(57)【要約】【課題】超音波診断装置の連続波ドプラモードにおいて、電子走査方向における送信開口および受信開口を十分確保できるようにすることである。【解決手段】連続波ドプラモードにおける１．７５Ｄアレイ振動子８２の送信振動素子列８４，８６と受信振動素子列８８，９０，９２の設定関係は、送信振動素子列と受信振動素子列とが一列おきに交互に配置されるように、それぞれ送信回路４８と受信回路５０に接続されている。すなわち、振動素子列単位で送信振動素子列と受信振動素子列が設定され、送信振動素子列を構成する振動素子４３の全部が送信に用いられ、受信振動素子列を構成する振動素子４３の全部が受信に用いられる。したがって、送信開口および受信開口の大きさは、１．７５Ｄアレイ振動子８２の電子走査方向の長さいっぱいに渡り広く取れる。【選択図】　　　　図５
2004057460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続波ドプラモードを有する超音波診断装置において、
電子走査方向および電子走査方向に直交するエレベーション方向に整列した複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記複数の振動素子の動作を制御する送受信制御部と、
を備え、
前記連続波ドプラモードにおいて、前記アレイ振動子上に、前記電子走査方向に整列した少なくとも１つの送信振動素子群と、前記電子走査方向に整列した少なくとも１つの受信振動素子群とが前記エレベーション方向において互いに異なる位置に設定されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記各送信振動素子群は、前記電子走査方向に整列した複数の振動素子の全部によって構成される送信振動素子列であり、かつ前記各受信振動素子群は、前記電子走査方向に整列した複数の振動素子の全部によって構成される受信振動素子列であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記アレイ振動子は、前記各送信振動素子列ごとおよび前記各受信振動素子列ごとに分割された複数のグランド電極を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記送信振動素子列と、前記受信振動素子列とが前記エレベーション方向に交互に設定され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、連続波ドプラモードを有する超音波診断装置に係り、特に電子走査方向およびエレベーション方向に整列した複数の振動素子からなるアレイ振動子を用いて連続波ドプラモードを実行する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置においては、複数の超音波振動素子からなるアレイ振動子から対象組織に対し超音波を送信し、その反射波を受信する。
【０００３】
一般的に用いられるアレイ振動子は、１Ｄアレイ振動子と呼ばれ、複数の振動素子が１列に整列して配置されている。そして個々の振動素子に対して送受信制御が行われる。これにより、超音波ビームが形成されて、振動素子の配列方向に超音波ビームが電子走査される。
【０００４】
これに対し、複数の振動素子を振動素子列として電子走査方向に１列だけ配置するだけでなく、電子走査方向に直交する方向、すなわちエレベーション方向にも複数列配置したいわゆる１．５Ｄアレイ振動子、１．７５Ｄアレイ振動子が注目されている。
【０００５】
１．５Ｄアレイ振動子は、エレベーション方向について、ビームを偏向させることはできないが、ビームパターンを調整できる。また、１．７５Ｄアレイ振動子は、エレベーション方向に超音波ビームを偏向させることもできる。以下、１．５Ｄアレイ振動子と１．７５Ｄアレイ振動子については、１．５Ｄアレイ振動子を代表させて説明する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１．５Ｄアレイ振動子を用いて連続波ドプラモードを実行して良好な計測精度を得る方法が望まれる。すなわち、連続波ドプラモードにおいては、複数の振動素子を送信素子グループと受信グループとに区分する必要があるが、仮に、１．５Ｄアレイ振動子において単純に電子走査方向において左右に分割すると、当該電子走査方向について十分な送信開口および受信開口を得ることができない。電子走査方向において送信開口および受信開口が十分でないと、超音波ビームが絞りにくく広がりがちになることから、ビームの方位分解能が劣化し、感度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、連続波ドプラモードにおいて、電子走査方向における送信開口および受信開口を十分確保できる超音波診断装置を提供することである。