JPS62148655A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、超音波アレイ探触子を用いて超音波の電子
走査を行い、被測定対象物の断層像を可視化する超音波
診断装Ｍに関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の超音波診断装置の一般的な回路構成を第
２図に示す。本図において、１は超音波診断装置の全体
を制御するディジタルスキャンコンバータ（Ｏ、Ｓ　、
　Ｃ）である。超音波画像を得るにはまず、Ｄ、Ｓ、（
：１から送信タイミングパルス３０１を送出し、送信フ
ォーカス回路２に導く。送信フォーカス回路２では、内
部の遅延線を利用して送信タイミングパルス３０１に遅
延をかけ、数秒の遅延時間を有する遅延送信タイミング
パルス群３０２を作成する。この遅延時間は超音波の電
子フォーカスのフォーカス点（焦点位置）に応じて出力
されるり、Ｓ、Ｃ１の制御信号３０１八により制御され
る。遅延送信タイミングパルスｌ！’ｆ：３０２のパル
ス数は、電子スキトンプローブ５において超音波を収束
させるために同時に励振する素子数の１７２　となる。

−例として、電子スキャンプローブ５において１３ケの
素子か励振するものとし、従って７ケの遅延送信タイミ
ングパルスを必要とするものとする。

この遅延送信タイミングパルス群３０２は、選択器３に
導かれる。この選択器３では、７ケの遅延送信タイミン
グパルス群３０２を電子スキャンプローブ５の８０ケの
素子ブロック中のどのブロックに加えるかについて、Ｄ
、Ｓ、Ｃ１からの制御信号３０１Ｂに基づき決定する。

これにより、Ｄ、Ｓ、ＣＩ、送信フォーカス回路２．お
よび選択器３によって、超音波を特定の点に収束し、走
査することかできる。

１３ケの遅延送信タイミングパルスを含み、その他はパ
ルスを出射しない選択器３から送出された８０ケの選択
・遅延済の送信タイミングパルス３０３は、送信器４に
導かれる。この送信器４において、８０ケの駆動素子の
内の遅延送信タイミングパルス３０３の人力がある駆動
素子１３ケだけが超音波振動子を励振し、超音波を出射
するのに十分な超１［り液送イ３パルス電圧侶号３０４
を発生ずる。この超了′１波送信パルス電圧信号３０４
により電子スキャンプローブ５内の超音波振動子を励振
し、超音波を出射する。

この超音波は、被検体（被測定対象物）に打ち込まれて
、その被検体内の異物等で反射される。

この反射波が再び電子スキャンプローブ５で受信されて
、プリアンプ（前置増幅器）６に導かれ、８０ケのプリ
アンプで増幅される。増幅された８０ケの増幅済超音波
受信信号３０５は後段の選択器７に送出される。

径路の選択器７で８０ケの増幅済の超音波受信信号３０
５から特定の受信信号だけを選択するが、一般的には送
信時に８０ケのブロック中で送信を行ったブロックと同
一のブロックの受信信号を選択するのが通常である。従
って、８０ケの増幅済の超音波受信信号３０４中で、前
段の選択器３で選択された１３ケのブロックと同一の１
３ケのブロックの受信信号をり、Ｓ、ＣＩの制御信号３
０１Ｇにより選択し、後段の受信フォーカス回路８で左
右同一遅延時間かけるので７ケの信号となる。この７個
の選択・増幅済の超音波受信信号３０６は受信フォーカ
ス回路８に導かれる。受信フォーカス回路８では特定の
点（通常は、送信時の焦点の近傍に選ぶ）からの受イ８
信号のみを強調するように、特定の点から反射されて１
３ケのブロックで受信された上述の受信信号３０６に対
して前述の電子フォーカス・送信と同様に内部の遅延線
を用いて最適な遅延時間を与えて位相を合せを行うとい
う電子フォーカスをかける。その遅延時間はり、Ｓ、Ｃ
Ｉの制御信号３０１Ｄにより制御される。電子フォーカ
スをかけられた選択・増幅済の受信信号は互いに加算さ
れて１ケの超音波受信信号３０７になり、受信フォーカ
ス回路８からバンドパスフィルタ９に送出される。

