JPH01195846A - 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】

［産業上の利用分野］ 本発明は超音波診断装置、特に護数個の振動子を配列し
た探触子にて電子フォーカス制御し、超音波ビームを被
検体内に放射し、反射エコーを処理して被検体内の断層
像などの情報を画像表示する超音波診断装置に関する。 ［従来の技術］ 近年では、超音波診断装置として被検体内を電子走査す
る装置が多く用いられており、′ＷｓｌＯ図に示される
ように、被検体内の任意点Ｆに対して焦点を結ぶように
振動子群のそれぞれの振動子１０に遅延時間を持たせた
励振制御をする電子フォーカス技術が周知である。この
電子フォーカス制御にて得られる超音波ビームは、複数
個の振動子から発せられた複数の超音波の合成波（２次
波）であり、振動子群の各振動子１０からのそれぞれの
超音波が互いに干渉し合って焦点位置において干渉が最
大となる合成波となっている。 そして、複数の振動子１０から成る振動子群にて形成さ
れた超音波は生体内の反射体にて反射されエコー信号と
して受信されるが、・この場合にも超音波ビーム形成に
用いた各振動子１０にて反射エコーを遅延時間をもって
受信する。 このようにして、振動子群の各振動子１０にて得られた
エコー信号が合成されると、フォーカス点Ｆ位置の情報
を持った超音波受信信号となる。 一方、点Ｆ以外からのエコー信号も前記と同じ位相制御
を受け、かなりの勢力を持つ合成波となる場合がある。 これをサイドローブによるエコー信号という。 更に、電子フォーカス制御にて得られた超音波ビームを
被検体の深さ方向と振動子配列方向に複数回走査するこ
とにより、被検体内をＢモードなどで画像表示すること
ができ、電子フォーカス制御にそ超音波ビームを鋭くす
ればするほど、鮮鋭度の高い画像を得ることが可能とな
る。 Ｃ発明が解決しようとする課題］。 しかしながら、被検体の焦点位置近傍に強い反射体が存
在すると、この強い反射体による擬似エコー（アーチフ
ァクト）が生じ、焦点位置からの信号にサイドローブに
よる不要エコー信号が混入する。そうすると、擬似エコ
ーにより実際に存在しない反射体があたかも存在するか
のように画像表示され、不鮮明な画像が形成される。 近年では、このようなサイドローブによる不要エコー信
号を減らすために振動子の数を増やす傾向にあるが、こ
の方法では振動子数を倍にしても、原理的に６ｄＢの改
善が最大である。また、この振動子を増やす方法は回路
が複雑化するとともに、振動子群を収納する探触子の大
きさの点でも限界があり、製造コストもかかるという問
題がある。 発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、擬似エコー発生の原因となるサイドローブに
よる不要エコー信号を著しく低減することのできる超音
波診断装置を提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ 前記１的を達成するために、本発明は、配列した複数個
の振動子を電子フォーカス制御することにより超音波パ
ルス波を被検体内に送受波し、被検体内の情報を画像表
示する超音波診断装置において、各振動子にて得られた
所定点の反射体からのエコー信号を超音波（キャリア）
周波数より高い周波数でサンプルホールドするサンプル
ホールド回路と、このサンプルホールド回路からの毎回
の出力に対して所定の遅延時間を与え各振動子から得ら
れたサンプルホールド出力信号を時間軸上に順次読み出
すことにより所定点の反射体からのエコー信号と所定点
以外の反射体からのエコー信号を空間周波数のある信号
に変換する空間周波数変換回路と、この空間周波数変換
回路から出力された信号を入力して所定点以外の反射体
からのエコー信号の空間周波数信号成分を除去して基本
超音波周波数信号のみを取り出すためのフィルタと、を
備えたことを特徴とする。 すなわち、本発明は、所定点の焦点位置から来るエコー
