JPH057586A - 超音波受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、超音波診断装置における超音波受信
装置に関し、（１） 超音波が反射される深さによらず
一定の分解能を保持すること、（２） 受信ビーム幅を
狭めて分解能を向上させることを目的とする。 【構成】（１） 超音波が反射される位置（深さ）ｄが
増大するに従って、該位置（深さ）ｄと受信開口の大き
さＤとの比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さくなるよう
に受信開口を順次広げる。 （２） 超音波が反射される位置（深さ）ｄが増大する
に従って、該位置（深さ）ｄが所定の位置ｄ０よりも近
距離側にあるときは所定の重みづけを保持しながら受信
開口を順次広げ、上記位置（深さ）ｄが所定の位置ｄ０
よりも遠距離側にあるときは最大開口を保持しながら重
みづけを順次ゆるめる。 （３） 上記（１）と（２）とを組合わせ、上記位置
（深さ）ｄが上記近距離側にあるときに、該位置（深
さ）ｄが増大するに従って上記比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄ
が順次小さくなるように受信開口を広げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波診断装置におけ
る超音波受信装置に関し、詳細には受信ビーム幅を深さ
によらず一定とした超音波受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体内に超音波を送信し、人体内の組織
で反射されて戻ってくる超音波を受信して人体の内蔵等
の疾患の診断を行なう超音波診断装置が従来より用いら
れている。この超音波診断装置においては、超音波が人
体内のどの深さの位置で反射された信号についても互い
に同一の分解能となるように、深さによらず受信ビーム
幅を一定とすることが要請されている。この要請を満た
す方法のひとつとして、いわゆる可変開口の手法が知ら
れている（特開昭５４−３８６９４号公報、米国特許公
報（ＵＳＰ）４２４１６１０号参照）。この可変開口の
手法とは、上記受信ビーム幅は上記深さｄと受信開口の
大きさＤとの比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄにより定まるこ
と、および人体内の深い位置で反射した超音波ほど時間
的に遅く受信されることから受信の途中で上記Ｆ値が一
定となるように、受信開口を順次広げていく手法であ
る。この手法を採用することにより受信ビーム幅は深さ
ｄによらず大体は一定となる。

【０００３】また、この超音波受信装置において分解能
を向上させるために受信ビームのサイド・ローブ・レベ
ルを低下させることも要請されており、この要請を満た
す手法のひとつとして受信開口内の多数の振動子のうち
中央部の振動子に接続された可変利得受信回路の利得
（以下、単に「振動子の利得」と記す）に対する端部側
の振動子の利得を所定の関数形に従って順次低下させる
いわゆる重みづけの手法も知られている（特開昭５３−
１２９４８２号公報参照）。

【０００４】図１は、この重みづけの例を表わした図で
ある。図１（ｂ）に示すように多数の振動子１が並ぶ方
向をＸ方向とし、開口中心をＸ＝０とする。ここではこ
の重みづけの関数としては一般的に用いられているガウ
ス関数 ｇ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−α² （ｘ／ｘｏ）² ｝ …（１） が採用される。ここでこの式（１）中のαは重み係数と
呼ばれてる係数、Ｘ０は開口の端部の座標である。この
重み係数αの値により、開口中心Ｘ＝０にある振動子の
利得と開口中心Ｘ＝０から離れた位置にある振動子の利
得の比率が定まることとなる。ここでαの値を大きくす
ると、図１（Ａ）に示すように、開口周辺の振動子の利
得の比率が下がり、これにより受信ビームのサイド・ロ
ーブ・レベルを低下させることができる。ただし、その
反面開口が実質的に狭まり、受信ビーム幅が広がるとい
う欠点も合わせ持っている。一般的にはこれらの長所お
よび短所を勘案して受信ビームのサイド・ローブ・レベ
ルが−４０ｄＢ程度となるようにα＝１．０程度の重み
係数が採用される。尚、ここでは重みづけの関数として
上記（１）式にガウス関数を示したが、重みづけの関数
はガウス関数に限られるものではなく、例えばこのガウ
ス関数に近似した台形状の重みづけ関数を用いてもほぼ
同様の結果を得ることができることも知られていること
である。

