JPS6031738A - 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、特に距１１１分解能の高い超
音波診断画像を表示することの可能な超音波診断装置に
関する。

背景技術 近年、被検体に向は超音波を送受波し、これ＆こより得
られるエコー信号をＣＲＴ上に画１象表示する装置が周
知であり、ＣＲＴ画面上に表示される画像から被検体の
各種内部情報を得ることができるため、各種の診断用ど
して幅広く用いられている。

第１図には、このような超音波診断装置の基本原即が示
されており、この装置は、振動子１ｏがら被検体１２に
向番ノ超音波パルス５（ｔ）の送波を行っている。この
ように送波された超音波パルス５（ｔ）は、被検体１２
内部を伝搬して行き、被検体１２内の音響インピーダン
スの異なる各境界面ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ　・・・で次々
と反射され、エコー信号ｅ（［）として振動子１０に戻
ってくる。

従って、このエコー信号ｅ（ｔ）を検出し、これに所定
の画像処理を施しＣＲＴ上に表示すれば、被検体内の音
響特性分布を画像として表示することができ、ＣＲＴ上
に表示された画像パターンから被検体１２内部に存在す
る異常の有無及びその位置を知ることができる。

このような異常の有無等の判断は画像の距離分解能が高
い程確実に行うことが可能であり、このため、従来より
、得られる画像の距離分解能を高めるための各挿装Ｕの
開発実用化が行われている。

このような装置の１つとして、例えば振動子１０が受波
したエコー信号ｅ（ｔ　）からキャリア周波数を除去す
る所定の検波を行った後、該エコー信号に所定の微分処
理を行い」−コー信号の距離分解能を高めるものが知ら
れ′Ｃいる。

しかし、一般に振動子１０から送波される超音波パルス
５（ｔ）は、第１図に示づように所定の振動子のインパ
ルス応答波形を呈する。このような超音波パルスｓＢ）
による距離分解能は、超音波パルスＳ（ｔ　）の波形に
より決定されてしまうという欠点があった。従って、こ
のような従来の超音波診断装置では、超音波パルスＳ（
［）のパルス幅以下にまで接近した２つの反射体からの
エコー信号は、全く　１つにまとまつ−（観測され、こ
のエコー信号を微分しても両反射体からの信号を分離す
るほどの十分な距離分解能を得ることができずその有効
な対策がめられていた。

このため、従来の超音波診断装置では、高い分解能の診
断画像を必要とする場合には、振動子１０に波長の短い
高周波数の振動子を用いていた。

このようにすることにより、振動子１０から送波される
超音波パルスｓＢ　）はそのパルス幅が短くなるため、
得られるエコー信号ｅ（【）の距離分解能が相対的に向
上し、高い分解能の診断画像を得ることが可能となる。

しかし、一般に生体内部では高い周波数の超音波は低い
周波数の超音波に比べその減衰率が大きいため、このよ
うな高周波超音波パルスを用いると生体深部で十分な感
皮を得ることができず、得られるエコー信号ｅ（ｔ　）
のＳＮ比が低下し、生体深部の該１！７ｉ層画像を青る
ことができないという問題があった。

発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされものであ
り、その目的は、距離分解能及びＳＮ比の優れた超音波
診断装置を得ることが可能な超音波診Ｉｇｉ装置を提供
することにある。

発明の構成 前記目的を達成するため、本発明の装置は、被検体に向
は超音波を送受波し得られるエコー信号に基づき被検体
の診断画像を表示する超音波診断装置において、エコー
信号を遅延処理しこれを一定時間間隔で遅延された複数
の遅延信号として出力する遅延回路と、各遅延信号に所
定の重み付り処理を行う重み付は回１１７と一１ｍみ、
イリけされた各遅延信号を加算出力する加算器と、を含
むエコー信号のデコンボルーション回路を備え、エコー
信号から距離分解能の高い画像信号を得ることを特徴と
する。

