JP2002165792A

JP2002165792A - 超音波診断方法および装置

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Publication number: JP2002165792A
Application number: JP2000366921A
Authority: JP
Inventors: Morio Nishigaki; 森雄西垣; Hiroshi Fukukita; 博福喜多
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-11
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP3685993B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１次元配列振動子のためのビームフォーマで
３次元走査を実現し、あるいは制御データ量を抑えなが
らビーム形成し、あるいは並列受信におけるビーム間の
感度ばらつきを抑えることが可能な超音波診断方法およ
び装置を提供すること。【解決手段】２次元配列振動子からなる探触子（図示
せず）と、１次元配列振動子からの超音波受信ビームを
偏向および集束させるための遅延加算器１８０と、前記
２次元配列振動子と超音波受信ビームベクトルの位置関
係を２次元平面状に仮想振動子位置として投影し、この
仮想振動子位置の情報を取得して遅延加算回路１８０に
入力する仮想位置演算部１１３とを設け、１次元配列振
動子用の遅延加算回路１８０で前記２次元配列振動子か
らの信号を遅延加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２次元配列振動子を
用いた超音波診断方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波診断装置は、複数
の振動子からなる探触子と、前記振動子から得られた入
力信号に遅延を与えて加算する遅延加算部とを備え、１
次元配列振動子により送受信ビームを偏向集束させて２
次元画像を表示する周知の原理を用いて、体内からの信
号を受信する際には、各振動子で得た受信信号に遅延を
かけ、加算することによりビームの偏向・集束を行なっ
ていた。特に最近では、各振動子で受信した信号をディ
ジタル信号に変換し、遅延加算をディジタル処理により
行なう超音波診断装置が増えつつある。

【０００３】ここで、図９にディジタルで遅延加算を行
なう超音波診断装置のブロック図の例を示す。図９に
おいて、探触子１００は、１次元配列した振動子Ｔ１〜
Ｔ８から構成されて超音波の送受信を行なう。パルサレ
シーバ１０１-１〜１０１-８は、振動子Ｔ１〜Ｔ８のた
めの送信パルス信号を生成し、エコー信号を受信・増幅
する。ゲインコントロールアンプ１０２-１〜１０２-８
は、パルサレシーバ１０１-１〜１０１-８で増幅したエ
コー信号をさらに適当な大きさに増幅する。Ａ／Ｄ変換
器１０３-１〜１０３-８は、ゲインコントロールアンプ
１０２-１〜１０２-８の出力をディジタル信号に変換す
る。遅延加算部１０４は、Ａ／Ｄ変換器１０３-１〜１
０３-８の出力を遅延加算する。制御部１０５は、パル
サレシーバ１０１-１〜１０１-８、ゲインコントロール
アンプ１０２-１〜１０２-８および遅延加算器１０４の
制御を行なう。信号処理部１０６は、遅延加算部１０４
の出力信号の信号処理を行なう。表示部１０７は、信号
処理部１０６の出力を表示する。

【０００４】次いで、図１０に図９のディジタル遅延加
算部１０４の詳細を示す。図１０は、受信信号４ｃｈ分
を遅延加算するディジタル遅延加算器の一例を示すブロ
ック図であり、このディジタル遅延加算器が遅延加算部
１０４全体のうちのｎ番目であるとすると、（ｎ-１）
番目の遅延加算データを前記遅延加算器に入力し、この
遅延加算器が受け持つ４ｃｈ分のエコーデータの遅延加
算を行ない、（ｎ＋１）番目の遅延加算部に送り出す。

【０００５】図１０において、ＦＩＦＯメモリ１１０-
１〜１１０-４は、Ａ／Ｄ変換器１０３-１〜１０３-８
から出力されるディジタル信号を入力する。加算器１１
１は、ＦＩＦＯメモリ１１０-１〜１１０-４で遅延され
た信号を加算する。制御データ演算部１１２は、ＦＩＦ
Ｏメモリ１１０-１〜１１０-４の遅延量（ビームの偏向
分と集束分）を制御する制御データを生成する。

【０００６】この制御データ演算部１１２でのデータ演
算方法について、図１１を用いて説明する。図１１にお
いて、振動子１２０〜１２３は、１次元配列探触子のう
ちのｎ番目から（ｎ＋３）番目のものである。音線ベク
トル１２４は、取得したいフォーカス位置の軌跡を表し
ている。また、振動子１２０〜１２３の位置は、水平方
向の位置Ｘと垂直方向の位置Ｚにより表される。

【０００７】ここで、振動子１２０（Ｐ（ｎ））の位置
座標を（Ｘｎ、Ｚｎ）とし、音線ベクトル１２４のうち
の点Ａの座標を（Ｘｖ（ｔ）、Ｚｖ（ｔ））とすると、
振動子１２０と点Ａの距離は、数式１で表される。

