JPH105219A

JPH105219A - 超音波診断装置の整相回路

Info

Publication number: JPH105219A
Application number: JP8159751A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Hirooka; 衛廣岡; Hiroyuki Kurashima; 寛行倉島
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】クロスポイントスイッチの対地静電容量によ
る高周波特性の劣化を低減し、単位時間当たりに超音波
ビームを送受信できる回数を向上させる。【解決手段】第１、及び第２の組み合わせ回路は、そ
れぞれ、クロスポイントスイッチ及び遅延線を備えてな
る。第１の組み合わせ回路の出力信号は、アナログスイ
ッチ１０により、第２の組み合わせ回路、アナログスイ
ッチ１２、或いは後段の回路に出力される。第２の組み
合わせ回路の出力信号は、アナログスイッチ１１によ
り、第１の組み合わせ回路、アナログスイッチ１２、或
いは後段の回路に出力される。制御回路１３は、これら
アナログスイッチ１０〜１２の設定を行うことで、第
１、及び第２の組み合わせ回路を直列（２通り）、或い
は並列に接続させ、番号１〜ｎの振動子２のエコー信号
を全て加算した信号を、アナログスイッチ１０、１１、
或いは１２から後段の回路に出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位相制御によりセ
クタスキャン（扇形走査）を行い、組織間の音響インピ
ーダンスの違いを利用して軟部組織を画像化する超音波
診断装置に適用される整相回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いて軟部組織を画像化する超
音波診断装置は、今日では診療所クラスの小さな病院で
も聴診器のように使われており、広く普及している。こ
れは、核医学診断装置、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomograph
y ）装置等の他の診断装置と比較して、手軽にリアルタ
イムに画像を撮ることができる、被験者への侵襲性が０
に近い（痛みや人体への影響がほとんどない）、といっ
た優れた特長を超音波診断装置が備えているためであ
る。

【０００３】上記超音波診断装置では、超音波ビームを
走査（スキャン）することで、被験体の断層像を撮影す
る。その超音波ビームの走査には、超音波ビームを発射
し、被験体内で反射されて戻ってくる超音波（エコー）
を受信する振動子を備えた探触子（プローブ）が用いら
れる。走査方法としては、機械的な走査と電子的な走査
に分けることができる。

【０００４】機械的なスキャンは、普通、プローブを高
速に回転させるか、或いは首振り運動を行うことで実現
される。他方の電子的なスキャンは、普通、複数の振動
子を横一列に並べて配置したプローブを用いて、各振動
子を振動させることで実現される。

【０００５】電子的なスキャンにおいて、セクタスキャ
ンは、各振動子を振動させるタイミング（位相差）を制
御することで実現される。そのセクタスキャンでは、エ
コーの指向性、及び集束性等を制御するために、各振動
子がエコーを受信することで出力する信号（以降、エコ
ー信号と呼ぶ）を、各振動子毎に適宜な量だけ遅延して
加算することが行われる。このような機能を備えた回路
が整相回路である。

【０００６】上記整相回路は、各振動子からのエコー信
号を遅延し加算する遅延線の他に、複数の第１及び第２
の信号線を交差させて配置し、その交点に各々アナログ
スイッチを設けたクロスポイントスイッチを備えて構成
される。このクロスポイントスイッチの第１の信号線が
振動子に接続され、第２の信号線が遅延線に設けらた各
々異なるタップに接続されている。各振動子からのエコ
ー信号の遅延量の制御は、超音波ビームの発射方向に応
じてクロスポイントスイッチの設定を変更し、それらエ
コー信号を入力させるタップを切り換えることで行われ
る。

【０００７】上記クロスポイントスイッチの各アナログ
スイッチは、一般に、トランジスタ等の半導体スイッチ
を用いて構成されている。例えば半導体スイッチとして
ＭＯＳトランジスタを採用した場合、それのソースとド
レインがスイッチの入出力端子に対応する。

【０００８】周知のように、ソース及びドレインと対地
間には静電容量（対地静電容量）が存在する（他の半導
体スイッチにおいても同様）。クロスポイントスイッチ
の構成上、その各入力端子には、それに接続されている
アナログスイッチ全ての対地静電容量が並列に接続さ
れ、各入力端子の対地静電容量は、アナログスイッチ数
が多くなる程、大きくなる。その対地静電容量は、それ
が大きくなる程、エコー信号の高域の周波数特性を劣化
させる。この不具合を低減するものとしては、例えば特
開平１−１９８５３６号公報に開示されている整相回路
がある。

【０００９】図９は、上記公報に開示されている従来の
超音波診断装置の整相回路を示す図であり、図１０は、
それの動作を説明するための図である。この図９、及び
図１０を参照して、従来の整相回路の構成、及び動作を
説明する。

【００１０】図９において、５１は、図中、１〜ｎの番
号で示す複数の振動子５２を備えたプローブである。こ
のプローブ５１が備えた計ｎ個の振動子５２は、図１０
に示すように、番号順に一列に並んで配置されている。
これらの振動子５２は、番号が１〜ｎ／２、ｎ／２＋１
〜ｎの２つの同数のグループに分けられており（以降、
前者を第１のグループ、後者を第２のグループと呼
ぶ）、各振動子５２からのエコー信号の遅延量は、各グ
ループ毎に個別に制御される。図９中の破線で表した５
１ａ、５１ｂは、各振動子５２をグループ別にまとめて
示したものである。以降、第１のグループに属している
複数の振動子５２を振動子群５１ａ、第２のグループに
属している複数の振動子５２を振動子群５１ｂと呼ぶこ
とにする。また、図９中の５３は、プリアンプ及び電圧
／電流（Ｖ／Ｉ）変換器をまとめて表したものである
（以降、これらをまとめてＶ／Ｉ変換器５３と記す）。

【００１１】各振動子５２が出力したエコー信号は、こ
のＶ／Ｉ変換器５３を介して、第１のグループのものは
クロスポイントスイッチ５４、第２のグループのものは
クロスポイントスイッチ５９に入力される。Ｖ／Ｉ変換
器５３が接続されている線がクロスポイントスイッチ５
４、及び５９の第１の信号線である。

