JPH0464349A

JPH0464349A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0464349A
Application number: JP2174987A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshimura; 弘幸吉村
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1992-02-28

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）本発明は、超音波を用いて被検体の断層像を得るための
超音波診断装置に関し、特に、超音波の受信時にその焦
点位置を段階的に変化させて超音波画像を得る受信ダイ
ナミックフォーカスを行なう超音波診断装置に関する。

（従来の技術）従来の超音波診断装置においては、超音波の収束が送信
時、受信時の両モードにおいて行なわれている。この様
子を第３図（送信時）及び第４図（受信時）に示す、送
信時には、第３図に示すように送信回路１からの送信信
号５００が可変遅延回路（遅延線）２に導かれ、送信信
号５００は各可変遅延回路２により所望の時間だけ遅延
される。この遅延送信信号５０１は複数の配列振動子３
に印加され、各配列振動子３から所望の時間遅れを有す
る超音波５０２が出射される。そして特定のＰ点におい
て、各配列振動子３からの超音波５０２の位相が合致し
て超音波が収束され、Ｐ点に超音波５０２の焦点を結ば
せることが可能になる。

一方、受信時においては、第４図に示すように被検体の
反射源すなわちＰ点から送信時の収束超音波５０２が反
射して反射超音波５０３となり、この超音波５０３が各
配列振動子３に入射する。この配列振動子３からの音波
信号５０４は可変遅延回路２により所望の時間遅延され
て遅延受信信号５０５となり、その後、加算点４におい
て遅延受信信号５０５を加算することにより当該信号の
全ての位相が合致した受信信号５０６が生成され、Ｐ点
からの反射超音波５０３に対して感度が高められてＰ点
に焦点が結ばれたことになる。

なお、第３図及び第４図では理解を容易にするために詳
細を記していないが、実際の回路においては、送信の場
合には可変遅延回路２と配列振動子３との間に高圧駆動
回路を、また受信の場合には同様の位置に前置増幅器を
配置している。

次に、第５図は、受信時の電子集束回路において使用さ
れる遅延ユニット５を示している。前記第３図及び第４
図に、示したように、配列振動子３の数に対応した数の
電磁遅延線（数百部〜数μｓの遅延を行なう）を設ける
と非常に高価になるので、実際には遅延時間量の少ない
電磁遅延線６を複数個カスケード接続することにより、
長い遅延時間を実現可能な遅延ユニット５を構成してい
る。そして第５図に示すように、電磁遅延線６の間には
、電磁遅延線６の高域特性の劣化を補償する補償アンプ
７が挿入されている。また、電磁遅延線６に設けられた
タップ８には各配列振動子３からの音波信号５０４が電
流モードで加えられ、各音波信号５０４は遅延ユニット
５内で電流加算の形で加算された後、遅延ユニット５か
ら取り出される。

次いで、第６図は遅延時間設定ユニット９を示している
。同図において、前置増幅器１０により増幅された配列
振動子３からの音波信号は、クロスポイントスイッチ１
１によって所望の電磁遅延線６のタップ８に接続される
。このクロスポイントスイッチ１１は、第７図の等低回
路に示す如く、入力側信号線工、〜Ｉｎ及び出力側信号
線Ｑ、〜Ｏ，，が交叉する交点の全てにスイッチ１２が
設けられて構成されており、これらの各スイッチ１２が
制御信号により独立に制御されるスイッチとなっている
。

このように従来では、超音波の送受信何れも特定の位置
に超音波を収束させ、その位置の分割能を向上させてい
る。一方、最近の超音波診断装置では、受信時に超音波
の収束位置を段階的に移動させることにより、画像全体
の分解能を向上させる、いわゆる受信ダイナミックフォ
ーカス手法が採用されている。

