JPS61279234A - 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］ 本発明は超音波を用いて生体内の組織を診断する超音波
診断装置に係り、特に超音波伝播速度（以下、音速とい
う）を測定できるようにした超音波診断装置に関する。

［発明の技術的背景］ 電子走査形の超音波診断装置は、Ｂモードにより生体の
解剖学的形態情報が得られることから、簡便で且つ有益
な診断機器として普及してきている。更に、最近に至っ
ては同種の装置により音速測定を行なうことにより生体
の質の情報が得られるようになり、ますます有益な診断
が可能となってきている。

第１図は音速測定の原理を説明するためのもので、リニ
ア電子スキャン用プローブ１を用い、図示しない体表に
接している超音波送受信面２の一端Ａから体内へ１方向
に超音波パルスを発射し、超音波パルスは例えば肝組織
中の送波径路４を直進し、点Ｐで反射された超音波が受
波径路５を通り右端Ｂの振動子で受信される。Ａ、８間
の距離ｙは既知であるから、径路４，５を伝播する伝播
時間ｔを測定すれば、肝組織中の音速Ｃは下記式（１）
のようになる。

ｃ　　−ｙ　　／　　（ｔ　　−ｓｉｎ　　θ　）　　
　　　　　　　　・　（１）［背景技術の問題点］ 上記において、振動子Ｂで受信された波形データにカー
ブフィッティングを行ない、その波形のピークの生ずる
時刻ｔｐより（１）式を用いて音速Ｃを求められている
が、これまでの臨床データから、肝硬変や脂肪肝などで
は、その音速が正常肝に比べて異なってくるという以外
にその受信波形の形そのものが異なることが明らかにな
ってきている。

この現象は、肝組織の硬化や肝内脂肪組織の増殖などに
より、超音波の散乱特性も変化し、肝組織の不均一性を
反映する形で受信波形が変化していると解釈できる。

これらの事実に鑑み、受信された波形を診断情報として
供すためそのまま表示するという方法を提案しているが
、これだけでは術者のパターン認識を必要とするなど定
量化の上で問題があった。

［発明の目的］ 本発明は前記した事情に鑑みてなされたもので、受信波
形の乱れの度合、すなわち、全く均一な散乱体により散
乱された場合に得られる受信波形と、組織が不均一な場
合に得られる受信波形との違いを定量化することにより
、術者のパターン組織を必要とせず全く自動的に音速測
定による生体組織の質の情報を供される超音波診断装置
を提供することを目的としている。

［発明の概要］ かかる目的を達成するために本発明による超音波診断装
置は、複数の超音波振動子を配列した超音波振動子アレ
イと、この超音波振動子アレイの各振動子と接続され送
信に使用する複数の隣接する第一振動子群及びこの第−
振動子群と所定距離離れた受信に使用する複数の隣接す
る第二振動子群とを送受で切換えるスイッチ部と、この
第−振動子群から所定の方向へ超音波が送波されるよう
に第−振動子群へ時間差を持った駆動パルスを供給する
送波部と、所定の方向からの超音波エコーを受波するよ
うに第２振動子群の各振動子から供給される受波信号を
時間差を与えて加算する受波部と、この超音波送受から
受波までの伝播時間を計測する計測部と、受信された波
形と参照波形との相違を演算する演算部を備えたことを
特徴とする。

［発明の実施例コ 以下本発明にかかる超音波診断装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

第２図のブロック図は本実施例の構成を示している。撮
動子アレイ１１は第１図のプローブの超音波送受波面２
に配列されており、電圧パルスを加えられると超音波パ
ルスを放射し、超音波が入射すると電圧を発生して超音
波を検出する。

