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Technisches Gebiet
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Die Offenbarungen hierin betreffen eine Ultraschallbildgebungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine Ultraschallbildgebungsvorrichtung wie beispielsweise eine Ultraschallbildgebung-Diagnosevorrichtung weist einen Pulsschaltkreis zum Anwenden eines Pulsspannungssignals an einen Transducer auf. In Reaktion auf das Pulsspannungssignal überträgt der Transducer einen Ultraschallpuls in einen lebendigen Körper. Der Ultraschallpuls wird von Randbereichen zwischen unterschiedlichem lebendigen Gewebe mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen wie beispielsweise einem Randbereich zwischen Muskulatur und Fett reflektiert. Das Echo wird dann durch den Transducer empfangen. Ein über eine einzelne Ultraschallpulsübertragung erhaltenes Empfangssignal weist eine Amplitude auf, welche sich mit der Zeit ändert. Eine zeitliche Position in dem Empfangssignal gehört zu dem Abstand von dem Transducer zu dem Reflektionspunkt in dem lebendigen Körper. Die Amplitude des Empfangssignals gehört zu der Größe einer Reflektion an dem Reflektionspunkt in dem lebendigen Körper. Das Empfangssignal mit der sich mit der Zeit ändernden Amplitude, welches durch eine einzelne Ultraschallpultübertragung erhalten ist, wird auf dem Bildschirm als eine helle Linie mit räumlichen Helligkeitsschwankungen angezeigt, was zu einer einzelnen Scanlinie gehört. Eine Vielzahl von Empfangssignalen, welche durch sukzessives Verschieben der Position einer Ultraschallimpulsübertragung in einer horizontalen Richtung erhalten werden, werden mit Bezug zu positionsbezogenen Verschiebungen auf dem Bildschirm als eine Vielzahl von zu einer Vielzahl von Scanlinien gehörigen hellen Linien angezeigt, wodurch ein Ultraschall-B-Modus-Bild gebildet wird.
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Eine Transduceranordnung mit einer großen Anzahl von Transducerelementen (das heißt piezoelektrischen Elementen), welche in einer Richtung angeordnet sein können, wird beispielsweise zum Scannen von Ultraschallpulsen verwendet. Eine Übertragung eines einzelnen Ultraschallpulses wird durch gleichzeitiges Betreiben von m Transducerelementen aus n (m < n) Transducerelementen ausgeführt, welche in einer Linie angeordnet sind. Dadurch können Pulsspannungssignale mit geringfügigen Zeitpunktsverschiebungen relativ zueinander bei den m Transducerelementen angelegt werden, um zu veranlassen, dass die m Transducerelemente Ultraschallpulse bei geringfügig unterschiedlichen Zeitpunkten übertragen. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Übertragungsapertur eine Spanne aufweist, welche zu den m Transducerelementen gehört, um einen Ultraschallstrahl mit einer auf einen Fokuspunkt konvergierenden Wellenfront zu bilden. Die Position der aus den n Transducerelementen betriebenen m Transducerelementen wird sukzessive entlang der eindimensionalen Anordnung verschoben, wodurch der Ultraschallstrahl in der lateralen Richtung scannt (das heißt, in der Richtung, in welcher die Transducerelemente angeordnet sind).
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Um Echos zu empfangen, können dieselben m Transducerelemente, welche für eine Ultraschallübertragung verwendet wurden, zum Empfangen der Echos verwendet werden. Die m Transducerelemente geben jeweils m analoge Empfangssignale aus, welche dann in digitale Empfangssignale durch m ADCs konvertiert werden (das heißt, analog-zu-digital Konverter). Die m digitalen Empfangssignale werden einer Verzögerung Anpassung unterzogen, um Zeitunterschiede zwischen diesen Signalen auszuschließen, welche zu Unterschieden bei dem Abstand zwischen dem Fokuspunkt und den m Transducerelementen zuordenbar sind. Eine Zeitpunktseinstellung wird somit ermöglicht, dass alle Empfangssignale das Signal des Echos von dem an derselben zeitlichen Position positionierten Fokuspunkt aufweisen. Alle m digitalen Empfangssignale werden nach der Verzögerungseinstellung aufaddiert, um ein digitales Empfangssignal als das Summationsergebnis zu erzeugen. Dieses eine digitale Empfangssignal wird weiter einer Rauschreduktion, einer Verstärkungskorrektur, einer Einhüllenden-Detektion und etwas Ähnlichem ausgesetzt. Das durch dieses Verfahren erhaltene resultierende digitale Signal kann dann auf dem Bildschirm als eine einzelne helle Linie angezeigt werden, welche ein Ultraschall-B-Modus-Bild bildet.
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Seit kurzem wird eine mobile Version einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung erwartet, was dazu geführt hat, dass die Größe und ein Energieverbrauch einer Vorrichtung reduziert wird. Der Zweck einer Reduzierung der Größe und eines Energieverbrauchs der Vorrichtung kann durch Reduzieren der Anzahl von ADCs oder durch Verringern der Betriebsspannung von Transducern erhalten werden. In einer typischen teuren Ultraschallbildgebung-Diagnosevorrichtung für eine medizinische Anwendung kann die Anzahl von ADC Kanälen, das heißt die Anzahl von gleichzeitig für eine Übertragung und einen Empfang betriebenen Transducerelementen beispielsweise gleich 32 oder 64 sein, was einen Ultraschallstrahl mit einer hohen Fokussierbarkeit bereitstellt, was ein Hochqualitätsbild liefert. Die Anzahl von ADC Kanälen, das heißt die Anzahl von gleichzeitig betriebenen Transducerelementen, kann zum Zweck der Größenreduktion und eines niedrigeren Energieverbrauchs reduziert werden. Eine solche Modifikation kann allerdings zu dem Problem führen, dass eine Bildqualität verschlechtert wird, da die Modifikation die kombinierte Intensität der Ultraschallpulse und der Empfangssignale abschwächt und ebenso die Fokussierung verringert. Entsprechend kann es ein Bedürfnis dazu geben, eine Bildverschlechterung zu reduzieren, während die Anzahl von Kanälen reduziert wird, um einen Energieverbrauch effektiv zu verringern.
