JPS6053133A - 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，生体内組織の音響的パラメータを定量的に診
断することのできるパルスエコー方式の超音波診断装置
に関する。

従来のパルスエコー方式の超音波診断装置は，１個の超
音波トランスジユーサあるいは共振周波数の同一の複数
個の超音波トランスジユーサ片を並べて配列したものか
ら超音波パルスを生体中に発射し，生体内部での反射波
を同一の超音波トランスジユーサで受信することにより
生体内部の断層像を得るものであつた。この方式の超音
波診断装置では，超音波の送・受波ビームの方向と，超
音波パルス発射後反射波を検出するまでの時間により生
体内の１点を指定することができるため，容易にしかも
りアルタイムで生体内の断層像を形成することができる
という長所を有している。しかし，その反面超音波の反
射が音響インピーダンスの変化する部位において生じ，
また，超音波が生体中で大きく減衰を受けるため，従来
のパルスエコー方式の超音波診断装置で得られる生体内
の情報は，単に各組織の境界を示す形成的な情報に留ま
り，生体内組織の音響的特性を定量的に与えるものとは
なつていないという欠点を有していた。

一方，超音波診断において生体内部の音響特性に関する
パラメータを定量的に与えることはテイツシユキヤラク
タリゼーシヨンとも呼ばれ，超音波診断上極めて重要と
されている。生体内部の音響特性としては，超音波に対
する減衰率，散乱係数，音速および伝播における非線形
性などが考えられる。この中で，伝播における非線形性
の程度は非線形パラメータと呼ばれ，有限振幅の超音波
が媒質中を伝播する時に生じる波形歪の程度に関するパ
ラメータであり，各種の媒質が固有な値を有するため，
生体内部の各点の値について定量的にめられる可能性が
ある。

本発明は，パルスエコー方式により伝播における非線形
性のパラメータを簡便かつ定量的にめ得る装置を与える
ものである。本発明は，（１）有限振幅の超音波が伝播
する際，その波形はいわゆるＮ波状に歪み，その歪の程
度はその超音波の振幅と非線形パラメータの積に比例す
る。

（２）Ｎ波状に歪ｈだ波形は，伝播している超音波の第
２高調波すなわち２倍の周波数成分を含み，その成分の
強度は歪の程度と伝播超音波の振幅の積に比例する。

という原理を利用している。

以下図面を用いて本発明の詳細を説明する。第１図は従
来より使われている通常のパルスエコー方式の超音波診
断装置の一例である。第１図の超音波診断装置において
は，パルス発生器１で発生されたパルス波は超音波トラ
ンスシユーサ２で超音波パルスに変換され，被験体すな
わち生体３に向けて発射される。しかして，ここで超音
波トランスジユーサ２の共振同波数をＷ０とすると，発
射される超音波パルスの中心周波数はＷ０となる。次に
，被験体内部で反射，散乱した超音波反射エコーは，再
び超音波トランスジユーサ２において電気信号に変換さ
れ受信増幅器４で検波，増幅された後，信号処理回路５
において，生体中の減衰を補正するためのいわゆるタイ
ムゲインコントロールなビを受け表示装置６に導かれる
。超音波トランスジユーサ２はスキヤナ部７により走査
され，スキヤナ部７からは走査位置信号が表示装置６へ
導かれる。表示装置６においては，上記走査位置信号お
よび超音波パルス発射後の時間により，生体内部の反射
エコー信号を発生させた位置を計算し，その位置信号と
信号処理回路５より与えられた反射エコー強度信号によ
り断層像を構成する。

この様に第１図に示される従来のパルスエコー方式の超
音波診断装置は，生体に向け超音波パルスを発射し，ま
た反射エコーを検出するために同一の超音波トランスジ
ユーサを使用し，しかもそれに，強い共振特性を有させ
しめているところに特徴がある。また，従来の装置にお
いては，超音波パルスの発射と反射エコーの検出に別個
のトランスジユーサを用いる場合も，それらはほぼ同一
の共振周波数を有するように構成されていた。

