JP2004113694A - Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method - Google Patents

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JP2004113694A
JP2004113694A JP2002285000A JP2002285000A JP2004113694A JP 2004113694 A JP2004113694 A JP 2004113694A JP 2002285000 A JP2002285000 A JP 2002285000A JP 2002285000 A JP2002285000 A JP 2002285000A JP 2004113694 A JP2004113694 A JP 2004113694A
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Japan
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ultrasonic
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Tomoo Sato
佐藤 智夫
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic imaging apparatus that reduces a crosstalk between ultrasonic echoes reflected from a plurality of directions while employing a multi-beam system simultaneously sending and receiving a plurality of ultrasonic beams to obtain an ultrasonic image at a high sampling rate. <P>SOLUTION: The ultrasonic imaging apparatus has an ultrasonic search unit 13 forming ultrasonic beams in accordance with a plurality of drive signals and sending them to a subject and receiving ultrasonic echoes reflected from the subject, sending side circuits 10 to 12 adjusting the amount of delay of the plurality of drive signals and supplying to the ultrasonic search unit to parallelly scan the subject by the plurality of ultrasonic beams having different phases, and a receiving side circuits 16 to 25 acquiring image information concerning the subject by processing a plurality of detection signals generated by the reception of the ultrasonic search unit of ultrasonic echoes on the basis of the phase information of ultrasonic echoes. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用の超音波診断装置や工業用の探傷装置等として用いられる超音波撮像装置においては、通常、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波探触子(プローブ)が用いられる。このような超音波探触子を用いて、複数の超音波トランスデューサから送信される超音波を合波して形成される超音波ビームによって被検体を走査させることにより、被検体に関する画像情報が得られる。さらに、この画像情報に基づいて、被検体の2次元又は3次元領域における超音波画像が再現される。このような超音波ビームを用いた走査方法の1つとして、被検体の扇状の2次元領域を角度方向に走査する、いわゆるセクタ走査が知られている。
【0003】
セクタ走査は、本来、人体の肋間から心臓を観察するための手法として開発されたものである。一般的に、セクタ走査においては、送信点から被検体の深さ方向に延びる超音波ビームが被検体内に扇状に順次送信され、この超音波ビームによって、被検体の扇状の2次元領域が等間隔の角度で走査される。ここで、各々の角度において、超音波ビームに沿って被検体の深さ方向に等間隔で分布する複数のサンプリング点に関する画像情報が、一定の時間間隔でサンプリングされる。サンプリングされた画像情報に基づいて得られた2次元又は3次元の超音波画像は、心臓については断層心エコー図と呼ばれている。
【0004】
一方、超音波に含まれる基本波の高調波成分を利用するハーモニック・イメージングにおいては、高い音圧により超音波造影剤の気泡を破壊することにより、血流からのエコー信号の増強が図られている。下記の特許文献1には、時系列に送信する超音波ビームの位相を180°ずらすことにより、ハーモニック・イメージングにおけるフレームレートを向上させることが開示されている。また、下記の特許文献2には、時系列に送信する超音波ビームの位相を180°ずらすことが開示されている。
【0005】
ところで、近年においては、より高いサンプリングレートで超音波画像を得ることが検討されている。下記の特許文献3には、リアルタイムで3次元超音波画像を形成するために2次元トランスデューサアレイを用いると共に、同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用した超音波撮像システムにおいて、クロストークを除去する幾つかの技術が開示されている。クロストークを除去する技術としては、超音波ビームをコード化して送信したり、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信したり、超音波ビームの送信方向を離したり、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いることが挙げられている。
【0006】
