JPH05146444A

JPH05146444A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH05146444A
Application number: JP3166638A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hirama; 信平間; Koji Kumazawa; 孝司熊澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JP3090718B2; US5186175A

Abstract

(57)【要約】【目的】２次元アレイ構造の探触子で受信ビームを３次
元方向に集束して高分解能化を図り、回路の大規模化を
抑え、良好なリアルタイム性を保持する。【構成】方位、レンズ方向に複数個の振動子Ｐを配列
し、２次元アレイ構造の探触子１を形成する。各振動子
Ｐをレンズ方向の並び毎に各スイッチ回路３ａ，…，３
ｆを介して送受信部２の各送受信チャンネルに接続す
る。各スイッチ回路３ａ…は、スイッチング・コントロ
ーラ４によって任意の振動子Ｐと送受信チャンネルとを
接続する。コントローラ４は各スイッチ回路３ａ…を同
一に制御する。送受信チャンネルは方位方向の振動子数
と同一数である。送受信部２の各受信出力は信号処理部
３０を介して表示部６に送られる。信号処理部３０は最
初に整相加算器３１で方位方向の整相加算を行い、この
データをデジタル化してメモリ３３に格納し、次いで整
相加算器３４でレンズ方向の整相加算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置に係
り、とくに、被検体に超音波を送受信する振動子とし
て、微小な圧電振動子を方位方向（走査方向）とレンズ
方向との２次元に配列した２次元アレイ構造の探触子を
用いた超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波診断装置の超音波探触子
（以下、単に探触子という）としては、診断目的や走査
性能の面から様々な構成のものが使われている。

【０００３】この内、１次元方向の走査を目的とした探
触子には、図１９に示した構造のものが知られている。
この図１９に示した探触子１０１は、複数の単位振動子
ａ，ｂ，ｃ，…を方位方向ｘに配列した１次元アレイ構
造を有する。この探触子１０１をリニア電子走査で駆動
させる場合、探触子１０１中の任意の複数個の振動子を
１組として駆動させる。この駆動に当たっては、例え
ば、走査方向の中心に位置する振動子とその横方向の振
動子との間で駆動タイミングをずらしてやることによ
り、各振動子の発生音波の位相差を利用でき、振動子群
の中心部に直交する被検体方向に集束（フォーカス）し
た超音波ビームが形成される。そこで、駆動させる複数
の振動子全体を、例えば１振動子分ずつ方位方向ｘにず
らしながら駆動させることにより、超音波ビームの送波
点位置を電子的に方位方向ｘに順次ずらすことができ、
リニア走査がなされる。受信に際しても、送信振動子と
同一の振動子が超音波エコー信号を受信し、電圧信号に
変換する。この変換された電圧信号は受信回路に送られ
て超音波画像データに再構成され、その後、ＴＶモニタ
などのディスプレイに表示される。

【０００４】また、セクタ法であれば、駆動する１組の
振動子群に対して、超音波ビームの走査方向が超音波１
パルス毎に順次扇形に変わるように、各振動子の駆動タ
イミングを変化させる。これにより、リニア法と同様の
処理を経て、セクタ方式の超音波画像をディスプレイに
表示させることができる。

【０００５】しかし、このような１次元アレイ構造の探
触子を用いた場合、超音波ビームは各振動子の配列方向
である方位方向ｘ、即ち１次元の方向にしか走査できな
いという不便さがある。

【０００６】そこで、走査方向を１次元に限定されず、
方位方向ｘに直交するレンズ方向ｙを加えた２次元方向
に走査できる２次元アレイ構造の探触子が開発された。
この２次元アレイ構造の探触子の例を図２０に示す。こ
の図２０に示した探触子１０２は、方位方向ｘのみなら
ずレンズ方向ｙにも複数の単位振動子１ａ，１ｂ，１
ｃ，…，２ａ，２ｂ，２ｃ，…，５ｄ，５ｅ，５ｆを配
列したものである。

【０００７】この２次元アレイの探触子１０２を駆動さ
せ、方位方向及びレンズ方向に受信超音波ビームを偏向
させるには、全振動子と送受信部との間に個別にスイッ
チを設け、それらのスイッチを順番に切り換えてデータ
を得る構成が考えられる。

【０００８】一方、レンズ方向の偏向には、従来周知で
ある、音響レンズを用いることもできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２次元
アレイ構造の探触子を用いる場合、その２次元アレイを
形成している複数の振動子夫々について、送受信回路を
個別に用意しなければならないので、必然的に送受信の
回路規模が増大し、装置が大形化するととともに、演算
処理も増えて、リアルタイム性が低下する。また、音響
レンズを用いる構成では、レンズ方向の指向性が予め決
められてしまい、それ以上、焦点を任意に変更できない
し、送受波面の開口面積を調整して、ビームの広がりを
変更できない。

【００１０】本発明は、このような従来技術の様々の問
題に鑑みてなされたもので、２次元アレイの探触子を用
いて３次元の受信ビームを形成し、方位方向、レンズ方
向に高い分解能を得ると共に、送受信の回路規模の増大
を抑制した状態で、被検体に対する超音波の送受信回数
を減らすことができるようにした超音波診断装置を提供
することを、第１の目的とする。

【００１１】また、第１の目的に加えて、受信電気信号
の整相加算処理におけるメモリの容量を減らすことがで
き、且つ、演算処理の負荷を軽減させた超音波診断装置
を提供することを、第２の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、請求項１記載の発明では、被検体に対して超音
波を送波し、受波されたエコー信号に基いて超音波画像
を再構成する超音波診断装置において、２次元方向に配
列された複数の振動子と、任意の振動子と送受信回路と
の接続を切り換える切換手段と、受信されたエコーデー
タを順次記憶する記憶手段と、記憶されたエコーデータ
を加算して超音波画像を再構成する手段とを備えた。

