(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子素子が配列され被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を打ち出させると共に受信した反射波を整相加算する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの受信信号を記憶手段に記録すると共に読み出し画像信号を生成する画像メモリ部と、この画像メモリ部から画像信号を読み出して超音波画像として表示する表示装置とを有する超音波診断装置において、上記超音波送受信部の受波回路で受信した超音波ビームをその焦点を通る中心線に沿って左右に２分割又は複数分割し、この複数分割された受波ビームの信号を別々に加算し、この別々に加算した受波ビームの信号を上記焦点を境にして浅いところと深いところで点対称となる状態で上記画像メモリ部に記録するようにしたことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を被検体内に送受信し診断部位からの反射波によるエコー信号を用いて該診断部位の超音波画像を得る超音波診断装置に関し、特に、探触子の長軸方向の超音波ビームからの情報を細かく処理することによってその長軸方向の方位分解能を向上することができる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の超音波診断装置は、複数の振動子素子が配列され被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を打ち出させると共に受信した反射波を整相加算する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの受信信号を記憶手段に記録すると共に読み出し画像信号を生成する画像メモリ部と、この画像メモリ部から画像信号を読み出して超音波画像として表示する表示装置とを有して成っていた。
【０００３】
そして、このような電子走査型の超音波診断装置において、超音波の送受信によって超音波ビームが形成される様子を示すと図４のようになる。すなわち、探触子１の各振動子素子Ｅ1，Ｅ2，…，Ｅ5に、超音波送受信部２の遅延回路３1，３2，…，３5で遅延時間を与えて超音波を被検体内に送信すると共に、該被検体内からの反射波を受信する際も上記遅延回路３1，３2，…，３5で遅延時間を与えて受信する。このとき、上記各振動子素子Ｅ1，Ｅ2，…，Ｅ5からは所定の時間差をもって超音波が打ち出されると共に反射波が受信され、物理現象としてよく知られているホイヘンスの原理により、特定の位置（焦点Ｆ）へ収束するように超音波ビーム４が形成される。そして、この超音波ビームは、従来、上記振動子素子Ｅ1〜Ｅ5の全体として１本のビームを形成するものとして考えられ、処理されてきた。なお、図４では振動子素子を５個（Ｅ1〜Ｅ5）とし、遅延回路も５個（３1〜３5）として示したが、実際には探触子１の口径によりもっと多数の振動子素子が配列されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置においては、複数の振動子素子Ｅ1〜Ｅ5の全体として１本のビームを形成するものとして扱っていたので、超音波ビーム４のビーム幅がそのまま上記各振動子素子Ｅ1〜Ｅ5の１列状の配列方向に沿う探触子１の長軸方向の方位分解能を決めるものとなっていた。この場合、上記超音波ビーム４のビーム幅が細くなれば探触子１の長軸方向の方位分解能は向上するが、該超音波ビーム４のビーム幅を細くするにも制約があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、探触子の長軸方向の超音波ビームからの情報を細かく処理することによってその長軸方向の方位分解能を向上することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波診断装置は、複数の振動子素子が配列され被検体内に超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超音波を打ち出させると共に受信した反射波を整相加算する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの受信信号を記憶手段に記録すると共に読み出し画像信号を生成する画像メモリ部と、この画像メモリ部から画像信号を読み出して超音波画像として表示する表示装置とを有する超音波診断装置において、上記超音波送受信部の受波回路で受信した超音波ビームをその焦点を通る中心線に沿って左右に２分割又は複数分割し、この複数分割された受波ビームの信号を別々に加算し、この別々に加算した受波ビームの信号を上記焦点を境にして浅いところと深いところで点対称となる状態で上記画像メモリ部に記録するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を被検体内に送受信し診断部位からの反射波によるエコー信号を用いて該診断部位の超音波画像を得るもので、図１に示すように、探触子１と、超音波送受信部２と、画像メモリ部５と、表示装置６とを有して成る。
【０００８】
