JPH0731616A

JPH0731616A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0731616A
Application number: JP5183789A
Authority: JP
Inventors: Takuya Noda; 拓也野田; Atsuo Iida; 安津夫飯田; Kazuhiro Watanabe; 一宏渡辺; Masao Saito; 正男齋藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1995-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、被検体内の音速の不均一性を補正す
る機能を有する超音波診断装置に関し、音速不均一性を
高精度に補正する。【構成】断層像表示用送信以外に、（１）パルス個数制
御、（２）パルス電圧制御、（３）送信開口制御を用い
た時間ずれ検出用送信を取り入れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波による被検体内
の断層像を表示する超音波診断装置に関し、特に被検体
内の音速の不均一性を補正する機能を有する超音波診断
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体内に超音波を送信し被検体内の組
織で反射して戻ってきた超音波を受信して受信信号を
得、この受信信号に基づいて被検体内の断層像を表示す
ることにより内臓等の疾患の診断に供する超音波診断装
置が用いられており、この超音波診断装置ではいわゆる
受信フォーカスの手法が用いられている。

【０００３】図８は、この受信フォーカスの手法の説明
図である。所定の方向（図８の左右方向）に並んだｎ個
の電気音響変換素子（以下単に「素子」と呼ぶ）Ｅ₁ ，
Ｅ₂ ，…，Ｅ_i ，…，Ｅ_n に電気信号を与えると、これ
らの各素子Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，…，Ｅ_i ，…，Ｅ_n で超音波に
変換され、この超音波が被検体内に向けて送信される。

【０００４】ここでこの超音波が、多数の素子Ｅ₁ ，Ｅ
₂ ，…，Ｅ_i ，…，Ｅ_n の中央０から被検体内に延びる
垂線上のａ点で反射された場合について考察する。ａ点
からの反射波は、ａ点からの距離の遠い端部側にある素
子Ｅ₁ とａ点からの距離の近い中央側にある素子Ｅ_i と
を比べると、遠くにある素子Ｅ₁ よりも近くにある素子
Ｅ_i に先に到達する。この到達の時間差はａ点から素子
Ｅ₁ ，Ｅ_iまでの距離をそれぞれＬ１，Ｌｉとしたとき
の距離差ΔＬ＝Ｌ１−Ｌｉだけ超音波が進む時間とな
る。ここで仮に被検体内の音速が均一であると仮定し、
この音速をＣとすると、この時間差はΔＬ／Ｃで表わさ
れる。このようにａ点と各素子Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，…，Ｅ_i ，
…，Ｅ_n との間の各距離どうしに各距離差があるため、
各距離差を各時間に換算し、各素子Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，…，Ｅ
_i ，…，Ｅ_n で得られた各受信信号を各時間差に相当す
る分だけ遅延させることによりこれらの受信信号の到達
時刻を互いに揃える整相処理が行われる。これによりａ
点で反射された超音波に対応する受信信号を強調するこ
と、即ちａ点に受信の焦点を結ばせることが可能とな
る。被検体内の深い位置で反射された超音波ほど各素子
に遅れて到達するため、各素子Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，…，Ｅ_i ，
…，Ｅ_n で得られた各受信信号に対する各遅延量を順次
変化させながら互いに加算することにより、ａ点のみで
なくａ点を含め中央０から被検体内に延びる垂線上の各
点に連続的に焦点を合わせるいわゆるダイナミックフォ
ーカスを行うこともできる。この垂線は走査線と呼ば
れ、各受信信号に対する各遅延量を変化させることによ
り、この走査線を電気音響変換素子Ｅ₁ ，Ｅ₂ ，…，Ｅ
_i ，…，Ｅ_n の並ぶ方向（図８の左右方向）に平行に移
動させるいわゆるリニア走査やこの走査線を扇状に偏向
させるいわゆるセクタ走査を行うこともでき、これによ
り被検体内の２次元的な断層像を得ることができる。さ
らに図８の紙面に垂直な方向にも電気音響変換素子を配
列すること等によりこの配列方向にも走査して３次元立
体像を得ることができることも知られている。

