(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、
送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、
機械式ラジアル走査を行う手段と、
上記電子式走査と機械式ラジアル走査の受信信号を切り換える切換え手段と、
得られた超音波受信信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、
前記超音波受信信号の前記波面メモリへの書き込みを制御する書き込み制御手段と、
前記波面メモリに書き込まれたディジタルデータを読み出す、各走査に対応して設けられた複数の読み出し制御手段と、
前記複数の読み出し制御手段の切り換えを行う切換スイッチと、
前記読み出し制御手段から読み出されたデータに対応したそれぞれの係数情報を格納する複数の係数メモリと、
前記波面メモリから読み出されたデータとそのデータに対応した前記係数メモリからの係数情報を積算する処理手段と、
前記処理手段で処理されたデータを合成演算する合成演算手段と、
電子式走査時には、前記係数メモリから各振動子で決まる遅延時間に対応した位相補正係数の係数情報を選択し、機械式ラジアル走査時には、前記係数メモリから補間係数を選択する読み出し制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を電子式に走査する場合と機械式に走査する場合とに対応した信号処理を行う超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体内に超音波パルスを発射し、生体内組織からの反射波を受信し、この受信信号を処理して生体の超音波断層像を得る超音波診断装置がある。この装置では、Ｘ線診断装置のようにＸ線写真を得る際に患者をＸ線で被爆させてしまうことなく、断層像を得ることが可能となるため、検診等に広く用いられるようになった。
【０００３】
図８は、従来例の開口合成法を採用した超音波診断装置６１のブロック構成の一例を示す。超音波探触子６２はアレイ状に配置された複数の超音波振動子６３−１ないし６３−ｍからなる振動子群を有する。
【０００４】
また、送信信号発生手段６４は送信信号を発生し、送信信号は送信振動子選択手段６５で選択された送信信号増幅手段６６の送信アンプ６６−ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）を経て超音波振動子６３−ｉに印加され、各超音波振動子６３−ｉで発生した超音波パルスを対象物体側に放射できるようにしている。
【０００５】
また、各超音波振動子６３−ｉはそれぞれ信号線を介して受信振動子選択手段６７に接続され、振動子群から１個の振動子６３−ｉを選択する。送信に用いられた振動子６３−ｉと同じ振動子６３−ｉを受信振動子選択手段６７で選択し、観測対象組織側の音響インピーダンスの変化部分で反射された超音波パルスを受信して、電気信号に変換して超音波受信信号（エコー信号）を生成する。
【０００６】
得られたエコー信号は受信信号増幅手段６８に入力され、所定の大きさに増幅される。
この受信信号増幅手段６８の出力信号は、Ａ／Ｄ変換手段６９に入力され、ディジタル信号に変換された後、波面メモリ７１へ書き込まれる。この書き込みの制御は書き込み制御手段７２による行われる。
【０００７】
波面メモリ７１に書き込まれたデータは読み出し制御手段７３により読み出され、位相補正回路７４に入力される。この位相補正回路７４は各振動子で決まる遅延時間に対応する位相を補正する。
【０００８】
位相補正されたデータは加算合成手段７５に入力され、加算して合成される。合成されたデータはディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣと略記）７６に入力され、出力デバイスに応じたタイミングの調整が行われてＣＲＴ７７等の表示のための出力デバイスに出力される。
【０００９】
次に図８の従来例の作用を説明する。送信信号発生手段６４にて送信信号が生成され、送信振動子選択手段６５にて特定の振動子に相当するラインの信号を選択し、その後送信信号増幅手段６６にて増幅され超音波探触子６２に供給される。
【００１０】
送信振動子選択手段６５が送信信号増幅手段６６の内、例えば送信アンプ６６−１を選択すると、増幅された信号が振動子６３−１から生体へ照射される。その後、反射した信号は同一の振動子６３−１で受信され、受信信号選択手段６７にて振動子６３−１のラインが選択され、受信信号増幅手段６８にて増幅される。
【００１１】
一連の処理系を通じて得られたアナログ信号はＡ／Ｄ変換手段６９によりディジタル信号へと変換され、波面メモリ７１に格納される。上記説明では振動子１個についての信号の流れについてであるが、振動子６３−２〜６３−ｍも同様の処理を行うことにより１画面分の波面データを得ることができ、波面メモリ７１への書き込みは書き込み制御手段７２により制御される。
【００１２】
次に表示画像の画素ごとに使用した探触子６２に対応した波面ローカス上のデータを読み出し制御手段７３により波面メモリ７１から読み出す。読み出された波面データは、各振動子で決まる遅延時間に対応して位相補正回路７４にて位相補正を行い、加算合成手段７５により合成される。
