JPS6148946B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は超音波診断等に用いられる電子走査式
超音波断層映像表示装置の表示方法に関し、さら
に詳しくは、平面型電子走査式超音波断層映像表
示装置を用いて疑似三次元像を得られるようにし
た改良された表示方法に関する。 以下、まず超音波診断装置の概略を説明し、次
に本発明について実施例をもとに詳細な説明を行
なう。 超音波診断装置は、圧電結晶や圧電セラミツク
などからなる圧電振動子を用い、この圧電振動子
を被検体に接触させかつ圧電振動子に電気的パル
スを加えることによつて超音波パルスを発生さ
せ、この超音波パルスを被検体内に伝搬せしめ、
被検体内の音響インピーダンスの差異によつて発
生する反射音波を同じ振動子または近接する他の
振動子によつて電気信号に変換し、この信号をも
とに、体内の超音波像をモニターデイスプレイ上
に表示するものであり、これは丁度、レーダや超
音波ソーナと同一の原理によるものである。 次に表示方法としては、得られた情報を表示装
置に信号波形として表示するＡスコープ表示方
法、あるいはこのＡスコープ信号をモニターデイ
スプレイ上で輝度信号としてＺ軸に入力し、Ｘ軸
には音波の戻つてくる時間で決る位置を、Ｙ軸に
は振動子の相対的な位置を情報として入力するこ
とにより音波の通過する平面で切つた断層像を表
示するＢスコープ表示方法、あるいはその他に振
動子を平面上にマトリクス状に複数個ならべ、振
動子の相対位置をＸ，Ｙ軸に位置情報として入力
し、かつＺ軸には超音波パルスの放射より一定時
間後の反射信号のみをゲート回路で抜き出すこと
により、振動子よりの一定の深さに相当する情報
のみを抜き出して表示する方法がある。以下、上
記した様なマトリクス状の振動子を用い、しかも
一定の深さの断層映像を抜き出す走査方法を平面
走査方法と呼ぶ。 本発明は、以上説明した表示方法のうちでも特
にＢスコープ表示および平面走査方法を用いた表
示方法に関するものであり、以下それぞれの表示
方法について、従来例および本発明による実施例
を詳細に説明する。 まずＢスコープ表示方法とそれを用いた本発明
の表示方法を説明する。 第１図は従来より使用されているＢスコープ表
示平面型電子走査式超音波断層映像表示装置の全
体構成図を示すもので、図において、縦横にＮ個
ずつ配されたN²個の圧電振動子群１０２は、被
検体１０１に密着されており、圧電振動子よりの
超音波が被検体１０１へと伝搬され、かつ被検体
１０１内の音響インピーダンスの差等によつて反
射される音波が圧電振動子群１０２に戻る。また
圧電振動子群１０２はN²個の電子スイツチ群１
０３に接続されており、かつN²個の電子スイツ
チ群は振動子駆動回路１０６およびリミツター１
１０に接続されている。従つて、電子スイツチ群
１０３のうちの導通している部分に接続されてい
る振動子駆動回路１０６よりの高周波電気パルス
が供給され、かつ被検体１０１よりの信号が電子
スイツチ群１０３を通り、リミツター１１０に入
力される。次に電子スイツチ選択回路１０４は
N²個の電子スイツチのうちの所定の電子スイツ
チだけを選び、Ｘ軸もしくはＹ軸方向に、駆動さ
れる振動子を次々にずらして圧電振動子群１０２
の走査を行わせるものである。すなわち、原振用
クロツクパルス発振器１０５よりのクロツクパル
ス電子スイツチ選択回路１０４に入力されると、
後述する例えばＸ軸方向の走査回路によつて所定
の電子スイツチが閉じ振動子駆動回路１０６より
の高周波電気パルスを所定の振動子に供給する。
供給された高周波電気パルスによつて発生した超
音波パルスは被検体１０１内へ伝搬され、被検部
に当つて反射波を生じ、再び所定の振動子によつ
て電気信号に変換される。次に変換された電気信
号はリミツター１１０に入力される。このリミツ
