JP2008183306A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic diagnostic apparatus equivalently applying appropriate delay not only to a signal component near the center frequency but also to a signal component separate from the center frequency by applying the phase rotation with a multiplier to ultrasonic receiving signals. <P>SOLUTION: The ultrasonic diagnostic apparatus comprises an ultrasonic transmission/receiving means for transmitting/receiving ultrasonic pulses to/from a subject by using a plurality of ultrasonic vibrators; a delay addition circuit for adjusting the time and adding a plurality of receiving signals of a plurality receiving channels i received by the plurality of ultrasonic vibrators; and an image data-generating means for generating ultrasonic image data from the receiving signals generated by the delay addition circuit. The delay addition circuit is configured to perform the phase rotating process with at least two multipliers Mi1 and Mi2 using reference signals Ri1 and Ri2 with the same frequency and different phases for the receiving signal of a single receiving channel i. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波ビームを走査して被検体内の画像を得る超音波診断装置に係り、特に多チャネルのアレイ型超音波振動子で受信される超音波エコーにそれぞれ異なる時間遅延をかけて加算処理を行うことにより超音波受信ビームのフォーカシングやステアリングを行う電子スキャン型の超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that scans an ultrasonic beam to obtain an image in a subject, and in particular, applies different time delays to ultrasonic echoes received by a multi-channel array ultrasonic transducer. The present invention relates to an electronic scan type ultrasonic diagnostic apparatus that performs focusing and steering of an ultrasonic reception beam by performing addition processing.

超音波診断装置は、超音波ビームを走査して被検体内の画像を得る装置である。超音波診断装置のうち、多チャネルのアレイ型超音波振動子を用いて受信される超音波エコー信号にそれぞれ異なる時間遅延をかけて加算処理を行うことにより超音波受信ビームのフォーカシングやステアリングを行うものは電子スキャン型を呼ばれる(例えば特許文献1および特許文献2参照)。   An ultrasonic diagnostic apparatus is an apparatus that obtains an image in a subject by scanning an ultrasonic beam. Among ultrasonic diagnostic equipment, focusing and steering of the ultrasonic reception beam is performed by performing addition processing by applying different time delays to ultrasonic echo signals received using a multi-channel array ultrasonic transducer. The thing is called an electronic scan type (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

この電子スキャン型の超音波診断装置では、超音波振動子から得られる受信信号のタイミングを調整して超音波受信ビームを形成するために受信遅延加算回路において受信信号の遅延が行われる。受信遅延加算回路における受信信号の遅延方法としては、遅延線を用いて受信信号の時間を直接遅らせる方法、乗算器で位相回転を与えて等価的に受信信号の遅延を行う方法および遅延線と乗算器とを組み合わせる方法がある。   In this electronic scan type ultrasonic diagnostic apparatus, the reception signal is delayed in the reception delay adding circuit in order to adjust the timing of the reception signal obtained from the ultrasonic transducer and form an ultrasonic reception beam. As a delay method of the received signal in the reception delay adding circuit, a method of directly delaying the time of the received signal using a delay line, a method of delaying the received signal equivalently by giving a phase rotation by a multiplier, and multiplication with the delay line There is a way to combine it with a vessel.

始めに遅延線を用いる受信遅延方法について説明する。   First, a reception delay method using a delay line will be described.

図9は、従来の超音波診断装置に備えられる遅延線を用いた受信遅延加算回路の構成図である。   FIG. 9 is a configuration diagram of a reception delay adding circuit using a delay line provided in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.

図9に示す従来の受信遅延加算回路1は、複数の受信チャネルiに対応する複数の遅延線DLiと単一の加算器Sとを備えている。図示しないプリアンプから出力される複数の超音波振動子からの受信信号は、それぞれ対応する遅延線DLiに導かれる。遅延線DLiとしては、直接受信信号の時間を遅らせるLC遅延線、シフトレジスタやディジタルフィルタにより構成されるディジタル遅延線、CCD (Charge Coupled Device) などの電荷転送素子を用いた遅延線を用いることができる。LC遅延線は、コイルとコンデンサにより構成されるアナログ遅延線である。各遅延線DLiは、図示しない制御系からの制御信号によって制御され、受信信号の遅延を行う。各遅延線DLiの出力先は、共通の加算器Sとされ、加算器Sにおいて各遅延線DLiにおいて遅延された受信信号が加算される。加算器Sにおいて加算された受信信号は、図示しない後段の信号処理部に出力される。   The conventional reception delay adding circuit 1 shown in FIG. 9 includes a plurality of delay lines DLi corresponding to a plurality of reception channels i and a single adder S. Received signals from a plurality of ultrasonic transducers output from a preamplifier (not shown) are guided to corresponding delay lines DLi. As the delay line DLi, it is possible to use an LC delay line that directly delays the time of the received signal, a digital delay line composed of a shift register or a digital filter, or a delay line using a charge transfer device such as a CCD (Charge Coupled Device). it can. The LC delay line is an analog delay line composed of a coil and a capacitor. Each delay line DLi is controlled by a control signal from a control system (not shown), and delays the received signal. The output destination of each delay line DLi is a common adder S, and the adder S adds the reception signal delayed in each delay line DLi. The reception signal added by the adder S is output to a signal processing unit (not shown) in the subsequent stage.

ここで受信チャネルiに対応する遅延線DLiに入力される受信信号の包絡線(エンベロープ)をA(t)、中心周波数をfc、位相をφとすると受信信号は、式(1)のように表される。
[数1]
Ai(t)・sin(ωc t+φi) (1)
但し、ωc=2πfcである。
Here, assuming that the envelope (envelope) of the received signal input to the delay line DLi corresponding to the received channel i is A (t), the center frequency is fc, and the phase is φ, the received signal is expressed by equation (1). expressed.
[Equation 1]
Ai (t) ・ sin (ωc t + φi) (1)
However, ωc = 2πfc.

また、遅延線DLiにおける遅延時間をTdiとすると、遅延線DLiの出力は式(2)のように表される。
[数2]
Ai(t−Tdi)・sin{ωfc (t−Tdi)+φi} (2)
すなわち、各遅延線DLiでは、受信信号の波形を変えることなく遅延時間Tdiだけ遅延することができる。
Also, assuming that the delay time in the delay line DLi is Tdi, the output of the delay line DLi is expressed as in equation (2).
[Equation 2]
Ai (t−Tdi) ・ sin {ωfc (t−Tdi) + φi} (2)
That is, each delay line DLi can be delayed by the delay time Tdi without changing the waveform of the received signal.

図10は、図9に示す従来の受信遅延加算回路1の各遅延線DLiに入力する受信信号の波形を示す図であり、図11は、図9に示す従来の受信遅延加算回路1の各遅延線DLiから出力される受信信号の波形を示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing a waveform of a reception signal input to each delay line DLi of the conventional reception delay adding circuit 1 shown in FIG. 9, and FIG. 11 is a diagram showing each waveform of the conventional reception delay adding circuit 1 shown in FIG. It is a figure which shows the waveform of the received signal output from the delay line DLi.

図10に示すように、包絡線E1の受信信号S1と受信信号S1に対してTdiだけ時間が遅れた同じ波形の、包絡線E2の受信信号S2がそれぞれ対応する遅延線DLiに入力したとする。受信信号S1は、遅延線DLiにおいてTdiだけ遅延されるため、図11に示すように遅延線DLiから出力される受信信号S1と受信信号S2とは互いに一致する。すなわち、各遅延線DLiの作用により互いにTdiの時間差のある複数の受信信号の波形を時間差のないように調整することができる。また、受信信号S1の包絡線E1と受信信号S2の包絡線E2も一致させることができる。   As shown in FIG. 10, it is assumed that the reception signal S2 of the envelope E2 having the same waveform delayed by Tdi with respect to the reception signal S1 of the envelope E1 and the reception signal S1 is input to the corresponding delay line DLi. . Since reception signal S1 is delayed by Tdi in delay line DLi, reception signal S1 and reception signal S2 output from delay line DLi match each other as shown in FIG. In other words, the waveforms of a plurality of received signals having a time difference of Tdi can be adjusted so as not to have a time difference by the action of each delay line DLi. Further, the envelope E1 of the received signal S1 and the envelope E2 of the received signal S2 can be matched.

しかしながら、リアルタイム超音波診断装置における受信チャネルの数は通常100以上あり、各受信チャネルに遅延線を接続するため、受信遅延加算回路の規模が膨大になるという問題がある。さらに、近年2次元アレイ超音波振動子を用いたリアルタイム3次元超音波診断装置の開発が行われる。3次元超音波診断装置における受信チャネルの数は1000以上である。3次元超音波診断装置においても良好な超音波受信ビームを形成するためには全ての受信チャネルに遅延線を接続して超音波振動子で受信される受信信号の時間を調整する必要がある。しかしながら受信遅延加算回路の規模が膨大になるとともに超音波プローブを超音波診断装置に接続するケーブルの本数が非常に多くなり、実現性に欠けるという問題がある。   However, the number of reception channels in the real-time ultrasonic diagnostic apparatus is usually 100 or more, and a delay line is connected to each reception channel, so that there is a problem that the scale of the reception delay addition circuit becomes enormous. Furthermore, in recent years, real-time three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatuses using a two-dimensional array ultrasonic transducer have been developed. The number of reception channels in the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus is 1000 or more. Even in a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus, in order to form a good ultrasonic reception beam, it is necessary to connect delay lines to all reception channels and adjust the time of a reception signal received by an ultrasonic transducer. However, there is a problem that the scale of the reception delay adding circuit becomes enormous and the number of cables connecting the ultrasonic probe to the ultrasonic diagnostic apparatus becomes very large, so that the feasibility is lacking.

ケーブル本数を低減する対策としては、受信遅延加算回路の一部を超音波プローブ側に内蔵して数個の超音波振動子(サブアレイ)ごとに部分的な受信遅延を行って加算することが考えられる。   As a measure to reduce the number of cables, it is considered that a part of the reception delay adding circuit is built in the ultrasonic probe side and added by performing partial reception delay for each of several ultrasonic transducers (subarrays). It is done.

しかしながら、受信遅延加算回路の一部を超音波プローブ側に内蔵するためには、時間遅延を行う受信遅延加算回路の規模が大きいということが障害となる。   However, in order to incorporate a part of the reception delay addition circuit on the ultrasonic probe side, the large scale of the reception delay addition circuit that performs time delay is an obstacle.

このような背景から受信遅延加算回路の規模を低減させる手法として回路規模の小さい乗算器を用いた位相回転により等価的に遅延を行う受信遅延加算回路を用いる方法や位相回転と遅延線による時間遅延を組み合わせることにより回路規模を低減する方法が考案されている。   From such a background, as a technique for reducing the scale of the reception delay addition circuit, a method using a reception delay addition circuit that performs an equivalent delay by phase rotation using a multiplier having a small circuit scale, or time delay by phase rotation and a delay line A method of reducing the circuit scale by combining the above has been devised.

そこで、乗算器を用いる受信遅延方法について説明する。   Therefore, a reception delay method using a multiplier will be described.

図12は、従来の超音波診断装置に備えられる乗算器を用いた受信遅延加算回路の構成図である。   FIG. 12 is a configuration diagram of a reception delay adding circuit using a multiplier provided in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.

