JPS62102743A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は主に医療機器として用いられる超音波診断装置
に関する。特に、フェイズドアレイ扇型走査型超音波診
！！ｌｉ装置における、受信ビームの焦点制御に関する
。

（従来の技術） 第６図は従来の７工イズドアレイ超音波診断装置におけ
る送受信号部の一例を示すブロック構成図である。

パルス発生器１は、第７図に示すように測定方向にビー
ムを偏向（ステアリング）すると１］時に焦点Ｏにビー
ムを集束させる（フォーカシング）ようにパルス電気信
号を発生する。このパルスは駆動回路２を通して超音波
探触子３に供給され、超音波探触子３内に多数配列され
た超音波！ｉ動子によって、被検体に超音波が送波され
る。被検体内からの音響反射波は超音波探触子３により
検出され、電気信号（エコー信号）に変換される。この
エコー信号は受信回路１１で受信され、遅延回路７で個
々に遅延されて増幅器４により増幅され、マトリクスス
イッチ６に供給される。マトリクススイッチ６内の各ス
イッチの開閉はスイッチａ、制御回路５によりビーム偏
向方向に合わせて制御される。マトリクススイッチ６の
出力は固定遅延回路１４のタップに供給され、ビームの
偏向方向に対応した遅ｈｆ、＃［ｌ算が行われる。固定
遅延回路１４の出力はダイナミックフィルタ８を経由し
増幅器９に供給され、適宜増幅された後、画像信号とな
って図示しない表示＄！ｉｌｌへ送られる。ダイナミッ
クフィルタ８は中心周波数を移動させて低域をカットし
、浅部はどに域カットオフ周波数が高い特性を有するも
のである。遅延回路７は、第８図のような遅延量分布に
なる如く、インダクタンス値がＬ（固定）のインダクタ
ンス、容澄値Ｃ（可変）の可変音（Ｈダイオード等で構
成され、その遅延時間では、τ−Ｆ「でとなっている。

遅延時間τは、′１１延制御回路１３により可変容量ダ
イオードのＣを変えて、ダイナミックに変化する受信焦
点距離に対応して、第９図（横軸は同時使用されるｍＮ
波振動子の振動子配置方向で定義する距ｆｌｌｘ、縦軸
は遅延時間τを示す）の遅延特性を示す。尚、「延回路
７は、カットオフ周波数ｒｃ−１／２πＦ「ての高域カ
ットフィルタとしての特性をら有１Ｊる。

以上の構成にＪｔいて、浅部から深部までのエコー（＋
５号を受信するとぎ、遅延回路７は、第９図に示づ遅延
特性に基づく遅延時間τを連続的に設定７る。このよう
に遅延時間τを所定の特性に基づいて連続的に変えるこ
とにより、所望の深さに受信焦点距離を連続的に合せて
、方位分解能の高い画像を得ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来の超音波診断装置においては、被検体の浅
部からのエコーにかける遅延時間は深部からのエコーに
かける遅延時間に比して相対的に大きく、従って高周波
成分がカットされ、ダイナミックフィルタを経由した出
力は一段と小さくなるという欠点があった。

又、個々のｌｉｅ子から１９だエコー信号にかける遅延
時間については、第９図に示すように中央の１騒動子か
ら得たエコー信号は端の振動子によるエコー信号よりも
相対的により良い遅延時間がかけられ、減衰量がより大
きくなる。これは重みづけが悪いことであり、問題とな
る。

更に、可変遅延線の回路構成の規模が大きいとい・う問
題もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、」二足問題点を全て解決した超音波診断装置を提
供することにある。

