JPH05269126A - 超音波送受波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、選択的に特定の方位或いは深
度の少なくとも一方の反射チャープ超音波を検出するこ
とのできる超音波送受波装置を得る。 【構成】 超音波送受波装置１は、チャープ超音波を送
受波する振動子ユニット２と、この振動子ユニット２で
の受波の所望指向角に応じた制御信号を発生する角度信
号発生器５と、この角度信号発生器５からの制御信号に
基づいて時間と共に大きさが変化する所定の電圧信号ｖ
（ｔ）を発生する任意電圧発生器６と、この任意電圧発
生器６からの電圧信号ｖ（ｔ）により時間と共に周波数
の変化するチャープ信号を発生するＶＣＯ７と、このＶ
ＯＣ７からのチャープ信号を増幅し前記振動しユニット
に供給する送信アンプ８と、前記振動子ユニット２から
の所望指向角の受波信号ｇ（ｔ）を出力する減算器９と
を備えて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数変化の仕方を変
えたチャープ超音波を用いた超音波送受波装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動子を用いて、生体
内に超音波パルスを送波し、生体組織で反射したエコー
を、再び超音波振動子で受波して、電気信号に変換し、
これを処理して生体中の断層像を形成、表示する超音波
診断装置が種々利用されている。

【０００３】さらに、最近では、一定の時間幅中にリニ
アに瞬時周波数の変化するチャープ波を送波して、その
エコー信号と送波したチャープ波形との相互相関をとる
ことにより受信エコー信号を圧縮し、距離分解能を高め
ると共に、感度を向上させようとする試みも研究されて
いる。

【０００４】又、従来の超音波診断装置においては、方
位方向の分解能を持たせるためにアレイ化された振動素
子からの信号に遅延を与えることで電子的に焦点を形成
するように構成されていた。

【０００５】また、空間分解能を向上させるために、各
深度に対応して焦点を形成する一般に”ダイナミックフ
ォーカス”と呼ばれる技術が多くの診断装置で多用され
るようになってきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】この種の超音波診断
装置では、振動素子の数が例えば１２８個と多く、ビー
ム合成するための振動子切り換えのための切り換え回路
や遅延回路がかなり複雑になる欠点があった。

【０００７】また、探触子の部分と受信回路の間には振
動素子の数と同じだけの信号線が必要となり、そのため
探触子ケーブルの外径が太くなり、十分な操作性が得ら
れないといった欠点があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、上記事情に鑑みてなされたも
のであり、簡単な構成で選択的に特定の方位或いは深度
の少なくとも一方の反射チャープ超音波を検出すること
のできる超音波送受波装置を提供することを目的として
いる。

【０００９】

【問題点を解決する手段】本発明の超音波送受波装置
は、異なるチャープ信号を発生するチャープ信号発生手
段と、このチャープ信号発生手段からのチャープ信号に
基づいて広範囲の角度にチャープ超音波を発生する送信
用振動子と、前記チャープ超音波の反射波である反射チ
ャープ超音波の位相波面と極性が一致するように漸近的
に配列された複数の受信用振動子とを備えている。

【００１０】

【作用】前記送信用振動子によって、前記チャープ信号
発生手段からのチャープ信号に基づいて広範囲の角度に
チャープ超音波を発生させ、漸近的に配列された前記複
数の受信用振動子の位置と前記反射チャープ超音波の位
相波面とが一致することで選択的に特定の方位或いは深
度の少なくとも一方の反射チャープ超音波を検出する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて述べる。

【００１２】図１ないし図７は本発明の一実施例に係わ
り、図１は超音波送受波装置の構成を示す構成図、図２
は受波の所望指向角と各信号波形の関係を説明する説明
図、図３はチャープ超音波の波形と方位指向特性の関係
を示す説明図、図４は深度に対応してそれぞれ焦点を結
ぶ超音波送受波装置のダイナミックフォーカスを説明す
る説明図、図５は深度に対応して任意電圧発生器が発生
する電圧信号特性図、図６は超音波送受波装置１を用い
た円周走査式の第１の超音波診断装置の概略の構成を示
す構成図、図７は超音波送受波装置１を用いた円周走査
式の第１の超音波診断装置の概略の構成を示す構成図で
ある。

