JPH069554B2

JPH069554B2 - 超音波受波整相回路

Info

Publication number: JPH069554B2
Application number: JP63040206A
Authority: JP
Inventors: 隆夫東泉; 通島崎; 良郎為積
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1994-02-09
Anticipated expiration: 2009-02-09
Also published as: JPH01214347A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、リニアスキャン、セクタスキャン又はアコン
ベックススキャンに使用されるアレイ状微小振動子から
のエコーの帰投時間に合わせて連続的に焦点及び開口を
制御する超音波受波整相回路に関する。

（従来の技術）医用超音波診断装置の分野において、アレイ状微小振動
子群からなる超音波探触子を備えて超音波の送受波を行
うときに、実時間性を保持しつつ、良好な指向性を得る
ために、１回の送信に対し、焦点及び開口を連続的に変
えながら受信する方法が開発されている。即ち、受信連
続ダイナミックフォーカス・アパーチャ法（以下、ＣＤ
ＡＦと言う）であるが、その特徴はエコーの帰投時間に
合わせて連続的に焦点及び開口を制御し、受信中、常時
所望の位置に焦点を結ぶようにしている点にある。

第４図はＣＤＡＦを行う従来の超音波受波整相回路の概
念を示す構成図である。超音波受波整相回路は、端子１
_１〜１_３及び１_７〜１_９のラインに可変減衰器２_１〜２
_３及び２_７〜２_９を有する可変開口手段２と、端子１_１
〜１_９の全ラインにディレーライン３_１〜３_９を有する
可変フォーカス手段３と、ステアリング用クロスポイン
トスイッチ４と、整相用ディレーライン５とで構成され
る。可変フォーカス手段３は端子１_５のラインのディレ
ーライン３_５が常に最大の遅延量を有し、全体での凸状
の２次関数形ディレーマップを形成するようになってい
る。可変開口手段２、可変フォーカス手段３、クロスポ
イントスイッチ４は超音波診断装置本体内の制御部（図
示せず）からの信号によって操作される。

以上の構成において、近距離フォーカス領域に対して、
可変減衰器２_１〜２_３及び２_７〜２_９の減衰量が最大に
設定され（開口が狭くなる）、エコーの帰投時間に合わ
せて可変ディレーライン３_１〜３_９が連続的に一斉に可
変される。又、遠距離フォーカス領域に対して、各可変
減衰器２_１〜２_３及び２_７〜２_９の減衰量が最小に設定
され（開口が広くなる）、エコーの帰投時間に合わせて
可変ディレーライン３_１〜３_９が連続的に一斉に制御さ
れる。可変フォーカス手段３の動作によって、ディレー
マップτは第５図(a)に示す斜線Ａの範囲で変る。(a)に
おいて、波線Ｂで示す範囲はディレーマップτが可変開
口手段２によって制限されることを表わしている。上記
ディレーマップτの変化に従って焦点領域は第５図(b)
（Ｆ_０は固定分、Ｆ_１は最近フォーカス距離、Ｆ_２は最
遠フォーカス距離）に示すようになる。即ち、受信中焦
点は（Ｆ_０＋Ｆ_１）〜（Ｆ_０＋Ｆ_２）間で連続して結ば
れる。

（発明が解決しようとする課題）しかし、従来の超音波受波整相回路にあっては、ディレ
ーマップの制御は可変ディレーライン３_１〜３_９を一斉
に伸縮して行われるため、その可変範囲に制約を受け
る。従って、焦点領域が狭くなり、近距離から遠距離ま
で均一な分解能を得ることが難しくなる。これを解決す
るには、信号ライン毎にディレーラインの遅延量を制御
する方式が考えられるが、この方式は構成が複雑になる
うえに、コスト高を招く。又、従来の構成では、可変フ
ォーカス手段３は端子１_５に接続されるチャンネルを、
常に開口の中心にして受波するようになっているため、
例えば端子１_１〜１_５、１_２〜１_６、１_３〜１_７…に接
続されるチャンネル５個ずつを順次駆動するリニアスキ
ャン又はコンベックススキャンを行う場合（各スキャン
の開口中心は端子１_３、１_４、１_５…に接続されるチャ
ンネルへと順次変る）、常に開口の中心で焦点を形成す
ることができないと言う問題がある。この問題点は、チ
ャンネルの切換えに合せて、可変ディレーライン３_１〜
３_９や可変減衰器２_１〜２_９の各量を個々に制御するこ
とにより解決されるが、制御系の数を多く必要とし構成
が複雑になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は簡易な構成でもって、広い焦点領域に対して受信
ダイナミックフォーカス・アパーチャを実現する超音波
受波整相回路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本発明は、被検体体表からの深さに
応じて受波焦点距離を変化させるダイナミックフォーカ
ス手段と該深さに応じて超音波探触子の開口を変化させ
るダイナミックアパーチャ手段とを備え、超音波振動子
で受波されたエコー信号に対して受信ダイナミックフォ
ーカス・アパーチャを行う超音波受波整相回路におい
て、前記ダイナミックフォーカス手段は、開口中央部を
含むその近傍のチャンネルに係る近距離用可変ディレー
ライン及び全てのチャンネルに係る遠距離用可変ディレ
ーラインを直列接続した構成であり、且つ、該近距離用
可変ディレーラインにおける略最遠距離焦点遅延量をオ
フセットとして差引くディレーマップを有する固定遅延
手段を備えることを特徴とする。

