JPS6238984B2

JPS6238984B2 -

Info

Publication number: JPS6238984B2
Application number: JP54088063A
Authority: JP
Inventors: Taketoshi Iida; Kazuyoshi Saito; Toshio Shirasaka; Yasuhiko Takemura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1979-07-13
Publication date: 1987-08-20
Also published as: JPS5613935A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、複数個の振動子を一列に配置し、そ
のうち同時に使用する振動子数を繰り返しパルス
毎に、あるいは任意一定周期毎に変化させて、超
音波走査線密度を向上させるとともに、可変口径
機能を具備した超音波診断装置に関する。

従来複数個の振動子を一列に配置した超音波プ
ローブを具備した超音波診断装置により被検体の
Ｂモード表示を得る場合、前記超音波プローブに
よる超音波ビームの走査線密度を向上させる方法
として、同時駆動振動子数を増減する方法が知ら
れている。

第１図には、繰り返しパルス毎に同時駆動の振
動子数を１個ずつ増減し、そのとき送信時と受信
時との同時駆動振動子数を同じにし、超音波走査
線間隔を各振動子ピツチの1/2とする方法を示し
てある。第１図において、第一の繰り返しパルス
時に複数個の振動子を配列した超音波プローブの
うち３個（No.１〜No.３）を同時に駆動し、超音波
ビームを被検体内部に送波し被検体内部からの超
音波エコーを同じ３個（No.１〜No.３）で受波す
る。次に第二の繰り返しパルス時に１個増加した
４個（No.１〜No.４）の振動子を同時駆動し、超音
波ビームを被検体内部へ送波し、被検体内部から
の超音波エコーを同じ４個（No.１〜No.４）で受波
する。以下同様に繰り返しパルス毎に同時駆動振
動子数を３個、４個と変化させていくことによ
り、同時駆動振動子群の指向性中心は振動子ピツ
チの1/2とすることができる。

第２図には、送．受信時に同時駆動の振動子数
を変化させる方法を示してあり、第２図ａに示す
通り第一の繰り返しパルス時に３個の振動子（No.
１〜No.３）を同時に駆動することにより超音波ビ
ームを送波し、次に被検体内部からの超音波エコ
ーを送信時と同じ振動子３個（No.１〜No.３）で受
信する。次の繰り返しパルス時において、第２図
ｂに示すように３個の振動子（No.１〜No.３）を同
時駆動し超音波ビームを送波し、被検体内部から
の超音波エコーを送信時より１個増加した４個の
振動子（No.１〜No.４）により受信する。第三の繰
り返しパルス時に、第２図Ｃに示すように送信時
に３個の振動子（No.１〜No.３）を同時駆動するこ
とにより超音波ビームを送波し、受信時に３個の
振動子（No.２〜No.４）を同時駆動することにより
超音波エコーを受波する。第四の繰り返しパルス
時に第２図ｄに示すように送信時に４個の振動子
（No.１〜No.４）を同時駆動することにより超音波
ビームを送波し、受信時に送信時に１個減少した
３個（No.２〜No.４）を同時駆動することにより超
音波エコーを受波する。以上の走査を繰り返すこ
とにより超音波走査線間隔を振動子ピツチの1/4
にすることができる。

また、深度の近距離における超音波受波ビーム
幅を細くする技術として可変口径技術と称せられ
る方法が知られている。

この方法を第３図を用いて説明する。

第３図において、１０は同時駆動振動子群の口
径D₁₀のビームパターンを実線で示したものであ
り、２０は同時駆動振動子群の口径D₂₀（D₂₀＜
D₁₀）の超音波ビームパターンを破線で示したもの
であり、３０は同時駆動振動子群の口径D₃₀（D₃₀
＜D₂₀）の超音波ビームパターンを一点鎖線で示し
たものである。

この図よりわかるように、口径Ｄが大きいとき
は、振動子面より深い位置でビームが細くなり、
口径Ｄが小さくなればなるほど超音波ビームが細
くなる位置は浅い位置へ移行する。