（問題点を解決するためのｆ段） 上記問題点を解決する本発明は、多数個配列された超音
波振動子を含む超音波探触子と、この超音波振動子にパ
ルス電気信号を印加する送信回路と、この超音波振動子
ににり受波され電気信号に変換された反射波信号を上記
各超音波振動子毎に増幅する増幅器と、この増幅器の出
力が一辺の入力端子に接続されたマトリクススイッチと
、このマトリクススイッチの他辺の出力端子がそれぞれ
タップ入力に接続された遅延回路と、上記マトリクスス
イッチの各スイッチの開ｌを制御するスイッチａ、１１
１１１回路とを備え扇型走査を行う超音波診断装量にお
いて、前記超音波振動子と前記増幅器との間の接続回路
に挿入され、各回路毎にその遅延量を可変にＩ！ＩＪ　
ｒＩＪＪでき、その遅延特性が前記同時使用される超音
波振動子の中心から振動子配置方向で定義する距離を関
数とする正の２乗特性を示４可変遅延回路と、この可変
遅延回路の各回路の遅延量を上記音響反射波の経過時間
に従って制御する遅延間制御回路を具備し、Ｈつ前記ス
イッチ制御回路は、焦点距離を最浅部に固定した扇型走
査を行うように前記マトリクススイッチを制御Ｊること
を特徴とするものである。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明づる。

第１図は本発明の一実施例を示す超音波診断装置の受信
系の構成図である。この図において第６図の従来装置と
同等部分には同一符号をイ］シている。

複数個の振動子を一次元的に配列した超音波振動子（エ
レメントアレイ）３からの受信信号は受信回路１１で増
幅された後、可変遅延回路１２に与えられる。この可変
遅延回路１２は図示のように端のエレメントはど遅延量
の多い正の２乗特性の遅延時間分布を形成し、各エレメ
ントに対する遅延時間τｂは τｂ−τｒ・ｘ２　　　　　　　　　　　（１）である
。即ら第２図の８乃至Ｃのような分布特性である。但し
、×は同時に使用されるエレメントの中心からの距離と
開口との比であり、τ「はある遅延量であって、受信焦
点距離のパラメータである。

可変遅延回路１２では図示した如く斜線部の遅延量が変
化する。即ち、浅部のエコーに対しては斜線部を除いた
マｆ延吊分布となり（第２図のＢのような分布）、深部
からのエコーに対しては斜線部を含む遅延量分布（第２
図のＣのような分ｔｎ　）となる。そして、中間の深さ
からのエコーに対しては斜線部の一部を含む遅延量分布
となる。このように深さに応じた遅延聞分布とするのは
遅延υ制御回路１３の制御による。

可変遅延回路１２の出力信号は増幅２！ｉ４で適宜増幅
した後、マトリクススイッチ６に供給される。

マトリクススイッチ６はステアリングのみならずフォー
カシングの一部を担当する。従って１つのビーム偏向状
態において、オンになる部分は直線ＡＢ上のクロスポイ
ントではなく、曲ｌ！！１ｌＡＣＢ上のクロスポイント
となるように制御される。この制御はスイッチｍｉｌ＋
御回路５により行われる。マトリクススイッチ６の出力
は固定遅延回路１４のタップに供給され、ビームステア
リングとフォーカシングのための遅延加算が行われる。

フォーカシングのための曲ＦｉｌＡＣＢの特性は次のよ
うになっている。即ち、固定遅延回路１４の長さの方向
にとった、曲線ＡＣＢと直［ＩＡＢの間の距離を考える
と、この距離はフォーカシングのための遅延時間分布を
表わすが、この遅延時間τａは、τａ−τｏ（１−ｘ２
） 但し、τ０は最大遅延量 であり、第２図へのようなカーブを示し、中心から離れ
る（×が増加する）に従って小さくなる遅延時間分布特
性である。この特性は、受信焦点距離を最浅部に固定し
た遅延時間分布である。ビーム偏向のすべての方向にお
いて、このような固定の７４−カシングを維持するよう
にビームステアリングのためのクロスポイントのＡンオ
フが行われる。

従って、可変遅延回路１２と固定遅延回路１４とによっ
てもたらされる合計遅延時間τはτ≠τａ＋τｂ となり、受信焦点距離が浅部のとぎは τ−（τＳ−τ０）−×２　トτ０ 但し、τＳは浅部のとぎの可変′！ｉ延回路１２におけ
る端の最大遅延量 となり、第２図のＤの分布となる。

