JPS6399847A - 電子フオ−カス制御の超音波診断装置 - Google Patents

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］ 本発明は電子フォーカス制御の超音波診断装置、特に同
一放射軸上の複数焦点の被検体内情報を受信する、いわ
ゆる受信ダイナミックフォーカスを行う電子フォーカス
制御の超音波診断装置に関する。

［従来の技術］ 生体内の情報、例えば腹部断層像や心臓内血流などの運
動状態を画像表示する超音波診断装置が周知であり、こ
の超音波診断装置では、被検体内の詳細な形態等の正確
な表示をするために、超音波ビームの指向性を改善する
電子フォーカス制御が行われている。

この電子フォーカス制御には、固定フォーカス。

ダイナミックフォーカス又は受信ダイナミックフオーカ
スなどの手法があり、前記固定フォーカスは、第６図（
ａ）に示されるように、アレイ状に配列された振動子を
電子制御して画像表示しようとする中間点に固定焦点Ｆ
。を合せる。そして、この固定焦点Ｆ。を同−深さにお
いて振動子列方向に順に移動走査することにより、被検
体内を画像表示する。

また、ダイナミックフォーカスは、第６図（ｂ）に示さ
れるように、超音波ビームを放射する同一の放射軸上１
００において複数個、例えば３個の焦点Ｆｔ　、Ｆ２　
、Ｆａを定め、この焦点位置に対して３回の超音波送受
波を行う。従って、ダイナミックフォーカスによれば、
リアルタイム性を失うことなく近距離から遠距離まで全
域にわたって分解能の良い画像を得ることができる。

更に、受信ダイナミックフォーカスは、第６図（Ｃ）に
示されるように、例えば焦点Ｆ２に超音波ビームを送波
し、受信時にのみ近距離領域について焦点Ｆｌで受信し
、一方遠距離領域については焦点Ｆ３で受信する。従っ
て、受信ダイナミックフォーカスによれば、複数の超音
波送波を必要としないので、フレームレイト（単位時間
当りの走査線数）を減少させることなく画質を向上させ
ることができ、特に動きの速い部位に良好に適用できる
。

しかし、前記固定フォーカスではフォーカス点以外の部
分がぼけて良好な画質を得ることができないし、またダ
イナミックフォーカスでは良好な画質を得ることはでき
るが、同一放射軸上において、つまり画面の一本の走査
線を得るのに３回の超音波送受波を行わなければならず
、一般に一枚の断層像画面を得るのに１２８本の走査線
が必要であることから、この場合には、１２８ｘ３−３
８４回の送受波を行わなければならず、一枚の画面を得
るのに時間がかかるという問題がある。

このような固定フォーカスやダイナミックフォーカスに
対してこれらの問題点を解消するものとして、フレーム
レイトを落さずに質の良い画像が得られる上記受信ダイ
ナミックフォーカスが注目されており、本発明もこれに
着目するものである。

しかし、受信ダイナミックフォーカスでは、信号切換え
の際のスパイクノイズが生ずるという問題がある。

そこで、従来では上記スパイクノイズを低減するためヘ
テロダイン方式を採用したものがある。

すなわち、このヘテロダイン方式は受信信号を周波数シ
フトさせるものであり、第７図に示されるように、増幅
器１２にて受信信号を増幅した後に乗算器１４にて局部
発娠（局発）周波数を混合し、受信信号を中間周波数に
落すようにする。すなわち、受信信号の周波数ｆ　　局
発周波数ｆＬとすθ　′ ると、ｆ　　＋ｆ　　　あるいはｆｏ−ｆＬの中間局Ｏ
Ｌ’ 波数に変換することができ、このうちの一方の信号を取
り出すことになるが、異なる局発信号を掛け合せて異な
る中間周波数信号に変換することにより、遅延量を与え
たものに相当する信号を得ることができる。

例えば、第８図に示されるような３つの局発信号を３つ
の受信焦点に対して用いる。この局発信号は図（ａ）→
図（ｂ）→図（ｃ）の順に位相差の大きい信号であり、
この局発信号を上記順に近距離から遠距離の受信信号に
順次掛け合わせることにより、複数焦点での受信ダイナ
ミックフォーカスを行うことができる。これによれば、
信号変換の際のノイズを著しく低減させ、フレームレイ
トを落さずに質の良い画像を得ることができる。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで、このようなヘテロダイン方式でも、回路規模
が大きくなるという問題が残されており、簡易な構成か
ら成る装置が望まれている。

