JPH0479943A

JPH0479943A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0479943A
Application number: JP2190463A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kawasaki; 河崎　修一; Toshio Shirasaka; 俊夫白坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-03-13
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JP3101301B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、被検体に向けて超音波を発射し、これによ
って得られる被検体情報が付与された超音波を三次元デ
ータとして検出し、この検出結果を基にして被検体に関
する超音波三次元画像を作成する超音波診断装置に関す
るものである。

（従来の技術）超音波診断装置は、今日、被検体に対する極めて有益な
非侵襲的診断手段として多用されている。

また、このような超音波診断装置において、関連技術の
目覚ましい進歩と臨床的要求の高まりによって、被検体
についての三次元データ収集および三次元画像作成を考
慮した装置も実用化されつつある。

その代表例については既に、この出願の出願人によって
、特願平１−１２５９０１号として出願されている。こ
れについて第１０図を参照して説明する。

超音波探触子５は、方位方向に直交する方向に超音波ビ
ームの放射中心軸が移動走査されるアレイトランスジュ
ーサを備え、このトランスジューサはまた後述する制御
信号Ｓ１を付与されることによって、その超音波放射中
心軸が段階的に移動するように構成されている。

上記した超音波探触子５は、先ず送信コントロール回路
２による制御下で送波回路６から送波駆動信号が供給さ
れることによって、そのトランスジューサが超音波パル
スを被検体に向けて発射する。この際の被検体内での反
射波を同一超音波探触子５にて受波し、この受波信号を
受波回路７に供給する。この受波回路に供給された受波
信号は、一方ではＢモード処理部８に、また他方では位
相検出器１１にそれぞれ供給される。Ｂモード処理部８
に供給された信号は、ここで白黒Ｂモード像信号に変換
される。一方、位相検出器１１に供給された信号につい
ては、位相成分信号すなわち例えば血流によるドプラ偏
移信号が抽出され、これがカラー演算処理部１２に供給
される。このカラー演算処理部では、供給されたドプラ
偏移信号を基にしてカラー血流像データを作成し、上記
した白黒Ｂモード像データと共にＤＳＣＩＯに書き込む
。

また、送信コントロール回路２から送信信号を、フレー
ムアドレス信号発生回路３に供給する。このようにして
特定回数の送信信号が供給される都度、フレームアドレ
ス発生回路３は更新されたフレームアドレス信号を１つ
づつ、次々にメカスキャンコントロール回路４に向けて
出力する。このメカスキャンコントロール回路はそのフ
レームアドレス信号を供給されて、これに応じた制御信
号Ｓ１を超音波探触子５に供給する。これによって、こ
の超音波探触子は内蔵するアレイトランスジューサの方
位方向に直交する方向の移動走査位置が次々に変更させ
られる。

上記したように、メカスキャンコントロール回路４から
出力される制御信号Ｓ１によって、超音波探触子５内の
アレイトランスジューサの方位方向に直交する方向の１
つの走査位置（フレーム位置）が選択される。この選択
フレーム位置における、被検体に対する超音波送受波に
よって被検体組織情報を含む超音波データを収集処理し
て、結果をＤＳＣＩＯに保持する。このような動作を繰
り返すことによって複数フレームについて超音波データ
を収集できるので、これらを最終的に合成することによ
って表示部１５に三次元画像を表示することができる。

（発明が解決しようとする課題）上記した三次元データ収集および三次元画像作成を考慮
した装置は、まず送信コントロール回路２からの送信信
号によってアレイトランスジュサの移動走査位置がスタ
ート位置すなわち第１フレーム位置をとる。トランスジ
ューサのこの位置で、トランスジューサは励振されて被
検体に向けて超音波が発射される。これによって、第１
フレーム分に相当するＢモードデータ、ドプラ偏移デー
タ等が収集される。この収集の後、送信コントロール回
路２から次の送信信号が発せられて、トランスジューサ
は第２フレーム位置をとる。この第２フレーム位置は、
第１フレーム位置に対して、方位方向に直交する方向に
１ステツプ移動した位置である。この第２フレーム位置
で、トランスジューサから超音波を第１フレームの場合
と同様に発射させる。この時に、第２フレーム分に相当
するＢモードデータ、ドプラ偏移データ等が収集される
。このようにして、第３フレーム以後第Ｎフレールまで
同様の動作を繰り返すことによって、それぞれに相当す
るＢモードデータ、ドプラ偏移データ等が収集される。

