JPS63154159A - 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】 〔概　　　要〕 本発明は超音波診断装置において、被検体に超音波を送
信して、受信する際に被検体の皮下脂肪等の特定層によ
る受信信号の減衰を解析し、その減衰に応じて送信信号
の電圧を調整して受信画像を向上させる時に送信信号の
電力は変化させずに送信電圧を調整することで被検体に
安全な超音波診断装置を得るようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は超音波診断装置に関し、特に被検体として皮下
脂肪層の厚い肥満体の人の診断情報を得る場合でも、良
質な画像の得られる様な超音波診断装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波診断装置は超音波駆動パルスを生体内に発射し、
体内の途中の組織界面で生ずる反射エコーを検出し、こ
の反射エコーを陰極線管画面上に表示させ、健全な組織
と腫瘍組織等を見分けようとするものであり、陰極線管
画面上への表示方法としては時間軸上に反射エコーを振
幅の変化で表示するＡモードと、反射エコーの振幅に応
じて明るさの強弱で表示するＢモードと、探触子を固定
し、運動する反射エコー源迄の距離の時間変化を表示す
るＭモード等が知られている。

第４図は従来の超音波診断装置の一例を示す系統図であ
る。以下、従来の超音波診断装置を第４図によって詳記
する。

第４図において、被検体１は人体の如き生体からなり、
例えば、皮下脂肪Ｈ１ａ等の組織を有するものとする。

この被検体１に探触子２をゲル、水等の伝達媒質を介し
て接触させる。探触子２は、例えば圧電材料などの振動
子からなる。

制御回路６はパルス発生回路５、解析回路９、受信増幅
回路７を制御し、パルス発生回路５から出力された高周
波パルスは制御回路６内で発生する同期パルスと同期し
てパルス幅が１〜１５μｓ程度のパルスとなされ、送信
増幅回路４で所定レベルに増幅され、スイッチング手段
３の固定接点す一可動接点ａの経路を通じて探触子２に
加えられ、探触子２内の振動子を駆動する。ここで、電
気−音響変換が行われ、超音波が被検体１に照射される
。勿論、上述のスイッチング手段３は電気的なスイッチ
を可とする。

探触子２から被検体１に放射された超音波信号は、被検
体１内の組織界面で反射され、反射エコーは探触子２の
振動子で検出される。スイッチング手段３の可動接点ａ
を固定接点Ｃ側に切り換えれば、探触子２からの反射エ
コーの受信信号は、受信増幅回路７で増幅された後に、
検波回路８で検波され、解析回路９に加えられた検波回
路８からの検波信号は必要な解析が行われて、モニタ用
の表示手段１０の陰極線管画面に例えばＡ、Ｂ又はＭモ
ード等の画像を表示するようになされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来構成によって、被検体の組織診断を行なう場
合、被検体内に皮下脂肪層１ａの如き、診断情報を得る
に不要な層があり、この不要層が反射エコーを減衰させ
、被検体内部ｍ織の情報が得にく（なる問題があった。

このような問題を解決するために被検体組織の上面組機
から内部組織に行くにしたがって、反射エコー信号の増
幅率を対数的に増加させるようにした超音波診断装置が
提案されているが、この構成では反射エコー信号がノイ
ズ中にうずもれ、所謂Ｓ／Ｎ比が悪化するため画質が劣
化する問題があった。

更に、受信した反射エコー信号に基づいて不要な層の減
衰特性を解析し、この結果から送信電圧を調整するよう
にした超音波診断装置も、本出願人によって提案されて
いる。この診断装置によると、送信電圧を上昇させて行
った場合に、被検体への照射平均電力が所定の基準を越
えてしまうような値に調整される場合は生体に悪影響を
与える。

本発明はこの様な問題を解決するためになされたもので
、その目的とするところは被検体である生体に照射され
る平均電力が所定の基準内にあり、かつ送信電圧を高く
することが出来て、モニタ画面の画質を極めて良好に出
来る超音波診断装置を得るにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の超音波診断装置はパルス発生回路５から高周波
パルスを探触子２に加えて超音波信号を被検体１に送信
し、被検体１からの反射受信信号を受信して診断情報を
得、反射受信信号から特定の不要な層の減衰特性を解析
回路９で解析し、減衰特性に応じて超音波信号の送信電
圧を調整する際に、照射平均電力を変えずに送信電圧を
高めるようにしたものである。

