JPS59103654A

JPS59103654A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPS59103654A
Application number: JP57212148A
Authority: JP
Inventors: 安東　欧太郎
Original assignee: Olympus Corp; Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-12-03
Filing date: 1982-12-03
Publication date: 1984-06-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は超音波診断装置に係り、特に電子セクタ式超音
波診断装置に関する。

第１図（ＩＩ）　、　（ｂ）は電子セクタ式超音波診断
装置のビーム偏向方法の原理を模式的に示した図である
。探触子１は被数個（本例では８個）の振動子エレメン
ト１８〜１ｈからなるアレー状振動子にて構成さｎてＩ
へる。谷エレメント１８〜１ｈは送信回路および受信回
路（図では省略）を介し可変遅延線２８〜２ｈに接続さ
ｎている。なお、第１図（ＩＩ）　、　（ｂ）では便宜
的に可変遅延線２８〜２ｈの、長さが遅延時間を示すも
のとする。第１図（ａ）では各遅延線２Ｉ！〜２ｈの遅
延時間が同一なので送信パルスも各エレメントｌＲ〜１
ｈに同時に加わる。ｉた各エレメント１８〜１ｈの受波
信号も互いに時間遅延がなく加算さｎる。その結果、超
音波ビームは探触子１の面に対し直角方向に送波さｎ、
また受信時も同一方向からの反射エコー金受波する。

同図（ｂ）においては各振動子エレメント１８〜１ｈに
接続さｎｆｔ可変遅延Ｍ２ｎ〜２ｂの遅延時間は２ａが
最も短かく、２ｂ、２Ｃ・・・２ｈとなるに従って遅延
時間が増加するように設定されている。従って送信時に
はエレメント１ａが最初に励振さｎ順次１ｂ、１ｃ・・
・１ｈと励振さｎる。その結果、合成波面は探触子１０
向に対し遅延時間差によシ決定される特定の角度ケ持ち
、超音波ビームは矢印の方向に放射さｎる。また受信時
にはｌ’ｙ１ｇ・・・１ａの順に一定の時間差を持った
信号が遅延Ｉｗ！２ｈ〜２ａよυ同一位相となるよう加
算さ扛るので、同方向からのエコー信号全受波すること
Ｋなる。し九がって、可変遅延線２ａ〜２ｈの遅延時間
差を順次変化させることにより超音波ビーム全扇状に走
査することが可能である。なお実際の装置ではビーム走
査のための遅延時間にさらに電子的な集束を行うための
遅延時間差が加算さｎるが、公知の技術なのでここでは
説明を省略する。

一方、第１図（−）と同図（ｂ）は図から明らかなよう
に超音波ビームの放射方向に垂直な方向のビーム幅即ち
実効的な有効振動子開口が異なり、探触子１の面に対し
直角方向に超音波ビームが放射さｆした場合が最も有効
開口Ａが大きく、ビームの偏向角が大きくなるに従って
第１図（ｂ）に示すように有効開口Ａ′は小さくなる。

すなわち電子的に集束を行つ几アレー振動子のビーム形
状全集束型凹面振動子のビーム形状で近似するれる。

また、１は振動子の有効開口半径、Ｒは電子的な集束に
よる波面の曲率半径、ｄは軸上の距離、λは超音波の媒
質中の波長を示す。

上記Ω近似式によシビーム形状を表わすと、集束位置お
よびその稜のビームの広がり、即チビームパターンは電
子的な集束による波面の曲率Ｒよシもむしろ有効開口半
径ａが支配的なパラメータとなる。従って例えば±４５
°のビーム偏向を行った場合には中心方向に対して両端
では有効開口がし范倍となシ、得らｎるセクタ画像の中
心方向と両端では集魚位置および分解能が異ってくる。

このような不都合を無くすための手段として例えば特開
昭５７−１．０１７７６号に開示さｎているようにビー
ムの偏向角度に応じて送受信に使用するエレメント数ｔ
！ｉｒ変する方法がある。

例えは第２図（ａＪ　Ｌ　（ｂ）に示すようにビームの
偏向方向が探触子１０面に対し直角方向即ち中心方向で
は送受信に使用するエレメント数を少なくシ、偏向角度
が大きくなるに従い段階的に使用するエレメント数を増
やして行く方法である。