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In jüngster Zeit wurde eine mobile Version einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung erwartet, was dazu geführt hat, dass die Größe und der Energieverbrauch einer Vorrichtung reduziert wird. Der Zweck des Reduzierens der Größe und eines Energieverbrauchs der Vorrichtung kann durch Reduzieren der Anzahl von ADCs oder durch Verringern der Betriebsspannung der Transducer erhalten werden. In einer typischen teuren Ultraschallbildgebung-Diagnosevorrichtung für eine medizinische Anwendung kann die Anzahl von ADC Kanälen, das heißt die Anzahl von für eine Übertragung und einen Empfang gleichzeitig betriebenen Transducerelementen beispielsweise gleich 32 oder 64 sein, was einen Ultraschallstrahl mit einer hohen Fokussierbarkeit bereitstellt, was ein Hochqualitätsbild liefert. Ein Reduzieren der Anzahl von ADC Kanälen, das heißt der Anzahl von gleichzeitig betriebenen Transducerelementen, zum Zweck einer Größenreduktion und einer Verringerung eines Energieverbrauchs kann eine Bildqualität verschlechtern, aufgrund der abgeschwächten kombinierten Intensität von Ultraschallpulsen und Empfangssignalen
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Stand der Technikdokumente
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1 japanische Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2007-21192
- Patentdokument 2 japanische Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2009-5741
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabenstellung der Erfindung
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Entsprechend kann es wünschenswert sein eine Bildqualitätsverschlechterung zu reduzieren, während die Anzahl von Kanälen in einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung reduziert wird.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Eine Ultraschallbildgebungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von in einer Linie angeordneten Transducern, einen Auswahlschaltkreis, ausgebildet zum Veranlassen, dass aus der Vielzahl von Transducern ausgewählte Transducer jeweils einen Ultraschallpuls übertragen und eine Vielzahl von Empfangssignalen empfangen, und einen Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis, ausgebildet zum Anordnen in der Zeit und Aufsummieren der Vielzahl von mit einer Vielzahl von jeweiligen Gewichtungsfaktoren gewichteten Empfangssignalen, wobei der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis die Vielzahl von Gewichtungsfaktoren entsprechend einer Zeitposition an der Vielzahl von Empfangssignalen ändert, sodass sich Verhältnisse zwischen der Vielzahl von Gewichtungsfaktoren ändern.
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Vorteil der Erfindung
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Entsprechend zumindest einer Ausführungsform ist eine Ultraschallbildgebungsvorrichtung dazu geeignet eine Bildqualitätsverschlechterung zu reduzieren, während die Anzahl von Kanälen reduziert wird.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist eine Figur, welche ein Beispiel der Konfiguration einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung darstellt.
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2 ist eine Figur, welche ein Beispiel einer Übertragungsoperation darstellt, bei welcher 8 Transducerelemente selektiv betrieben werden.
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3 ist eine Figur, welche ein Beispiel einer Empfangsoperation darstellt, bei welcher 8 Transducerelemente selektiv betrieben werden.
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4 ist eine Figur, welche ein Beispiel des Betriebs von 8 Transducerelementen darstellt, welche Echos aus unterschiedlichen Positionen in einer Tiefenrichtung empfangen.
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5 ist eine Figur, welche ein Beispiel von Gewichtungsfaktoren darstellt.
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6 ist eine Figur, welche ein Beispiel der Konfiguration eines Zeitpunktsteuerschaltkreises und eines Kohärent-Additionsschaltkreises darstellt.
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7 ist eine Fig., welche ein Beispiel der Konfiguration eines Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreises darstellt.
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Modus zum Ausführen der Erfindung
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In dem Nachstehenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben. In diesen Figuren werden dieselben oder zugehörige Elemente mit denselben oder zugehörigen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung davon wird angemessen ausgelassen.
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1 ist eine Fig., welche ein Beispiel der Konfiguration einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung darstellt. Die in 1 dargestellte Ultraschallbildgebungsvorrichtung umfasst einen Impulsgeber-und-schalt Schaltkreis 10, eine Transduceranordnung 11, einen Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis (AMP&ADC) 12 und einen Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 13. Der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 13 umfasst einen Zeitpunktsteuerschaltkreis 21, einen Verzögerungseinstellungschaltkreis 22, einen Kohärent-Additionsschaltkreis 23, ein digitales Filter 24, einen Verstärkungskorrekturschaltkreis 25, einen Einhüllenden-Detektionsschaltkreis 26, einen Verringerungsschaltkreis 27 und einen Verstärkungssteuerschaltkreis 28. Die durch die Ultraschallbildgebungsvorrichtung erzeugten Daten eines Ultraschall-B-Modus-Bilds eines lebendigen Körpers 100 können an eine Informationsverarbeitung und Anzeigevorrichtung wie beispielsweise einen Computer (PC) 14 oder ein Tablet über eine Schnittstelle 200 wie beispielsweise Bluetooth übertragen werden.
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In 1 und den nachfolgenden ähnlichen Figuren geben Randbereiche zwischen funktionalen oder Schaltkreisblöcken, welche als Vierecke dargestellt sind, im Wesentlichen funktionale Randbereiche an und können nicht zu einer Trennung in Bezug auf physische Positionen, eine Trennung in Bezug auf elektrische Signale, eine Trennung in Bezug auf eine Steuerlogik und so weiter gehören. Jeder funktionale oder Schaltkreisblock kann ein Hardwaremodul sein, welches von anderen Blöcken bis zu einem gewissen Grad physisch getrennt ist, oder kann eine Funktion in einem Hardwaremodul angeben, in welchem diese und andere Blöcke miteinander physisch kombiniert sind.
