JPH0210474Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は電子走査型超音波診断装置において、
自由に可動する探触子によつて得られる超音波断
層像の座標を検出し、その座標に対応したデイス
プレイ上の位置に、超音波断層像を自動的に表示
できるデイジタル画像表示装置に関するものであ
る。

〔従来の技術分野〕

一般に超音波診断装置は多数の圧電振動子が配
列された探触子を被検体に接触させ、かつ圧電振
動子に電気的パルスを加えることによつて、超音
波パルスを発生させ、この超音波パルスを被検体
内に伝搬させて、被検体内の音響インピーダンス
の差異によつて発生する反射音波を、同じ圧電振
動素子又は近接する他の圧電振動子によつて受信
し、その反射波による振動を電気信号に変換し、
この電気信号を処理して体内の超音波像をモニタ
デイスプレイ上に表示するものである。この超音
波診断装置の中でも最近特に注目を集めているも
のに電子走査型診断装置がある。この電子走査型
診断装置を以下、図によつて説明する。

第１図において１は従来の電子走査型超音波診
断装置である。その主なる構成要素は２．探触
子、３．表示装置、４．超音波装置である超音波
装置４は、内部に送受信部、制御部等を有してい
る。探触子２は多数個の配列した圧電振動子群よ
りなり、その圧電振動子を被検体に接触させて、
超音波装置４内部の前記送信部より出力される電
気的パルスにより前記振動子群を電子走査しなが
ら順次励振して超音波パルスを逐次発生し、この
超音波パルスを被検体に伝搬させて被検体内の音
響インピーダンスの差異によつて発生する反射音
波を同じ振動子または近接する他の振動子によつ
て、電気信号に変換し、その電気信号を超音波装
置４の受信部に受信してこの受信部で得られた電
気信号を制御部で信号処理し、前記超音波パルス
が伝搬する被検体内の一平面の超音波断層像を表
示装置３に実時間で表示するものである。

一方、プローブのＸ−Ｙ座標上での位置および
プローブの回転角に対応した検出部からのＸ−Ｙ
座標位置信号及び回転角信号を偏向信号発生部に
加え、送信パルスと同期させＸ−Ｙ偏向信号を発
生させ、情報を走査変換管に書き込み蓄積して、
プローブを体表面に密着させながら、Ｘ−Ｙ面内
を移動させ、その都度、上述の動作を行なわせて
走査変換管の読出し部を経て、TVモニター上に
画像を得るようにした超音波映像装置（特開昭52
−46881号公報）が知られている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来、探触子の位置情報と超音波による物体内
情報に基いて、物体内情報を可視化するために提
案された上記情報を蓄積する走査変換管は、ダイ
ナミツクレンジの範囲において大きな問題点があ
る。即ち、上記位置情報を有するイニシヤルコン
プレツクス信号部分（以下、Ａ部分という）と物
体内構造情報信号部分（以下、Ｂ部分という）の
ダイナミツクレンジは走査変換管の書き込み信号
ダイナミツクレンジを遥かに越すものであるた
め、この信号をそのまま走査変換管に書き込み、
Ｂ部分を階調性よく書き込み再生しようとすると
Ａ部分は書き込み過ぎによりハレーシヨンをおこ
す。そこで、Ｂ部分の中間調再現性を維持するか
わりに、座標軸としての情報信号の再現性を犠牲
にして走査変換管に書き込むために、物体の表皮
に相当した部分のレベルが書き込み過ぎを生じな
いよう、イニシヤルコンプレツクス信号レベルを
任意のレベルに手動もしくは自動的に設定しなけ
ればならないという走査変換管のダイナミツクレ
ンジの限界による悪影響を受けざるを得ない。

特に、高解像度の断層像を高速に得るため数多
くの圧電振動子を配列した探触子を広範囲に移動
させても不要な雑音がなく正しい高品位な画像を
表示させることは困難である。

また、上記の電子走査型の超音波診断装置は被
検体を実時間で観測できる点ではきわめて有効な
装置といえるが、その表示断層像の表示範囲は探
触子の接触範囲に限られるために、広範囲にわた
る断層像を同一画面内に表示できない。

