JPH03500454A - 人為構造を除外した超音波反射伝送映像化方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 人為構造を除外した超音波反射伝送映像化方法および装置産業上の利用分野 本発明は、後方散乱帯域からのエコー信号を受信して処理するにあたり、後方散 乱帯域の不均一性に基づく人為構造すなわちデーチファク）　（ａｒｔｉｆａｔ ｃｔｓ）を除外する手段を含む超音波反射伝送映像化方法および装置に関するも のである。

従来の技術 反射伝送型の超音波映像化方法は米国特許第４，６０８，８６８号明細書（Ｐ、 Ｓ、グリーン）に記載されていて公知である。この型の方法において外部反射器 を使用することは、米国特許第４　、６２４　。

１４３号明細書（Ｐ、Ｓ、グリーン）に開示されている。米国特許第４．７３０ ．４９５号明細書（Ｐ、Ｓ、グリーン）には、実質的に均質な反射性を有しない 後方散乱帯域からの信号を処理するにあたり、レンジ帯域の長さを自動的に調節 し、これに基づいて、処理された信号のウエイチング（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）を 自動的に調節することを特徴とする信号処理手段が開示されている。米国特許第 ４，５１３．７４９号明細書（Ｇ、Ｓ、キノ）には、音速の局部的ばらつきを測 定して該ばらつきを補償する手段を含む三次元的温度検知手段が開示されている 。

発明の目的および構成 本発明の目的は、改善された映像を形成できる超音波反射伝送映像化方法および 装置を提供することである。

本発明の別の目的は、後方散乱帯域からのエコー信号を処理するにあたり、後方 散乱帯域の反射性が不均質である場合でさえ被検物体の高品質映像が得られるよ うに改善された超音波反射伝送映像化方法および装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、後方散乱帯域からのエコー信号を処理するにあたり 、後方散乱帯域の不均質な反射性の結果として生じる人為構造を除外する手段を 有することを特徴とする前記の型の超音波反射伝送映像化方法および装置を提供 することである。

公知の超音波反射伝送映像化装置はトランスデユーサと、それに組み合わされた 送信−受信手段を備え、これによって超音波エネルギーをビーム化して被検物体 中の区域に該ビームを照射し、そのエコー信号を処理する。該装置はさらに、該 物体中の所望の場所にトランスデユーサの焦点（すなわち集束点）を合わせるた めのトランスデユーサ焦点合わせ手段と、該物体の走査のための走査手段とを有 する。前記受信手段は、トランスデユーサの焦点を合わせた前記の場所を越えた 位置にある後方散乱帯域からのエコー信号を処理する。エコー信号の処理は次の ごとく行われる。信号検知手段および積分手段を使用して、後方散乱帯域からの エコー信号の受信の間、該信号を検知し積分する操作を行う、積分手段の出力部 から映像ピクセル信号値が得られるが、これは、焦点における音波減衰に依存す る“未補償の映像ピクセル信号値”である。前記の未補償の映像ピクセル信号値 はまた、後方散乱帯域の反射性質にも依存する。このように、未補償の映像ピク セル信号値は前記の焦点における吸収のみならず、前記の反射性にも依存する。

本発明に従えば、補償用のビクセル信号値を得る操作が行われるが、これは、前 記トランスデユーサの前記焦点または他の焦点における減衰とは実質的に無関係 に、前記後方散乱帯域の反射性の度合を知る目安となるものである。補償用のピ クセル信号値は、次の方法によって得られる。映像ビクセル信号値を得るときの 映像化用ビームの場合と同様なビーム軸に沿って第２番目の超音波エネルギーの パルスを物体に照射して、前記の映像ピクセル信号値を得る場合にパルスーイン ソニファイ　（ｐｕ−１ｓｅ−ｉｎｓｏｎｉｆｙ）された後方散乱帯域中のボリ ュームと実質的に同様なボリュームをバルスーインソニファイする。後方散乱帯 域から出たエコー信号を検知してこれを受信し、積分することによって補償用ピ クセル信号値を得る。この補償用ピクセル信号価を映像ビクセル信号値と組み合 わせて処理することによって、“補償されたピクセル信号値”が得られる。映像 ピクセル信号値と補償用ピクセル信号値とを組み合わせて処理する操作は、映像 ビクセル信号値を補償用ピクセル信号値で割るという単純な操作を包含するもの であってよい。

本発明の他の目的、構成および効果は、本発明の若干の実施例について添付図面 の参照下に以下の文節に記載された説明から一層よく理解されるであろう、しか しながら、添付図面は単に例示の目的で記載されたものにすぎず、さらにまた、 本発明の範囲は決してこれらの特定の実施例に記載に範囲内のみに限定されない ことが理解されるべきである。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係る超音波反射伝送映像化装置の一例のブロック図である。

第２図、第３図および第４図は、同一収斂型の映像用ビームを、種々異なる型の 補償用ビームと共に示した図面である。

第５図は、第１図記載の装置の動作態様を説明するための時間−動作図である。

第６図は、本発明の別の実施例に従って映像用ビームおよび補償用ビームを発生 させるために使用される軸方向に動き得る固定焦点トランスデユーサを備えた装 置の原理を示す説明図である。

好ましい実施態様の記述 本発明の実施例について添付図面の参照下に詳細に説明する。

図面において、同一部材は同一参照番号で示す。

最初に第１図について説明する。第１図に記載の超音波反射伝送映像化装置は、 超音波パルス信号の送信および受信に使用されるトランスデユーサ（１０）を有 する。トランスデユーサ（１０）はたとえば第１図に記載の構造を有するもので あってよい。すなわち例示の目的で第１図に示されたトランスデユーサ列（１０ ）は、中央部の円形電極と、該中央部電極の周りに同心的に配置された複数の環 状電極とを包含する複数の電極（素子）からなる、トランスデユーサ（１０）で 発生した超音波の圧縮波は、水のごとき適当な音波伝送媒体（図示せず）を通じ て進行し、被検物体（１２）に到達しくすなわち被検物体に“カップリングし） 、該物体をパルスーインソニファイする。

