JP2006000287A - Ultrasonic transmitting and receiving apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic transmitting and receiving apparatus which achieves the low power consumption and cost reduction of a plurality of A/D converters for performing A/D conversion of a plurality of received signals obtained by receiving ultrasonic echo. <P>SOLUTION: This ultrasonic transmitting and receiving apparatus comprises a plurality of amplifying means 23a and 23b for amplifying the received signals outputted from a plurality of ultrasonic transducers 10, the plurality of A/D converters 23c for converting the amplified received signals to digital signals, a selecting means 24 for selecting one from the amplified received signals, an A/D converter 25 for converting the selected received signal to a digital signal, and a controlling means 41 for controlling an ultrasonic probe so that an ultrasonic beam is transmitted in a desired direction and for generating a control signal for setting an amplification factor of the plurality of amplifying means 23a on the basis of the digital signal outputted from the A/D converter 25 by controlling the selecting means 24. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波を送受信して生体内臓器の診断や非破壊検査を行うための超音波送受信装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic transmission / reception device for transmitting and receiving ultrasonic waves to perform diagnosis and non-destructive inspection of internal organs.

一般的に、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送受信装置においては、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用探触子(プローブ)が用いられる。このような超音波用探触子を用いて、複数の超音波を合波することにより形成される超音波ビームによって被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信することにより、複数の超音波トランスデューサから複数の受信信号(「検出信号」ともいう)がそれぞれ出力される。これらの受信信号を増幅等した後、A/D変換することにより、ディジタル信号としての検出データが得られる。さらに、検出データに対して様々な信号処理を施すことにより、被検体に関する画像情報が得られ、これに基づいて、被検体に関する2次元又は3次元画像が再現される。   In general, in an ultrasonic transmission / reception apparatus used as an ultrasonic diagnostic apparatus or an industrial flaw detection apparatus, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers having an ultrasonic transmission / reception function is used. It is done. Using such an ultrasonic probe, the subject is scanned with an ultrasonic beam formed by combining a plurality of ultrasonic waves, and an ultrasonic echo reflected inside the subject is received. Thus, a plurality of reception signals (also referred to as “detection signals”) are output from the plurality of ultrasonic transducers, respectively. After amplifying these received signals, A / D conversion is performed to obtain detection data as digital signals. Furthermore, by performing various signal processing on the detection data, image information relating to the subject is obtained, and based on this, a two-dimensional or three-dimensional image relating to the subject is reproduced.

関連する技術として、下記の特許文献1には、ΔΣ変調信号についてダイナミックフォーカスを行う受信信号形成方法が開示されている。この受信信号形成方法によれば、複数の超音波トランスデューサが受信した複数の信号をそれぞれΔΣ変調し、予め定めた遅延を付与して加算し、それをフィルタリングして受信信号を形成するに当り、遅延時間の付与が、ΔΣ変調した信号列に引き延ばし信号を付与することにより行われる。ΔΣ変調器は、一般のA/D変換器よりも構成が簡単でありコストも安価であるが、超音波送受信装置においては使用するチャンネル数が多いので、さらにコストを低減させることが望まれる。   As a related technique, Patent Document 1 below discloses a reception signal forming method for performing dynamic focusing on a ΔΣ modulation signal. According to this reception signal forming method, each of a plurality of signals received by a plurality of ultrasonic transducers is ΔΣ modulated, added with a predetermined delay, added, and filtered to form a reception signal. The delay time is added by applying a stretched signal to the ΔΣ-modulated signal sequence. The ΔΣ modulator has a simpler configuration and a lower cost than a general A / D converter, but since the number of channels used in the ultrasonic transmission / reception apparatus is large, it is desired to further reduce the cost.

