CN103402438B - 超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

提供在不使布线复杂的情况下可向振子适当分配组的发送延迟时间的超声波诊断装置。实施方式的超声波诊断装置具备多个振子、定时脉冲发生单元、开关单元及开关控制单元。振子发送超声波。定时脉冲发生单元具有向与各振子对应的通道输出基于延迟时间的定时脉冲的输出端子，将多个输出端子分割为每规定数的输出端子为一组的组，每个上述组在规定的时间范围内生成上述发送延迟时间。开关单元选择性地连接通道和输出端子，上述规定数大于等于2。开关控制单元将多个通道分割为每与规定数相同的数量的通道为一个区域的区域，通过连接通道和输出端子，以组和区域对应的方式控制上述开关单元。

Description

超声波诊断装置

技术领域

本发明的实施方式涉及超声波诊断装置。

背景技术

近年，开发了可实时显示3维的超声波图像的二维阵列探头而用于诊断。该探头内置了控制达到数千个振子所进行的发送接收的电子电路。

在发送时，以从振子发送的超声波波面在焦点会聚的方式设定延迟时间，从定时脉冲发生单元的延迟电路生成基于延迟时间的定时脉冲，从输出端子向振子的通道（channel:将去往振子或来自振子的信号通路称为通道。）输出。

然后，从脉冲发生器向振子输出基于定时脉冲的高频的电压脉冲，从而驱动振子。

定时脉冲发生单元采用将包含延迟电路的多个功能的电路汇总为一个的集成电路（ASIC:ApplicationSpecificIntegratedCircuit，特定用途集成电路）。

定时脉冲发生单元被容纳于探头的壳体。通常，壳体的容纳量仅仅为100cc左右，因此定时脉冲发生单元的电路规模最好尽可能小。

延迟电路由一种构成时，电路规模变大。因而，如图8所示，用设定共同的粗延迟时间的粗调整电路和设定较其更细的延迟时间的细调整电路这2种来构成延迟电路。而且，将排列的振子分为多个区域，将定时脉冲发生单元分割为多个组，每组具有2种电路。而且，使组与区域（包括多个振子的区域）对应起来。在图8中，多个组的一部分附上G0～G7的符号进行表示。例如，组G0具有设定0[μs]的延迟时间的粗调整电路和以0.1[μs]间隔设定9个延迟时间的细调整电路。即，组G0中，在0[μs]～0.8[μs]的时间范围内，向与组G0对应的区域内的振子分配延迟时间。另外，例如，组G7具有设定7.0[μs]的延迟时间的粗调整电路和以0.1[μs]间隔设定9个延迟时间的细调整电路。即，组G7中，在7.0[μs]～7.8[μs]的时间范围内，向与组G7对应的区域内的振子分配延迟时间。从而，可使每组延迟时间的范围不同。这样，采用组内的2种电路向区域内的振子分配延迟时间即可，因此可以使各种电路小型化，减小整体的电路规模。另外，振子和通道对应，因此，提到振子的区域时，有时称为通道的区域。

例如根据诊断模式选择定时脉冲发生单元的组。此时，与该组对应的区域被唯一地选择。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-42244号公报

发明内容

但是，通过唯一选择的区域，区域内的振子彼此隔着容许范围以上而被配置，这样的振子的延迟时间有时超过可设定的范围，其结果，振子的延迟变得不足够，制约了偏向角度、开口，成为画质、灵敏度劣化的主要原因。

图9是表示比较例的超声波探针的一部分的示意图。在图9中，将9×8的矩阵状排列的振子附上矩阵的编号（a11～a98）进行了表示，将与组G1及G2对应的区域表示为用粗线包围的区域A1及A2。

参照图9，说明如何对振子分配延迟时间。另外，将向区域A1分配的组G1的延迟时间的范围设为0[μs]～0.8[μs]。另外，将向区域A2分配的组G2的延迟时间的范围设为0.3[μs]～1.1[μs]。