信号が振動子群のどの振動子をとって見てもその振幅は
同一であるが、焦点以外の位置から来るエコー信号の振
幅は同一ではなく、振動子群全体で見れば、空間周波数
を持っているという点に着目したものである。 例えば、第１１図に示されるように、焦点位置が遠方に
存在する場合を考えると、その焦点位置の近側力からの
不要エコー信号が角度θの方向から振動子１０に入力す
る場合には、その不要エコー信号波は振動子配列方向か
ら角度θの線１００の位置で揃った波となる。従って、
ｎ個の振動子１０で得られた受信信号は、焦点位置から
のエコー信号の場合は、ある時刻でサンプルホールドし
た波形の各々の振動子からの信号の振幅が一定である。 しかし、角度θの方向から入力される不要エコー信号の
場合は波形２００で示されるサンプルホールドした波形
の振幅に変動が生じ、ｎ個の振動子全体で得られた信号
を時間Ｔｄの間に並べると、空間周波数を有する信号が
形成されることになる。 そして、この空間周波数のある信号を受信信号から除去
すれば、不要エコー信号を良好に取り除くことができる
。 前記の空間周波数を数式で説明する。超音波を連続波Ｃ
ＯＳω　ｔとし、振動子１０−ｎを原点とすれば、この
原点の電圧がｓｉｎω。ｔｌのとき、振動子１０−ｎか
らＸｌの距離だけ離れた振動子１０−６での電圧は、 となる。ただし、Ｊｌ−ｘ、ｓｉｎθ、λは超音波の波
長とする。 また、時刻ｔ１でのＸ軸上の電圧分布ｇ　（ｘ。 １、）は次式で表せる。 ｓｉｎθ ｇ　（ｘ、　　ｔ　　）　＝　ｃｏｓ　（２ｙｒ　−ｘ
＋ω。ｔｔ　）ｌ　　　　　　　　　λ ；０≦Ｘ≦ａのとき 又は、 ｇ（Ｘ、ｔｌ）−０；その他のとき ・・・（２） この空間電圧分布関数ｇ（ｘ、ｔ）をＴ１時間で高速に
読み出したとすると、時間軸上の波形となり、次式で表
すことができる。 ｇ　（ｔ、τｊ） ・・・（３） ただし、τ、≦ｔくτ、　、Ｄは振動子の開口、Ｊ　　
　　　３＋１ Ｔｄ−τｊ＋ｌ−τｊ、Ｃは音速、ｆｏは超音波の周波
数とする。 従って、時間Ｔｄごとにエコー信号をサンプルし、それ
ぞれの電圧分布波形を転送したときの時間波形ｆ（ｔ）
［曲線２００］は、 で表せる。 ［作用コ 以上のような構成によれば、超音波周波数（キャリア周
波数）を３．５ＭＨｚとすると、例えば１０ＭＨｚのサ
ンプリング周波数にて焦点位置からのエコー信号がサン
プリングされることになる。 そして、サンプリングされた各振動子ごとのエコー信号
は時間軸上に順次読み出されることとなり、この読出し
はサンプリング周期ごとに繰り返し行われる。これによ
り、焦点位置からのエコー信号については大きな影響を
受けないが、焦点位置以外からのサイドローブによる不
要エコー信号については、キャリア周波数よりもかなり
高い空間周波数信号が現れることになる。 次に、時間軸上に順次読み出された前記信号はキャリア
周波数信号のみを通過させるフィルタに供給され、この
フィルタにて前記空間周波数信号が除去されることにな
る。 ［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。 第１図には、本発明の第１実施例である超音波診断装置
の特徴的部分の概略構成が示され、第２図には、超音波
診断装置の全体構成が具体的に示されている。 第２図において、被検体１２には探触子１４が当接され
、この探触子１４内の振動子群から電子フォーカス制御
された超音波ビームが被検体１２に向けて放射される。 この超音波ビームの放射制御はスキャナ１６にて行われ
ており、このスキャナ１６には送信回路１８と高周波発
振器２０が接続されている。 従って、高周波発振器２０から出力された高周波は送信
回路１８により、例えば３．５ＭＨｚの周波数（キャリ
ア周波数）で所定の周期で繰り返される繰返しパルス信
号とされ、この所定繰返しの高周波パルス信号はスキャ
ナ１６を介して探触子１４に供給されることになり、こ
のスキャナ１６の制御により超音波ビームを被検体１２
