JPH02124152A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気的に制御することにより超音波を収束
し、走査し、被検体としての人体内部での超音波の反射
を利用して被検体の断層面を可視化する超音波診断装置
に関する。

〔従来の技術〕

この種の超音波診断装置の一般的な回路構成を第５図に
示す。この図において、１人は超音波診断装置の全体を
制御するディジタルスキャンコンバータ（以下、略して
り、　Ｓ、　Ｃと称する）であυ、超音波画像を得るに
は、まずり、Ｓ、ＣＩＡから送信タイミングパルス３０
１を送付し、送信フォーカス回路２に導く。送信フォー
カス回路２では内部の遅延線を利用して送信タイミング
パルス５０１に遅延をかけ、数ナノ秒から数１００ナノ
秒の遅延時間を有する遅延送信タイミングパルス群３０
２を作成する。この遅延時間上超音波を収束して焦点を
結ばせる被検体の深度方向の焦点位置に応じてり、Ｓ、
ＣＩＡの制御信号３０１人により制御される。遅延送信
タイミングパルス群３０２におけるパルス数は、超音波
探触子５において超音波を収束させるために同時に励振
する素子数の２分の１ないしは端数を切り上げた整数に
なる。−例として超音波探触子５において１５個の素子
を励振する場合には、７個の遅延送信タイ電ングバルス
を必要とする。

この遅延送信タイミングパルス群５０２は、前段の選択
器５に導かれる。この選択器５では７個の遅延パルスか
らなる遅延送信タイミングパルス群３０２を超音波探触
子５０８０個の素子をブロック中のどのブロックに加え
るかについて、Ｄ、　Ｓ、　０１人からの制御信号Ｓ　
ＯＩ　ＢＫ基づいて決定する。

以上のようにり、　Ｓ、ＣＩ　Ａ、　　送信フォーカス
回路２、及び選択器６で超音波′ｆＣ％定の点に収束し
、走査する。

選択器５から送出される１３個の遅延送信タイミングパ
ルスを含み、その他はパルスを発信しない８０個の選択
・遅延済の送信タイミングパルス５０６は、送信器４に
導かれる。この送信器４において、８０個の駆動素子の
内の遅延送信タイミングパルス５０５の入力がある駆動
素子１３個だけが超音波振動子を励振Ｉ〜、超音波を出
射するのに充分な超音波送信タイミングパルス電圧信号
５０４を発生する。この超音波送信パルス電圧信号５０
４により超音波探触子５内の超音波振動子を励振し、超
音波を発信する。

この超音波は被検体に打ち込まれてその被検体内の異物
などで反射される。この反射波が再び超音波探触子５で
受信されて、前置増幅器６に導かれ、８０個の前置増幅
器で増幅される。増幅された８０個の増幅済の超音波受
信信号５０５は後段の選択器７に送出される。

後段の選択器７で８０個の増幅済の超音波受信信号３０
５から特定の受信信号だけを選択するについては、走査
方式によって異なるが、ここでは送信時に８０個のブロ
ック中で送信を行ったブロックと同一のブロックの受信
信号を選択する場合について述べる。８０個の増幅済の
超音波受信信号３０４中で、前段選択器５で選択された
１５個のブロックと同一の１６個のブロックの受信信号
をり、Ｓ、ＣＩＡの制御信号６０１Ｃにより選択し、後
段の受信フォーカス回路８で左右同一遅延時間をかける
ので７個の信号となる。この７個の選択・増幅済の超音
波受信信号６０６は受信フォーカス回路８に導かれる。

