JPS60116345A - 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】 （４）発明の対象 不発明は、超音波診断装置に係り、特に、被観察超音波
媒体内からの反射超音波音用いて、該被観察超音波媒体
、より具体的には生体組織の、性状全利足しようとする
、いわゆる反射超音波による組織弁別方式（Ｔｉｓｓｕ
ｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ以下Ｉ反射型超
音波ＴＣ’と略す以下１ナ射型超音波従来技術 体内組織の形態を観察して診断の補助とする、いわゆる
Ｂモードｍｔ波診断装置に対し、組織の良性書悪性等の
性状ｔ−識別しようとするＴＣが近年注目されている０ 従来の反射屋超音波ＴＯにおいてに、例えは正常な肝臓
か肝硬：Ｋｔ−起こした肝臓か等、生体組織の性状を判
別を判屋する際の指標（パラメータ）としてＩ＊衰特性
が最も多用されていた０これに、△２の距離を超音波が
進む間にに、α（ｚ、ｆ）を場所および周波数により変
化する定数としてその音圧がｅ−α（ｚ、ｆ）Δ２だけ
減擬するという性質全利用するものであるＯ例えば第１
図に示す様に、反射１ｆｉｌ、２ヲ持つ被観察超音波媒
体３において、反射面の間の領域４の減衰特性を知るに
は、ｚ＝０にｖｔかれた超音波振動子で超音波の送受僅
全行ない、反射向１及び２からの反射波を受信する。反
射向１からの受信信号のパワースペクトラムをＡ（Ｚ、
、ｆ）、反射向２からの受信信号のパワースペクトラム
ｔ−Ａ（Ｚｔ、ｆ）とすると、反射向の特性（反射係数
等ンが同じならば ｔｏｇＡ（Ｚｔ−ｆ）） ・・・・・・・・・・・・（１） として、減衰特性α（Ｚ、請求めることができる。減衰
特性のめ万とじてに、この他にも、スペクトラムをめず
に済ませる方法も提案されている。しかし、この減衰特
性上パ２メータとして用いる従来の方法ＴＫＪ−Ｌ以下
の様な問題点がある。

第１に、第１図に示される反射面１．２の反射係数が異
る周波数特性を持つ場合には、第（１ン式でめられるα
（Ｚ、ｆ）ｔＺ本木の被観察領域４のものとに異った周
波数特性として計算されてしｌう。

第２に、減衰定数ｔａ、通常の生体組織においては、１
　ｄ　Ｂ／ＭＨｚ　７ｃｍ　程度の周波数依存性を持つ
と言われているが、通常の超音波診断装置で用いられて
いる帯域幅ＩＭＨｚａ度の超音波で厚さ１３程度の生体
組織を往復しても帯域の上限と下限とで２ｄＢ程度の減
良差しか発生せず、超音波ビームパターンの乱れなどに
よるスペクトルの乱れに穏されてしまって、意味のある
減衰特性を得る事が国難であり、実用に供するにに、厚
み會大きくすると共に非富に多数回のデータの平均會と
る必要が１）ジ、空間０時間分解能力が極めて悪かった
０（Ｑ　発明の目的 不発明の目的に、病変により組織の倣＃Ｉ榊造が変化す
る様な組織−例えば心筋の場合、心筋梗塞になると繊維
質が増加するー　に対して、減衰特性の代りに、組織内
の微＃ｉ構造の平均間隔寺の、構造に係る特性値をパラ
メータとして、組織の正常・異常全判定する手段全提供
するにある００　発明の要点 不発明は、生体組織円部で近接した反射体刀為ら反射さ
れる超音波が重畳した波形として受信されると、そのパ
ワースペクトラムに、スカロピングと呼ばれる特徴的な
凹凸が現われる事を利用して、この凹凸の間隔から重畳
の程［（反射体の間隔）す 全推定したら、或は、超音波パルスが重畳した受４Ｎ倍
号の自己相関全計算して、重畳の程度全推定しようとす
るものである０ （ト）発明の実施例とその効果 以下に先ず原理的説明全行なった後、図によって実施例
の説Ｅ！Ａを行う。

