(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の受信焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する複数の遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信手段により受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１を演算する演算部を備えた焦点位置演算手段と、一定周期の信号を変換しこの変換結果を前記焦点位置演算手段に出力する変換手段を有し、前記焦点位置変換手段は、前記変換手段の出力に基づいて演算することにより計算上の補正値１とは異なり伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した補正値２に基づいて前記記録手段からデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１を演算する演算部を備えた焦点位置演算手段と、一定周期の信号を変換しこの変換結果を前記焦点位置演算手段に出力する変換手段を有し、前記焦点位置変換手段の出力に基づいて演算することにより、前記理論上の補正値１とは異なり伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする遅延制御回路。
【請求項３】
複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記記録手段から前記デジタル受信信号の出力を制御する読み出し制御手段を有し、前記読み出し制御手段は、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、記録手段から前記デジタル受信信号の出力を制御する焦点位置制御手段を有し、前記焦点位置制御手段は、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正する補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする遅延制御回路。
【請求項５】
複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の受信焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する複数の遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信手段により受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための遅延量発生手段と、深さ信号を発生する深さ信号発生手段と、前記遅延量発生手段の出力と前記深さ信号発生手段の出力とを演算する演算手段とを有し、前記演算手段の結果から前記被検体の焦点位置から伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮して前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、
前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための遅延量発生手段と、深さ信号を発生する深さ信号発生手段と、前記遅延量発生手段の出力と前記深さ信号発生手段の出力とを演算する演算手段とを有し、前記演算手段の結果から前記被検体の焦点位置から伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮して前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とする遅延制御回路。
【請求項７】
変換手段は、乗算器、加算器、乗加算器のいずれか、又はこれらの組み合わせである請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
変換手段は、乗算器、加算器、乗加算器のいずれか、又はこれらの組み合わせである請求項２記載の遅延制御回路。
【請求項９】
変換手段は、固定値を記録したメモリを含む請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
変換手段は、固定値を記録したメモリを含む請求項２記載の遅延制御回路。
【請求項１１】
変換手段の演算内容が複数存在し、切り替え手段を用いて演算内容を変更する請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
