JPH0581141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超音波を用いてＢモード情報やドプ
ラモード情報等の診断情報を得てこれを表示に供
する超音波診断装置に関し、特に、複数方向同時
受信方式を実施することができる超音波診断装置
に関する。

（従来の技術） 超音波診断法では、Ｂモード像を代表例とする
解剖学的情報、Ｍモード像を代表例とする生体内
の器官の運動情報、血流速像を代表例とするドプ
ラ効果を利用した生体内の移動物体の移動に伴う
機能情報等を用いて診断に供するようにしてい
る。

ここで、超音波の生体内に対する走査法につい
て説明する。先ず、電子走査法について説明す
る。リニア走査法は、複数の超音波振動子を並設
してなるアレイ型超音波探触子（プローブ）を用
い、超音波振動子の複数個を１単位とし、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
ビームの送波を行う方法であり、例えば、順次１
振動個分づつピツチをずらしながら１単位の素子
の位置が順々に変わるようにして励振してゆくこ
とにより、超音波ビームの送波点位置を電子的に
ずらしてゆく走査である。そして、超音波ビーム
が集束するように、励振される超音波振動子は、
ビームの中心部に位置するものと側方に位置する
ものとでその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音波の位相差
を利用し反射される超音波を電子フオーカスさせ
る。そして、励振したのと同じ振動子により反射
超音波を受波して電気信号に変換して（ただし、
送信と受信とでは使用する振動子の数は同一とは
限らない。）、各送受波によるエコー情報を例えば
断層像として形成し、TVモニタ等に画像表示す
る。

また、セクタ走査法は、励振される１単位の超
音波振動子群に対し、超音波ビームの送波方向が
超音波ビーム１パルス分毎に順次扇形に変わるよ
うに各振動子の励振タイミングを所望の方向に応
じて変化させてゆくものであり、後の処理は基本
的には上述したリニア走査と同じである。

さらに、以上のようなリニア、セクタの電子走
査の他に、振動子（探触子）を走査機構に取付
け、走査機構を運動させることにより超音波走査
を行う機械走査もある。

一方、映像法については、超音波送受信に伴う
信号を超音波ラスタとして合成して断層像（Ｂモ
ード像）化するＢモード法がある。

また、同一方向固定走査によるＭモード法があ
る。このＭモード法による画像つまりＭモード像
は、超音波送受波部位の時間的変化を表わしたも
のであり、特に心臓の如く動きのある臓器の診断
には好適である。

さらに、超音波パルスドプラ法を代表例とする
超音波ドプラ（Ｄモード）法がある。このＤモー
ド法は、超音波が移動物体により反射されると、
反射波の周波数が上記移動物体の移動速度に比例
して偏移する超音波ドプラ効果を利用したもので
あつて、血流の移動に伴う血流速に関するデータ
や２次元像（CFM像）を得るようにしている。

第５図に従来例を示す。第５図は、セクタ電子
走査型超音波診断装置のブロツク図である。すな
わち、第５図に示すように、生体内に放射される
超音波パルスの間隔を決定するパルス発生器１か
ら出力された繰返しパルスは、送信遅延回路２，
２_-1〜２_-Nにおいて送信超音波の放射方向と集束
点とから決定される所定の遅延時間が与えられた
後に振動子駆動回路３，３_-1〜３_-Nに送られ、
各々所定の大きさに増幅され重ね付けされた駆動
パルスが形成される。この駆動パルスによつてア
レイ型超音波探触子４のＮ個の超音波振動子４_-1
〜４_-Nは駆動され、超音波が生体内に放射され
る。

一方、図示しない生体内から反射された超音波
ビームは、前記アレイ型超音波探触子４の各振動
子４，４_-1〜４_-Nによつて受信され、プリアンプ
５，５_-1〜５_-Nにおいて前記所定の大きさに増幅
された後、受信遅延回路６，６_-1〜６_-Nに送られ
る。ここで、前記送信遅延回路２，２_-1〜２_-Nに
おいて与えられた遅延時間とほぼ同一の遅延時間
が与えられてから、加算器７において他の振動子
からの受信信号と加算される。

この加算器７の出力信号は、一方は断層像表示
のためのレシーバ回路２０へ、またもう一方は血
流情報検出のための回路２１に送られて所定の信
号処理が施される。まず、レシーバ回路２０では
対数増幅器８において信号振幅が対数変換された
後に、包絡線検波回路９にて受信信号の包絡線が
検出され、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）１０にて
デイジタル化した後画像メモリ１１にストアされ
る。

