JP2005034633A - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医療の分野で用いられる超音波診断装置に関し、特に、アレイ振動子上における複数のサブアレイの設定に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus used in the medical field, and more particularly to setting a plurality of subarrays on an array transducer.
超音波診断装置は、医療の分野において、生体(患者)の疾病を診断するために用いられる。詳しくは、超音波診断装置は、生体に対して超音波パルスを送波し、生体からの反射波を受波し、その受波によって得られた受信信号に基づいて超音波画像を形成する。 The ultrasonic diagnostic apparatus is used for diagnosing a disease of a living body (patient) in the medical field. Specifically, the ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic pulse to a living body, receives a reflected wave from the living body, and forms an ultrasonic image based on a reception signal obtained by the reception.
超音波ビームを二次元走査し、これによって生体内に三次元エコーデータ取込空間を形成するために、二次元(2D)アレイ振動子が用いられる。2Dアレイ振動子は、一般に、複数の振動素子をX方向及びY方向に整列させてなるものである。 A two-dimensional (2D) array transducer is used to two-dimensionally scan the ultrasonic beam, thereby forming a three-dimensional echo data capture space in the living body. In general, a 2D array vibrator is formed by aligning a plurality of vibration elements in the X direction and the Y direction.
送受信部のチャンネルリダクション、複数の受信ビームの同時形成、あるいは、それ以外の目的から、2Dアレイ振動子上に複数のサブアレイを設定する場合がある。従来においては、2Dアレイ振動子上に複数のサブアレイが固定的に設定される。例えば、2Dアレイ振動子に対して矩形形状をもった複数のサブアレイが設定される。この場合において、各サブアレイの形状を変更することはできない。特開2001−276064号公報には、複数の振動素子のグルーピングが示されているが、各グループの構成は固定的である。特開2001−104303号公報には、整相加算を二段階で行う構成が開示されている。特開平9−322896号公報の図6には、2Dアレイ振動子に複数のグループを固定的に設定すること、複数のグループに対して複数の第1ビームフォーマーを接続すること、及び、複数の第1ビームフォーマーの後段に複数の第2ビームフォーマーを設けること、が示されている。米国特許第5832923号には、2Dアレイ振動子上に複数の2Dサブアレイを設定すること、及び、各サブアレイ上に複数のグループを設定すること、が開示されている。しかしながら、いずれの文献にも、サブアレイの形状を動的に変更することについては記載されていない。 In some cases, a plurality of subarrays are set on the 2D array transducer for channel reduction of the transmission / reception unit, simultaneous formation of a plurality of reception beams, or other purposes. Conventionally, a plurality of subarrays are fixedly set on the 2D array transducer. For example, a plurality of subarrays having a rectangular shape are set for the 2D array transducer. In this case, the shape of each subarray cannot be changed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-276064 discloses grouping of a plurality of vibration elements, but the configuration of each group is fixed. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-104303 discloses a configuration in which phasing addition is performed in two stages. In FIG. 6 of JP-A-9-322896, a plurality of groups are fixedly set in the 2D array transducer, a plurality of first beam formers are connected to the plurality of groups, and a plurality It is shown that a plurality of second beam formers are provided after the first beam former. US Pat. No. 5,832,923 discloses setting a plurality of 2D subarrays on a 2D array transducer and setting a plurality of groups on each subarray. However, none of the documents describes changing the shape of the subarray dynamically.
サブアレイの構成あるいは形態を固定的に設定すると、送受波条件如何によっては、良好なビームプロファイルを得られないという問題がある。例えば、特定のビーム走査方向において、サイドローブが出やすくなる。 If the configuration or form of the subarray is fixedly set, there is a problem that a good beam profile cannot be obtained depending on transmission / reception conditions. For example, side lobes are likely to appear in a specific beam scanning direction.
本発明の目的は、良好なビームプロファイルを得られる超音波診断装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a good beam profile.
本発明の他の目的は、送受信部のチャンネルリダクションを行う場合において、超音波画像の画質を維持又は向上できるようにすることにある。 Another object of the present invention is to make it possible to maintain or improve the image quality of an ultrasonic image when performing channel reduction of a transmission / reception unit.
(1)本発明に係る超音波診断装置は、2次元的に配列された複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定するスイッチング部と、前記アレイ振動子から出力された複数の受信信号を処理する受信処理部と、を含み、前記スイッチング部は、前記アレイ振動子における少なくとも1つのサブアレイのサブアレイ形状パターンを変更することを特徴とする。 (1) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes an array transducer having a plurality of vibration elements arranged two-dimensionally, a switching unit that sets a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements, A reception processing unit that processes a plurality of reception signals output from the array transducer, wherein the switching unit changes a subarray shape pattern of at least one subarray in the array transducer.
上記構成によれば、スイッチング部がアレイ振動子上に複数のサブアレイを設定する。スイッチング部は、サブアレイのサブアレイ形状パターンを変更する機能を有するので、従来のように、サブアレイのサブアレイ形状パターンを固定的に設定することに起因する問題を解消あるいは改善できる。例えば、サブアレイ形状パターンの変更により、ビームプロファイルを良好なものに変更することによって、サイドローブを低減することができる。 According to the above configuration, the switching unit sets a plurality of subarrays on the array transducer. Since the switching unit has a function of changing the sub-array shape pattern of the sub-array, it is possible to solve or improve the problems caused by fixedly setting the sub-array shape pattern of the sub-array as in the conventional art. For example, the side lobe can be reduced by changing the beam profile to a better one by changing the subarray shape pattern.
望ましくは、前記スイッチング部は、前記複数のサブアレイについて、それぞれのサブアレイ形状パターンを変更する。複数のサブアレイは、音響パワーあるいは感度の観点から、アレイ振動子上において互いに密に連結されるのが望ましい。つまり、アレイ振動子を構成する全振動素子がいずれかのサブアレイに属するのが望ましい。但し、サブアレイ間に隙間が存在していてもよい。つまり、いずれのサブアレイにも属さずに送受信に機能しない振動素子が存在してもよい。また、あるサブアレイ形状パターンを選択した場合に、アレイ振動子の周囲に送受信で機能しない複数の振動素子が存在していてもよい。 Preferably, the switching unit changes each sub-array shape pattern for the plurality of sub-arrays. The plurality of subarrays are desirably closely connected to each other on the array transducer from the viewpoint of acoustic power or sensitivity. In other words, it is desirable that all the vibration elements constituting the array transducer belong to one of the subarrays. However, a gap may exist between the subarrays. That is, there may be a vibration element that does not belong to any subarray and does not function for transmission / reception. Further, when a certain subarray shape pattern is selected, there may be a plurality of vibration elements that do not function in transmission / reception around the array transducer.
望ましくは、前記複数のサブアレイに対して同一のサブアレイ形状パターンが設定される。この構成によれば、複数のサブアレイを密に連結することが容易となる。もちろん、各サブアレイごとにサブアレイ形状パターンを個別的に設定するようにしてもよい。 Preferably, the same subarray shape pattern is set for the plurality of subarrays. According to this configuration, it is easy to connect a plurality of subarrays closely. Of course, the subarray shape pattern may be individually set for each subarray.
望ましくは、更に、ビーム形成条件に応じて、前記サブアレイ形状パターンを切り換える制御部を含む。望ましくは、前記アレイ振動子は、X方向及びY方向に複数の振動素子が整列した2Dアレイ振動子であり、前記ビーム形成条件には、XY面上におけるビーム走査方向が含まれる。ビーム形成条件としては、更に、ビーム偏向角度、ビーム幅、ビーム形状などをあげることができる。 Preferably, a control unit that switches the subarray shape pattern according to beam forming conditions is further included. Preferably, the array transducer is a 2D array transducer in which a plurality of transducer elements are aligned in the X direction and the Y direction, and the beam forming condition includes a beam scanning direction on the XY plane. The beam forming conditions can further include a beam deflection angle, a beam width, a beam shape, and the like.