図12に示す従来の受信遅延加算回路1Aには、複数の受信チャネルiにそれぞれ対応する複数の第1のローパスフィルタ (LPF: low pass filter)LPFi、複数の第1の乗算器MPLi、単一の加算器S、単一の第2のローパスフィルタLPF、単一の第2の乗算器MPLが設けられる。複数の超音波振動子からの受信信号は、それぞれ対応する第1のローパスフィルタLPFiに導かれる。第1のローパスフィルタLPFiを経由した受信信号は、対応する第1の乗算器MPLiに導かれる。第1の乗算器MPLiでは、受信信号に位相制御された参照信号を乗算することに受信信号の位相回転が行われる。   The conventional reception delay adding circuit 1A shown in FIG. 12 includes a plurality of first low pass filters (LPF) LPFi corresponding to a plurality of reception channels i, a plurality of first multipliers MPLi, Adder S, a single second low-pass filter LPF, and a single second multiplier MPL. Received signals from the plurality of ultrasonic transducers are guided to corresponding first low-pass filters LPFi. The received signal that has passed through the first low-pass filter LPFi is guided to the corresponding first multiplier MPLi. In the first multiplier MPLi, the received signal is phase-rotated by multiplying the received signal by the phase-controlled reference signal.

すなわち、受信チャネルiに対応する第1の乗算器MPLiに、式(1)に示す包絡線A(t)、中心周波数fc、位相φの受信信号が入力する。そして式(3)に示すように、周波数fr、位相φrの位相制御された参照信号が受信信号に乗算される。
[数3]
sin(ωrt+φri) (3)
但し、ωr=2πfrである。
That is, the received signal having the envelope A (t), the center frequency fc, and the phase φ shown in Expression (1) is input to the first multiplier MPLi corresponding to the reception channel i. Then, as shown in Expression (3), the received signal is multiplied by a reference signal whose phase is controlled at a frequency fr and a phase φr.
[Equation 3]
sin (ωrt + φri) (3)
However, ωr = 2πfr.

そうすると、第1の乗算器MPLiの出力は式(4)に示すようになる。
[数4]
Ai(t)・sin(ωct+φi)・sin(ωrt+φri)
=(Ai(t)/2)・[−cos{(ωc+ωr)t+(φi+φri)}+cos{(ωc−ωr)t+(φi−φri)}]
(4)
Then, the output of the first multiplier MPLi is as shown in Equation (4).
[Equation 4]
Ai (t) ・ sin (ωct + φi) ・ sin (ωrt + φri)
= (Ai (t) / 2) · [−cos {(ωc + ωr) t + (φi + φri)} + cos {(ωc−ωr) t + (φi−φri)}]
(Four)

ここで、フィルタ(図示せず)を用いて、ωc+ωrの成分を抽出し、受信信号の振幅の調整を行うと、式(5)に示す第1の乗算器MPLiの出力が得られる。
[数5]
Ai(t)・cos{(ωc+ωr)t+(φi+φri)} (5)
Here, when the component of ωc + ωr is extracted using a filter (not shown) and the amplitude of the received signal is adjusted, the output of the first multiplier MPLi shown in Equation (5) is obtained.
[Equation 5]
Ai (t) ・ cos {(ωc + ωr) t + (φi + φri)} (5)

つまり第1の乗算器MPLiによって、受信信号の周波数が参照信号の周波数との差分である中間周波数に変換される。各第1の乗算器MPLiの出力信号は、後段の加算器Sにおいて加算される。加算器Sにおいて加算された受信信号は、第2のローパスフィルタLPFを経由して第2の乗算器MPLに導かれる。   That is, the first multiplier MPLi converts the frequency of the received signal into an intermediate frequency that is a difference from the frequency of the reference signal. The output signals of the first multipliers MPLi are added in the adder S at the subsequent stage. The reception signal added in the adder S is guided to the second multiplier MPL via the second low-pass filter LPF.

そして、第2の乗算器MPLにおいて、加算器Sにおいて加算された受信信号に第1の乗算器MPLiの参照信号と同じ周波数の参照信号が乗算される。これにより、第1の乗算器MPLiによって中間周波数に変換された加算後の受信信号の周波数がもとの周波数に戻される。ただし、加算後の受信信号を中間周波数のまま図示しない後段の信号処理部に出力して信号処理を行ってもよい。ここでは加算後の受信信号の中間周波数をもとの周波数に戻す場合について説明する。   Then, in the second multiplier MPL, the reception signal added in the adder S is multiplied by a reference signal having the same frequency as the reference signal of the first multiplier MPLi. As a result, the frequency of the received signal after addition converted to the intermediate frequency by the first multiplier MPLi is returned to the original frequency. However, the received signal after the addition may be output to a signal processing unit (not shown) as an intermediate frequency to perform signal processing. Here, a case where the intermediate frequency of the received signal after addition is returned to the original frequency will be described.

すなわち、第2の乗算器MPLにおいて第1の乗算器MPLiにおいて用いた参照信号と同じ周波数の参照信号sinωrtを第1の乗算器MPLiの出力信号に乗算すると式(6)のようになる。
[数6]
Ai(t)・cos{(ωc+ωr)t+(φi+φri)}・sinωrt
=(Ai(t)/2)・[sin{(ωc+2ωr)t+(φi+φri)}−sin{ωct+(φi+φri)}] (6)
That is, when the output signal of the first multiplier MPLi is multiplied by the reference signal sinωrt having the same frequency as the reference signal used in the first multiplier MPLi in the second multiplier MPL, Equation (6) is obtained.
[Equation 6]
Ai (t) ・ cos {(ωc + ωr) t + (φi + φri)} ・ sinωrt
= (Ai (t) / 2) ・ [sin {(ωc + 2ωr) t + (φi + φri)}-sin {ωct + (φi + φri)}] (6)

そこで、フィルタ(図示せず)を用いてωcの成分を抽出し、信号振幅の調整を行うと、第2の乗算器MPLから出力される受信信号は、式(7)のようになる。
[数7]
Ai(t)・sin{ωct+(φi+φri)}=Ai(t)・sin{(ωct+φri)+φi} (7)
ここで、遅延線DLiを用いて受信遅延を行う場合の式(2)と式(7)とを比較し、式(8)のように設定すれば、中心周波数fcのキャリア成分に対して遅延時間Tdiと等価の遅延を与えることができる。
[数8]
φri=−ωc・Tdi=-2πfc・Tdi (8)
Therefore, when the component of ωc is extracted using a filter (not shown) and the signal amplitude is adjusted, the received signal output from the second multiplier MPL is expressed by Equation (7).
[Equation 7]
Ai (t) · sin {ωct + (φi + φri)} = Ai (t) · sin {(ωct + φri) + φi} (7)
Here, when the reception delay is performed using the delay line DLi, the equation (2) and the equation (7) are compared, and if the equation (8) is set, the delay with respect to the carrier component of the center frequency fc A delay equivalent to the time Tdi can be given.
[Equation 8]
φri = −ωc ・ Tdi = -2πfc ・ Tdi (8)

図13は、図12に示す従来の受信遅延加算回路1Aの第1の乗算器MPLiから出力される受信信号の波形を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing a waveform of a reception signal output from the first multiplier MPLi of the conventional reception delay adding circuit 1A shown in FIG.

図10に示すように、受信信号S1と受信信号S1に対してTdiだけ時間が遅れた同じ波形の受信信号S2がそれぞれ対応する第1の乗算器MPLiに入力したとする。そうすると、図13に示すように受信信号S1の位相回転により周波数fcのキャリア成分は時間が受信信号S2の波形と一致する。尚、包絡線Ai(t) は位相回転の作用を受けないため遅延されない。従って、受信信号S1の包絡線E1と受信信号S1の包絡線E2とは一致せず、多少の誤差を生じる。   As shown in FIG. 10, it is assumed that reception signal S1 and reception signal S2 having the same waveform delayed by Tdi with respect to reception signal S1 are input to corresponding first multipliers MPLi. Then, as shown in FIG. 13, the carrier component of frequency fc coincides with the waveform of reception signal S2 due to the phase rotation of reception signal S1. The envelope Ai (t) is not delayed because it is not affected by the phase rotation. Therefore, the envelope E1 of the received signal S1 and the envelope E2 of the received signal S1 do not coincide with each other, and a slight error occurs.

このようにして遅延線DLiを用いる場合と同様に乗算器MPLiを用いる位相回転によって遅延時間Tdの時間差のある受信信号の波形を時間差のないように調整することができる。   In this way, similarly to the case of using the delay line DLi, the waveform of the received signal having a time difference of the delay time Td can be adjusted so as not to have a time difference by phase rotation using the multiplier MPLi.

また、上述したように乗算器MPLiを用いる時間遅延では、中心周波数fcと参照周波数frの和と差が出力に現れるため、どちらを信号処理に使用するのかを選択するためのフィルタ(図示せず)が必要である。さらに、不要な帯域のノイズが第1の乗算器MPLiおよび第2の乗算器MPLのそれぞれの出力に周波数変換されて現れるため、ノイズの増加を防止するために第1の乗算器MPLiおよび第2の乗算器MPLの前段にそれぞれ第1のローパスフィルタLPFiおよび第2のローパスフィルタLPFが設けられる。そして、第1のローパスフィルタLPFiおよび第2のローパスフィルタLPFによって、不要な帯域の影響が抑制される。   In addition, in the time delay using the multiplier MPLi as described above, since the sum and difference of the center frequency fc and the reference frequency fr appear in the output, a filter (not shown) for selecting which one is used for signal processing. )is required. Furthermore, since unnecessary band noise appears after frequency conversion at the respective outputs of the first multiplier MPLi and the second multiplier MPL, the first multiplier MPLi and the second multiplier MPL are used to prevent the noise from increasing. A first low-pass filter LPFi and a second low-pass filter LPF are provided in front of the multiplier MPL. Then, the influence of unnecessary bands is suppressed by the first low-pass filter LPFi and the second low-pass filter LPF.

しかし、乗算器は通常小さなデバイスであり、上述したフィルタを含めても小規模に構成することができる。このため、受信チャネルが多い場合に受信遅延加算回路の規模の増加を抑制することができる。   However, the multiplier is usually a small device, and can be configured on a small scale even if the filter described above is included. For this reason, when there are many reception channels, an increase in the scale of the reception delay addition circuit can be suppressed.

図14は、従来の超音波診断装置に備えられる遅延線と乗算器の組み合わせによる受信遅延加算回路の構成図である。   FIG. 14 is a configuration diagram of a reception delay adding circuit using a combination of a delay line and a multiplier provided in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.

図14に示す受信遅延加算回路1Bには、複数の受信チャネルiにそれぞれ対応する複数の乗算器MPLiと複数の遅延線DLiの双方が設けられる。そして、直接受信信号の遅延を行う遅延線DLiと、乗算器MPLiによる位相回転を組み合わせて受信信号の遅延を行うことができる。この場合、遅延処理を乗算器MPLiと遅延線DLiとで分担するため、遅延線DLiの規模を図9に示す遅延線DLiのみにより遅延処理する場合に比べて若干小さくすることが可能である。
特許第5,676,147号公報 特許第5,573,001号公報
The reception delay adding circuit 1B shown in FIG. 14 is provided with both a plurality of multipliers MPLi and a plurality of delay lines DLi respectively corresponding to the plurality of reception channels i. The received signal can be delayed by combining the delay line DLi that directly delays the received signal and the phase rotation by the multiplier MPLi. In this case, since the delay processing is shared by the multiplier MPLi and the delay line DLi, the scale of the delay line DLi can be slightly reduced as compared with the case where the delay processing is performed only by the delay line DLi shown in FIG.
Japanese Patent No. 5,676,147 Japanese Patent No. 5,573,001

しかしながら、遅延線を用いた受信遅延加算回路の場合、遅延線の周波数帯域内であればどの周波数成分の波形に対しても同一の時間遅延を行うことができるのに対し、位相回転による受信遅延加算回路の場合、受信信号の中心周波数では正確な遅延が可能であるものの、中心周波数から離れた信号成分に対しては遅延時間に誤差が生じるという問題がある。このため、位相回転による受信遅延加算回路の場合、受信音場が劣化して画質が低下する恐れがある。すなわち、乗算器を用いて受信信号の位相を回転する場合には回路規模を小さくすることができる反面、中心周波数から離れた信号成分については遅延時間の誤差が発生する。   However, in the case of a reception delay adding circuit using a delay line, the same time delay can be performed for the waveform of any frequency component within the frequency band of the delay line, whereas the reception delay due to phase rotation is possible. In the case of an adder circuit, an accurate delay is possible at the center frequency of the received signal, but there is a problem that an error occurs in the delay time for a signal component far from the center frequency. For this reason, in the case of a reception delay adding circuit based on phase rotation, the received sound field may be deteriorated and the image quality may be lowered. That is, when the phase of the received signal is rotated using a multiplier, the circuit scale can be reduced, but an error in the delay time occurs for the signal component away from the center frequency.