（実施例）以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の概念を示す構成図である。
第１図において、第４図に付した符号と同一のものは同
一のものは同一意味で用いられている。この実施例で
は、受波整相回路は32個のチャンネルに接続される構成
となっている。バッファアンプ１１_１〜１１₃₂は第４図
で省略されていたものである。バッファアンプ１１_１と
１１_２の出力はクロスポイントスイッチ１２_１で選択さ
れ、整相用１次ディレーライン１３_１を介して次段に与
えられる。他のチャンネルにおいても、バッファアンプ
が２個ずつまとめられ、上記と同じように構成される。
ディレーライン１３_１〜１３₁₆の各出力ラインは、リニ
アスキャン用ローテーションマトリックススイッチ１４
に接続される。ローテーションマトリックススイッチ１
４は16本の出力ライン（チャンネル）１５_１〜１５₁₆を
有する。近距離用可変ディレーライン１６_１〜１６_４は
チャンネル中央部を含むその近傍の各ライン１５_５〜１
５₁₂にそれぞれに接続される。可変ディレーライン１６
_２及び１６_３は他のものよりも常時大きい遅延量を有
し、全体で凸状の略２乗関数のディレーマップを形成す
る。遠距離用可変ディレーライン１７_１〜１７_８の中
で、可変ディレーライン１７_３〜１７_６は可変ディレー
ライン１６_１〜１６_４に直列接続され、可変ディレーラ
イン１７_１、１７_２、１７_７及び１７_８はローテーショ
ンマトリックススイッチ１４の出力側に直接接続され
る。ここで、可変ディレーライン１７_４及び１７_５は他
のものよりも常時大きい遅延量を有し、全体で凸状の略
２乗関数のディレーマップを形成する。上記の近・遠の
両可変ディレーラインの直列構成により、連続可変ダイ
ナミックフォーカス手段が構成される。各可変ディレー
ライン自体は可変容量ダイオード、インダクタ及び整合
抵抗で構成される。近距離用可変ディレーラインの可変
容量ダイオード及び整合抵抗は近距離用制御回路によっ
て、遠距離用のそれらは遠距離用制御回路（いずれも図
示せず）によって制御される（制御は一つの共通バイア
ス電圧によって行われる）。連続可変開口手段１８_１〜
１８_８はＦＥＴで構成され、可変ディレーライン１７_１
〜１７_８とクロスポイントスイッチ４との間に設置され
る。こちらも一つの制御回路（図示せず）からの信号に
よって制御される。該制御信号は一つの外部信号をチャ
ンネル中央に対し、対称に抵抗分圧したバイアス電圧と
して与えられる。整相ディレーライン５の出力側には、
全体のエコー信号の時間ずれを補償するための可変ディ
レーライン１９が設置される。

ところで、上記構成において、端子１_１〜１₃₂と可変デ
ィレーライン１９の出力端間に接続される各エレメント
に基づいて形成される固定のディレーマップが存在する
（以下、この固定のディレーマップを形成する手段を固
定遅延手段と言う）。上記実施例における固定遅延手段
は、近距離用及び遠距離用ディレーラインを合成したデ
ィレーマップを最遠距離焦点に適合させるために、近距
離用可変ディレーライン１６_１〜１６_４における略最遠
距離焦点の遅延量をオフセットとして予め差引くディレ
ーマップを形成するようになっている。

