(57)【要約】【課題】  連続波ドプラモードにおける弱い血流からの信号を検出できる超音波画像診断装置を提供すること。【解決手段】  連続波ドップラモードでの動作が可能な超音波画像診断装置１において、超音波プローブ５０の電子走査方向に並列に配置された複数の超音波振動素子を、送信用超音波振動素子Ｔｘと受信用超音波振動素子Ｒｘとに切替えて動作させるスイッチング部１３を備え、スイッチング部を制御する制御部１１は、送信用超音波振動素子と受信用超音波振動素子とに割り当てる超音波振動素子の数および／または位置を変更可能としたもの。  これにより、焦点付近以外からの不要な信号による受信回路の飽和を低減し、より弱い血流を検出することができる。【選択図】      図４
2006192031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体へ連続的に送波した超音波に基づく反射波を受波して血流情報を得る連続波ドップラモードでの動作が可能な超音波画像診断装置において、
電子走査方向に複数の超音波振動素子が並列に配置されたアレイ振動素子を、送信用超音波振動素子と受信用超音波振動素子とに切替えて動作させる制御手段を備え、この制御手段は、送信用超音波振動素子と受信用超音波振動素子とに割り当てる前記超音波振動素子の数および／または位置を変更可能であることを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記アレイ振動素子の中央部を送信用超音波振動素子とし、この送信用超音波振動素子の両端部を受信用超音波振動素子として割り当てることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記送信用超音波振動素子の両端部に割り当てられる前記受信用超音波振動素子の数は、前記送信用超音波振動素子の数よりもそれぞれ多いことを特徴とする請求項２に記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記送信用超音波振動素子および前記受信用超音波振動素子には、それぞれの中央部に対して端部の感度を低下させるような重み付けを施すことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内を超音波で走査し、得られるエコー信号に基づいて断層像や血流情報を得て表示する超音波画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断装置は、複数の超音波振動素子から成るアレイ振動素子から、被検体に対して超音波を送波しその反射波を受信する。一般に用いられるこのアレイ振動素子は、複数の超音波振動素子が１列に配列されており、個々の超音波振動素子に対して送受信制御が電子的に行われる。これによって、超音波ビームが形成され、超音波振動素子の配列方向に超音波ビームが電子走査される。
【０００３】
なお、超音波画像診断装置には、生体の軟部組織の断層像を観察するＢモード、その１ラインの組織像を時間軸に沿って平行に配列することにより心臓や血管などの経時的な形態変化を詳細に観察するＭモード、ドプラ効果を利用して血流のスペクトラムや空間的な広がりを取得するドップラモードなど種々の動作モードがある。そして、ドプラモードには、連続波（ＣＷ）ドプラモードとパルス（ＰＷ）ドプラモードとがある。ドプラモードのうち連続波ドプラモードは、比較的早い血流の速度データを正確に検出するのに有用であり、パルスドプラモードは、２次元の血流像をカラーで表示するカラーフローイメージを形成するための速度データを得るのに有用であることが知られている。
【０００４】
ところで、例えば１２８個の超音波振動素子が配列されたアレイ振動素子を用いてＢモード画像またはパルスドプラーモードの血流像を得るためには、或る領域を超音波ビームで走査する送信と受信とを交互に繰り返し、得られるエコー信号を処理することによって断層画像としている。このとき、１２８個のほぼ全ての超音波振動素子が、送信用と受信用に交互に駆動されることになる。一方、同じ１２８個の超音波振動素子が配列されたアレイ振動素子を連続波ドプラモード用として使用する場合には、超音波の送受信を連続的に同時に行う必要があるので、アレイ振動素子を左右に２等分にして、６４個の超音波振動素子を送信用として用い、他の６４個の超音波振動素子を受信用として使用することになる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−５２１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アレイ振動素子を中央から左右に２等分にして固定化した場合、送受信における超音波ビーム形成の自由度が少ないという問題があった。一方、臨床的には、ＣＷドプラモードで、より弱い血流を検出したいというニーズがある。しかし、ＣＷドプラモードは、距離に関する情報を持たないため、受信用の超音波振動素子が受信ビーム上にある全ての信号を取り込んでしまうことになる。