受信フォーカス回路８では、通常は送信時の焦点の五節
に選ばれる特定の点からの受信信号のみを強調するよう
に、前記の特定の点から反射されて１５個のブロックで
受信された上述の受信信号３０６に約して、前述の電子
フォーカス・送信と同様に内部の遅遥線を用いて最適な
遅延時間を与えて位相合わせを行うとい５電子フオーカ
スをかける。その遅延時間はり、　Ｓ、　ＣＩＡの制御
信号３０１Ｄにより制御される。■ｆフォーカスをかけ
られた選択・増幅済の受信信号５０６け加電さノ１て１
個の超音波受信信号５０７になり、受信フォーカス回路
８からバンドパスフィルタ９に入力される。

被検体内での超音波は周波数と伝播距離に比例１７た減
衰音するので、１個の超音波受信信号５０７の周波数成
分の中心は超音波の反射位置が深くなればなるほど低周
波帯に移行するので、Ｓ／Ｎ比が高く中心局Ｖ数が可変
なバンドパスフィルタが必要とされる。このようなバン
ドパスフィルタ９によって不要な周波数領域の成分を削
除することによりＳ／Ｎ比が高められ、最適周波数成分
が取り出された周波数弁別済の超音波受信信号３０８は
へタイムゲインコントロール（以下Ｔ、　Ｇ、　Ｃと略
称する）回路１０へ導かれ、超音波の被検体内での減衰
率が超音波の反射位置の深度と周波数に比例するという
関係を利用して、反射位置の深度に応じ力＝増幅率で増
幅することにより反射深度に対す゛る受信信号の減衰を
補正する。

このようなＴ、　Ｇ、　Ｃと称される補正を行った後の
電気信号３［〕９は信号強度の最大と■小との比率であ
るグイ大ミックレンジが広いので、対数演算回路１１に
よりそのダイナミックレンジを圧縮して圧縮済の電気信
号３１０として出力する。次に、と、の電気信号３１０
は輪郭強調回路１２において断面画像の輪郭が強調され
るように変換され、る。輪郭強調回路１２の出力信号と
しての電気信号５１　ｉ　ｉ＝よ所定の時間間隔でサン
プリングされてＡ／Ｄ変換器１３でディジタル直に変換
され、図示しないり、Ｓ、ＣＩＡ内のイメージメモリー
に一旦記憶されるとともにり、Ｓ、ＣＩＡで必要な画像
処理′ｊ：ｃｌ−た後、画像表示手段としてのモ二ター
テレビ１４に送られ、断面画像が表示される。

更に、超音波診断装置の走査方式の一つである電子リニ
ア式の場合について詳しく説明する。

第６図に上述の超音波探触子５の超音波アレイ探触子を
示す。超音波探触子５からの超音波の発信は数１０個の
超音波振動子ブロック１５のブロックから行われる。こ
の例では超音波の一走査ラインを得るのに１３個の超音
波振動子ブロック１５を使用するものとし、その超音波
の焦点をＸ点とすると、１３個の超音波振動子ブロック
１５の■〜■、■°〜■゛から出射された超音波が焦点
Ｘ点で位相が合致し、干渉により互いに強め合うように
超音波振動子ブロック１５の■〜■、■′〜■°の送信
タイミングを制御する。すなわち、焦点のＸ点から超音
波振動子ブロック１５の■までの距離と、そのＸ点から
左右の超音波振動子ブロック１５の■、■°までの距離
には相違があるので、この距離の差を超音波が伝播する
時間に相当する時間だけ超音波振動子ブロック１５の■
の超音波発信を超音波振動子ブロック１５の■、■１の
超音波出射よりも遅らせて行うという発信タイミング制
御を行う。その他の素子■〜■、■９〜■２についても
同様に遅延時間を与えて発信する。

走査方式として前述のような超音波を平行に放射するリ
ニア方式の他に、扇状に放射するコンベックス方式など
数種の方式がｓｂ、これらは断層像を得る位置に応じて
最適の方式を採用できるより選択できるようになってお
シ、超音波探触子もそれぞれの走査方式ごとに異なった
ものを使用する。

