JPH069562B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH069562B2
JPH069562B2 JP8768884A JP8768884A JPH069562B2 JP H069562 B2 JPH069562 B2 JP H069562B2 JP 8768884 A JP8768884 A JP 8768884A JP 8768884 A JP8768884 A JP 8768884A JP H069562 B2 JPH069562 B2 JP H069562B2
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ultrasonic diagnostic
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ultrasonic
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俊雄 小川
晋一郎 梅村
景義 片倉
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は反射法による音速計測可能な超音波診断装置に
関する。
〔発明の背景〕
近年組織鑑別(Tissue Characterization)の研究が内
外で活発に進められているが、音速計測は重要な課題と
なっている。従来の音速計測法としてはシングアラウン
ド(Sing Around)法や超音波コンピュータトモグラフ
ィ(Computer Tomography)があるが透過法であるた
め、被検者の体内音速を計測するには限界がある。
一方、反射法による音速計測法として同一ターゲットに
対し、2方向から超音波ビームを照射し、生体と音響カ
ップリング液との界面での屈折を利用する方法がある。
しかし、この方法は2個の探触子の位置精度、演算処理
の煩雑さなどの問題がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高分解能超音波診断装置により反射法
により簡便に生体音速を計測する方法ならびに装置を提
供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、多重リング振動子、または配列振動子の各素
子の送受波信号の振幅、位相を制御することにより超音
波ビームを収束させる反射型超音波診断装置において、
遅延時間が可変な受波信号遅延手段と、上記遅延時間を
順次変化させる制御手段と、遅延により整相された反射
体からの受波信号の収束を自動的に検出する手段と、収
束時の遅延時間から音速を計算する演算手段と、計算さ
れた音速を表示する表示手段とを有する構成に特徴があ
る。
〔発明の実施例〕
以下、図面により詳細に説明する。第1図は従来のリニ
ア型超音波診断装置の説明図であり、1〜Nは探触子に
配列された電気音響変換素子(以下に配列素子と呼
ぶ)、1〜nは送受波口径D内の配列素子である。送受
波口径位置をa,b,cと順次移動させることにより超
音波ビームはa′,b′,c′と移動する。この従来装
置では送受波口径はほゞ同一であり、コスト・パーフォ
マンスから比較的小口径が採用されている。
第2図は本発明の一実施例であり、送波口径Dと受波
口径Dが異口径、かつ受波口径Dが従来装置に比
し、大口径となっている。従って、焦点Pの付近の送受
波指向特性はほゞ受波口径Dにより決定され、分解能
R、焦点深度Lはそれぞれ次式で与えられる。
R=λ/D ………(1) ここでλ:波長,X:焦点Pの深度方向位置(焦点距
離)である。例えば焦点Pの深度方向位置(焦点距離)
X=100mm、波長λ=0.43mm,受波口径D=64mm
のとき、分解能R=0.007(rad)=0.4(deg)、焦点深度L
=4mmとなる。
このように、高分解能かつ焦点深度が浅くなると、媒質
中の音速度の影響が大きくなる。換言すると装置設計時
の設定音速が被検体の媒質中の音速と大きくずれている
と、高分解能は得られない。
第2図に示すように、焦点Pの深度方向座標をX、受波
口径内のある素子の横方向座標をY(座標原点は口径中
心)とし、焦点Pで生じる反射音波の波面が口径中心に
到達してから上記の素子に到達するまでの遅延時間をτ
