JPS61272040A - 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】 ［発明の技術分野１ 本発明は受信時の超音波ビーム形成法を改良した超音波
診断装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、超音波診断装置はフェーズドアレイ振動子を備え
電子的に超音波ビームをフォーカスすることにより高分
解能な超音波断層像が得られるようになり、有益な生体
診断機器となってきている。

このような超音波診断装置にあっては、近年超音波ビー
ムの高分解能化及び、低サイドローブ（グレーテング　
ローブ）化を図る為に、１ビームを形成する振動子数を
増加させている。ここで、超音波のビームのフォーカス
点におけるビーム幅は、第９図に示す様にＷ−に＊λ＊
Ｌ／Ｄによって決まる事が知られている。

ここで、Ｗ−フォーカス点のビーム幅、Ｋ＝振動子形状
で決まる係数、λ−超音波の中心周波数における波長、
し−振動子の表面からフォーカス点までの距離、Ｄ−ｆ
ｆｉ動子の口径である。

この様に、ビーム幅を狭くするには振動子口径を広くす
るか、超音波周波数を高くする必要がある。しかしなが
ら、超音波の減衰量は周波数に比例するため超音波周波
数を高くすると、生体内部で減衰量が大きくなり深部の
像が表示出来なくなる。

また、分割素子数を一定で口径を大きくするとグレーテ
ング　ローブが大きくなる。このグレーテング　ローブ
を小さくするために、口径を構成する振動子の素子幅を
狭くしなければならない。

ここで、分割している振動子幅とそれによって発生する
グレーテング　ローブの関係を第１０図に示す。第１０
図においてメイン　ビームの方向をｅとするとグレーテ
ング　ローブはｃｌ、　ｃｒの方向に発生する。その角
度θは以下の如くである。

θ　−５ｉｎ　　五　（λ　／ｄ　　＋ｓｉｎ　　θＯ
）ここで、θローメイン　ビームの偏向角度、ｄは振動
子の素子間隔である。

この様に、分割振動子幅が狭くすると角度θが大きくな
り、それによってそのビークパワーが低下する。しかし
ながら、分割振動子幅を狭くし且つ、口径を大きくする
と、これによる回路の規模が大きくなり非常に高価なシ
ステムになってしまう。特にこの中で、受信遅延回路の
占める比率が高い、これは近年受信時にダイナミックに
フォーカス点を移動する方法が一般化されてきており、
これによってこの回路が複雑になり且つ、高価なものと
なっている。゛よって、この凹路部分を削減する事は超
音波システムに与える意義が大きい。

〔発明の目的］ 本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
は、フレーム数を落とすことなく、はとんど無視できる
程度のＳ／Ｎの低下及び分解能の低下でもって受信遅延
回路の回路規模を削減した超音波診断装置を提供するこ
とにある。

［発明の概要〕 かかる目的を達成するために本発明は、複数の超音波振
動子をアレイ状又はマトリックス状に配列した振動子群
を備えた超音波診断装置において、受信時に複数の超音
波繰返し周期のレートで上記振動子群を複数のブロック
に分ける切換回路と、この分けられた振動子群で上記振
動子群全体に相当する超音波ビームを形成するのに必要
な遅延時間に設定する受信遅延回路と、上記分けられた
振動子群で得られた信号夫々を別々にストアするライン
メモリ群と、このラインメモリ群の記憶内容を加算して
上記振動子群全体で形成されたものに相当する超音波ビ
ームの信号を形成する加算器とを具備したことを特徴と
する。

［発明の実施例］ 以下本発明にかかる超音波診断装置の一実施例の構成を
、第１図を参照して説明する。

Ｍ１図において、１は超音波パルスを送波するための基
準信号を発生する基準信号発生器、２はこの基準信号発
生器１からの基準信号を受は送受信用の各種データを作
成するＣＰＵ　（中央演算処理装置）、３はＣＰＵ２か
らのデータに基づき送信遅延データを発生する送信遅延
データ発生器、４は基準りＯツク発生器１及び送信遅延
データ発生器３からのデータに基づき、後述する振動子
群６の各振動子を励振するための送信遅延パルスを発生
する送信遅延パルス発生器群、５は送信遅延パルス発生
器群４からの送信遅延パルスによりＮ個の振動子からな
る例えばアレイ状振動子群６を夫々励振する送信パルス
発生器群である。