この断層像の表示範囲が狭い領域に限定されて
しまう欠点を補うための対策として、探触子の長
さを長くすることが考えられる。しかし、例えば
被検体が人体の場合、体表の形態が、ほぼ円形を
しているために、前記のごとく探触子を長くした
としても、圧電振動子を全長にわたつて体表に接
触させることが不可能であるためこの対策では広
範囲にわたる断層像を得ることができない。

したがつて、例えば妊娠後期における胎児の生
体の映像等については、一表示画面上にその断層
像を写し出すことができず、個々の分割された部
分的断層像より医師の判断を基にして診断を下し
ているのが現状である。

〔考案の目的〕

そこで本考案は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に電子走査方式で励振される多数個
の圧電振動子を有する探触子を任意に移動して得
られる各位置の画像を合成して、広範囲にわたり
被検体の高品位な画像を表示する装置を提供する
ことを、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本考案は、多数個の圧電振動子が配列さ
れた探触子と該探触子を被検物体上の所望範囲全
域にわたり任意に移動し、該探触子内の圧電振動
子を電子走査方式で励振して被検物体内の音響イ
ンピーダンスの差異より得られる反射信号から超
音波断層画像信号を表示するものにおいて、 被検物体の所望範囲全域にわたる内部状態を表
示し得る容量をもつ画像メモリと、 前記探触子の多数個の圧電振動子から励振され
ている当該圧電振動子の位置を検出し、この位置
に対応する前記画像メモリ内の座標位置を計算す
る手段と、 前記超音波断層画像信号を標本量子化して得ら
れた画像データを時分割により許容された時間帯
に逐次前記画像メモリ内の座標位置に書き込み、
かつ時分割により許容された別の時間帯に前記画
像メモリに記憶された画像データを複数画素読出
しこれを表示させる手段と、前記画像メモリーに
新規な画像データを書き込み更新する際に既に記
憶されている対応位置の画像データと新規な画像
データとの加重平均をした画像データにより更新
を行なわしむるデータ処理手段とを具備して、所
望の位置に移動させ各位置に対応して得られる超
音波断層画像を表示させて探触子移動範囲全域に
わたり被検体の超音波断層画像を表示するように
した。

〔作用〕

本考案によれば、被検物体上の所望の広い範囲
にわたり移動する探触子の位置と探触子の多数個
の圧電振動子から電子走査方式で励振されている
当該圧電振動子の位置を検出し、即ち、探触子の
位置と超音波パルスの発生位置を検出し、その値
によつて画像メモリの書き込みアドレス信号を発
生せしめ、超音波断層画像信号を標本量子化して
得られた画像データを時分割により許容された時
間帯に逐次、前記画像メモリ内の書き込みアドレ
ス信号に対応するアドレスに書き込み、かつ時分
割により許容された別の時間帯に前記画像メモリ
に記憶された画像データを読み出して表示し、さ
らに映像表示にあたつて必要な際に加重平均化デ
５ータ処理を施して探触子の広範囲にわたつて被
検体の超音波断層像が正しく表示することができ
る。

〔実施例〕

本考案を図によつて説明する。第１図において
１は前述したように従来の電子走査型超音波診断
装置であるので、これ以外の本考案を構成する各
要素について説明する。

先ず、Ａ／Ｄ変換器７は超音波装置４によつて
得られる超音波断層像のビデオ信号を表示範囲に
よつて決定される標本化間隔に従つて適当な量子
化レベルによつて、逐次デイジタル画像データ信
号に変換するものである。

かようにして、一水平走査、即ち前記超音波パ
ルスが発生され、被検体に発射される毎に、次々
と超音波装置４で受信した信号から得られるデイ
ジタル画像信号は、書き込み制御回路１０により
順次１対のバツフア回路８又はバツフア回路９の
交互に選択された一方に、前記標本化間隔のタイ
ミングで書き込まれる。なお、バツフア回路８、
バツフア回路９は前記デイジタル画像データを一
水平走査分だけ記憶するのに十分な記憶容量をも
つデイジタルメモリである。