【００１２】クロスポイントスイッチ５４、及び５９
は、複数の第１の信号線と交差する複数の第２の信号線
を備え、第１の信号線と第２の信号線の交点５５には、
それぞれ、アナログスイッチが設けられている（以降、
その符号には５５を用いる）。各第２の信号線は、それ
ぞれ、バッファ５６に接続されており、各バッファ５６
は、それぞれ、遅延線５７の１〜ｍ／２でその番号を示
した何れかのタップ、或いは遅延線６０のｍ／２＋１〜
ｍでその番号を示した何れかのタップに接続されてい
る。

【００１３】これらの遅延線５７、及び６０は、各振動
子５２から異なるタイミングで出力されたエコー信号
を、そのタイミング差に応じて異なるタップから入力す
ることで、それらのエコー信号を加算（合成）して出力
する。遅延線５７は、その加算後のエコー信号（以降、
加算信号と呼ぶ）をアナログスイッチ５８に、他方の遅
延線６０はそれをアナログスイッチ６１に出力する。

【００１４】各アナログスイッチ５８、及び６１は、遅
延線５７、或いは６０から入力した加算信号の出力用の
接点としてａ、ｂ接点を各々備えたマルチプレクサであ
る。そのアナログスイッチ５８、及び６１は、制御回路
６２が出力する制御信号に従い、入力した加算信号を、
ａ、或いはｂ接点の何れかの接点から出力する。その制
御回路６２は、アナログスイッチ５８、６１の開閉の切
り換えを行う他に、クロスポイントスイッチ５４、及び
５９の設定を行う。

【００１５】アナログスイッチ５８のｂ接点は、振動子
群５１ｂ用のクロスポイントスイッチ５９の第１の信号
線に接続され、他方のアナログスイッチ６１のａ接点
は、振動子群５１ａ用のクロスポイントスイッチ５４の
第１の信号線に接続されている。即ち、各遅延線５７、
６０から出力された加算信号は、他方の遅延線に入力さ
せることができるようになっている。

【００１６】これにより、例えばアナログスイッチ５８
をｂ接点閉とすれば、遅延線５７から出力された予め必
要なだけ遅延されている加算信号を、クロスポイントス
イッチ５９を介して遅延線６０の何れかのタップに入力
させ、それを振動子群５１ｂの各振動子５２が出力した
エコー信号と加算させて出力させることができる。同様
に、アナログスイッチ６１をａ接点閉とすれば、遅延線
５７から全ての振動子５２のエコー信号を加算させた信
号を出力させることができる。

【００１７】図１０に示すように、超音波ビームの発射
角度を±４５度の範囲で偏向させてセクタスキャンを行
う場合、番号が１の振動子５２が出力したエコー信号に
必要な遅延時間は、番号がｎの振動子５２が出力したエ
コー信号に必要な遅延時間と比較して、超音波ビームの
発射角度（超音波ビームの偏向角）が＋側では小さく、
その角度が−側では逆に大きくなる。このため、制御回
路６２は、超音波ビームを発射する角度に応じて、その
角度が＋側であればアナログスイッチ５８、及び６１を
ａ端子閉とし、番号ｎの振動子５２を含む振動子群５１
ｂの加算信号を遅延線５７で更に遅延させる。反対に、
その角度が−側であればアナログスイッチ５８、及び６
１をｂ端子閉とし、番号１の振動子５２を含む振動子群
５１ａの加算信号を遅延線６０で更に遅延させる。

【００１８】これにより、超音波ビームの偏向角が＋側
であった場合には、全振動子５２が出力したエコー信号
は最終的に遅延線５７によって加算され、アナログスイ
ッチ５８のａ接点から出力される。反対にその角度が−
側であった場合には、全振動子５２が出力したエコー信
号は最終的に遅延線６０によって加算され、アナログス
イッチ６１のｂ接点から出力される。アナログスイッチ
５８のａ接点、或いはアナログスイッチ６１のｂ接点を
介して出力された全振動子５２の加算信号が、後段の回
路に入力される。

【００１９】クロスポイントスイッチのアナログスイッ
チの個数は、第１の信号線数と第２の信号線数の積とな
る。このことから、エコー信号の遅延、及びその加算を
行う遅延線を複数とし、各遅延線毎にクロスポイントス
イッチを備えた構成、即ち遅延線とクロスポイントスイ
ッチからなる組み合わせ回路を複数備えた構成とする
と、組み合わせ回路が１個の場合と比較して、各エコー
信号を遅延できる時間を減少させることなく、クロスポ
イントスイッチのアナログスイッチの個数を減らすこと
ができる（ｍ×ｎ＞２・（（ｎ／２＋１）×ｍ／２）＝
（ｎ／２＋１）×ｍ））。これにより、エコー信号の高
域の周波数特性を劣化させるという上記不具合が低減さ
せることができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波診断装置の整相回路は、複数の組み合わ
せ回路を、超音波ビームの偏向角に応じて、組み合わせ
回路の出力を次段の他の組み合わせ回路に順次入力させ
ていき、最終段の組み合わせ回路から全振動子５２のエ
コー信号を加算した信号を出力する構成である。このた
め、複数の組み合わせ回路のなかの最終段の組み合わせ
回路には、それ自身が備えるクロスポイントスイッチの
対地静電容量の他に、他の組み合わせ回路のクロスポイ
ントスイッチの対地静電容量が並列接続され、信号が流
れる経路全体の対地静電容量を大きくしていたという問
題点があった。この問題点は、信号の高周波特性を劣化
させ、画質を低下させるといった形で影響を及ぼす。

【００２１】ところで、クロスポイントスイッチの設定
時にはノイズが発生し、その発生したノイズは、第２の
信号線を介して遅延線に侵入する。遅延線に侵入したノ
イズは、それが侵入したタップによって決まる遅延時間
が経過した後、遅延線から出力する。ノイズによる画質
の低下を回避するために、従来の整相回路は、クロスポ
イントスイッチの設定時に発生したノイズが全て遅延線
を通過するのを待って超音波ビームの送受信を行ってい
る。

