JPS632615B2

JPS632615B2 -

Info

Publication number: JPS632615B2
Application number: JP10601980A
Authority: JP
Inventors: Nobushiro Shimura; Hirohide Miwa; Osamu Hayashi; Tadahiko Yanajima; Keiichi Murakami
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1980-08-01
Filing date: 1980-08-01
Publication date: 1988-01-20
Also published as: JPS5731848A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超音波ビームを送受波して検体の断層
情報を得る超音波診断装置に関し、複数の超音波
ビームを同時に送受し、これらを組合せて適確な
断層情報を得る超音波診断装置に係る。

生体組織に対し、超音波信号を送信し、生体組
織の断層位置で反射された信号を受信して生体組
織の断層像を得る超音波診断装置は通常知られて
いる。

これに対し、本願出願人は、生体組織に対し、
各々周波数の異る２つの超音波ビームを同時に送
受信し、各々弁別して、同時に異る位置から見た
断層情報を得る技術を昭和54年特許願第11027号
（特開昭55−第103837号公報）として提案してい
る。

即ち、当該技術によれば例えば、生体組織内の
特定の臓器細部を同時に２つの方向から観測で
き、これら断層情報を組合せ表示すれば、単一方
向から観測する従来公知の技術に比較して、適確
な断層情報を表示することができるという作用効
果を奏し得る。

しかるに、生体組織を伝幡される超音波ビーム
の周波数の差は、一般に、減衰率の差、ビームの
集束特性の差、断層位置における反射率の差、及
びビームの継続時間の差をもたらすことが知られ
ている。

このために周波数の異る超音波ビームを用いた
場合、得られる画像の画質は各々異るという性質
を有している。

このために、既提案の技術は、確かに、単一の
超音波ビームにより断層情報を得る技術と比較し
て、より解像度良く断層像を得ることができる
が、一方の高い周波数を使用して得た断層は、送
信位置から距離が離れると画像がなくなり、他方
の低い周波数を使用して得た断層像は、分解能の
悪い粗い画像となる欠点を有している。

従つて、本発明の第１の目的は、所定の探触子
位置から抽出される断層情報を、他の探触子位置
から抽出される断層情報を得る条件と一致した条
件で得る手法を提供する事にあり、第２の目的
は、解像度を既提案の解像度より向上せしめ得る
超音波診断装置を得る事にあり、更に、第３の目
的は、単一の性質をもつ超音波ビームでは得られ
ない生体組織内の組織を区別する事所謂テイツシ
ユキヤラクタライゼイシヨン（Tissue
Characterization）の可能な超音波診断装置を得
る事にある。

上記目的を達成するために本発明においては、
１つの超音波探触子についてみれば、時分割に、
異なる性質の超音波ビームを送信し、超音波探触
子間では同一時刻に、異なる性質の超音波ビーム
が送信されるようにしたものである。従つて、所
定の探触子についてみれば異なつた時刻に、他の
探触子と同じ超音波ビームを送信できるから同一
の条件で生体組織を測定できる。また、一つの探
触子から異なる性質の超音波ビームを送受できる
から、超音波ビームの走査領域内で、異る測定手
法を採用でき前述のテイツシユキヤラクタライゼ
イシヨンも可能である。更に、１つの探触子で得
られる複数種類の断層情報を、各々探触子間で合
成することにより、解像度も著しく向上し得る。

以下本発明を図を基に詳述する。

第１図は、本発明の一実施例の原理を説明する
図である。図中１は検体、２は探触部、３は制御
装置、４は表示装置である。

尚、本実施例においては、探触子２ａ，２ｂの
２つの探触子を使用する超音波診断装置で説明す
るが、探触子数は２個に限らず、複数であれば良
い。また、１つの探触子は、検体１を扇状に走査
して断層情報を得る所謂セクタスキヤン方式を採
用した超音波診断装置について説明するが、リニ
アスキヤン方式を採用するものであつても良い。