一方、血流情報検出回路２１において、加算器
７の出力は位相検波回路１３_-1，１３_-2と、信号
源１５と、π／２移相器１４とにより超音波信号
の周波数とほぼ同じ周波数をもつた基準信号との
間でミクシング（直交位相検波）され、ローパス
フイルタ（Ｌ・Ｐ・Ｆ）１６_-1，１６_-2を経、そ
して、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）１７_-1，１７
_−２にてデイジタル化した後、デイジタルフイルタ
で構成されるMTIフイルタ（ハイパスフイルタ）
１８_-1，１８_-2によつて、ドツプラ周波数偏位の
極めて少ない心臓や血管からの信号（クラツタ信
号）が除去され、血球からの微小な信号のみが分
離検出される。この信号は演算回路１９において
例えば周波数分析された後、そのスペクトルの中
心あるいは広がり（分散）が算出され、その値は
画像メモリ１１内の血流信号メモリにストアされ
る。そして、超音波ビームを電子的に走査するこ
とにより得られる断層像信号と血流信号とは画像
メモリ１１に一旦ストアされ、断層像は白黒で、
また血流情報（方向、速度）はカラーでTVモニ
タ１２上に表示される。

一方、この種の超音波診断装置が画像診断機器
として一層向上したものとなるには、リアルタイ
ム性が損われずに超音波画像の走査線の数を増や
す（走査線密度を大きくする。）ことによりちよ
う密な画像を得ること、或いは、フレーム数を増
やす（１画面を形成するのに要する時間を短縮す
る。）ことにより見やすい画像を得ることが不可
欠である。以下、走査線数、フレーム数を増加さ
せるための手法について説明する。

すなわち、走査線の本数N_Rは、概略的である
が下記(1)式で示される。

N_R＝r／N_F・N_S ……(1) rは、超音波パルス繰返し周波数であり、 N_Fは、フレーム数であり、 N_Sは、１方向当りの超音波超音波送受信回数
である。

また、上記(1)式によれば、フレーム数N_Fは、
下記(2)式で示される。

N_F＝r／N_R・N_S ……(2) この場合、断層像を得るための超音波超音波送
受信回数M_Sは通常でN_S＝１であり、超音波パル
ス繰返し周波数r＝4kHz、フレーム数N_F＝30と
すると、上記(1)式により走査線の本数N_Rは、N_R
≒133となる。これは、第６図に示すように、セ
クタ走査の場合には生体の深い部分で走査線の間
隔が粗くなり、良好な断層像が得られないことに
なる。そこで、走査線の本数N_Rを増加させるた
めの手法として超音波パルス繰返し周波数rを高
くすることが考えられるが、これでは最大視野深
度が小さくなつてしまい、一方、フレーム数N_F
を小さくすると、リアルタイム性が損われること
になり、いずれにしても、好ましくない。

上記は断層像の場合についてであるが、CFM
像等の血流像を断層像と共に表示するドプラ断層
像の場合には、上述した不具合は一層顕著にな
る。すなわち、ドプラ断層像では、超音波超音波
送受信回数N_SはN_S≧８を必要とし、超音波パル
ス繰返し周波数r＝4kHz、走査線の本数N_R＝30
とすると、上記(2)式によりフレーム数N_Fは、N_F
＝16となり、たとえ走査角を小さくして走査線密
度を断層像の場合と同じにしたとしても、リアル
タイム性は極めて悪いものとなる。これを解消す
るために超音波パルス繰返し周波数rを高くして
フレーム数N_Fを増加させれば良いが、これでは
これでは最大視野深度が小さくなつてしまう。こ
れとは逆に、走査線の本数N_Rを小さくすると、
走査角が狭くなり、血流の表示範囲が狭くなり、
好ましくない。

上述した問題を解消することができる手法とし
て、複数方向同時受信方式がある。これは、第７
図に示すように、一つの超音波の送波方向に対し
てＭ通りの受波指向性を設定するものであり、こ
れにより、１回の超音波の送受信についてＭ本の
走査線の情報を得ることができる。第８図は、こ
の種の複数方向同時受信方式を実現する超音波診
断装置の構成を示すブロツク図であり、ここでは
第８図のものが第５図のものと相違している部分
の構成について説明する。

