JPH11123194A

JPH11123194A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH11123194A
Application number: JP29005197A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Komine; 繁小峯
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】プローブが備えた各振動子の送受信信号の遅
延量に関するデータを予め用意することなく、高い設定
分解能を実現した超音波診断装置を提供する。【解決手段】プローブ１は、超音波ビームを送受信す
る振動子を複数備えて構成されている。送受信回路２
は、プローブ１の各振動子に送信信号を出力するととも
に、各振動子から出力された受信信号を入力して、それ
に対して所定の処理を施す。演算手段３は、上記送受信
回路２が送受信信号を遅延させる遅延量を振動子毎に演
算する。制御手段４は、プローブ１から送信させる超音
波ビームの送信形態を変更させる場合、演算手段３に、
変更後の送信形態に応じた各振動子の遅延量を演算さ
せ、その演算結果（遅延量）に従って、送受信回路２が
各振動子の送受信信号を遅延する遅延量を新たに設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブローブを構成す
る各振動子の送受信信号の遅延量を制御することによ
り、超音波ビームの送信を制御してセクタスキャン（扇
形走査）等を行い、組織間の音響インピーダンスの違い
を利用して軟部組織の画像化などを行う超音波診断装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いて軟部組織を画像化する超
音波診断装置は、今日では診療所クラスの小さな病院で
も聴診器のように使われており、広く普及している。こ
れは、核医学診断装置、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomograph
y ）装置等の他の診断装置と比較して、手軽にリアルタ
イムに画像を撮ることができる、被験者への侵襲性が０
に近い（痛みや人体への影響がほとんどない）、といっ
た優れた特長を超音波診断装置が備えているためであ
る。

【０００３】上記超音波診断装置では、超音波ビームを
走査（スキャン）することで、被験体の断層像を撮影す
る。その超音波ビームの走査には、超音波ビームを放射
し、被験体内で反射されて戻ってくる超音波（エコー）
を受信する振動子（例えば圧電素子）を備えた探触子
（プローブ）が用いられる。走査方法としては、機械的
な走査と電子的な走査に分けることができる。

【０００４】機械的なスキャンは、普通、プローブを高
速に回転させるか、或いは首振り運動を行うことで実現
される。他方の電子的なスキャンは、普通、複数の振動
子を横一列に並べて配置したプローブを用いて、各振動
子を振動（振動させることで超音波ビームが放射され
る）させるタイミングを制御することで実現される。

【０００５】電子的なスキャン（以降、電子スキャンと
呼ぶ）は、機械的なスキャンと比較すると、フォーカス
やスキャンの制御を柔軟に行える、スキャンにモータが
必要でない分プローブが小型軽量になる、等の利点があ
る。このため、近年の超音波診断装置の大部分では、電
子的にフォーカスやスキャンを行う方法が採用されてい
る。

【０００６】電子スキャンは、リニアスキャンとセクタ
スキャンの２種類に大別することができる。リニアスキ
ャンでは、直線状に多数の振動子（例えば１２８素子）
を配置したプローブ（リニアプローブ）を用意し、それ
らのなかで超音波ビームを放射させる振動子を切り換え
る（例えば３２素子ずつ）ことで超音波ビームを移動さ
せてスキャンが行われる。振動子を凸面状に配置したコ
ンベックスプローブを用いたスキャンの方法も、基本的
にはリニアスキャンと同様である。なお、コンベックス
プローブは、体内の深い位置での視野を広くすることが
できることから、腹部検査や産婦人科領域等での検査に
主に活用されている。

【０００７】他方のセクタスキャンでは、プローブの各
振動子の送受信信号に遅延をかけることにより、超音波
ビームの放射角度（偏向角）を変えたスキャンが行われ
る。超音波ビームの放射角度を変えたスキャンを行うこ
とで、扇形の断層像を形成する。

【０００８】電子スキャンと区別される電子フォーカス
は、各振動子から放射された超音波ビームが体内の一点
に到達するまでの時間が全て等しくなるように、各振動
子の送受信信号に遅延をかけることで行われる。電子フ
ォーカスによって超音波を集束させる点（フォーカス
点）は、超音波ビームを放射できる扇形の範囲内で位置
を変えることができる。電子フォーカスは、体内の特定
の部分だけを撮像したり、そこに流れる血流の速度を測
定するために行われる。

【０００９】以上が、一般的な超音波装置の概要であ
る。次に、図６〜図９を参照して、従来の超音波装置に
ついて説明する。図６及び図７は、従来の超音波装置の
構成図である。これらの図は、プローブを駆動、即ちプ
ローブの各振動子を振動させ、その後に各振動子が被験
体内で反射されて戻ってきた超音波ビーム（エコー）を
受信して出力する受信信号（以降、エコー信号と呼ぶ）
を加算する回路構成を示したものである。図６は送信側
の回路構成、図７は受信側の回路構成である。

【００１０】図６に示すように、プローブ６１は、複数
の振動子６２を備えて構成されている。各振動子６２に
は、それぞれ、高圧パルス発生回路６３が接続されてい
る。その高圧パルス発生回路６３が発生させるパルスに
よって振動子６２は超音波を放射する。

【００１１】高圧パルス発生回路６３は、送信タイミン
グ発生回路６４から出力される信号をトリガとしてパル
スを発生する。その送信タイミング発生回路６４は、所
定周期のクロックをカウントしてその値をレジスタ６５
に保持されている値と比較し、例えばカウント値がレジ
スタ６５の値よりも大きくなると、高圧パルス発生回路
６３に出力する信号をアクティブにする。

【００１２】送信タイミング発生回路６４がアクティブ
の信号を出力するタイミングは、レジスタ６５の値に応
じて変化する。このことから判るように、各振動子６２
が超音波ビームを放射するタイミングは、レジスタ６５
に保持させる値によって管理されている。

