JPH1156844A - 超音波診断装置の遅延時間演算装置及び演算方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大容量メモリーを必要とせずＣＰＵにより精度
の高い遅延時間データを短時間で算出しうる超音波診断
装置の遅延時間演算装置及び方法を提供すること。 【解決手段】アレイ状に配置された複数個の超音波振動
子を使用し超音波ビームを偏向し集束する超音波診断装
置において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振動
子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定し
（ステップ１）、距離ｘおよび偏向角θにおける標本点
間の標本化間隔を設定し（ステップ２）、前記標本点に
おける超音波ビームの遅延時間を計算し（ステップ
３）、前記距離ｘ方向および偏向角θ方向における各標
本点間の遅延時間を補間する（ステップ４、５）ように
し、前記標本化間隔を焦点距離ｆか、焦点距離ｆ及び偏
向角θか、または超音波振動子の座標ｘの大きさに従っ
て大きくに設定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】アレイ状に配置された複数個
の超音波振動子から予め定められた焦点に対し超音波ビ
ームを偏向送信して集束し、次々に焦点を変更して診断
を行う超音波診断装置の遅延時間演算装置及び演算方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波診断装置において
は、アレイ状に配置された複数個の超音波振動子を使用
して、各超音波振動子から送信する超音波ビームを偏向
して焦点に集束するようにした電子セクタ方式が知られ
ている。電子セクタ方式では、各超音波振動子から超音
波ビームを偏向して送信するときに、それぞれの送信時
間に遅延を設けて超音波ビームを焦点に集束させるよう
にすることが必要である。そのため、その制御に使用す
る遅延時間を用意するために多くの遅延時間データを必
要とする。例えば、超音波振動子の数が６４個（または
６４ｃｈ）、焦点距離が１６点、超音波ビームの偏向角
（θ）が２５６本ある構成の超音波診断装置では、デー
タの対称性を利用してデータ数を半減しても約１３万点
の遅延時間データが必要である。

【０００３】このような遅延時間データの演算を、ＣＰ
Ｕによりすべての点に対して行い、理想的な結果を得よ
うとすると、遅延時間の演算に長時間かかり、使い勝手
が悪くなるという結果になる。また、これら遅延時間デ
ータを演算により求めずに、プローブの全ての遅延時間
をあらかじめ大容量記憶ＲＯＭ（読み出し専用メモリ
ー）などに記憶しておく方法もあるが、それには大容量
のメモリーが必要となり、物量及びコストの増加につな
がり、現実的でない。

【０００４】そこで、従来、これらの問題を解決するた
めに、特開平４−１９３２６８号に記載されたような超
音波診断装置が開示されている。以下、図９を参照し
て、上記従来の超音波診断装置の遅延時間演算装置につ
いて説明する。図９は従来の超音波診断装置の構成を示
すブロック図である。図９において、２１は予め選択さ
れた標本点についてのみ規格化された遅延時間が記録さ
れている規格化遅延時間テーブル、２２は標本点以外の
点に対する遅延時間を発生する補間処理部である。

【０００５】次に、図９を参照して、上記従来の超音波
診断装置の遅延時間演算装置の動作について説明する。
すなわち、遅延時間データを必要とする超音波振動子の
座標ｘと変更角θとを規格化遅延時間テーブル２１へ入
力して該当する標本点を検索し、規格化された遅延時間
データを検出する。標本点以外の点の遅延時間データは
補間処理部２２において補間により生成される。このよ
うな方法によると、大容量メモリーを必要とせず、遅延
時間データの演算もそれ程長時間を必要としない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波診断装置の遅延時間発生装置は遅延時間デー
タを検出する標本点の間の間隔を等間隔あるいは固定間
隔としていたため、遅延時間の精度に大きなばらつきが
あり、遅延時間の精度を一定以内に納めようとすると、
全体として、テーブルサイズが増大するという問題があ
った。また、プローブ切換ごとにＣＰＵにより遅延時間
データまたは遅延時間テーブルを更新する構成とした場
合には、遅延時間テーブルの更新に時間がかかるという
問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、大容量メモリーを必要とせず、ＣＰ
Ｕにより精度の高い遅延時間データを短時間で算出する
ことができる超音波診断装置の遅延時間演算装置及び演
算方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置の遅延時間演算装置は、超音波ビーム形成の中心点
から超音波振動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距
離ｆを設定する座標設定手段と、前記距離ｘおよび偏向
角θにおける標本点間の標本化間隔を設定する標本化間
隔設定手段と、標本点における超音波ビームの遅延時間
を計算する遅延時間演算手段と、前記標本点間の遅延時
間を補間する補間手段とからなり、アレイ状に配置され
た複数個の超音波振動子を使用して、超音波ビームを偏
向して集束する超音波診断装置であって、標本点間の標
本化間隔を任意に変更設定するか、焦点距離ｆ従い設定
するか、焦点距離ｆ及び偏向角θに従い設定するか、ま
たは超音波振動子の座標ｘの値に従って異なる値に設定
するようにしたものである。