７は高電圧の送信パルスから受信回路を保護するリミッ
タ群であり、振動子群６から図示しない生体に送波され
、その超音波に対するエコーを同一の振動子群６を介し
て受信信号を得、これを取込むものである。８は受信時
に超音波の１ラスクを形成する同時受信振動子数Ｎをい
くつかのグループに分けて選択する選択器、９は選択器
８により選択されたグループの振動子群からの信号を増
幅するプリアンプである。

１０はＣＰＵ２からのデータに基づき１ラスタを形成す
るのに必要な受信遅延データを発生する受信遅延データ
発生器、１１は受信遅延データ発生器１０からの受信遅
延データに基づき上記選択されたグループの振動子群か
らの信号を遅延加算する受信遅延回路群、１２は受信遅
延回路群１１で遅延加算されたアナログ量の加算信号を
デジタル信号化するＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器
）、１３はＡＤＣｌ　２からのデータを順次書込んで１
ラスタの画像を形成する複数のラインメモリからなるラ
インメモリ群、１４はラインメモリ群１３テ形成された
１ラスタの画像の信号の絶対値を取る検波器である。尚
、ラインメモリ群１３はその詳細が第２図の如く構成さ
れている。第２図において１３ａ、１３ｂはトライステ
ートバッファ、１３ｃ、１．１はＲＡＭ　（ランダムア
クセスメモリ）、１３ｅは加算器、１３ｆは書込み読出
しゲート信号発生器（Ｒ／Ｗコントロール）、１３！Ｉ
Ｉ。

１３ｈはアドレス発生器である。

１５はラインメモリ群１３及び検波器１４からの出力で
ある超音波ラスタをＴＶモニタに表示するためにスキャ
ン変換、を行うＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）
、１６はＤＳＣ１５で作成された画像データをアナログ
信号化するＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）、１７は
ＤＡＣ１６による画像信号を画像表示する表示器である
。

本実施例の超音波診断装置は上記の如く構成されている
が、従来と異なるのは受信系におけるＣＰＵ２の管理下
の受信遅延データ発生器１０、受信遅延回路群１１、Ａ
ＤＣ１２、ラインメモリ群１３、検波器１４の構成につ
いてである。

次ぎに本実施例の動作につき第１図、第２図及び第３図
乃至第６図を参照して説明する。

第３図はフレームの最初の２レートで超音波の１ラスク
を形成するに必要な振動子群の選択方法を説明するため
の図、第４図は第３図において選択された振動子群に与
える受信遅延時間を示す図、第５図はセクタスキャンに
おける超音波ラスタのスキャン方法を説明するための図
、第６図は本実施例における超音波ビームのパターンを
計算機によりシミュレーションした場合の結果を示す図
である。

ここで、動作説明は、基本動作を簡単化する為に、受信
遅延回路を送信系に対して１／２で超音波ラスタを形成
する構成について説明を進める。

また、アレイ振動子を備えた電子スキャン型超音波診断
装置で最も普及してものとして、リニアスキャン、セク
タスキャン形の装置があるが、基本構成は同じであるた
め、ここでは、セクタスキャン形の装置に適用した場合
について説明を行う。

また、１ラスタを形成する送信振動子数を４素子、受信
振動子数を８素子について説明をする。

まず、レート１で、ＣＰＵ２から送信ビームのフォーカ
ス点のデータが出力され、送信遅延データ発生器３に与
え、これからの送信遅延データを送信遅延パルス発生器
群４に与える。送信遅延パルス発生器群４では、送信振
動子のそれぞれを送信フォーカス点で音波の波面が合う
様に遅延時間を与えたパルス信号を出力する。この信号
で送信パルス発生器群５によって振動子を励振するに必
要な高振幅の信号に変換する。第３図に示す様に振動子
６−３から６−６を励振する。第３図においてＬＡはラ
スタ、ＲＡはレート、■は送信振動子、Ｒは受信振動子
を示している。また、第３図において斜線部分は使用す
る振動子を示している。

