JPS6145791B2

JPS6145791B2 -

Info

Publication number: JPS6145791B2
Application number: JP54013383A
Authority: JP
Inventors: Keiki Yamaguchi; Yasuto Takeuchi; Shinichi Sano; Tooru Shimazaki; Naoki Seki; Atsuo Sugiura
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1986-10-09
Also published as: JPS55107382A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、超音波撮像装置の改良に関するもの
である。

パルス・エコー法Ｂモード電子式リニア・スキ
ヤンによる超音波撮像装置においては、超音波ビ
ームの横方向の指向性が、映像の品質に最も大き
な影響をおよぼすので、フエイズド・アレイの原
理による電子フオーカスまたは音響レンズによ
り、超音波ビームの焦点合わせが行われる。一般
に波動を用いる撮像装置の最小スポツト径ｄ_Sと
省点深度ｈ_Fは、それぞれ次式で与えられる。

ｄ_S＝λ／２ＮＡ (1) ｈ_F＝λ／（ＮＡ）^２ (2) ただし λ…波長 NA…レンズの開口数 (1)式より、波長λが一定のとき、最小スポツト
径ｄ_Sを小さくするため、すなわち、分解能を高
めるためには、開口数NAを大きくすればよいこ
とがわかる。開口数を大きくするには、レンズの
口径を大きくし、焦点距離を短くすればよい。し
かし、そうすると、(2)式より、焦点深度が浅くな
り、ピントの合う範囲が狭くなるので、分解能の
向上と焦点深度の深化は両立しない。

ピントの合う範囲を広げる手法として、ダイナ
ミツク・フオーカス法が知られている。この手法
は、エコー・パルスの受信時に、エコーが発生し
た深度に合わせて、エコー受波器の開口数と焦点
距離をダイナミツクに調節するようにしたもので
あるが、これだけでは、充分な分解能が得られな
い。また、ダイナミツク・フオーカスを電子フオ
ーカスによつて行うときは、開口数や焦点距離を
段階的に切換えることになるが、切換スイツチの
スパイク・ノイズが映像信号に混入して、画質を
低下させる。

本発明の目的は、観測深度のどの部分において
も、分解能が充分高い映像が得られる超音波撮像
装置を提供することにある。

本発明は、観測領域を深度の方向に複数区画に
分割し、超音波パルスの送出時に、送受波器の開
口数と焦点距離を区画に応じて変更するようにし
たものである。

以下、図面によつて本発明を説明する。第１図
は、本発明を実施した装置例の概念的構成図であ
る。第１図において、１０は超音波の送受波器と
なるリニア振動子アレイで、例えば、チタン酸ジ
ルコン酸鉛圧電素子を64素子１列に配列してなる
ものである。２１〜２４は送受信回路であつて、
リニア振動子アレイ１０中のいくつかの振動子に
接続される。送受信回路２１〜２４には、送信フ
オーカス用デイレー・ライン４０を通じて、トリ
ガ・パルス発生器３０の出力パルスがそれぞれ位
相を違えて与えられる。送受信回路２１〜２４
は、それぞれ位相を違えて与えられたトリガ・パ
ルスに従つて振動子を駆動する。送受信回路２１
〜２４は、また、振動子がエコー・パルスを検出
して生じる電気信号をそれぞれ受信し、受信フオ
ーカス用デイレー・ライン５０を通じて、対数増
幅器６０に入力する。送受信回路２１〜２４の受
信系には振動子の周波数に同調した帯域通過波
器（以下同調フイルタ）が設けられ、受信信号の
Ｓ／Ｎ比の向上が図られている。同調フイルタの
Ｑが高いほど、すなわち帯域幅が狭いほど、Ｓ／
Ｎ比は向上するので、深部からのエコーを受信す
るときは、Ｑが高められる。対数増幅器６０の出
力信号は画像メモリ７０に記憶され、適宜のタイ
ミングでデイスプレイ装置８０に与えられ、映像
として表示される。

９０はマイクロ・プロセツサ等からなる制御回
路で、送受信回路２１〜２４と振動子との接続状
態を制御することにより、開口数とリニア・スキ
ヤンの操作を司り、送信フオーカス用デイレイ・
ライン４０および受信フオーカス用デイレイ・ラ
イン５０のタツプ切換えを制御することにより、
送信時および受信時のフオーカスを調節し、ま
た、送受信回路２１〜２４の同調フイルタのＱを
調節し、さらに、トリガ・パルス発生器３０、画
像メモリ７０、およびデイスプレイ装置８０にタ
イミング信号を与えて、それらの動作を規制す
る。

