JPS6379640A

JPS6379640A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPS6379640A
Application number: JP22456386A
Authority: JP
Inventors: 康人竹内
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-04-09
Also published as: JPH0324864B2

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）本発明は超音波を被検体に照射し、その反射波により被
検体内の状況を調査する超音波パルスＵに関し、更に詳
しくは被検体の断層像を短時間に得ることのできる超音
波診断装置に関する。

（従来の技術）パルス超音波を利用した超音波診断装置は、１つの方式
として振動子アレイから送波された超音波パルスと、被
検体内から反射されて撮動子アレイが受波した反射パル
スとの時間差により得られた反射点の撮動子アレイから
の距離をＣＲＴ　（陰極線管）の時間軸上に輝度表示す
ることによって断層像を得る装置である。この装置にお
いて、超音波ビーム（以下音線という）を１本づつ順次
被検体内に照射して全面の像を得ているため、１枚の１
Ｉｙｉ層像を得る時間は音線の数に比例していて、短時
間に断層像を得ることができない。

この所要時間を短縮するために第４図に示す装置が特開
昭５５−１４８５４３号によって提示されている。図に
おいて、１は例えば生体のような被検体、２はこの被検
体に接触する第１の振動子アレイ、３は励振パルス発生
器４からの励振パルスを振動子アレイ２に印加したり、
振動子アレイ２からの受信信号を増幅器５ａ、５ｂ・・
・５ｎに印加したりするスイッチ回路である。増幅器５
ａ。

５ｂ・・・５ｎは、振動子アレイ２から児て遠方にある
物体の反射信号はゲインを大きくし、近くにある物体の
反射信号はゲインを低くするようにゲインコントロール
されている。６はスイッチ回路３゜増幅器５ａ、５ｂ・
・・５ｎを介して入力端子ＩＮに印加される振動子アレ
イ２からの受信信号の時間軸を反転する時間軸反転手段
で、ここでは例えばＣＯＤのようなアナログ信号遅延回
路（アナログ波形メモリ回路）６ａ、６ｂ・・・６ｎが
用いられている。これらのアナログ信号遅延回路５ａ　
、　（３ｂ・・・６ｎには入力端子ＩＮに印加された信
号を右方向にシフトする右シフト端子ＳＲと、このアナ
ログ信号遅延回路６ａ　、６ｂ・・・６ｎに蓄えられて
いる信号を左方向にシフトし、出力端子ＯＵＴから時間
軸を反転した信号を出力する左シフト端子ＳＬとが設け
られており、ここにスイッチＳＷを介してクロックパル
ス発生器７からのクロックパルスが印加されるように構
成されている。８ａ、８ｂ・・・８ｎは時間軸反転手段
６から出力される信号を増幅する増幅器、９は第１の振
動子アレイ２と略同−構成又は相似の第２の振動子アレ
イで、超音波信号が伝播可能な材料で構成された再結像
媒体１０に接触しており、各増幅ｉ！１８ａ　、８ｂ・
・・８ｎからの信号が印加される。再結像媒体１ｏは、
ここでは光ビームが透過する例えば水、シリコンゴム、
アクリル、ガラス等の透明材料で構成されている。

この回路の動作を第５図を参照しながら説明する。先ず
スイッチ回路３を励振パルス発生器４側に切換え、振動
子アレイ２を励振パルスによって一斉に駆動する。これ
によって振動子アレイ２から被検体１中に第５図（イ）
のωｔに示すような励振超音波が送波される。ここで被
検体１中に反射物１１（ここではひとつの反射物のみ示
すが、実際には多数個存在することが多い）が存在する
と、この反射物１１から第５図（イ）のω「のような反
射波が発生する。この反射波はそれぞれの反射体から独
立に生じてくる球面波（若しくは断層面のみ考えると円
筒面波）と考えられる。これらの反射波は、やがて振動
子アレイ２によって受信され、第５図（ロ）に示すよう
に時間軸反転手段６に印加される。ここで、時間軸反転
手段を構成している各アナログ信号遅延回路８ａ、６ｂ
・・・６ｎは、右シフト端子ＳＲにクロックパルスが印
加された状態にあって、振動子アレイ２によって受信さ
れた反射波を、例えば振動子アレイ２から送波された超
音波信号が被検体１の最も奥（振動子アレイ２から最も
遠い位置）まで到達し、そこから反射波が戻るまでの時
間（往復時間に相当）を単位時間として記憶する。

次に時間軸反転手段６において、各アナログ信号遅延回
路５ａ　、５ｂ・・・６ｎの、左シフト端子ＳＬにクロ
ックパルスを印加し、第５図（ハ）に示すように各アナ
ログ信号遅延回路６ａ、６ｂ・・・６ｎに記憶されてい
るアナログ信号を左シフトして出力し、これらの出力信
号を増幅器８ａ　、３ｂ・・・８ｎを介して第２の振動
子アレイ９に印加する。