実施例 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

１勇１１すＬ 前記第１図において、振動子１０から被検体１２に向は
超音波パルスＳ（ｔ　）を送波する。ここにおいて、超
音波パルスｓ（ｔ　）−に対する被検体１２内の各境界
面ａ、’ｂ、ｃ、ｄ、ｅ；・・・におｔｊる反射系列を
ｒ（ｔ　）とし、被検体１２内で超音波パルス５（ｔ）
が変化しないと仮定すると、被検体１２から得られるエ
コー信号ｅ（［）は次式に示づごとく、反射系列ｒ（ｔ
’）と超音波パルスＳ（［）のコンポルージョンを以て
近似される。

ｅ（ｔ　）＝　Ｎｔ　）＊　Ｓ（１）　−（１）ただし
、４；はコンポルージョンを表わす。

該第（１）式を、フーリエ変換し、対応する各関数を大
文字で表わすと、前記第（１）式は次式Ｆ　（ｆ　）＝
Ｒ（ｆ　）Ｓ（ｆ　）　・・・　（２）をもって表わさ
れ、従って、反射Ｍ列Ｒ＜ｆ）は次のようにしてめるこ
とができる。

ＲＣｆ＞−Ｅ（ｆ’）　・・・　（３）Ｓ　（ｆ　） このような手法は一般にデコンボルーションと呼ばれる
。

本発明の特徴事項は、このＪ：うなデコンボルーション
の手法を超音波診断装置に適用したことにあり、前記第
（３）式により１ｑられるＲ（ｆ）を逆フーリエ変換す
ることにより、超音波パルス５（ｔ）の送波に対する被
検体１２の反射系列ｒ（【）を得ることができる。従っ
て、このようにして得られたｒ（ｔ）を画像信号として
用い被検体の診断画像を表示すれば、超音波パルスＳ（
【）のパルス幅に制限されることなく、距離分解能に優
れた診断画像を得ることが可能となる。

また、本発明によれば、高周波の超音波パルスｓ（ｔ　
）を使用することなく距離分解能の高い診断画像を得る
ことができるため、超音波の減衰による影響の大きな被
検体深部からもＳＮ比及び距離分解能の高い７診断画像
を得ることが可能となる。

ここにおいて、実際の装置では、超音波パルス５（ｔ）
及びエコー信号ｅ（ｔ　＞がノイズの影響を受１）る。

このようなノイズの影響を除去Ｊるため、第（３）式の
Ｒ（［）から所定の帯域のＲ（ｒ）だ【プを取出す窓関
数Ｗ（ｆ）を用い、Ｒ（ｌを次式 に基づきめることが好ましい。

従つ°Ｃ１予めＳ（「）を実測によりめておき、更にノ
イズを考慮して窓関数Ｗ（ｆ）を定めておくことにより
、得られるエコー信号Ｅ　（ｆ　）に基づき被検体１２
の反射系列Ｒ（ｆ）をめることができる。そして、この
ようにしてめたＲ　＜ｆ　）を逆フーリエ変換すれば請
求める反射系列ｒ（ｔ）を得ることができ、距離分解能
及びＳＮ比の高い良好な診断画像を得ることが可能とな
る。

実験データ 次に、前述した本発明の原理を、５Ｍ　ｌ−Ｉ　Ｚ　、
　２０ｍｍφの凹面振動子１０を用いて確認した実験デ
ータを説明する。

第２図には、前記振動子１０から送波される超音波パル
スｓ（ｔ　）が示されており、実施例において、このｓ
（ｔ　）は、振動子１０を水中におきその焦点（振動子
より１３ｃｍ）に置かれた平板の完全反射体に向は超音
波を送波し、このとき該完全反射体から得られたエコー
を２０ｎｓの周期でリンプリングしめたものである。

第３図は、第２図に示す超音波パルスｓＢ　）をフーリ
エ変換して得られたＳ（［）の周波数スペクトラムであ
る。

第４図は、水中において、振動子１０の焦点に被検体１
２として厚さＩＣｌ１ｌのアクリル板を置き、この被検
体１２に向は振動子１０から超音波パルスｓ（、ｔ）を
送波した場合に被検体１２の前面及び後面から得られる
エコー１８号ｅ（【）である。

