JPH08131444A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 開口合成法に基づき素子の配列ピッチを越え
た走査線密度を得、走査線密度を向上させ優れた画質の
超音波断層像を得る。 【構成】 メモリ用マルチプレクサ７は、書き込みアド
レス発生回路１７にて指定された第１及び第２波形メモ
リ部１５、１６の記憶番地にＡ／Ｄコンバータ６を介し
た超音波素子Ｔ１〜Ｔｎの出力を時系列的な超音波走査
線データとして選択的に送り出す。第１及び第２合成処
理部８、９は、第１及び第２読みだしアドレス発生部１
８、１９により、全体コントロール部１３の制御に基づ
き第１及び第２波形メモリ部１５、１６に格納された時
系列的な超音波走査線データを読み出す。読み出された
超音波走査線データは、第１及び第２加算回路２０、２
１により開口合成法によって合成され２方向の超音波走
査線が形成され画像構成部１０に出力され、高密度な超
音波断層像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を生体に送波
し、生体組織からの反射信号を受信して、高い走査線密
度で生体内の超音波断層像を得るに関する。

【０００２】

【従来の技術】人体などの生体に超音波を送信し、生体
の組織で反射したエコー信号を受信して、生体内の断層
像を得る超音波診断装置は診断医療の分野において広く
用いられ、重要な役割を担ってる。特に複数の超音波振
動素子（以下、素子と記す）をアレイ状に配列し、これ
らの素子を順次一定時間と一定間隔で電子的に高速で切
り換えることで断層像を得る、電子走査型の診断装置が
主流となっている。

【０００３】この種の診断装置の中に“開口合成法”と
呼ばれる手法を応用したものがあるが、まず図４を用い
てこの手法の原理を説明する。

【０００４】図４において、Ｔ１〜Ｔ５は素子で、直線
状に配列されている。まず、これらの素子を走査させて
順次超音波パルスＴＷを送信し、送信した素子と同じ素
子で反射体Ｐからのエコー信号ＲＷを受信して記録す
る。

【０００５】次に、反射体Ｐの超音波像を形成するため
に、反射体Ｐにフォーカスを結ぶ処理を行う。すなわ
ち、各素子と反射体Ｐ間を超音波が往復するのに要する
時間だけずれた、時間位置にあるエコー信号同士を加算
すればよく、開口径（１度に合成する範囲）をＬと仮定
すると、図中の双曲線Ｓ（以下、波面ローカスと書くこ
ととする）上にあるエコー信号の振幅、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３を加算することに相当する。このような処理を、フォ
ーカスを結ぶ位置を時間（距離）方向ｔに順次移動しな
がら行い、図中ＧＬのような超音波走査線を形成する。

【０００６】実際の装置においては、各素子からの受信
信号を一旦Ａ／Ｄ変換し、画像化領域からのエコー信号
を時系列データとしてすべて１つの合成処理部のメモリ
に格納した後、上述した開口合成法に基づく処理を行
う。そして開口径を素子のピッチ分だけ順次移動しなが
ら、同様の処理を繰り返して行い、画像化領域すべての
超音波走査線を形成していくように構成している。

【０００７】なお、波面ローカスを読みだし専用書き換
え不可能のメモリ（ＲＯＭなど）に蓄えておくように構
成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の開口合成法による超音波診断装置の走査方法は、開口
径を素子の配列ピッチ分だけ順次移動させて行うもので
あった。

【０００９】このような走査方法で超音波走査線の密度
を向上させるには、走査ピッチを小さくする必要がある
が、走査ピッチの最小値は振動素子の配列ピッチが限界
である。このためさらに走査線の密度を向上しようとす
れば、振動素子の配列ピッチを狭くしなければならな
い。しかしこのことは、振動素子自体を小さくすること
にも通じ、送受波エネルギーの観点から、そして振動素
子の機械的強度と加工の観点から限界があり問題であ
る。また、探触子に対するリード線の本数が増大するこ
とにもなり、探触子の取扱いが容易でなくなるという問
題も生じている。