これら受信音波によって生体からのエコー信号を振動子
６−１から６−８で受波する。その信号をリミッタ群７
を通して切換器群１７に加える。

ここで、ＣＰＬＩ２からのデータによって第３図のＲＡ
ｌの様に、撮動子６−１から６−４までの４素子からの
信号をまず選択する。次に、その信号をプリアンプ群９
で増幅し受信遅延回路群１０に加える。この受信遅延回
路群１０で、それぞれの信号に遅延時間を与えて受信フ
ォーカス点に波面が合うようにする。

この遅延時間の与えがたを第４図及び第５図に示してい
る。第４図は振動子８素子でのビーム偏向とフォーカス
を行なうために、それぞれの振動子に遅延時間を与えて
いる。第５図は、本実施例によって第４図と同等の超音
波ビームを得る為の遅延時間の与えがたを示したもので
ある。第４図及び第５図において横軸Ｔｄは遅延時間を
示し、縦軸は振動子の素子番号を示している。

このように、まず、振動子の６−１から６−４に第４図
と同じ遅延時間Ｔｄ　１からＴｄ４の遅延時間を与えて
夫々加算した後受信遅延回路群１０から出力する。その
信号をＡＤＣｌ　２でデジタル信号に変換し、ラインメ
モリ群１３に加える。八〇Ｃ１２のクロック信号は超音
波受信信号の有する周波数帯域の最大周波数の２倍以上
の周波数からなる信号で行っている。ラインメモリ群１
３ではＲ／Ｗコントロール１３「で書込みゲート信号１
を発生し、トライステートバッフ？１３ａを導通状態に
設定する。即ち、ＡＤＣＩ　２の出力信号りをＲＡＭ１
３ｃに与える。次ぎに、基準信号発生器１からのクロッ
ク信号ｔとＣＰＵ２からの信号Ｑで、アドレス発生器１
３ｈによりＲＡ　Ｍ　１３ｃのアドレス信号を発生し、
受信信号のル−ト分をＲＡＭ１３ｃにストアする。ここ
までで、最初のレートの動作が終了する。

次ぎにレート２においては、レート１と同様にＣＰＵ２
の送信フォーカスデータによって送信遅延データ発生器
３、送信遅延パルス発生器群４、送信パルス発生器５か
ら同様な振動子６−３から６−６に対して励振パルスを
与える。それによって得られる受信信号をリミッタ群７
に通して第３図のＲＡ２のＲのように切換器１７で振動
子６−５から６−８を選択する。ここで選ばれた信号を
プリアンプ詳８を通し受信遅延回路群１０に与える。こ
こでは、第５図に示すように振動子６−５に対しＴｄ　
５−Ｔｄ　Ｏの遅延時間を与える。ここで、ＴｄＯは後
段のラインメモリ群１３においてメモリデータを制御し
てＴｄＯと等価の遅延時間を与えている。これによって
受信遅延回路群１０での必要な最大遅延時間を少なくし
て回路規模を縮小している。

このように、他の信号６−６にはＴｄ　６−Ｔｄ　Ｏの
遅延時間を与え、信号６づにはＴｄ　７−Ｔｄ　Ｏの遅
延時間を与え、信号６−８にはＴｄ　８−Ｔｄ　Ｏの遅
延時間を与える。これによって得られた夫々の信号を受
信遅延回路群１ｏの加算器で加算して、その信号をＡＤ
Ｃｌ　２を通してラインメモリ群１３に与える。このラ
インメモリ群１３では信号ｆ１ｇによりＲ／Ｗコントロ
ール１３「で読出しゲート信号１を発生し、トライステ
ートバッファ１３ａをオフにしＲＡＭ１３ｃを読出し状
態にセットする。