【数１】図１０の制御データ演算部１１２では、数式１を用いて
振動子１２０と点Ａの距離を計算し、求めた距離を時間
に換算し、遅延時間を計算している。

【０００８】また、図９の遅延加算部１０４は、大規模
化および高速化されたディジタル回路であり、専用のＩ
Ｃに集積化することが多い。前述の超音波診断装置は、
一般に数十から数百の振動子で同時に信号を受信し、遅
延加算を行なうが、数ｃｈ程度の規模で集積化を行な
い、これを連結させて数十から数百ｃｈに対応させるこ
とが一般的である。以下、この集積化された遅延加算の
ための回路を遅延加算器と称する。

【０００９】ところで、体内での超音波の伝搬速度は約
１５００ｍ／秒と有限であり、このことにより１秒間に
表示できる画像枚数は限られ、走査方法によってはリア
ルタイム性が失われることがある。

【００１０】この問題を解決する手法として、特公昭５
６-２２０１７号公報にあるような受信ビームの並列処
理が知られている。図１２に並列受信の概念を示す。

【００１１】図１２において、振動子１３０は、送受信
を行なうものであり、１本の送信ビーム１３１を体内へ
送り込み、２本の受信ビーム１３２、１３３を並列受信
する。振動子１３０を用いて送信ビーム１３１を体内に
送り、近接した方向の受信ビーム１３２と受信ビーム１
３３を同時に生成することで、同時に多方向の情報を得
ることができ、１秒あたりの画像表示枚数を向上させる
ことができる。送信ビーム１３１と受信ビーム１３２の
なす角θＡと、送信ビーム１３１と受信ビーム１３３の
なす角θＢとは、ビーム指向性を揃えるために等しくす
る場合が多い。

【００１２】ここで、並列受信を行なう遅延加算器の例
を図１３に示す。図１３において、ＦＩＦＯメモリ１４
０-１〜１４０-４は、遅延を行なうためのもので１入力
２出力である。また、加算器１４１Ａおよび加算器１４
１Ｂは、ＦＩＦＯメモリ１４０-１〜１４０-４の出力を
加算し、制御データ演算部１４２は、ＦＩＦＯメモリ１
４０-１〜１４０-４の遅延量を制御する。

【００１３】前記遅延加算器による処理方法は、同じ振
動子群からの入力をもとに別の遅延加算を行なうこと
で、複数のビーム情報を同時に取り出すものであり、デ
ィジタル遅延加算では、この例のように、遅延部分に１
入力多出力のＦＩＦＯメモリ１４０-１〜１４０-４を用
いることで、遅延部を共用することが可能になってい
る。

【００１４】最近では、２次元に配列された振動子を用
い、ビームを２方向に偏向集束し、３次元情報を取得、
表示する３次元超音波診断装置が公知となっている（特
開２０００−７０２６５号公報）。しかしながら、ビー
ムを３次元方向に走査させると、１画像あたりのビーム
本数が非常に増加し、このため１画像を表示させるため
の時間が長くなる。３次元走査においても受信ビームの
並列処理は有効であるが、一度に受信する走査線の本数
が数十本と多いため、物量の増加が著しい。

【００１５】この問題を解決するための手法として、ビ
ーム形成を２段階あるいはそれ以上に分ける方法が知ら
れている。従来、この種の超音波診断装置（ビーム形成
を２段階に分けるもの）は、いくつかのグループに分け
られた複数の振動子と、それぞれのグループの振動子か
らの入力信号を遅延・加算する第１のビームフォーマ群
と、この第１のビームフォーマ群の出力を共通の入力と
する第２のビームフォーマ群とを備え、前記第１のビー
ムフォーマ群における遅延量がビームの偏向分または／
およびビームの集束分であった（特開平９−３２２８９
６号公報）。以下、図１４を用いてこの方法について説
明する。図１４は、４×４の２次元配列振動子から４本
の受信ビームを同時に得るものである。

【００１６】図１４において、探触子１５０は、４×４
の振動子からなる２次元配列振動子で構成され、遅延加
算器１５１-１〜１５１-８は、４入力１出力のものであ
る。

【００１７】次に、図１５を参照しながら、本方式の動
作をて説明する。図１５は、本方式における送信／受信
ビームの位置関係を表したもので、２次元配列振動子１
６０の送信ビーム１６１を取り囲むように４本の受信ビ
ーム１６２〜１６５が配置される。なお、送信ビーム１
６１と各受信ビーム１６２〜１６５のなす角度は等しく
なるようにビームを形成させる。なお、図１４において
は、遅延加算器１５１-１〜１５１-４はそれぞれ４つず
つの振動子の信号を入力し、遅延加算して１つの出力を
得る。

【００１８】ここで、１段目の遅延加算器１５１-１〜
１５１-４の集束位置は、図１５の送信ビーム１６１上
に設定されるが、開口径が小さいために、送信ビーム１
６１だけでなく、４本の受信ビーム１６２〜１６５をも
含むような径の太いビーム形状となる。

【００１９】また、２段目の遅延加算器１５１-５〜１
５１-８は、遅延加算器１５１-１〜１５１-４の出力信
号をもとにビーム形成を行なう。この２段目の遅延加算
では、遅延加算部１５１-５〜１５１-８は、図１５の受
信ビーム１６２〜１６５のおのおのに集束をかける。

