JPS6215215B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波診断装置、特に被検体の断層像
を分解能の高い画像として観察することのできる
高速走査型超音波診断装置の改良に関する。

超音波ビームを被検体中に放射し、生体組織の
音響インピーダンスの差から得られる反射エコー
信号を受信して生体組織の断層像を得る超音波診
断装置が周知であり、特に電子走査による高速走
査型超音波診断装置は生体組織をリアルタイムで
観察することができ、広範囲の診断に適用されて
いる。通常の超音波走査面は超音波ビームが放射
される深度方向とこの深度方向に対してほぼ直角
方向の走査方向とからなる平面により形成され、
この走査面の生体組織が断層像または平面像とし
て表示される。

従来の超音波診断装置では、探触子からパルス
状の超音波ビームが被検体中に放射され、この結
果、１回のパルスビーム放射により全有効深度方
向距離からの反射エコー信号が得られ、したがつ
て、超音波パルスビームを走査方向に沿つて１回
走査することにより１枚の走査断層像が得られ
る。しかしながら、従来の装置によれば、１本の
パルスビームにより全有効深度方向距離をカバー
しなければならず、超音波ビームの深度方向への
拡がりという音響特性の存在によつて全有効深度
方向距離にわたつて一様な鋭い指向性を得ること
ができないという欠点があつた。このために、断
層像は深度方向の一部に分解能の低い部分が生
じ、精密な観祭診断が行いにくいという問題が生
じていた。

第１図には従来のリニア電子走査型超音波診断
装置の走査作用が示されている。超音波送受信を
行う探触子はPZT等の電気音響変換素子からなる
ｍ個の矩形振動子T₁，T₂，T₃，…Ｔ_nが直線状に
配列された構成からなり、これらの複数個の振動
子のうちあらかじめ定められたプログラムに従い
選択された特定個数の振動子を励起することによ
り、超音波ビームが走査面に沿つて走査される。
以下に従来装置における深度方向の指向性を説明
する。

一般に第１図のような複数個の振動子から放射
される超音波パルスビームの指向係数Ｒは各振動
子を点音源で置き換えた場合の指向係数をR₁と
し、実際の振動子１個が単独に存在する場合の指
向係数を同一座標軸に対してR₀とすれば、 Ｒ＝R₀×R₁ …(1) で与えられる。

いま第１図の各振動子を同一特性のｍ個の点音
源が等しい間隔ｄで第２図のように一直線に配列
された場合の指向性を考えると、その指向性はＸ
軸に対して対称であるからＸ軸を含む面内ならば
全く同一特性となり、XZ面内でＺ軸よりθの方
向の指向係数は、 R₁＝Ｒ（）＝｜ｓｉｎｍ／ｍｓｉｎ｜ …(2) ただし、φ＝πｄ／λ・sinθ，λ：波長である。

また単独の振動子の指向係数R₀は矩形振動子
の場合、 で求められる。

ただし、2a：振動子幅である。

たとえば、ｄ＝１mm、λ＝0.5mmとし、点音源
数ｍを５個および10個とした場合の群音源の指向
係数の零放射角（主ロープの拡がり角）は(2)式の
みで定まり、各零放射角をθ_５，θ₁₀とすると、 θ_５＝sin^-1λ／ｄｍ_１＝sin^-1０．５／１×５≒5.
7゜ θ₁₀＝sin^-1λ／ｄｍ_２＝sin^-1０．５／１×１０≒
2.9゜ となり、第３図に示される指向性音場特性が得ら
れる。

第３図の特性から明らかなように、従来装置で
は、超音波パルスビームの拡がりにより探触子か
ら離れた位置では指向性が低下し、全有効深度方
向距離にわたつて一様な鋭い指向性を得ることが
できないという欠点があつた。

従来の他の超音波診断装置として、超音波ビー
ムに集束作用を与えて探触子から離れた位置での
指向性を向上させる装置が知られ、励起される特
定個数の振動子に所定の遅延時間差を与えること
により、このような集束作用を得ることができ
る。