【０００５】図２は、上記可変開口の手法と重みづけの
手法とを組合わせ、重みづけを固定した状態で受信開口
の大きさＤを変化させた例を表わした図である。上記
（１）式に示す重み係数αを所定の値に固定したまま、
人体内の浅い位置から反射された超音波を受信するタイ
ミングから人体内の深い位置から反射された超音波を受
信するタイミングまでの間に開口の大きさを順次Ｄ１→
Ｄ２→Ｄ３のように広げることにより、受信ビーム幅を
深さによらず大体一定とし、かつ受信ビームのサイド・
ローブ・レベルも低い値に保つことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】超音波が人体内のどの
深さの位置で反射された場合であっても同一の分解能を
保持するために、上記可変開口の手法を用いて、Ｆ値
（Ｆ＝深さｄ／開口の大きさＤ）が常に一定となるよう
に開口を順次広げても、実際には人体内の深い位置ほど
分解能が低下してしまうという問題がある。

【０００７】本発明は、この問題を解決し、超音波が反
射される深さによらず一定の分解能を保持する超音波受
信装置を提供することを第一の目的とする。また、上記
可変開口の手法を用いて分解能が一定となるように受信
ビーム幅を選択すると、観察対象とする最も深い位置で
最大開口となるように各深さにおける開口の大きさが定
められることとなり、これにより分解能が決定され、分
解能をさらに向上させるために受信ビーム幅をさらに狭
くしようとするとさらに多数の振動子を配列する必要が
生じ、装置の大型化、回路の複雑化を招く結果となって
いた。

【０００８】本発明は、この点に鑑み、最大開口をさら
に広げることなく受信ビーム幅をさらに狭め、これによ
り分解能をさらに向上させることを第二の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るための本発明の第一の超音波受信装置は、人体等の被
検体内に送信され該被検体内で反射された超音波を受信
して受信信号を得る所定の方向に並んだ多数の振動子
と、これら多数の振動子のそれぞれに接続されこれら多
数の振動子のそれぞれにより得られた受信信号を増幅す
る多数の可変利得受信回路と、これら多数の可変利得受
信回路の各利得を制御することにより超音波受信用の開
口の大きさを制御する開口制御手段とから構成されてい
る。ここでこの開口制御手段では、上記多数の可変利得
受信回路の各利得を制御することにより上記多数の振動
子と被検体内の超音波の反射の生じた位置との間の距離
ｄが増大するに従ってこの距離ｄと上記開口の大きさＤ
との比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さくなるように上
記開口が順次広げられる。

【００１０】ここで上記開口の広げ方については前もっ
てプログラムしておいてもよいが、より好ましくは、上
記受信信号の周波数を検出する周波数検出回路を備え、
上記開口制御手段において、上記比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／
Ｄが一定となるように順次開口を広げることを基本とす
るとともに、検出された周波数が順次低下することによ
る受信ビームの広がりを補正するように、検出された周
波数に基づいて開口を広げるように制御してもよい。

【００１１】また上記第二の目的を達成するための本発
明の第二の超音波受信装置は、上記第一の超音波受信装
置と同様に多数の振動子と多数の可変利得受信回路を有
し、かつ開口制御手段によりこれら多数の可変利得受信
回路の各利得が制御されるが、この第二の超音波受信装
置における開口制御手段は、上記第一の超音波受信装置
における開口制御手段とは異なる制御を行なうものであ
る。即ちこの第二の超音波受信装置では、多数の振動子
と被検体内の超音波の反射の生じた位置との間の距離ｄ
が所定の距離ｄ０よりも近距離側にあるときは超音波を
受信する開口内の中央部の振動子に対応する利得よりも
前記開口内の端部側の振動子に対応する利得ほど低下す
るように可変利得回路の利得に付した所定の重みづけを
保持しながら開口が順次広げられ、距離ｄが所定の距離
ｄ０よりも遠距離側にあるときは距離ｄが所定の距離ｄ
０にあるときの開口を保持しながら開口の端部側の振動
子に対応する利得を開口の中央部の振動子に対応する利
得に近づけるように重みづけが順次変更される。

