JPH0798042B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波を用いて生体の断層像を得る超音波診
断装置に係わり、特に高精度の受信ダイナミックフォー
カスを実現することにより、画像端部の分解能劣化を低
減し、画質の大幅な向上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） 超音波パルスを、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で
は、配列型（アレイ型）超音波振動子（プローブ）が使
われており、これ等の超音波振動子の各々を駆動し超音
波を発生させ、生体内からの反射波が、前記振動子によ
って受信される。このとき、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。

第３図にこの種の超音波診断装置の従来例を示す。第３
図は、リニア電子走査型超音波診断装置のブロック図を
示したもので、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、送信遅延回路2B−１〜2B−Ｎ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
えられたのち振動子駆動回路（パルサ）2C−１〜2C−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
動子選択スイッチ11によってＮ本のアレイ型超音波振動
子１−１〜１−Ｎのうち所定のＭ本（例えば１−１〜１
−Ｍ（Ｍ＜Ｎ））が選択駆動され、超音波が生体内に放
射される。

一方、生体内から反射された超音波ビームは前記アレイ
型超音波振動子１−１〜１−Ｎによって受信されるが、
振動子１−１〜１−Ｍの受信信号のみが振動子選択スイ
ッチ11によってプリアンプ3A−１〜3A−Ｎに送られ、さ
らに受信遅延回路3B−１〜3B−Ｎに送られる。ここで、
前記送信遅延回路2B−１〜2B−６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受信信号と加算される。

この加算器3Cの出力信号は一方は断層像を表示するため
のＢモード処理系４へ、また、もう一方は、血流情報を
算出するためのＤモード処理系５へ送られて所定の信号
処理が施される。まず、Ｂモード処理系４では対数増幅
器4Aにおいて信号振幅が対数変換されたのち、包絡線検
波回路4Bにて受信信号の包絡線が検出され、A/D変換器
（A/D−Ｃ）4Cを通った後画像メモリ6Aにストアされ
る。

つぎに、Ｄモード処理系５について述べる。加算器3Cの
出力は、位相検波回路5Aa,5Abで、基準信号発生器5B、
π/2移相器5Cにより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（π/2）位相の異なった位相検波出力は、ローパス
フィルタ（L.P.F）5Da,5Dbを通ってA/D変換器（A/D−
Ｃ）5Ea,5Ebを通り、その後図示しないバッファメモリ
に一旦ストアされる。

ドップラ信号を得るには、同一場所を所定間隔で走査
し、これにより得られる血球からの反射信号につき、そ
の単位時間内の位相シフト量（ドップラシフト量）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
ーム収束用遅延量とを全く同じくして10回同一場所を走
査し、これにより得られた受信信号を、前記同様にドッ
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10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。このとき、各々の反射信号には血球のように移動
している物体からの反射と、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とが混在しており、しか
も後者が支配的になっている。したがって、まず、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10ケの信号を、MTIフィルタ5
Fa,5Fbに入力する。MTIフィルタ技術はレーダ分野にお
いて一般に知られている技術であるためその詳細につい
ては省略する。

そして、MTIフィルタ5Fa,5Fb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前記10ケのデータを用い、周
波数分析が行なわれて、そのスペクトルの中心あるいは
広がり（分散）が算出されて、その値は画像メモリ5G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
ップラ信号とが得られる。

つぎに、振動子選択スイッチ11によって前記アレイ型超
音波振動子１−１〜１−Ｎのうち１−２〜１−（Ｍ＋
１）が選択され、超音波の送受信が行なわれる。この送
受信方向での断層信号とドップラ信号とが前記同様に得
られ、これらは各々画像メモリ6A内の断層像メモリと血
流信号メモリにストアされる。

（発明が解決しようとする課題） このように、リニア電子走査方式ではアレイ型超音波振
動子１−１〜１−Ｎは振動子選択スイッチ11により１本
づつシフトして選択駆動されることによって、生体内を
走査することができる。この場合、従来の走査では同時
駆動振動子数を常に一定にする方法と、端部走査におい
ては振動子数を減らす方法がある。