望ましくは、前記スイッチング部は、更に、前記各サブアレイごとに複数のグループを設定し、ここにおいて、各グループは複数の振動素子によって構成される。前記受信処理部は、前記各サブアレイにおける各グループごとに出力されたグループ受信信号を処理し、前記スイッチング部は、更に、前記サブアレイ形状パターンの変更に伴って、前記各グループのグループ形状パターンを変更する。 Preferably, the switching unit further sets a plurality of groups for each of the sub-arrays, wherein each group includes a plurality of vibration elements. The reception processing unit processes a group reception signal output for each group in each subarray, and the switching unit further changes the group shape pattern of each group in accordance with the change of the subarray shape pattern. To do.
この構成によれば、スイッチング部が、サブアレイの設定及びグループの設定を行う。その場合において、所望のサブアレイ形状パターン及び所望のグループ形状パターンを設定することが可能である。 According to this configuration, the switching unit performs subarray setting and group setting. In that case, it is possible to set a desired subarray shape pattern and a desired group shape pattern.
例えば、あるサブアレイを構成するm個の振動素子に対してn(但し1<n<m)個のグループを設定すれば、チャンネルリダクション率がn/mとなる。そのようなチャンネルリダクション処理をプローブヘッド内で行えばプローブケーブルを挿通する信号線の本数を削減できるという利点がある。すなわち、グルーピングによって、複数の受信信号を加算して1つの受信信号(グループ受信信号)に集約できる。また、1つの送信信号を1つのグループを構成する複数の振動素子へ並列的に供給できる。 For example, if n (where 1 <n <m) groups are set for m vibration elements constituting a certain subarray, the channel reduction rate is n / m. If such channel reduction processing is performed in the probe head, there is an advantage that the number of signal lines through which the probe cable is inserted can be reduced. That is, by grouping, a plurality of received signals can be added and aggregated into one received signal (group received signal). In addition, one transmission signal can be supplied in parallel to a plurality of vibration elements constituting one group.
望ましくは、ビーム形成条件に応じて、前記各グループを構成する振動素子の個数が可変される。望ましくは、前記ビーム形成条件はビーム走査方向を含む。望ましくは、ビーム形成条件に応じて、前記各サブアレイに1又は複数の無効振動素子が含まれる。ここで、無効振動素子は、超音波の送波及び受波で使用されない振動素子である。サブアレイ内において、1又は複数の無効振動素子以外の複数の振動素子が有効振動素子とされ、それらの複数の有効振動素子が複数のグループに区分される。 Preferably, the number of vibration elements constituting each group is varied according to beam forming conditions. Preferably, the beam forming condition includes a beam scanning direction. Desirably, each subarray includes one or a plurality of reactive vibration elements according to beam forming conditions. Here, the ineffective vibration element is a vibration element that is not used for transmission and reception of ultrasonic waves. In the sub-array, a plurality of vibration elements other than one or a plurality of ineffective vibration elements are effective vibration elements, and the plurality of effective vibration elements are divided into a plurality of groups.
なお、前記各サブアレイに対して設定される複数のグループは同じ個数の振動素子によって構成されてもよい。この構成によれば、各グループ間で、受信信号の加算数を同じにでき、また、各グループ間で送信信号の分岐数(出力先の個数)を同じにできる。 The plurality of groups set for each of the subarrays may be configured by the same number of vibration elements. According to this configuration, the number of received signals added can be made the same between the groups, and the number of transmission signal branches (the number of output destinations) can be made the same between the groups.
また、前記複数のグループに対して同じグループ形状パターンが設定されてもよい。その場合、前記各グループに対して実質的に直線をなすグループ形状パターンが設定されてもよい。各グループは、ビーム走査方向に対して交差(望ましくは直交する)するように直線的な形態をもって、あるいは、その方向に薄い幅をもった紐のように、設定されるのが望ましい。 The same group shape pattern may be set for the plurality of groups. In this case, a group shape pattern that is substantially linear with respect to each group may be set. Each group is desirably set in a linear form so as to intersect (preferably orthogonally) with respect to the beam scanning direction, or like a string having a thin width in the direction.
望ましくは、ビーム形成条件に応じて、前記サブアレイ形状パターンと共に、前記グループ形状パターンを切り換える制御部を含む。望ましくは、前記アレイ形状パターンを変更した場合でも、前記複数のサブアレイが互いに密に連結する。複数のサブアレイが密に連結すれば、使用可能な多くの振動素子を動作させて、音響パワーを増大できる。 Preferably, a control unit that switches the group shape pattern together with the subarray shape pattern according to beam forming conditions is included. Preferably, the plurality of sub-arrays are closely connected to each other even when the array shape pattern is changed. If a plurality of sub-arrays are closely connected, many usable vibration elements can be operated to increase the acoustic power.
望ましくは、前記各サブアレイごとにパターン変動領域が定められ、これにより、前記アレイ振動子上には複数のパターン変動領域が定められ、前記各サブアレイごとのパターン変動領域は複数のサブアレイ形状パターンを合成した領域に相当し、前記複数のパターン変動領域は、互いに部分的にオーバーラップする部分を有する。望ましくは、前記各パターン変動領域は、各サブアレイ固有の複数の振動素子と、前記オーバーラップする部分に存在する複数の振動素子と、をカバーする。 Preferably, a pattern variation area is defined for each subarray, whereby a plurality of pattern variation areas are defined on the array transducer, and the pattern variation area for each subarray combines a plurality of subarray shape patterns. The plurality of pattern variation areas have portions that partially overlap each other. Preferably, each pattern variation region covers a plurality of vibration elements unique to each sub-array and a plurality of vibration elements present in the overlapping portion.
(2)本発明に係る超音波診断装置は、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定し、且つ、各サブアレイごとに複数のグループを設定し、各グループごとにグループ受信信号を出力するスイッチング部と、前記スイッチング部から出力される複数のグループ受信信号を処理する受信処理部と、ビーム走査条件に応じて、前記スイッチング部を制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記スイッチング部の動作を制御して、前記各サブアレイのサブアレイ形状パターンを変更し、且つ、前記各グループのグループ形状パターンを変更することを特徴とする。 (2) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention sets an array transducer having a plurality of vibration elements, a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements, and sets a plurality of groups for each subarray. A switching unit that outputs a group reception signal for each group, a reception processing unit that processes a plurality of group reception signals output from the switching unit, and a control that controls the switching unit according to beam scanning conditions The control unit controls the operation of the switching unit to change the subarray shape pattern of each subarray and to change the group shape pattern of each group.
望ましくは、前記受信処理部は、前記各サブアレイから出力される複数のグループ受信信号に対してサブ整相加算処理を実行してサブ整相加算信号を出力する複数のサブ整相加算回路と、前記複数のサブ整相加算部から出力される複数のサブ整相加算信号に対してメイン整相加算処理を実行するメイン整相加算回路と、を含むことを特徴とする。 Preferably, the reception processing unit performs a sub phasing addition process on a plurality of group reception signals output from the sub arrays, and outputs a sub phasing addition signal; and And a main phasing and adding circuit that executes a main phasing and adding process on the plurality of sub phasing and addition signals output from the plurality of sub phasing and addition units.
