JPH03155849A - 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） 本発明は、超音波を用いて被検体の断層像を得るための
超音波診断装置に関し、特に、超音波の受信時にその焦
点位置を段階的に変化させて超音波画像を得る受信ダイ
ナミックフォーカスを行なう超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 従来の超音波診断装置においては、超音波の収束が送信
時、受信時の両モードにおいて行なわれている。この様
子を第２図（送信時）及び第３図（受信時）に示す。送
信時には、第２図に示すように送信回路１からの送信信
号５００が可変遅延回路（遅延ｍ）２に導かれ、送信信
号５００は各可変遅延回路２により所望の時間だけ遅延
される。この遅延送信信号５０１は複数の配列振動子３
に印加され、各配列振動子３から所望の時間遅れを有す
る超音波５０２が出射される。そして特定のＰ点におい
て、各配列振動子３からの超音波５０２の位相が合致し
て超音波が収束され、Ｐ点に超音波５０２の焦点を結ば
せることが可能になる。

一方、受信時においては、第３図に示すように被検体の
反射源すなわちＰ点から送信時の収束超音波５０２が反
射して反射超音波５０３となり、この超音波５０３が各
配列振動子３に入射する。この配列振動子３からの音波
信号５０４は可変遅延回路２により所望の時間遅延され
て遅延受信信号５０５となり、その後、加算点４におい
て遅延受信信号５０５を加算することにより当該信号の
全ての位相が合致した受信信号５０６が生成され、Ｐ点
からの反射超音波５０３に対して感度が高められてＰ点
に焦点が結ばれたことになる。

なお、第２図及び第３図では理解を容易にするために詳
細を記していないが、実際の回路においては、送信の場
合には可変遅延回路２と配列振動子３との間に高圧踵動
回路を、また受信の場合には同様の位置に前置増幅器を
配置している。

次に、第４図は、受信時の電子集束回路において使用さ
れる遅延ユニット５を示している。前記第２図及び第３
図に示したように、配列振動子３の数に対応した数の電
磁遅延線（数百ｍμｓ〜数μｓの遅延を行なう）を設け
ると非常に高価になるので、実際には遅延時間量の少な
い電磁遅延線６を複数個カスケード接続することにより
、長い遅延時間を実現可能な遅延ユニット５を構成して
いる。

そして第４図に示すように、電磁遅延線６の間には、電
磁遅延線６の高域特性の劣化を補償する補償アンプ７が
挿入されている。また、電磁遅延線６に設けられたタッ
プ８には各配列振動子３からの音波信号５０４が電流モ
ードで加えられ、各音波信号５０４は遅延ユニット５内
で電流加算の形で加算された後、遅延ユニット５から取
り出される。

次いで、第５図は遅延時間設定ユニット９を示している
。同図において、前置増幅器ＩＯにより増幅された配列
振動子３からの音波信号は、クロスポイントスイッチ１
１によって所望の電磁遅延線６のタップ８に接続される
。このクロスポイントスイッチ１１は、第６図の等価回
路に示す如く、入力側信号線工、〜Ｉｎ及び出力側信号
線０１〜Ｏｈが交叉する交点の全てにスイッチ１２が設
けられて構成されており、これらの各スイッチ１２が制
御信号により独立に制御されるスイッチとなっている。

このように従来では、超音波の送受信何れも特定の位置
に超音波を収束させ、その位置の分割能を向上させてい
る。一方、最近の超音波診断装置では、受信時に超音波
の収束位置を段階的に移動させることにより、画像全体
の分解能を向上させる。いわゆる受信ダイナミックフォ
ーカス手法が採用されている。

第７図はこの受信ダイナミックフォーカス手法の概念を
説明するためのものである。同図に示すように、フォー
カス段数は例えば４段であり、各段において超音波収束
の良好な位置（図の画面４０１〜４０４におけるハツチ
ング部分）を継いで１枚の合成画面４０５が作成される
ものである。なお、第７図に示すフォーカス位置を、上
から順に、ＮｅａｒＦｏｃｕｓ、　Ｍｉｄ　Ｆｏｃｕｓ
、　Ｆａｒｌ　　Ｆｏｃｕｓ、　Ｆａｒ２　　Ｆｏｃｕ
ｓという。また、第８図はこのようにして受信ダイナミ
ックフォーカスを行なった場合の音場プロファイル１３
を示しており、各フォーカスでの超音波ビーム径が小さ
くなる部位を継ぎ合わせて一つの音場プロファイル１３
が形成されることになる。