変換手段の演算内容が複数存在し、切り替え手段を用いて演算内容を変更する請求項２記載の遅延制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、超音波診断装置並びに超音波診断装置に使用する遅延制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置の全体構成を表わすブロック図を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示す超音波診断装置では、被検体から反射された超音波信号を複数の受信素子２−１〜２−ｎで構成されているプローブ１で受信する。また、サンプリング信号発生器３は、一定周期でサンプリング信号を発生させる。第１遅延制御回路９−１〜第ｎ遅延制御回路９−ｎでは、超音波信号が各受信素子に到着する時間の差を修正し出力する。加算器４では、複数の遅延制御回路からの出力信号を加算合成処理する。デジタルスキャンコンバータ(以下DSCという)５は、加算器４で加算合成処理された信号を画像信号に変換し、さらに、画像信号を表示装置６に出力する。
【０００３】
また、図１０（ｂ）のブロック図は、図１０（ａ）に示した超音波診断装置の全体構成のうち複数の遅延制御回路（９−１〜９−ｎ）の中の一つの構成を示す。例えば遅延制御回路（９−１）を例に説明すると、A/D変換器１５では、第１受信素子からの受信信号をデジタル受信データに変換する。A/D変換器１５で変換したデジタル受信データを書き込み制御手段１６で制御しメモリ１４に記録する。カウンタ１２は、メモリ１４から記録しているデジタル受信データを読みだす際の読み出し制御の基礎となる読み出し基準アドレスを生成する。また、読み出し制御手段６１は、カウンタ１２の出力に基づいてメモリ１４の読み出しアドレスを演算する。
【０００４】
図１１は、プローブ１が超音波信号を受信した時の概念図を示す。図１１(a)は、被検体７から反射された超音波信号と、受信素子２−１〜２−ｎとプローブ１の概念図を示す。図１１(b)は、受信素子２−１〜２−ｎで受信した超音波信号と受信時間の関係を示す。 図１１(c)は、遅延制御回路から、加算器４に出力する時の信号の概念図を示す。また、図１１(b) (c)の波形１０は受信素子２−１〜２−ｎで受信した超音波信号を示す。図１１(a)に示すように、被検体７の焦点８で反射された超音波信号が、複数の受信素子２−１〜２−ｎで受信する場合、被検体７に一番近い受信素子２−４で最初に超音波信号を受信する。その後、被検体７からの距離が近い受信素子から順に超音波信号を受信し、最後に受信素子２−１と２−ｎで受信する。また、図１１(b)に示すように各受信素子で受信した受信時間は、被検体７との距離が遠いほど受信時間が遅く、最初に受信素子２−４で受信した信号との時間差が発生する。精度の高い画像を得るためには、この時間差をなくす必要がある。そのために、遅延制御回路でこの時間差を補正し、図１１(c)に示すように出力する信号のタイミングを一致させ、加算手段４に出力する必要がある。
【０００５】
次に、図１０（ａ）の超音波診断装置のブロック図に記載されている複数の遅延制御回路の中の１つである第１遅延制御回路の動作を図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１を用いて説明する。例えば、被検体７から反射した超音波信号が受信素子２−１で受信され、受信したすべての超音波信号が遅延制御回路９−１に入力する。入力された超音波信号は、Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル受信データに変換され、書き込み制御手段１６でメモリ１４に記録される。記録されたデータは、受信時間の早いものから順にメモリ１４上に並べられるので、メモリ１４上のアドレスの大小は受信時間の早遅を示すことになる。
【０００６】
カウンタ１２は、読み出し基準アドレスｋ0を出力し、この読み出し基準アドレスk0に基づいて読み出し制御手段６１が演算を行い読み出しアドレスを出力する。さらに、この読み出しアドレスでメモリ１４上の位置を特定し、そこに記録されているデータを出力する。なお、読み出し制御手段６１は、複数の受信素子の間に生じている受信時間の差を補正するように演算を行う。
【０００７】
読み出し制御手段６１の演算式を（数１）に示す。
【０００８】
【数１】
0003698008.tif 000002
【０００９】
この演算式（数１）の求め方について、図１２ないし図１４を用いて説明する。
【００１０】
図１２はプローブの受信素子と焦点位置を示す図である。この図１２より、焦点Ｆｐと各受信素子までの距離の計算式を算出する。演算を簡単にするためにｘ−ｙ座標上にプローブ表面を置く。また、生成されるビームの原点Oriに原点受信素子ch０をおき、原点Oriと焦点位置Fpの距離をRoとする。chaは原点以外の受信素子であり、焦点位置がFpの場合のchaから焦点までの距離はRaである。Ch０の座標を(x,y)=(xposo,yposo)、 chaの座標を(x,y)=(xposa,yposa)とすると、原点以外の受信素子の焦点距離Raは（数２）で演算される。
【００１１】
【数２】
0003698008.tif 000003
【００１２】
図１３は、各受信素子で入力したデジタル受信信号が、メモリ上に記録されている位置を示した概略図である。同図に示している１４−１〜１４−ｎは各遅延制御回路のメモリであり、説明を簡単にするためにメモリのみを並べて図示している。同図の●は、各メモリに記録されている受信データである。また、同じ円弧で結ばれた●は同じ焦点位置から反射した受信データを示している。
【００１３】
中心を原点受信素子ch０のメモリ、最下をchaのメモリとする。左端の経過時間t=0を基準として時間の経過にともない右方向に書き込みがなされる。