殊に被検体の体表近くの固定体からの強い不要な反射信号（クラッタ）を受けて受信回路が飽和してしまうので、弱い血流からの信号を検出できないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被検体へ連続的に送波した超音波に基づく反射波を受波して血流情報を得る連続波ドップラモードでの動作が可能な超音波画像診断装置において、電子走査方向に複数の超音波振動素子が並列に配置されたアレイ振動素子を、送信用超音波振動素子と受信用超音波振動素子とに切替えて動作させる制御手段を備え、この制御手段は、送信用超音波振動素子と受信用超音波振動素子とに割り当てる前記超音波振動素子の数および／または位置を変更可能であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波画像診断装置において、前記制御手段は、前記アレイ振動素子の中央部を送信用超音波振動素子とし、この送信用超音波振動素子の両端部を受信用超音波振動素子として割り当てることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波画像診断装置において、前記送信用超音波振動素子の両端部に割り当てられる前記受信用超音波振動素子の数は、前記送信用超音波振動素子の数よりもそれぞれ多いことを特徴とする。
【００１０】
また請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置において、前記送信用超音波振動素子および前記受信用超音波振動素子には、それぞれの中央部に対して端部の感度を低下させるような重み付けを施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記課題を解決するための手段の項にも示したとおり、本発明の特許請求の範囲に記載する各請求項の発明によれば、次のような効果を奏する。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、連続波ドプラモードでのビーム形成の自由度を上げることができ、目的に応じ最適化できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、クラッタなど血流以外の不要な強い信号による受信回路の飽和を回避することができ、血流検出感度を向上することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明に比べ、さらに焦点よりも近距離の受信ビームを弱くして、被検体の体表付近からの強いクラッタを避けることができ、焦点付近以外からの不要な信号による受信回路の飽和を低減し、より弱い血流を検出することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、サイドローブを下げることができ、受信ビームの方向以外からの不要な受信信号による受信回路の飽和を回避し、さらに血流検出感度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る超音波画像診断装置の一実施の形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る超音波画像診断装置の一実施の形態を示した系統図である。
【００１８】
図１に示すように、超音波画像診断装置１は、超音波画像診断装置本体１０と、通常この超音波画像診断装置本体１０上に載置され、超音波画像などを表示するモニタ３０と、ユーザが超音波画像診断装置本体１０に対して必要なデータを入力したり各種機能の選択をしたりするための操作部４０と、被検体に超音波を送波しかつその反射波を受波するための、複数の超音波振動素子を並列に配置したアレイ振動素子から成る超音波プローブ５０とで構成され、超音波プローブ５０は通常、超音波画像診断装置本体１０に対して着脱自在となっている。
【００１９】
超音波画像診断装置本体１０は、制御部１１、送受信部１２、スイッチング部１３、信号処理部１４、表示処理部１５を有しており、制御部１１は操作部４０からの指示あるいは予めプログラムされた手順に応じて、送受信部１２、スイッチング部１３、信号処理部１４、表示処理部１５などの各構成機器を有機的に制御する。例えば、送受信部１２は制御部１１からの基本クロックに基づいて動作が制御される。また、送受信部１２は送信回路１６と受信回路１７とを備え、信号処理部１４は例えばドプラ信号処理回路１８とＢモード信号処理回路１９を備えている。さらに、受信回路１７は図２に示すように、前置増幅器２１、直交検波器２２、参照信号発生器２３を備えている。
【００２０】
なお操作部４０は制御部１１に接続され、ユーザが必要なデータを入力したり各種機能の選択をしたりするために、キーボード、トラックボール、スイッチなどを備えている。
【００２１】
さて、超音波プローブ５０は被検体に接触させて使用するものであって、例えば１２８個の超音波振動素子を横１列に配置したアレイ振動素子から成り、電子リニア走査方式或いは電子セクタ走査方式などの走査方式によって形成した超音波ビームを、被検体の所望診断部位へ走査させる。
【００２２】
この超音波プローブ５０は、超音波画像診断装置本体１０に図示しないコネクタによって結合されており、その送受信部１２にスイッチング部１３を介して電気的に接続される。スイッチング部１３は、制御部１１の制御下で、超音波プローブ５０の各超音波振動素子と、送受信部１２の送信回路１６または受信回路１７との接続関係を動作モードに応じて切替えるものであり、この接続関係の切替えは、例えばＢモードとＣＷドプラモードとの切替えに応じて行われる。すなわち、操作部４０によってＢモードまたはＣＷドプラモードのどちらかが選択された場合、選択されたモードに応じてスイッチング部１３による超音波プローブ５０の送受の切替えや、超音波プローブ５０の各超音波振動素子と、送信回路１６および受信回路１７との接続関係の切替えなどを制御する。