【００１２】ここで上記第一の超音波受信装置と第二の
超音波受信装置の双方の特徴を組み合わせ、これにより
上記第一の目的と第二の目的との双方を達成する第三の
超音波受信装置を構成してもよい。即ち本発明の第三の
超音波受信装置では、その開口制御手段において、上記
第二の超音波受信装置における開口制御手段の要件を満
たす制御が行なわれるとともに、距離ｄが上記近距離側
にあるときに、距離ｄが増大するに従って該距離ｄと開
口の大きさＤとの比率Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さくなるよう
に前記開口を順次広げる制御が行なわれる。

【００１３】またこの第三の超音波受信装置において、
受信信号の周波数を検出する周波数検出回路を備え、距
離ｄが前記近距離側にあるときに、検出された受信信号
の周波数に基づいて該周波数が低下するほど比率Ｆ＝ｄ
／Ｄが順次小さくなるように開口を順次広げる制御を行
なってもよい。

【００１４】

【作用】上記振動子から送信された超音波は、中心周波
数が例えば３．５ＭＨｚの超音波であるが、中心周波数
のみでなくそれ以外の周波数成分も含まれている。また
被検体の内部をこの超音波が伝播すると高周波数成分ほ
ど早く減衰する。したがって被検体内に送信された超音
波が反射される深さｄが深くなるほど受信される超音波
の中心周波数が低周波となる。人体を被検体として該被
検体内に中心周波数３．５ＭＨｚの超音波を送信して反
射された超音波を観察したところ、深さｄ＝６０ｍｍで
反射されて戻った超音波の中心周波数は約３．０ＭＨ
ｚ、深さｄ＝１６０ｍｍで反射されて戻った超音波の中
心周波数は約２．５ＭＨｚであった。

【００１５】ここで受信ビーム幅は超音波の周波数ｆが
一定の場合はＦ値（Ｆ＝ｄ／Ｄ）に比例するが、周波数
ｆが変化するとこの受信ビーム幅はＦ／ｆに比例する。
したがって上記のように深さｄに応じて周波数ｆが変化
する場合、深さｄによらず受信ビーム幅を一定に保つに
は、上記可変開口の手法に超音波の周波数の変化による
補正を加えることが必要となる。

【００１６】本発明の第一の超音波受信装置は、上記知
見に基づいて完成されたものであり、深さ（距離）ｄが
増大するに従って該深さ（距離）ｄと受信開口の大きさ
Ｄとの比率（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さくなるように
開口を順次広げるようにしたため、上記周波数ｆが順次
低下することによる受信ビーム幅の広がりを補正して、
深さｄによらず常に一定の受信ビーム幅を保持すること
ができ、したがって常に一定の分解能を保持することが
できる。

【００１７】ここで例えば人体等の被検体内における超
音波の伝播速度および周波数の変化の仕方は被検体によ
らず大体は一定しているため、時刻の経過ｔと深さｄ、
および時刻の経過ｔと周波数ｆをほぼ対応づけることが
でき、したがって時刻の経過ｔに対する開口の大きさＤ
をあらかじめプログラムしておいて、このプログラムに
従って周波数ｆの変化による誤差も含めて補正するよう
に開口を順次広げることもできるが、受信信号の周波数
ｆを検出し、この検出された周波数ｆに基づいて周波数
ｆの変化による受信ビーム幅の変化を補正するように受
信開口を広げることにより、被検体毎の周波数ｆの変化
のばらつきも補正され、受信ビーム幅をより高精度に一
定に保つことができることとなる。尚、この周波数ｆの
検出は、多数の振動子により受信された多数の受信信号
のうちの一つについてのみ行なえばよいため、周波数検
出回路を備えたことによる回路全体の規模の増分は極く
僅かで済むこととなる。

【００１８】また本発明の第二の超音受信装置は、距離
（深さ）ｄが観察を行なう最も深い距離よりも近距離側
にある所定の距離ｄ０に達した際に最大開口となるよう
に、所定の重み付けを保持しつつ開口を広げるものであ
り、このように観察を行なう最も深い距離に達するより
前に上記最大開口に達するように開口が広げられるため
その分受信ビーム幅を狭くすることができ、したがって
分解能をより高めることができることとなる。また所定
の距離ｄ０よりも遠距離側においては、所定の距離ｄ０
において既に最大開口に達しているためこれ以上開口を
広げることはできない。そこでそれに代えて開口中央部
の振動子の利得に対する開口周辺部の振動子の利得の比
率を順次あげるように重みづけを変更することとしたも
のである。これによりサイド・ローブ・レベルは多少増
加傾向となるものの遠距離側においても狭い受信ビーム
幅を保持することができ、したがって近距離、遠距離を
問わず全範囲で受信ビーム幅が狭められることとなり高
分解能の超音波受信装置が実現される。

