JPH05223793A - 超音波受信ダイナミックフォーカス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、超音波受信ダイナミックフォーカ
ス回路に関し、回路規模を小さくして、スイッチングノ
イズがなく、理想に近いダイナミックフォーカス回路を
構成して、より良質な画質を得る。 【構成】 複数個の探触子をアレイ状に配置したトラン
スジューサを有する超音波診断装置において、超音波受
信のフォーカス点をダイナミックに変える回路を、各探
触子毎に、タップ付き遅延線と，各タップには、それぞ
れ、トランジスタのコレクタ(C) を接続し、そのエミッ
タ(E) を共通化して、受信超音波信号に対応した定電流
入力の信号源を入力し、そのベースには、それぞれ、抵
抗，コンデンサ，ダイオード，共通化されたダイオード
バイアス電圧回路からなるベース信号生成回路を接続
し、該ベース信号生成回路にはロジック制御回路を接続
し、該ロジック制御回路からのタップ切り換え信号に対
応して、該遅延線の終端側からダイナミックに遅延した
受信超音波信号を得るように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波受信ダイナミッ
クフォーカス回路に関する。多数の探触子をアレイ状に
配置したトランスデューサに、各探触子 (振動子)を
駆動する超音波パルスを時間遅延させることで、収束波
面を形成することができる。

【０００２】これは、音響レンズや, 凹面振動子を用い
たのと同様にビーム径を絞る効果がある。これを電子フ
ォーカスと言っている。この超音波をフォーカスさせる
ことは、受信時にも同様に行うことが必要である。

【０００３】図６は、上記の受信時の電子フォーカスの
原理を示した図であり、図７，図８は、ダイナミックフ
ォーカスの原理を示した図である。図６に示したよう
に、各探触子（振動子）において、受信した超音波エ
コー信号を、それぞれ、所定の時間遅延をさせる電子フ
ォーカスを用いて超音波エコー信号をフォーカスさせ、
加算点で位相を揃えて加算すると、図示されている如
く、フォーカス点近傍の超音波ビームの幅を絞り、分解
能を向上させることができる。

【０００４】然し、該焦点付近以外の場所では、該超音
波ビームの幅が広がってしまう。図７(a) に示したよう
に、上記フォーカス点を探触子の近距離に設定された場
合は、遠距離では超音波ビームの幅が広がってしまい超
音波断層像が劣化してしまう。

【０００５】逆に、図７(b) に示したように、該フォー
カス点を遠距離に設定すると、近距離では充分超音波ビ
ームが絞れないので、該超音波断層像が劣化してしま
う。そこで、図８(c) に示したように、フォーカス点を
近距離から遠距離まで移動させて、常に、最良の超音波
ビーム幅を保つことが考えられる。

【０００６】１回の送信では、ある一点にしかフォーカ
スさせることができないが、受信時ではフォーカス点を
動的に移動させることができ、これを受信ダイナミック
フォーカスと言う。受信時にフォーカス点を変化させる
ことにより、超音波ビームの幅は固定フォーカスに比べ
て、深度によらずより細くすることができる。

【０００７】従来から、該超音波受信ダイナミックフォ
ーカス技術として、色々な技術が知られているが、回路
規模が大きくなる問題とか, 受信波形が歪んでしまう問
題とか、スイッチングノイズが発生する問題等があり、
効果的に、ダイナミックフォーカスを行うことができる
超音波受信ダイナミックフォーカス回路が必要とされ
る。

【０００８】

【従来の技術】図９は、従来の超音波受信ダイナミック
フォーカス回路を説明する図であり、(a) はアナログス
イッチにより遅延群を切り換える場合を示し、(b) は可
変容量ダイオードを用いた遅延線により可変容量ダイオ
ードに与える電圧を変化させて遅延量を変える場合を示
し、(c) は局部発振器の位相で受信信号の位相制御を行
い遅延量を変える場合を示している。