図15は、従来の位相回転による受信遅延加算回路において生成される信号を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a signal generated in a conventional reception delay adding circuit using phase rotation.

図15(a),(b),(c)においてそれぞれ横軸は時間を示し、縦軸は受信信号の強度を示す。図15(a)は、従来の位相回転による受信遅延加算回路に入力される2つの帯域を有する受信信号の例を示している。すなわち受信チャネル2の受信信号S2は受信チャネル1の受信信号S1に対して時間遅延Tdiを有する。   In each of FIGS. 15A, 15B, and 15C, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the intensity of the received signal. FIG. 15A shows an example of a reception signal having two bands input to a conventional reception delay addition circuit using phase rotation. That is, the reception signal S2 of the reception channel 2 has a time delay Tdi with respect to the reception signal S1 of the reception channel 1.

例えば受信信号S1の中心周波数がfc=2.5MHzであり、±1MHzの帯域を有する場合について考える。受信信号S1に時間遅延Tdi=50nsecの遅延を与える場合、式(8)は、式(9)となる。
[数9]
φri=-2πfc・Tdi=-2π・2.5×106・50×10-9=-π/4 (9)
For example, consider a case where the center frequency of the received signal S1 is fc = 2.5 MHz and has a band of ± 1 MHz. When a delay of time delay Tdi = 50 nsec is given to the received signal S1, Equation (8) becomes Equation (9).
[Equation 9]
φri = -2πfc ・ Tdi = -2π ・ 2.5 × 10 6・ 50 × 10 -9 = -π / 4 (9)

式(9)から-π/4の位相回転を行うことになるが、-π/4の位相回転は2MHzの成分に対しては式(10)に示す遅延時間だけ遅延することと等価である。
[数10]
Tdi=−φri/ω=(π/4)/(2π・2×106)=62.5nsec (10)
The phase rotation of -π / 4 is performed from equation (9), but the phase rotation of -π / 4 is equivalent to a delay of the delay time shown in equation (10) for the 2MHz component. .
[Equation 10]
Tdi = -φri / ω = (π / 4) / (2π ・ 2 × 10 6 ) = 62.5nsec (10)

また、-π/4の位相回転は3MHzの成分に対しては式(11)に示す遅延時間だけ遅延することと等価である。
[数11]
Tdi=−φri/ω=(π/4)/(2π・3×106)≒41.7nsec (11)
Further, the phase rotation of −π / 4 is equivalent to a delay of the delay time shown in Expression (11) with respect to the 3 MHz component.
[Equation 11]
Tdi = −φri / ω = (π / 4) / (2π ・ 3 × 10 6 ) ≒ 41.7nsec (11)

すなわち式(10)や式(11)で示されるように、位相回転により受信信号S1の帯域の中心周波数において目的とする遅延を与えるようにしても、中心周波数から離れた周波数成分については遅延時間に誤差を生じる。   That is, as shown in Equation (10) and Equation (11), even if the target delay is given at the center frequency of the band of the received signal S1 by phase rotation, the delay time for the frequency component away from the center frequency Cause an error.

図15(b)は、位相回転処理後における時間調整された受信信号S1の波形および受信信号S2の波形を示す図である。図15(b)に示すように、受信信号S1の帯域の中心周波数付近では、受信信号S2と時間を一致させることができるが中心周波数から離れた周波数成分では時間的なずれが生じる。そして、図15(b)に示すような位相回転処理後における受信信号S1および受信信号S2をビームフォーミングのために加算すると受信信号S1および受信信号S2が適切に加算されず、加算後における受信信号の波形が受信チャネルでの受信信号S1,S2の波形と著しく異なる形状となる。   FIG. 15B is a diagram illustrating the waveform of the reception signal S1 and the waveform of the reception signal S2 that are time-adjusted after the phase rotation process. As shown in FIG. 15 (b), in the vicinity of the center frequency of the band of the received signal S1, the time can be matched with the received signal S2, but a time lag occurs in the frequency component away from the center frequency. When the received signal S1 and the received signal S2 after the phase rotation processing as shown in FIG. 15B are added for beam forming, the received signal S1 and the received signal S2 are not properly added, and the received signal after the addition is added. The waveform of is significantly different from the waveforms of the received signals S1 and S2 in the receiving channel.

図15(c)は、図15(b)に示す位相回転後処理後における受信信号S1および受信信号S2を加算して得られた受信遅延加算回路の出力波形S3を示す図である。図15(c)に示すように加算後における受信信号の波形S3は、図15(a)に示す受信チャネルでの受信信号S1,S2の波形と著しく異なる。この結果、超音波受信ビームの形状が劣化し、画質の低下を引き起こすという問題がある。   FIG. 15 (c) is a diagram showing an output waveform S3 of the reception delay adding circuit obtained by adding the reception signal S1 and the reception signal S2 after the phase rotation post-processing shown in FIG. 15 (b). As shown in FIG. 15C, the waveform S3 of the received signal after the addition is significantly different from the waveforms of the received signals S1 and S2 in the receiving channel shown in FIG. As a result, there is a problem that the shape of the ultrasonic reception beam is deteriorated and the image quality is lowered.

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、超音波受信信号に対して乗算器を用いた位相回転を行うことにより、中心周波数付近のみならず中心周波数から離れた信号成分に対しても適度な遅延を等価的に行うことが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to cope with such a conventional situation, and by performing phase rotation using a multiplier on an ultrasonic wave reception signal, signal components separated from the center frequency as well as near the center frequency. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of equivalently performing an appropriate delay.

本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、複数の超音波振動子を用いて被検体に超音波パルスを送受信する超音波送受手段と、前記複数の超音波振動子において受信された複数の受信チャネルの複数の受信信号の時間を調整して加算する遅延加算回路と、前記遅延加算回路により生成された受信信号から超音波画像データを生成する画像データ生成手段とを有し、前記遅延加算回路は、単一の受信チャネルの受信信号に対して互いに周波数が同じで位相が異なる参照信号を用いた少なくとも2つの乗算器により位相回転処理を行うように構成されることを特徴とするものである。   In order to achieve the above-described object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention provides ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic pulses to / from a subject using a plurality of ultrasonic transducers. A delay addition circuit that adjusts and adds time of a plurality of reception signals of a plurality of reception channels received by the plurality of ultrasonic transducers, and ultrasonic image data from the reception signal generated by the delay addition circuit The delay addition circuit is configured to perform phase rotation by at least two multipliers using reference signals having the same frequency and different phases with respect to the reception signals of a single reception channel. It is characterized by being configured to perform processing.

本発明に係る超音波診断装置においては、超音波受信信号に対して乗算器を用いた位相回転を行うことにより、中心周波数付近のみならず中心周波数から離れた信号成分に対しても適度な遅延を等価的に行うことができる。   In the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, by performing phase rotation using a multiplier on the ultrasonic reception signal, an appropriate delay is applied not only to the vicinity of the center frequency but also to a signal component away from the center frequency. Can be done equivalently.

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。   Embodiments of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図である。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.

超音波診断装置10は、超音波プローブ11、送受信回路12、信号処理部13、画像処理部14、表示部15、制御回路16および操作パネル17を備えている。超音波プローブ11には、複数の超音波振動子18が1列のアレイ状に配列される。超音波プローブ11の各超音波振動子18は、それぞれ送受信回路12と電気的に接続され、送受信回路12から電気パルス信号として印加された送信信号を超音波パルスに変換して被検体Oの心臓等の観測部位に送信する一方、被検体O内の観測部位の影響を受けて発生した超音波エコーを受信し、電気信号である受信信号に変換して送受信回路12に与える機能を有する。   The ultrasonic diagnostic apparatus 10 includes an ultrasonic probe 11, a transmission / reception circuit 12, a signal processing unit 13, an image processing unit 14, a display unit 15, a control circuit 16, and an operation panel 17. In the ultrasonic probe 11, a plurality of ultrasonic transducers 18 are arranged in an array of one row. Each ultrasonic transducer 18 of the ultrasonic probe 11 is electrically connected to the transmission / reception circuit 12 and converts the transmission signal applied as an electric pulse signal from the transmission / reception circuit 12 into an ultrasonic pulse to convert the heart of the subject O. The ultrasonic echo generated under the influence of the observation part in the subject O is received, converted into a reception signal which is an electric signal, and given to the transmission / reception circuit 12.

送受信回路12は、超音波プローブ11の各超音波振動子18にそれぞれ印加する送信信号を生成し、生成した各送信信号を各超音波振動子18に印加する一方、各超音波振動子18から受けた受信信号に対して増幅処理や受信遅延加算処理等の所定の前処理を行うことにより指向性を有する受信信号を生成し、生成した受信信号を信号処理部13に与える機能を有する。そのために、送受信回路12には、送信遅延回路19、受信遅延加算回路20、複数のパルサ21、複数のプリアンプ22が設けられる。   The transmission / reception circuit 12 generates transmission signals to be applied to the ultrasonic transducers 18 of the ultrasonic probe 11 and applies the generated transmission signals to the ultrasonic transducers 18. It has a function of generating a reception signal having directivity by performing predetermined preprocessing such as amplification processing and reception delay addition processing on the received reception signal and supplying the generated reception signal to the signal processing unit 13. For this purpose, the transmission / reception circuit 12 is provided with a transmission delay circuit 19, a reception delay addition circuit 20, a plurality of pulsers 21, and a plurality of preamplifiers 22.

送信遅延回路19は、各パルサ21と接続される。送信遅延回路19は、各超音波振動子18から送信される超音波送信信号によって指向性を有する超音波送信ビームが形成されるように各超音波振動子18に印加される送信信号のタイミングを決定し、決定した基準となるタイミングからの遅延時間を対応するパルサ21に与える機能を有する。遅延時間は、超音波ビームの送信方向に応じて互いに異なる値に決定される。   The transmission delay circuit 19 is connected to each pulsar 21. The transmission delay circuit 19 sets the timing of the transmission signal applied to each ultrasonic transducer 18 so that an ultrasonic transmission beam having directivity is formed by the ultrasonic transmission signal transmitted from each ultrasonic transducer 18. The function of determining and providing a delay time from the determined reference timing to the corresponding pulser 21 is provided. The delay time is determined to be different from each other according to the transmission direction of the ultrasonic beam.

各パルサ21は、それぞれ対応する超音波振動子18と接続される。各パルサ21は、所定の電圧レベルの電気パルスを発生し、発生した電気パルスを送信遅延回路19から受けた遅延時間に従ってそれぞれ対応する超音波振動子18に印加する機能を有する。   Each pulser 21 is connected to a corresponding ultrasonic transducer 18. Each pulser 21 has a function of generating an electric pulse of a predetermined voltage level and applying the generated electric pulse to the corresponding ultrasonic transducer 18 according to the delay time received from the transmission delay circuit 19.

