JPS6320546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は分解能の向上を図つた電子スキヤン方
式の超音波診断装置に関するものである。 電子スキヤン方式の超音波診断装置は複数の超
音波振動子を並列に配設した超音波プローブを用
い、リニア電子スキヤンであれば前記超音波振動
子を複数素子で１単位としてこの１単位の超音波
振動子について励振を行ない超音波発振を行な
う。そして、たとえば順次１振動子分ずつピツチ
をずらして励振してゆくことにより超音波ビーム
の発振位置を電子的にずらしてゆくものである。 そして、超音波ビームがビームとして収束する
ように励振される超音波振動子はビームの中心側
に位置するものと側方に位置するものでは励振の
タイミングをずらし、これによつて生ずる超音波
振動子の各発生超音波の位相差を利用して放射さ
れる超音波を収束させる。 また、セクタ電子スキヤンであれば励振させる
１単位の超音波振動子群に対し、超音波ビームの
放射方向が超音波ビーム１パルス分毎に順次扇状
に変るように各振動子の励振タイミングを方向に
応じて変化させてゆく。 このような電子スキヤン方式の超音波診断装置
は励振させた超音波振動子にて超音波エコーを捕
え、これを電気信号に変換して超音波像を得るが
上述の通り、１パルスの超音波ビーム当りの励振
超音波振動子数は複数個単位であり、超音波ビー
ムを十分細いビームにすることができないから発
振される各超音波ビーム毎に本来捕えてはならな
い近隣の情報をも含めて捕えてしまい、超音波像
の分解能を悪化させる。（つまり方位分解能が悪
くなる） 即ち、リニア電子スキヤン方式を例にとつてみ
ると、第１図ａに示すようにリニア電子スキヤン
であればその超音波プローブはA₁からA₆₄までの
64個の超音波振動子で形成されている。そして、
隣接する８個の超音波振動子を１単位として振動
させ、１パルス分の超音波ビームの放射毎に超音
波振動子１つ分ずつ一方向にずらしてゆく。 このときの８個の励振された超音波振動子群に
よつて発生する超音波の音場はS₁，S₂，…の如き
であり、超音波の収束の状態は超音波振動子各々
の励振タイミングの差により変わる。 この８個単位の超音波振動子群で生ずる音場の
中心は音場S₁の場合、４番目及び５番目の間の位
置であり、この音場S₁で捕えられた超音波像の表
示はCRT（陰極線管）表示装置上では第１図ｂの
Ｌ１の走査線上位置となる。そして、音場S₂で捕
えられた超音波像の表示はCRT表示装置上では
第１図ｂのＬ２の走査線上位置となる。この走査
線間の距離は超音波プローブの超音波振動子間距
離ｄに相当し、走査線Ｌ１は超音波振動子A₄，
A₅間の直下ｌなる位置の像を示していることに
なり、この位置におけるｄなる幅の超音波像につ
いての画像として画面上では表示されることとな
るが、上述したように超音波ビームは実際にはS₁
なる音場の範囲に広がるものであり、この範囲の
情報を収集して走査線一本分に表示を行なうこと
となる。 従つて、第１図ａにおけるｌなる位置下のTG
なる目標物は音場S₁，S₂にそれぞれ捕えられるこ
とになる。その結果、超音波ビームが超音波振動
子のピツチ分ｄの幅に絞られていれば本来現われ
ないはずの走査線Ｌ２上にこの目標物TGが表示
されるから、その分、超音波像の分解能が悪くな
り、画質が劣化する。 本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、各
超音波ビームの音場における中心位置所定幅内の
超音波エコーのみ得るため、或る一点に目標物を
設置して超音波振動子より所定距離隔てた各音場
の超音波エコーを捕え、各々の不要成分の超音波
エコー信号中に占める寄与率を予め求め、診断時
に得られた超音波エコーからこの不要成分相当分
を引いて補正し、この補正後の超音波エコーにて
画像表示することにより分解能を飛躍的に向上さ
せた超音波診断装置を提供することを目的とす
る。 以下、本発明の一実施例について第２図、〜第
