JP2751295B2 - ダイナミックフォーカス方式超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子フォーカスを行う超音波診断装置に
関し、特に固定遅延量の遅延回路のタップを切り換えて
複数の領域にフォーカスを設定する超音波診断装置に関
する。

〔従来の技術〕

超音波診断装置におけるビーム走査方法としては、電
子走査法が一般的である。この電子走査方式では、プロ
ーブを構成する複数の微小振動子にそれぞれ異なる遅延
量を与えることにより、超音波ビームに指向性を持たせ
るようにしている。

このような電子走査方式では、ビームを任意の位置で
絞るいわゆる電子フォーカスが可能となる。この電子フ
ォーカス法は、例えば生体内の焦点から反射してくる超
音波を各微小振動子で受信し、これらの各微小振動子で
得られた信号のそれぞれに適当な遅延時間を与えること
により、前記焦点からの信号の位相を合わせ、信号を加
算するものである。送波時のフォーカス設定も同様であ
り、焦点に対し受波と同様な遅延時間を各微小振動子ご
とに与えることにより、送波超音波ビームが所定のフォ
ーカス点で絞られる。

前記のような電子フォーカス法を用いれば、生体の浅
い部分から深い部分まで全領域にわたって分解能のよい
画像を得るための送波ダイナミックフォーカス法（多段
フォーカス法）が可能である。送波ダイナミックフォー
カス法は、生体の深さに応じて複数の焦点を設定し、こ
れらの各焦点に対して超音波の送受信を行い、各焦点で
得られたデータをメモリに記憶して１本の走査線データ
を作成するものである。

このような送波ダイナミックフォーカス法では、非常
に分解能の良い画像が得られるが、ｎ点の焦点を持つ場
合、１本の走査線を得るために、ｎ回の送受信を行う必
要がある。したがって、１つのフレームデータを得るた
めの時間、すなわちフレームレートが小さくなってしま
う。したがって、腹部等比較的ゆっくりした動きの臓器
に対しては、有効に画質の改善を行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のように送波ダイナミックフォーカス法による欠
点、すなわちフレームレートが小さくなるという欠点を
解消するものとして、受波ダイナミックフォーカス法が
ある。この受波ダイナミックフォーカス法は、１回の送
波ビームに対し、受波時に複数の焦点を設定し、それら
の各焦点から得られた受信データをもとに１本の走査線
データを得るものである。

このような受波ダイナミックフォーカス法では、前述
のようにフレームレートが小さくなるという欠点は解消
される。しかし、１本の走査ビームに対して複数の焦点
を設定する必要があるため、遅延回路の遅延量を時間と
ともに（深さに応じて）正確に制御する必要がある。こ
のため、可変ディレーラインを用いて遅延量の制御を行
ったり、あるいは複数のタップを有する固定遅延量のデ
ィレーラインを設け、タップを切り換え選択して遅延量
の制御を行うことが考えられる。ここで、固定遅延量の
ディレーラインのタップを切り換えて遅延量を制御する
場合、タップ切り換え時のノイズがモニタ上に現れてし
まう。そこで、各振動子に対して遅延回路系を２組設
け、画像データを取り込んでいない方のディレーライン
のタップを切り換えて、タップ切り換え時のノイズがモ
ニタ上に表示されないようにしている。

しかし、前記可変ディレーラインを用いた場合は、遅
延時間を正確にコントロールするのが困難であり、ま
た、固定ディレーラインを用いた場合は、各振動子に対
して２組の遅延回路系が必要であり、コストが大幅にア
ップするという問題がある。

この発明の目的は、従来の送波ダイナミックフォーカ
ス法に比較してフレームレートが向上し、しかも、コス
トアップすることなく、固定遅延量のディレーラインを
用いて分解能の改善された超音波診断画像を得ることが
できるダイナミックフォーカス方式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〕

この発明に係るダイナミックフォーカス方式超音波診
断装置は、プローブを構成する各振動子に対応して設け
られた遅延回路を有し、この遅延回路に設けられた複数
のタップを切り換え選択してフォーカスを設定するもの
である。そして、２回の超音波を送波する手段と、前記
遅延回路のタップを受波時に切り換え選択するタップ選
択手段と、選択されたタップから得られる受波信号を画
像データとして記憶する画像データ記憶手段と、データ
書き込み制御手段と、切り換えタイミング制御手段と、
データ置き換え手段とを備えている。

前記超音波送波手段は、同一走査線方向について２回
の超音波を送波する。前記データ書き込み手段は、前記
画像データ記憶手段へのデータ書き込み時に、タップ切
り換えに伴うノイズ発生期間について受波データの書き
込みを禁止するものである。前記切り換えタイミング制
御手段は、タップ切り換えタイミングを、１回目と２回
目の送波で深さ方向で異ならしめるように制御するもの
である。また前記データ置き換え手段は、１回目の送波
時の前記タップ切り換えに伴うノイズ発生期間の欠落し
た受波データを、２回目の送波時の実画像データで置き
換えるためのものである。