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Die Transduceranordnung 11 weist eine Vielzahl (in dem in 1 dargestellten Beispiel 64) von in einer Linie angeordneten Transducerelementen auf. Der Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis 10 veranlasst, dass eine Vielzahl (das heißt in dem in 1 dargestellten Beispiel 8) von aus der Vielzahl von Transducerelementen der in einer Linie angeordneten Transduceranordnung 11 ausgewählten Transducerelementen einen Ultraschallpuls übertragen und jeweils Echosignale empfangen. Insbesondere legt unter der Steuerung des Zeitpunktsteuerschaltkreises 21 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 der Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis 10 Pulsspannungssignale an die Vielzahl von ausgewählten Transducerelementen an, welche in der Anordnungsrichtung der Transduceranordnung 11 aufeinanderfolgend angeordnet sind. In Reaktion auf die Pulsspannungssignale überträgt die Vielzahl von Transducerelementen einen Ultraschallpuls in den lebendigen Körper 100. Der Ultraschallpuls wird von dem Randbereich zwischen unterschiedlichem lebendigem Gewebe mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen wie beispielsweise ein Randbereich zwischen Muskulatur und Fett reflektiert. Das Echo wird dann durch die oben beschriebenen ausgewählten Transducerelemente empfangen.
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Falls 8 Transducerelemente gemeinsam betrieben werden, werden Pulsspannungssignale mit geringfügigen zeitlichen Verschiebungen relativ zu einander bei diesen 8 Transducerelementen angelegt, wodurch verursacht wird, dass die 8 Transducerelemente Ultraschallpulse bei jeweils geringfügig unterschiedlichen Zeitpunkten übertragen. Diese Anordnung ermöglicht der Übertragungsapertur mit einer zu den 8 Transducerelementen zugehörigen Spanne einen Ultraschallstrahl mit einer auf einen Fokuspunkt konvergierenden Wellenfront zu bilden. Die Position der aus den 64 Transducerelementen der Transduceranordnung 11 betriebenen 8 Transducerelemente wird sukzessive entlang der eindimensionalen Anordnung verschoben, wodurch der Ultraschallstrahl in der lateralen Richtung scannt (das heißt in der Richtung, in welcher die Transducerelemente angeordnet sind). Der Zeitpunkt, bei welchem die Pulsspannungssignale an die 8 Transducerelemente angelegt werden, kann durch den Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 gesteuert werden.
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Um Echos zu empfangen, können dieselben 8 Transducerelemente, welche zur Ultraschallübertragung verwendet wurden, zum Empfangen der Echos verwendet werden. Von den 8 Transducerelementen ausgegebene 8 analoge Empfangssignale werden an den Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis 12 zugeführt und durch diesen verstärkt, nachfolgend werden diese in digitale Empfangssignale durch die 8 ADCs (das heißt analog-zu-digital Konverter) des Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreises 12 umgewandelt. Der Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis 12 führt dann die umgewandelten digitalen Empfangssignale dem Verzögerungseinstellschaltkreis 22 des digitalen Signalverarbeitungsschaltkreise 13 zu.
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Die 8 digitalen Empfangssignale werden einer Verzögerung Einstellung durch dem Verzögerungseinstellschaltkreis 22 derart unterzogen, sodass Zeitunterschiede zwischen diesen Signalen aufgehoben werden, welche zu Unterschieden in dem Abstand zwischen dem Fokuspunkt und den 8 Transducerelementen zuordenbar sind. Eine Zeitpunktseinstellung wird somit ermöglicht, sodass alle Empfangssignale mit dem Signal des Echos von dem Fokuspunkt an derselben zeitlichen Position angeordnet sind. Die 8 digitalen Empfangssignale mit eingestellten Verzögerungen, sodass diese in der Zeit ausgerichtet sind, werden mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren gewichtet und dann durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 aufaddiert, wodurch ein digitales Empfangssignal als das Additionsergebnis erzeugt wird. Dieses einzelne digitale Empfangssignal wird dann einer Rauschentfernung durch das Digitalfilter 24, einer Verstärkungskorrektur durch den Verstärkungskorrekturschaltkreis 25, einer Einhüllenden-Detektion durch den Einhüllenden-Detektionsschaltkreis 26 und etwas Ähnlichem unterzogen. Der Verringerungsschaltkreis 27 wählt Sub-Abtast-Scanlinien oder Sub-Abtast-Pixel nach Notwendigkeit aus, wodurch Bilddaten erzeugt werden, welche für das Format einer Bildanzeige geeignet sind. Der durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 ausgeführte Gewichtungsprozess wird später genau beschrieben.
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Der Verstärkungskorrekturschaltkreis 25 wird unter der Steuerung des Verstärkungssteuerschaltkreises 28 derart betrieben, dass die Amplitude eines digitalen Empfangssignals so verstärkt wird, dass je später die Position eines fraglichen Punktes in dem Empfangssignal ist, desto größer der zugehörige Verstärkungsfaktor wird. Und zwar, wenn der Abstand von der Transduceranordnung 11 zu einem Reflektionspunkt in dem lebendigen Körper 100 zunimmt, nimmt der Verstärkungsfaktor zum Verstärken der Amplitude eines von diesem Punkt empfangenen Signals zu.