７図を参照しながら説明する。 初めに本発明の原理について説明する。 第２図ａは超音波振動子A₁〜A₈により形成さ
れた超音波ビームの音場S₁を説明するための図、
第２図ｂはこの音場S₁における、、各位置
の音の強さの分布を示す図である。 Pa、Pa′、〜Pc、Pc′は音場の、、各位
置の音のレベルが最初にゼロになる位置で、超音
波ビームの外縁になる。 実際にはPa、Pa′、Pb、Pb′、Pc、Pc′の外側
にもｂ図の如くサイドローブが現われるので、こ
の部分の情報も含めた第２図ｂの分布の情報が音
場S₁の情報として超音波振動子A₁、〜A₈に検出
され、この検出出力が走査線一本分の像を形成す
る。 しかし、ここで必要とする情報は超音波振動子
の配列ピツチがｄであればｄ刻みでリニアスキヤ
ンされるために、励振される１単位分の超音波振
動子群A₁，〜A₈の中心位置にある線ｌの両サイ
ドｄ／２ずつの範囲であり、それ以外は不要の情
報である。 一方、音の分布特性に着目してみると、中心位
置の線ｌより超音波ビームの側縁方向に遠ざかる
につれ、その距離に応じて音のレベルが低くなつ
ていることがわかる。 このことは中心位置上の線ｌの位置を中心にこ
れより隔てる距離に対応して、音場S₁より得られ
る情報に対する寄与率がそれぞれ異なることを意
味する。 即ち、第３図ａに示すように、励振させる超音
波振動子群をＧ１→Ｇ２→Ｇ３とシフトさせてゆ
く場合において、超音波振動子群Ｇ２による音場
SG２の中心位置下に目標物TGを配置したとする
とすると、検出されるこの目標物TGからの超音
波エコーのレベルは前述の寄与率から考えて、他
の超音波振動子群Ｇ１，Ｇ３を励振させた場合に
得られるこの目標物TGからの超音波エコーのレ
ベルよりも大きくなる。 即ち、超音波振動子群Ｇ１による音場SG１よ
り得られる目標物TGの超音波エコーレベルは第
３図ｂに示す音場SG１における音の強さの分布
１のTG１、また、超音波振動子群Ｇ２による音
場SG２より得られる目標物TGの超音波エコーレ
ベルは第３図ｂに示す音場SG２における音の強
さの分布２のTG２、また、超音波振動子群Ｇ３
の超音波エコーレベルは第３図ｂに示す音場SG
３における音の強さの分布３のTG３，…の如
く、音の強さの分布特性上の位置に対応したレベ
ルとなる。そして、音場SG１，SG２，SG３，
SG４の超音波エコーは第３図ｃに示すように
CRT表示装置の画面上のそれぞれ対応する走査
線LG₁，LG₂，LG₃上に表示される。そして、そ
の走査線上における超音波振動子−目標物TG間
距離に対応する位置に目標物TGの像TGa，
TGa′，TGa″が表示される。この像の輝度は検出
された超音波エコーのレベルに対応するもので励
振される超音波振動子群Ｇ２の中心線下に目標物
TGの来る音場SG２の表示のための走査線LG₂上
の目標物像TGaの輝度が最も明るく、それより
振動子１ピツチ分ずれる超音波振動子群Ｇ１，Ｇ
３の音場SG１，SG３表示用の走査線LG₁，LG₃
ではそれより低い輝度の目標物像TGa′が表示さ
れ、更に１ピツチ分ずれて音場の外縁近くに目標
物TGが来る超音波振動子群Ｇ４の音場SG４表示
用の走査線LG₄では更に低い輝度の目標物像
TGa″が表示される。 ここで第３図ｃにおける目標物TGの像のう
ち、TGaのみが本来必要な像で他は全く不要で
ある。そして、各像TGa，TGa′，TGa″の超音
波エコーのレベルは第３図ａにおける各超音波振
動子群Ｇ２，Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４それぞれの音場に
対する中心線上の位置からの距離と音場の音のレ
ベルの分布に関係しているから或る超音波振動子
群の中心線上に定位置にのみ前述のｄなる幅の目
標物を配置して各超音波振動子群による超音波エ
コーの検出を行なえば目標物が中心線上に置かれ
た前記超音波振動子群以外のものはそのときの各
検出出力のレベルが各々の位置の超音波振動子群
の検出出力中の不要な信号となる。 これを式に表わすと次のようになる。 今、第４図ａに示すように１単位の超音波振動