しかしながら、超音波ビームをコード化しても、同時に送受信される超音波ビームの数が増加すると、コードにより超音波ビームを識別することが困難になる。また、隣接ビームのサイドローブがゼロとなる方向にメインビームを送信しようとしても、生体内においては隣接ビームのサイドローブが完全にゼロとはならない。一方、超音波ビームの送信方向を離す場合には、同時に多数の超音波ビームを送受信することが困難である。また、複数の超音波ビームの間で異なる中心周波数を用いる場合には、超音波トランスデューサの周波数帯域に限界があるため、同時に送受信される超音波ビームの数が制限される。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第6,193,663号明細書(アブストラクト)
【特許文献2】
米国特許第6,358,210号明細書(アブストラクト)
【特許文献3】
米国特許第6,179,780号明細書(アブストラクト、図7−図10)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、高いサンプリングレートで超音波画像を得るために同時に複数の超音波ビームを送受信するマルチビーム方式を採用しつつ、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る超音波撮像装置は、超音波撮像装置であって、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査するように、複数の駆動信号の遅延量を調整して超音波用探触子に供給する送信側回路と、超音波用探触子が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号を、超音波エコーの位相情報に基づいて処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側回路とを具備する。
【0010】
また、本発明に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査するように、複数の駆動信号の遅延量を調整して超音波用探触子に供給するステップ(a)と、超音波用探触子が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号を、超音波エコーの位相情報に基づいて処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ(b)とを具備する。
【0011】
本発明によれば、異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、医療用の超音波診断装置や工業用の探傷装置として用いられる。
【0013】
図1に示すように、超音波撮像装置は、超音波用探触子13と、超音波用探触子13に複数の駆動信号を供給して超音波を送信させる送信側回路10〜12と、超音波用探触子13が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号を処理することにより被検体に関する画像情報を得る受信側回路16〜25と、受信側回路から出力される画像信号に基づいて画像を表示する画像表示部30と、各部の回路を制御するCPU等のシステム制御部40とを含んでいる。
【0014】
被検体に当接させて用いられる超音波用探触子13は、2次元トランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ14を備えている。超音波トランスデューサ14としては、例えば、PZT(Pb(lead) zirconate titanate:チタン酸ジルコン酸鉛)等のセラミック圧電材やPVDF(polyvinyl difluoride:ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電材を材料とする圧電素子を用いることができる。本実施形態においては、1つの超音波トランスデューサが超音波の送信と受信の両方に用いられるが、超音波の送信と受信のために別々の超音波トランスデューサを備えるようにしても良い。また、2次元トランスデューサアレイの替わりに、行又は列の数が少ない1.5次元トランスデューサアレイや、1次元トランスデューサアレイを用いても良い。
【0015】
超音波の送信時においては、異なる位相を有するN本(Nは2以上の整数)の超音波ビームによって被検体を並列的に(ほぼ同時に)走査するように、送信ビームフォーマ10が送信遅延コントロール部11にN個のアドレスを供給する。送信遅延コントロール部11は、供給されたN個のアドレスに基づいて、超音波用探触子13に含まれている複数の超音波トランスデューサ14から送信すべき超音波の遅延時間を、内蔵する遅延時間格納メモリから読み出し、これに基づいて複数の発火信号を生成する。
【0016】
送信遅延コントロール部11において生成された複数の発火信号は、複数のパルサ回路12にそれぞれ供給される。これらのパルサ回路12は、供給された発火信号に従って、複数の駆動信号を超音波用探触子13に出力する。超音波用探触子13に含まれている複数の超音波トランスデューサ14は、対応するパルサ回路12から出力された駆動信号に基づいて、超音波を発生する。これにより、複数の超音波トランスデューサから発生された超音波の合波によって形成される超音波ビームを所望の方向に偏向させて、被検体を走査させることができる。
【0017】
ここで、図2に示すように、2次元トランスデューサの開口部の一辺の長さをLとし、最大偏向角をθMAXとすると、最大偏向のために必要な遅延量τMAXは次式で表される。
τMAX=(L・sinθMAX)/c ・・・(1)
ただし、cは超音波の音速である。また、図3に示すように、送信波A及びBの時間間隔をTとすると、マルチビーム方式の特徴を生かすためには、Tが次の条件を満たすことが必要である。
T≦10τMAX ・・・(2)
ここで、τMAXは10μ秒程度であり、10τMAXは超音波の進路のほぼ半分に相当する。さらに、不感帯が実質上問題とならないようにするためには、Tが次の条件を満たすことが望ましい。
T≦τMAX ・・・(3)
【0018】
このように、複数の送信波の合波により、異なる方向に延びる複数の超音波ビームを短い時間内に次々と形成する必要がある。そのため、パルサ回路12としては、高い繰り返し周期で駆動信号を出力できる高速パルサ回路が好ましい。
【0019】
本実施形態においては、N本の超音波ビームの内の隣接する2つの超音波ビーム間の位相差がπ/2+2nπ(nは整数であり、以下においては0とする)となるように、送信ビームフォーマ10及び送信遅延コントロール部11が複数の駆動信号の遅延量を調整する。例えば、図4に示すように、位相が90°ずつ回転している3本の超音波ビーム1〜3が、角度φずつ離れた3つの方向に並列的に送信される。これらの超音波ビームは、同じ方向に移動するようにステアリングされる。図5に、これら3本の超音波ビームの波形を示し、図6に、合成される送信波の角度に対する強度分布を示す。図6においては、2次元トランスデューサアレイの中心から一定の距離における送信波の強度分布が示されている。
