JP2003265474A - 超音波用探触子及びそれを用いた超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＣ等に接続して簡単かつ低コストに超音波
画像観測を行える超音波用探触子等を提供する。 【解決手段】 この超音波用探触子は、超音波の送受信
機能を有する超音波振動子１１と、超音波振動子１１を
駆動して超音波を送信させ、超音波振動子１１が超音波
を受信して発生した検出信号を増幅する超音波送受信部
１０と、超音波送受信部１０から出力された検出信号を
処理して音声データ及び画像データを生成する超音波動
画生成部２０と、超音波動画生成部２０において生成さ
れた音声データ及び画像データをリアルタイムデータ形
式に変換する動画通信プロトコル生成部３３と、動画通
信プロトコル生成部３３とＰＣ等との間でデータの送受
信を行う外部インターフェース部４０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の送受信機
能を有する超音波用探触子に関し、さらに、そのような
超音波用探触子を用いて超音波画像を撮像する超音波撮
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波撮像装置は、産業分野では超音波
探傷器、漁業分野では魚群探知器、軍事分野ではアクテ
ィブ・ソナー、医療分野では超音波診断装置というよう
に、広範囲な分野において実用化技術として普及してい
る。例えば、超音波診断装置によれば、体表面に超音波
用探触子を密着させるだけで、非浸襲、無観血的に体内
の形態情報を得られるため、心臓のような動いている臓
器や、胎児の診断等に用いられている。

【０００３】従来の超音波撮像装置は、超音波用探触子
及び超音波画像観測装置によって構成される。しかしな
がら、超音波画像観測装置は非常に高価であり、また、
メーカーそれぞれの超音波用探触子に対して専用である
ため、メーカーの異なる超音波用探触子を使用する場合
には、それぞれ専用の超音波画像観測装置を用意する必
要があった。

【０００４】また、従来の超音波撮像装置においては、
超音波用探触子により超音波の送信及び受信を行い、超
音波の受信により得られたアナログ信号を超音波観測装
置内でディジタル信号に変換して、様々な方式により画
像表示を行っている。一方で、近年はパソコン（ＰＣ）
の機能向上が凄まじく、ＩＥＥＥ１３９４等の汎用イン
ターフェースを介して入力されたビデオ信号をキャプチ
ャーし、画面表示することがＯＳの標準機能として実装
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
用探触子により得られた超音波信号は特有の処理を施す
必要があるため、超音波動画を表示させるためには専用
の超音波観測装置を用意するか、またはＰＣに専用の超
音波処理ボード等を搭載する必要があり、高コストを招
いたり、システムの小型化の障壁となっていた。

【０００６】そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＰＣ
等に接続して簡単かつ低コストに超音波画像観測を行え
る超音波用探触子、及び、それを用いた超音波撮像装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る超音波用探触子は、超音波の送受信機
能を有する超音波振動子と、超音波振動子を駆動して超
音波を送信させ、超音波振動子が超音波を受信して発生
した検出信号を増幅する超音波送受信部と、超音波送受
信部から出力された検出信号を処理して画像データを生
成する超音波動画生成部と、超音波動画生成部において
生成された画像データをリアルタイムデータ形式に変換
する動画通信プロトコル生成部と、動画通信プロトコル
生成部とＰＣ等との間でデータの送受信を行う外部イン
ターフェース部とを具備する。また、本発明に係る超音
波撮像装置は、少なくとも動画通信プロトコル生成部を
備える超音波用探触子と、座標変換処理及び画像補間処
理を行う超音波画像表示ソフトウェアを備える汎用ＰＣ
とを具備する。

【０００８】以上の様に構成した本発明によれば、超音
波観測装置を超音波探触子に一体化することにより、汎
用ＰＣ等に接続して簡単かつ低コストに超音波画像観測
を行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一の構
成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波用探触子
の構成を示すブロック図である。図１に示すように、超
音波用探触子１は、超音波を送受信するための送受信部
１０と、送受信部１０において超音波を受信することに
よって得られる検出信号を処理して画像データ及び音声
データを得る信号処理部２０と、送受信部１０及び信号
処理部２０を制御し、インターフェース部４０を介して
ＰＣ等との間でデータの入出力を行う制御部３０とを含
んでいる。以下においては、超音波用探触子が、汎用Ｐ
Ｃと接続されて超音波撮像装置を構成し、ＰＣのディス
プレイに超音波画像を表示させる例について説明する。

