JPS61154546A - 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、生体内の所望領域の超音波吸収情報を得る
超音波診断装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

パルス反射法による超音波診断法は被検者に負担をかけ
ずに軟部組織の診断ができ、しかも無侵襲であるという
利点を有し、近年の高速走査装置の進歩によって急速に
普及してきた。特にパルス反射法は透過法と比較して操
作性に優れ、適用され得る診断部位があまり限定されな
いことも広く普及した理由の一つである。

このような超音波診断法に対して最近、画像の定量化の
要求が高まっている。画像の定量化は特に臓器疾患の良
性、悪性の鑑別診断において有効と考えられている。し
かしながら、従来のパルス反射法では反射波強度が生体
内組織間の音響インピーダンス（密度と音速の積）の差
のみならず、反射面の形状１反射面に対する超音波ビー
ムの入射角、生体中での超音波吸収量等にも依存してお
り、しかもこれらの情報を分離して検出することが困難
であることから、画像の定量化は極めて難しい。

そこで、パルス反射法において得られる反射波から生体
中での超音波吸収量を知る方法が、文献；Ｋｕｃ、　Ｒ
ｅｔ　ａｌ、　　Ｉ　ＥＥＥ　　ＴＲＡＮＳ、　ｖｏｌ
ＳＵ−２６Ｎｏ、５１９７９で提案されている。これは
第３図に示すように吸収係数αの媒質中の反射体Ａ、Ｂ
からの反射波を受信し、それぞれの波形について周波数
分析を行なった後、そのスペクトラムを比較して吸収係
数αを算出する方法である。

一般に、超音波は媒質中では高周波成分はど吸収され易
く、またその吸収量は超音波伝搬距離（超音波トランス
デユーサから反射体までの距離）に依存する。従って第
４図に示すように、より遠い反射体Ｂからの反射波のパ
ワースペクトラム５ａ（ｆ）は、より近い反射体Ａから
の反射波のパワースペクトラム５Ａ（ｆ）に比べて高周
波成分の減少が著しい。生体中では次式の計算から吸収
係数αを求めることができる。

但し、Δりは反射体Ａ、Ｂ間の距離を示す。

この周波数スペクトラム比較法によれば、超音波トラン
スデユーサから反射体Ａまでの媒質の影響をあまり受け
ずに、反射体Ａ、Ｂ付近での超音波吸収係数αのみを定
量的に観測することができる。なお、実際には生体内に
おいて反射体はほぼ連続的に分布している場合が多い。

この場合、測定しようとする領域の深さ方向（Ｚ）は、
超音波トランスデユーサで受信される一連の反射波のど
の時刻での一対の信号を抽出するかによって決定される
。

しかしながら、生体内断層像を得る従来の超音波診断装
置では超音波トランスデユーサとしてリニアアレイトラ
ンスデユーサを用いて超音波ビームをある所定の深さに
集束させており、この集束点に反射体が存在するか否か
によって周波数スペクトラムは異なる。従って、超音波
吸収係数の測定値には超音波ビームの集束状態の影響が
含まれることになり、正確な測定は期待できないという
欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、生体内の所望部位の超音波吸収情報を
正確に計測することを可能とした超音波診断装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明はこの目的を達成するため、超音波吸収情報を得
るための超音波トランスデユーサとして凹面上または平
面上に複数のリング型超音波振動子を同心円状に配置し
て構成された、いわゆるアニユラ−型トランスデユーサ
を用い、この超音波トランスデユーサの各振動子に該ト
ランスデユーサから生体内に向けて超音波を放射するた
めの駆動信号を遅延手段をそれぞれ介して供給する送信
器と、生体内で反射され超音波トランスデユーサの各振
動子で受信された受信信号を遅延手段をそれぞれ介して
合成する受信器における各遅延手段の遅延時間を、受信
器の出力信号に基き超音波吸収情報が算出される生体内
の領域に超岳波トランスデユーサから放射される超音波
が集束し、かつ該領域で反射された超音波に基く受信信
号が集中的に取出されるように制御するようにしたこと
を特徴とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アニユラ−アレイトランスデユーサを
用い、しかもその各超音波振動子に供給する駆動信号の
遅延時間および各超音波振動子の受信信号の遅延時間を
、超音波吸収情報を算出すべき領域の位置に応じて制御
するため、生体内の所望の領域の超音波吸収情報（吸収
量または吸収係数）を正確に測定することができる。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
を示す。なお、この実施例の装置は断層像の表示と共に
超音波吸収情報を測定する機能を持つ。