在图9所示的区域A1中，向3×3的形状排列的振子a14、a15、…、a36分配组G1的延迟时间0[μs]、0.1[μs]、…、0.8[μs]。

相对于此，在图9所示A2中，向以非3×3的形状的变形形状排列的振子a17、a18、a27、a28、a37、a38、a48、a58、a68分配延迟时间时，例如，向振子a17、a18、a27、a28、a37、a38、a48分配0.3[μs]、0.4[μs]、0.6[μs]、0.7[μs]、0.9[μs]、1.0[μs]、1.1[μs]的延迟时间。但是，应该向振子a58、a68分配的延迟时间超过组的延迟时间的范围（0.3[μs]～1.1[μs]），因此，即使假设向振子a58、a68分配1.1[μs]的延迟时间，这些振子a58、a68的延迟也不足够。延迟不足够的振子如图9用阴影表示。

这样，振子的延迟成为不足够的主要原因是：例如以区域A1那样的3×3的形状分割数千个振子时，区域A2那样的变形形状的区域作为尾数而产生。

虽然分割为不产生尾数的区域即可，但是，例如，即使这样分割的区域与一个诊断模式对应，也不一定与其他的诊断模式对应。其结果，需要根据诊断模式准备分割的区域为不同种类的探头。

假设存在延迟时间的范围超过1.1[μs]的其他组，使该组和区域A2对应即可，但是，若要将振子的通道和其他的组的输出端子的连接勉强进行布线，则存在布线复杂化而难以向振子适当地分配组的延迟时间的问题。

该实施方式为了解决了上述的问题而提出，其目的在于提供一种能够在不使布线复杂化的情况下向振子适当地分配组的延迟时间的超声波诊断装置。

为了解决上述问题，实施方式的超声波诊断装置具备多个振子、定时脉冲发生单元、开关单元及开关控制单元。振子发送超声波。定时脉冲发生单元具有向与各振子对应的通道输出基于延迟时间的定时脉冲的输出端子，将多个输出端子分割为每规定数输出端子为一组的组，对每个上述组生成在规定的时间范围内的上述发送延迟时间，上述规定数大于等于2。开关单元选择性地连接通道和输出端子。开关控制单元将多个通道分割为每与规定数相同的数量的通道为一个区域的区域，通过连接通道和输出端子，以组和区域对应的方式控制开关单元。

附图说明

图1是实施方式的超声波诊断装置的构成方框图。

图2是振子以矩阵状排列的超声波探针的示意图。

图3是发送电路的方框图。

图4是表示定时脉冲发生单元的电路的示意图。

图5是表示矩阵开关的一部分的示意图。

图6是表示矩阵开关的一部分的示意图。

图7是表示超声波探针的一部分的示意图。

图8是表示组的电路构成的示意图。

图9是表示比较例的超声波探针的一部分的示意图。

图10是表示比较例的超声波探针的一部分的示意图。

图11是表示从诊断模式的选择到超声波的发送为止的动作的流程图。

（符号的说明）

1：超声波探针；3：发送电路；31：定时脉冲发生单元；32：脉冲发生器；33：开关单元；34：开关控制单元；4：接收扫描单元；5：振幅检测单元；6：血流信息检测单元；7：显示处理单元；8：显示器。

具体实施方式

以下，参照图面说明本实施方式的超声波诊断装置。

图1是实施方式的超声波诊断装置的构成方框图。

如图1所示，超声波诊断装置具备超声波探针1、发送电路3、接收扫描单元4、振幅检测单元5、血流信息检测单元6、显示处理单元7及显示器8。

（超声波探针）

超声波探针1具有用于使电信号和音响信号相互变换的数千个的振子，以使得能够通过超声波以电子方式高速扫描被检体的内部。各个振子矩阵状排列。

图2是矩阵状排列的振子的一部分的示意图。

如图2所示，例如，振子排列成9×8的矩阵状。图2中，将振子的符号用排列该振子的行编号、列编号的组合表示。例如，将1行1列的振子～9行8列的振子用a11～a98的符号来表示。