本発明によるパルスエコー方式の超音波診断装置におい
ては，この発射する超音波パルスの中心周波数と検出す
る反射エコーの中心周波数をほぼ１対２の比率にする。

このため，超音波パルスを発射するトランスジユーサと
反射エコーを検出するトランスジユーサを分離させるか
，または比較的広帯域のものを用いることが特徴となる
。以下第２図および第３図，第４図に沿つて本発明の実
施例を説明する。

第２図は本発明によるパルスエコー方式の超音波診断装
置の一例である。この装置においては，まず，パルス発
生器１で発生したパルス波を超音波トランスジユーサ２
でその共振周波数Ｗ０の超音波パルスに変換し生体３に
発射される。超音波パルスは生体内部の媒質に固有な非
線形パラメータの値によつて波形歪みを受け，第２高調
波，すなわち周波数２Ｗ０付近の成分を発生しながら生
体内を進行する。生体内各部で反射，散乱した超音波の
うち，受波用の超音波トランスジユーサ２１の方向に向
かつた波が，受波用の超音波トランスジユーサ２１で再
び検出され電気信号に変換される。ここにおいて，受波
用超音波トランスジユーサ２１は超音波を発射したトラ
ンスジユーサ２の共振周波数Ｗ０のほぼ２倍すなわち２
Ｗ０の共振周波数を有する様に構成しておく。受波用超
音波トランスジユーサ２１で検出された電気信号は，超
音波の伝播に伴う波形歪みによつて発生した第２高調波
の成分となる。この電気信号が受信増幅器４で検波，増
幅され，信号処理回路５で処理され表示装置６上に表示
されるのは第１図に示された従来の超音波診断装置と同
様である。第２図に示された本発明の一実施例の装置に
おいては，生体内の媒質の有する非線形パラメータの値
を反映する反射エコー強度が得られ，従来のパルスエコ
ー方式の超音波診断装置にない別の種類の情報をもたら
す断層像が形成される。なお，第２図の実施例において
は，スキヤナ部７を除いて説明したが，スキヤナ部７を
付加すればそれが第１図におけるものと全く同じ役割を
果たすことは言うまでもない。

第３図および第４図は各々本発明によるパルスエコー方
式の超音波診断装置の別の実施例である。

これらの実施例は第１図に示した従来のパルスエコー方
式の超音波診断装置と，第２図に示した本発明による超
音波診断装置を組み合わせ，被験体すなわち生体３中の
媒質の非線形パラメータの値をより正確に表示するもの
である。

以下第３図および第４図に示される本発明による超音波
診断装置について説明する。しかして，第１図あるいは
第２図と同じ機能，役割を有する部分については説明を
省略する。

第３図の超音波診断装置においては，超音波トランスジ
ユーサ２より生体に向け超音波パルスを発射し，発射し
た超音波パルスの中心周波数Ｗ０付近の成分の反射エコ
ーは超音波トランスジユーサ２で，また，そのほぼ２倍
の周波数すなわち２Ｗ０の成分の反射エコーは超音波ト
ランスジユーサ２１で検出し，各々受信増幅器４および
４′に送られる。

受信増幅器４および４′で検波，増幅された各々の反射
エコー信号は，信号処理回路５１に導かれる。

信号処理回路５１においては，比をとりまた，必要に応
じて微分するなどの処理により，反射エコーのうち発射
パルスの中心周波数のほぼ２倍の周波数の成分の強度を
，発射パルスの中心周波数付近の成分の強度で正規化す
るなどの波形操作が行なわれ，その結果が表示装置６で
表示される。