【００１０】また、走査線を補間して、見かけ上走査線
密度を向上させる画像処理的な方法もある。しかし、補
間法では実際の分解能を向上させることができないの
で、例えば隣合う２つの点反射体があり、これが補間の
基礎になる２本の走査線に現れていれば、この２本の走
査線により補間された走査線上に本来現れるはずのない
反射が現れることになる。

【００１１】さらに、電子走査型の超音波診断装置にあ
っては、微小セクタスキャンと呼ばれる走査線の増加方
法がある。この方法は、例えばリニア走査型の探触子に
おいて、同時駆動のために選択された振動子群に属する
各振動子について、付与される遅延量を微小に変化させ
ることにより、前記振動子群により送受波される超音波
ビームを左右に微小角度づつ傾けてそれぞれ走査線を得
るものである。画像処理的な方法と異なり、増加された
走査線は他の走査線とは独立に生成されたものなので、
分解能も走査線の増加に応じて向上する。

【００１２】しかし、超音波ビームの走査中に上記の遅
延量の変化を与える必要があるので、時間的な問題か
ら、予めプログラムされた遅延のパターンに従って、遅
延線の遅延量を選択していくという極めてハードウエア
よりの装置構成をとらざるを得ない。このため、画像を
観察しながら、走査線の本数や走査線の傾き角等を変更
することが困難であるといった問題がある。

【００１３】さらに、波面ローカスデータはＲＯＭなど
の読みだし専用書き換え不可能なメモリに格納されてい
た。

【００１４】しかし、波面ローカスの形状は、合成しよ
うとするフォーカス点と探触子の各振動素子との空間距
離に応じて定まるため、使用する探触子を素子の配列形
状の異なる、たとえばリニア型からコンベックス型に交
換する場合は、波面ローカス用ＲＯＭもコンベックス専
用のものに交換しなければならない。たとえ同じ型の探
触子であっても配列ピッチが変われば同様であり、種類
の異なる探触子の交換に容易に対応できないという問題
がある。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、開口合成法に基づき素子の配列ピッチを越えた
走査線密度を得ることで、走査線密度を向上して優れた
画質の超音波断層像を得ることのできる超音波診断装置
を提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の超音波
診断装置は、所定の走査方向に沿った各走査点毎に、被
検体に超音波を送受波して取得した複数の超音波反射信
号を、各々記憶する記憶手段と、前記走査方向の隣合う
各走査点間に設定された点を起点とする所定の超音波ビ
ームプロファイルを与える波面軌跡に沿った振幅データ
を、前記記憶手段に記憶されている前記超音波反射信号
から読み出して、超音波画像を構成する走査線を合成す
る合成処理手段とを備え、合成処理手段で走査方向の隣
合う各走査点間に設定された点を起点とする所定の超音
波ビームプロファイルを与える波面軌跡に沿った振幅デ
ータを記憶手段に記憶されている超音波反射信号から読
み出して超音波画像を構成する走査線を合成すること
で、開口合成法に基づき素子の配列ピッチを越えた走査
線密度を得て、走査線密度を向上して優れた画質の超音
波断層像を得ることを可能とする。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて述べる。

【００１８】図１ないし図３は本発明の一実施例に係わ
り、図１は超音波診断装置の構成を示す構成図、図２は
図１の第１及び第２読みだしアドレス発生部の構成を示
す構成図、図３は図１の第１合成処理部及び第２合成処
理部の作用を説明する説明図である。