そして、従来の受信ダイナミックフォーカスでは依然と
して解決されていない問題点がある。すなわち、受信焦
点に対する画質はある程度改善されるが、受信焦点を段
階的に切り換えているため、受信焦点以外の部分の情報
を正確に受信することができず、前述した複数回送受信
するダイナミックフォーカスと比較すると、まだ分解能
向上についての改良が不十分である。

そこで、本発明者らは可変周波数信号を滑かに掃引し、
かつこの掃引信号に所定の遅延時間を与えた多重位相信
号を局発信号として発生させる。

そして、この多重位相信号を各振動子で得られたそれぞ
れの受信信号に掛け合わせることにより、同一放射軸上
の連続した焦点の信号を得る２置を本発明と同時に提案
している。

第２図には前記多重位相信号を説明する図が示されてお
り、可変周波数信号発生回路１６及び遅延線１８により
多重位相信号発生回路２０が構成される。この可変周波
数信号発生回路１６は周波数が連続して変化する掃引信
号を発生させるが、まず異なる周波数の信号、実施例で
は高い周波数から低い周波数の信号を発生させ、この周
波数信号を連続的に掃引することにより、図２００に示
されるような信号が形成される。

また、遅延線１８では前記可変周波数信号を所定時間Δ
ｔだけ遅らせて多重位相の信号を形成する。従って、多
重位相信号発生回路２０から出力される信号は時間経過
とともに位相が変化する多重位相の信号となり、例えば
信号２０１と信号２０３とを比較すると、信号先端では
２Δｔの時間にθ、　−３ＧＯ’の位相差があるのに対
して、信号後端では２Δｔの時間にθ２−１８０’の位
相差しかなく、連続して位相変化が生じていることが理
解される。

このような多重位相信号は局発信号として受信信号に掛
け合わせることにより、同一放射軸上において連続した
受信焦点での情報を得ることができる。

この提案発明によれば、段階的な受信焦点ではなく連続
した焦点信号により、生体内における分解能の良い信号
を得ることができるという利点を有する。

しかしながら、連続焦点を得るための多重位相信号は、
後述するように、その位相差によって連続した複数焦点
の位置を確定しているので、この位相差が３６０度を越
えない範囲で多重位相信号を用いなければならない。従
って、前記連続焦点における受信は、距離長さく深さ距
離）にある程度限界が生じることとなり、広範囲の生体
内情報を良好に得るための改良が必要となる。

発明の目的 本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、
その目的は、連続焦点での受信ダイナミックフォーカス
を行う場合に、生体内の広範囲において分解能の良い画
像を得ることのできる電子フォーカス制御の超音波診断
装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、複数個配列され
た振動子を励振することにより超音波ビームを生体内に
送波し、生体内から反射された反射波を受信ダイナミッ
クフォーカスにて放射軸上の複数の受信焦点の情報とし
て受信する電子フォーカス制御の超音波診断装置におい
て、変化する周波数の信号を滑かに掃引して可変周波数
信号を発生させる可変周波数信号発生回路と、この可変
周波数信号発生回路の出力に所定の遅延量を与える遅延
線と、から成り、時間経過にしたがって位相が変化する
多重位相信号を発生させる多重位相信号発生回路を備え
るとともに、前記多重位相信号を局部発振信号として各
振動子で得られた受信信号に掛け合わせて連続焦点信号
とした後にこの連続焦点信号に異なる遅延量を与えて段
階的に定められた距離領域ごとの受信ダイナミックフォ
ーカス信号とする段階領域用遅延制御器を複数個備え、
連続焦点信号を深さ方向で段階的に受信して広範囲での
正確な情報を得ることを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、多重位相信号発生回路からは連続
的に位相の異なる同一の信号が所定の遅延量にて複数出
力され、これらの出力が多重位相から成る信号となり、
この多重位相信号は個々の振動子で受信された受信信号
に混合され連続焦点信号となる。

そして、この連続焦点信号は超音波送受波域を複数段に
分割した分割領域に設けられる遅延制御器により、従来
の受信ダイナミックフォーカスと、同様な操作にて受信
され、これにより各段階領域ごとの・連続焦点信号が得
られる。従って、同一放射軸上の広範囲の連続した受信
焦点からの信号が得られることとなり、１回の超音波送
波により分解能のよい画像を形成することが可能となる
。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には本発明に係る超音波診断装置の回路ブロック
図、第２図には多重位相信号を形成する回路構成とその
波形が示されている。