例えば、前者の方法では、全振動子数をＮ、同時駆動振
動子数Ｍとすれば、１−１〜１−Ｍの振動子を用いた走
査からスタートして１−（Ｎ−Ｍ＋１）〜１−Ｎの振動
子を用いた（Ｎ−Ｍ＋１）番目の走査で終了して１枚の
断層像と血流信号による血流イメージングが得られる。
この場合、振動子Ｍ本分に相当する面積が画像化されな
いため視野が狭くなってしまう。

これに対して端部走査は、振動子を減らす方法では視野
はあまり狭くならないが、端部ほど少ない振動子で走査
を行なうため、超音波ビームの収束が十分に行なわれ
ず、良好な画質が得られない。

そこで本発明の目的は、分解能の低下を抑え広い視野幅
の画像を得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） 本発明は上記目的を達成するために、配列された複数の
振動子のうち一部の振動子群をシフトさせつつ選択駆動
することによって生体内を超音波走査し、超音波情報を
得る超音波診断装置において、 前記複数の振動子の配列端部側に対応する前記生体の前
記超音波情報を得る場合に、超音波ビームの送信指向性
を振動子配列方向に対してほぼ直角方向に向け且つ受信
指向性を振動子配列方向に対し外側に向ける制御手段を
備えることを特徴とするものである。

（作用） 上記構成の本発明によれば、振動子の配列端部側に対応
する前記生体の前記超音波情報を得る場合に、超音波ビ
ームの送信指向性を振動子配列方向に対してほぼ直角方
向に向け且つ受信指向性を振動子配列方向に対し外側に
向けることにより、受信時の振動子数を大幅に減らす必
要がないため分解能の低下がなくなり、しかも超音波情
報としての画像は視野幅が広いものとなる。

（実施例） 以下、本発明に係る超音波診断装置の一実施例を図面を
参照して説明する。先づ、実施例の説明に先き立ち、本
発明の原理を説明する。

本発明の走査の模式図を図２に示す。本発明を実現する
には、従来でも広く用いられてきた受信ダイナミック収
束法が必要となる。受信ダイナミックフォーカス法とは
受信時刻にともなって収束点をプローブ（振動子）から
順次遠方に設定し、走査方向の反射波が常に収束され受
信する技術である。

本発明では、断層像の中心部では従来と同様に第２図
（ａ）のように、振動子配列方向と直角方向において超
音波の送受信がおこなわれる。第２図（ａ）における斜
線部は、分解能の劣化が生じる部分を示している。一
方、端部での走査では、第２図（ｂ）のように、超音波
は外側方向に向けて受信がおこなわれる。リニアアレイ
型プローブの振動子数をＮとし、１回の超音波の送受信
に使用される素子数をＭとする。この場合、１枚の断層
像はｎ回の異なるｎ方向の走査によって作られ、最も左
端部の１番目の走査は、前記アレイ型プローブの１−１
から１−ＭまでのＭ本の振動子を用いて行なわれる。

すなわち、１番目の走査の深さ方向を微小区間に分割
し、その各々の区間内で前記Ｍ本の振動子による受信超
音波ビームを収束させ、この収束部分からの受信信号の
みを抽出して前記微小部分の画素を構成する。２番目の
走査でも同様である。すなわち、２番目の走査の深さ方
向を１番目の走査方向と同様に微小区間に分割し、アレ
イ型プローブの振動子１−１から１−Ｍを用い、前記微
小区間にビーム収束を行なう。同様な動作は、ほぼM/2
番目の走査まで繰返され、（M/2＋１）番目の走査にお
いては、１−１から１−Ｍの振動子が使用されて従来と
同様に使用されるＭ本の振動子の中心と走査位置とが一
致するようになる。以上は左端部について述べたが右端
部においても同様であるため、説明は省略する。

