JPS6092744A - 超音波映像装置 - 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、超音波用変換器を具えた超音波映像装置であ
り、変換器を励振させて超音波エネルギーパルスを送出
する装置と、該変換器によって受信される前記超音波の
パルスを表わす電気エコー信号を発生する装置と、前記
エコー信号を受信するように接続されており、該エコー
信号よりエコー信号の特性の瞬時値に応じて定まる瞬間
振幅を有する検出出力信号を生ずる検出装置と、輝度が
検出出力信号の関数として定められる画素を対応する超
音波エコーの発出点に対応させて地図状に配置してなる
映像内の点として形成する表示装置とを具えてなる超音
波映像装置に関するものである。

超音波パルスのエコー映像の利用は、今日では医学診断
上重要な形態となってきている。この場合、超音波エネ
ルギーのパルスを変換器で形成し人体内に入射させる。

入射されたエネルギーは、人体の各器管の境界等や、そ
の゛他インピーダンスの不連続個所で散乱する。変換器
（送出変換器と・同一のもので良い）によって検出され
たエコーは電気信号出力を生じ、この信号出力を処理し
て人体内の物理的構造を知りうる。さて従来迄使用され
ているほとんどの超音波パルス映像装置は、変換器によ
って受信され形成されるエコー信号のＡＭエンベロープ
より抽出する情報より映像を形成する。この種装置では
、反射エコー信号よりビデオ信号を導出するのに一般に
ピーク検出器を用い、ビデオ信号の対応部分の振幅の関
数として各画素の強度を変調することにより表示を行う
。例えば、器管の境界の如く、強いエコーを反射する人
体の部位は、映像中で明るい部分として表示され、例え
ば肝蔵内等の均一の組成の部位の如く、弱いエコーしか
反射しない個所は映出映像中で暗い部分として表示され
る。既知のこの種装置の詳細は、例えば、ジエー・エフ
・ハブリス及びジエー・シー・テン・ファ（Ｊ、Ｆ、Ｈ
ａｖｌｉｃｅ　＋　Ｊ、Ｇ。

Ｔａｅｎｚｅｒ　）　ニより、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ。

ＶＯＩ　６７　、　Ａ　４　、　Ａｐｒｉｌ　１９７９
　（ｐ　６２０−６４０）に°’　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕ
ｌｔｒａｓｏｕｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ　＋　Ａｎ、Ｏｖ
ｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　”として発表がなさ
れており、本明細書ではこれを背景技術として援用する
。

Ｂ方式走査映像技術においては、超音波変換器を被検体
の表面に沿って平行移動あるいは回転移動させ、または
その両者を行わしめる。エコーを生ずる反射体の座標に
対応する映像点で反射されるエコー信号の検出特性を地
図状にプロットすることによって二次元映像が形成され
る。反射体の深度座標は、パルス送出よりエコー信号の
受信迄の時間遅延を測定することによって決定され、反
射体の横方向座標は変換器の横方向あるいは角度的位置
を測定することによって決定される。映像の深度解像度
は超音波受信機と検出器の伝送特性によって主として決
定され、映像の横方向解像度は人体等の被検体内に送出
される超音波エネルギービームの横方向寸法によって定
まり、またこの横方向寸法は変換器の大きさと焦点特性
によって定まる。

本発明の目的は、高い横方向解像度を有するパ、ルスエ
コー映像装置を提供するにある。

本発明装置は、検出装置はＦＭ検波器であり、エコー信
号の瞬間周波数に比例する瞬間振幅を有する検出出力信
号により前記エコー信号を導出する如く構成し、さらに
前記超音波変換器にはリング形状の超音波送出用アパー
チュアを設けてなることを特徴とする。これによると、
反射されたパルスエコー信号の瞬間位相または周波数は
、映出映像の強度レベルの変化として地図状に作図され
る。

例えば、高瞬間周波数を反射する人体部位は明るい面積
部分として表示され、低周波数を反射する人体部位はこ
れより暗い面積部分として映像内に表示される。映像内
の各領域の発光強度は一般に反射信号の振幅に無関係で
ある。さらにスケルチ回路を設け、反射エコー信号がＦ
Ｍ検波に低すぎるときにはＦＭ検波器を遮断し、中間強
度レベルを表示する。

ＦＭ映像方式においては、散乱点が音響ビームノ軸より
側方に移動するに伴いパルスエ：Ｉ　−ｃ７）瞬間周波
数が如何に低下（ドロップオフ）するがの態様によって
横方向解像度が定まる。散乱点が軸を外れたとき、瞬間
周波数が急速に低下すると高い横方向解像度が得られる
。従って横方向解像度は変換器の送出パターンによって
定まり、またこの送出パターンは、送出変換器のアパー
チュアの幾何学的寸法によって定まる。従来の振幅変調
映像方式用に設計された変換器はＦＭ映像方式には適し
ていない。

