JPH0716495B2

JPH0716495B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0716495B2
Application number: JP62138607A
Authority: JP
Inventors: 昌人安藤; 隆伊庭
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPS63302833A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、超音波診断装置に係り、特には、超音波の送
受波回路部分の改良に関する。

（ロ）従来技術とその問題点一般に、超音波診断装置に使用されるトランスジューサ
を励振駆動するには、インパルス励振による方法とバー
スト波励振による方法とがある。前者の方法は、所要の
エネルギーをもつ超音波を放射するためには、トランス
ジューサを構成する各振動子の数百ボルト程度の高電圧
を印加する必要があるため、各振動子と励振回路に高い
絶縁耐圧が要求される。しかし、近年は各回路部に電子
回路を使用することが多く、かかる場合には、高電圧が
加わると絶縁破壊や性能劣化を生じる問題がある。この
バースト波励振において、一つのパルス電圧を振動子に
印加しただけでは、トランスジューサから放射される超
音波のパワーが不足し、超音波エコーを受信する際に十
分なゲインが得られない。そのため、通常は、第６図に
示すように、一度に数波連（２〜３パルス）のパルス電
圧を振動子に加えて励起駆動するようにしている。

このように振動子を数波連で励振する場合、次の条件が
必要となる。

（ｉ）振動子に印加するパルス電圧のパルス幅ｔ（ある
いは周波数ｆ）は、振動子の共振周波数に依存するた
め、トランスジューサの種類に応じて設定する必要があ
る。

（ii）超音波ビームをセクタ走査やリニア走査するに
は、各振動子をそれぞれ異なったタイミングで励振駆動
する必要があるが、これには、各振動子ごとに加える上
記のパルス電圧に所定の遅延時間τを与える必要があ
る。

上記の（ｉ）、（ii）の条件を共に満たすパルスを一つ
の基準クロックからデジタル的に作り出すには、パルス
電圧のパルス幅ｔと遅延時間τとの最小公倍数的な極め
て高速の発振周波数をもつ基準クロックは必要となり、
そのためには、パルス発振器としてECLなどの高価で複
雑な回路を使用せねばならなくなって実現が難しい。

これに対して、遅延線を用いた回路では、上記の
（ｉ）、（ii）の条件を満たすパルスを比較的簡単に作
り出すことができる。このため、従来は、たとえば、第
５図に示すような送受波回路が提供されている。この回
路では、各振動子Trに対応する各チャンネルChごとに、
数十nsec〜数百nsecまで量子化時間単位で小さい遅延時
間を選定できるタップ付きの小遅延線DLsと、数百nsec
〜数μsecまでの大きい遅延時間を選定できるタップ付
きの大遅延線DL1とを設けている。すなわち、ニリア走
査などでは、最大遅延時間が数μsecとなり、かつ、数
十nsecの量子化単位で遅延時間を設定する必要があるた
め、まず、大遅延線DL1のタップを切り換えて大まかな
遅延時間を設定し、次に小遅延線DLsのタップを切り換
えて細かい遅延時間が設定できるように構成されてい
る。そして、図外のパルス発生器から振動子Trの共振周
波数に対応した周波数をもつ数波連のトリガパルスが出
力されると、このトリガパルスを予めタップ切り換えに
より遅延時間が設定された大遅延線DL1と小遅延線DLsを
順次介してパルス駆動回路PDに与える。一方、超音波エ
コーが各振動子Trで受波されると、各振動子Trからその
エコー強度に応じた電圧値をもつエコー信号が出力され
るので、このエコー信号を増幅器Ampを介して再び小遅
延線DLsを通過させた後、大遅延線で整相して加算回路P
Aに入力し、位相を揃えて加算している。

しかしながら、従来の上記構成の回路では、各チャンネ
ルChごとに大遅延線DL1が必要となるので、遅延線が高
価なものとなり、しかも、装置が大型化するなどの問題
がある。

このため、第７図に示すように、１つの大遅延線DL1と
マトリックス回路Ｘによって整相加算する回路が考案さ
れている。第７図中、各チャンネルは、ｄτｏ〜ｄτｎ
の遅延量の内から一つのスイッチを選択し、各偏向に対
して適当な遅延量を得ることができる。

このように、受波したエコー信号に対しては、１つの遅
延線で整相加算できるが、送波の駆動パルスに対して
は、第５図に示した遅延線DLs、DL1を送受で共用する方
法が簡単な回路で得られないために、別の回路で送波パ
ルスを発生しなければならない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、高価な大遅延線を使用しなくても、各振動子を所定
の遅延時間でもって数波連のパスルで励振駆動できるよ
うにすることを目的とする。

