JPS60246740A - 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】 ［発明の属する分野の説明］ 本発明はパルスエコー法により組織の減衰特性を測定し
、診断情報として供する超音波診断装置に関する。

：：：″、ｘ″：：］　ｉｔ□。、ｆ！１ｍ１１１゜、
。

特性を測定し、正常組織と異常組織との鑑別診断に用い
る試みがなされ、特に臨床面でのその有用性が認められ
つつある（例えば、文−Ｒ０１ａｌＫｕｃ：　”Ｃｌｉ
’ｎ１ｃａｌ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　
Ｕ　ＩＮ−ａｓｏｕｎｄ　Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　Ｃ
ｏｅｒｒ＋ｃ＋ｅｎｔ　ＥＳｔ＋１ａ−ｔｉｏｎ　Ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｌ　Ｉｖｅｒ　ｐａｔｈｏｌ
ｏ、ｇｙＣｈｒａｃｔｅｒｉｚａＮｏｎ”　Ｉ　Ｅ　Ｅ
　Ｅ　Ｔｒａｎｓ、ｖｏｌ、ＢＭＥ−２７Ｎｏ、６Ｊｕ
ｎｅ　１９８０等）の基本的な考え方を以下に示す。

超音波トランスデユーサ（超音波探触子）１から生体組
織２に発射された超音波パルスは、生体組織が均一であ
る場合、無数の点反射体で散乱、反射され再びトランス
デユーサ１で受信されるが°、トランスデユーサ１の音
場の広がりが無視し得る（すなわち超音波ビームの中心
軸上の音圧が距離方向に対して一様とみなｔｉｌ）場合
には、トランスデユーサ１で受信されたエコーの振幅は
、均一な組織の減衰情報を有していると考えられる。す
　、なわち、第１図に示すように、今、トランスデユー
サ１からの距離×１とＸ２の生体内の２点Ａ。

Ｂを考え、点Ａから戻ってきたエコーの振幅スペクトラ
ムｖＡ＜ｆ　）　（ｆ　：周波数）と点Ｂから戻ってき
たエコーの振幅スペクトラムＶｓ（ｆ’）を比較すると
、発射パルスの振幅スペクトラムをＶｏ　（ｆ　）とし
て、下記式■となる。

ここで、α（ｆ）は組織の減衰定数で、単位長当りの減
衰量を表わしている。

弐〇を変形すると、 であり、この式■から点Ａと点Ｂの位置とその振幅から
、組織の減衰定数が得られることがわかる。。

以上のことを実験的に行うには、第２図に示す様に超音
波パルスが発射された時刻をＯとして、超音波受信エコ
＝ノ時刻ｔｌ＝２ｘｔ／Ｃ（Ｃ：音速）およびｔ２−２
Ｘ２／Ｃにおける波形第２図（ａ）を、ある有限の幅τ
のゲート第２図（ｂ）で切り出し、その振幅スペクトラ
ム第２図（Ｃ）、第２図（ｄ　）を得れば良い。このデ
ータから式■により減衰定数α第２図（ｆ）が算出でき
る。

式■の導出の際、超音波ビームの音場の広がりが無視し
得るという仮定を設けたが、通常のＢモード像形成にお
いて、方位分解能を向上させるため、アレイ状に配列（
た振動子を多数個配置し、それらに異なる遅延時間を与
えて駆動し、各振動子から発射された超音波パルスが焦
点距離Ｆにおいて位相が一致する様に制御することによ
り超音波ビームを集束させるということが行なわれてい
る。第３図（ａ）、（ｂ）はその様子を示したものであ
る。第３図（ａ　）は深さ方向へのビームの広がりの模
式図であり、ビーム幅が口径り、焦点距離Ｆによっての
み決まる領域（以下集束領域と称す）と、口径りと波長
λによってのみ決まる領−−−−一域（以下拡散領域と
称する）の２つに分けられる。