に走査することができる。 そして、被検体１２から反射されたエコーは探触子１４
内の振動子１０により受信され、スキャナ１６を介して
電子フォーカス用遅延回路２２に供給される。この電子
フォーカス用遅延回路２２では、受信の際に焦点位置か
らの信号のみを受信するための遅延制御が行われており
、探触子１４内の各振動子１０のそれぞれの入力信号に
対して焦点位置までの距離に対応する遅延時間を与える
。 なお、この電子フォーカス用遅延回路２２の動作はタイ
ミング発生回路２４の出力３００に基づいている。 本発明において特徴的なことは、サイドローブによる不
要エコー信号を空間周波数を持つ信号に変換し、この信
号をエコー信号（受信信号）から　　　　　゛除去する
ようにしたことであり、このために空間周波数フィルタ
部２６を設けており、これについでは後述する。 そして、前記空間周波数フィルタ部２６の出力は対数増
幅器２８により所定率にて対数増幅され、検波器３０を
介してデジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）３２
に供給される。このＤＳＣ３２は、超音波情報をＣＲ７
表示器３４に画像表示するための信号処理を行っており
、これにより被検体１２の断層像などをチラッキ等を防
止した良好な状態で表示することができる。 第１図には、空間周波数フィルタ部２６の内部構成が示
されているが、図において、まず探触子１４内にはｎ個
、実施例では６４個の振動子１０が配列されており、電
子フォーカス用遅延回路２２内には前記振動子１０の数
に対応するｎ個（６４個）の遅延線３６が設けられてい
る。この遅延線３６は焦点位置Ｆからの距離に対応した
遅延量を各振動子１０に与え、焦点位置Ｆからのエコー
信号のみを受信するようにしており、図では焦点位置Ｆ
から遠い１番目の振動子ｌＯから近い振動子１０へ順に
遅延量を多くしている。 そして、本発明の特徴的な構成要件である空間周波数フ
ィルタ部２６には、前記遅延線３６の出力である被検体
１２内の所定点（図ではＦ点）の信号をサンプルリング
するサンプリング回路が設けられるが、実施例ではこの
回路としてサンプルホールド器３８が用いられる。この
サンプルホールド器３８は、タイミング発生回路２４の
出力３０１に基づいて、例えば１０ＭＨｚの周波数の逆
数の周期で所定の時間だけゲート回路を開けて信号を取
り込み、Δｔの時間信号をホールドしている。 また、このサンプルホールド器３８からのそれぞれの出
力に所定の遅延時間、実施例ではΔｔの時間を与える遅
延線４０と、この遅延線４０からの出力を加算する加算
器４２とが設けられ、この遅延線４０と加算器４２によ
り、サイドローブによる不要エコー信号を空間周波数の
ある信号に変換する空間周波数変換回路を構成する。 すなわち、各サンプルホールドｒｉ３ｇの出力は、遅延
線４Ｇにより前記ホールド時間Δｔだけ遅延させた後に
加算することにより、各振動子１０で得られた焦点位置
Ｆのエコー信号を時間軸上に順次読み出して並べること
ができる。そうすると、焦点位置Ｆからのエコー信号は
キャリア周波数を基準にすれば何ら変化のない信号とな
るが、同時に取り込まれるサイドローブによる不要エコ
ー信号は空間周波数を有する信号となる。なお、前記遅
延線４０は、入力信号を所定時間記憶保持する記憶回路
で代用することも可能である。 更に、前記加算器４２には前記空間周波数信号を除去す
るフィルタとして帯域通過フィルタ４４が接続されてお
り、この帯域通過フィルタ４４は、第３図に示されるよ
うな中心周波数ｆ　が３．５ＭＨｚであるフィルタ特性
を有している。従って、これにより７ＭＨｚ以上の周波
数成分は除去されることになる。 第４図には、前記加３！１Ｌ６４２の出力波形が示され
ており、横軸に時間、縦軸に電圧をとり、超音波のキャ
リア信号波形４００を３．５ＭＨｚの周波数の正弦波信
号とすると、矩形波４０１が加算器４２の出力波形とな
り、６４個の振動子１０によりサンプリング周波数１０