（ハ）問題点を解決するための手段本発明は、上記の目的を達成するために、次の構成を採
る。すなわち、本発明の超音波診断装置は、振動子励振
駆動用の一連のパルスを発生する単一のパルス列発生回
路と、このパルス列発生回路で発生されたパルス列の内
から各振動子ごとに設定される超音波ビームの走査に必
要な時間だけ遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回
路とを備え、かつ、上記のパルス列発生回路は、振動子
の共振周波数に対応したパルスを発生するパルス発生器
を有し、かつ、このパルス発生器からのパルスを単位時
間だけ遅延する単位遅延線を順次カスケード接続すると
ともに、終段の単位遅延線を初段の単位遅延線に接続し
てループ状とし、さらに、各単位遅延線の出力部に信号
出力端を設けた構成としている。

（ニ）作用上記構成によれば、パルス列発生回路のパルス発生器か
ら振動子の共振周波数に対応したパルスが発生される
と、このパルスはカスケード接続された単位遅延線を順
次通過し、その間に単位時間だけ遅延される。すなわ
ち、各段の単位遅延線に設けられた信号出力端からは一
つの単位遅延線分だけ遅れたパルスがそれぞれ取り出さ
れる。しかも、終段の単位遅延線の出力パルスは初段の
単位遅延線に再入力されるので、全体として数μsecの
遅れをもつパルス列が得られる。

パルス抽出回路は、このパルス列発生回路で発生された
パルス列の内から各振動子ごとに設定される超音波ビー
ムの走査に必要な時間だけ遅延されたパルスを抽出す
る。パルス抽出回路で抽出されたパルスは、送波用のト
リガパルスとして駆動回路に与えられるので、各振動子
が超音波ビームの走査に応じた所定の遅延時間をもち、
かつ、振動子の共振周波数に対応するパルス幅をもつ数
波連のパルスでもって励振駆動される。

（ホ）実施例第１図は、超音波診断装置の送受波回路部分のブロック
図である。同図において、符号１は超音波診断装置の全
体を示し、２はトランスジューサを構成するアレー配列
された各振動子で、本例では48素子からなる。したがっ
て、送受波回路部分は48チャンネルで構成される。４は
後述するトリガパルスに応答して各振動子２の励振駆動
するパルス電圧を発生する駆動回路、６は振動子２から
受信した超音波エコー強度に応じて出力される電圧値を
もつエコー信号を増幅するプリアンプである。

８は、最大遅延時間として数百nsec（本例では最大160n
sec）まで量子化時間（本例では20nsec）単位で遅延時
間を設定できるタップ付きの遅延線であって、この遅延
線８にはマルチプレクサ10が接続されている。そして、
このマルチプレクサ10の切り換えによって各振動子２に
対するトリガパルスの遅延時間が調整される。12はマル
チプレクサ10の接続切り換え用の遅延時間設定データが
ラッチされる第１ラッチ回路である。

14は、振動子２の励振駆動用の一連のパルスを発生する
パルス列発生回路、16はパルス列発生回路14からの一連
のパルスを入力してこれに同期したクロックパルスを発
生するクロックパルス発生器である。また、18はパルス
列発生回路14で発生されたパルス列の内から各振動子２
ごとに設定される超音波ビームの走査に必要な時間だけ
遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回路で、各チャ
ンネルごとに設けられている。20は遅延線８を通過した
エコー信号を160ns×32tapの遅延線とマトリックス回路
とによって整相して電流加算する整相加算回路である。
また、sw₁、sw₂は超音波の送受波に応じてその接続が切
り換えられるスイッチである。

第２図はパルス列発生回路14とクロックパルス発生器16
とを含むブロック図である。パルス列発生回路14は、図
外のCPUから与えられるスタートパルスに応答して振動
子２の共振周波数に対応した数波連のパルス（本例では
2.5MHzの２波連パルス）を発生するパルス発生器22を有
する。また、このパルス発生器22の出力部には、オアゲ
ート24を介して増幅器26とパルス発生器22からのパルス
を単位時間（本例では160nsec）だけ遅延する単位遅延
線28とが交互にカスケード接続されており、終段の単位
遅延線28には、遅延時間（本例では140nsec）調整用の
遅延線30、位相整合用ボリュームVR、アンドゲート32が
順次接続され、アンドゲート32の出力部がオアゲート24
に接続されている。さらに、各バッファ26の出力部には
信号出力端34が設けられるともに、クロックパルス発生
器16に接続されている。

第３図はパルス抽出回路18の具体的な構成を示すブロッ
ク図である。このパルス抽出回路18は、同期型の４ビッ
ト構成の第１、第２ダウンカウンタ36a、36b、パルス列
発生回路14からのパルスを選択出力するマルチプレクサ
38、マルチプレクサ38の接続切り換えのデータをラッチ
する第２のラッチ回路40、両ダウンカウンタ36a、36bの
出力に基づいてマルチプレクサ38のゲートパルスを発生
するＤフリップフロップ42および第１ダウンカウンタ36
aのカウント出力をレベル反転するインバータ44とから
なる。