第７図に第５図のバンドパスフィルタ９の中心周波数と
深度との関係を示す。超音波振動子５は機械的Ｑ［が一
般に５と小さいので、超音波探触子５の超音波振動子ブ
ロック１５から発信される超音波は高帯域に及ぶが、被
検体内での超音波の減衰率ｌは？　−（Ｌ　５　ｄＢ／
ＭＨｚ／ｃｍで弄されるので、高周波成分の方が減衰が
大きい。したがって、超音波探触子５で受信された超音
波受信信号の中心周波数は浅いところでは高く深い所で
は低くなυ、そのため第７図に示す中心周波数移動カー
ブ１６のよりに、バンドパスフィルタ９の中心周波数は
焦点深度が大きくなるに比例して低周波側に移行し、受
信超音波の周波数成分の特定の低周波に達し、それ以上
の深度ではその特定の低周波数が中心周波数となる。

に 断層像の位置が被検体の表面に近いときは解像△ 度の高い画像を得るために高い周波数を使用するのがよ
く、深い位置の断層像を得るときには超音波の被検体内
での減衰を考慮して低い周波数の超音波が適当でらシ、
このように断層像の位置によって異なった周波数の超音
波を使用するので、このような場合にも周波数特性の異
なる超音波探触子を用意しておいて最適のものを選択し
て使用する。

第８図は第５図のＴ、　Ｇ、　Ｃ回路１０におけるＴ。

Ｇ、Ｃカーブの特性を示す。被検体での減衰は前述の通
シ周波数に比例するので、Ｔ、Ｇ、Ｃ回路１０ではバン
ドパスフィルタ９の中心周波数の深さに対する移動に合
わせて、増幅率を変化させていく必要がある。通常被検
体の表面の近傍は反射波レベルが大きいので、特に強度
を抑える必要かある。

そのため、被検体の底面近傍では意識的に減衰をかけ、
変曲点１８以降の深い深度でゲインをゆるやかに補正し
て、第８図に示すような中折れ状のゲインカーブ１７に
なる。

超音波診断装置では低級機か高級機かにより違いはある
が、走査方式によりリニア、コンベックス、セクタ、フ
ェーズアレイのそれぞれの超音波探触子の一部または全
部を使用することのできる機能を持っている。

従来の超音波診断装置に用いられる送受信回路の一例を
第９図に示す。超音波の励振方法は以下に従って行なわ
れる。

■　コンデンサＣ１に抵抗Ｒ２，インダクタＬ１を通じ
て電荷が蓄積され、コンデンサＣ４の両端の電圧は＋Ｈ
Ｖになる。

■　電界効果トランジスタＣＦ　Ｅ　Ｔ　）　Ｔｒ、の
Ｇａｔｅに抵抗Ｒ１を通じて送信タイミングパルスを印
加する。

■　Ｔｒ、（２：）ドレイン／ソース（Ｄ＋ｒａ１ｎ／
　５ｏｕｒｃｅ　）間が低抵抗となり、Ｃ１のＴ□側が
ＧＮＤに接続される。

■　Ｃ９へＲ，Ｆ　Ｌｌｆ：通じて放電電流が供給され
る。

■　Ｔｒ、のＧａｔｅに送信タイミングパルスが印加さ
れなくなると、Ｔｒ、のＤｒａ１ｎ／　５ｏｕｒｃｅが
高抵抗となって０１の電荷の放電が停止する。

■　Ｌｌの電流はＣ１に流れずに超音波探触子Ｃ２゜同
軸ケーブルＣ３に供給され、Ｌｌ　＊　ｅ２／　Ｃ５で
共振回路ｆ：構成し、Ｒ１，がダンピング抵抗として働
く。

このようにして、従来の超音波診断装置では超音波振動
子が励振される。

第９図の送受信回路におりる各部波形を第１０図に示す
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超音波診断装置の送受信回路においては、第１０
図に示すように送信電圧液形（Ｃ）が尾を引くことによ
って、超音波探触子が一波のみの励振でなく減衰状の数
波励振を受ける。超音波診断装置の深さ分解能は、いか
に受信波の尾引きが少ないか、すなわち受信波が１ｔＢ
Ｌだけなら他の波との分離も容易となり、ＩＲ分に相当
する分解能が得られるのでらる。従って、第９図の送受
信回路では超音波探触子が減衰状の数波励振を受けるの
で、深さ方向の分解能が劣化していると言える。