【０００９】本発明は、標本化間隔設定手段を設け、焦
点距離ｆ、焦点距離ｆ及び偏向角θ、または超音波振動
子の座標ｘの各値の大きさに従って標本化間隔を大きく
設定し、または任意に変更設定して、計算を必要とする
標本点の数を減少することにより遅延時間の計算量を削
減して、短時間に精度の高い遅延時間データを得ること
ができる超音波診断装置の遅延時間演算装置が得られ
る。

【００１０】本発明による超音波診断装置の遅延時間演
算方法は、アレイ状に配置された複数個の超音波振動子
を使用し超音波ビームを偏向し集束する超音波診断装置
において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振動子
までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定し、距
離ｘおよび偏向角θにおける標本点間の標本化間隔を設
定し、前記標本点における超音波ビームの遅延時間を計
算し、前記距離ｘ方向および偏向角θ方向における各標
本点間の遅延時間を補間する各工程を有し、前記標本化
間隔を任意に設定するか、焦点距離ｆか、焦点距離ｆ及
び偏向角θか、または超音波振動子の座標ｘの大きさに
従って大きくに設定するようにしたものである。

【００１１】本発明は、標本化間隔設定方法を設けて標
本化間隔を変更し大きく設定し、焦点距離ｆ、焦点距離
ｆ及び偏向角θ、または超音波振動子の座標ｘの各値の
大きさに従って大きく設定して、計算を必要とする標本
点の数を減少することにより遅延時間の計算量を削減し
て、短時間に精度の高い遅延時間データを得ることがで
きる遅延時間演算方法が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、アレイ状に配置された複数個の超音波振動子を使用
し超音波ビームを偏向して集束する超音波診断装置にお
いて、超音波ビーム形成の中心点から超音波振動子まで
の距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定する座標設
定手段と、前記距離ｘおよび偏向角θにおける標本点間
の標本化間隔を設定する標本化間隔設定手段と、標本点
における超音波ビームの遅延時間を計算する遅延時間演
算手段と、前記標本点間の遅延時間を補間する補間手段
とを含み、前記標本化間隔設定手段は標本点間の標本化
間隔を任意に変更設定するようにしたものであり、標本
化間隔を任意に変更設定して計算を必要とする標本点の
数を減少することにより遅延時間の計算量を削減して、
短時間に精度の高い遅延時間データを得ることができる
という作用を有する。

【００１３】本発明の請求項２に記載の発明は、アレイ
状に配置された複数個の超音波振動子を使用し超音波ビ
ームを偏向して集束する超音波診断装置において、超音
波ビーム形成の中心点から超音波振動子までの距離ｘ、
偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定する座標設定手段と、
前記距離ｘおよび偏向角θにおける標本点間の標本化間
隔を設定する標本化間隔設定手段と、標本点における超
音波ビームの遅延時間を計算する遅延時間演算手段と、
前記標本点間の遅延時間を補間する補間手段とを含み、
前記標本化間隔設定手段は焦点距離ｆが大きくなるに従
い、標本点間の標本化間隔を大きく設定するようにした
ものであり、焦点距離ｆが大きくなるに従い標本化間隔
を大きく設定して、計算を必要とする標本点の数を減少
することにより遅延時間の計算量を削減して、短時間に
精度の高い遅延時間データを得ることができるという作
用を有する。