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Bei der in 1 dargestellten Ultraschallbildgebungsvorrichtung werden 8 Transducerelemente selektiv unter der Steuerung des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 betrieben. Bei der Übertragungsoperation weisen an den Transducerelementen angelegte Pulsspannungssignale Verzögerungen auf, welche zwischen zwei Seiten über den Mittelpunkt symmetrisch sind, welches ein Punkt zwischen zwei zentralen Transducerelementen in der Richtung ist, in welcher die Transducerelemente der Transduceranordnung 11 angeordnet sind. Bei der Signalverarbeitung nach dem Empfang werden die 8 Empfangssignale, welche in einer zu der angeordneten Anordnung der Transducerelemente der Transduceranordnung 11 gehört, aufaddiert, nachdem diesen jeweilige Verzögerungen hinzugefügt sind, welche zwischen zwei Seiten über den Mittelpunkt, welcher sich zwischen zwei zentralen Signalen befindet, symmetrisch sind.
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2 ist eine Figur, welche ein Beispiel einer Übertragungsoperation darstellt, bei welcher 8 Transducerelemente selektiv betrieben werden. In 2 sind Transducerelemente 11-1 bis 11-8 8 aufeinanderfolgende Transducerelemente aus einer Vielzahl (beispielsweise 64) von Transducerelementen der Transduceranordnung 11, welche in einer Linie angeordnet sind. Wenn Pulsspannungssignale S1 bis S8 an die 8 Transducerelemente 11-1 bis 11-8 jeweils angelegt werden, übertragen die Transducerelemente 11-1 bis 11-8 einen Ultraschallpuls in Richtung eines Fokuspunkts FP1. Dadurch werden die Pulsspannungssignale S1 und S8 zuerst an die Transducerelemente 11-1 und 11-8 angelegt, welche jeweils an entgegengesetzten Enden angeordnet sind. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung danach werden die Pullspannungssignale S2 und S7 an die Transducerelemente 11-2 und 11-7 jeweils angelegt, welches die zweiten von den entgegengesetzten Enden sind. Nach einem Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung danach werden die Pullspannungssignale S3 und S6 an die Transducerelemente 11-3 und 11-6 jeweils angelegt, welches die dritten von den entgegengesetzten Enden sind. Auf den Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung danach werden die Pullspannungssignale S4 und S5 an die Transducerelemente 11-4 und 11-5 jeweils angelegt, welches die vierten von den entgegengesetzten Enden sind. Und zwar übertragen die Transducerelemente 11-1 bis 11-8 der Transduceranordnung 11 einen Ultraschallpuls mit jeweiligen Verzögerungen, welche zwischen zwei Seiten über den Mittelpunkt symmetrisch sind, welches ein Punkt zwischen den zwei zentralen Transducerelementen ist, sodass je näher der Mittelpunkt an dem Transducerelement ist, desto größer die Verzögerung wird. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Transducerelemente 11-1 bis 11-8 einen Ultraschallpuls mit einer Wellenfront übertragen, welche auf den Fokuspunkt FS1 konvergiert.
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3 ist eine Figur, welche ein Beispiel einer Empfangsoperation darstellt, für welche 8 Transducerelemente selektiv betrieben werden. In 3 empfangen die Transducerelemente 11-1 bis 11-8, welches 8 aufeinanderfolgende Transducerelemente aus einer Vielzahl (beispielsweise 64) von Transducerelementen der Transduceranordnung 11, angeordnet in einer Linie, sind, Echos von dem Fokuspunkt FP1. Empfangssignale R1 bis R8, welche durch die Transducerelemente 11-1 bis 11-8 detektiert sind, werden an den Verzögerungseinstellschaltkreis 22 über den Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis 10 und den Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis 12 zugeführt und dann werden die jeweiligen Verzögerungen durch den Verzögerungseinstellschaltkreis 22 hinzugefügt. Dadurch wird ermöglicht, dass beispielsweise keine Verzögerung an den Empfangssignalen R1 und R8 angelegt, welche zu den Transducerelementen 11-1 und 11-8 gehören, welche an entgegengesetzten Enden angeordnet sind. Eine vorbestimmte erste Verzögerung wird den Empfangssignalen R2 und R7 hinzugefügt, welche zu den Transducerelementen 11-2 und 11-7 gehören, welches die zweiten von den entgegengesetzten Enden sind. Weiter wird eine zweite Verzögerung, welche länger als die erste Verzögerung ist, den Empfangssignalen R3 und R6 hinzugefügt, welche zu den zwei Transducerelementen 11-3 und 11-6 gehören, welches die dritten von den entgegengesetzten Enden sind. Eine dritte Verzögerung, welche länger als die zweite Verzögerung ist, wird den Empfangssignalen R4 und R5 hinzugefügt, welche zu den zwei Transducerelementen 11-4 und 11-5 gehören, welches die vierten von den entgegengesetzten Enden sind. Und zwar werden den zu den Transducerelementen 11-1 bis 11-8 der Transduceranordnung 11 zugehörigen 8 Empfangssignale jeweilige Verzögerungen hinzugefügt, welche symmetrisch zu zwei Seiten über den Mittelpunkt sind, welches ein Punkt zwischen den zentralen Transducerelementen ist, sodass je näher der Mittelpunkt an dem Transducerelement ist, desto größer die Verzögerung wird. Mit dieser Anordnung werden die Empfangssignale, welche zu dem Ultraschallpuls von dem Fokuspunkt FS1 gehören, empfangen durch die Transducerelemente 11-1 bis 11-8, bei derselben Position auf der Zeitachse angeordnet, um für den kohärent Additionsprozesses bereitgestellt zu werden.
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4 ist eine Figur, welche ein Beispiel des Betriebs von 8 Transducerelementen darstellt, welche Echos von unterschiedlichen Positionen in der Tiefenrichtung empfangen. In 4 empfangen die 8 Transducerelemente 11-1 bis 11-8 Echos von einem Punkt P1 und Echos von einem Punkt P2, wodurch jeweils 8 Empfangssignale R1 bis R8 erzeugt werden. Es kann festgestellt werden, dass zu dem Zeitpunkt einer vorhergehenden Übertragung die 8 Transducerelemente 11-1 bis 11-8 jeweils Pulsspannungssignale auf dieselbe oder eine ähnliche Weise wie in 2 dargestellt empfangen und einen auf einen gewünschten Fokuspunkt konvergierenden Ultraschallpuls übertragen haben.