各プリアンプ22は、それぞれ対応する超音波振動子18と接続される。各プリアンプ22は、それぞれ対応する超音波振動子18からの微弱な受信信号を信号処理が可能なレベルまでに増幅し、増幅した受信信号を受信遅延加算回路20に出力する機能を有する。   Each preamplifier 22 is connected to a corresponding ultrasonic transducer 18. Each preamplifier 22 has a function of amplifying a weak received signal from the corresponding ultrasonic transducer 18 to a level at which signal processing is possible and outputting the amplified received signal to the reception delay adding circuit 20.

受信遅延加算回路20は、各プリアンプ22から入力した各受信チャネルの受信信号に対してそれぞれ互いに異なる遅延時間を用いて遅延処理を施し、遅延処理後の受信信号を加算する機能を有する。これにより超音波受信ビームが形成される。形成された超音波受信ビームは、受信遅延加算回路20から信号処理部13に出力される。   The reception delay adding circuit 20 has a function of performing delay processing on the reception signals of the respective reception channels input from the respective preamplifiers 22 using different delay times, and adding the reception signals after the delay processing. Thereby, an ultrasonic reception beam is formed. The formed ultrasonic reception beam is output from the reception delay adding circuit 20 to the signal processing unit 13.

信号処理部13は、受信遅延加算回路20から取得した超音波受信ビームに対して信号処理を行うことにより、被検体O内の観測部位における心臓等の構造物の情報や観測部位における血流速度情報を検出する機能を有する。検出された構造物の情報や血流速度情報は、信号処理部13から画像処理部14に与えられる。   The signal processing unit 13 performs signal processing on the ultrasonic reception beam acquired from the reception delay adding circuit 20, thereby information on a structure such as a heart in the observation site in the subject O and a blood flow velocity in the observation site. It has a function to detect information. Information on the detected structure and blood flow velocity information is given from the signal processing unit 13 to the image processing unit 14.

画像処理部14は、信号処理部13から受けた構造物の情報や血流速度情報を画像として表示させるための画像処理を行って画像データを生成し、生成した画像データを表示部15に与える機能を有する。   The image processing unit 14 performs image processing for displaying the structure information and blood flow velocity information received from the signal processing unit 13 as an image, generates image data, and gives the generated image data to the display unit 15. It has a function.

表示部15は、陰極線管(CRT: Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ(LCD: Liquid Crystal Display)等の表示デバイスで構成され、画像処理部14から受けた画像データを表示させる機能を有する。   The display unit 15 includes a display device such as a cathode ray tube (CRT) or a liquid crystal display (LCD), and has a function of displaying image data received from the image processing unit 14.

制御回路16は、送信遅延回路19、各プリアンプ22、受信遅延加算回路20、信号処理部13、画像処理部14および表示部15を制御する機能を有する。   The control circuit 16 has a function of controlling the transmission delay circuit 19, each preamplifier 22, the reception delay addition circuit 20, the signal processing unit 13, the image processing unit 14, and the display unit 15.

操作パネル17は、制御回路16に操作情報を入力するためのマウスやキー等の入力装置である。   The operation panel 17 is an input device such as a mouse or a key for inputting operation information to the control circuit 16.

次に超音波診断装置10の動作および作用について説明する。   Next, the operation and action of the ultrasonic diagnostic apparatus 10 will be described.

制御回路16から送信遅延回路19に制御信号が与えられると、送信遅延回路19は超音波プローブ11から所定の指向性を持つ超音波送信ビームが被検体Oに向けて形成されるように各超音波振動子18から互いに異なるタイミングで送信される超音波パルスの送信遅延時間情報を生成する。生成された送信遅延時間情報は、送信遅延回路19から対応するパルサ21に与えられる。各パルサ21は、所定の電圧レベルの電気パルスを発生し、発生した電気パルスを送信遅延回路19から受けた遅延時間に従ってそれぞれ対応する超音波振動子18に印加する。これにより、各超音波振動子18から所定の時間遅延を伴う超音波パルスが被検体Oに向けて送信され、所定の指向性を持つ超音波送信ビームが形成される。   When a control signal is given from the control circuit 16 to the transmission delay circuit 19, the transmission delay circuit 19 causes each ultrasonic wave so that an ultrasonic transmission beam having a predetermined directivity is formed from the ultrasonic probe 11 toward the subject O. Transmission delay time information of ultrasonic pulses transmitted from the acoustic transducer 18 at different timings is generated. The generated transmission delay time information is given from the transmission delay circuit 19 to the corresponding pulser 21. Each pulser 21 generates an electrical pulse of a predetermined voltage level, and applies the generated electrical pulse to the corresponding ultrasonic transducer 18 according to the delay time received from the transmission delay circuit 19. Thereby, an ultrasonic pulse with a predetermined time delay is transmitted from each ultrasonic transducer 18 toward the subject O, and an ultrasonic transmission beam having a predetermined directivity is formed.

超音波送信ビームは被検体O内の構造物の境界等の音響インピーダンスの異なる界面で反射し、超音波エコーとして各超音波振動子18により受信される。各超音波振動子18においてそれぞれ受信された超音波エコーは、電気信号である受信信号に変換されて各プリアンプ22に出力される。各プリアンプ22は、それぞれ対応する超音波振動子18からの微弱な受信信号を信号処理が可能なレベルまでに増幅し、増幅した受信信号を受信遅延加算回路20に出力する。   The ultrasonic transmission beam is reflected by an interface having different acoustic impedance such as a boundary of a structure in the subject O, and is received by each ultrasonic transducer 18 as an ultrasonic echo. The ultrasonic echoes received by the ultrasonic transducers 18 are converted into reception signals, which are electrical signals, and output to the preamplifiers 22. Each preamplifier 22 amplifies a weak reception signal from the corresponding ultrasonic transducer 18 to a level at which signal processing is possible, and outputs the amplified reception signal to the reception delay addition circuit 20.

受信遅延加算回路20は、超音波振動子18から各プリアンプ22を経由して与えられた受信信号に対して時間遅延処理を行うことにより受信信号をタイミングを合わせる。そして、受信遅延加算回路20は、時間遅延処理後の受信信号を加算して信号処理部13に出力する。信号処理部13は、受信遅延加算回路20から取得した加算後の受信信号を検波して包絡線(エンベロープ)を受信データとして検出する。検出された受信データは、被検体O内の観測部位における心臓等の構造物の情報や観測部位における血流速度情報を示しており、信号処理部13から画像処理部14に与えられる。   The reception delay adding circuit 20 adjusts the timing of the reception signal by performing time delay processing on the reception signal given from the ultrasonic transducer 18 via each preamplifier 22. The reception delay adding circuit 20 adds the reception signals after the time delay processing and outputs the result to the signal processing unit 13. The signal processing unit 13 detects the reception signal after addition acquired from the reception delay adding circuit 20 and detects an envelope as reception data. The detected reception data indicates information on structures such as the heart at the observation site in the subject O and blood flow velocity information at the observation site, and is provided from the signal processing unit 13 to the image processing unit 14.

画像処理部14は、被検体O内の撮影断面に合わせて信号処理部13から受けた受信データを座標変換し、画像表示に適した階調処理等の画像処理を施すことによって画像データを生成する。生成された画像データは、画像処理部14から表示部15に与えられる。これにより、表示部15には、被検体O内の観測部位における形態がリアルタイムで表示される。   The image processing unit 14 converts the received data received from the signal processing unit 13 according to the imaging section in the subject O, and generates image data by performing image processing such as gradation processing suitable for image display. To do. The generated image data is given from the image processing unit 14 to the display unit 15. Thereby, the form in the observation region in the subject O is displayed on the display unit 15 in real time.

このような超音波診断装置10の受信遅延加算回路20は、受信信号の多チャネル化に対応できるように、高密度の回路構成を有する。   The reception delay adding circuit 20 of such an ultrasonic diagnostic apparatus 10 has a high-density circuit configuration so as to cope with the increase in the number of reception signals.

図2は、図1に示す受信遅延加算回路20の構成を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of reception delay adding circuit 20 shown in FIG.

受信遅延加算回路20は、複数の第3のローパスフィルタ30(LPFi)、複数のアナログの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)、複数のフィルタ32(Fi1, Fi2)、加算器33(S)、第4のローパスフィルタ34(LPF)、アナログの第4の乗算器35(M)を備えている。   The reception delay adding circuit 20 includes a plurality of third low-pass filters 30 (LPFi), a plurality of analog third multipliers 31 (Mi1, Mi2), a plurality of filters 32 (Fi1, Fi2), and an adder 33 (S ), A fourth low-pass filter 34 (LPF), and an analog fourth multiplier 35 (M).

第3のローパスフィルタ30(LPFi)は、各プリアンプ22から出力される受信信号の複数の受信チャネルi(iは自然数)にそれぞれ対応している。すなわち、第3のローパスフィルタ30(LPFi)はそれぞれ対応するプリアンプ22の出力側と接続される。第3のローパスフィルタ30(LPFi)は受信信号から不要な帯域の信号成分を除去して対応する複数の第3の乗算器31(Mi1, Mi2)に出力する。すなわち、第3の乗算器31(Mi1, Mi2)は、1つの受信チャネルiにつき複数個備えられ、各第3のローパスフィルタ30(LPFi)の出力側は、それぞれ複数の第3の乗算器31(Mi1, Mi2)と接続される。図2は、受信チャネルiごとに2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)を並列に設けた例を示している。   The third low-pass filter 30 (LPFi) corresponds to each of a plurality of reception channels i (i is a natural number) of the reception signal output from each preamplifier 22. That is, the third low-pass filter 30 (LPFi) is connected to the output side of the corresponding preamplifier 22. The third low-pass filter 30 (LPFi) removes unnecessary band signal components from the received signal and outputs them to the corresponding third multipliers 31 (Mi1, Mi2). That is, a plurality of third multipliers 31 (Mi1, Mi2) are provided for each reception channel i, and the output side of each third low-pass filter 30 (LPFi) has a plurality of third multipliers 31 respectively. Connected with (Mi1, Mi2). FIG. 2 shows an example in which two third multipliers 31 (Mi1, Mi2) are provided in parallel for each reception channel i.

各第3の乗算器31(Mi1, Mi2)では、それぞれ受信信号の位相を変化させることにより等価的に受信信号の時間遅延処理が行われる。そのために2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)のうち一方の第3の乗算器31(Mi1)には周波数fr+φi1の参照信号Ri1が、他方の第3の乗算器31(Mi2) には周波数fr+φi2の参照信号Ri2がそれぞれ与えられる。すなわち、各受信チャネルiに並列に接続された複数の第3の乗算器31において、周波数が同じで互いに位相が異なる参照信号Ri1, Ri2を用いて受信信号の位相回転処理が行われる。   In each third multiplier 31 (Mi1, Mi2), the time delay process of the received signal is equivalently performed by changing the phase of the received signal. For this purpose, of the two third multipliers 31 (Mi1, Mi2), one third multiplier 31 (Mi1) receives the reference signal Ri1 having the frequency fr + φi1 and the other third multiplier 31 (Mi2). Is supplied with a reference signal Ri2 of frequency fr + φi2. That is, in the plurality of third multipliers 31 connected in parallel to each reception channel i, the phase rotation process of the reception signal is performed using the reference signals Ri1 and Ri2 having the same frequency and different phases.

