JPS63260540A - 電子走査形超音波診断装置 - 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、高方位分解能化、高フレームレート化した電
子走査形超音波診断装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電子的に走査した超音波を被検体に照射して、その反射
エコーに基づき被検体の＠層像や二次元ドツプラーなど
、二次元の生体情報を得る電子走査形超音波診断装置に
おいて、被検体中の深さの異なる各部の断層像をいずれ
も高い分解能（方位分解能）で得られるようにするなめ
、反射エコーの受渡の焦点を動的に変化させること（ダ
イナミック・フォーカス）が行われていた。

このような反射エコーの受渡の焦点合わせは、幅狭のＰ
ＺＴなどを用いた振動素子を多数配列してなる探触子の
上記振動子素子からの電気信号（受波信号）を適宜遅延
して加算することによって行われるもので、このような
回路は整相回路と呼ばれている。この整相回路によるダ
イナミック・フォーカスの動作において、上記多数の振
動子素子からの各受渡信号に与えるべき遅延時間の大き
さは、反射エコーの発生する深さに応じて動的に変更さ
れる。この遅延時間の変更は、多数のインダクタとコン
デンサからなる集中定数型遅延線のタップ切換えによっ
て通常行われている。このた−め、焦点の変更にはスイ
ッチの切換えが伴い、このスイッチ、例えばＦＥＴを用
いた電子スイッチの切換え時に発生するスパイク・ノイ
ズが受渡信号に混入してＳ／Ｎを劣化させ、得られる断
層像による診断を誤らせる恐れもあった。これを解決す
るには、スパイク・ノイズの発生の少ない電子スイッチ
を用いればよいが、このような電子スイッチは高価であ
り、またその使用数も多いので、経済的でない。

゛このような問題点を解消するには、特開昭５６−’１
２２３４号公報に記載の方法がある。すなわち、これに
よれば、遅延線のタップを切換えることにより焦点位置
が変更できる受波整相回路を２系統用意する。このうち
一方の整相回路が受信動作を行っている期間に、他方の
整相回路は遅延線のタップ切換えを行うようにし、かつ
この動作を、反射エコーの発生源の移動に伴って前記２
つの整相回路の間で交互に行うようにしたものである。

以下、これについて第３図を参照して詳述する。

第３図において、１は幅狭のＰＺＴなどを用いた振動子
素子を多数配列してなる探触子、２−１〜２−ｎは受渡
信号を増幅する増幅器、３−１　、３−２は増幅器２−
１〜２−ｎの出力電圧を、その大きさに対応した大きさ
の定電流信号に変換するための電圧−電流変換器である
。また、４−１　、４−２は多数の電子スイッチを図示
するように配列してなるクロスポイント・スイッチ、５
−１　、５−２はタップ付遅延線、６は切換スイッチで
ある。この場合、クロスポイント・スイッチ４−１　、
４−２は、これにより増幅器２−１〜２−ｎの各出力信
号に適宜遅延時間が与えられるように遅延線５−１　、
５−２のタップに接続されるもので、遅延された各出力
信号は加算されて遅延線５−１　、５−２から出力され
る。なお、遅延１１５−１　、５−２の両端は、その特
性インピーダンスと等しい終端抵抗により、各々接地さ
れている。

このような構成において、２系統の整相回路Ａ及びＢ（
変換器３−１〜遅延線５−１及び変換器３−２〜遅延線
５−２）のうちの一方の整相回路Ａ（又はＢ）が受信動
作中に、他方の整相回路Ｂ（又はＡ）の焦点位置を、ク
ロスポイント・スイッチ４−２（又は４−１）を切換え
ることにより変える動作を行わせる。この時、切換スイ
ッチ６は整相口１ｉ１１）Ａ側に接続されているため、
クロスポイント・スイッチ４−２（又は４−１）の動作
時発生するスパイク・ノイズは受渡信号に混入しない、
また、整相回路Ａ（又はＢ）の焦点位置を変えるための
クロスポイント・スイッチ４−１（又は４−２）の切換
えは、切換スイッチ６が整相回路Ｂ側に接続されている
間に行われるので、この場合にもクロスポイント・スイ
ッチ４−１（又は４−２）の動作時発生するスパイク・
ノイズが受渡信号に混入することはない。

