JPS63302833A - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、超音波診断装置に係り、特には、超音波の送
受波回路部分の改良に関する。

（ロ）従来技術とその問題点 一般に、超音波診断装置に使用されるトラン各ジューサ
を励振駆動するには、インパルス励振による方法とバー
スト波励振による方法とがある。

前者の方法は、所要のエネルギーをもつ超音波を放射す
るためには、トランスジューサを構成する各振動子に数
百ボルト程度の高電圧を印加する必要があるため、各振
動子と励振回路に高い絶縁耐圧が要求される。しかし、
近年は各回路部に電子回路を使用することが多く、かか
る場合には、高電圧が加わると絶縁破壊や性能劣化を生
じる問題がある。これに対して、後者の方法は、数十ボ
ルトの比較的低いパルス電圧を印加するので、電子回路
の故障等が少なくなる利点がある。このバースト波励振
において、一つのパルス電圧を振動子に印加しただけで
は、トランスジューサから放射される超音波のパワーが
不足し、超音波エコーを受信する際に十分なゲインが得
られない。そのため、通常は、第６図に示すように、一
度に数波連（２〜３パルス）のパルス電圧を振動子に加
えて励振駆動するようにしている。

このように振動子を数波連で励振する場合、次の条件が
必要となる。

（１）振動子に印加するパルス電圧のパルス幅ｔ（ある
いは周波数ｆ）は、振動子の共振周波数に依存するため
、トランスジューサの種類に応じて設定する必要がある
。

（１１）超音波ビームをセクタ走査やリニア走査するに
は、各振動子をそれぞれ異なったタイミングで励振駆動
する必要があるが、これには、各振動子ごとに加える上
記のパルス電圧に所定の遅延時間τを与える必要がある
。

上記の（ｉ）、（１１）の条件を共に満たすパルスを一
つの基準クロックからデジタル的に作り出すには、パル
ス電圧のパルス幅ｔと遅延時間τとの最小公倍数的な極
めて高速の発振周波数をもつ基準クロックが必要となり
、そのためには、パルス発振器としてＥＣＬなどの高価
で複雑な回路を使用せねばならなくなって実現が難しい
。

これに対して、遅延線を用いた回路では、上記の（ｉ）
、（ｉｉ）の条件を満たすパルスを比較的簡単に作り出
すことができる。このため、従来は、たとえば、第５図
に示すような送受波回路が堤供されている。この回路で
は、各振動子Ｔｒに対応する各チャンネルｃｈごとに、
数十ｎ５ｅｃ〜数百ｎ５ｅｃまで量子化時間単位で小さ
い遅延時間をイ定できるタップ付きの小遅延線ＤＬｓと
、数百ｎ５ｅｃ〜数μｓｅｃまでの大きい遅延時間を選
定できるタップ付きの大遅延線ＤＬＩとを設けている。

すなわち、リニア走査などでは、最大遅延時間が数μｓ
ｅｃとなり、かつ、数十ｎ５ｅｃの量子化単位で遅延時
間を設定する必要があるため、まず、大遅延線ＤＬＩの
タップを切り換えて大まかな遅延時間を設定し、次に小
遅延線ＤＬｓのタップを切り換えて細かい遅延時間が設
定できるように構成されている。そして、図外のパルス
発生器から振動子Ｔｒの共振周波数に対応した周波数を
もつ数波連のトリガパルスが出力されると、このトリガ
パルスを予めタップ切り換えにより遅延時間が設定され
た大遅延線ＤＬＩと小遅延線ＤＬｓを順次介してパルス
駆動回路ＰＤに与える。一方、超音波エコーが各振動子
Ｔｒで受波されると、各振動子Ｔｒからそのエコー強度
に応じた電圧値をもつエコー信号が出力されるので、こ
のエコー信号を増幅器Ａｌｐを介して再び小遅延線ＤＬ
ｓを通過させた後、マトリックス構成の整相加算回路Ｐ
Ａに入力し、位相を揃えて電流加算している。

