JPS624990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は複数個の超音波振動子をアレー状に配
列し、複数個のアレー状超音波振動子中、一組と
して送信または受信を行なう振動子群を順次選択
することにより超音波ビームの走査を行なう電子
走査式超音波診断装置の改良に関する。 電子走査式超音波診断装置においては、従来よ
り、良好な断層像を得るために、超音波ビームの
走査線間隔が狭いこと、すなわち、超音波走査線
密度が高いことが要望されてきた。 しかしながら、従来技術の延長線上で、超音波
走査線密度を向上させるためには、超音波振動子
の数、及びその送受信回路のチヤンネル数を増加
させなければならず、このような細かくて数多く
の超音波振動子の製作は困難であるばかりか、送
受信回路の膨大化という問題があつた。 そこで従来より、種々の駆動法により、同じ超
音波振動子の数で走査線密度を向上させるための
工夫がなされてきた。 最初に、こうした従来技術の１つである微小角
セクタ方式の問題点について図面を参照しながら
説明する。 第１図から第４図までと第９図で、Y₁，Y₂，
Y₃，……，Ｙ_Nは、Ｎ個の直線上に配列したアレ
ー状超音波振動子を表わし、超音波振動子から外
側に出ていく矢印及び記号Ｔは送信時の特性を表
わし、超音波振動子に向かつてくる矢印及び記号
Ｒは受信時の特性を表わし、Ｔ／Ｒは送受信総合
の特性を表わす。 なお、第１図、第３図及び第９図は、電子的に
超音波ビームを集束させるという意味で、メーン
ローブのみならず、両端の超音波振動子から出た
超音波ビームの進行方向を模式的に図示してある
が、第２図及び第４図では図面を見易くするため
メーンローブのみを図示してある。 第１図は、微小角セクタ方式と呼ばれる従来例
の原理図であり、送信時には送信用に選択された
振動子群の中心より微小角θ_T/Rだけ偏向した超
音波ビームを送信し、受信時には送信時と同一の
指向性を有する超音波ビームを受信することによ
つて、送信及び受信の総合特性として微小角θ_T
／Ｒの方向にメーンローブを有する超音波指向性
を実現するものである。 電子走査と上記微小角偏向を組み合わせること
によつて高密度走査を実現することができる。 たてえば第２図に示すように、最初プラスθ方
向に偏向した超音波ビームで送受信を行ないなが
ら被検領域の走査を行ない、次いでマイナスθ方
向に偏向した超音波ビームで送受信を行ないなが
ら被検領域の走査を行えば、従来と同一の超音波
振動子の数で、従来の２倍の高密度走査を実現す
ることが可能である。 すなわち第２図で最初T₁₁／R₁₁方向に偏向した
超音波ビームで送受信を行ない、次いで選択する
振動子群を１素子移動した後、T₂₁／R₂₁方向に偏
向した超音波ビームで送受信を行なう。以下同様
にしてプラスθ方向に偏向した超音波ビームで送
受信を行ないながら被検領域の走査を行なう。 プラスθ方向に偏向した超音波ビームでの走査
が終了した後、マイナスθ方向に偏向した超音波
ビームで同様の走査を行なう。 すなはちT₁₂／R₁₂方向に偏向した超音波ビーム
で送受信を行ない、次いで選択する振動子群を１
素子移動した後、T₂₂／R₂₂方向に偏向した超音波
ビームで送受信を行なう。以下同様にしてマイナ
スθ方向に偏向した超音波ビームで送受信を行な
いながら被検領域の走査を行なう。 なお上記説明では、最初プラスθ方向に偏向し
た超音波ビームで被検領域の走査を行ない、次い
でマイナスθ方向に偏向した超音波ビームで被検
領域の走査を行なう方法について述べたが、一走
査毎に交互に超音波ビームの偏向方向をプラスθ
方向、マイナスθ方向と切り替えながら被検領域
を走査することができる。 上述した説明から明らかなように、従来の微小
角セクタ方式では、送信及び受信の指向性のメー
ンローブの方向を共にプラスθ方向、あるいはマ
イナスθ方向に切り替えなければならないので、
送受信の遅延時間制御回路が複雑になるという問
題があつた。 本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その第１の目的とするところは、
