JPS58333B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は診断距離全体について良好な分解能の画像が得
られるようにしたリニヤ電子走査の超音波診断装置に関
する。

従来のこの種の装置は第１図に示すように直線に配列さ
れた多数の矩形振動子をｍ個同時に送受波している。

この時の指向係数Ｒは各振動素子を点音源で置き換えた
場合のその系の指向係数をＲ１とし、実際の振動素子の
一個が単独に存在する場合の指向係数を前と同一座標軸
に関してＲｏとすれば。

Ｒ＝Ｒ０×Ｒ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）で与えら
れる。

今、Ｒ１として第２図のように同一特性のｍ個の点音源
が等しい間隔ｄで一直線に配列された場合の指向性を考
えるとその指向性はＸ軸に対して対称であるからＸ軸を
含む面内ならば全く同一特性でＸ２面内でＺ軸よりθの
方向の指向係数は又、１個の振動子の指向係数Ｒ０は矩
形振動子の場合 ２ａ：振動子幅で求められる。

たとえばｄ＝１ｍｍ、オー０，５ｍｍで２ｍとして５と
１０の場合の群音源としての指向係数の第１零角は（２
）式のみで決まりそれぞれθ１０．θ２０とすると となりその指向性音場は第３図のようになる。

このように同時使用素子数を変えることによって指向性
を変えることはできるが２診断距離全体にわたって一様
に細い指向性を得ることは不可能である。

そこでさらに指向性を鋭くする方法としては各振動素子
で送受波させるのに各素子に遅延時間を与えることによ
りその指向性をある距離に集束する様にする方法がある
。

この時の集束の強さを表わすのに一般に円形凹面振動子
の場合 を定義し、ここでｂ：曲率半径、Ｒ：振動子半径とする
。

この時の曲率点における音圧は Ｉ＝πＤ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
となる。

たとえばＤ＝２の場合はＩ≒６となり集束しない場合の
Ｉ＝２に比べて３倍の音圧になる。

このことは集束しない時に比べて指向性が３倍鋭くなる
と考えられる。

しかしさらに指向性を鋭くするためにＤを大きくすると
集束点近傍では指向性は良くなるが、その前後では極端
に悪くなる。

そこで実際には診断距離全体にわたって多少とも指向性
を良くするため集束点が１つの場合はＤを小さくしてい
る。

その一例を第８図ａに示す。この場合はλ≒０．６３ｍ
ｍ Ｄ≒０．９ ｂ＝６０ｍｍである。

図でわかるようにこの場合は集束の効果が少く２診断範
囲全体にわたっての集束効果は期待できない。

本発明はこれらの欠点を出来るだけ容易に解決するため
、超音波を集束するのに使用する遅延時間群は一種類で
振動素子数を一個増減させることにより、集束点が２ケ
所得られ、又、ビームの中心の移動が振動子幅の半分に
なり、より密で診断距離全体にわたって分解能の良い画
像を得るようにしたもので以下図面によって詳細に説明
する。

第４図は本発明の実施例であって１は複数個の振動素子
を配列した探触子、２は繰返しパルス発生器、３は送受
信回路部、４は使用振動素子群位置情報発生器、５は時
間軸波形発生器、６は表示器である。

本装置の動作を説明すると繰返しパルス発生器２で発生
したパルスに対応して複数個の振動素子を配列した探触
子中の任意の個数の素子を選択し音響的に集束するよう
に送信し、又、それぞれの振動素子で受波された信号を
何種類かの遅延時間を通して加算される。

この出力第５図ａを表示器６の輝度変調入力端子へ接続
し、一方、繰返しパルス発生器２で発生したパルスは使
用振動素子群位置情報発生器４と時間軸波形発生器５に
接続され、使用振動素子群位置情報発生器４では多数個
の振動素子中のどの振動素子群を使用しているかをディ
ジタルアナログコンバータによって繰返しパルスごとに
変化する階段状電圧第５図すを発生し、又時間軸波形発
生器５では繰返しパルスごとに診断距離に対応した鋸歯
状波電圧第５図Ｃを発生するこれらの階段状電圧と鋸歯
状波電圧は表示器６に接続することにより表示器には第
５図ｄのような断層像が表示できる。

このうち本発明の主な部分である送受信回路部について
さらに詳細に説明するとこの部分の詳細な説明図が第６
図で７は使用振動素子選択回路８は遅延トリガー発生器
、９は送信回路、１０は高周波増幅器、１１は遅延回路
、１２は加算回路である。

繰返しパルス発生器２の出力パルスごとに７の使用振動
素子選択回路によって選ばれた振動素子群中の任意の個
数の振動素子群の各振動素子に対して、ある点で集束す
るように８の遅延トリガー発生器によってその送信のタ
イミングをずらせるトリガーを作り、このトリガーによ
って９の送信回路を駆動させる。

この時の個々の遅延時間は第７図を参照し幾何学的に求
められる音路長から割り出した時間でたとえばτ１につ
いて求めると。

となる。

以上のようにして個々の遅延時間を求める。

送信の場合には、同時使用振動素子中の両サイドの振動
素子を一番光に送信し２次に両サイドのそれぞれ端から
２番目の２個の振動素子をτ３の時間おくらせて送信す
る。

このように送信のタイミングを順次遅らせていき、中心
部の振動素子は端に比べてτ１の時間おくらせて送信さ
せる。

このように送信すると送信波の波面は凹面振動子のそれ
と等しくなる。

すなわち同時使用振動素子数が８個で 振動素子間隔ｄ＝２ｍｍ、波長λ＝０．６ｍｍ、ｂ１＝
７５ｍｍ時 △ｌ＝０．３２８ｍｍ △１２＝０．１６７ｍｍ△１
３＝０．０６０ｍｍ ｒ１＝２１５μＳτ２＝１０９．
５μＳ τ３＝３９．３μＳとなり、この場合は両サイ
ドの１番目と８番目の振動素子を最初に同時に送信し２
次に２番目と７番目の振動素子を１番目と８番目が送信
されてから約３９μｓ後に送信しさらに３番目と６番目
を１１０μｓ遅らせて送信し、最後に４番目と５番目の
振動素子は２１５μｓ遅れて送信してやる。