【０００５】ところが、人体内には脂肪層や筋肉、その
他種々の組織が存在し、特に脂肪層においては他の組織
と比べ音速が異なることが知られている。図９は、音速
が不均一の場合の受信フォーカスを示した図である。こ
の図９に示すように、例えば人体の腹部の肝臓の診断を
行う場合において、体表近傍には音速が約１４７０ｍ／
ｓｅｃの比較的音速の遅い脂肪層が存在し、その下に音
速約１５４０ｍ／ｓｅｃの筋肉層が存在し、さらにその
下部に同じく音速が約１５４０ｍ／ｓｅｃの肝臓が存在
する。また、脂肪層は筋肉内や肝臓内に沈着する場合も
ある。

【０００６】このように被検体内に音速の異なる部分が
あると、音速が均一であるという仮定の下に定めた各遅
延量を各受信信号に与えても、図９に示すように各受信
信号の到達時刻は揃わず、したがってこれらの各受信信
号を全て加算してもａ点に焦点のあった信号とはならず
に断層像がボケてしまう結果となる。ここではこの各受
信信号の到達時刻のずれを「時間ずれ」と称することと
する。しかもこの脂肪層の厚さは人により異なるため、
各受信信号に対する各遅延量を一律に補正することはで
きない。

【０００７】これを解決する方法として、相互相関演算
を用いる方法（［１］米国特許公報ＵＳＰ４８１７６１
４号、［２］Ｓ．Ｗ．ＦＬＡＸＡＮＤＭ．Ｏ’ＤＯ
ＮＮＥＬ，”Ｐｈａｓｅ−ＡｂｅｒｒａｔｉｏｎＣｏ
ｒｒｅｃｔｉｏｎＵｓｉｎｇＳｉｇｎａｌｓＦ
ｒｏｍＰｏｉｎｔＲｅｆｌｅｃｔｏｒｓａｎｄＤ
ｉｆｆｕｓｅＳｃａｔｔｅｒｒｅｓ：ＢａｓｉｃＰ
ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ” ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩ
ＯＮＯＮＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ，ＦＥＲＲＯＥ
ＬＥＣＴＲＩＣＳ，ＡＮＤＦＲＥＱＵＥＮＣＹ
ＣＯＮＴＲＯＬ，ＶＯＬ３５，ＮＯ．６，ＮＯＶＥ
ＭＢＥＲ１９８８，ｐ７５８〜ｐ７６７参照）が
知られている。

【０００８】図１０は、相互相関法を用いた時間ずれを
補正する方法の説明図である。ここでは先ず被検体内の
音速が均一であると仮定した上で各受信信号に各遅延量
を与え、この各遅延量を与えた後の各受信信号の一部を
相関計算領域として切り出し、この相関計算領域内の各
受信信号に基づいて以下のようにして時間ずれが求めら
れる。即ち、この切り出された各受信信号のうち、互い
に隣接する２つの受信信号間で相互相関演算が行われ、
求められた相互相関関数のピーク値の存在する位置から
隣接素子間の時間ずれΔτが求められる。

【０００９】この時間ずれΔτが互いに隣接する２つの
受信信号の全てについて求められ、この求められた各時
間ずれΔτが例えば図の１番左側の素子に対応する受信
信号の到達時刻を基準にして順次積算され、これにより
基準の受信信号に対する他の受信信号の各時間ずれΔｔ
が求められ、この各時間ずれΔｔが補正されるように各
受信信号に対する各遅延量が変更され、これにより、全
ての素子の受信信号の到達時刻を揃えることができるこ
ととなる。