【００１４】
例えば、同一焦点から反射した超音波信号を受信する時では、一番早く受信された信号をＡ、最後に受信される信号をＢとすると、図１３のＡとＢの位置関係になる。書き込みの時間間隔はサンプリング信号の周期Tであり、書き込みアドレスは第１受信素子から第ｎ受信素子まで全受信素子共通である。
【００１５】
プローブ表面からの距離がRoの位置から超音波信号が反射することで得られる受信データが、基準時間t=0からtb時間経過後にメモリに書き込まれるとする。音速をcとすると、tbは（数３）である。
【００１６】
【数３】
0003698008.tif 000004
【００１７】
このとき、書き込みの周期がTであるので受信データが書き込まれる原点受信素子ch０のメモリのアドレスadroは、（数４）である。
【００１８】
【数４】
0003698008.tif 000005
【００１９】
距離をサンプリング信号によって量子化するための除算係数dRを
（数５）とし（数４）に代入すると（数６）になる。
【００２０】
【数５】
0003698008.tif 000006
【００２１】
【数６】
0003698008.tif 000007
【００２２】
焦点位置Fpのときに各受信素子のメモリから読み出されるべき受信データが記録されているメモリ上の位置を円弧c0とする。焦点位置Fpの時の原点受信素子ch０の読み出しアドレスをadro、受信素子chaの読み出しアドレスをadrとする。
メモリ１４からの読み出しを周期Tのサンプリング信号で行うと、（数７）である。
【００２３】
【数７】
0003698008.tif 000008
【００２４】
ここでｋ0は前記サンプリング信号を演算したカウンタ１２の出力であり、k0は読み出しの基準アドレスとなる。
（数６）に（数７）を代入すると読み出し基準アドレスｋ0は、（数８）となる。
【００２５】
【数８】
0003698008.tif 000009
【００２６】
（数８）よりRoは（数９）となる。
【００２７】
【数９】
0003698008.tif 000010
【００２８】
（数２）に（数９）を代入すると、Raは読み出し基準アドレスｋ0の関数である（数10）となる。
【００２９】
【数１０】
0003698008.tif 000011
【００３０】
ここで、
【００３１】
【数１１】
0003698008.tif 000012
【００３２】
とする。
【００３３】
Fpを焦点とした時の受信素子chaの読み出しアドレスadrは、読み出し基準アドレスk0に、Fpからの距離であるRaとRoの差を加算して得られるので、（数１２）である。
【００３４】
【数１２】
0003698008.tif 000013
【００３５】
（数９）と（数１０）を（数１２）に代入することにより、読出し制御手段６１の演算式として（数１）が導かれる。
【００３６】
このように読み出し制御手段６１では（数1）が演算され、メモリ１４の読み出しアドレスが生成される。この生成された読み出しアドレスから、第１遅延制御手段のメモリ１４に記録してあるデジタル受信信号が出力される。各遅延制御回路から出力されたデジタル受信信号は、加算器４によって加算合成処理される。加算合成処理された信号は、ＤＳＣ５によって画像信号に変換し、表示装置６で表示される。
【００３７】
次に、図１４にプローブと被検体間の焦点距離とデジタル受信信号がメモリに記録される記録位置との関係を示す。図１４（ａ）に示すように、プローブと被検体の焦点距離がＬ１の場合であり、図１４（ｂ）は、距離がＬ３の(b)場合である（Ｌ１＜Ｌ３）。超音波がプローブに到達するまでに要する時間は、焦点距離がＬ１の方がＬ３より短いために、到着時間はｔ１＜ｔ３となる（図１４(c)、(d)）。また、Ｌ１、Ｌ３の焦点距離でのメモリの記録位置は、焦点距離がＬ１の場合は、同図(a)に示すようにＬ１とＬ２の焦点距離差Ｇが生じる。すなわち、プローブ内の複数の受信素子に、最初に到着した時間ｔ１と最後に到着した時間ｔ２の時間差Ｘ=（ｔ２−ｔ１）が生じる。
【００３８】
しかし、焦点距離がＬ３の場合は、図１４(b)に示すようにＬ３とＬ４の焦点距離差Ｈが焦点距離差Ｇと比較して小さい、すなわち、プローブ内の複数の受信素子に、最初に到着した時間ｔ３と最後に到着した時間ｔ４の時間差Ｙ=（ｔ４−ｔ３）は時間差Ｘより小さい。
【００３９】
このように理論上では、焦点位置の距離が短いと、図１４(c)に示すようにメモリに記録されている位置を示す円弧のカーブがきつく、逆に、焦点距離が長いと、図１４(d)に示すように円弧のカーブは緩やかとなる。従って、従来の遅延制御回路では、焦点位置からの距離の長短に応じて遅延時間の補正値を変えるよう演算していた。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の超音波診断装置においては、超音波信号を送受信するプローブと被検体の間の伝搬速度は一定として演算していた。また、上記従来の遅延制御回路を使用している超音波診断装置では、読み出しのサンプリング周期から理論上の計算で求めた固定値でビームの焦点位置を固定し、各受信素子でのメモリの読み出すデータの位置も、焦点距離で固定されて、そのデータの読み込み演算を行っていた。