(Y)、対象の媒質内の音速の初期値をVとすれば となる。ここで右辺は幾何形状のみで決定される値であ
る。
したがって、各配列素子の受波信号に上記の式(3)か
ら導く遅延時間τ(Y)を補償する遅延時間分布を与
えて加算すれば、媒質内の音速がVであった場合に上
記Pの位置を焦点とする収束音波ビームによる反射波応
答を表わす応答信号が得られる。そこで、一般に収束音
波ビームを用いる超音波断層像撮影装置では、撮像対象
の媒質内音速をある代表的な値に想定し(以下これを想
定音速とする)、これに基いて複数素子からの受波信号
を整相する整相器にて与える遅延時間分布を設定してい
る。
一方、本実施例では、上記想定音速を初期値Vから順
次変化させ、それぞれの値に対応して深度Xの焦点を実
現する遅延時間分布を与えながら送受波を繰り返す。対
象の真の音速がVであれば、想定音速Vに対応する遅延
時間分布、つまり次式に従う遅延時間τ(Y)を補償す
る遅延時間分布を各素子の受波信号に与えて整相した
時、深度Xの反射体の画像が最も良くフォーカスする。
となるはずである。
式(3),(4)より、媒質の正確な音速Vは V=V・τ(Y)/τ(Y) …(5) となり、V,τ(Y)は既知であるので、τ(Y)
を知れば音速Vが計測されることになる。
第3図は実施例の装置の1チャンネル分の受波遅延回路
の回路図である。10は遅延回路、11はA−D変換
器、12はラインメモリ、13はタイミング発生器、1
4はクロック発生器である。15は入力端子、16は出
力端子である。いまクロック発生器14のクロック周波
数fのとき、遅延回路10の遅延時間をτ(Y)と
すれば、クロック周波数をf0Pに変化したときの遅延時
間τ(Y)は となる。したがって第3図の遅延回路でクロック発生器
14のクロック周波数を変化させることにより各素子の
受波信号に与える遅延時間、ひいては想定する媒質音速
を変化させることができ、深度Xの像がフォーカスした
ときの想定音速を対象の媒質音速と決定できる。クロッ
ク周波数の初期値fに対応する想定音速Vは既知で
あるから、クロック周波数をf0Pとしたとき深度Xの像
がフォーカスすれば対象の媒質中の音速Vは次式により
求められる。
このように可変遅延手段のクロック周波数の変化f0P
と初期音速Vから媒質中の正確な音速Vを計測さ
れることになる。同時に深度Xも確定する。
深度Xの反射体がフォーカスされているか否かは装置の
操作者の観察による方法が考えられるが、主観が入りや
すい欠点がある。
第4図は実施例で採用した自動フォーカスの説明図であ
る。第4図(a)は超音波撮像装置の表示器に表示された
点反射体像の模式図であり、その位置は(x,y
である。ここでxは深度方向、yは配列素子方向とす
る。第4図(b)にy=yにおけるAモード波形を実
線で、検波波形を点線で示す。この検波波形のピーク値
をAとする。第4図(b)にx=xにおける表示器の
Z信号を示す。これは装置の方位方向ビームパターンで
あり、第1零点のビーム幅をBとする。第4図(c)は第
4図(b)の検波波形Aと、第3図のクロック発生器1
4の周波数fとの関係を示す。第4図(c)においてはク
ロック周波数の初期値fとは異なる値f0Pでピーク
値Aが最大となり点ターゲット像がフォーカスされる。
同様に方位分解能Bが最小となるようにクロック周波数
fを可変としてもよいことは明らかである。
第4図(a)において点反射体像の位置x,yを決定
するには、カーソル41,42により用手法により設定
する。
第5図は実施例の全体構成を示す。本実施例では第4図
で説明した自動フォーカスを実現する。20は配列振動
子、21は全配列素子から送受波口径を選択する切換
器、22は前置増幅器、23は加算器、24は圧縮回
路、25は検波回路、26は画像メモリ、27は画像表
示器である。前述したように、受波口径Dを大きくし
て、送受波がくりかえされる。その送波、受波口径の中
心位置は切喚器21により素子配列方向に順次移動さ
れ、つまり音波ビームのy方向のスキャンが成されて第
4図(a)のような一画面が完成する。この一連の送受波
くり返しは、自動フォーカスのために発振器14のクロ
ック周波数を順次変更しながらさらにくり返えされる。
28は自動フォーカス検出回路であり例えば「山登り
法」によりフォーカス点を検出する。29は式(7)によ
りクロック周波数の変化から音速を計算する演算回路、
30は音速表示器、31は操作パネルであり、点ターゲ
