JPH0636799B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は超音波診断装置に関するものである。

［発明の技術的背景］ 近年、超音波診断装置はフェーズドアレイ振動子を備え
て、電子的に超音波ビームをフォーカスすることによ
り、高分解能な超音波断層像を得ることができるように
なった。これらの超音波診断装置の基本構成を第７図に
示す。ここで、まずこの装置の基本動作について説明す
る。まず超音波パルスを送波するための基準信号を発生
する基準クロック発生器１からのクロック信号を送信遅
延回路群４に加える。また、送信遅延回路群４にはフォ
ーカスポイント設定器２の信号に基づいて送信遅延デー
タ発生器３が発生した遅延データも加える。送信遅延回
路群４はそのクロック信号と遅延データとを受けて時間
的に異なったＮ個のパルス信号を発生して送信器群６へ
送出する。送信器群５は受けたパルス信号を高電圧のパ
ルス信号に変換し、振動子群６を励振する。これによっ
て超音波を照射し、生体内からの音響インピーダンスの
異なる部位からのエコー信号を、同一振動子群６で受波
し電気信号に変換する。次に、後段の受信回路を高圧信
号振幅の送信パルスから保護するためにリミッタ群７に
通し、受信信号を得る。この受信信号は微弱なため前置
増幅器群（プリアンプ群）８で信号振幅を増幅する。次
に、フォーカスポイント設定器２のデータで設定された
フォーカスポイントに対して所定時間遅延したデータを
受信遅延データ発生器９から発生し、受信遅延回路群１
０へ与える。受信遅延回路群１０は前置増幅器群８で増
幅された前記受信信号を遅延データに基づいて位相が合
うように遅延時間を与え、その後それぞれを加算する。
そして受信遅延回路群１０の出力をビデオ回路１１に加
えてそのなかで検波を行い、更にエンベロープフィルタ
に通す。次に、アナログ信号をデジタル信号に変換する
ＡＤＣ１２に加えここでデジタル信号に変換してＤＳＣ
１３に加える。ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）
１３は超音波ラスターを、ＴＶモニタに表示するために
スキャン変換を行う。ここから出力されたデジタル信号
はＤＡＣ１４でアナログ信号に変換されＴＶモニタ１５
で超音波断層像を表示する。このような基本構成の方式
において、近年超音波ビームの高分解能化及び低サイド
ローブ（グレーテングローブ）化するために、１ビーム
を形成する振動子数が年々増加している。ここで、超音
波ビームのフォーカス点におけるビーム幅は、第８図に
示すようにＷ＝Ｋ・λ・Ｌ／Ｄによって決まることが知
られている。ここで、Ｗ＝フォーカス点のビーム幅，Ｋ
＝振動子形状で決まる係数，λ＝超音波の中心周波数に
おける波長，Ｌ＝振動子の表面からフォーカス点までの
距離，Ｄ＝振動子の口径である。このように、ビーム幅
を狭くするには振動子口径を広くするか超音波周波数を
高くする必要がある。しかしながら、超音波の減衰量は
周波数に比例するため超音波周波数を高くすると生体内
部で減衰量が大きくなり深部の像が表示できなくなる。
また、分割素子数を一定で口径を大きくするとグレーテ
イングローブが大きくなる。グレーテイングローブを小
さくする為に、口径を構成する振動子の素子幅を狭くし
なければならない。ここで、分割している振動子幅とそ
れによって発生するグレーテイングローブの関係を第９
図に示す。２の図で、メインビームの方向をｅとするグ
レーテイングローブはｃｌ，ｃｒの方向に発生する。そ
の角度θはθ＝±ＳＩＮ_-1（λ／ｄ＋ＳＩＮθｏ）で現
わされる。ここで、θｏ＝メインビームの偏向角度、ｄ
は振動子の素子間隔を示す。この様に、分割振動子幅を
狭くすると角度θが大きくなり、それと共にそのピーク
パワーの低下する。しかしながら、分割振動子幅を狭く
し、且つ、口径を大きくすると、これによる回路の規模
が多くなり非常に高価なシステムになってしまう。特に
この中で、受信遅延回路の占める比率が高い。これは近
年受信時にダイナミックにフォーカス点を移動する方法
が一般化されてきており、これによってこの回路が複雑
になり、且つ、高価な物となっている。よって、この回
路部分を削減する事が超音波システムにおいて要望され
ている。

