JP2001327505A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP2001327505A
JP2001327505A JP2000150396A JP2000150396A JP2001327505A JP 2001327505 A JP2001327505 A JP 2001327505A JP 2000150396 A JP2000150396 A JP 2000150396A JP 2000150396 A JP2000150396 A JP 2000150396A JP 2001327505 A JP2001327505 A JP 2001327505A
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ultrasonic
scanning
diagnostic apparatus
ultrasonic diagnostic
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哲也 川岸
Naohisa Kamiyama
直久 神山
Yoshitaka Mine
喜隆 嶺
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】画像全体で均一なばらつきの少ない画質を実現
し、臨床の場で診断に有効な情報として提供する。 【解決手段】超音波診断装置は、超音波ビームの走査に
おける走査領域内の送信音場が均一となるように走査の
方向毎に異なる送信条件を設定する送信条件設定手段
（１４、２７、２２）と、これにより設定された送信条
件で超音波ビームを被検体に送信する超音波送信手段
（２１、１２）と、これにより送信された超音波ビーム
の被検体から反射された超音波エコー信号からハーモニ
ック成分を抽出して被検体のハーモニック超音波画像を
得る画像生成手段（１３、２１、２３、２４〜２８）
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置に
係り、特に生体内に超音波ビームを走査する際にその走
査線毎に最適な送信条件を設定し、画像中に亘り均一な
画質を実現し、臨床の場で診断に有効な情報を提供する
超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置を用いた循環器検査で一
般的に使用されるセクタプローブでは、画像を構成する
各走査線で送信条件は一定であり、ビームの偏向角が大
きくなると、１）走査線上に形成された送信ビームの音
圧が下がる、２）送信ビームが偏向しない場合と比べて
ビーム幅が太くなり、空間分解能が劣化する等の走査線
によって送信音場が異なるといった現象がある。
【０００３】そこで、従来の超音波ビームのＢモードス
キャンでは、上記の現象に対する対策として不均一な送
信音場からの受信信号から走査線毎に受信ゲインなどの
画質を調整する等の技術を採用してより均一な画像を生
成する努力がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た対策はＢモード画像の場合を意図したものであり、近
年脚光を浴びている組織ハーモニックイメージング（Ｔ
ＨＩ：Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎ
ｇ）やコントラストエコー等のハーモニックイメージン
グの場合を想定したものではないため、次のような不都
合がある。
【０００５】すなわち、ハーモニックイメージングで
は、送信音場、特に音圧が感度に対して重要なファクタ
となり、受信の画質調整で送信音場の不均一性を補うに
は限界があるため、これらの効果を十分発揮するには送
信音場の均一性が必要である。これは、ハーモニック成
分の強度は音圧の２乗に比例するため、従来のＢモード
に比べ振幅で２乗の受信ゲインを補正しなければなら
ず、その受信ゲインの変化によりノイズレベルの変化を
引き起こし、これにより画像中でノイズレベルが異なる
不均一な画像となるためである。
【０００６】また、ハーモニックイメージングに関ら
ず、一般的に送信ビームの偏向角が大きくなるとビーム
幅が太くなるが、この現象については空間分解能の不均
一性が生じ、特に並列同時受信の場合にはビーム曲がり
等の現象を増大させる可能性もある。
【０００７】以上の問題は、セクタプローブだけでな
く、リニアプローブ等の他のプローブでも同様である。
すなわち、この問題は、同一の送信ビームを形成するた
めには走査線それぞれに対する実際の送信音場が異なる
のに対し、同一の送信条件で走査しているプローブ全て
にあてはまるものである。
【０００８】本発明は、このような従来の問題を背景に
なされたもので、電子スキャンを用いて生体内を走査
し、画像を生成・表示する超音波診断装置において、画
像全体で均一なばらつきの少ない画質を実現し、臨床の
場で診断に有効な情報として提供することを、その目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明に係る超音波診断装置は、超音
波ビームの走査における走査領域内の送信音場が均一と
なるように前記走査の方向毎に異なる送信条件を設定す
る送信条件設定手段と、この送信条件設定手段により設
定された送信条件で前記超音波ビームを被検体に送信す
る超音波送信手段と、この超音波送信手段により送信さ
