JPS59108540A - 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】 本発明は超音波診断装置、特に被検体へ向けて超音波ビ
ームを送波し得られる反射エコーから被検体の診断情報
を得る超音波診断装置に関する。

近年、超音波を利用して診断を行う超音波診断装置が広
く用いられている。この超音波診断装置は、体内の組織
や臓器が異なる音響的特性を有１゛ることを利用してい
る。すなわち、超音波ビームを一定周期で繰り返して体
内に放射すると、超音波は体内を伝搬する途中異なった
組織の境界でその一部が反射されるだめ、この反射エコ
ーを検出し、ブラウン管等に表示すれば、体内組織の音
響的特性の分布を表示させることができる。その際、健
全な組織と腫瘍組織とは音響的特性が異なるので、ブラ
ウン管上に表示されたパターンから、組織内に存在する
異常の有無及びその位置を知ることができる。

このように、超音波診断装置は、被検体組織の診断を非
観血的に、しかも被曝させることなく行うことができ、
更に所望被検部位の診断画像をリアルタイムで表示する
ことができる等の優れた特徴を有している。

第１図には、従来用いられていた超音波診断装置が示さ
れており、この超音波診断装置は、探触子１０を被検体
の所定被検部位に向は接触させ超音波ビームの送受波を
行い、得られる受信エコーに基づき被検体所望被検部位
の断層面の診断画像を表示している。ここにおいて、探
触子１０を用いた超音波ビームの送波は送信器１２から
トリガパルスを探触子１０に入力することにより行われ
、この超音波ビームの送波により得られる反射エコーの
受波は探触子１０を介して受１言器１４にて行われる。

このような超音波ビームの送受波は制御回路１６により
一定の同１４ＪＪをとりつつ送信器１２、受信器Ｉ４の
動作を制御することにより繰シ返して行われる。

ところで、反射エコーは探触子１ｏにおいて電気１１τ
号に変換された後、受１言器１４に入力されるが、この
ように、受信器１４に入力される反射エコーはそのダイ
ナミックレンジが広いだめ、受信器１４のダイナミック
レンジも反射エコーのダイナミックレンジに合わすた広
いものとする必要がある。このため、従来の装置におい
ては、受信器１４を利得制御器１８で制御し、反射エコ
ーの対数増幅を行っている。

そして１、受信器１４で受信され対数増幅して出力され
た反射エコーは検波器２０にて検波され、更に映像増幅
器２２で画像処理され、ブラウン管２４上に診断画像と
して画像表示される。

ところで、このような超音波ビームの送受波により得ら
れる受信エコー中には、被検体組織に関する各種の診断
情報、例えば、周波数情報、位相情報、振幅情報、伝搬
時間情報等が含まれている。

しかし、従来の超音波診断装置においては、反射エコー
中に含まれる各種診断情報の有効な活用が図られておら
ず、例えばＡモード、Ｂモード、Ｍモードの超音波診断
装置では、振幅情報の一部及び伝搬時間情報の一部を利
用しているにすきず、またドプラ型の超音波診断装置で
は、これに加え、周波数及び位相情報の一部を利用して
いるにずき゛なかつた。このため、従来の超音波診断装
置では、得られる反射エコーから必ずしも十分な診断情
報を得ることができず、この面からの改良が必要とされ
ていた。

すなわち、従来の超音波診断装置では、第２図に示すよ
うに、反射エコー１００ａ　、　１００ｂ、　１００ｃ
中に異なる周波数情報が含まれている場合でも、その波
連長ＬＴ、　　および振幅が等しい場合には、検波器２
０を介して出力されるこれら反射エコー１００ａ、　１
００ｂ、　１００ｃの電気信号２００ａ、　２００ｂ、
　２００ｃｄ、１ｒｊ１図に示すように、波連長ＬＴ　
に相当する時間りの波長をもつ等しい信号波形となって
Ｌ斗い、反射エコー１００中に含捷れる各種の情報を有
効に利用することかできないという欠点があった。

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされたもので、
その目的は反射エコーに含捷れる情報を（ｉ幼に利用１
−１被検体の所定エコー分向における超）ｌ波ビームの
Ｍ＃Ｒ減衰周波数スペクトルを求めることかでき、この
音響減衰周波数スペクトルに基づいて被検体の診断を正
確に行うことを可能とする超音波診断装置を提供するこ
とにある。

