JPH05200027A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】焦点距離において広範囲にわたり高い解像度の
断層画像を得られる超音波診断装置を提供する。 【構成】超音波パルスの送信及び受信の際に、超音波探
触子２０を構成する複数個の振動素子の各々に所定の遅
延時間を与える。これによって、各振動素子ごとに別個
の焦点を設定し、さらに各々の焦点の焦点距離を連続的
に変化させることにより、広範囲にわたって高い解像度
の断層画像が得られる。また、１組の受信回路で回路を
構成することができるので、簡易な回路構成でかつ、高
品位な断層画像を得ることができる超音波診断装置を実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体に超音波を送受
信し、受信された反射波に基づき超音波断層画像を得る
超音波診断装置であって、特に電子フォーカス制御の超
音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の振動子を有する超音波探
触子により超音波を送受信し、断層画像を得る超音波診
断装置において、複数の振動子から送信される超音波ビ
ームは１点で集束するよう制御されていた。

【０００３】図４で説明すると、直線状に配列された振
動子列１０は１０-1ないし１０-32の３２個の振動素子
を有している。この振動子列１０から距離Ｓ0 の点Ｆ0
に超音波ビームを集束させる場合、中心付近の振動素子
１０-16 ，１０-17 から点Ｆ0 までの距離Ｓ0 と、端部
の振動素子１０-1，１０-32 から点Ｆ0 までの距離Ｓ1
との経路差が生じる。この経路差Ｓ1 −Ｓ0 により生じ
る超音波の到達時間の差を予め各振動素子の超音波パル
スの送信タイミングの遅延時間（ｔｄ）として設定する
ことにより、点Ｆ0 において超音波パルスの位相が揃い
焦点が結ばれる。図５に示すように焦点（Ｆ0 ）までの
距離の長い端部の振動素子に対し、中心付近の振動素子
の超音波の送信タイミングを遅くし、またこの中間の各
振動子についても焦点（Ｆ0 ）までの距離に応じて送信
タイミングを遅らせることで、超音波パルスが点Ｆ0 に
到達した際に位相が揃い点Ｆ0 を焦点とすることができ
る。

【０００４】また、受信においても点Ｆ0 からの反射波
が各振動素子に到達する時間に時間差が生じる。この時
間差を補正し、位相を揃えるように図６に示す遅延回路
１１を設けている。しかし、このような焦点の設定をし
た場合、焦点（Ｆ0 ）付近では高い解像度が得られる
が、焦点（Ｆ0 ）から離れた部分で十分な解像度が得ら
れず、広範囲にわたり良好な超音波断層画像を得ること
ができなかった。

【０００５】この欠点を改良するため、つまりより広い
範囲で超音波ビームを集束させるために、送信ダイナミ
ックフォーカスあるいは受信ダイナミックフォーカスが
用いられている。

【０００６】送信ダイナミックフォーカスは、焦点距離
に応じて各振動子の送信タイミングの遅延時間を変化さ
せる方法である。図７に示した点Ｆ0 より遠い点Ｆ1 に
超音波ビームを集束させる場合には、端部の振動素子と
中央付近の振動素子から点Ｆ1 までの経路差は点Ｆ0 の
場合より小さくなるため遅延時間も少なくする。つま
り、焦点を点Ｆ0 にする場合の遅延時間を示す曲線（遅
延時間曲線）を１０１とすれば、焦点を点Ｆ1 にする遅
延時間曲線は１０２で示される。逆に、焦点を点Ｆ0 よ
り近い点Ｆ2 にする場合は遅延時間を大きくし遅延時間
曲線を１０３とする。

【０００７】このように超音波パルスの送信の遅延時間
を変化させることにより、焦点距離を変化させることが
可能となる。そして、設定した焦点に応じた遅延時間曲
線に基づき超音波パルスを送信する。そして設定した焦
点各々について超音波パルスを送信し、異なる複数の領
域のデータを合成することにより１本の走査データを得
る。例えば、図７においては設定した３つの焦点Ｆ0,Ｆ
1,Ｆ2 の各々について超音波パルスの送信を別個に行
い、領域Ｎについては焦点Ｆ1 にて送信したデータを、
領域Ｍについては焦点Ｆ0 にて送信したデータを、領域
Ｆについては焦点Ｆ2 にて送信したデータを用い、これ
らを合成することにより走査データを得る。そして、よ
り広い範囲で解像度の高い良好な超音波断層画像が得ら
れる。