以上の動作を繰り返し行うことにより、スパイク・ノイ
ズの発生の少ないダイナミック・フォーカスが実現され
る。なお切換スイッチ６は、常に信号が流れている部分
を切換えるので、そこからスパイク・ノイズが発生する
。そこで、切換スイッチ６だけはスパイク・ノイズがほ
とんど発生しない電子スイッチ例えばカレントスイッチ
を用いるが、その個数はわずかなのでコストに及ぼす影
響は少ない。

ところで、パルスエコー法の超音波診断装置においては
、１本の走査での測定時間は被測定深度の２倍の距離を
音速で割ったものである。したがって、例えば深さ１５
０閲の人体の測定においては、人体内の音速１．５ｍ＋
＋／μｓｅｃで上記１５０Ｂで割ると２００μｓｅｃと
なり、１画面の走査線の数を２４０本とすると、１フレ
ームを得る時間（完像時間）は４８１１ｓｅｃとなる。

このように、人体の音速に制約を受けるので、高速に診
断情報を得る場合、従来、一定の制限があった。

そこで、このような制限を受けている完像時間を短縮（
高フレームレート化）する手段が提案されている。これ
は、特開昭５３−９６２８５号公報に記載されているよ
うに、前述ダイナミック・フォーカフ スを行う場合と同様、２系統（又はそれ以上）の整相回
路を設けてなるものである。以下、これを第４図を参照
して説明する。第４図において、探触子１の振動子素子
（以下、エレメントという）＃１〜＃にのに個、ここで
は４個を同時に使用し、Ｒ１点に集束した超音波ビーム
を作成する時、Ｒ１点と焦点が重畳せず、かつ使用する
エレメントを変えて、例えばエレメント＃ｍから数えて
に個のエレメント＃ｍ〜＃ｍ＋３を同時に使用してＲ１
’点にも超音波ビームを同時に作成し、かつ反射エコー
を受波する。

ここで、各エレメントは切換選択回路７と７′に接続さ
れる。切換選択回路７には、＃１〜＃１ｌｔＫ／２まで
を、切換選択口１ｉ７’には、＃ｍ〜＃ｎまでのエレメ
ントを接続する。ここで切換選択回路７．７′とに重な
りがあるのは＃ｍの近傍で超音波ビームが連続に走査で
きるよう配慮したものであり、通常同時に動作するエレ
メントの個数ｋに対してはに一１ヶの重なりを必要とす
る。切換選択回路７．７′の出力は各々送波用パルサ８
゜８′と整相回路９．９′に接続する。整相回路９め出
力はスイッチ１０のｂ＃Ａ子に、他方の整相回路９′の
出力は時間圧縮用メモリ１１に導かれ、メモリ１１の出
力はスイッチ１０のａ端子に接続される。

次に動作を説明する。切換選択回路７と７′は、最初エ
レメント番号＃１〜＃４と＃ｍ〜＃ｍ＋３を選択し、順
次４ケづつを選択しながら１ケづつずらす動作を行う、
このため、最初Ｒ１とＲ１’の２方向同時にパルサ８，
８′より超音波ビームを発射し、このＲ１とＲ１′方向
からのエコーを受信し、これを２台の整相回路９，９′
に導き、２方向のエコー信号を作成する。これらの信号
の一方、すなわち整相回路９′からの信号は時間圧縮用
メモリ１１（単なるメモリであり走査速度の変換を行う
）に一時蓄積する。最初スイッチ１０はｂ側に切換えら
れ、ＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）に導か
れる。超音波ビームをＲ１とＲｉ’の２方向同時に発射
すると、音波の進行に従いＲ１方向からのエコーを受け
る。一方Ｒ１’方向からのエコーは時間圧縮用メモリ１
１に蓄積されている。