振動子アレイ１１（Ｔ　１〜Ｔ　１２８）は例えば振動
子素子幅ａが０．４５ｓ−リのものが素子中心間隔ｄ＝
０．５”すで１２８素子直線上に並んでいる。

これらの各振動子素子に対する電気信号の送受はケーブ
ル３内のリード線１２を通して行なう。

クロック発信器２１は例えば１０ＭＨ７の基準ロックを
有し、それを分周して例えば４ｋ　Ｈｚのレートパルス
を発生し３２ケの送信遅延回路１５を経由して３２ケの
パルサ１４を駆動する。パルサ１４の出力はマルチプレ
クサ１３により振動子アレイ１１のうちＡ端にあるＴ１
〜Ｔ３２にそれぞれ接続される。振動子アレイ１１はプ
ローブのコーテイング材を通して体表に接し、振動子素
子から発生した超音波は生体中に放射される。標準的な
生体組織の音速をＧｏ　−１５３０１／Ｓとすれば、超
音波ビームをθ０方向に放射するには隣接する各素子間
の遅延時間τ口は、 τａ　　＝　　（ｄ　　／Ｃｏ　　）　　−５ｉｎ　　
θａ　　　　　　−（２）となり、このような遅延時間
差をもうて各素子が駆動されるように送信遅延回路１５
を設定する。

すなわちＰＤｌ−０、ＰＤ　２−τｏ　、　ＰＤ　３ｍ
２τａ１・・・・・・、Ｐ　Ｄ　３２−３１τａなる遅
延時間を与える。

もし生体組織の音速がＧｏであれば超音波ビームは０口
方向へ進むが一般にはＣＧとは限らずＣｏ　と異なる値
Ｃである。このとき超音波の伝播する方向θはスネルの
法則から ｓｉｎθ／　Ｃ−ｓｉｎθａ／Ｃ，＋　　　＝・（３で
示される値となる。

超音波パルスを放射したあと、マルチプレクサ１３はＢ
端にある振動子素子Ｔ９γ〜Ｔ１２８の３２ケと受信遅
延回路１６を接続するように切換えられたＴ９７〜Ｔ１
２８で受信した超音波反射波信号は送信の場合と同様の
遅延を受けて合成され受信回路１９に入力する。すなわ
ち受信遅延回路１６の遅延時間はＲＤｌ−３１τａ、Ｒ
Ｄ２−３０τＧ、・・・・・・、ＲＤ−３１−τ口、Ｒ
Ｄ３２−Ｑのように設定される。このようにすると振動
子素子群７９７〜Ｔ１２８は生体の音速がＧｏ　　（Ｃ
）であればＧ０（θ）方向に指向性を持ち、０ｇ　（θ
）方向からの反射波を受信する。受信信号は受信回路１
９で増幅、検波され、Ａ／Ｄ変換器２０によりＡ／Ｄ変
換されてメモリ２２に記憶される。メモリ２２はレート
パルスのタイミングを基準としてＩＯＭ　Ｈｚのクロッ
クでアドレスが決定されており、メモリ２２に記憶され
た受信波形のサンプル値のアドレスは、超音波パルス発
射時点からの時間に１００ｎｓの精度で正確に一致して
いる。

記憶された波形のピーク値はＰ点からの反射波を示し波
形解析回路２４でピーク値の時間（アドレス）を検出す
れば伝播時間ｔが求まる。前述の（２１，（３式を（１
）式に代入すると生体中の音速ＣはＣ＝　　　Ｖ　　　
ａ　　　　　ｔ−ｓ＋ｎ　　Ｇｏ　　）　　−・・・Ｇ
４）となり、Ｖ　、Ｇｏ　、θＤは既知であるから、測
定によって得られた伝播時ｒＩＲｔを用い計算回路２５
により（４）式の計陣を行なって音速Ｃの値を求めディ
スプレイ２６に出力する。

第３図は伝播時間ｔの測定法を示すタイムチャートであ
り、第３図（ａ　）のレートパルスめ立下りＬＩＬより
わずか遅れた時刻に超音波パルスが発射されパルスのピ
ークの時刻はｔｌである。第５図のように送波ビームの
中心と受波指向性の中心の交点に点反射体Ｐがある場合
は第３図（ａ）のように時刻ｔ２にピークを持つ反射波
が得られｔ２とｔｌの時間間隔としてｔが求められる。