【0020】
一方、超音波の受信時においては、複数の超音波トランスデューサ14から出力される検出信号が、それぞれに対応する複数の前置増幅器16によって増幅された後、受信遅延コントロール部17に入力される。受信遅延コントロール部17は、システム制御部40の制御の下で、増幅された検出信号に所望の遅延を与えて加算する。これにより、超音波用探触子13に含まれる複数の超音波トランスデューサ14が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号について、位相の整合に基づく受信ビームフォーミングが行われる。
【0021】
受信遅延コントロール部17からは、並列的に送信される超音波ビームに対応したN本の受信ビーム毎に出力信号が取り出される。これらの出力信号は、STC(Sensitivity Time gain Control:感度時間利得制御)回路18によって、深部検出における検出信号の減衰の補正が行われる。また、N本の受信ビームに対応した数の同期検波回路19によって、N本の受信ビーム毎に検出信号の同期検波が行われる。これらの同期検波回路19には、局部発振器によって発生された局部発振信号が、位相を90°ずつ回転させながら供給されている。これにより、送信した超音波ビームの位相に対応して検出信号の同期検波が行われ、受信波の強度が求められる。あるいは、同期検波を行う替わりに、検出信号に対して相関処理を施すことにより、送信した超音波ビームの位相に対応して受信波の強度を求めるようにしても良い。
【0022】
図7は、角度に対する受信特性を示したものである。図6に示す送信波の強度分布と、図7に示す受信特性とを掛け合わせると、図8に示すような受信波の強度分布が求められる。図8において、破線は、従来技術において複数の送信ビームの位相を同一とした場合における受信波の強度分布を示しており、隣接する送信ビームのピーク位置に−30dB程度のクロストークが発生している。これに対し、実線は、本実施形態において複数の送信ビームの位相を90°ずつ回転させた場合における受信波の強度分布を示しており、同期検波又は相関処理によってクロストークが低減できることを示している。なお、一点鎖線は、マルチビーム方式によらずに1本のビームだけを送信した場合における受信波の強度分布を示している。
【0023】
各々の同期検波回路19から出力された検出信号は、Log圧縮回路20によって対数圧縮され、A/Dコンバータ21においてディジタル信号(検出データ)に変換されて、メモリ22に一旦記憶される。さらに、DSC(Digital ScanConvertor:ディジタルスキャンコンバータ)24において走査フォーマットの変換を行うことにより、超音波ビームの走査空間における画像データが物理空間における画像データに変換される。なお、3次元画像の表示を行う場合には、メモリ22とDSC24との間に3次元画像構成部23を組み込んでも良い。3次元画像構成部23は、メモリ22に蓄積された複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセル(voxel)データを生成する。DSC24によって走査フォーマットが変換された画像データは、D/Aコンバータ25においてアナログ信号に変換され、画像表示部30に超音波画像が表示される。
【0024】
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態においては、N本の超音波ビームの内の隣接する2つの超音波ビーム間の位相差がπ+2nπ(nは整数であり、以下においては0とする)となるように、送信ビームフォーマ10及び送信遅延コントロール部11が複数の駆動信号の遅延量を調整する。その他の点に関しては、第1の実施形態と同様である。例えば、図9に示すように、位相が180°ずつ回転している4本の超音波ビーム1〜4が、角度φ’ずつ離れた4つの方向に並列的に送信される。これらの超音波ビームは、同じ方向に移動するようにステアリングされる。
【0025】
図10に、これら4本の超音波ビームの波形を示し、図11に、合成される送信波の角度に対する強度分布を示す。図11においては、2次元トランスデューサアレイの中心から一定の距離における送信波の強度分布が示されている。ここで、破線は、従来技術において複数の送信ビームの位相を同一とした場合における送信波の強度分布を示している。これに対し、実線は、本実施形態において複数の送信ビームの位相を180°ずつ回転させた場合における送信波の強度分布を示しており、隣接する超音波ビームの送信方向の中点においては、位相が180°ずれた送信波の打ち消し合いにより送信音圧が低下する。
【0026】
図12は、角度に対する受信特性を示したものである。図11に示す送信波の強度分布と、図12に示す受信特性とを掛け合わせると、図13に示すような受信波の強度分布が求められる。図13において、破線は、従来技術において複数の送信ビームの位相を同一とした場合における受信波の強度分布を示している。これに対し、実線は、本実施形態において複数の送信ビームの位相を180°ずつ回転させた場合における受信波の強度分布を示しており、同期検波又は相関処理によってクロストークが低減できることを示している。本実施形態においては、隣接する超音波ビームのピークは残るものの、ディップをより深くすることができるので、超音波ビームの送信方向の近傍におけるコントラストが上昇する。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査することにより、複数の方向から反射される超音波エコー間のクロストークを低減することができる。
【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撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図2】超音波ビームの偏向に必要な遅延量について説明するための図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における送信波の時間間隔に関する条件について説明するための図である。
