JPH0560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アレイ振動子を構成する各振動素子
の送受信号に遅延時間を与える超音波診断装置の
遅延時間発生装置に関する。

［従来の技術］ 医療の分野において、超音波を用いて生体内の
断層像などを得る超音波診断装置が活用されてい
る。

この超音波診断装置においては、一般的にアレ
イ振動子にて超音波の送受波が行われている。そ
して、アレイ振動子を構成する複数の振動素子に
おける各振動素子の送受信号にそれぞれ異なる遅
延時間を与えることにより、超音波ビームの電子
偏向や電子フオーカスが行われている。例えば、
電子走査の手法として、電子セクタ走査が知られ
ており、また電子フオーカスの手法として、ダイ
ナミツクフオーカス法などが知られている。

第６図には、超音波ビームの電子偏向及び電子
フオーカスの概念が示されている。

第６図において、超音波の送受波は、直線上に
Ｎ個配列されたアレイ振動子１０にて行われてい
る。そして、アレイ振動子を構成する各振動素子
１０ａには、それぞれ送受信号の遅延を行う遅延
器１２ａが設けられている。

そして、ｉ番目の振動素子１０ａに接続されて
いる遅延器１２ａに与えられる遅延時間は、例え
ば、次の第１式で表すことができる。

τi ＝（ｆ−（f²＋（ｉ−Δp（ｍ＋１）／２）² −2Δpf（ｍ＋１）sinθ／２）^1/2） ／Ｃ＋Ｋ ……（第１式） ただし、ｆは焦点距離、ｍは振動素子の総数、
Δpは微小振動素子間の間隔、θは超音波の偏向
角度、Ｃは超音波の媒体（例えば、生体）中にお
ける伝搬速度を示している。また、Ｋは物理的に
実現できない負の遅延時間を避けるための正の定
数である。

従つて、このような第１式で求められる遅延時
間を各振動素子に接続された遅延器に与えること
により、超音波ビームをθ方向に偏向でき、かつ
焦点距離ｆの位置で超音波ビームの集束を行うこ
とができる。

ところで、従来の超音波診断装置では、上記第
１式を予め計算して遅延時間を求め、求められた
遅延時間を例えばROMのような記憶装置に格納
していた。そして、超音波の送波及び受波毎に
ROMから遅延時間を読み出して上記遅延器１２
ａに与えていた。

ここで、理想的な条件の下で、記憶装置に格納
される遅延時間の情報量を以下に概算する。

まず、振動素子が128個あるとすると、各振動
素子について遅延時間を保持する必要があるた
め、遅延時間は128種類保持する必要がある。

次に、焦点距離ｆについて考えると、超音波診
断装置では送信時及び受信時に一般的にダイナミ
ツクフオーカスが行われるため、例えばｆについ
ては32種類の遅延時間が必要である。

また、超音波ビームの偏向角度θが256方向設
定されている場合、遅延時間は256種類必要であ
る。

そして、振動素子の間隔Δpについては、これ
は探触子固有の値であり探触子の種類によつて異
なるため、例えば32種類の探触子を用いるために
は、Δpについて32種類の遅延時間を保持する必
要がある。

このような各パラメータについての組合せを考
えると、１つの遅延時間を10ビツトで表した場
合、保持すべき遅延時間の情報量は、40Mバイト
になり、非常に大きな情報量となる。

このように、理想的に遅延時間の情報量を計算
すると、大容量記憶装置が必要となり、また記憶
装置へのアクセスに時間が要するなど不具合が生
じる。

そこで、従来においては、接続できる探触子の
種類を減らすと共に、それ以外のパラメータの種
類を半分以下にして、情報量を減らし、それを大
容量のROMなどに格納していたが、超音波診断
精度を上げるための障害となつていた。

上記問題を解決するために、特開平１−193679
号で、保持すべき遅延時間の情報量を削減した遅
延時間発生装置が提案されている。

この従来の装置を説明する前に、以下に第１式
で示した遅延時間計算式を別の数学的な表現に書
き換える。

第７図には、Ｘ軸方向に沿うアレイ振動子と焦
点Ｆとの位置関係が幾何学的に示されている。

ここにおいて、Ｏは超音波ビーム形成に係る中
心点であり、Ｐは中心点Ｏからｘ隔てた振動素子
の位置を示している。

図において、焦点Ｆと中心点Ｏとの間の距離
（焦点距離）ｆを半径として、焦点ｆを中心に半
径ｆの円弧を描くと、この円弧は焦点Ｆに集束す
る超音波の波面と考えることができる。従つて、
各振動素子でこのような波面を合成するには、図
に示される円弧とＸ軸との間の距離に相当する時
間差を送受信号を付与すればよいことが理解され
る。

