JPH0414012B2 - - 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係り、特に複数個の
超音波振動子を切換えて超音波ビームを走査する
リニア電子走査型の超音波診断装置に関するもの
である。

〔発明の技術的背景〕 電子走査方式の超音波診断装置には、その目的
に応じて超音波ビームを平行に移動させるリニア
走査方式とビームを扇形に偏向させるセクタ走査
方式とがある。

このうち、リニア走査方式は多数の超音波振動
子（以下、単に振動子と云う）を平面上に一列に
配列して電子スイツチにより、隣接する所定個の
振動子を一組として選択して各々励振し、励振さ
れた各々の振動子の発生超音波の干渉を利用して
超音波を一本のビーム状に絞り、そのビームによ
るエコーを励振した各々の振動子で受信してその
各々の信号が生体反射点の深さに時間的に皆一致
するよう各々対応させた遅延時間をもつて遅延さ
せて時間軸を一致させた後、加算合成して超音波
エコーの信号を得る。そして、１パルスのビーム
を送受する毎に前記一組の振動子は隣接する振動
子１個分をずらした次の新たな一組の振動子に選
択切換えられ、この新たな一組の振動子について
励振を行う。このようにして１パルスの超音波ビ
ーム発生毎に励振すべき一組の振動子を一振動子
分ずつずらしたかたちで選択してゆくことによ
り、超音波ビームは順次、振動子一個分のピツチ
で移動してゆく。このような原理を利用したもの
がリニア走査方式であり、超音波探触子（プロー
ブ）を一箇所に固定したまま振動子の選択的励振
によつて超音波探触子からの超音波ビームを平行
に走査できるものである。

この場合、超音波ビームの走査線間隔は順次切
換えられながら励振されてゆく一群の振動子の中
心位置のピツチに等しいから、超音波探触子の振
動子口径が小さい程、走査線間隔も狭くすること
ができる。

一方、励振された一組の振動子口径すなわち、
アパーチヤ（超音波ビーム１パルス分を出力する
に用いた一組の振動子の総面積）が小さくなると
遠距離での指向性が鈍くなり、方位分解能が低下
することが知られている。従つて鋭い指向性を得
るためにはある程度大きなアパーチヤが必要とな
る。

従つて、従来は第１図に示すように多数個の振
動子６−１，〜６−Ｍを並べて構成した超音波探
触子６の該振動子６−１，〜６−Ｍを、基準信号
発生器１の出力する基準信号ａに応動して制御を
行うコントローラ２の制御のもとに動作する高圧
アナログスイツチ５によつて例えばＮ個１組とし
て選択し、基準信号ａを該１組の振動子の位置と
フオーカスの位置に応じた遅延時間を送信遅延部
３により与えて送信回路群４の各々対応する送信
回路に与え、これによつて各送信回路より出力さ
れる駆動パルスを前記高圧アナログスイツチ５を
介して該高圧アナログスイツチ５により選択され
ている振動子に与えることにより励振して超音波
ビームを送信する。

これにより超音波ビームはＮ個の振動子より発
生する超音波により形成されるので、アパーチヤ
はＮ個分振動子の開口面積に相当することになり
個々の振動子の開口寸法が小さくともアパーチヤ
を大きくとれる他、一組即ち、励振するＮ個１組
の振動子を超音波ビーム１パルス発生毎に１振動
子ずつ隣りの振動子に切換選択して１ピツチ分ず
つ振動子位置を移動してゆくことにより走査線間
隔は１振動子の配列ピツチに対応した間隔とする
ことができる。