変換器よりの超音波放射の周波数プロフィルは、変換器
より散乱点に至り、再び変換器にもどる径路のループ伝
送関数Ｈ（ｆ）の大きさによって定まる。従来の変換器
の伝送関数は、散乱点が変換器の軸上にある場合には、
典型的には第１図に示すような曲線となり、変換器軸を
外れた散乱点に対しては第２図に示す如くの曲線となる
。散乱点よりのパルスエコーの瞬間周波数内の周波数シ
フトは、変換器の中心周波数における周波数曲線と１ｎ
ｌａｕ月との傾斜に比例する。図に示されているように
、散乱点が軸を外れて移動すると、パルスエコーの瞬間
周波数は下側に移動する。散乱点が音響軸より外れて移
動するにつれてＩＨ（ｆ）１の傾斜の大きさがより急速
に増加する変換器を用いることによりより高い横方向解
像度が得られる。

本発明者は、従来の１Ｍ映像系でもっとも典型的に使用
されていた円形または正方形の変換器アバ−チューｒ　
ニ代えてリング状の変換Ｈアパーチュアを使用すること
によりＦＭ超音波パルス映像装置で高い横方向解像度が
得られることを発見したものである。音響軸上の散乱点
に対しては、アパーチュアのループインパルスレスポン
スが極メて狭くなる。すなわち第４図のような狭い特性
となり、このため変換器の中心周波数における傾斜のゆ
るいところでは広帯域伝送特性全有する。散乱点が軸を
外れると、インパルスレスポンスは第５図に示すように
急速に低くかつ広くなり、その帯域幅は狭いものとなっ
て変換器の中心周波数では大きな傾斜を生ずる。

本発明によるときは、ＦＭ映像方式による横方向解像度
の改良に加えて、リング状の変換器は焦点深度が大であ
るという付加的な利点を有する。

第８図は本発明の好適実施例を示す。図において送信機
１００は周期的電気パルスを生じ、Ｔ−Ｒスイッチ（送
受切替スイッチ）１２ｏを介して変換器１１０を付勢す
る。変換器１１０は電気パルスを超音波エネルギーのパ
ルスに変換し、変換器の音響軸Ａに沿って被検体１８０
内に放出する。

被検体内のインピーダンスの不連続個所、例えば器管の
境界１４０において超音波エネルギーは散乱し、そのエ
ネルギーの一部はエコーとして変換器１１０に戻る。が
がるエコーは変換器１１０で電気信号、すなわちエコー
信号に変換され、Ｔ−Ｒスイッチ１２０を介して受信機
１５０に送られる。受信機１５０はエコー信号を増幅し
、処理して、スケルチ回路を有しているＦＭ検波器１６
０に供給する。ＦＭ検波器１６０は、変換器１１０によ
り形成されたパルス状のエコー信号の瞬間周波数に比例
する振幅を有する出方信号を生ずる。

スケルチ回路は、エコー信号の振幅が一部レベルの閾値
以下に低下した際ＦＭ検波器が確実に出方零となるよう
にする。このスケルチ回路を有するＦＭ検波器の出力を
表示装置１７０に供給し、その表示強度を変調する。表
示装置１７０は一般に陰極線管ディスプレイとし、ディ
スプレイ内の選択された画素の表示強度が被検体１８０
内の散乱点より反射されたエコーの瞬間周波数に比例す
る如くし、散乱点の各座標はディスプレイ内の画素の位
置に対応する如く地図状に配置される。一般に基準中心
周波数に対応する瞬間周波数を有するエコーは中間のグ
レー（ゼロ）として表示され、これより低い瞬間周波数
を有するエコーはより暗い影の部分として表示され、ま
たこれより高い瞬間周波数を有するエコーはより明るい
部分として表示される。

例えば軸１９０によって変換器１１０を回転させるセク
ター走査用モータ１８０を用いて変換器をその音響軸に
直角な面内で振動させることにより変換器１１０の音響
軸Ａにより被検体内を走査する。従来既知の手段により
変換器の移動運動を表示装置のディスプレイ画面の掃引
と結合させておくと、陰極線管上の掃引線は頂点１７５
に対１．。

軸１９０の回転角に対応する角度をもって現われる。さ
らにディスプレイの掃引を変換器１１０によって生ずる
パルストレーンと同期させてお（と、反射エコーは頂点
１７５よりある距離だけ離れた画素として表示され、こ
の距離は送出）くルスの送出時間と反射エコーの検出時
間との間の時間間隔に対応し、従って散乱点１４０と変
換器１’ｌＯ０間の相対距離に対応する。

