超音波診断装置

トップ :: A 生活必需品 :: A61 医学または獣医学;衛生学

【発明の名称】	超音波診断装置
【発明者】	【氏名】鈴木隆夫【氏名】福喜多博【氏名】萩原尚【氏名】西垣森雄【氏名】伊藤嘉彦
【要約】	【課題】媒質または音場における音速の周波数依存性を考慮した厳密な開口合成法を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。【解決手段】走査機構５に駆動される超音波探触子１の位置を記憶する手段１０と、送受信回路２で受信した反射信号を記憶する手段６と、信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する手段７と、信号の搬送波の位相を補正する手段８と、信号を加算する手段９を有し、開口合成により断層像を再構成する際に、開口合成における受信信号の整相方法を、受信した反射信号の群遅延量の補正と搬送波の位相遅延量の補正の双方を行なう。

【特許請求の範囲】
【請求項１】超音波探触子と、前記した超音波探触子の位置を制御する手段と、受信した反射信号を記憶する手段と、信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する手段と、信号の搬送波の位相を補正する手段と、信号を加算する手段を有し、開口合成により断層像を再構成する超音波診断装置において、開口合成における受信信号の整相方法は、受信した反射信号の群遅延量の補正と搬送波の位相遅延量の補正の双方を行なうことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】搬送波の位相を補正する手段は、受信信号を直交変換処理することにより補正を行なうことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを任意に切り換える手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを開口合成処理中に切り換える手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】波面制御手段を有する超音波探触子を持つ超音波診断装置であって、求めようとする位置と探触子の位置関係によって搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを切り換える手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、開口合成法を利用した超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置において、超音波の進行方向に直行する方向の分解能（方位分解能）を高めるための手段として開口合成法が知られている。図７は従来の単一の振動子を用いた開口合成法のブロック図を示しており、振動子１０１、振動子の走査機構１０２、送受信回路１０３、開成合成処理部１０４および画面表示部１０９からなり、開成合成処理１０４は、受信波形メモリ１０５、位置情報メモリ１０６、信号遅延部１０７、信号合成部１０８から構成される。開口合成法では、振動子１０１を走査機構１０２で移動させて送受信回路１０３で送受信を行ない、複数の受信信号を得る。この受信信号を信号遅延部１０７で適切な遅延を与え、信号合成部１０８で合成することにより（整相加算）、振動子１０１からの距離に依存しない良好な方位分解能を持った合成信号を得ることができる。従来、信号遅延部１０７で受信信号に与える遅延量は、音速一定とし、求めようとする対象の位置と送受信を行なった振動子の位置関係から求めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般の媒質または音場では、音速に周波数依存性があることが知られており、超音波診断装置の探触子から放射される音波により形成された音場は、回折等の影響により、この音速の周波数依存がとくに認められる。また、音波の波形はパルスであり、単一周波数ではない。したがって、厳密な開口合成を行なう場合には、音速の周波数依存を考慮した遅延量を与える必要がある。
【０００４】本発明は、上記従来の問題を解決するもので、媒質または音場における音速の周波数依存性を考慮した厳密な開口合成法を用いた超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために本発明は、パルスの伝わる速度である群速度と、搬送波の伝わる速度である位相速度の双方を用いて整相加算を行なうことを特徴としたものである。以上により、媒質または音場における音速の周波数依存性を考慮した厳密な開口合成が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は、超音波探触子と、前記した超音波探触子の位置を制御する手段と、受信した反射信号を記憶する手段と、信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する手段と、信号の搬送波の位相を補正する手段と、信号を加算する手段を有し、開口合成により断層像を再構成する超音波診断装置において、開口合成における受信信号の整相方法は、受信した反射信号の群遅延量の補正と搬送波の位相遅延量の補正の双方を行なうことを特徴とし、開口合成における媒質または音場の音速の周波数依存を補正した厳密な開口合成を実現できるという作用を有する。
【０００７】また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の搬送波の位相を補正する手段は、受信信号を直交変換処理することにより補正を行なうことを特徴とし、搬送波の位相遅延量の補正を直行変換により実現できるという作用を有する。