ター１１０は、振動子駆動回路１０６よりの高周
波電気パルスが以後の回路に悪影響をおよぼさな
いように駆動パルスの大きさを制限してやるもの
である。次に信号は、不必要な低周波振動をおさ
えるためにフイルター１１１で低周波分を除去さ
れた後、TGC増幅器１１２に入力される。 被検体１０１内においては超音波が減衰するた
め、遠くの信号程その減衰が大きく信号レベルが
低下している。このため、TGC増巾器１１２は
遠くの信号すなわち到達時間の遅い信号ほど増幅
度が大きくなるように設定してある。よつて信号
は、TGC増幅器１１２を通過することにより等
価的に減衰のない信号となる。次にこの信号は、
信号レベルを圧縮する目的で対数増幅器１１３に
入力される。これは最終の信号表示器であるモニ
ターデイスプレイ１１５のＺ軸におけるダイナミ
ツクレンジが通常のブラン管等を使用した場合に
は振動子のダイナミツクレンジに比べてはるかに
狭いので、そのレベル差を埋めるため、対数増幅
器１１３が使用される。従つて、対数増幅器１１
３を通過した信号は入力と出力の関係が対数的と
なり、例えば１の入力に対して１の出力とすれ
ば、１０の入力に対してはlog１０の出力とな
る。次に信号は検波器１１４で検波された後、モ
ニターデイスプレー１１５のＺ軸に入力され、輝
度変調された信号として表示される。 一方、原振用クロツクパルス発振器１０５より
のクロツクパルスは、Ｘ軸掃引波形発生器１０８
のトリガとして入り、１個のクロツクパルスに対
して１個の三角波を発生させ、モニターデイスプ
レイ１１５のＸ軸へ入力される。また同じクロツ
クパルスは（Ｎ−ｎ＋１）分の１カウンタ１０７
で（Ｎ−ｎ＋１）分の１に分周された後Ｙ軸掃引
波形発生器１０９に入力され、Ｘ軸の場合と同様
に掃引波形を発生させる。よつてモニターデイス
プレイ１１５の表示面では（Ｎ−ｎ＋１）本のラ
スターが形成され、これと同期して上記した検波
器１１４よりの映像信号がＺ軸に印加されるの
で、モニターデイスプレイ１１５の表示面には振
動子群１０２のＸ軸方向のある行で被検体１０１
を切断した断層像が表示される。 次に図面をもとにＸ軸方向の走査をさらに詳し
く説明する。第２図には以後の説明を容易にする
ためＸ軸、Ｙ軸方向にＮ個ずつマトリクス状に配
された圧電振動子群１０２を示し、第３図には具
体的な走査方法を示す。第３図において、Ｎ×Ｎ
のマトリクス状に配された振動子のうちn²個の振
動子、例えばここではｎ＝２の場合、を選び計４
個の振動子を一組として、図示した様にＸ軸方向
に１列ずつずらしながら駆動させて２行分の走査
を行い、モニターデイスプレイ１１５上に１フレ
ーム分の映像信号を得る。なおここで、振動子を
１個ずつ駆動させないでn²個を一組として駆動さ
せるのは、振動子の面積が小さい場合におこる音
波の散乱をおさえ、できるだけ前方向に放射させ
るためである。 次に具体的な走査回路をあげてＸ軸方向の走査
を説明する。第４図には第２図に示したＮ×Ｎの
マトリクス状に配された振動子のうちのＪ行目だ
けに注目したものであり、ここでは説明を簡単に
するため、Ｘ軸方向には、３２個の振動子が配列
されているものとする。図において、圧電振動子
群４０１は電子スイツチ群４０２Ａ，４０２Ｂを
介して端子４０５に接続されている。２つの16進
カウンタ４０３Ａ，４０３Ｂの出力は電子スイツ
チ群４０２Ａ，４０２Ｂに接続され、２つの電子
スイツチ群４０２Ａ，４０２Ｂ内のそれぞれ１個
のスイツチを閉じるようになつている。また端子
４０８よりの信号は、電子スイツチ群４０２Ａ，
４０２Ｂのエネイブル端子に入力され、ハイの信
号の時だけ電子スイツチ群４０２Ａ，４０２Ｂの
動作を正常に行わせしめ、ローの信号の時には電
子スイツチすべてを開放状態にしてしまう。クロ
ツク入力端子４０７に入力されるクロツクパルス