【００１３】また、請求項２、３記載の発明では、被検
体に対して超音波を送信し、受信された超音波エコー信
号に基いて超音波画像を再構成する超音波診断装置にお
いて、電気信号と超音波信号とを双方向に変換可能な複
数の振動子を方位方向及びレンズ方向の２次元に配列し
た構造を有した探触子と、この探触子の各振動子を励振
するための電気信号を出力し且つ各振動子が変換した電
気信号を入力可能な送受信手段と、上記探触子の全振動
子を複数の群に分割し、その分割した群毎に振動子の切
換を指令する切換指令手段と、この切換指令手段が指令
した振動子群と上記送受信手段とを電気的に接続する切
換手段と、前記送受信手段が得た、上記全振動子分の超
音波エコー信号に対応する電気信号を記憶する記憶手段
と、前記被検体内の診断位置に超音波エコー信号が集束
するように、前記記憶手段の記憶データに遅延を掛けて
加算する演算手段と、この演算手段の演算値に応じて超
音波画像を表示する表示手段とを備えた構成を要部とす
る。

【００１４】さらに、請求項４〜８記載の発明では、被
検体に対して超音波を送信し、受信された超音波エコー
信号に基いて超音波画像を再構成する超音波診断装置に
おいて、電気信号と超音波信号とを双方向に変換可能な
複数の振動子を方位方向及びレンズ方向の２次元に配列
した構造を有した探触子と、この探触子の各振動子を励
振するための電気信号を出力し且つ各振動子が変換した
電気信号を入力可能な送受信手段と、上記探触子の全振
動子を方位方向又はレンズ方向の振動子の並びに予め分
割しておき、その分割した並び毎に振動子の切換を指令
する切換指令手段と、この切換指令手段が指令した並び
の振動子と上記送受信手段とを電気的に接続する切換手
段と、前記被検体内の診断位置を焦点として含み且つ前
記方位方向及びレンズ方向の内の一方に直交する面に沿
って超音波エコー信号が集束するように、前記送受信手
段が同時に得た電気信号群を遅延させて加算する第１の
演算手段と、この第１の演算手段の演算値を記憶する記
憶手段と、前記被検体内の診断位置を焦点として含み且
つ前記レンズ方向及び方位方向の内の他方に直交する面
に沿って超音波エコー信号が集束するように、上記記憶
手段の記憶データ群を遅延させて加算する第２の演算手
段と、この第２の演算手段の演算値に応じて超音波画像
を表示する表示手段とを備えた構成を要部とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、２次元アレイを構成
している複数の振動子を任意の振動子毎に超音波を送受
させることにより、受信された信号又は受信された信号
のいくつかに遅延を掛けて加算した信号を基に超音波画
像を再構成する。これによって回路規模を増大すること
なく高分解能を図ることができる。

【００１６】請求項２、３記載の発明では、切換指令手
段が探触子の例えば方位方向（走査方向）の並びの複数
の振動子を一つの群として、その群毎に振動子の切換を
指令すると、その指令に対応した振動子群と送受信手段
とが切換手段により接続される。そこで、この切換を繰
り返しながら、送受信手段が探触子を駆動させるので、
送受信手段は指令された振動子群毎の超音波エコー信号
に対応した電気信号を得る。この受信電気信号は記憶手
段に全振動子分について記憶された後、演算手段に読み
出される。演算手段は被検体内の診断位置に超音波エコ
ー信号が集束するように、記憶データの複数の所定領域
のものに異なる遅延を掛けて加算し、画像データを生成
する。この画像データは表示手段により超音波画像とし
て表示される。これにより、超音波受信ビームを３次元
的に集束させることができる一方で、全振動子を群に分
けて送受信することにより、送受信の回数が少なくな
り、送受信手段の送受信チャンネル数も振動子別に個別
チャンネルを持つ場合に比べて少なくて済む。また、診
断位置には複数の振動子からの超音波信号が送受される
ので、エコー信号のパワーも大きくなる。

【００１７】請求項４〜８記載の発明では、切換指令手
段が探触子の全振動子を方位方向又はレンズ方向の振動
子の並びに予め分割しておき、その分割した並び毎に振
動子の切換を指令すると、その指令に対応した並びの各
振動子と送受信手段とが切換手段により接続される。そ
こで、この切換を繰り返しながら、送受信手段が探触子
を駆動させるので、送受信手段は指令された並び、例え
ば方位方向の各振動子毎の超音波エコー信号に対応した
電気信号を得る。この各並びの複数の受信電気信号は第
１の演算手段にて異なる遅延時間で遅延された後、加算
される。これにより、被検体内の診断位置を焦点として
含み且つ方位方向及びレンズ方向の内の一方に直交する
面に沿って超音波エコー信号が演算上、集束し、焦点位
置、即ち診断位置の画像データが得られる。この演算値
は上記振動子並び毎に記憶手段に記憶される。そして、
例えば上記振動子並びの全部の演算、記憶が終了する
と、記憶手段の記憶データ群が第２に演算手段に読み出
される。第２に演算手段は、読み出したデータ分群を異
なる遅延時間で遅延させて加算する。これにより、診断
位置を焦点として含み且つレンズ方向及び方位方向の内
の他方に直交する面に沿って超音波エコー信号が演算
上、集束する。つまり、超音波ビームは被検体内の深さ
方向、方位方向、及びレンズ方向の３次元方向に絞ら
れ、そのときの集束位置、即ち診断位置の画像データが
第２の演算手段から得られ、この画像データが超音波画
像として表示される。このように、所定並び毎の複数の
受信信号をまず、その並び方向について整相加算を行
い、この加算値を各並びについて一次記憶しておき、そ
の後、その並びに直交する方向について整相加算を行う
２段の処理となる。これにより、記憶手段の容量が少な
くてもよく、また演算回数も少なくなる。

【００１８】とくに、請求項５、６記載の発明の第１、
第２の演算手段では、入力した電気信号群に、異なる複
数パターンの遅延時間を与えてパターン毎に加算するこ
とにより、同時に複数の診断位置の画像データが得られ
る。

【００１９】また、請求項７、８記載の発明では、深さ
情報発生手段を備え、この手段からの経時的に変化する
診断深さ情報に応じて第１、第２の演算手段の遅延時間
を変更すると、受信ビームの焦点位置を経時的に変更で
きる。さらに、その診断深さ情報に応じて第１、第２の
演算手段の重み係数を変更すると、探触子の受信開口面
積を変えることができ、診断深さを変えても診断位置の
ビームを細く保つことができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２１】（第１実施例）第１実施例を図１〜図４を
参照して説明する。この実施例は単一の診断位置αを焦
点にして超音波受信ビームを形成するものである。