れた超音波ビームの前記被検体から反射された超音波エ
コー信号からハーモニック成分を抽出して前記被検体の
ハーモニック超音波画像を得る画像生成手段と、を備え
たことを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記超音波送信手段は、前記
送信条件を１つの画像モード内で変化させる手段である
ことを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記送信条件は、送信開口、
送信開口面積、送信開口位置、送信開口形状、送信音
圧、送信パルス波形、送信超音波の周波数分布条件、焦
点、送信素子分布、及び送信開口ウェイティング関数の
内の少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記超音波設定手段は、前記
走査領域内の送信音圧又はＭＩ（Ｍｅｃａｎｉｃａｌ
Ｉｎｄｅｘ）値が均一となるように、或いは、前記走査
線と垂直な仮想面内の送信音圧又はＭＩ値が均一となる
ように設定する手段であることを特徴とする。
【００１３】請求項５記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記画像生成手段は、前記超
音波エコー信号から前記走査の方向毎に送信音場に関す
る指標を計測する計測手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】請求項６記載の発明では、請求項５記載の
超音波診断装置において、前記画像生成手段は、前記計
測手段により計測された指標を表示する手段を備えたこ
とを特徴とする。
【００１５】請求項７記載の発明では、請求項５記載の
超音波診断装置において、前記送信条件設定手段は、前
記計測手段により計測された指標に基づいて前記送信条
件を設定する手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項８記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記送信条件設定手段は、前
記送信条件を操作者により設定可能とする手段を備えた
ことを特徴とする。
【００１７】請求項９記載の発明では、請求項１記載の
超音波診断装置において、前記超音波送信手段は、前記
走査の方向に沿う送信走査線数よりも少ない数のパルサ
と、この各パルサを切り換えながら前記走査の方向毎に
異なる送信条件で送信する手段と、を備えたことを特徴
とする。
【００１８】請求項１０記載の発明では、請求項１記載
の超音波診断装置において、前記走査の方向毎に受信条
件を変化させる手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】請求項１１記載の発明では、請求項１記載
の超音波診断装置において、前記走査の方向に対して複
数の送信をして画像を作成する手段を備えたことを特徴
とする。
【００２０】請求項１２記載の発明に係る超音波診断装
置は、超音波ビームの走査における走査領域毎の送信音
場が均一となるように前記走査の方向毎に異なる送信条
件を設定する送信条件設定手段と、前記送信条件設定手
段により設定された送信条件で前記超音波ビームを被検
体に送信する超音波送信手段と、前記超音波送信手段に
より送信された超音波ビームの前記被検体から反射され
た超音波エコー信号から前記被検体の超音波画像を得る
画像生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波診断装
置の実施の形態を具体的に説明する。
【００２２】図１に示す超音波診断装置は、装置本体１
１と、この装置本体１１に接続される超音波プローブ１
２、モニタ１３、及び操作部１４とを備える。操作部１
４は、オペレータからの各種の指示、情報を装置本体１
１に与えるもので、各種の入力デバイス、例えば操作ス
イッチ、キーボード、ＲＯＩ（関心領域）の設定等を行
うためのポインティングデバイス（マウス、トラックボ
ール等）等を有し、これにより、オペレータの操作で例
えばＢモード、ハーモニックモード等の画像モード選定
や超音波ビーム送信条件等の設定・変更等が可能となっ
ている。
【００２３】超音波プローブ１２は、電気／機械可逆的
変換素子としての圧電セラミック等の圧電振動子を有す
る。複数の圧電振動子が１次元又は２次元アレイ状に配
列されてプローブ先端に搭載され、１次元アレイプロー
ブ又は２次元アレイプローブが構成されている。これに
より、プローブ１２は、装置本体１１から与えられる駆
動電圧を超音波パルス信号に変換して被検体内の所望方
向に送信する一方、被検体の体内組織の音響インピーダ
ンスの異なる境界で反射され又は微小散乱体により後方
散乱された超音波エコー信号をこれに対応する電圧のエ
コー信号に変換して装置本体１１に送る。
【００２４】装置本体１１は、図１に示すように、プロ
ーブ１２に接続されたパルサ／プリアンプ・ユニット２
１、その送信側に置かれた送信制御部（送信コントロー
ラ）２２、パルサ／プリアンプ・ユニット２１の受信側
に置かれた受信遅延回路２３、エコープロセッサ２４、
ドプラプロセッサ２５、音場検出部２６、及び表示ユニ
ット２７を備える。装置本体１１は、さらに操作部から
の操作データを受けると共に、上記の各要素の設定や動
作の制御を含むシステム全体の制御中枢の役割を担うホ
ストＣＰＵ２８も備える。本例では特に図示していない