【００１９】（構成）本実施例の超音波診断装置は、図
１に示すように、観察対象である反射体Ｐに超音波パル
ス１４を照射しエコーを検出するｎ個の超音波素子Ｔ１
〜Ｔｎからなるリニア型探触子１と、リニア型探触子１
の超音波素子Ｔ１〜Ｔｎを切り換えるためのマルチプレ
クサ２と、マルチプレクサ２を介して超音波素子Ｔ１〜
Ｔｎに対してパルスを送信すると共に超音波素子Ｔ１〜
Ｔｎからのエコー信号を受信する送受信信号切り換え回
路３と、送受信信号切り換え回路３にパルス出力する送
信パルス発生回路４と、送受信信号切り換え回路３を介
して受信した超音波素子Ｔ１〜Ｔｎからのエコー信号を
増幅する受信信号増幅回路５と、受信信号増幅回路５で
増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ６
と、Ａ／Ｄコンバータ６からの信号を切り換えて出力す
るメモリ用マルチプレクサ７と、メモリ用マルチプレク
サ７からの信号を入力し第１及び第２の超音波走査線を
生成する第１合成処理部８（合成処理手段）及び第２合
成処理部９と、第１合成処理部８及び第２合成処理部９
からのそれぞれの超音波走査線を取り出し超音波画像を
生成する画像構成部１０と、画像構成部１０からの超音
波画像を表示する画像表示部１１と、超音波素子Ｔ１〜
Ｔｎの配列ピッチ、配列形状等の情報を入力し探触子情
報をを設定する探触子設定部１２と、探触子設定部１２
からの探触子情報に基づき第１合成処理部８、第２合成
処理部９及び画像構成部１０等の各構成要素を制御する
全体コントロール部１３とを備えて構成されている。

【００２０】第１合成処理部８及び第２合成処理部９
は、超音波素子Ｔ１〜Ｔｎに対応したｎ個の第１波形メ
モリ１５−１〜１５−ｎ及び第２波形メモリ１６−１〜
１６−ｎよりなる第１波形メモリ部１５及び第２波形メ
モリ部１６（記憶手段）をそれぞれ備えている。そし
て、全体コントロール部１３の制御による書き込みアド
レス発生回路１７からの書き込みアドレスによりメモリ
用マルチプレクサ７からの超音波素子Ｔ１〜Ｔｎ毎の超
音波走査線データをそれぞれ時系列的に交互に格納する
ようになっている。つまり、メモリ用マルチプレクサ７
は、書き込みアドレス発生回路１７にて指定された各第
１波形メモリ部１５及び第２波形メモリ部１６の記憶番
地にＡ／Ｄコンバータ６の出力を選択的に送り出すよう
になっている。また、第１合成処理部８及び第２合成処
理部９は、それぞれ、第１波形メモリ部１５及び第２波
形メモリ部１６の読みだしアドレスである第１読みだし
アドレス及び第２読みだしアドレスを発生する第１読み
だしアドレス発生部１８及び第２読みだしアドレス発生
部１９を備えており、全体コントロール部１３の制御に
より第１波形メモリ部１５及び第２波形メモリ部１６に
格納された時系列的な超音波走査線データを読み出すよ
うになっている。読み出された超音波走査線データは、
第１加算回路２０及び第２加算回路２１により開口合成
法によって合成して２方向の超音波走査線を形成するよ
うになっている。そして、形成された２方向の超音波走
査線は第１ラインメモリ２２及び第２ラインメモリ２３
を介して画像構成部１０に出力され、高密度な超音波断
層像が得られるようになっている。

【００２１】第１読みだしアドレス発生部１８は、図２
に示すように、第１波形メモリ１５用の波面ローカスを
記憶する第１波面ローカスメモリ２４を備えて構成され
ており、書き込みアドレス発生回路２５の書き込みアド
レスにより波面ローカスを格納し読みだしアドレス発生
回路２６の読みだしアドレスにより格納した波面ローカ
スを読み出すことができるように構成されている。ま
た、第２読みだしアドレス発生部１９も同様であり、第
２波形メモリ１６用の波面ローカスを記憶する第２波面
ローカスメモリ２７を備え、書き込みアドレス発生回路
２８の書き込みアドレスにより波面ローカスを格納し読
みだしアドレス発生回路２９の読みだしアドレスにより
格納した波面ローカスを読み出すことができるように構
成されている。

【００２２】なお波形メモリ１５，１６はそれぞれ２次
元構成であり、行が素子Ｔ１〜Ｔｎに対応し、列が探触
子からの距離に対応している。また、波形メモリ１５，
１６への入力データラインＷＤＩは共通にしてあり同じ
データを書き込むように構成している。

