JP2005168902A - Ultrasonic diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の振動子が2次元に配列された2次元アレイを用いて超音波ビームを送受信することにより電子走査を行なう超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that performs electronic scanning by transmitting and receiving an ultrasonic beam using a two-dimensional array in which a plurality of transducers are two-dimensionally arranged.
配列振動子を用いて体内に超音波の送受信を繰り返し行うことで、体内の2次元情報を得る電子走査式の超音波診断装置の原理はよく知られている。近年、カラーフロー血流映像装置や複合走査、さらに2次元走査の手法などが開発されており、一度に信号を得るための振動子の数は飛躍的に多くなっている。このことから、振動子で得た信号を受信し、ビーム形成を行なうための回路部分も増大するため、例えば特許文献1に示されたような方法により、受信回路の規模を低減する方法が提案されている。 The principle of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that obtains two-dimensional information in the body by repeatedly transmitting and receiving ultrasonic waves in the body using an array transducer is well known. In recent years, color flow blood flow imaging devices, composite scanning, and two-dimensional scanning techniques have been developed, and the number of transducers for obtaining signals at a time has increased dramatically. Therefore, the circuit portion for receiving the signal obtained by the vibrator and performing beam forming also increases. Therefore, for example, a method for reducing the scale of the receiving circuit by a method as disclosed in Patent Document 1 is proposed. Has been.
図7は、かかる従来の超音波診断装置の構成例を示す概略ブロック図である。図7において、従来の超音波診断装置は、2次元アレイ100と、2次元アレイ100を構成するサブアレイ101、102からの受信信号をそれぞれ整相加算するサブビームフォーマ119、120と、サブビームフォーマ119、120からの出力信号を整相加算するメインビームフォーマ110と、メインビームフォーマ110からの出力信号を映像信号に変換する信号処理部111と、信号処理部111からの映像信号を表示する表示部112とから構成される。
FIG. 7 is a schematic block diagram showing a configuration example of such a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. In FIG. 7, the conventional ultrasonic diagnostic apparatus includes a two-
以下、サブビームフォーマ119の構成について説明する。なお、サブアレイ102を構成する振動子105、106からの受信信号を整相加算するサブビームフォーマ120も、サブビームフォーマ119と同じ構成を有する。
Hereinafter, the configuration of the
サブビームフォーマ119は、サブアレイ101を構成する振動子103、104からの受信信号をそれぞれ増幅して、正相(+)および逆相(−)の信号を出力する増幅部121、122と、増幅部121、122からの正相または逆相の出力信号をそれぞれ選択するクロスポイントスイッチ(CPS)125、126と、クロスポイントスイッチ125からの出力信号を増幅率を変化させて増幅する可変振幅部127、128と、クロスポイントスイッチ126からの出力信号を増幅率を変化させて増幅する可変振幅部129、130と、可変振幅部127と129からの出力信号を加算する加算器131と、可変振幅部128と130からの出力信号を加算する加算器132と、加算器131からの出力信号の位相を+45度だけ変化させる位相シフタ(PS)133と、加算器132からの出力信号の位相を−45度だけ変化させる位相シフタ(PS)134と、位相シフタ133と134の出力信号を加算する加算器109とから構成されている。
The sub beam former 119 amplifies reception signals from the
この構成により、サブビームフォーマ内のクロスポイントスイッチと可変振幅部により受信信号の振幅を制御することで、受信信号の位相を制御し、サブアレイ内の振動子からの受信信号の整相を行っている。
しかしながら、上記従来の方法では、サブビームフォーマは、増幅器、クロスポイントスイッチ、可変振幅部、加算器、位相シフタ等で構成されており、回路の構成が複雑で回路規模が大きくなるという問題があった。また、制御する要素として、クロスポイントスイッチの切り替えや可変増幅部での増幅率というように、複数の箇所の制御を必要としていた。 However, in the above conventional method, the sub-beamformer is composed of an amplifier, a crosspoint switch, a variable amplitude unit, an adder, a phase shifter, etc., and there is a problem that the circuit configuration is complicated and the circuit scale is increased. . In addition, as a control element, it is necessary to control a plurality of points such as switching of a cross point switch and an amplification factor in a variable amplification unit.
