JPS6080444A - 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】 （ａｌ　発明の技術分野 本発明は、アレイ型超音波トランスデユーサを有する超
音波診断装置において、各トランスデユーサからの超音
波信号を送受信しながら、総ての表示位置に焦点を結ぶ
ように制御される超音波診断装置に関する。

（ｂｌ　技術の背景 最近の超音波診断装置は、診断の精度を向上させる為に
、被検体の小さい臓器の細部構造迄、詳細に表示させる
要求が高まっており、その為に超音波信号の周波数を上
げて分解能を向上させてきたが、超音波信号の周波数を
上げるに従って、被検体での吸収率が高くなり、被検体
の深部にある臓器の超音波１１ｉ層像を表示することが
困ＩＩＩになってくる問題がある。

然して、被検体の深部を診断する為に、超音波信号のパ
ワーを上げることは被検体に対する影響がある為、超音
波信号の周波数、パワー共にｍ６限界点に達しているの
が現状である。

一方、レーダー等の分野においては、総てのアンテナ素
子の組み合わせにおいて、送信波に対する受信波の位相
ずれと振幅とを、受信直交検波器とフィルタによって検
出し、そのデータから総ての表示位置の表示データを、
ディジタル演算によってめ、鮮明な映像として再構成す
る、所謂開口面合成映像法がある。

アレイ型超音波トランスデユーサを用いても、上記開口
面合成映像法によって断層面の総ての点において、鮮明
な超音波断層像を得ることができるが、本発明は従来方
式では実現が困難な、実時間性のある開口面合成映像法
を得ようとするものである。

（Ｃ１従来技術と問題点 従来の開口面合成映像法では、総ての表示点に対して焦
点を合わせることができ、表示位置の総−ζにおいて、
鮮明な映像を得ることができる利点かあるが、受信直交
検波を行うのに必要な参照波の位相が固定されている為
（一般には、送信波と同相）、上記直交検波によって得
られる、送信波に対する受信波の位相すれと振幅のデー
タ採集後、計算機上で位相補正を行う必要があり、実時
間で映像の再構成演算及び演算結果の表示を行うのは困
難であるという問題があった。

又、超音波診断装置、特に電子リニア方式の超音波診断
装置においては、一般に受信フォーカスは遅延線を用い
て、受信した超音波信号に直接演算を行っていた為、該
遅延線には良い周波数特性と、細かいタップ制御を必要
とし、更に上記タップ制御時に発生ずる切り替え雑音の
為に、焦点位置をダイナミックに変えることが困９：１
［で、フレーム毎、若しくは一走査の間に焦点を数個所
切り替えるようにして、成るべく鮮明な像を得るようＧ
こしていた。

その為、上記切り替え点付近で、解像度にむらか生じた
り、一部ぼけた場所が生じたりする問題があった。

（（１）　発明の目的 本発明は上記従来の欠点に鑑み、アし・イ型超音波トラ
ンスデユーサを有する超音波診断装置において、被検体
からの超音波信号を受信する時に、ダイナミックに焦点
を移して、より鮮明な超音波像を、実時間で得る方法を
提供することを目的とするものである。

（ｅ）　発明の構成 そしてこの目的は、本発明によれば、アレイ型超音波ト
ランスデユーサを有する超音波診断装置において、各受
信トランスデユーサの出力側に接続される直交検波器群
と、該検波器に供給する参照波の位相を、表示位置に合
わせて、送信波の位置から連続的に位相遷移させる位相
器群を持つ超音波診断装置を提供することによって達成
され、実時間で総ての表示点に対して焦点を結ぶことが
でき、ｇ（（門な超音波ｗｉ層像を得ることができる利
点かある。

・：ｆ）発明の実施例 先ず、本発明の主旨を要約すると、本発明に関連する開
口面合成映像法は、開口面を有する送信器（例えば、ア
レイ型超音波トランスデユーサ）からの送信信号を被検
体に掃射し、被検体からの受信信号を、受信直交検波器
で検波することによって、受信波の送信波に対する位相
ずれと振幅とをめるのに、上記受信直交検波器に与える
参照波の位相値を、従来方式のように固定せず、位相器
によって受信トランスデユーサの位置と表示位置に対応
してダイナミックに変化させ、以後の映像再構成演算を
実時間で得ようとするものである。

