JPS6244228A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波を用いて被検体内の組織を診断する装置
、特に組織の超音波伝播速度（以下、音速という）を測
定することにより組織を診断する超音波診断装置に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

生体組織を診断する装置として、生体組織の音速を測定
することにより診断する超音波診断装置がある。以下に
その超音波診断装置の基本原理を第３図に従って説明す
る。

即ち、リニア電子スキャン用超音波プローブ（以下プロ
ーブという）１を用い、図示しない体表に接している超
音波送受信面２の一端Ａから体内へθ方向に超音波パル
スを発射する。すると超音波パル不は例えば肝組織中の
送波経路４を直進し点Ｐで反射した超音波は受渡経路５
を通り右端Ｂの超音波振動子（以下、振動子という）で
受信される。Ａ、Ｂ間の距離ｙは既知であるから経路４
．５を伝播する伝播時間ｔを測定すれば肝組織′中の音
速Ｃは Ｃ＝ｙ／（ｔ−８ｉｎθ）　　　　　　　　・（１）と
して求まる。

また、標準的な生体組織の音速をＣｏ　””　１５３０
ｍ／ｓとした場合、超音波ビームをθ。方向に放射する
にはプローブｌの隣接する各振動子間の遅延時間差τ０
を、 Ｔｏ　＝　（ｄ／Ｃｏ）　・ｓｉｎθ　　　　　　・・
・（２）となるように設定すれば良い。

もし生体組織の音速が００であれば超音波ビームはθ。

方向へ進むが一般にはＣ０とは限らすＣ０と異なる値Ｃ
である。このとき超音波の伝播する方向θはスネルの法
則から ｓｉｎ　θ／Ｃ＝ｓｉｎ　θｏ　／　Ｇ　ｏ　　　　　
　　−（３）で示される値となる。

ところで、前（１）式を用いて算出される音速Ｃは第３
図の伝播経路Ａ−Ｐ−Ｂに亘る平均音速であるため、実
際には体表層（脂肪層、筋肉層）の影響を受け、音速測
定値に誤差を生ずる。そこで本願出願人会社においては
、第４図に示すように送波用振動子群Ａの送波指向性と
受波用振動子群Ｂ。

Ｂ′との交差点Ｐ、、Ｐ、からの受信波形を収集し、２
つの波形のピークあるいは重心の現われる時刻の差から
体表層の影響を除去する方法が試みられている。この方
法を便宜上２ビーム法と称する。

しかしながら、肝表面が超音波送受波面に対して平行で
ない場合には、上記２ビーム法においても無視し得ない
誤差を生ずる虞れがある。なぜなら、被検体（人体）の
体表層の傾斜角に対する音速測定誤差の関係を示す第５
図より明らかなように、体表層の傾斜角が１０″以上と
なると１％以上の誤差を生ずるからである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目
的とするところは、被検体内における音速測定部位の表
面が超音波送受波面に対して平行でない場合であっても
、高精度なる音速測定を行うことができる超音波診断装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の概要は、それぞれ複
数の超音波振動子を配列して成る第１゜第２．第３．第
４の振動子群を備え、被検体に向って送波した超音波の
反射成分を基に被検体組織内における超音波伝播速度情
報を得て診断に供する超音波診断装置において、前記第
１の振動子群の超音波送波指向性と前記第２の振動子群
の超音波受波指向性との交差する第１の交差点よりの超
音波反射成分を前記第２の振動子群により受波し、前記
第１の振動子群の超音波送波指向性上であってこの超音
波送波指向性と前記第３の振動子群の超音波受波指向性
との交差する第２の交差点よりの超音波反射成分を前記
第３の振動子群により受波し、前記第２の振動子群の超
音波受波指向性上であってこの超音波受波指向性と前記
第４の振動子群の超音波送波指向性との交差する第３の
交差点よりの超音波反射成分を前記第２の振動子群によ
り受波することにより集取された受信エコーを取り込み
、取り込んだ受信エコーより超音波伝播速度を算出する
計算回路を具備することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例たる超音波診断装置のブロッ
ク図である。振動子アレイ１１は第３図のプローブの超
音波送受波面２に配列されており、励振パルスが加えら
れると超音波パルスを放射し、また、超音波が入射する
と電圧を発生して超音波を検出する。

