JPS61290940A - 超音波組織診断装置 - 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〕 本発明は超音波を生体内に送受波して医学的禰≠噂生体
の組織診断を行う超音波組織診断装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

近時、超音波を利用して生体組織の質の情報を抽出する
手法が種々提案されている。例えば、パルスエコー法に
よって送波ピームト受波ヒームとを交差させ、種々の音
響ノヤラメータ、非線形・臂うメータを計測する所謂交
差ビーム法は代表的な手法として注目されている。以下
、この交差ビーム法について説明する。

即ち、交差ビーム法を適用した超音波組織診断装置の一
例としては、通常のリニアスキャン用等の複数の超音波
振動子を配列した超音波振動子アレイを用い、この超音
波振動子アレイの中で互いに所定距離を存して第１の振
動子群と第２の振動子群とを設足し、例えば、第１の振
動子群を送波用とし第２の振動子群を受波用として送受
切換えを行ない、この第１の振動子群の各振動子へ時間
差を持った駆動パルスを供給し所定の方向へ超音波を送
受して、この超音波送波から受波までの伝搬時間を計測
すると共に上記駆動パルスの駆動電圧を制御し、上記第
２の振動子群で受波された超音波エコーの駆動電圧依存
性を計測し駆動電圧依存ノ９ラメータを計算し、これら
のデータに基づいて非線形パラメータを算出するように
したものがある。

〔背景技術の問題点〕

上述したような超音波組織診断装置にあっては、算出さ
れた音響パラメータ、非線形ノやラメータによシ正常組
織と病変組織の鑑別を行うようにしているが、この手法
では、腹壁（音速が実質部と大きく異なる）の影響をう
けてしまう。

これを低減するための方法として以下に述べるような技
術が提案されている。即ち、微小距離だけ送波又は受波
振動子群のどちらか一方のみをずらして２つの径路の超
音波信号を得る。この２つの径路での伝搬時間差から腹
壁が傾きをもたず一定の厚みを有しているものと仮定し
て、腹壁の影響を低減した音速を測定する。

しかし乍ら、この手法では、腹壁が平板で一様の厚みを
持つとしてｂたために、腹壁が傾きをもつ場合には十分
な腹壁の影響の低減ができなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は腹壁の影響を受けずに音速測定が可能な超音波組織診
断装置を提供することにある。

〔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組織診
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１振動子群とこの第
１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２振動子群とを送受で切換えるスイ、テ部と、こ
の第１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１振動子群の各振動子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
る受信信号を時間差を与えて加算する受波部と、超音波
の送受信で与える時間差を制御して超音波の偏向角を制
御する制御部と、超音波の送波から受波するまでの伝播
時間を測定し該伝播時間データ群と超音波送受信角度（
偏向角度）データ群と上記第１，２振動子群間の距離デ
ータとにより被測定点の超音波伝播速度を計測する計測
部とを備えたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面を参照して説明する。

先づ、実施例の説明に先立ち本発明の原理について説明
する。即ち、腹壁の厚み、傾きを各各送受信器毎に独立
なノクラメータ（未知数）として式をたてる。この場合
、この式は２径路のみでなく多数径路のデータに基づく
式を得る。

そして、これらの式により、最小２乗誤差法により、伝
播時間のノやラメータを推定することにより傾きのある
腹壁についても十分にその影響を低減できるようにする
。ここで、偏向角を変化させて種々のデータを得るよう
にして、各々の径路で腹壁と実質の境界上の近い点を通
るようにし、曲面で境界が構成されている場合であって
も近似的に一つの傾きで表わされるようにする。

次に本発明の実施例について具体的に説明する。

第２図のプロ、り図は本実施例の構成を示している。振
動子アレイ１１は第１図のプローブの超音波送受波面２
に配列されておシ、電圧パルスを加えられると超音波ノ
４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（Ｔｌ〜Ｔｔ鵞ａ）は振動子素子幅ａ
が０．４５ミｌＪのものが素子中心間隔ｄ＝０．５ミリ
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１
２を通して行なう。

ＣＰＵ　１９はクロック発振器を有し、これは例えば１
０　ＭＨｚの基準口、りを有し、それを分周して例えば
４　ｋＨｚ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〜Ｔ３鵞にそれぞれ接続され
る。振ｆｉｌｌ子７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ＣＢ　
＝　１５３０　ｍ／ｓとすれば、超音波ビームを００方
向に放射するには隣接する各素子間の遅延時間τ。は、 τａ＝（ｄ／ｃｏ）・虐θ０　　・・・・・・・・・・
・・（１）となり、このような遅延時間差をもって各素
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ＰＤ、＝０、ＰＤ２＝τ。、ＰＤ３＝２τ。、・
・・・・・、ＰＤ５２＝３１τ。なる遅延時間を与える
。