しかしながら、従来の上記構成の回路では、各チャンネ
ルｃｈごとに大遅延線ＤＬＩが必要となるので、遅延線
が高価なものとなり、しかも、装置が大型化するなどの
問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、高価な大遅延線を使用しなくても、各振動子を所定
の遅延時間でもって数波連のパルスで励振駆動できるよ
うにすることを目的とする。

（ハ）問題点を解決するための手段 本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を採
る。すなわち、本発明の超音波診断装置は、振動子励振
駆動用の一連のパルスを発生する単一のパルス列発生回
路と、このパルス列発生回路で発生されたパルス列の内
から各振動子ごとに設定される超音波ビームの走査に必
要な時間だけ遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回
路とを備え、かつ、上記のパルス列発生回路は、振動子
の共振周波数に対応したパルスを発生するパルス発生器
を有し、かつ、このパルス発生器からのパルスを単位時
間だけ遅延する単位遅延線を順次カスケード接続すると
ともに、終段の単位遅延線を初段の単位遅延線に接続し
てループ状とし、さらに、各単位遅延線の出力部に信号
出力端を設けた構成としている。

（ニ）作用 上記構成によれば、パルス列発生回路のパルス発生器か
ら振動子の共振周波数に対応したパルスが発生されると
、このパルスはカスケード接続された単位遅延線を順次
通過し、その間に単位時間だけ遅延される。すなわち、
各段の単位遅延線に設けられた信号出力端からは一つの
単位遅延線分だけ遅れたパルスがそれぞれ取り出される
。しかも、終段の単位遅延線の出力パルスは初段の単位
遅延線に再入力されるので、全体として数μｓｅｃの遅
れをもつパルス列が得られる。

パルス抽出回路は、このパルス列発生回路で発生された
パルス列の内から各振動子ごとに設定される超音波ビー
ムの走査に必要な時間だけ遅延されたパルスを抽出する
。パルス抽出回路で抽出されたパルスは、送波用のトリ
ガパルスとして駆動回路に与えられるので、各振動子が
超音波ビームの走査に応じた所定の遅延時間をもち、か
つ、振動子の共振周波数に対応するパルス幅をもつ数波
連のパルスでもって励振駆動される。

（ホ）実施例 第１図は、超音波診断装置の送受波回路部分のブロック
図である。同図において、符号１は超音波診断装置の全
体を示し、２はトランスジューサを構成するアレー配列
された各振動子で、本例では４８素子からなる。したが
って、送受波回路部分は４８チヤンネルで構成される。

４は後述するトリガパルスに応答して各振動子２を励振
駆動するパルス電圧を発生する駆動回路、６は振動子２
から受信した超音波エコー強度に応じて出力される電圧
値をもつエコー信号を増幅するプリアンプである。

８は、最大遅延時間として数百ｎ５ｅｃ（本例では最大
１６０　ｎ５ｅｃ）まで量子化時間（本例では２０ｎｓ
ｅｃ）単位で遅延時間を設定できるタップ付きの遅延線
であって、この遅延線８にはマルチプレクサ１０が接続
されている。そして、このマルチプレクサ１０の切り換
えによって各振動子２に対するトリガパルスの遅延時間
が調整される。１２はマルチプレクサ１０の接続切り換
え用の遅延時間設定データがラッチされる第１ラッチ回
路である。

１４は、振動子２の励振駆動用の一連のパルスを発生す
るパルス列発生回路、１６はパルス列発生回路１４から
の一連のパルスを入力してこれに同期したクロックパル
スを発生するクロックパルス発生器である。また、１８
はパルス列発生回路１４で発生されたパルス列の内から
各振動子２ごとに設定される超音波ビームの走査に必要
な時間だけ遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回路
で、各チャンネルごとに設けられている。２０は遅延線
８を通過したエコー信号を整相して電流加算する整相加
算回路である。また、８１１、ｓｅｔは超音波の送受波
に応じてその接続が切り換えられるスイッチである。