なお図中斜線を施したエレメントが送受信に使用される
エレメントである。

このように偏向角に応じて使用するエレメント数を切替
えて行くと、全偏向角にゎたすほぼ均一なビーム形状即
ち均一な横方向分解能が得られる。

しかしながら、−穀圧電子セクタ用探触子は偶数個のエ
レメントで構成さｎているため、そのエレメント数ｔ２
Ｎ個（Ｎ＝１．２．３・・・］としてビーム偏向角に応
じて使用するエレメント数を切替えて行く場合、超音波
ビーム會等価的に探触子中心から放射するために、エレ
メント数を２Ｎ、２（Ｎ−人）、２（Ｎ−２）、・・・
個という様に２個ずつ減らして行く必要があり、このた
め有効開口が段階的に粗く変化するという問題があった
。さらに、偏向角く応じて使用エレメント数が変化する
几めに、送受波のエネルギーが変化し、画面上に明暗の
縞が現わｎるという問題もあった。

本発明は上記の問題を解決するためになさｎたものであ
り、超音波ビームの偏向角によらず一様な有効探触子開
口を保てると共に画面全体にわたり均一なセクタ断層像
の得られる超音波診断装置を提供することを目的とする
ものである。

本発明は上記の目的を達成するために、超音波ビームの
偏向角忙応じて使用エレメント数を送受信別罠可変する
ようにし、且つ使用エレメント数に応じてエレメントの
受信利得を制御するようＫしたことを特徴としている。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第３図〜第６図はいずｎも本発明の詳細な説明するため
の図で、各図において同一部分にに同一符号が付さｎて
いる。

第３図は本発明の一実施例である超音波診断装置の概略
構成を示す図で、探触子１の各エレメント１Ｂ−ＩＸは
各々送受信回路３８〜３ＸＫ接続さｎており、送受信回
路３８〜３ｘからの送信パルスによって励振する。送受
信回路３ａ〜３ｘは外部からの送信トリガパルスＴＰに
よって送信パルスを各エレメント１８〜１ｘに出力し、
各ニレメン）１〜１ｘからの受信信号全加算器４に供給
する。なお、上記送信パルスの邑刀タイミングおよび各
エレメント１８〜ｌｘの受信信号の遅延時間は送受信回
路３ａ〜３ｘ内で与えら几る。

加算器４に供給さｎた送受信回路３８〜３ｘの受信出力
は加算され、対数圧縮増幅回路５に供給さｎる。対数圧
縮増幅回路５は加算器４からの出力を所定レベルに増幅
し友後、その出力を検波回路６に供給する。検波回路６
に供給さｎた対数圧縮増幅器５からの出力は検波さｎて
映９Ｊ！信号となり、映像信号増幅回路７に供給さｎる
。映像信号増幅回路７に供給さｎた検波回路６からの映
像信号はＡＧＣ（自動利得制御）、ＴＧＣ（時間利得制
御）、ダイナミック、レンジ等を適当に７Ｉｉ！された
後、不図示のモニター装置に出力さｎる。

次に、第４図は第３図に示した送受信回路３畠の構成を
示すブロック図である。尚、送受信回路３ｂ〜３ｘも第
４図と同様の構成となっている。

まず送信系について説明すると、送信トリガパルスＴＰ
はエレメント選択用の電子スイッチ１３におよび第１の
送受信切換用電子スイッチ９を経由して可変遅延回路１
０に入力さ几る。

可変遅延回路１０ではマルチプレクサ１１からの選択信
号によって所定の遅延時間が付与さｎた後、第２の電子
スイッチ１２および波形整形回路１５を介して送信パル
ス発生回路１６に供給される。送信パルス発生回路１６
は波形整形回路１５からの送信トリガパルスＴＰによっ
てトリガさｎ１探触子ニレメツ）７８に送信パルス會出
力して励振させる。

一方、受信糸については探触子エレメント１ａによって
受信さｆ′したエコー信号は前置増幅器８により増幅さ
ｎた後、＃！１の送受信切替用電子スイッチ９を通じて
可変遅延回路１ｏに供給さｎる。可変遅延回路１ｏに供
給された受信信号は送信時と同一の遅延時間が与えら几
、第２の送受信切替用電子スイッチ１２およびエレメン
ト選択用の電子スイッチ１３Ｂｆ経由してバッファアン
グ１４に供給さｎ、前記加算器４に導かｎる。