また、下記の特許文献2には、簡易な方法で求めたビットストリーム信号を用いる受信信号形成方法が開示されている。この受信信号形成方法によれば、複数の超音波トランスデューサが受信した複数の信号をそれぞれΔΣ変調以外の量子化方法でビットストリーム信号に変換し、予め定めた遅延を付与して加算し、それをフィルタリングして受信信号を形成する。特許文献2は、特許文献1において用いられているΔΣ変調器を、それ以外のビットストリーム変換回路に変えることにより、さらに、コストダウンを図るものである。しかしながら、高い分解能でA/D変換を行う場合には、あまりコストを低減させることができない。
特開2000−254121号公報(第1頁、図7) 特開2000−254122号公報(第1、5頁、図8)
Patent Document 2 below discloses a reception signal forming method using a bit stream signal obtained by a simple method. According to this received signal forming method, a plurality of signals received by a plurality of ultrasonic transducers are converted into bitstream signals by a quantization method other than ΔΣ modulation, added with a predetermined delay, and added. Filter to form a received signal. In Patent Document 2, the ΔΣ modulator used in Patent Document 1 is replaced with another bit stream conversion circuit to further reduce the cost. However, when A / D conversion is performed with high resolution, the cost cannot be reduced much.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-254121 (first page, FIG. 7) JP 2000-254122 A (first and fifth pages, FIG. 8)

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波エコーを受信して得られる複数の受信信号をA/D変換するための複数のA/D変換器のコストを低減すると共に、低消費電力化を実現した超音波送受信装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention reduces the cost of a plurality of A / D converters for A / D converting a plurality of reception signals obtained by receiving ultrasonic echoes, and reduces power consumption. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic transmission / reception apparatus that realizes the realization of the system.

上記課題を解決するため、本発明に係る超音波送受信装置は、複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信し、被検体から反射された超音波エコーを受信して複数の受信信号をそれぞれ出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子と、複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を、制御信号によって設定された増幅率でそれぞれ増幅する複数の増幅手段と、複数の増幅手段によって増幅された複数の受信信号を複数のディジタル信号にそれぞれ変換する複数の第1のA/D変換器と、複数の増幅手段によって増幅された複数の受信信号の内の1つを選択する選択手段と、選択手段によって選択された受信信号をディジタル信号に変換する第2のA/D変換器と、超音波用探触子から超音波ビームが所望の方向に送信されるように駆動信号発生手段を制御すると共に、選択手段を制御することにより、第2のA/D変換器から出力されるディジタル信号に基づいて、複数の増幅手段における増幅率を設定するための制御信号を生成する制御手段と、複数の第1のA/D変換器から出力されるディジタル信号に対して、少なくとも1つの受信焦点を形成するように位相整合を行う受信ビームフォーミング手段とを具備する。   In order to solve the above-described problems, an ultrasonic transmission / reception apparatus according to the present invention transmits ultrasonic waves to a subject according to a plurality of drive signals, receives ultrasonic echoes reflected from the subject, and receives a plurality of reception signals. An ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic transducers to output, drive signal generating means for generating a plurality of drive signals to be respectively supplied to the plurality of ultrasonic transducers, and output from the plurality of ultrasonic transducers A plurality of amplifying means for amplifying a plurality of received signals at an amplification factor set by the control signal, and a plurality of first signals for converting the plurality of received signals amplified by the plurality of amplifying means into a plurality of digital signals, respectively. An A / D converter; a selection means for selecting one of a plurality of received signals amplified by the plurality of amplification means; and a selection means selected by the selection means. A second A / D converter for converting the received signal into a digital signal, a driving signal generating means for controlling the ultrasonic beam to be transmitted in a desired direction from the ultrasonic probe, and a selecting means. And controlling means for generating a control signal for setting the amplification factor in the plurality of amplifying means based on the digital signal output from the second A / D converter, and a plurality of first Receiving beam forming means for performing phase matching so as to form at least one receiving focus with respect to the digital signal output from the A / D converter.

本発明によれば、第2のA/D変換器から出力されるディジタル信号に基づいて複数の増幅手段における増幅率を設定することにより、超音波エコーを受信して得られる複数の受信信号をA/D変換するための複数の第1のA/D変換器のコストを低減すると共に、低消費電力化を実現することができる。   According to the present invention, a plurality of reception signals obtained by receiving an ultrasonic echo are obtained by setting amplification factors in a plurality of amplification means based on a digital signal output from the second A / D converter. The cost of the plurality of first A / D converters for A / D conversion can be reduced, and power consumption can be reduced.