動作を説明する。

探触部２は探触子２ａ，２ｂアーム２ｄ及び角
度検出器２ｃを持つ。アーム２ｄは、夫々の探触
子２ｂが検体１のどの位置にも接触できるようア
ーム間の角度が可変できる手段で支持される。角
度検出器２ｃの各々は、このアーム２ｄの開き角
を各々検出し、探触子２ａ間の２ｂの相対的な位
置及び、超音波ビームの走査中心線の方向を判別
可能にする信号を制御装置に供給する。

所定時刻ｔ１において、探触子２ａ，２ｂは
各々性質の異る信号で制御装置により駆動され
る。例えば、探触子２ａは中心周波数2.5MHzの
信号で、同時に、探触子２ｂは中心周波数3.5M
Hzの信号で各々駆動される。これにより探触子２
ａは、超音波ビームを送信し、所定期間内に同方
向から得られる反射信号を受信し、電気信号とし
て制御装置３に供給する。同様に探触子２ｂも所
定方向に超音波ビームを送信し、受信された信号
を制御装置３に供給する。

制御装置３は以後所定時間毎に超音波ビームの
送信方向を順次変化させ、対応する方向の受信信
号を得る。両探触子２ａ，２ｂが、夫々全ての走
査領域に対し超音波ビームを送信し、反射信号を
受信し終ると、制御装置３は、各探触子２ａ，２
ｂを前とは異る性質の信号で駆動する。例えば、
探触子２ａは、3.5MHzに中心周波数を持つ信号
で駆動され、探触子２ｂは2.5MHzに中心周波数
を持つ信号で駆動される。

以下同様にして、走査領域２sa，２sbを走査す
る毎に、１つの探触子は異る性質の超音波ビーム
を送出する。

一方制御装置３は、前述した角度検出器２ｃか
らの信号によつて、探触子の相対位置を識別し、
走査毎に得られる受信信号を各々走査領域２sa，
２sbに対応する表示装置４の表示画面４ａに表示
する。

ここで例えば検体１を心臓とすると、体表に近
い心室中隔１ａと、送信位置から最も遠い位置に
心室後壁１ｂの組織が存在する検体を例にとつて
説明する。この検体を2.5MHzの周波数の超音波
ビームで走査した際得られる受信信号から作成し
た表示装置４の単位１画フレームには、像１a′と
像１b′とが得られる。しかるに、3.5MHzの周波
数の超音波ビームで走査した際得られる単位画フ
レームには像１a′のみ得られる。

従つて前述の如く、１つの探触子が交互に異る
質の超音波ビームを送信し、得られる信号から画
フレームを作成すると、間欠的に像１b′が表示さ
れる。従つて表示装置が１秒間に“60”単位画フ
レームを表示していれば、“30”単位画フレーム
は少なくとも一方向から測定した組織１ｂは30回
表示される。しかもこれが他の探触子から得た信
号により異るタイミングで像１b′は30回表示で
き、表示画面４ａに、像１b′はチラツキなくあた
かも常時表示されているが如く観測される。

尚、間欠的な像１b′に対する他の処理方法とし
ては、通常のリフレツシユメモリを用いる方法も
ある。これは動作が僧帽弁ほど激しくない心室後
壁を表示するのに適しており、3.5MHzの走査で
は得られない像1b′は前の2.5MHzの走査で得られ
る画像を継続して表示すべくメモリ合成を行な
い、表示に際しては、このメモリを表示用のリフ
レツシユメモリとして例えば60フイールド／秒で
読出し表示すればチラツキなく表示できる。

また像１a′は、何れの探触子から得られる信号
であつても常時抽出される事から、鮮明となり得
る。従つて僧帽弁などの動きの激しいものを表示
するのに適する。

以上の結果より探触子２ａ，２ｂよりそれぞれ
高い品質の画像が得られる。しかもそれを合成表
示するとコンパウンド効果により更に画像の向上
が計れる。

第２図は本発明の一実施例の要部のブロツク図
であり第３図は周波数特性を示す図である。

また、第２図は第１図における制御装置３の特
に探触子２ａ，２ｂに対し信号を送出、受信する
部分を具体化したブロツク図である。

図中第１図と同じものは同一番号が付して示さ
れる。

また、探触子２ａ及び２ｂは、各々複数のトラ
ンスジユーサ２ａ１〜２an及び２ｂ１〜２bnに
より構成される。また、本実施例においては当該
探触子で、送信される超音波ビームの送信方向、
及び受信される信号の方向を規定するために、所
謂フエーズドアレイ手法を使用する。

