JPH02209135A - 超音波送受信装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は例えば超音波診断装置等に使用する超音波送
受信装置、特にダレイティングサイドローブを抑圧する
ようにビーム指向特性を改善した超音波送受信装置に関
するものである。

［従来の技術］ 第１Ｏ図は従来の超音波送受信装置のブロック図であり
、図において、１−１−１−３２は＃１から＃３２まで
の振動子で超音波送受波の開口を形成するもの、１０は
例えば振動子１−１〜１−３２を一定間隔で直線状に配
列した探触子（一般にリニアアレイ探触子という）、２
はプリアンプ、３はフォーカス回路、４はログアンプ（
対数増幅器）、３１はプリアンプ２、フォーカス回路３
及びログアンプ４を内蔵する受信部、５はアナログ・デ
ジタル変換器（以下ＡＤ変換器という）、２０は一般に
送信用フォーカス回路をも含む送信部、８０はデジタル
・スキャンφコンバータ（以下ＤＳＣという）、７０は
表示器である。

第１Ｏ図の動作を説明する。送信部２０は一定の周期毎
に例えば周波数１〜１０ＭＨｚ程度のバースト波で探触
子１０内の各振動子１−１〜１−３２をそれぞれ対応す
る遅延時間を有する遅延素子を介して励振する。この遅
延素子を介して振動子を励振する方法を電子フォーカス
法と言い、第３図においてその詳細を説明する。この電
子フォー・カス法により電気信号の印加された各振動子
１−１〜１−３２は電気信号を音響信号に変換し、それ
ぞれ超音波出力信号として探触子１０の長方形開口面よ
り送波する。ここで各振動子１−１〜１−３２はりニア
アレイ構造となっているため、各振動子よりの出力波が
合成された超音波音響信号は長方形開口面に対しである
指向特性を有する。探触子ＩＯより送波された超音波音
響信号は媒体中（例えば人体中）を伝播し、音響インピ
ーダンスの変化点である反射物体からの反射信号は再び
探触子１０に受波され、各振動子１−１〜１−３２は受
波した超音波音響信号をそれぞれ電気信号に変換し出力
する。この３２チヤネル分の受信信号はそれぞれ受信部
３１内のプリアンプ２でチャネル別に増幅され、フォー
カス回路３へ供給される。

第３図はフォーカス回路が内蔵する遅延素子の遅延時間
を説明する図である。即ち従来のフォーカス回路は前記
リニアアレイ配置の両端の振動子１−１及び１−３２か
ら得られる信号には最少の遅延時間を、前記アレイ配置
の中央の振動子１−１８及び１−１７から得られる信号
には最大の遅延時間を、また前記アレイ配置の両端と中
央の中間の振動子から得られる信号には、それぞれの振
動子の配列位置に応じた中間の遅延時間を与えて・、所
望のフォーカス距離における反射物体からの反射信号の
到達時間を等しくさせるように調整するものである。

従ってこの遅延時間の特性はフォーカス距離に対応して
設定される。フォーカス回路３は入力される３２チヤネ
ルの信号毎に対応する上記説明の遅延時間を付与して取
り出された出力信号を１つの信号に加算合成し、ログア
ンプ４へ供給する。ログアンプ４は対数特性により入力
信号を増幅し、出力信号をＡＤ変換器５へ供給する。Ａ
Ｄ変換器５は入力アナログ信号を量子化し、デジタル信
号をＤＳＣ６０へ供給する。ＤＳＣ６０は内蔵するフレ
ームメモリに入力信号を一旦記憶し、これを超音波映像
信号として表示器７０により表示する。