本発明の他の目的は、超音波ビームの方位分解能を向上させることができる超音波診断装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る超音波診断装置は、連続波ドプラモードを有する超音波診断装置において、電子走査方向および電子走査方向に直交するエレベーション方向に整列した複数の振動素子からなるアレイ振動子と、前記複数の振動素子の動作を制御する送受信制御部と、を備え、前記連続波ドプラモードにおいて、前記アレイ振動子上に、前記電子走査方向に整列した少なくとも１つの送信振動素子群と、前記電子走査方向に整列した少なくとも１つの受信振動素子群とが前記エレベーション方向において互いに異なる位置に設定されることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、１．５Ｄアレイ振動子および１．７５Ｄアレイ振動子において、送信振動素子群と受信振動素子群とがエレベーション方向において異なる位置に配置されるので、電子走査方向における送信開口と受信開口の設定にあたっては、お互いに干渉せず、その意味において送信開口および受信開口を十分確保できる。また、超音波ビームの方位分解能を向上させることができる。
【００１０】
また、前記各送信振動素子群は、前記電子走査方向に整列した複数の振動素子の全部によって構成される送信振動素子列であり、かつ前記各受信振動素子群は、前記電子走査方向に整列した複数の振動素子の全部によって構成される受信振動素子列であることが好ましい。
【００１１】
この構成により、１．５Ｄアレイ振動子および１．７５Ｄアレイ振動子において、振動素子列単位で送信振動素子列と受信振動素子列が設定され、１．５Ｄアレイ振動子の電子走査方向の長さいっぱいに送信開口および受信開口を広げることが可能になる。電子走査方向に整列した複数の振動素子の全部とは、送受信制御にとって実質的に全部であれば足り、ダミー素子等が含まれていても構わない。
【００１２】
また、前記アレイ振動子は、前記各送信振動素子列ごとおよび前記各受信振動素子列ごとに分割された複数のグランド電極を備えることが好ましい。この構成により、各信号間のクロストークを抑制することができる。
【００１３】
また、前記送信振動素子列と、前記受信振動素子列とが前記エレベーション方向に交互に設定されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。図１は１．５Ｄアレイ振動子を用いる超音波診断装置４０のブロック図である。以下の説明では連続波ドプラモードの場合について主に説明し、Ｂモードの場合については後述する。
【００１５】
図１において、探触子４１は、超音波の送波およびエコーの受波を行う超音波探触子で、例えば被検者の体表面上に当接して用いられる。探触子４１内には電子走査方向とエレベーション方向に整列した複数の振動素子４３からなるアレイ振動子４２が設けられる。そのアレイ振動子４２を利用して超音波ビームが形成され、その超音波ビームが電子走査される。その電子走査方式としては、例えば電子リニア走査や電子セクタ走査を用いることができる。
【００１６】
アレイ振動子４２は、電子走査方向に例えば１２８個の振動素子が整列して配置してそれぞれが振動素子列を形成する。振動素子列はエレベーション方向に例えば３列配置される。もちろん、１２８個以外の振動素子数あるいは３列以上の列数であってもよい。
【００１７】
スイッチングマトリクス４４は、後述する制御部５２の制御の下で、アレイ振動子４２の各振動素子４３と、送信回路４８の各チャネルまたは受信回路５０の各チャネルとの間の接続関係を切換えるスイッチ回路である。この接続関係の切換えは、連続波ドプラモードとＢモードとの切換えに応じて行われる。また、それぞれのモードにおける開口制御においても、接続関係の切換えが行われる場合もある。
【００１８】
図２に連続波ドプラモードの場合における接続関係を示す。１．５Ｄアレイ振動子４３は、各振動素子４３の駆動電極側から見た様子で示した。図に示すように、中央列の振動素子列を構成する各振動素子４３は、送信回路４８に接続される。また、中央列の両側の各振動素子列を構成する各振動素子４３は、振動素子列が異なっても同じ受信回路５０に接続される。
【００１９】
すなわち、中央列の振動素子列は、その電子走査方向に配列された全部、たとえば上記の例で１２８個の振動素子が送信に用いられる送信振動素子列７２として設定される。また、中央列の両側の各振動素子列は、その電子走査方向に配列された全部の振動素子が受信に用いられる受信振動素子列７４，７６として設定される。全部の振動素子とは、送受信制御にとって実質的に全部であれば足り、ダミー素子等が含まれていても構わない。その場合には、ダミー素子については送信用あるいは受信用に用いられない。
【００２０】
送受信部４６は、送信回路４８と受信回路５０とを備え、後述する送受信制御回路５４の制御の下で、超音波の送受信により連続波ドプラ計測用の超音波ビームを形成し受信信号を出力する回路である。より詳しくは、送信回路４８は、送信振動素子列７２の各振動素子４３ごとに遅延された送信信号を供給する回路で、いわゆる送信ビームフォーマとしての機能を有する。受信回路５０は、受信振動素子列７４，７６の各振動素子４３からのエコー信号をプリアンプにより増幅し、直交検波回路において参照信号を用いて各チャネル間の信号の位相差を調整する処理を行い、受信信号として信号処理部５６に出力する回路で、いわゆる受信ビームフォーマとしての機能を有する。