振動子アレイ１１（Ｔ＋〜’Ｉ’＋ｚｓ）は振動子幅ａ
が０．６７１１のものが素子中心間隔ｄ＝０．７２ｎで
１２８素子直線上に並んでいる。これらの各振動子素子
に対する電気信号の送受はケーブル３内のリード線１２
を通して行われる。

２１はクロック発振器であり、例えば１０ＭＨｚの基準
クロックを発生し、それを分周して例えば４　ｋＨｚの
レートパルスを出力するものである。

１５はレートパルスを遅延する送信遅延回路、１４は遅
延されたレートパルスの入力に応じて励振パルスを出力
するパルサである。このパルサ１４より出力された励振
パルスはマルチプレクサ１３を介して振動子アレイ１１
中の所定の振動子に印加されるように成っている。１６
は振動子アレイ１１中の所定の振動子によって受波され
た超音波の受信エコーを所定時間遅延した後に合成して
出力する受信遅延回路であり、１９はこの受信遅延回路
１６の出力を増幅、検波する受信回路である。２２はこ
の受信回路１９の出力データを記憶するメモリであり、
２３はこのメモリ２２の記憶内容と前記受信回路１９を
介して新たに取り込まるデータとの関係で加算平均処理
を行う処理回路である。２４は加算平均処理結果の波形
解析を行う波形解析回路であり、２５はこの波形解析回
路２４の出力より波形のピーク値の時間を計測して超音
波の伝播時間を得ると共に、得られた伝播時間を基に音
速を算出する計算回路である。２６はこの計算回路２５
の計算結果を表示するディスプレイである。２７はシス
テム制御手段であり、ＣＰＵ　（中央処理装置）を中心
に構成されている。

このシステム制御手段２７は、予め定められたプログラ
ムに従い前記マルチプレクサ１３の動作制御、前記送信
遅延回路１５及び受信遅延回路１６の遅延時間の設定、
前記メモリ２２の書き込み読み出し制御、前記計算回路
２５の動作制御を司るものである。

次に、以上構成による実施例装置の作用について第２図
をも参照しながら説明する。

第２図は本実施例における超音波送受波の説明図である
。

システム制御手段２７の制御により送信遅延回路１５の
遅延時間が設定される。この遅延時間は隣接する各振動
子間における遅延時間差τ。が前（１１式の関係となる
ように設定される。そして、マルチプレクサ１３の切り
換え動作により、プローブのＡ点に属する振動子群（第
１の振動子群）とパルサ１４の出力端とが接続され、パ
ルサ１４より所定の時間差を有して出力される励振パル
スが前記Ａ点に属する振動子群に印加される。一方、シ
ステム制御手段２７の制御により受信遅延回路１６の遅
延時間が設定され、マルチプレクサ１３の切り換え動作
によりプローブのＢ点に属する振　。

動子群（第２の振動子群）と前記受信遅延回路１６の入
力端とが接続される。これにより、プローブのＡ点に属
する振動子群より被検体に向って送波された超音波の点
ｐｏ　　（第１の交差点）での反射成分がプローブのＢ
点に属する振動子群により受波され、その受信エコーは
受信遅延回路１６により送信の場合と同様の時間差を与
えられた後に合成されて出力される。この受信遅延回路
１６よりの受信エコーの合成出力は受信回路１９により
増幅、検波された後、メモリ２２に書き込まれる。プロ
ーブのＡ点、Ｂ点のそれぞれに属する振動子群を介して
上述した超音波送受波が複数回行われる場合には、処理
回路２３の作用により受信エコーの加算平均処理が行わ
れる。メモリ２２より読み出された受信エコーは波形解
析回路２４を介して計算回路２５に入力され、超音波の
送波より受波までの時間ｔ、の計測に供される。この計
測は受信波形のピークを検出することにより容易に行う
ことができる。