また、各第3の乗算器31ごとに受信信号の互いに異なる2種以上の周波数成分を対象として時間遅延処理が行われる。そのために、参照信号Ri1, Ri2の位相は、各周波数成分について等価遅延時間が同一となるように設定される。例えば、2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)を用いて受信信号に対してTdの遅延を与える場合には、一方の第3の乗算器31(Mi1)において受信信号の帯域内の周波数f1の信号成分が遅延処理の対象とされる。そして、一方の第3の乗算器31(Mi1)では、式(12)に示す位相回転が受信信号に対して与えられる。
[数12]
φi1=−ω1・Td =−2πf1・Td=−2π・Td/T 1 (12)
ただし、T1=1/f1である。
Further, time delay processing is performed for two or more different frequency components of the received signal for each third multiplier 31. Therefore, the phases of the reference signals Ri1 and Ri2 are set so that the equivalent delay time is the same for each frequency component. For example, in the case where a delay of Td is given to the reception signal using two third multipliers 31 (Mi1, Mi2), the one third multiplier 31 (Mi1) is within the band of the reception signal. The signal component of the frequency f1 is subjected to delay processing. Then, in one third multiplier 31 (Mi1), the phase rotation shown in Expression (12) is given to the received signal.
[Equation 12]
φi1 = −ω1 ・ Td = −2πf1 ・ Td = −2π ・ Td / T 1 (12)
However, T1 = 1 / f1.

同様に他方の第3の乗算器31(Mi2)では、受信信号の帯域内の周波数f2の信号成分が遅延処理の対象とされる。すなわち、式(13)に示す位相回転が受信信号に対して与えられる。
[数13]
φi2=−ω2・Td =−2πf2・Td=−2π・Td/T2 (13)
ただし、T2=1/f2である。
Similarly, in the other third multiplier 31 (Mi2), the signal component of the frequency f2 within the band of the received signal is subjected to delay processing. That is, the phase rotation shown in Expression (13) is given to the received signal.
[Equation 13]
φi2 = −ω2 ・ Td = −2πf2 ・ Td = −2π ・ Td / T2 (13)
However, T2 = 1 / f2.

例えば中心周波数が2.5MHzで±1MHzの帯域を有する受信信号を受信信号の帯域内でほぼ50nsec遅延する場合には、2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)を用いてそれぞれf1=2MHzおよびf2=3MHzの周波数の信号成分に対して50nsecに相当する位相回転φ1および位相回転φ2が与えられる。位相回転φ1および位相回転φ2はそれぞれ式(12)および式(13)から式(14-1)および式(14-2)のように求められる。
[数14]
φ1=−ω1・Td =−2πf1・Td=−2π・2×106・50×10-9=−π/5 (14-1)
φ2=−ω2・Td =−2πf2・Td=−2π・3×106・50×10-9≒−π/6.67 (14-2)
For example, when a received signal having a center frequency of 2.5 MHz and a band of ± 1 MHz is delayed by approximately 50 nsec within the band of the received signal, two third multipliers 31 (Mi1, Mi2) are used, respectively, and f1 = 2 MHz. And a phase rotation φ1 and a phase rotation φ2 corresponding to 50 nsec are given to a signal component having a frequency of f2 = 3 MHz. The phase rotation φ1 and the phase rotation φ2 are obtained from the equations (12) and (13) as shown in the equations (14-1) and (14-2), respectively.
[Formula 14]
φ1 = −ω1 ・ Td = −2πf1 ・ Td = −2π ・ 2 × 10 6・ 50 × 10 -9 = −π / 5 (14-1)
φ2 = −ω2 ・ Td = −2πf2 ・ Td = −2π ・ 3 × 10 6・ 50 × 10 -9 ≒ −π / 6.67 (14-2)

従って2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)のそれぞれの参照信号Ri1, Ri2の波形は、式(15-1)および式(15-2)のように周波数fr (=ωr/2π)が同じで位相φi1, φi2がそれぞれ−π/5および−π/6.67の波形となる。
[数15]
Ri1=sin(ωr t+φi1)=sin{(2πfr t−(π/5)} (15-1)
Ri2=sin(ωr t+φi2)=sin{(2πfr t−(π/6.67)} (15-2)
Accordingly, the waveforms of the reference signals Ri1 and Ri2 of the two third multipliers 31 (Mi1 and Mi2) have the frequency fr (= ωr / 2π) as shown in the equations (15-1) and (15-2). And the phases φi1 and φi2 have waveforms of −π / 5 and −π / 6.67, respectively.
[Equation 15]
Ri1 = sin (ωr t + φi1) = sin {(2πfr t− (π / 5)} (15-1)
Ri2 = sin (ωr t + φi2) = sin {(2πfr t− (π / 6.67)} (15-2)

そして、式(15-1)および式(15-2)に示す波形の参照信号Ri1, Ri2をそれぞれ対応する第3の乗算器31(Mi1, Mi2)に入力することにより、中心周波数が2.5MHzで±1MHzの帯域を有する受信信号のうち2MHzの信号成分と3MHzの信号成分に対してそれぞれ50nsecの遅延を等価的に与えることができる。   Then, by inputting the reference signals Ri1 and Ri2 having the waveforms shown in the equations (15-1) and (15-2) to the corresponding third multipliers 31 (Mi1, Mi2), the center frequency becomes 2.5 MHz. Thus, a delay of 50 nsec can be equivalently given to a signal component of 2 MHz and a signal component of 3 MHz among received signals having a band of ± 1 MHz.

すなわち一方の第3の乗算器31(Mi1)の出力は周波数f1+frにおいて周波数f1に対する50nsecの等価遅延時間が設定されたものであり、他方の第3の乗算器31(Mi2)の出力は周波数f2+frにおいて周波数f2に対する50nsecの等価遅延時間が設定されたものである。このように2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力は互いに周波数が異なるため、そのまま加算すると干渉によって信号波形に歪みが生じる。   That is, the output of one third multiplier 31 (Mi1) is set to an equivalent delay time of 50 nsec with respect to the frequency f1 at the frequency f1 + fr, and the output of the other third multiplier 31 (Mi2) is the frequency f2 + fr. Is set to an equivalent delay time of 50 nsec for the frequency f2. Since the outputs of the two third multipliers 31 (Mi1, Mi2) are different in frequency from each other in this way, if they are added as they are, distortion occurs in the signal waveform due to interference.

そこで、各第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力側には、それぞれ対応するフィルタ32(Fi1, Fi2)が接続される。各フィルタ32(Fi1, Fi2)では、各第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力信号に対して周波数帯域が異なることに起因する干渉を低減するためのフィルタリングが行われる。そして、これらのフィルタ32(Fi1, Fi2)により第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力信号間における干渉が緩和される。フィルタ32(Fi1, Fi2)の特性は必要な帯域を通過させるバンドパス特性とされる。   Therefore, the corresponding filters 32 (Fi1, Fi2) are connected to the output sides of the third multipliers 31 (Mi1, Mi2), respectively. In each filter 32 (Fi1, Fi2), filtering is performed to reduce interference caused by different frequency bands for the output signals of the third multipliers 31 (Mi1, Mi2). Then, the interference between the output signals of the third multiplier 31 (Mi1, Mi2) is mitigated by these filters 32 (Fi1, Fi2). The characteristic of the filter 32 (Fi1, Fi2) is a bandpass characteristic that allows a necessary band to pass.

図3は、図2に示すフィルタ32の特性を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the filter 32 shown in FIG.

図3において横軸は周波数を示す。図3に示すように、例えば中心周波数がfc=2.5MHzの周波数スペクトラムSP1を有する受信信号が2つの第3の乗算器31(Mi1, Mi2)に入力される。一方の第3の乗算器31(Mi1)では、周波数がf1=2MHzの信号成分に対して周波数fr=5MHzの参照信号を用いて位相回転処理が行われる。また、他方の第3の乗算器31(Mi2)では、周波数がf2=3MHzの信号成分に対して周波数fr=5MHzの参照信号を用いて位相回転処理が行われる。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the frequency. As shown in FIG. 3, for example, a received signal having a frequency spectrum SP1 with a center frequency of fc = 2.5 MHz is input to two third multipliers 31 (Mi1, Mi2). On the other hand, in the third multiplier 31 (Mi1), the phase rotation process is performed on the signal component having the frequency f1 = 2 MHz by using the reference signal having the frequency fr = 5 MHz. In the other third multiplier 31 (Mi2), the phase rotation process is performed on the signal component having the frequency f2 = 3 MHz by using the reference signal having the frequency fr = 5 MHz.

一方の第3の乗算器31(Mi1)における位相回転の対象となる周波数f1が他方の第3の乗算器31(Mi1)における位相回転の対象となる周波数f2よりも小さい(f1<f2)とすると、小さい周波数f1を対象とする第3の乗算器31(Mi1)に接続されるフィルタ32(Fi1)の特性は、位相回転後における受信信号の中心周波数fc+frよりも低周波側の信号を通過させるバンドパス特性とされる。逆に、大きい周波数f2を対象とする第3の乗算器31(Mi2)に接続されるフィルタ32(Fi2)の特性は、位相回転後における受信信号の中心周波数fc+frよりも高周波側の信号を通過させるバンドパス特性とされる。これにより受信信号の周波数スペクトラムSP1と同様な周波数スペクトラムSP2を有する出力信号が得られる。   The frequency f1 that is the target of phase rotation in one third multiplier 31 (Mi1) is smaller than the frequency f2 that is the target of phase rotation in the other third multiplier 31 (Mi1) (f1 <f2). Then, the characteristic of the filter 32 (Fi1) connected to the third multiplier 31 (Mi1) targeting the small frequency f1 is a signal on the lower frequency side than the center frequency fc + fr of the received signal after phase rotation. The band-pass characteristics that pass through On the contrary, the characteristic of the filter 32 (Fi2) connected to the third multiplier 31 (Mi2) targeting the large frequency f2 is a signal on the higher frequency side than the center frequency fc + fr of the received signal after phase rotation. The band-pass characteristics that pass through As a result, an output signal having a frequency spectrum SP2 similar to the frequency spectrum SP1 of the received signal is obtained.

すなわち、基本的にはフィルタ32(Fi1) は低域通過型、フィルタ32(Fi2)は高域通過型となるが、各フィルタ32(Fi1, Fi2)は、第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力信号のうち使用しないサイドバンドおよびノイズの抑制のために不要な高周波領域や低周波領域の信号を除去する帯域通過型とされる。尚、除去されるべきサイドバンドは、第3の乗算器31(Mi1, Mi2)の出力信号のうち和の周波数成分を使用する場合には差の周波数成分であり、差の周波数成分を使用する場合には和の周波数成分である。   That is, the filter 32 (Fi1) is basically a low-pass type and the filter 32 (Fi2) is a high-pass type, but each filter 32 (Fi1, Fi2) is a third multiplier 31 (Mi1, Fi2). Among the output signals of Mi2), a band-pass type that removes unused high-frequency and low-frequency signals in order to suppress sidebands and noise. The sideband to be removed is a difference frequency component when the sum frequency component of the output signal of the third multiplier 31 (Mi1, Mi2) is used, and the difference frequency component is used. In this case, it is the sum frequency component.

各フィルタ32(Fi1, Fi2)の出力側は、共通の加算器33(S)と接続される。そして、加算器33(S)において、各フィルタ32(Fi1, Fi2)の出力信号が加算される。従って、各フィルタ32(Fi1, Fi2) により分割された信号が加算器33(S)において加算されることとなる。ここで、分割された周波数帯の端部周辺において加算後の信号が乱れないように、各フィルタ32(Fi1, Fi2)の遮断特性を設定することが重要である。   The output side of each filter 32 (Fi1, Fi2) is connected to a common adder 33 (S). Then, in the adder 33 (S), the output signals of the filters 32 (Fi1, Fi2) are added. Therefore, the signals divided by the filters 32 (Fi1, Fi2) are added in the adder 33 (S). Here, it is important to set the cutoff characteristic of each filter 32 (Fi1, Fi2) so that the signal after addition is not disturbed around the edge of the divided frequency band.

図4は、図2に示すフィルタ32の特性の設定方法を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a method for setting the characteristics of the filter 32 shown in FIG.