【００２２】図１に示す超音波診断装置は、２次元アレ
イ構造の探触子１と、この探触子１を介して超音波信号
の送受を行わせる、送受信手段としての送受信部２と、
この送受信部２と探触子１との接続状態を切り換え可能
な、切換手段としてのスイッチ回路群３と、このスイッ
チ回路群３の切換を指令する、切換指令手段としてのス
イッチング・コントローラ４と、送受信部２の受信信号
からエコーデータを形成する信号処理部５と、この信号
処理部５の処理データを表示する表示部６とを備えてい
る。なお、図中、符号７はシステム全体の動作タイミン
グを制御するタイミング・コントローラであり、符号８
は被検体である。また、被検体８の深さ方向をｚで表
す。

【００２３】探触子１は、電圧信号と超音波信号とを双
方向に変換可能な複数個の圧電素子を振動子としてお
り、方位方向（即ち走査方向）ｘの各並びに複数個の同
一特性の振動子Ｐ_1y，Ｐ_2y，Ｐ_3y，Ｐ_4y，Ｐ_5y，Ｐ
_6y（ｙ＝１〜５）を配列し、方位方向ｘに直交するレン
ズ方向ｙの各並びに複数個の同一特性の振動子Ｐ_x1，Ｐ
_x2，Ｐ_x3，Ｐ_x4，Ｐ_x5（ｘ＝１〜６）を配列し、２次元
アレイを構成している。

【００２４】送受信部２は、基準信号発生源１１、パル
サ群１２、プリアンプ群１３を備えている。基準信号発
生源１１は、ｎチャンネル（ここでは６チャンネル）の
出力回路を有し、その各出力端がパルサ群１２の各パル
サ１２ａ，…，１２ｆに接続されている。パルサ１２
ａ，…，１２ｆは、夫々、基準信号発生源１１からの基
準パルス信号を増幅する。パルサ１２ａ，…，１２ｆの
出力端は、スイッチ回路群３の各スイッチ回路３ａ，
…，３ｆの一方の１個の入出力端に夫々接続され、その
入出力端はプリアンプ群１３の各プリアンプ１３ａ，
…，１３ｆにも接続されている。

【００２５】スイッチ回路３ａ，…，３ｆは、夫々、探
触子１のｙ方向の振動子数と同じｍ個（ここでは５個）
のスイッチング素子ａ，…，ｅを、図２に示すように内
臓している。これらのスイッチング素子ａ，…，ｅは例
えばＭＯＳ型ＦＥＴで成る。それらのスイッチング素子
ａ，…，ｅの一方の端子は並列接続されて前記パルサ１
２ａ（…，１２ｆ）の出力端に各々接続され、他方の端
子は、対応するレンズ方向ｙの振動子Ｐ_x1，…，Ｐ_x5に
個別に接続されている。スイッチ回路３ａ，…，３ｆの
各々には、予め設定したタイミングでスイッチング・コ
ントローラ４からの切換信号が供給される。これによ
り、スイッチング素子ａ，…，ｅは切換信号に応じて選
択的に導通状態（オン）に設定される。スイッチング・
コントローラ４は例えばコンピュータで構成され、予め
設定したタイミングでスイッチ回路３ａ，…，３ｆの切
換を制御する。

【００２６】信号処理部５は図示のように、Ａ／Ｄ変換
器群１５、メモリ１６、整相加算器１７を備えている。
この内、Ａ／Ｄ変換器群１５、メモリ１６が発明の記憶
手段を構成し、整相加算器１７が演算手段を構成してい
る。Ａ／Ｄ変換器群１５は、プリアンプ１３ａ，…，１
３ｆの各アナログ出力信号をデジタル信号に変換してメ
モリ１６に出力する。メモリ１６は、Ａ／Ｄ変換器群１
５からのデジタル受信信号を全振動子の所定時間分、一
時的に記憶する。整相加算器１７は例えばデジタル処理
回路で構成され、メモリ１６の記憶データを所定タイミ
ングで読み出し、被検体８内の診断位置αを焦点とし
て、この焦点から全振動子Ｐ₁₁，Ｐ₂₁，…，Ｐ₅₅，Ｐ₆₅
までの伝搬時間に相当した遅延を掛けた整相加算を行
う。この整相加算は遅延と加算によってなされる。

【００２７】表示部６は発明の表示手段を成すもので、
検波回路２１、フレームメモリ２２、Ｄ／Ａ変換器２
３、及びＴＶモニタ２４を備える。検波回路２１はデジ
タル信号のまま高周波信号を検波し、検波した信号をフ
レームメモリ２２に記憶させる。このフレームメモリ２
２の記憶データはＴＶモニタ２４の表示タイミングで読
み出され、Ｄ／Ａ変換器２３によりアナログ信号に変換
される。この変換信号はＴＶモニタ２４に供給され、表
示される。

【００２８】次に、本第１実施例の動作を図３を用いて
説明する。

【００２９】基準信号発生源１１から出力された基準パ
ルス信号は、パルサ１２ａ，…、１２ｆで夫々増幅され
た後、スイッチ回路３ａ，…，３ｆを介して探触子１に
送られる。このとき、例えば、スイッチング・コントロ
ーラ４によって各スイッチ回路３ａ，…，３ｆのスイッ
チング素子ａが一定時間Ｔ（図３中の（ａ１）参照）だ
け共にオン状態に設定されたとする。これにより、パル
サ１２ａ，…、１２ｆの出力信号は各スイッチ回路３
ａ，…，３ｆの各スイッチング素子ａを通って探触子１
の内、方位方向ｘにおける１番目の並びの振動子Ｐ₁₁，
Ｐ₂₁，Ｐ₃₁，Ｐ₄₁，Ｐ₅₁，Ｐ₆₁を一度に励振する（図３
中の（ａ２）参照）。これにより、各振動子Ｐ₁₁，…，
Ｐ₆₁から超音波信号が被検体８に向けて送信される。こ
の送信ビームは診断位置αを含み、しかもある広がりを
有する。

