JPS60232136A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は反射法による音速計測可能な超音波診断装置に
関する。

〔発明の背景〕

近年組織鑑別（’ｌ’１Ｈｕｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉ
ｚａｔｉｏｎ）の研究が内外で活発に進められているが
、音速計側は重要な課題となっている。従来の音速計測
法としてはシングアラウンド（Ｓｉｎｇ　Ａｒｏｕｎｄ
）法や超音波コンピュータトモグラフィ（ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒＴｏｍｏｇｒａｐ）ｌ）’　）かあるが透過法であ
るため、被検者の体内音速を計測するには限界がある。

一方、反射法による音速計測法として同一ターゲットに
対し、２方向から超音波ビームを照射し、生体と音響カ
ップリング液との界面での屈折を利用する方法がある。

しかし、この方法は２個の探触子の位置精度、演算処理
の煩雑さなどの問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高分解能超音波診断装置によシ反射法
によシ簡便に生体音速を計測する方法ならびに装置を提
供しようとするものでおる。

〔発明の概要〕

本発明は、多重リング振動子、または配列振動子の各素
子の送受波信号の振幅、位相を制御することにより超音
波ビームを収束嘔せる反射型超音波診断装置において、
遅延時間が可変な受波信号遅延手段と、上記遅延時間を
順次変化させる制御手段と、遅延によシ整相された反射
体からの受波信号の収束を自動的に検出する手段と、収
束時の遅延時間から音速を計算する演算手段と、計算さ
れた音速を表示する表示手段とを有する構成に特徴があ
る。

〔発明の実施例〕

以下、図面により詳細に説明する。第１図は従来のリニ
ア型超音波診断装置の説明図であり、１〜Ｎは探触子の
全配列素子、１〜ｎは送受波口径り内の配列素子である
。送受波口径位置をａｌ　ｂ。

Ｃと順次移動させることにより超音波ビームはａ′、ｂ
′、Ｃ′と移動する。この従来装置では送受波口径はは
ソ同一であシ、コスト・パーフォマンスから比較的小口
径が採用されている。

第２図は本発明の一実施例であシ、送波口径Ｄｌと受波
口径り意が異口径、かつ受波口径Ｄ２が従来装置に比し
、大口径となっている。従って、送受波指向特性ははソ
受波ロ径Ｄ２により決定され、分解能Ｒ１焦点深度りは
それぞれ次式で与えられる。

Ｒ＝λ／Ｄｇ　・・・・・・・・・（１）ここでλ：波
長、Ｘ：深度である。例えば深度Ｘ＝１００■、波長λ
＝　０．４３１１１１１％受波ロ径Ｉｈ＝６４ｍのとき
、分解能Ｒ＝Ｏ１００７（ｒａｄ）＝　０．４（ｄｅｇ
）、焦点深度Ｌ＝４■となる。

このように、高分解能かつ焦点深度が浅くなると、媒質
中の音速度の影曽が大きくなる。換言すると装置設計時
の設定音速が被検体の媒質中の音速と太きくずれている
と、高分解能は得られない。

第２図に示すように、深度Ｘ１配列素子Ｙ（原点は口径
中心）とし、収束用遅延時間と媒質内音速の初期値金そ
れぞれＴｏ　（Ｙ）、ｖｏとすればｖｏ・Ｔｏ　（Ｙ　
）　＝　７”；Ｅ””；”’ｊ’　Ｘ　・・・−（３１
となる。ここで右辺は幾何形状のみで決定される値であ
る。

媒質内の正確な音速を■としたとき、深度Ｘの反射体の
画像がフォーカスするように遅延時間τ。（Ｙ）を遅延
時間τ（Ｙ）に変化させるものとする。このとき、 ■・τ（Ｙ）＝　５４７−Ｘ　・・・・・・（４）とな
るはすである。

式＋３１．　（４１より、媒質の正確な音速■は■＝■
ｏ・Ｔｏ（ｙ）／τ（Ｙ）・・・・・・・・・（５）と
なり、Ｖｏ　ｌ　Ｔｏ（Ｙ）は既知であるので、τ（Ｙ
）を知れば音速■が計測されることになる。