この受信ダイナミックフォーカスを行なう一般的なハー
ドウェアの構成を第９図に示す。同図において、９Ａ、
　９Ｂは遅延時間設定ユニットであり、例えば、８段ダ
イナミックフォーカスの場合、−方の遅延時間設定ユニ
ット９Ａは８つのゾーンのうちゾーン１，３，５．７を
、また、他方の遅延時間設定ユニット９Ｂはゾーン２，
４，６．８を受は持ち、ゾーン切換スイッチ１４により
各遅延時間設定ユニット９Ａ、　９Ｂの出力を切り換え
て一画面を構成する。そして、一方の遅延時間設定ユニ
ット９Ａはゾーン２，４，６．８の間１次のゾーン３，
５゜７．１における遅延時間の設定、すなわちクロスポ
イントスイッチ１１のスイッチ１２の状態を設定する。

同様に、他方の遅延時間設定ユニット９Ｂはゾーン１，
３，５．７の間、次のゾーン２，４．６゜８における遅
延時間の設定を行なう。

なお、第１０図は市販のクロスポイントスイッチ１１Ａ
のブロック構成であり、以下の第１表はその真理値表で
ある。　　　　　　　　　（以下、余白）このクロスポ
イントスイッチＩＩＡは、スイッチアレイ１１１が８×
１６のスイッチからなる構成であり、ＡＸＯ−ＡＸ３の
アドレスでＸｉの指定、ＡＹＯ−ＡＹ２のアドレスでＹ
ｉの指定を行ない、スイッチの０Ｎ１０ＦＦを外部がら
ディジタル制御するようになっている。また、第１０図
において。

１１２はデコーダ、１１３はラッチをそれぞれ示してい
る。

ところで、電子セクタ式超音波診断装置においては、配
列振動子３の個数は９６．必要な最大遅延時間は接続さ
れるプローブの種類によって異なるが約４μｓであり、
電磁遅延線６のタップ８間の時間に相当する遅延時間の
量子化を２５ｎａとすると、遅延ユニット５のタップ８
の数は１６０となる。従って、例えば遅延時間設定ユニ
ット９Ａ内のクロスポイントスイッチ１１としては９６
Ｘ１６０のスイッチ構成が必要となる。これを、第１０
図に示した市販の８×１６構成のクロスポイントスイッ
チ１１Ａにて実現しようとすると、第１１図に示すよう
に、８Ｘ１６構成のクロスポイントスイッチｌＩＡがｔ
２ｘｌＯ（＝１２０）個設けられたクロスポイントスイ
ッチアレイ１１′となり、１２０個分の８×１６構成の
クロスポイントスイッチＩＩＡ内のスイッチを制御する
必要がある。なお、第１１図において、１２０個のクロ
スポイントスイッチ１１Ａは便宜上、符号（ｍ、ｎ）（
ここで、ｍ＝１〜１２．ｎ＝１〜１０）として表わされ
ている。

ここで、第１１図には受信ダイナミックフォーカス用の
回路として一系統しか示していないが、第９図に示した
ように二系統備えることで受信ダイナミックフォーカス
が可能になる。

いま、第７図に示したような受信ダイナミックフォーカ
スを行なう場合には、そのフォーカス段数は多い方が望
ましく、これにより画像の全ての深度において分解能を
向上させることができる。

一方、このフォーカス段数は、１２０個の８×１６構成
のクロスポイントスイッチＩＩＡのスイッチ設定に要す
る時間に大きく左右される。

例えば、第１０図に示した市販のクロスポイントスイッ
チＩＩＡにおいて、スイッチ１個のＯＮ１０ＦＦの設定
に要する時間は、約５０ｎｓである。また、８×１６構
成の１個のクロスポイントスイッチＩＩＡにおいて設定
されるべきスイッチの箇所は８箇所であり、このような
りロスポイントスイッチ１１Ａを１２０個必要とするの
で、クロスポイントスィッチアレイ１１′全体のスイッ
チ設定に要する時間は５０ｎｓ　Ｘ　８　Ｘ　１２０＝
　４８μｓとなり、超音波距離にすると３７ｍとなって
前記フォーカスの切り換えは３７＋ａｎごとにしかでき
ないことになる。