第８図はこの受信ダイナミックフォーカス手法の概念を
説明するためのものである。同図に示すように、フォー
カス段数は例えば４段であり、各段において超音波収束
の良好な位Ｉｆ（図の画面４０１〜４０４におけるハツ
チング部分）を継いで１枚の合成画面４０５が作成され
るものである。なお、第８図に示すフォーカス位置を、
上から順に、ＮｅａｒＦｏｃｕｓ＋　Ｍｉｄ　Ｆｏｃｕ
ｓ、　Ｆａｒｌ　　Ｆｏｃｕｓ、　Ｆａｒ２　　Ｆｏｃ
ｕｓという。また、第９図はこのようにして受信ダイナ
ミックフォーカスを行なった場合の音場プロファイル１
３を示しており、各フォーカスでの超音波ビーム径がｔ
Ｊｓさくなる部位を継ぎ合わせて一つの音場プロファイ
ル１３が形成されることになる。

この受信ダイナミックフォーカスを行なう一般的なハー
ドウェアの構成を第１０図に示す。同図において、９Ａ
、　９Ｂは遅延時間設定ユニットであり、例えば、８段
ダイナミックフォーカスの場合、方の遅延時間設定ユニ
ット９Ａは８つのゾーンのうちゾーンｌ、３，５，７を
、また、他方の遅延時間設定ユニット９Ｂはゾーン２，
４，６．８を受は持ち、ゾーン切換スイッチ１４により
各遅延時間設定ユニット９Ａ、　９Ｂの出力を切り換え
て一画面を構成する。そして、一方の遅延時間設定ユニ
ット９Ａはゾーン２，４，６．８の間、次のゾーン３，
５゜７．１における遅延時間の設定、すなわちクロスポ
イントスイッチ１１のスイッチ１２の状態を設定する。

同様に、他方の遅延時間設定ユニット９Ｂはゾ−ン１，
３，５．７の間、次のゾーン２，４，６゜８における遅
延時間の設定を行なう。

なお、第１１図は市販のクロスポイントスイッチ１１Ａ
のブロック構成であり、以下の第１表はその真理値表で
ある。　　　　　　　　　（以下、余白）このクロスポ
イントスイッチＩＩＡは、スイッチアレイ１１１が８×
１６のスイッチからなる構成であり、ＡＸＯ−ＡＸ３の
アドレスでＸｉの指定、ＡＹＯ〜ＡＹ２のアドレスでＹ
ｉの指定を行ない。

スイッチの０Ｎ１０ＦＦを外部からディジタル制御する
ようになっている。また、第１１図において、１１２は
デコーダ、１１３はラッチをそれぞれ示している。

ところで、電子セクタ式超音波診断装置においては、配
列振動子３の個数は９６、必要な最大遅延時間は接続さ
れるプローブの種類によって異なるが約４ｕｓであり、
電磁遅延！６のタップ８間の時間に相当する遅延時間の
量子化を２５ｎｓとすると。

遅延ユニット５のタップ８の数は１６０となる。従って
、例えば遅延時間設定ユニット９Ａ内のクロスポイント
スイッチ１１としては９６　Ｘ　１６０のスイッチ構成
が必要となる。これを、第１１図に示した市販の８×１
６構成のクロスポイントスイッチＩＩＡにて実現しよう
とすると、第１２図に示すように、８Ｘ１６構成のクロ
スポイントスイッチＩＩＡが１２Ｘ１０（＝１２０）個
設けられたクロスポイントスイッチアレイ１１′となり
、１２０個分の８×１６構成のクロスポイントスイッチ
ＩＩＡ内のスイッチを制御する必要がある。なお、第１
２図において、１２０個のクロスポイントスイッチＩＩ
Ａは便宜上、符号（ｍ、ｎ）（ここで、ｍ　＝　１〜１
２．ｎ＝１〜１０）として表わされている。

ここで、第１２図には受信ダイナミックフォーカス用の
回路として一系統しか示していないが、第１０図に示し
たように二系統備えることで受信ダイナミックフォーカ
スが可能になる。

いま、第８図に示したような受信ダイナミックフォーカ
スを行なう場合には、そのフォーカス段数は多い方が望
ましく、これにより画像の全ての深度において分解能を
向上させることができる。

