JP2008161262A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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JP2008161262A JP2006351301A JP2006351301A JP2008161262A JP 2008161262 A JP2008161262 A JP 2008161262A JP 2006351301 A JP2006351301 A JP 2006351301A JP 2006351301 A JP2006351301 A JP 2006351301A JP 2008161262 A JP2008161262 A JP 2008161262A
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Masaaki Ishizuka
正明 石塚
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic diagnostic apparatus provided with a digital reception beam former inexpensively materializing multi-directional parallel simultaneous reception in order to be adaptive to the organization of a real-time 3D image using a 2D array ultrasonic probe. <P>SOLUTION: A modulator 31 which is a sigma-delta type AD converter converts one reception signal to the digital data of a first cycle T1, and a first decimator 32 decimates the digital data to the data of an N-fold second cycle NT1 (=T2). Thereafter, delay processing by a FIFO memory 33 and channel addition by an adder 34 are performed, and then a second decimator 35 decimates them to the data of an M-fold third cycle NMT1 (=T3). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、超音波を被検体内に送信し、複数の超音波振動子で受けた反射波をデジタル処理により整相して(受信ビームフォーミングして)、診断画像を構成する超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for transmitting a ultrasonic wave into a subject, phasing reflected waves received by a plurality of ultrasonic transducers by digital processing (receiving beam forming), and forming a diagnostic image. About.

超音波診断装置は、複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、超音波プローブを駆動制御する送受信部を備えている。送受信部は、超音波振動子に電気信号を供給して、被検体内の所定の焦点にビームフォーム(送信ビームフォーム)した超音波を走査するとともに、被検体内で反射してきた超音波を超音波振動子から受信する。そのとき送受信部は、アナログの受信信号を整相された(受信ビームフォームされた)デジタルの受信データとして変換して出力する。   The ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe having a plurality of ultrasonic transducers and a transmission / reception unit that drives and controls the ultrasonic probe. The transmitter / receiver supplies an electric signal to the ultrasonic transducer to scan the ultrasonic wave beam-formed (transmitted beam form) at a predetermined focal point in the subject, and to transmit the ultrasonic wave reflected in the subject. Receive from the acoustic transducer. At that time, the transmission / reception unit converts the analog reception signal into digital reception data that has been phased (received beam-formed) and outputs it.

受信ビームフォーマは、対象とする反射体から各超音波振動子までの距離に応じてそれぞれ時間的に異なって受信された受信信号を、その位相(時間)を揃えて加算し、焦点の合った1本の受信信号(1走査線上の画像用信号)を生成するものである。   The receive beamformer adds the received signals received at different times in accordance with the distance from the target reflector to each ultrasonic transducer, with their phases (time) aligned and focused. One reception signal (image signal on one scanning line) is generated.

従来、このようなデジタルの受信ビームフォーマは図6に示すように、AD変換器であるADC10a、10b、・・・、10n(以下、個々を代表して「ADC10等」と称する場合がある)、粗い遅延を行うためのFIFOメモリ11a、11b、・・・、11n(以下、個々を代表して「FIFOメモリ11等」と称する場合がある)、細かい遅延を付加するためのデジタル遅延回路12a、12b、・・・、12n(以下、個々を代表して「デジタル遅延回路12等」と称する場合がある)、及び加算器13で構成されている。ADC10等は、各超音波振動子から(以下、各超音波振動子からの信号ラインを「チャンネル」と称する場合がある)アナログの受信信号を受けて、ある量子化精度をもってデジタルデータに変換する。デジタルデータになった受信信号は一旦、FIFOメモリ11等に格納される。FIFOメモリ11等から読み出すタイミングを、それぞれの超音波振動子チャンネルの焦点からの距離に応じて位相(遅延時間)制御することにより、各位相合わせが可能になる。ここで制御可能な時間量は、ADC10等のサンプリングレートで制約されることになるが、多くの場合、それでは精度は不足となる。そこで、FIFOメモリ11等の後のデジタル遅延回路12等で、サンプリングレートより小さい遅延を付加する。FIFOメモリ11等による遅延は「粗い」遅延を付加するため、“Coarse delay”、デジタル遅延回路12等による遅延は「細かい」遅延を付加するため“Fine delay”と呼ばれることが多い。以上のように、遅延が付加された各チャンネルのデジタルのデータは加算器13によって加算されて、1本の受信信号を構成する。   Conventionally, as shown in FIG. 6, such digital reception beamformers are ADCs ADCs 10a, 10b,..., 10n (hereinafter sometimes referred to as "ADC 10 etc." as representative). FIFO memories 11a, 11b,..., 11n for performing coarse delay (hereinafter sometimes referred to as “FIFO memory 11 etc.” as a representative), and digital delay circuit 12a for adding fine delay , 12b,..., 12n (hereinafter sometimes referred to as “digital delay circuit 12 or the like” as a representative) and an adder 13. The ADC 10 or the like receives an analog reception signal from each ultrasonic transducer (hereinafter, a signal line from each ultrasonic transducer may be referred to as a “channel”), and converts it into digital data with a certain quantization accuracy. . The received signal that has become digital data is temporarily stored in the FIFO memory 11 or the like. By adjusting the phase (delay time) of the timing of reading from the FIFO memory 11 or the like according to the distance from the focal point of each ultrasonic transducer channel, each phase can be adjusted. The amount of time that can be controlled here is limited by the sampling rate of the ADC 10 or the like, but in many cases, the accuracy is insufficient. Therefore, a delay smaller than the sampling rate is added by the digital delay circuit 12 after the FIFO memory 11 or the like. Since the delay due to the FIFO memory 11 or the like adds a “coarse” delay, the delay due to the “Coarse delay” is often referred to as “Fine delay”. As described above, the digital data of each channel to which the delay is added is added by the adder 13 to constitute one reception signal.

一方、受信ビームフォーマのデジタル化による恩恵の一つに、いわゆる並列同時受信処理が比較的容易に実現可能になった、ということがある。この並列同時受信技術は、1回の送信から得られる各チャンネルの受信信号から、複数の焦点の異なる受信信号(複数の画像走査線上の受信信号)を得る技術である。   On the other hand, one of the benefits of digitizing the receive beamformer is that so-called parallel simultaneous reception processing can be realized relatively easily. This parallel simultaneous reception technique is a technique for obtaining a plurality of reception signals with different focal points (reception signals on a plurality of image scanning lines) from reception signals of respective channels obtained from one transmission.

例えば、心臓を見る循環器領域の診断では、比較的高速なその動きを正確に再現するということが重要になってくる。例えば、<被検体内の1焦点への1回の超音波の送信>→<画像走査線上の1本の信号処理>の繰り返しでは必要十分な速度(フレームレート)を確保できない場合がある。そこで、1回の超音波の送信からその送信焦点周辺の複数本の受信信号を得てフレームレートを稼ぐ方法(以下、「並列同時受信」と称する場合がある)が採用されている。   For example, in the diagnosis of the circulatory region where the heart is viewed, it is important to accurately reproduce the movement at a relatively high speed. For example, there may be a case where a necessary and sufficient speed (frame rate) cannot be ensured by repeating <transmission of one ultrasonic wave to one focal point in the subject> → <one signal processing on the image scanning line>. In view of this, a method of obtaining a frame rate by obtaining a plurality of reception signals around the transmission focal point from a single transmission of ultrasonic waves (hereinafter sometimes referred to as “parallel simultaneous reception”) is employed.