が、装置本体１１には、必要によって心腔検出用プロセ
ッサ、３Ｄプロセッサ等も含まれる。
【００２５】送信制御部２２は、プローブ１２による超
音波ビームの各走査線で形成される走査領域内の送信音
場が均一となるように走査線毎に送信開口、送信開口面
積、送信開口位置、送信開口形状、送信音圧、送信パル
ス波形、送信超音波ビームの周波数分布、焦点、及び送
信素子分布等の送信条件を設定し、その送信条件でプロ
ーブの各振動子に与える送信パルス電圧の制御信号をパ
ルサ／プリアンプ・ユニット２１に送る。
【００２６】パルサ／プリアンプ・ユニット２１は、プ
ローブ１２に接続されるＴ／Ｒ３１、その送信側に置か
れるパルサ（トランスミッター）３２、及びＴ／Ｒ３１
の受信側に置かれるプリアンプ３３を備える。
【００２７】パルサ３２は、本例では複数の送信条件の
内の１つを瞬時に切り換え可能な機能を有する１個の回
路セット又は複数の送信条件毎に切り換え可能な機能を
有する複数個の回路セットで構成され、送信制御部２２
にて設定された送信条件で駆動パルス電圧を発生し、こ
のパルス電圧に基づく駆動信号をＴ／Ｒ３１を介してプ
ローブ１２に与える。これにより、プローブ１２からの
超音波ビームの方向・集束が２次元的または３次元的に
制御され、その走査領域内の送信音場が均一となるよう
に各走査線毎に異なる送信条件でビームフォーミングが
行われる。
【００２８】プリアンプ３３は、プローブ１２で変換さ
れた超音波エコー信号に対応する電圧のエコー信号をＴ
／Ｒから受けて増幅し、その増幅信号を受信遅延回路５
に送る。
【００２９】受信遅延回路２３は、１個の回路セット
（ビームフォーマー）又は並列同時受信に必要な複数個
の回路セットで構成され、受信時のビームフォーミング
による超音波ビームの方向・集束の条件を満たすように
プリアンプ３３からのエコー増幅信号を遅延・加算して
エコープロセッサ２４、ドプラプロセッサ２５、及び音
場検出部２６に送る。
【００３０】エコープロセッサ２４は、受信遅延回路２
３からの受信信号に対して所定のリファレンス周波数で
直交検波し、その検波信号の信号振幅に応じた２次元又
は３次元空間分布画像を生成する一方、ハーモニックイ
メージングの画像生成に関する信号処理を行う。ここ
で、送信超音波ビームとして従来の超音波パルス以外
に、コード化された超音波を用いる場合、又は、パルス
圧縮の手法を用いる場合には、上記の直交位相検波処理
の代わりにデコンボルーション処理が行われる。ここで
生成される画像は、被検体の２次元又は３次元形態情報
に相当するものであり、特にコントラスト剤を用いた場
合は形態情報に加え造影剤の情報を含む。
【００３１】ドプラプロセッサ２５は、受信遅延回路２
３からの受信信号に対してその位相の時間変化を計測す
ることにより被検体の組織の運動、分散などの２次元又
は３次元空間分布画像データを生成する。このプロセッ
サ２５は、さらにＰＷ（パルスドプラ）やＣＷ（連続波
ドプラ）に関する信号処理も行う。
【００３２】音場検出部２６は、受信遅延回路２３から
の受信信号に対して超音波ビームの各走査線上のエコー
信号の平均強度等を検出する。
【００３３】表示ユニット２７は、エコープロセッサ２
４、ドプラプロセッサ２５、及び音場検出部２６からの
データに対して対数圧縮、スキャンコンバート等の処理
を行って所定の画像としてモニタ１３上に表示させる。
【００３４】ここで、送信制御部２２による送信条件の
設定例及び変更例を図２〜図１１に基づいて説明する。
ここでは、超音波プローブ１２として１次元アレイプロ
ーブ（セクタプローブ）を例に挙げ、従来例の場合と対
比させて説明する。
【００３５】図２は、セクタプローブ１２により電子ス
キャンされる超音波ビームの走査領域を示す。この図２
において、セクタプローブ１２から送信される超音波ビ
ームは、プローブ先端部の配列振動子が成す送信開口の
中心部から法線方向に延びる偏向角が０度の走査線（θ
＝０°）を挟んで両側に所定角度で偏向させた偏向角が
最大の走査線（例えば、θ＝４５°）までの複数の走査
線で形成されるセクタ状の走査領域内で電子スキャンが
行われる。
【００３６】図３（ａ）及び（ｂ）は、図２に示す走査
領域内でのビームスキャンにおいて、従来の同一送信条
件の場合を説明するものである。図３（ａ）は、超音波
プローブ１の送信条件（送信開口Ｗ１、焦点深さＤ１）
の設定例を、また図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す偏向
角が０度（θ＝０°）の走査線上の送信ビームＢ１と、
偏向角が３０度（θ＝３０°）の走査線上の送信ビーム
Ｂ２とのそれぞれの焦点深さＤ１における模式的なメイ
ンビームのプロファイル（横軸：ビーム中心からの位
置、縦軸：音圧）をそれぞれ示す。
【００３７】図４は、実際のシミュレーションにより、
図３（ａ）及び（ｂ）に示す送信条件の内、送信開口Ｗ
１＝１２．６ｍｍ、焦点深さＤ１＝６０ｍｍ、送信波形
がパルス波形の条件で、θ＝０°の送信ビームＢ１とθ
＝３０°の送信ビームＢ２との焦点深さＤ１でのビーム
プロファイル（横軸：ビーム中心からの角度、縦軸：振
幅）を調べた結果を示す。
【００３８】以上の結果から、偏向角３０度の場合で
は、偏向角０度の場合と比べて、ビーム中心の音圧が下
がり、ビーム幅が広がる等が確認され、これにより、送
信音場の劣化が生じていることが分かった。
【００３９】これは、従来例の場合では、走査領域内の
異なる走査線間で送信条件が同一であったため、エレメ