このようにすると振動子間隔のＮ倍のアパーチ
ヤが得られるので、指向性が向上する。

ところで、一般には空間分解能を向上させるた
めに送受信系に遅延線を使い、超音波の送受信時
に電子的にフオーカスをかける電子フオーカスが
行われる。

例えば送信フオーカスを考えると、第１図に示
すようにＮ個の振動子を選択する高圧アナログス
イツチ５に対応してＮ個分の遅延時間が設定でき
る送信遅延部３により、前記Ｎ個の振動子を励振
した際に所望のフオーカス点で超音波ビームが収
束されるような各振動子の励振タイミングを遅延
時間として与え、基準信号ａをこの送信遅延部３
に与えてＮ個の振動子の各々の位置に応じた前記
遅延時間だけ遅延された信号とし、これら各信号
をＮ個の振動子分対応してそれぞれ設けられた送
信回路の対応送信回路に与えて各々励振パルスを
発生させ、これを高圧アナログスイツチ５を介し
て選択されたＮ個１組の振動子のうち各々対応す
る位置の振動子に与えてこれを励振させる。これ
によつてＮ個の各振動子の励振タイミングがそれ
ぞれの遅延時間分ずつずれて励振される結果、Ｎ
個１組の振動子より発射される超音波は凹面状の
合成波面となつて送波超音ビームを所望の一点で
集束させる。この集束によつて集束点ではビーム
径が絞られるので、ここでの空間分解は飛躍的に
向上する。

また、受信フオーカスは生体から伝搬して来る
反射波を励振時に使用した振動子と同一の振動子
で検出し、これを高圧アナログスイツチ５を介し
て前置増幅器群７における前記Ｎ個１組の振動子
の各々に対応して設けた前置増幅器に与えてこれ
により各々増幅し、これらを各々の前置増幅器に
対応して設定した遅延時間を与える受信遅延部８
で遅延させる。

この遅延時間は受信遅延部８で生体内のある設
定点からの信号位相が一致するようにそれぞれ遅
延素子で適宜時間の遅延時間を与え、これを加算
器９に与えてＮ個の振動子出力をここで加算合成
する。

そして、その加算合成出力をビデオ回路１０で
検波してビデオ信号に変換し、表示器１１に与え
て超音波断層像として表示する。このようにフオ
ーカスは受信時の処理のみによつても行える。

このような超音波診断装置は成熟期に入り、広
く普及して診断に効果を発揮しているが近年、手
軽に持ち選べて小型且つ低コストな装置の開発要
望が増大している。

技術的にもデイジタル技術の進歩が著しく、従
つて、超音波装置もデイジタル化の方向で小型低
コスト化が進められているが、現在使用されてい
る上述のようなシステムをデイジタル化、小型、
低コスト化する場合の問題点として受信信号をデ
イジタル変換するＡ／Ｄ変換器をＮ個一組の各振
動子に対応させ、Ｎ個必要とする他、遅延素子に
変わるデイジタルメモリが必要となることであ
る。これらのうちデイジタルメモリは他の用途も
多いこともあり、かなり技術的に進歩して小型、
大容量で低価格のものが手に入るようになつて来
ているが、Ａ／Ｄ変換器については超音波受信信
号のダイナミツクレンジが60〜80dBと広く、サ
ンプリング周波数も高いことから使用し得るＡ／
Ｄ変換器はパツケージも大きく、また高価なもの
となり、これをＮ個使用すると云うことは価格及
びスペースフアクタの面において大きな制約とな
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、デ
イジタル技術を駆使した小型で低価格のリニア電
子走査型の超音波診断装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は上記目的を達成するため、複数
の超音波受用の振動子を並設して構成したアレイ
型の超音波探触子を用い、この超音波探触子の所
定個数の振動子を順次位置を変えながら選択して
励振することにより超音波ビームを電子走査する
と共にその受信信号より超音波像のビデオ信号を
得る電子走査方式の超音波装置において、前記所
定個数の振動子群を励振する毎にその振動子群中
における所定位置の１振動子の受信信号を抽出す
る手段と、この抽出された受信信号を逐次デイジ
タル信号に変換する手段と、この変換されたデイ
ジタル信号を記憶する記憶手段と、この記憶手段
に記憶されている各デイジタル信号のうち電子走
査に対応して順次切換えられる所定個数の振動子
群に対応する振動子受信信号のデイジタル信号を
読み出す手段と、この読み出された複数のデイジ
タル信号を合成してビデオ信号化する手段とを設
けて構成し、超音波探触子の所定数の振動子を逐
次位置を変えて選択して励振し、超音波ビームを
発生することにより電子的に超音波ビームを移動
走査すると共に超音波送信毎に、励振した振動子
群のうちの所定位置の１振動子の受信信号のみを
抽出してデイジタル変換した後、記憶手段に記憶
し、この記憶データのうち電子走査に対応して順
次選択される所定個数の振動子群に対応する振動
子受信信号を読み出して合成し、ビデオ信号化す
るようにして、これより超音波像を得るように
し、記憶手段に記憶させるデイジタル信号は励振
した振動子群のうちの所定位置の振動子受信信号
のみとして、１組の振動子群を励振する毎にその
中の所定位置の振動子の受信信号をデイジタル変
換し記憶させてゆくようにして、これによつて
Ａ／Ｄ変換器を１個で済むようにし、また、１度
の記憶情報量を少なくて済むようにし、また記憶
手段よりの読み出しは電子走査に対応させて順次
選択される所定個数の振動子群の対応する振動子
受信信号のデイジタル信号として、これにより、
超音波像のフレーム周波数の低下をも抑制するよ
うにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について第２図〜第４
図を参照しながら説明する。