受信ビームフォーマがアナログ回路で達成されていたときには、これを実現するには同じ回路を複数用意するしか方法がなく、コストと実装面積に影響するため容易に実現できる技術ではなかった。一方、昨今のデジタルによる受信ビームフォーマでは、デジタル回路特有の時分割動作で遅延パラメータを時々刻々切り替えて処理することにより、単一の回路で複数の受信信号を得ることが可能となる。また、デジタル回路は集積化が可能なため、同じ回路を複数持ったとしても、その数があまり大きくなければコストを上昇させることなく、並列同時受信処理を実現することができる。   When the receive beamformer was achieved with an analog circuit, the only way to realize this was to prepare a plurality of the same circuits, and this was not a technique that could be easily realized because it affected the cost and mounting area. On the other hand, in recent digital receive beamformers, it is possible to obtain a plurality of received signals with a single circuit by switching the delay parameter from time to time in a time division operation unique to the digital circuit. Further, since digital circuits can be integrated, even if there are a plurality of the same circuits, parallel simultaneous reception processing can be realized without increasing the cost unless the number is too large.

並列同時受信処理を実現するための受信ビームフォーマの1例を図7に示す。図7は、図6の形態を1つの焦点への送信からその焦点周辺の異なる4個の焦点の受信データを取得できるように並列同時受信処理を可能にした回路構成である。図7に示す形態においては、細遅延を行うデジタル遅延回路12a、12b、・・・、12nが各FIFOメモリ11a、11b、・・・、11n当たり4個備えられ、かつ、4個の加算器13a、13b、13c、13dが設けられている。つまり、FIFOメモリ11a、11b、・・・、11nを4本の受信データで共有化し、その後のデジタル遅延回路12aなどの回路を同時受信数分用意し、4個の加算器13a、13b、13c、13dからそれぞれ異なる焦点位置の受信データを得ようとするものである。すべての回路を共有化するという方法もあるが、その場合、FIFOメモリ11a、11b、・・・、11nより後の処理レートを高速にしないと信号帯域を犠牲にし、高速にすると消費電力が増大するというトレードオフがある。その一方、細遅延(Fine delay)のためのデジタル遅延回路12a、12b、・・・、12nは、多くの場合デジタルフィルタであり(例えば特許文献1)、その回路規模は決して小さくない。従って、この例のように、それを複数持つというのはコストの観点から望ましくないが、従来の超音波診断装置で要求される並列同時受信数はせいぜい4であるため、上記トレードオフを鑑み、このような構成になる場合が少なくない。   An example of a reception beamformer for realizing parallel simultaneous reception processing is shown in FIG. FIG. 7 shows a circuit configuration that enables parallel simultaneous reception processing so that reception data of four different focal points around the focal point can be acquired from transmission to one focal point in the form of FIG. In the form shown in FIG. 7, four delay circuits 12a, 12b,..., 12n are provided for each FIFO memory 11a, 11b,..., 11n, and four adders are provided. 13a, 13b, 13c, and 13d are provided. That is, the FIFO memories 11a, 11b,..., 11n are shared by four received data, and circuits such as the subsequent digital delay circuit 12a are prepared for the number of simultaneous receptions, and four adders 13a, 13b, 13c are prepared. , 13d to obtain received data at different focal positions. There is also a method of sharing all the circuits, but in that case, if the processing rate after the FIFO memories 11a, 11b,..., 11n is not made high, the signal band is sacrificed, and if it is made high, power consumption increases. There is a trade-off. On the other hand, the digital delay circuits 12a, 12b,..., 12n for fine delay are often digital filters (for example, Patent Document 1), and the circuit scale is not small. Therefore, as in this example, having a plurality of them is not desirable from the viewpoint of cost, but since the number of parallel simultaneous receptions required by the conventional ultrasonic diagnostic apparatus is at most 4, in view of the above trade-off, In many cases, such a configuration is adopted.

ここで、課題となってくるのが、並列同時受信数増加に対する対応である。超音波振動子の配列が1列、すなわち横(ラテラル)方向のみ並んでいて縦(エレベーション)方向には配列がない従来の超音波プローブの場合、要求される同時受信数は上記のようにせいぜい4であったため、回路を同時受信数分持ってもコストへの影響を許容範囲にとどめることは可能であった。しかしながら、最近では直交する2方向に配列された超音波振動子を有する2Dアレイ超音波プローブを用いてリアルタイムに3次元画像を構築する技術が実用化され始めている。その2Dアレイ超音波プローブでは同時受信数が8となり、さらには16まで増えることが期待されている。   Here, the problem is how to deal with the increase in the number of parallel simultaneous receptions. In the case of a conventional ultrasonic probe in which ultrasonic transducers are arranged in a single row, that is, only in the lateral (lateral) direction and not arranged in the vertical (elevation) direction, the required number of simultaneous receptions is as described above. Since it was 4 at most, it was possible to keep the influence on the cost within an allowable range even if the circuit was provided for the number of simultaneous receptions. However, recently, a technique for constructing a three-dimensional image in real time using a 2D array ultrasonic probe having ultrasonic transducers arranged in two orthogonal directions has begun to be put into practical use. In the 2D array ultrasonic probe, the number of simultaneous receptions is expected to be 8 and further to 16.

2Dアレイ超音波プローブによるリアルタイム3次元画像構成のためには、3次元分の大量のデータを取得して処理する必要がある。従来、平面上にN本の走査線で構成されていた2次元画像を、所定軸を中心に1度ずつ回転させた360の平面から3次元画像に拡張しようとすると、走査線の本数は360×Nになる。そのスキャン時間は単純には従来の360倍になる。フレームレートは360分の1に落ちてしまうが、上述のように循環器領域の診断ではこれは許容できない。そこで、並列同時受信数を増大して、3次元的に多数の受信データを得ることによってフレームレートの低下を抑制するという策が考えられている。   In order to construct a real-time three-dimensional image using a 2D array ultrasonic probe, it is necessary to acquire and process a large amount of data for three dimensions. Conventionally, if a two-dimensional image composed of N scanning lines on a plane is expanded from a 360 plane rotated by one degree around a predetermined axis to a three-dimensional image, the number of scanning lines is 360. × N. The scanning time is simply 360 times that of the prior art. Although the frame rate drops to 1/360, this is unacceptable in the diagnosis of the circulatory region as described above. Therefore, a measure has been considered in which the decrease in frame rate is suppressed by increasing the number of parallel simultaneous receptions and obtaining a large number of three-dimensional received data.

要求される並列同時受信数は、少なくとも16といわれている。この回路規模、ひいてはコストへの影響は甚大である。“Fine delay”のためのデジタル遅延回路は、多くの乗算器と加算器で構成されることになり、上述のように回路規模が大きい。これが従来の4倍になるということは、従来技術の延長で対応しようとするとコストもそれに応じた増大を覚悟しなければならないことを意味する。   The required number of parallel receptions is said to be at least 16. The effect on the circuit scale and thus the cost is enormous. The digital delay circuit for “Fine delay” is composed of many multipliers and adders, and has a large circuit scale as described above. The fact that this is four times that of the prior art means that if we try to cope with the extension of the prior art, the cost must be prepared accordingly.