图3是发送电路的方框图。在图3中，将振子的通道用与振子相同的符号a11、a12、a13及a96、a97、a98来表示。

（发送电路）

接着，参照图1及图3说明发送电路。发送电路3具备时钟发生器（图示省略）、分频器（图示省略）、定时脉冲发生单元31、脉冲发生器32、开关单元33及开关控制单元34。时钟发生器发生时钟脉冲。分频器使时钟脉冲降低到例如5MHz左右的脉冲。另外，超声波探头包括定时脉冲发生单元31、脉冲发生器32、开关单元33及其全部或一部分的开关控制单元34。开关控制单元34的一部分设置在超声波探头的情况下，开关控制单元34的其他部分设置在超声波诊断装置的本体侧。

定时脉冲发生单元31根据该时钟脉冲从输出端子输出定时脉冲。在图3中，示意性地表示了定时脉冲发生单元31的一部分。另外，定时脉冲发生单元31的详细情况将以后叙述。

脉冲发生器32根据定时脉冲发生高频的电压脉冲，通过驱动超声波探针1的振子使其机械地振动。由此，从振子发生超声波。在图3中，示意性地表示了脉冲32的一部分。另外，脉冲32的详细情况将以后叙述。

发生的超声波在被检体内的音响阻抗的边界反射，返回超声波探针1，使振子机械地振动。由此在各振子分别发生电信号。

（接收扫描单元）

接收扫描单元4对该电信号进行放大/相位调整相加。由此，生成具有指向性的信号（回波信号）。

（振幅检测单元）

振幅检测单元5中，根据来自接收扫描单元4的回波信号，生成提供组织的形态的信息的B模式像数据。显示处理单元7采用由上述振幅检测单元5生成的B模式像数据，进行组织形态图像截面显示。

（血流信息检测单元）

血流信息检测单元6是实现所谓彩色多普勒成像（CDI）的单元，构成为：首先，用正交相位对来自接收扫描单元4的回波信号进行检波，取出接受频率偏移的多普勒信号，通过MTI滤波器从该取出的多普勒信号通过特定的频率分量，通过自相关器求出该通过的信号的频率，通过运算部从该频率运算平均速度、方差、功率。

另外，通过调整MTI滤波器的通带，可以在主要将血流图像化的一般的多普勒模式（将基于该模式的图像数据称为血流多普勒图像数据）和主要将心肌等内脏器官图像化的组织多普勒模式（将基于该模式的图像数据称为组织多普勒图像数据）之间切换。

（显示处理单元、显示器）

另外，显示处理单元7合成由上述血流信息检测单元6生成的血流多普勒图像数据和组织形态图像数据并进行显示。该组织形态图像数据和功能图像数据的合成图像在显示器8显示。

接着，参照图3及图4说明发送电路3的详细情况。图4是定时脉冲发生单元31的电路的示意图。

（定时脉冲发生单元）

定时脉冲发生单元31分割为多个（例如200～300）组。在图3中，抽出其中的8组，附上G0～G7的符号进行表示。

各组采用相同构成。以下，以一个组为代表进行说明。由对每个粗延迟时间（例如，1.0μS）设定0[μs]～7[μS]为止的时间的一个电路（粗延迟设定电路:参照图8）、和对每个细延迟时间（例如，0.1[μs]）设定0[μs]～0.8[μs]为止的时间的9个电路（细延迟设定电路）构成组。

组设定的延迟时间成为粗延迟时间及细延迟时间相加所得的时间。例如，在组G0中，将粗延迟时间设为5.0[μs]，将细延迟时间设为0[μs]、0.1[μs]、…、0.8[μs]时，组G0的延迟时间成为5.0[μs]、5.1[μs]、…、5.8[μs]。