一般に第２図（ロ）】に示す如＜、ｆ（ｔ）なる入射波
が近接した反射面１，２から反射されると、受信信号ｒ
（ｔＪｌｆｆ、反射ｒｋＩｌでの反射波ｇ（ｔ）と、反
射面２での反射波ｇ（ｔ−τ）との重なったものとなり
、（途中の減衰は無視して考える） ｒ（ｔ）＝ｇ（ｔ）＋　ｇ　（ｔ−τ）　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（２）但しτ＝りでＣは音速
、ｄは反射面間隔０＠　（２）式を７−リエ変換すると
、 ＝Ｇ（ｆ）　＋　６−Ｊ２’Ｒｔ　Ｇ＜１）＝Ｇ（ｆ）
（１＋ｅ−ｊ２πｆτ）　・・・・・・・・・・・・・
・・（３）但し　Ｒ（ｆＪなｒ（ｔ）のフーリエ変換Ｇ
（幻にｇ　（ｔＪのフーリエ変換 従って、そのパワースペクトラムは １ となり、第２図（ｂ）の如きもとのｔＧ（ｆＪ＆”なる
パワースペクトラムが第２図（Ｃ）の如き２＋２（２）
２πｆτなる歪みを受けて、第２図（ｄ）の如き凹凸の
あるパワースペクトラムとなる０この凹凸の事ｔスカロ
ビングと呼ぶ。この時凹凸の周期ΔｆＵとなり、Δｆが
判ればＣに既知であるからｄがまる事になる。組織の特
性ｔ−宍わすパラメータとしてμｄの代りにΔｌ用いて
も良い事に菖うまでもない０ 尚、パワースペクトラムの同期性（Δｆ）をめる手法と
して、パワースペクトラムの対数のフーリエ変換である
ケプストラムがよく用いられるが、ケプストラムについ
てに周知の事として説明を省略する。例えば、Ａ、　Ｖ
、　Ｃｐｐｅｎｈｅｉｍ、ＲＷ。

５ｃｈａｆｅｒ　Ｉ’ＤｉｇｉｔａｔＳｉｇｎａ／；　
Ｐｒｏｃｅｓａｉｎｇ　’ｙＰＰ５００〜５０ＬＰｒ＠
ｎｔｉｃｅ−Ｈａｔ４１９７５参照。

実際の生体組織においてに、上記の如き単純な二層構造
でになく、反射係数の異る多数の反射体が異る間隔で配
置されたものとなっているが、平均的な反射体間隔にほ
ぼ対応した凹凸の周期を平均として持つ様な、累３図に
示す如きパワースペクトラムが得られる０従って、この
平均的な凹凸の周期Δｌ得る事により、被観察領域内の
平均的な反射体間隔をめる事ができ、平均的な反射体間
隔の差から病変を推定できる様な部位に対しては有効な
診断方法を冥現できる事になる。この様な診断方法の特
に有効な部位・病変の例としては、心筋梗塞がある。心
筋は通常、はぼ均質な筋肉層であるため、正常な場合に
平均反射体間隔ｄが非常に小さく見え、スカロビング周
期の平均値Δｆが非常に大きいため、受信信号のパワー
スペクトラムの凹凸にはそれ程大きな影響は与えない。

しかし心筋梗塞になると組織が繊維化し、しかも各繊維
間の間隔はある程度の大きさであるため、スペクトラム
の凹凸がはっきりと目立つ様になる。

従って、この凹凸の間隔Δｆｔ−知る参によって、心筋
梗塞の程度を推定することができる。

以下実施例につ腟て説明する。第４図はケグストラムを
用いる方法に関する原理的ｍ数例である０送信器１から
の駆動信号によって振動子２が超音波全被観察媒体（生
体組＃）に送り込む。その反射波は再び振動子２で受信
され、受信器３により増幅された後アナログ−デジタル
変換器（以下ＡＤ変換器と略す）４に送られる。尚、こ
の増幅としては、いわゆるＴＧＣ増幅、対数増幅あるい
はＡＧＣ増幅など全行なってよい事は言う１でもない。