そこで、オーバサンプリング型のAD変換器を利用して“Fine delay”回路(デジタル遅延回路)を不要にし、コストの増大を抑える方法が考えられる。   In view of this, it is conceivable to use an oversampling AD converter to eliminate the need for a “Fine delay” circuit (digital delay circuit) and to suppress an increase in cost.

そもそも、“Fine delay”回路(デジタル遅延回路)が必要になるのは、従来のAD変換器のサンプリング周波数の上限が40〜60[MHz]であり、その時間量子化精度では受信ビームフォーミングには不十分だったからである。   In the first place, the “Fine delay” circuit (digital delay circuit) is required because the upper limit of the sampling frequency of the conventional AD converter is 40 to 60 [MHz]. Because it was insufficient.

それに対して、オーバサンプリング型のAD変換器は、内部では出力レートの何倍ものレートで動いている。受信ビームフォーミングに必要十分なレートの信号が得られれば、“Fine delay”回路(デジタル遅延回路)を不要にすることができる。   On the other hand, the oversampling AD converter operates at a rate several times the output rate internally. If a signal having a rate sufficient for reception beamforming can be obtained, the “Fine delay” circuit (digital delay circuit) can be dispensed with.

ここで、オーバサンプリング型のAD変換器の概要を図8に示す。図8に示すAD変換器は、デルタ・シグマAD変換器と称される変換器の1形態である。入力されるアナログの受信信号は1ビットDA変換器である1ビットDAC314からのフィードバック信号とで減算器311で減算された後、積分器312に入力される。積分器312の出力はコンパレータ313に入力され、基準電圧との関係により、図8の(A)点での信号のようにデルタ・シグマ変調された“0”から“1”の1ビットデジタル信号のビット列に変換される。その後、デシメータ100で不要高調波帯域信号の除去とデシメーションが行われ、最終的にあるレートであるビット幅を持つデジタル信号が得られる(図8中の(B)点)。   Here, an outline of the oversampling AD converter is shown in FIG. The AD converter shown in FIG. 8 is one form of a converter called a delta-sigma AD converter. The input analog reception signal is subtracted by the subtractor 311 from the feedback signal from the 1-bit DAC 314 which is a 1-bit DA converter, and then input to the integrator 312. The output of the integrator 312 is input to the comparator 313, and a 1-bit digital signal from “0” to “1” that is delta-sigma modulated like the signal at point (A) in FIG. Converted to a bit string of Thereafter, unnecessary harmonic band signals are removed and decimated by the decimator 100, and finally a digital signal having a bit width of a certain rate is obtained (point (B) in FIG. 8).

モジュレータ31の出力のレートは、受信ビームフォーミングという観点で十分に小さいため、このデータに対してビームフォーミングを行えば、“Fine delay”回路(デジタル遅延回路)を不要にすることができる。   Since the rate of the output of the modulator 31 is sufficiently small from the viewpoint of reception beamforming, the “Fine delay” circuit (digital delay circuit) can be eliminated by performing beamforming on this data.

このようにオーバサンプリング型のAD変換器を超音波診断装置に応用しようとする提案は、従来からあった(例えば特許文献2)。図9にその提案の概要を示す。図9は、オーバサンプリング型のAD変換器を用いた従来における受信ビームフォーマの1形態である。この受信ビームフォーマは、モジュレータ31、FIFOメモリ11、加算器13、及びデシメータ100で達成される。仮に1チャンネル当たりの最終レートでの分解能を8ビットとし、モジュレータ31でのレートを1.5625ns(サンプリング周波数が640MHz)、最終レートを25ns(サンプリング周波数が40MHz)とする。入力されるアナログ信号はモジュレータ31によって処理される。その後、高サンプリング周波数のモジュレータ出力に対して、FIFOメモリ11からの読み出し制御によって遅延処理が行われ、加算器13によるビームフォーミング加算後に、デシメータ100によって最終レートへのデシメーションが行われる。なお、図9中のNは加算チャンネル数を表す。   There has been a proposal to apply an oversampling AD converter to an ultrasonic diagnostic apparatus in this way (for example, Patent Document 2). FIG. 9 shows an outline of the proposal. FIG. 9 shows one form of a conventional receive beamformer using an oversampling AD converter. This receive beamformer is achieved by the modulator 31, the FIFO memory 11, the adder 13, and the decimator 100. It is assumed that the resolution at the final rate per channel is 8 bits, the rate at the modulator 31 is 1.5625 ns (sampling frequency is 640 MHz), and the final rate is 25 ns (sampling frequency is 40 MHz). The input analog signal is processed by the modulator 31. Thereafter, delay processing is performed on the modulator output at the high sampling frequency by reading control from the FIFO memory 11, and after beam forming addition by the adder 13, the decimator 100 performs decimation to the final rate. Note that N in FIG. 9 represents the number of addition channels.

米国特許第5,345,426号US Pat. No. 5,345,426 米国特許第5,203,335号US Pat. No. 5,203,335

しかしながら、図9に示す受信ビームフォーマは以下に示す問題がある。すなわち、連続受信遅延制御(いわゆるダイナミックフォーカス)によりFIFOメモリ11への制御データ(具体的にはFIFOメモリ11への読み出しアドレス)に不連続点が生じると、許容できないノイズが発生してしまう。これを低減させるような策も提案されているが、モジュレータ31に変更を加えるものであり、困難性が非常に高い。アナログ・デジタル混在ICの開発になるため、莫大な開発コストが要求され、設計段階での効果の検証も難しい。   However, the receive beamformer shown in FIG. 9 has the following problems. That is, if a discontinuous point occurs in control data (specifically, a read address to the FIFO memory 11) to the FIFO memory 11 by continuous reception delay control (so-called dynamic focus), unacceptable noise is generated. Although measures to reduce this have been proposed, the modulator 31 is changed and the difficulty is very high. Since the development of a mixed analog / digital IC requires enormous development costs, it is difficult to verify the effects at the design stage.

図9に示す従来の受信ビームフォーマと、受信ビームフォーマに要求されている性能とを考察すると、従来技術は以下のような点に問題がある。
(1)受信ビームフォーミングに要求される時間精度は、必ずしもモジュレータ出力レートに一致せず、一般にそれより粗くてもよい。
(2)必要以上細かい間隔で遅延処理を行うと、不連続点も相応に含まれることになる。パルスの密度がデシメーション後のデータ値を決定するモジュレータ出力点において、不連続点が多発することは好ましくない。
Considering the conventional receive beamformer shown in FIG. 9 and the performance required for the receive beamformer, the conventional technique has the following problems.
(1) The time accuracy required for receive beamforming does not necessarily match the modulator output rate, and may generally be coarser.
(2) If delay processing is performed at an interval finer than necessary, discontinuous points will be included accordingly. It is not desirable that discontinuities occur frequently at the modulator output point where the pulse density determines the data value after decimation.

この発明は上記の問題を解決するものであり、2Dアレイ超音波プローブを用いたリアルタイム3次元画像構築にも対応できるように、多方向並列同時受信を低コストで実現するデジタル受信ビームフォーマを備えた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 problems, and includes a digital reception beamformer that realizes multi-directional parallel simultaneous reception at a low cost so as to be compatible with real-time three-dimensional image construction using a 2D array ultrasonic probe. Another object is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus.