【００１３】
合成されたデータは表示画像の画素に対応しているため、ＤＳＣ７６にてタイミング調整し表示手段としてのＣＲＴ７７に送られ表示される。このような波面ローカス上のデータを加算処理し、画素の輝度情報を得る方法は、開口合成法に基づくものであり、開口合成法に関しては特願平８−１４９３１３号にて説明されている。
また、表示画像の画素ごとの合成に関しては、特願平９−２２９５８号にて説明されている。
【００１４】
ところで、機械式ラジアル走査に対応する超音波診断装置が従来より存在する。以下に機械式ラジアル走査に対応する装置について説明する。
機械式ラジアル走査は、円形等の単板振動子を機械的に回転させることにより、回転面の断面像を得る走査方法である。
【００１５】
各回転角度で超音波の送受信を行い、得られるエコーデータを順次波面メモリに格納する。次に振動子を機械的に回転させ前記動作を繰り返す。一周回転させることで一画面分のデータを得ることができる。これらの得られたエコーデータ群は超音波の伝搬時間を半径とし、回転方向を角度とした極座標データとなっている。
【００１６】
画像化するためには、この極座標データを格子状に配列された表示画素に対応させる必要があり、直交座標変換が行われる。座標変換後、遠点は近点に比べて超音波の音線間隔が粗くなる。
【００１７】
従って、音線間のデータを埋めなければならず補間処理が行われる。補間処理について、特開昭６４−６４６３５に開示されている手法が一般的である。座標変換及び補間合成されたデータは、タイミング調整され、表示手段に出力されている。
【００１８】
このような機械式ラジアル走査を前記開口合成法超音波診断装置へ組み込み、機械式ラジアル走査と電子式走査の両走査に対応した超音波診断装置では、機械式ラジアル走査に対応するために、図８の構成からなる超音波診断装置に、新たに波面メモリ７１からデータを読み出す機械式ラジアル走査用読み出し手段と、独立した座標変換や補間を行う手段とを追加することで対応していた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
電子式走査と機械式走査の両者を備えた超音波診断装置を考えた場合、従来は機械式走査にも対応させるために、新たに機械式走査用の座標変換回路や補間回路を追加する必要があった。これにより、コスト増になり、更に複雑な回路を追加するために装置が大きくなるという問題点があった。
【００２０】
（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、新たに座標変換回路や補間回路を追加せずに簡単な構成で、電子走査及び機械式ラジアル走査にも対応可能でコストも下げることができ、かつ小型化もできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による超音波診断装置は、超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、機械式ラジアル走査を行う手段と、上記電子式走査と機械式ラジアル走査の受信信号を切り換える切換え手段と、得られた超音波受信信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、前記超音波受信信号の前記波面メモリへの書き込みを制御する書き込み制御手段と、前記波面メモリに書き込まれたディジタルデータを読み出す、各走査に対応して設けられた複数の読み出し制御手段と、前記複数の読み出し制御手段の切り換えを行う切換スイッチと、前記読み出し制御手段から読み出されたデータに対応したそれぞれの係数情報を格納する複数の係数メモリと、前記波面メモリから読み出されたデータとそのデータに対応した前記係数メモリからの係数情報を積算する処理手段と、前記処理手段で処理されたデータを合成演算する合成演算手段と、電子式走査時には、前記係数メモリから各振動子で決まる遅延時間に対応した位相補正係数の係数情報を選択し、機械式ラジアル走査時には、前記係数メモリから補間係数を選択する読み出し制御手段とを有する。
【００２２】
この構成により、表示画素に対応したデータを波面メモリから読み出し、そのデータに対応した係数情報を読み出し制御手段によりメモリから読み出して積算し合成することにより、電子式走査と機械式走査、つまり開口合成法と補間法の両者に対応可能な超音波診断装置が簡単な構成で実現できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１から図３は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示し、図２は係数積算合成手段の構成を示し、図３は機械式ラジアル走査により得られたデータを表示するための補間の説明図を示す。本実施の形態は開口合成法の電子走査を行う機能を備えた超音波診断装置において、機械式ラジアル走査を行った場合に、受信した極座標形式の受信信号を直交座標形式に対応して読み出す制御部分と読み出されたデータに対して補間するために積算される係数とを変更するのみで、両方式の走査に対応できる超音波診断装置を実現するものである。