次に、上記構成を有する超音波診断装置１の動作につい
て、第４図に示すタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、ここでは超音波ビームの偏向に必要な最大遅
延時間は5100nsecに設定されているものとする。

図外のCPUからパルス列発生回路14のパルス発生器22に
スタートパルスSPが与えられると、パルス発生器22から
は、これに応答して振動子２の共振周波数に対応した一
定周波数（2.5MHz）をもつ２波連のパルスが発生され
る。また、スタートパルスSPの出力タイミングに合わせ
て、CPUからは最大遅延時間設定信号がアンドゲート32
に対して出力され、これによってアンドゲート32は開か
れる。パルス発生器22からの出力パルスはオアゲート2
4、バッファ26、単位遅延線28を順次通過し、単位遅延
線28を通過するたびに単位時間（160nsec）ずつ遅延さ
れる。そして、遅延された各パルスPTRG0〜PTRG7は、各
段に設けられた信号出力端34から出力される。さらに、
終段の単位遅延線28の出力パルスPTRG7は、遅延時間調
整用の遅延線30で一定時間（140nsec）遅延された後、
位相整合用ボリュームVR、アンドゲート32、オアゲート
24、増幅器26を介して再び初段の単位遅延線28に入力さ
れる。この場合、位相整合用ボリュームVRによってアン
ドゲート32、オアゲート24、各単位遅延線28をパルスが
通過する際の位相遅れが20nsecとなるように調整され
る。そして、4960nsec経過後にアンドゲート32に加わる
最大遅延時間設定信号がローレベルになってアンドゲー
ト32が閉じられる。これにより、5100nsecの期間に160n
secずつ遅延された32通りの２波連パスルの列が得られ
る（第４図参照）。

パルス列発生回路14で発生されたこれらのパルスPTRG0
〜PTRG7は、クロックパルス発生器16に与えられる。ク
ロックパルス発生器16は、この入力パルスの立ち上がり
に応答してクロックパルスCLKを発生する。そして、パ
ルス列発生回路14のパルスPTRG0〜７とクロックパルス
発生器16からのクロックパルスCLKとが共に次段のパル
ス抽出回路18に送出される。

一方、CPUからは、パルスPTRG0〜７の発生前に、予め、
超音波ビームを偏向させるのに必要な遅延時間を設定す
るための遅延時間設定データD₀〜D₇がロード信号▲
▼とともに各チャンネルごとに個別的に与えられ
る。そして、各チャンネルにおいては、遅延時間設定デ
ータD₀〜D₇の内の上位5bit（D₃〜D₇）がパルス抽出回路
18に、下位3bit（D₀〜D₂）が第１ラッチ回路12に与えら
れる。

パルス抽出回路18に入力された5bitデータD₃〜D₇の内、
最上位bitのデータD₇が第２ダウンカウンタ36bに、残り
の4bitのデータD₆〜D₃が第１ダウンカウンタ36aにそれ
ぞれロードされ、さらに、下位3bitD₃〜D₅は第２ラッチ
回路40でラッチされてマルチプレクサ38に対してパルス
PTRG0〜７の選択信号として与えられる。また、ロード
信号▲▼入力によってＤフリップフロップは初
期化される。このとき、Ｄフリップフロップ42の反転出
力端子Ｑの出力はハイレベルとなり、マルチプレクサ38
のゲートは閉状態になっている。また、マルチプレクサ
38には、パルス列発生回路14で発生されたパルスPTRG0
〜７が加えられる。さらに、クロックパルス発生器16か
らのクロックパルスCLKは、第１、第２ダウンカウンタ3
6a、36bに共通に与えられる。

第１ダウンカウンタ36a、クロックパルスCLKの入力に応
答して先にロードされたデータD₃〜D₆をダウンカウント
して、そのデータが零になるとリップルキャリー信号を
出力し、これが第２ダウンカウンタ36bに対してイネー
ブル信号として入力される。この際、第２ダウンカウン
タ36bにはクロックパルスCLKが入力されるので、第２ダ
ウンカウンタ36bは、第１ダウンカウンタ36aに同期した
ダウンカウント動作を行なう。そして、第２ダウンカウ
ンタ36bにロードされたデータD₇が零になると、第２ダ
ウンカウンタ36bからリップルキャリー信号が出力さ
れ、この信号によりＤフリップフロップ42がプリセット
される。すると、Ｄフリップフロップ42の反転出力端子
はハイレベルからローレベルに代わり、マルチプレク
サ38のゲートが開状態となる。したがって、マルチプレ
クサ38からは選択データD₃〜D₅に基づいて入力パルスPT
RG0〜７の内から一つのパルスが抽出され、この抽出さ
れたパルスが駆動回路４に対してトリガパルスTRとして
出力される。引き続いて、第１ダウンカウンタ36aが８
個のクロックパルスCLKをダウンカウントすると、その
出力端子Qdがローレベルとなるので、それがインバータ
44でレベル反転された後、Ｄフリップフロップ42にサン
プリングクロックとして入力される。これに応答してＤ
フリップフロップ42の反転出力端子はハイレベルとな
り、マルチプレクサ38のゲートが閉状態となってパルス
PTRG0〜７出力が禁止される。