すなわち、受信遅延回路に関し、第５図のもの
では一つのチヤンネルに一つ設けている受信遅延
回路６_-1〜６_-Nに対し、第８図のものでは一つの
チヤンネルにＭ個設けており（受信遅延回路６_-1
−１〜６_-1-M〜６_-N-1〜６_-N-M）、加算器に関し、
第５図のものでは一つ設けている加算器７に対
し、第８図のものではＭ個設けており（加算器７
_−１〜７_-M）、レシーバ回路に関し、第５図のもの
では一つ設けているレシーバ回路２０に対し、第
８図のものではＭ個設けており（レシーバ回路２
０_-1〜２０_-M）、血流情報検出回路に関し、第５
図のものでは一つ設けている血流情報検出回路２
１に対し、第８図のものではＭ個設けている（血
流情報検出回路２１_-1〜２１_-M）。また、画像メ
モリに関し、第８図のものでは高速性のもの（高
速画像メモリ２２）を用いている。

第８図に示す超音波診断装置によれば、一つの
超音波の送波方向に対してＭ通りの受波指向性を
設定することができる、つまり複数方向同時受信
方式を実現することができるので、これにより、
１回の超音波の送受信についてＭ本の走査線の情
報を得ることができる。

このような複数方向同時受信方式を用いること
により、断層像においては走査線密度を上げるこ
とができ、ちよう密な断層像が得られる。ドプラ
断層像の場合は、１／Ｍの送受波方向で１フレー
ムを形成することができるので、フレーム数N_F
を増加させ、リアルタイム性を大幅に改善するこ
とができる。また、走査角を大きくして広い血流
像表示範囲を得たり、断層像の場合と同様に走査
線密度を増加させてちよう密なドプラ断層像を得
ることも可能であるのは言うまでもない。

（発明が解決しようとする問題点） 以上の如くの従来の技術における複数方向同時
受信方式超音波診断装置によれば、リアルタイム
性を損うことなく走査線数、フレーム数の増加し
た断層像及びドプラ断層像を得ることができる
が、次のような問題点がある。すなわち、断層像
については、受信遅延回路及びレシーバ回路が同
時受信方向の数つまりＭ組必要であり、ドプラ断
層像についてはさらに血流情報検出回路がＭ組必
要であり、回路規模が膨大になり、コストの点を
含め実現ははなはなだ困難であると言わざるを得
ない。

そこで本発明の目的は、回路規模の増大を極力
抑制して複数方向同時受信方式を実施することを
可能にした超音波診断装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決し且つ目的を達成する
ために次のような手段を講じた構成としている。
すなわち、本発明は、アレイ型超音波探触子を構
成する並設された複数の振動子と、前記振動子
個々に設けられ、前記各振動子からのエコーデー
タを各別に保管する複数のメモリと、前記各メモ
リから読み出される前記エコーデータを加算する
手段と、前記加算手段からの出力を信号処理して
超音波画像を生成する信号処理系と、前記信号処
理系からの前記超音波画像を表示に供する手段
と、前記メモリへの前記エコーデータの書き込み
及び読出し制御をするものであつて、前記エコー
データを前記メモリに書き込んだ時刻から次の超
音波送受波による次のエコーデータを書き込む時
刻までの期間内に、前記メモリから前記エコーデ
ータを複数回繰り返し読出させ、且つこの繰り返
しの毎に異なる遅延時間を与えて異なる指向性を
与える手段とを具備したことを特徴とする。

（作用） このような構成で、書き込み及び読出しを制御
する手段により、エコーデータをメモリに書き込
んだ時刻から次の超音波送受波による次のエコー
データを書き込む時刻までの期間内に、メモリか
らエコーデータが複数回繰り返し読出され、且つ
この繰り返しの毎に異なる遅延時間を与えられる
ので、その指向性は読出し毎に変化されて、複数
方向同時受信方式が実施される。

（実施例） 以下本発明にかかる超音波診断装置の一実施例
を、第１図及び第２図を参照して説明する。第１
図は本発明の第１の実施例を示すブロツク図、第
２図は同実施例のデータに関するタイミング図で
ある。なお、第１図においては、第５図及び第８
図と同じ部分には同一符号を付してある。

第１図に示すように、生体内に放射される超音
波パルスの間隔を決定するパルス発生器１から出
力された繰返しパルスは、送信遅延回路２，２_-1
〜２_-Nにおいて送信超音波の放射方向と集束点と
から決定される所定の遅延時間が与えられた後に
振動子駆動回路３，３_-1〜３_-Nに送られ、各々所
定の大きさに増幅され重み付けされた駆動パルス
が形成される。この駆動パルスによつてアレイ型
超音波探触子４のＮ個（Ｎチヤンネル）の超音波
振動子４_-1〜４_-Nは駆動され、超音波が生体内に
放射される。