第１１図は従来の超音波送受信装置のビーム指向特性を
示す図である。同図は前記リニアアレイ探触子の長方形
開口面の中央に垂線を設け、該垂線を通り開口面のアレ
イ配列方向に沿う面（以下水平面という）のビーム指向
特性であり、横軸は前記垂線の方向を０度とし、前記水
平面における垂線の左側を負、同右側を正とした角度で
ある。縦軸は前記水平面における超音波受信信号の最大
信号振幅値をＯｄＢとして正規化した各角度における受
信信号振幅値である。第１１図は送波周波数を５）Ｉｌ
ｆｚ　ｓ振動素子数を３２、振動素子間隔を送波周波数
の１波長の長さλとした場合の前記水平面指向特性であ
り、同図により中央位置０度におけるメインローブのほ
かに、±４０度付近に不要なグレイティングサイドロー
ブが発生していることが分る。

一般にこのグレイティングサイドローブは振動子の送波
周波数と振動素子の間隔（ピッチ）により発生する角度
が決まり、偽像発生の原因となっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の超音波送受信装置では、超音波の送
受信ビーム指向特性にメインローブのほかに好ましくな
いグレイティングサイドローブを生じるため、偽像が発
生する場合があり、超音波診断装置に適用した場合には
誤診の原因となるという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためグレイティング
サイドローブを抑圧した指向特性の改善された超音波送
受信装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この第１の発明に係る超音波送受信装置は、複数の振動
子がアレイ状に配列され形成される探触子と、該探触子
に設定された開口に含まれるすべての振動子を励振し、
超音波信号を送信する送信手段と、前記開口に含まれる
振動子が超音波信号を受波したとき、開口を形成する振
動子のアレイ状配列の一端から開口に含まれる全振動子
数の半数の振動子より得られる受信信号をそれぞれ増幅
後、電子フォーカス処理を行ない出力信号を得る第１の
受信手段と、前記開口に含まれる振動子が超音波信号を
受波したとき、開口を形成する振動子のアレイ状配列の
他端から開口に含まれる全振動子数の半数の振動子より
得られる受信信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処
理を行ない出力信号を得る第２の受信手段と、前記第１
の受信手段及び第２の受信手段より得られる出力信号の
振幅値を比較し、その振幅値の小さい方の信号又は等し
い値の信号を出力信号として選択する比較選択手段とを
備えたものである。

この第２の発明に係る超音波送受信装置は、複数の振動
子がアレイ状に配列され形成される探触子と、該探触子
に設定された開口に含まれるすべての振動子を励振し、
超音波信号を送信する送信手段と、前記開口に含まれる
振動子が超音波信号を受波したとき、開口を形成する振
動子のアレイ状配列の一端から開口に含まれる全振動子
数の半数を越える数の振動子より得られる受信信号をそ
れぞれ増幅後、電子フォーカス処理を行ない出力信号を
得る第１の受信手段と、前記開口に含まれる振動子が超
音波信号を受波したとき、開口を形成する振動子のアレ
イ状配列の他端から開口に含まれる全振動子数の半数を
越える数の振動子より得られる受信信号をそれぞれ増幅
後、電子フォーカス処理を行ない出力信号を得る第２の
受信手段と、前記第１の受信手段及び第２の受信手段よ
り得られる出力信号の振幅値を比較し、その振幅値の小
さい方の信号又は等しい値の信号を出力信号として選択
する比較選択手段とを備えたものである。

［作用］ この第１及び第２の発明においては、探触子は複数の振
動子がアレイ状に配列されて形成され、送信手段が前記
探触子に形成された開口に含まれるすべての振動子を励
振し、超音波信号を送信する。

そしてこの第１の発明において、前記送信され反射物体
から反射される超音波信号を前記開口に含まれる振動子
が受波し、第１の受信手段が前記開口を形成する振動子
のアレイ状配列の一端から開口に含まれる全振動子数の
半数の振動子より得られる受信信号をそれぞれ増幅後、
電子フォーカス処理を行ない、一方向のグレイティング
サイドローブを抑圧した出力信号を発生し、第２の受信
手段が前記開口を形成する振動子のアレイ状配列の他端
から開口に含まれる全振動子数の半数の振動子より得ら
れる受信信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処理を
行ない、他方向のグレイティングサイドローブを抑圧し
た出力信号を発生し、比較選択手段が前記第１の受信手
段及び第２の受信手段より得られる出力信号の振幅値を
比較し、その振幅値の小さい方の信号又は等しい値の信
号を出力信号として選択し、両方向のグレイティングサ
イドローブを抑圧した受信信号を得る。