【図4】本発明の第1の実施形態における複数の超音波ビームの送信について説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施形態において送信される3本の超音波ビームの波形を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施形態における送信波の強度分布を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施形態における受信特性を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施形態における受信波の強度分布を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施形態における複数の超音波ビームの送信について説明するための図である。
【図10】本発明の第2の実施形態において送信される3本の超音波ビームの波形を示す図である。
【図11】本発明の第2の実施形態における送信波の強度分布を示す図である。
【図12】本発明の第2の実施形態における受信特性を示す図である。
【図13】本発明の第2の実施形態における受信波の強度分布を示す図である。
【符号の説明】
10 送信ビームフォーマ
11 送信遅延コントロール部
12 パルサ回路
13 超音波用探触子
14 超音波トランスデューサ
16 前置増幅器
17 受信遅延コントロール部
18 STC回路
19 同期検波回路
20 Log圧縮回路
21 A/Dコンバータ
22 メモリ
23 3次元画像構成部
24 DSC
25 D/Aコンバータ
30 画像表示部
40 システム制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic imaging method used for performing diagnosis and non-destructive inspection of an in vivo organ by transmitting and receiving ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
In an ultrasonic imaging apparatus used as a medical ultrasonic diagnostic apparatus or industrial flaw detection apparatus, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is usually used. It is done. By using such an ultrasonic probe, the subject is scanned with an ultrasonic beam formed by combining ultrasonic waves transmitted from a plurality of ultrasonic transducers, thereby obtaining image information about the subject. It is done. Furthermore, an ultrasonic image in a two-dimensional or three-dimensional region of the subject is reproduced based on this image information. As one of scanning methods using such an ultrasonic beam, so-called sector scanning is known in which a fan-shaped two-dimensional region of a subject is scanned in an angular direction.
[0003]
Sector scanning was originally developed as a technique for observing the heart from the intercostal space of the human body. In general, in sector scanning, an ultrasonic beam extending in the depth direction of a subject from a transmission point is sequentially transmitted in a fan shape into the subject, and the fan-shaped two-dimensional region of the subject is equalized by this ultrasonic beam. Scanned at an interval angle. Here, at each angle, image information relating to a plurality of sampling points distributed at equal intervals along the ultrasonic beam along the ultrasonic beam is sampled at regular time intervals. A two-dimensional or three-dimensional ultrasound image obtained based on sampled image information is called a tomographic echocardiogram for the heart.
[0004]
On the other hand, in harmonic imaging using the harmonic component of the fundamental wave contained in ultrasound, the echo signal from the bloodstream is enhanced by destroying bubbles of the ultrasound contrast agent with high sound pressure. Yes. Patent Document 1 below discloses that the frame rate in harmonic imaging is improved by shifting the phase of an ultrasonic beam transmitted in time series by 180 °. Patent Document 2 below discloses that the phase of an ultrasonic beam transmitted in time series is shifted by 180 °.
