(57)【要約】【課題】超音波診断装置において送波超音波ビームのグレーティングローブによるアーティファクトが軽減されるように改善する。【解決手段】入力装置１８により超音波周波数、焦点距離、視野深度などが入力されると、制御回路１７は駆動振動子数テーブル２１と駆動電圧テーブル２２とを参照して、駆動する振動子の数を決定するとともに、駆動電圧を定め、送受波ビームフォーマ（その送波部分である送波ビームフォーマ）１２を制御し、送受波ビームフォーマ１２の送波部分（送波ビームフォーマ）がその定められた数の振動子を、定められた駆動電圧で超音波駆動する。テーブル２１、２２は、あらかじめ実験などによって求められた値を持つテーブルとなっており、制御回路１７の内部あるいは外部の記憶領域に保持されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子アレイよりなる超音波プローブと、該超音波プローブの各振動子をパルス駆動することにより伝播媒質中で合成された超音波ビームを送波する送波ビームフォーマと、上記振動子を駆動する超音波周波数および合成超音波ビームの焦点距離を入力する入力手段と、合成超音波ビームの焦点距離ごとに超音波周波数が高いほど駆動振動子数が少なくなる、焦点距離、周波数および駆動振動子数データのテーブルを保持する手段と、上記の入力情報に応じて上記テーブルにアクセスし、読み取った駆動振動子数データに基づき駆動する振動子を定めて各振動子を駆動するよう上記送波ビームフォーマを制御する制御手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波を生体内に入射しその反射波を受波することにより生体内各部での超音波反射に関するデータを取得する超音波診断装置に関し、とくに超音波振動子アレイよりなる超音波プローブを用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、超音波を生体内に入射しその反射波を受波することにより生体内各部での超音波反射に関するデータ、たとえば反射係数を表わすデータや血流速度等に応じたドプラシフトデータなどを取得するものである。この超音波診断装置によると、たとえば、超音波ビームで生体内の所定断面内をスキャンしてその断面内の反射係数分布を求めることにより、Ｂモード画像（超音波断層像）を得ることができる。
【０００３】
超音波を生体内に送波し、その反射波を受波するため、超音波プローブを患者身体表面等に密着させる。この超音波プローブは、通常、圧電素子などの超音波振動子を短冊状に多数配列した、超音波振動子アレイよりなる。各振動子をパルス状に駆動することによって各振動子から超音波を発生させ、その駆動タイミングを振動子ごとに遅延させることにより、各振動子から発生し空間で合成された超音波をフォーカスさせるという電子的なフォーカス制御を行う。受波超音波についても同様に、超音波を受波した各振動子から生じる受信信号の各々を適宜遅延させて加算することにより、電子的なフォーカス制御を行う。
【０００４】
取得する超音波データの空間的な分解能（方位分解能および距離分解能）および視野深度（合焦点となっている深さ方向の範囲）は、Ｂモード画像の画質やデータの品質等を決定する重要なファクターである。通常、駆動周波数を高くすることにより、方位・距離分解を高めるようにしている。また、駆動周波数を低くするか、駆動電圧を高くすることにより、視野深度を向上させるようにしている。
【０００５】
一方、近年の超音波診断装置では、使用するアプリケーションに応じてさまざまな形状、周波数特性を有する超音波プローブのラインナップをそろえている。ユーザは、通常、浅い部位を観察するときには高い周波数のプローブを、深い部位を観察する際には低い周波数のプローブを用いる。また、周波数切換機能を備えた超音波診断装置も多く、超音波プローブを交換することなく、異なる周波数の使用が可能である。
【０００６】
さらに、関心領域での分解能を向上させるため、送波超音波の焦点距離を変更する機能を有する超音波診断装置も普及している。焦点距離の変更に応じて、超音波プローブ内の振動子の駆動数が変化し、超音波出力の開口長も変化する。焦点距離をＦ、超音波出力の開口長をＤとするとき、フォーカスナンバー＃Ｆはつぎのように定義される。
＃Ｆ＝Ｆ／Ｄ
多くの超音波診断装置では、このフォーカスナンバーがつねに一定の値となるように開口長すなわち振動子の駆動個数を制御して超音波ビームを形成している。なお、現実の超音波診断装置では同時に駆動できる振動子の個数に制限があるため、焦点距離がある長さ以上となっている場合には一定のフォーカスナンバーを維持できない。
【０００７】