肝内の血管などがうまくＰ点の位置にくるようプローブ
を調整することも可能であるが、一般には臨床の現場で
ビームの交点に点反射体に相当するものを持って（るこ
とは困難である。

通常はＰ点で示される近傍は比較的均一な肝組織で満さ
れている。従って得られる反射波は送信超音波のビーム
幅と受信指向性のビーム幅との交叉した部分に含まれる
肝組織からの反射波となり最も早く到達するものは第４
図の２１点を経由するもので最も遅く到達するのは８２
点を経由するものである。従って、この場合の受信波形
は第３図（ｂ）のように拡がり、しかも組織は完全に均
一ではなくまたスペックル信号として受信されるから種
々ランダムな凹凸を生じる。これではピーク値を検出で
きないので、プローブを多少動かすことによってビーム
交叉点の肝内の位置をわずか、ずらしながら得られる反
射波データを次々と処理回路２３により加算して行く。

第３図（ｂ）の波形の凹凸はランダムであると考えられ
るから、ビーム交叉点を変えて数百〜致方回加算するか
あるいはピークホールドの処理をすると波形はかなり滑
らかとなり、第３図（Ｃ）のようになる。これに対し１
つのピークを有する単峰性の関数のカーブを用いて最小
２乗法によりカーブフィッシングを行なえばＭ３図（ｄ
　）のように完全に滑らかな曲線でおきかえることがで
きピーク値の時１ｍｔ２を決定することができる。ここ
で、ｔ−ｔ２−ｔｌとしてｔを求める。

超音波周波数として３．５Ｍ　ＨＺを用イ１１１　＝ｍ
　４８”、。

とすると交差点近傍に集束したとしてそこでのビーム幅
（送受でピークの約１７％）は約２ミリである。このと
き２１点を経由したものと８２点を経由したものの伝播
時間の差Δｔは約４．５μｓである。Ｃ−Ｃｏとした場
合伝播時間【はθ０−３０”としておよそ６２．７μｓ
である。ピーク値の時刻ｔ２の測定精度は６℃の１０分
の１以下と考えられるから音速測定誤差は１０＋　／ｓ
以下ということができる。

一方、本発明の特徴とするところの媒質の均一性、不均
一性を定量化する方法を述べる。本実施例では、この均
一性、不均一性を記述するパラメ−タとして以下の沿ρ
、γを定義する。すなわち、ある媒質から得られた受信
波形をｆ　（ｔ）、その媒質と同じ音速値を有する均一
媒質から得られる受信波形をａ＜ｔ＞とじ、その両者の
一致の度合いをρであられし、τを受信波形の時間長と
すると、 と定義すると、０≦ρ≦１であり、ｒ＜ｔ＞−ｇ　（ｔ
）の時ρ−０となり、均一性をあられすパラメータとな
る。

また、不均一度をあられすパラメータγをで定義すると
、Ｏ≦γ≦１でありγはｆ（ｔ）−ａ＜ｔ＞の時Ｏを取
ることになり、不均一性を記述できる。ここで、（５）
ｉ６）式なる演算は計算回路２５で行われる。また計算
に必要な種々の音速における均−媒質中でえられる波形
はメモリ２７にあらかじめ蓄えられており、測定された
音速値をもとにその音速における波形が参照されて（０
式の計算に使用される。

第４図（ａ　）　　（ｂ　）　　（ｃ　）　　（ｄ　）
はそれぞれ媒質の異なる場合に得られる受信データを示
す。第４図（ａ　”）は水などの減衰のない媒質中に波
長に比べて十分に小さい散乱体が均一に存在するような
場合であり、超音波送受信に用いられる音場によって決
定されるものである。従ってこの波形が装置側の特性に
よってのみ決定されるもので、この波形からのずれが媒
質の不均一性を表わす量となる。第４図（ａ　”）中で
■■■はそれぞれ媒質の音速が異なった場合の受信波形
を示しており、この様に媒質の音速が異なればこのよう
に得られる波形も異なり■■■の順に音速が速い場合を
示している。