上記構成によれば、各グループごとにサブ整相加算処理が行われた後に、複数のサブ整相加算信号に対してメイン整相加算処理が適用される。複数のメイン整相加算回路を並列配置して1回の受信で複数の受信ビームを同時形成してもよい。また、プローブケーブルにおいて、送信信号を電圧信号として伝送し、受信信号を電流信号として伝送するようにしてもよい。送信信号は100V程度の電圧信号であってもよいし、数V〜十数V程度の低電圧信号であってもよい。後者の場合には、例えば、各振動素子を積層化し、これにより、各振動素子の電気的なインピーダンスを低減するようにするのが望ましい。 According to the above configuration, after the sub phasing addition processing is performed for each group, the main phasing addition processing is applied to the plurality of sub phasing addition signals. A plurality of main phasing and adding circuits may be arranged in parallel, and a plurality of reception beams may be simultaneously formed by one reception. In the probe cable, the transmission signal may be transmitted as a voltage signal, and the reception signal may be transmitted as a current signal. The transmission signal may be a voltage signal of about 100 V, or may be a low voltage signal of about several volts to several tens of volts. In the latter case, for example, it is desirable to laminate each vibration element, thereby reducing the electrical impedance of each vibration element.
望ましくは、少なくとも前記アレイ振動子及び前記スイッチング部が、プローブヘッド内に設けられる。更に、複数のサブ整相加算回路をプローブヘッド内に設けてもよいし(その場合には信号線の本数をより削減できる)、あるいは、複数のサブ整相加算回路をプローブコネクタ内あるいは装置本体内に設けるようにしてもよい。送信部は、プローブヘッド、ケーブルコネクタあるいは装置本体に設けることができる。 Desirably, at least the array transducer and the switching unit are provided in the probe head. Further, a plurality of sub phase adjusting and summing circuits may be provided in the probe head (in this case, the number of signal lines can be further reduced), or a plurality of sub phase adjusting and summing circuits may be provided in the probe connector or the apparatus main body. You may make it provide in. The transmission unit can be provided in the probe head, the cable connector, or the apparatus main body.
(3)また本発明に係る超音波診断装置は、複数の振動素子を有するアレイ振動子と、前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定するスイッチング部と、前記スイッチング部を制御して、ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイのサブアレイ形状パターンを適応的に変更する制御部と、を含むことを特徴とする。 (3) Further, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention controls an array transducer having a plurality of vibration elements, a switching unit that sets a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements, and the switching unit. And a controller that adaptively changes the subarray shape pattern of each of the subarrays according to the beam scanning direction.
望ましくは、前記各サブアレイ形状パターンは、複数のパターン要素によって構成され、前記各パターン要素は、振動素子列によって構成される。望ましくは、前記各振動素子列は、実質的に、ビーム走査方向に直交する。望ましくは、前記ビーム走査方向が0度、90度、180度、及び、270度の場合には、前記各サブアレイの形状が四角形となり、前記ビーム走査方向が前記の角度以外の場合には、前記各サブアレイの形状が前記四角形から変形して平行四辺形又はそれに近い形状となる。各サブアレイの形状が平行四辺形又はそれに近い形状になった場合であっても、複数のサブアレイを互いに密に連結させるのが望ましい。 Preferably, each subarray shape pattern is configured by a plurality of pattern elements, and each pattern element is configured by a vibration element array. Preferably, each of the vibrating element rows is substantially orthogonal to the beam scanning direction. Preferably, when the beam scanning direction is 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, the shape of each subarray is a quadrangle, and when the beam scanning direction is other than the angle, The shape of each sub-array is deformed from the quadrangle and becomes a parallelogram or a shape close thereto. Even if the shape of each sub-array is a parallelogram or a shape close to it, it is desirable that a plurality of sub-arrays be closely connected to each other.
望ましくは、前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイ内に1又は複数の無効振動素子を設定し、且つ、前記各サブアレイ内における1又は複数の無効振動素子以外の複数の有効振動素子を用いて複数のグループを設定する。望ましくは、前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイ内に複数のグループを設定し、前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて前記各グループのグループ形状パターンを変更し、且つ、前記ビーム走査方向に応じて前記各グループを構成する振動素子の個数を変更する。 Preferably, the control unit sets one or more reactive vibration elements in each sub-array according to the beam scanning direction, and a plurality of other than the one or more reactive vibration elements in each sub-array. A plurality of groups are set using effective vibration elements. Preferably, the control unit sets a plurality of groups in each sub-array according to the beam scanning direction, and the control unit changes a group shape pattern of each group according to the beam scanning direction. In addition, the number of vibrating elements constituting each group is changed according to the beam scanning direction.
以上説明したように、本発明によれば、良好なビームプロファイルを得られる超音波診断装置を提供できる。あるいは、本発明によれば、送受信部のチャンネルリダクションを行う場合において、超音波画像の画質を維持又は向上できる。 As described above, according to the present invention, an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a good beam profile can be provided. Alternatively, according to the present invention, it is possible to maintain or improve the image quality of an ultrasonic image when performing channel reduction of a transmission / reception unit.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず図10を用いて、本実施形態に係る超音波診断装置の基本構成を説明する。超音波診断装置は、プローブ(プローブユニット)240と、装置本体242と、で構成される。プローブ240は、プローブヘッド244、プローブケーブル246、及び、ケーブルコネクタ247、を有する。装置本体242は、送受信制御部248、受信部250、信号処理モジュール252、画像形成部254、及び、表示器256を有する。ケーブルコネクタ247は、装置本体242のコネクタ(図示せず)に対して着脱自在に接続される。ケーブルコネクタ247内には、本実施形態において、電子回路249が内蔵されている。電子回路249は、後に図1及び図2を用いて詳述するように、サブ整相加算処理及び送信信号生成処理を実行する。受信部250は、メイン整相加算処理を実行する。プローブヘッド244により、超音波の送波及び受波がなされる。それにより得られた受信信号は、電子回路249、受信部250及び信号処理モジュール252を経由して、画像形成部254に入力される。この画像形成部254において、受信信号に基づいて超音波画像が形成される。その超音波画像は表示器256の画面上に表示される。超音波画像としては、二次元断層画像、二次元血流画像、三次元画像などが知られている。本実施形態では、生体内の三次元空間から取得されたボリュームデータをボリュームレンダリング処理することによって、三次元画像が形成される。三次元画像の形成方法としては、それ以外にも各種の方法が知られている。
First, the basic configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe (probe unit) 240 and an apparatus main body 242. The
図1には、実施形態に係る超音波診断装置における送受信部の構成がブロック図として示されている。図示された超音波診断装置は、プローブユニット及び装置本体12によって構成され、プローブユニットは、プローブヘッド10、プローブケーブル14A及びケーブルコネクタ14Bによって構成される。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission / reception unit in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment. The illustrated ultrasound diagnostic apparatus includes a probe unit and an apparatus