【００２３】（作用）まず、全体コントロール部１３の
指示で、マルチプレクサ２とメモリ用マルチプレクサ７
を素子Ｔ１および波形メモリ１５−１，１６−１に切り
換える。

【００２４】そして、この状態で送信パルス発生回路４
の出力によりマルチプレクサ２を経て素子Ｔ１を駆動
し、超音波パルスＴＷを生体内に送り込む。

【００２５】この超音波パルスＴＷによる生体組織から
の反射波ＲＷを素子Ｔ１で受信し、この信号をマルチプ
レクサ２を経て受信増幅回路５に入力して適切な振幅レ
ベルに増幅する。受信増幅回路５の出力はＡ／Ｄコンバ
ータ６に入力されディジタル信号に変換した後、メモリ
用マルチプレクサ７を経て、波形メモリ１５−１と１６
−１に時系列データとして格納する。

【００２６】次に全体コントロール部１３の指示で、マ
ルチプレクサ２およびメモリ用マルチプレクサ７を、素
子Ｔ１から素子Ｔ２へ、波形メモリ１５−１から１５−
２、１６−１から１６−２へ切り換えて、同様にして送
受信を行い、生体組織からの反射波を時系列データとし
て波形メモリ１５−２と１６−２へ格納する。

【００２７】以上の処理を繰り返して、すべての素子Ｔ
１〜Ｔｎの信号を波形メモリ１５と１６に格納してい
く。その後、２つの波形メモリ１５，１６に格納した波
形データを開口合成法により合成して、２方向の超音波
走査線を形成する。ここではこの方向を図３に示すよう
に、一方（方向ＤＩＡ）は素子の位置に対応するよう
に、他方（方向ＤＩＢ）は素子間隔の１／２の位置に対
応するように設定されている。

【００２８】ところで、開口合成のアルゴリズムは、従
来技術で述べたように、波面ローカス上にある受信信号
の振幅を加算して合成結果を得るというものであり、超
音波走査線の方向は波面ローカスで定まる。

【００２９】このことを図３に戻って説明すると、波面
ローカスＳＡのように、その双曲線の頂点ＳＡＴが素子
Ｔ３に対応して位置するように設定すると、方向ＤＩＡ
の超音波走査線が形成される。また、波面ローカスＳＢ
のように、その双曲線の頂点ＳＢＴが素子Ｔ３とＴ４の
間隔の１／２の位置に対応するように設定すると、方向
ＤＩＢの超音波走査線が形成される。

【００３０】これらの波面ローカスに相当するのが、読
みだしアドレス発生部１８と１９でそれぞれ生成される
読みだしアドレスＲＡとＲＢである。そして、このＲＡ
とＲＢはそれぞれ波形メモリ１５と１６に入力される。

【００３１】波形メモリは、ＲＡとＲＢの指定した位置
に格納されている、受信信号の振幅データＥＡとＥＢを
出力する。これらを加算回路２０と２１に入力し、所定
の２方向の合成結果ＧＡとＧＢが得られる。このＧＡと
ＧＢはそれぞれラインメモリ２２と２３に同時に記憶さ
れる。

【００３２】この記憶された合成結果は、全体コントロ
ール回路１３の指示で短時間に交互に読みだされ、逐次
画像構成部１０に送られここで検波した後に振幅値をグ
レイスケールなどに対応させて白黒の輝度値に変換し、
画像表示部１１で表示される。 そして、アドレス発生
部１８と１９は、波面ローカスの位置が時間（距離）方
向に順次移動するようにＲＡとＲＢを生成していき、上
記の処理を行うことで、図３のＧＡＬとＧＢＬのような
超音波走査線が形成される。この後、読みだしアドレス
発生回路１８と１９は、波面ローカスの位置が走査方向
に素子のピッチ分だけ順次移動するようにアドレスＲＡ
とＲＢを生成しながら同様の処理を繰り返して行い、画
像化領域全ての超音波走査線が次々と形成されていく。