另外，例如，在组G1中，将粗延迟时间设为6.0[μs]，将细延迟时间设为0[μs]、0.1[μs]、…、0.8[μs]时，组G0的延迟时间成为6.0[μs]、6.1[μs]、…、6.8[μs]。

如上所述，通过使与细延迟时间组合的粗延迟时间在组间互异，可以具备向振子分配的多种的发送延迟时间。

在图4中，将3×3的矩阵状排列的细延迟设定电路用组的符号、行编号及列编号的组合表示。例如，在组G0中，将第1行1列～第3行3列的细延迟设定电路用G011～G033的符号表示。另外，例如，在组G7中，将第1行1列～第3行3列的细延迟设定电路用G711～G733的符号表示。

另外，将细延迟设定电路的输出端子附上与电路的符号相同的符号而在图3中示出。在图3中，作为代表，将组G0中的细延迟设定电路G011、G012、G013的输出端子用符号G011、G012、G013表示。另外，将组G7中的细延迟设定电路G731、G732、G733的输出端子用符号G731、G732、G733表示。例如，从G011～G033的输出端子输出的定时脉冲施加5.0[μs]、5.1[μs]、…、5.8[μs]的延迟。

（脉冲发生器）

接着，参照图3说明脉冲发生器32。图3表示了将构成脉冲发生器32的多个放大器矩阵状排列的脉冲发生器32。脉冲发生器32配置在开关单元33和超声波探针1之间，放大器的输入端子经由开关单元33与定时脉冲发生单元31的输出端子连接，放大器的输出侧与振子的通道连接。在图3中，将放大器的输入端子附上与该输出端子连接的通道的符号相同的符号a11、a12、a13、a96、a97、a98进行表示。

（开关单元）

接着，参照图3～图6说明包含矩阵开关的开关单元33。在图3中，用假想线表示矩阵开关。作为矩阵开关的一例，有在硅、玻璃等基板上集成构成开关的部件的装置即MEMS（MicroElectroMechanicalSystems：微机电系统）开关。

矩阵开关根据来自开关控制单元34的指示选择性地连接定时脉冲发生单元31的输出端子和通道。

矩阵开关棋盘状配置输入侧的多个信号线和输出侧的多个信号线，在信号线交叉的位置配置开闭开关。

如图3所示，输入侧的信号线与组G0～G7的各输出端子G011～G731连接，输出侧的信号线与振子的各通道a11～a98连接。通过开闭开关的导通/截止，从输出端子输入的定时脉冲向各通道分配。

图5是矩阵开关的一部分的示意图。在图5中，组G0的输出端子用G011～G033的符号表示，1行1列～3行3列处的通道用a11～a33表示，而且，1行4列、2行4列、3行4列的通道用a14、a24、a34表示。而且，导通的开闭开关在图6用黑圈表示。

在图5所示开闭开关的状态中，从组G0的输出端子G011～G033输出的定时脉冲向通道a11～a33分配。将分配了组G0的定时脉冲的通道a11～a33对应的振子在图2中用粗线包围的区域A0表示。

如上所述，通过控制开闭开关，可以使组G0和区域A0对应，将组G0的定时脉冲向区域A～内的振子分配。

同样，通过控制开闭开关，可以使其他组和其他区域对应。

图6是矩阵开关的一部分的示意图。在图6中，用白圈表示从导通到截止的开闭开关，用黑圈表示从截止到导通的开闭开关。

图6所示的开闭开关的状态中，从组G0的输出端子G011～G033输出的定时脉冲向通道a11～a14、a21～a24、a34分配。将分配了组G0的定时脉冲的通道a11～a14、a21～a24、a34对应的振子的区域在图7中用粗线包围的区域A0表示。