〔作　　　用〕

本発明の超音波診断装置は、特定の不要な層の減衰特性
に応じて照射平均電力を変えずに、送信電圧を高めるた
めに、駆動用の高周波パルスの電圧レベルを高め、その
繰り返し周期を長くするようにし、受信信号のレベルを
高くして画質を向上させている。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の超音波診断装置の一実施例を第１図につ
いて詳記する。第１図において、第４図との対応部分に
は同一符号を付して重複説明を省略するが、パルス発生
回路５内には可変分周器１１を有し、この可変分周器１
１の分周比ｎを変えることで、駆動用の高周波パルス周
期を変化させるようにしている。更に送信電圧調整手段
１３内の電圧選択回路１２で送信増幅回路４内の駆動ト
ランジスタに加える電源電圧を変化させることによって
送信電圧を調整する。

解析回路９では被検体ｌの皮下脂肪層１ａ等で生ずる減
衰量に対応するデータを解析して、その結果を送信電圧
調整手段１３と可変分周器１１に加えて可変分周器１１
の分周比ｎを変化させると共に、送信電圧調整手段１３
内の電圧選択回路１２に予め設定しておいた複数の電源
電圧を変化させるようになされている。

先ず上述の解析回路９での反射受信信号である受信電圧
から不要な皮下脂肪層１ａで生ずる減衰量に対応するデ
ータを得る解析手段を説明する。

被検体１の境界で反射した受信電圧をＲ（Ｚ）とし、被
検体１の表面から境界迄の距離をＺとしたときに探触子
２に加える送信電圧ＶＬと、受信電圧Ｒ（Ｚ）との関係
は下記の（１）式に示すようになる。

Ｒ（、Ｚ）　＝　Ｖｔ　ｘＸｘＡ（Ｚ）　ｘＡ（Ｚ）　
ｘＳ（Ｚ）　ｘ　Ｄ　（Ｚ）・・・（１） ここで、Ｘは電気−機械変換率、Ａ＝ｅｘｐ（−αＺ）
で表される減衰特性（αは減衰計数）、Ｓは反射特性、
Ｄは拡散特性である。ここで２回Ａ　（Ｚ）が乗算され
ているのは送受信電圧の往復の減衰特性を表している。

今、減衰係数α＝０である水中で、被検体、即ち、生体
の皮下脂肪層１ａと内部組織との境界で生ずる反射特性
と似た反射特性Ｓ１を持つファントム（可変媒質）での
受信電圧Ｒ、（Ｚ）を考えると（１）式から次の（２）
式を導くことが出来る。

Ｒ＋（Ｚ）　＝Ｖｔ　ＸＸＸ５＋（Ｚ）ＸＤ（Ｚ）　　
　　・・・（２１（１）式に比べてＡ　（Ｚ）はα＝０
であるから無視される。

ここで、ファントムの音響インピーダンス＝２３とし、
生体の皮下脂肪層１ａと内部組織例えば筋肉の音響イン
ピーダンスをそれぞれＺｌ、Ｚ２とすると（２）式中の
ファントムの反射特性ＳＩは、 Ｓ＋　＝　（１，５−Ｚ３）／　（１，５＋Ｚ３）　−
（Ｚｌ−Ｚ２）／　（Ｚｌ　＋　Ｚ２）で表される。尚
、１．５は水中での音響インピーダンスである。