【００３０】一方、被検体内で反射された超音波信号は
探触子１に戻り、各振動子Ｐ₁₁，…，Ｐ₆₁にて超音波エ
コー信号が電圧信号に変換される（図３中の（ａ３）参
照）。しかし、いま各スイッチ回路３ａ，…，３ｆの各
スイッチング素子ａのみがオン状態になっているから、
方位方向ｘにおける１番目の並びの振動子Ｐ₁₁，…，Ｐ
₆₁の電圧信号のみが送受信部２に取り出され、プリアン
プ１３ａ，…，１３ｆで個別に増幅される。この増幅さ
れたエコー信号は、信号処理部５にてＡ／Ｄ変換器群１
５にて個別にデジタル信号に変換された後、メモリ１６
の所定領域に記憶される。

【００３１】このようにして、１番目の並びの振動子群
に対する導通時間Ｔが経過すると、スイッチング・コン
トローラ４は今度は、各スイッチ回路３ａ，…，３ｆの
各スイッチング素子ｂのみを所定時間Ｔだけ同時にオン
にする（図３中の（ｂ１）参照）。このため、今度は方
位方向ｘにおける２番目の並びの振動子Ｐ₁₂，…，Ｐ₆₂
が一度に励振され（図３中の（ｂ２）参照）、これらの
振動子Ｐ₁₂，…，Ｐ₆₂を通してエコー信号が受信される
（図３中の（ｂ３）参照）。

【００３２】以下、同様にして方位方向ｘにおける５番
目の並びの振動子Ｐ₁₅，…，Ｐ₆₅まで繰り返されると、
信号処理部５内の整相加算器１７は、メモリ１６内の記
憶データを読み出して、単独の診断位置αを焦点とする
整相加算を行う。つまり、受信後の演算によって、図４
に示すように焦点αに受信ビームを収束させるよう各デ
ータに遅延を掛け、加算する。このようにして得られた
加算値は、診断位置αのある時間における画像データで
あり、この画像データが表示部６の検波器２１を介して
フレームメモリ２２に記憶された後、所定タイミングで
読み出されてＴＶモニタ２４に表示される。

【００３３】上述のように探触子１の全振動子Ｐ₁₁，
…，Ｐ₆₅の駆動が終わると、スイッチング・コントロー
ラ４は再び方位方向ｘの１番目の並びの振動子Ｐ₁₁，
…，Ｐ₆₁を駆動させるべく、次の駆動サイクルに移行す
る。これにより、上述した動作が繰り返される。

【００３４】このように探触子１の全振動子Ｐ₁₁，…，
Ｐ₆₅を、方位方向ｘの並びを一つの群として分割し、そ
の群毎に駆動させることにより、送受信部２の送受信チ
ャンネル数が方位方向ｘの振動子数分だけあればよい。
このため、２次元アレイ構造の探触子２を駆動させる場
合でも、全振動子分の送受信チャンネル数だけ持たせる
場合に比べて全体の回路規模が著しく小さくなる。

【００３５】なお、上記実施例の構成をドプラ断層を含
むドプラ計測に適用する場合、計測位置は固定点となる
ため、又は、スライス厚を薄くする必要はないため、探
触子１の被検体８側にレンズ方向の集束を行う音響レン
ズを設置し、整相加算器１７は方位方向のみの集束を行
うように設定し、スイッチング・コントローラ４はスイ
ッチ回路３ａ，…，３ｆの各スイッチング素子ａ，…，
ｅを同時に導通させ、全振動子Ｐ₁₁，…，Ｐ₆₅を作動さ
せる。これにより、全振動子Ｐ₁₁，…，Ｐ₆₅からの音響
エネルギーが計測位置に集中し、エコー信号のエネルギ
ーも大きくなって、良好なＳ／Ｎ比で計測できる。

【００３６】また、上記実施例において、送信時に遅延
を掛けていないが、基準信号発生源１１とパルサ１２
ａ，…，１２ｅの間に遅延回路を個別に挿入し、それら
の回路の遅延時間を送信超音波信号が診断位置αを含み
且つ方位方向ｘに垂直な面に沿って集束するように設定
してもよい。これにより、診断位置αから反射する超音
波のエネルギーが上がり、サイドローブが減少して、Ｓ
／Ｎ比が良くなる。

【００３７】（第２実施例）続いて、図５〜図９に基づ
き第２実施例を説明する。この第２実施例は、単独の診
断位置αに対する整相加算の信号処理を方位方向ｘとレ
ンズ方向ｙに分けて行うものである。ここで、前述した
第１実施例と同一の構成要素には同一符号を付して、そ
の説明を簡略化又は省略する。

【００３８】図５に示す超音波診断装置の信号処理部３
０は、その入力側に第１の演算手段としての方位方向整
相加算器３１が設けられ、この整相加算器３１の出力側
にＡ／Ｄ変換器３２、メモリ３３、及び第２の演算手段
としてのレンズ方向整相加算器３４を備えている。つま
り、第１実施例で示した整相加算器を方位方向及びレン
ズ方向の２段に分けた構成となっている。Ａ／Ｄ変換器
３２及びメモリ３３が記憶手段を成す。

【００３９】方位方向整相加算器３１は、図６に示すよ
うに、送受信部２のプリアンプ１３ａ，…，１３ｆの出
力信号を個別に入力する一組（６個）の遅延回路３６
ａ，…，３６ｆと、この遅延回路３６ａ，…，３６ｆの
各出力信号を加算し、Ａ／Ｄ変換器３２に供給する加算
器３７とを備えている。遅延回路３６ａ，…，３６ｆの
各遅延時間は図７Ａの曲線上の所定点の値に設定されて
おり、これにより、方位方向ｘの振動子Ｐ_1y，Ｐ_2y，Ｐ
_3y，Ｐ_4y，Ｐ_5y，Ｐ_6y（ｙ＝１〜５）の受信超音波ビー
ムは図８Ａのように、演算上、方位方向ｘに垂直な面で
あって診断位置αを含む面に沿った指向性を有する。

【００４０】また、メモリ３３は、図９に示すように、
単一の診断位置αに対して方位方向ｘに１列、レンズ方
向ｙに５行、及び走査時間ｔの３次元のマトリクスを有
し、各方向のデータ記憶できる。