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Die Position des Fokuspunkts ist unerheblich für die Darstellung des Falls in 4. Der Einfachheit halber ist allerdings der Fokuspunkt bei einem Mittelpunkt zwischen dem Punkt P1 und dem Punkt P2 eingestellt. In diesem Fall kommen nicht nur Echos bei den Transducerelementen 11-1 bis 11-8 von dem Fokuspunkt an, sondern kommen ebenso bei den Transducerelementen 11-1 bis 11-8 von dem Punkt P1, welcher näher als der Fokuspunkt ist, und von dem Punkt P2, welcher weiter weg als der Fokuspunkt ist, durch die in 4 dargestellten Pfade an. Echos aus unterschiedlichen Positionen in der Tiefenrichtung kommen bei den Transducerelementen 11-1 bis 11-8 bei jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten an und somit tauchen diese als Amplitudenmerkmale in den Empfangssignalen bei unterschiedlichen Positionen auf der Zeitachse auf.
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Bei der in 1 dargestellten Ultraschallbildgebungsvorrichtung stellt der Verzögerungseinstellschaltkreis 22 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 den relativen Zeitpunkt der 8 Empfangssignale R1 bis R8 derart ein, dass der Fokuspunkt, welcher bei dem Mittelpunkt zwischen dem Punkt P1 und dem Punkt P2 angeordnet ist, bei derselben Position auf der Zeitachse positioniert ist. Weiter summiert der Kohärent-Additionsschaltkreis 23 die 8 Empfangssignale nach der Zeitpunktseinstellung auf. Dadurch weisen die Empfangssignale R1 bis R8 von dem Punkt P2 bei einem entfernteren Abstand eine reduzierte Echoamplitude aufgrund der Dämpfung von Ultraschallwellen innerhalb eines lebendigen Körpers auf, sodass es bevorzugt ist, dass so viele Empfangssignale wie möglich für eine kohärente Addition verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass allerdings der Zeitunterschied zwischen den Signalen von Ultraschallpulsechos von dem Fokuspunkt in den Empfangssignalen R1 bis R8 unterschiedlich von der Zeitdifferenz zwischen den Signalen von Ultraschallpulsechos von dem Punkt P2 in den Empfangssignalen R1 bis R8 ist. Der Verzögerungseinstellschaltkreis 22 stellt den relativen Zeitpunkt der Empfangssignale R1 bis R8 derart ein, dass die Position des Echopulses von dem Fokuspunkt mit derselben Position auf der Zeitachse ausgerichtet ist, sodass eine kohärente Addition durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 die Echos von dem Punkt P2 mit einer leichten positionsbezogenen Verschiebung aufaddiert. Da die Abstände zwischen dem Punkt P2 und dem Transducerelementen 11-1 bis 11-8 allerdings relativ lang sind, sind die zeitlichen Positionen der Echos von dem Punkt P2 im den 8 Empfangssignalen R1 bis R8 nicht so unterschiedlich zueinander. Eine kohärente Addition der 8 Empfangssignale R1 bis R8 resultiert daher darin, dass das Echo von dem Punkt P2 im dem addierten Empfangssignal relativ klar ist.
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Die Empfangssignale R1 bis R8 von dem Punkt P bei einem kürzeren Abstand weisen eine ausreichend starke Echoamplitude auf, da die Ultraschallwellen lediglich eine geringe Dämpfung innerhalb des lebendigen Körpers erfahren, sodass es ausreichend ist, dass eine geringe Anzahl von Empfangssignalen für eine kohärente Addition verwendet wird. Der Verzögerungseinstellschaltkreis 22 stellt den relativen Zeitpunkt der Empfangssignale R1 bis R8 derart ein, dass die Position des Ultraschallechopulses von dem Fokuspunkt bei derselben Position auf der Zeitachse ausgerichtet ist, sodass eine kohärente Addition durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 die Echos von dem Punkt P1 mit positionsbezogenen Verschiebungen aufaddiert. Da die Abstände zwischen dem Punkt P1 und den Transducerelementen 11-1 bis 11-8 jeweils in diesem Fall kurz sind, sind die zeitlichen Positionen der Echos von dem Punkt P1 in den 8 Empfangssignalen R1 bis R8 deutlich unterschiedlich zueinander. Eine kohärente Addition der 8 Empfangssignale R1 bis R8 resultiert somit darin, dass das Echo von dem Punkt P1 eine unklare, verschwommene Signalwellenformen in dem addierten Empfangssignal ist. Es kann bevorzugt sein, dass die für eine kohärente Addition verwendete Anzahl von Empfangssignalen reduziert wird, beispielsweise um lediglich die Empfangssignale der Transducerelemente 11-4 und 11-5 für eine kohärente Addition zu verwenden, sodass ein klares Echobild des Punkts P1 möglicherweise auftauchen kann.