[0005]
Incidentally, in recent years, it has been studied to obtain an ultrasonic image at a higher sampling rate. In Patent Document 3 below, an ultrasonic imaging system that uses a two-dimensional transducer array to form a three-dimensional ultrasonic image in real time and simultaneously transmits and receives a plurality of ultrasonic beams is used. Several techniques for removing talk have been disclosed. As a technique for removing the crosstalk, the ultrasonic beam is encoded and transmitted, the main beam is transmitted in a direction in which the side lobe of the adjacent beam becomes zero, the transmission direction of the ultrasonic beam is separated, or a plurality of The use of different center frequencies between the ultrasound beams is mentioned.
[0006]
However, even if the ultrasonic beam is coded, if the number of ultrasonic beams simultaneously transmitted and received increases, it becomes difficult to identify the ultrasonic beam by the code. Further, even if the main beam is transmitted in a direction in which the side lobe of the adjacent beam becomes zero, the side lobe of the adjacent beam is not completely zero in the living body. On the other hand, when separating the transmission direction of the ultrasonic beam, it is difficult to simultaneously transmit and receive many ultrasonic beams. In addition, when using different center frequencies among a plurality of ultrasonic beams, the frequency band of the ultrasonic transducer is limited, and thus the number of ultrasonic beams that are simultaneously transmitted and received is limited.
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 6,193,663 (abstract)
[Patent Document 2]
US Pat. No. 6,358,210 (abstract)
[Patent Document 3]
US Pat. No. 6,179,780 (abstract, FIGS. 7-10)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above points, the present invention adopts a multi-beam method in which a plurality of ultrasonic beams are simultaneously transmitted and received in order to obtain an ultrasonic image at a high sampling rate, and an ultrasonic echo reflected from a plurality of directions. An object of the present invention is to provide an ultrasonic imaging apparatus and an ultrasonic imaging method that can reduce crosstalk between the two.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an ultrasonic imaging apparatus according to the present invention is an ultrasonic imaging apparatus, and forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers respectively operating according to a plurality of drive signals to form a subject. A plurality of drive signals are transmitted so as to scan the subject in parallel with a plurality of ultrasonic beams having different phases and an ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic echo reflected from the subject. The transmission side circuit that adjusts the amount of delay and supplies it to the ultrasonic probe, and the multiple detection signals obtained by the ultrasonic probe receiving the ultrasonic echo are used as the phase information of the ultrasonic echo. And a receiving side circuit that obtains image information related to the subject by performing processing based on the processing.
[0010]
The ultrasonic imaging method according to the present invention also forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and transmits an ultrasonic echo reflected from the subject. An ultrasonic imaging method for imaging a subject using a receiving ultrasonic probe, wherein a plurality of drive signals are used so that the subject is scanned in parallel by a plurality of ultrasonic beams having different phases. (A) adjusting the delay amount and supplying the ultrasonic probe to the ultrasonic probe, and a plurality of detection signals obtained by receiving the ultrasonic echo by the ultrasonic probe, the phase of the ultrasonic echo And (b) obtaining image information relating to the subject by processing based on the information.
[0011]
According to the present invention, crosstalk between ultrasonic echoes reflected from a plurality of directions can be reduced by scanning a subject in parallel with a plurality of ultrasonic beams having different phases.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. This ultrasonic imaging apparatus is used as, for example, a medical ultrasonic diagnostic apparatus or an industrial flaw detection apparatus.
[0013]
As shown in FIG. 1, the ultrasonic imaging apparatus includes an ultrasonic probe 13 and transmission-side circuits 10 to 12 that transmit ultrasonic waves by supplying a plurality of drive signals to the ultrasonic probe 13. The ultrasonic probe 13 processes a plurality of detection signals obtained by receiving ultrasonic echoes, and obtains image information relating to the subject, and is output from the reception side circuit. An image display unit 30 that displays an image based on an image signal and a system control unit 40 such as a CPU that controls the circuits of the respective units are included.