これらの遅延トリガーを発生するのが８−１，８−２．
・・・、８−８である。

本発明の場合、送信に使用する振動素子板を一個増減さ
せるようにしているが、これは振動素子間隔が２ｍｍと
大きい場合には、電子集束させたとしても走査線間隔が
２ｍｍとあらい画像になる。

又。たとえ走査線数を増やしても超音波ビームそのもの
が鋭い場合には鋭いビーム中のエコーが２ｍｍの幅で表
示されるので２画像としてはモザイク状になってしまう
。

これを解決するには振動素子間隔を小さくすれば良いが
、探触子の長さを大きくした時には振動素子数が多くな
るため探触子のケーブル及び送信回路、受信回路の数が
多くなり装置として大型になる。

又、集束点が１ケ所の場合はその集束点の近傍でのみ集
束効果がでるが、それより外れた所では分解能が悪くな
る。

以上のような欠点を解決する方法が本発明で例えば使用
振動素子数を７個にすると８個の場合に比べてその超音
波ビーム中心は振動素子間隔の半分移動し、又、この場
合に送信のタイミングのずれを８個の場合の遅延時間で
実施させる。

すなわち、１番目と７番目の振動素子を同時に送信し。

２番目と６番目の振動素子を８個の場合の時間差と同じ
ように３９μｓ遅らせて送信し３番目と５番目の振動素
子を１１０μＳ遅らせて送信し、最後に４番目のみを２
１５μＳ遅らせて送信させる。

このようにして送信させるとこの時の集束点は（７）式
より求められて約５５ｍｍとなる。

このように送信の個数を８個と７個という風に１個ずつ
増減させて遅延時間を一定にすることによりその集束点
も７５ｍｍと５５ｍｍという風に変化し、走査線線間隔
も振動素子間隔の半分の１ｍｍにすることができる。

この時の集束の強さは第８図すに示す如く。Ｄ１≒１．
１．Ｄ２≒１．１となり集束しない場合に比べて約１．
７倍指向性を良くすることができる。

１受信についても又、同様の考え方が適用でき各振動素
子で受波された超音波エコーは１０の高周波増幅器で増
幅され１１の遅延回路に接続される。

４番目と５番目の振動素子で受波されたエコーは２１５
μＳの遅延回路を通り、３番目と６番目の振動素子で受
波されたエコーは約１１０μＳの遅延回路を通り、２番
目と７番目の振動素子で受波されたエコーは約３９μＳ
の遅延回路を通り、１番目と８番目の振動素子で受波さ
れたエコーは遅延時間なしでそれぞれ加算回路１２に接
続される。

このようにすると受波の指向性も凹面振動子で受波した
場合と等価になり鋭くなる。

この時の集束の強さも送信の場合と同じようにＤ１＝１
．１゜Ｄ２＝１．１となる。

このようにして得られた加算回路１２の出力は検波増幅
され表示器６に接続され、第５図ｄのような画像表示を
する。

この説明では同時使用振動素子数を１個増減した場合に
ついて説明したが、それ以上の奇数個の増減も可能でそ
の場合には集束点がもつとはなれた２点になるが、近く
の方の集束効果が多少悪くなる欠点が１ある。

以上説明したように本発明によると広範囲のリニア電子
走査超音波診断装置においてその探触子の振動素子数を
増やさす、走査線密度の良い、又。

電子集束についても簡単な回路で２ケ所の集束点で集束
させることが可能なので装置を小型とするにもかかわら
ず診断距離全体に良好な分解能の画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置の動作説明図、第２図は直線配列群
音源の例、第３図は指向性音場説明図。 第４図は本発明装置のブロック図、第５図は本発明装置
の各部波形図、第６図は本発明装置の送受信回路部詳細
ブロック図、第７図は本発明の説明図、第８図は電子集
束による音圧説明図。 １・・・・・・探触子、２・・・・・・繰返しパルス発
生器、３・・・・・・送受信回路部、４・・・・・・使
用振動素子群位置情報発生器、５・・・・・・時間軸波
形発生器、６・・・・・・表示器。 （５） （６） （７）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の振動素子を配列した探触子と繰返しパルス
   を発生する回路とこの繰返しパルスによって探触子中の
   任意の個数の素子を使用して一体に送受波する回路と、
   その使用している素子群に対応した位置情報発生器と、
   診断距離に対応した時間軸波形発生器と反射エコーの強
   弱を輝度変調情報として表示する表示器とを備え、一体
   に使用する振動素子数を繰返しパルスごとにまたは任意
   の一定周期ごとに一個交互に増減させるとともに振動素
   子数の異なる両送受波に対してあらかじめ定められた一
   種類の遅延時間群の送受波タイミングを設定することに
   より高密度な送受超音波指向特性を前記振動素子数の増
   減に応じてそのビームの中心を振動子幅の半分移動させ
   ながら音響的に集束せしめ、近距離より遠距離まで方位
   分解能のよい断層像を走査線密度のよい画像として得ら
   れるようにしたことを特徴とする超音波診断装置。