【００１３】ＲＯＭ６６には、予め作成した各レジスタ
６５に保持させるデータが記憶されている。各レジスタ
６５には、超音波ビームの放射角度、フォーカス点の位
置等に応じてＲＯＭ６６から読み出されたデータが保持
される。そのデータの保持は、不図示の制御回路（ＭＰ
Ｕ、或いはＤＳＰ）によって行われる。

【００１４】一方、受信側では、図７に示すように、振
動子６２から出力されたエコー信号はプリアンプ７１で
増幅された後、クロスポイントスイッチ７２に入力され
るようになっている。

【００１５】クロスポイントスイッチ７２は、複数の第
１及び第２の信号線を交差させて配置し、その交点に各
々アナログスイッチを設けて構成されているアナログス
イッチマトリクスである。各プリアンプ７１は、それぞ
れ、異なる第１の信号線に接続され、他方の第２の信号
線は、それぞれ、ＬＣディレイライン７３に設けられた
異なるタップに接続されている。

【００１６】エコー信号は、ＬＣディレイライン７３に
入力させるタップの位置により、異なる遅延をかけるこ
とができる。振動子６２から出力されたエコー信号に
は、基本的にそれの送信信号（パルス）と同じだけ遅延
させる必要がある。このことから、各振動子６２の送信
信号の遅延時間に応じたクロスポイントスイッチ７２の
設定が行われる。

【００１７】ＲＯＭ７４には、予め作成したクロスポイ
ントスイッチ７２設定用のデータが記憶されている。そ
のデータは、ＲＯＭ６６に記憶されているデータと対に
なって作成されている。ＲＯＭ７４に記憶されたデータ
は、制御回路により、超音波ビームの放射角度、フォー
カス点の位置等に応じて読み出されてクロスポイントス
イッチ７２に出力される。これにより、各振動子６２が
出力したエコー信号は、ＬＣディレイライン７３によっ
て適切な量だけ遅延されて加算されることになる。被験
体の断層像等は、そのＬＣディレイライン７３の出力信
号を基に形成される。

【００１８】振動子６２の送受信信号の遅延量は基本的
に同じである。しかし、ＲＯＭ６６とＲＯＭ７４に記憶
されているデータは異なっている。これは、送信側と受
信側とで遅延量の管理方法が異なるためである。具体的
には、ＲＯＭ６６には送信タイミング発生回路６４のカ
ウント値をデータとして用意しなければならないのに対
し、ＲＯＭ７４にはクロスポイントスイッチ７２におい
てオンさせるアナログスイッチの位置を指定するデータ
を用意しなければならないためである。

【００１９】図８、及び図９は、超音波ビームの放射方
向を制御する原理を説明するための図である。図８は、
超音波ビームの放射角度を変更するセクタスキャン、図
９は、超音波ビームをフォーカス点に集束させる電子フ
ォーカスの原理を説明するための図である。これら図
８、及び図９を参照して、プローブ６１に配置された各
振動子６２を駆動するタイミングについて説明する。

【００２０】プローブ６１は、図８に示すように、各振
動子６２を直線状に配置して構成されている。図８中の
６２ａは、プローブ６１の中心に位置している振動子
（以降、他の振動子と区別するために中央振動子と呼
ぶ）である。

【００２１】各振動子６２に接続されている遅延回路８
１は、振動子６２を振動させる送信信号（パルス）を遅
延させる構成を模式的に表したものである。遅延回路８
１の大きさ（図に向かって縦方向の長さ）は、遅延量が
大きくなる程大きくして表している。遅延回路８１は図
６におけるレジスタ６５と送信タイミング発生回路６４
が対応する。従って、それらの大きさは、各レジスタ６
５に保持されたカウント値の大きさを表している。

【００２２】プローブ６１から放射される超音波ビーム
は、各振動子６２から放射された超音波の重ね合わせに
なる。各振動子６２からの超音波の位相があう方向に進
行する。図８では、図に向かって左側の振動子６２程大
きな遅延量となっており、右側の振動子６２程早く超音
波を放射する。このため、プローブ６１から放射された
超音波ビームは、振動子６２ａの正面方向から図に向か
って左側に角度θだけ傾いた方向に放射される。

【００２３】このように、送信信号にそれぞれ異なる遅
延をかけ、即ち各送信タイミング発生回路６４が信号を
アクティブにするタイミングを異ならせて、各振動子６
２を駆動させるタイミングを異ならせることで超音波ビ
ームの放射方向を変化させることができる。これによ
り、扇形の被験体の断層像を撮影することができる。

【００２４】次に、電子フォーカス時における各振動子
６２の駆動タイミングについて、図９を参照して説明す
る。電子フォーカスは、上記したように、超音波ビーム
を被験体内のある一点（図９においてはＦ点）に集束さ
せることである。従って、それを実現するには、各振動
子６２から各々放射された超音波をＦ点に同時に到達さ
せれば良いことになる。

【００２５】Ｆ点の位置と各振動子６２との位置関係に
応じて、各振動子６２とＦ点との間の距離は変化する。
ここでは、理解を容易とするために、Ｆ点が中央振動子
６２ａの正面方向にあるとして説明することにする。こ
れは、リニアプローブで電子フォーカスを行う場合の例
に対応する。

【００２６】Ｆ点が中央振動子６２ａの正面方向にある
場合、Ｆ点と中央振動子６２ａ間の距離が最短となり、
他の振動子６２とＦ点間の距離はそれよりも大きくな
る。各振動子６２から放射された超音波がＦ点に到達す
るまでに要する到達時間は、それらの間の距離を超音波
の音速で割った値である。このため、各振動子６２を同
時に駆動すると、中央振動子６２ａから放射された超音
波が最も早くＦ点に到達し、他の振動子６２からの超音
波がＦ点に到達するのはそれよりも遅くなる。その到達
時間の差Δｔは、数１により算出することができる。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで、ｄ０はＦ点の深さ（中央振動子６
２ａとＦ点間の距離）、ｗは対象とする振動子６２と中
央振動子６２ａ間の距離（振動子６２間間隔と中央振動
子６２ａから対象とする振動子６２までの振動子数Ｎと
の積）、Ｃは超音波の音速である。