もし生体組織の音速が００であれば超音波ビームはθ。

方向へ進むが一般にはＣ０とは限らすＣ６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 ―θ／Ｃ＝内θ。／Ｃ０・・・・・・・・・（２）で示
される値となる。

超音波ノＪ？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Ｔ９７〜Ｔ１２８の３２ケと受
信遅延回路１６′ｔ−接続するように切換えられたＴ９
７〜Ｔ、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１７に入力する
。すなわち受信遅延回路１６の遅延時間はＲＤ、＝３１
τ。、ＲＤ２＝３０τ０゜・・・・・・、ＲＤ、１＝τ
。、ＲＤ３２＝０のように設定される。

このようにすると振動子素子群Ｔ？７〜Ｔ１２８は生体
の音速がＣ０（Ｃ）であればθ。（θ）方向に指向性を
持ち、θ。（θ）方向からの反射波を受信する。受信信
号は受信回路１７で増幅、検波され、め変換器１８によ
＃）メ変換されてメモリ２０に記憶される。メモリ２０
はレートノぐルスのタイミングを基準として１０　ＭＨ
ｚのクロックでアドレスが決定され【おシ、メモリ２０
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ｉ４ルス発射時点からの時間に１００　ｎｓ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、
加算回路２ノによシ加算された反射波データに基づき波
形解析回路２２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。

次に制御回路２５によシ送信又は受信の遅延時間をかえ
て送信又は受信時のビームの偏向角を第２図に示すごと
く変えて上記と同様に伝播時間を求める。

これを繰シ返し行い多くの送受信時の偏向角に対応した
伝播時間を求める。その伝播時間群ｔｌ、ｌ＝１，２．
・・・１Ｍから後に述べる最小２乗法によシ計算回路２
３を用いて音速Ｃ２の値を求めてディスアレイ２４に出
力する。

次に上記における最小２乗法について説明する。

第３図及びその大端の詳細図である第４図に示すように
、送信振動子群Ａの直下の腹壁層の厚さをｄＡ受信振動
子群Ｂの直下の腹壁層の厚さをｄ、各々の傾きをψ□、
ψ８とし腹壁内の音速をＣ１、実質内の音速を０２とす
る。

（未知数　ｄＡ・ｄＩ＋・ψＡ・ψＢ・Ｃ１・Ｃ２）す
るとまず、送信時の偏向角θ□、受信時の偏向角はスネ
ルの式から また腹壁内の伝播距離ｔＩＡ＋”２Ｂは、第４図に示す
ように ｄＡ＝ＡＤ−領θ□＋ＡＤ−虐θム・−ψ人＝ｔ１Ａ（
可θ、十内θ、・−ψＡ）　　　・・・・・・・・・（
４）なる関係を用いて ｔ１□＝　ｄＡ／（（２）θ、十自θえ・−ψＡ）１１
ｍ　＝　ｄｙｔ／　（０θ璽＋自０１・−９ｍ　）　　
−・−（５）と表わされる。さらに超音波ビームは腹壁
と実質の境界で屈折される。そこで実質中での超音波ビ
ームＤＰの傾きはψ、＋θ−で表わされそのθ−はスネ
ルの式から と表わされる。

次に実質内の伝播距離ｚ２Ａ　１１２Ｂを求める。

そこで送受信器群Ａ、Ｂの中点を原点にとった時の送受
信ビームを表わす直線の式を求める。

まず送信ビームの傾きは一１／ｍ（ψ□十θ−）であ）
ＤＡの座標（ＸＰＡＩ　ｚｐＡ）は ｘｙｌ＝　−’＋　ｔＩＡＩｌｈＩθムＺＤＡ＝　ｔＩ
ＡｃｆｆｌθＡ　　　　　　　　””””’　（７）で
あるのでその直線の式は ｚ　　ＺＯＡ　＝　ｍｉ　＋（ｘ　−Ｘｏ＊　）　　　
　　・四−（８）同様に受信ビームの式は ｚ　　！Ｄｌｌ　＝　ｍＢ’　（Ｘ　ＸＤＩ）　　　　
・＝−（９）である。

ここで ”ＴｓＮ　”　ｔ１１１ｃｏＳθ１ ｘＤＩｌ＝号−２１ＢＳｉＩＩＯ３ である。よりてその交点Ｐの座標（ｘｐ　ｔ　ｚｐ）　
バーとなる。これを用いて、実質中の伝播距離ｔ２Ａ。