ここで、通常の表示深度は、３．５ＭＨｚプローブの場
合は２１０ｍ、５ＭＨｚの場合は１１０５ｎ、　７．５
ＭＨｚの場合は６０ｍｍであり、各々のダイナミックフ
ォーカス可能な段数は６段、３段、２段となり、受信ダ
イナミックフォーカス段数は少ない。

次に、第１２図は、従来における９６Ｘ１６０構成のク
ロスポイントスイッチアレイ１１′のデータ設定回路を
示している。図示はしないが、超音波診断装置の全ての
タイミングを掌るＤＳＣ（データ・スキャン・コンバー
タ）からフォーカスデータ設定トリガ信号５１０がクロ
ックジェネレータ１５に入力され、クロックジェネレー
タ１５は所定数のパルス列５１１を発生する。このパル
ス列５１１はｌＯビットカウンタ１６によりカウントさ
れ、１０ビツトカウンタ１６はＹ−アドレス信号５１２
を発生する。

このＹ−アドレス信号５１２のｌθビットの内、下位３
ビツトがクロスポイントスイッチＩＩＡのアドレスＡＹ
Ｏ〜ＡＹ２に、また、上位７ビツトがデコーダ１８に入
力される。更に、１０ビツトのＹ−アドレス信号５１２
は、ＲＯＭ　１７のアドレス制御信号の一部として入力
される。このＲＯＭ１７には、前記１０ビツトのＹ−ア
ドレス信号５１２のほかに、ＤＳＣからフォーカス条件
（周波数、プローブの種類、焦点位置等）としての６ビ
ツトの信号５１３が入力されている。ここで、ＲＯＭ１
７に入力される１０ビツトのＹ−アドレス信号５１２は
、クロスポイントスイッチＩＩＡの番号及びアドレスＡ
ＹＯ−ＡＹ２の指定を行なうのに使用される。

前記ＲＯＭ１７からは、アドレスＡＹＯ−ＡＹ２に対す
るアドレスＡＸＯ−ＡＸ３の指定を行なう４ビツトのＸ
−アドレス信号５１４と、Ｙ−アドレス信号５１２及び
Ｘ−アドレス信号５１４により指定されるスイッチの０
Ｎ１０ＦＦを制御する接点信号５１５とが出力される。

そして、Ｘ−アドレス信号５１４はクロスポイントスイ
ッチＩＩＡのアドレスＡＸＯ〜ＡＸ３に、また、接点信
号５１５はクロスポイントスイッチＩＩＡのＤ肩Ａ入力
端子に入力される。

一方、前記デコーダ１８からは、１２０個のクロスポイ
ントスイッチ１１を指定する１２０のチップセレクト信
号５１６が出力される。また、所定数のパルス列５１１
は、クロスポイントスイッチＩＩＡに設定されたＤＡＴ
Ａ、アドレスＡＸＯ〜ＡＸ３．ＡＹＯ−ＡＹ２をラッチ
する５ＴＲＯＢＥ信号としても用いられる。

以上のようにして、従来、９６Ｘ１６０個のスイッチか
らなるクロスポイントスイッチアレイ１１’に対するデ
ータ設定を行なっていた。また、前述したように、従来
のデータ設定回路では受信ダイナミックフォーカスの段
数が少ないため、純連続的にフォーカスを切り換えるこ
とは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、従来のデータ設定回路では、個々のクロ
スポイントスイッチに逐次データを設定する方式である
ため１例えば９６Ｘ１６０個ものスイッチにデータ設定
を行なうのに多大な時間を必要とし、また、画像中での
フォーカス段数が少ないために分解能に劣るという問題
があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、複数のクロスポイントスイッ
チに対するデータ設定時間を短縮し、しかも分解能の向
上を可能にした超音波診断装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため１本発明は、例えばＲＯＭの出
力データにより、クロスポイントスイッチアレイ内にお
いて遅延ユニットに対応する複数のクロスポイントスイ
ッチ群を一括制御するものである。