本実施形態においては、後述する複数の送受信モジュール24(つまり、上記の電子回路249に相当)がケーブルコネクタ14B内に収容されている。但し、複数の送受信モジュール24をプローブヘッド10内に設けることも可能であり、あるいは、装置本体12内に設けることも可能である。
In the present embodiment, a plurality of transmission / reception modules 24 (that is, equivalent to the
プローブヘッド10は、例えば、体表面上に当接して用いられ、超音波を送受波する送受波器である。プローブヘッド10は、2Dアレイ振動子16を有している。この2Dアレイ振動子16によって超音波ビームが形成される。その超音波ビームは、二次元的に電子走査される。これによって三次元エコーデータ取込空間(三次元空間)が形成される。超音波ビームの電子走査方式としては、例えば、電子セクタ走査方式などをあげることができる。
The
本実施形態において、アレイ振動子16は、多数(例えば、3000個あるいは4000個)の振動素子16aによって構成される。それらの振動素子16aは二次元配列されている(後に説明する図3参照)。スイッチング回路20は、マルチプレクサあるいはスイッチングマトリクスとして構成される。本実施形態において、スイッチング回路20は、2Dアレイ振動子16上に複数のサブアレイを設定する機能と、各サブアレイごとに複数のグループを設定する機能と、を有している。また、スイッチング回路20は、各サブアレイの形状(サブアレイ形状パターン)を変更する機能、及び、各グループの形状(グループ形状パターン)を変更する機能を有している。スイッチング回路20は、図1に示すように単一の回路によって構成されてもよいし、複数の回路によって構成されてもよい。
In the present embodiment, the
図1においては、スイッチング回路20によって設定される複数のサブアレイSが概念的に示されている。2Dアレイ振動子16上において、複数のサブアレイSは、互いに密に連結されており、基本的に全ての振動素子16aを用いて複数のサブアレイSが構成される。上述したように、本実施形態においては、各サブアレイごとにサブアレイ形状パターンを変更することが可能であり、各サブアレイごとのパターン変動領域が図1において符号Rで概念的に示されている。サブアレイ形状パターン及びその変更方法に関しては後に詳述する。各サブアレイごとに複数のグループが設定される。サブアレイ形状パターンの変更に伴って、各グループ形状パターンも変更される。ただし、本実施形態においては各グループを構成する振動素子数は不変であって、一定数とされている。もちろん、各グループを構成する振動素子数を個別的に可変設定できるようにしてもよい。なお、各サブアレイごとに個別的にサブアレイ形状パターンを設定するようにしてもよい。
In FIG. 1, a plurality of subarrays S set by the switching
本実施形態においては、各サブアレイが5×5=25個の振動素子によって構成されている。その25個の振動素子が5個のグループにグルーピングされている。各グループは5個の振動素子で構成されている。すなわち、プローブヘッド10内で、1/5のチャンネルリダクション率が実現されている。
In the present embodiment, each subarray is composed of 5 × 5 = 25 vibration elements. The 25 vibration elements are grouped into 5 groups. Each group is composed of five vibration elements. That is, a channel reduction rate of 1/5 is realized in the
スイッチング回路20は、2Dアレイ振動子16側に2Dアレイ振動子16を構成する振動素子数と同数の端子を有しており、且つ、装置本体12側にサブアレイ数と同数の端子列を有している。装置本体12側の各端子列は、図1に示す例において、5つの端子(1つのサブアレイ上に設定されるグループの個数と同じ個数の端子)からなるものである。詳しくは、スイッチング回路20は、素子信号線アレイとグループ信号線アレイとを選択的に接続する。ここで、グループ信号線アレイは、複数のグループ信号線セット22によって構成され、各グループ信号線セット22は、図1に示す例において、5つのグループ信号線で構成される。スイッチング回路20は、素子信号線アレイとグループ信号線アレイとの交点に設けられた複数のスイッチ(図示せず)を有する。各スイッチのオンオフ動作によって、各グループ信号線に対して接続される1又は複数の振動素子が選択される。スイッチング回路20は、ビーム走査方向(つまりビーム偏向方向)に応じて、各グループを構成する振動素子の個数を可変することが可能であり、また、ビーム走査方向に応じて、サブアレイ内に1又は複数の無効振動素子(いずれのグループ信号線に対しても接続されずに超音波の送波及び受波を行わない振動素子)を設定することも可能である。ちなみに、各サブアレイを例えば4×4=16個の振動素子によって構成し、その16個の振動素子を例えば4つのグループにグルーピングすることも可能であり、また他の条件でサブアレイ及びグループを構成するようにしてもよい。
The switching
以上の説明から理解されるように、スイッチング回路20は、各サブアレイごとに5つのグループ受信信号を出力する。各グループ受信信号は、1つのグループを構成する5つの振動素子から出力された5つの受信信号を加算した信号である。その加算は、本実施形態において、結線による単純加算方式によって実現されている。すなわち、5つの信号線の相互接続によって5つの受信信号が加算されている。但し、重み付け加算方式などを採用するようにしてもよい。その一方において、後に説明するように、ケーブルコネクタ14B内において、各サブアレイごとに5つの送信信号が生成されており、それらの5つの送信信号は、それらに対応するサブアレイを構成する5つのグループに対して供給される。すなわち、1つの送信信号が1つのグループを構成する5つの振動素子に対して並列的に供給される。つまり、スイッチング回路20内で、1つの送信信号が5つに分岐される。
As can be understood from the above description, the switching
上述したように、符号22は、各サブアレイごとに設けられた信号線セットを示している。各信号線セット22は、5本の信号線(5本のグループ信号線)によって構成される。各信号線には上記の送信信号及び受信信号が伝送される。ちなみに、受信信号を電流信号として伝送し、送信信号を電圧信号として伝送するようにしてもよい。その場合に、送信信号は例えば100V程度の電圧信号としてもよいし、数V程度の低電圧信号としてもよい。なお、プローブケーブル14Aは、複数の信号線セット22を有する他に、コントロール信号などを伝送する1又は複数の制御線も有している。図1においては、プローブケーブル14A内に挿通される電力ラインなどについては図示省略されている。
As described above,
ケーブルコネクタ14Bは、例えば、箱状の形態を有し、その中には上述したように複数の送受信モジュール24が収容されている。各送受信モジュール24は、後に説明するように、送信部、及び、サブ整相加算回路26を有している。送信部は、5つの送信器を有し、それらによって各サブアレイごとに5つの送信信号が生成される。またサブ整相加算回路26は、入力される5つのグループ受信信号に対してサブ整相加算処理を実行する回路である。これによって、各サブアレイごとに、サブ整相加算信号27が生成される。
The cable connector 14B has, for example, a box shape, and a plurality of transmission /
装置本体12内には、本実施形態において、メイン整相加算回路30、及び、送受信制御部32が設けられている。メイン整相加算回路30は、複数のサブ整相加算信号27を入力してメイン整相加算処理を実行し、これによってメイン整相加算信号(受信ビーム信号)31を生成する。整相加算処理にあたっては、公知の受信ダイナミックフォーカス技術を適用することができる。各サブ整相加算回路26、及び、メイン整相加算回路30は、アナログ整相加算回路として構成され、あるいは、デジタル整相加算回路として構成される。
In the apparatus
送受信制御部32は、図1に示される各構成の動作制御を行っており、特に、複数のサブ整相加算回路26における整相加算条件の設定、及び、メイン整相加算回路30における整相加算条件の設定などを行っている。また、送受信制御部32は、プローブヘッド10内に設けられたスイッチング回路20に対してコントロール信号を出力しており、このコントロール信号によって、複数のサブアレイの設定、及び、複数のグループの設定が行われる。
The transmission /
図2には、図1に示した送受信モジュール24の具体的な構成例が示されている。送受信モジュール24は、上述したように送信部36、サブ整相加算回路26、及び、複数の伝送回路34を有している。ここで、各伝送回路34は送信用パルサー及び受信用ヘッドアンプ回路として機能する。各伝送回路34は、送信時においては、送信信号を信号線に対して出力し、受信時においては、信号線から入力される受信信号をサブ整相加算回路26に伝送する。送信部36は、5つの送信器38によって構成される。各送信器38は、ある定められた遅延時間が付与された送信信号を出力する。
FIG. 2 shows a specific configuration example of the transmission /
上記のサブ整相加算回路26は、例えば遅延線(ディレーライン)を有するアナログ整相加算回路として構成することができ、また、デジタルビームフォーマーとしてのデジタル整相加算回路として構成することもできる。更に、CCDデバイスを利用した整相加算回路として構成することもできる。
The sub phase adjusting and adding
ちなみに、スイッチング回路20よりも装置本体側に存在する構成に関しては、多様な実施形態を採用することが可能である。図1に示す構成は一例である。
Incidentally, various embodiments can be adopted for the configuration that is closer to the apparatus body than the switching
次に、図3〜図9を用いてスイッチング回路20の作用について説明する。
Next, the operation of the switching
図3には、2Dアレイ振動子16の一部分が概念的に示されている。各セルは1つの振動素子に相当する。2Dアレイ振動子16上には、四角形のサブアレイ形状パターンをもって複数のサブアレイが設定されている。図3においては、特に、サブアレイS1〜S9が示されている。それらのサブアレイS1〜S9は、互いに隙間なく密に連結されている。図3において、サブアレイS5に関して、参考として、グループの設定方法の一例が示されている。図3に示す例では、X方向に5つのグループが設定されている。各グループは、Y方向に並んだ5つの振動素子によって構成されている。ここでA,B,C,D,Eは各振動素子が所属するグループの識別子を示している。このことは、以下に説明する各図においても同様である。
FIG. 3 conceptually shows a part of the
図3に示すサブアレイ形状パターンは、最も一般的なものであり、すなわち正方形のサブアレイ形状パターンである。また、図3に示される各グループのグループ形状パターンも一般的なものであり、Y方向に伸張した直線的な形状が採用されている。このようなグルーピングパターン(サブアレイ内における複数のグループの配列)は、例えば、図3に示されるように、X方向に超音波ビームを走査する場合において採用される。 The subarray shape pattern shown in FIG. 3 is the most common, that is, a square subarray shape pattern. Further, the group shape pattern of each group shown in FIG. 3 is also a general one, and a linear shape extending in the Y direction is adopted. Such a grouping pattern (arrangement of a plurality of groups in the sub-array) is employed, for example, when an ultrasonic beam is scanned in the X direction as shown in FIG.