ここで、第２の振動子アレイ９に印加される信号は、各
アナログ信＠遅延回路５ａ　、５ｂ・・・６ｎに取り込
まれた信号の丁度時間軸を反転して押し戻すような信号
に相当する。

このような時間軸を反転した信号によって振動子アレイ
９が駆動されると、ここから再結像媒体１０に出た超音
波は、第５図〈二）に示すように再結像媒体１０におい
て、被検体１の反射物１１と対応する位置に収束するよ
うに戻る。撮動子アレイ９に時間軸を反転した信号を印
加し、再結像媒体１０の被検体１の反射物１１に対応す
る位置に音響的な再結合像１１ａが得られる上記の原理
は、映画フィルムを逆回転してスクリーン上に像を得る
場合に類似しており、再結像媒体１０中に結像する象は
、振動子アレイ９から見て奥の方から次第に結像してゆ
くものである。

このようにして、再結ａ媒体１０に得られた音響的再結
合１１ｔ１１ａは、パルスシュリーレン装置又」よ走査
光束シュリーレン装置等を利用して観察することができ
る。

以上の装置においては、音線を順次に照射するのではな
く、同時に全面に照射するために極めて短時間に断層像
を得ることができる。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上記の方法は短時間に断層像を得て、速いフ
レームレートの画像を観察することができるが、再結＊
＊体として水槽やその他の音響的。

光学的透明物質で作られた容器と、これに生じた音響的
像を観察するための光学的手段を必要として装置が複雑
になることは避けられない。又、再結像媒体が生体組織
とは音波の伝播特性が異なっているため、波面集束の精
度向上が困難である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、生体組織の微妙な音速分布や分散性を織込んで、波面
集束の精度向上を可能にし、しかも取扱いが面倒な水や
光などによる装置を使用する必要のない音響的像の可視
化手段を具備した超音波診断装置を実現することにある
。

（問題点を解決するための手段）前記した問題点を解決する本発明は、被検体に結合し、
該被検体内に照射された励振超音波の内部組織からの反
射信号を受信する振動子アレイと、該振動子アレイから
得られた反射信号を取り込みその時間軸を反転した信号
に変換する時間軸反転手段とを有する超音波診断装置に
おいて、前記時間軸反転手段からの時間軸反転信号が印
加されるコンピュータシミュレーションによる信号源と
、該信号源に接続されたフンピユータシミュレーション
による信号源抵抗と、該信号源抵抗に接続され、被検体
と等価な回路で構成された小伝送線路を多数マトリクス
状に結合し、固有インピーダンスの終端抵抗で終端され
た形式のコンピュータシミュレーションによる回路網と
を含み、ベルゲロン法を用いて被検体内の超音波伝播の
コンピュータシミュレーションを行い、前記反射源であ
る被検体内部組織の像を再現する手段を具備したことを
特徴とするものである。

（作用）時間軸反転手段からの信号がコンピュータシミュレーシ
ョンによる小伝送線路で構成される回路網に印加され、
ベルゲロン法により定式化を行い、時間応答解析をして
再結合像が求められる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明実施例のブロック構成図である。第１
図において、１〜８は第４図におけるものと同様なので
説明は省略する。１０１はコンピュータを用いて構成さ
れるシミュレーション装置、１０２は画像メモリ、１０
３は表示器である。シミュレーション装置１０１には増
幅器８ａ〜８ｎの出力信号が入力される。シミュレーシ
ョン装置１０１は、これらの入力信号を用いて後述する
ような手法によって再結合像を求め、画像メモリ１０２
に格納する。画像メモリ１０２に格納された再結合像は
表示器１０３によって表示される。

第２図はシミュレーション装置１０１の内部に形成され
るベルゲロン法を用いたコンピュータシミュレーション
による等価回路網である。図において、１５は第４図の
再結像媒体１０に等価に置換した回路網、２０は回路網
１５に電気信号を供給する振動子アレイ９に等価なコン
ピュータシミュレーションによる信号源で、図ではエレ
メントは５個示しであるが、実際には最低３２〜６４個
が必要である。この信号源２ｏが第４図の振動子アレイ
９と置き替えられ増幅器８ａ　、　８ｂ　、・・・８ｎ
に接続される。回路網１５において２１は信号源２０の
各エレメントに接続された信号源抵抗、２２は媒質を超
音波の波長の１／１ｏ以下に分割して媒質条件を電気的
集中定数を含む回路に買換した小伝送線路、２３は小伝
送線路２２で構成された回路網１５の端末に接続された
固有インピーダンスの終端抵抗で、回路網１５の無反射
条件を近似するために設けられている。

