JPH0137952B2

JPH0137952B2 -

Info

Publication number: JPH0137952B2
Application number: JP16163581A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Tateda; Hiroshi Fukukita; Yoshihiro Hayakawa; Tsutomu Yano; Akira Fukumoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1989-08-10
Also published as: JPS5861740A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は超音波診断装置の表示方式に関するも
ので、本出願人が特願昭55−88129号で提案した
ような円弧状に配列した超音波振動子列の前面に
音響レンズを設ける事によつて得られる拡大した
超音波断層線を、標準テレビ表示に走査変換する
改良された超音波診断装置を提供するものであ
る。まず、上記先願に係る超音波診断装置について
説明する。第１図はその超音波走査線を説明する
図で、１は超音波振動子列、２は音響レンズであ
る。超音波振動子列１の定められた振動子グルー
プより音響レンズ２に超音波ビーム４′が放射さ
れ、音響レンズ２と生体３の境界面で屈折して超
音波ビーム４が生体３中へ放射される。音響レン
ズ２の音速が生体３中より遅い場合は、超音波ビ
ーム４が中心軸９から遠ざかる方向、すなわち偏
向角度が広がる方向に屈折する。この屈折した超
音波ビーム４の方向に沿つた直線と中心線９との
交点を６とする。一方この超音波ビーム４より中
心寄りの超音波ビーム７においても同様に交点８
が求まる。この交点８は、前記交点６より超音波
振動子列１の曲率中心５に近づく方向に移動す
る。これらの交点と前記境界面との距離ｒは、次
のように求められる。第４図ｂは、距離ｒと角度θ_oの関係を示す図で
ある。同図において、Ｖとｃはそれぞれ音響レン
ズ２と生体３の音速、θ_oは曲率中心５における、
中心軸９と超音波ビーム４′の延長線がなす角度、
θ′_oは交点６または８における、中心軸９と超音
波ビーム４の延長線がなす角度である。音響レン
ズ２から生体３へ超音波が伝搬するとき、スネル
の法則により、（1a）式が成立する。Ｖ／sinθ_o＝Ｃ／sinθ′_o ……（1a）また、Ｒが曲率中心５と前記境界面との距離と
し、εを音響レンズ２の中心軸９上の厚さとすれ
は、（Ｒ＋ε）sinθ_o／cosθ_o＝ｒsinθ′_o／cosθ′_o…
…（1b）が成立する。（1a）式の関係を（1b）式に代入すると、となり、（1c）式を整理するとが得られる。ここで、Ｒ≫εとすると、となる。(1)式より、交点６または８と前記境界面
との距離ｒは、選択された振動子グループと曲率
中心５を結ぶ直線と前記境界面の垂線との角度θ_o
の関数であることが判かる。このような超音波の走査によつて得られた画像
は、第２図に示す断層像の例のごとく開口が小さ
いにもかかわらず広い領域を観測する事ができ
る。しかし、超音波ビームの走査が特殊であるた
め、標準テレビ表示への走査変換が困難であつ
た。本発明はかかる欠点を除去し、簡単な装置で標
準テレビ表示に高い精度で近似的に前記超音波画
像を走査変換する方法を提供するものである。以
下本発明の一実施例について説明する。まず、走査変換装置を第３図のブロツク図によ
つて説明する。送信器１０で発生した送信パルス
を探触子１１に供給する。探触子１１は定められ
た順序に従つて、第１図で説明した生体内の超音
波走査線の方向に超音波を発射し、同一方向から
の反射エコーを受信する。なお、探触子１１は第
１図で説明した超音波振動子列１と音響レンズ２
とを有する構成と同じ構成である。探触子１１で
受信したエコー信号は電気信号に変換され、受信
器１２によつてエコー信号の強度を表わす信号に
変換される。この変換された信号をさらにAD変
換器１３でデジタル信号に変換する。このデジタ
ル信号に変換するタイミングは、第４図ａの超音
波−標準テレビ走査線の関係を説明する図におい
て、超音波走査線２４−１〜２４−７と標準テレ
ビ水平走査線２５−１〜２４−５の交点に対応す
るタイミングとする。従つてこのタイミングは、
各超音波走査線によつて定まる一定の周期とな
る。変換されたデジタル信号は、第３図の主メモ
リ１４の列方向のアドレスに書き込まれる。主メ
モリ１４のアドレスは主メモリ制御部１５が制御
する。さらに、主メモリ１４により行方向に標準
テレビの一水平走査線分をラインメモリ１６へ転
送する。一方主メモリ制御部１５の信号によつ
て、読み出し専用メモリ１７より標準テレビの水
平走査線に対応して、前記第１図の中心線上の仮
想原点とこの水平走査線との距離に反比例した値
を加算器１９に出力する。仮想原点を通過する走
査線群において、仮想原点から距離が1.0だけは
なれた水平走査線（ここでは、第４図ａの２５−
１とする。）上を基準に考えると、その水平走査
線上で、仮想原点からの距離に対応する走査線の
番号２４−１〜２４−７をROMに保存してお
く。そして、中心軸９から水平走査線２５−１上
でｘ離れた位置は、ｘアドレスを読み出すと
ROMより表示するべき走査線を選択することが
できる。このとき、走査線２４−３が選択された
として、さらに、仮想原点より距離が1.5だけ離
れた水平走査線２５−５において、走査線２４−
３で得られたデータを表示するのは、中心軸９か
らの距離x′の位置であるべきであり、x′＝1.5xの
関係（ｘ＝x′／1.5）が成立する。しかし、距離
ｘおよびx′を横切る超音波走査線数は同一であ
り、これをＮ本とする。従つてテレビ走査線上の
増加分（または減少分）は、水平走査線２５−１
において、Ｄとし、水平走査線２５−３において
D′とすると、(2)式、(3)式が成立する。Ｄ＝Ｎ／ｘ ……(2) D′＝Ｎ／x′ ……(3) (2)、(3)式の比をとると D′／Ｄ＝ｘ／x′ ……(4) 増加（減少分）D′は D′＝Ｄ（ｘ／x′） ……(5) となり、ｘ＝１、x′＝1.5であれば D′＝Ｄ／1.5 が成立し、距離に反比例した増加（減少）分が得
られる。従つて、水平方向に仮想原点からの距離に関係
なく等しい間隔でデータを表示する場合は、
ROMテーブルに増加分（または、減少分）を仮
想原点からの距離に反比例させた値を保存してお
く。加算器１８とラツチ１９によつて累積加算し、
この累積加算データをアドレス変換器２０に入力
する。アドレス変換器２０は読み出し専用メモリ
で、テレビ走査によらない不変の変換によつて、
選択すべき超音波走査線と、超音波走査線間の補
間方法を決める信号をラインメモリ１６に出力
し、ラインメモリはこの信号によつて表示すべき
データと補間処理を行なつて、DA変換器２１に
出力する。このDA変換器２１にデータを出力す
る周期は常に一定であつて、この周期で前記累積
加算からデータの選択、処理、表示までを繰り返
す。DA変換器２１は入力のデジタル信号をアナ
ログ信号に変換して、混合器２２に出力する。混
合器２２はこの入力画像信号に、テレビ同期信
号、各種マーカや文字データ等を合成してモニタ
２３に出力して表示する。以上に示す装置によつて、仮想原点を通過する
超音波走査線群による超音波画像は、超音波走査
線方向がテレビ水平走査線に一致しない限り、す
べて標準テレビ表示に正確に変換できる。このような走査変換手段を使用し、第１図で説
明した超音波走査を次のようにして近似的に標準
テレビ表示に走査変換する。第５図に示すように
仮想原点６′を最も端の超音波走査線３１及び３
１′の延長線と中心軸９の交点とし、近似する超
音波走査線をこの仮想原点を通り、かつ超音波の
各走査線と探触子の表面２６との交点を結ぶ直線
とする。いま、仮想原点６′と探触子２６の距離
ｒを45mm、生体と音響レンズの音速比を1.75と
し、超音波走査線３１，３１′と中心線９のなす
角度を35゜とすると、この時の標準テレビ表示に
おける表示の最大偏位を第１表に示す。