以上の構成において、リニアスキャン又はコンベックス
スキャンの場合、動員されるチャンネルの切換えは表１
に示す(1)、(2)、…の順序で行われる。表１は同時に動
員されるチャンネル数が６個の場合を示しており、端子
符号をチャンネル符号として使用している。

表１ (1)：１_１、１_３、１_５、１_７、１_９、１₁₁ (2)：１_２、１_４、１_６、１_８、１₁₀、１₁₂ (3)：１_３、１_５、１_７、１_９、１₁₁、１₁₃ (4)：１_４、１_６、１_８、１₁₀、１₁₂、１₁₄ 上記各スキャンにおいて、クロスポイントスイッチ１２
_１〜１２₁₆は、常にスキャンに動員されているチャンネ
ル側を選択し、１次ディレーライン１３_１〜１３₁₆に接
続する。又、ローテーションマトリックススイッチ１４
は動員されるチャンネルの中央部、即ち、表１の(1)の
場合、チャンネル１_５及び１_７、(2)の場合、チャンネ
ル１_６及び１_８、(3)の場合、チャンネル１_７及び１_９
…を可変ディレーライン１６_２及び１６_３（中央に位置
する可変ディレーライン）に接続する。

一方、エコーの帰投時間に合せて（近距離フォーカス領
域から遠距離フォーカス領域にかけて）、可変ディレー
ライン１６_１〜１６_４、１７_１〜１７_８、連続可変開口
手段１８_１〜１８_８等は連続的に可変され、第２Ａ図〜
第２Ｃ図に示すディレーマップが形成される。第２Ａ
図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図は上記各可変ディレーライ
ン、固定遅延手段等による浅部（近距離フォーカス領
域）、中部（中距離フォーカス領域）及び深部（遠距離
フォーカス領域）のディレーマップ図である。各図にお
いて、(a)は遠距離用ディレーライン１７_１〜１７_８に
よるディレーマップＭ_１、Ｍ_２、(b)は近距離用ディレ
ーライン１６_１〜１６_４によるディレーマップＭ_３、Ｍ
_４、(c)は固定遅延手段によるディレーマップＭ_５、(d)
は上記３個のディレーマップの合成ディレーマップ
Ｍ_６、Ｍ_７及びＭ_８を表わす。ディレーマップＭ_５にお
ける切欠き部分（図の点線部分）はディレーマップＭ_４
で示される遅延量（＝近距離用ディレーライン１６にお
ける最遠焦点距離を形成する遅延量）に略相当するよう
に差引く量（＝オフセットとして差引く量）が設定され
ている。浅部から中部の領域では、ディレーマップＭ_１
を固定して、ディレーマップＭ_３はＭ_４に可変される。
これにより、合成ディレーマップＭ_６は連続的変化の下
でＭ_７となる。中部から深部の領域では、ディレーマッ
プＭ_４を固定して、ディレーマップＭ_１はＭ_２に可変さ
れ、合成ディレーマップＭ_７は連続的変化の下でＭ_８と
なる。近距離用及び遠距離用ディレーラインのディレー
マップを合成することによって浅部から深部で焦点を形
成する場合、最近焦点距離近傍のときは開口部中央部の
遅延量は非常に大きくなければならないので、固定遅延
手段がなくても、合成されたディレーマップは近距離焦
点をだいたい形成することができるが、最遠焦点距離近
傍のときは開口全体で比較的平坦なディレーマップを形
成しなければならないので、固定遅延手段がなければ、
該比較的平坦なディレーマップ（すなわち、遠距離焦点
のディレーマップ）を形成することは非常に困難であ
る。従って、固定遅延手段は、近距離用可変ディレーラ
インにおける略最遠距離焦点遅延量をオフセットとして
予め差引くディレーマップを備える構成となっている。
上記のように、浅部→中部→深部に対する焦点形成にお
いて、上記固定遅延手段を備えるので、エコー信号の帰
投時間に合せて制御される近距離用ディレーライン及び
遠距離用ディレーラインによって作成される合成ディレ
ーマップは広い範囲で可変される。これにより、焦点領
域は第３図に示すように零近傍から遠距離にわたる広い
範囲で形成される。

尚、本発明は上記実施例に限定するものではない。各デ
ィレーラインによるディレーマップは凹状の２次関数形
であってもよい。又、固定遅延部における差引き量を任
意に選ぶことにより、可変焦点領域を変えるようにして
もよい。更に、クロスポイントスイッチに接続するチャ
ンネルは３個以上にしてもよい。更に、クロスポイント
スイッチは入力側のチャンネルを複数又は全数選択し
て、１次ディレーラインに与えるようにしてもよい。