【００２０】以上のように、ビーム形成を２段階もしく
はそれ以上にすることで、並列受信時における構成を小
さくすることができる。この方式は、並列数が多いほど
構成を小さくする効果は大きく、また、同一のチャンネ
ル数の探触子で、遅延加算の並列出力数が同じならば１
段目の各遅延加算器への入力本数が多いほど、遅延加算
部全体の規模を小さくできる。

【００２１】しかし、このような超音波診断装置では、
１次元配列振動子に対応したビームフォーマにおいて、
振動子の位置情報を２次元でしか与えることができない
ために、２次元配列振動子に対応できないものであっ
た。

【００２２】以上について、図１６をもとに説明する。
図１６において、２次元配列振動子１７０により、この
２次元配列振動子１７０を構成する各振動子の中心と各
振動子の位置を示す。ビームベクトル１７１は、ビーム
集束位置の時間的変化を示す。また、２次元配列振動子
１７０における任意の振動子Ｐとビームベクトル１７１
上の点Ａとの距離は、数式２で示される。

【数２】この数式２で示すように、３次元座標の計算が必要で、
２次元座標を用いる従来の１次元配列振動子のための遅
延加算器の制御データ演算部では演算が不可能である。

【００２３】また、以上の構成の場合、多段階ビーム形
成において制御部の演算量が多いことがあげられる。

【００２４】さらに、多段階ビーム形成方式において並
列受信を行なう際に、１段目のビーム形成部で集束させ
る振動子の数を増やすとビームの指向性が強くなり、そ
の結果として並列ビームの受信感度にばらつきが生じて
しまうことである。

【００２５】ここで、図１７は４個、８個、１６個の１
次元配列振動子による指向性を表したもので、４ｃｈよ
り８ｃｈ、８ｃｈより１６ｃｈのほうが指向性が鋭いこ
とを表している。指向性が強くなれば、それだけ、送信
ビームに近い位置の受信ビームと、遠い位置の受信ビー
ムで感度の差が発生してしまうものである。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】以上をまとめると、従
来の超音波診断装置では、１次元配列振動子に対応した
ビームフォーマにおいて、振動子の位置情報を２次元で
しか与えることができないために、２次元配列振動子に
対応できず、新たに２次元配列振動子に対応した制御部
を持ったビームフォーマを形成する必要であるという問
題があった。

【００２７】また、前記従来の技術で述べた多段階ビー
ム形成において制御部の演算量が多いことがあげられ
る。

【００２８】さらなる問題点としては、多段階ビーム形
成方式において並列受信を行なう際に、１段目のビーム
形成部で集束させる振動子の数を増やすとビームの指向
性が強くなり、その結果として並列ビームの受信感度に
ばらつきが生じてしまうことである。

【００２９】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、１次元配列振動子のためのビームフォ
ーマで３次元走査を実現可能な超音波診断方法および装
置を提供するものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断方法
は、２次元配列振動子からなる探触子と、１次元配列振
動子の位置および音線方向の情報より超音波受信ビーム
を偏向および集束させるための遅延加算回路とを用い、
超音波受信ビームを２次元方向に偏向および集束させる
超音波診断方法であって、前記２次元配列振動子と超音
波受信ビームベクトルの位置関係を２次元平面上に仮想
振動子位置として投影し、この仮想振動子位置の情報を
前記遅延加算回路に入力して、前記２次元配列振動子か
らの信号を遅延加算している。この方法により、１次元
配列振動子のための遅延加算処理において、予め３次元
から２次元に変換された仮想振動子位置と音線ベクトル
データを用いて遅延加算するので、２次元配列振動子の
ための遅延加算を実施できることとなる。

【００３１】また、本発明の超音波診断装置は、２次元
配列振動子からなる探触子と、１次元配列振動子の位置
および音線方向の情報より超音波受信ビームを偏向およ
び集束させるための遅延加算回路と、前記２次元配列振
動子と超音波受信ビームベクトルの位置関係を２次元平
面状に仮想振動子位置として投影し、この仮想振動子位
置の情報を前記遅延加算回路に入力する制御手段とを設
け、１次元配列振動子用の前記遅延加算回路で前記２次
元配列振動子からの信号を遅延加算する構成を有してい
る。この構成により、１次元配列振動子のための遅延加
算部において、予め３次元から２次元に変換された仮想
振動子位置と音線ベクトルデータを用いて遅延加算する
ので、２次元配列振動子のための遅延加算を実施できる
こととなる。

【００３２】また、本発明の超音波診断方法は、２次元
配列振動子からの超音波受信ビームを２次元方向に偏向
および集束させるため、前記２次元配列振動子からの信
号を遅延して加算する遅延加算処理を多段階に分けてビ
ーム形成する超音波診断方法であって、多段階の遅延加
算処理のうち、１段目の遅延加算処理では超音波受信ビ
ームの偏向のみを行い、２段目以降の遅延加算処理では
超音波受信ビームの偏向および集束を行っている。この
方法により、全ての遅延加算処理について偏向および集
束の両方から算出していた制御データが、１段目の遅延
加算処理については偏向分のみから算出可能となるの
で、遅延加算処理で用いる制御データ量を低減できるこ
ととなる。