請求項1に記載の発明は、超音波振動子からの受信信号を第1の周期T1のデジタルデータに変換するデルタ・シグマ型のAD変換手段と、前記AD変換手段の出力を第2の周期T2(T2>T1)のデータにデシメートする第1デシメート手段と、前記第1デシメート手段からの出力を記憶し、複数K本の受信信号ごとに定められた遅延時間だけずらしたタイミングで、L個のデータを出力するデータ処理手段と、を含む構成を1組として前記複数K本の受信信号に相当するK個の組を備え、さらに、前記データ処理手段から出力されるデータ同士を加算する前記L個の加算手段と、前記加算手段の出力を第3の周期T3(T3>T2)にデシメートする前記L個の第2デシメート手段と、を備え、受信ビームフォーミングすることを特徴とする超音波診断装置である。   The invention according to claim 1 is a delta-sigma type AD conversion means for converting a received signal from an ultrasonic transducer into digital data of a first period T1, and an output of the AD conversion means is a second period. The first decimating means for decimating the data of T2 (T2> T1) and the output from the first decimating means are stored, and at a timing shifted by a delay time determined for each of a plurality of K received signals. The data processing means for outputting the data, and a set including K sets corresponding to the plurality of K received signals, and further adding the data output from the data processing means L reception means are provided, and L addition means and the L second decimation means for decimating the output of the addition means in a third period T3 (T3> T2). An ultrasonic diagnostic apparatus to.

請求項2に記載の発明は、K個の超音波振動子と、所望の距離に焦点を有するように前記K個の超音波振動子に超音波を照射させる送信手段と、前記超音波振動子が取得した複数K本の受信信号をそれぞれ第1の周期T1のデジタルデータに変換するデルタ・シグマ型の前記K個のAD変換手段と、前記各AD変換手段の出力を第2の周期T2(T2>T1)のデータにデシメートする前記K個の第1デシメート手段と、前記K個の第1デシメート手段のそれぞれから出力されるデータを記憶し、前記K本の受信信号ごとに定められた遅延時間だけずらしたタイミングで、L個のデータを出力する前記K個のデータ処理手段と、前記データ処理手段から出力されるデータ同士を加算する前記L個の加算手段と、前記加算手段の出力を第3の周期T3(T3>T2)にデシメートする前記L個の第2デシメート手段と、を備え、前記複数L方向の同時受信ビームデータを生成することを特徴とする超音波診断装置である。   According to a second aspect of the present invention, there are provided K ultrasonic transducers, transmitting means for irradiating ultrasonic waves to the K ultrasonic transducers so as to have a focal point at a desired distance, and the ultrasonic transducers. A plurality of K received signals acquired by the digital signal are converted to digital data of the first period T1, respectively, and the K AD conversion means of the delta-sigma type and the outputs of the AD conversion means are output in the second period T2 ( The data output from each of the K first decimating means decimating the data of T2> T1) and the K first decimating means are stored, and a delay determined for each of the K received signals At the timing shifted by time, the K data processing means for outputting L data, the L adding means for adding data output from the data processing means, and the output of the adding means 3rd lap T3 (T3> T2) provided with the L second decimating means for decimating the in an ultrasonic diagnostic apparatus characterized by generating a simultaneous reception beam data of the plurality L direction.

この発明によると、デルタ・シグマ型のAD変換手段を備え、さらに、第1デシメート手段と第2デシメート手段を備えて、2段階に分けてデシメーションを行うことで、ノイズの発生を抑えつつコストを抑えた多方向並列同時受信を実現することが可能となる。   According to the present invention, the delta-sigma type AD conversion means is provided, and further, the first decimating means and the second decimating means are provided, and the decimation is performed in two stages, thereby reducing the cost while suppressing the generation of noise. It is possible to realize suppressed multidirectional parallel simultaneous reception.

[この発明の実施形態の概要]
この発明の実施形態は、図5に示す超音波診断装置に適用される。超音波診断装置の構成と動作については後述する。この発明の実施形態の主要部は図5における受信部3であり、特に、オーバサンプリング型のAD変換器と、2つのデシメータを用いて受信ビームフォーマを構成したところに特徴がある。
[Outline of Embodiment of the Invention]
The embodiment of the present invention is applied to the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. The configuration and operation of the ultrasonic diagnostic apparatus will be described later. The main part of the embodiment of the present invention is the receiving unit 3 in FIG. 5, and is particularly characterized in that a receiving beamformer is constructed using an oversampling AD converter and two decimators.

[オーバサンプリング型のAD変換器を用いた受信ビームフォーマの構成]
まず、オーバサンプリング型のAD変換器を用いた受信ビームフォーマの構成について図1を参照して説明する。図1は、この発明の実施形態に係る受信ビームフォーマの構成を示すブロック図である。
[Configuration of receive beamformer using oversampling AD converter]
First, the configuration of a reception beamformer using an oversampling AD converter will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a receive beamformer according to an embodiment of the present invention.

この実施形態に係る受信ビームフォーマは、モジュレータ31、第1デシメータ32、FIFOメモリ33、加算器34、及び第2デシメータ35によって構成されている。仮に、1チャンネル当たりの最終レートでの分解能を8ビットとし、モジュレータ31でのレートを1.5625ns(サンプリング周波数が640MHz)、最終レートを25ns(サンプリング周波数が40MHz)とする。   The receive beamformer according to this embodiment includes a modulator 31, a first decimator 32, a FIFO memory 33, an adder 34, and a second decimator 35. Assume that the resolution at the final rate per channel is 8 bits, the rate at the modulator 31 is 1.5625 ns (sampling frequency is 640 MHz), and the final rate is 25 ns (sampling frequency is 40 MHz).

入力される受信信号は、1ビットDA変換器である1ビットDAC314からのフィードバック信号とで減算器311で減算された後、積分器312に入力される。積分器312の出力はコンパレータ313に入力され、基準電圧との関係により、デルタ・シグマ変調された0から1の1ビットデジタル信号のビット列に変換される。   The input received signal is subtracted by the subtractor 311 from the feedback signal from the 1-bit DAC 314 that is a 1-bit DA converter, and then input to the integrator 312. The output of the integrator 312 is input to the comparator 313, and is converted into a bit string of a 1-bit digital signal of 0 to 1 that is delta-sigma modulated depending on the relationship with the reference voltage.

デルタ・シグマ型のAD変換器は、オーバサンプリングが基本なので内部は10倍以上のレートで動いている。例えば20MHzをナイキスト周波数とし、オーバサンプリングレイシオを16とすると、内部のレートは1.5625nsとなる。細遅延に必要な精度を信号波長の16分の1とした場合、希望する超音波信号帯域を10MHzまでとしたときのレートは6.25ns(≫1.5625ns)であり、上記レート1.5625nsは十分なものであるということが分かる。すなわち、広帯域なデルタ・シグマ型のAD変換器を応用して、AD変換時点で必要時間精度のデジタル受信信号が得られる構成として、従来のデジタル遅延回路(“Fine delay”回路)を不要にすることができる。   Since the delta-sigma type AD converter is based on oversampling, the inside is moving at a rate of 10 times or more. For example, if the Nyquist frequency is 20 MHz and the oversampling ratio is 16, the internal rate is 1.5625 ns. When the accuracy required for the fine delay is 1/16 of the signal wavelength, the rate when the desired ultrasonic signal band is up to 10 MHz is 6.25 ns (>> 1.5625 ns), and the rate 1.5625 ns It can be seen that is sufficient. That is, a conventional digital delay circuit (“Fine delay” circuit) is not required as a configuration in which a wide-band delta-sigma type AD converter is applied to obtain a digital reception signal having a required time accuracy at the time of AD conversion. be able to.