なお、本願においては、トランスデューサアレイを構成する1エレメント分のトランスデューサを、「超音波トランスデューサ」という。   In the present application, the transducer for one element constituting the transducer array is referred to as “ultrasonic transducer”.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る超音波送受信装置は、被検体に向けて超音波を送信し、被検体から反射される超音波エコーを受信して、受信した超音波エコーに基づいて超音波画像を表示する機能を備えている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic transmission / reception apparatus according to an embodiment of the present invention. The ultrasonic transmission / reception apparatus according to the present embodiment transmits an ultrasonic wave toward a subject, receives an ultrasonic echo reflected from the subject, and displays an ultrasonic image based on the received ultrasonic echo. It has a function.

図1に示すように、この超音波送受信装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子(プローブ)1と、超音波用探触子1に接続された超音波送受信装置本体2とによって構成される。   As shown in FIG. 1, this ultrasonic transmission / reception apparatus includes an ultrasonic probe (probe) 1 used in contact with a subject, and an ultrasonic transmission / reception apparatus connected to the ultrasonic probe 1. And a main body 2.

超音波用探触子1は、1次元又は2次元状等に配列されたN個の超音波トランスデューサ10を含むトランスデューサアレイ(「アレイトランスデューサ」ともいう)を内蔵している。これらの超音波トランスデューサ10は、信号線を介して、超音波送受信装置本体2に接続される。   The ultrasonic probe 1 has a built-in transducer array (also referred to as “array transducer”) including N ultrasonic transducers 10 arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner. These ultrasonic transducers 10 are connected to the ultrasonic transmission / reception apparatus main body 2 via signal lines.

超音波トランスデューサ10は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料(圧電材料)の両端に電極を形成した振動子によって構成される。また、近年において、超音波トランスデューサの感度及び帯域向上に寄与するとして期待が寄せられているPZNT(鉛、亜鉛、ニオブ、チタンを含む酸化物)単結晶を含む圧電材料を用いても良い。   The ultrasonic transducer 10 is, for example, a piezoelectric ceramic represented by PZT (Pb (lead) zirconate titanate), a polymer piezoelectric element represented by PVDF (polyvinylidene difluoride), or the like. It is constituted by a vibrator in which electrodes are formed on both ends of a piezoelectric material (piezoelectric material). In addition, in recent years, a piezoelectric material containing PZNT (an oxide containing lead, zinc, niobium, titanium), which is expected to contribute to the improvement of sensitivity and bandwidth of an ultrasonic transducer, may be used.

このような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電材料が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、これらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号としての受信信号を発生する。これらの受信信号は、超音波の検出信号として利用される。   When a voltage is applied to the electrodes of such a vibrator by sending a pulsed or continuous wave electrical signal, the piezoelectric material expands and contracts. By this expansion and contraction, pulsed or continuous wave ultrasonic waves are generated from the respective vibrators, and an ultrasonic beam is formed by synthesizing these ultrasonic waves. Each transducer expands and contracts by receiving propagating ultrasonic waves and generates a reception signal as an electrical signal. These received signals are used as ultrasonic detection signals.

超音波送受信装置本体2は、複数の切換回路21と、送信系の複数のパルサ回路22と、受信系のアナログ・フロントエンドを構成する複数の受信回路23と、選択回路24と、高分解能のA/D変換器25とを含んでいる。また、超音波送受信装置本体2は、複数のシフトレジスタ31と、複数のフェーズシフタ32と、加算器33とを含んでおり、これらは、受信系のディジタル・ビームフォーマを構成する。さらに、超音波送受信装置本体2は、制御部41と、表示画像演算部42と、表示部50とを含んでいる。   The ultrasonic transmission / reception apparatus main body 2 includes a plurality of switching circuits 21, a plurality of transmission system pulsar circuits 22, a plurality of reception circuits 23 constituting a reception system analog front end, a selection circuit 24, and a high resolution. A / D converter 25 is included. The ultrasonic transmission / reception apparatus main body 2 includes a plurality of shift registers 31, a plurality of phase shifters 32, and an adder 33, which constitute a digital beamformer for reception. Furthermore, the ultrasonic transmission / reception apparatus main body 2 includes a control unit 41, a display image calculation unit 42, and a display unit 50.