またこの第２の発明において、前記送信され反射物体か
ら反射される超音波信号を前記開口に含まれる振動子が
受波し、第１の受信手段が前記開口を形成する振動子の
アレイ状配列の一端から開口に含まれる全振動子数の半
数を越える数の振動子より得られる受信信号をそれぞれ
増幅後、電子フォーカス処理を行ない、メインローブの
ビーム幅を余り広げないで一方向のグレイティングサイ
ドローブを抑圧した出力信号を発生し、第２の受信手段
が前記開口を形成する振動子のアレイ状配列の他端から
開口に含まれる全振動子数の半数を越える数の振動子よ
り得られる受信信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス
処理を行ない、メインローブのビーム幅を余り広げない
で他方向のグレイティングサイドローブを抑圧した出力
信号を発生し、比較選択手段が前記第１の受信手段及び
第２の受信手段より得られる出力信号の振幅値を比較し
、その振幅値の小さい方の信号又は等しい値の信号を出
力信号として選択し、メインローブのビーム幅を余り広
げないで両方向のグレイティングサイドローブを抑圧し
た受信信号を得る。

［実施例］ 第１図はこの発明の超音波送受信装置の一実施例を示す
ブロック図であり、１−１−１−３２．１Ｏ１２０，６
０及び７０は第１０図の従来装置と同一のものである。

２−１１及び２−２は＃１及び＃２プリアンプ、ａ−を
及び３−２は＃１及び＃２フォーカス回路、４−１及び
４−２は＃１及び＃２０グアンプ、３０及び４０は＃１
受信部及び＃２受信部、５−１及び５−２は＃１及び＃
２ＡＤ変換器、６は信号選択・回路である。

第１図の動作を説明する。送信部２０は従来装置と同様
に、一定の周期毎に例えば周波数１〜ｌＯＭＨｚ程度の
バースト波で探触子１０内の開口を形成する各振動子１
−１〜１−３２を前記電子フォーカス法により励振する
。電気信号の印加された各振動子１−１−１−３２は電
気信号を音響信号に変換し、それぞれ超音波出力信号と
して探触子１０の長方形開口面より送波する。探触子Ｉ
Ｏより送波され、媒体中を伝播し、音響インピーダンス
の変化点である反射物体からの反射信号は再び探触子ｌ
Ｏに受波され、各振動子１−１〜１−３２は受波した超
音波音響信号をそれぞれ電気信号に変換して出力する。

この各振動子！−１−１−３２からの出力信号を１対の
受信部３０及び４０により個別に受信処理し、その後選
択合成する処理方法に本発明の大きな特徴がある。

第２図はこの発明の探触子開口と１対の受信開口とを説
明する図である。同図の（ア）は探触子開口部が長方形
開口面をなし、この開口面の長手方向の長さがしてある
ことを示している。同図の（イ）は探触子開口長りを２
等分するように＃１受受信口及び＃２受受信口を設けた
場合である。

即ち＃１及び＃２受受信口長を９１すると、１１−１／
２Ｌの関係にある。以下第２図の（イ）の場合につき説
明する。振動子１−１〜１−１６からの１６チヤネル分
の受信信号は＃１受信部３０内の＃１プリアンプ２−１
で、また振動子１−１７〜１−３２からの１６チヤネル
分の受信信号は＃２受信部４０内の＃２プリアンプ２−
２でそれぞれチャネル別に増幅される。