【００３３】また、本発明の超音波診断装置は、２次元
配列振動子からなる探触子と、前記２次元配列振動子か
らの超音波受信ビームを偏向および集束させるための遅
延加算回路を多段階に分けてビーム形成する多段階遅延
加算部と、この多段階遅延加算部の１段目の遅延加算回
路に対しては、超音波受信ビームの偏向分のみの制御デ
ータを入力し、２段目以降の遅延加算回路に対しては、
超音波受信ビームの偏向分および集束分の制御データを
入力する制御手段とを設けた構成を有している。この構
成により、全ての遅延加算部で偏向および集束の両方か
ら算出していた制御データを用いていたものが、１段目
の遅延加算部については偏向分のみから算出した制御デ
ータを用いることが可能となるので、遅延加算部で用い
る制御データ量を低減できることとなる。

【００３４】また、本発明の超音波診断方法は、同時に
多方向からの超音波ビームを受信し、複数の振動子から
の超音波受信ビームを２次元方向に偏向および集束させ
るため、前記複数の振動子からの信号を遅延して加算す
る遅延加算処理を多段階に分けてビーム形成する超音波
診断方法であって、多段階の遅延加算処理のうち、１段
目の遅延加算処理で、多方向の超音波ビームを受信して
複数のビームベクトルを出力し、２段目以降の遅延加算
処理で、前記複数のビームベクトルのうち、取得したい
最終出力ベクトルに近いものを用いて遅延加算してい
る。この方法により、ビーム形成部全体の規模を縮小す
るため、１段目の遅延加算処理で集束させる入力振動子
数を増加させても、前述のように取得したい最終出力ベ
クトルに近いビームベクトルを用いて遅延加算するの
で、ビームの指向性が強まることを抑制でき、並列受信
時の受信ビーム間の感度差を低減することとなる。

【００３５】また、本発明の超音波診断装置は、複数の
振動子からなる探触子と、同時に多方向からの超音波ビ
ームを受信可能で、前記振動子からの超音波受信ビーム
を偏向および集束させるための遅延加算回路を多段階に
分けてビーム形成する多段階遅延加算部と、この多段階
遅延加算部の１段目の遅延加算回路で、前記振動子から
多方向の超音波ビームを受信して複数のビームベクトル
を出力し、２段目以降の遅延加算回路で、前記複数のビ
ームベクトルのうち、取得したい最終出力ベクトルに近
いものを用いて遅延加算を行うように制御する制御手段
とを設けた構成を有している。この構成により、ビーム
形成部全体の規模を縮小するため、１段目の遅延加算部
で集束させる入力振動子数を増加させても、前述のよう
に取得したい最終出力ベクトルに近いビームベクトルを
用いて遅延加算するので、ビームの指向性が強まること
を抑制でき、並列受信時の受信ビーム間の感度差を低減
することとなる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。［第１の実施形態］図１および図２に示すように、本発
明の第１の実施の形態の超音波診断方法は、２次元配列
振動子１の位置Ｐの座標（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）と、受信
ベクトル（ビームベクトル）２上の点Ａの座標（Ａｘ，
Ａｙ，Ａｚ）を設定する座標設定ステップ（座標設定
部）ｓ１０１と、各座標間の距離を計算する距離計算ス
テップ（距離計算部）ｓ１０２と、計算された各座標間
の距離をもとに仮想エレメント位置を計算する仮想エレ
メント位置計算ステップ（仮想エレメント座標計算部）
ｓ１０３（各演算処理ｓ１０３ａ〜ｓ１０３ｅを含む）
と、２次元投影された点Ｐ′の座標を取得する仮想エレ
メント座標取得ステップｓ１０４とを設け、こうして取
得した仮想エレメント座標をもとに、１次元配列振動子
用の遅延加算部によって２次元配列振動子１における遅
延加算を実施する際の遅延量（制御データ）を与えるも
のである。

【００３７】また、図４に示すように、本発明の第１の
実施の形態の超音波診断装置は、１次元配列振動子用の
遅延加算器（図１０に準じる）を備えた超音波診断装置
に、図２に示すアルゴリズムで、２次元配列振動子の位
置データ（図１のＰの座標に相当）と、音線ベクトルデ
ータ（受信ビームベクトル（図１の２に相当）上の点Ａ
の座標に相当）とから、仮想振動子位置（図２の仮想エ
レメント座標Ｐ′に相当）を計算する仮想位置演算部
（前記座標設定部、距離計算部、仮想エレメント座標計
算部を含む）１１３を設けたものである。

【００３８】ここで、本実施形態の超音波診断方法につ
いて述べる。図１において、ビームベクトル２は、始点
Ｏ（２次元配列振動子１の中心点でもある。）と任意の
点Ａで示される。ここで、始点Ｏと、２次元配列振動子
１の任意の振動子の中心Ｐと、ビームベクトル２の任意
の点Ａとで形成される三角形ＯＡＰの形を崩すことな
く、ＯＡを軸として回転させたものを三角形ＯＡＰ′と
する。すなわち、三角形ＯＡＰをビームベクトル２の垂
線方向に回転・移動した場合の中心がＰ′である。この
回転は、ビームベクトル２と２次元配列振動子１の任意
の振動子との位置関係を３次元から２次元に投影するも
のであり、全ての振動子は、同様にビームベクトル２の
垂線の面に投影することができる。