【００２２】しかし、上記従来の整相回路は、クロスポ
イントスイッチの設定を、例えば番号が１の振動子から
昇順にといったように、予め定められた順序に従って行
っていた。このため、以下のように、場合によっては、
超音波ビームの偏向角の変更に伴うクロスポイントスイ
ッチの設定変更に要する時間が非常に長くなるという問
題点が発生していた。この問題点は、単位時間（１秒）
当たりに超音波ビームを送受信できる回数を減らし、画
像のリアルタイム性を低下させるといった形で影響を及
ぼす。

【００２３】例えばクロスポイントスイッチの設定が振
動子５２の番号の昇順であった場合、最後の設定対象は
番号ｎの振動子５２となる。しかし、この場合には、超
音波ビームの偏向角が−側（図１０参照）になると、最
後に設定される番号ｎの振動子５２から出力されるエコ
ー信号に必要な遅延時間が、全振動子５２のなかで最大
のものとなり、設定を開始してから全てのノイズが遅延
線を通過するまでの時間が非常に長くなる。その時間
は、当然のことながら、超音波ビームの偏向角が−側に
大きくなるほど長くなる。

【００２４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、クロスポイントスイッチの対地静電容量による高
周波特性の劣化を低減することを第１の目的とする。ま
た、本発明は、単位時間当たりに超音波ビームを送受信
できる回数を向上させることを第２の目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様の超
音波診断装置の整相回路は、複数の振動子を有する探触
子を備え、該複数の振動子の位相制御によって被験体の
扇形走査を行う超音波診断装置に適用されることを前提
とし、接続される振動子数より少なくとも１個多い数の
複数の第１の信号線、この複数の第１の信号線と交差す
る複数の第２の信号線、及び複数の第１の信号線と複数
の第２の信号線が交差する点毎に各々スイッチを設けて
なるクロスポイントスイッチ、及び、クロスポイントス
イッチの複数の第２の信号線から信号を入力するタップ
を複数有する遅延線からなる組み合わせ回路を複数備え
るとともに、複数の組み合わせ回路が出力した信号を加
算する加算手段と、組み合わせ回路が出力した信号を、
他の組み合わせ回路の第１の信号線、加算手段、或いは
後段の回路に切り換えて出力する切換手段と、を具備し
ている。

【００２６】上記の構成に加えて、組み合わせ回路のク
ロスポイントスイッチの設定を、位相制御により探触子
から発射される超音波ビームの方向、或いは被験体内の
焦点の位置に応じて、遅延線による遅延時間の大きい側
のスイッチから行う設定手段を、更に具備することが望
ましい。

【００２７】本発明の第２の態様の超音波診断装置の整
相回路は、複数の振動子を有する探触子を備え、該複数
の振動子の位相制御によって被験体の扇形走査を行う超
音波診断装置に適用されることを前提とし、複数の振動
子から出力された信号が別個に入力される複数の第１の
信号線、複数の第１の信号線と交差する複数の第２の信
号線、及び複数の第１の信号線と複数の第２の信号線が
交差する点毎に各々スイッチを設けてなるクロスポイン
トスイッチ、及び、クロスポイントスイッチの複数の第
２の信号線から信号を入力するタップを複数有する遅延
線からなる組み合わせ回路を少なくとも１つ備えるとと
もに、組み合わせ回路のクロスポイントスイッチの設定
を、位相制御により探触子から発射される超音波ビーム
の方向、或いは被験体内の焦点の位置に応じて、遅延線
による遅延時間の大きい側のスイッチから行う設定手段
を、具備する。

【００２８】本発明は、超音波ビームの偏向角等に応じ
て、ある組み合わせ回路が出力する信号を他の組み合わ
せ回路に入力させる（即ち、組み合わせ回路を直列接続
させる）他に、それらの組み合わせ回路が出力する信号
を加算する（即ち、組み合わせ回路を並列接続させる）
ことにより、各振動子が出力するエコー信号の加算を行
う。これにより、各組み合わせ回路が有するクロスポイ
ントスイッチの対地静電容量の影響を必要最小限に抑え
ることが可能となり、高周波特性の劣化の低減が可能と
なる。

【００２９】また、本発明は、超音波ビームの偏向角等
に応じて、遅延時間が大きい信号を出力する振動子から
それのクロスポイントスイッチへの設定を行う。これに
より、クロスポイントスイッチの設定時に発生して遅延
線に侵入するノイズは、遅延時間が長いノイズほど遅延
線に早く侵入することになり、クロスポイントスイッチ
の設定開始から終了までに発生した全てのノイズが遅延
線を通過するのに要する時間は常に最短となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。＜第１の実施の形態＞図１は、第１の実施の形態が適用
された超音波診断装置の整相回路を示す図である。

【００３１】この第１の実施の形態は、図１に示すよう
に、２つの組み合わせ回路を有する構成である。プロー
ブ１が有する番号が１〜ｎの計ｎ個の振動子２は、番号
順に一列に並んで配置されている（図２参照）。それら
の振動子２は、番号が１〜ｎ／２の計ｎ／２個の振動子
２からなる振動子群１ａ（第１のグループ）と、番号が
（ｎ／２＋１）〜ｎの計ｎ／２個の振動子２からなる振
動子群１ｂとに分けられており、２つの組み合わせ回路
によって各振動子群１ａ、１ｂ単位で各振動子２から出
力されるエコー信号の遅延量が制御される。

【００３２】各振動子２から出力されたエコー信号は、
プリアンプ、及びＶ／Ｉ変換器を介してクロスポイント
スイッチ４、或いは５に入力される。図１中の３は、プ
リアンプ、及びＶ／Ｉ変換器をまとめて表したものであ
る（以降、これらをまとめてＶ／Ｉ変換器３と記す）。
このＶ／Ｉ変換器３が接続されている線がクロスポイン
トスイッチ４、及び５の第１の信号線である。各クロス
ポイントスイッチ４、及び５が有する第１の信号線数
は、Ｖ／Ｉ変換器３が接続されていないものが１本あ
り、計（ｎ／２＋１）である。