【００１９】また本発明の第三の超音波受信装置は、上
記第二の超音波受信装置において、上記距離ｄが上記近
距離側にあるときに、距離ｄが増大するに従って比率
（Ｆ値）Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さくなるように開口を順次
広げるようにしたため、これにより、上記第二の超音波
受信装置の作用効果に加え、上記第一の超音波受信装置
と同様に、超音波の周波数ｆの低下による受信ビーム幅
の広がりも防止され、常に一定のかつ小さな受信ビーム
幅が実現されることとなる。

【００２０】またこの第三の超音波受信装置において、
上記第一の超音波受信装置の場合と同様に周波数検出回
路を備え、検出された周波数ｆに基づいてこの周波数ｆ
の低下による受光ビーム幅の広がりを補正することによ
り、被検体による周波数ｆの低下のばらつきも補正され
受光ビーム幅を小さくかつさらに高精度に一定に保持す
ることが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
３は、本発明の第一、第二、第三の超音波受信装置に共
通の実施例に係る回路ブロック図である。多数（ここで
は１２８個）の超音波振動子がＸ方向に０．６４ｍｍピ
ッチ（図１参照）で並んでおり、１２８個並んだ中央
（６４番目の振動子と６５番目の振動子との中間）が原
点（Ｘ＝０；開口の中心）とされる。

【００２２】これら１２８個の振動子１には送信回路２
が接続されており、これらの振動子１に所定のタイミン
グでパルス信号が印加され、これにより各振動子１から
図示しない人体内に向けて中心周波数３．５ＭＨｚの超
音波が送信される。この送信された超音波は人体内で反
射され上記送信のタイミングよりもこの振動子と人体内
の反射された位置との間の距離（深さ）ｄに応じたタイ
ミングだけ遅れてこれらの振動子１により受信されこれ
により受信信号が得られる。

【００２３】各振動子１によりえられた受信信号は各プ
リアンプ３により増幅された後、利得制御部４により利
得が制御される各可変利得アンプ５によりさらに増幅さ
れ、遅延回路６を経由した後加算回路７で加算される。
ここで、遅延回路６は、人体内の超音波の反射点から各
振動子１までの間の距離が互いに異なるため、受信のタ
イミングが各振動子１毎に異なることとなり、これを補
正して同一点からの反射による受信信号が同一のタイミ
ングで加算されるように受信信号を遅延させる回路であ
る。この遅延回路６としては、例えば米国特許公報（Ｕ
ＳＰ）４１４９４２０号に示された位相変換器を用いる
方法や米国特許公報（ＵＳＰ）４２９０３１０号に示さ
れたＡ／Ｄ変換器を用いる方法を採用することができ
る。尚、本実施例においては可変利得アンプ５、もしく
はプリアンプ３と可変利得アンプ５の組合せが、本発明
にいう可変利得受信回路と観念される。

【００２４】上記加算回路７により加算された信号は表
示回路８に入力され、この表示回路８内で信号処理がな
された後図示しない例えばＣＲＴディスプレイ装置に人
体の断層像が表示される。ここで上記送信回路２、利得
制御部４、遅延回路６、および表示回路８はシステム制
御部９に接続されている。このシステム制御部９は、超
音波送信のタイミング、可変利得アンプ５の利得変更の
タイミング、遅延回路６における遅延量切換えのタイミ
ング、表示回路８による信号処理のタイミング等このシ
ステム全体の制御を担うものである。尚、この図３に示
す周波数検出回路１０については後述する。ここで、本
実施例においては、利得制御部４とシステム制御部９の
機能のうち利得制御部４を制御する機能との組合せが、
本発明にいう開口制御手段と観念される。