〔作用〕

この発明においては、１回の送波ビームに対し、複数
の領域でフォーカスを設定して反射エコーを受信する。
この点、受波ダイナミックフォーカス法と同様である。
このとき、各フォーカスを設定する際に遅延回路のタッ
プを切り換える必要があるが、タップ切り換え時にはノ
イズが発生する。このノイズ発生期間については、画像
データ記憶手段への受波データの書き込みを禁止し、ノ
イズを含むデータを画像データから除去する。このと
き、１回目と２回目の送波ビームについてノイズ発生期
間が深さ方向で異なるように、タップ切り換えタイミン
グを制御する。

そして、１回目の送波による受波データの書き込み制
御により欠落した画像データは、同一走査線方向につい
て２回目の送波時に得られた実画像データで置き換えら
れて１本の走査線データとされる。

これにより、従来の送波ダイナミックフォーカス法に
比較してフレームレートが改善され、また従来の受波ダ
イナミックフォーカス法のように遅延回路系を複数個設
けることなく、分解能の良好な診断画像が得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による超音波診断装置のブ
ロック構成図である。

この第１図において、１は複数の振動子からなるプロ
ーブであり、送波回路２からのパルス信号に基づいて超
音波ビームを発生し、また生体内からの反射エコーを受
信するものである。3a〜3iは各振動子からの受波信号を
増幅する増幅器である。4a〜4iは固定遅延量を有するデ
ィレーライン（遅延線）であり、遅延量を制御するため
の複数のタップを有している。5a〜5iはディレーライン
4a〜4iの複数のタップを切り換え選択するためのアナロ
グマルチプレクサであり、タップ選択のためのデータは
RAM6a〜6iに格納されている。７は各アナログマルチプ
レクサ5a〜5iによって選択出力された受波信号を加算す
る加算器、８は加算器７の出力をアナログ信号処理する
回路、９はこのアナログ信号処理回路８の出力をディジ
タル信号に変換するA/D変換器である。10はディジタル
信号に変換された反射エコーの画像データが、所定のア
ドレス信号に従って格納されるイメージメモリ、11はこ
のイメージメモリ10の画像データを表示するCRTモニタ
である。

12はCPU、RAM、ROM等により構成された制御部であ
り、前記RAM6a〜6iにタップ切り換えのためのデータを
送出するための切り換えタイミング制御手段13と、イメ
ージメモリ10へのデータ書き込みのためのアドレスを発
生するデータ書き込み制御手段14とを有している。この
発明では、書き込み制御によって欠落したデータを埋め
るために、同一走査線方向に送波ビームを２回送波する
と共に、切り換えタイミング制御手段13は、１回目と２
回目とでタップ切り換えのタイミングを深さ方向でずら
すようにタイミング制御を行うものである。

次に動作について説明する。

送波動作については従来の受波ダイナミックフォーカ
ス法における動作と同様であるが、同一走査線方向につ
いて超音波ビームを２回送波する。また、特にフォーカ
スを設定することなく超音波ビームを送波する。

生体内からの反射エコーは、プローブ１によって受波
され、この受波信号は増幅器3a〜3iによって増幅された
各ディレーライン4a〜4iに入力される。各ディレーライ
ン4a〜4iのタップは、対応するアナログマルチプレクサ
5a〜5iによって約10nsごとに切り換え制御される。これ
により、生体内の複数の深さ領域にフォーカスが設定さ
れ、分解能の良好なデータが取り込まれる。前記タップ
切り換えのためのデータは、RAM6a〜6iから逐次アナロ
グマルチプレクサ5a〜5iに出力される。

このようにして、各深さごとに遅延量の制御された振
動子ごとの受波信号は、加算器７で加算され、アナログ
信号処理回路８で信号処理されて、A/D変換回路９に入
力される。A/D変換回路９に入力された受波信号は、デ
ィジタル信号に変換され、画像データとしてイメージメ
モリ10に書き込まれる。

前記画像データのイメージメモリ10への書き込み時に
は、制御部12のデータ書き込み制御手段14からアドレス
信号が出力され、このアドレス信号に基づいて画像デー
タが書き込まれる。以下、この書き込み制御について詳
細に説明する。

ディレーライン4a〜4iのタップ切り換えのタイミング
は、制御部12の切り換えタイミング制御手段13で設定さ
れ、このデータが各RAM6a〜6iに格納される。したがっ
て、タップ切り換えタイミング、即ちノイズの発生期間
は、制御部12で正確に把握することができる。そこで、
このノイズ発生期間については、データ書き込み制御手
段14により、イメージメモリ10に画像データが書き込ま
れないように制御する。すなわち、前記ノイズ発生期間
については、書き込みのためのアドレス信号を出力しな
がら、画像データの書き込み禁止信号を出力する。これ
により、ノイズ発生期間に相当するイメージメモリ10の
アドレスには、画像データが書き込まれないこととな
る。