従って、上記した装置においては、三次元画像データ収
集のために、１フレームずつ第１フレームから第Ｎフレ
ームまで順番にそれぞれに対応するデータ収集をしなけ
ればならない。このため三次元画像作成のために必要と
するデータを収集するには、１フレ一ム単位のデータ収
集時間をＴｕとすると、Ｎ−Ｔｕなる収集時間が必要で
ある。

このことはフレーム単位収集時間Ｔｕを短縮したり、フ
レーム数を減少させたりしない限り、装置のリアルタイ
ム性を悪化させることになる。逆に、リアルタイム性を
維持するためＴｕを短縮するには、装置の経済性を無視
した性能向上が必要である。また、フレーム数を減少さ
せると、得られる三次元画像の分解能が悪化することに
なる。

この発明は上記した課題を解決するために成されたもの
で、その目的とするところは、被検体に関する三次元超
音波データを収集するに当り、経済的な手段によって、
フレーム数を減少させることなく、リアルタイム性を向
上させ得る超音波診断装置を提供することにある。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）この発明は、上記目的を達成するために、アレイ方向と
直交する方向に複数時性ビームパターンを呈する超音波
を被検体に対して送受波するアレイトランスジューサと
、このアレイトランスジューサをアレイ方向に直交する
方向に移動走査させる手段とを備えた超音波探触子と、
前記アレイトランスジューサに対し前記複数時性超音波
送信制御を行う手段と、前記アレイトランスジューサに
対し前記アレイ方向と直交する方向に送信した超音波ビ
ームに対して同時に複数のラスタのデータを受信できる
超音波受波制御を行う手段と、前記送信制御手段の送信
信号を受信する動作を特定回数終了後に前記アレイトラ
ンスジューサの移動走査位置を変える移動走査制御手段
とを備えたことを特徴とする超音波診断装置である。

（作用）超音波送信制御手段によって移動走査制御手段に送信信
号が供給されて、アレイトランスジューサは第１フレー
ムデータ収集位置に移動される。

また、超音波送信制御手段の送信信号によって、第１フ
レーム収集状態にあるアレイトランスジューサが励振さ
れ、複数時性ビームパターンの超音波が放射される。こ
の際の複数時性ビームパターンの各峰部は、アレイ方向
に対して直交する方向に離間して現出されるので、それ
ぞれの峰を単位フレームとして割当られる。すなわち、
例えば二峰性であれば１つの発信信号について第１およ
び第２フレームというようになる。

超音波受波制御手段によって、被検体から反射してきた
複数時性エコービームを検出する。このようにして検出
されたビームを各峰毎に分離処理してそれぞれ隣りの別
々の単位−フレームデータとする。移動走査手段に超音
波送信制御手段から次の送信信号が供給されると、アレ
イトランスジュサが第２の走査位置に移動される。この
状態で、第１の走査位置での場合と同様に、複数時性の
超音波ビームをアレイトランスジューサから発射する。

この時の被検体でのエコービームを同様に検出して、例
えば二峰性であれば、第３、第４のフレームデータとし
て分離処理される。このような動作を繰り返すことによ
って、第Ｎフレームまでの分離処理データが短時間の下
で、例えば二峰性ビーム使用の場合には１／２の時間で
三次元データが得られる。

（実施例）この発明の一実施例の構成を第１図および第２図を参照
して説明する。超音波探触子については、大部分が上記
した従来装置のそれと同一であるので、特徴部分である
二次元アレイトランスジューサ２０のみを代表して示す
。このトランスジューサ２０は、第２図にその詳細を示
すように、超音波ビームスキャン（Ｘ）方向に振動素子
が１〜Ｎ列分、またレンズ収束（Ｙ）方向にＬ１〜ＬＮ
列分配列されている。