モジュレータ31から出力された信号は、第1デシメータ32によって、ビームフォーミングに必要十分なところまでレートが落とされる。このとき、信号はパルス密度データからあるビット幅を持つものに変化する。図1の例では、6.25nsのレート(160MHzのサンプリング周波数)の4ビットデータにデシメートされている。   The signal output from the modulator 31 is reduced by the first decimator 32 to a point necessary and sufficient for beam forming. At this time, the signal changes from pulse density data to one having a certain bit width. In the example of FIG. 1, it is decimated to 4-bit data at a rate of 6.25 ns (a sampling frequency of 160 MHz).

次に、第1デシメータ32から出力された信号は、一旦、FIFOメモリ33に格納される。FIFOメモリ33から読み出すタイミングを、それぞれの超音波振動子チャンネルの焦点からの距離に応じて位相(遅延時間)制御することにより、各位相合わせが可能となる。遅延が付加された各チャンネルのデジタルデータは、加算器34によって加算された後、第2デシメータ35によって最終レートのデータに変換される。図1の例では、25ns(サンプリング周波数が40MHz)のデータにデシメートされている。なお、図1中のNは加算器34における加算チャンネル数を表す。このFIFOメモリ33が、この発明の「データ処理手段」の1例に相当する。   Next, the signal output from the first decimator 32 is temporarily stored in the FIFO memory 33. Each timing can be adjusted by controlling the phase (delay time) of the timing of reading from the FIFO memory 33 in accordance with the distance from the focal point of each ultrasonic transducer channel. The digital data of each channel to which the delay is added is added by the adder 34 and then converted to data of the final rate by the second decimator 35. In the example of FIG. 1, data is decimated to 25 ns (sampling frequency is 40 MHz). Note that N in FIG. 1 represents the number of addition channels in the adder 34. The FIFO memory 33 corresponds to an example of “data processing means” of the present invention.

つまり、この実施形態に係る受信ビームフォーマは、超音波を走査して取得した1本の受信信号を第1の周期T1のデジタルデータに変換するデルタ・シグマ型のAD変換手段(図1の減算器311、積分器312、コンパレータ313、及び1ビットDAC314を備えた手段)からの出力を受けた第1デシメータ32が、N倍の第2の周期NT1(=T2)のデータにデシメートし、その後、遅延処理、チャンネル加算した後、第2デシメータ35が、M倍の第3の周期NMT1(=T3)のデータにデシメートする。   That is, the reception beamformer according to this embodiment is a delta-sigma type AD conversion unit (subtracting in FIG. 1) that converts one reception signal acquired by scanning ultrasonic waves into digital data of the first period T1. The first decimator 32 receiving the output from the integrator 311, the integrator 312, the comparator 313, and the 1-bit DAC 314) decimates the data in the second period NT1 (= T2) N times, and then After the delay process and the channel addition, the second decimator 35 decimates the data of the third period NMT1 (= T3) M times.

以上の構成とすることで、ダイナミックフォーカスにかかわる不連続点は発生するが、既にある程度帯域制限されたデータに対してであるため、連続するデータ同士での変化は限られてくるはずである。すなわち、不連続点でのノイズ等の望ましくない現象の程度は、従来技術より小さくなると期待できる。   With the above configuration, discontinuous points related to dynamic focus occur, but since the data is already band-limited to some extent, changes between continuous data should be limited. That is, the degree of undesirable phenomena such as noise at discontinuities can be expected to be smaller than in the prior art.

[受信ビームフォーマのシミュレーション]
次に、この実施形態に係る受信ビームフォーマによる遅延シミュレーションを行った。例えば図2に示すように、0.2mmピッチで並んだ超音波振動子P1、P2、・・・、P48、P49、・・・の、ビームの中心から48番目にある超音波振動子P48について、仮に連続波が受信されたとしたときの遅延シミュレーションを実施した。深さは10mmから20mmで、キャリア周波数が2MHzについてシミュレーションを行った。
[Reception beamformer simulation]
Next, a delay simulation by the reception beamformer according to this embodiment was performed. For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic transducer P48 located 48th from the center of the beam of the ultrasonic transducers P1, P2,..., P48, P49,. A delay simulation was performed when a continuous wave was received. The simulation was performed for a depth of 10 mm to 20 mm and a carrier frequency of 2 MHz.

このシミュレーションの結果を図3に示す。図3は、遅延シミュレーションの結果を示すグラフである。図3において横軸は深さ[mm]を表している。図3(a)、(b)、(c)において縦軸は振幅を表し、図3(d)において縦軸は、基準となる理想信号と各方法で得られた信号との差を表している。   The result of this simulation is shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the result of the delay simulation. In FIG. 3, the horizontal axis represents the depth [mm]. 3 (a), (b), and (c), the vertical axis represents amplitude, and in FIG. 3 (d), the vertical axis represents the difference between the reference ideal signal and the signal obtained by each method. Yes.

図3(a)に示す信号Aは基準となるキャリア信号であり、信号Bは、信号Aを超音波振動子の位置とフォーカス深さで決まる遅延制御データに従って遅延処理を施した結果得られた信号である。ここでは、サンプリング周波数を160MHzにした。この信号Bをリサンプルして得られる信号を理想信号とし、比較対象とする。   The signal A shown in FIG. 3A is a reference carrier signal, and the signal B is obtained as a result of delaying the signal A according to delay control data determined by the position of the ultrasonic transducer and the focus depth. Signal. Here, the sampling frequency was set to 160 MHz. A signal obtained by re-sampling the signal B is an ideal signal and is a comparison target.

図3(b)に示す信号Cは、上記信号Bを、40MHzにリサンプルした信号である。この信号Cが理想信号であり、比較対象とする。また、信号Dは、この実施形態に係る受信ビームフォーマによって信号Aに対して処理を施した結果得られた信号である。つまり、信号Dは、第1デシメータ32と第2デシメータ35によって2段階に分けてデシメーションを行った結果得られた信号である。なお、信号Cと信号Dはほぼ一致するため、図3(b)には重なって示されている。   A signal C shown in FIG. 3B is a signal obtained by re-sampling the signal B to 40 MHz. This signal C is an ideal signal and is to be compared. The signal D is a signal obtained as a result of processing the signal A by the reception beamformer according to this embodiment. That is, the signal D is a signal obtained as a result of performing decimation in two stages by the first decimator 32 and the second decimator 35. In addition, since the signal C and the signal D substantially coincide with each other, they are overlapped in FIG.

図3(c)に示す信号Cは理想信号であり、信号Eは、図9に示す従来技術に係る受信ビームフォーマによって信号Aに対して処理を施した結果得られた信号である。つまり、信号Eは、図9に示す1つのデシメータ100によってデシメーションを行った結果得られた信号である。   The signal C shown in FIG. 3C is an ideal signal, and the signal E is a signal obtained as a result of processing the signal A by the reception beamformer according to the prior art shown in FIG. That is, the signal E is a signal obtained as a result of decimating by one decimator 100 shown in FIG.