ある走査線方向の１回目の超音波ビームについて前記
動作が行われた後は、切り換えタイミング制御手段13に
よって、タップ切り換えのタイミングを深さ方向でずら
し、当該方向について２回目の超音波ビームを送波す
る。そして、前記同様の動作で画像データをイメージメ
モリ10に書き込む。この２回目の超音波ビームによって
得られるデータにより、１回目の超音波ビームで欠落し
ていた部分が埋められることとなり、当該方向の走査ビ
ームについての全データが得られることとなる。

この様子を模式的に示したのが第２図である。例えば
走査ビーム１については、１回目の送波において、実線
で示す深さ位置で、画像データがイメージメモリ10に書
き込まれるが、ノイズ発生期間（タップ切り換え時）
P₁,P₂,P₃の期間では画像が書き込まれず、空白となる。
しかし、２回目の送波において、破線で示す深さ位置
で、画像データが得られ、１回目のP₁、P₂、P₃部分の欠
落画像データが破線（２回目）の実画像データで置き換
えられて補われて走査ビーム１についての全データが得
られることになる。そして、次の走査ビーム２について
実施例では、タップ切り換えのタイミングを深さ方向に
ずらし、前記同様にして、１回目の送波によるノイズ発
生期間の欠落画像データが２回目の送波によって得られ
た実画像データで置き換えられて補われ、走査ビーム２
についてのデータがイメージメモリ10に取り込まれるこ
とになる。走査ビーム３についても同様である。なお、
第２図では、目視化のために１回目の送波でイメージメ
モリ10に書き込まれるデータを実線で、実線に隣接して
２回目の送波で得られるデータを点線で示したが、１回
目と２回目の送波で得られるデータのイメージメモリ10
上での位置は同一位置である。

このような動作におけるタップ切り換えのタイミング
は、ランダムに変動させることが望ましいが、画像の動
きがゆるやかな場合には、切り換えタイミングを固定し
て変動させても特に問題はない。

このように、１回目の送波時のタップ切り換え時のノ
イズ発生期間では画像データがイメージメモリ10に書き
込まれず、タイミング切り換えタイミングを深さ方向で
ずらした２回目の送波時の実画像データによって前記ノ
イズ発生期間を補うので、画質を向上させることができ
る。また、第２図に示すように隣り合う走査ビームで
は、異なる深さでタップ切り換えを行えば、１回目の送
波時のタップ切り換えによるノイズ発生期間の欠落画像
データが２回目の送波時の実画像データで置き換えられ
て補われる位置がモニタ上で同一線上にくることはな
く、モニタに表示された診断画像において置き換えデー
タによる画像のずれが目立つようなこともない。したが
って、従来の固定遅延量のディレーラインを利用した受
波ダイナミックフォーカス法のように、各振動子に対し
て複数個の遅延回路系を設ける必要がなく、構成が簡単
になりコストが安価となる。

〔発明の効果〕

このような本発明では、送波ダイナミックフォーカス
法に比べてフレームレートが向上し、かつ従来の受波ダ
イナミックフォーカス法のように、各振動子に対して複
数個の遅延回路系を設ける必要がなくなる。したがっ
て、フレームレートを小さくせず、かつコストアップを
抑えて正確な遅延制御による受波ダイナミックフォーカ
ス法が実現でき、分解能を改善することができる。ま
た、同一走査線方向で２回の送波を行ない、１回目の送
波時のタップ切り換えのノイズ発生期間の欠落画像デー
タを、１回目の送波時とタップ切り換えタイミングを深
さ方向で異ならしめた２回目の送波時の実画像データで
置き換えるようにしたので、画質が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による超音波診断装置のブロ
ック構成図、第２図はその動作を説明するための図、第
３図及び第４図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す図
である。 １……プローブ、4a〜4i……ディレーライン、5a〜5i…
…アナログマルチプレクサ、6a〜6i……RAM、10……イ
メージメモリ、11……モニタ、12……制御部、13……切
り換えタイミング制御手段、14……データ書き込み制御
手段、15……データ補間回路、16……フレーム平均回
路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の振動子からなるプローブと、それぞ
   れ複数のタップを有し前記各振動子に対応して設けられ
   た遅延回路とを備え、前記タップを切り換え選択してフ
   ォーカス点を設定するダイナミックフォーカス方式超音
   波診断装置において、 同一走査線方向について２回の超音波を送波する手段
   と、 前記各遅延回路のタップを受波時に切り換え選択するた
   めのタップ選択手段と、 前記タップ選択手段で選択されたタップから得られる受
   波信号を画像データとして記憶する画像データ記憶手段
   と、 この画像データ記憶手段へのデータ書き込み時に、前記
   タップ切り換えに伴うノイズ発生期間について受波デー
   タの書き込みを禁止するデータ書き込み制御手段と、 タップ切り換えタイミングを、１回目と２回目の送波で
   深さ方向で異ならしめる切り換えタイミング制御手段
   と、 １回目の送波時の前記データ書き込み制御手段による受
   波データの書き込み禁止で欠落した画像データを２回目
   の送波時の実画像データで置き換えるデータ置き換え手
   段と、 を備えたダイナミックフォーカス方式超音波診断装置。