发明内容
本发明是为了解决现有的问题而做出的,其目的是提供一种可以高精度地对接收信号进行定相的超声波诊断装置。
为了达到上述目的,有关本发明的第1超声波诊断装置构成为,包括:电声变换机构,将多个由多个电声变换元件构成的子阵列至少2维排列而构成;子波束形成器,以子阵列单位设置,对来自子阵列内的电声变换元件的接收信号生成相互不同极性的信号,得到对子阵列内的各电声变换元件的相互不同极性的信号进行振幅控制并相加后的第1信号、和进行振幅控制并相加后的第2信号,通过设在内部的延迟机构,将相当于接收信号的1周期的1/4的延迟时间差赋予第1信号和第2信号之间,将赋予了时间差的第1信号和第2信号相加;主波束形成器,对从子波束形成器输出的信号进行延迟相加。
通过该结构,能够对接收信号高精度地进行定相。
此外,在有关本发明的第1超声波诊断装置中,延迟机构可将延迟时间差切换为相当于接收信号的基波的1周期的1/4、或相当于接收信号的高次谐波的1周期的1/4。
通过该结构,能够进行基波影像的显示和高次谐波影像的显示的切换。
进而,在有关本发明的第1超声波诊断装置中,延迟机构对第1信号或第2信号中的一个赋予相当于接收信号的1周期的1/4的延迟时间。
通过该结构,能够高精度地对接收信号定相。
此外,为达到上述目的,有关本发明的第2超声波诊断装置构成为,包括:电声变换机构,将多个由多个电声变换元件构成的子阵列至少2维排列而构成;子波束形成器,以子阵列单位设置,对来自子阵列内的电声变换元件的接收信号生成相互不同极性的信号,得到对子阵列内的各电声变换元件的相互不同极性的信号进行振幅控制并相加后的第1信号、和进行振幅控制并相加后的第2信号,通过设在内部的移相机构,对第1信号或第2信号中的一个赋予规定的移相量,将赋予了规定的移相量的第1信号或第2信号相互相加;主波束形成器,对从子波束形成器输出的信号进行延迟相加。
通过该结构,能够对接收信号高精度地进行定相。
此外,在有关本发明的第2超声波诊断装置中,移相机构是将具有45度移相量的移相电路设置2级而构成的,2级移相电路是包括电容器和电阻而构成的。
通过该结构,能够对接收信号高精度地进行定相。
此外,为达到上述目的,有关本发明的第3超声波诊断装置构成为,包括:电声变换机构,将多个由多个电声变换元件构成的子阵列至少2维排列而构成;并列加法运算机构,以子阵列单位设置,对来自子阵列内的电声变换元件的接收信号生成相互不同极性的信号,得到对子阵列内的各电声变换元件的相互不同极性的信号进行振幅控制并相加后的第1信号、和进行振幅控制并相加后的第2信号;第1主波束形成器,对通过并列加法运算机构相加后的第1信号进行延迟相加;第2主波束形成器,对通过并列加法运算机构相加后的第2信号进行延迟相加;延迟机构,将相当于接收信号的1周期的1/4的延迟时间差赋予第1主波束形成器的输出信号和第2主波束形成器的输出信号之间;加法运算机构,将通过延迟机构赋予了延迟时间差的第1主波束形成器的输出信号和第2主波束形成器的输出信号相加。
通过该结构,能够对接收信号高精度地进行定相。
进而,为达到上述目的,有关本发明的第4超声波诊断装置构成为,包括:电声变换机构,将多个由多个电声变换元件构成的子阵列至少2维排列而构成;并列加法运算机构,以子阵列单位设置,对来自子阵列内的电声变换元件的接收信号生成相互不同极性的信号,得到对子阵列内的各电声变换元件的相互不同极性的信号进行振幅控制并相加后的第1信号、和进行振幅控制并相加后的第2信号;第1主波束形成器,对通过并列加法运算机构相加后的第1信号进行延迟相加;第2主波束形成器,对通过并列加法运算机构相加后的第2信号进行延迟相加;移相机构,将90度相位差赋予第1主波束形成器的输出信号和第2主波束形成器的输出信号之间;加法运算机构,将通过移相机构赋予了90度相位差的第1主波束形成器的输出信号和第2主波束形成器的输出信号相加。
通过该结构,能够对接收信号高精度地进行定相。
根据本发明,具有能够提供一种能够对来自2维排列的电声变换器的接收信号高精度地进行定相的超声波诊断装置的显著效果。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明优选的实施方式。
(第1实施方式)
图1A是表示有关本发明的第1实施方式的超声波诊断装置中的接收部的一结构例的框图。