【００３９】図３のように、図２に示すアルゴリズムに
よる変換結果の例をグラフ（横軸は、原点Ｏからの横方
向の距離、縦軸は、深さをそれぞれ表す。）に示すと、
このグラフから、全ての振動子とベクトルの距離の関係
は２次元平面上に投影することができることがわかる。
したがって、２次元配列振動子１の振動子とビームベク
トルとの位置関係をそのビームベクトルの垂線の面に投
影するような変換を行なってから、前記遅延加算部にデ
ータを送ることにより、１次元配列振動子用の遅延加算
部によって２次元配列振動子１における遅延加算を実施
できることとなる。

【００４０】次に、本実施形態の超音波診断装置につい
て述べる。この超音波診断装置には、２次元配列振動子
１からなる探触子（図示せず）と、２次元配列振動子１
のための送信パルス信号を生成し、エコー信号を受信・
増幅するパルサレシーバ（図示せず）と、このパルサレ
シーバで増幅したエコー信号をさらに適当な大きさに増
幅するゲインコントロールアンプ（図示せず）と、この
ゲインコントロールアンプの出力をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）と、このＡ／Ｄ変換器
の出力を遅延加算する１次元配列振動子用の遅延加算器
１８０（図４に示す）を含む遅延加算部と、図２に示す
アルゴリズムを実行し、前記仮想エレメント座標を計算
する仮想位置演算部１１３（図４に示す）と、前記遅延
加算部の出力信号の信号処理を行なう信号処理部（図示
せず）と、この信号処理部の出力を表示する表示部（図
示せず）とを備える。また、１次元配列振動子用の遅延
加算器１８０の構成は図４に示すとおりである。

【００４１】図４において、仮想位置演算部１１３は、
図２に示すアルゴリズムでエレメントの位置を３次元か
ら２次元に投影する演算を行なう。また、ｎ番目の遅延
加算器１８０は、前記従来の技術で述べた１次元配列振
動子用の遅延加算器であって、ディジタル化されたエコ
ー信号を遅延させるＦＩＦＯメモリ１１０-１〜１１０-
４と、ＦＩＦＯメモリ１１０-１〜１１０-４で遅延され
た信号を加算する加算器１１１と、ＦＩＦＯメモリ１１
０-１〜１１０-４の遅延量を計算する制御データ演算部
１１２とを備える。そして、前記ｎ番目の遅延加算器１
８０では、仮想位置演算部１１３から前記音線ベクトル
データと、仮想位置演算部１１３で計算した仮想振動子
位置（２次元配列振動子の各振動子とビームベクトルの
距離の関係を２次元平面上に投影したもの）とを入力す
ることにより、１次元配列振動子用の遅延加算器１１１
によって２次元配列振動子における遅延加算を行うこと
となる。

【００４２】以上のように、本発明の第１の実施形態の
超音波診断方法は、２次元配列振動子１の各振動子の位
置Ｐの座標と、受信ビームベクトル２上の点Ａの座標を
設定する座標設定ステップｓ１０１と、各座標間の距離
を計算する距離計算ステップｓ１０２と、計算された各
座標間の距離をもとに仮想エレメント位置を計算する仮
想エレメント位置計算ステップｓ１０３と、２次元投影
された点Ｐ′の座標を取得する仮想エレメント座標取得
ステップｓ１０４とを設けているので、２次元配列振動
子１の各振動子とビームベクトル２の距離の関係を２次
元平面上に投影することができる。また、このような変
換を行なってから、前記遅延加算部にデータを送ること
により、１次元配列振動子用の遅延加算部で２次元配列
振動子における遅延加算を行うことが可能となる。

【００４３】また、本発明の第１の実施の形態の超音波
診断装置は、１次元配列振動子用の遅延加算器１１１か
らなる遅延加算部を備えた超音波診断装置に、第１の実
施形態に準じたアルゴリズムで、２次元配列振動子の位
置データと、音線ベクトルデータとから、仮想振動子位
置を計算する仮想位置演算部１１３を設けたので、従来
と同様の１次元配列振動子用の遅延加算器１８０を用
い、２次元配列振動子の信号を遅延加算する遅延加算部
を実現できる。

【００４４】［第２の実施形態］図５は、本発明の第２
の実施の形態の超音波診断方法の原理を示す。これは、
上記第１の実施形態とは、２次元振動子を複数ブロック
に分割して遅延加算を行う場合、各ブロックを形成する
複数の振動子における遅延加算はビームの偏向のみと
し、各ブロックごとの音線ベクトルの偏向データは同一
とする点が相違している。この方法により、遅延加算部
のデータ量を低減することができる。

