JPS6282943A - 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】

〔発明の技術分野〕 この発明は超音波を用いて生体内の情報を得る超音波診
断装置に係り、特に生体内での局所的な超音波音速を計
測する機能を有した超音波診断装置に関するっ 〔発明の技術的背景とその問題点］ 超音波を用いた診断法は被検者に負担をかけずに軟部組
織の診断ができ、しかも無侵襲であるという利点を持っ
ており、近年の高速走査装置の進歩によって急速に普及
してきた。この超音波診断法はパルス反射法であるため
、透過法と比較して操作性に優れ、適用され得る診断都
立があまり限定されないことも広く普及した理由に挙げ
られるっこのような超音波診断法に対して最近、画像の
定量化の要求が高まっているう画像の定量化は、特に臓
器疾患の良性、悪性の鑑別診断において有効と考えられ
ている。しかしながら、従来のパルス反射法では反射波
強度は生体内組織間の音響インピーダンス（密度と音速
の積）の差のみならず反射面の形状、反射面に対する超
音波ビームの入射角、生体中での超音波吸収を等にも依
存しておリ、またこれらの情報を分離

【２て検出すると
とが困難であることから、画像の定量化は極めて難しか
った、 一方、音波のみを計測する方法は従来、透過型超音波Ｃ
Ｔにおいて行なわれており、未だ研究段階でけちるが性
Ｕ詫が徐々（て向上しつつある（文献；　０ｒｅｅｎｌ
ｅＸ４ｆ、Ｊ、Ｆ＋ｅｔ、ａｌ、Ａｅｏｕｓｊｉｃａｌ
　ｋＩｏｌｏｇｒａｐｈｙ。 ｖｏｌ、６１９７５）　＊　Ｌかし、透過法は超音波伝
搬経路て骨やガスのある部位には適用できないため、乳
腺検査等ごく限られた領域で［２か使用できないという
大きな欠点を有している。 一方、パルス反射法で・臓器内の音速を図る方法が近年
考案されている。第６図は赤松等によって報告された肝
Ｉ；蔵内音速測定法を示したものである。 これは強い指向性を持った２つの超音波トランスデユー
サ５１．５２を各々送信用、受信用として用い、送信用
超音波トランスデユーサ５１から送信された超音波が各
トランスデユーサ５１．５２の中心軸ＰＰ’。 ＱＱ’の交ａ（Ｊ付近にで反射し、受信用超音波トラン
スデユーサ５２に到達して受信されるまでの時間を測定
し、この時間〕＝各トランスデユーサ５１．５２間の距
離Ｘおよび角度θからｑ出される予想伝（般距離とから
、肝臓内の平均トキ速を求める方法である。 この方法は肝臓内全体が一様な音響特性を持つ例えば肝
硬変などのび漫性疾、像の診断例は有効と考えられるが
、得られる音速は伝搬経路内での平均音速であるため、
局部的な疾老には適用できない。また、肝臓内部とは音
速の異なる表皮あるいけ脂肪層をも超音波が伝搬するた
め、音速の測定誤差が大きいという問題がある。 このような問題に対して本発明者はパルス反射法による
局所音速測定法について先に提案をおこなったっ ｇ２図はその原理図を示すもので、送信用トランスデユ
ーサ１１　、１４と受信用トランスデユーサ１２゜１３
を図の如く体表面に配置し送受信超音波ビームで囲まれ
た領域ＡＢＣＤにおける音速ＣＯの推定をおこなう。ト
ランスデユーサ１１から送信された音波がＡおよびＢに
ある散乱体で散乱し７トランスデユーサ１２および１３
で受信されるまでの時間’１１１’１□はそれデれ １　　　＝１　　　　　　ト　　【８人１１　　　　　
ＧＡ ｔ、□＝！。、＋ｌＦＣ＋（ＡＢ＋ＢＣ）／Ｃ０で示さ
れる。同様（てしてトランスデユーサ１４から送信され
た音速がＤおよびＣで故乱しトランスデユーサ１２ｉ？
よび１３で受信される場合の伝搬時間１　・ｔ２２は ｔ２．＝　ｔＨｏ＋　ｔ、　＋（ＡＴｌ＋ＣＤ）／Ｃ。 ２２　　　　ＨＣＦＣ となる、ただ’−”ＧＡ　’　　ＨＡ　’　　１、ＣＩ
　’ＨＣはそれぞれＧＡ、ＥＡ、Ｆｊ’、爪踊１？ける
伝搬時間である。ここで送４ｇビームの入射角をθ。）
′ＪＦ’二ＣＯＯとすれば伝搬時間へ【け 、へ【：ｔ　、２−　ｔ、□＋　ｔ、、、−Ｉ、、２＝
（Ａ１３＋）３Ｃ＋ＡＤ＋ＣＩ））／ｃ。 θ０ ＝　２ｄｏ　　ｃｏｔ　（−）／Ｃ。 すケわら関心領域における音速Ｃｏは伝搬時間差△ｔを
求めること１′こより次式から求めることかできる。 しかしながらこの方式において送受信ビーム角度および
受信トランスデューサ間隔ｄＯに誤差がある場合には局
所音速を正確にもとめることが不可能となる。第：３図
て示すように送信ビーム角度誤差を△θＴ１．△θＴ２
　’受信ビーム角度誤差を△θ１’Ｌ１゜△θ　、さら
にトランスデユーサ間需を△ｄとすれは真の音速Ｃｏに