在图1A中,振子1~4由电声变换元件构成,将回声信号变换为接收信号。由振子1和振子2构成子阵列5,由振子3和振子4构成子阵列6,由子阵列5和子阵列6构成2维阵列7。另外,在图1A中只例示了振子1~4,但实际上,如图1B所示,2维排列有多个振子。
放大部8、9分别输出来自振子1、2的接收信号的非反向输出信号(+)、反向输出信号(-)。可变振幅部10、11经由交叉点切换单元81与放大部8连接,可变振幅部12、13经由交叉点切换单元91与放大部9连接。将可变振幅部10、12的输出信号相加,将该相加后的信号(第1信号)供给到固定延迟部14中。此外,将可变振幅部11、13的输出信号相加,该相加后的信号(第2信号)在加法运算部15中与固定延迟部14的输出信号相加。由放大部8、9、交叉点切换单元81、91、可变振幅部10、11、12、13、固定延迟部14、及加法运算部15构成子波束形成器16。
此外,将来自振子3、4的接收信号输入到子波束形成器17中。子波束形成器17的内部结构与子波束形成器16的内部结构相同。
子波束形成器16、17的输出信号在主波束形成器18中被延迟相加。主波束形成器18的输出信号在信号处理部19中作为图像信号被信号处理。来自信号处理部19的图像信号在显示部20上显示。
接着,说明如上构成的超声波诊断装置的动作。
首先,振子1产生接收信号a(t)cos(2π·f1·t)。其中,t是时间,a(t)是接收信号的包络线,f1是接收信号的中心频率。放大器8输出非反向输出信号a(t)cos(2π·f1·t)、反向输出信号-a(t)cos(2π·f1·t)。通过交叉点切换单元81的非反向输出和反向输出的连接状态,可变振幅部10将系数w(0)与非反向输出信号、或反向输出信号相乘,输出±w(0)·a(t)cos(2π·f1·t)。此外,通过交叉点切换单元81的非反向输出和反向输出的连接状态,可变振幅部11将系数w(1)与非反向输出信号、或反向输出信号相乘,输出X1(t)=±w(1)·a(t)cos(2π·f1·t)。固定延迟部14将接收信号的1周期T1=1/f1的1/4的延迟时间ΔT=T1/4的延迟时间赋予可变振幅部10的输出信号,通过交叉点切换单元81的连接状态,生成如下式所示的输出信号X0(t)。
X0(t)=±w(0)·a(t-ΔT)cos(2π·f1·(t-ΔT))
……(1)
另外,作为固定延迟部14,优选可以通过时钟高精度地可变控制延迟时间的电荷耦合元件或取样保持电路那样的部件。2π·f1·ΔT=π/2,如果近似为a(t-ΔT)≈a(t),则(1)式可以表示为如下。
X0(t)=±w(0)·a(t)cos(2π·f1·t-π/2)
……(2)固定延迟部14的输出信号X0(t)与可变振幅部11的输出信号X1(t)在加法运算部15中相加,成为子波束形成器的输出信号Z0(t)。该子波束形成器的输出信号,在例如为w(0)=0、w(1)=1,并且放大部8的非反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t) ……(3)
此外,在w(0)=0.71、w(1)=0.71,并且放大部8的非反向输出与可变振幅部10连接、放大部8的非反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-π/4) ……(4)
此外,在w(0)=1、w(1)=0,并且放大部8的非反向输出与可变振幅部10连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-π/2) ……(5)
此外,在w(0)=0.71、w(1)=0.71,并且放大部8的非反向输出与可变振幅部10连接、放大部8的反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-3π/4) ……(6)
此外,在w(0)=0、w(1)=1,并且放大部8的反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-π) ……(7)
此外,在w(0)=0.71、w(1)=0.71,并且放大部8的反向输出与可变振幅部10连接、放大部8的反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-5π/4) ……(8)
此外,在w(0)=1、w(1)=0,并且放大部8的反向输出与可变振幅部10连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-3π/2) ……(9)