したがつて、繰り返しパルス間で、所定振動子
数によつて超音波を送波した後、一定周期で受波
のための同時駆動振動子数を変化させていけば、
第３図に示されたようにビームが細くなる位置が
深さ方向に変化するため全体的に解像度の良い画
像が得られる。すなわち、ビーム幅が細くなれ
ば、被検体内部で反射される超音波エコーも鋭く
なるため方位方向の解像度が向上するものであ
り、被検体内部において細いビームを広範囲に得
られれば、それだけ高解像度の画像が得られるも
のである。

たゞし、この場合、振動子の増減数は偶数でな
ければならず、奇数だと同時駆動の振動子群の指
向性中心がずれる。

第３図は、超音波周波数、振動子群口径、焦点
を与えられた場合、『凹面振動子による超音波ビ
ーム幅の作図法』（日本超音波医学会講演論文
集，昭和48年11月，飯沼一浩ほか）によつて求め
たものである。超音波周波数、振動子群口径D₁₀
〔この場合D₁₀＝（振動子ピツチ）×（振動子数）で
表わされ、いま振動子数をｎ個とする〕焦点が与
えられたときのビームパターン１０を実線で表わ
し、次に同時駆動振動子数を（ｎ―２）個にし、
振動子群口径D₂₀（＜D₁₀）とした場合のビームパ
ターン２０を破線で表わし、更に同時駆動振動子
数を（ｎ―４）個にし、振動子群口径D₃₀（＜
D₂₀）とした場合のビームパターン３０を一点鎖線
で表わし、それぞれ、ビームパターン１０とビー
ムパターン２０との交点をＡ、ビームパターン２
０とビームパターン３０との交点をＢとすれば、
振動子面から深さ方向へのＢ地点で同時駆動振動
子数を（ｎ―４）個から（ｎ―２）個に切換え、
Ａ地点で（ｎ―２）個からｎ個に切換えれば、最
も有効に各ビームパターンを組合せることができ
る。

以上のように、超音波周波数、振動子口径、焦
点が与えられたとき超音波ビームを全般的に細く
するための最も有効的な可変口径の切換点が存在
することが判明し、またその切換点を前述の『凹
面振動子による超音波ビーム幅の作図法』により
求めることができる。

第４図には第３図に示したように、同時駆動振
動子数をｎ，（ｎ―２），（ｎ―４）個の３種類を
最も有効に切換えた場合、合成されたビームパタ
ーンを示してある。

ところで、前述したように繰り返しパルス毎ま
たは任意一定周期毎に同時駆動振動子数を変化さ
せ超音波走査線密度を増加される方法と、広い範
囲に渡つて高解像度（特に方位方向）の画像を得
る方法を併用する場合、前記可変口径切換点を固
定してしまうと所望する最適なビームパターンを
得ることができなくなる。

本発明は超音波走査線密度を増加するために繰
り返しパルス毎または任意一定周期毎に同時駆動
する振動子数を変化させるとともに、一定周期で
受信時の駆動振動子数を可変とすることにより広
い範囲に渡り超音波ビームを細くする機能を具備
し、この場合、振動子数の増減に対応して振動子
群の口径を最適に切換える調整機能を備えた超音
波診断装置を提供することを目的とする。

例えば、超音波周波数3MHz，焦点10cm振動子
間隔1.5mmとし、繰り返しパルス毎に送信時の同
時駆動振動子数を８個，７個とし、送信時に８個
の振動子を同時駆動する場合、受信は一定周期で
４個、６個、８個に同時駆動振動子数を切換え、
送信時に７個の振動子を同時駆動する場合、受信
は一定周期で３個、５個、７個に同時駆動振動子
数を切換えるものとする。このような可変口径切
換を行なつた場合のビームパターンを第５図に示
し、４０は送信時の同時駆動振動子数を８個と
し、受信時に一定周期で駆動振動子数を４個、６
個、８個とした時の合成ビームパターンを実線で
示し、５０は送信時の同時駆動振動子数を３個、
５個、７個とした場合の合成ビームパターンを破
線で示してある。この場合、第５図から明らかな
ように、送信時の同時駆動振動子数を８個とした
場合、４振動子から６振動子への切換点B₁点……
………3.5cm ６振動子から８振動子への切換点A₁点……
………5.2cm 送信時の同時駆動振動子数を７個とした場合、３振動子から５振動子への切換点B₂点……
………2.4cm ５振動子から７振動子への切換点A₂点……
………4.4cm となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説
明する。

