JPS63209630A - 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、多素子の超音波探触子を有して電子スキー・
ンを行い、遅延回路を用いて受信信号の整相加口を行う
超音波診断装置に関する。

（従来の技術） 超１．！１波診断装置において、例えば断層撮影を行う
ためにパルスによる超音波ビームを動かして被検体内の
各部を！！１ＩＪｊしているが、多チャンネルの振動子
を用いてこの超音波ビームを動かす電子スキトンにおい
て、波面合成のため・に各振動子からの受４ｎ信号に超
音波ビームの方向や焦点位置からの距離に応じた遅延ｍ
を与えて整相加算している。

パルス式ご断装置では超音波パルスは数Ｍ　Ｈｚの高周
波（ｒ（Ｆ）周波数の信号で搬送されている。

このＲＦ周波数の反射波を受信処理するために次のよう
なシステムが用いられている。

（１）ＲＦシステム 受信波をＲＦ帯で整相加算及びその他の前処理を行った
後、対数圧縮し検波するシステムである。このＲＦ受信
波の周波数帯域は中心周波数が３．５ＭＨｚの場合、普
通２　Ｍ　１１２程度あり、回路の伝送帯域幅が広帯域
なので、取扱い周波数が高周波であるのと相俟って回路
的に面倒である。又、波長が短いので整相加算するため
のタップの位置決めに＾精麿が要求される。

（２）ｔＦシステム 受信波を一旦中間周波数（ＩＦ＞に変換して最大伝送周
波数を低く抑えて処理しようとするもので、ＩＦに変換
後の処理内容は前記のＲＦシステムと同様に行う。伝送
帯域幅はＲＦシステムの場合と同じであるが、伝送する
信号の最大周波数が１／２〜１／３になって回路的に来
であることと、ＲＦシステムと比べて信号の波長が長い
ので、整相加算のためのタップの位置決めがＲＦの場合
はどには高精麿を要求されないという利点がある。

（発明が解決しＪ、うとする問題点） Ｒ「システムを採用しても、又、ＩＦシステムによつ【
も、多数のｆ！動子エレメントを有する装置においては
多数の受信信号を整相１１ｒＩ算するために膨大な規模
のアレイマ［・リクスが必要になる。

アレイマトリクスの一例を第４図に示す。２０は１６１
１のタップを有する遅延線である。１２個の受信信号に
各種の遅延ｍを与えるために、タップからの線と受信信
号ラインとの交点の位置にスイッチ２１を設けて受信信
号の遅延線２ｏに入力するタップ位置を切替えている。

この図の例ではスイッチの所要量は１６ｘ１２−１９２
である。今、振動子エレメント数を２５６．遅延線の最
大遅延団を１２．８μｓ、タップ間隔を２００　ｎｓと
すると １２、Ｂｕｓ　÷２００ｎｓｘ２５６−１６３８４とな
り、スイッチが１６３８４個必要となる。

又、ＩＦシステムを採用すれば振動子と同数のミキサや
【Ｆフィルタが必要であって、上記のアレイマトリクス
と共に大きなコストの増加をまね（。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、多素子で高周波の超音波探触子に対して、回路を
簡素化し、所要部品を削減した超音波診断装置を実現す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決する本発明は、多素子の超音波探触
子を有して電子スキャンを行い、遅延回路を用いて受信
信号の整相加算を行う超音波診断装置において、超音波
探触子における音響的に近接する所定数の素子ごとにそ
れらの信すを入力周波数のままそれぞれ整相加算する第
１の整相用ｎ手段と、第１の整相加算手段の複数の出力
信号をその周・波数よりも低い周波数の信号にそれぞれ
変換する周波数変換手段と、周波数変換手段の複数の出
力信号を整相加算する第２の整相加算手段とを具備する
ことを特徴とするものである。

（作用） 音響的に近接している素子からの信号を数個ずつまとめ
て第１の整相加算手段で整相加算し、少なくなった入力
信号を周波数変換して、周波数の低い領域で第２の整相
加算手段により再び整相加算する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図である。図
において、１１〜１２５＠は２５６個ある各振動子素子
からの信号を増幅するプリアンプで、その出力は４つず
つ組にして、６４個あるサブアレイマトリクス２１〜２
６４に入力される。