【０００８】また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを任意に切り換える手段を備えたことを特徴とし、音速の周波数特性がまったく無い、または無視できることがあらかじめわかっている場合には、搬送波の位相遅延量の補正を行なわないようにすることができるという作用を有する。
【０００９】また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１記載の搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを開口合成処理中に切り換える手段を備えたことを特徴とし、音速の周波数特性が大きい領域と音速の周波数特性がまったく無い、または無視できる領域が混在している場合、開口合成処理中でも、位相遅延量の補正を行なうかどうか切り換えることができるという作用を有する。
【００１０】また、本発明の請求項５に記載の発明は、波面制御手段を有する超音波探触子を持つ請求項４記載の超音波診断装置であって、求めようとする位置と探触子の位置関係によって搬送波の位相遅延量の補正を行なうかどうかを切り換える手段を備えたことを特徴とし、波面制御手段を有する超音波探触子を持つ超音波診断装置において、少ない演算量で厳密な開口合成を実現できるという作用を有する。
【００１１】以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における超音波診断装置のブロック図を示す。探触子１は、走査機構５により位置を変えながら送受信を行なう。送受信部２は、探触子１に駆動パルスを供給し、そして探触子１からの受信信号を増幅、ディジタル化する。開口合成処理部３は、受信波形メモリ６と位置情報メモリ１０と音場情報メモリ１１と群遅延量補正部７と位相補正部８と信号加算部９とからなる。受信波形メモリ６は、送受信部２からの高周波受信信号を記憶し、位置情報メモリ１０は、探触子の位置情報を記憶し、音場情報メモリ１１は、探触子１から放射される音波の位相遅延、群遅延などの音場情報を記憶する。探触子１の位置情報は、１回の送受信により得られた受信信号に対応している。群遅延量補正部７は、受信信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する。搬送波位相補正部８は、受信信号の搬送波の位相を補正する。信号加算部９は、群遅延量と搬送波の位相の補正を終えた受信信号を加算する。画像表示部４は、開口合成処理部３の出力である合成信号を、ＴＶ等の映像信号に変換し、モニタ等の表示装置に表示する。
【００１２】以上のように構成された超音波診断装置について、図２を用いてその動作を説明する。図２は被合成走査線２３上の各点の合成信号を、探触子の位置を変えて送受信して得られた受信信号Ａ～Ｃを用いて開口合成を行う場合について説明するものである。まず、音場の群遅延特性をもとに、所定の遅延を受信信号Ａ～Ｃに与え、群遅延量を補正する。これにより求めるべき被合成走査線２３上にある反射体２１からの反射パルスの位相は一致し、被合成走査線２３からはずれた位置にある反射体２２からの反射パルスの位相は一致しない。次に、各々の受信信号に含まれるパルスの搬送波の位相を補正する。これら３つの信号を加算して、被合成走査線２３上の合成信号を得る。これにより、被合成走査線２３上にある反射体２１からの信号はパルスの位相、搬送波の位相ともに一致するために増幅され、被合成走査線２３からずれたところにある反射体２２からの信号は減衰する。
【００１３】以上のように、本発明の実施の形態１によれば、媒質または音場における音速の周波数依存を考慮した厳密な開口合成を行なうことができ、良好な方位分解能を得ることができる。
【００１４】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形態２における搬送波の位相補正にＦＦＴを用いた超音波診断装置のブロック図を示す。探触子１は、走査機構５により位置を変えながら送受信を行なう。送受信部２は、探触子１に駆動パルスを供給し、そして探触子１からの受信信号を増幅、ディジタル化する。開口合成処理部３は、受信波形メモリ６と位置情報メモリ１０と音場情報メモリ１１と群遅延補正量計算部１６と搬送波位相補正量計算部１７と遅延回路１２とＦＦＴ回路１３と乗算回路１４とＩＦＦＴ回路１５と信号加算部９とからなる。受信波形メモリ６は、送受信部２からの高周波受信信号を記憶し、位置情報メモリ１０は、探触子１の位置情報を記憶し、音場情報メモリ１１は、探触子１から放射される音波の位相遅延、群遅延などの音場情報を記憶する。探触子１の位置情報は、１回の送受信により得られた受信信号に対応している。群遅延補正量計算部１６は、受信信号の群遅延量の補正量を計算し、遅延回路１２は、受信信号に群遅延補正量だけ遅延させることで、群遅延量を補正する。ＦＦＴ回路１３は、受信信号を複素周波数成分に変換する。搬送波位相補正量計算部１７は、受信信号の搬送波の位相補正量の周波数成分を計算し、乗算回路１４で補正量を受信信号の周波数成分に乗算する。ＩＦＦＴ回路１５は、遅延処理を行なった複素受信信号を時間軸信号に変換する。信号加算部９は、群遅延量と搬送波の位相の補正を終えた受信信号を加算する。画像表示部４は、開口合成処理部３の出力である合成信号を、ＴＶ等の映像信号に変換し、モニタ等の表示装置に表示する。
【００１５】以上のように、本発明の実施の形態２によれば、ＦＦＴを用いて受信信号を複素周波数信号に変換することにより、受信信号のパルスの波形を変形せずに、搬送波の位相を補正することができる。
【００１６】なお、以上の説明では直行変換はＦＦＴを用いたが、これに限るものではない。