図4に示すように、各フィルタ32(Fi1, Fi2) により分割された周波数帯同士を重ね合わせることによって重畳される信号の通過領域のフィルタ特性が、各フィルタ32(Fi1, Fi2)によって形成される信号の通過領域のフィルタ特性と同等な平坦度を有するように各フィルタ32(Fi1, Fi2)の遮断特性を設定することが重要である。第3の乗算器31が3つ以上(n個)設けられる場合も対応するフィルタ32の遮断特性を同様に設定することが重要である。   As shown in FIG. 4, the filter characteristics of the signal passing region superimposed by superimposing the frequency bands divided by the filters 32 (Fi1, Fi2) are formed by the filters 32 (Fi1, Fi2). It is important to set the cutoff characteristic of each filter 32 (Fi1, Fi2) so as to have a flatness equivalent to the filter characteristic of the signal passing region. Even when three or more (n) third multipliers 31 are provided, it is important to set the cutoff characteristics of the corresponding filters 32 in the same manner.

このような特性を有する各フィルタ32(Fi1, Fi2)の出力信号は、時間遅延によって互いにタイミングの合った相似の波形を有するため、加算器33(S)における加算によって振幅の大きい1系統の波形を有する信号が得られる。加算器33(S)において得られる信号の中心周波数はfc+frとなる。   Since the output signals of the respective filters 32 (Fi1, Fi2) having such characteristics have similar waveforms in time with each other due to time delay, one waveform having a large amplitude by addition in the adder 33 (S). Is obtained. The center frequency of the signal obtained in the adder 33 (S) is fc + fr.

加算器33(S)の出力側には、第4のローパスフィルタ34(LPF)が接続される。加算器33(S)において得られた信号は、第4のローパスフィルタ34(LPF)に出力され、第4のローパスフィルタ34(LPF)において不要なサイドバンドが除去される。   A fourth low-pass filter 34 (LPF) is connected to the output side of the adder 33 (S). The signal obtained in the adder 33 (S) is output to the fourth low-pass filter 34 (LPF), and unnecessary sidebands are removed in the fourth low-pass filter 34 (LPF).

第4のローパスフィルタ34(LPF)の出力側には、第4の乗算器35(M)が接続される。第4のローパスフィルタ34(LPF)において得られた信号は、第4の乗算器35(M)に出力され、第4の乗算器35(M)において信号の位相回転処理が行われる。すなわち、第4の乗算器35(M)において第3の乗算器31の参照信号と同じ周波数frの参照信号を第4のローパスフィルタ34(LPF)の出力信号に対して乗算することにより、第4のローパスフィルタ34(LPF)の出力信号の中心周波数が第3の乗算器31における位相回転処理前の中心周波数fcに戻される。そして、第4の乗算器35(M)の出力信号が、受信遅延加算回路20から出力される遅延加算処理後の受信信号とされる。   A fourth multiplier 35 (M) is connected to the output side of the fourth low-pass filter 34 (LPF). The signal obtained in the fourth low-pass filter 34 (LPF) is output to the fourth multiplier 35 (M), and the phase multiplication processing of the signal is performed in the fourth multiplier 35 (M). That is, the fourth multiplier 35 (M) multiplies the output signal of the fourth low-pass filter 34 (LPF) by the reference signal having the same frequency fr as the reference signal of the third multiplier 31, thereby The center frequency of the output signal of the fourth low-pass filter 34 (LPF) is returned to the center frequency fc before the phase rotation processing in the third multiplier 31. Then, the output signal of the fourth multiplier 35 (M) is the reception signal after the delay addition process output from the reception delay addition circuit 20.

すなわち、受信遅延加算回路20では、複数の受信チャネルで受信された受信信号のタイミングを合わせるために受信チャネルごとに受信信号の時間遅延が行われ、タイミングが合わせられた受信信号が加算器33(S)により加算されて1系統の受信信号となる。このような受信遅延加算回路20における信号の処理過程は受信ビームフォーミングと呼ばれ、撮影対象となる部位に受信ビームの焦点を合わせる操作である。換言すれば、受信ビームフォーミングにより各受信チャネルで受信された受信信号の波形がタイミングを合わせたうえで加算され、各受信チャネルで受信された受信信号と相似で振幅の大きい信号が取り出される。   That is, in the reception delay adding circuit 20, a time delay of the reception signal is performed for each reception channel in order to match the timing of the reception signals received by the plurality of reception channels, and the timing-matched reception signal is added to the adder 33 ( It is added by S) to become one system of received signals. Such a signal processing process in the reception delay adding circuit 20 is called reception beam forming, and is an operation of focusing the reception beam on a region to be imaged. In other words, the waveforms of the reception signals received by the respective reception channels by reception beam forming are added after matching the timing, and a signal having a large amplitude similar to the reception signals received by the respective reception channels is extracted.

特に図2に示す受信遅延加算回路20では、受信信号の帯域が分割され、各帯域ごとに乗算器が割り当てられている。そして、各乗算器の参照信号は同じ周波数であり、かつ分割された受信信号の帯域のそれぞれの中心周波数における遅延時間と等価の位相が参照信号用に設定される。さらに、受信遅延加算回路20は、各乗算器の出力側に受信信号の帯域に応じた特性のフィルタ32が設けられ、受信信号の帯域の分割に対応するとともに乗算処理によって生じる不要なサイドバンドを除去した後、加算を行う構成とされている。また、受信信号の位相回転後に元の周波数に戻す場合には別の乗算器を用いて位相回転に用いた参照信号と同じ周波数の参照信号を乗算するようにしている。   In particular, in the reception delay adding circuit 20 shown in FIG. 2, the band of the received signal is divided, and a multiplier is assigned to each band. The reference signal of each multiplier has the same frequency, and a phase equivalent to the delay time at each center frequency of the divided band of the received signal is set for the reference signal. Further, the reception delay adding circuit 20 is provided with a filter 32 having a characteristic corresponding to the band of the received signal on the output side of each multiplier, and corresponds to the division of the band of the received signal and eliminates unnecessary sidebands generated by the multiplication process. After the removal, the addition is performed. Further, when returning to the original frequency after phase rotation of the received signal, a reference signal having the same frequency as the reference signal used for phase rotation is multiplied using another multiplier.

このような回路構成を有する受信遅延加算回路20によれば、受信信号の帯域の少なくとも2箇所の複数の周波数において正確に位相回転による等価的な時間遅延を行うことができる。このため、従来の1箇所の周波数における位相回転による等価的な時間遅延に比べ、受信信号全体における遅延精度が向上する。また、乗算器を用いた受信遅延加算回路20の回路構成はフィルタの存在を含めて考慮したとしても集積回路技術によりきわめて小型に作成することが可能である。従って、2系統の乗算器を受信遅延加算回路20に設けたとしても受信遅延加算回路20の回路規模の増加は僅かである。   According to the reception delay adding circuit 20 having such a circuit configuration, it is possible to accurately perform an equivalent time delay due to phase rotation at a plurality of frequencies in at least two places of the band of the reception signal. For this reason, compared with the conventional equivalent time delay by the phase rotation in the frequency of one place, the delay precision in the whole received signal improves. Further, the circuit configuration of the reception delay adding circuit 20 using the multiplier can be made extremely small by the integrated circuit technology even if the existence of the filter is taken into consideration. Therefore, even if two multipliers are provided in the reception delay addition circuit 20, the circuit scale of the reception delay addition circuit 20 is only slightly increased.

図5は、図2に示す受信遅延加算回路20において位相回転を伴って生成される信号を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a signal generated with phase rotation in the reception delay adding circuit 20 shown in FIG.

図5(a),(b),(c)においてそれぞれ横軸は時間を示し、縦軸は受信信号の強度を示す。図5(a)は、受信遅延加算回路20に入力される2つの帯域を有する受信信号の例を示している。すなわち受信チャネル2の受信信号S2は受信チャネル1の受信信号S1に対して時間遅延Tdiを有する。例えば受信信号S1の中心周波数はfc=2.5MHzであり、±1MHzの帯域を有する。また、時間遅延はTdi=50nsec程度である。   5A, 5B, and 5C, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the strength of the received signal. FIG. 5A shows an example of a received signal having two bands input to the reception delay adding circuit 20. That is, the reception signal S2 of the reception channel 2 has a time delay Tdi with respect to the reception signal S1 of the reception channel 1. For example, the center frequency of the received signal S1 is fc = 2.5 MHz, and has a band of ± 1 MHz. The time delay is about Tdi = 50 nsec.

図5(b)は、受信信号を複数の帯域に分割し、複数の乗算器を用いて帯域ごとに位相回転処理を行って時間調整された受信信号S1の波形および受信信号S2の波形を示す図である。図5(b)に示すように、受信信号S1の帯域の中心周波数付近のみならず、中心周波数から離れた周波数成分であっても受信信号S2と時間を一致させることができる。   FIG. 5B shows a waveform of the reception signal S1 and a waveform of the reception signal S2 that are time-adjusted by dividing the reception signal into a plurality of bands and performing phase rotation processing for each band using a plurality of multipliers. FIG. As shown in FIG. 5 (b), the time can be matched with the received signal S2 not only in the vicinity of the center frequency of the band of the received signal S1, but also in the frequency component away from the center frequency.

図5(c)は、図5(b)に示す位相回転処理後における受信信号S1および受信信号S2を加算して得られた受信遅延加算回路20の出力波形S3を示す図である。図5(c)に示すように受信信号の帯域内においてほぼ50nsecの遅延時間を受信信号に与えることができる。この結果、各受信チャネルにおける受信信号の波形にほぼ相似の波形を加算して得られる波形の信号を得ることができる。   FIG. 5C is a diagram showing an output waveform S3 of the reception delay adding circuit 20 obtained by adding the reception signal S1 and the reception signal S2 after the phase rotation processing shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5C, a delay time of approximately 50 nsec can be given to the received signal within the band of the received signal. As a result, it is possible to obtain a signal having a waveform obtained by adding a substantially similar waveform to the waveform of the reception signal in each reception channel.

すなわち、受信遅延加算回路20によれば、受信信号の中心周波数から離れた信号成分に対しても適度な遅延を行うことでき、受信音場および画質を改善することができる。また、乗算器は小規模の回路で構成できるため、受信チャネル数が膨大な超音波診断装置10であっても受信遅延加算回路20の回路規模を小さく抑えることができる。   That is, according to the reception delay adding circuit 20, an appropriate delay can be performed even for a signal component away from the center frequency of the reception signal, and the reception sound field and image quality can be improved. Further, since the multiplier can be configured with a small circuit, the circuit scale of the reception delay adding circuit 20 can be reduced even in the ultrasonic diagnostic apparatus 10 having a large number of reception channels.

尚、受信信号の帯域内における遅延時間の均一性を向上するためには1つの受信チャネルあたりの乗算器の数を増やせば良い。   In order to improve the uniformity of the delay time within the band of the received signal, the number of multipliers per receiving channel may be increased.

次に、分割された受信信号の帯域ごとに複数の乗算器を有する受信遅延加算回路20を3次元超音波診断装置に適用した例について説明する。   Next, an example in which the reception delay adding circuit 20 having a plurality of multipliers for each band of the divided reception signals is applied to a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus will be described.

図6は、本発明に係る3次元超音波診断装置の実施の形態を示す構成図である。   FIG. 6 is a configuration diagram showing an embodiment of a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.

図6に示す3次元超音波診断装置40は、2次元アレイプローブ41と装置本体42とをプローブケーブル43で接続して構成される。装置本体42には、本体側送受信部44、画像処理ユニット45および表示部46が設けられる。また、2次元アレイプローブ41には、プローブ内蔵送受信部47および2次元アレイトランスデューサ48が設けられる。   The three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 40 shown in FIG. 6 is configured by connecting a two-dimensional array probe 41 and an apparatus main body 42 with a probe cable 43. The apparatus main body 42 is provided with a main body side transmitting / receiving unit 44, an image processing unit 45, and a display unit 46. The two-dimensional array probe 41 is provided with a probe built-in transmission / reception unit 47 and a two-dimensional array transducer 48.

