JPH11104130A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置において、被検体内部の音速
不均一を考慮して送波フォーカシングが行えるようにす
る。 【解決手段】 探触子１の各振動子素子からの受信信号
をメモリ６に記録し、該記録された２つのチャンネルの
受信信号の相関に基づいて、被検体内部の音速不均一に
よる到達時間差を適応像再生遅延時間検出部７で求め
る。そして、適応像再生制御部８では、前記到達時間差
に応じた遅延が与えられるように、メモリ６からの読み
出し開始アドレスを各チャンネル毎にセットし、メモリ
６から読み出した受信信号を加算器９で加算させる。一
方、送波制御部２では、前記適応像再生遅延時間検出部
７で求められた遅延時間に従って、超音波ビームを形成
する複数の振動子素子の送波タイミングを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波ビームを走
査させることで被検体の診断部位について断層像を得る
超音波診断装置に関し、特に生体の不均一を考慮した受
波フォーカシング及び送波フォーカシングを行い得る超
音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置として、例えば図
３に示すような構成のものがあった。このものは、振動
子素子が複数配列され被検体内に超音波を送受信する探
触子１と、被検体内の所定位置にフォーカスする超音波
ビームを形成するのに必要な計算を行う送波制御部２
と、該送波制御部２で計算された所定の時間で超音波パ
ルスを発生する送波パルス発生器３と、探触子１への送
波信号と該探触子１からの受信信号を分離する送受分離
回路４と、該送受分離回路４で得られた受信信号をデジ
タル信号に変換した後に各チャンネル間で整相加算する
デジタル整相部１２と、超音波ビームの走査線毎の画像
データを表示装置用の画像データに変換するスキャンコ
ンバータ１０と、該スキャンコンバータ１０で変換され
た画像データを表示する画像表示装置１１と、を備えて
構成される。

【０００３】前記デジタル整相部１２は、受信信号をデ
ジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器５と、
該アナログ／デジタル変換器５で得られたデジタル信号
を時系列に全チャンネル分記録するメモリ６と、後述す
る適応像再生手段によって指定される読み出し開始アド
レスに従って順次メモリ６からデータを読み出して加算
する加算器９とから構成される。

【０００４】ここで、前記適応像再生手段は、前記メモ
リ６から２つのチャンネルのデータを読み出し、これら
２つのチャンネル間の信号の相関に基づいて遅延時間の
算出を行なう適応像再生遅延時間検出部７と、該適応像
再生遅延時間検出部７で算出された遅延時間に基づい
て、メモリ６に対して読み出し開始アドレスを指定する
適応像再生制御部８とによって構成される。

【０００５】前記適応像再生遅延時間検出部７は、２つ
のチャンネルの受信信号を相互相関法，位相検出法など
によって解析することで、各振動子素子への反射エコー
の到達時間差を求め、該到達時間差に対応する遅延時間
を設定するものである。尚、整相加算によって得られる
１次元の断層像のフォーカス具合が最適となるように前
記遅延時間を決定する最大輝度法と呼ばれる方法が用い
られる場合もある。

【０００６】このように構成された超音波診断装置にお
いては、生体内の音速が不均一であっても、その不均一
を考慮した精度の良い受波フォーカシングが可能となる
ものであり、かかる機能を一般に適応像再生と称してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のよ
うに構成された超音波診断装置においては、被検体内部
の音速の不均一を考慮したいわゆる受波フォーカシング
が行われるが、送波信号に関しては、被検体内部の音速
が均一であるとしてフォーカス点から各振動子素子まで
の距離のみで決定される遅延時間にて送波を行ってい
た。このため、被検体内部の音速に不均一な部分がある
と、超音波ビームの集束性が低下することになってしま
い、断層像の分解能が低くなってしまうという問題があ
った。

【０００８】超音波診断装置の装置全体における指向特
性は、送波の指向性と受波の指向性との相乗積になるの
で、適応像再生によって精度の良い受波フォーカシング
が可能になっても、送波フォーカシングの精度が生体内
の音速不均一により低下するため、最良の指向特性が装
置全体として得られていなかったものである。