ここで、焦点Ｆは拡散領域にあり、この拡散領域でのビ
ーム幅δは、円板振動子の場合、θ＝ｓｌｎ−１（１，
２２−λ／Ｄ） δ−２・Ｆ　−ｔａｎθ より、θの小さい範囲でｓｉｎθ品ｔａｎθとなり下記
式■で表わされる。

δ″ｉ２．４４・Ｆ・λ／Ｄ　・・・■この結果から、
口径および焦点が同一であっても、拡散領域におけるビ
ーム幅は波長λと共に変化する。また、第３図（ｂ）に
示した中心軸上の音圧は焦点付近が最も大きく、焦点か
ら離れｂと共に小さくなって行く。

以上述べた様に、音場の広がり及びその広がり方の周波
数依存性により、広帯域のパルス超音波を用いて第２図
で説明した手法を行おうとしても、減衰のない媒質中に
おいて、すでに２つのゲート位置の相異により、２つの
受信エコーの受信スペクトラムが異なってしまうという
不都合が生じ、減衰定数測定に大きな誤差を生じさせて
しまう。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、上述し
た音場の広がりによる減衰定数の誤差補正が必要最小限
にして精度の高い診断情報を得ることが可能な超音波診
断装置を提供することを目的とする。

［発□明の概要］ アニユラ−アレイ型の探触子を用い、被検体の少なくと
も２カ所の興なる深さに焦点を合わせ且つ各深さく焦点
）に対応した所定の超音波開口（口径）を選択し超音波
を送受信する超音波送受信手段と、受信された反射波の
うちの上記被検体の所望部位のみの波形データを選択す
る選択手段と、この選択的に得られた波形データの周波
数分析を行う周波数解析手段と、この周波数分析結果を
所定の演算手法に基づいて上記被検体の所望部位の減衰
定数を算出する演算手段とを具備した構成とし、多段コ
ンビネーションフォーカス法を適用し、送受信される超
音波ビームのビーム幅、及び受信される超音波エコーの
スペクトラムが深さに依存しないように制御するように
したことを特徴としている。

［発明の実施例］ 以下本発明に係る超音波診断装置を第４図に示す一実施
例に従い説明する。即ち、１０は円環状の振動子を同心
状に配列してなるアニュ２−アレイ形の探触子である。

１１はこの探触子１０の各振動子に励振パルスを各別に
与えるパルサである。

１２は探触子１０から送信される超音波の送信指向性（
送信フォーカス）を持たせるためバルサ１１に送信遅延
タイミングを与える送信遅延回路である。１３は送信遅
延回路１２及び後述する遅延線コントロール回路にレー
ト信号を与えるーＬ／−ト信号発生器である。

１４は探触子１０′からの受信信号を増幅するプリアン
プである。１５は上記受信信号に受信指向性（受信フォ
ーカス）を持たせる受信遅延回路で１　ある。１６はこ
の遅延受信信号を加算し、合成エコー信号を得る加算器
である。１７はこの加算出力を対数増幅する対数増幅器
である。１８はこの対数増幅した加算出力を検波する検
波回路である。

１９はこの検波回路１８の出力をデジタル化するＡ／ｌ
）変換器である。２０はこのＡ／Ｄ変換器１９からの出
力であるデジタル化された合成エコーを１走査毎に記録
するフレームメモリである。

２１はこのフレームメモリ２０に記録され生成された被
検体の断層像（Ｂスコープ像）データをアナログ化する
Ｄ／Ａ変換器である。２２はこのＤ／Ａ変換器２１の出
力により被検体の断層像を表示する表示器である。

２３Ａ、２３Ｂは後）ホするゲート信号により動作する
スイッチであり、２４Ａ、２４Ｂは夫々スイッチ２３Ａ
、２３Ｂを介して夫々加算器１６か所定の手法により周
波数解析する周波数解析器である。２６は周波数解析器
２５Ａ、２５Ｂから、周波数解析出力に基づき後述する
手法により被検体上の指定部分の減衰定数を演算する演
算器である。２７は演算器２６の出力をアナログ化する
Ｄ／Ａ変換器であり、このＤ／Ａ変換器２７からの減衰
定数出力は上記断層像と共に表示器２２で２８Ａ乃至２
８Ｄは夫々ラッチ回路であり、ラッチ２８Ａは超音波ラ
スタ（超、音波ビーム経路）Ｌを設定するデータを一時
保持する。ラッチ２８Ｂ。