比較対象である理想信号としての信号Cと、信号D、信号Eとの差を求め、それぞれの差を図3(d)に示す。信号Fは、理想信号としての信号Cとこの実施形態の方法で得られた信号Dとの差であり、信号Gは、理想信号としての信号Cと従来技術の方法で得られた信号Eとの差である。図3(c)、(d)に示すように、この実施形態の方法で得られた信号Dは、従来技術の方法で得られた信号Eと比べてノイズが少なく、理想信号に近い信号となることが分かる。   The difference between the signal C as an ideal signal to be compared, the signal D, and the signal E is obtained, and each difference is shown in FIG. The signal F is the difference between the signal C as the ideal signal and the signal D obtained by the method of this embodiment, and the signal G is the signal C obtained as the ideal signal and the signal E obtained by the prior art method. Is the difference. As shown in FIGS. 3C and 3D, the signal D obtained by the method of this embodiment has less noise than the signal E obtained by the method of the prior art, and is a signal close to the ideal signal. I understand that

以上のように、この実施形態に係る受信ビームフォーマによると、オーバサンプリング型のAD変換器を備えることで、“Fine delay”回路(デジタル遅延回路)を不要にすることができるため、受信ビームフォーミング回路をシンプルで高集積化が可能なものにすることができる。さらに、第1デシメータ32と第2デシメータ35を備えて、2段階に分けてデシメーションを行うことにより、信号の劣化を抑えることが可能となる。   As described above, according to the reception beamformer according to this embodiment, since the “sine delay” circuit (digital delay circuit) can be eliminated by providing the oversampling AD converter, the reception beamforming is performed. The circuit can be made simple and highly integrated. Furthermore, by providing the first decimator 32 and the second decimator 35 and performing decimation in two stages, it is possible to suppress signal degradation.

[受信ビームフォーマの実施形態]
次に、16方向の並列同時受信数の場合の実施形態を図4に示す。図4は、16チャンネルの並列同時受信を行える受信ビームフォーマの実施形態を示すブロック図である。図4に示す受信ビームフォーマは、超音波振動子が2次元的に配置された2Dアレイ超音波プローブに対応してビームフォーミングする1実施形態である。
[Embodiment of Receive Beamformer]
Next, an embodiment in the case of the number of parallel simultaneous receptions in 16 directions is shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a receive beamformer that can perform parallel simultaneous reception of 16 channels. The reception beamformer shown in FIG. 4 is an embodiment in which beamforming is performed corresponding to a 2D array ultrasonic probe in which ultrasonic transducers are two-dimensionally arranged.

モジュレータ31a、31b、・・・、31n(以下、個々を代表して「モジュレータ31等」と称する場合がある)のそれぞれは、図1のモジュレータ31と同じ構成であり、超音波を走査して取得した1本の受信信号を1ビットのデジタル信号のビット列に変換する。この実施形態では、モジュレータ31等は、受信信号を第1の周期T1のデジタルデータに変換する。モジュレータ31等は、受信信号数(チャンネル数K)分、用意されている。   Each of the modulators 31a, 31b,..., 31n (hereinafter sometimes referred to as “modulator 31 etc.” as a representative) has the same configuration as the modulator 31 of FIG. One acquired reception signal is converted into a bit string of a 1-bit digital signal. In this embodiment, the modulator 31 or the like converts the received signal into digital data having a first period T1. The modulators 31 and the like are prepared for the number of received signals (number of channels K).

第1デシメータ32a、32b、・・・、32n(以下、個々を代表して「第1デシメータ32等」と称する場合がある)のそれぞれは、図1の第1デシメータ32と同じ構成であり、モジュレータ31等から出力されたデータを、N倍の第2の周期NT1(=T2)のデータにデシメートすることで、ビームフォーミングに必要十分なところまでレートを落とす。第1デシメータ32等は、受信信号数(チャンネル数K)分、用意されている。   Each of the first decimators 32a, 32b,..., 32n (hereinafter sometimes referred to as “first decimator 32 etc.” as a representative) has the same configuration as the first decimator 32 of FIG. The data output from the modulator 31 and the like is decimated to N times the data of the second period NT1 (= T2), thereby reducing the rate to a place necessary and sufficient for beam forming. The first decimators 32 and the like are prepared for the number of received signals (number of channels K).

FIFOメモリ33a、33b、・・・、33n(以下、個々を代表して「FIFOメモリ33等」と称する場合がある)のそれぞれは、図1のFIFOメモリ33と同じ構成であり、第1デシメータ32等からの出力を格納する。そして、受信データは、制御部から出力される受信遅延制御信号に基づき、各チャンネル受信信号の位相が焦点に関して一致するように読み出される。FIFOメモリ33等は複数ポートの読み出しが可能なタイプのメモリであり、要求される並列同時受信数に対応した読み出しポートを持つものである。この実施形態では、並列同時受信数をL=16としているため、16のポートを備えている。そして、それぞれのポートには、それが受け持つ受信(焦点)方向(“Beam”)に対応した読み出しアドレス(受信遅延制御信号)を与える。このようにしてFIFOメモリ33等から読み出されたデータは、必要十分な精度で位相合わせが行われたことになる。なお、FIFOメモリ33等は、受信信号数(チャンネル数K)分、用意されている。   Each of the FIFO memories 33a, 33b,..., 33n (hereinafter may be referred to as “FIFO memory 33 etc.” as a representative) has the same configuration as the FIFO memory 33 of FIG. Stores output from 32 etc. Then, the reception data is read out based on the reception delay control signal output from the control unit so that the phase of each channel reception signal matches the focal point. The FIFO memory 33 or the like is a type of memory that can read a plurality of ports, and has a read port corresponding to the required number of parallel receptions. In this embodiment, since the number of parallel simultaneous receptions is L = 16, 16 ports are provided. Each port is provided with a read address (reception delay control signal) corresponding to the reception (focus) direction ("Beam") that the port is responsible for. Thus, the data read from the FIFO memory 33 or the like is phase-aligned with necessary and sufficient accuracy. The FIFO memories 33 and the like are prepared for the number of received signals (number of channels K).

加算器34a、34b、・・・、34p(以下、個々を代表して「加算器34等」と称する場合がある)はそれぞれ、各FIFOメモリ33等の出力に接続されている。つまり、加算器34等は、異なるFIFOメモリ33等から出力される各同時受信方向(“Beam”ごと)に応じたデータを加算する。これにより、受信ビームフォーミングが完遂されることになる。加算器34等は、並列同時受信数と同じ数が設置されている。この実施形態では、並列同時受信数をL=16としているため、16個の加算器34等が設置されている。そして、加算器34等からは、異なった16方向(焦点位置)における受信データ(16ビームのデータ)が出力される。   Adders 34a, 34b,..., 34p (hereinafter may be referred to as “adders 34 etc.” as representatives) are connected to the outputs of the FIFO memories 33 etc., respectively. That is, the adder 34 and the like add data corresponding to each simultaneous reception direction (for each “Beam”) output from the different FIFO memories 33 and the like. As a result, reception beam forming is completed. The same number as the number of parallel simultaneous receptions is installed in the adder 34 and the like. In this embodiment, since the number of parallel simultaneous receptions is L = 16, 16 adders 34 and the like are installed. The adder 34 and the like output reception data (16 beam data) in 16 different directions (focal positions).