【００４５】また、図６は、本発明の第２の実施の形態
の超音波診断における遅延加算部を示す。これは、上記
第１の実施形態とは、２次元振動子１５０を複数ブロッ
クに分割し、各ブロックごとの遅延加算部２０-１〜２
０-４、２４Ａ〜２４Ｄを２段階に分け、第３の実施形
態の超音波診断方法に準じて、第１段の遅延加算部２０
-１〜２０-４には偏向データを送出し、第２段の遅延加
算部２４Ａ〜２４Ｄには偏向・集束データを送出する制
御部１７５を設けた点が相違している。この構成によ
り、遅延加算部２０-１〜２０-４、２４Ａ〜２４Ｄに対
する制御データの量を低減することができる。

【００４６】ここで、本実施形態の超音波診断方法につ
いて述べる。図５において、２次元振動子６は、４×４
個の振動子からなる。また、音線ベクトルＶ₀は、振動
子全体の音線ベクトルであり、音線ベクトルＶ₁は、２
次元振動子６を形成する「２〜４」および「ａ〜ｃ」の
範囲の４つの振動子の音線ベクトルであり、音線ベクト
ルＶ₂は、２次元振動子６を形成する「０〜２」および
「ａ〜ｃ」の範囲の４つの振動子の音線ベクトルであ
り、音線ベクトルＶ₃は、２次元振動子６を形成する
「０〜２」および「ｃ〜ｅ」の範囲の４つの振動子の音
線ベクトルであり、音線ベクトルＶ₄は、２次元振動子
６を形成する「２〜４」および「ｃ〜ｅ」の範囲の４つ
の振動子の音線ベクトルである。

【００４７】ここで、２次元振動子６の大きさが音線の
焦点距離に対して小さければ、音線ベクトルＶ₁〜Ｖ₄の
ベクトル方向はＶ₀と同一とみなしてよく、音線ベクト
ルＶ₁〜Ｖ₄に対応する４つの振動子の面積が小さいとす
ると、４つの振動子でビーム集束を行なっても効果は期
待できない。これらのことから、４つの振動子における
遅延加算はビームの偏向のみでよく、また、音線ベクト
ルＶ₁〜Ｖ₄の偏向データは同一でよいということにな
る。

【００４８】よって、本実施形態の超音波診断方法で
は、２次元配列振動子からなる探触子を用い、超音波受
信ビームを２次元方向に偏向および集束させる場合、遅
延加算回路２０-１〜２０-４、２４Ａ〜２４Ｄ（図６に
示す）を２段階に分け、１段目ではビームの偏向のみを
行い、２段目でビームの偏向および集束を行なう。な
お、前記従来の技術で述べた方法では、遅延加算処理の
制御信号は全ての遅延加算部に対し、偏向と集束の両方
から算出されたデータ（偏向・集束データ）を用いてい
た。

【００４９】次に、本実施形態の超音波診断装置につい
て述べる。この超音波診断装置は、図６に示すように、
４×４の２次元配列振動子からなる探触子１５０と、２
次元配列振動子１のための送信パルス信号を生成し、エ
コー信号を受信・増幅するパルサレシーバ（図示せず）
と、このパルサレシーバで増幅したエコー信号をさらに
適当な大きさに増幅するゲインコントロールアンプ（図
示せず）と、このゲインコントロールアンプの出力をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）と、
このＡ／Ｄ変換器の出力（振動子４ｃｈ分の受信信号）
を入力し、遅延加算して出力する１段目の遅延加算器２
０-１〜２０-４と、遅延加算器２０-１〜２０-４の出力
から遅延加算を行ない、４つの受信ビーム出力を得る２
段目の遅延加算器２４Ａ〜２４Ｄと、本実施形態の超音
波診断方法に準じ、１段目の遅延加算部の遅延加算器２
０-１〜２０-４に対して偏向データのみ（１段目の遅延
加算部の遅延量）を入力し、２段目の遅延加算部の遅延
加算器２４Ａ〜２４Ｄに対しては、偏向・集束データ
（２段目の遅延加算部の遅延量）を入力するように制御
する制御部２５とを備える。したがって、１段目の遅延
加算部については偏向分のみから算出した制御データを
用いるので、従来よりも遅延加算部で用いる制御データ
量は減少する。なお、従来は全段の遅延加算部について
偏向および集束の両方から算出していた制御データを用
いていた。

【００５０】［第３の実施形態］図７は、本発明の第３
の実施の形態の超音波診断方法の原理を示す。これは、
上記第１の実施形態とは、並列受信機能を備えた遅延加
算部を複数段に分け、１段目でのビームベクトルを複数
とし、２段目以降では、前記複数のビームベクトルのう
ち近い方のビームベクトルを用いて遅延加算を行なう点
が相違している。この方法により、並列受信時の受信ビ
ーム間の感度差を低減することができる。

【００５１】また、図８は、本発明の第３の実施の形態
の超音波診断装置におけるビームフォーマを示す。これ
は、上記第１の実施形態とは、並列受信機能を備えた遅
延加算器１１-１〜１１-８からなる複数段（２段）のビ
ームフォーマを設け、本実施形態の超音波診断方法を用
いて並列受信を行なう点が相違している。この構成によ
り、並列受信時の受信ビーム間の感度差を低減すること
ができる。