尚、上記送受信切替用電子スイッチ９および１２は連動
して切替わり、図では送信時の切替え状態を示す。また
エレメント選択用の電子スイッチ１３は閉状態のときこ
の送受信回路に接続さｎた探触子エレメントが選択さ几
、開状態のときはそのエレメントは送受信に関与しない
。

したがって、必要に応じてエレメント選択用電子スイッ
チ１３の開または閉の状態を送信時と受イぎ時で別々に
制御することによりさらに細かい有効開口の制御が可能
となる。例えは、全エレメント数’に２Ｎ個（Ｎ＝１．
２．３・・・）として、最大偏向角の時に送受信とも２
Ｎ個の振動子ニレメン）Ｊａ〜Ｊｘｆ使用し、偏向角が
小さくなるに従い順次、送信２Ｎ個、受信２（Ｎ−１）
個、送受信とも２（Ｎ−１）個、送信２（Ｎ−１）個、
受信２（Ｎ−２）個、送受信とも２（Ｎ−２）個、・・
・と切替える。

その結果、例えば送信２Ｎ個受信２（Ｎ−１１個のエレ
メントを使用した場合、音場特性はｔｌは送受とも２Ｎ
個の場合と送受信とも２（Ｎ−１）的個を使用し九場合の中間的な値が得らｎ１送受信とも２
個ずつ使用エレメント数を減らして行った場合に比べて
、より細かい有効開口の制御全行うことができる。

しかしながら、前述したように超音波ビームの偏向角に
応じて使用エレメントを可変して行った場合には送受波
のエネルギーが変化してしまうので、全偏向角にわたり
均一な受信利得を得ることができない。したがって本冥
施例においては前記映像信号回路１７の利得制御電圧會
使用エレメント数に応じて補正してやることによシ、は
ぼ一定し几受信感度を得ている。即ち、一般に超音波診
断装置では各エレメントから得ら扛たエコー信号は対数
圧縮を受けているので、利得制御に直流電圧を加算する
ことにより行っている。したがって、仁の直流電圧全使
用エレメント数に応じて加算してやｎば、受信感度を一
足に保つことが可能である。

第５図は前記映像信号増幅回路の構成を示すブロック図
である。同図に示すように利得調整用の可変抵抗器１７
の出力電圧ＶＧＩＴＧＣｔ圧発生回路１８の出力電圧Ｖ
Ｔ、及び利得補正電圧ＶＣは演算増幅器ＯＰ等からなる
第１の加算器２１に入力され合成される。ここで、上記
利得補正電圧ｙｃは使用エレメント数圧応じて制御さｎ
るＲＯＭ　（読み出し専用メモリ）１９がらＤ／Ａ変換
器２０’（介して供給さｎておシ、使用エレメント数が
少なるに従って段階的に高くなるようになっている。し
たかってＭｌの加算器２１の出力電圧は使用エレメント
数、即ち偏向角に応じて変化し、第２の加譜器２２に供
給される。第２の加算器２２に供給された第１の加算器
２１の出力電圧は前記検波回路６からの超音波映像信号
ＶＳと加算される。この検波回路６からの超音波映像信
号ｖＳは前述したように使用エレメント数の変化に伴な
って受信レベルも変化している。したがって、第２の加
算器６によって第１の加算器２１からの出力電圧（直流
１．圧）が加算さｎた超音波映像信号ｖＳ′は全偏向角
にわ几シ一定レベルとなる。このようにして補正さｎた
超音波映像信号ＶＳ′はダイナミック・レンジ調整用の
可変抵抗器２５を介して増幅器２６で増幅さｎ映像信号
として出力さｎると共に、増幅器２３を介してローパス
フィルタ２４で高域信号を除去さｆ′したのちＡＧＣ電
圧ＶＡとして前記第１の加算器２ノに供給される。