【００２９】超音波の音速Ｃは、人体内では完全に一定
の速度ではなく、組織の組成などにより変化する。しか
し、それを予め検知して音速Ｃを補正することはできな
い。このため、音速Ｃは人体内でほぼ一定であるとした
場合の値である。

【００３０】数１を用いて算出した時間差Δｔを基に各
振動子６２の送信信号を遅延させれば、Ｆ点に超音波ビ
ームが集束することになる。到達時間は、中央振動子６
２ａが最も小さく、その中央振動子６２ａから離れるに
つれて到達時間は大きくなる。このため、図９に示す各
遅延回路８１の大きさから判るように、中央振動子６２
ａから離れるにつれて遅延量が小さくなるように各レジ
スタ６５にカウント値を保持させる。これにより、Ｆ点
に超音波ビームを集束させることができる。

【００３１】上記したように、各振動子６２の送信信号
の遅延は、各振動子６２がエコーを受信して出力するエ
コー信号に対する遅延と基本的に同じである。このた
め、エコー信号に対する遅延についての説明は省略す
る。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の超音波診断装置は、送受信信号を遅延させるためのデ
ータをＲＯＭ６６、７４に予め記憶させ、超音波ビーム
の放射内容に応じてＲＯＭ６６、７４からデータを読み
出して各振動子６２の送受信信号の遅延量を設定してい
た。

【００３３】しかし、各振動子６２の遅延量は、セクタ
スキャンにおける超音波ビームの放射方向や電子フォー
カスにおけるフォーカス点の位置によって変化すること
はもとより、プローブの種類によっても変化する。この
ため、データとしては、それらの組み合わせ内容が異な
る毎に予め用意しなければならず、そのデータ量が膨大
となっていた。特にセクタスキャンと電子フォーカスの
両方を行える装置では、そのデータ量がより膨大にな
る。

【００３４】例えば、ビームの方向が中央（中央振動子
６２ａの正面方向）から左右各４５度の範囲に１２０段
階、フォーカス点が各ビームの方向毎に１０段階に変更
でき、振動子６２の数が６４であるとすると、１つのプ
ローブで予め用意しなければならないデータ量は送受信
共に７万ワード（１ワードは１振動子６２の１遅延量分
のデータ）以上となる。このことから判るように、予め
遅延量に関するデータを用意する従来の超音波診断装置
では、その膨大なデータを記憶するために大容量、或い
は多数のＲＯＭを必要としていた。そのため、装置のコ
ストを上昇させたり、大型化するといった問題点を発生
させていた。

【００３５】また、データ量は、ビームの放射方向の設
定刻み、フォーカス点の設定刻みを細かくするほど膨大
になる。このため、現実的には設定刻みをあまり細かく
することができず、設定分解能が低いという問題点もあ
った。

【００３６】超音波診断装置のなかには、体内のある一
点の血流速度を測定するドプラ機能を備えたものがあ
る。ドプラ機能を使用する場合には、フォーカス点の設
定は測定したい部分（観測点）に近ければ近いほど良
い。しかし、設定分解能が低い場合、必ずしも観測点に
フォーカス点を合わせることができない。このため、従
来の超音波診断装置では、血流速度の測定感度が全体的
に低くなっていた。

【００３７】具体的には、従来では、例えば設定刻みの
幅は２ｃｍ程となっていた。このため、観測点とフォー
カス点が最大１ｃｍズレることがあった。そのようなズ
レが発生することから、全体的に見て測定感度が低下
し、正確な血流速度の測定を阻害する要因となってい
た。

【００３８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、プローブが備えた各振動子の送受信信号の遅延量
に関するデータを予め用意することなく、高い設定分解
能を実現した超音波診断装置を提供することを目的とす
る。

【００３９】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理図
である。図１を参照して、本発明を構成する手段につい
て説明する。

【００４０】１は、超音波ビームを送受信する振動子
（図示せず）を複数備えたプローブである。このプロー
ブ１としては、電子セクタプローブ、リニアプローブ、
コンベックスプローブ等がある。

【００４１】２は、プローブ１の各振動子に送信信号を
出力するとともに、各振動子から出力された受信信号を
入力して、それに対して所定の処理を施す送受信回路で
ある。その送受信回路２は、送信信号および受信信号に
対し、それぞれ遅延をかけられるものである。送信信号
と受信信号の遅延量は、基本的に同じである。

【００４２】演算手段３は、上記送受信回路２が送受信
信号を遅延させる遅延量を振動子毎に演算する。制御手
段４は、プローブ１から送信させる超音波ビームの送信
形態に応じて、演算手段３に各振動子の遅延量を演算さ
せる。その演算は、例えばその形態が変更になる毎に行
わせる。それの演算結果（遅延量）に従って、送受信回
路２が各振動子の送受信信号を遅延する遅延量を設定す
る。

【００４３】超音波ビームの送信形態は、ビームの送信
方向（偏向角）、フォーカス点の位置、プローブの種
類、プローブが備えた振動子のなかで実際に使用する振
動子によって変化する。その送信形態を変化させる場合
には、各振動子の遅延量を変化させなければならないこ
とになる。

【００４４】本発明では、上記のように、各振動子の遅
延量を演算によって求めている。これにより、遅延量を
予め用意しておく必要がなくなるとともに、設定分解能
の制約がなくなることになる。