【００１７】（実施の形態３）図４は本発明の実施の形態３における超音波診断装置のブロック図を示す。探触子１は、走査機構５により位置を変えながら送受信を行なう。送受信部２は、探触子１に駆動パルスを供給し、そして探触子１からの受信信号を増幅、ディジタル化する。開口合成処理部３は、受信波形メモリ６と位置情報メモリ１０と音場情報メモリ１１と群遅延量補正部７と搬送波位相補正部８と信号加算部９とスイッチ１８および１９とからなる。受信波形メモリ６は、送受信部２からの高周波受信信号を記憶し、位置情報メモリ１０は、探触子の位置情報を記憶し、音場情報メモリ１１は、探触子１から放射される音波の位相遅延、群遅延などの音場情報を記憶する。探触子１の位置情報は、１回の送受信により得られた受信信号に対応している。群遅延量補正部７は、受信信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する。搬送波位相補正部８は、受信信号の搬送波の位相を補正する。制御部２０は、超音波診断装置全体の制御部であり、選択した探触子１の作り出す音場の音速の周波数特性が無く、媒質の音速の周波数特性も無い場合などにスイッチ１８および１９を操作して、搬送波位相補正部８を切り離す。信号加算部９は、群遅延量と位相遅延量の補正を終えた受信信号を加算する。画像表示部４は、開口合成処理部３の出力である合成信号を、ＴＶ等の映像信号に変換し、モニタ等の表示装置に表示する。
【００１８】以上のように、本発明の実施の形態３によれば、搬送波位相補正部８の前後にスイッチ１８および１９を設け、これらを制御部２０が制御することにより、音速の周波数特性がまったく無い、または無視できることがあらかじめ分かっている場合に、搬送波位相補正部を切り離すことができ、位相遅延量補正のための計算量を減少させることができる。なお、搬送波位相補正部を切り離した場合は、従来の開口合成手段とまったく同じ構成となる。
【００１９】（実施の形態４）図５は本発明の実施の形態４における超音波診断装置のブロック図を示す。探触子１は、走査機構５により位置を変えながら送受信を行なう。送受信部２は、探触子１に駆動パルスを供給し、そして探触子１からの受信信号を増幅、ディジタル化する。開口合成処理部３は、受信波形メモリ６と位置情報メモリ１０と音場情報メモリ１１と群遅延量補正部７と搬送波位相補正部８と信号加算部９とスイッチ制御部２１とスイッチ１８および１９とからなる。受信波形メモリ６は、送受信部２からの高周波受信信号を記憶し、位置情報メモリ１０は、探触子１の位置情報を記憶し、音場情報メモリ１１は、探触子１から放射される音波の位相遅延、群遅延などの音場情報を記憶する。探触子１の位置情報は、１回の送受信により得られた受信信号に対応している。群遅延量補正部７は、受信信号に所定の遅延を与えて群遅延量を補正する。搬送波位相補正部８は、受信信号の搬送波の位相を補正する。スイッチ制御部２１は、開口合成処理中に、音場情報と探触子１の位置情報から、求めようとする位置の音速の周波数特性がまったく無い場合または無視できる場合に、スイッチ１８および１９を操作して、搬送波位相補正部を切り離す。信号加算部９は、群遅延量と位相遅延量の補正を終えた受信信号を加算する。画像表示部４は、開口合成処理部３の出力である合成信号を、ＴＶ等の映像信号に変換し、モニタ等の表示装置に表示する。
【００２０】以上のように、本発明の実施の形態４によれば、位相遅延補正部８の前後にスイッチ１８および１９を設け、これらをスイッチ制御部２１が制御することにより、音速の周波数特性が大きい領域と音速の周波数特性がまったく無い、または無視できる領域が混在している場合、開口合成処理中でも、位相遅延量の補正を行なうかどうか切り換えることができ、位相遅延量補正のための計算量を減少させることができる。
【００２１】（実施の形態５）図６は本発明の実施の形態５における波面制御手段を有する探触子１と、探触子１から放射される音波の作る音場の特性を示している。探触子１は、波面制御手段として音響レンズ２５を有し、放射する超音波を焦点２６に収束させる。このとき超音波の作り出す音場は、音波が焦点２６へ収束するメインローブ領域２７と、音波が四方に拡散するサイドローブ領域２８に分けられる。メインローブ領域２７における音波は、焦点を中心とする球面波とみなすことができ、音速の周波数依存性は無視することができる。したがって、求めようとする位置がメインローブ領域２７にある場合には、群遅延量のみを補正し、搬送波の位相補正量の計算は省略することができる。サイドローブ領域２８における音波は、周波数によって拡散する度合が異なるため、音速に周波数依存性を生ずることになる。したがって、求めようとする位置がサイドローブ領域２８にある場合には、群遅延量と搬送波の位相遅延量の双方を補正する必要がある。
【００２２】以上のように、本発明の実施の形態５によれば、波面制御手段を有する探触子を用いた場合には、音速の周波数依存性を無視できる領域とできない領域を生ずるので、求めようとする位置と探触子の位置関係から、求めようとする位置がサイドローブ領域２８内である場合には群遅延量と位相遅延量の双方を補正し、求めようとする位置がメインローブ領域２７内である場合には搬送波位相補正部を切り離せば、位相補正のための計算量を減少させることができる。
【００２３】なお、以上の説明では波面制御手段として音響レンズを用いたが、これに限るものではなく、凸面振動子や凹面振動子を用いたもの、さらに電子的手段により波面を制御するようにしたものに対しても同様に実施できる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、媒質または実際に使用する超音波探触子のつくる音場の特性に近い、厳密な開口合成を行なうことができ、振動子からの距離に依存しない良好な方位分解能を得ることができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５８２１【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】	平成１０年（１９９８）２月５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】蔵合正博
【公開番号】	特開平１１－２１６１４３
【公開日】	平成１１年（１９９９）８月１０日
【出願番号】	特願平１０－２４２７６