１ケの超音波受信信号３０７の周波数成分の中心は超音
波の反射点が深くなれはなるほど低周波帯に移行するの
で、Ｓ／Ｎ比が高く中心周波数か可変なバンドパスフィ
ルタが必要とされる。このようなバンドパスフィルタ９
においてＳ／Ｎ比が高められ、最適周波数成分か取り出
された周波数弁別済の超音波受信信号３０８は、Ｔ、Ｇ
、Ｃ（）−ランスミツトゲインコントロール）回路ｌＯ
へ導かれ、超音波の被検体内での減衰（通常、減衰率＝
　０．５ｄＢ／ＭＩＩＺ／ｃ＋ｎ）を補正するように深
さに応じて増幅される。

Ｔ、Ｇ、Ｃ済の超音波受信信号３０９はダイナミックレ
ンジか広いので、Ｌｏｇ　（対数演算）回路１１により
そのダイナミックレンジを圧縮して、Ｌｏｇ済の超音波
受信信号３１０として送出する。次に、この信号３１０
は輪郭強調回路１２において超音波画像の輪郭の強調が
される。輪郭強調の超音波受信１８号３１１　はへ／Ｄ
変換器１３でディジタル値に変）丞され、Ｄ、Ｓ、ＣＩ
で必要な画像処理を受けた後、モニターＴＶ（テレビ）
に送られ、超音波画像が表示される。

更に、第３図〜第５図を参照して上述の従来の超音波診
断装置について詳細に説明する。

第３図には上述の電子スキャンプローブ５の超音波トラ
ンスデユーサアレイを示す。電子スキャンプローブ５か
らの超音波の出射は、数十個の超音波トランスデユーサ
Ｉ５のブロックから行われる。本例では、超音波の１走
査ラインを得るのに１３ケの超音波トランスデユーサ１
５を使用するものとし、その超音波の焦点をＸ点とする
と、１３ケの超音波トランスデユーサ１５の■〜■、■
′〜■′から出射された超音波が焦点Ｘ点で位相が合致
し、干渉により互いに強め合うように各超音波トランス
デユーサ１５の■〜■、■′〜■′の送信タイミングを
制御する。すなわち、焦点のＸ点°ｈ）ら超音波トラン
スデユーサ１５の■までの距離と、そのＸ点から左右の
超音波トランスデユーサ１５の■、■′　までの距離に
は相違があるので、この相違距離を超音波が伝搬する時
間に相当する時間だけ、超音波トランスデユーサ１５の
■の超音波出射を超音波トランスデユーサ１５の■、■
′の超音波出射よりも送らせて行うという送信タイミン
グ制御を行う。その他の素子■〜■、■′〜■′につい
ても同様に遅延時間を与えて送信する。

第４図には、第２図のバンドパスフィルタ９の中心周波
数と深度との関係を示す。電子スキャンプローブ５は機
械的Ｑ値か＝１没に５とノＪｚさいので、電子スキャン
プローブ５の超音波トラスデューサ１５から出射される
超音波は高帯域に及ぶ。しかし、被検体の超音波の減衰
率は一般に１　ｄＢ／Ｍｌｌｚ／ｃｍで表わされるので
、高周波成分の方が減衰が大きい。従って、電子スキャ
ンプローブ５で受信された超音波受信信号は浅い所では
高周波成分が、深い所では低周波成分が中心となり、そ
のため、第４図に示す中心周波数わ動カーブｌＧのよう
に、バントパスフィルタ９の中心周波数は焦点深度が大
きくなるに比例して低周波側に移行し、受信超音波の周
波数成分の特定の低周波に達し、それ以上の深度では、
その特定の低周波数が中心周波数となる。