【００１０】尚、従来提案されている各受信信号の時間
ずれを検出する方法としては、上記の相互相関法のほか
直交検波法と呼ばれる方法も知られている（［３］米国
特許公報ＵＳＰ４８３５６８９号参照）。この直交検波
法では受信信号間の狭義の時間ずれの代わりに受信信号
間の位相差が求められるが、本発明はこの時間ずれの検
出方法に依存するものではないため、ここでは「時間ず
れ」は広義に解釈し「位相差」も含むものとする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、被検体
内の音速不均一性による超音波の波面乱れを、相互相関
法や直交検波法を用いて素子間の受信信号の時間ずれを
検出することによって補正することができるが、その際
の問題点の１つとして、時間ずれ検出精度が、検出領域
中の受信信号のＳ／Ｎに大きく左右されることが挙げら
れる。

【００１２】被検体内の音速不均一性により送受信フォ
ーカスが乱れると受信信号の音圧が下がり、このためＳ
／Ｎが低下し、時間ずれ検出に誤差が生じる。特に被検
体内部の深部で反射した超音波を受信して得た受信信号
ではＳ／Ｎの低下は顕著であり、時間ずれ検出精度が非
常に悪い。こうしたことから時間ずれを誤検出すること
があり、その場合補正効果が少なく、または誤って補正
するためむしろ悪化する場合もある。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑み、受信信号の音
圧を増加させることによりＳ／Ｎを向上させ、これによ
り時間ずれ検出精度を向上させ、もって高精度の音速不
均一性の補正機能を有する超音波診断装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の超音波診断装置は、被検体内に送信される超音波が
被検体内の所定の送信フォーカス点で焦点を結ぶように
送信手段により生成された各所定のタイミングの電圧パ
ルスを所定の方向に並んだ複数の電気音響変換素子に印
加し、被検体内に送信され被検体内で反射した超音波を
複数の電気音響変換素子で受信することにより複数の受
信信号を得、被検体内の互いに略同一の位置で略同時に
反射された超音波に対応する複数の受信信号が互いに略
同時に出力されるように遅延量可変の遅延手段を用いて
複数の受信信号をそれぞれ遅延させるとともに互いに加
算することにより加算信号を得、この加算信号に基づい
て被検体の断層像を表示する超音波診断装置に関するも
のであり、（１）上記受信信号に基づいてそれら受信信
号の相対的な時間ずれを求め、求められた相対的な時間
ずれを補正するように上記遅延手段における受信信号の
各遅延量を制御する時間ずれ補正手段を備えるととも
に、（２）被検体の断層像を表示するための受信信号を
得る第１の超音波送受信モードと、この第１の超音波送
受信モードとは別に、相対的な時間ずれを求めるための
受信信号を得る第２の超音波受信モードを備えたことを
特徴とするものである。

【００１５】ここで、上記第２の超音波送受信モードと
しては、（２＿１）上記第１の超音波送受信モードにおける一回
の超音波送受信のための電気音響変換素子に印加される
電圧パルスの数よりも多い数の電圧パルスを、一回の超
音波送受信のために前記音響変換素子に印加するモード（２＿２）上記第１の超音波送受信モードにおける電気
音響変換素子に印加される電圧パルスよりも高電圧の電
圧パルスを電気音響変換素子に印加するモード（２＿３）第１の超音波送受信モードにおける電圧パル
スが印加される電気音響変換素子の個数よりも多い個数
の電気音響変換素子に電圧パルスを印加するモードのうちの何れか１つのモード、もしくはそれらを組合わ
せたモードが採用される。

【００１６】

【作用】従来は、例えば断層像（Ｂモード画像）等を表
示するための超音波の送受信により得られた受信信号の
一部を切り出して相互相関演算等を行ない、これにより
時間ずれを検出する方法が提案されている。ところがそ
の時間ずれ検出に用いる受信信号は、断層像表示用のも
のであるため、一回の超音波送受信に用いる素子の数が
制限され、超音波ビームのサイドローブ低減化のために
送受信超音波を重み付けするいわゆるアポダイジングの
手法が取り入れられており、画像表示用には適している
が、時間ずれ検出用としては必ずしも適したものではな
い。