このようにして、被測深度からのエコーを受信し終った
時点でスイッチ１０はａ側に切換えられる。

この切換タイミングは被測深度と音速とから予測できる
この切換信号は制御部から発生するが図面では制御部は
省略しである。ここでメモリ１１に蓄積された情報を読
み出し、ＤＳＣ１２への輝度信号とする。　このように
２組以上の整相回路９１．９′を用いて、従来の１本の
走査分のエコー信号の作成時間に対して２本の走査分の
エコー信号を作成できるため、完像時間を２倍速くする
ことが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のように従来、２組又はそれ以上の整相回路を用い
て低コスト高方位分解能化又は高フレームレート化する
ものはあったが、これらを同時に達成したものは見当た
らなかった。そこで、それら両者を組合わせて低コスト
高方位分解能化及び高フレームレート化することが考え
られる。しかし、単に両者を組合わせるだけの構成では
、高フレームレート化において、完像時間をより高速に
するために、同時に受信する反射エコーの数を１つ増加
するごとに２組の整相回路を増設しなければならず、コ
ストの大幅な上昇を招くという問題点があった。

本発明は、上述したような問題点を解消するためになさ
れたもので、高方位分解能化及び高フレームレート化を
同時に、しかもコストの大幅な上昇なく達成することが
できる電子走査形超音波診断装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、受信する反射エコーの指向性と集束点を変更
可能な整相回路を、同時に受信する異なる方向の反射エ
コーの数ｎより１系統多く（ｎ＋１）設け、そのうちの
１つの系統は前記指向性と集束点の設定のために動作さ
せ、残余（ｎ）の系統は反射エコーの受信動作をさせ、
かつ前記集束点を変えるごとに前記を各系統に順次巡回
して行わせるようにしたものである。

〔作用〕

上述したように、（ｎ＋１＞系統の整相回路を設け、そ
のうちの１つの系統を指向性、集束点の設定のために動
作させれば、高価なスイッチを多数用いることなくスパ
イク・ノイズの受渡信号への混入が低コストで防止され
る。また残余のｎ系統を反射エコーの受信動作に当たら
せ、かつ集束点を変えるごとに前記各動作を全（ｎ＋１
）系統に対して順次巡回させて行わせれば、高分解能の
ダイナミック・フォーカス及び高フレームレート化が達
成される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明による電子走査形超音波診断装置の一実施例を
示すブロック図で、図中１は幅狭のＰＺＴなどを用いた
振動子素子（エレメント）を多数配列してなるアレー探
触子、２−１〜２−ｎ（ここではｎ＝４）は、探触子１
の各エレメントからの受渡信号を増悟する増幅器である
。　１４−１〜１４−３は、増幅器２−１〜２−４の出
力信号を、それぞれ適宜遅延された後に加算するように
し、特定の焦点位置に対して最も感度が高くなるよう、
すなわち、特定の方向と特定の距離離れた点で発生した
反射エコーに対しで感度が良好となるような特性を与え
る整相＠路及び検波回路からなる回路（以下、整相・検
波回路という）である、この整相・検波回路１４−１〜
１４−３における整相回路は、図示してないが、集中定
数型遅延線のタップを例えばＭＯＳ　　ＦＥＴからなる
電子スイッチにより切換えることにより遅延時間を制御
する構成となっている。

１５は、上記３系統の回路１４−１〜１４−３で各々整
相。

検波されな３系統の受渡信号のうちの２系統を後述順序
に従って同時にラインメモリ１６−１．１６−２に切換
入力させるスイッチ回路である。１７は、ラインメモリ
１６−１．１６−２に記憶された信号が、超音波ビーム
（以下、ビームと略称する）が被検体内に繰返し発射さ
れる各発射の直前の短時間内に逐次書込まれて行＜ＤＳ
Ｃ（デジタル・スキャン・コンバータ）である。

次に、上述本発明装置の動作について説明する。

ここでは、複数方向からの反射エコーを同時に受信する
例として、第１図中の探触子１前方Ａ、　Ｂで示す２方
向に指向性を与える場合について述べる。まず、探触子
１のエレメントからの受渡信号は、増幅器２−１〜２−
４を経て回路１４−１〜１４−３の各整相回路に入力さ
れる。