【００２４】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１Ａは、電子走査型超音波探触子２と、機械式走査型超音波探触子３と、これらのいずれにも対応できる超音波観測装置４とから構成される。
【００２５】
電子走査型超音波探触子２はアレイ状に配置された複数の超音波振動子（単に振動子と略記）５−１ないし５−ｍからなる振動子群を有する。また、機械式走査型超音波探触子３は、機械式ラジアル走査を行う振動子６を内蔵し、この超音波振動子６は機械式走査駆動手段７により機械的にラジアル走査駆動される。
【００２６】
超音波観測装置４は送信信号発生手段８を有し、この送信信号発生手段８は送信信号を発生し、送信信号は送信振動子選択手段としてのマルチプレクサ９で選択された送信信号増幅手段１１の送信アンプ１１−ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）を経て超音波振動子５−ｉに印加され、各超音波振動子５−ｉで発生した超音波パルスを対象物体側に照射できるようにしている。
【００２７】
また、各超音波振動子５−ｉはそれぞれ信号線を介して受信振動子選択手段としてのマルチプレクサ１２に接続され、振動子群から１個の振動子５−ｉを選択する。送信に用いられた振動子５−ｉと同じ振動子５−ｉをマルチプレクサ１２で選択し、観測対象組織側の音響インピーダンスの変化部分で反射された超音波パルスを受信して、電気信号に変換して超音波受信信号（エコー信号）を生成する。
【００２８】
得られたエコー信号は切り換え手段としての切り換えスイッチ１３の一方の接点ａを経て受信信号増幅手段としてのアンプ１４に入力され、所定の大きさに増幅される。この切り換えスイッチ１３の他方の接点ｂには超音波振動子６からのエコー信号が入力されるようにしている。そして、実際に使用する電子走査型超音波探触子２或いは機械式走査型超音波探触子３に応じて切り換えスイッチ１３を切り換える。図１の状態では電子走査型超音波探触子２を使用する場合で示している。
【００２９】
このアンプ１４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１５に入力され、ディジタル信号に変換された後、直交検波回路１６に入力され、直交検波されてベースバンドに落とされた実数データと虚数データとからなる複素データに変換され、この複素データは波面メモリ１７へ書き込まれる。この書き込みの制御は書き込み制御手段１８により行われる。    波面メモリ１７に書き込まれた複素データは読み出し制御手段１９により読み出され、係数積算合成手段２０に入力される。
【００３０】
読み出し制御手段１９は開口合成用読み出し制御手段１９Ａと機械式ラジアル走査用読み出し制御手段１９Ｂとを有し、切り換えスイッチ２１を介して選択された側の読み出し制御手段１９Ａ或いは１９Ｂが波面メモリ１７からデータの読み出し制御を行う。
【００３１】
また、本実施の形態では開口合成用位相補正係数を格納した開口合成用位相補正係数メモリ２２Ａと機械式ラジアル走査用補正係数を格納した機械式ラジアル走査用補正係数メモリ２２Ｂとを有し、切り換えスイッチ２１で選択された側の読み出し制御手段１９Ａ又は１９Ｂが波面メモリ１７からの複素データの読み出し制御を行う場合、開口合成用位相補正係数メモリ２２Ａと機械式ラジアル走査用補正係数メモリ２２Ｂとにおける対応する一方のメモリに格納された補正係数の読み出し制御も行い、読み出された補正係数が切り換えスイッチ２３を経て係数積算合成手段２０に入力されるようにする。
【００３２】
なお、切り換えスイッチ１３、２１及び２３は連動して切り換えられ、図１の状態では電子走査型超音波探触子２を使用する場合を示し、機械式走査型超音波探触子３の場合には他方の接点側に連動して切り換えられる。
係数積算合成手段２０の出力データは加算合成手段２４に入力され、加算されて合成された後、ＤＳＣ２５を経てＣＲＴ２６に超音波画像が表示される。
【００３３】
図２は係数積算合成手段２０の具体的な回路構成を示す。波面メモリ１７から読み出された実数データ及び虚数データは、乗算器３１ー１、３１ー２と、乗算器３１ー３、３１ー４とにそれぞれ入力され、切り換えスイッチ２３を経て入力される補正係数メモリ２２Ａ又は２２Ｂから読み出された実数データ及び虚数データ用の補正係数とそれぞれ乗算される。
【００３４】
乗算器３１ー１の出力は減算器３２に入力され、乗算器３１ー３の出力が減算されてこの係数積算合成手段２０から実数データが出力される。また、乗算器３１ー２の出力は加算器３３に入力され、乗算器３１ー４の出力が加算されてこの係数積算合成手段２０から虚数データが出力される。
【００３５】
電子走査型超音波探触子２の場合には係数積算合成手段２０による合成は以下のような過程で行われる。
波面メモリ９より読み出された複素データの実数成分をＩｎ、虚数成分をＱｎ、補正する位相量をφｎとすると、
（Ｉｎ＋ｊＱｎ）×Ａｎ・ｅｘｐ（ｊφｎ）
＝｛Ｉｎ・Ａｎ・ｃｏｓ（φｎ）−Ｑｎ・Ａｎ・ｓｉｎ（φｎ）｝
＋ｊ｛Ｉｎ・Ａｎ・ｓｉｎ（φｎ）＋Ｑｎ・Ａｎ・ｃｏｓ（φｎ）｝…（２）