バツフア回路８及びバツフア回路９に書き込ま
れたデイジタル画像データは書き込み制御回路１
０の制御によつてスイツチ１７を介してデータ平
均回路１１、あるいは直接画像メモリ１３のいず
れかへ転送される。

ここに、画像メモリ１３は表示画像１枚分をデ
イジタル的に記憶するだけの容量を有するデイジ
タルメモリである。

また１８は画像メモリ１３のアドレス及び制御
バスを１９はデータバスを表わす。

バツフア回路８及び９のデイジタル画像データ
の転送のタイミングとしては一方のバツフア回
路、例えばバツフア回路８が前記Ａ／Ｄ変換器７
からの一走査線分のデイジタル画像データを入力
している時には、バツフア回路９が、画像メモリ
１３へデータを転送し、次の走査のタイミングに
は、バツフア回路９にＡ／Ｄ変換器７のデイジタ
ル画像データが入力され、今度はバツフア回路８
が画像メモリ１３へデータを転送するといつたよ
うに、一水平走査ごとに書き込みと読み出しのサ
イクルを反転して交互に繰り返すものである。

このバツフア回路８，９の駆動タイミングを第
３−１図、Ａ，Ｂに示す。この図における書き込
みサイクルとはＡ／Ｄ変換器７のデイジタル画像
データをバツフア回路８又は９に転送するタイミ
ングであり、読み出しサイクルとはバツフア回路
８又は９のデイジタル画像データを画像メモリ１
３に転送するタイミングである。また、この第３
−１図におけるＡ，Ｂの読み出しサイクルにおけ
る個々のデイジタル画像データの転送のタイミン
グは、画像メモリ１３の駆動タイミングを図示し
ている第３−１図Ｃにおける書き込みサイクルに
対応している。

切換えスイツチ１７はバツフア回路８又は９の
デイジタル画像データを直接画像メモリ１３に転
送するか又は平均化回路１１に転送し適当な平均
化処理を施して、画像メモリ１３に転送するかを
選択する切換えスイツチである。第１図において
は切換えスイツチ１７が直接バツフア回路８又は
９のデイジタル画像データを画像メモリ１３に転
送する側に選択されている。平均化回路１１を作
動させるときは切換スイツチ１７を平均化回路側
に切換えて、バツフア回路８又は９からの画像メ
モリ１３の指定されたアドレスに書き込むべき新
規のデイジタル画像データCnとこの新規データ
に対応して、前記指定されたアドレスに既に記憶
されていたデイジタル画像データDnとそれぞれ
に対し適当な重み係数、例えばα，βを掛け、そ
れを加算したのち平均をとつて出力画像データ
Enを算出する。

この演算を数式によつて表わせば、次式のごと
くなる。

En＝（αCn＋βDn）／（α＋β） (1) なお(1)式において係数α、βをα＋β＝１とな
るように選択すると、(1)式は簡略化されて(2)式の
ごとくなる。

En＝αCn＋βDn (2) 平均化回路１１は(1)式により実現しても(2)式に
より実現してもいつこうにさしつかえない。

以上のことからわかるように、この平均化回路
１１の目的は、新規な画像データCnと既に書き
込まれている画像データDnとの平均をとること
により、デイジタル画像信号中のランダムな雑音
成分を除去し、表示画像のＳ／Ｎ比の向上をめざ
すものである。係数α、βは画像の性質、特徴に
より最適な値になるように選択できる。

前記タイミングにより第１図の画像メモリ１３
に書き込まれたデイジタル画像データは、読出し
制御回路１２の制御により、第３−１図Ｃ又は第
３−２図Ｄ（Ｃ図のタイミングを時間的に拡大し
た図）の読み出しサイクルのタイミングに従つ
て、２画素づつ順次読み出される。