【０００８】受信ダイナミックフォーカスは、受信波に
与える遅延時間を焦点距離に応じて変化させ、超音波断
層画像を得る方法である。図７により説明すると、送波
は点Ｆ0 にて集束するように超音波パルスの遅延時間を
設定し送信する。受波時には、領域Ｎでは焦点が点Ｆ2
となるように、領域Ｍでは焦点が点Ｆ0 となるように、
領域Ｆでは焦点が点Ｆ1 となるように遅延時間を設定
し、受信する。このとき、領域によって反射波の到達時
間が変化する。すなわち、より近い領域Ｎからの反射波
が最も早く到達し、次に領域Ｍさらに遅れて領域Ｆより
の反射波が受信される。この反射波の到達時間の差を利
用し、受信ダイナミックフォーカスにおいては、１回の
送信で到着時間に応じて遅延時間の設定値を順次変化さ
せ、１本の走査データを得ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のような送信ダイ
ナミックフォーカスを行った場合は、各焦点ごとに超音
波パルスを送信する必要が生じる。つまり、１本の走査
データを得ようとした場合設定した焦点の数だけ超音波
パルスの送受を行う必要が生じ、１枚の超音波断層画像
を形成するのに要する時間が長くなる。このフレームレ
ートの低下は、リアルタイムに表示させる場合、動きが
断続的となり不自然な画像となるという問題があった。

【００１０】また、受信ダイナミックフォーカスによる
場合、送信ダイナミックフォーカスの場合のようにフレ
ームレートの低下は生じないが、各振動素子の受信遅延
時間を焦点位置に応じて切り換える必要が生じる。しか
も、焦点距離の差による反射波の到達時間の差を利用
し、受信回路の遅延時間の設定を変えて受信するために
受信回路が少なくとも２組必要となる。つまり、第１の
受信回路で反射波を受信している間に第２の受信回路の
遅延時間を設定し、そして第２の受信回路で受信してい
る間に第１の受信回路の遅延時間の設定するという動作
を繰り返すことになる。したがって、受信ダイナミック
フォーカスを行うためには回路構成素子が増加するとい
う問題があった。

【００１１】さらに、受信ダイナミックフォーカスにお
いては、送信時の焦点は変化させないため、この焦点以
外の点においては十分に解像度を上げることができない
という問題があった。

【００１２】本発明は前述の問題を解決するためになさ
れたもので、フレームレートを下げることなく、また簡
易な回路構成により、広い範囲にわたって高い解像度の
超音波断層画像を得ることのできる超音波診断装置を得
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波診断
装置においては、超音波パルスの送信及び受信の遅延時
間を各振動素子ごとに設定することにより各々の振動素
子が異なった焦点距離を有している。

【００１４】または、超音波パルスの送信の遅延時間を
各振動子ごとに設定することにより各々の振動素子が異
なった焦点距離を有し、前記焦点距離に応じて受信時の
振動子の開口径を変化させる。

【００１５】

【作用】各振動素子ごとに異なった焦点距離を有するよ
うにしたので、広い範囲にわたり高い解像度の画像を得
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき
説明する。

【００１７】図１に本実施例の超音波探触子の模式図を
示す。探触子２０は２０-1から２０-32 までの３２個の
振動素子からなっている。最も内側の振動素子２０-16
と２０-17 とはその焦点距離が最近傍点Ｇ16になるよう
に設定されており、外側の振動子になるにつれ順次焦点
距離が遠くなり最も外側の振動素子２０-1と２０-32で
は最遠方点Ｇ1 に設定されている。

【００１８】したがって、各振動素子から各々の焦点ま
での距離は異なり、超音波の到達に要する時間も各々異
なる。これらの焦点距離の設定は、各振動素子の超音波
パルスの送信の遅延時間と受信の遅延時間の設定で行
う。つまり、送信の場合は、各焦点において対応する振
動素子からの超音波パルスが同時に到達するよう各振動
素子の送信遅延時間を設定する。また、受信の場合に
は、各焦点において同時に反射した超音波パルスを受信
するよう各振動素子の遅延時間を設定する。

【００１９】たとえば、図１のように探触子２０の中央
を原点とし、振動素子の並ぶ方向をｙ軸、これと直行す
る方向をｘ軸とする。そして、焦点Ｇi を作るｉ番目と
（33−ｉ）番目の振動素子の遅延時間をτi は、

