(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子と、前記複数の振動子を駆動する電気パルスを発生し送信音響ビームを形成する送信駆動回路と、前記複数の振動子で受信された信号を遅延加算することで受信音響ビームを形成するビームフォーマと、前記送信駆動回路から発生する電気パルスのタイミングおよび前記ビームフォーマにおける遅延時間を計算し制御する制御部とを具備する超音波診断装置において、前記制御部は、前記複数の振動子のそれぞれの振動子を仮想的に複数に分割して信号を受信するように前記ビームフォーマを制御する手段と、前記複数の振動子の各分割面の代表点をフォーカス基準点として、前記遅延時間を算出する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記代表点の複数個ごとに対応した受信音響ビームを異なるタイミングで形成するように前記ビームフォーマを制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記代表点の複数個ごとに対応した複数の受信音響ビームを同時に形成するように前記ビームフォーマを制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線状、平面状、または曲面状などに配列された複数の超音波振動子（以下、「超音波振動子」を「振動子」と略す）を有する超音波探触子により超音波の送受信を行なう超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記のように配列された複数の振動子（以下、配列振動子という）を同時に用い、送受信信号の位相制御を行うことにより、送受信ビームの収束を行うフォーカシング技術は現在では周知のものとなっている。
【０００３】
図１１はリニア走査を行う超音波診断装置のブロック図である。この超音波診断装置は、１２８個の振動子２-1〜２-128が配列された探触子１と、探触子１において使用する開口を選択する高耐圧スイッチ３-1〜３-64 と、送信パルスを発生する送信パルス発生部４と、振動子２-1〜２-128で受信され、高耐圧スイッチ３-1〜３-64 で選択された信号を指定されたレベルに増幅するゲイン可変アンプ５-1〜５-64 と、ゲイン可変アンプ５-1〜５-64 の出力信号アナログーディジタル変換するＡ／Ｄ変換器８-1〜８-64 と、ディジタル化されたデータを遅延加算するビームフォーマ９と、遅延加算されたエコー信号を表示信号に変換する画像処理部11と、前記表示信号を表示する表示部14と、装置全体の制御を行う制御部15と、操作者が操作するための操作部16とから構成されている。
【０００４】
以上のように構成された超音波診断装置において、制御部15の制御により送信パルス発生部４が発生した送信パルスは高耐圧スイッチ３-1〜３-64 を経て、振動子２-1〜２-128のうち、高耐圧スイッチ３-1〜３-64 により選択された振動子を駆動し、超音波を発生させる。ここで高耐圧スイッチ３-1〜３-64 のオン・オフ制御およびオンにした高耐圧スイッチ３-1〜３-64 のそれぞれに印加する送信パルスのタイミングの設定により、送信される超音波ビームの方向とフォーカス点を設定する。この超音波は生体内へ放射され、その反射波が振動子２-1〜２-128で受信される。この受信信号のうち、高耐圧スイッチ３-1〜３-64 で選択された振動子で受信された信号は高耐圧スイッチ３-1〜３-64 を通り、ゲイン可変アンプ５-1〜５-64 でレベル調整を受け、Ａ／Ｄ変換器８-1〜８-64 によりディジタル信号に変換され、ビームフォーマ９に入力される。ビームフォーマ９は、各振動子２-1〜２-128の受信信号の遅延時間を設定することにより、所望のフォーカス位置の受信ビームを形成する。ビームフォーマ９で生成された所望の受信ビームの信号は、画像処理部11により表示用信号に変換され、表示部14に表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
配列振動子を用いた超音波診断装置は、振動子の間隔（チャンネルピッチ）で被検幅が決定される。チャンネルピッチが広ければ被検幅が広くなるが、チャンネルピッチをある程度以上に広くするとサイドローブレベルが上昇し、画質が劣化する。また、チャンネルピッチを細かくするとビーム形成に用いる回路の規模が増大するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく受信ビームの形状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を目的とする。
【０００７】
また、本発明は、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく送信ビームの形状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を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の超音波診断装置は、複数の振動子と、前記複数の振動子を駆動する送信駆動回路と、前記複数の振動子で受信された信号を遅延加算するビームフォーマとを有する超音波診断装置において、前記ビームフォーマにおける遅延時間をフォーカス点と振動子の振動面との平均距離を用いて算出することを特徴とする。この構成により、算出される遅延時間の精度を上げ、受信ビームの形状を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係る第２の超音波診断装置は、複数の振動子と、前記複数の振動子を駆動する送信駆動回路と、前記複数の振動子で受信された信号を遅延加算するビームフォーマとを有する超音波診断装置において、前記ビームフォーマにおける遅延時間をフォーカス点と振動子の振動面内の複数のフォーカス基準点との距離を用いて複数算出し、前記複数算出された遅延時間に対応して複数の受信ビームの形成を行なうことを特徴とする。この構成により、フォーカス基準点を複数設けることで、受信ビームの形状を向上させることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る第３の超音波診断装置は、前記本発明に係る第２の超音波診断装置において、前記ビームフォーマは、前記複数の受信ビームを異なるタイミングで形成することを特徴とする。この構成により、複数のフォーカス基準点による複数の遅延加算を時間的な合成により実現し、受信ビームの形状を向上させることができる。