本装置の伝送部は、オン−オフ制御のための“調時および制御ニー’−７ト”（ １６）から、繰り返し調時パルス（ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｉｍｉ−ｎｇ　ｐｕ ｌｓｅｓ）を供給されるパルサ（１４）を有する。パルサ（１４）がオンになる と、高周波エネルギーのパルスが発生され、該パルスは送受信切換スイッチユニ ット（１８）を経てスイッチングマトリックス（２０）に送られる。複数の遅延 素子（２２−１）　−（２２−Ｎ）からなる時間遅延手段（２２）が、前記の送 受信スイッチとスイッチングマトリックスとの接続部に含まれている。ただし１ 個の送受信スイッチ（１Ｂ−Ｎ＋１）はスイッチングマトリックスに直接に結合 されているので、その相互接続部には時間遅延手段が含まれていない。

トランスデユーサ列（１０）の素子は、該トランスデユーサ列の焦点制御および 必要に応じて開口度（絞り）制御のために、前記のスイッチングマトリックスを 介して信号遅延手段（２２）に接続されている。調時および制御ユニッ）　（１ ６）からの調時および制御信号が、送受信操作に使用される遅延素子およびトラ ンスデユーサ素子の選択のために、スイッチングマトリックス（２０）に供給さ れる。トランスデユーサ列に供給される送信器信号および咳列からの受信信号の 遅延のための信号遅延手段（２２）は、焦点制御のために使用される。焦点は、 パルスの送信−受信器へのトランスデユーサの素子の接続部において使用される 遅延素子（２２−１）　−（２２−Ｎ）の作動に依存して種々変化し得る。

第１図において、超音波ビームの軸線は参照番号（２４）で示され、図示の実施 例では、軸（２４）に垂直な面（２６）のＣ走査像が、該面内における焦点すな わち集束点（Ｆ）の移動によってこれを走査することによって得られる。第１図 中のχ方向およびｙ方向におけるトランスデユーサ（１０）の走査は、機械的結 合手段（３０）を介して該トランスデユーサに接続されたスキャンアクチュエー タ（２８）によって行われる。スキャンアクチュエータ（２８）は走査位置情報 伝達回路を備え、その出力部ば調時および制御ユニット（１６）に接続されてお り、該ユニッ）　（１６）の出力部は送信、受信およびディスプレイ走査の各操 作の同期化のために使用される。容易に理解されるように、映像はセクタ走査パ ターン（ａｎｇｕｌａｒ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｐａｔｔｅｒｎ）および直線走査 パターンの組み合わせのごとき種々の種類の走査パターンを用いて走査できる。

また、図面に例示された機械的走査手段の代わりに電子的走査手段を用いてもよ い。本発明においては、映像ビクセル信号値を得る場合にのみトランスデユーサ の焦点合わセを面（２６）に対して行い、補償用ピクセル信号値を得る場合には 面（２６）に対して焦点合わせを行わない。

第１図および第２図に、焦点面（２６）内の焦点（Ｆ）にトランスデユーサ（１ ０）を集束させた状態が示されている。ビーム（３２）は、焦点（Ｆ）に集束し たときのビームをあられす、第２図には、第２番目の同軸ビーム（３４）も示さ れているが、ビーム（３４）は、補償用ピクセル信号価を得るときに使用される ビームである。補償用ピクセル信号値を得る場合の装置の操作は、ビーム（３２ ）を用いて映像ビクセル信号値を得るときの装置の操作の説明の次に、詳細に説 明する。既述のごとく、映像ビクセル信号値を得るための超音波反射伝送装置は 周知であり、米国特許第４．６０８゜８６８号明細書（発行日１９８６年９月２ 日）、第４，６２４，１４３号明細書（発行日１９８６年１１月２５日）および 第４，７３０．４９５号明細書（発行日１９８８年３月１５日）に記載されてい る。

図面に記載の装置において画像ピクセル信号価を得るための操作方法について説 明する。焦点（Ｆ）にビームを集束させるために適当な遅延素子を用いて操作を 行い、焦点の合ったビーム（３２）を被検物体に照射する。物体中の散乱体（ｓ ｃａｔｔｅｒｅｒ）または不連続部から反射した超音波信号〔すなわち、トラン スデユーサ列（１０）に対向した物体に音響学的にカップリングした反射手段か ら反射した超音゛波信号〕を、トランスデユーサ列（１０）で受信する。これら の反射超音波信号はトランスデユーサ列（１０）において電気信号に変換される 。そして該電気信号はトランスデユーサ素子からスイッチングマトリックス（２ ０）に送られる。

スイッチングマトリックス（２０）からの出力信号は、送信−受信切替スイッチ 手段（１８）および遅延手段（２２）内の所定の遅延部材を経て信号処理部（３ ８）内の加算増幅器（３６）に送られる。送信および受信の両方の操作において 同一の信号遅延手段を使用することによって、この両方の操作においてトランス デユーサの焦束は同一焦点（Ｆ）において行われる。

エコー信号は加算増幅器（３６）に集められ、可変利得増幅器（４０）に送られ る。該増幅器の利得は時間であり、この時間は、調時および制御ユニット（１６ ）の制御下に作動する利得関数発生Ｗ　（４２）の出力に応じて種々変わるであ ろう、容易に理解されるように時変性利得は、物体内のさらに遠方の場所から出 たリターン信号の比較的大なる減衰を補償するために使用されるものである。可 変利得増幅器（４０）からの信号は増幅器（４４）で増幅され、増幅された後の 出力はエンベロープデテクタ（４６）によって検知される。エンベロープデテク タ（４６）はたとえば全波整流器と、ローパスフィルタ手段と、出力部とを含む ものであって、その出力信号は、増幅器（４４）からの高周波信号のエンベロー プに比例する。

エンベロープデテクタ（４６）の出力信号はゲーテッドインテグレータすなわち 積分器（４８）に送られ、時間積分操作が行われる。

これは、第２図記載の後方散乱帯域（ＢＺ）内からの信号を受信する際の受信時 間全体にわたる時間積分操作である。ゲーテッド積分器（４８）のゲートは、調 時および制御ユニッ）　（１６）から導線（５０）および（５２）をそれぞれ介 して送られるエネーブル信号およびリセット信号のゲートである。トランスデユ ーサ（１０）に対向した焦点（Ｆ）の後方に存在する後方散乱帯域（ＢＺ）　（ 第２図）からのエコー信号の受信時間中は、ゲーテッド積分器（４８）はエネー ブル状態であり、すなわちゲートオンの状態である。ゲーテッド積分器（４８） の出力部から映像ピクセル信号値が出される。