【００２３】
次に、上記のように構成された超音波画像診断装置１を、ＣＷドプラモードで動作させる場合について説明する。
【００２４】
図３は、ＣＷドプラモードの場合における超音波プローブ５０の各超音波振動素子と、送信回路１６および受信回路１７との接続関係を示したものである。なお超音波プローブ５０は、本発明のために特別に設計されたものではなく、一般の超音波画像診断装置において通常使用されるものであってよい。
【００２５】
すなわち、超音波画像診断装置１をＣＷドプラモードで動作させる場合には、本発明では例えば１２８個の超音波振動素子から成る超音波プローブ５０を、見かけ上３つに区分し、中央部の超音波振動素子群を送信用振動素子Ｔｘし、その両側の超音波振動素子群を受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２とする。ここで、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の数は同じ（Ｒｘ１＝Ｒｘ２）とし、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の数は、送信用振動素子Ｔｘを構成する超音波振動素子の数よりも多くしてある（Ｔｘ＜Ｒｘ１＝Ｒｘ２）。
【００２６】
そして、送信用振動素子Ｔｘは送信回路１６に、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２は受信回路１７に接続されるように、スイッチング部１３によって切替えられる。この切替えを行うスイッチング部１３は、図が煩雑になるのを避けるために図３には省略してある。なお、送信用振動素子Ｔｘとその両側の受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２との境界部には、送信にも受信にも使われない数個のダミー振動素子が介在していることもある。
【００２７】
さて、ユーザが操作部４０から超音波画像診断装置１をＣＷドプラモードで動作させる旨の指示を入力すると、制御部１１はその指示を受けて各構成機器をＣＷドプラモードでの動作体制となるように設定する。すなわち、送信回路１６は、制御部１１の制御下でスイッチング部１３により送信用として割り当てられた送信用振動素子Ｔｘに対し、送信用振動素子Ｔｘを構成する超音波振動素子ごとに所定の遅延が施された送信信号を供給し、送信用振動素子Ｔｘから被検体へ向けて収束された超音波ビームが送波される。同時に、送波された超音波ビームによる反射波が、同じくスイッチング部１３により受信用として割り当てられた受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子で受波され、受信エコー信号として受信回路１７に供給される。
【００２８】
受信回路１７は図２に示したように構成されており、よって、受信エコー信号は前置増幅器２１で増幅され、直交検波器２２において参照信号発生器２３からの参照信号を用いて、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する各超音波振動素子間の信号の位相差を調整する処理を行った後、受信信号として信号処理部１４のドプラ信号処理回路１８へ出力される。
【００２９】
ドプラ信号処理回路１８は、Ａ／Ｄ変換器や高速フーリエ変換器などで構成されており、ドプラ計測用の超音波ビームの受信信号に含まれているドプラ情報の周波数スペクトラムを解析し、その結果を表示処理部１５へ出力する。さらに、表示処理部１５はドプラ信号処理回路１８から供給された信号に対して必要な処理を施してドプラ波形画像や信号音を生成し、ドプラ波形画像をモニタ３０へ供給して表示させる。また、信号音は図示しないオーディオスピーカへ供給される。
【００３０】
ここで本発明の効果を、図４を参照して説明する。なお図４は、超音波プローブ５０による被検体への超音波ビームの送波と受波の模様を模式的に示したものである。
【００３１】
図４に示すように、超音波プローブ５０は被検体Ｐの体表に接触させて診断に供せられる。その超音波プローブ５０の送信用振動素子Ｔｘから、送信遅延制御によって被検体Ｐの関心領域ＲＯＩへ焦点を結ぶように収束された超音波ビームが送波されている。そして、関心領域ＲＯＩからの反射波を主として受波するように受信遅延制御のされた受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２によって、エコー信号が受波される。
【００３２】
ところで、エコー信号は、関心領域ＲＯＩのみから生ずるものではなく、送信用振動素子Ｔｘから送波された超音波ビームの全ての経路から生ずるものである。特に送信用振動素子Ｔｘの接している被検体Ｐの体表近くからは強いクラッタが生じる。従来の技術であれは、この強いクラッタが受信用振動素子Ｒｘで受信され、受信回路へ供給されると、信号レベルが大きいために前置増幅器が飽和してしまい、弱い信号を抽出することができなくなってしまう。
【００３３】