ここで、Ｐの位置にある振動素子について考え
る。なお、図において、焦点Ｆと振動素子の位置
Ｐとを含む直線が円弧と交わる点がＱで示されて
いる。

図において、距離は、以下の第２式で示さ
れる。

＝ｆ−（f²＋x²−2xfsinθ）^1/2 ……（第２式） そして、超音波が距離を伝搬する時間、す
なわちＰの位置にある振動素子に付与する遅延時
間τは、次の第３式で示される。

τ＝／Ｃ＝｛ｆ−（f²＋x²−
2xfsinθ）^1/2｝／Ｃ……（第３式） 従つて、各振動素子についてこのτを求めるこ
とにより、超音波の波面の合成が実現でき、超音
波ビームの偏向及び集束が行える。

さて、上述した特開平１−193679号で提案され
た遅延時間発生装置では、上記第３式をｘに関し
て３次の項までマクローリン級数展開する手法に
より遅延時間の発生を実現している。

以下に、参考としてその計算式を示す。（この
式の詳細については特開平１−193679号参照） τ_M（ｘ，θ）＝τ_M（０，θ）＋xτ_M′（０，θ） ＋x²τ_M″（０，θ）／２！＋x³τ_M （０，θ）／３！＝（a₃x³＋a₂x² ＋a₁ｘ）／Ｃ ……（第４式） ただし、 a₃＝−sinθcos²θ／（2f²） a₂＝−cos²θ／（2f） a₁＝sinθ そして、この従来の装置は、それぞれフイード
バツクループをもつ３つの加算器と、各加算器毎
に設けられた加算係数（a₁〜a₃）を発生する
ROMと、などから構成され、前記３つの加算器
を３段直列に接続して上記第４式の計算が電気的
に実現されている。

従つて、この従来の遅延時間発生装置では、基
本的に、上記第４式における各ｘの項の係数a₁〜
a₃のみをROMに保持すればよいので、遅延時間
発生に係る情報量の削減が図れる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の遅延時間発生装置に
おいては、得られる遅延時間の精度が十分でない
という問題がある。すなわち、マクローリン級数
展開した後の第４式において、ｘの絶対値が大き
くなると求められる遅延時間の精度が悪くなると
いう問題がある。

ここで、マクローリン級数展開の手法による遅
延時間誤差を求めるため、上記第３式と上記第４
式に、ｆ＝100mm、｜ｘ｜＝25mm、θ＝0°を代入
し、更に超音波の伝搬速度Ｃを1.53×10^-3mm／ns
として両者を比較すると、遅延時間発生に係る誤
差は31nsと求められる。

また、上記特開平１−193679号の遅延時間発生
装置では、上記第３式の級数展開の手法として、
ルジヤンドル多項式を用いる方法も提案されてい
る。しかしながら、上記各値を代入した結論を述
べると、この方法によつても、その誤差は38nsで
ある。

ところで、一般に、送受信号の遅延には上述し
たように遅延器などの遅延素子が用いられてい
る。そして、遅延素子における最小遅延時間であ
る量子化された遅延単位は、一般に、送受波され
る超音波の周期の10分の１程度に短くする必要が
ある。

従つて、遅延時間発生装置にて発生される遅延
時間の誤差は、上記量子化された最小単位時間内
に収まれば実際上問題は生じない。

このような前提の下、例えば、超音波診断装置
において5MHzの超音波を用いる場合には、上記
遅延素子の量子化単位時間は20ns程度にする必要
がある。

しかしながら、上記従来の装置で発生される遅
延時間の誤差は、上述した値から理解されるよう
に、この要求される20ns以内に収まつておらず、
場合により精度上問題があると言える。

以上のことから、マクローリン級数展開あるい
はルジヤンドル多項式を用いて計算式の近似を行
う方法では、十分な精度が得られない場合があ
る。

一方、この精度を上げるため、級数展開をｘに
ついて第４次の項まで行うことも可能であるが、
この場合には、装置が非常に複雑化し、また迅速
な遅延時間の発生が困難になるという問題があ
る。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたもの
であり、その目的は、遅延時間発生に係る精度を
一定内に維持しつつ記憶装置に格納する遅延時間
の情報量を削減することのできる超音波診断装置
の遅延時間発生装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は以下の原
理を用いる。

発明の原理 本発明は、上記第３式を以下のように式変形す
ることにより実現される。以下に、再び第３式を
引用し、その式変形について説明する。

τ＝／Ｃ ＝｛ｆ−（f²＋x² −2xfsinθ）^1/2｝／Ｃ ……（第３式） まず、第７図で示したアレイ振動子の超音波ビ
ーム形成中心点Ｏから遅延時間発生に係る振動素
子の位置Ｐまでの距離ｘを焦点距離ｆで除したも
のを規格化位置Ｘと定義する。