ここで、Ａｎは振幅補正係数を示し、Ａｎ・ｃｏｓ（φｎ）をＣｉ、Ａｎ・ｓｉｎ（φｎ）をＣｑとおくと、（２）式は、
（２）＝（Ｉｎ・Ｃｉ−Ｑｎ・Ｃｑ）＋ｊ（Ｉｎ・Ｃｑ＋Ｑｎ・Ｃｉ）…（３）
となる。
【００３６】
このような位相補正係数ＣｉとＣｑを予め計算しておき、開口合成用位相補正係数メモリ２２Ａの例えば対となる実数データ用メモリ及び虚数データ用メモリに格納されている。
【００３７】
また、機械式ラジアル走査時には図３に示すように、ラジアル走査により隣接する音線Ｌｐ−１，Ｌｐに沿って得られた音線データＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄから点Ｐの画素データを補間して算出する。点Ｐから線ＡＣ、線ＢＤ、線ＣＤ、線ＡＢまでの距離をａ、ｂ、ｃ、ｄとする。また、図３中の円弧状の線は音波の波面上の線であり、水平線、垂直線の格子点はＣＲＴ２６で表示する画素位置を意味している。
図３の●印で示したＰ点の補間データは次式により求まる。
【００３８】
Ｐ＝｛ｃ／（ｃ＋ｄ）・｛ｂ／（ａ＋ｂ）｝・Ａ
＋｛ｃ／（ｃ＋ｄ）・｛ａ／（ａ＋ｂ）｝・Ｂ
＋｛ｄ／（ｃ＋ｄ）・｛ｂ／（ａ＋ｂ）｝・Ｃ
＋｛ｄ／（ｃ＋ｄ）・｛ａ／（ａ＋ｂ）｝・Ｄ…（４）
これより、表示画像の画素に対応した上記４点を機械式ラジアル走査用読み出し制御手段１９Ｂにて順次波面メモリ１７から読み出し、これに対応した機械式ラジアル走査用補間係数Ｃｉ、Ｃｑが機械式ラジアル走査用補正係数メモリ２２Ｂへ格納されている。
【００３９】
例えば、音線データＡの補正係数を
Ｃｉ＝｛ｃ／（ｃ＋ｄ）・｛ｂ／（ａ＋ｂ）｝
Ｃｑ＝０
とし、音線データＢ、Ｃ、Ｄについても同様に（４）式の係数が格納されている。
【００４０】
そして、電子走査及び機械走査に応じて、波面メモリ１７から読み出されたデータに対して係数情報を格納した補正係数メモリ２２Ａ，或いは２２Ｂの補正係数と積算処理することにより、開口合成処理或いはＣＲＴ２６での表示の補間処理を行うことができるようにしている。
【００４１】
次に本実施の形態の作用を説明する。
電子式走査モード時は、切り換えスイッチ１３、２１、２３が図１に示すように電子式走査モードのライン側を選択する。送信信号発生手段の送信信号はマルチプレクサ９で１つの接点が選択され、その接点と導通する送信アンプ１１−ｉを経て振動子５−ｉが駆動され、励振された超音波が生体側に照射される。
【００４２】
そして、音響インピーダンスの変化部分で反射された反射超音波は送信に用いられた振動子５−ｉで受信され、受信信号となる。この受信信号は切り換えスイッチ１３を経て受信信号がアンプ１４に入力され、増幅される。
【００４３】
増幅されたアナログの受信信号はＡ／Ｄ変換器１５によりディジタル信号へと変換され、直交検波回路１６にて実装と虚数の複素データに変換された後、波面メモリ１７に格納される。このような処理を全ての振動子５−１〜５−ｍについて繰り返し行うことにより、１画面分の複素の波面データが生成される。この波面メモリ１７への書き込みは、書き込み制御手段１８により制御される。
【００４４】
図１に示すように切り換えスイッチ２１が開口合成用読み出し制御手段１９Ａと波面メモリ１７とを接続することにより、表示画像の画素ごとに使用した探触子２に対応した波面ローカス上の複素データが読み出される。
【００４５】
また、切り換えスイッチ２３により開口合成用位相補正係数メモリ２２Ａが選択され、上記の波面メモリ１７より読み出されたデータに対応する位相補正係数が開口合成用読み出し手段１９Ａにより読み出される。読み出された複素の波面データと位相補正係数データは係数積算合成手段２０にて合成される。
【００４６】
この係数積算合成手段２０の具体的な回路構成を図２に示す。
【００４７】
そしてこの場合の合成は開口合成用位相補正係数メモリ２２Ａから開口合成用位相補正係数としての（２）式或いは（３）式のＣｉとＣｑが読み出され、波面メモリ１７より読み出された複素データの実数成分と虚数成分とそれぞれ積算等処理が行われ、位相補正される。
【００４８】
このように位相補正された実数と虚数の複素データは加算合成手段２４によりそれぞれ６４個加算され、その後２乗平均される。以上この処理を順次繰り返し、ＤＳＣ２５にてタイミング調整された後、ＣＲＴ２６により表示される。
【００４９】
次に、機械式ラジアル走査モードを選択したときの処理の流れを説明する。  この場合には、切り換えスイッチ１３、２１、２３は機械式ラジアル走査モードのラインを選択する。
【００５０】
切り換えスイッチ１３が機械式ラジアル走査モードのラインを選択したことにより、振動子６により受信された生体からの反射信号が、アンプ１４に入力される。なお、振動子６は図示しないスイッチを経て送信信号発生手段８からの送信信号が印加される。
【００５１】
機械式ラジアル走査駆動手段７は振動子６を機械的に回転させる駆動制御を行っている。これにより、順次ラジアル走査により得られ、受信された受信信号が切り換えスイッチ１３を経てアンプ１４に入力される。
【００５２】
