JPH04208141A - 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、超音波探触子と超音波診断装置との伝送をシ
リアルに行って、開口合成法を用いて信号処理を行う超
音波診断装置に閃する。

［従来の技術］ 超音波を用いて、生体内の断層像などを得る超音波診断
装置が医療の分野において用いられている。

第５図には、超音波探触子（以ド探触子という）と超音
波診断装置本体（以下本体という）との間の信号伝送が
模式的に示されている。

第５図において、探触子に設けられたアレイ振動子１０
は、複数の振動素子１０ａから構成されている。

この各振動素子１０ａをそれぞれ駆動することにより超
音波が送波され、生体内からの反射波か受波されること
になる。

図に示されるように、焦点Ｆからの反射波は、各振動素
子１０ａにて受波され、各受信信号はそれぞれ独立して
探触子ゲーブル１１を介して、本体に伝送される。

そして、伝送された各受信信号は、遅延線１４により、
それぞれ独立して遅延がかけられ、それぞれの信号が加
算器１６にて合成される。

「発明が解決しようとする課題］ 以上のように、従来の超音波診断装置においては、探触
子と本体との間で多数の伝送ライン１２を要し、このた
め、探触子の操作に支障をきたすという問題があった。

すなわち、従来においては、探触子ケーブルが、１、０
０本以上の信号ケーブルから構成されていたため、その
径が太くなると共に重量が増し、結果として、生体に当
接される探触子の動きを制限することになっていた。

そこで、特開昭５９−１５６３３４号では、探触子と本
体とを多数の光フアイバケーブルから成る多芯ケーブル
で接続し、高速デジタル光伝送により、探触子と本体と
を接続させる超音波診断装置が示されている。

しかしながら、この超音波診断装置では、ＧＨ２単位で
の高速変換が必要とされるため、回路が伝送ライン数に
従って複雑となり、小型の探触子内に収納する場合には
問題がある。

また、探触子と本体との間の伝送を１ラインで行う装置
としては、例えば特開昭６３〜２８６１４０号に示され
た装置が挙げられる。

この装置では、探触子内部に、第５図で示した複数の遅
延線等を収納し、加算された後の信号を本体に伝送する
ものである。

しかしながら、この装置の場合、探触子内部に多数の遅
延線を収納するため、探触子自体が大型化し、また重量
が重くなるなどの不具合があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、探触子と本体との間の伝送を単一の伝送手
段により行って、探触子の操作性を向上でき、更に本体
側で精度の良い断層画像情報を容易に得ることのできる
超音波診断装置を提供することにある。

また、本発明の、他の目的は、探触子をコードレスにし
た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］ 上記目的を達成するために、本発明は、アレイ振動子の
各振動素子を１個ずつ順次駆動し送受波を行わせる走査
手段と、前記走査手段の繰返し走査に係る走査始端信号
と、前記各振動素子に供給される送信駆動信号を分岐さ
せた送信波形信号と、前記各振動素子からの受信信号と
、を予め定められた順序で順次シリアルに伝送するシリ
アル伝送手段と、前記伝送された３つの信号を分離する
信号分離手段と、前記分離された送信波形信号を段階的
に遅延させて作成される検波参照信号を前記分離された
受信信号に混合して、両者の位相差及び振幅の積に従う
正負の符号をもつ信号を出力する検波手段と、前記検波
された信号の合成加算を行う手段であって、前記検波さ
れた各信号のうち、振動素子から焦点までの一往復距離
が所定の波長範囲内に入る条件に合致する信号をそれぞ
れ合成加算する合成制御手段と、前記合成加算された信
号を格納するフレームメモリと、前記フレームメモリに
格納された信号を表示する表示器と、を有することを特
徴とする。