図7は、図6に示す2次元アレイトランスデューサ48の構成図である。   FIG. 7 is a block diagram of the two-dimensional array transducer 48 shown in FIG.

図7に示すように、2次元アレイトランスデューサ48は、例えば64素子×64素子=4096素子の微小超音波振動子48Aを2次元に配列して構成される。   As shown in FIG. 7, the two-dimensional array transducer 48 is configured by arranging two-dimensionally arrayed micro ultrasonic transducers 48A of, for example, 64 elements × 64 elements = 4096 elements.

そして、3次元超音波診断装置40では、微小超音波振動子48Aを遅延制御して超音波ビームを形成することによってリアルタイムに3次元撮像を行うことができる。しかしながら、2次元アレイトランスデューサ48を備えた3次元超音波診断装置40における受信チャネルの数は1000以上となる。このため、各微小超音波振動子48Aからの受信信号の遅延制御を装置本体42側において行おうとすると、微小超音波振動子48Aの数に対応した数の受信遅延回路を装置本体42に備える必要がある。図7に示す例では、4096組の受信遅延回路が必要となる。   The three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 40 can perform three-dimensional imaging in real time by delay-controlling the micro ultrasonic transducer 48A to form an ultrasonic beam. However, the number of reception channels in the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 40 including the two-dimensional array transducer 48 is 1000 or more. For this reason, if the delay control of the reception signal from each micro ultrasonic transducer 48A is to be performed on the apparatus main body 42 side, the apparatus main body 42 needs to have a number of reception delay circuits corresponding to the number of micro ultrasonic transducers 48A. There is. In the example shown in FIG. 7, 4096 sets of reception delay circuits are required.

このように受信遅延回路を多数設けると回路規模が膨大になり、プローブケーブル43に収納される信号線の本数が微小超音波振動子48Aの数と同等程度、例えば図7の例では、4096本必要となる。従って、各微小超音波振動子48Aからの受信信号の遅延制御を装置本体42側で行う構成は、実現性、実用性に欠ける。   If a large number of reception delay circuits are provided in this way, the circuit scale becomes enormous, and the number of signal lines accommodated in the probe cable 43 is about the same as the number of micro ultrasonic transducers 48A, for example, 4096 in the example of FIG. Necessary. Therefore, the configuration in which the delay control of the reception signal from each micro ultrasonic transducer 48A is performed on the apparatus main body 42 side lacks feasibility and practicality.

そこで、図7に示すように、2次元アレイトランスデューサ48が数〜十数の微小超音波振動子48Aを有するサブアレイ48Bに分割される。図7は、4×4=16の微小超音波振動子48Aが1つのサブアレイ48Bを形成する例を示している。そして、2次元アレイプローブ41内でサブアレイ48B内における微小超音波振動子48Aからの受信信号の遅延加算処理が行われる一方、装置本体42側で各サブアレイ48Bからの受信信号の遅延加算処理が行われる。そのために、2次元アレイプローブ41内のプローブ内蔵送受信部47には、複数のサブアレイ受信遅延加算回路49が設けられる一方、本体側送受信部44には、装置本体42側の遅延加算回路であるメインビームフォーマ50が設けられる。   Therefore, as shown in FIG. 7, the two-dimensional array transducer 48 is divided into subarrays 48B having several to dozens of micro ultrasonic transducers 48A. FIG. 7 shows an example in which 4 × 4 = 16 micro ultrasonic transducers 48A form one subarray 48B. In the two-dimensional array probe 41, delay addition processing of reception signals from the micro ultrasonic transducers 48A in the subarray 48B is performed, while delay addition processing of reception signals from each subarray 48B is performed on the apparatus main body 42 side. Is called. For this purpose, the probe built-in transmission / reception unit 47 in the two-dimensional array probe 41 is provided with a plurality of subarray reception delay addition circuits 49, while the main body side transmission / reception unit 44 is a main delay addition circuit on the apparatus main body 42 side. A beam former 50 is provided.

図8は、図6に示すプローブ内蔵送受信部47の構成を示す回路図である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of the probe built-in transmission / reception unit 47 shown in FIG.

図8に示すように、プローブ内蔵送受信部47には、複数のプローブ内プリアンプ60、複数のプローブ内パルサ61および複数のサブアレイ受信遅延加算回路49が設けられる。プローブ内プリアンプ60およびプローブ内パルサ61は、それぞれ各微小超音波振動子48Aと接続される。サブアレイ受信遅延加算回路49は、サブアレイ48Bごとに設けられ、単一のサブアレイ48Bに対応する複数のプローブ内プリアンプ60と接続される。   As shown in FIG. 8, the probe built-in transmission / reception unit 47 is provided with a plurality of intra-probe preamplifiers 60, a plurality of intra-probe pulsers 61, and a plurality of subarray reception delay adding circuits 49. The intra-probe preamplifier 60 and the intra-probe pulser 61 are each connected to each micro ultrasonic transducer 48A. The subarray reception delay adding circuit 49 is provided for each subarray 48B, and is connected to a plurality of in-probe preamplifiers 60 corresponding to the single subarray 48B.

各プローブ内パルサ61は、図示しない送信遅延回路から受けた遅延時間を伴って送信信号を対応する微小超音波振動子48Aに印加する機能を有する。また、プローブ内プリアンプ60は、微小超音波振動子48Aから受けた受信信号を信号処理が可能なレベルまでに増幅してサブアレイ受信遅延加算回路49に出力する機能を有する。   Each intra-probe pulser 61 has a function of applying a transmission signal to a corresponding micro ultrasonic transducer 48A with a delay time received from a transmission delay circuit (not shown). The intra-probe preamplifier 60 has a function of amplifying the reception signal received from the micro ultrasonic transducer 48A to a level at which signal processing is possible and outputting the amplified signal to the sub-array reception delay adding circuit 49.

サブアレイ受信遅延加算回路49は、それぞれサブアレイ48B内における微小超音波振動子48Aからプローブ内プリアンプ60を経由して得られる受信信号の遅延加算処理を行う機能を有している。さらに、各サブアレイ受信遅延加算回路49は、図2に示すような回路構成を有する。すなわち、1つの微小超音波振動子48Aからの受信信号の帯域を分割し、分割した信号に対してそれぞれ対応する乗算器を用いて位相回転処理を行うことによって等価的に時間遅延処理を行う。   The subarray reception delay adding circuit 49 has a function of performing delay addition processing of reception signals obtained from the micro ultrasonic transducer 48A in the subarray 48B via the in-probe preamplifier 60. Further, each subarray reception delay adding circuit 49 has a circuit configuration as shown in FIG. That is, the time delay processing is equivalently performed by dividing the band of the reception signal from one micro ultrasonic transducer 48A and performing phase rotation processing on the divided signals using corresponding multipliers.

このように、各サブアレイ受信遅延加算回路49の回路構成を受信信号の帯域別に乗算器を用いた構成とすることにより、受信信号の中心周波数から離れた周波数成分の時間遅延精度を維持しつつ、各サブアレイ受信遅延加算回路49の回路規模を小さくすることができる。この結果、各サブアレイ受信遅延加算回路49を2次元アレイプローブ41内に収納することが可能となる。   Thus, by making the circuit configuration of each sub-array reception delay adding circuit 49 using a multiplier for each band of the received signal, while maintaining the time delay accuracy of the frequency component away from the center frequency of the received signal, The circuit scale of each subarray reception delay adding circuit 49 can be reduced. As a result, each subarray reception delay adding circuit 49 can be accommodated in the two-dimensional array probe 41.

サブアレイ受信遅延加算回路49から出力される遅延加算後の受信信号は、プローブケーブル43内の対応する信号線を介して装置本体42側のメインビームフォーマ50に与えられる。メインビームフォーマ50は、各サブアレイ48Bに対応する受信信号の遅延加算処理を行う機能を有している。   The delay-added reception signal output from the sub-array reception delay adding circuit 49 is given to the main beam former 50 on the apparatus main body 42 side through a corresponding signal line in the probe cable 43. The main beamformer 50 has a function of performing delay addition processing of received signals corresponding to each sub-array 48B.

すなわち、3次元の超音波受信ビームBを形成するための遅延加算処理を2段階に分けることによって、遅延加算回路の規模およびプローブケーブル43内の信号線の本数が低減される。プローブケーブル43内の信号線は、サブアレイ48Bの数だけ備えればよいことになるため、図7の例では信号線の本数は4096/16=256に低減される。   That is, by dividing the delay addition processing for forming the three-dimensional ultrasonic reception beam B into two stages, the scale of the delay addition circuit and the number of signal lines in the probe cable 43 are reduced. Since the signal lines in the probe cable 43 need only be provided by the number of subarrays 48B, the number of signal lines is reduced to 4096/16 = 256 in the example of FIG.

また、サブアレイ受信遅延加算回路49の数は、256個必要となり、メインビームフォーマ50は、256の受信信号に対する遅延加算処理を行うために必要な回路規模でよいことになる。   In addition, the number of subarray reception delay addition circuits 49 is 256, and the main beamformer 50 may have a circuit scale necessary for performing delay addition processing for 256 reception signals.

メインビームフォーマ50の後段には、画像処理ユニット45が接続され、画像処理ユニット45の出力側には、表示部46が接続される。画像処理ユニット45は、メインビームフォーマ50において遅延加算された受信信号に対して信号処理および画像処理を施すことにより3次元画像データを生成する機能と、生成した3次元画像データを表示部46に与える機能とを有する。表示部46は、CRTやLCD等の表示デバイスで構成され、画像処理ユニット45から受けた3次元画像データを表示させる機能を有する。   An image processing unit 45 is connected to the subsequent stage of the main beam former 50, and a display unit 46 is connected to the output side of the image processing unit 45. The image processing unit 45 generates a 3D image data by performing signal processing and image processing on the received signal delayed and added in the main beamformer 50, and the generated 3D image data to the display unit 46. It has the function to give. The display unit 46 includes a display device such as a CRT or LCD, and has a function of displaying the 3D image data received from the image processing unit 45.

このように構成された3次元超音波診断装置40では、本体側送受信部44から超音波送信ビームBを形成するための時間遅延を伴う送信信号がプローブケーブル43内の各信号線を介して2次元アレイプローブ41内の図示しない送信遅延回路に与えられる。送信信号は、2次元アレイプローブ41内の送信遅延回路から各プローブ内パルサ61に与えられる。   In the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 40 configured as described above, a transmission signal with a time delay for forming the ultrasonic transmission beam B from the main body side transmission / reception unit 44 is transmitted via each signal line in the probe cable 43. This is given to a transmission delay circuit (not shown) in the dimension array probe 41. The transmission signal is given to each intra-probe pulser 61 from the transmission delay circuit in the two-dimensional array probe 41.

そうすると、各プローブ内パルサ61は、遅延時間を伴って送信信号を対応する微小超音波振動子48Aに印加する。これにより、各微小超音波振動子48Aから超音波パルスが送信され、超音波エコーが受信される。各微小超音波振動子48Aにおいて受信された超音波エコーは、時間遅延を伴う受信信号として各微小超音波振動子48Aから対応するプローブ内プリアンプ60に与えられる。そして、各プローブ内プリアンプ60は、それぞれ対応する微小超音波振動子48Aから受けた受信信号を信号処理が可能なレベルまでに増幅してサブアレイ受信遅延加算回路49に出力する。   Then, each intra-probe pulser 61 applies the transmission signal to the corresponding micro ultrasonic transducer 48A with a delay time. Thereby, an ultrasonic pulse is transmitted from each micro ultrasonic transducer 48A, and an ultrasonic echo is received. The ultrasonic echoes received by each micro ultrasonic transducer 48A are given to the corresponding pre-amplifier 60 in the probe from each micro ultrasonic transducer 48A as a reception signal with a time delay. Each intra-probe preamplifier 60 amplifies the reception signal received from the corresponding micro ultrasonic transducer 48 </ b> A to a level at which signal processing is possible and outputs the amplified signal to the subarray reception delay addition circuit 49.