すなわち本発明は、被検体の断層像を得る超音波診断装
置であって、超音波の受信時における一個の配列振動子
からの音波信号に対し複数個のクロスポイントスイッチ
を用いて所定の時間遅延を与える受信ダイナミックフォ
ーカス用の遅延時間設定ユニットを備えた超音波診断装
置において、一系統の音波信号に対して複数個のクロス
ポイントスイッチから特定の一個を選択すると共に、こ
の選択されたクロスポイントスイッチにおいて特定のク
ロスポイントの指定を同時に行なうものである。

（作用） 本発明によれば１例えばＲＯＭの出力データにより、ク
ロスポイントスイッチアレイの遅延ユニットに対応する
一部を一括制御するため、クロスポイントスイッチに対
するデータ設定に要する時間を従来に比べて大幅に短縮
することができる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

始めに、１個の配列振動子から出力される受信信号は、
第４図に示したような遅延ユニット５の複数のタップ８
中の１個のタップに入力されるか、または入力されない
かの何れかであり、複数のタップ８に入力されることは
ない、従って、複数のクロスポイントスイッチ（ｍ＋　
ｉＬ　（ｍ＋　２Ｌ・・・・・・・・・ｔ（ｍｅｎ）の
第１０図に示すＹｉの信号ラインについては、１箇所だ
けスイッチを制御すればよいことになる。このことは、
クロスポイントスイッチ（ｍｌ　ｉ）ｔ（ｍｅ　２Ｌ・
・・・・・・・・、（ｍ、ｎ）の中から所望の１個を選
択する回路と、この選択されたクロスポイントスイッチ
においてＸｌ（Ｘ、〜Ｘ工Ｓ）を選択するアドレスＡＸ
、〜ＡＸ：ｌ、及び、スイッチの０Ｎ１０ＦＦを指定す
るＤＡＴＡの制御回路を備えれば、１度に１つの受信信
号に対する遅延時間の設定が可能となる。

従って、配列振動子が９６個ある場合には、上記制御を
９６回繰り返せば全ての受信信号に対して遅延時間の設
定が可能となる。そして、前述のようにスイッチ１個の
ＯＮ１０　Ｆ　Ｆに要する設定時間は５０ｎｓであるの
で、全て制御するのに要する時間は９６Ｘ５０ｎｓ＝４
．８ｕｓとなり、超音波距離にすると３゜７国となって
フォーカスの切り換えは最小３．７ｍごとに行なえるこ
とになる。よって、３．５ＭＨｚプローブでは５７段、
５．０Ｍ七プローブでは２９段、　７．５Ｍ七プローブ
では１７段のフォーカスゾーンを形成することが可能に
なる。

第１図はこの実施例におけるクロスポイントスイッチア
レイ１１’のデータ設定回路を示すものであり、第１２
図と同一の構成要素には同一の符号を付して詳述を省略
し、以下、異なる部分を中心に説明する。

すなわち第１図において、クロックジェネレータ１５か
ら出力されるパルス列５１１は７ビツトカウンタ１９に
よりカウントされ、７ビツトのＹ−アドレス信号５１２
が生成される。このＹ−アドレス信号５１２はアドレス
制御信号の一部として第１のＲＯＭ１７及び第２のＲＯ
Ｍ２０に入力されている。また、Ｙ−アドレス信号５１
２は、その７ビツトのうち下位３ビツトがクロスポイン
トスイッチアレイ１１′内のクロスポイントスイッチＩ
ＩＡのアドレスＡＹＯ−ＡＹ２４．−１上位４ビットが
９６Ｘ１２０構成のクロスポイントスイッチアレイ１１
′の行の制御を行なう行制御信号５１７としてデコーダ
１８に入力されている。

なお、第１１７）ＲＯＭ１７及び第２（７）ＲＯＭ２０
Ｌ、−は。

上記Ｙ−アドレス信号５１２のほかに、図示されていな
いＤＳＣからフォーカス条件（周波数、プローブ種類、
焦点位置等）の６ビツトの信号５１３が入力されている
。

また、第１のＲＯＭ　１７からは、第１２図と同様に特
定のクロスポイントスイッチＩＩＡのアドレスＡＹＯ−
ＡＹ２に対するアドレスＡＸＯ〜ＡＸ３の指定を行なう
４ビツトのＸ−アドレス信号５１４と、後述する制御に
よって指定される特定のクロスポイントスイッチ１１Ａ
においてＹ−アドレス信号５１２及びＸ−アドレス信号
５１４により指定されるスイッチの０Ｎ１０ＦＦを制御
するための接点信号５１５とが出力され、これらの信号
は各クロスポイントスイッチＩＩＡのアドレスＡＸＯ−
ＡＸ３及びＤＡＴＡ入力端子にそれぞれ入力されている
。