【００４５】また、演算手段３の演算結果を記憶させる
記憶手段５を更に用意し、該超音波ビームの送信形態別
に演算手段３に各振動子の遅延量を予め演算させて記憶
媒体５に記憶させておくと、超音波ビームの送信形態を
変更する度に演算手段３に遅延量を演算させなくともす
むようになる。演算手段３に、余裕があるときに遅延量
を演算させられるようになる。

【００４６】それにより、演算手段３に高性能のマイク
ロプロセッサやＤＳＰ、或いは専用に設計した演算プロ
セッサ等を用いなくともすむことになる。また、中断さ
せることなく超音波ビームの送信を行えるようになる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。＜第１の実施の形態＞図２は、第１の実施の形態による
超音波診断装置の構成図である。これは、プローブを駆
動、即ちプローブの各振動子を振動させ、その後に各振
動子が被験体内で反射されて戻ってきた超音波ビーム
（エコー）を受信して出力するエコー信号を加算する送
受信回路の構成を示したものである。

【００４８】図２に示すように、プローブ１１は、複数
の振動子１２を備えて構成されている。各振動子１２に
は、それぞれ、高圧パルス発生回路１３が接続されてい
る。その高圧パルス発生回路１３が発生させるパルスに
よって振動子１２は超音波を放射する。

【００４９】高圧パルス発生回路１３は、送信タイミン
グ発生回路１４から出力される信号をトリガとしてパル
スを発生する。その送信タイミング発生回路１４は、所
定周期のクロックをカウントしてその値をレジスタ１５
に保持されている値と比較し、例えばカウント値がレジ
スタ１５の値よりも大きくなると、高圧パルス発生回路
１３に出力する信号をアクティブにする。

【００５０】送信タイミング発生回路１４がアクティブ
の信号を出力するタイミングは、レジスタ１５の値に応
じて変化する。各レジスタ１５には、マイクロプロセッ
サ１６が出力するカウント値が保持される。マイクロプ
ロセッサ１６は、その内部に備えたＲＯＭに記憶された
プログラムを実行することにより、超音波ビームの放射
（送信）方向やフォーカス点の位置によって変化する超
音波ビームの放射（送信）形態に応じて各レジスタ１５
に保持させるカウント値を変更して、セクタスキャンや
電子フォーカスを行う。その超音波ビームの放射（送
信）形態は、装置の操作者による設定内容の変更や、セ
クタスキャンの進行（走査線の変更）等に応じて変更さ
れる。

【００５１】各振動子１２は、超音波を放射した後は体
内で反射されて戻ってくるエコーを受信してエコー信号
を出力する。そのエコー信号は、プリアンプ１７によっ
て増幅された後、クロスポイントスイッチ１８に入力さ
れる。

【００５２】クロスポイントスイッチ１８は、複数の第
１及び第２の信号線を交差させて配置し、その交点に各
々アナログスイッチを設けて構成されているアナログス
イッチマトリクスである。各プリアンプ１７は、それぞ
れ、異なる第１の信号線に接続され、他方の第２の信号
線は、それぞれ、ＬＣディレイライン１９に設けられた
異なるタップに接続されている。

【００５３】扇形にフォーカス点の位置を設定できるよ
うにした場合、振動子１２の遅延量は、超音波ビームの
全体的な放射方向を変化させるための遅延量と、各振動
子１２から放射された超音波を集束させるための遅延量
とを合わせたものとなる。このため、最大の遅延量は、
単にセクタスキャンを行うような場合と比較して大きく
なる。例えば遅延量は最大１０μｓ程度となる。

【００５４】ＬＣディレイライン１９は、少なくともそ
の遅延をかけられるものである。最大の遅延量が１０μ
ｓ程度であった場合には、隣り合うタップ間の遅延量
を、例えば１０ｎｓ程度に設定する。その遅延量が遅延
の分解能であり、それを単位としてエコー信号を遅延さ
せる。

【００５５】クロスポイントスイッチ１８の設定、即ち
オンさせるアナログスイッチの設定は、マイクロプロセ
ッサ１６により、各振動子１２からのエコー信号がＬＣ
ディレイライン１９内で加算されるように行われる。Ｌ
Ｃディレイライン１９の出力信号は、不図示の後段の回
路に入力され、そこで画像形成、或いは血流速度検出の
ための解析が行われる。

【００５６】このように、マイクロプロセッサ１６は、
各レジスタ１５に保持させるカウント値の管理、及びク
ロスポイントスイッチ１８の設定を行うことにより、超
音波ビームの送信形態を変更する送信制御を行う。それ
により、各振動子１２の送受信信号に対する遅延量を制
御し、セクタスキャンや電子フォーカスを実現させてい
る。

【００５７】マイクロプロセッサ１６は、各レジスタ１
５に保持させるカウント値の管理、及びクロスポイント
スイッチ１８の設定を、各振動子１２の送受信信号に対
して遅延させるべき遅延量を算出して行う。次に、マイ
クロプロセッサ１６による電子フォーカス時、及びセク
タスキャン時における各振動子１２の遅延量の算出方法
について、図３を参照して説明する。図３は、各振動子
１２毎の遅延量の算出方法を説明するための図である。
フォーカス点の位置を扇形に移動できるようにした場合
の例であり、図中には各振動子１２とフォーカス点間の
距離を表してある。

【００５８】なお、ここでは、電子フォーカス時におけ
る超音波ビームの放射方向（偏向角）は、フォーカス点
（図中のＰ点）と中央振動子１２ａとを結ぶ線が、中央
振動子１２ａの正面方向から傾いている角度で定義して
いる。セクタスキャン時では、超音波ビームの放射方向
（偏向角）は各振動子１２で同じであるが、電子フォー
カス時と同じように、超音波ビームの放射方向（偏向
角）は中央振動子１２ａの正面方向からの角度で定義し
ている。

