JPS6029140A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は超音波を用いて生体の断層像を得る装置に係
り、とくに配列型振動子を使用し開口合成法により高品
質な画像を得る超音波診断装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

超音波診断装置は超音波パルスを生体内に放射し、固有
音響インピーダンス（両媒質の密度乏音速との積）の異
なる組織の境界面から反射してくる超音波エコーを受信
した後、これを処理して超音波断層像を得るものである
。この超音波診断装置はＸ線診断法のような被爆障害が
なく、造影剤を用いずに軟部組織の断層像を観測するこ
とができる。しかも、近年電子走査形装置に代表される
リアルタイム表示可能な装置の実用化により、動態計測
が容易になり、その操作性の向上にともない急速に普及
しつつある。

超音波診断法に基づ〈従来の装置において１分解能のよ
い画像を得るには、超音波ビームを集束させる必要があ
る。そこで、電子走査装置に使用されている配列戯超音
波探触子の場合には、方位分解能を向上させるため、振
動子駆動信号に相対るために、集束位費を超音波送信方
間に順次移ａして、任意の深さに対して一様に分解能を
向上させるダイナミック集束法や多段集束法が行なわれ
ている。

これらの方法はいずれも１回の超音波送信時には複数個
の振動子を使用して行なわれ、このとき各振動子より得
られた受信４号は遅延回路を介して整相加算される。ま
た、多段集束法では毎秒表示されるフレーム数はその段
数を増力口させるほど減少するため操作性が悪くなる。

一方受信ダイナミック集束法では遅延時間の切り換え時
に不連続やスパイクノイズ等が生じ画質を劣化させる。

また、これらの方法では多数の振動子を使用して高分解
能を得ようとすれば遅延回路等の受信回路が複雑化する
欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は上記の問題点を除去するためになされたもの
で、送受信器の振幅および位相特性の不均一性を補正す
ることができ、高品質のリアルタイム超音波画像を得る
ことができる超音波診断装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

この発明は複数個の振動子を順次選択駆動して超音波を
生体内に放射し、その生体内からの反射波を前記振動子
で受信する。このとき、各振動子およびこれに接続され
た送受信器の特性のバラツキを受信信号の振幅並びに位
相を調整することにより補正し、ここで補正された受信
信号を合成して再成像を得るものである。

この発明はレーダ分野で用いられている開口合成法を超
音波診断装置に応用したもので、その原理を第１図によ
り説明する。

図に示すように振動子１はＸ軸上ｉこ沿りて移動しなが
らＺ軸方向に超音波の送受信をおこなう。いまＰｎ　（
Ｘｎ　、　Ｚｎ　）点に反射係数γｈの反射体２がある
場合、（Ｘ、Ｏ）点に位置する振動子１から放射された
超音波パルス５ｔ（ｔ）がＰｎ点で反射し、再び前記振
動子１により受信される場合の受信信号Ｓｒは次式で示
される。

Ｓｒ−γｎｆ　（ｔ−ｔｎ）　５ｉｎ（ωｏ（”−１ｎ
）ｌ・・・＝−（１）ただし ２Ｚｎ　１ １、キ　、＋　Ｚｎｖ　（Ｘ　Ｘｎ）”ω０＝２πｆ。

Ｓｔ：送信波で８　ｔ　（ｔ）＝ｆ　（ｔ）　ｓｉｎ　
４ｔｆｏ：超音波中心周波数 ｔｎ　＝反射体の反射係数 ｆ（ｔ）　：超音波パルス包絡線 Ｖ：媒質中の音速度 である。

受信信号８ｒは超音波中心周波数ｆ０に等しい第１の基
準信号Ｓｉｎω。ｔおよびＣｏｓω。ｔで同期検波され
、さらにフィルタによって高周波成分（２ωＯ）が除去
される。その出力Ｓは次式によって示される。

５＝ｓｒＲ＋３８ｒＩ＝’−’ｆ（ｔ−ｔｎ）　ｅ　Ｊ
ωＯｔｆｌ　−＋２３この出力Ｓは以下に示す第２の基
準信号８ｃとの間で相関がとられ、　Ｐｎ点の像Ａ（Ｕ
、Ｚｎ）が構成される。すなわち、像Ａは で表される。ここで基準信号Ｓｃは °　間Ｆ Ｓｃ＝ｅ”０ で表され、／中Ｚｎρは積分範囲を示し、βは振動子の
もつ超音波ビーム幅を示す。