図4には、サブアレイ形状パターンの他の例が示されている。各サブアレイS1〜S9は、斜め方向に段階的に傾いた、全体として平行四辺形の形態を有している。例えば、サブアレイS5に着目すると、図示のとおりのグルーピングがなされており、グループAは斜め方向に直線的に整列した5つの振動素子によって構成され、これは他のグループについても同様である。但し、Y方向の各ステージにおいて、段階的に、各グループのX方向位置が1ステップずつ平行にシフトしている。ちなみに、他のサブアレイについても、サブアレイS5と全く同一のグルーピングパターンが採用される。 FIG. 4 shows another example of the subarray shape pattern. Each of the sub-arrays S1 to S9 has a parallelogram shape as a whole that is inclined stepwise in an oblique direction. For example, when attention is paid to the sub-array S5, the grouping is performed as shown in the figure, and the group A is composed of five vibrating elements linearly aligned in the oblique direction, and this is the same for the other groups. However, in each stage in the Y direction, the X direction position of each group is shifted in parallel by one step. Incidentally, the same grouping pattern as that of the sub-array S5 is adopted for the other sub-arrays.
図4に示すようなサブアレイ形状パターン及びグループ形状パターンを採用することにより、例えば、X方向及びY方向の両者に対して45度傾いた方向に超音波ビームを走査する場合において、当該方向における各グループの厚みを振動素子1個分だけにすることができる。つまり、ビーム走査方向において、見かけ上、振動部分の幅が大きくなってしまうという問題を防止できる。これについて詳しく説明する。本実施形態では、各グループ単位で同じ遅延時間が付与されている。つまり、各グループを構成する複数の振動素子は送信時及び受信時において並列接続された関係にあり、それら全体で1つの振動部分を構成する。そのような振動部分の幅がビーム走査方向に広がると、結果として、サイドローブが発生しやすくなる。一方、図4に示したように、サブアレイ形状パターン及びグループ形状パターンを適切に設定することにより、見掛け上、振動部分の幅が大きくなってしまうことを防止できる。つまり、上記の問題を解消あるいは軽減することが可能となる。 By adopting the subarray shape pattern and group shape pattern as shown in FIG. 4, for example, when scanning an ultrasonic beam in a direction inclined by 45 degrees with respect to both the X direction and the Y direction, The thickness of the group can be limited to one vibration element. That is, it is possible to prevent the problem that the width of the vibrating portion is apparently increased in the beam scanning direction. This will be described in detail. In the present embodiment, the same delay time is given for each group. That is, the plurality of vibration elements constituting each group are connected in parallel at the time of transmission and at the time of reception, and constitute a single vibration part as a whole. If the width of such a vibrating portion is expanded in the beam scanning direction, side lobes are likely to occur as a result. On the other hand, as shown in FIG. 4, by appropriately setting the sub-array shape pattern and the group shape pattern, it is possible to prevent the width of the vibrating portion from being apparently increased. That is, the above problem can be solved or reduced.
図5には、各種のサブアレイ形状パターンが示されている。同時にグルーピングパターンも示されている。(a)に示すサブアレイ形状パターンは、図3に示したものと同一であり、超音波ビームをX方向に走査する場合に採用される。(b)に示すサブアレイ形状パターンは(a)に示したサブアレイ形状パターンとその外形において同一であるが、その内部におけるグルーピングパターンが異なっている。すなわち、Y方向に5つのグループが並んでおり、各グループはX方向に並んだ5つの振動素子によって構成されている。これは、超音波ビームをY方向に走査する場合に採用される。 FIG. 5 shows various subarray shape patterns. At the same time, a grouping pattern is also shown. The sub-array shape pattern shown in (a) is the same as that shown in FIG. 3, and is used when the ultrasonic beam is scanned in the X direction. The subarray shape pattern shown in (b) is the same as the subarray shape pattern shown in (a) in its outer shape, but the grouping pattern inside thereof is different. That is, five groups are arranged in the Y direction, and each group includes five vibration elements arranged in the X direction. This is employed when the ultrasonic beam is scanned in the Y direction.
(c)に示すサブアレイ形状パターンは図4に示したものと同一である。(d)に示すサブアレイ形状パターンは、上記の(b)に示したサブアレイ形状パターンをY方向の各ステージごとにX方向に階段状に1ステップずつシフトさせたものである。このような(d)に示すサブアレイ形状パターンは、(c)に示したサブアレイ形状パターンと同様に、紙面に向かって右上がり(左下がり)方向に超音波ビームを走査する場合に好適なものである。 The sub-array shape pattern shown in (c) is the same as that shown in FIG. The subarray shape pattern shown in (d) is obtained by shifting the subarray shape pattern shown in (b) above step by step in the X direction for each stage in the Y direction. The sub-array shape pattern shown in (d) is suitable for scanning an ultrasonic beam in the upward (left-down) direction toward the paper surface, similarly to the sub-array shape pattern shown in (c). is there.
(e)に示すサブアレイ形状パターンは、(c)に示したサブアレイ形状パターンとは逆の斜め方向に変形した形態を有する。このようなサブアレイ形状パターンは、紙面に向かって左上がり(右下がり)方向に超音波ビームを走査する場合に好適である。 The subarray shape pattern shown in (e) has a form deformed in an oblique direction opposite to the subarray shape pattern shown in (c). Such a sub-array shape pattern is suitable for scanning an ultrasonic beam in a left upward (downward right) direction toward the paper surface.
(f)に示すサブアレイ形状パターンは、(d)に示したサブアレイ形状パターンとは逆の斜め方向に変形した形態を有する。このようなサブアレイ形状パターンは、(e)に示したサブアレイ形状パターンと同様に、紙面に向かって左上がり(右下がり)方向に超音波ビームを走査する場合に好適である。 The subarray shape pattern shown in (f) has a form deformed in an oblique direction opposite to the subarray shape pattern shown in (d). Such a sub-array shape pattern is suitable for scanning an ultrasonic beam in a left upward (downward right) direction toward the paper surface, similarly to the sub-array shape pattern shown in FIG.