次に、システム制御手段２７の制御によりマルチプレク
サ１３が動作し、プローブのＤ点に属する振動子群（第
３の振動子群）と受信用遅延回路１６の入力端とが接続
され、プローブのＡ点に属する振動子群より送波された
超音波の点ｐ＋（第２の交差点）での反射成分がプロー
ブのＤ点に属する振動子群により受波される。そしてそ
の受信エコーは受信遅延回路１６により送信の場合と同
様の時間差を与えられた後に合成されて出力される。

受信エコーの合成出力は上記の場合と同様に受信回路１
９により増幅、検波された後、メモリ２２゜波形解析回
路２４を介して計算回路２゛５に入力され、超音波の送
波より受波までの時間ｔ２の計測に供される。

次に、システム制御手段２７の制御によりマルチプレク
サ１３が動作し、プローブのＥ点に属する振動子群（第
４の振動子群）とパルサ１４の出力端とが接続され、ま
た、プローブのＢ点に属する振動子群と受信遅延回路１
６の入力端とが接続される。そして今度はプローブのＥ
点に属する振動子群より送波された超音波の点Ｐ２　　
（第３の交差点）での反射成分がプローブのＢ点に属す
る振動子群により受波され、その受信エコーは上記の場
合と同様に受信遅延回路１６．受信回路１９゜メモリ２
２．波形解析回路２４を介して計算回路２５に入力され
、超音波の送波より受波までの時間ｔ３の計測に供され
る。

以上の超音波送受波において、Ａ点とＢ点との間の距離
はｙｌであり、Ａ点とＤ点との間の距離及びＢ点とＥ点
との間の距離はｙ２である。また、点Ｐ１とＰ２とは、
Ａ点とＢ点とを結ぶ線上の中心Ｏと点Ｐ０とを結ぶ線を
軸として対称となる位置関係にある。

ここに、点Ｐ０９点Ｐｌ１点Ｐ２は被検体内の肝実質に
おける超音波反射点であるが、同時に、プローブのＡ点
、Ｄ点、Ｅ点、Ｂ点のそれぞれに属する振動子群による
超音波送受指向性の交差点を意味するものである。

ここで、上述した超音波送受波により得られた時間１．
．１．を用い、１−ｔ２−ΔＬとし、次式の演算を実行
すれば超音波伝播経路Ｐ、−Ｐ。

−Ｐ、に亘る平均音速でを求めることができる（２ビー
ム法に相当）。

ただし、Δｙ予）’ｌ−’Ｉｔである。

しかしながら、第２図において斜線で示す境界面（肝表
面）が超音波送受波面に対して平行でないために、２組
の超音波伝播経路Ａ−Ｐ、−Ｂ及びＡ−Ｐ、−Ｄにおい
て、経路１−Ｋを音速Ｃ２で伝播する時間と、経路Ｊ−
Ｃ，を音速Ｃ，で伝播する時間とが異なり、この時間差
が誤差となる。

すなわち、 Δ１＝１．−１２ Ｃｔ　　　ＣＩ と表わした場合の２項目が誤差項となる。ただし、ＩＫ
＝ＪＧであり、ｔ　（ＰＩ　ｐｏ　ｐｚ　）は超音波伝
播経路ＰＩ　　Ｐｏ−Ｐｚにおける伝播時間であと表わ
すことができ、α＝０ならば誤差は０となり、αが大き
い程誤差は大きくなる。