アレイトランスジューサ２０を励振するための送波回路
２１、および被検体（図示せず）から反射してきたエコ
ービームを受信するための受波回路２２を設ける。送波
回路２１には励振タイミングを決定するための送信デー
タか、送信データ８力回路２３によって供給される。ま
た、送信回路２１には、後に詳述するか、トランスジュ
ーサ２０から発射される超音波ビームが二峰性パタンを
呈するように、レンズ（Ｙ）方向遅延コントロール回路
２４およびスキャン（Ｘ）方向遅延コントロール回路２
５のそれぞれからの出力信号を供給するようにする。更
にまた、被検体で反射された二峰性エコービームのみを
受信するように、受波回路２２にも両回路２４．２５か
らのそれぞれの出力信号を供給する。

上記した送波回路２１．送信データ出力回路２３、レン
ズ（Ｙ）方向遅延コントロール回路２４並びにスキャン
（Ｘ）方向遅延コントロール回路２５のそれぞれは送信
コントロール回路２６によって動作タイミングを制御さ
れる。一方、受渡回路２２および両回路２４．２５のそ
れぞれは受信コントロール回路２７によって制御される
。

受波回路２２からの出力信号を白黒Ｂモート像（Ｂ／Ｗ
データ）処理回路２８および例えば２個の位相検波器２
９ａ、２９ｂにそれぞれ供給する。

Ｂモード像処理回路２８からの出力信号すなわち白黒Ｂ
モード像信号は、ディジタル・スキャン・コンバータ（
ＤＳＣ）３０に供給される。また、位相検波器２９ａ、
２９ｂのそれぞれの出力信号すなわち血流によるドプラ
偏移信号をそれぞれに対応する周波数解析器３１ａ、３
１ｂに供給する。

この場合、位相検波器２９ａによって抽出される信号は
二峰性超音波ビームの一方の峰成分に、また位相検波器
２９ｂによって抽出される信号は残りの峰成分にそれぞ
れ対応している。周波数解析器３１ａ、３１ｂのそれぞ
れの出力信号すなわち血流情報をカラー演算化したカラ
ー像データ信号を共に加算器３２に供給し、これによる
加算結果を信号選択器（ＳＥＬ）３３に送る。また、こ
の信号選択器には、周波数解析器３１ａ、３１ｂの各出
力を別々に供給できるようにも構成されている。尚、−
点鎖線のブロック４１で囲まれた部分をカラードプラ解
析部と総称する。

加算器３２からの出力信号および各周波数解析器３１ａ
、３１ｂからのそれぞれの出力信号は、信号選択器３３
を介してＤＳＣ３０に一旦保持される。また、ＤＳＣ３
０から供給される各種データ信号を基にしてカラー像信
号を作成し、これをモニタ３４に供給するカラー変換器
３５が設けられる。尚、上記した全システム構成につい
ては、主コントローラ３６によって制御されるように構
成する。

次に上記した構成の動作について、第３図乃至第７図を
参照に加えて説明する。先ず、超音波探触子の二次元ア
レイトランスジューサ２０のアレイ方向に対して直交す
る方向における移動走査位置を初期位置、すなわち第１
フレーム位置にセットする。この状態で、送信コントロ
ール回路２６が発生する送信信号によって送波回路２１
が駆動される。送波回路２１の駆動によって、送信デー
タ出力回路２３から供給される送信データ信号に基づい
て、アレイトランスジューサ２０に対して励振電力が供
給される。

この際、送波回路２１には、レンズ（Ｙ）方向遅延コン
トロール回路２４およびスキャン（Ｘ）方向遅延コント
ロール回路２５の各出力信号が供給されるため、次に述
べる原理によってアレイトランスジューサ２０によって
、発射される超音波ビームパターンが二峰性を呈するこ
とになる。すなわち、アレイトランスジューサ２０の配
列態様が第２図に示すように、超音波ビームスキャン（
Ｘ）方向（アレイ方向）に振動素子が１〜Ｎ列分、また
レンズ（Ｙ）方向にＬ１〜ＬＮ列分配列されている。こ
のようなアレイトランスジューサ２０において、まずス
キャン（Ｘ）方向に配列された各振動素子には、第３図
に示すような、遅延特性すなわち配列の両端で最大の遅
延量を示し、中間部で最低となる特性がそれぞれ付与さ
れる。