第５図は、第４図に示すエコー信号ｅＢ）をフーリエ変
換して得られるＥ　＜ｒ　）の周波数スペクトラムぐあ
る。

このようにしてめた第３図及び第５図のＳ（「）及びＥ
　（ｆ　）の雑音レベルを考慮し、５（ｆ）及びＥ（［
）から所定の帯域の信号を取り出ず窓関数Ｗ（ｆ）を決
定する。

第６図には、このような窓関数Ｗ（ｆ’）を用いてめＩ
ｃＷ　＜ｆ　）　／Ｓ’（ｆ　）の周波数スペクラムで
ある。

従って、Ｍ５図に示すＥ　（ｆ　）と第６図に示すＷ（
ｆ）／５（ｆ）を掛は合わせることにより、前記第（４
）式に示ずＲ（ｆ　）をめることができる。

第７図には、このようにしてめられたＲ（１＞の周波数
スペクラムが示されており、第８図には、第７図に示す
Ｒ（ｆ　）を逆フーリエ変換してめた反射系列ｒ（ｔ　
）が示されている。

このＪ：うにしてめられた反射系列ｒ（ｔ）は、第８図
に示すごとく、小さなパルス幅を有し、第４図に示す反
射エコーｅ（’ｔ’）、Ｊ：り高い分解能を示している
。

従っＣ１予め第３図に示ずＳ（、ｆ）及びノイズを考慮
した窓関数Ｗ（ｆｌをめておぎ、前記第（４）式に基づ
きエコー信号Ｅ（ｌをデニ１ンボルーション処理してＲ
＜ｔ　＞をめ、更にこのＲ（ｆ）を逆フーリエ変換ツる
ことにより、エコー信号ｅ、（ｔ　）より高い分解能を
もった被検体１２の反則系列ｒ（ｔ）を得ることが可能
となる。

具体的実施例 第９図には、本発明の超音波診１１ｉ装置の好適な実施
例が示されている。

実施例の装置は、振動子１０のフォーカシング調整を行
うフォーカス回路及び振動子１０の電子切替走査を行う
切替回路を含むスキｔ・ノー１６を有し、オシレータ回
路１８からスキャノ１６に超音波パルス送信繰返し周期
を定めるトリガーパルスが入力されると、このスキャナ
１６は該トリガーパルスの入力に周期して振動子１０を
励振制御し被検体１２に向は超音波パルスｅ（ｔ）の送
波を行う。

このようにして送波された超音波パルスｅ（、ｔ）は、
被検体１２の内部を伝搬する途中で音響インピーダンス
の異なる各境界面で次々と反射される。

そして、その反射エコーｅ（ｔ）は振動子１０で受波さ
れ、ここで電気信号に変換され、更にスキＶす１６内に
設【ノられたフォーカス回路を介して本発明の特徴的構
成要素であるデコンボルーション回路２０に入力される
。

本発明の装置にＪ３いて、このデコンボルーション回路
２０は、エコー信号を遅延処理しこれを一定の間隔で遅
延された複数の遅延信号として出力する理Ｍ回路と、各
遅延信号に所定の重み付は処理を行う重みイ」け回路と
、重みイＪｉｔされた各遅延信号を加算比ツノする加算
器とを含み、これら回路を用いて入力されたエコー信号
ｅ（ｔ　）をデコンボルーション処理し、これにより得
られた信号ｒ（ｔ）を増幅器２２に向は出力している。

このようにして増幅器２２に入力された信号ｒ（ｔ）は
、ここで所定の増幅率をもって増幅された後、検波回路
２４を介してメモリ２６に入力ここにおいて、本発明の
特徴事項であるデコンボルーション回路２０は非再帰型
と再帰型の２種類に大別して考えることができる。

以下に、このデコンボルーション回路２０の好適な実施
例を説明する。

デコンボルーション回路の第１実」」 第１０図には、非再帰型のデコンボルーション回路２０
の好適な実施例が示されており、実施例の回路は、スキ
ャナ１６から出力されるエコー信号ｅＢ　）をそのまま
遅延回路３０に入力し、エコー信号ｅＢ）の非再帰型デ
コンボルーション処理を行っている。