第２図は本発明装置の構成を示すブロツク図で
あり、図中１１は超音波ビームの送信繰り返し周
期に対応する基準信号ａを発生する基準信号発生
器、１２はこの基準信号ａをもとに送信パルスを
発生する送信回路、１３は前記基準信号ａに応動
して動作し、高圧アナログスイツチ５の切換えを
行うコントローラである。このコントローラ５は
超音波振動子がＭ個並設された超音波探触子６の
該振動子がＴ個単位（Ｔ＜Ｍ）で且つ基準信号ａ
の発生毎に１個分ずつ隣りの位置にずれるように
して送受に用いるＴ個の振動子を選択切換えする
ように高圧アナログスイツチ５を制御するもので
ある。送信回路１２の出力はこの高圧アナログス
イツチ５を介して振動子に与えられる。

１４は高圧アナログスイツチ５を介して得られ
るＴ個の振動子の内の１振動子受信出力を増幅す
る前置増幅器であり、１５は前記基準信号発生器
１１の出力に応動して前置増幅器１４の出力をデ
イジタル信号に変換するアナログ−デイジタル変
換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称する）、１７はこ
のＡ／Ｄ変換器１５の出力を記憶するデイジタル
メモリであり、このデイジタルメモリ１７は受信
に用いるＮ個の振動子数Ｎ＞Ｔに合わせ、Ｎ＋１
個のラインメモリを有している。ここでラインメ
モリとは超音波ビーム１パルスによつて得られる
超音波エコーの受信信号を記憶するメモリで、１
振動子分の受信信号を時間軸（生体の深さ方向）
との対応のもとに記憶するものである。

１６は前記基準信号発生器１１の出力信号に応
動して動作し、Ａ／Ｄ変換器１５の出力を記憶さ
せるべきラインメモリを選択し、且つ時間軸に対
応させてアドレスを更新させると共に読み出しの
際には順次Ｎ個分のラインメモリについて生体の
深さ方向に対し順次フオーカスをかけながら、即
ち、ラインメモリの読み出しアドレスを深さ方向
に対し受信信号の位相が合うように設定しながら
読み出してゆくコントローラである。

１８はこのコントローラ１６の制御のもとにデ
イジタルメモリ１７のＮ個のラインメモリより読
み出されたデータを加算して出力する加算器、１
９はこの加算されたデータをビデオ信号に変換す
るビデオ回路、２０はこのビデオ回路１９の出力
信号を映像として表示する表示器である。

