JPH0233252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は、アレイ型超音波トランスデユーサを
有する超音波診断装置において、各トランスデユ
ーサからの超音波信号を送受信しながら、総ての
表示位置に焦点を結ぶように制御される超音波診
断装置に関する。

(b) 技術の背景 最近の超音波診断装置は、診断の精度を向上さ
せる為に、被検体の小さい臓器の細部構造迄、詳
細に表示させる要求が高まつており、その為に超
音波信号の周波数を上げて分解能を向上させてき
たが、超音波信号の周波数を上げるに従つて、被
検体での吸収率が高くなり、被検体の深部にある
臓器の超音波断層像を表示することが困難になつ
てくる問題がある。

然して、被検体の深部を診断する為に、超音波
信号のパワーを上げることは被検体に対する影響
がある為、超音波信号の周波数、パワー共に略限
界点に達しているのが現状である。

一方、レーダー等の分野においては、総てのア
ンテナ素子の組み合わせにおいて、送信波に対す
る受信波の位相ずれと振幅とを、受信直交検波器
とフイルタによつて検出し、そのデータから総て
の表示位置の表示データを、デイジタル演算によ
つて求め、鮮明な映像として再構成する、所謂開
口面合成映像法がある。

アレイ型超音波トランスデユーサを用いても、
上記開口面合成映像法によつて断層面の総ての点
において、鮮明な超音波断層像を得ることができ
るが、本発明は従来方式では実現が困難な、実時
間性のある開口面合成映像法を得ようとするもの
である。

(c) 従来技術と問題点 従来の開口面合成映像法では、総ての表示点に
対して焦点を合わせることができ、表示位置の総
てにおいて、鮮明な映像を得ることができる利点
があるが、受信直交検波を行うのに必要な参照波
の位相が固定されている為（一般には、送信波と
同相）、上記直交検波によつて得られる、送信波
に対する受信波の位相ずれと振幅のデータ採集
後、計算機上で位相補正を行う必要があり、実時
間で映像の再構成演算及び演算結果の表示を行う
のは困難であるという問題があつた。

又、超音波診断装置、特に電子リニア方式の超
音波診断装置においては、一般に受信フオーカス
は遅延線を用いて、受信した超音波信号に直接演
算を行つていた為、該遅延線には良い周波数特性
と、細かいタツプ制御を必要とし、更に上記タツ
プ制御時に発生する切り替え雑音の為に、焦点位
置をダイナミツクに変えることが困難で、フレー
ム毎、若しくは一走査の間に焦点を数個所切り替
えるようにして、成るべく鮮明な像を得るように
していた。

その為、上記切り替え点付近で、解像度にむら
が生じたり、一部ぼけた場所が生じたりする問題
があつた。

(d) 発明の目的 本発明は上記従来の欠点に鑑み、アレイ型超音
波トランスデユーサを有する超音波診断装置にお
いて、被検体からの超音波信号を受信する時に、
ダイナミツクに焦点を移して、より鮮明な超音波
像を、実時間で得る方法を提供することを目的と
するものである。

(e) 発明の構成 そしてこの目的は、本発明によれば、アレイ型
超音波トランスデユーサを有する超音波診断装置
において、各受信トランスデユーサの出力側に接
続される直交検波器群と、該検波器に供給する参
照波の位相を、表示位置に合わせて、送信波の位
置から連続的に位相遷移させる位相器群を持つ超
音波診断装置を提供することによつて達成され、
実時間で総ての表示点に対して焦点を結ぶことが
でき、鮮明な超音波断層像を得ることができる利
点がある。

(f) 発明の実施例 先ず、本発明の主旨を要約すると、本発明に関
連する開口面合成映像法は、開口面を有する送信
器（例えば、アレイ型超音波トランスデユーサ）
からの送信信号を被検体に掃射し、被検体からの
受信信号を、受信直交検波器で検波することによ
つて、受信波の送信波に対する位相ずれと振幅と
を求めるのに、上記受信直交検波器に与える参照
波の位相値を、従来方式のように固定せず、位相
器によつて受信トランスデユーサの位置と表示位
置に対応してダイナミツクに変化させ、以後の映
像再構成演算を実時間で得ようとするものであ
る。

その為、リニアアレイ型超音波診断装置のよう
に、受信波の遅延量が少ない場合には、上記手段
によつて、容易に実時間で総ての表示点に焦点を
結ばせることができる。

又、セクタアレイ型超音波診断装置のように、
受信波の遅延量が一周期以上要求される場合に、
本発明を適用しても、該受信信号の遅延手段を省
くことはできないが、受信直交検波後の信号を遅
延するようにすれば、該信号遅延手段に要求され
る周波数特性は厳しくなく、周波数特性の悪い遅
延線、若しくはサンプリングレートの遅いアナロ
グ／デイジタル変換器とメモリとを用いても、超
音波信号の送受信信号の周波数を高くすれば、高
い分解能を得ることができる。