第６図は上記実施例の受信時における偏向角に対する使
用エレメント数、有効開口比、及び送信電圧との関係鷺
示す図である。同図からも明らかなように偏向角が最大
の時（本実施例では±４５°）の使用エレメント数は総
エレメント数（本実施例でｔ′ｉ、３２個］に相尚して
おシ、こ４ぺのときの利得補正電圧はＮｋ底レベルとなっている。ま
た偏向角が小さくなるに従って使用エレメント数は順次
２個ずつ減少し、こｎに伴ない利得補正電圧は段階的に
高くなっている。また、有効開口比は全偏向角にわたっ
てほぼ一定となっている。

このように、本実施例によｎば超音波ビームの偏向角に
応じて使用エレメント数を送受信別に可変することによ
り、はは一様な有効探触開口を保つことができる。また
本実施例では使用エレメント数に応じて映像信号増幅回
路７の利得制御電圧を可変するようにしたので、全偏向
角にわたり受信感度を＃１は一定に保つことができる。

なお、上記実施例では利得補正電圧ＶＣはＲＯＭ　１９
とＤ／Ａ　ｆ換器２ｏにょ多出力しているが、本発明に
よれば他の方式、例えばいくつかの電圧源とアナログマ
ルチルクサ叫により数段階の電圧を発生しても実施可能
である。

以上述べたように本発明によｎば、アレー状に配列され
た複数個の超音波振動子の使用個数を超音波ビームの偏
向角に応じて送受側に可変する手段と、上記使用個数に
応じて受信利得全制御する手段とを備えた構成としたの
で、偏向角によらず一様な有効探触子開口を保てると共
に画面全体にわたり均一なセクタ断層像の得らｎる超音
波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（−）　　（ｂ）は電子セクタ式超音波診断装置
の超音波ビーム偏向方法の原理？模式的に示した図で、
同図（ａ）は各遅延線の遅延時間が同一の場合の偏向方
向金示す模式図、同図（ｂ）は各遅延線の遅延時間が異
なる場合の偏向方向を示す模式図、第２図（ｌＩ）　　
（ｂ）は超音波ビームの偏向角度に応じて使用エレメン
ト数ｔＩｌｉ］変する従来のセクタ走査方法を説明する
図で、同図（ａ）は偏向方向が探触子の面に対して直角
方向の場せ會示す説明図、同図（ｂ）は偏向方向が探触
子の面に対して直角方向でない場付會示す説明図、第３
図〜第６図はいずｎも本発明の一実施例金示すもので、
第３図は超音波診断装置の概略ブロック図、第４図は送
受信回路のブロック図、第５図は映像信号増幅回路のブ
ロック図、第６図は受信時における超音波ビームの偏向
角に対する使用エレメント数、有効開口比、及び利得補
正電圧との関係を示す線図である。１・・・探触子、１８〜１ｘ・・・振動子、３８〜３ｘ
・・・送受信回路、４・・・加算器、５・・・対数圧縮
増幅器、６・・・検波回路、？・・・映倫信号増幅回路
、８・・・前置増幅器、９　ｔ　１２・・・送受信切替
用電子スイッチ、１０・・・可変遅延回路、ｌｌ、１９
・・・マルチプレクサ、１３・・・エレメント選択用電
子スイッチ、１４・・・バッファアンプ、１５・・・波
形整形回路、１６・・・送信ノトルス発生回路、１７．
２５・・・可変抵抗器、１８・・・ＴＧＣを圧発生回路
、１９・・・ＲＯＭ、２（７・・・Ｄ／Ａ　ｆ換器、２
１．２２・・・加算器、２：３，２６・・・ｍｉ器、２
４・・・ローパスフィルタ。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　診第１図第２図第５図）ＴＬ第６図特許庁長官　　若杉和夫　　殿１．事件の表示特願昭５７二２１２１４８号２、発明の名称超音波診断装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人（０３７）オリンノξス光学工業株式金社４、代理人５、自発補正

Claims

【特許請求の範囲】

アレー状に配列さｎた複数個の超音波振動子に送信信号
および受信信号を各振動子毎に所定の遅延時間差をもっ
て与えることにより超音波ビームの扇状走査を行う超音
波診断装置において、前記超音波ビームの偏向角度に応
じて前記超音波振動子の使用個数を送受信別に可変する
手段と、前記超音波振動子の使用個数に応じて前記超音
波振動子の受信利得全制御する手段と全具備したこと′
ｆ：特徴とする超音波診断装置。