JPS6134332B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置、特に超音波断層装置
と超音波ドプラ装置との両者を含む超音波診断装
置の改良に関する。

被検体中に超音波パルスビームを放射し、音響
インピーダンスの差から得られる反射エコーによ
り被検体中の生体組織を断層像として描出する超
音波断層像検出装置が周知であり、また、超音波
のドプラ効果を用いて反射エコーのドプラビート
を検出する超音波ドプラ装置が周知である。前者
は生体組織の断面を直接観察するために好適であ
り、また、後者は心臓の弁運動、血流あるいは胎
児の心拍動等の運動を的確に観察するために好適
である。

従来、前述した断層像およびドプラビートは別
個の診断装置により検出されていたが、断層像と
ドプラビートとを同時に観察することが要望さ
れ、従来の改良された装置として、第１図に示さ
れるように、断層像およびドプラビートを同時に
検出することができる装置が提案されている。第
１図において、高速電子走査用探触子１０とドプ
ラビート検出用探触子１２とは位置検出器１４に
より一体的に結合され、被検体１６に密着保持さ
れる。両探触子１０および１２からはセクタ走査
用超音波パルスビーム１００およびドプラビート
検出用超音波パルスビーム１０２が被検体１６中
に放射され、各探触子１０，１２により、それぞ
れ対応する反射エコーが受信される。

前述した従来装置によれば、超音波断層像およ
び超音波ドプラビートの両者を同時に検出観察す
ることができるが、各探触子１０および１２から
の超音波パルスビームが被検体１６中で干渉を起
こさないように、各探触子１０，１２を励起制御
しなければならない。このために、従来方式では
各探触子１０，１２の励起タイミングを時分割的
に切り換え制御していた。第２図には第１図にお
ける時分割タイミング波形が示され、周期ｔを有
する繰返しパルス２０１を交互に電子走査用探触
子１０およびドプラ検出用探触子１２へ供給する
ことにより、超音波の干渉が防止されている。即
ち、パルス２０２が探触子１０へ、そしてパルス
２０３が探触子１２へ励起信号として供給される
こととなる。

この制御方式によれば、超音波の干渉は避けら
れるが、以下の欠点が生じていた。即ち、通常の
繰返しパルスはその周期ｔが診断距離および被検
体中の音速により定められ、15cm程度の診断距離
に対しては、この周期ｔは約200μ秒程度に設定
される。したがつて、第１図のような断層像およ
びドプラビート併用型探触子では、断層像形成に
用いられるパルス２０２は２倍の周期（2t）即ち
400μ秒の周期となり、断層像の１フレームを完
像する時間も２倍必要となり、この結果、画像の
チラツキが多くなり極めて読み取りにくい画像と
なる欠点があつた。同様に、ドプラビート検出用
探触子１２へ供給されるパルス２０３もその周期
が2t即ち400μ秒となり、この結果、ドプラシフ
ト周波数に制約が与えられ、運動速度の早い運動
体に対して良好な検出作用を行うことができない
という欠点を生じていた。第３Ａ図、第３Ｂ図に
は、繰返し周期によりドプラシフト周波数が制約
を受ける状態が示され、第３Ａ図には探触子１２
から被検体１６中へ放射される超音波パルスビー
ムの周波数スペクトルが示され、第３Ｂ図には運
動体から得られる反射エコーの周波数スペクトル
が示されている。放射周波数をとし、超音波パ
ルスビームの繰返し周波数を_i（＝１／２ｔ）とする と、超音波パルスビームは放射周波数以外に
±ｎ_i（ｎは正の整数）なる高調波スペクトル
を含む。そして、放射周波数と受信周波数の差を
ドプラシフト周波数_dとすると、受信周波数ス
ペクトルは主反射エコーによる±_dの他に高
調波反射エコーによる±ｎ_i±_dなる高調波
成分を含むこととなる。この場合、ドプラシフト
周波数が正負の成分を有するのは、例えば血流の
測定時に際して、ドプラビートが取り出される一
定の幅を有する領域内で血流の渦巻等による順方
向および逆方向の運動が生じるためである。した
がつて、第３Ｂ図から明らかなように、ドプラシ
フト周波数_dが1/2_iを超えると、主反射エコ
ーは隣接する高調波エコーと干渉を生じ、測定不
能となることが理解される。したがつて、ドプラ
ビートの検出は超音波パルスビームの繰返し周波
数の1/2以下のドプラシフト周波数に制約される
こととなる。以上のことから、ドプラビート法に
よれば、繰返しパルスの周期（2t）をできるだけ
短く設定することが好ましいが、第２図から明ら
かなように、従来装置では、この周期が診断距離
で制限され、血流等の測定に支障をきたすという
欠点があつた。