本発明は、上記従来の問題を解決し、従来の方式に比べて、より簡易な回路で、かつ少ない制御で、複数の振動子からの受信信号を整相加算することができ、物量の少ない超音波診断装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can perform phasing addition of received signals from a plurality of transducers with a simpler circuit and less control than a conventional method, and has a small amount of material. An object is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の超音波診断装置は、2次元アレイの各振動子で得られた受信信号を、可変移相器を用いて整相加算するという構成を有している。 In order to achieve the above object, the first ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention has a configuration in which the received signals obtained by the respective transducers of the two-dimensional array are phased and added using a variable phase shifter. Have.
この構成により、従来より少ない回路構成で、かつ少ない制御で、受信信号の整相加算が実現できる。 With this configuration, it is possible to achieve phasing addition of received signals with less circuit configuration and less control than in the past.
また、本発明に係る第1の超音波診断装置は、可変移相器に対する位相制御信号を抵抗分割により可変移相器の位相制御線数より少ない本数の制御信号から生成する位相制御電圧発生回路を備えた構成を有している。 In addition, a first ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes a phase control voltage generation circuit that generates a phase control signal for a variable phase shifter from a control signal having a number smaller than the number of phase control lines of the variable phase shifter by resistance division. It has the composition provided with.
この構成により、可変移相器の数よりも少ない制御線で整相加算を行なうことができ、振動子と本体を接続するケーブルの接続本数を低減することができる。 With this configuration, phasing addition can be performed with fewer control lines than the number of variable phase shifters, and the number of cables connecting the vibrator and the main body can be reduced.
また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第2の超音波診断装置は、受信ビームフォーマ内のサブビームフォーマが、2次元アレイを構成する各振動子で得たエコー信号を正・逆2つの位相で出力する増幅部と、増幅部からのいずれか一方の出力信号を選択して可変移相器に供給するクロスポイントスイッチとを備えた構成を有している。 In order to achieve the above-mentioned object, the second ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is configured so that the sub-beamformer in the reception beamformer converts the echo signal obtained by each transducer constituting the two-dimensional array into a forward / reverse direction. It has a configuration including an amplifying unit that outputs two phases, and a crosspoint switch that selects one of the output signals from the amplifying unit and supplies the selected output signal to the variable phase shifter.
この構成により、従来より少ない回路構成で、かつ高い精度で、受信信号の整相加算を行なうことが可能となる。 With this configuration, it is possible to perform phasing addition of received signals with high accuracy with fewer circuit configurations than in the past.
さらに、本発明に係る第1および第2の超音波診断装置において、2次元アレイを用いて各振動子からの受信信号の整相加算を行なう際に、送信パルスの中心周波数や、体内のおける周波数依存性減衰による周波数の変化に基づいて、可変移相器の移相量を変化させる構成を有している。 Further, in the first and second ultrasonic diagnostic apparatuses according to the present invention, when performing phasing addition of reception signals from each transducer using a two-dimensional array, the center frequency of the transmission pulse and the body can be arranged. The phase shift amount of the variable phase shifter is changed based on a change in frequency due to frequency-dependent attenuation.
この構成により、送信間隔に合わせて可変移相器の位相制御電圧を変化させることで、浅い部位からの受信信号でも深い部位からの受信信号でも、精度のよい整相加算を行なうことができる。これにより、整相加算による誤差を小さくすることができ、より精密な整相加算を実現させるとともに、画質を向上させることができる。 With this configuration, by changing the phase control voltage of the variable phase shifter in accordance with the transmission interval, it is possible to perform accurate phasing addition for a reception signal from a shallow part or a reception signal from a deep part. As a result, errors due to phasing addition can be reduced, more precise phasing addition can be realized, and image quality can be improved.