［背景技術の問題点］ 上述したように、超音波診断装置において超音波ビーム
の高分解能化及び低サイドローブ（グレイティングロー
ブ）化する為に分割振動子幅を狭くし且つ口径を大きく
すると、これによる回路の規模が大きくなり非常に高価
なシステムになってしまう、という問題点がある。特に
この中でシステム価格に占める受信遅延回路の価格の比
率が高い。

これは近年受信時にダイナミックにフォーカス点を移動
する方法が一般化されてきているためであり、これによ
ってこの回路が複雑になり且つ、価格高を招いている。

［発明の目的］ 本発明は前述した問題点を解決するために為されたもの
で、フレーム数を実用上落としても問題ない診断部位
（腹部、産婦人科等）に対してＳ／Ｎ及び、分解能の低
下なくフレーム数を低下させ、その低下させた分、受信
遅延回路の回路規模を縮小することにより、超音波診断
装置の小型化及び、低価格化を図る事を目的とするもの
である。

［発明の概要］ 本発明は、上記問題点を解決するため、複数の超音波振
動子をアレイ状ないしはマトリックス状に配列した振動
子群を備えた超音波診断装置において、受信時に複数の
超音波繰返周期のＲＡＴＥで振動子群をいくつかのブロ
ックに分けて複数の振動子群Ｎに相当する超音波ビーム
が形成されるようにする切換回路群と、該切換回路群に
よりいくつかのブロックに分けられた上記振動子群で振
動子群Ｎに相当する超音波ビームを形成するに必要な遅
延時間を設定する受信遅延回路と、分けられた振動子群
で得られた信号をそれぞれストアするラインメモリ群
と、それらメモリ群の出力を加算する加算器とを備えた
ことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下本発明を図示実施例に従って詳細に説明する。

第１図は本発明の具体例を示す回路ブロック図である。
なお、本発明の実施例において前述した超音波診断装置
の従来例である第７図と同じ働きをする回路ブロックに
おいては、同一の番号を付して、ここでは新たな説明を
省く。第７図の超音波診断装置との比較で第１図の装置
に付加されている回路は、送受信回路のコントロールデ
ータを作成するＣＰＵ１６と、超音波の１ラスタを形成
する同時受信振動子からいくつかのグループに分けて選
択する切換器１７と、その分けられた振動子群に対し
て、１ラスタを形成するに必要な遅延データを発生する
受信遅延データ発生器２１と、受信遅延回路群１０の出
力であるＲＦのアナログ信号をデジタル信号に変換する
ＡＤＣ１８と、１ラスタを形成するに必要なラインメモ
リ群１９と、ラインメモリ群１９の出力信号の絶対値を
得る検波器２０である。

第２図は、第１図のラインメモリ群１９の構成をさらに
詳しく説明したものである。ここで、１９−１はトライ
ステートバッハァ、１９−２はＲＡＭ、１９−３は加算
器、１９−４はゲート回路１９−５は書込読出しゲート
信号発生器、１９−６は、アドレス発生器である。