複数の切換回路21は、超音波の送信時において、超音波用探触子1に内蔵されている複数の超音波トランスデューサ10を複数のパルサ回路22にそれぞれ接続し、超音波の受信時において、超音波用探触子1に内蔵されている複数の超音波トランスデューサ10を複数の受信回路23にそれぞれ接続する。   The plurality of switching circuits 21 respectively connect the plurality of ultrasonic transducers 10 built in the ultrasonic probe 1 to the plurality of pulsar circuits 22 when transmitting ultrasonic waves, and when receiving ultrasonic waves, A plurality of ultrasonic transducers 10 built in the ultrasonic probe 1 are connected to a plurality of receiving circuits 23, respectively.

複数のパルサ回路22は、制御部41から供給される複数のタイミング信号に同期して、パルス状の複数の駆動信号をそれぞれ発生し、複数の超音波トランスデューサ10にそれぞれ供給する。これにより、送信フォーカス処理が行われて、少なくとも1つの超音波ビームが、超音波用探触子1から所望の方向に送信される。   The plurality of pulsar circuits 22 generate a plurality of pulsed drive signals in synchronization with the plurality of timing signals supplied from the control unit 41 and supply them to the plurality of ultrasonic transducers 10, respectively. Thereby, transmission focus processing is performed, and at least one ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic probe 1 in a desired direction.

各々の受信回路23は、制御信号により利得が制御されるプリアンプ23aと、TGC(time gain compensation:タイム・ゲイン・コンペンセーション)増幅器23bと、低分解能のA/D(アナログ/ディジタル)変換器23cとを含んでいる。各々の超音波トランスデューサ10から出力される受信信号は、プリアンプ23aによって、制御信号により設定された増幅率で増幅され、TGC増幅器23bによって、被検体内において超音波が到達した距離による減衰の補正が施される。TGC増幅器23bから出力された受信信号は、A/D変換器23cによってディジタル信号(検出データ)に変換される。   Each receiving circuit 23 includes a preamplifier 23a whose gain is controlled by a control signal, a TGC (time gain compensation) amplifier 23b, and a low-resolution A / D (analog / digital) converter 23c. Including. The reception signal output from each ultrasonic transducer 10 is amplified by the preamplifier 23a with the amplification factor set by the control signal, and the TGC amplifier 23b corrects the attenuation due to the distance that the ultrasonic wave reaches in the subject. Applied. The reception signal output from the TGC amplifier 23b is converted into a digital signal (detection data) by the A / D converter 23c.

本実施形態においては、A/D変換器23cのダイナミックレンジを有効に活用するように、A/D変換器23cに入力される受信信号のレベルが制御されるので、A/D変換器23cとして、8ビット程度の低分解能のA/Dコンバータを使用することができる。従って、A/D変換器23cにおけるコストを低減すると共に、低消費電力化を実現することができる。   In the present embodiment, since the level of the received signal input to the A / D converter 23c is controlled so as to effectively use the dynamic range of the A / D converter 23c, the A / D converter 23c A low-resolution A / D converter of about 8 bits can be used. Therefore, it is possible to reduce the cost in the A / D converter 23c and realize low power consumption.

選択回路24は、複数のプリアンプ23aによって増幅された複数の受信信号の内の1つを選択する。A/D変換器25は、12〜14ビット程度の高分解能を有し、選択回路24によって選択された受信信号をディジタル信号に変換する。なお、A/D変換器23c及び25のサンプリング周波数としては、少なくとも超音波の周波数の10倍程度の周波数が必要であり、超音波の周波数の16倍以上の周波数が望ましい。   The selection circuit 24 selects one of the plurality of reception signals amplified by the plurality of preamplifiers 23a. The A / D converter 25 has a high resolution of about 12 to 14 bits, and converts the reception signal selected by the selection circuit 24 into a digital signal. The sampling frequency of the A / D converters 23c and 25 needs to be at least about 10 times the frequency of the ultrasonic wave, and is preferably a frequency that is 16 times or more the frequency of the ultrasonic wave.

制御部41は、超音波用探触子から少なくとも1つの超音波ビームが所望の方向に送信されるように、複数のパルサ回路22に複数のタイミング信号をそれぞれ供給する。ここで、制御部41は、超音波ビームの送信方向を順次設定し、これらの超音波ビームの送信方向を予め定められた走査方法に従って変化させる。また、制御部41は、受信時において、超音波エコーの受信方向を順次設定する。   The control unit 41 supplies a plurality of timing signals to the plurality of pulser circuits 22 so that at least one ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic probe in a desired direction. Here, the control unit 41 sequentially sets the transmission directions of the ultrasonic beams, and changes the transmission directions of these ultrasonic beams according to a predetermined scanning method. Moreover, the control part 41 sets the receiving direction of an ultrasonic echo sequentially at the time of reception.