第３図は１チャンネル受波遅延回路の実施例である。１
０は遅延回路、１１はＡ−Ｄ変換器、１２はラインメモ
リ、１３はタイミング発生器、１４はクロック発生器で
ある。１５は入力端子、１６は出力端子でおる。いまク
ロック発生器１４のクロック周波数ｆ、のとき、遅延回
路１０の遅延時間をＴｏ　（Ｙ）とすれば、クロック周
波数をとなる。したがって１５１．　＋６１よりとなる
。

このように可変遅延手段のクロック周波数の変化ｆ　、
　ｐ／　ｆ、と初期音速Ｖｏから媒質中の正確な音速■
を計測されることになる。同時に深度Ｘも確定する。

反射体Ｐがフォーカスされているが否かは装置の操作省
の観察による方法が考えられるが、主観が入シやすい欠
点がある。

第４図は本発明の自動フォーカスの説明図である。第４
図（ａ）は超音波撮像装置の表示器に表示された点反射
体像の模式図であシ、その位置は（ｘｏ　＋　）’０　
）である。ここでＸは深度方向、ｙは配列集子方向とす
る。第４図（ｂ）■にｙ＝ｙ、におけるＡモード波形を
実線で、検波波形を点線で示す。この検波波形のピーク
値をＡとする。第４図（ｂ）■にＸ　＝Ｘ　ｏにおける
表示器のＺ信号を示す。

これは装置の方位方向ビームパターンであり、第１零点
のビーム幅をＢとする。第４図（Ｃ）は第４図（ｂ）■
の検波波形Ａと、第３図のクロック発生器１４の周波数
ｆとの関係を示す。第４図（ｅ）においてはクロック周
波数の初期値ｆ０とは異なる値ｆａｔ　でピーク値Ａが
最大となり点ターゲット像がフォーカスされる。

同様に方位分解能Ｂが最小となるようにクロック周波数
ｆを可変としてもよいことは明らかである。

第４図（ａ）において点反射体像の位置Ｘｏ　＋　Ｙ。

を決定するには、カーソル４１．４２によυ用手法によ
シ設定する。

第５図は第４図で説明した自動フォーカスの実施例であ
シ、２０は配列振動子、２１は全配列素子から送受波口
径を選択する切換器、２２は前置増幅器、２３は加算器
、２４は圧縮回路、２５は検波回路、２６は画像メモリ
、２７は画像表示器、２８は自動フォーカス検出回路で
あり例えば「山登シ法」によシフオーカス点を検出する
。２９は式（７）にＡＪクロック周波数の変化から音速
を計算　。

する演算回路、３０は音速表示器、３１は操作ノくネル
であシ、点ターゲットの位置ＸＯ＋　ｙ６を入力する。

かかる構成によれば、カーソル位置ｙｏが切換器２１に
入力し、送受波口径を選択する。受波信号は前置増幅器
２２、遅延手段１０．加算器２３をへて位相合わせされ
、圧縮回路２４、検波回路２５をへて、第４図（ｂ）■
の検波波形が得られる。

この検波波形は自動フォーカス検出回路２８に入力する
。

自動フォーカス回路２８においてスキャン方向）’＝）
’ｏにおける１ライン分の検波波形から深度ｘ　＝ｘ　
ｏの近傍の信号が切り出され、クロック信号発生器１４
のクロック周波数ｆを第４図（Ｃ）に示すように初期値
ｆ、から漸増させ、検波波形のピーク値Ａが最大となる
クロック周波数ｆｏｐｋ自動的に検出する。

このようにしてｆｏｐが決定されると演算回路２９にお
いて式（７）による計算が実行され、音速■が音速表示
器３０に表示される。

以上の説明では画像メモリ２６の動作の説明を省略した
。しかし、第４図Φ）■に示すビームノ（ターンのビー
ム幅をパラメータとする場合にはこの画像メモリ２６の
深さｘ　＝　ｘ　ｏにおける１ラインデータを用い、ビ
ーム幅Ｂが最小となるようにクロック周波数を変化させ
る必要がある。