[0014]
The ultrasonic probe 13 used in contact with a subject includes a plurality of ultrasonic transducers 14 constituting a two-dimensional transducer array. As the ultrasonic transducer 14, for example, a piezoelectric material made of a ceramic piezoelectric material such as PZT (Pb (lead) zirconate titanate) or a polymeric piezoelectric material such as PVDF (polyvinyl difluoride) is used. An element can be used. In the present embodiment, one ultrasonic transducer is used for both transmission and reception of ultrasonic waves. However, separate ultrasonic transducers may be provided for transmission and reception of ultrasonic waves. Further, instead of the two-dimensional transducer array, a 1.5-dimensional transducer array having a small number of rows or columns or a one-dimensional transducer array may be used.
[0015]
When transmitting ultrasonic waves, the transmission beamformer 10 controls transmission delay so that the subject is scanned in parallel (substantially simultaneously) by N ultrasonic beams (N is an integer of 2 or more) having different phases. N addresses are supplied to the unit 11. The transmission delay control unit 11 has a built-in delay time for ultrasonic waves to be transmitted from the plurality of ultrasonic transducers 14 included in the ultrasonic probe 13 based on the supplied N addresses. Reading from the time storage memory, and generating a plurality of firing signals based on the readout.
[0016]
The plurality of firing signals generated in the transmission delay control unit 11 are supplied to the plurality of pulsar circuits 12, respectively. These pulser circuits 12 output a plurality of drive signals to the ultrasonic probe 13 in accordance with the supplied ignition signal. The plurality of ultrasonic transducers 14 included in the ultrasonic probe 13 generate ultrasonic waves based on the drive signal output from the corresponding pulser circuit 12. Thus, the subject can be scanned by deflecting the ultrasonic beam formed by the combination of the ultrasonic waves generated from the plural ultrasonic transducers in a desired direction.
[0017]
Here, as shown in FIG. 2, when the length of one side of the opening of the two-dimensional transducer is L and the maximum deflection angle is θ MAX , the delay amount τ MAX required for the maximum deflection is expressed by the following equation. Is done.
τ MAX = (L · sin θ MAX ) / c (1)
However, c is the speed of sound of ultrasonic waves. As shown in FIG. 3, when the time interval between the transmission waves A and B is T, T must satisfy the following condition in order to take advantage of the characteristics of the multi-beam method.
T ≦ 10τ MAX (2)
Here, τ MAX is about 10 μs, and 10τ MAX corresponds to almost half of the path of ultrasonic waves. Furthermore, it is desirable that T satisfies the following conditions in order to prevent the dead zone from becoming a problem.
T ≦ τ MAX (3)
[0018]
As described above, it is necessary to successively form a plurality of ultrasonic beams extending in different directions within a short time by combining a plurality of transmission waves. Therefore, the pulsar circuit 12 is preferably a high-speed pulsar circuit that can output a drive signal with a high repetition period.
[0019]
In the present embodiment, transmission is performed so that the phase difference between two adjacent ultrasonic beams among N ultrasonic beams is π / 2 + 2nπ (n is an integer, and is 0 in the following). The beam former 10 and the transmission delay control unit 11 adjust the delay amounts of the plurality of drive signals. For example, as shown in FIG. 4, three ultrasonic beams 1 to 3 whose phases are rotated by 90 ° are transmitted in parallel in three directions separated by an angle φ. These ultrasonic beams are steered to move in the same direction. FIG. 5 shows the waveforms of these three ultrasonic beams, and FIG. 6 shows the intensity distribution with respect to the angle of the transmitted wave to be synthesized. In FIG. 6, the intensity distribution of the transmitted wave at a certain distance from the center of the two-dimensional transducer array is shown.
[0020]
On the other hand, at the time of receiving ultrasonic waves, detection signals output from the plurality of ultrasonic transducers 14 are amplified by a plurality of corresponding preamplifiers 16 and then input to the reception delay control unit 17. The reception delay control unit 17 adds a desired delay to the amplified detection signal under the control of the system control unit 40. As a result, reception beam forming based on phase matching is performed on a plurality of detection signals obtained by a plurality of ultrasonic transducers 14 included in the ultrasonic probe 13 receiving an ultrasonic echo.