更に、ＲＯＭ２０からは、９６Ｘ１２０構成のクロスポ
イントスイッチアレイ１１′の列を制御する４ビツトの
列制御信号５１８が出力され、この列制御信号５１８は
前記行制御信号５１７と共にデコーダ１８に入力されて
いる。そして、デコーダ１８からは、列制御信号５１８
及び行制御信号５１７がら指定される特定のクロスポイ
ントスイッチ１１Ａを選択して動作させるための１２０
のチップセレクト信号５１６が出力されるようになって
いる。なお、クロスポイントスイッチアレイ１１′は、
第１２図と同様に８×１６構成の１２０個のクロスポイ
ントスイッチＩＩＡからなるものである。

このようにして、本実施例では第２のＲＯＭ２０からの
出力データによってクロスポイントスイッチアレイ１１
’の遅延ユニット５に対応する一部のクロスポイントス
イッチＩＩＡを一括して制御するものであり、複数のク
ロスポイントスイッチＩＩＡに対するデータ設定に要す
る時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記実施例では、クロスポイントスイッチＩＩＡ
の動作の制御にチップセレクト信号を用いているが、５
ＴＲＯＢＥ信号によって同様に動作の制御を行なっても
よい、更に、上記実施例ではクロスポイントスイッチＩ
ＩＡを制御するためのデータの記憶媒体としてＲＯＭを
使用したが、これ以外にもＲＡＭのようにデータの読み
出しが可能なものであれば、記憶媒体の種類は限定され
ない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、ＲＯＭ等の記憶媒体の出
力データにより遅延ユニットに対応する一部のクロスポ
イントスイッチを一括制御するものであるため、クロス
ポイントスイッチに対するデータ設定に要する時間を大
幅に短縮することができる。

これにより、受信ダイナミックフォーカスの段数を大幅
に増加させることができ、準連続受信ダイナミックフォ
ーカスを可能として深度方向に均一に近い分解能の超音
波画像を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるクロスポイントスイ
ッチアレイのデータ設定回路図、第２図ないし第１２図
は従来技術を説明するためのもので、第２図は送信時の
電子収束法を示す説明図、第３図は受信時の電子収束法
を示す説明図、第４図は受信時の電子集束回路において
使用される遅延ユニットの説明図、第５図は同じく遅延
時間設定ユニットの説明図、第６図はクロスポイントス
イッチの等価回路図、第７図は受信ダイナミックフォー
カスの概念説明図、第８図は受信ダイナミックフォーカ
スにおける音場プロファイルの説明図、第９図は受信ダ
イナミックフォーカスを行なうための遅延時間設定ユニ
ットの説明図、第１０図は市販のクロスポイントスイッ
チのブロック構成図、第１１図は電子セクタ式超音波診
断装置用受信フォーカスの構成図、第１２図はクロスポ
イントスイッチアレイのデータ設定回路図である。 １１′・・・クロスポイントスイッチアレイ１１Ａ・・
・クロスポイントスイッチ １５・・・クロックジェネレータ １７．２０・・・ＲＯＭ　　　　　１＆・・・デコーダ
１９・・・７ビットカウンタ 第 ２ 図 第 図 第 図 第 図 第５図 第 図 手続補正帯（自発） 平成２年１月１１日 平成１年特許願第２９３７３６号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検体の断層像を得る超音波診断装置であって、超音波
   の受信時における１個の配列振動子からの音波信号に対
   し複数個のクロスポイントスイッチを用いて所定の時間
   遅延を与える受信ダイナミックフォーカス用の遅延時間
   設定ユニットを備えた超音波診断装置において、 １系統の音波信号に対して複数個のクロスポイントスイ
   ッチから特定の１個を選択すると共に、この選択された
   クロスポイントスイッチにおいて特定のクロスポイント
   の指定を同時に行なうことを特徴とする超音波診断装置
   。