ントファクタや見かけの開口変化等の影響により走査線
間で送信音場が変化し、特に走査領域内の偏向角が小さ
い中央付近の走査線とその偏向角が最大となる縁部付近
の走査線との間で送信音場の違いが最も大きくなると考
えられる。
【００４０】従って、送信ビームの偏向角が大きい部分
では、次のような不都合がある。
【００４１】１）ＴＨＩ時にハーモニック成分の発生が
低下して感度が劣化する。このため、図５に示すように
モニタ１３上の画像が暗くなり、生体の構造が識別困難
となり、診断に有用な画像中の表示領域が減少する。
【００４２】２）コントラストエコーでの非線形応答が
劣化し、染影の黒抜けが生じて確認困難となる。このた
め、図５に示すようにモニタ上の画像が暗くなり、血流
等の病変部位の染影の黒抜けと区別が困難で、臨床での
診断で問題となる。
【００４３】３）偏向角が大きくなる程、走査線と垂直
方向の空間分解能が劣化し、さらに感度も低下する。こ
のため、特に並列同時受信の際に問題となる。
【００４４】以上の従来例の場合に対し、本例では、送
信制御部２２が図６に示す処理を行うことにより、画像
を構成する各走査線を認識し（ステップＳ１）、その各
走査線に応じて最適な送信開口、開口面積、開口位置、
開口形状、音圧、送信波形、周波数分布条件、焦点、送
信素子分布等の送信条件を設定し（ステップＳ２）、そ
の送信条件を指示し（ステップＳ１）、これにより走査
領域内のビームスキャンを制御するように構成したた
め、以下のような作用・効果が得られる。以下、送信条
件毎にその設定例及び効果を説明する。
【００４５】（送信音圧）送信音圧は、送信ビームの偏
向角の大小に拠らずその走査線上の音圧が等しくなるよ
うに補正（設定）する。この補正は、偏向角の大きい走
査線上の送信音圧を偏向角の小さい走査線上の送信音圧
と比べて高くする場合と、これとは逆に偏向角の小さい
走査線の送信音圧を偏向角の大きい走査線の送信音圧と
比べて低くする場合とのいずれでも可能である。いずれ
の場合も相対的関係が同様となるためである。後者の場
合の設定例を図７に示す。
【００４６】図７においては、偏向角の小さい送信ビー
ム（図中の例ではＢｘ）の音圧を偏向角の大きい送信ビ
ーム（図中の例ではＢ１、Ｂｎ等）の音圧と比べて低く
設定する。
【００４７】図８は、前述と同様のシミュレーションに
より、送信開口Ｗ１＝１２．６ｍｍ、焦点深さＤ１＝６
０ｍｍ、送信波形がパルス波形の送信条件で、θ＝３０
°の送信ビームとθ＝０°の送信ビームとでその焦点付
近の音圧が等しくなるように補正した結果を示す。
【００４８】このように偏向角の違いに拠らずどの位置
の送信ビームでもその焦点付近での音圧が等しくなるよ
うに設定すれば、特にＴＨＩやコントラストイメージン
グ等の媒質の非線形性を利用したイメージングの場合に
組織伝搬や造影剤の等しい非線形応答を期待でき、有効
である。これは、受信信号の振幅は超音波ビーム上の送
信音圧の２乗を主とする累乗に比例し、従来のＢモード
画像のように線形成分による画像生成とは異なり、送信
音圧の影響が画像に重大な影響を与えるためである。
【００４９】本例では、焦点付近の音圧で比較したが、
実際には走査線全体の音圧を考慮して調整するのが理想
的であり、また軸フォーカス等の技術と併用することも
可能である。
【００５０】（開口面積）開口面積については、送信ビ
ームの偏向角が大きくなる程、相対的に大きくなるよう
に設定する。この設定例を図９（ａ）及び（ｂ）に示
す。
【００５１】この場合、図９（ａ）に示すようにθ＝０
°の送信ビームＢ１の送信開口Ｗ１よりもθ＝３０°の
送信ビームＢ２の送信開口Ｗ２が大きくすると（Ｗ１＜
Ｗ２）、図９（ｂ）の焦点付近でのビームプロファイル
に示すように、両送信ビームＢ１、Ｂ２のそれぞれのビ
ーム中心での音圧及びビーム幅が殆ど等しくなる。
【００５２】図１０は、実際のシミュレーションによ
り、θ＝３０°の送信ビームＢ２について、従来と同様
に送信開口を変化させない場合（Ｗ１＝１２．６ｍｍ）
と、送信開口を拡大した場合（Ｗ２＝１４．７ｍｍ）と
の焦点深さでのビームプロファイルを示す。この図９に
おいて、送信開口を拡大させた場合は、ビーム中心での
音圧が高くなり、ビーム幅が狭くなることが確認され
た。
【００５３】従って、偏向させた送信ビームの開口面積
を上記のように設定すれば、ビーム形状を調整できるた
め、感度と空間分解能を併せて調整でき、これにより、
ＴＨＩ、コントラストエコーの送信感度補正に加えて、
偏向による空間分解能の違いを補正できる。この空間分
解能補正の効果は、特に並列同時受信の場合に顕著とな
る。
【００５４】（送信ウェイティング）送信ウェイティン
グを行う場合には、走査線毎にウェイティング関数を変
化させてもよい。これは、走査線に対して送信開口（プ
ローブ）で左右対称なウェイティングをかけてビームを
偏向させると、送信ビーム形状は左右対称ではなくなる
ため、その補正を行うものである。ウェイティング関数
としては、ハミング、ハニング、ブラックマン、シン
ク、ガウス等のものを例示できる。
【００５５】この送信ウェイティングは、コントラスト
エコーにおいて走査線方向（深さ方向）の画質を均一に
する点でも重要な役割を担う。以下、このことを図１１
〜図１３に基づいて説明する。
【００５６】図１１は、送信ウェイティングをかけない
場合の超音波ビームの基本波スキャン面におけるビーム
シミュレーション結果を説明するものである。このシミ