２８０は夫々上記超音波ラスタし上の深さく焦点）Ｆｌ
、Ｆ２を夫々設定゛するデータを一時、保持する。

定するデータを一時保持する。２９Ａはラッチ２８Ｂか
らの焦点Ｆｌデータと時間でデータとに基づきスイッチ
２３Ａの取込み動作時間を設定するゲート信号発生器で
ある。２９Ｂはラッチ２３゛Ｃからの焦点Ｆ２データと
時間τデータとに基づきスイッチ２３Ｂの取込み動作時
間を設定するゲート信号発生器である。ここで３０Ａ、
３０Ｂは夫々バッファである。

３１は、シー１−信号発生器１３からのレート信号と、
ラッチ２８Ａ乃至２８Ｃからの超音波ラスクＬデータ、
焦点Ｆ１データ及び焦点Ｆ２データとに基づき送信遅延
回路１２及び受信遅延回路１５に送、受理延制御信号を
与える遅延線コントロール回路である。３２はゲート信
号発生器２９Ａ。

２９Ｂの出力を受けマーカ信号を発生して表示器２２に
与えるマーカ発生器である。

次に上記構成の実施例における作用の原理について説明
する。本実施例は、アニユラ−アレイ形の探触子１０を
用い、術者の設定するゲート位置に対応させ、探触子１
０の開口（口径）を所望の大きさに設定し、更に設定さ
れたゲートの位置に焦点を合わせるように制御すること
により、減衰のない媒質中では受信される反射エコーの
スペクトラムがゲートの位置によらず一定であり、且つ
、送受信に供する超音波ビームのビーム幅もゲートの位
置によらないで、音場の広がりの作用による減衰定数の
測定誤差を最小限に抑えるようにしたものである。

第５図は本実施例の作用を説明する図であり、第５図（
ａ　）は超音波エコーを示し、第５図（ｂ）は術者の設
定するゲート位置を示す。また第５図（ｃ）’（ｄ）は
夫々同一アニユラ−アレイ形探触子１０を用いて口径と
焦点距離にとが異なる２種類（口径Ｄ１１ロ径Ｄ２）の
超音波送受信を行なった場合の送受信総合の音場を模式
的に示している。

すなわち、第５図（Ｃ）の場合、口径Ｄ１に対応する探
触子１０の振動子のみに左端に模式的に示す様な遅延時
間ｄｔｌを与えて点Ｆ１で集束をかけることにより、焦
点Ｆ１における送受信音場■１を得る。第５図（ｄ　）
においても同様に口径Ｄ２、焦点Ｆ２において送受信音
場Ｉ２を得る。

ここで、焦点Ｆ１および焦点Ｆ２は、術者の設定したゲ
ートの位置として例えば、ゲート幅のまん中の位置に、
一致させる。この時、ビーム幅δ１゜δ２と口径Ｄ１．
Ｄ２　、焦点Ｆ、１．Ｆ２の関係は超音波の波長をλと
すると、弐〇より、δ１：２．４４・Ｆｌ／’Ｄ’１　
・λ１　６２キ２．４４・Ｆ２／Ｄ２・λ となる。ここで、口径Ｄ１．Ｄ２の選び方を下記式■を Ｆｌ　／Ｄｓ　＝Ｆ２　／Ｄ２　・・・■を満たす様に
選定すると、 δ１−６２ となり、ビーム幅δ１．δ２は距離（ゲート位置）Ｆｓ
　、Ｆ２に依存しなくなる。

ここで、本実施例のアニユラ−アレイ形の探触子１０を
用いた場合について、下記式〇の関係を詳細に説明する
。即ち、探触子１０の各超音波振動子（以下素子と略称
する）の電極側から見たインピーダンスは、探触子１０
の開口面積に依存する。このため、探触子１０を構成す
る素子の均一性を保つためには各素子の面積を等しくす
ることが条件となる。即ち、探触子１０にて、各素子の
面積が一定であるという条件を付加すると、口径［）ｔ
　、Ｄ２を構成する探触子１０における素子の数を、夫
々Ｎｌ　、Ｎ２とすると下記式■が成立する。