【００５９】始めに、電子フォーカス時における各振動
子１２の遅延量の算出方法について説明する。任意の位
置にＰ点（フォーカス点）を移動できるようにした電子
フォーカスにおいて、各振動子１２間の到達時間（振動
子１２とフォーカス点間の距離を超音波が進行するのに
要する時間）の差Δｔは、Ｐ点までの距離の差を超音波
の音速Ｃで割った値である。従って、中央振動子１２ａ
と図中の右端に位置する振動子１２の到達時間の差Δｔ
は、数２を用いて算出することができる。

【００６０】

【数２】

【００６１】ここで、ｄ０はＰ点と中央振動子６２ａ間
の距離、ｗは対象とする振動子１２（ここでは、図３中
の右端に位置する振動子１２である）と中央振動子１２
ａ間の距離（振動子１２間間隔と中央振動子１２ａから
対象とする振動子１２までの振動子数Ｎとの積）、θは
偏向角、Ｃは超音波の音速である。

【００６２】上記数２では、ｗを対象とする振動子１２
に応じて変更することで、各振動子１２との時間差Δｔ
を算出することができる。例えば偏向角θが図３に示す
ような場合、中央振動子１２ａよりも図に向かって左側
に位置する振動子１２との時間差Δｔは、ｗの値を負に
することで求めることができる。また、式から明らかな
ように、Ｐ点が中央振動子１２ａの正面方向に位置する
と、即ちθの値が０度になると、数２は数１と一致する
ことになる。

【００６３】各振動子１２に必要な遅延量は、各振動子
１２で到達時間の差Δｔを吸収させる値である。従っ
て、Ｐ点に近い振動子１２程大きな遅延量としなければ
ならない。中央振動子１２ａよりもＰ点から遠い振動子
１２では、中央振動子１２ａよりも早く超音波を放射さ
せなければならない。しかし、中央振動子１２ａを基準
（遅延量を０）にすると、それよりＰ点に遠い振動子１
２では遅延量が負の値になる。それを回避するために、
各振動子１２の遅延量は、全振動子１２に共通に予め定
めた遅延量（以降、便宜的に基本遅延量と呼ぶ）を与え
ておき、その基本遅延量から、数２を用いて求めた時間
差Δｔを減算することで算出している。このようにして
遅延量を算出すると、Ｐ点から遠い振動子１２ほど早く
超音波を放射することになり、各振動子１２から放射さ
れた超音波をＰ点で集束させられるようになる。

【００６４】次に、セクタスキャン時における各振動子
１２の遅延量の算出方法について説明する。セクタスキ
ャン時における中央振動子１２ａを基準とした各振動子
１２との時間差Δｔは、偏向角をθ、中央振動子１２と
対象とする振動子１２との間の距離をｗとすると、Δｔ
＝ｗ・ｓｉｎθとなる。このときの距離ｗは、電子フォ
ーカス時と同様に、偏向角θが中央振動子１２ａの正面
方向で分けられる２つの領域の何れ側にあるかによって
符号が反転される。例えばθが図３に示す偏向角であっ
た場合には、中央振動子１２ａよりも図に向かって左側
に位置する振動子１２では距離ｗは負の値である。セク
タスキャン時においても、遅延量が負の値とならないよ
うに、基本遅延量から時間差Δｔを減算することで各振
動子１２の遅延量を算出している。

【００６５】マイクロプロセッサ１６は、超音波ビーム
の送信形態を変更する度に、上記のようにして各振動子
１２の遅延量を算出する。算出した遅延量は、送信側、
受信側のそれぞれの回路に合わせた設定用のデータ（以
降、遅延データと呼ぶ）に変換する。具体的には、例え
ば送信側においては、各振動子１２の遅延量を送信タイ
ミング発生回路１４に入力されるクロックの周期で割る
ことでカウント値に変換する。他方の受信側において
は、各振動子１２の遅延量を遅延の分解能（例えば１０
ｎｓ）で割ることにより、各振動子１２から出力された
エコー信号を入力させるタップ、即ち第１の信号線と第
２の信号線とを接続させるアナログスイッチの位置を特
定して、クロスポイントスイッチ１８に出力すべきデー
タを生成する。なお、遅延量が最大１０μｓ程度で遅延
の分解能を１０ｎｓ程度とすると、遅延データは少なく
とも１０ビット必要となる。

【００６６】上記のようにして遅延量の変換を行った
後、マイクロプロセッサ１６は、各レジスタ１５に新た
に求めたカウント値を保持させ、他方のクロスポイント
スイッチ１８に上記データを書き込むことで、送信側、
及び受信側の回路の設定を行う。超音波ビームは、その
設定が終了後直ちに送信される。

【００６７】このように、超音波ビームの送信形態を変
更させる場合、その内容に応じて各振動子１２の遅延量
を算出し、その算出結果に従って送受信回路の設定を行
っている。このため、偏向角やフォーカス点の位置、プ
ローブの種類等に応じて各振動子１２の遅延量に関する
データを予め用意しておく必要を回避することができ
る。

【００６８】その遅延量を算出するためには、振動子１
２数や振動子１２間隔といったデータを予め用意する必
要がある。しかし、それらのデータ量は非常に小さく、
例えばマイクロプロセッサ１６が備えたＲＯＭに記憶さ
せておくことができる。このため、データを記憶させる
記憶媒体（ＲＯＭ等）が不要になり、装置の小型化や低
コスト化を達成することができる。

【００６９】更には、各振動子１２の遅延量を算出する
ことから、超音波ビームの送信形態に応じて必要な各振
動子１２の遅延量を随時得ることができる。このため、
設定分解能の制約がなくなり、任意の送信方向に超音波
ビームを送信することや、任意の位置に超音波ビームを
集束させることができる。それにより、ドプラ機能を備
えた装置では血流速度の測定感度の実質的な向上が実現
される。