その為、リニアアレイ型超音波診断装置のように、受信
波の遅延量が少ない場合には、上記手段によって、容易
に実時間で総ての表示点に焦点を結ばせることができる
。

又、セクタアレイ型超音波診断装置のように、受信波の
遅延量が一周期以上要求される場合に、本発明を適用し
ても、該受信信号の遅延手段を省くことばできないが、
受信直交検波後の信号を遅　−延するようにすれば、該
信号遅延手段に要求される周波数特性は厳しくなく、周
波数特性の悪い遅延線、若しくはサンプリングレートの
遅いアナログ／ディジクル変換器とメモリとを用いても
、超音波信号の送受信信号の周波数を高（すれば、高い
分解能を得ることができる。

次に、本発明の原理を第１図によって説明する。

本発明は、前述のように、アレイ型トランスデユーサを
有する超音波診断装置に、開口面合成映像法を適用した
ものであって、被検体か′らの受信信号の焦点の合わせ
方に関しており、送信信号の焦点の合わせ方は、従来通
り超音波トランスデユーサの各素子の励振信号に遅延を
かげて行うものとする。

本図において、ＰＢば探触子、　ＴＩ、　１’２〜Ｔｉ
”Ｔｎはトランスデユーサを示している。

あるトランスデユーサ（位置ＸＯ）に着目した時、その
送信波Ｓ　（ｔ）は０式で表される。

Ｓ　（Ｌ）　＝　ｅｘｐ　（−ｊωｔ　）　・Ｐ　（ｔ
）−■Ｐ（ｔ）＝ｌＯ≦ｔ≦Ｔ Ｏ：その他　−−−−−−−・−−一〜−−−−−−−
−−−・■但し、Ｔ：パルス継続時間 但し、上記送信波の振幅は“１パに規格化している。ω
は上記送信波の角周波数である。

今、ｔ＝Ｑを受信表示を開始する時間にとると、焦点Ｉ
５の座標（ＸＯ，Ｖ　（ｔ）　）は１次のように表され
る。

Ｙ　（ｔ）　＝ｃｔ／２　但し、Ｃ：音速−一一−■従
って、受信波の焦点をＬ　ＣＸＯ，Ｙ　（ｔ）　）に結
ばせる為には、焦点Ｌ〔χ０．Ｙ（ｔ））から放射され
た超音波信号が同相で受信されるように、各トランスデ
ユーサで受信された信号に対応した位相遷移した参照波
を与える必要がある。該受信信号に位相ずれがあると、
上記の焦点■、の像がほやげることになる為である。

」二記、焦点合わせの理論を、更に具体的に示すと次の
通りとなる。即ち： １番目のトランスデユーサでの受信波Ｒ４（ｔ）は、焦
点りからの放射波を１番目のトランスデユーサで受信し
たものと等価であるので、Ｒｉ（ｔ）＝Ａ１　・　５（
ｔ− ｂｉ（ｔ）→−Ｙ（ｔ）ｌ／Ｃ）−〇 但し、ｒｉ（ｔ）：１番目の１〜ランスデュ−ザと焦点
Ｌ　（ＸＯ，Ｙ　（Ｌ）　）　ト０）距ｆ４’ｌｌへ１
：焦点しての散乱係数 従って、受信波Ｒｉ（ｔ）に加える参照波旧（１）口ｉ
　（ｔ）　−八２　・　ｅｘｐ　（−ｊ　ω　（ｔ　−
（ｒｉ　（ｔ）　＋　Ｙ　（ｔ）　）　／Ｃ）　）−■
但し、へ２；定数 となる。

０式におけるω（ｒｉ　（ｔ）　＋　Ｙ　（ｔ）　）　
／Ｃが、受信トランスデユーサＴｉに対応した受信直交
検波器に供給される参照波に対して、グイナミソクな変
化量として与えられる位相シフト量である。