第３図は前記デイジタルメモリ１７の構成例を
示すブロツク図であり、図中１６は前述のコント
ローラ、１８は前述の加算器である。デイジタル
メモリ１７はＮ＋１個のスイツチＳ１〜SN＋１
とこれら各々のスイツチＳ１〜SN＋１に対応し
て設けられるラインメモリＭ１〜Mn＋１より成
り、コントローラ１６によりＳ１〜SN＋１のう
ちの１のスイツチが選択されることによりＡ／Ｄ
変換器１５の出力が該選択されたスイツチを介し
て該スイツチ対応のラインメモリに与えられると
共にコントローラ１６によりラインメモリには順
次時間軸に対応したアドレスが指定されるように
なつており、また、ラインメモリの内容を読み出
す際にはＮ＋１個のラインメモリのうち最新のデ
ータを記憶しているＮ個のラインメモリのスイツ
チが選択されて該Ｎ個のラインメモリの内容が加
算器１８に与えられるようになつている。

次に上記構成の本装置の作用について説明す
る。

まず、基準信号発生器１１から超音波ビームの
繰り返し周期に相当する信号ａが出力され、この
信号ａにより送信回路１２が駆動されて送信パル
スが出力される。

一方、信号ａに応動してコントローラ１３が動
作し、この信号ａの入力される毎に高圧アナログ
スイツチ５を制御して超音波探触子６のＭ個の振
動子のうち隣接するＴ個の振動子を信号ａの発生
毎に順次一方向に１振動子分ずつずらしながら選
択してゆく。

これによつて順次位置を変えながらＴ個の振動
子が選択され、送信回路１２の出力する送信パル
スが高圧アナログスイツチ５を介して該選択され
たＴ個の振動子に与えられてこれらが励振され
る。従つて、このＴ個の振動子から超音波が送信
され、このＴ個の振動子中の中心位置を中心とす
る超音波パルスが送信されることになる。

Ｔ個の振動子が励振されるとコントローラ１３
はただちにその中の１振動子の受信出力のみを抽
出すべく高圧アナログスイツチ５を制御する。

その素子を第４図に示す。ここでは振動子の駆
動素子数Ｔを５素子として説明している。

まず、初めに超音波探触子６のに当る振動子
群を送信パルスで励振して超音波を送信させ、そ
のエコーの受信時にはの振動子群中の中心位置
の振動子′の受信信号のみを選択抽出し、また、
次の超音波送信時には前回の振動子群より１振動
子分ピツチのずれたの新たな振動子群を選択し
て送信パルスを与え、励振して超音波を送信さ
せ、そのエコーの受信時にはの振動子群中の中
心位置の振動子′の受信信号のみを選択抽出す
ると云つた具合に超音波を送信する毎に振動子群
を１ピツチ分ずつ順次平行移動させて励振し、そ
の中心位置の振動子の受信信号を抽出してゆく。

このようにして高圧アナログスイツチ５とコン
トローラ１３で選択された受信信号は１個の前置
増幅器１４で増幅され、その後、一個のＡ／Ｄ変
換器１５に加えられてデイジタルデータに変換さ
れてゆく。

ここでは前置増幅器１４により増幅された受信
信号ｌをアナログ信号からデイジタル信号に変換
して次段のデイジタルメモリ１７に記録する。こ
こで、Ａ／Ｄ変換器１５のサンプリングクロツク
信号ｉの周波数は超音波周波数の10倍前後と一般
に云われており、例えば5MHzの振動子を使用し
た場合、50MHz前後となる。また、Ａ／Ｄ変換器
１５のビツト数は超音波エコーのダイナミツクレ
ンジで決定され、ダイナミツクレンジが80dBの
場合、約14bit以上必要となる。しかし、現時点
ではこのようなＡ／Ｄ変換器は入手困難であるの
で、その対策として前置増幅器１４にSTC
（Sensitivity Time Control；時間感度制御）を
設けて生体の深さ位置に応じて減衰するエコーの
レベルに合わせ必要なレベル範囲の信号のみを得
るようにし、Ａ／Ｄ変換器のビツト数を減らすよ
うにすれば良い。