【００７０】また、マイクロプロセッサ１６は、従来の
超音波診断装置では送信制御用に用いられるものであ
る。第１の実施の形態では、そのマイクロプロセッサ１
６に、各振動子１２の遅延量を算出させている。これに
より、部品点数の増大を回避し、装置のコストを抑える
ことができる。

【００７１】ところで、超音波ビームの放射内容を変更
する度に、マイクロプロセッサ１６に各振動子１２の遅
延量を算出させると、そのマイクロプロセッサ１６の性
能や振動子１２数等にも依存するが、単位時間当たりに
超音波ビームを送信できる回数（フレームレート）が低
下することが考えられる。上記の式から判るように、電
子フォーカスはセクタスキャンと比較して遅延量の計算
に時間がかかる。このことから、電子フォーカスのみ、
或いは電子フォーカスとセクタスキャンを交互に行うよ
うな場合には、例えば以下のようにしてフレームレート
の低下を抑えても良い。

【００７２】電子フォーカス時における遅延量（時間差
Δｔ）は、超音波ビームの偏向角による遅延（時間差）
分と、フォーカス点の距離（図３中においてはｄ０が対
応）による遅延（時間差）分との２つから成り立ってい
ると考えることができる。そのため、厳密には異なる
が、偏向角による遅延（時間差）分とフォーカス点によ
る遅延（時間差）分の加算結果をトータルの遅延量（時
間差Δｔ）としても誤差はそれほど大きくない。

【００７３】フォーカス点の位置は、操作者が設定す
る。このため、操作者がそのための操作を行った際に、
マイクロプロセッサ１６にフォーカス点による遅延（時
間差）分を計算させる。そのようなタイミングで遅延
（時間差）分を計算させると、例えば計算に数十ｍｓ程
度の時間がかかったとしても、操作者が操作を完了した
ときには既に必要なデータが揃っているような形となっ
て不具合は発生しないようになる。このことから、計算
したフォーカス点による遅延（時間差）分を保持してお
き、電子フォーカス時には、その保持している遅延（時
間差）分に、偏向角に応じて計算した遅延（時間差）分
を加算して遅延量（時間差Δｔ）を算出する。それによ
り、電子フォーカス時においてもセクタスキャン時と殆
ど変わらない時間で遅延量（時間差Δｔ）を算出するこ
とができ、フレームレートの低下を抑えることができ
る。

【００７４】次に、プローブ１１としてリニアプロー
ブ、或いはコンベックスプローブを備えた場合のマイク
ロプロセッサ１６の動作について説明する。リニアプロ
ーブ、或いはコンベックスプローブを備えた場合には、
断層像を形成するスキャンは超音波を放射させる振動子
１２を切り換えることで行われるため、電子フォーカス
時の遅延量を算出するだけで良い。このとき、各振動子
１２間の最大の遅延量の差は普通は数μｓ程度である。
そのため、遅延の分解能を１０ｎｓ程度とすると、遅延
量（遅延データ）は８ビットで良いことになる。

【００７５】マイクロプロセッサ１６は、フォーカス点
の設定が変更された場合に遅延量を算出する。そのフォ
ーカス点の設定の変更は、操作者によって行われる。そ
のため、操作者がそのための操作を行った後、マイクロ
プロセッサ１６に遅延量の算出（遅延データへの変換を
含む）を専念させている。それにより、マイクロプロセ
ッサ１６に遅延量を算出させることで生じる不具合を回
避している。なお、このときの遅延量の算出は、例えば
偏向角θを０とした数２を用いて行われる。

【００７６】マイクロプロセッサ１６は、上記のように
して算出した遅延量（遅延データ）を、例えばフォーカ
ス点の設定が再び変更されるまで保持する。その後は、
その保持した遅延量（遅延データ）を必要に応じて使用
しながら、遅延量を新たに算出することなく、送信制御
を行う。従って、遅延量（遅延データ）を算出した後の
マイクロプロセッサ１６の負荷は、従来と殆ど変わらな
いことになる。

【００７７】このようなことから、プローブ１１として
リニアプローブ、或いはコンベックスプローブを備えた
場合には、マイクロプロセッサ１６の性能等に関わら
ず、フレームレートが低下するのを回避することができ
る。そのため、マイクロプロセッサ１６としては、従来
において採用されているような汎用のマイクロプロセッ
サを用いることができる。

【００７８】なお、第１の実施の形態では、新たに求め
た遅延量の遅延データ（回路に合わせた実際の設定値）
への変換を計算式で行っているが、その変換を行うべき
データ量は多くはないことから、変換用のテーブルを予
め用意し、そのテーブルを参照して変換を行うようにし
ても良い。

【００７９】また、第１の実施の形態では、送信制御を
行うマイクロプロセッサ１６に遅延データの算出を行わ
せているが、遅延データの算出用の装置（マイクロプロ
セッサ、或いはＤＳＰ等）を用意し、それに遅延データ
を算出させるようにしても良い。＜第２の実施の形態＞上記第１の実施の形態は、従来は
送信制御用として用いられていたマイクロプロセッサ１
６に各振動子１２の遅延量を算出させることで本発明を
適用したものである。これに対し、第２の実施の形態
は、送信制御用としては用いられていない他の部品に各
振動子１２の遅延量を算出させることで本発明を適用し
たものである。

【００８０】第２の実施の形態の構成は、第１の実施の
形態のそれと基本的に同じである。このため、第１の実
施の形態と基本的に同じものについては同じ符号を付与
することにする。

【００８１】図４は、第２の実施の形態による超音波診
断装置の構成図である。図２と同様に、送受信回路の構
成を示したものである。プローブ１１は、電子セクタプ
ローブである。その振動子１２数は例えば６４である。