はフリツプフロツプ４０４のトリガとして働き、
フリツプフロツプ４０４の出力を反転させる。ま
たフリツプフロツプ４０４および１６進カウンタ
４０３Ａ，４０３Ｂにはクリア入力端子４０６が
接続されており、端子４０６にクリアパルスが入
力されると、フリツプフロツプ４０４，16進カウ
ンタ４０３Ａ，４０３Ｂともにリセツトされる。
次に動作を説明すると、まづ端子４０６よりのク
リア信号によつて16進カウンタ４０３Ａ，４０３
Ｂフリツプフロツプ４０４をリセツトし、かつ端
子４０８にハイの信号が入力されると、振動子群
４０１のうち、１と２の振動子が端子４０５に接
続される。次にクロツクパルスが端子４０７に入
力されるとフリツプフロツプ４０４の出力が反転
するため、16進カウンタ４０３Ａ，４０３Ｂのう
ちカウンタ４０３Ａのみがカウントされ、この結
果、２と３の振動子が端子４０５に接続される。
この様にクロツクパルスが端子４０７に入力され
ると端子４０５と接続される振動子が以下に示す
様に次々と切り換わり、１行分の走査が行われ
る。 １と２，２と３，３と４，４と５，５と６，…
…３０と３１，３１と３２ 上記した様に切り換つていく振動子に切り換り
タイミングに同期して端子４０５より高周波電気
パルスを印加し、かつ被検体よりの信号を取り出
せば、モニターデイスプレイ１１５上に断層像を
表示することが出来る。 次にｙ軸方向に走査する行をずらす場合すなわ
ち表示する断層像の位置をずらす場合には、第１
図のスイツチ選択回路１０４に切換スイツチを内
蔵させ、希望するｙ軸方向の行すなわち希望する
断層像の位置を選択してやればよい。 以上、従来より使用されている平面型電子走査
式超音波断層映像表示装置におけるＢスコープ表
示方法について説明したが、本発明は、上記表示
方法をさらに改善し、自動的に等時間間隔で走査
平面を変化させて、三次元像を時間差による二次
元像の集まりとして表示し、疑似三次元像を得ら
れるようにしたものである。 以下、本発明による実施例について図面をもと
に詳細に説明する。第５図は、ｙ軸方向に等時間
間隔で走査平面を変化させるシフトレジスタを示
すものである。図において、５０１はＮビツトシ
フトレジスタ、５０２はＮ個の端子よりなる入力
端子、５０３はＮ個の端子よりなる出力端子、５
０４はクロツクパルス入力端子、５０５はモード
コントロール端子である。次に動作を説明する
と、シフトレジスタ５０１は入出力がパラレル動
作し、かつ入力端子は図に示した様に左端の２個
がハイに他はローにセツトされている。モードコ
ントロール端子５０５にハイの信号が入力されて
いる時にはシフトレジスタ５０１は動作せず、次
にモードコントロール端子にローの信号が入力さ
れると、出力端子５０３は左端の二端子のみがハ
イとなり他の端子の出力はローとなる。次にクロ
ツクパルス入力端子５０４よりクロツクパルスが
入力されると、出力端子５０３のハイとなる端子
が右に一個移動する。以下クロツクパルス入力端
子５０４にクロツクパルスが次々に入力される
と、ハイとなる２端子は右に１個づつ移動してい
く。ハイとなる２端子が右端まで移動した場合に
は、出力端子５０３のうち最右端の端子をハイに
する信号をモードコントロール端子５０５に入力
させると、シフトレジスタ５０１の動作が止り、
次にモードコントロール端子の信号がローにもど
つた時には、出力端子５０３は最初の状態すなわ
ち入力端子５０２側に設定した、左端２個の端子
のみがハイとなり他の端子はローとなる状態にも
どる。以上説明したシフトレジスタの出力端子５
０３を第４図に示した電子スイツチ群のエネイブ
ル端子に接続し、出力端子５０３がハイとなつて
いる行のみｘ軸方向に走査し、かつ１フレームも
しくは数フレームの時間単位でクロツクパルス入
力端子５０４にクロツクパルスを印加すれば、ｙ
軸方向の各行における断層像を時間差による疑似