本発明によれば、従来の方式に比べて、より簡易な回路で、かつ少ない制御で、複数の振動子からの受信信号を整相加算することができ、物量の少ない超音波診断装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus that can perform phased addition of received signals from a plurality of transducers with a simpler circuit and less control than conventional methods, and has a small amount of material. It becomes possible to do.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す概略ブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、超音波診断装置の2次元アレイ100は、複数のサブアレイ、例えばサブアレイ101、102、および図示されない複数のサブアレイに分割されている。サブアレイ101は、振動子103、104から構成されている。振動子103で受信された信号は、サブビームフォーマ119内の可変移相器107へ、振動子104で受信された信号は、サブビームフォーマ119内の可変移相器108に供給される。
In FIG. 1, a two-
可変移相器107および108は、図2に示すように、オペアンプ113と、容量可変ダイオード115と、抵抗114、116、117、118と、コンデンサ140、141とから構成される。容量可変ダイオード115の両端には、抵抗117、118を介して、図示されない制御回路から位相制御電圧Vc1、Vc2が供給され、この位相制御電圧Vc1、Vc2により容量可変ダイオード115の容量値は変化する。なお、制御端子は2本あるが、いずれかの制御端子をグランドに接続することで、1本の制御端子による位相制御が可能である。以下の実施の形態では、1本の制御端子を使用した場合について説明する。
As shown in FIG. 2, the
ダイオード115の容量値が変化することにより、オペアンプ113の出力信号は振幅を変えることなくその位相が回転する。これにより、図1の可変移相器107、108の出力信号の位相が回転する。
As the capacitance value of the
可変移相器117、118により位相が合わされた信号は加算器109により加算される。加算器109により加算された信号は、メインビームフォーマ110において、他のサブビームフォーマ120の出力信号と加算され、2次元アレイ全体の受信ビーム形状が形成される。なお、サブビームフォーマ120は、サブビームフォーマ119と同じ構成を有している。
The signals whose phases are matched by the
メインビームフォーマの出力信号は、信号処理部111により映像信号に変換されて、表示部112に表示される。
The output signal of the main beamformer is converted into a video signal by the
以上のように、本実施の形態によれば、従来より少ない回路構成で、かつ少ない制御で、受信信号の整相加算が実現できる。 As described above, according to the present embodiment, phasing addition of received signals can be realized with a smaller circuit configuration and less control than in the past.
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る超音波診断装置における2次元アレイ内の1つのサブアレイおよび可変移相器の構成を示す模式図で、図4は、図3の可変移相器に位相制御電圧を供給する位相制御電圧発生回路の構成例を示す回路図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of one subarray and a variable phase shifter in the two-dimensional array in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. It is a circuit diagram which shows the structural example of the phase control voltage generation circuit which supplies a phase control voltage to a phase shifter.
図3において、サブアレイは、振動子211、212、213、214と、振動子221、222、223、224と、振動子231、232、233、234と、振動子241、242、243、244とから構成されている。さらに、これらの振動子には、可変移相器311、312、313、314と、可変移相器321、322、323、324と、可変移相器331、332、333、334と、可変移相器341、342、343、344がそれぞれ接続されており、受信信号の位相を変化させることができる構成になっている。
In FIG. 3, the sub-array includes
なお、サブアレイの出力信号が整相加算される部分以降については、第1の実施の形態と構成および機能が同様であるので説明を省略する。 Since the sub-array output signals after the phasing addition are the same in configuration and function as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
可変移相器311〜314、321〜324、331〜334、341〜344には、それぞれ、位相制御電圧入力端子C11〜C14、C21〜24、C31〜34、C41〜44が設けられており、これらの端子は、図4に示す位相制御電圧発生回路135の各タップに接続される。図4において、位相制御電圧発生回路135は、抵抗R11〜R13、R21〜R23、R31〜R33、R41〜R43、R101〜R104、R111〜R114、R121〜R124から構成され、制御電圧は、端子A1、A2、A3、A4の4ヶ所から入力され、抵抗分割により生成された位相制御電圧が各可変移相器の位相制御に用いられる。
The
以上のように、本実施の形態によれば、例えばこの例のように、可変移相器の位相制御信号の本数が16本であるのに対し、位相制御信号を生成するもととなる制御信号の本数を4本と大幅に少なくでき、振動子と本体を接続する図示されないケーブルの接続本数を低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, for example, as in this example, the number of phase control signals of the variable phase shifter is 16, whereas the control that generates the phase control signal is performed. The number of signals can be significantly reduced to four, and the number of cables (not shown) connecting the vibrator and the main body can be reduced.