ットの位置x,yを入力する。
かかる構成によれば、カーソル位置yが切換器21に
入力し、送受波口径を選択する。受波信号は前置増幅器
22、遅延手段10、加算器23をへて位相合わせさ
れ、圧縮回路24、検波回路25をへて、第4図(b)
の検波波形が得られる。この検波波形は自動フォーカス
検出回路28に入力する。
自動フォーカス回路28においてスキャン方向y=y
における1ライン分の検波波形から深度x=xの近傍
の信号が切り出され、クロック信号発生器14のクロッ
ク周波数fを第4図(c)に示すように初期値fから漸
増させ、検波波形のピーク値Aが最大となるクロック周
波数f0Pを自動的に検出する。
このようにしてf0Pが決定されると演算回路29におい
て式(7)による計算が実行され、音速Vが音速表示器3
0に表示される。
以上の説明では画像メモリ26の動作の説明を省略し
た。しかし、第4図(b)に示すビームパターンのビー
ム幅をパラメータとする場合にはこの画像メモリ26の
深さx=xにおける1ラインデータを用い、ビーム幅
Bが最小となるようにクロック周波数を変化させる必要
がある。
以上の実施例においては振動子と反射体との間の平均音
速を計測するものである。
しかし、生体を対象とした場合一般に媒質音速は不均一
であるので各部の音速を計測する必要が生ずる。
第6図は不均一音速媒質のモデルとして深度方向に層構
造をなす場合につき、本発明を説明する。
反射体P,P,…,Pの深度をx,x,…,
とし、各層I,II,…,IV内の音速をV,V
…,Vとする。
第I層内は均一媒質であるから、第I層と第II層の境界の
反射体Pがフォーカスするようにすることにより、音
速Vと深度xが決定される。
次に第I層と第II層との境界の反射体Pがフォーカス
するように第II層の音速Vを決定する。同時に深度x
が決定される。つまり、深度x2のフォーカス位置
で、波形ピークAの最大値、もしくは方位分解能(ビー
ム巾)Bの最小値を得る想定音速Vは層Iと層IIの平均
音速であるから、先に求められたV1の値とx1,x2の値及
びVの値から層IIの音速V2が算出できる。以下、同様
にして逐次各層の音速と深度V,V;x,x
計測が可能である。
この方法によれば、第6図(c)に示すように均一媒質
(I)の中に球形の媒質(II)のような異質物質が存在
している場合も、反射体P,Pを図示のように設定
することにより異質物質中の音速を計測可能である。
第6図の音速の逐次計測の実施例としては前述第5図の
クロック発生器のクロック周波数が深度すなわち時間と
ともに変化することになる。
第5図の実施例では全チャンネルの遅延手段を同一クロ
ック周波数で制御する構成であるため、その切換時刻は
受波口径の中心のチャンネルの切換時刻が基準となる。
しかし、第6図(a)の反射体Pからの散乱波はP
中心とした球面波であるのに対し、各層は振動子面に平
行であるため、正確には各々のチャンネル毎にクロック
発生器を具備し、周波数切換時刻を各チャンネル毎に、
各反射体毎にダイナミックに設定する必要がある。
第6図(a)の場合、不均一媒質の各層I〜IV内では均一と
仮定したが、生体を対象としたとき各層内でも不均一で
あることがある。
第7図はこの場合の各部音速計測法についての本発明の
実施例であり、d〜dは部分口径、P〜P10は各
反射体である。
まず、深度xの反射体P〜Pについて部分口径d
〜dを用いて深度x=0とx=xとの間の音速を
計測する。次に深度xの反射体P〜Pについて、
それぞれ部分口径d+d,d+d,d+d
を用いて、深度x=xとx=xとの間の音速を計測
する。以下同様に逐次、反射体P〜P10について計測
する方法である。
以上述べたように本発明によれば反射法により媒質中の
平均音速を自動的に計測可能である。
また、深度方向に不均一な媒質の場合においても近距離
側から逐次各部内の音速を計測することが可能となる。
このようにして得られた生体組織の音速データは組織鑑
別に有用であり医学上寄与する所が大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の説明図、第2図は本発明の原理を示
す説明図、第3図は本発明の実施例の主要部を示すブロ
ック図、第4図は本発明の実施例の画面、及び動作を示
す図、第5図は本発明の実施例の全体構成を示すブロッ