第2デシメータ35a、35b、・・・、35p(以下、個々を代表して「第2デシメータ35等」と称する場合がある)のそれぞれは、図1の第2デシメータ35と同じ構成であり、加算器34等から出力された信号を、M倍の第3の周期MNT1(=T3)のデータにデシメートすることで、最終レートのデータに変換する。第2デシメータ35等によって最終レートに調整されたデータは、その後、図5に示す信号処理部4に出力されることになる。第2デシメータ35等は、並列同時受信数と同じ数が設置されている。この実施形態では、並列同時受信数をL=16としているため、16個の第2デシメータ35等が設置されている。   Each of the second decimators 35a, 35b,..., 35p (hereinafter sometimes referred to as “second decimator 35 etc.” as a representative) has the same configuration as the second decimator 35 of FIG. The signal output from the adder 34 or the like is converted to data at the final rate by decimating the data in the third period MNT1 (= T3) of M times. The data adjusted to the final rate by the second decimator 35 or the like is then output to the signal processing unit 4 shown in FIG. The second decimator 35 and the like are installed in the same number as the parallel simultaneous reception number. In this embodiment, since the number of parallel simultaneous receptions is L = 16, 16 second decimators 35 and the like are installed.

なお、この実施形態では、サンプリングレートやAD変換器の分解能(最終ビット幅)などに関し、ある仮定値を用いて説明したが、その値は1例であり、この発明がその例に限定されるものではない。また、モジュレータ出力を1ビットと仮定して説明したが、マルチビットタイプであっても、この発明を適用することができる。   In this embodiment, the sampling rate and the resolution (final bit width) of the AD converter have been described using a certain assumed value. However, the value is one example, and the present invention is limited to that example. It is not a thing. Although the description has been made assuming that the modulator output is 1 bit, the present invention can also be applied to a multi-bit type.

また、受信信号数(チャンネル数K)と、整相して出力しようとするビーム数L(並列同時受信数)とは関係がなく、例えば、チャンネル数Kとしては、128や192などが想定される。そのとき、図4のモジュレータ31等、第1デシメータ32等、及びFIFOメモリ33等は、それぞれそのチャンネル数K分、用意されている。   Further, the number of received signals (number of channels K) is not related to the number of beams L (number of parallel simultaneous receptions) to be output after phasing. For example, the number of channels K is assumed to be 128 or 192. The At that time, the modulator 31 and the like, the first decimator 32 and the like, and the FIFO memory 33 and the like of FIG.

また、この実施形態では、16方向の並列同時受信について説明したが、16方向に限定されず、8方向や4方向などの並列同時受信であっても良い。   In this embodiment, parallel simultaneous reception in 16 directions has been described. However, parallel reception in 8 directions, 4 directions, or the like is not limited to 16 directions.

[超音波診断装置の実施形態]
次に、上述した受信ビームフォーマが適用される超音波診断装置の構成について、図5を参照して説明する。図5は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
[Embodiment of Ultrasonic Diagnostic Apparatus]
Next, the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the above-described reception beamformer is applied will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention.

この実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ1、送信部2、受信部3、信号処理部4、画像生成部5、表示部6、及び制御部7を備えて構成されている。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment includes an ultrasonic probe 1, a transmission unit 2, a reception unit 3, a signal processing unit 4, an image generation unit 5, a display unit 6, and a control unit 7.

超音波プローブ1は、複数の超音波振動子が所定方向(走査方向)に1列に配列された1Dアレイ超音波プローブ、又は、複数の超音波振動子がマトリックス(格子)状に配置された2Dアレイ超音波プローブで構成されている。   The ultrasonic probe 1 is a 1D array ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in a line in a predetermined direction (scanning direction), or a plurality of ultrasonic transducers arranged in a matrix (lattice). It is composed of a 2D array ultrasonic probe.

送信部2は、超音波プローブ1に電気信号を供給して所定の焦点にビームフォーム(送信ビームフォーム)した超音波を走査させる。受信部3は、超音波プローブ1が受信したエコー信号を受信し、そのアナログの受信信号を整相された(受信ビームフォームされた)デジタルの受信データとして変換して出力する。受信部3は、上記「受信ビームフォーマの実施形態」で説明した構成が用いられる。   The transmission unit 2 supplies an electric signal to the ultrasonic probe 1 to scan the ultrasonic wave beam-formed (transmitted beam form) at a predetermined focal point. The receiving unit 3 receives the echo signal received by the ultrasonic probe 1, converts the analog received signal into phase-received (received beam-formed) digital received data, and outputs it. The configuration described in the above “embodiment of reception beamformer” is used for the reception unit 3.

信号処理部4は、Bモード処理回路、ドプラ処理回路、及びカラーモード処理回路を備えている。受信部3から出力された受信データは、いずれかの処理回路にて処理が施される。Bモード処理回路はエコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からBモード超音波ラスタデータを生成する。ドプラ処理回路はドプラ偏移周波数成分を取り出し、更にFFT処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。カラーモード処理回路は動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分散、パワー等の情報があり、血流情報は2値化情報として得られる。   The signal processing unit 4 includes a B mode processing circuit, a Doppler processing circuit, and a color mode processing circuit. The received data output from the receiving unit 3 is processed by one of the processing circuits. The B-mode processing circuit visualizes echo amplitude information and generates B-mode ultrasonic raster data from the echo signal. The Doppler processing circuit extracts the Doppler shift frequency component and further performs FFT processing or the like to generate data having blood flow information. The color mode processing circuit visualizes the moving blood flow information and generates color ultrasonic raster data. Blood flow information includes information such as speed, dispersion, and power, and blood flow information is obtained as binarized information.

画像生成部5は、DSC(Digital Scan Converter:デジタルスキャンコンバータ)を備え、直交座標系で表される画像を得るために、超音波ラスタデータを直交座標で表される画像データに変換する(スキャンコンバージョン処理)。例えば、DSCは、Bモード超音波ラスタデータに基づいて2次元情報としての断層像データを生成し、その断層像データを表示部6に出力する。また、画像生成部5は、複数の断層像データに基づいてボクセルデータを生成する。そして、画像生成部5は、そのボクセルデータに対して、サーフェイスレンダリング処理や、ボリュームレンダリング処理や、MPR処理(Multi Plannar Reconstruction)などの画像処理を施すことにより、3次元画像データや任意断面における画像データ(MPR画像データ)などの超音波画像データを生成する。   The image generation unit 5 includes a DSC (Digital Scan Converter) and converts ultrasonic raster data into image data represented by orthogonal coordinates (scanning) in order to obtain an image represented by an orthogonal coordinate system (scanning). Conversion process). For example, the DSC generates tomographic image data as two-dimensional information based on the B-mode ultrasonic raster data, and outputs the tomographic image data to the display unit 6. Further, the image generation unit 5 generates voxel data based on a plurality of tomographic image data. Then, the image generation unit 5 performs image processing such as surface rendering processing, volume rendering processing, MPR processing (Multi Planar Reconstruction) on the voxel data, and thereby image data in three-dimensional image data or an arbitrary cross section. Ultrasonic image data such as data (MPR image data) is generated.