一方、受信中においては：、第１１図に示すようにＣ２
／Ｃ，＃　Ｌ、＃　Ｒ，による一種のダンピング抵抗付
共振回路が形成される。この共振回路の周波数特性を第
１２図に示す。超音波探触子は通常、振動子に高ダンピ
ングのバッキング材等が貼り付けられ、細いパルス幅が
形成されるよう高螢域の周波数特性を有するように製作
されている。この特性を示すのが、第１２図である。こ
ｙで、超音波探触子と共振回路系の総合特性を考えると
、第１２図に一点鎖國で示すようになる。この総合特性
かられかるように、点線で示す超音波探触子の周波数特
性に比べて総合特性の方が狭帯域となυ、実時間波形で
は尾引きしやすい波形となる。このように、従来の送受
信回路では送信波も受信波も尾引きしやすくなり、深さ
分解能を劣化させる欠点がちった。

〔課題を解決するだめの手段〕

送信波の第１波後にインダクタの両端を低抵抗で短絡す
る第１のスイッチング手段と、受信時にはインダクタを
受信系より開放する第２のスイッチング手段を設ける。

〔作用〕

送信波の第１波においては、インダクタによるサージ電
圧を利用して送信用高圧電源の電位の２倍（正、負で２
倍）の振幅の送信波を得、送信波の１ｖ後はインダクタ
に蓄積されたエネルギーを低抵抗に消費させることによ
）送信波の尾引きをなくした一波送信を可能とする一方
、受信時においては超音波探触子の有する周波数特性を
劣化させることなく受信できるようにし、送受共に尾引
きの少ない波形を形成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す回路である。

これは、インダクタＬ、に対して並列に低抵抗Ｒ９４゜
スイッチング素子Ｔ　　及びＴｒ２がＦＥＴの場合ｒ２
１′ はＦＥＴの保護用ダイオードによる逆電流の］Ｊ！！過
を阻止する逆電流阻止ダイオードＤ、を直列にした回路
を接続し、Ｌ、と同軸ケーブルＣ６との間にダイオード
Ｄ１　＃　Ｄ２を逆並列接続した回路を挿入したもので
ある。

第２図に第１図の回路の動作波形を示す。

受信状態（ｔＲ） ■ゴンデンザＣ１に抵抗Ｒ２，インダクタＬ、を通じて
電荷が蓄積され、フンデンザＣ７の両端の電圧は＋ＨＶ
になる。

送信状態（ｔＸ） ■Ｔ１．のＧａｔｅに抵抗Ｒ４を通じて送信タイミング
パルスを印加する。送信タイミングパルス幅は、慣音波
探触子の公称中心周波数の半波長とする。

■Ｔｆ１のＤｒａ　ｉｎ　／　Ｓ　ｏｕｒｃｅ間が低抵
抗となシ、Ｃ１のＴｒ１側がＧＮＤＫ接続される。

■Ｃ７−＼Ｒ５＋　Ｌｌを通じて放電電流が供給される
。

■Ｔｒ、のＧａｔｅに送信タイミングパルスが印加され
なくなシ、ＴｒｌのＤｒａｉｎ／５ｏｕｒｃｅが高抵抗
となってＣ１の電荷の放電が停止する。

■Ｌ１の電流はＣ１に流れずに超音波探触子Ｃ２゜同軸
ケーブルＣ３に供給され、Ｌｌ　１　　Ｃ２／　Ｃ３で
共振回路を構成し、Ｒ５がダインピング抵抗として働く
。

■送信タイミングパルス（ａ）の立ち上シ、超音波探触
子の公称中心周波数の１ｉ長より若干手前で、Ｔ　のＧ
ａ　ｔ　ｅに抵抗Ｒ５を通じて短絡タイミングパルス（
ｂ）を印加する。