【００２１】
信号処理部５６は、並列に接続されたＢモード信号処理回路５８とドプラ信号処理回路６０を備える。ドプラ信号処理回路６０は、Ａ／Ｄ変換器、ＦＦＴ演算器等から構成され、ドプラ計測用の超音波ビームの受信信号に含まれるドプラ情報の周波数スペクトラムを解析する回路である。信号処理の結果は表示処理部６２に出力される。
【００２２】
表示処理部６２は、ドプラ信号処理回路６０の出力に対し必要な処理を行ってドプラ波形画像等を形成する回路で、いわゆるディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）や各種の画像処理回路によって構成することができる。形成されたドプラ波形画像は、表示器６４に出力される。
【００２３】
入力部６６は、後述の制御部５２と接続され、ユーザにより、超音波診断装置４０の機能の選択や必要なデータの入力が行われるスイッチ、キーボード、トラックボール等である。例えば、ユーザは、選択スイッチ等を用い、機能として連続波ドプラモードまたはＢモードを選択できる。
【００２４】
制御部５２は、超音波診断装置４０の各構成と接続され、それぞれの制御を行うコントローラで、例えば送受信制御回路５４は、基準クロックに基づいて上記の送受信部４６を制御する機能を有する。また、例えば入力部６６からの選択、あるいは自動的な選択により、連続波ドプラモードとＢモードとの間の機能の変更に応じ、スイッチングマトリクス４４による各振動素子と送受信部４６との間の接続関係の切換えを制御する。
【００２５】
上記のように、１．５Ｄアレイ振動子４２は、連続波ドプラモードにおいて、中央列の振動素子列が送信振動素子列７２として設定され、送信回路の数が許す限りその電子走査方向に配列された全部の振動素子が送信に用いられる。すなわち、送信回路の数が送信振動素子列を構成する振動素子の数より多いときは全部の振動素子が送信に用いられ、少ないときは送信回路の数が許す限りの数の振動素子が送信に用いられる。また、中央列の両側の各振動素子列が受信振動素子列７４，７６として設定され、受信回路の数が許す限りその電子走査方向に配列された全部の振動素子が受信に用いられる。すなわち、受信回路の数が受信振動素子列を構成する振動素子の数より多いときは全部の振動素子が受信に用いられ、少ないときは受信回路の数の許す限りの数の振動素子が受信に用いられる。したがって、振動素子列単位で送信振動素子列と受信振動素子列が設定され、１．５Ｄアレイ振動子の電子走査方向に送信回路の数の許す限り送信開口を広げ、受信回路の数の許す限り受信開口を広げることが可能になり、超音波ビームの方位分解能のよい、感度の高いドプラ情報を得ることができる。
【００２６】
ここで、超音波診断装置４０のＢモードの場合について説明する。Ｂモードに機能が切り替わると、制御部５２の制御の下でスイッチングマトリクス４４により、各振動素子４３が送信時には送信回路４８に、受信時には受信回路５０に接続される。ここで中央列の振動素子列を構成する各振動素子は、中央列対応の送信回路および受信回路に接続され、中央列の両側の各振動素子列を構成する各振動素子は、中央列対応とは別の送信回路および受信回路に接続される。
【００２７】
そして、送受信部４６は、超音波の送受信により断層画像用の超音波ビームを形成し受信信号を出力する。この際、中央列対応の送信回路および受信回路による送受信制御と、中央列の両側列対応の送信回路および受信回路による送受信制御とは、たとえばビームパターンを調整するように送信遅延制御および受信位相差制御が行われる。Ｂモード信号処理回路５８は、入力された受信信号の包絡振幅検波、対数圧縮等の処理を行い、その出力は表示処理部６２において座標変換やデータ補間等の処理が行われてＢモード断層画像が形成される。形成されたＢモード断層画像は表示器６４に出力される。
【００２８】
図３は、実施の形態に係る１．５Ｄアレイ振動子４２のグランド電極７８の配置を説明する図である。１．５Ｄアレイ振動子４２はグランド電極側から見た様子で示してある。図に示すように、各グランド電極７８は、各振動素子列ごとに分割され、中央列の送信振動素子列に対応するグランド電極はＧＮＤ１に接続され、中央列の両側列の各受信振動素子列に対応する各グランド電極はＧＮＤ１と異なるＧＮＤ２に接続される。この構成により、連続波ドプラモードにおいて信号間のクロストークを抑えることができる。
【００２９】
図４は、他の実施の形態における１．５Ｄアレイ振動子４２を示す図である。１．５Ｄアレイ振動子４２は、図２と同様に、各振動素子４３の駆動電極側から見た様子で示してある。この実施の形態の１．５Ｄアレイ振動子４２において、中央列の両側列の各振動素子列は、図２と同様、電子走査方向に整列した全部の振動素子を受信に用いる受信振動素子列７４，７６であるが、中央列の振動素子列７３は図２の場合と異なっている。すなわち、中央列の振動素子列７３は、電子走査方向に整列した各振動素子のうち、中央領域８０の各振動素子を送信に用い、電子走査方向に沿って中央領域８０の両側の領域の他の各振動素子は無効素子として送信にも受信にも用いない。すなわち、中央領域８０に整列した各振動素子を送信振動素子群８１として用いている。