各サブアレイ受信遅延加算回路49では、対応するサブアレイ48Bに属する各微小超音波振動子48Aからの受信信号に対して遅延加算処理が行われる。図7に示す例では、1つのサブアレイ受信遅延加算回路49において、16個の微小超音波振動子48Aからの受信信号に対して遅延加算処理が行われる。サブアレイ受信遅延加算回路49における遅延加算後の受信信号は、プローブケーブル43内の信号線を介して本体側送受信部44のメインビームフォーマ50に与えられる。   In each subarray reception delay addition circuit 49, delay addition processing is performed on the reception signal from each micro ultrasonic transducer 48A belonging to the corresponding subarray 48B. In the example shown in FIG. 7, in one subarray reception delay addition circuit 49, delay addition processing is performed on the reception signals from the 16 micro ultrasonic transducers 48A. The reception signal after the delay addition in the sub-array reception delay addition circuit 49 is given to the main beam former 50 of the main body side transmission / reception unit 44 via the signal line in the probe cable 43.

メインビームフォーマ50では、各サブアレイ受信遅延加算回路49における複数の遅延加算後の受信信号に対して遅延加算処理が行われる。これにより生成された遅延加算後の1系統の受信信号は、メインビームフォーマ50から画像処理ユニット45に与えられる。画像処理ユニット45では、メインビームフォーマ50において遅延加算された受信信号に対して信号処理および画像処理が施され、3次元画像データが生成される。生成された3次元画像データは、画像処理ユニット45から表示部46に与えられる。この結果、表示部46には3次元画像が表示される。   In the main beamformer 50, delay addition processing is performed on the reception signals after the delay addition in each subarray reception delay addition circuit 49. The one-system received signal after delay addition generated in this way is supplied from the main beamformer 50 to the image processing unit 45. In the image processing unit 45, signal processing and image processing are performed on the reception signal delayed and added in the main beamformer 50, and three-dimensional image data is generated. The generated three-dimensional image data is given from the image processing unit 45 to the display unit 46. As a result, a three-dimensional image is displayed on the display unit 46.

このように3次元超音波診断装置40の受信遅延回路の回路構成を、受信チャネルごとに複数の乗算器を備える構成とすることにより、受信信号の帯域内における位相回転による受信信号の等価的な時間遅延処理における誤差を低減することができる。そして、良好な超音波受信ビームBを形成することができる。   In this way, the circuit configuration of the reception delay circuit of the three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus 40 is configured to include a plurality of multipliers for each reception channel, so that the reception signal equivalent to the phase rotation within the band of the reception signal can be obtained. An error in the time delay process can be reduced. A good ultrasonic reception beam B can be formed.

尚、1次元アレイの超音波振動子18を備えた超音波プローブ11を有する超音波診断装置10および2次元アレイの超音波振動子18を備えた2次元アレイプローブ41を有する3次元超音波診断装置40に設けられる受信信号の遅延加算回路への本発明の適用例について説明したが、実現可能な他のアレイの形態の超音波プローブを有する超音波診断装置10に設けられる受信信号の遅延加算回路においても本発明は適用可能である。   The ultrasonic diagnostic apparatus 10 having the ultrasonic probe 11 having the one-dimensional array of ultrasonic transducers 18 and the three-dimensional ultrasonic diagnosis having the two-dimensional array probe 41 having the two-dimensional array of ultrasonic transducers 18. Although the application example of the present invention to the delay signal addition circuit of the reception signal provided in the apparatus 40 has been described, the delay addition of the reception signal provided in the ultrasonic diagnostic apparatus 10 having an ultrasonic probe in the form of another array that can be realized. The present invention can also be applied to circuits.

また、図14に示す従来の受信遅延加算回路のように、遅延線と乗算器を組み合わせることもできる。すなわち、並列接続した複数の乗算器と、遅延線とを直列に接続し、位相回転による等価的な時間遅延と直接的な時間遅延の双方を行って受信信号の遅延処理を行うように本発明の受信遅延加算回路を構成することもできる。この場合、遅延線による直接的な時間遅延を併用するため、時間遅延処理の精度を向上させることができる。   Further, a delay line and a multiplier can be combined as in the conventional reception delay adding circuit shown in FIG. That is, the present invention is such that a plurality of multipliers connected in parallel and a delay line are connected in series, and both the equivalent time delay by phase rotation and the direct time delay are performed to perform the delay processing of the received signal. It is also possible to configure a reception delay adding circuit. In this case, since the direct time delay by the delay line is used together, the accuracy of the time delay process can be improved.

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を示す構成図。1 is a configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 図1に示す受信遅延加算回路の構成を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a reception delay adding circuit shown in FIG. 1. 図2に示すフィルタの特性を示す図。The figure which shows the characteristic of the filter shown in FIG. 図2に示すフィルタの特性の設定方法を示す図。The figure which shows the setting method of the characteristic of the filter shown in FIG. 図2に示す受信遅延加算回路において位相回転を伴って生成される信号を示す図。The figure which shows the signal produced | generated with a phase rotation in the reception delay addition circuit shown in FIG. 本発明に係る3次元超音波診断装置の実施の形態を示す構成図。1 is a configuration diagram showing an embodiment of a three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 図6に示す2次元アレイトランスデューサの構成図。The block diagram of the two-dimensional array transducer shown in FIG. 図6に示すプローブ内蔵送受信部47の構成を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a probe built-in transmitting / receiving unit 47 shown in FIG. 従来の超音波診断装置に備えられる遅延線を用いた受信遅延加算回路の構成図。The block diagram of the reception delay addition circuit using the delay line with which the conventional ultrasonic diagnosing device is equipped. 図9に示す従来の受信遅延加算回路の各遅延線に入力する受信信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the received signal input into each delay line of the conventional receiving delay addition circuit shown in FIG. 図9に示す従来の受信遅延加算回路の各遅延線から出力される受信信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the received signal output from each delay line of the conventional receiving delay addition circuit shown in FIG. 従来の超音波診断装置に備えられる乗算器を用いた受信遅延加算回路の構成図。The block diagram of the reception delay addition circuit using the multiplier with which the conventional ultrasonic diagnosing device is equipped. 図12に示す従来の受信遅延加算回路の第1の乗算器から出力される受信信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the received signal output from the 1st multiplier of the conventional receiving delay addition circuit shown in FIG. 従来の超音波診断装置に備えられる遅延線と乗算器の組み合わせによる受信遅延加算回路の構成図。The block diagram of the reception delay addition circuit by the combination of the delay line with which the conventional ultrasonic diagnosing device is equipped, and a multiplier. 従来の位相回転による受信遅延加算回路において生成される信号を示す図。The figure which shows the signal produced | generated in the reception delay addition circuit by the conventional phase rotation.

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波診断装置
11 超音波プローブ
12 送受信回路
13 信号処理部
14 画像処理部
15 表示部
16 制御回路
17 操作パネル
18 超音波振動子
19 送信遅延回路
20 受信遅延加算回路
21 パルサ
22 プリアンプ
30 第3のローパスフィルタ
31 第3の乗算器
32 フィルタ
33 加算器
34 第4のローパスフィルタ
35 第4の乗算器
40 3次元超音波診断装置
41 2次元アレイプローブ
42 装置本体
43 プローブケーブル
44 本体側送受信部
45 画像処理ユニット
46 表示部
47 プローブ内蔵送受信部
48 2次元アレイトランスデューサ
48A 微小超音波振動子
48B サブアレイ
49 サブアレイ受信遅延加算回路
50 メインビームフォーマ
60 プローブ内プリアンプ
61 プローブ内パルサ
O 被検体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic diagnostic apparatus 11 Ultrasonic probe 12 Transmission / reception circuit 13 Signal processing part 14 Image processing part 15 Display part 16 Control circuit 17 Operation panel 18 Ultrasonic transducer 19 Transmission delay circuit 20 Reception delay addition circuit 21 Pulser 22 Preamplifier 30 3rd Low-pass filter 31 third multiplier 32 filter 33 adder 34 fourth low-pass filter 35 fourth multiplier 40 three-dimensional ultrasonic diagnostic device 41 two-dimensional array probe 42 device main body 43 probe cable 44 main body side transmitting / receiving unit 45 Image processing unit 46 Display unit 47 Transmitter / receiver with built-in probe 48 Two-dimensional array transducer 48A Micro ultrasonic transducer 48B Subarray 49 Subarray reception delay addition circuit 50 Main beam former 60 In-probe preamplifier 61 In-probe pulser O Subject

Claims (6)

複数の超音波振動子を用いて被検体に超音波パルスを送受信する超音波送受手段と、
前記複数の超音波振動子において受信された複数の受信チャネルの複数の受信信号の時間を調整して加算する遅延加算回路と、
前記遅延加算回路により生成された受信信号から超音波画像データを生成する画像データ生成手段とを有し、
前記遅延加算回路は、単一の受信チャネルの受信信号に対して互いに周波数が同じで位相が異なる参照信号を用いた少なくとも2つの乗算器により位相回転処理を行うように構成されることを特徴とする超音波診断装置。
Ultrasonic transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic pulses to / from a subject using a plurality of ultrasonic transducers;
A delay addition circuit that adjusts and adds times of a plurality of reception signals of a plurality of reception channels received by the plurality of ultrasonic transducers;
Image data generating means for generating ultrasonic image data from the reception signal generated by the delay addition circuit;
The delay addition circuit is configured to perform a phase rotation process by at least two multipliers using reference signals having the same frequency and different phases with respect to a reception signal of a single reception channel. Ultrasound diagnostic device.
前記遅延加算回路は、前記単一の受信チャネルの受信信号の帯域内における少なくとも2つの周波数について前記位相回転処理による等価的な遅延時間が同一となるように設定された位相の前記参照信号を用いて前記位相回転処理を行うように構成され、かつ前記少なくとも2つの乗算器の出力側にそれぞれ前記少なくとも2つの周波数間における干渉を抑制するフィルタを備えることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 The delay addition circuit uses the reference signal having a phase set so that equivalent delay times by the phase rotation processing are the same for at least two frequencies within a band of a reception signal of the single reception channel. 2. The ultrasonic wave according to claim 1, further comprising a filter configured to perform the phase rotation processing and to suppress interference between the at least two frequencies on an output side of the at least two multipliers. Diagnostic device. 前記フィルタを、帯域通過型または低域通過型および高域通過型の組み合わせとしたことを特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2, wherein the filter is a band-pass type or a combination of a low-pass type and a high-pass type. 前記フィルタは、前記フィルタを重畳して得られるフィルタの通過領域の特性が前記フィルタのそれぞれの通過領域と同等な平坦度を有するように遮断特性が決定されることを特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。 3. The cutoff characteristic of the filter is determined so that a characteristic of a pass region of the filter obtained by superimposing the filters has a flatness equivalent to that of each pass region of the filter. Ultrasound diagnostic equipment. 前記遅延加算回路は、前記単一の受信チャネルの受信信号および前記位相回転処理後の受信信号の少なくとも一方に対して時間遅延処理を行う遅延線を備えることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 The super delay circuit according to claim 1, further comprising a delay line that performs time delay processing on at least one of the reception signal of the single reception channel and the reception signal after the phase rotation processing. Ultrasonic diagnostic equipment. 前記遅延加算回路は、前記複数の超音波振動子を収納する超音波プローブ側に内蔵されることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the delay addition circuit is built in an ultrasonic probe that houses the plurality of ultrasonic transducers.
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