【００５２】ここで、本実施形態の超音波診断方法につ
いて述べる。図７において、探触子７は複数の振動子か
らなる。また、Ｔは送信ビームベクトルを示し、Ａ、Ｂ
は受信多段ビームフォーマの１段目におけるビームベク
トルを示し、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２はビームフォーマ
の最終出力ベクトルを示す。

【００５３】ここで、最終出力ベクトルＡ１、Ａ２、Ｂ
１、Ｂ２の４つの受信ベクトルを取得したい場合に、受
信多段ビームフォーマの１段目での振動子数が多いとア
パチャー径が大きくなり、ビームの指向性が強くなり、
出力ベクトル間の感度差が大きくなることは、前記従来
の技術で述べたとおりである。そこで、本実施形態で
は、受信多段ビームフォーマの１段目でのベクトルを、
遅延加算部の並列受信機能を利用してベクトルＡ、Ｂの
二つとする。さらに、２段目以降の遅延加算部では、前
記二つのベクトルＡ、Ｂのうち近いベクトルを用いて遅
延加算を行なうものとする。図７では、ベクトルＡに近
い最終出力ベクトルＡ１、Ａ２は、出力Ａを用いて遅延
加算を行ない、ベクトルＢに近い最終出力ベクトルＢ
１、Ｂ２は、出力Ｂを用いて遅延加算を行なうことによ
り取得する。こうして、並列受信機能を備えた遅延加算
部を用い、多段ビームフォーマを構成して並列受信を行
なうことができる。

【００５４】次に、本実施形態の超音波診断方法を適用
する超音波診断装置について述べる。この超音波診断装
置は、図８に示すように、１次元配列振動子１０-１〜
１０-１６からなる探触子と、同時に他方向からの複数
ビームを受信する並列受信機能を有する遅延加算器１１
-１〜１１-８を含む１段目の遅延加算部と、１段目の遅
延加算器１１-１〜１１-４で出力されたデータＡ、Ｂを
入力し、ベクトルＡ、Ｂのいずれかに近い最終出力ベク
トルＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のいずれかを出力する遅延
加算部１１-５〜１１-８を含む２段目の遅延加算部とを
備える。

【００５５】ここで、１次元配列振動子１０-１〜１０-
１６で受信された信号は、１段目の遅延加算部１１-１
〜１１-４に入力する。この遅延加算部１１-１〜１１-
４は、並列受信処理によってそれぞれ二つのビームデー
タＡ、Ｂ（図７のベクトルＡに相当）を出力する。この
ように遅延加算部１１-１〜１１-４で出力されたデータ
のうち、データＡは遅延加算部１１-５、１１-６に入力
され、データＢ（図７のベクトルＢに相当）は遅延加算
部１１-７、１１-８に入力される。これらの入力によ
り、遅延加算部１１-５、１１-６からはベクトルＡに近
いベクトルＡ１、Ａ２が出力され、遅延加算部１１-
７、１１-８からはベクトルＢに近いベクトルＢ１、Ｂ
２が出力される。これにより、ビーム間の感度差の問題
は低減される。

【００５６】本実施形態では、ビームフォーマの１段目
の出力ビームを２本（Ａ、Ｂ）にしたが、並列受信の本
数が多い場合も同様の処理が可能である。また、本実施
形態では、説明をわかりやすくするように１次元配列振
動子を用いたが、これに限らず、２次元配列振動子への
展開も容易に行なうことができる。また、第１あるいは
第２の実施形態を第３の実施形態に適用可能なことは言
うまでもない。

【００５７】なお、仮想位置演算部１１３、制御部２５
などが前記制御手段を構成し、遅延加算器１１-１〜１
１-８、２０〜２３、２４Ａ〜２４Ｄなどが前記多段階
遅延加算部を構成する。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、１次元配列振動子のた
めのビームフォーマで３次元走査を実現し、あるいは制
御データ量を抑えながらビーム形成し、あるいは並列受
信におけるビーム間の感度ばらつきを抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の２次元配列振動子
とビームベクトルの位置関係を示す説明図