上記のように構成された回路網の動作を説明する。既述
のように第４図において時間軸反転手段６から出力され
た信号は増幅器８ａ　、　３ｂ　、・・・８ｎを経て信
号源２０に到達する。信号源２０は到達した信号を超音
波信号に等価な電気信号に変換し、該電気信号を信号源
抵抗２１を経て小伝送線路２２に供給する。

小伝送線路２２は第３図の等価回路で表わされる。ここ
でＮＺＯは線路の特性インピーダンス、Δｔは線路長Δ
ｄを伝播する時間である。この回路において、ベルゲロ
ン法を用いて定式化すると次式が得られる。

Ｖｙ　　（Ａ’、１．ｔ）＋ＺｏＩＺｘ　　（／、ｌ、
ｊ）−ＶＶ　　＜／、　ｌ１ｌ−１，ｔ−Δｔ）＋Ｚｏ
　１２２　　＜ｌ、ｍ−１，を−Δｔ）・・・（１ａ）ｖｙ　　（／、１．ｔ）−Ｚｏ　１２２　　（／、１．
ｔ）−ｖｙ　　（１，ｒａ　＋１．ｔ−Δｔ）−Ｚｏ　
　　１２ｓ　　　（／、ｌ＋１．　　ｔ　　−Δ　ｔ　
）・・・（１ｂ）Ｖｙ　　　（，１，＋ｅ、ｔ）＋Ｚ　ｏ　　（ｘ　　１
　　（／、ｓ、ｔ）−ｖｙ　　　　（！！−１，鵬　　
、　　ｔ　　−Δ　も　　）＋Ｚｏ　　ＩＸ　２　　（
／−１，ｍ　、　　ｔ　−Δｔ　）・・・　（１Ｃ）Ｖｙ　　（／、１．ｔ）−Ｚｏ　　［Ｘ２　　（／、１
．ｔ）−Ｖｙ　　（Ｉｌ＋１．　　ｓ　、　　ｔ　　−
４ｔ　　）−Ｚｏ　　ｌｘ　　１　　（Ｉｌ＋１．　１
　、　　ｔ　　−Δｔ　）・・・　（１ｄ　）格子点でキルヒホッフの第１法則が成立するがらＩＺｔ
　　（ｌｔ、ｍ、ｔ）−ＩＺ２　　（／、ｍ、ｔ）＋ｉ
ｘ＋　　＜１．ｗ、ｔ　）−１Ｘｚ　　＜１．ｍ＋む）
−〇　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）式
（１）の各式と式（２）とを連立してＶｙについて解く
と時刻ｔで次式が得られる。

Ｖｙ（１！、ｍ、ｔ） −（Ｖｙ　　（ｚ、ｖａ−１，を−Δｔ）＋Ｚｏ　ｉｚ
　２　　（／、　ｌ−１，ｔ−Δｔ）＋Ｖｙ　　（１，
ｍ　＋１．　ｔ　−Δｔ　）−ＺｏＩＩ　Ｉ　（／、ｌ
　＋１．を−Δｔ）＋ｖｙ　　（／−１，ｍ　、を−Δ
ｔ）＋Ｚｏ　ＩＸ　２　　＜１−１．　ｒｐ　、　ｔ−
Δｔ）＋Ｖｙ　　　　（Ｉｌ　＋１．　　　ｌ　　　、
　　　ｔ　　　−Δ　ｔ　　）−Ｚｏ　　ｌｘ　ｔ　　
（／＋１．　ｍ　、　ｔ−Δｔ））／４・・・　（３）又、式（１）の各式から時刻ｔにおける各電流がそれぞ
れ次式で求まる。

ｒＺｔ（ｌｔ、ｌ、ｔ） −（Ｖｙ　　（／、　ｍ−１゜ｔ−Δｔ）＋ＺＯＩＺ２
　　（／、ｌ　　　１．ｔ　−Δｔ　）−Ｖｙ　　＜ｌ
、　ｍ　、　ｔ　）　）／Ｚ。

・・・（４ａ）ｒＺ２　（ｌｔ、Ｉ、ｊ）　　　　　　　−−−（Ｖｙ
　　　（／、　　鴎　＋　１　、　ｔ　−Δ　ｔ　）−
Ｚｏ　　ＩＺｔ　　（／、ｍ＋１．ｔ　−Δｔ　）−ｖ
ｙ　　（／、　ｍ　、　ｔ　）　）／Ｚ。

・・・（４ｂ）ｌｘｌ（１！　、　　園　、１＞ −（Ｖｙ　　＜１−１．　ｍ　、　ｔ−八ｔ）＋Ｚｏ　
　［Ｚ　２　　（ｌｔ−１，Ｉ、ｔ　−Δｔ）−Ｖｙ　
　（１１，ｔａ　、　ｔ　）　）／Ｚ。