ＡＤ変換器４の出力に、例えば心壁からの反射波が受信
されている時間だけオンとなるようなゲートタイミング
発生回路５の出力で指定される期間だけメ七り６に取り
込まれる。尚、このＡＤ変換器に使用する超音波周波数
（例えば３．５ＭＨｚ）よりも充分に高い周波数（例え
は３．５ＭＨｚＸ４　＝１４ＭＨｚ以上）で動作させな
ければならないことは言うまでもない。メモリ６の内容
に７一リエ変換部７に送られ、パワースペクトラムが計
算される。フーリエ変換部７および９に、例えば乗算器
。

系算器、データメモリ、制御メモリなど’ｔ−ＦＥ３蔵
した信号処理用ＬＳＩで実現できる。７一リエ変換部７
の出力は対数変換部８を経へ再度フーリエ変換ｓ９に送
られ、フーリエ変換部９の出力として、第３図の如きパ
ワースペクトラムに対して第５図１ の如くケプストラム４ｃ（ｔ）ｔ”が得られる０ピ一ク
検出部１０では、ｉｇＳ図のケプストラムのｔＯ旬甲の
対数金とったものをフーリエ変換して得られるから、こ
のｔｏｔＺ第３図のスペクトラムのスカロビングの平均
周期＾１のはげ逆数に等しく、計算部１１において として、組織の特性パラメータでおるスカρピングの間
隔の平均値をめることができる。尚、第５式から をめても良いことは言う壕でもない。又、第５図の△ｔ
で示されるようなｔｏの四ｖのケグストラムの広がりの
程度に、第３図のパワースペクトラムのスカロビングの
周波数間隔Δｆｉのバラツキに対応している０従って、
ｔ・の同りの予め定めた時間幅の範囲（ｔ、６−Ｔ　＃
　ｔｏ　＋　Ｔ　Ｉ但しＴは予め足めた足載）において
ｔｏの回りのケグストラムの分散、つ１ｐ２次モーメン
ト 全求メれは、Δｆｉのバラツキの程度が推定できる。一
般にｎ次モーメント（ｎ　”　１　ｔ　２　＊　３・・
・）ｔ−％徴パラメータとしてもよいことに言うｌでも
ない０第４図の計算部１１に、フーリエ変換部９の出力
であるケグトラムを入力として上記の如きモーメントの
ｉ！ｉ算も行う０計算部１１で得られた和来は懺示部１
２に送られ、最終的に懺示器１３に衣示される。尚、第
４図の対数変換部８ＨＲＯＭ（Ｒｅａｄ　０ｎ１７　Ｍ
ｅｍｏｒｙ）　ｋ用いた符号変換回路として実現でき、
ピーク検出部１１はいづれもフーリエ変換部７および９
と同じ＜４ｆｆ号処理用ＬＳＩでそれぞれ実現できる０
又、処理時間が遅くても良い場合に７〜１１會１つのプ
ログラマブルな信号処理用Ｌ８Ｉで実現しても良い仁と
は言うまでもないＯ 以下の説明でに、上記７〜１１０部分全第６図の如く信
号処理部１４としてまとめて表現する０第５図のｔｏに
、反射体の間隔のほぼ平均値を示しているから、受信信
号の自己相関関数？求めても１時間ずれτがほぼｔ、に
等しい時に自己相関のピークが現われるはずであるｏｔ
なわち注目する部分の受信信号ｆ（ｔ）’ｉｉ−第６図
のメモリ６に記憶し、その内容に対して信号処理部１４
で自己相但し、ｔｌｌｔｌｔま注目する部分の信号が受
信される期間をめ、φ（りの原点を除いたほぼ最初のピ
ーク値を与える時間ずれτ。請求めれば、それが第５図
のｔｏにほぼ電歇する。実施例としては、第６図の構成
の１まで信号処理部の処理プログラムを、自己相関をめ
その原点金除いたほば最初のピーク値會与える時間ずれ
會求める様に変えるだけで良い〇 また、得られた結果の表示方法についてに、上述の如く
得られたｔｏ、−□１ｍ３．τθなど全数値（単位ば、
ｕｓｅｃ　ＭＨｚなど）で表示してもよく、累６図の表
示制御し１２によく知られている文字パターン殆生機ｉ
目を持たせておくことにより、容易に実現できる○ 更に、上述の如きＬｏ　＋Δｆｔｍ１＊τ０などの超音
波走査線上の分布を得ることができ心０第７図に示す如
く、受信１Ｍ号ｒ　（ｔ）をＩ＋１Ｉｔ−Ｉｓ・・・・
・・の如く微少時間△■だけ遂次ずらしながら重畳゛Ｔ
る時間区間に分割し、各区間内の信号を用いて前述の如
き手段で得たｔｏｌ△ｆ、ｒ］′ＩＩ！、７０などのパ
ラメータを、その区間の中央の点での値とみなして表示
するという、いわゆるスライディ、グ・ウィンドウ（移
動時間窓）という手法を用いることにより、超音波走査
線上のパラメータ分布金得ることができる。この手法を
用いる際には、メモリに取り込む反射波データは、１つ
の処理区間のデータだけでなく、主査線上の全データケ
一旦メモリに取り１．２．３・・・）をめ請求めた結果
全表示用メモリに送れば良い。実施例の構成を１ｔｆＩ
８図に示す。第６図と異るのは、ゲートタイミング発生
部５がなくなっただけで、他μ全く同じであり、同一の
構成要素には同一の番号を付し、説明は省略する０尚、
信号処理部１４のプログラム８答が変更されねはならな
いのにいうｌでもないＯ ｊｏ＋Σｆ　、　ｍｆｉ　、τ０などの分布の表示方法
に関してに、第９図（ａ）に示す如く直角座標の一万の
軸を診断距離（体抄からの深さ）、もう−万の軸ｔ−ｍ
号処理の結果求めたパラメータの値として表示する事も
できる。この様な表示をすることにより、診断距離によ
るパラメータの変化の様子を容易に把握することができ
る。実施例の構成は第８図と同ゆるビットマツプ用フレ
ームメモリ金持たせる必要がある点が異る。