【００８２】ＤＳＰ２１は、ドプラモード（Ｄモード）
が設定されていた場合に、ＬＣディレイライン１９の出
力信号を入力して、ドプラの周波数解析を行うことによ
り、フォーカス点の血流速度の測定（検出）を行う。ま
た、フォーカス点の位置や超音波ビームの偏向角が変更
されると、変更後の内容に応じて各振動子１２の遅延量
を算出し、その遅延量を送信側、受信側の回路に合わせ
て遅延データに変換する。その変換後のデータは送信側
と受信側とに分けてＲＡＭ２２、２３にそれぞれ記憶さ
せる。ＤＳＰ２１は、これらの動作を、その内部に備え
たＲＯＭ（図示せず）に記憶したプログラムを実行する
ことで実現する。

【００８３】各レジスタ１５にはＲＡＭ２２に記憶され
たデータが出力され、クロスポイントスイッチ１８には
ＲＡＭ２３に記憶されたデータが出力される。それら
は、例えば送信制御用に用意されたマイクロプロセッサ
によって行われる。そのマイクロプロセッサは、例えば
図２に示すマイクロプロセッサ１６であり、従来の超音
波診断装置も備えているものである。

【００８４】このように、第２の実施の形態において
も、従来はドプラの周波数解析専用のＤＳＰ２１に遅延
量の計算を行わせている。これにより、部品点数の増大
を回避している。

【００８５】一般にＤＳＰは、マイクロプロセッサと比
較して高速に演算を行うことができる。ＤＳＰ２１に遅
延量の計算を行わせることにより、その計算にマイクロ
プロセッサを使用する場合と比較して、遅延量の計算の
ために装置が止まってしまう時間を短くすることができ
る。

【００８６】ここで、ドプラモードの一般的な使われ方
について説明する。ドプラモードを使用したい場合、先
ず、Ｂモードと呼ばれる断層像を撮像して血流速度を測
定したい部位を調査し、その後ドプラモードに移行す
る。ドプラモードに移行後は、表示させている断層像上
で血流速度を測定したい位置にドプラサンプリングマー
カ（図示せず）を合わせて、その位置の血流速度の測定
を行うという手順となる。

【００８７】血流速度の測定には、超音波ビームを連続
して送信して行う方法と、１回の超音波ビームを送信し
て行う方法とがある。前者の方法（ここでは連続モード
と呼ぶ）には、超音波ビームの放射方向の全ての信号を
加算してしまうという不具合はあるが、血管が狭くなっ
て血流速度が高速になっているような場合でも測定でき
るという利点がある。後者の方法（ここではパルスモー
ドと呼ぶ）には、フォーカス点の血流速度だけを測定で
きるという利点があるが、測定できる血流速度に限界が
あるという不具合がある。このため、それらは測定の目
的等に応じて使い分けられている。

【００８８】ドプラモードには、Ｂモードの断層像を常
に更新しつつ血流速度の測定を行うという使用方法もあ
る。この使用方法では、Ｂモード用の超音波ビームの送
信と、Ｄモード用の超音波ビームの送信が交互に行われ
ることになる。しかし、高速な血流速度を測定する場合
には、超音波ビームを連続して送信する連続モードでな
ければならないため、Ｂモード用の超音波ビームの送信
を止めてＤモード用の超音波ビームの送信を続けて行う
ことになる。

【００８９】Ｂモードにおける断層像１画面は、周知の
ように、超音波ビームを１回送信する毎に超音波ビーム
の送信方向を少しずつずらして走査線を変更していく、
即ちセクタスキャンを行うことで撮影される。それを実
現するためには、１回の送信毎に各振動子１２の遅延量
を変化させなければならない。Ｂモードにおけるフォー
カス点は、装置の操作者がその点の位置を変更した場合
に変更し、Ｄモードにおいては、装置の操作者がドプラ
サンプリングマーカを動かさない限りフォーカス点の位
置を変更しないのが普通である。

【００９０】Ｂモードでフォーカス点の位置を変更する
頻度は、通常はあまり大きくはない。他方のＤモードで
フォーカス点の位置を変更することは頻繁に行われる。
それの変更が行われた場合には、直ちに各振動子１２の
遅延量を計算する必要がある。しかし、それらの変更
は、通常は装置の操作者によって行われることから、Ｄ
ＳＰ２１をその計算に専念させても不具合は発生しな
い。

【００９１】上記したように、Ｂモードで断層像を撮影
する際には、超音波ビームの送信方向は１回の送信毎に
変わる。そのＢモードでの超音波ビームの送信を、Ｄモ
ードでの送信と交互に行う場合、ＤＳＰ２１は周波数解
析と遅延量の計算の両方を行わなければならなくなり、
負荷が非常に重くなる。超音波ビームの送信動作が一時
的に止まってしまうようなことが発生するので好ましく
ない。

【００９２】なお、そのＤモードが連続モードであれ
ば、予め定められた回数（例えば１２８）の超音波ビー
ムの送信が完了し、ＬＣディレイライン１９の出力信号
を全て取り込むまでの間、ＤＳＰ２１は周波数解析を行
うことができない。その待ち時間を利用して遅延量を計
算させることができる。このため、パルスモード時と比
較すると、負荷が小さくなり、装置が止まってしまうよ
うな時間が短くなる。

【００９３】このことから、第２の実施の形態では、Ｂ
モード１断層像分の遅延量（遅延データ）と、Ｄモード
における遅延量（遅延データ）とを予め算出するように
している。ＲＡＭ２２、２３は、その算出した遅延デー
タの記憶に用いている。

【００９４】図５は、ＲＡＭ２２に記憶されるデータ
（遅延データ）の構成図である。図５に示すように、モ
ード別にまとめて各振動子１２の遅延データ（レジスタ
１５に保持させるカウント値）が記憶されている。１画
面分の断層像を撮影するには、超音波ビームの送信方向
（走査線）を変えてスキャンする必要がある。このた
め、Ｂモードの遅延データは、走査線別にまとめて記憶
されている。なお、図５において、「走査線」の直後の
数字は走査線の番号、「振動子」の直後の数字（０〜６
３）は各振動子１２に付けられた番号をそれぞれ示して
いる。