図2〜図4に、超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信波形との関係を示す。各図において、(a)は、超音波ビームの送信方向に存在する反射源から複数の超音波トランスデューサ11〜18に向かう超音波エコーの波面を示しており、(b)は、それらの超音波トランスデューサからそれぞれ出力される複数の受信信号の波形を示している。   2 to 4 show the relationship between the transmission direction of the ultrasonic beam and the reception waveform of the ultrasonic echo. In each figure, (a) shows the wavefronts of the ultrasonic echoes from the reflection source existing in the transmission direction of the ultrasonic beam toward the plurality of ultrasonic transducers 11 to 18, and (b) shows those ultrasonic waves. The waveforms of a plurality of reception signals respectively output from the transducer are shown.

図2は、複数の超音波トランスデューサ11〜18の中心線の正面から超音波エコーを受信する場合を示しており、超音波エコーは、中央の超音波トランスデューサ14及び15に最も早く到達するので、超音波トランスデューサ14及び15から出力される受信信号の波形が最も進んでいる。   FIG. 2 shows a case where an ultrasonic echo is received from the front of the center line of the plurality of ultrasonic transducers 11 to 18, and since the ultrasonic echo reaches the central ultrasonic transducers 14 and 15 earliest, The waveform of the reception signal output from the ultrasonic transducers 14 and 15 is the most advanced.

図3は、複数の超音波トランスデューサ11〜18の中心線よりも図中やや斜め上から超音波エコーを受信する場合を示しており、超音波エコーは、中央よりもやや上側の超音波トランスデューサ13に最も早く到達するので、超音波トランスデューサ13から出力される受信信号の波形が最も進んでいる。   FIG. 3 shows a case where an ultrasonic echo is received from slightly above the center line of the plurality of ultrasonic transducers 11 to 18 in the figure, and the ultrasonic echo 13 is slightly above the center. Therefore, the waveform of the reception signal output from the ultrasonic transducer 13 is the most advanced.

図4は、複数の超音波トランスデューサ11〜18よりも図中斜め下から超音波エコーを受信する場合を示しており、超音波エコーは、下側の超音波トランスデューサ18に最も早く到達するので、超音波トランスデューサ18から出力される受信信号の波形が最も進んでいる。   FIG. 4 shows a case where an ultrasonic echo is received from obliquely below the plurality of ultrasonic transducers 11 to 18, and since the ultrasonic echo reaches the lower ultrasonic transducer 18 earliest, The waveform of the reception signal output from the ultrasonic transducer 18 is the most advanced.

このような原理に基づき、制御部41は、複数の超音波トランスデューサの内で超音波エコーが最も早く到達する超音波トランスデューサに対応する受信信号を選択するように、選択回路24を制御する。選択回路24から出力される受信信号は、A/D変換器25において検出データに変換される。制御部41は、A/D変換器25から出力される検出データに基づいて、複数の受信回路23のA/D変換器23cにおいて実質的なダイナミックレンジが確保されるように、複数のプリアンプ23aにおける増幅率を設定するための制御信号を生成する。   Based on such a principle, the control unit 41 controls the selection circuit 24 so as to select a reception signal corresponding to the ultrasonic transducer that reaches the earliest ultrasonic echo among the plurality of ultrasonic transducers. The reception signal output from the selection circuit 24 is converted into detection data by the A / D converter 25. Based on the detection data output from the A / D converter 25, the control unit 41 includes a plurality of preamplifiers 23a so that a substantial dynamic range is secured in the A / D converters 23c of the plurality of reception circuits 23. A control signal for setting the amplification factor is generated.