【００１７】本発明は、この点に鑑み完成されたもので
ある。すなわち本発明の超音波診断装置は、従来の断層
像表示用の第１の超音波送受信モードとは別に、生体内
の音速不均一性によって生じる時間ずれを検出するため
の第２の超音波送受信モードを備え、これにより時間ず
れ検出用として切り出される受信信号の信号強度を上
げ、時間ずれ検出精度を向上させたものである。検出精
度が向上することが、生体内の音速不均一性の補正効果
向上につながり、分解能の高い高画質の断層像を得るこ
とが可能となる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は、本発明の超音波診断装置の一実施例の構成を表わす
ブロック図である。この図１に示す超音波診断装置に
は、被検体内に超音波を放射するとともに被検体内で反
射された反射超音波を受信する手段としての複数の電気
音響変換素子１と、電気音響変換素子１に電圧パルスを
印加することにより電気音響変換素子１から被検体内に
超音波を放射させる送信部２と、被検体内から反射した
超音波を電気音響変換素子１で受信することにより得ら
れた各受信信号に遅延を与え、これにより各受信信号を
整相する受信部３と、整相処理後の各受信信号を互いに
加算する加算部４と、加算された信号を輝度信号に変換
してＣＲＴ等に表示する表示部５と、受信部３で整相さ
れた受信信号から被検体内のある深さに対応した受信信
号を時間ずれ検出領域として切り出すゲート部６と、ゲ
ート部６で切り出した受信信号から時間ずれを検出する
時間ずれ検出部７と、時間ずれ検出部７で得られた時間
ずれに基づいて受信部３における各遅延量を補正する遅
延量制御部８とを備えている。この遅延量制御部８は送
信部２も制御し、本実施例においては、得られた時間ず
れに基づいて補正されたタイミングの電圧パルスが電気
音響変換素子１に印加される。

【００１９】この超音波診断装置は、更に、送信部２が
時間ずれ検出用送信方式２１と断層像表示用送信方式２
２の２系統を備え、送信方式選択手段２３により２系統
の送信方式のうちの一方が択一的に選択される機能を有
している。なお、断層像表示用送信方式２２は、通常の
超音波診断装置のＢモード画像を表示するための送信方
式を指し、従来の超音波診断装置の機能そのものであ
る。また時間ずれ検出用送信方式２１とは、ゲート部６
で切り出す受信信号の音圧を上げ、時間ずれ検出部７の
時間ずれ検出精度の向上を狙った送信方式を言う。

【００２０】本発明は、この送信部２に特徴を有し、以
下この送信部２の具体的な各実施例について説明する。
図２は、送信部２の第一実施例を示すブロック図、図３
はその第一実施例のイメージを表わす模式図である。図
２の第一実施例に示す送信部２は、時間ずれ検出用送信
方式２１がパルス個数制御手段２１１とパルス発生手段
２１２を備えることで構成されている。

【００２１】送信方式選択手段２３により時間ずれ検出
用送信方式２１が選択された場合、パルス発生手段２１
２は、パルス個数制御手段２１１で決定された個数のパ
ルスを発生させる。パルス個数制御手段２１１で決定さ
れるパルス個数は、断層像表示用送信におけるパルス個
数より多い。図３は、断層像表示用送信のパルス個数が
１個、時間ずれ検出用送信のパルス個数が２個の場合で
ある。パルス個数１個に比べ、２個の場合は電気音響変
換素子１から放射される超音波（以下「送信パルス」と
呼ぶ）の音圧は増大するが、同時に送信パルスのパルス
幅を広げることになり、距離分解能が悪くなることが知
られている。従って、断層像表示用送信の場合、一般的
にパルス個数は少なくすることが望ましい。しかし、時
間ずれ検出用送信では距離分解能よりもＳ／Ｎの向上が
重要である。したがってこの第一実施例では、パルス個
数を断層像表示用送信の場合よりも多くしたものであ
り、これにより送信パルス音圧が増大し、電気音響変換
素子１で受信される受信信号のＳ／Ｎが向上する。その
結果、時間ずれ検出誤差が低減され、補正効果の向上が
見込まれる。