−４、Ｒ／Ｗコントロール１３ｆで書込みゲート信号−
を出力しトライステートバッファ１３ｂをオンにしＲＡ
Ｍ１３ｄを書込み状態にセットし、アドレス発生器１３
Ｑのアドレス信号によってトライステートバッファ１３
ｂの出力信号をＲＡＭ１３ｄにストアする。

また、同時にアドレス発生器１３ｈでＲＡ　Ｍ　１３ｃ
の読出しアドレスを発生する。このアドレス信号は第５
図に示したＴｄＯに相当する遅延時間を与えているため
にＲＡＭ１３ｄのデータ読出しをＴｄＯに相当するアド
レス分進めて読出す事によってなされる、ここで読出さ
れた信号は加算器１３ｅでトライステートバッフ７１３
ｂの内容と加算され、ラインメモリ群１３の出力信号ｋ
になる。この信号には第４図の振動子８素子からなる超
音波ビームに相当する。

次ぎに、この信号には検波器１４に与えて絶対値を取り
０８Ｃ１５に与える。ＤＳＣｌ　５では、ＴＶスキャン
に変換し、次ぎにＤＡＣ１６でアナログ信号に変換して
表示器１７に表示する。この時表示されるラスターは、
第６図のｅｓｌに相当する。次に、レート３で動作的に
は前述したレート１と同様であるが、送信及び受信の設
定する遅延時間は第６図のラスターｅｓ３つ方向に設定
する。

ここで、第６図の振動子Ｎ００１から４でｅｓｌ−３か
らｅｓ４−３まで遅延された信号によって得られた信号
りは第２図においてレート１と同様にＲＡＭ１３Ｃにス
トアされると同時に、レート２でストアされたＲＡＭ１
３ｄの信号を読出して、加算器１３ｅで加算して表示器
１７に表示する。このときのラスターはｅＳ２に相当す
る。

次に、レート４で、第６図の振動子ＮＯ３５から８でｅ
ｓ５−３からｅｓＢ　−３まで遅延された信号によって
得られた信号り第２図においてレート２と同様にＲＡＭ
１３ｄにストアされると同時に、レート３でストアされ
たＲＡＭ１３ｃの信号を読出して、加算器１３ｅで加算
して表示器１７に表示する。この時のラスターはｅｓ３
に相当する。

この様にして得られるラスターにおいて、ｅｓｌとｅｓ
３のビームパターンは劣下が生じないが、ラスター６３
２のビームパターンは多少の劣下が予想される。第７図
は実用的な仕壕で送信ビームバタ−ンの計Ｉ１機シミュ
レーションを行ったものである。

主な仕様は、口径１８ｍ、フォーカス点６０１Ｉ＃ｌＩ
、偏向角０度のｅｓｌ及びｅｓ２に相当するビームパタ
ーンはｅｗＯで、偏向角＋０．３５４度と−０，３５４
度のビームから得られるｅＳ２に相当するビームパター
ンはｅ＊ａｂである〇 ここで、横軸Ｗはビーム幅（５１１Ｉ）、縦軸は音圧（
ｄＢ＞を示している。音圧のピーク値の差はｅｗＱに対
しＴ　ｅｗａｂは０．７２ｄＢ低下する。

第７図ではピーク値でノーマライズされている。

この結果から判る様にサイドローブが若干増加している
がラスクの増加の利点を考慮すると許容出来るレベルで
ある。

以上の如く本実施例では実用上許容できるＳ／Ｎ及び分
解能の低下でもってフレーム数を落すことなしに、受信
遅延回路数を１／２とすることができ、よって小型化、
及び低コスト化が実現できるようになる。