ク図、第6図,第7図は本発明の応用例を示す図であ
る。 10…可変遅延手段、11…A/D変換器、14…クロ
ック発生器、28…自動フォーカス検出回路、30…音
速表示器。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配列する複数の電気音響変換素子を用いて
    対象物への超音波の送受波を行ない、対象物からの反射
    信号である受波信号の振幅あるいは位相処理により対象
    物の撮像を行なう超音波診断装置において、各電気音響
    変換素子での所定深度位置からの受波信号の位相を調整
    するための位相調整手段と、該位相調整手段の出力を加
    算する加算手段と、複数の位相調整状態のそれぞれの状
    態における前記加算手段の出力を比較し、少なくとも前
    記位相調整手段の動作を制御し自動的に受波信号の収束
    の判定を行なう自動判定部を有することを特徴とする超
    音波診断装置。
  2. 【請求項2】前記自動判定部は前記加算手段の出力の強
    度あるいは前記加算手段の出力の方位方向での分布の幅
    に基づいて受波信号の収束の判定を行なうことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の超音波診断装置。
  3. 【請求項3】単一の制御手段により前記位相調整手段は
    配列する各電気音響変換素子に対して遅延時間を付与し
    受信信号の位相調整を行なうことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の超音波診断装置。
  4. 【請求項4】配列する複数の電気音響変換素子の送受波
    信号の振幅あるいは位相を制御することにより超音波ビ
    ームを収束させる超音波診断装置において、前記複数の
    電気音響変換素子からの受波信号に遅延時間の分布を与
    えて加算することにより所定深度位置に収束する受波ビ
    ームによる超音波の反射波応答を表わす応答信号を形成
    する整相手段と、対象物内部の反射体の位置を設定する
    手段と、前記対象物内で想定する想定音速を自動的に変
    更する想定音速変更手段と、前記整相手段において各電
    気音響変換素子からの各受波信号に与える遅延時間の分
    布を前記想定音速に対応して自動的に変更させる遅延時
    間分布設定手段と、前記想定音速の変更ごとに前記整相
    手段で得た応答信号を比較する手段とを有し、配列する
    複数の電気音響変換素子と前記反射体との間の平均音速
    を自動的に計測し表示することを特徴とする超音波診断
    装置。
  5. 【請求項5】前記対象物内に異なる深度の複数の反射体
    を設定し、近距離深度から各反射体の間の音速を遂次計
    測することを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の
    超音波診断装置。
  6. 【請求項6】前記対象物内に複数の異なる深度のそれぞ
    れの深度に複数の反射体を設定し、近距離深度からそれ
    ぞれの深度の間の音速を、それぞれの深度ごとに受波口
    径を変化させて遂次計測することを特徴とする特許請求
    の範囲第4項に記載の超音波診断装置。
  7. 【請求項7】前記超音波送受波手段は送波口径よりも大
    きな受波口径により送受波を行なうことを特徴とする特
    許請求の範囲第4項に記載の超音波診断装置。
  8. 【請求項8】前記電気音響変換素子の配列方向に送受波
    の開口位置を順次移動させながら送受波を繰り返すこと
    を特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の超音波診断
    装置。
JP8768884A 1984-05-02 1984-05-02 超音波診断装置 Expired - Lifetime JPH069562B2 (ja)

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JPS60232136A JPS60232136A (ja) 1985-11-18
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