【００３３】クロスポイントスイッチ４、及び５は、
（ｎ／２＋１）本の第１の信号線と交差する複数の第２
の信号線を備え、第１の信号線と第２の信号線の交点６
には、それぞれ、アナログスイッチが設けられている
（以降、このアナログスイッチにも６を符号として用い
る）。各第２の信号線は、それぞれ、バッファ７に接続
されており、そのバッファ７の先には遅延線８、或いは
９のタップが接続されている。遅延線８、及び９は、基
本的に同じものであり、遅延線８には、１〜ｍ／２の番
号が付いた計ｍ／２個のタップが、他方の遅延線９には
ｍ／２＋１〜ｍの番号が付いた計ｍ／２個のタップが各
々設けられている。各クロスポイントスイッチ４、及び
５の第２の信号線数は、そのタップ数に合わせてｍ／２
本である。

【００３４】上記遅延線８、及び９は、各振動子２から
通常異なるタイミングで出力されるエコー信号を、その
タイミング差に応じて異なるタップから入力すること
で、そのタイミング差を吸収し、それらのエコー信号を
加算（合成）して出力する。遅延線８は、その加算後の
エコー信号である加算信号をアナログスイッチ１０に、
他方の遅延線９はそれをアナログスイッチ１１に出力す
る。

【００３５】なお、遅延線８及び９は、それが有するタ
ップのなかで最も番号が小さいタップに入力した信号を
遅延させずに出力する。具体的には、遅延線８は、番号
が１のタップに入力した信号を、遅延線９は、番号がｍ
／２＋１のタップに入力した信号を、それぞれ遅延する
ことなく出力する。

【００３６】各アナログスイッチ１０、及び１１は、遅
延線８、或いは９から入力した加算信号の出力用の接点
としてａ、ｂ、及びｃ接点を各々備えたマルチプレクサ
である。そのアナログスイッチ１０、及び１１は、制御
回路１３が出力する制御信号に従い、入力した加算信号
を、ａ、ｂ、或いはｃ接点の何れかの接点から出力す
る。

【００３７】アナログスイッチ１０は、そのａ接点はア
ナログスイッチ１２のａ接点、そのｂ接点はアナログス
イッチ１２のｂ接点、そのｃ接点はクロスポイントスイ
ッチ５の第１の信号線にそれぞれ接続されている。他方
のアナログスイッチ１１は、そのａ接点はクロスポイン
トスイッチ４の第１の信号線、そのｂ接点はアナログス
イッチ１２のｂ接点、そのｃ接点はアナログスイッチ１
２のｃ接点にそれぞれ接続されている。

【００３８】上記アナログスイッチ１２は、ａ、ｂ、及
びｃ接点を備えたデマルチプレクサであり、それら各接
点のなかの何れか一つの接点を閉にすることで、各接点
に入力された信号を選択して出力する。このアナログス
イッチ１２が出力した信号が後段の回路に入力される。

【００３９】制御回路１３は、上記アナログスイッチ１
０、１１の開閉の切り換えを行う他に、アナログスイッ
チ１２の開閉の切り換え、更にはクロスポイントスイッ
チ４、及び５の設定を行う。各振動子２には、不図示の
送信回路から超音波ビームの発射方向（偏向角）に応じ
て信号（電気パルス）が送出される。制御回路１３は、
その発射方向に応じて、アナログスイッチ１０〜１２の
開閉の切り換え、クロスポイントスイッチ４、５の設定
を行う。

【００４０】図２は、その制御回路１３の動作を説明す
るための図である。この図２を参照して、上記各種スイ
ッチに対する制御回路１３の設定動作について詳細に説
明する。セクタスキャン、即ち超音波ビームの発射方向
（偏向角）は、第１の実施の形態では±４５度の範囲内
で行われる。超音波ビームの偏向角の変更は、各振動子
２を振動させるタイミング（位相差）を制御することで
行われる。例えば＋側への超音波ビームの発射は、番号
１の振動子２を最も早く振動を開始させた後、順次昇順
に振動子２を振動させることで実現される。

【００４１】図２に示すように、第１の実施の形態で
は、超音波ビームの偏向角を、＋側に比較的大きく偏向
させた領域、偏向が比較的小さい領域、及び−側に比較
的大きく偏向させた領域の３つの領域に大別して、各領
域毎に異なるスイッチの設定を行う。以降、上記３つの
領域については、それぞれ、＋側領域、中央領域、−側
領域と呼ぶことにする。

【００４２】なお、超音波ビームを＋側に偏向させて発
射した場合、各振動子２が出力するエコー信号の遅延時
間は、番号ｎの振動子２のそれを最も大きく、番号１の
振動子２のそれを最も小さくする必要がある。超音波ビ
ームを−側に偏向させて発射した場合はその逆である。

【００４３】＋側領域に超音波ビームが発射される場
合、制御回路１３は、アナログスイッチ１０〜１２を各
々ａ接点閉に設定する。アナログスイッチ１０〜１２を
このように設定すると、遅延線９から出力された信号は
アナログスイッチ１１を介してクロスポイントスイッチ
４に入力され、遅延線８で全振動子２から出力されるエ
コー信号の加算が行われ、遅延線８から出力された信号
がアナログスイッチ１０を介してアナログスイッチ１２
のａ接点から出力される。

【００４４】換言すれば、超音波ビームを＋側領域に発
射する場合、振動子群１ａ用の組み合わせ回路を第１の
組み合わせ回路、振動子群１ｂ用に組み合わせ回路を第
２の組み合わせ回路と呼ぶと、制御回路１３は、第２の
組み合わせ回路と第１の組み合わせ回路をその順序で直
列に接続し、最終段である第１の組み合わせ回路から後
段の回路に加算信号を出力させる。これは、＋側領域で
は、エコー信号を遅延させる最大値と最小値の差、即ち
番号１の振動子２からのエコー信号の遅延時間と番号ｎ
の振動子２からのエコー信号の遅延時間の差が比較的に
大きいためである。制御回路１３は、超音波ビームの偏
向角、及び上記組み合わせ回路の接続形態に基づいて、
各クロスポイントスイッチ４、及び５の設定を合わせて
行う。