本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、その目的は超音波断層像および超音波ド
プラビートを同時に観察することができ、かつ、
断層像のチラツキおよびドプラビートのドプラシ
フト周波数に対する制約を除去して、良好な診断
作用を得ることのできる改良された超音波診断装
置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は超音波パ
ルスビームを送受信して超音波断層像を検出する
超音波断層装置と、超音波パルスビームを送受信
して超音波ドプラビートを検出する超音波ドプラ
装置と、の両者を含む超音波診断装置において、
前記両装置のいずれか一方を選択的に切り換える
切換制御回路及び超音波断層像を一時的に記憶ホ
ールドする画像メモリを設け、前記切換制御回路
により、超音波断層像検出用の超音波パルスビー
ム送受信と超音波ドプラビート検出用の連続した
複数回の超音波パルスビーム送受信とを交互に切
り換え制御し、超音波ドプラビート検出時には、
前記画像メモリの記憶情報により、超音波断層像
の表示を行うことを特徴とする。

本発明によれば、断層像およびドプラビート検
出用の超音波パルスビームは従来の交互に時分割
された送受信方式と異なり、ドプラビート検出の
ために連続した複数回の超音波パルスビーム送受
信を行い、この結果、超音波パルスビームの繰返
し周波数は任意に設定することができ、測定可能
なドプラシフト周波数になんらの制約も与えるこ
とがないという利点を有する。また一方で、断層
像はドプラビート検出時に画像メモリの記憶情報
により連続的に表示作用が行われ、記憶画像の書
き込みも任意に選択された繰返し周波数で行うこ
とができるので、従来の断層像におけるチラツキ
を確実に除去することが可能となる。

断層像検出期間とドプラビート検出期間とは任
意に設定されるが、ドプラビート検出期間を断層
像検出期間より長く設定することにより、繰返し
周波数の選定を容易にし、また、読み取り易い表
示を得ることが可能となる。

本発明において、超音波断層像検出期間は１フ
レームの断層像検出期間に設定することができ、
この１フレーム記憶情報によりドプラビート検出
時に断層像の表示を行うことができる。

本発明において、超音波断層像検出とドプラビ
ート検出の切り換え制御は心拍信号により行うこ
とができる。

本発明において、断層像検出およびドプラビー
ト検出用の超音波パルスビームは同一の超音波探
触子から放射されても良く、また、別個に設けら
れた探触子から放射されても良い。

以下本発明の好適な実施例を図面により詳細に
説明する。

第４図には、本発明に係る超音波診断装置の好
適な実施例が示され、単一の探触子により断層像
検出およびドプラビート検出用の超音波パルスビ
ームが被検体中に放射され、断層像検出とドプラ
ビート検出の切り換えは心電同期信号により行わ
れる。繰返し信号発生部２０は第２図の波形２０
１で示されるような例えば200μ秒の繰返し周期
を有する繰返し信号を走査制御信号発生部２２へ
供給する。更に、繰返し信号発生部２０の繰返し
信号は断層用トリガパルス発生部２４、ドプラ用
トリガパルス発生部２６およびドプラ検出深度設
定器４０にも供給され、断層用トリガパルス発生
部２４からは一定幅の送信トリガが切換スイツチ
S₁の接点S₁aに供給され、またドプラ用トリガパ
ルス発生部２６からはパルスドプラのために繰返
し信号に同期した一定周波数のバースト波が切換
スイツチS₁の接点S₁bに供給される。したがつ
て、単一の繰返し信号発生部２０による繰返し信
号から断層像検出用およびドプラビート検出用の
送信トリガおよびバースト波が切換スイツチS₁に
供給されることとなる。