第２図はパルス列発生回路１４とクロックパルス発生器
１６とを含むブロック図である。パルス列発生回路１４
は、図外のＣＰＵから与えられるスタートパルスに応答
し゛て振動子２の共振周波数に対応した数波連のパルス
（本例では２．５　ＭＨｚの２波連パルス）を発生する
パルス発生器２２を有する。また、このパルス発生器２
２の出力部には、オアゲート２４を介して増幅器２６と
パルス発生器２２からのパルスを単位時間（本例では１
６０　ｎ５ｅｃ）だけ遅延する単位遅延線２８とが交互
にカスケード接続されており、終段の単位遅延線２８に
は、遅延時間（本例では１４０　ｎ５ｅｃ）調整用の遅
延線３０、位相整合用ボリュームＶＲ，アンドゲート３
２が順次接続され、アンドゲート３２の出力部がオアゲ
ート２４に接続されている。さらに、各増幅器２６の出
力部には信号出力端３４が設けられるともに、クロック
パルス発生器１６に接続されている。

第３図はパルス抽出回路１８の具体的な構成を示すブロ
ック図である。このパルス抽出回路１Ｂは、同期型の４
ビツト構成の第１．第２ダウンカウンタ３６ａ、３６ｂ
、パルス列発生回路１４からのパルスを選択出力するマ
ルチプレクサ３８、マルチプレクサ３８の接続切り換え
のデータをラッチする第２ラッチ回路４０、両ダウンカ
ウンタ３６ａ、３６ｂの出力に基づいてマルチプレクサ
３８のゲートパルスを発生するＤフリップフロップ４２
および第１ダウンカウンタ３６ａのカウント出力をレベ
ル反転するインバータ４４とからなる。

次に、上記構成を有する超音波診断装置ｌの動作につい
て、第４図に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、ここでは超音波ビームの偏向に必要な最大遅
延時間は５１００　ｎ５ｅｃに設定されているものとす
る。

図外のＣＰＵからパルス列発生回路１４のパルス発生器
２２にスタートパルスＳＰが与えられると、パルス発生
器２２からは、これに応答して振動子２の共振周波数に
対応した一定周波数（２，５ＭＨｚ）をもつ２波連のパ
ルスが発生される。また、スタートパルスＳＰの出力タ
イミングに合わせて、ＣＰＵからは最大遅延時間設定信
号がアンドゲート３２に対して出力され、これによって
アンドゲート３２が開かれる。パルス発生器２２からの
出力パルスはオアゲート２４、増幅器２６、単位遅延線
２８を順次通過し、単位遅延線２８を通過するたびに単
位時間（１６０ｎ５ｅｃ）ずつ遅延される。

そして、遅延された各パルスＰＴＲＧＯ〜ＰＴＲＧ７は
、各段に設けられた信号出力端３４から出力される。さ
らに、終段の単位遅延線２８の出力パルスＰＴＲＧ７は
、遅延時間調整用の遅延線３０で一定時間（１４０ｎ５
ｅｃ）遅延された後、位相整合用ボリュームＶＲ，アン
ドゲート３２、オアゲート２４、増幅器２６を介して再
び初段の単位遅延線２８に入力される。この場合、位相
整合用ボリュームＶＲによってアンドゲート３２、オア
ゲート２４、各単位遅延線２８をパルスが通過する際の
位相遅れが２０　ｎ５ｅｃとなるように調整される。

そして、４９６０　ｎ５ｅｃ経過後にアンドゲート３２
に加わる最大遅延時間設定信号がローレベルになってア
ンドゲート３２が閉じられる。これにより、５１００　
ｎ５ｅｃの期間に１６０　ｎ５ｅｃずつ遅延された３２
通りの２波連パルスの列が得られる（第４図参照）。

パルス列発生回路１４で発生されたこれらのパルスＰＴ
ＲＧＯ−ＰＴＲＧ７は、クロックパルス発生器１６に与
えられる。クロックパルス発生器１６は、この入力パル
スの立ち上がりに応答してクロックパルスＣＬＫを発生
する。そして、パルス列発生回路１４のパルスＰＴＲＧ
Ｏ〜７とクロックパルス発生器１６からのクロックパル
スＣＬＫとが共に次段のパルス抽出回路１８に送出され
る。