第２図は、上記３系統の整相回路の動作説明図で、図中
＃１〜＃３は整相回路の番号、Ａ、Ｂは第１図中の方向
Ａ、Ｂに指向性を与える動作を表わす、゛また、Ｔｏは
探触子１からのビーム発射時刻、Ｔ１−Ｔ１はその後の
時刻、Ｌ１〜Ｌ４は探触子１からの距離（被検体の体表
からの深さ）を表わす、いま、ビームの伝播に際し、時
刻ＴｏとＴ１．’ｒｔとＴ３．’ｒａとＴ５．’ｒｓと
Ｔ７の各中間時において、超音波は探触子１から各々距
離Ｌ１．Ｌ２．Ｌａｐ　Ｌ４にあり、ビーム集束点（以
下、集束点と略称する）を上記各中間時において距離Ｌ
ｌ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４に置くと、常に高い方位分解能が
得られるものとする。このようにするためには、各整相
回路＃１〜＃３による各中間時での集束点を図中に記入
したようにする。

すなわち整相回路＃１は、時刻Ｔｏ〜Ｔ１では方向Ａ、
ｇ束点Ｌ１になるように遅延線のタップが選択されてい
る。一方、整相回路＃２は、時刻Ｔｏ−Ｔ、において方
向Ｂ、集束点し１になるように蓮延線のタップが選択さ
れている。この際、スイッチ回路１５のスイッチＳ１１
．５１４２を閉じ、他のスイッチＳ　１２　＋　Ｓ　１
２ｒ　Ｓ　！１　＋　Ｓ　２３を開いておくことにより
、Ａ、Ｂ２方向での距離Ｌｔに集束させた受渡信号を捕
捉することができる。この状態から時刻Ｔ１に至った際
、スイッチＳ　１１を開いてスイッチＳ　ｉ３を閉じる
ことにより、整相回路＃１から、方向Ａ、！束点し２に
なるように設定された整相回路＃３に切換えられ、時刻
Ｔ１〜Ｔ３における受波信号の捕捉を開始する０時刻Ｔ
１〜Ｔ２においては、スイッチＳ　１１が開いているた
め、整相回路＃１で遅延線タップ切換のためのスイッチ
切換えによるスパイク・ノイズが発生しても受渡信号に
は混入しない（このような期間を図中、で示す）、また
この時刻Ｔ１〜１゛２の期間に、整相回路＃ｌを方向Ｂ
、集束点Ｌ２になるように設定する。

以下、第２図に示すように、整相回路＃１〜＃３の各方
向、ｍ束点の設定およびスイッチＳ　１１〜Ｓ　１＠　
＋　Ｓ　！１〜ＳｔＳの開又は閉動作を行い、かっこの
第２図に示す動作を繰返し行うことにより、３系統の整
相回路で２方向の受渡信号を同時に捕捉して高フレーム
レート化されるとともに、高方位分解能化（ダイナミッ
ク・フォーカス）されることになる。

ここでは二次元生体情報として断層像の例について述べ
たが、二次元カラードツプラーの装置にもここに述べた
原理を適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、同時受信する興なる
方向の反射エコーの数をｎとしたとき、（ｎ＋１）系統
の整相回路を備えれば済み、２ｎ系統を要する従来の場
合に比べて低コストで、特にｎを大きくする場合には極
めて低コストで、高方位分解能化（低コストでスパイク
・ノイズの発生の少ないダイナミック・フォーカスの達
成）及び高フレームレート化を同時に達成することがで
きるという効果がある。　　−

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す回路図、第２図は
同じく動作説明図、第３図及び第４図は従来装置の回路
図である。 １・・・アレー探触子、１４−１〜１４−３・・・整相
・検波回路、１５・・・スイッチ回路、１６−１．１６
−２・・・ラインメモリ、１７・・・ＤＳＣｏ 特許出願人　　株式会社日立メディコ 代理人　弁理士　　秋本正実　他１名 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子的に走査した超音波を被検体に照射して、その反射
   エコーに基づき被検体の二次元の生体情報を得る電子走
   査形超音波診断装置において、受信する反射エコーの指
   向性と集束点を変更可能な整相回路を、同時に受信する
   異なる方向の反射エコーの数より１系統多く設け、その
   うちの１つの系統は前記指向性と集束点の設定のために
   動作させ、残余の系統は反射エコーの受信動作をさせ、
   かつ前記集束点を変えるごとに前記動作を各系統に順次
   巡回して行わせる手段を具備することを特徴とする電子
   走査形超音波診断装置。