凹面振動子の場合、曲率半径をｂ、振動子半径
をｒとして Ｄ＝ｒ^２／λｂ …(4) を定義すると、このときの曲率点における音圧Ｉ
は Ｉ＝πＤ …(5) となる。

たとえば、Ｄ＝２の場合はＩ≒６となり、第１
図のような集束作用のない超音波パルスビームに
比べて３倍の音圧を得ることができ、集束点にお
ける指向性を３倍鋭くすることが可能となる。

しかしながら、従来の集束作用を有する超音波
パルスビームでは、集束点近傍の指向性を著しく
改善することができる反面、集束点から離れた位
置では指向性が極端に低下し、全有効深度方向距
離にわたつて良好な指向性を得ることができない
という欠点があつた。したがつて、通常の場合、
集束作用を有する超音波パルスビームはＤの値を
あまり大きくすることができず、第４図で示され
るようにＤの値をほぼ0.9程度とし、このときの
音圧分布がλをほぼ0.63mm、ｂを60mmに設定した
場合の特性として示されている。第４図から明ら
かなように、有効深度方向距離が比較的大きい場
合には集束の効果が薄く、十分な分解能を有する
断層像を得ることができなかつた。

本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、その目的は比較的広範囲の有効深度方向
距離にわたつて鋭い指向性の超音波パルスビーム
を送受信することができ、分解能の高い断層像を
得ることのできる改良された超音波診断装置を得
ることにある。

本発明によれば、各超音波パルスビームは比較
的狭い範囲の深度方向領域をカバーすれば良く、
それぞれの集束点を対応する深度方向領域に選択
することにより、広範囲の有効深度方向距離にわ
たつて一様な鋭い指向性を得ることができる。

超音波パルスビームの集束作用は電子走査型探
触子の各振動子を異なる遅延時間で励起すること
により得られ、超音波パルスビームの放射ごとに
それぞれの集束点を変化させることにより、複数
回のビーム放射により全有効深度方向距離をカバ
ーすることができる。

本発明において、反射エコーの受信時にも各送
信ごとの各領域に対応した集束点を有する受信作
用を行うことにより、鋭い受信指向性を得ること
が可能となる。

超音波パルスビームの送受信は走査方向の各位
置において深度方向の複数領域に連続的に集束点
の異なるビームの送受信を行い、一定の走査方向
位置での全有効深度方向距離への送受信を完了し
た後、次の走査方向位置へ移動し、再びその位置
にて複数回の深度方向送受信を順次繰り返しても
良く、また一定の深度方向領域に対して一定の集
束点を有する超音波パルスビームを走査方向へ走
査し、次に深度方向の異なる領域に対して集束点
の変えられたビームを順次走査方向へ走査するこ
とにより、全走査面の断層像を形成しても良い。

本発明に係る超音波診断装置は有効深度方向距
離に対して複数回の超音波パルスビームが各回ご
とにそれぞれ異なる集束点を形成して放射される
ように探触子の送信作用を制御する送受信部と、
複数の領域に分割された超音波パルスビームの有
効深度方向距離の各領域に対応する複数の深度方
向記憶部を有する画像記憶装置と、送受信部の送
信タイミングと同期し超音波パルスビームの集束
点に応じて画像記憶装置の特定の深度方向記憶部
のみに書込信号を供給する書込ゲート回路を有す
る書込制御回路とを含む。

本発明において、前述した送受信部は放射され
る超音波パルスビームの各集束点に対応した受信
集束点を形成するよう受信時に探触子の各振動子
に所定の遅延時間を与え、この結果、鋭い受信指
向性を有する受信作用が得られることを特徴とす
る。