また、本発明は、前記伝送手段は超音波探触子と超音波
診断装置本体との間で電波、光波又は超音波の伝送波を
用いて信号の伝送を行うことを特徴とする。

更に、本発明は、前記超音波探触子とは別体に、探触子
用電源部と伝送用送波器とか設けられたことを特徴とす
る。

［作用］ 上記構成によれば、まず、探触子では、各振動素子が１
つずつ順次駆動され送受波が行われる。

そして、探触子からは本体に向けて走査始端信号、送信
波形信号、受信信号かそれぞれ順次シリアルに伝送され
る。

ここで、その伝送に、光、電波、あるいは超音波などを
用いることも可能である。

本体に伝送された信号は、分離手段によって３つの信号
に分離される。

そして、分離された受ｆ二信号は、分離された送信波形
信号を用いて例えばホモダイン検波されることになる。

検波された信号は、開口合成法に基づいて、合成加算さ
れた後に一旦フレームメモリに格納され、更に表示され
ることになる。

従って、探触子と本体との間では単一の伝送ラインによ
り伝送が可能であり、例えば超音波などを用いて伝送を
行っても、簡便にその伝送を行うことが可能である。

また、本体側では、各振動素子からの受信信号は、開口
合成法により、合成されるので、精度良く断層情報を得
ることが可能となる。

［実施例コ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図には、本発明に係る超音波診断装置の具体的な構
成が示されている。

まず、超音波探触子２０に設けられた各構成について説
明する。

トリガ発振回路２２は、基本となる送信パルスを発生す
るものであり、本実施例において、５ｋＨｚの繰返し周
波数でトリガパルスを発生している。

トリガ発振回路２２で発生されたパルスは、パルス発生
回路２４に入力されている。このパルス発生回路２４は
、入力されたパルスに同期して、すなわちトリガ発振回
路２２にて発生されたパルスの繰返し周波数で、３ＭＨ
ｚで１００Ｖ程度の送信パルスを発生させている。具体
的には、１周期が３３３．３ｎＳである矩形状のパルス
の゛１１周期の正の部分である１６７ｎＳ程度の幅のパ
ルスの送信駆動信号を発生している。

そして、この送信駆動信号は、切換器２５を介して、順
次アレイ振動子２６に、そして一部は時分割多重器２８
に送信波形信号として供給されている。

ここで、切換器２５は、送信駆動信号を、送受波に係る
各振動素子に１つずつ切り換えて供給するものである。

アレイ振動子２６は、複数の振動素子を配列Ｉ〜だもの
であり、本実施例においては２５６個の振動素子から構
成されている。各振動素子の間隔はＱ− ０，３ｍｍのピッチであり、アレイ振動子１生体は約０
．３Ｘ２５６＝７．７ｃｍの長さで形成されている。

本発明において、各振動素子は１つずつ駆動されるため
、前記送信駆動信号が供給されると、第２図に示すよう
に、ｋ番目の振動素子から放射された超音波は幅広に生
体内に伝搬し、各組織からの反射波が同一振動素子つま
りに番ｌ」の振動素子にて受波される。

ここで、本実施例において、パルス繰返し周波数で順次
送波が行われるため、その送波と送波の間が受波の時間
に供され、この結果、５　ｋ　Ｈｚの繰返し周波数であ
るので周期は０７２ｍ５となり、従って振動素子からの
距離が約１５ｃｍ程度の範囲でデータの取り込みが行え
る。

そして、切換器２５は、各振動素子を順次切り換えて、
１番目の振動素子から２５６番１１の振動素子までを順
次駆動させ、更に、この過程か繰り返されることになる
。

探触子２０に設けられた時分割多重器２８には、−１（
、）　　− トリガ発振回路２２から振動素子の走査に係る走査始端
信号ａが供給され、またパルス発生回路２４からの送信
駆動信号から分岐１．た小振幅の送信駆動信号である幅
送信波形信号すが供給されている。

更に、切換器２５からは、アレイ振動子２６の各振動素
子にて受波された受信信号Ｃが順次供給されている。

そして、この時分割多重器２８は、送られてきた３つの
信号ａ、ｂ、ｃを順次、変調器３０に送出する。

具体的には、ａ、ｂ、ｃ、ｂ、ｃ、ｂ、ｃ、−。

ｂ、ｃのように送出され、更に１走査が完結［７た後に
、また最初からａ、ｂ、ｃ、ｂ、ｃ、・・・のように送
出する。

この場合、受信信号Ｃは、各振動素子の順番毎に送られ
ることになる。

そして、変調器３０では、送られきた時分割多重信号を
、例えば振幅変調あるいは周波数変調１７て、伝送用送
波器３２に送出している。

−１１，− ここで、伝送用送波器３２は、本実施例においてライン
伝送を行わずに、探触子２０をコードレス化するため、
超音波により伝送を行う方式が採用されている。もちろ
ん、電波あるいは光などを用いてもよい。