【０００９】先ず、図９(a) に示した回路では、タップ
付き遅延線 1を用いて、受信時に各遅延タップを、Ａか
らＢに切り換えることによって遅延量を変化させる回路
である。これによって、Ａによるフォーカスと、Ｂによ
るフォーカスが得られる。

【００１０】又、図９(b) に示した回路では、可変容量
ダイオード(D) 11に与える電圧を変化させて、該遅延線
1の遅延量を変えるものである。又、図９(c) は、特開
昭54-96286号公報で出願公開されているもので、要約す
ると、遅延線 1からの遅延量を整相加算する前に、各探
触子に対応して、本図に示したような可変位相器を設
け、正確な位相コヒーレンスで加算を行うことができる
ようにして、前述のダイナミックフォーカスを実現した
ものである。該可変位相器では、ミキサによるヘテロダ
イン処理で受信信号を周波数変調し、その際に用いる局
部発振器の位相で、該受信信号の位相制御を行うという
ものである。即ち、探触子より受信された超音波信号
は、ミキサで周波数変調された後、遅延線 1に入力され
て所要の遅延後に、各探触子 1からの遅延された超音波
受信信号が加算されることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記図９(a) に示した
遅延線 1のタップを切り換える回路では、該タップを切
り変える時にスイッチングノイズが受信信号に載ってし
まう問題があった。

【００１２】又、図９(b) に示した可変容量ダイオード
(D) を用いる回路では、遅延線 1のインピーダンスが変
化してしまい、該遅延線 1に反射が生じて、該受信波形
が歪んでしまうという問題があった。

【００１３】又、図９(c) に示した可変位相器を設け、
正確な位相コヒーレンスで加算を行う回路では、位相変
化の為、大きな遅延がかけられないという問題や，回路
規模が大きくなるという問題があった。

【００１４】本発明は上記従来の欠点に鑑み、超音波受
信ダイナミックフォーカス回路において、回路規模を小
さくして、スイッチングノイズがなく、理想に近いダイ
ナミックフォーカス回路を構成することができる超音波
受信ダイオードフォーカス回路を提供することを目的と
するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理構
成図である。上記の問題点は下記の如くに構成した超音
波受信ダイナミックフォーカス回路で解決される。

【００１６】複数個の探触子をアレイ状に配置したト
ランスデューサに、各探触子を駆動する超音波パルス
を時間遅延させて入力し、電子フォーカスを行う機構を
備えた超音波診断装置において、各探触子 () で受信
した該超音波受信信号の遅延をダイナミックに換える回
路を、各探触子 () 毎に、タップ付き遅延線 1と，各
タップ 10 には、それぞれ、トランジスタ 2のコレクタ
(C) を接続し、該トランジスタ 2のエミッタ(E) を共通
化して、受信超音波信号に対応した定電流入力の信号源
3を入力し、各トランジスタ 2のベース(B)には、それ
ぞれ、抵抗，コンデンサ，ダイオード，共通化されたダ
イオードバイアス電圧回路 40 からなるベース信号生成
回路 4を接続し、該ベース信号生成回路 4にはロジック
制御回路 5を接続して構成し、該ロジック制御回路 5か
らのタップ切り換え信号に対応して、該遅延線 1の終端
側からダイナミックに遅延した受信超音波信号を得る回
路を、各探触子 ()毎に設けた複数個からなるように
する。

【００１７】

【作用】即ち、本発明においては、遅延線 1の各タップ
10 にトランジスタ 2のコレクタ(C) を接続し、更に、
この複数のトランジスタ 2のエミッタ(E) を共通化し
て、遅延線 1への信号は定電流出力とする。

【００１８】この定電流出力源を構成する、例えば、ト
ランジスタ 30 のベース(B) に、受信された超音波信号
を入力し、該受信した超音波信号に対応した定電流出力
を、上記トランジスタ 2のエミッタ(E) に供給する。

【００１９】又、この複数のトランジスタ 2のベース
(B) には、必要なタップ 10 に必要なタイミングと必要
な期間“Ｈ”レベルとなるような信号をロジック制御回
路 5で生成して入力する。