サブアレイマトリクス２１〜２６４は２０ｎＳ毎に１Ｇ
個のタップを有する［！延時間３２０ｎｓの遅延線を含
み、４個の振動子エレメントの出力信号を入力して、６
４個の内蔵スイッチにより遅延量を選択している。３宜
〜３１１４はサブアレイマトリクス２１〜２ε４ごとの
加算合成回路で、その出力は帯域濾波ｉＦＪ　（Ｂ　Ｐ
　Ｆ　）　４　ｔ〜４６４を経てミキサ５！〜５６４に
入力される。ＢＰＦ４ｓ〜４６４は電圧制御型のＢＰＦ
で、制御？！圧により照射領域の深さ、使用周波数等に
よって帯域幅。

カットオフ周波数を制御することができる。局部発１辰
器６１〜６６４の出力信号はミキサ５！〜５６４に入力
されて、ＢＰＦ４ｓ〜４６４の出力のＲＦ受信信号をＩ
Ｆ倍信号変換する。７１〜７ａ４は振動子アレイの開口
を制御する時間可変減衰器、８１〜８Ｇ４はダイナミッ
クフォーカス受信のための時間可変遅延線で、何れも電
圧の制御により、超音波ビームの深さ、焦点位置等に応
じて適切な抵抗値及び遅延時間が選ばれている。１０は
最大遅延ｆｆ１１２．８μｓで、２００ｎｓ毎に６４個
のタップを有し、６４個の入力線を備えている主アレイ
マトリクスで、その出力は加算合成回路１１で加算合成
され、対数圧縮回路１２で増幅される。１３はアナログ
信号をディジタル信号に変換し、画像表示できるような
形でメモリに格納し、再びアナログ信号に変換して出力
するディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）で、出力
信号は陰極線管（ＣＲＴ＞１４で画像表示される。

次に、上記のように構成された装置の動作を説明する。

説明は筒中のため１系統のみについて行う。超音波探触
子の振動子エレメントからの受信信号はプリアンプ１１
〜１４で増幅され、サブアレイマトリクス２１に入力さ
れる。サブアレイマトリクス２１にはＲＦ低信号振動子
４エレメント分入力されている。この４エレメントは隣
接しているため遅延燈の差が小さく、従って、サブアレ
イマ［・リクス２１にＲＦ低信号入力しても遅延線の長
さが短くてすみ、又、タップの数は多くを必要としない
。この出力は加算合成回路３１で合成されて、１個の信
号となり、ＢＰＦ４ｓで所要周波数成分のみを取出され
、ミキサ５！に入力される。ミキサ５！では局部発Ｓ　
Ｂ　６　ｓの出力信号と乗鋒を行い、その結果の出力信
号の周波数の内、差の周波数のＩＦ倍信号みをＬＰＦ７
１によって取出す。ＩＦ倍信号時間可変域ｔ１器８１に
よってそれぞれ開口に応じて減衰され、時間可変遅延線
９Ｉによってそれぞれ焦点位置の変化に応じて遅延ｍの
補正が行われ、主アレイマトリクス１０に入力される。

他の系統の信号も同様にして主アレイマトリクスに入力
される。主アレイマトリクス１０は２００　ｎｓ毎に６
４個のタップを有し、６４個の入力により６４Ｘ６４の
マトリクスを構成しており切替えのスイッチとして４０
９６のスイッチを備えている。このスイッチは例えば８
×８の構成のＩＣスイッチで、６４個のＩＣスイッチで
賄っている。遅延線の６４のタップに入れられた入力信
号はそれぞれ遅延を受けて加算合成回路１１に入力され
、合成され、対数圧縮回路１２において対数演算により
ダイナミックレンジの拡大を行われ、ＤＳ０１３に送ら
れ、信号処理のＩＣＲＴ１４で画像表示される。

サブアレイマトリクスのスイッチは超音波ビームをリニ
ヤスキャンする場合の１次スイッチを兼ねることができ
る。このサブアレイマトリクスをスイッチングして、即
ちスイッチドアレイ方式により超音波ビームをリニヤス
キャンする例を簡単に説明する。第２図はｙ軸方向に３
分割された振動子エレメントを用いたもので、Ｙ軸方向
の両端の２素子は接続されて１素子として使われ、Ｙ軸
方向の２素子構造となっている。図において、香りは振
動子贋子のＭ号を示し、＃のｉ号はサブアレイマトリク
スの番号である。第１図の符丹を用いれば、Ｅ＋ａ、Ｅ
ｔｌｌが第２図の素子１の、Ｅ２　ａｌ　Ｅ　２　ｂが
第２図の素子６５の出力信号で、　゛サブアレイマトリ
クス２！に入力されている（図の＃１）。又、Ｅ３ａ、
［３ｂが素子２の、Ｅ４ａ、Ｅ４ｂが素子６６の出力信
号で、サブアレイマトリクス２２　（図の＃２）に入れ
られている。