【数１】 ここで、ｘi は焦点Ｇi のｘ座標、ｙi はｉ番目の振動
素子のｙ座標、ｘ1 は最遠の焦点のｘ座標、ｙ1 は端部
の振動素子のｙ座標、ｖは音速を示す。

【００２０】仮に、各振動素子間の距離をｄ、各焦点
（Ｇ1 〜Ｇ16）が等間隔ａであり、最遠の焦点距離がＡ
の場合、前記ｘi,ｙi,に次の値を代入し遅延時間を求め
ることができる。

【００２１】

【数２】 このときの各振動素子の遅延時間の一例を示したのが図
２である。単一の焦点とした場合の各振動素子の遅延時
間が１０１で示され、本発明により各振動素子ごとに焦
点距離を変化させた場合の遅延時間が２０１で示され
る。

【００２２】次に本発明に係る他の実施例を示す。本実
施例は送信は前述の実施例と同様に、各振動素子ごとに
焦点を設定し超音波パルスを送信する。一方、受信につ
いては可変口径法を用いる。可変口径法とは、振動子に
近い部分での分解能は振動子の口径により決まることに
着目し、焦点距離によって振動子の口径を変化させ解像
度の向上を図るものである。

【００２３】図３に示すように探触子に近い領域からの
反射波を受信する場合はすべての振動素子により受信す
るのではなく、探触子の中央付近の振動素子により受信
し、解像度の向上を図っている。図３では開口径を１／
２にした場合を示している。以上のように前述の実施例
においては、各焦点が等間隔で設定されている場合を示
したが、焦点距離はこのように設定される必要はなく注
目する点付近を密に、それ以外を疎にすることも可能で
ある。

【００２４】また、前述の実施例において３２個の振動
素子により構成される探触子を有する超音波診断装置に
ついて説明したが、振動素子の数はこれに限定されるも
のではなく、これより多くの振動素子からなる場合、こ
れより少ない振動素子からなる場合についても、本発明
は実施可能である。

【００２５】さらに、前述の実験例において、リニア型
の探触子について説明したがコンベックス型、電子セク
タ型など遅延時間を設定するすべての探触子について応
用可能である。

【００２６】前述の実施例では、送受信の両方に本発明
を実施したが、送信のみ、あるいは受信のみでも効果を
生じる。

【００２７】また前述の実施例では受信時に可変口径法
を用いたが、これに限らず受信遅延時間可変、受信開口
可変で行う受信ダイナミックフォーカス方式のときも効
果を生じる。

【００２８】更に、前述の実施例では送信と受信の遅延
時間を同じとしているが、これを送信と受信とで異なる
遅延時間とすることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように各振動素子ごとに異なった
焦点を設定したことにより、探触子からの距離において
広い範囲で高い解像度を得ることが可能である。また、
送信ダイナミックフォーカスのごとく、１本の走査デー
タを得る場合に複数回の超音波パルスの送受信を行う必
要がなく、１回の送受信にて１本の走査データを得るこ
とができフレームレートの高い画像を得ることが可能と
なる。さらに、受信ダイナミックフォーカスを行わない
ので受信回路を増加することなしに広い範囲で高い解像
度を得ることができる。

【００３０】以上のように、本発明によれば受信回路の
増加を伴わず、またフレームレートを落とさずに高い解
像度で、動きの滑らかな良好な画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波診断装置の説明図である。

【図２】各振動素子に与える遅延時間の一例を示した図
である。

【図３】可変口径法の説明図である。

【図４】従来の超音波診断装置の説明図である。

【図５】従来の超音波診断装置の説明図であり、超音波
パルスの送信遅延時間の説明図である。

【図６】従来の超音波診断装置の説明図であり、超音波
パルスの受信遅延時間の説明図である。

【図７】送信ダイナミックフォーカス法及び受信ダイナ
ミックフォーカス法の説明図である。

【符号の説明】

１１ 遅延回路 ２０ 超音波探触子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の振動素子で構成された探触子によ
   り超音波パルスを送信し、被検体より反射した前記超音
   波パルスの反射波を受信し、受信された反射波に基づき
   超音波断層画像を得る超音波診断装置において、 各振動素子ごとに超音波パルスの送信及び受信の所定の
   遅延時間を設定することにより各々の振動素子が異なっ
   た焦点距離を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】複数個の振動素子で構成された探触子によ
   り超音波パルスを送信し、被検体より反射した前記超音
   波パルスの反射波を受信し、受信された反射波に基づき
   超音波断層画像を得る超音波診断装置において、 各振動子ごとに超音波パルスの送信の所定の遅延時間を
   設定することにより各々の振動素子が異なった焦点距離
   を有し、前記焦点距離に応じて受信時の振動子の開口径
   を変化させることを特徴とする超音波診断装置。