上記探触子１は、被検体内に超音波を打ち出すと共にその反射波を受信するもので、超音波の発生源であると共に反射波を受信する複数の振動子素子Ｅ1，Ｅ2，…，Ｅm，Ｅm+1，…，Ｅnを１列状に配列して成る。超音波送受信部２は、上記探触子１を駆動して超音波を打ち出させると共に受信した反射波を整相加算するもので、その内部には送波回路及び受波回路並びにそれらの制御回路を有している。図１では、上記のうち受波回路の部分のみを図示しており、上記各振動子素子Ｅ1，Ｅ2，…，Ｅm，Ｅm+1，…，Ｅnで受信した時間差をもって戻ってくる反射波の信号にそれぞれ所定の遅延時間を与えて反射波を整相する遅延回路３1 ，３2，…，３m，３m+1，…，３nと、これらの遅延回路３1〜３nからの受信信号を加算する加算器７ａ，７ｂとを有している。
【０００９】
画像メモリ部５は、上記超音波送受信部２から出力された受信信号を記憶手段に記録すると共に読み出し画像信号を生成するもので、その内部にはセレクター８と、アナログの受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器９と、画像データを記録する記憶手段となるメモリ１０と、画像データをアナログの画像信号に変換するＤ／Ａ変換器１１とを有している。そして、表示装置６は、上記画像メモリ部５から画像信号を読み出して超音波画像として表示するもので、例えばテレビモニタから成る。
【００１０】
このような超音波診断装置における超音波ビームの形成の様子について、図２を参照して説明する。ここでは、簡単のために図４と同様に、５個の振動子素子Ｅ1〜Ｅ5と５個の遅延回路３1〜３5とを備えた場合を図示している。遅延回路３1〜３5に設定された遅延時間によって、各振動子素子Ｅ1〜Ｅ5を駆動する時刻が違ってくる。この場合、ある位置に焦点Ｆを結ばせるには、両端の振動子素子Ｅ1，Ｅ5は最も早い時刻に超音波を発し、真中の振動子素子Ｅ3は最も遅い時刻に超音波を発し、それらの中間位置の振動子素子Ｅ2，Ｅ4は中間の時刻に超音波を発する。そして、上記各振動子素子Ｅ1〜Ｅ5からは、音速をｖとし時間をｔとして、半径をｖｔとする素元波Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3（本例では、まだ点の状態），Ｃ4，Ｃ5が伝播する。
【００１１】
このとき、ホイヘンスの原理により、上記各素元波Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5に共通の接線を連ねてできる包絡線（面）が次の瞬間の波面Ｗ1となる。この面が円弧状になるのは、上記遅延回路３1〜３5に設定された遅延時間の差による。そして、次の瞬間には、上記波面Ｗ1上の点Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4，Ｄ5を波源として同時に発生する素元波を考え、再びホイヘンスの原理により、上記同時発生の素元波に共通の接線を連ねてできる包絡線（面）が次の瞬間の波面Ｗ2となる。このようにして、順次半径の小さくなる波面Ｗ1，Ｗ2，…が形成されてある点に収束するように進み、この点が超音波ビームの焦点Ｆとなる。
【００１２】
その後、焦点Ｆを通過した波面はどうなるかというと、図２において今度は焦点Ｆを中心とする波面の上に波源を有する素元波を考えればよい。結局、各振動子素子Ｅ1〜Ｅ5から打ち出される超音波は、上記焦点Ｆを過ぎれば該焦点Ｆを境にして点対称となるように入れ換えた状態でそのまま直進するように進む。すなわち、振動子素子Ｅ1，Ｅ2から打ち出された超音波と、振動子素子Ｅ4，Ｅ5から打ち出された超音波は、焦点Ｆを境にして左右入れ換えた状態で矢印Ｇ，Ｈのように直進するように進む。このようにして、点Ｆに焦点を有し全体として一つの超音波ビーム４が形成される。
【００１３】
ここで、本発明においては、上記超音波送受信部２の受波回路で受信した超音波ビーム４をその焦点Ｆを通る中心線に沿って左右に２分割又は複数分割し、この複数分割された受波ビームの信号を別々に加算し、この別々に加算した受波ビームの信号を上記焦点Ｆを境にして浅いところと深いところで点対称となる状態で上記画像メモリ部５に記録するようになっている。
【００１４】
例えば、図１に示すように、振動子素子をＥ1〜Ｅnのｎ個使用して一つの超音波ビームを形成している場合には、上記振動子素子Ｅ1〜Ｅnを真中で二つのグループに分けると共に遅延回路３1〜３nも真中で二つのグループに分け、前半の振動子素子Ｅ1〜Ｅmのグループについては前半の遅延回路３1〜３mで整相すると共に第一の加算器７ａで加算して１本のビームとし、後半の振動子素子Ｅm+1〜Ｅnのグループについては後半の遅延回路３m+1〜３nで整相すると共に第二の加算器７ｂで加算して１本のビームとする。これにより、図３に示すように、上記超音波送受信部２の受波回路で受信した超音波ビーム４をその焦点Ｆを通る中心線１２を境にして左右に２分割し、その２分割した受波ビームの信号を別々に加算することができる。なお、図３においては、簡単のために図２と同様に、５個の振動子素子Ｅ1〜Ｅ5と５個の遅延回路３1〜３5とを備えた場合を図示している。
【００１５】
このように左右に２分割された超音波ビームの信号は、図１において、画像メモリ部５に入力する。この入力した超音波ビームの信号は、セレクター８で図３に示す焦点Ｆを境にして浅いところと深いところで点対称となる状態に切り換えられる。このとき、上記セレクター８には、図示省略の制御回路部から図３に示す焦点Ｆの深度位置を表す焦点深度位置情報が入力し、この焦点Ｆの深度位置で図３に示す中心線１２を境にして左右に２分割された受波ビームの信号を点対称となる状態に切り換える。この結果、図３に示すように、図２で説明した一つの超音波ビーム４は、中心線１２と焦点Ｆの位置を境にして、領域Ａ1と、領域Ｂ2と、領域Ｂ1と、領域Ａ2とに分けられる。