【００１１】
そして、本発明に係る第４の超音波診断装置は、前記本発明に係る第２の超音波診断装置において、前記ビームフォーマは、１つの前記振動子あたり複数の遅延加算器を用いることで、前記複数の受信ビームを同時に形成することを特徴とする。この構成により、複数のフォーカス基準点による複数の遅延加算を同時に実現し、受信ビーム形状を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る第５の超音波診断装置は、複数の振動子と、前記複数の振動子を駆動する送信駆動回路と、前記複数の振動子で受信された信号を遅延加算するビームフォーマとを有する超音波診断装置において、フォーカス点から振動子の振動面内の最も近い点と最も遠い点との距離差に応じて、前記複数の振動子で受信された信号のゲイン補正を行うことを特徴とする。この構成により、振動子の幅が広いことに起因するゲインの低下を補うことで、受信ビームの形状を向上させることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る第６の超音波診断装置は、複数の振動子と、前記複数の振動子を駆動する送信駆動回路と、前記複数の振動子で受信された信号を遅延加算するビームフォーマとを有する超音波診断装置において、前記送信駆動回路は、フォーカス点と振動子の振動面内の複数のフォーカス基準点との距離に対応させて同一方向へ複数回の送信ビーム集束を行い、前記ビームフォーマは、前記同一方向への複数回の送信ビームに対応する受信信号の合成により受信ビームの形成を行うことを特徴とする。この構成により、広い幅の振動子に複数のフォーカス基準点を設け、この複数のフォーカス基準点による送信を時間的な合成により実現し、送信ビームの形状を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１０を用いて説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における振動子とフォーカス点との位置関係を説明するための図である。なお、本実施の形態の超音波診断装置の構成は図１１に示した従来装置と同じであるため、図示と説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、振動子２には振動面（超音波が送信および受信される面）の中点Ａ0 、一方の端点Ａ1 、反対側の端点Ａ2 があり、振動面の前方にフォーカス点Ｆがある。従来から知られている通常の遅延時間計算では、中点Ａ0 とフォーカス点Ｆとの間の距離を振動子２からフォーカス点Ｆまでの距離として、計算を行う。つまり、振動面の中点Ａ0 をフォーカス基準点としている。
【００１７】
しかし、１２８個の振動子全体で見ると、この距離計算法では誤差が生じている。図２にフォーカス点から振動面の中心までの距離と、フォーカス点から振動面までの距離の平均値との差を示す。図２において横軸が探触子１の開口における位置で、図の左端が開口の端部、右端が開口の反対側の端部である。ビームの偏向は行っていない。この図に示すように、開口の中心では、フォーカス点から振動面の中心までの距離と、フォーカス点から振動面までの平均距離との差が大きいことが分かる
【００１８】
そこで、本実施の形態では、ビームフォーマ９は、図３に示すような手順でビーム集束データを計算する。図３において（ａ）が従来例、（ｂ）が本実施の形態である。本実施の形態では、フォーカス点Ｆと振動子２との距離を、フォーカス点Ｆと振動子２の振動面全面の距離の平均として計算する。これにより、フォーカス点から振動子の振動面までの平均距離との差をなくし、算出される遅延時間の精度を高められるので、受信ビームの収束性が向上し、良好な画質を得ることができる。
【００１９】
このように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、ビームフォーマ９における遅延時間をフォーカス点Ｆと振動子２の振動面との平均距離を用いて算出することにより、遅延時間を算出するとにき使用する距離と、フォーカス点Ｆから振動子２の振動面までの平均距離との差をなくし、受信ビームの形状を向上させることができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態における振動子とフォーカス点との位置関係を説明するための図であり、図５は本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１１と同一または対応する構成要素には、図１１で使用した符号を付した。
【００２１】