三次元像として表示出来る。 次に平面走査方法とそれを用いた本発明の表示
方法を説明する。 平面型電子走査式表示装置におけるＢスコープ
表示方法をさらに改良し被検体の一定の深さにお
ける平面断層像を得られるようにしたのが平面走
査方法であり、まづ平面走査方法を用いた表示方
法について概略を説明すると、Ｎ×Ｎのマトリク
ス状に配されたN²個の振動子群のうち第３図に
示した場合と同様にn²個の振動子を選び、まずｘ
軸方向に左端より１列ずつずらして駆動し、n²個
の振動子が右端に到達したら今度はＹ軸方向に一
行ずらすとともに左端へもどり、同じ動作を繰り
返す。このようにして、左上から右下まで駆動す
る振動子を移動させることにより、１フレーム分
の信号を得ることが出来る。なおここで、ｘ軸方
向およびｙ軸方向の走査は、第４図および第５図
に示した走査回路を組合せれば容易に実現出来る
ものである。 次に、平面走査方法を用いた表示方法について
図面にもとづきさらに詳細に説明する。 第６図は、平面走査方法を用いた電子走査式超
音波断層映像表示装置の全体構成を示すもので、
図中、第１図と同一機能を有する部分には同一番
号を付すとともに説明を略す。図において、ｘ軸
方向およびｙ軸方向への駆動する振動子の移行の
タイミングは、（Ｎ−ｎ＋１）分の１カウンタよ
りなるｘ軸用クロツク発振器６０２およびＹ軸用
クロツク発振器６０３よりのクロツクパルスによ
つて決定される。すなわち、ｘ軸方向においては
n²個の振動子が一組となつて（Ｎ−ｎ＋１）回の
動作によつて左端から右端まで移動し、またｙ軸
方向にもn²個の振動子が一組となつて（Ｎ−ｎ＋
１）回の動作によつて上から下まで移動する。よ
つて原振用クロツク発振器１０５が（Ｎ−ｎ＋
１）個のクロツクパルスを送り出すごとにＸ軸用
クロツク発振器で１個のパルスを作り出す。また
同様にして、Ｘ軸用クロツクパルス発振器６０２
が（Ｎ−ｎ＋１）個のパルスを送り出すごとにＹ
軸用クロツク発振器６０３で１個のパルスを作り
出す。このようにして作り出されたＸ軸用クロツ
ク発振器６０２およびＹ軸用クロツク発振器６０
３よりのパルスは、それぞれＸ軸掃引波形発生器
１０８およびＹ軸掃引波形発生器１０９のトリガ
として入力され、モニターデイスプレイ１１５上
に（Ｎ−ｎ＋１）本のラスターを形成する。一方
被検体よりの反射波は、振動子群１０２の所定の
振動子で電気信号に変換された後、リミツター、
フイルター、TGC増幅器、対数増幅器、検波器
よりなる映像信号処理回路６０４によつてＢスコ
ープ表示方法の場合と同様の処理を受け、次にゲ
ート回路６０５に入力される。このゲート回路６
０５はある微少時間だけゲートを開き信号を通過
させるもので、ゲートを開く時間の決定は、モノ
マルチなどで構成されたパルス遅延回路６０６に
取付けられた可変抵抗器６０７の抵抗値を変化さ
せることによつて行い、ゲートを開く時間を適当
に遅延させることによつて被検体の任意の深さの
断層平面の超音波像を得ることが出来る。次にゲ
ート回路６０５を通過した信号は、モニターデイ
スプレイ１１５のＺ軸に入力され、輝度変調され
た信号として表示される。 本発明は、Ｂスコープ表示方法で説明した発明
と同一思想を持つものであり、上記平面走査方法
をさらに改善し、自動的に等時間間隔で走査する
断層平面を変化させて、三次元像を時間差による
二次元像の集まりとして表示し、疑似三次元像を
得られるようにしたものである。以下、本発明に
よる実施例について図面をもとに詳細に説明す
る。 第７図には、タツプ付遅延線を用いて被検体の
深さ方向に対して自動的に表示する断層平面を変
化させるようにした実施例を示す。図において、
７０１はタツプ付パルス遅延線、７０２は遅延線
のタツプ７０３の数と同数の電子スイツチを有す
る電子切換スイツチであり、スイツチ移行信号入