【００２２】図４は、送信部２の第二実施例を示すブロ
ック図、図５はその第二実施例のイメージを表わす模式
図である。図４の第二実施例に示す送信部２は、時間ず
れ検出用送信方式２１がパルス電圧制御手段２１３とパ
ルス発生手段２１２を備えることで構成されている。送
信方式選択手段２３により時間ずれ検出用送信方式２１
が選択された場合、パルス発生手段２１２は、パルス電
圧制御手段２１３で決定された電圧のパルスを発生させ
る。パルス電圧制御手段２１３で決定されるパルス電圧
は、断層像表示用送信におけるパルス電圧より高電圧に
なるように決定される。ただしここで言う高電圧は、電
気音響変換素子１から放射される超音波が生体内に危険
を与えない程度のパルス電圧でなければならない。

【００２３】図５は、断層像表示用送信のパルス電圧よ
りも時間ずれ検出用送信のパルス電圧の方が高電圧に示
されている。パルス電圧を増加させると送信パルスの音
圧が増大し、従って、該電気音響変換素子１で受信され
る受信信号のＳ／Ｎが向上し、その結果時間ずれ検出誤
差が低減され、補正効果の向上が見込まれる。図６は、
送信部２の第三実施例を示すブロック図、図７はその第
三実施例のイメージを表わす模式図である。

【００２４】図６の第三実施例に示す送信部２は、時間
ずれ検出用送信方式２１が送信開口制御手段２１４とパ
ルス発生手段２１２を備えることで構成されている。送
信方式選択手段２３により時間ずれ検出用送信方式２１
が選択された場合、パルス発生手段２１２は、送信開口
制御手段２１４で決定された送信開口分のパルスを発生
させる。送信開口制御手段２１４で決定される送信開口
は、断層像表示用送信における送信開口より広い。

【００２５】図７は、時間ずれ検出用送信の送信開口を
断層像表示用送信の送信開口の２倍とした場合を示して
いる。図７に図示したように、送信開口を狭くした場
合、形成される送信ビーム幅は送信フォーカス点でそれ
ほど絞られない代わりに、送信フォーカス点以外でも拡
がりが少ない。これに対し、送信開口を広くした場合、
形成される送信ビーム幅は送信フォーカス点で細く絞ら
れる代わりに、送信フォーカス点以外では極端に拡がっ
てしまう。こうした理由から、断層像表示用送信におい
ては送信開口を制限し、被検体内のあらゆる深さで送信
ビーム幅をできるだけ一定にするように送信開口を制御
している。しかし、ゲート部６が切り出す受信信号は被
検体内の一部、例えば送信フォーカス点近傍のみでよ
く、従って送信開口を広げることで送信フォーカス点で
のビーム幅が絞られ、ゲート部６が切り出す受信信号の
Ｓ／Ｎを向上させることが可能となる。その結果、時間
ずれ検出誤差が低減され、補正効果の向上が見込まれ
る。

【００２６】上述した第一実施例から第三実施例では、
図３、図５、図７に示すように、時間ずれ検出用送信の
場合も、電気音響変換素子１に印加するパルスの電圧に
重み付けをする送信アポダイズの手法を取り入れている
が、時間ずれ検出用送信の場合は送信アポダイズを行わ
ないように構成しても良い。送信アポダイズを与えない
場合、送信パルスの音圧が増大することになる。

【００２７】なお、本発明においては、上述した第一実
施例〜第三実施例の各態様を個別に採用するだけでな
く、それらのうちの２つもしくは３つを組合わせても良
いことは言うまでもない。また、送信方式選択手段２３
の時間ずれ検出用送信と断層像表示用送信の切換えは、
手動であっても自動であっても良い。