このようにして受信信号は高速でサンプリング
されながら順次デイジタル信号に変換され、デイ
ジタルメモリ１７に与えられて記録される。

デイジタルメモリ１７は第３図の如く構成され
ており、第４図で説明した′での受信信号が
Ａ／Ｄ変換器１５に入力された段階では基準信号
発生器１１の出力に応動するコントローラ１６に
よりスイツチＳ１が選択されてデイジタル信号は
このスイツチＳ１に対応するラインメモリＭ１に
与えられると共にまた、コントローラ１６より出
力される信号ｑ−１によりラインメモリＭ１を書
込みモードに設定して信号を記録する。

同様にして前述の′の信号を受けているとき
はスイツチＳ２が選択されてラインメモリＭ２に
該信号が記録される。

このようにして順次、受信信号がラインメモリ
Ｍ３，…MNと記録されてゆく。

そして、 Ｎ＋１ ′の受信信号が入力されて来
た時にはスイツチSN＋１が選択され、ラインメ
モリMN＋１に該受信信号が記録されることにな
るが、このとき同時にすでに受信信号が記録され
ているラインメモリＭ１，〜MNをコントローラ
１６で生体の深さ方向に対して順次フオーカスを
かけながら、すなわち、ラインメモリの読み出し
アドレスを深さ方向に対して受信信号の位相が合
うように設定して読み出し、これらラインメモリ
Ｍ１，〜MNから読み出したデータを加算器１８
に与えてここで加算合成する。

これによつて超音波の１ラスタ（１走査線分）
のデータが得られる。

次に Ｎ＋２ ′の受信信号が入つて来た場合、
今度は再びラインメモリＭ１に該受信信号を記録
すると同時にラインメモリからのデータの読み出
しはラインメモリＭ２，〜MN＋１について行
う。更にその次においては受信信号の記録はライ
ンメモリＭ２に対して行い、読み出しはラインメ
モリＭ３，〜MN＋１およびＭ１について行う。

このようにすることにより、最初の超音波送信
〜Ｎ○の間は超音波受信信号の読み出しデータが
加算器１８に与えられないが、それ以降は超音波
パルスの送信毎に前回までに記録されたＮ個の受
信信号についてラインメモリから読み出されて加
算器１８に与えられ、波形整合された受信信号と
してこの加算器１８より出力される。そして、こ
の加算後の出力はビデオ回路１９に与えられてビ
デオ信号化された後、表示器２０に与えられて超
音波探触子を基準とした超音波ビーム走査位置に
対応する表示位置に映像として表示され、超音波
像が観察できるようになる。