【００４１】
一方、1996 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM VOL.1996 NO.VOL.2 PAGE.1559-1562「The Effect of Delay Error on the Sidelobe Level in Synthetic Aperture Imaging」によると、開口合成法を用いた画像では、生体内の媒質の変化などによる伝播時間の遅れ誤差により発生するサイドローブが画質に影響する。この伝播時間とは遅延合成して生成される焦点位置と等価であるので、焦点位置を制御することで伝播時間の遅れ誤差を吸収できる。また、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる。このため、実際にビームが集束される位置を焦点距離によって制御することで伝播時間の遅れ誤差を吸収できる。
【００４２】
また、同じ部位を測定する場合でも、被検体の体型・人種などでサイドローブや、超音波の伝播速度に差があるため画質に影響が出る。このために、伝播時間の遅れ誤差の影響が考慮されていない従来の装置では、受信信号を読み出すためのサンプリング周期でビームの焦点位置が決められるため、焦点位置は常に理論上の計算値に設定されてしまっていた。
【００４３】
この結果、ビームの焦点位置を制御することができず精度の高い画像を得ることが困難であった。
【００４４】
本願発明は上記従来の問題を解決するためになされたもので、超音波診断装置において広範囲で精度の高い画像を得ることを目的とし、ビームの焦点位置を、小規模な回路で簡易に、理論上の計算値として固定されていたサンプリング位置に対して遠方側あるいは近接側に設定することができ、読み出すデータが最適になるよう焦点位置を設定可能とした遅延制御回路と超音波診断装置を提供するものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本願発明の超音波診断装置は、複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の受信焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する複数の遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信手段により受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１を演算する演算部を備えた焦点位置演算手段と、一定周期の信号を変換しこの変換結果を前記焦点位置演算手段に出力する変換手段を有し、前記焦点位置変換手段は、前記変換手段の出力に基づいて演算することにより計算上の補正値１とは異なり伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した補正値２に基づいて前記記録手段からデジタル受信信号の読み出しを制御する構成を有している。この構成により、受信焦点位置の制御に使用される変換手段を独立に設けて、理論上の位置とは異なる位置に受信焦点を設定でき画質が向上する。
【００４６】
また、本願発明の超音波診断装置に用いる遅延制御回路は、複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１を演算する演算部を備えた焦点位置演算手段と、一定周期の信号を変換しこの変換結果を前記焦点位置演算手段に出力する変換手段を有し、前記焦点位置変換手段の出力に基づいて演算することにより、前記理論上の補正値１とは異なり伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とした構成を有している。この構成により、受信焦点位置の制御に使用される変換手段を独立に設けてサンプリング位置とは異なる位置に受信焦点を設定できることとなる。
【００４７】
また、本願発明の超音波診断装置は、複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記記録手段から前記デジタル受信信号の出力を制御する読み出し制御手段を有し、前記読み出し制御手段は、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とした構成を有している。この構成により、遅延制御回路内の焦点位置制御手段で、サンプリング位置とは異なる位置に受信焦点を設定することができ、画質が向上することとなる。
【００４８】
また、本願発明の超音波診断装置に用いる遅延制御回路は、複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、記録手段から前記デジタル受信信号の出力を制御する焦点位置制御手段を有し、前記焦点位置制御手段は、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正する補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御することを特徴とした構成を有している。この構成により、遅延制御回路内の焦点位置制御手段で、サンプリング位置とは異なる位置に受信焦点を設定することとなる。