また、レンズＣＹ）方向に配列された各振動素子には、
第４図に示すような、遅延特性すなわち配列の両端で最
低値を示し、中間部で最大となる特性がそれぞれ付与さ
れる。その結果、アレイトランスジューサ２０から放射
される超音波ビームパターンは、第５図に示すように、
レンズ（Ｙ）方向に二峰性を呈することになる。尚、両
峰部間の角度がθで示されている。

このようなレンズ（Ｙ）方向に二峰性の超音波ビームが
被検体に向けて放射され、そのエコービームを同一のト
ランスジューサ２ｏにて送信時と同一の遅延特性を付与
することによって受信する。

これによって、第１の峰部Ｍ１および第２の峰部Ｍ２の
それぞれに対応するエコービームＥＢ、。

ＥＢ２を同時に受信する。これらのエコービームは、互
いに、レンズ（Ｙ）方向にθなる角度差を持ち、従って
アレイトランスジューサ２ｏの第１フレーム位置におけ
る２つの互いに離間したサブフレームＦｌａ、Ｆｉｂと
して位置づけることができる。この様子を第６図に示す
。すなわち、各サブフレームＦｌａ、Ｆｉｂはそれぞれ
Ｎ個のラスタデータによって構成されている。

アレイトランスジューサ２ｏによって受波された超音波
ビームは、受波回路２２によって電気信号に変換され、
一方では白黒Ｂモード像処理回路２８に供給される。こ
れによって、サブフレームＦｌａ、Ｆｉｂのそれぞれに
対応する白黒Ｂモト像データが作成され、ＤＳ０３０に
記録される。

他方、受波回路２２からの出力信号は一対の位相検波器
２９ａ、２９ｂに送られ、前者によってサブフレームＦ
ｌａにおける位相成分信号が、また後者によって、サブ
フレームＦｉｂにおける位相成分信号がそれぞれ抽出さ
れる。各位相検波器２９ａ、２９ｂからの信号（血流情
報）はそれぞれに対応する周波数解析器３１ａ、３１ｂ
によってカラー演算されて、サブフレームＦｌａ。

Ｆｉｂのカラー血流像データ信号に変換される。

これらのデータ信号は、必要に応じて、加算器３２によ
る加算出力として５ＥＬ３３を介してＤＳＣ３０に供給
される。この加算の様子が第７図に示されている。すな
わち、サブフレームＦｌａ、Ｆｉｂの各データは加算さ
れて、１つのフレームＦＩＳのデータにまとめられる。

このことによって、そのデータを記録するＤＳＣ３０の
フレームメモリ容量を減少させることが可能になる。

次に、送信コントロール回路２６から第２番目の送信信
号が発信されると、アレイトランスジューサ２０は第２
フレーム位置に移動される。この位置で、アレイトラン
スジューサ２ｏは、第１フレーム位置の時と同様に、二
峰性パターンの超音波ビームを発射する。この場合にお
いては、超音波ビームの各峰部は、第８図に示すように
、サブフレームＦ２ａ、Ｆ２ｂに対応している。従って
、このビームに基づくエコービームを受波することニヨ
ッテ、ＤＳＣ３０１：ｆブフレームＦ２ａ。

Ｆ２ｂにおける各種データ信号が記録される。このよう
な動作を、アレイトランスジューサ２０の第Ｎフレーム
位置まで続行させることによって、ＤＳＣ３０にサブフ
レームＦｌａ、ＦｉｂからＦＮａ、ＦＮｂまでの各種デ
ータ信号が記録されることになる。

このようにしてＤＳＣ３０に記録された各種データ信号
を、カラー変換器３５によってカラー映像信号に変換し
て後、三次元化された白黒Ｂモト像とカラー血流像との
重畳像として、第８図に示すように、モニタ３４上に表
示する。この際のフレーム像の数は、アレイトランスジ
ューサ２０の１フレ一ム位置毎に２つのサブフレームが
割当てられる結果、三次元データ収集時間を短縮するこ
とかできる。

今ここで、一般的な超音波診断装置を用いて、例えば第
１１図に示されているような、被検体の肝臓腫瘍部にお
ける複雑に入り組んだ血管部をＢモード像として得る場
合について説明する。第１１図（ａ）において、拡大し
て示された該当血管部３７に対し、トランスジューサか
ら放射される超音波ビーム面３８を図示するように設定
して診断すると、第１１図（ｂ）に示すようなりモト像
３９が得られる。すなわち、この像は、第１１図（ａ）
において、血管部３７が超音波ビム面３８で交差する部
位に対応する部位にただ単に点情報４０ａ、４０ｂ、・
・・としてそれぞれ表示されるに過ぎないものになる。