Ｘ＝ｘ／ｆ ……（第５式） 従つて、これを式変形するとｘ＝Xfとなり、
このｘを上記第３式に代入する。すると、次の第
６式が得られる。

τ＝｛１−（１＋X²−2Xsinθ）^1/2｝ ／（Ｃ／ｆ） ……（第６式） そして、この第６式の両辺を超音波伝搬時間
ｆ／Ｃ（上記超音波ビーム形成中心点から焦点Ｆ
までの超音波の伝搬時間）で割つたのが次の第７
式である。

τ／（ｆ／Ｃ）＝｛１−（１＋X² −2Xsinθ）^1/2｝ ／｛（Ｃ／ｆ）・（ｆ／Ｃ）｝ ……（第７式） ここで、左辺は、遅延時間τを超音波伝搬時間
（ｆ／Ｃ）で除したものであり、これを規格化遅
延時間Ｔと定義する。

Ｔ＝τ／（ｆ／Ｃ） ……（第８式） 従つて、この規格化遅延時間Ｔは、以下の第９
式に示すように、上記規格化位置Ｘと超音波の偏
向角度θとの関数であり、この第９式上で焦点距
離ｆ及び各振動子間の間隔Δpに依存しないこと
が理解される。

Ｔ（Ｘ，θ） ＝１−（１＋X²−2Xsinθ）^1/2 ……（第９式） このように、規格化遅延時間Ｔ及び規格化位置
Ｘの概念を導入することにより、２つのパラメー
タで、すなわちＸ及びθで表されるＴをテーブル
化して保持することにより、遅延時間発生に係る
記憶装置に格納される情報量の削減を図ることが
可能となる。なお、規格化遅延時間Ｔから遅延時
間τへの復元は、上記第８式から理解されるよう
に、規格化遅延時間Ｔにｆ／Ｃを乗算すればよ
い。

第１図は、以上説明した原理をブロツク図で示
したものである。ここにおいて、超音波診断装置
本体から偏向角度情報θ、焦点距離情報ｆ、プロ
ーブの種類の情報Ｐ（振動素子間の間隔Δp及び振
動素子数ｍの情報を含む）が供給されている。

図において、規格化位置発生部１０は、超音波
診断装置本体からｆ及びＰを入力して、上記第５
式の演算を行い、規格化位置Ｘを発生するもので
ある。ここで、ｘは、振動素子の間隔Δpに振動
素子のアドレスｉを乗算したものに相当する。

そして、規格化位置発生部１０にて発生された
規格化位置Ｘは、上記θ情報と共に、規格化遅延
時間テーブル１２に入力されている。

この規格化遅延時間テーブル１２は、上述した
ように、規格化遅延時間Ｔを規格化位置Ｘ及び偏
向角度θの関数としてテーブル化したものであ
る。従つて、上記Ｘ及びθに対応する規格化遅延
時間Ｔが出力されることになる。

そして、出力された規格化遅延時間Ｔは、単位
復元演算部１４に入力される。

この単位復元演算部１４は、以下に示す第10式
を演算して、規格化遅延時間Ｔから遅延時間τを
求めている。

τ＝Ｔ・（ｆ／Ｃ）＋Ｋ ……（第10式） ただし、Ｋは、負の遅延時間を避けるための定
数である。

以上のように、規格化遅延時間テーブルのパラ
メータはＸ及びθの２つのみであり、従来と比べ
少なくとも１つのパラメータを排除できるという
利点を有する。

次に、第２図を用いて、線形補間を前提とした
上記規格化遅延テーブルでの標本化について述べ
る。

規格化遅延時間テーブルにおいて規格化遅延時
間Ｔを定める２つのパラメータ、すなわちＸ及び
θに対し、その両者あるいはそのうちの一方を標
本化することにより、規格化遅延時間テーブルに
おける保持される情報量の大幅な削減を図ること
が可能である。

第２図Ａには、その一例として、Ｘのみが所定
のサンプル間隔で標本化されてテーブルが構成さ
れた規格化遅延時間テーブル１６が示されてい
る。なお、Ｂにはテーブルの概念が示されてい
る。

また、この第２図Ａには、上記標本化にて生ず
る精度の劣化を補うための補間処理部１８が示さ
れている。

従つて、あるθ及びＸが特定されると、これに
よつて規格化遅延時間テーブル１６から隣り合う
２つの遅延時間T₁，T₂（又はT₁，ΔT）が求めら
れることになる。そして、補間処理部１８にて前
記求められたT₁，T₂（又はT₁，ΔT）をＸの重み
付けで線形補間処理することにより、上記標本化
に伴う精度の劣化を補いつつ遅延時間τの発生を
行うことが可能である。