【表】単位mm
ただし深さは、０mmは探触子表面で、50mmから
200mmの場合は、仮想原点からの距離より45mmを
差し引いた値であつて、仮想原点から等距離の位
置を示す円弧２７，２８，２９，３０上における
最大値である。第１表からわかるように、上記条
件によると偏位が非常に小さくなることがわか
る。このように、本発明によれば円弧状に配列し
た振動子列と音響レンズによつて得られる画像を
簡単な装置で良い近似画像を得る事ができる。仮想原点６′の位置は(1)式より中心線における
ｒの値であるＶ・Ｒ／Ｃと第５図に示した画像の
最も端の超音波走査線３１，３１′と中心線９の
交点との間に選択するのが適当である。Ｒ・Ｖ／
Ｃの距離は、(1)式よりθ_oが非常に小さくなつた時
の最適の原点位置であり、最も外側の走査線につ
いては生体内の超音波ビームの延長線と中心線の
交点が最適の位置となり、その他の走査線に対し
ては前２者の間に最適な位置がある。従つて、こ
の２点の外に設定するのは誤差が増大するのみで
適当ではない。しかし、この２点間では、中間的
な誤差であり、誤差の性質が異つている。画像の
重要な位置、目的に応じた選択をするのが望まし
い。次に本発明の他の実施例について説明する。第
３図と同様の走査変換装置によつて同様の走査変
換を行い、生体と音響レンズの音速比を1.75と
し、最も端の超音波走査線と中心線のなす角度を
35゜として、第５図と同様の超音波走査を行なう。
しかし、第６図に示すように仮想原点６″は45.7
mmとして上記実施例の場合より0.7mm上へ移動す
る。さらに、近似する超音波走査線３１″と実際
の超音波走査線３１′の交わる位置を円弧２７上
の位置３２とする。この時の標準テレビ表示にお
ける最大偏位を第２表に示す。