第１の実施の形態において、フォーカス点Ｆから振動子２の振動面の中点Ａ0 までの距離と、フォーカス点Ｆから振動面全体に対する平均距離とが異なることを説明した。中点Ａ0 までの距離と平均距離の差があることも問題であるが、振動面上の位置によりフォーカス点Ｆまでの距離に差があることも問題であり、特に振動子の幅が広い場合に顕著となる。例えば、図１において、振動子２の一方の端点Ａ1 からフォーカス点Ｆまでの距離と他方の端点Ａ2 からフォーカス点Ｆまでの距離では、前者の方が短い。この振動面上の位置によるフォーカス点Ｆまでの距離の差は、開口の端部において大きくなる。そこで、本実施の形態では、１つの幅の広い振動子をあたかも分割された２つの振動子として扱うことで、サイドローブの低減を図るものである。
【００２２】
本実施の形態では、図４に示すように、振動子２において、振動面の中点Ａ0 、一方の端部と中点Ａ0 との中点Ａ3 、および他方の端部と中点Ａ0 との中点Ａ4 を考える。そして、受信を２回に分けて行う。すなわち、１回目の受信では振動子２のフォーカス基準点をＡ3 としてビーム形状を決定し、遅延加算を行い、２回目の受信では振動子２のフォーカス基準点をＡ4 として受信ビームの形成を行う。そして、これら２回の遅延加算信号を合成し、１つの受信ビームを形成する。
【００２３】
図５に示すように、本実施の形態の超音波診断装置は、図１１に示した従来装置におけるビームフォーマ９の出力側と画像処理部11の入力側との間に、メモリ12と加算器13とを付加したものである。そして、まず１回目の受信ではビームフォーマ９がフォーカス基準点をＡ3 としてビーム形成を行ったデータをメモリ12に蓄積する。次に２回目の受信ではビームフォーマ９がフォーカス基準点をＡ4 としてビーム形成を行ったデータと、メモリ12から読み出された１回目のデータとを加算器13で加算し、１つの受信ビームを形成する。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、幅の広い振動子を仮想的に２つに分割することで、ビーム形状を向上させることができる。なお、以上の説明では、分割数を２としたが、分割数を３以上にしても良い。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この図において、図１１と同一または対応する構成要素には、図１１で使用した符号を付した。
【００２６】
本実施の形態の超音波診断装置は、図１１に示した従来装置におけるゲイン可変アンプ５-1〜５-64 とＡ／Ｄ変換器８-1〜８-64 との間に、電圧−電圧変換アンプ10-1〜10-64 、クロスポイントスイッチ６、および電流−電圧変換アンプ７-1〜７-64 を付加したものである。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態の超音波診断装置では、高耐圧スイッチ３-1〜３-64 で選択された開口の信号がクロスポイントスイッチ６により任意に加算される。クロスポイントスイッチ６における加算方法を図７に示す。この図に示すように、開口のうち、端部の１〜１６チャンネルおよび４９〜６４チャンネルは用いられず、中心部の１７〜４８チャンネルの信号がそれぞれビームフォーマ９の２つの入力に接続されている。これにより、ビームフォーマ９は、１、３、５…６３チャンネルからなる第１のビームフォーマ、および２、４、６…６４チャンネルからなる第２のビームフォーマの２つのビームフォーマとして動作する。第１のビームフォーマは図４の点Ａ3 を、第２のビームフォーマは点Ａ4 をフォーカス基準点としたビーム形成を行ない、２つの遅延加算信号はビームフォーマ９内で加算され１つに合成される。
【００２８】
このように、本実施の形態は、第２の実施の形態を時分割で行うことなく実施するものであり、幅の広い振動子を仮想的に２つに分割することで、ビーム形状を向上させることができる。
【００２９】
（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態の超音波診断装置の動作原理を説明するための図であり、図９は本実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図９において、図１１と同一または対応する構成要素には、図１１で使用した符号を付した。
【００３０】
図８において横軸は開口位置であり、図８の左端が開口の一端、右端が他端である。縦軸は振動子の振動面において、フォーカス点までの距離が最も短い点と、フォーカス点までの距離が最も長い点の、フォーカス点までの距離差を表したものである。図８から、開口端部において距離差が大きいことが分かる。同一の振動子において距離差が大きいということは、位相差が大きいということになる。このため、位相が異なる信号が加算されることになり、振動子から得られる信号の振幅は小さくなる。本実施の形態では、振幅を補償することで、ビーム形状を向上させる。
【００３１】
図９に示すように、本実施の形態の超音波診断装置は、図１１に示した従来装置における制御部15内にゲイン補正演算部15-1を設け、前述した位相差による振幅の低下を補うような制御信号を発生する。これにより、全ての振動子２-1〜２-128より得られた信号は同一の振幅に補正され、ビーム形状を向上させることができる。
【００３２】
このように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、フォーカス点から振動子の振動面内の最も近い点と最も遠い点との距離差に応じて、複数の振動子２-1〜２-128で受信される信号のゲイン補正を行うことにより、全ての振動子２-1〜２-128より得られた信号は同一の振幅に補正されるので、振動子の幅が広いことに起因するゲインの低下を補い、受信ビームの形状を向上させることができる
【００３３】
（第５の実施の形態）
