JPH07236642A

JPH07236642A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH07236642A
Application number: JP3233194A
Authority: JP
Inventors: Masanori Hirose; 昌紀広瀬; Takeshi Mochizuki; 剛望月
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2723464B2

Abstract

(57)【要約】【構成】エンコーダ３５を設けたモータ３４による振
動子アレイ３０を幅方向３１に揺動させるアレイ揺動手
段と、前記振動子アレイ３０の配列方向３２に電子走査
させつつ、焦点距離方向３３に多段フォーカスさせる電
子フォーカス手段と、前記振動子アレイ３０を前記幅方
向３１に揺動させつつ、前記電子フォーカス手段により
送波を被検体に放射する送波手段と、前記振動子アレイ
３０の揺動位置毎に被検体からの反射波を受波し、この
複数の受波の位相を同期させた後加算する整相加算手段
とを備える。【効果】配列方向に電子フォーカスさせつつ、幅方向
に開口合成することにより、診断画像の画質を向上させ
る超音波診断装置の提供を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置の診断
画像の画質を向上させる技術に関し、特に超音波ビーム
の送受波の感度を向上させることにより、診断画像の画
質の向上を実現する超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置による診断画像は、超音
波振動子から超音波ビームを被検体に送波し、この送波
による被検体からのエコー信号を前記超音波振動子によ
り受波し、この受波信号を信号処理することにより得ら
れる。この診断画像をより鮮明とし、画質をより向上さ
せ、より多くの正確な情報を生体から得たいとする要望
は強い。この診断画像の画質を向上させる方法として、
前記送波、受波の感度を向上させる、又は前記信号処理
の感度を向上させる等の各種方法が検討されている。

【０００３】前記送波の感度を向上させる方法として、
凸型音響レンズにより、超音波ビームを集束させ、送波
の強度を向上させる方法が考えられる。この凸型音響レ
ンズにより集束された焦点近傍では、送波の強度が向上
するものの、焦点近傍以外では、送波の強度が低下し、
焦点近傍以外の感度が低下する。このように、凸型音響
レンズは、焦点が一点であるため、診断領域全体の診断
画像を感度良く得ることは、不可能である。

【０００４】一方、幅方向に所定長を有する超音波振動
子を配列方向に複数配設する振動子アレイにおいて、配
列方向の電子フォーカス法により多点焦点を行う方法が
実用化されている。この電子フォーカス法は、超音波振
動子の送波及び受波を配列方向に、多段でフォーカスさ
せ、送波及び受波の強度を向上させることにより、診断
画像の画質を向上させている。

【０００５】前記電子フォーカスを配列方向だけでな
く、幅方向にも行うことにより、送受波の感度を向上さ
せようとする提案がある。この提案では、超音波振動子
を細かく切断し、切断された超音波振動子をマトリック
ス状に配列する。このマトリックス状に配列される超音
波振動子は、送波強度を十分に保ち、かつ位置分解能を
向上させるため、十分小さくする必要がある。この十分
小さく、かつ送波強度を十分とする超音波振動子の実現
は困難のため、実現されていない。

【０００６】これに対し、深さ方向に連続して感度を得
る「石井、佐々木：“開口合成超音波探傷法に関する基
礎検討”、非破壊検査、Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ．４、Ｐ３
２６、（１９８５）」等による開口合成法の提案があ
る。この開口合成法は超音波ビームを集束させず、逆に
超音波ビームを深さ方向に連続的に拡散させ、開口範囲
において、前記振動子アレイの各超音波振動子で送受波
を順次行い、被検体からのエコー信号の受波を整相加算
することにより、感度を向上させる方法である。この開
口合成法では、前記振動子アレイの配列方向の長さであ
る開口をできるだけ広くし、この開口の全領域におい
て、各超音波振動子からの送受波を行う必要があり、各
超音波振動子の超音波ビームの開口角をできるだけ広く
する必要がある。この開口合成法により配列方向に連続
して感度を得ることを実現しているが、電子フォーカス
法以上の感度を得るには至っていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、超音波
ビームの配列方向を集束させる電子フォーカス法を用い
た超音波診断装置が実用化され、診断画像が得られてい
る。しかし、診断画像をより鮮明とし、画質をより向上
させ、より多くの正確な情報を生体から得たいとする強
い要望がある。このため、診断画像の感度を向上させる
方法として、配列方向及び幅方向に電子フォーカスする
方法の提案があるが、超音波振動子を十分小さく、かつ
送波強度を十分とすることは困難のため、実現されてい
ない。また、開口合成法により配列方向に連続して感度
を得ることを実現しているが、電子フォーカス法以上の
感度を得るには至っていない。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、超音波ビームの送受波の感度を
向上させ、診断画像の画質を向上させる超音波診断装置
の実現を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】幅方向に所定長を有する
超音波振動子を配列方向に複数配設する振動子アレイを
備える超音波診断装置において、前記幅方向に前記振動
子アレイを機械的に揺動させるアレイ揺動手段と、前記
各超音波振動子の焦点距離を短距離とし、この各超音波
振動子の送波を幅方向にフォーカスさせる近傍フォーカ
ス手段と、前記振動子アレイの送受波を配列方向に電子
フォーカスさせる電子フォーカス手段と、前記アレイ揺
動手段により前記振動子アレイを揺動させつつ、前記近
傍フォーカス手段及び前記電子フォーカス手段を用い被
検体に送波を放射する送波手段と、前記振動子アレイの
揺動位置毎に被検体からの反射波を受波し、この複数の
受波の位相を同期させた後加算する整相加算手段とを備
える。