ところで、超音波振動子アレイを用いた超音波プローブでは、グレーティングローブによるノイズやアーティファクト（偽像）が問題となる。超音波振動子アレイにより形成される超音波ビームは、所望の方向のものだけでなく、それ以外の方向にも形成され、これがグレーティングローブと呼ばれる。このグレーティングローブについては、たとえば下記の非特許文献などにも記載されている。
【０００８】
グレーティングローブの出現角度θは、次の式で算出される。
ｄ×sinθ＝λ＝ｃ／ｆ
ここでｄ：超音波プローブの短冊状振動子の素子間隔
λ：伝播媒質中の波長
ｃ：伝播媒質中の音速
ｆ：伝播媒質中の超音波周波数
この式から、
θ＝sin-1（ｃ／ｄｆ）
が導き出され、アーティファクトの影響を受けない高画質の画像を得るためにはこのθを可能な限り大きくすることが必要であることが分る。
【０００９】
このグレーティングローブのレベルについては、周波数と駆動素子数に依存し、周波数が高ければ高いほどおよび駆動素子数が多ければ多いほどレベルが増加する。
【非特許文献１】社団法人日本電子機械工業会編『医用超音波機器ハンドブック』コロナ社、1985、65頁以下。
【００１０】
従来の超音波診断装置では、上記のようにフォーカスナンバーに関連して振動子の駆動個数の制御を行っているだけであり、グレーティングローブによるアーティファクトに関しては無力である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明の課題は、グレーティングローブによるアーティファクトが軽減されるように改善した超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、この発明による超音波診断装置においては、超音波振動子アレイよりなる超音波プローブと、該超音波プローブの各振動子をパルス駆動することにより伝播媒質中で合成された超音波ビームを送波する送波ビームフォーマと、上記振動子を駆動する超音波周波数および合成超音波ビームの焦点距離を入力する入力手段と、合成超音波ビームの焦点距離ごとに超音波周波数が高いほど駆動振動子数が少なくなる、焦点距離、周波数および駆動振動子数データのテーブルを保持する手段と、上記の入力情報に応じて上記テーブルにアクセスし、読み取った駆動振動子数データに基づき駆動する振動子を定めて各振動子を駆動するよう上記送波ビームフォーマを制御する制御手段とを有することが特徴となっている。
【発明の効果】
【００１３】
超音波診断装置において、焦点距離、周波数および駆動振動子数データのテーブルが保持されている。このテーブルでは、焦点距離および超音波周波数ごとに駆動振動子数データが定められている。そして、この駆動振動子数は、周波数が高くなればなるほど少なくなるように定められている。そのため、入力手段により、超音波周波数と焦点距離とを入力したとき、制御手段が上記のテーブルにアクセスし、その超音波周波数と焦点距離とに対応した駆動振動子数データを読み出し、その数の振動子を駆動して超音波ビームを発生するよう送波ビームフォーマを制御することによって、グレーティンググローブによるアーティファクトが軽減されるよう、最適な数の振動子を駆動して合成超音波ビームを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、この発明を実施した超音波診断装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
この発明の一実施例にかかる超音波診断装置は、図１に示すように、超音波プローブ１１が送受波ビームフォーマ１２に接続されている。この超音波プローブ１１は患者身体などの被検体表面に密着されるもので、多数の超音波振動子（圧電素子）を並べた振動子アレイよりなり、送受波ビームフォーマ１２によってその各々の振動子がパルス状に超音波駆動される。各振動子のパルス状駆動タイミングが制御されて、これら各振動子から発生した超音波が被検体内に放射され、その伝播媒質中で合成されて集束するようにされる。駆動タイミングの遅延制御によりその焦点距離が定められる。
【００１６】
入射した超音波は被検体内で反射し、その反射波が超音波プローブ１１に戻って来て、各振動子を振動させ、各振動子から受信信号が生じる。この各振動子からの受信信号を送受波ビームフォーマ１２において遅延させた上で加算することにより、受波超音波についても所定の焦点を持つ合成された超音波ビームによる受信信号を得る。こうして得られる受信信号は信号処理回路１３に送られて、ゲイン調整処理、直交検波処理、フィルタ処理、Ｌｏｇ圧縮処理、ダイナミックレンジ調整処理、エンハンス処理などを受け、その後画像処理回路１４へと送られ、たとえば患者身体の特定断面での断層画像であるＢモード画像などが形成され、さらに表示回路１５を経て画像モニタ装置１６に送られ、Ｂモード画像などが画像モニタ装置１６の表示画面に表示されることになる。