もちろん、図5に示した幾つかのサブアレイ形状パターン等は例示であり、これ以外にも各種のサブアレイ形状パターンを採用することができる。すなわち、送受信条件、特にビーム走査方向に応じて、できる限りサイドローブが生じないように、つまりビームプロファイルがより良好になるように、サブアレイ形状パターン及びグルーピングパターンを設定するのが望ましい。なお、スイッチング回路20の構成を簡略化すると共に、その制御を簡易にするために、サブアレイ形状パターンの個数を例えば4つ程度に制限するようにしてもよい。その場合においては、図5に示した(a)、(b)、(c)(又は(d))、及び、(e)(又は(f))といったサブアレイ形状パターンを採用することができる。
Of course, some of the subarray shape patterns and the like shown in FIG. 5 are merely examples, and various other subarray shape patterns can be employed. That is, it is desirable to set the subarray shape pattern and the grouping pattern so that side lobes are not generated as much as possible according to the transmission / reception conditions, particularly the beam scanning direction, that is, the beam profile is improved. In addition, in order to simplify the configuration of the switching
図6には、あるサブアレイについての変動領域Rが太い線で示されている。この変動領域は、サブアレイの形状が変動した場合に当該サブアレイが取り得る領域の最大の外縁によって定義される。つまり、変動領域Rは、図5に示した(a)〜(f)の各形状を重ねたものに相当する。ここにおいて、符号100は最も基本的な正方形のサブアレイ形状を示している。また、参考までに、図5の(c)に示したグルーピングパターンが示されている。
In FIG. 6, the fluctuation region R for a certain subarray is indicated by a thick line. This variation region is defined by the largest outer edge of the region that the subarray can take when the shape of the subarray varies. That is, the fluctuation region R corresponds to a shape obtained by overlapping the shapes (a) to (f) shown in FIG. Here,
図6に示す変動領域Rの形態から理解されるように、隣接する複数の変動領域Rは互いに部分的にオーバーラップしている。但し、各送受信時において、隣接するサブアレイは互いに密に連結し、それらの相互間においてオーバーラップは生じない。オーバーラップについて図7を用いて説明する。 As understood from the form of the fluctuation region R shown in FIG. 6, the plurality of adjacent fluctuation regions R partially overlap each other. However, at the time of each transmission / reception, adjacent subarrays are closely connected to each other, and there is no overlap between them. The overlap will be described with reference to FIG.
図7において、R1〜R4は、上下左右に並ぶ4つのサブアレイについての4つの変動領域を表している。ちなみに、変動領域R1は実線によって表されており、変動領域R2は一点鎖線によって表されており、変動領域R3は二点鎖線によって表されており、変動領域R4は破線によって表されている。 In FIG. 7, R <b> 1 to R <b> 4 represent four variable regions for four subarrays arranged vertically and horizontally. Incidentally, the fluctuation region R1 is represented by a solid line, the fluctuation region R2 is represented by a one-dot chain line, the fluctuation region R3 is represented by a two-dot chain line, and the fluctuation region R4 is represented by a broken line.
それぞれの変動領域が部分的にオーバーラップする振動素子a〜lについて検討する。振動素子a,b,cは変動領域R1,R2,R3に属し、振動素子d,e,fは変動領域R1,R2,R4に属し、振動素子g,h,iは変動領域R2,R3,R4に属し、振動素子j,k,lは変動領域R1,R3,R4に属する。 Consider the vibration elements a to l in which the respective fluctuation regions partially overlap. The vibration elements a, b, and c belong to the fluctuation regions R1, R2, and R3, the vibration elements d, e, and f belong to the fluctuation regions R1, R2, and R4, and the vibration elements g, h, and i belong to the fluctuation regions R2, R3, and R3, respectively. The vibration elements j, k, and l belong to the fluctuation regions R1, R3, and R4.
変動領域R1に着目した場合、その変動領域R1内には振動素子a〜f,j〜lが属しており(振動素子g〜iは属しない)、また、変動領域R1には更にそれ固有の複数の振動素子が属している。そのような固有の振動素子は13個の振動素子からなるものであり、それらは、変動領域R1の中央部を中心としてひし形に密集する。 When attention is paid to the fluctuation region R1, the vibration elements a to f and j to l belong to the fluctuation region R1 (the vibration elements g to i do not belong), and the fluctuation region R1 further has its own characteristic. A plurality of vibration elements belong. Such a specific vibration element is composed of thirteen vibration elements, and they are densely packed in a rhombus centered on the central portion of the fluctuation region R1.
図8には比較例が示されている。ここでは、サブアレイの形状が正方形であり、その形状が不変である。斜め方向に超音波ビームを走査する場合に、例えば図8に示すようなグルーピングパターンが設定される。この場合において、グループCに属する複数の振動素子はビーム走査方向に多重的に存在しており(つまり、当該方向において振動部分Cの厚みが増大している)、その結果、超音波ビームのプロファイルが崩れ、サイドローブが出やすくなる。その一方において、本実施形態によれば、図4に示したようなサブアレイ形状及びグルーピングパターンを設定することが可能であるために、図8に示したような場合に生ずる問題を解消あるいは軽減することが可能となる。 FIG. 8 shows a comparative example. Here, the shape of the subarray is a square, and the shape is unchanged. When scanning an ultrasonic beam in an oblique direction, for example, a grouping pattern as shown in FIG. 8 is set. In this case, a plurality of vibration elements belonging to the group C exist in a multiple manner in the beam scanning direction (that is, the thickness of the vibration part C increases in the direction), and as a result, the profile of the ultrasonic beam Collapses and side lobes are likely to appear. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to set the subarray shape and grouping pattern as shown in FIG. 4, so that the problem that occurs in the case as shown in FIG. 8 is eliminated or reduced. It becomes possible.
図9には、サブアレイ形状についての他の実施形態が示されており、ここにおいては4×4=16個の振動素子によって、1つのサブアレイが構成されている。図示されるように、各サブアレイを構成する16個の振動素子が4つのグループでグルーピングされている。なお、図9において、各グループを識別するために、各グループにはそれぞれ異なるハッチングが付されている。図9に示される数値は、超音波ビームの走査方向を示す角度(走査方位)を示している。 FIG. 9 shows another embodiment of the subarray shape, in which one subarray is constituted by 4 × 4 = 16 vibration elements. As shown in the figure, the 16 vibration elements constituting each subarray are grouped into four groups. In FIG. 9, each group is given a different hatching to identify each group. The numerical values shown in FIG. 9 indicate an angle (scanning azimuth) indicating the scanning direction of the ultrasonic beam.
図9に示されるように、超音波ビームの走査方向に応じて、各サブアレイ(同時にグルーピングパターン)を適応的に変化させることにより、いずれのビーム走査方向においてもビームプロファイルを良好にできる。図9に示す、いずれのサブアレイ形状パターンを採用する場合でも、複数のサブアレイは互いに密に連結することが可能である。例えば、走査方向が45度の場合には、図4に示したように、複数のサブアレイが隙間なく相互に密に連結する。このことは、他の走査角度においても同様である。 As shown in FIG. 9, the beam profile can be improved in any beam scanning direction by adaptively changing each sub-array (simultaneously grouping pattern) according to the scanning direction of the ultrasonic beam. Even when any of the subarray shape patterns shown in FIG. 9 is employed, the plurality of subarrays can be closely connected to each other. For example, when the scanning direction is 45 degrees, as shown in FIG. 4, a plurality of subarrays are closely connected to each other without a gap. The same applies to other scanning angles.
ただし、2Dアレイ振動子の端部においては、実質的に機能しない1又は複数の振動素子が存在していてもよい。また、上記の実施形態においては複数のサブアレイ間において隙間が生じていないが、サブアレイ間に1又は複数の実質的に機能しない振動素子が存在していてもよい。 However, one or a plurality of vibrating elements that do not substantially function may exist at the end of the 2D array transducer. In the above embodiment, no gap is generated between the plurality of subarrays, but one or a plurality of substantially non-functional vibrating elements may exist between the subarrays.
上述したサブアレイ形状パターンの可変設定方法は、2Dアレイ振動子の他に、複数の振動素子が二次元的に配列される例えば1.5Dアレイ振動子などにも適用することも可能である。 The above-described variable setting method of the sub-array shape pattern can be applied to, for example, a 1.5D array transducer in which a plurality of transducer elements are two-dimensionally arranged in addition to the 2D array transducer.