ここで、本実施例においては、図示されてはいないが探
触子２０の内部に設けられた電池により各構成が駆動さ
れている。実際上は、相当の電力を必要とするため、探
触子とは別体に設けられた電源部を配置しても好適であ
る。

そして、上述した伝送用送波器３２も探触子２０とは別
体に構成し、前記電源部と一体化することも好適であり
、確実かつ安定した各信号の伝送を行うことが可能とな
る。ここで、電源部と探触子２０との間の電力供給線と
、別体に設けられた伝送用送波器との間の通信ケーブル
と、を一体向に構成することにより、探触子の操作性を
向上させることが可能である。また、変調器３０などを
探触子外部に設けても前述の理由により好適である。

次に、超音波診断装置の本体について説明する。

図において、３４は、伝送用受波器であり、上述した伝
送用送波器３２から送波された信号を受波するものであ
る。本実施例において、超音波を受渡する受波器が設ζ
）られている。

そして、伝送用受波器３４にて受信された伝送受信信号
は、検波増幅器３６に送出されている。

この検波増幅器３６は、上記変調器３０にて変調された
信号を復調し、更に増幅するものである。

そして、処理された後の信号が信号分離回路３８に送出
されている。

この信号分離回路３８は、」−記時分割多重器２８で時
分割多重化された信号を分離するものである。すなわち
、上述した走査始端信号ａ、送信波形信号す及び各振動
素子の受信信号Ｃを分離するものである。

この分離された３つの信号のうち、送信波形信号すは遅
延回路４０に入力されている。

この遅延回路４０は、入力された送信波形信号すを入力
して、段階的に遅延をか（ｊて、その遅延−−１２−。

された信号を１番からＮ＝５１２番までの出力端子に出
力するものである。具体的には、」二連した３　Ｍ　Ｈ
ｚの半波送信波形の正の部分である１６７ｎｓ幅のパル
スよりも若干小さい１５０ｎｓの幅のパルス波形を５１
２個の出力端子からそれぞれ出力している。この１５０
ｎｓｘＮの時間は、振動素子から送波された超音波の送
波信号が振動素子から生体内各組織までの距離を往復伝
搬する時間と同等なものである。つまり、本実　施例に
おいて、この１５０ｎｓＸＮは、約ＮＸ０．１１ｍｍの
距離間での超音波の往復伝搬時間に相当するものである
。

なお、本実施例において、超音波の超音波診断の診断距
離は、ｎ＝５１２個とすれば、最大で、０．１１ｍｍＸ
５１２個で５．６ｃｍであり、これ以上の領域をカバー
するには、Ｎを増やせばよ０゜ 遅延回路４０から送出された５１２個の信号（参照信号
）は、ホモダイン検波器群４２に送出されている。

一方、ホモダイン検波器群４２の他の入力端子には信号
分離回路３８から分離された受（Ｂ　（ｉｉ　Ｍ”が供
給されている。

そして、このホモダイン検波器群４２で、この受信信号
Ｃに対１７て入力された５１２個の参照信号に基づいて
時系列的にホモダイン検波か行われることになる。

このようなホモダイン検波が行われた後、ホモダイン検
波器群４２の５１２個の出力端子からは、遅延されたｂ
信号と、いま到来のＣ信号との間の位相差と、その１〕
とＣの信号の相互の振幅の積に応じて正負の符号をもつ
信号が出力される。

すなわち、この検波された信号は、生体組織の各距離ず
なわぢ、送受波素子からの距離を半径とした円周」−の
組織から反射Ｉ７た送波信号に対する受波信号の位相と
振幅の相対的な情報を含むものである。そして、その５
１２個の各信号は、記憶素子群４４にそれぞれ入力され
る。

この記憶素子群４４は、第３図に示すように５１２個の
記憶素子を送受波器の数である２５６個分、すなイつち
５１２Ｘ２５６＝１３１，０７２個を一体的に構成１７
たものである。