以下図面により本発明の好適な実施例を詳細に
説明する。

第５図にはリニア電子走査型探触子を有する本
発明に係る超音波診断装置の概略構成が示されて
いる。被検体１０の診断部位近傍にはリニア電子
走査型探触子１２が配設され、探触子１２からは
所定のプログラムに従つて走査される超音波パル
スビームが被検体１０中に放射され、また被検体
１０からの超音波反射エコー信号が探触子１２に
より受信される。探触子１２から放射される超音
波パルスビームの走査は送受信部１４および走査
制御部１６により制御され、走査制御部１６によ
り走査方向の制御が、そして送受信部１４により
パルスビームの放射ごとにその集束点が可変制御
される。探触子１２の受信信号は送受信部１４に
より増幅検波された後、フレームメモリ等からな
る画像記憶装置１８の所定番地に順次格納記憶さ
れる。画像記憶装置１８の記憶作用は書込制御回
路２０により制御され、書込制御回路２０および
送受信部１４は走査制御部１６の同期信号により
同期がとられ、探触子１２から放射される超音波
パルスビームの集束点に応じて画像記憶装置１８
の特定の深度方向記憶部へのみ受信信号が書き込
み記憶される。超音波パルスビームの複数回の走
査により１走査面の画像記憶が完了した後、画像
記憶装置１８の記憶情報は標準テレビ用同期信号
発生器２２の読出信号により高速度で読み出さ
れ、この読み出さた信号が合成器２４にて同期信
号発生器２２の同期信号として合成され、コンポ
ジツト映像信号が形成される。そしてこのコンポ
ジツト映像信号はブラウン管等からなる表示器２
６により電子走査線に沿つた断層像として表示さ
れる。テレビ用同期信号発生器２２の読出速度お
よび表示器２６の掃引速度は超音波走査速度に比
べて著しく速いので、表示器２６上の画像はチラ
ツキのない良質な超音波断層像とて表示される。

本発明において特徴的なことは超音波ビームの
有効深度方向距離を複数の領域に分割し、各領域
に対応した集束点を有する複数回の送受信作用を
行うことにより、全有効深度方向距離にわたつて
指向性の鋭い超音波パルスビームの送受信作用を
行うことであり、この送受信作用を第６図を参照
しながら説明する。

探触子１２はT₁〜Ｔ_nまでのｍ個の直線状に配
列されたPZT等からなる振動子を含み、走査制御
部１６の超音波放射同期信号により送受信部１４
で選択された特定の振動子に送信信号が供給さ
れ、この選択された複数個の振動子が励起される
ことにより超音波パルスビームが被検体１０中に
放射される。

本実施例において特徴的なことは各超音波放射
ごとに異なる集束点が得られるように各振動子に
励起されることである、図示した実施例におい
て、断層像を得る超音波パルスビームの有効深度
方向距離Ｚ_eは３個の深度領域Z₁，Z₂，Z₃に分割
されている。そして、超音波パルスビームの第１
回目の送受信時には領域Z₁からの反射エコー信号
で断層像を描き、同様に第２回目、第３回目の送
受信により領域Z₂，Z₃からの反射エコー信号を断
層像の形成に用いる。したがつて、Y₁で示され
る走査方向の特定位置において３回の連続した超
音波送受信により全有効深度方向距離Ｚ_eの断層
像を形成することができる。

第１回目の超音波パルスビームは領域Z₁に対応
する集束点a₁を有し、このために送受信部１４は
振動子T₆〜T₁₅までの10個の振動子をそれぞれ特
定の遅延時間d₁′〜d₅′にて励起し、この結果、第
６図の破線で示されるように集束点a₁で集束する
超音波パルスビームが放射される。したがつて、
第１回目の超音波パルスビームは領域Z₁内では極
めて鋭い指向性を有し、この領域Z₁での反射エコ
ー信号のみを鋭い指向性の受信作用で取り出すこ
とにより、分解能の優れた断層像を得ることがで
きる。もちろん、集束点a₁を有する超音波パルス
ビームは他の領域Z₂，Z₃ではビームの拡がりによ
り、指向性が極端に鈍くなることとなる。

第２回目の超音波パルスビームは第２の領域Z₂
に対応する集束点a₂を有し、送受信部１４により
振動子T₄〜T₁₇をそれぞれd₁〜d₈の特有遅延時間
で励起することにより得ることができる。したが
つて、第２回目の超音波パルスビームを送受信に
よれば、第２の領域Z₂内で鋭い指向性を得ること
ができる。

第３回目の超音波パルスビーム送受信は振動子
T₁〜T₂₀をD₁〜D₁₀の遅延時間にて励起すること
により行われ、この超音波パルスビームは第３の
領域Z₃に対応する集束点a₃を有し、領域Z₃内にお
いて鋭い指向性を有する。