【００２５】図４は、利得制御部の詳細ブロック図であ
る。利得制御部４内には、可変利得アンプ５の数（ここ
では１２８個）に対応した数の利得制御回路４１、Ｄ／
Ａ変換器４２、低周波数帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）４
３が備えられている。ＲＯＭ４４内には各可変利得アン
プ５の利得を制御する利得制御情報があらかじめ記憶さ
れており、システム制御部９からの指令に基づいてこの
記憶された利得制御情報が利得制御回路４１により順次
読み出され、Ｄ／Ａ変換器４２に送られる。

【００２６】図５は、図４に示す利得制御部４における
信号波形の一例を表わした図である。図５（Ａ）、
（Ｂ）はそれぞれＤ／Ａ変換器４２の出力信号Ｓ１、Ｌ
ＰＦ４３の出力信号Ｓ２を表わしている。ＲＯＭ４４内
に記録されているディジタルの利得制御情報は通常４ビ
ット程度で表現されており、したがってこの利得制御情
報をＤ／Ａ変換した信号Ｓ１は、図５（Ａ）に示すよう
に階段状の信号となる。この階段状の信号をそのまま用
いて可変利得アンプ５の利得を制御するとこの利得がス
テップ状に変化し、これに起因して可変利得アンプ５の
出力にノイズが混入することとなる。そこで、これを防
止するため、Ｄ／Ａ変換器４２から出力された階段状の
信号Ｓ１がＬＰＦ４３に入力され、このＬＰＦ４３では
上記階段状の信号Ｓ１のうち高周波数成分が除去され、
図５（Ｂ）に示すようななめらかに変化する信号Ｓ２と
なり、このＬＰＦ４３から出力された信号Ｓ２を用いて
各可変利得アンプ５の利得の制御が行なわれる。このＬ
ＰＦ４３に関しては、例えば米国特許公報（ＵＳＰ）４
０１２９５２号に記載された手法を用いることができ
る。

【００２７】図６は、本発明の第二の超音波受信装置の
一実施例における、受信振動子数ｎと重み係数αの制御
法を表わした図である。振動子の配列のピッチ（ここで
は０．６４ｍｍ）と受信振動子数ｎとを掛け合わせた値
が受信の開口の大きさＤ＝０．６４×ｎとなる。またこ
こでは前述した式（１）、即ち、 ｇ（ｘ）＝ｅｘｐ｛−α² （ｘ／ｘｏ）² ｝ …（１） に従って重みづけが行なわれる。

【００２８】ここでは最大深さｄ＝１６０ｍｍまでの反
射超音波を受信するものとすると、従来の可変開口の手
法では図６に一点鎖線で表わすグラフ１１に示すように
最大深さｄ＝１６０ｍｍで最大開口Ｄ＝０．６４ｍｍ×
１２８となるように制御される。ここでは重み係数αは
グラフ１２に示すとおりα＝１．３に固定され、この場
合、受信ビーム幅はそのピークから−２０ｄＢ下がった
幅で約２．４ｍｍとなる。

【００２９】しかるに、ここではグラフ１３に示すよう
に深さｄ＝１１０ｍｍで最大開口となるように各深さｄ
に対する受信開口の大きさＤが定められ、この場合受信
ビーム幅は約１．６ｍｍとなり、上記従来の可変開口の
手法の場合（受信ビーム幅：約２．４ｍｍ）と比べ大幅
に受信ビーム幅が狭まり、したがって解像力が大幅に改
善される。しかし受信開口の大きさＤは深さｄ＝１１０
ｍｍで最大開口まで広げられたため、これ以上受信開口
は広げられず、深さｄ＝１１０ｍｍ〜１６０ｍｍの間は
受信開口Ｄはこの最大開口に固定され、一方この深さｄ
＝１１０〜１６０ｍｍの間においてはグラフ１４に示す
ように重み係数αが順次小さな値に変更され、図１に示
すように受信開口の中央の振動子の利得に対する端部の
振動子の利得の比率が高められる。これによりサイド・
ローブ・レベルは上昇傾向となるものの、受信ビーム幅
は約１．６ｍｍのまま保持されることとなる。

【００３０】図７は図６のグラフ１３、１４に沿う受信
開口の大きさＤおよび重み係数αを得るように、各振動
子の利得（各振動子１に接続された可変利得アンプ５の
相対的な利得をいう。以下同じ）を変化させた状態を表
わした図である。ここで各グラフに付した番号は、１２
８個並んだ振動子１の端から順に該振動子１に付した番
号であり、ここでは４個おきの振動子の利得の変化が示
されている。