【図２】本発明の第１の実施の形態の超音波診断方法で
３次元位置を２次元に投影するための計算を示すフロー
チャート

【図３】本発明の第１の実施の形態の超音波診断方法で
３次元位置を２次元に投影する座標変換結果を示すグラ
フ

【図４】本発明の第１の実施の形態の２次元配列振動子
を用いた超音波診断装置のビーム形成部のブロック図

【図５】本発明の第２の実施の形態のビーム偏向・集束
方法の説明図

【図６】本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の
ビーム形成部のブロック図

【図７】本発明の第３の実施の形態の並列受信機能を備
えた遅延加算部からなる多段ビームフォーマで並列受信
を行なう方法の説明図

【図８】本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置の
ビーム形成部のブロック図

【図９】従来のディジタルフロントエンドを用いた超音
波診断装置のブロック図

【図１０】従来のディジタルフロントエンドを用いた超
音波診断装置の遅延加算部の内部構造の説明図

【図１１】従来の１次元配列振動子を用いたビーム偏向
・集束に関する説明図

【図１２】従来の並列受信の説明図

【図１３】従来の並列受信を行なう遅延加算部のブロッ
ク図

【図１４】従来の２次元配列振動子を用いた並列受信方
式の説明図

【図１５】従来の多段階ビーム形成で送信ビームと受信
ビームの位置関係を示す説明図

【図１６】従来のビーム形成で２次元配列振動子を用い
て３次元走査を行なう場合の遅延量計算方法の説明図

【図１７】従来の多段階ビーム形成で１段目の加算チャ
ンネル数と１次元配列振動子による指向性を表すグラフ

【符号の説明】

１２次元配列振動子２音線ベクトル６２次元配列振動子７配列振動子１０-１〜１０-１６振動子１１-１〜１１-８遅延加算器２０〜２３遅延加算器２４Ａ〜２４Ｄ遅延加算器２５制御部１００探触子Ｔ１-Ｔ８振動子１０１-１〜１０１-８パルサレシーバ１０２-１〜１０２-８ゲインコントロールアンプ１０３-１〜１０３-８Ａ／Ｄ変換器１０４遅延加算部１０５制御部１０６信号処理部１０７表示部１１０-１〜１１０-４ＦＩＦＯメモリ１１１加算器１１２制御データ演算部１１３仮想位置演算部１２０〜１２３振動子１２４音線ベクトル１３０振動子１３１送信ビーム１３２、１３３受信ビーム１４０-１〜１４０-４ＦＩＦＯメモリ１４１Ａ、１４１Ｂ加算器１４２制御データ演算部１５０２次元配列振動子１５１-１〜１５１-８遅延加算器１６０振動子（探触子）１６１送信ビーム１６２〜１６５受信ビーム１７０２次元配列振動子１７１音線ベクトル１８０遅延加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元配列振動子からなる探触子と、１
次元配列振動子の位置および音線方向の情報より超音波
受信ビームを偏向および集束させるための遅延加算回路
とを用い、超音波受信ビームを２次元方向に偏向および
集束させる超音波診断方法であって、前記２次元配列振動子と超音波受信ビームベクトルの位
置関係を２次元平面上に仮想振動子位置として投影し、
この仮想振動子位置の情報を前記遅延加算回路に入力し
て、前記２次元配列振動子からの信号を遅延加算するこ
とを特徴とする超音波診断方法。
【請求項２】２次元配列振動子からなる探触子と、１
次元配列振動子の位置および音線方向の情報より超音波
受信ビームを偏向および集束させるための遅延加算回路
と、前記２次元配列振動子と超音波受信ビームベクトル
の位置関係を２次元平面状に仮想振動子位置として投影
し、この仮想振動子位置の情報を前記遅延加算回路に入
力する制御手段とを設け、１次元配列振動子用の前記遅
延加算回路で前記２次元配列振動子からの信号を遅延加
算することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】２次元配列振動子からの超音波受信ビー
ムを２次元方向に偏向および集束させるため、前記２次
元配列振動子からの信号を遅延して加算する遅延加算処
理を多段階に分けてビーム形成する超音波診断方法であ
って、多段階の遅延加算処理のうち、１段目の遅延加算処理で
は超音波受信ビームの偏向のみを行い、２段目以降の遅
延加算処理では超音波受信ビームの偏向および集束を行
うことを特徴とする超音波診断方法。
【請求項４】２次元配列振動子からなる探触子と、前
記２次元配列振動子からの超音波受信ビームを偏向およ
び集束させるための遅延加算回路を多段階に分けてビー
ム形成する多段階遅延加算部と、この多段階遅延加算部
の１段目の遅延加算回路に対しては、超音波受信ビーム
の偏向分のみの制御データを入力し、２段目以降の遅延
加算回路に対しては、超音波受信ビームの偏向分および
集束分の制御データを入力する制御手段とを設けたこと
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】同時に多方向からの超音波ビームを受信
し、複数の振動子からの超音波受信ビームを２次元方向
に偏向および集束させるため、前記複数の振動子からの
信号を遅延して加算する遅延加算処理を多段階に分けて
ビーム形成する超音波診断方法であって、多段階の遅延加算処理のうち、１段目の遅延加算処理
で、多方向の超音波ビームを受信して複数のビームベク
トルを出力し、２段目以降の遅延加算処理で、前記複数
のビームベクトルのうち、取得したい最終出力ベクトル
に近いものを用いて遅延加算することを特徴とする超音
波診断方法。
【請求項６】複数の振動子からなる探触子と、同時に
多方向からの超音波ビームを受信可能で、前記振動子か
らの超音波受信ビームを偏向および集束させるための遅
延加算回路を多段階に分けてビーム形成する多段階遅延
加算部と、この多段階遅延加算部の１段目の遅延加算回
路で、前記振動子から多方向の超音波ビームを受信して
複数のビームベクトルを出力し、２段目以降の遅延加算
回路で、前記複数のビームベクトルのうち、取得したい
最終出力ベクトルに近いものを用いて遅延加算を行うよ
うに制御する制御手段とを設けたことを特徴とする超音
波診断装置。