従来より簡単な遅延時間制御回路で、超音波走査
線の高密度化を達成し、良好な断層像が得られる
電子走査式超音波診断装置を提供することにあ
る。 さらに、本発明の第２の目的とするところは、
超音波ビームの走査線が高密度であると同時に断
層像情報の取り込みを高速に行なうことが可能な
高速撮像、高超音波走査線密度の電子走査式超音
波診断装置を提供することにある。 以下本発明について上述した従来例と比較しな
がら、図面を参照しつつ詳細に説明する。 第３図は本発明の第１の実施例の原理図を示
し、送信時には送信用に選択された振動子群の中
心にメーンローブを有する超音波ビームを送信し
（第３図Ｔ）、受信時には受信用に選択された振動
子群の中心より微小角θ_R偏向した方向にメーン
ローブを有する超音波ビームを受信する（第３図
Ｒ）ことによつて、送受信の総合特性として微小
角θ_T/R方向にメーンローブを有する超音波指向
性（第３図Ｔ／Ｒ）を実現するものである。 電子走査と本発明の方式を組み合わせることに
よつて高密度走査を実現することができる。 たとえば第４図に示すように、送信時の超音波
ビームのメーンローブの方向は常に選択された振
動子群の中心方向に一定として、最初受信時の超
音波ビームのメーンローブの方向をプラスθ方向
にして被検領域の走査を行ない、次いで受信時の
超音波ビームのメーンローブの方向をマイナスθ
方向にして被検領域の走査を行えば、従来と同一
の超音波振動子の数で、従来の２倍の高密度走査
を実現することが可能である。すなわち第４図で
最初T₁方向にメーンローブを有する超音波ビー
ムを送信し、R₁₁方向にメーンローブを有する超
音波ビームを受信する。次いで選択する振動子群
を１素子移動した後、T₂方向にメーンローブを
有する超音波ビームを送信し、R₂₁方向にメーン
ローブを有する超音波ビームを受信する。以下同
様にして送信時には選択された振動子群の中心方
向にメーンローブを有する超音波ビームを送信
し、受信時にはプラスθ方向にメーンローブを有
する超音波ビームを受信し、選択する振動子群を
順次切り替えることによつて被検領域の走査を行
なう。以上の走査が終了した後、送信時の超音波
ビームの指向性は一定にして、受信時の超音波ビ
ームのメーンローブの方向をマイナスθ方向に切
り替えて走査を行なう。すなわち最初T₁方向に
メーンローブを有する超音波ビームを送信し、
R₁₂方向にメーンローブを有する超音波ビームを
受信する。次いで選択する振動子群を１素子移動
した後、T₂方向にメーンローブを有する超音波
ビームを送信し、R₂₂方向にメーンローブを有す
る超音波ビームを受信する。以下同様のことを繰
り返して被検領域の走査を行なう。 第５図に電子走査式超音波診断装置の走査回路
の一般的構成図を示す。第５図で１０１は超音波
探触子、１０２は走査回路、１０３は送信回路、
１０４は送信遅延回路、１０５は送信遅延時間制
御回路、１０６は前置増巾器、１０７は受信遅延
回路、１０８は受信遅延時間制御回路、１０９は
TGC回路、対数圧縮回路、検波回路等の受信信
号処理回路、１１０は表示器をそれぞれ表わす。 送信遅延回路１０４あるいは受信遅延回路１０
７は、たとえばタツプ付LC遅延線から成り、そ
れぞれ送信遅延時間制御回路１０５、受信遅延時
間制御回路１０８の制御のもとに、アナログスイ
ツチを利用してLC遅延線のタツプを切り替える
ことによつて遅延時間を切り替え、したがつてそ
れぞれ送信指向性あるいは受信指向性のメーンロ
ーブの方向を変化させることができる。すなわ
ち、一走査線毎にあるいは被検領域の走査毎に、
送信遅延時間制御回路１０５、あるいは受信遅延
時間制御回路１０８の制御のもとに、それぞれ送
信信号あるいは受信信号の遅延時間を切り替える
ことによつて、超音波振動子の数を増やすことな
く高密度走査を実現することが可能である。 本発明の実施例では、上述した説明から明らか
な通り、送信時の指向性は一定で、常に選択され
た振動子群の中心にメーンローブを有し、受信時
の指向性のみを、一走査線毎にあるいは被検領域
の走査毎に切り替えることによつて高密度走査を
実現しており、一走査線毎にあるいは被検領域の
