JPS59171541A - 超音波診断装置 - Google Patents

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】 この発明は、セクタ走査（５ｅｃｔｏｒ　ｓｃａｎｎｉ
ｎｇ　）を行う超音波診断装置に関するものである。

第１図は従来の装置を示すブロック図で、図において（
１）は被検査体、（２）は探触子、（３）は制御回路、
（４）は遅延回路、（５）はドライバ（ｄｒｉｖｅｒ　
）群、（６）はプリアンプ（ｐｒｅ−ａｍｐ）群、（７
）は遅延回路群、（８）は力り算回路、１９）は信号処
理回路、００はアナログディジタル変換器（以下ＡＤＣ
と略記する）、ａ］）はメモリ、（２）はアドレスカウ
ンタＷ（Ｗは書込み用の意味）、０３はアドレスカウン
タＲ（Ｒは読出し用の意味）、α４はディジタルアナロ
グ変換器（以下ＤＡＣと略記する）、０５はテレビジョ
ン（以下’ｆｆと略記する）モニタである。

探触子（２）から出力される超音波ビームの指向方向を
所定のセクタ内で走査しながら、被検査体から反射され
るエコーを受信し、これをデータ処理してＴＶモニタ０
５で表示する超音波診断装置は従来よく知られているの
で、その一般的説明は省略する。

図に示す例では超音波ビームのセクタ走査には、いわゆ
るフェイズドアレイ（ｐｈａｓｅｄ　ａｒｒａｙ　）　
　の原理が用いられている。

探触子（２）は複数個の超音波トランスデユーサの配列
から構成されているが、その指向特性Ｇ（θ）はＧ（θ
）＝Ｄ（θ）・Ａ（θ）・・・■で表わされることはよ
く知られている。但し、簡単のため、指向特性Ｇ（θ）
は１つの平面内の特性を表しく立体的な特性ではない）
、Ｄ（のは個々のトランスデー−サの指１句特性であっ
て、仮に個体の指向特性と称肱上Ｈ己複数個のトランス
デー−サは全部はぼ同一の指向特性を有するものとする
。Ａ（θ）は配列の指向特性であって、無指向性のトラ
ンスデユーサを配列したと仮定したとき配列のために生
ずる指向特性である。

トランスデー−サの素子幅（０方向に関する）をω、超
音波の波長をλとするとＺ＝　　　ｓｉｒ＋θとなるこ
とも、従来よく知られている所である。

第２図は実際に用いられているω、λ（たとえばω−０
，４ｍｍ、λは周波数２．２５　ＭＨｚから決定される
数Ｘ対しＤ（θ）を実測した図である。

配列の指向特性Ａ（θ）は配列されているトランスデユ
ーサに与える信号位相によって定められることはフェイ
ズドアレイの原理においてよく知られている。

第３図は指向方向θと信号遅延の関係を示す図で、（２
０１）、（２０２）、（２０３）はそれぞれトランスデ
ユーサで、中心距離ｄを保って配列されているとすれば
、θ方向への伝播距離差△ｔは互に隣接するトランスデ
ユーサ間で△ｔ＝ｄｓｉｎθとなり、この媒体内の超音
波の速度をＣとすれば、遅延時間Δｔは Δｔ＝△ｔ／Ｃ＝ｄｓｉｎθ／Ｃ・・・・・・■となる
。各トランスデユーサ（２０１）、（２０２）、（２０
３）に入力する電気信号に対し、Δｔを打消すような相
対遅延を与えてやれば、各トランスデーーサからの出力
はθ方向で互に同位相で１畳してこの方向の強度が最も
大きくなる。

第４図は第１図の遅延回路群（４）とドライバ群（５）
の構成を示すブロック図で、第１図と同一符号は同一部
分を示し、探触子（２）がトランスデユーサ（２０１）
、（２０２）　、・・・（２３１）　、　（２３２）の
３２個のトランスデー−サから構成され各トランスデー
ーサに対応してそれぞれドライバ（’５０１）　、　（
５０２）　、・・・（５３１）。

（５３２）が設けられ、同一電気信号が遅延回路群（４
）に並列に入力され、それぞれ異なる遅延を受けて出力
することを示している。但し３２個の遅延回路（４０１
）、（４０２）、・・・（４３１）、（４３２）におけ
る遅延は固定なものではなく、制御回路（３）によって
、θに従い式（３）の△ｔに対応するよう制御される。

第５図は第１図のプリアンプ群（６）と遅延回路群（７
）の構成を示すブロック図で、第１図及び第４図と同一
符号は同一部分を示し、この実施例では同一のトランス
デユーサ（２０１）　、（２０２）　、・・・（２３１
）、　（２３２）を超音波の送受信に共用した場合を示
す。（６０１）〜（６３２）は各プリアンプ、（７０１
）〜（７３２）で示す各遅延回路の遅延量は制御回路（
３）から制御されることは遅延回路（４０１）〜（４３
２）の場合と同様である。