従って、この記憶素子群４４には、ホモダイン検波器群
４２から出力された５１２個の信号が、それぞれ時系列
的に各振動素子の受信信号毎に格納されることになる。

ここで、その記憶素子群４４への書込ろは、信号分離回
路３８から出力された走査始端（≦号ａ。

送信波形信号すを入力した記憶制御回路４６にて制御さ
れ、順序よく行われている。

このようにして、記憶素子Ｐ！１４４に格納された各受
信信号は、それぞれ後述する合成加璋演％に基づいて合
成制御回路４８により読み出されて合成フレームメモリ
５０に送出される。

ここで、合成制御回路４８には、前述同様に、走査始端
山号ａ及び送信波形信号すが供給されており、合成制御
回路４８はこれらの信号に基づいてその制御を行ってい
る。

そして、合成フレームメモリ５０に格納された各受信信
号は、それぞれ順次読み出されて表示器５２に表示され
、断層画像が形成されることになる。

本発明に係る超音波診断装置は、以上の構成から成り、
以下に開口合成の手法について更に詳述する。

第３図には、記憶素子群４４におりる検波された後の受
信信号の格納概念が示されている。

ここにおいて、縦方向にはアレイ振動子２６の各振動素
子のアドレスが示されており、また横方向には記憶素子
群４４の素子の個数すなわち５］２のアドレスが示され
ている。

つまり、ホモダイン検波器群４２から出力された検波さ
れた後の各受信信号は、このようなアドレスのマトリッ
クス構成で格納されることになる。

具体的に説明すると、第２図で示］７たに番１１の振動
素子については、振動素子の最も近傍で反射された受信
情報がｎｈ２□に格納され、その振動素子から等距離に
ある生体組織からの反射波か順次例えばｎｋ、２・・・
に格納される。つまり振動素子からの同一距離の円周」
二の各組織情報が集合してマトリックスにおける１つの
座標の１個の記憶素子に格納される。第２図にはこれを
断面の円で示している。

次に、このように格納された記憶素子群４４からの信号
の読出しは次のように行う。

いま１番からに一１番までの送受波か以上のようにして
行イつれて、１番からに一１番までの記憶素子に記憶さ
れていて、Ｋ番から２５６番の記憶素子には前回の走査
時の信号が保持されているとする。

１番からに一１番までのそれぞれの列の振動素子からの
伝搬に伴う距離円周について、例えば第４図で振動素子
にの送受波において、Ｎ、１１の信号がＮｋｈ点の存在
する距削であるＣｋｂの円周からの信号とし、このＣの
円周上のＮｋｈ点かＧの表面ｈ から見てＡｇ、の距離に相当するならば、記憶系ｒＮ、
の記憶信号をＮ、１．の信号に加算する。こうしｌ てに番を除いた１番からに一１番までと、Ｋ千１番から
５１２番の各送受波器からの距離で、このようなＮ１点
と同じ条件の対応距離にある各点のｌ ＆＝Ｊ応記憶素子ｎ　、の信号Ｎ、を加える。

ｇｌ　　　　　　　　ｇｌ 従って、各Ｎｋｈ点については、第４図のように探触子
の配列素子間の間隔をＢｇｋ、波長をλと１−１たとき
、距離Ｃに相当する点Ｎｋｈに対応する記ｈ 憶素丁”ｋｈに加算されるべき距＃ＥＡｇ□に相当する
Ｇからの点Ｎ、の対応記憶素子ｎ　、の信号は次のｇｌ
　　　　　　　　　　　　　　　ｇｌ式 の関係で決まる距離Ｒ１の点の対応記憶索−ｒの信号で
あればよい。

しかしながら、Ｋからの距離Ｃｋ１．をＮ段階、例では
５１２段階の球面の半径に決めたとき、」１式で同様に
Ｇからの５１２段階の距離とＲ１の算出値とは５１２段
階の何れかの値と一致するとは限らない。そこで位相差
が往復距離で４５度、片道で２２．５度以内の条件のＡ
、の距離について、ｇｌ 往復距離に１７てλ／８の位相範囲で、この範囲内であ
る次の片道の条件 Ａ　、＞Ｒ、−λ／１６ ｇｌ　　　　ｇｌ Ａ　　、＜Ｒ、十λ／１６ ｇＩ　　　　　ｇｌ を満たず距離Ａ、のＮ、点の・ろ、その点の対応記ｇ１
　　　　１１；１ 憶素子ｎ　、の信号値を合成の加算に組み入れる。