＃１プリアンプ２−１から１６チヤネルの出力信号は＃
１フォーカス回路３−１へ、＃２プリアンプ２−２から
１６チヤネルの出力信号は＃２フォーカス回路３−２へ
それぞれ供給される。＃１及び＃２フォーカス回路は従
来のフォーカス回路を２分割したもので良い。即ち第３
図の横軸を振動子番号１６と１７の間の中心線により２
分割し、その左側が＃１フォーカス回路用の遅延特性、
その右側が＃２フォーカス回路用の遅延特性となるよう
に、それぞれのチャネル信号に対応した遅延素子が設け
られる。

＃１及び＃２フォーカス回路３−１及び３−２はそれぞ
れ入力される１６チヤネルの信号毎に対応する遅延時間
を有する遅延素子を介して取り出された信号を加算合成
し１つの出力信号としてそれぞれ＃１及び＃２０グアン
ブ４−１及び４−２へ供給する。

＃１及び＃２０グアンブ４−１及び４−２は入力信号を
対数増幅し、それぞれ＃１及び＃２ＡＤ変換器５−１及
び５−２へ供給する。

第４図は＃１受信部３０よりの出力信号のビーム指向特
性を示す図であり、第５図は＃２受信部４０よりの出力
信号のビーム指向特性を示す図である。

第４図及び第５図の説明をする。第４図及び第５図の指
向特性の面（前記の水平面）、横軸の角度、縦軸の正規
化信号振幅、送波周波数及び振動素子間隔は第１１図に
おいて説明した内容と全く同一のものである。ここで第
４図は振動子１−１〜１−１６からの受信信号を＃１受
信部３０において受信処理したビーム指向特性であり、
左側の一４０度付近にのみグレイティングサイドローブ
が発生しており、右側にはほとんど存在しない。また第
５図は振動子１−１７〜１−３２からの受信信号を＃２
受信部４０において受信処理したビーム指向特性であり
、右側の＋４０度付近にのみグレイティングサイドロー
ブが発生しており、左側にはほとんど存在しないことが
示されている。従って第４図からはグレイティングサイ
ドローブの存在しない中央より右側（正の角度範囲）の
指向特性を採り、第５図からは同様に中央より左側（負
の角度範囲）の指向特性を採り、両者を合成すれば両方
向のグレイティングサイドローブをほぼ除去した指向特
性が得られることが分る。

＃１及び＃２受信部３０及び４０からそれぞれ出力され
たアナログ信号は信号処理部５０内の＃１及び＃２ＡＤ
変換器５−１及び５−２により量子化されデジタル信号
として信号選択回路６に供給される。

信号選択回路６は例えばデジタル比較器と選択器とを内
蔵し、２つの入力信号を比較し、２つの入力信号のデジ
タル値が等しい場合はその等しい値を選択し、また２つ
の入力信号のデジタル値に大小関係がある場合はその小
さい方の値を選択して出力する。このようにして信号選
択回路６は＃１及び＃２ＡＤ変換器５−１及び５−２．
からの入力信号のうち、いずれか一方の入力信号を選択
して出力する。この信号選択回路６により２つのビーム
指向特性の選択合成が行なわれることになり、第６図に
その合成結果の指向特性を示す。

第６図はこの発明のグレイティングサイドローブの改善
されたビーム指向特性を示す図である。

第６図の指向特性の面、横軸、縦軸、送波周波数及び振
動素子間隔等は、第４図、第５図及び第１１図において
説明した内容と全く同一のもである。

同図においてはグレイティングサイドローブはほぼ除去
され、偽像発生の危険はほとんどない。しかしメインロ
ーブの幅が増加し、ややブロードのビームとなっている
。

第７図は第６図のメインローブを角度方向に拡大したビ
ーム指向特性を示す図である。同図は横軸の角度目盛が
拡大されている点を除けば、すべて第６図で説明した内
容と同一のメインローブ指向特性図である。また同図の
実線は＃１受信器３０（即ち一方の受信器のみ）の出力
によるメインローブの指向特性を、破線は信号選択回路
６により選択合成された出力によるメインローブの指向
特性をそれぞれ示している。同図により選択合成後のメ
インローブの幅はやや広くなることがわかる。