第６図は第５図の回路の動作を示す波形図であって、横
軸は時間を示し、Ａはトランスデー−サの配列の線に対
し直角方向から到来する音波に対する信号、Ｂはθ方向
から到来する音波に対する信号で第６図（ａ）は各トラ
ンスデユーサの出力点の信号の時間関係、同図（ｂ）は
遅延回路群（７）の出力点での時間関係、同図（ｃ３は
加算回路（８）の出力を示す。

第３図乃至第６図で説明した事項はフェイズドアレイの
原理として従来よく知られている所であるが、制御回路
（３）の制御によって走査できるのは０式のＡ（θ）だ
けであって、Ｄ（のは第２図に示す特性のまま変化せず
、Ｇ（θ）＝Ｄ（の・Ａ（θ）であるから、Ａ（θ）を
どのように変化しようとＤ（６）の小さな範囲には超音
波ビームの走査を行うことができず、たとえば第２図で
Ｄ（θ）の０．５になるθは±４０°である。

加算回路（８）の出力は、信号処理回路（９）によって
振幅圧縮される。振幅圧縮にはたとえば対数増幅器が用
いられ信号のダイナミックレンジを縮小シテＡＤＣ！ｌ
υ、メモリ圓、ＤＡＣ（Ｉ１１１１ＴＶモニタ（１！３
ニオける信号の処理が楽になるように処理する。

信号処理回路（９）の出力はＡＤＣ＋１１でディジタル
信号に変換され、制御回路（３）で制御する方位角θと
エコー位置（送信からエコー受信捷での遅れ時間）に対
応するアドレス信号がアドレスカウンタＷから与えられ
、そのアドレス位置においてメモリＱυに書込まれ、Ｔ
Ｖモニタ四の走査に対応したアドレスがアドレスカウン
タＲｕ３から与えられてメモリαυから読出され、ＤＡ
Ｃ（１４１によりアナログ信号に変換されてＴＶモニタ
０９で表示これる。

以上のようにしてＴＶモニタ四の表示は被検査体（１）
の断層像に対応したものとなる。

第７図はＴＶモニタ（１！３の表示と被検査体の内部組
緑を示す図で第１図と同一符号は同一部分を示し、第７
図（ａ）はＴＶモニタ０５の表示、同図（ｂ）は被検査
体の実際の断面を示す。

従来の装置は以上のように動作するので、超音波ビーム
の指向特性Ｇ（θ）は個体の指向特性Ｄ（のによって制
限され、走査範囲を大きくすることができず、中央部（
０−０方向）の超音波ビームの強さと周辺部（走査範囲
の端の部分）における超音ビームの強さの比は相当大き
く、この比が送信受信に２重に作用し、エコーの受信感
度はＧ２（θ）＝Ｄ２（θ）・Ａ２（のに比例するため
中央部と周辺部にコントラストの差を生じ、ＴＶモニタ
ａ９の表示が見づらいものとなるという欠点があった。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、Ｇ２（θ）＝Ｉ）２（θ）参Ａ２
（のとなるエコーの受信感度に対し１／Ｄ２（のの関数
を乗算す未乗算装置を設け、エコーの受信感度を冶θ）
に比例するように受信感度補正を行うことによって、ト
ランスデユーサの個体の指向特性に左右されず、広い視
野を得ることができ、均一なコントラストの画像を得る
ことができる超音波診断装置を提供することを目的とし
ている。

以下この発明の実施例を図面について説明する。

第８図はこの発明の一実施例を示すブロック図であって
、第１図と同一符号は同−又は相当部分を示し同様に動
作し、（イ）は受信感度補正回路である。

第９図は受信感度補正回路（イ）の設計例を示すブロッ
ク図で、第８図と同一符号は同一部分を示し、Ｑ］）は
乗算器、（イ）はＲＯＭである。ＲＯＭ（イ）にはθを
アドレスとして１／Ｄ２（θ）に比例する値に／Ｄ２（
θ）が記憶されており、制御回路からその時のθを示す
アドレス信号を受けてそのθに対応するに−に／Ｄ２（
θ）が出力される。乗算器切りは乗算形ＤＡＣから構成
され加算回路（８）のアナログ出力ｖ０を基準電圧とし
て、ＲＯＭ（イ）のディジタル出力Ｋをアナログ信号ｖ
２に変換するのでＶ２　＝＝　Ｋｖｌとなり、ｌ）（θ
）特性を補正した出力ｖ２を得ることができる。

第１０図は受信感度補正回路…の他の設計例を示すブロ
ック図で、第９図と同一符号は同−又は相当部分を示し
、ＡＩ　、　Ａ２　、・・・Ａｎ　　はそれぞれに／Ｄ
２（Ｇ１）、に／Ｄ（Ｇ２）、、・ｋ／Ｄ（θｎ）に対
応する利得を有する増幅器である。但しθｌ、θ２゜・
・・θ。はｉｔｉ制御回路（３）におけるθ変化のステ
ップに対応して定められる。Ｓは制御回路（３）によっ
て制御されるスイツ、チで、制御回路（３）が０１　を
選んで遅延回路群＋４１　、　を力を制御しているとき
はスイッチＳは利得かに／Ｄ　（θｉ）である増幅器の
出力を選んで出力する。