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Unter Berücksichtigung des obigen führt der Kohärent-Additionsschaltkreis 23 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreise S1 3 in der in 1 dargestellten Ultraschallbildgebungsvorrichtung eine kohärente Addition der Empfangssignale aus, welche mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren entsprechend dem zeitlichen Positionen der Empfangssignalen versehen sind, das heißt entsprechend der Position in der Tiefenrichtung in einem lebendigen Körper. Und zwar wird der Kohärent-Additionsschaltkreis 23 unter der Steuerung des Zeitpunkts Steuerschaltkreises 21 zum Ändern der Gewichtungsfaktoren in Reaktion auf die zeitlichen Positionen der Empfangssignale betrieben, sodass die Verhältnisse zwischen den Gewichtungsfaktoren sich ändern, das heißt die Unterschiede zwischen den Gewichtungsfaktoren sich ändern. Ein Beispiel wird beschrieben, wobei ein erstes Empfangssignal aus einer Vielzahl von Empfangssignalen mit einem ersten Gewichtungsfaktor aus einer Vielzahl von Gewichtungsfaktoren versehen wird, und ein zweites Empfangssignal aus der Vielzahl von Empfangssignalen mit einem zweiten Gewichtungsfaktor aus der Vielzahl von Gewichtungsfaktoren versehen wird. Bei der Anordnung von Empfangssignalen, welche in einer zu der ausgerichteten Anordnung der Transducerelemente gehörigen Reihenfolge angeordnet sind, ist das erste Empfangssignal näher an dem Mittelpunkt als das zweite Empfangssignal angeordnet. In diesem Fall weist der erste Gewichtungsfaktor einen größeren Wert als der zweite Gewichtungsfaktor auf. Allgemeiner gesprochen, je näher das Empfangssignal an dem Mittelpunkt in der Anordnung der Empfangssignale ist, desto größer ist der zugeordnete Gewichtungsfaktor, und je näher das Empfangssignal zu den Enden ist, desto kleiner ist der zugeordnete Gewichtungsfaktor.
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Der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 13 erhöht das Verhältnis zwischen dem ersten Gewichtungsfaktor dem zweiten Gewichtungsfaktor, wenn der fragliche Punkt sich zeitlich in dem Empfangssignal nach vorne bewegt. Allgemeiner gesprochen, stellt der Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis 13 das Verhältnis (oder eine Differenz) zwischen dem größeren Gewichtungsfaktor, welcher zu dem Empfangssignal zugeordnet ist, welches näher an dem Mittelpunkt in der Anordnung der Empfangssignale ist, und dem kleineren Gewichtungsfaktor, welcher zu dem Empfangssignal zugeordnet ist, welches näher zu einem der Enden ist, sodass das Verhältnis sich zu einer früheren Zeit Position hin erhöht. Und zwar, wenn der Abstand von der Transduceranordnung 11 zu einem Reflektionspunkt in dem lebendigen Körper 100 abnimmt, nimmt der Verstärkungsfaktor zum Verstärken der Amplitude eines von diesem Punkt empfangenen Signals mit einem größeren Betrag für das dem Ende näheren Empfangssignal ab. In diesem Fall kann der Gewichtungsfaktor für das Empfangssignal nahe an dem Ende auf null eingestellt werden, wodurch die Signalamplitude auf null eingestellt wird.
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5 ist eine Figur, welche ein Beispiel von Gewichtungsfaktoren darstellt. Basierend auf den in 5 dargestellten Gewichtungsfaktoren kann der in 1 dargestellte Kohärent-Additionsschaltkreis 23 Gewichtungsfaktoren den Empfangssignalen zuordnen. Die in 5 dargestellten Gewichtungsfaktoren sind als Gleichungen zum Ändern der Gewichtungsfaktoren der jeweiligen Kanäle linear in Reaktion auf die Position in der Tiefenrichtung dargestellt. 8 Empfangssignale, welche in einer eins-zu-eins Korrespondenz mit entsprechend der Ausrichtung von Transducerelementen der Transduceranordnung 11 angeordneten 8 Transducerelementen angeordnet sind, werden als ein Kanal 1 bis ein Kanal 8 sequenziell von einem Ende davon aus bezeichnet. Der Kanal 1 und der Kanal 8 (das heißt die Empfangssignale an den entgegengesetzten Enden) werden mit Gewichtungsfaktoren versehen, deren Werte (h – 30)/40 bei einer Tiefe h (mm) sind. Falls h kleiner oder gleich 30 mm ist, wird allerdings der Wert des Gewichtungsfaktors auf 0 eingestellt. Falls h größer oder gleich 70 mm ist, wird der Wert des Gewichtungsfaktors „1“ eingestellt. Der Kanal 2 und der Kanal 7 (das heißt die Empfangssignale, welches die zweiten der entgegengesetzten Enden sind) werden mit Gewichtungsfaktoren versehen, deren Werte (h – 20)/40) bei einer Tiefe h (mm) sind. Falls h kleiner oder gleich 20 mm ist, wird allerdings der Wert des Gewichtungsfaktors auf 0 eingestellt. Falls h größer oder gleich 60 mm ist, wird der Wert des Gewichtungsfaktors auf „1“ eingestellt. Der Kanal 3 und der Kanal 6 (das heißt die Empfangssignale, welches die dritten von den entgegengesetzten Enden sind) werden mit Gewichtungsfaktoren versehen, deren Werte (h – 10)/40 bei einer Tiefe h (mm) sind. Falls h kleiner oder gleich 10 mm ist, wird allerdings der Wert des Gewichtungsfaktor auf 0 eingestellt. Falls h größer oder gleich 50 mm ist, wird der Wert des Gewichtungsfaktors auf „1“ eingestellt. Der Kanal 4 und der Kanal 5 (das heißt die Empfangssignale bei dem Mittelpunkt) werden mit Gewichtungsfaktoren versehen, deren Wert gleich „1“ ist, unbeachtlich der Tiefe.
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Die in 5 dargestellte Tabelle der Gewichtungsfaktoren stellt die Werte eines Gewichtungsfaktors für jeden Kanal bei dem Punkt bereit, bei welchem die Tiefe h 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm oder 70 mm ist. Die Spalte ganz links stellt die Summe der Gewichtungsfaktoren bereit. Da 2 Kanäle mit demselben Gewichtungsfaktor in derselben Spalte dargestellt sind, werden in 4 lediglich 4 Gewichtungsfaktoren vorgesehen und der Wert der Summe ist die Summe dieser 4 Gewichtungsfaktoren. Entsprechend ist die Summe von 8 Gewichtungsfaktoren der 8 Kanäle zweimal der Wert der in 5 dargestellten Summe. Auf eine kohärente Addition durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 wird das Ergebnis der kohärenten Addition durch die Summe der Gewichtungsfaktoren geteilt, um jedes Additionsergebnis zu normalisieren.