第６図において、６０は繰り返しパルス発生
器、６１は駆動振動子を制御する制御回路、６２
は送信用電子フオーカシング回路、６３は振動子
を駆動するパルスを発生する回路、６４は超音波
プローブ、６５は超音波エコーを増幅する増幅
器、６６は受信用電子フオーカシング回路６７は
受波振動子からの超音波エコーを選択し口径を変
化させる可変口径スイツチング回路、６８は可変
口径スイツチング回路６７のスイツチング時間を
制御する回路、６９は複数の振動子群で得られた
超音波エコーが加算される加算器、７０は受信エ
コー信号を増幅、検波する増幅、検波回路、７１
は増幅、検波回路７０からの信号を用いて輝度変
調し被検体内部のＢモードを表示するCRT等の
表示部である。

次に第７図により可変口径スイツチング回路６
７、及びスイツチング時間制御回路６８の具体的
構成を示す。この場合、送信時の最初に同時駆動
される振動子数を８個、７個と繰り返しパルス毎
に変化させる場合について説明する。

受信時駆動の振動子８個のそれぞれの振動子か
らの受信信号e₁〜e₈が各々の入力線７２〜７９に
入力される。入力線７２〜７９にはそれぞれ遅延
線８０〜８７が接続されており、更に、各入力線
７２〜７９と加算器６９との間にスイツチ素子８
８〜９５が接続されており、このスイツチ素子８
８〜９５により入力信号e₁〜e₈の加算器６９への
送信をオン．オフ制御するものである。スイツチ
素子８８〜９５はそれぞれスイツチング時期を制
御する制御回路９６〜１０３が接続されている。
各スイツチング時期を制御する制御回路９６〜１
０３には、それぞれ繰り返しパルス毎に同時駆動
される振動子数（本実施例では８個、７個それぞ
れの場合）に応じた前記スイツチ素子８８〜９５
のスイツチング時期を決定するための時定数を選
択するための時定数切換手段１０４〜１１１が並
列に接続されている。本実施例では、８個、７個
の２種類についてであるが、更に繰り返しパルス
毎に切換る振動子数が多種に渡る場合には、その
種類に応じた数の時定数切換手段を設ける必要が
ある。各スイツチング時期を制御する制御回路９
６〜１０３は前記駆動振動子を制御する制御回路
６１からの制御信号がそれぞれ信号線１０４によ
り入力される。

第８図において、ａは繰り返しパルス信号であ
り、ｂはスイツチ素子８８（S₁），９５（S₈）への
制御信号であり、Ｃはスイツチ素子８９（S₂），
９４（S₇）への制御信号である。

スイツチ素子８９（S₂），９４（S₇）は時刻TB₁
でオフ状態からオン状態に切換え、スイツチ素子
８８（S₁），９５（S₈）は時刻TA₁でオフ状態から
オン状態とする。ただし、TB₁＞TA₁とし、この
場合、超音波が送波されてから時刻TB₁までは
S₁，S₂，S₇，S₈がオフ状態となるため、振動子４
個（No.３〜No.６）からの信号のみ加算器６９に入
力され、この場合振動子口径は４振動子分とな
る。

次に、時刻TB₁〜TA₁の間はスイツチ素子８８
（S₁），９５（S₈）はオフ状態となり、スイツチ素
子８９（S₂），９４（S₇）はオン状態となるため、
同時駆動振動子群は６素子分となり振動子６個
（No.２〜No.７）からの信号のみ加算器６９に入力
される。

更にTA₁以降はスイツチ素子８８（S₁），９５
（S₈）もオン状態となるから同時駆動振動子群は８
素子分となり、振動子８個（No.１〜No.８）からの
信号のみ加算器６９に入力される。