図11及び図12を用いて、サブアレイ形状パターン及びグルーピングパターンの変化について、他の幾つかのバリエーションについて説明する。図11においては、サブアレイは4×4個の振動素子によって構成されている。 With reference to FIG. 11 and FIG. 12, some other variations will be described with respect to changes in the subarray shape pattern and grouping pattern. In FIG. 11, the subarray is composed of 4 × 4 vibrating elements.
(A)には、ビーム走査方向が45度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。各グループは、ビーム走査方向(太い矢印)に対して直交した4つの振動素子で構成されている。各グループは同一の形状を有する。(B)には、ビーム走査方向が45度よりも小さい角度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(B)に示すサブアレイは、(A)に示したサブアレイと同じサブアレイ形状(外形)を有するが、複数のグループ間において、グループを構成する振動素子の個数は同一ではなく、また、非直線的なグループA,B,Cが含まれている。(C)には、ビーム走査方向が45度よりも大きい角度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(C)に示すサブアレイは、(A)に示したサブアレイと同じサブアレイ形状を有するが、複数のグループ間において、グループを構成する振動素子の個数は同一ではなく、また、非直線的なグループB,C,Dが含まれている。(D)には、ビーム走査方向が45度よりも小さい角度の場合における他のサブアレイ形状パターンが示されている。(D)に示すサブアレイは、(A)に示したサブアレイと異なる形状を有している。この(D)においては、複数のグループ間で、グループ形状は同一である。(E)には、ビーム走査方向がかなり小さい角度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(E)に示すサブアレイは、(D)に示したサブアレイと同じ形状を有するが、複数のグループ間において、グループを構成する振動素子の個数は非同一である。いずれのサブアレイ形状パターンが採用されても、複数のサブアレイを互いに密に連結することができる。 (A) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is 45 degrees. Each group is composed of four vibration elements orthogonal to the beam scanning direction (thick arrow). Each group has the same shape. (B) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is an angle smaller than 45 degrees. The subarray shown in (B) has the same subarray shape (outer shape) as the subarray shown in (A), but the number of vibrating elements constituting the group is not the same among the plurality of groups, and is non-linear. Groups A, B, and C are included. (C) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is an angle larger than 45 degrees. The subarray shown in (C) has the same subarray shape as the subarray shown in (A), but the number of vibrating elements constituting the group is not the same among the plurality of groups, and the non-linear group B , C, D are included. (D) shows another sub-array shape pattern when the beam scanning direction is an angle smaller than 45 degrees. The subarray shown in (D) has a different shape from the subarray shown in (A). In (D), the group shape is the same among a plurality of groups. (E) shows a sub-array shape pattern in the case where the beam scanning direction has a considerably small angle. The subarray shown in (E) has the same shape as the subarray shown in (D), but the number of vibration elements constituting the group is non-identical among a plurality of groups. Regardless of which subarray shape pattern is employed, a plurality of subarrays can be closely connected to each other.
以上のように、ビーム走査方向に応じて、サブアレイ形状パターン及びグループ形状パターンの両者を変化させることにより、良好な超音波ビームを形成できる。特に、各グループを構成する振動素子の個数をビーム走査方向に応じて可変すれば、サイドローブをより効果的に低減できる。 As described above, an excellent ultrasonic beam can be formed by changing both the subarray shape pattern and the group shape pattern in accordance with the beam scanning direction. In particular, the side lobes can be reduced more effectively by changing the number of vibrating elements constituting each group in accordance with the beam scanning direction.
上記の実施形態においては、各サブアレイを構成する複数の振動素子の全部が有効振動素子(超音波の送波及び受波を行う振動素子)として機能していたが、ビーム走査方向が所定の角度となる場合に、各サブアレイ内に1又は複数の無効振動素子(超音波の送波及び受波を行わない振動素子)を設定するようにしてもよい。これに関して図12を用いて説明する。 In the above embodiment, all of the plurality of vibration elements constituting each sub-array function as effective vibration elements (vibration elements that transmit and receive ultrasonic waves), but the beam scanning direction is a predetermined angle. In this case, one or a plurality of reactive vibration elements (vibration elements that do not transmit and receive ultrasonic waves) may be set in each subarray. This will be described with reference to FIG.
図12においては、サブアレイが5×5個の振動素子によって構成されいる。(A)には、ビーム走査方向が45度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている(図4、図5(b)及び図6に示したパターンと同一である)。各グループは、ビーム走査方向に直交する振動素子列によって構成され、各振動素子列は5つの振動素子によって構成される。(B)には、ビーム走査方向が30度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(C)には、ビーム走査方向が60度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(B)及び(C)に示したサブアレイは、(A)に示したサブアレイと同じ形状を有しているが、(B)及び(C)に示したサブアレイは複数の非直線的なグループを有している。(D)には、ビーム走査方向が25度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。ここでは、複数のグループ間で、グループを構成する振動素子の個数は同一であり、また、形状も同一である。一方、(E)には、ビーム走査方向が15度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(E)に示したサブアレイは、(D)に示したサブアレイと同じ形状を有しているが、両者間でグルーピングパターンは異なっている。(F)には、ビーム走査方向が20度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(F)に示したサブアレイは、(D)に示したサブアレイと同じ形状を有しているが、サブアレイ内に1つの無効振動素子102が含まれている。(G)には、ビーム走査方向が10度の場合におけるサブアレイ形状パターンが示されている。(G)に示したサブアレイは、(E)に示したサブアレイと同じ形状を有しているが、サブアレイ内に4つの無効振動素子102が含まれている。このように、無効振動素子の位置及び個数がビーム走査方向に応じて可変設定される。
In FIG. 12, the subarray is composed of 5 × 5 vibrating elements. (A) shows a subarray shape pattern when the beam scanning direction is 45 degrees (the same as the patterns shown in FIGS. 4, 5B and 6). Each group is constituted by a vibrating element row orthogonal to the beam scanning direction, and each vibrating element row is constituted by five vibrating elements. (B) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is 30 degrees. (C) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is 60 degrees. The subarrays shown in (B) and (C) have the same shape as the subarray shown in (A), but the subarrays shown in (B) and (C) have a plurality of non-linear groups. Have. (D) shows a subarray shape pattern when the beam scanning direction is 25 degrees. Here, the number of vibration elements constituting the group is the same and the shape is the same among the plurality of groups. On the other hand, (E) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is 15 degrees. The subarray shown in (E) has the same shape as the subarray shown in (D), but the grouping pattern is different between the two. (F) shows a sub-array shape pattern when the beam scanning direction is 20 degrees. The subarray shown in (F) has the same shape as the subarray shown in (D), but includes one
図11及び図12に示したいずれのサブアレイ形状パターンを採用する場合でも、複数のサブアレイを互いに密に連結させることができる。 Even when any of the subarray shape patterns shown in FIGS. 11 and 12 is employed, a plurality of subarrays can be closely connected to each other.
以上説明したように、本発明によれば、超音波ビームプロファイルを良好にすることができる。よって、形成される超音波画像の画質を向上できるという利点がある。 As described above, according to the present invention, the ultrasonic beam profile can be improved. Therefore, there is an advantage that the image quality of the formed ultrasonic image can be improved.
10 プローブヘッド、12 装置本体、16 2Dアレイ振動子、20 スイッチング回路、24 送受信モジュール、26 サブ整相加算回路、30 メイン整相加算回路、32 送受信制御部、S サブアレイ、R 変動範囲。 10 probe head, 12 device main body, 16 2D array transducer, 20 switching circuit, 24 transmission / reception module, 26 sub phasing addition circuit, 30 main phasing addition circuit, 32 transmission / reception control unit, S subarray, R fluctuation range.