【００２０】このベース入力信号は、上記ロジック制御
回路 5で生成された、例えば、トランジスタトランジス
タロジック(TTL) レベルのロジック信号を、ベース信号
生成回路 4に入力し、該ベース信号生成回路 4内に設け
られている、通常の抵抗(R)とコンデンサ(C) からなる
積分回路に入力すると、後述するように、上記期間
“Ｈ”が長いタップ切り換えベース信号の後に、上記期
間“Ｈ”が短いタップ切り換えベース信号がくると、該
期間“Ｈ”が長いタップ切り換えベース信号の積分信号
の中に、該期間“Ｈ”が短いタップ切り換えベース信号
の積分信号が埋もれてしまうので、本発明においては、
該積分信号を、ダイオードと２種類のダイオードバイア
ス電圧(V1,V2) によってクランプすることにより、該ベ
ース入力信号の期間“Ｈ”が長くても、短くても、同様
の傾きで、該期間“Ｈ”に比例したベース信号を、該ト
ランジスタ 2に入力することができる。

【００２１】従って、簡単な回路で、スイッチングノイ
ズが少なく、遅延線 1でのインピーダンスの変化が少な
く、タップ切り換え期間“Ｈ”の長短に関わらず、該タ
ップ切り換え期間“Ｈ”に比例したベース信号を、各タ
ップ 10 に接続されているトランジスタ 2のベース（B)
に入力することができ、理想に近い遅延を超音波受信信
号に与えることができ、本回路を各探触子に対応して複
数個設けることにより超音波受信ダイナミックフォーカ
スを実現でき、より良質な超音波画像を得ることができ
る効果がある。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面によって詳述す
る。前述の図１は、本発明の原理構成図であり、図２〜
図５は、本発明の一実施例を示した図であり、図２は、
ロジック制御回路の出力波形の例を示し、図３は、ベー
ス信号生成回路の構成例を示し、図４は、ベース信号の
生成例を示し、図５は、タップ１→タップ２への切り換
え信号の生成例を示している。

【００２３】本発明においては、複数個の探触子をア
レイ状に配置したトランスデューサに、各探触子を駆
動する超音波パルスを時間遅延させて電子フォーカスを
行う機構を備えた超音波診断装置において、超音波受信
のフォーカス点をダイナミックに変える回路を、探触子
毎に、タップ付き遅延線 1と，各タップ 10 には、それ
ぞれ、トランジスタ 2のコレクタ(C) を接続し、該トラ
ンジスタ 2のエミッタ(E) を共通化して、受信超音波信
号に対応した定電流入力の信号源 3を入力し、各トラン
ジスタ 2のベース(B) には、それぞれ、抵抗，コンデン
サ，ダイオード，共通化されたダイオードバイアス電圧
回路 40 からなるベース信号生成回路 4を接続し、該ベ
ース信号生成回路 4にはロジック制御回路 5を接続して
構成し、本回路を、各探触子に対応して複数個設ける手
段が、本発明を実施するのに必要な手段である。尚、全
図を通して同じ符号は同じ対象物を示している。

【００２４】以下、図１を参照しながら、図２〜図５に
よって、本発明の超音波受信ダイナミックフォーカス回
路の構成の動作を説明する。先ず、本発明の超音波受信
ダイナミックフォーカス回路は、各探触子毎の１回路に
ついて、タップ付き遅延線 1と，各タップ 10 には、そ
れぞれ、トランジスタ 2のコレクタ(C) を接続し、該ト
ランジスタ 2のエミッタ(E) を共通化して、受信超音波
信号に対応した定電流入力の信号源 3を入力し、各トラ
ンジスタ 2のベース(B) には、それぞれ、抵抗，コンデ
ンサ，ダイオード，共通化されたダイオードバイアス電
圧回路 40 からなるベース信号生成回路 4を接続し、該
ベース信号生成回路 4にはロジック制御回路 5を接続し
て構成される。