しかし、本発明のように、超音波プローブ５０の中心部に送信用振動素子Ｔｘを設け、その両側に受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を設けたことによって、中心部の送信用振動素子Ｔｘから関心領域ＲＯＩへ収束した超音波ビームを送波し、送信用振動素子Ｔｘの両側に配置されている受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２で、関心領域ＲＯＩに指向性をもたせてエコー信号を受波するようにすることができる。そのため、関心領域ＲＯＩすなわち焦点よりも近い距離から、換言すれば被検体の体表近くからのエコー信号の、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２における受信強度を弱くすることができる。よって、関心領域ＲＯＩすなわち焦点付近以外からの不要な信号を受信することによる前置増幅器２１の飽和を低減できるので、より弱い血流を検出することができる。
【００３４】
なお、図４において符号５１は超音波ビームの送出方向を示し、符号５２は特にクラッタの強い領域を示したものであり、本発明では、この領域５２からのクラッタの受信を低減することができる。
【００３５】
次に、超音波画像診断装置１を、Ｂモードで動作させる場合について説明する。なお、Ｂモードでの動作は、一般的な超音波画像診断装置の動作と同じなので簡単に説明する。
【００３６】
ユーザが操作部４０によってＢモードでの動作に切替える操作を行うと、制御部１１の制御下によるスイッチング部１３の動作によって、超音波プローブ５０の全ての超音波振動素子（例えば１２８個）が、送信時には送信回路１６に、受信時には受信回路１７に接続される。すなわち、超音波プローブ５０の超音波振動素子として、送信用振動素子Ｔｘや受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２の区分はなくなる。
【００３７】
そして、送受信部１２は、送信遅延制御、受信遅延制御を行って断層画像用の超音波ビームを形成し、受信信号は信号処理部１４のＢモード信号処理回路１９へ出力される。Ｂモード信号処理回路１９は、入力された受信信号の包絡線検波、対数圧縮などの処理を行い、その出力は表示処理部１５において座標変換やデータ補間などの処理を受けることによりＢモードの断層画像として形成され、その断層画像はモニタ３０に表示される。
【００３８】
本発明は、上述の実施例に限らず要旨を逸脱しない範囲において種々の態様での実施が可能である。例えば、ＣＷドプラモードにおける送信用振動素子Ｔｘを構成する超音波振動素子の数と受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の数について、受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の数は、送信用振動素子Ｔｘを構成する超音波振動素子の数よりも多くしてある（Ｔｘ＜Ｒｘ１＝Ｒｘ２）と説明した。しかしこれは、焦点付近以外からのクラッタの受信をより低減できるという実施上有利な条件ではあるものの、必ずしもこの通りでなくても良く、送信用振動素子Ｔｘと受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の数がほぼ同じであっても良い。
【００３９】
さらに、超音波ビームの方向や焦点の位置に応じて、送信用振動素子と受信用振動素子とを構成する超音波振動素子の数の割合や送受信に割り当てる超音波振動素子の位置を適宜変えられるようにしても良い。
【００４０】
また、ＣＷドプラモードでの動作時に、超音波プローブ５０を形成する超音波振動素子に割り当てられ、送信用振動素子Ｔｘを構成する超音波振動素子の両端部、および受信用振動素子Ｒｘ１、Ｒｘ２を構成する超音波振動素子の両端部の感度をそれぞれの中央部の感度よりも低下させるように重み付けを施すようにしても良い。このようにするとサイドローブを低減することができ、送受信方向以外からの不要な信号を受信することによって受信回路が飽和してしまうことを回避して、関心領域からの微弱なドプラ信号をよりよく収集するための血流検出感度を向上することができる。
【００４１】
以上詳述したように本発明によれば、クラッタなど血流以外の不要な強い信号による受信回路の飽和を回避することができ、ＣＷドプラモードでの血流検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る超音波画像診断装置の一実施の形態を示した系統図である。
【図２】図１に示した受信回路の構成を説明した系統図である。
【図３】ＣＷドプラモードの場合における超音波プローブの各超音波振動素子と、送信回路および受信回路との接続関係を示した説明図である。
【図４】ＣＷドプラモードの場合における超音波ビームの送波と受波の模様を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  超音波画像診断装置
１０  超音波画像診断装置本体
１１  制御部
１２  送受信部
１３  スイッチング部
１４  信号処理部
１５  表示処理部
１６  送信回路
１７  受信回路
１８  ドプラ信号処理回路
１９  Ｂモード信号処理回路
３０  モニタ
４０  操作部
５０  超音波プローブ
Ｐ  被検体
Ｒｘ１、Ｒｘ２  受信用振動素子
ＲＯＩ  関心領域（焦点）
Ｔｘ  送信用振動素子  
【図１】
2006192031.tif 000003
【図２】
2006192031.tif 000004
【図３】
2006192031.tif 000005
【図４】
2006192031.tif 000006