ここに前述の２画素づつ画像メモリ１３を読出
すのは画像メモリ１３を書き込み制御回路１０と
読み出し制御回路１２のそれぞれによつて時分割
的に制御できるために必要なのであつて、必ずし
も２画素でなくとも、これ以上の複数画素を同時
に読み出すようにしてもよい。画像メモリ１３の
読み出しのタイミングは、テレビ表示装置１６の
同期信号に対応しており、標準テレビ方式に代表
される、テスタースキヤン方式により順次画像メ
モリ１３をアクセスし読出されるようにする。

この画像メモリ１３から２画素づつ読み出され
たデイジタル画像データ、例えば画像メモリ１３
から読出される画像データp₀，p₁は、第３−２図
Ｅのタイミングによつていつたんバツフア回路１
４に書き込まれる。そしてそのバツフア回路１４
に書き込まれた２画素づつのデイジタル画像デー
タ、例えばp₀，p₁は第３−２図Ｆのタイミングで
一画素づつのシリアルなデイジタル画像データと
してＤ／Ａ変換器１５に入力され、このＤ／Ａ変
換器１５によりデイジタル画像データをアナログ
のビデオ信号に変換するものである。

テレビ表示装置１６は前記アナログビデオ信号
と読み出し制御回路１２によつて得られる同期信
号とによつて画像メモリ１３の画像データをブラ
ウン管上に表示する装置である。

次に本考案の主要機能であるバツフア回路８又
は９のデータを画像メモリ１３に転送する時の書
き込みアドレスの発生法について説明する。画像
メモリ１３の読み出しアドレスは前記の説明のご
とく常時読み出し制御回路１２によつてラスタス
キヤンされているわけであるが、書き込みアドレ
スの値は、探触子２の位置と探触子２によつて発
射される超音波パルスの方向によつて決定され
る。

その探触子２の位置と超音波パルスの発生位置
を検出し、その値から書き込みアドレスを発生す
る回路が、座標検出機構５および座標変換回路６
である。

座標検出機構５の一具体例について第２図によ
り説明する。

本図において２３，２４，２５はそれぞれ長さ
がl₁，l₂，l₃である腕木であり、支点Ｏ，Ｐ，Ｑ
の３点で接続され、二次元的な自由度をもつて、
自由に動くことが可能となつている。そしてＯ，
Ｐ，Ｑにはそれぞれ角度検出器が内蔵されてお
り、腕木のそれぞれの支点での角度φ₁，φ₂，φ₃
をおのおの電気信号で出力するものである。

第２図の２６は探触子であり、これは第１図の
２と同一のものと考えて、さしつかえない。

探触子２６は前記圧電振動子を直線状にｎ個全
長ｕに等間隔並べたものであり、腕木２５に垂直
にとりつけられているものとし、その厚さは腕木
の長さに比べて極めてうすいものと考える。そし
てｎ個の圧電振動子は探触子２６の一端Ｓから他
端Ｔへと１つもしくは複数個が順次電子的に走査
される。ここに探触子２６から発射される超音波
パルスの伝搬していく平面と、腕木２３，２４，
２５が動くことができる平面は同一平面となるよ
うに探触子２６は取り付けられている。

座標変換回路６は座標検出機構５で得られた腕
木２３，２４，２５のそれぞれの角度φ₁，φ₂，
φ₃と超音波装置４から発生される同期信号とか
ら探触子より得られる超音波画像信号の座標位置
を演算し、その演算結果を画像メモリ１３の書き
込みアドレスとして書き込み制御回路１０へ転送
するものである。

さて、次に座標位置の演算について説明する。

第２図において、支点ＯをXY座標の原点と
し、座標軸を同図のごとく定めるとすると、まず
探触子２６の中点Ｒの座標値（X_R，Y_R）は次の
式(3)式(4)によつて与えられる。

X_R＝l₁cosφ₁＋l₂cosφ₂ ＋l₃cosφ₃ (3) Y_R＝l₁sinφ₁＋l₂sinφ₂ ＋l₃sinφ₃ (4) 次に探触子２６によつて得られる超音波断層像
の座標値について考える。例えば、いま探触子２
６のｎ個の圧電振動子にＳからＴへ１つづつ順次
電気パルスを加え、超音波パルスを発生させ、ち
ようどni番目の圧電振動子を駆動した時に電気パ
ルスを加えてからｔ秒後に点Ａからの超音波反射
信号が検出されたものと考える。この時の点Ａの
座標（X_A，Y_A）は、今超音波の媒質の音速が毎
秒1500ｍとすると、次の(5)式(6)式によつて与えら
れる。