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Wie man aus den in 5 dargestellten Werten der Faktoren erkennen kann, weisen die Werte der Gewichtungsfaktoren, mit welchen jeweilige Empfangssignale multipliziert sind, solche Werte auf, dass Kanäle bei dem Mittelpunkt der 8 Kanäle bei einer Position erhöht werden, welche zu einer geringen Tiefe h gehört, das heißt eine frühe Zeitposition in den Empfangssignalen. Wenn der Wert der Tiefe h zunimmt, das heißt, wenn der fragliche Zeitpunkt in den Empfangssignalen sich auf eine spätere Position bewegt, werden die Werte der Gewichtungsfaktoren, welche zum Multiplizieren der jeweiligen Empfangssignale verwendet werden, derart verändert, dass nicht nur der Mittelabschnitt der 8 Kanäle sondern auch Kanäle näher an den Enden verwendet werden. Wenn der Wert der Tiefe h ausreichend zunimmt, das heißt, wenn der fragliche Zeitpunkt in den Empfangssignalen sich zu einem ausreichend späteren Punkt bewegt, werden die Werte der Gewichtungsfaktoren, welche zum Multiplizieren der jeweiligen Empfangssignale verwendet werden, dieselben für die 8 Kanäle.
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5 stellt Gleichungen für die Gewichtungsfaktoren bereit, welche sich mit der Tiefe h linear verändern. Alternativ können lediglich die Gewichtungsfaktoren, wie bei den Punkten gesehen, bei welchen die Tiefe h jeweils gleich 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm und 70 mm ist, verwendet werden, sodass die Gewichtungsfaktoren eine stufenartige Änderung entsprechend der Tiefe aufweist. Und zwar werden die Gewichtungsfaktoren bei einer Tiefe von 10 mm für den Tiefenbereich von 10 mm bis 20 mm verwendet und werden die Gewichtungsfaktoren bei einer Tiefe von 20 mm für den Tiefenbereich von 20 mm bis 30 mm verwendet, wobei die Gewichtungsfaktoren bei einer Tiefe von 30 mm für den Tiefenbereich von 30 mm bis 40 mm beispielsweise verwendet werden. Weiter kann für den Tiefenbereich jenseits von 70 mm der Gewichtungsfaktor bei einer Tiefe von 70 mm verwendet werden. Die Tabelle der Gewichtungsfaktoren, welche bei den Punkten bestimmt ist, bei welchem die Tiefe h jeweils gleich 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm und 70 mm ist, wie in 5 dargestellt, kann vorbereitet werden und kann darauf Bezug genommen werden in Reaktion auf eine Tiefeninformation, sodass Gewichtungsfaktoren erhalten werden, welche zum Multiplizieren der Empfangssignale in Reaktion auf die Tiefe verwendet werden. Alternativ kann die Hardware zum Berechnen der in 5 dargestellten Gleichungen zum Berechnen der Gleichungen durch Verwenden der Werte der Variablen h bereitgestellt werden, welche eine Tiefe als den Eingang dazu angibt, wodurch Gewichtungsfaktoren erhalten werden, welche zum Multiplizieren der Empfangssignale in Reaktion auf die Tiefe verwendet werden.
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6 ist eine Fig., welche ein Beispiel der Konfiguration des Zeitpunktsteuerschaltkreises 21 und des Kohärent-Additionsschaltkreises 23 darstellt. In 6 umfasst der Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 einen Zeitmessschaltkreis 31, einen Zeit-zu-Tiefe-Umwandlungsschaltkreis 32, eine Gewichtungstabelle 33 und einen Addierer 34. Der Kohärent-Additionsschaltkreis 23 umfasst Multiplizierer 40-1 bis 40-8, einen Addierer 41 und einen Dividierer 42.
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Der Zeitmessschaltkreis 31 empfängt ein Signal, welches den Start einer Pulsübertragung angibt, zu dem Zeitpunkt wenn die Transduceranordnung 11 eine Pulsübertragung startet. Wie zuvor beschrieben, legt unter der Steuerung des Zeitpunkts Steuerschaltkreises 21 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 der Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis 10 Pullspannungssignale an die Vielzahl von ausgewählten Transducerelementen der Transduceranordnung 11 an. In Synchronisation mit dem Zeitpunkt, bei welchem der Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 den Impulsgeber-und-Schalterschaltkreis 10 dazu anweist, Pulsspannungssignale anzulegen, kann das oben beschriebene Signal, welches den Start einer Pulsübertragung angibt, an den Zeitmessschaltkreis 31 angelegt werden. Unmittelbar danach überträgt die Transduceranordnung 11 einen Ultraschallpuls, beginnt die Transduceranordnung 11 damit Echos zu empfangen und beginnt damit Empfangssignale auszugeben. Eine durch den Messschaltkreis 31 gemessene Länge eines Zeitabschnitts von dem Start einer Pulsübertragung wird verwendet, um eine Länge eines Zeitabschnitts von dem Start eines Echoempfangs in dem von der Transduceranordnung 11 ausgegebene Empfangssignal zu bestimmen. Der Zeitmessschaltkreis 31 erzeugt fortlaufend Daten, welche die Länge des Zeitabschnitts angeben, welche sich mit der Zeit erhöht.