従って、このようなりモード像３９を参照しても、第１
１図（ａ）に示すような複雑構造の血管部について、そ
の血管の絡み具合を把握することか大変困難である。

上記したような不具合点は次のようにして解決される。

すなわち、第１図に示す構成において、Ｂモード像につ
いては、ＤＳＣ３０に記録された各フレームに対応する
もののうちの１つを、またカラー血流像については、第
１図において加算器３２の出力をＤＳＣ３０に記録した
ものを使用し前記Ｂモード像とカラー血流像を合成して
、モニタ３４にて表示するようにする。この方法によれ
ばＤＳＣのフレームメモリを増加させなくてもよいとい
うメリットがある。このようにして、モニタ３４に表示
される像は、第９図に示すように、１枚のＢモード像に
複数フレームの血管断面を示す点情報を重ねて表示され
るので、複雑な血管構造をある程度正確に把握すること
が可能になる。

尚、第１図において、位相検波器２９ａ１２９ｂ１周波
数解析器３１ａ、３１ｂについては、時分割処理するこ
とで２系統もつ必要はなく、１系統でも可能となる。

［発明の効果コ以上記載したように、この発明の超音波診断装置によれ
ば、アレイトランスジューサを、このアレイ方向と直交
する方向に複数畦性を呈する超音波パターンビームに対
して、送受波するようにして、単位時間当りのフレーム
数を向上させたので、三次元装置のリアルタイム性か向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は同実施例中のアレイトランスジューサの構成説
明図、第３図および第４図はそれぞれ第２図に示された
アレイトランスジューサの動作説明図、第５図は第２図
のアレイトランスジューサによる発信超音波ビームパタ
ーンを示す説明図、第６図は第５図に示すビームパター
ンとフレームとの関係を示す説明図、第７図および第８
図はそれぞれ同実施例の動作説明図、第９図は他の実施
例の動作説明図、第１０図は従来の三次元超音波診断装
置のブロック構成図、第１１図は従来のＢモード像作成
手段の動作説明図である。・・・アレイトランスジューサ。・・・送波回路、２２・・−受波回路。・・・レンズ方向遅延コントロール回路。・・・スキャン方向遅延コントロール回路。・・・送信コントロール回路。・・・受信コントロール回路代理人　弁理士　　則　近　憲　佑代理人　弁理士　　近　藤　　　猛第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アレイ方向と直交する方向に複数峰性ビームパタ
ーンを呈する超音波を被検体に対して送受波するアレイ
トランスジューサと、このアレイトランスジューサをア
レイ方向に直交する方向に移動走査させる手段とを備え
た超音波探触子と、前記アレイトランスジューサに対し
前記複数峰性超音波送信制御を行う手段と、前記アレイ
トランスジューサに対し前記アレイ方向と直交する方向
に送信した超音波ビームに対して同時に複数のラスタの
データを受信できる超音波受波制御を行う手段と、前記
送信制御手段の送信信号を受信する動作を特定回数終了
後に前記アレイトランスジューサの移動走査位置を変え
る移動走査制御手段とを備えたことを特徴とする超音波
診断装置。
（２）前記アレイトランスジューサが二次元アレイトラ
ンスジューサで構成され、このトランスジューサのＸ、
Ｙ方向のそれぞれに信号遅延特性を反映させることによ
って、前記トランスジューサが複数峰性パターンの超音
波ビームに対しての送受波を行うことを特徴とした請求
項１に記載された超音波診断装置。
（３）前記アレイトランスジューサによって同時に受波
されたフレーム方向の複数ラスタの超音波エコーデータ
を周波数解析した後の血流データに対し、その内の任意
の本数のラスタデータを加算して得たラスタから構成さ
れる血流データ用のフレームと、前記受信手段から同時
に受信されるＢ／Ｗデータからなるフレームとを重ねて
画像表示することを特徴とした請求項１に記載された超
音波診断装置。