対してこのとき得られる推定音速６は近似的に ’ｅｏ／Ｃｏ　＝　１　＋　（ΔθＴ１＋△’Ｔｚ　）
／２ｓｉｎθＯ＋△４／／ｄ＋（△θ　＋△θＲ２）　
／　２　ｔｑｌθ、となる。 上式でθ、は受信プローブ間隔ｄｏと関心領域のＺさ深 によって決定され、音速推定時の空間分解能を上げるた
めにｄＯを小さくすればとくに第４項が支配的となる。 例えばｄｏ＝ｌＱｉｍ深さ１００！Ｉ１ｍの場合て推定
誤差を１チ以内に抑えるためには、△θ□＜０．０６に
しなくてはならず実現は極めて困難である。 一方体内の音速は正常異常含めてほぼ１４０Ｑ＋ｎ／　
ｓｅｅ〜１６００ｍ／ｓｅＣの範囲に、ちり、したが、
って上記；−７た１チの積度は少なくとも必要でちる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は生体内の超音波伝搬速度と補正法の導入
によって正確に計測することを可能とした超音波診断装
置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は送信ビームと受信ビームを体内で交差させると
とてよって音速計測を実施する際に送受信ビームの角度
やトランスデューサの間隔等、計測システノ、ζ０ズレ
から生ずる音速推定誤差率を予じめ求めた後、被計測部
における実測値データに補正をかけることによって正確
な体内音速測定をおこなうものであろう 〔発明の効果］ 本発明によれば計測システムの有している誤差発生製置
を補正することができるため正確な平均あるいは局所の
音速測定が可能となり、さらに体内の超音波音速分布を
求めることも期待できる。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の一実施例に係り、体内局所音速測定を
可能とした超音波診断装置の構成を示すものである。図
に示すよって超音波トランスデーサとして２つの送信用
トランスデユーサ１１　、１４と２つの受信用トランス
デユーサ１２　、１３が用意すれ生体２６の表面ｉｃ　
疾Ｓキされている。送信用超音波トランスデユーサ１１
および】２はスイッチ回路１５ヲ介してパルサ１７カ鳥
ら供給される。駆動パルスにより駆動され生体中２６に
超音波パルスを送信する。この超音波パルスは生体加内
部で反射されるがＡ点およびＤ点で反射された超音波が
受信用トランスデューサＩ２で、またＢ点、６点で反射
された超音波が受信用トランスデユーサ１２　、１３で
受信されるうこの場合送信用トランスデユーサ１１　、
１４は同時に駆動しても良いが関心領域ＡＢＣＤが小さ
い場合には順次駆動が望ましい。 受信用トランスデューサ１２　、１３によって受信され
た反射波の一方がスイッチ回路１６で選択されて増幅器
１９により増幅された後包路線検波器」で検波される。 さらにこの信号はＡ／Ｄ変換器２１によりＡ／Ｄ変換さ
れてからバッファメモリｎにおいて一時スドアされる。 つぎにストアされた信号は演算器別におくられその波形
から伝搬時間が算出される。例えば送信用トランスデュ
ーサｌ】から放射された超音波パルスがＡ点付近の多く
の散乱体で敗乱し受信用トランスデューサ１２で受信さ
れた信号の包絡線検波後の波形は第４図に示すようにな
る。この波形かられかるようにそのフロントエツジやピ
ーク位置を求める方法では正確な伝搬時間を算出するこ
とは難しい。このため重心を求める方法を採用する。 すなわち受信波形をｐ（ｔ）とすれば重心はｆ　ｔ　Ｐ
（ｔ）ｄ　ｔ ”１ｆ　Ｐ（ｔ）ｄ　ｔ で求めることができる。同様にして他のトランスデュー
サの組み合わせで得られる伝搬時間を各々１□　ｌ　ｇ
　２１．ｔ　ｇ□２とすれば伝搬時間差Δ家は△’ｇ”
’ｇ１２　’ｇｏ＋ｔｇ２１−１ｇ２２から算出できる
。 ここで本発明のポイントであるシステム誤差の補正につ
いて述べる前記したように超音波の送受信ビーム方向や
トランスデューサ間隔には必らずズレが伴いこのズレが
音速推定値に及ぼす影響は無視できないくらいに大きい
。したがって補正法の導入が必要となる。補正法をおこ
なう場合の予備計測には生体のかわりに音速が正確に測
定できるか、あるいは音速が公知の媒質が用いられる。 例えば水の中に少量の粒子を散乱体として混入したもの
や塞天ファントムなどが使用できる。このファントムを
使用し第１図に示した実験システムによって伝搬時間差
△ｔを求めさらに音速Ｃｏｗを推定するうつぎにこの推
定値とこのファントムを透過法などで正確に求めた真の
音速−ｅｏｗを比較することによってｅｏｗ／　Ｃｏｗ
を算出しその値をシステム内の補正データメモするに収
納する。これらの補正データは被測定媒質（生体）によ
らずに一定であるためトランスデユーサの角度や位置が