次に断層像検出用の送受信回路を説明する。走
査制御信号発生部２２は繰返し信号ごとに一定の
遅延時間を送受信部に与える制御信号を発生し、
この制御信号は可変遅延回路２８に供給され、制
御信号により選択された所定の遅延時間を有する
ｎ個のトリガ信号が送信回路部３０に供給され
る。送信回路部３０は入力トリガ信号に基づいて
電子走査型探触子３２の選択された振動子を励振
する。図示した実施例においては、探触子３２は
セクタ電子走査型探触子からなり、直線状に配列
された複数個の振動子が所定の遅延時間で順次励
振され、この結果、一定の送信指向特性を有する
超音波パルスビームが図示しない被検体中に放射
される。この超音波パルスビームは被検体中の音
響インピーダンスの異なる部位例えば臓器等から
反射され、再び探触子３２により受信される。こ
の受信信号は可変遅延加算回路３４に供給され、
走査制御信号発生部２２の制御信号により送信時
と同じ遅延時間で遅延および加算演算され、送信
指向特性と対応する方向からの反射信号のみを取
り出す。可変遅延加算回路３４の出力は第２の切
換スイツチS₂の接点S₂aを介して断層用ビデオア
ンプ３６に供給され、エコー信号がイメージメモ
リ３８に印加される。断層用ビデオアンプ３６に
はドプラ検出深度設定器４０からのドプラ検出位
置マーク信号も供給され、同様にマーク信号がド
プラ信号検出部４８へ印加される。イメージメモ
リ３８の書き込みはメモリ書込制御部４２の出力
により制御される。すなわち、イメージメモリ３
８へ１フレームの断層像のデータが書き込まれた
ら、この書込制御部４２から書き込み完了の信号
を出力し、走査制御信号発生部２２へ印加する。
この信号によつて走査制御信号発生部２２の出力
を繰返し信号発生部２０の出力とは無関係に常に
送受信の指向性が任意に設定された方向に向くよ
うに、送受の可変遅延回路２８，３４の遅延時間
を定めると同時に、スイツチS₁およびS₂をドプラ
側に切り換える。また、心電同期信号によりイメ
ージメモリ３８を書き込み制御する場合について
は後述する。

イメージメモリ３８の記憶情報は断層像表示部
４４にて表示され、この表示作用は繰返し信号発
生部２０と同期した断層用掃引信号発生器４６に
より制御されている。

以上のようにして、断層像用超音波パルスビー
ムの送受信および断層像の表示が行われ、第５図
にはセクタ電子走査による断層像の一例およびド
プラ位置検出マークＭが示されている。

次に、第４図におけるドプラビート検出用の超
音波パルスビームの送受信およびドプラビートの
表示部を説明する。

ドプラ用トリガパルス発生部２６のバースト波
出力は第１の切換スイツチS₁の接点S₁bを介して
可変遅延回路２８に供給され、送信回路部３０を
介して探触子３２を励振する。このときの探触子
３２から放射される超音波パルスビームは第５図
の放射方向３００に沿つて放射される。反射エコ
ーは探触子３２により受信され、可変遅延加算回
路３４で信号変換された後、第２のスイツチS₂の
接点S₂bを介してドプラ信号検出部４８へ供給さ
れる。ドプラ深度設定器４０へは前記のとおり繰
返し信号発生部２０の繰返し信号と走査制御信号
発生部２２の走査制御信号が供給され、検出深度
マーク信号を発生する。ドプラ信号検出部４８へ
はドプラ検出深度設定器４０のマーク信号が供給
されているので、検出部４８からはあらかじめ設
定された深さの反射エコーに基づくドプラ信号が
出力され、この出力信号がドプラ信号表示部５０
へ供給される。ドプラ信号表示部５０へはドプラ
信号用掃引信号発生器５２からの掃引信号が供給
されているので、表示部５０上に第６図で示され
るドプラパターンが表示される。第６図のドプラ
パターンは上部に順流即ち反射体が近づく場合の
パターン、そして下部に逆流即ち反射体が遠ざか
る場合のパターンが示されている。