此外,在w(0)=0.71、w(1)=0.71,并且放大部8的反向输出与可变振幅部10连接、放大部8的非反向输出与可变振幅部11连接的情况下,成为如下。
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t-7π/4) ……(10)
这样,可以控制振子1的接收信号a(t)cos(2π·f1·t)的相位φa。
接着,对于振子2的接收信号b(t)cos(2π·f1·t),可变振幅部12产生系数w(2)、可变振幅部13产生系数w(3),在还考虑振子1的接收信号的情况下,加法运算部15的输出信号为,
Z0(t)≈a(t)cos(2π·f1·t+φa)
+b(t)cos(2π·f1·t+φb) ……(11)还能够控制振子2的接收信号b(t)cos(2π·f1·t)的相位φb,能够将子阵列5的振子1、2的接收信号在子波束形成器16中定相相加。另外,在(11)式中,示出了通过相位的控制的定相相加,但是因为实际上有固定延迟部14的接收信号的延迟,所以可以进行更好的定相相加。
同样,能够将子阵列6的振子3、4的接收信号在子波束形成器17中定相相加。子波束形成器16和子波束形成器17的输出信号在主波束形成器18中延迟相加。这样,形成2维阵列7的振子1~4的接收信号的波束。
如上所述,根据本发明的第1实施方式的超声波诊断装置,通过设置由放大部8、9、交叉点切换单元81、91、可变振幅部10~13、固定延迟部14、和加法运算部15构成的子波束形成器16,能够将接收信号高精度地定相相加。
(第2实施方式)
图2是表示有关本发明的第2实施方式的超声波诊断装置中的接收部的子波束形成器的内部结构例的框图。另外,在本实施方式中用图2所示的子波束形成器26替换在第1实施方式的说明中参照的图1所示的子波束形成器16。其它结构与第1实施方式相同。
在图2中,放大部8、9分别输出接收信号的非反向输出信号(+)、反向输出信号(-)。可变振幅部10、11经由交叉点切换单元81与放大部8连接,可变振幅部12、13经由交叉点切换单元91与放大部9连接。将可变振幅部10、12的输出信号相加,将该相加后的信号(第1信号)供给到可变延迟部24中。将可变振幅部11、13的输出信号相加,将该相加后的信号(第2信号)在加法运算部15中与可变延迟部24的输出信号相加。由放大部8、9、交叉点切换单元81、91、可变振幅部10、11、12、13、可变延迟部24、和加法运算部15构成子波束形成器26。
接着,说明如上构成的超声波诊断装置的动作。
首先,在基波影像模式中,接收信号的频率是f1,可变延迟部24将接收信号的1周期T1=1/f1的1/4的延迟时间ΔT=T1/4赋予将来自可变振幅部10、12的信号相加后的信号中,在加法运算部15中,按照在第1实施方式中的说明的式(1)~(11)进行振子1、2的接收信号的定相相加。
接着,在高次谐波影像模式中,接收信号的频率是f2,可变延迟部24将接收信号的1周期T2=1/f2的1/4的延迟时间ΔT=T2/4赋予将来自可变振幅部10、12的信号相加后的信号中,在加法运算部15中,按照在第1实施方式中的说明的式(1)~(11)进行振子1、2的接收信号的定相相加。
如上所述,根据本发明的第2实施方式的超声波诊断装置,通过设置可变延迟部24,可以根据接收信号的中心频率改变延迟时间,可以分别显示基波影像和高次谐波影像。
(第3实施方式)
图3是表示有关本发明的第3实施方式的超声波诊断装置的接收部的子波束形成器的内部结构例的框图。另外,在本实施方式中用图3所示的子波束形成器36替换在第1实施方式的说明中参照的图1所示的子波束形成器16。其它结构与第1实施方式相同。
在图3中,放大部8、9分别输出接收信号的非反向输出信号(+)、反向输出信号(-)。可变振幅部10、11经由交叉点切换单元81与放大部8连接,可变振幅部12、13经由交叉点切换单元91与放大部9连接。将可变振幅部10、12的输出信号相加,将该相加后的信号(第1信号)供给到移相器34中。此外,将可变振幅部11、13的输出信号相加,将该相加后的信号(第2信号)在加法运算部15中与移相器34的输出信号相加。由放大部8、9、交叉点切换单元81、91、可变振幅部10、11、12、13、移相器34、和加法运算部15构成子波束形成器36。
接着,说明如上构成的超声波诊断装置的动作。