なお、標本化の点数は、要求される精度に応じ
て適宜に定めればよい。

上記原理を適用した課題解決の手段 上記原理を適用した本発明に係る遅延時間発生
装置は以下の構成を有する。

まず、請求項１記載の発明は、超音波ビーム形
成中心点から遅延時間τ発生に係る振動素子まで
の距離ｘを焦点距離ｆで除した規格化位置Ｘを発
生する規格化位置発生手段と、規格化位置Ｘ及び
偏向角度θで定められる規格化遅延時間Ｔを保持
する規格化遅延時間テーブルと、を含み、規格化
遅延時間テーブルにて求められた規格化遅延時間
Ｔに所定の単位復元演算を行つて遅延時間τを発
生することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、上記規格化位置
発生手段と、規格化位置Ｘ及び偏向角度θで定め
られる規格化遅延時間Ｔに前記焦点距離ｆと超音
波の伝搬速度Ｃとで定まる単位復元係数（ｆ／
Ｃ）を乗算した遅延時間Ｄを保持する遅延時間テ
ーブルと、を含むことを特徴とする。

更に、請求項２及び４記載の発明は、規格化遅
延時間Ｔ又は遅延時間Ｄを定めるパラメータのう
ち少なくとも１つが標本化されてその標本化され
たサンプル点についてＴ又はＤが保持され、更に
標本化に伴う精度の劣化を補う補間処理手段が設
けられたことを特徴とする。

［作用］ 上記請求項１記載の本発明の構成によれば、規
格化位置発生手段にて、遅延時間τ発生に係る振
動素子についての規格化位置Ｘが発生される。

そして、発生された規格化位置Ｘは、偏向角度
θと共に、規格化遅延時間テーブルに入力され、
その両者で定められる規格化遅延時間Ｔが出力さ
れる。

従つて、出力された規格化遅延時間Ｔについて
所定の単位復元演算を行うことにより、遅延時間
τを発生することが可能となる。

また、請求項３記載の本発明の構成によれば、
上記規格化遅延時間テーブルの代りに遅延時間テ
ーブルを設けることにより、上述した単位復元演
算を行わずに直接遅延時間Ｄを求めることが可能
である。

ここで、遅延時間テーブルに格納される遅延時
間Ｄは、規格化位置Ｘ及び偏向角度θで定められ
る規格化遅延時間Ｔに焦点距離ｆで定まる単位復
元係数（ｆ／Ｃ）を乗算したものであり、テーブ
ルにおける入力パラメータが請求項１記載の本発
明の構成に比べ１つ増す反面、遅延時間テーブル
から直接遅延時間Ｄを求められるという利点を有
する。

従つて、遅延時間テーブル以後の回路の構成が
簡易になる。なお、遅延時間Ｄは、単位復元係数
（ｆ／Ｃ）が規格化位置Ｘ及び偏向角度θに依存
しないため、請求項１記載の本発明の構成と遅延
時間発生に係る精度は同一である。

また、請求項２及び４記載の本発明の構成によ
れば、補間処理手段による線形補間を前提とし
て、テーブルにおける入力パラメータの標本化を
行うことができるので、テーブルに保持される情
報量の大幅な削減ができるという利点を有する。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて
説明する。

第３図には、本発明に係る遅延時間発生装置の
好適な実施例が示されている。この第３図に示さ
れる遅延時間発生装置は、第１図で示した構成を
更に具体化したものである。なお、この装置は、
例えば超音波診断装置などに組み込まれる。

図において、この装置は、規格化位置Ｘを発生
する規格化位置発生部２２と、発生された規格化
位置Ｘと偏向角度θとを入力して規格化遅延時間
Ｔを出力する規格化遅延時間テーブル（以下、テ
ーブルという）２４と、テーブル２４から出力さ
れた規格化遅延時間Ｔに対して線形補間を行う補
間処理部２６と、補間処理部２６から出力された
規格化遅延時間Ｔに対して所定の単位復元演算を
行う単位復元演算部２８と、から構成されてい
る。

ここで、規格化位置発生部２２から出力された
規格化位置Ｘのうち整数部X_Rは、超音波診断装
置本体から整数値で与えられる偏向角度θと共
に、テーブル２４に入力されている。

一方、規格化位置発生部２２から出力された規
格化位置Ｘのうち小数部ｒは、補間処理部２６に
供給されており、その線形補間処理に係る重み付
けに供されている。

なお、本実施例においては、θの種類が256種
類とさほど大きくないため、θについて標本化し
ておらず、Ｘについてのみ標本化が行われてい
る。もちろん、θについて標本化を行つてもよ
い。この標本化、特にサンプル点数の計算につい
ては後に詳述する。

まず、このような本実施例のテーブル２４に対
して規格化位置Ｘを発生する規格化位置発生部２
２について説明する。

この規格化位置発生部２２は、超音波診断装置
本体からプローブ情報Ｐ（振動素子間の間隔Δp及
び振動素子数ｍの情報を含む）及び焦点距離情報
ｆを入力して後述する累積係数α及び加算初期値
βを出力する加算係数発生器３０と、一方の入力
端子に累積係数αが入力され他方の入力端子にフ
イードバツクされた規格化位置Ｘが供給された加
算器３２と、超音波診断装置本体から供給される
クロツクｉに従つて前記加算器３２の出力値を一
時的に格納するレジスタ３４と、から構成されて
いる。なお、レジスタ３４には、最初の加算動作
時に、加算係数発生器３０から加算初期値βが供
給される。