そこで、本実施例装置においては時間ｊｌ＋ｔｆｆを用
い、それらの時間差をも算出する。時間差をΔｔ′とす
ると、 Δｔ’＝ｔ、−ｔ。

と表わされ、前（５）式と同様に２項目が誤差項となる
。ただし、ＮＱ＝ＭＬである。また、ＮＱは、と表わさ
れる。そして、得られたΔｔ、Δｔ′のの相加平均Δｔ
を次式の演算実行により算出する。

−Δｔ＋Δｔ　′ Δ　１＝　　□ ・・・（９） 算出されたΔｔは平均伝播時間を表わすものであるから
、前（４）式中のΔｔの代わりにΔｔを用いて音速推定
値でを算出する。すなわち、演算式はと表わされる。

上述したところのΔｔ、Δｔ′の算出、Δｔ。

Δｔ′の相加平均処理（前（９）式）、音速推定値での
算出（前（１０）式）は全て計算回路２５によって行わ
れ、最終的に得られた音速推定値ではディスプレイ２６
に表示される。表示された音速推定値では以下のシミュ
レーション結果より明らかなように、体表層の傾斜角に
起因する音速測定誤差が極めて小さく、信頼性の高い値
となる。

次に、本願発明者の行ったシミュレーション結果につい
て説明する。

ここで先ず、１＞（ｔａｎα）　（ｔａｎθ）とし、前
（５）ｌ（７Ｌ　ｆ９）式それぞれの２項目を評価する
。前（５）式における誤差をε（、）　　とし、前（６
）式を前（５）式に代入すると、 となる。同様に前（７）式における誤差ε（、）　は、
Ｃ＋　　Ｃｔ　　１−（ｔａｎα）　（ｔａｎθ）　　
ｃｏｓθε（、）　の誤差が相殺され、 ε（、）　陶０　　　　　　　　　　　　　　・・・（
１３）となる。

以上の考察では境界面での音波の屈折を無視したが、そ
れを考慮したシミュレーション結果でもその影響は極め
て小さい。例えば、ｙ、＝５７．６鶴、）’ｚ　＝１７
．２８１ｍ、Ｃ＋　＝１４３０ｍ／ｓ。

θ＝　１２．５°、α＝２０’の場合に、第２図の交差
点Ｐ、を用いた２ビーム法によれば、前（４）式により
得られる音速値での誤差ε１は、 となり、同様に交差点Ｐ２を用いた場合の音速値での誤
差ε２は、 となる。一方、本実施例装置における、音速値の誤差ε
３は、 となり、屈折を考慮しても本実施例装置の場合、十分小
さな誤差となる。この値は実用上全く問題とはならない
値である。

以上のシミュレーション結果より明らかなように、本実
施例装置にあっては、被検体の体表層の傾斜角に起、因
する音速測定誤差が極めて小さく、従って、音速測定部
位たる肝表面が超音波送受波面に対して平行でない場合
であっても、既述した２ビーム法とは異なり高精度なる
音速測定を行うことができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の
範囲内で適宜に変形実施が可能であるのはいうまでもな
い。

例えば上記実施例においては伝播時間Δｔ。

Δｔ′の相加平均処理（前（９）式）を行い、その処理
結果を基に音速推定値でを算出するものについて説明し
たが、伝播時間Δｔ、Δｔ′のそれぞれについて先ず前
（４）式を用いて平均音速でを算出し、その算出結果を
相加平均するようにしても良い。

この場合の相加平均値は前αω式により得られる平均音
速でに等しくなり、上記実施例と同様音速測定誤差が小
さく信頬性が高い。

また、第２図の交差点Ｐ、、Ｐ、と同じ深さで且つ互い
に対称となる位置関係にある対の交差点を新たに加えて
、それらの全ての相加平均より音速を推定するようにし
ても良い。

上記実施例においては例えばＡ点に属する振動子群より
超音波を送波し、交差点Ｐ０からの反射波をＢ点に属す
る振動子により受波するという説明をしたが、ここで説
明している超音波送受波関係は全（対称であり、Ｂ点に
属する振動子群より送波し、Ａ点に属する振動子群によ
り受波するようにしても良い。