（発明の効果）以上説明の通り、本発明の超音波受波整相回路によれ
ば、開口中央部を含むその近傍のチャンネルに係る近距
離用可変ディレーライン及び全てのチャンネルに係る遠
距離用可変ディレーラインを直列接続し、且つ、近距離
用可変ディレーラインにおける略最遠距離焦点遅延量を
オフセットとして、固定遅延手段によって予め差引くと
共に、エコー信号の帰投時間に合せて近距離用可変ディ
レーラインの操作又は遠距離用可変ディレーラインを操
作にして焦点を形成するようにしたため、簡単な構成で
もって，合成ディレーマップの変化の範囲を、特に遠距
離焦点に適合するように、より広くすることができる。
従って、焦点領域は零近傍から遠距離にわたる広い範囲
で形成される。又、エコー信号を、チャンネルの並べ換
えをしてダイナミックフォーカス手段の所定のラインに
与えるようにしたため、ダイナミックフォーカス手段、
ダイナミックアパーチャ手段を各信号ライン毎に制御す
る必要はない。従って、リニアスキャン又はコンベック
ススキャンにおける受信ダイナミックフォーカス・アパ
ーチャの制御を簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概念を示す構成図、第２Ａ
図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図は本発明の一実施例における
連続可変ダイナミックフォーカス手段によるディレーマ
ップ、第３図は本発明の一実施例における焦点領域の説
明図、第４図は従来例の概念を示す構成図、第５図は従
来例における焦点領域の説明図である。４…ステアリング用クロスポイントスイッチ、５…整相
用ディレーライン、１１_１〜１１₃₂…バッファアンプ、
１２_１〜１２₁₆…クロスポイントスイッチ、１３_１〜１
３₁₆…整相用１次ディレーライン、１４…リニアスキャ
ン用ローテーションマトリックススイッチ、１６_１〜１
６_４…近距離用可変ディレーライン、１７_１〜１７_８…
遠距離用ディレーライン、１８…連続可変開口手段、１
９…時間ずれ補償用可変ディレーライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−100178（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−149889（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−48735（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−196949（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−260161（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体体表からの深さに応じて受波焦点距
離を変化させるダイナミックフォーカス手段と該深さに
応じて超音波探触子の開口を変化させるダイナミックア
パーチャ手段とを備え、超音波振動子で受波されたエコ
ー信号に対して受信ダイナミックフォーカス・アパーチ
ャを行う超音波受波整相回路において、前記ダイナミックフォーカス手段は、開口中央部を含む
その近傍のチャンネルに係る近距離用可変ディレーライ
ン及び全てのチャンネルに係る遠距離用可変ディレーラ
インを直列接続した構成であり、且つ、該近距離用可変
ディレーラインにおける略最遠距離焦点遅延量をオフセ
ットとして差引くディレーマップを有する固定遅延手段
を備えることを特徴とする超音波受波整相回路。
【請求項２】前記ダイナミックフォーカス手段の近・遠
の各可変ディレーラインは、各一つのバイアス電圧に基
づいて、凸状又は凹状の略２乗関数のディレーマップで
受波焦点距離を変えることを特徴とする請求項１記載の
超音波受波整相回路。
【請求項３】前記ダイナミックアパーチャ手段は、一つ
のバイアス電圧信号を、チャンネル中央に対し、対称に
抵抗分圧したバイアス電圧によって制御されることを特
徴とする請求項１記載の超音波受波整相回路。
【請求項４】前記ダイナミックフォーカス手段及びダイ
ナミックアパーチャ手段の後段に全体の時間ずれを補償
するための可変ディレーラインを備えることを特徴とす
る請求項１記載の超音波受波整相回路。
【請求項５】リニアスキャンまたはコンベックススキャ
ンによるエコー信号を、チャンネルの並べ変えをして後
続手段の所定のラインに与えるローテーションマトリッ
クススイッチを備えることを特徴とする請求項１記載の
超音波受波整相回路。
【請求項６】前記ローテーションマトリックススイッチ
の前に、所定数の振動子毎に１個設けられる複数の手段
であって、入力側に接続される複数のチャンネルの中か
ら、全数又は任意の数のチャンネルを選択し、該チャン
ネルのエコー信号を整相用ディレーラインを介して出力
する手段を備えることを特徴とする請求項５記載の超音
波受波整相回路。