ュレーションで用いた条件は、中心周波数＝２．０００
０００［ＭＨｚ］、音源音圧＝１．００００００［ＭＰ
ａ］、レンズ焦点＝５．００００００［ｃｍ］、スキャ
ン焦点＝１６．００００００［ｃｍ］、表示最大深さ＝
２０．００００００［ｃｍ］、表示範囲（横）＝１２．
８０００００［ｃｍ］であり、振幅は最大値で規格化し
たものを表示している。この図１１において、超音波ビ
ームの送信走査線は、画像中央に位置している。
【００５７】図１１に示すビームシミュレーション結果
によれば、近距離でビーム幅が大きく、送信走査線上以
外の位置でピークをもつ場合もあることが確認された。
こうした状態では、従来技術のところで述べたような臨
床上の問題が発生することが予想される。
【００５８】図１２は、ハミング関数で送信ウェイティ
ングをかけた場合の基本波スキャン面におけるビームシ
ミュレーションを行った結果を説明するものである。こ
のシミュレーションで用いた条件は、前述の図１１の場
合と同様である。開口は、前述の図１１の場合と投入エ
ネルギーがほぼ等しくなるように設定している。
【００５９】図１２に示すビームシミュレーション結果
によれば、近距離のビーム幅が改善され、走査線上に音
圧のピークがくることが確認された。こうしたビーム形
状であれば、近接走査線上の造影剤にあたえる影響が低
減され、特に走査線密度の高い近距離で造影効果が改善
されることが期待できる。
【００６０】図１３は、上記の送信ウェイティングをか
けない場合（従来技術）と、ハミング関数で送信ウェイ
ティングをかけた場合（本例）との深さ５ｃｍでのビー
ム断面の片側プロファイルを説明するものである、この
プロファイルの横軸はビームの中心（走査線）を０ｃｍ
としている。
【００６１】このプロファイルによれば、従来技術の場
合と比べ本例の場合に送信ウェイティングの効果でビー
ムが細かくなっていることが確認された。しかも、送信
ウェイティングは、通常、サイドローブを低減する効果
があると言われているが、ここで言うコントラストエコ
ーの場合では、さらに重要なメインローブの形状を整形
していることが分かった。従って、本例の実験では、近
距離でも造影効果が得られ、深さ方向に均一な染影（画
質）が得られるといった効果があることが確認された。
【００６２】（送信波形）送信波形については、送信ビ
ームの偏向角が大きくなる程、音圧が下がり、感度が低
下するため、その対策として送信超音波パルスの周波数
が低くなるように設定する。この設定例を図１４に示
す。
【００６３】この場合、図１４に示すようにθ＝０°の
送信ビームＢ１の中心周波数ｆ１よりもθ＝３０°の送
信ビームＢ２の中心周波数ｆ２を低くすると、偏向させ
た送信ビームＢ２のペネトレーションが上がり、送信感
度が相対的に向上するようになる。
【００６４】また、造影剤で用いるマイクロバブル（微
小気泡）は、負の音圧に特に応答することが知られてい
るため、それを一定に保ちながら、偏向ビームでは相対
的に低周波化すれば、送信ビームのペネトレーションを
より効果的に補うことが期待される。
【００６５】（開口位置）送信開口位置については、例
えば図１５に示すように超音波プローブ１２の走査領域
内の周囲に肋骨や肺が存在し、これが障害となって送信
ビームＢｘが遮断されて送信感度の低下を招き、多重エ
コー等のアーチファクトの原因となる場合、送信ビーム
Ｂｘの開口位置Ｐ１を本例ではその偏向方向とは逆方向
の開口位置Ｐ２を移動させるように設定する。
【００６６】この開口位置Ｐ２からの送信ビームＢｙを
使用すれば、肋骨の影響を低減でき、送信感度低下を防
ぐことができる。また、肋骨や肺などの位置関係に応じ
て、開口位置を変えるだけでなく、開口形状を変化させ
れば、より一層効果的となる。この効果は、特に循環器
分野の場合に最大限に発揮される。
【００６７】（送信素子分布）従来の通常送信の場合で
は、送信開口内の素子（圧電振動子）には全て駆動電圧
が供給され、そこから超音波パルスを発していたが、本
例では送信開口内で部分的に電圧を供給しない素子を設
定し、すなわち偏向角に応じて送信素子を間引いてその
送信開口内での分布密度を変える。このように偏向角に
応じて送信素子の分布密度を変えることで超音波プロー
ブ１２から出力される平均的な送信音圧が制御可能とな
る。
【００６８】このような超音波プローブ１２の送信開口
内における送信素子分布は、スパース分布とも呼ばれて
いる。このスパース分布のパターンは、ガウス分布など
に従って規則的に分布させるものでも、ランダムに分布
させるものでも、いずれでも良い。これより、上述の各
素子の送信音圧を変化させる送信ウェイティングと同様
の効果をスパース分布の密度を変化させることで実現で
きる。このスパース分布の一例（１次元アレイのプロー
ブの場合）を図１６（ａ）及び（ｂ）に模式的に示す。
【００６９】図１６（ａ）は偏向角が０度付近の場合、
図１６（ｂ）は偏向角が大きい場合のそれぞれの超音波
プローブ１２の送信開口内の送信素子分布（１次元アレ
イのスパース分布）を示す。図１６（ａ）に示す偏向角
が０度付近の場合では、図１６（ｂ）に示す偏向角が大
きい場合と比較して、送信素子を間引いて密度を低く、
逆に言えば偏向角の大きい場合では偏向角の０度付近の
場合と比較して密度を高く設定したものである。
【００７０】したがって、パルサの音圧をレート周期の
オーダーで変化させるにはアナログ回路のパフォーマン
ス上の限界とコスト等の関連で困難となる可能性がある