該信号値は、焦点（Ｆ）における音波の減衰に実質的に依存し、さらにまた、後 方散乱帯域のボリューム（そこからのリターン信号が本装置によって受信される ）の反射性にも依存して種々変わるであろう。

インテグレータ（４８）から出された映像ピクセル信号値は導線（５６）を通じ てディスプレイプロセッサ（５４）に伝送され、該プロセッサ内の切換スイッチ （５８）を通過する。スイッチ（５８）は調時および制御ユニット（１６）の制 御下に作動するものである。図面中に実線で示したように該スイッチを接続した 場合には、映像ピクセル信号値は第１ホールド回路（６０）に送られる。該スイ ッチ（５８）と第１ホールド回路（６０）との接続は、調時および制御ユニット （１６）の出力部から導線（６２）を通じて送られる制御信号の制御下に行われ る。一方、後記の方法によって後記のパルスの送受信操作を行った場合には、積 分器（４８）から補償用ビクセル信号値が得られる。該補償用信号値もまた、後 方散乱帯域（ＢＺ）中の後方散乱部の反射性に左右されて種々変わるが、しかし ながら該補償用信号値は焦点（Ｆ）に於ける減衰には実質的に依存しない、積分 器（４８）から出された補償用ピクセル信号値は、図面中に破線で示したように 接続されたときの切換スイッチ（５８）を通じて第２ホールド回路（６４）に伝 送される。第２ホールド回路（６４）もまた、そこに導線（６６）を通じて接続 された調時および制御ユニット（１６）の出力信号によって制御される。

映像ピクセル信号値および補償用ビクセル信号値はそれぞれホールド回路（６０ ）およびホールド回路（６４）からコンバイナ（ｃｏｍ−ｂｉｎｅｒ）　（６８ ）に送られ、そこでこれらの信号値は組み合わされて処理され、これによって、 補償された映像ピクセル信号値が算出され、これが該コンバイナの出力部からス キャンコンバータ（７０）に送られる。コンバイナ（６８）は単に映像ピクセル 信号値を補償用ピクセル信号値で割る計算をするデバイダからなるものであって よい。しかしながら、これらの信号値をオフセツチング（ｏｆｆ−ｓｅｔｔｉｎ ｇ）するために、別の信号値組み合わせ手段を使用することも可能である。映像 ピクセル信号値および補償用ピクセル信号値の両者は後方帯域内の反射性に依存 し、そして映像ピクセル信号値のみが、焦点における吸収に依存するから、焦点 が走査されるときの後方散乱帯域の反射性における種々の変化の影響は、前記の ごとくコンバイナから出力信号を得ることによって実質的に解消できる。スキャ ンコンバータ（７０）の出力信号は可視ディスプレイ手段（７２）　（たとえば 陰極線管）に送られ、そこで、該コンバイナからの“補償された映像ピクセル信 号値”が可視像として表示される。

補償用ビクセル信号値を得る方法について説明する。この操作の場合には、トラ ンスデユーサ（１０）の焦点は後方散乱帯域（ＢＺ）内の場所には置かれず、ま た、後方散乱帯域とトランスデユーサとの間の区域内の場所にも置かれない、積 分器（４８）は、後方散乱帯域内から得られたエコー信号のみを処理するように ゲートオンされる。したがって、補償用ビクセル信号値の大きさく１ｅｖｅｌ） は、トランスデユーサの前記の焦点面（Ｆ）または他の焦点面におけるエコー信 号の吸収には実質的に依存しない。

第２図には補償用ビーム（３４）が、トランスデユーサからみて後方散乱帯域の 後方に存在する焦点（Ｆｌ）に集束する態様が示されている。後方散乱帯域から 送られたエコー信号のみが処理されるから、このことから明らかなように、“焦 点（Ｆｌ）から送られたエコー信号”は処理されない。

第２図に示されているように、２つのビーム（３２）および（３４）を使用する 場合には、これらに共通の後方散乱ボリューム（７６）が後方散乱帯域内に存在 し、そこから映像エコー信号と補償用エコー信号の両者が得られる。後方散乱帯 域内の非共通のボリュームは、第２図にボリューム（７８Ａ）およびボリューム （７８Ｂ）として示されている。後方散乱帯域における反射の不均一性のために 生じる人為構造の除去を最も効果的に行うために、該帯域内におけるビームの断 面のオーバラップ量を最大値にするのが好ましい。

第３図には、補償用ピクセル信号値を得るためにトランスデユーサに開口すなわ ち絞りを付けて使用することが示されている。

一層詳細に述べれば第３図には、映像用ビーム（３２）の場合にはトランスデユ ーサの絞りを全開し、補償用ビーム（８０）の場合には絞りを一部しか開かない ことが示されている。第２図と第３図との比較から明らかなように、第３図記載 の絞りを一部開いた場合の方が、第２図記載の絞りの全開の場合よりも、共通の ボリューム（７６）の体積が一層大である。

映像ピクセル信号値を得るためには後方散乱帯域の前方の点に映像ビームを集束 することが必要であるけれども、補償用ビームの場合には、このような集束操作 は不必要である。第４図には、絞り全開の場合の映像ビーム（３２）、および絞 りが一部開いた場合の末広型の補償用ビーム（８２）の状態が示されている。