このアンプ１４で増幅されたアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１５によりディジタル信号へと変換され、直交検波回路１６にて直交検波されて実数と虚数の複素データに変換された後、波面メモリ１７に格納される。つまり、ラジアル走査により得られたデータは順次書き込み制御手段１８により制御され波面メモリ１７へ書き込まれる。
【００５３】
書き込まれた複素データは極座標データであるため、ＣＲＴ２６に表示するために直交座標へ変換する必要がある。この補間法としては一般的に図３で示した４点補間が行われる。
【００５４】
つまり、図３に示すように波面メモリ１７から例えば４点の音線データＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを読み出し、これに応じて機械式ラジアル走査用補正係数メモリ２２Ｂから機械式ラジアル走査用補間係数Ｃｉ、Ｃｑを読み出し、図２の係数積算合成手段２０で掛け合わせる。
そして上記４点を加算合成手段２４で加算し、実数成分と虚数成分の２乗平均をとることにより、点Ｐの画素データを算出することができる。
【００５５】
この時、機械式ラジアル走査時の虚数の補間係数は全て０である。以上を表示する画素に対応させて繰り返すことにより、１画面分の画素データを得ることができる。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、電子式走査、または機械式ラジアル走査に関わらず読み出し制御手段１９により補正係数メモリ２２Ａ，２２Ｂから読み出して係数積算処理することにより表示画像の画素データが算出できるので、ＤＳＣ２５にてタイミング調整された後、表示手段としてのＣＲＴ２６に表示される。
【００５７】
本実施の形態によれば、開口合成法の超音波観測装置４に機械式ラジアル走査を対応させるにあたり、新たに座標変換回路や補間回路を追加することなく前記構成において、機械式ラジアル走査用読み出し制御手段１９Ｂ及び補正係数メモリ２２Ｂ部分等の僅かの追加で両走査に対応できるため、コストを抑えることができ、しかも超音波診断装置１Ａの小型化も可能である。
【００５８】
以上の説明では、説明の都合上、開口合成の合成数を最大６４個として説明したが、実際の合成数は最大で１２８個以上の数で合成することもあり、最大合成する数に限定されることは無い。
【００５９】
（第２の実施の形態）
次に図４及び図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は第２の実施の形態の超音波診断装置１Ｂの送受信部分の構成を示し、図５はデフォーカスして送信するための説明図を示す。
【００６０】
図４に示すように、送信信号発生手段８で発生された送信パルス信号は位相制御手段４１に入力され、送信する振動子のラインの数に合わせてデフォーカスするように位相を制御する。
【００６１】
この位相制御手段４１の出力信号は送信振動子選択手段としてのマルチプレクサ９により送信する振動子に応じて複数の接点が同時に選択され、送信信号増幅手段１１における複数の送信アンプ１１ーｓ（ここで、１１ーｓは複数を代表している）によりそれぞれ増幅された後、複数の振動子５ーｓに印加される。
【００６２】
また、超音波探触子２は生体からの超音波信号を受信し特定の振動子５ーｇ（具体的には送信時に選択された複数の振動子５ーｓの中央の振動子）を選択し受信するための受信振動子選択手段としてのマルチプレクサ１２と接続され、選択された特定の振動子５−ｇの出力信号は切り換えスイッチ１３を経て受信信号増幅手段としてのアンプ１４に入力される。
【００６３】
このアンプ１４で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１５に入力される。この後の処理は図１と同様の構成である。
【００６４】
本実施の形態では、送信するときに３個以上の複数の振動子５−ｓを用いてデフォーカスするよう各振動子を駆動する際に遅延時間を位相制御手段４１により与える。
図５を参照して、送信時の使用振動子の数を５個としたときのデフォーカスするための遅延時間の算出について説明する。
【００６５】
送信する振動子数５個と振動子間の距離から送信する開口幅が算出でき、その中心を点Ｇ、端の振動子の中心を点Ｅとする。デフォーカス角度をθとすると、デフォーカスの中心が点Ｑとなる。線ＧＱの距離をＺｅ、線ＥＧの距離をＸｅ、ｋ番目の振動子の中心の振動子５ーｇまでの距離をＸｋとする。
【００６６】
この場合のｋ番目の振動子を駆動する際の遅延時間τｋは
τｋ＝｛√（Ｘｋ・Ｘｋ ＋Ｚｅ・Ｚｅ）−Ｚｅ｝／Ｃ…（５）
Ｚｅ＝Ｘｅ／ｔａｎ  θ
ここで、Ｃは音速を表す。また、√（Ａ）はＡの平方根を意味する。
【００６７】
この遅延時間を各振動子へ与えるように位相制御手段４１にて制御する。
このようにｋ番目の振動子を駆動する際の遅延時間τｋを（５）式のように設定することにより、図５の１点鎖線で示すような波面で超音波をデフォーカスして送出する（図５で例えば点Ｅの振動子は遅延時間の設定によりＦのタイミングで駆動される）。
【００６８】