ＭＨｚ分の１の周期ごとに得られたエコー信号を、時間
軸上の１／１０６秒（サンプリング周波数−１０ＭＨｚ
だから）−Ｔｄの間に並べた信号となる。この波形４０
１の信号は矩形波とはなるが、キャリア信号４００と同
一の周波数のキャリア周波数信号となり、エコー信号に
含まれる情報を失うことはない。 また、空間周波数の信号は波形４０２で示されるものと
なり、キャリア信号４００の周波数よりはるかに高い周
波数の信号となる。従って、この高周波信号である空間
周波数信号は、エコー信号を前記超音波キャリア周波数
３．５Ｍ・沼を中心周波数とする帯域通過フィルタ４４
を通過させることにより除去することが可能となる。 本発明では、第４図からも明らかなように、各振動子１
０で得られたエコー信号を時間軸上に順次読み出してい
るが、従来の超音波診断装置では、エコー信号を６４個
の振動子１０の出力を電圧（縦軸）方向に加算して後の
処理を行っている。 従って、本発明では積分器４６を設け、帯域通過フィル
タ４４の出力を積分するようにしており、次にこの積分
器４６の出力はサンプルホールド器４８にて更にサンプ
リングされ、第２図の対数増幅器２８に出力される。な
お、前記積分器４６及びサンプルホールド器４８は、タ
イミング、発生回路２４の出力３０２，３０３に基づい
て駆動される。 第１実施例は以上の構成から成り、以下にその作用を説
明する。 焦点位置Ｆに向は放射された超音波は焦点位置Ｆに存在
する反射体から反射され、エコー信号として各振動子１
０で受信される。そして、このエコー信号は遅延線３６
にてそれぞれ所定の遅延量が与えられ、空間周波数フィ
ルタ部２６内のサンプルホールド器３８に供給される。 そうすると、キャリア周波数３．５ＭＨｚのエコー信号
は１０ＭＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされ
る。 そして、遅延線４０は前記サンプルホールド器３８の出
力を順次所定の遅延口（Δｔ）ずつずらしながら、１番
目のサンプルホールド器３８からｎ番目のサンプルホー
ルド器３８の順に読み出すこととなるが、実施例では、
１番口、２番口、３番目・・・ｎ番目の順にサンプルホ
ールド器３８から信号を読み出すと同時に、ｎ番目、ｎ
−１番目。 ｎ−２番口・・・１番目の順にサンプルホールド器３８
の出力を読み出すようにしている。そうすると、加算器
４２からは、両側から読み出された信号が加算された信
号が出力され、この出力には、超音波ビームを左右に振
る走査を行っていることから、ハ側から読み出された場
合よりも空間周波数が顕著に現れることとなる。 このようにして、加算器４２にてｎ−６４例の信号が時
間軸」二に並べられることとなり、この走査はサンプル
周期ごとに行われており、焦点位置Ｆからのエコー信号
は、ｍ４図の波形４０１に示されるような信号となる。 同時に、前記サンプルホールド器３８から加算器４２ま
での処理にて抽出された空間周波数の信号は、第４図の
波形４０２で示される信号となる。 そして、加算器４２の出力を帯域通過フィルタ４４に供
給することにより、キャリア周波数信号（超音波周波数
信号）４０１のみが取り出され、空間周波数信号４０２
は取り除かれることとなる。 この場合、キャリア周波数信号４０１は加算器４２の出
力の段階では矩形波であったが、帯域通過フィルタ４４
を通過することにより角のとれた正弦波に近い信号とな
る。 そして、帯域通過フィルタ４４の出力は積分器４６に人
力され、ここで従来の６４個の振動子１０における電圧
信号の加算に相当する積分が行われ、この積分器４６か
ら出力される信号における電圧分布波形の指示特性は第
７図に示されるものとなる。図において、縦軸は信号レ
ベル、横軸は配列された振動子群の中心位置から振動子
列に垂直に引いた中心線上に焦点があると考え、この中
心線」二からみたサイドローブの角度を示している。 ここで、本発明の前記指示特性を説明する前に、従来装
置で得られた電圧分布波形の指示特性と、本発明におい