第４図の超音波診断装置においては，パルス発生器１で
発生したパルスは超音波トランスジユーサ２を経て中心
周波数Ｗ０の超音波パルスに変換され，生体３，超音波
トランスジユーサ２１，受信増幅器４を経て，反射エコ
ーのうち伝播による波形歪によつて発生した第２高調波
成分すなわち２Ｗ０の成分が波形記装置８に蓄積される
。次いで，パルス発生器１′より発生したパルスは，超
音波トランスジユーサ２１を経て中心周波数２Ｗ０の超
音波パルスに変換され，生体３，超音波トランスジユー
サ２１，受信増幅器４を経て，これも波形記憶装置８′
に蓄積される，ここに蓄積された反射エコーは，中心周
波数を２Ｗ０とした場合の従来の方式と同様のパルスエ
コー信号である。信号処理回路５２は，波形記憶装置８
，８′に蓄積された信号を逐次取り出し，比をとり，微
分するなどの処理により，生体３の各部の媒質の非線形
パラメータを反映したデータを形成し，表示装置６に送
る。

本発明は，上記三実施例に限ることなく，いろいろな構
成のパルスエコー方式の超音波診断装置に適用できるこ
とは言うまでもない。特に，上記の実施例においては，
生体に向け発射した超音波の中心周波数のほぼ２倍の周
波数の成分の反射エコーの強度を得るため，受波用には
別個の超音波トランスジユーサを用いるものとしてある
。しかし，比較的広帯域のトランスジユーサを用いて，
送波用と同一のトランスジユーサで受波した後に周波数
成分分析を行なえば，生体に向けて発射した超音波の中
心周波数の２倍の周波数の成分を抽出することができる
。この原理を用いた検出方式が本発明に含まれることは
言うまでもない。

また，ここで説明した方式を電子走査などの高速走査形
超音波診断装置に適用し，実時間で生体内組織の各部の
非線形パラメータまたはそれを反映した画像を表示する
装置も本発明に含まれることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は，従来からあるパルスエコー方式の超音波診断
装置の構成図。第２図，第３図，第４図は本発明による
パルスエコー方式の超音波診断装置の実施例の構成図。 １，１′……パルス発生器，２……共振周波数Ｗ０の超
音波トランスジユーサ，３……生体または被験体，４，
４′……受信増幅器，５……信号処理回路，６……表示
装置，７……スキヤナ部，８，８′……波形記憶装置，
２１……共振周波数２Ｗ０の超音波トランスジユーサ，
５１……信号処理回路，５２……信号処理回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．生体に向けて超音波パルスを発射する超音波発信部
   と，生体からの反射波を得て増幅するエコー受信部を具
   備し，該エコー受信部が，超音波発信部から発射された
   超音波パルスの中心周波数のほぼ２倍の周波数成分の強
   度を検出することを特徴とする超音波診断装置２．特許
   請求の範囲第１項記載の超音波診断装置において，信号
   処理部を具備し，エコー受信部が，超音波発信部から発
   射された超音波パルスの中心周波数付近における反射波
   強度をも検出し，信号処理部が中心周波数のほぼ２倍の
   周波数の成分の反射波強度を，上記の中心周波数付近の
   反射波強度によつて正規化する機能を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置 ３．特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置におい
   て，信号処理部を具備し，超音波発信部が中心周波数が
   ほぼ１対２の比を有する２種類の超音波パルスを発射し
   ，エコー受信部が反射波のうち前者の超音波パルスに対
   してはその中心周波数のほぼ２倍の周波数の成分，後者
   に対してはほぼその中心周波数の成分の反射波強度を検
   出して，信号処理部がエコー受信部で検出した反射波強
   度のうち，前者を後者で正規化する機能を有することを
   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 ４．電気信号と超音波信号を相互に変換する超音波トラ
   ンスジユーサを２種類具備し，それらの超音波トランス
   ジユーサがほぼ１対２の共振周波数を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２，３項記載の超
   音波診断装置 ５．上記の２種類の超音波トランスジユーサが同心円状
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の超音波診断装置６．ほぼ１対２の共振周波数を
   有する２種類の超音波トランスジユーサ片を配列した，
   配列式超音波トランスジユーサを具備し，これらのトラ
   ンスジユーサ片を総括して電子的に制御することにより
   超音波ビームの指向性を生じさせる電子スキヤン方式を
   採用したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の
   超音波診断装置