従って、式■の条件を式■で書きなおすと、下記式■が
成立する。

また、各素子の面積を一定であるとの条件の下で各素子
を同一の送信スペクト）ムを有するパルサーにて駆動す
ると、媒質の散乱、吸収特性が等方性かつ均一である場
合容素子がら発射される音波のスペクトラムＰｓ　Ｔ　
＜ｆ　）、　Ｆ２−ｒ　（ｆ　）ハ送信スペクトラムを
Ｔ（１、素子の伝達関数をＨ（１’　）とすると、焦点
面で観測する場合に、は下記の如く表わされる。

Ｐ２ＴＶ）キＮ２・Ｈ（ｊ）・’Ｉ’　（、ｆ）・−２ 従って、受信エコーのスペクトラムＰ１．（ｆ）’。

Ｆ２　（ｆ）は媒質の反射係数をＲ（ｆ　）として下記
式■■の如く表わされる。

■ Ｐｌｃｆ）＝Ｐ！Ｔ（ハ・Ｎｌ　−Ｈ（ｊ）・下、・Ｒ
（ハ同様に、 式■■より下記式■が成立し、 また式■■より、下記式■が成立する。

上記式より明らかなように減衰のない媒質中の場合、式
■を満たす条件にて送受信を行うと、素子数の相異によ
り式［相］なる関数があるため、これ−を以下の如く補
正することにより、 受信スペクトラムは素子数に依存しなくなる。

以上により、減衰定数α（ｆ　）　［ｄ　Ｂ／ｃｍ’］
を有する媒質中においては、開口（口径）Ｄｌ。

Ｄ２の受信エコーのスペクトラムＰ１　（ｆ）。

Ｆ２　（ｆ）の関係は、 Ｐ２＆）：Ｐｌ（ｊ）。２・α（ｆ）（Ｆ２−Ｆ＋）　
Ｎｔ２ となる。これから下記式により減衰定数α（ｆ）をめる
ことができる。

本実施例は以上に述べた作用の原理に基づいてなされる
ものであり、以下、第４図のブロック図を参照して上記
作用を奏する動作について鴫叩する。

即ち、本実施例では、減衰定数の測定とＢモード像の形
成とに、同一のアニユラ−アレイ形の探触子１０を用い
ることにより被測定部分のＢモー１　ド像を観察しなが
ら、このＢモード像上で術者が被測定個所の深さＦｌ、
Ｆ２を指定し、その部分の減衰定数を測定できる構成と
している。ここで、アニユラ−アレイ形の探触子１０は
機械的にセクタ走査を行なうものとする。

即ち、Ｂモード像上に示す超音波走査線（ラスタ）Ｌ上
の深さＦｌからＦ２までの部分の減衰定数を測定したい
場合の動作を説明する。今、第６図のタイミングチャー
トに示す様に第５図（ａ　）に示すＢモード像の１画面
に対応する第６図（ａ　）のフレーム同期信号の１周期
に、第６図（ｂ）に示すようにレート信号がＢモード像
を構成している走査線１本に対応して図の様な関係にあ
ると、時間Ｔｌ　、Ｔ２に対応するタイミングの各レー
ト分だけのデータが減衰定数α（ｆ　’）の測定に使用
される。