したがつて、走査方向位置Y₁において、３回
の超音波パルスビーム放射を繰り返し、それぞれ
対応する領域からの反射エコー信号のみを断層像
信号として取り出し、これら３個の信号を合成す
ることにより走査位置Y₁における全有効深度方
向距離Ｚ_eにわたつて指向性の鋭い超音波断層像
を得ることができる。

第７図には、第６図の深度方向距離に対する放
射超音波パルスビームの音圧特性が示され、各分
割された領域に対応する３個のビームを合成した
特性であり、第４図の従来特性と比較することに
より全有効深度方向距離において極めて鋭い指向
性が得られることが理解される。

以上のようにして、走査位置Y₁への全有効深
度方向距離を３回の超音波パルスビーム送受信に
より走査した後、超音波パルスビームは次の走査
方向位置Y₂に移動され、再び３回の異なる深度
方向集束点による超音波パルスビーム送受信が行
われる。以降、走査方向位置に対して３回ずつの
ビーム送受信を順次行うことにより、全走査面か
らの断層像信号を得ることができる。

第８図には本発明に係る送受信部の好適な実施
例が示されている。繰返パルス発生器３０の送信
信号は各振動子T₁〜Ｔ_nに対応して設けられた送
信トリガ信号発生回路３２−１〜３２−ｍまでに
供給され、送信回数ごとにあらかじめ定めたプロ
グラムで選択された送信トリガ信号発生回路から
それぞれ対応する振動子へ送信器３４を介して異
なる遅延時間の送信信号が供給される。したがつ
て、前述したように、第１回目の超音波パルスビ
ームは送信トリガ信号発生回路３２−６〜３２−
１５により行われ、同様に第２，３回目のビーム
送受信は送信トリガ信号発生回路３２−４〜３２
−７および３２−１〜３２−２０を用いて行われ
る。被検体からの反射エコー信号は振動子で受信
された後増幅器３６により増幅され、各振動子
T₁〜Ｔ_nに対応して設けられた受信用遅延回路３
８−１〜３８−ｍを介して加算回路４０へ供給さ
れる。受信用遅延回路３８は各振動子による受信
信号に特定の遅延時間を与え、受信信号に集束作
用を行わせるものであり、この集束作用により反
射エコー信号も鋭い指向性を有することとなる。

前述した有効深度方向距離の各領域Z₁，Z₂，Z₃
からの反射エコー信号を記憶するためには、画像
記憶装置１８は各領域に対応する複数の深度方向
記憶部を有する。そして、書込制御回路２０は送
受信部１４の送信タイミングと同期して超音波パ
ルスビームの集束点a₁，a₂，a₃に応じた特定の深
度方向記憶部のみに書込信号を供給する書込ゲー
ト回路が設けられている。したがつて、１回目の
超音波パルスビーム送受信時には領域Z₁に対応す
る深度方向記憶部へのみ書込信号が供給され、他
の領域Z₂，Z₃からの受信情報は無効とされる。第
９図には画像記憶装置１８の記憶タイミングが示
され、超音波繰返パルスは走査制御部１６からの
同期信号により制御され、このパルスにより被検
体からは分割領域の境界点a₁′，a₂′，a₃′で区分け
された情報が得られる。

一方、書込制御回路２０からは書込信号K₁，
K₂，K₃が画像記憶装置１８へ供給される。１発
目の超音波パルスビームが送受信されたときに
は、書込信号K₁は探触子放射面から深度方向
a₁′へ超音波が往復伝搬する間画像記憶を行う書
込信号となる。そして、２発目の超音波パルスビ
ームでは深度方向a₁′からa₂′までの反射エコーの
書込作用を行う書込信号K₂となり、同様に３発
目の超音波パルスビーム送受信では深度方向
a₂′からa₃′までまでの反射エコーを画像記憶する
書込信号K₃が得られる。そして、第９図に示す
ように画像記憶装置１８の走査方向Y₁に対応す
る記憶番地が３発目の超音波パルスビーム送受信
まで書込信号J₁として指定されているので、３回
の超音波パルスビーム送受信により深度方向の全
有効距離が走査される。