【００１０】送受信部１０は、超音波の送受信機能を有
する第１〜第Ｎの振動子１１と、超音波を送信するよう
に振動子１１を駆動する送信回路１３と、振動子１１が
超音波を受信することによって得られる微弱な検出信号
を増幅する受信回路１４と、複数の振動子１１のいずれ
か１つと送信回路１３及び受信回路１４とを選択して接
続するセレクタ１２とを含んでいる。

【００１１】信号処理部２０は、受信した超音波信号の
減衰特性を補正するＳＴＣ（Sensitivity Time gain Co
ntrol：感度時間利得制御）回路２１と、ＳＴＣ回路２
１から出力される信号の可聴帯域成分（音声信号）を抽
出するＬＰＦ（Low Pass Filter：ローパス・フィル
タ）２２と、ＬＰＦ２２によって抽出された音声信号を
ディジタル信号（音声データ）に変換する音声用ＡＤＣ
（Analog to Digital Converter：アナログ／ディジタ
ル変換器）２３と、音声用ＡＤＣ２３から出力された音
声データを格納する音声用メモリ２４と、ＳＴＣ回路２
１から出力される信号をディジタル信号（画像データ）
に変換する画像用ＡＤＣ２５と、画像用ＡＤＣ２５から
出力された画像データを格納する画像用メモリ２６とを
含んでいる。

【００１２】制御部３０は、音声データ及び画像データ
を読み出して画像データの座標変換及び補間処理を行
い、インターフェース部４０を介して接続されているＰ
Ｃにこれらのデータを送信し、また、ＰＣから出力され
た命令に基づいて信号を出力するパケットデータ処理部
３３と、パケットデータ処理部３３の出力した信号に基
づいてＴＧ（Timing Generator：タイミングジェネレー
タ）回路３１を制御し、ＴＧ回路３１が作成したタイミ
ングに基づいてＳＴＣ回路２１を制御するＣＰＵ（Cent
ral Processing Unit：中央処理装置）３２と、セレク
タ１２、送信回路１３及びパケットデータ処理部３３を
制御し、セレクタ１２及び送信回路１３を制御するタイ
ミングを作成するＴＧ回路３１とを含んでいる。

【００１３】次に、本実施形態に係る超音波用探触子の
動作について、図１を参照しながら説明する。パケット
データ処理部３３は、ＰＣからインターフェース部４０
を介して送られてきたコントロール信号パケットを命令
に変換してＣＰＵ３２に出力する。例えば、パケットデ
ータ処理部３３が、ＰＣから送られてきた「ライブ命
令」のコントロール信号パケットを「ライブ命令」に変
換してＣＰＵ３２に出力すると、ＣＰＵ３２は、ＴＧ回
路３１等を起動する。ＣＰＵ３２により起動されたＴＧ
回路３１は、セレクタ１２、送信回路１３及びＣＰＵ３
２にＴｓｙｎｃ信号を出力する。送信回路１３は、入力
されたＴｓｙｎｃ信号に同期して、第１〜第Ｎの振動子
１１を駆動する駆動パルスを生成し、送信回路１３側の
信号線ＴＸを介してセレクタ１２に出力する。セレクタ
１２は、Ｔｓｙｎｃ信号に同期して、送信回路側の信号
線ＴＸ及び受信回路側の信号線ＲＸを振動子側の信号線
ＴＲ１〜ＴＲＮに順次接続し、各振動子１１から超音波
が送信される。

【００１４】各振動子１１は、送信した超音波が被検体
によって反射されて生じるエコー波を受信する。各振動
子１１がエコー波を受信して発生する検出信号は、セレ
クタ１２によって切り換えられて、受信回路１４に順次
入力される。受信回路１４は、各振動子１１からの微弱
な検出信号を増幅して、ＳＴＣ回路２１に出力する。

【００１５】図２は、図１に示す送受信部１０の各部に
おける信号波形を示す図である。図２に示すように、振
動子側の信号線ＴＲ１〜ＴＲＮにおいては、Ｔｓｙｎｃ
信号に同期して、振動子１１に供給される駆動パルス及
び振動子１１から出力される検出信号が観測される。こ
れらの検出信号は、セレクタ１２及び信号線ＲＸを介し
て、受信回路１４に入力される。受信回路１４において
は、各振動子から出力される検出信号成分（ＲＡ１、Ｒ
Ａ２、・・・、ＲＡＮ）が取り出され、これらの検出信
号成分が微弱な信号であるために増幅され、増幅された
検出信号が信号線ＲＳを介してＳＴＣ回路２１に出力さ
れる。