医療診断用の従来の変換器は円形また４ま正方形のアパ
ーチュアを有していた。リング状の変換器アパーチュア
自体も従来知られてしまた。し力）しこれらは大なるサ
イドローブをもった放射ノぐターンを有しているためＡ
Ｍ検波によるノ＜／レスエコ一方式には使用できなかっ
た。これはサイドローブにより許容できないような妨害
と歪とがディスプレイ映像に生じたからである。

本発明はリング状のアパーチュアを有する変換器をＦＭ
検波器を有するパルスエコー装置と組合わせると極めて
有利であることを発見したものであり、ざらにかかる組
合せによって、同等のＦＭ検波ノハルスエコー装置と円
形または正方形のアパーチュアを有する変換器を組合せ
たものに比し遥に尖鋭な横方向解像度を得られることを
発見したことに基づくものである。リング状すなわち幅
ヲモった円環形状の変換器アパーチュアのループインパ
ルスレスポンスは、変換器軸Ａ上にある散乱点に対して
は第４図に示すように極めて尖鋭であり、従って変換器
は、その中心周波数においてゆるい傾斜を有する広帯域
伝送特性を有する。散乱点が変換器軸より外れるとリン
グ状アパーチュアのインパルスレスポンスは急速に低下
しかつ広くなり、第５図に示す如くとなる。この結果伝
送帯域は狭くなり、変換器の中心周波数に対し、大なる
傾斜を有するようになる。

リング状のアパーチュアを有する変換器は焦点深度が大
であるという付加的なかつ有利な効果を有する。この焦
点深度はリング状部分のリングの幅Ｔ（第８図）に逆比
例する。このリング幅が無限大であるとすべての距離に
対し焦点が合う。これは変換器のアパーチュア上のすべ
ての点が音響軸上の任意の点よりほぼ等距離となるから
である６さらに本発明によるときは、ＦＭ検波器の既知
の゛′キャブチュア効果１′特性によって、検波器に供
給される最強信号によりより弱い方の信号が抑制される
ので横方向解像度はさらに改良される。

このキャプチュア効果は、サイドローブ信号によって生
ずる歪を有効に抑制し、主として変換器の主ローブによ
って定まるディスプレイを生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の変換器において散乱点が超音波放出軸上
にあるときのループ伝送関数）１（ｆ）を示す曲線図、 第２図は同じ変換器の散乱点が軸を外れたときの対応の
曲線図、 第８図は本発明装置のブロック図、 第４図は本発明のリング状アパーチュアを有する変換器
の軸上散乱点に対するルーブインノくルスレスポンス曲
線図、 第５図は散乱点が軸を外れている場合の同じル−プイン
パルスレスぎンス曲線図である。 １００・・・送信機 １１０・・・変換器 １２０・・・Ｔ−Ｒスイッチ １５０・・・受信機 １６０・・・ＦＭ検波器 １７０・・・表示装置 １８０−・・モータ １９０・・・回転軸 １８０・・・被検体 １４０・・・散乱点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　超音波用変換器を具えた超音波映像装置であり、 変換器を励振させて超音波エネルギーパルスを送出する
   装置と、該変換器によって受信サレる前記超音波のパル
   スを表わす電気エコー信号を発生する装置と、 前記エコー信号を受信するように接続されており、該エ
   コー信号よりエコー信号の特性の瞬時値に応じて定まる
   瞬間振幅を有する検出出力信号を生ずる検出装置と、 輝度が検出出力信号の関数として定められる画素を対応
   する超音波エコーの発出点に対応させて地図状に配置し
   てなる映像内の点として形成する表示装置とを具えてな
   る超音波映像装置において、 前記検出装置はＦＭ検波器であり、エコー信号の瞬間周
   波数に比例する瞬間振幅を有する検出出力信号より前記
   エコー信号を導出する如く構成し、 さらに前記超音波変換器にはリング形状の超音波送出用
   アパーチュアを設けてなることを特徴とする超音波映像
   装置。 ム　前記検出装置はスケルチ回路を有しており、エコー
   信号の振幅が所定の閾値よりも小なときはＦＭ検出出力
   信号を抑制する如くした特許請求の範囲第１項記載の超
   音波映像装置。 ａ、　前記変換器には変換器をある軸の周に回転させる
   手段を設け、送出パルスをして扇形に走査させ、かつ映
   出画素の座標を変換器の回転と同期させる手段を設けた
   特許請求の範囲第１項記載の超音波映像装置。