走査毎に、送信、受信の指向性を共に切り替えて
いた従来例と比較して、送信指向性を制御する送
信遅延時間制御回路１０５の回路構成を簡易化す
ることができる。 なお上記実施例の説明では、送信時の指向性を
一定にして受信時の指向性を切り替える例につい
て説明したが、送信と受信の役割を入れかえて、
受信時の指向性を一定にして送信時の指向性を切
り替えてもよい。 次に本発明の実施例の送受信総合の指向特性に
ついて従来例のそれと比較して説明する。 具体例として第６図に示す超音波探触子をとり
あげる。超音波周波数を3.5MHz、超音波振動子
の素子巾ａを0.23mm、素子ピツチｂを0.3mmと
し、５素子を１組として８組、40素子を同時に駆
動するものとする。 したがつて、１組あたりのピツチｄは、0.3×
５＝1.5mmである。 なお第１図から第４図までは５素子をまとめて
１個として表示してある。 いま焦点深さＦを75mm、被検深度Ｌを150mmと
する。第２図に示した従来例の場合、偏向角θ＝
tan^-1（ｄ／2L）＝0.286度となり、第４図に示し
た本発明の実施例の場合、θ＝tan^-1（ｄ／Ｌ）＝
0.573度となる。 第１表に焦点深さ75mmで偏向角が、０度、
0.286度、0.573度の場合の各素子に与える遅延時
間を示す。

【表】 上記超音波探触子を用い、深さ75mmにおける送
受信総合の指向特性を求めた結果を第７図に示
す。第７図で実線が本発明の実施例の場合であ
り、送信時には第１表の偏向角０度の場合の遅延
時間を与え、また受信時には第１表の偏向角
0.573度の場合の遅延時間を与えた時の送受信総
合の指向特性を示す。また第７図で破線が従来例
の場合であり、送信、受信共に第１表の偏向角
0.286度の場合の遅延時間を与えた時の送信総合
の指向性を示す。 一般に、送信と受信のメーンローブの方向を異
ならしめた場合、以下の事項について検討する必
要がある。 (1) ビーム巾の減少もしくは増大 (2) メーンローブの感度の低下 (3) サイドローブの減少もしくは増大 第７図に示されるように、本実施例のように送
信と受信の超音波ビームのメーンローブの方向を
微小角異ならしめた場合は、従来例と比較して、
メーンローブの感度がほんの0.5dB低下するだけ
で、超音波ビームのビーム巾が細くなり、サイド
ローブのレベルも減少するという良好な超音波指
向性を実現することが可能であり、従来より簡単
な回路構成で良好な超音波指向性を得ることがで
きる。 第８図は第６図に示した超音波探触子を用い
て、送信時のメーンローブの角度は常に０度と
し、受信時のメーンローブの角度を変化した時の
深さ75mmでの送受信総合特性における第１サイド
ローブレベルとメーンローブレベルの比を求め、
dB表示したものである。 本発明の好ましい実施例では、第１サイドロー
ブレベルとメーンローブレベルの比は送受信総合
特性において−20dB以下であることが好まし
い。したがつて、第８図から、第６図に示した超
音波探触子を用いたシステムでは、受信時のメー
ンローブの角度は1.25度以下にすることが好まし
いことがわかる。 ところで従来例及び本発明の第１の実施例で
は、原理上、走査線密度を向上させた割合だけ、
撮像時間が長くかかる。 しかしながら、次に述べる本発明の第２の実施
例では、たとえば従来の２倍の超音波走査線密度
をもつ超音波断層像を従来と同じ時間で撮像する
ことが可能である。 以下本発明の第２の実施例について詳細に説明
する。 第９図に本発明の第２の実施例の送受信方式の
原理図を示す。第９図に示すように１回の送信Ｔ
に対して、相異なる指向性R₁，R₂を有する２個
の受信器で同時に受信し、メモリに記録した後、
書き込み時の約２倍の速度でメモリの内容を順次
読み出せば、送受信総合の指向特性としてＴ／
R₁，Ｔ／R₂という相異なる２方向にメーンロー
ブを有する超音波を同時に受信し、表示すること
が可能である。 すなわち、第４図の走査方式を示す図におい
て、最初選択された振動子群の中心であるT₁方
向にメーンローブを有する超音波ビームを送信
し、２系統の受信器によつてR₁₁方向及びR₁₂方向
にメーンローブを有する超音波ビームを受信し、