【００４５】上記＋側領域とは対極となる−側領域に超
音波ビームが発射される場合、制御回路１３は、アナロ
グスイッチ１０〜１２を各々ｃ接点閉に設定する。アナ
ログスイッチ１０〜１２をこのように設定すると、遅延
線８から出力された信号はアナログスイッチ１０を介し
てクロスポイントスイッチ５に入力され、遅延線９で全
振動子２から出力されるエコー信号の加算が行われ、遅
延線９から出力された信号がアナログスイッチ１１を介
してアナログスイッチ１２のｃ接点から出力される。換
言すれば、第１の組み合わせ回路と第２の組み合わせ回
路をその順序で直列に接続し、最終段である第２の組み
合わせ回路から後段の回路に加算信号を出力させる。制
御回路１３は、各クロスポイントスイッチ４、及び５の
設定を、超音波ビームの偏向角、上記組み合わせ回路の
接続形態に基づいて行う。

【００４６】最後の中央領域に超音波ビームが発射され
る場合、制御回路１３は、アナログスイッチ１０〜１２
を各々ｂ接点閉に設定する。アナログスイッチ１０〜１
２をこのように設定すると、遅延線８から出力された信
号、及び遅延線９から出力された信号は、共にアナログ
スイッチ１２のｂ接点に入力するので、それらの信号は
そこで加算され、アナログスイッチ１２のｂ接点から後
段の回路に出力される。換言すれば、第１の組み合わせ
回路と第２の組み合わせ回路を並列に接続し、各組み合
わせ回路の出力信号を加算して後段の回路に出力させ
る。

【００４７】中央領域では、第１の組み合わせ回路が出
力する加算信号の遅延時間と、第２の組み合わせ回路が
出力する加算信号のそれとの差が比較的小さい。中央領
域は、その差をクロスポイントスイッチ４及び５の設定
内容によって吸収することができる範囲、具体的には、
振動子２から出力されたエコー信号に対する最大遅延時
間が一つの遅延線８、或いは９の遅延時間内に収まる範
囲をそれとして決定したものである。

【００４８】制御回路１３は、超音波ビームの偏向角が
０度の場合、例えば各クロスポイントスイッチ４、及び
５を同一の内容で設定する（この場合には、例えば各振
動子２から出力されたエコー信号に対する遅延量を全て
同じになるように設定する）。超音波ビームの発射角度
が０度からずれている場合には、それがずれている側、
及びその角度に応じて、例えばそれが＋側にずれていた
場合には、振動子群１ｂに属する各振動子２から出力さ
れるエコー信号に対する遅延量が、振動子群１ａに属す
る角振動子２から出力されるエコー信号に対するそれよ
りも全体的に大きくなるように、各クロスポイントスイ
ッチ４、及び５を設定する。

【００４９】上述したように、第１、及び第２の組み合
わせ回路を並列に接続した場合、エコー信号の経路上の
クロスポイントスイッチの対地静電容量は、その組み合
わせ回路のクロスポイントスイッチ分だけとなり、他の
組み合わせ回路のクロスポイントスイッチの対地静電容
量は影響しなくなる。このため、高周波特性の劣化を更
に低減させることができ、中央領域（図２の斜線部分）
では木目の細かな画像を表示することができる。通常、
診断時には、関心領域が中央領域となるように画像を撮
ることから、それによる効果は実用上非常に大きなもの
となる。

【００５０】なお、第１の実施の形態は、２つの組み合
わせ回路を有する整相回路に本発明を適用したものであ
るが、本発明は２つよりも多い組み合わせ回路を有する
整相回路に対しても容易に適用することができるもので
ある。例えば４つの組み合わせ回路を有する整相回路に
本発明を適用する場合には、４つの組み合わせ回路を全
て並列に接続する他に、超音波ビームの発射角度が０度
からある程度ずれている際には、２つずつ組み合わせ回
路を並列に接続し、各並列に接続した２つの組み合わせ
回路を更に並列に接続させても良い。＜第２の実施の形態＞第２の実施の形態は、クロスポイ
ントスイッチとそれの第２の信号線にタップが接続され
ている遅延線を備えてなる組み合わせ回路を２系統有す
る整相回路に本発明を適用したものである。上記第１の
実施の形態と同じ部分は、それの説明のために付与した
符号を用いて第２の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００５１】なお、第２の実施の形態では、第１の実施
の形態とは異なり、２つの組み合わせ回路を２系統の組
み合わせ回路と表現している。これは、詳細は後述する
ように、第２の実施の形態における各組み合わせ回路
は、それぞれ、プローブ１の各振動子２が出力するエコ
ー信号を全て入力し、それらを互いに異なる時間だけ遅
延させて加算することができるためである。換言すれ
ば、第１の実施の形態における２つの組み合わせ回路に
よって実現できる機能を、第２の実施の形態のそれらは
各々備えているためである。

【００５２】図３は、第２の実施の形態による整相回路
を示す図である。この第２の実施の形態による整相回路
は、図３に示すように、プローブ１が有する全振動子
２、及び各振動子２毎にそれに接続されているＶ／Ｉ変
換器３からなる受信回路２１と、その受信回路が出力す
る各振動子２毎のエコー信号を入力し、それらを加算し
た加算信号を出力する組み合わせ回路２２、２３と、そ
れら組み合わせ回路２２、２３が出力する加算信号の一
方を選択して出力するアナログスイッチ２４と、このア
ナログスイッチ２４、各組み合わせ回路２２、及び２３
の設定を行う制御回路２５とを備えている。

【００５３】図４は、上記組み合わせ回路２２、２３を
示す図である。プローブ１は、番号が１〜ｎの計ｎ個の
振動子２を備えている。第２の実施の形態で採用したク
ロスポイントスイッチ３１は、その振動子２数に合わ
せ、計ｎ本の第１の信号線と、計ｍ本の第２の信号線
と、各第１の信号線と第２の信号線の交点にそれぞれ設
けたアナログスイッチ３２とを備えている。それの第２
の信号線は、図示しないバッファを介して遅延線３３の
各タップに接続されている。