力端子７０５に入力されるクロツクパルスによつ
て次々と電子的にタツプ７０３の接続位置が切換
る。また切換位置表示装置７０８は電子切換スイ
ツチ７０２の切換部分の情報より、どの位置のタ
ツプに接続されているかを表示するものであり、
これはマニユアル信号入力端子７０６から手動の
信号で切換を行う場合などに非常に有効である。
なお７０４はパルス入力端子、７０７はパルス出
力端子である。 以上説明したパルス遅延回路を第６図のパルス
遅延回路６０６と置き換え、かつスイツチ移行信
号入力端子７０５に、１フレームもしくは数フレ
ーム単位の終了信号を入力させれば、モニターデ
イスプレイ１１５には、深さの次々と変化する断
層平面像が得られる。なおフレーム終了信号を作
り出す回路は特に記述しなかつたが、これは従来
技術を用いて容易に実現出来るものである。 以上、２つの実施例によつて説明した様に、本
発明は、被検体のある位置における断層図を得る
電子走査式超音波断層映像表示装置の表示方法に
おいて、断層面の位置を自動的に一定時間間隔で
移動させることによつて三次元像を時間差による
二次元像の集りとして表示して疑似三次元像を得
られるようにしたものであり、診断などにおいて
生体内の情報をより的確に把握する事が出来、非
常に効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｂスコープ表示平面型電子走査式超
音波断層映像表示装置の全体構成を示すブロツク
図、第２図，第３図は、走査方法の説明図、第４
図はｘ軸方向の走査回路を示すブロツク図、第５
図は、本発明に用いるシフトレジスタを示すブロ
ツク図、第６図は平面走査方法を用いた電子走査
式超音波断層映像表示装置の全体構成を示すブロ
ツク図、第７図は本発明に用いるタツプ付遅延線
の結線図である。 １０１……被検体、１０２……圧電振動子群、
１０３……電子スイツチ群、１０４……電子スイ
ツチ選択回路、１０５……原振用クロツクパルス
発振器、１０６……振動子駆動回路、１０７……
（Ｎ−ｎ＋１）分の１カウンタ、１０８……Ｘ軸
掃引波形発生器、１０９……Ｙ軸掃引波形発生
器、１１０……リミツター、１１１……フイルタ
ー、１１２……TGC増幅器、１１３……対数増
幅器、１１４……検波器、１１５……モニターデ
イスプレイ、４０１……圧電振動子群、４０２
Ａ，４０２Ｂ……電子スイツチ群、４０３Ａ，４
０３Ｂ……16進カウンタ、４０４……フリツプフ
ロツプ、４０５……信号入力端子、４０６……ク
リア信号入力端子、４０７……クロツクパルス入
力端子、４０８……端子、５０１……Ｎビツトシ
フトレジスタ、５０２……入力端子、５０３……
出力端子、５０４……クロツクパルス入力端子、
５０５……モードコントロール端子、６０１……
電子スイツチ選択回路、６０２……Ｘ軸用クロツ
ク発振器、６０３……Ｙ軸用クロツク発振器、６
０４……映像信号処理回路、６０５……ゲート回
路、６０６……パルス遅延回路、６０７……可変
抵抗器、７０１……タツプ付遅延線、７０２……
電子切換スイツチ、７０３……タツプ、７０４…
…パルス入力端子、７０５……スイツチ移行信号
入力端子、７０６……マニユアル信号入力端子、
７０７……パルス出力端子、７０８……切換位置
表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平面上にマトリクス状に配され、送受信を行
   う圧電振動子群を有し、前記圧電振動子群により
   受信した行単位（または列単位）の断層像を、等
   時間間隔で自動的、連続的に列方向（または行方
   向）に切り換えることにより、各行または各列に
   おける断層像を時間差による疑似三次元像として
   モニタデイスプレイ上に表示することを特徴とす
   る電子走査式超音波断層映像表示装置の表示方
   法。