ここにおいて、前記遅延回路３０は、入力されたエコー
信号ｅ（［）に所定の遅延処理を施し、エコー信号ｅ（
ｔ）をそれぞれ一定時間間隔てで遅延した複数の遅延信
号ｅ（を−τ）、ｅ（ｔ−、ｚτ）・・・　ｅ（ｔ−ｎ
τ）として重み付り回路３２に向は出力している。

市みｆζ１け回路３２は、図示しない制御回路からの信
号に基づき各遅延信号に対応した複数の重み付は信号ａ
１、ａ２・・・　ａｎを出力する重みｆ］け器３４と、
これら重み付は信号と遅延回路３０の出力する各遅延信
号とを乗界する複数の乗算機３６−１．３６−２・・・
　３６−ｎとを含み、遅延回路３０から化ツノされる遅
延信号に所定の重み（＝Ｉけ処理を行っている。

そして、このようにして重み付は回路３２から出力され
る重みイ］りされ１＝各遅延信号は加算器３８にて加算
され、デンコンボルーションされた画像信＠ｒ（ｔ）と
して増幅器２２に向は出力される。

従って、加算器３８から出力される信号ｒ（ｔ　）は次
式 をもって表わされることになる。

ここにおいて、前記第（５）式の両辺をフーリエ変換す
ると、 この第（６）式を前記第（４）式と比較すれば、の関係
が得られ、この第（７）式で、表わされるＷ（ｆ　）／
Ｓ　（ｆ　）を逆フーリエ変換１”ることによりａｉを
めることができる。

従って、Ｗ（ｒ）／Ｓ＜ｆ）をめておき、これを逆フー
リエ変換することによりデコンボルーションに必要なａ
ｉを予めめることができ、このようにしてめたａｉを重
み付は器３４から出力することにより、加算器３８から
出力される前記第（５）式の信号ｒ（ｔ＞は、エコー化
＠　ｅ（ｔ　）をデコンボルーション処理したものとす
ることかできる。

従って、本実施例の装置によれば、予め重み付ｔノ器３
４から出力される重み付けａｌ、ａ２、ａ３、・・・を
Ｗ（ｒ）／Ｓ’（ｆ）の逆フーリエ変換によりめておく
ことにより、入力されるエコー信号ｅ（ｔ　）を自動的
にデコンボルーション処理し分解能の高い画像信号ｒ（
ｔ　）として出力し、ＣＲＴ’　２８上に距離分解能及
びＳＮ比に優れた診断画像を表示することが可能となる
。

デコンボルーション回路の　２ まＩこ、第１１図には再帰型のデコンボルーション回路
の好適な実施例が示されている。

実施例の回路は、スキャナ１６の出力するエコー信号ｅ
（ｔ）から加算器３８の出力信号を減算する減算器４０
を含み、該減算器４０から出力される信号「（ｔ）を遅
延回路３０に入力し、エコー信号ｅ（ｔ　）の再帰型デ
コンボルーション処理を行っている。

ここにおいて、遅延回路３０は、人力された信号ｒ（［
）に対し所定の遅延処理を施し、こｆしを一定時間間隔
てで遅延した複数の遅延信号ｒ（を−τ）、ｒ（ｔ　−
２τ〉　・・・　「（を−ｎτ）として化ツノする。

このようにして出力された各遅延信号は重み４＝Ｊけ回
路３２により所定の重み付は処理が行われ、重み付けさ
れた各遅延信号は加算器３８から次式に示す加算信号と
して出力される。従って、エコー信号ｅ（ｔ　）からこ
の加算器３８の出力を減算する減算器４０の出力化＠　
ｒ（ｔ　）は、次式をもって表わされ、この第（９）式
の両辺をフーリエ変換すると、 となる゛。

このようにしてめられた前記第（１０）式をＲ（［）に
ついて整理すると、その値は次式となり、ここにおいて
、該第（１１）式を前記第（４〉式と比較すると、両式
の間には次式に表わす関係が成立する。

従って、本実施例のデコンボルーション回路においても
、予めＳ（１＞／Ｗ（ｒ）をめ、その値に基づき前記第
（１２）式を逆フーリエ変換してａｉをめ、このうにし
てめたａｉを重み付番ノ器３４から重み付は信号どして
出力することにより、エコー信号ｅ（ｔ）を自動的にデ
コンボルーション処理した分解能の高い信＠ｒ（ｔ）を
減算器４０から増幅器２２へ向は出力し、ＣＲＴ　２８
上に距離分解能及びＳＮ比の優れた診断画像を表示づる
ことが可能となる。