【００２８】手動の場合、例えばプローブまたは超音波
診断装置の筐体パネル等に時間ずれ検出用送信スイッチ
を設け、スイッチがオンのときに時間ずれ検出用送信を
行ない、オフの時は断層像表示送信を行うように構成す
ることができる。自動の場合、時間ずれ検出用送信と断
層像表示用送信の送信回数の組合わせをうまく設定する
必要がある。時間ずれ検出用送信を多く行うと、フレー
ムレート（単位時間に表示可能な画像枚数）が落ちる。
したがって、フレームレートの低下をできるだけ防ぐ方
法として、例えば「断層像表示用送信１０フレーム（１
０画面）につき時間ずれ検出用送信１フレーム（１画
面）行う」等の対策が必要である。ここで、送信回数の
組合わせは、例えば超音波診断装置の筐体パネル等から
手動で設定できるように構成することが好ましい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波送
受信装置は、断層像表示用送信以外に（１）パルス個数
制御、（２）パルス電圧制御、（３）送信開口制御を用
いた時間ずれ検出用送信を取入れているため、送信パル
スの音圧を上げ、その結果、受信信号のＳ／Ｎが向上
し、時間ずれ検出精度が向上する。検出精度が向上する
ことで、生体内の音速不均一性の補正効果向上につなが
り、高分解能、高画質の断層像を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波診断装置の一実施例の構成を表
わすブロック図である。

【図２】送信部の第一実施例を示すブロック図である。

【図３】第一実施例のイメージを表わす模式図である。

【図４】送信部の第二実施例を示すブロック図である。

【図５】第２実施例のイメージを表わす模式図である。

【図６】送信部の第三実施例を示すブロック図である。

【図７】第三実施例のイメージを表わす模式図である。

【図８】受信フォーカスの手法の説明図である。

【図９】音速が不均一の場合の受信フォーカスを示した
図である。

【図１０】相互相関法を用いた時間ずれを補正する方法
の説明図である。

【符号の説明】

１電気音響変換素子２送信部３受信部４加算部５表示部６ゲート部７時間ずれ検出部８遅延量制御部２１時間ずれ検出用送信方式２２画像表示用送信方式２１１パルス個数制御手段２１２パルス発生手段２１３パルス電圧制御手段２１４送信開口制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋藤正男東京都新宿区下落合３丁目10番22号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内に送信される超音波が該被検体
内の所定の送信フォーカス点で焦点を結ぶように送信手
段により生成された各所定のタイミングの電圧パルスを
所定の方向に並んだ複数の電気音響変換素子に印加し、
前記被検体内に送信され該被検体内で反射した超音波を
複数の前記電気音響変換素子で受信することにより複数
の受信信号を得、前記被検体内の互いに略同一の位置で
略同時に反射された超音波に対応する複数の前記受信信
号が互いに略同時に出力されるように遅延量可変の遅延
手段を用いて複数の前記受信信号をそれぞれ遅延させる
とともに互いに加算することにより加算信号を得、該加
算信号に基づいて前記被検体の断層像を表示する超音波
診断装置において、前記受信信号に基づいて前記受信信号の相対的な時間ず
れを求め、求められた前記相対的な時間ずれを補正する
ように前記遅延手段における前記受信信号の各遅延量を
制御する時間ずれ補正手段を備えるとともに、前記被検体の断層像を表示するための前記受信信号を得
る第１の超音波送受信モードと、該第１の超音波送受信
モードとは別に、前記相対的な時間ずれを求めるための
前記受信信号を得る第２の超音波送受信モードを備えた
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記第２の超音波送受信モードが、前記第１の超音波送受信モードにおける一回の超音波送
受信のための前記電気音響変換素子に印加される電圧パ
ルスの数よりも多い数の電圧パルスを、一回の超音波送
受信のために前記電気音響変換素子に印加するモードで
あることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記第２の超音波送受信モードが、前記
第１の超音波送受信モードにおける前記電気音響変換素
子に印加される電圧パルスよりも高電圧の電圧パルスを
前記電気音響変換素子に印加するモードであることを特
徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】前記第２の超音波送受信モードが、前記
第１の超音波送受信モードにおける電圧パルスが印加さ
れる前記電気音響変換素子の個数よりも多い個数の前記
電気音響変換素子に電圧パルスを印加するモードである
ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。