【００９５】受信側の遅延データは、クロスポイントス
イッチ１８の設定用データである。このため、他方のＲ
ＡＭ２３には、特には図示しないが、クロスポイントス
イッチ１８の設定用データがＲＡＭ２２と同様に分類さ
れて記憶される。

【００９６】このように、これから行うスキャンやフォ
ーカスの内容に応じて遅延データをＲＡＭ２２、２３に
予め記憶させておくことにより、超音波ビームの送信を
行っている間、ＤＳＰ２１を周波数解析に専念させるこ
とができる。送信方向やフォーカス点の位置を変更しな
がら超音波ビームの送信を行う場合であっても、ビーム
の送信形態に対応する遅延データをＲＡＭ２２、２３か
らそれぞれ読み出して各レジスタ１５、クロスポイント
スイッチ１８に出力するだけで送信制御を行うことがで
きる。このため、超音波ビームの送信を開始してから完
了するまでの間に装置が止まってしまうようなことを回
避することができる。

【００９７】超音波ビームの送信開始は、装置の操作者
が設定した内容に従って行われる。このため、操作者が
設定内容を変更したとき、例えばドプラサンプリングマ
ーカを動かしたとき、変更後の設定内容に応じて遅延デ
ータを算出してＲＡＭ２２、２３に記憶させている。こ
れにより、遅延データの算出に不具合が発生しないよう
にしている。

【００９８】第２の実施の形態では、遅延データを記憶
させるための記憶媒体（ＲＡＭ２２、２３）が必要であ
る。しかし、記憶媒体に記憶させる遅延データは、現在
の設定内容に応じたものだけである。指定できるフォー
カス点の全ての位置の遅延データも予め用意しなければ
ならない従来方式と比較すれば、データ量は非常に小さ
い。例えば、設定分解能といった条件を同じとしてデー
タ量を具体的に比較してみると、従来方式では３ＭＢ程
度であったのに対し、第２の実施の形態（本発明）では
３２ＫＢ程度である。

【００９９】このことから明らかなように、第２の実施
の形態においても、従来と比較して、装置の小型化、低
コスト化を実現することができる。なお、第２の実施の
形態では、Ｂ，Ｄモードでの超音波ビームの送信を行う
場合を例として説明したが、ＲＡＭ２２、２３に記憶さ
せる遅延データはこれらのモードに限定されるものでは
ない。超音波診断装置には他にＡモードやＭモードとい
ったモードがある。このことから、ＲＡＭ２２、２３に
は、必要な遅延データを随時記憶させれば良い。

【０１００】また、第２の実施の形態では、ＤＳＰ２１
に遅延データの計算を行わせているが、送信制御を行う
マイクロプロセッサにその計算を行わせるようにしても
良い。そのようにした場合であっても、部品点数の増大
を抑えることができる。

【０１０１】また、本実施の形態（第１および第２の実
施の形態）では、遅延データを計算するためのデータ、
具体的には振動子１２間の間隔や振動子１２数等を予め
マイクロプロセッサ１６内、ＤＳＰ２１内のＲＯＭに用
意している。しかし、これらのデータは必ずしも予め用
意しなくても良い。プローブ１１を必要に応じて取り換
えられるように、メーカのサービスマン等がそれらのデ
ータを入力して記憶させておけるようにしても良い。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プロー
ブの種類、フォーカス点の位置、超音波ビームの送信方
向（偏向角）によって定まる各振動子の遅延データを予
めＲＯＭ等に用意せず、遅延データ変更の必要性が生じ
た時点で遅延データを算出する。このため、遅延データ
を予め記憶させておく記憶媒体が不要になり、装置の小
型化や低コスト化を実現することができる。

【０１０３】また、遅延データを計算によって求めるこ
とから、設定における分解能の制約をなくすことができ
る。このため、所望する位置に超音波ビームを正確に集
束させることができる。これにより、ドプラモードにお
いては、血流速度の測定感度の実質的な向上を実現させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】第１の実施の形態による超音波診断装置の構成
図である。

【図３】各振動子毎の遅延量の算出方法を説明するため
の図である。

【図４】第２の実施の形態による超音波診断装置の構成
図である。

【図５】ＲＡＭに記憶されるデータの構成図である。

【図６】従来の超音波診断装置の構成図である（その
１）。

【図７】従来の超音波診断装置の構成図である（その
２）。

【図８】電子走査の原理を説明するための図である。

【図９】電子フォーカスの原理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１プローブ２送受信回路３演算手段４制御手段５記憶媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の振動子を有するプローブを備え、
該複数の振動子の送受信信号の遅延量を各振動子毎に設
定することによって超音波ビームの送信形態を制御する
超音波診断装置において、前記送受信信号の遅延量を各振動子毎に演算する演算手
段と、前記超音波ビームの送信形態に応じて、前記演算手段に
各振動子の遅延量を演算させ、該演算結果に従って前記
送受信信号の遅延量を各振動子毎に設定する制御手段
と、を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】前記演算手段の演算結果を記憶する記憶
媒体を更に具備し、前記制御手段は、予め定められた順序に従って前記送信
形態を変更しながら超音波ビームを送信させていく場
合、該超音波ビームの送信形態別に前記演算手段に各振
動子の送受信信号の遅延量を予め演算させて前記記憶媒
体に記憶させ、前記超音波ビームの送信形態を変更する
度に、該記憶媒体に記憶させた対応する演算結果を読み
出して各振動子の送受信信号の遅延量を設定する、ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】前記演算手段を、前記制御手段、或いは
前記各振動子の受信信号を基に血流速度測定のための周
波数解析を行う解析手段と合わせて実現させた、ことを特徴とする請求項１、または２記載の超音波診断
装置。