【００１４】本発明の請求項３に記載の発明は、前記標
本化間隔設定手段が焦点距離ｆおよび偏向角θの値が大
きくなるに従い、標本点間の標本化間隔を大きく設定す
るようにしたものであり、焦点距離ｆおよび偏向角θの
値が大きくなるに従い標本化間隔を大きく設定して、計
算を必要とする標本点の数を減少することにより遅延時
間の計算量を削減して、短時間に精度の高い遅延時間デ
ータを得ることができるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項４に記載の発明は、アレイ
状に配置された複数個の超音波振動子を使用し超音波ビ
ームを偏向して集束する超音波診断装置において、超音
波ビーム形成の中心点から超音波振動子までの距離ｘ、
偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定する座標設定手段と、
前記距離ｘおよび偏向角θにおける標本点間の標本化間
隔を設定する標本化間隔設定手段と、標本点における超
音波ビームの遅延時間を計算する遅延時間演算手段と、
前記標本点間の遅延時間を補間する補間手段とを含み、
超音波振動子の座標をｘ、焦点距離をｆ、偏向角をθと
したとき、前記標本化間隔設定手段は、｜ｘ−ｆｓｉｎ
θ｜が大きくなるに従い、標本点間の標本化間隔を大き
く設定するようにしたものであり、｜ｘ−ｆｓｉｎθ｜
が大きくなるに従い標本化間隔を大きく設定して、計算
を必要とする標本点の数を減少することにより遅延時間
の計算量を削減して、短時間に精度の高い遅延時間デー
タを得ることができるという作用を有する。

【００１６】本発明の請求項５に記載の発明は、アレイ
状に配置された複数個の超音波振動子を使用し超音波ビ
ームを偏向して集束する超音波診断装置において、超音
波ビーム形成の中心点から超音波振動子までの距離ｘ、
偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定し、前記距離ｘおよび
偏向角θにおける標本点間の標本化間隔を設定し、前記
標本点における超音波ビームの遅延時間を計算し、前記
距離ｘ方向および偏向角θ方向における各標本点間の遅
延時間を補間するようにしたものであり、標本化間隔設
定工程を設けて前記距離ｘの値および偏向角θの値が大
きくなるに従い標本化間隔を大きく設定し、計算を必要
とする標本点の数を減少することにより遅延時間の計算
量を削減して、短時間に精度の高い遅延時間データを得
ることができるという作用を有する。

【００１７】以下、添付図面、図１乃至図８に基づき、
本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の
第１の実施の形態における遅延時間演算装置（超音波ビ
ームフォーマ）を備えた超音波診断装置のブロック図、
図２は超音波ビームを偏向し焦点Ｆに収束させる動作原
理を説明するための模式図、図３は焦点距離ｆ及び偏向
角θによりＰとＱ間の距離差「ＰＱバー」が如何に変化
するかを示す説明図であって、（Ａ）はＭ点が超音波振
動子アレイの内部にある場合、（Ｂ）はＭ点が超音波振
動子アレイの振動子端付近にある場合、（Ｃ）はＭ点が
超音波振動子アレイの振動子端から遠方にある場合を示
す図、図４は図１に示す遅延時間演算装置による補間処
理動作の手順を示すフローチャート、図５は図１に示す
遅延時間演算装置により求める標本化間隔の例を示す模
式図、図６は図１に示す遅延時間演算装置により求める
標本化間隔の他の例を示す模式図、図７は図１に示す遅
延時間演算装置により求めた超音波振動子（ｘ）方向の
標本点間の補間の例を示す模式図、図８は図１に示す遅
延時間演算装置により求めた偏向角（θ）方向の標本点
間の補間の例を示す模式図である。

【００１８】（第１の実施の形態）まず、図１を参照し
て、本発明の第１の実施の形態における遅延時間演算装
置を備えた超音波診断装置の構成を説明する。図１にお
いて、１は使用者が操作するための操作卓、２は超音波
診断装置全体の制御を行うとともに、超音波プローブ切
換時等において超音波ビーム形成のための遅延時間を算
出する汎用ＣＰＵ、３は超音波プローブ１本分の送信遅
延時間データを格納する送信用データメモリー、４は超
音波プローブ１本分の受信遅延時間データを格納する受
信用データメモリーである。