このような装置において、撮像対象の立場は、
超音波ビームの深さの方向に複数に分割される。
分割の数は、音場の奥行きと、所望の高分解能が
得られる焦点深度に応じて定められ、１区画が１
つのビームの焦点深度の範囲内に含まれるように
なつている。したがつて、各区画に対応して、そ
れを焦点深度の範囲に含む超音波ビームが定ま
り、そのような超音波ビームを実現するための、
音響レンズの開口数と焦点距離が定まる。この装
置のように、フエイズド・アレイの原理による電
子フオーカスの場合には、リニア振動子アレイ１
０において同時に動作させる振動子数（開口数）
と、送信フオーカス用デイレイ・ライン４０およ
び受信フオーカス用デイレイ・ライン５０におけ
る遅延時間の組合わせ（焦点距離）とが定まる。
また、区画に応じて同調フイルタのＱも決められ
る。音場の分割を、例えば、第２図のように３と
したとき、開口数を焦点距離とＱの対は３通り定
める。制御回路９０は、各区画に応じて、送受信
回路２１〜２４と振動子との接続状態、デイレ
ー・ライン４０，５０のタツプ切換え、および、
同調フイルタのＱの切換えを制御することによ
り、それぞれ所定の開口数と焦点距離とＳ／Ｎ比
を与える。そして音場のスキヤンは、同一のスキ
ヤン位置で３種の超音波ビームを次々に放射しな
がら行われる。

動作説明図を第３図に示す。スキヤンの第１行
目にかかるに当つて、制御回路９０は、第１行目
の最初の区画A₁に対応した開口数と焦点距離と
同調フイルタのＱを、それぞれリニア振動子アレ
イ１０中の第１行のビーム発生にかかわる振動
子、デイレーライン４０，５０、および送受信回
路２１〜２４に設定し、トリガ・パルス発生器４
０を起動する（第３図ａ）。そうすると、リニア
振動子アレイ１０から、区画A₁について高分解
能を与える超音波ビームが発射される。この超音
波ビームに対し間もなくエコーが還つてきて（第
３図ｂ）、それは発射にかかわつた振動子で検知
され、検知信号が送受信回路２１〜２４で受信さ
れ、受信フオーカス用デイレイ・ライン５０でフ
オーカシングされ、対数増幅器６０で増幅され
て、画像メモリ７０に与えられる。画像メモリ７
０には、制御回路９０による制御により、区画
A₁からのエコー分だけが記憶される（第３図
ｃ，ｄ）。区画A₁からのエコーの到来期間はわか
つているから、画像メモリ７０のイネーブル期間
をそれに合わせることによつて、そのような記憶
が可能となる。

次に、制御回路９０は、次の区画B₁に対応し
た開口数と焦点距離とＱを、それぞれリニア振動
子アレイ１０、デイレー・ライン４０，５０、お
よび送受信回路２１〜２４に設定して、トリガ・
パルス発生器３０を起動する。そうすると、リニ
ア振動子アレイ１０は、区画B₁について高分解
能を与える超音波ビームを発射する。これに対す
るエコー信号も、送受信回路２１〜２４、受信フ
オーカス用デイレイ・ライン５０、および対数増
幅器６０を通じて、画像メモリ７０に与えられ
る。そこで制御回路９０は、区画B₁からのエコ
ー信号だけを画像メモリ７０に記憶させる。

次に、制御回路９０は、開口数と焦点距離とＱ
を、その次の区画C₁用に切換え、前記と同様
に、超音波ビームを発生させ、それに対するエコ
ー信号の区画C₁相当部分を画像メモリ７０に記
憶させる。

これによつて、スキヤンの１行目につき、全区
画のエコー信号が、画像メモリ７０に記憶される
（第３図ｄ）。この記憶された画像信号は、スキヤ
ンの１行目の全区画のエコー像を高い分解能で、
かつ、Ｓ／Ｎ比をよく表示しうる信号となる。

以下、同様にして各行のスキヤンが行われ、画
像メモリ７０には、音場の全域について、エコー
像を高い分解能で、かつ、Ｓ／Ｎ比をよく表示し
うる映像信号が記憶される。したがつて、この記
憶値がデイスプレイ装置８０に与えられると、デ
イスプレイ装置８０の画面には、第４図のよう
に、音場の全域について、高い分解能でＳ／Ｎ比
よくエコー像が映し出される。撮像時の開口数と
焦点距離とＱの切換えは、画像メモリ７０のイネ
ーブル期間を外して行われるので、切換えに伴な
うスパイク・ノイズ等は、画像メモリ７０に記憶
されず、品質のよい画面が得られる。