子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，…Ｇ７の中心線をそ
れぞれl₁，l₂，l₃，l₄，…l₇とし、各々の中心線l₁，
l₂，…l₇の直下の深さＤなる位置にそれぞれ目標
物C₁，C₂，C₃，…C₇があるものとする。 この場合、第４図ｂの如くこの各々の超音波振
動子群の超音波ビームが対応するCRT表示装置
の走査線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…Ｌ７にはＢ１，Ｂ
２，Ｂ３，…Ｂ７なる目標物の像が表われる。 このＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂ７を形成する超音
波エコーの信号は不要な他の部分からの情報をも
含んだもので真の情報のみの像を第４図ｃの如く
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，…Ｅ７とし、この中に含まれ
る各々の超音波振動子群における前述の本来不要
な超音波エコー成分は、前記各音場に対する各目
標物C₁，C₂，…C₇の位置との関係に基づく前述
の寄与率をα、βとして考えると次の通りとな
る。

【表】 ここで上式は第３図の場合を想定して定めてあ
り、超音波振動子群を１ピツチ分ずつシフトした
場合、ある定位置の目標物TGが入る音場はこの
場合TGが中心位置となる音場を含め両隣２つず
つの計５つであるから、この隣接する５つの超音
波ビームについて各々の寄与する割合を式に当て
はめている。 また、寄与率α、βは音場の位置による強さの
分布に対応させてあり、第３図ｂで説明した通
り、最もレベルの強い音場の中心位置（ここでは
Ｇ２）の寄与率を１とし、これより超音波振動子
１ピツチ分ずれたＧ１，Ｇ３の位置でα、更に１
ピツチ分ずれたＧ４の位置でβとした。 上記第１式において各々α、βが０となれば各
超音波エコーＢ１，Ｂ２，…Ｂ７は本来必要な成
分のみの情報となるわけで各超音波エコー信号Ｂ
１，Ｂ２，Ｂ３，…Ｂ７からそれぞれα、βの付
加された各項の成分を取り除けば良いわけであ
る。 これを行なうには第１式を連立方程式として解
けば良い。寄与率α、βは１箇所にのみ目標物を
設置し、これを中心にその両隣２ピツチ分の範囲
を１ピツチ刻みで超音波ビームをシフトさせその
ときの超音波エコー信号のレベルより設定する。 第５図はかかる処理を施こして分解能を向上さ
せる超音波診断装置の構成を示すブロツク図であ
る。 図において５１は被検体、５１ａは目標物、５
２はリニア電子スキヤン用の超音波プローブであ
る。５３はこの超音波プローブ５２の各超音波振
動子の駆動制御を行なうと共にこの超音波振動子
の捕えた超音波エコーを検波し増幅する等の受信
処理を行なう超音波送受信回路、５４はこの超音
波送受信回路５３より与えられる超音波エコー信
号のデータを記憶するメモリであり、このメモリ
５４は少なくとも表示画像１枚分の容量を有して
いる。メモリ５４に対して超音波送受信回路５３
から超音波エコー信号のデータに対する位置と深
さ等の走査線情報も与えられ、この情報に対応す
るアドレスに該超音波エコー信号のデータは格納
されてゆく。一般に１画面分のメモリの容量は第
６図に示す如く方位方向Ｘについては超音波ビー
ム走査線分で約128ピクセル（128画素分）、また
送波方向Ｙについては約512ピクセルであり、従
つて、128×512画素分の容量となる。そして、超
音波エコー信号のデータは１走査線当り512個分、
順次サンプリングされて対応する画素のメモリア
ドレスに格納されてゆく。従つて各メモリアドレ
スにはそれぞれの対応する走査線位置の順次異な
る深さにおける情報が格納されてゆく。 ５５はこのようにしてメモリ５４内の各アドレ
スに格納されたデータをそれぞれの深さに対応す
る前述の寄与率をもつて前記第１式により演算処
理して真の必要な情報内容となるように補正を加
え、再びこのメモリ５４の当該処理が行なわれた
データの元のアドレス内に格納させる相関処理回