【００３０】
この構成においても、送信振動素子群８１と、受信振動素子列７４，７６とはエレベーション方向において異なる位置に配置されるので、電子走査方向における送信開口と受信開口の設定にあたっては、お互いに干渉せず、その意味において送信開口および受信開口を十分確保できる。また、超音波ビームの方位分解能を向上させることができる。
【００３１】
また、図４において、無効素子として説明した素子を、無効素子でなく、補助的に受信用の振動素子として用いてもよい。この場合においても、送信振動素子群８１と、受信振動素子列７４，７６とは、電子走査方向における送信開口と受信開口の設定にあたっては、お互いに干渉せず、その意味において送信開口および受信開口を十分確保できる。
【００３２】
送信振動素子群８１の占める中央領域８０の広さは、アレイ振動子４２においてグレーティングローブが悪影響を及ぼさない限度で設定することができる。すなわち、グレーティングローブが悪影響を及ぼさない限度で、電子走査方向に配列した複数の振動素子を、送信用と受信用に振り分けて設定することもできる。また、送信振動素子群８１の占める領域は、中央領域に限られず、左右いずれかに偏位した領域であってもよい。
【００３３】
図５は、他の実施の形態で、１．７５Ｄアレイ振動子８２を用いる場合の各振動素子の設定関係を説明する図である。１．７５Ｄアレイ振動子８２は、エレベーション方向に５列の振動素子列を有する例を示し、図は、各振動素子の駆動電極側から見た様子で示してある。図に示すように、各振動素子列は、一列おきにそれぞれ送信回路４８と受信回路５０に交互に接続される。すなわち、振動素子列単位で送信振動素子列８４，８６と受信振動素子列８８，９０，９２とが交互に設定され、送信振動素子列を構成する振動素子４３の全部が送信に用いられ、受信振動素子列を構成する振動素子４３の全部が受信に用いられる。したがって、送信開口および受信開口の大きさは、１．７５Ｄアレイ振動子８２の電子走査方向の長さいっぱいに渡り広く取れる。
【００３４】
なお、送信回路の数が送信振動素子列を構成する振動素子数より少ない場合には送信回路の数が許す限りの数の振動素子が送信に用いられ、受信回路の数が受信振動素子列を構成する振動素子数より少ない場合には受信回路の数が許す限りの数の振動素子が受信に用いられる。また、グレーティングローブが悪影響を及ぼさない限度で、電子走査方向に配列した複数の振動素子を、送信用と受信用に振り分けて設定することもできる。
【００３５】
図５に示す交互配置設定の他、例えば送信振動素子列を２列続けて配置し、次に受信振動素子列を１列あるいは２列配置する等の設定を行うこともできる。また、エレベーション方向に５列以外の数の振動素子列を配置した１．７５Ｄアレイ振動子を用いることもできる。また、送信振動素子列の列数と、受信振動素子列の列数を同数にすることもできる。
【００３６】
１．７５Ｄアレイ振動子のグランド電極の配置も、図３で説明したと同様に、各振動素子列ごとにグランド電極を分割し、各送信振動素子列に対応する各グランド電極をそれぞれＧＮＤ１に接続し、各受信振動素子列に対応する各グランド電極をＧＮＤ１と異なるＧＮＤ２に接続することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る超音波診断装置によれば、連続波ドプラモードにおいて、電子走査方向における送信開口および受信開口を十分確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態における超音波診断装置のブロック図である。
【図２】実施の形態において、連続波ドプラモードにおける１．５Ｄアレイ振動子の送信振動素子列と受信振動素子列の設定関係を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る１．５Ｄアレイ振動子のグランド電極の配置を説明する図である。
【図４】他の実施の形態に係る１．５Ｄアレイ振動子の送信振動素子列と受信振動素子列の設定関係を説明する図である。
【図５】実施の形態において、連続波ドプラモードにおける１．７５Ｄアレイ振動子の送信振動素子列と受信振動素子列の設定関係を説明する図である。
【符号の説明】
４０　超音波診断装置、４１　探触子、４２　１．５Ｄアレイ振動子、４３　振動素子、４４　スイッチングマトリクス、４８　送信回路、５０　受信回路、５２　制御部、５４　送受信制御回路（送受信制御部）、６０　ドプラ信号処理回路、７２，８４，８６　送信振動素子列、７４，７６，８８，９０，９２　受信振動素子列、７８　グランド電極、８１　送信振動素子群、８２　１．７５Ｄアレイ振動子。
【図１】
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【図２】
2004057460.tif 000004
【図３】
2004057460.tif 000005
【図４】
2004057460.tif 000006
【図５】
2004057460.tif 000007