【００１０】

【作用】本発明において、焦点距離を短距離として幅方
向にフォーカスさせ、この焦点より遠距離において超音
波ビームを幅方向に拡散させ、かつ幅方向に機械的に揺
動させつつ、配列方向に電子フォーカスしながら被検体
に超音波ビームを送波し、各揺動位置で被検体からのエ
コー信号を受波し、この受波の位相を同期させ、これを
整相加算したデータを診断画像用データとして得られ
る。

【００１１】

【実施例】本実施例は、振動子アレイの揺動方向につい
て、開口合成法を適用するに際して、超音波拡散用の音
響レンズを用いて、送波される超音波をあえて拡散させ
ることを特徴とする。また、拡散用音響レンズとして曲
率の大きい凸レンズを用い、開口合成の利点を得られに
くい振動子近傍においては音響パワーを向上させ、一
方、振動子遠方については出来る限り多くの揺動位置か
らの送波を利用して開口合成を効率的に行なうことを特
徴とする。

【００１２】以下、図を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１に振動子アレイを幅方向に機械的に揺動させつ
つ、送受波を行う原理図を示す。図１（ａ）は、振動子
アレイを幅方向の軌道Ｗ上を点Ａ、Ｂ、Ｃと順に機械的
に揺動させつつ、超音波ビームを振動子アレイから被検
体に送波し、この送波による被検体からの反射波を受波
する場合を示す。

【００１３】この点Ａ、Ｂ、Ｃから被検体Ｐまでの距離
ＡＰ、ＢＰ、ＣＰをＬ_A、Ｌ_B、Ｌ_Cとし、音速をｃと
すれば、送受波による超音波ビームの各点Ａ、Ｂ、Ｃか
ら被検体までの往復時間ｔ_A、ｔ_B、ｔ_Cは、各々ｔ_A
＝２Ｌ_A／ｃ、ｔ_B＝２Ｌ_B／ｃ、ｔ_C＝２Ｌ_C／ｃで
あり、各々の点Ａ、Ｂ、Ｃでは反射ビームの送信から受
信までの時間が異なる。この各点での送受波の時間差を
含む受波信号を図１（ｂ）に示す。この超音波ビームの
送受波に要する時間と超音波振動子の位置とは、図１
（ｂ）に示されるように１対１に対応し、前記時間差に
よる位相の同期をとり整相加算することにより、軌道Ｗ
の揺動範囲を開口として実現する。

【００１４】図２に上記を実現するためのブロック図を
示す。図２において、送信回路部２２により、振動子ア
レイ駆動部２１を制御し、振動子アレイの送波を配列方
向に電子走査し、焦点距離方向に多段フォーカスする電
子フォーカス手段により被検体に超音波ビームを送波す
る。この被検体からの反射波であるエコー信号を前記振
動子アレイにより受波し、この受波を配列方向の焦点合
成処理部２３により各電子走査位置と多段フォーカス位
置とを組み合わせ合成処理した各焦点位置のデータをＡ
／Ｄ変換部２４において、デジタル信号に変換後、エコ
ーデータメモリ部２５に格納する。

【００１５】また、図１（ｂ）で示したように、前記振
動子アレイの幅方向の各揺動位置と送受波の遅れ時間と
は１対１に対応し、この対応を関係づけるデータ、及び
式を揺動制御データメモリ部２８に予め格納させてお
く。