第１図においては超音波トランスデユーサとして、断層
像観測用のリニアアレイトランスデユーサ１と、超音波
吸収情報測定用の７ニユラーアレイトランスデユーサ２
が用意されている。アニユラ−アレイトランスデユーサ
２はリニアアレイトランスデユーサ１の端部に一体的に
移動できるように配置される。また、アニユラ−アレイ
トランスデユーサ２のリニアアレイトランスデユーサ１
に対する相対的位置および角度は可変であることが望ま
しく、それによって断層像観測領域内の広い範囲にわた
り、超音波吸収情報を測定したい領域（関心領域）の設
定が可能となる。

リニアアレイトランスデユーサ１を用、いた走査法（リ
ニア電子走査法）については既に良く知られているので
、概略的に説明する。リニアアレイトランスデユーサ１
は発撮器３の出力により駆動されるパルサ、遅延回路等
を含んで構成された送信器４からの駆動信号により励撮
され、超音波ビームを生体内に向けて発射し、かつ生体
内からの反射波を受信する。このリニアアレイトランス
デユーサ１から得られる受信信号は増幅器、遅延回路等
を含んで構成された受信器５を介して取出された後、検
波回路６で包絡線検波される。検波回路６の出力信号は
Ａ／Ｄ変換器７でディジタル信号に変換されて、画像メ
モリ已に一時スドアされる。画像メモリ８にストアされ
た１フレ一ム分の画像情報は加算器９を経てＤ／Ａ変換
器１０でアナログ信号に戻され、ＣＲＴモニタ１１上で
断層１１）（Ｂモード像）として表示される。

一方、超音波吸収情報の測定は次のようにして行なわれ
る。アニユラ−アレイトランスデユーサ２は第２図に示
すように複数、例えば図の例では４個のリング型超音波
振動子ａ〜ｄを凹面上に同心円状に配置して構成された
もので、その位置および角度は位置検出器１２によって
検出されるようになっている。位置検出器１２で得られ
た位置および角度情報は、メモリ１３および加算器１０
を介してＣＲＴモニタ１１に供給される。これによりＣ
ＲＴモニタ１１では、アニユラ−アレイトランスデユー
サ２の超音波の送受信方向が断層像上を横切る輝線とし
て表示される。加算器９にはさらに所定のタイミングで
マーカ信号Ｍが供給され、これによりＣＲＴｌ　１では
この帰線上を移動するマーカが表示される。このマーカ
の表示位置は観測者によって、断層像内の超音波吸収情
報を測定したい関心領域上に設定される。

アユ１ラーアレイトランスデユーサ２の各振動子は、送
信器１４により駆動されて超音波を関心領域に向けて放
射し、また関心領域で反射された超音波を受信する。こ
のトランスデユーサ２から得られる受信信号は受信器１
５内で整相加算により合成された後、ゲート回路１６に
入力される。

ゲート回路１６はゲート信号Ｇを受けて、前記マーｂで
示された関心領域（後述するようにこの関−心領域は同
時に、アニュラーアレイトランスデューザ２の送受信超
音波の集束点と一致する）で反射された成分の受信信号
のみを抽出する。ゲート回路１６で抽出された信号はＡ
／Ｄ変換器１７によりディジタル化され、バッファメモ
リ１８にストアされる。ここで、バッファメモリ１８の
内容は２つの群の信号と、旦−に分割される。Ｌ、旦−
はそれぞれ第３図で説明した反射体Ａ、Ｂでの反射波に
相当する成分であり、いずれもアニユラ−アレイトラン
スデユーサ２で送受信される超音波の集束点から得られ
る信号である。

