(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の振動子素子が配列されて多チャンネルに形成され被検体に超音波を送受信する探触子と、この探触子のチャンネル毎に任意の送波波形を作成する複数個の送波波形作成部を有し該作成された送波波形で探触子の各チャンネルを駆動する送波駆動手段と、上記探触子によって受信された受信信号を受波整相する手段と、該受波整相された受信信号から画像信号を作成するための画像処理を行う手段と、該画像処理により作成された画像信号を表示する画像表示器とを備えた超音波断層装置において、
上記送波駆動手段の各送波波形作成部は、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶する記憶手段を備え、この記憶手段から読み出したデータを用いて探触子のチャンネル毎に１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードにより振幅、周波数、波数、波形を変えた送波波形を作成し、
上記送波駆動手段は、上記作成された送波波形を探触子の各チャンネルへ送出しチャンネル毎に多波数送波の送波時間と１波数送波の送波時間との２種類の送波タイミングを制御して同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波することを特徴とする超音波断層装置。
【請求項２】
上記送波駆動手段により同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波するのは、上記探触子の振動子素子の或る一つのチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが重なった波形で送波し、上記以外のチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが異なった波形で送波することを特徴とする請求項１記載の超音波断層装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被検体内へ超音波を送受信して診断部位の超音波画像を得る超音波断層装置に関し、特に任意の送波波形で探触子を駆動して超音波を送波することができる超音波断層装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波断層装置は、図７に示すように、多数の振動子素子が配列されて多チャンネルに形成され被検体に超音波を送受信する探触子１と、この探触子１に超音波送信信号を与える超音波送波回路６と、上記探触子１からの超音波受信信号を増幅しかつ所定の遅延を与えて受波整相を行う受波整相回路３と、この受波整相回路３からの出力信号に対し所定の処理を行い画像信号を作成する画像処理回路４と、この画像処理回路４からの画像信号を表示する画像表示器５とを有して成っていた。
【０００３】
そして、上記超音波送波回路６は、その内部の送波パルス発生回路７で各々の振動子素子用の超音波送波パルスを発生し、ドライバ回路８で高圧の送波パルスに変換して、探触子１を駆動することで、該探触子１は超音波を発生するようになっている。また、受波整相回路３では、上記探触子１の各々の振動子素子で受信した被検体内からの反射エコーの信号を入力して増幅し所定の遅延を与えると共に各チャンネルの信号を加算する。そして、画像処理回路４では、対数圧縮や検波等の信号処理を行いかつテレビ信号などの画像信号に変換し、画像表示器５でその画像信号を超音波画像として表示するようになっていた。
【０００４】
上記超音波送波回路６の内部構成としてのドライバ回路８の一例を示すと、図８の回路図のようになる。この回路は、N-MOSFET，P-MOSFET，抵抗Ｒ，コンデンサＣを使用し、入力に低圧例えば５Ｖ系デジタル回路からの信号を入力することで、＋Ｖ電源をスイッチングし、高圧のパルスを発生する。この出力された高圧パルスを図７に示す探触子１へ送り該探触子１を駆動する。また、安全上、被検体に過大な超音波を与えないようにする為、＋Ｖ電源の電圧を可変とすることで、出力される高圧パルスの振幅を変え超音波送波パワーを制御していた。
【０００５】
【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断層装置においては、図８に示す超音波送波回路６内のドライバ回路８が高圧の＋Ｖ電源をN-MOSFET及びP-MOSFETなどのスイッチング素子でスイッチングするだけで送波用の高圧パルスを発生するようになっていたので、ほぼ矩形波の一定波形の高圧パルスしか生成できず、任意波形の高圧パルスは発生することができなかった。また、図８において高圧パルスの振幅を変える場合には、高圧の＋Ｖ電源の電圧を変えていたが、＋Ｖ電源の平滑用のコンデンサＣにより高速に電圧を変えることができず、振幅を高速に変えることはできなかった。これらのことから、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子１の各チャンネル毎に独立に制御することはできず、各チャンネル間の振動子素子の感度バラツキを除去することができないと共に、各チャンネル毎に感度の重み付けをすることもできなかった。