【００２５】超音波診断装置において、ダイナミックフ
ォーカスを行う為には、前述のように、電子フォーカス
機構、即ち、複数個の探触子をアレイ状に配置したト
ランスデューサの各探触子を駆動する超音波パルスを
時間遅延させ、更に、受信時には、受信フォーカス点に
ついて、各探触子に対して、時間遅延を与える必要が
ある。

【００２６】そこで、トランジスタ 30 から構成される
上記定電流源入力の信号源 3を設け、そのベース(B) を
受信した超音波信号で駆動することで、定電流モードの
信号源 3を生成することができる。

【００２７】この受信超音波信号に対応した定電流源入
力の信号源 3をエミッタ入力とするトランジスタ 2のベ
ース(B) を、ロジック制御回路 5からのタップ切り換え
信号で制御することで、該受信された超音波信号を遅延
させることができる。

【００２８】この時、遅延線 1の各タップ(1) 〜(n) 10
に対して、図２に示したような、互いに、タップ切り換
え期間“Ｈ”の異なるタップ切り換え信号Ａをベース信
号生成回路 4に入力する。これは、１つの探触子で受
信した超音波エコー信号に対する遅延量を、全体でのフ
ォーカス点の変化に変える為である。

【００２９】該タップ切り換え期間“Ｈ”の異なるタッ
プ切り換え信号Ａ１，Ａ２，〜を、その儘、トランジス
タ 2のベース(B) に与えたのでは、前述のように、スイ
ッチングノイズが発生する。

【００３０】そこで、本発明においては、該トランジス
タ 2のベース(B) に、図３に示した抵抗，コンデンサか
らなる積分回路 41 で、上記タップ切り換え信号を積分
する。

【００３１】このとき、タップ切り換え期間“Ｈ”の長
いタップ切り換え信号Ａ１｛図２のタップ(1) のタップ
切り換え信号に対応｝の後に、タップ切り換え期間
“Ｈ”の短いタップ切り換え信号Ａ２｛図２のタップ
(1) のタップ切り換え信号に対応｝がくると、その積分
波形は、図４(a) の実線, 点線のようになり、タップ切
り換え期間“Ｈ”の長いタップ切り換え信号Ａ１の積分
波形ａ１（実線で示す）の中に、該後のタップ切り換え
期間“Ｈ”の短いタップ切り換え信号Ａ２の積分波形ａ
２（点線で示す）が埋もれてしまうことが起こる。

【００３２】そこで、本発明においては、該ベース信号
生成回路 4の上記積分回路 41 の後に、ダイオード回路
400と、ダイオードバイアス電圧回路 401から構成され
るクランプ回路 40 を設けることで、図４(b) に示した
積分波形ａ１は、図４(b) に示したように、図２に示し
たタップ切り換え信号の立ち上がり，立ち下がりのタイ
ミングで積分動作の開始，終了となり、上記クランプ V
1 だけ上位にシフトして、電圧 V2 でクランプされた台
形の波形を得ることができる。

【００３３】従って、図４(c),図５に示したように、タ
ップ切り換え期間“Ｈ”の長いタップ切り換え信号Ａ１
の積分波形ａ１（実線で示す）の中に、該後のタップ切
り換え期間“Ｈ”の短いタップ切り換え信号Ａ２の積分
波形ａ１（点線で示す）が埋もれてしまうことがなく、
正しいタイミングで、トランジスタ 2のベース(B) にタ
ップ信号を与えることができる。然も、図４(c) に示さ
れている如く、上記切り替え信号が台形信号に整形され
て、トランジスタ 1のベース(B) に与えられるので、従
来発生していたスイッチングノイズを少なくすることが
できる。