【００４１】レンズ方向整相加算器３４は、図６と同等
の回路構成をデジタル処理によって行うものである。つ
まり、デジタル処理に係る遅延回路の各遅延時間は図７
Ｂの曲線上の所定点の値に設定され、その指向性は図８
Ｂのように、演算上、レンズ方向ｙに垂直な面であって
診断位置αを含む面に沿った指向性を有する。

【００４２】その他の構成及びその動作は第１実施例と
同一である。

【００４３】この超音波診断装置において、探触子１の
方位方向ｘの振動子Ｐ_1y，…，Ｐ_6y（ｙ＝１〜５）毎の
受信信号が送受信部２から各々出力されると、それらの
受信信号は最初に方位方向整相加算器３１で異なる遅延
時間の遅延が掛けられ、加算される。これにより、振動
子Ｐ_1y，…，Ｐ_6yの並び毎に診断位置αを焦点として演
算上、超音波受信ビームが方位方向ｘで絞られ、診断位
置αの画像データが演算される。この画像データはＡ／
Ｄ変換器３２でアナログ信号からデジタル信号に変換さ
れ、メモリ３３の１番目の位置に格納される。以下、こ
れを振動子Ｐ_1y，…，Ｐ_6yの並び毎に繰り返し、１巡目
の走査が終わると、メモリ３３の１列のデータが埋ま
る。これらの１列の記憶データは今度はレンズ方向整相
加算器３４によって一度に読み出され、デジタル的に遅
延及び加算される。つまり、一度、方位方向整相加算器
３１により診断位置αを焦点として方位方向ｘで絞られ
た超音波の各ビームは、今度は、演算上、合算されてレ
ンズ方向ｙで絞られる。このため、レンズ方向整相加算
器３４の演算値に相当するビームは、図４と同様に診断
位置αを焦点とした３次元の形状を成し、その診断位置
αのエコーデータが高いＳ／Ｎ比で得られ、このエコー
データが表示部に送られる。

【００４４】このように、方位方向ｘには振動子の並び
毎の走査を行い、レンズ方向ｙには開口合成を行うこと
により、メモリ３３の容量が少なくて済む。

【００４５】なお、各整相加算器３１、３４の遅延時間
パターンを変更することにより、診断位置、即ち受信超
音波ビームの焦点位置を、被検体８の表面から任意の深
さ及び角度の位置に設定できる。

【００４６】（第３実施例）第３実施例を図１０に基づ
き説明する。この第３実施例は、診断位置のレンズ方向
ｙの位置は常に中心位置とする、即ちレンズ方向ｙには
偏向をかけない場合の例である。ここで、前述した第２
実施例と同一の構成要素には同一符号を付して、その説
明を簡略化又は省略する。

【００４７】このために、切換手段としてのスイッチ群
３８の各スイッチ回路３８ａ，…，３８ｆの夫々は、図
１０のように接続している。即ち、各スイッチ回路３８
ａ（…，３８ｆ）の探触子１側の端子数は３つとし、送
受信部２側の共通端子との間で任意に選択切換できるよ
うになっている。そして、レンズ方向ｙの並びの複数且
つ奇数個の振動子Ｐ_x1，Ｐ_x2，Ｐ_x3，Ｐ_x4，Ｐ_x5（ｘ＝
１〜６）の内、中心位置の振動子Ｐ_x3を単独に引き出
し、その両側の振動子Ｐ_x2，Ｐ_x4を並列に接続し、さら
に、その両側の振動子Ｐ_x1，Ｐ_x5を並列に接続し、それ
らの３つの引き出し端子をスイッチ回路の３つの入出力
端に接続したものである。なお、本第３実施例における
信号処理部３０のレンズ方向整相加算器３４は、ｙ方向
の中心位置にビームが集束する遅延時間パターンとして
いる。その他は第２実施例と同一の構成である。

【００４８】このように構成して、前述した各実施例と
同様に方位方向ｘの振動子毎に走査させる。これによ
り、１番目（ｙ＝１）の並びの振動子Ｐ_1y，…，Ｐ_6yを
駆動させるときは、５番目（ｙ＝５）の並びの振動子Ｐ
_1y，…，Ｐ_6yも同時に駆動し、２番目（ｙ＝２）の並び
の振動子Ｐ_1y，…，Ｐ_6yを駆動させるときは、４番目
（ｙ＝４）の並びの振動子Ｐ_1y，…，Ｐ_6yも同時に駆動
する。このため、方位方向ｘに対しては任意に偏向し、
レンズ方向ｙに対しては常に中心位置とした位置に、３
次元の受信ビームを集束させることができる。この場合
には、超音波の送受信回数を前記各実施例の場合に比べ
て全体で３／５に減るから、リアルタイム性が向上す
る。

【００４９】（第４実施例）第４実施例を図１１〜図１
４に基づき説明する。この第４実施例は、被検体内の任
意のスライス面、即ち２次元の診断位置α_xy（ここで
は、ｘ＝３，ｙ＝２とする）に対する整相加算の信号処
理を方位方向ｘとレンズ方向ｙに分けて行うものであ
る。ここで、前述した第１実施例と同一の構成要素には
同一符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。

【００５０】図１１に示す超音波診断装置の信号処理部
４０は、その入力側に第１の演算手段としての６個の方
位方向整相加算器４１ａ，…，４１ｆを備え、その出力
側にＡ／Ｄ変換器４２ａ，…，４２ｆ、メモリ４３、及
び第２の演算手段としてのレンズ方向整相加算器４４を
備えている。Ａ／Ｄ変換器４２ａ，…，４２ｆ及びメモ
リ４３は記憶手段を成す。

【００５１】方位方向整相加算器４１ａ，…，４１ｆの
夫々は、図１２に示すように、プリアンプ１３ａ，…，
１３ｆの出力信号を個別に入力する遅延回路４６ａ，
…，４６ｆと、この遅延回路４６ａ，…，４６ｆの出力
信号を加算する加算器４７とを備えている。この内、遅
延回路４６ａ，…，４６ｆの遅延時間は、受け持ちの診
断位置α_xyを含み且つに方位方向ｘに垂直な面に沿って
受信ビームを集束させるように設定されている。この遅
延時間のパターンとしては、例えば図１３Ａのようであ
る。