ここで、プリアンプ23aの増幅率の具体的な設定方法について説明する。図5は、超音波トランスデューサから超音波用ファントムに超音波ビームを送信している状態を示す図である。図5に示す超音波用ファントム60は、超音波送受信装置の性能をチェックするために用いられる擬似的な被検体である。超音波トランスデューサ10から超音波用ファントム60に超音波ビームを送信し、超音波ビームが反射されて生じた超音波エコーを超音波トランスデューサ10において受信すると、図6に示すような受信信号の波形が得られる。   Here, a specific method for setting the amplification factor of the preamplifier 23a will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which an ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic transducer to the ultrasonic phantom. An ultrasonic phantom 60 shown in FIG. 5 is a pseudo subject used to check the performance of the ultrasonic transmission / reception apparatus. When an ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic transducer 10 to the ultrasonic phantom 60 and an ultrasonic echo generated by reflection of the ultrasonic beam is received by the ultrasonic transducer 10, a waveform of a reception signal as shown in FIG. can get.

図6に示すように、超音波エコーには、明確な構造物からのエコーで、波形の時間軸を拡大すると送信波形と良い相関が取れるコヒーレントエコーと、送信波長以下のサイズを有する微小散乱体からのエコーで、送信波形と相関がないインコヒーレントエコーとが含まれている。従って、超音波エコーが最も早く到達する超音波トランスデューサに対応する受信信号に基づいて、A/D変換器23cに入力される受信信号に含まれているコヒーレントエコー成分がA/D変換器23cのフルスケールの0.5〜0.8倍となり、インコヒーレントエコー成分がA/D変換器23cのフルスケールの0.1倍程度となるように、制御部41がプリアンプ23aの増幅率を調整する。送信ビームフォーミングを行うことにより送信焦点を形成して超音波ビームを送信する場合には、コヒーレントエコーは、被検体の深部において、浅部よりも2桁小さくなる程までは減衰しない。   As shown in FIG. 6, the ultrasonic echo is an echo from a clear structure, a coherent echo having a good correlation with the transmission waveform when the time axis of the waveform is expanded, and a micro scatterer having a size equal to or smaller than the transmission wavelength. And an incoherent echo having no correlation with the transmission waveform. Accordingly, the coherent echo component included in the reception signal input to the A / D converter 23c is based on the reception signal corresponding to the ultrasonic transducer that reaches the earliest ultrasonic echo. The control unit 41 adjusts the amplification factor of the preamplifier 23a so that it is 0.5 to 0.8 times the full scale and the incoherent echo component is about 0.1 times the full scale of the A / D converter 23c. . When an ultrasonic beam is transmitted by forming a transmission focal point by performing transmission beam forming, the coherent echo is not attenuated in the deep part of the subject until it becomes two orders of magnitude smaller than the shallow part.

再び図1を参照すると、シフトレジスタ31は、A/D変換器23cから出力される検出データを、供給されるクロック信号に同期してシフトさせる。その際、シフトレジスタ31にクロック信号を供給するか否かによって、遅延量を大幅に調節することができる。さらに、フェーズシフタ32は、シフトレジスタ31から出力される検出データに対して、遅延量の微調整を施す。   Referring to FIG. 1 again, the shift register 31 shifts the detection data output from the A / D converter 23c in synchronization with the supplied clock signal. At this time, the amount of delay can be largely adjusted depending on whether or not a clock signal is supplied to the shift register 31. Further, the phase shifter 32 finely adjusts the delay amount for the detection data output from the shift register 31.

複数のシフトレジスタ31及びフェーズシフタ32によって、複数のA/D変換器23cから出力される検出データに所望の遅延量を与えることにより、少なくとも1つの受信焦点を形成するように位相整合が行われる。加算器33は、複数のフェーズシフタ32から出力される検出データの値を加算する。これにより、受信フォーカス処理が行われ、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データが形成される。   Phase matching is performed so as to form at least one reception focus by giving a desired delay amount to detection data output from the plurality of A / D converters 23c by the plurality of shift registers 31 and the phase shifter 32. . The adder 33 adds the detection data values output from the plurality of phase shifters 32. Thus, reception focus processing is performed, and sound ray data in which the focus of the ultrasonic echo is narrowed is formed.