【００１９】また、５は送信用データメモリー３からの
送信データに基づき各超音波振動子に対し送信パルスを
発生する送信駆動回路、６（Ａ）及び６（Ｂ）はそれぞ
れｎｃｈ（個）の超音波振動子を有し超音波ビームを送
受信する超音波プローブ、７は図示しないコネクタによ
り、例えば、診断対象の異なる複数の超音波プローブ６
（Ａ）、６（Ｂ）を着脱自在に結合し、そのうち動作さ
せるもの１つを選択するプローブ選択器、８は超音波プ
ローブ６（Ａ）または６（Ｂ）から得られた受信信号を
整相加算するための受信遅延回路である。

【００２０】次に、図１を参照して、本発明の第１の実
施の形態における遅延時間演算装置を備えた超音波診断
装置の動作を説明する。操作者の操作により操作卓１か
ら超音波プローブ切換え指示が出されたとき、その超音
波プローブ切換え指示がＣＰＵ２に送られる。ＣＰＵ２
は送信駆動回路５の送信を停止させ、新たな超音波プロ
ーブ６（Ａ）あるいは超音波プローブ６（Ｂ）のための
遅延時間の演算を開始する。遅延時間演算の詳細は後述
する。

【００２１】ＣＰＵ２によって計算された各超音波振動
子の送受信信号に与える遅延時間は送信駆動回路５ある
いは受信遅延回路８で利用することができる値に量子化
され、量子化された送信遅延時間情報は送信用データメ
モリー３へ、受信遅延時間情報は受信用データメモリー
４に格納される。

【００２２】送信駆動回路５は送信する度毎に、送信用
データメモリー３の送信遅延時間情報に従い、それぞれ
のチャンネル（ｃｈ−１〜ｃｈ−ｎ、ｎは本実施の形態
では６４）に対する遅延パルスを発生する。発生した遅
延パルスはプローブ選択器７を介し、超音波プローブ６
（Ａ）あるいは６（Ｂ）において超音波信号または超音
波ビームに変換され、６４個（本実施の形態では）の超
音波振動子１０（図２）から生体内の焦点Ｆに対しそれ
ぞれの遅延時間毎に送信される。このようにして、適切
な遅延時間が与えられた超音波パルスは生体内の所望の
部位（焦点Ｆ）に偏向され集束される。

【００２３】生体内からの反射信号は超音波プローブ６
（Ａ）あるいは６（Ｂ）により受信され、プローブ選択
器７を介して受信遅延回路８に送られる。受信遅延回路
８は受信用データメモリー４の遅延時間情報に基づき、
各超音波振動子１０からの受信信号を遅延して受信し、
超音波振動子群全体として生体内の所望の部位（焦点
Ｆ）からのエコーが同時に得られるように整相（受信信
号のタイミング、すなわち位相を合わせる）を行い、整
相した受信信号を診断処理のため後段または遅延時間演
算装置外の信号処理部へ送信する。

【００２４】次に、図２を参照して、超音波振動子から
の超音波ビームを偏向し焦点Ｆに収束させるための動作
原理を説明する。図２において、１０はそれぞれ焦点Ｆ
に対して超音波信号の送受信を行うよう複数がアレイ状
（本実施の形態では１列）に配置された超音波振動子で
ある。いま、超音波振動子アレイの配列中心（超音波プ
ローブ６（Ａ）あるいは６（Ｂ）の中心であり、超音波
ビーム形成の中心点ともいう）Ｏから生体内の焦点距離
ｆ、偏向角θの位置にある焦点Ｆに超音波ビームを偏向
し集束させる場合について考える。

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】上記において、超音波ビーム形成の中心点
Ｏから超音波振動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点
距離ｆの設定と、距離ｘ及び偏向角θにおける標本点間
の標本化間隔（標本点間の間隔）の設定と、標本点にお
ける遅延時間の計算と、標本点間の遅延時間の補間と
は、テーブル（下記表２）を用いてＣＰＵ２で行う。す
なわち、ＣＰＵ２及びテーブルにより上記の各処理を実
行する座標設定手段、標本化間隔設定手段、遅延時間演
算手段及び補間手段を構成する。