また、第９図（ｂ）に示す如く、信号処理の結果求めた
パラメータの値に対応した輝度あるいは色を劃り尚てる
ことにより、超音波走査線上のパラメータ分布を表現す
ることもできる。この表示方法を用いる場合の実施例構
成も第８図の葦までよいが、表示制御１１ｓ１２の内部
に、輝度変−用あるいは色変調用の回路が必要となる。

先ず、輝度変調の場合は、第１０図（ａ）に示す如く、
信号処理回路でめたパラメータｉｋ記憶しておく表示用
データメモリ１５の後に、パラメータ値に対応した振幅
の電圧を発生するためのデジタルアナログＫｍ器（以下
ＤＡ変換器と略す）１６を設けて、表示器１３に映ｍ信
号として送り出せば良い。次に色によジパラメータ値金
表示する場合Ｕ、！１０図（ｂ）に示す如く、表示用デ
ータメモリ１５の後に、パラメータの値に対して割りあ
てられた包金表現するのに必要なカラー懺示器（通常に
カラーＴＶ）の３原色のデータへの符号変換回路１７會
設け、その後に符号変換回路１７の出力を３原色の各色
に対応した電圧に変換するためのＤＡｉ換器１８〜２０
を設け、更に、表示器が必要とするならば各ＤＡ変換器
の出力電圧に対応した複合力２−信号を発生するための
カラーエンコーダ２１を設けて、第６図のカラー表示器
１３に信号全速れは艮い０尚、以上の説明において、Ｔ
Ｖ表示に必要な同期ｇＩ号などについてｒ［、当然必懺
なものとして説明全省略しである。

以上述べた様にして得られるｋｅλｆ　＃　ｍａ　ｔτ
Ｏなどのパラメータ分布は、−次元の超音波走査線上の
ものであるが、２次元又は３次元に拡張することもでき
る０実施例の構成全第１１図に示す０第１１図において
第６図と同じ４Ｆｌ成要素に鉱内−の番号全村し、説明
は省略する０第１１図は、いわゆる電子スキャン超音波
ビームＷ／ｌ、を用いた場合の実施例で、２５に配列振
動子２４１，２４２．・・・。