・・・（４Ｃ）ｒＸ　　　２　　　（／、ｍ、ｔ） −−（Ｖｙ　　　（／＋１．　　ｓ　　、　　ｔ　　−
Δ　ｔ　）−Ｚｏ　　　Ｉｘ　　　ｔ　　　　（／＋１
．　　　ｓ　　　、　　　ｔ　　　−Δ　ｔ　　　＞−
Ｖ”Ｗ　　　　（１，ｌ　　　、　　　ｔ　　　）　　
　）／Ｚ。

・・・　（４ｄ　）次に媒質条件は、等価回路で格子点における集中定数素
子で表示されたのでそれらの電圧電流と、式（１）の各
式を式（２）と共に連立させ節点方程式を樽る。即ち、
任意の節点の時刻ｔにおける電圧電流は式（３）及び式
（４）の各式で示されるように、隣接する節点の時刻を
一Δｔにおける電圧電流によって電気回路的に求められ
逐次計算される。

以上の結果から、信号源２０から供給された第５図にお
ける反射物１１からの信号は、信号源２０からの電気信
号の伝播として計算され、各時間における電圧電流が求
められ、再結合ｆｌ＋１１ａが反射物１１の位置に対応
した位置に信号として１ｑられる。

この計算手段としては、第２図の２次元アレイに相当す
るように複数のプロセッサを２次元結合し、各プロセッ
サがそれぞれ回路網の一部をシミュレートして信号源２
０に近いプロセッサから答が刻々と出て遠くのプロセッ
サへ、それが局部の境界条件又は入力として伝わって行
くような手段、即ち計算着手のフロントエンドが恰かも
水面の波が進むように信号源２０から伝播してゆき、波
の反射のような動作も含めて全部が落着いたとき、その
プロセス全体又は刻々の時刻の各部の状態が所望の答又
はシミュレーションとなっているというウェーブフロン
トプロセッサによる計算構造により、再結合ｆｍ１１ａ
の状態を把握することができる。

以上詳細に説明したように、水や光束の寸法又は性能等
の不安定さ、設計運用の煩わしさを避けることができ、
又、計算時のパラメータを変化させて実体に適応した再
結合を行なわせしめることができる。又、水その他の媒
体で取り得ない音響特性の分布の取込みや推測による再
構成がコンピュータシミュレーションによって可能にな
った。

又、実体に適応するために試行錯誤して正しい音速分布
を模擬することも可能になった。

（発明の効果）以上詳細に説明したように本発明によれば、水等の媒体
や音響光学変換装置等の面倒な装置を用いることなく、
又、前記装置によって達成し得なかった生体１１織の微
妙な音速分布や分散性を織込んで、波面集束の￥ｆ１度
向上を可能にした超音波診断装置を実現することができ
、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はコン
ピュータシミュレーションによって形成される等価回路
網、第３図は第２図の回路網の構成要素である小伝送線
路の等価回路、第４図は従来の超音波診断装置の構成ブ
ロック図、第５図は第４図装置の動作を説明するための
説明図である。１・・・被検体　　　　　２．９・・・振動子アレイ３
・・・スイッチ回路　　４・・・励振パルス発生器５ａ
、５ｂ、・・・５ｎ、・・・増幅器６・・・時間軸反転
手段６ａ　、　６ｂ　、・・・６ｎ・・・アナログ信号遅延
回路７・・・クロックパルス発生器８ａ　、　８ｂ　、・・・８ｎ・・・増幅器１０・・・
再結像媒体　　１１・・・反射物１１ａ・・・再結合像
　　１５・・・回路網２０・・・信号源　　　　２１・
・・信号源抵抗２２・・・小伝送線路　　２３・・・終
端抵抗１０１・・・シミュレーション装置１０２・・・画像メモリ　１０３・・・表示器特許出願
人　横河メディカルシステム株式会社第３図

Claims

【特許請求の範囲】

被検体に結合し、該被検体内に照射された励振超音波の
内部組織からの反射信号を受信する振動子アレイと、該
振動子アレイから得られた反射信号を取り込みその時間
軸を反転した信号に変換する時間軸反転手段とを有する
超音波診断装置において、前記時間軸反転手段からの時
間軸反転信号が印加されるコンピュータシミュレーショ
ンによる信号源と、該信号源に接続されたコンピュータ
シミュレーションによる信号源抵抗と、該信号源抵抗に
接続され、被検体と等価な回路で構成された小伝送線路
を多数マトリクス状に結合し、固有インピーダンスの終
端抵抗で終端された形式のコンピュータシミュレーショ
ンによる回路網とを含み、ベルゲロン法を用いて被検体
内の超音波伝播のコンピュータシミュレーションを行い
、前記反射源である被検体内部組織の像を再現する手段
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。