表示部6は、CRTや液晶ディスプレイなどのモニタで構成されており、画面上に断層像、3次元画像又は血流情報などが表示される。   The display unit 6 includes a monitor such as a CRT or a liquid crystal display, and displays a tomographic image, a three-dimensional image, blood flow information, or the like on the screen.

制御部7は、超音波診断装置の各部に接続されて、各部の動作を制御する。   The control unit 7 is connected to each unit of the ultrasonic diagnostic apparatus and controls the operation of each unit.

また、超音波診断装置は図示しない操作部を備えている。その操作部は、キーボード、マウス、トラックボール、又はTCS(Touch Command Screen)などで構成されており、操作者の操作によってスキャン条件や関心領域(ROI)などの各種設定が行われる。   Further, the ultrasonic diagnostic apparatus includes an operation unit (not shown). The operation unit includes a keyboard, a mouse, a trackball, or a TCS (Touch Command Screen), and various settings such as a scan condition and a region of interest (ROI) are performed by an operation of the operator.

この実施形態に係る超音波診断装置によると、2Dアレイ超音波プローブによるリアルタイム3次元画像の構築に関連して増大する並列同時受信数を、コストの大幅上昇なしで実現する受信ビームフォーマを構築することが可能となる。これにより、リアルタイム3次元超音波診断装置に関し、コストを抑えて高品質画像をユーザに提供することが可能となる。   According to the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment, a reception beamformer is realized that realizes the number of parallel simultaneous receptions that increase in relation to the construction of a real-time three-dimensional image by a 2D array ultrasonic probe without a significant increase in cost. It becomes possible. Thereby, regarding a real-time three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus, it becomes possible to provide a user with a high-quality image at a reduced cost.

この発明の実施形態に係る受信ビームフォーマ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 receiving beamformer which concerns on embodiment of this invention. 受信ビームフォーマによる遅延シミュレーションを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the delay simulation by a receiving beamformer. 遅延シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of a delay simulation. 16チャンネルの並列同時受信を行える受信ビームフォーマの実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows embodiment of the receiving beamformer which can perform parallel simultaneous reception of 16 channels. この発明の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 従来技術に係る受信ビームフォーマの構成を示すロック図である。It is a lock figure which shows the structure of the receiving beam former which concerns on a prior art. 従来技術に係る受信ビームフォーマ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 receiving beamformer which concerns on a prior art. デルタ・シグマAD変換器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a delta sigma AD converter. 従来技術に係る受信ビームフォーマ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 receiving beamformer which concerns on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波プローブ
2 送信部
3 受信部
4 信号処理部
5 画像生成部
6 表示部
7 制御部
31、31a〜31n モジュレータ
32、32a〜32n 第1デシメータ
33、33a〜33n FIFOメモリ
34、34a〜34p 加算器
35、35a〜35p 第2デシメータ
311 減算器
312 積分器
313 コンパレータ
314 1ビットDAC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic probe 2 Transmission part 3 Reception part 4 Signal processing part 5 Image generation part 6 Display part 7 Control part 31, 31a-31n Modulator 32, 32a-32n 1st decimator 33, 33a-33n FIFO memory 34, 34a-34p Adder 35, 35a to 35p Second decimator 311 Subtractor 312 Integrator 313 Comparator 314 1-bit DAC

Claims (2)

超音波振動子からの受信信号を第1の周期T1のデジタルデータに変換するデルタ・シグマ型のAD変換手段と、
前記AD変換手段の出力を第2の周期T2(T2>T1)のデータにデシメートする第1デシメート手段と、
前記第1デシメート手段からの出力を記憶し、複数K本の受信信号ごとに定められた遅延時間だけずらしたタイミングで、L個のデータを出力するデータ処理手段と、
を含む構成を1組として前記複数K本の受信信号に相当するK個の組を備え、
さらに、前記データ処理手段から出力されるデータ同士を加算する前記L個の加算手段と、
前記加算手段の出力を第3の周期T3(T3>T2)にデシメートする前記L個の第2デシメート手段と、
を備え、
受信ビームフォーミングすることを特徴とする超音波診断装置。
Delta-sigma type AD conversion means for converting the received signal from the ultrasonic transducer into digital data of the first period T1,
First decimating means for decimating the output of the AD converting means into data of a second period T2 (T2>T1);
Data processing means for storing the output from the first decimating means and outputting L data at a timing shifted by a delay time determined for each of a plurality of K received signals;
Including K sets corresponding to the plurality of K received signals.
Further, the L addition means for adding the data output from the data processing means,
The L second decimating means for decimating the output of the adding means in a third period T3 (T3>T2);
With
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by performing reception beam forming.
K個の超音波振動子と、
所望の距離に焦点を有するように前記K個の超音波振動子に超音波を照射させる送信手段と、
前記超音波振動子が取得した複数K本の受信信号をそれぞれ第1の周期T1のデジタルデータに変換するデルタ・シグマ型の前記K個のAD変換手段と、
前記各AD変換手段の出力を第2の周期T2(T2>T1)のデータにデシメートする前記K個の第1デシメート手段と、
前記K個の第1デシメート手段のそれぞれから出力されるデータを記憶し、前記K本の受信信号ごとに定められた遅延時間だけずらしたタイミングで、L個のデータを出力する前記K個のデータ処理手段と、
前記データ処理手段から出力されるデータ同士を加算する前記L個の加算手段と、
前記加算手段の出力を第3の周期T3(T3>T2)にデシメートする前記L個の第2デシメート手段と、
を備え、
前記複数L方向の同時受信ビームデータを生成することを特徴とする超音波診断装置。
K ultrasonic transducers,
Transmitting means for irradiating the K ultrasonic transducers with ultrasonic waves so as to have a focal point at a desired distance;
A plurality of K received AD signals obtained by the ultrasonic transducer, each of which is converted into digital data of a first period T1, and the K AD converting means of the delta-sigma type;
The K first decimating means for decimating the output of each AD converting means into data of a second period T2 (T2>T1);
The data output from each of the K first decimating means is stored, and the K data for outputting L data at a timing shifted by a delay time determined for each of the K received signals. Processing means;
The L adding means for adding data output from the data processing means;
The L second decimating means for decimating the output of the adding means in a third period T3 (T3>T2);
With
An ultrasonic diagnostic apparatus that generates simultaneous reception beam data in a plurality of L directions.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011250946A (en) * 2010-06-01 2011-12-15 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus
US11026659B2 (en) 2012-06-22 2021-06-08 Canon Medical Systems Corporation Ultrasound diagnosis apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254121A (en) * 1999-03-12 2000-09-19 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd Method and device for forming reception signal and method and device for ultrasonic imaging
JP2002165792A (en) * 2000-12-01 2002-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for ultrasonic diagnosis
JP2005040224A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic equipment
JP2008055087A (en) * 2006-09-04 2008-03-13 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254121A (en) * 1999-03-12 2000-09-19 Ge Yokogawa Medical Systems Ltd Method and device for forming reception signal and method and device for ultrasonic imaging
JP2002165792A (en) * 2000-12-01 2002-06-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and device for ultrasonic diagnosis
JP2005040224A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic equipment
JP2008055087A (en) * 2006-09-04 2008-03-13 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011250946A (en) * 2010-06-01 2011-12-15 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus
US11026659B2 (en) 2012-06-22 2021-06-08 Canon Medical Systems Corporation Ultrasound diagnosis apparatus

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