信号と、旦−はそれぞれＦＦＴ（高速フーリエ変換）分
析器１９ａ、１９ｂにより周波数分析され、さらに対数
変換器２０ａ、２０ｂにより対数パワースペクトルに変
換された後、減算器２１において減算される。このよう
に関心領域内で深さの異なる部分からの反射波の対数パ
ワースペクトルの差を求めることにより、生体表面から
関心領域までの間に生じた超音波の吸収や散乱による影
響は除去され、関心領域で生じた超音波吸収情報のみが
定量的に得られる。

第５図は上記２つのパワースペクトルの差、即ち減算器
２１の出力値と周波数との関係を示したものであり、生
体のように超音波吸収量が周波数に比例する場合には、
この特性の勾配値から吸収係数を求めることができる。

このような超音波吸収係数を算出する演算を行なうのが
勾配値算出回路２２である。但し、生体内での反射体は
前述のようにほぼ連続して分布しているため、このスペ
クトルには干渉の影響が現われ、図の如く凹凸の激しい
スペクトルとなる。このような場合、勾配値算出回路２
２では最小２乗法によって差スペクトルの直線近似を行
ない、勾配値から超音波吸収係数を推定すればよい。な
お、第５図におけるＷは有効帯域を示す。こうして勾配
値算出回路２２で算出された超音波吸収係数は、メモリ
１３．加算器９およびＤ／Ａ変換器１０を介してＣＲＴ
モニタ１１に供給され、例えば数値として表示される。

次に、アニユラ−アレイトランスデユーサ２に接続され
た送信器１４および受信器１５について、第２図を参照
して詳細に説明する。第２図はアニユラ−アレイトラン
スデユーサ２を構成する４分割されたリング型超音波娠
動子ａ−ｄの断面と、送信器１４および受信器１５の具
体的な構成を示している。各振動子ａ−ｄには送信器１
４および受信器１５にそれぞれ設けられた送信用遅延回
路３１ａ〜３１ｄおよび受信用遅延回路３２ａ〜３２ｄ
が接続されている。送信器１４においては第１図の発掘
器３の出力により駆動されるパルサ３からの駆動パルス
が、送信用遅延回路３１ａ〜３１ｄでτ１〜τ４の遅延
時間が与えられて振動子ａ〜ｄに供給される。

ここで、τ１＝τ２＝τ３−τ４ならば、トランスデユ
ーサ２から放射される超音波ビームは凹面の曲率半径で
決まる点ＦＯに集束し、Ｆ１くＦ２くＦ３くＦ４ならば
Ｆ２　（＞Ｆｌｌ　）、またＦ１〉Ｆ２〉Ｆ３〉Ｆ４な
らばＦｌ（＜Ｆｏ　）にそれぞれ集束する。

一方、受信器１５においても同様のことが成立つ。例え
ば点Ｆ２からの反射波は、τ工〈Ｆ２くＦ３くＦ４のと
きに位相が一致し、受信用遅延回路３２ａ〜３２ｄおよ
び加算器３４を介して集中的に取出される。

このように遅延回路３１ａ〜３１ｄおよび３２ａ〜３２
ｄの遅延時間を制御することによって、生体内の所望の
関心領域での超音波吸収情報を正確に算出することがで
きる。なお、実際の測定では°まず関心領域までの距離
を検出し、その距離がアニユラ−アレイトランスデユー
サ２の焦点距離となるように、遅延回路３１ａ〜３１ｄ
および３２ａ〜３２ｄの遅延時間が図示しないコントロ
ーラからの制御信号８１．３２によって自動設定される
。