このように構成された規格化位置発生部２２の
動作原理について以下に説明する。

まず、第５式から、ｉ番目の振動子についての
規格化位置Ｘは、次のように表すことができる。

Ｘ＝Δp（ｉ−（ｍ＋１）／２）／ｆ
……（第12式） ただし、ｍは振動素子の総数である。

テーブル２４における規格化位置Ｘに関する標
本化のサンプル間隔をΔXとし、更にテーブル２
４におけるＸについての中心のアドレスをX_Oと
して、テーブル２４におけるＸのアドレスを整数
で与えるために、上記第12式を以下の第13式に書
き変える。

Ｘ＝Δp（ｉ−（ｍ＋１）／２） ／（ｆ・ΔX）＋X_O ……（第13式） 従つて、この第13式をｉに関する係数とそれ以
外とに分けることにより次の第14式を得る。

Ｘ＝αi＋β ……（第14式） ただし、α＝Δp／（ｆ・ΔX） β＝−Δp（ｍ＋１） ／（２・ｆ・ΔX）＋X_O 従つて、超音波診断装置本体から供給されるプ
ローブの種類の情報Ｐ及び焦点距離の情報ｆに応
じて累積係数α及び加算初期値βを発生させ、こ
の発生されたα及びβを第14式に基づいて累積加
算することにより、振動素子の順番毎に順次その
規格化位置Ｘを発生することが可能である。

すなわち、最初の加算時には、加算器３２にα
が供給され、一方、レジスタ３４にはβが供給さ
れる。そして、次の加算時には、クロツクｉの入
力により、加算器３２にてαとβが加算され、レ
ジスタ３４には加算後の値（α＋β）が格納され
ることになる。このような過程が順次繰り返され
て、順次規格化位置Ｘが発生される。

次に、テーブル２４について説明する。

テーブル２４には、規格化位置発生部２２にて
発生された規格化位置Ｘの整数部X_Rが供給され
ている。なお、一方の小数部ｒは、後述する補間
処理部２６に供給されており、両者の分岐は、例
えば、上位ビツト又は下位ビツトの抽出により行
われる。具体的には、規格化位置Ｘの伝送にパラ
レルバスが用いられている場合には、その複数本
のバスのうちの数本が整数部に供され、残りの複
数本が小数部ｒ用に用いられる。

ここで、テーブル２４では、供給された整数部
X_Rと超音波診断装置本体から供給された偏向角
度θ情報とで定まる規格化遅延時間Ｔを出力す
る。

本実施例において、その出力は、第２図Ｂで示
したように、X_Rとθとで定まる規格化遅延時間
Ｔと標本化されたＸのサンプル間での差ΔTとが
出力されている。

つまり、後の線形補間で常にΔTが必要なた
め、この規格化遅延時間T₁の出力と共にΔTをも
同時に出力している。もちろん、T₁とこのT₁の
Ｘについての次の値であるT₂とを同時に出力し
て、補間処理を行つても同様の結果を得ることが
できる。

次に、補間処理部２６は、乗算器３６と、加算
器３８とで構成されている。

そして、乗算器３６には、テーブル２４から
ΔTが供給され、これと共に、前記規格化位置発
生部２２から出力された規格化位置Ｘのうちその
小数部ｒが入力され、両者の乗算が行われてい
る。そして、その乗算の結果がテーブル２４から
出力されたT₁と加算器３８にて加算されている。

すなわち、ΔTにｒの重み付けを行つて、その
結果をT₁に加算することにより、線形補間が実
現されている。

次に、単位復元演算部２８について説明する。

この単位復元演算部２８は、上記第10式で示さ
れた規格化遅延時間Ｔに対するｆ／Ｃの乗算と、
その乗算結果に対する所定の定数Ｋの加算とを行
うものである。

そして、この単位復元演算部２８は、ｆ／Ｃ発
生器４０と、Ｋ発生器４２と、ｆ／Ｃ発生器４０
から出力された値を上記補間処理部２６から出力
された遅延時間Ｔに乗算する乗算器４４と、この
乗算器４４の出力に前記Ｋ発生器４２から出力さ
れたプローブの種類によつて構成されている。従
つて、この構成によれば、上述した第10式の演算
がなされて、この結果、遅延時間τが順次出力さ
れることになる。

以上のように、本実施例の遅延時間発生装置に
よれば、線形補間を前提として標本化を用いてテ
ーブル２４の情報量を極端に少なくすることがで
きるので、超音波診断装置における遅延時間の発
生を簡易かつ迅速に行うことが可能となる。特
に、従来においてはテーブルの容量により制約さ
れていた偏向角度の種類の増大やフオーカス点の
増加の要望などを実現させることができるので、
超音波診断装置の分解能を向上させて、精度の良
い超音波診断が行えるという効果を有する。