【００１６】また、前記振動子アレイ駆動部２１により
前記振動子アレイの幅方向の全揺動位置の各揺動位置毎
に、順次前記エコーデータメモリ部２５の所定アドレス
への格納を行う。その後、幅方向の整相加算部２６によ
り、エコーデータメモリ部２５のデータと揺動制御デー
タメモリ部２８とを対応させ揺動位置毎の送受波の遅れ
時間による位相差を同期させることにより、前記送受波
の遅れ時間をキャンセルさせ、全揺動位置において電子
フォーカス手段により送波し、被検体からの受波データ
を整相加算する。以上により、揺動範囲を開口とする、
電子フォーカス手段によるデータが得られるため、開口
が超音波振動子の幅長から揺動領域まで広がり受波感度
が向上する。この幅方向の整相加算部２６の出力結果を
Ｄ／Ａ変換部２９において、アナログ信号に変換後、Ｃ
ＲＴ表示部２０に画像表示する。

【００１７】前記振動子アレイ駆動部２１の構成を図３
に示す。振動子アレイ駆動部２１は、幅方向３１にエン
コーダ３５を設けたモータ３４により、機械的に振動子
アレイ３０を揺動させるアレイ揺動手段と、前記振動子
アレイ３０からの送波を配列方向３２に電子走査させつ
つ、焦点距離方向３３に多段フォーカスさせる電子フォ
ーカス手段と、前記振動子アレイ３０を前記幅方向３１
に揺動させつつ、前記電子フォーカス手段により送波を
被検体に放射する送波手段と、前記振動子アレイ３０の
揺動位置毎に被検体からの反射波を受波する手段を備え
る。この複数の受波は、図２の幅方向の整相加算部２６
により位相を同期させた後、整相加算を行う。

【００１８】また、前記幅方向に凸型音響レンズを用い
た場合、送波の焦点近傍の強度を向上させ、焦点近傍の
診断画像の感度を向上させられるが、焦点近傍以外の感
度を劣化させることを、従来例で説明した。しかし、超
音波ビームを集束させる領域は、超音波振動子から焦点
までの間であり、焦点から遠距離の位置では超音波ビー
ムが拡散される。ここで、もし焦点距離を診断領域の最
短深さ方向の距離に比べ十分短い凸型音響レンズを用い
るならば、診断領域において、焦点距離方向においても
一点焦点とはならない。このように、診断領域の最短深
さ方向の距離に比べ十分短い焦点距離の凸型音響レンズ
を幅方向に対して用い、超音波ビームを焦点から遠距離
の位置で幅方向に対して拡散させることにより、受波感
度を向上させる方法が考えられる。

【００１９】この焦点距離を、診断領域の最短深さ方向
の距離に比べ十分短くした凸型音響レンズを幅方向に用
いた場合の受波感度のシュミレーション結果を図４、５
に示す。また、焦点距離を従来と同等とした凸型音響レ
ンズを幅方向に用いた場合の受波感度のシュミレーショ
ン結果を図６、７に示す。

【００２０】この図４〜７によるシュミレーションの条
件は、超音波ビームの送波周波数を３．５ＭＨｚ、超音
波振動子の幅長を１０ｍｍ、配列方向の長さを無限長、
配列方向の配設数を１個、幅方向の揺動半径を８０ｍｍ
とし、被検体を水面とした時の深さ方向に対する幅方向
の受波感度である。ここで、Ｘ［ｍｍ］は幅方向の距
離、Ｙ［ｍｍ］は被検体の深さ方向の距離、Ｚ［任意単
位］は受波感度を示し、Ｘ、Ｙの単位長をそれぞれ、
０．３、５ｍｍとする。

【００２１】図４、５は、凸型音響レンズの幅方向の焦
点距離を２０ｍｍとし、図６、７は、凸型音響レンズの
幅方向の焦点距離を８０ｍｍとし、さらに図４、６は幅
方向の揺動を行わない場合、図５、７は幅方向の揺動を
行った場合のシュミレーション結果である。

【００２２】初めに、幅方向に揺動を行わない場合のシ
ュミレーション結果を検討する。焦点距離が８０ｍｍで
ある図６は、深さ方向に対しては、ほぼ全域で受波があ
る程度絞られているが、焦点近傍以外の領域では、感度
が下がり、かつ振動子近傍での音場が乱れている。一
方、焦点距離が２０ｍｍである図４では、振動子近傍の
感度は上がり、それ以外では感度が低下しているもの
の、音場が一様に広がり、音場の乱れを生じていない。