２４Ｋ及び振動子切換スイッチ２３１，２３２．・・・
。

２３Ｋから成る電子スキャン用プローブである。

２２にスイッチ２３１，２３２．・・・、２３にのうち
然るべきスイッチ（複数でも良い）を然るべき順にオン
／オフさせることにより、超音波ビームを配列方向に走
査させると共に、超音波ビームの配列方向の位置に対応
した表示用メモリアドレスに信号処理結果全書き込むよ
うにする走査制御部である０走食制御部の制御によって
、超音波ビームの位置が変る毎に前述の如き方法でｊｏ
ｔ△ｆ　１ｍｔ　ｒτ０などのパラメータヲ茨示部１２
の中にあるフレームメモリｖＴ：、１１Ｆき込むことに
より、これらのパラメータの２次元分布を得ることがで
きる０尚、咳フレームメモリは、これらパラメータの２
次元分布データ全記憶するため、第１０図１５の単なる
表示用データメモリの代りに、備えられたものである。

以上の説明では省略したが、超音波ビームの制御に当っ
て、ダイナミックフォーカスなどのビーム集束手段を行
っても良いことに言う葦でもない〇又、以上の説明ｒ＋
、電子スキャンの場合全例にとったが、メカニカルスキ
ャン方式を用いても良いことば言う筐でもない。

以上で各槙パラメータの２次元分布が得られるが、更に
グローブ２５を振動子配列と直角方向に移動させ、その
移動ピッチを制御又μ測足し、各移動毎に異る７レーム
メモリに（又に同一フレームメモリ全複数ブロックに分
割して異るブロックに）各種パラメータの２次元分布を
記憶させ、その結果全回−ｒｉｉｉｉ面に並べて表示す
れに、４！ｒ棟パラメータの３次元分布を得ることがで
きる。

通常、超音波反射波は、反射組織の構造のわづかな違１
／４によりその波形、スペクトラム等が大きく変化する
。従って、安定なデータ（各檎パラメータ値）を得るた
めには、空間重分ｗＩ能をやや劣化させても、数謹角の
範囲のデータの平均ｉ１Ｌ’にめる必要のあることが多
い。この様な場合でも、実施例としては第１１図をその
まま用いることができ、信号処理部１４及び疋査制悼部
２２のプロダラムの変更だけで掛むので説明は省略する
。

以上述べた如く、不発明によれば、従来の超音波ＴＣで
多用されていた減衰特性の代りに、組織の構造の粗さヲ
表わすスカロビングの周波数間隔或はその逆数を用いる
ことにより、従来よりも薄い組織に対しても組織弁別が
可能になる。言いかえれは、診断の深さ方向に対して＾
い分′Ｎ舵の測第１図は従来技術全説明するＭ９？、明
図、帛２図。

第３図および第５図μ不発明の概念を示す説明図、第４
図不発明の一実施例Ｉｌｌ成、第６図に第４図の簡易表
現、第７図はスライディング拳ウィンドウの説明図、第
８図に不発明によ勾ノくラメータの一次元分布をめるた
めの一実施例構成、第９図はｗｃ８図の構成による表示
方法の例、第１０図に第９図（ｂ）の我示例全実現する
ための一実施例構成、＠１１図に不発明によるパラメー
タの２次元又は３次元分布をめるための一実施例慣成軒
蕃÷色台根喘４　”　−一一一− を示す。