【００５２】この方位方向整相加算器４１ａ，…，４１
ｆの各出力信号は、対応するＡ／Ｄ変換器４２ａ（…，
４２ｆ）によりデジタル信号に変換され、メモリ４３に
記憶される。メモリ４３は、診断位置α_xyの数、レンズ
方向の振動子数、及び時間軸の３次元のエコーデータを
格納できる。

【００５３】さらに、レンズ方向整相加算器４４は、図
１２と同等の遅延、加算の回路構成をデジタル処理によ
って行うものである。つまり、このデジタル処理に係る
遅延回路の遅延時間も設定され、診断位置α_xyを含み且
つにレンズ方向ｙに垂直な面に沿って受信ビームを集束
させるように設定されている。図１３Ｂに遅延時間パタ
ーンの例を示す。

【００５４】その他の構成は、第１実施例と同一であ
る。

【００５５】このため、送受信部２を駆動して得られる
受信信号は、まず、方位方向整相加算器４１ａ，…，４
１ｆにて個別に整相加算され、図１４Ａに示すような受
信ビームが演算上、形成される。このビーム形成に伴う
エコーデータはデジタル信号に変換されてメモリ４３の
所定位置に各々格納される。探触子１を所定時間駆動
し、メモリ４３の全領域が埋まると、それらの格納デー
タはレンズ方向整相加算器４４から読み出され、診断位
置α_xyに個別に対応して整相加算が実施される。これに
より、既に方位方向ｘに垂直な面に沿って絞られた受信
ビームは、図１４Ｂに示す如くレンズ方向ｙに垂直な面
に沿って受信ビームが絞られるから、各診断位置α_xyに
対する受信ビームは３次元に絞られる。これにより、被
検体内の２次元スライス面を高いリアルタイム性を保持
した状態で走査できる。

【００５６】また、この実施例では送信時に遅延を掛け
ていないから、送信超音波信号は探触子１の方位方向ｘ
に広がったビームとなり、一回の送信で複数の診断位置
α_xy全部に超音波が到達する。このため、送信に要する
時間を節約でき、リアルタイム性を向上させる。

【００５７】なお、上述した第４実施例では、整相加算
器の数を変えることにより、スライス面内の診断位置α
_xyの数を容易に変えることができる。また、同一の整相
加算器を用いた場合でも、遅延時間パターンを変えるこ
とにより、診断したい位置を容易に変更できる。さら
に、方位方向ｘ又はレンズ方向ｙに複数個の診断位置が
並んだ場合にも整相加算器の数を変更するのみで容易に
対処できる。

【００５８】一方、上述した第４実施例の信号処理部４
０を全てデジタル化すると、図１５のようになる。つま
り、このデジタル化に係る信号処理部５０は、送受信部
２のプリアンプ１３ａ，…，１３ｆの出力信号を個別に
デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５１ａ，…，５１
ｆと、このＡ／Ｄ変換器５１ａ，…，５１ｆの変換信号
を格納する第１のメモリ５２と、このメモリ５２の格納
データを読み出して方位方向の整相加算を行う方位方向
整相加算器５３と、この加算器５３の加算データを記憶
する第２のメモリ５４と、このメモリ５４の格納データ
を読みだしてレンズ方向の整相加算を行うレンズ方向整
相加算器５５とを備えている。両方の整相加算器５３、
５５は、複数の診断位置に応じて整相加算を時分割によ
り行うことにより、第４実施例と同等の作用を得る。こ
こで、Ａ／Ｄ変換器５１ａ，…，５１ｆ、第１のメモリ
５２、及び方位方向整相加算器５３が第１の演算手段を
成し、第２のメモリ５４が記憶手段を形成し、さらにレ
ンズ方向整相加算器５５が第２の演算手段を形成する。

【００５９】なお、前記各実施例における方位方向及び
レンズ方向の整相加算器は、遅延回路と加算器のみで構
成する場合を示したが、この構成に被検体内の診断深さ
に応じて開口を経時的に変える構成を付加してもよい。
つまり、図１６に示すように、整相加算器６０は受信エ
コー信号を入力する複数の遅延回路６１ａ，…，６１ｆ
と、この遅延回路６１ａ，…，６１ｆの出力側に個別に
設けられた重み付け回路６２ａ，…，６２ｆと、この重
み付け回路６２ａ，…，６２ｆの出力信号を加算する加
算器６３とを備えている。遅延回路６１ａ，…，６１ｆ
は、深さ設定回路６５から出力される制御信号ＤＲに応
じて遅延時間を変更できる。また、重み付け回路６２
ａ，…，６２ｆは、制御信号ＤＲに応じて重み係数を変
更でき、それらの重み係数は方位方向ｘ又はレンズ方向
ｙの各振動子位置に対応している。深さ設定回路６５は
深さ情報発生手段を成すもので、基準信号発生器６６が
出力する基準パルス信号を利用して制御信号を形成し、
その制御信号ＤＲを出力すると共に、送受信部に励振用
のパルス信号を送る。そこで、診断深さが深い場合に
は、重み付け回路６２ａ，…，６２ｆの重み係数を例え
ば図１７中の曲線ＣＡのように設定することにより開口
面積を広く設定できる。また、診断深さが浅い場合に
は、それらの重み係数を例えば図１７中の曲線ＣＢのよ
うに設定することにより開口面積を狭くできる。これに
より、受信ビームの焦点位置に応じて開口面積を制御
し、受信ビームのサイドローブを抑圧できると共に、診
断時には、診断したい深さが異なっても常に良好な指向
性をもった受信領域を設定できる。

【００６０】なおまた、前記実施例において整相加算の
処理を行う場合、最初に方位方向ｘについて実施し、そ
の後、レンズ方向ｙについて実施する構成としたが、反
対の順序で実施するようにしてもよい。