２種類の受信信号を２つのメモリにそれぞれ記録
する。次いで選択する振動子群を１素子移動した
後、T₂方向にメーンローブを有する超音波ビー
ムを送信し、R₂₁方向及びR₂₂方向にメーンローブ
を有する超音波ビームで受信し、２種類の受信信
号を２つのメモリに記録すると同時に、先にメモ
リに記録したR₁₁方向及びR₁₂方向よりの受信信号
を書き込み時の約２倍の速度で、先にR₁₁方向よ
りの受信信号、次いでR₁₂方向より受信信号を読
み出し表示する。次に選択する振動子群を１素子
移動した後、T₃方向にメーンローブを有する超
音波ビームを送信し、R₃₁方向及びR₃₂方向にメー
ンローブを有する超音波ビームで受信し、２種類
の受信信号を２つのメモリに記録すると同時に、
先にメモリに記録したR₂₁方向及びR₂₂方向よりの
受信信号を書き込み時の約２倍の速度で順次読み
出し表示する。以下同様のことを繰り返して被検
領域の走査を行なう。 第１０図に本発明の第２の実施例を具現化する
めの電子走査式超音波診断装置の構成図の１例を
示す。第１０図で２０１は超音波探触子、２０２
は走査回路、２０３は送信器、２０４は第９図Ｔ
の送信指向性を実現するための送信遅延回路、２
０５は送信遅延時間制御回路、２０６は前置増巾
器、２０７は第９図R₁の受信指向性を実現する
ための受信指向性を実現するための第１受信遅延
回路、２０８は２０７の遅延時間を制御する第１
受信遅延時間制御回路、２０９はTGC回路、対
数圧縮回路、検波回路等の第１受信信号処理回
路、２１０は第１メモリ、２１１は第２メモリ、
２１２は第９図R₂の受信指向性を実現するため
の第２受信遅延回路、２１３は２１２の遅延時間
を制御する第２受信遅延時間制御回路、２１４は
第２受信信号処理回路、２１５は第３メモリ、２
１６は第４メモリ、２１７は低域通過形フイル
タ、ガンマ補正回路等のメモリ読み出し信号処理
回路、２１８は表示器をそれぞれ表わす。 第１１図ａ〜ｅは、第１０図に示す装置におい
て、受信信号のメモリへの書き込み及び読み出し
のタイミングを示すタイミングチヤートである。 第１１図ａは超音波パルスの送信タイミングを
制御するレートパルス、同図ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、
それぞれ第１メモリ２１０、第２メモリ２１１、
第３メモリ２１５、第４メモリ２１６の書き込み
及び読み出しのタイミングを示すタイミングチヤ
ートであり、Ｗはメモリが書き込みのモードにあ
ることを示し、Ｒはメモリが読み出しのモードに
あることを示す。 第１０図で最初スイツチSW₁を第１メモリ２１
０に、スイツチSW₂を第３メモリ２１５に接続し
ておき、第１メモリ２１０に第１受信信号を、第
３メモリ２１５に第２受信信号を書き込んだ後、
次に送信タイミングでスイツチSW₁を第２メモリ
２１１に、スイツチSW₂を第４メモリ２１６に切
り替え、スイツチSW₃を第１メモリ２１０に接続
する。第２メモリ２１１に別の第１受信信号を、
第４メモリ２１６に別の第２受信信号を書き込み
ながら、第１メモリ２１０の内容を書き込み時の
約２倍の速度で読み出し表示する。次いでスイツ
チSW₃を第３メモリ２１５に接続し、第３メモリ
２１５の内容を書き込み時の約２倍の速度で読み
出す。以下、第１メモリ210、第３メモリ２１５
と第２メモリ２１１、第４メモリ２１６の役割を
交互に交替して同様の動作を繰り返すことによつ
て、相異なる方向からの超音波ビームを同時に受
信し、２方向よりの受信信号を順次表示すること
が可能となる。 上述したように、本発明の第２の実施例では、
従来の２倍の超音波走査線密度をもつ超音波断層
像を従来と同じ時間で撮像することが可能であ
る。 なお、上記第２の実施例では、受信回路系を２
系統とした場合について説明したが、さらに走査
線密度を上げたい場合は、受信回路系を走査線密
度向上の倍率分だけ用意すればよい。 上述した本発明の実施例では、超音波振動子を
直線上に配列した直線アレー状超音波振動子への
適用、ならびに音波の送信方向が選択された振動
子群の中心方向である場合について述べたが、本
発明は、超音波振動子を円弧上あるいはその他の