【００３０】次に、図３を参照して、原点０からの焦点
距離ｆ及び偏向角θによりＰとＱ間の距離差「ＰＱバ
ー」が如何に変化するかについて説明する。図３の
（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸を超音波振動子１０の座
標ｘ、縦軸をＰとＱ間の距離差ｙ（「ＰＱバー」）とお
くと、この曲線は原点０を通り、また、その漸近線（点
線）の交点はＭ（ｆｓｉｎθ，ｆ）となる。グラフ中の
−Ａ／２及びＡ／２は超音波振動子アレイの最端超音波
振動子１０を表す。

【００３１】図３の（Ａ）は、例として、Ｍ点が超音波
振動子アレイの内部にある場合を示し、この場合、Ｐと
Ｑ間の距離差ｙは超音波振動子１０の座標ｘ方向に対し
て直線的ではない。図３の（Ｂ）はＭ点が超音波振動子
アレイの振動子端付近にある場合を示し、この場合、Ｐ
とＱ間の距離差ｙの曲線は原点０から超音波振動子アレ
イ端−Ａ／２方向では座標ｘに対して比較的直線的とな
る。また、図３の（Ｃ）はＭ点が超音波振動子アレイの
振動子端Ａ／２から更にｘ方向に遠い位置にある場合を
示し、この場合、ＰとＱ間の距離差ｙの曲線は超音波振
動子アレイの両振動子端−Ａ／２及びＡ／２の間では、
漸近線に沿って略直線的になることが分かる。すなわ
ち、上記の直線性の高いところで使用すれば、標本化間
隔を大きくすることができる。標本化間隔の設定は後述
する。

【００３２】また、図３の（Ａ）〜（Ｃ）全体から明ら
かなように、超音波振動子１０の座標ｘがｆｓｉｎθよ
りも小さい方向では、ＰとＱ間の距離差ｙは単調増加関
数（直線性）となる。また、原点０からの焦点距離ｆが
大きいほど、また、偏向角θが大きいほど、漸近線の交
点Ｍは原点０から遠ざかるため、−Ａ／２≦ｘ≦Ａ／２
における曲線は漸近線に近づき、ＰとＱ間の距離差の曲
線の直線性が高くなる。また、超音波振動子１０の座標
ｘについて考えると、｜ｘ−ｆｓｉｎθ｜が大きいほ
ど、ＰとＱ間の距離差曲線は漸近線に近づき直線性が高
くなる。

【００３３】すなわち、原点０からの焦点距離ｆが大き
いとき、また、偏向角θが大きいときはＰとＱ間の距離
差の曲線の直線性は高くなるので、標本点のサンプル間
隔を大きくとることことができ、それによって、式
（１）による開平計算を少なくすることができる。ま
た、同様に｜ｘ−ｆｓｉｎθ｜が大きくなるほど、標本
点のサンプル間隔を大きくとることにより、式（１）に
よる開平計算を少なくすることができる。

【００３４】次に、図４を参照して、図１に示す遅延時
間演算装置のＣＰＵ２により行われる補間演算処理動作
の手順を説明する。ここでは、焦点距離ｆを変化するこ
とによって、超音波振動子１０の座標ｘ方向および偏向
角θ方向の標本化間隔を変化させる例を示す。なお、標
本化間隔（この例では、超音波振動子１０の座標ｘ方向
および偏向角θ方向の標本点間の間隔）の増加率を、便
宜上、２のｎ乗の値（４，８，１６・・・・）で増加す
るものとする。また、超音波振動子１０の数は６４ｃｈ
（チャンネル），偏向角θは２５６本、焦点距離ｆは１
６点とする。