一方、図示しない生体内から反射された超音波
ビームは、前記アレイ型超音波探触子４の各振動
子４，４_-1〜４_-Nによつて受信され、受信系の各
チヤンネルのプリアンプ５，５_-1〜５_-Nから増幅
されたエコーデータとして出力される。このプリ
アンプ５，５_-1〜５_-Nにおいて所定の大きさに増
幅された後、受信遅延系をなす全チヤンネル分用
意されたＡ／Ｄ−Ｃ２３，２３_-1〜２３_-N及びマ
ルチポートRAM等のメモリ２４，２４_-1〜２４_-
Ｎに送られる。

受信遅延系の各チヤンネルから出力されるデイ
ジタル化したエコーデータは、デイジタル加算器
２６にて全チヤンネルについて加算され、その
後、信号処理系をなす全同時受信方向分つまりＭ
個それぞれ用意されたラツチ２５，２５_-1〜２５
_−Ｍ、デイジタル化レシーバ回路２７，２７_-1〜２
３_-M及びデイジタル化血流情報検出回路２８，２
８_-1〜２４_-Mに送られる。

ここで、デイジタル化レシーバ回路２７では、
デイジタル化された各チヤンネルからのエコーデ
ータについて、対数増幅器２９において信号振幅
が対数変換された後に、包絡線検波回路３０にて
エコーの包絡線が検出され、高速画像メモリ２２
にストアされる。

また、デイジタル化血流情報検出回路２８で
は、位相検波回路３１_-1，３１_-2と、参照信号発
生器３２_-1，３２_-2とにより超音波信号の周波数
とほぼ同じ周波数をもつた基準信号との間でミク
シング（デイジタル直交位相検波）され、デイジ
タルフイルタで構成されるMTIフイルタ（ハイ
パスフイルタ）３３_-1，３３_-2によつて、ドツプ
ラ周波数偏位の極めて少ない心臓や血管からの信
号（クラツタ信号）が除去され、血球からの微小
な信号のみが分離検出される。この信号は演算器
３４において例えば周波数分析された後、そのス
ペクトルの中心あるいは広がり（分散）が算出さ
れ、その値は高速画像メモリ２２内の血流信号メ
モリにストアされる。そして、超音波ビームを電
子的に走査することにより得られる断層像信号と
血流信号とは高速画像メモリ２２に一旦ストアさ
れ、断層像は白黒で、また血流情報（方向、速
度）はカラーでTVモニタ１２上に表示される。

ここで、Ａ／Ｄ−Ｃ２３，２３_-1〜２３_-Nにお
ける変換タイミング、メモリ２４，２４_-1〜２４
_−Ｎにおけるデータを書込むタイミング、データを
読出すイミング、及びラツチ２５，２５_-1〜２４
_−Ｍにおけるラツチタイミング（ラツチパルス）
は、第２図に示されるタイミングであつて、これ
は制御回路３５により実施される。

以上のように構成された下で、各チヤンネルの
デイジタル化したエコーデータは、周波数_Wの
クロツクにより発生された書込みアドレスを用い
てメモリ２４，２４_-1〜２４_-Nに書込まれる。次
に、周波数RE＝Ｍ・_Wのクロツクにより発生さ
れた各チヤンネル独立の読出しアドレスでメモリ
２４，２４_-1〜２４_-Nからデータが読出される。

これにより、１回の超音波の送受信で得られる
各チヤンネルの超音波エコーデータを、Ｍ通りの
受信指向性を得るための遅延時間を与えて読出す
ことができ、デイジタル加算器２６で全チヤンネ
ル分加算した後に、ラツチ２５，２５_-1〜２５_-M
で分離することにより、Ｍ通りの受信指向性に対
応する受信信号を得ることができる。つまり、超
音波エコーデータのメモリ２４，２４_-1〜２４_-N
からの読出しを時分割動作としたものである。

従つて、本実施例によれば、１系統のデイジタ
ル受信遅延系にてＭ通りの受信指向性を得ること
ができる。よつて、受信遅延系の回路規模を従来
と比べて１／Ｍにして複数方向同時受信を実現し
つつリアルタイム性を損うことなく走査線数、フ
レーム数の増加した断層像及びドプラ断層像を得
ることができる。