標本化に関するサンプル点数の検討 以下に、規格化遅延時間テーブルにおける規格
化位置Ｘ及び偏向角度θの標本化に関するサンプ
ル点数について検討を行う。

まず、規格化位置Ｘに関するサンプル点数を考
える。

上記第９式の規格化遅延時間ＴをＹと置くと、
Ｙについての以下の第15式を得る。

Ｙ＝Ｔ（Ｘ，θ） Ｙ＝１−（１＋X²−2Xsinθ）^1/2
……（第15式） ここで、この第15式を変形すると、次の第16式
を得る。

（Ｙ−１）²−（Ｘ−sinθ）²＝cos²θ
……（第16式） 第５図には、この第16式に示されるＸとＹとの
関係が示されている。ここに示されるように、｜
Ｘ−sinθ｜が大きくなるとＹの変化が漸近線（直
線）に近づき、線形補間でも十分に良い近似が得
られることが理解される。

この場合、線形補間の誤差が最大となるのは、
第５図に示されるＸ＝sinθの直線と双曲線との交
点であり、Ｘについてのサンプル間隔をΔXとす
れば、線形補間による誤差ｅは、次の第17式で示
される。

ｅ＝cosθ−｛cos²θ ＋（ΔX／２）²｝^1/2 ……（第17式） ここで、｜ｅ｜は、θが増大するほど大きくな
るため、θの上限を45°とすれば、θ＝45°で｜ｅ
｜は最大となる。そして、この場合のｅにｆ／Ｃ
を乗算して時間の単位に変換すれば、最大遅延誤
差が得られる。

このような前提の下で、ｆ＝100mmとしたとき
の最大遅延誤差が、例えば5nsより小さくなるよ
うなΔXを求めると、 ΔX＜0.02 ……（第18式） となる。

ここで、Ｘに関しては、焦点距離ｆが小さいと
きには、実際の装置において送受信の開口長を短
くする、すなわち駆動される振動素子の数を少な
くすることを考慮して、Ｘの取り得る範囲を、 −0.25≦Ｘ≦0.25 ……（第19式） と仮定すると、Ｘの範囲（0.5）をΔX（0.02）で
標本化すれば、5nsの精度が保証されることが理
解される。つまり、Ｘについてのサンプル点数
は、25点（0.5／0.02）あれば十分であることが
理解される。

次に、θに関するサンプル点数を検討する。こ
こでは、第９式において、｜θ｜≦45°、｜ｘ｜≦
0.25の範囲では、第９式の右辺X²−2Xsinθが１
より小さいため、これをａとすれば、 （１＋ａ）^1/2＝１＋ａ／２−a²／８
……（第20式） のようなａについての第２次の項までのテーラー
展開を第９式に適用することができる。そして、
この近似式を適用すると第９式は、次に第21式の
ようになる。

Ｔ（Ｘ，θ） ≒−（X²−2Xsinθ）／２ ＋（X²−2Xsinθ）²／８ ……（第21式） この場合に、θについてのサンプル間隔をΔθ
としたときの線形補間の誤差ｅを計算すると、次
の第22式のようになる。

ｅ＝｛Ｔ（Ｘ，θ＋Δθ／２） ＋Ｔ（Ｘ，θ−Δθ／２）｝／２ −Ｔ（Ｘ，θ） ≒XΔθ²（Xcos2θ−sinθ）／８
……（第22式） ここで、第22式は、Ｘ＝−0.25（Ｘの最小値）、
（θの最大値）でｅが最大となることが理解され
る。

従つて、この第22式に、Ｘ＝−0.25、θ＝45°
を代入して求められたｅにｆ＝100mmの場合の
ｆ／Ｃを乗算して時間の単位に変換することによ
り、最大遅延誤差が得られる。そして、最大遅延
誤差が5nsより小さくなる場合のΔθを求めると、 Δθ≦3.37° ……（第23式） となる。

従つて、−45°≦θ≦45°の範囲で5nsの精度を保
証する場合、θについてのサンプル点数は、27点
（90°／3.37°）であることが理解される。

以上のことから、Ｘ及びθの標本化に関するサ
ンプル点数は、それぞれ共に2⁵程度にすれば良
く、このようなサンプル点数で構成された規格化
遅延時間テーブルにより、5ns以下の誤差での遅
延時間の発生が実現される。