次にリニアスキャンの装置である場合について説明する
。

第８図はリニアスキャンに応用した場合のラスター表示
法を示したものであるが、基本的回路構成及び動作は前
述したセクタスキャンの場合と同じである。まずレート
１で、Ｔｄｌｌ−１からＴ（１１４−１まで受信し、レ
ート２で、Ｔｄ１５−１からＴｄ１８−１まで受信し、
この時ラスター０１１を表示する。つぎにレート３で、
Ｔｄｌｌ−２からＴｄ１４−２まで受信し、その信号と
レート２でストアされている信号を加算してラスター８
１２を表示する。次にレート４で、Ｔｄ１５−２からＴ
ｄ１８−２まで受信しレート３でストアされている信号
と加算してラスクー８１３を表示する。この様に順次ラ
スターを表示していく。

上記実施例では振動子群６はアレイ状としているが、マ
トリックス状であってもよいし、また、適用されるスキ
ャン方式及び回路構成も本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々適用が可能である。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、受信時に複数の超音
波繰返し周期のレートで振動子群を複数のブロックに分
ける切換回路と、この分けられた振動子群で上記振動子
群全体に相当する超音波ビームを形成するのに必要な遅
延時間に設定する受信遅延回路と、上記分けられた振動
子群で得られた信号夫々を別々にストアするラインメモ
リ群と、このラインメモリ群の記憶内容を加算して上記
振動子群全体で形成されたものに相当する超音波ビーム
の信号を形成する加算器とを具備したので、フレーム数
を落とすことなく、はとんど無視できる程度のＳ／Ｎの
低下及び分解能の低下でもって受信遅延回路の回路蜆模
を削減し、もって小形化且つ低価格化の可能な超音波診
断装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波診断装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は第１図におけるラインメモリ群
の詳細なブロック図、第３図はフレームの最初の２レー
トで超音波の１ラスクを形成するに必要な振動子群の選
択方法を説明するための図、第４図及び第５図は夫々は
第３図において選択された振動子群に与える受信遅延時
間を示す図、第６図はセクタスキャンにおける超音波ラ
スクのスキャン方法を説明するための図、第７図は同実
施例における超音波ビームのパターンを計算機によりシ
ミュレーショ〉′シた場合の結果を示す図、第８図は本
発明の他の実施例としてリニアスキャンにおける超音波
ラスク・Ｄスキャン方法を示す図、第９図はアレイ振動
子における振動子口径と超音波ビームとの関係を示す図
、第１０図はアレイ振動子の素子ピッチ間隔とそれによ
って発生するグレーテングローブとの関係を示す図であ
る。 １・・・基準信号発生器、２・・・ＣＰｔＪ　（中央演
算処理装置）、３・・・送信遅延データ発生器、４・・
・送信遅延パルス発生器群、５・・・送信パルス発生器
群、６・・・振動子群、７・・・リミッタ群、８・・・
切換器群、９・・・プリアンプ群、１０・・・受信遅延
データ発生器、１１・・・受信遅延回路群、１２・・・
ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）、１３・・・ライン
メモリ群、１３ａ、１３ｂ・・・トライステートバッフ
ァ、１３ｃ。 １３ｄ・・・ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）、１
３６・・・加算器、１３ｆ・・・読出し書込みゲート信
号発生器、１３Ｇ、１３ｈ・・・アドレス発生器、１４
・・・検波器、１５・・・ＯＳＣ＜デジタルスキャンコ
ンバータ）、１６・・・ＤＡＣ（デジタルアナログ変換
器）、１７・・・表示器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 第４図 第５図 第６図 Ｗ（ｍｍ） 第７図 Ｎ　８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の超音波振動子をアレイ状又はマトリックス状に配
   列した振動子群を備えた超音波診断装置において、受信
   時に複数の超音波繰返し周期のレートで上記振動子群を
   複数のブロックに分ける切換回路と、この分けられた振
   動子群で上記振動子群全体に相当する超音波ビームを形
   成するのに必要な遅延時間を設定する受信遅延回路と、
   上記分けられた振動子群で得られた信号夫々を別々にス
   トアするラインメモリ群と、このラインメモリ群の記憶
   内容を加算して上記振動子群全体で形成されたものに相
   当する超音波ビームの信号を形成する加算器とを具備し
   たことを特徴とする超音波診断装置。