【００３５】ＣＰＵ２は補間演算処理動作を開始し、ま
ず、図示しないパラメータ格納用メモリーから選択され
た超音波プローブ６（Ａ）または６（Ｂ）の焦点距離の
パラメータを読み出して焦点距離ｆ１〜ｆ１６（ｆｉ）
を決定し（ステップ１）、焦点距離ｆ１〜ｆ１６の全て
を決定するまで行う。次に、標本化間隔設定ブロック
（ステップ２）に進み、焦点距離ｆｉの大きさに従い標
本化間隔を決定する（ステップ２）。実際には、いま、
超音波プローブ６（Ａ）または６（Ｂ）の開口をαとす
ると、ｆ／αと標本化間隔との関係を格納してあるテー
ブル（表２）から読み出せばよい。テーブル（表２）の
例は後述する。次に、定められた標本化間隔ごとに、各
標本点について式（１）によりＰとＱ間の距離差「ＰＱ
バー」を計算する（ステップ３）。

【００３６】次に、図５及び図６を参照して、ある焦点
距離ｆｉに対し、図１に示す遅延時間演算装置により式
（１）を計算するべき標本点の部位の設定、すなわち、
標本化間隔の設定の例を説明する。図５及び図６におい
て、縦軸は偏向角θの番号、横軸は超音波振動子１０の
番号である。偏向角θは小さい角度から順に１番から１
２９番とし、超音波振動子１０は図５及び図６の最も左
側の素子を１番とし、以下順に６５番までとした。な
お、ここで実際には存在しない１２９番の偏向角θ及び
６５番の超音波振動子１０について計算しているが、こ
れは補間処理の都合上必要なものである。図５は、標本
化間隔４の場合の例であり、図６は標本化間隔８の場合
の例であって、黒く塗った部分の標本点の各部位を式
（１）の計算に適用する。上記のようにして決定した各
標本点におけるＰとＱ間の距離差「ＰＱバー」を上記式
（１）により計算する。

【００３７】次に、図７及び図８を参照して、図７によ
り遅延時間演算装置により求めた超音波振動子方向（ｘ
方向）の標本点間の補間の例を示し、図８により遅延時
間演算装置により求めた偏向角方向（θ方向）の標本点
間の補間の例を示す。上記（ステップ３）で算出された
各標本点におけるＰとＱ間の距離差「ＰＱバー」の値か
ら、その各標本点の間にある超音波振動子１０に対する
ＰとＱ間の距離差「ＰＱバー」の値が線形補間により求
められる（ステップ４）。ここでは、標本化間隔が４の
場合の例で説明する。図７に示すように、最初に超音波
振動子方向（ｘ方向）の補間をおこなう。図中の黒い部
分は、式（１）により正確に求められた部位を示し、斜
線部は線形補間により求められる部位を示す。

【００３８】図７において、偏向角番号の値をｊとし、
超音波振動子番号の値をｋとすると、任意の偏向角番号
ｊ及び超音波振動子番号ｋの位置を（ｊ、ｋ）で表記す
ることができる。従って、（１、２）、（１、３）、
（１、４）におけるＰとＱ間の距離差「ＰＱバー」の値
は、正確に求められた（１、１）、（１、５）の値から
補間により求められる。同様に、（１、６）、（１、
７）、（１、８）におけるＰとＱ間の距離差「ＰＱバ
ー」の値は、正確に求められた（１、５）、（１、９）
の値から求められる。

【００３９】図７では、偏向角番号９番まで補間処理を
行ったところを示している。この操作を標本化間隔４ご
とに偏向角番号１２９番までおこなうことにより、偏向
角番号が４ｎ＋１（ｎは整数）における超音波プローブ
の中心Ｏと焦点Ｆとの間の距離と、超音波振動子Ｐと焦
点Ｆとの間の距離との距離差（図２のＰＱ間の距離、ま
たは「ＰＱバー」の値）を求めることができる（ステッ
プ４）。

【００４０】次に、図８を参照して、偏向角方向（θ方
向）の補間の例を示す。偏向角方向（θ方向）の補間処
理は、図８において、黒い部分あるいは斜線部分のデー
タから、格子模様のデータを作っていく処理動作であ
る。図８においても、図７と同様の表記を使用すると、
（２、１）、（３、１）、（４、１）におけるＰとＱ間
の距離差「ＰＱバー」の値は（１、１）、（５、１）の
値から補間により求められる（ステップ５）。