【００５４】以上の構成において、その動作を説明す
る。第２の実施の形態は、電子フォーカスによって超音
波を集束させる点（焦点）を順次変更（移動）させてい
く、いわゆるダイナミック受信フォーカスを行い、画像
を撮影する。制御回路２５は、組み合わせ回路２２にエ
コー信号を処理（加算）させる場合にはアナログスイッ
チ２４をａ接点閉とし、組み合わせ回路２２でエコー信
号の処理を行わせている間に組み合わせ回路２３（それ
のクロスポイントスイッチ３１）の設定を行う。組み合
わせ回路２２がエコー信号を処理し、それを加算した加
算信号をアナログスイッチ２４のａ接点に出力した後
は、アナログスイッチ２４をｂ接点閉に切り換え、組み
合わせ回路２３にエコー信号の処理を行わせるととも
に、組み合わせ回路２２の設定を行う。このような動作
を繰り返し、２系統の組み合わせ回路２２、２３の一方
の設定中に他方で受信処理を行うことで、ダイナミック
受信フォーカスによるセクタスキャンを実行する。

【００５５】図６は、集束原理を説明する図である。こ
こで、この図６を参照して、超音波ビームの集束、即ち
焦点合わせについて具体的に説明する。プローブ１に
は、番号が１〜ｎの計ｎ個の振動子２が一列に並べて配
置されている。被験体内の任意の点を焦点とすると、そ
の点で超音波ビームが反射されてから、そのエコーがプ
ローブ１の各振動子２に到達し受信されるまでの時間は
普通各振動子２毎に異なる。焦点合わせは、基本的に、
焦点とする位置で超音波ビームが反射されてから、それ
のエコーを各振動子２が受信するまでの時間差を吸収す
るように、各振動子２が出力したエコー信号を個別に遅
延させることで行われる。

【００５６】具体的には、例えば図６に示すように、超
音波ビームの偏向角が＋側のある点Ａに焦点を合わせる
場合、ある時点でその点Ａで反射されたエコーは、番号
ｎの振動子２に最も早く到達し、番号１の振動子２には
最も遅く到達する。図６中のＬｎは、それら振動子２間
のエコーの経路長の差であり、番号ｎの振動子２が出力
するエコー信号に対しては、少なくとも、その差Ｌｎを
エコー（超音波）が進行するのに要する時間を遅延させ
る。他の振動子２が出力するエコー信号に対しても同様
に、番号ｎの振動子２との経路長の差をエコーが進行す
るのに要する時間を遅延させる。

【００５７】このようにすると、点Ａ（及びその周辺）
からのエコーを各振動子２が受信して出力したエコー信
号を、その点Ａで超音波ビームが反射されたタイミング
に合わせて加算することができる。これにより、点Ａか
らのエコーを選択的、且つ効率的に受信することができ
る。即ち、点Ａに焦点を合わせることができる。これ
は、被験体内の他の点を焦点とする場合も同様である。

【００５８】焦点合わせは、上述したように、各振動子
２が出力するエコー信号の遅延量を制御することであ
り、制御回路２５が各組み合わせ回路２２、２３のクロ
スポイントスイッチ３１の設定を行うことで電子的に実
現される。

【００５９】ダイナミック受信フォーカスでは、焦点を
早く切り換えていくことで画質を向上させることができ
る。しかし、その焦点の切り換えに対応するクロスポイ
ントスイッチ３１の設定時には、ノイズが発生し、その
ノイズは画質の劣化を招くため、後述するように、発生
するノイズは画像のフレームレートを制限する一つの大
きな原因となっていた。第２の実施の形態は、この問題
点を以下のように低減することで、フレームレートをよ
り向上させている。

【００６０】図７は、クロスポイントスイッチ３１の設
定に要する期間を説明する図である。超音波ビームの偏
向角が＋側であった場合に、クロスポイントスイッチ３
１の設定時に発生したノイズが遅延線３３を通過するの
に要する時間を示している。この図７を参照して、第２
の実施の形態によるノイズ対策について詳細に説明す
る。

【００６１】第２の実施の形態のクロスポイントスイッ
チ３１は、各第１の信号線がそれぞれアドレスに対応し
ており（このようにすると、１つの振動子２を複数のタ
ップに接続することが回避できるという利点がある）、
各アドレス（振動子２）毎に、その第１の信号線と第２
の信号線を接続させるアナログスイッチ３２を設定して
いくことで、クロスポイントスイッチ３１全体の設定を
行うようになっている。このクロスポイントスイッチ３
１の設定を行うことで、各振動子２を接続させる遅延線
３３のタップが確定する。

【００６２】各振動子２を遅延線３３に接続させるアナ
ログスイッチ３２の設定を行うと、その設定時に発生し
たノイズは、そのアナログスイッチ３２が接続したタッ
プから遅延線３３に侵入し、その侵入したタップで決ま
る遅延時間が経過した後、遅延線３３から出力される。
このため、具体的には以下のように、各振動子２の設定
順序により、ノイズが遅延線３３の通過に要する時間は
大きく異なる。

【００６３】上記したように、図７は、超音波ビームの
偏向角が＋側であった際に発生したノイズが遅延線３３
を通過する様子を表しており、同図（ａ）は番号１の振
動子２から昇順に設定を行った場合（図４における下向
きの矢印方向：従来例に相当する）、同図（ｂ）はその
逆に番号ｎの振動子２から降順に設定を行った場合（図
４における上向きの矢印方向）のものである。

【００６４】超音波ビームの発射角度が＋側のときに
は、図６から判るように、番号ｎの振動子２が出力する
エコー信号の遅延時間が最も大きく、番号１の振動子２
が出力するエコー信号の遅延時間が最も小さい。このた
め、図７（ａ）に示すように、昇順に設定を行った場
合、その設定期間は、番号１から番号ｎの振動子２の設
定に要する時間Ｔ１に、設定を開始してから時間Ｔ１後
に発生した番号ｎの振動子２の設定時のノイズが遅延線
３３を出力するまでの時間Ｔ２を加算した時間以上が常
に必要となる（設定期間＞Ｔ１＋Ｔ２）。