この選択合成後のメインローブの幅を狭くする手法とし
て振動素子間隔を広げ開口面積を大きくする方法がある
。例えば振動素子間隔を第４図及び第５図の２倍、即ち
送波周波数の２波長の長さ２λとした場合のビーム指向
特性図を第８図に示す。

第８図はこの発明のメインローブの幅を改善したビーム
指向特性を示す図であり、振動素子間隔を２倍とした点
を除けばすべて第４図で説明した内容と同一である。同
図の実線は＃１受信器３０の出力によるビーム指向特性
を、破線は信号選択回路６により選択合成された出力に
よるビーム指向特性をそれぞれ示している。

第９図は第８図のメインローブを角度方向に拡大したビ
ーム指向特性を示す図である。同図は横軸の角度目盛が
拡大されている点を除けば、すべて第８図で説明した内
容と同一のメインローブ指向特性図である。また同図の
実線は＃１受信器３０（即ち一方の受信器のみ）の出力
によるメインローブの指向特性を、破線は信号選択回路
６により選択合成された出力によるメインローブの指向
特性をそれぞれ示している。第９図を第７図と比較する
とメインロ−ブの幅が狭くなっていることが分る。メイ
ンローブの幅が狭くなることにより、探触子１０から得
られる反射信号を受信処理した超音波映像信号の分解能
は向上し、良質の画像表示が可能となる。

信号選択回路６は選択合成した信号をＤＳＣ８０へ供給
する。ＤＳＣ８０は内蔵するフレームメモリに入力信号
を一旦記憶し、これを超音波映像信号として表示器７０
により表示する。

なお上記実施例においては、信号選択回路６が２つのデ
ジタル信号の大小関係を比較して、選択動作を行なう例
を示したが、＃１及び＃２受信部３０及び４０から出力
される２つのアナログ信号の大小関係をアナログ電圧比
較器により比較し、この比較結果により選択動作を行な
うようにしても全く同様の効果を期待できる。

また上記実施例では第２図の（イ）に示したように＃１
及び＃２受受信口長Ｉ１１が探触子開口長りのｌ／２に
等しい場合の例を示したが、本発明はそれに限定される
ものではなく、例えば第２図の（つ）に示したように＃
１及び＃２受受信口長１２が探触子開口長しの１７２を
越える場合、即ちｌ／２〉１１２Ｌでもよい。この場合
は２つの受信開口部の重なり合った部分の振動子からの
出力信号は＃１及び＃２受信部３０及び４０の両方で受
信処理される。この場合の効果はグレイティングサイド
ローブの抑圧効果はやや軽減されるが、振動素子間隔を
広げなくともメインローブの幅を狭くすることが可能と
なる。このようにして２つのトレイドオフの関係にある
両特性をうまく調和した製品を実現することが可能とな
る。また例えば第２図の（１）に示したように＃１及び
＃２受受信口長１３が探触子開口長しの１７２以下の場
合、即ちｌ／３く１１２Ｌとしてもよい。