【００４９】
また、本願発明の超音波診断装置は、複数の受信素子を有し、この複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する受信手段と、前記被検体の受信焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を調整する複数の遅延手段と、前記遅延手段から出力された信号を加算合成処理する加算手段と、前記加算手段の出力信号を画像信号に変換する画像信号変換手段と、前記画像信号を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置において、前記遅延手段は、前記受信手段により受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための遅延量発生手段と、深さ信号を発生する深さ信号発生手段と、前記遅延量発生手段の出力と前記深さ信号発生手段の出力を演算する演算手段とを有し、前記演算手段の結果から前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御する構成を有している。この構成により、遅延制御回路内の焦点位置制御手段で、サンプリング位置とは異なる位置に受信焦点を設定することができ、画質が向上することとなる。
【００５０】
また、本願発明の超音波診断装置に用いる遅延制御回路、複数の受信素子で被検体から反射した超音波信号を受信する超音波診断装置に用いる遅延制御回路において、前記受信した超音波信号をデジタル受信信号に変換するデジタル受信信号変換手段と、前記デジタル受信信号を記録する記録手段と、前記記録手段への前記デジタル受信信号の記録を制御する書き込み制御手段と、前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値を演算するための遅延量発生手段と、深さ信号を発生する深さ信号発生手段と、前記遅延量発生手段の出力と前記深さ信号発生手段の出力を演算する演算手段とを有し、前記演算手段の結果から前記被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための計算上の補正値１とは異なる、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮した新たな補正値２に基づいて前記記録手段からのデジタル受信信号の読み出しを制御する構成を有している。この構成により、遅延制御回路内の焦点位置制御手段で、サンプリング位置とは異なる位置に受信焦点を設定することができる。
【００５１】
また、本願発明の超音波診断装置と遅延制御回路には、変換手段が、乗算器、加算器、乗加算器のいずれか、又はこれらの組み合わせの構成を有している。この構成により、受信焦点位置の制御に使用される変換手段の構成を変更させることにより、経過時間に比例して焦点位置を設定でき、画質が向上することとなる。
【００５２】
また、本願発明の超音波診断装置と遅延制御回路には、変換手段が、固定値を記録したメモリを含む構成を有している。この構成により、受信焦点位置の制御に使用される変換手段は固定値を使用すると、焦点を固定することができる。
【００５３】
また、本願発明の超音波診断装置と遅延制御回路には、変換手段の演算内容が複数存在し、切り替え手段を用いて演算内容を変更する構成を有している。この構成により、受信焦点位置の制御に使用される変換手段の演算内容を変更できることにより、良好な画質を選択することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下本願発明の第１の実施の形態について、図１（ａ）から図１（ｂ）を用いて説明する。なお、超音波診断装置の全体構成図１（ａ）については図１０（ａ）に示した従来の構成と同一であるので説明を省略する。
【００５５】
図１（ｂ）は本願発明の第１の実施の形態における遅延制御回路のブロック図を示す。Ａ／Ｄ変換器１５は、第１受信素子からの受信信号をデジタル受信データに変換し、メモリ１４に出力する。書き込み制御手段１６は、デジタル受信データをメモリ１４に記録するための書き込みを制御する。書き込み制御手段１６で制御され、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されたデジタル受信データを、メモリ１４に記録する。
【００５６】
カウンタ１２は、サンプリング信号を計数し、デジタル受信データの読み出しの基礎となる、読み出し基準アドレスk0を生成する。
【００５７】
変換手段１３は、伝播時間等の遅れ誤差を少なくし、従来のように計算上求めていた焦点位置とは異なった位置のメモリのデータを読み出すために、カウンタ１２からの読み出し基準アドレスの信号k0を、kfに変換するものである。この変換手段１３としては、例えば乗算器、加算器、乗加算器、累加算器などのいずれかの演算器やメモリなどを用いる。
【００５８】
読み出し制御手段１１は、カウンタ１２と変換手段１３の出力から読み出しアドレスを演算し、この読み出しアドレスに相当する位置に記録されているメモリ１４上のデジタル受信データを第１遅延制御回路の出力信号として出力するように制御する。