【００３３】このようにして、超音波走査線密度が２倍
に向上した、超音波断層像が得られる。

【００３４】つまり、本実施例では、反射体から得られ
た受信信号は、複数の合成処理部に送られ、複数の合成
処理部それぞれに同じ受信信号が書き込まれる。その
後、前記複数の合成処理部のそれぞれで、開口合成法に
基づき複数の受信信号を合成して、所定方向の複数の超
音波走査線を作成するという作用をもつ。

【００３５】そして、方向の設定は素子の位置に対応す
る方向と素子の配列ピッチよりも狭い位置に対応するよ
うになされていて、複数の合成処理部のそれぞれで、合
成開口の中心軸がそれぞれ、素子の配列ピッチよりも狭
いピッチで移動されるように構成しているので、素子の
配列ピッチを越えた走査線密度が得られ、高画質の超音
波画像が得られる。

【００３６】なお、本実施例においては合成処理部を２
系統として説明したが、これに限らず、さらに多くの合
成処理部を設けてもよく、こうすることで、さらに超音
波走査線密度を向上することができる。

【００３７】次に、種類の異なる探触子への対応につい
て説明する。つまり、本実施例は１台の超音波診断装置
で、被検体の観察対象物により、様々な素子間隔を有す
る探触子や円弧状あるいは円環状に形成されたコンベッ
クス型、ラジアル型の探触子を使用可能としたものであ
る。

【００３８】上記の作用の項で述べたように、波面ロー
カスは、ＲＡＭなどの書き換え可能なメモリに格納する
ようにしており、全体コントロール部１３の指示で内容
を容易に書き換えられるようにしている。

【００３９】つまり、探触子を交換したなら、図１の探
触子設定手段１２で、探触子に適合する波面ローカスを
求めるために必要な情報（素子の配列ピッチ、配列形状
など）を設定する。全体コントロール部１３はこれらの
設定情報に基づき、２種類の波面ローカスＷＤＡとＷＤ
Ｂを計算して読みだしアドレス発生部１８と１９へそれ
ぞれ入力する。ここでＷＤＡとＷＤＢは図３のＳＡとＳ
Ｂにそれぞれ相当する。このとき全体コントロール部１
３は、コントロール信号ＳＥＬＡ，ＳＥＬＢで、波面ロ
ーカステーブル用メモリ２４と２５への書き込みアドレ
ス発生回路２５と２８を動作させて、前記ＷＤＡとＷＤ
Ｂをそれぞれ書き込み、波面ローカス用メモリ２４，２
５の内容を書き換える。

【００４０】以後、読みだしアドレス発生部１８，１９
は新たな波面ローカス用メモリ２４，２５の内容を、読
みだしアドレス発生回路２６，２９で読みだし、ＲＡと
ＲＢを発生する。

【００４１】このようにして、探触子への交換に対応す
ることができる。

【００４２】なお本実施例においては波面ローカスは計
算して求めるようにしているが、これに限らず複数の探
触子に対応した波面ローカスデータを複数記憶してお
き、探触子設定手段１２の指示で波面ローカスデータを
選択するようにしても同様の効果を得ることができる。

【００４３】（付記項１） 前記走査線方向に沿った各
走査点を起点とする所定の超音波ビームプロファイルを
与える波面軌跡に沿った振幅データを、前記記憶手段に
記憶されている前記超音波反射信号から読み出して、超
音波画像を構成する走査線を合成する第２の合成処理手
段（図１の第２合成処理部９）と、前記合成処理手段と
前記第２の合成処理手段にて合成された各走査線を各起
点の位置に応じて順次配列して超音波画像を構築する画
像構築手段（図１の画像構成部１０）とを備えたことを
特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

【００４４】（付記項２） 前記所定の走査線方向に沿
った各走査点毎に取得した超音波反射信号をデジタル信
号に変換するＡＤ変換手段（図１のＡ／Ｄコンバータ
６）を有し、前記記憶手段は、前記走査線毎に、前記デ
ジタル信号に変換された超音波反射信号を時系列的に記
憶する２次元に配列されたデジタルメモリであることを
特徴とする付記項１に記載の超音波診断装置。