【００３１】受信開口の大きさＤおよび重み係数αは、
いずれも各振動子１に接続された可変利得アンプ５の利
得の変化のさせ方によって定まり、利得制御部４では、
この図７の各グラフに沿うように各振動子１に接続され
た各可変利得アンプ５の利得が制御される。ここで番号
６４、６５の付された中央の振動子に関してはＸ≒０
（Ｘ＝０はこれら２つの振動子の中央）であるため、こ
れら２つの振動子の利得は常に１．０である。一方端部
の振動子（番号１、１２８の振動子）については図６に
示すように深さｄ＝１１０ｍｍに近づくまでは０．０に
設定され、深さｄ＝１１０ｍｍにおいては、α＝１．
３，Ｘ／Ｘ０＝１．０であるから、式（１）より利得は
約０．２とされる。またこれら番号１，１２８の振動子
について、深さｄ＝１６０ｍｍにおいてはα＝０．８，
Ｘ／Ｘ０＝１であるから利得は約０．５となる。

【００３２】これと同様にして、中間の振動子、例えば
番号２９，１００の振動子に関しては、深さｄ≒６０ｍ
ｍで利得が約０．２となり深さｄ＝１１０ｍｍでは、α
＝１．３、Ｘ／Ｘ０＝０．５６より利得は約０．６とな
る。また深さｄ＝１６０ｍｍではα＝０．８，Ｘ／Ｘ０
＝０．５６から利得は約０．８となる。このようにして
各深さｄに対する各振動子の利得が求められる。

【００３３】ここで超音波が人体内を伝播する際の音速
は約１５００ｍ／ｓｅｃとほぼ一定しているため、ここ
では、深さｄが例えばｄ＝１６０ｍｍについて１６０×
１０ ^-3（ｍ）／１５００（ｍ／ｓｅｃ）＝２１０（μｓ
ｅｃ）のように時刻に換算されて、各時刻における各振
動子の利得がＲＯＭ４４（図４参照）に記録され、各振
動子の利得を制御する際はこのＲＯＭ４４から各振動子
の各時刻毎の利得が読み出されこの読み出された利得制
御情報に従って各可変利得アンプ５の利得が制御され
る。

【００３４】尚、ＲＯＭ４４に各振動子の各時刻毎の利
得を記憶しておくことに代え、図６に示すグラフ１３，
１４（受信開口の時間変化と重み係数の時間変化）のみ
をＲＯＭ４４に記憶しておくとともに、高速の演算回路
を備え、このグラフ１３，１４に基づいて上記式（１）
の演算を行なって各振動子の各時刻毎の利得を決定する
ようにしてもよい。この方法を用いた場合、ＲＯＭ４４
の記憶容量を大幅に低減することができる。

【００３５】このように上記実施例では、深さｄ＝１１
０ｍｍまでは受信開口を順次広げることにより、また深
さｄ＝１１０ｍｍ〜１６０ｍｍにおいては重みづけを順
次変更することにより狭い受信ビーム幅（約１．６ｍ
ｍ）が実現され、これにより高分解能の測定が可能とな
る。尚、上記実施例においては深さｄ＝１１０ｍｍより
も近距離側では深さｄに対応して受信開口を広げている
が、重みづけを変更することによっても受信ビーム幅を
変更できることから近距離側、遠距離側を問わず常に全
振動子を受信状態に保持（常に最大開口に保持）し、重
み係数αの変更のみで受信ビーム幅が常に一定になるよ
うに制御することも考えられる。しかしながら、この方
法を採用すると近距離において端部側の振動子に接続さ
れた遅延回路６における信号の遅延量が膨大なものとな
ってしまい、このことが遅延回路６の回路規模を増大化
させ、コストを極端に上昇させる結果となってしまい、
実用性に欠けるという欠点を有することとなる。