■Ｔｒ２のＤｒａｉｎ／　５ｏｕｒｃｅ間は抵抗となシ
、Ｌ、に蓄えられているエネルギーは低抵抗Ｒ４を通じ
て瞬時に放出される。このエネルギーが十分放出され、
Ｌｌの両端の電圧が２〜３■になるまで、短絡タイミン
グパルスはＴｒ２のＧａｔｅに印加される。従って、送
信波の１波長以上のリンギ、ングは非常に低いレベルと
なる。なおｓ　Ｄｌ　＊　Ｄ２はり、の両端の電圧がダ
イオードの順方向降下電圧以上の場合は短絡状態となる
。

受信状５（ｔＲ） ■受信状態では、０点での電位がｄ点での電位（Ｏｖ）
に対して正負方向にＤｌ　＊　Ｄ２の順方向降下電圧以
上であるので、Ｄｌ　ｔ　Ｄ２はＯＮ状態とならず遮断
状態となる。

従って、受信時の等何回路は第３図のようになり、超音
波探触子の容ｊｉｃ２に同軸ケーブルの容ＪｉＣ５ｙダ
ンピング抵抗Ｒ５が並列に接続された回路となシ、共振
回路は構成されない。

第４図にこの発明による受信回路を使用した時の受信時
の周波数特性を示す。第１２図と比較して探触子の周波
数特性の殆んどが活かされ、総合特性が非常に改良され
ているのがわかる。従って、送受共に波数の少ない送信
波、受信枝が得られるのでおる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、送信時には第１スイッチング手段に
よりインダクタに蓄積されたエネルギーを低抵抗にて消
費させ、受信時には第２スイッチング手段にてインダク
タを超音波探触子から分離するようにしたので、超音波
画像の深さ分解能が向上し、きめの細かい画像を得るこ
とが可能で、このことは実験的にも確かめられている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図はその
動作を説明するための波形図、第６図は第１図の受信時
における等価回路図、第４図は第３図に示す回路の周波
数特性を示すグラフ、第５図は超音波診断装置の一般的
な例を示すブロック図、第６図は超音波アレイ探触子を
示す概要図、第７図は８ｇ５図に示すバンドパスフィル
タの周波数と深度との関係を示すグラフ、第８図は第５
図に示すタイムコントロール回路の特性を示すグラフ、
第９図は送受信回路の従来例を示す回路図、第１０図は
第９図の各部動作を説明するための波形図、第１１図は
第９図の受信時における等価回路図、第１２図は第１１
図に示す回路の周波数特性を示すグラフである。 符号説明 １Ａ・・・・・・テイシタルスキャンコンバータ、２・
・・・・・送信フォーカス回路、３，７・・・−・・選
択器、４・・・・・・送信器、訃・・・・・超音波探触
子、６，１８・・・・・・前置増幅器、８・・・・・・
受信フォーカス回路、９・・・・・・バンドパスフィル
タ、１０・・・・・・タイムゲインコントロール回路、
１１・・・・・・対数演算回路、１２・・・・・・輪郭
強調回路、１３・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、１４・・曲
モニターテレビ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インダクタに流れる電流値を急激に変化させて得られる
   サージ電圧を用いて超音波探触子を励振する一方、被検
   体より反射される超音波を該探触子を介して受信する送
   受信手段を少なくとも有してなる超音波診断装置におい
   て、 送信時には送信波の第１波後に前記インダクタの両端を
   短絡する第１のスイッチング手段と、受信時には該イン
   ダクタを分離する第２のスイッチング手段と、 を設けたことを特徴とする超音波診断装置。