一方、このフォーカス段数は、１２０個の８×１６構成
のクロスポイントスイッチＩＩＡのスイッチ設定に要す
る時間に大きく左右される。

例えば、第１１図に示した市販のクロスポイントスイッ
チＩＩＡにおいて、スイッチ１個の０Ｎ１０ＦＦの設定
に要する時間は、約５０ｎｓである。また、８×１６構
成の１個のクロスポイントスイッチ１１Ａにおいて設定
されるべきスイッチの箇所は８箇所であり、このような
りロスポイントスイッチＩＩＡを１２０個必要とするの
で、クロスポイントスィッチアレイ１１′全体のスイッ
チ設定に要する時間は５０ｎｓ　Ｘ　８　Ｘ　１２０　
＝４８μｓとなり、超音波距離にすると３７−となって
前記フォーカスの切り換えは３７ｍｍごとにしかできな
いことになる。

ここで、通常の表示深度は、３．５ＭＨｚプローブの場
合は２１０＋ｗ＋、５ＭＨｚの場合は１０５ｍ、７．５
ＭＨｚの場合は６０ｍであり、各々のダイナミックフォ
ーカス可能な段数は６段、３段、２段となり、受信ダイ
ナミックフォーカス段数は少ない。

次に、第１３図は、従来における９６　ｘ　１６０構成
のクロスポイントスイッチアレイ１１′のデータ設定回
路を示している。図示はしないが、超音波診断装置の全
てのタイミングを掌るＤＳＣ（ディジタル・スキャン・
コンバータ）からフォーカスデータ設定トリガ信号５１
０がクロックジェネレータ１５に入力され、クロックジ
ェネレータ１５は所定数のパルス列５１１を発生する。

このパルス列５１１は１０ビツトカウンタ１６によりカ
ウントされ、１０ビツトカウンタ１６はＹ−アドレス信
号５１２を発生する。

このＹ−アドレス信号５１２の１０ビツトの内、下位３
ビツトがクロスポイントスイッチＩＩＡのアドレスＡＹ
Ｏ〜ＡＹ２に、また、上位７ビツトがデコーダ１８に入
力される。更に、１０ビツトのＹ−アドレス信号５１２
は、ＲＯＭ１７のアドレス制御信号の一部として入力さ
れる。このＲＯＭ１７には、前記１０ビツトのＹ−アド
レス信号５１２のほかに、ＤＳＣからフォーカス条件（
周波数、プローブの種類、焦点位置等）としての６ビツ
トの信号５１３が入力されている。ここで、ＲＯＭ１７
に入力される１０ビツトのＹ−アドレス信号５１２は、
クロスポイントスイッチ１１Ａの番号及びアドレスＡ　
Ｘ、　Ｏ−Ａ　Ｘ３の指定を行なうのに使用される。

前記ＲＯＭ１７からは、アドレスＡＹＯ−ＡＹ２に対す
るアドレスＡＸＯ−ＡＸ３の指定を行なう４ビツトのＸ
−アドレス信号５１４と、Ｙ−アドレス信号５１２及び
Ｘ−アドレス信号５１４により指定されるスイッチの０
Ｎ１０ＦＦを制御する接点信号５１５とが出力される。

そして、Ｘ−アドレス信号５１４はクロスポイントスイ
ッチＩＩＡのアドレスＡＸＯ−ＡＸ３に、また、接点信
号５１５はクロスポイントスイッチ１１ＡのＤＡＴＡ入
力端子に入力される。

一方、前記デコーダ１８からは、１２０個のクロスポイ
ントスイッチ１１を指定する１２０本のチップセレクト
信号５１６が８力される。また、所定数のパルス列５１
１はクロスポイントスイッチ１１Ａに設定されたＤＡＴ
Ａ、アドレＸＡＸＯ−ＡＸ３、ＡＹＯ−ＡＹ２をラッチ
する５ＴＲＯＢＥ信号としても用いられる。

以上のように従来では、９６　Ｘ　１６０個のスイッチ
からなるクロスポイントスイッチアレイ１１′に対する
データ設定を行なっていた。また、前述したように、従
来のデータ設定回路では受信ダイナミックフォーカスの
段数が少ないため、純連続的にフォーカスを切り換える
ことは困難であった。