次に、本発明の原理を第１図によつて説明す
る。本発明は、前述のように、アレイ型トランス
デユーサを有する超音波診断装置に、開口面合成
映像法を適用したものであつて、被検体からの受
信信号の焦点の合わせ方に関しており、逆信信号
の焦点の合わせ方は、従来通り超音波トランスデ
ユーサの各素子の励振信号に遅延をかけて行うも
のとする。

本図において、PBは探触子、T1、T2〜Ti〜
Tnはトランスデユーサを示している。

あるトランスデユーサ（位置XO）に着目した
時、その送信波Ｓ（ｔ）は式で表される。

Ｓ（ｔ）＝exp（−jωt）・Ｐ（ｔ） ……… Ｐ（ｔ）＝１：０≦ｔ≦Ｔ ０：その他 ……… 但し、Ｔ：パルス継続時間 但し、上記送信波の振幅は“１”に規格化して
いる。ωは上記送信波の角周波数である。

今、ｔ＝０を受信表示を開始する時間にとる
と、焦点Ｌの座標〔XO、Ｙ（ｔ）〕は、次のよう
に表される。

Ｙ（ｔ）＝Ct／２ 但し、Ｃ：音速 ……… 従つて、受信波の焦点をＬ〔XO、Ｙ（ｔ）〕に
結ばせる為には、焦点Ｌ〔XO、Ｙ（ｔ）〕から放
射された超音波信号が同相で受信されるように、
各トランスデユーサで受信された信号に対応した
位相遷移した参照波を与える必要がある。該受信
信号に位相ずれがあると、上記の焦点Ｌの像がぼ
やけることになる為である。

上記、焦点合わせの理論を、更に具体的に示す
と次の通りとなる。即ち： ｉ番目のトランスデユーサでの受信波Ri（ｔ）
は、焦点Ｌからの放射波をｉ番目のトランスデユ
ーサで受信したものと等価であるので、 Ri（ｔ）＝Al・Ｓ〔ｔ−｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ〕
……… 但し、 ri（ｔ）：ｉ番目のトランスデユーサと焦点Ｌ
〔XO、Ｙ（ｔ）〕との距離 Al：焦点Ｌでの散乱係数 従つて、受信波Ri（ｔ）に加える参照波Qi（ｔ）
は Qi（ｔ）＝A2・exp〔−jω｛ｔ−｛ri（ｔ） ＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ｝〕 ……… 但し、A2：定数 となる。

式におけるω｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃが、受
信トランスデユーサTiに対応した受信直交検波
器に供給される参照波に対して、ダイナミツクな
変化量として与えられる位相シフト量である。

上記の受信波Ri（ｔ）を、参照波Qi（ｔ）を用
いて受信直交検波器で検波し、フイルタを通した
出力をSi（ｔ）とすると 検波出力＝Ri（ｔ）×Qi（ｔ）＝A1・A2・Ｐ 〔ｔ−｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ〕・exp〔−2j
ω ｛ｔ−｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ｝〕 となり、フイルタによつて高周波成分が除去され
るので、 Si（ｔ）＝A3・Ｐ〔ｔ−｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ〕
……… ここで、A3＝A1・A2 となり、若し焦点Ｌにターゲツトがあると、上記
A3が大きな値をとることになり、焦点Ｌに対す
る鮮明な像が得られることになる。

最終映像出力（輝度表示）Ｉ（ｔ）は、パワー
で表すので Ｉ（ｔ）＝〔ΣSi（ｔ）〕・〔ΣSi（ｔ）〕……… となる。

上記の、１つの送信トランスデユーサに対する
加算（Σ表示）は、総ての受信トランスデユーサ
について行つても良いし、一般のリニア型超音波
診断装置で行つているように、一部のみの加算で
も良い。

以下、第２図、第３図によつて具体的な構成例
を説明する。

第２図において、基本発振器（MOSC）１か
らの連続波はレンジゲート回路（RG）２によつ
て、継続時間Ｔのバースト波となり、送信パルス
デイレイ回路（TPDEL）３で、送信パルスの焦
点合わせの為に必要な時間だけ遅延を受ける。

この信号は送信器群４で探触子（PB）６を構
成するアレイ型トランスデユーサ６１を励振する
のに必要な電力まで増幅され、マルチプレクサー
（MUX）５によつて、必要なトランスデユーサ
６１を励振する。

被検体内からの反射散乱波は、再度探触子
（PB）６のトランスデユーサ６１で受信され、マ
ルチプレクサー（MUX）５を通つて受信器群７
に入る。

この出力は、直交検波器群８によつて直交検波
され、式の信号を得る。直交検波器群８の出力
は、式の加算２乗演算を行う演算部１２に入
り、出力Ｉ（ｔ）を得る。ここで、１２１が加算
器であり、１２２が２乗演算器である。