X_A＝X_R＋ｕ（ni／ｎ−１／２）sinφ₃ ＋750tcosφ₃ (5) Y_A＝Y_R＋ｕ（ni／ｎ−１／２）cosφ₃ ＋750tsinφ₃ (6) (5)式(6)式における第２項及び第３項について検
討してみる。いま Ｐ（ｉ）＝ｕ（ni／ｎ−１／２） (7)｝とすると Ｑ（ｔ）＝750t 第２図の探触子２６を拡大した第６図において
(7)式は探触子２６の中心点Ｒから被駆動圧電振動
子ni３２までの距離を表わし、(8)式は前記被駆動
圧電振動子３２から被検体Ａ３３までの距離を示
していることになり、この(7)式及び(8)式を基礎と
した計算式である(5)式及び(6)式の意味が理解され
ると思われる。

座標変換回路６は座標検出機構５より得られる
φ₁，φ₂，φ₃と超音波装置４より得られるni及び
ｔを用いて(5)式(6)式を高速に演算し、それによつ
て得られた座標値（X_A，Y_A）から画像データの
画像メモリ１３への書き込みアドレス（X_W，
X_W）を発生するものである。なお、この書き込
みアドレス（X_W，Y_W）は前記演算によつて得ら
れた（X_A，Y_A）の定数倍、即ち、(9)式、(10)式に
よつて求められる。

X_W＝PX_A (9) Y_W＝QY_A (10) ここにＰ，Ｑは適当な実数である。

第４図は、平均化回路１１の詳細な一実施例で
ある。また、第４図の動作タイミングの詳細な第
５図に示す。

第４図において係数演算回路２７は、前記(1)式
においてαCnを演算するものであり、係数演算回
路２８は、(1)式においてβCnを演算するものであ
る。加算回路２９は、前記係数演算回路２７及び
２８によつて得られた演算結果を加算する回路で
あり、割算回路３０は加算回路２９によつて得ら
れた演算結果を（α＋β）で割ることにより、デ
イジタル画像データを平均化する回路である。

定数設定回路３１は、前記係数αβ及び（α＋
β）を設定するとともに、前記係数演算回路２
７，２８及び割算回路３０の動作制御を行うもの
である。

第５図は平均化回路の動作タイミングを示す図
である。

第５図Ｇの書き込みサイクル、読み出しサイク
ルのタイミングは、第３−１図Ｃの書き込みサイ
クル、読み出しサイクルに対応している。また、
第５図Ｉは第３−１図Ａ又はＢの書き込みサイク
ルのタイミングに対応し、Ｈ及びＪのタイミング
は書き込み制御回路１０により制御される。画像
メモリ１３に、第５図に示す動作を行わせるため
には通常メモリにおけるリード・モデイフアイ・
ライト・モード（Read modified write mode）
を使用することにより容易に実現することができ
る。

以上本装置の構成によつて、探触子２を一平面
内で自由に移動させることにより、その探触子２
の動きに対応した位置の超音波断層像が、テレビ
表示装置１６に表示されることになり、今までの
装置では得られなかつた極めて広範囲の超音波断
層像を得ることができる。

本装置を用いて超音波断層像を得る実際時の表
示例を第７図に示す。

第７図において、ａは本装置の探触子を被検体
に接触させている時の見取り図であり、ｂは従来
の電子走査型診断装置による表示像、即ち表示装
置３に表示される像、ｃは本考案による表示装置
１６に表示される表示像である。

第７図ａにおいて３６，３７，３８は同一の探
触子を３６から３７、そして３８へ移動し、現存
は３８の位置にあることを示している。３４は、
被検体の表面、３５は被検体内の音響インピーダ
ンスの異なる部分である。また、上記のごとく広
範囲にわたり被検体の超音波断層像を表示しよう
とすると、探触子を移動する一定時間間隔の間に
被検体であるたとえば人体等の姿勢、位置が変化
する可能性があり、その場合には映像に歪みや、
不連続面が生じ診断に有効な映像表示が得られに
くくなる。