【００５９】
次に、遅延制御回路の動作を説明する。図１（ｂ）より、第１受信素子で受信した超音波信号をA/D変換器１５でデジタル受信データに変換する。サンプリング信号発生器３から出力されたサンプリング信号を基準にして、書き込み制御手段１６は、受信した全てのデジタル受信データの書き込み制御を行いメモリ１４に記録する。また、カウンタ１２では、入力されたサンプリング信号を演算してメモリの読み出し基準アドレスk0を生成する。その読み出し基準アドレスk0は変換手段１３に入力され、演算の結果、kfとして出力される。
【００６０】
課題である伝播時間の遅れ誤差等の影響を少なくするためには、ビームの焦点位置を固定せず、伝播時間の遅れ誤差は焦点距離が遠くなると大きくなる点を考慮して従来の読み出し制御手段が出力していたアドレスとは異なるアドレスを出力する必要がある。
【００６１】
すなわち、計算上求められる焦点位置に相当するアドレスではなく、異なるアドレスを用いてメモリ１４に記録してある全ての受信データから、その焦点に最適な値のみを出力できるように読み出しを制御することで、伝播時間の遅れ誤差を吸収する必要がある。
【００６２】
そのために、変換手段１３で、読み出し基準アドレスであるk0をkfに変換する。
【００６３】
読み出し制御手段１１ではkfをもとにして読み出しアドレスを求めるための（数１３）が演算される。
【００６４】
【数１３】
0003698008.tif 000014
【００６５】
この演算式（数１３）の求め方について以下、説明する。図２にプローブ１の受信素子と焦点位置の図を示す。この図２より、焦点Ｆｐと受信素子までの距離の計算式を算出する。演算を簡単にするためにｘ−ｙ座標上にプローブ表面を置く。また、生成されるビームの原点Oriに原点受信素子ch０をおき、受信素子の原点Oriと焦点位置Fpの距離をRfとする。chaは焦点位置がFpの場合の原点以外の受信素子であり、焦点までの距離はRaである。ｃh０の座標を(x,y)=(xposo,yposo)、 chaの座標を(x,y)=(xposa,yposa)とすると、原点以外の受信素子chaからの焦点距離Raは（数１４）で演算される。
【００６６】
【数１４】
0003698008.tif 000015
【００６７】
図３は、各受信素子で入力したデジタル受信信号が、メモリ上に記録されている位置を示した概略図である。図３に示している１４−１〜１４−ｎは各遅延制御回路のメモリであり、説明を簡単にするためにメモリのみを並べて図示している。同図の●は、各メモリに記録されている受信データである。また、同じ円弧で結ばれた●は同じ焦点位置から反射した受信データを示している。
【００６８】
中心を原点受信素子ch０のメモリ、最下をchaのメモリとする。左端の経過時間t=0を基準として時間の経過にともない右方向に書き込みがなされる。
【００６９】
例えば、同一焦点から、反射した超音波信号を受信する時では、一番早く受信された信号をＡ、最後に受信される信号をＢとすると、図３のＡとＢの位置関係になる。
【００７０】
書き込みの時間間隔はサンプリング信号の周期Tであり、書き込みアドレスは第１受信素子から第ｎ受信素子まで全受信素子共通である。プローブ表面からの距離がRfの位置から超音波信号が反射することで得られる受信データが、基準時間t=0からtf時間経過後にメモリに書き込まれるとする。音速をcとすると、tfは（数１５）である。
【００７１】
【数１５】
0003698008.tif 000016
【００７２】
このとき、書き込みの周期がTであるので受信データが書き込まれる原点受信素子ch０のメモリのアドレスadrfは、（数１６）である。
【００７３】
【数１６】
0003698008.tif 000017
【００７４】
距離をサンプリング信号によって量子化するための除算係数dRとメモリのアドレスadrfを（数１７）（数１８）とおき、
【００７５】
【数１７】
0003698008.tif 000018
【００７６】
【数１８】
0003698008.tif 000019
【００７７】
（数１７）と（数１８）を（数１６）に代入すると原点受信素子ch０のメモリのアドレスは（数１９）になる。
【００７８】
【数１９】
0003698008.tif 000020
【００７９】
これより、受信素子の原点からの焦点距離Rfは（数２０）となる。
【００８０】
【数２０】
0003698008.tif 000021
【００８１】
図３に示される円弧は同じ焦点位置から反射した受信データが各受信素子のメモリに記録されている位置を示す。
【００８２】
円弧c0を焦点位置Fpのときの各受信素子のメモリの位置とする。焦点位置Fpのときの原点受信素子ch０の読み出しアドレスをadro、原点以外の受信素子chaの読み出しアドレスをadrとする。原点受信素子ch０のメモリ１４の読み出しを周期Tのサンプリング信号で行うと、（数７）である。
【００８３】
原点以外の受信素子chaからの焦点距離Raを表わす（数１４）に（数２０）を代入し、（数１１）を当てはめると、焦点距離Raはkfの関数である（数２１）となる。
【００８４】
【数２１】
0003698008.tif 000022
【００８５】