振子1、2的接收信号的频率是f1,移相器34将移相赋予可变振幅部10、12的输出信号中,以使接收信号的移相90度(π/2),在加法运算部15中,按照在第1实施方式中的说明的式(2)~(11)进行振子1、2的接收信号的定相相加。
图4是表示移相器34的内部结构例的详细框图。
在图4中,移相器34设置2级具有45度的移相量的移相电路而构成。可变振幅部10、12的输出信号被放大部41放大,通过由电容器42和电阻43构成的第1级的移相电路将移相-45度。经由该第1级的移相电路的信号被放大部44放大,通过由电容器45和电阻46构成的第2级的移相电路被移相-45度,被放大部47放大而输出到加法运算部15中。放大部47的输出信号相对于放大部41的输出信号,相位被移动了-90度。
如上所述,根据本发明的第3实施方式的超声波诊断装置,通过将一个移相器34设置在各子波束形成器中,可以对接收信号高精度地进行定相相加。进而,因为不使用电感器而实现90度的相位差,所以在小型化及噪音方面是有利的。
(第4实施方式)
图5是表示本发明的第4实施方式的超声波诊断装置的接收部的一结构例的框图。
在图5中,振子1~4由电声变换元件构成,将回声信号变换为接收信号。由振子1和2构成子阵列5,由振子3和4构成子阵列6,由子阵列5和子阵列6构成2维阵列7。放大部8、9分别输出接收信号的非反向输出信号(+)、反向输出信号(-)。可变振幅部10、11经由交叉点切换单元81与放大部8连接,可变振幅部12、13经由交叉点切换单元91与放大部9连接。将可变振幅部10、12的输出信号相加而成为相加输出信号Y0(t)(第1信号)。将可变振幅部11、13的输出信号相加而成为相加输出信号Y1(t)(第2信号)。由放大部8、9、交叉点切换单元81、91、和可变振幅部10、11、12、13构成并列加法运算部27。
此外,来自振子3、4的接收信号被输入到并列加法运算部28中。并列加法运算部28的内部结构与并列加法运算部27的内部结构相同。
并列加法运算部27和28的非反向相加输出信号在第1主波束形成器51中被延迟相加。并列加法运算部27和28的反向相加输出信号在第2主波束形成器53中被延迟相加。第1主波束形成器51的输出信号在延迟部52中被延迟。延迟部52和第2主波束形成器53的输出信号在加法运算部54中相加,将加法运算部54的输出信号在信号处理部55中作为图像信号进行信号处理。来自信号处理部55的图像信号在显示部56上显示。
接着,说明如上构成的超声波诊断装置的动作。
首先,振子1产生接收信号a(t)cos(2π·f1·t)。这里,t是时间,a(t)是接收信号的包络线,f1是接收信号的中心频率。放大器8输出非反向输出信号a(t)cos(2π·f1·t)以及反向输出信号-a(t)cos(2π·f1·t)。通过交叉点切换单元81的状态,可变振幅部10将系数w(0)与非反向输出信号、或反向输出信号相乘,输出Y0(t)=±w(0)·a(t)cos(2π·f1·t)。通过交叉点切换单元91的状态,可变振幅部11将系数w(1)与非反向输出信号、或反向输出信号相乘,输出Y1(t)=±w(1)·a(t)cos(2π·f1·t)。
可变振幅部10的相加后的输出信号以及可变振幅部11的相加后的输出信号分别在第1主波束形成器51以及第2主波束形成器53中被赋予相同的延迟时间δ,所以,在第1主波束形成器51、第2主波束形成器53中,各输出Y0(t)、Y1(t)的相位关系没有改变。
在延迟部52中,因为将接收信号的1周期T1=1/f1的1/4的延迟时间ΔT=T1/4赋予第1主波束形成器51的输出信号,所以输出信号Y0(t)比Y1(t)移相-π/2。如果将具有这样的相位关系的延迟部52的输出信号、和第2主波束形成器53的输出信号在加法运算部54中相加,则如第1实施方式中说明的式(3)~(11)所示,能够将子阵列5的振子1、2的接收信号定相相加。同样,也能够将子阵列6的振子3、4的接收信号定相相加。这样,形成2维阵列7的振子1~4的接收信号的波束。
另外,在以上的说明中,说明了对第1主波束形成器51的输出信号设置延迟部52的例子,但是,如图6所示,对第1主波束形成器51的输出信号设置移相器62,也能够同样地实施。
如上所述,根据本发明的第4实施方式的超声波诊断装置,通过设置并列加法运算部27、28、第1主波束形成器51、第2主波束形成器53、和延迟部52,可以更对接收信号高精度地进行定相相加。