路、５６は前記メモリ５４の格納データを輝度信
号として画像表示するCRT表示装置である。 上記構成の本装置は方位方向Ｘが128ピクセル、
送波方向Ｙが512ピクセルの画素で構成されるか
ら、各画素の対応する超音波ビームの各走査位置
の予め認識した音場で各々の位置と深さにおける
寄与率α、β（この値は当然深さによつて異なる）
のデータを得ておき、これを相関処理回路５５に
セツトしておく。 そして、超音波送受信回路５３を駆動させて、
超音波プローブ５２にリニア電子スキヤンを行な
わせる。これにより被検体５１の目標物５１ａよ
りの超音波エコーが得られ、これを超音波プロー
ブ５２で捕えて電気信号に変換して後、超音波送
受信回路５３に与える。すると超音波送受信回路
５３はこれを検波し、増幅した後、デイジタル変
換し、このデータが超音波走査におけるどの位置
のデータであるかを示す情報とともにメモリ５４
に与える。するとメモリ５４は該情報に対応する
アドレスに前記変換したデータを格納してゆく。
メモリ５４に一画面分のデータ或いは或る深さの
データが格納されると相関処理回路５５はメモリ
５４の各アドレス或いは前述の或る深さのデータ
が格納された各アドレスより順次その格納データ
を読み出し、該アドレスに対応する寄与率α、β
を与えて前記第１式の処理を行ない該アドレスに
対応するピクセルの真の必要なデータを得る。そ
して、これを再び元のアドレスに格納する。かか
る補正を行なつてメモリ５４の内容が補正後のデ
ータとなつたならばこれらデータを順次表示装置
５６に輝度信号として送り、画像として表示させ
る。 このようにして表示された画像はその走査線一
本一本の画素がその走査線の対応する超音波ビー
ムの該画素対応深さのしかも超音波振動子１ピツ
チ分の幅の範囲のみの情報を示すものとなるから
画像全体の分解能が大幅に向上し、良質の超音波
像を得ることができる。 上述の例で用いた第１式は説明を簡単にするた
め、リニアスキヤンを例にとり、音場の音の強さ
の分布特性が左右対称のものについて示した。 しかし、超音波診断装置は電子スキヤンの方式
にセクタスキヤン、微小角セクタスキヤン等種々
のものがあり、必ずしも左右対称では無く、ま
た、超音波走査線のピツチを超音波振動子の配列
ピツチよりも狭くするために励振する超音波振動
子群の振動子群の振動子数を毎回変えてゆく方式
もあり、この場合、音場の幅も変化する。また、
深さによつても音の強さの分布特性も異なる。 このようなことを考えて前記第１式を更に一般
化した式を次に示しておく。 第７図ａに示すようにｎ本の超音波ビームで１
画面分の情報を得る装置のｍ番目の超音波ビーム
を考えてみる。 この超音波ビームより得られるd₁なる深さから
の超音波エコーの信号Bmd₁はこの深さにおける
音の強さの分布特性が第７図ｂの如きとし、その
幅方向即ち、音場の広がり方向の各位置をP1、
…Pm、Pm₁、…Pnとして、この各位置の寄与率
をγ_P1md₁、γ_Pmmd₁、γ_Pm₁md₁、…γ_Pnmd₁とす
ると Bmd₁＝γ_P1md₁・E₁d₁＋…＋γ_Pmmd₁・Emd₁＋… ＋γ_Pm₁md₁・Em₁md₁＋…＋γ_Pnmd₁・End₁ 但し、E₁d₁、…Emd₁、Em₁d₁、…End₁はそれ
ぞれP1、Pm、Pm₁、Pn各位置における超音波走
査線のd₁なる深さから真の超音波エコー信号を示
す。 また、m₁番目の超音波ビームより得られるd₁
なる深さからの超音波エコー信号Bm₁d₁はこの
m₁番目の超音波ビームが第７図ｃなる音の強さ
の分布特性を示すものとし、P1、…Pm、Pm₁、
…Pn各位置の寄与率がそれぞれγ_P1m₁d₁、…γ_P
mm₁d₁、γ_Pm₁m₁d₁、…γ_Pnm₁d₁とすると Bm₁d₁＝γ_P1m₁d₁・E₁d₁＋…＋γ_Pmm₁d₁・Emd₁＋
… ＋γ_Pm₁m₁d₁・Em₁md₁＋…＋γ_Pnm₁d₁・End₁ また、ｍ番目の超音波ビームより得られるd₂な
る深さからの超音波エコー信号Bmd₂はこのｍ番
目の超音波ビームが第７図ｄなる音の強さの分布
特性を示すものとし、P1、…Pm、Pm₁、…Pn各