Fpを焦点とした時の受信素子chaの読み出しメモリアドレスadrは、基準アドレスk0に、Fpからの距離であるRaとRfの差を加算して得られるので、（数２２）である。
【００８６】
【数２２】
0003698008.tif 000023
【００８７】
（数２０）と（数２１）を式（数２２）に代入することにより、読み出し制御手段１１において入力信号であるkfをもとにして読み出しアドレスを求めるための（数１３）が導き出される。
【００８８】
このようにして、焦点位置演算手段１１では（数１３）が演算され、メモリ１４の読み出しアドレスが生成される。
【００８９】
図３の実線は、従来の計算での読み出し位置を示している。また、点線はk0からkfに変換後のメモリ上の読み出し位置を示している。
【００９０】
メモリ１４の書き込みアドレス制御手段１６で使用されるサンプリング信号を演算するカウンタ１２の出力であるk0と異なるkf値を独立に持つことで、読み出し基準アドレスはk0としながらも、実際のデータの読み込みは、伝播時間の遅れ誤差等を考慮し、読み出し基準アドレスｋ0を演算して求められたkfの焦点データが読み込まれるため、精度の高い画像を得られる。
【００９１】
これにより、読み出し基準アドレスｋ0からkfに変換する値で点線の位置をコントロールすることができる。なお、この図３の場合、計算上の読み出し位置より遅く記録されたデータを読み出すようにkfの値が設定されるが、常にこのようなkf値が最適というわけではなく、逆に計算上の読み出し位置より早く記録されたデータを読み出すようにkfの値を設定する方が良い場合もある。
【００９２】
なお、kfの値は、変換器内部の演算手段の数式等で決定するが、精度の高い画像を得るために、具体的なkfの値は臨床試験等などで決定する。その理由は、kfの最適値（すなわち、最適の画質が得られるkf値）は、一概に決まらず被検体の体型、人種、体質などによって異なるからである。
【００９３】
このような、事情に鑑み、本願発明では、容易に読み出し基準アドレスｋ0をkfに変換したり、又、一度設定したkfの値を他の値に変更しやすくするために変換手段を設けている。その出力された複数の受信素子受信データが加算合成処理され、ＤＳＣ５を介して表示装置６に供給され表示される。
【００９４】
次に、本願発明の第２の実施の形態について図４、図５を用いて説明する。なお、超音波診断装置の全体構成については図１に示した従来の構成と同一であるので説明を省略する。図４は本願発明の第２の実施の形態の遅延制御回路を示すブロック図である。遅延量発生手段１８は、被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するために、一定周期の信号を変換して演算し出力する。
【００９５】
図５は本願発明の第２の実施の形態の遅延量発生手段１８を示すブロック図である。
遅延量発生手段１８では、一定周期の読み出し基準アドレスｋ0を変換手段１３で変換しkfとし演算を行い被検体の焦点位置から前記複数の受信素子までの距離の差を補正するための演算を行う。なお、遅延制御回路９-ｎの深さ信号発生手段１９は、カウンタである。
【００９６】
これより、遅延制御回路中にカウンタを複数使用しても、記録手段１４からデジタル受信信号を読みだし制御することができる。
【００９７】
次に、本願発明の第３の実施の形態について図６、図７を用いて説明する。図６(a)は、本願発明の変換手段１３として乗加算器４３を使用した場合を示している。乗算値をα、加算値をβとする。乗加算器を使用した場合のkf値を図６(b)に、焦点位置の例を図６(c)に示す。
【００９８】
図６(b)において4baはα=１、β=0として、kf=k0となる例である。また、図６(c)の4caに示されるように経過時間に比例して焦点距離は大きくなり、焦点位置はサンプリング位置と一致する。なお、この条件は従来の方法と同じである。
【００９９】
図６(b)の4bbはα<１、β=β1として、kf値の変化の傾きが、入力の読み出し基準アドレスｋ0より小さくなる例である。このとき、図６(c)の4cbに示されるように理論値と比較すると傾きが小さいために、時間に対する焦点位置は、理論値の焦点距離よりも
短くなる例である。
【０１００】
図６(b)の4bcはα=0、β=β1として、kf値が固定値となる例である。このとき、図６(c)の4ccに示されるように焦点位置はビームの原点Oriからの距離がRfixの位置に固定される。また、焦点位置が固定される場合、図３の円弧で示されるように複数受信素子のメモリの読み出し位置は読み出し基準アドレスk0によらず同じ形状の円弧になる。
【０１０１】
なお、変換手段１３は累積加算器などでも同様の効果が得られる。また、図７は、変換手段１３としてメモリ５３を使用した場合のブロック図を示す。メモリ５３を使用することで焦点位置を決定するkfの値を固定値として設定できる。複数受信素子のメモリの読み出し位置は読み出し基準アドレスk0によらず同じ形状の円弧になる。
【０１０２】
図８は本願発明の第４の実施の形態の変換手段を示すブロック図である。
【０１０３】
カウンタ１２から出力された読み出し基準アドレスｋ0を、複数の演算器で同時に演算しkfに変換して出力する。そのとき得られる画像の状態のよいものを切り替え手段１８（例えば、スイッチ）で選択できる。また、複数の演算器で演算させる際、はじめに切り替え手段１８で演算器を指定しておき演算させて読み出し基準アドレスｋ0をkfに変換してもよい。