なお、サンプルの点数を増せば、遅延時間発生
に係る誤差を更に小さくすることもでき、上述し
た従来例に比べ、十分精度の良い遅延時間を発生
できることが理解される。

遅延時間発生装置の変形例 次に、第３図で示した本発明に係る遅延時間発
生装置の変形例について以下に説明する。

第４図には、第３図で示した装置の変形例が示
されている。なお、第３図に示した規格化位置発
生部２２は同一の構成であるため、その説明を省
略する。

この変形例において特徴的なことは、遅延時間
テーブル４６に上述した規格化遅延時間Ｔに単位
復元計数ｆ／Ｃを掛けた遅延時間Ｄを保持したこ
とにある。

すなわち、遅延時間テーブル４６に、ｆ／Ｃが
乗算された遅延時間Ｄを保持することにより、単
位復元演算の主な部分を省略することが可能であ
る。

ただし、この変形例においては、遅延時間テー
ブル４６において焦点距離情報ｆが必要であり、
このために、超音波診断装置本体から焦点距離ｆ
が遅延時間テーブル４６に入力されている。

従つて、このような構成によれば、第３図で示
した実施例に比べ、テーブルに格納される遅延時
間τに関する情報量の増大は避けられないが、後
に行われる単位復元演算を極めて簡易化できると
いう利点を有する。

ここで、この変形例においても、テーブル４６
における遅延時間Ｄを定めるパラメータのうち規
格化位置Ｘについては標本化が行われており、そ
のサンプル点数は、上記サンプル点数の計算によ
り求められた点数と同様である。

すなわち、ｆ／Ｃは、Ｘとθに影響を与えず、
その精度が不変なためである。従つて、この変形
例においても、Ｘ及びθについて例えば2⁵程度の
サンプル点があれば、十分な精度で遅延時間の発
生を行うことが可能である。

第４図において、遅延時間テーブル４６から
は、遅延時間D₁が出力され、更に上記実施例同
様に、標本化に係るサンプル間での差異ΔDも出
力されている。

そして、この両者は、補間処理部４８に入力さ
れている。この補間処理部４８は、上記補間処理
部２６同様に、乗算器５０と加算器５２とで構成
され、規格化位置発生部２２から出力された規格
化位置Ｘのうちその小数部ｒの重み付けによつ
て、遅延時間Ｄの線形補間がなされている。

そして、補間処理部４８から出力された遅延時
間Ｄは、係数加算器５４に入力されている。

ここで、係数加算器５４は、超音波診断装置本
体から供給されるプローブの情報Ｐを入力して定
数Ｋを出力するＫ発生器５６と、この定数Ｋを上
記補間処理部４８から出力された遅延時間Ｄに加
算する加算器５８と、から構成されている。

従つて、この変形例においても、上記実施例と
同様に、遅延時間τが順次発生されることにな
る。

以上のように、この変形例では、遅延時間テー
ブル４６の入力パラメータが１つ増加したが、そ
の反面、テーブル４６より後段の回路構成を省略
でき、この結果、迅速な遅延時間τの発生が行え
るという利点を有する。

保持される情報量の検討 第３図で示した本発明に係る遅延時間発生装置
の実施例の構成において、保持される全体の情報
量は以下のように概算される。

まず、規格化遅延時間テーブル２４では、T₁
を13ビツト、ΔTを８ビツトで与え、規格化位置
Ｘについてのサンプル点数を64、偏向角度θにつ
いてのサンプル点数、すなわちビームの本数を
256とすれば、次の量になる。

（13＋８）・64・256＝42Kバイト 一方、加算係数発生器３０及びｆ／Ｃ演算器４
０及びＫ演算器４２に格納される全体の情報を考
えると、αを12ビツト、βを16ビツト、ｆ／Ｃを
６ビツト、Ｋについて11ビツトを与え、更に、焦
点ｆの数を32種類とし、接続できる探触子の個数
をＮとすれば、次の量となる。

｛32・（12＋16＋６）＋11｝・Ｎ ＝140・Ｎバイト 従つて、Ｎを32としても全体の総情報量は約
46Kバイトとなり、前述した約40Mバイトの約1/
８７０となる。

一方、第４図で示した本発明に係る遅延時間発
生装置の変形例における保持すべき全ての情報量
について検討すると、遅延時間テーブル４６につ
いて、更にｆの種類だけ情報量が増加するため、
総情報量は従来の方法による約40Mバイトの約1/
３０となる。

このように、特に第３図で示した本発明装置の
実施例では、従来例よりも飛躍的に保持すべき情
報量の削減を図ることができることが理解され
る。

一方、第４図で示した本発明装置の変形例にお
いては、第３図で示した実施例に比べ、保持すべ
き情報量の増大は回避できないが、それでも従来
の方法より情報量を大幅に少なくできるという効
果を有する。

他の変形例 第３図及び第４図で示した本発明に係る遅延時
間発生装置の構成の変形例としては、Ｔ（Ｘ，θ）
＝Ｘ（−Ｘ，−θ）の対称性を利用して、回路の構
成を変形することができる。