ただし、スキヤンの１行当り、３回のビーム発
射とエコー読取りが行われるので、画面１フレー
ム分の映像信号を得るまでの時間が長くなる。そ
こで、このような遅延が許されないときは、高分
解能での撮像を音場の一部だけに限り、その他の
部分は開口数や焦点距離の切換えなしで撮像し、
フレーム時間を短縮することができる。高分解で
撮像する領域の広狭は、要求されるフレーム時間
の長短、すなわち、単位時間当りの撮像回数に応
じて、オペレータが選択できるようにすることが
できる。また、動画面のデイスプレ時には粗い分
解能で撮影し、静止画面のデイスプレイ時だけ、
高分解能で撮像するようにしてもよい。また、音
場のうちリニア振動子アレイ１０の端部に対応す
る部分については、分割数を少なくし、この部分
のスキヤン時間を短縮して、フレーム時間を短縮
することができる。その場合、音場分割を少なく
した分だけ開口数を低減し、焦点深度を深くす
る。このようにすると、デイスプレイ画面は、リ
ニア振動子アレイ１０の端部に相当する部分、す
なわち、第４図の画面でいえば上端部と下端部に
おいて、分解能がやや低下するが、通常、関心の
ある映像は画面の中央部において観察するから、
実用上問題はない。制御回路９０がマイクロ・プ
ロセツサであれば、以上のような制御は容易にで
きる。また、フレーム時間が長くなつても、画像
メモリ７０を採用しているので、デイスプレイ装
置８０上の画面のチラツキは問題にならない。

以上のように、本発明は、観測領域を深度の方
向に複数区画に分割し、超音波パルスの送出時
に、送受波器の開口数と焦点距離を、区画に応じ
て変更するようにした。このため、観測深度のど
の部分においても、分解能の高い映像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置の一実施例を示す
概念的構成図、第２図，第３図、および第４図は
動作説明図である。１０…リニア振動子アレイ、２１〜２４…送受
信回路、３０…トリガ・パルス発生器、４０…送
信フオーカス用デイレー・ライン、５０…受信フ
オーカス用デイレー・ライン、６０…対数増幅
器、７０…画像メモリ、８０…デイスプレイ装
置、９０…制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１パルス・エコー方Ｂモード電子式リニア・ス
キヤンによる超音波撮像装置において、振動子ア
レイに位相を違えてトリガ・パルスを与えるため
の送信フオーカス用デイレーラインと、振動子ア
レイからのエコー信号を位相を違えて受信するた
めの受信フオーカス用デイレー・ラインと、前記
送信フオーカス用デイレーラインからのトリガ・
パルスにしたがつて振動子を駆動するとともに振
動子より得られるエコー信号を受信する送受信回
路と、この送受信回路の出力信号を対数増幅する
対数増幅器と、この対数増幅器の出力信号を記憶
する画像メモリと、前記送受信回路と振動子との
接続状態の制御、送信フオーカス用及び受信フオ
ーカス用の各デイレー・ラインのタツプ切換え制
御及び各部に必要な制御信号の供与を行う制御回
路を具備し、観測領域を深度の方向に沿つて複数
に分割された各区画に応じて送波及び受波に係る
開口数と焦点距離を変えるようにすると共に、そ
れぞれの区画からのエコー信号は該当する受信期
間中だけ書込みがイネーブルとなつて画像メモリ
に書込まれるようにしたことを特徴とする超音波
撮像素子。２前記制御回路を、前記複数の区画において１
区画のみその深さに対応して開口数及び焦点距離
を変化させ、他の区画では一律の開口数及び焦点
距離となるように制御する構成としたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の超音波撮像装
置。３前記制御回路は、撮像する領域の広狭を単位
時間における撮像回数に応じて定めることができ
るように構成されたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の超音波撮像装置。４前記制御回路は、静止画面のデイスプレイを
行う時にのみ開口数および焦点距離を区画に応じ
て変化させて送受波させるように制御できる構成
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の超音波撮像装置。５前記制御回路は、振動子アレイの端部に対応
する音場については、区画数または開口数の一方
または両方を減じる制御を行い得るような構成と
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超音波撮像装置。６前記送受信回路は帯域通過ろ波器を備え、前
記制御回路はこの帯域通過ろ波器の通過帯域幅を
区画に応じて制御するように構成されたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波撮像
装置。