位置の寄与率がそれぞれγ_P1md₂、γ_Pmmd₂、γ_P
m₁md₂、…γ_Pnmd₂とすると Bmd₂＝γ_P1md₂・E₁d₂＋…＋γ_Pmmd₂・Emd₂＋… ＋γ_Pm₁md₂・Em₁d₂＋…＋γ_Pnmd₂・End₂ と表わすことができる。 以上が、本発明に用いる第１式の一般式であ
る。 尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限
定することなく、その要旨を変更しない範囲内で
適宜変形して実施し得るものであり、例えば上記
実施例では電子スキヤンについて説明したが、電
子スキヤンに限定されるものではなく、その他の
方式にも適宜応用可能である。 このように複数の超音波振動子を有する超音波
プローブの該超音波振動子を所定数励振させて超
音波ビームを発生させると共にこの励振のする超
音波振動子の励振タイミングを制御することによ
り電子的に超音波ビームのスキヤンを行なうよう
にし、また、励振した超音波振動子にて前記超音
波ビームのエコーを捕え、CRT表示装置に送り、
この超音波エコーをスキヤン位置に対応する走査
線上に像として表示させるようにしたものにおい
て、超音波ビームの形成する音場内のうち、その
超音波ビームの中心線を中心に前記スキヤンされ
る超音波ビームのピツチに対応する幅内を真の情
報が含まれる超音波走査線とし、その超音波走査
線上の情報を得るため、それぞれの前記音場の音
の強さの分布を解析して各音場中の前記超音波走
査線外の各位置からの情報の前記超音波エコーに
対する寄与率を求め、各超音波ビームの音場に入
る他の位置よりのエコーの超音波走査線上の情報
を前記寄与率から知りこの分を補正して真の情報
を得、これを表示するようにしたので、表示装置
の各走査線上にはその走査線に対応する超音波走
査線上の情報のみが表示され分解能の高い超音波
像が得られる等、優れた特徴を有する超音波診断
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはリニア電子スキヤンにおける超
音波ビームの音場とCRT表示装置の走査線との
対応を説明するための図、第２図ａ，ｂは超音波
ビームの音場の各深さ位置とその位置における音
の強さの分布の関係を説明するための図、第３図
ａ，ｂ，ｃはリニアスキヤンによりシフトする超
音波ビームの各音場とこれら各音場内における目
標物からの超音波エコーのレベルの強さ及び
CRT表示装置の各走査線上に表われる目標物の
像の状態を説明するための図、第４図ａ，ｂ，ｃ
は超音波ビームとこれにより捕えた超音波エコー
による表示装置上の像の状態及び補正後の表示像
を説明するための図、第５図は本発明装置の概略
的な構成を示すブロツク図、第６図はそのメモリ
の容量を説明するための図、第７図ａ，〜ｄは各
超音波ビームの位置とその音場の所望の深さ位置
における幅方向各位置の寄与率の一般的な説明を
するための図である。 ５２……超音波プローブ、５３……超音波送受
信回路、５４……メモリ、５５……相関処理回
路、５６……表示装置、A₁，A₂，〜A₆₄……超音
波振動子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波ビームを発生させてその超音波エコー
   を捕え、画像表示用の表示装置にてこの超音波エ
   コーを超音波ビームの対応する画面位置に表示さ
   せることにより像として表示させるようにしたも
   のにおいて、超音波エコーの情報を格納するメモ
   リと、前記各超音波ビームの各深さの音場のビー
   ム広がり方向における各位置の音の強さの分布か
   ら該各位置の寄与率を予め求め、前記メモリに格
   納された各々の超音波エコー情報とその情報を得
   た超音波ビームの深さの前記寄与率とから前記各
   超音波ビーム送波方向の所定幅内に含まれる超音
   波エコー情報をそれぞれ得る処理装置とを備え、
   この処理装置で処理されて得た情報を以つて画像
   表示させることを特徴とする超音波診断装置。