(第3の実施の形態)
図5は、本発明の第3の実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す概略ブロック図である。本実施の形態では、振動子103、104で得られた受信信号はそれぞれ、増幅部121、122に入力され、正相(0度)と逆相(180度)という2つの位相の信号が出力される。スイッチ123、124では、それぞれ、増幅部121、122の2つの出力信号のうち一方を選択し、可変移相器107、108に送る。この例では、可変移相器の位相可変範囲が狭く360度の位相回転が難しい場合に、スイッチ123、124により、増幅部からの0度および180度の位相の出力信号のいずれか一方を選択することにより、可変移相器107、108の位相回転範囲が180度あれば、本発明を実現可能にするものである。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the reception signals obtained by the
本実施の形態においても、スイッチ123、124は、従来例のクロスポイントスイッチより物量が少ないスイッチで構成することができ、また、従来例の可変振幅部が不要になるというメリットがある。
Also in the present embodiment, the
以上のように、本実施の形態によれば、従来より少ない回路構成で、かつ高い精度で、受信信号の整相加算を行なうことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform phasing addition of received signals with high accuracy with fewer circuit configurations than in the past.
(第4の実施の形態)
図6Aは、本発明の第4の実施の形態に係る超音波診断装置における可変移相器に対する位相制御電圧を生成する位相制御電圧発生回路の構成例を示すブロック図である。なお、図6Aに示さない他の構成は、図1に示す第1の実施の形態、または図5に示す第3の実施の形態の構成と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6A is a block diagram illustrating a configuration example of a phase control voltage generation circuit that generates a phase control voltage for a variable phase shifter in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Other configurations not shown in FIG. 6A are the same as the configurations of the first embodiment shown in FIG. 1 or the third embodiment shown in FIG.
体内において超音波が伝搬する際に、周波数に依存した減衰が生じ、深い部位からの受信信号ほど中心周波数が低くなるという現象はよく知られている。このため、サブビームフォーマにおいて、つねに同一の位相により整相加算を行なったとすると、例えば浅い部位からの受信信号の位相が合うように設定すると、深い部位からの受信信号の位相がずれるという問題が発生する。本実施の形態は、この問題を解決する位相制御電圧発生回路を提供するものである。 It is well known that when ultrasonic waves propagate in the body, frequency-dependent attenuation occurs, and the center frequency decreases as the received signal from a deeper part. For this reason, if the phasing addition is always performed with the same phase in the sub-beamformer, for example, if the phase of the reception signal from the shallow part is set to match, there is a problem that the phase of the reception signal from the deep part shifts. To do. The present embodiment provides a phase control voltage generation circuit that solves this problem.
図6Aにおいて、位相制御電圧発生回路は、制御器401と、メモリ402と、D/A変換器403とから構成される。制御器401は、図6Bに示す送信タイミングと連動させた位相データをメモリ402に出力し、メモリ402は、位相データを電圧データに変換して出力する。メモリ402からの出力データは、D/A変換器によりアナログ信号の位相制御電圧(図6B)に変換されて、この位相制御電圧により可変移相器の位相が制御される。
In FIG. 6A, the phase control voltage generation circuit includes a
以上のように、本実施の形態によれば、送信間隔に合わせて可変移相器の位相制御電圧を変化させることで、浅い部位からの受信信号でも深い部位からの受信信号でも、精度のよい整相加算を行なうことができる。これにより、整相加算による誤差を小さくすることができ、より精密な整相加算を実現させるとともに、画質を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, by changing the phase control voltage of the variable phase shifter in accordance with the transmission interval, it is possible to obtain a high accuracy with respect to a received signal from a shallow part or a deep part. Phased addition can be performed. As a result, errors due to phasing addition can be reduced, more precise phasing addition can be realized, and image quality can be improved.