【００６１】（第５実施例）さらに、図１８に基づき第
５実施例を説明する。図１８は本発明に係る超音波診断
装置の第５実施例を示す構成図である。図中、振動子７
０はレンズ方向ｙに配列された複数の単位振動子ｙａ，
ｙｂ，ｙｃ…及び方位方向ｘに配列された複数の単位振
動子ｘａ，ｘｂ，ｘｃ…から成る２次元アレイから構成
されている。各振動子にはスイッチＳＷ₁，ＳＷ₂，Ｓ
Ｗ₃…が接続され、各スイッチは共通の１つのラインに
接続されている。これら各スイッチはコントローラ７１
の制御の基に常にいずれか１つのみが選択的にオンする
ように制御される。

【００６２】図中、符号７２は基準信号発生源、符号７
３は基準信号を増幅してスイッチを介して１つの振動子
を選択的に駆動するパルサである。符号７４は駆動され
た振動子から被検体に対して超音波が送波され、同一振
動子で受波されたエコー信号を増幅するプリアンプ、符
号７５はエコー信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器、符号７６は受信エコー信号に対応したデジタルの
エコーデータを順次記憶するメモリである。符号７７は
全ての振動子による送受波が行われた後、各々得られた
エコーデータに遅延を掛けて整相加算を行って画像を再
構成する画像再構成回路、符号７８は画像再構成回路７
７から出力されるＲＦ信号を検波する画像検波回路、符
号７９は再構成画像を表示するディスプレイである。

【００６３】次に本実施例の作用を説明する。

【００６４】予めコントローラ７１の制御に基いて各ス
イッチが選択的にオンされることにより、２次元アレイ
を構成しているｘ列及びｙ列の各振動子は順次パルサ７
３によって駆動され、被検体に対して超音波の送受波が
行われる。順次受波されたエコー信号はデジタル信号に
変換された後、メモリ７６にエコーデータとして記憶さ
れる。このようにして記憶されたエコーデータは画像再
構成回路７７によって取り出され、整相加算により画像
再構成が行われる。再構成画像は画像検波回路７８によ
って検波された後、ディスプレイ７９に表示される。

【００６５】この実施例によれば、各振動子に駆動電圧
を印加し且つ受信されたエコー信号を処理する送受信回
路を１系統設けるだけで画像再構成を行うことができ
る。このため、回路規模を増大させることなく画像再構
成の高分解能化を図ることができる。

【００６６】また本実施例では、振動子によって得られ
る画像の全てを得るのに要する超音波の送受信回数は振
動子の数だけ行えばよい。一般に画像の滑らかさを確保
することから、画像の走査線は振動子数よりも多いた
め、これによってリアルタイム性を向上させることがで
きる。特に、本実施例は体表付近の部位の診断に適用し
て効果的である。

【００６７】なお、上記各実施例はリニア走査法、セク
タ走査法、コンベックス走査法のいずれにも適用でき
る。

【００６８】

【発明の効果】請求項１記載の発明に係る超音波診断装
置は、２次元アレイを構成している複数の振動子を、任
意の振動子毎に送受波させるようにしたため、送受信の
回路規模を増大させることなく、画像の高分解能化を図
ることができる。

【００６９】また請求項２、３記載の発明に係る超音波
診断装置では、切換指令手段が指令した探触子の振動子
群（例えば方位方向の並びの複数の振動子から成る）毎
に、その複数の振動子と送受信手段とを切換手段が同時
に切換接続し、この切換を繰り返しながら超音波の送受
信を行って受信データを記憶手段に記憶し、一巡の走査
が終わった時点で、記憶データから整相加算によって画
像データを生成するようにした。このため、整相加算を
診断位置からの距離に応じて実施することにより、受信
超音波ビームを演算上で３次元に集束させることがで
き、ビームを振って３次元画像を得ることが可能とな
り、さらにビームを細くして良好な指向性を作り出すこ
とができる一方で、振動子群毎に送受信を行うことによ
って、全振動子を個別に送受信する場合に比べ、送受信
の回数を格段に減らすことができ、良好なリアルタイム
性を確保でき、さらに、送受信チャンネル数も比較的少
なくて済むから、装置のコンパクトさを維持できる。ま
た、群毎に複数の振動子が一度に超音波を送信すること
から、反射波のエネルギーも上がり、Ｓ／Ｎ比も向上す
る。

【００７０】さらに請求項４〜８記載の発明に係る超音
波診断装置では、切換指令手段が指令した、方位方向又
はレンズ方向の並びに複数の振動子毎に、それらの振動
子と送受信手段とを切換手段が切り換え、接続し、この
切換・接続を繰り返しながら例えば最初に方位方向の整
相加算を第１の演算手段で行って、その演算データを記
憶手段に記憶し、この一連の記憶データに基づき今度は
第２の演算手段で例えばレンズ方向の整相加算を行う構
成とした。このため、第２の演算手段の演算データは、
超音波受信ビームを方位方向、レンズ方向、及び深さ方
向の３次元に集束させたときの画像データとなるから、
容易に３次元の超音波画像を再構成することができると
共に、受信ビーム形成のための整相加算を２段階で行う
ため、その中間の記憶手段の容量が格段に少なくて済む
から、装置の大形化を防止でき、且つ、整相加算に要す
る演算回数も、全ての整相加算を一括して行う場合に比
べて少なくなり、リアルタイム性の確保に寄与できる。

【００７１】この内、とくに、請求項５、６記載の発明
では、全振動子の一回の駆動によって複数の診断位置の
画像データを同時に生成でき、被検体内のスライス面の
画像も容易に得られる。また、請求項７、８記載の発明
では、被検体の診断深さを経時的に変化させる場合で
も、その深さに合わせて焦点及び開口面積を調整でき、
常に良好な指向性のビーム領域を使った診断を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る超音波診断装置のブ
ロック図。

【図２】スイッチ回路の構成を示す機能回路図。

【図３】方位方向の振動子群毎の送受信タイミングを示
すタイミングチャート。

【図４】３次元の方向に集束した受信ビームの形状を示
す説明図。

【図５】本発明の第２実施例に係る超音波診断装置のブ
ロック図。

【図６】整相加算器の構成を示すブロック図。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は夫々、単一診断位置に対する
方位方向、レンズ方向の遅延時間パターンを示すパター
ン図。