【００１３】図１に示すように、本実施例の超音波送受
波装置１は、チャープ超音波を送受波する振動子ユニッ
ト２と、この振動子ユニット２での受波の所望指向角に
応じた制御信号を発生する角度信号発生器５と、この角
度信号発生器５からの制御信号に基づいて時間と共に大
きさが変化する所定の電圧信号ｖ（ｔ）を発生する任意
電圧発生器６と、この任意電圧発生器６からの電圧信号
ｖ（ｔ）により時間と共に周波数の変化するチャープ信
号を発生する電圧制御発振器（以下、ＶＣＯと記す。）
７と、このＶＯＣ７からのチャープ信号を増幅し前記振
動しユニットに供給する送信アンプ８と、前記振動子ユ
ニット２からの所望指向角の受波信号ｇ（ｔ）を出力す
る減算器９とを備えて構成されている。

【００１４】前記振動子ユニット２は、送信アンプ８に
より増幅されたチャープ信号ｓ（ｔ）により、広範囲な
角度でチャープ超音波を発生する無指向性のビーム特性
を持つ送信用振動子３と、漸近的、すなわち素子間隔が
漸次広がるように交互に配置されている複数の正極性振
動子４ａ及び負極性振動子４ｂとから構成され、前記複
数の正極性振動子４ａはまとめて信号線１１に結線され
前記減算器９のプラス入力端子に接続され、負極性振動
子４ｂはまとめて信号線１０に結線され前記減算器９の
マイナス入力端子に接続されている。

【００１５】このように構成された超音波送受波装置１
の作用について説明する。

【００１６】図２（ａ）に示すように、受波の所望指向
角４５度の場合、任意電圧発生器６は、角度信号発生器
５からの制御信号に基づいて比較的傾斜のゆるい電圧信
号ｖ（ｔ）を発生し、ＶＯＣ７はこの電圧信号ｖ（ｔ）
に基づいて全体的に時間伸張されたチャープ信号を生成
する。また、受波の所望指向角７０度の場合、図２
（ｂ）に示すように、角度信号発生器５からの制御信号
に基づいて比較的傾斜の急な電圧信号ｖ（ｔ）を発生
し、ＶＯＣ７はこの電圧信号ｖ（ｔ）に基づいて比較的
パルス時間の短いチャープ信号を生成する。振動子ユニ
ット２ではＶＯＣ７で生成されたチャープ信号により送
信用振動子３が広範囲の角度のチャープ超音波を送波す
る。

【００１７】次に、到来するチャープ超音波を振動子ユ
ニット２が受波する様子を説明する。

【００１８】図１においては、所望指向角度を４５度に
設定した場合を示し、超音波の正極波面が正極性振動子
４ａ等（信号線１１に接続された振動子）に到達し、超
音波の負極波面が負極性振動子４ｂ等（信号線１０に接
続された振動子）に到達し、それらの波面と各振動子の
空間位相関係が一致すると減算器９の出力である受波信
号ｇ（ｔ）に最大の出力を与える。

【００１９】この時の受波信号ｇ（ｔ）は、図２の下段
に示すようにチャープ信号が圧縮された波形となる。こ
の波形は、レーダーの分野で用いられているパルス圧縮
の原理と同じように、入力の超音波パルスが時間的に圧
縮された結果、出力のエネルギー密度が高いものとな
る。このため、到来するチャープ超音波が圧縮された結
果、信号対雑音比が向上することになる。

【００２０】到来するチャープ超音波と振動子配列の空
間位相が一致するのは、チャープ超音波が所定角度から
進行してくる場合だけである。到来角度がずれた場合は
空間位相が一致しなくなり、減算器の出力は小さい値と
なる。このため、送信用振動子２で広範囲に超音波パル
スを発生していても、受信時に所定の角度からのみの信
号成分を検出することとなる。要するに、受信時におい
て、チャープ超音波の波形に対応して方位指向特性を持
つことになる。

【００２１】図３は、チャープ超音波の波形と方位指向
特性の関係を示したもので、Ａは指向角６０度の方位よ
り到来する超音波パルスを、Ｂは指向角３０度の方位よ
り到来するチャープ超音波を示している。３０度の方向
に指向性をもたせる場合は、振動子配列と空間位相が一
致する必要があるために、６０度の場合よりも周波数変
化がゆるくなりパルス幅も長くなる。

【００２２】以上のことから、送信の超音波パルスの種
類を変更することにより、受信時の指向特性を選択的に
設定することができる。この超音波パルスの設定は、任
意電圧発生器８で発生する電圧信号ｖ（ｔ）を変えるだ
けでよい。

【００２３】さらに、図４に示すように、送信パルスの
種類を変えることで方位指向特性を変化させるだけでな
く、深度に対応してそれぞれ焦点を結ぶようにした一種
のダイナミックフォーカスを行うことができる。