この目的達成のだめ、本発明の装置は被検体へ向は超音
波ビームを送波し得られる反射エコーから被検体の診断
情報を得る超音波診断装置において、反射エコーをその
まま記憶する波形メモリと、波形メモリに記憶された反
射エコーから被検体内に存在する所定エコー源の前方及
び後方境界面における反射エコーを読み出しその周波数
スペクトルを求める周波数分析器と、周波数分析器によ
り求められたエコー源の前方及び後方境界面における周
波数スペクトルを差演算しエコー分肉における超音波ビ
ームの音響減衰周波数スペクトルを求める演算器と、を
備え、この演算器により求められる音響減衰周波数スペ
クトルに基づき被検体の診断を行うことを特徴とする。

次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

まず最初に本発明の原理を第３図ないし第５図に基づき
説明する。

第３図には、被検体組織３０−ａ、　３０−ｂ　　内に
厚さＬのエコー源３２が混入している音響モデルが示さ
れている。

このような音響モデルに向け、探触子１ｏがら超音波ビ
ーム３００を送波すると、この超音波ビーム３００は組
織３０−ａ内を伝搬していき、エコー源３２と組織３０
−ａ、　３０−ｂ　　との境界面Ａ、Ｂで順次反射され
、これら境界面Ａ、Ｂで反射きれなかった一部の超音波
ビームは組織３０−ｂ内を透過波４００として伝搬して
いく。

ここにおいて、各境界面Ａ、Ｂにて順次反射された反射
工ｊ　−１００ａ、　１００ｂは、再度組織３０−ａ内
を伝搬していき、受信用探触子１ｏにて受波される。

第４図には、このようにしで受波された反射エコー１０
０ａ、　１００ｂの信号波形が示きれており、第５図に
は、これら反射エコー１００ａ、　１００ｂの周Ｍ　ａ
　スペクトルが示されている。そして、周波数スペクト
ルとして示されるこれら各反射エコー１００ａ。

１００ｂ　　中には以下に述べる各種の情報が含捷れて
いる。

すなわち、組織３０−ａ、　３０−ｂ　　の音響インピ
ーダンスをそれぞれｚｌ、　Ｚａとし、エコー源３２の
音響インピーダンスをＺ２　　とすれば、エコー源３２
に向は送波された超音波ビーム３００の各境界面Ａ。

Ｂにおける反射率Ｒ１＋　Ｒ２はそれぞれ次式で表わさ
れる。

このため、これら各境界面Ａ、Ｂから反射される反射エ
コー１．００ａ、　１００ｂ中には、それぞれ各組織３
０−ａ、　３０−ｂ　　及びエコー源３２における音響
インピーダンスの比が情報として含まれている。

またこのように境界面Ａ、Ｂにおいて反射される受信エ
コー１００ａ、　１００ｂには、探触子１０から境界面
Ａｔでの減衰情報が両者に同様に含まれている。寸だ組
織３０−ａ内に薄膜組織が他のエコー源として存在して
いるような場合でも、これにより受１言エコー１００ａ
、　１００ｂの周波数スペクトル分布に変化が生ずるこ
とはない。

ま／ここのようにして得られる反射エコー１００ａ。

１００ｂ　　中には、超音波ビームを送受波する超音波
診断装置、特に探触子１０の特性に起因する誤差成分が
均等に含まれている。

以上の各種情報及び誤差成分のほかに、境界面Ｊ３から
反射される受１ｇエコー１００ｂ　　に１は、注目する
エコー源３２内における超音波の減衰情報が含まれてい
る。従って、反射エコー１００ｂ　　からこのエコー源
３２に関する減衰情報を取り出すことができれば、この
減衰情報を用いてエコー源３２に関する診断を行うこと
が可能となる。

しかし１．受信エコー１００ａ、　１００ｂ　Ｋけ、各
境界面Ａ、Ｈにおける異なる音響インピーダンスの比が
含−まれているため、その絶対値を単に比較してもエコ
ーｄぐ３２に関する減衰情報を得ることができない。と
ころが、この絶対値の周波数分布に着目してみると、第
５図から明らかなように、各反射エコー１００ａ、　１
００ｂに関する絶対値は受信エコー１００ｂ、すなわち
、遠い位置からの受［言エコーの方が高周波領域で大き
な減衰を受けているのが理解される。そこで、周波数ス
ペクトルによって示されるこのような減衰情報を利用し
て、エコー源３２に関する超音波ビーム音響減衰周波数
スペクトルを求めることができる。すなわち、第５図に
示ス受信エコー１００ａ　　の周波数スペクトルから受
信エコー１００ｂ　　の周波数スペクトルの差を求める
ことにより、第５図中に示される音響減衰周波数スペク
トル５００を得ることができる。