このように複数のラインメモリを用い、励振し
た振動子群の中心位置の振動子の受信信号を逐次
所定の順番で選択したラインメモリに記録してゆ
き、また、前回までに記録したＮ個のラインメモ
リの内容を読み出して合成し表示してゆくように
したことにより、各ラインメモリには時間的なず
れはあるものの各振動子に対応させて各振動子の
励振時に得られる受信信号が記録されたことと同
じことになり、Ｔ個ずつ励振して超音波像を得る
方式であれば隣接するＮ個の振動子の各受信信号
を記録したラインメモリの内容を読み出し、深さ
方向を一致させた状態でこれら読み出した内容を
加算すれば、受信フオーカスが成されて前記Ｎ個
の受信振動子の中心位置の線上における超音波エ
コーの受信信号が得られることになる。そして、
本装置では新たに選択されたＴ個の振動子群が励
振される毎にその中心位置の振動子の出力のみを
ラインメモリに記録してゆくと共に記録されてい
る他のラインメモリから同時に１ラスタ分のエコ
ー情報を読みだすことにより超音波断層像のフレ
ーム周波数を下げることなく超音波断層像の表示
を行うことができる。また、この方式によれば、
一回に記録するデータは１振動子分のみであるた
めに前置増幅器やＡ／Ｄ変換器は１つで済み、装
置の小型化及び低価格化が実現できる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限
定することなく、その要旨を変更しない範囲内で
適宜変形して実施し得るものであり、例えば上記
実施例では同時に駆動する振動子数Ｔを５個とし
て説明したが、これを１個或いは数個としても良
い他、前置増幅器やＡ／Ｄ変換器も１個に限ら
ず、複数個併用することもできる。但しこの場
合、ラインメモリの数はＡ／Ｄ変換器数にＮを加
えた数とする必要がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は複数の超音波送受
用の振動子を並設して構成した超音波探触子を用
い、この超音波探触子の所定個数の振動子を順次
位置を変えながら選択して励振することにより超
音波ビームを電子走査すると共にその受信信号よ
り超音波像のビデオ信号を得る電子走査方式の超
音波装置において、前記所定個数の振動子群を励
振する毎にその振動子群中における所定位置の１
振動子の受信信号を抽出する手段と、この抽出さ
れた受信信号を逐次デイジタル信号に変換する手
段と、この変換されたデイジタル信号を記憶する
記憶手段と、この記憶手段に記憶されている各デ
イジタル信号のうち電子走査に対応して順次切換
えられる所定個数の振動子群の対応する振動子受
信信号のデイジタル信号を読み出す手段と、この
読み出された複数のデイジタル信号を合成してビ
デオ信号化する手段とを設けて構成し、超音波探
触子の所定数の送信振動子を逐次位置を変えて選
択して励振し、超音波ビームを発生することによ
り電子的に超音波ビームを移動走査すると共に超
音波送信毎に励振した振動子群のうちの所定位置
の振動子の受信信号のみを抽出してデイジタル信
号変換した後、記憶手段に記憶し、この記憶デー
タのうち、電子走査に対応して順次選択される所
定個数の受信振動子群に対応する振動子受信信号
のデイジタル信号を読み出して合成し、ビデオ信
号化するようにして、これより超音波像を得るよ
うにし、記憶手段に記憶させるデイジタル信号は
励振した振動子群のうちの所定位置の振動子受信
信号のみとして、１組の振動子群を励振する毎に
その中の所定位置の１振動子の受信信号をデイジ
タル変換し記憶させてゆくようにしたので、Ａ／
Ｄ変換器は少なくて済み、また１度の記憶情報量
は少なくなるので、高速で記憶できるようにな
り、また、読み出しは電子走査に対応して順次選
択される所定個数の振動子群に対応する振動子受
信信号のデイジタル信号としたことで、超音波断
層像のフレーム周波数を下げることなく超音波像
を表示することができ、小型且つ安価な電子走査
方式の超音波診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示すブロツク図、第
２図は本発明装置の構成を示すブロツク図、第３
図はそのデイジタルメモリの構成を示すブロツク
図、第４図は本発明における励振振動子と受信信
号を抽出する振動子の関係を説明するための図で
ある。 ５…高圧アナログスイツチ、６…超音波探触
子、６−１，６−Ｍ…超音波振動子、１１…基準
信号発生器、１２…送信回路、１３，１６…コン
トローラ、１４…前置増幅器、１５…アナログ・
デイジタル変換器、１７…デイジタルメモリ、１
８…加算器、１９…ビデオ回路、２０…表示器、
Ｓ１〜SN＋１…スイツチ、Ｍ１〜MN＋１…ラ
インメモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の超音波送受用の振動子を並設して構成
   した超音波探触子を用い、この超音波探触子の所
   定個数の振動子を順次位置を変えながら選択して
   励振することにより超音波ビームを電子走査する
   と共にその受信信号より超音波像のビデオ信号を
   得て超音波像の表示を行う電子走査方式の超音波
   装置において、前記所定個数の送信振動子群を励
   振する毎にその振動子群中における所定位置の１
   振動子の受信信号を抽出する手段と、この抽出さ
   れた受信信号を逐次デイジタル信号に変換する手
   段と、この変換されたデイジタル信号を記憶する
   記憶手段と、この記憶手段に記憶されている各デ
   イジタル信号のうち電子走査に対応して順次切換
   えられる所定個数の受信振動子群に対応する振動
   子受信信号の記憶デイジタル信号を読み出す手段
   と、この読み出された複数のデイジタル信号を合
   成してビデオ信号化する手段とを備えたことを特
   徴とする超音波診断装置。