例えば、その第１例として、θ≧０の部分だけ
について、規格化遅延時間Ｔあるいは遅延時間Ｄ
をテーブルに保持することも可能である。また、
第２例として、規格化位置Ｘは、アレイ振動子に
おける超音波ビームの形成中心点Ｏの左右で符号
が異なるだけであるのでＸ≧０とＸ≦０で規格化
遅延時間Ｔ（又は遅延時間Ｄ）を並列に発生させ
ることも好適である。

また、この第１例と第２例とを併用することに
より、簡便かつ迅速な遅延時間の発生を行うこと
が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、請求項１記載の発明によ
れば、規格化位置Ｘ及び偏向角度θの２つの入力
パラメータで遅延時間τ発生に係るテーブルを構
成することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、規格化
遅延時間Ｔに所定の単位復元計数ｆ／Ｃを乗算し
た遅延時間Ｄをテーブルに保持して、テーブルか
ら直接遅延時間Ｄを求めることができるので、単
位復元演算に要する構成を簡易化できるという効
果を有する。

更に、請求項２及び４記載の発明によれば、線
形補間を前提として規格化遅延時間テーブル及び
遅延時間テーブルに格納される情報量を大幅に削
減することができる。

特に、標本化の点数を適宜に設定することによ
り、所望の精度で、遅延時間を発生でき、この結
果、信頼性の高い遅延時間発生装置を構成するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示すブロツク図、第
２図は、標本化と補間処理の流れを示す説明図、
第３図は、本発明に係る遅延時間発生装置の実施
例を示すブロツク図、第４図は、本発明に係る遅
延時間発生装置の実施例の変形例を示すブロツク
図、第５図は、規格化位置Ｘと規格化遅延時間
Ｙ，Ｔとの関係を示す図、第６図は、超音波ビー
ムの電子偏向及び電子フオーカスを示す説明図、
第７図は、Ｘ軸方向に沿うアレイ振動子と焦点Ｆ
との位置関係を幾何学的に示し、遅延時間の計算
を説明するための説明図である。 １０，２２……規格化位置発生部、１２，１
６，２４……規格化遅延時間テーブル、１４，２
８……単位復元演算部、１８，２６……補間処理
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波ビームを形成するアレイ振動子を構成
   する各振動素子の送受信号にそれぞれ異なる遅延
   時間を与えて、超音波ビームの電子偏向や電子フ
   オーカスを行う超音波診断装置において、 前記アレイ振動子における超音波ビーム形成中
   心点から遅延時間τ発生に係る振動素子までの距
   離ｘを超音波ビームの焦点距離ｆで除した規格化
   位置Ｘを発生する規格化位置発生手段と、 前記規格化位置Ｘ及び超音波ビームの偏向角度
   θで定められる規格化遅延時間Ｔを保持する規格
   化遅延時間テーブルと、 を含み、 前記規格化遅延時間テーブルにて求められた規
   格化遅延時間Ｔに所定の単位復元演算を行つて遅
   延時間τを発生することを特徴とする超音波診断
   装置の遅延時間発生装置。 ２ 請求項１記載の超音波診断装置の遅延時間発
   生装置において、 前記規格化遅延時間テーブルは、テーブルのパ
   ラメータである前記規格化位置Ｘ及び前記偏向角
   度θのうち少なくとも一方が所定のサンプル間隔
   で標本化されてテーブル構成され、 前記規格化遅延時間テーブルにて求められた規
   格化遅延時間Ｔを補間する補間手段が設けられた
   ことを特徴とする超音波診断装置の遅延時間発生
   装置。 ３ 超音波ビームを形成するアレイ振動子を構成
   する各振動素子の送受信号にそれぞれ異なる遅延
   時間を与えて、超音波ビームの電子偏向や電子フ
   オーカスを行う超音波診断装置において、 前記アレイ振動子における超音波ビーム形成中
   心点から遅延時間τ発生に係る振動素子までの距
   離ｘを超音波ビームの焦点距離ｆで除した規格化
   位置Ｘを発生する規格化位置発生手段と、 前記規格化位置Ｘ及び超音波ビームの偏向角度
   θで定められる規格化遅延時間Ｔに前記焦点距離
   ｆと超音波の伝搬速度Ｃとで定まる単位復元係数
   ｆ／Ｃを乗算した遅延時間Ｄを保持する遅延時間
   テーブルと、 を含むことを特徴とする超音波診断装置の遅延時
   間発生装置。 ４ 請求項３記載の超音波診断装置の遅延時間発
   生装置において、 前記遅延時間テーブルは、テーブルのパラメー
   タである前記規格化位置Ｘ、前記偏向角度θ及び
   前記焦点距離ｆのうち少なくとも１つが所定のサ
   ンプル間隔で標本化されてテーブル構成され、 前記遅延時間テーブルにて求められた遅延時間
   Ｄを補間する補間手段が設けられたことを特徴と
   する超音波診断装置の遅延時間発生装置。