ドライバ３０６ａ，ｂ、スイツチ３０７ａ，
ｂ、フイルタ３０８ａ，ｂ、フイルタ３０９ａ，
ｂ、アンプ３００ａ，ｂ、スイツチ３０１ａ，
ｂ、フイルタ３０２ａ，ｂ、フイルタ３０３ａ，
ｂ、デイレイ素子（遅延素子）３０４ａ，ｂ、は
各々上記トランスジユーサ２ａ１〜２an及び２
ｂ１〜２bnの数の2n個設けられるものであるが、
同図には説明の都合上、トランスジユーサ２ａ１
及びトランスジユーサ２ｂ１に各々対応して設け
られるもののみ図示される。

動作を説明する。

位相制御部３１２は、トランスジユーサの駆動
及び受信データの再生位相を司どる機能を有す
る。

即ち、位相制御部３１２はドライブタイミング
作成回路３０５ａ、及び３０５ｂに、夫々の探触
子のトランスジユーサが駆動されるタイミング情
報を、遅延制御部３１０ａ，ｂには、受信された
信号を受信方向に応じ所定時間づつ遅延量を変化
せしめる情報を各々供給する。この情報により、
夫々の探触子の各トランスジユーサから送信され
る超音波ビームが、所定位置に集束する様ドライ
ブタイミング発生回路３０５ａは、各ドライバ３
０６ａを、ドライブタイミング回路３０５ｂは各
ドライバ３０６ｂを各々駆動する。

この時、ドライブタイミング回路３０５ａ，３
０５ｂは、位相制御部３１２からの情報によつ
て、集束位置と、各探触子２ａ，２ｂの送信位置
との間の距離が、各々探触子２ａ，２ｂの間で異
なるよう各ドライバを起動する。

各ドライバ３０６ａ，…，３０６ｂ，…は、ド
ライブタイミング発生回路３０５ａ，３０５ｂか
ら供給される対応する起動信号によつて各々起動
され、各々広帯域の信号成分を有する信号、例え
ばインパルス信号を異るタイミングで発生する。

一方、切替制御回路３１１は、前述した異る性
質の信号を同時に各々の探触子２ａ，２ｂが発生
せしめる事と、時分割に同一の探触子から異る性
質の信号を発生せしめる事とに利用される。

即ち、フイルタ３０８ａ及びｂとフイルタ３０
９ａ及びｂとは各々異る周波数帯域を濾波する作
用を有する。またスイツチ３０７ａ，３０７ｂ
は、この切替制御回路３１１の出力信号に応じ、
ドライバ３０６ａ及び３０６ｂを、フイルタ３０
８ａ及びフイルタ３０９ｂと、フイルタ３０９ａ
及びフイルタ３０８ｂに接続する機能を持つ。こ
のため切替制御部３１１が時刻t₁において、所定
の信号を出力すると、前述の如くして各ドライバ
３０６ａ，３０６ｂの各々から与えられる信号
は、各々フイルタ３０８ａ、フイルタ３０９ｂに
よつて濾波される。従つて濾波された信号成分の
周波数成分は、各々異る帯域に分布する。

またスイツチ３０７ａ，３０７ｂは、時刻t₂に
おいて切替制御部３１１から与えられる信号によ
つて各ドライバ３０６ａ，３０６ｂを各々フイル
タ３０９ａ、及びフイルタ３０８ｂに接続する。
これにより時刻t₂以後にドライバから入力される
信号は、時刻t₁〜時刻t₂迄の期間に探触子２ａ，
２ｂの各々に与える信号とは異る信号にフイルタ
によつて濾波される。