另外，在图7所示的区域A0中，区域A0内的任一振子都满足选择条件（以后叙述），组处于可设定的延迟时间的范围（例如，0[μs]～0.8[μs]）内。

例如，向区域A0内的振子a11、a12、a13、a14、a21、a22、a23、a24、a34分配延迟时间0[μs]、0.1[μs]、0.2[μs]、0.3[μs]、0.4[μs]、0.5[μs]、0.6[μs]、0.7[μs]、0.8[μs]。

如上所述，通过控制开闭开关，可以使组G0和新区域A0对应，将组G0的定时脉冲向新区域A0内的振子分配。

同样，通过控制开闭开关，可以使其他组和其他新区域对应。

（开关控制单元）

接着，参照图1、图2及图7说明开关控制单元34。

开关控制单元34通过控制开闭开关，选择与组对应的区域。另外，基于开关控制单元34的与组对应的区域的选出，在循环器官诊断中在每次全体振子的发送接收结束时进行，在腹部/通用诊断中在每次设定组的振子的发送接收结束时进行。

作为选择区域时的条件，有在区域内配置成振子彼此邻接且任一振子都相对于其他振子以不超过规定的个数的方式离开。

接着，说明选择区域时的条件（选择条件）。

选择条件作为区域的外形形状的组合图形而存储在存储部（图示省略）中。图形与超声波探头的识别信息及诊断模式对应。存储部设置在超声波探头或超声波诊断装置的本体。

作为区域的外形形状，包含3×3的形状（3×3的矩阵状排列的形状）及其变形形状（包含1×9的矩阵状排列的形状）。

图形是否满足选择条件依赖于延迟电路的性能和振子的物理形状（尺寸），但是经验上，选择条件有2个。一个是区域内的9个振子相互邻接地配置。另一个是区域内任一振子都配置成相对于其他振子以不超过规定个数的方式离开。这里，振子彼此以规定个数分离是指，将规定个数设为M，将任一振子设为“0”，将从该“0”在行方向或列方向分离1个的振子设为“1”，而且从该“1”在行方向或列方向分离1个的振子设为“2”，这样，若随着分离1个而增加振子数，则成为“M”的振子成为分离M个的振子。

作为不满足选择条件的图形的一例，有包含图9所示的区域A2那样的变形形状的图形。在该变形形状的区域A2中，包含配置为以超过4个的方式离开的振子。即，在将a17设为“0”时，a58成为“5”，a68成为“6”，各个振子a58、a68配置为从“0”以超过4个的方式离开。另外，这里，将分配最早的延迟时间的振子a17设为“0”。

图10是比较例的超声波探针的一部分的示意图。

作为满足选择条件的图形的一例，有图10所示的变形形状的组合图形。

图10所示的区域A1中，不包含以超过5个的方式离开的振子。即，在将a15设为“0”时，a16及a25成为“1”，a17及a26成为“2”，a18及a27成为“3”，a28成为“4”，a38成为“5”，任一振子都配置为从“0”以不超过5个的方式离开。另外，这里，将分配最早的延迟时间的振子a15设为“0”。

另外，区域A2中，也不包含以超过5个的方式离开的振子。即，在将a35设为“0”时，a36及a45成为“1”，a37及a46成为“2”，a47成为“3”，a48及a57成为“4”，a58成为“5”，任一振子都配置为从“0”以不超过5个的方式离开。另外，这里，将分配最早的延迟时间的振子a35设为“0”。

开关控制单元34根据超声波探头的识别信息及诊断模式，从存储部选出与组对应的区域。另外，开关控制单元34也可以求出与组对应的区域的候补，算出该候补是否满足选择条件，选择满足选择条件的区域。

接着，说明向图10所示的区域A1及A2内的各振子分配足够的延迟时间的情况。另外，将组G1及G2的延迟时间的范围设为0[μs]～0.8[μs]及0.5[μs]～1.3[μs]。

向区域A1内的振子a14、a15、a16、a24、a25、a26、a34、a35、a36分配0[μs]、0.1[μs]、0.2[μs]、0.3[μs]、0.4[μs]、0.5[μs]、0.6[μs]、0.7[μs]、0.8[μs]的延迟时间。即，可以向区域A1内的振子适当地分配组G1的延迟时间。