アニユラ−アレイトランスデユーサ２に走査機構を付加
することにより、広い領域での超音波吸収情報を求める
ようにすることもできる。例えばトランスデユーサ２を
回転させながら上述した超音波吸収算出を繰返し行なえ
ば、２次元の超音波吸収情報を求めることができ、その
分布を画像化することも可能となる。この場合、超音波
吸収情報の分布をＣＲＴモニタ１１上で断層像と重畳さ
せて表示すれば、診断上より有効となると考えられる。

さらに、アニユラ−アレイトランスデユーサ２の走査を
高速で行なえば（例えば高速回転運動を行なわせる）、
このトランスデユーサ２により断層像を得ることもでき
るため、断層像観測用のりニアアレイトランスデユーサ
１は不要となり、操作性も向上する。

なお、上記実施例では超音波吸収情報の算出法として、
生体内の深さの異なる反射体から得られる２つの反射波
信号の対数変換スペクトルの差から超音波吸収情報を得
る方法について述べたが、これに限定されるものではな
い。例えば文献：Ｆ　ｉｎｋ、Ｍ　、　ｅｔ　ａｌ　Ｕ
　Ｉｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｉ　ｓａｇｉｎａ　５．１９８
３に報告されているような、スペクトルの中心周波数の
偏移分から超音波吸収情報を算出する方法を用いた場合
にも、本発明は適用が可能である。その他、本発明は要
旨を逸脱しない範囲で種々変形実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
を示すブロック図、第２図は同実施例におけるアニユラ
−アレイトランスデユーサとそれに接続される送信器お
よび受信器の詳細な構成を示す図、第３図〜第５図はパ
ルス反射法による生体内超音波吸収情報測定法の原理を
説明するための図である。 １・・・リニアアレイトランスデユーサ、２・・・アニ
ユラ−アレイトランスデユーサ、３発掘器、４・・・送
信器、５・・・受信器、６・・・検波回路、７・・・Ａ
／Ｄ変換器、８・・・画像メモリ、９・・・加算器、１
０・・・Ｄ／Ａ変換器、１１・・・ＣＲＴモニタ、１２
・・・位置検出器、１３・・・メモリ、１４・・・送信
器、１５・・・受信器、１６・・・ゲート回路、１７・
・・Ａ／Ｄ変換器、１８・・・バッファメモリ、１９ａ
、１９ｂ・・・ＦＦＴ分析器、２０ａ、２０ｂ・・・対
数変換器、２１・・・減算器、２２・・・勾配値算出回
路、３１ａ〜３１ｄ・・・送信用遅延回路、３２ａ〜３
２ｄ・・・受信用遅延回路、３３・・・パルサ、３４・
・・加算器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）凹面上または平面上に複数のリング型超音波振動
   子を同心円状に配置して構成された超音波トランスデュ
   ーサと、この超音波トランスデューサの各振動子に該ト
   ランスデューサから生体内に向けて超音波を放射するた
   めの駆動信号を遅延手段をそれぞれ介して供給する送信
   器と、生体内で反射され前記超音波トランスデューサの
   各振動子で受信された受信信号を遅延手段をそれぞれ介
   して合成する受信器と、この受信器の出力信号から生体
   内の超音波吸収情報を算出する手段と、この手段により
   超音波吸収情報が算出される生体内の領域に前記超音波
   トランスデューサから放射される超音波が集束し、かつ
   該領域で反射された超音波に基く受信信号が集中的に取
   出されるように前記送信器および受信器における遅延手
   段の遅延時間を制御する手段とを備えたことを特徴とす
   る超音波診断装置。
2. （２）前記超音波吸収情報を算出する手段は、前記受信
   器の出力信号のうち生体内の前記領域における深さの異
   なる２つの反射体で反射された信号成分を抽出し、これ
   らの信号成分に基いて超音波吸収情報を算出するもので
   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。