【００２４】すなわち、浅い部位，中間の部位，深い部
位のそれぞれの所から各振動子を見た場合、各振動子ま
での距離は単純に直線的には変化しない。そこで、各部
位から反射してくるチャープ超音波の波面が各振動子の
配置に対応して空間位相が一致するようにチャープ信号
の周波数変化を設定すれば、フォーカシングが可能とな
る。これはチャープ信号の周波数変化が焦点域を決定し
ていることになるが、焦点に対応した周波数変化を設定
するために、図５に示すような時間と共に曲線的に変化
する電圧信号ｖ（ｔ）を焦点域に応じて任意電圧発生器
６より発生すればよい。

【００２５】このような超音波送受波装置１を用いた円
周走査式の第１の超音波診断装置を図６に示す。符号１
２は振動子カバーを示し、その中に４個の超音波送受波
装置１が入っている。１つの超音波送受波装置１につき
９０度の角度をカバーするようにして、それらを４個用
いることにより全体で３６０度の全周走査が可能とな
る。

【００２６】また、超音波送受波装置１を用いた円周走
査式の第２の超音波診断装置は、図７に示すように、振
動子ユニット２をフレキシブルシャフト１３の先端に振
動の配列面がフレキシブルシャフト１３の回転軸と平行
になるように固定し、フレキシブルシャフト１３の基端
はスリップリング１４介してモータ１５に接続されてい
る。したがって、モータ１５によってフレキシブルシャ
フト１３を回転することにより、振動子ユニット２で反
射像を検出するようにすれば、３次元の立体像を得るこ
とができる。この場合、振動子ユニット２を回転させる
ためにスリップリング１４が必要となるが、振動子ユニ
ット２からの信号線は基本的に３本のみであるから、極
数の少ないスリップリングでよいことになる。

【００２７】以上説明したように、本一実施例によれば
複雑な遅延回路や切り換え回路を用いることなく、送信
するチャープ信号の周波数変化の仕方を変えるだけで所
望の指向特性を得ることができ、回路構成が飛躍的に単
純化され、あわせて信頼性も格段に向上する。

【００２８】また、チャープ信号の周波数変化の割合を
単純に変化させるだけでなく、測定深度に対応して到来
チャープ超音波の波面が各振動子に一致するように曲線
的に周波数を変化させて送信すれば、フォーカシングも
容易に実現できる。

【００２９】さらに、入力のチャープ超音波は結果的に
圧縮されるために信号対雑音比が改善され、観察可能診
達度が向上するという効果がある。

【００３０】またさらに、振動子ユニットからの信号線
が少なくて済むために、ケーブルの外径を小さくするこ
とができ操作性の向上を図ることができる。そして、信
号線が少ないために、振動子ユニットの回転機構とスリ
ップリングを用いて立体走査を実現することもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、本
発明の超音波送受波装置は、簡単な構成で選択的に特定
の方位或いは深度の少なくとも一方の反射チャープ超音
波を検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る超音波送受波装置の構成を示す
構成図である。

【図２】一実施例に係る受波の所望指向角と各信号波形
の関係を説明する説明図である。

【図３】一実施例に係るチャープ超音波の波形と方位指
向特性の関係を示す説明図である。

【図４】一実施例に係る深度に対応してそれぞれ焦点を
結ぶ超音波送受波装置のダイナミックフォーカスを説明
する説明図である。

【図５】一実施例に係る深度に対応して任意電圧発生器
が発生する電圧信号特性図である。

【図６】一実施例に係る超音波送受波装置を用いた円周
走査式の第１の超音波診断装置の概略の構成を示す構成
図である。

【図７】一実施例に係る超音波送受波装置を用いた円周
走査式の第１の超音波診断装置の概略の構成を示す構成
図である。

【符号の説明】

１ …超音波送受波装置 ２ …振動子ユニット ３ …送信用振動子 ４ａ…正極性振動子 ４ｂ…負極性振動子 ５ …角度信号発生器 ６ …任意電圧発生器 ７ …ＶＯＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なるチャープ信号を発生するチャープ
   信号発生手段と、 このチャープ信号発生手段からのチャープ信号に基づい
   て広範囲の角度にチャープ超音波を発生する送信用振動
   子と、 前記チャープ超音波の反射波である反射チャープ超音波
   の位相波面と極性が一致するように漸近的に配列された
   複数の受信用振動子とを備え、 漸近的に配列された前記複数の受信用振動子の位置と前
   記反射チャープ超音波の位相波面とが一致することで選
   択的に特定の方位或いは深度の少なくとも一方の反射チ
   ャープ超音波を検出することを特徴とする超音波送受波
   装置。