第４図記載の熊祿の場合には、第２図および第３図の各々に記載の態様の場合よ りも、後方散乱帯域（ＢＺ）内における共通のボリューム（７６）の容積が一層 大きく、換言すれば非共通ボリューム（７８Ａ）および（７８Ｂ）の合計容積が 一層小さくなる。しかしながら第４図の態様の場合には、トランスデユーサ（１ ０）と後方散乱帯域（ＢＺ）との間の区域における前記の２つのビーム（３２） および（８２）に関する共通ボリュームの容積は、第２図および第３図の各々に 記載の態様の場合よりも実質的に一層小である。容易に理解されるようにビーム が走査されるときには、焦点における減衰は別として、トランスデユーサと後方 散乱帯域との間のビームの通路における減衰の不均一性のために、映像ピクセル 信号値に人為構造が影響することがあり得る０本発明に使用される補償態様はま た、介在物体における前記の減衰不均一性に基づく悪影響が少ないという効果を 有する。

前記の新規映像化装置の操作方法は前記の説明によって理解されたと信じるが、 これに関連する第５図記載の時間・動作図についてここで簡単に説明する。時刻 （Ｔ１）において、制御信号（９０）および（９２）によって、切換スイッチ（ ５８）が第１図中に実線で示したセント位置にセットされ、制御マトリックス（ ２０）が作動して焦点（Ｆ）への電子的焦点が合わせが行われる０時刻（Ｔ２） において、パルサ（１４）から出された伝送パルス出力（９４）によってトラン スデユーサ列（１０）が励起する。パルサ（１４）は、既述のごとく送信−受信 スイッチ手段（１８）および遅延手段（２２）内の選択された遅延素子を介して トランスデユーサ列（１０）に接続されている。パルサの出力信号（９４）に応 答して、トランスデユーサ（１０）は超音波エネルギーのビーム（３２）を発し 、ビーム（３２）は被検物体内の焦点（Ｆ）に集束する。

このようにして電子的に焦点合わせが行われたトランスデユーサ（１０）から発 せられた超音波パルス波は物体内を進行し、そのエコー信号をトランスデユーサ （１０）が受信し、ここで該信号は電気信号に、変換される。該電気信号はトラ ンスデユーサ列（１０）の素子からスイッチマトリックス（２０）、遅延手段（ ２２）中の遅延素子および送受信スイッチ（１８）中の素子を経て信号処理器（ ３８）内の加算増幅器（３６）に送られる。この受信操作のときは、トランスデ ユーサ（１０）は電子的に焦点（Ｆ）に集束する状態を保っており、送信操作と 受信操作との間においてスイッチングマトリックスへの制御信号の変化は全（な い。

加算増幅器（３６）からの出力信号は可変利得増幅器（４０）および増幅器（４ ４）で増幅される。増幅された信号は検知器（４６）においてエンベロープの形 が検知される。検知器（４６）の出力信号は第５図中に信号（９６）として示さ れている０時刻（Ｔ３）と時刻（Ｔ４）との間の時期に、導線（５０）を通じて 送られた積分器エネーブル操作制御信号によって積分器（４８）がエネーブルさ れる。積分器（４８）の出力信号は第５図中に参照番号（１００）で示されてい る。

時刻（Ｔ３）と時刻（Ｔ４）との間の時期に検知器の出力信号（９６）の積分操 作が行われる。一方、後方散乱帯域（ＢＺ）の共通のボリューム（７６）と非共 通のボリューム（７８Ｂ）とを包含するボリュームの区域からのエコー信号の受 信操作が行われる０時刻（Ｔ５）において、ゲーテッド積分器（４８）からの出 力信号がスイッチ（５８）を通じてホールド回路（６０）に伝送される。ホール ド回路（６０）は制御信号（１０２）で制御される。時刻（Ｔ６）において、積 分器リセット信号（１０４）によって積分器（４８）がリセットされるが、これ は、その次の送受信操作サイクルのための準備操作である。

送信および受信の両方の操作の際に図面に記載の装置において焦点合わせ操作を 行った場合には、受信波は焦点を２回通過したものであり、当該区域内の減衰に よって咳波の振幅が強く影響を受ける。容易に理解されるように、ホールド回路 （６０）に記憶された映像ピクセル信号値は、後方散乱帯域（ＢＺ）内の反射性 に依存し、さらにまた、焦点（Ｆ）における吸収に強く依存する信号値である。

時刻（Ｔ７）において、制御信号（９０）が発せられ、これによってスイッチ（ ５Ｂ）が作動し、破線で示した接続が行われる。その次の送受信操作サイクルに おいて補償用ビクセル信号値が所望される場合には、上記の操作と同時に、スイ ッチングマトリックス（２０）のための制御信号（９２）が発せられてトランス デユーサの新たな電子的焦点合わせが行われる。既述のごとく、電子的焦点合わ せの制御手段は、第２図および第３図にそれぞれ記載の収斂型の補償用信号ビー ム（３４）および（８０）の形成のために利用でき、あるいはまた、第４図に記 載のごとき末広型の補償用信号ビーム（８２）の形成のために利用できる。ある いはまた、補償用ビクセル信号値を得るためにコリメーテッドビームを使用する ことも可能である。補償用信号ビームの形のいかんにかかわらず、トランスデユ ーサと後方散乱帯域の後方の区域との間の場所への焦点合わせは行われない。な ぜならば、補償用信号値は焦点における吸収には実質的に依存しないものである からである。

時刻（Ｔ８）においてパルサ（１４）は再びエネーブルされ、したがって伝送パ ルス（９４）によってトランスデユーサ列（１０）が付勢される　（パルス付勢 と称する）。この時点で補償用信号ビームが伝送される。時刻（Ｔ９）と時刻（ Ｔｏｏ）との間の時期に、制御信号（９２）によってゲーテッド積分器（４８） がエネーブルされ、後方散乱帯域（ＢＺ）から受信したエコー信号を積分する。

後方散乱帯域内の共通のボリューム（７６）および非共通のボリュームの一部の 区域（７８Ａ）から得られたリターン信号〔前記の補償用信号ビーム、たとえば 第２図記載のビーム（３４）に対応するリターン信号〕が得られる。積分操作の 時間の後に、すなわち時刻Ｃ丁１１）に、ゲーテッド積分器（４８）からの出力 信号が切換スイッチ（５８）を経てホールド回路（６４）に送られる。ホールド 回路（６４）は信号（１０６）によって制御される０時刻（Ｔ１２）において、 リセット信号（１０４）によって積分器（４８）がリセットされる。