が、これに比べ上記のように送信素子分布を変化させる
手法を近似的に代用すれば、送信用のパルサが１つで済
み、より一層実現化しやすいものとなる。
【００７１】（開口面積及び音圧）上記の送信条件（送
信音圧、送信開口面積、送信波形、送信開口位置、送信
素子分布）は、走査線に応じて単独で変化させてもよい
が、一度に複数変化させることも可能である。この一例
を図１７に示す。
【００７２】図１７は、偏向ビーム（例：θ＝３０°）
に対してその送信条件を送信開口面積を拡大し且つ送信
音圧を増大するように設定した場合の焦点付近でのビー
ムプロファイルを中心ビーム（θ＝０°）の場合と比較
したものである。これにより、偏向ビームと偏向してい
ないビームの形状は、特にメインローブに関してほぼ完
全に等しくなることが分かる。従って、送信条件を単独
に変化させる場合よりも、複数変化させる場合の方がよ
り一層効果的である。
【００７３】（ＭＩ値を使用した設定例）送信条件を変
化させる際に参照とする対象として、上記のように送信
ビームの音圧やビームプロファイルの他に、超音波診断
装置で送信音場を示す指標として使用されるＭＩ値を使
用することが可能である。
【００７４】ＭＩ値は、超音波が生体組織を伝搬する
際、伸長による形成された気泡が圧縮され破壊する際に
発生するエネルギーにより生体へ及ぼす機械的影響に関
する指標であって、超音波パルスの負のピーク音圧をそ
の中心周波数の平方根で割った値の空間的最大値であ
る。従って、画像中でＭＩ値を均一に保つため、周波数
と音圧との一方又は両方を変化させることができる。
【００７５】以上のように、本例によれば、従来例のよ
うに偏向角に依らず一定の送信条件でスキャンさせるの
ではなく、その送信条件を走査線毎に目的に応じて最適
に設定するように構成したため、部分的な画像劣化を防
止して送信ビームの方位によらず従来と比較してより均
一な画質の画像を生成することが可能となり、特にＴＨ
Ｉ、コントラストエコー、並列同時受信のイメージング
について高画質の画像を得ることが可能となる。
【００７６】なお、本例では代表的な送信条件の設定例
を説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に送信条件
を設定することが可能である。
【００７７】また、本例では超音波プローブとしてセク
タプローブを用いて説明してあるが、本発明は必ずしも
これに限定されるものではなく、その他のプローブでも
上記と同様に送信条件を調整し、走査線間での送信音場
を補正することが可能である。
【００７８】さらに、本例では送信条件を走査線毎に変
更させる場合を説明してあるが、本発明は必ずしもこれ
に限定されるものではなく、例えば画像を成す走査領域
内をさらに複数の走査線で構成される複数の領域に分割
し、その各領域で送信条件を調整する方法であっても、
上記と同様に画像内の画質のばらつきを低減可能であ
る。この場合の構成例を図１８〜図２０に示す。
【００７９】図１８に示す超音波診断装置は、図１と同
様の構成のほか、パルサ／プリアンプ・ユニット内のパ
ルサ３２ａとして送信条件と同数の複数個のパルサ４１
…４１と、その各パルサ４１…４１を切り換え可能なス
イッチ（ＳＷ）４２とを備え、送信制御部２２で指示さ
れる各送信条件毎に各パルサ４１…４１を切り換えるこ
とにより、超音波プローブ１２からの送信ビームＢ１…
Ｂｎを走査領域内で送信音場が均一となるようにスキャ
ン可能となっている。
【００８０】図１９に示す超音波診断装置は、図１と同
様の構成のほか、パルサ／プリアンプ・ユニット内のパ
ルサ３２ｂとして複数の送信条件を所定の速度で切り換
え可能な１個のパルサ４３を備え、送信制御部２２で指
示される各送信条件をパルサ４３で切り換えることによ
り、超音波プローブ１２からの送信ビームＢ１…Ｂｎを
走査領域内で送信音場が均一となるようにスキャン可能
となっている。
【００８１】図２０に示す超音波診断装置は、図１と同
様の構成のほか、パルサ／プリアンプ・ユニット内のパ
ルサ３２ｃとして送信条件よりも数の少ない複数個のパ
ルサ４４…４４と、その各パルサ４４…４４を切り換え
可能なスイッチ（ＳＷ）４５とを備え、送信制御部２２
で指示される各送信条件毎に所定のパルサ切り換えモー
ドで各パルサ４４…４４を切り換えることにより、超音
波プローブ１２からの送信ビームＢ１…Ｂｎを走査領域
内で送信音場が均一となるようにスキャン可能となって
いる。
【００８２】この場合のパルサ切り換えモードは、１つ
のパルサが送信条件を切り換えている間に他のパルサで
送信し、このように送信するパルサと送信条件を変更す
るパルサとを順次切り換えるものである。これにより、
パルサの切り換え速度がレート間隔よりも遅い場合であ
っても、必ずしも送信条件の数だけパルサが必要ではな
く、複数のレート間隔内で送信条件を切り換えることが
可能であれば、送信条件の数よりも少ない数のパルサで
も上記と同様の走査が実現できる。
【００８３】また、本例を実際の生体に適用する場合に
は、例えば図２１及び図２２に示すような調整が可能で
ある。
【００８４】図２１は、生体内の音場をモニタする場合
を説明するものである。上記の例で均質な媒質では、走
査線毎に送信条件を変化させることで走査領域内で均一
な音場を形成するように構成してあるが、実際に生体に
適用する場合には、設計上の誤差、許容範囲、媒質の不
均一性等を考慮に入れて、生体内の音場をモニタしなが