曲線上に配列した曲線アレー状超音波振動子にも
適用可能であり、また超音波振動子を２次元的に
配列した２次元アレー状超音波振動子にも適用で
きると共に、音波の送信方向が所定の一方向の場
合にも適用できる。 以上説明してきたように本発明は、送信時には
選択された振動子群から所定の一方向に送信指向
性のメーンローブを有し、受信時には送信時と同
一の振動子群を用い送信指向性の方向から所定角
度偏向した方向に受信指向性のメーンローブを有
するように、遅延回路を使つて送信信号及び受信
信号に遅延時間を与え、１走査毎にあるいは被検
領域の走査毎に受信信号に与える遅延時間を切り
替え、受信指向性のメーンローブの方向を変化さ
せることによつて送受信総合の指向特性のメーン
ローブの方向を変化することができる超音波診断
装置にあり、従来よりも簡単な送信遅延時間制御
回路で、超音波振動子の数を増加することなく、
超音波走査線の高密度化を達成し、良好な超音波
断層像が得られる電子走査式超音波診断装置を安
価に提供できる。 また、複数個の相異なる受信指向性を有する受
信回路系を具備し、同時に多方向からの超音波ビ
ームを受信することによつて、超音波ビームの走
査線が高密度であると同時に断層像情報の取り込
みを高速に行なうことが可能な、高速撮像、高超
音波走査線密度の電子走査式超音波診断装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の送受信方式の原理図、第２図は
従来の走査方式を示す図、第３図は本発明の第１
の実施例の送受信方式の原理図、第４図は本発明
の実施例の走査方式を示す図、第５図は電子走査
式超音波診断装置の構成図、第６図は従来例と本
発明の実施例の特性を比較、説明するために用い
る超音波探触子を示す図、第７図は従来例と本発
明の実施例の送受信総合の指向特性を示す図、第
８図は受信指向性のメーンローブの角度に対する
第一サイドローブとメーンローブの比を示す図、
第９図は本発明の第２の実施例の送受信方式の原
理図、第１０図は本発明の第２の実施例を具現化
するための電子走査式超音波診断装置の構成を示
すブロツク図、第１１図ａ〜ｅは第１０図に示す
装置のメモリ部のタイミングチヤートである。 １０１……超音波探触子、１０２……走査回
路、１０３……送信器、１０４……送信遅延回
路、１０５……送信遅延時間制御回路、１０６…
…前置増巾器、１０７……受信遅延回路、１０８
……受信遅延時間制御回路、１０９……受信信号
処理回路、１１０……表示器、２０１……超音波
探触子、２０２……走査回路、２０３……送信
器、２０４……送信遅延回路、２０５……送信遅
延時間制御回路、２０６……前置増巾器、２０７
……受信遅延回路１、２０８……受信遅延時間制
御回路１、２０９……受信信号処理回路１、２１
０……第１メモリ、２１１……第２メモリ、２１
２……受信遅延回路２、２１３……受信遅延時間
制御回路２、２１４……受信信号処理回路２、２
１５……第３メモリ、２１６……第４メモリ、２
１７……メモリ読み出し信号処理回路、２１８…
…表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アレイ状に配列された複数個の超音波振動子
   を有する超音波探触子と、前記複数個の超音波振
   動子中の所定個数のものを順次選択する走査回路
   と、前記走査回路を介して所定個数の超音波振動
   子を駆動し被検体内に超音波ビームを発射させる
   送信回路と、被検体で反射された超音波ビームを
   送信時と同一の超音波振動子により受信し処理す
   る受信回路と、送受信時の超音波ビームのいずれ
   か一方を所定の一方向に指向性を有するように
   し、他方を一方に対して所定角度偏向した方向に
   指向性を有するように指向性を変化させる電気的
   遅延手段とを具備したことを特徴とする超音波診
   断装置。 ２ 一方向に指向性を有する超音波ビームを送信
   し、複数個の指向性を有する超音波ビームを同時
   に受信するように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。