図中、１は超音波振動子の駆動回路、２に超音波振動子
、３は受信増幅囲路、４はＡＤ変換器、５にゲー・トタ
イミング発生部、ａｒｃメモリ、７にフーリエ変換部、
８は対数変換部、９は７一リエ変換部、１０はピーク検
出部、１１は針算部、１２は表示部、１３は表示器、１
４は信号処理部、１５は表示用データメモリ、１６はＤ
Ａ変換器、１７は符号変換回路、１８ないし、２０にＤ
Ａｆ換益、２１ばカラーエンコーダ、２２μ走食制御部
、２３１〜２３には振動子切換スイッチ、２４１〜２４
には配列振動子、２５に電子スキ、Ｙン用プローブ？Ｉ
−ｆｉわ丁Ｏ 図１の浄書（内容に変更なし） 第１図 傭ａ図 特許庁長官殿 １事件の表示 昭和５８年特許願第２２’５ｔｃｃ号 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番地（５
２２）名称富士通株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ＩＪ　被観察部位に超音波を照射し、その反射波を受
   信・信号処理して診断を行う超音波診断装置において げン　受信信号の４ｖ足の時間区間の信号全抽出する手
   段と、 幹）　線抽出した信号のパワースペクトラム金求める手
   段と、 １ラ　該パワースペクトラムのスカロピ／グの間隔又に
   その逆数の平均値、及び／又に、スカロビングの間隔又
   にその逆数の分布金求める手段と、に）該検出したスカ
   ロピングの間隔又はその逆数の平均値、及び／又はスカ
   ロビングの間隔又はその逆数の分布を表示する手段と、
   全備えた事會特徴とする超音波診断装置。 ψ】　上記スカロビングの間隔又はその逆数の平均値、
   及び／又は、スカロビングの間隔又にその逆数の分布を
   める手段に請求めたパワースペクトラムのケプストラム
   をめ、その原点以外のは埋ビーク値を与えるクフレンシ
   ーの逆数１／ｌｏ、又は、はぼピーク値を与えるケフレ
   ンクーｔｏｓ及び／又は、ｔｏの回りの限定された区間
   でのケプストラムのｉ次モーメントｍｌ　（ｔ＝ｘ　、
   　２・・りをめる手段である事を特徴とする、特許請求
   の範囲第（１７項に記載の超音波診断装置。 （３）　’？１．’１Ｍ祭部位にＪＩｉ！１音仮倉照射
   し、その反射波全受信−信号処理して診断を行う超音波
   診断装置において、 けノ　受信信号の４Ｉ定の時間区間の信号を抽出する手
   段と、 （ロ）線抽出した信号の自己相関をめる手段と、七１　
   駅自己相関の、原点を除いたほぼピーク値を与える時間
   ずれτ１（ｉ＝１．２．・・・）を検出する手段と、 （→　該検出した時間ずれτｉｔ−表示する手段とを備
   えた事を特徴とする超音波診断装置◇（４）上記検出し
   たスカロビングの間隔又はその逆数の平均値、及び／又
   は、該間隔又はその逆数の分布、又は時間ずれτ１１の
   表示は、表示装置上に数値で表示する墨ｔ％徴とする、
   ％許請求の範囲第（１ン項ないし第（３）項のいずれか
   に記載の超音波診断装置〇 （５）上記信号解析全行う物足の時間区間ｔ、ある超音
   波走査線上で微小時間だけ逐次ずらせた、いわゆるスラ
   イディング・ウィンドウ（移動時間窓）を用いながら、
   谷ウィンドウ内でパワースペクトラムのスカロピングの
   間隔又はその逆数の平均値、及び／又に、該間隔又にそ
   の逆数の分布、又に、自己相関関数の原点以外のピーク
   値を与える時間ずれτ１１等のパラメータを連続的にめ
   、線層記載の超音波診断装置。 （６）上記検出した各パラメータの表示似、通常の超音
   波診断装置のいわゆるＡモード表示と同様の、診断距離
   対振幅（振幅としてに上記谷パラメータを用いる）表示
   を行うこと全特徴とする、特許請求の範囲第（５）項記
   載の超音波診断装置。 （７）上記検出した各パラメータの表示は、該各パラメ
   ータの大きさに対応した輝度変調又は色変調で行う事を
   特徴とする、請求の範囲第（５Ｊ項記載の超音波診断装
   置。 （８）上記信号解析を行う超音波走査線上、−次元的又
   は二次元的に移動させる事によジ、上記各パラメータの
   二次元的又は三次元的な分布を得る事を特徴とする特＃
   ！Ｆ請求の範囲第（η項記載の超音波診断装置。 （９）複数の近接する超音波走査線にわたって、上記検
   出した谷パラメータを同一診断距離（深度）のものにつ
   いて平均したもの全表示する千設金備えた事を特徴とす
   る特許請求の範囲第（匂項又は餓（６）項ないし第（８
   ）項のいずれかに記載の超音波診断装置。