第５図は第２図のＴ、Ｇ、（：回路１０におけるＴ、Ｇ
、ｆｌ：カーブの特性を示す。被検体での減衰が約０．
５ｄＢ／Ｍｌｌｚ／ｃｍ程度あるので、Ｔ、Ｇ、（：回
路ｌＯではバンドパスフィルタ９の中心周波数の深さに
対する活動に合せて、Ｇａｊｎ（ゲイン）を変化させて
いく必要がある。通常、被検体の表面の近傍は反射波レ
ベルが大きいので、特に強度を抑える必要がある。その
ため、被検体の表面近傍では、意識的に減衰をかけ、変
曲点１８以降の深い深度でゲインをゆるやかに補正して
、第５図に示すような中折状のＧａ１ｎカーブ１７にす
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の超音波診断装置では上
述したように電子スキャンプローブ５のブロック数と同
数の送信器４とプリアンプ６とが必要である。このため
、実際には本例の場合のように例えば１３ケのブロック
のみしか同時に送受しないのに、８０ケの送信器と８０
ケのプリアンプを用意しなければならず、またプローブ
への信号線も８０本も必要で、そのため信号線のケーブ
ルも太くなり、プローブが使い難くなるという欠点があ
った。

そこで、このような欠点を解消すべく、第６図に示すよ
うなダイオードマトリック１９を電子スキャンプローブ
５を有するプローブ本体２０内に収納装備し、これによ
りケーブルの本数を少なくし、しかも送信器４およびプ
リアンプ６の個数を低減させた超音波診断装置が提案さ
れている。この第６図の超音波診断装置が第２図に示す
ような一般的な超音波診断装置と異なる点は、まず７ケ
の信号からなる遅延送信タイミングパルス群３０２と０
．５．ＣＩからの制御信号３（ＩＩＡとにより、選択器
３内で１３ケの遅延送信タイミングパルスと７ケのパル
スを発射しない合計２０ケの選択遅延済送信タイミング
パルス３０３が構成さ−れる点である。この一連の１３
ケの遅延信号タイミング六ルス群３０２を２０ケのタイ
ミングパルス３０３中のどの位置から選択するかについ
ての制御はり、Ｓ、（：ｌの制御信号３０１Ｂにより行
う。この２０ケの選択遅延済送信タイミングパルス３０
３は、２０ケの送信器４に導かれ、２０ケの送信器４か
ら１３ケの超音波送信パルス電圧信号３０４が発生する
。この送信器４の出力は、第７図に示すように、ダイオ
ードマトリックス１９を介して電子スキャンプローブ５
に送出される。

さらに第７図に示すように、２０ケの送信器４　カ）ら
の超音波送信パルス電圧信号３０４の■〜［相］はそれ
ぞれ電子スキャンプローブ５の超音波トランスデユーサ
１５の■〜［相］、■〜［有］、＠−＠、　　［相］〜
［相］に接続されている。すなわち、超音波送信パルス
電圧信号３０４の■は電子スキャンプローブ５の■。

■、ｏ、０に接続され、超音波送信パルス電圧３０４の
信号■は電子スキャンプローブ５の■。

［相］、Ｏ３＠に接続され、以下のものも同様に接続さ
れている。また、超音波トランスデユーサ１５の■〜■
に１ケのダイオード２２、■〜［相］に１ケのダイオー
ド２２というように、超音波トランスデユーサ１５の■
〜［相］に対してその５ケおきに、合計１６ケのダイオ
ード２２が接続されている。

この１６ケのダイオード２２に加えられるダイオードマ
トリックス駆動器２１のダイオード制御信号３１１の■
〜［相］によって、ダイオード２２は逆バイアスの時に
ＯＦＦとなり、順バイアスの時にＯＮとなる。