切替制御部３１１は領域の走査が一通り終る毎
にスイツチ３０７ａ，３０７ｂを同期して切替え
る。

探触子２ａと２ｂとは、フイルタ３０８ａ又は
３０９ａと、フイルタ３０９ｂ又は３０８ｂから
供給される信号によつて、超音波ビームを送信す
る。第３図は、送信される超音波ビームの周波数
特性を示す。図中実線CS，CRは各々探触子を構
成する各トランスジユーサ２ａ１〜２an，２ｂ
１〜２bnの持つ送信濾波特性及び受信濾波特性、
更に、破線CF１及びCF２は各々フイルタ３０８
ａ，３０８ｂ及びフイルタ３０９ａ，３０９ｂの
濾波特性である。

即ち、t₁の時刻でトランスジユーサ２ａ１〜２
anから送信される超音波ビームの信号帯域は、
斜線部で示す帯域Ｆ１であり、トランスジユーサ
２ｂ１〜２bnから送信される超音波ビームの信
号帯域は斜線部で示す帯域Ｆ２となり区別でき
る。また時刻t₂以後では、逆にトランスジユーサ
２ａ１〜２anは帯域Ｆ２の超音波ビームを、ト
ランスジユーサ２ｂ１〜２bnは、帯域Ｆ１の超
音波ビームを送信する。

一つのインパルス状の超音波ビームを、検体１
に送出した後、所定期間受信信号を各トランスジ
ユーサから抽出する様にされる。

各トランスジユーサ２ａ１〜２an，２ｂ１〜
２bnから抽出される受信信号は各々対応するア
ンプ（増巾器）に入力される。

例えばトランスジユーサ２ａ１の受信信号はア
ンプ３００ａに、トランスジユーサ２ｂ１の受信
信号はアンプ３００ｂに入力される。

アンプ３００ａ，３００ｂは受信された信号を
所定増巾率で増巾し、更に時間経過に従つて増巾
率が増加するよう制御される。

ここで受信された信号の周波数成分を考察す
る。

第４図は受信信号の周波数成分を示す。

即ち、第２図により説明した様に、各々探触子
２ａ，２ｂからは、第３図にハツチで示す帯域を
有する超音波ビームが夫々送信される。

これに対し、各トランスジユーサの受信濾波特
性は曲線CRで示される。

このために、各探触子から送信される超音波ビ
ームの周波数帯域が異つていても、１つの探触子
からは格子で示される両帯域Ｆ１，Ｆ２（一部の
Ｆ２）を含む周波数成分の超音波信号が出力され
る。

本実施例においては、これを区別するために第
２図において前述したフイルタ３０８ａ，ｂ及び
３０９ａ，ｂと同じ特性CF３，CF４を持つフイ
ルタ３０２ａ，ｂ及び３０３ａ，ｂを設ける。そ
して送信側のフイルタと同様に、スイツチ３０１
ａ，３０１ｂを設け、切替制御部３１１がスイツ
チ３０７ａ，３０７ｂに供給する切替タイミング
信号が、このスイツチ３０１ａ，３０１ｂに供給
されることにより、各フイルタが交互に切替えら
れる。例えば、トランスジユーサ２ａ１について
みれば、前述した時刻t₁において、帯域Ｆ１の超
音波ビームが送信されており、この時スイツチ３
０１ａはアンプ３００ａを、濾波特性CF３を持
つフイルタ３０２ａに接続する。また同一時刻に
おいて、トランスジユーサ２ｂ１についてみれ
ば、帯域Ｆ２の超音波ビームが送信されているか
ら、スイツチ３０１ｂは濾波特性CF４を持つフ
イルタ３０３ｂをアンプ３００ｂに接続する。

時刻t₁より所定時間後の前述した時刻t₂になる
と、切替制御部３１１からスイツチ３０７ａ，３
０７ｂに切替信号が発せられるから、同時にスイ
ツチ３０１ａ，３０１ｂも切替えられる。

従つて時刻t₂においてアンプ３００ａは３０３
ａに、アンプ３００ｂは３０２ｂにスイツチ３０
１ａ，３０１ｂにより接続される。

この受信側の各々フイルタによつて抽出された
第４図に格子で示した領域Ｆ１の信号はデイレー
回路３０４ａに、領域Ｆ２′の信号はデイレー回
路３０４ｂに各々供給される。デイレー回路３０
４ａ，３０４ｂには、各々遅延制御回路３１０
ａ，３１０ｂから、遅延されるべき時間情報が供
給される。