第１図において、超音波送受波を行う振動子１０には増
幅器１２が接続され、この増幅器１２には乗算器１４が
接続される。そして、前述したように連続して位相差の
異なる信号を発生させる多重位相信号発生回路２０．受
信信号に掛合わせる多重位相信号を選択する局発信号選
択回路２２が設けられており、第２図に示されるように
、多重位相信号発生回路２０は可変周波数信号発生回路
１６及び遅延線１８により構成される。この可変周波数
信号発生回路１６は、前述したように、例えば高い周波
数から低い周波数の信号を連続的に掃引することにより
、図２００に示されるような信号を形成する。

また、遅延線１８では前記可変周波数信号を所定時間Δ
ｔだけ遅らせて多重位相の信号を形成するので、多重位
相信号発生回路２０から出力される個々の信号は時間経
過とともに位相が変化する多重位相の信号であって、複
数個の信号が互いに位相の異なる多重位相の信号となる
。

この多重位相信号の位相差は可変周波数信号の複数の周
波数と遅延線１８の遅延量によって定められ、特に位相
差を大きくする場合には可変周波数信号の周波数差を大
きくすればよい。そして、この多重位相信号は局発信号
として受信信号に掛け合わせられることにより、同一放
射軸上において連続した受信焦点での情報を得ることが
できる。

また、超音波診断装置には余分な信号を除去するフィル
タ２８１画像表示のための処理をするイメージ信号処理
回路３０及び画像を表示するための表示回路３２が設け
られる。

本発明において特徴的なことは、連続焦点信号を段階的
に設定された距離領域ごとに受信して広範囲の連続焦点
の受信信号を得ることであり、これは連続焦点信号に所
定の遅延量を与える複数個の段階領域用遅延制御器によ
りて行われる。

実施例では、２個の段階領域用遅延制御器が設けられ、
近距離について第１の遅延制御器３４゜遠距離について
第２の遅延制御器３６が設けられ、診断領域を、第３図
に示されるように、Ａ及びＢの２段階に分けて受信ダイ
ナミックフォーカスを行う。従って、図に示されるよう
に、従来において焦点Ｆｌ−Ｆ６について受信ダイナミ
ックフォーカスを行っていた広範囲の領域を２段階のフ
ォーカス制御にて受信することができる。　実施例は以
上の構成から成り、多重位相信号発生回路２０の出力は
局発信号選択回路２２に供給され、ここで各振動子にて
受信された受信信号に掛け合わせる（乗算器１４）多重
位相の局発信号を選択する。

乗算器１４−１〜１４−ｎには、各振動子１〇−１〜１
０−ｎで受信されたものであって、ゲインコントロール
された増幅器１２−１〜１２−ｎを介して得られた受信
信号が供給されており、この乗算器１４にて多重位相の
局発信号が受信信号に混合される。

ここで、第４図に基づいて乗算器１４の出力信号、つま
り連続焦点信号について説明する。

図に示されるように、８個の振動子１０を用いて一つの
超音波ビームを形成した場合、放射される超音波は放射
軸１００上に焦点を結ぶことになる。例えばＦ、、Ｆ２
．Ｆ３の焦点について考えると、順に図のような超音波
面３０１，３０２゜３０３が形成され、この波面から焦
点がＦ１→Ｆ２→Ｆ３と移るにしたがい振動子１０での
遅延時間が小さくて良いことが分る。

すなわち、距離が遠くなればなる程小さな遅延時間で反
射波を受信すればよいということは、距離が遠くなれば
なる程小さな位相差の局発信号で受信ダイナミックフォ
ーカスを行えば良いことを意味する。従って、本発明で
は多重位相信号発生回路２２の出力である多重位相信号
を位相差の大きい信号を近距離に、位相差の小さな信号
を遠距離に対応させることにより、近距離から遠距離ま
での広い範囲で連続的に焦点の合った受信信号を得るこ
とができる。

このようにして得られた乗算器１４の出カバ、第１およ
び第２の段階用遅延制御器３４．３６に供給され、各段
階で定められた遅延量により、連続焦点信号の受信が行
われる。この段階的な受信は従来の受信ダイナミックフ
ォーカス制御の場合と同様にして行われ、遅延量が与え
られた信号は加算されて段階用遅延制御器３４．３６か
ら出力される。従って、第３図の放射軸１００上の連続
点で焦点の合った受信ダイナミックフォーカス信号を得
ることになる。