時刻（Ｔ１３）において、制御信号（１０８）がコンバイナ（６８）に送られ、 コンバイナ（６８）は作動して、ホールド回路（６０）からの映像ピクセル信号 値およびホールド回路（６４）からの補償用ピクセル信号値を合わせて処理する 。既述のごとく、前記のコンバイナ手段はデバイダ手段を含むものであり得、該 デバイダ手段によって映像ピクセル信号値を補償用ピクセル信号値で割る演算を なされる。コンバイナ（６８）の出力信号は、補償された映像ピクセル信号値を 含み、これはスキャンコンバータ（７０）に送られ、ここでディスプレイの準備 操作が行われ、次いでディスプレイ手段（７２）に表示される０時刻（Ｔ１４） において、制御信号（９ｏ）および（９２）によってスイッチが作動し、次の操 作の準備が行われ、すなわち・次の映像ビクセル信号価を得るための送受信操作 の準備操作が行われる０本発明において、映像化すべき場所の走査のときにビー ム軸の位置の変化に伴って後方散乱帯域の反射性が変化した場合でも、このよう な反射性の変化の影響は、既述の走査によって、前記の場所の映像のフィールド を構成する映像ピクセル信号値から実質的に完全に除去できるのである。

本明細書には、本発明の詳細な説明が特許法の規定に従って記載されているけれ ども、当業者には明らかなように本発明では種々多様な態様変化が可能である。

たとえば、単純なホールド回路（６０）および（６４）の代わりに、全フィール ドの映像ピクセル信号値および補償用ピクセル信号値を記憶し得るメモリを使用 できる。また、全フィールドの映像ピクセル信号値および補償用ピクセル信号値 を交互に受信して記憶する操作を行うことも可能である。この場合には、フィー ルド記憶手段の出力信号を、前記コンバイナ（６８）の場合と同様な方法によっ て作動するコンバイナ手段に送り、ここで映像ピクセル信号値および補償用ピク セル信号値を組み合わせて処理する操作を行い、たとえば、映像ピクセル信号値 を、それに対応する補償用ピクセル信号値で割る操作を行うことができる。その 結果得られた補償された信号値はその後にスキャンコンバータを通じてディスプ レイに送られる。

さらにまた、図面に記載の電子的集束型（すなわち可動焦点型）トランスデユー サの代わりに固定焦点型トランスデユーサを用いることも可能である。第６図に は、ブレーントランスデユーサ（１１０）が示されており、これが集束レンズ（ １１２）と共に使用される。レンズ（１１２）は、被検物体内の焦点（Ｆ）に集 束するレンズである。既述のごとく、集束レンズ（１１２）を付けた前記トラン スデユーサ（１１０）の走査操作をスキャンアクチュエータによって第１図中の Ｘ方向およびＸ方向に行う、フィールド全体にわたる映像ピクセル信号値が得ら れ、これが既述の方法に従って第１記憶手段に記憶される１次いで、該トランス デユーサを焦点面（２６）に一層近い位置（第６図中に破線で示す）に移す、こ の場合には、焦点面（２６）から後方散乱帯域（ＢＺ）の中心までの距離のたと えば２倍の距離を、該トランスデユーサ移動させるのが適当である。

伝送パルス（９４）の発信と、ゲーテッド積分器（４８）制御用のための制御信 号（９８）の発信との間において遅延時間が短かくなり、したがって、エコー信 号を出す後方散乱帯域が、所定の場所の映像ピクセル信号値を得るために使用さ れる図面中の後方散乱帯域（ＢＺ）に一致する。次いでトランスデユーサで再走 査を行う。

再走査は、映像ピクセル信号値のフィールドを得るために使用された方法と同じ 方法で行われ、これによって、補償用ピクセル信号値のフィールドが得られる。

これらの信号値は第２記憶手段に記憶される。既述のごとく、映像ピクセル信号 値および補償用ピクセル信号値は組み合わされて処理され、たとえば、映像ピク セル信号値を補償用ピクセル信号値で割る操作が行われ、これによって、補償さ れた映像ピクセル信号値が得られる。

補償された映像ピクセル信号値は、表示のためにスキャンコンバータを通じてデ ィスプレイに送り、映像を形成させる。

容易に理解されるように、既述の型の人為構造すなわちアーチファクトの除外操 作は、種々の種類の超音波反射伝送映像化方法の実施のときに利用できる。たと えば、この除外操作は物体の内部の一部の三次元的映像の形成操作の際に利用で きる。

このような映像化操作の場合には、複数の面の映像化のための情報が得られ、こ れらの面の構成をあられす信号が同時に種々の色でディスプレイに表示され、あ るいは、これらの信号が組み合わされて、たとえばステレオブチツクベア（ｓ　 ｔｅｒｅｏｐ　ｔ　１ｃｐａｉｒｓ）が形成される。また、Ｂ走査映像も形成で き、しかしてこれは、Ｂ走査映像中の各点を越える場所に位置する積分帯域（ｉ ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｚｏｎｅ）から得られた映像信号値をレンジ（ｒａｎｇｅ ）の関数としてディスプレイすることによって形成できる。

本発明は決して１またはそれ以上の平面を映像化することからなる反射伝送映像 化方法のみに限定されるものではない。不規則な表面または輪郭の付いた表面の 映像化方法自体は公知である。映像化すべき表面の種類に無関係に、本発明によ れば、映像ピクセル信号値の各々に対応する補償用ピクセル信号値を受信し、こ れらの信号値を合わせて処理してアーチファクト（人為構造すなわち）を除外す ることからなる人為構造除外操作が実施できる。

既述のごとく本発明は決して特定の走査パターンまたは特定の集束手段の使用の みに限定されるものではない。機械的ビーム走査手段の代わりに電子的走査手段 を使用することもできる。

映像ピクセル信号値を得るための伝送操作の実施の際のトランスデユーサの焦点 合わせ操作自体は決して本発明の必須条件ではない、たとえば、後方散乱帯域に 非集束ビームを投射してもよく、また、エコー信号の受信時のみトランスデユー サのビーム集束点（すなわち焦点）を、トランスデユーサの位置と後方散乱帯域 との間の場所に置（ことも可能である。