【００４１】図８では、超音波振動子番号２番まで補間
処理を行ったところを示している。以降、超音波振動子
番号６５番まで、同様な補間処理を繰り返していくこと
により、１つの焦点距離ｆｉに対する超音波振動子
（ｘ）方向及び偏向角（θ）方向全ての、焦点Ｆから超
音波プローブの中心Ｏまでの距離と、焦点Ｆと超音波振
動子Ｐとの間の距離との距離差（「ＰＱバー」の値）を
求めることができる。

【００４２】上記のステップ２乃至ステップ５までの手
順をすべての焦点距離ｆ１〜ｆ１６について繰り返し、
上記式（３）によりそれぞれの遅延時間ｔ_x を計算する
と、超音波プローブ６（Ａ）、６（Ｂ）１本分の遅延時
間計算が完了する。次に、標本化間隔を焦点距離ｆによ
らず固定間隔とする場合と、焦点距離ｆによって変化さ
せる場合との標本点の総数を比較する。ここでは、簡単
のために、開口の大きさを焦点距離ｆによらず一定とす
る。まず、表１によりその条件を示す。

【００４３】

【００４４】上記の条件において、発生する誤差を１０
ナノ秒以内とする場合の標本化間隔テーブルを表２に示
す。これらはシミュレーションにより求めた。便宜上、
標本点間間隔または標本化間隔を２のｎ乗とする。

【００４５】

【００４６】標本化間隔を固定とした場合、表２の焦点
距離１５ｍｍの列からわかるように、標本化間隔を全て
４とする必要があり、それを全ての焦点距離について適
用すると、標本点の総数は、８９７６点となる。一方、
焦点距離に従って、標本化間隔を変化させる本実施の形
態によれば、表２からわかるように標本点の総数は２６
１６点とすることができ、標本点の総数を約３分の１に
削減することができる。尚、表２の値は単なる１例であ
って、標本化間隔は任意に変更設定することもできる。

【００４７】精度をさらに高め、誤差を５ナノ秒以下と
する場合、それぞれの標本点総数は、標本化間隔固定方
式では３４，３２０点、本実施の形態では５，６５４点
必要とし、本実施の形態により約６分の１に削減するこ
とができるということが分かる。以上の説明を次の表３
で比較して示す。

【００４８】

【００４９】以上のように本発明の実施の形態によれ
ば、焦点距離ｆにより標本化間隔を変化させる機能と、
その間を補間する手段とを設けることにより、式（１）
の開平計算を削減することができ、装置搭載の汎用ＣＰ
Ｕにより超音波プローブ６（Ａ）、６（Ｂ）１本分の遅
延時間を短時間で算出することができる。

【００５０】なお、本実施の形態では、焦点距離ｆが大
きくなるに従って標本化間隔を拡大する例で示したが、
焦点距離ｆのみにとどまらず、 ・焦点距離ｆおよび偏向角θが大きくなるに従って標本
化間隔を拡大する。 ・超音波振動子の座標ｘが大きくなるに従って標本化間
隔を拡大するといった方法を利用すれば、さらに標本点
の総数を削減することができる。 また、本実施の形態では、超音波振動子は１次元に配列
したものについて説明したが、超音波振動子が２次元格
子状に並んだ超音波プローブの場合にも適用することが
できる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成し、特に、
標本化間隔を変更設定することができる標本化間隔設定
手段と標本点間の遅延時間を補間する補間手段とを設
け、焦点距離ｆが大きくなるに従い、焦点距離ｆおよび
偏向角θが大きくなるに従い、また超音波振動子の座標
ｘが大きくなる（｜ｘ−ｆｓｉｎθ｜が大きくなる）に
従い、標本点の総数を削減することができ、汎用ＣＰＵ
により短時間に精度の高い遅延時間データを算出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における遅延時間演
算装置（超音波ビームフォーマ）を備えた超音波診断装
置のブロック図