[0021]
An output signal is extracted from the reception delay control unit 17 for each of N reception beams corresponding to ultrasonic beams transmitted in parallel. These output signals are corrected for attenuation of detection signals in deep detection by an STC (Sensitivity Time Gain Control) circuit 18. The number of synchronous detection circuits 19 corresponding to the N reception beams performs detection detection of the detection signal for each of the N reception beams. These synchronous detection circuits 19 are supplied with a local oscillation signal generated by a local oscillator while rotating the phase by 90 °. Thereby, synchronous detection of the detection signal is performed corresponding to the phase of the transmitted ultrasonic beam, and the intensity of the received wave is obtained. Alternatively, instead of performing synchronous detection, a correlation process may be performed on the detection signal to obtain the intensity of the received wave corresponding to the phase of the transmitted ultrasonic beam.
[0022]
FIG. 7 shows reception characteristics with respect to angle. By multiplying the intensity distribution of the transmission wave shown in FIG. 6 and the reception characteristic shown in FIG. 7, the intensity distribution of the reception wave as shown in FIG. 8 is obtained. In FIG. 8, the broken line indicates the intensity distribution of the received wave when the phases of the plurality of transmission beams are the same in the prior art, and a crosstalk of about −30 dB occurs at the peak position of the adjacent transmission beam. Yes. On the other hand, the solid line shows the intensity distribution of the received wave when the phase of the plurality of transmission beams is rotated by 90 ° in this embodiment, and shows that crosstalk can be reduced by synchronous detection or correlation processing. Yes. The alternate long and short dash line indicates the intensity distribution of the received wave when only one beam is transmitted without using the multi-beam method.
[0023]
The detection signals output from the respective synchronous detection circuits 19 are logarithmically compressed by the Log compression circuit 20, converted into digital signals (detection data) by the A / D converter 21, and temporarily stored in the memory 22. Furthermore, by converting the scanning format in a DSC (Digital Scan Converter) 24, the image data in the scanning space of the ultrasonic beam is converted into image data in the physical space. When displaying a three-dimensional image, a three-dimensional image constructing unit 23 may be incorporated between the memory 22 and the DSC 24. The three-dimensional image construction unit 23 generates voxel data that is data about a certain volume from a plurality of pieces of tomographic data stored in the memory 22. The image data whose scanning format is converted by the DSC 24 is converted into an analog signal by the D / A converter 25, and an ultrasonic image is displayed on the image display unit 30.
[0024]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, the transmission beamformer is set so that the phase difference between two adjacent ultrasonic beams among N ultrasonic beams is π + 2nπ (n is an integer, and is 0 in the following). 10 and the transmission delay control unit 11 adjust the delay amounts of the plurality of drive signals. The other points are the same as in the first embodiment. For example, as shown in FIG. 9, four ultrasonic beams 1 to 4 whose phases are rotated by 180 ° are transmitted in parallel in four directions separated by an angle φ ′. These ultrasonic beams are steered to move in the same direction.
[0025]
FIG. 10 shows the waveforms of these four ultrasonic beams, and FIG. 11 shows the intensity distribution with respect to the angle of the transmitted wave to be synthesized. FIG. 11 shows the intensity distribution of the transmission wave at a certain distance from the center of the two-dimensional transducer array. Here, the broken line indicates the intensity distribution of the transmission wave when the phases of the plurality of transmission beams are the same in the prior art. On the other hand, the solid line shows the intensity distribution of the transmission wave when the phase of the plurality of transmission beams is rotated by 180 ° in this embodiment, and at the midpoint of the transmission direction of the adjacent ultrasonic beams, The transmission sound pressure decreases due to cancellation of transmission waves whose phases are shifted by 180 °.
[0026]
FIG. 12 shows reception characteristics with respect to angle. When the transmission wave intensity distribution shown in FIG. 11 is multiplied by the reception characteristic shown in FIG. 12, the reception wave intensity distribution as shown in FIG. 13 is obtained. In FIG. 13, the broken line shows the intensity distribution of the received wave when the phases of the plurality of transmission beams are the same in the conventional technique. On the other hand, the solid line shows the intensity distribution of the received wave when the phases of the plurality of transmission beams are rotated by 180 ° in this embodiment, and shows that crosstalk can be reduced by synchronous detection or correlation processing. Yes. In the present embodiment, although the peak of the adjacent ultrasonic beam remains, the dip can be deepened, so that the contrast in the vicinity of the transmission direction of the ultrasonic beam is increased.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, crosstalk between ultrasonic echoes reflected from a plurality of directions is reduced by scanning a subject in parallel with a plurality of ultrasonic beams having different phases. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a delay amount necessary for deflection of an ultrasonic beam.