一方、深部のときには合計遅延時間τはτ−（τｄ−τ
０）・ｘ２＋τ０ 但し、τｄは深部のときの可変遅延回路１２における端
の最大遅延量（τｄ＝ｋ　・τｓ、には定ａｌｌ） となり、第２図のＥの分布となる。

ここで、再び可変遅延回路１２に戻って考察してみると
、次のことが理解される。第２図からも明らかなように
、深部におけるよりも浅部における遅延時間τは小さく
なっており、従って高域カットオフ周波数Ｃｃが最ら高
くなっている。又、同時使用されるエレメントの中心か
らの受信信号は遅延ａが零になっているので、伝搬損失
が最ら少なく信号の重みづけが理想的になっている。

さて、超音波診断装置では、受信は最初に浅部から始ま
り、次第に深部へと移ってゆく。ダイナミックフィルタ
８もこれに追従して第３図に示すように浅部から深部へ
と伝達特性が移動する。

可変遅延回路１２の伝達関数は、第４図に示すように、
浅部では高周波成分が残り、深部では高周波成分はより
多くカットされる。このようにダイナミックフィルタと
可変遅延回路とはよくマツチングしており、従来問題と
されてた浅部での高周波成分カットの欠点が解消されＩ
いる。

又、可変遅延線の回路規模について考察すると、第５図
に面積化で示す如〈従来のもの（Ｓｓ部分）に比べて１
／２（８２の部分）と小さくなっている。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、次のような効果
がある。

（１）可変遅延回路とダイナミックフィルタのマツチン
グをとることにより、浅部から深部までＳ／Ｎのよい画
像が得られる。

（２）各エレメントからの信号に対１Ｊる咀みづけをよ
くしたので、サイドローブが軽減される。

（３）可変赳延線の用が従来の１／２に減少できる。こ
れによりコストが減る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示す
受信系の格成図、第２図は遅延時間分布の特性を示す図
、第３図はダイナミックフィルタの伝達特性を説明する
ための図、第４図は可変遅延回路の伝達関数を示を図、
第５図は可変遅延線の回路規模について説明する図、第
６図は従来の超音波診断装置の一例を示す髄部構成図、
第７図は超音波ビームについての説明図、第８図及び第
９図は遅延１分布を；説明するための図である。 ３・・・超音波振動子　　　４・・・増幅器５・・・ス
イッチ制御回路 ６・・・マトリクススイッチ ８・・・ダイナミックフィルタ １１・・・受信回路　　　　１２・・・可変遅延回路１
３・・・遅延制御回路　　１４・・・固定遅延回路特許
出願人　横河メディカルシステム株式会社第１図 第２　図 第３図 周波数

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多数個配列された超音波振動子を含む超音波探触子と、
   この超音波振動子にパルス電気信号を印加する送信回路
   と、この超音波振動子により受波され電気信号に変換さ
   れた反射波信号を上記各超音波振動子毎に増幅する増幅
   器と、この増幅器の出力が一辺の入力端子に接続された
   マトリクススイッチと、このマトリクススイッチの他辺
   の出力端子がそれぞれタップ入力に接続された遅延回路
   と、上記マトリクススイッチの各スイッチの開閉を制御
   するスイッチ制御回路とを備え扇型走査を行う超音波診
   断装置において、前記超音波振動子と前記増幅器との間
   の接続回路に挿入され、各回路毎にその遅延量を可変に
   制御でき、その遅延特性が前記同時使用される超音波振
   動子の中心から振動子配置方向で定義する距離を関数と
   する正の２乗特性を示す可変遅延回路と、この可変遅延
   回路の各回路の遅延量を上記音響反射波の経過時間に従
   つて制御する遅延間制御回路を具備し、且つ前記スイッ
   チ制御回路は、焦点距離を最浅部に固定した扇型走査を
   行うように前記マトリクススイッチを制御することを特
   徴とする超音波診断装置。