（発明が解決しようとする課題）上述のように、従来のデータ設定回路では、個々のクロ
スポイントスイッチに逐次データを設定する方式である
ため、例えば９６Ｘ１６０個ものスイッチにデータ設定
を行なうのに多大な時間を必要とし、また、画像中での
フォーカス段数が少ないために分解能に劣るという問題
があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、複数のクロスポイントスイッ
チに対するデータ設定時間を短縮し、しかも分解能の向
上を可能にした超音波診断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、本発明は、ＤＳＣから送られ
るフォーカス条件としての信号を、複数のクロスポイン
トスイッチ群に対応する複数のデータ設定回路内の記憶
素子にそれぞれ格納し、これらのデータ設定回路により
前記複数のクロスポイントスイッチ群に対し並行してデ
ータ設定を行うものである。すなわち本発明は、被検体
の断層像を得る超音波診断装置であって、超音波の受信
時における配列振動子からの音波信号に対し、クロスポ
イントスイッチアレイ内の複数個のクロスポイントスイ
ッチを用いて所定の遅延時間を与える受信ダイナミック
フォーカス用の遅延時間設定ユニットを備えた超音波診
断装置において、前記クロスポイントスイッチアレイを
構成する複数個のクロスポイントスイッチを分割して複
数のクロスポイントスイッチ群を形成し、これらのクロ
スポイントスイッチ群に対応して設けられた複数の遅延
時間設定用データ設定回路により、各クロスポイントス
イッチ群を同時に一括制御してデータ設定を行うもので
ある。

（作用）本発明によれば、複数のクロスポイントスイッチ群に対
応するデータ設定回路内の記憶素子の出力データにより
、クロスポイントスイッチアレイの遅延ユニットに対応
する複数のクロスポイントスイッチ群を一括制御してデ
ータを設定するため、データ設定回数の減少が可能であ
り、遅延時間の設定に要する時間を従来に比べて大幅に
短縮することができる。

（実施例）以下１図に沿って本発明の一実施例を説明する。

すなわちこの実施例では、第１図に示すように、クロス
ポイントスイッチアレイ】１′を構成する１２０個の８
×１６構成のクロスポイントスイッチＩＩＡを三群（４
０個ずつ）に分割してそれぞれをクロスポイントスイッ
チ群１１Ａ工、ｌｌＡ２．ｌｌＡ３とし、これらの各ク
ロスポイントスイッチ群１１Ａ□、ＩＩＡ、。

１１Ａ、に対応する三系統のデータ設定回路２１□、２
１□。

２１３を設けたものである。なお、第２図は、このうち
の−系統分のデータ設定回路２１１及びクロスポイント
スイッチ群１１Ａ１等を示したものである。

つまり本実施例では、各データ設定回路２１□。

２１□、２１３によるクロスポイントスイッチＩＬＡの
制御は各々３２チヤンネルずつでよく、この３２回のデ
ータ設定を３回路並列動作にて行えば、全体として９６
チヤンネルの遅延時間を設定することができる。上記３
２回のデータ設定に要する時間は、前記のようにスイッ
チ１個のデータ設定に要する時間が５０ｎｓであるので
、全体では３２Ｘ　５０ｎｓ　＝　１．６ｍとなり、超
音波距離にすると約１．２ｍとなってフォ−カスの切り
換えを最小で約１．２ｍａ＋ごとに行えることになる。

従って、３．５ＭＨｚのプローブでは１７１段、５ＭＨ
ｚのプローブでは８７段、７．５Ｍ）（ｚのプローブで
は５１段のフォーカスゾーンを形成することが可能にな
る。

第１図において、図示されていないＤＳＣからのフォー
カスデータ設定トリガ信号５１０に基づきクロックジェ
ネレータ１５から出力されるパルス列５１１は、５ビツ
トカウンタ１９によりカウントされ、５ビツトのＹ−ア
ドレス信号５１２が生成される。