【００１６】再び図１を参照すると、受信回路１４から
出力された検出信号は、ＳＴＣ回路２１に入力される。
超音波信号は進達距離に応じて減衰する特性を有するの
で、検出信号は、受信時間に応じて減衰した信号とな
る。そこで、ＳＴＣ回路２１において、超音波の進達距
離に応じて検出信号の振幅を補正する。ＣＰＵ３２は、
ＴＧ回路３１から入力されたＴｓｙｎｃ信号に同期し
て、内蔵するＤＡＣ（Digital to Analog Converter：
ディジタル／アナログ変換回路）からＳＴＣ＿ＣＯＮ信
号をＳＴＣ回路２１に出力する。ＳＴＣ回路２１は、Ｓ
ＴＣ＿ＣＯＮ信号の電圧値に基づいて、超音波の進達距
離の影響を除去するように検出信号を増幅する。あるい
は、ＰＣから出力される信号をＤＡＣを介してＳＴＣ＿
ＣＯＮ信号とすることによって、ＳＴＣの制御をＰＣ側
から行うことも可能である。

【００１７】図３は、図１に示すＳＴＣ回路２１の動作
におけるタイミングチャートである。図３に示すよう
に、信号線ＲＳを介してＳＴＣ回路２１に入力された検
出信号は、Ｔｓｙｎｃ信号に同期してＣＰＵ３２から出
力されるのこぎり波のようなＳＴＣ＿ＣＯＮ信号によっ
て制御される増幅率で増幅され、超音波の進達距離によ
る減衰の影響が除去された検出信号ＳＴＣ＿ＯＵＴが出
力される。

【００１８】図４は、図１に示す超音波用探触子１の全
体動作を示すタイミングチャートである。ここで、Ｔｓ
ｙｎｃ信号は１音線期間を示し、Ｆｓｙｎｃ信号は１フ
レーム期間を示す。振動子１１の数をＮ個とすると、１
フレームはＮ本の音線データで構成される。

【００１９】フレーム期間ＴＦ１において音声用メモリ
２４及び画像用メモリ２６のそれぞれに蓄積された音声
データＳ１及び画像データＩｍ１のデータセットは、次
のフレーム期間ＴＦ２においてパケットデータ処理部３
３に転送され、パケットデータセットＰＤ１が生成され
る。本実施形態においては、深部視野を広くするため
に、複数の振動子１１が扇状に配置され、超音波は空間
に扇状に放出される。したがって、エコー波の受信によ
り得られる検出信号も、メモリ上で扇状に再配置する座
標変換を行う必要がある。また、変換後の座標に対応す
る超音波データが必ずしも存在するわけではないので、
補間処理を行う必要がある。本実施形態においては、こ
の座標変換機能及び補間機能をパケットデータ処理部３
３に組み込み、パケットデータへの変換の前処理として
座標変換、補間処理を行うことで小型化及びコストダウ
ンを実現している。また、今後ＰＣの処理速度がさらに
向上した場合には、ＰＣに座標変換機能及び補間機能を
有するソフトウエアを搭載することも可能である。

【００２０】パケットデータ処理部３３で生成されたパ
ケットデータセットＰＤ１は、フレーム期間ＴＦ２にお
いて、インターフェース部４０を介してＰＣに送信さ
れ、ＰＣでは、次のフレーム期間ＴＦ３において、入力
されたパケットデータセットＰＤ１に基づいてフレーム
画像データＦｒａｍｅ１を生成し、その画像を画面上に
表示する。このようにして、フレーム期間ＴＦ１、ＴＦ
２、ＴＦ３、・・・において蓄積された音声データＳ
１、Ｓ２、Ｓ３、・・・及び画像データＩｍ１、Ｉｍ
２、Ｉｍ３、・・・が、次々とＰＣに転送され、フレー
ム画像データＦｒａｍｅ１、Ｆｒａｍｅ２、Ｆｒａｍｅ
３、・・・によって表わされる動画像が、ＰＣ表示画面
上に再生される。

【００２１】超音波用探触子とＰＣとの通信において、
インターフェース規格としては、ＩＥＥＥ１３９４又は
ＵＳＢ等が使用可能であり、動画用通信プロトコルとし
ては、ＡＶプロトコル等が使用可能である。また、特に
ＡＶプロトコルにおいては、リアルタイムデータ形式と
してＤＶＣＲフォーマットが使用される。パケットデー
タ処理部３３においては、ＡＶプロトコルに従うコント
ロール信号パケット、信号伝送手段パケット、ＤＶＣＲ
パケットが生成され、インターフェース部４０を介して
ＰＣに送信される。