第３図は２ＲＡＴＥで超音波の１ラスタを形成するに必
要な振動子群の選択方法を示したものである。

第４図（ａ），（ｂ）は、第３図において、各振動子群
に与える受信選択回路時間を示したものである。

第５図は、３ＲＡＴＥで超音波の１ラスタを形成するた
めの第１図のラインメモリ群１９のブロック図の詳細を
示したものである。

第６図は、第５図の３ＲＡＴＥで超音波の１ラスタを形
成するに必要な振動子群の選択方法を示したものであ
る。

ここで、本発明の一実施例について動作説明を行う。動
作説明は、基本動作を簡単化する為に、２ＲＡＴＥ即ち
送信回数２回で、超音波の１ラスタを形成する構成を例
として説明を進める。また、アレイ振動子から成る超音
波診断装置で最も普及しているものとして、リニアスキ
ャン及びセクタスキャン装置があるが、基本構成は同じ
であるため、ここでは、セクタスキャン装置の構成につ
いて、説明を行う。また、本実施例の超音波診断装置の
従来例である第７図の装置と同じ働きをする回路ブロッ
クにおいては、同一の番号を付して、ここでは新たな説
明を省く。また、１ラスタを形成する送信振動子数を４
素子、受信振動子数を８素子としたものについて説明す
る。まず、ＲＡＴＥ１でＣＰＵ１９から送信ビームのフ
ォーカス点のデータが出力され、そのデータが送信遅延
データ発生器３に与えられる。この送信遅延データ発生
器３は遅延データを発生し、その送信遅延データを送信
遅延回路群４に与える。この送信遅延回路群４は送信振
動子のそれぞれが送信フォーカス点に音波の波面が合う
様に遅延時間を与えられたパルス信号を出力する。この
信号を送信回路群５にによって振動子を励振するに必要
な高振幅の信号に変換する。第３図の様に振動子６−３
から６−６を励振する。第３図において、ＬＡはラス
タ、ＲＡはＲＡＴＥ、Ｔは送信振動子、Ｒは受信振動子
を示している。また、同図において斜線部分は、使用す
る振動子を示している。これら送信音波によって被検体
からのエコー信号を振動子６−１から６−８で受波す
る。その信号をリミッタ群７を通して切換器群１７に加
える。ここで、ＣＰＵ１６のデータによって第３図のＲ
Ａ１の様に、振動子６−１から６−４までの４素子から
の信号をまず選択する。次に、その信号をプリアンプ群
８で増幅し受信遅延回路群１０に加える。この受信遅延
回路群１０で、それぞれの信号に遅延時間を与えて受信
フォーカス点に波面が合うようにする。この遅延時間の
与え方を第４図に示している。第４図（ａ）は従来にお
いて振動子８素子でのビーム偏向とフォーカスを行なう
ために、それぞれの振動子に相当する受信信号に遅延時
間を与えている。第４図（ｂ）は、本発明によって第４
図（ａ）と同等の超音波ビームを得る為の受信遅延時間
の与え方を示したものである。第４図において、横軸Ｔ
ｄは、遅延時間を示し、縦軸は、振動子の素子番号を示
している。この様に、まず、振動子の６−１から６−４
に第４図（ａ）と同じ遅延時間Ｔｄ１からＴｄ４の遅延
時間を与えて、それぞれを加算した後受信遅延データ発
生器１０から出力する。そ信号をＡＤＣ１８でデジタル
信号に変換し、ラインメモリ群１９に加える。ＡＤＣ１
８のクロック信号は超音波受信信号の有する周波数帯域
の最大周波数の２倍以上の周波数を有している。ライン
メモリ群１９は第２図に示す回路構成であり、書込み読
み出しゲート信号発生器１９−５で、書込みゲート信号
を発生し、トライステートバッファ１９−１を導通状態
にする。すなわちＡＤＣ１８の出力信号ｈをＲＡＭ１９
−２に与える。次に、基準信号発生器１からのクロック
信号ｆとＣＰＵ１６からの信号ｇで、アドレス発生器１
９−６によりＲＡＭ１９−２のアドレス信号を発生し、
受信信号の１ＲＡＴＥ分ＲＡＭ１９−２にストアする。
この時、ゲート回路１９−４及び１９−７はオフ状態に
なっており、それぞれから信号は出力されない。ここま
でで、最初のＲＡＴＥ１の動作が終了する。次に、ＲＡ
ＴＥ２において、ＲＡＴＥ１と同様にＣＰＵ１６の送信
フォーカスデータによって送信遅延データ発生器３、送
信遅延回路群４、送信器群５から同様な振動子６−３か
ら６−６に対して励振パルスを与える。それによって得
られる受信信号をリミッタ群７に通して、第３図のＲＡ
２のＲの様に切換器群１７で振動子６−５から６−８を
選択する。ここで選ばれた信号をプリアンプ群８に通し
て受信遅延回路群１０に与える。受信遅延回路群１０で
は第４図（ｂ）に示す様に、振動子６−５に与える信号
に対してＴｄ５−Ｔｄ０の遅延時間を与える。ここでＴ