容易に理解されるように本発明の実施の際には、既述のアナログ型の信号処理手 段の代わりにデジタル型の信号処理手段を用いることも可能である。さらにまた 、容易に理解されるように受信操作は、ソフトウェアによって適当にプログラミ ングされたコンピュータを用いて行うのに適したものである。また、送信用トラ ンスデユーサと受信用トランスデユーサとを相互に近接して配置して使用するこ とも可能である。また、少しの隙間を置いて配置されたこれらのトランスデユー サと送受信手段とを用いて映像信号値および補償用信号値を得、ついでこれらの 信号値を合わせて処理することもできる。

ゲーテッド積分器以外の場所で、受信手段、または信号処理手段のゲーチングを 行うことも可能である。たとえば、ゲーテッド増幅手段が使用できる。また、当 業者には明らかなように、チャーブト（ｃｈｉｒｐｅｄ）信号または他のコード 化信号の発信手段を用いてチャーブト超音波またはコード化超音波を発信するこ とも可能であり、すなわちこの場合には、該発信手段を、チャーブトエコー信号 または他のコード化エコー信号の受信処理手段と一緒に用いることができる。こ の場合の後方散乱帯域からの信号（すなわち、検知して積分処理すべき受信信号 ）は、映像ピクセル信号価を得る際には当該物体内の焦点からの情報を含み、か つ該信号は、補償用ピクセル信号値を得る際には、焦点がいかなる場所にある場 合でも該場所における吸収には依存しないものである。さらにまた、パルス操作 の代わりに、連続的に変化し得る周波数を用いる信号操作を行うことも可能であ ル、アルイは、別のコード化信号の発信手段およびそれに対応する受信手段を用 いることもできる。

容易に理解されるように、反射伝送映像を得るために使用される公知方法に従っ て、焦点における散乱体の反射で生じた反射信号を処理し、次いで、後方散乱帯 域からの信号を既述の方法に従って処理することによって、反射伝送Ｃ走査映像 が得られると同時に、普通の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）　Ｃ走査険像が得ら れる。

もし所望ならば、主として積分操作のときに生じたノイズを除去するために、補 償用ピクセル信号値の伝送路と、２つの信号値を合わせて処理する手段との接続 部にローパスフィルターが配置できる。

本発明は、決して映像ビクセル信号値および補償用ピクセル信号価を既述の順序 で処理することのみに限定されるものではない、既に説明したように、１つの装 置において複数の映像ビクセル信号値および複数の補償用ピクセル信号値を交互 に得ることもでき、また、別の態様によれば、１つのフィールド全体の映像ビク セル信号値と、該１つのフィールド全体の補償用ビクセル信号値とを交互に得る こともできる。もし所望ならば、映像ビクセル信号値の数が補償用ピクセル信号 値の数と異なっていてもよい、たとえば、ディスプレイ１行分のこれらの信号値 を交互に得ることができる。既述のごとくコード化パルスを使用する場合には、 周波数の異なる２種のパルスを交互に発信し、共通の後方散乱帯域から出された この２種のパルスを交互に発信し、共通の後方散乱帯域から出されたこの２種の パルスのエコー信号を受信処理手段で処理できる。映像形成補償用信号伝送−映 像信号補償用信号受信という送受信操作サイクルを１回行うときに、映像ビクセ ル信号値および補償用ビクセル信号値が得られるように、１回のパルス送信とそ の次のパルス送信との間に、さらにまた１回のエコー信号の受信とその次のエコ ・−信号の受信との間に、トランスデユーサの焦点を変光°ることかできる。容 易に理解されるように、映像ビクセル信号値および補償用ビクセル信号値は任意 の順序で得ることができる。

すなわち本発明は、補償用ビクセル信号価を得る前に映像ビクセル信号値を得る 態様のみに限定されない。本発明は、本発明の要旨および請求の範囲に記載の技 術的範囲内で前記および他の種々の態様変化が可能である。

前記の説明から明らかなように、本発明に係る超音波反射伝送映像化装置は、ト ランスデユーサ（１０）およびパルサ（１４）を有し、トランスデユーサ（１０ ）は被検物体（１２）のバルスーインソニフィケーションを行いそして、該物体 （１２）内からのエコー信号を受信する。エコー信号はトランスデユーサ（１０ ）で電気信号に変換される。該電気信号はスイッチングマトリックス（２０）、 遅延手段 （２２）および送信−受信スイッチ（１８）を通じて信号処理部（３８）に送ら れる。信号処理部（３８）は検知器（４６）および積分器（４８）を含み、検知 器（４６）の出力信号が積分器（４８）によって積分される。

焦点（Ｆ）の反対側のレンジ帯域すなわち後方散乱帯域から得られたエコー信号 は、信号処理部（３８）で処理され、これによって得られた映像ビクセル信号値 はホールド回路（６０）に送られる。

トランスデユーサ（１０）と後方散乱帯域（ＢＺ）との間のビーム軸に沿った場 所には集束しないという条件下にビームを用いて前記の送信−受信操作を行うこ とによって、補償用ビクセル信号値が得られるが、これはホールド回路（６４） に送られる。

前記の映像ビクセル信号値および補償用ピクセル信号値をコンバイナ（６８）に おいて組み合わせて処理し、これによって、“補償された映像ビクセル信号値” がコンバイナ（６８）の出力部から得られる。

従来の技術では、後方散乱帯域（ＢＺ）の不均質な反射性に起因する人為構造が 生じるが、本発明によれば、前記の操作によって人為構造が除外できる。補償さ れた映像ビクセル信号値は、ディスプレイ（７２）に表示される。