本発明によって得られる端部の超音波画像は、受信の指
向性によって決定されるものであり、送信時には弱い指
向性をもった超音波ビームで走査してやればよく、例え
ば、従来のように振動子の数を少なくして送信を行なっ
てよい。ただし、この場合、振動子数が減少したことに
よって送信パワーが減りS/N劣化を招く。この問題点を
解決するために、端部における送信では、振動子の駆動
電圧を大きくしてやる方法でもよい。端部の画像を得る
場合、超音波の送信方向は、振動子配列方向と直角の方
向でもよいし多少外側に偏向していてもよいが、偏向さ
せる場合には、１回の送信ではあらゆる深さで送信感度
を許容範囲内に抑えることは困難であるため、偏向角を
変えた複数の送信を行なってもよい。

ところで、本発明を実現するためには受信時のダイナミ
ックフォーカスの精度（すなわち間隔）を従来以上に細
かくとることが必要となる。理想的には超音波画像のピ
クセルサイズと同程度が望ましい。また端部にビームを
収束させるためには長時間遅延が要求される。このた
め、従来のアナログ遅延回路では十分な遅延特性を得る
ことが困難となり、デジタル遅延回路の使用が望まし
い。

第１図は、本発明の一実施例として受信回路をディジタ
ル化（ディジタル整相加算方式）した超音波診断装置の
ブロック図である。先づ超音波断層像を表示する場合の
回路構成について説明する。装置の基本構成は、リニア
アレイ型プローブ１と、送信系２と、ディジタル受信系
10と、Ｂモード処理系８と、映像系６とからなる。

以下ディジタル化に関連した部分のみにつき説明する。
ディジタル受信系10は、プリアンプ10A（10A−１〜10A
−Ｎ）と、A/D変換器10B（10B−１〜10B−Ｎ）と受信遅
延回路をなすRAM（ランダム・アクセス・メモリまたは
シフトレジスタ）10C（10C−１〜10C−Ｎ）と、加算器7
Eとからなる。プリアンプ10Aは、アレイプローブ１の各
振動子１−１〜１−Ｎからのエコー信号を受け、これを
後段の適当なレベルまで増幅する。A/D変換器10Bはプリ
アンプ出力をディジタル信号化する。受信遅延回路をな
すRAM10Cは、A/D変換器10Bからのチャンネルごとの出力
を一時保持した後、所定時間遅延して出力する。加算器
7Eは、遅延制御後の各チャンネルのエコー信号をディジ
タル加算し、この加算出力はディジタル化Ｂモード処理
系８に送られる。ディジタル化Ｂモード処理系８は絶対
値回路およびローパスフィルタからなる包絡線検波回路
8Aと、ROM等からなる対数変換テーブル8Bとからなる。
包絡線検波回路8Aは、エコー加算出力の包絡線を検出す
る。対数変換テーブル8Bは包絡線検波回路8Aの出力信号
振幅を対数変換して映像系６の画像メモリ6Aにストアす
る。

次に、ディジタル化Ｄモード処理系９について説明す
る。

ディジタル化Ｄモード処理系９は、ディジタル方式で直
交位相検波を実現するリサンプル回路9Aa,9Abと、クラ
ッタ成分除去のためのMTIフィルタ9Ba,9Bbと、血流デー
タを算出するためのFFT演算部やCFM像を算出するための
相関演算部等を有する演算回路9Cとからなる。リサンプ
ル回路9Aa,9Abは、エコー加算出力に対し、π/2位相の
異なる２つのサンプリングパルスによって２つの直交位
相検波出力を得る。MTIフィルタ9Ba,9Bbは、２つの直交
位相検波出力中のドプラ偏移信号に含まれている心臓や
血管の壁の動きに伴うクラッタ成分を除去する。演算回
路9Cは、血流の平均速度，分散等の血流データをFFT演
算部により周波数解析することにより算出して画像メモ
リ6Aにストアし、また、血流の速度，方向及びその位置
を相関演算部により自己相関方式等により算出し、カラ
ー処理してCFM像データを得る、これを画像メモリ6Aに
ストアする。

上記の構成の下で、本発明の制御、つまり、端部画像を
得る場合、受信指向性を外側に向けながらダイナミック
フォーカスする制御は、送信系2,振動子選択スイッチ1
1,ディジタル受信系10により行なう。また、前記受信指
向性を外側に向ける場合、その偏向角度を収束点の深度
に伴って減少させる制御についても同様であり、さら
に、前記受信指向性を外側に向ける場合、送信指向性を
振動子面に対してほぼ垂直方向に設定する制御も同様で
ある。