また、受信遅延をデイジタル方式により行うよ
うにしているので、遅延精度の向上や反射等によ
るアーチフアクトの低減効果があり、画質の向上
を期待できる。

次に第３図及び第４図を参照して本発明の第２
の実施例を説明する。第１の実施例では信号処理
系として、全同時受信方向分つまりＭ個それぞれ
用意されたラツチ２５，２５_-1〜２４_-M、デイジ
タル化レシーバ回路２７，２７_-1〜２３_-M及びデ
イジタル化血流情報検出回路２８，２８_-1〜２４
_−Ｍを設けているが、第２の実施例では、１系統の
デイジタル化レシーバ回路２７及びデイジタル化
血流情報検出回路２８だけを設け、これらを第１
の実施例のときよりもＭ倍の高速動作を行なわせ
るものである。つまり、超音波エコーデータのメ
モリ２４，２４_-1〜２４_-Nからの読出しから高速
画像メモリ２２へのデータの書込みまでを時分割
動作としたものである。ただし、Ａ／Ｄ−Ｃ２
３，２３_-1〜２３_-Nにおける変換タイミング、メ
モリ２４，２４_-1〜２４_-Nにおけるデータを書込
むタイミング、データを読出すイミングは、第４
図に示されるタイミングであつて、これは制御回
路３５により実施される。

以上の構成によつても第１の実施例同様な効果
を得ることができ、しかも信号処理系の回路を、
第１の実施例のものに比べて約１／Ｍにすること
ができる。

上述した第１、第２の実施例においては、デイ
ジタル化された超音波診断装置を例として説明し
たが、各チヤンネルの超音波エコーデータを記憶
する記憶手段を有し、時分割多重日により複数方
向の受信指向性を得るという構成を有する範囲で
種々変形して実施できるものである。

［発明の効果］ 以上のように、本発明では、書き込み及び読出
しを制御する手段により、エコーデータをメモリ
に書き込んだ時刻から次の超音波受波による次の
エコーデータを書き込む時刻までの期間内に、メ
モリからエコーデータが複数回繰り返し読出さ
れ、且つこの繰り返しの毎に異なる遅延時間を与
えるので、その指向性は読出し毎に変化されて、
複数方向同時受信方式が実施される。

従つて本発明によれば、回路規模の増大を極力
抑制して複数方向同時受信方式を実施することを
可能にした超音波診断装置を提供できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波診断装置の第１
の実施例を示すブロツク図、第２図は同実施例の
データに関するタイミング図、第３図は本発明に
かかる超音波診断装置の第２の実施例を示すブロ
ツク図、第４図は同実施例のデータに関するタイ
ミング図、第５図は一般的な電子走査型超音波診
断装置を示すブロツク図、第６図はセクタ走査に
おける走査線を示す図、第７図は複数方向同時受
信の原理を示す図、第８図は従来の複数方向同時
受信方式超音波診断装置のブロツク図ある。 １……パルス発生器、２，２_-1〜２_-N……送信
遅延回路、３，３_-1〜３_-N……振動子駆動回路、
４……アレイ型超音波探触子、５，５_-1〜５_-N…
…プリアンプ、１２……TVモニタ、２２……高
速画像メモリ、２３，２３_-1〜２３_-N……Ａ／Ｄ
変換器（Ａ／Ｄ−Ｃ）、２４，２４_-1〜２４_-N…
…メモリ、２５，２５_-1〜２５_-M……ラツチ、２
６……デイジタル加算器、２７，２７_-1〜２３_-M
……デイジタル化レシーバ回路、２８，２８_-1〜
２４_-M……デイジタル化血流情報検出回路、２９
……対数増幅器、３０……包絡線検波回路、３１
_−１，３１_-2……位相検波回路、３２_-1，３２_-2…
…参照信号発生器、３３_-1，３３_-2……MTIフイ
ルタ（ハイパスフイルタ）、３４……演算器３４。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アレイ型超音波探触子を構成する並設された
   複数の振動子と、 前記振動子個々に設けられ、前記各振動子から
   のエコーデータを各別に保管する複数のメモリ
   と、 前記各メモリから読み出される前記エコーデー
   タを加算する手段と、 前記加算手段からの出力を信号処理して超音波
   画像を生成する信号処理系と、 前記信号処理系からの前記超音波画像を表示に
   供する手段と、 前記メモリへの前記エコーデータの書き込み及
   び読出し制御をするものであつて、前記エコーデ
   ータを前記メモリに書き込んだ時刻から次の超音
   波送受波による次のエコーデータを書き込む時刻
   までの期間内に、前記メモリから前記エコーデー
   タを複数回繰り返し読出させ、且つこの繰り返し
   の毎に異なる遅延時間を与えて異なる指向性を与
   える手段とを具備したことを特徴とする超音波診
   断装置。