以上のように、本発明に係る超音波診断装置は、可変移相器を用いてサブビームフォーマ内の受信信号の整相加算を行なうことで、少ない回路規模で2次元アレイにおけるビーム形成を行なうことができ、安価なリアルタイム3次元表示を実現するに極めて有用である。 As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention performs beam forming in a two-dimensional array with a small circuit scale by performing phasing addition of received signals in the sub-beamformer using a variable phase shifter. It is extremely useful for realizing an inexpensive real-time three-dimensional display.
100 2次元アレイ
101、102 サブアレイ
103〜106 振動子
107、108 可変移相器
109 加算器
110 メインビームフォーマ
111 信号処理部
112 表示部
113 オペアンプ
114、116、117、118 抵抗
115 容量可変ダイオード
119、120 サブビームフォーマ
121、122 増幅部
123、124 スイッチ
125、126 クロスポイントスイッチ(CPS)
127〜130 可変制御部
131、132 加算器
133、134 位相シフタ
135 制御電圧発生回路
140、141 コンデンサ
211〜214、221〜224、231〜234、241〜244 振動子
311〜314、321〜324、331〜334、341〜344 可変移相器
401 制御器
402 メモリ
403 D/A変換器
R11〜R13、R21〜R23、R31〜R33、R41〜R43、R101〜R104、R111〜R114、R121〜R124 抵抗
100 Two-
127-130
Claims (4)
前記複数の振動子は複数のグループに分けられ、それぞれのグループ内の複数の振動子からの受信信号の整相加算を行ないグループ毎の受信信号を生成し、さらに前記複数のグループからの受信信号を整相加算することにより受信ビームの偏向、集束を行なう受信ビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
前記受信ビームフォーマは、受信信号の位相を変化させてグループ内の受信信号の整相加算を行う可変移相器を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 A two-dimensional array in which a plurality of transducers are arranged two-dimensionally;
The plurality of transducers are divided into a plurality of groups, and phasing addition of reception signals from the plurality of transducers in each group is performed to generate reception signals for each group, and further, reception signals from the plurality of groups A receiving beam former that performs deflection and focusing of the received beam by phasing and summing,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the reception beamformer includes a variable phase shifter that performs phased addition of reception signals in a group by changing a phase of reception signals.
前記複数の振動子は複数のグループに分けられ、それぞれのグループ内の複数の振動子からの受信信号の整相加算を行ないグループ毎の受信信号を生成し、さらに前記複数のグループからの受信信号を整相加算することにより受信ビームの偏向、集束を行なう受信ビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
前記受信ビームフォーマは、グループ毎の受信信号の整相加算を行うために、
振動子からの受信信号を受けて正相および逆相の信号を出力する増幅部と、
前記増幅部からの出力信号のいずれか一方を選択するスイッチと、
前記スイッチで選択された信号の位相を変化させる可変移相器とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。 A two-dimensional array in which a plurality of transducers are arranged two-dimensionally;
The plurality of transducers are divided into a plurality of groups, and phasing addition of reception signals from the plurality of transducers in each group is performed to generate reception signals for each group, and further, reception signals from the plurality of groups A receiving beam former that performs deflection and focusing of the received beam by phasing and summing,
The reception beamformer performs phasing addition of reception signals for each group,
An amplification unit that receives a reception signal from the vibrator and outputs a normal phase signal and a negative phase signal;
A switch for selecting any one of the output signals from the amplification unit;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a variable phase shifter that changes a phase of a signal selected by the switch.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the variable phase shifter changes a phase shift amount based on a center frequency of a received signal.
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