JP2005261594A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避できる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】 ２次元アレイ２を分割したサブアレイは、送信トランスデューサＸと受信トランスデューサＲとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２を隣接するサブアレイ毎に異ならせた。
【選択図】 図３Ａ

Description

本発明は、２次元アレイプローブを有し、被検体を３次元的に走査する超音波診断装置に関するものである。

従来の超音波診断装置は、図８に示すように、２次元アレイのサブアレイの遅延データを制御する制御回路が、フォーカスデータの増分ｋｘ値を保持するためのシフトレジスタ２５２と、増分ｋｙを保持するためのレジスタ２５４と、初期値レジスタ２５６と、遅延データを提供する２５個の加算素子２６８ｉと、送信トランスデューサと送信回路からなる送信セル２６０ｉ（Ｘを付して示す）と、受信トランスデューサと受信回路からなる受信セル２６４ｉ（Ｒが付される）とで構成されている。なお、便宜上全ての素子の内ｉ番目の素子にだけ符号を付している。

このような構成により、シリアルバスは、初期遅延値を初期値レジスタ２５６へ、増分ｋｘ値をシフトレジスタ２５２へ、増分ｋｙをレジスタ２５４へ提供し、加算素子２６８ｉは、初期遅延値と増分ｋｘ値を増分ｋｙを加算することによって、トランスデューサ素子に対する適切な遅延値を提供している。また、サブアレイの送信トランスデューサと受信トランスデューサは別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイからなる。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３３０８７号公報（第１５頁、第２７図）

しかしながら、従来の超音波診断装置においては、サブアレイのサイズが５×５であり、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンがトランスデューサ５個毎の周期性を有するため、特にビーム指向性を大きく偏向する場合にはグレーティングローブを発生する、という問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避できる超音波診断装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の超音波診断装置は、複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ毎に異なる構成を有している。

この構成により、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避することができる。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の超音波診断装置は、複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、前記ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ間で回転関係にある構成を有している。

この構成により、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避することができる。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の超音波診断装置は、複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ間で反転関係にある構成を有している。

この構成により、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避することができる。

さらに、第２および第３の超音波診断装置において、ランダムインタースパースアレイの４隅のトランスデューサが送信トランスデューサである構成を有している。

この構成により、受信信号間の遅延時間差が小さくなり、サブアレイ内の受信の整相データ差を小さくでき、その結果、受信サブビームフォーマの回路規模を小さくすることが出来る。

本発明によれば、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避することができる超音波診断装置を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。

図１において、２次元アレイ２は、サブアレイＳＡ（１）、サブアレイＳＡ（ｎ）（ｎ＝１〜２５６）を含み、サブアレイが行方向に１６個、列方向に１６個配置されて成る。１個のサブアレイに含まれる８個の送信トランスデューサはＸ、８個の受信トランスデューサはＲで示す。サブアレイＳＡ（１）の８個の送信トランスデューサＸには、８個の送信回路Ｐ（１、ｉ）（ｉ＝１〜８）が接続される。サブアレイＳＡ（ｎ）の８個の送信トランスデューサＸには、８個の送信回路Ｐ（ｎ、ｉ）が接続される。サブアレイＳＡ（１）の８個の受信トランスデューサＲには、受信サブビームフォーマＲＢ（１）が接続される。サブアレイＳＡ（ｎ）の８個の受信トランスデューサＲには、受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）が接続される。図１には示していないが、２５６個のサブアレイには２５６個のサブビームフォーマが接続される。

受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）の出力データは、受信メインビームフォーマ４に供給される。フォーカスデータ発生部３の出力データは、記憶ブロックＭ（ｊ）（ｊ＝１〜１６）に供給される。記憶ブロックＭ（１）の出力データはデータ記憶手段Ｄ（１、１）に供給される。データ記憶手段Ｄ（１、ｉ）の出力データは送信回路Ｐ（１、ｉ）に供給される。データ記憶手段Ｄ（ｎ、ｉ）の出力データは送信回路Ｐ（ｎ、ｉ）（ｉ＝１〜８）に供給される。記憶ブロックＭ（ｊ）の出力データは、図示されないデータ記憶手段Ｄ（（ｊ−１）×１６＋１、１）に供給される。記憶ブロックＭ（１６）の出力データは、図示されないデータ記憶手段Ｄ（２４１、１）に供給される。

プローブ１は、２次元アレイ２と、送信回路（ｎ、ｉ）と、記憶ブロックＭ（ｊ）と、データ記憶手段（ｎ、ｉ）と、受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）を含む。メインフレーム５は、フォーカスデータ発生部３と、受信メインビームフォーマ４を含む。