【００３４】このように、本発明は、複数個の探触子を
アレイ状に配置したトランスジューサを有する超音波診
断装置において、超音波受信のフォーカス点を、ダイナ
ミックに変える回路を、各探触子毎に１回路設け、各１
回路を、タップ付き遅延線と，各タップには、それぞ
れ、トランジスタのコレクタ(C) を接続し、該トランジ
スタのエミッタ(E) を共通化して、受信超音波信号に対
応した電流入力の信号源を入力し、各トランジスタのベ
ース(B) には、それぞれ、抵抗，コンデンサ，ダイオー
ド，共通化されたダイオードバイアス電圧回路からなる
ベース信号生成回路を接続し、該ベース信号生成回路に
はロジック制御回路を接続して構成し、該ロジック制御
回路からのタップ切り換え信号に対応して、該遅延線の
終端側からダイナミックに遅延した受信超音波信号を得
るように構成し、本回路を、各探触子に対応して複数個
設けるようにした所に特徴がある。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
超音波受信ダイナミックフォーカス回路は、複数個の探
触子をアレイ状に配置したトランスジューサを有する超
音波診断装置において、超音波受信のフォーカス点をダ
イナミックに変える回路を、各探触子毎に１回路設け、
各１回路を、タップ付き遅延線と，各タップには、それ
ぞれ、トランジスタのコレクタ(C) を接続し、該トラン
ジスタのエミッタ(E) を共通化して、受信超音波信号に
対応した電流入力の信号源を入力し、各トランジスタの
ベース(B) には、それぞれ、抵抗，コンデンサ，ダイオ
ード，共通化されたダイオードバイアス電圧回路からな
るベース信号生成回路を接続し、該ベース信号生成回路
にはロジック制御回路を接続して構成し、該ロジック制
御回路からのタップ切り換え信号に対応して、該遅延線
の終端側からダイナミックに遅延した受信超音波信号を
得るように構成し、本回路を、各探触子に対応して複数
個設けるようにしたものであるので、簡単な回路で、ス
イッチングノイズが少なく、タップ切り換え期間“Ｈ”
の長短に関わらず、該タップ切り換え期間“Ｈ”に比例
したベース信号を、各タップ 10 に接続されているトラ
ンジスタ 2のベース（B)に入力することができ、理想に
近い遅延を超音波受信信号に与えることができ、本回路
を各探触子に対応して複数個設けることで、受信ダイナ
ミックフォーカスを実現でき、より良質な超音波画像を
得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図

【図２】本発明の一実施例を示した図（その１）

【図３】本発明の一実施例を示した図（その２）

【図４】本発明の一実施例を示した図（その３）

【図５】本発明の一実施例を示した図（その４）

【図６】電子フォーカスの原理を示した図

【図７】ダイナミックフォーカスの原理を示した図（そ
の１）

【図８】ダイナミックフォーカスの原理を示した図（そ
の２）

【図９】従来の超音波受信ダイナミックフォーカス回路
を説明する図

【符号の説明】

1 遅延線 10 タップ 2,30 トランジスタ 3 定電流入力の信号源 4 ベース信号
生成回路 40 クランプ回路 400 ダイオード
回路 401 ダイオードバイアス電圧回路 41 積分回路 5 ロジック制御回路 探触子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の探触子 () をアレイ状に配置し
   たトランスデューサに、各探触子 () を駆動する超音
   波パルスを時間遅延させて入力し、電子フォーカスを行
   う機構を備えた超音波診断装置において、各探触子
   () で受信した該超音波受信信号の遅延をダイナミッ
   クに換える回路を、各探触子 () 毎に、 タップ付き遅延線(1) と，各タップ(10)には、それぞ
   れ、トランジスタ(2) のコレクタ(C) を接続し、該トラ
   ンジスタ(2) のエミッタ(E) を共通化して、受信超音波
   信号に対応した定電流入力の信号源(3) を入力し、各ト
   ランジスタ(2) のベース(B) には、それぞれ、抵抗，コ
   ンデンサ，ダイオード，共通化されたダイオードバイア
   ス電圧回路(40)からなるベース信号生成回路(4) を接続
   し、該ベース信号生成回路(4) にはロジック制御回路
   (5) を接続して構成し、 該ロジック制御回路(5) からのタップ切り換え信号に対
   応して、該遅延線(1)の終端側からダイナミックに遅延
   した受信超音波信号を得る回路を、各探触子 () 毎に
   設けた複数個からなることを特徴とする超音波受信ダイ
   ナミックフォーカス回路。