ら、送信条件を制御することが望ましい。
【００８５】この場合の音場をモニタする方法として
は、モニタ上の画像（図４参照）自体を見て暗い部分は
音圧が低いと判断する方法のほか、前述した音場検出部
２６にて各走査線上のエコー信号の平均強度を検出し、
図２１に示すようにグラフ等で表示する等の方法があ
る。ここでの平均値は、走査線毎のほか、数本の走査線
間のものでもよく、表示値としては平均値のほか、積分
値、最大値、最少値、中央値等でもよく、各深さで独立
に表示してもよいし、走査線を代表して１つの値でもよ
い。
【００８６】また、コントラストエコーの場合では、造
影剤に影響のない送信音圧で上記の検出を行うことが重
要であるため、例えば公知のモニタモードの技術等を適
用することが可能である。さらに低音圧で送信音場を検
出し、造影効果を得るため、一般的には高音圧の送信を
行うときの送信条件を設定することが重要である。もち
ろん、造影剤注入前に送信条件を設定しておくことも可
能である。
【００８７】さらに、図２１に示すように十分な造影効
果が得られる音圧等のしきい値等を重畳表示したり色分
けして表示すれば、送信条件の設定の際に重要な情報と
なり、より効果的となる。表示は、モニタ上でも操作パ
ネル上でも可能であり、見やすい場所であればよい。
【００８８】また、本例では送信条件を送信制御部で自
動的に制御する構成としてあるが、本発明は必ずしもこ
れに限定されるものではなく、操作者が設定してもよ
い。操作者が設定するためには、例えば図２２に示すよ
うに操作部１４に各走査線Ｂ１〜Ｂｎ毎に音圧設定用・
口径設定用のダイヤル・レバー等の操作器を設けたり、
或いは全ての走査線を調整するのは大変なので１つのダ
イヤル・レバー等で複数の走査線の操作条件を設定した
りすることが望ましい。
【００８９】また、装置の制約等により送信条件で均一
にできない場合は、受信条件を変化させて補うことも可
能である。
【００９０】本発明は、上述の実施の形態に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
送信条件を走査線毎に目的に応じて最適に設定し、部分
的な画像劣化を防ぐことで均一な画質をもつ画像を生成
し、特にＴＨＩ、コントラストエコー、並列同時受信の
イメージングについてより高画質の画像を得ることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による超音波診断装
置の概略ブロック図。
【図２】セクタプローブによるスキャン領域を説明する
概略図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、従来の送信条件による焦
点深さでのメインビームのプロファイルを説明する概略
図。
【図４】従来の送信条件による焦点深さでのビームプロ
ファイルを示すグラフ。
【図５】セクタプローブによるハーモニックイメージン
グ等の表示例を示す概略図。
【図６】送信制御部による処理例を示す概略フローチャ
ート。
【図７】送信ビームの音圧の設定例を説明する概略図。
【図８】偏向ビームの音圧を補正した場合の焦点深さで
のビームプロファイルを示すグラフ。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、送信開口を補正した場合
の焦点深さでのビームプロファイルを説明する概略図。
【図１０】偏向ビームの送信開口を拡大させた場合の焦
点深さでのビームプロファイルを示すグラフ。
【図１１】送信ウェイティングをかけない場合のスキャ
ン面でのビームシミュレーション結果（従来技術）を説
明する図。
【図１２】送信ウェイティングをかけた場合のスキャン
面でのビームシミュレーション結果を説明する図。
【図１３】図１１及び図１２の場合のビーム断面での片
側プロファイルを説明する図。
【図１４】偏向ビームの送信超音波の周波数分布を補正
する場合を説明する概略図。
【図１５】送信ビームの開口位置を被検者の肋骨を避け
て設定する場合を説明する概略図。
【図１６】送信素子分布（スパース分布）の一例を説明
する図で、（ａ）は偏向角０度付近の場合の模式図、
（ｂ）は偏向角大の場合の模式図。
【図１７】偏向ビームの送信開口及び音圧を同時に補正
した場合のビームプロファイルを示すグラフ。
【図１８】送信条件の数と同数のパルサ群で送信条件を
切り換える場合の構成例を示す概略ブロック図。
【図１９】１個のパルサで送信条件を切り換える場合の
構成例を示す概略ブロック図。
【図２０】送信条件の数よりも少ないパルサ群で送信条
件を順次切り換える場合の構成例を示す概略ブロック
図。
【図２１】音場をモニタする場合を説明する概略図。
【図２２】操作者が送信条件を設定する場合を説明する
概略図。
【符号の説明】