このようにして、受信時の同時駆動振動子数を
４，６，８個と切換変化させ、その時の切換時間
を、 TB₁……深さ3.5cm相当の時刻 TA₁……深さ5.2cm相当の時刻となるよう、前記スイツチング時期を制御する制
御回路９６〜１０３を作動するものである。

次の繰り返しパルス時には、前記時定数切換手
段１０４〜１１１を前記振動子８個の場合と異な
る端子に切換、送波振動子数を７個とし、受信時
の駆動振動子数を３個，５個，７個にそれぞれ
TB₂，TA₂（TB₂＜TA₂）のタイミングで初換を行
なうものである。この場合、切換時期は、 TB₂……深さ2.4cm相当の時刻 TA₂……深さ4.4cm相当の時刻となるように、前記スイツチング時期を制御する
制御回路９６〜１０３を作動させるものである。

この様に、超音波ビーム送波時はｎ＋１個或い
はｎ個の振動子を一群として駆動し、エコーの受
波時は超音波ビームの中心軸に対して左右対称に
受波に供する振動子の数を順次増加させるもので
ある。尚、上述のｎは正数である。

スイツチング時期を制御する制御回路９６〜１
０３としては、マルチバイブレータを使用すれば
良い。

以上のように本発明によれば、複数個の振動子
を一列に配置し、そのうち同時に使用する振動子
数を繰り返しパルス毎、または任意一定周期毎に
変化させ、超音波走査線密度を向上させるととも
に、受信時の同時駆動振動子数を偶数個ずつ変化
させる可変口径機能を具備させ超音波ビームを広
い範囲に渡つて細くさせ、その部分の解像度を向
上させる場合、各振動子群を駆動時期を制御する
ことにより、有効なビームパターンを得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は繰り返しパルス毎に送信時の駆動振動
子数を可変とする走査線密度増加方法の説明図、
第２図は送信、受信時の同時駆動振動子数を可変
とする走査線密度増加方法の説明図、第３図は同
時駆動振動子群の口径を変化させた場合のビーム
パターンを示した図、第４図は受信時の同時駆動
振動子数を変化させた場合の実際のビームパター
ンを示した図、第５図は送信時の同時駆動振動子
数を８個，７個とし、受信時に可変口径技術を採
用した場合のビームパターンを示した図、第６図
は本発明の一実施例の構成を示すブロツク図、第
７図は、第６図に示されたスイツチング回路及び
スイツチング時期制御回路の具体的構成図、第８
図は本発明の超音波診断装置の一実施例のタイム
チヤートを示した図である。６０……繰り返しパルス発生器、６１……駆動
振動子を制御する制御回路、６２……送信用電子
フオーカシング回路、６３……振動子を駆動する
パルスを発生する回路、６４……超音波プロー
ブ、６５……超音波エコーを増幅する増幅器、６
６……受信用電子フオーカシング回路、６７……
受波振動子からの超音波エコーを選択し、口径を
変化させる可変口径スイツチング回路、６８……
スイツチング回路のスイツチング時期を制御する
回路、６９……加算器、７０……増幅、検波回
路、７１……表示部。

Claims

【特許請求の範囲】

１複数の振動子を一列に配列し、この複数の振
動子中、一組として送波または受波を行なう振動
子群を順次選択することにより超音波ビームの走
査を行なう超音波装置において、前記振動子群を
構成する振動子の個数がｎ＋１個である第１の振
動子群或いはｎ個である第２の振動子群のいずれ
かを順次選択して駆動し超音波ビーム送波する超
音波ビーム送波手段と、この送波手段から順次送
波される超音波ビームによるエコーの受波に供す
る振動子の数を、前記各振動子群から送波される
超音波ビームの中心軸に対して対称関係に順次増
加させる超音波ビーム受波手段とを具備し、この
受波手段はさらに、前記第１の振動子群から送波
された超音波ビームによるエコーに対しては周期
Ｔ１で受波に供する振動子の数を順次増加させる
第１の切換手段と、前記第２の振動子群から送波
された超音波ビームによるエコーに対しては周期
Ｔ２（但し、Ｔ１＞Ｔ２）で受波に供する振動子
の数を順次増加させる第２の切換手段とを有する
ことを特徴とする超音波診断装置。