なお反射エコー１００ａ、　１００ｂ中に含まれる探触
子１０から境界面Ａまでの減衰情報及び探触子１０の特
性に基づく誤差情報は各受信エコー１．ＯＯａ、。

１００ｂ　　に均等に加わっているため、前述したよう
に、受信エコー１００ａ　　から受信エコー１００ｂ　
　を差演算することにより求めた超音波ビームの音響減
衰周波数スペクトル５００からは、この組織３０−ａ内
における減衰情報及び探触子１０の特性に基づく誤差情
報が除去され、エコー源３２内における減衰情報のみが
含まれていることとなる。

ここにおいて、得られる音響減衰周波数スペクトル５０
０はエコー源３２内における超音波ビームａＶ減衰が大
きいほどこの傾きが大きくなるため、受信エコー１００
ａ、　１００ｂの受信時間差しからエコー源３２の厚さ
Ｌを目測すれば、この厚さＬと音響減衰周波数スペクト
ル５００の傾きとからエコー源３２内における単位長当
たりの減哀緻周波数分布を得ることができる。

従って、このような原理を用いて、被検体動に生体の診
断を行う場合に、例えば癌細胞、腫瘍組織の超音波ビー
ムに対する音響減衰周波数スペクトルを求めておけは、
得られるエコー源３２からの音響減衰周波数スペクトル
と癌細胞あるいは腫瘍組織の音響減衰周波数スペクトル
とを比較することにより、注目するエコー源３２の診断
を正確に行うことが５丁能となる。

第６図にＩｔ：ｌ：、以北詳述した原理に基づき形成さ
れた本発明の装置の好適な実施例が示されている。

実施例において、本発明の超音波診断装置は従来の装置
を用いてブラウン管２４上眞被検体の超音波断層画像を
描かせ、この断層画像から所望の被検部位を任意に選択
し、当該被検部位の診断情報を得るように構成されてい
る。なお第１図に示す従来装置と対応する部材には、同
一符号を付しその説明を省略する。

まず探触子１０から所望の被検部位に向は超音波ビーム
を送波すると、当該被検部位からの反射エコーは探触子
１０を介して受［８器１４で受信され、更に検波器２０
で検波され映像増幅器２２で画像処理され、ブラウン管
２４上に超音波断層画像として表示される。

またこれと同時に探触子１０を介して得られる反射エコ
ーは増幅器４０を介１−て波形メモリ４２に入力され、
そのま捷の形で記憶される。このように、波形メモリ４
２には、検波器２０を介さずに探触子１０で得られた反
射エコーがその寸ま高周波信号波形を損われることなく
入力されるので、反射エコーは波形メモリ４２にＭＨｚ
帯域の原波Ｊ杉の捷ま記憶されることになる。

なお、定形メモリ４２に反射エコーを入）Ｊするに当た
って使用する増幅器４０には、リニア増！隅２咎を用い
る。

そして、ザンプル個所指示器４４を月４いて、フ゛ラウ
ン管２４上に表示された超音波診断面１象力・ら所望の
被検部位Ｑをエコー源３２として（旨示するど、その指
示信号は周波数分析器４６に入ブ３される。ここにおい
て、被検部位Ｑの指定は、第３図に示ずように、エコー
源３２の前方及び後ブ５境界面Ａ、Ｂ１７Ｊ２点を指示
する必要がある。Ｊ月波数分析器４６はザンプル個所指
示器４４力・ら入ブコされる指示信号に基つき、波形メ
モ１Ｊ４２力１ら被４黄音昏位Ｑの境界＋ｆｉｉＡ、Ｂ
における反射ｘ　−ｒ−ＩＱＱＢ。

１００ｂ　　φ〕読出を行う○ 周波数分析器４６は、アナログ捷たはデ・ジタルに関す
る周知の手法を用い、波形メモリ４２力・ら１メしみ出
じｌ’ｃ受信エコー１００ａ、　１（）Ｏｂをノζワー
に関する周波数スペクトルに変換し、メモリ４８に書べ
込み記憶する。