図２は、本実施の形態におけるデータ記憶手段の接続関係を示すブロック図である。

図２において、記憶ブロックＭ（１）からの送信フォーカスデータと受信フォーカスデータは、データ記憶手段Ｄ（１、１）に入力される。データ記憶手段Ｄ（１、１）から出力される送信フォーカスデータと受信フォーカスデータは、データ記憶手段Ｄ（１、２）に入力される。また、データ記憶手段Ｄ（１、１）から出力される送信フォーカスデータおよび受信フォーカスデータは、それぞれ、送信回路Ｐ（１、１）および受信サブビームフォーマＲＢ（１）に供給される。データ記憶手段Ｄ（１、２）から出力される送信フォーカスデータおよび受信フォーカスデータは、それぞれ、送信回路Ｐ（１、２）および受信サブビームフォーマＲＢ（１）に供給される。データ記憶手段Ｄ（１、１）、Ｄ（１、２）にはクロックが供給される。

図３Ａは、本発明の第１の実施の形態におけるサブアレイのランダムパターンを示す模式図で、図３Ｂは、２次元アレイ２内での図３Ａに示すランダムパターンの配置図である。

図３Ａには、２次元アレイ２内に４×４個のトランスデューサからなるサブアレイが４個示されている。それぞれのサブアレイは、送信トランスデューサＸと受信トランスデューサＲに分かれたインタースパースアレイであり、送信トランスデューサＸと受信トランスデューサＲの配置を示すランダムパターンが異なっており、各ランダムパターンをＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２で示す。図３Ｂには、２次元アレイ２内のサブアレイのランダムパターンＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２の配列の状態を示されている。

次に、以上のように構成された超音波診断装置の動作について、図１、図２、図３Ａ、図３Ｂ、および図４を参照して説明する。

まず、図１に示すフォーカスデータ発生部３においては、送信トランスデューサ用のフォーカスデータと受信トランスデューサ用のフォーカスデータが計算され、記憶ブロックＭ（１）〜Ｍ（１６）に書き込まれる。記憶ブロックＭ（１）に書き込まれた送信と受信のフォーカスデータは、図２に示すように、クロックに同期してデータ記憶手段Ｄ（１、１）に書き込まれる。データ記憶手段Ｄ（１、１）の出力データは、次のクロックの立上り（または、立下り）でデータ記憶手段Ｄ（１、２）に書き込まれる。この様にして、全てのデータ記憶手段Ｄ（ｎ、ｉ）に送信と受信のフォーカスデータの書き込みが完了する。

送信と受信のフォーカスデータの書き込みが完了すると、送信回路Ｐ（ｎ、ｉ）は、送信フォーカスデータに基づき、遅延された送信パルスを送信用トランスデューサＸに印加する。これに応じて、各送信用トランスデューサＸは超音波パルスを発生する。超音波エコー信号は、受信用トランスデューサＲで受信され受信信号に変換される。サブアレイＳＡ（ｎ）の受信信号は、受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）に供給される。受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）は、データ記憶手段Ｄ（ｎ、ｉ）の受信フォーカスデータに基づき、受信信号の整相加算を行う。受信サブビームフォーマＲＢ（ｎ）の出力データは、受信メインビームフォーマで遅延加算される。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、サブアレイのランダムパターンはＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２からなり、隣接するサブアレイのランダムパターンは互いに異なっている。このような構成にすることにより、サブアレイは４×４のトランスデューサで構成され、受信サブビームフォーマの回路規模は小さく出来るが、ランダムパターンは８×８個のトランスデューサで構成されるので、サブアレイのサイズが小さい場合に起きるグレーティングローブの発生を回避することができる。

図４は、２次元アレイ２の送信の指向性を３０度に偏向した場合における相対音圧の方位角度依存性を示すグラフである。図４において、破線は、サブアレイが図３Ｂに示すＲＰ１１のランダムパターンのみからなる場合であり、実線は、サブアレイがＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２のランダムパターンからなる場合の例である。

図４から明らかなように、隣接するサブアレイのランダムパターンが異なる場合の方がグレーティングローブのレベルが低く、優れた指向性を有することがわかる。

以上のように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、２次元アレイ２を複数のサブアレイに分割し、サブアレイをランダムインタースパースアレイとし、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンを隣接するサブアレイ間で異ならせることにより、グレーティングローブのレベルが低く、優れた指向性を持たせることができる。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置における２次元アレイの一構成例を示す模式図である。なお、図５において、第１の実施の形態の説明で参照した図３Ａと同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号または記号を付して説明を省略する。また、図５に示さない他の構成要素は、図１と同じである。

図５において、サブアレイがＲＰ１１、ＲＰ１３、ＲＰ３１、ＲＰ３３のランダムパターンからなり、ＲＰ３１はＲＰ１１を９０度左回転したものであり、ＲＰ１３はＲＰ１１を１８０度左回転したものであり、ＲＰ３３はＲＰ１１を２７０度左回転したものである。

次に、以上のように構成された２次元アレイの動作について、図５を参照して説明する。

サブアレイのランダムパターンはＲＰ１１、ＲＰ１３、ＲＰ３１、ＲＰ３３からなり、このような構成にすることにより、サブアレイは４×４のトランスデューサで構成され、受信サブビームフォーマの回路規模は小さく出来るが、ランダムパターンは８×８個のトランスデューサで構成されるとみなせ、ランダムパターンが小さい場合に起きるグレーティングローブの発生を回避することができる。