て帯域通過フィルタ４４を用いずに加算器４２の出力を
積分器４６にて直接積分した場合の電圧分布波形の指示
特性とを比較する。 第５図には、従来方式、例えば周波数が３．５ＭＨｚ　
、振動子数が３２個、振動子間ピッチ（ｄ）が０．５ｍ
ｍの場合の指示特性が示され、第６図には、実施例にお
いて帯域通過フィルタ４４を取り除いた場合の積分器４
６の出力の指示特性が示されている。そして、この第５
図と第６図の両者を比較すると、その指示特性はほぼ同
一の特性となっており、これにより、各振動子１０で得
られたエコー信号をサンプルホールドして所定の遅延時
間にて順次読み出しその後に積分した場合でも、従来方
式と同じ信号処理を行えることが証明される。 次に、第７図の指向特性は、サンプリング周期Ｔｄを１
２５ｎ　（ナノ）ｓｅｃとし、帯域通過フィルタ４４を
中心周波数：ｊ、５ＭＨｚのガウス型フィルタとした場
合のものである。この第７図と第５図を比較すれば明ら
かなように、振動子列の中心線から゛所定角度離れた位
置のサイドローブは最大２０ｄＢも抑圧されている。 この２０ｄＢの抑制を従来方式で達成しようとすると、
振動子数を１０倍にしなければならず、これは事実−Ｌ
不可能である。なお、第７図では３０度〜６０度の範囲
でサイドローブの角度が大きくなればなる程、信号レベ
ルが高くなっているが、実際には振動子配列間隔ｄを調
整して図の６０度にあるサイドローブが９０度以上の部
分にずれるように設計されるので、前記サイドローブの
信号レベル上昇は問題とはならない。 本発明では、１０ＭＨｚの速い速度でエコー信号をサン
プリングすることから、デジタル処理する場合には高速
処理可能なＡ／Ｄ変換器などが必要であり、他の演算も
高速で処理しなければならない。そこで、現在のところ
エコー信号を低周波数帯に落として処理することが好ま
しく、次にこれに関する第２．第３実施例を説明する。 第８図には、ヘテロダイン方式を用いた第２実施例が示
されており、遅延線３６と空間周波数フ゛　　イルタ部
２６との間に、ミキサ５０と低域通過フィルタ５２をそ
れぞれｎ個接続する構成とする。 そして、ミキサ５０にて超音波パルス波の中心周波数と
異なった周波数の信号であって、正弦波（余弦波）や矩
形波のローカル信号をエコー信号に掛は合わせれば、エ
コー信号を中間周波数に落とすことができ、これを低域
通過フィルタ５２に通過させることによりエコー信号の
キャリア周波数３．５ＭＨｚをＩＭＨｚ以下に直すこと
ができる。 第９図には、直交検波方式を用いた第３実施例が示され
ており、２個の空間周波数フィルタ部２６ａ、２６ｂを
設け、この空間周波数フィルタ部２６ａ、２６ｂと遅延
線３６との間に２個のミキサ５４ａ、５４ｂ　（それぞ
れｎ個ずつ）と２個の低域通過フィルタ５６ａ、５６ｂ
　（それぞれｎ個ずつ）を接続する構成とする。そして
、ミキサ５４ａには余弦波（ＣＯＳ　）信号とされたロ
ーカル信号を、ミキサ５４ｂには前記ローカル信号と９
０度位相の異なる正弦波（ｓｌｎ　）信号とされたロー
カル信号を供給し、これらのローカル信号をエコー信号
と掛は合わせれば、第２実施例と同様にエコー信号を低
周波数の信号に落とすことができる。 この場合、空間周波数フィルタ部２６ａ、２６ｂの出力
は複素信号の実数部と虚数部との関係となり、これら出
力は両者を合わせ、護素信号として後の処理が行われる
ことになる。 この第２．第３実施例によれば、空間周波数フィルタ部
２６でのサンプリングが行いやすくなり、Ａ／Ｄ変換器
などのハードウェアの設計が容易になるという利点があ
る。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、エコー信号を超
音波周波数より高い周波数でサンプリングし、各振動子
で得られたサンプリング信号を所定の遅延時間ずつ遅ら
せ時間軸上に順次読み出すことにより、所定点以外の反
射体からの不要エコー信号を空間周波数のある信号に変
換するようにしたので、焦点位置からのエコー信号と焦