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Der Zeit-zu-Tiefen-Umwandlungsschaltkreis 32 wandelt die durch die Transduceranordnung 11 gemessene Länge eines Zeitabschnitts in eine Tiefeninformation um. Und zwar wird die Länge des Zeitabschnitts mit der Schallgeschwindigkeit multipliziert und dann wird das Ergebnis der Multiplikation halbiert, um den Abstand in der Tiefenrichtung zu berechnen. Dieser Abstand gibt den Abstand in der Tiefenrichtung zu dem Reflektionspunkt an, welcher die Signalkomponente reflektiert hat, welche bei der zu der Länge des Zeitabschnitts zugehörigen Zeitposition positioniert ist.
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Die Gewichtungstabelle 33 kann die Gewichtungsfaktoren bei den Punkten aufweisen, bei welchen die Tiefe h jeweils 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm und 70 mm ist, wie zuvor beschrieben in 5 dargestellt. Auf die Gewichtungstabelle 33 wird in Reaktion auf die von dem Zeit-zu-Tiefen-Umwandlungsschaltkreis 32 zugeführte Tiefeninformation Bezug genommen, wodurch 8 Gewichtungsfaktoren in Reaktion auf die Tiefe der 8 Kanäle ausgegeben werden.
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Der Addierer 34 berechnet die Summe der 8 von der Gewichtungstabelle 33 ausgegebenen Gewichtungsfaktoren. Die 8 von der Gewichtungstabelle 33 ausgegebenen Gewichtungsfaktoren und die durch den Addierer 34 erzeugte Summe werden dem Kohärent-Additionsschaltkreis 23 zugeführt. Alternativ können die Summenwerte als Einträge in der Gewichtungstabelle 33 vorgesehen sein, sodass die Summenwerte in Reaktion die in die Gewichtungstabelle 33 eingegebene Tiefeninformation von der Gewichtungstabelle 33 zusammen mit den 8 Gewichtungsfaktoren ausgegeben werden kann. Die 8 Gewichtungsfaktoren und die Summe, welche von dem Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 zu dem Kohärent-Additionsschaltkreis 23 zugeführt werden, weisen Werte auf, welche sich sukzessive mit der Zeit ändern.
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Die Multiplizierer 40-1 bis 40-8 des Kohärent-Additionsschaltkreises 23 multiplizieren die 8 Empfangssignale von dem Verzögerungseinstellschaltkreis 22 mit dem jeweils von dem Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 zugeführten 8 Gewichtungsfaktoren, wodurch 8 gewichtete Empfangssignale erzeugt werden. Der Addierer 41 addiert die 8 gewichteten Empfangssignale auf, um ein einzelnes Empfangssignal als das Additionsergebnis auszugeben. Das durch den Addierer 41 als das Additionsergebnis erhaltene Empfangssignal wird durch die Summe der Gewichtungsfaktoren durch den dividieren 42 dividiert, sodass das Empfangssignal nach der kohärenten Addition durch den Kohärent-Additionsschaltkreis 23 in ein Signal mit einer geeigneten Amplitude normalisiert wird, unbeachtlich der Position auf der Zeitachse.
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7 ist eine Figur, welche ein Beispiel der Konfiguration des Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreises 12 darstellt. Der in 7 dargestellte Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis 12 umfasst eine Vielzahl von AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 mit einer Verstärkungsfunktion und einer AD Umwandlungsfunktion.
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Die AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 empfangen die Empfangssignale von dem Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis 10 und verstärken diese Empfangssignale. Die AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 wandeln die verstärkten Empfangssignale von analogen Signalen in digitale Signale um, nachfolgend werden die umgewandelten Empfangssignale dem Verzögerungseinstellschaltkreis 22 des Digitalsignalverarbeitungsschaltkreises 13 zugeführt. Wie in 6 dargestellt, werden die von dem Zeitpunktsteuerschaltkreis 21 zu dem Kohärent-Additionsschaltkreis 23 zugeführten 8 Gewichtungsfaktoren den AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 jeweils zugeführt. Falls die zugeführten Gewichtungsfaktoren gleich 0 sind, halten die AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 ein verstärken und AD-Umwandeln an. Beispielsweise können Schaltkreise vorgesehen sein, welche HIGH für den Fall von null Gewichtungsfaktoren ausgeben und welche LOW für den Fall von nicht-null Gewichtungsfaktoren ausgeben. Die Ausgaben von solchen Schaltkreisen können Schalter-Schaltkreisen wie beispielsweise PMOS Transistoren zugeführt werden, um das Öffnen und Schließen von Schaltern zu steuern. Eine Energieversorgungsspannung kann den AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 über diese Schalter zugeführt werden, welche das Auftreten von null Gewichtungsfaktoren ermöglichen, um die Energieversorgung der zugehörigen AMP&ADSs zu blockieren und den Betrieb davon anzuhalten. Diese Anordnung dient dazu den Betrieb von unbenötigten AMP&ADSs 50-1 bis 50-8 anzuhalten, wodurch entsprechend ein Energieverbrauch reduziert wird.
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Weiter, obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Variationen und Modifikationen können gemacht werden, ohne von dem in den Ansprüchen bestimmten Schutzbereich abzuweichen.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die ausländische Priorität der
japanischen Prioritätsanmeldung mit der Nummer 2015-084828 , welche am 17. April 2015 bei dem japanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei die gesamten Inhalte davon hiermit durch Bezugnahme eingebunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Impulsgeber-und-Schalter-Schaltkreis
- 11
- Transduceranordnung
- 12
- Verstärker-und-AD-Konverterschaltkreis
- 13
- Digitalsignalverarbeitungsschaltkreis
- 21a
- Zeitpunktsteuerschaltkreis
- 22
- Verzögerungseinstellschaltkreis
- 23
- Kohärent-Additionsschaltkreis
- 24
- digitales Filter
- 25
- Verstärkungskorrekturschaltkreis
- 26
- Einhüllenden-Detektionsschaltkreis
- 27
- Verringerungsschaltkreis
- 28
- Verstärkungssteuerschaltkreis