図１０は本発明の第５の実施の形態における送信ビームの形成方法を説明するための図である。本実施の形態の超音波診断装置の構成は図５に示した第２の実施の形態と同一であるため、図示と説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態では、送信パルス発生部４は同じ方向へ送信パルスを２回発生する。図１０において（ａ）が１回目の送信、（ｂ）が２回目の送信である。１回目の送信と２回目の送信とで、仮想的にフォーカス基準点を移動させる。移動手法は図４に示した方法と同一である。１回目の送信と２回目の送信のそれぞれの受信信号は第２の実施の形態と同じ方法で合成される。このようにすることで、幅の広い振動子２-1〜２-128の各々を送信時にも仮想的に分割して使用することが可能であり、送信ビームの形状を向上させることができる。
【００３５】
このように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、送信パルス発生部４は、フォーカス点Ｆと振動子２の振動面内の複数のフォーカス基準点との距離に対応させて同一方向へ２回の送信ビーム集束を行い、ビームフォーマ９は、前記同一方向への複数回の送信ビームに対応する受信信号の合成により受信ビームの形成を行うことにより、幅の広い振動子２-1〜２-128の各々を送信時にも仮想的に分割して使用することが可能となり、送信ビームの形状を向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明は、ビームフォーマにおける遅延時間をフォーカス点と振動子の振動面との平均距離を用いて算出することにより、遅延加算の精度を上げることができ、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく受信ビームの形状を向上させることができるという優れた効果を有する超音波診断装置を提供することができる。
【００３７】
また、請求項２に記載の発明は、ビームフォーマにおける遅延時間をフォーカス点と振動子の振動面内の複数のフォーカス基準点との距離を用いて複数算出し、この複数算出された遅延時間に対応して複数の受信ビームの形成を行なうことにより、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく受信ビームの形状を向上させることができるという優れた効果を有する超音波診断装置を提供することができる。
【００３８】
さらに、請求項５に記載の発明は、フォーカス点から振動子の振動面内の最も近い点と最も遠い点との距離差に応じて、複数の振動子で受信される信号のゲイン補正を行うことにより、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく受信ビームの形状を向上させることができるという優れた効果を有する超音波診断装置を提供することができる。
【００３９】
そして、請求項６に記載の発明は、フォーカス点と振動子面内の複数のフォーカス基準点との距離に対応させて同一方向へ複数回の送信ビーム集束を行い、その同一方向への複数回の送信ビームの受信信号の合成により受信ビームの形成を行うことにより、チャンネルピッチが広い場合にも回路の規模を増大させることなく送信ビームの形状を向上させることができるという優れた効果を有する超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における振動子とフォーカス点との位置関係を説明するための図、
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるフォーカス点から振動面の中心までの距離と、フォーカス点から振動面までの距離の平均値との差を示す図、
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるビーム集束データを計算する方法を示すフローチャート、
【図４】本発明の第２の実施の形態における振動子とフォーカス点との位置関係を説明するための図、
【図５】本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図６】本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるクロスポイントスイッチの動作を説明するための図、
【図８】本発明の第４の実施の形態における振動子内での遅延時間差を説明するための図、
【図９】本発明の第４の実施の形態の超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図１０】本発明の第５の実施の形態における送信ビーム形成方法を説明するための図、
【図１１】従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  探触子
２、２-1〜２-128  振動子
３-1〜３-64   高耐圧スイッチ
４  送信パルス発生部
５-1〜５- ６４  ゲイン可変アンプ
６  クロスポイントスイッチ
７-1〜７-64   電流−電圧変換アンプ
８-1〜８-64   Ａ／Ｄ変換器
９  ビームフォーマ
10-1〜10-64   電圧−電流変換アンプ
11  画像処理部
12  メモリ
13  加算器
14  表示部
15  制御部
16  操作部
【図１】
0003865654.tif 000002
【図２】
0003865654.tif 000003
【図３】
0003865654.tif 000004
【図４】
0003865654.tif 000005
【図５】
0003865654.tif 000006
【図６】
0003865654.tif 000007
【図７】
0003865654.tif 000008
【図８】
0003865654.tif 000009
【図９】
0003865654.tif 000010
【図１０】
0003865654.tif 000011
【図１１】
0003865654.tif 000012