位相制御手段４１の簡単な構成は送信する振動子の数分だけあらかじめ遅延線により位相を遅らせるように制御しておく。デフォーカス角度θを広くすることにより図６に示すようなファンビームを形成することができる。つまり、図６（Ｂ）のように中心の振動子５−ｇに対し、その中心から離れた両側の振動子程、遅延させて駆動することにより、図６（Ａ）に示すようなファン状の超音波ビームを送信することができる。
【００６９】
デフォーカスするように位相制御された送信信号はマルチプレクサ９に送られ、このマルチプレクサ９により送信する５個の振動子にそれぞれ接続された送信アンプ１１−ｓが選択される。そして、それぞれ送信アンプ１１−ｓで増幅され、振動子５−ｓ（図４の状態では５−１〜５−５）に伝えられ、超音波が生体へと照射される。
【００７０】
その後、マルチプレクサ１２にて特定の振動子５−ｇ（図４では中心の振動子５−３）を選択することにより、生体からの反射波を得る。選択された受信信号は切り換えスイッチ１３を経てアンプ１４に入力され、増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１５にてディジタル信号に変換される。
以後の処理は第１の実施の形態で述べた流れと同じである。
【００７１】
本実施の形態によれば、多数の振動子を用いても開口合成法に適したファンビームを形成することが可能である。また、多数の振動子を用いることで少数の振動子で送信する従来の開口合成法と比べ、Ｓ／Ｎを向上できる。
従って、深い部位に対する超音波画像を得ることができる。つまり、深達度を向上できる。その他は第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００７２】
以上の説明では、説明の都合上、送信時に使用する振動子の数を５個として説明したが、実際は更に多くの振動子を使用することもあり、使用する振動子の数に限定されることは無い。
【００７３】
また、デフォーカス送信の位相制御手段を前記では遅延線による構成として説明したが、最近ではディジタルで位相制御を行い、Ｄ／Ａ変換して出力する方法もあり、この位相制御手段の構成によらない。
【００７４】
また、図４では送信時において複数の振動子５−ｓをデフォーカスするように駆動する構成であるが、送信時は１個または２個以上を同時に駆動し、受信時に３個以上の振動子でデフォーカスするように位相補正手段を介して受信する構成にしても良い。この場合も同様の効果を有する。
【００７５】
なお、図４では機械式ラジアル走査の場合にもその場合の振動子６に対する信号処理を行う構成であるが、図８の従来例に対してその送受信部分を図４のように複数の振動子５−ｓをデフォーカスして超音波を送信する構成にした場合にも、少数の振動子で送信する従来の開口合成法と比べ、Ｓ／Ｎを向上できるし、深達度を向上できる効果がある。
【００７６】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図７を参照して説明する。図７は第３の実施の形態の超音波診断装置１Ｃの送受信部部分の構成を示す。
図７に示すように、この超音波診断装置１Ｃは図４の超音波診断装置１Ｂにおいて、受信振動子選択手段としてのマルチプレクサ１２は送信振動子選択手段としてのマルチプレクサ９で選択された複数の振動子５−ｓを選択する。
【００７７】
また、マルチプレクサ１２で選択された複数の振動子５−ｓの信号は位相制御手段４２に入力される。この位相制御手段４２は複数の振動子５−ｓにより得られたそれぞれの受信信号をデフォーカスするように位相制御を行い加算する。
【００７８】
この位相制御手段４２の出力信号は切り換えスイッチ１３を経てアンプ１４に入力される。この他の構成は図４と同様である。
【００７９】
図４の第２の実施の形態と同様に、送信する時には複数の振動子５−ｓをその数に合わせてデフォーカスするように位相を制御して送信すると共に、本実施の形態ではさらに受信する際にも送信に用いた複数の振動子５−ｓの受信信号をデフォーカスするように位相を制御して受信する構成にしている。
【００８０】
本実施の形態の作用は第２の実施の形態とほぼ同様であるが、送受信の両者で複数の振動子５−ｓを用いてデフォーカスするように位相を制御し加算するため、第２の実施の形態よりも更にＳ／Ｎを向上させることができる。その他は第１の実施の形態と同様の効果を有する。
【００８１】
なお、本実施の形態も図８の従来例における送受信部分を図７のような構成にすることにより、第２の実施の形態よりも更にＳ／Ｎを向上させることができる効果が得られる。
【００８２】
なお、上述の実施の形態は機械式ラジアル走査の代わりに機械式セクタ走査を行う場合にも適用できる。
なお、上述した実施の形態等を部分的に組み合わせて構成される実施の形態等も本発明に属する。
【００８３】
［付記］
１．超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、
送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、
機械式ラジアル走査を行う手段と、
上記電子式走査と機械式ラジアル走査の受信信号を切り換える切り換え手段と、
得られた超音波受信信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、