さらに、上記実施例においては隣接する各振動子間にお
ける遅延時間差τ。が前（１）式の関係となるように送
信遅延回路１５及び受信遅延回路１６の遅延時間を設定
したが、超音波ビームの焦点距離Ｆを加味し、次式で表
わされる遅延時間τ（ｘ）を設定するようにしても良い
。

・・・（６） ここに、Ｘはプローブ１の振動子群における各振動子の
配列方向の位置（座標）である。このように遅延時間を
設定した場合、指向性交差領域と焦点と示合致し、指向
性交差領域の面積が小さくなるため、受信波形のピーク
が急峻となる。従って、受信波形のピーク値検出を適確
に行うことができ、局所の音速を高精度で測定すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、被検体内における
音速測定部位の表面が超音波送受波面に対して平行でな
い場合であっても、高精度なる音速測定を行うことがで
きる超音波診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置のブロック図、第２図は本
実施例における超音波送受波の説明図、第３図は超音波
伝播速度の測定原理の説明図、第４図及び第５図はそれ
ぞれ従来の超音波伝播速度測定を説明するための説明図
及び特性図である。 １１・・・振動子アレイ、２５・・・計算回路、２６・
・・ディスプレイ、 Ａ・・・第１の振動子群の位置を示す点、Ｂ・・・第２
の振動子群の位置を示す点、・Ｄ・・・第３の振動子群
の位置を示す点、Ｅ・・・第４の振動子群の位置を示す
点、Ｐｏ・・・第１の交差点、Ｐ＋・・・第２の交差点
、Ｐ２・・・第３の交差点。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ複数の超音波振動子を配列して成る第１
   、第２、第３、第４の振動子群を備え、被検体に向って
   送波した超音波の反射成分を基に被検体組織内における
   超音波伝播速度情報を得て診断に供する超音波診断装置
   において、前記第１の振動子群の超音波送波指向性と前
   記第２の振動子群の超音波受波指向性との交差する第１
   の交差点よりの超音波反射成分を前記第２の振動子群に
   より受波し、前記第１の振動子群の超音波送波指向性上
   であってこの超音波送波指向性と前記第３の振動子群の
   超音波受波指向性との交差する第２の交差点よりの超音
   波反射成分を前記第３の振動子群により受波し、前記第
   ２の振動子群の超音波受波指向性上であってこの超音波
   受波指向性と前記第４の振動子群の超音波送波指向性と
   の交差する第３の交差点よりの超音波反射成分を前記第
   ２の振動子群により受波することにより集収された受信
   エコーを取り込み、取り込んだ受信エコーより超音波伝
   播速度を算出する計算回路を具備することを特徴とする
   超音波診断装置。
2. （２）前記第２、第３の交差点は、前記第１の交差点を
   通り且つ超音波振動子の配列面に対して垂直となる線を
   軸として互いに対称となる位置関係にある特許請求の範
   囲第１項に記載の超音波診断装置。
3. （３）前記計算回路は、前記第１、第２の交差点よりの
   受信エコーよりそれらの超音波伝播時間差を算出すると
   共に、前記第１、第３の交差点よりの受信エコーよりそ
   れらの超音波伝播時間差を算出し、その算出結果の相加
   平均より超音波伝播速度を算出して出力するものである
   特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の超音波診断装
   置。
4. （４）前記計算回路は、前記第１、第２の交差点よりの
   受信エコーよりそれらの超音波伝播時間差を算出すると
   共に、前記第１、第３の交差点よりの受信エコーよりそ
   れらの超音波伝播時間差を算出し、各超音波伝播時間差
   毎に超音波伝播速度を算出し、算出した超音波伝播速度
   を相加平均して出力するものである特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の超音波診断装置。