さらに、同時に複数走査線方向に超音波送波をすることができないので、白黒断層像やドプラ像の各モードで切り換えて交互に送波しなければならず、得られる超音波画像のフレームレートが低下するものであった。以上のように、従来装置においては、診断画像として有効な画像が得られないことがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、任意の送波波形で探触子を駆動して被検体内へ超音波を送波することができる超音波断層装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波断層装置は、多数の振動子素子が配列されて多チャンネルに形成され被検体に超音波を送受信する探触子と、この探触子のチャンネル毎に任意の送波波形を作成する複数個の送波波形作成部を有し該作成された送波波形で探触子の各チャンネルを駆動する送波駆動手段と、上記探触子によって受信された受信信号を受波整相する手段と、該受波整相された受信信号から画像信号を作成するための画像処理を行う手段と、該画像処理により作成された画像信号を表示する画像表示器とを備えた超音波断層装置において、上記送波駆動手段の各送波波形作成部は、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶する記憶手段を備え、この記憶手段から読み出したデータを用いて探触子のチャンネル毎に１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードにより振幅、周波数、波数、波形を変えた送波波形を作成し、上記送波駆動手段は、上記作成された送波波形を探触子の各チャンネルへ送出しチャンネル毎に多波数送波の送波時間と１波数送波の送波時間との２種類の送波タイミングを制御して同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波するものである。
【０００８】
また、上記送波駆動手段により同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波するのは、上記探触子の振動子素子の或る一つのチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが重なった波形で送波し、上記以外のチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが異なった波形で送波するものとすればよい。
【０００９】
【作用】
このように構成された超音波断層装置は、送波駆動手段の各送波波形作成部に備えられた記憶手段で、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶しておき、この記憶手段から読み出したデータを用いて探触子のチャンネル毎に１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードにより振幅、周波数、波数、波形を変えた送波波形を作成し、上記送波駆動手段により、上記作成された送波波形を探触子の各チャンネルへ送出しチャンネル毎に多波数送波の送波時間と１波数送波の送波時間との２種類の送波タイミングを制御して同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波する。これにより、１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に制御して、白黒断層像及びドプラ像を同時に得ることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による超音波断層装置の実施例を示すブロック図である。この超音波断層装置は、被検体内へ超音波を送受信して診断部位の超音波画像を構成して表示するもので、図１に示すように、探触子１と、超音波送波回路２と、受波整相回路３と、画像処理回路４と、画像表示器５とを有して成る。
【００１１】
上記探触子１は、被検体内に超音波を送受信するもので、例えば短冊状に形成された多数の振動子素子が一列状に配列されて多チャンネルに形成されている。超音波送波回路２は、上記探触子１に超音波送信信号を与えて該探触子１を駆動する送波駆動手段となるものである。受波整相回路３は、上記探触子１から出力された超音波受信信号を増幅しかつ所定の遅延を与えて受波整相を行う手段となるもので、該探触子１の各々の振動子素子で受信した被検体内からの反射エコーの信号を入力して増幅し、所定の遅延時間を与えると共に各チャンネルの受信信号を加算するようになっている。また、画像処理回路４は、上記受波整相回路３からの出力信号に対し画像信号を作成するための画像処理を行う手段となるもので、例えば対数圧縮や検波等の信号処理を行い、テレビ信号などの画像信号に変換するようになっている。さらに、画像表示器５は、上記画像処理回路４からの画像信号を超音波画像として表示するもので、例えばテレビモニタから成る。