このＹ−アドレス信号５１２はアドレス制御信号の一部
として、各データ設定回路２１□、２１□、２１３内の
ＲＯＭ２０工、　２０．、２０．に入力されている。

また、上記Ｙ−アドレス信号５１２はその５ビツトのう
ち下位３ビツトがクロスポイントスイッチ群１１Ａ工、
ｌｌＡ２．ｌｌＡ３を構成する各４０個のクロスポイン
トスイッチ１１．ＡのアドレスＡＹＯ〜ＡＹ２に入力さ
れ、上位２ビツトが各データ設定回路２１□、２１□、
２１．内のデコーダ１８□、１８□、１８．に入力され
ている。これを詳述すると、Ｙ−アドレス信号５１２の
上位２ビツトは、第２図に示すごと＜３２×１６０構成
のクロスポイントスイッチ群１１Ａ□において、行方向
の８×１６構成のクロスポイントスイッチ１１Ａの選択
を行う行制御信号５１７となっており、また、Ｙ−アド
レス信号５１２の下位３ビツトは、上記選択されたクロ
スポイントスイッチＩＩＡの中で行方向の選択を行う信
号となっている。これは。

他のクロスポイントスイッチ群１１Ａ２，１．ＬＡ３に
ついても同様である。

なお、第２図に示すＲＯＭ　２０１□、２０２□は１便
宜的に第１図におけるＲ　ＯＭ　２０１の機能を分けて
表したものであり、第２図のＲＯＭ　２０１□には、上
記Ｙ−アドレス信号５１２のほかに、図示されていない
ＤＳＣからフォーカス条件（周波数、プローブ種類、焦
点位置等）の６ビツトの信号５１３が入力されている。

このＲＯＭ２０１□からは、第１３図の第】−のＲＯＭ
１７と同様に、特定のクロスポイントスイッチＩＩＡの
アドレスＡＹＯ−ＡＹ２に対するアドレスＡＸＯ−ＡＸ
３の指定を行なう４ビツトのＸ−アドレス信号５１４と
、後述する制御によって指定される特定のクロスポイン
トスイッチＩＩＡにおいてＹ−アドレス信号５１２及び
Ｘ−アドレス信号５１４により指定されるスイッチの０
Ｎ１０ＦＦを制御するための１ビツトの接点信号５１５
とが出力され、これらの信号は各クロスポイントスイッ
チ１１ＡのアドレスＡＸＯ〜ＡＸ３及びＤＡＴＡ入力端
子にそれぞれ入力されている。

更に、第１図及び第２図において、データ設定回路２１
□、２１□、２１３内のＲＯＭ２０．（第２図ではＲ○
Ｍ２Ｏ２□）、　２０２．２０．からは、９６Ｘ１６０
構成のクロスポイントスイッチアレイ１１′の列方向の
クロスポイントスイッチＩＩＡを選択する４ビツトの列
制御信号５１８が出力され、この列制御信号５１８は前
記行制御信号５１７と共にデコーダ１８１．１８□、１
８３に入力されている。そして、これらのデコーダ１８
□。

１８□、１８３からは、行制御信号５１７及び列制御信
号５１８によって指定される特定のクロスポイントスイ
ッチＩＩＡを選択して動作させるための各４０本のチッ
プセレクト信号５１６がそれぞれ出力されるようになっ
ている。以上のようにして、三つのクロスポイントスイ
ッチ群１１Ａ１．ｌｌＡ２．ｌｌＡ３を有するクロスポ
イントスイッチアレイ１１′を、三系統のデータ設定回
路２１１．２１２．２１３により制御するものである。

このようにして１本実施例では、クロスポイントスイッ
チ群１１Ａ工、ｌｌＡ２．ＩＩＡ、の数に対応する複数
のデータ設定回路２１□、　２１２．２１．、内のＲ’
０Ｍ２０□、２０□、２０３に同一のデータを各々格納
し、クロスポイントスイッチアレイ１１′の遅延ユニッ
ト５を一部としてこれに対応するクロスポイントスイッ
チ群１１Ａ□、ＩＩＡ、、ｌｌＡ３を一括して制御する
ものであり、全体としてのデータ設定回数を減少させる
ことで全てのクロスポイントスイッチ１１Ａに対するデ
ータ設定時間を大幅に短縮することができる。