例えば、超音波トランスデユーサ１５の■〜◎の１３ケ
を励振する場合は、超音波送信パルス電圧信号３０４の
■〜◎の信号ラインに超音波励起信号を出力し、ダイオ
ード制御信号３１１の■〜■を制御してダイオード２２
の■〜■をＯＮ、■〜［株］をＯＦＦにして超音波トラ
ンスデユーサ１５の■〜◎をＯＮ、［相］〜０をＯＦＦ
にする。また、超音波トランスデユーサ１５の■〜［相
］を励振する場合は、超音波送信パルス電圧信号３０４
の■〜［相］の信号ラインに超音波励起信号を出力し、
ダイオード制御信号３１１の■〜■を制御してダイオー
ド２２の■〜■をＯＮ、■〜［相］をＯＦＦにして超音
波トランスデユーサ１５の■〜［相］をＯＮ、および■
〜■、０〜＠をＯＦＦ　　にする。以上のように本例で
は、超音波送信パルス電圧信号３０４とダイオード制御
信号３１１　とを組み合せて制御することにより、超音
波トランスデユーサ１５の個数より少ない本数の信号線
で超音波を走査できるようにしている。上述のようなダ
イオードマトリックスを使用しない場合には第２図で説
明したように超音波送信パルス電圧信号３０４の線■〜
［相］とアース線の１本の計８１本が必要であるが、本
例のようなダイオードマトリックスを使用すると、超音
波送信パルス電圧信号３０４の■〜［相］の線とダイオ
ード制御信号３１１の■〜［相］の線の計３６本のみで
良い。しかも、第２図の８０ケの送信器４が本例では２
０ケの送信器４と１６ケのダイオードマトリックス駆動
器２１のみで構成できる。また、受信信号についても同
様にダイオード制御信号により選択を行うことができる
。従来の他の例を第８図に示す。

しかしながら、このような従来装置では、プローブ本体
２０内にダイオードマトリックス１９を装備しているの
で、プローブの単価が高価になり、また落下等によって
超音波トンラスデューサ１５が使用不可になっても、ダ
イオードマトリックス１９は使用可能であるなどのプロ
ーブ本体にダイオードマトリックス１９を収納したこと
を原因とする問題点があった。

この発明は、上述の問題点に鑑み、超音波送信器を少な
くし、かつ超音波プローブ本体にダイオードマトリック
スを装備しない超音波診断装置を提供するこことを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、この発明は、超音波の反
射波を用いて、被測定対象物の断層像を可視化する超音
波診断装置において、超音波励振信号と超音波受信信号
とを伝達するｎ本の送受信号線を一対一対の対応でｎ本
の超音波トランスデユーサに接続し、１本の超音波トラ
ンスデユーサの内の指定の超音波トランスデユーサを選
択するダイオードマトリックス送受制御手段を超音波ト
ランスデユーサとは別体の前記超音波診断装置の本体内
に装備したことを特徴とする。

［作　用］ この発明では、ダイオードマトリックスを超音波プロー
ブ本体と別体の超音波診断装置本体側に装備させ、かつ
超音波プローブと超音波診断装置本体間のケーブル本数
を超音波トランスデユーサの個数と同一個数とするよう
にしたので、超音波送信器数およびプリアンプ数を少な
くできるとともに、従来の一般的な電子スキャンプロー
ブが使用可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を訂細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の超音波診断装置の回路構成
を示す。近年、信号ケーブルの技術の進歩は著しく、８
０心のケーブルでも問題が生じない程、細いケーブルが
人手できるようになった。例えば、３２〜３６八ＷＧ　
　（０，２４〜０．２０ｍｍ）の同軸ケーブルか容易に
製造できるので、８０心のケーブルの外径が１１．３ｍ
ｍまでに抑えられるようになった。これにより、現在で
はケーブルの本数は多くても、実用上何ら問題が無くな
った。本実施例は、主としてこのケーブルの本数の問題
の解消に着目してなされ・たものである。以下、第２図
〜第６図の従来例と異なる点についてのみ説明する。

第１図において、ダイオードマトリックス１９をプロー
ブ本体２０と別体の本体側に収納し、ダイオードマトリ
ックス１９と電子スキャンプローブ５とを８０本のケー
ブル３０で接続する。ダイオードマトリックス駆動器２
１でダイオードマトリックス１９内のダイオードを制御
し、２０ケの送信器４からの超音波送信パルス電圧信号
３０４をダイオートマ１、リックス１９を介して、電子
スキャンプローブ５中の８０ケの超音波探触子中の所定
の超音波探触子（超音波トランスデユーサ）の２０ケに
接続する。この２０ケの超音波探触子中、実際に超音波
励起電圧で励起される１３ケの超音波探触子のみか超音
波を発生する。ダイオード制御信号３１１をこの状態で
維持しつづけ、被検体からの反射波を電子スキャンプロ
ーブ５の超音波探触子で受信する。ダイオード制御信号
３１１によりダイオードマトリックス１９が制御される
ことにより、送信に寄与した２０ケの超音波探触子から
の受信信号のみが選択され、この受信信号はプリアンプ
６に導かれて増幅され、さらに選択器７によりプリアン
プ６からの２０ケの増幅済受信信号３０５の中から前段
の選択器３で選択された１３ケのブロックと同一の１３
ケのブロックの信号が選択される。