【００１７】
制御回路１７にはキーボードなどの入力装置１８が接続されており、超音波スキャン条件等が入力できるようになっている。制御回路１７はその入力された条件に応じて送受波ビームフォーマ１２、信号処理回路１３、画像処理回路１４、表示回路１５などを制御する。入力される条件は、超音波周波数、焦点距離、視野深度などである。焦点距離と視野深度は、被検体内での関心領域の位置・大きさなどに応じて定める。超音波周波数は、所望の方位・距離分解能に応じ、高い分解能を得ようとするなら高い周波数を、それほどの分解能が必要ないならば低い周波数を、それぞれ選ぶというようにして設定する。
【００１８】
こうして、超音波周波数、焦点距離、視野深度などが入力されると、制御回路１７は駆動振動子数テーブル２１と駆動電圧テーブル２２とを参照して、駆動する振動子の数を決定するとともに、駆動電圧を定める。このテーブル２１、２２は制御回路１７の内部あるいは外部の記憶領域に保持されている。
【００１９】
この駆動振動子数すなわち開口長は、上記のように、一般にはフォーカスナンバーが一定となるように焦点距離に応じて定められるが、グレーティングレベルの決定要素ともなるため、これらをも考慮して、あらかじめ実験などによって最適なものを求めておいて、テーブル２１に保持させる。すなわち、図に示すように駆動振動子数は基本的には焦点距離に応じて定められるものであるが、超音波周波数に応じて、周波数が高い（Ｈｉｇｈ）とき少なく、低い（Ｌｏｗ）とき多く、その中間（Ｍｉｄｄｌｅ）の周波数ではそれらの中間的な数とされる。上記のように超音波周波数が高ければ高いほど、および駆動振動子数が多ければ多いほど、グレーティングローブのレベルが高くなるため、グレーティングローブによる画質劣化をなるべく避けるため、周波数が高いときは駆動振動子数を少なくして、グレーティングローブのレベルを抑えようとするわけである。
【００２０】
また、各振動子を超音波駆動する際の駆動電圧は、テーブル２２において視野深度に応じて定められている。視野深度を改善するためには、一般に、駆動電圧を高くするが、駆動電圧を高くすると音圧振幅が大きくなり、その結果伝播媒質中で非線形効果による歪を生じ、高調波成分を増加させるというドローバックも問題となる。さらに、伝播媒質中では超音波の高い周波数成分ほど減衰するため、駆動電圧が高い場合には低い場合に比べると狭帯域となり、中心周波数が低く観測される。そこで、これらを考慮し、視野深度ごとに最適な駆動電圧をあらかじめ実験などにより求めておいて、テーブル２２として記憶させておく。
【００２１】
このようなテーブル２１、２２へのアクセスを行うことにより制御回路１７が駆動振動子数と駆動電圧とを定めて、送受波ビームフォーマ（その送波部分）１２を制御し、送受波ビームフォーマ１２の送波部分（送波ビームフォーマ）がその定められた数の振動子を、定められた駆動電圧で超音波駆動することになり、超音波ビームによるスキャンを開始する。これにより、超音波プローブ１１において、最適な数の振動子が、最適な駆動電圧でパルス状に超音波駆動されるようになるため、送波超音波ビーム特性が改善され、アーティファクトの軽減された、診断能の高いＢモード画像などを得ることができる。
【００２２】
なお、上記の説明は一つの実施例についてのものであり、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で、具体的な構成などは種々に変更できることはもちろんである。ハードウェア的な構成を有するものとして説明しているが、信号処理回路１３や画像処理回路１４等ソフトウェアで実現可能な部分もある。駆動振動子数テーブル２１および駆動電圧テーブル２２の各数値は例示であることはいうまでもないであろう。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明にかかる超音波診断装置によれば、超音波周波数、焦点距離の入力値に応じて最適な駆動素子数を定めて超音波プローブの各振動子を駆動することができるので、アーティファクトを軽減し、診断により役立つようなより画質の良好なＢモード画像等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施例にかかる超音波診断装置のブロック図。
【符号の説明】
【００２５】
１１……超音波プローブ
１２……送受波ビームフォーマ
１３……信号処理回路
１４……画像処理回路
１５……表示回路
１６……画像モニタ装置
１７……制御回路
１８……入力装置
２１……駆動振動子数テーブル
２２……駆動電圧テーブル
【図１】
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