固定されていれば補正データは予じめ１回だけ採取すれ
ば十分である。 つぎに音速未知の媒質（生体）に対して同様の計測をく
シかえしおこない体内局所音速ＣＯを算出する。さらに
前記補正データによって補正することにより真の正向音
速らは下式よゆ求めることが体 できるう 第５図は本発明の他の実施例を示すもので電子走査によ
り生体内の＠層ｒＸ！を得る場合に使用されるアレイ型
の超音波トランスデユーサ間隔部を本発明に基づく超音
波音速計測に利用した例である、すなわち、アレイ副超
音波トランスデユーサ加を構成する多数配列されたトラ
ンスデユーサ素子のうち送信時には斜線で示す３１　、
３４の領域が使用され、受信時には同じく斜綴部で示す
３２とあの領域が使用される。 アレイ型超音波トランスデユーサ関の領域３１から超音
波を送信する場合、領域３１　Ｋおける隣接した複故個
の振動子の駆動タイミングを遅延手段により所定時間ず
らせることによって、その超音波ビームを例えば第、３
図中に示したように偏向させることができる。３４につ
いても同様である０このような１子的な偏向を行なうだ
めの具体的な駆動方法としては、例えば特公昭５６−１
００５８号公報に記載された方法を用いることができる
。 この実施例は単一のアレイ型超音波トランスデエーサを
用いて局所的な超音波音速の計測がＭ能であるため、走
査性に優れており、しかもＢモー・ド像のリアルタイム
表示を併せて行なうことかで域の正確な設定を容易に行
なえるという利点がある。また、送受信超音波トランス
デユーサの位１（領域３１〜３４の位ｉｆ）および送信
超音波ビームの偏向角を電子的手段により容易、かつ高
速に変えることで、超音波の送信領域と受信領域との交
叉領域を変えることができるので、生体内全領域での局
所的な超音波音速の計測ができ、さらにぽ２は 次元音速分布の表示も可能となる。すなわち、従来では
不可能であったパルス反射法による生体内超音波音速分
布を求めることができる。この場合ビームの偏向角は電
子回路の特性のバラツキによって誤差をもち、関心領域
が異なればその誤差も異なるため電子走査によって生体
内音速分布を求める場合（では各関心領域ごとに補正値
を予じめ算出しておかなければならない。 なおこの場合の補正値にはビーム角度やトランスデユー
サ間隔のズレによるもののみならず、音場の差による誤
差の補正も含まれる。 以上システム誤差の補正について局所音速測定を例に説
明したが本発明は第６図に示したような平均音速測定に
おいても有効であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
図、第２図は局所音速測定法の原理図。 第；３図は局所音速測定時におけるシステムの誤差を示
す図、第４図は本発明における受信波形を示す図、第５
図は本発明の他の実施例を示す図、第６図は平均音速測
定法の原理を示す図であるう１．１　、１４・・・送信
用トランスデ一一−ザ、１２　、１３・・・受信用トラ
ンスデユーサ、１５　、１６・・・スイッチ回路、 １７・・・バルサ、１８・・・発県器、１９・・・増幅
器、　　美・・・包絡線検波回路、２１・・・Ａ／Ｄ、
２２・・・バッファメモリ、お・・・補正用データメモ
ＩＪ、２４・・・演ＩＸ器、屓・・・ＣＲＴ、　　　２
６・・・生　体、３１　、３４・・・送信トランスデユ
ーサ、３２　、３３・・・受イサトランスデューサ、カ
・・・アレイ型トランスデエーサ、 ５１・・・送信トランスデユーサ、 ５２・・・受信トランスデユーサ。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第１図 第６図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 媒体内に超音波を送信する１個又は複数個の送信用トラ
   ンスデューサと、受信領域が媒質内において前記送信用
   トランスデューサの送信領域と交わるように配置され前
   記媒体内から超音波の反射波を受信する１個又は複数個
   の受信用トランスデューサと、前記送信用トランスデュ
   ーサから放射された超音波パルスが送受信ビーム交叉領
   域で散乱した後、前記受信用トランスデューサによって
   受信されるまでの時間を計測する手段と、この伝搬時間
   と前記送受信トランスデューサの位置関係から媒質内の
   音速を算出する手段を具備した超音波診断装置において
   、前記送受信トランスデューサの位置の誤差から生ずる
   音速推定誤差を補正するための補正データを記憶する手
   段を有することを特徴とする超音波診断装置。