この実施例の説明では、送受共に１３ケの同一個所のブ
ロックを使用したが、この発明はこれに限定されず、例
えば送信に１３ブロツク、受信に１２ブロツクの超音波
探触子を使用して、送信の１３ブロツクの中心と、受信
の１２ブロツクの中心とが０．５ブロック分偏位するよ
うな送受信を行っても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、ダイオードマ
トリックスを超音波プローブと別体の超音波診断装置本
体側に装備させ、超音波プローブと超音波診断装置本体
間のケーブル本数を超音波トランスデユーサの個数と同
一個数とするようにしたので、超音波送信器およびプリ
アンプの個数を少なくして超音波診断装置の価格を低減
し、しかも超音波プローブ内にダイオードマトリックス
を含まなくて良いので、特殊な超音波プローブを使用す
る必要がなくなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超音波診断装置の構成を示
すブロック図、 第２図は従来の通常の超音波診断装置の構成な示すブロ
ック図、 第３図は第２図の電子スキャンプローブの超音波トラン
スデユーサアレイの動作例を示す説明図、 第４図は第２図のバンドパスフィルタの中心周波数と深
度の関係を示す特性図、 第５図は第２図の１６６回路でのＴＧＣカーブ特性を示
す特性図、 第６図は超音波プローブ内にダイオードマトリックスを
収納した従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図
、 第７図は第６図のダイオードマトリックスによる超音波
トランスデユーサの制御回路の構成を示す回路図、 第８図は従来の他のダイオードマトリックスによる超音
波トランスデユーサの制御回路の構成を示す回路図であ
る。 １・・・Ｄ、Ｓ、Ｃ。 ２・・・送信フォーカス回路、 ３・・・選択器、 ４・・・送信器、 ５・・・電子スキャンプローブ、 ６・・・プリアンプ、 ７・・・選択器、 ８・・・受信フォーカス回路、 ９・・・バンドパスフィルタ回路、 ｌＯ・・・Ｔ、Ｇ、Ｃ。 １１・・・ＬＯＧ回路、 １２・・・輪郭強調回路、 １３・・・＾／Ｄ回路、 １４・・・モニターＴＶ。 １５・・・超音波トランスデユーサ、 １６・・・中心周波数移動カーブ、 １７・・・ゲインカーブ、 １８・・・変曲点、 １９・・・ダイオードマトリックス、 ２０・・・プローブ本体、 ２１・・・ダイオードマトリックス駆動器、２２・・・
ダイオード、 ３０１・・・送イ言タイミングパルス、３０２・・・遅
延送信タイミングパルス群、３０３・・・選択・遅延済
送信タイミングパルス、３０４・・・超音波送信パルス
電圧信号、３０５・・・増幅済超音波受信信号、 ３０６・・・選択・増幅済超音波受信信号、３０７・・
・１ケの超音波受信信号、 ３０８・・・周波数別弁済超音波受信信号、３０９・・
・ＴＧＣ済超音波受信信号、３１０・・・Ｌｏｇ済超音
波受信信号、３１２・・・輪郭強調済超音波受信信号。 曲ｚｉ才１１八゛を示を説日月図 第３図 ５７１度の関係上小寸１ｉ′１生図 第４図 第２図りＴ６．Ｃ回語τ′の Ｔ６Ｃカーフ゛り符１円シ乞汀ンす才ケ中１第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 超音波の反射波を用いて、被測定対象物の断層像を可視
   化する超音波診断装置において、 超音波励振信号と超音波受信信号とを伝達するｎ本の送
   受信号線を一対一対の対応でｎ本の超音波トランスデュ
   ーサに接続し、 該ｎ本の超音波トランスデューサの内の指定の超音波ト
   ランスデューサを選択するダイオードマトリックス送受
   制御手段を前記超音波トランスデューサとは別体の前記
   超音波診断装置の本体内に装備したことを特徴とする超
   音波診断装置。