即ち、Ｔ１．Ｔ２のタイミングでは、遅延線コントロー
ル回路３は、術者の設定上たＦｌ、Ｆ２のデータから、
式■の条件を満たすように超音波送受信に寄与する素子
がＮｒ　、Ｎ２個選択され、また深さＦｌ、Ｆ２にフォ
ーカスするように送信遅延回路１２を制御する。送信遅
延回路１２は所定の遅延時間だけタイミングをずらした
トリガ信号にてパルサ１１を駆動して探触子１０を動作
させ超音波が送信される。被検体によって反射されたエ
コーはプリアンプ１４を経た後、送信と同じように受信
遅延回路１５によって焦点Ｆ１．Ｆ２に受信フォーカス
がかけられ、加算器１６により加算される。この加算信
号は、対数増幅器１７、検波回路１８、Ａ／Ｄ変換器１
９、フレームメモリ２０、Ｄ／Ａ変換器２１を経てＢモ
ード像が生成され表示器２２に表示される。またスイッ
チ２３Ａ、２３Ｂがラッチ２８Ｄによって設定されたゲ
ート信号によってｔなる期間のみオンし、メモリ１．２
４Ａにはゲート１内の反射エコーが取込まれ、またメモ
リ２．２４８にはゲート４作の反射エコーが取込まれる
。この様にして取り込まれたデータは周１解析器２５Ａ
−，２５Ｂに送ら。

゛　れ、演算器２６によって、上記式α■の演算が行わ
れる。これにより、ゲート位置によらない減衰定数α（
ｆ）が得られＤ／Ａ変換器２７によりアナログ化され、
このデータは、マーカ発生器３２からのマーカと共に所
定の表示形式も表示器２０に表示される。

この他に本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、アニユラ−アレイ形
の探触子を用い、被検体の少なくとも２ケ所の異なる深
さに焦点を合わせ且つ各深さく焦点）に対応した所定の
超音波開口（口径）を選択し、超音波を送受信する超音
波送受信手段と、受信された反射波のうちの上記被検体
の所望部位のみの波形データを選択する選択手段と、こ
の選択的に得られた波形データの周波数解析を行う周波
数解析手段と、この周波数解析結果を所定の演算手法に
基づいて上記被検体の所望部位の一衰定数を算出する演
算手段とを具備した構成とし、多段コンビネーションう
オーカス法を適用し、送受信される超音波ビームのビー
ム幅、及び受信される超音波エコーのスペクトラムが深
さに依存しないようにしたので、上記被検体の所望部位
の減衰定数を高精度に把握することを可能とした超音波
診断装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は夫々本発明の基本的考え方を説明す
る図、第３図は超音波ビームの深さ方向への広がりと中
心軸上音圧の深さ、方向への変化の様子を示した図、第
４図は本発明による超音波診断装置の一実８１―を示す
ブロック図、第５図は本発明の作用の原理を説明するた
めの図、第６図は同実施例における超音波送受信部の動
作を説明するタイミングチャート図である。 １０・・・アニユラ−アレイ形の探触子、１１・・・バ
ルサ、１２・・・送信遅延回路、１３・・・レート信号
発生器、１４・・・プリアンプ、１５・・・受信遅延回
路−１６・・・加算器、１７・・・対数増幅器、１８・
・・検波回路、１９・・・Ａ／Ｄ変換器、２′０・・・
フレームメモリ２１．２７・・・Ｄ／Ａ変換器、２２・
・・表示器、２３Ａ。 ２３Ｂ・・・スイッチ、２４Ａ、２４Ｂ・・・メモリ、
２５Ａ、２５Ｂ・・・周波数解析器、２６・・・演算器
、２８Ａ〜２８０・・・ラッチ、２９Ａ、２９Ｂ・・・
ゲート信号発生器、３０Ａ、３０Ｂ・・・バッファ、３
１・・・遅延線コントール回路、３２・・・マーカ発生
器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Ａラ　１　四 第２図 端間を 第３図 一摩さ 第５図 弓　、Ｏ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アニユラ−アレイ形の探触子を用い、被検体の少なくと
   も２カ所め異なる深さに焦点を合わせ且つ各深さく焦点
   ）に対応した所定の超音波間口（口径）を選択し超音波
   を送受信する超音波送受信手段と、受信された反射波の
   うちの上記被検体の所望部位のみの波形データを選択す
   る選択手段と、この選択的に得られた波形データの周波
   数解析を行う周波数解析手段と、この周波数解析結果を
   所定の演舞手法に基づいて上記被検体の所望部位の減衰
   定数を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする
   超音波診断装置。