【０００９】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、被検体内の音速不均一を考慮した受波フォーカシ
ング及び送波フォーカシングが行える超音波診断装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波診断装置は、振動子素子が複数
配列され超音波を送受信する探触子と、該探触子からの
受信信号を各チャンネル毎に遅延させて加算する整相加
算手段と、該整相加算手段で加算される受信信号の相関
に応じて前記整相加算手段における各チャンネル毎の遅
延時間を求める遅延時間検出手段と、を備えてなる超音
波診断装置において、前記遅延時間検出手段で求められ
た遅延時間に従って前記振動子素子における超音波の送
波タイミングを制御する送波制御手段を設けるようにし
たものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかか
る超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図であ
る。この図１において、探触子１は、機械的又は電気的
に超音波ビームを走査して被検体に超音波を送信及び受
信するもので、該探触子１には、超音波の発生源である
と共に反射エコーを受信する複数の振動子素子が配列さ
れている。

【００１２】送波制御部２は、後述する適応像再生遅延
時間検出部７からの信号と、撮像条件に応じたフォーカ
ス点とから、超音波ビームを形成する複数の振動子素子
の送波タイミングを生成する。

【００１３】送波パルス発生器３は、上記送波制御部２
において生成された信号に基づいて上記探触子１の各振
動子素子に対して駆動パルスを送出する。送受分離回路
４は、上記送波パルス発生器３からの信号を超音波を打
ち出せるよう増幅して探触子１に与え、その後信号線を
切り替えることで、探触子１からの受信信号をデジタル
整相部１２へ与えることができるように動作する回路で
あり、たとえばリレーからなる。

【００１４】デジタル整相部１２（整相加算手段）は、
上記送受分離回路４で得られた受信信号をデジタル信号
に変換した後、各チャンネル間で整相加算を行なうもの
であり、アナログ／デジタル変換器５，メモリ６，加算
器９から構成される。アナログ／デジタル変換器５は、
上記送受分離回路４で得られた各チャンネル毎の受信信
号をデジタル信号に変換するものである。メモリ６は、
アナログ／デジタル変換器５でデジタル信号に変換され
た受信信号を各チャンネル毎に時系列に記録するもので
ある。加算器９は、後述するように各受信信号毎に決定
される読み出し開始アドレスに従って前記メモリ６から
読み出された信号を加算するものである。

【００１５】一方、適応像再生遅延時間検出部７（遅延
時間検出手段）は、前記メモリ６に記録された２つのチ
ャンネルの信号の相関から、適応像再生のため遅延時間
を算出するもので、相互相関法、位相検出法、最大輝度
法などのアルゴリズムで前記遅延時間を算出する。ここ
で得られた各チャンネル毎の遅延時間は、適応像再生制
御部８及び送波制御部２において参照される。

【００１６】適応像再生制御部８では、前記遅延時間か
らメモリ６に記録された受信信号の読み出し開始アドレ
スを決定する。一方、送波制御部２では、適応像再生遅
延時間検出部７で得られた各チャンネル毎の遅延時間を
そのまま送波の遅延時間とする（送波制御手段）。

【００１７】加算器９は、前記決定された読み出し開始
アドレスに応じてメモリ６から順次データを読み出すこ
とで、各信号に遅延を与え、各チャンネル毎に遅延処理
されて読み出された受信信号を加算する。そして、スキ
ャンコンバータ１０は、加算器９から超音波ビームの走
査線毎に出力されるデータを断層画像のデータへ変換す
る。画像表示装置１１はスキャンコンバータ１０で作成
された断層画像を表示するもので、たとえばテレビモニ
タからなる。

【００１８】以下、このように構成された超音波診断装
置の動作を詳細に説明する。尚、超音波ビームの走査線
ｘ、深度ｙの点Ｆ（ｘ，ｙ）をフォーカス点として、超
音波ビームを複数の振動子素子の同時駆動によって形成
し、前記フォーカス点Ｆ（ｘ，ｙ）の超音波反射係数を
求める場合を例とする。

【００１９】従来の超音波診断装置では、被検体内部に
おける音速は均一であるとみなして動作しているので、
送波のタイミングはフォーカス点から各振動子素子まで
の長さだけに応じて決められている。たとえば、図２に
示すように、各振動子素子Ｅｌ〜Ｅ５からフォーカス点
Ｆ（ｘ，ｙ）までの距離を水中での音速で割った値Ｔ１
〜Ｔ５が、被検体内部が均一な媒体で構成されている場
合の各振動子素子Ｅｌ〜Ｅ５からフォーカス点Ｆ（ｘ，
ｙ）までの到達時間となる。そして、フォーカス点Ｆ
（ｘ，ｙ）までの距離が一番短い振動子素子Ｅ３を基準
としたとき、各振動子素子Ｅｎでは、Ｔｎ−Ｔ３の時間
だけ振動子素子Ｅ３よりも早く送波することで、各振動
子素子Ｅｎからの送信信号がフォーカス点Ｆ（ｘ，ｙ）
に到達する時間が等しくなり、送波フォーカシングが行
える。