ここで、詳述はしないが、各データ設定回路のＲＯＭの
データをそれぞれ他の系統のデータ設定回路のＲＯＭに
切り換えて設定できるようにし、各ＲＯＭのデータを各
々異ならせて遅延時間を設定するようにすれば、メモリ
容量の削減を図ることができる。

なお、上記実施例では、クロスポイントスイッチＩＩＡ
の動作制御にチップセレクト信号を用いているが、５Ｔ
ＲＯＢＥ信号のみにより、または５ＴＲＯＢＥ信号とチ
ップセレクト信号との組合せによって動作制御を行なっ
てもよい。このように５ＴＲＯＢＥ信号とチップセレク
ト信号との組合せによって動作制御を行なう場合には、
例えば５ＴＲＯＢＥ信号をアレイの列方向の制御に、ま
たチップセレクト信号をアレイの行方向の制御に用いれ
ばよい。更に、上記実施例ではクロスポイントスイッチ
ＩＩＡを制御するためのデータの記憶媒体としてＲＯＭ
を使用したが、これ以外にもＲＡＭのようにデータの読
み出しが可能なものであれば、記憶媒体の種類は限定さ
れない。また、クロスポイントスイッチ群の数、すなわ
ちデータ設定回路の数は３に限定されるものではない。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、受信ダイナミックフォー
カス用の遅延時間の設定に用いる複数のクロスポイント
スイッチを複数群に分割し、同数のデータ設定回路によ
りクロスポイントスイッチ群を一括制御して遅延時間の
設定を行うため、全てのクロスポイントスイッチに対す
るデータ設定に要する時間を大幅に短縮することができ
る。

これにより、受信ダイナミックフォーカスの段数を大幅
に増加させることができ、準連続受信ダイナミックフォ
ーカスを可能として深度方向に均一に近い分解能の超音
波画像を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるクロスポイントスイ
ッチアレイ及びそのデータ設定回路等の構成図、第２図
は第１図のうちの一系統分の詳細な構成図、第３図ない
し第１３図は従来技術を説明するためのもので、第３図
は送信時の電子収束法を示す説明図、第４図は受信時の
電子収束法を示す説明図、第５図は受信時の電子集束回
路において使用される遅延ユニットの説明図、第６図は
同じく遅延時間設定ユニットの説明図、第７図はクロス
ポイントスイッチの等価回路図、第８図は受信ダイナミ
ックフォーカスの概念説明図、第９図は受信ダイナミッ
クフォーカスにおける音場プロファイルの説明図、第１
Ｏ図は受信ダイナミックフォーカスを行なうための遅延
時間設定ユニットの説明図、第１１図は市販のクロスポ
イントスイッチのブロック構成図、第１２図は電子セク
タ式超音波診断装置用受信フォーカスの構成図、第１３
図はクロスポイントスイッチアレイのデータ設定回路図
である。１１’・・・クロスポイントスイッチアレイ１１人・・
・クロスポイントスイッチ１１Ａ□、１１Ａ、、ｌｌＡ３・・・クロスポイントス
イッチ群１５・・・クロックジェネレータ１７．２０□、２０□、　２０３．２０１．　、２０２
□・・・ＲＯＭ１８１、１８２．１８３・・・デコーダ
１９・・・５ビツトカウンタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検体の断層像を得る超音波診断装置であって、
超音波の受信時における配列振動子からの音波信号に対
し、クロスポイントスイッチアレイ内の複数個のクロス
ポイントスイッチを用いて所定の遅延時間を与える受信
ダイナミックフォーカス用の遅延時間設定ユニットを備
えた超音波診断装置において、前記クロスポイントスイッチアレイを構成する複数のク
ロスポイントスイッチを分割して複数のクロスポイント
スイッチ群を形成し、これらのクロスポイントスイッチ
群に対応して設けられた複数の遅延時間設定用データ設
定回路により．各クロスポイントスイッチ群を同時に一
括制御してデータ設定を行うことを特徴とする超音波診
断装置。
（２）一系統の音波信号に対して複数のクロスポイント
スイッチから特定の１個を選択すると共に、この選択さ
れたクロスポイントスイッチにおいて特定のクロスポイ
ントの指定を同時に行なう請求項（１）記載の超音波診
断装置。