ｔ２Ｂは、 ｔ２Ａ＝（ｚＰ−”ＤＡ）／ωＳ（θ−＋ψＡ）”　（
”ＯＡ　−”ＤＢ）　） ’２ｍ　＝　（ｚｐ　−”ＤＢ　）／ｃｏｓ　（θトψ
Ｂ）＋（ｘｏｈ　−Ｘｏ　ｌ　）　）　　　　　　　　
　　　　　”・−＝　”５となる。

これから伝播時間ｔ（ＯＤＡ’θゎ、）はｘ　（ｓｉｎ
（θ二十ψＩＩ）　（”ＤＢ−”ＤＡ）−５Ｌｌｌ（θ
−＋ψＡ）（ｚＤＢ−”ＤＡ）＋ｃｏｓ（θ６＋ψＢ　
）　（”ＤＡ　−”Ｄｌｌ　）　＋ｃｏＳ（θλ＋ψＡ
）（ｘＤＡ−ｘＤＢ））〕−Ｚ１ム＋：Ｏ２０ム）＋（
ｃｏｓ（θＡ＋９Ａ）＋ｃｏＳ（階煙１）　）　［ｙ−
ｔｌ、ｓｉｎθＱ−ｔｌ、ｓｉｎθ−］・・・・・・・
・−・・（６） とあられされる。

ここで１Ｍ組の異なるＯＤＡ’θ、で伝播時間ｔ（θＤ
Ａ１θＤ！ｌ）を測定したデータをｔ、、　ｉ＝１．２
．・・・１Ｍとしとすると、最小２乗法により なる連立方程式が得られる。そこで、これを解いてＣ２
を求める。

以上述べたように本実施例によれば、腹壁の厚み、傾き
を各々送受信器毎に独立な／４ラメータ（未知数）とし
て式をたてて、これを２径路のみでなく多数のデータを
得ることによシ、伝播時間についての最小２乗誤差法に
よシそれらのパラメータを推定するようＫしたので、傾
きのある腹壁についても十分にその影響を低減できる。

また、偏向角を変化させて種々のデータを得、各々の径
路で腹壁と実質の境界上の近い点を通るため、曲面で境
界が構成されている場合であっても近似的に一つの傾き
で表わされることになる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明では、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１振動子群とこの第１振動子群と所定距離前れた受信
に使用する複数の隣接する第２振動子群とを送受で切換
えるスイッチ部と、この第１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１振動子群の各振動子へ時
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信信号を時間差を与えて加算
する受波部と超音波の送受信で与える時間差を制御して
超音波の偏向角を制御する制御部と、超音波の送波から
受波するまでの伝播時間を測定し該伝播時間データ群と
超音波送受信角度（偏向角度）データ群と上記第１，２
振動子群間の距離データとによシ被測定点の超音波伝播
速度を計測する計測部とを備え、交差ビームを用いた音
速測定を行ない、送信用振動子群と受信用振動子群の距
離を一定として、各々の送受信ビームの偏向角を変化さ
せながら超音波の送受信を繰返し、種々の交差点からの
超音波散乱信号を得、このデータと音速での上記偏向角
を用いて最小２乗法（伝播時間Ｔについての）にょシ腹
壁内の平均音速、実質内の平均音速、腹壁の傾き、腹壁
の厚みを推定して、この実質内の平均音速を表示するよ
うにしたので、装置の規模を変更することなく、腹壁の
傾き及びわん曲等の影響による推定音速への駒差を軽減
することを可能とした超音波組織診断装置が提供できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の捧“成を示すブロック図、
第２図は本実施例におけるスキャン方法を説明するため
の図、第３図及び第４図は本実施例における最小２乗法
を説明するだめの図である。 １１・・・振動子アレイ、１２・・・リード紳、１３・
・・マルチブレフサ、１４・・・ノ母ルサ、１５・・・
送信遅延回路、１６・・・受信遅延回路、１７・・・受
信回路、１８・・・め変換器、１９・・・ＣＰＵ、２０
・・・メモリ、ｚｌ・・・加算回路、２２・・・波形解
析回路、２３・・・計算回路、２４・・・ディスアレイ
、２５・・・制御回路。

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１振動子群とこの第１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２振
   動子群とを送受で切換えるスイッチ部と、この第１振動
   子群から所定の方向へ超音波が送受されるように第１振
   動子群の各振動子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信信号
   を時間差を与えて加算する受波部と超音波の送受信で与
   える時間差を制御して超音波の偏向角を制御する制御部
   と、超音波の送波から受波するまでの伝播時間を測定し
   該伝播時間データ群と超音波送受信角度（偏向角度）デ
   ータ群と上記第１、２振動子群間の距離データとにより
   被測定点の超音波伝播速度を計測する計測部とを備えた
   ことを特徴とする超音波組織診断装置。