FIG. 3 is a diagram for explaining conditions relating to a time interval of transmission waves in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining transmission of a plurality of ultrasonic beams according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing waveforms of three ultrasonic beams transmitted in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an intensity distribution of a transmission wave in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing reception characteristics in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an intensity distribution of a received wave in the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining transmission of a plurality of ultrasonic beams according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing waveforms of three ultrasonic beams transmitted in the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an intensity distribution of a transmission wave in the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating reception characteristics according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an intensity distribution of a received wave in the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission beam former 11 Transmission delay control part 12 Pulsar circuit 13 Ultrasonic probe 14 Ultrasonic transducer 16 Preamplifier 17 Reception delay control part 18 STC circuit 19 Synchronous detection circuit 20 Log compression circuit 21 A / D converter 22 Memory 23 3D image construction unit 24 DSC
25 D / A converter 30 Image display unit 40 System control unit

Claims (5)

超音波撮像装置であって、
複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査するように、複数の駆動信号の遅延量を調整して前記超音波用探触子に供給する送信側回路と、
前記超音波用探触子が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号を、超音波エコーの位相情報に基づいて処理することにより、被検体に関する画像情報を得る受信側回路と、
を具備する超音波撮像装置。
An ultrasonic imaging device comprising:
An ultrasonic probe that forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and receives an ultrasonic echo reflected from the subject; and
A transmission-side circuit that adjusts delay amounts of a plurality of drive signals and supplies the ultrasound probe to scan the subject in parallel with a plurality of ultrasonic beams having different phases; and
A plurality of detection signals obtained by the ultrasonic probe receiving ultrasonic echoes based on the phase information of the ultrasonic echoes to obtain image information about the subject;
An ultrasonic imaging apparatus comprising:
前記送信側回路が、前記複数の超音波ビームの内の隣接する2つの超音波ビーム間の位相差がπ/2+2nπ又はπ+2nπ(nは整数)となるように、複数の駆動信号の遅延量を調整する手段を含む、請求項1記載の超音波撮像装置。The transmission side circuit sets a delay amount of a plurality of drive signals so that a phase difference between two adjacent ultrasonic beams among the plurality of ultrasonic beams is π / 2 + 2nπ or π + 2nπ (n is an integer). The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, comprising means for adjusting. 前記受信側回路が、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号に対して同期検波又は相関処理を行う手段を含む、請求項1又は2記載の超音波撮像装置。The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1, wherein the reception side circuit includes means for performing synchronous detection or correlation processing on a plurality of detection signals obtained by reception of ultrasonic echoes. 複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
異なる位相を有する複数の超音波ビームによって被検体を並列的に走査するように、複数の駆動信号の遅延量を調整して前記超音波用探触子に供給するステップ(a)と、
前記超音波用探触子が超音波エコーを受信することによって得られる複数の検出信号を、超音波エコーの位相情報に基づいて処理することにより、被検体に関する画像情報を得るステップ(b)と、
を具備する超音波撮像方法。
Using an ultrasonic probe that forms an ultrasonic beam by a plurality of ultrasonic transducers that operate according to a plurality of drive signals, transmits the ultrasonic beam to the subject, and receives an ultrasonic echo reflected from the subject, An ultrasonic imaging method for imaging a subject,
(A) adjusting the delay amount of the plurality of drive signals and supplying the ultrasonic probe so as to scan the subject in parallel with the plurality of ultrasonic beams having different phases;
(B) obtaining image information on the subject by processing a plurality of detection signals obtained by the ultrasonic probe receiving ultrasonic echoes based on phase information of the ultrasonic echoes; ,
An ultrasonic imaging method comprising:
ステップ(b)が、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号に対して同期検波又は相関処理を行うことを含む、請求項4記載の超音波撮像方法。The ultrasonic imaging method according to claim 4, wherein step (b) includes performing synchronous detection or correlation processing on a plurality of detection signals obtained by reception of ultrasonic echoes.
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