たとえば、スタートパルスSPが発生された時点を基準に
して2300nsec後にトリガパルスTRをパルスを駆動回路４
に与える場合には、量子化遅延時間が本例では20nsecで
あるから、2300÷20＝115で、これを２進数で表わすと
“01110011"となる。これを遅延時間設定データの各bit
にD₇〜D₀に対応させると、上位5bitのデータD₃〜D₇につ
いては160nsec/1bitとなる。したがって、上位5bitが
“01110"（D₇〜D₃）のとき、第２ダウンカウンタ36bか
らは160nsecのクロックパルスCLKを14個カウントしたと
き、つまり2240nsec経過後にリップルキャリー信号が出
力されてマルチプレクサ38のゲートが開かれ、かつ、下
位3bitの“110"（D₅〜D₃）によりPTRG6のパルスが選択
される。遅延時間設定データ8bit（D₀〜D₇）の内の下位
3bit（D₀〜D₂）＝“011"は、第１ラッチ回路12に与えら
れるので、マルチプレクサ38は遅延時間が60nsecとなる
ように遅延線８のタップを選択する。したがって、スタ
ートパルスSPの発生時点から2240nsec後にパルス抽出回
路18からトリガパルスTR（＝PTRG6）が出力され、さら
に、このトリガパルスTRが遅延線８で60nsec遅延された
後、駆動回路４に加わることになる。

各駆動回路４からは、トリガパルスTRに応答して第６図
に示すような２波連のパスル電圧が発生され、これが振
動子２に加えられる。これにより、各振動子２が超音波
ビームの走査に応じた所定の遅延時間をもち、かつ、振
動子２の共振周波数に対応するパルス幅ｔをもつ２波連
のパスルでもってバースト波励振される。

一方、生体で反射された超音波エコーが各振動子２で受
波されると、各振動子２からそのエコー強度に応じた電
圧値をもつエコー信号が出力される。このエコー信号
は、プリアンプ６を介して再び遅延線８を通過した後、
整相加算回路20に入力される。整相加算回路20では、予
め遅延時間設定データD₀〜D₇に基づいて160nsecの遅延
時間単位で32タップの接続が選択されるので、各チャン
ネルから出力されるエコー信号は送波時と同じ遅延時間
が与えられる。したがって、エコー信号はこの整相加算
回路20で位相を揃えて電流加算された後に出力される。

なお、この実施例では、48素子のトランスジューサを用
いて最大遅延時間を5100nsecに設定した場合について説
明したが、これに限定されるものでないことは勿論であ
る。

（ヘ）効果以上のように本発明によれば、従来のように大遅延線を
設けなくても、各振動子を所定の遅延時間でもって数波
連のパルスで励振駆動できるので、送受波回路部分の構
成が簡単になり、装置の低廉化、小型化が図れるように
なる等の優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を、第５図ないし
第７図は従来例をそれぞれ示し、第１図は超音波診断装
置の送受波回路部分のブロック図、第２図はパルス列発
生回路とクロックパルス発生器を含むブロック図、第３
図はパルス抽出回路の具体的な構成を示すブロック図、
第４図は各部の動作を説明するためのタイミングチャー
ト、第５図は超音波診断装置の送受波回路部分のブロッ
ク図、第６図は振動子に与えられはパルス電圧の波形
図、第７図は従来の他の超音波診断装置の受波回路部分
のブロック図である。１……超音波診断装置、２……振動子、14……パルス列
発生回路、18……パルス抽出回路、22……パルス発生
器、28……単位遅延線、34……信号出力端。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アレー配列された多数の振動子からなるト
ランスジューサを有する超音波診断装置において、前記振動子励振駆動用の一連のパルスを発生する単一の
パルス列発生回路と、このパルス列発生回路で発生されたパルス列の内から各
振動子ごとに設定される超音波ビームの走査に必要な時
間だけ遅延されたパルスを抽出するパルス抽出回路とを
備え、前記パルス列発生回路は、前記振動子の共振周波数に対
応したパルスを発生するパルス発生器を有し、かつ、こ
のパルス発生器からのパルスを単位時間だけ遅延する単
位遅延線を順次カスケード接続するとともに、終段の単
位遅延線を初段の単位遅延線に接続してループ状とし、
さらに、各単位遅延線の出力部に信号出力端を設けて構
成されていることを特徴とする超音波診断装置。