【００３６】図８は、本発明の第三の超音波受信装置の
一実施例における、受信振動子数ｎと重み係数αの制御
法を表わした図である。この図に一点鎖線で示すグラフ
１３，１４は、深さｄ＝１１０ｍｍで最大開口となるよ
うに制御した図６に示すグラフ１３，１４と同一のグラ
フであり、ここでは、グラフ１５に示すようにそれより
も浅い深さｄ≒８０ｍｍのところで最大開口となるよう
に制御される。また、重み係数αについては、グラフ１
６に示すように、ｄ≒８０ｍｍより深いところでグラフ
１４の場合よりも急速に重み係数αの値が変更される。
これは、前述したように、超音波の周波数ｆが変化する
と受信ビーム幅は周波数ｆに反比例すること、および人
体内ではこの周波数ｆが徐々に低下することから、ｄ≒
８０ｍｍよりも浅いところでは受信開口をより速やかに
広げることにより、またｄ≒８０ｍｍよりも深いところ
では重み係数αをより速やかに変更することにより、周
波数ｆの低下による受信ビーム幅の広がりを防止するも
のである。

【００３７】このように、超音波の周波数ｆの低下分の
補正も考慮しながら、浅いところでは所定の深さで最大
開口となるように受信開口を広げることにより、またそ
れより深いところでは重み係数αを変えることにより、
狭い受信ビーム幅が保持されるとともに受信ビーム幅が
精確に一定に保持されることとなる。ここで、周波数ｆ
が低下する速度も考慮した各振動子毎、各時刻毎の利得
をＲＯＭ４４（図４参照）に記憶しておくようにしても
よいが、この周波数ｆが低下する速度は考慮せずにＲＯ
Ｍ４４には例えばＦ＝ｄ／Ｄが一定となるように各振動
子毎かつ各時刻毎の利得を記憶しておいて、例えば所定
時間にゼロレベルを何回横切るかをカウントするゼロク
ロス回路等の周波数検出回路１０（図３参照）を備えて
受信信号の周波数ｆを検出し、この検出された周波数ｆ
に基づいてこの周波数ｆの低下による受信ビーム幅の広
がりを補正するように各振動子の利得を補正するように
構成すると、周波数ｆの低下の速度が各人体により異な
ることによる誤差が補正され、受信ビーム幅をより精確
に一定に保持することができることとなる。

【００３８】尚、図８に示す実施例は本発明の第三の超
音波受信装置の一実施例であって本発明の第一の超音波
受信装置と第二の超音波受信装置の双方の思想が考慮さ
れているが、本発明の第一の超音波受信装置は、本発明
の第二の超音波受信装置と組み合わされることなく、そ
れ単独でも構成される。ただし本発明の第一の超音波受
信装置の思想を単独で用いた場合は、従来の可変開口の
場合と比較し、受信ビーム幅がやや広がることを許容す
るかもしくは受信の最大深さがやや浅いところに設定さ
れることを許容することにより、深さによらずより精確
に一定した受信ビーム幅が確保されることとなる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の第
一の超音波受信装置は、距離（深さ）ｄが増大するに従
って該距離ｄと受信開口の大きさＤとの比率（Ｆ値）Ｆ
＝ｄ／Ｄが順次小さくなるように受信開口を順次広げる
ように制御したため、これにより被検体内を伝播する超
音波の周波数の低下による受信ビーム幅の広がりが防止
され、深さによらず一定の受信ビーム幅を得ることがで
き、これにより深さによらず一定の分解能を得ることが
できることとなる。

【００４０】また本発明の第二の超音波受信装置は、距
離ｄが所定距離ｄ０より近距離側にあるときは所定の重
みづけを保持しながら受信開口を順次広げ、距離ｄが所
定距離ｄ０より遠距離側にあるときは重みづけをゆるめ
る方向に重みづけを順次変更するようにしたため、受信
ビーム幅を大体一定かつ従来の可変開口の手法よりも受
信ビーム幅を狭くすることができ、これにより分解能が
向上する。

【００４１】また本発明の第三の超音波受信装置は、上
記第一の超音波受信装置と第二の超音波受信装置の双方
の特徴を兼ね備えているため、従来の可変開口の手法を
用いた場合よりも受信ビーム幅を狭くすることができる
とともに深さによらず受信ビーム幅をより精確に一定に
保持することができることとなる。尚、上記第一の超音
波受信装置、第三の超音波受信装置において周波数検出
回路を備えて受信信号の周波数を検出し、この検出され
た周波数に基づいて受信開口を制御することにより周波
数の低下の割合が被検体毎に異なってもこれが補正さ
れ、受信ビーム幅を一層精確に一定に保持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】重みづけの例を表わした図である。