另外，向区域A2内的振子a35、a36、a37、a45、a46、a47、a48、a57、a58分配0.5[μs]、0.6[μs]、0.7[μs]、0.8[μs]、0.9[μs]、1.0[μs]、1.1[μs]、1.2[μs]、1.3[μs]的延迟时间。即，可以向区域A2内的振子适当地分配组G2的延迟时间。

（作用）

接着，参照图11说明发送电路3的动作。图11是表示从诊断模式的选择到超声波的发送为止的动作的流程图。

（S101）

如图11所示，首先选择诊断模式。诊断模式由超声波诊断装置本体的输入单元输入，在本体的存储部（图示省略）存储。输入的诊断模式从存储部由开关控制单元34读出。作为诊断模式的一个例子，有A模式、B模式、M模式、多普勒模式、彩色多普勒模式、4D模式、诊断对象（循环器官、腹部等）。另外，4D模式实时重构3D图像。

（S102）

接着，读取超声波探头的识别信息。在超声波探头的存储部（图示省略）存储识别信息。将超声波探头与超声波诊断装置的本体连接时，通过开关控制单元34，从存储部读出识别信息。

（S103）

接着，开关控制单元34根据诊断模式及超声波探头的识别信息，从存储部选出与组对应的区域。

（S104）

接着，开关控制单元34以组和区域对应的方式，控制开闭开关。

（S105）

接着，定时脉冲发生单元31根据各组的输出端子向各通道输出定时脉冲。脉冲发生器32根据定时脉冲，发生高频的电压脉冲，使振子机械地振动。由此，从振子发送超声波。

在该实施方式中，由开关控制单元34控制开关单元33，选择与组对应的振子的区域，因此，可以在不使布线复杂化的情况下向振子适当地分配组的延迟时间。

另外，在实施方式中，通过组合粗延迟设定电路和9个细延迟设定电路，构成定时脉冲发生单元31的组。但是，该组合限于在一个组中的细延迟设定电路和粗延迟设定电路的组合。

与之相对，通过在一个组内的细延迟设定电路和其他组的粗延迟设定电路之间设置开关单元，组合一个组内的细延迟设定电路和其他组的粗延迟设定电路。从而，可设定的延迟时间的范围变大，其结果，可以进一步减小电路规模。而且，若构成为具有多个发送波形发生电路并由开关单元选择这些电路，则可以进行多个频率的发送。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是例示，而不意图限定发明的范围。这些新实施方式可以通过各种形态实施，在不脱离发明的要旨的范围，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和要旨，也包含于权利要求的范围记载的发明及其均等的范围。

Claims (4)

1.一种超声波诊断装置，其特征在于，具备：

多个振子，被配置为矩阵状，发送超声波；

定时脉冲发生单元，具有与上述多个振子对应的输出端子，将该多个输出端子分为具有相同数量的多个组，发生针对每个该组在不同的时间范围内延迟的定时脉冲而从上述输出端子输出；

开关单元，选择性地连接各上述振子和上述输出端子；以及

开关控制单元，在要将配置了的多个振子分割成与上述组相同数量的振子时，各上述组中的振子的排列形状包含不同的形状而被配置的情况下，进行分配并分割，以使得在各上述组所占的区域内各振子相互邻接、且一个振子相对于其他振子以不超过规定的个数的方式离开，控制上述开关，以使得将对应的各上述组内的各输出端子连接到分割得到的各上述组的各振子。

2.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，

基于上述开关控制单元的上述分割的定时是发送接收上述超声波的时刻。

3.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，

上述超声波诊断装置具有超声波探头，该超声波探头具备上述多个振子并设置有其识别信息，

上述开关控制单元根据上述超声波探头的上述识别信息进行分割。

4.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，

上述开关控制单元根据诊断模式进行分割。