したがって となり１表示面Ｕ−Ｚ上のＵ＝Ｘｎｚ＝Ｚｎで反射体Ｐ
ｎの像が構成される。

なお、上述したように１個の振動子１を移動させるかわ
りに、第２図に示すように複数個の振動子３を一列に配
設し、そのうちの一部を電子スイッチ等によって選択し
て超音波の送受信をおこなうことにより、高速度のデー
タ採取ができるとともに、超音波断層像の即時処理が可
能となる。

この配列型探触子４を送信用振動子３ｎと受信用振動子
３ｍに分け、この振動子３ｎｔ３ｍの組合せを多くとる
と々により、各振動子３ｎｌ　３ｍの特性の不均一性が
再構成時において平均化されるため、良好な画質を得る
ことができる。しかしながら、良質な画質を得るために
、送受信用振動子３ｎ、３ｍの組合せを多くとるき１回
路規模が大きくなるさともに１画像処理時間が長くなり
即時処理が困難になる。

一方、送受信に同−振動子を用いると、データ採取およ
び画像処理時間を短縮することができるが、もし各振動
子の特性およびこれに接続された送受信器の振幅および
位相特性が不均一であれば良好な画質が得られなくなる
。

このことは、第３図に示す振動子感度のバラツキの度合
をパラメータにしたときの再構成パターンによって実証
することができる。例えば振動子感度のバラツキが０％
の場合と、±１５％を越える場合とで比較すると、後者
の方が再構成パターンに大きなサイドローブが発生して
いることがわかる。

したがって、送φ信時に同一の振動子を使用した場合、
あるいは送信用振動子と受信用振動子の組合せがあまり
多くない場合には、各振動子の振幅および位相特性を均
一化することが画質の向上を計るうえで必要である。

しかしながら、各素子感度のバラツキを±１５％以下に
抑えるこ吉は製作上極めて難しい。また位相特性につい
ても同様のことがいえる。

この発明は振動子とこれに接続された送受信器の特性の
不均一性の補正を各振動子からの受信信号の増幅度およ
び位相を制御することにより行なうものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば配列型探触子を構成する複数個の振動
子およびこれに接続された送受信器の特性のバラツキを
補正することにより、高品質の画像を容易に得ることが
できる。

〔発明の実施例〕

以下１図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第４図に８いて１１は複数個の振動子１１１．１２　。

〜１２−Ｎを直線状に配設した配列型探触子で、各振動
子１２−１．１２．〜１２−Ｎに対応して同数の電子ス
イッチ”　３−＋　＋　１３−２〜１３−Ｎが設けられ
ている。この電子スイッチ１３　、、１３、〜１３−Ｎ
を制御することにより、複数個の振動子１１．、１１．
〜１２−Ｎの中から１個が順次選択される。そしてパル
サ１４から駆動パルスが例えば振動子１２−８に供給さ
れ、被検体に向けて超音波が放射される。被検体からの
反射は再び振動子１２−Ｉにより受信される。この受信
信号は振幅補正用増幅器１５を介して２個のミキサ１６
ａ１６ｂに供給され発振器１７の出力信号との間で乗算
がおこなわれる。このとき１発振器１７の出力信号は位
相補正用カウンタ１８を介して直接ミキサ１６ｂに送ら
れるとともに、さらに移相器１９にて位相をπ／２シフ
トさせてミキサ１６ａに送られる。

ミキサ１６ａ　、１６ｂのそれぞれの出力は低域通過フ
ィルタ２０ａ　、２０ｂを介してその高周波成分が除去
された後、Ａ／Ｄ変換器２１ａ、２１ｂを経て記憶回路
２２ａ、　２２ｂに記憶される。この記憶回路２２ａ　
、２２ｂに記憶されたデータは信号処理回路２３に供給
され、ここで記憶回路２４に記憶された基準信号Ｓｃ、
Ｊ（の間でたたみ込み計算が行なわれる。この結果はフ
レームメモリー２５に記憶された後、　Ｄ／Ａ変換器２
６を介して表示器（例えばテレビモニタ）２７上に表示
されるとともに、必要に応じてＸ線フィルム２８等に記
録される。