今、実際の皮下脂肪層１ａと筋肉の境界から反射された
受信電圧をＲ，（Ｚ）とすると一般式である（１）式か
ら、 Ｉｈ（Ｚ）　＝　Ｖｔ　ｘＸｘＡ（Ｚ）　ＸＡ（Ｚ）　
Ｘ５ｚ（Ｚ）　ｘＤ（Ｚ）・・・（３） で表される。但し、５ｔ（Ｚ）は皮下脂肪層１ａからの
反射特性である。この（３）式を上述の（２）式で割っ
て整理すると、 −Ａ（Ｚ）　ＸＡ（Ｚ）　Ｘ５２（Ｚ）／Ｓ、（Ｚ）・
・・（４） となる。ここで、Ａ＝ｅｘｐ（−α２）を（４）式に代
入すると、 Ｒｚ（Ｚ）　／Ｒ＋　（Ｚ）＝ｅｘｐ（−２αＺ）　ｘ
　５ｚ（Ｚ）　／Ｓｒ　（Ｚ）・・・（５） となる。従って、それぞれの反射特性５２（Ｚ）をＳ　
＋　（Ｚ）に略等しく選択すれば、皮下脂肪層１ａ減衰
係数αは、 α＝（ＩｎＲｚ（Ｚ）　　ＩｎＲ＋（Ｚ））／　（２Ｚ
）　　　・・・（６）で求められ、この値に距離Ｚを掛
ければ減衰量Ｇ　（Ｚ）として、 Ｇ　（Ｚ）　＝α×Ｚ　　　　　　　　　・・・（７）
が得られるので、このＧ　（Ｚ）に基づいて送信電圧を
制御すると共に、パルス発生回路５からの駆動パルスを
周期を制御してやればよい。

この様な解析回路９と送信駆動パルス電圧を調整する送
信電圧調整手段１３及び分周比を変えることで送信駆動
パルス周期を調整する分周比調整手段１４を、第２図に
ついて詳記する。受信増幅回路７で増幅された反射受信
信号は検波回路８及びアナログデジタル変換回路９ａに
加えられ、検波及びデジタル変換がなされる。

検波回路８では反射受信信号から所定レベル以上の信号
が検出されると、このタイミングで信号を発生してプリ
セットカウンタ９ｂに与える。その都度プリセットカウ
ンタ９ｂは上記信号の計数を行なう。プリセットカウン
タ９ｂには予め所定の計数値がセットされている。この
所定の計数値としては、被検体１の表皮と皮下脂肪層１
３間及び皮下脂肪層１ａ内部組織間・・・等の各層間で
反射エコーが生じる場合を考えると、不要な層である皮
下脂肪層１ａは表皮から２番目の境界であり、ここで所
定レベル以上の信号となるためにプリセットカウンタ９
ｂの計数値を“２”とすれば、この“２”をプリセット
カウンタ９ｂが計数したときにアナログ−デジタル変換
回路９ａに起動信号を供給し、メモリ９ｄに対しても、
プリセットカウンタ９ｂの計数値が続出アドレスとして
作用する様に続出信号を立上げる。カウンタ９Ｃには制
御回路６からの制御信号で送信開始のタイミングでリセ
ットされて、カウンタ９ｃが起動する。

カウンタ９Ｃには所定周期の外部クロックも供給され、
これを計数することで時計計測がなされる。

メモリ９ｄには前述したファントムの受信電圧Ｒ＋（Ｚ
）及び距離Ｚが格納されている。メモリ９ｄのアドレス
データは各々カウンタ９Ｃのアドレスデータと対応して
いる。デジタル−アナログ変換回路９ａでデジタル変換
された皮下脂肪層１ａと内部組織の境界からの受信電圧
Ｒｚ（Ｚ）は割算回路９ｅに加えられているのでメモリ
９ｄに格納されたファントムの受信電圧Ｒ＋　（Ｚ）を
割算回路９ｅに加えることで、前記した（５）式で示し
た割算が行なわれる。探触子２の振動子に送信時に加え
る電圧とファントムを測定する際に与える電圧とは略同
じであるから、割算回路９ｅからは皮下脂肪層１ａを含
む減衰係数αが得られる。この減衰係数αを乗算回路９
ｇに加え、メモリ９ｄに格納されている距離Ｚも乗算回
路に加えて乗算することで皮下脂肪層１ａの近似的な減
衰量Ｇ　（Ｚ）を（７）式の如く求めることが出来る。