以上のようにして、ドプラビートの検出が行わ
れ、図示した実施例ではドプラ信号表示部５０は
ブラウン管等によるパターン表示で示されている
が、ドプラビートは他の表示部例えばスピーカ等
によりドプラビートを表わすことも可能である。

次に断層像検出とドプラビート検出との切換制
御回路を説明する。

第７図の心電波（ECG）４０１は心電同期信
号発生部５４に供給され、波形４０２で示される
ように整形される。この整形波形４０２は更に心
電波４０１に同期して任意の時相を設定するため
一定時間遅延されたメモリ書込同期信号４０３に
変換され、この同期信号がメモリ書込制御部４２
へ供給され、断層用ビデオアンプ３６の出力が制
御部４２の制御信号により制御されてイメージメ
モリ３８へ書き込まれる。更に、心電同期信号発
生部５４は同期信号４０３と同期して、メモリ書
込制御部４２の断層像書込完了信号で決定するパ
ルス幅を有する切換信号４０４を出力し、この切
換信号４０４により切換スイツチS₁，S₂を切り換
え制御する。図示した実施例において、切換信号
４０４のパルス幅は１フレームの断層像を形成す
る時間例えば30ｍ秒に設定され、このパルス幅が
断層像検出期間５０１を形成する。通常の場合、
心電波４０１はその周期が約１秒であり、この結
果、同期信号４０３および切換信号４０４も約１
秒の周期を有し、したがつて、ドプラビート検出
期間５０２は約970ｍ秒の時間となる。

以下に第４図の超音波診断装置における超音波
診断作用を説明する。心電波４０１の検出によ
り、心電同期信号発生部５４からはメモリ書込制
御部４２へ同期信号４０３が供給され、各切換ス
イツチS₁，S₂へは切換信号４０４が供給される。
この結果、第１のスイツチS₁は接点S₁a側に切り
換えられ、前述した断層像検出作用が行われる。
これと同時に、メモリ書込制御部４２は断層用ビ
デオアンプ３６の出力信号をイメージメモリ３８
へ書き込み制御し、断層像信号およびドプラ検出
位置マークがイメージメモリ３８の所定番地へ書
き込まれる。この断層像検出作用は30ｍ秒間継続
して、１フレーム分の断層像が検出される。図示
した実施例では、繰返しパルスの周期が200μ秒
に設定されているので、探触子３２からは最大
150回の超音波パルスビームが被検体中に放射さ
れ、セクタ電子走査断層像がイメージメモリ３８
に記憶される。

断層像検出期間５０１の経過後、切換信号４０
４は零レベルに戻り、この結果、第１のスイツチ
S₁は接点S₁b側へ、そして第２のスイツチS₂は接
点S₂b側へ切り換えられる。この結果、探触子３
２はドプラビート検出用の超音波パルスビームを
被検体中に放射し、前述したドプラビート検出作
用が行われる。このドプラビート検出期間は次の
心電波が検出され、切換信号４０４が立ち上がる
まで例えば970ｍ秒間継続し、この間繰返し信号
の周期200μ秒で連続的に超音波パルスビームが
放射される。したがつて、この間ドプラシフト周
波数_dは最高10kHzまで検出することができ、通
常のドプラビート検出作用には十分な最高ドプラ
シフト周波数を得ることができる。ドプラビート
検出期間５０２の間、断層像表示部４４は断層像
検出期間５０１中にイメージメモリ３８に記憶さ
れた記憶情報を連続的に表示し、この断層像とド
プラビートにより正確な診断を行うことができ
る。