一方、各振動子１２　、　、１２−、〜１２−Ｎの位相
および振幅特性を予め測定する。例えば第５図に示すよ
うに探触子１１の表ｒｆＪ（振動子１２−、　、１２．
〜ｌ２−Ｎ）を箱型の探触子支持台３１に充填した水３
２に浸した状態で電子スイッチ１３．、：、、　１１２
〜１３−Ｎを制御しながら振動子１２−ｓ、１２５〜１
２−Ｎから順次超音波を放射して探触子支持台３１の底
面３１ａからの反射波を受信する。これらの反射信号の
位相および振幅の測定をおこない、この測定値から補正
用データを算出して補正テーブル２９に記憶させる。

振幅補正用データはＪＡ変換器を介して振幅補正用増幅
器１５に送られ、各振動子１２−１，１２４〜１２−Ｎ
の不均一性を補正する。

一方１位相補正用データは位相補正用カウンタ１８にプ
リセットされる。このとき、ｆｘ／ｆｏ＝Ｎ（Ｎ）１）
とすれば位相補正はπ／Ｎの精度でおこなうことができ
る。

なお１位相の１１１１１定は位相検波法を用いることに
より容易に行なうことができる。

この診断装置では各振動子１２＝、　１２．〜１２−Ｎ
の特性のバラツキを振幅補正用増幅器１５と位相補正用
カウンタ１８で補正することにより、各振動子１２−１
〜１２−Ｎから送られてくる受信信号の増幅器を制御す
るとともに１位相特性を高精度で補正することができる
ため、良質な画像を容易に得ることができる。

また、探触子支持台３１をテストピースに兼用させ１診
断を行なう前に各振動子１２−１〜１２　、の位相およ
び振幅を測定して補正データを作成することにより、當
に各振動子１２−１〜１２−Ｎの振幅および位相特性を
均一に保つことができるため、振動子１２−１〜１２−
Ｎの特性に経時的変化が生じても容易をこ対処すること
ができる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、要旨を変更しない範囲において種々変形して実施する
ことができる。

上記実施例は送受信に同一振動子を用いているが、この
発明は送受信に異なった振動子を用いた場合にも有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に用いられる開口合成法
の原理を示す説明図、第３図はこの発明における効果を
説明するための特性図、第４図はこの発明の一実施例を
示すブロック図、第５図は同実施例のテストピースを兼
ねた探触子ホルダーの一例を示す構成図である。 １・・・振動子　２・・・反射体 Ｌ３ｎｐ３ｍ・・・撮動子　４・・・配列型探触子１１
・・・配列型探触子　１２−８〜１２−Ｎ・・・振動子
１３−１〜１３−Ｎ・・・電子スイッチ　１４・・・パ
ルサ１５・・・振幅補正用増幅器　１６ａ、１６ｂ・・
・ミキサ１７・・−発振器　１８・・・位相補正用カウ
ンタ１９・・・移相器　２０　ａ　＋　２０　ｂ・・・
低域通過フィルタ２１ａ、２１ｂ−０，Ａ／Ｄ変換器　
２２ａ、　２２ｂ−・・記憶回路２３・・・１号処理回
路　２４・・・記憶回路２５・・・フレームメモリー　
２６・・・ヅＡ変換器２７・・・表示器　２８・・・Ｘ
線フィルム２９・・・補正テーブル　３１・・・探触子
支持台３１ａ・・・底面　３２・・・水 （ほか１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）配列された複数個の振動子と、これらの撮動子を
   選択駆動する複数個の電子スイッチさ、前記振動子より
   の受信信号を合成し像再生を行なう再生手段と、この手
   段によって得られた結果を表示する表示手段と、前記各
   撮動子およびこれに接続された送受信器の特性のバラツ
   キを計測することにより得られた補正用データを記憶す
   る記憶手段とを備え、この補正データに基づき前記受信
   側の振幅および位相の補正を前記再生手段中の電子回路
   において行なうことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）　電子回路は振幅補正用増幅器および位相補正用
   カウンタであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波診断装置。
3. （３）振動子の支持台がテストピースを兼ねていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   超音波診断装置。