【００１２】
ここで、本発明においては、上記超音波送波回路２は、その内部構成として、上記探触子１の各チャンネル毎に任意の送波波形を作成する送波波形作成部となる任意波形発生回路９，９，…を該探触子１のチャンネル分（１〜ｍ）だけ備えて構成されており、上記各任意波形発生回路９は、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子１のチャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶する記憶手段を備えて成り、この記憶手段から読み出したデータを用いて探触子１のチャンネル毎に１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードにより振幅、周波数、波数、波形を変えた送波波形を作成するようになっている。そして、上記超音波送波回路２は、上記作成された送波波形を探触子１の各チャンネルへ送出しチャンネル毎に多波数送波の送波時間と１波数送波の送波時間との２種類の送波タイミングを制御して同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波するようになっている。
【００１３】
図２は、図１に示す超音波送波回路２の任意波形発生回路９の具体的な内部構成を明らかにしたブロック図である。すなわち、上記任意波形発生回路９は、メモリ１０と、Ｄ／Ａ変換器１１と、固定ゲインアンプ１２とから成る。上記メモリ１０は、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子１の各チャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶する記憶手段となるもので、例えばＲＯＭから成り、図３に示すような送波波形のデータを一定間隔で書き込み及び読み出すようになっている。Ｄ／Ａ変換器１１は、上記メモリ１０から読み出したデータを入力してアナログ信号に変換するものである。固定ゲインアンプ１２は、上記Ｄ／Ａ変換器１１から出力されたアナログ信号を入力して一定のゲインで増幅し高圧信号に変換するものである。そして、この固定ゲインアンプ１２から出力された高圧信号が任意の送波波形として探触子１の各チャンネルへ送出されるようになっている。
【００１４】
上記任意波形発生回路９内のメモリ１０に記録する任意の送波波形のデータは、超音波送波回路２の外部に設けられた中央処理装置（ＣＰＵ）１３と、超音波装置本体部メモリ１４と、外部記憶装置１５とからバスライン１６を介して転送されてくる。上記ＣＰＵ１３は、その内部のプログラムにより上記メモリ１０に記録する任意の送波波形のデータを生成するものであり、上記任意波形発生回路９を制御する制御手段となる。超音波装置本体部メモリ１４は、上記ＣＰＵ１３で生成された任意の送波波形のデータを一時的に記憶しておくもので、例えばＲＯＭ又はＲＡＭから成る。また、外部記憶装置１５は、上記任意の送波波形のデータやその他のデータを記憶するもので、例えばフロッピーディスク又はハードディスクなどから成る。
【００１５】
上記任意波形発生回路９で作成される送波波形は、図２に示すＣＰＵ１３で生成されるデータにより任意に変えることができるので、例えば図３に示すように時間の経過に従って変化するデータ点をプロットして結ぶことにより、時間（横軸）の経過と共に振幅（縦軸）が変化するような任意の波形でも作成することができる。また、サンプリング定理に示されるように、サンプルの１／２の周波数以内ならば、任意の周波数の送波パルスも発生することができる。図４は、上記任意波形発生回路９で作成可能な任意の送波波形の例を示す説明図である。同図（ａ）は１波数送波の波形を示す。同図（ｂ）は１波数送波を少し時間をずらせて２波数送波とした場合の波形を示す。また、同図（ｃ）は二つの１波数送波が部分的に重なった場合の波形を示す。さらに、同図（ｄ）は周波数の異なる二つの１波数送波を少し時間をずらせて２波数送波とした場合の波形を示す。この図４（ａ）〜（ｄ）に示すような任意の送波波形は、図７に示す従来装置の超音波送波回路６では、ドライバ回路８で高圧電源をスイッチングして送波波形を発生していたので、そのスイッチングスピードに限界があり、作成が不可能であった。
【００１６】
上述のように、図４に示すような任意の送波波形を作成し、図１又は図２に示す探触子１へ送出して駆動することにより、該探触子１からは図５に示すように多方向同時に超音波送波が可能となる。ここで、図５は扇状表示のセクタ探触子を使用し、ビームＡとビームＢの２方向同時に送波した場合を示している。この場合は、図６に示すように、ビームＡの送波時間とビームＢの送波時間との２種類の送波タイミングで送波することにより、上記の２方向同時の送波が可能となる。図６に示す送波例は、ビームＡは多波数送波であり、またビームＢは１波数送波であり、振動子素子の１チャンネル目は二つの送波が重なった波形になっている。また、ｎチャンネル目とｍチャンネル目は、二つの送波の送波タイミングが異なっている。このような送波をした場合は、１波数送波は白黒断層像を、多波数送波はドプラ像を得ることができる。このように、白黒断層像及びドプラ像などのモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子１の各チャンネル毎に独立に制御し、かつ同時に複数走査線方向への送波ができる。なお、図５及び図６においては、２方向同時に送波した場合を示したが、これに限らず、３方向以上同時に送波することもできる。