前記波面メモリに格納されたディジタルデータを、各走査ごとの表示画像の画像に対応して読み出す手段と、
読み出すデータに対応する係数情報を格納するメモリと、
波面メモリから読み出されたデータと係数を積算する処理手段と、
複数の処理されたデータを合成演算する合成演算手段と、
電子式走査時には、前記メモリから各振動子で決まる遅延時間に対応した位相補正係数の係数情報を選択し、機械式ラジアル走査時には、前記メモリから補間係数を選択する読み出し制御手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【００８４】
（付記１の効果）
従来の超音波診断装置に比べ、座標変換や補間回路を追加する必要がなく、波面メモリから読み出すデータ制御とそれに対応している係数を変えるのみで、電子式走査と機械式走査に対応可能なため、コストを下げ、また、小型にすることができる。
【００８５】
２．超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、
送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、
得られた超音波受信信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
そのディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、
波面メモリに格納されたデータを、各振動子で決まる遅延時間に対応して読み出す手段と、
そのデータを開口合成法に基づき合成演算する合成演算手段とから構成され、送信時または受信時において少なくとも３個以上の振動子を用いてデフォーカスするよう位相補正を行い、ファンビームを作ることを特徴とする開口合成法超音波診断装置。
【００８６】
（付記２の背景）
開口合成法は、前記のような構成により画像化されるが、この手法は送信時に指向角の広いファンビームを送波することが必要とされる。
振動子を線状振動子と近似した場合、振動子幅ｗの指向性関数Ｄｗ（θ）は式（１）の関係にあることが知られている。
【００８７】
Ｄｗ（θ）＝ｓｉｎφｗ／φｗ…（１）
φｗ＝ｗ／λ・πｓｉｎθ
振動子幅      ｗ
指向角        θ
媒質中の波長  λ
従って、（１）式より媒質中の波長を固定とした場合、振動子幅ｗを小さくすることによりファンビームを形成することができる。このようなファンビームを送波し、（請求項１）にて記述した合成を行うことにより画像が生成される。
【００８８】
また、２個以上の振動子を同時に駆動させて送受信を行う開口合成法も提案されており、特公平３−４４７７１に詳細に説明されている。
図９は、１個の振動子６３−１を駆動（図９（Ｂ））したときのビームの広がり（図９（Ａ））を、図１０は５個の振動子６３−１〜６３−５を同時に駆動（図１０（Ｂ））したときのビームの広がり（図１０（Ａ））を示した概略図を示す。
【００８９】
１個の振動子を駆動したビームの指向角を比べ、５個の振動子を同時に駆動したビームの指向角は狭くなる。これは、振動個を５個駆動すると開口が大きくなり、（１）式の振動子幅ｗが等価的に大きくなることにより指向角が狭くなるためである。
【００９０】
（付記２における従来技術の問題点）
前記の通り、開口合成法はファンビームを形成する必要があり、ファンビームを形成するためには、送受信している振動子の幅つまり開口を小さくしなければならない。しかし、振動子の幅を小さくすることで、開口面積の減少から感度が低くなり、Ｓ／Ｎが低下するといった問題がある。これは、深達度の減少を招き、生体の深部の観察を難しくさせる。また、ノイズに対して信号強度が弱いため、画像上にノイズが目立つようになり、画質の劣化となる。
【００９１】
そこで、Ｓ／Ｎを良くすべく２個以上の振動子を同時駆動することによりＳ／Ｎの向上を計る手法もあるが、多数の素子で同時駆動すると開口が大きくなり指向性の鋭いビームを形成することになる。
【００９２】
従って、各振動子で得られるエコーデータが前方成分のみのデータとなり、各振動子で受信したエコー信号に関心部位のエコー成分が減少する。これは、合成数を減らしていることと等価であり、開口を制限していることに等しい。このため、多数合成しても不要成分を多く合成してしまうことから、分離能が劣化し、更に画質が劣化するという問題点がある。
【００９３】
（付記２の目的）
複数の振動子を用いてファンビームを形成させることにより、遠点において、Ｓ／Ｎを向上させて深達度の向上を計り、更に分解能の劣化がない装置を提供することを目的とする。
【００９４】
（付記２の作用）
多数の振動子でデフォーカスするような位相補正を行うことにより、多数の振動子を用いても開口合成法に適したファンビームを形成することができる。
（付記２の効果）
従来の超音波診断装置に比べ、複数の振動子を用いてデフォーカス送信または受信を行うことから、開口合成に適したファンビームを形成することが可能となり、分解能が劣化せずＳ／Ｎの向上を計ることができる。
【００９５】
３．超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、