【００４５】（付記項３） 前記合成処理手段及び前記
第２の合成処理手段は、それぞれ、前記波面軌跡を格納
するローカスメモリ（図２の第１波面ローカスメモリ２
４及び第２波面ローカスメモリ２７）と、前記ローカス
メモリをして波面軌跡に沿った複数の読み出しアドレス
データを前記記憶手段に出力させる波面軌跡読み出し回
路を備える波形読み出し部（図２の読みだしアドレス発
生回路２６、２７）と、前記波形読み出し部から出力さ
れる前記複数の読み出しアドレスデータに対応するアド
レスに記憶されている前記記憶手段の前記複数の振幅デ
ータを加算する加算部（図１の第１加算回路２０及び第
２加算回路２１）とを有することを特徴とする付記項２
に記載の超音波診断装置。

【００４６】（付記項４） 前記ローカスメモリは、前
記超音波ビームプロファイルを構成する複数の波面軌跡
を格納しており、前記波形読み出し部は、前記複数の波
面軌跡を順次、前記読み出しアドレスデータとして前記
記憶手段に出力することを特徴とする付記項３に記載の
超音波診断装置。

【００４７】（付記項５） 前記ローカスメモリは、書
換可能なメモリであり、前記波形読み出し部は、前記ロ
ーカスメモリに、前記波面軌跡を書き込む書き込みアド
レスを発生する波面軌跡書き込みアドレス発生部（図２
の書き込みアドレス発生回路２５、２８）を有すること
を特徴とする付記項４に記載の超音波診断装置。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波診断
装置によれば、合成処理手段で走査方向の隣合う各走査
点間に設定された点を起点とする所定の超音波ビームプ
ロファイルを与える波面軌跡に沿った振幅データを記憶
手段に記憶されている超音波反射信号から読み出して超
音波画像を構成する走査線を合成するので、開口合成法
に基づき素子の配列ピッチを越えた走査線密度を得、走
査線密度を向上させ優れた画質の超音波断層像を得るこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
を示す構成図

【図２】図１の第１及び第２読みだしアドレス発生部の
構成を示す構成図

【図３】図１の第１合成処理部及び第２合成処理部の作
用を説明する説明図

【図４】開口合成法の原理を説明する説明図

【符号の説明】

１ リニア型探触子 ２ マルチプレクサ ３ 送受信信号切り換え回路 ４ 送信パルス発生回路 ５ 受信信号増幅回路 ６ Ａ／Ｄコンバータ ７ メモリ用マルチプレクサ ８ 第１合成処理部 ９ 第２合成処理部 １０ 画像構成部 １１ 画像表示部 １２ 探触子設定手段 １３ 全体コントロール部 １４ 超音波パルス １５ 第１波形メモリ １６ 第２波形メモリ １７ 書き込みアドレス発生回路 １８ 第１読みだしアドレス発生部 １９ 第２読みだしアドレス発生部、 ２０ 第１加算回路、 ２１ 第２加算回路、 ２２ 第１ラインメモリ、 ２３ 第２ラインメモリ、 ２４ 第１波面ローカスメモリ、 ２５、２８ 書き込みアドレス発生回路、 ２６、２９ 読みだしアドレス発生回路、 ２７ 第２波面ローカスメモリ、 Ｔ１〜Ｔｎ 超音波素子 Ｐ 反射体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 1/00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の走査方向に沿った各走査点毎に、
   被検体に超音波を送受波して取得した複数の超音波反射
   信号を、各々記憶する記憶手段と、 前記走査方向の隣合う各走査点間に設定された点を起点
   とする所定の超音波ビームプロファイルを与える波面軌
   跡に沿った振幅データを、前記記憶手段に記憶されてい
   る前記超音波反射信号から読み出して、超音波画像を構
   成する走査線を合成する合成処理手段とを備えたことを
   特徴とする超音波診断装置。