そして、演算器５０は、メモリ４８内に書き込み記憶さ
れた受信エコーＬＯＯａ、　１００ｂに関する周波数ス
ペクトルを読み出し、これを差演算することにより、エ
コー源３２内における超音波ビームの音響減衰周波数ス
ペクトル５００を求める。ここにおいて、前述したよう
に、エコー源３２内における単位長当たりの音響減衰周
波数を求めることができれば、エコー源３２の診断の正
確を期する上で好ましい。このため、演′Ｓ−器５０は
エコー源３２の厚さＬに関する情報を、距離計側器５２
から入力し、エコー源３２における単位長当たりの超音
波ビーム音響減衰周波数スペクトルを求め、表示器５４
に表示している。ここにおいて、距離計測器５２は゛、
エコー源３２の厚さＬを、サンプル個所指示器４４の指
示位置から自動的に演算し、演算器５０に入力している
。

なおこのような距離計測器５２を用いずに、エコー源３
２の厚さＬを計測する場合には、ブラウン管２４−１＝
に表示された診断画像から、捷だは、第４図に示すよう
に、得られる受信エコー１００ａ。

１００ｂ　　の時間差しから求めることもできる。この
場合、エコー源３２の厚さが小さくなると、ブラウン管
上から言１測する場合には誤差−が大きくなるので、受
［言エコー１００ａ　　と受信エコー１００ｂトの受Ｉ
Ｓ遅れ時間りを用いて計測するのが好ましい。

本発明に、以上の構成から成り、次にその作用を説明す
る。

捷ず探触子１０を用いて被検体に超音波ビームを送受波
すると、ブラウン管２４上には被検体断層面の超音波診
断画像が表示されるとともに、波形メモリ４２内には探
触子１０を介１−て検出された受信エコーがＭＨｚ帯域
の原波形のまま記憶される。

ここにおいて、ザンプル個所指示器４４を用いてブラウ
ン管２４に表示された超音波診断画像から、ｉ９ｒ望の
被検部位Ｑをエコー源３２として指示！Ｉ−ると、周波
数分析器４６は波形メモリ４２に記憶されたＭＨｚ帯域
の受１言エコーから、エコー源：３２のＡｉｌ　、）Ｊ
及び後方境界面Ａ、Ｂからの受信エコー１００ａ、　１
００ｂを読み出し、これら受信エコー１００ａ。

１００ｂ　　から周波数スペクトルを取り出す。

演算器５０はこのように周波数分析器４６にて周波数ス
ペクトルに変換された受信エコー１００ａ。

１００ｂ　　を差演算することにより、エコー源３２内
における超音波ビームの音響減衰周波数スペクトル５０
０を求め、表示器５４上にこれを表示する。

ここにおいて、周波数分析器４６にて周波数スペクトル
に変換された受（言エコー１−’ＯＯａ、　１００ｂに
は、探触子１０とエコー源３２の間において超音波ビー
ムが伝搬する際に減衰する減衰誤差情報及び装置特に探
触子１０の特性に起因する誤差情報が含まれているが、
これら誤差情報は両スペクトルＬＯＯａ、　１００ｂに
均等に含まれているだめ、この両スペクトル１００ａ、
　１００ｂを差演算することによって求められたエコー
源３２内における超音波ビームの音響減衰周波数スペク
トル５００からは、これら誤差情報が除去され、エコー
源３２内における減衰情報のみが含まれることとなる。

従って、表示器５４上に表示されるエコー源３２内にお
ける超音波ビームの音響減衰周波数スペクトル５００は
、エコー源３２に関する診断情報を正確に示すこととな
り、例えば、生体各部の診断を行うに当たり、極めて有
効な診断情報を得ることが６丁能となる。

次に本実施例の装置を用いて行った実験結果を示す。

第７図ないし第１０図には、探触子１０として公称周波
ａ　２．２５　ＮＩ−Ｉｚの探触子を用い、ゴム板をエ
コー源として行った実験データが示されている０第７図
には、厚さ２．３５ｍｍのゴム板１枚をエコー源とし、
このゴム板の表面からの受信エコー１００ａ　　と裏面
からの受信エコー１００ｂ　　の周波数スペクトルがそ
れぞれ示されており、第８図には、この第７図に示す各
受信エコー１００ａ、　１００ｂの周波数スペクトルを
差演算することにより得られた音響減音周波数スペクト
ル５００が示されている。

また第９図には、厚さ２．３５ｍｍ　のゴム板を２枚中
ねたものをエコー源と１２、このゴム板表面からｑ〕受
イ１．エコー１００ａ　　と、このゴム板裏面からの受
信エコー１００ｂ　　の周波数スペクトルがそれぞれ示
されてお９、第１０図には第９図に示す各受信エコー　
１００ａ、　１００ｂを差演算することにより求めた音
響減衰周波数スペクトル５００が示されている。