【００２０】しかし、被検体内部の媒体に不均一な部分
が存在する場合には、図示したようにそれぞれの経路に
おける伝搬時間にＳｎの偏位が生じる。この時間偏位Ｓ
ｎを求める方法の一例を以下に説明する。

【００２１】フォーカス点Ｆ（ｘ，ｙ）からの超音波反
射波は、探触子１で受信された後、送受分離回路４，ア
ナログ／デジタル変換器５を経て、メモリ６に蓄えられ
る。ここで、前記メモリ６は、探触子１の受信素子数
（チャンネル数）と１走査線のデータの２次元配列の構
成をとる。尚、以下の説明のために、前記メモリ６上の
データをＭ（ｃｈ，ｔ）という配列で定義するものと
し、例えば、Ｍ（３，３０）は、チャンネル３で受信し
た受信開始から３０単位時間後の受信データ値を表わす
ものとする。

【００２２】適応像再生遅延時間検出部７では、適応像
再生のための遅延時間を求めるが、ここでは、代表的な
アルゴリズムとして相互相関法について説明する。基準
となる受信チャンネルをＳとし、遅延時間を求めたいチ
ャンネルをｉとすると、それぞれのデータは、Ｍ（Ｓ，
ｔ），Ｍ（ｉ，ｔ）となり、２つの相互相関値は、前記
チャンネルｉに与える遅延時間をτ_siとしたときに、 Ｒ（τ_si）＝∫Ｍ（Ｓ，ｔ）・Ｍ（ｉ，ｔ−τ_i ）ｄｔ で表わされる。

【００２３】ここで、相互相関値Ｒ（τ_si）が最大とな
るような遅延時間τ_siを求めて、基準となる受信チャン
ネルＳに対するチャンネルｉの遅延時間とする。図２に
おいて、たとえば、基準となる受信チャンネルＳをＥ
３、遅延時間を求めたいチャンネルｉをＥ４とすると、
振動子素子に到達する時間差、すなわち（Ｔ４＋Ｓ４）
−（Ｔ３＋Ｓ３）はτ₃₄となり、チャンネルＥ４はＥ３
に比ベτ₃₄だけ速く送波すれば良いことになる。かかる
演算をＥｌからＥ５までの各振動子素子について行うこ
とで、たとえ被検体内部の媒体に不均一の部分があって
も、フォーカス点Ｆ（ｘ，ｙ）では、各振動子素子から
の超音波が同時刻に到達することになる。

【００２４】一方、受信信号においては、各チャンネル
毎の遅延時間を求めた後、この遅延時間をメモリ６の読
み出し開始アドレスに変換する。そして、各チャンネル
に読み出し開始アドレスをセットし、順番にデータが読
み出され、加算器９においてデータが整相加算される。

【００２５】上記構成によると、各経路における媒体の
不均一を考慮した伝搬時間にて送波することができ、以
て、集束性の高い超音波ビームを発生させることができ
るので、受信側のフォーカシング（適応像再生）と相ま
って、装置全体の指向特性が改善され、分解能の高い断
層像を得ることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
被検体内部の音速不均一を考慮して、受波フォーカシン
グの精度を高めることができると共に、送波フォーカシ
ングの精度も同時に高めることができるため、装置全体
の指向特性が改善され、分解能の高い断層像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる超音波診断装置のシステム構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明における送波遅延処理の特性を説明する
ための図である。

【図３】従来の超音波診断装置のシステム構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１…探触子 ２…送波制御部 ３…送波パルス発生器 ４…送受分離回路 ５…アナログ／デジタル変換器 ６…メモリ ７…適応像再生遅延時間検出部 ８…適応像再生制御部 ９…加算器 10…スキャンコンバータ 11…画像表示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動子素子が複数配列され超音波を送受
   信する探触子と、該探触子からの受信信号を各チャンネ
   ル毎に遅延させて加算する整相加算手段と、該整相加算
   手段で加算される受信信号の相関に応じて前記整相加算
   手段における各チャンネル毎の遅延時間を求める遅延時
   間検出手段と、を備えてなる超音波診断装置において、 前記遅延時間検出手段で求められた遅延時間に従って前
   記振動子素子における超音波の送波タイミングを制御す
   る送波制御手段を設けたことを特徴とする超音波診断装
   置。