４発目の超音波パルスビームは前述したように
走査方向Y₂位置で行われ、このときY₂書込信号
J₂が画像記憶装置１８に供給され、記憶番地も超
音波パルスビームの移動と共に移動する。４発目
のビーム送受信時には書込信号K₁は深度方向
a₁′までの反射エコーを記憶するまで記憶ゲート
を開き、以下同様の記憶部選択作用が行われる。
したがつて、画像記憶装置１８は超音波パルスビ
ームの集束点に対応して特定の深度方向記憶部の
みに記憶情報を記憶し、これらの合成記憶情報に
より全走査面の断層像記憶情報が形成される。表
示器２６への読出情報は走査面の記憶完了後行わ
れ、表示器２６上には１枚の完全な断層像が表示
されることとなる。

図示した実施例においては、全有効深度方向距
離が３分割されているが、診断を要する部位の大
きさおよび必要な分解能により深度方向距離を任
意の数に分割することが可能である。

実施例では、走査方向の特定位置において複数
回の異なる深度方向集束点を有する超音波パルス
ビーム送受信を連続的に行い、順次走査方向位置
を移動させており、この実施例によれば、深度方
向の各領域での受信信号を合成する際に各領域間
での時間遅れが少ないため、動きの速い臓器等の
断層像を得るときに深度方向の各領域境界部での
画像の不連続の発生を著しく減少することができ
る。

しかしながら、本発明において、比較的動きの
少ない臓器等の診断観察においては、特定の集束
点を有する、例えば集束点a₁の超音波パルスビー
ムを全走査方向にわたつて１回分走査し、次に集
束点を例えばa₂に移動させて再び走査方向にわた
つて走査させ、順次一定集束点で全走査方向走査
を行うことも可能である。

図示した実施例はリニア電子走査型探触子を用
いているが、他のセクタ電子走査型探触子を用い
ることも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、全有効
深度方向距離にわたつて極めて鋭い指向性の超音
波パルスビームを得ることができるので、走査面
全体にわたつて分解能の優れた断層像をちらつき
なく観察できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的なリニア電子走査型探触
子による断層像作成作用を示す説明図、第２図は
第１図における超音波パルスビームの拡がりを示
す座標説明図、第３図は従来装置における深度方
向の超音波パルスビームの拡がりを示す説明図、
第４図は従来装置における深度方向に対する音圧
特性図、第５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６図は第
５図の実施例における探触子の電子走査作用を示
す説明図、第７図は本発明の実施例における深度
方向距離と音圧との特性図、第８図は第５図の送
受信部の好適な実施例を示すブロツク図、第９図
は第５図の画像記憶装置の作用を説明するタイミ
ング説明図である。 １０……被検体、１２……探触子、１４……送
受信部、１６……走査制御部、１８……画像記憶
装置、２０……書込制御回路、２２……同期信号
発生器、２４……合成器、２６……表示器、Ｚ_e
……全有効深度方向距離、a₁，a₂，a₃……集速
点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速走査超音波ビームを被検体中に放射する
   探触子と、被検体からの超音波反射エコー信号を
   断層像信号として記憶する画像記憶装置と、画像
   記憶装置の記憶情報を読み出し表示する表示器と
   を含む超音波診断装置において、有効深度方向距
   離に対して複数回の超音波ビームが各回毎にそれ
   ぞれ異なる集束点を形成して放射されるように探
   触子の送信作用を制御する送受信部と、複数の領
   域に分割された超音波ビームの有効深度方向距離
   の各領域に対応する複数の深度方向記憶部を有す
   る画像記憶装置と、送受信部の送信タイミングと
   同期し超音波ビームの集束点に応じて画像記憶装
   置の特定の深度方向記憶部のみに書込信号を供給
   する書込ゲート回路を有する書込制御回路とを含
   む超音波診断装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、送受
   信部は放射される超音波ビームの各集束点に対応
   した受信集束点を形成するよう探触子の受信作用
   を制御することを特徴とする超音波診断装置。