【表】単位mm
ただし、０mmは第６図の探触子表面２６に相当
し、50mmから200mmの各深さはそれぞれ仮想原点
６″から等距離の円弧２７，２８，２９，３０上
の最大値であつて、仮想原点からの距離から45mm
を差し引いた値である。最も端の超音波走査線３
１と円弧２７の交点３２と仮想原点６″を結ぶ直
線３１″が近似する走査線となる。本実施例によれば、深さ50mmで偏位が零とな
り、全領域での最大偏位も第１表の例に比べ小さ
くなつている。第６図の実施例によれば仮想原点
の位置によつて最大偏位の正方向と負方向を等し
く選ぶ事ができることがわかる。また偏位を小さ
くする位置（第６図では深さ50mm）を、超音波走
査線と近似走査線の交わる位置を選ぶ事によつて
自由に設定できる。また、超音波走査線と近似走
査線の交点を表示画像の中央に選ぶ事によつて、
最大偏位を全表示領域において小さくする事がで
きる。表１、２の最大偏位量は正方向と負方向を示し
ており、表１では負方向の偏位は発生せず深さに
応じて0.0mmから2.1mmの正方向偏移が発生してい
る。表２では正方向と負方向の両方向に発生して
いるが、正負ともバランスが取れており、偏移の
絶対値としては最大0.8mm（正負共に発生）とな
つている。さらに別の方法として、超音波走査線と近似走
査線の交点を、超音波ビームの集束点と一致させ
る事もできる。一般に集束点は観測領域の中心付
近になるように選択されるのでこのようにすると
観測の中心付近で偏差を最小とする事ができる。
また、この偏差が小さくなる深さを、スイツチに
よつて集束点とは別に選択するようにもできる。
この切換は第３図のブロツク図においてアドレス
変換器２０と読み出し専用メモリ１７を複数個準
備して、これらを切換える事によつて実現でき
る。さらに別の実施例として、表示画像を第６図に
おいて、探触子表面２６から円弧２７までの第１
の領域と、円弧２７から２８までの第２の領域
と、円弧２８から２９の第３の領域と、円弧２９
から３０までの第４の領域の４つの領域に分割
し、この４つの領域のそれぞれについて、超音波
走査線と近似走査線の交点をそれぞれの領域の中
央に設定することもできる。これは第３図のブロ
ツク図においては、アドレス変換器２０をそれぞ
れの領域に１個ずつ準備して、表示する領域に応
じて切換えることにより達成される。この時の最
大偏位の絶対値は0.14mmとする事ができる。すな
わちアドレス変換器２０は、4Kビツト程度の
ROMであり、これを３個増設すれば、最大偏位
が４分の１程度と小さくすることができる。従つ
て非常に簡単な回路によつて、高い精度で小開口
の超音波探触子でも広い領域の画像を表示させる
ことができる。このように本発明によれば円弧状に配列した振
動子列と音響レンズによつて得られる画像を簡単
な装置で標準テレビジヨン方式の画像に変換して
表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される円弧状に配列した
超音波振動子と音響レンズによる探触子の超音波
ビームを説明する図、第２図は同探触子による画
像を説明する図、第３図は本発明の一実施例にお
ける超音波診断装置の表示方式を示すブロツク
図、第４図ａは超音波ビームと標準テレビ表示の
関係を説明する図、第４図ｂは距離ｒと角度θ_oの
関係を示す図、第５図は本発明による表示画像と
仮想原点の関係を説明する図、第６図は本発明の
別の実施例における仮想原点と超音波走査線と近
似走査線の関係を説明する図である。１……超音波振動子列、２……音響レンズ、３
……生体、５……超音波振動子列の曲率中心、１
０……送信器、１１……探触子、１２……受信
器、１４……主メモリ、１６……ラインメモリ、
２０……アドレス変換器、２３……モニタ、６′
及び６″……仮想原点、３１″……近似走査線。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の超音波振動子を円弧状に配列し、この
配列の音波放射側に音響レンズを設けた超音波探
触子を備え、前記音響レンズおよび生体との音速
をそれぞれＶおよびＣとし、前記超音波振動子列
の曲率中心より探触子表面に下した垂線の長さを
Ｒとしたとき、前記垂線上における探触子表面か
ら距離Ｒ・Ｖ／Ｃの点と、この垂線と超音波走査
を行なう走査線のうち、最も外側にある走査線の
延長線が交わる点との間に仮想原点を設定し、こ
の仮想原点を通過する走査線群によつて前記超音
波走査線の各々を近似して走査変換することを特
徴とする超音波診断装置。２超音波走査線群を横切り、超音波走査線群と
近似走査線群との交点を通る曲線を定め、この曲
線を表示画像内に設定したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。３超音波走査線群と近似走査線群との交点と超
音波ビームの集束点とが一致するように切り換え
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項のいずれかに記載の超音波診断装置。４超音波走査線群と近似走査線群の交点を表示
画像の被検深さ方向の中央付近に設定したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項の
いずれかに記載の超音波診断装置。５表示画像の被検深さ方向を複数の領域に分割
し、それぞれの領域において独立に超音波走査線
群と近似走査線群との交点を設定したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項のいず
れかに記載の超音波診断装置。