１１ 装置本体 １２ 超音波プローブ １３ モニタ １４ 操作部 ２１ パルサ／プリアンプ・ユニット ２２ 送信制御部 ２３ 受信遅延回路 ２４ エコープロセッサ ２５ ドプラプロセッサ ２６ 音場検出部 ２７ ホストＣＰＵ ２８ 表示ユニット ３１ Ｔ／Ｒ ３２ パルサ ３３ プリアンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶺 喜隆 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB02 CC02 DD03 DD04 DD06 DD07 EE07 GB03 GB09 HH01 HH02 HH04 HH09 HH13 HH14 HH16 HH24 HH37 HH38 HH45 HH46 HH48 JB29 JB42 JB50 JC16 KK02 KK16 KK30 KK31 KK32 LL20 5J083 AA02 AB17 AC07 AC18 AC29 AD04 AD15 AE10 BA01 BA09 BA10 BB01 BB10 BC01 BD02 BD03 BE14 BE39 BE50 CA12 CB02 DA05 DA06 DC05 EA14 EA18 EA26 EA31 EA46 FA01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波ビームの走査における走査領域毎
    の送信音場が均一となるように前記走査の方向毎に異な
    る送信条件を設定する送信条件設定手段と、 前記送信条件設定手段により設定された送信条件で前記
    超音波ビームを被検体に送信する超音波送信手段と、 前記超音波送信手段により送信された超音波ビームの前
    記被検体から反射された超音波エコー信号からハーモニ
    ック成分を抽出して前記被検体のハーモニック超音波画
    像を得る画像生成手段と、を備えたことを特徴とする超
    音波診断装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記超音波送信手段は、前記送信条件を１つの画像
    モード内で変化させる手段であることを特徴とする超音
    波診断装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記送信条件は、送信開口、送信開口面積、送信開
    口位置、送信開口形状、送信音圧、送信パルス波形、送
    信超音波の周波数分布条件、焦点、送信素子分布、及び
    送信開口ウェイティング関数の内の少なくとも１つであ
    ることを特徴とする超音波診断装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記送信条件設定手段は、前記走査領域内の送信音
    圧又はＭＩ（Ｍｅｃａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｅｘ）値が均
    一となるように、或いは、前記走査線と垂直な仮想面内
    の送信音圧又はＭＩ値が均一となるように設定する手段
    であることを特徴とする超音波診断装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記画像生成手段は、前記超音波エコー信号から前
    記走査の方向毎に送信音場に関する指標を計測する計測
    手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の超音波診断装置におい
    て、前記画像生成手段は、前記計測手段により計測され
    た指標を表示する手段を備えたことを特徴とする超音波
    診断装置。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の超音波診断装置におい
    て、前記送信条件設定手段は、前記計測手段により計測
    された指標に基づいて前記送信条件を設定する手段を備
    えたことを特徴とする超音波診断装置。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記送信条件設定手段は、前記送信条件を操作者に
    より設定可能とする手段を備えたことを特徴とする超音
    波診断装置。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記超音波送信手段は、前記走査の方向に沿う送信
    走査線数よりも少ない数のパルサと、この各パルサを切
    り換えながら前記走査の方向毎に異なる送信条件で送信
    する手段と、を備えたことを特徴とする超音波診断装
    置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記走査の方向毎に受信条件を変化させる手段をさ
    らに備えたことを特徴とする超音波診断装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の超音波診断装置におい
    て、前記走査の方向に対して複数の送信をして画像を作
    成する手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
  12. 【請求項１２】 超音波ビームの走査における走査領域
    毎の送信音場が均一となるように前記走査の方向毎に異
    なる送信条件を設定する送信条件設定手段と、 前記送信条件設定手段により設定された送信条件で前記
    超音波ビームを被検体に送信する超音波送信手段と、 前記超音波送信手段により送信された超音波ビームの前
    記被検体から反射された超音波エコー信号から前記被検
    体の超音波画像を得る画像生成手段と、を備えたことを
    特徴とする超音波診断装置。
JP2000150396A 2000-05-22 2000-05-22 超音波診断装置 Pending JP2001327505A (ja)

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