上記の受信波Ｒｉ（ｔ）を、参照波Ｑｉ（ｔ）を用いて
受信直交検波器で検波し、フィルタを通した出力を５ｉ
（ｔ）とすると 検波出力＝１ンｉ　（ｔ）　ｘＱｉ　（ｔ）＝ＡＩ　・
　八２　・　ｐ（ｔ− （ｒｉ　（ｔ）　＋　Ｙ　（ｔ）　）　／Ｃ）　・ｅｘ
ｐ（２ｊω（１− （ｒｉ　（ｔ）　＋　Ｙ　（ｔ）　ｌ　／Ｃ）　）とな
り、フィルタによって高周波成分が除去されるので、 ５ｉ（ｔ）−関・Ｐ　（ｔ　− （ｒｉ　（ｔ）　＋　Ｙ　（ｔ）　ｌ　／Ｃ：ｌ−■こ
こで、へ３−八１・Ａ２ となり、若し焦点りにターゲソ１−があると、上記Ａ３
が大きな値をとることになり、焦点りに対する鮮明な像
が得られることになる。

最終映像出力（輝度表示）　Ｉ　（ｔ）は、パワーで表
すので １　（ｔ）＝　ＣΣ５ｉ（ｔ））　・　〔Σ５ｉ（ｔ）
）−−−−一−−−−−■ となる。

上記の、１つの送信トランスデユーサに対する加算（Σ
表示）は、総ての受信ｌ・ランスデューサについて行っ
ても良いし、一般のリニア型超音波診断装置で行ってい
るように、一部ののの加算でも良い。

以下、第２図、第３図によって具体的な構成例を説明す
る。

第２図において、基本発振器（ＭＯ５Ｃ）　１からの連
続波はレンジゲート回路（ＲＧ）　２によって、継続時
間Ｔのバースト波となり、送信バルスデイレイ回路（１
’ＰＤＥＬ　）　３で、送信パルスの焦点合わせの為に
必要な時間だけ遅延を受ける。

この信号は送信器群４で探触子（ＰＢ）　６を構成する
アレイ型トランスデユーサ６１を励振するのに必要な電
力まで増幅され、マルチプレクサ−（）ＩＵＸ）５によ
って、必要なトランスデユーサ６１を励振する。

被検体内からの反射散乱波は、再度探触子（ＰＢ）６の
トランスデユーサ６１で受信され、マルチプレクサー（
ＭＵＸ　）　５を通って受信器群７に入る。

この出力は、直交検波器群８によって直交検波され、０
式の信号を得る。直交検波器群８の出力は、■式の加算
２乗演算を行う演算部１２に入り、出力１　（ｔ）を得
る。ここで、１２１が加算器であり、１２２が２乗演算
器である。

この最終映像出力１　（ｔ）は表示制御部（ＤＳＰＣ）
　１３に入り、ディスプレイ　（ＣＲＴ　）１４に表示
される。

又、直交検波器群８に加えられる参照波Ｑｉ（ｔ）は、
基本発振器（ＭＯ５Ｃ）　１から、位相器群９でω（（
ｒｉ（Ｌ）＋Ｙ（ｔ））／Ｃ）だけの位相遷移を受けた
ものである。この位相器（ＰＳ）　ＪＩＹ９に対する制
御信号は位相制御器（ＰＳＣ）１０によって作られる。

この時の、各受信トランスデユーサに対応した位相量は
、位相制御器（ＰＳＣ）　１０に、予め読み取り専用メ
モリ等に記憶させておいて、直交検波器群８を制御する
時に必要なデータを適宜取り出すようにすれば良い。尚
、本発明の超音波診断装置の全体の制御は、制御部（Ｃ
ＴＬ　）　１１によって行われる。

