でき
る。また演算部１３の入力に二つのメモリ１１，
１２を用いたが、一方のメモリを省いても減算を
実行することは可能である。またレベル制御部４
等は送信超音波パルス発生毎にそのレベルを変え
る例を示したが、断層像が完成する毎にそのレベ
ルを変えてもよい。その場合にはメモリ１１、あ
るいはメモリ１２、あるいはメモリ１１と１２は
画像メモリとなる。またパルス送信部２をパルス
発振器３とその出力に設けられたレベル制御部４
により構成したが、パルス発振器３の電源電圧を
変えることにより駆動パルスのレベルを変えるよ
うに構成してもよく、この場合にはレベル制御部
４はパルス発振器３の可変電圧電源に相当させて
もよい。また可変利得部９の出力をＡ／Ｄ変換器
１０に接続したが、可変利得部９の出力とＡ／Ｄ
変換器１０の入力の間に対数増幅器、あるいは検
波器、あるいは対数増幅器と検波器の両方を設け
てもよい。また可変利得部９をプリアンプ６の出
力に設けたが、デジタル乗算器等により可変利得
部９を構成することにより、可変利得部９をＡ／
Ｄ変換器１０の出力あるいは演算部１３の入力等
に設けてもよい。また一時記憶の手段としてＡ／
Ｄ変換器１０とメモリ１１，１２による構成の例
を示したが、CCD等のアナログメモリによる構
成も可能である。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれ
ば、超音波送信部のレベル制御部と一時記憶補正
演算部の可変利得部を総合感度制御により制御
し、送信超音波パルスのレベルと受信利得を制御
補正し、異なる送信超音波パルスレベルのエコー
情報を減算するようにしているので、サイドロー
ブ波による受信信号をキヤンセルし、メインロー
ブ波における非線形歪部分に起因するエコー情報
を抽出し、高分解能な断層像あるいは新たな診断
情報を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波診断装置の一実施例を
示すブロツク回路図、第２図は被検体断面のモデ
ル図、第３図は従来の超音波診断装置を示すブロ
ツク回路図、第４図ａは非線形現象説明用の超音
波パルス波形図、第４図ｂは非線形現象説明用の
音場分布図である。 １……超音波トランスデユーサ、２……パルス
送信部、３……パルス発振器、４……レベル制御
部、５……被検体、６……プリアンプ、７……一
時記憶補正演算部、９……可変利得部、１０……
Ａ／Ｄ変換器、１１，１２……メモリ、１３……
演算部、１４……総合感度制御部、１５……表示
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検体に対し強弱２種の強度の超音波パルス
   を発生するトランスデユーサと、 そのトランスデユーサに対する駆動パルスを発
   生するパルス発振器と、 そのパルス発振器が発生する駆動パルスの出力
   レベルを前記トランスデユーサが強弱２種の強度
   の超音波パルスを発生する如く制御するレベル制
   御部と、 前記トランスデユーサの被検体に対する超音波
   パルスにより、被検体からの超音波反射信号を受
   信して強弱２種の強度の各々の反射信号を照射出
   力に反比例した増幅度に設定された利得に増幅す
   る可変利得部と、 その可変利得部の出力であるアナログ信号をデ
   ジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器
   と、 前記アナログ／デジタル変換器の出力である強
   弱２種のデジタル反射信号の一方を記憶する第１
   のメモリと、 前記アナログ／デジタル変換器の出力である強
   弱２種のデジタル反射信号の他方を記憶する第２
   のメモリと、 その第１、第２のメモリ各々に記憶されている
   デジタル反射信号を減算処理することにより総合
   的に等しい反射出力の差を得る演算部と、 前記レベル制御部の出力レベルと可変利得部の
   利得を反比例の条件で設定制御する総合感度制御
   部とを備え、 前記パルス発振器と前記レベル制御部とで超音
   波送信部を構成し、また前記可変利得部と前記ア
   ナログ／デジタル変換器と前記２つのメモリと前
   記演算部とで一時記憶補正演算部を構成している
   ことを特徴とする超音波診断装置。