表示画像演算部42は、加算器33から出力される音線データに基づいて、画像データを生成する。例えば、表示画像演算部42は、セクタスキャンによって得られた音線データに基づいて、2次元画面上に超音波画像を表示するためのBモード画像データを生成したり、ドプラ法によって得られた音線データに基づいて、血流等の移動する対象物を表示するためのドプラ画像データを生成したり、カラーフローマッピング(CFM)によって得られた音線データに基づいて、安定したドプラ画像を表示するためのCFM画像データを生成する。ここで、CFMとは、各距離において、ある程度安定したドプラ周波数が得られるまで超音波ビームを固定して送信を繰り返しながら、超音波ビームを方位方向に走査する動作を所定の走査範囲内で繰り返す2次元ドプラ断層法のことをいう。   The display image calculation unit 42 generates image data based on the sound ray data output from the adder 33. For example, the display image calculation unit 42 generates B-mode image data for displaying an ultrasonic image on a two-dimensional screen based on sound ray data obtained by sector scanning, or obtained by a Doppler method. Based on the sound ray data, Doppler image data for displaying a moving object such as a blood flow is generated, or a stable Doppler image is generated based on the sound ray data obtained by color flow mapping (CFM). CFM image data for display is generated. Here, the CFM repeats the operation of scanning the ultrasonic beam in the azimuth direction within a predetermined scanning range while repeating the transmission while fixing the ultrasonic beam until a somewhat stable Doppler frequency is obtained at each distance. This refers to the two-dimensional Doppler tomography.

さらに、表示画像演算部42は、画像データの走査フォーマットを変換することにより、音線データ空間の画像データを物理空間の画像データに変換する。表示部50は、例えば、CRTやLCD等のディスプレイ装置を含んでおり、表示画像演算部42によって生成された画像データに基づいて、超音波画像を表示する。   Further, the display image calculation unit 42 converts the image data in the sound ray data space into image data in the physical space by converting the scanning format of the image data. The display unit 50 includes a display device such as a CRT or LCD, for example, and displays an ultrasonic image based on the image data generated by the display image calculation unit 42.

なお、制御部41と表示画像演算部42は、中央演算装置(CPU)とソフトウェアで構成しても良いし、ディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。また、プリアンプ23aにおいて、受信信号を軽く対数変換しておき、利得の変化はオフセット電圧を変えることにより行っても良い。   The control unit 41 and the display image calculation unit 42 may be configured by a central processing unit (CPU) and software, or may be configured by a digital circuit or an analog circuit. In the preamplifier 23a, the received signal may be logarithmically converted, and the gain may be changed by changing the offset voltage.

本発明は、超音波を送信して生体内の臓器等を観察するために用いられる超音波送受信装置において利用することが可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an ultrasonic transmission / reception apparatus used for transmitting an ultrasonic wave and observing an organ or the like in a living body.

本発明の一実施形態に係る超音波送受信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic transmitter / receiver which concerns on one Embodiment of this invention. 超音波トランスデューサのやや斜め上から超音波エコーを受信する場合における超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信波形との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the transmission direction of an ultrasonic beam and the received waveform of an ultrasonic echo in the case of receiving an ultrasonic echo from diagonally upward of an ultrasonic transducer. 超音波トランスデューサの斜め下から超音波エコーを受信する場合における超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信波形との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the transmission direction of an ultrasonic beam and the received waveform of an ultrasonic echo in the case of receiving an ultrasonic echo from diagonally below an ultrasonic transducer. 超音波トランスデューサの正面から超音波エコーを受信する場合における超音波ビームの送信方向と超音波エコーの受信波形との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the transmission direction of an ultrasonic beam in the case of receiving an ultrasonic echo from the front of an ultrasonic transducer, and the received waveform of an ultrasonic echo. 超音波トランスデューサから超音波用ファントムに超音波ビームを送信している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is transmitting the ultrasonic beam from the ultrasonic transducer to the ultrasonic phantom. 図5の状態において得られる受信信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the received signal obtained in the state of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波用探触子
2 超音波送受信装置本体
10、11〜18 超音波トランスデューサ
21 切換回路
22 パルサ回路
23 受信回路
23a プリアンプ
23b TGC
23c 低分解能のA/D変換器
24 選択回路
25 高分解能のA/D変換器
31 シフトレジスタ
32 フェーズシフタ
33 加算器
41 制御部
42 表示画像演算部
50 表示部
60 超音波用ファントム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic probe 2 Ultrasonic transmitter-receiver main body 10, 11-18 Ultrasonic transducer 21 Switching circuit 22 Pulsar circuit 23 Receiving circuit 23a Preamplifier 23b TGC
23c Low resolution A / D converter 24 Selection circuit 25 High resolution A / D converter 31 Shift register 32 Phase shifter 33 Adder 41 Control unit 42 Display image calculation unit 50 Display unit 60 Ultrasonic phantom