デイレー回路３０４ａで遅延された信号は、探
触子２ａに属する他のトランスジユーサから抽出
され濾波され遅延された信号と接続点ａにおいて
加算される。

即ち、デイレー回路は検体１の同一地点で反射
された信号が、この点ａに同時に出力されるよう
各トランスジユーサから得られる信号の遅延量が
制御部３１０ａにて制御される。

また、探触子２ｂに属するトランスジユーサか
ら抽出された信号も、同様にしてｂ点において加
算される。

尚、この時、デイレー回路３０４ｂに与えられ
る遅延量は、デイレー回路３０４ａに与えられる
遅延量とは周波数に対応してそれぞれ最適に選ぶ
と良い。

以上の様にして得られた各探触子２ａ，２ｂか
ら得られる信号線、前述した角度検出信号線及び
切替制御部３１１からの切替制御信号線は、各々
表示制御部３１３に結線される。

表示制御部３１３は、複数の画面メモリを有す
る。この画面メモリの１つは、例えば、2.5MHz
で領域２saと２sbとを走査した際得られた受信号
を格納するために使用され、他の１つは3.5MHz
で領域２saと２sbとを走査して得た受信信号を格
納するために使用され、更に他の１つはそれらを
組合せた受信信号を格納するために使用される。

これら受信信号は、２値化され或は、アナログ
デジタル変換され、時刻及び角度検出信号に応じ
た位置に、図示されない計算装置によつて格納さ
れる。表示部４（第１図図示）は、上記メモリ対
応に表示画面を有し、上記メモリの画面の表示位
置に対応するアドレスのデータを順次読出し表示
する。

第５図は、本発明の第２の実施例のブロツク図
である。図中、第１図〜第４図に用いたブロツク
と同じ性質を有するブロツクは同一符号を付され
ている。同図に示す実施例の場合、探触子２ａ，
２ｂの構成が、第２図に示したものと異る。この
探触子の原理的な構成を第６図に示す。

図中、２０は水、油等の流動液体、２１〜２４
はトランスジユーサ、２１ｔ〜２４ｔは駆動端
子、Ｇはアース端子、２５は探触子の固定治具、
２６は軸、２７はモータ、２８は外筐、２９は接
触面である。

モータ２７の回転軸は、軸２６に連結されてい
る。

また軸２６は固定治具２５を固定し、更に治具
２５にはトランスジユーサ２１〜２４が固定され
る。

またトランスジユーサ２１に対向するトランス
ジユーサ２３はトランスジユーサ２１と同一の共
振周波数を有し、トランスジユーサ２４に対向す
るトランスジユーサ２２はトランスジユーサ２４
と同一の共振周波数を持ち且つ、各々超音波ビー
ムの収束位置が異る圧電素子であり、且つ隣接す
る各トランスジユーサは各々異る共振周波数を持
つ圧電素子となる様配置してある。

検体を測定する際には、接触面２９を検体に圧
接する。

次に図示されない制御装置側からモータ２７を
回転する制御信号がモータに供給される。モータ
が回転する事により、図示されない回転角検知機
構２７ａが制御装置にモータ２７の回転角を伝え
る。一点鎖線で示される角度θ内にあるトランス
ジユーサ、同図の場合トランスジユーサ２３にこ
の範囲θ内で移動している間、複数の起動信号が
対応する端子２３ｔを介して制御装置から供給さ
れる。これにより、トランスジユーサから、トラ
ンスジユーサの向く方向に超音波信号が送受波さ
れる。第５図における探触子２ａ，２ｂには、以
上の構成の探触子が使用される。

切替制御部３１１は、上述した構成の探触子２
ａ，２ｂから回転角度検出信号を受け、角度に対
応したトランスジユーサが選択されるよう、スイ
ツチ３０７ａ，３０７ｂ，３０１ａ，３０１ｂを
選択し、且つ回転角θ回転する毎に、ドライバ３
０５ａ，３０５ｂに同期信号を与える。