【図２】重みづけを固定した状態で受信開口の大きさＤ
を変化させた例を表わした図である。

【図３】本発明の超音波受信装置の一実施例を表わした
回路ブロック図である。

【図４】利得制御部の詳細ブロック図である。

【図５】利得制御部における信号波形の一例を表わした
図である。

【図６】本発明の第二の超音波受信装置の一実施例に係
る受信振動子数と重み係数の制御法を表わした図であ
る。

【図７】各振動子の利得の変化を表わした図である。

【図８】本発明の第三の超音波受信装置の一実施例に係
る受信振動子数と重み係数の制御法を表わした図であ
る。

【符号の説明】

１ 振動子 ２ 送信回路 ３ プリアンプ ４ 利得制御部 ５ 可変利得アンプ ６ 遅延回路 ７ 加算回路 ８ 表示回路 ９ システム制御部 １０ 周波数検出回路 ４１ 利得制御回路 ４２ Ｄ／Ａ変換器 ４３ 低周波数帯域通過フィルタ ４４ ＲＯＭ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内に送信され該被検体内で反射さ
   れた超音波を受信して受信信号を得る、所定の方向に並
   んだ多数の振動子と、 前記多数の振動子のそれぞれに接続され該多数の振動子
   のそれぞれにより得られた前記受信信号を増幅する多数
   の可変利得受信回路と、 前記多数の振動子にそれぞれ接続された前記多数の可変
   利得受信回路の各利得を制御することにより、前記多数
   の振動子と前記被検体内の前記反射の生じた位置との間
   の距離ｄが増大するに従って該距離ｄと前記超音波を受
   信する開口の大きさＤとの比率Ｆ＝ｄ／Ｄが順次小さく
   なるように前記開口を順次広げる開口制御手段とを備え
   たことを特徴とする超音波受信装置。
2. 【請求項２】 前記受信信号の周波数を検出する周波数
   検出回路を備え、 前記開口制御手段が、検出された前記周波数に基づいて
   該周波数が低下するほど前記比率Ｆ＝ｄ／Ｄが小さくな
   るように前記開口を順次広げるものであることを特徴と
   する請求項１記載の超音波受信装置。
3. 【請求項３】 被検体内に送信され該被検体内で反射さ
   れた超音波を受信して受信信号を得る、所定の方向に並
   んだ多数の振動子と、 前記多数の振動子のそれぞれに接続され該多数の振動子
   のそれぞれにより得られた前記受信信号を増幅する多数
   の可変利得受信回路と、 前記多数の振動子にそれぞれ接続された前記多数の可変
   利得受信回路の各利得を制御することにより、前記多数
   の振動子と前記被検体内の前記反射の生じた位置との間
   の距離ｄが所定の距離ｄ０よりも近距離側にあるときは
   前記超音波を受信する開口内の中央部の振動子に対応す
   る前記利得よりも前記開口内の端部側の振動子に対応す
   る前記利得ほど低下するように前記利得に付した所定の
   重みづけを保持しながら前記開口を順次広げ、前記距離
   ｄが前記所定の距離ｄ０よりも遠距離側にあるときは前
   記距離ｄが前記所定の距離ｄ０にあるときの前記開口を
   保持しながら前記開口内の端部側の振動子に対応する前
   記利得を前記開口内の中央部の振動子に対応する前記利
   得に近づけるように前記重みづけを順次変更する開口制
   御手段とを備えたことを特徴とする超音波受信装置。
4. 【請求項４】 前記開口制御手段が、前記距離ｄが前記
   近距離側にあるときに、該距離ｄが増大するに従って該
   距離ｄと前記開口の大きさＤとの比較Ｆ＝ｄ／Ｄが順次
   小さくなるように前記開口を順次広げるものであること
   を特徴とする請求項３記載の超音波受信装置。
5. 【請求項５】 前記受信信号の周波数を検出する周波数
   検出回路を備え、 前記開口制御手段が、前記距離ｄが前記近距離側にある
   ときに、検出された前記周波数に基づいて該周波数が低
   下するほど前記比率Ｆ＝ｄ／Ｄが小さくなるように前記
   開口を順次広げるものであることを特徴とする請求項４
   記載の超音波受信装置。