以上の実施例においては振動子と反射体との間の平均音
速を計測するものである。

しかし、生体上対象とした場合一般に媒質音速は不均一
であるので各部の音速を計測する必要が生ずる。

第６図は不拘−音連媒質のモデルとして深度方向に層構
造をなす場合につき、本発明を説明する。

反射体Ｐ１１　Ｐ＊　＋　・・’＋　Ｐ４の深度をＸ１
＋Ｘ２＋・・・＋Ｘ４とし、各層１．ＩＩ、・・・、■
内の音速をＶｌ、Ｖｌ　、・・・＋Ｖ４　とする。

第１層内は均一媒質であるから、第１層と第■層の境界
の反射体Ｐｓがフォーカスするようにすることにより、
音速ｖ１と深度ＸＩが決定される。

次に第１層と第■層との境界の反射体Ｐ３がフォーカス
するように第■層の音速■３を決定する。

同時に深度Ｘ！が決定される。以下、同様にして逐次各
層の音速と深度Ｖｓ　、Ｖ４　：Ｘ３１　Ｘ４の計測が
可能である。

この方法によれば、第６図（Ｃ）に示すように均一媒質
（Ｉ）の中に球形の媒質（ＩＩ）のような異質物質が存
在している場合も、反射体Ｐ１．Ｐｇを図示のように設
定することによシ異質物質中の音速を計測可能である。

第６図の音速の逐次計測の実施例としては前述第５図の
クロック発生器のクロック周波数が深度すなわち時間と
−ともに変化することになる。

第５図の実施例では全チャンネルの遅延手段を同一クロ
ック周波数で制御する構成であるため、その切換時刻は
受波口径の中心のチャンネルの切換時刻が基準となる。

しかし、第６図（ａ）の反射体Ｐ２からの散乱波はＰ２
を中心とした球面波であるのに対し、各層は振動子面に
平行であるため、正確には各々のチャンネル毎にクロッ
ク発生器を具備し、周波数切換時刻を各チャンネル毎に
、各反射体毎にダイナミックに設定する必要がある。

第６図（ａ）の場合、不均一媒質の各層Ｉ〜■内では均
一と仮定したが、生体を対象としたとき各層内でも不均
一であることがある。

第７図はこの場合の各部音速計測法についての本発明の
実施例であり、ｄ１〜ｄ４は部分口径、Ｐ１〜Ｐｒｏは
各反射体である。

まず、深度ｘ１の反射体Ｐ１〜Ｐ４について部分口径ｄ
１〜ｄ４を用いて深度ｘ＝０とｘ　＝　ｘ　ｔとの間の
音速を計測する。次に深度ｘ２の反射体Ｐ５〜Ｐ７につ
いて、それぞれ部分口径ｄ１＋ｄ２１　ｄ２　＋ｄ３’
、ｄ３＋ｄ４を用いて、深度Ｘ＝ｘｌとｘ　＝　ｘ　＊
との間の音速を計測する。以下同様に逐次、反射体Ｐ８
〜Ｐ１ｏについて計測する方法である。

以上述べたように本発明によれば反射法によシ媒質中の
平均音速を自動的に計測可能である。

また、深度方向に不均一な媒質の場合においても近距離
側から逐次各部内の音速を計測することが可能となる。

このようにして得られた生体組織の音速データは組織鑑
別に有用であり医学上寄与する所が犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の説明図、第２図は本発明の原理を示
す説明図、第３図は本発明の実施例の主要部を示すブロ
ック図、第４図は本発明の実施例の画面、及び動作を示
す図、第５図は本発明の実施例の全体構成を示すブロッ
ク図、第６図、第７図は本発明の応用例を示す図である
。 １０・・・可変遅延手段、１１・・・Ａ／Ｄ変換器、１
４・・・クロック発生器、２８・・・自動フォーカス検
出回篤　１　目 ｖＪ　ｚ　図 ｖＪ４図（ａ−）　拓４図（ｂ） ′ｊｌＪ４　図（Ｃ） Ａブ　３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多重リング振動子または配列振動子の各素子の送受
   波信号の振幅・位相を制御することによシ超音波ビーム
   を収束させる反射型超音波診断装置において、受波信号
   遅延手段の遅延時間を可変とする手段と、反射体からの
   受波信号の収へ　束を自動的に検出する手段と、上記可
   変遅延時間から音速を計算する演算手段と、音速表示手
   段とからなシ媒質中の音速を自動的に計測、表示するこ
   とを特徴とする超音波診断装置。 ２、特許請求の範囲１記載装置において、異なる深度の
   反射体を設定し、近距離側から各反射体の間の音速を逐
   次計測することを％徴とする超音波診断装置。