第４図（ｂ）に示す波形は正常な肝臓から得られた受信
波形であり、これに示すようにこの受信データは点線で
示した■の波形すなわち、音速が正常な肝臓と同じ場合
に均一な媒質から得られる受信データと比べて大きな差
はない。第４図（Ｃ）は肝硬変の場合に得られるデータ
であるが、この場合には音速が速（なるため、波形のピ
ークの生ず点ｔρ２は第４図（ｂ　）の場合のｔρ１よ
りも早くなる、それと同時に図に示す様に波形そのもの
が変化し、音速が肝硬変の場合と同じ均一な媒質が得ら
れる波形■（（Ｃ）中で点線で示す）と比べると両者に
かなりのずれを生じている。同様に第４図（ｄ　）は脂
肪肝の場合であり、この場合にも■に示す波形とはずれ
を生じている。

以上述べたように１本実施例では所謂交差ビーム法によ
る音速計測において、ある媒質から得られた受信波形を
ｆ（ｔ）、その媒質と同じ音速値を有する均一媒質から
得られる受信波形を（Ｊ（ｔ）として、計算により生体
組織の不均一さの度合を定量化したので、術者のパター
ン認識を必要としないで、容易に音速測定に係わる診断
情報が把握することが可能となる。

なお、本実施例では音速測定の際に受信波形のピークか
ら音速を求める方法で説明しているが、音速を求める方
法としてたとえば波形の重心から求めるというその他の
方法を用いても（２）　（３式で参照する波形ｇ　（ｔ
）をそれに応じて修正するだけで本発明の主旨をはずれ
るものではない。

また■（６式で得られた均一度、不均一度を表わすパラ
メータρ、γは音渕の測定値などと共にディスプレイ２
６に表示され、定ｉ１診断情報として術者に提供される
。

勿論、本主旨の範囲内でこの相違をあられす関数形は種
々の変形があり得ることは当然である。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、音速の情報から正
常肝なのか肝硬変あるいは脂肪肝なのかを診断し得るの
みならず、その進行度なのが定量化でき診断上有効な情
報が容易に且つ迅速に把握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図は本発明における超音波伝播速度の測定法の概要
を示す説明図、第２図は本発明の一実施例を示すブロッ
ク図、第３図は伝播時間計測方法を示すタイミングチャ
ート、第４図は送受信指向性と送受信信号との関係を示
す図、第５図は同実施例のタイミングチャート。 １・・・超音波プローブ、２・・・超音波送受波面、３
・・・ケーブル、１１・・・振動子アレイ、１２・・・
リード纏、１３・・・マルチプレクサ、１４−・・バル
サ、１５・・・送信遅延回路、１６・・・受信遅延回路
、１９・・・受信回路、２０・・・Ａ／Ｄ変換器、２１
・・・クロック発振器、２２・・・メモリ、２３・・・
処理回路、２４・・・波形解析回路、２５・・・計算回
路、２６・・・ディスプレイ、２７・・・メモリ（参考
データ蓄積用）出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦
第１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の超音波振動子を配列した超音波振動子アレイと、
   この超音波振動子アレイの各振動子と接続され送信に使
   用する複数の隣接する第一振動子群及びこの第一振動群
   と所定距離離れた受信に使用する複数の隣接する第二振
   動子群とを切換えるスイッチ部と、この第一振動子群か
   ら所定の方向へ超音波が送波されるように第一振動子群
   へ時間差を持つた駆動パルスを供給する送波部と、所定
   の方向からの超音波エコーを受波するように第２振動子
   群の各振動子から供給される受波信号を時間差を与えて
   加算する受波部と、この超音波送受から受波までの伝播
   時間を計測する計測部と、受信された波形と参照波形と
   の相違を演算する演算部を備えたことを特徴とする超音
   波診断装置。