Claims (22)
前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定するスイッチング部と、
前記アレイ振動子から出力された複数の受信信号を処理する受信処理部と、
を含み、
前記スイッチング部は、前記アレイ振動子における少なくとも1つのサブアレイのサブアレイ形状パターンを変更することを特徴とする超音波診断装置。 An array vibrator having a plurality of vibration elements arranged two-dimensionally;
A switching unit for setting a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements;
A reception processing unit for processing a plurality of reception signals output from the array transducer;
Including
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the switching unit changes a subarray shape pattern of at least one subarray in the array transducer.
前記スイッチング部は、前記複数のサブアレイについて、それぞれのサブアレイ形状パターンを変更することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the switching unit changes each subarray shape pattern for the plurality of subarrays.
前記複数のサブアレイに対して同一のサブアレイ形状パターンが設定されることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the same subarray shape pattern is set for the plurality of subarrays.
更に、ビーム形成条件に応じて、前記サブアレイ形状パターンを切り換える制御部を含むことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus further includes a control unit that switches the subarray shape pattern according to a beam forming condition.
前記アレイ振動子は、X方向及びY方向に複数の振動素子が整列した2Dアレイ振動子であり、
前記ビーム形成条件には、XY面上におけるビーム走査方向が含まれることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4.
The array transducer is a 2D array transducer in which a plurality of transducer elements are aligned in the X direction and the Y direction.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the beam forming condition includes a beam scanning direction on an XY plane.
前記スイッチング部は、更に、前記各サブアレイごとに複数のグループを設定し、
前記各グループは複数の振動素子によって構成され、
前記受信処理部は、前記各サブアレイにおける各グループごとに出力されたグループ受信信号を処理し、
前記スイッチング部は、更に、前記サブアレイ形状パターンの変更に伴って、前記各グループのグループ形状パターンを変更する機能を有することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The switching unit further sets a plurality of groups for each of the subarrays,
Each group includes a plurality of vibration elements,
The reception processing unit processes a group reception signal output for each group in each subarray,
The switching unit further has a function of changing the group shape pattern of each group in accordance with the change of the subarray shape pattern.
ビーム形成条件に応じて、前記各グループを構成する振動素子の個数が可変されることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the number of vibration elements constituting each group is varied according to beam forming conditions.
前記ビーム形成条件はビーム走査方向を含むことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 7,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the beam forming condition includes a beam scanning direction.
ビーム形成条件に応じて、前記各サブアレイに1又は複数の無効振動素子が含まれることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein each subarray includes one or a plurality of ineffective vibration elements according to beam forming conditions.
ビーム形成条件に応じて、前記サブアレイ形状パターンと共に、前記グループ形状パターンを切り換える制御部を含むことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a control unit that switches the group shape pattern together with the subarray shape pattern according to beam forming conditions.
前記サブアレイ形状パターンを変更した場合でも、前記複数のサブアレイが互いに密に連結することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the plurality of subarrays are closely connected to each other even when the subarray shape pattern is changed.
前記各サブアレイごとにパターン変動領域が定められ、これにより、前記アレイ振動子上には複数のパターン変動領域が定められ、
前記各サブアレイごとのパターン変動領域は複数のサブアレイ形状パターンを合成した領域に相当し、
前記複数のパターン変動領域は、互いに部分的にオーバーラップする部分を有することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
A pattern variation region is defined for each subarray, whereby a plurality of pattern variation regions are defined on the array transducer,
The pattern variation region for each subarray corresponds to a region where a plurality of subarray shape patterns are combined,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the plurality of pattern variation areas have portions that partially overlap each other.
前記各パターン変動領域は、各サブアレイ固有の複数の振動素子と、前記オーバーラップする部分に存在する複数の振動素子と、をカバーすることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 12, wherein
Each pattern variation region covers a plurality of vibration elements unique to each subarray and a plurality of vibration elements present in the overlapping portion.
前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定し、且つ、各サブアレイごとに複数のグループを設定し、各グループごとにグループ受信信号を出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部から出力される複数のグループ受信信号を処理する受信処理部と、
ビーム走査条件に応じて、前記スイッチング部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記スイッチング部の動作を制御して、前記各サブアレイのサブアレイ形状パターンを変更し、且つ、前記各グループのグループ形状パターンを変更することを特徴とする超音波診断装置。 An array vibrator having a plurality of vibration elements;
A switching unit that sets a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements, sets a plurality of groups for each subarray, and outputs a group reception signal for each group;
A reception processing unit that processes a plurality of group reception signals output from the switching unit;
A control unit for controlling the switching unit according to beam scanning conditions;
Including
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the control unit controls the operation of the switching unit to change a subarray shape pattern of each subarray and to change a group shape pattern of each group.
前記受信処理部は、
前記各サブアレイから出力される複数のグループ受信信号に対してサブ整相加算処理を実行してサブ整相加算信号を出力する複数のサブ整相加算回路と、
前記複数のサブ整相加算部から出力される複数のサブ整相加算信号に対してメイン整相加算処理を実行するメイン整相加算回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 14, wherein
The reception processing unit
A plurality of sub-phased and added circuits that execute a sub-phased and added process on a plurality of group reception signals output from each of the sub-arrays and output a sub-phased and added signal;
A main phasing and adding circuit that performs main phasing and addition processing on the plurality of sub phasing and addition signals output from the plurality of sub phasing and addition units;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
少なくとも前記アレイ振動子及び前記スイッチング部が、プローブヘッド内に設けられたことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 15, wherein
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein at least the array transducer and the switching unit are provided in a probe head.
前記複数の振動素子に対して複数のサブアレイを設定するスイッチング部と、
前記スイッチング部を制御して、ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイのサブアレイ形状パターンを適応的に変更する制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。 An array vibrator having a plurality of vibration elements;
A switching unit for setting a plurality of subarrays for the plurality of vibration elements;
A controller that controls the switching unit to adaptively change a sub-array shape pattern of each sub-array according to a beam scanning direction;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記各サブアレイ形状パターンは、複数のパターン要素によって構成され、
前記各パターン要素は、実質的に直線状に配列された振動素子列によって構成されることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 17, wherein
Each of the subarray shape patterns is composed of a plurality of pattern elements,
Each said pattern element is comprised by the vibration element row | line | column arrange | positioned substantially linearly, The ultrasonic diagnostic apparatus characterized by the above-mentioned.
前記各振動素子列は、実質的に、前記ビーム走査方向に直交することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 18, wherein
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein each of the vibration element arrays is substantially orthogonal to the beam scanning direction.
前記ビーム走査方向が0度、90度、180度、及び、270度の場合には、前記各サブアレイの形状が四角形となり、
前記ビーム走査方向が前記の角度以外の場合には、前記各サブアレイの形状が前記四角形から変形して平行四辺形又はそれに近い形状となることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 17, wherein
When the beam scanning direction is 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees, the shape of each subarray is a quadrangle,
When the beam scanning direction is other than the angle, the ultrasonic diagnostic apparatus is characterized in that the shape of each of the subarrays is deformed from the square to become a parallelogram or a shape close thereto.
前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイ内に1又は複数の無効振動素子を設定し、且つ、前記各サブアレイ内における1又は複数の無効振動素子以外の複数の有効振動素子を用いて複数のグループを設定することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 17, wherein
The control unit sets one or more reactive vibration elements in each subarray according to the beam scanning direction, and a plurality of effective vibration elements other than the one or more reactive vibration elements in each subarray. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that a plurality of groups are set using a computer.
前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて、前記各サブアレイ内に複数のグループを設定し、
前記制御部は、前記ビーム走査方向に応じて前記各グループのグループ形状パターンを変更し、且つ、前記ビーム走査方向に応じて前記各グループを構成する振動素子の個数を変更することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 17, wherein
The control unit sets a plurality of groups in each subarray according to the beam scanning direction,
The control unit changes the group shape pattern of each group according to the beam scanning direction, and changes the number of vibrating elements constituting each group according to the beam scanning direction. Ultrasound diagnostic device.
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