【０１０４】
伝播速度の異なる層の量によってkfを変化させるために、変換器内部の演算内容を予め複数個装備しておき、被検体の状態から演算器切り替え手段１８で乗加算器４３の切り替えを行い被検体毎の最適な画像の出力を行う。焦点位置を自由に設定できるとともに、遅れ誤差等を考慮するために、従来法と比較してバラツキが少なくなり画質が向上する。
【０１０５】
なお、前述した実施の形態において複数の乗加算器４３を切り替えたが、いずれかがメモリであっても良い。
【０１０６】
なお、前述した実施の形態でプローブは超音波信号を受信する場合のみを示したが、送受信を行うタイプのプローブであっても良い。また、プローブの送信および受信面の形状は、凸曲面に限らず、凹面あるいは平面でも同様の効果を生じる。
【０１０７】
さらに、プローブと被検体の位置関係を図９に示す。
【０１０８】
本願発明の形態においては、図９(a)に示すように、プローブの中心と被検体上の焦点位置が同軸上にある場合で説明した。しかし、図９(b)のようにプローブの中心と被検体上の焦点が中心軸上にない場合、例えば、骨と骨の隙間から超音波を発信し同軸上にない被検体を測定する場合でも、メモリから信号を読み出す時に補正するために、本願発明をもちいれば同様の効果を生じる。
【０１０９】
また、変換手段１３と読み出し制御手段１１を独立した構成としているが、
カウンタ１２からの読み出し基準アドレスｋ0をkfに変換でき、メモリ１４の読み出しを制御できる回路であれば、一体の構成であっても同様の効果を生じる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明は独立した変換手段を有することにより、超音波診断装置において広範囲で精度の高い画像を得ることを目的とし、読み出す基準の信号を演算し、ビームの焦点位置を、小規模な回路で簡易に、理論上の計算値として固定されていたサンプリング位置に対して遠方側あるいは近接側に設定することができ、また、固定のサンプリング位置にも設定できることで、読み出すデータが最適になるよう焦点位置を設定可能とした遅延制御回路と超音波診断装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本願発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を示すブロック図
（ｂ）本願発明の第１の実施の形態の遅延制御回路を示すブロック図
【図２】本願発明のプローブの受信素子と焦点位置を示す図
【図３】本願発明の複数受信素子のメモリを示す図
【図４】本願発明の第２の実施の形態の遅延制御回路を示すブロック図
【図５】本願発明の第２の実施の形態の遅延量発生手段を示すブロック図
【図６】本願発明の第１の実施の形態の変換手段を示すブロック図
【図７】本願発明の第１の実施の形態の変換手段を示すブロック図
【図８】本願発明の他の実施の形態の変換手段を示すブロック図
【図９】（ａ）プローブの中心線と被検体上の焦点位置が同一線上にある状態を示す図
（ｂ）プローブの中心線と被検体上の焦点位置が同一線上にない状態を示す図
【図１０】（ａ）従来の超音波診断装置を示すブロック図
（ｂ）従来の遅延制御回路を示すブロック図
【図１１】超音波信号の遅延時間を説明する図
【図１２】従来のプローブの受信素子と焦点位置を説明する図
【図１３】従来の複数受信素子のメモリを示す図
【図１４】被検体とプローブ間の距離とメモリに記録される位置を示す図
【符号の説明】
１      プローブ
２−１  第1受信素子
２−２  第2受信素子
２−ｎ  第ｎ受信素子
３      サンプリング信号発生器
４      加算器
５      DSC
６      表示装置
９−１  第1遅延制御回路
９−２  第2遅延制御回路
９−ｎ  第ｎ遅延制御回路
１１      読み出し制御手段
１２      カウンタ
１３      変換手段
１４      メモリ
１５      A/D変換器
１６      書き込み制御手段
１７      焦点位置制御手段
１８      遅延量生手段
１９      深さ信号発生手段
４３      乗加算器
５３      メモリ
６１      読み出し制御手段
【図１】
0003698008.tif 000024
【図２】
0003698008.tif 000025
【図３】
0003698008.tif 000026
【図４】
0003698008.tif 000027
【図５】
0003698008.tif 000028
【図６】
0003698008.tif 000029
【図７】
0003698008.tif 000030
【図８】
0003698008.tif 000031
【図９】
0003698008.tif 000032
【図１０】
0003698008.tif 000033
【図１１】
0003698008.tif 000034
【図１２】
0003698008.tif 000035
【図１３】
0003698008.tif 000036
【図１４】
0003698008.tif 000037