国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．生物体の種々の部分のごとき被検物体の内部の非侵入検査のための、後方散 乱帯域内の散乱体からの反射から、該物体の内部を映像化することを包含する、 人為構造を除外した超音波反射伝送映像化方法において、超音波エネルギーの映 像化用ビームを該被検物体内に照射して、当該被検部および前記の後方散乱帯域 内の或ポリュームをインソニファイし、該後方散乱帯域で反射された超音波エネ ルギーの映像化ビームを、焦点に集束させたトランスデューサ手段で受信して、 該反射超音波エネルギービームを映像化用電気信号に変換し、該映像化用電気信 号を処理して映像ピクセル信号値を生成させ、該映像ピクセル信号値は、前記の 後方散乱帯域のインソニファイ化ポリューム内の反射性に依存し、さらにまた、 前記焦点における映像化用ビームの減衰に実質的に依存して、該減衰の度合を示 す尺度を提供するものであり、補償用の超音波エネルギービームを被検物体内に 照射し、これによって、前記映像化ビームによりインソニファイされた後方散乱 帯域の前記ポリュームの少なくとも一部をインソニファイし、前記の補償用ビー ムは前記トランスデューサ手段と前記の後方散乱帯域の後部との間の場所には集 束されず、前記の後方散乱帯域内から反射した補償用のエネルギービームをトラ ンスデューサ手段で受信して、前記の反射した補償用ビームを補償用電気信号に 変換し、該トランスデューサ手段は、該補償用ビームのエコー信号の受信中は該 トランスデューサ手段と前記の後方散乱帯域の後部との間の場所に焦点を合わせ ず、前記の補償用電気信号を処理して補償用のピクセル信号値を生成させ、前記 の補償用のピクセル信号値は、前記の後方散乱帯域内の反射性に依存するが、前 記の映像化用ビームのエコー信号の受信時の前記トランスデューサ手段の集束点 すなわち焦点における吸収には実質的に依存しないものであり、前記の映像ピク セル信号値と前記の補償用のピクセル信号値とを組み合わせて処理して、補償さ れた映像ピクセル信号値を得ることを特徴とする超音波反射伝送映像化方法。
2. ２．前記の後方散乱帯域内で反射した補償用のエネルギービームの受信中は、前 記の後方散乱帯域の位置を基準として前記トランスデューサ手段の位置の反対側 の場所に該トランスデューサの焦点を合わせる請求の範囲第１項に記載の超音波 反射伝送映像化方法。
3. ３．前記の後方散乱帯域内で反射した補償用のエネルギービームの受信中は、前 記トランスデューサ手段を非集束状態に保つ請求の範囲第１項に記載の超音波反 射伝送映像化方法。
4. ４．前記の映像化用ビームおよび補償用ビームを実質的に前記ビーム軸に沿った 方法に指向させる請求の範囲第１項に記載の超音波反射伝送映像化方法。
5. ５．前記トランスデューサ手段からの前記の映像化用電気信号および補償用の電 気信号に応答して、処理手段によって映像ピクセル信号値および補償用ピクセル 信号値を交互に生成させる請求の範囲第１項に記載の超音波反射伝送映像化方法 。
6. ６．前記トランスデューサ手段からの前記の映像化用電気信号および補償用の電 気信号に応答して、処理手段によって、フィールド全体の映像ピクセル信号値お よび補償用のピクセル信号値を交互に生成させる請求の範囲第１項に記載の超音 波反射伝送映像化方法。
7. ７．前記の伝送された映像化用ビームを前記焦点に集束させることを包含する請 求の範囲第１項に記載の超音波反射伝送映像化方法。
8. ８．請求の範囲第１項に記載の工程を反復する際、前記ビームの走査を行うこと を包含する請求項１に記載の超音波反射伝送映像化方法。
9. ９．生物体の種々の部分のごとき被検物体の内部の非侵入検査のための、超音波 エネルギーの散乱体からの反射から、該物体の内部を映像化することを包含する 、超音波反射伝送映像化方法において、第１の超音波エネルギーのパルスをビー ム軸に沿って前記物体中に伝送し、反射された超音波エネルギーを超音波トラン スデューサ手段により受信して、該反射エネルギーを電気信号に変換し、前記の 反射された超音波エネルギーを受信するときには、前記超音波トランスデューサ 手段による集束を前記物体内の焦点において行い、前記の焦点に合わせたトラン スデューサ手段からの電気信号を検知し、後方散乱帯域内の後方散乱のポリュー ムからの反射超音波エネルギーを受信する操作の期間中全体にわたって、検知さ れた信号を積分し、これによってピクセル信号値を生成させ、該ピクセル信号値 は後方散乱ポリュームの反射性に依存し、さらにまた、前記焦点における音波エ ネルギーの減衰に実質的に依存するものであり、第２の超音波エネルギーのパル スを、前記の第１の超音波エネルギーパルスのビーム軸に実質的に沿って前記物 体中に伝送し、前記の第２の超音波エネルギーパルスは前記トランスデューサ手 段と後方散乱帯域の後部との間の場所には集束されず、第２の伝送パルスの反射 超音波エネルギーを前記の超音波トランスデューサ手段で受信して、該反射超音 波エネルギーを電気信号に変換し、前記の第２の伝送パルスのエコー信号の受信 時には、前記の超音波トランスデューサ手段の焦点を前記の後方散乱帯域に合わ せず、さらにまた、前記の後方散乱帯域と該トランスデューサ手段との間のビー ム軸に沿った場所にも合わせず、前記トランスデューサ手段からの前記の第２の パルスによって生じた電気信号を検知し、前記の後方散乱帯域内の第２の後方散 乱のポリュームからの反射超音波エネルギーの受信操作の期間全体にわたって検 知信号を積分して、補償用の信号値を生成させ、該補償用の信号値は前記の後方 散乱ポリュームの反射性に依存し、しかしながら、前記焦点における音波エネル ギーの減衰には実質的に依存せず、前記の後方散乱帯域内の前記の第１後方散乱 ポリュームおよび第２後方散乱ポリュームはそれらに共通のポリュームを有し、 前記のピクセル信号値と補償用の信号値を組み合わせて処理して、補償されたピ クセル信号値を得ることを特徴とする超音波反射伝送映像化方法。