図示した実施例では、心電波により断層像検出
とドプラビート検出とを切り換え制御している
が、他の別個に設けられた同期信号発生器の一定
周波数により切り換え制御することも可能であ
る。

また、実施例ではセクタ電子走査型超音波探触
子が用いられているが、リニア電子走査型超音波
探触子あるいは手動走査探触子によつても同様の
診断作用が可能である。

更に、実施例では同一の探触子により断層像検
出およびドプラビート検出用の超音波パルスビー
ムが放射されているが、別個に設けられた専用の
探触子により両超音波パルスビームを放射するこ
とも可能である。

実施例におけるドプラ法はパルスドプラ法を用
い、このパルスドプラ法によれば、ドプラビート
と同時にUCGを検出する際に好適であるが、本
発明においては単に一定深さのドプラ信号を検出
するためにＭ系列ドプラ法を利用することも勿論
可能である。

以上説明したように、本発明によれば、超音波
断層検出用の超音波パルスビーム送受信と超音波
ドプラビート検出用の連続した複数回の超音波パ
ルスビーム送受信とを交互に切り換え制御するこ
とにより、断層像とドプラビートとを実時間で観
察することができ、分解能の優れた断層像が得ら
れ、かつ、ドプラシフト周波数に制約を与えるこ
とがないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の断層像およびドプラ併用型探触
子の構造および超音波パルスビーム放射状態を示
す説明図、第２図は第１図の従来装置における繰
返しパルス波形図、第３Ａ図、第３Ｂ図はドプラ
法における送受信周波数スペクトルを示す説明
図、第４図は本発明に係る超音波診断装置の好適
な実施例を示すブロツク回路図、第５図は第４図
の超音波診断装置における断層像の一例を示す説
明図、第６図は第４図の超音波診断装置における
ドプラビートの一例を示す説明図、第７図は第４
図の超音波診断装置における切換制御作用を示す
波形図である。 ３２……探触子、４４……断層像表示部、５０
……ドプラ信号表示部、５４……心電同期信号発
生部、S₁，S₂……切換スイツチ、５０１……断層
像検出期間、５０２……ドプラビート検出期間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波パルスビームを送受信して超音波断層
   像を検出する超音波断層装置と、超音波パルスビ
   ームを送受信して超音波ドプラビートを検出する
   超音波ドプラ装置と、の両者を含む超音波診断装
   置において、前記両装置のいずれか一方を選択的
   に切り換える切換制御回路及び超音波断層像を一
   時的に記憶ホールドする画像メモリを設け、前記
   切換制御回路により、超音波断層像検出用の超音
   波パルスビーム送受信と超音波ドプラビート検出
   用の連続した複数回の超音波パルスビーム送受信
   とを交互に切り換え制御し、超音波ドプラビート
   検出時には、前記画像メモリの記憶情報により、
   超音波断層像の表示を行うことを特徴とする超音
   波診断装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、超音
   波ドプラビート検出期間は超音波断層像検出期間
   より長く設定されていることを特徴とする超音波
   診断装置。 ３ 特許請求の範囲１または２のいずれかに記載
   の装置において、超音波断層像検出期間は１フレ
   ームの断層像検出期間であることを特徴とする超
   音波診断装置。 ４ 特許請求の範囲１，２，３のいずれかに記載
   の装置において、心電同期信号発生部を設け、該
   心電同期信号発生部の心電同期信号により、超音
   波断層像検出と超音波ドプラビート検出の切換制
   御を行うことを特徴とする超音波診断装置。 ５ 特許請求の範囲１，２，３，４のいずれかに
   記載の装置において、単一の超音波探触子を設
   け、超音波断層像検出および超音波ドプラビート
   検出用の超音波パルスビームは同一の超音波探触
   子から得られることを特徴とする超音波診断装
   置。