さらに上記実施例では複数の振動素子を一定間隔で直線
状に配列したリニアアレ、イ探触子の例を示したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、曲線状に配列し
た探触子、例えば人体の腹部診断用のコンベックス形探
触子に本発明を適用することも可能である。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、超音波探触子のアレイ
状に配列された振動子を全く重複しない２つのグループ
又はアレイの中央で一部重複する２つのグループに分け
、それぞれのグループに属する振動子から得られる受信
信号を個別に受信処理し、この個別に受信処理された出
力信号の振幅を比較して、振幅値の小さい方の出力信号
を選択することにより、グレイティングサイドローブを
十分に抑圧したビーム指向特性、又はグレイティングサ
イドローブの抑圧効果はやや軽減されるがメインローブ
のビーム幅を狭くしたビーム指向特性が得られるので、
超音波受信映像の偽像を防止できるという効果が得られ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波送受信装置の一実施例を示す
ブロック図、第２図はこの発明の探触子開口と１対の受
信開口とを説明する図、第３図はフォーカス回路が内蔵
する遅延素子の遅延時間を説明する図、ｍ４図は＃１受
信部３０よりの出力信号のビーム指向特性を示す図、第
５図は＃２受信部４０よりの出力信号のビーム指向特性
を示す図、第６図はこの発明のグレイティングサイドロ
ーブの改善されたビーム指向特性を示す図、第７図は第
６図のメインローブを角度方向に拡大したビーム指向特
性を示す図、第８図はこの発明のメインローブの幅を改
善したビーム指向特性を示す図、第９図は第８図のメイ
ンローブを角度方向に拡大したビーム指向特性を示す図
、第１０図は従来の超音波送受信装置のブロック図、第
１１図は従来の超音波送受信装置のビーム指向特性を示
す図である。 図において、■−１〜１−３２は振動子、２はプリアン
プ、２−１は＃１プリアンプ、２−２は＃２プリアンプ
、３はフォーカス回路、３−１は＃１フォーカス回路、
３−２は＃２フォーカス回路、４はログアンプ、４−１
は＃１０グアンプ、４−２は＃２０グアンプ、５はＡＤ
変換器、５−１は＃ＩＡＤ変換器、５−２は＃２ＡＤ変
換器、１０　Ｌｔ探触子、２０　Ｇｅｔ送信部、３０は
＃１受信部、３１は受信部、４ｏは＃２受信部、５０は
信号処理部、６０はＤＳＣ，７０は表示器である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の振動子がアレイ状に配列され形成される探
   触子と、 該探触子に設定された開口に含まれるすべての振動子を
   励振し、超音波信号を送信する送信手段と、 前記開口に含まれる振動子が超音波信号を受波したとき
   、開口を形成する振動子のアレイ状配列の一端から開口
   に含まれる全振動子数の半数の振動子より得られる受信
   信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処理を行ない出
   力信号を得る第１の受信手段と、 前記開口に含まれる振動子が超音波信号を受波したとき
   、開口を形成する振動子のアレイ状配列の他端から開口
   に含まれる全振動子数の半数の振動子より得られる受信
   信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処理を行ない出
   力信号を得る第２の受信手段と、 前記第１の受信手段及び第２の受信手段より得られる出
   力信号の振幅値を比較し、その振幅値の小さい方の信号
   又は等しい値の信号を出力信号として選択する比較選択
   手段とを備えたことを特徴とする超音波送受信装置。
2. （２）複数の振動子がアレイ状に配列され形成される探
   触子と、 該探触子に設定された開口に含まれるすべての振動子を
   励振し、超音波信号を送信する送信手段と、 前記開口に含まれる振動子が超音波信号を受波したとき
   、開口を形成する振動子のアレイ状配列の一端から開口
   に含まれる全振動子数の半数を越える数の振動子より得
   られる受信信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処理
   を行ない出力信号を得る第１の受信手段と、 前記開口に含まれる振動子が超音波信号を受波したとき
   、開口を形成する振動子のアレイ状配列の他端から開口
   に含まれる全振動子数の半数を越える数の振動子より得
   られる受信信号をそれぞれ増幅後、電子フォーカス処理
   を行ない出力信号を得る第２の受信手段と、 前記第１の受信手段及び第２の受信手段より得られる出
   力信号の振幅値を比較し、その振幅値の小さい方の信号
   又は等しい値の信号を出力信号として選択する比較選択
   手段とを備えたことを特徴とする超音波送受信装置。