同様な接続が他の素子についても行われており、サブア
レイマトリクス２１〜２８４のスイッチを所定のシーケ
ンスでｒＭ閉することにより、リニヤスキャンが行われ
る。

第３図はセクタスキャンの例で、セクタスキャンではｙ
分ｖ１は無く１２８素子を仮定すると、図のように端か
ら２素子づつが同一のサブアレイマトリクスに参入して
いる。即ちＥ１ａ＋Ｅ２ａが第３図の素子１と２の出力
信号で、サブアレイマトリクス２Ｋに、ｌ：３ａｌＥＪ
ａが第３図の素子３と４の出力信号で、サブアレイマト
リクス２ｚに入力されている。他の素子についても同様
な接続が行われ、サブアレイマトリクス２１〜２＠４と
主アレイマトリクス１０のスイッチの切替えによってセ
クタスキャンが行われる。

以上のように本実施例によれば、回路が単純化される。

即ら、例えば超音波探触子の全素子の受信信号をいちい
ちＩＦ周波数に変換してアレイマトリクスに入力して整
相加算を行わせるとすれば、そのマトリクスは入力が２
５６、ｆｉ延線のタップが６４であるから、アレイマト
リクスのスイッチの数は次の通りである。

２５６ｘ６４−１６３８４ 従って、１６３８４個のスイッチが必要となる。

これに対して本実１１例の回路によれば、サブアレイマ
トリクスにおいては入力が４で遅延線のタップが１６、
主アレイマトリクスにおいては入力が６４で遅延線のタ
ップが６４で合計のスイッチ数は次の通りになる。

４ｘ１６ｘ６４＋６４ｘ６４−８１９２即ち、８１９２
個のスイッチで足りることになり所要量は１／２になる
。更にＩＦ周波数に変換する回路、即らミキサやＩＦフ
ィルタの／ｌ！１ｆｆｉは２５６個から６４個に減少さ
せることができる。

又、音響的に近接している小数の振動子エレメントの受
信信号はサブアレイマトリクスによりＲＦのまま整相加
算されるので整相と包絡線合致とが同時にできてコスト
バランスが良い。それ以降の遅延ωの大きい粗い整相は
ＩＦに変換した信号について行うため、高周波信号処理
につきものの整相の不正確さ、利得の低下及び位相の周
波数変化等の困難性が回避できる。従って、振動子アレ
イの多ヂ１ｒネル化ど送波周波数の高周波化という二つ
の命題を低廉に実現することができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは焦り、“
Ｒ「システム−ベースバンド方式′°のハイブリッド方
式又はＲＦシステム−ＩＦシステム−ベースバンド方式
という３元ハイブリッド方式も可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、周波数の異
なる信号を用いたハイブリッド方式により簡素化され、
所要部品も少なくてすむ低廉な超音波診断＠飲が実現で
き、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図、第３
図はスキャンの方法の違いによる振動子アレイと、サブ
アレイマトリクスの接続の説明図で、第２図はりニヤス
キャンの場合の図、第３図はセクタスキャンの場合の図
、第４図はアレイマトリクスの構造の説明図である。 ２１〜２８４・・・サブアレイマトリクス５１〜５＠４
・・・ミキサ ６１〜６６鴫・・・局Ｆｉ１発振器 ８１〜８８４・・・時間可変減衰器 ９１〜９＠４・・・時間可変遅延線 １０・・・主アレイマトリクス １１・・・加算合成回路　　２０・・・遅延線特許出願
人　横河メディカルシステム株式会社−一一やＸ（走査
方向） 角匈３　図 一一一伽Ｘ 角化４　因

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多素子の超音波探触子を有して電子スキャンを行
   い、遅延回路を用いて受信信号の整相加算を行う超音波
   診断装置において、超音波探触子における音響的に近接
   する所定数の素子ごとにそれらの信号を入力周波数のま
   まそれぞれ整相加算する第１の整相加算手段と、第１の
   整相加算手段の複数の出力信号をその周波数よりも低い
   周波数の信号にそれぞれ変換する周波数変換手段と、周
   波数変換手段の複数の出力信号を整相加算する第２の整
   相加算手段とを具備することを特徴とする超音波診断装
   置。
2. （２）前記音響的に近接する素子は厚み方向に分割され
   た素子を含む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。
3. （３）前記第１の整相加算手段はスイッチドアレイ方式
   の走査のための１次スイッチを兼ねるスイッチ群を含む
   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。