一方、ＣＰＵからは、パルスＰＴＲＧＯ〜７の発生前に
、予め、超音波ビームを偏向させるのに必要な遅延時間
を設定するための遅延時間設定データＤ０〜Ｄ７がロー
ド信号ＬＯＡＤとともに各チャンネルごとに個別的に与
えられる。そして、各チャンネルにおいては、遅延時間
設定データＤ。−Ｄ７の内の上位５ｂｉｔ（Ｄｉ〜Ｄ、
）がパルス抽出回路１８に、下位３　ｂｉｔ（Ｄ　ｏ＝
　Ｄ　ｔ）が第１ラッチ回路１２に与えられる。

パルス抽出回路１８に入力された５　ｂｉｔデータＤ、
〜Ｄ７の内、最上位ｂｉｔのデータＤ？が第２ダウンカ
ウンタ３６ｂに、残りの４　ｂｉｔのデータＤ０〜Ｄ３
が第１ダウンカウンタ３６ａにそれぞれロードされ、さ
らに、下位３ｂｉｔＤ＊〜Ｄ５は第２ラッチ回路４０で
ラッチされてマルチプレクサ３８に対してパルスＰＴＲ
ＧＯ〜７の選択信号として与えられる。また、ロード信
号ＬＯＡＤ入力によってＤフリップフロップは初期化さ
れる。このとき、Ｄフリップフロップ４２の反転出力端
子Ｑの出力はハイレベルとなり、マルチプレクサ３８の
ゲートは閉状態になっている。また、マルチプレクサ３
８には、パルス列発生回路１４で発生されたパルスＰＴ
ＲＧＯ〜７が加えられる。さらに、クロックパルス発生
器１６からのクロックパルスＣＬＫは、第１１第２ダウ
ンカウンタ３６ａ、３６ｂに共通に与えられる。

第１ダウンカウンタ３６ａは、クロックパルスＣＬＫの
入力に応答して先にロードされたデータＤ３〜Ｄ６をダ
ウンカウントし、そのデータが零になるとリップルキャ
リー信号を出力し、これが第２ダウンカウンタ３６ｂに
対してイネーブル信号として入力される。その際、第２
ダウンカウンタ３６ｂにはクロックパルスＣＬＫが入力
されるので、第２ダウンカウンタ３６ｂは、第１ダウン
カウンタ３６ａに同期したダウンカウント動作を行なう
。そして、第２ダウンカウンタ３６ｂにロードされたデ
ータＤ、が零になると、第２ダウンカウンタ３６ｂから
リップルキャリー信号が出力され、この信号によりＤフ
リップフロップ４２がプリセットされる。すると、Ｄフ
リップフロンブ４２の反転出力端子Ｑはハイレベルから
ローレベルに代わり、マルチプレクサ３８のゲートが開
状態となる。したがって、マルチプレクサ３８からは選
択データＤ、〜Ｄｓに基づいて入力パルスＰＴＲＧＯ〜
７の内から一つのパルスが抽出され、この抽出されたパ
ルスが駆動回路４に対してトリガパルスＴＲとして出力
される。引き続いて、第１ダウンカウンタ３６ａが８個
のクロックパルスＣＬＫをダウンカウントすると、その
出力端子Ｑｄがローレベルとなるので、これがインバー
タ４４でレベル反転された後、Ｄフリップフロップ４２
にサンプリングクロックとして入力される。これに応答
してＤフリップフロップ４２の反転出力端子Ｑはハイレ
ベルとなり、マルチプレクサ３８のゲートが閉状態とな
ってパルスＰＴＲＧＯ〜７出力が禁止される。

たとえば、スタートパルスＳＰが発生された時点を基準
にして２３００　ｎ５ｅｃ後にトリガパルスＴＲをパル
スを駆動回路４に与える場合には、量子化遅延時間が本
例では２０　ｎ５ｅｃであるから、２３００÷２０＝１
１５で、これを２進数で表わすと“０１１１００１１”
となる。これを遅延時間設定データの各ｂｉｔにＤ７〜
Ｄ０に対応させると、上位５　ｂｉｔのデータＤ　ａ　
〜Ｄ　？についてはｌ　６０　ｎ５ｅｃ／１　ｂｉｔと
なる。したがって、上位５ｂｉｔが“０１１１Ｏ°（Ｄ
、〜Ｄりのとき、第２ダウンカウンタ３６ｂからはｌ　
６０　ｎ５ｅｃのクロックパルスＣＬＫを１４個カウン
トしたとき、つまり２２４０　ｎ５ｅｃ経過後にリップ
ルキャリー信号が出力されてマルチプレクサ３８のゲー
トが開かれ、かつ、下位３ｂｉｔの“１１０”（Ｄ５〜
Ｄ３）によりＰＴＲＧ６のパルスが選択される。遅延時
間設定データ８　ｂｉｔ（Ｄ　。