この減衰量データＧは送信電圧調整手段１３のメモリ１
３ａにアドレスデータとして与えられる。

このメモリ１３ａには減衰量データに対応し、各格納領
域に電圧調整データがコード化されて格納されている。

減衰量に対応して読出されたコードはレジスタ１３ｂに
セットされ、電圧選択回路１２の選択入力信号５ｅｊ２
となる。電圧選択回路１２はこの選択入力信号ｓｅｅに
基いて電圧■１〜■７の内、対応する電圧を送信増幅回
路４の駆動トランジスタに与えて、探触子２の振動子に
加える駆動電圧パルスレベルを変化させる。

上述の様に、振動子に対して電圧選択回路１２で予めフ
ァントムを測定する際に使用した電圧■１が加わってい
たとし、この送信パルス波形が第３図Ａに示す如きもの
で例えば被検体１への照射平均電力がＪＩＳに定める規
格内に納まっているとする。ただしＴは送信パルスの周
期、τはパルス幅、■、は印加電圧値とすると、ここで
電圧の実効値１■、１は、 で表せる。

今、電圧の実効値ＩＶｉｌを７倍して、然も、実効値を
（８）式と等しくするための繰り返し周期Ｔ′は、 （以下余白） となり、 Ｔ”＝Ｙ”Ｔ　　　　　　　　　　　・・・Ｑ（０とな
る。即ち、α値式より、第３図Ｂに示すよう電圧値■、
を７倍したら繰り返し周期を７２倍することで実効値は
（８）式及び第３図Ａで示したパルスと等しくなり、平
均電力はＪＩＳの規格内に納まり、送信、電圧を上げる
ことが出来るので受信信号レベルが高くなり、その分画
質が向上する。

次にメモリ１３ａに格納した減衰量に対応した送信電圧
調整用データに基づいて、例えば送信電圧■、が７倍さ
れたら、そのときの周期Ｔを７１倍するような周期で送
信電圧パルス周期が発振するように分周比ｎを演算回路
１４ａで演算し、その分周比ｎを可変分周器１１に加え
ればパルス発生回路５からはＹ”Ｔの周期のパルスが出
力される。

勿論この時パルスの実効値はＹＶ、倍されている。

尚、上記実施例に於てはパルス発生回路内の可変分周器
の分周比を変化させた場合を説明したが、予めＴ’＝Ｙ
”Ｔとなる様に送信電圧の実効値を７倍したら周期も７
２倍する関係を満たす様なパルス発振回路を複数組用意
し、レジスタ１３ｂからの選択入力信号ｓｅｌで所定の
パルス発振回路を切換選択するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明した様に、本発明によれば特定層（皮下
脂肪層）の減衰に影響されることなく良質な画像情報が
得られる様に送信駆動電圧パルスの実効値を上げても駆
動パルスの平均電力は従来と等しく、生体への悪影響も
回避できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波診断装置の一実施例を示す系統
図、 第２図は本発明の超音波診断装置に用いられる解析回路
、送信電圧調整手段及び分周比調整手段の系統図、 第３図Ａ、Ｂは駆動パルス波形図、 第４図は従来の超音波診断装置の系統図である。 １・・・被検体、 ２・・・探触子、 ３・・・スイッチング手段、 ４・・・送信増幅回路、 ５・・・パルス発生回路、 ６・・・制御回路、 ７・・・受信増幅回路、 ８・・・検波回路、 ９・・・解析回路、 １０・・・表示手段、 １１・・・可変分周器、 １２・・・電圧選択回路、 １３・・・送信電圧調整手段、 １４・・・分周比調整手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体に向け超音波信号を送信し、該被検体から
   の反射受信信号を受信して、診断情報を得ると共に、上
   記反射受信信号により、特定層の減衰特性を解析し、該
   減衰特性に応じて上記超音波信号の送信電圧を調整する
   ようにした超音波診断装置において、 上記超音波信号の照射平均電力を変えずに送信電圧を調
   整してなることを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）前記超音波信号の照射平均電力を変えずに送信電
   圧を調整するために駆動パルス電圧の増減に比例して、
   該送信駆動パルスの周期を増減調整してなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。
3. （３）前記駆動パルス電圧の増減に比例して駆動パルス
   の周期を増減させるための可変分周回路を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波診断装置
   。
4. （４）前記駆動パルス電圧の増減に比例して駆動パルス
   の周期を増減する様な駆動パルス発生手段を複数個用意
   してなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   超音波診断装置。