【図８】（Ａ），（Ｂ）は夫々、単一診断位置に対する
方位方向、レンズ方向の受信ビームの形状を示す形状
図。

【図９】メモリの構成例を示す概念図。

【図１０】本発明の第３実施例に係る超音波診断装置の
ブロック図。

【図１１】本発明の第４実施例に係る超音波診断装置の
ブロック図。

【図１２】整相加算器の構成を示すブロック図。

【図１３】（Ａ），（Ｂ）は夫々、複数診断位置に対す
る方位方向、レンズ方向の遅延時間パターンを示すパタ
ーン図。

【図１４】（Ａ），（Ｂ）は夫々、複数診断位置に対す
る方位方向、レンズ方向の受信ビームの形状を示す形状
図。

【図１５】第４実施例の変形例に係る超音波診断装置の
信号処理部のブロック図。

【図１６】本発明の応用実施例に係る整相加算器のブロ
ック図。

【図１７】診断深さの大小に対応した重み係数の違いを
説明する説明図。

【図１８】本発明の第５実施例に係る超音波診断装置の
ブロック図。

【図１９】１次元アレイ構造の従来の探触子の概略を示
す斜視図。

【図２０】２次元アレイ構造の従来の探触子の概略を示
す斜視図。

【符号の説明】

１探触子Ｐ_xy 振動子２送受信部３スイッチ回路群３ａ，…，３ｆスイッチ回路４スイッチング・コントローラ５信号処理部６表示部１５Ａ／Ｄ変換器群１６メモリ１７整相加算器３０信号処理部３１方位方向整相加算器３２Ａ／Ｄ変換器３３メモリ３４レンズ方向整相加算器３６ａ，…，３６ｆ遅延回路３７加算器３８スイッチ回路群３８ａ，…，３８ｆスイッチ回路４０信号処理部４１ａ，…，４１ｆ方位方向整相加算器４２ａ，…，４２ｆＡ／Ｄ変換器４３メモリ４４レンズ方向整相加算器４６ａ，…，４６ｆ遅延回路４７加算器５０信号処理部５１ａ，…，５１ｆＡ／Ｄ変換器５２第１のメモリ５３方位方向整相加算器５４第２のメモリ５５レンズ方向整相加算器６０信号処理部６１ａ，…，６１ｆ遅延回路６２ａ，…，６２ｆ重み付け回路６３加算器６５深さ設定回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に対して超音波を送波し、受波さ
れたエコー信号に基いて超音波画像を再構成する超音波
診断装置において、２次元方向に配列された複数の振動
子と、任意の振動子と送受信回路との接続を切り換える
切換手段と、受信されたエコーデータを順次記憶する記
憶手段と、記憶されたエコーデータを加算して超音波画
像を再構成する手段とを備えたことを特徴とする超音波
診断装置。
【請求項２】被検体に対して超音波を送信し、受信さ
れた超音波エコー信号に基いて超音波画像を再構成する
超音波診断装置において、電気信号と超音波信号とを双
方向に変換可能な複数の振動子を方位方向及びレンズ方
向の２次元に配列した構造を有した探触子と、この探触
子の各振動子を励振するための電気信号を出力し且つ各
振動子が変換した電気信号を入力可能な送受信手段と、
上記探触子の全振動子を複数の群に分割し、その分割し
た群毎に振動子の切換を指令する切換指令手段と、この
切換指令手段が指令した振動子群と上記送受信手段とを
電気的に接続する切換手段と、前記送受信手段が得た、
上記全振動子分の超音波エコー信号に対応する電気信号
を記憶する記憶手段と、前記被検体内の診断位置に超音
波エコー信号が集束するように、前記記憶手段の記憶デ
ータに遅延を掛けて加算する演算手段と、この演算手段
の演算値に応じて超音波画像を表示する表示手段とを備
えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】前記切換指令手段は、前記探触子の方位
方向の並びに配設された複数の振動子を１つの群として
指令する請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】被検体に対して超音波を送信し、受信さ
れた超音波エコー信号に基いて超音波画像を再構成する
超音波診断装置において、電気信号と超音波信号とを双
方向に変換可能な複数の振動子を方位方向及びレンズ方
向の２次元に配列した構造を有した探触子と、この探触
子の各振動子を励振するための電気信号を出力し且つ各
振動子が変換した電気信号を入力可能な送受信手段と、
上記探触子の全振動子を方位方向又はレンズ方向の振動
子の並びに予め分割しておき、その分割した並び毎に振
動子の切換を指令する切換指令手段と、この切換指令手
段が指令した並びの振動子と上記送受信手段とを電気的
に接続する切換手段と、前記被検体内の診断位置を焦点
として含み且つ前記方位方向及びレンズ方向の内の一方
に直交する面に沿って超音波エコー信号が集束するよう
に、前記送受信手段が同時に得た電気信号群を遅延させ
て加算する第１の演算手段と、この第１の演算手段の演
算値を記憶する記憶手段と、前記被検体内の診断位置を
焦点として含み且つ前記レンズ方向及び方位方向の内の
他方に直交する面に沿って超音波エコー信号が集束する
ように、上記記憶手段の記憶データ群を遅延させて加算
する第２の演算手段と、この第２の演算手段の演算値に
応じて超音波画像を表示する表示手段とを備えたことを
特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】前記第１の演算手段は、前記送受信手段
が得た電気信号群に、異なる複数パターンの遅延時間を
与えてパターン毎に加算する手段である請求項４記載の
超音波診断装置。
【請求項６】前記第２の演算手段は、前記記憶手段の
記憶データ群に、異なる複数パターンの遅延時間を与え
てパターン毎に加算する手段である請求項４記載の超音
波診断装置。
【請求項７】経時的に変化する診断深さ情報を発生す
る深さ情報発生手段を備える共に、前記第１、第２の演
算手段は、上記深さ情報発生手段の発生情報に応じて遅
延時間を変更可能な回路を含むことを特徴とした請求項
４記載の超音波診断装置。
【請求項８】経時的に変化する診断深さ情報を発生す
る深さ情報発生手段を備える共に、前記第１、第２の演
算手段は前記探触子の受波時の開口面積を変更可能な重
み係数を乗じる回路を含み且つその回路は上記深さ情報
発生手段の発生情報に応じて重み係数を変更可能である
ことを特徴とした請求項４記載の超音波診断装置。