ｄ０は後段のラインメモリ群１９において、メモリデー
タを制御してＴｄ０と等価の遅延時間を与えている。こ
れによって受信遅延回路群１０での必要な最大遅延時間
を少なくして回路規模を縮小している。この様に、他の
振動子６−６にはＴｄ６−Ｔｄ０、６−７にはＴｄ７−
Ｔｄ０、６−８にはＴｄ８−Ｔｄ０の遅延時間を与え
る。これによって得られたそれぞれの信号を受信遅延回
路１０の加算器で加算して、その信号をＡＤＣ１８を通
してラインメモリ群１９に与える。ラインメモリ群１９
では、信号ｆ、ｇにより書込み読出しゲート信号発生器
１９−５で読出しゲート信号を発生し、トライステート
バッファ１９−１をオフにしＲＡＭ１９−２を読出し状
態にし、ゲート回路１９−４及び１９−７をオン状態に
する。次に、アドレス発生器１９−６でＲＡＭ１９−２
の読出しアドレスを発生する。このアドレス信号は、第
４図（ｂ）に示したＴｄ０に相当する遅延時間を与える
為に、ＲＡＭ１９−２のデータの読出しをＴｄ０に相当
するアドレス分進めて読出す事によってなし遂げられ
る。ここで読出された信号をゲート回路１９−７に通
す。一方、ＡＤＣ１８からの信号は、ゲート回路１９−
４を通る。これによって、ゲート回路１９−７及び１９
−４の出力は加算器１９−３で加算され、ラインメモリ
群１９の出力信号Ｋになる。この信号は第４図（ａ）の
振動子８素子から成る超音波ビームに相当する。次に、
この信号Ｋは、検波器２０に与えて絶対値を取りＤＳＣ
１３に与える。ＤＳＣ１３では、表示器１５であるＴＶ
−モニタに表示するためにスキャン変換しＤＡＣ１４で
アナログ信号に変換して、表示器１５に表示する。本実
施例は、２ＲＡＴＥで超音波の１ビームを形成する構成
であったが、本発明は２ＲＡＴＥではなく、数ＲＡＴＥ
で１ビームを形成する態様であっても切換器１７の選択
を分割して選択し、且つ、ラインメモリ１９と周辺回路
を増設する事によって、容易に成し遂げる事が出来る。
第５図は、３ＲＡＴＥで、１ビームを形成する為の回路
の構成を示すものである。この時の振動子の選択方法を
第６図に示す。第５図において、２０−１はトライステ
ートバッファ１、２０−２はＲＡＭ１、２０−３はトラ
イステートバッファ２、２０−４はＲＡＭ−２、２０−
５はゲート回路３、２０−６は加算器、２０−７は書込
み読出しゲート発生器、２０−８はアドレス発生器、２
０−９はゲート回路１、２０−１０はゲート回路２を示
す。第６図の各信号は第３図と同じである。この回路動
作は、第６図のＲＡＩ（１ＲＡＴＥ）で振動子６−３か
ら６−６を励振する。それによる受信信号を切換器１７
で受信振動子６−１から６−３までを選択する。その信
号を前述したようにプリアンプ群８、受信遅延回路群１
０、ＡＤＣ１８を通して信号ｈとして、第５図の回路に
与える。第５図に示す回路において、信号ｇ、ｆで書込
み読出しゲート発生器２０−７によりトライステートバ
ッファ２０−１をオン状態にしＲＡＭ（１）２０−２に
アドレス発生器２０−８のアドレス信号で受信データを
ストアする。このとき、トライステートバッファ２０−
３、ゲート回路（３）２０−５、ゲート回路（１）２０
−９、ゲート回路（２）２０−１０はオフ状態にある。
次に、第６図のＲＡ２の様に、送信ビームはＲＡ１と同
様な振動子を励振し、受信時に切換器群１７で、振動子
６−４、６−５からの信号を選択し、その信号を書込み
読出しゲート発生器２０−７により第５図のトライステ
ートバッファ（２）２０−３を通してＲＡＭ（２）２０
−４にストアする。この時トライステートバッファ
（２）２０−１、ゲート回路（３）２０−５、ゲート回
路（１）２０−９、ゲート回路（２）２０−１０はオフ
状態にある。次に、第６図のＲＡ３の様に送信ビームは
ＲＡ１と同じ振動子を励振し、受信時に切換器群１７
で、振動子６−６、６−７、６−８からの信号を選択
し、その信号を第５図のゲート回路（３）２０−５を通
す。この時トライステートバッファ（１）２０−１、ト
ライステートバッファ（２）２０−３はオフ状態にあ
り、ゲート回路（１）２０−９、ゲート回路（２）２０
−１０はオン状態にある。この時アドレス発生器２０−
８によって、ＲＡＭ（１）２０−２、ＲＡＭ（２）２０
−４にストアされているデータを読出す。これらＲＡＭ
（１）２０−２、ＲＡＭ（２）２０−４の出力信号とゲ
ート回路（３）２０−５からの信号を加算器２０−６で
加算する。これによって、３ＲＡＴＥで、第４図（ａ）
と同じ受信ビームを形成する事が出来る。