この最終映像出力Ｉ（ｔ）は表示制御部
（DSPC）１３に入り、デイスプレイ（CRT）１
４に表示される。

又、直交検波器群８に加えられる参照波Qi
（ｔ）は、基本発振器（MOSC）１から、位相器
群９でω〔｛ri（ｔ）＋Ｙ（ｔ）｝／Ｃ〕だけの位相遷
移を受けたものである。この位相器（PS）群９
に対する制御信号は位相制御器（PSC）１０によ
つて作られる。この時の、各受信トランスデユー
サに対応した位相量は、位相制御器（PSC）１０
に、予め読み取り専用メモリ等に記憶させておい
て、直交検波器群８を制御する時に必要なデータ
を適宜取り出すようにすれば良い。尚、本発明の
超音波診断装置の全体の制御は、制御部（CTL）
１１によつて行われる。

次に、第３図によつて、本発明の他の実施例を
説明する。

第３図において、第２図と異なる所は、直交検
波器群８の出力側に遅延回路１５が挿入されてい
ることである。

式から明らかなように、１つの微少ターゲツ
トからの反射波の、直交検波出力はパルス継続時
間Ｐ（ｔ）の幅を持つている。

その為、リニアアレイ型超音波診断装置のよう
に、偏向角が小さければ、式の加算は意味を持
ち、該信号の時間軸上の拡がりは少ない。即ち、
超音波ビーム軸方向の分解能の劣化はない。

然し、セクタアレイ型超音波診断装置のよう
に、大きな偏向角が要求される場合は、各々の受
信トランスデユーサに対応した直交検波出力信号
Si（ｔ）が重なり合わなくなる。

この為、上記直交検波出力信号Si（ｔ）を、そ
れぞれの受信トランスデユーサTiに対応した遅
延値だけ遅延させ、式の演算が意味を持つよう
にする必要がある。

上記の遅延回路（DL）１５は、それぞれの遅
延量を設定する為のものである。この場合の遅延
の最小単位は、各Si（ｔ）が重なれば良い為、従
来の電子セクタ式超音波診断装置のように、細か
くとる必要はなく、超音波トランスデユーサを励
振する為の基本発振器（MOSC）１の周波数の
１サイクル程度で良い。

従つて、該遅延回路（DL）１５は「低速のア
ナログ／デイジタル変換器＋メモリ」ででも構成
することができ、高価で、且つ周波数特性に問題
のある長い遅延時間を有する遅延線を用いなくて
よいので、本発明の実施を妨げる要因とはならな
い。

(g) 発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明の超音波
診断装置は、開口面合成映像法によつて超音波断
層像を得るようにしたもので、開放面を有する送
信器（例えば、アレイ型超音波トランスデユー
サ）からの超音波信号を被検体に掃射し、被検体
からの超音波信号を、受信直交検波器で検波する
ことによつて、受信波の送信波に対する位相ずれ
と振幅とを求めるのに、上記受信直交検波器に与
える参照波の位相値を、従来方式のように固定せ
ず、受信トランスデユーサに対応して設けられた
位相器によつて、送信トランスデユーサのビーム
軸方向に、ダイナミツクに変化させ、各焦点Ｌか
らの超音波信号が同相で受信できるようにして、
以後の映像再構成演算（加算＋２乗演算）を実時
間で得られるように制御されるので、実時間で総
ての受信点に対して、焦点を結ばせることがで
き、鮮明な映像を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明する図、第２図は
本発明の一実施例をブロツク図で示した図、第３
図は本発明の他の実施例を示した図である。 図面において、１は基本発振器（MOSC）、２
はレンジゲート回路（RG）、３は送信パルスデ
イレイ回路（TPDEL）、４は送信器群、５はマ
ルチプレクサー（MUX）、６は探触子（PB）、
６１はトランスデユーサ、７は受信器群、８は直
交検波器群、９は位相器群、１０は位相制御器
（PSC）、１１はシステム全体の制御部（CTL）、
１２は加算２乗演算部、１３は表示制御部
（DSPC）、１４はデイスプレイ（CRT）、１５は
遅延回路（DL）、をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アレイ型超音波トランスデユーサを有する電
   子フオーカス式超音波診断装置において、各受信
   トランスデユーサの出力側に接続される直交検波
   器群と、該検波器に供給する参照波の位相を、上
   記受信トランスデユーサ対応に、表示位置に合わ
   せて、位相遷移させる位相器群とを持つことを特
   徴とする超音波診断装置。 ２ 上記アレイ型超音波トランスデユーサがセク
   タ型の場合、各受信トランスデユーサの出力側に
   接続される直交検波器群の各出力側に、該直交検
   波器の出力信号が重なり合うように、上記受信ト
   ランスデユーサに対応した遅延値を遅延させる遅
   延器を挿入したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の超音波診断装置。