ｇｌ 第４図に示す探触子の送受波器の配列素子間の間隔Ｂは
既知であり、次に生体に対する観測の深さ、斜め距離の
範囲について５１２段階の遅延量から最大の距離限界を
決めておけば、各段階における対応距離Ｒ２からＡｋｈ
が既知となり、従って各素子にとって他の素子からの各
Ｎ段階点までの斜め距離も既知となり、これより各Ｎ点
間で合成のための加算をするか、しないかの相互の関係
も既知となる。

これによって、現在の送信後受波中の信号のＮ段階の距
離の時系列の点の信号に対１７てこれまて送受波の終え
た他の配列素子の各距離段階の信号が上記の距離関係か
ら加算の条件になっている記憶信号のみを加算すること
によって、リアルタイムで信号の合成が可能となる。

以上のように、本発明では、探触子と本体とを作か１ラ
インの伝送路によってその伝送を実現すことが可能であ
るので、探触子のコードレス化が可能であると共に、更
に探触ｒ・の操作性を向」二できるという効果を有する
。

また、伝送路を１ラインに限定しても、本体側で開口合
成法に基づいて精度の良い受信情報の解析を行うことが
できるので、従来同様の断層画を象を得ることが可能で
ある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、探触子と本体と
の間を１つの伝送ラインによって信号伝送が行え、更に
各振動子についての受信信号をホモダイン検波した後に
合成加算して信号処理を行うことができるので、探触子
の機動性を向」二でき、例えば探触子と本体とを長短離
隔てて配置することなどが可能となる。

また、探触子をコードレス化することにより、更にその
機動性を向上さけることが可能であり、従来において探
触子ケーブルにより制約が大きかった例えば体側面など
への当接を容易にすることが可能である。

また、本発明によれば、例えば従来においてリニア形と
コンベックス形の相違により交換できなかった探触子な
ども本体のプログラムの変更により容易に対応すること
ができるので、探触子と本体との互換性を向上できると
いう効果も有する。

【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構成を示すブロ
ック図、 第２図は特定の振動素子からの超音波伝搬を示す説明図
、 第３図は記憶素子群４４の受信信号の格納の概念を示す
概念図、 第４図は開口合成を説明するための説明図、第５図は従
来の超音波探触子の動作原理図である。 ２０　・・・　超音波探触子 ２６　・・・　アレイ振動子 ２８　・・・　時分割多重器 ３２　・・・　伝送用送波器 ３４　・・・　伝送用受波器 ３８　・・・　信号分離回路 ４０　・・・　遅延回路 ４２　・・・　ホモダイン検波器群 ４４　・・・　記憶素子群 ４６　・・・　記憶制御回路 ４８　・・・　合成制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ振動子の各振動素子を１個ずつ順次駆動し
   送受波を行わせる走査手段と、 前記走査手段の繰返し走査に係る走査始端信号と、前記
   各振動素子に供給される送信駆動信号を分岐させた送信
   波形信号と、前記各振動素子からの受信信号と、を予め
   定められた順序で順次シリアルに伝送するシリアル伝送
   手段と、 前記伝送された３つの信号を分離する信号分離手段と、 前記分離された送信波形信号を段階的に遅延させて作成
   される検波参照信号を前記分離された受信信号に混合し
   て、両者の位相差及び振幅の積に従う正負の符号をもつ
   信号を出力する検波手段と、前記検波された信号の合成
   加算を行う手段であって、前記検波された各信号のうち
   、振動素子から焦点までの一往復距離が所定の波長範囲
   内に入る条件に合致する信号をそれぞれ合成加算する合
   成制御手段と、 前記合成加算された信号を格納するフレームメモリと、 前記フレームメモリに格納された信号を表示する表示器
   と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）請求項（１）記載の超音波診断装置において、 前記伝送手段は、超音波探触子と超音波診断装置本体と
   の間で、電波、光波又は超音波を用いて信号の伝送を行
   うことを特徴とする超音波診断装置。
3. （３）請求項（２）記載の超音波診断装置において、 前記超音波探触子とは別体に、探触子用電源部と、伝送
   用送波器と、が設けられたことを特徴とする超音波診断
   装置。