ドライバ３０５ａ，３０５ｂは各々当該同期信
号により同期化され、且つトランスジユーサが回
転角θ回転する間に、所定の同期で複数のインパ
ルス信号を発生する。

広帯域な周波数成分を持つインパルス信号は、
前述した如く、スイツチ３０７ａ，３０７ｂを介
し、フイルタ３０８ａ，３０８ｂにより、送信帯
域が区分できる帯域の信号に濾波され、探触子２
ａ，２ｂの前記端子に供給される。探触子２ａ，
２ｂの各端子２１ｔ，２２ｔ，２３ｔ，２４ｔ
は、前記切替制御部３１１が、探触子２ａ，２ｂ
から得られる角度信号によつて、選択している。

以上の様にして送信された後、同じトランスジ
ユーサに受信される信号は各々前述した実施例と
同様にアンプ３００ａ，ｂ、スイツチ３０１ａ、
フイルタ３０２ａ，３０３ｂを介し表示制御回路
３１３に供給される。

この実施例において特筆すべき事項は、各探触
子２ａ，２ｂが同時に同じ性質の超音波ビームを
送信しない様に、前記固定治具２５の回転制御を
制御装置内の切替制御部３１１により考慮してい
る点にある。

例えば、固定治具２５の角度を各々90度変えた
時点から同時に同期させて回転させることによ
り、同時に異る性質の超音波ビームを送信できる
事となる。また１つの探触子についてみれば、４
種類の性質の異る超音波ビームで測定した断層情
報を得る事ができる。尚、上記第１の実施例にお
いて、時刻t₁からt₂迄の時間は単位走査領域を走
査開始する時刻を示したが、ビームの本数をｎ本
（ｎ＝１、２、３、…）毎に、そのビームの性質
を変えても良い。

更に、第１、第２の実施例において、得られた
断層情報を表示するとのみ記載したが、各周波数
毎に異る色で表示するようにしても、パターンを
観測するのに効果がある。

以上、実施例を用いて詳述した様に、類似した
性質の超音波ビームを異る探触子から送信するこ
とにより得られる信号を異る時間であつても組合
せることができるから、像自体は鮮明となり、１
つの探触子についてみれば、複数種類の超音波ビ
ームを使用して断層情報を得られることより、簡
易なテイツシユキヤラクタライゼイシヨンも可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原理を説明する
図、第２図は本発明の一実施例の具体ブロツク
図、第３図、第４図は本発明の一実施例の濾波特
性を示す図、第５図、第６図は本発明の他の実施
例のブロツク図及び探触子の具体原理を説明する
図である。図中、１は検体、２は探触部、３は制御装置、
４は表示装置、２ａ，２ｂは探触子、２sa，２sb
は走査領域、４ａは表示画面である。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の超音波探触子を有し、検体に対し、超
音波ビームを送受波して該検体の断層情報を得る
超音波診断装置において、各探触子から順次異る
性質の超音波ビームを送信せしめ、且つ同一時点
で少なくとも各々探触子の送信する超音波ビーム
の性質を異ならしめる制御装置を有することを特
徴とする超音波診断装置。２所定の時点で所定の探触子の送信する所定の
性質の超音波ビームは、当該時点とは異る他の時
点で、異る探触子によつて送信せしめるものであ
る事を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波診断装置。３該超音波ビームの性質は、検体内での音場を
含むものである事を特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第２項記載の超音波診断装置。４超音波診断装置は表示装置を含み、該表示装
置は異る性質の超音波ビームにより得られた複数
の断層情報を組合せて表示するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項又は
第３項記載の超音波診断装置。５複数の超音波探触子の受信超音波信号に対
し、該異る性質を分離する弁別フイルタを、該制
御装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第２項又は第３項又は第４項記載の超音
波診断装置。６該超音波探触子は、複数の各々異る性質の超
音波ビームを発する送受信素子が回転されるよう
に構成されて成り、制御装置は該検体に送受波さ
れる超音波ビームが、該超音波探触子間で同一時
刻に異る性質の超音波ビームとなるよう回転制御
するものであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項又は第３項又は第４項又は第５
項記載の超音波診断装置。