この場合には、上記加重平均化処理を施すこと
により、被検体の移動が生じても映像が広範囲に
わたり連続的に表示されることになり、診断上き
わめて有効な表示映像を得ることが可能となる。

さらに、被検体の位置が固定されている場合に
は、上記加重平均化処理を施すことにより表示映
像のＳ／Ｎ比の改善効果も得られることができ
る。

表示像ｂは探触子の現存位置３８によつて得ら
れる超音波断層像のみを表示しているのに対し、
表示像ｃにおいては３６，３７，３８各位置にお
ける表示画像を合成した形で超音波断層像が表示
されていることがわかる。

また本装置を用いることにより、第８図に示す
ように被観測物体４２と被検体表面４０との間に
音波の伝搬しない物体４１が存在した時に探触子
を４３，４４，４５と移動させて超音波の伝搬す
る部分から得られる部分的な断層像を合成し被観
測物体４２の断層像を容易に表示することが可能
となる。

さらに、本説明において探触子はリニヤスキヤ
ン型のものを用いているが、この探触子は第９図
に示すごとく、セクタスキヤンの方式によるもの
で、いつこうにさしつかえない、但し、この時に
は、入力画像の座標検出の演算は前記説明(3)式(6)
式に多少の変更を必要とする。

なお、第９図において４３，４４，４５は探触
子とその移動を、４６は被検体を表わしている。

〔考案の効果〕

本考案は以上のように構成され機能するので、
従来の走査変換管のダイナミツクレンジの限界に
よる前述した致命的な問題点を解決し、超音波診
断装置として被検体内部の状態を外部からその位
置関係を広範囲にわたり正しく検出して高品位な
画像を表示するようにしたものである。

なお、本考案は医用に限定されるものではな
く、材料内部に空洞や割れ目等音響インピーダン
スの変化する部分を含む被検体内部の状態を診断
する場合にも用いることができることはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロツク図、
第２図は座標検出機構の一実施例を示す図、第３
−１図及び第３−２図は画像メモリとバツフア回
路との動作タイミングを示す図、第４図は平均化
回路の一実施例を示すブロツク図、第５図は平均
化回路の動作タイミングを示す図、第６図は第２
図の座標検出機構による座標検出の詳細な説明
図、第７図は本考案装置による表示例１、第８図
は本考案による表示例２、第９図は本考案による
表示例３。 １……従来の電子走査型超音波診断装置、５…
…座標検出機構、６……座標変換回路、１０……
書き込み制御回路、１１……平均化回路、１３…
…画像メモリ、１６……テレビ表示装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 多数個の圧電振動子が配列された探触子内の圧
   電振動子を電子走査方式で励振して被検物体内の
   音響インピーダンスの差異より得られる反射信号
   から超音波断層画像信号を表示するものにおい
   て、 被検物体の所望範囲全域にわたる内部状態を表
   示し得る容量をもつ画像メモリと、 前記探触子の多数個の圧電振動子から励振され
   ている当該圧電振動子のそれぞれの位置を検出
   し、これらの位置に対応する前記画像メモリ内の
   座標位置を計算する手段と、 前記超音波断層画像信号を標本量子化して得ら
   れた画像データを時分割により許容された時間帯
   に前記画像メモリ内の座標位置に逐次書き込み、
   かつ時分割により許容された別の読出し時間帯に
   前記画像メモリに記憶された画像データを複数画
   素読出しこれを表示させる手段と、 前記画像メモリに新規な画像データを書き込み
   更新する際に既に記憶されている対応位置の画像
   データと新規な画像データとの加重平均をした画
   像データにより更新を行なわしむるデータ処理手
   段とを具備して、 所望の位置に移動させ各位置に対応して得られ
   る超音波断層画像を表示させて探触子移動範囲全
   域にわたり被検体の超音波断層画像を表示するよ
   うにしたデイジタル画像表示装置。