また、第９図１（ＯＭ（イ）の代９に書換え可能々ＲＡ
Ｍを使用しＤ（θ）の変化に応じその内容を書換えるこ
ともできる。

以上のように、この発明によれば個体の指向特性Ｄ（の
による感度の劣化を補正し、角度θによらず均一な感度
の受信信号が得られるのでビームの走査範囲を広くする
ことができ、’ｒｖモニタ上に表示される画像も均一な
コントラストのものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置を示すブロック図、第２図は個体の
指向特性の実測図、第３図は指向方向θと信号遅延の関
係を示す図、第４図は第１図の遅延回路群とドライバ群
の構成を示すブロック図、第５図は第１図のプリアンプ
群と遅延回路群の構成を示すブロック図、第６図は第５
図の回路の動作を示す波形図、第７図はＴＶモニタの表
示と被検査体の内部組織を示す図、第８図はこの発明の
一実施例を示すブロック図、第９図は第８図の受信感度
補正回路の設計例を示すブロック図、第１０図は第８図
の受信感度補正回路の他の設計例を示すブロック図であ
る。 （２）・、・接触子、（３）・・制御回路、（４）　、
　（７）・・−それぞれ遅延回路群、（５）・・・ドラ
イバ群、（６）・・・プリアンプ群、（８）・・・７Ｊ
Ｄ算回路、（９）・・・信号処理回路、ＯＯ・・・ＡＤ
Ｃ，（１η・・・メモリ、ｕ′２・・・アドレスカウン
タＷ１０３・・・アドレスカウンタＲ：Ｈ・・・ＤＡＣ
、α９・・・ＴＶモニタ、四・・・受信感度補正回路、
Ｑｌ）・・・乗算器、■・・・ＲＯＭ’、　ＡＩ。 Ａ２．・・・Ａｎ　　・・・増幅器、Ｓ・・・スイッチ
。 図中、同一符号は同−又は和尚部分を示す。 代理人　　葛　　野　　信　　− 第２図 Ｏ凸 第３図 第４図 社　　　　　ｐ　　　イ 竿６図 ω３２）　　　　　　　　　　　　’　　　　　＝　　
（６３２）　　。 第７図 走査範囲 手続補正書（自発） 昭和５８年６月３日 持許庁長宮殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−４６１５５号２、発
明の名称 超音波診断装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄（２）明＃１
誓の「図面の簡単な説明」の欄（３１図面 ６、補正の内容 （１）　　明細書第２頁第１９行目「（４１は遅延回路
、」とあるｋ　ｒ　＋４１は遅延回路群、」と訂正する
っ（２）　　同書第７頁第８行目「の０．５」とあるを
「が帆５」と訂正する。 （３１同書第７頁第１３行目乃至第１４行目ｒ　ＡＤＣ
（ＩＯＪ・・・・・・・・・　に処理する。」とあるを
「ダイナミックレンジの狭いＴＶモニタ（１５）への表
示が可能となるように処理する。」と訂正する。 （４）　　同書第１１頁第１７行目「（２）・・・接触
子、」とあるｉ　ｒ　＋２１・・・探触子、」と訂正す
る。 （５）　　図面第３図を添付図面のとおり訂正するっ７
、添付書類の目録 （１１訂正しｆＣ，第３図　　　　・・・・・・・・・
　１通（以上）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１個体の指向特性が互に同一である複数個の超音波
   トランスデユーサを配列し、各超音波トランスデユーサ
   を駆動する電気信号源の相対的遅延をそれぞれ制御し、
   かつ各超音波トランスデーサザから出力する電気信号の
   相対的遅延をそれぞれ制御した後これらを加算して合成
   受信信号とすることによって配夕１］の指向特性を変化
   して、超音波ビームによるセクタ走査を行う超音波診断
   装置において、上記配列の指向特性の変化に同期して、
   上記固体の指向特性の自乗の逆数に比例する関数を、上
   記合成受信信号に乗算する乗算装置を備えたことを特徴
   とする超音波診断装置。 （２）乗算装置は、固体の指向特性の自乗の逆数に比例
   する関数を、指向方向をアドレスとして記憶するＲＯＭ
   と、配列の指向特性の変化に同期してその指向方向に対
   応するアドレス信号により上記ＲＯＭを読出す手段と、
   ＲＯＭから読出された数値を合成受信信号に乗算する手
   段とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超音波診断装置。 （３）乗算装置は、合成受信信号を並列に入力し、固体
   の指向特性の自乗の逆数の各指向方向に対応する数値に
   比例する利得によシそれぞれ増幅する複数個の増幅器と
   、配列の指向特性の変化に同期して上記複数の増幅器の
   うちの１個の増幅器の出力を選択して出力するスイッチ
   装置とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波診断装置。