第５図には、受信超音波ビーム幅を示すビームプロフィ
ールが示されており、図（ａ）には１点のみ受信フォー
カスした場合の従来のもの、図（ｂ）には本発明におけ
る１段階にて連続焦点で受信フォーカスした場合のもの
が示され、従来のものに比較して焦点の範囲Ｃが広がっ
ていることが理解される。実施例では、広範囲において
連続焦点のダイナミックフォーカスを行っており、従来
装置で行う場合は図（Ｃ）、実施例の場合は図（ｄ）に
示されるようなビームプロフィールを描くことができる
。

これによれば、深さ距離において従来よりも広い範囲で
焦点の合った受信信号を得ることができ、また従来では
深さｄ１〜ｄ５にて段階的に信号を切換えなければなら
ないのに対して、実施例では深さｄｌのみにて段階的に
切換えるだけで良く、信号切替の回数を著しく減少させ
ることができるという利点がある。

そして、遅延制御器３４．３６の出力はフィルタ２８に
て雑音信号が除去された後にイメージ信号処理回路３０
に供給される。従って、このイメージ信号処理回路３０
にて断層像表示あるいは速度表示のための所定の信号処
理が行われ、この処理信号は表示回路３２に供給されて
画像表示される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、多重位相の局発
信号を受信信号に掛け合わせて連続焦点の信号を得ると
ともに、これを段階的に複数の遅延制御にて受信する受
信ダイナミックフォーカスを行うので、同一放射軸上で
広範囲における連続受信焦点からの受信信号が得られる
。従って、−回の超音波送波によりフレームレイトを落
さずに分解能のよい信号を得ることができ、広範囲の診
断領域において鮮明な画像を良好に得ることができる。

また、本発明の受信ダイナミックフォーカスは、従来行
っていた受信焦点ごとの信号切換えを著しく減少させる
ことができ、更に遅延線の数を少なくできるので、信号
切替の際のスパイクノイズも低減させて低コストで画質
向上を図ることができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波診断装置の全体の構成を示
す回路ブロック図、 第２図は多重位相信号を形成する回路構成とその波形を
示す説明図、 第３図は同一放射軸上における受信焦点の受信超音波面
を示す説明図、 第４図は実施例にて受信ダイナミックフォーカスする場
合の受信超音波面を示す説明図、第５図は受信フォーカ
スした場合の超音波ビームプロフィールを示す説明図、 第６図は電子フォーカスの各種の方法を示す説明図、 第７図はヘテロダイン方式にて受信ダイナミックフォー
カスを行う従来装置を示す説明図、第８図は第７図の装
置で得られた局発信号を示す波形図である。 １０　・・・　振動子 １４　・・・　乗算器 １６　・・・　可変周波数信号発生回路１８　・・・　
遅延線 ２０　・・・　多重位相信号発生回路 ２２　・・・　局発信号選択回路 ３４　・・・　段階領域用の第１の遅延制御器３６　・
・・　段階領域用の第２の遅延制御器。 第５図 深さ方向距離 ｄ３　　　　　　　　　　深さ距離 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個配列された振動子を励振することにより超
   音波ビームを生体内に送波し、生体内から反射された反
   射波を受信ダイナミックフォーカスにて放射軸上の複数
   の受信焦点の情報として受信する電子フォーカス制御の
   超音波診断装置において、変化する周波数の信号を滑か
   に掃引して可変周波数信号を発生させる可変周波数信号
   発生回路と、この可変周波数信号発生回路の出力に所定
   の遅延量を与える遅延線と、から成り、時間経過にした
   がって位相が変化する多重位相信号を発生させる多重位
   相信号発生回路を備えるとともに、前記多重位相信号を
   局部発振信号として各振動子で得られた受信信号に掛け
   合わせて連続焦点信号とした後にこの連続焦点信号に異
   なる遅延量を与えて段階的に定められた距離領域ごとの
   受信ダイナミックフォーカス信号とする段階領域用遅延
   制御器を複数個備え、連続焦点信号を深さ方向で段階的
   に受信して広範囲における正確な情報を得ることを特徴
   とする電子フォーカス制御の超音波診断装置。