以上のように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、２次元アレイを複数のサブアレイに分割し、サブアレイをランダムインタースパースアレイとし、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンを隣接するサブアレイ間で回転関係にすることにより、グレーティングローブのレベルが低く、優れた指向性を持たせることができる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置における２次元アレイの一構成例を示す模式図である。なお、図６において、第１の実施の形態の説明で参照した図３Ａと同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号または記号を付して説明を省略する。また、図６に示さない他の構成要素は、図１と同じである。

図６において、サブアレイがＲＰ１１、ＲＰ１４、ＲＰ４１、ＲＰ４４のランダムパターンからなり、ＲＰ４１はＲＰ１１を上下左右反転したものであり、ＲＰ１４はＲＰ１１を上下反転したものであり、ＲＰ４４はＲＰ１１を左右反転したものである。

次に、以上のように構成された２次元アレイの動作について、図６を参照して説明する。

サブアレイのランダムパターンはＲＰ１１、ＲＰ１４、ＲＰ４１、ＲＰ４４からなり、このような構成にすることによりサブアレイは４×４のトランスデューサで構成され、受信サブビームフォーマの回路規模は小さく出来るが、ランダムパターンは８×８個のトランスデューサで構成されるとみなせ、ランダムパターンが小さい場合に起きるグレーティングローブの発生を回避することができる。

以上のように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、２次元アレイを複数のサブアレイに分割し、サブアレイをランダムインタースパースアレイとし、ランダムインタースパースアレイのランダムパターンを隣接するサブアレイ間で反転関係にすることにより、グレーティングローブのレベルが低く、優れた指向性を持たせることができる。

（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置における２次元アレイの一構成例を示す模式図である。なお、図７において、第１の実施の形態の説明で参照した図３Ａと同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号または記号を付して説明を省略する。また、図７に示さない他の構成要素は、図１と同じである。

図７において、サブアレイがＲＰ１１のランダムパターンからなり、ＲＰ１１の４隅のトランスデューサは送信トランスデューサＸである。１個のトランスデューサの幅はλ／２（λ＝超音波の波長）である。

次に、以上のように構成された２次元アレイの動作について、図７を参照して説明する。

２次元アレイ２は、４５度方向へ送受信の指向性を与えられている。この場合、サブアレイのランダムパターンＲＰ１１において、送信開口幅は、４隅の送信トランスデューサＸの間隔≒（λ／２）×１．４１×３となる。一方、受信開口幅は、４隅に隣接する受信トランスデューサＲの間隔（λ／２）×１．４１×２となる。このように、受信開口幅を小さくすることにより、受信信号間の遅延時間差が小さくなり、受信サブビームフォーマの回路規模を小さくすることが出来る。

以上のように、本実施の形態の超音波診断装置によれば、２次元アレイを複数のサブアレイに分割し、サブアレイをランダムインタースパースアレイとし、ランダムインタースパースアレイの４隅のトランスデューサを送信トランスデューサとすることにより、受信サブビームフォーマの回路規模を小さくすることが出来る。

本発明に係る超音波診断装置は、ビーム指向性を大きく偏向する場合にもグレーティングローブの発生を回避することができるという利点を有し、２次元アレイプローブを有し、被検体を３次元的に走査する超音波診断装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図 図１のデータ記憶手段の接続関係を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態におけるサブアレイのランダムパターンを示す模式図 ２次元アレイ内での図３Ａに示すランダムパターンの配置図 本発明の第１の実施の形態における送信ビームの音圧相対値の方位角度依存性を示すグラフ 本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置におけるサブアレイのランダムパターンの一構成例を示す模式図 本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置におけるサブアレイのランダムパターンの一構成例を示す模式図 本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置におけるサブアレイのランダムパターンの一構成例を示す模式図 従来の超音波診断装置における遅延データを制御する制御回路のブロック図

符号の説明

１ プローブ
２ ２次元アレイ
３ フォーカスデータ発生部
４ 受信メインビームフォーマ
５ メインフレーム
ＳＡ（ｎ）サブアレイ
Ｐ（ｎ、ｉ） 送信回路
Ｄ（ｎ、ｉ） データ記憶手段
ＲＢ（ｎ） 受信サブビームフォーマ
Ｍ（ｊ） 記憶ブロック

Claims (4)

1. 複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、
   前記サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、前記ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ毎に異なる超音波診断装置。
2. 複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、
   前記サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、前記ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ間で回転関係にある超音波診断装置。
3. 複数のトランスデューサより構成されたサブアレイが複数個少なくとも２次元に配列されて成る電気音響変換手段を備え、
   前記サブアレイは、送信トランスデューサと受信トランスデューサとが別々にランダムに配列されたランダムインタースパースアレイであり、前記ランダムインタースパースアレイのランダムパターンが隣接するサブアレイ間で反転関係にある超音波診断装置。
4. 前記ランダムインタースパースアレイの４隅のトランスデューサが前記送信トランスデューサである請求項２または３記載の超音波診断装置。

Images