【００２２】図５は、図１に示すＣＰＵ３２の動作を示
すフローチャートである。ＣＰＵ３２は、通常インター
フェース部４０及びパケットデータ処理部３３を介して
ＰＣから出力される命令を常に監視しているため、ステ
ップＳ１及びＳ２を含むループを常に実行している。

【００２３】ステップＳ１においては、ＰＣから出力さ
れる命令が「ライブ命令」であるか否かを監視してい
る。ＰＣから出力される命令が「ライブ命令」である場
合には、ＣＰＵ３２は、ステップＳ３においてＴＧ回路
の動作を開始させ、ステップＳ４においてＳＴＣ回路用
ＤＡＣの動作を開始させ、ステップＳ５においてパケッ
トデータ処理部の動作を開始させる。

【００２４】ステップＳ２においては、ＰＣから出力さ
れる命令が「ストップ命令」であるか否かを監視してい
る。ＰＣから出力される命令が「ストップ命令」である
場合には、ＣＰＵ３２は、ステップＳ６においてＴＧ回
路の動作を終了させ、ステップＳ７においてＳＴＣ回路
用ＤＡＣの動作を終了させ、ステップＳ８においてパケ
ットデータ処理部の動作を終了させる。

【００２５】図６は、本発明の第２の実施形態に係る超
音波用探触子の構成を示すブロック図である。図６に示
す超音波探触子２において、送受信部５０は、複数の受
信回路５４と、アナログ加算回路５５とを含み、セレク
タ５２が複数の振動子１１と複数の受信回路５４とをそ
れぞれ接続することにより受信ビームフォーマを形成す
ることも可能である。同様に、複数の送信回路を配置す
れば、送信ビームフォーマを形成することも可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、受
信信号処理部及び制御部を超音波用探触子に一体化し、
制御部のパケットデータ処理部に座標変換機能及び補間
機能を組み込んだので、ＰＣに接続して簡単に超音波画
像を観測することができる。また、超音波受信信号の可
聴領域の信号を取り出し、これに基づいて音声データを
生成することにより、拍動音のある臨場感のある超音波
動画像が得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波用探触子
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す送受信部１０の各部における信号波
形を示す図である。

【図３】図１に示すＳＴＣ回路２１の動作におけるタイ
ミングチャートである。

【図４】図１に示す超音波用探触子１の全体動作におけ
るタイミングチャートである。

【図５】図１に示すＣＰＵ３２の動作におけるフローチ
ャートである。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波用探触子
の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１、２ 超音波用探触子 １０、５０ 送受信部 １１ 振動子 １２、５２ セレクタ １３ 送信回路 １４、５４ 受信回路 ２０ 信号処理部 ２１ ＳＴＣ回路 ２２ ＬＰＦ ２３ 音声用ＡＤＣ ２４ 音声用メモリ ２５ 画像用ＡＤＣ ２６ 画像用メモリ ３０ 制御部 ３１ ＴＧ回路 ３２ ＣＰＵ ３３ パケットデータ処理部 ４０ インターフェース部 ５５ 加算回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 EA14 GF24 GG21 GG40 GH04 GH05 GH08 4C301 CC10 EE15 JA20 JC01 LL04 4C601 EE12 GD20 JB55 JB57 JC01 KK16 LL01 LL02 5D019 BB17 FF04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送受信機能を有する超音波振動
   子と、 前記超音波振動子を駆動して超音波を送信させ、前記超
   音波振動子が超音波を受信して発生した検出信号を増幅
   する超音波送受信部と、 前記超音波送受信部から出力された検出信号を処理して
   画像データを生成する超音波動画生成部と、 前記超音波動画生成部において生成された画像データを
   リアルタイムデータ形式に変換する動画通信プロトコル
   生成部と、 前記動画通信プロトコル生成部とＰＣ等との間でデータ
   の送受信を行う外部インターフェース部と、を具備する
   超音波用探触子。
2. 【請求項２】 前記動画通信プロトコル生成部が、座標
   変換機能及び画像補間機能を有することを特徴とする請
   求項１記載の超音波用探触子。
3. 【請求項３】 前記超音波送受信部から出力された検出
   信号を処理して音声データを生成する音声データ生成手
   段をさらに具備する請求項１又は２記載の超音波用探触
   子。
4. 【請求項４】 前記超音波動画生成部における感度時間
   利得制御動作をＰＣからの命令に基づいて行うことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の超音波用探
   触子。
5. 【請求項５】 少なくとも動画通信プロトコル生成部を
   備える超音波用探触子と、 座標変換処理及び画像補間処理を行う超音波画像表示ソ
   フトウェアを備える汎用ＰＣと、を具備する超音波撮像
   装置。