点位置以外からの不要エコー信号を良好に分離すること
ができ、これによりサイドローブによる不要信号を良好
に除去することが可能となる。 従って、擬似エコーの発生がなくなり、鮮鋭度の高い超
音波診断画像を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の第１実施例を示
す概略構成図、 第２図は本発明に係る超音波診断装置の全体構成図、 第３図は本発明の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示
すグラフ図、 第４図は空間周波数フィルタ部の加算器出力を説明する
波形図、 第５図は従来の装置にて受信処理したエコー信号におけ
る電圧分布波形の指示特性を示す図、第６図は本発明に
おいて帯域通過フィルタを用いずに受信処理したエコー
信号における電圧分布波形の指示特性を示す図、− 第７図は本発明装置にて受信処理したエコー信号におけ
る電圧分布波形の指示特性を示す図、第８図はヘテロダ
イン方式を用いた第２実施例を示す概略構成図、 第９図は直交検波方式を用いた第３実施例を示す概略構
成図、 第１０図は配列振動子と焦点位置Ｆとの関係を示す説明
図、 第１１図はサイドローブによる不要エコー信号と空間周
波数信号との関係を示す説明図である。 １０　・・・　振動子 １６　・・・　スキャナ １８　・・・　送信回路 ２０　・・・　高周波発振器 ２２　・・・　電子フォーカス用遅延回路２６　・・・
　空間周波数フィルタ部 ２８　・・・　対数増幅器 ３６．４０　　・・・　遅延線 ３８．４８　　・・・　サンプルホールド器４２　・・
・　加算器 ４４　・・・　帯域通過フィルタ ４６　・・・　積分器 ５０．５４ａ、５４ｂ　　・＝　　ミキサ５２、　５６
　ａ、　　５６　ｂ　　・・・　低域通過フィルタ。 出願人　ア　ロ　カ　株　式　会　社 代理人　弁理士　吉１）研二［８−４５１坤＊’ｐ　−
１’、３士 ！２　　　　→キ二に士 ｒ 第７図 じ引トコ−六亀准〕

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）配列した複数個の振動子を電子フォーカス制御す
   ることにより超音波パルス波を被検体内に送受波し被検
   体内の情報を画像表示する超音波診断装置において、各
   振動子にて得られた所定点の反射体からのエコー信号を
   超音波周波数より高い周波数でサンプルホールドするサ
   ンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路から
   の毎回の出力に対して所定の遅延時間を与え各振動子か
   ら得られたサンプルホールド出力信号を時間軸上に順次
   読み出すことにより所定点の反射体からのエコー信号と
   所定点以外の反射体からのエコー信号を空間周波数のあ
   る信号に変換する空間周波数変換回路と、この空間周波
   数変換回路から出力された信号を入力して所定点以外の
   反射体からのエコー信号の空間周波数信号成分を除去し
   て基本超音波周波数信号のみを取り出すためのフィルタ
   と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）請求項（１）記載の装置において、超音波パルス
   波の中心周波数と異なった周波数信号を前記所定点の反
   射体からのエコー信号に掛けることにより、エコー信号
   の中心周波数を低周波数に変換するヘテロダイン方式の
   回路を、空間周波数フィルタ部の前段に設けたことを特
   徴とする超音波診断装置。
3. （３）請求項（１）記載の装置において、超音波パルス
   波の中心周波数と同一の周波数であって９０度位相のず
   れた２個の信号を前記所定点の反射体からのエコー信号
   に掛けて直交検波し、エコー信号を低周波数の複素信号
   に変換する回路を、空間周波数フィルタ部の前段に設け
   、複素信号処理することを特徴とする超音波診断装置。