このように、厚さ２．３５ｍｍ　のゴム板１枚をエコー
源と口て得られた音響減衰周波数スペクトル５００の傾
きに比し、その２倍の厚さを有するコ゛ム板をエコー源
として得られた音響減衰周波数スペクトル５００の傾き
は約２倍となる。これはエコー源の厚さが約２倍となる
ことにより、そのエコー漂白における超音波ビームの減
衰もデンベル値で約２倍となることに起因するＯ 以上の実験データからも明らかなように、本発明の超音
波診断装置を用いて被検体へ向は超音波ビームを送受波
することにより、エコー源３２内における減衰情報を正
確に表わす音響減衰周波数スペクトル５００を求めるこ
とができる。

またと６ようにして求めたエコー源３２に関する音響減
衰周波数スペクトル５００を、エコー源３２の厚さ情報
に基づき単位長当たりの汗響減哀周波数スペクトルとし
て表わすことも可能である。

従って、例えば、本発明の超音波診断装置を用いて生体
内の所望の組織の診断を行う場合には、当該組織が正常
な場合、及びその組織が所定の病気に冒されている場合
等の各種音響減衰周波数スペクトル５００をデータ入力
しておけば、本発明の装置によって得られる所望エコー
源からの音響減衰周波数スペクトル５００の傾きや曲率
を予めデータ入力されたスペクトルの傾きや曲率と比較
することにより、当該被検部位の診断を極めて正確にし
かも非観血的に行うことが可能となる。

なお前記実施例においては、探触子１０を介して得られ
る受信エコーを波形メモリ４２内に順次記憶していくも
のを示しだが、本発明はこれに限らず、例えば、サンプ
ル個所指示器４４にて指示された所定被検部位Ｑの各境
界面Ａ、Ｂにおける反射エコー１００ａ、　１００ｂの
みを記憶する構造とすることも可能であり、またこの２
点Ａ、Ｂを結ぶ走査線上の受信エコーを記憶する構造と
することも可能である。

また本実施例においては、本発明の１診断対象として生
木を例にとり説明しだが、本発明の診断装置はこれに限
らず、超音波が伝搬する媒体であれば、媒体内に存在す
るエコー源の各種診断を行うことが可能である。

以」二説明したように、本発明によれば、反射エコーに
含まれる情報を有効に利用して、エコー漂白における超
音波ビームの減衰特性を表わす音響減衰周波数スペクト
ルを求め、これに基づき被検体の診断を極めて正確に行
うことが可能となる。

従って、本゛発明の超音波診断装置を生体の診断用に用
いれば、病変の早期発見等の各種診断を確実にかつ正確
に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波診断装置のブロック図、第２図は
第１図の装置において得られる反射エコーの検波の°前
後における波形説明図、第３図は本発明の詳細説明に用
いる音響モデルの説明図、第４図はこの音響モデルから
得られる受信エコーの波形図、第５・図は第４図に示す
受信エコーの周波数スペクトル特性図、第６図は本発明
の超音波診断装置の好適な実施例を示すブロック図、第
７図ないし第１０図は第６図に示す装置を用いて行った
実験のデータ図である。 ３２・・・エコー源　　　　４２・・・波形メモリ４６
・・・周波数分析器　　５０・・・演算器１００ａ、　
１００ｂ−反射エコー ５００・・音響減衰周波数スペクトル Ａ、Ｂ・・・境界面。 出願人　　アロカ株式会社 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体へ向は超音波ビームを送波し得られる反射
   エコーから被検体の診断情報を得る超音波診断装置にお
   いて、反射エコーをそのまま記憶する波形メモリと、こ
   の波形メモリに記憶された反射エコーから被検体内に存
   在する所定エコー源の前方及び後方境界面における反射
   エコーを読み出しその周波数スペクトルを求める周波数
   分析器と、周波数分析器により求められたエコー源の前
   方及び後方境ｗ面における周波数スペクトルを差演算し
   エコー源内における超音波ビームの音響減衰周波数スペ
   クトルを求める演算器と、を備え、この演”；Ｉ器によ
   り求められる音響減衰周波数スペクトルにｊ、５つき被
   検体の診断を行うことを特徴とする超Ｈ）＜波計断装置
   。
2. （２）特ｉ＋’ｌ請求の範囲（１）記載の装置において
   、演算器（ｒｌ、Ｊ−コー源の厚さ情報に基づきエコー
   源内におけ、、：、　ｌｌｊ　ｆ、７長当たりの超ｇ波
   ビーム音響減衰周波数スペクトルを求めることを特徴と
   する超音波診断装置。