【００１６】
図３から明らかなように、領域Ａ1と領域Ａ2とは焦点Ｆに対して点対称となっており、領域Ｂ1と領域Ｂ2とは焦点Ｆに対して点対称となっている。そして、前述の図２の説明からわかるように、各振動子素子Ｅ1〜Ｅ5から打ち出される超音波は、上記焦点Ｆを過ぎれば該焦点Ｆを境にして点対称となるように入れ換えた状態でそのまま直進するように進むので、上記領域Ａ1と領域Ａ2とが同一系統の超音波情報源となり、同じく領域Ｂ1と領域Ｂ2とが同一系統の超音波情報源となる。すなわち、図３の場合、一つの超音波ビーム４の中に中心線１２を境にして二つの超音波情報が含まれていることとなる。このことは、結果的に超音波ビームのビーム幅が細くなったのと類似の効果を有する。
【００１７】
上記セレクター８から出力された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換された後、メモリ１０へ送られて書き込まれる。このメモリ１０では、図３に示す超音波ビーム４の同一系統の超音波情報源としての領域Ａ1−Ａ2と領域Ｂ1−Ｂ2に合わせて、図１に示すように、ある超音波ビームにおいて焦点Ｆを境にして浅いところと深いところで、領域Ａ1と領域Ｂ2が例えば左側に、領域Ｂ1と領域Ａ2が右側になるように、現実の空間配置に対応する形に並べて記録する。この状態で、上記メモリ１０には、各超音波ビーム毎に、超音波受信信号のデータが上記と同様にして繰り返し記録される。
【００１８】
その後、上記メモリ１０から、表示装置６のテレビ走査の向きに合わせて受信信号のデータを読み出す。このときは、上記のように記録された受信信号のデータを、テレビ走査の向きに従って横方向に読み出している。次に、上記メモリ１０から読み出された画像データは、Ｄ／Ａ変換器１１でアナログの画像信号に変換されて、表示装置６へ送り出される。
【００１９】
上記表示装置６では、入力した画像信号を通常どおりそのまま表示する。このとき、図１に示すように、メモリ１０には焦点Ｆを境にして浅いところと深いところに、領域Ａ1と領域Ｂ2が例えば左側に、領域Ｂ1と領域Ａ2が右側になるように並べて記録されているので、そのまま領域Ａ1，Ｂ2；領域Ｂ1，Ａ2の状態で表示され、従来の一つの超音波ビーム４に対応するラインに二つの超音波情報源による画像が表示されることとなる。したがって、結果的に探触子１の長軸方向の方位分解能が向上する。
【００２０】
なお、図１及び図３においては、超音波送受信部２の受波回路で受信した超音波ビーム４をその焦点Ｆを通る中心線１２を境にして左右に２分割した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、上記超音波ビーム４をその焦点Ｆを通る中心線１２に沿って複数分割し、この複数分割された受波ビームの信号を別々に加算するようにしてもよい。すなわち、超音波ビーム４を３分割、４分割、５分割、…して別々に加算し、この別々に加算した受波ビームの信号を上記焦点Ｆを境にして浅いところと深いところで点対称となる状態で上記画像メモリ部５に記録するようにしてもよい。この場合は、さらに探触子１の長軸方向の方位分解能が向上する可能性がある。なお、上記の複数分割は、実際には偶数分割をすることが多いであろうが、理論的には奇数分割をしても実現可能である。
【００２１】
また、以上の説明では、シングルフォーカスの場合について述べたが、本発明はこれに限らず、多段フォーカスの場合についても適用することができる。さらに、以上では、超音波画像は主としてＢモード像を映像化する場合について述べたが、これに限らず、Ｄモード像又はＭモード像或いはＣＦＭモード像を映像化する場合についても同様に適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、超音波送受信部の受波回路で受信した超音波ビームをその焦点を通る中心線に沿って左右に２分割又は複数分割し、この複数分割された受波ビームの信号を別々に加算し、この別々に加算した受波ビームの信号を上記焦点を境にして浅いところと深いところで点対称となる状態で上記画像メモリ部に記録するようにしたことにより、結果的に探触子の長軸方向の超音波ビームからの情報を細かく処理することによってその長軸方向の方位分解能を向上することができる。したがって、最終的に得られる超音波画像の画質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】上記の超音波診断装置における超音波ビームの形成の様子を示す説明図である。
【図３】複数の振動子素子が配列された探触子から発せられる一つの超音波ビームの中には中心線を境にして二つの超音波情報が含まれていることを示す説明図である。
【図４】従来の超音波診断装置において超音波の送受信によって１本の超音波ビームが形成される様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１…探触子
２…超音波送受信部
３1〜３n…遅延回路
４…超音波ビーム
５…画像メモリ部
６…表示装置
７ａ，７ｂ…加算器
８…セレクター
９…Ａ／Ｄ変換器
１０…メモリ
１１…Ｄ／Ａ変換器
１２…超音波ビームの中心線
Ｅ1〜Ｅn…振動子素子
Ｆ…焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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