Claims (4)

複数の駆動信号に従って超音波を被検体に送信し、前記被検体から反射された超音波エコーを受信して複数の受信信号をそれぞれ出力する複数の超音波トランスデューサを含む超音波用探触子と、
前記複数の超音波トランスデューサにそれぞれ供給するための複数の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記複数の超音波トランスデューサから出力される複数の受信信号を、制御信号によって設定された増幅率でそれぞれ増幅する複数の増幅手段と、
前記複数の増幅手段によって増幅された複数の受信信号を複数のディジタル信号にそれぞれ変換する複数の第1のA/D変換器と、
前記複数の増幅手段によって増幅された複数の受信信号の内の1つを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された受信信号をディジタル信号に変換する第2のA/D変換器と、
前記超音波用探触子から超音波ビームが所望の方向に送信されるように前記駆動信号発生手段を制御すると共に、前記選択手段を制御することにより、前記第2のA/D変換器から出力されるディジタル信号に基づいて、前記複数の増幅手段における増幅率を設定するための制御信号を生成する制御手段と、
前記複数の第1のA/D変換器から出力されるディジタル信号に対して、少なくとも1つの受信焦点を形成するように位相整合を行う受信ビームフォーミング手段と、
を具備する超音波送受信装置。
An ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic transducers that transmit ultrasonic waves to a subject in accordance with a plurality of drive signals, receive ultrasonic echoes reflected from the subject, and output a plurality of received signals, respectively; ,
Drive signal generating means for generating a plurality of drive signals for supplying to each of the plurality of ultrasonic transducers;
A plurality of amplification means for amplifying a plurality of reception signals output from the plurality of ultrasonic transducers, respectively, with an amplification factor set by a control signal;
A plurality of first A / D converters for respectively converting a plurality of received signals amplified by the plurality of amplifying means into a plurality of digital signals;
Selecting means for selecting one of a plurality of received signals amplified by the plurality of amplifying means;
A second A / D converter for converting the received signal selected by the selecting means into a digital signal;
By controlling the drive signal generation means so that an ultrasonic beam is transmitted from the ultrasonic probe in a desired direction, and by controlling the selection means, the second A / D converter Control means for generating a control signal for setting an amplification factor in the plurality of amplification means based on the output digital signal;
Receiving beam forming means for performing phase matching so as to form at least one receiving focus with respect to digital signals output from the plurality of first A / D converters;
An ultrasonic transmission / reception apparatus comprising:
前記複数の増幅手段の各々が、
それぞれの超音波トランスデューサから出力される受信信号を、制御信号によって設定された増幅率で増幅して前記選択手段に供給する第1の増幅器と、
前記第1の増幅器から出力される受信信号に対して、被検体内において超音波が到達した距離による減衰の補正を施してそれぞれの第1のA/D変換器に供給する第2の増幅器と、
を含む、請求項1記載の超音波送受信装置。
Each of the plurality of amplification means is
A first amplifier that amplifies a reception signal output from each ultrasonic transducer at an amplification factor set by a control signal and supplies the amplified signal to the selection unit;
A second amplifier for correcting the attenuation of the received signal output from the first amplifier according to the distance reached by the ultrasonic wave in the subject and supplying the corrected signal to each first A / D converter; ,
The ultrasonic transmission / reception apparatus according to claim 1, comprising:
前記複数の第1のA/D変換器の分解能が、前記第2のA/D変換器の分解能よりも低い、請求項1又は2記載の超音波送受信装置。   The ultrasonic transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein a resolution of the plurality of first A / D converters is lower than a resolution of the second A / D converter. 前記制御手段が、前記複数の超音波トランスデューサの内で超音波エコーが最も早く到達する超音波トランスデューサに対応する受信信号を選択するように、前記選択手段を制御する、請求項1〜3のいずれか1項記載の超音波送受信装置。   4. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls the selection unit to select a reception signal corresponding to an ultrasonic transducer that reaches an earliest ultrasonic echo among the plurality of ultrasonic transducers. The ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to claim 1.
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