【００６５】これに対し、降順に設定を行った場合に
は、最後に設定する振動子２の遅延時間が普通０となる
ことから、図７（ｂ）に示すように、設定期間は、番号
ｎ〜番号１の振動子２の設定に要する時間Ｔ１か、或い
は番号ｎの振動子２の設定時に発生したノイズが遅延線
３３を出力するまでの時間Ｔ２（そのスキャン時におけ
る最大の遅延時間）の何れか一方以上となる（設定期間
＞ｍａｘ（Ｔ１、Ｔ２））。

【００６６】このことから明らかなように、遅延線３３
を全てのノイズが通過してから受信期間に移行するまで
の期間が同じであるとすれば、超音波ビームの偏向角が
＋側であった場合、クロスポイントスイッチ３１の設定
順序を昇順から降順に変更することで、番号ｎの振動子
２の設定時に発生したノイズが遅延線３３を通過するま
での時間Ｔ２の範囲内で設定期間を短縮することができ
る。図７の例では、時間Ｔ１が短縮されているが、これ
はＴ１＜Ｔ２のためである。超音波ビームの発射角度が
−側であった場合には、クロスポイントスイッチ３１の
設定順序を昇順に切り換えることで、同様の範囲内で設
定期間を短縮することができる。

【００６７】図８は、クロスポイントスイッチ３１の設
定順序により得られる画像を説明する図である。同図８
（ａ）は、上述した第２の実施の形態によるクロスポイ
ントスイッチ３１の設定方法を採用した場合、同図
（ｂ）は、クロスポイントスイッチ３１を予め設定され
ている順序に従って設定する従来例による場合のもので
ある。これらは、単位時間当たりに撮影できる（超音波
ビームを送受信できる）回数、即ちフレームレートを同
じとした場合に得られる画像の様子を模式的に表したも
のである。

【００６８】上述したように、第２の実施の形態による
クロスポイントスイッチ３１の設定方法を採用すること
で、クロスポイントスイッチ３１の設定期間を従来より
も短縮することができる。このため、図８（ａ）、同図
（ｂ）に示したように、同一のフレームレートとした条
件では、第２の実施の形態のほうが画像の分割数（焦点
を切り換えて撮影する回数）が多く、超音波ビームの集
束幅を狭くすることができる。言い換えれば、画質が良
く、鮮明な画像を得ることができる。また、第２の実施
の形態では、従来例と比較して、フレームレートを向上
しつつ、よりリアルタイムな画像をより鮮明に得ること
もできる。

【００６９】図５は、上記制御回路２５を示す図であ
る。次に、上記の動作を実現する制御回路２５の構成、
及び動作について、図５を参照して詳細に説明する。セ
クタスキャンは、例えば超音波ビームの発射方向の＋側
の最大値から−側の最大値まで順次超音波ビームの発射
方向を切り換えていくことで行われる。その超音波ビー
ムの発射方向は、例えば＋側の最大値が０で、−側の最
大値に向かうにつれて順次大きくなる走査番号によって
管理されている。ＣＰＵ４１は、次に超音波ビームを発
射する方向を示す走査番号を、走査番号レジスタ４２に
保持させる。

【００７０】走査番号の中央値は、中央値レジスタ４３
に保持されている。比較器４４は、走査番号レジスタ４
２に保持されている走査番号と、中央値レジスタ４３に
保持されている中央値とを比較し、その比較結果をセレ
クタ４６、及びカウンタ４７に出力する。例えば、比較
器４４は、走査番号が中央値以下であった場合には論理
値が０の信号を、走査番号が中央値よりも大きい場合に
は論理値が１の信号を出力する。

【００７１】セレクタ４６に接続されているレジスタ４
５には、クロスポイントスイッチ３１の設定を開始する
振動子２の番号（その値はクロスポイントスイッチ３１
のアドレスに対応する）がＣＰＵ４１により保持され
る。上記したように、クロスポイントスイッチ３１の設
定順序は、超音波ビームの発射方向によって異なる。こ
のため、例えばレジスタ４５の上位４ビットには０、そ
の下位４ビットにはｎ＋１をそれぞれ保持させている。
セレクタ４５には、レジスタ４５の上位４ビット、それ
の下位４ビットの値がそれぞれ出力される。

【００７２】そのセレクタ４６は、比較器４４の出力し
た信号が０であった場合、即ち超音波ビームの偏向角が
＋側であった場合、レジスタ４５の下位４ビットの値を
選択してカウンタ４７に出力する。その反対に、比較器
４４が出力した信号が１であった場合には、即ち超音波
ビームの偏向角が−側であった場合には、レジスタ４５
の上位４ビットの値を選択してカウンタ４７に出力す
る。

【００７３】そのカウンタ４７は、セレクタ４６が出力
した値をロードして初期値にセットする。初期値をセッ
トした後は、比較器４４が出力する信号に従い、例えば
ＣＰＵ４１が出力するクロック（図示せず）を入力する
度に、それのインクリメント、或いはデクリメントを行
う。具体的には、比較器４４の出力した信号が０であっ
た場合、即ち超音波ビームの発射方向が＋側であった場
合、カウント値のデクリメントを行い、比較器４４が出
力した信号が１であった場合には、即ち超音波ビームの
発射方向が−側であった場合には、カウント値のインク
リメントを行う。そのカウンタ４７のカウント値は、組
み合わせ回路２２、或いは２３のクロスポイントスイッ
チ３１のアドレス線に出力される。

【００７４】超音波ビームの偏向角が＋側の場合には、
カウンタ４７の初期値にｎ＋１がセットされ、そのカウ
ント値がｎ〜１の間、クロスポイントスイッチ３１には
降順にカウンタ４７からアドレス値が出力される。反対
に、超音波ビームの発射方向が−側の場合には、カウン
タ４７の初期値に０がセットされ、そのカウント値が１
〜ｎの間、クロスポイントスイッチ３１には昇順にカウ
ンタ４７からアドレス値が出力される。ＣＰＵ４１は、
そのカウンタ４７のクロスポイントスイッチ３１へのア
ドレス値の出力に合わせて、そのアドレス値での設定内
容をクロスポイントスイッチ３１に出力する。これによ
り、超音波ビームの発射方向に応じたクロスポイントス
イッチ３１の設定が行われる。