【図２】超音波ビームを偏向し焦点Ｆに収束させる動作
原理を説明するための模式図

【図３】焦点距離ｆ及び偏向角θによりＰとＱ間の距離
差「ＰＱバー」が如何に変化するかを示す説明図であっ
て、（Ａ）はＭ点が超音波振動子アレイの内部にある場
合、（Ｂ）はＭ点が超音波振動子アレイの振動子端付近
にある場合、（Ｃ）はＭ点が超音波振動子アレイの振動
子端から遠方にある場合を示す図

【図４】図１に示す遅延時間演算装置による補間処理動
作の手順を示すフローチャート

【図５】図１に示す遅延時間演算装置により求める標本
化間隔の例を示す模式図

【図６】図１に示す遅延時間演算装置により求める標本
化間隔の他の例を示す模式図

【図７】図１に示す遅延時間演算装置により求めた超音
波振動子（ｘ）方向の標本点間の補間の例を示す模式図

【図８】図１に示す遅延時間演算装置により求めた偏向
角（θ）方向の標本点間の補間の例を示す模式図

【図９】従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ 操作卓 ２ ＣＰＵ ３ 送信用データメモリー ４ 受信用データメモリー ５ 送信駆動回路 ６（Ａ）、６（Ｂ） 超音波プローブ ７ プローブ選択器 ８ 受信遅延回路 １０ 超音波振動子 ２１ 規格化遅延時間テーブル ２２ 補間処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西垣 森雄 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アレイ状に配置された複数個の超音波振動
   子を使用し超音波ビームを偏向して集束する超音波診断
   装置において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振
   動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定す
   る座標設定手段と、前記距離ｘおよび偏向角θにおける
   標本点間の標本化間隔を設定する標本化間隔設定手段
   と、標本点における超音波ビームの遅延時間を計算する
   遅延時間演算手段と、前記標本点間の遅延時間を補間す
   る補間手段とを含み、 前記標本化間隔設定手段は標本点間の標本化間隔を任意
   に変更設定することを特徴とする遅延時間演算装置。
2. 【請求項２】アレイ状に配置された複数個の超音波振動
   子を使用し超音波ビームを偏向して集束する超音波診断
   装置において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振
   動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定す
   る座標設定手段と、前記距離ｘおよび偏向角θにおける
   標本点間の標本化間隔を設定する標本化間隔設定手段
   と、標本点における超音波ビームの遅延時間を計算する
   遅延時間演算手段と、前記標本点間の遅延時間を補間す
   る補間手段とを含み、 前記標本化間隔設定手段は焦点距離ｆが大きくなるに従
   い、標本点間の標本化間隔を大きく設定することを特徴
   とする遅延時間演算装置。
3. 【請求項３】前記標本化間隔設定手段は焦点距離ｆおよ
   び偏向角θの値が大きくなるに従い、標本点間の標本化
   間隔を大きく設定することを特徴とする請求項２記載の
   遅延時間演算装置。
4. 【請求項４】アレイ状に配置された複数個の超音波振動
   子を使用し超音波ビームを偏向して集束する超音波診断
   装置において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振
   動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定す
   る座標設定手段と、前記距離ｘおよび偏向角θにおける
   標本点間の標本化間隔を設定する標本化間隔設定手段
   と、標本点における超音波ビームの遅延時間を計算する
   遅延時間演算手段と、前記標本点間の遅延時間を補間す
   る補間手段とを含み、 超音波振動子の座標をｘ、焦点距離をｆ、偏向角をθと
   したとき、前記標本化間隔設定手段は、｜ｘ−ｆｓｉｎ
   θ｜が大きくなるに従い、標本点間の標本化間隔を大き
   く設定することを特徴とする遅延時間演算装置。
5. 【請求項５】アレイ状に配置された複数個の超音波振動
   子を使用し超音波ビームを偏向して集束する超音波診断
   装置において、超音波ビーム形成の中心点から超音波振
   動子までの距離ｘ、偏向角θ、及び焦点距離ｆを設定
   し、前記距離ｘおよび偏向角θにおける標本点間の標本
   化間隔を設定し、前記標本点における超音波ビームの遅
   延時間を計算し、前記距離ｘ方向および偏向角θ方向に
   おける各標本点間の遅延時間を補間する各工程からなる
   ことを特徴とする超音波診断装置の遅延時間演算方法。