送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、
得られた超音波受信信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
そのディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、
波面メモリに格納されたデータを、各振動子で決まる遅延時間に対応して読み出す手段と、
そのデータを開口合成法に基づき合成演算する合成演算手段とから構成され、送信時または受信時において少なくとも３個以上の振動子を用いてデフォーカスするよう位相補正を行うと共に、デフォーカスしていない送信または受信は２個以上の振動子を同時駆動することを特徴とする開口合成法超音波診断装置。
【００９６】
（付記３の効果）
デフォーカスするよう複数の振動子で送信または受信を行い、デフォーカスしていない送信または受信は２個以上の振動子を同時に駆動することで、請求項２よりも更にＳ／Ｎの向上を計ることができる。
【００９７】
４．超音波を送受信する振動子をアレイ状に並べた振動子群と、
送受信時に特定の振動子を選択し電子式走査を行う手段と、
得られた超音波受信信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
そのディジタルデータを音線ごとに格納する波面メモリと、
波面メモリに格納されたデータを、各振動子で決まる遅延時間に対応して読み出す手段と、
そのデータを開口合成法に基づき合成演算する合成演算手段とから構成され、送信時に複数の振動子へデフォーカスするよう位相補正を行うと共に受信時においても複数の振動子でデフォーカスするよう位相補正を行って受信し、それぞれの音線データを上記開口合成法に基づいて合成することを特徴とする開口合成法超音波診断装置。
【００９８】
（従来技術の問題点）
付記２，３の場合と同じ。
（付記４の目的）
複数の振動子を用いて送受信でファンビームを形成させることにより、（付記２，３）に比べ、更に遠点のＳ／Ｎを向上させ、分解能の劣化の少ない装置を提供することを目的とする。
【００９９】
（付記４の作用）
付記２，３の場合と同じ。
（付記４の効果）
送受信の両者で、デフォーカスするよう複数の振動子を使用するこで、更にＳ／Ｎの向上した分解能の劣化の無い開口合成画像を構築することができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、開口合成法の超音波観測装置に機械式ラジアル走査を対応させるにあたり、新たに座標変換回路や補間回路を追加することなく機械式ラジアル走査用読み出し制御手段及び補正係数メモリ部分等の僅かな構成の追加で電子式走査と機械式走査の両者に対応できるため、低コスト化ができ、しかも超音波診断装置を小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基本的構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態における係数積算合成手段の構成を示すブロック図。
【図３】機械式ラジアル走査モード時の補間の説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の送受信部分の構成図。
【図５】第２の実の施形態におけるデフォーカスするための遅延時間の算出の説明図。
【図６】振動子５個をデフォーカス駆動したときのビームの広がりを示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の送受信部分の構成を示すブロック図。
【図８】従来例の開口合成法超音波診断装置の回路構成の１例を示すブロック図。
【図９】従来の１個の振動子を駆動した時のビームの広がりを示す図。
【図１０】従来の５個の振動子を同時に駆動した時のビームの広がりを示す図。
【符号の説明】
１Ａ…超音波診断装置
２…電子走査型超音波探触子
３…機械走査型超音波探触子
４…超音波観測装置
５−１，…，５−ｍ…超音波振動子
６…超音波振動子
７…機械式走査駆動手段
８…送信信号発生回路
９…マルチプレクサ
１１…送信信号増幅手段
１２…マルチプレクサ
１３…切り換えスイッチ
１６…直交検波回路
１７…波面メモリ
１８…書き込み制御手段
１９…読み出し制御手段
１９Ａ…開口合成用読み出し制御手段
１９Ｂ…機械式ラジアル走査用読み出し制御手段
２０…係数積算合成手段
２１，２３…切り換えスイッチ
２２Ａ…開口合成用位相補正係数メモリ
２２Ｂ…機械式ラジアル走査用補正係数メモリ
２４…加算合成手段
２５…ＤＳＣ
２６…ＣＲＴ
３１−１，…，３１−４…乗算器
３２…減算器
３３…加算器
【図１】
0003691629.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003691629.tif 000008
【図８】
0003691629.tif 000009
【図９】
0003691629.tif 000010
【図１０】
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