【００７５】このようにして、一方の組み合わせ回路２
２、或いは２３のクロスポイントスイッチ３１の設定が
終了すると、ＣＰＵ４１は、アナログスイッチ２４の接
続の切り換えを行い、クロスポイントスイッチ３１の設
定が終了した側の組み合わせ回路２２、或いは２３でエ
コー信号の受信処理を行わせる。

【００７６】このとき、他方の組み合わせ回路２３、或
いは２２に対しては、次の走査番号を走査番号レジスタ
４２に保持させ、上記と同様にして、そのクロスポイン
トスイッチ３１を設定する。このような動作を繰り返
し、ダイナミック受信フォーカスによるセクタスキャン
を行う。

【００７７】なお、第２の実施の形態は、組み合わせ回
路を２系統有する整相回路に本発明を適用したものであ
るが、本発明は組み合わせ回路の設定時間を短縮するも
のであることから、組み合わせ回路数に係わらず適用で
きるものである。また、当然のことながら、電子フォー
カスをかけるか否かに係わらず、本発明は位相制御を行
う超音波診断装置の整相回路に適用できるものである。

【００７８】上記組み合わせ回路においては、第２の実
施の形態では第１の実施の形態とは異なり、プローブ１
が有する振動子２数と同じ数の第１の信号線を備えたク
ロスポイントスイッチ３１を採用しているが、第１の実
施の形態のように、プローブ１が有する振動子２を複数
のグループに分け、各グループ毎にクロスポイントスイ
ッチを割り当てるようにしても良い。即ち、第１の実施
の形態に、第２の実施の形態によるクロスポイントスイ
ッチの設定方法を適用させても良い。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、超音波
ビームの偏向角等に応じて、ある組み合わせ回路が出力
する信号を他の組み合わせ回路に入力させる（即ち、組
み合わせ回路を直列接続させる）他に、それらの組み合
わせ回路が出力する信号を加算する（即ち、組み合わせ
回路を並列接続させる）ことにより、各振動子が出力す
るエコー信号の加算を行う。このため、各組み合わせ回
路が有するクロスポイントスイッチの対地静電容量の影
響を必要最小限に抑えることができ、高周波特性の劣化
を低減させることができる。その結果、被験体のより鮮
明な画像を得ることができる。

【００８０】また、本発明は、超音波ビームの偏向角等
に応じて、遅延時間が大きいエコー信号を出力する振動
子からそれのクロスポイントスイッチへの設定を行うた
め、クロスポイントスイッチの設定開始から終了までに
発生した全てのノイズが遅延線を通過するのに要する時
間を常に最短とすることができる。これにより、設定期
間を短縮することができ、単位時間当たりに超音波ビー
ムを送受信できる回数を向上させることができる。その
結果、フレームレートの向上や、リアルタイム性、画質
の向上等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による整相回路を示す図であ
る。

【図２】制御回路の動作を説明するための図である。

【図３】第２の実施の形態による整相回路を示す図であ
る。

【図４】組み合わせ回路を示す図である（第２の実施の
形態）。

【図５】制御回路を示す図である。

【図６】集束原理を説明する図である。

【図７】クロスポイントスイッチの設定に要する期間を
説明する図である。

【図８】クロスポイントスイッチの設定順序によって得
られる画像の違いを説明する図である。

【図９】従来の超音波診断装置の整相回路を示す図であ
る。

【図１０】従来の整相回路の動作を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１プローブ２振動子３Ｖ／Ｉ変換器４、５、３１クロスポイントスイッチ８、９、３３遅延線６、１０〜１２、２４、３２アナログスイッチ１３、２５制御回路２１受信回路２２、２３組み合わせ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の振動子を有する探触子を備え、該
複数の振動子の位相制御によって被験体の扇形走査を行
う超音波診断装置に適用される整相回路において、接続される振動子数より少なくとも１個多い数の複数の
第１の信号線、該複数の第１の信号線と交差する複数の
第２の信号線、及び該複数の第１の信号線と該複数の第
２の信号線が交差する点毎に各々スイッチを設けてなる
クロスポイントスイッチ、及び、該クロスポイントスイ
ッチの複数の第２の信号線から信号を入力するタップを
複数有する遅延線からなる組み合わせ回路を複数備える
とともに、前記複数の組み合わせ回路が出力した信号を加算する加
算手段と、前記組み合わせ回路が出力した信号を、他の組み合わせ
回路の第１の信号線、前記加算手段、或いは後段の回路
に切り換えて出力する切換手段と、を具備したことを特徴とする超音波診断装置の整相回
路。
【請求項２】前記組み合わせ回路のクロスポイントス
イッチの設定を、前記位相制御により前記探触子から発
射される超音波ビームの方向、或いは被験体内の焦点の
位置に応じて、前記遅延線による遅延時間の大きい側の
スイッチから行う設定手段を、更に具備したことを特徴とする請求項１記載の超音波診
断装置の整相回路。
【請求項３】複数の振動子を有する探触子を備え、該
複数の振動子の位相制御によって被験体の扇形走査を行
う超音波診断装置に適用される整相回路において、前記複数の振動子から出力された信号が別個に入力され
る複数の第１の信号線、該複数の第１の信号線と交差す
る複数の第２の信号線、及び該複数の第１の信号線と該
複数の第２の信号線が交差する点毎に各々スイッチを設
けてなるクロスポイントスイッチ、及び、該クロスポイ
ントスイッチの複数の第２の信号線から信号を入力する
タップを複数有する遅延線からなる組み合わせ回路を少
なくとも１つ備えるとともに、前記組み合わせ回路のクロスポイントスイッチの設定
を、前記位相制御により前記探触子から発射される超音
波ビームの方向、或いは被験体内の焦点の位置に応じ
て、前記遅延線による遅延時間の大きい側のスイッチか
ら行う設定手段を、具備したことを特徴とする超音波診断装置の整相回路。