次に、第３図によって、本発明の他の実施例を説明する
。

第３図において、第２図と異なる所は、直交検波器群８
の出力側に遅延回路１５が挿入されていることである。

０式から明らかなように、１つの微少ターゲットからの
反射波の、直交検波出力はパルス継続時間ｐ　（ｔ）の
幅を持っている。

その為、リニアアレイ型超音波診断装置のように、偏向
角が小さければ、■式の加算は意味を持ち、該信号の時
間軸上の拡がりは少ない。即ち、超音波ビーム軸方向の
分解能の劣化はない。

然し、セクタアレイ型超音波診断装置のように、大きな
偏向角が要求される場合は、各々の受信トランスデユー
サに対応した直交検波出力信号Ｓｔ　（ｔ）が重なり合
わなくなる。

この為、上記直交検波出力信号５ｉ（ｔ）を、それぞれ
の受信トランスデユーサＴｉに対応した遅延値だけ遅延
させ、■式の演算が意味を持つようにする必要がある。

上記の遅延回路（ＤＬ）　１５は、それぞれの遅延量を
設定する為のものである。この場合の遅延の最小単位は
、各５ｉ（ｔ）が重なれば良い為、従来の電子セクタ式
超音波診断装置のように、細かくとるａ・要はなく、超
音波トランスデユーサを励振する為の基本発振器（ＭＯ
５Ｃ）　１の周波数の１サイクル程度で良い。

従って、該遅延回路（ＤＬ）　１５は「低速のアナログ
／ディジタル変換器子メモリ」ででも構成することがで
き、高価で、且つ周波数特性に問題のある長い遅延時間
を有する遅延線を用いな（てよいので９本発明の実施を
妨げる要因とはならない。

（ｇ）　発明の効果 以上、詳細に説明したように、本発明の超音波診断装置
は、開口面合成映像法によって超音波断層像を得るよう
にしたもので、開放面を有する送信器（例えば、アレイ
型超音波Ｉ・ランスデューサ）からの超音波信号を被検
体に掃射し、被検体からの超音波信号を、受信直交検波
器で検波することによって、受信波の送信波に対する位
相ずれと振幅とをめるのに、上記受信直交検波器に与え
る参照波の位相値を、従来方式のように固定せず、受信
トランスデユーサに対応して設けられた位相器によって
、送信トランスデユーサのビーム軸方向に、グイナミソ
クに変化させ、各焦点りからの超音波信号が同相で受信
できるようにして、以後の映像再構成演算（加算＋２乗
演算）を実時間で得られるように制御されるので、実時
間で総ての受信点に対して、焦点を結ばせることができ
、鮮明な映像を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図は本発明の
一実施例をブロック図で示した図、第３図は本発明の他
の実施例を示した図である。 図面において、１は基本発振器（ＭＯ５Ｃ）　、　２は
レンジゲート回路（ＲＧ）　、　３は送信パルスディレ
ィ回路（ＴＰＤＥＬ　）、　４は送信器群、５ばマルチ
プレクサ−（Ｍ［ＩＸ　）　、　６は探触子（ＰＢ）　
、　６１はトランスデユーサ、７ば受信器群、８は直交
検波器群。 ９は位相器群、１０ば位相制御器（ＰＳ（：　）　、　
１１はシステム全体の制御部（ＣＴＬ　）、　１２は加
算２乗演算部、１３は表示制御部（ＤＳＰＣ）　、　１
４はディスプレイ（ＣＲＴ　）　、　１５は遅延回路（
ＤＬ）　、をそれぞれ示す。 第１＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋ｌ）　アレイ型超音波トランスデユーサを有する電子
   フォーカス式超音波診断装置において、各受信トランス
   デユーサの出力側に接続される直交検波器群と、該検波
   器に供給する参照波の位相を、上記受信トランスデユー
   サ対応に、表示位置に合わせて、位相遷移させる位相器
   群とを持つことを特徴とする超音波診断装置。 （２）上記アレイ型超音波トランスデユーサがセクタ型
   の場合、各受信トランスデユーサの出力側に接続される
   直交検波器群の各出力側に、該直交検波器の出力信号が
   重なり合うように、上記受信トランスデユーサに対応し
   た遅延値を遅延させる遅延器を挿入したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超音波診断装置。