以上はリニア走査の場合について述べてきたが、近年セ
クタ走査、リニア走査と並び広く用いられるようになっ
た走査方法にコンベックス走査がある。セクタ走査、リ
ニア走査に用いられるプローブは、平面状の支持体上に
振動子を一列に配列したものを用いているのに対して、
コンベックス走査用のプローブは、凸面状の支持体上に
振動子を配列したものを用いている。このコンベックス
走査によって得られる断層像は扇状のもとなるが、走査
時の振動子駆動法はリニア電子走査法と同じであり、送
受信方向は同時に駆動される振動子群（例えばＭ本の振
動子）のうち中心の振動子面に対してほぼ垂直な方向で
行なわれる。従って、リニア走査時同様に、従来法では
端部の画質は劣化していたが、この場合にも本発明の適
用は可能であり、コンベックス走査によって得られる、
扇状視野の端部の画質を大幅に改善することができる。
以上は断層像用信号を得る場合について述べたが、血流
速度を測定するための超音波ドプラ法についても本法は
適用可能である。ただし、この場合の測定値は角度依存
性があるため受信ビームの偏向角が大きいときはその補
正を行なえばより正確な値を得ることができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明では、振動子の配列端部の信号を得
る場合、超音波の受信指向性を外側に偏向することによ
り、端部走査においても、受信振動子数を大幅に減らさ
ないで、分解能の低下がなく且つ広い視野幅の画像を得
ることを可能とした超音波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図は本発明の原理を示す図、第３図は
一般的な電子リニア走査型超音波診断装置のブロック図
である。 １……アレイプローブ、２……送信系、2A……パルス発
生器、2B……送信遅延回路、2C……パルサ、６……映像
系、6A……画像メモリ、6B……TVモニタ、7E……加算
器、８……ディジタル化Ｂモード処理系、8A……包絡線
検波回路、8B……対数変換テーブル、９……ディジタル
Ｄモード処理系、9Aa,9Ab……リサンプル回路、9Ba,9Bb
……MTIフィルタ、10……ディジタル受信系、10A……プ
リアンプ、10B……A/D変換器（A/D−Ｃ）、10C……シフ
トレジスタ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配列された複数の振動子のうち一部の振動
   子群をシフトさせつつ選択駆動することによって生体内
   を超音波走査し、超音波情報を得る超音波診断装置にお
   いて、 前記複数の振動子の配列端部側に対応する前記生体の前
   記超音波情報を得る場合に、超音波ビームの送信指向性
   を振動子配列方向に対してほぼ直角方向に向け且つ受信
   指向性を振動子配列方向に対し外側に向ける制御手段を
   備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記複数の振動子の配列
   端部側に対応する前記生体の前記超音波情報を得る場合
   に、超音波ビームの送信指向性を振動子配列方向に対し
   てほぼ直角方向に向け且つ受信指向性を振動子配列方向
   に対し外側に向け且つ複数段のダイナミックフォーカス
   を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載
   の超音波診断装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記超音波走査における
   受信時の超音波ビームの偏向角を、当該受信時の超音波
   ビームの収束点の深度に応じて変化させる手段を備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装
   置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、送信時にあって、前記複
   数の振動子のうち配列端部の振動子により超音波走査を
   行う場合における振動子駆動電圧を、前記複数の振動子
   の中央部の振動子により超音波走査を行う場合における
   振動子駆動電圧より高く設定する手段を備える請求項１
   乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記複数の振動子のうち
   配列端部の振動子により超音波走査を行う場合における
   送信時に駆動される振動子数及び受信時に駆動される振
   動子数のうち少なくとも一方を、前記複数の振動子の中
   央部の振動子により超音波走査を行う場合における送受
   信時に駆動される振動子数より少なく設定する手段を備
   える請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波診断装
   置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記送信指向性及び前記
   受信指向性のうち少なくとも一方をディジタル遅延によ
   り設定する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至
   ５のいずれかに記載の超音波診断装置。