［発明の効果］ 前述した様に、本発明によれば受信時に複数の振動子群
Ｎに相当する超音波ビームを形成するために、受信時に
複数の超音波繰返周期のＲＡＴＥで、Ｎの振動子群をい
くつかのブロックに分ける切換回路群と、分られた振動
子群で、振動子群Ｎに相当する超音波ビームを形成する
に必要な遅延時間に設定する受信遅延回路群と、それに
よって得られた信号をストアするラインメモリ群と、そ
れらメモリ群の出力を加算する加算器とを備える事によ
り、フレーム数を実用上落としても問題ない診断部位に
おいて（腹部、産婦人科等）Ｓ／Ｎ及び分解能の低下な
くフレーム数の低下分、受信遅延回路の回路規模を削減
する事により、超音波診断装置の小型化及び低価格化を
図る事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体例の回路ブロック図、第２図は、
第１図のラインメモリー群の内部構成を示すブロック
図、第３図は、２ＲＡＴＥで超音波の１ラスタと形成す
るに必要な振動子群の選択方法の説明図、第４図（ａ）
及び第４図（ｂ）は、第７図及び第１図に示す各振動子
群に相当する受信信号に与える受信遅延時間を示す説明
図、第５図は、３ＲＡＴＥで超音波の１ラスタを形成す
るためのラインメモリ群の内部構成を示すブロック図、
第６図は、第５図の３ＲＡＴＥで超音波の１ラスタを形
成するに必要な振動子群の選択方法を示した説明図、第
７図は従来の超音波診断装置の一例を示すブロック図、
第８図はアレイ振動子における振動子口径と超音波ビー
ムの関係を示す図、第９図はアレイ振動子の素子ピッチ
間隔とそれによって発生するグレーテイングローブの関
係を示す図である。 ６……振動子群、１０……受信遅延回路、 １７……切替回路、１９……ラインメモリ、 １９−３……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の超音波振動子をアレイ状ないしはマ
   トリックス状に配列した振動子群を備えた超音波診断装
   置において、受信時に複数の超音波繰返周期のＲＡＴＥ
   で振動子群をいくつかのブロックに分けて複数の振動子
   群Ｎに相当する超音波ビームが形成されるようにする切
   換回路群と、該切換回路群によりいくつかのブロックに
   分けられた上記振動子群で振動子群Ｎに相当する超音波
   ビームを形成するに必要な遅延時間を設定する受信遅延
   回路と、分けられた振動子群で得られた信号をそれぞれ
   ストアするラインメモリ群と、それらメモリ群の出力を
   加算する加算器とを備えたことを特徴とする超音波診断
   装置。