10. １０．第１の超音波エネルギーパルスのエコー信号の受信時の前記トランスデュ ーサ手段の焦点と実質的に同じ焦点に、前記の第１の超音波エネルギーパルスを 集束する請求の範囲第９項に記載の超音波反射伝送方法。
11. １１．生物体の種々の部分のごとき被検物体の内部の非侵入検査のための、超音 波エネルギーの散乱体からの反射から、該物体の内部を映像化することを包含す る超音波反射伝送映像化方法において、第１の映像化用超音波エネルギーパルス および第２の補償用の超音波エネルギーパルスをそれぞれ、実質的に共通の軸に 沿って前記物体内に伝送し、第１および第２の後方散乱ポリュームからの反射超 音波エネルギーを超音波トランスデューサ手段で受信して、該反射超音波エネル ギーを電気信号に変換し、前記の第１および第２後方散乱ポリュームは、共通の 後方散乱帯域内に共通の後方散乱ポリュームを有するものであり、前記の第１の 超音波エネルギーパルスのエコー信号の受信時に、前記超音波トランスデューサ 手段による集束を前記物体内の焦点において行い、前記の第１パルスの反射信号 によって生じた前記トランスデューサ手段の出力電気信号に応答してピクセル信 号値を生成させ、該ピクセル信号値は前記の第１後方散乱ポリュームに依存し、 さらにまた、前記焦点における音波エネルギーの減衰に実質的に依存し、補償用 の超音波エネルギーパルスを伝送しそして前記の補償用超音波エネルギーパルス のエコー信号を受信するときには、前記超音波トランスデューサ手段は前記の後 方散乱帯域内の場所に焦点を合わせず、さらにまた、前記トランスデューサ手段 と後方散乱帯域との間のビーム軸に沿った場所にも焦点を合わせず、前記第２パ ルスの反射信号によって生じた前記トランスデューサ手段の出力電気信号に応答 して補償用の信号値を生成させ、該補償用信号値は前記の第２の後方散乱ポリュ ーム内の後方散乱体の反射性に依存し、しかしながら、前記焦点における音波エ ネルギーの減衰には実質的に依存せず、前記のピクセル信号値と補償用信号値と を組み合わせて処理して、補償されたピクセル信号値を得ることを特徴とする超 音波反射伝送映像化方法。
12. １２．前記の映像化用超音波エネルギーパルスのエコー信号の受信のとき前記ト ランスデューサ手段の焦点と実質的に同じ焦点において前記の伝送された映像化 用超音波エネルギーパルスを集束させることを包含する請求の範囲第１１項に記 載の超音波反射伝送映像化方法。
13. １３．生物体の種々の部分のごとき被検物体の内部の一部の検査のための、超音 波反射伝送映像化装置において、（ａ）超音波トランスデューサ手段を備え、（ ｂ）前記トランスデューサ手段を励起させて映像化用超音波信号および補償用超 音波信号を生成させて、これらの信号を実質的に共通のビーム軸に沿って前記物 体中に伝送するパルス伝送手段を有し、 （ｃ）後方散乱帯域内からの映像化用超音波および補償用超音波の反射波をそれ ぞれ受信した際に、前記トランスデューサ手段によって生成された映像化用およ び補償用の電気信号を受信し処理する受信手段を有し、 （ｄ）前記トランスデューサ手段の焦点を制御する手段を有し、映像化信号の反 射信号の受信のときには、該トランスデューサ手段が前記物体内の焦点において 集束するように前記焦点の制御が行われ、前記の補償用信号の伝送のときおよび 該補償用信号の反射信号の受信のときには、前記トランスデューサ手段から後方 散乱帯域を貫通してのびるビーム軸に沿った場所には前記トランスデューサ手段 が集束しないように前記焦点の制御が行われ、 （ｅ）前記処理手段は映像化用信号および補償用信号に応答して映像ピクセル信 号値および補償用ピクセル信号値をそれぞれ生成し、前記の映像ピクセル信号値 は前記後方散乱帯域内の反射性に依存し、さらにまた、前記焦点における音波の 減衰に実質的に依存し、前記の補償用ピクセル信号値は前記後方散乱帯域内の反 射性に依存し、しかしながら、前記焦点における音波の減衰には実質的に依存せ ず、（ｆ）前記の映像ピクセル信号値および補償用ピクセル信号値を組み合わせ て処理して、補償された映像ピクセル信号値を生成する手段を有することを特徴 とする超音波反射伝送映像化装置。
14. １４．前記の組み合わせて処理する手段が、前記映像ピクセル信号値を前記補償 用ピクセル信号値で割ることによって、補償された映像ピクセル信号値を算出す る手段を有するものである請求の範囲第１３項に記載の超音波反射伝送映像化装 置。
15. １５．映像化すべき区域を走査するためビーム走査手段を有する請求の範囲第１ ３項に記載の超音波反射伝送映像化装置。
16. １６．フィールド全体の映像ピクセル信号値および補償用ピクセル信号値を交互 に生成する手段を有する請求の範囲第１５項に記載の超音波反射伝送映像化装置 。
17. １７．前記ビーム軸の方向に沿って前記トランスデューサ手段を軸方向に移動さ せる手段を有し、補償用ピクセル信号値を得る場合には前記トランスデューサ手 段を、映像ピクセル信号値を得る場合の該トランスデューサ手段の位置よりも、 前記の後方散乱帯域に一層近い位置に移動させるように構成した請求の範囲第１ ６項に記載の超音波反射伝送映像化装置。
18. １８．前記処理手段によって前記映像ピクセル信号値および前記補償用ピクセル 信号値を交互に生成するように構成した請求の範囲第１３項に記載の超音波反射 伝送映像化装置。
19. １９．前記の映像化用超音波信号を発信させる場合には、パルス伝送時に前記焦 点において前記トランスデューサ手段による集束を行うように構成した請求の範 囲第１３項に記載の超音波反射伝送映像化装置。
20. ２０．補償用の超音波の伝送および受信の両者を行う場合には、前記トランスデ ューサ手段の焦点制御のための前記制御手段が不変状態に保たれるように構成し た請求の範囲第１３項に記載の超音波反射伝送映像化装置。
21. ２１．前記の映像化用超音波信号を発信させる場合には、パルス伝送時に前記焦 点において前記トランスデューサ手段による集束を行うように構成した請求の範 囲第２０項に記載の超音波反射伝送映像化装置。
22. ２２．映像化すべき区域を走査するための走査手段を有する請求の範囲第１３項 に記載の超音波反射伝送映像化装置。