【００２３】次に、幅方向の揺動を行う場合のシュミレ
ーション結果を検討する。焦点距離が８０ｍｍである図
７は、前記揺動を行わない場合の図６に比べ、深さ方向
のほぼ全域で感度が向上しているものの、図６におい
て、振動子近傍で乱れていた音場は、幅方向の揺動によ
り、受波が幅方向に重なり合い、幅方向の中央部で、一
段と音場の乱れが拡大されている。一方、焦点距離が２
０ｍｍである図５では、前記揺動を行わない場合の図４
において、音場の乱れは生じていないものの、振動子近
傍以外では感度が低下していた、これが図５では、音場
の乱れを生じさせないままで、被検体の深さ方向のほぼ
全域で感度を上昇させている。

【００２４】以上のように、焦点距離が診断領域の最短
深さ方向の距離に比べ十分短い凸型音響レンズを用い、
診断領域において超音波ビームを幅方向に対し拡散さ
せ、かつ幅方向に機械的に揺動させ、受波を開口合成す
ることにより、深さ方向に連続的に受波感度を向上させ
ることが示された。

【００２５】なお、上記において、幅方向の揺動とし
て、円弧状を揺動する場合を示したが、幅方向に直線上
に揺動させても同様の効果がある。また、幅方向に送波
を拡散させる方法として、焦点距離を診断領域の最短深
さ方向の距離に比べ十分短い凸型音響レンズを用いる場
合を示したが、凹型音響レンズにより超音波ビームを幅
方向に対し拡散させても同様の効果がある。すなわち、
超音波拡散用の音響レンズを用いればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において、
整相加算したデータを診断画像用データとすることによ
り、幅方向に開口合成を行い、幅方向の受波感度を深さ
方向に連続的に向上させ、かつ配列方向に電子フォーカ
スを行い、配列方向の送受波の強度を向上させる。この
ように配列方向に電子フォーカスさせつつ、幅方向に開
口合成することにより、送受波強度を電子フォーカス法
と同等とし、かつ受波感度を電子フォーカス法以上とす
ることにより診断画像の画質を向上させる超音波診断装
置の提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る振動子アレイを幅方向
に揺動させつつ、送受波を行う原理図である。

【図２】本発明の一実施例に係る振動子アレイを幅方向
に揺動させつつ、送受波を行うブロック構成図である。

【図３】本発明の一実施例に係る振動子アレイ駆動部の
構成図である。

【図４】焦点距離２０ｍｍ、揺動なしの場合の超音波振
動子の受波の感度分布のシュミレーション結果を示す図
である。

【図５】本発明の一実施例に係る、焦点距離２０ｍｍ、
揺動ありの場合の超音波振動子の受波の感度分布のシュ
ミレーション結果を示す図である。

【図６】焦点距離８０ｍｍ、揺動なしの場合の超音波振
動子の受波の感度分布のシュミレーション結果を示す図
である。

【図７】焦点距離８０ｍｍ、揺動ありの場合の超音波振
動子の受波の感度分布のシュミレーション結果を示す図
である。

【符号の説明】

２１振動子アレイ駆動部２３配列方向の焦点合成処理部２５エコーデータメモリ部２６幅方向の整相加算部２７揺動制御部２８揺動制御データメモリ部３０振動子アレイ３１配列方向３２幅方向３３焦点距離方向３４モータ３５エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】幅方向に所定長を有する超音波振動子を
配列方向に複数配設する振動子アレイを備える超音波診
断装置において、前記幅方向に前記振動子アレイを機械的に揺動させるア
レイ揺動手段と、前記各超音波振動子の焦点距離を短距離とし、この超音
波振動子の送波を幅方向にフォーカスさせる近傍フォー
カス手段と、前記振動子アレイの送受波を配列方向に電子フォーカス
させる電子フォーカス手段と、前記アレイ揺動手段により前記振動子アレイを揺動させ
つつ、前記近傍フォーカス手段及び前記電子フォーカス
手段を用い被検体に送波を放射する送波手段と、前記振動子アレイの揺動位置毎に被検体からの反射波を
受波し、この複数の受波の位相を同期させた後加算する
整相加算手段と、を備えることを特徴とする超音波診断装置。