なお、振動子１０から送波される超音波パルスｓ（ｔ　
）は被検体１２内を伝搬り−る途中で所定の減衰や振動
子の音波のフＡ−カシングにより波形が変化する。従っ
て、本実施例の装置のごとく、スキャナ１６内にフォー
カス回路を設（）超音波パルス５（ｔ）のダイナミック
フォーカスを行うような装置では、その超音波パルスの
焦点距離に応じた重み角けをもってデコンボルーション
処理を行うことが必要となる。

このため、前記第１０図及び第１１図に示す各重み付は
器３４は、超音波パルス５（ｔ）のダイナミックフォー
カスに連動して重み付は定数ａ１、ａ２、・・・　の値
の切替を行い、超音波パルスＳ（［）の焦点距離と整合
した重み付は処理が可能となるよう形成されている。

従って、本実施例の装置では、被検体１２内の浅部から
深部にかけて得られる各エコー信号に最適なデコンボル
ーション処理を施すことが可能となり、その結果ＣＲＴ
２８上に優れた分解能でかつＳＮ比の良好な診断画像を
表示することが可能となる。

また、本発明の装置では、高分解能の診断画像を得るた
めに、従来の装置のごとく、高周波の超音波パルスを用
いる必要がないため、被検体１２内にお【ノる減衰が少
ない通常周波数の超音波パルスを用い、被検体１２の深
部の診断画像をＳＮ比及び分解能の優れた画像として表
示することができる。

１里１■１１１４ 以上説明したように、本発明の装置によれば、超音波ビ
ームの送受波により得られる」エコー信号をデコンボル
ーション処］！ｌ！ツることにより、距離分解能が高い
良好な診断画像を得ることができる。

更に、本発明の装置によれば、減衰の大きな高周波超音
波パルスを用□いることなく距離分解能の高い診断画像
を得ることがでさるため、超音波の減衰が大きい被検体
深部からもＳＮ比及び距離分解能に優れた診断画像を得
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波パルスの送受波を示す説明図、第２図な
いし第８図は超音波の送受波により得られる実験データ
の波形説明図、 第９図は本発明の超音波診断装置の好適な実施例を示す
ブロック図、 第１０図及び第１１図は本発明の要部であるデコンボル
ーション回路の第１実施例及び第２実施例のブロック図
である。 １２　・・・　被検体 ２０　・・・　デコンボルーション回路３２　・・・　
重み付は回路 ３４　・・・　重み付は器 ３６　・・・　乗樟器 ３８　・・・　加算器。 出願人　アロカ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）被検体に向は超音波を送受波し得られるエコー信
   号に基づき被検体の診断画像を表示する超音波診断装置
   において、エコー信号を遅延処理しこれを一定時間間隔
   で遅延された複数の遅延信号として出力する遅延回路と
   、各遅延信号に所定の重みイ１け処理を行う重み付は回
   路と、重み付けされた各遅延信号を加葬出力する加算器
   と、を含むエコー信号のデコンボルーション回路を備え
   、エコー信号から距離分解能の高い画像信号を得ること
   を特徴とする超音波診断装置。 （２、特許請求の範囲（１）記載の装置において、デコ
   ンボルーション回路は、エコー信号を直接遅延回路に入
   力しエコー信号の非再帰型デコンボルーション処理を行
   うことを特徴とする超音波診断装置。 （３）特許請求の範囲（１）記載の装置において、デコ
   ンボルーション回路は、エコー信号から加飾器の出力を
   減算する減算器を含み、減算器７））ら出力されるエコ
   ー信号を遅延回路に入力し、１コ一信号の再帰型デコン
   ボルーション処理を行うことを特徴とする超音波診断装
   置。 （４）特許請求の範囲（１）ないしく３）の０ずれかに
   記載の装置において、重み付は回路Ｉよ、超音波のダイ
   ナミックフォーカスに連動して重みイ１け処理の切替制
   御を行うことを特徴とする超音波診断装置。