〜Ｄ？）の内の下位３ｂｉｔ（Ｄｏ〜Ｄ、）＝“０１１
”は、第１ラッチ回路１２に与えられるので、マルチプ
レクサ３８は遅延時間が６０　ｎ５ｅｃとなるように遅
延線８のタップを選択する。したがって、スタートパル
スＳＰの発生時点から２２４０　ｎ５ｅｃ後にパルス抽
出回路１８からトリガパルスＴＲ（＝ＰＴＲＧ　６）が
出力され、さらに、このトリガパルスＴＲが遅延線８で
６０　ｎ５ｅｃ遅延された後、駆動回路４に加わること
になる。

各駆動回路４からは、トリガパルスＴＲに応答して第６
図に示すような２波連のパルス電圧が発生され、これが
振動子２に加えられる。これにより、各振動子２が超音
波ビームの走査に応じた所定の遅延時間をもち、かつ、
振動子２の共振周波数に対応するパルス幅ｔをもつ２波
連のパルスでもってバースト波励振される。

一方、生体で反射された超音波エコーが各振動子２で受
波されると、各振動子２からそのエコー強度に応じた電
圧値をもつエコー信号が出力される。このエコー信号は
、プリアンプ６を介して再び遅延線８を通過した後、整
相加算回路２０に入力される。整相加算回路２０では、
予め遅延時間設定データＤ０〜Ｄ７に基づいてｌ　６０
　ｎ５ｅｃの遅延時間単位で３２タツプの接続が選択さ
れるので、各チャンネルから出力されるエコー信号は送
波時と同し遅延時間が与えられる。したがって、エコー
信号はこの整相加算回路２０で位相を揃えて電流加算さ
れた後に出力される。

なお、この実施例では、４８素子のトランスジューサを
用いて最大遅延時間を５１００ｎｓｅｃに設定した場合
について説明したが、これに限定されるものでないこと
は勿論である。

（へ）効果 以上のように本発明によれば、従来のように大遅延線を
設けなくても、各振動子を所定の遅延時間でもって数波
連のパルスで励振駆動できるので、送受波回路部分の構
成が簡単になり、装置の低廉化、小型化が図れるように
なる等の優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を、第５図は従来
例をそれぞれ示し、第１図は超音波診断装置の送受波回
路部分のブロック図、第２図はパルス列発生回路とクロ
ックパルス発生器を含むブロック図、第３図はパルス抽
出回路の具体的な構成を示すブロック図、第４図は各部
の動作を説明するためのタイミングチャート、第５図は
超音波診断装置の送受波回路部分のブロック図、第６図
は振動子に与えられはパルス電圧の波形図である。 ｌ・・・超音波診断装置、２・・・振動子、１４・・・
パルス列発生回路、！８・・・パルス抽出回路、２２・
・・パルス発生器、２８・・・単位遅延線、３４・・・
信号出力端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレー配列された多数の振動子からなるトランス
   ジューサを有する超音波診断装置において、前記振動子
   励振駆動用の一連のパルスを発生する単一のパルス列発
   生回路と、 このパルス列発生回路で発生されたパルス列の内から各
   振動子ごとに設定される超音波ビームの走査に必要な時
   間だけ遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回路とを
   備え、 前記パルス列発生回路は、前記振動子の共振周波数に対
   応したパルスを発生するパルス発生器を有し、かつ、こ
   のパルス発生器からのパルスを単位時間だけ遅延する単
   位遅延線を順次カスケード接続するとともに、終段の単
   位遅延線を初段の単位遅延線に接続してループ状とし、
   さらに、各単位遅延線の出力部に信号出力端を設けて構
   成されていることを特徴とする超音波診断装置。