【００１７】
なお、本発明に係る任意波形発生回路９による送波は、パルス波だけでなく連続波でも同様に適用できる。また、図１及び図２においては、超音波送波回路２内の任意波形発生回路９を、探触子１内の振動子素子のチャンネル数に応じてそのチャンネル分（１〜ｍ）だけ設けたものとしたが、本発明はこれに限らず、上記任意波形発生回路９を探触子１のチャンネル数より少ない数の複数個だけ設け、この任意波形発生回路９と上記探触子１との間にスイッチ回路を設けて、上記任意波形発生回路９を切り換えて探触子１の全チャンネルに順次接続するようにしてもよい。この場合は、上記任意波形発生回路９の数を減らしてコスト低下を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、送波駆動手段の各送波波形作成部に備えられた記憶手段で、白黒断層像やドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に変えたデータ及び複数走査線方向のデータを記憶しておき、この記憶手段から読み出したデータを用いて探触子のチャンネル毎に１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードにより振幅、周波数、波数、波形を変えた送波波形を作成し、上記送波駆動手段により、上記作成された送波波形を探触子の各チャンネルへ送出しチャンネル毎に多波数送波の送波時間と１波数送波の送波時間との２種類の送波タイミングを制御して同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波することができる。従って、１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像のモードで送波波形の振幅、周波数、波数、波形を探触子のチャンネル毎に制御して、白黒断層像及びドプラ像を同時に得ることができる。このとき、探触子の各チャンネル間の振動子素子の感度バラツキを除去することができると共に、チャンネル毎に感度の重み付けをすることもできる。また、１波数送波による白黒断層像及び多波数送波によるドプラ像などのモードで送波波形の振幅を変えられることから、各モードにおいて、安全を保ちながら最大パワーまで上げることができ、感度を最大とすることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、上記送波駆動手段により同時に複数の走査線方向に超音波ビームを送波するのは、上記探触子の振動子素子の或る一つのチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが重なった波形で送波し、上記以外のチャンネルは多波数送波と１波数送波の送波タイミングが異なった波形で送波することにより、１波数送波によって白黒断層像を、多波数送波によってドプラ像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波断層装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す任意波形発生回路の具体的な内部構成を明らかにしたブロック図である。
【図３】上記任意波形発生回路で作成される送波波形の一例を示す説明図である。
【図４】上記任意波形発生回路で作成可能な任意の送波波形の例を示す説明図である。
【図５】扇状表示のセクタ探触子を使用して２方向同時に送波した場合の動作説明図である。
【図６】上記セクタ探触子による２方向同時送波の場合の送波タイミングを示す動作説明図である。
【図７】従来の超音波断層装置を示すブロック図である。
【図８】従来装置における超音波送波回路の内部構成としてのドライバ回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…探触子
２…超音波送波回路
３…受波整相回路
４…画像処理回路
５…画像表示器
９…任意波形発生回路
１０…メモリ
１１…Ｄ／Ａ変換器
１２…固定ゲインアンプ
１３…ＣＰＵ
１６…バスライン
【図１】
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【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】
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【図８】
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